【手続補正書】
【提出日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電子機器の冷却装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  電子機器に搭載された発熱体を冷却する液冷機構と強制空冷機構とからなる電子機器の冷却装置であって、
前記液冷機構は、本体に発熱体の発熱部位に接触し発生熱を吸収する受熱面を有すると共に冷却液を循環させる液流路を形成し、該液流路を積層状に密閉する吸熱器と、前記液流路内へ冷却液をインペラにより循環するウォーターポンプ部とからなり、
前記強制空冷機構は、モータ駆動によるファンと、前記本体及び本体ハウジングに形成された放熱フィンとからなり、
前記液冷機構のウォーターポンプ部の配置位置と、前記吸熱器の液流路の取り付け位置を同一平面上に配置することを特徴とする、電子機器の冷却装置。
【請求項２】  前記ウォーターポンプ部のハウジング内に第２の液流路を形成することを特徴とする、請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項３】  前記本体の第２の液流路の途中部位に冷却液の貯留タンクを備えるとともに、該貯留タンクの所定位置若しくは第２の液流路の途中部位に冷却用の熱電素子を配置することを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項４】 前記本体受熱部と反対側の面、前記貯留タンクの所定位置、若しくは前記液流路とファンの間に冷却用の熱電素子を設け、該熱電素子に温度が生じることによる起電力をモータの電力として利用することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子機器の冷却装置に関し、例えばノート型パソコン等に搭載されるＣＰＵ等の発熱体を冷却するのに適した電子機器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器、特に近年のノート型パソコンには高熱を発するＣＰＵ等の発熱体が搭載されているため、その発熱体からの熱が他の電子部品に悪影響を与えないように外部にその熱を放熱する構造としている。しかしながら、発熱体に直接放熱フィンを取付けて自然放冷を行う形式の冷却装置では、筐体内でその高さの制限を受けるノート型パソコンのような薄型の電子機器の冷却装置としては適したものではない。そのため、ノート型パソコン等の薄型電子機器では、発熱体からの熱を筐体等に伝熱させて放熱を行ったり、又はヒートパイプ形式の冷却装置により対応を行っていた。
【０００３】
しかしながら、発熱体からの熱を筐体等に伝熱させる構造のものでは筐体内に熱が滞留したり筐体自体に熱が残存することとなり、高速化に伴って発熱量が増大するＣＰＵ等の冷却装置として適するものではなかった。
またヒートパイプ形式による冷却装置にあっては、ノート型パソコンの薄型化の要求には対応はできるものの、高速化に伴って発熱量が増大するＣＰＵ等の冷却能力には限界があるとともに、限られたスペースの筐体内に配管するという構造となり筐体設計を困難なものとしていた。
【０００４】
ところでこれらの課題を解決するものとして、本願出願人による特許協力条約に基づく国際特許出願のＰＣＴ／ＪＰ９９／００９４０（ＷＯ００／５２４０１）により開示される電子機器の冷却装置がある。
【０００５】
この電子機器の冷却装置１‘は、添付する図５乃至図８に示すようにアルミニュウム等の高熱伝導性材料により扁平形状に形成され、その一面に発熱体Ａに接触する受熱面１０１を有し、内部に液流路１０４が設けられた吸熱部１００と、合成樹脂材料により形成されたハウジング１０９内に磁性体の金属からなるインペラ１１６を回転可能に設けられたポンプを収納するポンプ収納部１０２と、このポンプ収納部１０２が取り付けられた取付け板１２３と、ポンプ収納部１０２と吸熱部１００の液流路１０４を接続する放熱パイプ１２０，１２１により構成された液冷機構ＢＢと、放熱パイプ１２０，１２１およびハウジング１０９をファン１２５により冷却する強制冷却機構ＣＣとを備え、液冷機構ＢＢと強制冷却機構ＣＣが絶縁部材で隔絶されて取付けられている構造とするものである。
