JPWO2004082349A1 - 電子機器の冷却構造 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、発熱体を冷却する技術として、発熱体から回収した熱を、冷却液を熱伝達媒体として筐体表示部側に運び、当該表示部側に設けられた放熱部で放熱することにより発熱体の冷却を行う技術がある。このような技術としては、特開2002−182797号公報に開示されている。
特開2002−182797号公報に開示されている技術は、受熱ヘッドを介して、冷却液を満たしたチューブを発熱体に接続することにより、冷却液が当該発熱体から熱を回収するとともに、当該チューブを表示部の液晶表示板と表示部筐体との間に這わせることにより回収された熱を放熱する技術である。これにより、筐体内部で局所的に発生した熱の放熱を表示部筐体も利用してより広範囲で行うことができる。
しかし、当該技術では、放熱には自然空冷(自然放熱)を利用しているため、冷却効率を向上するにしても限度がある。また、放熱量を増大させるには、筐体を大型化する必要があるため、装置の小型化や薄型化などの要求に十分に応えることができない。また、筐体からの放熱を利用するため、筐体の温度上昇は避けられず、それに触れた使用者に不快感を与えることになる。
特開平11−177264号公報にも上記特開2002−182797号公報に記載のものと同様の冷却技術が開示されており、同様の問題点を有している。
そこで、大型化を抑制しつつ冷却効果を向上させる技術として、特開2002−163041号公報では、表示部側に設けられた放熱部での熱の拡散をファンにより強制的に行う技術が開示されている。
しかし、特開2002−163041号公報の冷却技術において、ファンにより強制空冷するといっても、表示部筐体に特別な断熱処理を施しているわけではないので、放熱時の相当量の熱が表示部筐体に伝達されることは避けられない。従って、表示部筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与える可能性は否定できない。
ファンによる強制空冷を利用する技術は、他にも特開平11−87961号公報や特開平10−213370号公報にも開示されている。これら公報に記載の冷却技術は、いずれも放熱部において筐体に対する断熱処理を行うものではなく、放熱すべき熱量が大きくなると筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与えることは避けられない。
本発明の第1の側面に係る電子機器の冷却構造は、筐体の内部に配置された少なくとも1つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行うものであって、上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、上記断熱空間内に設けられた放熱部と、上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱することを特徴としている。
このような構成によると、放熱部が断熱空間内に設けられているため、発熱体で生じる熱が増大し、放熱部がより高温となる場合においても、放熱部近傍に存在する電子部品や筐体自体が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体における発熱量が増大しても、放熱部近傍に存在する電子部品が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲(例えば、40℃以下)に保つのも比較的容易となる。
本発明は、従来の一般的な冷却構造とは全く逆の思想に基づいている。すなわち、従来においては、冷却を促進するために放熱利用できる面積をできる限り大きくするのが通常であった。従って、特開平11−87961号公報のように発熱体とは仕切られた空間内でファンにより強制的に冷却を行う場合であっても、その仕切られた空間と筐体との間での伝熱を妨げるような工夫はなされていなかった。これに対して、本発明では、冷却を断熱空間で行うようにしている。断熱空間内であれば、その内部の温度が上昇しても隣接する筐体や部品に熱が伝達することがないから差し支えないという考え方に基づくものであり、従来とは全く異なるものである。
本発明の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体の外部に配置されている別の筐体に設けられている。
本発明の別の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている。チルト機構が冷却のためにも兼用されるという意義がある。
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、断熱空間は、コネクタ及び/又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている。この場合には、保護カバーが冷却のためにも兼用されるという意義がある。
好ましくは、放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している。このような構成によると、ペルチエ素子のヒートポンプ機能により、吸熱面に接続されている放熱部の冷却が効率的に行え、ひいては発熱体の冷却が効率的に行える。また、発熱面の温度が放熱部より高くなるため、発熱面と空気との温度差は、放熱部と空気との温度差より大きくなり、空気への伝熱速度がさらに向上する。つまり、ペルチエ素子は、ファンによる放熱体の強制空冷を補助し、冷却機能をより高める効果を有する。
好ましくは、発熱体の温度を監視するための監視手段と、上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否か判定する判定手段と、上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている。このような構成によると、発熱体において生じる熱が増大してファンのみでは放熱部の強制空冷が十分でなくなった場合にのみ必要な程度に応じてペルチエ素子の駆動を行うことができる。そのため、電力の消費量を低減することができるとともに、ペルチエ素子を駆動することにより当該ペルチエ素子において生じる熱の発生量も低減することができる。
本発明の好ましい実施形態では、上記伝熱部材は、銅及び/又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される。
また、上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む2層構造を有するのが好ましい。この構成により、断熱作用が信頼性の高いものとなる。
本発明の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体にに対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる。
本発明の別の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも1つの伝熱経路を含んでいる。
図2は、同冷却構造の要部拡大図である。
図3は、上記冷却構造の要部を拡大した概略側面図である。
図4は、図3の線IV−IVに沿った断面図である。
図5は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略正面図である。
図6は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略背面図である。
図7は、図4の断面図における要部拡大図である。
図8は、第1実施形態の第1変形例を表す要部拡大図である。
図9は、第1実施形態の第2変形例を表す要部拡大図である。
図10は、第1実施形態の第3変形例を表す要部拡大側面図である。
図11は、同第3変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
図12は、第1実施形態の第4変形例を表す要部拡大側面図である。
図13は、同第4変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
図14は、第1実施形態の第5変形例を表す要部拡大側面図である。
図15は、同第5変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
図16は、本発明の第2実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
図17は、図16に示す冷却構造の要部拡大側面図である。
図18は、図17の線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。
図19は、図16に示す電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
図20は、第2実施形態の第1変形例を表す斜視図である。
図21は、同第1変形例における電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
図22は、本発明の第3実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
図23は、図22に示す電子機器の右側面図である。
図24は、図22に示す電子機器の左側面図である。
図25は、図22に示す電子機器の背面図である。
図26は、図22に示す冷却構造の要部拡大正面図である。
図27は、図22に示す冷却構造の要部拡大背面図である。
図28は、図26及び図27の線XXVIII−XXVIIIに沿った断面図である。
図29は、本発明の第4実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
図30は、図29に示す冷却構造の要部拡大平面図である。
図31は、図30の線XXXI−XXXIに沿った断面図である。
図32は、図30の線XXXII−XXXIIに沿った断面図である。
本発明の第1実施形態に係るノート型PCの冷却構造について、図1〜図15を参照しつつ、具体的に説明する。
図1は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Yとから構成されているノート型PCの概略正面図である。なお、図1において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。また、図2は、図1における要部拡大図である。
本体部Xには、図1に示したように、筐体10内部で支持された回路基板1が配置され、当該回路基板1には、ノート型PCを動作させるのに必要な電気・電子素子や集積回路、電子回路群などが搭載されるとともに、ノート型PCの駆動時に発熱源となるCPUやMPU、チップセットなどが配置されている。また、記憶部としてのハードディスクドライブや電源としてのバッテリ部などの他の発熱源も本体部Xに収容されている。なお、これ以降、本実施形態において、ノート型PCの駆動時に発熱源となるCPUやMPU、チップセットなど、及び、ハードディスクドライブやバッテリ部などを発熱量の大きいものから順に発熱体2a,2b,…(後述する図8を参照)と称する。ただし、図1上では、最も発熱量が大きい発熱体2aのみを冷却する構造を表す。
