JP6264117B2

JP6264117B2 - 冷却装置、電子機器、および、冷却方法

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Publication number: JP6264117B2
Application number: JP2014055280A
Authority: JP
Inventors: 有洋神田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: JP2015179687A

Description

本発明は、電子機器における発熱部品を冷却する技術に関する。

一般に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やビデオチップ等の発熱部品を備える電子機器には、発熱部品を冷却するための冷却装置が搭載されている。一般的な冷却装置は、ヒートシンクおよびファンを備える。ヒートシンクは、間隔をあけて配列された複数の放熱部材により構成され、発熱部品から伝わる熱を空気との熱交換により排熱する。ファンは、放熱部材周辺の空気の移動量を増やすことにより、放熱部材の排熱効率を高める。このような冷却装置では、ヒートシンクの放熱部材に塵が付着し堆積すると、冷却性能が落ちるという問題がある。この問題を防止するには、放熱部材の定期的な掃除が必要であり、電子機器の動作を停止させ除塵作業を行う必要があった。

このような問題に対応する関連技術が、特許文献１に記載されている。この関連技術は、ヒートシンクに堆積する埃を取り除くブラシを備える。このブラシは、ヒートシンクの形成する流路に挿入可能な櫛状の突出部を備えている。この関連技術は、押しボタンに加わる操作力（またはモータの回転力）を、ギア機構を介してブラシの軸部に伝えることにより、ブラシを回動させて突出部により埃を掻き出す。

特開２００８−３０６００１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたものは、以下のような問題があった。この関連技術では、除塵を行うブラシを動作させるため、押しボタンまたはモータ、および、押しボタンに加わる操作力またはモータの回転力をブラシに伝えるためのギア機構が必要となる。このため、必要部品数が多くなり構造が複雑化するという問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、より簡易な構成で、冷却装置の放熱部材に付着する塵を除去する技術を提供することを目的とする。

本発明の冷却装置は、複数の放熱部材を有するヒートシンクと、正方向に回転（正回転）すると前記ヒートシンクに向かって空気を送出し、逆方向に回転（逆回転）すると前記ヒートシンク側から空気を吸引するファンと、前記複数の放熱部材の間の除塵を行う除塵部材と、前記除塵部材を支持する支持機構であって、前記ヒートシンクおよび前記ファンの間を移動可能に配置され、前記ファンの正回転時には、前記空気の送出により前記ファンから離間する方向に移動し、前記ファンの逆回転時には、前記空気の吸引により前記ファンに接近する方向に移動して前記ファンに接するとともに、前記ファンの回転力により、前記複数の放熱部材の間の除塵を行うよう前記除塵部材を移動させる支持機構と、前記ファンの逆回転時には、前記ファンの回転力を前記支持機構に伝達可能に前記ファンおよび前記ファンに接した前記支持機構を連結し、前記ファンの正回転時には前記連結を解除する連結切替機構と、を備える。

また、本発明の電子機器は、上述の冷却装置と、前記冷却装置により冷却される発熱部品と、前記ファンの回転方向を制御する制御部と、を備える。

また、本発明の冷却方法は、複数の放熱部材を有するヒートシンクと、正方向に回転（正回転）することにより前記ヒートシンクに向かって空気を送出し、逆方向に回転（逆回転）することにより前記ヒートシンク側から空気を吸引するファンとの間に、前記複数の放熱部材の間の除塵を行う除塵部材を支持する支持機構を配置し、前記ファンを逆回転させて前記空気の吸引により前記支持機構を前記ファンに接近する方向に移動させ、連結切替機構により前記ファンおよび前記ファンに接した支持機構を連結して前記ファンの回転力を前記支持機構に伝達することにより、前記支持機構に支持された前記除塵部材を、前記複数の放熱部材の間を移動させ、前記ファンを正回転させて前記連結切替機構により前記連結を解除し、前記空気の送出により前記支持機構を前記ファンから離間する方向に移動させる。

