JP2006324345A - 電子発熱体の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却能力及び静音性に優れた電子発熱体の冷却装置を提供する。
【解決手段】 ＣＰＵなどの電子発熱体１がソケット１０Ａの内部に装着されている。前記電子発熱体１の表面に直接又は前記ソケット１０Ａを構成する蓋体１２の表面にヒートシンク２０が設けられており、このヒートシンク２０を構成する複数のフィン２１の間には冷却管２３が配管されている、冷却管２３の循環経路内にはラジエータが配置されているため、冷却液３５を充填して循環させることにより、前記電子発熱体１を効率良く冷却することができる。このため、従来のファン３９と組み合わせると、高い冷却能力を発揮することができ、前記ファン３９の回転数を上げる必要がなくなることから、静音性に優れた電子発熱体１の冷却装置とすることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＰＵやＭＰＵなどの電子発熱体を冷却する装置に係わり、特に小型で放熱性、静音性に優れた電子発熱体の冷却装置に関する。

近年、コンピュータ（以下「ＰＣ」という。）全体の発熱量（消費電力）は年々増加の一途をたどってきており、ＰＣを構成する様々なパーツの中でも、とりわけ発熱量の大きいのがＣＰＵやＭＰＵなど（以下「電子発熱体」という。）である。特に、ＣＰＵのＴＤＰ（熱設計電力）は１００Ｗを超えるものもあり、最大のものに至っては１１５Ｗ（Pentium４（登録商標）の６００シリーズなど）もある。

このような電子発熱体を冷却する装置としては、空冷式の冷却装置と水冷式の冷却装置が一般的である。

前記空冷式の冷却装置は、電子発熱体の表面（放熱面）にヒートシンクの接触面が熱伝導シート又はシリコングリスなどからなる熱伝導体を介して接合されており、前記ヒートシンクの放熱フィンに対してファンから空気を送ることにより前記電子発熱体の冷却を行うものである。

また水冷式の冷却装置は、電子発熱体の表面（放熱面）に冷却液が流通する水冷ジャケット（水冷ヘッド）を固定するとともに、外部に設けられたラジエータの出入口と前記冷却ヘッドの出入口との間にはチューブなどを用いて形成した循環流路が設けられている。また前記ラジエータと前記水冷ジャケットとの間にはポンプが設けられており、前記ポンプを駆動すると冷却液が前記チューブを通じて前記ラジエータと前記冷却ヘッドとの間で循環する。このため、電子発熱体が発した熱は、媒体である冷却液と一緒に前記チューブを通じて冷却ヘッドの外部に運び出される。このとき暖められた冷却液が、前記ラジエータで冷却された後、再び前記冷却ヘッド（電子発熱体）側に戻すことにより、前記電子発熱体を冷却する仕組みである。

なお、その他の冷却装置としては、例えば冷却ガスやペルチェ効果を利用したものなども存在している。

上記技術に関する先行技術文献としては、例えば特許文献１および２などが存在している。
特開２００２−２８０７８０号公報 特開２００２−３３５０９１号公報

上記空冷式の冷却装置および水冷式の冷却装置はともに冷却能力が高いことが知られているが、電子発熱体の発熱量の増大に伴い、今後さらなる冷却能力の向上が求められる。

しかし、前記空冷式の冷却装置のヒートシンク及び前記水冷式の冷却装置の冷却ジャケットは、ともに電子発熱体の表面（放熱面）だけに当接する構成であるため、前記電子発熱体の一面からしか熱を奪うことができず、冷却効率を高めるには限界がある。

この点、前記空冷式の冷却装置ではヒートシンクに当たる空気の流量を増加させることにより、前記水冷式の冷却装置ではラジエータに当たる空気の流量を増加させることにより、冷却効率を高めることが可能となる。

しかし、そのためにはファンの回転数を高めるか、または大きな口径を有するファンを採用する必要があるところ、前者の方法では回転時におけるファンの動作音（風切り音や回転音）が大きく無音化又は静音化に適さないという問題がある。一方、後者の方法ではＰＣ全体を小型化し難いという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、単体で又は従来の冷却方式と組み合わせることにより、冷却能力に優れた電子発熱体の冷却装置を提供することを目的としている。

また本発明は、小型で放熱性、静音性に優れた電子発熱体の冷却装置を提供することを目的としている。

本発明は、ソケット内に保持された電子発熱体を冷却する装置であって、前記ソケットが、前記電子発熱体が装着されるハウジングと、前記電子発熱体を前記ハウジング内に保持する蓋体とを有しており、前記ハウジングと前記蓋体の少なくとも一方に前記電子発熱体を冷媒を用いて冷やす冷却手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の電子発熱体の冷却装置では、ＣＰＵなどの電子発熱体が発した熱を、前記電子発熱体を直接に又は前記電子発熱体を保持するソケットを介して奪うことができるため、前記電子発熱体をより効率良く冷却することができる。このため、従来の冷却装置と組み合わせると、より冷却能力に優れた電子発熱体の冷却装置とすることができる。よって、従来の冷却装置のファンの回転数を低めに設定することが可能となるため、ＰＣの静音性を高めることができる。

また冷却管がソケットに一体化された状態で設けられているため、従来のように別体に形成された水冷ジャケットを電子発熱体に固定する必要がないため、小型の冷却装置を提供することができる。

例えば、前記冷却手段が、複数のフィンを有するとともに前記蓋体の表面に設けられたヒートシンクと、前記フィンの間に蛇行状に配管された冷却管と、前記冷却管内を流れる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有するものとして構成される。

