JPH09326580A - 発熱素子の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱素子の冷却構造に関し、高発熱素子１から
の発熱を一旦所定位置に設置した放熱部４に導いた後、
該放熱部４にて効率的に放熱することにより高発熱素子
１の冷却効率を向上させることを目的とする。 【解決手段】高発熱素子１が実装された電子装置２の外
壁に、ファン装置３が組み込まれた放熱部４を取り付
け、前記高発熱素子１と放熱部４とを伝熱部５により熱
的に連結して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発熱素子の冷却構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノート型パソコン等、可搬型情報
処理装置の処理能力の増加に伴って、実装される素子の
発熱量も次第に大きくなっているが、この種装置におい
ては、小型化の要求を満たすために、中、大型の情報処
理装置のように、大型のファン装置等を装置内に配置し
て発熱素子の冷却を行う手法を採用することができな
い。

【０００３】かかる問題を解決するための手法の一つ
に、図１０に示すように、放熱部４を装置外部に設ける
ことにより放熱面積を増加させるようにしたものが提案
されている。

【０００４】図１０において、２はノート型パソコン、
２０は表面部にキーボードマトリクスを配置した装置本
体、１は装置本体２０内に収納される実装基板２０ａ上
に実装されるＣＰＵ等の発熱素子、２１は装置本体２０
に回動自在に連結されるＬＣＤ等のディスプレイ部であ
る。

【０００５】４はディスプレイ部２１の背面に配置され
る放熱部であり、高発熱素子１と放熱部４とは、伝熱部
５により熱的に連結されており、高発熱素子１による発
熱は伝熱部５を介して放熱部４に伝熱され、該放熱部４
から放熱されて高発熱素子１の冷却が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例においては、放熱部４における放熱は、自然放熱によ
り行われるために、高発熱素子１からの伝熱により放熱
部４での温度上昇も多くなり、結果として表示部７も暖
められ、ＬＣＤ等の表示素子が温度上昇してしまうとい
う欠点を有する。

【０００７】また、デスクトップ型の情報処理装置にお
いても、実装基板上の高発熱素子１の発熱量の増加によ
り、内蔵の冷却ファンの出力増加を強いられ、騒音が大
きくなるという問題を有している。

【０００８】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たもので、高発熱素子１からの発熱を一旦所定位置に設
置した放熱部４に導いた後、該放熱部４にて効率的に放
熱することにより高発熱素子１の冷却効率を向上させる
高発熱素子の冷却構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、高発熱素子１が実装された電子装置２の外壁に、フ
ァン装置３が組み込まれた放熱部４を取り付け、前記高
発熱素子１と放熱部４とを伝熱部５により熱的に連結し
た高発熱素子１の冷却構造を提供することにより達成さ
れる。

【００１０】本発明において、高発熱素子１からの発熱
は、伝熱部５を経由して電子装置２の外壁に取り付けら
れた放熱部４に伝熱される。放熱部４には、ファン装置
３が組み込まれており、放熱部４における温度上昇はフ
ァン装置３により強制空冷される。

【００１１】伝熱部５は、アルミニウム等、熱伝導性の
良好な材料により形成され、望ましくは、熱伝導性の極
めて良好なヒートパイプが使用される。伝熱部５にヒー
トパイプ５０を使用する場合には、該ヒートパイプ５０
が一般に等断面のパイプ体で端部における加工は潰し加
工程度しかできないために、放熱部４、あるいは高発熱
素子１との接触部にはアルミニウム等、熱伝導性の良好
な材料で形成されたコンタクト部材５０ａ、５０ｂを装
着するのが望ましい（図２参照）。

【００１２】請求項２、３記載の発明において、ノート
パソコン等回動自在なディスプレイ部２１を備えた可搬
型情報処理２に有効な冷却構造が提供される。すなわ
ち、請求項２記載の発明において、放熱部４は装置本体
２０の側壁部に取り付けられ、該放熱部４と高発熱素子
１とが請求項１記載の発明と同様に伝熱部５により熱的
に連結される。

【００１３】放熱部４に組み込まれるファン装置３は、
図１（ａ）において矢印で示すように、装置本体２０手
前側から吸気して背面側に排気するように配置されてお
り、操作者に冷却風が吹き付けて不快にさせることが防
がれる。

【００１４】また、請求項３記載の発明において、放熱
部４はディスプレイ部２１の背面壁に取り付けられてお
り、冷却風は図７（ａ）において矢印で示すように、デ
ィスプレイ部２１の回動基端側から反対端縁、すなわち
上端側に吹き抜ける。

