(57)【要約】基板に対して略垂直な方向であって、基板の両面のうち、冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下として、冷却対象装置の上に配置され、冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部と、基板上に略垂直に立つ柱状部と、支柱部が貫通した貫通口を有し、受熱部の上に配置されるベースと、柱状部に沿ってベースを付勢することにより、受熱部を冷却対象装置に押し付ける付勢手段とを備える冷却装置。
2008035579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設置した装置を冷却する冷却装置において、
前記基板に対して略垂直な方向であって、前記基板の両面のうち、前記冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、
前記冷却対象装置の上に配置され、前記冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部と、
前記基板上に略垂直に立つ柱状部と、
前記支柱部が貫通した貫通口を有し、前記受熱部の上に配置されるベースと、
前記柱状部に沿って前記ベースを付勢することにより、前記受熱部を前記冷却対象装置に押し付ける付勢手段と
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、
前記受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、
前記冷却装置は、前記受熱部と共に前記液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群を備え、
前記循環系装置群の少なくとも一部は、前記ベース及び柱状部によって前記基板に対して支持される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却装置において、
空気流を発生するファンと、
前記空気流が、前記基板に対して吹きつける、或いは、前記基板から吸い上げる空気流となるように、前記ファンを前記ベース上に支持するシャーシと
を更に備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却装置において、前記循環系装置群は前記シャーシに対して固定されてなることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却装置において、
前記シャーシは前記ベース上に略垂直に立つ筒状の形状を有し、下の開口に前記ベースが固定され、上の開口に前記ファンが固定され、
前記循環系装置群はラジエータ、ポンプ及びリザーブタンクを含み、前記ラジエータは前記ファンの下に前記筒内に配置され、前記ポンプ及びリザーブタンクは、前記ラジエータの下に、前記筒の内面に互いに対向するように配置され、
前記ポンプ及びリザーブタンクの間に、前記空気流が通過する通風路となる空間を有し、
前記空気流は、前記ラジエータ及び通風路を通過する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項３に記載の冷却装置において、前記ベース及びシャーシのうち少なくとも一方は、前記空気流が通過するための通風孔を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却装置において、前記受熱部及びベースに代わって、前記支柱部が貫通した貫通口を有し、前記冷却対象装置の上に配置され、前記冷却対象装置との間で熱交換を行うベース一体型受熱部を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却装置において、一の受熱部は複数の冷却対象装置に対向して配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項１に記載の冷却装置において、複数の前記受熱部を備え、
前記複数の受熱部は、それぞれ、少なくともひとつの冷却対象装置に対向して配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の冷却装置において、
前記閉ループ循環系装置群の装置間は取り付け及び取り外し可能なホースにより接続されて前記閉ループ循環系を形成し、
前記閉ループ循環系装置群は、その両端にホースを取り付け及び取り外し可能なカプラを少なくとも２つ含む
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷却装置において、
前記カプラを介して前記閉ループ循環系に追加された第２の受熱部を少なくとも１つ備え、
前記第２の受熱部は、熱伝導性接着剤にて第２の冷却対象装置に接着される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
