特許 7575705 冷却ファンモジュールおよび情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-22

(45)【発行日】2024-10-30

(54)【発明の名称】冷却ファンモジュールおよび情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20241023BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

G06F1/20 C

G06F1/20 B

H05K7/20 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023074629

(22)【出願日】2023-04-28

【審査請求日】2023-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】518133201

【氏名又は名称】富士通クライアントコンピューティング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 隆

【審査官】漆原 孝治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－００３２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６１２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転羽を駆動して送風を発生する回転羽駆動部と、
一部をあけて前記回転羽駆動部と所定の空間との周囲を側壁で囲い、前記空間を第１の方向から覆い、前記空間の前記第１の方向に対向する第２の方向側が切り欠かれ、前記回転羽駆動部の前記第１の方向側の枠体を形成する第１のカバーと、前記空間を覆うことなく前記回転羽駆動部の前記第２の方向側の枠体を形成する第２のカバーとを含み、前記第１のカバーと前記第２のカバーとによって前記回転羽駆動部を保持するケーシングと、
を有する冷却ファンモジュール。

【請求項2】

回転羽を駆動して送風を発生する回転羽駆動部と、一部をあけて前記回転羽駆動部と所定の空間との周囲を側壁で囲い、前記空間を第１の方向から覆い、前記空間の前記第１の方向に対向する第２の方向側が切り欠かれ、前記回転羽駆動部の前記第１の方向側の枠体を形成する第１のカバーと、前記空間を覆うことなく前記回転羽駆動部の前記第２の方向側の枠体を形成する第２のカバーとを含み、前記第１のカバーと前記第２のカバーとによって前記回転羽駆動部を保持するケーシングと、を有する冷却ファンモジュールと、
前記第２のカバーの外形に沿って切り欠かれた切り欠き部を有し、前記切り欠き部に前記第２のカバーが配置される基板と、
を有する情報処理装置。

【請求項3】

前記第１のカバーによって覆われる前記空間内の前記基板の第１の面上の第１の領域に対して、回路部品が実装される、請求項２記載の情報処理装置。

【請求項4】

前記第２のカバーが前記基板の第２の面に対して所定の高さを有し、前記第１の領域に対向する前記基板の第２の面上の第２の領域に対して、前記第２の領域を覆う第３のカバーが付設される、請求項３記載の情報処理装置。

【請求項5】

前記第３のカバーによって覆われる、前記基板の前記第２の面上の前記第２の領域に対して、回路部品が実装される、請求項４記載の情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却ファンモジュールおよび情報処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

情報処理装置が有するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱体は、高負荷な処理が継続すると温度が上昇して発熱によって故障の原因となる場合がある。このため、情報処理装置には、発熱体の温度上昇を抑えるための冷却機構が備えられている。

【0003】

冷却機構としては、送風を発生させて放熱を促すファン（ＦＡＮ）ユニットがある。一方、情報処理装置は、近年、薄型化の傾向にあり、ＦＡＮユニットに対しても薄型化の構造が望まれている。

【0004】

関連技術としては、例えば、回転軸が放熱フィン部の空気流入部近傍に配置され、放熱フィン部の隣り合うフィン部間に設けた空間部に空気流を生じさせて、カバーの内壁に沿って吹き出し口に向かって空気流を生じさせる遠心ファンが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－２３４９５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＦＡＮユニットを薄型化した場合、ＦＡＮユニットの薄型化に伴って風量が低下するという問題がある。また、風量の低下を抑制して薄型化する前のＦＡＮユニットと同等の風量を得るためには、ＦＡＮユニットを平面方向に拡大化することが求められる。

【0007】

しかし、ＦＡＮユニットを単に拡大化した場合、ＦＡＮユニットを拡大した部分に対応する基板領域に回路部品が実装できなくなり、部品実装エリアが不足するという問題がある。

【0008】

１つの側面では、本発明は、風量の低下の抑制および部品実装エリア不足の解消を可能にして、ＦＡＮユニットの薄型化を実現した冷却ファンモジュールおよび情報処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、冷却ファンモジュールが提供される。冷却ファンモジュールは、回転羽を駆動して送風を発生する回転羽駆動部と、側壁と、側壁から回転羽駆動部の周辺域まで切り欠かれた切り欠き部とが設けられて回転羽駆動部の一方の枠体を形成する第１のカバーと、切り欠き部を非覆設して回転羽駆動部の他方の枠体を形成する第２のカバーとを含み、第１のカバーと第２のカバーとによって回転羽駆動部を保持するケーシングと、を有する。

