(57)【要約】    【課題】  冷却性能が良好でかつ加工に要する手間や製造コストが少なく、狭い空間への適用が可能な電子機器冷却用液冷ジャケット及びシステムを提供する。    【解決手段】  打ち抜き加工により成形した積層プレートを一枚毎に幅方向に積層させ、結合した。冷却液は積層プレート間に形成された流路を流れ、積層プレート自体が冷却フィンとして働く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品と熱的に接続する受熱部材と、この受熱部材に液体を輸送するポンプと、このポンプによって前駆発熱部品からの熱受けて液体を放熱するラジエタとを備えた液冷システムにおいて、
前記受熱部材は金属薄板の打ち抜き加工により成形された積層プレートからなり、この積層プレートは液体が通流する流路を備え、この流路の内部には複数のフィンを有することを特徴とする液冷システム。
【請求項２】
請求項１記載の液冷システムにおいて、
前記積層プレートは中央部に穴を有する第１の積層プレートと、一方が開放された切り欠きと他方に穴を有する第２の積層プレートとからなり、この第１と第２の積層プレートを交互に積層して液体の流入側の積層群と液体の流出側の積層群とを設けたことを特徴とする液冷システム。
【請求項３】
請求項１記載の液冷システムにおいて、
前記積層プレートは長手方向に複数の穴を有する金属薄板であって、この金属薄板の中心部に対し前記複数の穴が長手方向の一方側に偏移してなり、この金属薄板を上下反転させて順次積層されていることを特徴とする液冷システム。
【請求項４】
請求項１記載の液冷システムにおいて、
前記積層プレートは１本の蛇行する穴を有する金属薄板であって、この金属薄板の中心部に対し前記穴が一方側に偏移してなり、この金属薄板を上下反転させて順次積層されていることを特徴とする液冷システム。
【請求項５】
請求項１記載の液冷システムにおいて、
前記受熱部材は上下２枚の金属板からなり、この上下２枚の金属板の上側金属板は１本の蛇行する溝と、この溝の内部に押出し成形による形成された張り出し部を有してなり、この上側金属板と平板状の下側金属板とをシール部材を介在して固定しことを特徴とする液冷システム。
【請求項６】
発熱部品と熱的に接続する受熱部材と、この受熱部材に液体を輸送するポンプと、このポンプによって前駆発熱部品からの熱受けて液体を放熱するラジエタとを備えた液冷システムにおいて、
前記受熱部材は金属薄板の打ち抜き加工により成形された積層プレートからなり、この積層プレートは液体が通流する流路を備え、この流路の内部には複数のフィンを有してなり、この受熱部材に前記ポンプと前記ラジエタを配管で接続したことを特徴とする液冷システム。
【請求項７】
請求項６記載の液冷システムにおいて、
前記ラジエタにはファンが取付けられていることを特徴とする液冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子の冷却システムを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子機器冷却用液冷ジャケットの構造については、例えば特許文献１，２に開示されている。  
この特許文献１，２では、液体側の伝熱性能を向上させるため、冷却流路中に平板状の冷却フィンを設けたり、噴流ノズルを設ける構造が示されている。通常冷却フィンの成形には、切削加工が使用されることが多く、加工に要する手間や製造コストが増大する。
【０００３】
一方、押出加工の様な比較的低コスの加工法では、加工できるフィン高さやフィンピッチに制約が有り、良好な冷却性能を確保ことが困難である。  
また、噴流ノズルを設ける構造では、液冷ジャケットの厚味が増してしまい、狭い空間への適用が困難となる。
【０００４】
特許文献３においては、積層プレートを厚み方向に積層して構成したヒートシンクが示されている。しかしながら、この特許文献３は不良の発生を防止することや、流路内の温度均一性向上に主眼が置かれているので流路内自体での伝熱面積の増大や熱伝達率向上による伝熱促進については言及していない。
【０００５】
特許文献４においては、プレス成形した積層プレートを使用した、ヒートシンクの構造が示されている。しかし、特許文献４においても、流路内自体での伝熱促進については言及していない。
【０００６】
特許文献５においては、流路内自体での伝熱の促進を図るために内部にインナーフィンを挿入した液冷ヒートシンクの構造が示されている。しかしながら特許文献５では、フィン材とフィンベースの接する部分で、フィン材に比べて熱伝導率の大幅に低いろう材が介在するため、この部分でベース面に垂直な方向への熱移動が阻害され、一体物の切削加工に匹敵する低い内部熱抵抗は得られない。
【０００７】
【特許文献１】特開平8−279578号公報（第５頁、第１−５図）
【０００８】
【特許文献２】特開平8−31994号公報（第６−７頁、第１−４図）
