JP7218942B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は電子機器に関する。

コンピュータ、通信装置等をはじめとする各種の電子機器では、電子機器本体の筐体内に発熱部品を含む電子部品が収容されている。電子機器の動作時には、電子部品の発熱により筐体内の温度が上昇するため、このような電子機器では、筐体内を冷却する手段が設けられる。例えば、筐体に外部と連通した開口部を形成し、筐体内にファンを備えることにより、筐体内外の空気を入れ替えて、筐体内を冷却する電子機器が知られている。

特許文献１には、外気温度を検出する外気温度センサと、筐体の内部温度を検出する機器温度センサと、筐体の外壁に沿設されたアクチュエータによって位置移動が可能な空冷ファンと各温度センサの検出温度信号を入力し、これらの信号に基づいて空冷ファンの位置を制御する制御手段とで構成され、例えば外気温度と機器温度との温度差が最小となるように空冷ファンの位置を制御する電子機器の冷却構造が開示されている。

特開平５－１４５２６１号公報

特許文献１に記載の電子機器の冷却構造は、好適な冷却効果が得られるように、空冷ファンの位置制御を行うものである。しかしながら、特許文献１に記載の電子機器では、空冷ファンにより外気を取り込む際に、外気と共に取り込まれた塵埃等の異物がファンに付着及び堆積し、ファンの供給風量の低下、動作不具合、故障等が生じるという問題点があった。

本発明の目的は、上述した課題を鑑み、筐体内への異物の侵入を低減し、冷却効率を向上させる電子機器を提供することにある。

一実施の形態にかかる電子機器は、筐体と、筐体に設けられた開口部と、開口部を開閉する開閉機構と、開口部を介して外気を取り込み、筐体の内部方向に向かう気流を発生するファンと、筐体内の温度を検出する温度検出部と、温度検出部において検出された温度が予め設定した基準温度を超えた場合に、開閉機構を制御して、開口部を開状態とする制御部と、を有する。

本発明により、筐体内への異物の侵入を低減し、冷却効率を向上させる電子機器を提供することができる。

実施の形態１にかかる電子機器の温度上昇時における一部破断斜視図である。 実施の形態１にかかる電子機器の温度低下時における一部破断斜視図である。 実施の形態１にかかる電子機器の冷却動作を示すフローチャートである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図中に示したものは、全体の一部であり、図示しないその他の構成が実際には多く含まれる。なお、図面において、ＸＹＺの３方向は互いに直交する方向である。以下の説明では、筐体の幅方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向であって、筐体の長さ方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向であって筐体の高さ方向をＺ方向とする。

図１及び図２を参照して、実施の形態１にかかる電子機器の構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電子機器の温度上昇時における一部破断斜視図である。図２は、実施の形態１にかかる電子機器の温度低下時における一部破断斜視図である。図１及び図２は、電子機器の内部構造を示しており、特に、電子機器における冷却構造の近傍を示す。以下に説明する冷却構造は、例えばルータをはじめとする通信装置等の電子機器に備えられるものである。また、以下の説明において、筐体の内部方向とは、筐体の開口部から筐体の内部に向かって離れる方向であって、図２の白抜き矢印の指す方向を意味する。

図１及び図２に示すように、電子機器１は、電子部品が格納された筐体１０と、開口部２０と、冷却ユニット３０と、開閉機構４０と、温度検出部５０と、制御部６０と、を有する。筐体１０は、その内部空間に電子機器１を構成する各部品を格納する箱状の容器である。筐体１０は、放熱性の観点から、少なくとも一部が熱伝導性の高い金属で形成される。筐体１０は、例えば、鉄、アルミ等により構成される。筐体１０は、ＸＺ平面に沿う一対の前面部１１及び背面部と、ＹＺ平面に沿う一対の側面部１２、１３と、ＸＹ平面に沿う一対の天面部１４及び底面部１５と、を有する。なお、図１及び図２では、筐体１０の内部構造を明示するために、前面部１１、並びに、側面部１２、１３、天面部１４及び底面部１５の一部を図示し、前面部１１と対向する背面部の図示は省略してある。