【0010】

また、上記課題を解決するために、情報処理装置が提供される。情報処理装置は、回転羽を駆動して送風を発生する回転羽駆動部と、側壁と、側壁から回転羽駆動部の周辺域まで切り欠かれた第１の切り欠き部とが設けられて回転羽駆動部の一方の枠体を形成する第１のカバーと、第１の切り欠き部を非覆設して回転羽駆動部の他方の枠体を形成する第２のカバーとを含み、第１のカバーと第２のカバーとによって回転羽駆動部を保持するケーシングと、を有する冷却ファンモジュールと、第２のカバーの外形に沿って切り欠かれた第２の切り欠き部を有し、第２の切り欠き部に第２のカバーが配置される基板と、を有する。

【発明の効果】

【0011】

１側面によれば、風量の低下の抑制および部品実装エリア不足の解消が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】冷却ファンモジュールの一例を示す図である。

【図2】冷却ファンモジュールの一例を示す図である。

【図3】情報処理装置の冷却機構の一例を示す図である。（ａ）は情報処理装置の製品斜視図であり、（ｂ）は情報処理装置の底面斜視図（底面カバー無）である。

【図4】ＦＡＮユニットの薄型化に伴う平面方向の拡大化の一例を説明するための図である。

【図5】ＦＡＮユニットの薄型化に伴う平面方向の拡大化の一例を説明するための図である。

【図6】ＦＡＮユニットの薄型化／拡大化に伴う部品実装エリアの不足を説明するための図である。

【図7】ＦＡＮユニットの薄型化／拡大化に伴う部品実装エリアの不足を説明するための図である。

【図8】ＦＡＮユニットの構成の一例を示す図である。

【図9】ＦＡＮユニットの構成の一例を示す図である。

【図10】情報処理装置の装置裏面の一例を示す図である。

【図11】情報処理装置の装置裏面の一例を示す図である。

【図12】情報処理装置の装置表面の一例を示す図である。

【図13】情報処理装置の装置表面の一例を示す図である。

【図14】情報処理装置の装置裏面の一例を示す図である。

【図15】ＦＡＮユニットの実装部分を拡大した図である。

【図16】ＦＡＮユニットが搭載されている装置の概略断面図である。

【図17】情報処理装置の装置裏面の一例を示す斜視図である。

【図18】情報処理装置の装置裏面の一例を示す斜視図である。

【図19】情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。

【図20】情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。

【図21】情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。

【図22】情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。

【図23】ＦＡＮユニットが搭載されている装置の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

【0014】

図１、図２は冷却ファンモジュールの一例を示す図である。図１は冷却ファンモジュールの表面を示し、図２は冷却ファンモジュールの裏面を示している。冷却ファンモジュール１は、回転羽駆動部１１およびケーシング１２を備える。ケーシング１２は、カバー１２ａ（第１のカバー）とカバー１２ｂ（第２のカバー）を備える。

【0015】

カバー１２ａは、回転羽駆動部１１の一方の枠体を形成し、カバー１２ａには、側壁１２ａ１とケーシング切り欠き部１２ａ２が設けられている。側壁１２ａ１は、カバー１２ａの縁部に沿って設けられ、また、側壁１２ａ１から回転羽駆動部１１の周辺域まで切り欠かれてケーシング切り欠き部１２ａ２が設けられている。

【0016】

カバー１２ｂは、ケーシング切り欠き部１２ａ２を覆わないように非覆設して、回転羽駆動部１１の他方の枠体を形成する。そして、ケーシング１２は、カバー１２ａ、１２ｂによって回転羽駆動部１１を保持する。なお、ケーシング１２には、カバー１２ｂを底面側にして基板に締結するためのネジ孔１３ａ、１３ｂが設けられている。

【0017】

このような冷却ファンモジュール１の構成により、モジュールを薄型化した際の平面方向へのモジュールの拡大化によって、薄型化する前のモジュールと同等の風量を得ることが可能になる。

【0018】

また、平面方向にモジュールを拡大化した場合、ケーシング切り欠き部に対応する基板領域に部品を実装することができる。これにより、風量の低下の抑制および部品実装エリア不足の解消が可能になり、薄型化した冷却ファンモジュールを実現することが可能になる。

