(57)【要約】【課題】放熱部で蒸気が冷却即ち凝縮する速度が、吸熱部で作動液が蒸発する速度より遅くても、その速度差を断面積の拡大分で補うことにより、より大きな熱量を発生する発熱部品の冷却を速やかに行うヒートスプレッダを作製する。【解決手段】発熱部品から吸熱を行う吸熱部と、放熱により内部空間を冷却する放熱部と、を有するコンテナと、コンテナ内に封入される作動液と、を備え、コンテナの長手方向に垂直な方向でコンテナを切断した時の、放熱部と吸熱部の前記コンテナ断面積を比較した場合、放熱部側のコンテナ断面積を吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大する。【選択図】　図５
2004132555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内部を中空とし外部の発熱部品から吸熱を行う吸熱部と、同じく内部を中空とし放熱によりその内部空間を冷却する放熱部と、を有するコンテナと、このコンテナ内に封入され蒸発と凝縮とを繰り返す作動液と、を備え、前記コンテナの長手方向に垂直な方向でコンテナを切断した時の、前記放熱部と前記吸熱部の前記コンテナ断面積を比較した場合、放熱部側のコンテナ断面積が吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大されていることを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
放熱部側のコンテナ断面積を吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大することによって、前記コンテナをその平面方向から見たときに前記コンテナの平面形状が略Ｔ字型になるように形成されたことを特徴とする請求項１記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記吸熱部を形成するコンテナの内面が平面状に形成されると共に、前記平面に複数の凸部を設け、前記凸部の間に形成される溝に蒸発と凝縮とを繰り返す作動液が入れられることで流路が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
複数の平面から構成され、前記平面が外部の発熱部品から吸熱を行う吸熱部と、放熱により内部空間を冷却する放熱部とを備え、更に少なくとも１つの開口部を有するコンテナ部材と、前記開口部を覆う端板と、が接合されることによって、内部空間が中空となるように密閉されたコンテナを備えてなるヒートスプレッダにおいて、前記吸熱部を形成する前記平面の内面とその内面に面対向するコンテナの内面とに複数の凸部がそれぞれ設けられると共に、前記凸部の間に形成される溝に蒸発と凝縮とを繰り返す作動液が入れられることで流路が設けられ、前記流路を一続きにするための溝部が前記端板に形成されたことを特徴とする請求項３記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記コンテナに注入管が設けられることを特徴とする請求項１乃至４記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のヒートスプレッダを備えると共に、前記放熱部と接触するように前記コンテナ部材に放熱部品が搭載され、更に、前記放熱部品の放熱側に、前記放熱部品から放出される熱量を受け入れ、受け入れた熱量を放熱する１つのクロスフローファンモータを備えてなることを特徴とするコンピュータ機器用冷却装置。
【請求項７】
前記請求項６記載のコンピュータ機器用冷却装置において、前記クロスフローファンモータのファンを、前記ヒートスプレッダの放熱部及び前記放熱部品の幅よりも拡大することによって、前記クロスフローファンモータが前記コンピュータ機器内部の熱を廃熱するための通風路を備えることを特徴とするコンピュータ機器用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ機器に搭載される半導体素子等の冷却に好適なヒートスプレッダと、そのヒートスプレッダによって構成されたコンピュータ機器用冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンに代表されるコンピュータ機器（以下、必要に応じて単に、機器と記す）は小型化と高性能化がますます要求されるようになり、その動向に伴い、前記機器の内部に搭載される半導体素子や集積回路の小型化と高性能化にもますます拍車が掛かっている。
【０００３】
だが、高性能化に伴い、半導体素子や集積回路から発生する熱量も増大しており、その熱量の効率的な冷却装置をいかにして実現するかが、前記機器の更なる小型化と高性能化を押し進める上での課題となっている。
【０００４】
その冷却装置の一つとして筒型ヒートパイプが挙げられる（例えば、非特許文献１参照。）。代表的な筒型ヒートパイプの内部構造とその使用形態を、図１５に部分側断面図で示す。
【０００５】
【非特許文献１】
日本ヒートパイプ協会編、「実用ヒートパイプ」、第２版、日刊工業新聞社、２００１年７月２６日、ｐ．６３
【０００６】
従来の筒型ヒートパイプ１００は、円筒状のパイプ１１０の開口部を円盤状の端板１１３で覆って形成されたコンテナ１１４を備えると共に、パイプ１１０の内側円筒側面にウィック１２０を取り付けることによって構成されている。コンテナ１１４内部の空間は密閉され、更に注入管１１５から内部空間の空気を排出することによって、外部空間の圧力に比べ減圧されている。一方、ウィック１２０には毛細管圧力の作用によって作動液が染み込んでいる。
