JP2010086618A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
電子機器に搭載されるディスクドライブ装置等の騒音を発生する発熱体に対して、簡素な構成によって騒音を抑制し、冷却を図る電子機器を提供する。
【解決手段】
音を発生するとともに発熱する発音発熱部材３を冷却する液令方式の冷却装置８において、受熱部材８１の少なくとも１つは、収納基体９１との契合によって発音発熱部材３を包含する略密閉の箱体構造の一部をなし、箱体構造の一部をなす受熱部材８１は、二重構造の密閉空間を有して冷媒液を貯留するタンク機能を構成し、箱体構造の一部の内側の壁面において発音発熱部材３と熱的に接続させ、二重構造の密閉空間の内部を通流する冷媒液によって受熱される受熱部機能を構成する構造としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に係わり、発熱と騒音を発する装置の冷却と遮音を小型で、低コストに実現する電子機器に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の電子機器は、情報処理速度の高速化を促進している。例えば、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと称する）においては、クロック周波数が格段に高められており、ハードディスクドライブ装置（以下、ＨＤＤと称す）や光ディスクドライブ装置（以下、ＨＤＤを含めディスク装置と称す）においては、記録情報量の大容量化、転送速度の高速化が図られている。これら電子機器に搭載される各装置は、情報の処理速度の高速化に伴って発熱量を増大する状況にある。

また、電子機器は、使途の多様化に伴い、小型化への要望も大きくなっている。このため、電子機器を構成する電子部品や駆動・構成部品は、その実装が非常に高密度に行われる状況にある。

従来、これら電子機器における各々の発熱体にはヒートシンクを設けられ、さらには、各々のヒートシンクに向けて冷却ファンにより冷却風を送風する空冷方式によって冷却されている。しかし、空冷方式は、冷却能力の不足や、電子機器の小型化への阻害要因となっている。上記の状況において、冷却性能の向上を図る上で冷媒液の循環による液冷方式の冷却装置が実用化されている。

また、電子機器内に搭載される種々の発熱体のうち、ディスク装置のような駆動部分を有する装置においては、情報の大容量化、および高速処理化によって、ディスクの高速回転における軸受け部の発熱やヘッドのシーク時における音をも増大する状況にある。これらの発熱、及び騒音の増加は、装置における性能の低下を招くだけではなく、周囲の環境への問題をも呈することになる。

これらの問題を解決するために、例えば、ＨＤＤを気密性のある収納体の内部に載置して、収納体外部への音の漏洩を抑制するとともに、一方で収納体内部に滞留される熱を収納体外部に熱移送して放熱する技術が特許文献１、乃至特許文献４に開示されている。

特開２０００−１３３９６１号公報 特開２００５−３５３２５１号公報 特開２００４−３２６９０８号公報 特開２００７−２８７２１２号公報

上記の特許文献に記載されている冷却や防音に関する技術においては、つぎの解決しなければならない課題がある。

特許文献１に記載されている電子情報機器は、ハードディスク装置を熱伝導部材と吸音部材とによって遮音ケース内に収納して遮音し、熱伝導性部材の一部を遮音ケースの外部に引き出して外部の電子情報機器に取り付けることで外部へ熱移送している。ただ、特許文献１に記載の技術では、外部への熱移送は、熱伝導性部材の熱伝導率と形状に依存する方法のため、冷却性能を十分に得るためには、熱伝導性部材の面積の増大や熱伝導特性の大幅な改善を必要とし、冷却性能への制約懸念がある。

特許文献２に記載のハードディスクドライブ装置は、ハードディスクドライブ装置の一部にヒートパイプを密着させ、外周を防音材で覆って、外部への音の漏洩の抑制と熱の移送を図っている。ただ、特許文献２に記載の技術では、防音材で覆われた外部に熱を移送するためにヒートパイプを設けて熱移送していることから、ヒートパイプの取り付け姿勢や、ヒートパイプを取り付けたドライブ装置の組み込み形態や、取り扱い形態によって、ヒートパイプの課題である熱移送を行えない問題を生じることがある。