【０００６】
このような構造とする電子機器の冷却装置１‘は次のように作用してＣＰＵ等の発熱体Ａを冷却する。
【０００７】
電子機器の内部にはＣＰＵ等の発熱体Ａがあり、この発熱体Ａの上面を液冷機構ＢＢの吸熱部１００の受熱面１０１に接触させる。すると発熱体Ａから発生する熱は吸熱器１００に伝達される。また、図７に示すモータ基板１３３のコイル１３５に電流が印加されると、ファン１２５に取付けられたファン回転用磁石１２９に磁力が生じ、ファン１２５が回転する。このファン１２５の回転にともなって、図８に示すポンプ収納部１０２の磁性体からなるインペラ１１６もファン回転用磁石１２９が磁力を生じさせて連動して回転する。
【０００８】
吸熱部１００には図５乃至図７に示すように冷却液が循環する液流路１０４がクランク状に刻設されているが、この液流路１０４の両端は受熱面１０１の端部から斜めに突出する連結腕１０６を貫通する供給用孔１０７と戻り用孔１０８に連通している。そして供給用孔１０７と戻り用孔１０８にはそれぞれ図７に示す供給側放熱パイプ１２０、戻り側放熱パイプ１２１が接続されていて、そのため循環する冷却液はポンプ収納部１０２のインペラ１１６の回転により循環することとなる。冷却液は供給側放熱パイプ１２０を通過する途中において冷却され、吸熱部１００を通過することにより受熱して温度上昇しつつある吸熱部１００を冷却する。
【０００９】
冷却液は吸熱した熱量の分だけ温度が上昇し、戻り側放熱パイプ１２１を経由してポンプ収納部１０２に連続的に戻される。このように温度上昇した冷却液は強制冷却機構ＣＣにより冷却され、所定温度以下に保持される。
【００１０】
強制冷却機構ＣＣは、供給側放熱パイプ１０９、戻り側放熱パイプ１１０およびファン１２５により構成されている。このファン１２５の作動により電子機器の筐体内部の空気が図示しない排出口等により筐体外に排出される。このときこの空気は強い勢いで供給側放熱パイプ１２０及び戻り側放熱パイプ１２１に当接してこれらのパイプ内の冷却液を冷却する。さらに、ポンプ収納部１０２の外面等にも当接してこれらも冷却している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電子機器の冷却装置にも以下のような技術的な課題があった。
すなわち、吸熱部１００の液流路１０４と供給側放熱パイプ１２０および戻り側放熱パイプ１２１の水平レベルでの配置位置が異なるために水頭差が生じ、液冷却機構ＣＣのインペラ１１６に掛かる負荷が大きく、円滑な冷却液の循環ができないという課題が生じていた。このような状態では十分にＣＰＵ等の発熱体Ａを効率的にに冷却できない。
【００１２】
さらに、冷却液を供給側放熱パイプ１２０及び戻り側放熱パイプ１２１を通過させることによる自然放熱及び強制冷却機構ＣＣのファン１２５による送風で冷却液の冷却を行っていたが、供給側放熱パイプ１２０及び戻り側放熱パイプ１２１自体の表面積が小さいために、十分に冷却液を冷却することができなかった。
【００１３】
さらにまた、ハウジング１０９内のファン１２５とポンプを収納するポンプ収納部１０２とを隔離する取付け板１２３は、ガスケットを介してボルトにより取付けられているが、このボルトの螺合孔等の取り付け個所がハウジング１０９内では大きなものとなり、ファン１２５の大きさが制限されていた。
【００１４】
以上のような技術的課題を解決することを目的として本発明はなされたものであって、冷却液の循環が円滑にでき、放熱効率にも優れ、また冷却能力の向上を図ることができる、電子機器の冷却装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の電子機器の冷却装置は以下のような手段とした。
【００１６】