【００１５】請求項４において、デスクトップ型の情報
処理装置に適した冷却構造が提案される。すなわち、請
求項４記載の発明において、放熱部４は電子機器筐体２
３に配置されるオプションスロット２４に装着される。
放熱部４は、オプションスロット２４に実装される他の
オプションボードと同様にマザーボードに連結され、連
結状態において、伝熱部５により高発熱素子１と熱的に
連結される。

【００１６】オプションスロット２４に放熱部４を配置
することにより、放熱部４からの暖気が筐体２３内に流
入することによる筐体２３の温度上昇が防止されるとと
もに、外気を直接冷却風として利用することが可能とな
るために、冷却効率の向上が図られる。

【００１７】上記放熱部４は、装置本体２０、あるいは
ディスプレイ部２１等に予め固定しておくことも可能で
あるが、請求項５において提案するように、伝熱カプラ
６を介して着脱自在とすることにより、搬送、保管時の
容積を小さくすることが可能になる上に、装着効率も向
上する。

【００１８】伝熱カプラ６は、連結部における伝熱量の
低下が生じないようにアルミニウム等の熱伝導性の良好
な材料同士を機械的に連結することにより得ることがで
きる。

【００１９】上記各請求項に係るファン装置３の電源
は、独自の入力部から取り込むことも可能であるが、放
熱部４が連結される電子装置２側から取り込むのが望ま
しく、この場合、請求項６において提案されるように、
伝熱カプラ６に電源端子６０を組み込むことによって、
放熱部４の連結時に同時に電源供給もなされることとな
り、操作性が向上する。

【００２０】上述した各請求項に係るファン装置３とし
ては、回転翼３０の回転軸に沿って冷却風を送るいわゆ
る軸流ファンの使用が可能であるが、請求項７に記載さ
れるように、回転翼３０、３０・・の回転軸を中心とし
た円の接線上に吸気方向と排気方向を持つものを使用す
ることも可能である。

【００２１】かかるファン装置３は、回転軸と平行方向
への風量に比して回転方向の風量が多い点において、軸
流ファンと相違するもので、一般に回転翼３０の形状を
変更することにより得ることが可能であり、具体的な回
転翼３０形状は実験的に決定可能である。

【００２２】さらに、請求項８、９記載の発明におい
て、電子装置２がバッテリ駆動されている場合に特に有
効な変形が提供される。すなわち、請求項８記載の発明
において、放熱部４には、高発熱素子１の温度を表示す
る表示部７と、ファン装置３の運転を制御するスイッチ
部８とが設けられる。

【００２３】操作者は、高発熱素子１の温度上昇を表示
部７で知ることが可能であり、表示部７における表示が
高発熱素子１の運転可能温度以下である場合には、スイ
ッチ部８を操作してファン装置３の運転を停止させるこ
とにより、ファン装置３の運転音をなくすことが可能で
ある。

【００２４】高発熱素子１の温度検知手段としては、例
えば、図６に示すように、高発熱素子１に温度センサ１
０を装着することにより達成可能であり、表示部７にお
ける表示は、ＬＥＤ等により高発熱素子１の温度が許容
温度内であるか否かを表示するだけで足りる。

【００２５】また、スイッチ部８は、ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチ以外に、可変抵抗を使用してファン装置３の回転数
を制御するようにしたものが使用可能である。さらに、
スイッチ部８は、マニュアル操作以外に、装置側の運転
状態に合わせて断切、あるいはボリュームの調節を行う
ように構成することも可能であり、スイッチ部８におけ
る動作判断情報としては、高発熱素子１からの温度情報
以外に、装置が外部電源により運転されているか否か、
あるいはバッテリ残量情報等が使用可能である。

【００２６】また、装置に実装されるＣＰＵが複数モー
ドを有する場合には、請求項９記載のように、ＣＰＵ部
の運転モードにより自動判別することも可能であり、こ
の場合、例えば、ＣＰＵ部がスリープモードである場合
には、ファン装置３の運転を停止させるように構成する
ことが可能である。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１、図２に本発明が適用された
ノート型パソコンを示す。図において２０は装置本体、
２１は装置本体２０に回動自在に連結されるディスプレ
イ部、４は装置本体２０の側壁に装着される放熱部を示
す。

【００２８】２０ａは装置本体２０内に収納される実装
基板であり、該実装基板２０ａ上に実装される高発熱素
子１と放熱部４とは、伝熱部５により熱的に連結され
る。伝熱部５は、高発熱素子１での発熱を速やかに放熱
部４に伝熱することができる程度の良好な熱伝導性を有
しており、図２に示すように、ヒートパイプ５０の両端
にアルミニウム等、良熱伝導材料により形成されるコン
タクト部材５０ａ、５０ｂを固定して形成される。

