(57)【要約】【課題】効率的に冷却するヒートパイプ型の冷却装置を提供する。【解決手段】一方の面に発熱体５２が取り付けられる受熱部３を設けた中空の基部１０と、この基部１０の受熱部３に対向する面に突出して設けられ、内部が基部１０の内部と連通した中空の複数の放熱ピン５と、基部１０と放熱ピン５の内部に封入した作動液１１とで構成され、放熱ピン５の内径が先端部から基部１０側に向かうにつれて大きくなるように、放熱ピン５の内壁をテーパー状にしたものであるので、効率よく冷却することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に発熱体が取り付けられる受熱部を設けた中空の基部と、
この基部の前記受熱部に対向する面に突出して設けられ、内部が前記基部の内部と連通した中空の複数の放熱ピンと、
前記基部と前記放熱ピンの内部に封入した作動液とで構成され、
前記放熱ピンの内径が先端部から前記基部側に向かうにつれて大きくなるように、前記放熱ピンの内壁をテーパー状にした冷却装置。
【請求項２】
前記基部の内部には、前記受熱部の内壁面とその対向面とを渡すように補強リブを設けた請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記放熱ピンの内壁面には、この放熱ピンの立設方向に沿って溝を設けた請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記受熱部の内壁面全体に溝を設けた請求項１〜３いずれかひとつに記載の冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかひとつに記載の冷却装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品の発熱を放熱する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術開発によって、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品の小型化が進むとともに、処理量も膨大になり、同時に発熱量も大きくなってきた。そのため、これら電子部品を効率よく冷却する冷却装置が要求されている。
【０００３】
例えば、特許文献１の冷却装置１００は、図９に示すように、板状の基材部１０１の一方の面に複数の中空のピン状突起１０２を立設したものである。このような冷却装置１００は、基材部１０１に複数の孔を設け、この孔に内部が連通するように基材部１０１にピン状突起１０２を立設し、ピン状突起１０２を封栓部１０３で密封してもよい。または、板状部材をもとにして押出成形等によってピン状突起１０２を形成し、封栓部１０３で密封してもよい。ピン状突起１０２内には、封栓部１０３で密封する際、作動液（フロンガスなど）を封入する。そして、基材部１０１のピン状突起１０２を設けた面の反対面には、発熱体を密接させることになる。
【０００４】
このような冷却装置１００によれば、発熱体で発生した熱は、基材部１０１に伝達される。その熱は基材部１０１全体に拡がっていく。ピン状突起１０２の根元（基材部１０１側）では、温かくなった基材部１０１の熱を奪って、内部に封入された作動液が蒸発する。蒸発した作動液は、ピン状突起１０２内を先端（基材部１０１の反対側）へ移動する。この際、ピン状突起１０２の壁に熱を伝えて作動液自身は冷却される。冷却された作動液は再び液化（凝縮）する。凝縮した作動液は滴下して（あるいはピン状突起１０２の内壁をつたって）、再び基材部１０１付近に溜まることになる。このサイクルを繰り返して基材部１０１が高温になるのを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１―２６４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例による冷却装置では、近年の小型で大きな発熱量を有する発熱体に対しては、効果的に放熱できなかった。すなわち、基材部においては、基材部自身が熱を伝えることになるので、発熱体の付近と基材部の周縁部とでは温度勾配ができてしまうことになる。すなわち、発熱体から距離のあるピン状突起においては、効率的に内部の作動液を蒸発させるだけの熱量が得られず、結果、効果的な冷却ができないという課題がある。
【０００７】
また、基材部を小さくすると、表面積を確保するには、ピン状突起を長くしなければならず、先端まで作動液が行き届かずに効率的な放熱ができないという課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、効率的に放熱できる冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明の冷却装置は、
一方の面に発熱体が取り付けられる受熱部を設けた中空の基部と、
この基部の前記受熱部に対向する面に突出して設けられ、内部が前記基部の内部と連通した中空の複数の放熱ピンと、
前記基部と前記放熱ピンの内部に封入した作動液とで構成され、
前記放熱ピンの内径が先端部から前記基部側に向かうにつれて大きくなるように、前記放熱ピンの内壁をテーパー状にしたものであり、
これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のごとく本発明の冷却装置は、一方の面に発熱体が取り付けられる受熱部を設けた中空の基部と、
この基部の前記受熱部に対向する面に突出して設けられ、内部が前記基部の内部と連通した中空の複数の放熱ピンと、