【０００７】
このような筒型ヒートパイプ１００を前記機器内部に使用したときの作動状態は以下の通りである。パイプ１１０の片側端部には、前記機器内部に搭載されている前記半導体素子や集積回路などと云った発熱部品５が取付部品５ａを介して接触、固定される。取付部品５ａは銅、アルミ、若しくはこれら合金といった熱伝導率の高い材料で形成され、パイプ１１０外周に嵌め込み固定される。発熱部品５がその駆動に伴って発熱すると、発生した熱量はパイプ１１０に熱伝導で伝わり、発熱部品５付近のウィック１１１を加熱して、ウィック１１１に染み込んだ作動液を蒸発させる。発生した蒸気は蒸発の際に、パイプ１１０から気化熱を奪う（吸熱する）ので、前記発熱部品５から発生する熱量も奪われる（吸熱される）ことになる。以上の現象を踏まえて、取付部品５ａを介して発熱部品５が、冷却装置（この場合はヒートパイプ１００）と接触する箇所を吸熱部と云うことにする。
【０００８】
発生した蒸気はコンテナ１１４内部を端板１１３付近まで移動する。端板１１３付近のパイプ１１０端部には、放熱によってコンテナ１１４の内部空間を冷却するための放熱部品６（ヒートシンクやフィン、ファンモータなど）が接触しており、放熱部品６によって前記蒸気は放熱・冷却されて凝縮し、再び液相状態に戻る。以下、放熱が行われる冷却装置の箇所を放熱部と云う。液相状態に戻った作動液は、前記放熱部に相当する位置のウィック１１２に染み込む。染み込んだ作動液は、毛細管圧力によりウィック１２０の内部を移動し、前記ウィック１１１に戻る。
【０００９】
以上の様に、作動液は相変態や移動を経てコンテナ１１４内部で繰り返し還流される。従って、筒型ヒートパイプ１００は、作動液の還流によって前記発熱部品５から発生する熱量を絶え間無く放熱部品６で放熱し、前記発熱部品５の過度な温度上昇を防止するものである。つまり、発熱部品５を効率良く冷却するためには、蒸気となった作動液が常にウィック１１１に還流されなければならず、これは吸熱部のウィック１１１における作動液の蒸発量と、放熱部のウィック１１２における蒸気の凝縮量とが等しくなければならないことを示している。
【００１０】
しかし実際の作動状態においては、単位面積当たりの上記蒸発量と凝縮量とは必ずしも等しくならない。更に、ヒートパイプ１００の形状は筒型なので、ヒートパイプ１００の長手方向ｂに対して垂直方向（ａ方向）における断面積は、吸熱部及び放熱部において同一となる。従って、凝縮機能を呈すウィック１１２の面積を、蒸発機能を呈すウィック１１１の面積に比べ大幅に増大させることは困難であった。
【００１１】
このような凝縮量の不足を解決する冷却装置として、ヒートパイプ（以下、必要に応じて単に、パイプと記す）とヒートスプレッダ（以下、必要に応じて単に、スプレッダと記す）を組み合わせたものが考案されている（例えば、非特許文献２参照。）。図１６にその外観図を示す。なお説明の便宜上、本明細書では図１６のようにパイプとスプレッダを組み合わせた冷却装置を、パイプレッダと表記する。
【００１２】
【非特許文献２】
”マイクロキッカー”、標準ヒートシンクの構成、熱拡散型（〜５．０Ｗ対応）、［ｏｎｌｉｎｅ］、古河電工株式会社、［平成１４年９月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ　：　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｒｕｋａｗａ．ｃｏ．ｊｐ／ＥＬＣ／ｈｍｉｃｒｏ−ａ．ｈｔｍ＞
【００１３】
図１６の構成において、スプレッダ１４０底面部の吸熱部１４１（図中、二点鎖線部）にて発熱部品５から吸熱された熱量は、その一部がパイプ１３０を熱伝導で伝わると共に、残りの熱量はスプレッダ１４０内部に拡散されて行き、それらの熱量はヒートシンクが形成された放熱部１４２で放熱される。以上の構成とすることにより、パイプレッダ１５０は、パイプ１３０の熱伝導作用に加えて、スプレッダ１４０によって残りの熱量を拡散させるので、ヒートパイプのみの構成に比べて放熱部の面積が拡大でき、蒸気の凝縮面積の不足による冷却機能の低下を防止できる。
【００１４】
しかしながら、図１６のパイプレッダ１５０の構造では、熱伝導によるスプレッダ１４０は厚く重く、主に上部への放熱があり、その廃熱も考えなければならない。
【００１５】
更に、図１６の構造では、パイプ１３０に加えてスプレッダ１４０も使用するため、部品点数が増加すると共に、組み立てが困難になっていた。
【００１６】
更に、スプレッダ１４０を薄く形成すると熱拡散時の熱抵抗が大きくなるため、発熱部品５からの発熱量が大きい場合は、ある程度スプレッダ１４０を厚く形成して拡散方向における熱抵抗値を小さくし、放熱部１４２で均一に熱量を逃すことを図ってやらねばならない。従って、パイプレッダ１５０全体の薄型化は困難であった。
【００１７】
図１６のパイプレッダ１５０の放熱部１４２における冷却能力を向上させるために、図１７に示すように、スプレッダ１４０にファンモータ１６０を一体に搭載し、ファンモータ１６０から送風を行うことによって放熱部１４２を強制的に冷却するパイプレッダ１５１が考案されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１８】
【非特許文献３】
