(57)【要約】【課題】  冷媒を外部から供給する手段を提供し、これにより蒸発潜熱を利用した高い冷却性能を有する電子機器及び電子機器の冷却方法を提供する。【解決手段】  冷却方法は、半導体チップ１などの発熱体と、吸水材もしくは吸湿材２３を有する貯水領域２２とを前記貯水領域の少なくとも一部を前記発熱体に熱的に接続させて、水分を蒸発させて蒸気２７とし、その潜熱により周囲を冷却を行う。電子機器は、筐体内に発熱体と、吸水材もしくは吸湿材を有する貯水領域とを備えている。筐体内には蒸気を外部に排出する通風ダクト２５を設けている。吸湿材もしくは吸水材２３の上下は気体は透過するが液体は透過しない透湿シート２４に挟まれている。過蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、
吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、
前記貯水領域の少なくとも一部を前記発熱体に熱的に接続させて、蒸発潜熱により冷却を行い、前記吸湿材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴とする電子機器の冷却方法。
【請求項２】
前記透湿シートは、前記筐体の表面に部分的に露出していることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却方法。
【請求項３】
電子機器を収納する筐体と、
前記電子機器に収納された発熱体と、
前記電子機器に収納された吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、
前記貯水領域の少なくとも一部は前記発熱体に熱的に接続され、蒸発潜熱により前記発熱体の冷却を行い、前記吸湿材もしくは吸水材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
前記透湿シートは、前記筐体の表面に部分的に露出していることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの電子機器を冷却する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ（半導体素子）は、温度が上昇すると暴走するため、安全に動作する規定の温度以下に制御される。とくに高発熱性の半導体チップにおいては、ヒートスプレッダー、ヒートシンクヒートパイプ、ファン等を電子機器に搭載させることにより放熱をしている。
また、一部の製品においては水冷の冷却技術も使用されている。また、ヒートパイプは、内部冷媒の蒸発潜熱で吸熱し、ウィックの毛管力で液を再び蒸発部に供給している。高い熱輸送能力はあるが、冷却を行っているわけではなく、凝縮部では放熱フィン等が必要となる。蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気すれば、放熱フィンを使うことなく、高い冷却性能を実現できる。しかしながら冷媒を供給し続ける手段がないので、そのような冷却は電子機器では実現されていないのが現状である。
【０００３】
特許文献１は、小型で高い冷却能力を有する素子冷却装置及び高い冷却能力を有する発熱素子が開示されている。素子冷却装置は、発熱素子に固定される吸湿剤保持体に吸湿剤を保持して形成される。吸湿剤は、発熱素子の発熱量が少なく、温度が低いときには、吸湿効果により周囲の水分を吸収、保持する。保持された水分は、発熱素子の発熱量が多くなって温度が上昇すると蒸発し（乾燥状態）、蒸発する時の気化熱により発熱素子の温度上昇を抑える。乾燥状態にある素子冷却装置は、発熱素子の発熱量が再び低下すると周囲の水分を吸収して保湿状態となり、発熱素子の温度上昇に備える。
【特許文献１】特開２００４−３１９７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、冷媒を外部から供給する手段を提供し、これにより蒸発潜熱を利用した高い冷却性能を有する電子機器及び電子機器の冷却方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電子機器の冷却方法の一態様は、発熱体と、吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、前記貯水領域の少なくとも一部を前記発熱体に熱的に接続させて、蒸発潜熱により冷却を行い、前記吸湿材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴としている。
また、本発明の電子機器の一態様は、電子機器を収納する筐体と、前記電子機器に収納された発熱体と、前記電子機器に収納された吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、前記貯水領域の少なくとも一部は前記発熱体に熱的に接続され、蒸発潜熱により前記発熱体の冷却を行い、前記吸湿材もしくは吸水材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、図１及び図２を参照して実施例１を説明する。
