JP6474142B2 - 液冷式コールドプレートおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子装置内の電子回路に使用される半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの高熱を発する電子部品を液体冷媒を用いて冷却するための液冷式コールドプレートおよびその製造方法に関する。
通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置のハウジング内には多数の回路基板が密に搭載され、各回路基板上に半導体デバイス、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）、電力増幅器などの高熱を発する電子部品が実装されているので、電子装置を冷却する冷却装置が必要になる。半導体デバイス、ＣＰＵ、電力増幅器などの高熱を発する電子部品は、その有効動作温度範囲が狭く、よって、電子装置全体を冷却するのではなく電子部品それぞれを個々に冷却する必要がある。このため、最近の電子装置用の冷却装置は、液体冷媒を通す冷却管を各電子部品に近接させて冷却している。
例えば、特許文献１の水冷式コールドプレートおよびその製造方法では、発熱部品を配置する水冷式コールドプレートに扁平冷却管を蛇行させて取付けて、該水冷式コールドプレートと扁平冷却管との熱接触面積を高めて冷却効率を高めることが提案されている。
特許第３１５４２４７号公報
特許文献１の水冷式コールドプレートは、断面形状が丸の金属パイプを蛇行状に加工した後、金属パイプの少なくともアルミニウムプレート内に埋め込まれる部分を偏平化し、偏平化した蛇行状の金属パイプをスペーサーを介して鋳型内に設置し、その後鋳型内にアルミニウム溶湯を流し込んで蛇行状の金属パイプをアルミニウム溶湯により鋳込んでアルミニウムプレートとしている。
しかし、特許文献１の水冷式コールドプレートにおいては、鋳型内での金属パイプの位置決めに用いるスペーサーとして、表裏とも平坦な面で形成された棒材を使用しているため、アルミニウム溶湯を鋳型内に流し込む方向によっては、アルミニウム溶湯の流圧によって金属パイプが変形して位置ずれを起こし、冷却すべき発熱部品との位置が合わなくなり、冷却性能が安定しないという問題があった。
本発明は、このような従来の事情に鑑みなされたものであり、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることが可能な液冷式コールドプレートおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、冷却液を供給する金属製配管を鋳型内に埋設し鋳込み造形する液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記鋳型内に埋設される複数の前記金属製配管同士の位置精度を維持すべく前記金属製配管に取り付ける固定金具を有し、前記金属製配管に前記固定金具を取り付けた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記固定金具又は前記固定金具に設けた凸部が前記鋳型の凹部と嵌合することによって位置決めがなされた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した水冷式コールドプレートの製造方法であって、鋳込み造形された前記液冷コールドプレートに対する前記固定金具の突出をフライス加工によって平面処理することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記鋳型に設けた凸部が前記固定金具に設けた凹部と嵌合することによって位置決めがなされた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、冷却液を供給する金属製配管を鋳型内に埋設し鋳込み造形する液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記鋳型に前記金属製配管を押止するための配管押さえ部を設け、前記配管押さえ部で前記金属製配管を押止した状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記鋳型内に埋設される複数の前記金属製配管同士の位置関係を維持すべく前記金属製配管に取り付ける固定金具を有し、前記金属製配管に前記固定金具を取り付けた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、当該液冷コールドプレート本体から突出する一対の金属製配管の出入り口の位置関係を維持すべく前記一対の金属製配管の出入り口に取り付ける第２の固定金具を有し、前記一対の金属製配管の出入り口に前記第２の固定金具を取り付け、前記第２の固定金具が前記鋳型に嵌合することによって位置決めがなされた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、前記金属製配管の少なくとも一部を扁平形状にしたことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートの製造方法は、上記した液冷式コールドプレートの製造方法であって、当該液冷コールドプレート本体から突出する前記一対の金属製配管の出入り口と対向する位置の金属製配管の接続曲り部が前記液冷コールドプレート本体から突出していることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートは、冷却液を供給する金属製配管と、前記金属製配管が内部に鋳込まれて形成されたコールドプレート本体とを備えた液冷式コールドプレートであって、前記コールドプレート本体に埋設された複数の前記金属製配管同士の位置関係を維持すべく前記金属製配管に取り付ける固定金具を有し、前記固定金具は、前記金属製配管に取り付けられた状態で鋳込まれ、前記コールドプレート本体と一体化されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートは、冷却液を供給する金属製配管と、前記金属製配管が内部に鋳込まれて形成されたコールドプレート本体とを備えた液冷式コールドプレートであって、一対の金属製配管の出入り口と、前記一対の金属製配管の出入り口と対向する位置の金属製配管の接続曲り部とが前記コールドプレート本体から突出していることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液冷式コールドプレートは、上記した液冷式コールドプレートであって、前記金属製配管の少なくとも一部を扁平形状にしたことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることができる。
本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図である。 本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付ける際の取付方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付けた状態を示す組立図である。 本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図である。 本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態の他の例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図である。 本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具並びにカプラ固定金具を取り付ける際の取付方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具並びにカプラ固定金具を取り付けた状態を示す組立図である。 本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、液冷式コールドプレートのカプラをシェルフ側のカプラに嵌合させる際の動作を説明するための説明図である。
＜実施形態１＞ 以下、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートについて、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ面で切断した場合の断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付ける際の取付方法を説明するための説明図である。図３は、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付けた状態を示す組立図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ面で切断した場合の断面図である。また、図４は、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。