”プロセッサー”、（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、［ｏｎｌｉｎｅ］、インテル、（ｉｎｔｅｌ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、［平成１４年９月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ　：　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅｌ．ｃｏｍ／ｓｕｐｐｏｒｔ／ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ／ｍｏｂｉｌｅ／ｐｅｎｔｉｕｍ４／ｔｈｅｒｍａｌ．ｈｔｍ＞
【００１９】
しかしながら、図１７のパイプレッダ１５１の構造では、放熱部１４２に風を吹き付けるため、送風による乱気流が起こり易かった。更に、その乱気流に伴って発生する騒音も大きかった。
【００２０】
又、発熱部品５からの発熱量が大きい場合は、ファンモータ１６０から送る風量を発熱量に合わせて大きくするか、ファンモータ１６０を高速回転させて風速を上げる必要があった。しかし風量が大きくなると騒音は更に大きくなり、又、ファンモータ１６０を高速回転させると、その分駆動消費電力も増加する。
【００２１】
更に、機器内部に搭載される発熱部品５は、前記半導体装置や集積回路のみならず、ＣＰＵやメモリなども挙げられるため、発熱部品の点数が増加すると上記パイプレッダと云った冷却装置も複数必要となる。しかし、冷却装置を増やすとその分、機器内部における冷却装置の占有空間も増加するため、機器の一般的な課題である小型・軽量化に逆行する原因となる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の筒型ヒートパイプ１００が有する、凝縮機能を呈すウィック１１２の面積を、蒸発機能を呈すウィック１１１の面積に比べ大幅に増大させることが不可能であり、そのために発熱量の大きい発熱部品を冷却することが困難であるという課題、パイプレッダ１５０が有する部品点数が増加するという課題、更に、パイプレッダ１５０全体の薄型化が困難であるという課題、更にパイプレッダ１５１が有する、乱気流に伴う騒音の課題、ファンモータ１６０の駆動消費電力増加の課題、更に、機器内部における占有空間の増加の課題に鑑みて成されたものであり、第１の目的は、熱拡散機能を有すると共に、温度勾配の問題を解消して均一な熱拡散機能に優れたヒートスプレッダを提供する事である。
【００２３】
更に、熱伝導と熱拡散の機能を１つの装置で実現することにより、部品点数の削減を図ると共に、熱抵抗を低減することによって装置の劣化も大幅に低減したヒートスプレッダを提供する事である。
【００２４】
更に、上記ヒートスプレッダとクロスフローファンモータを使用してコンピュータ機器用冷却装置を構成することにより、熱拡散性に優れると共に、低騒音・低消費電力・低コストな冷却装置を提供する事である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明は、少なくとも、内部を中空とし外部の発熱部品から吸熱を行う吸熱部と、同じく内部を中空とし放熱によりその内部空間を冷却する放熱部と、を有するコンテナと、このコンテナ内に封入され蒸発と凝縮とを繰り返す作動液と、を備え、前記コンテナの長手方向に垂直な方向でコンテナを切断した時の、前記放熱部と前記吸熱部の前記コンテナ断面積を比較した場合、放熱部側のコンテナ断面積が吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大されていることを特徴とするヒートスプレッダを提供するものである。
【００２６】
更に、請求項２記載の発明は、放熱部側のコンテナ断面積を吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大することによって、前記コンテナをその平面方向から見たときに前記コンテナの平面形状が略Ｔ字型になるように形成されたことを特徴とするヒートスプレッダを提供するものである。
【００２７】
更に、請求項３記載の発明は、前記吸熱部を形成するコンテナの内面が平面状に形成されると共に、前記平面に複数の凸部を設け、前記凸部の間に形成される溝に蒸発と凝縮とを繰り返す作動液が入れられることで流路が設けられることを特徴とするヒートスプレッダを提供するものである。
【００２８】
更に、請求項４記載の発明は、複数の平面から構成され、前記平面が外部の発熱部品から吸熱を行う吸熱部と、放熱により内部空間を冷却する放熱部とを備え、更に少なくとも１つの開口部を有するコンテナ部材と、前記開口部を覆う端板と、が接合されることによって、内部空間が中空となるように密閉されたコンテナを備えてなるヒートスプレッダにおいて、前記吸熱部を形成する前記平面の内面とその内面に面対向するコンテナの内面とに複数の凸部がそれぞれ設けられると共に、前記凸部の間に形成される溝に蒸発と凝縮とを繰り返す作動液が入れられることで流路が設けられ、前記流路を一続きにするための溝部が前記端板に形成されたことを特徴とするヒートスプレッダを提供するものである。
【００２９】
更に、請求項５記載の発明は、前記コンテナに注入管が設けられることを特徴とするヒートスプレッダを提供するものである。
【００３０】
更に、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載のヒートスプレッダを備えると共に、前記放熱部と接触するように前記コンテナ部材に放熱部品が搭載され、更に、前記放熱部品の放熱側に、前記放熱部品から放出される熱量を受け入れ、受け入れた熱量を放熱する１つのクロスフローファンモータを備えてなることを特徴とするコンピュータ機器用冷却装置を提供するものである。
