(57)【要約】【課題】送風ファンによって形成される空気流によって発熱体の冷却を効率よく行うことが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】ヒートシンク８の形状を、第１開口部２５から第２開口部２６へと段階的に断面積が狭くなる筒型形状とし、送風ファン７を駆動させた際に第２開口部２６から第１開口部２５へと中空部２７を通過する排熱用空気流３０を形成することによって、特にヒートシンク８と接触する箇所（具体的にはフィン２８が立設された中空部２７）の排熱用空気流３０の流速を上昇させるように構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内部に配置された発熱体を冷却する為の冷却装置であって、
前記筐体内部の熱を外部に排出する排気口と、
前記筐体内部で前記発熱体と離間する位置に配置され、第１の開口部と第２の開口部とによって連結された中空部を有するヒートシンクと、
前記排気口に配置され、前記筐体内部から前記中空部を通過して前記排気口へと熱を排出する為の排熱用空気流を形成する送風ファンと、
前記発熱体及び前記ヒートシンクとそれぞれ熱的に接続され、前記発熱体の熱を前記ヒートシンクに伝達する熱伝達部材と、を有し、
前記ヒートシンクは、
前記第１の開口部が前記送風ファンに対向する位置に配置され、
前記第１の開口部の開口面積は、前記第２の開口部の開口面積よりも広い冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記第１の開口部から前記第２の開口部へと段階的に断面積が狭くなる筒型形状を有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記送風ファンと、前記第１の開口部と、前記第２の開口部とが直線状に位置する請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、前記熱伝達部材と接触する面に対して前記中空部内にフィンを形成する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記フィンは、前記排熱用空気流に対して平行な平板形状を有する請求項４に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の筐体内部に配置された発熱体を冷却する為の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器においては、箱状の筐体の内部に、集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品が配置されている。このような電子部品の中には、ＣＰＵやＧＰＵに用いられるマイクロプロセッサのように使用時に発熱する部材（以下、発熱体という）も存在する。このような発熱体を放置すれば、発熱体自身に加えて、筐体内部の温度が上昇することによって他の電子機器にも悪影響を及ぼす。
【０００３】
そこで、従来より上記発熱体を冷却する為の手段として、ヒートシンクと冷却ファンを組み合わせて用いることが提案されている。例えば、特開２００２−３５９３３１号公報には、発熱体の表面に複数のフィンを備えたヒートシンクを設置し、更にヒートシンクのフィンの上面に送風ファンを配置することによって、送風ファンによって生じる空気流をフィンの間が通るように形成し、発熱体を効果的に冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９３３１号公報（図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、発熱体となり得る一般的な電子部品であるマイクロプロセッサは、基板の配線を放射線状にする為に、基本的に基板の中央付近に配置される。従って、上記特許文献１のように発熱体の表面にヒートシンク及び送風ファンを配置することとすると、筐体内部の中央付近が上記ヒートシンクや送風ファンによって占められてしまうこととなり、装置の小型化が難しくなる問題があった。また、筐体内部の空きスペースが中央で分断されてしまうことから、空きスペースの活用も難しくなる。また、送風ファンを筐体内部の中央付近に配置すると、送風ファンによって生じた風が筐体外部へ排気されることなく筐体内部で循環し、筐体内部に熱が滞留することとなる。従って、送風ファンをヒートシンクから離して筐体壁面等に配置する必要が生じる。
【０００６】
しかしながら、送風ファンをヒートシンクから離して筐体壁面等に配置すると、送風ファンによって形成される空気流がヒートシンクの冷却機能に対して効果的に形成されないという新たな問題が生じる。ここで、送風ファンによって形成される空気流は、ヒートシンク近傍の流速が速くなる程、ヒートシンクから空気中への熱伝達率が上昇し、ヒートシンクの放熱（即ち冷却機能）をより高めることが知られている。しかしながら、送風ファンをヒートシンクから離して配置すると、ヒートシンク近傍の流速を速くすることが困難となる。
