JP4204635B2 - 筐体表面温度予測装置、方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、筐体表面温度予測装置、方法、プログラム及び記録媒体に関し、より特定的には、電子機器の筐体内部に部品を配置した際に筐体表面温度を予測するための筐体表面温度予測装置、方法、プログラム及び記録媒体に関する。

近年、携帯電話に代表される小型電子機器の高機能化に伴い、当該電子機器の筐体内部に搭載される部品の総消費電力が増加している。部品の総消費電力が増加すると、部品の発熱量の総和が増加するため、電子機器の筐体表面温度もまた、上昇の一途をたどっている。したがって、電子機器を設計する際に行われる熱設計は、従来と比べて飛躍的に困難となっている。

一般に、熱設計は、電子機器の設計工程の前段階において、電子機器に搭載される部品を配置する部品配置設計と併せて行われる。熱設計と部品配置設計とを併せて行う理由は次の通りである。

部品配置設計において各部品の配置を決定した後には、部品同士を接続するための配線設計や、試作評価等の後続の工程が行われる。仮に、これらの後続の工程において、電子機器の発熱面での問題が生じた場合、発熱量を考慮して、各部品の配置を修正する必要が生じる。設計工程の後段階から部品配置設計への後戻りの発生は、電子機器の設計工程における時間やコストの浪費につながる。それ故に、部品配置設計において各部品の配置を決定する際には、熱設計を併せて行うことによって、各部品による熱的な挙動を同時に考慮しておく必要がある。

部品配置設計時において、各部品の熱的挙動を求める装置の一例が特許文献１に開示されている。

図６は、特許文献１に記載されている従来の部品配置処理装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

図６に示される部品配置処理装置は、許容温度を入力する熱制約入力手段１０１と、メモリ１０２と、未配置部品が格納されている未配置部品群１０４と、未配置部品群１０４から未配置部品を抽出する未配置部品抽出手段１０３と、未配置部品抽出手段１０３が抽出した部品を仮配置する部品仮配置手段１０５と、部品仮配置手段１０５が仮配置した部品周囲温度を計算する温度計算手段１０６と、温度計算手段１０６が求めた最高温度が許容温度よりも小さい場合に、当該仮配置を有効と決定する配置決定手段１０７と、温度計算手段１０６が求めた最高温度が許容温度より大きい場合に、当該仮配置を取り消す部品未配置化手段１０８と、一連の作業の判断を行う制御手段１０９とから構成されている。

図７は、図６に示される温度計算手段の動作を説明するための図である。

図７において、破線によって２つの部品１２１ａ及び１２１ｂが示されている。部品１２１ａ及び１２１ｂは、矩形形状の外形を有している。尚、部品１２１ａ及び１２１ｂは、予め指定された許容間隔以上の間隔を空けて配置されている。

また、部品Ａが発する熱の影響範囲は、その面積の小さい順に、８角形の外形を有する領域１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａによって示されている。同様に、部品Ｂが発する熱
の影響範囲は、その面積の小さい順に、８角形の外形を有する領域１２２ｂ、１２３ｂ及び１２４ｂによって示されている。

熱の影響範囲を示す８角形には、それぞれ面積に反比例した重みが付けられている。８角形の外形を有する領域が互いに重複する部分の重みは、重複する各図形の重みを加算することによって求めることができる。

ここで、領域１２３ａの重みをＷ１２３ａとし、領域１２４ａの重みをＷ１２４ａとし、領域１２３ｂの重みをＷ１２３ｂとし、更に、領域１２４ｂの重みをＷ１２４ｂとする。この場合、図７において斜線によって示される領域、すなわち、領域１２３ａ、１２４ａ、１２３ｂ及び１２４ｂが相互に重なり合う領域の重みＷは、Ｗ１２３ａ＋Ｗ１２４ａ＋Ｗ１２３ｂ＋Ｗ１２４ｂと求められる。

尚、部品の外形、部品が発する熱の影響範囲を示す領域及びその領域に付随する重みは、配置の対象となる各部品毎に予め登録されている。

温度計算手段１０６は、上記の重みＷを用いて、次の式（１）によって、部品周囲の温度Ｔを求める。
Ｔ＝α×Ｗ＋β・・・・（１）
ただし、比例定数αは、実測によって部品毎に適切に求められた値であり、βは、通電前の環境温度である。
特開平５−３２７２９６号公報

