JP2005243925A - 冷却モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを抑えつつも、本体の大きさに影響を与えずに冷却効果を高め、同時に静音化設計をすることができる冷却モジュールを提供する。
【解決手段】 積層フィン17は、長さの異なる複数のフィン16を組み合わせて形成している。積層フィン17の形状をファン９の形状に応じて段階的に変化させているため、冷却効果を高めるため積層フィン17を構成する各フィン16を長くしても、ファン９を構成するファンブレード７外周から積層フィン17の一端17ａまでの距離を保つことができる。従って、本体の大きさに影響を与えずに冷却効果を高め、同時に静音化設計をすることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばノート型パソコンなどの薄型電子機器の筐体内に配置し、例えばパソコン用のマイクロプロセッサユニット（以下ＭＰＵ）等を冷却する冷却モジュールに関する。

従来、例えばノートパソコンなどの薄型電子機器内には、ＭＰＵなどの発熱源が搭載されており、こうした発熱源を冷却するために、ファンモータ付きの冷却モジュールが必要不可欠なものとなっている。

上記のような冷却モジュールとして特許文献１及び特許文献２に開示されるものがあるが、図５は、こうしたＭＰＵ冷却装置として機能する冷却モジュールにおける構造の一つを示すものである。なお説明のために、同図では、ファンを覆うと共に吸気口を具備するカバーを省略している。

同図において、１は薄型電子機器内に設けられる横長略矩形状のモジュール本体で、これはダイカスト成形された扁平状のケーシング２と、このケーシング２の上面開口部を覆うようにして取付けられる薄板状のカバー（図示せず）とにより、その外郭部材が形成される。５は、例えばＭＰＵなどの発熱源18に装着される受熱部としての受熱板であり、これはケーシング２と連結して一体的に形成される。また、ケーシング２に形成した凹部６には、複数のファンブレード７をカップ状のロータ部８の外周側面に一体形成してなる回動可能な送風部としてのファン９と、ケーシング２に取付けられ、ファン９に回転力を与えるモータ部10とにより構成される扁平形の送風装置11が設けられる。送風装置11を構成するモータ部10への電力供給は図示しないリード線により行なわれる。ケーシング２や前記カバー及び受熱板５は、いずれもアルミニウム，銅，マグネシウムなどの熱伝導性に優れた材料で形成され、ケーシング２やカバーによって送風装置11の周囲に空気の通路となる風洞（ダクト）を形成している。

送風装置11に対向するモジュール本体１の下面となるケーシング２には、この凹部６内ひいては送風装置11に空気を取り入れるための吸気孔12が任意の径を有して形成される。同様に、送風装置11に対向するモジュール本体１の上面となる前記カバーにも、別な吸気孔が任意の径を有して形成される。また、モジュール本体１の端部には、送風装置11に取込んだ空気をモジュール本体１の外部に排出する排気部としての排気孔13が、凹部６に連通して形成される。このようにモジュール本体１の上下両面に、各々吸気孔を備えると共に、この吸気孔と直交する方向に単一の排気孔13を備えた構成となっている。

一方、送風装置11から排気孔13に至る排気通路15には、扁平板状の金属により形成される複数の放熱体としてのフィン16を、例えば加締めや溶接などの周知の固着技術により連結した、放熱部としての積層フィン17が設けられる。積層フィン17を構成するフィン16は、送風装置11により排気孔13へ向けて送風される冷却風の流れに沿うように間隔をおいて立設される。20は、前記発熱源18と熱的に接続する受熱板５から積層フィン17へ熱を伝達するための熱伝達部としてのヒートパイプである。このヒートパイプ20は、熱伝導性に優れた銅などの管体内部に微小量の作動液を注入し、この作動液を管体内部で還流させるもので、音速で移動する作動液によりきわめて優れた熱応答性を有する。ヒートパイプ20は、一端が積層フィン17近傍に位置していると共に、他端が受熱板５に位置している。すなわち、ヒートパイプ20は、積層フィン17と受熱板５との間を跨ぐようにして、モジュール本体１に設けられている。

そして、薄型電子機器を起動するのに伴なって、この機器内のＭＰＵや他の電子部品が通電状態になると、モジュール本体１のモータ部10も通電状態となり、凹部６内においてファン９の回転が開始する。すると、モジュール本体１の上面側にある空気が、前記カバーに形成した吸気孔からモジュール本体１の凹部６内に取込まれると共に、これとは反対側にあるモジュール本体１の下面側にある空気が、ケーシング２に形成した別の吸気孔12からモジュール本体１の凹部６内に取込まれ、冷却風としてファン９から送風される。該冷却風は、凹部６に連通する排気通路15を通過して、排気孔13からモジュール本体１ひいては薄型電子機器の外部に排出される。