【特許文献３】特開平9−102568号公報（第４頁、第１図）
【特許文献４】特開2003−7944号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献５】特開2002−170915号公報（第２−４頁、第１−５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、金属製の薄板を厚み方向に積層して内部を液体の流路とする構造のものは、特許文献３で公知であると言わざるを得ない。  
しかしながら、この特許文献３では、流路内自体での伝熱促進については言及していない。
【００１０】
即ち、特許文献３の発明の目的は“課題”の欄にも記載しているように、積層プレート型ヒートシンク自体の不良品発生を防止することと、搭載機器の信頼性および冷却性能の向上を図ることにある。
【００１１】
そして、特許文献３では、流路板および連通板を両側から挟持する一対の端板を設け、さらに温度が高い流路と温度が低い流路とを対応させた位置に配置して温度の平均化を図ったものである。
【００１２】
このように、特許文献３は冷却性能を向上させると言いつつもヒートシンク自体の伝熱を促進させるものではない。
【００１３】
本発明の目的は、流路内自体での伝熱促進を図った冷却用液冷ジャケット及びシステムを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、発熱部品と熱的に接続する受熱部材と、この受熱部材に液体を輸送するポンプと、このポンプによって前駆発熱部品からの熱受けて液体を放熱するラジエタとを備えた液冷システムにおいて、前記受熱部材は金属薄板の打ち抜き加工により成形された積層プレートからなり、この積層プレートは液体が通流する流路を備え、この流路の内部には複数のフィンを有することにより達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記積層プレートは中央部に穴を有する第１の積層プレートと、一方が開放された切り欠きと他方に穴を有する第２の積層プレートとからなり、この第１と第２の積層プレートを交互に積層して液体の流入側の積層群と液体の流出側の積層群とを設けたことにより達成される。
【００１６】
また、上記目的は、前記積層プレートは長手方向に複数の穴を有する金属薄板であって、この金属薄板の中心部に対し前記複数の穴が長手方向の一方側に偏移してなり、この金属薄板を上下反転させて順次積層されていることにより達成される。
【００１７】
また、上記目的は、前記積層プレートは１本の蛇行する穴を有する金属薄板であって、この金属薄板の中心部に対し前記穴が一方側に偏移してなり、この金属薄板を上下反転させて順次積層されていることにより達成される。
【００１８】
また、上記目的は、前記受熱部材は上下２枚の金属板からなり、この上下２枚の金属板の上側金属板は１本の蛇行する溝と、この溝の内部に押出し成形による形成された張り出し部を有してなり、この上側金属板と平板状の下側金属板とをシール部材を介在して固定しことにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は、発熱部品と熱的に接続する受熱部材と、この受熱部材に液体を輸送するポンプと、このポンプによって前駆発熱部品からの熱受けて液体を放熱するラジエタとを備えた液冷システムにおいて、前記受熱部材は金属薄板の打ち抜き加工により成形された積層プレートからなり、この積層プレートは液体が通流する流路を備え、この流路の内部には複数のフィンを有してなり、この受熱部材に前記ポンプと前記ラジエタを配管で接続したことにより達成される。
を特徴とする液冷システム。
【００２０】
また、上記目的は、前記ラジエタにはファンが取付けられていることにより達成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、流路内自体での伝熱促進を図った冷却用液冷ジャケット及びシステムを備えた電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を順次説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の第１の実施例を図1〜３で説明する。  
図１は、第１の実施例を備えた液冷ジャケットの斜視図及び各部の断面図である。  
図２は、図１の液冷ジャケットを構成する積層プレートの形状を示す正面図である。  
図３は、積層プレートの変形例を説明する図２相当図である。  
