電子機器の放熱構造
【課題】 機器が小型化、薄型化しても充分な放熱能力を発揮することができ、熱による異常を防止することができる電子機器の放熱構造を提供する。
【解決手段】 本発明の電子機器の放熱構造は、ＩＣ等の電子部品３（発熱源）が実装された基板２がケース４の内部に収納された電子機器の放熱構造であり、電子部品３から熱を受ける受熱板５ａ，５ｂがケース４の内部に設けられるとともに、受熱板５ａ，５ｂの一部がケース４の外部に引き出され、その引き出された部分が、ケース表面の一部を覆うように折り曲げられ、ケース表面に接触しないように空気層を介してケース表面に沿うように配置されている。さらに、受熱板５ａ，５ｂはカバー６ａ，６ｂで覆われているが、カバー６ａ，６ｂとも接触していない。
【解決手段】 本発明の電子機器の放熱構造は、ＩＣ等の電子部品３（発熱源）が実装された基板２がケース４の内部に収納された電子機器の放熱構造であり、電子部品３から熱を受ける受熱板５ａ，５ｂがケース４の内部に設けられるとともに、受熱板５ａ，５ｂの一部がケース４の外部に引き出され、その引き出された部分が、ケース表面の一部を覆うように折り曲げられ、ケース表面に接触しないように空気層を介してケース表面に沿うように配置されている。さらに、受熱板５ａ，５ｂはカバー６ａ，６ｂで覆われているが、カバー６ａ，６ｂとも接触していない。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の放熱構造、特に小型、薄型の携帯用電子機器等に用いて好適な放熱構造であって、小型、薄型の特長を損なうことなく、電子機器内部で発生する熱を効率良く放熱するための構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノート型パソコン、ＰＤＡ（Personal Didital Assistant）、携帯電話等に代表される携帯型電子機器の分野では機能向上、処理能力向上に伴い、機器本体に内蔵される基板上のＣＰＵ等をはじめとする電子部品からの発熱量が増大する傾向にある。
【０００３】従来、この種の携帯型電子機器において、機器本体の内部の熱を放熱する方法としては、例えば、熱伝導の良い金属材料などからなる板体やヒートパイプなどの熱伝導部材を介してＣＰＵ等の発熱源から電子機器の筐体に熱を伝達し、筐体から自然空冷する方法が採用されていた。さらに、自然空冷で不充分な場合にはファンを用いて熱風を筐体の外部に排気し、強制的に空冷する方法が採用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記電子機器は、近年、ますます小型化、薄型化の傾向にあり、さらには使用者が身に着けて使用する、いわゆるウェアラブルな電子機器の提供が求められるようになってきた。そこで、放熱構造について考えると、自然空冷の場合、電子機器の小型化に伴って筐体の表面積が小さくなっていることから、放熱能力が低下して充分な放熱が行われず、熱による電子機器の異常が問題となる。強制空冷の場合、機器の小型化によりファンを設置するスペースがなくなるという問題がある。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、機器が小型化、薄型化しても充分な放熱能力を発揮することができ、熱による異常を防止することができる電子機器の放熱構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明の第１の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、発熱部から熱を受ける受熱部が筐体の内部に設けられるとともに、受熱部の一部が筐体の内部から外部に引き出され、受熱部の筐体外部に引き出された部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする。
【０００７】本発明の第１の電子機器の放熱構造は、熱が発熱部から受熱部に伝達され、受熱部から空気中に自然に放熱される自然空冷を利用したものである。そして、上記の構成を言い換えると、筐体は基板の保護のために基本的には密閉されているが、筐体内部に設けられた受熱部の一部は筐体外部に引き出された構造となっており、その引き出された部分は筐体表面に直接接触することなく、空気層を介してある程度の面積をもって筐体表面に沿うように配置される。したがって、受熱部に伝えられた熱が筐体外部に引き出された部分から空気中に放熱されるので、充分な放熱が行われ、熱による電子機器の異常を防止することができる。また、筐体外部に引き出された部分が筐体表面に接触していないので、筐体自身も充分に自然空冷され、これによっても筐体内部の温度上昇が抑制されるという作用がある。そして、受熱部のうち、筐体外部に引き出された部分は筐体から突出する方向に配置されるのではなく、筐体表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害することはない。
【０００８】本発明の第２の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、発熱部から熱を受ける受熱部が筐体と一体に構成されるとともに、受熱部の一部が筐体からその外部に向けて延在し、受熱部の筐体の外部に延在する部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする。
【０００９】上記第１の放熱構造は筐体と受熱部が別体であることを前提としているのに対し、本発明の第２の電子機器の放熱構造は、受熱部が筐体と一体に構成されている、言い換えると、基板を収納する筐体本体からその一部が外部に向けて延び、この部分が受熱部として機能するという構成のものである。本発明の第２の電子機器の放熱構造においても、受熱部に伝えられた熱が筐体本体の外部に延びた部分から空気中に放熱されるので、充分な放熱が行われ、熱による電子機器の異常を回避できる、筐体自身も空冷されることにより筐体内部の温度上昇がさらに抑制される、筐体本体の外部に引き出された部分が筐体表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害しない、という本発明の第１の放熱構造と同様の作用、効果を奏することができる。
【００１０】また、基板上で発熱部を設置する位置は任意でよいが、例えば複数の発熱部が基板の両面に配置された場合には、受熱部を発熱部を挟むように基板の両面側にそれぞれ設けた上で、各受熱部の筐体外部に位置する部分を筐体表面の異なる面に沿うようにそれぞれ配置することが望ましい。
【００１１】この構成においては、発熱部が基板の両面に配置された場合でも受熱部が各発熱部に対応して設けられているので、いずれの側の発熱部から発生する熱も確実に各受熱部に伝達され、充分な空冷を行うことができる。また、各受熱部の筐体外部に位置する部分が筐体表面の異なる面に沿うように配置されるので、放熱が効率良く行われるのと同時に、複数の受熱部を有していても機器の小型化、薄型化が実現できる。
【００１２】前記受熱部の具体的な材料としては、熱伝導率の高い材料を用いることが望ましく、金属ならば銅、アルミニウム、銀等を用いることが望ましい。また、無機材料であればグラファイト材等を用いることが望ましい。ここで言う「熱伝導率の高い材料」とは、熱伝導率がおおよそ４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料を指しているが、これに限るものではない。特にグラファイト材を用いた場合、熱伝導率が高く、かつ銅などの金属に比べて密度が小さいという特性によって小型のセットに用いたときにも重量が増加する恐れがないという利点が得られる。
【００１３】また、前記受熱部は単体材料で構成してもよいし、例えば絶縁性部材と熱伝導性部材（熱伝導率の高い部材）とを接合した積層体などを用いてもよい。
【００１４】さらに、受熱部の筐体外部に位置する部分は、そのままむき出しでも良いが、この部分を覆うカバーを設けることが望ましく、その場合、受熱部からの放熱を促進する放熱手段をカバーに設けることがより望ましい。カバーは、筐体と別体でもよいし、一体に形成してもよい。
【００１５】この構成においては、受熱部を覆うカバーを設けたことによって電子機器の取り扱いが容易となる。しかしながら、カバーを設けたことによって放熱効率が低下する恐れがあるため、カバーに受熱部からの放熱を促進する何らかの放熱手段を設けることが望ましい。放熱手段の具体例については後述するが、例えばカバーに空気の流路を設ける、表面積増大のための凹凸を設けるなどである。
【００１６】本発明の第３の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された引き出し部分を振動させる振動手段が前記引き出し部分に設けられたことを特徴とする。
【００１７】本発明の第３の電子機器の放熱構造は、筐体内部に設けられた受熱部の一部が筐体外部に引き出されたものであり、発熱部からの熱が受熱部の引き出し部分に伝導され、引き出し部分から空気中に放散されるというように、熱を逃がす経路に関しては上記第１、第２の放熱構造と基本的に同じである。しかしながら、第１、第２の放熱構造では引き出し部分が静止しており、引き出し部分からの放熱は専ら自然空冷に頼っているのに対し、第３の電子機器の放熱構造は、振動手段の作用によって引き出し部分を振動させることで空気の流れを作り、放熱をより促進する、という点で強制空冷の要素を付加したものである。