上記の従来の部品配置処理装置は、１つの部品を仮配置する度に熱解析を行い、仮配置された部品の周囲温度を求める。当該部品配置処理装置は、求められた部品の周囲温度が許容温度を超えた場合には、仮配置した部品の配置をやり直し、求められた部品の周囲温度が許容温度より小さい場合には、仮配置した部品の配置を決定する。すなわち、従来の部品配置処理装置は、１つの部品を配置するたびに熱解析を実行しながら、全ての部品を順に配置する。

しかしながら、上記の従来の部品配置処理には、次のような問題がある。

従来の部品配置処理装置が備えている温度計算手段は、部品周囲の温度Ｔを求めるために、重みＷ及び比例定数αを用いる。重みＷ及び比例定数αは、部品毎に定義される値であるので、電子機器を構成するための部品全てについての重みＷ及び比例定数αを記憶するデータベースが必要である。

特に、比例定数αは、部品毎の測定によって求められるパラメータであるので、電子機器を構成するための発熱部品全てのパラメータを求めるために、多大な時間を費やす必要がある。

また、電子機器に用いられる部品の種類が新たに増えるたびに、測定によって部品毎のパラメータを求め、部品毎のパラメータを記憶するデータベースを更新する必要もある。

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り、熱設計のために部品毎に実測によってパラメータを求める必要がなく、迅速かつ簡便に筺体表面温度を予測することができる筐体表面温度予測装置、筐体表面温度予測方法、筐体表面温度予測プログラム及び当該プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを
目的とする。

第１の局面は、筐体と、筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測する筐体表面温度予測装置に向けられている。当該筺体表面温度予測装置は、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行部と、筐体表面温度データを記憶する記録部と、記録部から筐体表面温度データを読み出して、発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、輻射量の総和を温度へと再度変換する合成部とを備える。

このような構成によれば、合成部は、発熱グループ毎の筐体表面温度データを一旦輻射量に変換して足し合わせた後に、得られた輻射量の和を再び温度へと変換することによって筐体表面温度を算出する。したがって、従来測定によって求められていた温度算出用定数を用いることなく、迅速かつ簡便に筐体表面温度を予測することが可能となる。

この場合、電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力部と、構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付ける属性データ入力部と、属性データに定義された発熱量を参照して、構成部品の中から複数の発熱部品を選択する発熱部品選択部と、選択された発熱部品を複数の発熱グループに分類する発熱部品ソート部とを更に備え、熱解析実行部は、ジオメトリデータ及び属性データに基づいて、熱解析を実行しても良い。

このような構成によれば、熱解析実行部は、各構成部品のジオメトリデータ及び属性データを利用することができるため、ジオメトリデータ及び属性データを用いて、効率的に熱解析を実行することが可能となる。

また、熱解析実行部は、筐体に対する発熱グループの相対位置をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数と、発熱グループの発熱量をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成しても良い。

このような構成によれば、部品配置や部品発熱量が変更された場合でも、一旦作成した関数を再利用することによって、迅速に筐体表面温度を予測することが可能となる。

第２の局面は、筐体と、筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測する筐体表面温度予測プログラムに向けられている。当該プログラムは、コンピュータに、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行機能と、筐体表面温度データを記憶する記録機能と、筐体表面温度データを読み出して、発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、輻射量の総和を温度へと再度変換する合成機能とを実現させるものである。

このような構成によれば、発熱グループ毎の筐体表面温度データを一旦輻射量に変換して足し合わせた後に、得られた輻射量の和を再び温度へと変換することによって筐体表面温度を算出する。したがって、従来測定によって求められていた温度算出用定数を用いることなく、迅速かつ簡便に筐体表面温度を予測することが可能となる。

この場合、当該筐体表面温度予測プログラムは、コンピュータに、電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力機能と、構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付ける属性データ入力機能と、属性データに定義された発熱量を参照して、構成部品の中から複数の発熱部品を選択する発熱部品選択機能と、選択された発熱部品を複数の発熱グループに分類する発熱部品ソート機能とを更に実行させ、熱解析実行機能は、ジオメトリデータ及び属性データに基づいて、熱解析を実行しても良い。

このような構成によれば、各構成部品のジオメトリデータ及び属性データを利用することができるため、ジオメトリデータ及び属性データを用いて、効率的に熱解析を実行することが可能となる。

また、熱解析実行機能は、筐体に対する発熱グループの相対位置をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数と、発熱グループの発熱量をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成しても良い。

