(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属筐体と、該筐体内部に取り付けられかつ冷却を必要とする電子素子を表面又は裏面上に取り付けた基板と、該電子素子のための放熱装置とを備える電子機器において、
前記基板は、筐体の１つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられ、
前記放熱装置は、前記壁面と平行な基板上の、該壁面とは反対側に取り付けられたファンと、前記基板と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成された放熱部と、該放熱部と前記電子素子に取り付けた受熱部とを熱伝導的に結合する伝熱部とを備え、
筐体吸気口から前記ファンにより導入された空気を、基板に開けた穴を通して基板の反対側の前記放熱部を冷却し、そして筐体排気口より排出する、
ことを特徴とする放熱装置を備える電子機器。
【請求項２】
金属筐体と、該筐体内部に取り付けられかつ冷却を必要とする電子素子を表面又は裏面上に取り付けた基板と、該電子素子のための放熱装置とを備える電子機器において、
前記基板は、筐体の１つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられ、
前記放熱装置は、前記壁面に取り付けられたファンと、前記基板と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成された放熱部と、該放熱部と前記電子素子に取り付けた受熱部とを熱伝導的に結合する伝熱部とを備え、
筐体吸気口から前記ファンにより導入された空気を、ファンに対応して基板に開けた穴を通して前記放熱部を冷却し、そして筐体排気口より排出する、
ことを特徴とする放熱装置を備える電子機器。
【請求項３】
前記放熱部は、筐体と一体に成形された複数個のフィンから構成される請求項１又は２に記載の放熱装置を備える電子機器。
【請求項４】
前記伝熱部は、ヒートパイプ又はカーボングラファイトから構成される請求項１〜請求項３のいずれかに記載の放熱装置を備える電子機器。
【請求項５】
前記放熱部は、前記ファンに対抗する筐体部分であり、かつ前記伝熱部は、筐体と一体成形で突出させて形成された接触部及び該接触部と電子素子との間に介在する熱伝導シートから成る請求項１又は２に記載の放熱装置を備える電子機器。
【請求項６】
前記接触部を設けた筐体裏面側に表面を凹凸にした接触防止部を形成した請求項５に記載の放熱装置を備える電子機器。
【請求項７】
前記基板は、内部に層状に高熱伝導性のグラウンド層を備え、そして該基板を前記放熱部のフィン又は基板取り付け用のリブにネジを用いて取り付けることにより前記グラウンド層と前記フィン又はリブを熱的に接合することに加えて、ネジ取付用の基板の穴の内周面上に銅箔を被覆することにより熱的接合を向上させた請求項１〜請求項６のいずれかに記載の放熱装置を備える電子機器。
【請求項８】
前記筐体内面に銅メッキして、熱伝導を向上させた請求項１〜請求項７のいずれかに記載の放熱装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱装置を備える電子機器に関し、特に、金属筐体の限られた空間に収納される発熱素子のための放熱装置を備える電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属筐体内部に備えられるプリント板への半導体素子などの電子部品の実装密度の増大により、その発熱量は増加の傾向にあり、効率的な冷却構造が求められている。かかる要望に応えるものとして、図９に示したような構成がある。
【０００３】
図９は、プリント板１１上に取り付けられている高発熱素子１７から発する熱を、プリント板内に層状に設けられている銅箔１３に拡散させ、この銅箔１３からプリント板裏面を通して絶縁性の液体の冷媒（例えば、３Ｍ社製の商品名フロリナート）を封入した（例えば、カプトン樹脂製の）袋１９で、筐体１０に伝熱を行っていた。しかし、このような冷媒封入袋１９による伝熱は、自然放熱を利用するものであって、近年の発熱量の増加に対して十分に対応できるものではなかった。
【０００４】
そこで、従来、冷却ファンを用いて強制的に冷却することも行われていた。図１０は、このような従来の冷却ファンを用いる放熱構造を示している。平行に備えられた基板３４の一方に、発熱素子３０を取り付け、かつその上面に受熱部３１を取り付けている。基板３４の他方には、ファン４０を取り付けて、このファン４０の吐き出し側にある受熱部３１に空気を衝突させて冷却させている。基板３４に取り付けられたファンが、これに対抗して配置された受熱部３１を取り付けた発熱素子３０を直接冷却する構造のため、薄型化を図ることができない。また、このような冷却用のファン４０は、軸流ファンを用い、かつベンチュリ機構であるケーシング４１を必要とする構造のため、ファン装置の実装高さが高くなるという問題があった。
