JPH11312883A

JPH11312883A - 電子装置

Info

Publication number: JPH11312883A
Application number: JP10118178A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ohashi; 繁男大橋; Yoshihiro Kondo; 義広近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP3438582B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子装置内に収容される発熱素子，発熱部品の
温度を所定の温度に冷却する薄型筐体でかつ冷却に係る
消費電力を抑えるのに適した構造を提供する。【解決手段】蓄熱部材４０，４１は、電子装置のシステ
ムが動作時に発熱素子で発生する熱の一部を吸収し、シ
ステム停止時もしくは発熱素子の発熱量の減少時に吸収
した熱を放熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筐体内に発熱素子
を搭載した配線基板，キーボード，記憶装置などの発熱
部品を収容した電子装置の冷却構造に係り、発熱素子な
らびに発熱部品を所定の温度に保つようにした冷却装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術は、特開平8−286783 号公報
に見られ、発熱素子を搭載した第１の筐体内底部に放熱
板を設置し、発熱素子から筐体底部の放熱板及びキーボ
ード底面に熱伝導して筐体表面で熱を広げて放熱してい
る。特願平7−11288号出願（参照）では、筐体内にファ
ンを収容し、発熱素子を冷却する例が開示されている。
さらに、特開平6−214067 号公報には、潜熱蓄熱材を発
熱素子に接触させた例が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】携帯型パーソナルコン
ピュータなどに代表される電子装置では、性能の向上に
よる素子の高発熱化とともに、筐体サイズの薄型化，軽
量化の傾向がある。また、これらの電子装置ではバッテ
リー駆動されることが多く、装置全体の低消費電力化も
必要になっている。

【０００４】上記特開平8−286783 号公報の例では、筐
体表面が放熱面であるため、放熱面積が筐体サイズに限
定されてしまう。すなわち、ファンを用いない自然冷却
を行うとき、放熱量の上限が一意的に決まってしまい、
放熱量の限界以上で素子を動作させることが不可能とな
る。従って、素子の高性能化に伴い、発熱素子の冷却が
困難となり（筐体表面温度が上昇し操作者に不快感を与
えてしまうため）、電子装置の高性能化が妨げられる。

【０００５】一方、特願平7−11288号出願の例では、筐
体サイズの薄型化のためファンを横置きに収容してい
る。しかし、ファンの厚さ及びファン前後に必要となる
空間以下に筐体サイズを薄型化することはできない。素
子の高性能化に伴い、発熱量が大きくなる場合、ファン
の大型化，消費電力の増大が必要になるとともに、ファ
ン前後に必要となる空間も大きくなる。従って、特に、
バッテリー駆動を前提とした携帯型電子装置の場合、バ
ッテリーの寿命時間、筐体サイズの薄型化の点で利便性
が損なわれるという問題があった。

【０００６】特開平6−214067 号公報では、発熱素子の
全発熱を蓄熱材で吸収するようにしているため、高発熱
の素子に対して蓄熱材料の量が増大（筐体サイズの大型
化,重量の増加）もしくは蓄熱材料の重量で決まる最大
蓄熱量に達するたびにシステム稼働中であっても、蓄熱
材料を取り替えなければならないなどの問題があった。

【０００７】また、上記従来例では、素子の冷却に際し
て筐体表面の温度上昇抑制（操作時に不快感を与えない
ため）に対しては特に考慮されていない。

【０００８】本発明の目的は、電子装置の処理性能向上
に伴う装置の発熱量増大に対して、筐体表面積及び筐体
表面温度で決まる放熱量以上の放熱性能を有し、発熱素
子，発熱部品の温度を所定の温度に冷却するとともに筐
体表面の温度上昇を抑える薄型軽量筐体でかつ冷却に係
る消費電力を抑えるのに適した構造を備えた電子装置を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】複数の発熱素子を搭載し
た配線基板，キーボード，記憶装置等の発熱部品，発熱
素子の放熱部材などを収容した筐体内に、筐体の壁面な
らびにキーボード背面に、放熱部材を介して発熱素子も
しくは発熱部品（以下、発熱部材と記す）と熱的に接続
された放熱板を設置するとともに、蓄熱材料を密封した
蓄熱部材を放熱部材もしくは放熱板と熱的に接続して設
けた。