【００３１】
更に、請求項７記載の発明は、前記クロスフローファンモータのファンを、前記ヒートスプレッダの放熱部及び前記放熱部品の幅よりも拡大することによって、前記クロスフローファンモータが前記コンピュータ機器内部の熱を廃熱するための通風路を備えることを特徴とするコンピュータ機器用冷却装置を提供するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係るヒートスプレッダの第１の実施形態を、図１〜８を参照しながら説明する。図１はヒートスプレッダのコンテナ上半分を形成するコンテナ部材１とそのコンテナ部材１に収納される板状ウィック３１とを表す斜視図であり、図２は前記コンテナ部材１と嵌め合わされるコンテナ部材２と、そのコンテナ部材２に収納される板状ウィック３２とを表す斜視図である。
【００３３】
コンテナ部材１、２は銅、又はアルミ、若しくはこれら合金といった熱伝導率の高い板材をプレス加工して成型された部品であり、平面方向（矢印ａ方向）から見たときの形状は、Ｔ字の縦棒に相当する部分の縦バー部分１ａと、Ｔ字の横棒に相当する部分の横バー部分１ｂと、を有する略Ｔ字型となるように成型される。縦バー部分１ａの平面１１ａ上には複数の凹部１３が設けられる。従って、平面１１ａの裏側の、平面状の内面１１ｂ上には凹部１３の裏返しの形状である凸部１２が現れる。前記の通り、コンテナ部材１、２はプレス加工で成型されるため、一面が開口となる複数の平面から構成される。
【００３４】
従って、横バー部分１ｂも一面が開口となる箱型に形成され、その内部に板状ウィック３１又は３２が収納される。その際、板状ウィック３１、３２の一平面３１ａ又は３２ａが、横バー部分１ｂの一内面に接着などで固定される。ウィック３１、３２はコイル線を隙間が無いように密着させながら、面状に整列させて巻回することにより、シート状に形成したものである。
【００３５】
一方、縦バー部分１ａと、その縦バー部分１ａの延長上にある横バー部分１ｂの一部内部には、図３に示す板状ウィック３３及び３４が設けられる。板状ウィック３４は前記ウィック３１、３２と同じく、コイル線を隙間が無いように密着させつつ面状に整列させて巻回してシート状に形成したものであり、前記コンテナ部材２に設けた複数の凸部１２の頂部で面固定される。
【００３６】
一方、ウィック３３は、コイル線同士の間に微小な隙間を有するように板状に巻回形成されたものであり、一部に開口部３３ｂを有するように形成される。板状に巻回形成された後、ウィック３３の両端はコの字型となるように折り曲げられ、更に一平面３３ａが前記コンテナ部材１に設けた複数の凸部１２の頂部で面固定されることによって、ウィック３３は縦バー部分１ａとその縦バー部分１ａの延長上にある横バー部分１ｂの一部内部に収納される。
【００３７】
前記コンテナ部材１、２の凸部１２の頂部で、前記ウィック３３又は３４を面固定する際は、ウィック３３、３４の各両端間で図３に示すような隙間３５、３６を形成するように、ウィック３３及び３４同士の位置合わせを行いながら面固定を行う。
【００３８】
以上、説明したコンテナ部材１、２とウィック３１〜３４の全体的な組立形成の状態を図４に斜視図で示す。図４に示すようにコンテナ部材１及び２とは、横バー部分１ｂにウィック３１又は３２を収納すると共に、縦バー部分１ａ及びその延長上にある横バー部分１ｂの一部とにウィック３３又は３４を収納した状態で、互いに嵌め合わされる。従って、コンテナ部材１と２とにそれぞれ設けられる凸部１２、１２は、互いに面対向配置される。凸部１２同士の間には溝１４が形成され、この溝１４に蒸発と凝縮を繰り返す作動液９（図４では図示しない）が入れられることによって、溝１４に流路が設けられる。
【００３９】
なお図４では、コンテナ部材１がコンテナ部材２に比べ一回り小さい場合の構成を示しているが、逆にコンテナ部材１の方がコンテナ部材２に比べ一回り大きくなるように構成しても良い。コンテナ部材１及び２を嵌め合わせることによって形成される開口部には、端板４が嵌め合わされて接合され、内部空間が中空状で密閉されたコンテナ７を備えるヒートスプレッダ８が形成される（図５参照）。
【００４０】
コンテナ７を形成する端板４には注入管４ｂが設けられ（図６に図示）、前記内部空間を密閉後に、コンテナ７内部の空気をこの注入管４ｂから抜くことにより、コンテナ７内部の内圧を外圧に比べて減圧する。
【００４１】
更に、図５に示すように、コンテナ７の下側平面（即ち、前記コンテナ部材２の平面１１ａを指す）に発熱部品５が取付部品５ａを介して固定される。取付部品５ａには、コンテナ７の前記下側平面上に現れる図示しない凹部１３と嵌り合う凸部５ｂが一体形成されている。凸部５ｂと前記凹部１３とが嵌り合うことによって、外部の発熱部品５がコンテナ７に堅固に固定できると共に、取付部品５ａとコンテナ７との接触面積を確保することが可能となる。取付部品５ａ及び凸部５ｂはコンテナ部材１、２と同様、銅、アルミ、若しくはこれら合金といった熱伝導率の高い材料で形成される。一方、横バー部分１ｂの平面１１ｃには放熱部品６が、その一面６ａを上側平面１ｂとを密着させることによって固定される。
【００４２】
次に、発熱部品５と放熱部品６が取り付けられたヒートスプレッダ８の放熱動作について、図６と図７を参照しながら説明を行う。図６は、図５のヒートスプレッダ８をＡ−Ａ一点鎖線で切断し、発熱部品５と放熱部品６とをコンテナ部材１、２の平面１１ａ及び１１ｃに固定したときの部分側断面図を示し、図７は図５のコンテナ７内部における前記各ウィック３１〜３４の配置状態を模式的に示す概略斜視図である。放熱部品６はヒートシンクやフィンなどである。
