(57)【要約】【課題】冷却風による放熱性能を向上させつつ、ヒートパイプ内の作動流体の還流を向上させてトータルの冷却性能向上を可能とする冷却器を提供する。【解決手段】発熱体１０が装着され、この発熱体１０の熱を受熱する受熱部１１０と、受熱部１１０に対して上側を向くように配置されるヒートパイプ１２０とを有する冷却器において、ヒートパイプ１２０を扁平形状に形成する。そして、ヒートパイプ１２０には受熱部１１０に接合される接合部１３０と受熱部１１０に接合されない非接合部１４０とを形成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体（１０）が装着され、この発熱体（１０）の熱を受熱する受熱部（１１０）と、
前記受熱部（１１０）に対して上側を向くように配置されるヒートパイプ（１２０）とを有する冷却器において、
前記ヒートパイプ（１２０）は、扁平形状を成すと共に、前記受熱部（１１０）に接合される接合部（１３０）と前記受熱部（１１０）に接合されない非接合部（１４０）とを有することを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記非接合部（１４０）は、前記発熱体（１０）に対して遠い側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記ヒートパイプ（１２０）内の前記非接合部（１４０）近傍には、前記発熱体（１０）の熱を受けて気化する作動流体が直接前記非接合部（１４０）側に流れるのを抑制する抑制手段（１２２、１２５）が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の冷却器。
【請求項４】
前記ヒートパイプ（１２０）を構成する密閉容器（１２０ａ）は、複数の隔壁（１２２）によって形成される複数の流路（１２３）と、前記受熱部（１１０）側および反受熱部側で前記複数の流路（１２３）が互いに連通する連通空間（１２５）とを有しており、
前記抑制手段（１２２、１２５）は、前記隔壁（１２２）が前記連通空間（１２５）を狭くするように延ばされて形成されたことを特徴とする請求項３に記載の冷却器。
【請求項５】
前記ヒートパイプ（１２０）は、前記扁平形状の長手方向が供給される冷却風の流れ方向に複数配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の冷却器。
【請求項６】
前記ヒートパイプ（１２０）の表面には、放熱フィン（１５０）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷却器。
【請求項７】
前記受熱部（１１０）は、内部に冷媒が封入されるベーパチャンバー（１１０）としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱体の冷却に用いて好適な冷却器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷却器として、特公平７−１９８６３号公報のように、電気発熱体の熱を受熱する受熱部（本公報中では金属ブロック）に放熱部としてヒートパイプが接合されたものが知られている。この冷却器においては、電気発熱体の熱は受熱部およびヒートパイプに伝達され、ヒートパイプ内の作動流体は気化し、更にはヒートパイプに供給される冷却風によって凝縮して、凝縮潜熱を冷却風に放出することで電気発熱体を冷却する。
【０００３】
ここでは、電気発熱体と受熱部との間に高熱伝導性絶縁体および導体金属を介在させるようにしており、受熱部およびヒートパイプに電気発熱体の電位が伝わらないようにして、受熱部やヒートパイプを電気絶縁材で形成することを不要として安価にできるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電気発熱体の発熱量は増加の傾向にあり、冷却器の性能向上が望まれている。上記従来技術において、ヒートパイプ部での放熱性能の向上を考えた場合には、冷却風の流れ方向に沿うようにヒートパイプを扁平形状にして構成することで通風抵抗を下げ、通風量を増加させて対応するのが望ましいと考えられる。しかしながら、ヒートパイプを扁平形状に形成すると内部空間の幅が小さくなり、気化する作動流体と凝縮する作動流体との流れが互いに緩衝しやすくなるので、逆に作動流体の還流が阻害され、大幅な性能向上が難しくなるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷却風による放熱性能を向上させつつ、ヒートパイプ内の作動流体の還流を向上させてトータルの冷却性能向上を可能とする冷却器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、発熱体（１０）が装着され、この発熱体（１０）の熱を受熱する受熱部（１１０）と、受熱部（１１０）に対して上側を向くように配置されるヒートパイプ（１２０）とを有する冷却器において、ヒートパイプ（１２０）は、扁平形状を成すと共に、受熱部（１１０）に接合される接合部（１３０）と受熱部（１１０）に接合されない非接合部（１４０）とを有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、扁平形状のヒートパイプ（１２０）に沿うように冷却風を供給してやることで、ヒートパイプ（１２０）の通風抵抗を下げて通風量を増加できるので、冷却風による放熱性能を向上させることができる。
【０００９】
