(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物を冷却する冷却装置であって、
前記冷却対象物からの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、
前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、
内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路と
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記第１の供給路が逆円錐状であることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記各第１の供給路の側部から該各第１の供給路に前記作動液をそれぞれ供給する複数の第２の供給路と、
前記蒸発領域との間で、前記各第１の供給路及び前記各第２の供給路を挟み込むように配置され、前記冷却対象物と近接して該冷却対象物を冷却する冷却領域とをさらに具備する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記蒸発領域に対して前記各第１の供給路を挟み込むように設けられ、前記各第１の供給路に前記作動液を供給するために該作動液を貯留する貯留領域と、
前記貯留領域の近傍に配置され、前記冷却対象物と近接して該冷却対象物を冷却する冷却領域とをさらに具備する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
中央演算処理部と、
前記中央演算処理部からの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを含み、前記中央演算処理部に近接するように配置された冷却装置と
を具備することを特徴とする電子機器装置。
【請求項６】
フラッシュメモリとドライバとを有するカード型の記憶媒体が着脱可能な電子機器装置であって、
前記記憶媒体が着脱可能なスロットと、
前記フラッシュメモリまたは前記ドライバの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを含み、前記スロットに近接するように配置された冷却装置と
を具備することを特徴とする電子機器装置。
【請求項７】
蒸気が凝縮部により液化されて生成された作動液により冷却対象物を冷却する冷却装置の製造方法であって、
前記凝縮部により生成された前記作動液を前記冷却対象物からの熱により気化させ前記蒸気を生成する蒸発領域を構成する溝を第１の基板に形成する工程と、
前記蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路を構成する複数の孔を、該各孔の内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるようにそれぞれ逆円錐状に第２の基板に形成する工程と、
前記第１の基板及び前記第２の基板を接合する工程と
を具備することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却装置の製造方法であって、
前記第２の基板に前記各孔を形成する工程は、
前記各第１の供給路の上部に相当する複数の第１の孔をそれぞれ逆円錐状に第３の基板に形成する工程と、
前記第３の基板の底面を研磨して前記第１の孔を貫通させる工程と、
前記各第１の供給路の下部に相当する複数の第２の孔をそれぞれ逆円錐状に第４の基板に形成する工程と、
前記第３の基板及び前記第４の基板を接合して前記第２の基板を形成する工程とを有し、
前記冷却装置の製造方法は、さらに、
前記第３の基板及び第４の基板を接合する前に、前記各第１の供給路の側部から該各第１の供給路に前記作動液をそれぞれ供給する複数の第２の供給路を構成する複数の溝を前記第４の基板に形成する工程をさらに具備する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の冷却装置の製造方法であって、
前記第３の基板に前記各第１の孔を形成する工程は、
前記第３の基板の領域に応じて濃度を制御して不純物を注入する工程と、
前記不純物が注入された第３の基板を等方性エッチングによりエッチングする工程とを有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷却装置の製造方法であって、
前記第４の基板に前記各第２の孔を形成する工程は、
前記第４の基板の領域に応じて濃度を制御して不純物を注入する工程と、
前記不純物が注入された第４の基板を等方性エッチングによりエッチングする工程とを有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項１１】
