JP4700471B2 - 情報処理装置、及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)などの発熱部に対する冷却機構を備えた情報処理装置、及びその製造方法に関する。
現在、インターネットの普及やCPUなどの性能の向上に伴い、パーソナルコンピュータや専用のコンピュータを使用して画像処理や動画処理といったCPUに負荷がかかる処理を行うことが多くなった。CPUの性能は日に日に進化しているとはいえ、CPUに負荷をかける処理を続けて行う場合、CPUが発熱して高温状態になってしまい、CPUの性能が落ちてしまうという問題がある。
また、CPUの性能向上、低電圧動作化とともにCPUでの電流消費が増大し、CPUに電源を供給するための電源制御素子の温度上昇も問題になっている。
このような問題を解決する一手段として特許文献1では、ライザーボード及びライザーブラケットから構成される領域分離部材によりパーソナルコンピュータ本体を高温領域と低温領域とに分離し、高温空間にはCPU冷却ファン、追加のファン、低温空間には電源装置ファンを適用して電子部品の冷却を行っている。
特開2003−108269公報
しかしながら、特許文献1では、SMT基板に電子部品を実装する際のレイアウトに制約ができてしまい、基板実装設計の自由度が損なわれる。また、CPU冷却ファンによって分散される熱い空気がいかにしてコンピュータ外部に排出されるのか明記されていない。
また、大電流の制御(近年のCPUの動作には100Aに達するものもある)を必要とする電源制御素子は、配線パターンのインピーダンスの影響を少なくするためにCPUの近傍に配置される必要があり、これらの素子の放熱に関しても効果的に行なわれなければならない。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、基板実装の設計自由度を損なわずに、情報処理装置の筐体内から確実に熱い空気を外部に排出するCPU、電源制御素子などの発熱部の冷却機構を備えた情報処理装置、及びその製造方法を提供する。
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、筐体と、前記筐体内に配置された発熱部と、前記発熱部に接触させる受熱部と、該受熱部とヒートパイプを介して接続される放熱フィンと、該放熱フィンを冷却する第1の冷却ファンと、で構成された冷却ユニットと、前記筐体の一側面に設けた空気を吸気する吸気部と、前記吸気部と対向する側面に設けた空気を排出する排出部と、空気流を規制する空気流規制部材と、を有し、前記吸気部、前記空気流規制部材、前記第1の冷却ファン、前記放熱フィン、前記排出部の順に直列に配置して、前記空気流規制部材の側面には前記受熱部を配置する側に空気を排出する排出口を設け、前記発熱部近傍を冷却するように前記排出口に第2の冷却ファンを設けた情報処理装置を特徴とする。
また、請求項2の発明は、前記空気流規制部材はダクト本体と補助ダクトとから成り、該ダクト本体の空気流は前記排出部に達し、該補助ダクトの空気流は前記排出口に達するように流路を分割している請求項1に記載の情報処理装置を特徴とする。
また、請求項3の発明は、前記空気流規制部材の内径は、吸気部側が大きく、排出部側が狭くなるように構成している請求項1に記載の情報処理装置を特徴とする。
また、請求項4の発明は、前記排出口にエアフィルタを設けた請求項1乃至3の何れか一項に記載の情報処理装置を特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1乃至4において、前記筐体は、前記吸気部とは異なる第2の吸気部と、前記排出部とは異なる第2の排出部を有し、前記発熱部及び前記発熱部以外で発生した熱を筐体外部へ排出することを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1乃至5において、前記空気流規制部材は切欠き部を備え、組み付けの際、前記空気流供給部材または前記冷却ユニットと前記空気流規制部材の底面が接触しないようにしたことを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項6において、前記冷却ユニットの一部を固定する冷却ユニット固定部を設け、該冷却ユニット固定部は、前記空気流規制部材に設けた切欠き部に対する蓋となる受け部を備えていることを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項1乃至7において、前記空気流供給部材は、前記吸気部側の内径が排出部側の内径よりも大きいことを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1乃至8の何れか一項に記載された情報処理装置の製造方法であって、前記筐体に前記発熱部を含む部品を設置する工程と、該発熱部を冷却する前記放熱フィンと、前記空気流供給部材とを、受け部を有する冷却ユニット固定部に設置する工程と、前記受熱部を前記発熱部に接触させる工程と、前記空気流供給部材による空気流れを規制し、且つ前記冷却ユニット固定部と接する側に所定の切欠き部を有する空気流規制部材を、前記切欠き部を有する側とは反対側を支点に回動させることにより設置する工程と、前記冷却ユニット固定部の受け部により前記空気流規制部材の切欠き部に蓋をする工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、基板実装の設計自由度を損なわずに、発熱部を冷却するとともに情報処理装置の筐体内から確実に熱い空気を外部に排出することができる。
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図1乃至図6は本発明の冷却機構を適用する対象となる情報処理装置(未公知)の一例の構成説明図であり、図7乃至図13は本発明の冷却機構の具体的な構成説明図である。
まず、図1は本発明の冷却機構を適用する情報処理装置1の外観図である。
この情報処理装置1は、筐体の一部を構成する上部カバー2、筐体内を冷却するためのファンを取り付けるためのファン取り付け部3を有している。
情報処理装置1の前面カバー4には、多数の吸気孔を有する第1の吸気部10と第2の吸気部8が設けられている。なお、これらの吸気部10、8の裏面には、異物を筐体内に吸い込まないようにフィルターが設けられている。更に前面カバー4には、5インチのリムーバブルバッテリーユニット5、USB(Universal Serial Bus)端子6、7、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ9、5インチの光ディスクドライブ11、12、電源スイッチ13が設けられている。
図2は、図1の情報処理装置1から上部カバー2及び前面カバー4を取り外した状態を示す斜視図であり、筐体内部を説明するための図である。図2中、図1と同じ部分には同一符号を付している。
この情報処理装置1(100)は、3.5インチのハードディスクドライブ15、16を備えている。また、CPUやメモリなどを搭載したマザーボード17が筐体の側面に沿って設置されている。また、汎用のATX仕様の電源ユニット23を有しており、この源ユニット23にも不図示のファンを有する。さらに、マザーボードの拡張スロットに拡張カードを差す場合の拡張カード押さえ22を有する。なお、ファン取り付け部3には、サイズ80mmのファン、たとえば、日本電産製:製品コードD08A(不図示)が取り付けられることとなる。
図1において説明した第2の吸気部8から取り込まれる空気は、第2の格子14を介して装置内部に吸気される。第2の吸気部8から吸気された空気は、装置内部の各電気機器・電子機器で温められてファン取り付け部3のファン及び電源ユニット23が有するファンから排気される。これにより、主として各種ドライブ9、11、12、15、16やバッテリユニット5、マザーボード17に搭載された電子部品(発熱部)、電源ユニット(発熱部)23で発生する熱を外部に放出することができる。なお、CPU(発熱部)で発生した熱の一部もこのファン取り付け部3のファン及び電源ユニット23のファンによって機器外部に放出されることになる。
また、第1の吸気部10で吸気されて第1の格子19を通過した空気を通す空気流規制部材としてのダクト18、空気流を冷却ユニットに供給する部材としてのCPU冷却用のファン(空気流供給部材)20、CPU冷却ユニット固定部21を備えている。ダクト18は板金により作られており、中部は空洞となっている。CPU冷却用のファン20としては、例えばサイズが92mmのファン、例えば、三洋電機製:製品コード9A0912F402を用いる。なお、CPU冷却ユニット固定部21は、情報処理装置1の筐体背面に、あるいは筐体背面の近傍に設置されており、筐体背面にはCPU冷却ユニット固定部21が設置される箇所にあわせてCPU冷却ユニット固定部21を通過した空気を外部に放出するための複数の孔があいている。
