(57)【要約】【課題】  電子機器の姿勢が３次元的にどのように変化しても循環型冷却装置として動作し、電子素子を冷却すること。【解決手段】  ヒートパイプ５は、撮像素子４に固着された蒸発部６と、カメラ筺体２のコーナーに固着された凝縮部１０と、気相路７と、液相路８とから成る閉ループを構成している。凝縮部１０には、３枚の中空平板の中空部分を周回する気体通路１１が形成され、この環状の気体通路１１で取り囲まれた領域と気体通路１１を包囲する領域とに凝縮領域１３，１４が配置されている。蒸発部６内で撮像素子４からの熱により気相となった作動流体は、気相路７を通って気体通路１１へ流入し、電子カメラ１の姿勢が３次元的にどのように変化しても、気体通路１１から凝縮領域１３，１４の少なくともいずれかへ入り、筐体壁面２に放熱しつつ液化し、その液体は、重力の作用により液相路口１７，１８へ流れ、液相路８を通って蒸発部６へ戻る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部と、
前記蒸発部で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部と、
前記蒸発部で気化された作動流体を前記凝縮部へ移送する気相路と、
前記凝縮部で液化された作動流体を前記蒸発部へ移送する液相路とを有する循環型の冷却装置であって、
前記凝縮部は、全体外観形状が三角錐体を呈し、内部が中空状で互いに略直交する３面の構成体を少なくとも有し、
前記構成体には、前記気相路が接続される作動流体入口と、前記液相路が接続される作動流体出口とが設けられ、
前記作動流体入口から供給された作動流体が流れる第１の流路が、前記各構成体の中空状内部にそれぞれが連通して設けられ、
前記第１の流路の周囲には、その第１の流路に供給された作動流体を凝縮する凝縮領域が設けられ、
前記凝縮領域で凝縮された作動流体を前記作動流体出口に向けて移送する第２の流路が、その凝縮領域内に設けられていることを特徴とする電子機器用冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器用冷却装置において、
前記凝縮領域には、前記第１の流路から流入する作動流体を放熱するための複数の微小突起がマトリックス状に形成されていることを特徴とする電子機器用冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子機器用冷却装置において、
前記液相路および前記第２の流路は、毛管構造を有することを特徴とする電子機器用冷却装置。
【請求項４】
内部に各種電子部品、電子基板を収容する筐体と、
前記筐体に設けられた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子機器用冷却装置とを備え、
電子機器用冷却装置の前記凝縮部は、筺体内の隅部の壁面に接して配設されることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器用冷却装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子等の半導体素子を冷却する手段の１つとして毛管力循環（capillary pumped loops：ＣＰＬ）を利用したヒートパイプが知られており、このヒートパイプは、蒸発部と凝縮部を気相路および液相路で繋ぎ、作動流体を内部で循環するように構成されている。凝縮部で液相となった作動流体は、液相路を通って蒸発部に達し、熱源（撮像素子）から熱を受け取って気体となり、気相となった作動流体は、気相路を通って凝縮部に達し、熱を放出して再び液体に戻る。以上の動作中、凝縮部では、気相路口から流入した作動流体が気相路口と液相路口を結ぶウィックと称する複数の毛管を通りながら気相から液相へ還元され、その液体が重力作用により液相路口へ還流する。したがって、気相路口から液相路口へ通じるウィックの延在方向が重力方向を向いている状態がヒートパイプを最も効率的に動作させる。
【０００３】
カメラなどの撮像装置は、様々な角度、姿勢で使用されることが多い。角度、姿勢が変化してもヒートパイプが動作するように、特許文献１の従来の装置では、気相路口を挟んで２つの液相路口を設け、平板上に、気相路口から液相路口へ通じる複数のウィックが多くの方向に延在するように、例えば放射状に形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０７９号公報（第４頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、気相路口から液相路口へ通じる複数のウィックのいずれかが重力方向を向いていれば、ヒートパイプが効率的に動作する。