(57)【要約】【課題】冷媒ノズルから噴出された冷媒をベースプレートに十分に供給して冷却能力の低下を抑えることができる技術を提供する。【解決手段】冷却器６は、おもて面３ａに冷却対象が取り付けられるベースプレート３と、ベースプレート３の裏面３ｂに取り付けられている複数のフィン４と、複数のフィン４の先端から離間して設けられており、ベースプレート３と平行に延びている冷媒供給路１２と、複数のフィン４の間の空間と通じており、冷媒供給路１２とベースプレート３との間に設けられている冷媒排出路１４と、冷媒供給路１２からベースプレート３の裏面３ｂに向かって冷媒を噴出させる冷媒ノズル６を備える。冷却器６は、さらに、冷媒ノズル６の先端６２とフィン４の先端４２との間に隙間１５が形成されており、冷媒ノズル６の先端６２からフィン４に向かって延びるように取り付けられ、フィン４の先端４２に当接して隙間１５を閉塞する弾性体１１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもて面に冷却対象が取り付けられるベースプレートと、
前記ベースプレートの裏面に取り付けられており、平面同士を対向させて平行に配列されている複数のフィンと、
前記ベースプレートの裏面側で複数の前記フィンの先端から離間して設けられており、前記ベースプレートと平行に延びている冷媒供給路と、
複数の前記フィンの間の空間と通じており、前記冷媒供給路と前記ベースプレートとの間に設けられている冷媒排出路と、
前記冷媒供給路に設けられており、前記ベースプレートの裏面に向かって冷媒を噴出させる冷媒ノズルと、を備え、
前記冷媒ノズルの先端と前記フィンの先端との間に隙間が形成されており、
前記冷媒ノズルの先端から前記フィンに向かって延びるように取り付けられ、前記フィンの先端に当接して前記隙間を閉塞する弾性体を備える冷却器。
【請求項２】
前記弾性体は、二色成形により前記冷媒ノズルの先端と一体的に形成されている、請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記弾性体は、前記冷媒ノズルの先端に取り付けられる取付面と、前記フィンの先端に当接する当接面とを有しており、
前記当接面の横幅が前記取付面の横幅より小さい、請求項１又は２に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器に関する。特に、ベースプレートの一方の面に半導体チップなどの冷却対象を取り付け、ベースプレートの他方の面に冷媒を衝突させる衝突噴流型の冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップや電子部品の冷却用に、一方の面に半導体チップなどの冷却対象を取り付け、一方の面とは反対側の他方の面に向けて冷媒を噴出させるタイプの冷却器が知られている。そのようなタイプの冷却器は、噴出させた冷媒をベースプレートの裏面に衝突させることから、衝突噴流型の冷却器と呼ばれることもある。本明細書では、半導体チップなどの冷却対象を取り付ける部位を「ベースプレート」と称する。そして、説明の便宜上、冷却対象を取り付ける面（上記の「一方の面」）を、ベースプレートのおもて面と称し、反対側の面（上記の「他方の面」）を裏面と称する。
【０００３】
衝突噴流型の冷却器の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の冷却器では筐体の一側壁がベースプレートに相当する。その冷却器は、ベースプレートと対向するように筐体内空間をベースプレートに面する空間とベースプレートから離間した空間に二分する仕切板を備える。ベースプレートから離間した空間に外部から冷媒が供給される。すなわち、その空間自体が冷媒供給路を構成する。なお、筐体に設けられた、冷媒を供給する口を冷媒供給口と称する。仕切板からベースプレートの裏面に向けて冷媒を噴出させる冷媒ノズルが設けられている。冷媒ノズルは、冷媒供給口に近い側から遠い側へと延びる長尺な開口を有する。あるいは、冷却器は、冷媒供給口に近い側から遠い側へと並んで点在する複数の冷媒ノズルを有する。仕切板によって仕切られる空間のうち、ベースプレートに面する空間には、筐体の壁面に冷媒排出口が設けられている。冷媒排出口は、筐体の側壁のうち、冷媒供給口が設けられた側壁と対向する側壁に設けられている。また、仕切板とベースプレートの間の空間が冷媒排出路を構成する。さらに、この冷却器にはベースプレートの裏面に複数のフィンが設けられており、複数のフィンの間には、冷媒が流通する空間が形成されている。このような冷却器では、冷媒ノズルから噴出された冷媒が、複数のフィンの間に流入し、ベースプレートの裏面に衝突した後に冷媒排出口へ向かって流れる。これにより、フィンを介してベースプレートを冷却し、ベースプレートに取り付けられた冷却対象を冷却している。また、特許文献２にも、ベースプレートの一方の面に冷却対象を取り付けると共に他方の面に複数のフィンを設けて、複数のフィンの間に冷媒を流入させて冷却対象を冷却する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６６１１３号公報