次に図3を用いて、CPU冷却ユニットについて説明を行う。図3は、本実施の形態のCPU冷却ユニットを示す。図3においてアルミ製のフィン24は、サイズが95mm×50mmで1枚の厚みが0.3mmのアルミ板を47枚使用している。フィン24は、CPU冷却用ファン(空気流供給部材)20により冷却されることになる。4本のヒートパイプ25は、銅製であり、内部に水が充填されている。ヒートパイプ25がアルミ製の受熱部26及びフィン24内に貫通している。受熱部26は、不図示のCPUから熱を受ける部分である。受熱部26で受けた熱は、ヒートパイプ25を温め、ヒートパイプ内の水を蒸発させる。ヒートパイプ25内の水蒸気は、フィン24で冷却され、再び受熱部26に戻る。また、ヒートパイプ25を伝わる熱もフィン24に伝わる。このようにして、CPUで発生した熱をうまく放熱している。
図4は、ダクト18の端部を示している。ダクト18において側の端部下側には、切欠き部18Aを有している。この切欠き部18Aを設けたことにより、ダクト18の情報処理装置1への組み付けが容易となる。すなわち、まず、CPU冷却用のファン20(空気流供給部材)及びCPU冷却ユニット固定部21を装置1に設置する。その後に、ダクト18を第1の格子19側を支点として回動すれば、切欠き部18Aがあるので、CPU冷却用のファン20あるいはCPU冷却ユニット固定部21に引っかかることなく、ダクト18を図2に示すような所定の位置に設置することができる。
図5は、CPU冷却ユニット固定部21の外観図である。このCPU冷却ユニット固定部はABS樹脂により作られている。CPU冷却ユニット固定部21は、内部にCPU冷却ユニットのフィン24が装着される。また、CPU冷却ファン20を取り付けるための爪21Bを4箇所に設けている。これらの爪21BにCPU冷却ファン20を引っ掛けることにより、CPU冷却ファン20は、CPU冷却ユニット固定部21に装着される。CPU冷却ユニット固定部21はさらに、受け部21Aを有している。これは、上記ダクト18の切欠き部18Aから情報処理装置1内部であってダクト18以外から温かい空気がダクト18あるいはCPU冷却ファン20に混入するのを防ぐため、切欠き部18Aの蓋の役割を果たしている。
すなわち、第1の吸気部10から吸気された空気は第1の格子19を介してダクト18内を通り、CPU冷却用のファン20及びCPU冷却ユニット固定部21(この部分で間接的にCPUの熱を奪うこととなる)に入り、筐体背面から排出される。このように、ダクト18、CPU冷却用のファン20、CPU冷却ユニット固定部21を直列に配置したので、障害となる空気抵抗も発生せずに、ダクト18内の空気はファン20に向かって、スムーズに移動し、効率的にCPUの冷却が可能となる。
情報処理装置1は、次の工程を経て製造される。まず、本実施形態で使用される格子14、19などを備えた筐体を用意する。筐体にCPUなどを搭載したマザーボード17や電源ユニット23、電源スイッチ13、USB端子6、7、80mmの冷却ファンなどの基幹部品を設置する工程を行う。次にリムーバブルバッテリーユニット5、各種ドライブ9、11、12、15、16を搭載する工程を行う。CPU冷却ユニット固定部21にCPU冷却ユニット24、25、26とCPU冷却用のファン20を取り付け、これを筐体内に設置する工程を行う。この際、CPUと受熱部26を接触させネジ止め固定する。次にダクト18を上述のとおりに設置する工程を行う。最後に上部カバー2をかぶせて情報処理装置1が完成する。
なお、内径が全長に亘ってほぼ等しい上記ダクト18の代わりに、図6に示すような構造のダクトを使用してもよい。図6はダクト180、181を上から見た平面図である。(A)は、吸気口を大きくし、途中からその後直線状になるように形成したものであり、(B)は、吸気口を大きくし、徐々に開口を狭めていったものである。このようにすることによって、吸気する空気の量を増加させ、より冷却効果をあげることができる。
