JP3519710B2 - 冷却装置及び冷却装置を内蔵した電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体パッケー
ジのような発熱部を冷却するための冷却装置及びこの冷
却装置を搭載したポータブルコンピュータなどの電子機
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、この種の電子機器の分野において
は、文字、音声、画像等の多様な情報を処理する電子部
品、たとえばＭＰＵ（Micro Processing Unit）の処理
速度の高速化や、多機能化の促進が進められている。こ
のような電子機器は、そのＭＰＵが高集積化や高性能化
に伴って消費電力が増大され、動作中の発熱量もこれに
比例して急速に増加する傾向にある。

【０００３】そのため、発熱量の大きなＭＰＵをポータ
ブルコンピュータのハウジングに収容するに当たって
は、このハウジング内でのＭＰＵの放熱性を高める必要
があり、それ故、ＭＰＵを強制的に冷却する冷却装置が
必要不可欠な存在となる。

【０００４】従来、上記冷却装置は、ヒートシンクを有
し、このヒートシンクは電動式のファンユニットと一体
化されている。このヒートシンクには受熱部、ファン取
付け部及び熱交換部を一体に有している。上記受熱部は
配線基板に設けられた発熱部としてのＭＰＵなどの電子
部品に接合され、この電子部品と熱的に接続される。上
記熱交換部は上記ファン取付け部を挟んで上記受熱部と
は反対側に設けられている。さらに、上記冷却装置に
は、熱移送手段としてのヒートパイプが一端部を上記受
熱部に埋め込み、他端部を上記熱交換部に接続して設け
られている。

【０００５】それによって、電子部品の熱は、上記ヒー
トシンク全体に拡散されるとともに、上記ヒートパイプ
によって上記受熱部から熱交換部へ積極的に移送され、
上記ファンユニットのファンからの送風によって熱交換
部からハウジングの外部に放散されるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の冷却装置
は、上述したように受熱部、ファン取付け部及び熱交換
部がヒートシンクに一体形成されていた。そのため、冷
却装置は、ファニュニット、受熱部及び熱交換部が自由
度のない構成となっている。

【０００７】一方、上記配線基板に実装されるＭＰＵは
客先の要求による能力の変更や性能の向上を図る場合な
どには、それに応じたＭＰＵに交換しなければならな
い。ＭＰＵを交換する場合、冷却装置が上述したように
ファンユニット、受熱部及び熱交換部が自由度のない構
成であると、冷却装置全体を配線基板から取外さなけれ
ば、上記ＭＰＵを交換することができない。

【０００８】冷却装置全体を配線基板から取外すには、
冷却装置が収容された機器本体を分解しなければならな
いこともあるため、上記ＭＰＵの交換作業に多くの工数
が掛かるばかりか、その作業も容易に行なうことができ
ないということがあった。

【０００９】また、冷却装置が自由度のない構成である
と、上記配線基板に実装される電子部品の実装状態、た
とえば傾きや高さが一定でない場合、冷却装置を実装す
るに当たり、受熱部に荷重をかけ、ヒートパイプを撓ま
せることで、上記電子部品に受熱部を密着させなければ
ならない。

【００１０】しかしながら、そのようにすると、上記受
熱部を介して電子部品に大きな荷重がかかることになる
から、その荷重が電子部品の耐荷重スペックを超えてし
まうことがあったり、ヒートパイプの撓み量が大きくな
ると、潰れなどが生じて性能低下を招くこともある。

【００１１】この発明は、発熱部を交換する場合に、そ
の作業を容易に、しかも迅速に行なうことができるよう
にした冷却装置及びその冷却装置を内蔵した電子機器を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、発熱部に熱
的に接続される受熱部と、この受熱部に一端部が伝熱可
能に接続された熱移送手段と、この熱移送手段の他端部
に設けられこの熱移送手段によって移送される上記受熱
部の熱を受ける熱交換部と、この熱交換部及び熱交換部
を冷却するための送風手段が収容されるとともに上記熱
移送手段の上記受熱部が設けられた端部を回動可能に支
持する支持部を有し、上記受熱部を上記発熱部に対して
接離可能としたファンケースとを具備し、上記支持部
は、上記ファンケースの側部に形成され上記熱移送手段
の一端部が挿通支持される貫通溝と、上記ファンケース
内に設けられ上記熱移送手段の端部が支持される受け溝
とから構成されることを特徴とする冷却装置にある。

