JP4174919B2 - ファン装置付き電気機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に小型の筐体を有する各種の電気機器に適用して有効なファン装置付き電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の電気機器において、筐体内の冷却を行うためのファン装置を設けたものが提供されている。
また、このようなファン装置を用いた電気機器において、筐体内で熱源が分散せざるを得ないような場合には、次のような方法によって冷却効果を得るようにしていた。
（１）熱源に対応して複数のファン装置を設ける。
（２）１つのファン装置を設けるとともに、その他の部分はヒートパイプで熱を低温度部に移動させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）に示す従来の方法では、複数のファン装置を配置するため、かなりの配置スペースが取られてしまい、例えば携帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおいては、採用できないという問題がある。
また、（２）に示す従来の方法では、ヒートパイプに対して熱の移動による冷却効果を得るために、低温側の放熱容量を大きくするか、ヒートパイプの径を太くする必要があり、小型、軽量化が求められる、例えば携帯型の機器等においては、冷却効果に限界がある。さらに、冷却する部位をヒートパイプに取り付ける必要があり、部分的な冷却効果しか得られない。
そこで、このような問題に対応すべく、筐体内の複数の熱源による温度値に応じて１つのファン装置による気流の方向を板状の部材によって制御し、筐体内の複数の熱源を冷却するようにした装置が提案されている。
【０００４】
例えば特開平１１−４０９６９号公報に開示された冷却構造は、筐体内のエアダクトの側壁に複数の開閉板を設け、かつ筐体内の熱源の温度を検出する温度センサを複数配置し、各温度センサの検出値に応じて各開閉板を開閉制御することにより、エアダクト内に流れる冷却エアを筐体の各部に選択的に供給するものである。
しかしながら、この冷却構造では、筐体内にエアダクトを設ける構造であるため、構造が複雑化し、例えば携帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおいては、採用しづらいという問題がある。
【０００５】
また、特開平５−１２６３５２号公報に開示された冷却装置では、複数のファン装置の故障等に対応して複数のルーパの傾きを制御することにより、筐体内を均一に冷却するものである。
しかしながら、この冷却装置においても、筐体内に複数のルーパを配置する構造であるため、構造が複雑化し、例えば携帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおいては、採用しづらいという問題がある。
また、この冷却装置では、複数のルーパをモータにより駆動するため、この点からも電気機器の大型化を招くという問題がある。
【０００６】
さらに、特開平９−１８６４７７号公報に開示された空冷構造では、冷却エアを流通する通風孔を設けた板と、通風孔を塞ぐ板とを重ね合わせてスライドする構造で配置し、スライドさせることにより気流を制御するものである。
しかしながら、この空冷構造においては、ファン装置による気流の方向に対して直交する状態で２つの板を重ね合わせて配置する構造であるため、筐体内のスペースを大きくとり、例えば携帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおいては、採用しづらいという問題がある。
【０００７】
例えば携帯電話機では、人の手でつかめる細長い筐体を有しており、この細長い筐体を全体的に１つのファン装置で効率的に冷却しようとすると、筐体の長手方向に冷却エアの気流を発生させて冷却することが有効となる。
また、携帯電話機の筐体内には、複数の基板が配置されており、これらは一般的に、筐体の表側面に設けられた表示／操作面と平行に、筐体の長手方向に沿って配置されることが多い。
また、携帯型のオーディオ装置等においても同様である。