図１及び図２は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿性もしくは吸水性を有する物質（以下、吸湿材もしくは吸水材という）を有する貯水領域を配し、大気中、人の息、汗、注水、燃料電池の排水等により得られる外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体（発熱源）上に直接あるいはウィックによる毛細管力などを用いて水分を供給し、蒸発潜熱により冷却を行う。
【０００９】
吸水材は、吸水し、吸水した水分（液体）を保持する材料である。吸湿材は、吸湿し、湿気（気体）を保持する材料である。吸水材としては、高吸水性樹脂がある。これは自身の体積の数百から千倍の保水量を有している。吸水材には、例えば、紙、スポンジ、布などの繊維などがあるが、これらの保水量は、自身の体積の数倍から数１０倍である。本発明の特徴は貯水領域に存在する水分の蒸発潜熱を利用するものであるから、ここで用いる吸湿材は、大気中の湿気を吸湿後に液化する（いわゆる潮解性）ことが必要である。そのような潮解性のある吸湿材としては、塩化カリウム、塩化マグネシウムが知られている。その他に吸湿材として、シリカゲル、石灰、合成ゼオライト、イオン交換樹脂が知られているが、潮解性はない。高吸水性樹脂は、水を吸水して膨潤し、水全体をゲル化させる性質を持つ高分子であり、澱粉系、カルボキシメチルセルローズ系、ポリアクリル酸系、ポバール系等がある。また、温度によって保水量が変化するＮ−イソプロピルアクリルアミドも高吸水性樹脂である。
【００１０】
なお，吸湿率については、ＪＩＳ規格値で、相対湿度２０％に於ける吸湿度が８．０％、相対湿度５０％に於ける吸湿度が２２．０％、相対湿度９０％に於ける吸湿度が３０％という規格がある。シリカゲルＡ型は、１０％、２４％、３４％である。塩化カルシウムは、シリカゲルの３〜５倍の性能がある。本発明では、吸湿材が相対湿度２０％に於ける吸湿度を８．０％以上、吸水材の保水量が自身の体積に対して数倍以上であることが好ましい。
【００１１】
図１に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ１が収納されている。貯水領域２は、半導体チップ１の上に搭載されている。貯水領域２は、吸湿材もしくは吸水材３と、この吸湿材もしくは吸水材３を上下から挟み、気体は透過し液体は通さない膜（以下、透湿シートという）４とから構成されている。つまり、透湿シート４は、液漏れしない構造になっている。
このような貯水領域２内部の吸湿材もしくは吸水材３は、透湿シート４等を介して、外部空気と接し常時水分を吸収している（図１（ａ））。貯水領域２は、発熱体である半導体チップ１上に透湿シート４を介して熱的に接続されている。そして、発熱体である半導体チップ１上に供給される水分は、半導体チップ１により熱せられ、蒸発することにより、蒸発潜熱で熱を奪って半導体チップ１を冷却する。
【００１２】
この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、この実施例によりファンの風量を減らすこともでき、低騒音や消費電力効果も期待できる。
図２は、この実施例の他の例である。この例では、半導体チップと吸湿材もしくは吸水材との間に、透湿シートに代えて液体を通さない金属層を介在させたことに特徴がある。図１と同様に、携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ１が収納され、貯水領域２は、半導体チップ１の上に搭載されている。貯水領域２は、吸湿材もしくは吸水材３と、この吸湿材もしくは吸水材３収納する金属ケース５と、金属ケース５内部の吸湿材もしくは吸水材３の表面を覆う気体は透過し液体は通さない透湿シート４とから構成されている。
【００１３】
このような貯水領域２内部の吸湿材もしくは吸水材３は、透湿シート４等を介して、外部空気と接し常時水分を吸収している（図２（ａ））。貯水領域２は、半導体チップ１上に金属ケース５を介して熱的に接続されている。そして、半導体チップ１上に供給される水分は、半導体チップ１により熱せられ、蒸発することにより、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ１を冷却する（図２（ｂ））。金属ケース５は、十分に液漏れを防止することができる。
以上、この実施例では、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。
【実施例２】
【００１４】
次に、図３を参照して、実施例２を説明する。
図３は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。この実施例は、ダクトを有し、貯水領域が発熱体に近接され、その一部が該発熱体上に載置されていることに特徴がある。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ２１が収納されている。貯水領域２２は、半導体チップ２１に近接して配置され、一部は半導体チップ２１上に載置されている。貯水領域２２は、吸湿材もしくは吸水材２３と、この吸湿材もしくは吸水材２３を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート２４とから構成されている。そして、貯水領域２２は、筐体内に配置された通風ダクト２５に接している。