発熱体2aには、図2に示したように、熱伝達ペースト3を介して受熱部4が熱的に接合されている。熱伝達ペースト3は、発熱体2aと受熱部4との間の隙間を埋めることによって、発熱体2aから生じる熱をより効率的に受熱部4に伝達するために設けられている。熱伝達ペースト3としては、サーマルコンパウンドなどが挙げられる。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を効率的に伝熱手段5に伝達することにより、発熱体2aに熱が蓄積するのを抑制するために設けられている。受熱部4としては、冷媒が内部を循環する構造を有する熱交換器や、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる伝熱ブロックなどが挙げられる。また、伝熱手段5としては、チューブに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプを用いて循環させる構造、ヒートパイプ、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる金属材料などが挙げられる。
以下、本実施形態においては、図1及び図2に示したように、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行う。
図3は、ノート型PCの要部を拡大した概略側面図である。また、図4は、図3の線IV−IVに沿った断面図である。なお、図3において、本体部筐体10及び表示部筐体20の内部構造を表すために一部を断面で表示している。
本実施形態におけるノート型PCの冷却構造は、図3に示したように、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内を循環する冷媒により回収し、チューブ5aを介して表示部筐体20内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7へ熱を伝搬し、当該放熱体7から熱をノート型PCの外部に排出するものである。
断熱空間6は、図3に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体40により規定されている。断熱構造体40は、筐体20の前面璧20a側に設けられたディスプレイユニット21と、筐体20の背面璧20bとの間に設けられている。この断熱構造体40は、図4によく表れているように、赤外線反射材により形成された内壁部40aと、当該内壁部40aを覆うように低熱伝導性材料により形成された外壁部40bとからなる二重璧構造を有している。赤外線反射材としては、アルミニウムやステンレスなどが挙げられ、低熱伝導性材料としては、ガラスウールや石綿、発泡スチロール、発泡ウレタンなどが挙げられる。なお、断熱構造体40は、上述のような二重璧構造に限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図3に示すように、基端部(表示部Y起立時の下端部)及び他端部(表示部Y起立時の上端部)が開放されている。上記遊端部が筐体20に設けられている空気取入口21aを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとして機能し、遊端部が筐体20に設けられている空気排出口21bを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとして機能する。また、断熱構造体40の流入口42aには、ファン22が取り付けられている。ファン22としては、シロッコ型ファンなどが挙げられる。
断熱構造体40内部の断熱空間6には、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70と、複数のフィン71とを有している。熱交換器7を構成する材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ステンレスなどの金属、又はそれらの金属を含む合金などが挙げられる。
図5〜図6は、熱交換器7の一例を示す概略図であり、図5は、その正面図、図6は、その背面図である。また、図7は、図4に示す断面図の要部拡大図である。
図5に示したように、冷媒流路70は蛇行状であり、両端の接続部70aにおいてチューブ5aに接続されており、当該チューブ5aから流入する冷媒が冷媒流路70内を循環することにより当該冷媒が有する熱をフィン71(図6参照)に効率的に伝達することができる構造を有している。また、図7によく表れているように、冷媒流路70の内部断面は、略矩形状であり、その高さh1は例えば2〜5mm、幅w1は例えば7〜13mmである。但し、冷媒流路70の構造は、図5及び図7に示したものに限られない。
図6に示したように、フィン71は、冷媒流路70を循環する冷媒から回収した熱を空気中へ効率的に放熱するために放熱面積を向上させる目的で設けられており、ファン22により断熱空間6(図3参照)に取り込まれた外気により強制空冷することができる構造を有している。また、図6及び図7によく表れているように、フィン71は、略直方体状であり、その高さh2は2〜5mm、厚さt2は0.5〜1.5mm、配置ピッチp2は5〜15mmである。但し、フィン71の構造は、図6に示したものに限られない。
熱交換器4と放熱体7との間におけるチューブ5aの引き廻しは、例えば次のように行われる。すなわち、図1及び図3に示したように、熱交換器4に接続されたチューブ5aを、本体部Xに表示部Yを相対回転可能に連結するためのヒンジ部30を介して表示部Yの筐体20内に引き込み、当該筐体20内の断熱空間6に配置された放熱体7(冷媒流露70の接続部70a)に接続するのである。
ヒンジ部30は、図1に示したように、中空の構造を有しており、当該中空部分にチューブ5aを貫通させることにより、引き廻しが行われている。このような構成にしたことにより、チューブ5aは、回動動作に伴う負荷が加わることなく、本体部Xと表示部Yとの間を引き廻すことが可能となる。なお、ヒンジ部30におけるチューブ5aの引き廻し構造は上述のものに限られず、本体部Xに対する表示部Yの回動動作に伴う負荷がチューブ5aに加わらない構造であればよい。
チューブ5aとしては、ブチルゴム系チューブ、フッ素樹脂系チューブ、フッ素ゴム系チューブあるいはシリコンゴム系チューブなどのフレキシブルチューブなどが挙げられる。フレキシブルチューブは、柔軟性に優れているため、ノート型PCの組み立て時における引き廻しを容易に行うことができる。
以上に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、放熱体7が断熱空間6内に設けられているため、発熱体2aで生じる熱が増大し、放熱体7がより高温となる場合においても、放熱体7近傍に存在するディスプレイユニット21や筐体20が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体2aにおける発熱量が増大しても、ディスプレイユニット21が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体20の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲(例えば、40℃以下)に保つのも比較的容易となる。
また、放熱体7が高温となっても、その熱が断熱空間6にとどまり、表示部筐体20等への熱伝達の心配がないので、ファン22を過剰に高速で回転させたり、過剰に大型化したりする必要はない。従って、電子機器の小型化や薄型化の要望に反することなく、発熱体2aの高機能化や高速化を図ることができる。
さらに、断熱空間6という比較的限られた空間内でファン22を用いて集中的に放熱を行うことによって、放熱体7ひいては発熱体2aの冷却をより効率的に行うことができる。
本発明による以上の効果の確認のために、第1実施形態に係る構造を採用した場合において、次のような試験を行った。すなわち、厚さt3が5mmの銅製伝熱板に対して冷媒流路70(h1:3mm、w1:10mm)及びフィン71(h2:3mm、t2:1mm、p2:10mm)を形成することにより得られる熱交換器7と、シロッコ型ファン22(商品名:UDQFMMH01、九州松下製)とを用いて、ノート型PCを室温(25℃)で駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、フィン71の表面温度は65℃となったが、表示部筐体20の外壁温度は38℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれた。しかし、同様の条件(室温)で、従来の冷却構造(発熱体2aに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造)を有するノート型PCを駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、放熱フィンの表面温度60℃であり、当該放熱フィン近傍の表示部筐体20の外壁温度は50℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難であった。
上述の第1実施形態においては、発熱体2aのみについての冷却構造を示したものである。しかしながら、第1実施形態の第1変形例を示す図8に表れるように、複数の発熱体2a,2b,2cからなる群より選択される2以上の発熱体を一連の冷却構造により冷却する構成にしてもよい。この場合、発熱体2a,2b,2cから生じる熱の回収をより効率的に行うために、チューブ5aの引き廻しを、発熱体2a,2b,2cに対応する受熱部4a,4b,4cが並列となるように行うことが好ましい。直列接続では、一つの受熱部を通過するごとに冷却媒体の温度が上昇し、その分だけ他の受熱部で受け取れる熱量が少なくなるからである。
また、第1実施形態の第2変形例を示す図9に表れるように、発熱体2a,2b,2c,2dのうち一部を直列に配列する必要がある場合は、発熱量の小さい発熱体(図9では、発熱体2d)が上流側になるように配列するのが好ましい。上流の受熱部4dで受け取る熱量が少なければ、その分だけ下流の受熱部4cで受け取れる熱量が増加するからである。
上記第1実施形態において、放熱体7にペルチエ素子を接続してもよい。ペルチエ素子は、発熱面と吸熱面とを有しており、発熱面側を断熱空間6に開放し、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して放熱体7に、熱的かつ機械的に接続される。このような構成にすると、ペルチエ素子の作用により吸熱面から発熱面に熱を汲み上げて断熱空間6に放出するので、フィン71による放熱作用よりも効率的に冷却を行える。
また、発熱体2aと熱交換器4との間にペルチエ素子を介在させてもよい。この場合、ペルチエ素子は、発熱面側で熱伝導性ペーストを介して熱交換器4に熱的かつ機械的に接続され、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して発熱体2aに、熱的かつ機械的に接続される。このような構成によっても、より効率的に冷却を行える。
また、ペルチエ素子の駆動電力を制御するためのシステムをさらに設けてもよい。この制御システムは、発熱体2aの温度を監視する監視手段と、当該監視手段によって監視された発熱体2aの温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、当該判定手段による判定結果に応じてペルチエ素子の駆動電力を制御する制御手段とを有している。このような構成にすると、ペルチエ素子における電力消費量を抑制できるのに加え、ペルチエ素子において生じる発熱量も抑制できる。