【００１０】また、蓄熱材料を金属製の偏平コンテナ内
に密封して蓄熱部材を構成し、筐体の壁面ならびにキー
ボード背面に設置するとともに、放熱部材を介して発熱
部材に熱的に接続した。また、さらに、蓄熱部材を偏平
状に構成し、電子装置を着脱可能にした。

【００１１】即ち、電子装置筐体内の発熱部材で発生し
た熱は、発熱部材に接続された放熱部材を介して筐体壁
面ならびにキーボード背面に設置された放熱板に伝熱さ
れ、放熱板で放熱板の面方向に拡散された後、外気に放
熱される。この時、放熱板に接続された蓄熱部材が発熱
部材で発生した熱の一部を吸収する。蓄熱部材が吸収す
る熱量は、含まれる蓄熱材料の量に応じて決まり、潜熱
蓄熱材料を用いると、その吸収熱量までは蓄熱部材の温
度がほぼ蓄熱材料の融解温度に保たれる。

【００１２】発熱部材が電気的な動作を開始して発熱が
始まると、蓄熱部材が温度上昇し、やがて蓄熱材料の融
解温度に達する。この後、蓄熱部材の温度は、発熱が続
いても蓄熱材料の吸収熱量に達するまでほぼ一定に保た
れる。一方、蓄熱部材と接続された放熱板からは、蓄熱
部材の融解温度で決まる熱量が放熱される。従って、適
当な融解温度を有する蓄熱材料を適量選択することによ
って、従来構造の筐体ならびにキーボード表面から放熱
される熱量（それらの表面積及び表面温度で決まる）に
加え、蓄熱部材で吸収される熱量まで発熱部材の冷却
が、筐体ならびにキーボード表面の温度を上昇させるこ
となく可能となる。

【００１３】蓄熱部材で吸収した熱量は、システムの休
止中（たとえば、電源 off時）、もしくは、発熱部材の
発熱が減少（動作，機能の待機中等）し、蓄熱部材の温
度が融解温度以下に下がったときに本蓄熱部材に接続さ
れた放熱板から放熱される。この時、放熱板を介した放
熱ができるので、蓄熱部材は、効率よく放熱され、速や
かに元の状態に戻る。従って、蓄熱部材の取り替えは不
要となる。

【００１４】また、蓄熱材料を金属製の偏平コンテナ内
に密封して蓄熱部材を構成し、筐体の壁面ならびにキー
ボード背面に設置することによって、蓄熱部材が、前記
説明にある放熱板の機能を兼用して作用する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に示す。図
１は、携帯型パーソナルコンピュータなどに代表される
薄型電子装置の内部断面図である。本実施例の電子装置
は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）等の特に発熱量の
大きい素子１(以下、ＣＰＵと記載)を搭載したサブ配線
基板６，サブ配線基板６及び複数の素子を搭載している
メイン基板１２，キーボード１４などを収容した筐体１
００からなる。

【００１６】筐体１００の底面部には、放熱板１１が敷
設されている。放熱板１１は、必要に応じて筐体底面と
ほぼ同面積で設置され、さらに筐体背面まで設置されて
もよい。また、筐体１００自体をＭｇ合金などの高熱伝
導性材料で成形することによって、放熱板１１を筐体１
００と兼用してもよい。ＣＰＵ１は、サブ配線基板６上
に実装され、柔軟熱伝導部材（たとえばＳｉゴムに酸化
アルミなどのフィラーを混入したもの）２を介して拡大
金属板８が取り付けられている。サブ配線基板２はコネ
クタを介してメイン基板１２に取り付けられる。

【００１７】この時、拡大金属板８は、放熱部材１０と
接触している。ＣＰＵ１の実装されたサブ基板６背面に
は、放熱部材７が柔軟熱伝導部材３を介してキーボード
１４の直下に設置される。放熱部材７とキーボードのベ
ース板５（熱伝導率の高い金属製であることが望まし
い）とは、蓄熱部材４０を用いて熱的に接続されてい
る。放熱部材７及びサブ基板６は、熱伝導性材料（銅，
真鋳，アルミなど）で成形されたボス９を介して放熱部
材１０の端部、メイン基板１２及び放熱板１１と共締め
され、かつ、熱的にも接続される。

