JP3712795B2 - ノートブック型パソコンの冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、作動流体の潜熱として熱輸送するヒートパイプを利用して、パソコンに備えられる電子素子などの発熱部材を冷却するノートブック型パソコンの冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、ノートブックタイプやサブノートブックタイプのいわゆる携帯型パソコンの普及が著しい。また一方で、多機能化や処理速度の向上に伴って演算処理装置など素子の出力増加が年々進められている。そのため、これらの発熱素子に対する冷却装置の能力の向上が要望されている。そこで従来では、一例として熱輸送力に優れるヒートパイプが採用されている。より具体的には、発熱源となる演算処理装置などの素子にヒートパイプの一端部を配設させ、その他端部をディスプレイに内設されたノイズ遮蔽用のアルミ薄板に熱伝達可能に配設する。
【０００３】
したがって、パソコンの使用に伴って演算処理装置などの素子から熱が生じると、ヒートパイプのコンテナ内部に封入された液相の作動流体が加熱されて蒸発する。その作動流体蒸気は、内部圧力の低い他端部、すなわちアルミ薄板に配設した端部に向けて流動するとともに、そこで熱を奪われて凝縮する。この熱は、アルミ薄板からディスプレイに伝達され、そこから外部に放散される。なお、液相に戻った作動流体は、重力やウィックによってコンテナのうちの演算処理装置などの素子に配設された端部に向けて還流し、再度、加熱されて蒸気となる。その結果、演算処理装置などの素子が冷却され、その過熱が防止される。
【０００４】
ところで、ノートブック型パソコンでは、携帯性を主要目的とするものであるから、小型化・軽量化が強く望まれている。したがって、パソコンケースの内部空間においてヒートパイプが占有し得るスペースも極めて限定されており、また、ヒートパイプの凝縮部の配設箇所に関しても前述したアルミ薄板などの数箇所に制約されている。また、通常では、そのアルミ薄板を備えたディスプレイは、自在に開閉（起立・傾倒）するようにヒンジ等を介してパソコンケースに取り付けられているなどの理由から、上記従来の冷却装置では、１本の長尺なヒートパイプによって演算処理装置とアルミ薄板とを連結することは困難であり、複数本のヒートパイプを接続させた構成とする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
その一例として、演算処理装置に配設させたヒートパイプの凝縮部と、アルミ薄板に配設させたヒートパイプの蒸発部とを沿い合わせた状態で、これらの連結箇所の外周部を銅やアルミ合金等の金属ブロックで保持した構成のコネクタが知られている。この種のコネクタでは、アルミ薄板に配設させたヒートパイプをその中心軸線に沿って回動可能な構成とする必要があり、通常では、少なくとも金属ブロック内に挿入される部分のコンテナ形状を円形断面としている。これは、ディスプレイの開閉動作を阻害させないためである。
【０００６】
しかしながら、コンテナ形状が円形断面のヒートパイプを使用することによって、ヒートパイプ同士の連結箇所が不可避的に線接触となり、そのため、熱抵抗が大きい。その結果、従来では充分な冷却能力を得ることができないおそれが多分にあった。
【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ヒートパイプ同士の連結箇所における熱抵抗が小さく、冷却能力の優れたノートブック型パソコンの冷却構造を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、この発明は、パソコン本体の内部に発熱部材が設けられるとともに、前記パソコン本体に回動機構を介して開閉自在な開閉部材が備えられたノートブック型パソコンの冷却構造において、前記発熱部材と開閉部材とのいずれか一方に、第一ヒートパイプの一端部が熱授受可能に配設されるとともに、その第一ヒートパイプの他端部が、前記回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設され、かつ発熱部材と開閉部材とのうちの他方に、第二ヒートパイプの一端部が熱授受可能に配設されるとともに、その第二ヒートパイプの他端部に、第一ヒートパイプのうちの回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設した端部を沿わせて嵌合する凹部が設けられ、さらに、その凹部と第一ヒートパイプとの連結箇所の外周部が、剛体からなる保持体によって、第一ヒートパイプの中心軸線を中心とした相対回動可能な状態に覆われて保持されていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、請求項１に記載の発明によれば、発熱部材から発熱すると、その熱はいずれか一方のヒートパイプの一端部に伝達される。