JP3637304B2 - 小型電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体を冷却する冷却装置を備えた小型電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンのような電子機器においては、回路基板に設けられた発熱体、例えばＣＰＵを冷却する冷却装置が用いられている。
【０００３】
この冷却装置は、冷却ファン、ヒートシンクおよびヒートパイプを備えている。冷却ファンは、回路基板の面と平行で回路基板の板厚方向に間隔を置いた一対の端面部および一対の端面部を結ぶ周面部を有するケースと、このケースの内部に設けられ、回路基板の板厚方向に沿った回転軸を有する羽根車とを備え、ケースの端面部に吸込み口が形成されているとともにケースの周面部に吐出し口が形成されている。ヒートシンクは、冷却ファンに対して回路基板の面方向に並んで配置されており、回路基板に設けられた発熱体に当接する発熱体当接面を有している。ヒートパイプは、冷却ファンの吐出し口の前側に位置する一端部と、ヒートシンクに当接して設けられた他端部とを有している。
【０００４】
そして、この冷却装置は、回路基板上の発熱体が発する熱をヒートシンクで吸収して放散するとともに、このヒートシンクの熱をヒートパイプで冷却ファンの吐出し口まで伝えて、冷却ファンの吐出し口から吐出される風によりヒートパイプを冷却して熱を放散する。
【０００５】
従来、この冷却装置は、冷却ファンとヒートシンクとを同一平面で且つ一直線上に並べて配置してユニットを構成し、このユニット全体を発熱体を搭載した回路基板の面上に配置して装着している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の冷却装置には次に述べる問題がある。
従来の冷却装置は、冷却ファンとヒートシンクとが回路基板の面上に載せて設けているので、回路基板上に冷却装置を設けた状態の高さ方向の設置寸法（基板板厚方向の寸法）は、冷却ファンの高さ（羽根車の軸方向長さ）と回路基板の板厚との合計となる。一方、冷却ファンの送風能力を高める条件として、羽根車の軸方向長さを大きくして羽根車の羽根を大きくすることがある。そこで、冷却ファンの送風能力を高めるために羽根車の軸方向長さを大きくして冷却ファン全体の高さを大きくすると、回路基板上に冷却装置を設けた状態の高さ方向の設置寸法が増大し、電子機器のハウジングの高さが大きくなる。
【０００７】
ところが、一般にパソコンなどの電子機器ではハウジングの高さを抑えて小型化にする要求があるために、回路基板上に冷却装置を設けた状態の高さ方向の設置寸法も制限される。このため、冷却ファンの高さを大きくして冷却ファンの送風能力を高めるのに限界がある。
【００１０】
このように従来の冷却装置では、冷却装置を構成する要素を大型化して冷却能力を高めることが電子機器に対する小型化の要求により制限されていた。
【００１１】
本発明の目的は、ハウジングを大きくすることなく冷却ファンを大型化することができ、発熱体の冷却能力を高めることができる小型電子機器を得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る小型電子機器は、
排気口を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられた回路基板と、前記回路基板に設けられた発熱体と、前記ハウジングの内部に設けられ、前記発熱体を冷却する冷却装置と、を具備している。
前記冷却装置は、
前記発熱体に当接する発熱体当接面を有するとともに、前記発熱体を間に挟んで前記回路基板と向かい合うヒートシンクと、
前記回路基板に沿うように前記ヒートシンクと並んでいるケースと、このケースに形成され、前記ハウジングの排気口に向けて前記ヒートシンクとは異なる方向に開口する吐出し口と、前記ケースに収容された羽根車とを有する冷却ファンと、
前記ケースの吐出し口に配置され、前記ヒートシンクから熱を受ける補助ヒートシンクと、を備えている。
前記冷却ファンのケースは、前記回路基板に対し前記ヒートシンクが位置する側とは反対側に突出する端面部を有し、この端面部と前記ヒートシンクの発熱体当接面との間に前記回路基板の一部が位置することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１ないし図１０を参照して説明する。
この実施の形態は、小型電子機器の一例としてパソコンに設ける冷却装置に適用したものである。図１はパソコンを前側から見て示す斜視図、図２はパソコンを後側から見て示す斜視図である。図において１はパソコンの本体ハウジング、２は表示ユニットである。
【００１８】