【０００５】
図１１及び図１２は、従来の冷却ファンを用いる放熱構造の別の例を示している。図１１は、従来のファン付ヒートシンクを例示する斜視図である。このようなファン付ヒートシンクには、その中央に図示しない冷却ファンが取り付けられる。空気は、中間プレートの上側に導入され、該プレートに開けられた穴を通してプレートの反対側に、そして放熱部を通ってそこから導出する。
【０００６】
図１２は、このようなファン付ヒートシンク３３を筐体内部において、基板３４上に取り付けて、基板３４上の発熱素子３０を冷却する構造を示している。図１２の上側に上面図を、かつ下側に前面図を、それぞれ断面図で示している。発熱素子３０で発した熱は、その上部に取り付けられた受熱部３１に、そしてそこから、ヒートパイプ３２を介して、それに結合されているファン付ヒートシンク３３の放熱部に伝熱されて、冷却される。このような構成により、優れた冷却効果を上げることができるものの、ファン付ヒートシンク３３が、基板３４上に取り付けられているので、実装高さが高くなるという問題がある。特に、ノートパソコン等の携帯機器においては、従来のファン付ヒートシンク３３を取り付けるのに十分なスペースを確保することができない。
【０００７】
そのため、従来、ノートパソコン等においては、図１３に示されるような放熱構造が用いられている。基板３４の裏面に取り付けられた発熱素子３０は、熱伝導シート３６を介して、筐体１０に設けた突起部３７と接触させられている。このような放熱構造は、また自然放熱を利用するものであって、冷却効果が十分なものでないだけでなく、突起部３７下面の筐体表面温度が局所的に高くなるという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明は、大きな発熱量に対しても十分に対応することができるように冷却ファンを用いた強制冷却構造を採用するものにおいて冷却効率を上げ、そして特に小型の電子機器に適するように、省スペース化を図ると共に、組立容易にして、コスト低減を図ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱装置を備える電子機器は、金属筐体１０と、該筐体１０内部に取り付けられた発熱素子３０を表面又は裏面上に取り付けた基板３４と、該発熱素子３０のための放熱装置とを備えている。基板３４は、筐体１０の１つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられている。放熱装置のファン２６は、基板３４上の、該壁面とは反対側に、又は該壁面上に取り付けられている。放熱部２７は、基板３４と前記壁面の間に備えられ、かつ該壁面と一体に形成されている。伝熱部は、放熱部２７と発熱素子３０に取り付けた受熱部３１とを熱伝導的に結合している。筐体吸気口２３からファン２６により導入された空気を、基板３４に開けた穴を通して基板３４の反対側の放熱部２７を冷却し、そして筐体排気口２４より排出する。このように、本発明は、筐体１０を金属により構成して、その熱伝導性を放熱装置の放熱部２７として有効利用するよう配置し、さらには、ファン２６を、従来必要とされたような中間プレートを用いることなく、発熱素子３０取り付け用の基板３４を利用して固定することにより、省スペース化を図ると共に、冷却効率を上げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明を適用した放熱装置を備える電子機器の一例を示す前面図及び上面図である。図において、１０は筐体、３４は基板である。図示したように、基板３４は、筐体の１つの壁面に対抗して該壁面と平行に取り付けられている。（なお、図示した機器は、必ずしも水平に図示した配置で使用するものではないが、以下の説明において、この壁面を、便宜上底面と称することがある。）ファン２６は、この底面に面する側とは反対側において、基板３４上に取り付けられている。また、ファン２６制御用の素子を、ホール素子を除いて、この基板３４上に設置することができ、これによって、ファン基板部の厚みが減少し、実装高さが削減される。
【００１１】
ダクト２５は、基板３４の上側において、冷却用の空気を吸気口２３より導入して、ファン部にガイドしている。ファン２６は、導入された空気を、基板３４に開けられた穴を通して反対側に導き、そこに設けられている放熱部２７を通ってそれを冷却した後、排気口２４を通して筐体１０外部に放出させる。吸気口２３及び排気口２４の位置は、図示したように、排気の回り込みがないように筐体１０の同一側面からの吸気を避け、排気面とは垂直な面から吸気するよう配置されている。
【００１２】
放熱部２７には、詳細は後述する発熱素子に結合されているヒートパイプ３２が結合されている。このヒートパイプ３２は、放熱部２７の側面に設けることができるが、その上面に設けるように構成すると、取り付け作業が容易となる。さらに、ヒートパイプ３２を、放熱部２７の上面に設けて、基板３４によって抑えつけることもできる。
【００１３】