【００１８】さらに、蓄熱部材４１が、放熱板１１とメ
イン基板１２に搭載された素子１５，１６との間に、一
方の面を放熱板１１に接触して設置される。なお、蓄熱
部材４０，４１の詳細な構造については、後述する（図
２）。本実施例では、ＣＰＵからキーボードのベース板
５，放熱板１１までが、柔軟熱伝導部材３，２、放熱部
材７，１０等を介して熱的に接続された場合の例である
が、ヒートパイプなどの熱輸送部材で接続されていても
よい。

【００１９】拡大金属板８，放熱板１１，放熱部材７
は、いずれも、面方向に熱を拡散して放熱効果を向上さ
せる。ＣＰＵ１で発生した熱の一部は、柔軟熱伝導部材
２，拡大金属板８，放熱部材１０，放熱板１１を介して
筐体１００の底面から外気に放熱される。さらにＣＰＵ
１で発生した熱の一部は、サブ基板６，柔軟熱伝導部材
３，放熱部材７を介し、キーボード１４の表面から放熱
される熱とボス９，放熱板１１を介して筐体１００の底
面から外気に放熱される熱とに分配される。

【００２０】本実施例では、ＣＰＵ１から、キーボード
１４の表面側、及び、放熱板１１を介して筐体１００の
底面側に分配された熱の一部を、それぞれ蓄熱部材４
０，４１によって吸収する。蓄熱部材は、潜熱蓄熱材料
を用いて構成すると、蓄熱材料の重量と融解潜熱で決ま
る吸収熱量までは蓄熱部材の温度がほぼ蓄熱材料の融解
温度に保たれる。従って、キーボード表面及び筐体底面
の温度は、蓄熱部材４０，４１の温度に応じた一定温度
に保たれる。

【００２１】蓄熱材料として、たとえば、ＮａＣＨ₃Ｃ
ＯＯ・３Ｈ₂Ｏを用いると、融解温度５８℃で１ｇ当り
２５１Ｊの熱量が吸収できる。すなわち、１００ｇ用い
れば１Ｗの熱を約７時間にわたり吸熱できることにな
る。蓄熱部材４０，４１で吸収した熱は、システムの休
止中（たとえば、電源 off時）、もしくは、発熱部材の
発熱が減少（動作，機能の待機中等）し、蓄熱部材の温
度が融解温度以下に下がったときに放熱される。この
時、蓄熱部材４０，４１が吸収した熱は、蓄熱部材４
０，４１に接続されたキーボードのベース板５，放熱板
１１を介して放熱されるため、効率よく放熱され、短時
間で元の状態に戻る。

【００２２】本実施例では、キーボード１４の表面側、
及び、筐体１００の底面側の筐体両面に分配された熱
を、それぞれ、蓄熱部材４０，４１によって吸収するよ
うにした。キーボード側の蓄熱部材４０は、キーボード
表面温度の上昇抑制に、筐体底面側の蓄熱部材４１は、
筐体底面温度の上昇抑制にそれぞれ有効である。すなわ
ち、操作者が直接触れる部位の温度が低減できるので不
快感を与えることがない。蓄熱部材は、発熱量，温度上
昇を抑制したい部位に応じて片面だけ、あるいは、一方
の面に複数箇所設置してもよい。また、図１に示した蓄
熱部材４１のように、メイン基板１２に搭載された発熱
素子１５，１６にも接続し、ＣＰＵの発熱と同時に他の
発熱部材からの熱も同時に吸収させるようにしてもよ
い。

【００２３】図２（ａ），（ｂ）に蓄熱部材の構造を示
す。図２（ａ）は、蓄熱材料２１を銅等の金属製の偏平
コンテナ２０内に密封して蓄熱部材４０，４１を構成し
た例である。図２（ｂ）は、不透湿性のシート２２を偏
平の袋状に成形し蓄熱材料２１を密封して蓄熱部材４
０，４１を構成した例である。不透湿性のシート２２
は、蓄熱部材から水成分が漏れ出さないように保護する
目的で用いられ、たとえば、アルミ箔を基材として樹脂
層を形成したラミネートシート等である。

