JP2000252670A - 冷却装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器が備える冷却機構で特定の発熱部を
効率良く冷却できるようにする。 【解決手段】 発熱デバイス１の発熱面に凹面部２を形
成し、この発熱デバイス１に対応して冷却流体を噴流す
る噴流生成装置３を配置し、この噴流生成装置３の噴流
口５から凹面部２に冷却流体を噴流させて発熱デバイス
１を冷却するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパーソナル
コンピュータ装置に内蔵されたマイクロプロセッサのよ
うな動作において発熱する発熱デバイスの冷却に適用し
て好適な冷却装置およびこの冷却装置を備えた電子機器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器において、特に冷却が必要とさ
れるデバイス、例えば、高性能中央処理装置を有するノ
ート型パーソナルコンピュータ（以下ノートパソコンと
いう）等においては、プリント配線板上にマイクロプロ
セッサが実装されており、その上に接触熱抵抗を低減す
るための熱伝導シート、さらに吸熱板を載置してそこに
ヒートパイプを接合し、ここを熱点とする。このヒート
パイプの端点を冷点としてフィンに接続し、電磁誘導形
の電動ファンにより空気に熱を伝えつつ、空気輸送によ
り機器外部に熱を排出するように構成し、マイクロプロ
セッサ上方の狭い空間であっても熱が排出されるように
構成されている。

【０００３】このように、電動ファンによる発熱部品の
強制冷却の方法には、主として２つの方法があり、第１
の方法は、前述のように、発熱部品から離れた部位にお
いて、外気を吸入し、そこに発熱部品から放熱される熱
を伝達させて暖まった空気を機器外部に排出する方法で
ある。また、第２の方法は、発熱部品に対して空気の流
れを作り、これに流速を与えることにより発熱部品また
は、それに接合した放熱板あるいはフィンの熱伝達を向
上させる方法であり、従来は、この何れかの方法によ
り、電子機器における発熱部品の冷却を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電子機器に
おける発熱部品の冷却方法において、マイクロプロセッ
サ等の発熱デバイスを冷却する目的に対して、前述した
第１の方法では、熱伝導経路の途中で他の部品にも熱が
伝わることになり、また、前述した第２の方法では、マ
イクロプロセッサ等の発熱デバイス以外の場所にも空気
を流してしまうことになる。従って、これらの冷却方法
は空気の送気にロスが生じることになって集中的な発熱
の冷却に必ずしも適するといえないものである。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、電子機器が備える発熱デバイス等の発熱部に対する
局所冷却の実現と、冷却の高効率による省電力化を可能
とする冷却装置および電子機器を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、発熱デバイス側の発熱面に形成された凹面
部と、発熱デバイスに対応して配置され、上記凹面部に
対して冷却流体を噴流する噴流生成手段とを備えて構成
したものである。

【０００７】本発明によると、発熱デバイス側の凹面部
に噴流生成手段により生成される冷却流体を噴流するこ
とにより発熱デバイスにおける局所熱伝達が非常に促進
され、またその周囲の部面の熱伝達も促進されて発熱デ
バイス全体の冷却が行われる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０００９】この実施の形態は、いわゆるノート型パー
ソナルコンピュータ装置等の小形薄形の電子機器におい
て、高密度実装電子部品の冷却に好適で、特に発熱密度
の高い発熱デバイスの冷却に好適な冷却装置として構成
したものである。

【００１０】例えば図３に示すように、電子機器として
のいわゆるノート型のパーソナルコンピュータ装置１１
は、キーボード部１２を備えた本体部１３と蓋体を兼用
するディスプレイ部１４とから構成され、本体部１３内
の回路基板１５の所定位置にマイクロプロセッサ１０が
配置されている。

【００１１】このマイクロプロセッサ１０はパーソナル
コンピュータ装置１１を作動させたとき、装置内で必要
な演算処理を実行する半導体素子の１つであり、作動中
には比較的高い温度に発熱する発熱体となる。このよう
にパーソナルコンピュータ装置１１等の電子機器にはマ
イクロプロセッサ１０等の発熱する発熱電子部品が組込
まれている。ここでこの実施の形態においては、マイク
ロプロセッサ１０等の発熱体を発熱デバイスと総称し、
符号１として示し、この発熱デバイス１に対応して以下
に説明する冷却装置を構成する部材を配置して発熱デバ
イス１を冷却する構成としている。

【００１２】この実施の形態の冷却装置は図１に示すよ
うに、実装基板に実装配置される発熱デバイス１側にク
レータ状の凹面部２を形成し、この凹面部２に向けて冷
却流体の噴流生成装置３から噴流を噴出させて発熱デバ
イス１を冷却するものである。

