(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却媒体が供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
前記電子装置から熱伝導されることにより昇温した冷却媒体の熱を放熱する放熱部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記放熱部を一体化し、
前記冷却媒体に高熱伝導率を有する金属フィラーを混入し、
該金属フィラーを、高熱伝導率を有する金属コアと、該金属コアの表面に皮膜された耐磨耗性を有する表面膜とにより構成したことを特徴とする電子装置の冷却装置。
【請求項２】
前記冷却部の前記冷却媒体が排出される部位に、前記金属フィラーが前記冷却部から流出するのを防止するフィルターを設けたことを特徴とする請求項１記載の電子装置の冷却装置。
【請求項３】
前記放熱部は、
前記冷却部の内部に設けられており、一端が前記冷却部の内壁と熱的に接続されると共に他端が前記冷却部内の前記冷却媒体内に延出する室内ヒートシンクと、
前記冷却部の外部に設けられており、一端が前記冷却部の外壁と熱的に接続されると共に他端が外方に向け延出する室外ヒートシンクとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電子装置の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却部内の前記冷却媒体を攪拌する攪拌装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずかれ１項に記載の電子装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子装置の冷却装置に係り、特に冷却媒体を用いて電子装置の冷却処理を行う電子装置の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置をはじめとする電子装置は、高密度化及び高速化が図られており、これに伴い電子装置から発生する熱の処理が大きな問題となってきている。このように電子機器から発生する熱が増大すると、放熱フィン等を用いた自然放熱では対応することができなくなり、よって冷却装置を用いて強制的に冷却することが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、従来の一例である冷却装置１を示している。従来の冷却装置１は、同図に示されるように冷却部２，放熱部３，タンク４，ポンプ５，及び配管８Ａ〜８Ｃから構成されている。タンク４には冷却媒体となる冷却水が貯留されており、ポンプ５は配管８Ａを介して冷却水をタンク４から吸引し、冷却部２に接続された配管８Ｂに圧送する。
【０００４】
冷却部２は、ハウジング２ａ内に冷却用屈曲管（図示せず）を配設した構成とされている。この冷却部２は、発熱体となる電子装置６（例えば、電子素子）と熱的に接続されている。従って、電子装置６で発生した熱は冷却部２において、ハウジング２ａを介して冷却用屈曲管内を流れる冷却水に熱伝導する。これにより、電子装置６は冷却部２により冷却されることとなる。
【０００５】
冷却部２と放熱部３は、配管８Ｃにより接続されている。冷却部２により昇温した冷却水は放熱部３に送られる。放熱部３は、熱交換用屈曲管（図示せず）とファン１１とを有しており、ファン１１により発生する冷却風は熱交換用屈曲管に向け送風される構成とされている。
【０００６】
よって、冷却水の熱は冷却風の熱に熱変換され、これにより冷却水の温度は低下する。このようにして温度低下された冷却水は、配線８Ｄを通り再びタンク４に至り、タンク４に貯留される。冷却水は上記のように冷却装置１内を循環し、その過程において電子装置６を冷却する処理を行う。
【特許文献１】特開平１０−２１３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記した従来の冷却装置１では、冷却部２，放熱部３，タンク４，及びポンプ５が、それぞれ独立した構成であり別個に配設される構成とされていた。このため、冷却装置１を構成する各装置２〜５を接続するために４本の比較的長い配管８Ａ〜８Ｃを必要としていた。
【０００８】
このように、配管８Ａ〜８Ｃが長くなることにより、この配管８Ａ〜８Ｃを流れる過程における冷却水の熱吸収及び熱放出が大きくなり、冷却装置１の熱効率が悪化してしまうという問題点があった。この場合、電子装置６を確実に冷却することができず、電子装置６の適正な動作が妨げられるおそれがある。