【００１３】また、この発明は、電子部品が実装された
配線基板が設けられる機器本体と、上記電子部品に熱的
に接続される受熱部と、この受熱部に一端部が伝熱可能
に接続される熱移送手段と、この熱移送手段の他端部に
設けられこの熱移送手段によって移送される上記受熱部
の熱を受ける熱交換部と、この熱交換部及び熱交換部を
冷却するための送風手段が収容されるとともに上記熱移
送手段の上記受熱部が設けられた端部を回動可能に支持
する支持部を有し、上記受熱部を上記発熱部に対して接
離可能としたファンケースとを具備し、上記支持部は、
上記ファンケースの側部に形成され上記熱移送手段の一
端部が挿通支持される貫通溝と、上記ファンケース内に
設けられ上記熱移送手段の端部が支持される受け溝とか
ら構成されることを特徴とする電子機器にある。

【００１４】このような構成によれば、一端に受熱部、
他端に熱交換部が設けられた熱移送手段はファンケース
に対して回動可能である。そのため、発熱部を交換する
ような場合には、熱移送手段をファンケースに支持され
た個所を支点として回動させることで、上記受熱部を上
記発熱部から離反させることができるから、その状態で
発熱部を容易に交換することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態を説明する。

【００１６】図１乃至図９はこの発明の一実施の形態を
示し、図１と図２に示す電子機器としてのポータブルコ
ンピュータ１は機器本体２を有する。この機器本体２は
ケース３とカバー４とによって箱型状に形成されてい
る。上記カバー４にはパームレスト部５が設けられ、こ
のパームレスト部５の後方にキーボード取付け部６が形
成されている。キーボード取付け部６にはキーボード７
が前端を取付け部６に係合させ、後端部を図示しないね
じによって上記カバー４に取付けられている。

【００１７】上記カバー４の後端部には一対のヒンジ部
１１によって液晶ディスプレイ１２（ＬＣＤ）が開閉可
能に取付けられている。上記機器本体２内には図２に示
すように配線基板１３が収容配置されている。この配線
基板１３には上記キーボード７及び液晶ディスプレイ１
２が電気的に接続されている。それによって、キーボー
ド７のキーの操作に連動して所望の情報が上記液晶ディ
スプレイ１２に表示されるようになっている。

【００１８】図２と図３に示すように、上記配線基板１
３にはソケット１４が設けられ、このソケット１４には
発熱部となるＭＰＵなどの電子部品１５が実装される。
この電子部品１５は作動にともない発熱するため、上記
配線基板１３に実装される冷却装置２１によって強制的
に冷却される。

【００１９】図２乃至図５に示すように、上記冷却装置
２１は熱移送手段としてのヒートパイプ２２を有する。
このヒートパイプ２２は第１の端部２３ａと第２の端部
２３ｂとを有し、これら端部の間が湾曲部２３ｃとなっ
ていて、この湾曲部２３ｃにより第１の端部２３ａと第
２の端部２３ｂとはほぼ９０度の角度をなしている。

【００２０】上記ヒートパイプ２２の第１の端部２３ａ
には熱伝導率の高い金属である、アルミニウムなどによ
って矩形板状に形成された受熱部２４が取付けられてい
る。図５と図７に示すように、この受熱部２４の一側面
の所定方向の中央部には、その所定方向と交差する方向
の全長にわたる取付け溝２５が開口形成されている。こ
の取付け溝２５の両側には突条部２６が全長にわたって
形成されている。

【００２１】上記取付け溝２５には上記ヒートパイプ２
２の第１の端部２３ａが伝熱シート（図示せず）を介し
て嵌合され、上記突条部２６を部分的にカシメたカシメ
部２６ａによって固定的に結合されている。なお、突条
部２６のカシメられない部分は、図８に示すように取付
け溝２５に嵌合されたヒートパイプ２２よりもわずかに
上方へ突出する高さとなっている。

