JP2011258761A - 電子機器の放熱構造および車載用電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの冷却性のばらつきを抑えて冷却効率の向上を図ることができるとともに、排気ファンのメンテナンス性の向上を図ることのできる電子機器の放熱装置を得ること。
【解決手段】内部に発熱部品１を収容する筐体６と、筐体に形成された開口６ａの近傍に設けられた排気ファン５と、発熱部品と熱的に接続されて発熱部品の熱を輸送する熱輸送装置３と、熱輸送装置と熱的に接続されて排気ファンの吸込部に配置されたヒートシンク４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の放熱構造に関する。

従来、電子機器の放熱構造では、熱源である発熱部品が筐体内に分散して配置され、発熱部品にヒートシンクが熱的に接続される。そして、筐体側面または天面に吸気口を形成するとともに、換気用の排気ファンによる強制空冷にて発熱部品の均一な冷却が図られる。しかしながら、近年の発熱部品からの発熱量の増大に伴って、放熱面積を広くするためのヒートシンクのサイズが大型化し、実装密度の向上が困難となっていた。

このような問題に対して、ヒートパイプによる熱輸送を行い、排気ファンの下流に設けたヒートシンクで、輸送された熱を放熱させる技術が、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示されている。

特開平０９−１１６２８５号公報 特開２００１−２１７３６６号公報 特開２００６−２１０６３５号公報

しかしながら、排気ファンの下流では風速にばらつきが生じやすく、ヒートシンクの冷却性にもばらつきが生じやすいという問題があった。ヒートシンクの冷却性にばらつきが生じることで、発熱部品の冷却効率が低下して、ヒートシンクの大型化などが必要となる場合がある。

そのため、車載用電子機器のように筐体の大きさが規格化されており、電子機器の高密度化が要求される場合には、ヒートシンクの冷却性のばらつきが問題になりやすかった。また、ヒートシンクが排気ファンと筐体との間に存在するため、ファンの取り付け取り外しが面倒であるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートシンクの冷却性のばらつきを抑えて冷却効率の向上を図ることができるとともに、排気ファンのメンテナンス性の向上を図ることのできる電子機器の放熱装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内部に発熱部品を収容する筐体と、筐体に形成された開口の近傍であって筐体の外側に設けられた排気ファンと、発熱部品と熱的に接続されて発熱部品の熱を輸送する熱輸送装置と、熱輸送装置と熱的に接続されて排気ファンの吸込部に配置されたヒートシンクと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ヒートシンクの冷却性のばらつきを抑えて冷却効率の向上を図ることができるとともに、排気ファンのメンテナンス性の向上を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。 図２は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示す図である。 図３は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示す図である。 図４は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示す図である。 図５は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示す図であって、図４に示すヒートシンクを透過した状態で示す図である。 図６は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示すとともに、熱輸送装置の支持例を示す図である。 図７は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示すとともに、熱輸送装置の支持例を示す図である。 図８は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示すとともに、熱輸送装置の支持例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態４に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態５に係る電子機器の放熱構造を示す図であって、受熱部部分を拡大した部分拡大断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態６に係る電子機器の放熱構造を示す図であって、受熱部部分を拡大した部分拡大断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態７に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る電子機器の放熱構造を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。この放熱構造は、例えば車載用電子機器の放熱装置として用いられる。放熱装置は、筐体６、排気ファン５を備える。筐体６には、排気口６ａと給気口６ｂとが開口として形成されている。

排気口６ａの近傍であって筐体６の外側には排気ファン５が設けられる。排気ファン５が作動することで、給気口６ｂから筐体６の内部に空気が取り込まれ、排気口６ａから筐体６の内部の空気が排出される。本実施の形態１では、排気口６ａや給気口６ｂが筐体６の側面に形成されているが、これらが天面に形成されていてもよい。

筐体６の内部には発熱部品１が配置される。発熱部品１は、例えば半導体装置などの回路部品である。発熱部品１には、放熱シートまたは放熱ラバーを介して受熱部２が熱的に接続されている。受熱部２は、発熱部品１で発生した熱を吸熱する。受熱部２には、熱輸送装置３の吸熱部３ａが熱的に接続されている。熱輸送装置３は、例えばヒートパイプである。熱輸送装置３は、吸熱部３ａで受熱部２から熱を吸熱し、放熱部３ｂに吸熱した熱を伝える。

