(57)【要約】【課題】  小型で冷却能力の高いＣＰＵクーラを提供する。【解決手段】  このＣＰＵクーラ１は、ＣＰＵ６に接触してＣＰＵ６からの熱を伝導するベースプレート３と、ベースプレート３に設けられた貫通穴３ａを貫通してＣＰＵ６に接触し、ＣＰＵ６からの熱を直接、およびベースプレート３を介して集熱し、その集熱した熱を内部に収容した作動液５２の蒸発、凝縮を経て放熱するヒートパイプ５と、ヒートパイプ５をボス２１の挿入穴２１ａに収容し、ヒートパイプ５から放熱された熱を複数のフィン２０から大気に放熱するヒートシンク２とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵ等の発熱体に接触して前記発熱体からの熱を伝導する熱伝導部材と、
前記熱伝導部材に設けられた貫通穴を貫通して前記発熱体に接触し、前記発熱体からの熱を直接、および前記熱伝導部材を介して集熱し、その集熱した熱を内部に収容した作動液の蒸発、凝縮を経て放熱するヒートパイプと、
前記ヒートパイプを筒状のボスの中空部内に収容し、前記ヒートパイプから放熱された熱を前記ボスに設けた複数のフィンから大気に放熱するヒートシンクとを備えたことを特徴とするＣＰＵクーラ。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記フィンの表面に空気との分離性が良くなる表面処理が施されたことを特徴とする請求項１記載のＣＰＵクーラ。
【請求項３】
ＣＰＵ等の発熱体に接触して前記発熱体からの熱を伝導する熱伝導部材と、
前記熱伝導部材に設けられた貫通穴を貫通して前記発熱体に接触し、前記発熱体からの熱を直接、および前記熱伝導部材を介して集熱し、その集熱した熱を内部に収容した作動液の蒸発、凝縮を経て放熱するヒートパイプと、
前記ヒートパイプを筒状のボスの中空部内に収容し、前記ヒートパイプから放熱された熱を前記ボスに設けた複数のフィンから大気に放熱するヒートシンクと、
前記ヒートシンク側から前記発熱体側に向かう方向に送風するファンモータとを備えたことを特徴とするＣＰＵクーラ。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、前記ヒートシンクの前記ボスの直径より大きく、前記ヒートシンクの前記熱伝導部材に平行な方向の長さよりも小さいサイズを有することを特徴とする請求項３記載のＣＰＵクーラ。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、前記複数のフィンの外側を覆うカバーを備えたことを特徴とする請求項３記載のＣＰＵクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータやサーバ等に搭載されたＣＰＵ（central processing unit）を冷却するＣＰＵクーラに関し、特に、小型で冷却能力の高いＣＰＵクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやサーバ等に搭載されたＣＰＵ自体の発熱により、ＣＰＵの性能劣化や熱破壊を防止するため、従来よりＣＰＵの近傍にＣＰＵクーラを設置し、ＣＰＵから発生する熱を放熱している（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載されたＣＰＵクーラは、下面がＣＰＵに密着してＣＰＵから発生する熱を伝導させ、その熱を上面に設けられた導熱管に集中させる底台と、導熱管を中空部内に収容し、導熱管に集中した熱を複数の放熱片から放出させるフィン付放熱筒と、フィン付放熱筒の上部に設けられ、フィン付放熱筒から放出される熱を強制的に上方に排出するファンモータとを備える。
【０００４】
特許文献２に記載されたＣＰＵクーラは、複数のフィンを外側に有するＣＰＵ排熱板と、このＣＰＵ排熱板の中心の腔室内に充填された高導熱性物質としての液体と、この液体を閉鎖するとともに、ＣＰＵに重ね置かれる蓋とを備え、ＣＰＵから発生する熱によって液体の蒸発、凝縮の経てＣＰＵの熱を放熱し、さらにフィンから大気に放熱するものである。
【０００５】
特許文献３に記載されたＣＰＵクーラは、熱発生電子装置と直接接触して熱発生電子装置から発生する熱を集熱する熱導電性ロッドと、熱導電性ロッドをシリンダ内に配置し、熱導電性ロッドが集熱した熱を放射状に設けられた複数のフィンから放熱するヒートシンク装置と、ヒートシンク装置が放熱する熱を大気に分散するファンとを備える。
