(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作することによって発熱する電子素子と、その電子素子から離れて配置された放熱部材とをヒートパイプによって連結した電子素子の冷却構造において、
前記ヒートパイプが、該ヒートパイプよりも剛性の高い支持部材の上面部に形成された取り付け溝に添って埋め込まれるとともに、その支持部材の一端部に前記電子素子を密着状態に取り付ける台座部が該支持部材と一体に形成され、更にその支持部材の他端部に前記放熱部材が熱授受可能に取り付けられ、前記台座部における電子素子の取り付けられている面に対向する面と前記放熱部材とがシャーシに接触されていることを特徴とする電子素子の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの電子素子を冷却して、その過熱を防止するための冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、ＣＰＵなどの電子素子の高速化、大容量化によってその発熱量が多くなってきており、それに伴って温度上昇による誤動作や破損などを回避するために、より効果的に放熱・冷却することが求められるようになってきている。そこで従来、電子素子用冷却器の一例として、電子素子に金属製の受熱ブロックを取り付けるとともに、この受熱ブロックに対してヒートパイプの一端部を配設し、ベースプレートに多数枚の平板状フィンを立設させた構成のヒートシンクをヒートパイプの他端部に取り付け、更にこのヒートシンクに対して空気流を供給するファンを備えた構造がある。
【０００３】
この冷却器によれば、電子素子の熱が熱輸送能力に優れるヒートパイプによってヒートシンクまで運ばれた後、更に空気流によって電子素子から離れた箇所に送られるから、電子素子の昇温を抑制することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで電子素子を搭載しているコンピュータやサーバーなどは、可及的に小型であることが求められており、それに伴って電子素子用冷却器のコンパクト化も図られている。そのため上記従来の冷却器では、ヒートパイプとして可及的に小径のものが採用されている。またヒートパイプのコンテナ材料としては、加工性と熱伝導性およびコスト等の観点から、銅あるいはアルミニウムなどの金属が実用されることが多く、このように上記従来の冷却器では、径が細いうえに比較的軟質な金属からなる管材の両端部に受熱ブロックおよびヒートシンクを取り付けた構造であるから、必ずしも充分な剛性が得られないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、電子素子に対する冷却能力に優れ、かつ剛性の高い構造を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、この発明は、動作することによって発熱する電子素子と、その電子素子から離れて配置された放熱部材とをヒートパイプによって連結した電子素子の冷却構造において、前記ヒートパイプが、該ヒートパイプよりも剛性の高い支持部材の上面部に形成された取り付け溝に添って埋め込まれるとともに、その支持部材の一端部に前記電子素子を密着状態に取り付ける台座部が該支持部材と一体に形成され、更にその支持部材の他端部に前記放熱部材が熱授受可能に取り付けられ、前記台座部における電子素子の取り付けられている面に対向する面と前記放熱部材とがシャーシに接触されていることを特徴とするものである。
【０００７】
したがってこの発明によれば、ヒートパイプの両方の端部に放熱部材と電子素子とが実質的に設けられているものの、ヒートパイプがその全長に亘って支持部材によってサポートされているうえに、台座部が支持部材と一体に形成されているから、構造全体としての剛性が高い。
【０００８】
またこの発明によれば、電子素子から発した熱は、台座部においてヒートパイプの一端部に対して伝達され、これによりヒートパイプの両端部において温度差が生じ、そのヒートパイプ動作が開始する。すなわちコンテナ内部に封入してある作動流体が蒸発し、その蒸気が内部圧力および温度の低い他端部に向けて流動するとともに、その端部の外周側の支持部材に放熱して凝縮する。その熱は、更に放熱部材に伝達され、そこから外部に向けて放散される。その結果、電子素子が冷却される。
【０００９】
なお支持部材の材料として、例えば熱伝導性に優れる銅またはアルミニウム等の金属を採用すれば、台座部に与えられた電子素子の熱が支持部材を介して放熱部材に対して良好に供給されるから、この点でも冷却能力の向上を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を、パソコンに適用した具体例に基づいて説明する。図１において符号１は、アルミニウムもしくはその合金などの金属からなる支持部材を示している。この支持部材１は、後述のヒートパイプ２の太さよりも僅かに大きい矩形断面を成す平板体であり、この具体例では図１に示すようにＬ字型に湾曲されている。