したがって、このような筐体内の基板配置構造を阻害することなく、かつ、構造の複雑化を招くことなく、筐体内の各部にファン装置の冷却エアを供給する構造が必要となる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、筐体内の複数の熱源の温度に対応して１つのファン装置の冷却エアを有効に分配して供給でき、特に小型の筐体を有する電気機器における各種配線基板等の配置構造を阻害することなく、かつ、構造の複雑化を招くことなく、効率のよい冷却を行うことができるファン装置付き電気機器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、筐体内の空間を分割する仕切り板を有し、前記仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材を有する電気機器において、前記筐体の側壁部の前記仕切り板の一方の端部に臨む位置に形成された第１の開口部と、前記筐体の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された第２の開口部と、前記筐体の前記第１の開口部の内側に配置され、前記仕切り板の板面方向に沿って気流を発生させるファン装置と、前記仕切り板の他方の端部と前記第２の開口部との間に、前記仕切り板の板面方向に沿って配置され、前記仕切り板側の端部を中心に前記第２の開口部側の端部が傾斜可能に設けられた可動フィンと、前記可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子と、前記仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出する第１及び第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検出温度の差に基づいて、前記圧電素子を駆動することにより、前記可動フィンの傾斜角度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のファン装置付き電気機器において、筐体内の空間は、仕切り板によって分割され、この仕切り板の板面方向の両側に第１及び第２の開口部が形成され、第１の開口部の内側にファン装置が設けられていることから、ファン装置が駆動すると、基本的には仕切り板の板面方向に気流が生じ、外部から吸引した冷却エアによって仕切り板で仕切られた各空間を冷却し、外部に排気する。
また、仕切り板で仕切られた各空間の温度は、第１、第２の温度センサによって検出され、その検出温度の差に基づいて、圧電素子を介して可動フィンの傾斜角度が制御される。
【００１１】
可動フィンは、仕切り板の他方の端部と第２の開口部との間に、仕切り板の板面方向に沿って配置されているため、通常の傾斜しない状態（中立状態）では、仕切り板と同一平面を形成しており、筐体の細長い空間内で邪魔にならない状態で配置されている。この中立状態では、ファン装置による冷却エアの流れは、仕切り板で仕切られた各空間を例えば均等に冷却している。
そして、この中立状態から、可動フィンの傾斜角度が制御されると、可動フィンの第２の開口部に臨む端部が変位し、仕切り板で仕切られた各空間のいずれか一方に傾く。これにより、仕切り板で仕切られた各空間に対するファン装置による冷却エアの割合が変更され、温度上昇の大きい方の空間に多くの冷却エアが供給され、冷却バランスを適正に制御できる。
【００１２】
このような可動フィンが傾斜する領域は、筐体内の第２の開口部に近接する領域であるため、空間の全体的なスペースを阻害することなく、第２の開口部に近接する空間だけを用いて冷却エアの流れを制御でき、小型の筐体を有する電気機器に容易に適合できる。
したがって、筐体内の複数の熱源の温度に対応して１つのファン装置の冷却エアを有効に分配して供給でき、特に小型の筐体を有する電気機器における各種配線基板等の配置構造を阻害することなく、かつ、構造の複雑化を招くことなく、効率のよい冷却を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるファン装置付き電気機器の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるファン装置付き電気機器の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１に示すファン装置付き電気機器に設けられた可動フィンの傾斜時の状態を示す断面図である。
本例のファン装置付き電気機器は、例えば携帯可能に構成された細長または扁平な直方体状の筐体１０を有している。この筐体１０は、例えばプラスチック製のものであり、長手方向（図中水平方向）の一方の外側壁に、冷却エアの流出口（第１の開口部）１２が形成され、他方の外側部に、冷却エアの流入口（第２の開口部）１４が形成されている。なお、流出口１２及び流入口１４は、例えば格子状に多数の貫通孔を集めたものであり、必要に応じてエアフィルタ等を配置したものであってもよい。
【００１４】
そして、筐体１０の流出口１２の内側にはファン装置２０が配置されている。このファン装置２０は、筐体１０内に流入口１４から流出口１２に向う方向に気流を発生させ、流入口１４から吸引した外気による冷却エアを流出口１２より外部に排気して、筐体１０内の冷却を行うものである。なお、このファン装置２０の駆動量（回転速度）は、後述するＭＰＵ（制御手段）１００によって制御され、冷却力を調整するようになっている。
