WO2023214480A1 - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

本技術の一形態に係る冷却装置は、冷却ファンと、ダクト部とを具備する。前記冷却ファンは、ディスプレイ面及び前記ディスプレイ面と相対する背面を有する携帯端末の、前記背面に配置される。前記ダクト部は、前記冷却ファンから供給される空気を前記ディスプレイ面に送風する。これにより、ディスプレイの視認性やタッチパネルやキー等を含む操作部の操作性を犠牲にすることなく携帯端末の冷却効率の向上を実現することが可能となる。

Description

冷却装置

　本技術は、スマートフォン等の携帯端末の冷却に適用可能な冷却装置に関する。

　特許文献１には、携帯型電子機器本体とクレードル装置とからなる携帯電子機器が記載される。この携帯電子機器は、クレードル装置から電力を入力する第１の入力端子へ電力が出力されている場合に光ディスクドライブで発生した熱を放熱可能な放熱部を有する。これにより、小型化と光ディスクドライブから発生する熱を有効に発熱しながら光ディスクに対する信号の記録をすることが図られている（特許文献１の明細書段落［００３１］～［０３５］図２等）。

特開２００７－２１３１２１号公報

　このような、携帯端末の冷却において、冷却効率の向上を実現することが可能な技術が求められている。

　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、冷却効率の向上を実現することが可能な冷却装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る冷却装置は、冷却ファンと、ダクト部とを具備する。
　前記冷却ファンは、ディスプレイ面及び前記ディスプレイ面と相対する背面を有する携帯端末の、前記背面に配置される。
　前記ダクト部は、前記冷却ファンから供給される空気を前記ディスプレイ面に送風する。

　この冷却装置では、ディスプレイ面及びディスプレイ面と相対する背面を有する携帯端末の、背面に配置される冷却ファンと、冷却ファンから供給される空気をディスプレイ面に送風するダクト部とを有する。これにより、冷却効率の向上を実現することが可能となる。

　前記ダクト部は、前記背面から前記ディスプレイ面の周辺を覆い、前記ディスプレイ面に前記空気が送風されるように指向性を与える屈曲部を有してもよい。

　前記冷却装置であって、さらに、前記冷却ファンと前記屈曲部との間に前記携帯端末を挿入可能な挿入部を有してもよい。この場合、前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記屈曲部へ前記空気を誘導する通路を有してもよい。前記通路は、前記挿入部に前記携帯端末が挿入されることで形成されてもよい。

　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面の少なくとも２方向から前記空気が送風されるように配置されてもよい。

　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面に対して、第１の方向から前記空気を送風する第１の屈曲部と、前記第１の方向とは異なる第２の方向から前記空気を送風する第２の屈曲部とを有してもよい。この場合、前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記第１の屈曲部へ前記空気を誘導する第１の通路と、前記冷却ファンから前記第２の屈曲部へ前記空気を誘導する第２の通路とを有してもよい。前記第１の通路は、前記第２の通路とは太さが異なってもよい。

　前記第１の通路及び第２の通路の太さは、前記携帯端末から発せられる熱の分布に基づいて設定されてもよい。

　前記ダクト部は、ユーザの前記携帯端末に関する操作を妨げない切欠部を有してもよい。

　前記冷却装置であって、さらに、前記冷却ファンから前記通路へ前記空気を誘導する拡散板を有してもよい。この場合、前記拡散板は、前記第１の通路へ前記空気を誘導する第１の孔と、前記第２の通路へ前記空気を誘導する第２の孔とを有してもよい。

　前記第１の孔の面積は、前記第１の通路の太さに基づいて設定されてもよい。この場合、前記第２の孔の面積は、前記第２の通路の太さに基づいて設定されてもよい。

冷却装置の外観を模式的に示す図である。 拡散板の外観を模式的に示す図である。 切欠部の外観を模式的に示す図である。 冷却ファンにより吸気された空気の流れを模式的に示す図である。 携帯端末のモデルの形状の違いに応じたシミュレーションを示す模式図である。 携帯端末の各モデルにおける空気の流れを模式的に示す図である。

　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

　［冷却装置の外観］
　図１は、本技術に係る冷却装置１００の外観を模式的に示す図である。

　本実施形態では、冷却装置１００は、スマートフォンやタブレット等の携帯端末１を冷却するための装置である。また本実施形態では、携帯端末１は、横長の画面でゲームコンテンツを利用した際の状況を想定している。すなわち、ユーザは、携帯端末の短辺（後述する第１の屈曲部２１ａ及び第２の屈曲部２１ｂ）を持ち、ディスプレイ面２を触れることで操作を行う。

