(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を冷媒の熱移送によって冷却する電子機器の冷却装置において、
前記発熱体の発生した熱を受熱するベースと、開口部を備え前記ベースの一部を被覆し前記発熱体とは反対側に設けられた押圧部材と、前記冷媒が流れる流路とを有する受熱部と、
前記冷媒によって受熱した熱を放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部の間において前記冷媒を循環させるためのポンプ部とを備え、
前記受熱部の前記流路においては、前記冷媒が前記押圧部材の前記開口部より流入し、前記開口部以外にあって前記押圧部材の周囲から流出することを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項２】
発熱体を冷媒の熱移送によって冷却する電子機器の冷却装置において、
前記発熱体の発生した熱を受熱する板状のベースと、前記ベースの前記発熱体とは反対側の領域にその高さが周囲のベースの高さと略等しくなるよう形成したフィンと、開口部を備え前記フィンの頂部の一部及び前記ベースの一部を被覆した押圧部材と、前記冷媒が流れる流路とを有する受熱部と、
前記冷媒によって受熱した熱を放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部の間において前記冷媒を循環させるためのポンプ部とを備え、
前記受熱部の前記流路においては、前記冷媒が前記押圧部材の前記開口部内の前記フィンの頂部より流入し、前記開口部以外にあって前記押圧部材の周囲の前記フィンの頂部から流出することを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子機器用の冷却装置において、
前記受熱部と前記ポンプ部は、前記押圧部材を介して上下より水密構造となるように接合された一体構造であって、
前記ポンプ部は、前記冷媒を前記ポンプ部内に吸い込む第１の吸入口と、前記冷媒を前記ポンプ部外に吐き出す第１の排出口と、前記冷媒を前記受熱部から吸い込む第２の吸入口と、端面が前記受熱部に対向する向きに配置され前記冷媒を前記受熱部に吐き出す第２の排出口とを備えたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子機器の冷却装置において、
前記ポンプ部内部の冷媒を循環させるためのポンプ室を分割する仕切り部を有し、
前記第１の吸入口と前記第２の排出口は、前記仕切り部により分割された第１の分割部分に設け、
前記第２の吸入口と前記第１の排出口は、前記仕切り部により分割された第２の分割部分に設けたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置において、
前記押圧部材として、前記発熱体の動作を保証する周囲温度の範囲において柔軟性を保持するゲルシートを用いたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【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など内部に半導体集積回路を搭載した電子機器の冷却装置に係わり、半導体集積回路の発熱を効率良く冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器においては、パーソナルコンピュータのＣＰＵに代表されるように高性能な半導体集積回路が搭載されている。この半導体集積回路は、電子機器の高性能化の要求もあって、急速に高速化、高集積化が図られており、それに伴って発熱量も増大している。しかるに、半導体集積回路は、所定の温度以上になると半導体集積回路が所有する性能を維持できないだけでなく、過度の発熱においては破壊されてしまう。よって、電子機器の半導体集積回路は、何らかの手段で冷却される必要を有している。
【０００３】
電子機器の半導体集積回路の一般的な冷却方法は、半導体集積回路にヒートシンクを熱接続し、ヒートシンクにファンによって冷却風を通風して冷却する空冷方式である。ただ、この空冷方式において、発熱体の発熱温度の上昇に対応して冷却性能を上げるには、大形で高速回転のファンを搭載して通風量を増大させることになる。一方で、電子機器は使途の多様化もあって、可搬型の小型機器の開発が急速に進んでいる。すなわち、電子機器における半導体集積回路の冷却装置は、小型で、かつ高性能な冷却装置を要求するものであり、空冷方式の冷却装置では、充分な対応が難しい場合がある。このため、冷媒液の熱移送によって冷却性能を上げる液冷の冷却方式が着目されている。
【０００４】
しかしながらこの液冷方式においては、空冷方式のよりも部品点数が多い為、小型化・低コスト化が課題となっている。
【０００５】
小型化、低コスト化の方法としては、各パーツを一体化する事が考えられる。例えば受熱部とポンプ部を一体化する技術が特許文献１および２に開示されている。このうち特許文献１では、放熱用のフィンを使用しない冷却装置の例が開示されている。特許文献２では、マイクロフィンを有する放熱フィンを使用する冷却装置の例が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４２１９１号公報