【００１８】ただし、放熱（回転）ファンなどを用いた従来の強制空冷の構造では、任意の熱伝導材を用いて発熱部から放熱部まで熱を伝導させた後、放熱ファンに接続する必要があり、ファンの設置に大きなスペースを要していた。これに対し、上記第３の放熱構造は受熱部の一部である引き出し部分そのものを振動させるものであり、いわば熱伝導材を用いて熱を筐体外部に運搬し、その同じ熱伝導材を振動させることで強制空冷するものであるから、回転ファンのような大型の部品を使用する必要がなく、電子機器の小型化や薄型化を阻害することがない。
【００１９】第３の放熱構造における受熱部の構成材料においては、熱伝導率が高く、ある程度の弾性を有する材料を用いることが望ましく、金属ならば銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる板体を用いることができる。また、無機材料であればグラファイトシート、シリコン系シートなどを用いることができる。
【００２０】そして、上記の材料からなる板体やシートは上記材料単体で形成されていてもよいし、少なくともその一部が絶縁材で被覆された構成であってもよい。絶縁材で被覆した場合、この受熱部が筐体内において他の電子部品などと接触することがあっても、短絡等の不具合が生じる恐れがない。
【００２１】また、第３の放熱構造においては、前記振動手段によって前記受熱部の引き出し部分の固有振動数で振動させることが望ましい。この構成によれば、振動手段から与えられるエネルギーによって大きい振幅の振動が得られ、放熱効率をより高めることができる。
【００２２】前記受熱部の引き出し部分の形状としては、引き出し部分の断面形状（厚み、幅など）が一定のものであってもよいが、筐体外部へ引き出された箇所の近傍と振動先端側（すなわち、引き出し部分の基端側と先端側）とで異なるものであってもよい。例えば、引き出し部分を構成する熱伝導材の厚みを変える構成としてもよい。これは、引き出し部分の基端側はそれ程振動しないため、伝熱効率の方を重視して必要な熱抵抗から決まる板厚に設定し、先端側は振動が大きいため、振動のしやすさを重視して振動に最適な固有振動が得られる板厚に設定するという理由からである。このように、引き出し部分の基端側と先端側とで要求される伝熱と振動とのバランスを考慮して断面形状を変えることによって受熱部の最適な設計を行うことができる。
【００２３】前記振動手段としては、例えば圧電振動子を用いることができる。圧電振動子は現在、０．１ｍｍオーダーの薄型軽量のものが提供されており、この種の圧電振動子を用いることによって受熱部の引き出し部分に容易に取り付けることができ、電子機器の小型化や薄型化を阻害することなく、引き出し部分の振動を電気的に制御することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は電子機器を分解した状態（カバーを除く）を示す斜視図、図４R>４は電子機器を分解した状態（カバーを含む）を示す斜視図、である。図中符号２はプリント基板（基板）、３は電子部品（発熱部）、４はケース（筐体）、５ａ，５ｂは受熱板（受熱部）、６ａ，６ｂはカバーである。
【００２５】本実施の形態の電子機器１は、図１、図２に示すように、プリント基板２（以下、基板と略記する）の一端側の両面に、ＩＣ等の電子部品３が片面に６個ずつ、計１２個実装されている。電子機器１の動作時にこれら電子部品３が発熱源となる。ケース４はＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）樹脂等からなる中空の箱体であって、図３に示すように、上ケース７、下ケース８に２分割されており、電子部品３が実装された基板２が内部に収納できるようになっている。
【００２６】例えばグラファイトなどの熱伝導率の高い材料からなる２枚の受熱板５ａ，５ｂが、基板２の上面、下面に実装された電子部品３にそれぞれ当接するように装入されている。受熱板５ａ，５ｂの配置は、図３に示すように、基板下面側の電子部品３からの熱を放熱する受熱板５ａは、基板下面側の電子部品３に当接した後、基板２の側方で上向きに折り曲げられ、上ケース７の上板７ａに設けられたスリット７ｂを通って上ケース７の上方に引き出されている。さらに図４に示すように、受熱板５ａは上ケース７の上板７ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して上板７ａに沿って配置されている。すなわち、受熱板５ａは上ケース７の上板７ａを覆うように配置されているが、図１、図２に示すように、上板７ａには接触していない。
【００２７】基板上面側の電子部品３からの熱を放熱する受熱板５ｂについても、同様の構成である。基板上面側の電子部品３に当接した後、基板２の側方で下向きに折り曲げられ、下ケース８の下板８ａに設けられたスリットを通って下ケース８の下方に引き出され、下ケース８の下板８ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して下板８ａに沿って配置されている。
【００２８】上記の構成により、電子部品３から発生した熱は、電子部品３の表面から各受熱板５ａ，５ｂに伝わり、受熱板５ａ，５ｂの内部を伝わってケース４の外側に引き出された部分から受熱板５ａ，５ｂの両面に接する空気層に自然放熱される。また、熱はケース内に配置された受熱板５ａ，５ｂからケース４にも伝わるので、ケース４から空気層に自然放熱される分もある。
【００２９】そして、ケース４の上面側、下面側に配置された受熱板５ａ，５ｂを覆うように、ケース４と同様のＡＢＳ樹脂等からなるカバー６ａ，６ｂがケース４に固定されている。カバー６ａ，６ｂは受熱板６ａ，６ｂをそれぞれ外側から覆ってはいるが、受熱板６ａ，６ｂとは接触していない。よって、ケース４とカバー６ａ，６ｂとの間の空間内に、ケース４ともカバー６ａ，６ｂとも接触しないように受熱板５ａ，５ｂが装入された状態となっている。
【００３０】仮にケース４とカバー６ａ，６ｂの間の空間が完全に密閉された空間であると、受熱板５ａ，５ｂから放熱された熱がカバー６ａ，６ｂの内部にこもり、放熱効率が低下してしまうため、カバー６ａ，６ｂには放熱を促進するための手段が施されている。具体的には、図１、図４に示すように、カバー６ａ，６ｂの側面には全周にわたって多数の切り込み９が設けられており、この切り込み９によってケース４とカバー６ａ，６ｂとの間の空間が外気に解放された空間となっている。これにより、ケース４とカバー６ａ，６ｂの間の空間と外気との間で空気の交換が生じ、放熱効率を向上させることができる。
【００３１】さらに、カバー６ａ，６ｂの表面には全面にわたって多数の突起１０が形成されている（図１、図４R>４では図面を見やすくするため、突起１０の図示を一部省略した）。受熱板５ａ，５ｂから放熱された熱は空気層からカバー６ａ，６ｂを通じて放熱される分もあるが、カバー６ａ，６ｂの表面に多数の突起１０が形成されたことでカバー６ａ，６ｂの表面積が大きくなっており、放熱効率を向上させる効果を持つ。また、使用者がこの電子機器１を手で持つ場合などは、突起１０の上面だけが指に直接接することになるので、カバー６ａ，６ｂの温度が多少上昇したとしても使用者が熱さを感じにくいという効果があるし、突起１０があることで滑り止めなどの効果もある。
【００３２】本実施の形態の電子機器１の放熱構造においては、一端側が電子部品３に接触した受熱板５ａ，５ｂの他端側がケース４の外部に引き出され、その引き出された部分はケース４やカバー６ａ，６ｂの表面に接触することなく、空気層を介してある程度の面積をもってケース表面に沿うように配置されている。したがって、電子部品４から受熱板５ａ，５ｂに伝わった熱がケース外部に引き出された受熱板５ａ，５ｂの一部から空気層に充分放熱されることにより電子機器１の内部に極端な温度上昇が生じることがなく、熱による電子機器の異常を防止することができる。また、受熱板５ａ，５ｂのケース外部に引き出された部分がケース表面に接触していないので、ケース自身も充分に自然空冷され、これによってもケース内部の温度上昇が抑制されるという作用がある。そして、受熱板５ａ，５ｂのケース外部に引き出された部分はケース４から突出する方向に配置されるのではなく、ケース表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害することはない。
【００３３】また、本実施の形態の場合、基板２の両面に電子部品３が実装されているが、２枚の受熱板５ａ，５ｂが各面に対応して設けられているので、いずれの側の電子部品３から発生する熱も確実に各受熱板５ａ，５ｂに伝わり、充分な空冷を行うことができる。また、各受熱板５ａ，５ｂのケース外部に位置する部分がケース４の異なる面に沿うように配置されるので、放熱が効率良く行われるのと同時に、２枚の受熱板を有していても電子機器がそれ程厚くなることがない。
【００３４】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。図５は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。基本構造は第１の実施の形態とほぼ同様であるが、受熱板の部分がケースと一体に形成されている点が異なっている。また、図５において図１と共通の構成要素には同一の符号を付す。