本発明は、より簡易な構成で、冷却装置の放熱部材に付着する塵を除去する技術を提供することができる。

本発明の実施の形態としての電子機器の構成図である。（ａ）は、本発明の実施の形態の具体例における冷却装置の斜視図であり、（ｂ）は、分解斜視図である。本発明の実施の形態の具体例におけるヒートシンクの斜視図である。本発明の実施の形態の具体例における支持機構の斜視図である。本発明の実施の形態の具体例においてヒートシンクの中央に配置された支持機構を説明するための斜視図である。（ａ）は、本発明の実施の形態の具体例における連結切替機構の一部分の上斜視図であり、（ｂ）は、連結切替機構の下斜視図である。本発明の実施の形態の具体例における連結切替機構による連結を説明する模式図である。本発明の実施の形態の具体例においてファンの逆回転時に支持機構が移動する動作を説明する図である。（ａ）は、本発明の実施の形態の具体例においてファンおよび支持機構が連結する動作を説明するための斜視図であり、（ｂ）は、側面図である。本発明の実施の形態の具体例において除塵部材が除塵を行う動作を説明する図である。（ａ）は、本発明の実施の形態の具体例においてファンおよび支持機構の連結が解除される動作を説明するための斜視図であり、（ｂ）は、側面図である。本発明の実施の形態の具体例においてファンの正回転時に支持機構が移動する動作を説明する図である。本発明の実施の形態におけるヒートシンクおよび除塵部材の他の構成例を説明する斜視図および模式図である。本発明の実施の形態におけるヒートシンクおよび除塵部材の他の構成例を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態としての電子機器１の構成を図１に示す。

図１において、電子機器１は、発熱部品１０と、冷却装置２０と、制御部３０とを備える。ここで、電子機器１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ハードディスク等の記憶装置と、冷却装置コントローラとを備えたコンピュータ装置であってもよい。この場合、発熱部品１０は、例えばＣＰＵである。また、制御部３０は、冷却装置コントローラと、ＲＯＭまたは記憶装置に記憶されたコンピュータ・プログラムをＲＡＭに読み込んで実行するＣＰＵとによって構成される。なお、電子機器１のハードウェア構成は、上述の構成に限定されない。

次に、冷却装置２０の構成について説明する。図１には、冷却装置２０の側断面を示している。

図１において、冷却装置２０は、ヒートシンク２１と、ファン２２と、除塵部材２３と、支持機構２４と、連結切替機構２５とを備える。

ヒートシンク２１は、複数の放熱部材２１１を有する。複数の放熱部材２１１は、間隔を開けて配列され、発熱部品１０から伝導される熱をその表面から排熱する。

ファン２２は、正方向に回転（正回転）するとヒートシンク２１に向かって空気を送出する。また、ファン２２は、逆方向に回転（逆回転）するとヒートシンク２１側から空気を吸引する。ここで、ファン２２は、正回転することにより、ヒートシンク２１の排熱効果を高める通常の働きをする。なお、ファン２２は、詳細を後述する制御部３０の制御の基に、正回転または逆回転する。

除塵部材２３は、複数の放熱部材２１１の間の除塵を行う。

支持機構２４は、除塵部材２３を支持する。また、支持機構２４は、ヒートシンク２１およびファン２２の間を移動可能に配置される。また、支持機構２４は、ファン２２の正回転時には空気の送出ａにより、ファン２２から離間する方向Ａに移動する。また、支持機構２４は、ファン２２の逆回転時には空気の吸引ｂにより、ファン２２に接近する方向Ｂに移動してファン２２に接する。そして、支持機構２４は、ファン２２に接すると、後述の連結切替機構２５によりファン２２に連結される。そして、支持機構２４は、ファン２２の回転力により、複数の放熱部材２１１の間の除塵を行うよう除塵部材２３を移動させる
連結切替機構２５は、ファン２２の逆回転時には、ファン２２の回転力を支持機構２４に伝達可能に、ファン２２およびファン２２に接した支持機構２４を連結する。また、連結切替機構２５は、ファン２２の正回転時には、ファン２２および支持機構２４の連結を解除する。