図10及び図11は、第1実施形態の第3変形例を示している。この第3変形例では、ファン22を介して断熱空間6に冷却用空気を取り入れるための空気取入口21aにカバー23を設けている。このような構成にすることにより、図11に示すように、空気取入口21aが上向きとなる場合(すなわち、ノート型PCを閉じた場合)においても、表示部筐体20内への異物の侵入を抑制できる。従って、異物が筐体20内に入ることにより生じる問題(ディスプレイユニット21の劣化など)問題が発生し難くなり、信頼性が向上する。
図12及び図13は、第1実施形態の第4変形例を示している。この第4変形例では、筐体20とカバー23との間にヒンジ部24を介在させることによって、表示部筐体20に対してカバー23を相対回転可能な構造にしている。このような構成によると、ノート型PCの不使用時(図12参照)に空気取入口21をカバー23により閉じることができ、筐体20内への異物の侵入をより効果的に抑制できる。従って、異物進入による問題がより発生し難くなり、信頼性がさらに向上する。
図14及び図15は、第1実施形態の第5変形例を示している。この第5変形例では、表示部筐体20に揺動可能に取り付けられたカバー23と本体部筐体10との間に一対のリンク25a,25bを介装している。より具体的には、各リンク25a,25bの一端部がカバー23に回転自在に接続され、他端部が本体部筐体10に回転自在に接続されている。この結果、両リンク25a,25bにより平行リンク機構25が形成されることになり、表示部Yの開閉と連動してカバー23が開閉することになる。このような構成によると、表示部Yを開くのとは別にカバーを開く作業をする必要がないのに加え、ノート型PCの不使用時(表示部Yを閉じた状態)に空気取入口21aをカバー23により自動的に閉じることができ、筐体20内への異物の侵入も効果的に抑制できる。従って、当該構造を有するカバー23を設けると信頼性に優れるとともに、利便性にも優れている。
次に、本発明の第2の実施形態に係るノート型PCの冷却構造ついて、図16〜図19を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型PCの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してあり、それらのものについての重複説明は省略する。
図16及び図17は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Y及び放熱部Zとから構成されているノート型PCを示しており、図16はその正面図、図17はその側面図である。図18は、図17の線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。なお、図16において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。
本体部Xは、図16に示したように、筐体10内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。第2実施形態では、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
発熱体2aには、図16に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
以下、第2実施形態においても、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。
本実施形態の冷却構造は、熱交換器4に接続され且つ冷媒を充填したチューブ5aを、冷媒循環用ポンプ5bと本体部Xに放熱部Zを相対回転可能に連結するためのヒンジ部50(図16及び図17参照)とを介して放熱部Zの筐体60内に引き廻し、当該筐体60内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7に接続している。これにより、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内を循環する冷媒により回収及び伝搬し、放熱体7から熱をノート型PCの外部に排出するものである。
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図18に示すように、放熱部筐体60の内部に設けられている。放熱部筐体60は、筒状であり、一端部に空気取入口60aを有し、他端部に空気排出口60bを有する。同様に断熱構造体40も両端部が開放された筒状であり、図18には明確に表れていないが、図4に示した2層の断熱構造になっている。断熱構造体40の一端部は筐体60の空気取入口60aを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなり、他端部は筐体60の空気排出口60bを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとなっている。また、筐体60の空気取入口60a及び空気排出口60bには、矢印A方向に冷却空気を流すための軸流ファン22’が取り付けられている。なお、軸流ファン22’は、空気取入口60a及び空気排出口60bのいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
図18に示すように、断熱空間6には、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70と、空気の流動方向(矢印A方向)に沿って延びる複数のフィン71とを有している。
以上の構成を備える第2実施形態の冷却動作原理は、前述した第1実施形態とほぼ同様であるので説明は省略する。第2実施形態においては、放熱部Zは、本体部Xにヒンジ部50を介して揺動可能に連結されているので、チルト機構としての機能を追加的に発揮することができる。すなわち、放熱部Zを図17に示すような収納状態から本体部Xに対して揺動させ、図19に示すように、本体部Xを傾斜支持状態にすることにより本体部Xに適当な角度Cが付与され、ノート型PCの操作性が向上する。また、図17に示したように、放熱部Zが本体部Xの背後に収納された状態において、本体部Xの筐体10の背面10aに設けられているインターフェースコネクタ(図示せず)などが覆われた状態になるとともに、図19に示したように、放熱部Zを本体部Xに対して揺動させるとコネクタを露出させることができる。従って、放熱部Zは、コネクタカバーとしての機能も追加的に併せ持つことになる。
図20及び21は、第2本実施形態の変形例を示す。この変形例は、図16〜19に示す冷却構造を省スペース型PCに流用したものである。このデスクトップPCは、表示部兼本体部X’を有しており、この表示部兼本体部X’はその一方の側部にフロッピィディスクドライブやカードスロットなどのスロット部9を備えている。表示部兼本体部X’には、ヒンジ部50を介して放熱部Zが揺動可能に連結されている。また、図示していないが、省スペース型PCは、ワイヤレスキーボードも含んでいる。放熱部Zに関連する冷却構造は、図16〜19に示したものでほぼ同じであり、その説明は省略する。
上記変形例によれば、図20に示すように、放熱部Zによりスロット部9を覆った状態と、図21に示すように、放熱部Zを表示部兼本体部X’に対して揺動させてスロット部9を露出させた状態とを選択できる。従って、放熱部Zは、冷却機能に加えて、スロット部9を保護するためのスロットカバーとしての機能を併せ持つこととなる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る省スペース型PCの冷却構造ついて、図22〜29を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明した冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
図22〜図25は、表示部兼本体部X’、当該表示部兼本体部X’に相対回転可能に連結される放熱部Zとから構成されている省スペース型PCの概略図であり、図22はその正面図、図23はその右側面図、図24はその左側面図、図25はその背面図である。また、図26〜図27は、放熱部Zの拡大概略図であり、図26はその正面図、図27はその背面図である。さらに、図28は、図26及び図27の線XXVIII−XXVIIIに沿った断面図である。なお、図22において表示部兼本体部X’の筐体10’の外形線、図26及び図27において放熱部Zの筐体60及びヒンジ部50の外形線は、二点鎖線で表している。
表示部兼本体部X’は、図22に示したように、筐体10’内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。第3実施形態でも、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
発熱体2aには、図22に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
以下、第3実施形態においては、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。
第3実施形態の冷却構造は、熱交換器4に接続され且つ冷媒を充填したチューブ5aを、冷媒循環用ポンプ5bと表示部兼本体部X’に放熱部Zを相対回転可能に連結するためのヒンジ部50(図22〜図27参照)とを介して放熱部Zの筐体60内に引き廻し、当該筐体60内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7に接続している。これにより、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内の冷媒により回収及び伝搬し、放熱体7から熱を省スペース型PCの外部に排出するものである。
断熱空間6は、図28に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体40により規定されている。この断熱構造体40の2層構造については、第1実施形態のものとほぼ同様であるので、ここでは説明しない。断熱構造体40は、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体60に設けられている空気取入口60a(図25参照)を介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなっており、他端部が筐体60に設けられている空気排出口60b(図24参照)を介して外気へ空気を排出させるための流出口(図示せず)となっている。また、図28に示したように、空気取入口60aには、ファン22が取り付けられている。なお、図28においては、ファン22は、2個取り付けられているが、取付け数はこれに限られず、1個でもよいし、3個以上でもよい。又はファン22の取付け位置も空気取入口60a付近に限られず、例えば空気排出口60b付近に取り付けてもよい。
断熱空間6には、図28に示すように、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70(図27参照)と、空気の流動方向である矢印A方向に沿って延びる複数のフィン71(図26参照)とを有している。
以上述べた第3実施形態に係る冷却構造においても、発熱体2aで発生した熱を断熱空間6に導き、そこで集中的に冷却を行うようにしたので、第1実施形態の冷却構造と同一の利点が得られる。しかも、放熱部Zの筐体60は、表示部兼本体部X’を傾斜支持するためのチルト脚としての機能も兼ね備えているので、冷却だけのために別途筐体を追加する必要もない。