特許文献３に記載の録画再生装置は、ハードディスクで発生する熱を熱伝導性プラスチックによって外部に熱移送し、放熱する構成としている。ただ、特許文献３に記載の技術では、特許文献１と同様に所望の冷却性能を得るに十分な熱移送量を得られない懸念がある。

特許文献４に記載の電子機器は、ＨＤＤの発熱を受熱部の内部で通流する冷媒液に受熱させ、ＨＤＤと受熱部材とを密閉室に載置する構成としている。ただ、特許文献４に記載の技術では、ＨＤＤから発生した熱を水冷方式の冷媒液により密閉室内で受熱して外部に熱移送し、かつ放熱部材によって放熱して冷却性能は向上させているが、密閉室内での冷媒液の漏洩の問題や、冷媒液の補充用のタンクが必要であり装置の大型化など水冷方式の冷却装置としての課題がある。

上記のように、従来技術は、騒音を生じる発熱体を搭載した電子機器において、騒音と冷却を図る上で解決すべき課題を有している。本発明の目的は、騒音を抑制し、効率よい冷却を行う電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のハードディスクドライブ等の熱発生する装置を有する電子機器は、前記熱発生する装置を略包含する二重構造の箱体受熱部と、前記箱体受熱部を通流する冷却媒体を冷却する放熱部と、前記箱体受熱部と前記放熱部の間で前記冷却冷媒を循環させる冷媒循環部とを備え、前記箱体受熱部は、前記熱発生する装置を遮音収納するともに、２重構造の密閉空間に冷却媒体が通流し、当該箱体受熱部の内部壁面に前記熱発生する装置が熱接続されて、前記発生熱が前記冷却媒体に受熱されるようにした。

また、本発明は、上記課題を解決するために下記の構成としている。音を発生するとともに発熱する発音発熱部材と発音発熱部材を冷却する冷却装置とを搭載した電子機器において、発音発熱部材を冷却する冷却装置は、受熱部材と、放熱部材とを複数の配管で接続し冷媒液を循環通流して、熱変換と熱移送を行う液令方式の冷却装置であって、受熱部材の少なくとも１つは、収納基体との契合によって発音発熱部材を包含する略密閉の箱体構造の一部をなし、箱体構造の一部をなす受熱部材は、二重構造の密閉空間を有して冷媒液を貯留するタンク機能を構成し、箱体構造の一部の内側の壁面において発音発熱部材と熱的に接続させ、二重構造の密閉空間の内部を通流する冷媒液によって受熱される受熱部受熱部機能を構成する構造とし、箱体構造の一部の受熱部材と、受熱部部材に通流および滞留される冷媒液とによって、発音発熱部材の熱を冷却し、箱体構造の一部の受熱部部材と、収納基体とによって、発音発熱部材の音を抑制する構成としている。

本発明によれば、電子機器に搭載されるディスクドライブ装置等の騒音を発生する発熱体に対して、簡素な構成によって騒音を抑制し、冷却を図る電子機器を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明における電子機器の一実施の形態を示す概略構成図である。図１において、電子機器１の筐体２の内部には、ハードディスクドライブ装置（HDD）３、および光ディスクドライブ装置４を搭載している。さらには、回路基板５上に載置された半導体電子部品（例えば、CPU）６等を有している。また、電源７などの部材が搭載されている。

電子機器１は、これらの電子部品や部材、および装置において前述したように発熱する状況にあることから、これらのいずれかを必要に応じて冷却するために水冷方式の冷却装置８を搭載している。

本発明は、騒音を発生するＨＤＤ３、あるいは光ディスクドライブ装置４を冷却するための構成を特徴とするものであるが、図１に示す実施例は、ＣＰＵ６、あるいは他の発熱体などとともに冷却することも可能とする冷却装置８を搭載するようにしたものである。したがって、ＣＰＵ６の冷却は必須の構成ではないことはいうまでもない。