筐体１０は、軽量で高い強度、そして高い熱伝導性を持つＭｇ合金等の金属から構成されている。そして、さらに熱伝導性を向上させるために、この金属筐体１０の内面には銅メッキをすることができる。これによって、筐体１０の厚み方向とは垂直な方向の熱伝導率を上げることができるため、筐体表面の温度差を解消し、筐体表面の均熱化を促進して、冷却に寄与する面積が増大する。この筐体１０には、放熱部２７を構成する複数のフィン、及び基板を取り付けるためのリブが、筐体作成時に金型で一体成形されている。
【００１４】
図３は、図１に示した放熱部２７のフィン形状を明示のために、基板及びファン等の他の構成を省いて図示した上面図である。また、このようなフィン形状の他の例を、図４に示している。図４の３つの図は、それぞれ上側に上面図を、そして下側に前面図を示している。図示したように、フィン形状は、角ピンフィン、丸ピンフィン、或いはプレートフィンのようにすることができる。このような放熱部２７のフィンは、ファン２６による空気流をスムーズに流入かつ流出させて高発熱素子よりヒートパイプ３２に伝導された熱を効果的に冷却すると共に、伝導された熱を金属筐体に拡散させるように、適宜の位置に複数個設けられている。このように、放熱部２７のフィンの一部は、ファンの排気を吸気と分離し、かつ排気を一方向に方向づけることを目的としたベンチュリ機構２９として機能させている。さらに、放熱部２７に伝導された熱を拡散させるために、基板３４内部のグラウンド層１２を利用することができる。
【００１５】
図２は、図１に示したＡ部の詳細を示している。基板３４は、全体的には絶縁性の樹脂から構成されるが、その内部に熱的、電気的に伝導性の良好な銅箔等から成るグラウンド層１２を備えている。伝導した熱は、グラウンド層１２に伝わり、そこからネジ１４等を介し、さらにそれにより締結されている放熱部２７を構成するフィン（或いは基板３４取り付け用のリブ）を伝導して、そして、フィンと一体成形されている筐体１０に伝導される。また、基板３４に開けたネジ取付用穴の内周面に銅メッキ層２０を被覆する熱的接合、いわゆるサーマルビアにより、グラウンド層１２と放熱部２７のフィン間の熱伝導をさらに向上させることができる。
【００１６】
図５〜図８は、発熱素子３０から放熱部２７までの伝熱を例示する図である。図５は、基板裏側の発熱素子３０から放熱部２７までヒートパイプで結合する例を示している。図示した発熱素子３０は、冷却を必要とするほどに発熱する電子素子であって、ファン２６が取り付けられている基板３４上において、ファン２６とは反対の裏側に取り付けられている。この発熱素子３０には、受熱部３１が取り付けられ、そして、この受熱部３１と放熱部２７がヒートパイプ３２によって熱伝導的に結合されている。ファン２６により基板３４の上側に導入された空気流は、基板３４にあけた穴を通して基板３４の反対側に導かれ、前述したように、複数のフィンから構成される放熱部２７を冷却した後、筐体１０外部に放出される。
【００１７】
図６は、発熱素子３０から放熱部への伝熱部を筐体と一体の接触部及び底壁が構成する例を示す図である。発熱素子３０は、同様に、基板３４の裏側に取り付けられているが、この発熱素子３０は、筐体１０から突出した接触部３７に熱伝導シートを介して接触させている。また、この接触部３７の裏面において、温度が局所的に高くなるが、筐体１０の裏側表面を凹凸にした接触防止部３８を設けることにより、操作者との接触面積を減少させて、操作者の体感温度を下げることができる。発熱素子３０から発した熱は、熱伝導シート及び接触部３７を介して筐体底面側に伝熱し、この筐体底面側が伝熱部を構成している。また、ファンと対抗する筐体底面側の部分が放熱部を構成しているので、ファン２６により導入された空気流は、放熱部を構成する筐体底面側を冷却した後、発熱素子３０及び接触部３７を直接冷却した後、排気口２４より筐体外部に放出される。ファン２６から排気口２４までの風の流路は、基板３４と、筐体１０と、ダクト２０とにより構成されている。
【００１８】
図７は、図６と同様な構成を例示するが、風流路内に、複数のフィン３９が備えられている。筐体１０と一体形成のフィン３９を設けることにより、放熱面積が増大すると共に、風の流れをスムーズにすることができる。
【００１９】
図８は、基板上側の発熱素子３０より基板下側の放熱部２７へカーボングラファイト４０を用いて伝熱する例を示している。図示の例において、発熱素子３０は、基板３４上において、ファン２６と同じく上側に取り付けられている。放熱部２７は、基板３４のファン２６を取り付けた側とは反対側の下側に備えられているので、基板３４の上側の発熱素子３０から、下側の放熱部２７まで、カーボングラファイト４０で熱伝導的に結合されている。カーボングラファイトは、ヒートパイプに比較して伝熱量では劣るものの、厚さが薄いためほんの少しの隙間でも通すことができ、また、柔軟性があるため、放熱経路を自由に決めたり、受熱・放熱部の製造・組立公差を吸収できる利点を有している。このようなカーボングラファイトを用いて、発熱素子３０から基板側面の隙間を通して裏面まで伝導し、放熱部２７と基板３４の間に挟んでネジでとも締めする。カーボングラファイトは導電性であるため、使用する際には接触部を除いて絶縁性の樹脂でサンドイッチしておく必要がある。
