(57)【要約】【課題】電子装置の性能向上に伴う発熱素子の発熱量増大に対して、薄型偏平構造に適し動作信頼性の高い流体駆動型の冷却デバイスを提供する。【解決手段】少なくとも一面に振動子５を設けた偏平状チャンバ４に、テーパ部を有するポートで、テーパ部の開口面積の広いほうが、チャンバの外側につながるポート６と、チャンバの内側につながるポート７とをともに設けて冷却デバイス３を構成する。冷却デバイス３によって冷却流体を駆動し発熱素子２の熱を放熱する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に容積可変手段を設けたチャンバであって、このチャンバの内部と外部を流通する第１のポートと第２のポートとを備え、前記第１と第２のポートは前記内部に開口する第１の開口部と前記外部に開口する第２の開口とをそれぞれ備えてなり、前記第１のポートの前記第１の開口の開口面積は前記第２開口の開口面積より小さく、前記第２のポートの前記第１の開口の開口面積は前記第２開口の開口面積より大きいことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項２】
前記第１と第２の開口はテーパ部を有しており、前記第１のポートは前記第２のポートとは異なる面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却装置。
【請求項３】
前記容積可変手段によって前記チャンバ内の容積が拡大するときは前記第１のポートは流体の流入となり、前記チャンバ内の容積が縮小するときは前記第２のポートが流出となることを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却装置。
【請求項４】
前記第２のポートの前面に半導体素子を設けたことを特徴とする請求項３記載の電子機器の冷却装置。
【請求項５】
前記第２のポートは前記半導体素子に流体を吹き付けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
【請求項６】
前記流体を液体としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
【請求項７】
前記容積可変装置が圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至６記載の電子機器の冷却装置。
【請求項８】
前記チャンバの第１と第２のポートを接続する配管を設け、この配管に放熱板を熱的に接続したことを特徴とする請求項１乃至８記載の電子機器の冷却装置。
【請求項９】
前記配管の途中に受熱ジャケットを設け、この受熱ジャケットと前記半導体素子を熱的に接続したことを特徴とする請求項１乃至９記載の電子機器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子を所定の温度に保つ冷却デバイスを備えた電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術は、特開２０００−２６５９６４号公報に見られる。
この特開２０００−２６５９６４号公報では、圧電素子を用いた小型ポンプの例が開示されている。ケーシングと圧電素子振動子とで圧縮室を形成し、吸引側、吐出側にそれぞれ設けた逆止弁を互いに方向性を持たせて設けた構造である。圧電素子振動子が振動し圧縮室内の容積が変動すると、吸引側、吐出側にそれぞれ設けた逆止弁の作用により液が送り出される。
【特許文献１】
特開２０００−２６５９６４号公報（第３−４頁、図１）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
携帯型パーソナルコンピュータなどに代表される電子機器では、性能の向上による素子の高発熱化が著しい。その一方で、携帯に適した筐体サイズの小型化、薄型化が望まれている。
【０００４】
上記公知例は、いずれも発熱素子の高発熱化に対して、発熱素子で発生する熱を放熱するための冷却デバイスとして用いることができるが、逆止弁構造が必要であるため長期間の使用や、冷却性能向上のための流量拡大に伴う弁動作の高速追従性などに対する信頼性に関して考慮されていなかった。
【０００５】
一方、逆止弁構造を用いない構造として遠心型のポンプが一般的であるが、ポンプ自体の薄型偏平化が困難で、これを搭載する電子機器の薄型化小型化が困難となる。
【０００６】