凝縮部により液化された作動液を蒸気とするエバポレータであって、
前記凝縮部により液化された前記作動液を気化させ、前記蒸気を生成する蒸発領域と、
内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路と
を具備することを特徴とするエバポレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータやデジタルカメラ等に搭載される冷却装置、そのような冷却装置を搭載するこれらの電子機器装置、冷却装置の製造方法、及びエバポレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ノートパソコンやデジタルカメラ等の電子機器装置では、中央演算処理部（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、ＣＰＵ）の性能の向上や記憶媒体の容量の増大化等により、ＣＰＵや記憶媒体のドライバが発する熱量は増加の一途を辿り、機器の動作不安定や動作不良の原因になっている。
【０００３】
このような問題を解消するため、より強力な冷却手段が求められており、そのような冷却方法としてヒートパイプを用いた冷却方法が挙げられる
ヒートパイプとは、管の内壁に毛細管構造を持たせた金属製パイプであり、内部は真空で、少量の水若しくは代替フロン等が封入されている。ヒートパイプの一端を熱源に接触させて加熱すると、内部の液体が蒸発して気化し、このとき潜熱（気化熱）として、熱が取り込まれる。そして、低温部へ高速に（ほぼ音速で）移動し、そこで、冷やされてまた液体に戻り、熱を放出する（凝縮潜熱による熱放出）。液体は毛細管構造を通って（もしくは重力によって）元の場所へ戻るので、連続的に効率よく熱を移動させることができる。
【０００４】
ここで、液体を効率良く気化させるために、ヒートパイプには多数の孔から毛細管力により液体を蒸発部に移動して気化させるウイックというデバイスが設けられており、このような構成として、例えば、公知の文献（ＳＰＩＥ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（１９９８  ｐｐ１５４〜１６２）参照）には、液溜まり部、ウイック及び蒸発部からなるエバポレータを用いた冷却装置が開示されている。
【０００５】
この冷却装置では液溜まり部に輸送された作動液が毛細管力により液溜まり部上方に設けられた円筒形状のウイックの孔に流通し、冷却装置上部に位置する冷却対象物から伝わった熱を取り込んで作動液が気化することにより該対象物の冷却を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような冷却装置では、ウイックの孔が円筒形状であるため、作動液である液体が気化して生じた気泡が次第に膨張することによりウイックの孔で気泡が詰まり、ウイックから蒸発領域への作動液の供給がスムーズに行われず、このため冷却性能が十分に発揮されない、という問題がある。
【０００７】
そのため、ウイックや作動液を貯留する液溜まり部（通常ウイックの下部に設けられる。）を相当大きくすることが考えられるが、それでは冷却装置の小型薄型化が困難となり、パーソナルコンピュータ等の電子機器装置には不向きである。
【０００８】
本発明はこのような事情に基づきなされたものであり、小型薄型化を維持しつつ、十分な冷却性能を発揮することができる冷却装置、電子機器装置、冷却装置の製造方法、及びエバポレータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る冷却装置は、冷却対象物を冷却する冷却装置であって、前記冷却対象物からの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、「実質的に大きくなる」とは、例えば第１の供給路が逆円錐状であることをいうが、第１の供給路を流通する過程で気化したときに気泡が膨張してもこの第１の供給路で気泡詰まりすることはなくなるような形態であればその形態は問わない趣旨である。
【００１２】
本発明では、複数の第１の供給路の内径が蒸発領域側に向けて実質的に大きくなるようにされているので、作動液である液体がこの第１の供給路を流通する過程で気化したときに気泡が膨張してもこの第１の供給路で気泡詰まりすることはなくなる。従って、本発明によれば、第１の供給路から蒸発領域への作動液の供給がスムーズに行われ、小型薄型化を維持しつつ、十分な冷却性能が発揮されることになる。
【００１３】
本発明の一の形態に係る冷却装置は、前記各第１の供給路の側部から該各第１の供給路に前記作動液をそれぞれ供給する複数の第２の供給路と、前記蒸発領域との間で、前記各第１の供給路及び前記各第２の供給路を挟み込むように配置され、前記冷却対象物と近接して該冷却対象物を冷却する冷却領域とをさらに具備することを特徴としている。