　図１に示すように冷却装置１００は、冷却ファン１０と、ダクト部２０と、挿入部３０とを有する。

　冷却ファン１０は、携帯端末１のディスプレイ面２と相対する背面３に配置される。冷却ファン１０は、周辺の空気を吸気することで、ダクト部２０へと空気を供給する。なお、冷却ファン１０の配置される箇所は限定されない。例えば、携帯端末１の熱の分布や、ユーザの持つ手の位置に応じて、背面３の任意の箇所に配置されてもよい。また冷却ファン１０以外にも、供給される空気を冷却するペルチェ素子等が配置されてもよい。

　ダクト部２０は、冷却ファン１０から供給される空気をディスプレイ面２に送風する。本実施形態では、ダクト部２０は、屈曲部２１及び切欠部２２を有する。

　挿入部３０は、冷却ファン１０と屈曲部２１との間にあり、携帯端末１を挿入できる。本実施形態では、挿入部３０は、屈曲部２１を含むダクト部２０により形成される携帯端末１の形状に応じた形状の空洞（窪み）である。挿入部３０に挿入された携帯端末１は、屈曲部２１により保持される。挿入部３０への挿入方法は限定されず、屈曲部２１がゴム等の弾性体でもよいし、第１の屈曲部２１ａ又は第２の屈曲部２１ｂが取り外し可能に構成されることで携帯端末１がスライドされて挿入されてもよい。

　本実施形態では、挿入部３０に携帯端末１が挿入されることで、冷却ファン１０から屈曲部２１へ空気を誘導する通路４０が形成される。また本実施形態では通路４０は、携帯端末１の長辺方向に沿った２つの方向に分かれる。すなわち、冷却ファン１０により供給される空気は、２つの通路４０（第１の通路４０ａ及び第２の通路４０ｂ）に沿って別れ、異なる方向からディスプレイ面２に送風される。

　屈曲部２１は、背面３からディスプレイ面２の周辺を覆い、ディスプレイ面２に空気が送風されるように指向性を与える。本実施形態では、屈曲部２１は、コの字型（U-shaped）の形状を有する。図１に示すように、冷却ファン１０から吸気され、通路４０により誘導される空気の流れ（矢印５０参照）が屈曲部２１により曲げられることでディスプレイ面２に送風される。

　本実施形態では、屈曲部２１は、ディスプレイ面２の少なくとも２方向から空気が送風されるように配置される。図１に示すように、屈曲部２１は、ディスプレイ面２に対して、第１の方向５１から空気を送風する第１の屈曲部２１ａ、第２の方向５２から空気を送風する第２の屈曲部２１ｂ、第３の方向５３から空気を送風する第３の屈曲部２１ｃ、第４の方向５４から空気を送風する第４の屈曲部２１ｄを有する。

　第１の屈曲部２１ａ及び第３の屈曲部２１ｃは、第１の通路４０ａにより誘導される空気をディスプレイ面２に送風する。第２の屈曲部２１ｂ及び第４の屈曲部２１ｄは、第２の通路４０ｂにより誘導される空気をディスプレイ面２に送風する。

　図１では、携帯端末１から発せられる熱の最も大きな位置を示す発熱点６０が第１の屈曲部２１ａ及び第３の屈曲部２１ｃに近い位置にあるとする。このため本実施形態では、第１の通路４０ａは、風量が多くなるように第２の通路４０ｂよりも断面積が大きく設定される。

　このように通路の断面積（太さ）に応じて風量が調節することが可能である。本実施形態では、通路の断面積は、携帯端末１の熱の分布に応じて適宜設定される。なお、通路の断面積は携帯端末１の種類やコンテンツに応じて生じる発熱点から任意に設計されてもよいし、フラップ等により通路の一部を塞ぐことで断面積が調節されてもよい。

　また風量を調節する方法は限定されず、通路の断面積の調節以外にも、図１及び図２に示す拡散板７０が設けられてもよい。例えば図２に示すように、拡散板７０は、円錐台状であり、第１の通路４０ａ及び第２の通路４０ｂの方向に第１の孔７１及び第２の孔７２が設けられてもよい。例えば、第１の通路４０ａに面する第１の孔７１の面積を、第２の孔７２の面積よりも広くすることで風量が調節されてもよい。すなわち、第１の孔７１及び第２の孔７２の面積は、第１の通路４０ａ及び第２の通路４０ｂの太さに基づいて設定されてもよい。なお、拡散板７０の形状は限定されず、任意の形状及びサイズで配置されてもよい。