次に、本発明の第4の実施形態に係るノート型PCの冷却構造ついて、図29〜図32を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型PCあるいは省スペース型PCの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
図29は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Yとから構成されているノート型PCを表す正面図である。図30は、本体部Xの平面図である。図31は、図30の線XXXI−XXXIに沿った断面図である。図32は、図30の線XXXII−XXXIIに沿った断面図である。なお、図29〜図30において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。
本体部Xは、図29に示したように、筐体10内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。なお、本実施形態では、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
発熱体2aには、図29に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
以下、本実施形態においては、受熱部4として伝熱ブロック、伝熱手段5としてヒートパイプを用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。なお、伝熱ブロック4には、図30に示したように、ヒートパイプ5の一端部を挿入することができる穴4aが設けられている。
本実施形態の冷却構造は、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された伝熱ブロック4を介して、当該伝熱ブロック4に一端部が接続されたヒートパイプ5により回収及び伝搬し、本体部Xの筐体10内に設けられた断熱空間6に配置され且つヒートパイプ5の他端部が接続された放熱体7からノート型PCの外部に排出するものである。
伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続方法としては、例えば、ヒートパイプ5の一端部を穴4aに挿入する一方、伝熱ブロック4とヒートパイプ5とを溶接あるいはハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、熱伝導性接着剤を介在させて伝熱ブロック4とヒートパイプ5とを接続させる方法でもよい。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
放熱体7とヒートパイプ5との接続方法としては、例えば、図31に示すように、放熱体7の平面部7aにヒートパイプ5の他端部を接触させた状態において、ハンダ80を用いて放熱体7とヒートパイプ5とをハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、放熱体7とヒートパイプ5との接続方法は、上述の方法の他に、例えば、放熱体7とヒートパイプ5とを熱伝導性接着剤で張り付ける方法、放熱体7とヒートパイプ5とを溶接する方法、放熱体7の平面部7aに溝を設けて、この溝にヒートパイプ5を圧入する方法、放熱体7の平面部7aにヒートパイプ5を載置後、ヒートパイプ5に金属製の薄板を被せて熱伝導性接着剤により放熱体7、ヒートパイプ5及び金属製薄板を相互に接着する方法などがある。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、放熱体7とヒートパイプ5との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
断熱空間6は、図31に示すように、内部に空気の流路を有し、内壁部40aと、外壁部40bとからなる断熱構造体40により規定されている。なお、断熱構造体40は、上述のような二重璧構造の限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図32に示すように、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体10に設けられている空気取入口10bを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなり、他端部が筐体10に設けられている空気排出口10cを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとなっている。また、空気排出口10cには、矢印A方向に空気を流通させるための軸流ファン22’が取り付けられている。なお、軸流ファン22’は、空気取入口10b側に設けてもよいし、空気取入口10b及び空気排出口10cの両方に設けるようにしてもよい。
図32に示すように、断熱空間6に配置された放熱体7(全長L4、全体幅w4)は、空気の流動方向(矢印AB方向)に沿って延びる複数のフィン71(高さh2、厚さt2、ピッチp2)を有している。
上記構成を有する第4実施形態の冷却構造において、例えば、フィン71(h2:30mm、t2:1mm、p2:2mm)を有する放熱体7(L4:200mm、w4:30mm)と、軸流ファン22’(商品名:UDQFBDB01、九州松下製)とを用いて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型PCを室温(25℃)で駆動させる試験を行った。その結果、発熱体2aの温度は70℃、フィン71の表面温度は60℃となるが、筐体10の外壁温度は35℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれている。しかし、同様の条件(室温)で、従来の冷却構造(発熱体2aに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造)を有するノート型PCを駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、放熱フィンの表面温度60℃であり、当該放熱フィン近傍の筐体10の外壁温度は50℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難である。
また、第1実施形態において説明したのと同様の方法により、発熱体2aと熱交換器4との間にペルチエ素子(商品名:FPH1−12707T、フジタカ製)を介在させて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型PCを室温(25℃)で駆動させた場合、フィン71の表面温度は60℃となるが、発熱体2aの表面温度を30℃まで下げることができる。従って、発熱体2aがCPUの場合、当該CPUの演算処理能力をより向上させることが可能となる。
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、添付の請求の範囲に記載した発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 筐体の内部に配置された少なくとも1つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行う電子機器の冷却構造であって、
上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、
空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、
上記断熱空間内に設けられた放熱部と、
上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、
上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、
上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱することを特徴とする、電子機器の冷却構造。
【請求項2】 上記断熱空間は、上記筐体の外部に上記伝熱手段を介して接続されている別の筐体に設けられている、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項3】 上記断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項4】 上記断熱空間は、コネクタ及び/又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項5】 上記放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項6】 上記発熱体の温度を監視するための監視手段と、
上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、
上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている、請求項5に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項7】 上記伝熱部材は、銅及び/又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項8】 上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む2層構造を有する、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項9】 上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体に対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【請求項10】 上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも1つの伝熱経路を含んでいる、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明は、電子機器の冷却構造に関し、特に、ノート型パーソナルコンピュータなどの省スペース型電子機器の冷却構造に関する。
【0002】
【背景技術】
近年、電子機器に対する高性能化が急速に進んでいる。特に、電子機器内部における発熱源であるCPUやチップセットなど(以下、「発熱体」と称する)の高機能化や高速化は留まるところがない。また一方で、電子機器、特にノート型パーソナルコンピュータ(以下、「ノート型PC」と略称する)などの省スペース型電子機器に対する小型化や薄型化などの要求も強い。これらの状況により、電子機器における単位容積あたりの発熱量の急増が予想される。その結果、電子機器の温度が上昇し、たとえばCPUなどが熱により暴走したり、破壊したりするおそれがある。そのため、電子機器の温度上昇を抑制するために発熱体を従来の冷却方法よりも効率よく冷却する必要がある。
【0003】
そこで、発熱体を冷却する技術として、発熱体から回収した熱を、冷却液を熱伝達媒体として筐体表示部側に運び、当該表示部側に設けられた放熱部で放熱することにより発熱体の冷却を行う技術がある。このような技術としては、特開2002−182797号公報に開示されている。
【0004】
特開2002−182797号公報に開示されている技術は、受熱ヘッドを介して、冷却液を満たしたチューブを発熱体に接続することにより、冷却液が当該発熱体から熱を回収するとともに、当該チューブを表示部の液晶表示板と表示部筐体との間に這わせることにより回収された熱を放熱する技術である。これにより、筐体内部で局所的に発生した熱の放熱を表示部筐体も利用してより広範囲で行うことができる。
【0005】
しかし、当該技術では、放熱には自然空冷(自然放熱)を利用しているため、冷却効率を向上するにしても限度がある。また、放熱量を増大させるには、筐体を大型化する必要があるため、装置の小型化や薄型化などの要求に十分に応えることができない。また、筐体からの放熱を利用するため、筐体の温度上昇は避けられず、それに触れた使用者に不快感を与えることになる。
【0006】
特開平11−177264号公報にも上記特開2002−182797号公報に記載のものと同様の冷却技術が開示されており、同様の問題点を有している。
【0007】
そこで、大型化を抑制しつつ冷却効果を向上させる技術として、特開2002−163041号公報では、表示部側に設けられた放熱部での熱の拡散をファンにより強制的に行う技術が開示されている。
【0008】
しかし、特開2002−163041号公報の冷却技術において、ファンにより強制空冷するといっても、表示部筐体に特別な断熱処理を施しているわけではないので、放熱時の相当量の熱が表示部筐体に伝達されることは避けられない。従って、表示部筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与える可能性は否定できない。
【0009】
ファンによる強制空冷を利用する技術は、他にも特開平11−87961号公報や特開平10−213370号公報にも開示されている。これら公報に記載の冷却技術は、いずれも放熱部において筐体に対する断熱処理を行うものではなく、放熱すべき熱量が大きくなると筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与えることは避けられない。
【0010】
【発明の開示】
そこで、本発明は、発熱体を効率的に冷却するとともに、当該発熱体から回収された熱を放熱するための放熱部が高温になることに起因する筐体へ諸影響を抑制できる電子機器の冷却構造を提供することを目的としている。
【0011】
本発明の第1の側面に係る電子機器の冷却構造は、筐体の内部に配置された少なくとも1つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行うものであって、上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、上記断熱空間内に設けられた放熱部と、上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱することを特徴としている。
【0012】
このような構成によると、放熱部が断熱空間内に設けられているため、発熱体で生じる熱が増大し、放熱部がより高温となる場合においても、放熱部近傍に存在する電子部品や筐体自体が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体における発熱量が増大しても、放熱部近傍に存在する電子部品が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲(例えば、40℃以下)に保つのも比較的容易となる。
【0013】
本発明は、従来の一般的な冷却構造とは全く逆の思想に基づいている。すなわち、従来においては、冷却を促進するために放熱利用できる面積をできる限り大きくするのが通常であった。従って、特開平11−87961号公報のように発熱体とは仕切られた空間内でファンにより強制的に冷却を行う場合であっても、その仕切られた空間と筐体との間での伝熱を妨げるような工夫はなされていなかった。これに対して、本発明では、冷却を断熱空間で行うようにしている。断熱空間内であれば、その内部の温度が上昇しても隣接する筐体や部品に熱が伝達することがないから差し支えないという考え方に基づくものであり、従来とは全く異なるものである。
【0014】
本発明の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体の外部に配置されている別の筐体に設けられている。
【0015】
本発明の別の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている。チルト機構が冷却のためにも兼用されるという意義がある。
【0016】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、断熱空間は、コネクタ及び/又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている。この場合には、保護カバーが冷却のためにも兼用されるという意義がある。
【0017】
好ましくは、放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している。このような構成によると、ペルチエ素子のヒートポンプ機能により、吸熱面に接続されている放熱部の冷却が効率的に行え、ひいては発熱体の冷却が効率的に行える。また、発熱面の温度が放熱部より高くなるため、発熱面と空気との温度差は、放熱部と空気との温度差より大きくなり、空気への伝熱速度がさらに向上する。つまり、ペルチエ素子は、ファンによる放熱部の強制空冷を補助し、冷却機能をより高める効果を有する。
【0018】
好ましくは、発熱体の温度を監視するための監視手段と、上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている。このような構成によると、発熱体において生じる熱が増大してファンのみでは放熱部の強制空冷が十分でなくなった場合にのみ必要な程度に応じてペルチエ素子の駆動を行うことができる。そのため、電力の消費量を低減することができるとともに、ペルチエ素子を駆動することにより当該ペルチエ素子において生じる熱の発生量も低減することができる。
【0019】
本発明の好ましい実施形態では、上記伝熱部材は、銅及び/又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される。
【0020】
また、上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む2層構造を有するのが好ましい。この構成により、断熱作用が信頼性の高いものとなる。
【0021】
本発明の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体に対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる。
【0022】
本発明の別の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも1つの伝熱経路を含んでいる。
【0023】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電子機器の冷却構造について説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、本発明が適用される電子機器の例として、いわゆるノート型PCなどの省スペース型パーソナルコンピュータを例にとって説明を行うこととする。
【0024】
本発明の第1実施形態に係るノート型PCの冷却構造について、図1〜図15を参照しつつ、具体的に説明する。
【0025】
図1は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Yとから構成されているノート型PCの概略正面図である。なお、図1において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。また、図2は、図1における要部拡大図である。
【0026】
本体部Xには、図1に示したように、筐体10内部で支持された回路基板1が配置され、当該回路基板1には、ノート型PCを動作させるのに必要な電気・電子素子や集積回路、電子回路群などが搭載されるとともに、ノート型PCの駆動時に発熱源となるCPUやMPU、チップセットなどが配置されている。また、記憶部としてのハードディスクドライブや電源としてのバッテリ部などの他の発熱源も本体部Xに収容されている。なお、これ以降、本実施形態において、ノート型PCの駆動時に発熱源となるCPUやMPU、チップセットなど、及び、ハードディスクドライブやバッテリ部などを発熱量の大きいものから順に発熱体2a,2b,…(後述する図8を参照)と称する。ただし、図1上では、最も発熱量が大きい発熱体2aのみを冷却する構造を表す。
【0027】
発熱体2aには、図2に示したように、熱伝達ペースト3を介して受熱部4が熱的に接合されている。熱伝達ペースト3は、発熱体2aと受熱部4との間の隙間を埋めることによって、発熱体2aから生じる熱をより効率的に受熱部4に伝達するために設けられている。熱伝達ペースト3としては、サーマルコンパウンドなどが挙げられる。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を効率的に伝熱手段5に伝達することにより、発熱体2aに熱が蓄積するのを抑制するために設けられている。受熱部4としては、冷媒が内部を循環する構造を有する熱交換器や、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる伝熱ブロックなどが挙げられる。また、伝熱手段5としては、チューブに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプを用いて循環させる構造、ヒートパイプ、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる金属材料などが挙げられる。
【0028】
以下、本実施形態においては、図1及び図2に示したように、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行う。
【0029】
図3は、ノート型PCの要部を拡大した概略側面図である。また、図4は、図3の線IV−IVに沿った断面図である。なお、図3において、本体部筐体10及び表示部筐体20の内部構造を表すために一部を断面で表示している。
【0030】
本実施形態におけるノート型PCの冷却構造は、図3に示したように、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内を循環する冷媒により回収し、チューブ5aを介して表示部筐体20内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7へ熱を伝搬し、当該放熱体7から熱をノート型PCの外部に排出するものである。
【0031】
断熱空間6は、図3に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体40により規定されている。断熱構造体40は、筐体20の前面壁20a側に設けられたディスプレイユニット21と、筐体20の背面壁20bとの間に設けられている。この断熱構造体40は、図4によく表れているように、赤外線反射材により形成された内壁部40aと、当該内壁部40aを覆うように低熱伝導性材料により形成された外壁部40bとからなる二重壁構造を有している。赤外線反射材としては、アルミニウムやステンレスなどが挙げられ、低熱伝導性材料としては、ガラスウールや石綿、発泡スチロール、発泡ウレタンなどが挙げられる。なお、断熱構造体40は、上述のような二重壁構造に限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
