(57)【要約】【課題】  従来の冷却ジャケットよりも高い冷却効率を有するとともに冷媒の流路抵抗を低減でき、特に電子部品の熱分布に整合した熱交換効率が得られるように構成することで、より効率的で均一な冷却作用を発揮できる冷却ジャケット構造を提供する。【解決手段】  本発明の冷却ジャケット構造１００は、冷媒を導入する導入口１１１と、冷媒を導出する導出口１１２と、前記導入口と前記導出口の間に形成された冷媒通路とを有する冷却ジャケット構造において、前記冷媒通路は、中心部の周りに渦巻き状に伸びる通路部１００Ｘ，１００Ｙを有することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口と、前記導入口と前記導出口の間に形成された冷媒通路とを有する冷却ジャケット構造において、
前記冷媒通路は、中心部の周りに渦巻き状に伸びる通路部を有することを特徴とする冷却ジャケット構造。
【請求項２】
前記冷媒通路には、共通の前記中心部の周りに複数の前記通路部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ジャケット構造。
【請求項３】
前記導入口は前記中心部において前記通路部の内端に臨み、前記導出口は前記通路部の外端に臨むように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却ジャケット構造。
【請求項４】
前記導入口は一の前記通路部の外端に臨み、前記一の通路部の内端は他の前記通路部の内端に連通し、前記導出口は前記他の通路部の外端に臨むように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却ジャケット構造。
【請求項５】
導入口及び導出口を備えたハウジングと、前記ハウジングの内部に渦巻き状に形成された仕切り壁とを有し、前記仕切り壁によって前記複数の通路部が構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却ジャケット構造。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記仕切り壁に対して軸線方向の一側に構成された第１半部と、前記仕切り壁に対して軸線方向の他側に構成された第２半部とを有し、前記第１半部と前記仕切り壁とが型成型によって一体に構成され、これに前記第２半部が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の冷却ジャケット構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却ジャケット構造に係り、特に、電子部品を冷却する場合に好適で、小型化可能な冷却ジャケット構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＰＵやパワートランジスタなどの発熱量の大きい電子部品を冷却する方法としては、これらの電子部品を、フィンなどを備えた放熱体に熱接触させ、ファンなどで放熱体を冷却する空冷方法が一般的であったが、近年、電子部品の高集積化などに起因して発熱量が増大しつつあることから、冷媒（水冷）方式が採用されてきている。
【０００３】
この冷媒方式では、内部に冷媒通路を形成してなる冷却ジャケットを電子部品に熱接触させ、放熱部（ラジエター）を通過することなどによって冷却された冷媒を冷媒通路に供給することにより、安定した冷却作用が得られるようにしている（例えば、以下の特許文献１参照）。
【０００４】
また、水冷ジャケットの構造及び製造方法としては、ジャケット本体の表面に溝加工を施した後、ジャケット本体の表面に蓋体を取り付けることにより、ジャケット本体の表面に形成された溝によって流路が構成されてなる水冷ジャケットが知られている（例えば、以下の特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４０７２７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の冷却ジャケット構造においては、流路面積を確保するために流路が直線と直線を接続した形状を有するため、流路途中に角部が形成されることにより、冷媒の流れが層流になりやすいことから、流路の壁面に近い周縁部分と中央部分とで冷媒の流速が大きく異なることとなったり、流路内に冷媒の滞留領域が形成されたりするため、充分な冷却効率を得ることが難しいという問題点がある。特に、携帯型電子機器などに内蔵される冷却ジャケットの場合には小型化と冷却能力との両立を図る必要があるが、上記のような状況では冷却効率を高めることができないため、冷却ジャケットを小型化すると冷却能力が急速に低下することになる。
【０００６】
また、上記のように角部を有する流路形状では流路抵抗が高くなるため、冷媒ポンプの駆動負荷が増大することにより、冷却システムの全体の小型化が困難になるという問題点もある。