【００１３】すなわち、発熱デバイス１側のクレータ状
の凹面部２は、図１に実線で示すように、発熱デバイス
１の表面側に直接形成するか、同図二点鎖線で示すよう
に、発熱デバイス１の表面側に接合・接着・貼付等の手
段により装着するヒートシンク４の表面側に形成する。
この凹面部２は発熱デバイス１の発熱局所に対応して形
成することが好ましい。

【００１４】一方、冷却流体の噴流生成装置３には、発
熱デバイス１側の凹面部２に対向してノズル又は通孔等
から成る噴流口５を設ける。

【００１５】このように構成されるこの実施の形態の冷
却装置は、冷却流体の噴流生成装置３を駆動してこの噴
流口５から冷却流体として例えば空気を噴出させると、
発熱デバイス１側の凹面部２に噴き当てられる衝突噴流
となり、この噴流は、凹面部２に噴き当てられた点が澱
み点ａとなるが凹面部２の周面にも噴き当てられて、こ
の周面に沿って表面側に流れて表面側に冷却流体として
の空気の流れを生成し、発熱デバイス１の冷却が行われ
る。この発熱デバイス１の冷却は、凹面部２を直接形成
した場合は、直接行われることになり、また、凹面部２
を発熱デバイス１の表面側に装着されるヒートシンク４
に形成した場合は、このヒートシンク４を介して行われ
る。

【００１６】このように、この実施の形態の冷却装置
は、発熱デバイス１側に形成した凹面部２に冷却流体の
噴流生成装置３から冷却流体の噴流が噴き当てられる衝
突噴流となるので局所熱伝達が促進されると共に発熱デ
バイス１の表面側に冷却流体の流れが生成されるので冷
却効率が高く、発熱デバイス１は常に正常に動作される
ことになる。また、発熱デバイス１側に形成される凹面
部２としては、図２のＡ，Ｂ，Ｃに示すように各種の形
状に形成される。

【００１７】図２のＡに示す凹面部２は、平坦状底部２
ａを形成したもので、この場合は冷却流体の噴流生成装
置３から噴き出される冷却流体の噴流は、凹面部２の平
坦状底部２ａに噴き当てられる澱み点ａから他の周面部
にも噴き当てられて発熱デバイス１の局所熱伝達が非常
に促進されて局所冷却が効率良く行われる。

【００１８】また、図２のＢに示す凹面部２は、所要の
曲率で湾曲する湾曲状底部２ｂを形成したもので、この
場合は、噴流生成装置３から噴き出される冷却流体の噴
流は、凹面部２の湾曲状底部２ｂに澱みがほとんど生じ
ることなく、底部２ｂから周面に沿って発熱デバイス１
の表面側に流れ、この表面側に冷却流体の流れが生成さ
れることにより発熱デバイス１全体の熱伝達が促進され
て冷却が効率良く行われる。

【００１９】さらに、図２のＣに示す凹面部２は、溝状
で一端側から他端側に高く傾斜する傾斜曲面状底部２ｃ
を形成したもので、この場合は、冷却流体の噴流生成装
置３から噴き出される冷却流体の噴流を凹面部２の傾斜
曲面状底部２ｃの低位部に噴き当てることにより、噴流
は澱み点が生じることなく、底部２ｃに沿って表面側に
円滑に流れて、表面側に冷却流体の流れが生成されて発
熱デバイス１の冷却が効率良く行われる。

【００２０】以上のように構成される冷却装置は冷却流
体の噴き当て部の種々の配列構成が可能である。図４及
び図５に示す冷却装置は冷却流体の噴き当て部を１列状
に形成した場合である。すなわち、発熱デバイス１側に
複数の凹面部２を所要間隔で１列状に形成してこの凹面
部２の一端側に対応して冷却流体の噴流生成装置３′に
噴流口５′を設けてある。この噴流口５′から噴出され
発熱デバイス１側の凹面部２に対す冷却流体の噴き当て
られる角度は、図５に示すように垂直方向から所要の角
度θの範囲に設定できるようになっている。この所要の
角度θの範囲は略０°〜３０°に設定することが好まし
い。

【００２１】すなわち、凹面部２に対する噴流生成装置
３′からの冷却流体の噴き当て角度が０°を越えた負角
度の場合は、噴流が凹面部２の他端側に流れ難く、発熱
デバイス１全体の熱伝達が阻害されることになり、ま
た、３０°以上の角度の場合は、噴流が衝突噴流となる
ことなく、凹面部２に沿って流れ、冷却効率が低下する
ことになる。