この熱によってコンテナに封入された液相作動流体が蒸発して作動流体蒸気となり、温度と内部圧力が共に低い他端部に向けて流動し、そこで熱を奪われて凝縮する。凝縮部となるその端部は、他方のヒートパイプの一端部と連結されているから、第一ヒートパイプと第二ヒートパイプとの間で発熱部材の熱が授受される。その場合、第一ヒートパイプの端部が凹部に沿って嵌合していて、両者が直接接触する面積が広いため、連結箇所における熱抵抗が小さい。
【００１０】
他方、凹部から伝達される演算処理装置の熱によって、一端部を開閉部材に配設した方のヒートパイプが動作を開始する。そのヒートパイプの内部で生じた作動流体蒸気は、コンテナのうち開閉部材に配設された端部に向けて流動し、そこで熱を奪われて凝縮する。そして、その熱は開閉部材からパソコン本体の外部に放出され、その結果、演算処理装置が冷却される。
【００１１】
また、この発明では、例えばディスプレイあるいはキーボード等の開閉部材の中心軸線と同一軸線上に配設された第一ヒートパイプの端部が凹部に嵌合される端部であり、その端部の中心軸線を中心とした相対回動が可能な状態に、連結箇所が保持体によって保持されているから、開閉部材を回動（開閉）させた場合、その開閉動作に伴って第一ヒートパイプのコンテナと凹部の表面とが互いに密着した状態を保ちつつ良好に摺動する。したがって、開閉部材の開閉動作が何等阻害されることがなく、また開閉部材の姿勢に拘らず上記の冷却効果を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載した発明は、前記凹部が、第二ヒートパイプの軸線方向に沿って形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、請求項２に記載した発明によれば、第二ヒートパイプの凹部を備えた端部と第一ヒートパイプのうちの回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設した端部とが、軸線を互いに同じ方向に揃えた状態で接触するようになり、例えば両者が交差状態となる場合に比べて、凹部と第一ヒートパイプとの直接接触する面積が広いから、連結箇所での熱抵抗が低減する。その結果、冷却能力が更に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体例を参照して説明する。図１はノートブック型パソコンの冷却構造を示す概略図であり、図２および図３は、ヒートパイプ用のコネクタを示す概略図である。
【００１５】
符号１はパソコン本体を示している。このパソコン本体１は、従来知られたものとほぼ同様にプラスチックパネルあるいはマグネシウム合金等の金属パネルによって形成された比較的厚さの薄い矩形容器からなり、ＪＩＳ（日本工業規格）でのＡ５〜Ａ４サイズ程度の大きさを成している。パソコン本体１の上面部には、回動軸（図示せず）を中心とした所定範囲内で自在に開閉するディスプレイ部２が備えられている。このディスプレイ部２の内部には、アルミ薄板製の電磁シールド板３が一体に取り付けられている。
【００１６】
また、パソコン本体１の底部には、この発明の電子素子に相当するＣＰＵ４（中央演算処理装置）が設置されている。そして、ＣＰＵ４の図１での上面には、伝熱部材としてのアルミ板５が設けられている。さらに、パソコン本体１の内部のうちディスプレイ部２の近傍には、コネクタ６が設けられるとともに、適宜手段によってパソコン本体１に取り付けられている。
【００１７】
このコネクタ６は、２本のヒートパイプと、これらのヒートパイプを一体に保持する保持ブロック７とから構成されている。より詳細には、保持体に相当する保持ブロック７は、例えば熱伝導性に優れる銅やアルミ合金等の金属ブロックである。この保持ブロック７には、径の等しい２個の円孔を上下方向に連通状態に並列させてなる孔８、すなわち断面８字状の孔８が図２での両側面にまで貫通するように形成されている。なお、この孔８は直線状を成している。
【００１８】
孔８のうち図３での上側の空間には、第一ヒートパイプ９の一端部が右側から挿入されている。ここで、この具体例では、第一ヒートパイプ９のうち保持ブロック７によって保持された端部が、回動軸と同一軸線上に配置されている。なお、第一ヒートパイプ９としては、例えば円形断面の銅製のコンテナに純水を作動流体Ｗとして封入したものが採用されている。したがって、第一ヒートパイプ９は、その中心軸線に沿って保持ブロック７の内部で良好に回動し得るようになっている。