また前記冷却手段が、ハウジング内に前記電子発熱体の周囲を取り囲むように周設された溝と、前記溝内に配管された冷却管と、前記冷却管内を流れる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有するものとして構成される。

さらには前記冷却手段が、前記ハウジングに設けられた注入口及び排水口と、前記ハウジングの外部において前記注入口と前記排水口との間に設けられた冷却管と、前記注入口から注水され且つ前記排水口から排出させられる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有するものとして構成される。

あるいは、前記冷却手段が、前記電子発熱体が発する熱の表面温度分布に応じて高温部となる位置に対向して設置された第１のヒートシンクと、前記高温部以外の低温部の位置に対向して設置された第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間に配管された冷却管と、前記冷却管の両端に設けられた一対のポンプと、前記一対のポンプを相補的に駆動するドライバ手段と、を有するものとして構成される。

また前記冷却手段が、前記電子発熱体が発する熱の表面温度分布に応じて中央部に形成された高温部と、その周辺部に形成された低温部との間に平面スター状に配管された冷却管と、前記冷却管両端に設けられた一対のポンプと、前記一対のポンプを相補的に駆動するドライバ手段と、を有するものとして構成される。

また前記冷却手段が、前記蓋体の表面に設けられた複数のヒートパイプであるものとして構成される。

上記において、前記ヒートシンクは、前記電子発熱体の表面に又は蓋体の表面に固定されているものが好ましい。

また冷却能力を高めるためには、空冷用のファンが設けられていることが好ましく、さらには前記冷却液が循環する経路内に、前記冷却液を冷却するラジエータが設けられているものが好ましい。

また、前記冷却液が、正逆の双方向に移動させられることを特徴とするものである。
上記において、前記ヒートシンクが形状記憶合金で形成されるものとすることができる。

本発明では、単体としての冷却性能に優れた電子発熱体の冷却装置を提供することができる。

しかも従来の冷却装置と組み合わせたときには、ファンの風量を上げる必要がなくなるため、このような電子発熱体の冷却装置が搭載されたＰＣの静音化に寄与することが可能となる。

また冷却管がソケットに一体化されているため、従来のように別体に形成された水冷ジャケットを電子発熱体に固定する必要がない。さらには大きな口径を有するファンを採用する必要がなくなるため、ＰＣ全体の小型化にも貢献することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を示す平面図、図２は図１の２−２線における断面図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施の形態に示す冷却装置はＣＰＵなどの電子発熱体１を保持するソケット１０Ａを有している。前記ソケット１０Ａは、枠状のハウジング１１とこのハウジング１１の一端に設けられたヒンジ部１３を支点として回動自在に支持された蓋体１２とを有している。

図２に示すように、前記ハウジング１１はマザーボード５上の所定の位置に固定されている。前記ハウジング１１の内部には凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａにはインターポーザ１５が設けられている。前記インターポーザ１５の上下両面には複数の弾性接点１６，１７が設けられている。インターポーザ１５の上部側の個々の弾性接点１６と下部側の個々の弾性接点１７とはインターポーザ１５の板厚内に埋設された複数の導電体１８を介してそれぞれ導通接続されている。そして、下部側の弾性接点１７は前記マザーボード５上に形成されている複数の対向電極５ａに接する状態で載置されている。

前記弾性接点１６，１７としては、例えば導通変形部が周縁部から中心に向かって渦巻き形状に立ち上がるスパイラル接触子、異なる内部応力を付与することによって弾性変形部に撓みを発生させたストレスドメタル、特開２００４−１８６０２６や特開２００４−２８１１６１などに開示されている粘着式コネクタなどを用いることができる。

前記ハウジング１１の上面にはヒートシンク２０が設けられている。前記ヒートシンク２０は、熱伝導率の高いアルミニウムなどで形成されており、その上部には互いに平行に配置された複数の放熱フィン２１，２１，・・・・が突出形成されている。

図２に示すように、前記ヒートシンク２０は放熱フィン２１が前記蓋体１２に一体的に形成されたものであってもよいし、別体に形成されたものであってもよい。前記放熱フィン２１が、前記蓋体１２に一体化された前記ヒートシンク２０の場合には、前記蓋体１２の下面と前記電子発熱体１の表面側に設けられた金属製のカバーの上面（放熱面）（以下、「電子発熱体１の表面」という。）とが接合される。また前記ヒートシンク２０が前記蓋体１２とは別体のものにあっては、前記ヒートシンクの底面（接触面）と前記電子発熱体１の表面とが蓋体１２に形成された開口（図３参照）を通じて接合される。いずれの場合にあっても、前記ヒートシンク２０の下面と前記電子発熱体１の表面とは熱伝導シート又はシリコングリスなどからなる熱伝導体（図示せず）を介して接合される構成が好ましい。

前記ヒートシンク２０を形成する放熱フィン２１の幅方向のピッチ寸法内には、銅などで形成され且つ１本の連続するパイプを複数回折り曲げて形成した蛇行状（ミアンダー（meander）状ともいう。）の冷却管２３が、例えば蝋付けされるなどして固定されている。前記冷却管２３の蛇行状の部分が蛇行部２３Ａであり、冷却管２３の一端２３ａと他端２３ｂとの間には、例えばポンプ３１、ラジエータ３２などが設けられており、前記冷却管２３とともに一つの循環流路が形成されている。