また、この筐体１０内には、長手方向（図中水平方向）に配置され、筐体１０内の空間を２分割する仕切り板４０が設けられている。すなわち、筐体１０の内部空間は、仕切り板４０によって図中垂直方向（仕切り板４０の板厚方向）に２分割され、それぞれ分割空間は、図中垂直方向に狭い空間となっている。
この仕切り板４０は、例えば筐体１０内で各種回路基板や電気部品を支持するとともに、筐体２０の補強を図るためなどに設けられたものである。
この仕切り板４０の一方の端部は、ファン装置２０及び流出口１２に臨む位置に配置されており、他方の端部は、流入口１４から一定の距離を有する位置に配置されている。
【００１５】
そして、仕切り板４０の他方の端部には、ヒンジ部４２を介して可動フィン３０が連結されている。
この可動フィン３０は、仕切り板４０の板面に沿って配置され、仕切り板４０と同一幅の板状に形成されている。
この可動フィン３０は、仕切り板４０と流入口１４との間のスペースに対応する大きさを有し、一方の端部が仕切り板４０のヒンジ部４２に回動自在に連結され、他方の端部が流入口１４に臨む位置に配置されている。
そして、この可動フィン３０は、ヒンジ部４２を中心に回動し、流入口１４側の端部が図中垂直方向に変位するものとなっている。
なお、ヒンジ部４２は、例えば合成樹脂により可動フィン３０と仕切り板４０とを一体成型によって形成するようにし、この可動フィン３０と仕切り板４０との境界部分を板厚を薄肉に形成することにより、合成樹脂の可撓性により可動フィン３０が傾動変位できるようにしたものである。このような可動フィン３０と仕切り板４０及びヒンジ部４２の構成により、さらに小型な構成に容易に対応し得るものである。
【００１６】
また、ヒンジ部４２には、圧電素子４４が設けられており、この圧電素子４４を制御電圧の印加によって伸縮変形させることにより、可動フィン３０の傾斜角度を段階的に制御するようになっている。なお、圧電素子の形態としては、例えば、単純に圧電素子の伸縮を可動フィン３０に垂直方向に伝えて傾斜角度を変えるような形態であってもよいし、あるいは、バイモルフ型の圧電素子を用いることも可能である。
このような圧電素子を用いることにより、例えば駆動モータ等を用いる場合に比べて、筐体１０内で微小なアクチュエータにより可動フィン３０の傾斜制御を行うようになっている。なお、図２は、可動フィン３０の最大傾斜範囲を示している。
このような圧電素子４４は、ドライバ回路４６によって駆動される。このドライバ回路４６は、後述する筐体１０内の温度検出等に基づいて、ＭＰＵ１００によって制御される。また、ドライバ回路４６は、例えば圧電素子４４に印加する電圧の極性を反転することにより、可動フィン３０の傾斜方向を逆方向に制御できるものである。
【００１７】
また、筐体１０内の仕切り板４０によって仕切られた上側の分割空間内には、プリント配線基板５０が配置され、第１の発熱部材（熱源）５２が設けられている。
また、筐体１０内の仕切り板４０によって仕切られた下側の分割空間内にも、プリント配線基板５４が配置され、第２の発熱部材（熱源）５６が設けられている。
そして、各発熱部材５２、５６には、第１、第２の温度センサ６０、６２が設けられており、各発熱部材５２、５６の温度が検出される。
また、流出口１２の内側には、ファン装置２０のほぼ中心部に第３の温度センサ６４が設けられている。この温度センサ６４により、冷却エアの排気時の温度が検出される。
そして、このような各温度センサ６０、６２、６４による検出温度は、ＭＰＵ１００によって読み取られ、ＭＰＵ１００は、これらの検出温度に基づいて、ファン装置２０の回転速度制御と、ドライバ回路４６による可動フィン３０の傾斜角度制御を行う。
【００１８】
また、この電気機器には、ＭＰＵ１００の制御に用いるデータテーブル１１０が設けられている。このデータテーブル１１０は、第１のテーブルと第２のテーブルから構成されている。第１のテーブルは、第１、第２の温度センサ６０、６２による検出温度差と仕切り板４０で仕切られた各空間の流量との関係データを記憶している。また、第２のテーブルは、第３の温度センサ６４による検出温度とファン装置２０の回転速度との関係データを記憶している。
ＭＰＵ１００は、このようなデータテーブル１１０に記憶された関係データと各温度センサ６０、６２、６４からの検出温度データとに基づいて、ファン装置２０の回転速度を制御するとともに、ドライバ回路４６による可動フィン３０の傾斜角度を段階的に制御する。
【００１９】
図３は、本例における電気機器におけるファン装置２０と可動フィン３０の制御動作の流れを示すフローチャートである。以下、本フローチャートに基づいて本例の制御動作について説明する。
まず、ステップＳ１において、温度センサ６０、６２により各分割空間の温度を検出する。そして、これらの検出温度ｔ１、ｔ２をＭＰＵ１００で読み取り、上側分割空間の検出温度ｔ１と理想温度との温度差、及び下側分割空間の検出温度ｔ２と理想温度との温度差を求める（ステップＳ２）。
【００２０】