制御部３０は、ファン２２の回転方向を正方向または逆方向に切り替え制御する。例えば、制御部３０は、通常動作時にはファン２２を正回転させる。また、例えば、制御部３０は、冷却装置コントローラに内蔵されたタイマーによって起動されると、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。また、制御部３０は、冷却装置コントローラに内蔵された温度センサ（図示せず）から得られる値が所定条件を満たす場合に、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。また、制御部３０は、電子機器１上で動作するオペレーティングシステム等のコンピュータ・プログラムからの指示に応じて、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。また、制御部３０は、冷却装置コントローラまたは電子機器１に設けられた操作ボタンの押下に応じて、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。また、制御部３０は、電子機器１の起動またはスリープに基づくタイミングで、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。また、制御部３０は、電子機器１のアイドル時間が所定期間に達した場合に、ファン２２の回転を逆方向に切り替えてもよい。

また、制御部３０は、ファン２２の回転を逆方向に切り替えた後、所定の期間後に、正方向に切り替えてもよい。あるいは、制御部３０は、ファン２２の回転を逆方向に切り替えた後、タイマー、温度センサ、コンピュータ・プログラムからの指示、操作ボタンの押下、または、起動やスリープ、アイドル時間に基づくタイミングで、正方向に切り替えてもよい。

このように、制御部３０は、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２の回転方向を逆方向に切り替え、その後、所定期間経過後、または、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２の回転方向を正方向に切り替えればよい。

以上のように構成された電子機器１におけるヒートシンク２１の除塵動作について説明する。なお、以下の動作の開始時には、支持機構２４は、ファン２２から離間した位置にあるものとする。

まず、制御部３０は、通常動作時には、ファン２２を正回転させる。すると、ファン２２は、ヒートシンク２１に向かって空気を送出する。このとき、支持機構２４は、ファン２２による空気の吸引ｂがないため、離間した位置を保持する。

次に、制御部３０は、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２を逆回転させる。すると、ファン２２は、ヒートシンク２１側から空気を吸引する。そして、支持機構２４は、空気の吸引ｂにより方向Ｂに移動してファン２２に接近する。そして、支持機構２４がファン２２に接すると、連結切替機構２５は、ファン２２および支持機構２４を連結する。そして、ファン２２が逆回転している間、ファン２２および支持機構２４の連結が継続する。これにより、ファン２２の回転力が支持機構２４に伝達される。そして、支持機構２４は、ファン２２の回転力により、複数の放熱部材２１１の間の除塵を行うよう除塵部材２３を移動させる。

次に、制御部３０は、所定期間経過後、または、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２を正回転させる。すると、連結切替機構２５は、ファン２２および支持機構２４の連結を解除する。そして、支持機構２４は、空気の送出ａにより方向Ａに移動してファン２２から離間する。

以上で、電子機器１の除塵動作の説明を終了する。

次に、冷却装置２０の構成および動作を具体例で示す。

まず、冷却装置２０の構成の具体例を図２に示す。図２において、（ａ）は、冷却装置２０の一例の斜視図であり、（ｂ）は、分解斜視図である。

この例では、ヒートシンク２１は、同心円状に配置された複数の放熱部材２１１を有している。また、さらに具体的には、図３に示すように、ヒートシンク２１は、複数の放熱部材２１１に加えて、台座２１２およびシャフト２１３によって構成されていてもよい。複数の放熱部材２１１は、台座２１２に間隔を開けて配設される。また、シャフト２１３は、ファン２２を支えるために、台座２１２に配設される。

また、図２の例では、除塵部材２３は、放熱部材２１１の間を移動して塵を取り除くことが可能なワイパーによって構成される。

また、図２に示した具体例における支持機構２４の詳細を、図４に示す。図４において、支持機構２４は、支持軸２４１および羽根２４２によって構成される。支持軸２４１は、同心円状に放熱部材２１１が配置されたヒートシンク２１の中心において回転可能かつ軸方向に移動可能に配置される。また、羽根２４２は、除塵部材２３を支持し、支持軸２４１のファン２２側の端部に放射状に結合される。