前記電子発熱体１は、前記蓋体１２を開口させた状態において前記ハウジング１１の凹部１１ａ内に装着される。次に、前記蓋体１２を閉鎖方向に回動させて閉塞させるとともに後述の図３に示すようなロック手段を用いてハウジング１１と前記蓋体１２とがロックされ、前記電子発熱体１がハウジング１１と前記蓋体１２との間に保持される。

このとき、前記蓋体１２の表面と電子発熱体１の表面とが熱伝導体を介して密着させられる。同時に、前記電子発熱体１が前記蓋体１２により図示Ｚ２方向の加圧させられるため、前記弾性接点１６，１７がわずかにＺ方向に弾性変形させられる。これにより、前記電子発熱体１の下面に設けられた複数の外部接続電極（ＬＧＡ）１ａと前記マザーボード５上に形成された複数の対向電極５ａとが前記インターポーザ１５の前記弾性接点１６，１７を介してそれぞれ導通接続される。

前記冷却管２３の中には冷却液３５が注入されている。そして、前記ポンプ３１を始動させることにより、前記冷却液３５が冷却管２３内を循環する。前記冷却液３５は冷却管２３の蛇行部２３Ａを通過するときに、電子発熱体１が発した熱を奪う。そして、このとき暖められた前記冷却液３５は前記ラジエータ３２において冷却されて、再びヒートシンク２０上の蛇行部２３Ａに戻される。このため、前記冷却液３５を媒体としてヒートシンク２０とラジエータ３２との間で熱交換させることができるため、ヒートシンク２０のみの場合に比較して冷却能力を高めることが可能である。

なお、さらに前記電子発熱体１を冷却したい場合には、図２に点線で示すように、前記ヒートシンク２０の上部にファン３９を設けることにより、前記ヒートシンク２０を直接空冷してもよい。ヒートシンク２０の上部にファン３９を設けて空冷する冷却装置は従来から存在するが、本発明の第１の実施の形態に示す冷却装置では、これに加えて冷却管２３を用いてヒートシンク２０を強制的に水冷する構成であるため、さらに冷却能力を高めることが可能である。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す斜視図である。

図３に示すソケット１０Ｂは、上記第１の実施の形態に示したソケット１０Ａとほぼ同様の構成であり、マザーボード側に固定されるハウジング１１と、ヒンジ部１３で回動自在に設けられた蓋体１２を有している。また前記蓋体１２の中央には、開口部１２Ａが形成されている。電子発熱体１の表面は前記開口部１２Ａを介してソケット１０Ｂの外部に露出されるようになっており、この開口部１２Ａを通じて電子発熱体１の表面とヒートシンクの接触面とを接合させることが可能である。

前記蓋体１２の端部には掛止部１４が形成されている。そして、前記掛止部１４に対向するハウジング１１の端部には、被掛止部１１ｂが形成されている。前記掛止部１４と被掛止部１１ｂとがハウジング１１と蓋体１２と閉塞状態に固定するロック手段を形成している。

ただし、第２の実施の形態に示す電子発熱体の冷却装置では、ソケット１０Ｂを形成するハウジング１１の外側部と凹部１１ａの間に、前記凹部１１ａの周囲を取り囲むように周設された溝１１Ｂが形成されている点が異なっている。

前記溝１１Ｂには前記ハウジング１１の外部に連続する連通溝１１Ｂ１，１１Ｂ２が形成されている。前記溝１１Ｂ、連通溝１１Ｂ１，１１Ｂ２の構内には、一本の細管を前記溝１１Ｂの形状に合わせて複数回巻きいて略コイル状に形成さした冷却管２５が設けられている。すなわち、冷却管２５の巻き部２５Ａが溝１１Ｂの内部に設けられ、前記冷却管２５の一方の端部２５ａと他方の端部２５ｂは前記連通溝１１Ｂ１と連通溝１１Ｂ２を介してそれぞれハウジング１１の外部に延びている。なお、前記冷却管２５は熱伝導率の高い銅管などが好ましいが、その他スチール管、樹脂性のチューブなどであってもよい。

そして、前記冷却管２５の一方の端部２５ａと他方の端部は２５ｂとの間には、上記同様にポンプ、ラジエータなどが設けられており、前記冷却管２５とともに一つの循環流路を形成している。

前記ポンプを始動させて、冷却液３５を前記冷却管２５の巻き部２５Ａと前記ラジエータとの間で循環させると、電子発熱体１から発する熱を奪うことができる。特に、第２の実施の形態における冷却装置では、前記冷却管２５の巻き部２５Ａが電子発熱体１の周囲を取り囲むように配置されているため、電子発熱体１から側面から発せられる熱を冷却することが可能である。

このため、主として電子発熱体１の表面から発せられる熱については従来のヒートシンクおよびファンの組み合わせを用いて冷却し、これに加えて電子発熱体１の側面から発せられる熱については上記第２の実施の形態に示す冷却装置で冷却するようにすると、さらに冷却能力の高い冷却装置とすることができる。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は本発明の第３の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図２同様の断面図である。

図４に示すソケット１０Ｃも上記第１及び第２の実施の形態に示したソケット１０Ａ，１０Ｂとほぼ同様の構成であり、ヒンジ部１３で回動自在に設けられた蓋体１２の上部には、一体または別体に形成されたヒートシンク２０が設けられており、さらに前記ヒートシンク２０の上部にはファン３９が取り付けられている。

