(57)【要約】【課題】  筐体内の狭いスペースにも適合して配置が可能なラジエータにより最適の冷却特性を得ることが可能な液冷システムを備えた電子機器を提供する。【解決手段】  筐体１００内に、冷却を必要とするＣＰＵ２００を搭載し、このＣＰＵを冷却する液冷システムは、冷却ジャケット５０と、ラジエータ６０とを備えており、かかる構成において、ラジエータは、一対のヘッダ６２、６２を有し、その間に多数の金属細管６１、６１…を互いに並列に配列して構成されており、その外形を容易にかつ自在に変更可能であり、狭いスペースにも容易に設置可能である。更には、このラジエータ６０を強制的に冷却する冷却ファン６４、６６を設けてもよく、その場合にも、ファンを回転駆動するモータ６５、６７をも含めた設置場所を容易に確保することが出来る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、発熱する半導体素子であって、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする素子を搭載した電子機器であって、当該筐体内又はその一部に、少なくとも以下のものを備えた液冷システムを備えており、
半導体素子に熱的に接続され、その発熱を内部に通流する液体冷媒に伝達するための冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットにおいて液体冷媒に伝達された熱を機器の外部へ放出するラジエータと、そして、
前記冷却ジャケットと前記ラジエータとを含むループに前記液体冷媒を循環するための循環ポンプと、
かかる構成において、前記ラジエータを、複数の金属細管を並列に配置して構成したことを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項２】
前記請求項１に記載した電子機器において、前記金属細管は、円形の断面を有し、かつ、前記ラジエータは、その一部に、送風手段を備えたことを特徴とする液冷システムを備えた電子機器。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載した電子機器において使用されるラジエータであって、
少なくとも互いに対向して配置される一対のヘッダ部を有し、前記一対のヘッダ部は、それぞれ、
所定の形状に加工した板状の部材に、前記複数の金属細管を挿入する貫通孔を形成してなる板状部材と、
前記板状部材に対応した外形を備えて形成され、かつ、その内側に凹部を形成してなるカバー部とを備えており、
前記複数の金属細管を、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材に、それぞれ対応する位置に形成された前記貫通孔にその先端部を挿入して固定し、もって、前記複数の金属細管を並列に配置してなることを特徴とするラジエータ。
【請求項４】
前記請求項３に記載したラジエータにおいて、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材と前記カバー部とは、互いに対応する外形を有して形成されていることを特徴とするラジエータ。
【請求項５】
前記請求項３に記載したラジエータにおいて、前記貫通孔にその先端部を挿入して固定される前記複数の金属細管のそれぞれは、その両先端部の近傍に鍔部を形成していることを特徴とするラジエータ。
【請求項６】
前記請求項３に記載したラジエータを製造するための製造方法であって、
前記一対のヘッダ部を構成するための前記板状部材及び前記カバー部と、更に、前記複数本の金属細管を用意する工程と、
前記複数の金属細管を、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材に、それぞれ対応する位置に配置して固定する工程と、そして、
前記複数の金属細管を対応する位置に配置・固定した後、前記板状部材の上に前記カバー部を配置して固定する工程とを備えたことを特徴とするラジエータの製造方法。
【請求項７】
前記請求項６に記載したラジエータの製造方法であって、パンチング加工により、前記板状部材の表面上に前記複数の貫通孔を形成することを特徴とするラジエータの製造方法。
【請求項８】
前記請求項６に記載したラジエータの製造方法であって、ロー付けにより、前記複数の金属細管を前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材の対応する位置に固定することを特徴とするラジエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デスクトップ型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器であって、特に、その内部に搭載した発熱素子である半導体集積回路素子を液体冷媒により効率的に冷却することが可能な液冷システムを備えた電子機器に関し、更には、かかる液冷システムにおいて使用するに適したラジエータの構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デスクトップ型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器における発熱体である半導体集積回路素子、特に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表される発熱素子の冷却は、通常、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする。そのため、従来、一般的には、ヒートシンクと呼ばれるフィンを一体に形成した伝熱体と、それに冷却風を送るファンとを用いることによってその冷却を実現されていた。しかしながら、近年、上記発熱素子である半導体集積回路素子の小型化及び高集積化は、発熱素子における発熱部位の局所化などを生じており、そのためにも、従来の空冷式の冷却システムに代えて、例えば水等の冷媒を用いた冷却効率の高い液冷式の冷却システムが注目されてきている。
【０００３】
すなわち、上記デスクトップ型と呼ばれるパーソナルコンピュータやサーバ等において用いられる冷却効率の高い液冷式の冷却システムは、例えば、以下の特許文献等によっても知られるように、一般に、発熱体であるＣＰＵの表面に、所謂、受熱（冷却）ジャケットと呼ばれる部材を直接に搭載し、一方、この受熱ジャケットの内部に形成された流路内に液状の冷媒を通流させ、ＣＰＵからの発熱を上記ジャケット内を流れる冷媒に伝達し、もって、発熱体を高効率で冷却するものである。なお、かかる液冷式の冷却システムでは、通常、上記クーラージャケットを受熱部とするヒートサイクルが形成されており、具体的には、上記液体冷媒をサイクル内に循環させるための循環ポンプ、上記液体冷媒の熱を外部に放熱するための放熱部である、所謂、ラジエータ、さらには、必要に応じてサイクルの一部に設けられた冷媒タンクを備えており、そして、これらを金属製のチューブや、例えば、ゴムなどの弾性体からなるチューブを介して接続して構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平6−２６６４７４号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平５−２６４１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の従来技術になる冷却システムでは、通常、上記クーラージャケットで受熱した液体冷媒の熱を装置の外部に放熱するための放熱部である、所謂、ラジエータとしては、銅等からなる金属細管を蛇行しながら引き回し、更に、その放熱特性を向上するため、この金属細管に放熱用のフィンを取り付けて形成したものが多く利用されている。又は、予めフィンを取り付けた金属細管を蛇行して這い回して形成していた。
【０００７】
しかしながら、上述のような従来のラジエータ、特に、上記デスクトップ型のパーソナルコンピュータやサーバ等において、実際に多く利用されている蛇行した金属細管に放熱用のフィンを取り付けて形成したものは、フィンの取付けなどを理由に、その製造工程が複雑で手間がかかり、そのため、比較的に高価なものであった。また、かかる従来のラジエータでは、やはり、その構造から、ラジエータ全体の外観形状としては、通常、板状又は立方状を主として、所定の形状に製造せざるを得なかった。
【０００８】
一方、上記デスクトップ型のパーソナルコンピュータやサーバ等においては、特に、近年における小型化や省スペースに対する要求やその販売価格の低下傾向などから、必ずしもかかる所定の形状のラジエータを配置するのに十分なスペースを確保し、もって、最適の冷却特性を得ることが出来るとは限らない。むしろ、しばしば、機器の筐体内に残された狭いスペース内に無理に押し込めなければならないような場合もあり、かかる場合には、必ずしも、ラジエータによる十分な冷却機能が得られず、液冷システムの特徴を十分に活用することが出来ないこととなってしまうと言う問題点があった。加えて、上記の従来技術では、その複雑な製造工程からも、筐体内に残された狭いスペースに適合して自在に変形可能な外形を有するラジエータを簡単な工程で製造することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑み、かかる筐体内に残された狭いスペースにも容易に適合して配置することが可能であり、その外形形状を容易に変更し、かつ、安価に製造することが可能なラジエータの構造を提供し、もって、かかるラジエータを利用して最適の冷却特性を得ることが可能な液冷システムを備えた電子機器と共に、かかるラジエータの製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、筐体内に、発熱する半導体素子であって、その正常な動作を確保するために冷却を必要とする素子を搭載した電子機器であって、当該筐体内又はその一部に、少なくとも以下のものを備えた液冷システムを備えており：半導体素子に熱的に接続され、その発熱を内部に通流する液体冷媒に伝達するための冷却ジャケットと；前記冷却ジャケットにおいて液体冷媒に伝達された熱を機器の外部へ放出するラジエータと；そして、前記冷却ジャケットと前記ラジエータとを含むループに前記液体冷媒を循環するための循環ポンプと、かかる構成において、前記ラジエータを、複数の金属細管を並列に配置して構成した液冷システムを備えた電子機器が提供される。