(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のハウジングの内部に、冷却用空気流を生起させるための回転駆動されるブレードが設けられた冷却ファンを有する冷却システムにおいて、
一端部を発熱部に熱授受可能に連結したヒートパイプの他端部が、該ヒートパイプの上側を覆う押え板によって前記ハウジングに密着状態に添わせて取り付けられ、前記押え板は前記ヒートパイプを覆うように折り曲げられた屈曲部を備え、前記ハウジングの羽根車の軸線方向に凹となる係止溝が形成され、該係止溝に嵌め込まれるように前記屈曲部に爪部が設けられて前記ハウジングに熱授受可能に連結されていることを特徴とする冷却ファンを有する冷却システム。
【請求項２】
前記ヒートパイプと前記ハウジングと前記押え板とが、爪部とこれに対応した数の係止溝のみにより連結されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファンを有する冷却システム。
【請求項３】
前記ハウジングのうち冷却用空気流と接触する箇所に、その冷却用空気流の流動方向に沿った多数条の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した冷却ファンを有する冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却ファンおよびヒートパイプを用いた冷却システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの分野では、多機能化や処理速度の向上に伴って演算処理装置などの電子素子の出力が増大されている。また、電子素子を冷却する装置について種々提案されている。
【０００３】
その一例として従来では、パーソナルユースのコンピュータ（以下、パソコンという。）のケース内部にマイクロファンを内部に設置して、マイクロファンによって生起させた流動空気と共に電子素子から生じた熱をケースの外部に排出させるよう構成した冷却装置がある。
【０００４】
また一方で、ヒートパイプの一端部を電子素子に熱伝達可能に連結するとともに、このヒートパイプの他端部をキーボートの裏面（パソコンケース側の面）に取り付けられているアルミプレートからなる電磁シールド板に配設して、ここを放熱面とした構成の冷却装置がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンピュータは小型化および軽量化が強く望まれており、したがって当然、ケースの内部空間において冷却装置が占有できるスペースも極めて限定されている。
【０００６】
しかしながら、マイクロファンを用いた冷却装置では、多数の部品が密集するケースの空間内に空気を流動させる構成であって、これらの部品が大きな流動抵抗となるから、ケース内には熱が籠り易い。また、これらの部品では、熱を帯びた空気流と積極的に接触する箇所が不可避的に昇温する。この両方を解消するためには、マイクロファン自体を風力の強い大型なものとせざるを得ず、そのため、この種の冷却装置は小型化および軽量化が望まれるコンピュータに好適な手段ではなかった。
【０００７】
これに対して、ヒートパイプを採用した冷却装置では、ケースの内部に設置される電磁シールド板を放熱面とした構成であるから、ヒートパイプの作動流体によって輸送された電子素子の熱は、当然、ケースの内部に放出される。したがって、電子素子を冷却することはできるものの、ケースの内部空間に熱が籠り易く、電子素子以外の既設部品を不可避的に昇温させてしまう問題があった。
