(57)【要約】【課題】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。【解決手段】冷却対象９２ａ〜９２ｃを冷却する冷却器２であって、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４と、を備えている。また、冷却器２は、ベースプレート３の裏面側で複数のフィン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に沿って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に設けられており、ベースプレート３の裏面に向かって冷媒を噴出させる冷媒ノズル６と、を備えている。さらに、冷却器２は、冷媒供給路１２内に配置されており、冷媒ノズル６をフィン４に向けて押圧する弾性体２１を備えている。【選択図】図１
2014183276.tif 000002
【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に沿って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、
前記冷媒供給路内に配置されており、前記冷媒ノズルを前記フィンに向けて押圧する弾性体と、を備える冷却器。
【請求項２】
ノズルの先端がフィンの上端に当接している請求項１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、例えば特許文献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。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や３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２０１０−１６５７１６号公報
【特許文献３】特開２０１２−０４４８２８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、筐体の上下方向からの圧縮力によって仕切板が歪むことがある。すなわち、筐体の側壁に近い部分の仕切板には圧縮力がかかりやすいが、仕切板の中央付近には圧縮力がかかりにくいので、圧縮力の不均一性により仕切板が歪み、仕切板がベースプレートから離れる方向に湾曲することがある。冷媒ノズルは仕切板に取り付けられているので、仕切板が上記の如く湾曲すれば、冷媒ノズルがベースプレートから後退する。冷媒ノズルがベースプレートから離れるとベースプレート裏面に当接する噴流の勢いが落ち、冷却能力が低下する。特に、冷媒ノズル先端が当初はフィンの上端に接していたとすると、仕切板が上記の如く湾曲することで冷媒ノズル先端とフィン上端の間に隙間が生じ、冷媒ノズルから噴出した冷媒がその隙間から漏れてしまい、ベースプレートに衝突する冷媒の勢いが落ちてしまう。そこで、本明細書が開示する技術は、ベースプレートに跳ね返った冷媒の勢いで仕切板（即ち冷媒ノズル）がベースプレートから離れることを抑制し、冷却能力の低下を抑える技術を提供する。
【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、ベースプレートに沿って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。さらに冷却器は、冷媒供給路内に配置されており、冷媒ノズルをフィンに向けて押圧する弾性体を備えている。弾性体としてはコイルバネや板バネを用いることができる。
【０００７】
このような構成によれば、弾性体により冷媒ノズルをフィンに向けて押圧することによって、冷媒噴流の勢いで冷媒ノズルがベースプレートから離れる方向に移動することを抑制する。冷媒ノズルがベースプレートから離れないので、冷却能力が低下しない。また、冷媒ノズルの先端がフィンの上端に当接している場合、弾性体が冷媒ノズルを後（冷媒供給路側）から押し、冷媒ノズルがフィンの上端から離れることを抑制し、冷媒ノズルとフィンとの間に隙間が生じる可能性を低減する。これにより、冷媒ノズルとフィンとの間から冷媒が流出することがなく、複数のフィンの間に冷媒を確実に流し込むことができる。よって、冷却能力の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）に対応する図を示す。
【図４】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）、（Ｃ）に対応する図を示す。
【図５】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ｃ）に対応する図を示す。
【図６】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ｂ）に対応する図を示す。
【図７】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する図を示す。
【図８】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する図を示す。
【図９】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）、（Ｃ）に対応する図を示す。
【図１０】他の実施形態に係る冷却器の図２（Ａ）、（Ｃ）に対応する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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の一つの側壁を構成する。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。
【００１１】
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（後述）に直交する向きである。
【００１２】
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。
【００１３】
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の対向する二つの側壁の夫々に設けられている。図２（Ｂ）では、図の左側の側壁に冷媒供給口８が設けられており、図の右側の側壁に冷媒排出口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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。また、冷媒ノズル６は、その先端６ａが、フィン４の上端４ａに接している（図２（Ｃ）を参照）。
【００１６】
また、冷却器２は、冷媒供給路１２内に配置された複数の弾性体２１を備えており、本実施形態では弾性体２１として円筒形のコイルバネを用いている。この弾性体２１は、図２（Ｃ）に示すように、仕切板５の裏面に一端が固定されると共に、仕切板５に対向する筐体７の側壁内面に他端が固定されている。弾性体２１はこのように配置されることにより仕切板５を介して冷媒ノズル６をフィン４に向けて押圧し、これにより、冷媒ノズル６の先端６ａがフィン４の上端４ａに密着する。また、弾性体２１（コイルバネ）は冷媒供給路１２の上流側から下流側まで間隔をあけて並べて配置されている。本実施形態ではコイルバネを６個用いており、冷媒流れ方向に沿って３個ずつ２列で配置されている。また、弾性体２１は複数の冷媒ノズル６の間に配置されている。このような構成では、図２（Ｃ）の矢印Ｐで示すように、弾性体２１の押圧力が仕切板５及び冷媒ノズル６に伝わり、冷媒ノズル６の先端６ａがフィン４の上端４ａに当接する。