なお、本発明では、前記に記載した電子機器において、前記金属細管は、円形の断面を有し、かつ、前記ラジエータは、その一部に、送風手段を備えていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明によれば、やはり、上述した目的を達成するため、前記に記載した電子機器において使用されるラジエータであって：少なくとも互いに対向して配置される一対のヘッダ部を有し、前記一対のヘッダ部は、それぞれ、所定の形状に加工した板状の部材に、前記複数の金属細管を挿入する貫通孔を形成してなる板状部材と、前記板状部材に対応した外形を備えて形成され、かつ、その内側に凹部を形成してなるカバー部とを備えており、前記複数の金属細管を、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材に、それぞれ対応する位置に形成された前記貫通孔にその先端部を挿入して固定し、もって、前記複数の金属細管を並列に配置したラジエータが提供される。なお、本発明では、前記に記載したラジエータにおいて、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材と前記カバー部とは、互いに対応する外形を有して形成されており、又は、前記貫通孔にその先端部を挿入して固定される前記複数の金属細管のそれぞれは、その両先端部の近傍に鍔部を形成していることが好ましい。
【００１２】
加えて、本発明によれば、やはり、上述した目的を達成するため、前記に記載したラジエータを製造するための製造方法であって：前記一対のヘッダ部を構成するための前記板状部材及び前記カバー部と、更に、前記複数本の金属細管を用意する工程と；前記複数の金属細管を、前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材に、それぞれ対応する位置に配置して固定する工程と；そして、前記複数の金属細管を対応する位置に配置・固定した後、前記板状部材の上に前記カバー部を配置して固定する工程とを備えたラジエータの製造方法が提供される。なお、本発明によれば、パンチング加工により、前記板状部材の表面上に前記複数の貫通孔を形成してもよく、又は、ロー付けにより、前記複数の金属細管を前記一対のヘッダ部を構成する前記板状部材の対応する位置に固定してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
すなわち、上述の本発明によれば、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータやサーバ等において、その筐体内に残された狭いスペースにも容易に適合して配置することが可能であり、その外形形状を容易に変更し、かつ、安価に製造することが可能なラジエータの構造を提供し、もって、かかるラジエータを利用して最適の冷却特性を得ることが可能な液冷システムを備えた電子機器と共に、かかるラジエータの製造方法を提供することが実現されるという、極めて優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
まず、添付の図２は、本発明の一実施の形態になる、液冷システムを備えた電子機器の全体構成の一例が示されている。なお、本例では、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの本体部分に本発明を適用した場合について示している。
【００１６】
まず、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの本体部分は、図示のように、例えば、金属板を立方形状に形成してなる筐体１００を備えており、その前面パネル部１０１には、電源スイッチを含む各種のスイッチや接続端子やインジケータランプなどが設けられており、また、その内部には、ディスクやＣＤ、ＤＶＤ等の外部情報記録媒体を駆動する各種のドライバ装置１０２が、上記前面パネル部１０１に開口するように配置されている。また、図中の符号１０３は、上記筐体１００内に設けられた、例えば、ハードディスク装置からなる記憶部を示している。また、図中の参照符号１０４は、上記筐体１００の上に被せられる蓋を示している。
【００１７】
一方、上記筐体１００の背面側には、本発明になる液冷システムを備えた電子回路部１０５が配置されており、また、図中の符号１０６は、商用電源から上記ドライバ装置１０２、記憶部１０３、電子回路部１０５を含む各部に所望の電源を供給するための電源部を示している。
【００１８】
次に、添付の図３には、上記にその概略構成を説明した電子装置、すなわち、デスクトップ型のパーソナルコンピュータにおける電子回路部１０５が、特に、その主要な構成部である発熱素子、即ち、ＣＰＵを搭載する受熱ジャケット５０を中心として示されている。なお、本例では、上記発熱素子であるＣＰＵのチップ２００は、上記受熱ジャケット５０の下面側に直接接触されて搭載されており、そのため、ここでは図示されていない。
【００１９】