筐体１０内には、少なくとも１つの基板が格納される。基板上には、半導体素子等の発熱部品を含む電子部品が搭載される。本実施形態では、電子機器１は、筐体１０の外部から冷却用の外気を取り入れて筐体１０内を強制空冷する構成を有する。筐体１０内において冷却に用いられた冷却風は、例えば、開口部２０とは別に筐体１０の他の部位に設けられた排気口から排気される。

筐体１０の前面部１１には、外気を取り込むための開口部２０が形成される。図１に示すように、開口部２０は、前面部１１において貫通孔として形成された複数の通気口２１がＸ方向及びＺ方向にそれぞれ所定間隔で並設された状態である。しかしながら、筐体１０に形成される開口部２０の構成はこれに限定されるものではない。通気口２１の形状、数量、配設位置等は適宜設計されるものであり、開口部２０は筐体１０の複数箇所に設けることもできる。本実施形態では、通気口２１は吸気口として機能する。

図１及び図２に示すように、冷却ユニット３０は、ファン３１と、板状部材３６と、を有する。さらに、冷却ユニット３０は、スライド部材３２と、スライドレール３３と、第１のバネ部材３４と、第１の電気スイッチ３５と、からなるスライド機構を有する。ファン３１は、筐体１０内側の開口部２０の近傍に開口部２０と対向して配置される。ファン３１は、開口部２０から離れる筐体１０の内部方向に向かう気流を発生する。開口部２０を介して取り込んだ外気は、ファン３１が発生する気流によって、筐体１０の内部方向へ冷却風として流れる。ファン３１は、電子機器の冷却に用いられる公知のファン３１を用いることができる。ファン３１のモータを駆動すると、ファン３１のプロペラがＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転し、風力が発生する。

また、冷却ユニット３０のスライド機構は、ファン３１を開口部２０に対して接近する方向と離間する方向とに移動可能にスライドさせるものである。スライド機構は、筐体１０の底面部１５に沿うように設けられたスライド部材３２を有する。スライド部材３２は、略矩形状の板状に形成され、スライド部材３２において開口部２０側に存在する端部の一部からＸ方向に沿うスライド部材３２の外側方向に突出する突出部３２ａが形成される。スライド部材３２上には、ファン３１が固定される。そのため、スライド部材３２はファン３１の底面よりも大きいＸ方向の幅とＹ方向の長さとを有する。また、スライド部材３２のＹ方向に沿う両端部は、一対のスライドレール３３に狭持される。一対のスライドレール３３は、底面部１５の天面部１４と対向する面において、スライド部材３２を挟んでＸ方向に対向するように設けられる。スライドレール３３は、Ｙ方向に延在するように配置され、スライド部材３２の両端部をＹ方向に挿入可能である。スライドレール３３に挿入されたスライド部材３２は、スライドレール３３に案内されてＹ方向に移動することができる。

スライド部材３２の移動は、スライド部材３２の突出部３２ａ側の底面部１５に設けられる第１のバネ部材３４及び第１の電気スイッチ３５により駆動される。スライド部材３２の移動に伴って、ファン３１がＹ方向に沿って開口部２０に対して接近する方向と離間する方向とに移動可能に構成される。図１に示す電子機器１は、スライド部材３２及びファン３１が開口部２０に接近した位置に配置されている。図２に示す電子機器１は、スライド部材３２及びファン３１が筐体１０の内部方向に移動して開口部２０から離間した位置に配置されている。

第１のバネ部材３４として、例えばコイルばねを用いることができる。第１のバネ部材３４の一端はスライド部材３２の突出部３２ａに取り付けられ、他端は開口部２０から離間した筐体１０の底面部１５に取り付けられる。第１のバネ部材３４は、Ｙ方向に伸縮するように配置される。第１の電気スイッチ３５として、例えば、スライド部材３２を開口部２０に対して接近する方向に押圧するソレノイドを用いることができる。第１の電気スイッチ３５における押圧方向に存在する先端部３５ａは、スライド部材３２の突出部３２ａと連結される。第１の電気スイッチ３５は、オン、オフが切り替わることによって、第１のバネ部材３４をＹ方向に沿って縮んだ状態と伸びた状態とに切り替えることができる。また、ファン３１及びスライド部材３２は、第１の電気スイッチ３５のオン、オフに応じて、Ｙ方向に移動可能である。

