(57)【要約】下面が放熱対象の発熱体に接合される基材１の上面には、銅製の複数のフィン２が等ピッチで直立状態で設けられている。各フィン２の側面の基材１側半分には、親水性材料（ＴｉＯ２）からなる親水性膜１２が形成され、各フィン２の側面の基材１とは反対側の半分には、吸湿性材料（ゼオライト）からなる吸湿性膜１１が形成されている。基材１の下面を処理対象の発熱体に接合させ、空気中の水蒸気を吸湿性膜１１にて吸収してフィン２の表面に水を付着させる。付着した水は、親水性膜１２上に広がり、広がった水は、発熱体からの熱を吸収して蒸発する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に接合される基材、又は発熱体の熱を伝導する伝導体に接合される基材を有する冷却装置において、前記基材の表面に吸湿性材料からなる第１膜を形成してあることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
発熱体に接合される基材、又は発熱体の熱を伝導する基材を有する冷却装置において、前記基材の表面に、吸湿性材料からなる第１膜と親水性材料からなる第２膜とを形成してあることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記第２膜は前記基材に設けられた複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側に形成され、前記第１膜は前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側と反対側に形成されてあることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
発熱体に接合される基材と、該基材に設けられた複数のフィンとを有する冷却装置において、前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側に親水性材料からなる第２膜を形成し、前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体と反対側に撥水性材料からなる第３膜を形成し、前記第２膜及び／または前記第３膜の表面に吸湿性材料からなる第１膜を形成してあることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却装置を製造する方法であって、前記第１膜を水熱合成法、ゾル・ゲル法、泳動電着法、塗布法のいずれかによって形成することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電子機器のＣＰＵ素子などの発熱体を冷却する冷却装置及びその製造方法に関し、特に、基材に設けた複数のフィンの表面、または、携帯型パーソナルコンピュータのＬＣＤ表示体の裏面に設けられる放熱板の表面に吸湿材を固着させた構成をなす冷却装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年の電子機器では、高集積化、高速化などにより電子部品の発熱量が著しく多くなっており、電子部品から発生する熱を効率良く外部へ放散する必要がある。電子部品からの熱を大気中に効率良く放散するためには、放熱面積を増加させることが有効である。放熱面積を増加させた例として、例えば電子部品の冷却装置としてのヒートシンク型の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１乃至４参照）。【０００３】  この冷却装置は、電子部品などの発熱体に接合され、熱伝導性が良い材料からなる基材上に、熱伝導性が良い材料からなる複数のフィンを直立させた構成をなしている。複数のフィンを設けることによって放熱面積を広くして、周囲の空気との自然対流、及び空間への輻射によって放熱処理を行っている。【０００４】  このような構成の冷却装置にあっては、従来から、フィンの材料または形状を工夫して放熱効果を高くしたり、または、ファンを用いてフィンへ空気を送り、強制対流によって放熱を促進させることにより、冷却性能の向上を図ってきている。
【特許文献１】特開平６−２１３５８８号公報
【特許文献２】特開平７−２２９６５２号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８３７２号公報
【特許文献４】特開２００４−３１９７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  近年、電子機器における処理の高速化、高機能化、高性能化に伴って、動作中の電子部品の発熱量が増加する傾向にある。電子機器の安定した動作を持続させるためには、電子部品から発生した熱を迅速に外部へ放出して放熱性を高める必要がある。放熱性を高めるために、上述した冷却装置（フィン付きヒートシンク）を大型化する場合には、これを組み込むために電子機器も大型化するという問題がある。また、フィンの材料、形状の工夫だけでは、冷却性能の向上に限界があるため、別の観点に基づく放熱性の向上が望まれている。【０００６】  本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、水の蒸発熱（気化熱）を利用することにより、小型の構成であっても、高い放熱性を得ることができる冷却装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明に係る冷却装置は、発熱体に接合される基材、又は発熱体の熱を伝導する伝導体に接合される基材を有する冷却装置において、前記基材の表面に吸湿性材料からなる第１膜を形成してあることを特徴とする。【０００８】  本発明の冷却装置にあっては、基材の表面に吸湿性材料からなる第１膜を形成しており、空気中の水蒸気を第１膜にて吸収して基材の表面に水を付着させ、発熱体からの熱を吸収してその水を蒸発させる。よって、水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却するため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮する。【０００９】  本発明に係る冷却装置は、発熱体に接合される基材、又は発熱体の熱を伝導する基材を有する冷却装置において、前記基材の表面に、吸湿性材料からなる第１膜と親水性材料からなる第２膜とを形成してあることを特徴とする。【００１０】  本発明の冷却装置にあっては、基材の表面に吸湿性材料からなる第１膜及び親水性材料からなる第２膜を形成しており、空気中の水蒸気を第１膜にて吸収して基材の表面に水を付着させ、付着した水を第２膜の機能（親水性）により広げ、発熱体からの熱を吸収してその広がった水を蒸発させる。