(57)【要約】【課題】電子機器の筐体内部の空気を外部に排出する放熱装置を提供する。【解決手段】筐体１０１の内部に放熱装置１０が配置される。放熱装置１１のチャンバ開口１４の前面には吸入開口３１ａ、３１ｂを形成するように整流機構１９が配置される。整流機構１９は複数のスリットが形成された放熱フィン２０を含む。圧電素子が振動すると、空気チャンバが吐出工程と吸入工程を繰り返す。吸入工程では、筐体内部の空気が吸入開口からチャンバに流入する。吐出工程では吐出された渦流が整流機構で整流化されて排気口１０３から円滑に外部に排出される。排出された空気は通気口１０５から筐体内部に流入する。チャンバに流入する空気と吐出する空気は分離されるため放熱効率を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスから熱を放出する放熱装置であって、
空気を吐出または吸入するチャンバ開口が形成された空気チャンバと、
前記チャンバ開口との間に吸入開口を形成するように配置された整流機構と、
前記空気チャンバが吸入工程と吐出工程を繰り返すように振動板を振動させる駆動機構とを有し、
前記吸入工程で前記吸入開口から前記空気チャンバに吸入した空気を、前記吐出工程で前記整流機構を通じて排出することが可能な放熱装置。
【請求項２】
前記整流機構が複数のスリットが形成されたフィンと前記チャンバ開口が吐出する空気を前記フィンに誘導するダクトを含む請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記駆動機構が圧電素子を含む請求項１または請求項２に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記フィンが熱伝導率の良好な材料で形成されたヒート・シンクである請求項１から請求項３のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項５】
前記ヒート・シンクにプロセッサから熱を放出するヒート・パイプが結合されている請求項４に記載の放熱装置。
【請求項６】
前記空気チャンバが扁平な形状をしており、前記スリットが前記チャンバ開口の高さ方向に延びるように形成されている請求項２から請求項５のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項７】
前記空気チャンバの平面的な形状が縦と横の長さが７０ミリメートル以下の正方形である請求項２から請求項６のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項８】
前記ダクトの高さが前記チャンバ開口と同一の高さから前記チャンバ開口の高さの２倍以下の範囲である請求項７に記載の放熱装置。
【請求項９】
前記ダクトの空気流の方向の長さが１ミリメートルから３ミリメートルの範囲である請求項７または請求項８に記載の放熱装置。
【請求項１０】
前記吸入開口の長さが１．５ミリメートルから３．５ミリメートルの範囲である請求項７から請求項９のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項１１】
前記スリットの幅が２ミリメートルから２．５ミリメートルの範囲である請求項７から請求項１０のいずれかに記載の放熱装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された放熱装置を有する電子機器。
【請求項１３】
排気口が形成された筐体を備える電子機器に収納される放熱装置であって、
振動板を含みチャンバ開口が形成された空気チャンバと、
前記チャンバ開口との間に所定の間隔を空けて配置された整流機構と、
前記振動板を振動させて前記チャンバ開口から空気を吸入または吐出させる駆動機構とを有し、
前記チャンバ開口と前記整流機構の間から前記空気チャンバに吸入した空気を、前記整流機構と前記排気口を通じて排出することが可能な放熱装置。
【請求項１４】
前記整流機構が複数のスリットが形成されヒート・パイプが結合されたヒート・シンクと、前記チャンバ開口から吐出された空気を前記ヒート・シンクに誘導するダクトを含む請求項１３に記載の放熱装置。
【請求項１５】
電子デバイスの表面から熱を放出する方法であって、
チャンバ開口を備える空気チャンバを配置するステップと、
前記電子デバイスと前記チャンバ開口の間に前記チャンバ開口から所定の距離を空けて整流機構を配置するステップと、
吸入工程と吐出工程を繰り返すように前記吸気チャンバの容積を変化させるステップと、
前記吸入工程において前記チャンバ開口と前記整流機構の間から前記空気チャンバに空気を吸入するステップと、
前記吐出工程において前記整流機構を通じて前記チャンバ開口から吐出した空気を前記電子デバイスの表面に吹き付けるステップと
を有する方法。
【請求項１６】
筐体の通気口から流入した空気を筐体の排気口から排出する方法であって、
前記筐体の内部にチャンバ開口を備える空気チャンバを配置するステップと、
前記チャンバ開口から所定の距離を空けて前記排気口に位置が整合するように整流機構を配置するステップと、
吸入工程と吐出工程を繰り返すように前記吸気チャンバの容積を変化させるステップと、