　切欠部２２は、ユーザの携帯端末１に関する操作を妨げないように設けられる。例えば、携帯端末１の長辺の一方の切欠部２２（以下、第１の切欠部２３と記載）は、携帯端末１のボタン、マイク、カメラ、端子等を妨げないように設けられる（図３Ａ参照）。本実施形態では、他方の切欠部２２（以下、第２の切欠部２４と記載）は、ユーザの携帯端末１に関する操作、特にゲームコンテンツに関する操作を妨げないように設けられる。（図３Ｂ参照）。

　図３Ｂに示すように、第２の切欠部２４は、第３の屈曲部２１ｃや第４の屈曲部２１ｄに対して高さが低くなるように設定される。典型的には、第２の切欠部２４は、携帯端末１のディスプレイ面２と高さが一致又はより低くなるように逃げ形状が採用される。

　これにより、ユーザがゲームコンテンツをプレイしている際に、親指でディスプレイ面２をタッチする操作を妨げない。すなわち、ディスプレイ面２の下端（画面端）に表示されるＵＩ（User Interface）を操作する際に邪魔にならないように設計される。これ以外にも、動画を視聴している際に表示されるシークバー等がディスプレイ面２の下端に表示された場合でもユーザの操作を妨げない。

　なお、冷却装置１００の構成は上記以外にも種々のオプションを有してもよい。例えば、図３Ｂに示すように、第２の切欠部２４を有する辺と同じ方向に、ＵＳＢやＬＡＮ、ＨＤＭＩ、オーディオジャック等のアクセサリを有する機能拡張部７５が冷却装置１００に設けられてもよい。機能拡張部７５の位置は限定されないが、本実施形態のように携帯端末１を横長にして使用する際、機能拡張部７５が第２の切欠部２４と同じ方向に設けられることで、機能拡張部７５に接続されたケーブルがユーザの操作を阻害せず、かつケーブルの重さにより携帯端末１をユーザが持つ際の邪魔にならない。

　図４は、冷却ファン１０により吸気された空気の流れを模式的に示す図である。

　図４Ａは、風量と携帯端末１の温度を示す図である。図４Ｂは、風速を示す図である。

　図４Ａでは、携帯端末１の発熱点を示す位置の色が濃く表示されている。図１に示すように、第１の屈曲部２１ａ及び第３の屈曲部２１ｃに空気を誘導する第１の通路４０ａが第２の通路４０ｂよりも太いため、より多くの風量（矢印）が発熱点を通過している。

　例えば、図４Ａでは、体積流量が１.７４５８［ｆｔ＾３／ｍｉｎ］、風速の最大が８.５９２［ｍ／ｓ］の場合、携帯端末１の表面における最大温度（発熱点近傍の温度）は４３.４１℃であり、携帯端末１の表面における平均温度は３５.２６℃となる。すなわち、屈曲部２１が設けられることで携帯端末１が効率的に冷却される。もちろん体積流量や風速の値や、屈曲部２１の位置、形状等に応じて携帯端末１が冷却される度合いは異なる。

　図４Ｂに示すように、第１の屈曲部２１ａ及び第２の屈曲部２１ｂの近傍が最も風速が強く、ディスプレイ面２全体に送風される。このようにディスプレイ面２の表面を風が流れることにより、例えば、手が汗ばむことを予防し、指の滑りを良くすることが可能となる。

　上記に示すように、携帯端末１の放熱効果を最大にするためには、ダクト部２０と携帯端末１（筐体）の隙間のコントロールが重要となる。

　例えば、屈曲部２１と携帯端末１との間（風が出てくる吹出口）が狭すぎると風量が落ち、屈曲部２１と携帯端末１との間が広すぎると風速が落ちてしまう（図５Ａ参照）。特に携帯端末１のモデルによってサイズが異なるため、特定のモデルに対して適切な効果を発揮する冷却装置でも、他のモデルでは、風量や風速の差により放熱特性が満たされない可能性がある。

　またモデルが異なる携帯端末、特に携帯端末の厚さ（ディスプレイ面２と垂直方向の長さ）が異なる場合、冷却装置１００に携帯端末が挿入されることで形成される通路の断面積が異なる。

　このようなモデル差分によって生じる放熱特性の差に対して効果を発揮した対策として、カバー（屈曲部）を１ｍｍずらしてディスプレイ面の吹出口の開口率を上げることが挙げられる。

　図５は、携帯端末１のモデルの形状の違いに応じたシミュレーションを示す模式図である。図５Ａは、屈曲部２１と携帯端末１との隙間を示す模式図である。図５Ｂは、２つの異なる携帯端末のモデル及び冷却装置を示す模式図である。