【００１１】
支持部材１の図１での右端部には、電子素子３を取り付けるための台座部５が形成されている。この台座部５は、支持部材１の幅方向での左右両側に突出した矩形状あるいは方形状の平板体であり、その厚さが支持部材１の厚さと等しい設定となっている。なおこの台座部５は、例えばダイカスト鋳造によって支持部材１と一体に形成される。
【００１２】
この台座部５の上面部には、ＣＰＵなどの電子素子３が取り付けられている。より詳細には、平板状を成す電子素子３の上面箇所には、その左右に突き出したフランジ部４が形成されており、このフランジ部４を図１での上方から貫通するビス（図示せず）を台座部５に締結させることによって、電子素子３が台座部５に対して密着状態に組み付けられている。
【００１３】
一方、支持部材１および台座部５のうち図１での上面部には、取り付け溝６が支持部材１の長さ方向に向けた姿勢で形成されている。この取り付け溝６は、開口端の幅と内部の幅とが等しい矩形の断面形状を成しており、その全長に亘って一定の深さとなっている。そして取り付け溝６の内部には、一例として楕円形断面あるいは扁平断面のヒートパイプ２が添わされた状態で取り付けられている。
【００１４】
このヒートパイプ２における支持部材１の板厚方向での厚さは、取り付け溝６の深さと等しい設定となっていて、したがってヒートパイプ２のうち取り付け溝６から図１での上方側に露出した部分が支持部材１ならびに台座部５の表面とそれぞれ面一となっている。つまりヒートパイプ２において台座部５に配設された部分が、電子素子３の図１での下面部に密着している。換言すれば、電子素子３は、台座部５およびヒートパイプ２とそれぞれ密着した状態で固定されている。
【００１５】
なおヒートパイプ２と取り付け溝６との固定手段としては、熱伝導性の高いエポキシ系接着剤を用いた接着、あるいはヒートパイプ２のコンテナを機能に支障ない程度に変形させて溝部に圧入させることなどが挙げられる。そしてこれらのいずれの手段によっても、ヒートパイプ２がその全長に亘って支持部材１に組み付けられるから、高い固定強度が得れるばかりか、ヒートパイプ２と支持部材１との間での熱伝達が良好になる。
【００１６】
周知の通り、ヒートパイプ２は、両端部を気密状態に密閉したパイプの内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、更に必要に応じて毛細管圧力を生じさせるウィックを内部に設けた熱伝導装置である。
【００１７】
これに対して、支持部材１の他端部には、この発明の放熱部材に相当するヒートシンク７が設けられている。より具体的には、支持部材１における端部のうち図２での下面部、つまりヒートパイプ２が取り付けられた面の反対面には、多数枚の平板状フィン８が互いに平行にかつ支持部材１の幅方向に向けた姿勢で取り付けられている。つまりこの具体例では、支持部材１が平板状フィン８を取り付けるためのいわゆるベースプレートを兼ねた構造となっており、支持部材１と各平板状フィン８とによってヒートシンク７が構成されている。
【００１８】
この両者の取り付け手段としては、支持部材１および台座部５をダイカスト鋳造によって形成する際に、圧延材からなる各平板状フィン８の一縁部を支持部材１の材料である溶湯によって鋳込んで一体化する手段が採用されている。この手段によれば、各平板状フィン８を薄くかつ高いものとできるうえに、互いのピッチを狭く設定することが可能となり、平板状フィン８全体の熱交換面積が大きくなるから、ヒートシンク７としての放熱効率を良好にすることができる。また隙間ならびに介在物のない状態に両者が組み付けられるから、支持部材１と平板状フィン８との間での熱抵抗を小さくすることができる。
【００１９】
上記のように台座部５を備えた支持部材１とその支持部材１に対して組み付けられたヒートパイプ２とヒートシンク７とによって１個の冷却ユニット９が形成されており、この冷却ユニット９は、パソコンケース１０の底部に備えられたシャーシ１１に載せた状態でパソコンケース１０に収容されている。更に具体的には、台座部５のうち電子素子３を取り付けていない面（下面）とヒートシンク７とをシャーシ１１に接触させた姿勢で適宜手段によってパソコンケース１０に固定されている。なお支持部材１のうちヒートシンク７を備えた端部が、台座部５よりも高い位置に配置されている。
【００２０】
更に冷却ユニット９におけるヒートシンク７の近傍には、マイクロファン１２が設置されている。すなわちマイクロファン１２は、パソコンケース１０の側壁面の近傍に設置されていて、適宜の手段によってシャーシ１１あるいはパソコンケース１０に対して固定されている。このマイクロファン１２としては、回転駆動するブレード１３をハウジング１４の内部に備えた構成の軸流ファンが採用されており、ハウジング１４における吸込部１５をヒートシンク７における平板状フィン８と直交させた姿勢で取り付けられている。
