(57)【要約】【課題】装置構成を複雑化することなく、ＣＰＵやチップセット等の発熱体からの熱を効率よく放出して冷却することができるとともに、発熱体からの熱を利用して発電可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置に、モータ機能と発電機能を切り換え可能なモータ／発電機と、ファン型ヒートシンク（円柱状回転体）を設け、モータ／発電機の発電機能が有効である場合は、ファン型ヒートシンクが発熱体からの熱による気流（上昇気流）を受けて回転することに基づいて生じる回転駆動力を動力源として発電し、モータ機能が有効である場合は、ファン型ヒートシンクを回転させて、発熱体からの熱を強制的に拡散させるようにした。【選択図】図１
2008311343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部と、
前記制御部によりモータ機能と発電機能を切り換え可能に構成されたモータ／発電機と、
前記モータ／発電機との間で動力を伝達可能で、かつ、軸中心に回転可能な円柱状回転体と、
前記モータ／発電機が発電機として機能することにより充電される蓄電素子と、を備え、
前記円柱状回転体は、前記モータ／発電機と動力伝達機構を介して接続される支軸と、この支軸の外側に同心円状に設けられた中空円筒部材と、前記支軸と前記中空円筒部材との間に架設された羽根部材と、で構成され、
前記モータ／発電機は、
前記制御部により発電機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体が発熱体からの熱による気流を受けて回転することに基づいて生じる回転駆動力を動力源として発電し、
前記制御部によりモータ機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体を回転させて、発熱体からの熱を拡散させることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
周囲の温度を検知する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度センサにより検知された周囲の温度環境に基づいて、前記モータ／発電機の機能を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記羽根部材は、前記支軸に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記羽根部材は、所定の間隔をあけて複数枚設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記円柱状回転体を構成する各部材は、熱伝導率の高い材質で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
発熱体の表面と接触する伝熱板と、
前記伝熱板に立設された支柱と、を備え、
前記支軸は、底面から前記支柱を挿設され、前記伝熱板及び前記支柱を介して発熱体からの熱を伝達されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
制御部と、
前記制御部によりモータ機能と発電機能を切り換え可能に構成されたモータ／発電機と、
前記モータ／発電機との間で動力を伝達可能で、かつ、軸中心に回転可能な円柱状回転体と、
前記モータ／発電機が発電機として機能することにより充電される蓄電素子と、
周囲の温度を検知する温度センサと、
発熱体の表面と接触する伝熱板と、
前記伝熱板に立設された支柱と、
を備え、
前記円柱状回転体は、
前記モータ／発電機と動力伝達機構を介して接続され、底面から前記支柱を挿設されて発熱体からの熱を伝達される支軸と、
この支軸の外側に同心円状に設けられた中空円筒部材と、
前記支軸と前記中空円筒部材との間に前記支軸に沿って所定の間隔をあけて螺旋状に架設された複数の羽根部材と、で構成されるとともに、
前記円柱状回転体の各部材は、熱伝導率の高い材質で形成されており、
前記制御部は、前記温度センサにより検知された周囲の温度環境に基づいて、前記モータ／発電機の機能を切り換え、
前記モータ／発電機は、
前記制御部により発電機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体が発熱体からの熱による気流を受けて回転することに基づいて生じる回転駆動力を動力源として発電し、
前記制御部によりモータ機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体を回転させて、発熱体からの熱を拡散させることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＵやチップセット等の発熱体を冷却するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の高密度化、高速化技術は急速に進歩しており、これにより電子機器の小型化、高機能化が実現されている。その反面、電子機器に使用される半導体素子で発生する発熱量が増大するため、これに伴う温度上昇により半導体素子が誤動作又は破損するのを回避しなければならない。
【０００３】
そこで、パーソナルコンピュータ等には、ＣＰＵやチップセット等の半導体素子を冷却するために、この半導体素子から発生した熱を外部へ放出（自然放熱）するヒートシンクが設けられている。ヒートシンクの用途により、大きさや形状は多様であるが、放熱効率を高めるために多数のフィンを設けて表面積を大きくしたものが一般に知られている。
また、ヒートシンクには、電動の冷却ファンにより空気を強制的に対流させ放熱・冷却効果を高めたものが提案されており、自然放熱では許容される温度以下に保持できない場合に利用されている。
【０００４】