【００１９】
これに対して、第一ヒートパイプ９の他端部は、ほぼ直角に折り曲げれるとともに、電磁シールド板３に沿わされて熱授受可能に取り付けられている。
【００２０】
他方、保持ブロック７に設けられた孔８の下側の空間には、第二ヒートパイプ１０が左側から挿入されるとともに、例えば接着剤の手段によって固着されている。この第二ヒートパイプ１０のうち保持ブロック７の内部に配設された部分の上面には、コンテナの軸線方向に沿って延びた窪み部１０が形成されている。この窪み部１１は、第一ヒートパイプ９のコンテナの断面形状に合わせて湾曲した円弧状を成している。つまり、窪み部１１の曲率半径は、第一ヒートパイプ９の下側箇所の曲率半径とほぼ等しく設定されている。この具体例では窪み部１１がこの発明の凹部に相当する。
【００２１】
したがって、第一ヒートパイプ９のコンテナの下側部分が、保持ブロック７の内部で窪み部１１に沿って嵌合した構成となっている。この第一ヒートパイプ９と第二ヒートパイプ１０とが直接接触する部分が、この発明の連結箇所に相当する連結部１２となっている。また、第一ヒートパイプ９は、第二ヒートパイプ１０および孔８に対して固着されておらず、第一ヒートパイプ９と保持ブロック７とは、第一ヒートパイプ９の中心軸線を中心として自在に相対回動し得る構成となっている。
【００２２】
したがって、ディスプレイ部２の起立・傾倒動作に伴って、第一ヒートパイプ９が窪み部１１に密着しつつ中心軸線に沿って回動する構成となっている。換言すれば、ディスプレイ部２の姿勢に拘らず窪み部１１と第一ヒートパイプ９とが密着状態を保持する。
【００２３】
これに対して、第二ヒートパイプ１０の他端部、すなわち保持ブロック７に保持されていない側の端部は、数箇所が適宜折り曲げられた状態でアルミ板５の上面に熱伝達可能に沿わされており、図示しない適宜の手段によって固着されている。したがって、ＣＰＵ４と第二ヒートパイプ１０とは、熱伝達可能に連結されている。なお、各ヒートパイプ９，１０の先端部は、保持ブロック７から突出しないようにその縁部よりも内側に配設されている。
【００２４】
つぎに、上記のように構成されたノートブック型パソコン冷却構造の作用について説明する。上記のノートブック型パソコンにおいても使用に伴ってＣＰＵ４から熱が生じる。なお、その際にはディスプレイ部２は、通常、パソコン本体１から起立した状態になっている。ＣＰＵ４から放出された熱は、アルミ板５を介して第二ヒートパイプ１０の一端部に伝達される。
【００２５】
この時点で第二ヒートパイプ１０の両端部において温度差が生じるため、自動的に動作が開始される。すなわち、コンテナ内部に封入された液相作動流体が加熱されて蒸発し、その蒸気はコンテナのうちの内部圧力の低い他端部、コネクタ６に保持された端部に向けて流動し、そこで第一ヒートパイプ９のコンテナに熱を奪われて凝縮する。
【００２６】
すなわち、第二ヒートパイプ１０から、第一ヒートパイプ９に熱が伝達される。その場合、第一ヒートパイプ９のコンテナの曲率半径と窪み部１１の曲率半径とがほぼ等しく設定されているうえに、窪み部１１が第二ヒートパイプの軸線方向に延ばされた形状であるため、連結部１２が従来のような線接触とはならず、各ヒートパイプ９，１０の軸線方向にある程度の長さを有した面接触となり、熱抵抗が小さい。また、受熱側の第一ヒートパイプ９が放熱側の第二ヒートパイプ１０よりも上方に配置されていることや、連結部の外周が銅製の保持ブロック７によってカバーされていることによっても、連結部１２における熱伝達が良好に行われる。
【００２７】
なお、放熱して液化した第二ヒートパイプ１０の作動流体は、重力などによってＣＰＵ４側に配設された端部に向けて還流し、アルミ板１１を介して伝達されるＣＰＵ４の熱によって再度加熱される。
【００２８】
他方、第二ヒートパイプ１０から熱が伝達されると、第一ヒートパイプ９が動作を開始する。その場合、電磁シールド板３が起立状態にあるから、第一ヒートパイプ９としては凝縮部に対して蒸発部が下方に位置したボトムヒートモードで動作する。より具体的には、コンテナのうち保持ブロック７に保持された端部の内面において作動流体Ｗの蒸気が発生し、その蒸気は内部圧力が低く、しかも高い位置にある他端部、すなわちディスプレイ部２の電磁シールド板３側に配設された端部に向けて流動する。
【００２９】
そして、その作動流体Ｗの蒸気は、電磁シールド板３に熱を奪われて凝縮する。その熱は、電磁シールド板３からディスプレイ部２に伝達され、そこから外部に放散される。なお、放熱して液相に戻った作動流体Ｗは、コンテナの内壁面を伝わって速やかに流下し、コンテナのうち保持ブロック７の孔８に挿入されている箇所の内面において、保持ブロック７および第二ヒートパイプ１０を介して伝達されるＣＰＵ４の熱によって再度蒸発する。以降同様のサイクルが継続され、その結果、ＣＰＵ４が適度に冷却される。