また、発熱体（１０）からの熱は受熱部（１１０）とヒートパイプ（１２０）との接合部（１３０）で積極的に熱伝達が行われ、ヒートパイプ（１２０）内の作動流体の気化が盛んに行われる。一方、非接合部（１４０）においては、熱伝達が行われず、作動流体の気化は抑えられる。よって、接合部（１３０）において作動流体は気化、上昇した後に、非接合部（１４０）側に流れて凝縮、下降し、スムースな還流が形成できるので、熱移動量を増大させることができる。
【００１０】
以上、通風抵抗の低減効果および還流の活性化効果を合わせてトータル的な冷却性能の向上を図ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、非接合部（１４０）は、発熱体（１０）に対して遠い側に設けられたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、接合部（１３０）は発熱体（１０）と近接するので、発熱体（１０）の熱を接合部（１３０）を介して効率良く作動流体に伝達させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、ヒートパイプ（１２０）内の非接合部（１４０）近傍には、発熱体（１０）の熱を受けて気化する作動流体が直接非接合部（１４０）側に流れるのを抑制する抑制手段（１２２、１２５）が設けられたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、ヒートパイプ（１２０）内において、気化、上昇する作動流体の領域と凝縮、降下する作動流体の領域を効果的に規制できるので、作動流体の流れをよりスムースにして更に冷却性能を向上できる。
【００１５】
そして、請求項４に記載の発明のように、ヒートパイプ（１２０）を構成する密閉容器（１２０ａ）は、複数の隔壁（１２２）によって形成される複数の流路（１２３）と、受熱部（１１０）側および反受熱部側で複数の流路（１２３）が互いに連通する連通空間（１２５）とを有しており、抑制手段（１２２、１２５）は、隔壁（１２２）が連通空間（１２５）を狭くするように延ばされて形成されるようにすると良く、容易に対応できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、ヒートパイプ（１２０）は、扁平形状の長手方向が供給される冷却風の流れ方向に複数配置されたことを特徴としている。
【００１７】
これにより、冷却風流れ方向に形成される温度境界層の発達を抑制でき熱伝達率の悪化を防止できる。また、１つのヒートパイプ（１２０）を基本ユニットとして標準化することで、その数の組み合わせをもって、種々の発熱体（１０）への対応が安価に容易にできる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、ヒートパイプ（１２０）の表面には、放熱フィン（１５０）が設けられたことを特徴としている。
【００１９】
これにより、ヒートパイプ（１２０）の放熱面積を増大できるので、放熱性能を向上できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、受熱部（１１０）は、内部に冷媒が封入されるベーパチャンバー（１１０）としたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、冷媒を介して発熱体（１０）の熱を接合部（１３０）に均等に伝達でき、ヒートパイプ（１２０）での熱移動量を増加できる。
【００２２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の冷却器１００の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。この冷却器１００は、例えば半導体素子等の発熱体１０を冷却するもので、受熱部１１０およびヒートパイプ１２０から構成されており、これらの部材は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金より成り、各部材間で接合される部位に施されたろう材により一体でろう付けされている。
【００２４】
図１は冷却器１００の断面図、図２は図１のＡ方向から見た矢視図である。受熱部１１０は、平板状を成す部材であり、下側の受熱面１１０ａには発熱体１０が固定されている。
【００２５】
ヒートパイプ１２０は、周知のように密閉容器１２０ａ内に作動流体が封入されたものであり、ここでは外観が扁平形状を成すようにしている。密閉容器１２０ａは、内部に複数の隔壁１２２によって複数の流路１２３が形成されるいわゆる多孔チューブ１２１の長手方向両端部に閉塞部材１２４が設けられたものである。多孔チューブ１２１は、押し出し加工によって成形される。そして、密閉容器１２０ａの両端部には連通空間１２５が設けられており、複数の流路１２３が互いに連通するようにしている。
【００２６】
上記ヒートパイプ１２０は、受熱部１１０に対して上側に向けて延びており、扁平形状の長手方向が冷却風の供給される方向に配置され、また扁平形状の厚み方向に複数並べられている。そして、ヒートパイプ１２０は、接合部１３０によって受熱部１１０と接合（ろう付け）されている。また、冷却風の流れ方向の両端部側、即ち発熱体１０に対して遠くなる側においては、受熱部１１０とヒートパイプ１２０とが互いに接合されない非接合部１４０が設けられている。
【００２７】
更には、ヒートパイプ１２０内の非接合部１４０近傍には、接合部１３０近傍で発熱体１０の熱を受けて気化する作動流体が直接非接合部１４０側に流れるのを抑制する抑制手段が設けられるようにしている。この抑制手段は、ここでは非接合部１４０近傍の隔壁１２２を受熱部１１０側に延ばして連通空間１２５を狭くすることで形成されるようにしている。即ち、図１中の連通空間１２５の寸法Ｌ１に対して、非接合部１４０近傍では寸法Ｌ２として狭くなるようにしている。