一方で、半導体素子の性能が向上することに伴い消費電力が増大するという問題もある。そこで、上述した半導体素子の発熱の問題と、低消費電力化の問題を同時に解決する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、発熱部品の熱を利用した発電及び発熱部品の冷却を利用することができる冷却装置が開示されている。具体的には、冷却装置に熱電変換部（熱電変換モジュール）を設けて、この熱電変換部により発熱体を冷却するとともに、発熱体からの熱を利用して発電できるようにしている。
【０００６】
また、特許文献２には、発熱体から発せられる熱を放熱手段によって放熱して冷却するとともに、発熱体の熱エネルギーを無駄にすることなくこれを有効利用できるようにした冷却装置が開示されている。具体的には、発熱体と放熱手段（ヒートシンク）の間に対流機構を設け、この対流機構における対流によって羽根車を回転させることにより発電を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２６９８１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、熱電変換部という従来のヒートシンクにはない新たな部材を設ける必要があり、装置が複雑になるという問題がある。また、特許文献２に記載の技術は、発電のためだけに対流機構及び羽根車（冷却ファンとは異なる）を設けるため、装置が複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、ファン型ヒートシンクを利用することにより、装置構成を複雑化することなく、ＣＰＵやチップセット等の発熱体からの熱を効率よく放出して冷却することができるとともに、発熱体からの熱を利用して発電可能な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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するため、制御部と、前記制御部によりモータ機能と発電機能を切り換え可能に構成されたモータ／発電機と、前記モータ／発電機との間で動力を伝達可能で、かつ、軸中心に回転可能な円柱状回転体と、前記モータ／発電機が発電機として機能することにより充電される蓄電素子と、を備え、前記円柱状回転体は、前記モータ／発電機と動力伝達機構（歯車等）を介して接続される支軸と、この支軸の外側に同心円状に設けられた中空円筒部材と、前記支軸と前記中空円筒部材との間に架設された羽根部材と、で構成され、前記モータ／発電機は、前記制御部により発電機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体が発熱体からの熱による気流（上昇気流）を受けて回転することに基づいて生じる回転駆動力を動力源として発電し、前記制御部によりモータ機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体を回転させて、発熱体からの熱を拡散させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却装置において、周囲の温度を検知する温度センサを備え、前記制御部は、前記温度センサにより検知された周囲の温度環境に基づいて、前記モータ／発電機の機能を切り換えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の冷却装置において、前記羽根部材は、前記支軸に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記羽根部材は、所定の間隔をあけて複数枚設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置において、前記円柱状回転体を構成する各部材は、熱伝導率の高い材質（例えば、アルミニウム）で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置において、発熱体の表面と接触する伝熱板と、前記伝熱板に立設された支柱と、を備え、前記支軸は、底面から前記支柱を挿設され、前記伝熱板及び前記支柱を介して発熱体からの熱を伝達されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、制御部と、前記制御部によりモータ機能と発電機能を切り換え可能に構成されたモータ／発電機と、前記モータ／発電機との間で動力を伝達可能で、かつ、軸中心に回転可能な円柱状回転体と、前記モータ／発電機が発電機として機能することにより充電される蓄電素子と、周囲の温度を検知する温度センサと、発熱体の表面と接触する伝熱板と、前記伝熱板に立設された支柱と、を備え、前記円柱状回転体は、前記モータ／発電機と動力伝達機構を介して接続され、底面から前記支柱を挿設されて発熱体からの熱を伝達される支軸と、この支軸の外側に同心円状に設けられた中空円筒部材と、前記支軸と前記中空円筒部材との間に前記支軸に沿って所定の間隔をあけて螺旋状に架設された複数の羽根部材と、で構成されるとともに、前記円柱状回転体の各部材は、熱伝導率の高い材質で形成されており、前記制御部は、前記温度センサにより検知された周囲の温度環境に基づいて、前記モータ／発電機の機能を切り換え、前記モータ／発電機は、前記制御部により発電機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体が発熱体からの熱による気流を受けて回転することに基づいて生じる回転駆動力を動力源として発電し、前記制御部によりモータ機能を有効にされているときは、前記円柱状回転体を回転させて、発熱体からの熱を拡散させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ファン型ヒートシンクを利用することにより、装置構成を複雑化することなく、ＣＰＵやチップセット等の発熱体からの熱を効率よく放出して冷却することができるとともに、発熱体からの熱を利用して発電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る冷却装置の概略構成を示す説明図である。この冷却装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器の回路基板Ｓに実装されているＩＣの上方に配設される。