【００１４】
本発明では、液溜まり部を設ける必要がなく、装置を更に小型薄型化することが可能となる。
【００１５】
本発明の一の形態に係る冷却装置は、前記蒸発領域に対して前記各第１の供給路を挟み込むように設けられ、前記各第１の供給路に前記作動液を供給するために該作動液を貯留する貯留領域と、前記貯留領域の近傍に配置され、前記冷却対象物と近接して該冷却対象物を冷却する冷却領域とをさらに具備することを特徴としている。
【００１６】
本発明では、液溜まり部を従来と比べてより小さくすることが可能となり、装置を更に小型薄型化することが可能となる。
【００１７】
本発明の別の観点に係る電子機器装置は、中央演算処理部と、前記中央演算処理部からの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを含み、前記中央演算処理部に近接するように配置された冷却装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の更に別の観点に係る電子機器装置は、フラッシュメモリとドライバとを有するカード型の記憶媒体が着脱可能な電子機器装置であって、前記記憶媒体が着脱可能なスロットと、前記フラッシュメモリまたは前記ドライバの熱により作動液を気化させ、蒸気を生成する蒸発領域と、前記蒸気を凝縮して作動液を生成する凝縮部と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを含み、前記スロットに近接するように配置された冷却装置とを具備することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、電子機器装置自体の熱による動作不良等を効率良く防止することができる。
【００２０】
本発明のまた別の観点に係る冷却装置の製造方法は、蒸気が凝縮部により液化されて生成された作動液により冷却対象物を冷却する冷却装置の製造方法であって、前記凝縮部により生成された前記作動液を前記冷却対象物からの熱により気化させ前記蒸気を生成する蒸発領域を構成する溝を第１の基板に形成する工程と、前記蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路を構成する複数の孔を、該各孔の内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるようにそれぞれ逆円錐状に第２の基板に形成する工程と、前記第１の基板及び前記第２の基板を接合する工程とを具備することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、本発明に係る冷却装置を効率よく製造することが可能である。
【００２２】
上記冷却装置の製造方法において、前記第２の基板に前記各孔を形成する工程は、前記各第１の供給路の上部に相当する複数の第１の孔をそれぞれ逆円錐状に第３の基板に形成する工程と、前記第３の基板の底面を研磨して前記第１の孔を貫通させる工程と、前記各第１の供給路の下部に相当する複数の第２の孔をそれぞれ逆円錐状に第４の基板に形成する工程と、前記第３の基板及び前記第４の基板を接合して前記第２の基板を形成する工程とを有し、前記冷却装置の製造方法は、さらに、前記第３の基板及び第４の基板を接合する前に、前記各第１の供給路の側部から該各第１の供給路に前記作動液をそれぞれ供給する複数の第２の供給路を構成する複数の溝を前記第４の基板に形成する工程をさらに具備していてもよい。
上記冷却装置の製造方法において、前記第３の基板に前記各第１の孔を形成する工程は、前記第３の基板の領域に応じて濃度を制御して不純物を注入する工程と、前記不純物が注入された第３の基板を等方性エッチングによりエッチングする工程とを有していてもよい。
上記冷却装置の製造方法において、前記第４の基板に前記各第２の孔を形成する工程は、前記第４の基板の領域に応じて濃度を制御して不純物を注入する工程と、前記不純物が注入された第４の基板を等方性エッチングによりエッチングする工程とを有していてもよい。
本発明に係るエバポレータは、凝縮部により液化された作動液を蒸気とするエバポレータであって、前記凝縮部により液化された前記作動液を気化させ、前記蒸気を生成する蒸発領域と、内径を有し、該内径が前記蒸発領域に向けて実質的に大きくなるように形成され、該蒸発領域に毛細管力を用いて前記作動液を供給する複数の第１の供給路とを具備することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２４】
（冷却装置）
図１は本発明の一実施形態に係る冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【００２５】
