(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作することに伴って発熱する電子素子に対向して配置された放熱板が備えられるとともに、前記電子素子から生じる熱を放熱箇所に運ぶためのヒートパイプが備えられた電子機器におけるヒートパイプ式放熱構造において、
前記電子素子に面接触する受熱壁部と、その受熱壁部の厚さ方向に離隔した状態で前記放熱板に面接触する放熱壁部とを備えた金属薄板からなる枠状体が設けられるとともに、その枠状体における前記受熱壁部に、前記ヒートパイプの一端部が前記電子素子と熱授受可能な状態に取り付けられていることを特徴とする電子機器におけるヒートパイプ式放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子機器に搭載された電子素子の温度上昇をヒートパイプを用いて抑制するヒートパイプ式放熱構造に関し、特に電子素子と対向して配置された放熱板を供えた構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータに代表されるように、電子機器ならびに電力機器の発展は目覚ましく、これらに使用されている電子部品、特に半導体などの素子はますます高集積化、大容量化、高速化の傾向にある。それに伴って素子の発熱量も増大し、その効果的な冷却を行なうためにヒートパイプを用いることが注目され、その実用化が図られるようになってきている。すなわちＣＰＵなどの電子素子は、大容量化に伴って全体としての体積の減少に反してその発熱量が多くなってきているために、それ自体からの放熱による冷却がますます困難になっている。
【０００３】
そこで従来では、一例として基板に設けられたＣＰＵの上部にヒートパイプの一端部が挿入されたアルミブロックを取り付け、更にそのアルミブロックの上端面をキーボードの裏面に設けられた電磁遮蔽板に対して密着させた電子機器の冷却装置がある。またヒートパイプの他端部は、ＣＰＵから離隔した箇所に設けられたヒートシンクまたは電磁遮蔽板に連結されている。すなわちこの冷却装置では、平行に対向するＣＰＵと電磁遮蔽板とをアルミブロックによって連結した構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の電子機器では、ケース本体内に収容される多数の部品のうち基板からの高さが最も高いものと電磁遮蔽板とが干渉しないように基板と電子遮蔽板との間隔が設定されている。また一方、ＣＰＵの高さは、最も高さの高い部品よりも大幅に低いことが通常であり、そのためＣＰＵと電磁遮蔽板との間隔が大きく広がっているのが一般的である。それに加えてこの種の冷却装置では、ヒートパイプとして可及的に小径のものを採用するのが通常であることから、アルミブロックがヒートパイプの外径よりも大幅に厚肉な構造とならざるを得ない。
【０００５】
このように厚肉のアルミブロックをＣＰＵと電磁遮蔽板との間に介在させた構造の上記従来の構造では、装置全体としての重量が嵩み、コンピュータ等の電子機器に強く望まれている小型・軽量化に反してしまう問題があった。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、全体としての重量の軽減を図ることのできる放熱構造を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の課題を解決するための手段として、この発明は、動作することに伴って発熱する電子素子に対向して配置された放熱板が備えられるとともに、前記電子素子から生じる熱を放熱箇所に運ぶためのヒートパイプが備えられた電子機器におけるヒートパイプ式放熱構造において、前記電子素子に面接触する受熱壁部と、その受熱壁部の厚さ方向に離隔した状態で前記放熱板に面接触する放熱壁部とを備えた金属薄板からなる枠状体が設けられるとともに、その枠状体における前記受熱壁部に、前記ヒートパイプの一端部が前記電子素子と熱授受可能な状態に取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
したがってこの発明によれば、電子素子から発生した熱が、枠状体における受熱壁部および受熱壁部に取り付けられたヒートパイプの端部に対して伝達される。ヒートパイプに供給された熱は、コンテナ内部に封入された作動流体蒸気によって電子素子から離れた他端部に運ばれ、そこから放熱箇所に向けて供給される。
【０００９】
これに対して受熱壁部に与えられた熱は、放熱板に向けて枠状体中を伝導しつつ、放熱壁部を介して放熱板に対して伝達されるとともに、そこから外部に向けて放出され、その結果、電子素子の温度上昇が抑制あるいは防止される。なお受熱壁部と放熱壁部とがその厚さ方向において離隔していることに伴う空隙部が、受熱壁部に取り付けられたヒートパイプの端部の周囲に形成されていて、その空隙部に向けて枠状体から熱が放散される。つまり枠状体を介して電子素子から放熱板に熱が伝えられる途中において、その熱の一部が空隙部に放出される。したがって枠状体における放熱面積が大きくなり、電子素子からの放熱効率が良好に行なわれる。更にこの発明によれば、ヒートパイプを保持し、かつ電子素子と放熱板とを熱授受可能に連結する部材が、金属薄板からなる枠状体であっていわゆるブロック状ではないことに伴って放熱構造全体が軽量になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明をパソコンに搭載されるＣＰＵの冷却に適用した具体例について、図１および図２を参照して説明する。パソコンケース１の上面部には、キーボード２が備えられている。そのキーボード２の裏面側には、この発明の放熱板に相当するアルミニウム製の極薄板からなる電磁遮蔽板３が備えられている。