本発明の目的は、薄型偏平で信頼性の高い流体駆動型の冷却デバイスを備えた電子装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一面に容積可変手段を設けたチャンバであって、このチャンバの内部と外部を流通する第１のポートと第２のポートとを備え、前記第１と第２のポートは前記内部に開口する第１の開口部と前記外部に開口する第２の開口とをそれぞれ備えてなり、前記第１のポートの前記第１の開口の開口面積は前記第２開口の開口面積より小さく、前記第２のポートの前記第１の開口の開口面積は前記第２開口の開口面積より大きいことにより達成される。
【０００８】
また、上記目的は、前記第１と第２の開口はテーパ部を有しており、前記第１のポートは前記第２のポートとは異なる面に設けられていることにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、前記容積可変手段によって前記チャンバ内の容積が拡大するときは前記第１のポートは流体の流入となり、前記チャンバ内の容積が縮小するときは前記第２のポートが流出となることにより達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記第２のポートの前面に半導体素子を設けたことにより達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記第２のポートは前記半導体素子に流体を吹き付けることにより達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記流体を液体としたことにより達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記容積可変装置が圧電素子であることにより達成される。
【００１４】
また、上記目的は、前記チャンバの第１と第２のポートを接続する配管を設け、この配管に放熱板を熱的に接続したことにより達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記配管の途中に受熱ジャケットを設け、この受熱ジャケットと前記半導体素子を熱的に接続したことにより達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ところで、近年のノート型パソコンは、モバイル化が進み薄型化、小型化が主流になっている反面、高速処理化と大容量化の要求が高くなってきているため、高温化する半導体素子の冷却にはスペース的に不利な状況となっている。
【００１７】
それは、パソコンが薄型化されることによって、強制冷却に必用なファンの設置スペースが取れないという問題があるからである。
一方、薄型には有効な熱伝導による自然対流による冷却は年々高温化する半導体には対応できなくなっている。
【００１８】
本発明は、これらの背景からファンによる冷却に相当しつつ薄型に対応可能な強制冷却の電子機器について種々検討した結果、以下のような実施例を得た。
【００１９】
まず、本実施例を説明する前に、図示はされていないが一般的なパソコンを説明する。
ノート型パソコンは、表面にキーボードを備えた本体側筐体は内部に発熱する半導体素子を収納している。この本体側筐体に対してヒンジでディスプレイ側筐体が接続され、パソコン使用時にはディスプレイ側筐体が立ち上げられる。
【００２０】
また、ディスクトップ型パソコンは、ディスプレイ側筐体に演算の半導体素子やハイドディスク等の記憶手段を搭載した本体側筐体や、キーボードが配線で接続されている。
【００２１】
このように、ノート或いはディスクトップ型パソコンを例にして本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例を備えた冷却装置の断面図である。
【００２２】
図１において、配線基板１上に搭載された発熱素子２（半導体素子）に冷却デバイス３が発熱素子との間にギャップを設けて取り付けられている。冷却デバイス３は、チャンバ４の一面が圧電素子５で形成されている。
また、チャンバ４の側面に流入ポート６（第１のポート）が、圧電素子５と対向する面に排出ポート７（第２のポート）が設けられている。
流入ポート６、排出ポート７は、たとえばテーパ形状であって、開口部の広いほうが、流入ポートではチャンバ４の外側に位置し、排出ポートではチャンバ４の内側に面している。
この冷却デバイス３は、圧電素子５が振動することによって、気体（たとえば空気）、液体（たとえば水）等の流体を流入ポート６から吸い込み、排出ポート７から排出し、発熱素子２に吹き付け冷却する。流入ポート６は、冷却デバイス全体を薄型化するためチャンバ側面に設けられる。
【００２３】
図２を用いて動作を説明する。
図２（ａ）は、圧電素子５の振動の半サイクルでチャンバ４の容積が増加する場合を示している。