さらに、図１及び図２に示すように、冷却ユニット３０は、ファン３１及びスライド機構を挟んでファン３１の左右に対向配置された一対の板状部材３６を有する。板状部材３６は、筐体１０の底面部１５に接する板状部材３６の下端から天面部１４に向かうＺ方向に延設された略矩形状の金属製の板状を有する。板状部材３６のＺ方向の高さは、ファン３１のＺ方向の高さと同程度、或いは筐体１０の内部空間においてファン３１の高さより高く構成される。また、板状部材３６は、ファン３１に対して離間した位置に設けられ、開口部２０に対して筐体１０の内部方向に突出して形成される。さらに、板状部材３６は、開口部２０の近傍から筐体１０の内部方向に向かって開くＶ字状に配置される。

このような構成により、ファン３１が作動することにより、通気口２１から周囲の外気が筐体１０内に取り込まれる。ファン３１が送風する冷却風は、一対の板状部材３６の対向面に沿って誘導され、筐体１０の内部方向へ進む。そして、冷却風は、筐体１０内の各部品の間隙を通過し、冷却風が接触した各部品の熱は筐体１０の外部へ排出される。このように、筐体１０内の冷却を行う。なお、板状部材３６は、ファン３１が送風する冷却風を所望の方向へ誘導する機能を果たせば良い。本実施形態では、一対の板状部材３６がファン３１の左右に配置された場合について説明したが、筐体１０内における板状部材３６の配設位置や数量は適宜設計されるものである。例えば、一対の板状部材３６はファン３１を挟んでファン３１の上下に対向配置されても良く、ファン３１を囲うように、ファン３１の上下左右に配置されても良い。板状部材３６は、ファン３１の上下、或いは、左右の少なくとも一方において、ファン３１に対して離間した位置に設けられれば良い。

開閉機構４０は、遮蔽板４１と、遮蔽板ガイドレール４２と、第２のバネ部材４３と、第２の電気スイッチ４４と、により構成される。遮蔽板４１は、開口部２０より大きい略矩形状を有し、遮蔽板４１の上端部の一部からＸ方向に沿う遮蔽板４１の外側方向に突出する突出部４１ａが形成される。また、遮蔽板４１には、Ｘ方向に沿って細長いスリット４１ｂがＺ方向に所定間隔離間して複数形成される。また、遮蔽板４１のＺ方向に沿う両端部は、一対の遮蔽板ガイドレール４２に狭持される。一対の遮蔽板ガイドレール４２は、前面部１１の背面部と対向する面において、開口部２０を挟んでＸ方向に対向するように設けられる。遮蔽板ガイドレール４２はＺ方向に延在するように配置され、遮蔽板４１の両端部をＺ方向に挿入可能である。遮蔽板ガイドレール４２に挿入された遮蔽板４１は、遮蔽板４１の移動方向を決定する遮蔽板ガイドレール４２に案内されてＺ方向に移動することができる。

遮蔽板４１のスリット４１ｂは、通気口２１と対応するように形成されているため、遮蔽板４１が移動することにより通気口２１を開閉することができる。スリット４１ｂが通気口２１と対応する位置にある場合、通気口２１が開放される。スリット４１ｂが通気口２１からずれた位置にある場合、遮蔽板４１が通気口２１を覆うため、通気口２１の開口面積が減少する。遮蔽板４１が通気口２１を完全に覆う位置にある場合には、通気口２１は閉鎖される。図１に示す電子機器１は、スリット４１ｂが通気口２１と対応する位置にあるため、通気口２１が開放された開状態である。また、図２に示す電子機器１は、スリット４１ｂが通気口２１からずれた位置にあるため、通気口２１が閉鎖された閉状態である。