前記基部と前記放熱ピンの内部に封入した作動液とで構成され、
前記放熱ピンの内径が先端部から前記基部側に向かうにつれて大きくなるように、前記放熱ピンの内壁をテーパー状にしたものであるので、効率よく冷却することができる。
【００１１】
すなわち、本発明においては、まず、基部の内部において蒸発した作動液は、基部内部で爆発するようにして拡散し、放熱ピン内に充満されるので、基部全体、さらには、放熱ピン全体で放熱作用が発生し、発熱体を効率よく冷却できるのである。そして、放熱ピンは、内壁が基部側に向けて拡がるようにテーパー状になっているので、どのような角度に冷却装置が設置された場合でも、液化した作動液が基部側へ流れやすくなっている。すなわち、作動液の循環が効率よく行なわれるので、発熱体を効率よく冷却できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した横置型電子機器の概略斜視図
【図２】同電子機器における冷却装置の取付図
【図３】本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した縦置型電子機器の概略斜視図
【図４】同電子機器における冷却装置の取付図
【図５】本発明の実施の形態１の冷却装置の構成図
【図６】同冷却装置の放熱ピン側の裏側斜視図
【図７】同冷却装置の断面図
【図８】同冷却装置の放熱ピンの詳細断面図
【図９】従来の冷却装置の概略図
【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ながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１〜４は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置１を搭載した電子機器５１を示したものである。本実施の形態では、電子機器５１として、ラック収納型の電子計算機を例にして説明する。
【００１５】
図１、図２は、長手方向を水平にしてラック（図示せず）に収納されるタイプの電子機器５１の概略図である。図１では、天面を開放した状態で示しているが、設置状態においてはカバーを被せることになる。筐体５１ａの内部には、発熱体５２となるＣＰＵ、周辺回路などが装備されている。冷却装置１は、発熱体５２の表面に密着させるようにして取り付けられる（図２）。この場合、後述する放熱ピン５が立つ方向に冷却装置１が取り付けられることになる。
【００１６】
図３、図４は、長手方向を鉛直にしてラック（図示せず）に収納されるタイプの電子機器５１の概略図である。図３では、１つの側面を開放した状態で示しているが、設置状態においてはカバーを被せることになる。図１の場合と同様、筐体５１ａの内部には、発熱体５２となるＣＰＵ、周辺回路などが装備されている。冷却装置１は、発熱体５２の表面に密着させるようにして取り付けられる（図４）。この場合、後述する放熱ピン５が横向きに寝る方向に冷却装置１が取り付けられることになる。
【００１７】
このような状態で、冷却装置１は、発熱体５２の発熱を受けて放熱ピン５から放熱され、発熱体５２は冷却される。
【００１８】
冷却装置１について、詳細に説明する。
【００１９】
図５に示すように、冷却装置１は、放熱部２と受熱部３で構成されている。放熱部２は、板状のベース４に中空柱状の放熱ピン５が複数本立てられているものである。そして、受熱部３とベース４とで基部１０を形成している。また、詳しくは後述するが、本実施の形態においては、ベース４には、冷却装置１内に作動液（ハイドロフルオロエーテルなど）を注入するための封入管６も設けられている。なお、この封入管６は、受熱部３側に設けられていてもよい。
【００２０】
放熱ピン５は、ベース４側を開口した中空形状である。そして、その内壁面は、ベース４側から先端部に向けて狭くなるようなテーパー壁面となっている。また、この放熱ピン５は、外部の空気と内部の作動液との熱交換がしやすいように、薄肉のアルミニウムなどの金属で形成されている。
【００２１】
図６は、放熱部２を裏側（受熱部３側）から見た図である。図６に示すように、放熱ピン５は、受熱部３側を開口した中空形状である。また、ベース４の受熱部３側には、補強リブ７が設けられている。この補強リブ７は、受熱部３と放熱部２とを接合した際に、受熱部３の内壁面に当接するようになっている。また、この補強リブ７は、少なくとも１つ設けられる。
【００２２】
放熱部２は、アルミニウムなどの金属素材をダイカスト製法などの成形方法で形成される。上述したようなテーパー状の放熱ピン５の内壁面を形成する金型は、円錐型になる。そして、この金型を抜く際には、図８に示すように、放熱ピン５の内壁面に放熱ピン５の立設方向に溝９が形成される。
【００２３】
次に、受熱部３について説明する。図５に示すように、受熱部３は、アルミニウムなどの金属板の周囲に壁が設けられた、言わば皿のような形状である。そして、その内面には、細かい傷のような溝８（ウィック）が設けられている。この溝８は、発熱体５２の取付面の裏側全体に設けるとよい。
【００２４】
受熱部３は、アルミニウムなどの金属板をプレス成形によって形成する。
【００２５】
放熱部２と受熱部３とは、同じ金属素材で形成する。アルミニウムは、軽量で熱伝導率もよいので本実施の形態のような冷却装置１に適した素材と言える。
【００２６】