【特許文献２】特開平６−１１２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような冷却器では、冷却器を構成する各部材の製造時における寸法誤差により、各部材を組み合わせて冷却器を製造したときに部材と部材の間に隙間が生じることがある。典型的には、冷媒ノズルとフィンとの寸法誤差により、冷媒ノズルの先端とフィンの先端との間にずれが生じて隙間が発生することがある。このような隙間が発生すると、冷媒ノズルから複数のフィンの間に冷媒を噴出したときに、上記の隙間から冷媒が流出してしまうことがある。そうすると、冷媒ノズルから噴出された冷媒が複数のフィンの間にスムーズに流入せず、その結果、ベースプレートの裏面に衝突する冷媒の流量が少なくなり、冷却能力が低下することがあった。そこで、本明細書が開示する技術は、冷媒ノズルから噴出された冷媒をベースプレートに十分に供給して冷却能力の低下を抑えることができる冷却器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、ベースプレートに取り付けられる冷却対象を冷却する冷却器に関する。この冷却器は、おもて面に冷却対象が取り付けられるベースプレートと、ベースプレートの裏面に取り付けられており、平面同士を対向させて平行に配列されている複数のフィンと、を備えている。また、この冷却器は、ベースプレートの裏面側で複数のフィンの先端から離間して設けられており、ベースプレートと平行に延びている冷媒供給路と、複数のフィンの間の空間と通じており、冷媒供給路とベースプレートとの間に設けられている冷媒排出路と、冷媒供給路に設けられており、ベースプレートの裏面に向かって冷媒を噴出させる冷媒ノズルと、を備えている。また、この冷却器では冷媒ノズルの先端とフィンの先端との間に隙間が形成されている。さらに、この冷却器は、冷媒ノズルの先端からフィンに向かって延びるように取り付けられ、フィンの先端に当接して隙間を閉塞する弾性体を備えている。
【０００７】
このような構成によれば、冷媒ノズルの先端に取り付けられた弾性体がフィンの先端に当接して隙間を閉塞するので、冷媒ノズルの先端から噴出された冷媒がフィンの先端との隙間から漏れることがなく、複数のフィンの間の空間に冷媒が確実に流入する。よって、冷媒が隙間から漏れるのを防ぐことができ、ベースプレートの裏面に冷媒を確実に供給することができるので、冷却性能の低下を防ぐことができる。
【０００８】
また、本明細書が開示する冷却器では、弾性体が二色成形により冷媒ノズルの先端と一体的に形成されていてもよい。これにより、弾性体と冷媒ノズルを容易に一体化させることができる。
【０００９】
また、弾性体が冷媒ノズルの先端に取り付けられる取付面と、フィンの先端に当接する当接面とを有しており、当接面の横幅が取付面の横幅より小さいことが好ましい。
【００１０】
弾性体は、フィンの先端で押しつぶされて横方向に拡がる。弾性体が横方向に大きく拡がると、ノズル先端からフィンまでの流路を狭めてしまい、冷媒の流れが乱されて冷却効率が低下する虞がある。上記の構成によれば、フィンの先端と弾性体との接触部分を小さくすることができ、フィンの先端で弾性体が圧縮されて変形したときにこの弾性体が横に拡がる量を少なくすることができる。その結果、冷媒の流れが乱されることがなく、冷却効率の低下を招かない。
【００１１】
なお、特許文献２にはノズルに緩衝部材が取り付けられた構成が開示されているが、この構成は、ノズルの先端とフィンの先端との間に緩衝部材が取り付けられているのではなく、ノズルの側面と押え板との間に緩衝部材が取り付けられており、本明細書に開示の技術とは相違している。また、この特許文献２の緩衝材は、ノズルを接続口に差し込むときの緩衝のために取り付けられたものであり、本願の弾性体のようにノズルの先端とフィンの先端との隙間を閉塞するために取り付けられたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る冷却器の斜視図を示す。