より詳細には、図１に示される冷却装置８は、例えばＨＤＤ３を包含し、包含したＨＤＤ３と熱的に接続してＨＤＤ３の発熱を冷媒液によって受熱し、かつ冷媒液を貯留するタンク機能を有する第１の受熱部材８１と、第１の受熱部材８１において冷媒液に受熱した熱を大気中に放熱する放熱部材８２との間を複数の配管８３により接続し、ポンプ８４により冷媒液を循環する水冷方式を基本的な構成としている。

ここで、第１の受熱部材８１は、必ずしも、タンク機能を有する構成とする必要はなく、詳細は後述するが、所定量の冷媒液がＨＤＤ３を包含する構成であればよい。

また、冷媒液の循環流路間において、ＣＰＵ６と熱的に接続して受熱する第２の受熱部材８５とを配置しているが、上記と同様に必須の構成ではなく、必要に応じて、第２の受熱部材８５を冷媒液の循環路中に設ければより。

つぎに、本発明におけるＨＤＤ３の騒音と発熱を抑制する構造について詳細に説明する。
図２は、本発明における電子機器に搭載されるＨＤＤの遮音と冷却を行うための構成に関する一実施例を示す構成図である。

図２に記載されている各部材は、説明を分かりやすくするために模式的に記載しており、その形状や大きさの関係を図示しているものではない。図２に示すように、ＨＤＤ３が、収納基体９１と第１の受熱部材８１によって形成される密閉箱体の内部に載置される構成である。

例えば、収納基体９１は、ＨＤＤ３を二点鎖線で示される位置に載置する基台部９１１を有して、外周前面壁９１２、及び側面壁９１３、９１４とで構成されている。また、第 １の受熱部材８１の構造は、詳細については後述するが、上平面部８１１、及び下平面部８１２とを有し、一側平面部８１３を介して略コ字状に形成している。ただ、前記にような略コ字状の形状に限定されるものではなく、略L字状に形成されたものを複数個設け、双方を配管で接続する構成であってもよく、受熱する上平面部８１１と下平面部８１２を加工しやすい構造によって形成されることで良い。

ここで、収納基体９１は、ＨＤＤ３を載置して矢印（イ）、（ロ）方向に進退自在に移動可能としている。ＨＤＤ３は、収納基体９１が、矢印（ロ）方向に移動された状態において基台部９１１上に載置される。また、収納基体９１が矢印（イ）方向に移動することにより、例えば、第１の受熱部材８１の平面部（８１１、８１２、８１３）と収納基体９１の外周壁（９１２、９１３、９１４）との組み合わせ契合によって、ＨＤＤ３を封入状態とする略密閉の箱体構造である。

つぎに、図２により、ＨＤＤ３を封入するための略密閉の箱体を形成する一方の部材である第１の受熱部材８１の構造について詳細に説明する。

第１の受熱部材８１は、対向する平板状部材によって形成される平面的な密閉空間の内部に冷媒を通流する構造とするために、略平板のベース体８１６とカバー体８１７とを各々熱伝導性に優れる金属材料（例えば、アルミニウム材）によって略コ字状に形成し、接合部をロー付け等によって結合して内部に密閉空間を形成する構造としている。

ベース体８１６を平板状としているのは加工を容易にするためであり、カバー体８１７と同様形状のものを両側より２つ合わせて中間部分でロー付けして構成しても良いことは言及するまでもない。

さらに、略コ字状に形成しているのは、発熱部がＨＤＤ３の上下平面とすることから、その発熱面に対向する平面を受熱部とすることからであり、発熱部の位置によって、第の受熱部の構造を略Ｌ字、略口字状など異なる形状とされることでも良く、略L字状部材の複数個を配管で結合する構成であっても良い。