このような構成によれば、部品配置や部品発熱量が変更された場合でも、一旦作成した関数を再利用することによって、迅速に筐体表面温度を予測することが可能となる。

第３の局面は、筐体と、筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度をコンピュータを用いて予測する筐体表面温度予測方法に向けられている。当該方法は、コンピュータが、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行ステップと、コンピュータが、筐体表面温度データを記憶する記録ステップと、コンピュータが、記録された筐体表面温度データを読み出して、発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、輻射量の総和を温度へと再度変換する合成ステップとを備える。

このような構成によれば、コンピュータは、発熱グループ毎の筐体表面温度データを一旦輻射量に変換して足し合わせた後に、得られた輻射量の和を再び温度へと変換することによって筐体表面温度を算出する。したがって、従来測定によって求められていた温度算出用定数を用いることなく、迅速かつ簡便に筐体表面温度を予測することが可能となる。

この場合、コンピュータが、電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力ステップと、コンピュータが、構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付ける属性データ入力ステップと、コンピュータが、属性データに定義された発熱量を参照して、構成部品の中から複数の発熱部品を選択する発熱部品選択ステップと、コンピュータが、選択された発熱部品を複数の発熱グループに分類する発熱部品ソートステップとを更に備え、熱解析実行ステップにおいて、コンピュータは、ジオメトリデータ及び属性データに基づいて、熱解析を実行しても良い。

このような構成によれば、各構成部品のジオメトリデータ及び属性データを利用することができるため、ジオメトリデータ及び属性データを用いて、効率的に熱解析を実行することが可能となる。

また、熱解析実行ステップにおいて、コンピュータは、筐体に対する発熱グループの相対位置をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数と、発熱グループの発熱量をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成しても良い。

このような構成によれば、部品配置や部品発熱量が変更された場合でも、一旦作成した関数を再利用することによって、迅速に筐体表面温度を予測することが可能となる。

第４の局面は、筐体と、筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測するための筺体温度予測プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に向けられている。当該記録媒体には、コンピュータに、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行機能と、筐体表面温度データを記憶する記録機能と、筐体表面温度データを読み出して、発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、輻射量の総和を温度へと再度変換する合成機能とを実現させる筐体温度予測プログラムが記録されている。

このような構成によれば、コンピュータは、発熱グループ毎の筐体表面温度データを一旦輻射量に変換して足し合わせた後に、得られた輻射量の和を再び温度へと変換することによって筐体表面温度を算出する。したがって、従来測定によって求められていた温度算出用定数を用いることなく、迅速かつ簡便に筐体表面温度を予測することが可能となる。

本発明によれば、電子機器の筐体表面温度を予測する際に、多大な時間を必要とする温度足し合わせに必要な温度算出用定数の取得が必要でないため、効率良く電子機器の筐体表面温度を予測することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る筺体表面温度予測装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態に係る筐体表面温度予測装置１は、電子機器を設計するために用いられるＣＡＤシステム９に接続されている。

まず、ＣＡＤシステム９について説明する。ＣＡＤシステム９は、ジオメトリデータベース１０と、属性データベース１１とを備える。ジオメトリデータベース１０及び属性データベース１１は、電子機器の設計時に作成されるデータベースである。より詳細には、ジオメトリデータベース１０は、電子機器の設計時に設定された各構成部品の寸法、筐体に対する各構成部品の位置を含むジオメトリデータＤｇｍを記憶する。また、属性データベース１１は、電子機器の構成部品の各々について、熱伝導率、比熱、密度、発熱量、初期温度、輻射率等の属性データＤａｔを記憶する。

次に、筐体表面温度予測装置１は、ジオメトリデータ入力部２と、属性データ入力部３と、発熱部品選択部４と、発熱部品ソート部５と、熱解析実行部６と、合成部７と、記録部８とを備える。

ジオメトリデータ入力部２は、電子機器を構成する構成部品毎の配置、寸法、材料定数等が定義されたジオメトリデータＤｇｍを受け付け、受け付けたジオメトリデータＤｇｍを記録部８に保存する。構成部品の配置は、例えば、筐体に対する構成部品の相対位置を座標系によって表現することができる。本実施形態においては、ジオメトリデータ入力部２は、ＣＡＤシステム９内のジオメトリデータベース１０からジオメトリデータＤｇｍを読み込むことができる。ジオメトリデータ入力部２は、例えば、ジオメトリデータＤｇｍが記録されたファイルを読み込んだり、設計者がキーボード、マウス等の入力装置を用いて入力した形状データ等を受け付けたりしても良い。