【特許文献２】特開２００７−３５９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液冷方式における熱交換器の受熱部材において、小型化、低コスト化を実現するためには、上記のような従来技術においては解決しなければならない技術的課題がある。
【０００８】
特許文献１に開示されている冷却装置は、ケーシングの一部を高熱伝導率の金属材料で構成しており、この部位が発熱体と接触する事で受熱を行う構成としている。しかしながら受熱性能を考えた場合、受熱能力に特化した受熱部構造、例えば緻密なフィン形状を備えた受熱部と比較すると受熱性能の低下が予想される。また、ポンプ自身に発熱体の熱が伝わり易くなり、ポンプの寿命に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００９】
一方、特許文献２に開示されている冷却装置は、受熱部にマイクロフィンを用いている。この場合、フィン間の流路抵抗が高い為にケーシングとの嵌合や接触が不十分であれば、フィン間ではなく嵌合ないし接触する部分の隙間に冷媒が流れ、受熱性能の低下が顕著になる。また、フィンの小型化に伴い発熱体からフィンの頂部までの距離が近くなるため、フィンを介してポンプ部側に発熱体の熱が伝わり易くなるという問題がある。しかし、これらについての具体的解決手段は開示されていない。
【００１０】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、受熱性能が良好で、さらにはポンプ部側に発熱体の熱が伝わりにくい小型の電子機器用冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、発熱体を冷媒の熱移送によって冷却する電子機器の冷却装置であって、発熱体の発生した熱を受熱するベース、開口部を備えベースの一部を被覆し発熱体とは反対側に設けられた押圧部材、冷媒が流れる流路を有する受熱部と、冷媒によって受熱した熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部の間において冷媒を循環させるためのポンプ部とを備え、受熱部の流路においては、冷媒が押圧部材の開口部より流入し、開口部以外にあって押圧部材の周囲から流出することを特徴としている。
【００１２】
また本発明は、発熱体の発生した熱を受熱する板状のベース、ベースの発熱体とは反対側の領域にその高さが周囲のベースの高さと略等しくなるよう形成したフィン、開口部を備えフィンの頂部の一部及びベースの一部を被覆した押圧部材、冷媒が流れる流路を有する受熱部と、冷媒によって受熱した熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部の間において冷媒を循環させるためのポンプ部とを備え、受熱部の流路においては、冷媒が押圧部材の開口部内のフィンの頂部より流入し、開口部以外にあって押圧部材の周囲のフィンの頂部から流出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型化に伴う受熱性能の低下を防止することができる。さらには、ポンプ部側に発熱体の熱が伝わりにくくする効果がある。その結果、小型で性能の良い電子機器用冷却装置を実現でき、小型のパーソナルコンピュータなどの電子機器の性能向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の冷却装置を搭載した電子機器の一例を示す構成図である。
電子機器４０１には、回路基板４０２、電源４１０、ＨＤＤ４１１等を搭載している。この回路基板４０２には半導体素子等の発熱体４０３を有している。
【００１５】
また、この発熱体４０３を冷却する冷却装置４０４は以下の部材で構成されている。受熱部４０５は、発熱体４０３に熱接続させ、内部に通流する冷媒に熱伝達によって吸熱させるものである。放熱部４０８は、冷媒の吸熱した熱をコアチューブ及び放熱フィン等に冷却風を通風して熱伝達により電子機器４０１の外部に放熱するものである。またポンプ部４０６は受熱部４０５と一体となっており、受熱部４０５と放熱部４０８との間で冷媒を循環駆動するものである。タンク４０９は冷却装置４０４の冷媒を貯留し、配管４０７は、ポンプ部４０６と放熱部４０８間で冷媒を循環するように接続している。
【００１６】
ここで、電子機器４０１は、特定の機器を想定するものではなく、また、この実施例では半導体素子を発熱体４０３として説明しているが、半導体素子に限定されるものではなく、ＨＤＤなどの発熱に対する冷却装置４０４であっても良い。また、タンク４０９は独立して配置しているが、放熱部４０８との一体形状になっていても良い。
【００１７】
本発明の冷却装置４０４の受熱部４０５とポンプ部４０６について、以下詳細に説明する。図１は、本発明の冷却装置における受熱部およびポンプ部の一実施例を示す図である。
図１（ａ）はポンプ部側から見た透視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図を示す。図１（ａ）において、フィン２０２の一部が押圧部材２０３の奥側に隠れるため、その部分を破線で示してある。