【０００８】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、発熱部に対する冷却能力が高く、かつ発熱部以外に設けられる部品の昇温を防止できる冷却ファンを有する冷却システムを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、金属製のハウジングの内部に、冷却用空気流を生起させるための回転駆動されるブレードが設けられた冷却ファンを有する冷却システムにおいて、一端部を発熱部に熱授受可能に連結したヒートパイプの他端部が、該ヒートパイプの上側を覆う押え板によって前記ハウジングに密着状態に添わせて取り付けられ、前記押え板は前記ヒートパイプを覆うように折り曲げられた屈曲部を備え、前記ハウジングの羽根車の軸線方向に凹となる係止溝が形成され、該係止溝に嵌め込まれるように前記屈曲部に爪部が設けられて前記ハウジングに熱授受可能に連結されていることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、請求項１の発明によれば、発熱部が発熱すると、まず、その熱はヒートパイプの一端部に伝達される。すると、液相の作動流体が加熱されて蒸発し、その作動流体蒸気はヒートパイプのコンテナのうち内部圧力の低い冷却ファンに配設された端部に向けて流動し、ハウジングに熱を奪われて凝縮する。また、冷却ファンを動作させれば、ブレードが回転駆動して空気の流動が生じ、その空気と共にハウジングの保有する発熱部の熱が他方に流される。
【００１１】
したがって、請求項１の発明の冷却システムを例えば筐体などの密閉空間内に設置した場合でも、筐体の内部空間に熱が籠らず、発熱部が良好に冷却されるうえ、筐体内に備えられる他の部品などを不要に昇温させるおそれもない。
【００１２】
また、請求項１の発明によれば、ハウジングに対する押え板の締結力によってヒートパイプをマイクロファンに固定した構成であるから、マイクロファンに対するヒートパイプの取り付け強度が向上する。さらに、ヒートパイプのうちマイクロファンに連結された箇所の外面全域が覆われているから、ヒートパイプとマイクロファンとの間での熱損失が小さく、したがって、ＣＰＵに対する冷却能力が上記具体例に比べて更に良好になる。
【００１３】
さらにまた、請求項１の発明によれば、ヒートパイプがハウジングの形状に倣っているから、ヒートパイプから冷却ファンへの熱伝達が良好に行われ、その結果、冷却能力が向上する。
【００１４】
又、請求項２に記載した発明は、請求項１の発明において、前記ヒートパイプと前記ハウジングと前記押え板とが、爪部とこれに対応した数の係止溝のみにより連結されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した冷却ファンに対して、前記ハウジングのうち冷却用空気流と接触する箇所に、その冷却用空気流の流動方向に沿った多数条の溝部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
したがって、請求項３の発明によれば、冷却用空気流とハウジング自体との熱交換面積が上記各請求項に記載した冷却ファンと比べて大きくなるから、ハウジングから熱が奪われ易くなる。また一方で、溝部が上記の向きに形成されていることから、冷却用空気流の流動は妨げられず、すなわち冷却ファンに作用する圧力損失が増大しないから、冷却ファンの実質的な風量（冷却用空気流の量）は低下しない。したがって、冷却システムとしての冷却能力が更に向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る具体例について図１および図２を参照して説明する。ここに示す例は、ノートブック型のパソコンに搭載したＣＰＵの冷却に適用した例である。参照符号１４は、パソコンケースを示している。このパソコンケース１４は、プラスチックパネルあるいはマグネシウム合金などの金属パネルによって形成された中空容器である。このパソコンケース１４の図１での上面部には、回動軸を中心とした所定範囲内で自在に開閉するディスプレイ（共に図示せず）が備えられている。
【００１９】
また、パソコンケース１４の内部の底部付近には、プリント基板（図示せず）がほぼ水平に設けられている。このプリント基板の図１での上面には、この発明の発熱部に相当するＣＰＵ１５が取り付けられている。ＣＰＵ１５の上面には、ヒートパイプ１６の一端部および伝熱ブロック１７が取り付けられている。より詳細には、一例としてヒートパイプ１６は、幅の狭い中空扁平形状の銅製コンテナの内部に、作動流体として純水を封入したものが採用されている。なお、このヒートパイプ１６は、可撓性を有していてコンテナの中間部分を自在に屈曲させることができる。
【００２０】