本体ハウジング１にはキーボード３が設けられている。また、本体ハウジング１の内部には回路基板４（図３ないし図８に示す）が水平に設けられ、この回路基板４には所定の回路を構成する部品、機器が取付けられている。回路基板４の上面には発熱体の一例であるＣＰＵ５が設けられている。ＣＰＵ５は例えば本体ハウジング１の左後側の角部に位置している。ＣＰＵ５は平たい四角形をなすもので、回路基板４の上面に水平に配置されている。図２に示すように本体ハウジング１の後面部の左角部に、ＣＰＵ５に対向して排気口６が設けられている。この排気口６は後述する冷却装置の冷却ファンが吐き出す風を本体ハウジング１の外部へ排出するものである。
【００１９】
冷却装置について図３ないし図１０を参照して説明する。図３は冷却装置を示す平面図、図４は冷却装置を下側から見て示す図、図５は図３のＡ方向から見て示す図、図６は図３のＢ方向から見て示す図、図７は図３のＣ方向から見て示す図、図８は図３のＤ方向から見て示す図、図９は冷却ファンを模式的に示す断面図、図１０は冷却装置を示す斜視図である。
【００２０】
この冷却装置は、ＣＰＵ５を冷却するものであり、本体ハウジング１の内部において左後部の角部に設けられている。冷却装置は冷却風を送る冷却ファン１１と、ＣＰＵ５の熱を吸収、放散するヒートシンク１２と、ヒートパイプ１３とを備えている。
回路基板４の角部には切欠部４ａが形成されている。この切欠部４ａは回路基板４の角部で直角に交差する２個の側縁を切欠したもので、冷却ファン１１を配置できる大きさを有するとともに、本体ハウジング１の後面部に形成した排気口６に面している。なお、切欠部４ａは冷却ファン１１の形状に応じた円弧部を有している。
【００２２】
冷却ファン１１は、回路基板４の切欠部４ａに回路基板４と平行に水平に配置されている。冷却ファン１１は、例えばアルミニウムからなるケース２１と羽根車２２とを有している。ケース２１は、回路基板４の面と平行で回路基板４の板厚方向に間隔を置いた一対の端面部２１ａ、２１ｂと、この一対の端面部２１ａ、２１ｂを結ぶ周面部２１ｃとを有する平たい円形をなすものである。
ケース２１の端面部２１ａ、２１ｂは夫々吸込み口２３を有するとともに、周面部２１ｃに吐出し口２４が形成されている。図２、図４および図９に示すように、ケース２１の吐出し口２４は本体ハウジング１の排気口６と向かい合っている。羽根車２２は、ケース２１の内部に設けられ、その回転軸２２ａが回路基板４の板厚方向に沿っている。羽根車２２は図示しない電動機により回転駆動されて、ケース２１の吸込み口２３からケース２１の内部に空気を吸込むとともに、この空気を吐出し口２４から吐出して送風するようになっている。
【００２３】
ヒートシンク１２は、回路基板４の上側においてＣＰＵ５の外面（回路基板４と反対側の面、図示上面）に外側から重ねて当接するものである。ヒートシンク１２は、ＣＰＵ５を覆うことができる面積を持った四角形をなすもので、冷却ファン１１に対し回路基板４と平行となるように水平に配置されている。ヒートシンク１２の回路基板４と向かい合う面は、回路基板４と平行な発熱体当接面１２ａとなっている。発熱体当接面１２ａは、ＣＰＵ５の外側の面（上面）に外側から当接している。ヒートシンク１２は例えばアルミニウムにより作製されており、例えば冷却ファン１１のケース１２と一体に作製されている。
【００２４】
ヒートパイプ１３は、ヒートシンク１２の熱を冷却ファン１１の吐出し口２４側に伝達するものである。ヒートパイプ１３は長さ方向の略中間部で直角に折り曲げられている。ヒートパイプ１３の一端部は冷却ファン１１の吐出し口２４の前側に位置するとともに、他端部はヒートシンク１２の上に位置している。
【００２５】
ケース２１の吐出し口２４の前側には例えばアルミニウムからなる補助ヒートシンク２５が配置されている。この補助ヒートシンク２５は例えば吐出し口２４に連通する筒形をなすもので、溶接などの手段によりケース２１と固定されている。ヒートパイプ１３は回路基板４の面と平行に水平に配置され、一端部が補助ヒートシンク２５の上面部に形成された溝２５ａに嵌合固定され、且つ他端部がヒートシンク１２の上面部（外面部）に形成された溝１２ｂに嵌合固定されている。補助ヒートシンク２５の前側にはガイド板２６が取付けられている。
【００２６】
ここで、冷却ファン１１とヒートシンク１２との位置関係について述べる。冷却ファン１１におけるケース１２の一対の端面部２１ａ、２１ｂのうち、ヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａと同じ側にある一方の端面部２１ｂ（下側となる端面部）は、ヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａに対し回路基板４の厚さ方向（上下方向）において他方の端面部２１ａから離れる向き（下向き）に平行移動した位置にあり、ケース２１の一方の端面部２１ｂとヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａとの間に段差Ｈが形成されている。すなわち、ヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａが回路基板４よりも上側となり、ケース２１の一方の端面部２１ｂが回路基板４よりも下側となるように段差Ｈが形成されている。
【００２７】