遮蔽板４１の移動は、遮蔽板４１の突出部４１ａ側の前面部１１に設けられる第２のバネ部材４３及び第２の電気スイッチ４４により駆動される。第２のバネ部材４３として、例えばコイルばねを用いることができる。第２のバネ部材４３の一端は遮蔽板４１の突出部４１ａに取り付けられ、他端は筐体１０の前面部１１の下端側に取り付けられる。第２のバネ部材４３は、Ｚ方向に伸縮するように配置される。第２の電気スイッチ４４として、例えば、遮蔽板４１を上方に押圧するソレノイドを用いることができる。第２の電気スイッチ４４における押圧方向に存在する先端部４４ａは、遮蔽板４１の突出部４１ａと連結される。第２の電気スイッチ４４は、オン、オフが切り替わることによって、第２のバネ部材４３をＺ方向に沿って縮んだ状態と伸びた状態とに切り替えることができる。また、遮蔽板４１は、第２の電気スイッチ４４のオン、オフに応じて、Ｚ方向に移動可能である。

温度検出部５０は、温度センサを有する。温度センサは、例えばサーミスタである。温度センサは、所要の数量の温度センサが筐体１０内の所要の位置に設けられ、筐体１０内の温度を検出する。温度センサは、例えば、筐体１０内の電子部品と接触するように、或いは、電子部品の近傍に取り付けられる。

冷却ユニット３０の第１の電気スイッチ３５、開閉機構４０の第２の電気スイッチ４４、及び温度検出部５０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)等から構成される制御部６０と電気的に接続される。制御部６０は、これらを統括的に制御するものである。制御部６０は、温度検出部５０において検出された温度が予め設定した基準温度を超えた場合に、スライド機構を制御してファン３１を開口部２０に接近した位置に移動させる。一方、制御部６０は、温度検出部５０において検出された温度が予め設定した基準温度以下の場合に、スライド機構を制御してファン３１を開口部２０から離間した位置に移動させる。また、制御部６０は、温度検出部５０において検出された温度が予め設定した基準温度を超えた場合に、開閉機構４０を制御して開口部２０を開状態とする。一方、制御部６０は、温度検出部５０において検出された温度が基準温度以下の場合に、開閉機構４０を制御して開口部２０を閉状態とする。

次に、図３を参照して電子機器１の動作について説明する。図３は実施の形態１にかかる電子機器の冷却動作を示すフローチャートである。電源が供給された電子機器１では、ファン３１が作動する。また、温度検出部５０は、温度センサにより検出された検出信号を筐体１０の内部温度として制御部６０に出力する。制御部６０は、温度検出部５０により検出される筐体１０の内部温度をモニターする。そして、制御部６０では、予め設定した基準温度と温度検出部５０により検出される内部温度とを比較した結果に基づいて、第１の電気スイッチ３５及び第２の電気スイッチ４４に制御信号を出力する。

筐体１０の内部温度が常温の場合には、電子機器１は、図２の状態である。すなわち、開閉機構４０の遮蔽板４１が通気口２１を覆う位置にあり、通気口２１は閉鎖されている。この時、冷却ユニット３０のスライド部材３２及びファン３１は、開口部２０から離間した位置にある。

電子機器１の動作中は、電子部品の発熱により、筐体１０の内部温度が上昇する。図３に示すように、ステップＳ１では、制御部６０は、基準温度と温度検出部５０により検出された内部温度とを比較する。内部温度が基準温度を超えた場合に、制御部６０は、電子機器１が図２の状態から図１の状態となるように、ステップＳ２において第１の電気スイッチ３５及び第２の電気スイッチ４４に制御信号を出力する。ステップＳ２では、制御部６０は、第１の電気スイッチ３５及び第２の電気スイッチ４４に対して通電するオン信号を出力する。

ステップＳ３では、制御部６０のオン信号に応じて、第２の電気スイッチ４４がオン状態となると、遮蔽板４１が通気口２１を覆う位置から、遮蔽板４１のスリット４１ｂが通気口２１と対応する位置になるように、遮蔽板４１がＺ方向の上方へ移動する。この時、制御部６０のオン信号に応じて、第１の電気スイッチ３５は、スライド部材３２を開口部２０に対して接近するＹ方向に移動させ、これに伴いファン３１も開口部に接近する方向に移動する。