【図２】冷却器の三面図を示す。図２（Ａ）は筐体の天板を除いた平面図を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
【図３】図２（Ｃ）のIII部分の拡大図であり、図３（Ａ）は弾性体が押圧される前の状態を示しており、（Ｂ）は弾性体が押圧された後の状態を示している。
【図４】弾性体の一部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、冷却器２の斜視図である。但し、図１では、冷却器２の内部構造が理解できるように、部品の一部はカットして描いてある。ハッチングが、カットした面を表している。図２は、冷却器２の三面図である。図２（Ａ）は筐体７の天板７ａを除いた平面図を示している。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面（側面断面図）を示している。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面（正面断面図）を示している。
【００１４】
冷却器２は、半導体チップなどの冷却対象９２ａ、９２ｂ、９２ｃを冷却するデバイスである。冷却対象９２ａ〜９２ｃは、ヒートスプレッダを兼ねる絶縁板９１を介して、ベースプレート３のおもて面３ａに取り付けられる。ベースプレート３は、筐体７の一つの壁を構成する。ここで、「おもて面」とは、ベースプレート３の二つの平面を区別するための便宜上の表現であることに留意されたい。本明細書では、ベースプレート３において、冷却器２の外側を向く面を「おもて面３ａ」と称し、冷却器２の内部側を向く面を「裏面３ｂ」と称する。冷却器２は、筐体内部、特に、ベースプレート３の裏面側に冷媒を通し、冷却対象を冷却する。冷媒は、好ましくは、水あるいは不凍液であるが、空気などのガスであってもよい。
【００１５】
筐体７は、ベースプレート３、天板７ａおよび側板７ｂにより構成されており、内部に冷媒の流路が形成されている。ベースプレート３及び天板７ａは、例えばアルミニウム等の金属から形成されており、側板７ｂは、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の熱可塑性樹脂から形成されている。ベースプレート３及び天板７ａは、側板７ｂを挟持しており、周縁の接合部１７において側板７ｂと接合されている。ベースプレート３及び天板７ａと側板７ｂを接合するときは、ベースプレート３及び天板７ａによって側板７ｂを挟持した状態で、外部から加熱及び加圧することにより側板７ｂの表面を溶融して密着させる。また、接合部１７におけるシール性を確保するために、ベースプレート３及び天板７ａの表面を例えばシランカップリング剤等により処理することが好ましい。また、側板７ｂの表面に例えばエポキシ基やカルボキシル基等の官能基を含ませることが好ましい。また、ベースプレート３及び天板７ａの表面をエッチング処理して凹凸を形成し、この凹凸に側板７ｂの熱可塑性樹脂が入り込む構成にしてシール性を高めてもよい。
【００１６】
ベースプレート３の裏面３ｂには、複数のフィン４が取り付けられている。複数のフィン４は、その平面を相互に対向させ、平行に配列されている。複数のフィン４の向きは、その平面が冷媒の流れ方向に直交する向きである。複数のフィン４は間隔をあけて並べて配置されており、各フィン４は、ベースプレート３に固定された固定端４１と、固定端４１の反対側でベースプレート３に固定されていない先端４２とを備えている。
【００１７】
冷却器２の筐体７は、ほぼ、直方体であり、フィン４を除く内部空間が冷媒の流路となっている。筐体７の内部には、内部空間をベースプレート３の裏面３ｂに面する空間と、ベースプレート３から離間する空間に二分する仕切板５が設けられている。この仕切板５は、ベースプレート３と平行に配置されている。また、仕切板５の横には仕切板５と直交するように枠状の側板７ｂが配置されており、この側板７ｂは仕切板５を取り囲み、仕切板５の端部に固定されて仕切板５と一体になっている。また、仕切板５は、上記の側板７ｂと同様の熱可塑性樹脂から形成されている。
【００１８】
仕切板５よりもベースプレート３から遠い空間には、冷媒供給口８が設けられており、仕切板５よりもベースプレート３に近い空間には、冷媒排出口９が設けられている（図２（Ｂ）参照）。冷媒供給口８と冷媒排出口９は、筐体７の側板７ｂの対向する部分に夫々設けられている。図２（Ｂ）では、側板７ｂの左側に冷媒供給口８が設けられており、側板７ｂの右側に冷媒排出口９が設けられている。従って冷媒は図中を左から右に流れる。別言すれば、図１、図２に示した座標系において、冷媒はＸ軸の正方向へと流れる。即ち、Ｘ軸の正方向が、冷媒の流れの下流側に相当する。