これに対して、伝熱ブロック１７は、ＣＰＵ１５とヒートパイプ１６との熱伝達を促進させるために必要に応じて備えられるものであり、一例として銅あるいはアルミ合金等から形成された板状体であって、その図１での下面には、ヒートパイプ１６のコンテナ形状に倣った凹部が形成されている。そして、この伝熱ブロック１７は、凹部にヒートパイプ１６を緊密に嵌め込んだ状態でＣＰＵ１５の上面に図示しない適宜手段によって密着して固定されている。したがって、ＣＰＵ１５とヒートパイプ１６とは、互いに熱伝達可能になっている。
【００２１】
他方、パソコンケース１４の底部には、この発明の冷却ファンに相当するマイクロファン１８が設けられている。より詳細には、このマイクロファン１８は、一例として円筒部１８ａとその半径方向に延びたフランジ１８ｂとからなる金属製ハウジング１８ｃのうち、回転駆動する羽根車１８ｄを円筒部１８ａの内部に同軸状に設けた構成の軸流ファンである。
【００２２】
そして、このマイクロファン１８は、吸込み部１９となる円筒部１８ａの開口端をＣＰＵ１５側に突出させるとともに、吐出部２０となるフランジ１８ｂ側をパソコンケース１４に設けられた排気孔（図示せず）の近傍に配置させた状態で適宜手段によってパソコンケース１４に固定されている。すなわち、このマイクロファン１８を動作させた場合、パソコンケース１４の内部の空気は、ＣＰＵ１５側から円筒部１８ａの内側に入り込むとともに、吐出部２０および排気孔を経て外部に送り出される。
【００２３】
また、マイクロファン１８のハウジング１８ｃのうち円筒部１８ａの外周には、ヒートパイプ１６の他端部が巻き付けた状態で取り付けられている。したがって、ヒートパイプ１６とマイクロファン１８とは、互いに熱授受可能な構成になっている。なお、ヒートパイプ１６の中間部分は、パソコンケース１４の内部に備えられた図示しないパーツ同士の隙間、いわゆるデッドスペースを通るようにして適宜に折り曲げられている。
【００２４】
また、マイクロファン１８の設置状態での高さは、ＣＰＵ１５の高さよりも大きく設定されており、したがって、ヒートパイプ１６は、このマイクロファン１８に配設された端部がＣＰＵ１５に配設された端部に対して上方に位置している。なお、必要に応じてヒートパイプ１６のうちＣＰＵ１５およびマイクロファン１８と接触しない中間箇所の外周部を断熱被覆してもよく、このように構成すれば、ヒートパイプ動作中にコンテナからパソコンケース１４の内部空間に放出される熱を減少させることができる。
【００２５】
つぎに、上記のように構成されたこの発明の作用について説明する。まず、マイクロファン１８を動作させる。すると、パソコンケース１４内の空気がマイクロファン１８の円筒部１８ａの内部を流通するとともに、矢印方向に排気孔を経由してパソコンケース１４の外部に流れ出る。
【００２６】
他方、パソコンの使用に伴う通電によってＣＰＵ１５が発熱すると、その熱はヒートパイプ１６の一端部および伝熱ブロック１７に伝達される。その場合、ヒートパイプ１６の外周部が伝熱ブロック１７によって覆われているために、ヒートパイプ１６に対してＣＰＵ１５の熱が無駄なく伝達されて、コンテナの底部に溜まっている作動流体が加熱されて蒸発する。したがって、ヒートパイプ１６のうち伝熱ブロック１７に取り付けられた端部の内面が蒸発部となる。
【００２７】
蒸気となった作動流体は、内部圧力および温度が共に低いハウジング１８ｃに配設された端部に向けて流動し、マイクロファン１８に熱を奪われて凝縮する。したがって、ヒートパイプ１６のうちこの端部の内面が凝縮部となる。前述の通り、ヒートパイプ１６は、勾配を持たせた状態に配設されているから、その動作態様はボトムヒートモードとなり、作動流体の蒸発・凝縮サイクルがスムースに行われ、その結果、熱輸送能力が高くなる。なお、凝縮して液相に戻った作動流体は、コンテナ中間部の内面を伝わって蒸発部まで還流し、そこで再度加熱・蒸発する。
【００２８】
他方、ヒートパイプ１６から円筒部１８ａに伝達されたＣＰＵ１５の熱は、ハウジング１８ｃのほぼ全域に伝導される。前述の通り、ハウジング１８ｃの内側には、空気の流動が生じており、その空気によってマイクロファン１８の保有するＣＰＵ１５の熱が排気孔を経由してパソコンケース１４の外部まで運ばれる。すなわち、ＣＰＵ１５の熱は、空気と共にパソコンケース１４の外部に排出される。したがって、パソコンケース１４の内部に熱が籠らず、パソコン使用中におけるＣＰＵ１５の過熱が防止される。