また、第１の受熱部材８１は、その平面部（例えば８１１、８１２、８１３）の外側の平面のいずれかに冷媒液の流入口８１４、および流出口８１５を付設している。

さらには、ベース体８１６、あるいはカバー体８１７の上下平面部（８１１、８１２）の外側の平面には、絞り加工によって複数個の凹部（内部に向かった凸形状）を形成している。これは、ベース体８１６、あるいはカバー体８１７の剛性の強度向上を図るとともに、冷媒液の通流経路を形成し、冷媒液との接触面積を増加し、冷媒液の流速を高めることを可能にするものであり、可能な限り多くの凹部を構成することが好ましい。

以上のような構成において、改めて、ＨＤＤ３と第１の受熱部材８１との熱的な接続状態について説明する。

ＨＤＤ３は、矢印（イ）方向への移動によって、ＨＤＤ３の外周上下平面のどちらか一方を押圧部材８１８によって押圧され、押圧部材８１８と反対側のＨＤＤ３の上下平面を、第1の受熱部材８１の平面部（８１１、あるいは８１２）の内側の壁面と熱的に接続される構成である。また、押圧部材８１８は、第１の受熱部材８１の平面部（８１２、あるいは８１１）の内側の壁面とＨＤＤ３の押圧側の平面において、熱的に接続されている。

このように接続することによって、ＨＤＤ３における発生熱は、ＨＤＤ３の外周上下の両平面から、第１の受熱部材８１の平面部（８１１、８１２）内側の壁面に熱伝達されることになる。また、受熱部材８１は、前述したように内部の密閉空間に冷媒液を通流しながら貯留していることから、内側壁に熱伝達された熱は、冷媒液に受熱される。

例えば、図１に示す実施例におけるように、冷媒液の流入口８１４を上平面部８１１に設けた場合、放熱部材８３により放熱された冷媒液は、ＨＤＤ３の発熱を上平面部８１１から多く受熱する構成が好ましい。よって、ＨＤＤ３は、押圧部材によって上方側に押圧される構成とされる。ただし、ＨＤＤ３の他の面も、押圧部材を介して熱的に接続されているので、下側に押圧されていてもよい。

さらに、ＨＤＤ３の平面部８１１（８１２）と第１の受熱部材８１との熱的な接続において、熱伝導性シート、あるいは熱伝導グリース等を介在させることが好ましい。

つぎに、冷媒液の循環状態について説明する。第１の受熱部材８１の上平面部８１１から流入された冷媒液は、上平面部８１１から受熱した後に、下平面部８１２側に貯留されている冷媒液に混入されることにより低温化されると共に、下平面部８１２からも貯留されている冷媒液に受熱される。

よって、第１の受熱部材８１の密閉空間は、上平面部８１１側においては、冷媒液の流入における流速を高めて受熱効果を上げるためにも、上平面部８１１側の密閉空間を極力小さくすることが好ましく、上平面部８１１側においては、受熱した冷媒液を貯留している冷媒液と混入よることによるコンデンサ機能を発揮させるためにも、下平面部８１２側の密閉空間を可能な限り大きく形成することが好ましい。

また、第１の受熱部材８１の流出口８１５から流出される冷媒液は、ＣＰＵ６に熱的に接続された第２の受熱部材８２に通流されて、改めてＣＰＵ６から受熱され、さらに放熱部材８３に通流されて外気によって放熱される循環を行うものである。

ここで、ＨＤＤ３の発熱量は、ＣＰＵ６の発熱量に比べて一般的に小さいため、ＨＤＤ３に対する第１の受熱部材８１とＣＰＵ６に対する第２の受熱部材８２との位置関係は、冷媒液の受熱の許容量を考慮して、図１の白抜き矢印が示すように、ＨＤＤ３から受熱する第１の受熱部材８１をＣＰＵ６から受熱する第２の受熱部材８２に対して冷媒液の通流における上流側に設けることが好ましい。