このような貯水領域２２内部の吸湿材もしくは吸水材２３は、透湿シート２４を介して、外部空気と接し、常時吸湿２６して水分を溜めている。貯水領域２２は、半導体チップ２１上に透湿シート２４を介して熱的に接続されている。半導体チップ２１上に供給される水分は、半導体チップ２１の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ２１を冷却する。半導体チップ２１を冷却した蒸気は、通風ダクト２５から外部へ排出される。吸湿材もしくは吸水材２３に供給される水分は、大気から以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
【００１６】
図３（ｂ）は、この実施例の他の例であり、図３（ａ）の電子機器とは貯水領域にウイックを用いる点で構成が異なる。図示のように、携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ２１が収納されている。貯水領域２２は、半導体チップ２１に近接して配置されている。
貯水領域２２は、吸湿材もしくは吸水材２３と、この吸湿材もしくは吸水材２３を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート２４と、半導体チップ２１上に形成され、吸湿材もしくは吸水材２３とはつながっている毛細管力を有するウイック２８とから構成されている。ウイック２８は、毛管力によって吸湿材もしくは吸水材２３に保水された水を半導体チップ２１上に導く。そして、貯水領域２２は、筐体内に配置された通風ダクト２５に接している。
半導体チップ２１上に透湿シート２４を介して熱的に接続されている。半導体チップ２１上にウイック２８により供給される水分は、半導体チップ２１の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ２１を冷却する。吸湿材もしくは吸水材２３に供給される水分は、大気から得る以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
【００１７】
この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、ファンの風量を減らすこともでき、低騒音や消費電力効果も期待できる。このように、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。
【実施例３】
【００１８】
次に、図４を参照して、実施例３を説明する。
図４は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。この実施例は、ファンを取り付けたダクトを有し、貯水領域が発熱体に近接され、その一部が該発熱体上に載置されていることに特徴がある。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ３１が収納されている。貯水領域３２は、半導体チップ３１に近接して配置され、一部は半導体チップ３１上に載置されている。貯水領域３２は、吸湿材もしくは吸水材３３と、この吸湿材もしくは吸水材３３を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート３４とから構成されている。そして、貯水領域３２は、筐体内に配置された通風ダクト３５に接している。通風ダクト３５の一方の端にはファン３９が取付けられている。
このような貯水領域３２内部の吸湿材もしくは吸水材３３は、透湿シート３４を介して、外部空気と接し、常時吸湿３６して水分を溜めている。貯水領域３２は、半導体チップ３１上に透湿シート３４を介して熱的に接続されている。半導体チップ３１上に供給される水分は、半導体チップ３１の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ３１を冷却する。半導体チップを冷却した蒸気は、通風ダクト３５から外部へ排出される。通風ダクト３５にはファン３９が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。吸湿材もしくは吸水材３３に供給される水分は、大気から以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
【００２０】
図４（ｂ）は、この実施例の他の例であり、図３（ａ）の電子機器とは貯水領域にウイックを用いる点で構成が異なる。携帯電話などの電子機器の筐体（図示しない）内に発熱体である半導体チップ３１が収納されている。貯水領域３２は、半導体チップ３１に近接して配置されている。
貯水領域３２は、吸湿材もしくは吸水材３３と、この吸湿材もしくは吸水材３３を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート３４と、半導体チップ３１上に形成され、吸湿材もしくは吸水材３３とはつながっている毛細管力を有するウイック３８とから構成されている。ウイック３８は、毛管力によって吸湿材もしくは吸水材３３に保水された水を半導体チップ３１上に導く。そして、貯水領域３２は、筐体内に配置され、ファン３９が取付けられた通風ダクト３５に接している。
半導体チップ３１上に透湿シート３４を介して熱的に接続されている。半導体チップ３１上にウイック３８により供給される水分は、半導体チップ３１の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ３１を冷却する。吸湿材もしくは吸水材３３に供給される水分は、大気から得る以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