属性データ入力部３は、電子機器を構成する各部品の熱伝導率、比熱、密度、発熱量、
初期温度、輻射率等を含む属性データＤａｔを受け付け、受け付けた属性データＤａｔを記録部８に保存する。本実施形態においては、属性データ入力部３は、各部品の属性データＤａｔを、ＣＡＤシステム９内の属性データベース１１から読み込むことが可能である。また、属性データ入力部３は、例えば、属性データＤａｔが記録されたファイルを読み込んだり、設計者がキーボード、マウス等の入力装置を用いて入力したデータ等を受け付けたりしても良い。

発熱部品選択部４は、記録部８に記憶されている属性データＤａｔに定義されている発熱量を参照して、構成部品の中から複数の発熱部品を複数選択する。発熱部品選択部４は、選択された発熱部品を示すデータＤｓａを記録部８に記録する。発熱部品選択部４が発熱部品を選択する基準は、ＣＡＤシステム９内の属性データベース１１から取得される属性データＤａｔに定義されていても良いし、ＰＣ等に備えられたキーボード、マウス等の入力装置を介して設計者から指定されても良い。

発熱部品ソート部５は、選択された発熱部品を示すデータＤｓａを記録部８から読み出し、発熱部品選択部４によって選択された発熱部品を複数の発熱グループに分類する。発熱グループとは、少なくとも１つの発熱部品を含む構成部品のグループをいう。部品配置設計時において、構成部品は、例えば、電源系の構成部品、画像処理系の構成部品、通信系の構成部品のように、機能や配置に基づいて分類され得る。機能や配置等に基づいて分類された構成部品を発熱グループとして扱うことによって、効率よく熱設計を行うことができる点で利点がある。発熱部品ソート部５は、発熱グループと、発熱グループの各々に分類された発熱部品とを示すデータＤｇｒを記録部８に保存する。尚、発熱部品ソート部５が発熱部品をグループ化する基準は、ＣＡＤシステム９内の属性データベース１１に定義しておいても良いし、ＰＣ等に備えられたキーボード、マウス等の入力装置を介して設計者から指定されても良い。

熱解析実行部６は、発熱グループと、発熱グループに含まれる発熱部品を示すデータＤｇｒと、ジオメトリデータＤｇｍと、属性データＤａｔとを記録部８から読み出し、発熱グループに含まれる全ての発熱部品と、少なくとも筐体を含む非発熱部品とを、ジオメトリデータＤｇｍ及び属性データＤａｔに基づいてモデル化する。熱解析実行部６は、作成されたモデルの各々について逐次熱解析を実行し、発熱グループ毎の筐体表面温度を求める。熱解析実行部６は、求められた筐体表面温度を含む筐体表面温度データＤｔｇ（ｎ）を作成し、記録部８に保存する。尚、熱解析実行部６は、本実施形態のように、筐体表面温度予測装置１内に組み込まれていても良いし、筐体表面温度予測装置１とは別の装置として構成されていても良い。

尚、熱解析実行部６は、ある発熱グループについて熱解析を実行した結果、筐体に対する発熱グループの相対位置をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数と、発熱グループの発熱量をパラメータとして、筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成しても良い。

例えば、筺体に対する発熱グループの相対位置は、ある点を基準点とする座標系によって表現できる。発熱グループの座標をパラメータとして、当該発熱グループについての筺体表面温度を算出するための関数が用意されていれば、発熱グループの配置が変更されたときに、発熱グループの座標を指定することによって、既に実行された熱解析の結果に基づいて、迅速に当該発熱グループについての筺体表面温度を再計算することができる。また、発熱グループの発熱量をパラメータとして、当該発熱グループについての筺体表面温度を算出するための関数が用意されていれば、発熱グループの発熱量が変更されたときに、作成された関数を用いて迅速に発熱グループ毎の筺体表面温度を再計算することが可能となる。

合成部７は、筐体表面温度データＤｔｇ（ｎ）を記録部８から読み出し、読み出した筺体表面温度データＤｔｇ（ｎ）に含まれているグループ毎の筺体表面温度を用いて、予想される筺体表面温度を算出する。より詳細には、合成部７は、温度／輻射量変換部１７と、加算部１８と、輻射量／温度変換部１９とを含む。まず、温度／輻射量変換部１７は、記録部８から読み出された発熱グループ毎の筐体表面温度の各々を一旦輻射量Ｑ（ｎ）に変換する。次に、加算部１８は、変換された輻射量Ｑ（ｎ）を足し合わせて、輻射量の総和ΣＱ（ｎ）を求める。そして、輻射量／温度変換部１９は、求められた輻射量の総和ΣＱ（ｎ）を温度へと再度変換することによって、複数の発熱グループ毎の筐体表面温度が重畳された筐体表面温度を算出する。尚、合成部７は、輻射量／温度変換部１９によって算出された筺体表面温度データＤｔｃ（ｍ）を記録部８に記録する。