一方、図２（ｂ）は、次の半サイクルでチャンバ４の容積が減少する場合を示している。
図２において、流体がテーパ部を有するポートを流れる場合、その際の流動抵抗は、テーパ部の開口面積の広い側から狭い側の方向に流れるほうがその逆方向の場合より小さい。したがって、図２（ａ）の場合、流体のチャンバ４への流入は、チャンバの外側に広い面を有する流入ポート６からのほうが排出ポート７からより多くなる。逆に、図２（ｂ）の場合では、流体のチャンバ４からの排出は、チャンバの内側に広い面を有する排出ポート７からのほうが流入ポート６からより多くなる。
したがって、圧電素子５の振動の１サイクルで流入ポート６から排出ポート７に流体が流れる。すなわち、ポート内を流れる流体の方向に応じて流動抵抗の大きさが変わるようにテーパ部を設けたポートを組み合わせて流入ポート及び排出ポートとし、チャンバの容積を振動させることによって、１方向の流れを作ることができる。
【００２４】
上記実施例では、圧電素子によってチャンバの容積を振動させる例を示したが、容積を可変できる手段であれば圧電素子以外の手段でも同様の作用効果が得られる。排出ポート７の開口部からの流速は、開口面積が小さいほど大きくなり冷却効率が上がる。一方、開口面積が小さいほど流動の方向による流動抵抗の差が大きくなり流体駆動の効率が上がる。
しかし、この場合、流量が低下するため、排出ポートの数を増加させる等により冷却デバイス全体の流体駆動量、及び冷却性能を上げることができる。
なお、流入ポート及び排出ポートについては、次のような関係がある。
【００２５】
流入ポートの狭い側の開口面積をｄ１、排出ポートの狭い側の開口面積をｄ２とし、流入、排出ポート数の比を１：ｎとする。流入ポートと排出ポートを通過する際の流動方向に応じて生じる流動抵抗の差、及び、それぞれのポートでの正味の流量が等しいとすると、
ｄ１４＝ｎ・ｄ２４
の関係がある。すなわち、排出ポートの開口部からの流速を増加させるために排出ポートの開口面積を流入ポート側より小さくする場合、その比の４乗倍の個数の排出ポートを設置すればよい。
【００２６】
発熱素子の冷却性能は、発熱素子に吹き付ける流体の流量、流速に依存する。これらは、ポートの形状（テーパ角度）、ポートの数、圧電素子の振幅とチャンバの容積で決まり、発熱素子の発熱量（必要な冷却性能）に応じ決定される。
また、設置する複数の排出ポートを発熱素子面内の発熱分布に応じて位置、数を設定することにより発熱素子の面内の温度制御も可能になる。たとえば、排出側の開口の数もしくは開口面積を周辺部ほど大きくすることで、体積の変化の割合が小さい周辺部での流量を、体積の変化の割合が大きい中心部より増加させ冷却の均一化を図ることができる。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）にポート形状の例を示す。ポートの形状は、流動の方向に対応した流動抵抗の差が大きいほど望ましい。図３（ａ）、（ｂ）いずれの場合も、流動が２０方向の時の流動抵抗の方が２１の方向の時に比べ大きい。
【００２８】
図４に他の実施例を示す。
図４は、冷却媒体として液体を用いる場合の実施例を備えた冷却装置の斜視図である。
図４において、冷却デバイス３は、チャンバ８に、テーパ部を有するポート９をテーパの開口面積の広いほうをチャンバ８の外側に向け、一方のポート９の開口面積が広いほうをチャンバ８の内側に向け、互いに逆方向になるように設けている。そして、チャンバ８の少なくとも一面に圧電素子５を設ける。
圧電素子５の振動によって、上述と同様の原理で流体が一方向１０に流れポンプとして作用する。
本冷却デバイス３を発熱素子２に接続される受熱ジャケット１１、放熱パネル１２（放熱板）に接続し液循環ループを形成する。受熱ジャケット１１は、たとえば、金属ブロック内に流路を形成したものでブロック面が発熱素子と接触する。放熱パネル１２は、たとえば、放熱板１３に金属パイプ１４を接続したものである。本冷却デバイス３、受熱ジャケット１１、放熱パネル１２は、それぞれ、フレキシブルチューブ１４ａ（配管）などで接続される。
【００２９】
冷却デバイス３により液が循環駆動され、発熱素子２の熱が受熱ジャケット１１から放熱パネル１２に輸送され放熱される。
このように、冷却デバイスが、即ち冷却デバイスを換言すると一種の冷却キットとなり、パソコンに限らず、例えばプラズマテレビや液晶プリジェクタ、若しくは電子調理器などの発熱部分に受熱ジャケットを接続するだけで簡単に冷却することが可能である。
【００３０】
なお、冷却デバイス３を受熱ジャケット１１の内部に組込み一体としてもよい。
【００３１】