【００３５】本実施の形態の電子機器２０は、図５に示すように、上ケース７の上方に、上ケース７の上板７ａの一辺側から上板７ａに沿って延びる板部７ｃが上ケース７と一体に成形されている。この板部７ｃは上板７ａと接触しておらず、板部７ｃと上板７ａとの間には空気層が介在している。下ケース側も同様の構成であり、下ケース８の下方に、下ケース８の下板８ａの一辺側から下板８ａに沿って延びる板部８ｃが下ケース８と一体に成形されている。板部８ｃは下板８ａと接触しておらず、板部８ｃと下板８ａとの間には空気層が介在している。
【００３６】本実施の形態の場合、上記のケース７，８と板部７ｃ，８ｃが一体となって受熱部を構成するが、ただ単にＡＢＳ樹脂等で形成された受熱部では熱伝導率が低く、受熱部が充分な放熱効果を発揮できない。そこで、各ケース７，８の内面および板部７ｃ，８ｃの両面は、ＡＢＳ樹脂よりも充分に高い熱伝導率を有する、例えばシリコン系熱伝導シートなどの材料でコーティングされている（図中、コーティング層２１で示す）。コーティング層２１はケース７，８の内面と板部７ｃ，８ｃの両面の全面にわたって連続して形成されている。本実施の形態においては、ＡＢＳ樹脂で形成されたケース７，８および板部７ｃ，８ｃ（絶縁性部材）とコーティング層２１（熱伝導性部材）とで受熱部が構成されるが、主に熱の伝達に寄与するのはコーティング層２１ということになる。よって、実際にはコーティング層２１が発熱源である電子部品３に当接し、熱がコーティング層２１内を伝わった後（ＡＢＳ樹脂内も勿論伝わる）、板部表面のコーティング層２１の部分からカバー６ａ，６ｂ内の空気層に自然放熱される。
【００３７】本実施の形態の電子機器２０の放熱構造においても、電子機器の小型化、薄型化を阻害することなく、電子機器の内部に極端な温度上昇が生じるのを防止し、熱による電子機器の異常を防止することができる、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、筐体内の温度の均一化が図れるという本実施の形態特有の効果を得ることもできる。
【００３８】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３の実施の形態を図８〜図１０を参照して説明する。図８は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。図９は本実施の形態の特徴である受熱板の引き出し部分を拡大視した断面図である。
【００３９】本実施の形態の電子機器３０は、図８に示すように、基板３１の一端側の両面に、ＩＣ等の電子部品３２（発熱部）が片面に６個ずつ、計１２個実装されている。電子機器３０の動作時にこれら電子部品３２が発熱源となる。ケース３３はＡＢＳ樹脂等からなる中空の箱体であって、上ケース３４、下ケース３５に２分割されており、電子部品３２が実装された基板３１が内部に収納できるようになっている。
【００４０】１枚の受熱板３６（受熱部）が、折り曲げられた状態で基板３１の上面、下面に実装された電子部品３２にそれぞれ当接するように装入されている。この受熱板３６は、例えばグラファイトなどの熱伝導率の高い材料からなる薄板の両面に有機絶縁膜をコーティングしたものであり、全体の厚みが０．５ｍｍ程度である。グラファイトに代えて、シリコンシート、金属材料であれば銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などを用いてもよい。また、受熱板３６の一端側は上ケース３４の上板３４ａに設けられたスリット３４ｂを通って上ケース３４の上方に引き出されている。この受熱板３６の引き出し部分３６ａは上ケース３４の上板３４ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して上ケース３４の上板３４ａに沿って配置されている。すなわち、受熱板３６の引き出し部分３６ａは上ケース３４の上板３４ａを覆うように配置されているが、上板３４ａには接触していない。
【００４１】受熱板３６の引き出し部分３６ａの両面には、上ケース３４の上方に引き出された箇所の近傍（引き出し部分３６ａの基端側）に圧電振動子３７（振動手段）がそれぞれ設置されている。この圧電振動子３７は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体薄板の両面に駆動用電極を形成したものであり、電極間に交流電圧を印加することによって、図９に示すように、各圧電振動子３７が引き出し部分３６ａの長手方向（図９の矢印Ａの方向）に交互に伸縮を繰り返すことで引き出し部分３６ａをケース３３外に引き出された箇所を支点としてその板厚方向（図９の矢印Ｂの方向）に振動させるものである。
【００４２】そして、上ケース３４の上面側に配置された受熱板３６の引き出し部分３６ａを覆うように、ケース３３と同様のＡＢＳ樹脂等からなるカバー３８が上ケース３４に固定されている。カバー３８は受熱板３６を外側から覆ってはいるが、受熱板３６の引き出し部分３６ａとは接触していない。よって、上ケース３４とカバー３８との間の空間内に、上ケース３４ともカバー３８とも接触しないように受熱板３６の引き出し部分３６ａが装入された状態となっている。
【００４３】また図８では図示を省略したが、第１、第２の実施の形態と同様、カバー３８内部の熱を外部に逃がすための切り込みや、カバー３８の表面積を大きくすることでカバー３８からの放熱を促進する多数の突起などをカバー３８に設けるようにしてもよい。
【００４４】上記構成の放熱構造においては、電子部品３２から発生した熱は電子部品３２の表面から受熱板３６に伝導され、受熱板３６の内部を伝導してケース３３の外側に引き出された引き出し部分３６ａから両面に接する空気層に放熱される。同時に、引き出し部分３６ａに設置した圧電振動子３７を駆動することにより引き出し部分３６ａが振動するので、強制空冷の形となって放熱がより促進される。この際、圧電振動子３７を駆動する印加交流電圧の周波数を調整し、引き出し部分３６ａの固有振動数（あるいは共振周波数）でできるだけ振動させるようにする。このようにすると、引き出し部分３６ａが大きい振幅で振動し、放熱効率をより高めることができる。
【００４５】ここで、受熱板の構成材料を変えた場合の固有振動数および共振周波数を計算した例を示す。受熱板の振動を片持ち梁の振動とみなした時の固有振動数ω、共振周波数ｆはそれぞれ次式で表される。
ω＝（λ／ｌ）2・√｛（Ｅ・Ｉ）／（ρ・Ａ）｝ …（１）
ｆ＝ω／２π …（２）
ただし、λ≒１．８７５、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面二次モーメント（断面が長方形の時、Ｉ＝ｂｈ3／１２（ｂ：梁の幅、ｈ：梁の厚み））、ρ：密度、Ａ：梁の断面積、ｌ：梁の長さ、である。
【００４６】受熱板の構成材料を銅、アルミニウム、シリコンとしたときの固有振動数ω、共振周波数ｆの値を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】このように、固有振動数（共振周波数）は受熱板の構成材料や寸法によって固有の値であるから、この固有振動数（共振周波数）に合致した振動が得られるように圧電振動子の駆動を制御することが望ましい。
【００４９】放熱（回転）ファンなどを用いた従来の強制空冷の構造では、任意の熱伝導材を用いて発熱部から放熱部まで熱を伝導させた後、放熱ファンに接続する必要があり、ファンの設置に大きなスペースを要していた。これに対し、本実施の形態の放熱構造は受熱部３６の一部である引き出し部分３６ａ自体を振動させる構成であり、いわば熱伝導材を用いて熱をケース外部に運搬し、その同じ熱伝導材を振動させることで強制空冷するものであるから、回転ファンのような別の大型の部品を使用する必要がなく、放熱構造の簡略化が図れるとともに電子機器の小型化や薄型化を阻害することがない。
【００５０】さらに本実施の形態においては、圧電振動子３７を用いて受熱部３６の引き出し部分３６ａを振動させているが、圧電振動子３７は現在、０．１ｍｍオーダーの薄型軽量のものが提供されており、この種の圧電振動子３７を受熱部３６の引き出し部分３６ａに容易に取り付けることができ、電子機器の小型化や薄型化を阻害することなく、引き出し部分の振動を電気的に制御することができる。
【００５１】本実施の形態の放熱構造においては、受熱板３６がグラファイトシートなどの表面に有機絶縁コーティングが施されたものであるから、受熱部３６がケース３３内において他の電子部品などと接触することがあっても、短絡等の電気的な不具合が生じる恐れがない。
【００５２】なお、本実施の形態では、図９に示したように、受熱部３６の引き出し部分３６ａの断面形状（厚み、幅など）が基端側から先端側にかけて一定のものを用いたが、基端側と先端側とで異なるものを用いてもよい。例えば図１０に示すように、引き出し部分４０の基端側４０ａの厚みを厚く、先端側４０ｂの厚みを薄くというように引き出し部分４０を構成する熱伝導材の厚みを変える構成としてもよい。これは、引き出し部分４０の基端側４０ａはそれ程振動しないため、伝熱効率の方を重視して必要な熱抵抗から決まる厚みに設定し、先端側４０ｂは振動が大きいため、振動のしやすさを重視して振動に最適な固有振動が得られる厚みに設定するという観点の構造である。このように、引き出し部分の基端側と先端側とで要求される伝熱と振動とのバランスを考慮して断面形状を変えれば、受熱部の最適な設計を行うことができる。