また、配管８Ａ〜８Ｃが長くなると、各装置２〜５間を冷却水が通過する際に配管８Ａ〜８Ｃで発生する圧損が大きくなり、よってポンプ５として能力の高いものを用いる必要が生じる。よって、ポンプ５が大型化し、これに伴い冷却装置１も大型化してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ高い冷却効率を実現しうる電子装置の冷却装置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】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の発明は、
被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却媒体が供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
前記電子装置から熱伝導されることにより昇温した冷却媒体の熱を放熱する放熱部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記放熱部を一体化し、
前記冷却媒体に高熱伝導率を有する金属フィラーを混入し、
該金属フィラーを、高熱伝導率を有する金属コアと、該金属コアの表面に皮膜された耐磨耗性を有する表面膜とにより構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
上記発明によれば、冷却部と放熱部を一体化したことにより、それぞれを別個とする構成に比べて冷却装置の小型化を図ることができる。また、冷却部と放熱部との間における熱抵抗を低減できるため、電子装置を冷却することにより昇温した冷却部を放熱部で直ちに放熱できるため、電子装置を効率よく冷却することができる。
【００１４】
また、冷却媒体に高熱伝導率を有する金属フィラーを混入したことにより、金属フィラーを混入しない場合に比べ、金属フィラーを含めた冷却媒体全体としての熱伝導率を高めることができるため、電子部品と冷却媒体との間の熱交換を確実に行うことができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却部の前記冷却媒体が排出される部位に、前記金属フィラーが前記冷却部から流出するのを防止するフィルターを設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記発明よれば、フィルターにより金属フィラーが冷却部から流出するのを防止されるため、冷却媒体の熱伝導効率が低下することを防止できると共に、冷却媒体を循環させるポンプ等に金属フィラーが付着し不都合が発生することを防止することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１又は２記載の電子装置の冷却装置において、
前記放熱部は、
前記冷却部の内部に設けられており、一端が前記冷却部の内壁と熱的に接続されると共に他端が前記冷却部内の前記冷却媒体内に延出する室内ヒートシンクと、
前記冷却部の外部に設けられており、一端が前記冷却部の外壁と熱的に接続されると共に他端が外方に向け延出する室外ヒートシンクとを有することを特徴とするものである。
【００１８】
上記発明によれば、冷却部の内部に設けられた室内ヒートシンクに冷却媒体の熱は熱伝導するため、室内ヒートシンクを設けることなく冷却部の壁に直接冷却媒体の熱は熱伝導させる構成に比べ、冷却媒体の放熱を短時間で確実に行うことができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずかれ１項に記載の電子装置の冷却装置において、
前記冷却部内の前記冷却媒体を攪拌する攪拌装置を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
上記発明によれば、攪拌装置により冷却部内の冷却媒体は攪拌されるため、冷却部内において冷却媒体が淀むことはなく、冷却効率が低下することを防止できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷却部の熱を効率よく放熱部に放熱し熱変換することが可能となると共に、装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置２０を説明するための図である。冷却装置２０は、大略すると冷却・放熱機構２１、タンク２４、ポンプ２５、及びファン３１等により構成されている。本実施例に係る冷却装置２０は、電子装置２６を冷却するものである。この冷却装置２０により冷却される電子装置２６としては、例えば動作時に高熱を発生する半導体装置が考えられるが、これに限定されるものではなく各種電子装置の冷却に適用できるものである。