この構造を図５に示した実施例で説明する。
図５において、冷却デバイス３は、たとえば、図１で示した構造の排出ポート側にさらに部屋２１及び液排出ポート２２を設け、流入ポート側に相当する箇所に液流入ポート２３を設けた構造とする。液排出ポート２２および液流入ポート２３にフレキシブルチューブ１４ａを接続し、図４と同様な構成（ただし、受熱ジャケットは無く、冷却デバイスが発熱素子と接触する）で放熱パネル１２と冷却デバイス３との間で液を駆動する。
【００３２】
本実施例では、駆動する圧電素子５によって液流入ポート２３から冷却水がチャンバ８内に流入すると、圧電素子５の動きによって冷却液が部屋２１内に吐出され、発熱素子２と熱交換する。熱交換で熱くなった冷却液は放熱パネル２方向に流れて放熱される。
【００３３】
図６は、他の実施例を示すものであって、冷却デバイス部分の上面図と、この冷却デバイスにフィンを取り付けて断面した図をセットで記載した図である。
図６において、発熱素子２より大きな面積を有する冷却デバイス３が発熱素子２に接触し、発熱素子２の熱を冷却デバイス３面内の大きな面積に広げ、冷却デバイス３に取り付けられたヒートシンク１５によって放熱する。
冷却デバイス３内には液が封入され、発熱素子２の熱が液に伝熱される。液をデバイス内で流動させることによって、熱が冷却デバイス３面内に拡散する。冷却デバイス３は、偏平ブロック内に流路１６とチャンバ８が形成され、流路１６の両端にチャンバ８がつながった構成になっている。
チャンバ８の１面には圧電素子５が取り付けられ、圧電素子５の振動によりチャンバ８内の容積が変化する。チャンバ８と流路１６のそれぞれの接続部にはテーパ部１７が形成されている。テーパ部１７の開口面積の大きい側は、それぞれ、流路側及びチャンバ側につながるように形成される。
【００３４】
上述の動作原理説明のとおり、テーパ部の流動方向による流動抵抗の差により、圧電素子の振動によって冷却デバイス内に封入された液が流路内を循環する。発熱素子２で発生する熱が発熱素子の小さい面から冷却デバイス３の大きい面に拡散され放熱されるので高い冷却性能が得られる。
【００３５】
本実施例によれば、流体がテーパ部を有するポートを流れる場合、流動抵抗は、テーパ部の開口面積の広い側から狭い側の方向に流れるほうがその逆方向の場合より小さいため、振動子が振動すると、チャンバ内の容積が増加するサイクルにおいては、流体のチャンバ内への流入は、チャンバの外側に広い面を有するポートからのほうが逆向きのポートからより多くなる。逆に、チャンバ内の容積が減少するサイクルにおいては、流体のチャンバ内からの流出は、チャンバの内側に広い面を有するポートからのほうが逆向きのポートからより多くなる。
【００３６】
したがって、振動子の振動の１サイクルでチャンバの外側に広い面を有するポートからチャンバの内側に広い面を有するポートに流体が流れる。
すなわち、ポート内を流れる流体の方向に応じて流動抵抗の大きさが変わるようにテーパ部を設けたポートを組み合わせて、チャンバの容積を振動させることによって、１方向の流れを駆動できる。発熱素子は、流体の駆動によって放熱される。
【００３７】
尚、上述したように本発明の実施例ではパソコンを例に説明したが、パソコンに限らずプラズマディスプレイなど発熱温度が高く、薄型が要求されている電子機器にも応用が可能であり、その応用範囲は広い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、薄型偏平で信頼性の高い流体駆動型の冷却デバイスを備えた電子装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の動作原理を説明する冷却デバイスの概略図である。
【図３】図３は、他の実施例を備えた冷却デバイスの断面図である。
【図４】図４は、他の実施例を備えた冷却デバイスの斜視図及び部分断面図である。
【図５】図５は、他の実施例を備えた冷却デバイスの側面断面図である。
【図６】図６は、他の実施例備えた冷却デバイスの平面図及び側面断面図である。
【符号の説明】
１・・・配線基板、２・・・発熱素子、３・・・冷却デバイス、４・・・チャンバ、５。・・・圧電素子、６・・・流入ポート、７・・・排出ポート、８・・・チャンバ、９・・・ポート、１１・・・受熱ジャケット、１２・・・放熱パネル、１５・・・ヒートシンク、１６・・・流路、１７・・・テーパ部。
【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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