このように構成されることにより、支持軸２４１が回転すると、羽根２４２が回転する。そして、羽根２４２の回転により、羽根２４２に支持される除塵部材２３は、同心円状に配置された放熱部材２１１の間を回動して除塵を行う。

また、羽根２４２は、ファン２２による空気の送出ａによりファン２２から離間し、空気の吸引ｂによりファン２２に吸い寄せられる。羽根２４２は、例えば板状に形成されていてもよい。また、羽根２４２がファン２２から離間することにより、支持機構２４全体が方向Ａに移動しファン２２から離間する。また、羽根２４２がファン２２に吸い寄せられることにより、支持機構２４全体が方向Ｂに移動しファン２２に接近する。

図４に示した支持機構２４は、図５に示すように、図３に示したヒートシンク２１の中心に設置される。

また、図２に示した具体例における連結切替機構２５の詳細を、図６に示す。図６において、連結切替機構２５は、ラチェット爪２５１および２５２によって構成される。図６（ｂ）に示すように、ラチェット爪２５１は、ファン２２の回転軸２２１において、空気の吸引ｂ時に支持軸２４１に接する面に設けられる。具体的には、ラチェット爪２５１は、回転軸２２１の支持機構２４側の端面に設けられている。また、図６（ａ）に示すように、ラチェット爪２５２は、支持軸２４１において、空気の吸引ｂによりファン２２に接する面に設けられる。具体的には、ラチェット爪２５２は、支持軸２４１のファン２２側の端面に設けられている。

また、ラチェット爪２５１は、図７に示すように、ファン２２の逆回転方向側の面２５１ｂに逆テーパが付けられて形成される。また、ラチェット爪２５２は、ラチェット爪２５１の逆テーパ面２５１ｂに噛み合う面２５２ｂに逆テーパが付けられて形成される。これにより、ファン２２の逆回転時には、ラチェット爪２５１および２５２の噛み合いが継続する。この場合、ラチェット爪２５１および２５２の噛み合いにより、ファン２２の回転軸２２１の回転力が、支持機構２４の支持軸２４１に伝達される。また、ファン２２の正回転時には、ラチェット爪２５１および２５２の噛み合いが解除される。

このような具体例の冷却装置２０を備えた電子機器１の動作を、図８〜図１２を用いて説明する。なお、以下の動作では、ファン２２は、ヒートシンク２１の上部に設置されているものとする。

まず、制御部３０は、通常動作時には、ファン２２を正回転させる。

次に、制御部３０は、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２を逆回転させる。すると、図８に示すように、空気の吸引ｂにより、羽根２４２が吸い上げられる。そして、羽根２４２が接続されている支持軸２４１には上下方向の遊びがあるため、支持軸２４１、羽根２４２、ラチェット爪２５２、および、除塵部材２３は、上方向Ｂに浮き上がる。

次に、図９（ａ）に示すように、浮き上がったラチェット爪２５２は、ファン２２側の逆回転中のラチェット爪２５１と噛み合う。そして、図９（ｂ）に示すように、ラチェット爪２５１の逆テーパ面２５１ｂおよびラチェット爪２５２の逆テーパ面２５２ｂにより、ファン２２の逆回転の間、噛み合いは継続される。これにより、ファン２２の回転軸２２１の回転力が支持機構２４の支持軸２４１に伝達される。

そして、図１０に示すように、支持軸２４１の回転により羽根２４２が回転する。これに伴い、除塵部材２３は、ヒートシンク２１の中心でスムーズに回転し、放熱部材２１１の間を除塵する。

次に、制御部３０は、所定期間経過後、または、所定のタイミングまたは所定条件が満たされた場合に、ファン２２を正回転させる。すると、図１１（ａ）に示すようにラチェット爪２５１は、正回転する。そして、図１１（ｂ）に示すように、ラチェット爪２５１の逆テーパ面２５１ｂおよびラチェット爪２５２の逆テーパ面２５２ｂにより、噛み合いが解除される。また、図１２に示すように、ファン２２からの空気の送出ａにより、支持機構２４は下方向Ａに押し下げられてファン２２から離間する。これにより、ファン２２の回転力は、支持機構２４に伝わらなくなり、ファン２２の通常動作は、除塵部材２３により阻害されない。