【００２９】
このように、ＣＰＵ１５の熱をヒートパイプ１６によって金属製のハウジング１８ｃに集めた状態で、その熱をマイクロファン１８の送風力によってパソコンケース１４の外部に排出させるため、パソコンケース１４の内部空間に熱が籠らず、従来の冷却構造よりも冷却能力が向上し、また、ＣＰＵ１５以外の既存パーツの過剰な昇温が防止される利点も生じる。
【００３０】
また、上記具体例では、ヒートパイプ１６の端部をマイクロファン１８に固定させておくための専用部材が不要な構成であるから、その分だけ装置全体がコンパクトになるとともに、マイクロファン１８とヒートパイプ１６との着脱を容易に行うことができる利点もある。なお、扁平状コンテナのヒートパイプ１６に替えて、例えば一般的な円形断面のコンテナ形状のヒートパイプを用いることもできる。
【００３１】
つぎに、図３ないし図５を参照して請求項１及び請求項２に係る発明の具体例について説明する。パソコンケースの内部には、上面にヒートパイプの一端部および伝熱ブロックを取り付けたＣＰＵが設けられている。また、パソコンケースの内部には、ヒートパイプの他端部が連結されたマイクロファンが設けられている。
【００３２】
より具体的には、このマイクロファン１８は、図３の（Ｂ）での上方箇所が左右に張り出したプレート形状の金属製のハウジング１８ｃに、空気流Ａがハウジング１８ｃの厚さ方向に生じるように羽根車１８ｄを取り付けた構成の軸流ファンである。ハウジング１８ｃのうち図３の（Ａ）での下側の面には、紙面の奥行き方向に向けて凹となる係止溝２１が２条形成されている。また、ハウジング１８ｃの上面部のうち、各係止溝２１と図３の（Ａ）での上下方向にそれぞれ対向する位置には、ネジ孔２２が形成されている。
【００３３】
そして、ハウジング１８ｃの上面部には、ヒートパイプ１６の一端部が沿った状態に布設されており、更にヒートパイプ１６はその上側を覆う押え板２３によってハウジングに取り付けられている。この押え板２３は、金属薄板からなり、ハウジング１８ｃのネジ孔２２と一致するネジ孔２３ａが形成された平坦部２３ｂと、ヒートパイプ１６を覆うように折り曲げられた屈曲部２３ｃとを備えた構成となっている。また、押え板２３の屈曲部２３ｃには、図４の（Ｂ）での上方に突出する爪部２４が２個設けられている。
【００３４】
すなわち、押え板２３は、各爪部２４を係止溝２１にそれぞれ嵌め込み、またネジ２５を締結することによって自身をハウジング１８ｃの上面部に固定し、同時にヒートパイプ１６をハウジング１８ｃ側に押し付けて固定する構成となっている。
【００３５】
したがって、この具体例においてもＣＰＵ１５の冷却を行う場合には、上記第一具体例と同様に、マイクロファン１８を動作させれば、ヒートパイプ１６を介してハウジング１８ｃに集められたＣＰＵ１５の熱が、流動する空気に運ばれてパソコンケース１４の外部に排出される。その結果、ＣＰＵ１５以外の部品の昇温を防止しつつ、ＣＰＵ１５の過熱を防止できる。
【００３６】
また、上記の具体例によれば、ハウジング１８ｃに対する押え板２３の締結力によってヒートパイプ１６をマイクロファン１８に固定した構成であるから、マイクロファン１８に対するヒートパイプ１６の取り付け強度が上記具体例に比べて向上する。また、ヒートパイプ１６のうちマイクロファン１８に連結された箇所の外面全域が覆われているから、ヒートパイプ１６とマイクロファン１８との間での熱損失が小さく、したがって、ＣＰＵ１５に対する冷却能力が上記具体例に比べて更に良好になる。
【００３７】
なお、上記具体例では、爪部２４を係止溝２１に嵌合させ、かつネジ止めによってヒートパイプ１６とハウジング１８ｃと押え板２３とを一体に係合する構成を例示したが、この発明は上記具体例に限定されず、爪部２４とこれに対応した数の係止溝２１のみによって三者を連結する構成としてもよい（図６参照）。
【００３８】
