(57)【要約】【課題】液相冷媒の吸上げ量の向上と気相冷媒の排出性の向上との両立を図る。【解決手段】内部に液相の冷媒が貯留されるとともに、受熱壁１１１の外面に発熱体１０が設置され、受熱壁１１１の内面に多数の気孔を有する網目構造の多孔質部材１３０が設置され、この多孔質部材１３０の毛細管力によって、発熱体１０に対応する領域に液相の冷媒を輸送する冷媒槽１１１と、発熱体１０の熱によって気化した冷媒を、液化させた後に冷媒槽１１０に戻す放熱部１２０とを備える冷却装置において、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域まで冷媒を輸送する領域を、多孔質部材１３０の厚み方向で、圧縮して、気孔の径を小さくする。これにより、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域では気孔径を大きくしつつ、冷媒を輸送する領域では気孔径を小さくことが可能となる。【選択図】図１
2008267743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液相の冷媒が貯留されるとともに、壁部（１１１）の外面に発熱体（１０）が設置され、前記壁部（１１１）の内面に多数の気孔（１３５）を有する網目構造の多孔質部材（１３０）が設置されており、前記多孔質部材（１３０）の毛細管力によって、前記発熱体（１０）に対応する領域に液相の冷媒を輸送する冷媒槽（１１０）と、
前記発熱体（１０）の熱によって気化した冷媒を、液化させた後に前記冷媒槽（１１０）に戻す放熱部（１２０）とを備える冷却装置（１００）において、
前記多孔質部材（１３０）は、前記多孔質部材のうち前記発熱体に対向する領域に向かって液相冷媒を輸送する領域の少なくとのも一部（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）に位置する前記気孔（１３５）を液相冷媒の輸送方向から見たときの１つの前記気孔での最小気孔径が、前記液相冷媒の輸送方向に垂直な方向である前記多孔質部材の厚み方向での気孔径（ｄ２０）であり、かつ、前記多孔質部材のうち前記発熱体（１０）に対向する領域に位置する前記気孔（１３５）を前記多孔質部材の厚さ方向から見たときの最小気孔径（ｄ３０）よりも小さくなっている構造であることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記多孔質部材（１３０）は、液相冷媒を輸送する領域の全域もしくはその一部（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）で、前記多孔質部材の厚み方向での厚さが前記多孔質部材の他の領域よりも薄くなっており、
その薄くなっている部分（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）に位置する前記気孔（１３５）を液相冷媒の輸送方向から見たとき、１つの前記気孔（１３５）での最小気孔径は、前記多孔質部材の厚み方向での気孔径（ｄ２０）であり、かつ、前記多孔質部材のうち前記発熱体（１０）に対応する領域に位置する前記気孔（１３５）を前記多孔質部材の厚さ方向から見たときの最小気孔径（ｄ３０）よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記多孔質部材は、前記液相冷媒を輸送する領域に、前記多孔質部材の厚み方向で他の部位よりも薄くなっている部分が、前記液相冷媒の輸送方向および前記多孔質部材の厚み方向の両方に垂直な方向である前記多孔質部材の幅方向に、複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷媒槽（１１０）は、外面に前記発熱体（１０）が設置され、内面に前記多孔質部材（１３０）が設置される第１壁部（１１１）と、前記第１壁部に対向して配置され、外面に前記放熱部（１２０）が設置される第２壁部（１１２）とを備えており、
前記第２壁部（１１２）の内面に、前記多孔質部材（１３０）の液相冷媒を輸送する領域の全域もしくはその一部に接するように、前記多孔質部材（１３０）に向かって凸形状となっている凸部（１１２ａ、１５０）が設けられており、
前記多孔質部材（１３０）のうち前記凸部（１１２ａ、１５０）に接している領域（１４１）が、前記多孔質部材の厚み方向で他の部位よりも薄くなっていることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１壁部（１１１）の内面に前記多孔質部材としての第１多孔質部材（１３０）が設置されており、
前記第２壁部（１１２）の内面に、前記凸部としての第２多孔質部材（１５０）が設置されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
対向して配置される第１壁部（１１１）および第２壁部（１１２）を備え、内部に液相の冷媒を貯留するとともに、前記第１壁部（１１１）の外面に発熱体（１０）が設置され、前記第１壁部（１１１）の内面に多数の気孔（１３５）を有する網目構造の多孔質部材（１３０）が設置されており、前記多孔質部材（１３０）の毛細管力によって、前記発熱体（１０）に対応する領域に液相の冷媒を輸送する冷媒槽（１１０）と、
前記発熱体（１０）の熱によって気化した冷媒を、液化させた後に前記冷媒槽（１１０）に戻す放熱部（１２０）とを備える冷却装置（１００）の製造方法において、