ただし、第３の実施の形態に示すソケット１０Ｃは、上記第１及び第２の実施の形態に示したソケット１０Ａ，１０Ｂと以下の点で相違している。

すなわち、第３の実施の形態に示すハウジング１１は底部１１Ａを有しており、この底部１１Ａには前記電子発熱体１の下面に設けられた複数の外部接続電極（ＬＧＡ）１ａと対向する複数のスルーホール１１ｃが設けられている。前記スルーホール１１ｃの上面には電極１１ｄが形成され、下面には図示Ｚ２方向に突出する凸状電極１１ｅが形成されている。前記電極１１ｄと前記凸状電極１１ｅとは前記スルーホール１１ｃ内に設けられた導電体１９を介して導通接続されている。

前記スルーホール１１ｃは直径１ｍｍ未満であり、前記導電体１９、電極１１ｄおよび凸状電極１１ｅは金メッキなどで形成することができ、スルーホール１１ｃの内部は前記金メッキされた導電体１９で埋め尽くされている。このため、前記ハウジング１１の凹部１１ａの内部と外部とは隔離されており、凹部１１ａ内の液体がハウジング１１の外部に液漏れし難くなっている。

前記凹部１１ａを形成する４つの内壁の上面とこれに対向する前記蓋体１２の下面には一対の対向溝１１ｆ，１２ａがそれぞれ周設されており、これら一対の対向溝１１ｆ，１２ａの構内には、ゴムなどで形成されたパッキン（またはＯリング）２７が設けられている。このため、前記蓋体１２でハウジング１１を閉塞するとともにロック手段でロック状態にすると、凹部１１ａ内を密閉することが可能とされている。

また前記凹部１１ａを形成する４つの内壁のうち対向する一対の内壁１１Ｃと１１Ｄには側方に抜ける貫通孔１１Ｃ１，１１Ｄ１が形成されており、貫通孔１１Ｃ１，１１Ｄ１にはパイプなどを固定して形成された注入口４１と排出口４２が設けられている。

上記のようなソケット１０Ｃは、マザーボード５上の所定の位置に位置決めされた状態で固定される。すなわち、ソケット１０Ｃは、前記複数の凸状電極１１ｅとマザーボード５に形成された複数の対向電極５ａとが対向配置された状態で半田付けされることにより固定されている。

そして、マザーボード５上に固定されたソケット１０Ｃの前記注入口４１および排出口４２には、外部に設けられたチューブ４３，４３の一端が連結されており、前記チューブ４３，４３の他端はソケット１０Ｃの外部に設けられたポンプ、ラジエータおよびリザーブタンクなどに連結されている。

前記ハウジング１１の凹部１１ａ内には上記同様のインターポーザ１５が位置決めされた状態で設けられており、インターポーザ１５の下面に設けられた複数の弾性接点１７の先端が、前記凹部１１ａの底面１１Ａに設けられた複数の電極１１ｄにそれぞれ弾性的に接触させられている。

前記電子発熱体１を前記凹部１１ａ内に装着し、前記蓋体１２を閉じてロック手段でロックすると、前記ソケット１０Ｃ内に前記電子発熱体１を密封することができる。このとき、前記電子発熱体１の下面に設けられた複数の外部接続電極１ａとマザーボード５に設けられた複数の対向電極５ａとが、前記インターポーザ１５に設けられた弾性接点１６，導電体１８，弾性接点１７と凹部１１ａの底面に設けられた電極１１ｄ，導電体１９，凸状電極１１ｅを介してそれぞれ導通接続される。

前記冷却液３５は、前記蓋体１２を閉じる前に注水することが好ましく、より好ましくは前記電子発熱体１を前記凹部１１ａ内に装着する前に前記蓋体１２内に注水しておくことである。

第３の実施の形態に示す冷却装置では、前記ポンプを始動せて前記冷却液３５を前記凹部１１ａと外部のラジエータの間で循環させると、前記凹部１１ａ内の冷却液３５は前記排出口４２およびチューブ４３を介してラジエータに導かれる。同時に、前記ラジエータ内の冷却液３５は、チューブ４３および注入口４１を介して前記凹部１１ａ内に導くことができる。このとき、前記冷却液３５は前記電子発熱体１が発した熱を直接奪ってラジエータに移動するため、効率よく前記電子発熱体１を冷却することができる。

特に、前記冷却水は、弾性接点１６，１７の間に滲入し、前記電子発熱体１の底面や外部接続電極１ａを直接水冷することができるため、極めて高い効率で前記電子発熱体１を冷却することができる。

ここで、前記冷却液３５としては電極間の絶縁を図るべく非導電性を有する液体が好ましく、さらには所定の流速を確保できるように粘度の低い液体が好ましい。非導電性を有する液体としては、例えば絶縁油などがあり、さらに粘度の低い液体として、例えばフッ素系不活性液体であるフロリナート（登録商標）などを用いることができる。

なお、冷却液は連結部分から液漏れしやすいため定期的に補充することが必要である。前記循環経路内に冷却液用のリザーブタンクを設けておくと、ほぼメンテナンスフリーとすることができる。また冷却液を補充する場合であっても、前記リザーブタンクに補充することで済み、ソケット１０Ｃを開けて補充する必要がないため、冷却液３５の補充作業を容易化することが可能となる。