【0019】

次に本発明の詳細を説明する前に、冷却ファンモジュールの薄型化および薄型化に伴う課題について説明する。なお、以降の説明では、冷却ファンモジュールをＦＡＮユニットと呼ぶ場合がある。

【0020】

図３は情報処理装置の冷却機構の一例を示す図である。（ａ）は情報処理装置の製品斜視図であり、（ｂ）は情報処理装置の底面斜視図（底面カバー無）である。ノートパソコン等の情報処理装置２には、基板２０に実装されているＣＰＵ２１に対する冷却機構として、熱交換ユニットであるヒートシンク２２、およびＦＡＮユニット２３が備えられる。ＣＰＵ２１の発熱は、ヒートシンク２２を介してＦＡＮユニット２３による空冷によって放熱される。

【0021】

ここで、ＦＡＮユニット２３の冷却性能を上げるために、現行の情報処理装置２では、情報処理装置２の厚みの中でＦＡＮユニット２３の厚みは最大限に設定されている（例えば、ＦＡＮユニット２３の厚み５ｍｍなど）。一方、情報処理装置２の薄型化に伴い、薄型化したＦＡＮユニット２３の開発が要望されている。

【0022】

＜ＦＡＮユニットの薄型化に伴う平面方向の拡大＞
図４、図５はＦＡＮユニットの薄型化に伴う平面方向の拡大化の一例を説明するための図である。図４のＦＡＮユニット２３ａは薄型化する前の構成であり、Ｘ方向の長さは例えば、５３～５５ｍｍである。

【0023】

これに対し、図５のＦＡＮユニット２３ｂは、厚みを例えば２．５ｍｍに薄型化した場合の構成を示しており、Ｘ方向の長さは例えば、７２～８０ｍｍになっており、平面方向（ＸＹ方向）が拡大化されている。

【0024】

このように、ＦＡＮユニット２３ａの高さ方向（Ｚ方向）を小さくして厚みを減らすのと引き換えに、ＦＡＮユニット２３ｂのＸＹ方向を拡大することで、Ｚ方向が小さくなった分の間口を広げている（回転羽の径の拡大と共に、回転羽がない領域が拡大されている）。これにより、薄型化したＦＡＮユニット２３ｂにおいても、薄型化する前のＦＡＮユニット２３ａで発生していた同等の風量を得ることが可能になる。

【0025】

＜部品実装エリアの不足＞
図６、図７はＦＡＮユニットの薄型化／拡大化に伴う部品実装エリアの不足を説明するための図である。図６において、情報処理装置２（以下、装置２と呼ぶ場合がある）には図４に示した薄型化する前のＦＡＮユニット２３ａが搭載されている。一方、図７において、装置２には図５に示した薄型化／拡大化したＦＡＮユニット２３ｂが搭載されている。

【0026】

図６、図７に示すように、装置２に対して、ＦＡＮユニット２３ａを、薄型化／拡大化したＦＡＮユニット２３ｂに単に置き換えただけでは、回路部品実装領域ｒ１に実装されている部品に対して、ＦＡＮユニット２３ｂの干渉が発生する可能性がある。

【0027】

このようなＦＡＮユニット２３ｂと回路部品実装領域ｒ１との干渉を防ぐために、回路部品の実装エリアを減らす対策が考えられるが、このような対策では部品実装エリアの不足が生じることになる。

【0028】

＜風量・静圧の低下＞
ＦＡＮユニット２３の厚みを薄くした場合、厚みを薄くする前の風量を得るために回転羽を長くすることになる。回転羽を長くすると、回転羽を駆動するためのトルクアップを要することになるが、ＦＡＮユニット２３の厚みが薄い状態でトルクアップを行うことは困難である。

【0029】

また、回転羽を長くすると、ＦＡＮユニット２３の駆動時に回転羽の羽先が上下にぐらついて回転羽を保持しているケーシングに接触してしまう可能性が高くなる。このため、ケーシングへの羽先の接触を防ぐために、羽先の傾き分の隙間を広くすることになり、回転羽幅が細くなってしまう。さらに、装置内部の隙間が狭くなることで圧損が大きくなるため、静圧が下がってしまうという問題もある。

【0030】

上記のように、ＦＡＮユニットを薄型化および拡大化した場合、基板への回路部品の実装エリアが不足するという問題がある。また、情報処理装置およびＦＡＮユニットの薄型化に伴い風量および静圧が低下するという問題がある。