前記第１壁部（１１１）の内面に前記多孔質部材（１３０）を固定した後、前記第１壁部に対向させて前記第２壁部（１１２）を配置して、前記冷媒槽（１１０）を組み付ける冷媒槽の組み付け工程と、
前記放熱部（１２０）を用意し、前記第２壁部（１１２）の外面に前記放熱部を組み付けて、前記冷却装置（１００）を組み付ける冷却装置の組み付け工程とを有し、
前記冷媒槽の組み付け工程では、前記多孔質部材（１３０）のうち前記液相冷媒を輸送する領域に対向するように、内面に凸形状の凸部（１１２ａ、１５０）が設けられた前記第２壁部（１１２）を用意し、前記第１壁部（１１１）の内面に固定した後の前記多孔質部材（１３０）に対して、前記凸部（１１２ａ、１５０）を押し付けながら、前記冷媒槽（１１０）を組み付けることで、前記凸部と前記第１壁部の内面とによって、前記多孔質部材のうち前記凸部と接する領域（１４１）を、前記多孔質部材の厚み方向に圧縮して、他の領域（１４２、１４３）よりも薄くすることを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項７】
前記冷媒槽の組み付け工程では、前記多孔質部材としての第１多孔質部材（１３０）および前記第１壁部（１１１）を用意して、前記第１壁部の内面に前記第１多孔質部材（１３０）を固定した後、前記第１多孔質部材とは別部材の第２多孔質部材で構成された前記凸部（１５０）が設置された前記第２壁部（１１２）を用意して、前記第１多孔質部材（１３０）に対して前記凸部（１５０）を押し付けながら、前記冷媒槽（１１０）を組み付けることを特徴とする請求項６に記載の冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の気化と液化による潜熱移動によって半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の気化と液化による潜熱移動によって発熱体を冷却する冷却装置としては、例えば、特許文献１に、内部に液相の冷媒が貯留されるとともに、壁部の外面に発熱体が設置され、壁部の内面に多数の気孔を有する網目構造の多孔質部材が設置され、多孔質部材の毛細管力によって、発熱体に対応する領域に液相の冷媒を輸送する冷媒槽と、発熱体の熱によって気化した冷媒を、液化させた後に冷媒槽に戻す放熱部とを備える構成のものが示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、このような構成において、多孔質部材の毛細管力を向上させることによって、冷媒の沸騰を促進するために、多孔質部材として、気孔径が１００μｍ以下で、空隙率が８０％以上である多孔質金属を用いる構造が提案されている。
【０００４】
また、特許文献３には、毛細管力を有する伝熱材の製造方法として、銅を含む金属の連続気孔多孔質体に酸化処理を施すことで得られた伝熱材を、厚さ方向に圧縮することにより、伝熱材の厚さを調節する方法が示されている。
【特許文献１】特開２００５−２６８６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７５８２号公報
【特許文献３】特開２０００−５４１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されている構成の冷却装置は、多孔質部材の内部で液相冷媒が気化、特に沸騰する際の潜熱により、発熱体から除熱する冷却方式である。ここで、多孔質部材の内部での沸騰には、多孔質部材のうち発熱体に対応する領域への液相冷媒の供給量、すなわち、多孔質部材による液相冷媒の吸上げ量や、発熱体の熱によって気化した冷媒の多孔質部材の内部からの排出量が影響することから、冷却装置の冷却能力を向上させるには、液相冷媒の吸上げ量を増加させ、気相冷媒の排出性を向上させればよい。
【０００６】
しかし、多孔質部材の液相冷媒の吸上げ量を増加させるには、特許文献２のように、気孔径を小さくして毛細管力を増加させる必要があるのに対して、多孔質部材からの気相冷媒の排出性を向上させるには、気相冷媒が排出されやすいように、気孔径を大きくする必要がある。
【０００７】
このように、液相冷媒の吸上げ量を増加させる場合と、気相冷媒の排出性を向上させる場合では、多孔質部材の気孔径に必要とされる特性が反対になるため、単に、多孔質部材全体の気孔径を一律に規定するだけでは、両方を両立させることは困難である。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、液相冷媒の吸上げ量の向上と気相冷媒の排出性の向上との両立が可能な構造の冷却装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、多孔質部材（１３０）が、多孔質部材のうち発熱体に対向する領域に向かって液相冷媒を輸送する領域の少なくとのも一部（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）に位置する気孔（１３５）を液相冷媒の輸送方向から見たときの１つの気孔での最小気孔径が、液相冷媒の輸送方向に垂直な方向である多孔質部材の厚み方向での気孔径（ｄ２０）であり、かつ、多孔質部材のうち発熱体（１０）に対向する領域に位置する気孔（１３５）を多孔質部材の厚さ方向から見たときの最小気孔径（ｄ３０）よりも小さくなっている構造であることを第１の特徴とする。
【００１０】
ここで、気孔径とは、気孔の形状を問わず、気孔の中心を通る気孔の差渡しを意味する。また、最小気孔径とは、気孔の中心を通る気孔の差渡しのうち、最も短い距離を意味し、例えば、気孔の断面形状が円の場合では、その直径が最小気孔径であり、楕円の場合では、長軸と短軸のうちの短軸が最小気孔径である。