【００４３】
図６より、発熱部品５から熱量が発生すると、その熱量がコンテナ部材２に熱伝導で伝わり（熱伝導の状態を矢印５１で示す）、発熱部品５付近の作動液９１を加熱して蒸発させる（蒸発の状態を矢印９ａで示す）。コンテナ７の内部空間は前述の通り減圧されているため、作動液９１は１気圧下の状態と比較して、より蒸発しやすくなっている。発生した蒸気は蒸発の際に、気化熱をコンテナ部材２から奪う（吸熱する）ので、前記発熱部品５から発生する熱量も奪われる（吸熱される）。以上の動作から、発熱部品５とコンテナ７の平面１１ａとの接触箇所を吸熱部と呼ぶことにする。従って、コンテナ部材２の平面１１ａは吸熱部を有することになる。
【００４４】
次に、発生した蒸気はコンテナ７の横バー部分１ｂまで移動し（蒸気の移動の状態を矢印９ｂで示す）、前記開口部３３ｂと３５を通って横バー部分１ｂの上下方向に移動する（上下方向の蒸気の動きを矢印９ｃで示す）と共に、水平方向へも移動して行き（左右方向への蒸気の動きを図７に無色の矢印で示す）、最終的に蒸気は横バー部分１ｂの内部空間全体に均一に拡散される。拡散した蒸気の熱量は、ウィック３１、３２から横バー部分１ｂの平面１１ｃへと熱伝導で伝わって行き、放熱部品６と面接触する平面１１ｃは放熱部品６によって放熱、冷却され、もう一方の平面１１ｃは外気によって放熱、冷却される。よって、蒸気は図６において上下方向に面対向する２つの平面１１ｃ、１１ｃによって放熱、冷却されることが説明される。しかしながら、放熱部品６と面接触する側の平面１１ｃ側の方が、放熱部品６によって強制的に放熱、冷却される分、放熱量と冷却速度及び冷却効率に優れる。
【００４５】
冷却されると前記蒸気は凝縮され、再び液相状態に戻る。以下、放熱が行われるコンテナ７の箇所を放熱部と云う。凝縮され液相状態に戻った作動液９は、ウィック３１、３２の平面３１ａ、３２ａ上に付着し、平面３１ａ、３２ａの表面に形成されているコイル線同士から成る谷間を表面張力で広がる。平面３１ａに付着した作動液の一部は横バー部分１ｂのコンテナ側面へと流れ伝わり、更に平面３２ａに伝わる。平面３１ａに付着した残りの作動液と、平面３２ａ上に付着した作動液は開口部３３ｂ、３５付近へと移動する（この移動を図７に矢印９ｄで示す）。そして開口部３３ｂ、３５付近に集まった作動液は、ウィック３１及び３２と、ウィック３３及び３４の面上を表面張力の作用によって前記吸熱部側へと移動する（この移動を矢印９ｅで示す）。従って、コンテナ７は放熱部も有することになる。
【００４６】
この時点で先程蒸発した分、吸熱部では作動液９１の液量が減少している。水分子は、１個の酸素原子と２個の水素原子の個々の電荷の中心がずれている極性分子であり、隣接する水分子間には配向効果が働き、水素原子の＋と酸素原子の−との間で分子間力が働く。本発明のヒートスプレッダの流路形成にはこの分子間力の原理が利用されており、作動液９１中の水分子が、近傍の作動液９の水分子を分子間力により引いてくることにより、作動液９１の減少分が補われる。近傍の作動液９の水分子は、作動液９１中の水分子に引っ張られた分減少するため、その減少分を補おうと更にその近傍の作動液９の水分子を引いてくる。このような動作が放熱部まで繰り返されることにより、凝縮されて液相状態に戻った作動液が、作動液９１まで移動する（この状態を矢印９ｆで示す）ことが可能となる。コンテナ部材１の溝１２に形成された作動液９の流路は、端板４に形成された溝部４ａを通って、コンテナ部材２の溝１２に形成された作動液９の流路と一続きになって合流する（この状態を矢印９ｇで示す）。
【００４７】
以上の様に、作動液９の還流動作が行われることによって、前記発熱部品５から発生する熱量を絶え間無くヒートスプレッダ８の横バー部分１ｂで拡散・冷却する事が可能となる。更に、図５に、コンテナ７の長手方向（矢印ｂ方向）に垂直な方向（矢印ａ方向）で前記コンテナ７を切断した時の、吸熱部におけるコンテナ断面積をＣ−Ｃ一点鎖線で示すと共に、放熱部におけるコンテナ断面積をＤ−Ｄ一点鎖線で示す。図５から、どちらのコンテナ断面積も矢印ａ方向におけるコンテナ７の厚みは同一であるため、幅方向の大小から、放熱部におけるコンテナ断面積の方が明らかに吸熱部におけるコンテナ断面積に対して拡大されていることが分かる。従って、放熱部で蒸気が冷却即ち凝縮する速度が、吸熱部で作動液が蒸発する速度より遅くても、その速度差を断面積の拡大分で補うことができるため、従来に比べ、より大きな熱量を発生する発熱部品の冷却を速やかに行うことが可能となる。
【００４８】
更に、ヒートスプレッダ８は１つのコンテナ内部で、蒸気を移動させて冷却するため、従来のパイプレッダのように部品同士の接触箇所に熱量が増加することが防止されると共に、蒸気は圧力が一定になるように移動するので、従来に比べ均一に熱量を拡散することが可能となる。又、温度勾配に起因した放熱部での熱抵抗による装置の劣化も解消することができる。
【００４９】
又、パイプレッダのように幾つかの部品を組み合わせることも無いので、部品点数の削減を図ることも可能である。
【００５０】
図８は、図５のヒートスプレッダ８を矢印ａ方向から見たときの平面図を示す。