そして、この電子回路部１０５は、図からも明らかなように、上記ＣＰＵを搭載する受熱（冷却）ジャケット５０と、上記ＣＰＵからの発熱を装置の外部へ放熱するラジエータ部６０と、循環ポンプ７０と、これらにより熱サイクルを構成する各部に液体冷媒（例えば、水、又は、プロピレングリコール等、所謂、不凍液を所定の割合で混合した水など）を通流するための流路が、例えば、金属から形成され、又は、ゴム等の弾性体から形成され、その表面に金属被膜等を施してなる、内部の液体冷媒が外部へ漏洩し難いチューブ（配管）８１、８２…によって接続されている。また、上記ラジエータ部６０の一部には、後で詳細に説明するが、その構成要素である多数の金属細管６１、６１…に送風し、もって、上記受熱ジャケット５０から搬送された熱を強制的に放熱するための平板状のファン７２、７２、…（本例では、複数、例えば３個）が、装置の外部に向かって取り付けられている。なお、この受熱（冷却）ジャケット５０とは、例えば、銅等の伝熱性の高い金属からなる板状部材の内部に冷却通路を形成し、その通路内に上記の液体冷媒を通流し、もって、ＣＰＵからの発熱を外部へ取り除く（移動）させるものである。
【００２０】
続いて、添付の図１には、上記したラジエータ部６０の詳細構造が、その展開図により示されている。すなわち、この図からも明らかなように、本発明になるラジエータ部６０は、例えば、上下又は左右に、一対のヘッダ６２、６２を形成し、それらの間に、多数の細管６１、６１…を、互いに平行に接続して構成されている。なお、この図では、説明を目的として、上記の細管６１の径を拡大して示している。より具体的には、本例のラジエータは、例えば、１００ｍｍ×４０ｍｍの寸法からなる各ヘッダ６２に対し、銅やアルミニウム等の良熱伝導性の金属によって形成された細管６１、６１…を（例えば、内径０．５〜１ｍｍ）約４００本、並列に接続して構成したものである。
【００２１】
より具体的に説明すると、上記各ヘッダ６２は、それぞれ、図からも明らかなように、１枚の所定の形状（この例では、四角形）の板状の部材６２１と、そして、この板状部材６２１の外形に対応した形状（この例では、四角形となる）を備え、かつ、その内側に凹部６２２を形成してなるカバー部材６２３とにより構成されている。上記板状部材６２１には、それぞれ、その内部に上記細管６１の先端部を挿入して固定するための貫通孔６２４が、その本数と同じ数だけ形成されている。なお、これらの板状部材６２１とカバー部材６２３とは、所定の形状に切り出した銅やアルミニウム等の良熱伝導性の金属板から、例えば、パンチングや絞り加工を施すことにより、それぞれ、容易に製作することが出来る。また、図中の符号６２５は、上記各カバー部材６２３に取り付けられ、液体冷媒の流入口と吐出口とを形成する管状部材を示している。ヘッダ６２は、液体冷媒のリザーブタンクとしても作用し、その内容積は、液冷システムに必要な保有液量（長期運転に伴う液減少を補いうる液量）から決められる。また、ラジエータの液出口を下側にしてポンプ吸込み側に接続するようにすると、液冷システム中の空気が、上側ヘッダ（ラジエータ入口側）内に保持され、ポンプに空気が吸引されるのを防ぐことができる。
【００２２】
次に、添付の図４には、上記のヘッダ６２を構成する板状部材６２１に形成した貫通孔６２４に金属細管６１を挿入・固定する工程の一例を示している。まず、上記のようにして作成した板状部材６２１と金属細管６１を用意する（図４（ａ）を参照）。次に、用意した板状部材６２１の貫通孔６２４内に、その先端が僅かに突出する程度に、金属細管６１を挿入する（図４（ｂ）を参照）。その後、金属細管６１の突出部分と板状部材６２１との間をロー付けなどによって接合して固定する（図４（ｃ）を参照）。最後に、その上方から、上記に説明したカバー部材６２３を載せ、例えば、電気溶接などによって、これら板状部材６２１とカバー部材６２３をその外縁部に沿って接合し（外縁溶接部６２６）、ラジエータ６０を完成する（図４（ｄ）を参照）。もしくは、すべての接合部にあらかじめロー材を置き、炉など中で一括して接合するような方法によっても良い。
【００２３】
また、上記に説明したヘッダ６２の製造工程において、特に、板状部材６２１に形成した貫通孔６２４内に金属細管６１を挿入する場合、例えば、添付の図５に示すように、挿入する金属細管６１の先端部（本例では、上下の先端部）の近傍に、予め鍔状部６１１を形成しておくことも可能である。このように、金属細管６１の先端部近傍に予め鍔状部６１１を形成することによれば、図にも示すように、貫通孔６２４内に金属細管６１を挿入した際、この鍔状部６１１が位置決めの役割を果たすことから、板状部材６２１の貫通孔６２４内に金属細管６１を挿入し、その間をロー付けなどによって接合する工程が容易になる。
【００２４】
次に、上述した工程により容易に製造可能なラジエータ６０を、その外観を種々の形態に変形した場合の例について、以下に説明する。なお、上記の説明からも明らかなように、本発明になるラジエータ６０の上記の構成によれば、複数の金属細管６１を間に挟んで、その上下又は左右に設けた一対のヘッダ６２、６２の形状に応じて、その形状を自在に変更することが可能であることが分かる。なお、かかる外形形状の変更における自在性は、上記にも述べたが、デスクトップ型のパーソナルコンピュータやサーバ等において、当該機器の筐体内に残されたスペースが狭い場合などにおいて、特に有利である。