【００１１】
また、液相冷媒を輸送する領域とは、多孔質部材のうち、液相冷媒が浸っている領域と発熱体に対応する領域とを含み、これらの一方の領域から他方の領域に至る範囲の領域を意味する。
【００１２】
これによれば、多孔質部材のうち発熱体に対応する領域では、多孔質部材からの蒸気の排出性を高めるために、多孔質部材の厚み方向から見たときの気孔径を大きくしつつ、多孔質部材のうち液相冷媒を輸送する領域では、冷媒の吸上げ量を増加させるために、液相冷媒の輸送方向から見たときの気孔径を小さくすることが可能となる。
【００１３】
したがって、多孔質部材の冷媒の吸上げ量の向上と蒸気の排出性の向上との両立が可能となり、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【００１４】
本発明では、多孔質部材は、具体的には、液相冷媒を輸送する領域の全域もしくはその一部（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）で、多孔質部材の厚み方向での厚さが多孔質部材の他の領域よりも薄くなっており、その薄くなっている部分（１３１、１４１、１６１、１６２、１６３）に位置する気孔（１３５）を液相冷媒の輸送方向から見たとき、１つの気孔（１３５）での最小気孔径は、多孔質部材の厚み方向での気孔径（ｄ２０）であり、かつ、多孔質部材のうち発熱体（１０）に対応する領域に位置する気孔（１３５）を多孔質部材の厚さ方向から見たときの最小気孔径（ｄ３０）よりも小さくなっている。
【００１５】
また、本発明では、例えば、多孔質部材の液相冷媒を輸送する領域に、多孔質部材の厚み方向で他の部位よりも薄くなっている部分が、液相冷媒の輸送方向および多孔質部材の厚み方向の両方に垂直な方向である多孔質部材の幅方向に、複数設けられている構成を採用できる。
【００１６】
また、本発明は、冷媒槽の組み付け工程で、多孔質部材（１３０）のうち液相冷媒を輸送する領域に対向するように、内面に凸形状の凸部（１１２ａ、１５０）が設けられた第２壁部（１１２）を用意し、第１壁部（１１１）の内面に固定した後の多孔質部材（１３０）に対して、凸部（１１２ａ、１５０）を押し付けながら、冷媒槽（１１０）を組み付けることで、凸部と第１壁部の内面とによって、多孔質部材のうち凸部と接する領域（１４１）を、多孔質部材の厚み方向に圧縮して、他の領域（１４２、１４３）よりも薄くすることを第２の特徴とする。
【００１７】
これによれば、本発明の第１の特徴の構成の冷却装置を製造することができる。
【００１８】
そして、この第１の特徴に関しては、例えば、冷媒槽の組み付け工程で、多孔質部材としての第１多孔質部材（１３０）および第１壁部（１１１）を用意して、第１壁部の内面に第１多孔質部材（１３０）を固定した後、第１多孔質部材とは別部材の第２多孔質部材で構成された凸部（１５０）が設置された第２壁部（１１２）を用意して、第１多孔質部材（１３０）に対して凸部（１５０）を押し付けながら、冷媒槽（１１０）を組み付けることが好ましい。
【００１９】
このようにして製造された冷却装置は、例えば、以下の構成となる。
【００２０】
冷媒槽（１１０）は、外面に発熱体（１０）が設置され、内面に多孔質部材（１３０）が設置される第１壁部（１１１）と、第１壁部に対向して配置され、外面に放熱部（１２０）が設置される第２壁部（１１２）とを備えており、第２壁部（１１２）の内面に、多孔質部材（１３０）の液相冷媒を輸送する領域の全域もしくはその一部に接するように、多孔質部材（１３０）に向かって凸形状となっている凸部（１１２ａ、１５０）が設けられている。そして、多孔質部材（１３０）のうち凸部（１１２ａ、１５０）に接している領域（１４１）が、多孔質部材の厚み方向で他の部位よりも薄くなっている。
【００２１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
まず、本実施形態の冷却装置の全体構成およびその製造方法の概略について説明する。      
【００２３】
図１に、本発明の第１実施形態における冷却装置の断面図を示す。なお、図の上下方向が冷却装置１００の天地方向である。
【００２４】
冷却装置１００は、半導体素子等の発熱体１０を冷却するものであり、図１に示すように、内部に液相の冷媒が貯留されるとともに、外面に発熱体１０が設置される冷媒槽１１０と、発熱体１０の熱によって気化した冷媒を、液化させた後に冷媒槽１１０に戻す放熱部１２０とを備えている。
【００２５】
冷媒槽１１０は、例えば、扁平箱状の容器であり、第１壁部としての受熱壁１１１と、第１壁部に対向して配置された第２壁部としての放熱壁１１２とを有している。受熱壁１１１、放熱壁１１２は、例えば、銅もしくは銅系合金で構成されている。また、受熱壁１１１、放熱壁１１２は、平板状であり、鉛直方向に平行に配置されている。
【００２６】
そして、受熱壁１１１の外面１１３に発熱体１０が設置されており、受熱壁１１１の内面１１４に多数の気孔を有する多孔質部材１３０が設置されている。発熱体１０は、例えば、図示しないボルト等の締め付けにより固定され、多孔質部材１３０は、例えば、拡散接合、ろう付け等により固定されている。
【００２７】
多孔質部材１３０は、毛細管力によって、発熱体１０に対応する領域まで液相の冷媒を輸送するものであり、３次元的な網目構造となっている。ここで、発熱体１０に対応する領域とは、多孔質部材１３０のうち、設置されている発熱体１０と同じ高さの領域を意味する。また、多孔質部材１３０のうち、液相冷媒が浸っている領域から発熱体１０に対応する領域までの範囲が、液相冷媒を輸送する領域である。