基板上に設置した装置を冷却する冷却装置を基板に設置する方法において、
前記基板に対して略垂直な方向であって、前記基板の両面のうち、前記冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、
前記冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部を、前記冷却対象装置に対向して配置する段階と、
前記受熱部の上に貫通口を有するベースを配置する段階と、
一端に付勢手段を固定した柱状部の他端を前記貫通口に通して前記基板に対して固定することにより、前記付勢手段により前記受熱部を前記冷却対象装置に対して押し付けつつ、前記受熱部を前記基板上に支持する段階と
を含むことを特徴とする冷却装置の設置方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の冷却装置の設置方法において、
前記受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、
前記受熱部を前記冷却対象装置に対向して配置するのに先立って、前記受熱部と、前記受熱部と共に前記液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群とを、前記ベース上に支持する段階を更に含む
ことを特徴とする冷却装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機等に使用されるプロセッサ等のＬＳＩ及びその周辺に実装されるＩＣを冷却する冷却装置に関し、特に、液体冷媒を用いてＬＳＩを冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機等に使用されるＬＳＩの集積度は世代毎に加速的に増加している。これに伴い発熱量も増加傾向にある。ＬＳＩが高速かつ安定に動作するためには、ＬＳＩの動作温度を一定温度以下に制御する必要がある。このため、ＬＳＩの発熱量に見合った冷却装置が用いられるようになった。
例えば、特開平８−２５５８５５号公報は、ＬＳＩの上にヒートシンクを取り付け、その上にファンを設置してヒートシンクに冷風を当てる空冷モジュール構造を提案している。また、特開２００６−１００６９２号公報は、ＬＳＩの上に受熱部、ポンプ、ラジエータ、リザーブタンクを設置して、液体を循環させる液冷モジュールを提案している。
特開平８−２５５８５５号公報のような空冷モジュール構造では、発熱量の大きなＬＳＩを十分に冷却するのが難しいという問題がある。ヒートシンクは熱伝導率の高い銅やアルミ等の金属にて作られる。ＬＳＩで発生した熱は、ヒートシンクとの接触部から熱伝導にてヒートシンクの全体に拡散した後、ヒートシンク表面のフィンから外気に放熱される。発熱量の増大に伴って、ＬＳＩとの接触部からフィンにかけて熱を伝える能力が落ちていく。この状態ではヒートシンクを大型化しても冷却能力はそれほど向上しない。冷却能力を向上させるためにはファンの回転数を上げることも考えられるが、この場合は騒音の問題が発生する。一般にファンの回転数を２倍にすると音圧は１５〜１８ｄＢも大きくなってしまう。
これに対して、液冷モジュールではこれらの問題を解消しうるが、同時に、ポンプやパイプ等の液体冷媒の循環系や、ＬＳＩから熱を受け取った液体冷媒を冷却するためのラジエータが更に必要となる。
特開２００６−１００６９２号公報の液冷モジュール構造は、同図２に示すように、受熱部、ポンプ、リザーブタンク、ラジエータをＬＳＩ上に積み上げた構造を有する。液冷モジュールが占有する投下面積は、ＬＳＩの実装面積よりも大きく、ＬＳＩ周辺の基板も液冷モジュールにて覆われている。このため、冷却対象となるＬＳＩの周辺基板上に実装可能な他の部品の大きさに制限がある。覆われた部分の基板に実装可能な部品は、液冷モジュールの下面と基板との隙間に収まるものに限られるので、ＬＳＩ周辺には、背の低い部品のみしか実装できないか、他の部品を実装できないことになる。また、実装可能な空間を確保できたとしても、その部品周辺の空間は狭く、空気の流れが妨げられやすい。このため、発熱体の実装が制限される。