また、薄型電子機器内に設けた発熱源18からの発熱は、前記熱伝導性の良好な受熱板５からヒートパイプ20により積層フィン17に速やかに伝達される。積層フィン17に伝達された熱は、排気通路15を通過する前記冷却風と効率よく熱交換され、加温された空気として排気孔13から排出される。これにより、薄型電子機器内に設けられるＭＰＵや他の電子部品の温度上昇を効果的に抑制している。
特開２００２−２６１４７９号公報 特開２０００−３５２９１号公報

しかし、上記のような従来の冷却モジュールでは、冷却性能を向上させるためにフィン16ひいては積層フィン17の長さを長くしようとすると、筐体内における冷却モジュールの設置スペースが限られている関係上、積層フィン17とファンブレード７外周との距離が可及的に近づくように積層フィン17を長く延ばさざるを得ない。

図６は、図５において、積層フィン17をファン９の方向に長くした様子を示している。同図において、送風装置11と対向する積層フィン17の一端17ａは、図５の場合と比べファンブレード７外周に大きく接近していることに注目されたい。このようにした場合、積層フィン17の一端17ａには、送風装置11から送風される冷却風が勢い良く当たることとなる。とりわけ積層フィン17の一端17ａの中央部は、ファンブレード７外周に近接しているため、大きな騒音が発生し、静音性が悪化する。逆に、騒音を抑制しようとすると、図５に示すように、ファンブレード７外周から積層フィン17を遠ざけるために、積層フィン17の長さを短くするか、或いはファンブレード７の外径を小さくしなければならない。この場合は、積層フィン17による冷却効果が十分に得られなくなるか、ファン９による送風量が低下して、いずれにしても冷却モジュール全体としての冷却効果が低下してしまう。以上の理由により、静音性と冷却性能とを同時に向上することが困難であった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、本体の大きさに影響を与えずに静音性と冷却性能を同時に向上することができる冷却モジュールを提供することを目的とする。また、別の目的として、設置スペースの限られた小型の筐体中でも効率よく発熱源の冷却を行なうことができる冷却モジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１では、放熱部の形状を送風部の形状に応じて段階的に変化させているため、放熱部を構成する各放熱体を長くしても、送風部外周から放熱部までの距離を保つことができる。従って、静音性を悪化させることなく十分に冷却効果を高めることができる。また、放熱部の形状を放熱部の周囲に配置された他の部品の形状に応じて段階的に変化させるため、前記他の部品があったとしても、放熱部を構成する放熱体の長さを切換えることにより放熱部を構成する放熱体を最適な配置で設計できる。従って、放熱部の周囲に他の部品が配置されていても冷却効果を高めることができる。しかも、放熱体の形状が段階的に変化していれば、製造時に使用する金型の個数を極力少なくすることができ、コスト上昇を最小限に抑制できる。以上により、製造コストを抑えつつも、冷却効果を高め、同時に静音化設計をすることが可能な冷却モジュールを提供できる。

本発明の請求項２では、受熱部と伝達部とを備えることにより、発熱源と放熱部との距離が離れていても高い冷却性能を維持できるため、設置スペースの制約に柔軟に対応することができる。また、放熱部を構成する放熱体を長くすることができるため、伝達部と放熱部との接触面を増やすことができ、湾曲した伝達部に対しても放熱体の数を増やすことができる。従って、設置スペースの限られた小型の筐体内でも、より効率的な冷却構造をもつ冷却モジュールを提供できる。

本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。

本発明の請求項１における冷却モジュールによれば、製造コストを抑えつつも、本体の大きさに影響を与えずに冷却効果を高め、同時に静音化設計をすることが可能となる。

本発明の請求項２における冷却モジュールによれば、請求項１の効果に加え、設置スペースの限られた小型の筐体中でも効率よく発熱源の冷却を行なうことができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における冷却モジュールの好ましい一実施例を説明する。なお、この実施例において、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。また、図１及び図２は従来例と同様に、ファンを覆うと共に吸気口を具備するカバーを省略している。