【０００７】
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、送風ファンによって形成される空気流によって発熱体の冷却を効率よく行うことが可能となり、且つ筐体中央に空きスペースを確保することによって装置の小型化や空きスペースの活用についても実現した冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明に係る冷却装置は、筐体内部に配置された発熱体を冷却する為の冷却装置であって、前記筐体内部の熱を外部に排出する排気口と、前記筐体内部で前記発熱体と離間する位置に配置され、第１の開口部と第２の開口部とによって連結された中空部を有するヒートシンクと、前記排気口に配置され、前記筐体内部から前記中空部を通過して前記排気口へと熱を排出する為の排熱用空気流を形成する送風ファンと、前記発熱体及び前記ヒートシンクとそれぞれ熱的に接続され、前記発熱体の熱を前記ヒートシンクに伝達する熱伝達部材と、を有し、前記ヒートシンクは、前記第１の開口部が前記送風ファンに対向する位置に配置され、前記第１の開口部の開口面積は、前記第２の開口部の開口面積よりも広い。
【発明の効果】
【０００９】
前記構成を有する本発明に係る冷却装置によれば、送風ファンによって形成される空気流について、特にヒートシンク近傍の流速を速くすることが可能であり、ヒートシンクの冷却（放熱）機能をより高めることが可能となる。従って、発熱体の冷却を効率よく行うことが可能となる。一方で、ヒートシンク及び送風ファンを発熱体に対して離間して配置することが可能となるので、筐体中央に空きスペースを確保することができ、装置の小型化や空きスペースの活用についても可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るナビゲーション装置の筐体内部を示した斜視図である。
【図２】特にヒートシンクを取り外した状態を示した図である。
【図３】ヒートシンクを示した斜視図である。
【図４】送風ファンと対向する側からヒートシンクを見た正面図である。
【図５】ナビゲーション装置の内部の内、特にヒートシンク周辺を示した図である。
【図６】ナビゲーション装置をヒートシンクの第１開口部に対して垂直方向に切断した断面図である。
【図７】送風ファンを駆動させた場合において形成される排熱用空気流の流速を示した図である。
【図８】送風ファンを駆動させた場合において形成される排熱用空気流の流速を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る冷却装置について、具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、本発明に係る冷却装置は、ナビゲーション装置やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器に対して設置されるが、特に以下の説明ではナビゲーション装置に設置された例について説明する。
【００１２】
先ず、本実施形態に係る冷却装置１が設置されたナビゲーション装置２の内部構造について図１及び図２を用いて説明する。図１はナビゲーション装置２の筐体内部を示した斜視図である。また、図２は特にヒートシンクを取り外した状態を示した図である。
【００１３】
図１に示すように、ナビゲーション装置２は、箱状の筐体３と、筐体内部に配置されたプリント基板４と、筐体３の壁面に設けられた吸気口５及び排気口６と、排気口６に配置された送風ファン７と、発熱体を冷却する為のヒートシンク８と、プリント基板４上にある後述の発熱体とヒートシンク８とを熱的に接続するヒートパイプ（熱伝達部材）９と、を有する。尚、ヒートパイプ９は、図２に示すようにヒートシンク８の下側に配置されており、図１のようにヒートシンク８を取り付けた状態では上面側から視認することができない。
【００１４】
ここで、筐体３は、ナビゲーション装置２の骨格となる箱状の部材であり、内部にナビゲーション装置２を構成する為の各種電子部品が内蔵されている。また、筐体３の壁面には筐体内部の熱を外部に排出する為の吸気口５及び排気口６の他、外部装置と接続する為の各種コネクタ１０、電源ケーブルの挿入口１１についても形成されている。尚、図１や図２では説明の為に筐体３の上面や側面の一部を透過状態としているが、実際にはナビゲーション装置２の内部は筐体３によって囲まれている。
【００１５】