【００５３】さらに、受熱部の引き出し部分にフィンや開口部を形成して放熱面積を大きくしたり、引き出し部分の平面形状を例えば音叉状に変えたりしてもよく、これらの手段により放熱効率をさらに高めることが可能である。
【００５４】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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において種々の変更を加えることが可能である。例えば基板および電子部品を収納するケースの構成、受熱部の形状、カバーの構成などの具体的な記載については上記実施の形態に限ることなく、適宜設計変更が可能である。受熱部の材料に関しては、グラファイトに限らず、金属材料を使うならば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。上記実施の形態ではケースとカバーは別体のものとしたが、ケースとカバーは一体のものであってもよい。また、本発明が適用される電子機器の種類は問わず、小型、薄型が要求される種々の電子機器に好適である。
【００５５】
【実施例】本発明者らは、本発明の効果を実証するために、機器を実際に作製して放熱効果の測定を行った。以下、その結果について報告する。
【００５６】６０ｍｍ×２０ｍｍの基板の一端側の両面に、第１の実施の形態で説明したように、片面６個ずつ、計１２個の電子部品（ＩＣ）を実装したものを準備し、この基板を種々の形態のケース内に収納したサンプルを作製した。
【００５７】比較例１として、図６に示すように、基板１００を単にＡＢＳ樹脂からなるケース１０１内に収納しただけで電子部品１０２とケース１０１との間に空隙があるサンプル、比較例２として、図７に示すように、基板１００をＡＢＳ樹脂からなるケース１０１内に収納するとともに電子部品１０２とケース１０１との間に厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１０３を挟持させたサンプル、比較例３として、比較例２のグラファイトシート１０３を同じ厚さの銅板に変えたサンプル、実施例１として本発明の第１の実施の形態の放熱構造（グラファイトシートをケース外に引き出して折り返したもの）を有するサンプルをそれぞれ作製した。
【００５８】上の４種類のサンプルにおいて、同じ条件で電子部品を駆動させ、定常状態に達した時の電子部品（発熱源）の温度、基板上の９箇所の測定点における温度を測定した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】ただし、表２において、「Ｔ0」は電子部品の温度、「Ｔmax」は９箇所の測定点のうちの最高温度、「Ｔmin」は同、最低温度、「Ｔmax−Ｔmin」は最高温度と最低温度の差、「ΔＴ」は比較例１を基準としたときの「Ｔmax−Ｔmin」の低下分を示す。
【００６１】表２に示すように、比較例１では電子部品の温度が８５．１℃、基板の温度が３０．７〜７３．１℃、基板面内の温度差が４２．４℃であった。これに対し、グラファイトシートを装入した比較例２では電子部品の温度が６７．６℃に下がり、基板の温度が３１．６〜６２．１℃、基板面内の温度差が３０．５℃となった。したがって、基板面内の温度差で見ると、グラファイトシートを装入したことで比較例１に対して基板温度を１１．９℃下げることができた。また、銅板を装入した比較例３も比較例２とほぼ同様の傾向を示し、比較例１に対する温度低減効果は１１．２℃であった。
【００６２】これに対して、実施例１の場合、電子部品の温度は６８．９℃で比較例２，３とほとんど変わらないものの、基板の温度が３０．１〜５４．７℃、基板面内の温度差が２４．６℃と、比較例２，３と比べて大きく低下させることができた。基板面内の温度差で見ると、グラファイトシートを装入し、さらにケース外方に引き出して折り返した構造としたことで比較例１に対して基板温度を１７．８℃も下げることができた。
【００６３】この結果から、電子部品等の発熱源と筐体との間に熱伝導部材がない（空気層が介在している）場合に比べて、上のようなグラファイト、銅等の熱伝導率の高い材料からなる熱伝導材を介在させるだけで放熱効果をある程度までは向上させることはできる。しかしながら、さらに本発明のように、熱伝導材を筐体の外部まで引き出し、筐体に接触しないように筐体に沿って折り曲げる構造とすると、単に熱伝導材を介在させた場合と比べて放熱効果をより大きく改善できることが実証された。
【００６４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、電子機器の小型化、薄型化を阻害することなく、電子機器の内部に極端な温度上昇が生じるのを防止し、熱による電子機器の異常を防止することができる。これにより、近年望まれている、より小型、薄型で信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図２】 図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】 同、電子機器を分解した状態（カバーを除く）を示す斜視図である。
【図４】 同、電子機器を分解した状態（カバーを含む）を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図６】 本発明の効果検証実験で用いた比較例１のサンプルの構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の効果検証実験で用いた比較例２，３のサンプルの構造を示す断面図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図９】 同、放熱構造における受熱板の引き出し部分を拡大視した図であって、図８のIX−IX線に沿う断面図である。
【図１０】 同、受熱板の引き出し部分の断面形状の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０ 電子機器
２，３１ プリント基板
３，３２ 電子部品（発熱部）
４，３３ ケース（筐体）
５ａ，５ｂ，３６ 受熱板（受熱部）
６ａ，６ｂ，３８ カバー
７，３４ 上ケース
７ｃ，８ｃ 板部
８，３５ 下ケース
９ 切り込み（放熱手段）
１０ 突起（放熱手段）
３７ 圧電振動子（振動手段）
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の放熱構造、特に小型、薄型の携帯用電子機器等に用いて好適な放熱構造であって、小型、薄型の特長を損なうことなく、電子機器内部で発生する熱を効率良く放熱するための構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノート型パソコン、ＰＤＡ（Personal Didital Assistant）、携帯電話等に代表される携帯型電子機器の分野では機能向上、処理能力向上に伴い、機器本体に内蔵される基板上のＣＰＵ等をはじめとする電子部品からの発熱量が増大する傾向にある。
【０００３】従来、この種の携帯型電子機器において、機器本体の内部の熱を放熱する方法としては、例えば、熱伝導の良い金属材料などからなる板体やヒートパイプなどの熱伝導部材を介してＣＰＵ等の発熱源から電子機器の筐体に熱を伝達し、筐体から自然空冷する方法が採用されていた。さらに、自然空冷で不充分な場合にはファンを用いて熱風を筐体の外部に排気し、強制的に空冷する方法が採用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記電子機器は、近年、ますます小型化、薄型化の傾向にあり、さらには使用者が身に着けて使用する、いわゆるウェアラブルな電子機器の提供が求められるようになってきた。そこで、放熱構造について考えると、自然空冷の場合、電子機器の小型化に伴って筐体の表面積が小さくなっていることから、放熱能力が低下して充分な放熱が行われず、熱による電子機器の異常が問題となる。強制空冷の場合、機器の小型化によりファンを設置するスペースがなくなるという問題がある。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、機器が小型化、薄型化しても充分な放熱能力を発揮することができ、熱による異常を防止することができる電子機器の放熱構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明の第１の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、発熱部から熱を受ける受熱部が筐体の内部に設けられるとともに、受熱部の一部が筐体の内部から外部に引き出され、受熱部の筐体外部に引き出された部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする。
【０００７】本発明の第１の電子機器の放熱構造は、熱が発熱部から受熱部に伝達され、受熱部から空気中に自然に放熱される自然空冷を利用したものである。そして、上記の構成を言い換えると、筐体は基板の保護のために基本的には密閉されているが、筐体内部に設けられた受熱部の一部は筐体外部に引き出された構造となっており、その引き出された部分は筐体表面に直接接触することなく、空気層を介してある程度の面積をもって筐体表面に沿うように配置される。したがって、受熱部に伝えられた熱が筐体外部に引き出された部分から空気中に放熱されるので、充分な放熱が行われ、熱による電子機器の異常を防止することができる。また、筐体外部に引き出された部分が筐体表面に接触していないので、筐体自身も充分に自然空冷され、これによっても筐体内部の温度上昇が抑制されるという作用がある。そして、受熱部のうち、筐体外部に引き出された部分は筐体から突出する方向に配置されるのではなく、筐体表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害することはない。