具体的には、第２の電気スイッチがオン状態となると、遮蔽板４１は、第２の電気スイッチ４４の動作により、第２のバネ部材４３の弾性復帰力に抗して押し上げられる。遮蔽板４１は、遮蔽板ガイドレール４２に案内されてＺ方向の上方向へ移動し、開口部２０の通気口２１を開放する。また、第２のバネ部材４３は伸びた状態になる。この時、第１の電気スイッチ３５がオン状態となると、スライド部材３２は、第１の電気スイッチ３５の動作により、第１のバネ部材３４の弾性復帰力に抗して開口部２０に向かって押し進められる。スライド部材３２は、ファン３１の移動方向を決定するスライドレール３３に案内されて、Ｙ方向に沿って開口部２０に対して接近する方向へ移動する。これに伴い、ファン３１は、開口部２０に接近した位置に移動する。その結果、ファン３１は開口部２０に接近した位置に配置される。また、第１のバネ部材３４は伸びた状態になる。電子機器１が図１の状態の場合、ファン３１は通気口２１を介して外気を取り込み、筐体１０内に冷却風を送風する。これにより、筐体１０内を冷却する。

そして、ステップＳ４では、制御部６０は、基準温度と温度検出部５０により検出された内部温度とを比較する。内部温度が基準温度以下である場合、電子機器１が図１の状態から図２の状態となるように、ステップＳ５において制御部６０は第１の電気スイッチ３５及び第２の電気スイッチ４４に制御信号を出力する。ステップＳ５では、制御部６０は、第１の電気スイッチ３５及び第２の電気スイッチ４４に対して通電をやめるオフ信号を出力する。

ステップＳ６では、制御部６０のオフ信号に応じて、第２の電気スイッチ４４がオフ状態となると、第２のバネ部材４３が弾性復帰する。これにより、遮蔽板４１が通気口２１を開放する位置から、遮蔽板４１のスリット４１ｂが通気口２１からずれた位置になるように、Ｚ方向の下方へ移動する。この時、制御部６０のオフ信号に応じて、第１の電気スイッチ３５は、スライド部材３２を開口部２０に対して離間するＹ方向に移動させ、これに伴いファン３１も開口部から離間する方向に移動する。

具体的には、第２の電気スイッチ４４がオフ状態となると、第２の電気スイッチ４４による遮蔽板４１の押し上げが解除され、第２のバネ部材４３が弾性復帰することにより、遮蔽板４１に対して下方向の力が加わる。遮蔽板４１は、遮蔽板ガイドレール４２に案内されてＺ方向の下方向へ移動し、通気口２１を閉鎖する。また、第２のバネ部材４３は縮んだ状態になる。この時、第１の電気スイッチ３５がオフ状態となると、第１の電気スイッチ３５によってスライド部材３２を押し進める力が解除される。そして、第１のバネ部材３４が弾性復帰することにより、スライド部材３２に対して筐体１０の内部方向に向かう力が加わる。スライド部材３２は、ファン３１の移動方向を決定するスライドレール３３に案内されて、Ｙ方向に沿って開口部２０に対して離間する方向へ移動する。これに伴い、ファン３１は、開口部２０と所定距離離間した位置に移動する。その結果、ファン３１は開口部２０から所定距離離間した位置に配置される。また、第１のバネ部材３４は、縮んだ状態になる。

電子機器１が図２の状態の場合、ファン３１は、開口部２０から離れて筐体１０のより内部側に配置されることにより、筐体１０内を攪拌する対流を発生する。また、ファン３１が発生する気流は、板状部材３６の対向面に沿って流れるため、より効率的に筐体１０の内部方向へ流れる。これらにより、筐体１０内の温度分布を均一化することができる。