一番目の手段としては、電子機器に搭載された発熱体を冷却する液冷機構と強制空冷機構とからなる電子機器の冷却装置であって、前記液冷機構は、本体に発熱体の発熱部位に接触し発生熱を吸収する受熱面を有すると共に冷却液を循環させる液流路を形成し、該液流路を密閉する吸熱器と、前記液流路内へ冷却液をインペラにより循環するウォーターポンプ部とからなり、前記強制空冷機構は、モータ駆動によるファンと、前記本体及び本体ハウジングに形成された放熱フィンとからなり、前記液冷機構のウォーターポンプ部の配置位置と、前記吸熱器の液流路の取り付け位置を同一平面上に配置する構成とした。
【００１７】
このような構成とすることにより、ウォータポンプ部と液流路の水頭差がゼロとなるために冷却水の循環が円滑となり優れた冷却能力を有する電子機器の冷却装置とすることができる。
【００１８】
また、前記ウォーターポンプ部のハウジング内に第２の液流路を形成する構成とした。
このような構成とすることにより、従来よりも大量の冷却液を循環させることが出来、冷却能力の増加が見こめる。
【００１９】
具体的には、前記本体の第２の液流路の途中部位に冷却液の貯留タンクを備えるとともに、該貯留タンクの所定位置若しくは第２の液流路の途中部位に冷却用の熱電素子を配置する構成とした。
このような構成とすることにより、冷却用の熱電素子による強制冷却が可能となる。
また、前記本体受熱部と反対側の面、前記貯留タンクの所定位置、若しくは前記液流路とファンの間に冷却用の熱電素子を設け、該熱電素子に温度が生じることによる起電力をモータの電力として利用するように構成した。
このような構成とすることにより、モータの消費電力を抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の電子機器の冷却装置の実施の形態について添付する図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る電子機器の冷却装置の平面図であり、図２は本発明に係る電子機器の冷却装置の側面図であり、図３は本発明に係る電子機器の冷却装置のの底面図であり、図４は本発明に係る電子機器の冷却装置の断面図である。
【００２２】
本発明の電子機器の冷却装置は、上記図１乃至図４に示すように電子機器内の発熱体Ａの発生熱を吸収する液冷機構Ｂを、強制空冷機構Ｃによって強制的に冷却するものである。そして、前記液冷機構Ｂ及び強制空冷機構Ｃは、組立後にあっては一体化するように構成されている。
【００２３】
具体的に電子機器の冷却装置１の構成を説明する。
液冷機構Ｂは、図１乃至図４に示す電子機器の冷却装置１の本体１１に発熱体Ａの発熱部位に接触し発生熱を吸収する受熱面１ａを有すると共に冷却液を循環させる液流路４Ａを形成する吸熱器５と、液流路４Ａ内へ冷却液をインペラ２５により循環するウォーターポンプ部２０と、本体ハウジング１０内に形成された第２の液流路４Ｂと、この第２の液流路４Ｂの流路途中に設けられた冷却液タンク４Ｃ（図１，図３を参照）と、この冷却液タンク４Ｃに取付けられ電流の印加により冷却機能を開始する熱電素子（図示せず）とから構成されている。
【００２４】
一方、強制空冷機構Ｃは、モータ３の駆動によるファン３１と、電子機器の冷却装置１の本体１１及び本体ハウジング１０に形成された放熱フィン１２（図２を参照）とから構成され、液冷機構Ｂのウォーターポンプ部２０と強制空冷機構Ｃのファン３１とを、上下の位置関係として本体ハウジング１０の内部に配置されている。そして液冷機構Ｂのインペラ２５の回転軸２５ａと強制空冷機構Ｃのファン３１の回転軸３１ａとは軸線が同一直線状に位置するよう配置される。
【００２５】
液冷機構Ｂの吸熱器５は、図４に示すように、アルミニウム等の高熱伝導性材料を偏平形状に加工し、片側の一方の面が電子機器の発熱体Ａ上面に接触して発熱体Ａの熱を吸熱する受熱面１ａとなり、吸熱器５の内部には複数回折り返してクランク形状の溝が冷却液の液流路４Ａとして形成されている。この液流路４Ａは後述するウォーターポンプ部２０の冷却液が吐出する吐出孔２１と、冷却液が流入する吸入孔２２に一体的に接続されていて、冷却液の循環流路を形成している。
【００２６】
本体ハウジング１０内に形成された第２の液流路４Ｂは、本体ハウジング１０の上側の面に吸熱器５に形成される液流路４Ａと同様、クランク形状の溝を複数回折り返して刻設されている。