【０００８】本発明の第２の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、発熱部から熱を受ける受熱部が筐体と一体に構成されるとともに、受熱部の一部が筐体からその外部に向けて延在し、受熱部の筐体の外部に延在する部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする。
【０００９】上記第１の放熱構造は筐体と受熱部が別体であることを前提としているのに対し、本発明の第２の電子機器の放熱構造は、受熱部が筐体と一体に構成されている、言い換えると、基板を収納する筐体本体からその一部が外部に向けて延び、この部分が受熱部として機能するという構成のものである。本発明の第２の電子機器の放熱構造においても、受熱部に伝えられた熱が筐体本体の外部に延びた部分から空気中に放熱されるので、充分な放熱が行われ、熱による電子機器の異常を回避できる、筐体自身も空冷されることにより筐体内部の温度上昇がさらに抑制される、筐体本体の外部に引き出された部分が筐体表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害しない、という本発明の第１の放熱構造と同様の作用、効果を奏することができる。
【００１０】また、基板上で発熱部を設置する位置は任意でよいが、例えば複数の発熱部が基板の両面に配置された場合には、受熱部を発熱部を挟むように基板の両面側にそれぞれ設けた上で、各受熱部の筐体外部に位置する部分を筐体表面の異なる面に沿うようにそれぞれ配置することが望ましい。
【００１１】この構成においては、発熱部が基板の両面に配置された場合でも受熱部が各発熱部に対応して設けられているので、いずれの側の発熱部から発生する熱も確実に各受熱部に伝達され、充分な空冷を行うことができる。また、各受熱部の筐体外部に位置する部分が筐体表面の異なる面に沿うように配置されるので、放熱が効率良く行われるのと同時に、複数の受熱部を有していても機器の小型化、薄型化が実現できる。
【００１２】前記受熱部の具体的な材料としては、熱伝導率の高い材料を用いることが望ましく、金属ならば銅、アルミニウム、銀等を用いることが望ましい。また、無機材料であればグラファイト材等を用いることが望ましい。ここで言う「熱伝導率の高い材料」とは、熱伝導率がおおよそ４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料を指しているが、これに限るものではない。特にグラファイト材を用いた場合、熱伝導率が高く、かつ銅などの金属に比べて密度が小さいという特性によって小型のセットに用いたときにも重量が増加する恐れがないという利点が得られる。
【００１３】また、前記受熱部は単体材料で構成してもよいし、例えば絶縁性部材と熱伝導性部材（熱伝導率の高い部材）とを接合した積層体などを用いてもよい。
【００１４】さらに、受熱部の筐体外部に位置する部分は、そのままむき出しでも良いが、この部分を覆うカバーを設けることが望ましく、その場合、受熱部からの放熱を促進する放熱手段をカバーに設けることがより望ましい。カバーは、筐体と別体でもよいし、一体に形成してもよい。
【００１５】この構成においては、受熱部を覆うカバーを設けたことによって電子機器の取り扱いが容易となる。しかしながら、カバーを設けたことによって放熱効率が低下する恐れがあるため、カバーに受熱部からの放熱を促進する何らかの放熱手段を設けることが望ましい。放熱手段の具体例については後述するが、例えばカバーに空気の流路を設ける、表面積増大のための凹凸を設けるなどである。
【００１６】本発明の第３の電子機器の放熱構造は、発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された引き出し部分を振動させる振動手段が前記引き出し部分に設けられたことを特徴とする。
【００１７】本発明の第３の電子機器の放熱構造は、筐体内部に設けられた受熱部の一部が筐体外部に引き出されたものであり、発熱部からの熱が受熱部の引き出し部分に伝導され、引き出し部分から空気中に放散されるというように、熱を逃がす経路に関しては上記第１、第２の放熱構造と基本的に同じである。しかしながら、第１、第２の放熱構造では引き出し部分が静止しており、引き出し部分からの放熱は専ら自然空冷に頼っているのに対し、第３の電子機器の放熱構造は、振動手段の作用によって引き出し部分を振動させることで空気の流れを作り、放熱をより促進する、という点で強制空冷の要素を付加したものである。
【００１８】ただし、放熱（回転）ファンなどを用いた従来の強制空冷の構造では、任意の熱伝導材を用いて発熱部から放熱部まで熱を伝導させた後、放熱ファンに接続する必要があり、ファンの設置に大きなスペースを要していた。これに対し、上記第３の放熱構造は受熱部の一部である引き出し部分そのものを振動させるものであり、いわば熱伝導材を用いて熱を筐体外部に運搬し、その同じ熱伝導材を振動させることで強制空冷するものであるから、回転ファンのような大型の部品を使用する必要がなく、電子機器の小型化や薄型化を阻害することがない。
【００１９】第３の放熱構造における受熱部の構成材料においては、熱伝導率が高く、ある程度の弾性を有する材料を用いることが望ましく、金属ならば銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる板体を用いることができる。また、無機材料であればグラファイトシート、シリコン系シートなどを用いることができる。
【００２０】そして、上記の材料からなる板体やシートは上記材料単体で形成されていてもよいし、少なくともその一部が絶縁材で被覆された構成であってもよい。絶縁材で被覆した場合、この受熱部が筐体内において他の電子部品などと接触することがあっても、短絡等の不具合が生じる恐れがない。
【００２１】また、第３の放熱構造においては、前記振動手段によって前記受熱部の引き出し部分の固有振動数で振動させることが望ましい。この構成によれば、振動手段から与えられるエネルギーによって大きい振幅の振動が得られ、放熱効率をより高めることができる。
【００２２】前記受熱部の引き出し部分の形状としては、引き出し部分の断面形状（厚み、幅など）が一定のものであってもよいが、筐体外部へ引き出された箇所の近傍と振動先端側（すなわち、引き出し部分の基端側と先端側）とで異なるものであってもよい。例えば、引き出し部分を構成する熱伝導材の厚みを変える構成としてもよい。これは、引き出し部分の基端側はそれ程振動しないため、伝熱効率の方を重視して必要な熱抵抗から決まる板厚に設定し、先端側は振動が大きいため、振動のしやすさを重視して振動に最適な固有振動が得られる板厚に設定するという理由からである。このように、引き出し部分の基端側と先端側とで要求される伝熱と振動とのバランスを考慮して断面形状を変えることによって受熱部の最適な設計を行うことができる。
【００２３】前記振動手段としては、例えば圧電振動子を用いることができる。圧電振動子は現在、０．１ｍｍオーダーの薄型軽量のものが提供されており、この種の圧電振動子を用いることによって受熱部の引き出し部分に容易に取り付けることができ、電子機器の小型化や薄型化を阻害することなく、引き出し部分の振動を電気的に制御することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は電子機器を分解した状態（カバーを除く）を示す斜視図、図４R>４は電子機器を分解した状態（カバーを含む）を示す斜視図、である。図中符号２はプリント基板（基板）、３は電子部品（発熱部）、４はケース（筐体）、５ａ，５ｂは受熱板（受熱部）、６ａ，６ｂはカバーである。
【００２５】本実施の形態の電子機器１は、図１、図２に示すように、プリント基板２（以下、基板と略記する）の一端側の両面に、ＩＣ等の電子部品３が片面に６個ずつ、計１２個実装されている。電子機器１の動作時にこれら電子部品３が発熱源となる。ケース４はＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）樹脂等からなる中空の箱体であって、図３に示すように、上ケース７、下ケース８に２分割されており、電子部品３が実装された基板２が内部に収納できるようになっている。
【００２６】例えばグラファイトなどの熱伝導率の高い材料からなる２枚の受熱板５ａ，５ｂが、基板２の上面、下面に実装された電子部品３にそれぞれ当接するように装入されている。受熱板５ａ，５ｂの配置は、図３に示すように、基板下面側の電子部品３からの熱を放熱する受熱板５ａは、基板下面側の電子部品３に当接した後、基板２の側方で上向きに折り曲げられ、上ケース７の上板７ａに設けられたスリット７ｂを通って上ケース７の上方に引き出されている。さらに図４に示すように、受熱板５ａは上ケース７の上板７ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して上板７ａに沿って配置されている。すなわち、受熱板５ａは上ケース７の上板７ａを覆うように配置されているが、図１、図２に示すように、上板７ａには接触していない。