【００２４】
タンク２４は、冷却媒体３９を貯留している。ポンプ２５は、タンク２４から冷却通路２８Ａを介して冷却媒体３９を吸引し、これを冷却・放熱機構２１に接続された冷却通路２８Ｂに圧送する。また、冷却・放熱機構２１で電子装置２６の冷却処理を行った冷却媒体３９は、冷却通路２８Ｃから再びタンク２４に還流し、タンク２４に貯留される。
【００２５】
冷却・放熱機構２１は、大略すると冷却部２２と放熱部２３とにより構成されている。冷却部２２は被冷却物となる電子装置２６と熱的に接続されており、この電子装置２６を冷却する機能を奏する部位である。また、放熱部２３は、電子装置１６から熱伝導されることにより昇温した冷却媒体３９を冷却する機能を奏する部位である。
【００２６】
冷却部２２は、ハウジング３０、攪拌装置３６、及びフィルター３８等により構成されている。更に、放熱部２３は、ハウジング３０、室内ヒートシンク３２、及び室外ヒートシンク３３とにより構成されている。
【００２７】
先ず、冷却部２２の構成要素について説明する。冷却部２２を構成するハウジング３０は、冷却部２２及び放熱部２３の共通の構成となるものである。このハウジング３０は矩形状を有した液密構造とされており、熱伝導性の良好な金属より形成されている。このハウジング３０の底部３４は電子装置２６の上面と接触しており、これによりハウジング３０と電子装置２６は熱的に接続された構成とされている。
【００２８】
ハウジング３０の内部には、室内ヒートシンク３２（後述するように放熱部２３を構成する）、攪拌装置３６及びフィルター３８が配設されており、これらが配設されたハウジング３０内には冷却媒体３９が装填される。更に、ハウジング３０の天板外壁３５Ｂには、室外ヒートシンク３３が配設される。
【００２９】
攪拌装置３６は、ハウジング３０の底部３４に配設されている。この攪拌装置３６は、ハウジング３０に装填された冷却媒体３９を攪拌する機能を奏するものである。具体的には、攪拌装置３６は羽根とこれを回転するモーターとにより構成されており、羽根が回転することによりハウジング３０内の冷却媒体３９を攪拌しうる構成とされている。このように、ハウジング３０内に攪拌装置３６を設けることにより、ハウジング３０内において冷却媒体３９に温度的な淀みが発生することを抑制でき、電子装置２６の冷却効率を高めることができる。また、攪拌装置３６は、後述する金属フィラー３７が底部３４に沈殿した状態となるのを防止する機能も奏する（これについては、後に詳述する）。
【００３０】
次にフィルター３８及び冷却媒体３９について説明する。説明の便宜上、先ず冷却媒体３９について説明する。冷却媒体３９は、本実施例では水を用いている。この冷却媒体３９の内部には、多数の金属フィラー３７が混入されている。
【００３１】
この金属フィラー３７は、図３に拡大して示すように、コア３７Ａの外周面に表面膜３７Ｂを形成（コーティング）した構成とされている。本実施例では、コア３７Ａの材料として高熱伝導性を有する銅を用いており、また表面膜３７Ｂの材料として耐摩耗性が高いニッケル，チタンを用いている。
【００３２】
本実施例のように、冷却媒体３９に高熱伝導率を有する金属フィラー３７を混入したことにより、金属フィラー３７を混入しない場合に比べ、金属フィラー３７を含めた冷却媒体全体としての熱伝導率を高めることができる。これにより、電子装置２６で発生した熱は、金属フィラー３７が混入された冷却媒体３９に高効率で熱伝導する。よって、電子装置２６と冷却・放熱機構２１との間における熱交換は、効率的かつ短時間で行われる。
【００３３】
また、金属フィラー３７の比重は水よりも大きいため、冷却媒体３９内で沈み易い特性を有している。また、ポンプ２５で昇圧された冷却媒体３９は冷却通路２８Ｂを介して下部からハウジング３０内に導入され、上部に配設された冷却通路２８Ｃからタンク２４に向け排出される構成であるが、ポンプ２５による冷却媒体３９の流速では、ハウジング３０内で冷却媒体３９に含まれる金属フィラー３７を攪拌するには不十分である。
【００３４】