筐体表面温度予測装置１は、専用の装置として構築しても良いし、例えば、パーソナルコンピュータや、ワークステーション等の汎用機器（以下、ＰＣ等と称す。）上に、コンピュータシステムとして構築しても良い。ジオメトリデータ入力部２、属性データ入力部３、発熱部品選択部４、発熱部品ソート部５、熱解析実行部６、合成部７の機能は、ＰＣ等のＣＰＵが、所定のプログラムを実行することによって実現することができる。記録部８には、ＰＣ等に内蔵されているハードディスク、ＲＡＭ等の記憶媒体の他、フレキシブルディスク、メモリカード等の可搬型記憶媒体や、ネットワーク上にある記憶装置内の記憶媒体等を用いることができる。

また、ジオメトリデータ入力部２、属性データ入力部３、発熱部品選択部４、発熱部品ソート部５、熱解析実行部６、合成部７が行う処理をコンピュータに実行させるプログラムを、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から、あるいは通信回線を介したダウンロード等により、任意のＰＣ等へインストールすることによって、筐体表面温度予測装置１を構築することができる。

尚、ハードウエア構成は、図１に示す構成に限られない。例えば、インターネットやＬＡＮ等により通信可能となるように接続された複数のＰＣ等に、筐体表面温度予測装置１の機能を分散させてもよい。

図２は、図１に示される筺体表面温度予測装置が実行する筐体表面温度予測方法を示すフローチャートである。

まず、ジオメトリデータ入力部２は、電子機器を構成する構成部品のサイズや配置を含むジオメトリデータＤｇｍを受け付け、受け付けたジオメトリデータＤｇｍを記録部８に保存する（ステップＳ１）。

次に、属性データ入力部３は、電子機器を構成する各構成部品の熱伝導率、比熱、密度、発熱量、初期温度、輻射率を含む属性データＤａｔを受け付け、受け付けた属性データＤａｔを記録部８に保存する（ステップＳ２）。

次に、発熱部品選択部４は、発熱量が定義されている発熱部品の全部もしくは一部を記録部８から選択し、選択された発熱部品を記録部８に保存する（ステップＳ３）。

次に、発熱部品ソート部５は、発熱部品選択部が選んだ発熱部品を複数の発熱グループにソートし、ソート後の発熱グループについてのデータを記録部８に保存する（ステップＳ４）。

次に、熱解析実行部６は、発熱グループ毎に熱解析を実行し、発熱グループ毎の筐体表
面温度を求める。（ステップＳ５）。熱解析実行部６は、すべての発熱グループについて、熱解析を実行したか否かを判定する（ステップＳ６）。熱解析実行部６は、すべての発熱グループについて熱解析を実行していない場合には（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ５に戻り、すべての発熱グループについて熱解析を実行した場合には、後続のステップＳ７に進む。

そして、合成部７は、記録部８に保存された発熱グループごとの筐体表面温度データを読み出し、輻射に着目して、発熱グループ毎の、筐体表面温度を合成する（ステップＳ７）。

より詳細には、合成部７は、次の式（２）を用いて、発熱グループ毎の筐体表面温度を輻射量Ｑに変換する。
Ｑ＝ε₁×ε₂×σ×Ａ×（Ｔ₁ ⁴−Ｔ₂ ⁴）・・・・（２）
ここで、ε₁は、輻射係数であって、伝熱が行われる２面間の輻射率を表し、ε₂は、形態係数であって、２面間の形状、相対位置関係によって決まる輻射率を表し、σは、ステファンボルツマン定数を表し、Ａは、筐体表面のある微小領域の面積を表し、Ｔ₁は、筐体
表面のある微小領域の絶対温度を表し、Ｔ₂は、輻射される面の絶対温度を表す。

また、合成部７は、次の式（３）を用いて、発熱グループごとに変換された輻射量の総和を温度へと再度変換する。
Ｔ₁＝（ΣＱ／（ε₁×ε₂×σ×Ａ）＋Ｔ₂ ⁴）^0.25・・・・（３）
尚、ΣＱは、筐体表面のある微小領域の輻射量の総和を表す。

ここで、合成部７が、一旦輻射量の総和ΣＱを求めた後に、輻射量の総和ΣＱを再度温度に変換することによって、筐体表面温度を予測することができる理由について説明する。

上記の式（２）によって示されるように、輻射量は、温度の４乗に比例する。したがって、一般的には、温度の４乗に比例する輻射量が足し合わされた場合、誤差が大きくなることが予想されるため、輻射量の総和から再度変換された温度は、実際の筐体表面温度からずれてしまうと考えられる。