前記吸入工程において前記チャンバ開口と前記整流機構の間から前記空気チャンバに空気を吸入するステップと、
前記吐出工程で前記整流機構と前記排気口を通じて空気を外部に排出しかつ前記通気口から筐体内部に外気を吸入するステップと
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイスから熱を放出する放熱装置に関し、さらには、電子機器の筐体の内部の空気を外部の空気と置換して電子デバイスの熱を放出する放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの放熱装置には薄型化に適し消費電力が少なく耐久性のある圧電素子を利用したものがある。特許文献１は、ハウジングのメンブレンをピエゾ素子で振動させて開口部から空気を吐出および吸入して、開口部の前面にある発熱デバイスから熱を放出する放熱装置を開示する。開口部から渦流となって吐出された空気は滞留により発熱デバイスの表面から熱を放出する。特許文献２は、ピエゾ素子で往復動作をするダイヤフラムで二つの空気流路の導通を制御して逆止弁を除去した圧電マイクロポンプを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開２０１２／１７０２１６号明細書
【特許文献２】特許第４９５７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の放熱装置は、逆止弁を使用しないで一つの開口部から空気の排出と吸入をする簡単な構造であるため耐久性に優れており消費電力も少ない。しかし、ハウジングが吐出した空気は発熱デバイスの表面に渦流となって滞留するため、温度が上昇した空気の一部が再びハウジングに流入して放熱効果の低下をもたらす。また開口部から吐出した空気を遠方まで排出することができないため、このままでは電子機器の筐体内部の空気を外気と置換するような用途には利用ができない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、効率よく電子デバイスの熱を放出する放熱装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、電子機器の筐体内部の空気を効率よく外部に排出する放熱装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、簡単な構造を備え信頼性の高い放熱装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、小型化が容易な放熱装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような放熱装置を搭載した電子機器、放熱方法および筐体内部の空気を排出する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、電子デバイスの熱を放出する放熱装置を提供する。空気チャンバには空気を吐出または吸入するチャンバ開口が形成されている。整流機構はチャンバ開口との間に吸入開口を形成するように配置されている。駆動機構は空気チャンバが吸入工程と吐出工程を繰り返すように振動板を振動させる。振動板は、空気チャンバの壁の一部でも空気チャンバの壁とは別部材のダイヤフラムでもよい。そして、放熱装置は吸入工程で吸入開口から空気チャンバに吸入した空気を、吐出工程で整流機構を通じて排出することを可能にする。
【０００７】
上記の構成により、空気チャンバが吐出する空気は整流機構で整流化されて円滑に流れ、吸入開口から吸入する空気と吐出した空気が分離される。電子デバイスの表面で温度が高くなった空気が空気チャンバに流入しないため放熱効率を高めることができる。整流機構は複数のスリットが形成されたフィンとチャンバ開口が吐出する空気をフィンに誘導するダクトを含んで構成することができる。駆動機構は圧電素子を含んで構成することができる。
【０００８】
フィンを熱伝導率の良好な材料で形成されたヒート・シンクとすれば、フィンは吐出する空気と吸入する空気を分割する機能と、ヒート・シンクの機能を備えることができる。フィンがヒート・シンクの機能を備える場合には、ヒート・シンクにプロセッサの熱を放出するヒート・パイプを結合することができる。空気チャンバを扁平な形状にしたときに、フィンのスリットはチャンバ開口の高さ方向に延びるように形成することが望ましい。
【０００９】
空気チャンバの平面的な形状を縦と横の長さが７０ミリメートル以下の正方形とすることができる。ダクトの高さをチャンバ開口の高さより高くかつチャンバ開口の高さの２倍以下の範囲とすればチャンバ開口が吐出した空気をフィンまで効果的に誘導することができる。ダクトの空気流の方向の長さは１ミリメートルから３ミリメートルの範囲にすることが望ましい。吸入開口の空気流の方向の長さは１．５ミリメートルから３．５ミリメートルの範囲にすることが望ましい。フィンのスリットの幅は２ミリメートルから２．５ミリメートルの範囲とすることが望ましい。
【００１０】