【００１１】
これに対してパソコンケース１の内部における底面付近には、基板４が備えられている。すなわち基板４と電磁遮蔽板３とが、パソコンケース１の厚さ方向で対向して配置されている。基板４の上面部には、大きさの異なる複数の部品５と共にこの発明の電子素子に相当するＣＰＵ６が取り付けられている。このＣＰＵ６は、従来一般に知られたものと同様に方形平板状を成している。
【００１２】
ＣＰＵ６の上面部には、銅あるいはアルミニウム等の金属からなる台座フレーム７が熱授受可能に設けられている。この発明の枠状体に相当する台座フレーム７は、ＣＰＵ６の平面図上での形状とほぼ一致した方形平板状の底壁部８と、その底壁部８における４つの辺（縁部）のうち互いに対向した２辺からそれぞれ立ち上がる平板状の側壁部９とを備えている。図１での右側に配置された側壁部９が、右斜め上方に向けて起立しており、これに対して左側に配置された側壁部９が、左斜め上方に向けて起立している。
【００１３】
各側壁部９の縁部には、底壁部８の外側に向けて底壁部８と平行に突出した平板状の上壁部１０がそれぞれ一体に形成されている。各上壁部１０は、電磁遮蔽板３の下面に面接触している。すなわち上壁部１０の上面と底壁部８の下面との間隔が、ＣＰＵ６と電磁遮蔽板３との間隔と等しい設定となっている。なお底壁部８が、この発明の受熱壁部に相当し、上壁部１０が、この発明の放熱壁部に相当している。また台座フレーム７の各所における板厚が、後述のヒートパイプ１１の外径よりも大幅に小さく設定されている。
【００１４】
上記構造の台座フレーム７は、ＣＰＵ６の上面に対して底壁部８を密着させるとともに、各上壁部１０を電磁遮蔽板３の下面に対して密着させた状態で配置されている。つまり台座フレーム７を介してＣＰＵ６と電磁遮蔽板３とが、熱授受可能な構造となっている。台座フレーム７における底壁部８の上面には、ヒートパイプ１１の一端部が添わされた状態で取り付けられている。
【００１５】
このヒートパイプ１１は、一例として円形断面の銅製コンテナの内部に純水を封入したものが採用されている。そのヒートパイプ１１の外径は、台座フレーム７の高さの１／３〜１／２程度に設定されており、すなわち台座フレーム７に保持された端部は、電磁遮蔽板３に対して非接触となっている。したがってヒートパイプ１１の図１での両側方ならびに上方には、空隙部１２が形成されている。
【００１６】
なおヒートパイプ１１と台座フレーム７との固定手段としては、例えばエポキシ系接着剤による接着あるいは従来知られた構造の金属バンドによる係止等が挙げられる。またヒートパイプ１１の他端部は、図１での奥行き方向に延ばされるとともに、台座フレーム７から離れた位置において電磁遮蔽板３の下面に添わされた状態で取り付けられている。すなわち図１に示す具体例では、電磁遮蔽板３が、この発明の放熱箇所に相当する。
【００１７】
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。ＣＰＵ６から熱が生じると、その熱は台座フレーム７の底壁部８に伝達されるとともに、そこに取り付けられたヒートパイプ１１の一端部に伝達される。底壁部８の保有する熱は、各側壁部９に伝達されるとともに、各上壁部１０に伝達され、更に電磁遮蔽板３に伝達される。その場合、底壁部８の上面および各側壁部９の内面から内側の空隙部１２に向けて熱が放散される。台座フレーム７がヒートパイプ１１の長さ方向に沿って開放された構造を成しているから、空隙部１２に供給された熱は、自然対流で電子素子から離れた箇所まで運ばれる。
【００１８】
これに対して、ヒートパイプ１１の一端部に供給された熱は、そのコンテナの内底部に溜まる作動流体１８を加熱して蒸発させる。蒸気となった作動流体が、内部圧力および温度の共に低い他端部に向けて流動し、電磁遮蔽板３に放熱して凝縮する。更にその液相作動流体が、ヒートパイプ１１のコンテナのうち底壁部８に配設された端部に向けて流下し、そこで再度加熱されて蒸発する。このヒートパイプ１１が、蒸発部に対して凝縮部が高い配置となっていて、いわゆるボトムヒートモードで動作するから、作動流体が効率よく蒸発部に還流し、それに伴って熱輸送サイクルが良好に行われる。
【００１９】
ヒートパイプ１１および台座フレーム７によって電磁遮蔽板３に供給された熱は、その図１での上面、つまりキーボード２側からパソコンケース１の外部に放出される。その結果、ＣＰＵ６の温度上昇が抑制あるいは防止される。
【００２０】
このように上記の構造によれば、ヒートパイプ１１の外径よりも厚さの薄い金属板からなり、かつヒートパイプ１１の左右ならびに上方に空隙部１２を備えた台座フレーム７によって、ＣＰＵ６と電磁遮蔽板３とを連結させ、かつヒートパイプ１１の一端部を保持させているから、従来に比べて放熱構造全体としての軽量化を図ることができる。また上記の構造によれば、底壁部８に供給された熱が上壁部１０に伝えられる途中において底壁部８の上面と各側壁部９の内面から空隙部１２に向けて熱が放散されるために、台座フレーム７における放熱面積が大きくなり、電子素子からの放熱効率が良好になる利点がある。