次に、このような温度差のデータに基づいて、データテーブル１１０の第１のテーブルを参照し（ステップＳ３、Ｓ４）、この参照結果によって可動フィン３０の傾斜角度を決定する（ステップＳ５）。上述した第１のテーブルには、各分割空間の検出温度ｔ１、ｔ２とそれぞれの理想温度との温度差から、冷却エアの流入量の割合が定義されており、この定義から可動フィン３０の傾斜角度を決定するものとする。
このようにして可動フィン３０の傾斜角度を決定すると、その傾斜角度に応じて制御信号をドライバ回路４６に出力し、ドライバ回路４６は、この制御信号に対応する駆動電圧を圧電素子４４に印加し、可動フィン３０をステップＳ５で決定した傾斜角度に制御する（ステップＳ６）。
【００２１】
次に、温度センサ６４により流出口１２の温度を検出する（ステップＳ７）。そして、この検出温度ｔをＭＰＵ１００で読み取り、この検出温度ｔのデータに基づいて、データテーブル１１０の第２のテーブルを参照し、この参照結果によってファン装置２０の回転速度を決定する（ステップＳ８、Ｓ９）。ファン装置２０の回転速度は、多段階に分かれており、温度センサ６４で検出された温度ｔからデータテーブル１１０を使用してファン装置２０の回転速度を決定する。
そして、このように決定した回転速度に応じて制御信号をファン装置２０に供給し、ファン装置２０を必要な回転速度で駆動制御する。
なお、以上のようなファン装置２０と可動フィン３０の制御動作は、電気機器の起動時や定期的な割り込み動作によって実行するものとする。
以上のようにして、仕切り板４０によって上下に仕切られた筐体１０の２つの空間に対し、ファン装置２０によって供給する冷却エアの量をファン装置２０と可動フィン３０の制御動作によって適正に制御することができ、各空間内を最適な温度に維持することができる。
【００２２】
以上のような本形態の電気機器によれば、筐体内の空間が上下２層に分割された小型（細長型または扁平型）の機器において、それぞれの層に熱源があるような構成の電気機器に特に有効な冷却構造を提供することができる。
また、２層に分割された筐体内の各層に温度センサを取り付けることにより、その温度差に応じて外気を温度の高い方に優先的に流入し、機器全体の冷却効果を高めることができる。
また、層を分割している仕切り板４０の一部を構成する可動フィン３０を変位させることにより、流入する冷却エアの振り分けを行うことから、筐体内の空間を仕切る構造を利用して冷却エアの制御を行うことができ、上述した先行発明として列挙した別部品によるルーパや開閉板を設ける構成のように、冷却エアを制御するためだけの専用の部品を付加する必要がなく、構造の簡素化を図ることができる。
【００２３】
また、可動フィン３０を圧電素子４４により駆動することから、モータ等の機構を用いる構成に比べて、可動装置を小型に抑えることができ、例えばフィンの駆動用モータが配置できないような小型の形態機器に有利である。
また、ファン装置２０の回転速度を流出温度の高いときには速く、低いときには遅く多段階に自動調整させることから、省電力化を図ることが可能である。
また、フィンの傾斜角度は、各層の温度差と冷却エアの流量の関係データから決定するため、この関係データを変更することにより、ハードウエアの変更を行うことなく、各層に対する冷却エアの変更を容易に行うことができる。
また、筐体内を仕切っている仕切り板４０に可動フィンを取り付けた構成であるため、層を増やしたい分だけ可動フィンも増やすことが可能である。したがって、筐体内が多層に分割されている場合にも、同様の構造により各層の冷却が実現可能となる。
【００２４】
なお、本発明の変形例として、フィンの角度を決めるデータテーブルのデータを変更することにより、性質の異なる２つの気体を目的に合わせて混合する装置を実現することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のファン装置付き電気機器では、筐体内の空間を分割する仕切り板を有し、仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材を有する電気機器において、筐体の側壁部の仕切り板の一方の端部に臨む位置に形成された第１の開口部と、筐体の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された第２の開口部と、筐体の第１の開口部の内側に配置され、仕切り板の板面方向に沿って気流を発生させるファン装置と、仕切り板の他方の端部と第２の開口部との間に、仕切り板の板面方向に沿って配置され、仕切り板側の端部を中心に第２の開口部側の端部が傾斜可能に設けられた可動フィンと、可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子と、仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出する第１及び第２の温度センサと、第１の温度センサと第２の温度センサとの検出温度の差に基づいて、圧電素子を駆動することにより、可動フィンの傾斜角度を制御する制御手段とを設けた。