図８に示すようにコンテナ７の平面形状を、縦バー部分１ａの側面から横バー部分１ｂの左右方向への張出量ｈを等しくした、略Ｔ字型とすることにより、縦バー部分１ａは横バー部分１ｂの中央に配置されることになる。このような配置構造とすることにより、発熱部から発生した蒸気の通り路が横バー部分１ｂの中央に配置されるため、横バー部分１ｂの左右どちらかに蒸気が偏ること無く等時間で移動する。従って、放熱部である横バー部分１ｂに熱量が均一に拡散され熱勾配の発生が防止されるので、ヒートスプレッダのコンテナの平面形状を略Ｔ字型に形成することが最も好ましい。
【００５１】
なお、本発明に係るヒートスプレッダは上記実施形態に限定されるものでは無く、スペースなど実装環境によって種々変更可能であることは云うまでもない。例えば、本実施形態のコンテナ７は複数の平面から構成された箱形の物を示したが、このコンテナ形状を円筒形に変更したヒートスプレッダを形成しても良い。
【００５２】
又、図９に示すように放熱部品６、６を２つ、横バー部分１ｂの上下平面１１ｃ、１１ｃ
に装備して、ヒートスプレッダ８の冷却性能の更なる向上を図っても良い。
【００５３】
更に、本実施形態では、ヒートスプレッダ８と放熱部品６とを別体の物として説明したが、横バー部分１ｂの平面１１ｃに放熱部品６を一体形成したコンテナとしても良い。
【００５４】
又、縦バー部分１ａを横バー部分１ｂの端に移動して、ヒートスプレッダのコンテナの平面形状を図１０に示すような略Ｌ字型に変更しても良い。しかしながら上記で説明したように、放熱部における蒸気の移動時間から見て、略Ｔ字型が最も好ましい。
【００５５】
＜第２の実施形態＞
次に、コンピュータ機器に搭載された発熱部品の放熱・冷却用装置（以下、コンピュータ機器用冷却装置と記す）について、図１１〜１３を参照しながら説明を行う。図１１は前記コンピュータ機器用冷却装置を構成する各部品とその組立状態を示す斜視図であり、図１２は図１１の各構成部品を組み立てて形成されたコンピュータ機器用冷却装置の外観を示す斜視図であり、図１３は図１２をＢ−Ｂ一点鎖線で切断したときの部分側断面図である。なお、前記第１の実施形態と重複する箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略、又は簡略化して記載する。
【００５６】
図１１及び１２に示すように本実施形態に係るコンピュータ機器用冷却装置１７は、放熱対象である発熱部品５及び５’と、１つ若しくは複数個のヒートスプレッダ８及び８’と、放熱部品６’と、廃熱用の１つのクロスフローファンモータ１６と、から構成される。コンピュータ機器用冷却装置１７に用いるヒートスプレッダの数は、冷却したい発熱部品がコンピュータ機器内部に幾つ搭載されているか、又はコンピュータ機器内部でどのように配置されているかによって種々変更される。図１１、１２には一例として、冷却対象の発熱部品５、５’が２つ、コンピュータ機器内部で互いに間隔を空けて並んでいる場合（図１１では、発熱部品５のみ図示）におけるコンピュータ機器用冷却装置の構成を示す。発熱部品５、５’が間隔を空けて並んでいるため、ヒートスプレッダも２つ使用し、且つ発熱部品５、５’と並列に並べる構成を採る。
【００５７】
図１１、１２の構成では、発熱部品５、５’間の間隔に応じて、ヒートスプレッダ８’の横バー部分１ｂのｘ方向における幅を、ヒートスプレッダ８のそれと比較してやや縮小し、２つのヒートスプレッダ８、８’の横バー部分１ｂ、１ｂが互いに面合わせして配置可能な構成としている。このような構成とすることにより、コンピュータ機器用冷却装置１７全体のｘ方向への広がりを抑えて、コンピュータ機器内部への搭載時における占有体積を縮小することが可能となり、コンピュータ機器の小型化及び軽量化に貢献しながら、複数の発熱部品の冷却を行うことが可能となる。
【００５８】
横バー部分１ｂ、１ｂの平面１１ｃ上に搭載される放熱部品６’は、ヒートシンクやフィンなどのように種々、組み合わせ可能であるが、一例として波形のフィンを有するヒートシンクを示す。ヒートシンク６’はヒートスプレッダ８、８’のコンテナ部材と同様、熱伝導率の高い銅、アルミ、若しくはそれらの合金によって形成される。更に、ヒートシンク６’の放熱側（−ｙ方向側）に、クロスフローファンモータ１６がヒートスプレッダ８、８’及びヒートシンク６’と一体に設置される。
【００５９】
クロスフローファンモータ１６は、複数の羽根１６ａ・・・を有するファン１６１を備えており、ファン１６１の両端は、回転自在となるように軸１６ｂに支持されている。ファン１６１の両端には、回転駆動用に２つのモータ１６ｃ、１６ｃが備えられており、この２つのモータ１６ｃ、１６ｃを同期駆動させることにより、図１３においてファン１６１を時計方向に回転させる。ファン１６１のｘ方向の長さは、ヒートシンク６’、及びヒートスプレッダ８、８’の横バー部分１１ｃ、１１ｃのｘ方向における幅よりも、更に左右へ張り出すように大型に設定される。
【００６０】
次に、図１２と図１３を参照しながら、前記コンピュータ機器用冷却装置１７の冷却動作を説明する。前記第１の実施形態でも説明した通り、発熱部品５又は５’から発生する熱量は熱伝導によってヒートスプレッダ８又は８’に伝わる（その熱伝導の状態を図１３に矢印５１で示す）。そして、その熱量を有する蒸気が横バー部分１ｂで拡散されて、図１３上側の平面１１ｃ付近に存在する蒸気の熱量はヒートシンク６’へと熱伝導によって伝わる（その熱伝導の状態を図１３に矢印９ｃで示す）。図１３下側の平面１１ｃ付近に存在する蒸気の熱量は、平面１１ｃから外気へと放熱されていく（この熱伝導の状態を図１３に矢印９ｃ’で示す）。
【００６１】