上記第３の実施の形態に示す冷却装置のみで電子発熱体１を冷却する構成であってもよいし、その他の冷却装置と組み合わせて使用するものであってもよい。

また、主として電子発熱体１の表面から発せられる熱は上記同様のヒートシンクとファンの組み合わせからなる冷却装置内で冷却し、且つ電子発熱体１の下面から発せられる熱は上記第３の実施の形態に示す冷却装置で冷却するようにすると、極めて高い冷却能力を備えた冷却装置とすることができる。

次に本発明の第４の実施の形態について説明する。
図５は本発明の第４の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図１同様の平面図、図６はマイクロポンプの構成を示す断面図であり、Ａは正圧状態、Ｂは負圧状態を示している。

図５に示すように、駆動状態にある電子発熱体１の表面の温度分布を測定してみると、中央の領域に高温部１Ａを有し、その周辺部に前記高温部１Ａよりも温度の低い低温部１Ｂを有する構成が一般的である。そこで、第４の実施の形態では、このような電子発熱体１の表面（放熱面）に温度分布が現れることを利用するようにしたものである。

図５に示すソケット１０Ｄも上記各実施の形態に示したソケット１０Ａないし図Ｃとほぼ同様の構成であり、マザーボード５上に固定されたハウジング１１と、ヒンジ部１３において回動自在に設けられた蓋体１２とから構成されている。

ただし、第４の実施の形態に示す冷却装置では、複数のヒートシンク２０Ａ，２０Ｂが分散された形態で設けられている点で異なっている。このうち、上面中央に設けられたヒートシンク２０Ａが高温部１Ａ用であり、前記上面中央から離れた周辺側に設けられたヒートシンク２０Ｂが低温部１Ｂ用である。

前記ヒートシンク２０Ａ，２０Ｂは、ソケット１０の蓋体１２に形成された前記開口部１２Ａを通じて電子発熱体１の表面に直接固定されていてもよいし、前記開口部１２Ａを有しないソケット１０にあっては、蓋体１２の表面に一体として形成され又は固定されたものであってもよい。なお、前記ヒートシンク２０Ａ，２０Ｂの上部には互いに平行に配置された複数の放熱フィン２１，２１，・・・・を有している点では同様の構成である。

前記ヒートシンク２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの前記放熱フィン２１の間には、上記第1の実施の形態同様に蛇行状のパイプからなる冷却管５１，５２が配置されている。前記冷却管５１と冷却管５２とは１本のパイプを折り曲げて連続的に形成されている。あるいは、蛇行状に折り曲げた微細な径寸法のパイプを複数本束ねることにより、前記冷却管５１及び冷却管５２を形成したものであってもよい。

また前記冷却管５１と冷却管５２とがそれぞれ別々に形成されており、前記冷却管５１の一端と前記冷却管５２の一端との間が別のパイプやチューブなどで連結された構成であってもよい。

図５に示すように、前記冷却管５１，５２の各他端にはマイクロポンプが６０Ａ，６０Ｂが接続されている。前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂは、例えば図６Ａ，図６Ｂに示すような冷媒としての冷却液３５を収容する圧力室６１と、前記圧力室６１の一面に設けられるとともに弾性変形するダイヤフラム６２と、前記ダイヤフラム６２上に設置されダイヤフラム６２を変形させる駆動手段６３などを備えている。駆動手段６３としては、例えば、ＰＺＴ、ＴｉＮｉ、静電駆動用電極材料、誘電エラストマーに両面に対向電極をそれぞれ設けて形成した人工筋肉等を用いることができる。また、ダイヤフラム６２としは、例えば金属、Ｓｉ、ポリＳｉ、ゴム、その他の各種プラスチック材料等により薄膜状に成形され弾性的に変形するものが用いられる。上記駆動手段６３がダイヤフラム６２を弾性変形させると、前記圧力室６１の容積を変化させることが可能となっている。

前記冷却管５１，５２内には前記冷却液３５が充填されており、かつ、密閉状態となっている。前記マイクロポンプ６０Ａのダイヤフラム６２と前記マイクロポンプ６０Ｂのダイヤフラム６２とは相補的な関係を維持しながら交互に駆動させられる。すなわち、前記マイクロポンプ６０Ａのダイヤフラム６２が図６Ａに示す正圧の状態（容積を増大させた状態）に駆動させられるときには前記マイクロポンプ６０Ｂのダイヤフラム６２は図６Ｂに示す負圧の状態（容積を減少させた状態）に駆動させられ、前記マイクロポンプ６０Ａのダイヤフラム６２が負圧に駆動させられるときには前記マイクロポンプ６０Ｂのダイヤフラム６２が正圧の状態に駆動させられる。

このため、前記冷却管５１，５２内に充填されている前記冷却液３５を互いに正逆の双方向（冷却管５１から冷却管５２に向かう方向、および冷却管５２から冷却管５１に向かう方向）に移動させるポンプとして機能させることが可能となっている。

なお、前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂの駆動手段６３を相補的に駆動させるための所定の電気信号を生成するドライバ手段などが設けられている（図示せず）。前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂは前記ドライバ手段からの電気信号を受けて交互に駆動させられるようになっている。

このように前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂを交互に駆動させることにより、前記高温部１Ａに設けられた冷却管５１内で暖められた冷却液３５を前記低温部１Ｂに設けられた冷却管５２に移動させることができる。そして、前記低温部１Ｂ側の冷却管５２内で冷やされた冷却液３５を前記高温部１Ａ側の冷却管５１に再び移動させることができる。すなわち、前記高温部１Ａに位置する冷却管５１と前記低温部１Ｂに位置する冷却管５２との間で、冷媒としての冷却液３５を移動させることによる熱交換を行うことが可能となっている。このため、前記図５に示す本発明の第４の実施の形態においても、電子発熱体１が発する熱を冷却することができる。このため、電子発熱体１本体の温度上昇、さらには前記電子発熱体１を有するＰＣケース内の温度上昇を抑制することができる。