【0031】

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、薄型化および拡大化したＦＡＮユニットのケーシングを活用して、回路部品の実装エリアを拡大しつつ回転羽駆動部の厚みを確保して風量および静圧の低下の抑制を図るものである。

【0032】

＜本発明のＦＡＮユニットの構成＞
次に本発明の構成について以降詳しく説明する。図８、図９はＦＡＮユニットの構成の一例を示す図である。図８はＦＡＮユニットの表面を示す斜視図であり、図９はＦＡＮユニットの裏面を示す斜視図である。ＦＡＮユニット１ａは、回転羽駆動部１１およびケーシング１２を備える。なお、ＦＡＮユニット１ａの構成要素については、図１、図２に示した構成要素と同じであるため説明は省略する。

【0033】

図１０、図１１は情報処理装置の装置裏面の一例を示す図である。底面カバーを非表示としている。図１０において、装置２には、ＦＡＮユニット１ａが搭載される。また、ＦＡＮユニット１ａの周辺には、チップ、コイル、コンデンサ等の回路部品２４が実装されている。

【0034】

図１１において、ＦＡＮユニット１ａを非搭載とした場合の装置２が示されている。ＦＡＮユニット１ａが搭載される位置に対して、基板２０には、カバー１２ｂの外形に沿って切り欠かれた基板切り欠き部２５（第２の切り欠き部）が設けられている。そして、基板切り欠き部２５にＦＡＮユニット１ａのカバー１２ｂが配置される。

【0035】

図１２、図１３は情報処理装置の装置表面の一例を示す図である。操作面カバーを非表示としている。図１２において、ＦＡＮユニット１ａを非搭載とした場合の操作面側の装置２が示されており、ＦＡＮユニット１ａが搭載される位置に対して、カバー１２ｂの外形に沿って切り欠かれた基板切り欠き部２５が設けられている。図１３において、ＦＡＮユニット１ａを搭載した場合の操作面側の装置２が示されており、基板切り欠き部２５に対してＦＡＮユニット１ａが見える構造になっている。

【0036】

図１４は情報処理装置の装置裏面の一例を示す図であり、図１５はＦＡＮユニットの実装部分を拡大した図である。底面カバーを非表示としている。図１０、図１１で上述した構成では、回路部品２４がＦＡＮユニット１ａの周辺部に実装されている状態が示されている。

【0037】

これに対し、図１５に示されるように、基板２０の第１の面（ＦＡＮユニット１ａが配置される面）上の領域ｒ１１は、ＦＡＮユニット１ａのケーシング切り欠き部１２ａ２によって覆われる範囲内にあって、領域ｒ１１に対して回路部品２４が実装されている。このように、回路部品２４をＦＡＮユニット１ａのケーシングの中に実装することができる。このため、図１４では、領域ｒ１１ａには、回路部品が非実装となっている状態が示されている。

【0038】

図１６はＦＡＮユニットが搭載されている装置の概略断面図である。図１５の点線矢印の位置における領域ｒ１１周辺の断面図を示している。基板２０がない部分でＦＡＮユニット１ａの回転羽駆動部１１の厚みｔａが確保されている。また、ケーシング切り欠き部１２ａ２で覆われる基板２０の領域ｒ１１には、回路部品２４が実装されている。

【0039】

図１７、図１８は情報処理装置の装置裏面の一例を示す斜視図である。図１７はＦＡＮユニット１ａが装置２に搭載されている状態を示し、図１８はＦＡＮユニット１ａが装置２に搭載されていない状態を示している。

【0040】

装置２には、カバー１２ｂの外形に沿って切り欠かれた基板切り欠き部２５が設けられており、ＦＡＮユニット１ａは、基板切り欠き部２５にカバー１２ｂが嵌る位置でネジ孔１３ａ、１３ｂを介して、基板２０にネジ締結される。

【0041】

また、ＦＡＮユニット１ａの配置領域において、ケーシング切り欠き部１２ａ２によって基板切り欠き部２５の近接の領域ｒ１１が覆われる。ケーシング切り欠き部１２ａ２と基板２０との間には、回路部品２４が実装可能な高さ方向の空間が形成されるため、ケーシング切り欠き部１２ａ２で被せられる領域ｒ１１に回路部品２４を実装することができる。

【0042】

図１９、図２０は情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。操作面カバーを非表示としている。図１９において、ＦＡＮユニット１ａを非搭載とした場合の操作面側の装置２が示されており、ＦＡＮユニット１ａが搭載される位置に対して、カバー１２ｂの外形に沿って切り欠かれた基板切り欠き部２５が設けられている。