【００２７】基板上面側の電子部品３からの熱を放熱する受熱板５ｂについても、同様の構成である。基板上面側の電子部品３に当接した後、基板２の側方で下向きに折り曲げられ、下ケース８の下板８ａに設けられたスリットを通って下ケース８の下方に引き出され、下ケース８の下板８ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して下板８ａに沿って配置されている。
【００２８】上記の構成により、電子部品３から発生した熱は、電子部品３の表面から各受熱板５ａ，５ｂに伝わり、受熱板５ａ，５ｂの内部を伝わってケース４の外側に引き出された部分から受熱板５ａ，５ｂの両面に接する空気層に自然放熱される。また、熱はケース内に配置された受熱板５ａ，５ｂからケース４にも伝わるので、ケース４から空気層に自然放熱される分もある。
【００２９】そして、ケース４の上面側、下面側に配置された受熱板５ａ，５ｂを覆うように、ケース４と同様のＡＢＳ樹脂等からなるカバー６ａ，６ｂがケース４に固定されている。カバー６ａ，６ｂは受熱板６ａ，６ｂをそれぞれ外側から覆ってはいるが、受熱板６ａ，６ｂとは接触していない。よって、ケース４とカバー６ａ，６ｂとの間の空間内に、ケース４ともカバー６ａ，６ｂとも接触しないように受熱板５ａ，５ｂが装入された状態となっている。
【００３０】仮にケース４とカバー６ａ，６ｂの間の空間が完全に密閉された空間であると、受熱板５ａ，５ｂから放熱された熱がカバー６ａ，６ｂの内部にこもり、放熱効率が低下してしまうため、カバー６ａ，６ｂには放熱を促進するための手段が施されている。具体的には、図１、図４に示すように、カバー６ａ，６ｂの側面には全周にわたって多数の切り込み９が設けられており、この切り込み９によってケース４とカバー６ａ，６ｂとの間の空間が外気に解放された空間となっている。これにより、ケース４とカバー６ａ，６ｂの間の空間と外気との間で空気の交換が生じ、放熱効率を向上させることができる。
【００３１】さらに、カバー６ａ，６ｂの表面には全面にわたって多数の突起１０が形成されている（図１、図４R>４では図面を見やすくするため、突起１０の図示を一部省略した）。受熱板５ａ，５ｂから放熱された熱は空気層からカバー６ａ，６ｂを通じて放熱される分もあるが、カバー６ａ，６ｂの表面に多数の突起１０が形成されたことでカバー６ａ，６ｂの表面積が大きくなっており、放熱効率を向上させる効果を持つ。また、使用者がこの電子機器１を手で持つ場合などは、突起１０の上面だけが指に直接接することになるので、カバー６ａ，６ｂの温度が多少上昇したとしても使用者が熱さを感じにくいという効果があるし、突起１０があることで滑り止めなどの効果もある。
【００３２】本実施の形態の電子機器１の放熱構造においては、一端側が電子部品３に接触した受熱板５ａ，５ｂの他端側がケース４の外部に引き出され、その引き出された部分はケース４やカバー６ａ，６ｂの表面に接触することなく、空気層を介してある程度の面積をもってケース表面に沿うように配置されている。したがって、電子部品４から受熱板５ａ，５ｂに伝わった熱がケース外部に引き出された受熱板５ａ，５ｂの一部から空気層に充分放熱されることにより電子機器１の内部に極端な温度上昇が生じることがなく、熱による電子機器の異常を防止することができる。また、受熱板５ａ，５ｂのケース外部に引き出された部分がケース表面に接触していないので、ケース自身も充分に自然空冷され、これによってもケース内部の温度上昇が抑制されるという作用がある。そして、受熱板５ａ，５ｂのケース外部に引き出された部分はケース４から突出する方向に配置されるのではなく、ケース表面に沿うように折り曲げられて配置されるので、電子機器の小型化、薄型化を阻害することはない。
【００３３】また、本実施の形態の場合、基板２の両面に電子部品３が実装されているが、２枚の受熱板５ａ，５ｂが各面に対応して設けられているので、いずれの側の電子部品３から発生する熱も確実に各受熱板５ａ，５ｂに伝わり、充分な空冷を行うことができる。また、各受熱板５ａ，５ｂのケース外部に位置する部分がケース４の異なる面に沿うように配置されるので、放熱が効率良く行われるのと同時に、２枚の受熱板を有していても電子機器がそれ程厚くなることがない。
【００３４】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。図５は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。基本構造は第１の実施の形態とほぼ同様であるが、受熱板の部分がケースと一体に形成されている点が異なっている。また、図５において図１と共通の構成要素には同一の符号を付す。
【００３５】本実施の形態の電子機器２０は、図５に示すように、上ケース７の上方に、上ケース７の上板７ａの一辺側から上板７ａに沿って延びる板部７ｃが上ケース７と一体に成形されている。この板部７ｃは上板７ａと接触しておらず、板部７ｃと上板７ａとの間には空気層が介在している。下ケース側も同様の構成であり、下ケース８の下方に、下ケース８の下板８ａの一辺側から下板８ａに沿って延びる板部８ｃが下ケース８と一体に成形されている。板部８ｃは下板８ａと接触しておらず、板部８ｃと下板８ａとの間には空気層が介在している。
【００３６】本実施の形態の場合、上記のケース７，８と板部７ｃ，８ｃが一体となって受熱部を構成するが、ただ単にＡＢＳ樹脂等で形成された受熱部では熱伝導率が低く、受熱部が充分な放熱効果を発揮できない。そこで、各ケース７，８の内面および板部７ｃ，８ｃの両面は、ＡＢＳ樹脂よりも充分に高い熱伝導率を有する、例えばシリコン系熱伝導シートなどの材料でコーティングされている（図中、コーティング層２１で示す）。コーティング層２１はケース７，８の内面と板部７ｃ，８ｃの両面の全面にわたって連続して形成されている。本実施の形態においては、ＡＢＳ樹脂で形成されたケース７，８および板部７ｃ，８ｃ（絶縁性部材）とコーティング層２１（熱伝導性部材）とで受熱部が構成されるが、主に熱の伝達に寄与するのはコーティング層２１ということになる。よって、実際にはコーティング層２１が発熱源である電子部品３に当接し、熱がコーティング層２１内を伝わった後（ＡＢＳ樹脂内も勿論伝わる）、板部表面のコーティング層２１の部分からカバー６ａ，６ｂ内の空気層に自然放熱される。
【００３７】本実施の形態の電子機器２０の放熱構造においても、電子機器の小型化、薄型化を阻害することなく、電子機器の内部に極端な温度上昇が生じるのを防止し、熱による電子機器の異常を防止することができる、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、筐体内の温度の均一化が図れるという本実施の形態特有の効果を得ることもできる。
【００３８】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３の実施の形態を図８〜図１０を参照して説明する。図８は本実施の形態の電子機器の放熱構造を示す図であって、この放熱構造を適用した電子機器の斜視図である。図９は本実施の形態の特徴である受熱板の引き出し部分を拡大視した断面図である。
【００３９】本実施の形態の電子機器３０は、図８に示すように、基板３１の一端側の両面に、ＩＣ等の電子部品３２（発熱部）が片面に６個ずつ、計１２個実装されている。電子機器３０の動作時にこれら電子部品３２が発熱源となる。ケース３３はＡＢＳ樹脂等からなる中空の箱体であって、上ケース３４、下ケース３５に２分割されており、電子部品３２が実装された基板３１が内部に収納できるようになっている。
【００４０】１枚の受熱板３６（受熱部）が、折り曲げられた状態で基板３１の上面、下面に実装された電子部品３２にそれぞれ当接するように装入されている。この受熱板３６は、例えばグラファイトなどの熱伝導率の高い材料からなる薄板の両面に有機絶縁膜をコーティングしたものであり、全体の厚みが０．５ｍｍ程度である。グラファイトに代えて、シリコンシート、金属材料であれば銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金などを用いてもよい。また、受熱板３６の一端側は上ケース３４の上板３４ａに設けられたスリット３４ｂを通って上ケース３４の上方に引き出されている。この受熱板３６の引き出し部分３６ａは上ケース３４の上板３４ａを覆うように折り曲げられ、空気層を介して上ケース３４の上板３４ａに沿って配置されている。すなわち、受熱板３６の引き出し部分３６ａは上ケース３４の上板３４ａを覆うように配置されているが、上板３４ａには接触していない。
【００４１】受熱板３６の引き出し部分３６ａの両面には、上ケース３４の上方に引き出された箇所の近傍（引き出し部分３６ａの基端側）に圧電振動子３７（振動手段）がそれぞれ設置されている。この圧電振動子３７は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体薄板の両面に駆動用電極を形成したものであり、電極間に交流電圧を印加することによって、図９に示すように、各圧電振動子３７が引き出し部分３６ａの長手方向（図９の矢印Ａの方向）に交互に伸縮を繰り返すことで引き出し部分３６ａをケース３３外に引き出された箇所を支点としてその板厚方向（図９の矢印Ｂの方向）に振動させるものである。