【００２９】高発熱素子１側のコンタクト部材５０ｂ
は、高発熱素子１のヒートシンク面とほぼ同一の面積を
有した矩形状ブロック体であり、該ヒートシンク面に伝
熱接着剤等により接着される。

【００３０】また、後述する放熱部４の伝熱カプラ６に
連結する側のコンタクト部材５０ａは、該伝熱カプラ６
が嵌合可能な凹部５１を有しており、該凹部５１の底壁
から伝熱ピン５２、５２・・、および電源ピン（図示せ
ず）が突設される。

【００３１】なお、上記放熱部４側のコンタクト部材５
０ａは、装置本体２０の筐体外壁２０ｂからやや奥まっ
た位置に配置することにより筐体表面に露出しないよう
にされており、利用者が加熱されたコンタクト部材５０
ａに誤って触れることがないように配慮される。

【００３２】一方、放熱部４は、図３、図４に示すよう
に、側部に伝熱カプラ６が突設された放熱ブロック４０
と、図示しないベアリング部を介して放熱ブロック４０
に軸部が枢支されるファン装置３と、放熱ブロック４０
を覆うカバー体４１とを有して構成される。

【００３３】放熱ブロック４０は、アルミニウム等の熱
伝導性に優れた材料により形成されており、ほぼ半面に
ファン収納エリア４０ａが形成されており、残余の領域
には複数のピン状の放熱フィン４０ｂ、４０ｂ・・が立
設される。

【００３４】ファン収納エリア４０ａ内に装着されるフ
ァン装置３は、同一方向に屈曲した複数の回転翼３０、
３０・・を図４（ａ）において実線で示す矢印方向に回
転させることにより、ほぼ放射状に冷却風を送風するよ
うに構成される。

【００３５】上記ファン装置３は、放熱ブロック４０の
中心線に対して線対称位置に２個装着されており、各フ
ァン装置３の回転翼３０は、回転軌跡が接近する部位に
おける送風方向が一致する方向に回転駆動される。

【００３６】また、図３、４において４２は対向して配
置されるファン装置３のほぼ半周部位を覆うように設け
られる半円形状の円弧状壁面４２であり、回転翼３０の
端部と円弧状壁面４２との間隙が可及的に狭くなるよう
に、回転翼３０の回転軌跡に接近して配置される。

【００３７】なお、この実施の形態において、放熱ブロ
ック４０と伝熱カプラ６内には扁平断面のヒートパイプ
５０が挿入されており、全体の熱伝導性が向上するよう
に配慮されている。ヒートパイプ５０を放熱ブロック４
０、あるいは伝熱カプラ６内に挿入するためには、例え
ば、放熱ブロック４０等を上下に分割形成し、ヒートパ
イプ５０を挟み付けるようにして固定すればよい。

【００３８】伝熱カプラ６は、装置本体２０側の挿入ス
ロット２２に挿入された際に、装置本体２０内に配置さ
れる伝熱部５のコンタクト部材５０ａに連結するように
構成されている。伝熱部５と伝熱カプラ６との接続部に
おける接触面積を大きくして熱抵抗を減少させるため
に、伝熱カプラ６の端面には、装置本体２０への装着時
に伝熱部５側の伝熱ピン５２、５２・・が嵌合する複数
の挿入孔５３、５３・・が穿孔される。

【００３９】さらに、上記伝熱カプラ６には、ファン装
置３に接続されるコンタクト（電源端子６０）が各々周
囲との絶縁を取られて設けられており、伝熱カプラ６を
コンタクト部材５０ａに連結した際に、装置本体２０側
からファン装置３への電源供給が可能な状態とされる。

【００４０】一方、カバー体４１は、正面壁、および背
面壁に冷却風の通風開口４１ａを開設した断面コ字形状
の部材であり、表面の温度上昇を防止するために、望ま
しくは合成樹脂等、熱伝導性の低い材料により形成さ
れ、天井面を放熱ブロック４０にネジ止めして固定され
る。

【００４１】また、カバー体４１と放熱ブロック４０と
の接触面積を可及的に少なくしてカバー体４１への伝熱
を防止するために、カバー体４１の正面壁、および背面
壁と放熱ブロック４０の側壁との間には、間隙ｄが形成
される（図４（ａ）参照）。