しかしながら、本実施例の冷却・放熱機構２１は、前記のようにハウジング３０の内部に攪拌装置３６を有した構成とされている。この攪拌装置３６は、この沈殿しようとする金属フィラー３７を攪拌する機能も奏するため、ハウジング３０に装填された冷却媒体３９内に金属フィラー３７を略均一に分散させた状態を維持させることができる。
【００３５】
フィルター３８は、冷却媒体３９は通過させるが、金属フィラー３７は通過させない構成とされている。このフィルター３８は、冷却媒体３９が冷却通路２８Ｃに流入する位置に設けられている。これにより、金属フィラー３７がタンク２４及びポンプ２５に流入することを防止できる。
【００３６】
仮にフィルター３８が存在しないと仮定すると、金属フィラー３７はタンク２４及ポンプ２５に流入してしまう。この流出した金属フィラー３７がタンク２４に沈殿した場合には、タンク２４の冷却媒体３９の貯留量が低減してしまい、また沈殿した金属フィラー３７を除去するメンテナンスが新たに必要になってしまう。また、ハウジング３０内における金属フィラー３７が低減するため、ハウジング３０による電子装置２６の放熱効果が低減してしまう。更に、金属フィラー３７がポンプ２５内に付着した場合には、冷却媒体３９の圧送が適正に行われないおそれがある。
【００３７】
しかしながら、本実施例においては、ハウジング３０からタンク２４に向け金属フィラー３７が流出する位置、即ちハウジング３０と冷却通路２８Ｃとの接続位置にフィルター３８を設けたことにより、金属フィラー３７がハウジング３０から流出するのを防止されるため、金属フィラー３７を含んだ冷却媒体３９の熱伝導効率が低下することを防止できる。また、冷却媒体３９を循環させるポンプ２５及びタンク２４等に金属フィラー３７が付着或いは沈殿し、不都合が発生することを防止することができる。
【００３８】
次に、放熱部２３の構成要素について説明する。放熱部２３を構成する室内ヒートシンク３２は、銅或いはアルミニウム等の高熱伝導率を有する材料よりなる多数の柱状部材３２ａ，３２ｂにより構成されている。この各柱状部材３２ａ，３２ｂは一端がハウジング３０の内壁にロウ付け等により固定されており、他端がハウジング３０の内側に長く延出した構成とされている。従って、この柱状部材３２ａ，３２ｂは、固定位置においてハウジング３０と熱的に接続された構成とされている。
【００３９】
また、柱状部材３２ａは天板内壁３５Ａから図中鉛直下方に向け延出するよう構成されており、柱状部材３２ｂはハウジング３０の側面内壁から図中水平方向に延出するよう構成されている。この柱状部材３２ａ，３２ｂは、図２に示されるように、側面視で格子状となるよう構成されている。
【００４０】
室外ヒートシンク３３は、ハウジング３０の天板外壁３５Ｂに配設されている。この室外ヒートシンク３３は、放熱効率を高めるため複数の放熱フィンが図中上方に向け延出した構成とされている。各放熱フィンは、下端が天板外壁３５Ｂにロウ付け等により固定され、他端が上方に向け延出した構成とされている。
【００４１】
また、室外ヒートシンク３３と対向する位置（図中、室外ヒートシンク３３の上方位置）には、ファン３１が設けられている。このファン３１は室外ヒートシンク３３に向け冷却風を送風する構成とされており、これにより更に室外ヒートシンク３３からの放熱効率を高める構成としている。
【００４２】
続いて、上記構成とされた冷却装置２０の動作について説明する。ポンプ２５が起動すると、前記ようにタンク２４に貯留されていた冷却媒体３９（この時点では、金属フィラー３７は含まない）は、ポンプ２５により冷却通路２８Ａ及び冷却通路２８Ｂを介してハウジング３０内に流入される。
【００４３】
攪拌装置３６は、ポンプ２５の起動に合わせて起動するよう構成されている。また、金属フィラー３７は、予めハウジング３０の内部に冷却媒体３９と共に装填されている。よって、ポンプ２５から冷却媒体３９が流入し、かつ攪拌装置３６により冷却媒体３９が攪拌されることにより、金属フィラー３７もハウジング３０内で略均一に分散される。
【００４４】
電子装置２６で発生した熱は、底部３４を介して冷却媒体３９及び金属フィラー３７に熱伝導される。これにより、電子装置２６と冷却・放熱機構２１との間で熱交換が行われ、電子装置２６は冷却される。
【００４５】
上記の熱交換により昇温した（熱を蓄えた）金属フィラー３７及び冷却媒体３９は、ポンプ２５及び攪拌装置３６に付勢されて攪拌される。また、前記したようにハウジング３０の内部には室内ヒートシンク３２が設けられている。よって、金属フィラー３７及び冷却媒体３９は室内ヒートシンク３２に衝突し、この時に金属フィラー３７及び冷却媒体３９から室内ヒートシンク３２に熱伝導が行われる。この金属フィラー３７及び冷却媒体３９と室内ヒートシンク３２との間で熱交換が行われることにより、金属フィラー３７及び冷却媒体３９の温度は降温され、逆に室内ヒートシンク３２は昇温される。