つぎに、第１の受熱部材８１の形状について説明する。例えば、ハードディスクの形状が、３．５インチ径のディスクサイズを搭載するＨＤＤ３である場合を例にして説明する。そのＨＤＤ３の外形形状は、約１４５ｍｍ×約１００ｍｍ×約２０ｍｍであることから、ＨＤＤ３に熱的に接続して、ＨＤＤ３を包含するための第１の受熱部材８１の平面部（８１１、８１２）の形状は、少なくとも約１４５ｍｍ×約１００ｍｍ（面積：１４,５００ｍｍ２）よりも大きい、2倍（２９,０００ｍｍ２）の面積となる。

一方、水冷装置８における冷媒液を補充するためのタンク容量は、一般的な接続チューブの材質、形状における浸透状態において、約１３０,０００ｍｍ３程度を有することが好ましいことから、第１の受熱部材８１の内部空間を形成する対向平面間の形状は、約５ｍｍ程度として形成されればよく、ＨＤＤ３の密閉箱体を特段に増大させる要因とはならないものである。

すなわち、電子機器１において冷媒液を補充することなく所定の期間稼動させるために必要な容量の冷媒液を貯留可能としながら、専用のタンクを保有する必要がないことから、電子機器１内にタンクの設置領域を設ける必要がなく、電子機器１の小型化が可能になる。

次に、上記のような本発明の冷却機能を有する冷却装置８において、ＨＤＤ３の騒音を抑制する機能いついて説明する。図３は、本発明の第１の受熱部材における騒音を抑制する機能について模式的に説明した図である。

図３において、（ｃ）は、本発明における第１の受熱部材８１の構造を模式的に示した図であり、（ａ）、および（b）は、本発明の騒音の抑制効果を説明するための異なる構造を模式的に比較して示した図である。

図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すハッチング部は、熱伝導性に優れる金属材質による構造物とする。例えば、（ａ）は、金属製の受熱部材としたヒートシンクを想定するものであり、（ｂ）は、薄肉の金属製の受熱部材空間に冷却風を通風するようなヒートシンクを想定するものであり、（ｃ）は、本発明の薄肉の金属製の受熱部空間に冷媒液を通流する受熱部材を想定するものである。

それぞれの構造において、左側の壁面より左側が略密閉の箱体の内部とし、右側の壁面より右側が略密閉の箱体の外部を示している。ＨＤＤ3は、左側の壁面内部に包含されていることであり、白抜き矢印（I）がＨＤＤ３より発生される騒音を示している。すなわち、第１の受熱部材８１の壁面に入射される入射音を示すものである。

ここで、ＨＤＤ３の騒音（入射音）（Ｉ）と、略密閉の箱体を透過して漏洩する騒音（透過音）（Ｔ）との関係は、（１）式で示される。
Ｔ＝Ｉ−Ｒ−ｈ ・・・・・・・・（１）
Ｒ：反射音
ｈ：吸音（透過損失）
ＨＤＤ３の騒音を略密閉の箱体の外部への漏洩を抑制(透過音を小さく)するためには、反射音（Ｒ）、および吸音（ｈ）を大きくすれば良いことを示している。
また、透過損失（ｈ）は（２）式で示される。
ｈ＝１０log10（１＋（ωｍｃｏｓθ／２ρｃ）2 ・・・・（２）
ｍ：面密度
ρ：空気の密度
ｃ：音速
θ：入射角
よって、（ａ）に示すような均質一体材料の透過損失（ｈ）は、材質の質量が大きいほど遮音効果が高くなること（質量法則）を示している。このため、大きな遮音効果を得るには非常に大きな質量となることが避けられない。また、反射音が非常に大きく略密閉空間の内部で共振する場合があることから適する方法とはいえない。