第４の実施の形態に示すものでは、マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂの駆動手段として小型のＰＺＴなどを用いることができ、しかもラジエータを必要としないため、小型且つ省電力性に優れた冷却装置とすることが可能である。

またさらに上記同様にファンを用いて前記ヒートシンク２０Ａ，２０Ｂを強制的に空冷するようにすると、さらに冷却能力の高い冷却装置とすることが可能となる。

また上記第４の実施の形態では、一つの高温部１Ａに一つの低温部１Ｂが対応し、これらの間でのみ熱交換が行なわれる構成を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、一つの高温部１Ａに複数の低温部１Ｂが対応して熱交換が行なわれる構成としたものであってもよく、この場合にはさらに冷却能力に優れた冷却装置とすることができる。

次に本発明の第５の実施の形態について説明する。
図７は本発明の第５の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図１同様の平面図である。

図７では、ソケット１０Ｅを構成する蓋体１２の表面に、一本のパイプを折り曲げるとともに前記蓋体１２の中心部の周辺部との間に平面スター状（略放射状また扇状ともいう。）に配置した冷却管７０が固定されている構成を示している。前記冷却管７０の中心部側は前記電子発熱体１の高温部１Ａ内を通過し、且つ前記冷却管７０の周辺部は、前記高温部１Ａよりも低い温度となる前記電子発熱体１の低温部１Ｂに対向するように配置されている、また隣り合う前記冷却管７０間のピッチ幅は、高温部１Ａのピッチ幅Ｗ１の方が低温部１Ｂ側のピッチ幅Ｗ２に比較して広くなる形状で形成されている。

前記略ひだ状に配置された冷却管７０の内部には冷却液３５が充填されており、前記冷却管７０の両端部には，上記第４の実施の形態と同様のマイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂがそれぞれ設けられている。前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂは上記同様に交互に駆動させられるようになっている。
いる。

前記マイクロポンプ６０Ａ，６０Ｂを交互に駆動すると、前記冷却管７０内を冷却液３５が前記マイクロポンプ６０Ａからマイクロポンプ６０Ｂに向かう正方向、およびその逆方向の双方向に移動させることができる。このため、前記高温部１Ａで暖められた冷却液３５を前記低温部１Ｂに移動させることができる。また前記低温部１Ｂで冷やされた冷却液３５を前記高温部１Ａに移動させることができる。すなわち、前記高温部１Ａに位置する冷却管７０と前記低温部１Ｂに位置する冷却管７０との間で、冷媒としての冷却液３５を移動させることによる熱交換を行うことが可能である。このため、前記図７に第５の実施の形態として示す示するものにおいても、ソケット１０Ｅ内に保持されている電子発熱体１が発した熱を冷却することができる。このため、電子発熱体１本体の温度上昇、さらには前記電子発熱体１を有するＰＣケース内の温度上昇を抑制することができる。

また第５の実施の形態に示す冷却装置では、高温部１Ａの冷却管７０のピッチ幅Ｗ１の方が、低温部１Ｂ側の冷却管７０のピッチ幅Ｗ２に比較して広い。このため、低温部１Ｂに位置する冷却管７０の単位長さ当たりの冷却面積を広くすることができ、冷却管７０を一定のピッチ幅で配置した場合（例えば図５参照）に比較して冷却液３５を効率良く冷却することが可能である。

次に本発明の第５の実施の形態について説明する。
図８は本発明の第６の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図４同様の断面図である。

図８に示すソケット１０Ｆは、蓋体１２の構造とハウジング１１の内壁１１Ｃ，１１Ｄに注入口４１と排出口４２が設けられている点を除いてほぼ上記第３の実施の形態に示すソケット１０Ｃと同様である。

第６の実施の形態に示すソケット１０Ｆを形成する蓋体１２の表面はドーム形状をしており、その表面には円筒状の細管からなる複数のヒートパイプ８１が植設されている。前記ヒートパイプ８１は、細管を減圧状態で密閉されており、その内部には例えば水、ナトリウム、カリウム、フロンなどからなる作動液（熱媒体）が封入されている。前記ヒートパイプ８１の管壁には溝や金網などからなり、毛細管現象を発揮するウイック（図示せず）が設けられている。また前記蓋体１２の内側には、前記電子発熱体１の表面を図示Ｚ１方向に押圧する押圧部１２ｂが一体に形成されている。

なお、前記ソケット１０Ｆの外部には、前記複数のヒートパイプ８１を空冷するファンを設けた構成が好ましい。

第６の実施の形態に示す電子発熱体の冷却装置では、前記電子発熱体１から発せられた熱が前記押圧部１２ｂを介して前記蓋体１２に伝達される。このとき、前記ヒートパイプ８１の作動液は、ヒートパイプ８１の一端である前記蓋体１２側の端部（蒸発部）で熱を吸収し、他方の開放端部（凝縮部）で熱を放散する。すなわち、前記作動液は前記蒸発部で潜熱を奪って気化し、凝縮部で潜熱を捨てて液化する。液化した作動液は、気体より重いので前記ウイックを伝わって前記蒸発部に戻る（毛細管現象）。つまり、前記作動液は前記ヒートパイプ８１内で液体→気体→液体と循環されることで熱対流を発生させるため、前記電子発熱体１が発した熱をソケット１０Ｆの外部に逃がし冷却することができる。