【０００７】
さらに、電子部品では、通常、部品中心部の温度が最も高く、周辺に近づくに従って徐々に温度が低下していくが、上記従来例のような蛇行状の流路を有する冷却ジャケットでは、冷媒の導入口では温度が低いが、冷媒の導出口では温度が高くなるので、その熱交換分布が電子部品の熱環境に整合していないことから、全体として冷却効率が悪くなり、電子部品を均一に冷却することができないという問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、従来の冷却ジャケットよりも高い冷却効率を有するとともに冷媒の流路抵抗を低減できる冷却ジャケット構造を提供することにある。特に電子部品の熱分布に整合した熱交換効率が得られるように構成することで、より効率的で均一な冷却作用を発揮できる冷却ジャケット構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、本発明の冷却ジャケット構造は、冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口と、前記導入口と前記導出口の間に形成された冷媒通路とを有する冷却ジャケット構造において、前記冷媒通路は、中心部の周りに渦巻き状に伸びる通路部を有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、冷媒通路が渦巻き状に伸びる通路部を有することにより、この通路部には角部が構成されないので、冷媒の流速のばらつきや冷媒の滞留を低減することができるため、冷却ジャケットを大型化しなくても、冷却効率を高めることができる。また、流路抵抗を低減できるので、ポンプの駆動負荷を軽減することもでき、冷却システム全体の小型化を図ることが可能になる。
【００１１】
本発明において、前記冷媒通路には、共通の前記中心部の周りに複数（例えば複数条）の前記通路部が形成されていることが好ましい。これにより、複数の通路部をコンパクトにまとめることができるため、冷却ジャケットの小型化と冷却能力の向上とを両立できる。この場合、複数の通路部を並列に接続してもよく、また、相互に直列に接続してもよい。さらに、通路部間を並列に接続してなる構成と、通路部間を直列に接続してなる構成とが併用されていても構わない。
【００１２】
本発明において、前記導入口は前記中心部において前記通路部の内端に臨み、前記導出口は前記通路部の外端に臨むように構成されていることが好ましい。これによれば、渦巻き状の通路部の内端に冷媒が導入され、外周に流れていき、やがて通路部の外端から冷媒が導出されるので、中心部において冷媒温度が低く、外周に近づくほど冷媒温度が上昇するように構成することができる。したがって、電子部品、特にＣＰＵやパワートランジスタ（大電流素子）のような発熱量の大きな電子部品の温度分布に整合した熱交換分布を得ることができるため、電子部品をより効率的に、かつ、より均一な温度分布となるように冷却することができる。
【００１３】
また、共通の中心部の周りに複数（複数条）の通路部が構成されている場合には、上記構成において前記導入口が中心部において複数の通路部の内端に臨み、前記導出口が外周部において複数の通路部の外端に臨むように構成される。これによって、複数の通路部が並列に構成されることになるので、冷却ジャケットの熱交換分布には影響を与えることなく、また、冷却効率を低下させることもなく、冷却能力を増大させることができる。また、この場合でも上記と同様に冷却ジャケットをコンパクトに構成することができる。
【００１４】
なお、上記のように導入口が中心部において通路部の内端に臨む場合には、冷却ジャケットの表面に沿って中央部の導入口から外周部に伸びる導入通路を設け、この導入通路の外端に冷媒の入り口を設けることによって、導入口が中心部に配置されているにも拘らず、冷媒供給管をハウジングの外周部に接続できるため、渦巻き状の通路部の内端から導入口を通して冷媒を供給できる状態を変更せずに、冷却ジャケット構造に接続される周辺部分（導入管や導出管のコネクタ部など）をも含めた構成部分の薄型化を図ることができる。この場合にはさらに、導入通路の入り口をハウジングの外周側面に設けることが好ましい。また、この場合に導出口もまたハウジングの外周側面に設けることが望ましい。これによって冷媒供給管や冷媒回収管の接続方向もハウジングの主面内に沿った方向とすることができるため、全体的にさらに薄型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、前記導入口は一の前記通路部の外端に臨み、前記一の通路部の内端は他の前記通路部の内端に連通し、前記導出口は前記他の通路部の外端に臨むように構成されていることが好ましい。この場合には、一の通路部と他の通路部が直列に接続されていることになる。このように構成することにより、導入口と導出口を共に冷却ジャケットの外周部に配置することができるため、冷却ジャケット構造に接続される周辺部分（導入管や導出管のコネクタ部など）をも含めた構成部分の薄型化を図ることができる。