本発明の第２の態様は、排気口が形成された筐体を備える電子機器に収納される放熱装置を提供する。空気チャンバは振動板を含みチャンバ開口が形成されている。整流機構はチャンバ開口との間に吸入開口を形成するように配置される。駆動機構は振動板を振動させてチャンバ開口から空気を吸入または吐出させる。放熱装置は、吸入開口から空気チャンバに吸入した空気を、整流機構と排気口を通じて排出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、効率よく電子デバイスから熱を放出する放熱装置を提供することができた。さらに本発明により、電子機器の筐体内部の空気を効率よく外部に排出する放熱装置を提供することができた。さらに本発明により、簡単な構造を備え信頼性の高い放熱装置を提供することができた。さらに本発明により、小型化が容易な放熱装置を提供することができた。さらに本発明により、そのような放熱装置を搭載した電子機器、放熱方法および筐体内部の空気を排出する方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】放熱装置の平面図である。
【図２】放熱装置の断面図、正面図および側面図である。
【図３】放熱装置の動作を説明する図である。
【図４】吸入開口の長さ、およびダクトの長さと放熱効率の関係を確認する実験結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施の形態にかかる放熱装置の平面図で、図２は放熱装置の断面図、正面図および側面図である。放熱装置１０は、空気チャンバ１２と圧電素子（ピエゾ素子）１３を含む送風機構１１と、放熱フィン２０とダクト２１を含む整流機構１９と、ヒート・パイプ２３を備えている。空気チャンバ１２は平面の面積が広く高さが低い扁平な形状をしており一例として平面形状を縦横の長さがＷの正方形としている。
【００１４】
ただし、空気チャンバ１２の平面形状を正方形に限定する必要はなく長方形、円形、楕円形またはそれに類似するものでもよい。空気チャンバ１２の高さはｈ１である。空気チャンバ１２は、薄い金属板で形成されている。空気チャンバ１２は、上面１２ａと下面１２ｂが正方形で側面１２ｃ〜１２ｅが長方形の扁平な直方体で構成され内部に空気を滞留させることができる。一例として、Ｗは３０ミリメートルから７０ミリメートルの範囲とし、ｈ１は１．８ミリメートルとすることができる。
【００１５】
空気チャンバ１２の上面１２ａには圧電素子１３が貼り付けられている。圧電素子１３の電極に交流電圧を加えると圧電素子が歪み空気チャンバ１２の上面１２ａが振動板となって振動する。圧電素子１３は、空気チャンバ１２の上面１２ａと下面１２ｂの双方に貼り付けてもよい。圧電素子１３は、空気チャンバ１２の内部の容積が周期的に拡大と収縮を繰り返すように振動板に振動を与えるアクチュエータの一例である。圧電素子１３は薄型のアクチュエータを製造する上で優れているが、本発明は空気チャンバ１２が吸入工程と吐出工程を周期的に繰り返すように容積を変化させることができる他の機械的なアクチュエータまたは電磁的なアクチュエータを採用することもできる。
【００１６】
図１には空気チャンバ１２の上面１２ａを振動板として利用する例を示しているが、空気チャンバ１２の内部に振動板となるダイヤフラムを設けてもよい。空気チャンバ１２は、一例として６個の弾力部材１７で３つの側面１２ｃ〜１２ｅがブラケット１５に支持されている。空気チャンバ１２の残りの側面は壁を取り除いて、チャンバ開口１４として構成している。上面１２ａ、下面１２ｂ、側面１２ｃ、１２ｅの各開放端部で形成される平面をチャンバ開口１４の面ということにする。ヒート・パイプ２３は一端が放熱フィン２０の天板に熱的に結合され他端がプロセッサのヒート・シンク２５に熱的に結合されている。
【００１７】
図２（Ａ）は図１の送風機構１１と整流機構１９の断面図、図２（Ｂ）は整流機構１９を空気の排出側からみた正面図、図２（Ｃ）は整流機構１９を空気の流入側からみた正面図である。放熱フィン２０のサイズは、幅が空気チャンバ１２の縦横の長さと同じＷで高さがｈ２で空気流の方向の長さがｃである。本実施の形態では一例としてｈ２を３ミリメートルで、ｃを３０ミリメートルとしている。ｈ２がｈ１以上でかつｈ１の２倍以下に設定すると、チャンバ開口１４から吐出されて渦を巻いた空気流を放散させないようにしながら放熱フィン２０の流入側まで誘導することができる。空気チャンバ１２の高さ方向の中心と放熱フィン２０の高さ方向の中心は一致させることが望ましい。
【００１８】
放熱フィン２０は熱伝導率の良好な金属材料で形成されておりヒート・シンクとして機能する。ただし、放熱フィン２０は図３を参照して説明するように、チャンバ開口１４から吐出された空気を、空気チャンバ１２に流入する空気と分離しかつ円滑に遠方まで排出するための渦流の整流化を主たる目的としているので、この目的の範囲ではヒート・シンクとして機能させる必要はない。
【００１９】
放熱フィン２０には高さ方向に延びた複数のスリット２７が形成されている。スリットを放熱フィン２０の幅ｗの方向に延びるように形成した場合には高さ方向に延びるようにした場合に比べて放熱効率が低下する。スリット２７の幅は２ミリメートルから２．５ミリメートルの範囲で選定することが望ましい。ダクト２１は放熱フィン２０の空気の流入側の周囲を囲うように配置されている。
【００２０】