図１において、本実施例の液冷ジャケット１００は、銅のように熱伝導性の良い金属の薄板を、打ち抜き加工して成形された積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃ（形状については図２で詳細に説明する）を、一枚毎に厚み方向に積層させて結合したものである。積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃの打ち抜かれた穴の部分に冷却液の流路８が形成される。積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃの左右両端には側端板１５が取り付けられている。また積層された積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃの長手方向の端部には端板１６が取り付けられている。この端板１６が冷却液の流入部６と流出部７が設けられる部分となる。
【００２４】
この液冷ジャケット１００は半導体モジュール５と熱伝導部材４を介して熱的に接続されている。  
積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃを順次積層した後、両側を側端板１５で挟持し、さらに冷却液の流入流出部となる端板１６が積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃの一端に取り付けられて全体をろう付けして液冷ジャケット１００が形成されている。
【００２５】
この液冷ジャケット１００においては、冷却液は積層プレート１ａ、１ｂの間に形成された流路８中を流れるので、積層プレート１ｂが一種の冷却フィンとして機能を有することになる。この構造では、積層プレート１ａ、１ｂの肉厚を薄くする事が極めて容易であるために、大きな伝熱面積を確保できる。  
また、積層プレート１ａ、１ｂは、熱伝導部材４に接する部分まで来ているため、熱伝導率の低いろう材のベース面に垂直な方向への熱移動に対する影響を排除出来る。このため、製作コストのかかる一体物の切削加工に匹敵する低い内部熱抵抗が得られることから、半導体モジュール５に対して極めて良好な冷却性能を得る事が可能である。
【００２６】
液冷ジャケット１００は、基本的には一種類の打ち抜き積層プレート１のみで構成され、切削加工の様に工数を要する工程がないため、製作性や加工に要するコストが従来に比べて大幅に低減できるメリットが有る。また、その伝熱面積の割に液冷ジャケット１００の厚さを薄く保つ事も出来る。
【００２７】
図２において、積層プレート１ａはロ字状に打ち抜かれたものであり、積層プレート１ｂのスペーサとなるため複数ある積層プレート１ｂそれぞれの間に介在される。この積層プレート１ｂは流入部６と対向する部分が切り欠かれており、この切り欠かれた部分が液体の侵入部分となる。切り欠かれた部分の反対部分はロ字状に打ち抜かれている。この打ち抜くかれた部分は液体が左右方向に移動するための通路となる。上述したように、この積層プレート１ｂが冷却液との接触面積が多いため一種の冷却フィンとしての機能を有するこちになる。積層プレート１ｃは積層プレート１ａ、１ｂ群を中央で仕切るものであり、流入部６と対向する積層プレート１ａ、１ｂ群と流出部７と対向する積層プレート１ａ、１ｂ群とに分離することになる。
【００２８】
このような積層プレート１ａ、１ｂ、１ｃによって形成された液冷ジャケット１００の左右両側は側端板１５でシールされる。積層プレート１ｂの切り欠かれた部分が液体の流入部分と流出部分となるため、この切り欠かれた部分を覆うように流入部６と流出部７を取り付けた端板１６が取り付けられる。
【００２９】
図３において、積層プレート１ａ'は液体の流路を上下に区分したものである。積層プレート１ａ"は液体の流路を上下複数に区分するとともに区分したリブを波型にしたものである。  
これにより、流路８内の流れが複雑化し、構造強度の向上や伝熱促進を図る事が出来る。
【実施例２】
【００３０】
図４（ａ）は、第２の実施例を備えた液冷ジャケットの図１相当図である。  
図４（ｂ）は、第２の実施例による積層プレートを積層した場合の液冷ジャケットの断面図である。  
図４（ａ）において、積層プレート１ｅは第１の実施例とは異なり、積層プレート１ｅが奥行き方向に積層されている。しかもこの積層オウレート１ｅは、打ち抜き加工により形成された複数の穴が全体的に一方向に偏移している（図４ａに示した実施例では全体的に左側に偏移させている）。穂実施例では、この積層プレート１ｅを一枚毎に上下を反転させて積層している。  
換言すると、一枚毎に積層プレート１ｅの穴の偏移方向が異なるので、流路８は蛇行することになる。
【００３１】
図４（ｂ）において、積層プレート１ｅの打ち抜かれた複数の穴は積層プレート１ｅの中心軸に対して若干ずれているので、この積層プレート１ｅの次に積層される積層プレート１ｅを上下反転させると図中１ｅ’のようになる。このように反転積層を繰り返していくと多数の張出し部１４からなる流路８が形成される。
【００３２】
本実施例では、積層プレート１ｅ、１ｅ’を積層した後に全体をろう付けすることにより液冷ジャケット１００の本体部を形成し、その後冷却液流入部６と流出部７を取り付ける。ただし、本体部と冷却液流入部６、流出部７を一体でろう付け形成しても良い。