また、第2の吸気部8から吸気する空気は、主として各種ドライブ9、11、12、15、16やバッテリユニット5、マザーボード17に搭載された電子機器、電源ユニット23で発生する熱を外部に放出することができ、第1の吸気部10から吸気する空気は、CPUの冷却専用とすることができる。このため、発熱量の比較的小さい電子機器・電気機器については、ファン取り付け部3に設置されるファン及び電源ユニット23に設置されるファンにより冷却が可能となるとともに、他の電子機器と比較して発熱量が大きいCPUを効率的に、集中的に冷却することが可能となる。
さらに、CPU冷却ユニット24、25、26とマザーボード17は別体として構成されるので、マザーボード17内の電子機器の実装をCPUとの関係において比較的自由に行うことができる。なお、ヒートパイプ25内には水などの液体を充填するので、気体が冷却されて液体になったときに適切に受熱部26に戻す必要があることから、フィン24をCPUよりも高い位置に配置する必要がある。したがって、ダクト18、CPU冷却用のファン20、CPU冷却ユニット固定部21は、装置1の上部に配置する構成とした。このようすれば、CPUが筐体の上部に設置されない限り、CPUの冷却を効率的に行うことが出来る。なお、CPUを筐体の下部に配置する場合には、ダクト18、CPU冷却用のファン20、CPU冷却ユニット固定部21を下方に配置することができる。
なお、本実施形態では、ダクト18を通過した空気はCPUを冷却するために使用されている。しかしながら、CPUのみならず、他に高い熱を発生する部品、ユニット(例えば、チップセットなどの発熱部)がある場合には、その機器の冷却にも使用してもよい。この場合、受熱部26をこの部品やユニットにも接できるように複数に分割すればよい。または、CPUと他の発熱体の両方に一つの受熱部26が同時に接するようにしてもよい。さらに、CPUがそれほど昇温しない場合には、ダクト18からの空気により他の発熱体のみを冷却するようにしてもよい。
なお、本実施の形態では、装置1の前面から吸気し、背面から排気を行っているがこれに限られず、装置の一方の側面から吸気し、他方の側面から排気するようにしてもよい。要は、空気の流れを阻害しないように規制し、それにより空気がスムーズに吸排気できるようにすればよい。
なお、本実施の形態では、ダクト18は板金にて製造しているが、これに限られず、例えば、ABS樹脂などであってもよい。なお、ダクト18のかわりに円筒状のパイプなどでもよい。要は、空気の流れを阻害しないように規制し、それにより空気がスムーズに吸排気できるものであればよい。
なお、本実施の形態では、CPU冷却ファン20は92mmのものを使用し、装置1全体を冷却する冷却ファンは80mmのものを使用しているが、これに限られないことはいうまでもない。
なお、本実施の形態では、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ9、リームバブルバッテリー5、光ディスクドライブ11、12、ハードディスクドライブ15、16を備えているが、これらは任意のものであって、これらの全てを備えていなければならないものではない。
次に、図7乃至図13に基づいて本発明の主要部について説明する。なお、図1乃至図6と同一部分には同一符号を付して説明する。
図7は本発明の一実施形態に係る冷却機構を備えた情報処理装置の構成説明図であり、上部カバー及び前面カバーを除去した内部構成を示す斜視図である。
図1乃至図6に示した冷却機構にあっては、第1の吸気部10から吸気する空気をCPUの冷却専用とすることができるため、マザーボード17上のCPU33を冷却する効果は十分に得られるが、ダクト18により閉空間を形成する分だけCPU周辺の発熱部品に対する空気流が充分に得られなくなり、この点を改善する必要があった。
このような不具合を解消するため、図7の装置構成では、図8、図9に示した如き排気ユニットをダクト18の側面適所に取り付け、CPU33の空冷と同時に、CPUの周辺に設置されている電子部品への冷却風を確保するようにしている。
即ち、図8はダクトに配置する排気ユニット(冷却ユニット)の一例を示す外観斜視図であり、図9はその装着状態を示す平面図である。
この排気ユニットは、CPU33空冷用のダクト18の側面に排気口18aを設けると共に、排気口18aにファン34を取り付け、CPU近傍の電源制御素子などの冷却のための空気流を十分に与えることを考慮したものである。
排気ユニットを設けたダクト18の側面と対面する位置にはCPU搭載用プリント基板であるマザーボード17が配置され、マザーボード17上には発熱素子(発熱部)30〜32と、CPU33が搭載され、CPU33に接触配置された受熱部26はヒートパイプ25を介してフィン24と連結されている。