【００２８】
本実施形態では、多孔質部材１３０として、連続泡を有する銅製の発泡金属体を用い、多孔質部材１３０の長さを受熱壁１１１の内面側と同じ長さとしている。なお、多孔質部材１３０の構造ついての詳細は後述する。
【００２９】
放熱部１２０は、気相冷媒の熱を外部空気に放熱することにより、冷媒を液化させるものである。本実施形態では、放熱部１２０は、水平方向に延びており、放熱壁１１２に直交して配置されている第１、第２ヘッダ１２１、１２２と、第１、第２ヘッダ１２１、１２２の間に配置され、第１、第２ヘッダ１２１、１２２に連通し、鉛直方向に延びる複数本の放熱チューブ１２３と、各放熱チューブ１２３間に介在される放熱フィン１２４とを備えている。
【００３０】
第１、第２ヘッダ１２１、１２２は、それぞれ冷媒槽１１０の両端側、すなわち、図１中の上側と下側で、放熱壁１１２に取り付けられており、冷媒槽１１０の内部空間と連通している。放熱フィン１２４は、周知のコルゲートフィンであり、放熱面積を増大させるために使用される。第１、第２ヘッダ１２１、１２２、放熱チューブ１２３および放熱フィン１２４は、例えば、銅もしくは銅系合金により構成されている。
【００３１】
そして、真空引きされた冷却装置１００の内部空間には、液相冷媒の液面が発熱体１０の設置位置よりも低い位置となるように、所定量の冷媒が封入されている。本実施形態では、冷媒槽１１０の底部を液相冷媒が満たす程度、すなわち、放熱部１２０の第２ヘッダ１２２を液相冷媒が満たす程度の冷媒が封入されている。
【００３２】
冷媒としては、例えば、水、アルコール、フロロカーボン、フロン等が採用される。なお、冷媒として水を用いた場合では、水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、冷却装置１００内を真空引きしているため、沸点は３０〜４０℃となる。
【００３３】
このような構成の冷却装置１００は、例えば、次のようにして製造される。
【００３４】
受熱壁１１１の内面１１４に多孔質部材１３０を拡散接合により固定した後、受熱壁１１１に対向させて放熱壁１１２を配置して、冷媒槽１１０を組み付ける。
【００３５】
一方、第１、第２ヘッダ１２１、１２２、放熱チューブ１２３および放熱フィン１２４を用意して、放熱部１２０を組み付ける。
【００３６】
そして、冷媒槽１１０の放熱壁１１２の外面に、放熱部１２０の第１、第２ヘッダ１２１、１２２を取り付けることにより、冷却装置１００全体を組み付ける。
【００３７】
その後、各部材間で接合される部位に施されたろう材によって、各部材間を一体ろう付けすることで、冷却装置１００が製造される。
【００３８】
なお、受熱壁１１１の内面に多孔質部材１３０を拡散接合する代わりに、多孔質部材１３０と受熱壁１１１の間にろう材を配置して仮固定し、一体ろう付け時に、受熱壁１１１と多孔質部材１３０とをろう付けによって、固定するようにしても良い。  
【００３９】
上記した構成の冷却装置の内部での以下で説明する機構により、冷媒や発熱体の熱が移動することで、発熱体１０の冷却が可能となる。
【００４０】
冷媒槽１１０の底部に溜まっている液相冷媒は、多孔質部材１３０の毛細管力によって吸い上げられ、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域に供給される。
【００４１】
一方、発熱体１０から発せされた熱は、受熱壁１１１を経由して多孔質部材１３０に伝達する。このため、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域およびその近傍の温度が上昇する。
【００４２】
したがって、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域に冷媒が供給されると、多孔質部材１３０の内部で冷媒の沸騰や蒸発が生じ、その際の潜熱により、発熱体１０の熱が除熱される。このとき、気化した冷媒、すなわち、気相冷媒は、図１中の破線矢印のように、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域から排出され、冷媒槽１１０を上昇して、第１ヘッダ１２１内に流れ込み、第１ヘッダ１２１から各放熱チューブ１２３に分散して流れる。
【００４３】
放熱チューブ１２３内へ流入した気相冷媒は、この放熱チューブ１２３内を流れる際に、例えば、図示しない送風手段から供給される冷却風を受けて冷却されて液化された後、液相冷媒が、図１中の実線矢印のように、第２ヘッダ１２２から冷媒槽１１０へと還流する。
【００４４】
このように、発熱体１０から発生した熱が液相冷媒に伝達されて気相冷媒となり、気相冷媒が放熱部１２０へ輸送され、この放熱部１２０で冷媒が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、放熱フィン１２４を介して外気に放熱される。すなわち、発熱体１０から発生した熱が冷媒に伝達されて、放熱部１２０で外気に放出されることで発熱体１０が冷却される。
【００４５】
次に、本実施形態の多孔質部材１３０について説明する。図２に、図１中の一点鎖で囲まれた領域の拡大図を示す。また、図３に、図２中の多孔質部材１３０をＡ矢印方向から見たときの正面図を示す。
【００４６】