また、ヒートシンク１２の形状中心Ｏ２を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２の並び方向に延びる直線Ｓ２は、冷却ファン１１の羽根車２２の中心軸線Ｏ１を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２との並び方向に延びる直線Ｓ１に対して、距離Ｓをもって回路基板４の中央部に寄った位置にある。
【００２８】
このようにユニットとして構成された冷却装置において、冷却ファン１１は、ケース２１の吐出し口２４が本体ハウジング１の排気口６と対向するように向きを設定して、回路基板４の切欠部４ａに配置される。ケース２１の吐出し口２４に取付けた補助ヒートシンク２５は切欠部４ａから突出して回路基板４とケース４の壁部との間に形成される隙間に位置する。
【００２９】
ヒートシンク１２は、回路基板４の面上において切欠部４ａに隣接して配置されたＣＰＵ５の上側に重なり、下面である発熱体当接面１２ａがＣＰＵ５の上面にグリース１４を介して当接する。
【００３０】
ヒートパイプ１３は、一端部が補助ヒートシンク２５に取付けられて回路基板４とケース４の壁部との間に形成される隙間（回路基板４の外側）に位置し、他端部がヒートシンク１２に取付けられて回路基板４の外側から回路基板４の上側へ入り込んでいる。
【００３１】
なお、冷却ファン１１のケース２１は、例えば本体ハウジング１に設けた図示しないボスに載せて図示しないねじを用いて本体ハウジング１に固定する。ヒートシンク１２は例えば四隅部に取付け孔２７を設け、この取付け孔２７に図示しないねじを通して本体ハウジング１に設けたボスに固定する。
【００３２】
そして、冷却ファン１１の羽根車２２が電動機により回転駆動されると、ケース２１の端面部２１ａ、２１ｂの各吸込み口２３からケース２１の内部に空気が吸込まれ、この空気は周面部２１ｃの吐出し口２４から吐出して風を発生させる。この風は本体ハウジング１の排気口６を通って外部へ排出される。
ヒートシンク１２は、ＣＰＵ５が発する熱を吸収して放散する。ヒートパイプ１３の他端部は、ヒートシンク１２が放散する熱により加熱され、ヒートパイプ１３の内部に入れられた液体が加熱、蒸発して気体となってヒートパイプ１３の一端部に向けて移動する。
補助ヒートシンク２５は、冷却ファン１１の吐出し口２４から吐出される風によって冷却され、他端部から移動してきた気体が放熱、冷却されて液体となって他端部へ移動する。これにより、ヒートパイプ１３がヒートシンク１２から補助ヒートシンク２５へ熱を伝達して、ＣＰＵ５に対し放熱および冷却を行う。補助ヒートシンク２５を設けることにより、冷却ファン１１から送られる風を利用して効果的にヒートパイプ１３を冷却し、ヒートパイプ１３が伝導してくる熱を放散することができる。
【００３３】
この冷却装置では、冷却ファン１１におけるケース２１の下側となる端面部２１ｂが、ヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａに対して、基板厚さ方向（上下方向）において他方の端面部２１ａから離れるように下向きに平行移動して位置し、ケース２１の一方の端面部２１ａとヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａとの間に段差Ｈを形成している。すなわち、冷却ファン１１はヒートシンク１２に対して一段低い位置にある。このため、図５に示すように冷却ファン１１を回路基板４の切欠部４ａにおいてケース２１が回路基板４の上側と下側の両方に亘って位置するように配置し、言換えれば切欠部４ａを上下方向（基板板厚方向）に貫通して配置し、且つこの状態でヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａをＣＰＵ５の上面に当接することができる。
【００３４】
すなわち、冷却ファン１１を回路基板４の上側および下側のスペースを利用して配置し、回路基板４の板厚をケース２１の高さ寸法のなかに吸収することができる。したがって、回路基板４の板厚の吸収分を冷却ファン１１自体の高さの増加に利用することができる。これにより本体ハウジング１の高さの制限から来る冷却ファン１１の高さの制限を緩和して、冷却ファン１１の高さを増大してその送風能力を高めることができる。
【００３５】
また、この冷却装置では、ヒートシンク１２の形状中心Ｏ２を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２との並び方向に延びる直線Ｓ２が、冷却ファン１１の羽根車２２の中心軸線Ｏ１を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２との並び方向に延びる直線Ｓ１に対して、距離Ｓをもって回路基板４の中央部に寄った位置に設定している。このため、ＣＰＵ５が大型化して、これに伴いヒートシンク１２の面積が増大した場合、このヒートシンク１２の増大分の一部または全部を、冷却ファン１１の中心軸線Ｏ１とヒートシンク１２の形状中心Ｏ２とのずれ分の距離Ｓで回路基板４の中央部側で吸収することができる。これによりヒートシンク１２が大型化した場合に、回路基板４を外側へ向けて拡大することなく、または拡大量をできるだけ小さく抑えることができる。