【００２２】また、図６に示す冷却装置は、冷却流体の
噴き当て部をマトリクスに形成した場合である。すなわ
ち、発熱デバイス１側に複数の凹面部２を複数列状に形
成してこの凹面部２のそれぞれの内端側に対応して冷却
流体の噴流生成装置３″に噴流口５″を設けてある。こ
の場合も前述した図４および図５に示す冷却装置と同様
に噴流口５″から噴出される冷却流体の噴き当て角度は
垂直方向から所要の角度θの範囲に設定できるようにな
っており、この所要の角度θの範囲は前述の場合と同様
に略０°〜３０°に設定することが好ましい。

【００２３】このように発熱デバイス１側に凹面部２を
１列に形成する図４および図５に示す構成は、比較的小
幅の発熱デバイスに適し、また、発熱デバイス１側に凹
面部２をマトリクスに形成する図６に示す構成は、比較
的大幅の発熱デバイスに適するものである。

【００２４】次に、この実施の形態の冷却装置に用いる
ことができる冷却流体の噴流生成装置としての実装小形
噴流駆動装置を図７〜図１０を参照して説明する。

【００２５】図７および図８に示す噴流駆動装置２１
は、電磁ファンにより冷却流体の噴流を生成するように
構成したもので、主筐体２２に電磁ファン２３が内蔵さ
れて、この主筐体２２には電磁ファン２３の回転軸２３
ａの軸方向に流入口２４を設け、電磁ファン２３の羽根
２３ｂの周囲側に対応して流出口２５を設けて、この流
出口２５に一体的に等断面積の誘導管２６を延設し、こ
の誘導管２６の閉塞する先端面２６ａにノズル又は通孔
等から成る複数の噴流口２７を形成して構成されてい
る。

【００２６】このように構成される噴流駆動装置２１
は、回路基板１５に実装される発熱デバイス１に対応し
て配置し、等断面積の誘導管２６の先端面２６ａを発熱
デバイス１に対向させておく。この状態で電磁ファン２
３を回転駆動させると冷却流体としての空気が主筐体２
２内に流入口２４から吸い込まれるように流入し、流出
口２５から羽根２３ｂの回転により押し出されるように
流出して誘導管２６を通してその先端面２６ａの噴流口
２７から噴流し、発熱デバイス１に衝突噴流として噴き
当てられ、これにより、発熱デバイス１の冷却が行われ
る。

【００２７】なお、この噴流駆動装置２１は、回路基板
１５に実装される発熱デバイス１からやや離れた位置に
配置し、誘導管２６の噴流孔２７から噴出する冷却流体
の流れの先端近傍に発熱デバイス１が位置する関係で配
置することにより、発熱デバイス１に対して冷却流体の
流れが生成されることになり、発熱デバイス１の冷却が
行われることになる。

【００２８】また、図９および図１０に示す噴流駆動装
置３１は、電磁コンプレッサにより冷却流体の噴流を生
成するように構成したもので、電磁コンプレッサ３２が
内蔵される主筐体３３の一方側に流入口３４を設け、他
方側に流出口３５を設けて、この流出口３５に等断面積
の誘導管３６を延長固定し、この誘導管３６の閉塞する
先端面３６ａにノズル又は通孔等から成る複数の噴流口
３７を形成して構成されている。

【００２９】このように構成される噴流駆動装置３１も
前述した噴流駆動装置２１と同様に、回路基板１５に実
装される発熱デバイス１に対応して配置し、等断面積の
誘導管３６の先端面３６ａを発熱デバイス１に対向させ
ておく。この状態で、電磁コンプレッサ３２を駆動させ
ると冷却流体としての空気が主筐体３３内に流入口３４
から吸い込まれるように流入し、電磁コンプレッサ３２
により所要の圧力まで圧縮されて流出口３５から流出
し、誘導管３６を通してその先端面３６ａの噴流口３７
から噴流し、発熱デバイス１に衝突噴流として噴き当て
られこれにより、発熱デバイス１の冷却が行われる。

【００３０】なお、この噴流駆動装置３１も誘導管３６
の噴流口３７から噴出する冷却流体の流れの先端近傍に
発熱デバイス１が位置する関係で配置することにより、
発熱デバイス１に対して冷却流体の流れが生成されるこ
とになり、発熱デバイス１の冷却が行われることにな
る。

【００３１】また、噴流生成装置としては、連続反転形
のファンにより、冷却流体の間歇的な噴流を生成するよ
うに構成した噴流駆動装置を用いることができ、この連
続反転形ファンは、振動源として圧電素子を備えた圧電
ファンにより構成される。