発明が解決しようとする課題の欄で説明した通り、多孔質部材１３０の液相冷媒の吸上げ量向上と気相冷媒の排出性向上では、多孔質部材１３０が有する気孔に要求される特性は正反対となる。そこで、本実施形態では、気相冷媒が通過する気孔の直径を大きくしたまま、液相冷媒が通過する気孔の直径を小さくできるように、多孔質部材１３０をその厚み方向で圧縮することで多孔質部材１３０を部分的に薄くした構造とした。
【００４７】
具体的には、図２に示すように、多孔質部材１３０は、発熱体１０よりも下側の下側領域１３１と、それよりも上側の上側領域１３２とでは、多孔質部材１３０の厚みが異なっており、下側領域１３１の厚みｔ１は、上側領域１３２の厚みｔ２よりも薄くなっている。また、図３に示すように、下側領域１３１は、図２中の紙面垂直方向、すなわち、多孔質部材１３０の幅方向の全域で同じ厚みｔ１となっている。
【００４８】
なお、多孔質部材１３０の下端から下側領域１３１の上端までの高さＨ１は、多孔質部材１３０の下端から発熱体１０の下端までの高さＨ２よりも低くなっている。下側領域１１３１は、発熱体１０に対応する領域よりも下側の領域であることから、多孔質部材１３０のうち液相冷媒を輸送する領域の一部である。
【００４９】
この多孔質部材１３０の厚みが部分的に異なる構造は、プレス機等の圧縮手段を用いて、図２中の矢印Ａに平行な方向、すなわち、多孔質部材１３０の厚み方向に、下側領域１３１が圧縮されることで製造される。なお、多孔質部材１３０の厚み方向とは、液相冷媒の輸送方向である鉛直方向に垂直であって、多孔質部材１３０が設置された受熱壁１１１の壁面に垂直な方向である。
【００５０】
多孔質部材１３０を圧縮する時期については、例えば、多孔質部材１３０自体の製造途中もしくは製造後に圧縮したり、上記した冷却装置１００の製造工程のうち、冷媒槽１１０の受熱壁１１１に多孔質部材１３０を固定した後であって放熱壁１１２を組み付ける前に、圧縮したりすればよい。
【００５１】
図４（ａ）、（ｂ）に、それぞれ、図２中の下側領域１３１の一部分１３３のＡ矢視拡大図、Ｂ矢視拡大図を示す。また、図５（ａ）、（ｂ）に、それぞれ、図２中の上側領域１３２の一部分１３４のＡ矢視拡大図、Ｂ矢視拡大図を示す。図中の矢印Ｂは、鉛直方向および液相冷媒の輸送方向に平行な方向である。また、図中の矢印Ａは、水平方向および多孔質部材１３０の厚み方向に平行な方向である。
【００５２】
まず、本実施形態では、圧縮する前の気孔形状が略球形である多孔質部材１３０を用いている。したがって、圧縮されていない上側領域１３２では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、気孔１３５は略球形であり、断面形状が略円であるため、Ａ矢印方向から見たときの気孔径ｄ３０とＢ矢印方向から見たときの気孔径ｄ４０とは同等である。
【００５３】
これに対して、下側領域１３１は、多孔質部材１３０の厚み方向に圧縮されているので、
図４（ｂ）に示すように、気孔１３５は多孔質部材の厚み方向に押しつぶされており、気孔１３５の形状は、Ｂ矢印方向から見たとき、断面は略円から略楕円形状に変形されている。ただし、図４（ａ）に示すように、圧縮方向と同じ方向、すなわち、Ａ矢印方向から見たときでは、気孔１３５の断面は略円形状のままであり、図５（ａ）、（ｂ）に示される上側領域１３２に位置する気孔１３５と同じ断面形状である。
【００５４】
このため、図４（ｂ）に示すように、下側領域１３１の気孔１３５をＢ矢印方向から見たとき、多孔質部材１３０の厚み方向の気孔径ｄ２０が、楕円の直交する２つの直径である長軸と短軸のうちの短軸であり、多孔質部材１３０の厚み方向に直交する多孔質部材１３０の厚さ方向での気孔径ｄ２１が長軸となっている。
【００５５】
したがって、１つの気孔１３５をＢ矢印方向から見たとき、多孔質部材１３０の厚み方向の気孔径ｄ２０が最小気孔径となっており、さらに、この気孔径ｄ２０は、図４（ａ）に示されるＡ矢印方向から見た気孔１３５の気孔径ｄ１０や、図５（ａ）、（ｂ）に示される上側領域１３２に位置する気孔１３５の気孔径ｄ３０、ｄ４０よりも小さくなっている。
【００５６】
このように、本実施形態では、図４（ｂ）、図５（ｂ）からわかるように、多孔質部材１３０の下側領域１３１に位置する気孔１３５の多孔質部材１３０の厚み方向での気孔径ｄ２０と、多孔質部材１３０の上側領域１３２に位置する気孔１３５の多孔質部材１３０の厚み方向での気孔径ｄ４０とを比較したとき、下側領域１３１の気孔径ｄ２０の方を、上側領域１３２の気孔径ｄ４０よりも小さくしている。すなわち、下側領域１３１では、液相冷媒が通過する方向から見たときの気孔１３５の最小気孔径を小さくしている。
【００５７】
これにより、下側領域１３１では、上側領域１３２よりも毛細管力が強くなるので、多孔質部材１３０の全域で気孔径が、上側領域１３２の気孔径ｄ４０と同等の大きさの場合と比較して、多孔質部材１３０による冷媒の吸上げ量を増加させることができる。
【００５８】
一方、上側領域１３２では、多孔質部材１３０からの気相冷媒の排出性を高めるために、多孔質部材１３０の厚み方向から気孔１３５を見たときの気孔径ｄ３０を大きく設定して  おけばよい。
【００５９】
ここで、従来では、部位によって気孔径が異なる連続泡の多孔質部材を得ることは困難であった。これに対して、本実施形態では、多孔質部材を部分的に押しつぶすことで、押しつぶした部分の気孔径を小さくする方法を採用しているので、多孔質部材１３０の上側領域１３２では、気相冷媒が通過する気孔１３５の直径を大きく設定し、多孔質部材１３０の下側領域１３１では、液相冷媒が通過する気孔１３５の直径を小さく設定することができる。