【００２２】図２乃至図５に示すように、上記受熱部２
４の一側面にはばね部材２８が取付けられる。上記ばね
部材２８は、矩形状の基部３１と、この基部３１の四隅
部から延出された４本の脚部３２とを有する。

【００２３】各脚部３２は基部３１に連設された基端部
から先端部に向かって上方に湾曲し、先端部はＬ字状の
取付け部３３に折曲されている。図５に示すように、上
記基部３１には一対の第１の取付け孔３４が基部３１の
所定方向の両端部に形成され、各脚部３２には第２の取
付け孔３５が形成されている。

【００２４】上記基部３１の中央部には、この基部３１
の上記所定方向に沿って直線状の当接部３６が下面側に
突出形成されている。この当接部３６の幅方向の断面形
状はたとえば半円弧状などの曲面になっている。

【００２５】上記基部３１の一側面にはねじ孔が形成さ
れた一対のボス部３８が突設され、上記基部３１は一対
の第１の取付け孔３４を介して上記ボス部３８に螺合さ
れるねじ３７により上記受熱部２４の一側面に取付けら
れる。

【００２６】第１の取付け孔３４はボス部３８の外形寸
法よりも大径で、ねじ３７の頭部は第１の取付け孔３４
よりも大径になっている。それによって、ねじ３７によ
り上記受熱部２４に取付けられるばね部材２８の基部３
１は、上記受熱部２４に対してガタのある状態で取付け
られ、基部３１を受熱部２４に後述するごとく圧接させ
ると、上記ばね部材２８の基部３１は、受熱部２４の突
条部２６に接触する当接部３６を支点として揺動可能と
なっている。

【００２７】図２や図６、図８に示すように、上記ばね
部材２８の脚部３２は、その先端の取付け部３３が上記
配線基板１３に設けられたスタッド４１に第２の取付け
孔３５を介してねじ４２により取付け固定される。脚部
３２は弾性的に変形させて配線基板１３に取付けられ
る。それによって、基部３１に形成された当接部３６は
受熱部２４の突条部２６を弾性的に押圧するから、上記
受熱部２４の他側面が上記配線基板１３に実装された電
子部品１５に伝熱シート（図示せず）を介して密着す
る。

【００２８】ばね部材２８の基部３１は受熱部２４に対
してガタのある状態で取付けられているため、脚部３２
をスタッド４１にねじ４２によって取付け、上記基部３
１を受熱部２４に密着させる際、基部３１はその一部分
である当接部３６が受熱部２４の突条部２６に接触する
から、その突条部２６を支点として揺動しながら固定さ
れる。

【００２９】そのため、ばね部材２８はその基部３１の
当接部３６により受熱部２４の中心部に押圧力を加える
ことができるから、その押圧力は受熱部２４の全体にほ
ぼ均一に分布する。つまり、受熱部２４を電子部品１５
に均一に密着させることができるから、伝熱効果を高め
ることができる。

【００３０】しかも、ばね部材２８の押圧力はヒートパ
イプ２２の第１の端部２３ａに直接加わることがないか
ら、ヒートパイプ２２の第１の端部２３ａがばね部材２
８によって押し潰れるのが防止される。

【００３１】上記ヒートパイプ２２の第２の端部２３ｂ
には熱交換部４６が設けられている。この熱交換部４６
は所定間隔で配置された多数のフィン４７からなり、こ
れらフィン４７の中心部に上記ヒートパイプ２２の第２
の端部２３ｂが貫通している。上記フィン４７は図５と
図９に示すように、側面形状がほぼ平行四辺形状に形成
され、しかも角部は曲線形状になっている。

【００３２】上記熱交換部４６は上記機器本体２に実装
されるファンケース５１に収容される。このファンケー
ス５１は、図５に示すように底壁５２ａ及びこの底壁５
２ａの周縁に起立した側壁５２ｂを有し、上面となる一
側面及び一端部が開放した本体部５２と、この本体部５
２の一側面の開口部を閉塞する蓋体部５３とからなる。
蓋体部５３の周縁部には複数の爪５４が設けられ、これ
らの爪５４の先端部を折曲して上記本体部５２の他側面
となる底壁５２ａの外面に係合させることで、本体部５
２と蓋体部５３とが一体化される。