【００１６】
本発明において、導入口及び導出口を備えたハウジングと、前記ハウジングの内部に渦巻き状に形成された仕切り壁とを有し、前記仕切り壁によって前記複数の通路部が構成されていることが好ましい。これによれば、ハウジングと仕切り壁とからなる簡単な構造で構成できるので、小型化が容易になるとともに、製造コストも低減できる。
【００１７】
本発明において、前記ハウジングは、前記仕切り壁に対してその渦巻き形状の軸線方向の一側に構成された第１半部と、前記仕切り壁に対してその渦巻き形状の軸線方向の他側に構成された第２半部とを有し、前記第１半部と前記仕切り壁とが型成型によって一体に構成され、これに前記第２半部が接続されていることが好ましい。これによれば、本発明の冷却ジャケット構造は、第１半部と仕切り壁とが型成型によって一体に構成され、これに第２半部が接続されて成るので、接合作業を軽減することができるため、製造コストを低減できる。また、一体に型成型されていることにより第１半部と仕切り壁との間の熱伝導性を高めることができるとともに当該熱伝導性を安定確実に確保できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、冷媒の流速差や滞留を低減できることにより冷却効率を向上させることができる。また、流路抵抗を低減できることにより、ポンプの駆動負荷を軽減できる。さらに、電子部品の温度分布に整合した熱交換分布を実現できるので、電子部品をより効率的に、より均一な温度分布となるように冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図示例と共に説明する。図１は本発明に係る第１実施形態の冷却ジャケット１００を一部切り開いた状態で示す概略斜視図、図２は第１実施形態の概略側面図、図３は図２のIII−III線に沿った断面を示す概略横断面図である。
【００２０】
冷却ジャケット１００は、ハウジング１１０と、このハウジング１１０の内部を仕切るように形成された仕切部１３０とを備えている。ハウジング１１０は、その底面部を構成する第１半部１１０Ａと、この第１半部１１０Ａに対して上から重ねられるように接続される第２半部１１０Ｂとによって容器状に構成されている。このハウジング１１０は、第１半部１１０Ａ及び第２半部１１０Ｂがそれぞれ皿状に形成されていることにより、全体として扁平形状に構成される。ハウジング１１０の上壁部、すなわち第２半部１１０Ｂには、ハウジング１１０内の中央部に臨む導入口１１１が設けられるとともに、ハウジング１１０内の外周部に臨む導出口１１２が設けられている。
【００２１】
仕切部１３０は、中央部の周囲に渦巻き（ヘリカル）状に伸びるように構成されている。仕切部１３０の下縁はハウジング１１０の内底面（第１半部１１０Ａの内面）に接続され、仕切部１３０の上縁はハウジング１１０の天井面（第２半部１１０Ｂの内面）に接続されている。この仕切部１３０によってハウジング１１０の内部には中心部から外周部に向けて渦巻き状に伸びる通路部１００Ｘ，１００Ｙが構成されている。
【００２２】
より具体的には、仕切部１３０は、それぞれが共通の中央部の周囲に渦巻き状に伸びる複数の仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙを有し、これらの仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙが複数条の渦巻きを形成している。図示例では、中央部から２条の仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙが外周部に向けて渦巻き状に伸びている。これによって、ハウジング１１０の内部には、上記中央部から上記外周部に向けて複数条（図示例では２条）の通路部１００Ｘ，１００Ｙが構成される。通路部１００Ｘ、１００Ｙの内端１００Ｘａ，１００Ｙａには中央部において上記導入口１１１が臨み、通路部１００Ｘ，１００Ｙの外端１００Ｘｂ，１００Ｙｂには外周部において上記導出口１１２が臨むように構成される。
【００２３】
上記仕切部１３０は全体として円盤状に構成され、ハウジング１１０もまた仕切部１３０の外周形状に対応してほぼ円盤状に構成されている。ただし、ハウジング１１０の外周部の一部は外周側に突出し、その突出した部分に上記導出口１１２が形成されている。
【００２４】
本実施形態では、水や各種のクーラントなどで構成される冷媒を導入口１１１から導入し、導出口１１２から導出するように構成することによって、ハウジング１１０の外底面（第１半部１１０Ａの底面）から熱を吸収することができるようになっている。例えば、ＣＰＵやパワートランジスタなどの電子部品若しくはこの電子部品に接続したヒートシンクを上記ハウジング１１０の外底面に接触させることによって効率的に冷却を行うことができる。