【００３３】
液冷ジャケット１００の下面は柔軟性を有する熱伝導部材４を介して、半導体モジュール５の上面と熱的に接続されている。
【００３４】
このような構成においては、冷却液は積層プレート１ｅ、１ｅ’によって形成された流路８中を流れる。この際、流路８中の多数の張出し部１４が冷却フィンとして機能するとともに、冷却液の流れを複雑化させ、混合を促進させるために、良好な冷却性能を得る事が出来る。
【００３５】
本実施例においても、積層プレート１は熱伝導部材４に接するフィンベースの部分まで来ているため、フィン材に比べて熱伝導率の低いろう材の、ベース面に垂直な方向への熱移動に対する影響を排除出来るため、製作コストのかかる一体物の切削加工に匹敵する低い内部熱抵抗が得られる。
【００３６】
液冷ジャケット１００は、基本的には一種類の打ち抜き積層プレート１のみで構成され、切削加工の様に工数を要する工程がないため、製作性や加工に要するコストが従来に比べて低減できるメリットが有る。また、液冷ジャケット１００の厚さを薄く保つ事が出来る。
【００３７】
図５は、第２の実施例に使用される積層プレートの穴形状を変更した図である。  
図５において、積層プレート１ｆに設けた穴の形状を蛇行状にする事で、液冷ジャケット１００の厚さの割に伝熱面積を大きくすることが可能である。さらに、積層プレート１を反転して積層した際に、流路8内の流れが極めて複雑になるため、非常に高い熱伝達率が得られる。このため、大変良好な液冷ジャケット１００の冷却性能が得られる。
【００３８】
また、積層プレート１の打ち抜き位置を図４のように中心軸より若干偏移させて反転積層させると、流路８はより複雑化して流路８の表面での熱伝達率が高く出来る。
【実施例３】
【００３９】
図６（ａ）は、第３の実施例を備えた液冷ジャケットの断面図である。  
図６（ｂ）は、積層されたプレートの断面図である。  
図６（ａ）において、打ち抜き加工により蛇行状（Ｓ字状）の穴を成形した積層プレート１、１’を一枚毎に反転させて積層している。点線で示したものが反転後の積層プレート１’である。この蛇行状の穴によって冷却液の流路８が形成される。  
積層プレート１の打ち抜き位置は、プレートの中心軸より左右方向に若干ずれており、積層プレート１、１’を交互に反転積層すると、流路８内に多数の張出し部１４が形成される。積層プレート１、１’の上下両端には上端板２と下端板３がある。上端板２には、冷却液の流入部６と流出部７が設けられている。
【００４０】
本実施例では、積層プレート１、１’、上端板２、下端板３を積層した後全体をろう付けすることにより液冷ジャケット１００の本体部を形成し、その後冷却液流入部６と流出部７を取り付ける。ただし、本体部と冷却液流入部６、流出部７を一体でろう付け形成しても良い。
【００４１】
液冷ジャケット１００の下面は柔軟性を有する熱伝導部材４を介して、半導体モジュール５の上面と熱的に接続されている。
【００４２】
このような構成においては、冷却液は上端板２と下端板３との間に形成された流路８中を流れる。この際、流路８中の多数の出張り部１４が冷却フィンとして働くために、厚さの割に放熱面積を大きくとる事が出来、良好な冷却性能を得る事が出来る。液冷ジャケット１００は、基本的には一種類の打ち抜き積層プレート１のみで構成され、切削加工の様に工数を要する工程がないため、製作性や加工に要するコストが従来に比べて低減できるメリットが有る。また、液冷ジャケット１００の厚さを薄く保つ事も出来る。
【実施例４】
【００４３】
図７（ａ）は、第４の実施例を備えた液冷ジャケットの上面図である。  
図７（ｂ）は、第４の実施例を備えた液冷ジャケットの断面図である。  
図７（ａ）において、本実施例は液冷ジャケット１００は２枚のプレートから成るものであり、基本的にはプレス加工により成形された上積層プレート９と平板状の下積層プレート１０から構成されている。上積層プレート９はプレス加工により蛇行状（Ｓ字状）の流路８が押出し成形されており、さらにこの押出し成形部分には複数の窪み部１３が成形されている。
【００４４】
図７（ｂ）において、上積層プレート９と下積層プレート１０とは、ゴムパッキン１２を介在させてネジ１１で固定されている。冷却液流入部６と流出部７は上記流路８と連通するように上積層プレート９に取付けられている。
【００４５】
このように、冷却液は上積層プレート９と下積層プレート１０との間に形成された流路８中を流れる。この際、冷却液は流路８中に設けられた多数の窪み１３により蛇行を繰り返し、その混合が促進される。このように、流路８が薄型偏平であり、かつ多数の窪み１３が設けられているため、良好な熱伝達性能が得られる。
【００４６】
液冷ジャケット１００は、切削加工の様に工数を要する工程がなく、さらにろう付け等の液漏れシール用の加工も不要なため、製作性や加工に要するコストが従来に比べ大幅に低減できるメリットが有る。また、液冷ジャケット１００の厚さを極めて薄く保つ事が出来る。