【００２０】
図１４は、ファン２６の基板３４への取付を例示する図である。図示したように、ファン２６のベアリングハウス４２及びファン基板部４３をリブ４１に取り付ける。そして、このリブ４１が、基板３４の筐体１０の底面とは反対側に固定されて、ファン２６の主要部が、基板３４にあけた穴から、筐体底面側に突出するようにして取り付けられる。これによって、基板上の高さを最少にして、ファン２６を取り付けることができる。
【００２１】
図１５は、ファン２６の基板３４への取付の別の例を示す図である。図において、ファン２６のベアリングハウス４２及びファン基板部４３は、筐体１０の底面側に取り付けられる。これによって、取付のためのリブを必要とせず、基板３４に設けた穴からほとんど突出させることなく、ファン２６を取り付けることができると共に、空気流は基板３４の上側から、ファン２６に対応してあけられた穴を通して図示しない放熱部に良好に導くことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、放熱装置の放熱部として、金属により構成される筐体の熱伝導性を有効利用し、さらには、ファンを、従来必要とされたような中間プレートを用いることなく、電子素子取り付け用の基板を、固定のために利用することにより、又は基板にあけた穴を風通路として利用することにより、薄型化され実装スペースの制限されている最近の電子機器への取り付けを可能にするのに十分に実装高さを削減できるだけでなく、大きな発熱量に対しても対応できる強制空冷を可能にするという効果がある。
【００２３】
また、このように中間プレートが不要となり、さらには、放熱部と筐体を一体化することにより、金型が２つから１つになり、コストを削減することができる。
【００２４】
また、放熱部と筐体を一体化することにより、放熱部と筐体間の接触熱抵抗が減少し、放熱効率が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した放熱装置を備える電子機器の一例を示す前面図及び上面図である。
【図２】図１に示したＡ部の詳細を示す図である。
【図３】図１に示した放熱部のフィン形状を明示のために、他の構成を省いて図示した上面図である。
【図４】放熱部のフィン形状の他の例を示す図である。
【図５】基板裏側の発熱素子から基板裏側の放熱部までヒートパイプで結合する例を示している。
【図６】発熱素子から放熱部への伝熱部を筐体と一体の接触部及び底壁が構成する例を示している。
【図７】図６と同様な構成を例示するが、風流路内に、複数のフィンが備えられている図である。
【図８】基板上側の発熱素子より基板下側の放熱部へカーボングラファイトを用いて伝熱する例を示している。
【図９】従来の冷媒封入袋を用いた電子機器の冷却構成を示す図である。
【図１０】従来の冷却ファンを用いる放熱構造を示している。
【図１１】従来のファン付ヒートシンクを例示する斜視図である。
【図１２】従来の冷却ファンを用いる放熱構造の別の例を示している。
【図１３】従来のノートパソコン等において用いられている放熱構造を例示する図である。
【図１４】ファンの基板への取付を例示する図である。
【図１５】ファンの基板への取付の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１０  筐体
１２  グラウンド層
１４  ネジ
２０  銅メッキ層
２３  吸気口
２４  排気口
２５  ダクト
２６  ファン
２７  放熱部
２９  ベンチュリ機構
３０  発熱素子
３１  受熱部
３２  ヒートパイプ
３３  ファン付ヒートシンク
３４  基板
３６  熱伝導シート
３７  突起部
３８  接触防止部
３９  フィン
４０  カーボングラファイト
４１  リブ
４２  ベアリングハウス
４３  ファン基板部
【図１】
0003569451.tif 000002
【図２】
0003569451.tif 000003
【図３】
0003569451.tif 000004
【図４】
0003569451.tif 000005
【図５】
0003569451.tif 000006
【図６】
0003569451.tif 000007
【図７】
0003569451.tif 000008
【図８】
0003569451.tif 000009
【図９】
0003569451.tif 000010
【図１０】
0003569451.tif 000011
【図１１】
0003569451.tif 000012
【図１２】
0003569451.tif 000013
【図１３】
0003569451.tif 000014
【図１４】
0003569451.tif 000015
【図１５】
0003569451.tif 000016