【0032】
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図3に示すように、基端部(表示部Y起立時の下端部)及び他端部(表示部Y起立時の上端部)が開放されている。上記遊端部が筐体20に設けられている空気取入口21aを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとして機能し、遊端部が筐体20に設けられている空気排出口21bを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとして機能する。また、断熱構造体40の流入口42aには、ファン22が取り付けられている。ファン22としては、シロッコ型ファンなどが挙げられる。
【0033】
断熱構造体40内部の断熱空間6には、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70と、複数のフィン71とを有している。熱交換器7を構成する材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ステンレスなどの金属、又はそれらの金属を含む合金などが挙げられる。
【0034】
図5〜図6は、熱交換器7の一例を示す概略図であり、図5は、その正面図、図6は、その背面図である。また、図7は、図4に示す断面図の要部拡大図である。
【0035】
図5に示したように、冷媒流路70は蛇行状であり、両端の接続部70aにおいてチューブ5aに接続されており、当該チューブ5aから流入する冷媒が冷媒流路70内を循環することにより当該冷媒が有する熱をフィン71(図6参照)に効率的に伝達することができる構造を有している。また、図7によく表れているように、冷媒流路70の内部断面は、略矩形状であり、その高さh1は例えば2〜5mm、幅w1は例えば7〜13mmである。但し、冷媒流路70の構造は、図5及び図7に示したものに限られない。
【0036】
図6に示したように、フィン71は、冷媒流路70を循環する冷媒から回収した熱を空気中へ効率的に放熱するために放熱面積を向上させる目的で設けられており、ファン22により断熱空間6(図3参照)に取り込まれた外気により強制空冷することができる構造を有している。また、図6及び図7によく表れているように、フィン71は、略直方体状であり、その高さh2は2〜5mm、厚さt2は0.5〜1.5mm、配置ピッチp2は5〜15mmである。但し、フィン71の構造は、図6に示したものに限られない。
【0037】
熱交換器4と放熱体7との間におけるチューブ5aの引き廻しは、例えば次のように行われる。すなわち、図1及び図3に示したように、熱交換器4に接続されたチューブ5aを、本体部Xに表示部Yを相対回転可能に連結するためのヒンジ部30を介して表示部Yの筐体20内に引き込み、当該筐体20内の断熱空間6に配置された放熱体7(冷媒流路70の接続部70a)に接続するのである。
【0038】
ヒンジ部30は、図1に示したように、中空の構造を有しており、当該中空部分にチューブ5aを貫通させることにより、引き廻しが行われている。このような構成にしたことにより、チューブ5aは、回動動作に伴う負荷が加わることなく、本体部Xと表示部Yとの間を引き廻すことが可能となる。なお、ヒンジ部30におけるチューブ5aの引き廻し構造は上述のものに限られず、本体部Xに対する表示部Yの回動動作に伴う負荷がチューブ5aに加わらない構造であればよい。
【0039】
チューブ5aとしては、ブチルゴム系チューブ、フッ素樹脂系チューブ、フッ素ゴム系チューブあるいはシリコンゴム系チューブなどのフレキシブルチューブなどが挙げられる。フレキシブルチューブは、柔軟性に優れているため、ノート型PCの組み立て時における引き廻しを容易に行うことができる。
【0040】
以上に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、放熱体7が断熱空間6内に設けられているため、発熱体2aで生じる熱が増大し、放熱体7がより高温となる場合においても、放熱体7近傍に存在するディスプレイユニット21や筐体20が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体2aにおける発熱量が増大しても、ディスプレイユニット21が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体20の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲(例えば、40℃以下)に保つのも比較的容易となる。
【0041】
また、放熱体7が高温となっても、その熱が断熱空間6にとどまり、表示部筐体20等への熱伝達の心配がないので、ファン22を過剰に高速で回転させたり、過剰に大型化したりする必要はない。従って、電子機器の小型化や薄型化の要望に反することなく、発熱体2aの高機能化や高速化を図ることができる。
【0042】
さらに、断熱空間6という比較的限られた空間内でファン22を用いて集中的に放熱を行うことによって、放熱体7ひいては発熱体2aの冷却をより効率的に行うことができる。
【0043】
本発明による以上の効果の確認のために、第1実施形態に係る構造を採用した場合において、次のような試験を行った。すなわち、厚さt3が5mmの銅製伝熱板に対して冷媒流路70(h1:3mm、w1:10mm)及びフィン71(h2:3mm、t2:1mm、p2:10mm)を形成することにより得られる熱交換器7と、シロッコ型ファン22(商品名:UDQFMMH01、九州松下製)とを用いて、ノート型PCを室温(25℃)で駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、フィン71の表面温度は65℃となったが、表示部筐体20の外壁温度は38℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれた。しかし、同様の条件(室温)で、従来の冷却構造(発熱体2aに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造)を有するノート型PCを駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、放熱フィンの表面温度60℃であり、当該放熱フィン近傍の表示部筐体20の外壁温度は50℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難であった。
【0044】
上述の第1実施形態においては、発熱体2aのみについての冷却構造を示したものである。しかしながら、第1実施形態の第1変形例を示す図8に表れるように、複数の発熱体2a,2b,2cからなる群より選択される2以上の発熱体を一連の冷却構造により冷却する構成にしてもよい。この場合、発熱体2a,2b,2cから生じる熱の回収をより効率的に行うために、チューブ5aの引き廻しを、発熱体2a,2b,2cに対応する受熱部4a,4b,4cが並列となるように行うことが好ましい。直列接続では、一つの受熱部を通過するごとに冷却媒体の温度が上昇し、その分だけ他の受熱部で受け取れる熱量が少なくなるからである。
【0045】
また、第1実施形態の第2変形例を示す図9に表れるように、発熱体2a,2b,2c,2dのうち一部を直列に配列する必要がある場合は、発熱量の小さい発熱体(図9では、発熱体2d)が上流側になるように配列するのが好ましい。上流の受熱部4dで受け取る熱量が少なければ、その分だけ下流の受熱部4cで受け取れる熱量が増加するからである。
【0046】
上記第1実施形態において、放熱体7にペルチエ素子を接続してもよい。ペルチエ素子は、発熱面と吸熱面とを有しており、発熱面側を断熱空間6に開放し、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して放熱体7に、熱的かつ機械的に接続される。このような構成にすると、ペルチエ素子の作用により吸熱面から発熱面に熱を汲み上げて断熱空間6に放出するので、フィン71による放熱作用よりも効率的に冷却を行える。
【0047】
また、発熱体2aと熱交換器4との間にペルチエ素子を介在させてもよい。この場合、ペルチエ素子は、発熱面側で熱伝導性ペーストを介して熱交換器4に熱的かつ機械的に接続され、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して発熱体2aに、熱的かつ機械的に接続される。このような構成によっても、より効率的に冷却を行える。
【0048】
また、ペルチエ素子の駆動電力を制御するためのシステムをさらに設けてもよい。この制御システムは、発熱体2aの温度を監視する監視手段と、当該監視手段によって監視された発熱体2aの温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、当該判定手段による判定結果に応じてペルチエ素子の駆動電力を制御する制御手段とを有している。このような構成にすると、ペルチエ素子における電力消費量を抑制できるのに加え、ペルチエ素子において生じる発熱量も抑制できる。
【0049】
図10及び図11は、第1実施形態の第3変形例を示している。この第3変形例では、ファン22を介して断熱空間6に冷却用空気を取り入れるための空気取入口21aにカバー23を設けている。このような構成にすることにより、図11に示すように、空気取入口21aが上向きとなる場合(すなわち、ノート型PCを閉じた場合)においても、表示部筐体20内への異物の侵入を抑制できる。従って、異物が筐体20内に入ることにより生じる問題(ディスプレイユニット21の劣化など)が発生し難くなり、信頼性が向上する。
【0050】
図12及び図13は、第1実施形態の第4変形例を示している。この第4変形例では、筐体20とカバー23との間にヒンジ部24を介在させることによって、表示部筐体20に対してカバー23を相対回転可能な構造にしている。このような構成によると、ノート型PCの不使用時(図12参照)に空気取入口21aをカバー23により閉じることができ、筐体20内への異物の侵入をより効果的に抑制できる。従って、異物進入による問題がより発生し難くなり、信頼性がさらに向上する。
【0051】
図14及び図15は、第1実施形態の第5変形例を示している。この第5変形例では、表示部筐体20に揺動可能に取り付けられたカバー23と本体部筐体10との間に一対のリンク25a,25bを介装している。より具体的には、各リンク25a,25bの一端部がカバー23に回転自在に接続され、他端部が本体部筐体10に回転自在に接続されている。この結果、両リンク25a,25bにより平行リンク機構25が形成されることになり、表示部Yの開閉と連動してカバー23が開閉することになる。このような構成によると、表示部Yを開くのとは別にカバーを開く作業をする必要がないのに加え、ノート型PCの不使用時(表示部Yを閉じた状態)に空気取入口21aをカバー23により自動的に閉じることができ、筐体20内への異物の侵入も効果的に抑制できる。従って、当該構造を有するカバー23を設けると信頼性に優れるとともに、利便性にも優れている。
【0052】