以上で、具体例の構成および動作の説明を終了する。

なお、本実施の形態において、除塵部材２３がワイパーによって構成される例を中心に説明したが、除塵部材２３は、例えば、図１３（ａ）に示すようにブラシによって構成されていてもよい。また、図２に示した放熱部材２１１は、詳細には、図１３（ａ）に示すように配列されたブレード２１１０からなることが考えられる。この場合、図１３（ｂ）に示すように、除塵部材２３をブラシによって構成することにより、ファン２２の逆回転時には、ブラシが、ブレード２１１０の並びに沿って移動し、ブレード２１１０の間の塵をより多く取り除くことができる。

また、本実施の形態において、ヒートシンク２１が有する放熱部材２１１の配列や形状が、図２に示したものである例を中心に説明したが、放熱部材２１１の配列や形状は、これに限らない。例えば、ヒートシンク２１は、図１４（ａ）に示すように、リング状に形成された放熱部材（放熱板）２１１によって構成されていてもよい。この場合、放熱部材２１１は、間隔をあけて積み重ねられ、ヒートパイプ２１４により支持されていてもよい。この場合も、図１４（ｂ）に示すように、除塵部材２３をブラシによって構成することにより、ファン２２の逆回転時には、ブラシは、放熱板２１１の間の塵をより多く取り除くことができる。なお、除塵部材２３をブラシによって構成する場合、図１３（ａ）に示すヒートシンク２１より、図１４（ａ）に示すヒートシンク２１の方が、ブラシはより少ない抵抗で移動可能である。

次に、本発明の実施の形態の効果について述べる。

本発明の実施の形態は、より簡易な構成で、冷却装置の放熱部材に付着する塵を除去することができる。

その理由は、冷却装置において、複数の放熱部材を有するヒートシンクと、正回転するとヒートシンクに向かって空気を送出し、逆回転するとヒートシンク側から空気を吸引するファンとの間に、複数の放熱部材の間の除塵を行う除塵部材を支持する支持機構を移動可能に配置し、ファンの逆回転時にファンおよび支持機構を連結し、正回転時に連結を解除する連結切替機構を設けたからである。そして、電子機器に設けられた制御部が、ファンを逆回転させると、支持機構が、ファンによる空気の吸引によりファンに接近する方向に移動してファンに接し、連結切替機構が、ファンおよびファンに接した支持機構を連結してファンの回転力を支持機構に伝達し、支持機構が、ファンの回転力により、複数の放熱部材の間の除塵を行うよう除塵部材を移動させるからである。そして、制御部が、ファンを正回転させると、連結切替機構が、ファンおよび支持機構の連結を解除し、支持機構が、ファンからの空気の送出によりファンから離間する方向に移動し、ファンの回転力が支持機構に伝達されないからである。

このように、本実施の形態では、ファンの逆回転により除塵部材が移動して除塵を行うため、除塵部材を動かすための動力としてファンを流用することができ、新たな動力機構を設ける必要がない。その結果、本実施の形態は、電子機器の動作を停止することなく冷却装置の除塵を行い冷却性能の低下を防ぐ装置を、より簡易な構成で実現できる。

なお、本発明の実施の形態において、ヒートシンクが有する放熱部材が、同心円状に配列されている例を中心に説明したが、本発明における放熱部材は、同心円状に配列されていなくてもよい。例えば、放熱部材は、間隔をあけて平行に配列されていてもよい。この場合、除塵部材を放熱部材の間で除塵可能に往復移動させるよう、支持機構または連結切替機構が、ファンの回転運動を往復運動に変換する機構を備えていてもよい。その他、放熱部材の形状や配列に関わらず、支持機構は、ファンの回転力を用いて、除塵部材を放熱部材の間で除塵可能に移動させる構成であればよい。