しかしながら、室温で使用される電子機器（使用温度範囲が約２５〜４０℃）において計算される輻射量の値は、確かに温度の４乗に比例するものの、係数が非常に小さいため、実際には線形性を有することが見出された。この根拠を以下に示す。

図３は、筐体表面からの放熱量を示す図である。図３は、筐体表面における０．５ｍｍ×０．５ｍｍの領域からの輻射熱量、対流熱量、輻射熱量と対流熱量との和を、筐体表面の温度上昇に対してそれぞれプロットしたものである。

対流熱量は、温度の１．２５乗に比例するため、図３に示されるように、下に凸の曲線を示す。また、対流熱量と輻射熱量との和も同様に、下に凸の曲線を示す。

これに対し、輻射熱量は、筐体表面の温度上昇が３０℃以下である場合には、線形性を示している。したがって、室温で用いられ、筐体表面の温度上昇が０〜３０℃の範囲である電子機器においては、輻射熱量を温度上昇に比例する値に近似することができる。それ故に、電子機器の使用温度範囲、発熱部品の温度上昇の値を室温プラス２０℃程度に狭めると、輻射熱量を上昇温度に比例する値として取り扱うことができ、よって、輻射熱量を足し合わせることによって、上昇温度を合成することが可能となるのである。

以下では、本発明に係る表面温度予測方法の具体例について説明する。

図４は、電子機器を模式的に示す平面図であり、図５は、図４に示されるＶ−Ｖラインの断面図である。

電子機器２０は、筐体２１と、筐体２１の内部に配置される電池２２及び基板２３と、基板２３の一方面上に取り付けられた発熱部品ＩＣ１〜ＩＣ３とを備える。図４及び図５に示される例においては、説明を簡略化するために、３つの発熱部品ＩＣ１〜ＩＣ３は、それぞれ異なる発熱グループに属するものとする（すなわち、発熱グループの各々は、１つの発熱部品を含む）。

ここで、筐体２１の表面Ｓｆの５つの点Ａ〜Ｅにおける筐体表面温度を予測する場合を想定する。尚、Ａ点、Ｃ点及びＥ点は、ＩＣ３、ＩＣ２及びＩＣ１の中央にそれぞれ対応する点である。また、Ｂ点は、ＩＣ３の図４に示される右下の頂点と、ＩＣ２の図４に示される左上の頂点との中点に対応する点である。Ｄ点は、ＩＣ２の図４に示される右下の頂点と、ＩＣ１の図４に示される左上の頂点との中点に対応する点である。

表１に示される「解析結果」の各欄は、従来の手法に従って解析された筐体表面Ｓｆ上の点Ａ〜Ｅにおける温度上昇を示す。より詳細には、「ＩＣ１ ＯＮ」欄、「ＩＣ２ ＯＮ」欄、「ＩＣ３ ＯＮ」欄の各値は、ＩＣ１〜ＩＣ３を単独でオンした場合の上昇温度をそれぞれ示す。また、「ＡＬＬ ＯＮ」欄は、ＩＣ１〜ＩＣ３をすべてオンした場合における上昇温度を示す。尚、「ＩＣ１ ＯＮ」欄、「ＩＣ２ ＯＮ」欄、「ＩＣ３ ＯＮ」欄の各値は、発熱グループ毎に求められた筺体表面温度Ｄｔｇ（ｎ）に相当する。

一方、表１に示される「温度和」の各欄は、様々な方法に従って計算されたＩＣ１〜ＩＣ３の上昇温度の和を示す。より詳細には、「対流量換算」欄は、ＩＣ１〜ＩＣ３を単独でオンした場合の上昇温度を一旦対流量に換算して、対流量の総和を求めた後、求められた対流量の総和から再度変換された温度を示す。

「輻射量換算」欄は、本発明に係る筐体表面温度予測方法に従って、求められた温度を
示す。すなわち、「輻射量換算」欄は、ＩＣ１〜ＩＣ３を単独でオンした場合の上昇温度を一旦輻射量に換算して、輻射量の総和を求めた後、求められた輻射量の総和から再度変換された温度を示す。すなわち、発熱グループ毎の筺体表面温度Ｄｔｇ（１）〜Ｄｔｇ（３）を合成することによって算出された筺体表面温度Ｄｔｃ（ｍ）に相当する。