次に、本発明の第2の実施形態に係るノート型PCの冷却構造について、図16〜図19を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型PCの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してあり、それらのものについての重複説明は省略する。
【0053】
図16〜図18は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Y及び放熱部Zとから構成されているノート型PCを示しており、図16はその正面図、図17はその側面図であり、図18は、図17の線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。なお、図16において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。
【0054】
本体部Xは、図16に示したように、筐体10内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。第2実施形態では、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【0055】
発熱体2aには、図16に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
【0056】
以下、第2実施形態においても、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。
【0057】
本実施形態の冷却構造は、熱交換器4に接続され且つ冷媒を充填したチューブ5aを、冷媒循環用ポンプ5bと本体部Xに放熱部Zを相対回転可能に連結するためのヒンジ部50(図16及び図17参照)とを介して放熱部Zの筐体60内に引き廻し、当該筐体60内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7に接続している。これにより、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内を循環する冷媒により回収及び伝搬し、放熱体7から熱をノート型PCの外部に排出するものである。
【0058】
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図18に示すように、放熱部筐体60の内部に設けられている。放熱部筐体60は、筒状であり、一端部に空気取入口60aを有し、他端部に空気排出口60bを有する。同様に断熱構造体40も両端部が開放された筒状であり、図18には明確に表れていないが、図4に示した2層の断熱構造になっている。断熱構造体40の一端部は筐体60の空気取入口60aを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなり、他端部は筐体60の空気排出口60bを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとなっている。また、筐体60の空気取入口60a及び空気排出口60bには、矢印A方向に冷却空気を流すための軸流ファン22’が取り付けられている。なお、軸流ファン22’は、空気取入口60a及び空気排出口60bのいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
【0059】
図18に示すように、断熱空間6には、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70と、空気の流動方向(矢印A方向)に沿って延びる複数のフィン71とを有している。
【0060】
以上の構成を備える第2実施形態の冷却動作原理は、前述した第1実施形態とほぼ同様であるので説明は省略する。第2実施形態においては、放熱部Zは、本体部Xにヒンジ部50を介して揺動可能に連結されているので、チルト機構としての機能を追加的に発揮することができる。すなわち、放熱部Zを図17に示すような収納状態から本体部Xに対して揺動させ、図19に示すように、本体部Xを傾斜支持状態にすることにより本体部Xに適当な角度Cが付与され、ノート型PCの操作性が向上する。また、図17に示したように、放熱部Zが本体部Xの背後に収納された状態において、本体部Xの筐体10の背面10aに設けられているインターフェースコネクタ(図示せず)などが覆われた状態になるとともに、図19に示したように、放熱部Zを本体部Xに対して揺動させるとコネクタを露出させることができる。従って、放熱部Zは、コネクタカバーとしての機能も追加的に併せ持つことになる。
【0061】
図20及び21は、第2実施形態の変形例を示す。この変形例は、図16〜19に示す冷却構造を省スペース型PCに流用したものである。このデスクトップPCは、表示部兼本体部X’を有しており、この表示部兼本体部X’はその一方の側部にフロッピィディスクドライブやカードスロットなどのスロット部9を備えている。表示部兼本体部X’には、ヒンジ部50を介して放熱部Zが揺動可能に連結されている。また、図示していないが、省スペース型PCは、ワイヤレスキーボードも含んでいる。放熱部Zに関連する冷却構造は、図16〜19に示したものとほぼ同じであり、その説明は省略する。
【0062】
上記変形例によれば、図20に示すように、放熱部Zによりスロット部9を覆った状態と、図21に示すように、放熱部Zを表示部兼本体部X’に対して揺動させてスロット部9を露出させた状態とを選択できる。従って、放熱部Zは、冷却機能に加えて、スロット部9を保護するためのスロットカバーとしての機能を併せ持つこととなる。
【0063】
次に、本発明の第3の実施形態に係る省スペース型PCの冷却構造ついて、図22〜29を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明した冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
【0064】
図22〜図25は、表示部兼本体部X’、当該表示部兼本体部X’に相対回転可能に連結される放熱部Zとから構成されている省スペース型PCの概略図であり、図22はその正面図、図23はその右側面図、図24はその左側面図、図25はその背面図である。また、図26〜図27は、放熱部Zの拡大概略図であり、図26はその正面図、図27はその背面図である。さらに、図28は、図26及び図27の線XXVIII−XXVIIIに沿った断面図である。なお、図22において表示部兼本体部X’の筐体10’の外形線、図26及び図27において放熱部Zの筐体60及びヒンジ部50の外形線は、二点鎖線で表している。
【0065】
表示部兼本体部X’は、図22に示したように、筐体10’内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。第3実施形態でも、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【0066】
発熱体2aには、図22に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
【0067】
以下、第3実施形態においては、受熱部4として熱交換器、伝熱手段5としてチューブ5aに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ5bを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。
【0068】
第3実施形態の冷却構造は、熱交換器4に接続され且つ冷媒を充填したチューブ5aを、冷媒循環用ポンプ5bと表示部兼本体部X’に放熱部Zを相対回転可能に連結するためのヒンジ部50(図22〜図26参照)とを介して放熱部Zの筐体60内に引き廻し、当該筐体60内に設けられた断熱空間6に配置された放熱体7に接続している。これにより、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された熱交換器4内の冷媒により回収及び伝搬し、放熱体7から熱を省スペース型PCの外部に排出するものである。
【0069】
断熱空間6は、図28に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体40により規定されている。この断熱構造体40の2層構造については、第1実施形態のものとほぼ同様であるので、ここでは説明しない。断熱構造体40は、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体60に設けられている空気取入口60a(図25参照)を介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなっており、他端部が筐体60に設けられている空気排出口60b(図24参照)を介して外気へ空気を排出させるための流出口(図示せず)となっている。また、図28に示したように、空気取入口60aには、ファン22が取り付けられている。なお、図28においては、ファン22は、2個取り付けられているが、取付け数はこれに限られず、1個でもよいし、3個以上でもよい。又はファン22の取付け位置も空気取入口60a付近に限られず、例えば空気排出口60b付近に取り付けてもよい。
【0070】
断熱空間6には、図28に示すように、放熱体7としての熱交換器が配置されている。この熱交換器7は、冷媒流路70(図27参照)と、空気の流動方向である矢印A方向に沿って延びる複数のフィン71(図26参照)とを有している。
【0071】
以上述べた第3実施形態に係る冷却構造においても、発熱体2aで発生した熱を断熱空間6に導き、そこで集中的に冷却を行うようにしたので、第1実施形態の冷却構造と同一の利点が得られる。しかも、放熱部Zの筐体60は、表示部兼本体部X’を傾斜支持するためのチルト脚としての機能も兼ね備えているので、冷却だけのために別途筐体を追加する必要もない。
【0072】
次に、本発明の第4の実施形態に係るノート型PCの冷却構造ついて、図29〜図32を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型PCあるいは省スペース型PCの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
【0073】
図29は、本体部Xと、当該本体部Xに相対回転可能に連結される表示部Yとから構成されているノート型PCを表す正面図である。図30は、本体部Xの平面図である。図31は、図30の線XXXI−XXXIに沿った断面図である。図32は、図30の線XXXII−XXXIIに沿った断面図である。なお、図29〜図30において、本体部Xの筐体10の外形線、及び表示部Yの筐体20の外形線は、二点鎖線で表示している。
【0074】
本体部Xは、図29に示したように、筐体10内に回路基板1及び発熱体2aを備えている。なお、本実施形態では、発熱体2aのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第1実施形態の第1変形例(図8)及び第2変形例(図9)に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【0075】
発熱体2aには、図29に示したように、熱伝達ペースト(図示せず)を介して受熱部4が熱的に接合されている。受熱部4は、発熱体2aから回収した熱を伝熱手段5に伝達するために設けられている。
【0076】