更に、特開２００６−１００６９２号公報の液冷モジュール構造では、ＬＳＩと受熱部との接触を安定に維持するのが困難なため、冷却効率を維持する上で問題となる。液冷モジュールは空冷モジュールより部品点数が多く、重量が大きい。これは液冷モジュールは空冷モジュールのヒートシンクの代替品であるラジエータに加えて、銅などでできた受熱部、ポンプ、リザーブタンク、液体冷媒の重量が加わるからである。しかしながら、特開２００６−１００６９２号公報の液冷モジュール構造はＬＳＩとの接触部で基板に固定される。液冷モジュールを含む装置全体が動くと、これに伴って重量が大きい液冷モジュールがＬＳＩ上を支点として揺動し、その結果、ＬＳＩと受熱部との接触が不安定になり、冷却効率が低下する。揺動が大きければＬＳＩが破損する恐れもある。特に、図１３に示すように基板を立てる場合、液冷モジュールが静止している状態でもモーメント力が発生するので、ＬＳＩと受熱部との接触部には常に両者を引き剥がそうとする力が作用することになり、両者の接触の不安定化、ひいては冷却効率低下の一因となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＬＳＩの冷却装置において、冷却対象となるＬＳＩの周辺基板上にそのＬＳＩ以外の部品、特に発熱体を実装可能な冷却装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、冷却対象となるＬＳＩの周辺基板上に実装する部品の高さに制限がない冷却装置を提供することである。
更に、本発明が解決しようとする他の課題は、冷却装置を含む装置全体が動く場合や、立てた基板上にＬＳＩ及び冷却装置が設置されている場合であっても、ＬＳＩと受熱部との接触圧を所定の範囲に保つことが可能な冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題を解決するため、本発明は、基板上に設置した装置を冷却する冷却装置において、基板に対して略垂直な方向であって、基板の両面のうち、冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、冷却対象装置の上に配置され、冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部と、基板上に略垂直に立つ柱状部と、支柱部が貫通した貫通口を有し、受熱部の上に配置されるベースと、柱状部に沿ってベースを付勢することにより、受熱部を冷却対象装置に押し付ける付勢手段とを備えることを特徴とする冷却装置を提供する。
受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、冷却装置は、受熱部と共に液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群を備え、循環系装置群の少なくとも一部は、ベース及び柱状部によって基板に対して支持される場合に特に好ましい。ポンプ、リザーブタンク、ラジエータ、ホース等の循環系装置群に生じるモーメント力をベース及び支持手段にて担うことにより、受熱部と冷却対象装置との接触部を安定に維持することができるからである。
空気流を発生するファンと、空気流が、基板に対して吹きつける、或いは、基板から吸い上げる空気流となるように、ファンをベース上に支持するシャーシとを更に備えることとすれば、基板に対して吹きつける或いは吸い上げる空気流を発生することにより、冷却対象装置の周辺の他装置の冷却をも促すことができる。
循環系装置群はシャーシに対して固定されてなることとすれば、循環系装置群をシャーシ及びベースと一体化した後で基板に固定することができる。このため、冷却装置の組み立て・組み外し、基板への設置作業を容易にすることができる。
シャーシはベース上に略垂直に立つ筒状の形状を有し、下の開口にベースが固定され、上の開口にファンが固定され、循環系装置群はラジエータ、ポンプ及びリザーブタンクを含み、ラジエータはファンの下に筒内に配置され、ポンプ及びリザーブタンクは、ラジエータの下に、筒の内面に互いに対向するように配置され、ポンプ及びリザーブタンクの間に、空気流が通過する通風路となる空間を有し、空気流は、ラジエータ及び通風路を通過することとすれば、冷却装置を小型化する上で好ましい。
ベース及びシャーシのうち少なくとも一方は、空気流が通過するための通風孔を備えることとすれば、冷却対象装置の周辺装置をも効率よく冷却することが出来る。
受熱部及びベースに代わって、支柱部が貫通した貫通口を有し、冷却対象装置の上に配置され、冷却対象装置との間で熱交換を行うベース一体型受熱部を備えることとすれば、受熱部を大型化して冷却能力を向上させることが出来る。
一の受熱部は複数の冷却対象装置に対向して配置されることとしてもよい。また、複数の受熱部を備え、複数の受熱部は、それぞれ、少なくともひとつの冷却対象装置に対向して配置されることとしてもよい。
閉ループ循環系装置群の装置間は取り付け及び取り外し可能なホースにより接続されて閉ループ循環系を形成し、閉ループ循環系装置群は、その両端にホースを取り付け及び取り外し可能なカプラを少なくとも２つ含むこととすれば、カプラ間を開放してホースと受熱部とを追加可能な冷却装置を提供することができる。
カプラを介して閉ループ循環系に追加された第２の受熱部を少なくとも１つ備え、第２の受熱部は、熱伝導性接着剤にて第２の冷却対象装置に接着されることとしてもよい。第２の冷却対象装置の上には受熱部以外の閉ループ循環系装置群が載らないので、第２の冷却対象装置が垂直に立てかけて配置されていても、第２の受熱部により発生するモーメント力は、他の閉ループ循環系装置群が載っている場合と比較して小さいので、接着剤による固定であっても第２の受熱部と第２の冷却対象装置との間の接触を安定に維持しやすいからである。