表１に示されるように、「対流量換算」欄の値は、従来の解析結果（「ＡＬＬ ＯＮ」欄）の値と大きく相違する。

これに対し、本発明に係る筐体表面温度予測方法に従って求められた温度和、すなわち、「輻射量換算」欄の値は、従来の解析結果とほぼ一致する良好な解析結果を示す。

従来、電子機器の筐体表面温度を算出するためには、式（１）に示される比例定数αのデータベースが必要であった。式（１）の比例定数αは、発熱部品毎の測定によって求められる値であるので、比例定数αのデータベースを構築するために多くの時間を要していた。

これに対し、本発明によれば、発熱グループ毎または発熱部品毎に予め熱解析を実行した後、発熱グループ毎または発熱部品毎の筐体表面温度を用いて、筐体表面温度を迅速かつ簡便に筐体表面温度を予測することができる。特に、本発明においては、測定によって経験的に求められる比例定数が不要であるので、筐体温度を短時間で算出することができる。

また、部品配置設計時には、ＣＡＤシステム上で構成部品のサイズを足し引きしながら、筐体内部への部品の配置が検討される。本発明によれば、部品の配置と同時に、輻射量を足し引きすることによって、筐体表面温度を求めることが可能となる。したがって、部品配置設計と同時に行われる熱設計の効率を飛躍的に向上させることができる。

特に、本発明に係る筺体表面温度予測装置及び方法は、使用温度範囲が２５〜４０℃である電子機器の熱設計に特に効果的である。例えば、携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル機器の部品配置設計及び熱設計のために、本発明に係る筺体表面温度予測装置及び方法を適用することができる。

尚、本実施形態に係る筐体表面温度予測装置は、ジオメトリデータベース及び属性データベースを備えるＣＡＤシステムに接続されているが、ＣＡＤシステムは必ずしも必要なものではない。筐体表面温度予測装置は、電子機器の設計時にＣＡＤシステムによって作成されたデータを、ファイルや、ユーザからの入力によって取得するように構成されても良い。

また、上記の実施形態においては、熱解析実行部は、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行しているが、１つの発熱部品を１つの発熱グループと見なすことによって、発熱部品毎に熱解析を実行しても良い。この場合においても、発熱部品毎に求められた筺体表面温度を合成することができるので、上記の実施形態と同様の効果が発揮される。

更に、上記の実施形態においては、筺体表面温度予測装置は、ＣＡＤシステムに接続されているが、必ずしもＣＡＤシステムに接続される必要はない。ただし、筺体表面温度予測装置は、ＣＡＤシステムと連携して動作すれば、部品配置設計時に効率的に熱設計を実施することができる点で利点がある。また、筐体表面温度予測装置は、ＣＡＤシステムの機能として組み込まれても良い。

更に、上記の実施形態において、筺体表面温度予測装置は、ＣＡＤシステムから読み出したジオメトリデータ及び属性データを記録部に記憶して使用する代わりに、ＣＡＤシステムのジオメトリデータベース及び属性データベースを参照しても良い。また、筐体表面温度予測装置は、ＣＡＤジオメトリデータを記憶するジオメトリデータベースと、属性データを記憶する属性データベースとを備えていても良い。

更に、上記の実施形態に係る筐体温度予測装置の機能ブロック（図１）は、集積回路であるＬＳＩとして実現されても良い。これらの機能ブロックは、１チップ化されても良いし、一部または全部を含むように１チップ化されていても良い。ここでは、ＬＳＩと述べたが、集積度の違いによっては、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと称呼されることもある。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで集積回路化を行っても良い。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ
Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを用いても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化しても良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

本発明は、例えば、電子機器の部品配置設計段階において、電子機器の筐体表面温度を予測する装置、方法、プログラム及び当該プログラムをコンピュータ読み取り可能に記録する記録媒体として利用できる。

本発明の第１の実施形態に係る筺体表面温度予測装置の概略構成を示す機能ブロック図 図１に示される筺体表面温度予測装置が実行する筐体表面温度予測方法を示すフローチャート 筐体表面からの放熱量を示す図 電子機器を模式的に示す平面図 図４に示されるＶ−Ｖラインの断面図 従来の部品配置処理装置の概略構成を示す機能ブロック図 図６に示される温度計算手段の動作を説明するための図

符号の説明

１ 筐体表面温度予測装置
２ ジオメトリデータ入力部
３ 属性データ入力部
４ 発熱部品選択部
５ 発熱部品ソート部
６ 熱解析実行部
７ 合成部
８ 記録部
９ ＣＡＤシステム
１０ ジオメトリデータベース
１１ 属性データベース