【００２４】蓄熱材料２１として塩の水和物を用いる場
合、水が相分離するのを防ぐためにゲル化剤を混入して
もよい。図２（ａ）の構造の場合蓄熱材料を封入するコ
ンテナ自体を金属板としているので、蓄熱部材の面方向
の熱の拡散効果が得られる。従って、蓄熱材料が効率よ
く熱を吸収するだけでなく、蓄熱部材を放熱板（図１で
示した５，１１）と兼用することができる。

【００２５】一般に、発熱素子の冷却温度は、８０〜９
５℃，キーボード背面温度や筐体底面温度は５０〜６０
℃であるので、蓄熱材料としては、発熱素子，冷却部材
の冷却温度に応じた融解温度を持つ潜熱型の材料を適宜
選択する。たとえば、ＮａＣＨ₃ＣＯＯ・３Ｈ₂Ｏの融解
温度は５８℃で、これを用いて構成した蓄熱部材は、キ
ーボード背面や筐体底面に敷設される放熱板に設置され
るのが適当である。また、Ｂａ(ＯＨ)₂・８Ｈ₂Ｏの融解
温度は７８℃であるので、これを用いた蓄熱部材は、発
熱素子に直接接続される放熱部材など、冷却温度がさら
に高い部位に用いることができる。蓄熱部材と放熱板も
しくは放熱部材との熱的接続は、両者の接触面に高熱伝
導性のグリースや柔軟シートなどを介して接触させるの
が有効であるが、単に接触だけ、あるいは接着剤などに
よる貼り合わせでもよい。この場合、放熱部材の冷却設
計温度と蓄熱材料の融解温度との関係及び吸収熱量に応
じて両者間の熱抵抗を整合させる。

【００２６】次に、図３を用いて本実施例の動作につい
て説明する。図３は、時間ｔ＝０で発熱が開始した後
の、放熱板の温度と経過時間との関係を、本発明を用い
た場合と用いない場合とで比較したものである。図３で
は、それぞれの場合を実線と破線で模式的に示した。実
線は、放熱板に蓄熱部材が接続された場合である。本発
明を用いない場合（破線）、時間とともに温度が上昇
し、温度Ｔｏで定常状態に保たれる。従って、発熱部材
は、Ｔｏが、あらかじめ定められた許容温度以下になる
発熱量までしか冷却できない。

【００２７】一方、本発明（実線）によると、放熱板の
温度が上昇し蓄熱材料が融解温度Ｔｍに達すると、蓄熱
材料の融解が始まり、熱を吸収する。蓄熱材料がすべて
融解するまで、すなわち、吸熱量が蓄熱材料の重量と融
解潜熱で決まる吸収可能熱量に達するまで温度がＴｍに
一定に保たれる。この時、放熱板からは、Ｔｍ近傍の放
熱板温度で決まる熱が放熱される。そこで、吸収可能熱
量に達する前にシステムが停止（時間toff）、もしく
は、発熱部材の発熱量が減少すれば、放熱板温度がＴｍ
以上に上昇することはない。温度Ｔｍを許容温度以下に
選べば、温度Ｔｍの放熱板が放熱する熱量より大きな発
熱量を有する発熱部材が冷却できることになる。

【００２８】蓄熱部材で吸収された熱は、toff後に放出
される。この時、吸収した熱がすべて放熱されるまで、
温度は、Ｔｍに保たれる。すなわち、図３のハッチング
領域Ａの面積が吸収熱量に対応し、それと等しい面積の
ハッチング領域Ｂがtoff後の放熱量に対応している。し
かし、蓄熱材料の量が不十分で、吸収可能熱量が小さい
と、細線で示した温度変化を示し、温度が再び上昇を始
める。この場合、温度を常時モニターし、許容温度以上
に上昇したら待機状態に移行（発熱量の減少）する等の
動作制御を行ってもよい。