また、前述の課題を解決するため、本発明は、基板上に設置した装置を冷却する冷却装置を基板に設置する方法において、基板に対して略垂直な方向であって、基板の両面のうち、冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部を、冷却対象装置に対向して配置する段階と、受熱部の上に貫通口を有するベースを配置する段階と、一端に付勢手段を固定した柱状部の他端を貫通口に通して基板に対して固定することにより、付勢手段により受熱部を冷却対象装置に対して押し付けつつ、受熱部を基板上に支持する段階とを含むことを特徴とする冷却装置の設置方法を提供する。
受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、受熱部を冷却対象装置に対向して配置するのに先立って、受熱部と、受熱部と共に液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群とを、ベース上に支持する段階を更に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、バネ等の弾性部材により受熱部を発熱体に付勢して一定の力で押し付けるので、受熱部は装置の姿勢や外力の有無に関わらず付勢される。このため、両者の接触を常に安定に維持することが出来る。
また、受熱部、ポンプ、リザーブタンク、ラジエータ、ファン等、液冷システム主要部の重量を支持する手段を発熱体との接触部以外に有するので、主要部に生じるモーメント力による影響が受熱部と発熱体との接触部に及ぶのを防ぐことが出来る。
また、ベースと基板との間に空間を確保するので、発熱体周辺にも他装置を実装するための空間を確保することが出来る。また、この空間によって空気の対流が可能となり、周辺他装置の高温化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の第１の実施の形態である冷却装置１００の断面図である。
図２は、図１に図示した冷却装置１００の受熱部８のＡ−Ａ断面図である。
図３は、冷却装置１００の液体冷媒の閉ループ循環系の斜視図である。
図４は、冷却装置１００の透視斜視図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態である冷却装置２００の断面図である。
図６は、本発明の第３の実施の形態である冷却装置３００の断面図である。
図７は、図６に図示した冷却装置３００の受熱部４１のＢ−Ｂ断面図である。
図８は、本発明の第４の実施の形態である冷却装置４００の断面図である。
図９は、本発明の第５の実施の形態である冷却装置５００の断面図である。
図１０は、本発明の第６の実施の形態である冷却装置６００の断面図である。
図１１は、本発明の第１乃至６の実施の形態において閉ループ循環系を液体冷媒が流れる順序を説明するための図である。
図１２は、閉ループ循環系を液体冷媒が流れる他の順序を説明するための図である。
図１３は、垂直に立てた基板上に実装した発熱体に液冷モジュールを固定したときに発生するモーメント力について説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態である冷却装置１００について図１を参照して以下に説明する。冷却しようとする装置であるＬＳＩ１は基板２に設置されている。冷却装置１００の主要部はバネ付きネジ３により基板２に対して固定される。バネ付きネジ３はそれぞれ押し付けバネ５を備え、これにより図中下向きに押し下げる力をベース７に対して付与する。ベース７のＬＳＩ１側の面には受熱部８が設置されている。受熱部８は銅やアルミなど熱伝導率の高い金属で形成されている。押し付けバネ５による押し下げる力は、ベース７を介して受熱部８に伝達される。これによりＬＳＩ１に押し付ける力が受熱部８に付与される。
ＬＳＩ１及び受熱部８の間には、シリコーングリースやコンパウンド等の熱伝導部材９が塗布されている。ＬＳＩ１で発生する熱は、熱伝導部材９を介して受熱部８に伝達される。受熱部８は流入口１０から取り入れた水等の液体冷媒を流出口１１から排出する。図２の受熱部８のＡ−Ａ断面に示すように、受熱部８は内部にフィンを備え、ＬＳＩ１から受け取った熱を図中矢印方向に流れる液体冷媒に伝達する。