図１において、積層フィン17以外の構成は、従来例で示した図６と同様である。積層フィン17は、従来例と同様に、ケーシング２とは別体の扁平板状金属により形成される複数のフィン16を、送風装置11からの送風方向に沿って間隔をおいて並設して構成され、送風装置11からの冷却風が排出される積層フィン17の他端17ｂは、矩形状をなすケーシング２の他端面にほぼ一致して直線状に形成されるものの、送風装置11と対向する積層フィン17の一端17ａは、その中央部が段違いの凹状になるように、長さの異なる複数のフィン16を組み合わせて形成している。すなわち、積層フィン17の形状は、ファン９の形状に応じて、フィン16の端縁ひいては積層フィン17の一端17ａとファン９を構成するファンブレード７外周との距離が、大きな騒音が発生しない距離以上となるよう段階的に変化するよう構成されている。ここでは、積層フィン17の形状を２段階に変化させているが、もちろん、さらに多段階に変化させてもよい。ただし、変化する段階数に応じて、積層フィン17を構成するフィン16を形成するための金型などが多数必要となるため、費用対効果を勘案して、フィン16の形状を決定する。

次に、本実施例の作用を説明する。

従来例と同様、薄型電子機器を起動するのに伴なって、この機器内のＭＰＵや他の電子部品が通電状態になると、モジュール本体１のモータ部10も通電状態となり、凹部６内においてファン９の回転が開始する。すると、モジュール本体１の上面側にある空気が、前記カバーに形成した吸気孔からモジュール本体１の凹部６内に取込まれると共に、これとは反対側にあるモジュール本体１の下面側にある空気が、ケーシング２に形成した別の吸気孔12からモジュール本体１の凹部６内に取込まれ、冷却風としてファン９から送風される。該冷却風は、凹部６に連通する排気通路15を通過して、排気孔13からモジュール本体１ひいては薄型電子機器の外部に排出される。

また、薄型電子機器内に設けた発熱源18からの発熱は、前記熱伝導性の良好な受熱板５からヒートパイプ20により積層フィン17に速やかに伝達され、積層フィン17で排気通路15を通過する前記冷却風と効率よく熱交換され、加温された空気として排気孔13に排出される。これにより、薄型電子機器内に設けられるＭＰＵや他の電子部品の温度上昇を効果的に抑制することができる。

このとき、積層フィン17に前記冷却風が衝突することにより、騒音が発生することとなるが、ファン９が積層フィン17側に最も突出している積層フィン17の中央部分においては、フィン16の長さが短くなっており、積層フィン17の一端17ａとファン９との距離をある程度保つことで、前記冷却風の衝突に起因する騒音の発生が抑えられる。一方、積層フィン17の両側面部分は、その中央部分に比べてファン９が積層フィン17から離れた位置にあるので、フィン16の長さを十分に確保することにより、効果的に冷却効果を高めることができる。

図３及び図４は、本実施例における冷却モジュールと従来例における冷却モジュールの特性を表す実験結果である。

図３は回転数−熱抵抗特性を示したグラフであり、同図において、50は本実施例における冷却モジュール（段違いフィン）、51は図５で示した積層フィン17が短い従来の冷却モジュール（従来品short）、52は図６で示した積層フィン17が長い従来の冷却モジュール（従来品long）の回転数−熱抵抗特性をそれぞれ表している。ここでは、積層フィン17の体積が大きくなる程、熱抵抗が小さくなって、冷却性能が向上することがわかる。

一方、図４は回転数−騒音特性を示したグラフであり、同図において、60は段違いフィン、61は従来品short、62は従来品longの回転数−騒音特性をそれぞれ表している。ここで、段違いフィンの特性60と従来品shortの特性61とが同程度の静音性を有していることに注目されたい。段違いフィンは、従来品shortに比べて積層フィン17の体積が増加しているにもかかわらず、冷却風の衝突により発生する騒音はほとんど増加していないのである。

以上のことから、本実施例における冷却モジュールが、静音性と冷却性能を同時に向上するという作用効果を発揮していることがわかる。

図２は本実施例における冷却モジュールの変形例を示したものである。同図では、ヒートパイプ20を設けておらず、排気通路15は、受熱板５の一側に取り付けた積層フィン17を横断するように設けられており、発熱源18から受熱した熱を積層フィン17に直接熱伝達させることにより、放熱を行なう構成となっている。また、ケーシング２の一部を兼用する受熱板５は、例えば冷却モジュール本体１の取付け時の機構部品や薄型電子機器のデザイン上設けられた部品などの障害物25と接触しないように、角部に切取り部26を形成している。