【００４２】さらに、上記放熱部４には、図５に示され
るように、ロック部材９が設けられる。ロック部材９
は、放熱部４が装置本体２０から妄りに脱離することが
ないように設けられるもので、放熱部４の側壁部から露
出する操作部９０を操作することにより先端のフック部
９１を実装基板２０ａに固定した係止部９２に係脱する
ように構成される。

【００４３】したがってこの実施の形態において、各フ
ァン装置３、３の回転翼３０を図４（ａ）の矢印方向に
回転させると、冷却風は図４（ａ）において破線の矢印
で示すように、装置本体２０手前側の通風開口４１ａか
ら放熱部４内に強制導入された後、放熱フィン４０ｂ、
４０ｂ間を通って背面側の通風開口４１ａから外部に排
出され、その途上で放熱ブロック４０を冷却する。

【００４４】上記放熱部４におけるファン装置３の運転
は、装置本体２０に接続された際に、装置本体２０から
電力を供給されて自動的に開始されるように構成するこ
とも可能であるが、必要時にのみファン装置３を運転さ
せるように構成することも可能である。

【００４５】図６は、このように構成する場合の一例を
示すもので、高発熱素子１側のコンタクト部材５０ｂに
は温度センサ１０が装着されるとともに、放熱部４に
は、２個のＬＥＤ７ａ、７ｂと可変抵抗器（スイッチ部
８）が配置される。

【００４６】高発熱素子１の許容温度情報は、図示しな
い制御回路に蓄積されており、上記温度センサ１０から
の出力は上記許容温度情報と比較された後、許容温度情
報内であれば一方（例えば緑色）のＬＥＤ７ａを点灯さ
せ、許容値を越える場合には他方（例えば赤色）のＬＥ
Ｄ７ｂを点灯させる。

【００４７】利用者は、赤色のＬＥＤ７ｂが点灯してい
る場合には、可変抵抗器８を操作してファン装置３を駆
動させ、緑色のＬＥＤ７ａが点灯したときにファン装置
３を停止させるようにすれば、装置本体２０の電力消費
を最低限に押さえることが可能になる。

【００４８】なお、以上の説明においては、２個のＬＥ
Ｄ７ａ、７ｂを表示部７として利用する場合を示した
が、１個のＬＥＤの点滅で温度状態を表示することも可
能である。また、スイッチ部８として可変抵抗器を使用
する場合には、風量を調整することによりファン装置３
の運転音を調整することも可能となるが、運転の断切の
みを行うＯＮ／ＯＦＦスイッチに変えることも可能であ
り、さらには、スイッチ部８を利用者が操作することな
く、ＣＰＵモード等、機器の運転状態に合わせて自動に
操作するように構成することもできる。

【００４９】図７に本発明の他の実施の形態を示す。こ
の実施の形態において、放熱部４はディスプレイ部２１
の背面壁に装着され、装置本体２０側の高発熱素子１と
放熱部４とが伝熱部５により熱的に連結される。

【００５０】装置本体２０からディスプレイ部２１まで
引き出されるこの実施の形態に係る伝熱部５は、装置本
体側伝熱部５ａとディスプレイ側伝熱部５ｂとを熱伝導
性の良好な材料で形成されるヒンジ部材５ｃで相対的な
回転が可能なように連結して構成される。

【００５１】一方、放熱部４は、上述した実施の形態と
同様に伝熱カプラ６を介して着脱自在にディスプレイ部
２１に装着されるが、本実施例における放熱部４は装置
本体２０の操作にあまり支障のないディスプレイ部２１
の背面部に装着されるために、予め一体に形成しておく
ことも可能である。

【００５２】また、放熱部４に組み込まれるファン装置
３は、上述した実施の形態と同様に、回転翼３０の回転
方向に放射状に冷却風を送風するものが使用されてお
り、冷却風は、図７（ａ）において矢印で示すように、
下方から吸引して上方に吹き出すようにすれば、放熱部
４からの排気が机等に衝突した後、操作者側に吹き付け
られるのを防止することができる。

【００５３】なお、図示しない、本実施の形態において
も、放熱部４にスイッチ部８、あるいは表示部７を設け
ることももちろん可能である。図８、図９に本発明のさ
らに他の実施の形態を示す。この実施の形態は、デスク
トップ型の情報処理装置に有効な冷却構造を示すもの
で、図中２３は筐体、２４は筐体に開設されるオプショ
ンボード実装用のスロットであり、該オプションスロッ
ト２４内に放熱部４が実装される。