ベース７の上には四角形断面の筒状のシャーシ１２が設けられている。シャーシ１２の４つの側壁のうち、一面乃至全面に通風孔１３を有する。また、シャーシ１０の内壁の一面にポンプ１４が設置され、対向する他面にリザーブタンク１５が設置されている。ポンプ１４及びリザーブタンク１５はネジ等によってそれぞれシャーシ１０に対して固定される。シャーシ１０の図中上側の開口部には、ラジエータ１６が設置され、更に、ラジエータ１６の上にファン１７が設置されている。受熱部８、ポンプ１４、リザーブタンク１５及びラジエータ１６は、それぞれ流入口及び流出口を備え、ホース１８〜２１を介して環状に接続されている。これにより、受熱部８、ポンプ１４、リザーブタンク１５、ラジエータ１６及びホース１８〜２１からなる液体冷媒の閉ループ循環系が形成される。図３に示すような閉ループ循環系が図４の透視図に示すようにシャーシ１２に納められる。
ＬＳＩ１で発生した熱は熱伝導部材９を介して受熱部８に伝達される。矢印２２〜２５に示すように、受熱部８で熱を奪って温度上昇した液体冷媒は、ラジエータ１６によって空気と熱交換を行い、温度を下げてから、また受熱部８へ戻る。
受熱部８のフィンピッチ、フィン厚、フィン高さの形状、必要な流量等は、ＬＳＩ１の仕様により要求される冷却性能を満たすように定められる。尚、受熱部８をシャーシ１０と一体になるように固定した後、シャーシ１０をで基板２に対して固定することとしてもよいが、冷却装置１００を基板２に対して固定する際に、押し付けバネ５により熱伝導部材９及びＬＳＩ１に押し付けることにより固定することとしてもよい。
ポンプ１４は、図中矢印２１〜２５の向きの流速を液体冷媒に与える。ポンプ１４は液体冷媒の閉ループ循環系の全体における圧力損失と流量とを満足するように選定される。
冷却装置１００を長期に稼動させると、ホース１８〜２１、或いは、これらホースと受熱部８、ポンプ１４、リザーブタンク１５及びラジエータ１６との接続部から、液体冷媒が徐々に抜けていく。この抜け量をあらかじめ確保する目的と、液体冷媒の温度上昇に伴う膨張により循環系内の圧力が上昇するのを防ぐバッファの目的のため、リザーブタンク１５は設置される。
ラジエータ１６としては直行流型熱交換器が性能面で優れている。例えばコルゲーテッドフィンが好適である。ラジエータ１６はファン１７からの送風にて冷却される。
ホース１８〜２１の材料は、長期使用の安定性や透水防止性からブチル等が好ましい。受熱部８、ポンプ１４、リザーブタンク１５及びラジエータ１６との接続部には、ニップル等を用いると冷媒の抜けを防ぐ上で好ましい。冷媒抜けを抑えることができればリザーブタンク１５の容量を小さくすることが可能であり、冷却装置１００の小型化に資する。
ホースによる接続には、部品交換や、冷却能力の性能レンジの変更が容易になるという利点もある。例えば、ＬＳＩ１のアップグレードに伴って発熱量が上昇した場合も、ポンプ１４を高性能品に変えるだけで対応することが出来る。
また、ホースにより接続すれば、装置の実装に応じて部品の配置を変更することも容易であり、実装の自由度が向上する。例えば、ポンプ１４及びリザーブタンク１５をベース７上に配置することにより、高さ方向または長手方向の寸法を変更することも考えられる。
受熱部８、ポンプ１４、リザーブタンク１５、ラジエータ１６、ファン１７はベース７及びシャーシ１２に固定されて一体となるので持ち運びが容易である。また、冷却装置１００をＬＳＩ１に取り付ける際には、バネ付きネジ３にてベース７を基板２に対して固定するだけでよく、装置への組み付け及び組み外しが容易である。
冷却装置１００は、シャーシ１２内壁にポンプ１４及びリザーブタンク１５を取り付ける構造のため、シャーシ１２内を貫通する通風路を確保することができる。図中矢印２６及び２７に示すように、ファン１７にて発生した空気流は、ラジエータ１６を流れる液体冷媒との間で熱交換を行って熱を奪った後、この通風路を通過し、通風孔１３から流出する。この空気流は、基板２に対して上から吹きつけたような空気流となり、基板２上でベース７外側に配置された不図示のキャッシュメモリなど他の集積回路、電子部品等をも冷却することが出来る。このため、ＬＳＩ１周辺にもＩＣ等の発熱体を実装することが可能となり、装置の実装密度を向上させることができる。尚、ラジエータ１６での熱交換後の空気流が高温で周辺装置を冷却出来ない場合、ファン１７の回転方向を逆向きにして矢印２６及び２７の逆向きの空気流を発生することとしてもよい。この場合、空気流は周辺装置を冷却した後でラジエータ１６での熱交換を行うことになる。
シャーシ１２はベース７に取り付けられる。ベース７はシャーシ１２の内側及び外側にツバが張り出す構造を有する。内側のツバは受熱部８をＬＳＩ１に押付ける作用を有する。外側のツバは貫通穴を有する。この貫通穴にバネ付ネジ３及び４等を通し、基板２に設けたネジ穴にバネ付ネジ３及び４等をねじ込む。これにより、受熱部８をＬＳＩ１に押し付けると共に、ベース７を基板２に対して固定する。基板２にネジ穴を設ける代わりに、基板２に貫通穴を空けて、基板裏面に配置したナット等の機構により固定することとしてもよい。ネジの代わりにクリップ等で固定してもよい。押し付けバネ５のバネ荷重は、ＬＳＩ１の耐荷重、熱伝導部材９の接触抵抗等の仕様に基づいて決定される。更に、そのバネ荷重を満足するバネ定数とつぶし量に基づいてストローク長が決定される。