【００１９】
また、仕切板５からは、冷媒ノズル６がベースプレート３に向かって延びている。図２（Ａ）によく示されているように、冷媒ノズル６は、冷媒供給路１２における冷媒の流れ方向と同方向に沿って延びており、冷媒の流れに沿って長尺な開口（流路）を有している。冷媒供給口８から供給された冷媒は、仕切板５よりもベースプレート３から遠い空間を通り、次いで冷媒ノズル６を通り、仕切板５よりもベースプレート３に近い空間に移動する。最後に、冷媒排出口９から排出される。仕切板５よりもベースプレート３から遠い空間が冷媒供給路１２に相当し、仕切板５よりもベースプレート３に近い空間が冷媒排出路１４に相当する。
【００２０】
また、冷媒ノズル６は、仕切板５からフィン４の先端４２に向かって延びており、仕切板５に固定された固定端６１と、固定端６１の反対側でフィン４の先端４２と向かい合う先端６２とを備えている。冷媒ノズル６の先端６２とフィン４の先端４２との間には、冷媒ノズル６とフィン４の寸法誤差により隙間１５が生じており、この隙間１５には弾性体１１が配置されている。この弾性体１１は、フィン４の先端４２と向かい合っている冷媒ノズル６の端面に取り付けられている。また、冷媒ノズル６は、上記の側板７ｂ及び仕切板５と同様の熱可塑性樹脂から形成されている。冷媒ノズル６、側板７ｂ及び仕切板５は、熱可塑性樹脂の射出成形により一体的に形成されている。
【００２１】
図２（Ｃ）によく示されているように、冷媒排出路１４は、断面がコの字状の溝にも相当し、コの字の開口側はフィン４に面している。すなわち、冷媒排出路１４は、フィン４の間の空間と通じている。
【００２２】
また、図２（Ｂ）に示すように、弾性体１１は複数のフィン４の並び方向（Ｘ方向）に沿って延びており、冷媒の流れ方向に沿って延びるように配置されている。また、図３は、図２（Ｃ）のIII部分の拡大図であり、図３（Ａ）は弾性体１１が押圧される前の状態を示しており、（Ｂ）は弾性体１１が押圧された後の状態を示している。なお、弾性体１１は、冷媒ノズル６と側板７ｂと仕切板５が一体成形された部材（弾性体１１も取り付けられた部材）に、ベースプレート３を取り付ける際に押圧される。弾性体１１の高さは、寸法公差を含めた隙間１５の最大高さよりも大きくなるように定められており、それゆえ、弾性体１１は、その高さと隙間１５の高さの差だけ押しつぶされる。図３に示すように、弾性体１１は、冷媒ノズル６の先端６２に取り付けられており、冷媒ノズル６からフィン４の先端４２に向かって突出しており、冷媒ノズル６の先端６２とフィン４の先端４２との間に挟まれている。図４は、弾性体の一部の斜視図である。図４に示すように、この弾性体１１は、冷媒ノズル６の先端６２に取り付けられる取付面１１１と、フィン４の先端４２に当接する当接面１１２とを備えている。取付面１１１の面積は当接面１１２の面積より大きく（当接面１１２の面積は取付面１１１の面積より小さく）構成されている。また、図３に示すように、フィン４の並び方向に直交する方向（フィン４の平面と平行な方向）において、取付面１１１の幅ｗ１は当接面１１２ｗ２の幅より広く（当接面１１２の幅ｗ２は取付面１１１の幅ｗ１より狭く）構成されている。また、この弾性体１１は、冷媒ノズル６からフィン４に向かって先細に形成され、図３に示すように、その横断面において台形状になっており、冷媒ノズル６に取り付けられた辺が長辺で、フィン４に当接する辺が短辺になっている。また、この弾性体１１は、冷媒ノズル６とフィン４の間に挟まれて圧縮されて変形し、隙間１５を閉塞している。弾性体１１は、図３（ｂ）に示すように、圧縮されて変形したとき、横方向（フィン４の平面と平行な方向）に膨らむ。このように、弾性体１１が隙間１５を閉塞することにより、冷媒ノズル６から噴出された冷媒が隙間１５から流出しないように構成されている。
【００２３】
弾性体１１の材質としてはエラストマーを用いることができ、例えば、ポリエステル系、オレフィン系のエラストマーを用いることができる。また、弾性体１１の取付面１１１は冷媒ノズル６の先端６２に密着しており、弾性体１１及び冷媒ノズル６は一体的に形成されている。この弾性体１１及び冷媒ノズル６は、二色成形により一体的に成形される。この二色成形とは、種類や材質の異なる２種類の成形材料をそれぞれの異なる射出機構から順次又は同時に金型内に充填し、複数の成形材料が組み合わされた成形品を製造する成形方法であり、一次側となる部分を成形してから同一金型内で二次側となる部分を一次側と一体で成形させる成形方法である。本実施形態では、まず冷媒ノズル６を成形するための金型に樹脂を充填して固化し、その後、冷媒ノズル６の先端において弾性体１１を成形するための金型に樹脂を充填して固化する。