【００２７】
また、この第２の液流路４Ｂの流路途中には冷却液タンク４Ｃが配置されていて、第２の液流路４Ｂを通過する過熱された冷却液を一旦貯留するとともに、この冷却液タンク４Ｃには電流の印加により冷却機能を開始するペルチェ素子等の熱電素子が取付けられていて、一旦貯留状態となる冷却液及び、本体ハウジング１０自体を冷却する。
なお、冷却液タンク４Ｃの外周部に放熱フィンを取付けることによって、筐体外からの吸入空気を利用した冷却も可能となる。なお、ペルチェ素子等の熱電素子は冷却熱と同時に高熱を発するが、高熱部位の熱は後述する、強制空冷機構Ｃのファン３１によって、電子機器の筐体外に排気される。また、前記熱電素子は、冷却タンク４Ｃの熱と外気温との間で温度差が生じた場合に起電力を生じる特性も持ち合わせていることから、発生した起電力をモータ３を駆動する電源として利用でき、これによりモータ３の消費電力を抑えることもできる。さらにはその結果、高温側である冷却タンク４Ｃの熱を吸熱することとなるため、冷却することになる。ここでは、熱電素子を冷却タンク４Ｃに取付ける説明を行ったが、第２の液流路４Ｂや本体１１受熱部、吸熱器５、並びに本体ハウジング１０の任意の位置に取付けても良いのは勿論である。
【００２８】
次に、液冷機構Ｂのウォーターポンプ部２０について説明を行う。
ウォーターポンプ部２０は、図４に示すように、本体ハウジング１０内に配置されて、後述する強制空冷機構Ｃのファン３１の回転に伴なって回転するインペラ２５により構成されている。
【００２９】
このインペラ２５は、円形の薄板の表面に法線方向に延びる複数の羽根２５ａが設けられていて、図４に示すように隔離板２６に突設された回転軸２７に軸受２７ａを介してその回転を自在に軸装されている。インペラ２５は磁性を有するプラスティク等の素材により成形されているために、ファン３１の上面に設けられているファン回転用磁石２９の磁力を直接に受けることとなり、ファン３１が回転するとファン用磁石２９の磁力がインペラ２５自体に作用して回転させる。
【００３０】
また、ウォーターポンプ部２０の本体ハウジング１０には、図４に示すように冷却液の第２の液流路４Ｂが前述の液冷機構Ｂの液流路４Ａと同一の水平面上に形成されていて、前述の液冷機構Ｂの液流路４Ａと一体的に接続されて冷却液の循環流路を形成している。そのため、従来のものと比較して冷却液の水頭差が生じないので、ウォーターポンプ部２０のインペラ２５の負荷が軽減されてポンプ自体の能力が向上する。
【００３１】
ウォーターポンプ部２０の内壁面には、吸入孔２２近傍からインペラ２５の中心部分に向かって図示しない凹状の溝が形成されているが、この凹状の溝は吸入孔２２からの流入する冷却液がインペラ２５の中心部分に容易に到達するように形成されたものである。
【００３２】
インペラ２５が回転を始めると、ウォーターポンプ部２０内の冷却液は吐出孔２１から前述の液冷機構Ｂ液流路４Ａに流出すると共に、クランク状の液流路４内を循環し吸入孔２２を経由してインペラ２５の中心部分まで流入する、いわゆる遠心ポンプの作用をする。このよな構造は、構造自体が簡単であるのみならず、インペラ２５を薄型に形成することができるために、本体ハウジング１０を薄型且小型の偏平形状に構成することができる。
【００３３】
本体ハウジング１０の下面には、開口周縁部に当接するガスケット１１ａと開口を閉鎖する隔離板２６が取り付けられているが、この環状の隔離板２６およびガスケット１１ａは複数の加締により固定され、ウォーターポンプ部２０を密閉としている。このように環状の隔離板２６およびガスケット１１ａを加締により固定することにより、従来のボルト固定と比較して均等に固定が出来るとともに、本体ハウジング１０内を広く使用することができ、ファン３１の大きさも従来のものよりは大きくすることができ、従って冷却能力の向上を図ることができる。
【００３４】
次に、強制空冷機構Ｃについての説明を行う。
強制空冷機構Ｃは、図４に示すように、モータ３の駆動によるファン３１と、電子機器の冷却装置１の本体１１及び本体ハウジング１０に形成され図１乃至図２に示す放熱フィン１２とから構成されているが、本体ハウジング１０内で前述の液冷機構Ｂのウォーターポンプ部２０と強制空冷機構Ｃのファン３１が上下の位置関係に配置するような構造としている。