【００１８】
図１示すように、冷却装置１は、制御部１１、モータ／発電機１２、円柱状回転体１３、コンデンサ１４、温度センサ１５、伝熱板１６、支柱１７、等を備えて構成される。なお、図示は省略しているが、冷却装置１は、電子機器の筐体等に、所定の取付部材によって固定されているものとする。
【００１９】
制御部１１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えて構成され、例えば、モータ／発電機１２に内蔵、或いはその近傍（例えば、取付部材）に配設される。ＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されているモータ／発電機の機能を制御するためのプログラムを読み出してＲＡＭの作業領域に展開し、これを実行することによりモータ／発電機１２の機能を切り換える。
モータ／発電機１２は、制御部１１によりモータ機能と発電機能を切り換え可能に構成される。なお、モータ／発電機１２の構成は公知であるので、説明を省略する。
【００２０】
円柱状回転体１３は、支軸１３１、中空円筒部材１３２、羽根部材１３３、で構成され、モータ／発電機１２との間で動力を伝達可能で、かつ、軸中心に回転可能とされる。これらの支軸１３１、中空円筒部材１３２、羽根部材１３３は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質で形成されている。これにより、円柱状回転体１３は、発熱体としてのＩＣからの熱を放出するヒートシンクとして機能する。また、これらの部材は、円柱状回転体１３がＩＣからの熱による上昇気流を受けて回転しやすいように、可能な限り軽量化するのが望ましい。
【００２１】
円柱状回転体１３について具体的に説明すると、支軸１３１は、例えば、上面にモータ／発電機１２の回転軸を挿通され、歯車伝達機構を介して接続されている。なお、図１に示すように、モータ／発電機１２の回転軸と支軸１３１が同軸となる必要はなく、モータ／発電機１２と支軸１３１との間で動力を伝達可能な構成であればよい。また、支軸１３１は、底面に支柱１７を挿設されており、両者はボールベアリングを介して接触している。これにより、支柱１７からの熱が円柱状回転体１３の内部に伝達されることとなる。
【００２２】
中空円筒部材１３２は、支軸１３１の外側に同心円状に設けられている。円柱状回転体１３は、中空円筒部材１３２により外部と遮蔽されるので、この内部には上昇気流が生じやすくなる。
羽根部材１３３は、支軸１３１と中空円筒部材１３２との間に形成された空間に、支軸１３１に沿って螺旋状に架設されている。また、羽根部材１３３は、所定の間隔をあけて複数枚設けられている。これにより、ＩＣからの熱による上昇気流を受けて回転しやすくなる。また、複数枚設けることで、従来のヒートシンクのフィンと同様に、放熱効果を高めることができる。
【００２３】
コンデンサ１４は、例えば、モータ／発電機１２に内蔵、或いはその近傍（例えば、取付部材）に配設され、モータ／発電機１２が発電機として機能することにより充電される（蓄電素子）。コンデンサ１４に充電された電力は、例えば、モータ／発電機１２がモータとして機能するときに使用される。
【００２４】
温度センサ１５は、例えば、サーミスタ等で構成され、冷却装置の周囲の温度を検出する。図１では、モータ／発電機１２の下部に配設されているが、配設位置は特に制限されない。配線を簡単にするために制御部１１の近傍に配設されるのが望ましい。
【００２５】
伝熱板１６は、アルミニウム等の伝導率の高い材質で形成され、ＩＣの表面に接触する。支柱１７も同様にアルミニウム等の熱伝導率の高い材質で形成され、伝熱板１６に立設されている。支柱１７が支軸１３１の底部から挿設されることにより、ＩＣからの熱は伝熱板１６及び支柱１７を介して支軸１３１に伝達され、ヒートシンクとしての円柱状回転体１３から放熱されることとなる。
【００２６】
上述した冷却装置１において、制御部１１は、温度センサ１５からの入力信号に基づいて周囲の温度環境を監視することにより、ＩＣにおける異常発熱を検知する。
【００２７】
例えば、制御部１１は、温度センサ１５からの入力信号に基づいて、周囲の温度環境が許容される温度（例えば、１００℃）以下であると判定した場合は、モータ／発電機１２の発電機能を有効にする。
このとき、円柱状回転体１３は、ＩＣからの熱による上昇気流を受けて回転するので、モータ／発電機１２は、この回転駆動力を動力源として発電し、コンデンサ１４に充電する。また、ヒートシンクとしての円柱状回転体１３によってＩＣからの熱は効率よく放熱されるので、ＩＣの温度上昇を抑制できる。
【００２８】
一方、制御部１１は、温度センサ１５からの入力信号に基づいて、周囲の温度環境が許容される温度以上であると判定し、ＩＣにおける異常発熱を検知した場合は、モータ／発電機１２のモータ機能を有効にする。
このとき、円柱状回転体１３は、冷却ファンとして機能し、ＩＣを強制的に冷却する。したがって、円柱状回転体１３は、ファン型ヒートシンクということができる。
【００２９】
このように、本実施形態では、円柱状回転体１３をファン型ヒートシンクとして利用しているので、装置構成を複雑化することなく、ＩＣ等の発熱体からの熱を効率よく放出して冷却することができると。また、温度異常を検知したときには強制的に冷却することができる。さらに、ＩＣが許容される温度以下に保持されているときは、ＩＣからの熱を利用して発電することができるので省電力化を実現できる。
【００３０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る冷却装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷却装置
１２  モータ／発電機
１３  円柱状回転体
１３１  支軸
１３２  中空円筒部材
１３３  羽根部材
１４  コンデンサ（蓄電素子）
１５  温度センサ
１６  伝熱板
１７  支柱
【図１】
2008311343.tif 000003