以上のように、本実施形態にかかる電子機器１では、筐体１０内の空冷に用いられるファン３１が、スライド機構により、外気を取り込むための開口部２０に対して、接近する方向と離間する方向とに移動可能に設けられる。また、開閉機構４０の遮蔽板４１が、開口部２０を開閉するために上下方向に移動可能に設けられる。そして、ファン３１及び遮蔽板４１の移動は、温度検出部５０により検出された筐体１０内の温度に基づいて、制御部６０により制御される。制御部６０は、開閉機構４０が開口部２０を閉状態としている期間は、スライド機構によりファン３１を開口部２０から離間した位置に移動させる。その結果、ファン３１は、開口部２０から所定間隔離隔した位置に配置される。一方、制御部６０は、開閉機構４０が開口部２０を開状態としている期間は、スライド機構によりファン３１を開口部２０に接近した位置に移動させる。その結果、ファン３１は、開口部２０に接近した位置に配置される。

本実施形態にかかる電子機器によれば、筐体内の温度が上昇した場合には、開口部が開放され、開口部を介してファンにより外気を筐体内に取り込むため、筐体内の強制空冷を行うことができる。筐体内の温度が低下した場合には、開口部が閉鎖されるため、筐体内へ塵埃等の異物が侵入することを抑制する。したがって、筐体内に侵入した異物によって電子機器に不具合や故障が生じる可能性を低減することができる。特に、ファンを備えた電子機器においては、ファンに付着した異物に起因するファンの供給風量の低下、動作不具合、故障等が生じる可能性を低減することができる。そのため、冷却効率が向上するとともに、ファンの寿命を延ばすことができる。

一方、開口部が閉状態において、開口部から離間した位置に移動したファンは、筐体のより内部側に配置される。これにより、筐体内を攪拌する対流を発生することができる。また、ファンが発生する気流は、筐体の内部方向に突出して形成される板状部材の対向面に沿って流れる。そのため、ファンが発生する気流は、より効率的に筐体の内部方向へ流れる。したがって、本実施形態にかかる電子機器によれば、筐体内の温度分布を均一化することができる。筐体内の温度分布が均一になると、筐体を構成する全ての面を利用して放熱を行うことができるため、放熱効率が向上する。

１ 電子機器
１０ 筐体
１１ 前面部
１２、１３ 側面部
１４ 天面部
１５ 底面部
２０ 開口部
２１ 通気口
３０ 冷却ユニット
３１ ファン
３２ スライド部材
３２ａ 突出部
３３ スライドレール
３４ 第１のバネ部材
３５ 第１の電気スイッチ
３５ａ 先端部
３６ 板状部材
４０ 開閉機構
４１ 遮蔽板
４１ａ 突出部
４１ｂ スリット
４２ 遮蔽板ガイドレール
４３ 第２のバネ部材
４４ 第２の電気スイッチ
４４ａ 先端部
５０ 温度検出部
６０ 制御部

Claims (5)

1. 筐体と、
   前記筐体に設けられた開口部と、
   前記開口部を開閉する開閉機構と、
   前記開口部を介して外気を取り込み、前記筐体の内部方向に向かう気流を発生するファンと、
   前記筐体内の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部において検出された温度が予め設定した基準温度を超えた場合に、前記開閉機構を制御して、前記開口部を開状態とする制御部と、
   前記ファンを前記開口部に対して接近する方向と離間する方向とに移動可能にスライドさせるスライド機構と、を有し、
   前記制御部は、前記開閉機構が前記開口部を閉状態としている期間は、前記スライド機構により前記ファンを前記開口部から離間した位置に移動させる電子機器。
2. 前記スライド機構は、
   前記ファンの移動方向を決定するスライドレールと、
   前記ファンを移動させる第１のバネ部材と、
   前記第１のバネ部材を縮んだ状態と伸びた状態とに切り替える第１の電気スイッチと、
   を有する請求項１に記載の電子機器。
3. 前記ファンの上下、或いは、左右の少なくとも一方において前記ファンに対して離間した位置に設けられ、前記開口部に対して前記筐体の内部方向に突出して形成される板状部材をさらに有する請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記開閉機構は、
   前記開口部を開閉する遮蔽板と、
   前記遮蔽板をスライドさせる第２のバネ部材と、
   前記第２のバネ部材を縮んだ状態と伸びた状態とに切り替える第２の電気スイッチと、
   を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記筐体は、少なくとも一部が金属で形成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。

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