図１に示すように冷却装置１では、装置内に封入された作動液（図示せず）を気化するエバポレータ２とエバポレータ２で気化した蒸気を凝縮して再び液化するコンデンサ３とが、気相路４及び液相路５により相互に接続されている。
【００２６】
ここで、気相路４は、例えばＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等フレキシブルな材質のパイプからなり、液体が気化することにより生じた気体を輸送するものである。また、液相路５は、同じくＰＴＦＥのパイプからなり、凝縮された液体を輸送するものである。
【００２７】
エバポレータ２には、作動液を蒸発させる蒸発部２１、作動液を蒸発部２１まで流通させるウイック２２、ウイック２２に作動液を供給する供給流路２３とが設けられている。そして、エバポレータ２の図中下部に冷却対象物１０が近接して或いは接触するようにして配置されるようになっている。
【００２８】
図２はウイック２２の構成を示す分解斜視図である。
【００２９】
図２に示すように、ウイック２２は、例えばシリコンからなる基板２２ａ及び２２ｂの２枚の基板からなり、基板２２ａには孔２４の下半分２４ａ及び供給流路２３が形成され、基板２２ｂには孔２４の上半分２４ｂが形成され、これらを接合することによりウイック２２を構成するようになっている。孔２４の下半分２４ａと孔２４の上半分２４ｂとを結合した各孔２４は逆円錐状となっている。
【００３０】
ここで、孔２４の大きさとしては、底部側の径が２０μｍ以上、蒸発部側の径が５ｍｍ以下であることが好ましい。この程度の大きさであれば、必要とする毛細管力を維持しつつ、気泡詰まりも防止することができる。
【００３１】
コンデンサ３は、金属若しくは金属と同等の熱伝導性を有する材料からなり、ここでは例えばニッケルを用いている。コンデンサ３の内部では、気相路４を介してエバポレータ２から輸送されてきた蒸気を凝縮するようになっている。
【００３２】
以下、冷却装置１における液体／気体の循環の様子を図１を用いて便宜的に液相路５を始点として説明する。
【００３３】
まず、作動液が液相路５からエバポレータ２へ流入する。流入した作動液は供給流路２３によりウイック２２の各孔２４へ流通する。ここで、蒸発器２１下部に配置された冷却対象物１０からの熱がウイック２２へと伝わり、液体がウイック２２から蒸発器２１を流通する過程で或いは蒸発器２１内で気化されて蒸気となり、気相路４を介してコンデンサ３へ輸送される。コンデンサ３内部へ流入した蒸気は、ここで熱を奪われて冷却され、液体に戻り、再び液相路５を介してエバポレータ２へ輸送される。尚、コンデンサ３で奪われた熱は、コンデンサ外部に設けられている放熱フィン（図示せず）により、例えばエバポレータ２の外に設けられているヒートシンク（図示せず）に放出されるようになっている。
【００３４】
このように本実施形態の冷却装置では、エバポレータ２において、毛細管力が高く、安定した気化処理が可能であるウイック２２を用いていることにより、液体の気化量も向上し、それにより冷却能力も向上することができる。また、上述した構成では液溜まり部も不要であるため、小型薄型化を図ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態ではウイック基板の材料としてシリコンを用いたが、金属若しくは金属と同等の熱伝導率を有する材料であれば種々用いることが可能である。
【００３６】
また、蒸発部２１の材料としては例えば銅やニッケル等の金属や、シリコン等適宜用いることができる。
【００３７】
また、気相路４及び液相路５に用いるパイプは、断面が円若しくは楕円形状のように、液体／気体の流動性を妨げないものであれば、様々な樹脂を用いることができるが、好ましくはフッ素樹脂が良い。
【００３８】
（冷却装置の製造方法）
図４は冷却装置の製造方法の工程図である。以下、図４に基づき本発明の冷却装置の製造方法を説明する。
【００３９】
まず、蒸発部２１を形成する（ステップ４０１）。例えばシリコンからなる場合には、所定形状にパターニングした後、エッチングを行うことにより形成する。
【００４０】
次に、ウイック２２を形成する（ステップ４０２）。本実施形態では、シリコン基板に予め所定濃度に調整した不純物を注入し、その後レジストマスクを形成してパターニングし、それに沿ってエッチングを行うことにより、逆円錐状の孔を形成するようになっている（選択的等方性エッチング）。
【００４１】