【００２５】
冷媒は、図１及び図２に示す継手１２１などを用いて導入口１１１に接続された冷媒供給管（図示せず）を介してハウジング１１０内に導入され、上記通路部１００Ｘ，１００Ｙを通過した後、図１及び図２に示す継手１２２などを用いて導出口１１２に接続された冷媒回収管（図示せず）を介して排出される。このとき、冷媒は渦巻き状に形成された通路部１００Ｘ，１００Ｙをスムーズに通過することにより、通路部１００Ｘ，１００Ｙ内における仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙに近い部分と、仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙから離れた通路部１００Ｘ，１００Ｙの中央部分とで、冷媒の流速がほとんど変わらないため、ハウジング１１０と冷媒との熱交換効率が向上し、全体として冷却ジャケット１００の冷却効率を高めることができる。
【００２６】
また、上記の通路部１００Ｘ，１００Ｙの渦巻き形状によって流路抵抗も低減できるため、上記冷媒供給管又は冷媒回収管などに接続されたポンプ（図示せず）の駆動負荷を低減することができる。したがって、ポンプの小型化も容易になるため、冷却システム全体の小型化、コンパクト化、消費エネルギーの低減などを図ることが可能になる。
【００２７】
さらに、渦巻き状の通路部１００Ｘ，１００Ｙは、小さな容積内に充分な長さで収容することができるため、冷却能力を犠牲にすることなく、冷却ジャケットをコンパクトに構成できる。特に、上記のように複数条の渦巻き形状となるように通路部を構成することによってスペース効率が向上し、さらなるコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、冷媒はハウジング１１０の中央部に導入され、上記通路部１００Ｘ，１００Ｙを通過しながら徐々にハウジング１１０の外周部に向けて移動していくので、ハウジング１１０の中央部の温度は低く、外周部の温度は高くなる。したがって、通常、中心部分の温度は高く、周縁部分の温度は低くなる電子部品の温度分布に対して、電子部品の中心部分では高い熱交換効率を示し、電子部品の周縁部分では低い熱交換効率を示すこととなることから、すなわち、電子部品の温度分布に対して冷却ジャケット１００の熱交換効率が整合していることから、電子部品をより効率的に冷却することができるとともに、より均一な温度分布となるように冷却することができる。
【００２９】
本実施形態では、ハウジング１１０及び仕切部１３０がアルミニウム合金などの熱伝導性の良好な素材で構成される。また、第１半部１１０Ａと仕切部１３０とは型成型（例えば射出成型）により一体に構成され、これに対して、別に形成された第２半部１１０Ｂを接続することによって冷却ジャケット１００が製造される。特に、比較的複雑な構造を有する仕切部１３０を第１半部１１０Ａと一体に成型することには、製造工程を簡略化し、製造コストを低減する上で大きな効果がある。特に、本実施形態の仕切部１３０は、第１半部１１０Ａの底壁面に対してほぼ垂直に立設された仕切り壁１３０Ｘ，１３０Ｙによって構成されるので、容易に型成型を行うことができる点で好都合である。なお、上記実施形態では第１半部１１０Ａと仕切部１３０とを一体に形成しているが、第２半部１１０Ｂと仕切部１３０とを一体に構成しても構わない。さらに、第１半部１１０Ａと仕切部１３０とが一体に構成されていることにより、第１半部１１０Ａと仕切部１３０との間の熱伝導性を確実に高めることができるという利点がある。すなわち、組立工程における接続状態に影響されることなく、安定した熱伝導性を高いレベルで実現できる。
【００３０】
上述のように一体に構成された第１半部１１０Ａ及び仕切部１３０と、第２半部１１０Ｂとは、接着、溶着、溶接、ネジ止め、締め付け、カシメ、圧入などの種々の接合方法で接続される。また、パッキンなどのシール材を介して第１半部１１０Ａと第２半部１１０Ｂを接続してもよい。ここで、仕切部１３０と第２半部１１０Ｂとの間も接着剤などにより接続することが好ましいが、仕切部１３０の上縁が第２半部１１０Ｂの内面に単に当接している状態であってもよい。
【００３１】
図４は、上記実施形態の一部を異ならしめた変形例の構造を透視状態で示す概略斜視図である。この変形例の冷却ジャケット２００では、上記実施形態とほぼ同様に構成された、ハウジング２１０と、このハウジング２１０の内部に配置された仕切部２３０とを有する。このハウジング２１０は、上記実施形態と同様に第１半部２１０Ａと第２半部２１０Ｂとを有し、第２半部２１０Ｂには中央部において開口する導入口２１１が設けられているが、ハウジング２１０の外周側面に導出口２１２が形成されている点で、ハウジングの上壁部に導出口が形成されている上記実施形態とは異なる。この導出口２１２は第１半部２１０Ａと第２半部２１０Ｂが接続されることによって構成されている。