そして、受熱部３と放熱部２は、図５に示すように、内部に空間を形成するようにベース４の周縁部と受熱部３の周囲に設けた壁の頂部とを突き合わせて溶接し、冷却装置１を形成する。次に、封入管６から内部の空気を抜いて冷却装置１内部に真空状態を作り出し、さらに、この状態で図７で示す作動液１１を注入する。作動液１１を注入した後、封入管６を閉じて冷却装置１は出来上がる。
【００２７】
作動液１１は、ハイドロフルオロエーテルを用いることができる。また、放熱部２、受熱部３の材質と科学的に安定であり、設計温度、圧力環境化において気液二相状態となる物質であれば、他の冷媒でもよい。
【００２８】
このような冷却装置１において、その冷却作用について説明する。図７に、冷却装置１を放熱ピン５が寝た状態で設置した場合の断面図を示す。
【００２９】
図７に示すように、受熱部３の外壁面には、発熱体５２が密着するようにして固定される。この固定方法は、受熱部３の外表面と発熱体５２の外表面とが密着していれば、どのような方法でも構わない。一方、基部１０内の底部には、液体状態の作動液１１が溜まっている。この作動液は、受熱部３に設けられた溝８の毛細管現象によって、溝８を埋めるようにして受熱部３の発熱体５２側の内壁面を覆うことになる。
【００３０】
発熱体５２から発生した熱は、受熱部３に伝達され、その温度を上昇させる。基部１０内部では、受熱部３の内壁面の温度上昇によって、作動液１１が蒸発する。このとき、受熱部３の内壁面では、溝８によって作動液１１の薄い膜ができたようになっているので、作動液１１の蒸発が効率的に行なわれることになる。この蒸発の際に、受熱部３の熱は奪われて、結果として発熱体５２は冷却される。
【００３１】
作動液１１が蒸発するときには、基部１０内部で言わば爆発したようになるので、気体状態の作動液１１は、冷却装置１の内部全体、すなわち、各放熱ピン５の先端にまで行き渡ることになる。
【００３２】
放熱ピン５においては、全体が外気にさらされているので、放熱が効率よく行なわれる。すなわち、放熱ピン５の内部では、気体状態の作動液１１が冷却されて液化する。液体状態に戻った作動液１１は、放熱ピン５の内壁面を伝って再び基部１０内へ戻ることになる。このとき、放熱ピン５の内壁面は、基部１０側に下り勾配となるテーパー壁面となっているので、作動液１１が停滞することなく基部１０側へ流れていく。さらには、放熱ピン５の内壁面には、放熱ピン５の立設方向に溝９が形成されているので、先端付近で液化した作動液が、ベース４側へ移動するのを促進することになる。
【００３３】
また、補強リブ７は、冷却装置１内のベース４と受熱部３内壁面との間を橋をかけるようにして設けられている。そのため、冷却装置１内を真空状態にしたときに、冷却装置１の内部がつぶれてしまうことを防いでいる。さらに、液化した作動液１１が放熱ピン５から受熱部３側へ流れてきたとき、作動液１１が補強リブ７の表面を伝って受熱部３の内壁面（溝８）に直接到達する。すなわち、受熱部３の内壁面に作動液１１が満たされるのを促進することになる。
【００３４】
このように、本実施の形態の冷却装置１によれば、以下の通り、作動液の蒸発・凝縮のサイクルが回りやすくなっているので、効率のよい冷却（放熱）ができる。
【００３５】
・受熱部３においては、内壁面に設けた溝８によって、薄い作動液の膜が形成され、蒸発しやすい状態になっている。
【００３６】
・基部１０と放熱ピン５の内部は連通しているので、蒸発した作動液が冷却装置１の内部全体に拡散しやすい状態になっている。
【００３７】
・放熱ピン５は、先端側よりベース４側の内径が広くなるようにテーパーを付けた内壁面を有しているので、放熱ピン５が横向きになるように取り付けられても、作動液１１は基部１０側に流れやすくなっている。
【００３８】
・放熱ピン５の内壁面には、放熱ピン５の長手方向に沿って溝９がついているので、先端付近で凝縮した作動液は、先端側からベース４側へ伝わりやすくなっている。（放熱ピン５の先端に近いほど発熱体５２から遠く、外気に多く曝されているので、放熱しやすい。）。
【００３９】
そして、本実施の形態による冷却装置１は、電子機器５１は、電子計算機だけでなく、ＬＥＤ照明装置、通信機に用いられる大規模集積装置（ＬＳＩ）、パワー半導体などの冷却に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のごとく本発明の冷却装置は、一方の面に発熱体が取り付けられる受熱部を設けた中空の基部と、この基部の前記受熱部に対向する面に突出して設けられ、内部が前記基部の内部と連通した中空の複数の放熱ピンと、前記基部と前記放熱ピンの内部に封入した作動液とで構成され、前記放熱ピンの内径が先端部から前記基部側に向かうにつれて大きくなるように、前記放熱ピンの内壁をテーパー状にしたものであるので、効率よく冷却することができる。
【００４１】
そして、このような冷却装置は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、パワー半導体などの冷却に広く活用されることが期待される。
【符号の説明】
【００４２】
１    冷却装置
２    放熱部
３    受熱部
４    ベース
５    放熱ピン
６    封入管
７    補強リブ
８    溝
９    溝
１０    基部
１１    作動液
【図１】
2014163519.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】
2014163519.tif 000009
【図８】
2014163519.tif 000010
【図９】
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