より具体的には、まずウイック基板２２ａを作成する（ステップ４０２）。ｎ型シリコン基板に、例えば砒素等の不純物を表面濃度で１０１９／ｃｍ３以上注入した後、該基板表面に円のパターンを形成し、その後ＨＦ−ＨＮＯ３−ＣＨ３ＣＯＯＨ系エッチング液を用いてエッチングを行う（ステップ４０２１）。このとき、基板底部までは完全に砒素が注入されていないので、最下層はストップ層となり、エッチングされないため、形成された孔は有底となる。このようにして孔が形成された後、供給流路２３のパターンをレジストマスクで形成してＤｅｅｐＲＩＥプラズマエッチングを行い流路を形成する（ステップ４０２２）。次に、基板２２ｂを作成する。上述した基板２２ａと同様にして孔（選択的等方性エッチング）を形成する（ステップ４０２３）。このとき、レジストパターンを調整することにより、底部の径が基板２２ａとの接合時にずれない大きさとなるようにする。その後上述したエッチング液を用いて孔を形成する。この場合も形成される孔は有底なので、その後研磨することにより貫通孔を得ることができる。
【００４２】
次にこのようにして形成された基板２２ａ及び２２ｂを接合する（ステップ４０２４）。まず、基板２２ａの表面にアルカリガラス等の薄膜をスパッタで形成し、次いで基板２２ｂと貼り合わせ、温度４００℃、電圧５００ボルト程度を印加することにより陽極接合を行い、ウイック２２を形成する。
【００４３】
次いで上述のようにして形成した蒸発部２１とウイック２２とを接合してエバポレータ２を形成し（ステップ４０３）エバポレータ２とコンデンサ３とを気相路４及び液相路５とで接続する（ステップ４０４）。
【００４４】
以上、本実施形態の製造方法により、冷却装置を効率良く製造できる。
【００４５】
なお、本実施形態では基板の接合は陽極接合を用いたが、例えば接合温度を８００℃として拡散接合しても良い。
【００４６】
また、接合時の薄膜は、例えば金等を用いて接合時に金シリコン合金として接合するようにしても良い。
【００４７】
（冷却装置の他の例）
図５は本発明に係る冷却装置１００の構成を示す図である。この冷却装置１００も上述した冷却装置１と同様に、エバポレータ２００及びコンデンサ３００がフレキシブルなパイプからなる気相路４００及び液相路５００により相互に接続される構成となっている。
【００４８】
エバポレータ２００には、蒸発部２０１、ウイック２０２とが設けられている。該ウイック２０２は逆円錐状の孔２０４を複数設けた基板２０２ｂと、該基板２０２ｂ下方に、表面に作動液の液溜まり部が形成されている基板２０２ａとを接合して形成されている。
【００４９】
このような構成の冷却装置によれば、従来の冷却装置に設けられていた大型の液溜まり部を形成することなく、速やかに冷却対象物を冷却することができるので、装置の小型化薄型化が可能となる。
【００５０】
（電子機器装置）
図６は本発明に係る冷却装置が搭載されたパーソナルコンピュータの概略斜視図である。
【００５１】
パソコン６００には中央演算処理部（Ｃｅｎｔｒａｌ  ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、ＣＰＵ）６０１と、フラッシュメモリ６０２及びドライバ６０３を有する記録媒体６０４を着脱するためのスロット６０５とが設けられている。ここで、本発明に係る冷却装置１はＣＰＵ６０１に近接して、例えばＣＰＵ６０１の直下にエバポレータ２が位置するように配置されている。また、スロット６０５を介して装着された記録媒体６０４のたとえばドライバ６０３の直下にエバポレータ２が位置するように配置されても良い。
【００５２】
なお、ここでは、電子機器装置としてパソコンを例にとり説明したが、本発明に係る冷却装置はディジタルカメラやビデオカメラ等の他の電子機器装置にも搭載することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型薄型化を維持しつつ、十分な冷却性能を発揮することができる冷却装置、電子機器装置、冷却装置の製造方法、及びエバポレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係るウイックの分解斜視図である。
【図３】本発明に係るコンデンサの斜視図である。
【図４】本発明の製造方法を説明する工程図である。
【図５】本発明の他の形態に係る冷却装置の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の冷却装置を搭載した電子機器装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１、１００…冷却装置
２、２００…エバポレータ
３、３００…コンデンサ
４、４００…気相路
５、５００…液相路
２１、…蒸発部
２２、…ウイック
２２ａ、２２ｂ…ウイック基板
２３…供給流路
２４、２４ａ、２４ｂ…孔
【図１】
0004178850.tif 000002
【図２】
0004178850.tif 000003
【図３】
0004178850.tif 000004
【図４】
0004178850.tif 000005
【図５】
0004178850.tif 000006
【図６】
0004178850.tif 000007