　図５Ｂの左図に示すように、特定モデル（以下、モデルａと記載）の携帯端末８が挿入される冷却装置８０の屈曲部８１は、ディスプレイ面の吹出口の開口率を上げるための庇部８２を有する。本実施形態では、冷却装置８０は、携帯端末８との開口を０.３ｍｍ広げられ、庇部８２が後述する冷却装置９０よりも１ｍｍ長い。

　図５Ｂの右図に示すように、冷却装置９０には、モデルａとは異なるモデル（以下、モデルｂと記載）の携帯端末９が挿入される。本実施形態では、冷却装置９０は、吹出口９１の広さが１.１６ｍｍになるように調整されている。

　また冷却装置８０及び冷却装置９０のスロープ部品８５は、１ｍｍずらされたカバーに合わせて、１ｍｍ薄肉化されている。

　図６は、携帯端末の各モデルにおける空気の流れを模式的に示す図である。図６Ａは、モデルａにおける空気の流れを模式的に示す図である。図６Ｂは、モデルｂにおける空気の流れを模式的に示す図である。

　図６に示すように携帯端末の形状が異なる場合でも、吹出口８４及び９４から送風される空気の風量及び風速を同じようにすることが可能である（図６Ａ右図及び図６Ｂ右図参照）。

　以上、本実施形態に係る冷却装置１００では、ディスプレイ面２及びディスプレイ面２と相対する背面３を有する携帯端末１の背面３に配置される冷却ファン１０と、冷却ファン１０から供給される空気をディスプレイ面２に送風するためのダクト部２０とを有する。これにより、冷却効率の向上を実現することが可能となる。

　従来、携帯端末を冷却させる際の構造として、携帯端末内の熱が冷却部に集中する設計、又は一か所冷却することで冷却効果が全体に広がるように熱伝導率を上げた設計の２通りが考えられる。また外付けの冷却装置を有さない携帯端末の熱設計では、局所的に熱が集中するようなことを避け、端末全体に熱を拡散させることによって熱容量を上げることが一般的である。しかし、熱が１点に集中する場合、冷却装置を使用しない場合に低温やけど等の著しい熱制約が発生する。また１か所冷却する場合は背面側への熱伝導が高い設計になる為、前面側の熱伝導率を下げる必要がある。

　本技術では、操作に影響がない部分に冷却源と、冷却源から空気を全体に回すダクト構造とが配置され、操作部でダクト構造が採用できない場所に対して空気が放出される。これにより、ディスプレイの視認性やタッチパネルやキー等を含む操作部の操作性を犠牲にすることなく携帯端末を全面から冷却することが可能となる。

　＜その他の実施形態＞
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

　上記の実施形態では、ユーザがゲームコンテンツを行うために、携帯端末１の長辺を下にした状態で利用した際の状況を想定した。これに限定されず、携帯端末１の短辺を下にした状態、すなわち、縦長の画面でゲームコンテンツが操作されてもよい。この場合、屈曲部２１及び切欠部２２は、ユーザが携帯端末１を保持する手の位置、操作を行う際の指の位置等に基づいて配置される。例えば、屈曲部２１がユーザの持つ１辺とは異なる３辺に設けられてもよい。

　上記の実施形態では、ユーザの操作性を阻害しないために切欠部２２が設けられた。これに限定されず、携帯端末１の冷却効率を向上させるために切欠部２２が設けられなくてもよい。例えば、ゲームコンテンツを利用している際にボタンを用いた操作を行わないと想定し、第１の切欠部２３が屈曲部２２に置き換えられてもよい。すなわち、ボタン、マイク、カメラ、又は端子等の少なくとも１つが屈曲部２２に覆われ、冷却性能の向上が図られてもよい。例えば、第１の切欠部２３の変形例として、カメラ及び端子を覆い、ボタン及びマイクが露出した状態となるように第１の切欠部２３が設けられてもよい。

　なお、本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、もちろん本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。