また、プリント基板４は、集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品を表面に固定するとともに、電子部品間を配線で接続することで電子回路を構成する板状の部材である。また、図２に示すようにプリント基板４の中央付近には、電子部品として特にマイクロプロセッサ１２が固定されている。ここで、マイクロプロセッサ１２は例えばＣＰＵやＧＰＵとして用いられ、ナビゲーション装置２の起動中において発熱する。本実施形態では、マイクロプロセッサ１２が冷却装置１によって冷却対象となる発熱体に相当する。
【００１６】
また、吸気口５と排気口６はそれぞれ対向する筐体３の壁面に設けられており、吸気口５は等間隔で配置された複数の穴からなる。一方、排気口６は、筐体３の底面から天井まで達する１つの大型の穴からなる。また、特に排気口６には送風ファン７が配置されており、排気口６に配置された送風ファン７が駆動すると、筐体３の外から吸気口５を介して筐体３の内部に空気が吸い込まれる。また、排気口６を介して筐体３内の空気が外へと排出される。それに伴って、排気口６から筐体３内の熱についても外部へと排出されることとなる。尚、吸気口５は排気口６に対向する壁面以外の壁面に設けても良く、また、複数の壁面に設けても良い。
【００１７】
一方、送風ファン７は、図２に示すように排気口６の全体を覆うように配置される。送風ファン７の送風方向は筐体３内から筐体３外へと向かう方向であり、筐体３内から排気口６へと熱を排出する為の排熱用空気流を形成する。尚、排熱用空気流の詳細については後述する。
【００１８】
また、ヒートシンク８は、送風ファン７と対向する位置に配置され、発熱体であるマイクロプロセッサ１２の熱を吸熱するとともに、吸熱した熱を放熱することによってマイクロプロセッサ１２を冷却する部材である。尚、ヒートシンク８は、伝熱特性の良いアルミニウム、鉄、銅等で成形される。以下に、ヒートシンク８の構成について図３を用いてより詳細に説明する。図３はヒートシンク８を示した斜視図、図４は送風ファン７と対向する側からヒートシンク８を見た正面図である。
【００１９】
図３に示すようにヒートシンク８は、一体に成形された平板部２１と筒形部２２とを有する。平板部２１には、ネジ穴２３が計４か所に設けられており、ヒートシンク８及び後述のヒートパイプ９をプリント基板４に対して固定するのに用いられる。具体的には、先ずヒートシンク８に対してヒートパイプ９を接着等で固定し、その後にヒートシンク８とプリント基板４とを重ねた状態でネジ穴２３に対してネジを挿入する。それによって、ヒートシンク８及びヒートパイプ９をプリント基板４に対して固定することが可能となる。尚、平板部２１はヒートシンク８や後述のヒートパイプ９をプリント基板４に対して固定する為の部材であり、ヒートシンク８としての冷却機能は基本的に筒形部２２が備える。即ち、平板部２１を除いた筒形部２２が本発明のヒートシンク８に相当する。
【００２０】
筒形部２２は、筒型形状を有し、第１開口部２５と第２開口部２６とによって連結された中空部２７を有する。また、第１開口部２５の開口面積は、第２開口部２６の開口面積よりも広くなっており、第１開口部２５から第２開口部２６へと段階的に断面積が狭くなる筒型形状（トンネル形状）を有する。そして、図１に示すように第１開口部２５が送風ファン７に対向する位置に配置され、第２開口部２６はプリント基板４の中央方向（即ちマイクロプロセッサ１２の方向）に向けて配置される。また、中空部２７は直線形状を有しており、送風ファン７と第１開口部２５と第２開口部２６とは直線状に位置する。
【００２１】
また、中空部２７には複数のフィン２８が立設されている。フィン２８は中空部２７の底面から天井までを連結する板状の形状を有しており、第１開口部２５から第２開口部２６の方向に対して平行となるように形成されている。また、フィン２８は中空部２７の全体に対して形成されている必要はないが、少なくともヒートパイプ９と接触する面（より具体的には裏面側がヒートパイプ９と接触している箇所）に対しては形成されるのが望ましい。尚、本実施形態では中空部２７に形成されるフィン２８の数は３となっているが、フィン２８の数は２以下或いは４以上あっても良い。
【００２２】
一方、ヒートパイプ９は図２に示すように、ヒートシンク８の下側で且つプリント基板４の上側に配置される。即ち、ヒートシンク８とプリント基板４の間に挟持されるように配置されており、２枚の長尺状の薄い板状形状を有する。また、ヒートパイプ９は、伝熱特性の良いアルミニウム、鉄、銅等で成形される。そして、ヒートパイプ９は、図５に示すように一端がマイクロプロセッサ１２の上面に対して接触し、他端がヒートシンク８の内、特に筒形部２２の底面裏側に対して接触するように配置される。尚、図５はナビゲーション装置２の内部の内、特にヒートシンク８周辺を示した図であり、説明の為にヒートシンク８の平板部２１については透過状態としている。
【００２３】