【００６０】
この結果、本実施形態によれば、多孔質部材１３０の冷媒の吸上げ量の向上と気相冷媒の排出性の向上との両立が可能となり、冷却装置１００の冷却性能を向上させることができる。
【００６１】
以下、本実施形態の多孔質部材１３０の下側領域１３１を押しつぶすことによる毛細管力の増大効果についての評価結果を示す。
【００６２】
評価対象として、図２に示すように、高さＨ３＝１５０ｍｍ、厚さｔ２＝０．５ｍｍであって、気孔率９０％、気孔径１５０μｍの銅製の発泡金属体を用い、この発泡金属体の高さＨ１の下部領域１３１を厚さｔ１＝０．３ｍｍとなるまで押しつぶして、気孔を発泡金属体の厚み方向に押しつぶした後、発泡金属体の水の吸上げ速度を評価した。なお、発泡金属体の全体を押しつぶした場合および発泡金属体を押しつぶさない場合の大気中での発泡金属体の水の最大吸上げ高さも測定した。
【００６３】
図６に、発泡金属体の水の最大吸上げ高さの評価結果を示す。図６中の横軸は、多孔質部材１３０の全域に対する押しつぶし領域の比であり、すなわち、多孔質部材１３０の高さＨ３に対する下側領域１３１の高さＨ１の比である。Ｈ１／Ｈ３＝０．２６が本実施形態の場合であり、Ｈ１／Ｈ３＝０が、発泡金属体を押しつぶさない場合であり、Ｈ１／Ｈ３＝１が、発泡金属体の全体を押しつぶした場合である。また、図６中の縦軸は、Ｈ１／Ｈ３＝０のときの水の最大吸上げ高さに対する最大吸上げ高さの比を示している。
【００６４】
図６に示すように、全体の２６％程度の領域を押しつぶすことにより、最大吸上げ高さは押しつぶさない場合と比較して３７％向上した。
【００６５】
また、図７に、発泡金属体の水の吸上げ速度の評価結果を示す。これは、発泡金属の下部を水に浸した後、１０秒後の吸上げ高さから吸上げ速度を評価した結果である。図７中の横軸は、図６と同じであり、図７中の縦軸は、Ｈ１／Ｈ３＝０のときの水の吸上げ速度に対する吸上げ速度の比を示している。
【００６６】
図７に示すように、全体の２６％程度の領域を押しつぶすことにより、押しつぶさない場合と比較して吸上げ速度は２４％向上した。
【００６７】
このような評価結果から、多孔質部材１３０の下側領域１３１を押しつぶすことによって、毛細管力を増大させる効果が得られることがわかる。
【００６８】
また、本実施形態によれば、図６に示す評価結果の通り、最大吸上げ高さが高くなるので、多孔質部材１３０を全く押しつぶさない場合と比較して、発熱体１０の取り付け高さＨ２を高くすることができる。この結果、発熱体１０の設置位置の自由度を大きくでき、また、冷媒槽１１０を高くすることもできるため、放熱部１２０の体積を大きくして、冷却装置１００の性能を向上させることが可能になる。また、冷却装置１００全体の体積を変化させずに、冷却装置１００全体の高さＨ３を高くすれば、冷却装置１００の厚みを薄くすることができるので、発熱体がコンピュータのＣＰＵや、電子機器の素子の場合、筐体内に冷却装置１００を設置する際の自由度を大きくすることができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、図７に示す評価結果の通り、多孔質部材１３０の液相冷媒の吸上げ速度を大きくできるので、発熱体の発熱量が急増したときにも対応できる。
【００７０】
すなわち、発熱体がコンピュータのＣＰＵの場合は演算量が、電子機器の素子の場合は出力が急増すると、発熱量が急増する。発熱量が急増したとき、多孔質部材内への冷媒吸上げ量より、多孔質部材内での気相冷媒の発生量が多くなると、凝縮潜熱を用いた冷却ができなくなり、発熱体の温度が上昇してしまう。これに対して、本実施形態では、多孔質部材１３０の下部領域１３１を押しつぶし、冷媒の吸上げ速度を大きくすることにより、発熱体１０の発熱量が急増した場合にも、十分に冷却することが可能となる。
【００７１】
（第２実施形態） 
図８に、本発明の第２実施形態における冷却装置の断面図を示す。また、図９に、図８中の冷媒槽１１０の組み付け前の状態を示す。なお、図８、９では、図１中の冷却装置１００と同様の構成部に図１と同一の符号を付している。
【００７２】
本実施形態では、図８、９に示すように、冷媒槽１１０の放熱壁１１２の内面、つまり、多孔質部材１３０に対向する面に、多孔質部材１３０に向かって、他の部位１１２ｂよりも凸形状となっている凸部１１２ａを設けている。
【００７３】
一方、多孔質部材１３０には、多孔質部材１３０の厚みが他の領域１４２、１４３よりも薄い領域１４１が設けられている。薄い領域１４１は、多孔質部材１３０の下端よりも上側であって、発熱体１０よりも下側に設けられており、多孔質部材１３０のうち液相冷媒を輸送する領域の一部である。また、その薄い領域１４１よりも上側の厚い領域１４２は、発熱体１０に対応する領域を含んでいる。
【００７４】
この薄い領域１４１は、この薄い領域１４１に対向している凸部１１２ａによって、押しつぶされて形成されたものである。
【００７５】
具体的には、図９に示すように、第１実施形態で説明した冷媒槽１１０の組み付け時において、厚みが均一の多孔質部材１３０を受熱壁１１１の内面に拡散接合等により固定する。そして、凸部１１２ａが設けられた放熱壁１１２を用意し、受熱壁１１１に固定した後の多孔質部材１３０に対して、凸部１１２ａを押し付けながら、冷媒槽１１０を組み付ける。これにより、図８に示すように、多孔質部材１３０のうち凸部１１２ａと接する領域１４１は、凸部１１２ａと受熱壁１１１の内面とによって、多孔質部材１３０の厚み方向に圧縮されるので、他の領域１４２、１４３よりも薄くなる。その後の製造工程は、第１実施形態と同様である。