しかし、特許文献１の装置では、いずれのウィックも重力方向を向いていない水平状態となった場合では、動作しないか効率が著しく低下するという問題が起こる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の請求項１による電子機器用冷却装置は、冷却対象で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部と、蒸発部で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部と、蒸発部で気化された作動流体を前記凝縮部へ移送する気相路と、凝縮部で液化された作動流体を蒸発部へ移送する液相路とを有する循環型の冷却装置であって、凝縮部は、全体外観形状が三角錐体を呈し、内部が中空状で互いに略直交する３面の構成体を少なくとも有し、構成体には、気相路が接続される作動流体入口と、液相路が接続される作動流体出口とが設けられ、作動流体入口から供給された作動流体が流れる第１の流路が、各構成体の中空状内部にそれぞれが連通して設けられ、第１の流路の周囲には、その第１の流路に供給された作動流体を凝縮する凝縮領域が設けられ、凝縮領域で凝縮された作動流体を作動流体出口に向けて移送する第２の流路が、その凝縮領域内に設けられていることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の電子機器用冷却装置において、凝縮領域には、第１の流路から流入する作動流体を放熱するための複数の微小突起がマトリックス状に形成されていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２の電子機器用冷却装置において、液相路および第２の流路は、毛管構造を有することを特徴とする。
（４）請求項４の電子機器は、内部に各種電子部品、電子基板を収容する筐体と、筐体に設けられた請求項１乃至３のいずれかの電子機器用冷却装置とを備え、電子機器用冷却装置の凝縮部は、筺体内の隅部の壁面に接して配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電子機器用冷却装置によれば、電子機器の姿勢が３次元的にどのように変化しても循環型冷却装置として動作し、電子機器を冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態による電子機器用冷却装置および電子カメラについて図１〜図６を参照しながら説明する。図１〜図６では、同じ構成部品には同一符号を付し、方向をＸＹＺ直交座標で表す。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態による電子カメラの内部構成を模式的に示す全体構成図である。図２は、実施の形態による電子カメラの内部構成をカメラ背面側から見た斜視図である。図３は、図２に示す冷却装置の凝縮部を拡大して示す拡大斜視図である。図４は、実施の形態の冷却装置の蒸発部を拡大して示す拡大図である。図５は、図３に示す凝縮部を簡略化して示す斜視図である。図１〜図５において、重力が作用する−Ｚ方向を鉛直下方、その反対の＋Ｚ方向を鉛直上方と呼ぶ。
【００１０】
図１を参照すると、電子カメラ１は、カメラ筐体２に設けられているレンズ鏡筒３と、レンズ鏡筒３を通して筺体２に入射する被写体光Ｌが受光面上で結像する撮像素子４と、撮像素子４を冷却するためのヒートパイプ５とを備えている。撮像素子４は、周知のＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などであり、受光面上で結像する光像を電気信号に変換して出力する。
【００１１】
ヒートパイプ（冷却装置）５は、撮像素子４で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部６と、蒸発部６で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部１０と、蒸発部６で気化された作動流体を凝縮部１０へ移送する管路である気相路７と、凝縮部１０で液化された作動流体を蒸発部６へ移送する管路である液相路８とを有する循環型の冷却装置である。蒸発部６は、撮像素子４の受光面と反対側の面に貼着されている。凝縮部１０は、カメラ筐体２に効率良く放熱することにより作動流体を冷却するために、筺体２のコーナーの内壁面に密着して配設されている。
【００１２】
以下、図２〜図５を参照しながら、ヒートパイプ５の全体構成およびこの発明で最も特徴的な凝縮部１０の構造について詳細に説明する。
先ず、図２，図４を参照して、蒸発部６の構造を説明する。蒸発部６は、平板状の蒸発部本体６Ａの平面部分を撮像素子４の背面に密着させ、撮像素子４で発生した熱を蒸発部６に効率よく伝熱するように構成されている。蒸発部６の内部には、複数の毛管状のウィック６ｃが気相路口６ａと液相路口６ｂを結ぶ方向に延在しており、ウィック６ｃにより気相路口６ａと液相路口６ｂとは連通している。
【００１３】