よって、水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却するため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮するとともに、水と基材との接触面積を大きくするため、効率良く水の蒸発を行える。【００１１】  本発明に係る冷却装置は、前記第２膜は前記基材に設けられた複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側に形成され、前記第１膜は前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側と反対側に形成されてあることを特徴とする。【００１２】  本発明の冷却装置にあっては、発熱体側に親水性の第２膜を形成し、発熱体と反対側に吸湿性の第１膜を形成しており、第１膜に付着された水を第２膜上に広げ、発熱体からの熱を吸収してその広がった水を蒸発させる。よって、水の蒸発が発熱体の近傍で行われるため、発熱体の冷却を効率的に行える。【００１３】  本発明に係る冷却装置は、発熱体に接合される基材と、該基材に設けられた複数のフィンとを有する冷却装置において、前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体側に親水性材料からなる第２膜を形成し、前記複数のフィン夫々の表面の前記発熱体と反対側に撥水性材料からなる第３膜を形成し、前記第２膜及び／または前記第３膜の表面に吸湿性材料からなる第１膜を形成してあることを特徴とする。【００１４】  本発明の冷却装置にあっては、発熱体側に親水性の第２膜を形成し、発熱体と反対側に撥水性の第３膜を形成し、これらの第２膜及び／または第３膜の表面に吸湿性の第１膜を形成しており、第１膜に付着された水を、第３膜ではじいて第２膜上に広げ、発熱体からの熱を吸収してその広がった水を蒸発させる。よって、水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却するため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮するとともに、水の蒸発を発熱体の近傍で確実に行わせて、発熱体の冷却を効率的に行える。【００１５】  本発明に係る冷却装置の製造方法は、前記第１膜を水熱合成法、ゾル・ゲル法、泳動電着法、塗布法のいずれかによって形成することを特徴とする。【００１６】  本発明の冷���装置の製造方法にあっては、例えばゼオライトからなる吸湿性の第１膜を水熱合成法、ゾル・ゲル法、泳動電着法、塗布法のいずれかを用いて形成する。よって、第１膜の形成が容易である。
【発明の効果】
【００１７】  本発明の冷却装置では、空気と基材との対流熱伝達、基材から空気への輻射に加えて、水の蒸発熱を利用して発熱体の冷却を行うので、小型の構成でも優れた冷却性能を発揮することができる。【００１８】  また、本発明の冷却装置では、基材の表面に親水性の第２膜を形成しているので、基材の表面が水に濡れ易くなって、水と基材との接触面積が大きくなり、効率良く水の蒸発を行うことができる。【００１９】  また、本発明の冷却装置では、水の蒸発を発熱体の近傍で行えるようにしたので、発熱体の放熱性を高めることができ、発熱体の冷却を効率的に行うことができる。【００２０】  また、本発明の冷却装置の製造方法では、吸湿性の第１膜を水熱合成法、ゾル・ゲル法、泳動電着法、塗布法のいずれかを用いて形成するようにしたので、第１膜を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。
【図３】第２実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図４】第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。
【図５】第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの他の例の拡大断面図である。
【図６】第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの更に他の例の拡大断面図である。
【図７】第３実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図８】第３実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２２】  １  基材
２  フィン
１１  吸湿性膜（第１膜）
１２  親水性膜（第２膜）
１３  撥水性膜（第３膜）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。【００２４】（第１実施の形態）
図１は第１実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図、図２は第１実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。図１において、１は例えば銅（Ｃｕ）からなる基材であり、基材１の上面には、例えば銅（Ｃｕ）からなる複数のフィン２が等ピッチで直立状態で設けられている。基材１の下面は、放熱対象の発熱体に接合されるようになっている。【００２５】  これらの複数のフィン２夫々の側面の全域には、図２に示すように、吸湿性材料、例えばゼオライトからなる第１膜としての吸湿性膜１１（厚さ：数十〜数百μｍ）が形成されている。この吸湿性膜１１は、例えば水熱合成法によってフィン２の側面に形成される。この水熱合成法は、高温高圧の容器の中で、通常の環境では不可能な化学反応を起こして、結晶、鉱物などを合成する方法である。【００２６】  冷却処理について説明する。基材１の下面を処理対象の発熱体（図示せず）に接合させる。空気中の水蒸気が吸湿性膜１１にて吸収されてフィン２の表面に水が付着される。付着した水は、発熱体からの熱を吸収して蒸発する。【００２７】  空気とフィン２との対流熱伝達、フィン２から空気への輻射に加えて、このように水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却できるため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮できる。【００２８】（第２実施の形態）