【００７６】
なお、本実施形態の冷却装置１００は、このようにして製造されることから、図８に示すように、多孔質部材１３０のうち凸部１１２ａと接触している領域１４１が薄くなっており、凸部１１２ａと受熱壁１１１の内面との間隔は、多孔質部材１３０のうち薄い領域１４１の厚みと同等であり、多孔質部材１３０のうち厚い領域１４２、１４３での厚みよりも狭くなっている。
【００７７】
（第３実施形態）
図１０に、本発明の第３実施形態における冷却装置の断面図を示す。また、図１１に、図１０中の冷媒槽１１０の組み付け前の状態を示す。なお、図１０、１１では、図８中の冷却装置１００と同様の構成部に、図１と同一の符号を付している。
【００７８】
第２実施形態では、冷媒槽１１０の放熱壁１１２を変形させることで、放熱壁１１２自体によって、凸部１１２ａを構成していたが、本実施形態では、図１０、１１に示すように、放熱壁１１２とは別部材で構成された凸部１５０を放熱壁１１２に設けており、この凸部１５０を多孔質部材で構成している。すなわち、本実施形態では、受熱壁１１１の内面１１４に第１多孔質部材１３０が設置されており、放熱壁１１２の内面に、凸部としての第２多孔質部材１５０が設置されている。
【００７９】
第２多孔質部材１５０としては、第１多孔質部材１３０と同様に、例えば、発泡金属体を用いることができる。このとき、例えば、第２多孔質部材１５０の空隙率が第１多孔質部材１３０のうち薄い領域１４１の空隙率以下であって、第２多孔質部材１５０の気孔径が薄い領域１４１の最小気孔径以下であることが好ましい。これにより、第１多孔質部材１３０に加えて、第２多孔質部材１５０が液相冷媒を吸い上げる効果も期待できる。
【００８０】
また、図１０に示す構造の冷却装置１００は、第２実施形態で説明した製造方法のうち、凸部１１２ａが設けられた放熱壁１１２を用意する工程を、第２多孔質部材１５０を放熱壁１１２に接合して凸部１５０が設けられた放熱壁１１２を用意する工程に変更することで製造される。
【００８１】
（第４実施形態）
図１２に、本発明の第４実施形態における多孔質部材１３０の正面図を示す。図１２は、図３に対応している。
【００８２】
第１実施形態では、図３に示すように、多孔質部材１３０のうち液相冷媒を輸送する領域の一部である下側領域１３１の全域を、上側領域１３２よりも薄くしていたが、本実施形態のように、下側領域１３１のうちの複数領域を他の領域よりも薄くしても良い。
【００８３】
すなわち、図１２に示すように、本実施形態では、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域よりも下側の領域において、多孔質部材１３０の幅方向に、押しつぶされて他の領域１６４よりも薄くなっている領域１６１、１６２、１６３を複数設けている。すなわち、多孔質部材１３０の下側の領域に、押しつぶした領域と押しつぶしていない領域と交互に設けている。
【００８４】
このように、多孔質部材１３０に押しつぶした領域と押しつぶしていない領域と交互に設けた場合では、押しつぶした領域では、上記した実施形態と同様に、毛細管力が増加しており、さらに、押しつぶした領域での毛細管力が増加する効果が、押しつぶした領域に隣接する押しつぶしていない領域に伝播するので、押しつぶしていない領域でも液相冷媒の吸上げ量が増加する。
【００８５】
（他の実施形態）
上記した各実施形態では、多孔質部材１３０として銅製の発泡金属体を用いていたが、多孔質部材１３０としては、他の金属からなる発泡金属体を用いても良く、また、焼結金属、金網、金属製フェルト等を採用しても良い。
【００８６】
また、上記した各実施形態では、多孔質部材１３０は、受熱壁１１１と同じ大きさであったが、少なくとも、液相冷媒が接する領域から発熱体１０に対応する領域に至る範囲の大きさであれば、多孔質部材１３０の大きさは任意に変更可能である。
【００８７】
また、上記した各実施形態では、図２中の下側領域１３１、図８、１０中の領域１４１のように、多孔質部材１３０のうち発熱体１０よりも下側の領域を部分的に圧縮して他の領域よりも薄くしていたが、多孔質部材１３０の下端から発熱体１０の下端に対応する位置までの全領域を、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域よりも、薄くしても良い。また、多孔質部材１３０の下端から発熱体１０の下端に対応する位置までの領域の全域もしくはその一部に加えて、多孔質部材１３０の発熱体に対応する領域の全域もしくはその一部を、厚み方向に圧縮して薄くしても良く、また、多孔質部材１３０の全域を厚み方向に圧縮して薄くしても良い。
【００８８】
多孔質部材１３０の全域を厚み方向に圧縮した場合では、図６、７中のＨ１／Ｈ３＝１のときの結果からわかるように、多孔質部材１３０の冷媒の最大吸上げ高さおよび吸上げ速度を、部分的に圧縮する場合と比較して、さらに向上させることができる。
【００８９】
なお、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域を厚み方向に圧縮した場合、図４（ａ）に示すように、圧縮した領域では、矢印Ａ方向、すなわち、圧縮した方向から見たときの気孔径は、圧縮前と比較して小さくならないので、気相冷媒の排出性が低下することはなく、圧縮前の多孔質部材１３０の気孔径をあらかじめ大きく設定しておくことで、気相冷媒の排出性を向上させることが可能となる。
【００９０】