【００４２】そして、上ケース３４の上面側に配置された受熱板３６の引き出し部分３６ａを覆うように、ケース３３と同様のＡＢＳ樹脂等からなるカバー３８が上ケース３４に固定されている。カバー３８は受熱板３６を外側から覆ってはいるが、受熱板３６の引き出し部分３６ａとは接触していない。よって、上ケース３４とカバー３８との間の空間内に、上ケース３４ともカバー３８とも接触しないように受熱板３６の引き出し部分３６ａが装入された状態となっている。
【００４３】また図８では図示を省略したが、第１、第２の実施の形態と同様、カバー３８内部の熱を外部に逃がすための切り込みや、カバー３８の表面積を大きくすることでカバー３８からの放熱を促進する多数の突起などをカバー３８に設けるようにしてもよい。
【００４４】上記構成の放熱構造においては、電子部品３２から発生した熱は電子部品３２の表面から受熱板３６に伝導され、受熱板３６の内部を伝導してケース３３の外側に引き出された引き出し部分３６ａから両面に接する空気層に放熱される。同時に、引き出し部分３６ａに設置した圧電振動子３７を駆動することにより引き出し部分３６ａが振動するので、強制空冷の形となって放熱がより促進される。この際、圧電振動子３７を駆動する印加交流電圧の周波数を調整し、引き出し部分３６ａの固有振動数（あるいは共振周波数）でできるだけ振動させるようにする。このようにすると、引き出し部分３６ａが大きい振幅で振動し、放熱効率をより高めることができる。
【００４５】ここで、受熱板の構成材料を変えた場合の固有振動数および共振周波数を計算した例を示す。受熱板の振動を片持ち梁の振動とみなした時の固有振動数ω、共振周波数ｆはそれぞれ次式で表される。
ω＝（λ／ｌ）2・√｛（Ｅ・Ｉ）／（ρ・Ａ）｝ …（１）
ｆ＝ω／２π …（２）
ただし、λ≒１．８７５、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面二次モーメント（断面が長方形の時、Ｉ＝ｂｈ3／１２（ｂ：梁の幅、ｈ：梁の厚み））、ρ：密度、Ａ：梁の断面積、ｌ：梁の長さ、である。
【００４６】受熱板の構成材料を銅、アルミニウム、シリコンとしたときの固有振動数ω、共振周波数ｆの値を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】このように、固有振動数（共振周波数）は受熱板の構成材料や寸法によって固有の値であるから、この固有振動数（共振周波数）に合致した振動が得られるように圧電振動子の駆動を制御することが望ましい。
【００４９】放熱（回転）ファンなどを用いた従来の強制空冷の構造では、任意の熱伝導材を用いて発熱部から放熱部まで熱を伝導させた後、放熱ファンに接続する必要があり、ファンの設置に大きなスペースを要していた。これに対し、本実施の形態の放熱構造は受熱部３６の一部である引き出し部分３６ａ自体を振動させる構成であり、いわば熱伝導材を用いて熱をケース外部に運搬し、その同じ熱伝導材を振動させることで強制空冷するものであるから、回転ファンのような別の大型の部品を使用する必要がなく、放熱構造の簡略化が図れるとともに電子機器の小型化や薄型化を阻害することがない。
【００５０】さらに本実施の形態においては、圧電振動子３７を用いて受熱部３６の引き出し部分３６ａを振動させているが、圧電振動子３７は現在、０．１ｍｍオーダーの薄型軽量のものが提供されており、この種の圧電振動子３７を受熱部３６の引き出し部分３６ａに容易に取り付けることができ、電子機器の小型化や薄型化を阻害することなく、引き出し部分の振動を電気的に制御することができる。
【００５１】本実施の形態の放熱構造においては、受熱板３６がグラファイトシートなどの表面に有機絶縁コーティングが施されたものであるから、受熱部３６がケース３３内において他の電子部品などと接触することがあっても、短絡等の電気的な不具合が生じる恐れがない。
【００５２】なお、本実施の形態では、図９に示したように、受熱部３６の引き出し部分３６ａの断面形状（厚み、幅など）が基端側から先端側にかけて一定のものを用いたが、基端側と先端側とで異なるものを用いてもよい。例えば図１０に示すように、引き出し部分４０の基端側４０ａの厚みを厚く、先端側４０ｂの厚みを薄くというように引き出し部分４０を構成する熱伝導材の厚みを変える構成としてもよい。これは、引き出し部分４０の基端側４０ａはそれ程振動しないため、伝熱効率の方を重視して必要な熱抵抗から決まる厚みに設定し、先端側４０ｂは振動が大きいため、振動のしやすさを重視して振動に最適な固有振動が得られる厚みに設定するという観点の構造である。このように、引き出し部分の基端側と先端側とで要求される伝熱と振動とのバランスを考慮して断面形状を変えれば、受熱部の最適な設計を行うことができる。
【００５３】さらに、受熱部の引き出し部分にフィンや開口部を形成して放熱面積を大きくしたり、引き出し部分の平面形状を例えば音叉状に変えたりしてもよく、これらの手段により放熱効率をさらに高めることが可能である。
【００５４】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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において種々の変更を加えることが可能である。例えば基板および電子部品を収納するケースの構成、受熱部の形状、カバーの構成などの具体的な記載については上記実施の形態に限ることなく、適宜設計変更が可能である。受熱部の材料に関しては、グラファイトに限らず、金属材料を使うならば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。上記実施の形態ではケースとカバーは別体のものとしたが、ケースとカバーは一体のものであってもよい。また、本発明が適用される電子機器の種類は問わず、小型、薄型が要求される種々の電子機器に好適である。
【００５５】
【実施例】本発明者らは、本発明の効果を実証するために、機器を実際に作製して放熱効果の測定を行った。以下、その結果について報告する。
【００５６】６０ｍｍ×２０ｍｍの基板の一端側の両面に、第１の実施の形態で説明したように、片面６個ずつ、計１２個の電子部品（ＩＣ）を実装したものを準備し、この基板を種々の形態のケース内に収納したサンプルを作製した。
【００５７】比較例１として、図６に示すように、基板１００を単にＡＢＳ樹脂からなるケース１０１内に収納しただけで電子部品１０２とケース１０１との間に空隙があるサンプル、比較例２として、図７に示すように、基板１００をＡＢＳ樹脂からなるケース１０１内に収納するとともに電子部品１０２とケース１０１との間に厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１０３を挟持させたサンプル、比較例３として、比較例２のグラファイトシート１０３を同じ厚さの銅板に変えたサンプル、実施例１として本発明の第１の実施の形態の放熱構造（グラファイトシートをケース外に引き出して折り返したもの）を有するサンプルをそれぞれ作製した。
【００５８】上の４種類のサンプルにおいて、同じ条件で電子部品を駆動させ、定常状態に達した時の電子部品（発熱源）の温度、基板上の９箇所の測定点における温度を測定した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】ただし、表２において、「Ｔ0」は電子部品の温度、「Ｔmax」は９箇所の測定点のうちの最高温度、「Ｔmin」は同、最低温度、「Ｔmax−Ｔmin」は最高温度と最低温度の差、「ΔＴ」は比較例１を基準としたときの「Ｔmax−Ｔmin」の低下分を示す。
【００６１】表２に示すように、比較例１では電子部品の温度が８５．１℃、基板の温度が３０．７〜７３．１℃、基板面内の温度差が４２．４℃であった。これに対し、グラファイトシートを装入した比較例２では電子部品の温度が６７．６℃に下がり、基板の温度が３１．６〜６２．１℃、基板面内の温度差が３０．５℃となった。したがって、基板面内の温度差で見ると、グラファイトシートを装入したことで比較例１に対して基板温度を１１．９℃下げることができた。また、銅板を装入した比較例３も比較例２とほぼ同様の傾向を示し、比較例１に対する温度低減効果は１１．２℃であった。
【００６２】これに対して、実施例１の場合、電子部品の温度は６８．９℃で比較例２，３とほとんど変わらないものの、基板の温度が３０．１〜５４．７℃、基板面内の温度差が２４．６℃と、比較例２，３と比べて大きく低下させることができた。基板面内の温度差で見ると、グラファイトシートを装入し、さらにケース外方に引き出して折り返した構造としたことで比較例１に対して基板温度を１７．８℃も下げることができた。
【００６３】この結果から、電子部品等の発熱源と筐体との間に熱伝導部材がない（空気層が介在している）場合に比べて、上のようなグラファイト、銅等の熱伝導率の高い材料からなる熱伝導材を介在させるだけで放熱効果をある程度までは向上させることはできる。しかしながら、さらに本発明のように、熱伝導材を筐体の外部まで引き出し、筐体に接触しないように筐体に沿って折り曲げる構造とすると、単に熱伝導材を介在させた場合と比べて放熱効果をより大きく改善できることが実証された。