【００３５】
ファン３１及び前述のインペラ２５の駆動源であるモータ３について説明すると、このモータ３は本体ハウジング１０の下面に複数のコイル３５が固着されていて、このコイル３５には図示しないリード線が接続されている。また本体ハウジング１０の下面には、図４に示すようにファン３１の回転を案内する軸受３６が突設されていて、この軸受３６の内面には、ファン３１の回転軸３２を支承するベアリング３３が装着され、ベアリング３３の装着位置はストップリング３４により固定されている。
【００３６】
ファン３１は、輪郭が円形の薄板材より加工形成され、中央に回転軸３２が、また、外周部には複数のスリットが設けられ、このスリットの間に形成される舌片に捩じれ角を設けた排気用羽根３１ａが形成される。
またファン３１の上面には、ファン３１に回転力を伝達するためのファン回転用磁石２９が固着されている。このファン回転用磁石２９は、環状に形成され、回転軸３２と排気用羽根３１ａの間に配置されている。
【００３７】
前述の図示しないリード線に電流が供給されてコイル３５の磁界が変化すると、ファン回転用磁石２９によりファン３１が回転駆動し、本体ハウジング１０内に筐体内の空気を取り入れる。取り入れられその空気はファン３１によって、電子機器の筐体の図２に示す空気排出口４０から、筐体の外部に排出される。
【００３８】
なお、本体ハウジング１０内には冷却フィン１２が形成されているが、このフィンはファン３１の送風を効率良く筐体外部に送風するとともに、前述の液冷機構Ｂにより循環する冷却液の熱を吸熱した本体ハウジングを冷却する作用もする。
【００３９】
なお、上記実施の形態にあっては、電子機器の筐体内の空気を排気することにより、放熱フィン等を冷却するように構成したが、ファン３１により電子機器の筐体に外部の空気を取り入れ、放熱フィン等を冷却するようにな構成としても良い。
【００４０】
本発明は以上述べたように構成されているので、従来の冷却装置に比較して小型、薄型で、且つ、効率よく、十分な冷却効果を得ることが可能とする電子機器の冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる実施形態を示した電子機器の冷却装置の平面図である。
【図２】  電子機器の冷却装置の側面図である。
【図３】  本発明にかかる実施形態を示した電子機器の冷却装置の底面図である。
【図４】  本発明にかかる実施形態を示した電子機器の冷却装置の断面図である。
【図５】  電子機器の冷却装置の従来例を示す平面図である。
【図６】  電子機器の冷却装置の従来例を示す平面図である。
【図７】  従来例のモータ部及び吸熱部の分解斜視図である。
【図８】  従来例の液冷機構の分解斜視図である。
【符号の説明】
Ａ 電子機器
Ｂ 液冷機構
Ｃ 強制冷却機構
１ 吸熱部
１ａ 受熱面
３ モータ
４Ａ 液流路
４Ｂ 第２の液流路
４Ｃ 冷却液タンク
１０ 本体ハウジング
１１ 本体
１１ａ ガスケット
１３ ハウジングカバー
２０ ウォーターポンプ収納部
２５ インペラ
２６ ウォーターポンプカバー
２９ ファン回転用磁石
３１ ファン
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2002094277.tif 000001
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2002094277.tif 000002
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2002094277.tif 000003
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2002094277.tif 000004
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】削除
【補正の内容】