上記構成を有するヒートパイプ９は、マイクロプロセッサ１２及びヒートシンク８とそれぞれ熱的に接続する。そして、マイクロプロセッサ１２の熱をヒートシンク８に伝達する熱伝達部材として機能する。その結果、マイクロプロセッサ１２とヒートシンク８を離間して配置したとしても、マイクロプロセッサ１２の熱をヒートシンク８によって放熱することが可能となる。尚、本実施例ではヒートパイプ９を板状形状としているが、パイプ形状とすることも可能である。
【００２４】
尚、上述したナビゲーション装置２が備える各部材の内、特に排気口６、送風ファン７、ヒートシンク８及びヒートパイプ９が、発熱体であるマイクロプロセッサ１２を冷却する為の冷却装置１に相当する。但し、吸気口５やその他の部材についても冷却装置１に含めても良い。
【００２５】
次に、上記構成を有する冷却装置１において特に送風ファン７が駆動した際に形成される排熱用空気流について説明する。図６はナビゲーション装置２をヒートシンク８の第１開口部２５に対して垂直方向に切断した断面図である。
【００２６】
送風ファン７が駆動すると、筐体３の外から吸気口５を介して筐体３の内部に空気が吸い込まれる。また、排気口６を介して筐体３内の空気が外へと排出される。その結果、図６に示すような排熱用空気流３０が形成される。ここで、排熱用空気流３０は、特にヒートシンク８の第２開口部２６から中空部２７へと流入し、第１開口部２５からヒートシンク８の外へと流出する（即ち中空部２７を通過する）流れとなる。また、中空部２７に形成されたフィン２８は、排熱用空気流３０に対して平行となるように立設されている。その結果、ヒートシンク８と排熱用空気流３０の接触面積をより大きくすることができる。
【００２７】
また、上述したように第１開口部２５の開口面積は第２開口部２６の開口面積よりも広くなっており、従って排熱用空気流３０は狭い第２開口部２６から入って広い第２開口部２６へと抜ける流れとなる。上記のようなヒートシンク８の形状は、特にヒートシンク８の中空部２７を通過する排熱用空気流３０の流速を上昇させる効果がある。
【００２８】
ここで、図７及び図８は、送風ファン７を駆動させた場合において形成される排熱用空気流３０の流速を示した図である。図７は特にナビゲーション装置２の上面から見た図であり、図８はナビゲーション装置２の側面から見た図である。また、色が薄い箇所ほど、速い流速が生じていることを示す。
【００２９】
図７及び図８に示すように排熱用空気流３０は、特にヒートシンク８の中空部２７において２．５ｍ／ｓに近い流速となっており、他の箇所と比べて流速が明らかに速くなっていることが分かる。尚、流速は送風ファン７の回転数やヒートシンク８の形状等によって適宜変化するものであり、図７及び図８に示す流速の値はあくまで一例である。
【００３０】
ここで、ヒートシンク８と接触する箇所の排熱用空気流３０の流速が速くなる程、ヒートシンク８から空気中への熱伝達率が上昇し、ヒートシンク８の放熱（即ち冷却機能）をより高めることが知られている。即ち本実施形態に係る冷却装置１では、ヒートシンク８の形状を図３及び図４に示すような、第１開口部２５から第２開口部２６へと段階的に断面積が狭くなる筒型形状とし、送風ファン７を駆動させた際に第２開口部２６から第１開口部２５へと中空部２７を通過する排熱用空気流３０を形成することによって、特にヒートシンク８と接触する箇所（具体的にはフィン２８が立設された中空部２７）の排熱用空気流３０の流速を上昇させることが可能となる。その結果、ヒートシンク８の冷却（放熱）機能をより高めることが可能であり、発熱体であるマイクロプロセッサ１２の冷却を効率よく行うことが可能となる。また、ヒートパイプ９を用いることによって、ヒートシンク８（特にヒートシンク８の筒形部２２）及び送風ファン７を発熱体であるマイクロプロセッサ１２に対して離間して配置することが可能となるので、筐体中央に空きスペースを確保することができ、装置の小型化や空きスペースの活用についても可能となる。
【００３１】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、上記本実施形態では、冷却装置１をプリント基板４の中央に配置されたマイクロプロセッサ１２を冷却する為の装置としているが、マイクロプロセッサ１２以外の発熱体を冷却する為の装置としても適用することが可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、ヒートパイプ９を板状形状としているが、マイクロプロセッサ１２とヒートシンク８を熱的に接続することが可能であれば他の形状としても良い。
【００３３】
また、本実施形態では、ヒートシンク８の中空部２７を直線状としているが中空部２７は湾曲（即ち直線状ではなく湾曲状のトンネル形状）していても良い。即ち、排熱用空気流３０を湾曲させた中空部２７を通過させるようにしても良い。直線状とする場合に比べると多少流速は低下するが、十分な冷却機能を確保することが可能である。