したがって、筐体内の複数の熱源の温度に対応して１つのファン装置の冷却エアを有効に分配して供給でき、特に小型の筐体を有する電気機器における各種配線基板等の配置構造を阻害することなく、かつ、構造の複雑化を招くことなく、効率のよい冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるファン装置付き電気機器の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すファン装置付き電気機器に設けられた可動フィンの傾斜時の状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す電気機器における制御動作の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０……筐体、１２……流出口、１４……流入口、２０……ファン装置、３０……可動フィン、４０……仕切り板、４２……ヒンジ部、４４……圧電素子、４６……ドライバ回路、５０、５４……プリント配線基板、５２、５６……熱源、６０、６２、６４……温度センサ、１００……ＭＰＵ、１１０……データテーブル。

Claims (8)

1. 筐体内の空間を分割する仕切り板を有し、前記仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材を有する電気機器において、
   前記筐体の側壁部の前記仕切り板の一方の端部に臨む位置に形成された第１の開口部と、
   前記筐体の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された第２の開口部と、
   前記筐体の前記第１の開口部の内側に配置され、前記仕切り板の板面方向に沿って気流を発生させるファン装置と、
   前記仕切り板の他方の端部と前記第２の開口部との間に、前記仕切り板の板面方向に沿って配置され、前記仕切り板側の端部を中心に前記第２の開口部側の端部が傾斜可能に設けられた可動フィンと、
   前記可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子と、
   前記仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出する第１及び第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検出温度の差に基づいて、前記圧電素子を駆動することにより、前記可動フィンの傾斜角度を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするファン装置付き電気機器。
2. 前記ファン装置は、前記第２の開口部から外気を吸引し、前記第１の開口部より排出する方向の気流を発生させるものであることを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機器。
3. 前記筐体は、直方体状に形成されるとともに、前記第１の開口部から前記第２の開口部の方向に沿って長手形状を有することを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機器。
4. 前記制御手段は、前記第１、第２の温度センサによる検出温度差と前記仕切り板で仕切られた各空間の流量との関係データを記憶した第１のテーブルを有し、前記第１のテーブルに基づいて前記可動フィンの傾斜角度を決定することを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機器。
5. 前記制御手段は、前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記ファン装置の回転速度を制御することを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機器。
6. 前記制御手段は、前記温度センサによる検出温度と前記ファン装置の回転速度との関係データを記憶した第２のテーブルを有し、前記第２のテーブルに基づいて前記ファン装置の回転速度を決定することを特徴とする請求項５記載のファン装置付き電気機器。
7. 前記第１の開口部における温度を検出する第３の温度センサを有し、前記制御手段は、前記第１、第２の温度センサと第３の温度センサとの検出温度の差に基づいて、前記ファン装置の回転速度を制御することを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機器。
8. 前記ファン装置の回転速度を、前記第３の温度センサの検出温度が高いときには速く、低いときには遅く多段階的に自動調整することを特徴とする請求項７記載のファン装置付き電気機器。

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