【００３２】この噴流駆動装置は、冷却流体の間歇的な
流れが生成されるため、その先の層流にも連続的な変化
を発生させ、境界層の成長を抑制することができ、発熱
デバイス全体の熱伝達が促進され冷却効果が向上され
る。また、発熱デバイスに対して冷却流体の流れを形成
する場合においても、流速が連続的に変化することによ
り積極的に乱流を起こすことになり、境界層による熱伝
達の阻害を抑制することができて冷却効果が向上され
る。

【００３３】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できるもので
ある。

【００３４】例えば、発熱デバイス側に形成する凹面部
の数は発熱デバイスの表面積に合わせて任意に変更でき
るものであり、また、凹面部は必ずしも等間隔で形成す
る必要はなく、高発熱部位に対応して形成すればよく、
この場合も、それぞれの凹面部に対応して冷却流体の噴
流生成装置に噴流口を設けることになる。

【００３５】また、冷却流体としては空気に限ることな
く、他の非電気伝導性の気体、非電気伝導性の液体を用
いることができるものである。

【００３６】さらに、前述した実施の形態では、ノート
型等の携帯用のパーソナルコンピュータ装置内のマイク
ロプロセッサの冷却装置とした例を説明したが、デスク
トップ型のパーソナルコンピュータ装置等の他の形状の
コンピュータ装置用の冷却装置としてもよく、或いは、
機器内の特定箇所が特に高温に発熱する機器てあればコ
ンピュータ装置以外のその他の各種電子機器における冷
却装置としても使用できることは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】本発明の冷却装置によると、発熱デバイ
ス側に形成した凹面部に噴流生成手段により冷却流体が
噴流されることにより、発熱デバイスにおける局所熱伝
達が非常に促進されると共にその周囲の部面にも冷却流
体の流れが生成されて発熱デバイス全体の熱伝達も促進
されて冷却されることになる。このとき、冷却流体は噴
流生成手段から所定の部位に噴流されることになるの
で、無駄な噴流がなく、冷却に必要とする電力を少なく
できて、発熱デバイスを少電力で効率良く冷却すること
ができる。

【００３８】また、本発明の電子機器によると、機器の
作動により発熱する特定の箇所に形成した凹面部に噴流
生成手段により冷却流体が噴流されることにより、発熱
した箇所における局所熱伝達が非常に促進されると共に
その周囲の部面にも冷却流体の流れが生成されて発熱し
た箇所全体の熱伝達が促進されて冷却されることにな
る。このとき、冷却流体は噴流生成手段から所定の部位
に噴流されることになるので無駄な噴流がなく、冷却に
必要とする電力を少なくできて、機器内の特定の箇所だ
けを少電力で効率良く冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による冷却機構の構成例
を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態による発熱デバイスの凹
面部の形状例を示す一部分の断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態による電子機器の例を一
部破断して示す斜視図である。

【図４】本発明の他の実施の形態による冷却機構の構成
例を示す斜視図である。

【図５】図４に示す冷却機構の断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施の形態による冷却機構
の構成例を示す断面図である。

【図７】本発明に用いる一例の噴流駆動装置の断面図で
ある。

【図８】図７に示す噴流駆動装置の一部分の斜視図であ
る。

【図９】本発明に用いる他の例の噴流駆動装置の斜視図
である。

【図１０】図９に示す噴流駆動装置の側面図である。

【符号の説明】

１‥‥発熱デバイス、２‥‥凹面部、３‥‥噴流生成装
置、４‥‥ヒートシンク、５‥‥噴流口、１０‥‥マイ
クロプロセッサ、１１‥‥パーソナルコンピュータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱デバイス側の発熱面に形成された凹
   面部と、 上記発熱デバイスに対応して配置され、上記凹面部に対
   して冷却流体を噴流する噴流生成手段とを備えた冷却装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記凹面部は、発熱デバイスの発熱面に直接形成した冷
   却装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記凹面部は発熱デバイスの発熱面に装着されるヒート
   シンクに形成した冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記噴流生成手段は、上記凹面部に対して冷却流体の噴
   流を略０°〜３０°の角度で噴出させる構成とした冷却
   装置。
5. 【請求項５】 機器の作動により発熱する特定箇所を備
   えた電子機器において、 上記特定箇所の発熱面に形成された凹面部と、 上記特定箇所に対応して配置され、上記凹面部に対して
   冷却流体を噴流する噴流生成手段とを備えた電子機器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電子機器において、 上記特定箇所は発熱デバイスを配置し、この発熱デバイ
   ス側の発熱面に上記凹面部を形成した構成とする電子機
   器。