【特許文献１】実用新案登録第３０７４３５５号公報（図７〜図９）
【特許文献２】実用新案登録第３０８５３８３号公報（段落［０００７］、図６）
【特許文献３】特開２００１−１０２５０９号公報（段落［００１０］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されたＣＰＵクーラによると、底台を介して導熱管に集熱しているため、集熱効率が悪く、また、集熱した熱をファンモータにより上方に排出しているため、放熱効率が悪く、冷却能力が不十分である。一方、放熱片を大きくすると放熱面積が増え、冷却能力が向上するが、ＣＰＵクーラが大型化、重量化し、複雑な構成になりやすい。
【０００７】
特許文献２に記載されたＣＰＵクーラによると、高導熱性物質を閉鎖した蓋より発熱体の面積が大きい場合は、発熱体から発生する熱を十分に集熱することができないため、集熱効率が悪くなる。一方、蓋を大きくしたのでは、ＣＰＵ排熱体が横方向に大きくなり、ＣＰＵクーラの大型化を招く。
【０００８】
特許文献３に記載されたＣＰＵクーラによると、特許文献２と同様に、熱導電性ロッドの接触面積より熱発生電子装置の放熱面が大きい場合は、発熱体から発生する熱を十分に集熱することができないため、集熱効率が悪くなる。一方、熱導電性ロッドを太くしたのでは、ヒートシンク装置が横方向に大きくなり、ＣＰＵクーラの大型化を招く。
【０００９】
従って、本発明の目的は、小型で冷却能力の高いＣＰＵクーラを提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、ＣＰＵ等の発熱体に接触して前記発熱体からの熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に設けられた貫通穴を貫通して前記発熱体に接触し、前記発熱体からの熱を直接、および前記熱伝導部材を介して集熱し、その集熱した熱を内部に収容した作動液の蒸発、凝縮を経て放熱するヒートパイプと、前記ヒートパイプを筒状のボスの中空部内に収容し、前記ヒートパイプから放熱された熱を前記ボスに設けた複数のフィンから大気に放熱するヒートシンクとを備えたことを特徴とするＣＰＵクーラを提供する。
【００１１】
前記ヒートシンクは、前記フィンの表面に空気との分離性が良くなる表面処理が施された構成としてもよい。また、前記ヒートシンク方から前記発熱体側に向かう方向に送風するファンモータを備えてもよい。さらに、前記熱伝導部材は、前記ヒートシンクの前記ボスの直径より大きく、前記ヒートシンクの前記熱伝導部材に平行な方向の長さよりも小さいサイズを有する構成としてもよい。また、前記ヒートシンクは、前記複数のフィンの外側を覆うカバーを備えた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＣＰＵクーラによれば、ヒートパイプは、発熱体からの熱を直接、および熱伝導部材を介して集熱し、その集熱した熱をヒートシンクによって放熱しているので、高い集熱効率が得られ、これによりＣＰＵクーラを大型化せずに冷却能力を高くすることができる。
【００１３】
また、ヒートシンクのフィンの表面に空気との分離性が良くなる表面処理を施すことにより、フィンから大気への熱伝達率を向上させることができる。
【００１４】
また、ファンモータによりヒートシンク側から発熱体側に向かう方向に送風することにより、風が乱流となり、熱伝達率をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、熱伝導部材のサイズを、ヒートシンクのボスの直径より大きく、ヒートシンクの熱伝導部材に平行な方向の長さよりも小さいサイズとすることにより、ヒートシンク側から発熱体側に向かう方向に送風した場合、ファンモータからの風がフィンに沿って流れ、熱伝導部材の周辺から外部に円滑に流れ、これにより冷却効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］（ＣＰＵクーラの全体の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵクーラを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。このＣＰＵクーラ１は、発熱体としてのＣＰＵ６に接触してＣＰＵ６からの熱を伝導する熱伝導部材としてのベースプレート３と、ベースプレート３に設けられた貫通穴３ａを貫通してＣＰＵ６に接触し、ＣＰＵ６からの熱を直接、およびベースプレート３を介して集熱し、その集熱した熱を内部に収容した作動液５２の蒸発、凝縮を経て放熱するヒートパイプ５と、ヒートパイプ５を筒状のボス２１の挿入穴２１ａに収容し、ヒートパイプ５から放熱された熱をボス２１に放射状に設けた複数のフィン２０から大気に放熱するヒートシンク２と、ヒートシンク２側からＣＰＵ６側に向かう方向に送風するファンモータ４とを備える。