一方、ヒートシンク６’の放熱側は、予めクロスフローファンモータ１６の回転によって減圧されている。その減圧による気圧差によって発生する風が、ヒートシンク６’のフィンに矢印１４の方向に沿って送られる。フィンを流れる風によって矢印９ｃで示された熱量は、クロスフローファンモータ１６側へと送られ、ヒートシンク６’から放出された熱量を受け入れたクロスフローファンモータ１６から更に外部へと放熱される（この放熱状態を矢印１５で示す）。このような放熱動作を繰り返すことにより、ヒートスプレッダ８、８’内部の蒸気の熱量は奪い取られ、前記第１の実施形態で説明した通り、最終的に蒸気は凝縮して液相状態に戻り、環流されて発熱部側へと戻る。このような環流・放熱動作の繰り返しによって、発熱部品５、５’から発生する熱量は次々に放熱され発熱部品５、５’の冷却が行われる。
【００６２】
クロスフローファンモータ１６はヒートシンク６’の放熱側、即ち外気に熱量を放出する方向に配置、使用される。つまり放熱部品であるヒートシンク６’にクロスフローファンモータ１６からの送風を吹き付ける構造では無い。従って、従来のように放熱部に送風を吹き付けることにより発生する乱気流を皆無にすることが可能となり、乱気流に伴う騒音も消すことができる。
【００６３】
更に上記の通り、ファン１６１のｘ方向の長さが、ヒートシンク６’、及びヒートスプレッダ８、８’の横バー部分１１ｃ、１１ｃのｘ方向における幅よりも、更に左右へ張り出すように拡大し大型に設定されているため、その張り出し部分のファン１６１の回転によって、コンピュータ機器内部に籠もった熱もクロスフローファンモータ１６から同時に廃熱することができる（この廃熱の状態を図１２に矢印１８で示す）。従って、１つのクロスフローファンモータに放熱部品からの放熱口と廃熱用の通気口の２つの機能を設けることができるため、コンピュータ機器内部に放熱用の装置と廃熱用の装置を別々に装備する必要が無くなり、省スペース化によるコンピュータ機器の小型化、軽量化を図ることが可能となる。
【００６４】
以上のように、本実施形態のコンピュータ機器用冷却装置は複数のヒートスプレッダを１つのクロスフローファンモータによって一度に放熱・冷却するため、部品点数の削減と共に冷却効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
更に本実施形態のコンピュータ機器用冷却装置は、発熱部品から発生する集中的な発熱を、ヒートスプレッダで拡散させた上でクロスフローファンモータによって冷却する構造である。よって、放熱部である横バー部分の単位面積当たりの熱量が分散される分、低減化されるため、平面１１ｃ上に送る風量を小さくしても十分に全てのヒートスプレッダを放熱・冷却することが可能である。
【００６６】
又、クロスフローファンモータが放出可能な風量はファンの幅（即ち、図１１のｘ方向への広がりを指す）に比例するため、ファンをヒートスプレッダの放熱部及び放熱部品の幅よりも拡大することは、冷却効率の向上のみならず一定風量の確保の点から見ても有利である。ファンの幅で一定風量が確保できるため、風速を下げても所望の冷却能力を得ることができる。従って、風速に伴う騒音も小さく抑えることが可能である。
【００６７】
更に、発生風量が小さく済むためクロスフローファンモータを高速で駆動する必要も無くなり、駆動に伴う消費電力も抑えることが可能となり、その分コンピュータ機器のバッテリーに掛かる負担を軽減化することができる。
【００６８】
更に、クロスフローファンモータが１つでもコンピュータ機器用冷却装置が構成できるため、ファンモータを複数設ける必要があった従来の構成に比べ、製造コストを抑えることも可能となる。
【００６９】
なお、本発明に係るコンピュータ機器用冷却装置は上記実施形態に限定されるものでは無く、発明の技術思想に基づいて種々変更可能であり、例えば、図１４に示すようにヒートシンク６’、６’を２つ、横バー部分１ｂの上下平面１１ｃ、１１ｃに装備して、ヒートスプレッダ８、８’の冷却性能の更なる向上を図っても良い。
【００７０】
【発明の効果】
以上、本発明の請求項１記載のヒートスプレッダに依れば、コンテナの長手方向に垂直な方向で前記コンテナを切断した時に、放熱部側のコンテナ断面積を吸熱部側のコンテナ断面積に対して拡大しているため、放熱部で蒸気が冷却即ち凝縮する速度が、吸熱部で作動液が蒸発する速度より遅くても、その速度差を断面積の拡大分で補うことができ、従来に比べ、より大きな熱量を発生する発熱部品の冷却を速やかに行うことが可能となる。
【００７１】
更に、ヒートスプレッダは１つのコンテナ内部で、圧力が均一になるように蒸気が移動するため、従来のように部品同士の接触箇所に熱量が集中することが防止されると共に、集中的な熱量も均一に拡散するため、従来に比べ均一に熱量を拡散することが可能となる。
【００７２】
又、幾つかの部品を組み合わせることも無いので、部品点数の削減を図ることも可能である。
【００７３】
更に、請求項２記載のヒートスプレッダに依れば、上記効果に加えてコンテナの平面形状を略Ｔ字型とすることにより、Ｔ字型の縦バー部分を横バー部分の中央に配置することができる。このような配置構造とすることにより、発熱部から発生した蒸気の通り路が横バー部分の中央に配置されるため、横バー部分の左右どちらかに蒸気が偏ること無く、先端まで達する時間が等しい。従って、放熱部である横バー部分に熱量が均一に拡散され熱勾配の発生が防止される。
【００７４】