熱輸送装置３の放熱部３ｂには、ヒートシンク４が熱的に接続されている。ヒートシンク４は、例えば放熱フィンである。熱輸送装置３の放熱部３ｂとヒートシンク４は、筐体６の排気口６ａの近傍であって、筐体６の内側に配置される。

以上の構成により、熱輸送装置３の放熱部３ｂとヒートシンク４は、排気ファン５の吸込部、すなわち排気ファン５の近傍であって、その上流側に配置されることとなる。そのため、ヒートシンク４を通過する空気の風速の高さを維持しつつ、その偏りを抑えることができ、ヒートシンク４の全体を効率的に冷却することができる。

また、排気ファン５が排気口６ａの近傍であって筐体６の外側に配置されるとともに、ヒートシンク４が排気ファン５の上流側に配置されるので、筐体の側面や天面を取り外したり、ヒートシンク４を取り外したりせずに、排気ファン５の取り付け、取り外しが可能となる。

なお、図１において、発熱部品１、受熱部２、および熱輸送装置３は、上下方向（紙面奥側から手前方向）に並べて配置されているが、これに限られず、横方向に並べて配置されても構わない。

図２〜５は、熱輸送装置とヒートシンクの接続例を示す図である。熱輸送装置３の放熱部３ｂとヒートシンク４とは熱的に接合されるが、図４や図５に示すように、放熱部３ｂは、ヒートシンク４に対して垂直に結合される。また、発熱部品１からの発熱量が大きい場合には、図４や図５に示すように、複数の熱輸送装置３を設けて、それぞれの放熱部３ｂをヒートシンク４に熱的に接合してもよい。

図６〜８は、熱輸送装置３とヒートシンク４の接続例を示すとともに、熱輸送装置３の支持例を示す図である。

図６および図７では、熱輸送装置３に少なくとも１つの支持構造１０が設けられた構造を示す。図６では、筐体６から延びる支持構造１０としての剛体構造物１０ａによって、熱輸送装置３が支持される例を示す。

このように、剛体構造物１０ａで熱輸送装置３を支持することで、例えば熱輸送装置３が長尺になる場合に、外部からの加振によって振動が増幅することを防ぐことができる。特に、支持構造１０を剛体構造物１０ａとすることで、熱輸送装置３の振幅が抑えられる。

また、図７では、筐体６から延びる支持構造１０としての防振ダンパ１０ｂによって、熱輸送装置３が支持される例を示す。防振ダンパ１０ｂは、振動を効果的に減衰させるもので、例えば、防振ダンパ１０ｂとして防振ゴムが用いられる。

このように、防振ダンパ１０ｂによって熱輸送装置３を支持することで、例えば熱輸送装置３が長尺になる場合に、外部からの加振によって振動が増幅することを防ぐことができる。特に、支持構造１０を防振ダンパ１０ｂとすることで、熱輸送装置３の振動を効果的に減衰させることができる。

また、図８では、受熱部２とヒートシンク４とを熱輸送装置３で接続するだけでなく、剛体構造物１２で固定している例を示す。剛体構造物１２としては、例えば金属棒や金属板金などが用いられる。これにより、受熱部２とヒートシンク４とを強固に固定することができ、ユニットへの外力によって、熱輸送装置が破壊されること、例えば、熱輸送装置３の破損などの防止を図ることができる。

なお、図６，７では、１の支持構造１０によって熱輸送装置３を支持しているが、これに限られず、複数の支持構造１０を設けて熱輸送装置３を支持するように構成しても構わない。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。上記実施の形態１と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施の形態２では、筐体６の側面にコネクタ７が設置されている。

熱輸送装置３は、コネクタ７との干渉を防ぐため、コネクタ７より筐体６の内側の領域で折り曲げられており、熱輸送装置３全体がコネクタ７より筐体６の内側の領域に設けられている。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施の形態３では、排気ファン５に吸入される空気がなるべく漏れなくヒートシンク４を通過するように、ヒートシンク４と排気ファン５との間に流路構造８が設けられる。流路構造８は、例えばダクトやシュラウド構造である。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施の形態４では、ヒートシンク４と筐体６とを、熱伝導体１３で熱的に接続している。

例えば、金属など熱伝導性の高い材料で構成された熱伝導体１３を、ヒートシンク４と筐体６の内側面にネジで締結する。このような構成とすることで、筐体６も放熱板として利用することができ、より高い放熱効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る電子機器の放熱構造を示す図であって、受熱部部分を拡大した部分拡大断面図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態５では、受熱部２３が、発熱部品１の周囲を囲う箱体として構成される。受熱部２３は、熱伝導性能と導電性能を併せ持つ材料、例えばアルミニウム板金や鋼板により構成される。ここで、発熱部品１は、電磁波を発する場合がある。発熱部品１から発せられる電磁波により、他の機器の誤作動などを招く場合もあるため、この電磁波を遮蔽することが好ましい。