【００３３】図３乃至図５に示すように、本体部５２と
蓋体部５３とが一体化された上記ファンケース５１の一
端部には、その端面と下面とに開口する開口部５５が形
成される。ファンケース５１内の空間部は、上記開口部
５５側の一端部が第１の収容部５６に形成され、他端部
は第２の収容部５７に形成されている。

【００３４】上記第１の収容部５６には上記熱交換部４
６が一側面及び下面を上記開口部５５に臨ませて収容さ
れ、上記第２の収容部５７には上記ファンケース５１の
本体部５２と一体的に送風手段としての送風機５８が回
転軸線を本体部５２の底壁５ａの板面に鉛直にして設け
られている。上記開口部５５は機器本体２のケース３の
側壁に形成された排気口５９（図１に示す）に対向して
いる。

【００３５】上記送風機５８は通電されることで回転
し、上記蓋体部５３に形成された吸引孔６１からファン
ケース５１内に外気を導入し、上記熱交換部４６に向け
て送風する。

【００３６】それによって、上記受熱部２４を介してヒ
ートパイプ２２の第１の端部２３ａから第２の端部２３
ｂに移送された電子部品１５の熱は上記熱交換部４６か
ら上記排気口５９を通じて上記機器本体２の外部に排出
されるようになっている。

【００３７】上記ヒートパイプ２２は上記ファンケース
５１の本体部５２の側壁５２ｂを貫通している。つま
り、上記側壁５２ｂの熱交換部４６が収容される第１の
収容部５６を形成する部分には、下端が上記ヒートパイ
プ２２を回動可能に支持する円弧状となった第１の支持
部としての貫通溝６４が形成され、この貫通溝６４の下
端の円弧状の部分に上記ヒートパイプ２２の第２の端部
２３ｂよりも内方の個所が回動可能に支持されている。

【００３８】さらに、上記ヒートパイプ２２の第２の端
部２３ｂの先端は上記熱交換部４６から突出し、その突
出部は上記ファンケース５１の第１の収容部５６に設け
られた第２の支持部としての受け溝６５に回動可能に支
持されている。

【００３９】それによって、上記ヒートパイプ２２は、
貫通溝６４と受け溝６５とに支持された個所を支点とし
て図９に実線で示す倒伏位置から鎖線で示す起立位置へ
回動させることができるようになっている。

【００４０】上記熱交換部４６のフィン４７は角部が円
弧状の平行四辺形に形成されている。そのため、ヒート
パイプ２２を倒伏状態から起立状態へ回動させると、上
記フィン４７は図９に実線で示す状態から鎖線で示す状
態になるから、上記熱交換部４６がヒートパイプ２２の
回動を邪魔することがない。

【００４１】なお、上記ヒートパイプ２２の倒伏状態か
ら起立方向への回動角度は好ましくは２０度以上、より
好ましくは３０度以上、さらに好ましくは４５度以上で
あり、要は後述するごとく電子部品１５の交換を行なう
場合に、受熱部２４がその交換作業の邪魔にならないよ
う上昇させることができる角度であればよい。

【００４２】上記ヒートパイプ２２は第１の端部２３ａ
と第２の端部２３ｂとがほぼ９０度をなすよう湾曲部２
３ｃを介して湾曲形成されている。そのため、ヒートパ
イプ２２がほぼ直線状の場合に比べてこのヒートパイプ
２２の第１の端部２３ａに設けられる受熱部２４と、第
２の端部２３ｂに設けられる熱交換部４６が収容された
ファンケース５１との距離を短くすることができる。つ
まり、冷却装置２１をコンパクトに構成することが可能
となる。

【００４３】なお、図４に示すように上記ファンケース
５１には取付け孔６６が形成された複数の取付け部６７
が設けられている。そして、ファンケース５１は、図６
に示すように機器本体２に形成されたスタッド６８にね
じ６９によって取付け固定される。