【0043】

図２０において、ＦＡＮユニット１ａを搭載した場合の操作面側の装置２が示されており、基板切り欠き部２５に対してＦＡＮユニット１ａが見える構造になっている。なお、ＦＡＮユニット１ａの搭載位置の近傍には、冷却フィン２６が搭載されている。また、領域ｒ２１の裏側の基板面には、ケーシング切り欠き部１２ａ２によって覆われて回路部品を実装することができる領域ｒ１１が位置することになる。

【0044】

＜変形例＞
図２１、図２２は情報処理装置の装置表面の一例を示す斜視図である。図２１はＦＡＮユニット１ａ１にカバー１２ｃ（第３のカバー）が付設されていない状態を示し、図２２はＦＡＮユニット１ａ１にカバー１２ｃが付設されている状態を示している。

【0045】

変形例のＦＡＮユニット１ａ１では、回転羽駆動部１１の厚みを、上述のＦＡＮユニット１ａの回転羽駆動部１１の厚みより大きくして風量の増加を図るものである。したがって、回転羽駆動部１１の厚みが大きくなった分、ＦＡＮユニット１ａ１のカバー１２ｂは基板２０より高くなっている。

【0046】

さらに、ＦＡＮユニット１ａ１は、ケーシング切り欠き部１２ａ２によって覆われる基板２０の領域ｒ１１に対向する基板２０の第２の面（ＦＡＮユニット１ａ１が配置される面の反対側の面）上の領域ｒ２１に対して、領域ｒ２１を覆うカバー１２ｃが付設される。カバー１２ｃの高さは、例えば、カバー１２ｂと、基板２０の第２の面との高さに等しく、カバー１２ｃは、領域ｒ２１に被さるように基板２０上に載置されて接着される。

【0047】

したがって、カバー１２ｃと基板２０の領域ｒ２１との間には、カバー１２ｂが基板２０の第２の面に対して高くなった分、回路部品が実装可能な空間が形成されるため、カバー１２ｃで被せられる領域ｒ２１に回路部品を実装することができる。

【0048】

図２３はＦＡＮユニットが搭載されている装置の概略断面図である。図２１の点線位置における領域ｒ２１周辺の断面図を示している。ＦＡＮユニット１ａ１では、回転羽駆動部１１の厚みｔｂは、図１６に示した厚みｔａより大きくなっている。回転羽駆動部１１の厚みが大きくなっているため、回転羽駆動部１１は高トルクを保つことができ、さらに回転羽に幅（高さ）をとることができる。また、領域ｒ２１を覆うカバー１２ｃを付設することができるため、領域ｒ２１に回路部品２７を実装することができ、さらに、基板２０の両面を冷却することが可能になる。

【0049】

以上説明したように、本発明によれば、部品実装面積の拡大化、回転羽駆動部の厚み確保による性能アップ、およびケーシング内の実装部品の冷却を行うことが可能になる。
実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

【符号の説明】

【0050】

１ 冷却ファンモジュール
１１ 回転羽駆動部
１２ ケーシング
１２ａ 第１のカバー
１２ｂ 第２のカバー
１２ａ１ 側壁
１２ａ２ ケーシング切り欠き部
１３ａ、１３ｂ ネジ孔

【要約】

【課題】風量の低下の抑制および部品実装エリア不足の解消を図る。
【解決手段】冷却ファンモジュール１は、回転羽駆動部１１およびケーシング１２を備える。ケーシング１２は、カバー１２ａ、１２ｂを備える。カバー１２ａは、回転羽駆動部１１の一方の枠体を形成する。カバー１２ａには、側壁１２ａ１とケーシング切り欠き部１２ａ２が設けられている。側壁１２ａ１は、カバー１２ａの縁部に沿って設けられ、側壁１２ａ１から回転羽駆動部１１の周辺域まで切り欠かれることでケーシング切り欠き部１２ａ２が設けられている。カバー１２ｂは、ケーシング切り欠き部１２ａ２を非覆設して、回転羽駆動部１１の他方の枠体を形成する。そして、ケーシング１２は、カバー１２ａ、１２ｂによって回転羽駆動部１１を保持する。ケーシング１２には、カバー１２ｂを底面側にして基板に実装するためのネジ孔１３ａ、１３ｂが設けられる。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】