図２，図３を参照して、凝縮部１０の構造を説明する。図２に示されるように、凝縮部１０は、互いに直交する３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚが一体化され、全体としての外観が三角錐体を呈する凝縮部本体１０Ａを有し、カメラ筐体２の左上前方のコーナーに配設されている。すなわち、凝縮部１０は、中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚがそれぞれカメラ筐体２の前板２ｘ，側板２ｙ，上板２ｚに固着されている。３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの中空部分は互いに連通している。
【００１４】
図３に示されるように、凝縮部１０には、３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの中空部分のほぼ中央を通って周回する気体通路１１が形成されている。各中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの中空部分において、この環状の気体通路１１で取り囲まれた領域が内側凝縮領域１３、この気体通路１１を包囲する領域が外側凝縮領域１４である。内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４には、図３に示されるように、多数の微小な円柱状突起１３ａ，１４ａがそれぞれマトリックス状に所定間隔でパターニング形成されている。これにより、凝縮部本体１０Ａの中空部分の表面積が広くなり、筺体２の内壁面への放熱作用が大きくなる。また、円柱状突起１３ａ，１４ａが液化した作動流体の流れに対して抵抗となり、液化のための時間を長くとることができる。
【００１５】
また、３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚには、内側凝縮領域１３の３つの稜線部に内側液体通路１５が形成され、外側凝縮領域１４の３つの稜線部と外縁部に外側液体通路１６が形成されている。外側凝縮領域１４の外縁部に形成される外側液体通路１６も気体通路１１とほぼ相似の環状である。内側液体通路１５も外側液体通路１６も毛管力を生じるメッシュ構造（網目状）を有する。
【００１６】
要するに、この凝縮部１０は、図５に簡略化して示す構造を有している。すなわち、内側凝縮領域１３は、中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのそれぞれに円柱状突起１３ａがパターニング形成された領域と、３つの稜線部に形成された内側液体通路１５とを含み、領域全体にわたって気体や液体が通過できる構造を有する。同様に、外側凝縮領域１４は、中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのそれぞれに円柱状突起１４ａがパターニング形成された領域と、３つの稜線部と環状の外縁部とに形成された外側液体通路１６とを含み、領域全体にわたって気体や液体が通過できる構造を有する。その結果、環状の気体通路１１は、円柱状突起１３ａがパターニング形成された領域と円柱状突起１４ａがパターニング形成された領域とに挟まれた状態で、この気体通路１１の全周にわたって内側凝縮領域１３にも外側凝縮領域１４にも連通している構造となる。
【００１７】
さらに、気体通路１１には気相路７に接続される気相路口１２が設けられている。図３では、気相路口１２は、中空平板１０ｚのほぼ中央に設けられているが、気体通路１１のどの位置に設けてもよい。また、内側液体通路１５には液相路８に接続される内側液相路口１７が設けられている。内側液相路口１７は、図中、３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの交差部に設けられているが、内側液体通路１５のどの位置に設けてもよい。また、外側液体通路１６には液相路８に接続される外側液相路口１８が設けられている。外側液相路口１８は、図３では、中空平板１０ｘの外縁部の角に設けられているが、外側液体通路１６のどの位置に設けてもよい。なお、液相路８は、内側液相路口１７からの管路と外側液相路口１８からの管路が統合されて１本の管路となり、蒸発部６の液相路口６ｂに接続される。
【００１８】
再び図２を参照すると、蒸発部６では、気相路口６ａと液相路口６ｂとは、分岐した複数のウィック６ｃにより連通しているとともに、図３を参照すると、凝縮部１０では、気相路口１２と内側液相路口１７とは内側凝縮領域１３により、気相路口１２と外側液相路口１８とは外側凝縮領域１４により連通している。すなわち、蒸発部６のウィック６ｃと、気相路７と、凝縮部１０の内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４と、液相路８とによる閉ループが構成されることになる。この閉ループの内部に封入される作動流体は、例えば、水、各種アルコール、エチルエーテル、エチレングリコール、フロリナート等である。