本実施の形態では、ＬＳＩ１の近傍であっても、基板２とベース７との間に空間が確保されるので、基板２上のＬＳＩ１近傍に不図示の他の電子部品を実装することが可能となる。これらの他電子部品の周辺には、基板２とベース７との間の空間が確保される上、ファン１７が発生する空気流により、間接的な冷却効果を得ることが出来る。
次に、本発明の第２の実施の形態である冷却装置２００について図５を参照して説明する。第１の実施の形態と同じ部品等については同じ参照符号を付している。前述の冷却装置１００と比較すると、ベース７の代わりに通風孔３１を有するベース３２を用いる点と、通風孔１３を有するシャーシ１２の代わりに通風孔を有さないシャーシ３３を用いる点が異なる。
矢印３４及び３５に図示したように、冷却装置２００では、ファン１７が発生した空気流は、ラジエータ１６、シャーシ３３を図中上下方向に貫通する通風路、通風孔３１を通過して、電子部品３６及び３７に当たり、基板２とシャーシ３３との間の空間を通過して冷却装置２００の外部に流出する。
このため、本実施の形態では、ＬＳＩ１の近傍にも、電子部品３６及び３７といった発熱体を実装することが可能となる。
次に、本発明の第３の実施の形態である冷却装置３００について図６を参照して説明する。第２の実施の形態と比較すると、第３の実施の形態は、受熱部８及びシャーシ３３の代わりに、受熱部４１を用いる。受熱部４１は受熱部８及びシャーシ３３の両者を兼ねるものであり、液体冷媒を流入口４２から取り入れて流出口４３から排出する。受熱部４１の内部について図６のＢ−Ｂ断面である図７を参照して説明すると、流入口４２及び流出口４３と繋がった流路４４を備え、ここを液体冷媒が流れる。また、受熱部４１は四隅に貫通口４５を有し、ここにバネ付きネジ３を通して基板２に対して固定される。
本実施の形態によれば、冷却装置３００の下面の全面が受熱部として働くため、ＬＳＩ１と受熱部４１との位置関係上の制約が緩くなり、基板２に取り付ける際の位置合わせが容易になるという効果がある。
次に、本発明の第４の実施の形態である冷却装置４００について図８を参照して説明する。第３の実施の形態と比較すると、受熱部４１の直下にＬＳＩ１だけではなく、その近傍に電子部品３６、３７を実装している点で異なる。これにより、これら複数の電子部品を一括して冷却することが可能となる。
次に、本発明の第５の実施の形態である冷却装置５００について図９を参照して説明する。第１の実施の形態と比較すると、本実施の形態は、２つの受熱部５１及び５２を備える点、受熱部をひとつ取り付けるための開口部を有するベース７の代わりに、２つの受熱部５１及び５２を取り付けるための２つの開口部を有するベース５３を用いる点、及び、側面に通風孔を持たないシャーシ３３を用いる点で異なる。
基板２上には電子部品５４及び５５が実装されている。電子部品５４及び５５は冷却対象となる電子デバイス、電子素子等である。冷却装置５００が基板２に設置された状態において、押し付けバネの作用により、受熱部５１は熱伝導部材５６を介して電子部品５４に押し付けられ、受熱部５２は熱伝導部材５７を介して電子部品５５に押し付けられる。液体冷媒の閉ループ循環系の中で、受熱部５１及び５２はシリアルに接続されてもパラレルに接続されてもよい。本実施の形態により、複数の電子部品を一括して冷却することが出来る。
次に、本発明の第６の実施の形態である冷却装置６００について図１０を参照して説明する。前述の冷却装置３００と比較すると、冷却装置６００は以下の点で異なる。ホース１８の代わりに、受熱部８の流出口１１に一端を接続するホース６１を備え、リザーブタンク１５の流入口に一端を接続するホース６２を備える。ホース間を接続するためのカプラ６３及び６４を備える。ホース６１及び６２の他端はそれぞれカプラ６３及び６４に接続される。シャーシ３３の代わりに、カプラ６３及び６４を貫通させる貫通口を側面に有するシャーシ６５を用いる。カプラ６３及び６４はそれぞれ一方のホース取付口をシャーシ６５の内側に有し、他方のホース取付口をシャーシ６５の外側に有する。カプラ６３及び６４の外側取付口にそれぞれ一端を接続したホース６６及び６７を備える。ホース６６及び６７の他端に接続された受熱部６８を備える。受熱部６８は熱伝導性接着剤６９にて電子部品７０に接着される。
受熱部８の上部にはポンプ１４、リザーブタンク１５、ラジエータ１６及びフィン１７等を配置する。これら装置の重量を支持すると共に、所定の力で受熱部８をＬＳＩ１に押し付けるため、バネ付きネジ３及びベース７等にて保持している。これに対し、受熱部６８の上部にはこうした他装置が配置されないので、接着によって電子部品７０を保持している。尚、受熱部８と同様に、受熱部６８もバネ付きネジとベースによって保持してもよい。