【００１７】
（ＣＰＵクーラの各部の構成）
ヒートシンク２のフィン２０およびボス２１は、熱伝導性の良好なアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属からなり、挿入穴２１ａの内面とフィン２０の下面にスズメッキを施し、挿入穴２１ａに挿入されたヒートパイプ５とフィン２０の下面に配置したベースプレート３とハンダ等により金属的に接合して一体化し、熱抵抗を小さくしている。また、これと同様に、ベースプレート３は、貫通穴３ａに挿通されたヒートパイプ５とハンダ等により金属的に接合し、熱抵抗を小さくしている。
【００１８】
また、ヒートシンク２は、フィン２０の表面に、空気との分離性が良くなる表面処理、例えば、Ｎｉメッキ等のメッキ、あるいは塗装処理が施されている。これにより、空気側の熱伝達率を向上させることができる。これは空気がフィン２０の境界で密着して熱伝達率が向上しない問題を解決し、冷却性能の向上を図る有効な手段である。
【００１９】
ファンモータ４は、ヒートシンク２に設けた座部（図示せず）にネジ止めされており、ファン４０が図１（ａ）の矢印で示す方向に回転することにより、風を図１（ｂ）の矢印で示すように上方からＣＰＵ６側に吹付ける構成となっている。
【００２０】
ベースプレート３は、熱伝導性の良好なアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属からなり、ＣＰＵ６との接触面がＣＰＵ６とほぼ同一サイズであって、ヒートシンク２の横方向のサイズより小さいサイズを有するのが好ましい。これにより、ファンモータ４からの風がフィン２０に沿って流れ、ベースプレート３の周辺から外部に円滑に流れる。なお、ベースプレート３のサイズは、ＣＰＵ６より大きくても小さくてもよい。
【００２１】
ヒートパイプ５は、熱伝導性の良好なアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属からなる密閉容器５０と、密閉容器５０の中空部内に配置されたウィック５１と、密閉容器５０内部に真空封入された作動液５２とを備え、ＣＰＵ６に当接した部分（加熱部）における作動液５２の蒸発と、上方の低温部における凝縮を経て放熱するものである。
【００２２】
ウィック５１には、アルミニウム、銅等の金属繊維の集合体等の多孔質体を用いることができる。なお、ウィック５１の代りに密閉容器５０の内面に細溝を形成したものも用いることができる。作動液５２には、水、アルコール、アンモニア、有機媒体、ナフタレン等を用いることができる。
【００２３】
（ＣＰＵクーラの放熱動作）
次に、この第１の実施の形態に係るＣＰＵクーラ１の放熱動作について説明する。ＣＰＵ１から発生した熱は、ベースプレート３およびヒートパイプ５に伝達され、ヒートパイプ５のＣＰＵ６に当接した加熱部に、ＣＰＵ１から直接、およびベースプレート３を介して集熱される。ヒートパイプ５の加熱部が加熱されると、その加熱部で作動液５２が蒸発し、上方の低温部に蒸気が移動し、その蒸気が低温部で凝縮し、この凝縮した液体が再び毛細管現象により加熱部に還流するという一連の相変化が連続的に生じてＣＰＵ６からの発熱を素早く放熱する。ヒートパイプ５から放熱された熱は、ヒートシンク２のボス２１に伝わり、フィン２０から大気に放熱される。フィン２０から放熱された熱は、ファンモータ４からＣＰＵ６側に向かう送風によって、フィン２０に沿って下方に流れ、ベースプレート３の周辺を通って大気に排気される。このようにしてＣＰＵ６から発生する熱が放熱される。
【００２４】
（ＣＰＵクーラの効果）