以下、本実施形態においては、受熱部4として伝熱ブロック、伝熱手段5としてヒートパイプを用いて説明を行うが、受熱部4及び伝熱手段5は、これらに限られない。なお、伝熱ブロック4には、図30に示したように、ヒートパイプ5の一端部を挿入することができる穴4aが設けられている。
【0077】
本実施形態の冷却構造は、発熱体2aから生じる熱を、当該発熱体2aに熱的に接合された伝熱ブロック4を介して、当該伝熱ブロック4に一端部が接続されたヒートパイプ5により回収及び伝搬し、本体部Xの筐体10内に設けられた断熱空間6に配置され且つヒートパイプ5の他端部が接続された放熱体7からノート型PCの外部に排出するものである。
【0078】
伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続方法としては、例えば、ヒートパイプ5の一端部を穴4aに挿入する一方、伝熱ブロック4とヒートパイプ5とを溶接あるいはハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、熱伝導性接着剤を介在させて伝熱ブロック4とヒートパイプ5とを接続させる方法でもよい。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、伝熱ブロック4とヒートパイプ5との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
【0079】
放熱体7とヒートパイプ5との接続方法としては、例えば、図31に示すように、放熱体7の平面部7aにヒートパイプ5の他端部を接触させた状態において、ハンダ80を用いて放熱体7とヒートパイプ5とをハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、放熱体7とヒートパイプ5との接続方法は、上述の方法の他に、例えば、放熱体7とヒートパイプ5とを熱伝導性接着剤で張り付ける方法、放熱体7とヒートパイプ5とを溶接する方法、放熱体7の平面部7aに溝を設けて、この溝にヒートパイプ5を圧入する方法、放熱体7の平面部7aにヒートパイプ5を載置後、ヒートパイプ5に金属製の薄板を被せて熱伝導性接着剤により放熱体7、ヒートパイプ5及び金属製薄板を相互に接着する方法などがある。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、放熱体7とヒートパイプ5との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
【0080】
断熱空間6は、図31に示すように、内部に空気の流路を有し、内壁部40aと、外壁部40bとからなる断熱構造体40により規定されている。なお、断熱構造体40は、上述のような二重壁構造の限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
【0081】
断熱空間6を規定する断熱構造体40は、図32に示すように、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体10に設けられている空気取入口10bを介して断熱空間6内へ冷却用空気を流入させるための流入口42aとなり、他端部が筐体10に設けられている空気排出口10cを介して外気へ空気を排出させるための流出口42bとなっている。また、空気排出口10cには、矢印A方向に空気を流通させるための軸流ファン22’が取り付けられている。なお、軸流ファン22’は、空気取入口10b側に設けてもよいし、空気取入口10b及び空気排出口10cの両方に設けるようにしてもよい。
【0082】
図32に示すように、断熱空間6に配置された放熱体7(全長L4、全体幅w4)は、空気の流動方向(矢印A方向)に沿って延びる複数のフィン71(高さh2、厚さt2、ピッチp2)を有している。
【0083】
上記構成を有する第4実施形態の冷却構造において、例えば、フィン71(h2:30mm、t2:1mm、p2:2mm)を有する放熱体7(L4:200mm、w4:30mm)と、軸流ファン22’(商品名:UDQFBDB01、九州松下製)とを用いて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型PCを室温(25℃)で駆動させる試験を行った。その結果、発熱体2aの温度は70℃、フィン71の表面温度は60℃となるが、筐体10の外壁温度は35℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれている。しかし、同様の条件(室温)で、従来の冷却構造(発熱体2aに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造)を有するノート型PCを駆動させた場合、発熱体2aの温度は70℃、放熱フィンの表面温度60℃であり、当該放熱フィン近傍の筐体10の外壁温度は50℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難である。
【0084】
また、第1実施形態において説明したのと同様の方法により、発熱体2aと熱交換器4との間にペルチエ素子(商品名:FPH1−12707T、フジタカ製)を介在させて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型PCを室温(25℃)で駆動させた場合、フィン71の表面温度は60℃となるが、発熱体2aの表面温度を30℃まで下げることができる。従って、発熱体2aがCPUの場合、当該CPUの演算処理能力をより向上させることが可能となる。
【0085】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、添付の請求の範囲に記載した発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図2】
図2は、同冷却構造の要部拡大図である。
【図3】
図3は、上記冷却構造の要部を拡大した概略側面図である。
【図4】
図4は、図3の線IV−IVに沿った断面図である。
【図5】
図5は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略正面図である。
【図6】
図6は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略背面図である。
【図7】
図7は、図4の断面図における要部拡大図である。
【図8】
図8は、第1実施形態の第1変形例を表す要部拡大図である。
【図9】
図9は、第1実施形態の第2変形例を表す要部拡大図である。
【図10】
図10は、第1実施形態の第3変形例を表す要部拡大側面図である。
【図11】
図11は、同第3変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図12】
図12は、第1実施形態の第4変形例を表す要部拡大側面図である。
【図13】
図13は、同第4変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図14】
図14は、第1実施形態の第5変形例を表す要部拡大側面図である。
【図15】
図15は、同第5変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図16】
図16は、本発明の第2実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図17】
図17は、図16に示す冷却構造の要部拡大側面図である。
【図18】
図18は、図17の線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。
【図19】
図19は、図16に示す電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
【図20】
図20は、第2実施形態の第1変形例を表す斜視図である。
【図21】
図21は、同第1変形例における電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
【図22】
図22は、本発明の第3実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図23】
図23は、図22に示す電子機器の右側面図である。
【図24】
図24は、図22に示す電子機器の左側面図である。
【図25】
図25は、図22に示す電子機器の背面図である。
【図26】
図26は、図22に示す冷却構造の要部拡大正面図である。
【図27】
図27は、図22に示す冷却構造の要部拡大背面図である。
【図28】
図28は、図26及び図27の線XXVIII−XXVIIIに沿った断面図である。
【図29】
図29は、本発明の第4実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図30】
図30は、図29に示す冷却構造の要部拡大平面図である。
【図31】
図31は、図30の線XXXI−XXXIに沿った断面図である。
【図32】
図32は、図30の線XXXII−XXXIIに沿った断面図である。
Claims (10)
- 筐体の内部に配置された少なくとも1つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行う電子機器の冷却構造であって、
上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、
空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、
上記断熱空間内に設けられた放熱部と、
上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、
上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、
上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱することを特徴とする、電子機器の冷却構造。 - 上記断熱空間は、上記筐体の外部に上記伝熱手段を介して接続されている別の筐体に設けられている、請求項1に記截の電子機器の冷却構造。
- 上記断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記断熱空間は、コネクタ及び/又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記発熱体の温度を監視するための監視手段と、
上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否か判定する判定手段と、
上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている、請求項5に記載の電子機器の冷却構造。 - 上記伝熱部材は、銅及び/又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む2層構造を有する、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体にに対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
- 上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも1つの伝熱経路を含んでいる、請求項1に記載の電子機器の冷却構造。
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