【００４４】このように構成されたポータブルコンピュ
ータ１において、冷却装置２１を機器本体５１に内蔵す
るには、まず、冷却装置２１のファンケース５１をその
本体部５２に設けられた取付け部６７を介して機器本体
５１に設けられたスタッド６８にねじ６９によって取付
け固定する。

【００４５】ついで、ヒートパイプ２２の第１の端部２
３ａに設けられた受熱部２４を配線基板１３に設けられ
た電子部品１５に対向させ、この受熱部２４に予めガタ
のある状態で取付けられたばね部材２８の脚部３２を配
線基板１３のスタッド４１にねじ４２によって固定す
る。それによって、冷却装置２１が機器本体２内に実装
されることになる。

【００４６】冷却装置２１を機器本体２内に設けるに際
し、配線基板１３に予め実装された電子部品１５の高さ
や傾きなどの実装状態が予め定められたスペックに対し
て異なることがある。

【００４７】そのような場合、上記電子部品１５に接合
固定される受熱部２４は、ヒートパイプ２２とともにフ
ァンケース５１に対して可動であるから、電子部品１５
の実装状態の変化に応じて自由に変位させて電子部品１
５と密着させることができる。

【００４８】つまり、上記ヒートパイプ２２は、熱交換
部４６が設けられた第２の端部２３ｂがファンケース５
１に形成された貫通溝６４に挿通され、しかも末端部が
ファンケース５１内に形成された受け溝６５に回動可能
に支持されている。

【００４９】そのため、ヒートパイプ２２に固定された
上記受熱部２４は、ヒートパイプ２とともに電子部品１
５の実装状態に応じて変位するから、従来のように電子
部品１５やヒートパイプ２２に大きな応力を与えること
なく、上記受熱部２４を電子部品１５に密着させること
ができる。

【００５０】その結果、電子部品１５の耐荷重強度が必
要以上に要求されることが防止されるばかりか、ヒート
パイプ２２が応力により撓んで性能低下を招くというこ
とも防止される。

【００５１】上記電子部品１５を仕様の異なるものなど
に交換する必要がある場合には、まず、配線基板１３の
スタット４１にばね部材２８の脚部３２を固定したねじ
４２を取外す。それによって、ばね部材２８が取付けら
れた受熱部２４の上記電子部品１５に対する圧接状態が
解除されるから、この受熱部２４とともにヒートパイプ
２２を図７と図９に示すように実線で示す倒伏位置から
鎖線で示す起立位置へ回動させる。

【００５２】それによって、上記受熱部２４を電子部品
１５の上方から退避させることができるから、配線基板
１３に設けられた電子部品１５を取り除き、新たな電子
部品を取付けることができる。つまり、電子部品１５を
交換する場合、冷却装置２１の受熱部２４を電子部品１
５に圧接させてばね部材２８を配線基板１３から取外す
だけでよいから、その交換作業を容易かつ迅速に行なう
ことができる。

【００５３】なお、この発明は上記一実施の形態に限定
されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形可能である。たとえば、上記一実施の形態では受熱
部をばね部材を用いて電子部品に圧接させるようにした
が、受熱部を上記配線基板に直接、ねじによって固定す
るようにしても、そのねじを取外すことで、ヒートパイ
プを回動させ、受熱部を電子部品の上方から退避させる
ことができる。

【００５４】また、熱交換部のフィンをファンケースと
干渉することのない形状として平行四辺形としたが、楕
円形や円形などの形状であってもよく、要はヒートパイ
プを回動させるのに支障のない形状であればよい。

【００５５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、一端に
受熱部、他端に熱交換部が設けられた熱移送手段はファ
ンケースに対して回動可能である。そのため、発熱部を
交換する場合、熱移送手段をファンケースに支持された
個所を支点として回動させることで、上記受熱部を上記
発熱部から離反させることができるから、その状態で発
熱部を容易に交換することができる。つまり、発熱部の
交換を容易かつ迅速に行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示すポータブルコン
ピュータの斜視図。