Claims (10)

1. 筐体と、前記筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測する筐体表面温度予測装置であって、
   少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行部と、
   前記筐体表面温度データを記憶する記録部と、
   前記記録部から前記筐体表面温度データを読み出して、前記発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、前記輻射量の総和を温度へと再度変換する合成部とを備える、筐体表面温度予測装置。
2. 前記電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力部と、
   前記構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付けるる属性データ入力部と、
   前記属性データに定義された発熱量を参照して、前記構成部品の中から複数の前記発熱部品を選択する発熱部品選択部と、
   前記選択された発熱部品を複数の前記発熱グループに分類する発熱部品ソート部とを更に備え、
   前記熱解析実行部は、前記ジオメトリデータ及び前記属性データに基づいて、前記熱解析を実行することを特徴とする、請求項１に記載の筐体表面温度予測装置。
3. 前記熱解析実行部は、前記筐体に対する前記発熱グループの相対位置をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数と、前記発熱グループの発熱量をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成することを特徴とする、請求項１に記載の筐体表面温度予測装置。
4. 筐体と、前記筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測する筐体表面温度予測プログラムであって、コンピュータに、
   少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行機能と、
   前記筐体表面温度データを記憶する記録機能と、
   前記筐体表面温度データを読み出して、前記発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、前記輻射量の総和を温度へと再度変換する合成機能とを実現させる、筐体表面温度予測プログラム。
5. コンピュータに、
   前記電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力機能と、
   前記構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付ける属性データ入力機能と、
   前記属性データに定義された発熱量を参照して、前記構成部品の中から複数の前記発熱部品を選択する発熱部品選択機能と、
   前記選択された発熱部品を複数の前記発熱グループに分類する発熱部品ソート機能とを更に実行させ、
   前記熱解析実行機能は、前記ジオメトリデータ及び前記属性データに基づいて、前記熱解析を実行することを特徴とする、請求項４に記載の筐体表面温度予測プログラム。
6. 前記熱解析実行機能は、前記筐体に対する前記発熱グループの相対位置をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数と、前記発熱グループの発熱量をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成することを特徴とする、請求項４に記載の筐体表面温度予測プログラム。
7. 筐体と、前記筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度をコンピュータを用いて予測する筐体表面温度予測方法であって、
   前記コンピュータが、少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行ステップと、
   前記コンピュータが、前記筐体表面温度データを記憶する記録ステップと、
   前記コンピュータが、記録された前記筐体表面温度データを読み出して、前記発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、前記輻射量の総和を温度へと再度変換する合成ステップとを備える、筐体表面温度予測方法。
8. 前記コンピュータが、前記電子機器を構成する複数の構成部品の配置と寸法とが少なくとも定義されたジオメトリデータを受け付けるジオメトリデータ入力ステップと、
   前記コンピュータが、前記構成部品の各々についての発熱量が少なくとも定義された属性データを受け付ける属性データ入力ステップと、
   前記コンピュータが、前記属性データに定義された発熱量を参照して、前記構成部品の中から複数の前記発熱部品を選択する発熱部品選択ステップと、
   前記コンピュータが、前記選択された発熱部品を複数の前記発熱グループに分類する発熱部品ソートステップとを更に備え、
   前記熱解析実行ステップにおいて、前記コンピュータは、前記ジオメトリデータ及び前記属性データに基づいて、前記熱解析を実行することを特徴とする、請求項７に記載の筐体表面温度予測方法。
9. 前記熱解析実行ステップにおいて、前記コンピュータは、前記筐体に対する前記発熱グループの相対位置をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数と、前記発熱グループの発熱量をパラメータとして、前記筐体表面温度を表す関数とのうち、少なくとも一方を作成することを特徴とする、請求項７に記載の筐体表面温度予測方法。
10. 筐体と、前記筐体内部に組み込まれる１以上の発熱部品とを有する電子機器の筐体表面温度を予測するために、コンピュータに、
    少なくとも１つの発熱部品を含む発熱グループ毎に熱解析を実行して、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を求め、前記発熱グループ毎の筐体表面温度を含む筐体表面温度データを作成する熱解析実行機能と、
    前記筐体表面温度データを記憶する記録機能と、
    前記筐体表面温度データを読み出して、前記発熱部品毎の筐体表面温度の各々を輻射量に変換し、輻射量の総和を算出した後、前記輻射量の総和を温度へと再度変換する合成機能とを実現させる筐体温度予測プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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