【００６４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、電子機器の小型化、薄型化を阻害することなく、電子機器の内部に極端な温度上昇が生じるのを防止し、熱による電子機器の異常を防止することができる。これにより、近年望まれている、より小型、薄型で信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図２】 図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】 同、電子機器を分解した状態（カバーを除く）を示す斜視図である。
【図４】 同、電子機器を分解した状態（カバーを含む）を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図６】 本発明の効果検証実験で用いた比較例１のサンプルの構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の効果検証実験で用いた比較例２，３のサンプルの構造を示す断面図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。
【図９】 同、放熱構造における受熱板の引き出し部分を拡大視した図であって、図８のIX−IX線に沿う断面図である。
【図１０】 同、受熱板の引き出し部分の断面形状の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０ 電子機器
２，３１ プリント基板
３，３２ 電子部品（発熱部）
４，３３ ケース（筐体）
５ａ，５ｂ，３６ 受熱板（受熱部）
６ａ，６ｂ，３８ カバー
７，３４ 上ケース
７ｃ，８ｃ 板部
８，３５ 下ケース
９ 切り込み（放熱手段）
１０ 突起（放熱手段）
３７ 圧電振動子（振動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項２】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体と一体に構成されるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体からその外部に向けて延在し、前記受熱部の前記筐体の外部に延在する部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項３】 前記発熱部が前記基板の両面に配置され、前記受熱部が前記発熱部を挟んで前記基板の両面側にそれぞれ設けられ、前記受熱部の筐体外部に位置する部分の各々が前記筐体表面の異なる面に沿うように配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項４】 前記受熱部が、グラファイト材からなることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項５】 前記受熱部が、絶縁性部材と該絶縁性部材に接合された熱伝導性部材とからなることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項６】 前記受熱部の筐体外部に位置する部分を覆うカバーが設けられ、該カバーに前記受熱部からの放熱を促進する放熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項７】 前記カバーが前記筐体と一体に形成されたことを特徴とする請求項６記載の電子機器の放熱構造。
【請求項８】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された引き出し部分を振動させる振動手段が前記引き出し部分に設けられたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項９】 前記受熱部が、銅または銅合金、もしくはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板体、グラファイトシート、シリコン系シートのいずれかからなることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１０】 前記受熱部が、銅または銅合金、もしくはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板体、グラファイトシートのいずれかからなり、少なくともその一部が絶縁材で被覆されていることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１１】 前記受熱部の引き出し部分の固有振動数で振動させることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１２】 前記受熱部の引き出し部分の断面形状が、前記筐体外部へ引き出された箇所の近傍と振動先端側とで異なることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１３】 前記振動手段が圧電振動子であることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項２】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体と一体に構成されるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体からその外部に向けて延在し、前記受熱部の前記筐体の外部に延在する部分が、筐体表面の少なくとも一部を覆うように折り曲げられ、空気層を介して筐体表面に沿うように配置されたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項３】 前記発熱部が前記基板の両面に配置され、前記受熱部が前記発熱部を挟んで前記基板の両面側にそれぞれ設けられ、前記受熱部の筐体外部に位置する部分の各々が前記筐体表面の異なる面に沿うように配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項４】 前記受熱部が、グラファイト材からなることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項５】 前記受熱部が、絶縁性部材と該絶縁性部材に接合された熱伝導性部材とからなることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項６】 前記受熱部の筐体外部に位置する部分を覆うカバーが設けられ、該カバーに前記受熱部からの放熱を促進する放熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の放熱構造。
【請求項７】 前記カバーが前記筐体と一体に形成されたことを特徴とする請求項６記載の電子機器の放熱構造。
【請求項８】 発熱部が配置された基板が筐体の内部に設けられた電子機器の放熱構造であって、前記発熱部から熱を受ける受熱部が前記筐体の内部に設けられるとともに、前記受熱部の一部が前記筐体の内部から外部に引き出され、前記受熱部の筐体外部に引き出された引き出し部分を振動させる振動手段が前記引き出し部分に設けられたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
【請求項９】 前記受熱部が、銅または銅合金、もしくはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板体、グラファイトシート、シリコン系シートのいずれかからなることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１０】 前記受熱部が、銅または銅合金、もしくはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板体、グラファイトシートのいずれかからなり、少なくともその一部が絶縁材で被覆されていることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１１】 前記受熱部の引き出し部分の固有振動数で振動させることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１２】 前記受熱部の引き出し部分の断面形状が、前記筐体外部へ引き出された箇所の近傍と振動先端側とで異なることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【請求項１３】 前記振動手段が圧電振動子であることを特徴とする請求項８記載の電子機器の放熱構造。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【公開番号】特開２００２−３４４１８０（Ｐ２００２−３４４１８０Ａ）
【公開日】平成１４年１１月２９日（２００２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−１８４８３０（Ｐ２００１−１８４８３０）
【出願日】平成１３年６月１９日（２００１．６．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年１１月２９日（２００２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年６月１９日（２００１．６．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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