【００２９】一般に、特に携帯型などの電子装置では、
１日２４時間連続運転されることはない。従って、１回
に運転される時間（０〜toff）及び吸熱量に応じて、蓄
熱材料の重量を決定する。たとえば、１回で８時間稼動
する場合を考える。蓄熱材料としてＮａＣＨ₃ＣＯＯ・
３Ｈ₂Ｏ（融解潜熱２５１Ｊ／ｇ）を用いると、２３０
ｇあれば２Ｗ吸熱できる。代表的な高性能ＣＰＵの発熱
量が８〜１０Ｗであるので、十分有効な放熱効果が得ら
れる。

【００３０】図４に他の実施例を示す。本実施例は、蓄
熱部材４２を図１に示した実施例と類似の構造の電子装
置内に収容されるハードディスクドライブ装置２４に適
用した例である。ハードディスクドライブ装置２４は、
常時発熱しているわけではなく、データの授受時及びそ
れに伴うデータの書き込み，読み出しの際に発熱する。
また、発熱量もＣＰＵ１に比べ十分小さい。従って、適
当な融解温度（ハードディスクドライブ装置の許容温度
以下）を有する適当量の蓄熱材量２１で構成される蓄熱
部材４２を用いれば、ハードディスクドライブ装置２４
の発熱時に蓄熱部材で吸熱し、非発熱時に蓄熱部材から
放熱するようにでき、電子装置のシステム全体が連続的
に作動していても、蓄熱材料の融解温度で決まる温度以
上にハードディスクドライブ装置の温度が上昇すること
がない。

【００３１】図５，図６に他の実施例を示す。本実施例
は、蓄熱部材もしくは蓄熱部材を備えた付属電子装置を
電子装置と着脱可能のオプション部品として提供できる
ようにしたものである。図５は、本実施例の電子装置の
斜視図で、電子装置１０１の側面からカード状の蓄熱部
材４３もしくは蓄熱部材を備えた付属電子装置４３′を
装着できる構造となっている。図６に装着時の断面図を
示す。電子装置は、図１に示した実施例と類似の構造
で、発熱素子１とキーボード１４背面のベース板５とが
放熱部材（７，３）を介して熱的に接続されている。

【００３２】蓄熱部材４３は、電子装置への装着時に、
キーボード１４背面のベース板５に接触する。蓄熱部材
４３の装着によって、蓄熱部材４３は、ベース板５から
吸熱し、キーボード１４表面温度を低減する。キーボー
ド表面は、オペレータが直接触れる部位であるが、人に
よって不快と感ずる温度が異なる。従って、蓄熱部材を
キーボード表面温度の低減を目的としたオプション部品
として準備することは有効である。

【００３３】また、電子装置内に蓄熱部材４３が装着さ
れたことを検知する手段(図示せず)を備えておき、蓄熱
部材４３が装着された時これを検知して、電子装置自体
が処理能力を増大するようにしてもよい。この場合、処
理能力向上に伴い発熱素子１の発熱量が増大するが、蓄
熱部材４３によって吸熱することによって温度上昇を抑
えることができる。また、上記蓄熱部材を電子装置に装
着する付属電子装置と一体構造とすることによって、付
属電子装置が電子装置に装着され、作動，発熱した時の
付属電子装置自体の冷却ができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、冷却に係る消費電力の
増加を伴わないで、筐体表面の温度上昇を抑えながら電
子装置の筐体表面積及び許容表面温度で決まる放熱量以
上の発熱量を有する発熱部材の冷却が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である薄型電子装置の断面
図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は図１に用いる蓄熱部材の断
面図。

【図３】図１の動作を説明する特性図。

【図４】本発明の第２実施例である電子装置の断面図。

【図５】本発明の第３実施例である電子装置の斜視図。

【図６】本発明の第３実施例である電子装置の断面図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、５…キーボード背面ベース板、６，１２…
配線基板、７，１０…放熱部材、１１…放熱板、２１…
蓄熱材料、４０，４１…蓄熱部材、１００…筐体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板上に搭載され電子回路を構成する
複数の素子及び記憶装置等の発熱部材，キーボード，発
熱部材と熱的に接続された放熱部材，放熱部材と熱的に
接続された放熱板などを収容した筐体からなる電子装置
であって、前記放熱部材もしくは放熱板に蓄熱部材が熱
的に接続されたことを特徴とする電子装置。