【００２１】
これに対して、ハウジング１４における吐出部１６は、パソコンケース１０に備えられた排気口（図示せず）に向けられている。したがってマイクロファン１２を駆動させた場合、パソコンケース１０の内部の空気が、ヒートシンク７の各平板状フィン８同士の間を通過してハウジング１４の内側に入り込むとともに、パソコンケース１０の外部に送り出される構成となっている。
【００２２】
したがって上記の構造では、電子素子３が動作することにより生じた熱は、ヒートパイプ２のうち台座部５に配設された端部に伝達され、それに伴ってヒートパイプ２における両端部に温度差が生じるので、ヒートパイプ２が動作が開始される。すなわち内部に封入してある作動流体が蒸発し、その蒸気が温度の低い他端部に流動して取り付け溝６の内面に放熱する。その熱は、支持部材１の端部から各平板状フィン８に伝達される。
【００２３】
なお放熱して凝縮した作動流体は、ヒートパイプ２のうち台座部５に配設された端部に向けて流下し、電子素子３の熱によって再度蒸発する。つまりヒートパイプ２のうちヒートシンク７側に配設された端部が、電子素子３に配設された端部に対して高くなっているから、動作態様としてはボトムヒートモードとなる。更にヒートシンク７の保有する熱は、各平板状フィン８同士の間を流れる空気流に伝達され、その高温の空気流は、パソコンケース１０の外部に排出される。つまりヒートシンク７の熱が空気流によってパソコンケース１０の外部に運ばれ、その結果、電子素子３の温度上昇が抑制もしくは防止される。
【００２４】
特に上記の構成では、多数枚の平板状フィン８が支持部材１に対して直接取り付けられているから、ヒートパイプ２とヒートシンク７との間での熱抵抗がきわめて小さい利点があり、また電子素子３の熱の一部が、ヒートパイプ２を介さずにアルミニウム製の支持部材１および台座部５を通じてヒートシンク７に直接供給されるから、全体としての冷却効率に優れている。
【００２５】
更に上記の構造では、電子素子３を取り付ける台座部５が、支持部材１における実質的な端部を平坦に形成したものであるから、電子素子３の取り付け位置が明確化されるうえに、電子素子３を確実かつ強固に固定することが可能になり、しかも従来のような金属ブロックが不要になるために構成部品を少なくしてコストの低廉化を図ることが可能になる。
【００２６】
また上記の構造では、ヒートパイプ２における図１での両側面部および下面部が全長に亘って支持部材１ならびに台座部５によって被覆されていることに加えて、機械的なカシメあるいは接着剤を用いた接着等の手段によらず、支持部材１中に平板状フィン８を鋳込んでヒートシンク７としているから、構造全体として強度あるいは剛性に優れている。なお支持部材１が、充分な剛性を備えているにも拘わらず、ヒートパイプ２とほぼ同じ幅の板状のものであるから、パソコンケースの大型化の要因を未然に排除することができる。
【００２７】
なお上述した具体例では、電子素子やヒートパイプあるいは金属ブロックなどを直接支持部材に取り付けるように構成したが、この発明における「直接」とは、いわゆるサーマルジョイントなどの熱伝達を媒介する充填材を介在させてもよいことも含むのであり、従来一般に行われているこの種の介在物の存在を排除するものではない。またこの発明で対象とする電子素子は、ＣＰＵに限定されないのであって、通電して動作することにより発熱する広く一般の電子部品を含んでいる。
【００２８】
更にこの発明で使用することのできる金属部品は、アルミニウムあるいはその合金に限られないのであり、銅やマグネシウム合金などの他の金属であってもよい。また上記具体例では、支持部材のうち取り付け溝が形成された面の反対面にヒートシンクを備えた構成を例示したが、例えばヒートシンクは取り付け溝を跨いだ状態で支持部材に設けることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、ヒートパイプがそれよりも高剛性の支持部材に添って埋め込まれるとともに、その支持部材の一端部に電子素子用の台座部が一体に形成され、更に支持部材の他端部に放熱部材が熱授受可能に取り付けられていて、支持部材によってヒートパイプがその全長に亘りサポートされているから、構造全体としての剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明をパソコンに適用した具体例を示す概略図である。
【図２】  ヒートパイプと支持部材とヒートシンクとの配置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…支持部材、  ２…ヒートパイプ、  ３…電子素子、  ４…フランジ部、  ５…台座部、  ６…取り付け溝、  ７…ヒートシンク、  ８…平板状フィン、  ９…ユニット、  １０…パソコンケース、  １１…シャーシ、  １２…マイクロファン。
【図１】
0003939868.tif 000002
【図２】
0003939868.tif 000003