ダクト２１と放熱フィン２０は一体に形成することもできる。ダクト２１の空気流の方向の長さはｂである。整流機構２０は、チャンバ開口１４の面との間に吸入開口３１ａ、３１ｂを形成するように配置される。吸入開口３１ａ、３１ｂの面からダクト２１の端部までの空気流の方向の長さａを吸入開口３１ａ、３１ｂの長さということにする。
【００２１】
つぎに、放熱装置１０の動作について図３を参照して説明する。図３において、放熱装置１０は電子機器の筐体１０１に収納されている。電子機器は、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、またはノートブック型パーソナル・コンピュータとすることができる。図３からはヒート・パイプ２３を省略して記載しているが、放熱装置１０はプロセッサを放熱するヒート・パイプ２３を含んでもよい。筐体１０１には、通気口１０５と排気口１０３が形成されている。整流機構１９は、排出側が排気口１０３と位置が整合するように配置されている。
【００２２】
圧電素子１３に一例として１１０Ｈｚの電圧を印加して空気チャンバの上面１２ａを振動させる。図３（Ａ）は、空気チャンバ１２の容積が拡大する吸入工程の様子を示し、図３（Ｂ）は空気チャンバ１２の容積が縮小する吐出工程の様子を示している。吸入工程では、吸入開口３１ａ、３１ｂから空気チャンバ１２に筐体内部の空気が流入する。拡大工程では、チャンバ開口１４から空気が渦流となって吐出される。ダクト２１は渦流を周囲に放散させないようにしながら放熱フィン２０の流入側まで導く。渦流は空気チャンバ１２の吐出圧力でスリット２７に入り込む。スリット２７に入り込んだ渦流は整流化されて、放熱フィン２０の排出側と排気口１０３を通じて円滑に排出される。
【００２３】
吐出された空気は放熱フィン２０を通じて排出されるため放熱フィン２０の流入側には渦流が滞留しない。したがって、つぎの吐出工程で吐出された空気は同様のプロセスで円滑にスリット２７に入り込んで排出される。空気チャンバ１２は、流入開口３１ａ、３１ｂを通じて空気を吸入するため、空気チャンバ１２が吸入する空気と吐出する空気は分離される。吸入工程と吐出工程の間に筐体１０１の内部には正圧と負圧が繰り返し発生し、通気口１０５を通じて内部の空気と外部の空気が置換される。排気口１０３を通じて筐体内部に流入する空気は少ない。排気口１０３を通じて外部に排出される空気量に相当する量の空気が、通気口１０５を通じて内部に流入する。
【００２４】
したがって放熱装置１０によれば、逆止弁を設けないでも空気チャンバ１２に流入する筐体内部の空気と、空気チャンバ１２から吐出される筐体内部の空気を分離することができるため、放熱効率を向上させることができる。放熱フィン２０は、スリットを通過する空気と熱交換することができるため、ヒート・パイプ２３で結合されたプロセッサなどの電子デバイスの熱を放熱することができる。また放熱装置１０は筐体内部の空気を外気と置換して筐体内部に存在するデバイスから熱を放出することができる。
【００２５】
これまで放熱装置１０が筐体内部の空気が蓄積する熱を放出する例を説明したが、放熱装置１０は電子デバイスの表面に直接放熱フィン２０の排出側から空気を吹き付けて放熱することもできる。特許文献１が開示する整流機構２０が存在しない放熱装置では空気チャンバの吐出工程で吐出された空気が開口部の前面に配置された電子デバイスの表面に渦流となって滞留する。
【００２６】
空気はやがて対流により周囲の温度の低い空気と混合するが、吸入工程では暖気と冷気が混合した空気が空気チャンバに流入する。整流機構２０を設けると、吐出工程で整流機構２０から整流化した空気が電子デバイスの表面に吹き付けられる。吸入工程では対流により混合した空気とは異なる冷気が吸入開口３１ａ、３１ｂから空気チャンバ１２に流入するため放熱効率が向上する。
【００２７】
図４は放熱装置１０が、電子デバイスの表面に空気を吹き付ける方法で放熱した場合に、電子デバイスの温度上昇を最も効果的に抑制できる吸入開口の長さａとダクトの長さｂの関係を示す図である。ライン２０１は吸入開口の長さａを示し、ライン２０３はダクトの長さｂを示している。横軸は、各空気チャンバの縦横の長さｗを示している。実験では５種類のサイズの空気チャンバのそれぞれについて最適な吸入開口の長さａとダクトの長さｂの組を確認した。実験では吸入開口３１ａ、３１ｂの長さａを、１．５ミリメートルから３．５ミリメートルの範囲にした場合に効果が得られることを確認した。また、ダクト２１の長さｂを１ミリメートル〜３ミリメートルの範囲に選択した場合に効果が得られることを確認した。
【００２８】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  放熱装置
１１  送風機構
１２  空気チャンバ
１３  圧電素子
１４  チャンバ開口
１９  整流機構
２０  放熱フィン
２１  ダクト
２７  スリット
３１ａ、３１ｂ  吸入開口
１０１  筐体
１０３  排気口
１０５  通気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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