冷却装置６００によれば、受熱部８によってＬＳＩ１を冷却すると同時に、受熱部６８によって電子部品７０を冷却することができる。受熱部６８とカプラ６３、６４は取り外し可能である。このため、冷却装置６００は取り扱いが容易であるという利点がある。また、不要であれば受熱部６８を外してもよい。この場合、カプラ６３の流出口とカプラ６４の流入口とをホースで直結することにより閉ループ循環系を形成する。更に、必要に応じてカプラ及び受熱部を追加し、受熱部６８とシリアル或いはパラレルに接続して３つ以上の受熱部を含む閉ループ循環系を形成することとしてもよい。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範囲内でその変更や改良が可能であることは勿論である。
例えば、上述の実施の形態では、計算機用のＬＳＩやその周辺装置を冷却対象の装置として説明したが、本発明はこれに限らず、一般の電子部品、電子機器の冷却に適用できる。
また、上述の実施の形態では、ポンプ、リザーブタンク、ラジエータ、ファンはすべてベース又はシャーシに取り付けられているが、一部を基板上、或いは、ＬＳＩ、基板及び冷却装置を内蔵する不図示の装置の内壁に取り付けることとしてもよい。
また、上述の実施の形態における液体冷媒の閉ループ循環系では、図１１に示すように、受熱部、リザーブタンク、ラジエータ、ポンプの順に液体冷媒を循環させているが、図１２に示すように、受熱部、ラジエータ、リザーブタンク、ポンプの順に循環させてもよい。循環系内での順序関係は、実装形態、部品の温度仕様等を鑑みて適宜決定される。
また、上述の実施の形態では押し付けバネとしてコイルスプリングを用いているが、本発明はこれに限らず、他の弾性体にてベース或いは受熱部を付勢することとしてもよい。こうした付勢部材としては例えばゴムブッシュが考えられる。
更に、上述の実施の形態の間には、ベース或いはシャーシの通風孔の有無及び位置、受熱部の数、受熱部及びベースの構造、ファンが発生する空気流の方向、一受熱部で冷却する電子部品の数、カプラの有無、液体冷媒の閉ループ循環系におけるポンプ、リザーブタンク、受熱部、ラジエータの順序関係等について相違しているが、これらを適宜組み合わせ可能なことは当業者には明らかであろう。
この出願は、２００６年９月１９日に出願された日本出願特願第２００６−２５２１７７号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【図１】
2008035579.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設置した装置を冷却する冷却装置において、
前記基板に対して略垂直な方向であって、前記基板の両面のうち、前記冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、
前記冷却対象装置の上に配置され、前記冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部と、
前記基板上に略垂直に立つ柱状部と、
前記柱状部が貫通した貫通口を有し、前記受熱部の上に配置されるベースと、
前記柱状部に沿って前記ベースを付勢することにより、前記受熱部を前記冷却対象装置に押し付ける付勢手段と
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、
前記受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、
前記冷却装置は、前記受熱部と共に前記液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群を備え、
前記循環系装置群の少なくとも一部は、前記ベース及び柱状部によって前記基板に対して支持される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却装置において、
空気流を発生するファンと、
前記空気流が、前記基板に対して吹きつける、或いは、前記基板から吸い上げる空気流となるように、前記ファンを前記ベース上に支持するシャーシと
を更に備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却装置において、前記循環系装置群は前記シャーシに対して固定されてなることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却装置において、
前記シャーシは前記ベース上に略垂直に立つ筒状の形状を有し、下の開口に前記ベースが固定され、上の開口に前記ファンが固定され、
前記循環系装置群はラジエータ、ポンプ及びリザーブタンクを含み、前記ラジエータは前記ファンの下に前記筒内に配置され、前記ポンプ及びリザーブタンクは、前記ラジエータの下に、前記筒の内面に互いに対向するように配置され、
前記ポンプ及びリザーブタンクの間に、前記空気流が通過する通風路となる空間を有し、