また、図８に示すように前記蓋体１２に複数の貫通孔を形成し、開放状態にしたヒートパイプ８１の一端（蒸発部）を前記貫通孔に装着した構成であってもよい。この構成では、ソケット１０Ｆ内で暖められて気化した作動液が、前記ヒートパイプ８１内に滲入することができる。そして、上記同様の作用より前記電子発熱体１が発した熱をソケット１０Ｆの外部に逃がすことができる。この実施の形態では、熱を吸収した作動液がヒートパイプ８１に入り込むとともに他方の開放端部（凝縮部）に移動して直接的に熱を放散することができるため、さらに効率良く前記電子発熱体１を冷却することが可能となる。

なお、上記第６の実施の形態では、複数のヒートパイプ８１がドーム状の蓋体の表面に設けられた構成を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば図２などに示すソケットの蓋体１２上に前記ヒートシンク２０の代わりに複数のヒートパイプ８１が設けられる構成であってもよい。

次に、冷却装置の一種としてのヒートシンクの新たな態様について説明する。
図９ないし図１４はヒートシンクの実施の形態を示す側面図である。

図９および図１０に示すヒートシンク９１，９２は、先端部が周縁部から中心に向かって渦巻き形状に立ち上がる放熱部を備えたスパイラル形状のヒートシンクである。

ただし、図９に示すヒートシンク９１は、マウント部９１ａが電子発熱体１の表面に固定されており、スパイラル状の放熱部９１ｂの先端９１ｃと電子発熱体１の表面との間には熱伝導部９１ｄが設けられている。

一方、図１０に示すヒートシンク９２は、スパイラル状の放熱部９２ｂの先端９２ｃが電子発熱体１の表面に固定されており、熱伝導部９２ｄがマウント部９２ａと電子発熱体１の表面との間に設けられている。

前記ヒートシンク９１は面積の大きなマウント部９１ａの全体が、電子発熱体１の表面に固定されるため、表面全体から熱を発するような電子発熱体１に向いている。また前記ヒートシンク９２は、面積の小さな先端部９２ｃが電子発熱体１の表面に固定されるため、特に表面の中央部から部分的に熱を発するような電子発熱体１に向いている。

なお、いずれのヒートシンク９１，９２においても、電子発熱体１の表面から発せられる熱を前記スパイラル状の放熱部９１ｂ，９２ｂ以外の熱伝導部９１ｄ，熱伝導部９２ｄを介して最短経路で放熱することが可能である。

次に、図１１に示すヒートシンク９３は、従来のヒートシンク同様に複数の放熱フィンＡ，Ｂ，ＣおよびＤを有している。ただし、これら各放熱フィンＡ，Ｂ，ＣおよびＤに表面には、多数の凹部９３ａが形成されている点で異なっている。

この実施の形態に示すヒートシンク９３では、実質的な表面積を従来のヒートシンクよりも大きくすることができりため、より高い冷却能力を有するヒートシンクとすることが可能である。

一方、図１２および図１３に示すヒートシンク９４，９５では、複数の放熱フィンＡ，Ｂ，ＣおよびＤの表面に、例えば微細加工により形成された多数のスパイラル９４ａ，９５ａが設けられている。なお、図１２に示すヒートシンク９４は前記図１０同様にスパイラル９４ａの先端部が放熱フィンの表面に固定されたものであり、図１３に示すヒートシンク９５はゼンマイ形状に形成されたスパイラル９５ａの最外周部の端部が前記放熱フィンＡ，Ｂ，ＣおよびＤの表面に固定されたものである。

これら実施の形態においても、前記多数のスパイラル９４ａ，９５ａがヒートシンク全体の実質的な表面積を拡張することができる。よって、ヒートシンク９４，９５の全体としての冷却能力を高めることが可能である。

次に、図１４は自己調整機能を備えたヒートシンクの側面図を示し、Ａは常温時の圧縮状態、Ｂは高温時の膨張状態を示している。

図１４に示すヒートシンク９６は、上記図９に示すヒートシンク９１に近似する構成であるが、中央に熱導伝導部９１ｄを有しない点、および形状記憶合金で形成されている点が異なっている。例えば、形状記憶の性質を示す合金として、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｃｄ合金、Ａｇ−Ｃｄ合金、Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ合金等を用いることができる。

図１４Ｂに示すように、前記ヒートシンク９６は常温時の形状として図１４Ａに示すように放熱部がＺ方向に縮んだ圧縮状態が記憶され、高温時の形状としてスパイラルの放熱部がＺ２方向に立ち上がった膨張状態が記憶されている。したがって、電子発熱体１が熱を発する前の常温近傍では、前記ヒートシンク９６は図１４Ａに示す圧縮状態にある。そして、前記電子発熱体１が動作させられ、自らが発する熱により電子発熱体１の表面の温度が高くなると、このときの温度の上昇にしたがって前記ヒートシンク９６の形状は図１４Ｂに示すような膨張状態に変形させられる。