また、上記各具体例では、ＣＰＵ１５からマイクロファン１８への熱輸送をヒートパイプ１６を用いて行うため、通常、パソコンケース１４の壁面付近に設置せざるを得ないマイクロファン１８にＣＰＵ１５を隣接させる必要がなく、そのため、パソコンケース１４の内部におけるＣＰＵ１５のレイアウトの自由度が向上する。また、ヒートパイプ１６がデッドスペースに配設されているから、従来の冷却構造よりもパソコンケース１４自体を小規模化することができる。
【００３９】
つぎに、図７を参照して請求項３の発明に係る具体例について説明する。ここに示すマイクロファン１８は、中央部に円筒状の貫通部１８ｅを備えた全体として矩形を成す金属製のハウジング１８ｃを備え、その貫通部１８ｅに羽根車１８ｄが回転可能に収容されており、ハウジング１８ｃの厚さ方向に空気流Ａが生じるよう構成された軸流ファンである。また、ハウジング１８ｃのうちの貫通部１８ｅの内周面には、羽根車１８ｄの回動軸１８ｆと同じ方向に沿って延びる多数条の溝部２６が形成されている。すなわち、これらの溝部２６は、羽根車１８ｄの回転によって生じる空気流Ａの流動方向に倣う向きに形成されている。
【００４０】
そして、このマイクロファン１８は、特に図示はしないが、上記各具体例と同様にパソコンケースの内部に設置されるとともに、ＣＰＵに一端部を連結させたヒートパイプの他端部を熱授受可能に連結している。なお、ヒートパイプをハウジング１８ｃに対して取り付ける手段としては、例えば上記第二具体例と同様に押え板を用いた構成が挙げられる。
【００４１】
したがって、上記の構成によれば、空気流Ａとハウジング１８ｃとの熱交換面積が上記各具体例に比べて溝部２６の分だけ大きく、ハウジング１８ｃ自体がいわゆるヒートシンクとして作用するようになるから、ハウジング１８ｃの保有する熱が空気流Ａによって良好に奪われるようになり、その結果、ＣＰＵに対する冷却能力を更に向上させることができる。
【００４２】
なお、上記の構成によれば、例えば溝部２６を備えていない従来一般の冷却ファンの吐出口あるいは吸入口に、ヒートシンクを設置するとともに、熱源に一端部を連結したヒートパイプの他端部をヒートシンクに連結させた構成の冷却装置と比べると、空気流Ａがヒートシンクを通過しない分だけ冷却ファンに作用する圧力損失が少なくなり、それに伴って冷却ファンの実質的な風量が大きくなるから、良好な冷却能力を得ることができる。
【００４３】
なお、上記各具体例では、ノートブック型パソコンのＣＰＵの冷却を例示したが、この発明は上記具体例に限定されるものではなく、例えばデスクトップ型パソコンやサーバー等に搭載される電子素子に適用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部となる端部が冷却ファンのハウジングに直接取り付けられているので、発熱部以外の昇温を防止しつつ、発熱部に対する冷却能力を従来になく向上させることができる。
【００４５】
また、請求項３の発明によれば、空気流量の低下を招くことなく、ハウジングと冷却用空気流との熱交換面積を増大させる多数条の溝部を設けているから、冷却能力をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および請求項２の発明に係る具体例を示す概略図である。
【図２】その具体例のマイクロファンとヒートパイプとの連結状態を示す概略図である。
【図３】マイクロファンを示す概略図である。
【図４】押え板を示す概略図である。
【図５】請求項１および請求項３の発明に係る具体例のマイクロファンとヒートパイプとの連結状態を示す概略図である。
【図６】マイクロファンとヒートパイプとの連結状態の他の例を示す概略図である。
【図７】請求項４の発明に係るマイクロファンを示す概略図である。
【符号の説明】
１４…パソコンケース、  １５…ＣＰＵ、  １６…ヒートパイプ、  １８…マイクロファン、  １８ｃ…ハウジング、  １８ｄ…羽根車、  ２６…溝部。
【図１】
0003895817.tif 000002
【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】
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