【実施例５】
【００４７】
図８は、第５の実施例を備えた液冷システムの斜視図である。  
図８において、液冷システム１２０はポンプ５００、ラジエター２００、液冷ジャケット１００及びラジエター冷却用ファン３００、配管４００等により構成されている。この液冷システム１２０には第１〜第４の実施例で説明液冷ジャケットを搭載している。
【００４８】
図９は、図８に示した液冷システムを搭載した電子機器の斜視図である。  
図９において、電子機器筐体１５０内には、この他に多数の電子部品７００やそれらを冷却するためのファン６００が設置されている。本実施例ではラジエター２００及びラジエター冷却用ファン３００を電子機器筐体１５０内の最下流側に設置している。
【００４９】
ところで、このような電子機器の内部には多数の電子部品等が収納されているため液冷システム１２０を設置できるスペースは限られている。従って、液冷システム１２０において特にスペースを占めるラジエター２００の小型化が大きな課題である。  
ただし、特別な場合を除き、通常は冷却システム自体には多大なコストは掛けられない。この課題は単にラジエター２００を高性能化する方向だけでは容易には達成できない。  
すなわち、液冷システム１２０全体の熱バランスから見ると、押出加工のように従来の低コストな製造方法で作った液冷ジャケット１００における熱抵抗は、通常はラジエター２００における熱抵抗よりも大きくなる。
【００５０】
このため、システム全体ではラジエター２００の高性能化がラジエター２００自体の放熱性能の増大には直接的にはつながらず、大幅な小型化にはならない。  
一方、本実施例の液冷ジャケット１００は低コストかつ低熱抵抗であるため、液冷システム１２０全体の熱バランスから見て、ラジエター２００の高性能化の効果が、直接的にラジエター２００自体の放熱性能の増大に影響する。このため、ラジエター２００の大幅な小型化が可能である。
【００５１】
図９の様な筐体１５０内部の構成では、発熱量の高い半導体モジュール５から除熱された排熱は、ラジエター２００より筐体１５０内に放出されるが、出口部に面しているため筐体１５０内に留まる事無くそのまま大気中に出て行く。このため、筐体１５０内の流れが非常にスムーズとなり、極めて良好な冷却性能を確保できる。また、ラジエター冷却用ファン３００が、筐体１５０内全体の排気ファンの役目も果たすので、他の電子部品７００の冷却にも寄与する。
【００５２】
尚、本実施例では、図９に示したようにパーソナルコンピュータの本体に液冷システム１２０を搭載した例を示したが、図８のようにコンパクトな液冷システムであるので、発熱する半導体素子を搭載した機器、例えばプラズマテレビ、ゲーム機或いは液晶プロジェクタなど、その使用範囲は極めて広い。
【００５３】
以上の如く、本発明によれば、積層プレート肉厚を薄くする事が極めて容易であるために、大きな伝熱面積を確保できる。また、ベース面に垂直な方向への熱移動に対する内部熱抵抗が大変低い。これらの効果により、極めて良好な冷却性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施例の電子機器冷却用液冷ジャケットを説明する図である。
【図２】第１の実施例に使用される積層プレートの正面図である。
【図３】第１の実施例に使用される積層プレートの変形例を示す正面図である。
【図４】第２の実施例の電子機器冷却用液冷ジャケットを説明する図である。
【図５】第２の実施例に使用される積層プレートの変形例を示す正面図である。
【図６】第３の実施例の電子機器冷却用液冷ジャケットを説明する図である。
【図７】第４の実施例の電子機器冷却用液冷ジャケットを説明する図である。
【図８】第５の実施例の液冷システムを説明する斜視図である。
【図９】第５の実施例の液冷システムを搭載した電子機器の斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…積層プレート、２…上端板、３…下端板、４…熱伝導部材、５…半導体モジュール、６…冷却液流入部、７…冷却液流出部、８…流路、９…上積層プレート、１０…下積層プレート、１１…固定ネジ、１２…ゴムパッキン、１３…窪み、１４…出張り部、１５…側端板、１６…端板、１００…液冷ジャケット、１２０…液冷システム、１５０…電子機器筐体、２００…ラジエター、３００…ラジエター冷却用ファン、４００…配管、５００…ポンプ、６００…ファン、７００…電子部品。
【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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【図９】
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