【００３４】
また、ヒートシンク８の傾斜形状、より具体的には第１開口部２５と第２開口部２６の大きさの比率については、装置の形状や必要な冷却能力に応じて適宜設定することが可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、特にナビゲーション装置２に対して設置された冷却装置１について説明しているが、ナビゲーション装置２以外にも発熱体を有する各種機器に対して設置することが可能である。特に、本実施形態では上述したように筐体中央に空きスペースを確保することが可能となり、装置の小型化について有効であることから、省スペース化が要求される機器（例えば車載器、ＡＶ機器、ノートパソコン等）に対しては特に有効である。
【００３６】
また、本発明に係る冷却装置を具体化した実施例について上記に説明したが、冷却装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。
【００３７】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
筐体（３）内部に配置された発熱体（１２）を冷却する為の冷却装置（１）であって、前記筐体内部の熱を外部に排出する排気口（６）と、前記筐体内部で前記発熱体と離間する位置に配置され、第１の開口部（２５）と第２の開口部（２６）とによって連結された中空部（２７）を有するヒートシンク（８）と、前記排気口に配置され、前記筐体内部から前記中空部を通過して前記排気口へと熱を排出する為の排熱用空気流（３０）を形成する送風ファン（７）と、前記発熱体及び前記ヒートシンクとそれぞれ熱的に接続され、前記発熱体の熱を前記ヒートシンクに伝達する熱伝達部材（９）と、を有し、前記ヒートシンクは、前記第１の開口部が前記送風ファンに対向する位置に配置され、前記第１の開口部の開口面積は、前記第２の開口部の開口面積よりも広い。
上記構成を有する冷却装置によれば、送風ファンによって形成される空気流について、特にヒートシンク近傍の流速を速くすることが可能であり、ヒートシンクの冷却（放熱）機能をより高めることが可能となる。従って、発熱体の冷却を効率よく行うことが可能となる。一方で、ヒートシンク及び送風ファンを発熱体に対して離間して配置することが可能となるので、筐体中央に空きスペースを確保することができ、装置の小型化や空きスペースの活用についても可能となる。
【００３８】
また、第２の構成は以下のとおりである。
前記ヒートシンク（８）は、前記第１の開口部（２５）から前記第２の開口部（２６）へと段階的に断面積が狭くなる筒型形状を有する。
上記構成を有する冷却装置によれば、ヒートシンクの中空部を通過する排熱用空気流の流速を上昇させることが可能となる。その結果、ヒートシンクの冷却（放熱）機能をより高めることが可能となる。
【００３９】
また、第３の構成は以下のとおりである。
前記送風ファン（７）と、前記第１の開口部（２５）と、前記第２の開口部（２６）とが直線状に位置する。
上記構成を有する冷却装置によれば、ヒートシンクの中空部を直線状とすることによって通過する排熱用空気流の流速をより上昇させることが可能となる。その結果、ヒートシンクの冷却（放熱）機能をより高めることが可能となる。
【００４０】
また、第４の構成は以下のとおりである。
前記ヒートシンク（８）は、前記熱伝達部材（９）と接触する面に対して前記中空部（２７）内にフィン（２８）を形成する。
上記構成を有する冷却装置によれば、ヒートシンクと排熱用空気流の接触面積を大きくすることが可能となる。また、排熱用空気流において特にヒートシンクと接触する箇所の流速を上昇させることが可能となる。
【００４１】
また、第５の構成は以下のとおりである。
前記フィン（２８）は、前記排熱用空気流（３０）に対して平行な平板形状を有する。
上記構成を有する冷却装置によれば、フィンによって排熱用空気流の流速が低下することを防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１        冷却装置
２        ナビゲーション装置
３        筐体
４        プリント基板
５        吸気口
６        排気口
７        送風ファン
８        ヒートシンク
９        ヒートパイプ
１２      マイクロプロセッサ
２５      第１開口部
２６      第２開口部
２７      中空部
２８      フィン
３０      排熱用空気流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019096766.tif 000009
【図８】
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