【００１７】
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、弾性体２１により冷媒ノズル６がフィン４に向けて押圧されており、冷媒ノズル６の先端６ａがフィン４の上端４ａに密着しているので、冷媒ノズル６の先端６ａとフィン４の上端４ａとの間から冷媒が流出することがなく、複数のフィン４の間に冷媒を確実に流し込むことができる。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。
【００１８】
上述したように、冷却器２は、冷媒を、冷却対象を取り付けたベースプレート３の裏面３ｂに勢いよく噴きつけることにより冷却能力を高めている。また、ベースプレート３から跳ね返った冷媒は、フィン４の間を通るうちにもフィン４からも熱を奪い、ベースプレート３（即ち冷却対象）を冷却する。そのような構造の冷却器は、衝突噴流型の冷却器と呼ばれることがある。
【００１９】
実施形態で説明した技術に関する留意点を述べる。実施形態の冷却器の特徴を端的に表現すると、次の通りである。冷却器２は、筐体７と、ベースプレート３と、仕切板５と、冷媒ノズル６を備える。ベースプレート３は、筐体７の一つの側壁を構成する。ベースプレート３のおもて面３ａに冷却対象が取り付けられ、裏面３ｂには、平面同士を対向させて複数のフィン４が平行に配列されている。仕切板５は、筐体内空間をベースプレート３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。そして、ベースプレート３から離間する空間が冷媒供給路１２を構成し、ベースプレート３に面する空間が冷媒排出路１４を構成する。冷媒ノズル６は、仕切板５からベースプレート３に向かって延びている。冷媒ノズル６は、冷媒の流れ方向に沿って長尺の開口を有しており、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。複数のフィン４は、冷媒の流れ方向に対して平面が直交するように配置されている。複数のフィン４の上端４ａが、冷媒ノズル６の先端６ａと接している。また、冷却器２は、冷媒供給路１２内に配置されて冷媒ノズル６をフィン４に向けて押圧する弾性体２１を備えている。弾性体２１としてはコイルバネや板バネを用いることができる。
【００２０】
このような構成によれば、弾性体２１により冷媒ノズル６をフィン４に向けて押圧することによって、冷媒噴流の勢いでノズルがベースプレートから離れる方向に移動することを抑制する。冷媒ノズル６がベースプレート３から離れないので、冷却能力が低下しない。また、冷媒ノズル６の先端６ａがフィン４の上端４ａに当接している場合、弾性体２１が冷媒ノズル６を後（冷媒供給路側）から押し、冷媒ノズル６がフィン４の上端から離れることを抑制し、冷媒ノズル６とフィン４との間に隙間が生じる可能性を低減する。これにより、冷媒ノズル６とフィン４との間から冷媒が流出することがなく、複数のフィン４の間に冷媒を確実に流し込むことができる。よって、冷却能力が低下することが免れる。また、フィン４や冷媒ノズル６等の部品公差が存在しても、弾性体２１で冷媒ノズル６を押圧することにより部品公差を吸収することができる。また、筐体７の上下方向からの圧縮力によって仕切板５に圧縮力が作用しても弾性体２１によって圧縮力に抵抗することができ、冷却器２の強度を向上させることができる。
【００２１】
以上、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、上記実施形態では、６個の弾性体２１（コイルバネ）を２列で配置していたが、弾性体２１の数や配列は特に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、４個の弾性体２１を用いる構成であってもよい。また、冷媒供給路１２の構成に応じて弾性体２１の配置を適宜変更することができる。例えば、図４に示すように、冷媒ノズル６が先細に形成され、仕切板５が屈曲している構成では、仕切板５の屈曲部１２１に弾性体２１を固定してもよい。屈曲部１２１は冷媒流れ方向に沿って延びている。
【００２２】
また、上記実施形態では、弾性体２１として円筒形のコイルバネを用いていたが、コイルバネの形状は特に限定されず、例えば図５に示すような円錐形のコイルバネを用いてもよい。円錐形のコイルバネは、一端部の直径が大きく、他端部の直径が小さく形成されている。このような構成によれば、コイルバネの直径の大きい部分と小さい部分とを備えており、直径の小さい部分では冷媒の流れに対する影響を小さくすることができるので、冷媒をスムーズに流すことができる。
【００２３】
また、ベースプレート３の裏面側にフィン４が配置されていない部分では冷媒ノズル６を弾性体２１で押圧する必要がないので、図６に示すように、弾性体２１と並べて支柱２２を配置してもよい。例えば、冷媒供給路１２の上流端部及び下流端部においては、フィン４を配置しない場合があるので、そのような場合はこの上流端部及び下流端部に支柱２２を配置する。支柱２２は仕切板５の裏面と筐体７の内面に固定され、仕切板５を支持している。
【００２４】
また、上記実施形態では弾性体２１としてコイルバネを用いた構成を説明したが、これに限定されるものではなく、弾性体２１として板バネを用いてもよい。また、板バネ（弾性体２１）の数や配列も特に限定されるものではない。図７および図８は、弾性体として板バネを用いた冷却器の上記図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する図を示す。弾性体２１として板バネを用いる場合は、例えば図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように２個の板バネを平行に配置する構成や、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように２個の板バネを互いに交差させて配置する構成を採用できる。図７に示す構成では、弾性体２１（板バネ）が冷媒供給路１２の上流から下流まで冷媒流れ方向に平行に延びている。また、図８に示す構成では、弾性体２１（板バネ）が冷媒供給路１２の上流から下流まで冷媒流れ方向に対して斜めに延びている。また、板バネは波形に湾曲しており、この湾曲を利用して冷媒ノズル６を押圧する。また、図９及び図１０に示すように仕切板５が屈曲部１２１を有する構成でも弾性体２１として板バネを用いてよい。また、弾性体２１として、バネ以外にも弾性を有する部材を用いることができる。
【００２５】
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】
【００２６】
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
８：冷媒供給口
９：冷媒排出口
１２：冷媒供給路
１４：冷媒排出路
２１：弾性体
２２：支柱
９１：絶縁板
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ：半導体チップ（冷却対象）
１２１：屈曲部
【図１】
2014183276.tif 000003
【図２】
2014183276.tif 000004
【図３】
2014183276.tif 000005
【図４】
2014183276.tif 000006
【図５】
2014183276.tif 000007
【図６】
2014183276.tif 000008
【図７】
2014183276.tif 000009
【図８】
2014183276.tif 000010
【図９】
2014183276.tif 000011
【図１０】
2014183276.tif 000012