図9に示した例では、第1の吸気部10を介して筐体外部から取り込まれ、ダクト18内を流れる空気流の一部は、ダクト側面に取り付けられた排気口18aに設けた排気ユニット(ファン、ブロアなど)によりマザーボード17側に直接導かれ、特に発熱の大きいCPU33周辺に配置されている発熱素子30、31、32などを冷却する。ダクト18側面の排気口18aから排気された空気流は、マザーボード17の周辺を経てファン取り付け部3に取り付けられたファンにより筐体外へ放出される。
次に、図10、図11は排気ユニットの他の構成例であり、ダクト18をダクト本体18−1と、補助ダクト18−2とに分割した構成としている。CPU33とその周辺に設けられている回路素子30〜32を補助ダクト18−2から排気口18aを介して排出される空気により冷却し得るように構成している。このようにダクト本体18−1と補助ダクト18−2のそれぞれの風量を適切に分配して確保することにより、更にCPUの空冷効果を損ねることなく、CPUと周辺の発熱部品双方の冷却効果を高めることができる。
なお、補助ダクト18−2を形成する方法としては、ダクト18の流路を二つに分割しても良いし、ダクト18の外側に個別のダクトを設けてもよい。
図12は、図9のダクト18の排気口18aにエアフィルタ29を介してファン34を配置したものである。エアフィルタ29は、マザーボード17に向かう空気中の塵埃を除去する。一方、CPUの冷却風はエアフィルタ29を介さず放熱部に供給され、筐体外部に放出される。
また、ダクト18の吸気口と側面排気口18aに夫々エアフィルタを設ければ、各エアフィルタの厚みを減らすことができるので、ダクト内に吸気するときの空気抵抗を少なくすることができ、CPU側の冷却効果と、安全性・信頼性確保の両立を図ることができる。
異物混入を防止するエアフィルタ29については、その空気抵抗により、冷却用の風量、風速が低下するため、冷却効果のみを考慮した場合は無くすことが好ましい。しかしながら、排気口18aから発熱部品30〜32に向けて直接供給される空気中には埃などの細かい異物が入っているため、回路素子の性能を維持するためにエアフィルタ29が必要になる。なお、図示した構成においては、電子回路部分がなく、放熱用のラジエータである受熱部26に空気を供給する場合は、塵埃などの混入はさほど問題なく、ダクト18の吸気口に配設されているパンチングメタル状の遮蔽板で異物の進入を防ぐ程度で充分である。
次に、図13は図11の補助ダクト18−2の排気口18aにエアフィルタ29を介してファン34を配置したものである。このようにダクト本体18−1とは別個に補助ダクト18−2が設けられている場合には、回路部品30〜32に供給される側の補助ダクト18−2の吸気口か、或いは排気口18aにエアフィルタ29を設けることにより、受熱部26側のダクトのエアフィルタを省略することができ、CPU側の冷却効果を改善することが出来る。
本発明の冷却機構を適用する対象物としての情報処理装置の外観図である。 CPU冷却ユニットを有する情報処理装置の筐体内部の外観図である。 図1の情報処理装置で使用されるCPU冷却ユニットの外観図である。 図1の情報処理装置で使用されるダクトの切欠き部と、プリント基板冷却のための空気排出口を示す図である。 図1の情報処理装置で使用されるCPU冷却ユニット固定部の外観図である。 図1の情報処理装置で使用されるダクトの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプリント基板冷却ファンを取り付けた状態を示す筐体内部外観図である。 本発明の一実施形態に係るダクトの構成を示す斜視図である。 図8の実施形態の配置例を示す構成説明図である。 本発明の他の実施形態に係るダクトの外観斜視図である。 図10に示した実施形態に係るダクトの構成、及び空気流を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係るダクトの構成及び空気流を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係るダクトの構成及び空気流を示す断面図。
符号の説明