【００３０】
このように、第二ヒートパイプ１０の凝縮部と第一ヒートパイプ９の蒸発部との直接接触面積が広いうえに、第一ヒートパイプ９の蒸発部が第二ヒートパイプ１０の凝縮部に対して上側に配置され、しかも連結部１２が銅製の保持ブロック７によってカバーされているから、第一ヒートパイプ９と第二ヒートパイプ１０との熱伝達が従来より効率よく行われるようになり、その結果、ＣＰＵ４に対する冷却能力を大幅に向上させることができる。
【００３１】
なお、上記の具体例では、ディスプレイ部２の電磁シールド板３に一端部を配設させたヒートパイプ（第一ヒートパイプ９）の他端部を回動軸の中心軸線と同一軸線上に配設させる構成を例示したが、この発明は上記具体例に限定されるものではなく、ＣＰＵ４に一端部を配設させたヒートパイプ（第二ヒートパイプ１０）の他端部を回動軸の中心軸線と同一軸線上に配設させる構成でもよい。また、放熱箇所の他の例としては、例えばキーボード部に備えられる電磁シールド板が挙げられる。さらに、使用するヒートパイプの本数は２本に限定されず、適当な本数を用いることができる。
【００３２】
また必要に応じて、第一ヒートパイプ９と第二ヒートパイプ１０との間、および第一ヒートパイプ９と孔８との隙間にサーマルグリスを塗布したり、各ヒートパイプ９，１０のコンテナの表面に潤滑性コーティングを施したりしてもよい。このようにすれば、上記箇所での摺動抵抗が低減されるため、ディスプレイ部２の開閉操作がより滑らかに行われる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、一端部が発熱部材と開閉部材とのいずれか一方に配設された第一ヒートパイプの他端部が回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設されるとともに、発熱部材と開閉部材とのうちの他方に、第二ヒートパイプの一端部が熱授受可能に配設されるとともに、その第二ヒートパイプの他端部に、第一ヒートパイプのうちの回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設した端部を沿わせて嵌合する凹部が設けられ、それらの連結箇所の外周部が、剛体からなる保持体によって第一ヒートパイプの中心軸線を中心とした相対回動可能な状態に覆われて保持されているから、連結箇所における熱抵抗が従来になく低減され、その結果、演算処理装置に対する冷却能力の向上を図ることができる。
【００３４】
また、請求項２に記載したように、凹部を第二ヒートパイプの軸線方向に沿って形成すれば、連結箇所における凹部と第一ヒートパイプとの直接接触面積が広くなるから、冷却能力を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コネクタをパソコン本体に設置した状態を示す概略図である。
【図２】第一ヒートパイプと第二ヒートパイプと保持ブロックとを一部切り欠いて示す概略図である。
【図３】図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
４…ＣＰＵ、 ６…コネクタ、 ７…保持ブロック、 ９…第一ヒートパイプ、 １０…第二ヒートパイプ、 １１…窪み部、 １２…連結部。

Claims (2)

1. パソコン本体の内部に発熱部材が設けられるとともに、前記パソコン本体に回動機構を介して開閉自在な開閉部材が備えられたノートブック型パソコンの冷却構造において、
   前記発熱部材と開閉部材とのいずれか一方に、第一ヒートパイプの一端部が熱授受可能に配設されるとともに、その第一ヒートパイプの他端部が、前記回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設され、かつ発熱部材と開閉部材とのうちの他方に、第二ヒートパイプの一端部が熱授受可能に配設されるとともに、その第二ヒートパイプの他端部に、第一ヒートパイプのうちの回動機構の中心軸線と同一軸線上に配設した端部を沿わせて嵌合する凹部が設けられ、さらに、その凹部と第一ヒートパイプとの連結箇所の外周部が、剛体からなる保持体によって、第一ヒートパイプの中心軸線を中心とした相対回動可能な状態に覆われて保持されていることを特徴とするノートブック型パソコンの冷却構造。
2. 前記凹部が、第二ヒートパイプの軸線方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のノートブック型パソコンの冷却構造。

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