【００１９】
蒸発部６では、分岐した複数のウィック６ｃが蒸発部本体６Ａに溝状に形成されている。ウィック６ｃは、例えば、２枚の平板の一方に複数の溝を形成しておき、溝形成面に他方の平板を密着させて貼り合わせることで作製される。なお、蒸発部６のウィック６ｃは、溝構造に限らず、メッシュ構造、多孔質構造、または凝縮部１０の内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４と同様の微細凹凸構造などを用いることもできる。
【００２０】
凝縮部１０では、前述したように、気体通路１１、内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４が形成されている。内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４は、例えば、２枚の薄い平坦な銅板の一方にリソグラフィー、エッチングなどを用いて微小な凹凸を付け、すなわち円柱状突起１３ａ，１４ａのパターニング形成を行い、次に、３つの稜線部と環状の外縁部に棒状のメッシュ材を貼り付け、最後に、他方の平坦な銅板を貼り合わせることで作製される。また、液相路８は、毛管力を発生させる必要があるので、図４に示されるように、配管内に細いファイバあるいは細いワイヤを束ねた毛管状構造を有する細管の集合体で形成されているが、メッシュ構造、多孔質構造などを用いることもできる。
【００２１】
次に、本実施の形態によるヒートパイプ５の作用効果を説明する。
図２および図４を参照すると、撮像素子４で発生した熱は、蒸発部６の各々のウィック６ｃ中に存在する液相の作動流体に伝わり、その熱によって液体が蒸発して気化することにより、結果的に撮像素子４が冷却される。気相となった作動流体は、気相路口６ａに集約され、気相路７を通って凝縮部１０へと導かれる。
【００２２】
凝縮部１０に到達した気相の作動流体は、気相路口１２から環状の気体通路１１に入り、内側凝縮領域１３、外側凝縮領域１４を通過する際にカメラ筐体２の前板２ｘ，側板２ｙ，上板２ｚに対して放熱しつつ液化していく。内側凝縮領域１３で液化して生じた液滴は、重力作用により内側液体通路１５へ還流する。同様に、外側凝縮領域１４で液化して生じた液滴も、重力作用により外側液体通路１６へ還流する。内側液体通路１５、外側液体通路１６へ還流した液相の作動流体は、毛管力により、それぞれ内側液相路口１７、外側液相路口１８へ集約され、液相路８を通って蒸発部６へと導かれる。
【００２３】
内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４による放熱−液化のプロセスは、作動流体の流れる方向によって２通りに大別できる。図６は、実施の形態による冷却装置の凝縮部を拡大して示す拡大斜視図であり、（ａ）は第１の放熱−液化プロセス、（ｂ）は第２の放熱−液化プロセスを示す図である。図６（ａ）は、３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの交差部が凝縮部１０の中で最も鉛直上方に位置する姿勢での放熱−液化プロセスを示す。この姿勢は、凝縮部１０が固着されているカメラ筺体２のコーナーが最も鉛直上方に位置し、中空平板１０ｚが水平となっている、いわゆる横位置撮影姿勢である。
【００２４】
外側凝縮領域１４の一部、すなわち中空平板１０ｘの面領域Ａｘと中空平板１０ｙの面領域Ａｙは、気体通路１１の鉛直下方に位置するので、これらの面領域Ａｘ，Ａｙでは、白抜き矢印で示す−Ｚ方向に向かって最も効率良く作動流体が流れる。また、気体通路１１より鉛直下方側にある内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４においても、効率は落ちるものの作動流体が流れる。したがって、図６（ａ）の凝縮部１０の姿勢においては、中空平板１０ｘ，１０ｙの内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４において、放熱−液化−還流の一連のプロセスが行われる。
【００２５】
図６（ｂ）は、３枚の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの交差部が凝縮部１０の中で最も鉛直下方に位置する姿勢での放熱−液化プロセスを示す。この姿勢は、凝縮部１０が固着されているカメラ筺体２のコーナーが最も鉛直下方に位置し、中空平板１０ｘが水平となっている、下向き撮影姿勢である。
【００２６】