図３は第２実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図、図４は第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。図３，図４において、図１，図２と同一または同様な部分には同一番号を付している。【００２９】  複数のフィン２夫々の側面の基材１側半分（図３，図４の下側半分）には、親水性材料、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる第２膜としての親水性膜１２（厚さ：数μｍ）が形成されている。この親水性膜１２は、例えばスパッタリング法によって形成される。また、各フィン２の側面の基材１とは反対側の半分（図３，図４の上側半分）には、吸湿性材料、例えばゼオライトからなる第１膜としての吸湿性膜１１（厚さ：数十〜数百μｍ）が形成されている。この吸湿性膜１１は、例えば水熱合成法によってフィン２の側面に形成される。【００３０】  冷却処理について説明する。基材１の下面を処理対象の発熱体（図示せず）に接合させる。空気中の水蒸気が吸湿性膜１１にて吸収されてフィン２の表面に水が付着される。付着した水は、自重によって下降し、親水性膜１２上に広がる。広がった水は、発熱体からの熱を吸収して蒸発する。【００３１】  空気とフィン２との対流熱伝達、フィン２から空気への輻射に加えて、このように水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却できるため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮できる。また、水が親水性膜１２の特性によって広げられるので、水とフィン２との接触面積が大きくなり、その蒸発が促進されるため、放熱特性は向上する。また、発熱体の近傍領域（図３，図４の下側領域）で、水が発熱体からの熱を吸収して蒸発するので、発熱体の冷却を効率的に行うことが可能である。【００３２】  図５は第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの他の例の拡大断面図である。図５において、図３，図４と同一または同様な部分には同一番号を付している。この変形例では、フィン２の側面全域に親水性膜１２を形成し、親水性膜１２の基材１とは反対側の半分（図５の上側半分）の表面に吸湿性膜１１を形成している。図５に示す変形例は、図４に示す例と同様の効果を奏する。【００３３】  図６は第２実施の形態に係る冷却装置のフィンの更に他の例の拡大断面図である。図６において、図３，図４と同一または同様な部分には同一番号を付している。この変形例では、フィン２の側面全域に親水性膜１２を形成し、親水性膜１２の表面全域に吸湿性膜１１を形成している。図６に示す変形例は、図４に示す例と同様の効果を奏する。【００３４】（第３実施の形態）
図７は第３実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図、図８は第３実施の形態に係る冷却装置のフィンの拡大断面図である。図７，図８において、図１〜図６と同一または同様な部分には同一番号を付している。【００３５】  複数のフィン２夫々の側面の基材１側半分（図７，図８の下側半分）には、親水性材料、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる第２膜としての親水性膜１２（厚さ：数μｍ）が形成されている。この親水性膜１２は、例えばスパッタリング法によって形成される。また、各フィン２の側面の基材１とは反対側の半分（図７，図８の上側半分）には、撥水性材料、例えばフッ素を含む第３膜としての撥水性膜１３（厚さ：数μｍ）が形成されている。この撥水性膜１３は、フィン２側面にフッ素処理を施すことによって形成される。さらに、撥水性膜１３の表面には、吸湿性材料、例えばゼオライトからなる第１膜としての吸湿性膜１１（厚さ：数十〜数百μｍ）が形成されている。この吸湿性膜１１は、例えば水熱合成法によって形成される。なお、吸湿性膜１１は、親水性膜１２及び撥水性膜１３の表面全域に形成するようにしても良い。【００３６】  冷却処理について説明する。基材１の下面を処理対象の発熱体（図示せず）に接合させる。空気中の水蒸気が吸湿性膜１１にて吸収されて撥水性膜１３の表面に水が付着される。付着した水は、その自重と撥水性膜１３の撥水性とによって下降し、親水性膜１２上に広がる。広がった水は、発熱体からの熱を吸収して蒸発する。【００３７】  空気とフィン２との対流熱伝達、フィン２から空気への輻射に加えて、このような水の蒸発熱（気化熱）を利用して発熱体を冷却できるため、小型の構成でも放熱性が高くて優れた冷却性能を発揮できる。また、撥水性膜１３の存在により、付着した水が親水性膜１２の方へ容易に移動する。また、水が親水性膜１２の特性によって広げられるので、水とフィン２との接触面積が大きくなり、その蒸発が促進されるため、放熱特性は向上する。また、発熱体の近傍領域（図７，図８の下側領域）で、水が発熱体からの熱を吸収して蒸発するので、発熱体の冷却を効率的に行うことが可能である。【００３８】  なお、上述した実施の形態では、フィン２の材料として銅を用いたが、アルミニウム（Ａｌ），グラファイト，窒化アルミニウム（ＡｌＮ），ステンレスなどの熱伝導性が良好な他の材料を使用しても良い。また、吸湿性膜１１の材料として多孔質体であるゼオライトを用いたが、シリカゲル，活性アルミナなどの他の吸湿性材料を使用しても良い。また、親水性膜１２の材料として結晶性の酸化チタンを用いたが、酸化チタンは多結晶性，アモルァスであっても良く、球形，鱗片形，ナノ粒子などの粒状粒子を塗装して親水性膜１２を形成しても良い。なお、フィン２表面の親水性を向上させる方法として、フィン２に超音波振動を印加することも可能である。【００３９】  なお、上述した実施の形態では、水熱合成法によって吸湿性膜１１を形成するようにしたが、これ以外の形成方法として、ゾル・ゲル法、泳動電着法などを利用しても良い。また、ゼオライト粒子をバインダに混ぜた混合材を塗布するようにしても良い。【００４０】  また、上述した実施の形態では、基材に設けたフィンの表面に各種の膜を形成する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、携帯型パーソナルコンピュータのＬＣＤ表示体の裏面に設けられる放熱板の表面に各種の膜を形成するような場合にも、本発明を適用することができることは勿論である。
【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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【国際調査報告】
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