【００１８】
本実施例におけるポンプ部４０６は渦流式ポンプであり、冷媒を吸い込む第１の吸入口１０１と、冷媒を吐き出す第１の排出口１０２を有し、これらは配管４０７と通じている。更には本発明の特徴である第２の排出口１０４と、第２の吸入口１０５も有しており、これらの開口部は受熱部４０５側に向けて設けられている。また夫々の吸入口と排出口の間には、仕切り１０３および１０６がある。これらの仕切りにより、夫々の吸入口と排出口が機能する。またインペラー１０７は磁化しており、これとコイル１０９および駆動基板１１０により、インペラー１０７が回転し、羽根１０８が冷媒を動かす事により液の流れを生じさせる。ポンプ部４０６内部の冷媒の流れは、第１の吸入口１０１から入った冷媒が第２の排出口１０４に流れ出て、受熱部４０５を経た後、第２の吸入口１０５から再び入り、第１の排出口１０２から出て行く。
【００１９】
次にポンプ部４０６に接合している受熱部４０５について説明する。図２は受熱部４０５のみの斜視図である。２０６と２０８は冷媒をその流れの方向とともに示している。２０７はフィン２０２の中央頂部を示す。またフィン２０２の一部は、押圧部材２０３に隠れ、あるいは受熱部４０５の内部にあるため、その部分を破線で示している。
【００２０】
受熱部４０５は、ベース２０１、フィン２０２、押圧部材２０３で構成されている。フィン２０２の頂部は、ベース２０１の上面と略同じ高さにある。略同じ高さというのは、フィン２０２を加工して作成する際に発生する、フィン２０２の頂部とベース２０１の上面との段差が、押圧部材２０３で吸収できる程度に同じ高さということである。
【００２１】
フィン２０２の底面部２０５はベース２０１よりも薄くなっている。ベース２０１とフィン２０２の上には押圧部材２０３があり、押圧部材２０３には開口部２０４がある。押圧部材２０３はフィン２０２の高さ等の寸法に多少のバラツキがある場合であっても、ポンプ部とフィンの隙間を無くし、フィンへの冷媒の流れを確実にする為のものである。従って押圧部材２０３は、柔軟性があり、かつフィンの熱に耐え得る耐熱性を備えた材質で出来ている。たとえば、広い温度範囲で柔軟性を保つことのできるゲルシートなどを使用すると良い。発熱体４０３が半導体素子であるならば、その動作を保証する周囲温度である、たとえば−２０℃から１００℃の範囲で柔軟性を保てると良い。これにより、前記したフィン２０２の頂部とベース２０１の上面との段差を、必要な温度範囲で押圧部材２０３により吸収することができる。
【００２２】
ここで受熱部４０５の冷媒の流れを説明する。ポンプ部４０６の第２の排出口１０４を出た冷媒２０６は押圧部材の開口部２０４に沿って流れ、フィン２０２の中央頂部２０７に流れ込む。フィン２０２に流れ込んだ冷媒は押圧部材２０３の周囲から湧き出る。湧き出た冷媒２０８は、周囲がＯリング１１１で封止されている為、自ずとポンプ部４０６の第２の吸入口１０５に流れ込む。以上、説明した様に、受熱部の冷媒入出口の位置がフィンの上部ではなく、ベース上部に存在する場合においても、フィン上部から冷媒の入出を行う事が可能となり、小型化に寄与することができる。尚本発明による受熱部においては、第２の排出口１０４の位置が任意であっても容易に対応可能である。例えば図５に示す様に、これまで説明してきた図５（ａ）に示す位置では無く図５（ｂ）の位置に第２の排出口１０４が存在する場合においても、押圧部材２０３の形状をここに示す様に変更する事で対応可能である。
【００２３】
従ってポンプ部にとって無理の無い位置に第２の排出口１０４を配置する事が可能である。また第２の吸入口１０５においても、押圧部材２０３に被らない位置であれば任意で良い。この構成により設計の自由度を増すことができ、必要最小限の大きさでポンプ部と受熱部を一体化できるという効果がある。
【００２４】
また前記したように、ポンプ部とフィンの隙間が無いため、フィン以外の部分を冷媒が流れて、受熱性能が低下する問題を解決できる効果がある。
また前記したとおり、第２の排出口１０４は受熱部４０５側に向いて設けられているため、冷却効果をいっそう向上する効果もある。
【００２５】
尚本実施例では、ベース２０１の厚みが１．５ｍｍ、押圧部材２０３の厚みが０．５ｍｍである。またポンプ４０６の第２の排出口１０４と第２の吸入口１０５は単なる開口形状である為、ポンプ部の厚みは、単品状態から増加しない。従って、ポンプ単体の状態から、受熱部を接合する事による厚み増加は僅か２ｍｍである。
【００２６】
また、従来においては、フィンを介してポンプ部側に発熱体の熱が伝わり易くなるという問題が生じ、特にフィンの近くにポンプ軸１１２がある場合、熱により軸周りの劣化が早まり、ポンプの寿命が短くなるという問題が生じる恐れがあったが、押圧部材２０３は前記したとおり、たとえばゲルシートなど金属に比べ熱伝導率の低い材質で出来ており、さらにはその中央部には開口部２０４を設けている。その開口部２０４内部には冷媒が流れる為、ポンプ部側へ受熱部側の熱が直接伝わる事を避ける作用を有する。このため、ポンプ側に発熱体の熱が伝わる問題を、解決できる効果がある。実際に押圧部材２０３を使用しない場合と比較すると、ポンプ側の温度上昇を３〜６度程度改善することができる。