【００２１】
つぎに図３を参照して、この発明の他の具体例について説明する。ここに示す例は、台座フレーム７自体がヒートパイプ１１を保持する機能を備えた例である。なお図１に示す構造の具体例と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。基板４に取り付けられたＣＰＵ６の上面には、銅やアルミニウム等からなる平板状の補助プレート１３が設けられており、更にその補助プレート１３の上面部には、台座フレーム７が設けられている。したがって図３に示す具体例では、補助プレート１３と台座フレーム７とがこの発明の保持部材に相当する。
【００２２】
台座フレーム７における底壁部８には、保持対象とするヒートパイプ１１の外径に倣ったほぼ円形状の保持部１４が形成されている。より具体的には、この保持部１４は、底壁部８の一部を図３での上方に突出した円溝状に湾曲あるいは屈曲させた構造である。また保持部１４における一対の開口縁が、その実質的な内径よりも狭く設定されている。したがって保持部１４が、内側に挿入されたヒートパイプ１１の外周部を加圧する弾性を備えた構造となっている。
【００２３】
なおヒートパイプ１１のうち保持部材１４に保持された端部は、保持部１４における一対の開口縁から僅かに露出しているものの、その下側に配置された補助プレート１３に対して接触している。これに対してヒートパイプ１１の他端部は、図３での右側に折り曲げられるとともに、基板４の上部に備えられたヒートシンク（図示せず）に対して熱授受可能に配設されている。なおこのヒートシンクに対して空気流を供給するファン（図示せず）が設けられており、またそのファンが駆動することによってパソコンケース１の内部の空気が空隙部１２を通過するように移動するようになっている。すなわち図３に示す具体例では、ヒートシンクが、この発明の放熱箇所に相当する。その他の構造は、図１に示す具体例と同じ構造となっている。
【００２４】
したがってＣＰＵ６から熱が生じると、その熱は補助プレート１３を介して底壁部８およびヒートパイプ１１の一端部に伝達される。底壁部８の保有する熱は、各側壁部９を介して各上壁部１０に伝達され、更に電磁遮蔽板３に伝達される。その場合、底壁部８の上面および各側壁部９の内面から空隙部１２に向けて熱が放散される。その熱は、空隙部１２内を通過する空気流に伝達され、そのまま電子素子から離れた箇所に運ばれる。
【００２５】
一方、ヒートパイプ動作が自動的に開始される。すなわちコンテナの内底部に溜まる作動流体が、台座フレーム７の保持部１４および補助プレート１３を介して供給される熱によって蒸発し、その蒸気が他端部に向けて流動するとともに、ヒートシンクに放熱して凝縮する。ヒートシンクに供給された熱は、ファンによって生じる空気流に伝達され、そのまま他所に運ばれる。その結果、ＣＰＵ６の温度上昇が抑制あるいは防止される。
【００２６】
このように上記構造の台座フレーム７によれば、図１に示す構造の具体例と同様の効果を奏するばかりか、弾性力によってヒートパイプ１１を外周側から挟み付けるように保持する保持部１４を備えていて、ヒートパイプ１１を保持・固定するための別部材が不要であるから、ヒートパイプ１１の組み付け性あるいは保持性が一層良好になる利点が得られる。
【００２７】
なお上記各具体例では、ＣＰＵの冷却に適用したが、例えばサーバー用の電子デバイスなどの冷却に適用することもできる。更にこの発明で使用することのできる金属部品は、銅またはアルミニウムに限定されず、マグネシウムやステンレス等の他の金属であってもよい。またヒートパイプとしては、円形断面のものには限定されず、例えば扁平断面あるいは矩形断面のものを採用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電子素子に面接触する受熱壁部と、その受熱壁部の厚さ方向に離隔した状態で放熱板に面接触する放熱壁部とを備えた金属薄板からなる枠状体が設けられ、ヒートパイプの一端部が電子素子と熱授受可能な状態に受熱壁部に取り付けられていて、ヒートパイプを保持し、かつ電子素子と放熱板とを連結する部材が軽量な構造を成しているから、放熱構造全体としての軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明をＣＰＵの冷却に適用した具体例を示す概略図である。
【図２】  台座フレームの単体を示す概略図である。
【図３】  この発明の他の具体例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…パソコンケース、  ２…キーボード、  ３…電磁遮蔽板、  ６…ＣＰＵ、７…台座フレーム、  ８…底壁部、  ９…側壁部、  １０…上壁部、  １１…ヒートパイプ、  １２…空隙部、  １４…保持部。
【図１】
0004142817.tif 000002
【図２】
0004142817.tif 000003
【図３】
0004142817.tif 000004