【００３２】
また、この変形例では、第２半部２１０Ｂの上に導入ケース２１０Ｃが接続されている。この導入ケース２１０Ｃと第２半部２１０Ｂとの間には、ハウジング２１０の中央部において上記導入口２１１と連通し、当該中央部から外周部に向けて伸びる導入通路２００Ｚが構成されている。導入通路２００Ｚは、ハウジング２１０の外周側面に設けられた入り口２１３に連通している。これによって、入り口２１３から導入された冷媒は、導入通路２００Ｚを通して中央部の導入口２１１に導かれ、導入口２１１から仕切部２３０によって構成された上記実施形態と同様の通路部に導入される。その後、冷媒は通路部の渦巻き形状に沿って外周側に徐々に移動して、やがて導出口２１２から排出される。
【００３３】
この変形例においては、入り口２１３及び導出口２１２が共にハウジング２１０の外周側面に開口しているので、冷媒供給管や冷媒回収管をハウジング２１０の主面に沿った方向（ハウジング２１０の底面若しくは上面に沿った方向）に接続することができることから、冷却ジャケット２００及びその周辺部分をハウジング２１０の厚さ範囲内にほぼ全て収めることが可能になるため、冷却システムをより薄く構成することができる。
【００３４】
この変形例においても、図５に示すように第１半部２１０Ａと仕切部２３０とが一体に型成型によって構成されている。したがって、このように一体に形成された第１半部２１０Ａ及び仕切部２３０に対して、上記の第２半部２１０Ｂ及び導入ケース２１０Ｃを上記実施形態と同様に接続するだけで、簡単に組み立てることができる。また、上記実施形態と同様に、第１半部２１０Ａと仕切部２３０との間の熱伝導性を確実に高めることができると言う利点もある。
【００３５】
図６は、さらに異なる変形例の冷却ジャケット３００の構造を透視状態で示す概略斜視図である。この変形例では、ハウジング３１０の外周側面に導入口３１１及び導出口３１２が設けられ、その内部に通路部３３０Ｘ，３３０Ｙが形成されている。この通路部３３０Ｘ，３３０Ｙは、上記実施形態と同様に、ハウジング３１０の共通の中央部Ｏの周囲に渦巻き状に形成されている。通路部３３０Ｘ，３３０Ｙは、上述の仕切り壁によって構成されていてもよく、また、ハウジング３１０の内部を貫通するように構成されていてもよく、或いは、ハウジング３１０の内部において別途配置されたパイプによって構成されていてもよい。いずれの場合であっても、通路部３３０Ｘ，３３０Ｙとハウジング３１０の外面との間の熱伝導性は良好となるように構成される必要がある。
【００３６】
この変形例では、上記導入口３１１が一方の通路部３３０Ｘの外端に臨み、この通路部３３０Ｘの内端が中央部Ｏにおいて他方の通路部３３０Ｙの内端に接続され、この他方の通路部３３０Ｙの外端に上記導出口３１２が臨むように構成されている。すなわち、この変形例では、上記実施形態や図４及び図５に示す変形例のように複数の通路部が並列に構成されているのではなく、通路部３３０Ｘと通路部３３０Ｙとが直列に接続されている。このようにしても、通路部３３０Ｘ，３３０Ｙが滑らかに伸びているため、冷却効率を向上させることができるとともに、充分な長さの通路部をコンパクトに構成することができる。
【００３７】
以上説明した実施形態及び変形例は本発明を適用した場合に構成され得る数多くの構成例の一部に過ぎず、本発明は、その技術的範囲に含まれる他の種々の構成例を広く包含するものである。例えば、上記実施形態や変形例はいずれも独立した冷却ジャケットとして構成された例を示すが、本発明の冷却ジャケット構造は、冷却ジャケット部分がヒートシンクと一体化されたもの、冷却ジャケット部分が電子部品などの冷却対象と一体化されたものなどの種々の態様の冷却ジャケット構造を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の一部を切り欠いた状態を示す概略斜視図。
【図２】実施形態の側面図。
【図３】実施形態の（図２のIII−III線に沿って切断した状態を示す）横断面図。
【図４】変形例を内部透視状態で示す概略斜視図。
【図５】変形例の第１半部の形状を示す概略斜視図。
【図６】異なる変形例を内部透視状態で示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１００…冷却ジャケット、１００Ｘ，１００Ｙ…通路部、１００Ｘａ，１００Ｙａ…内端、１００Ｘｂ，１００Ｙｂ…外端、１１０…ハウジング、１１１…導入口、１１２…導出口、１３０…仕切部、１３０Ｘ，１３０Ｙ…仕切り壁
【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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