【００２７】
尚これまで述べてきた実施例では、フィン２０２の形状は板状のものを用いたが、これに限定されるものでは無く、例えばピン形状のフィンが並んだものであっても良い。また、ポンプについても、これまで述べてきた渦流式ポンプに限定されるものでは無く、例えば遠心式ポンプや、歯車式ポンプでも良い。
【００２８】
図３に歯車式ポンプを用いた場合の実施例を示す。ここで３０１は内歯、３０２は外歯を示す。その他、図１の実施例と同様のもので良い構成物には、同じ番号を与えている。図３に示す歯車式ポンプは、内歯３０１と外歯３０２が回転しながら噛み合う事により液を駆動する。このポンプにおいても、先の実施例と同様に、外部と接続する為の第１の吸入口（図示せず）と第１の排出口１０２に加え、受熱部と接続する為の第２の排出口１０４と第２の吸入口１０５を備えている。またフィン２０２の頂部はベース２０１と略同じ高さにあり、押圧部材２０３は、フィン２０２と第２の排出口１０４の間に位置している。これらの構成により先の実施例と同様、マイクロフィンへの冷媒の流れを確実にして受熱性能の低下を防ぎ、フィンの熱がポンプ部に伝わる事を避け、更にはポンプ単品と略同等の大きさで受熱部との接合が可能になるという効果がある。
【００２９】
これまでの説明では図１をはじめ、多数のフィンを短い間隔で設けたものを示したが、これは限定条件ではない。図６と図７を用いて、他の実施例を示す。これらは図１と同じ方法で描いた透視図と断面図である。同様のもので良い構成物には、同じ番号を与えている。
【００３０】
図６はフィン２０２が３個の場合である。この例のように、少数のフィンを長い間隔で設けた場合においても、本発明は適用可能であり、同様の効果を得ることができる。フィンの厚さは図１のものに比較し、厚くすることで放熱効果を大きくすることができる。
【００３１】
図７はフィンを設けない場合である。この例は図１と比較し押圧部材２０３とポンプ側との間に隙間ができ易くなるが、これが問題となる場合は、接着剤の使用などで解決することができる。冷媒は第２の排出口１０４から出て押圧部材の開口部２０４へ流れ込み、特にベースの底面部２０５を冷却したのち、押圧部材２０３の周囲より流れ出て、第２の吸水口１０５よりポンプ部へ吸い込まれる。やはり図１と同様に、本発明を適用でき、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
またここまで冷媒の流れる向きをたとえば図２の場合、矢印２０６と２０８で示したがこれと逆であっても、冷却効果を得ることができる。ポンプ軸１１２をはじめとするポンプ部４０６の温度上昇を低減するためには、たとえば図２に示したようにすると良い。
【００３３】
上記のように、本発明によれば、小型で高性能な受熱部の冷媒入出口の位置を任意に決める事ができる為、受熱部とポンプ部との一体化が容易実現し、またマイクロフィンを備えた受熱部とポンプの一体化する際、受熱性能低下の原因となるマイクロフィンとポンプの隙間を無くす事が容易に可能になり、またマイクロフィンからポンプへ熱が伝わりポンプの寿命が低下する事を避け、更にはポンプサイズと略同等のサイズにて受熱部とポンプを一体化する事ができる為、高性能、小型、低コストの液冷式冷却装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による冷却装置の受熱部とポンプ部の一実施例を示す。（ａ）は透視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本実施例の受熱部を示す斜視図である。
【図３】本発明の他の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の冷却装置を搭載した電子機器の一例を示す構成図である。
【図５】本実施例の受熱部における押圧部材の形状の例を示す透視図である。
【図６】本発明による冷却装置の受熱部とポンプ部の他の一実施例を示す。
【図７】本発明による冷却装置の受熱部とポンプ部の他の一実施例を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１０１・・・第１の吸入口
１０２・・・第１の排出口
１０３・・・仕切り
１０４・・・第２の排出口
１０５・・・第２の吸入口
１０６・・・仕切り
１１１・・・Ｏリング
２０１・・・ベース
２０２・・・フィン
２０３・・・押圧部材
２０４・・・押圧部材の開口部
４０１・・・電子機器
４０２・・・回路基板
４０３・・・発熱体
４０４・・・冷却装置
４０５・・・受熱部
４０６・・・ポンプ部
４０７・・・配管
４０８・・・放熱部
４０９・・・タンク。
【図１】
0005117287.tif 000002
【図２】
0005117287.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005117287.tif 000006
【図６】
0005117287.tif 000007
【図７】
0005117287.tif 000008