【００４６】
室内ヒートシンク３２に熱伝導された熱は、室内ヒートシンク３２を構成する柱状部材３２ａ，３２ｂの端部がハウジング３０に固定されていることにより、ハウジング３０に熱伝導される。そして、ハウジング３０に熱伝導した熱は、室外ヒートシンク３３を介して大気に放熱される。この際、ファン３１により強制的に冷却風が室外ヒートシンク３３に供給されているため、大気放熱も効率的に行われる。
【００４７】
上記のように機能する本実施例に係る冷却装置２０は、冷却部２２と放熱部２３がハウジング３０に組み込まれることにより一体化した構成となっている。このめた、従来のように冷却部２と放熱部３とを別個とする構成（図１参照）に比べ、冷却装置２０の小型化を図ることができる。また、従来必要とされた冷却部２と放熱部３との間の配管８Ｃ（図１参照）が不要となるため、冷却部２２と放熱部２３との間における熱抵抗を低減でき、電子装置２６を冷却することにより昇温した冷却部２２の熱を放熱部２３で直ちに放熱できるため、電子装置２６を効率よく冷却することができる。
【００４８】
また、本実施例では上記のようにハウジング３０内に室内ヒートシンク３２を設けているため、金属フィラー３７及び冷却媒体３９と室外ヒートシンク３３との間の熱伝導が短時間で円滑に行われるため、室内ヒートシンク３２を設けない構成に比べて金属フィラー３７及び冷却媒体３９の放熱（熱交換）を短時間で確実に行うことができる。
【００４９】
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
被冷却物となる電子装置と熱的に接続されており、冷却媒体が供給されることにより前記電子装置を冷却する冷却部と、
前記電子装置から熱伝導されることにより昇温した冷却媒体の熱を放熱する放熱部とを有する電子装置の冷却装置において、
前記冷却部と前記放熱部を一体化したことを特徴とする電子装置の冷却装置。
（付記２）
前記冷却媒体に高熱伝導率を有する金属フィラーを混入したことを特徴とする付記１記載の電子装置の冷却装置。
（付記３）
前記冷却部の前記冷却媒体が排出される部位に、前記金属フィラーが前記冷却部から流出するのを防止するフィルターを設けたことを特徴とする付記２記載の電子装置の冷却装置。
（付記４）
前記金属フィラーは、高熱伝導率を有する金属コアと、該コアの表面に皮膜された耐磨耗性を有する表面膜とにより構成されることを特徴とする付記２又は３記載の電子装置の冷却装置。
（付記５）
前記金属コアを銅により形成し、前記表面膜をニッケル又はチタンにより形成したことを特徴とする付記４記載の電子装置の冷却装置。
（付記６）
前記放熱部は、
前記冷却部の内部に設けられており、一端が前記冷却部の内壁と熱的に接続されると共に他端が前記冷却部内の前記冷却媒体内に延出する室内ヒートシンクと、
前記冷却部の外部に設けられており、一端が前記冷却部の外壁と熱的に接続されると共に他端が前記外方に向け延出する室外ヒートシンクとを有することを特徴とする付記１乃至５のいずかれ１項に記載の電子装置の冷却装置。
（付記７）
前記冷却部内の前記冷却媒体を攪拌する攪拌装置を設けたことを特徴とする付記１乃至６のいずかれ１項に記載の電子装置の冷却装置。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、従来の一例である電子装置の冷却装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例である電子装置の冷却装置の構成図である。
【図３】図３は、金属フィラーの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
２０  冷却装置
２１  冷却・放熱機構
２２  冷却部
２３  放熱換部
２４  タンク
２５  ポンプ
２６  電子装置
２８Ａ〜２８Ｃ  冷却通路
３０  ハウジング
３１  ファン
３２  室内ヒートシンク
３３  室外ヒートシンク
３６  攪拌装置
３７  金属フィラー
３７Ａ  コア
３７Ｂ  表面膜
３８  フィルター
３９  冷却媒体
【図１】
0004637734.tif 000002
【図２】
0004637734.tif 000003
【図３】
0004637734.tif 000004