【００２１】
この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、通風ダクト３５にはファン３９が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。このように、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。
【実施例４】
【００２２】
次に、図５を参照して、実施例４を説明する。
図５は、この実施例の電子機器である携帯電話の断面図である。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
【００２３】
携帯電話の筐体４０内部には、マイク４９、半導体チップ４１、貯水領域４２及び空気を通しファン４７を有する通風ダクト４５が形成配置されている。貯水領域４２は、半導体チップ４１に近接した吸湿材もしくは吸水材４３、マイク４９に近接した吸湿材もしくは吸水材４４及び半導体チップ４１上に形成され、吸湿材もしくは吸水材４３、４４の水分を半導体チップ４１に供給するウイック４８を有している。また、筐体４０の吸湿材もしくは吸水材４３に近接する位置には開口部４６が形成されている。吸湿材もしくは吸水材４３は、透湿シート（図示しない）を介して開口部４６において露出している。そして、注水や汗などを通して外部から内部に水分を吸収している。このように、貯水領域４２内部の吸湿材もしくは吸水材４３、４４は、常時水分を溜めている。貯水領域４２は、半導体チップ４１上に熱的に接続されている。半導体チップ４１上に供給される水分は、半導体チップ４１の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ４１を冷却する。
【００２４】
半導体チップを冷却した蒸気は、通風ダクト４５から外部へ排出される。通風ダクト４５にはファン４７が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。吸湿材もしくは吸水材４３、４４に供給される水分は、大気から得る以外に、会話時などの息、ユーザーの掌などの汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
内部の貯水領域への水分供給手段として、一つには、ユーザーの掌の汗から水分を回収する。これは同時にその接触面をさらさらした状態にするため、持ち心地がよくなるという効果がある。また、一つには、マイク近傍に吸湿材を配し、会話中にユーザーが吐く息から水分を回収することができる。人の息には大量の水分が含まれているため、効率的に水分の回収が可能である。
【００２５】
また、図示はしていないが、貯水領域への冷媒供給方法として、燃料電池発電を行う電子機器においては、発電により生成された水を利用してもよい。さらには、ユーザーが直接、水を供給できるように注液孔を設けてもよい。その際は内部貯水領域の水分量をなんらかの方法でユーザーに知らせる機能を持たせた方がよい。なお、これらの手法で水を直接供給した場合には必ずしも吸湿材や吸水材を必要とはしない。また、電子機器の筐体内には外気を通過させる通風ダクトを設けたり、前記通風ダクトにファンを設けたりする実施例も可能である。
また、発熱体として半導体チップを挙げたが、半導体チップ以外の発熱体に対しても応用が可能である。半導体チップ以外の発熱体とは、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やハードディスクドライブのモータ、電源回路、電池、発電機、燃料電池等である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例である実施例１の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。
【図２】本発明の一実施例である実施例１の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。
【図３】本発明の一実施例である実施例２の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。
【図４】本発明の一実施例である実施例３の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。
【図５】本発明の一実施例である実施例４の携帯電話の冷却方法を説明する形態電話主要部の断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１、２１、３１、４１・・・半導体チップ
２、２２、３２、４２・・・貯水領域
３、２３、３３、４３、４４・・・吸湿材もしくは吸水材
４、２４、３４・・・透湿シート    ５・・・金属ケース
６、２６、３６・・・吸湿    ７、２７、３７・・・蒸気
２５、３５、４５・・・通風ダクト
２８、３８、４８・・・ウイック    ３９、４７・・・ファン
４０・・・筐体    ４６・・・開口部    ４９・・・マイク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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