前記空気流は、前記ラジエータ及び通風路を通過する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項３に記載の冷却装置において、前記ベース及びシャーシのうち少なくとも一方は、前記空気流が通過するための通風孔を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却装置において、前記受熱部及びベースに代わって、前記支柱部が貫通した貫通口を有し、前記冷却対象装置の上に配置され、前記冷却対象装置との間で熱交換を行うベース一体型受熱部を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却装置において、一の受熱部は複数の冷却対象装置に対向して配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項１に記載の冷却装置において、複数の前記受熱部を備え、
前記複数の受熱部は、それぞれ、少なくともひとつの冷却対象装置に対向して配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の冷却装置において、
前記閉ループ循環系装置群の装置間は取り付け及び取り外し可能なホースにより接続されて前記閉ループ循環系を形成し、
前記閉ループ循環系装置群は、その両端にホースを取り付け及び取り外し可能なカプラを少なくとも２つ含む
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷却装置において、
前記カプラを介して前記閉ループ循環系に追加された第２の受熱部を少なくとも１つ備え、
前記第２の受熱部は、熱伝導性接着剤にて第２の冷却対象装置に接着される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
基板上に設置した装置を冷却する冷却装置を基板に設置する方法において、
前記基板に対して略垂直な方向であって、前記基板の両面のうち、前記冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、
前記冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部を、前記冷却対象装置に対向して配置する段階と、
前記受熱部の上に貫通口を有するベースを配置する段階と、
一端に付勢手段を固定した柱状部の他端を前記貫通口に通して前記基板に対して固定することにより、前記付勢手段により前記受熱部を前記冷却対象装置に対して押し付けつつ、前記受熱部を前記基板上に支持する段階と
を含むことを特徴とする冷却装置の設置方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の冷却装置の設置方法において、
前記受熱部はその内部を液体冷媒が通過する構造を有し、
前記受熱部を前記冷却対象装置に対向して配置するのに先立って、前記受熱部と、前記受熱部と共に前記液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群とを、前記ベース上に支持する段階を更に含む
ことを特徴とする冷却装置の設置方法。
【請求項１４】
基板上に設置した装置を冷却する冷却装置において、
前記基板に対して略垂直な方向であって、前記基板の両面のうち、前記冷却対象装置を設置する面側を上とし、他方の面側を下とするとき、
前記冷却対象装置の上に配置され、その内部を液体冷媒が通過する構造を有し、前記冷却対象装置との間で熱交換を行う受熱部と、
前記基板上に略垂直に立つ柱状部と、
前記柱状部が貫通した貫通口を有し、前記受熱部の上に配置されるベースと、
前記柱状部に沿って前記ベースを付勢することにより、前記受熱部を前記冷却対象装置に押し付ける付勢手段と、
前記受熱部と共に前記液体冷媒による閉ループ循環系を形成する循環系装置群と、
前記循環系装置郡を固定するシャーシと
を備え、
前記シャーシは前記ベース上に略垂直に立つ筒状の形状を有し、下の開口に前記ベースが固定され、
前記循環系装置群はラジエータ、ポンプ及びリザーブタンクを含み、前記ポンプ及びリザーブタンクは、前記ラジエータの下に、前記筒の内面に互いに対向するように配置され、
前記ポンプ及びリザーブタンクの間に、空気流が通過する通風路となる空間を有し、
前記空気流は、前記ラジエータ及び通風路を通過する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の冷却装置において、
空気流を発生するファンを更に備え、
前記空気流が、前記基板に対して吹きつける、或いは、前記基板から吸い上げる空気流となるように、前記シャーシは前記ファンを前記ベース上に支持する
ことを特徴とする冷却装置。
【国際調査報告】
2008035579.tif 000016
2008035579.tif 000017
2008035579.tif 000018
2008035579.tif 000019