【００２８】
次に、上記構成に基づく作動および作用効果について説明する。発熱体１０の熱は、受熱部１１０に伝わり、近接する接合部１３０で積極的に熱伝達が行われ、ヒートパイプ１２０内の作動流体の気化が盛んに行われる。そして、作動流体は接合部１３０に対応する流路１２３内を上昇する。この時、非接合部１４０近傍の隔壁１２２によって連通空間１２５が狭められているので、気化した作動流体は直接非接合部１４０側の流路１２３に流れ込むことが抑制される。
【００２９】
一方、非接合部１４０においては、受熱部１１０からの熱伝達が行われず、作動流体の気化は抑えられるので、作動流体は上記接合部１３０側で気化、上昇した後に、非接合部１４０に対応する流路１２３側に流れ込み、ヒートパイプ１２０の外部から供給される冷却風によって凝縮され、凝縮潜熱をこの冷却風に放出する。凝縮された作動冷媒は、重力によって下降し、ヒートパイプ１２０内を還流することになり、このサイクルが繰り返される。
【００３０】
このように発熱体１０は、その熱が受熱部１１０から作動流体によって輸送され冷却風に放出されることによって冷却されることになる。
【００３１】
本発明においては、ヒートパイプ１２０を扁平形状にしており、このヒートパイプ１２０に沿うように冷却風を供給してやることで、ヒートパイプ１２０の通風抵抗を下げて通風量を増加できるので、冷却風による放熱性能を向上させることができる。
【００３２】
また、接合部１３０、非接合部１４０および長く延ばした隔壁１２２によってヒートパイプ１２０内の作動流体が気化、上昇する領域と、凝縮、下降する領域を効果的に規制でき、スムースな還流が形成できるので、熱移動量を増大させることができる。
【００３３】
よって、通風抵抗の低減効果および還流の活性化効果を合わせてトータル的な冷却性能の向上を図ることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対してヒータパイプ１２０の扁平形状の長手方向を冷却風の流れ方向に複数配置したものとしている。
【００３５】
これにより、冷却風流れ方向に形成される温度境界層の発達を抑制でき、熱伝達率の悪化を防止できる。また、１組のヒートパイプ１２０を基本ユニットとして標準化することで、その数の組み合わせをもって、種々の発熱体（１０）への対応が安価に容易にできる。
【００３６】
尚、複数配置されるヒートパイプ１２０の接合部１３０および非接合部１４０は、図４に示すように設けても良い。すなわち、複数のヒートパイプ１２０の冷却風流れ方向の両端部側に非接合部１４０を設けても作動流体のスムースな還流が得られる。
【００３７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図５に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、ヒートパイプ１２０に放熱フィン１５０を設けたものであり、ヒートパイプ１２０の放熱面積を増大して放熱性能を向上することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図６に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、受熱部１１０を内部空間が形成される受熱容器１１１に冷媒が封入されるベーパチャンバーとしている。
【００３９】
これにより、冷媒を介して発熱体１０の熱を接合部１３０に均等に伝達でき、ヒートパイプ１２０での熱移動量を増加できる。
【００４０】
（その他の実施形態）
上記第１〜第４実施形態では、非接合部１４０は、発熱体１０に対して遠くなるようにヒートパイプ１２０の冷却風流れ方向の両端部側に設けるようにしていたが、これに限らず、図７に示すように、ヒートパイプ１２０の中央側に設けるようにしても良い。
【００４１】
また、ヒートパイプ１２０は、内部に複数の流路１２３を有さないものでも良い。
【００４２】
更には、接合部１３０は、ろう付けのような熱的な接合に限らず、機械的なかしめや圧入等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す冷却器の断面図である。
【図２】図１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す冷却器の正面図である。
【図４】第２実施形態の変形例を示す正面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す冷却器の側面図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示す冷却器の側面図である。
【図７】本発明のその他の実施形態を示す冷却器の正面図である。
【符号の説明】
１０　発熱体
１００　冷却器
１１０　受熱部
１２０　ヒートパイプ
１２０ａ　密閉容器
１２２　隔壁（抑制手段）
１２３　流路
１２５　連通路（抑制手段）
１３０　接合部
１４０　非接合部
１５０　放熱フィン
【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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【図６】
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【図７】
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