又、請求項３及び請求項４記載のヒートスプレッダに依れば、上記効果に加えて作動液の流路形成を、凸部側面に対する作動液の付着力と、分子間力による水分子同士の引き合う力を利用して行っており、毛細管圧力の作用は利用していないため、１流路当たりの作動液の流れ抵抗を減少させることが可能となり、流れ抵抗が減少する分、より多くの水量を１流路当たりに流すことができる。従って、作動液の限界移動流量を増加する事が可能となり、ヒートスプレッダの冷却能力を引き上げることができる。
【００７５】
又、請求項６記載のコンピュータ機器用冷却装置に依れば、放熱部品にクロスフローファンモータの送風を吹き付ける構造を採らないために。従来のように放熱部に送風を吹き付けることにより発生する乱気流を皆無にすることが可能となり、乱気流に伴う騒音も消すことができる。
【００７６】
又、複数のヒートスプレッダを１つのクロスフローファンモータによって一度に放熱・冷却するため、部品点数の削減と共に冷却効率を向上させることが可能となる。
【００７７】
更に、発熱部品から発生する集中的な発熱を、ヒートスプレッダで拡散させた上でクロスフローファンモータによって冷却するので、放熱部における単位面積当たりの熱量が分散、低減化され、風量を小さくしても十分に全てのヒートスプレッダを放熱・冷却することが可能となる。
【００７８】
又、ファンの幅でクロスフローファンモータで送風したい一定風量が確保できるため、風速を下げても所望の冷却能力を得ることができる。従って、風速に伴う騒音も小さく抑えることが可能である。
【００７９】
更に、発生風量が小さく済むためクロスフローファンモータを高速で駆動する必要も無くなり、駆動に伴う消費電力も抑えることが可能となり、その分コンピュータ機器のバッテリーに掛かる負担を軽減化することができる。
【００８０】
更に、クロスフローファンモータが１つでもコンピュータ機器用冷却装置が構成できるため、ファンモータを複数設ける必要があった従来の構成に比べ、製造コストを抑えることも可能となる。
【００８１】
更に、請求項７記載のコンピュータ機器用冷却装置に依れば、上記効果に加えて、ファンの幅を放熱部品及びヒートスプレッダの放熱部の幅よりも更に左右へ張り出すように拡大し大型に設定することにより、その張り出し部分のファンの回転によって、コンピュータ機器内部に籠もった熱もクロスフローファンモータから同時に廃熱することができる。従って、１つのクロスフローファンモータに放熱部品からの放熱口と廃熱用の通気口の２つの機能を設けることができるため、コンピュータ機器内部に放熱用の装置と廃熱用の装置を別々に装備する必要が無くなり、省スペース化によるコンピュータ機器の小型化、軽量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートスプレッダのコンテナ上半分を形成するコンテナ部材とそのコンテナ部材に収納される板状ウィックとを表す斜視図。
【図２】図１のコンテナ部材と嵌め合わされるコンテナ部材と、そのコンテナ部材に収納される板状ウィックとを表す斜視図。
【図３】コンテナ内部に収納されるウィックを示す斜視図。
【図４】コンテナ部材と各ウィックの全体的な組立形成の状態を示す斜視図。
【図５】組み立てられたヒートスプレッダに発熱部品と放熱部品を取り付ける状態を示す斜視図。
【図６】図５はＡ−Ａ一点鎖線で切断したときの部分側断面図。
【図７】図５のコンテナ内部における各ウィックの配置状態を模式的に示す概略斜視図。
【図８】図５のヒートスプレッダを矢印ａ方向から見たときの平面図。
【図９】ヒートスプレッダに放熱部品を２つ装備する状態を示す斜視図。
【図１０】ヒートスプレッダの変更例を示す斜視図。
【図１１】コンピュータ機器用冷却装置を構成する各部品とその組立状態を示す斜視図。
【図１２】図１１の各構成部品を組み立てて形成されたコンピュータ機器用冷却装置の外観を示す斜視図。
【図１３】図１２をＢ−Ｂ一点鎖線で切断したときの部分側断面図。
【図１４】コンピュータ機器用冷却装置に放熱部品を２つ装備する状態を示す斜視図。
【図１５】従来の筒型ヒートパイプの内部構造とその使用形態を示す部分側断面図。
【図１６】従来のパイプとスプレッダを組み合わせた冷却装置を示す斜視図。
【図１７】図１６のスプレッダにファンモータを一体に搭載した冷却装置を示す斜視図。
【符号の説明】
１、２　　　　　　コンテナ部材
３１、３２、３３、３４　　　ウィック
４　　　　　　　　端板
５　　　　　　　　発熱部品
６　　　　　　　　放熱部品
７　　　　　　　　コンテナ
８　　　　　　　　ヒートスプレッダ
９　　　　　　　　作動液
１６　　　　　　　　　クロスフローファンモータ
１７　　　　　　　　　コンピュータ機器用冷却装置
【図１】
2004132555.tif 000003
【図２】
2004132555.tif 000004
【図３】
2004132555.tif 000005
【図４】
2004132555.tif 000006
【図５】
2004132555.tif 000007
【図６】
2004132555.tif 000008
【図７】
2004132555.tif 000009
【図８】
2004132555.tif 000010
【図９】
2004132555.tif 000011
【図１０】
2004132555.tif 000012
【図１１】
2004132555.tif 000013
【図１２】
2004132555.tif 000014
【図１３】
2004132555.tif 000015
【図１４】
2004132555.tif 000016
【図１５】
2004132555.tif 000017
【図１６】
2004132555.tif 000018
【図１７】
2004132555.tif 000019