【図２】ポータブルコンピュータの冷却装置が設けられ
た部分の内部を示す斜視図。

【図３】冷却装置と配線基板の電子部品が設けられた部
分との斜視図。

【図４】（ａ）は冷却装置の平面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は正面図。

【図５】冷却装置の分解斜視図。

【図６】ポータブルコンピュータの冷却装置が設けられ
た部分の断面図。

【図７】冷却装置の受熱部が電子部品に押圧された状態
を示す側面図。

【図８】受熱部を電子部品に接合させて配線基板に取付
けた状態の断面図。

【図９】ファンケースに収容された熱交換部を示す断面
図。

【符号の説明】

１３…配線基板 １５…電子部品（発熱部） ２１…冷却装置 ２２…ヒートパイプ（熱移送手段） ２４…受熱部 ２５…取付け溝 ２６…突条部 ２８…ばね部材 ４６…熱交換部 ５１…ファンケース ５８…送風機（送風手段） ６４…貫通溝（支持部） ６５…受け溝（支持部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−97873（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−26970（ＪＰ，Ａ) 特開2000−2493（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−107468（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−79586（ＪＰ，Ａ) 特開2001−196773（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−164316（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−125992（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−48047（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 7/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱部に熱的に接続される受熱部と、 この受熱部に一端部が伝熱可能に接続された熱移送手段
   と、 この熱移送手段の他端部に設けられこの熱移送手段によ
   って移送される上記受熱部の熱を受ける熱交換部と、 この熱交換部及び熱交換部を冷却するための送風手段が
   収容されるとともに上記熱移送手段の上記受熱部が設け
   られた端部を回動可能に支持する支持部を有し、上記受
   熱部を上記発熱部に対して接離可能としたファンケース
   とを具備し、 上記支持部は、上記ファンケースの側部に形成され上記
   熱移送手段の一端部が挿通支持される貫通溝と、上記フ
   ァンケース内に設けられ上記熱移送手段の端部が支持さ
   れる受け溝とから構成される ことを特徴とする冷却装
   置。
2. 【請求項２】 上記熱交換部は、上記熱移送手段を上記
   支持部を支点として回動させたときに、上記ファンケー
   スと干渉することのない形状に設定されていることを特
   徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 【請求項３】 上記熱移送手段はヒートパイプであっ
   て、上記受熱部には上記ヒートパイプの一端部が入り込
   む取付け溝及びこの取付け溝の両側に突条部が形成さ
   れ、この突条部の一部をカシメて上記受熱部に上記ヒー
   トパイプの一端部が固定され、 上記受熱部は上記突条部に一部を接触させたばね部材に
   押圧されて上記発熱部に密着されることを特徴とする請
   求項１記載の冷却装置。
4. 【請求項４】 上記ヒートパイプは、受熱部が設けられ
   た一端部と、熱交換部が設けられた他端部とがほぼ９０
   度をなすよう曲成されていることを特徴とする請求項１
   記載の冷却装置。
5. 【請求項５】 電子部品が実装された配線基板が設けら
   れる機器本体と、 上記電子部品に熱的に接続される受熱部と、 この受熱部に一端部が伝熱可能に接続される熱移送手段
   と、 この熱移送手段の他端部に設けられこの熱移送手段によ
   って移送される上記受熱部の熱を受ける熱交換部と、 この熱交換部及び熱交換部を冷却するための送風手段が
   収容されるとともに上記熱移送手段の上記受熱部が設け
   られた端部を回動可能に支持する支持部を有し、上記受
   熱部を上記発熱部に対して接離可能としたファンケース
   とを具備し、上記支持部は、上記ファンケースの側部に形成され上記
   熱移送手段の一端部が挿通支持される貫通溝と、上記フ
   ァンケース内に設けられ上記熱移送手段の端部が支持さ
   れる受け溝とから構成される ことを特徴とする電子機
   器。
6. 【請求項６】 上記機器本体には排気口が形成され、上
   記送風手段によって送風される冷却風は上記熱交換部を
   通って上記排気口から機器本体の外部に排出されること
   を特徴とする請求項５記載の電子機器。