内側凝縮領域１３の一部、すなわち中空平板１０ｙの面領域Ｃｙと中空平板１０ｚの面領域Ｃｚは、気体通路１１の鉛直下方に位置するので、これらの面領域Ｃｙ，Ｃｚでは、白抜き矢印で示す−Ｚ方向に向かって最も効率良く作動流体が流れる。さらに、気体通路１１より鉛直下方側にある外側凝縮領域１４の面領域Ｄｙ，Ｄｚにおいても、効率は落ちるものの作動流体が流れる。したがって、図６（ｂ）の凝縮部１０の姿勢においては、中空平板１０ｙ，１０ｚの内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４の一部において、放熱−液化―還流の一連のプロセスが行われる。
【００２７】
図６（ａ），（ｂ）により説明したように、この実施の形態のヒートパイプ５は、電子カメラ１が３次元的にどのような姿勢をとっても気体通路１１の鉛直下方に内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４の少なくともいずれかの一部分が位置することになる。換言すれば、内側凝縮領域１３、外側凝縮領域１４において、気体通路１１位置を基準として水平面に対して４５°以上の急傾斜面が常に存在する。したがって、ヒートパイプ５を高い効率で動作させることができる。その結果、電子カメラ１の撮像素子４は、電子カメラ１をどの方向に回転させても十分に冷却され、高画質の画像を得ることができる。
【００２８】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、凝縮部１０の中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚと、カメラ筐体２の前板２ｘ，側板２ｙ，上板２ｚとの間に、それぞれ凝縮部１０からの熱を吸収するための放熱対象部材を介在させてもよい。この放熱対象部材を熱伝導性の良いアルミニウムや銅で作製すれば、凝縮部５の放熱効率が向上する。また、本実施の形態では、中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚは互いに直交していたが、中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚが固着される筺体に応じて直角以外の角度とすることもできる。さらに、撮像素子４に代えてＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子をヒートパイプ５の冷却対象としてもよいし、電子カメラ以外の電子機器の撮像素子や半導体素子をヒートパイプ５の冷却対象としてもよい。
【００２９】
特許請求の範囲と実施の形態による構成要素との対応関係については、構成体が中空平板１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのいずれかに、第１の流路が気体通路１１に、凝縮領域が内側凝縮領域１３および外側凝縮領域１４に、第２の流路が内側液体通路１５および外側液体通路１６にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子カメラの内部構成を模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子カメラの内部構成をカメラ背面側から見た斜視図である。
【図３】図２に示す冷却装置の凝縮部を拡大して示す拡大斜視図である。
【図４】図２に示す冷却装置の蒸発部を拡大して示す拡大図である。
【図５】図３に示す凝縮部を簡略化して示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る冷却装置の凝縮部を拡大して示す拡大斜視図であり、（ａ）は第１の放熱−液化プロセス、（ｂ）は第２の放熱−液化プロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：電子カメラ                        ２：カメラ筐体
４：撮像素子                          ５：ヒートパイプ
６：蒸発部                            ７：気相路
８：液相路                          １０：凝縮部
１０Ａ：凝縮部本体                  １０ｘ，１０ｙ，１０ｚ：中空平板
１１：気体通路                      １２：気相路口
１３：内側凝縮領域                  １４：外側凝縮領域
１５：内側液体通路                  １６：外側液体通路
１７：内側液相路口                  １８：外側液相路口
【図１】
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【図２】
2006349306.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006349306.tif 000006
【図５】
2006349306.tif 000007
【図６】
2006349306.tif 000008