また、本実施の形態において、支持機構が板状の羽根を有する例を中心に説明したが、支持機構が有する羽根は、板状に限らない。また、支持機構は、必ずしも羽根を有していなくてもよい。本発明の支持機構は、ファンによる空気の送出または吸引によってファンおよびヒートシンクの間を移動する構成であればよい。

また、本実施の形態において、除塵部材が、ワイパーまたはブラシである例を中心に説明したが、本発明の除塵部材は、放熱部材の間を除塵可能であればその他の部材によって構成されていてもよい。

また、本実施の形態において、連結切替機構が、ラチェット爪によって構成される例を中心に説明したが、本発明の連結切替機構は、ファンの逆回転時にファンおよび支持機構を連結してファンの回転力を支持機構に伝達し、ファンの正回転時に連結を解除するその他の機構であってもよい。

また、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、様々な態様で実施されることが可能である。

１電子機器
１０発熱部品
２０冷却装置
３０制御部
２１ヒートシンク
２２ファン
２３除塵部材
２４支持機構
２５連結切替機構
２１１放熱部材
２１２台座
２１３シャフト
２１４ヒートパイプ
２２１回転軸
２４１支持軸
２４２羽根
２５１、２５２ラチェット爪
２５１ｂ、２５２ｂ逆テーパ面
２１１０ブレード

Claims

複数の放熱部材を有するヒートシンクと、
正方向に回転（正回転）すると前記ヒートシンクに向かって空気を送出し、逆方向に回転（逆回転）すると前記ヒートシンク側から空気を吸引するファンと、
前記複数の放熱部材の間の除塵を行う除塵部材と、
前記除塵部材を支持する支持機構であって、前記ヒートシンクおよび前記ファンの間を移動可能に配置され、前記ファンの正回転時には、前記空気の送出により前記ファンから離間する方向に移動し、前記ファンの逆回転時には、前記空気の吸引により前記ファンに接近する方向に移動して前記ファンに接するとともに、前記ファンの回転力により、前記複数の放熱部材の間の除塵を行うよう前記除塵部材を移動させる支持機構と、
前記ファンの逆回転時には、前記ファンの回転力を前記支持機構に伝達可能に前記ファンおよび前記ファンに接した前記支持機構を連結し、前記ファンの正回転時には前記連結を解除する連結切替機構と、
を備えた冷却装置。
前記ヒートシンクは、同心円状に配列された前記複数の放熱部材を有し、
前記支持機構は、前記ヒートシンクの中心において回転可能かつ軸方向に移動可能な支持軸と、前記除塵部材を支持するとともに前記支持軸の前記ファン側の端部に放射状に結合される羽根であって、前記空気の送出により前記ファンから離間し前記空気の吸引により前記ファンに吸い寄せられる羽根とを有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記連結切替機構は、前記ファンの逆回転時に互いに連結し正回転時に連結が解除されるよう、前記ファンの回転軸に設けられた連結爪および前記支持軸に設けられた連結爪によって構成されることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置と、
前記冷却装置により冷却される発熱部品と、
前記ファンの回転方向を制御する制御部と、
を備えた電子機器。
複数の放熱部材を有するヒートシンクと、正方向に回転（正回転）することにより前記ヒートシンクに向かって空気を送出し、逆方向に回転（逆回転）することにより前記ヒートシンク側から空気を吸引するファンとの間に、前記複数の放熱部材の間の除塵を行う除塵部材を支持する支持機構を配置し、前記ファンを逆回転させて前記空気の吸引により前記支持機構を前記ファンに接近する方向に移動させ、連結切替機構により前記ファンおよび前記ファンに接した支持機構を連結して前記ファンの回転力を前記支持機構に伝達することにより、前記支持機構に支持された前記除塵部材を、前記複数の放熱部材の間を移動させ、前記ファンを正回転させて前記連結切替機構により前記連結を解除し、前記空気の送出により前記支持機構を前記ファンから離間する方向に移動させる、冷却方法。