本実施の形態５では、熱伝導性能と導電性能を併せ持つ材料で構成された受熱部２３で発熱部品１を囲っているため、発熱部品１から発せられる電磁波を、受熱部２３によって遮蔽することができる。

また、本実施の形態５では、受熱部２３を一体の箱体として形成しているので、部品点数の増加によるコスト増加を抑えることができる。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係る電子機器の放熱構造を示す図であって、受熱部部分を拡大した部分拡大断面図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態６では、受熱部２３上に載置された発熱部品１の周囲を、導電性能を持つ材料で構成された蓋体２４で囲っている。上述したように、発熱部品１は、電磁波を発する場合がある。発熱部品１から発せられる電磁波により、他の機器の誤作動などを招く場合もあるため、この電磁波を遮蔽することが好ましい。

本実施の形態６では、受熱部３上に載置された発熱部品１の周囲を、導電性能を持つ材料で構成された蓋体２４で囲っているため、発熱部品１から発せられる電磁波を、蓋体２４によって遮蔽することができる。実施の形態５と異なり、受熱部３とは別に蓋体２４を設けているので、蓋体２４に熱伝導性が要求されず、蓋体２４を安価な導電体で構成することができる。

なお、受熱部２３は、発熱部品１で発生する熱の放熱と、電磁波の遮蔽が要求されるため、熱伝導性能と導電性能を併せ持つ材料、例えばアルミニウム板金や鋼板により構成される。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７に係る電子機器の放熱構造の概略構成を示す図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態７では、導電体で構成された熱輸送装置３と、同じく導電体で構成された筐体６とが、導電体で構成された接続部品２５で接続されている。この構成により、例えば外部からの静電気のような電気的なノイズが熱輸送装置３に印加された場合であっても、そのノイズを発熱部品１に到達させずに筐体６側に散逸させやすくなる。

なお、受熱部２を導電体で構成して、受熱部２と筐体６とを接続部品で接続してもよい。この場合、外部からの静電気のような電気的なノイズが受熱部２に印加された場合であっても、そのノイズを発熱部品１に到達させずに筐体６側に散逸させやすくなる。

以上のように、本発明に係る電子機器の放熱構造は、車載用電子機器の冷却に適している。

１ 発熱部品
２ 受熱部
３ 熱輸送装置
３ａ 吸熱部
３ｂ 放熱部
４ ヒートシンク
５ 排気ファン
６ 筐体
６ａ 排気口（開口）
６ｂ 給気口
７ コネクタ
８ 流路構造
１０ 支持構造
１０ａ 剛体構造物
１０ｂ 防振ダンパ
１２ 剛体構造物
１３ 熱伝導体
２３ 受熱部
２４ 蓋体
２５ 接続部品

Claims (9)

1. 内部に発熱部品を収容する筐体と、
   前記筐体に形成された開口の近傍に設けられた排気ファンと、
   前記発熱部品と熱的に接続されて発熱部品の熱を輸送する熱輸送装置と、
   前記熱輸送装置と熱的に接続されて前記排気ファンの吸込部に配置されたヒートシンクと、を備えることを特徴とする電子機器の放熱構造。
2. 前記ヒートシンクは、前記筐体と熱的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の放熱構造。
3. 前記筐体の開口と前記ヒートシンクとの間を結ぶ風路構造をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器の放熱構造。
4. 前記筐体に実装されたコネクタをさらに備え、
   前記熱輸送装置は、前記筐体の内部において前記コネクタよりも内側の領域に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造。
5. 前記熱輸送装置は、輸送経路に防振用の支持構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造。
6. 前記発熱部品と前記熱輸送装置とは受熱部を介して熱的に接続され、
   前記受熱部と前記ヒートシンクとを固定する構造部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造。
7. 前記発熱部品と前記熱輸送装置とは受熱部を介して熱的に接続され、
   前記受熱部は、導電体で構成されて電磁波遮蔽構造の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造。
8. 前記受熱部および前記熱輸送装置の少なくとも一方、および前記筐体は導電体を含んで構成され、
   前記導電体同士を電気的に接続する接続部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の電子機器の放熱構造を備える車載用電子機器。

Images