　以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。

　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
　ディスプレイ面及び前記ディスプレイ面と相対する背面を有する携帯端末の、前記背面に配置される冷却ファンと、
　前記冷却ファンから供給される空気を前記ディスプレイ面に送風するためのダクト部と
　を有する冷却装置。
（２）（１）に記載の冷却装置であって、
　前記ダクト部は、前記背面から前記ディスプレイ面の周辺を覆い、前記ディスプレイ面に前記空気が送風されるように指向性を与える屈曲部を有する
　冷却装置。
（３）（２）に記載の冷却装置であって、さらに、
　前記冷却ファンと前記屈曲部との間に前記携帯端末を挿入可能な挿入部を有し、
　前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記屈曲部へ前記空気を誘導する通路を有し、
　前記通路は、前記挿入部に前記携帯端末が挿入されることで形成される
　冷却端末。
（４）（２）に記載の冷却装置であって、
　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面の少なくとも２方向から前記空気が送風されるように配置される
　冷却装置。
（５）（４）に記載の冷却装置であって、
　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面に対して、第１の方向から前記空気を送風する第１の屈曲部と、前記第１の方向とは異なる第２の方向から前記空気を送風する第２の屈曲部とを有し、
　前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記第１の屈曲部へ前記空気を誘導する第１の通路と、前記冷却ファンから前記第２の屈曲部へ前記空気を誘導する第２の通路とを有し、
　前記第１の通路は、前記第２の通路とは太さが異なる
　冷却装置。
（６）（５）に記載の冷却装置であって、
　前記第１の通路及び第２の通路の太さは、前記携帯端末から発せられる熱の分布に基づいて設定される
　冷却装置。
（７）（２）に記載の冷却装置であって、
　前記ダクト部は、ユーザの前記携帯端末に関する操作を妨げない切欠部を有する
　冷却装置。
（８）（５）に記載の冷却装置であって、さらに、
　前記冷却ファンから前記通路へ前記空気を誘導する拡散板を有し、
　前記拡散板は、前記第１の通路へ前記空気を誘導する第１の孔と、前記第２の通路へ前記空気を誘導する第２の孔とを有する
　冷却装置。
（９）（８）に記載の冷却装置であって、
　前記第１の孔の面積は、前記第１の通路の太さに基づいて設定され、
　前記第２の孔の面積は、前記第２の通路の太さに基づいて設定される
　冷却装置。

　１…携帯端末
　２…ディスプレイ面
　３…背面
　１０…冷却ファン
　２０…ダクト部
　２１…屈曲部
　２２…切欠部
　３０…挿入部
　４０…通路
　１００…冷却装置

Claims (9)

1. 　ディスプレイ面及び前記ディスプレイ面と相対する背面を有する携帯端末の、前記背面に配置される冷却ファンと、
   　前記冷却ファンから供給される空気を前記ディスプレイ面に送風するためのダクト部と
   　を有する冷却装置。
2. 　請求項１に記載の冷却装置であって、
   　前記ダクト部は、前記背面から前記ディスプレイ面の周辺を覆い、前記ディスプレイ面に前記空気が送風されるように指向性を与える屈曲部を有する
   　冷却装置。
3. 　請求項２に記載の冷却装置であって、さらに、
   　前記冷却ファンと前記屈曲部との間に前記携帯端末を挿入可能な挿入部を有し、
   　前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記屈曲部へ前記空気を誘導する通路を有し、
   　前記通路は、前記挿入部に前記携帯端末が挿入されることで形成される
   　冷却端末。
4. 　請求項２に記載の冷却装置であって、
   　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面の少なくとも２方向から前記空気が送風されるように配置される
   　冷却装置。
5. 　請求項４に記載の冷却装置であって、
   　前記屈曲部は、前記ディスプレイ面に対して、第１の方向から前記空気を送風する第１の屈曲部と、前記第１の方向とは異なる第２の方向から前記空気を送風する第２の屈曲部とを有し、
   　前記ダクト部は、前記冷却ファンから前記第１の屈曲部へ前記空気を誘導する第１の通路と、前記冷却ファンから前記第２の屈曲部へ前記空気を誘導する第２の通路とを有し、
   　前記第１の通路は、前記第２の通路とは太さが異なる
   　冷却装置。
6. 　請求項５に記載の冷却装置であって、
   　前記第１の通路及び第２の通路の太さは、前記携帯端末から発せられる熱の分布に基づいて設定される
   　冷却装置。
7. 　請求項２に記載の冷却装置であって、
   　前記ダクト部は、ユーザの前記携帯端末に関する操作を妨げない切欠部を有する
   　冷却装置。
8. 　請求項５に記載の冷却装置であって、さらに、
   　前記冷却ファンから前記通路へ前記空気を誘導する拡散板を有し、
   　前記拡散板は、前記第１の通路へ前記空気を誘導する第１の孔と、前記第２の通路へ前記空気を誘導する第２の孔とを有する
   　冷却装置。
9. 　請求項８に記載の冷却装置であって、
   　前記第１の孔の面積は、前記第１の通路の太さに基づいて設定され、
   　前記第２の孔の面積は、前記第２の通路の太さに基づいて設定される
   　冷却装置。

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