前記圧縮状態のときには、ヒートシンク９６の前記放熱部９６ｂの姿勢が水平姿勢に近い状態（図１４Ａ）にあるが、徐々に温度が上昇すると前記放熱部９６ｂを図１４Ｂに示すような垂直に近い姿勢に近づけることができる。このため、例えばファン３９からヒートシンク９６に向けて送られて来る空気が、前記放熱部９６ｂに当たる面積を温度の上昇とともに拡張することができる。すなわち、ヒートシンク９６は、自らが有する冷却能力を電子発熱体１の温度上昇に合わせて高めることが可能となる。このため、ヒートシンク９６は温度の変化に合わせて冷却能力を自己調整することができ、好適なヒートシンクを提供することが可能となる。

上記第１ないし第３の実施の形態では、好ましい態様として冷却管で形成される循環経路内にラジエータ３２等を設けて冷却液３５を強制的に冷却する構成について説明したが、単に冷却液３５を循環させるだけでも十分な冷却能力を発揮することが可能な冷却システムにおいては、前記ラジエータは必須のものではない。

本発明の第１の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を示す平面図、 図１の２−２線における断面図、 本発明の第２の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す斜視図、 本発明の第３の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図２同様の断面図、 本発明の第４の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図１同様の平面図、 マイクロポンプの構成を示す断面図であり、Ａは正圧状態、Ｂは負圧状態、 本発明の第５の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図１同様の平面図、 本発明の第６の実施の形態としての電子発熱体の冷却装置を構成するソケットを示す図４同様の断面図、 ヒートシンクの実施の形態を示す側面図、 ヒートシンクの他の実施の形態を示す側面図、 ヒートシンクの他の実施の形態を示す側面図、 ヒートシンクの他の実施の形態を示す側面図、 ヒートシンクの他の実施の形態を示す側面図、 自己調整機能を備えたヒートシンクの側面図を示し、Ａは常温時の圧縮状態、Ｂは高温時の膨張状態、

符号の説明

ソケット １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ
１１ ハウジング
１１ａ 凹部
１１ｂ 被掛止部
１２ 蓋体
１３ ヒンジ部
１４ 掛止部
１５ インターポーザ
１６，１７ 弾性接点
１８，１９ 導電体
２０，２０Ａ，２０Ｂ ヒートシンク
２１ 放熱フィン
２３，２５ 冷却管
３１ ポンプ
３２ ラジエータ
３５ 冷却液
３９ ファン
４１ 注入口
４２ 排出口
５１，５２ 冷却管
６０Ａ，６０Ｂ マイクロポンプ
６１ 圧力室
６２ ダイヤフラム
６３ 駆動手段
７０ 冷却管
８１ ヒートパイプ
９１，９２，９３，９４，９５ ヒートシンク
９１ａ，９２ａ マウント部
９１ｂ，９２ｂ 放熱部
９１ｃ，９２ｃ 先端
９１ｄ，９２ｄ 熱伝導部
９３ａ 凹部
９６ ヒートシンク
９６ｂ 放熱部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 放熱フィン

Claims (12)

1. ソケット内に保持された電子発熱体を冷却する装置であって、前記ソケットが、前記電子発熱体が装着されるハウジングと、前記電子発熱体を前記ハウジング内に保持する蓋体とを有しており、前記ハウジングと前記蓋体の少なくとも一方に前記電子発熱体を冷媒を用いて冷やす冷却手段が設けられていることを特徴とする電子発熱体の冷却装置。
2. 前記冷却手段が、複数のフィンを有するとともに前記蓋体の表面に設けられたヒートシンクと、前記フィンの間に蛇行状に配管された冷却管と、前記冷却管内を流れる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有することを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
3. 前記冷却手段が、ハウジング内に前記電子発熱体の周囲を取り囲むように周設された溝と、前記溝内に配管された冷却管と、前記冷却管内を流れる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有することを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
4. 前記冷却手段が、前記ハウジングに設けられた注入口及び排水口と、前記ハウジングの外部において前記注入口と前記排水口との間に設けられた冷却管と、前記注入口から注水され且つ前記排水口から排出させられる冷却液と、前記冷却液を循環させるポンプと、を有することを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
5. 前記冷却手段が、前記電子発熱体が発する熱の表面温度分布に応じて高温部となる位置に対向して設置された第１のヒートシンクと、前記高温部以外の低温部の位置に対向して設置された第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間に配管された冷却管と、前記冷却管の両端に設けられた一対のポンプと、前記一対のポンプを相補的に駆動するドライバ手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
6. 前記冷却手段が、前記電子発熱体が発する熱の表面温度分布に応じて中央部に形成された高温部と、その周辺部に形成された低温部との間に平面スター状に配管された冷却管と、前記冷却管両端に設けられた一対のポンプと、前記一対のポンプを相補的に駆動するドライバ手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
7. 前記冷却手段が、前記蓋体の表面に設けられた複数のヒートパイプであることを特徴とする請求項１記載の電子発熱体の冷却装置。
8. 前記ヒートシンクは、前記電子発熱体の表面に又は蓋体の表面に固定されていることを特徴とする請求項１、３、４又は６のいずれか記載の電子発熱体の冷却装置。
9. 空冷用のファンが設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の電子発熱体の冷却装置。
10. 前記冷却液が循環する経路内に、前記冷却液を冷却するラジエータが設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか記載の電子発熱体の冷却装置。
11. 前記冷却液が、正逆の双方向に移動させられることを特徴とする請求５又は６記載の電子発熱体の冷却装置。
12. 前記ヒートシンクが形状記憶合金で形成されることを特徴とする請求項２、５又は８のいずれか記載の電子発熱体の冷却装置。

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