【００２５】
その一例として、添付の図６に示す例では、横方向に延びた幅の狭いスペース内にラジエータ６０’を配置する場合に適した外形の一例を示している。図からも明らかなように、この例では、上記一対のヘッダ６２、６２の形状を、それぞれ、「コ」の字型に形成し、その間に多数の金属細管６１を並列に配置してラジエータ６０’が構成されている。すなわち、かかるラジエータ６０’の形状によれば、図に示すように、その一部に形成された凹部６３内に冷却ファン６４とこれを回転駆動するモータ６５を配置することが可能となり、限られたスペースを最大限に有効に利用することが可能となる。なお、この図に示す矢印は、上記冷却ファン６４の回転により生じた空気流を示す。
【００２６】
更に、添付の図７には、他の例として、機器の筐体内に残された、その上方だけが開放された略立方形状のスペースに配置するに適合したラジエータ６０”の例が示されている。すなわち、図にも明らかなように、この例では、上記ラジエータ６０”を構成する一対のヘッダ６２、６２の形状を、それぞれ、外形四角形の中央部に円形の開口部を開けたものとしている。かかる形状のラジエータ６０”によれば、特に、図７（ｂ）に明らかなように、上記ラジエータ６０”の中央部に空いた断面円形の空間内に遠心ファン６６と、回転駆動用のモータ６７とを配置することが可能となる。かかる構成によれば、図中に矢印で示すように、ラジエータ６０”の上方の空間から空気を吸い込んで、その周囲に空気を噴き出すようにすることが出来る。このように、機器の筐体内に残されたスペースを有効に利用して、送風を行なうためのファンやその回転駆動のためのモータの配置をも含めて、自在に設定することが可能となる。
【００２７】
なお、上記に説明した機器の筐体内に配置されたラジエータ６０、６０’、６０”は、その一対のヘッダ６２、６２が上下に位置する例だけが示されているが、しかしながら、これにのみ限定されることなく、例えば、これを左右に位置するように配置することが出来ることは特に言及するでもなかろう。そして、このように、その外形形状を自在に変更することが可能な構造に加えて、その放熱部を形成する金属細管６１は、その周囲にフィン等を取り付けない構造であること、更には、その外周が筒状に湾曲していることから、その周囲に塵などが付着し難くなる。即ち、長期の連続的な使用によっても、放熱部への塵の付着が少なく、そのため、冷却風の通路に目詰まりが生じ難く、そのため、かかる塵の付着等に起因する冷却能力の低下が生じ難い。なお、かかる特徴は、特に、比較的長期間に渡って連続的に運転されることとなるサーバ等において、そのメンテナンスの観点からは有利であろう。
【００２８】
加えて、上記ラジエータ６０、６０’、６０”を構成する多数の金属細管６１は、ヘッダ６２（より具体的には、その板状部材６２１）の表面上において、例えば、添付の図８（ａ）及び（ｂ）にも示すように、碁盤の目状に、又は、千鳥状に配列することが出来る。更には、その他にも、その取付け位置が一対のヘッダ６２、６２の間で一致しているのであれば、これらをランダムに配置することも可能である。従って、ファンによる冷却風の流動特性を考慮した最適なピン配置ができ、ラジエータの性能を損なうことなく小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明になる冷却システムの特徴をなすラジエータ部の詳細構造を示すための展開斜視図である。
【図２】本発明になる冷却システムを搭載した、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータの内部における、各部の配置の一例を示す一部展開斜視図である。
【図３】上記に示した電子装置における電子回路部の、特に、その冷却システムの全体構成を示すための斜視図である。
【図４】上記ラジエータを製造する工程の詳細の一例を示すための説明図である。
【図５】上記ラジエータの製造工程における変形例として、その両端に鍔部を形成した金属細管の一部を拡大して示した断面図である。
【図６】上記ラジエータを、実際の機器において、その筐体内のスペースを利用して配置する際の一形態を示す図である。
【図７】更に、上記ラジエータを、実際の機器において、その筐体内のスペースを利用して配置する際の他の形態を示す図である。
【図８】上記ラジエータにおいて、その多数の金属細管の配列の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
５０…受熱（冷却）ジャケット、
２００…ＣＰＵチップ、
６０…ラジエータ部、
６１…金属細管、
６２、６２…ヘッダ、
６２１…板状部材、
６２２…凹部、
６２３…カバー部材、
６２４…貫通孔、
６２５…冷媒流入口、
６２６…冷媒吐出口、
６４、６６…ファン、
６５、６７…駆動モータ。
【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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【図８】
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