【００２４】
次に、図１、図２（Ｂ）を参照して、冷媒の流れを説明する。図１、図２（Ｂ）の矢印付きの太線が、冷媒の流れを示している。図２（Ｂ）の記号「Ｆｉｎ」は、冷却器２へ冷媒が流入することを表しており、記号「Ｆｏｕｔ」は、冷却器２から冷媒が流出することを表している。冷媒供給口８から供給された冷媒は、冷媒供給路１２を下流へと流れる。冷媒は、冷媒供給路１２を流れる間に冷媒ノズル６の長尺な開口を通じ、ベースプレート３へ向かって流れの方向を変える。冷媒は、冷媒ノズル６からベースプレート３の裏面３ｂに向かって勢いよく噴出し、複数のフィン４の間に流入する。このとき、冷媒ノズル６とフィン４との間の隙間１５が弾性体１１によって閉塞されているので、冷媒ノズル６から噴出された冷媒が隙間１５から漏れ出ることがなく、複数のフィン４の間に確実に流入する。
【００２５】
その後、ベースプレート３の裏面３ｂに衝突した冷媒が跳ね返り、フィン４の間を通り、冷媒排出路１４へと移動する。冷媒排出路１４では、冷媒は、冷媒排出口９へ向かって流れる。最後に冷媒は、冷媒排出口９から排出される。なお、冷媒供給口８と冷媒排出口９には、不図示の冷媒パイプが接続されており、その冷媒パイプの先には不図示のタンクとポンプが接続されている。冷媒は、そのタンクとポンプと冷媒パイプにより、冷却器２に送られ、また、冷却器２から回収される。
【００２６】
以上のような構成を備える冷却器２の利点を説明する。本実施形態の冷却器２によれば、冷媒ノズル６の先端６２に取り付けられた弾性体１１がフィン４の先端４２に当接し、冷媒ノズル６の先端６２とフィン４の先端４２との隙間１５がこの弾性体１１によって閉塞されている。これにより、冷媒ノズル６から噴出された冷媒が先端の隙間１５から漏れることがなく、隣接するフィン５の間に確実に流入する。したがって、冷媒の漏れを防ぐことにより、ベースプレート３の裏面３ｂに冷媒を確実に供給することができ、冷却性能の低下を防ぐことができる。
【００２７】
また、冷媒ノズル６と弾性体１１を二色成形することにより、両者を容易に一体化させて成形できる。また、弾性体１１が冷媒ノズル６の先端６２からフィン４の先端４２に向かって先細に延びているので、弾性体１１とフィン４の接触部分を小さくすることができ、弾性体１１が圧縮変形したときに、弾性体１１が周囲に拡がる量を少なくすることができる（図３参照）。図３（Ｂ）を参照すると理解できるように、弾性体１１が横に大きく拡がると、冷媒ノズル６からフィン４へ向かう流路に突出する虞があり、流路の突出物は冷媒の流れを乱す。冷媒の流れの乱れは冷却効率の低下につながる。実施形態の冷却器２では、弾性体１１を冷媒ノズル６側からフィン４側へ向けて先細りの形状とすることで、弾性体１１が圧縮変形したときの横方向への拡がりを小さくすることができる。これにより、弾性体１１の変形が冷媒の流れを阻害することがなく、冷却効率の低下を招かない。
【００２８】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、弾性体１１は、先細に形成されていることが好ましいが、この構成に限定されるものではない。例えば、弾性体１１が冷媒ノズル６の先端６２からフィン４の先端４２に向かって直線状に延び、取付面１１１の幅ｗ１と当接面１１２ｗ２の幅が同じ幅になるように形成されていてもよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
２；冷却器
３；ベースプレート
３ａ；おもて面
３ｂ；裏面
４；フィン
５；仕切板
６；冷媒ノズル
７；筐体
７ａ；天板
７ｂ；側板
８；冷媒供給口
９；冷媒排出口
１１；弾性体
１２；冷媒供給路
１４；冷媒排出路
１５；隙間
１７；接合部
４１；固定端
４２；先端
６１；固定端
６２；先端
９１；絶縁板
９２ａ〜９２ｃ；冷却対象
１１１；取付面
１１２；当接面
【図１】
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【図２】
2014216371.tif 000004
【図３】
2014216371.tif 000005
【図４】
2014216371.tif 000006