このように多孔質部材１３０を圧縮して薄くする範囲としては、多孔質部材１３０のうち液相冷媒を輸送する輸送領域の全領域もしくはその一部であればよい。上記の通り、少なくとも輸送領域の気孔径を小さくすれば、毛細管力を増大させて、液相冷媒の吸上げ性を向上できるからである。
【００９１】
また、上記した各実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の気孔１３５の形状が略球形状で、全領域で直径が均等ある多孔質部材１３０を用い、その多孔質部材１３０を厚み方向で圧縮することによって、例えば、図４（ｂ）に示すように、下側領域１３１での気孔１３５を冷媒の輸送方向から見たとき、気孔１３５の断面形状を、厚み方向を短軸とする楕円形状として、気孔１３５の厚み方向での径を小さくしたが、多孔質部材１３０の圧縮前と圧縮後とにおける気孔の断面形状については、円形状、楕円形状に限らず、他の形状であっても良い。
【００９２】
このように気孔の形状については、多孔質部材１３０のうち発熱体１０に対応する領域に位置する気孔１３５を多孔質部材１３０の厚み方向から見たときの気孔径が相対的に大きく、多孔質部材１３０のうち液相冷媒を輸送する領域に位置する気孔１３５を冷媒の輸送方向から見たときの気孔径が相対的に小さい関係であれば良い。
【００９３】
また、図１３に、本発明の他の実施形態における冷却装置の断面図を示す。図１３に示す冷却装置１００は、第１実施形態で説明した図１の冷却装置１００に対して、放熱部１２０の構成を変更したものである。なお、図１３では、図１と同様の構成部に同一の符号を付している。
【００９４】
図１３に示すように、放熱部１２０の構成を、放熱壁１１２から垂直に立設されて、一端側が冷媒槽１１０内に連通する複数のチューブ１２６と、これら複数のチューブ１２６の他端側で接続され、複数のチューブ１２６同士を連通させる連通ヘッダ１２５と、複数のチューブ１２６の間に設けられた放熱フィン１２７とを備える構成としても良い。
【００９５】
また、図１４に、本発明の他の実施形態における冷却装置の断面図を示す。図１３に示す冷却装置１００は、第１実施形態で説明した図１の冷却装置１００を、冷媒槽１１０の受熱壁１１１、放熱壁１１２が水平方向に平行となるように配置したものである。なお、図１３では、図１と同様の構成部に同一の符号を付している。
【００９６】
図１４に示すように、放熱部１２０が上を向くように冷媒槽１１０の受熱壁１１１、放熱壁１１２を水平方向にして、冷媒槽１１０の底面となる受熱壁１１１の外面に、発熱体１０を設置した状態で、冷却装置１００を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１実施形態における冷却装置の断面図である。
【図２】図１中の一点鎖で囲まれた領域の拡大図である。
【図３】図２中の多孔質部材１３０をＡ矢印方向から見たときの多孔質部材１３０の正面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、多孔質部材１３０の下側領域１３１の一部分１３３のＡ矢視拡大図、Ｂ矢視拡大図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、多孔質部材１３０の上側領域１３２の一部分１３４のＡ矢視拡大図、Ｂ矢視拡大図である。
【図６】第１実施形態における多孔質部材１３０としての発泡金属体の水の最大吸上げ高さの評価結果である。
【図７】第１実施形態における多孔質部材１３０としての発泡金属体の水の吸上げ速度の評価結果である。
【図８】本発明の第２実施形態における冷却装置の断面図である。
【図９】図８中の冷媒槽１１０の組み付け前の状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における冷却装置の断面図である。
【図１１】図１０中の冷媒槽１１０の組み付け前の状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態における多孔質部材１３０の正面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態における冷却装置の断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態における冷却装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０… 発熱体、１００…冷却装置、１１０…冷媒槽、１１１…受熱壁、
１１２…放熱壁、１２０…放熱部、１２１…第１ヘッダ、１２２…第２ヘッダ、
１２３、１２６…放熱チューブ、１２４、１２７…放熱フィン、
１２５…連通ヘッダ、１３０…多孔質部材、１３５…気孔。
【図１】
2008267743.tif 000003
【図２】
2008267743.tif 000004
【図３】
2008267743.tif 000005
【図４】
2008267743.tif 000006
【図５】
2008267743.tif 000007
【図６】
2008267743.tif 000008
【図７】
2008267743.tif 000009
【図８】
2008267743.tif 000010
【図９】
2008267743.tif 000011
【図１０】
2008267743.tif 000012
【図１１】
2008267743.tif 000013
【図１２】
2008267743.tif 000014
【図１３】
2008267743.tif 000015
【図１４】
2008267743.tif 000016