この第１の実施の形態に係るＣＰＵクーラ１によれば、ヒートパイプ５は、ＣＰＵ６からの熱を直接、およびベースプレート３を介して集熱し、その集熱した熱をヒートシンク２およびファンモータ４によって放熱しているので、高い集熱効率が得られる。さらに、風をファンモータ４側からＣＰＵ６側に向かって流すことにより、風が乱流となり、この乱流効果により熱伝達率の向上が得られる。すなわち、ヒートパイプ５とこれを囲むヒートシンク２のボス２１から放射状に延びるフィン２０、ＣＰＵ６と接触するベースプレート３、およびフィン２０への特殊表面処理の相互作用によって、冷却能力の高いＣＰＵクーラ１の実現が可能となる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵクーラを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、ヒートシンク２のフィン２０の外側にカバー７を設けたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。このような構成とすることにより、気流がフィン２０部分をスムーズに流れ、第１の実施の形態よりも放熱効率が高くなる。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１を説明する。この実施例１は、ヒートシンク２は、幅６０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、高さＨ５０ｍｍのアルミニウム製とし、ベースプレート３は、幅３２ｍｍ、長さ３２ｍｍ、厚さ５ｍｍの銅製とし、ファンモータ４は、厚さ１５ｍｍ、回転数４０００ｒｐｍのものを使用し、ヒートパイプ５は、内面に溝の付いた銅管製とし、作動液５２に水を使用した。
【００２７】
この実施例１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）ベースプレート３を用いない場合の熱抵抗は、０．６℃／Ｗであったが、ベースプレート３を用いた場合は、０．４９℃／Ｗとなり、冷却性能が２２％向上した。
（ロ）風をＣＰＵ５側からファンモータ４側に流した場合の熱抵抗は、０．４９℃／Ｗであったが、ファンモータ４側からＣＰＵ６側に流すと、熱抵抗は０．３９℃／Ｗとなり、冷却性能が２６％向上した。
（ハ）従って、ベースプレート３を設け、かつ、風の流れをファンモータ４側からＣＰＵ６側に向かう方向とすることにより、冷却性能を５４％向上させることができた。
（ニ）フィン２０に何も表面処理していない場合の熱抵抗は、０．３９℃／Ｗであったが、フィン２０に特殊なＮｉメッキ処理をし、空気の分離を良くした場合は、０．３６℃／Ｗとなり、冷却性能が８％向上した。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２は、上記実施例１において、ヒートシンク２を幅７０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、高さ５０ｍｍとしたものである。このようにフィン２０の放熱面積を増やすことにより、熱抵抗は０．３６℃／Ｗから０．２７℃／Ｗとなり、冷却性能が３３％向上した。ＣＰＵ６の表面温度が７０℃、周囲温度が４０℃の場合、（（７０−４０）／０．２７＝１００Ｗ）の冷却効果が期待でき、最新のＣＰＵ６の放熱要求性能に対応することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施の形態および上記実施例に限定されず、要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、発熱体としてＣＰＵを例に挙げたが、他の回路素子等の発熱体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵクーラを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵクーラを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＣＰＵクーラ
２  ヒートシンク
３  ベースプレート
３ａ  貫通穴
４  ファンモータ
５  ヒートパイプ
６  ＣＰＵ
２０  フィン
２１  ボス
２１ａ  挿入穴
４０  ファン
５０  密閉容器
５１  ウィック
５２  作動液
【図１】
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【図２】
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