ここでの積層フィン17は、前述したようにその一端17ａの中央部が段違いの凹状に形成されるのに加えて、他端17ｂの両端部も前記切取り部26に合せて段違いとなるように、長さの異なる複数のフィン16を組み合わせて形成している。すなわち、積層フィン17の形状は、障害物25の形状にも対応して、その他端17ｂと障害物25との距離が、任意の距離以上に確保されるように段階的に変化している。前記任意の距離は、例えば設計仕様などにより決定する。こうすれば、モジュール本体１または実装する筐体に障害物25のような他の部品があったとしても、障害物25の形状に応じて積層フィン17の長さを段階的に切替えることで、最適なフィン16の配置が設計できる。

以上のように、本実施例では、熱交換する放熱部たる積層フィン17と、送風部たるファン９とを備え、ファン９の送風方向に沿って複数の板状の放熱体たるフィン16を並設して積層フィン17を構成した冷却モジュールにおいて、積層フィン17の形状をファン９の形状若しくは他の部品たる障害物25の形状に応じて、これらのファン９や障害物25との間に略一定の距離が保たれるように、段階的に変化させている。

このようにすると、積層フィン17の形状をファン９の形状に応じて段階的に変化させているため、冷却効果を高めるため積層フィン17を構成する各フィン16を長くしても、ファン９を構成するファンブレード７外周から積層フィン17の一端17ａまでの距離を略一定に保つことができる。従って、静音性を悪化させることなく十分に冷却効果を高めることができる。また、積層フィン17の形状を積層フィン17の周囲に配置された障害物25の形状に応じて段階的に変化させるため、障害物25がある場合においても、積層フィン17を構成するフィン16の長さを切換えることにより積層フィン17を最適なフィン配置で設計できる。従って、積層フィン17に部品が配置されていても冷却効果を高めることができる。しかも、フィン16の形状が段階的に変化していれば、製造時に使用する金型の個数を極力少なくすることができ、コスト上昇を最小限に抑制できる上に、積層フィン17は長さの異なるフィン16を連結させるだけであるため、製造性及び組立性を悪化させることはない。

また、本実施例では、ＭＰＵなどの発熱源18に装着される受熱部たる受熱板５と、前記受熱板５から積層フィン17へ熱を伝達する伝達部たるヒートパイプ20とを備えるよう構成している。

このようにすると、受熱板５とヒートパイプ20とを備えることにより、ＭＰＵなどの発熱源18と積層フィン17との距離が離れていても高い冷却性能を維持できるため、設置スペースの制約に柔軟に対応することができる。また、積層フィン17を構成するフィン16を長くすることができるため、ヒートパイプ20と積層フィン17との接触面を増やすことができ、湾曲したヒートパイプ20に対してもフィン16の数を増やすことができる。従って、設置スペースの限られた小型の筐体内でも、効率よく発熱源18の冷却を行なうことができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。送風装置は１つのものに限らず、複数設けてもよい。また、送風装置のファンは遠心ファンに限らず、軸流ファンなどで構成してもよい。この場合、ファンの排気側にではなく、ファンの吸気側に放熱部を配置してもよい。また、各フィンにヒートパイプを突き通して、これらのフィンを並設固定してもよい。さらに、受熱板やヒートパイプを後付けできるモジュール本体に対しても、本発明の概念を適用できる。

本発明の一実施例における冷却モジュールの平面図である。 同上、冷却モジュールの変形例を示す平面図である。 同上、冷却モジュールの回転数−熱抵抗特性を示したグラフである。 同上、冷却モジュールの回転数−騒音特性を示したグラフである。 従来例における冷却モジュールの平面図である。 図５において、冷却モジュールの放熱フィンを長くした場合の平面図である。

符号の説明

５ 受熱板（受熱部）
11 送風装置（送風部）
16 フィン（放熱体）
17 積層フィン（放熱部）
18 発熱源
20 ヒートパイプ（伝達部）
25 障害物（他の部品）

Claims (2)

1. 熱交換する放熱部と、送風部とを備え、前記放熱部は所定方向に沿って複数の板状の放熱体を並設してなる冷却モジュールにおいて、前記放熱部の形状を前記送風部の形状若しくは他の部品形状に応じて段階的に変化するよう構成したことを特徴とする冷却モジュール。
2. 発熱源に装着される受熱部と、前記受熱部から前記放熱部へ熱を伝達する伝達部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の冷却モジュール。
   
   
   

Images