これに対して、比較的軽量で大きな透過損失を得るためには、二重構造の複合構造が有効であるといわれている。二重構造においては、中間層に設けられる材質の剛性によって大きく異なったものになり、通流する冷媒が空気の場合（ｂ）より冷却液の場合（ｃ）の方が、透過損失の特性として均質な材料の場合（ａ）に近くなり、質量法則に近似するものである。すなわち、冷媒液を第１の受熱部材８１内を通流させることで、略密閉の箱体によるＨＤＤ３の遮音効果を向上させることができる。

以上のような第１の受熱部材８１の構造によって、ＨＤＤ３の発熱と騒音を簡素で小型な構成によって抑制される電子機器１を提供できるものである。

本発明における電子機器の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明における電子機器に搭載されるＨＤＤの遮音と冷却を行うための構成に関する一実施例を概念的に示す構成図である。 本発明の第１の受熱部材における騒音を抑制する構造について模式的に説明した図である。

符号の説明

１…電子機器、２…筐体、３…ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）、４…光ディスクドライブ装置、５…回路基板、６…ＣＰＵ、７…電源、８…冷却装置、８１…第１の受熱部材、８２…放熱部材、８３…配管（群）、８４…ポンプ、８５…第２の受熱部材、８１６…ベース体、８１７…カバー体、８１４…流入口、８１５…流出口、８１８…押圧部材筐体、８１６…ベース体、８１７…カバー体、８１４…流入口、８１５…流出口、８１８…押圧部材

Claims (4)

1. 音を発生するとともに発熱する発音発熱部材と前記発音発熱部材を冷却する冷却装置とを搭載した電子機器において、
   前記発音発熱部材を冷却する冷却装置は、受熱部材と、放熱部材とを複数の配管で接続し冷媒液を循環通流して、熱変換と熱移送を行う液令方式の冷却装置であって、
   前記受熱部材の少なくとも１つは、収納基体との契合によって前記発音発熱部材を包含する略密閉の箱体構造の一部をなし、
   前記箱体構造の一部をなす受熱部材は、二重構造の密閉空間を有して前記冷媒液を貯留するタンク機能を構成し、前記箱体構造の一部の内側の壁面において前記発音発熱部材と熱的に接続させ、前記二重構造の密閉空間の内部を通流する冷媒液によって受熱される受熱部機能を構成する構造とし、
   前記箱体構造の一部の受熱部材と、前記受熱部部材に通流および滞留される前記冷媒液とによって、前記発音発熱部材の熱を冷却し、
   前記箱体構造の一部の受熱部部材と、前記収納基体とによって、前記発音発熱部材の音を抑制することを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記略密閉の箱体は、熱伝導性の優れる金属製の材質による前記受熱部部材と、前記発音発熱部材を載置して、進退自在に移動可能な収納基台とを契合することによって構成されることを特徴とする電子機器。
3. ハードディスクドライブ等の熱発生する装置を有する電子機器において、
   前記熱発生する装置を略包含する二重構造の箱体受熱部と、
   前記箱体受熱部を通流する冷却媒体を冷却する放熱部と、
   前記箱体受熱部と前記放熱部の間で前記冷却冷媒を循環させる冷媒循環部とを備え、
   前記箱体受熱部は、前記熱発生する装置を遮音収納するともに、２重構造の密閉空間に冷却媒体が通流し、当該箱体受熱部の内部壁面に前記熱発生する装置が熱接続されて、前記発生熱が前記冷却媒体に受熱されることを特徴とする電子機器。
4. 請求項３に記載の電子機器において、
   前記箱体受熱部は、前記熱発生する装置の発熱面に熱接続する第１の空間と前記熱接続面に対向する第2の空間と前記第１と第２の空間を接続する第3の空間から成り、第１の空間から前記第3の空間を通りに前記第2の空間に冷却媒体が通流する２重構造の凹形状のベース体と、
   前記ベース体を収納するカバー体とを備えることを特徴とする電子機器。

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