【００３６】
従って、電子機器であるパソコンに対する小型化の限界を打破して冷却装置を構成する要素を大型化して冷却能力を増大できる。
【００３７】
また、この冷却装置を備えたパソコンは、本体ハウジング１を大型化することなく、冷却装置の能力を高めることができる。
【００３８】
そして、この冷却装置によると、冷却ファン１１は回路基板４に形成された切欠部４ａに配置されるとともに、ヒートシンク１２は回路基板４と重なる位置に配置され、且つ冷却ファン１１におけるケース２１の一対の端面部２１ａ、２１ｂのうちヒートシンク１２の発熱体当接面１２ａと同じ側にある端面部２１ｂが、発熱体当接面１２ａに対し回路基板４の厚さ方向に沿ってケース２１の他方の端面部２１ａより離れた位置にあること、およびヒートシンク１２の形状中心を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２との並び方向に延びる直線Ｓ２は、冷却ファン１１の羽根車２２の中心軸線Ｏ１を通って冷却ファン１１とヒートシンク１２との並び方向に延びる直線Ｓ１に対して、回路基板４の中央部に寄った位置にあることを組み合わせると、夫々の構成により両方の効果を併せ持つことができる。
【００３９】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。冷却装置が対象とする発熱体はＣＰＵに限定されず、回路基板に設ける種々の素子を対象にすることができる。小型電子機器としてはパソコンに限定されず、種々の機器を対象にすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、ハウジングを大型化することなく冷却ファンの送風能力を高めることができ、発熱体の冷却能力を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるパソコンを前側から見て示す斜視図。
【図２】同実施の形態におけるパソコンを後側から見て示す斜視図。
【図３】同実施の形態における冷却装置を示す平面図。
【図４】同実施の形態における冷却装置を下側から見て示す図。
【図５】同実施の形態における冷却装置を示す図。
【図６】同実施の形態における冷却装置を示す図。
【図７】同実施の形態における冷却装置を示す図。
【図８】同実施の形態における冷却装置を示す図。
【図９】同実施の形態における冷却ファンを模式的に示す断面図。
【図１０】同実施の形態における冷却装置を示す斜視図。
【符号の説明】
１…ハウジング（本体ハウジング）、４…回路基板、５…発熱体（ＣＰＵ）、６…排気口、１１…冷却ファン、１２…ヒートシンク、１２ａ…発熱体当接面、２１…ケース、２１ｂ…端面部、２２…羽根車、２４…吐出し口、２５…補助ヒートシンク。

Claims (4)

1. 排気口を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられた回路基板と、
   前記回路基板に設けられた発熱体と、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記発熱体を冷却する冷却装置と、を具備した小型電子機器であって、
   前記冷却装置は、
   前記発熱体に当接する発熱体当接面を有するとともに、前記発熱体を間に挟んで前記回路基板と向かい合うヒートシンクと、
   前記回路基板に沿うように前記ヒートシンクと並んでいるケースと、このケースに形成され、前記ハウジングの排気口に向けて前記ヒートシンクとは異なる方向に開口する吐出し口と、前記ケースに収容された羽根車とを有する冷却ファンと、
   前記ケースの吐出し口に配置され、前記ヒートシンクから熱を受ける補助ヒートシンクと、を備え、
   前記冷却ファンのケースは、前記回路基板に対し前記ヒートシンクが位置する側とは反対側に突出する端面部を有し、この端面部と前記ヒートシンクの発熱体当接面との間に前記回路基板の一部が位置することを特徴とする小型電子機器。
2. 請求項１の記載において、前記冷却装置は、前記ヒートシンクに伝えられた前記発熱体の熱を前記補助ヒートシンクに伝えるヒートパイプを有することを特徴とする小型電子機器。
3. 請求項１又は請求項２の記載において、前記補助ヒートシンクは、前記ハウジングの排気口と前記ケースの吐出し口との間に位置することを特徴とする小型電子機器。
4. 請求項１又は請求項２の記載において、前記ヒートシンクの中心を通って前記冷却ファンと前記ヒートシンクとの並び方向に延びる直線は、前記冷却ファンの羽根車の中心を通って前記冷却ファンと前記ヒートシンクとの並び方向に延びる直線に対し前記回路基板の中央部に寄った位置にあることを特徴とする小型電子機器。

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