【００５４】放熱部４は、複数の放熱フィン４０ｂ、４
０ｂ・・が突設された放熱ブロック４０と、放熱ブロッ
ク４０の上面を覆うカバー体４１と、冷却ファン３とを
有し、放熱ブロック４０には、マザーボード２０ａに形
成され、高発熱素子１からの発熱をオプションスロット
２４近傍まで伝熱するための伝熱部５の終端部に形成さ
れたコンタクト部材５０ａに連結する伝熱カプラ６と、
マザーボード２０ａから冷却ファン３の電源を供給する
電源供給用コネクタ４３が設けられる。

【００５５】また、放熱ブロック４０には、冷却流と排
気流とを分離するための仕切４０ｃが形成される。した
がってこの実施の形態において、冷却ファン３を駆動す
ると、図８（ｂ）において矢印で示すように、筐体２３
の外方に向けて開放される開口部４４から外気を強制導
入されて放熱フィン４０ｂ、４０ｂ・・間を通過して放
熱部４を冷却し、仕切４０ｃで区画された他の領域を通
って開口部４４から筐体外部に排気される。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれが、筐体内で発生した発熱を一旦筐体外等の発熱
部位から離れた位置に引き出した後、放熱部で強制冷却
するために、放熱部での排気により筐体内が暖められる
ことがなくなり、さらに、外気を直接的に取り込むこと
ができるために、放熱効果が向上し、高発熱素子の冷却
効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ方向矢視図である。

【図２】図１の要部拡大図で、（ａ）は放熱部の接続状
態を示す図、（ｂ）は伝熱カプラ部の拡大図である。

【図３】放熱部の分解斜視図である。

【図４】放熱部を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【図５】ロック部を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
はロック部材の拡大図である。

【図６】表示部を示す図である。

【図７】本発明の他の実施の形態を示す図で、（ａ）は
側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態を示す図で、
（ａ）は装置筐体の背面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢
視図である。

【図９】放熱部を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１０】従来例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ方向矢視図である。

【符号の説明】

１ 高発熱素子 ２ 電子装置 ２０ 装置本体 ２１ ディスプレイ部 ３ ファン装置 ３０ 回転翼 ４ 放熱部 ５ 伝熱部 ６ 伝熱カプラ ６０ 電源端子 ７ 表示部 ８ スイッチ部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高発熱素子が実装された電子装置の外壁
   に、ファン装置が組み込まれた放熱部を取り付け、 前記高発熱素子と放熱部とを伝熱部により熱的に連結し
   た発熱素子の冷却構造。
2. 【請求項２】ディスプレイ部を回動自在に連結した装置
   本体の側壁部にファン装置が組み込まれた放熱部を取り
   付け、 前記装置本体内に実装された高発熱素子と放熱部とを伝
   熱部により熱的に連結するとともに、 前記ファン装置は、装置本体手前側から吸気して背面側
   に排気するように配置される発熱素子の冷却構造。
3. 【請求項３】装置本体に回動自在に連結されるディスプ
   レイ部の背面壁にファン装置が組み込まれた放熱部を取
   り付け、 前記装置本体内に実装された高発熱素子と放熱部とを伝
   熱部により熱的に連結するとともに、 前記ファン装置は、ディスプレイ部の回動基端側から吸
   気して反対端縁側に排気するように配置される発熱素子
   の冷却構造。
4. 【請求項４】電子機器筐体に配置されるオプションスロ
   ットにファン装置が組み込まれた放熱部を装着し、 前記電子機器筐体内の高発熱素子と放熱部とを伝熱部に
   より熱的に連結した発熱素子の冷却構造。
5. 【請求項５】前記放熱部は、伝熱カプラを介して伝熱部
   に着脱自在に連結される請求項１、２、３または４記載
   の発熱素子の冷却構造。
6. 【請求項６】前記伝熱カプラには、放熱部が連結される
   装置側からファン装置の駆動電源を供給するための電源
   端子が組み込まれる請求項５記載の発熱素子の冷却構
   造。
7. 【請求項７】前記ファン装置は、回転翼の回転軸を中心
   とした円の接線上に吸気方向と排気方向を持つ請求項１
   ないし６のいずれかに記載の発熱素子の冷却構造。
8. 【請求項８】前記放熱部は、高発熱素子の温度を表示す
   る表示部と、ファン装置の運転を制御するスイッチ部と
   を備える請求項１ないし７のいずれかに記載の発熱素子
   の冷却構造。
9. 【請求項９】前記スイッチ部は電子装置内のＣＰＵ部の
   モードにより切り替えられる請求項８記載の発熱素子の
   冷却構造。