1 情報処理装置、2 上部カバー、3 ファン取り付け部、4 前面カバー、5 リムーバブルバッテリーユニット、6、7 USB端子、8 第2の吸気部、9 フロッピー(登録商標)ディスク、10 第1の吸気部、11、12 光ディスクドライブ、13 電源スイッチ、14 第2の格子、15、16 ハードディスクドライブ、17 マザーボード、18 ダクト、18a 排気口、18A 切欠き部、19 第1の格子、20 CPU冷却ファン、21 CPU冷却ユニット固定部、21A 受け部、21B 爪、22 拡張カード抑え、23 電源ユニット、24 フィン、25 ヒートパイプ、26 受熱部、27 吸気口エアフィルタ、28、吸気口エアフィルタ、29 排気口エアフィルタ、30〜32 発熱素子、33 CPU、34 PCB冷却ファン(排気ユニット)、36 空気排出口

Claims (9)

  1. 筐体と、
    前記筐体内に配置された発熱部と、
    前記発熱部に接触させる受熱部と、該受熱部とヒートパイプを介して接続される放熱フィンと、該放熱フィンを冷却する第1の冷却ファンと、で構成された冷却ユニットと、
    前記筐体の一側面に設けた空気を吸気する吸気部と、
    前記吸気部と対向する側面に設けた空気を排出する排出部と、
    空気流を規制する空気流規制部材と、を有し、
    前記吸気部、前記空気流規制部材、前記第1の冷却ファン、前記放熱フィン、前記排出部の順に直列に配置して、
    前記空気流規制部材の側面には前記受熱部を配置する側に空気を排出する排出口を設け、前記発熱部近傍を冷却するように前記排出口に第2の冷却ファンを設けたことを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記空気流規制部材はダクト本体と補助ダクトとから成り、該ダクト本体の空気流は前記排出部に達し、該補助ダクトの空気流は前記排出口に達するように流路を分割していることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記空気流規制部材の内径は、吸気部側が大きく、排出部側が狭くなるように構成していることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  4. 前記排出口にエアフィルタを設けたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の情報処理装置。
  5. 前記筐体は、前記吸気部とは異なる第2の吸気部と、前記排出部とは異なる第2の排出部を有し、前記発熱部及び前記発熱部以外で発生した熱を該第2の排出部から筐体外部へ排出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の情報処理装置。
  6. 前記空気流規制部材は切欠き部を備え、該空気流規制部材を組み付ける際、前記空気流供給部材または前記冷却ユニットと前記空気流規制部材の底面が接触しないようにしたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の情報処理装置。
  7. 前記冷却ユニットの一部を固定する冷却ユニット固定部を設け、該冷却ユニット固定部は、前記空気流規制部材に設けた切欠き部に対する蓋となる受け部を備えていることを特徴とする請求項6記載の情報処理装置。
  8. 前記空気流供給部材は、前記吸気部側の内径が排出部側の内径よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の情報処理装置。
  9. 請求項1乃至8の何れか一項に記載された情報処理装置の製造方法であって、
    前記筐体に前記発熱部を含む部品を設置する工程と、
    該発熱部を冷却する前記放熱フィンと、前記空気流供給部材とを、受け部を有する冷却ユニット固定部に設置する工程と、
    前記受熱部を前記発熱部に接触させる工程と、
    前記空気流供給部材による空気流れを規制し、且つ前記冷却ユニット固定部と接する側に所定の切欠き部を有する空気流規制部材を、前記切欠き部を有する側とは反対側を支点に回動させることにより設置する工程と、
    前記冷却ユニット固定部の受け部により前記空気流規制部材の切欠き部に蓋をする工程と、を含むことを特徴とする情報処理装置の製造方法。
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