なお、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１は、通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置に限らず、高熱を発する電子部品を実装した回路基板を備える電子装置であれば、本発明を適用することは可能である。
［液冷式コールドプレート１の構成］
本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１は、図１に示すように、金属パイプ３と、コールドプレート本体２と、金属パイプ固定金具（１）４１と、金属パイプ固定金具（２）４２と、カプラ６１とから構成されている。また、液冷式コールドプレート１は、金属パイプ３内に水等の冷却液が供給され、コールドプレート本体２に埋設された金属パイプ３の扁平管直線部３ｂの真上に配置された高熱を発する電子部品（以下、高発熱部品という）２０１（図１（ａ）のｎ部）から熱を奪うことにより、高発熱部品２０１の冷却を行う。
なお、図１に記載した複数の高発熱部品２０１は、液冷式コールドプレート１の構成部品ではなく、液冷式コールドプレート１との間の配置関係を示すためのものであり、液冷式コールドプレート１と個々に接触する場合だけでなく、図示していない回路基板等に実装された状態で纏まって接触する場合もある。また、高発熱部品２０１直下の金属パイプ３を扁平管にしているが、扁平管以外の丸管等であってもよい。
金属パイプ３は、ベンダーでＵ字形状に加工された後、プレス機で部分的に扁平加工が施されたものであり、丸管直線部３ｃと、丸管直線部３ａと、丸管曲り部３ｅと、扁平管直線部３ｂと、丸管直線部３ｄとから構成されている。また、金属パイプ３の丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂはコールドプレート本体２内に埋設され、丸管直線部３ｃ、丸管直線部３ｄおよび丸管曲り部３ｅはコールドプレート本体２の外部に配置され、丸管直線部３ｃおよび３ｄの先端にカプラ６１が取り付けられる。
なお、金属パイプ３は、例えば銅やステンレス鋼等の材料からできている。
コールドプレート本体２は、後述する鋳型内に金属パイプ３を埋め込んだ後、鋳型内にアルミニウムやアルミニウム合金等の金属溶湯を流し込むことによって鋳込み造形される。
金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２は、図２に示すように、挟持する金属パイプ３の形状に合わせ、円弧形状の凹溝４１ａ，４２ａおよび楕円形状の凹溝４１ｂ，４２ｂを各々有し、鋳型内に埋設される金属パイプ３の丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂとの間の位置精度を維持するために、丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂとを所定の位置（図１（ａ）のｍ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）で結合・固定するよう取り付けられる。また、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２は、例えばアルミニウム製であり、金属パイプ３の丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂに取り付けられた状態で鋳型内に金属溶湯が流し込まれる。
カプラ６１は、金属パイプ３の丸管直線部３ｃおよび３ｄの先端部分にそれぞれ取り付けられる流体継手であり、液冷式コールドプレート１を電子装置内に搭載する際、後述するシェルフ３０１側のカプラ３０１ａと嵌合接続される。
［液冷式コールドプレート１の製造方法］
次に、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。
金属パイプ３を鋳型内に埋設する前に、まず、図２および図３に示すように、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの所定の箇所（図１（ａ）のｍ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）を金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝４１ａ，４２ａ並びに凹溝４１ｂ，４２ｂでそれぞれ挟み込んだ後、金属パイプ固定金具（１）４１の貫通穴４１ｃおよび金属パイプ固定金具（２）４２の貫通穴４２ｃに固定ピン４３を挿入し、固定ピン４３で圧入固定する。なお、後述する図４で示すように、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝が形成された面とは反対側の平面は、コールドプレート本体２の平面より凸となる寸法で設計されており、この凸部を鋳型で挟み込んで押さえることにより、金属パイプ３の位置ずれを小さくする。
そして、図４に示すように、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂに取り付けた金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２が鋳型（１）１０１の凹溝１０１ａおよび鋳型（２）１０２の凹溝１０２ａに嵌合した状態で鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２の型締めが行われる。型締めされた鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２内に金属溶湯が流し込まれ、図１に示す液冷式コールドプレート１が鋳込み造形される。
つまり、鋳型（１）１０１の凹溝１０１ａおよび鋳型（２）１０２の凹溝１０２ａで金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２を両側から挟み込んで押さえつけることにより、鋳込み時の金属溶湯の流圧による金属パイプ３の位置ずれや変形を抑えることができ、これによって、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置ずれや変形を小さくすることができる。
なお、上記実施例では、金属製の鋳型を用いて上述した凹溝を鋳型に設けるよう説明しているが、例えば鋳型として砂型を用いる場合には、型締めの際に鋳型に凹溝が形成されるように金属パイプ固定金具の寸法を型締め後の鋳型内寸より大きめにしておくことで代用可能である。
また、図４のように、鋳込み造形後、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２はコールドプレート本体２平面より凸形状となるため、液冷式コールドプレート１の表面全体、若しくは、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の突き出た箇所のみをフライス加工することにより、液冷式コールドプレート１表面の平滑度を確保するようにする。
また、上記実施例においては、鋳型の凹溝に金属パイプ固定金具の凸部を嵌合させることにより鋳型と金属パイプ固定金具との間の位置決めを行ったが、これとは逆に、鋳型の金属パイプ固定金具と接する面上に位置決めピンを設け、金属パイプ固定金具の当該位置決めピンに対応する位置に当該位置決めピンが嵌合する凹穴を設けるようにして、鋳型と金属パイプ固定金具との間の位置決めを行うようにしてもよい。
なお、上記実施例では、金属製の鋳型を用いて上述した凹溝を鋳型に設けるよう説明しているが、例えば鋳型として砂型を用いる場合には、型締めの際に凹穴が形成されるように位置決めピンの突出寸法を型締め後の鋳型変形誤差を考慮した鋳型内寸より大きめにしておくことで代用可能である。
以上説明したように、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１によれば、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることができる。
＜実施形態２＞ 以下、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートについて、図５〜図７を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ面で切断した場合の断面図である。図６は、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。図７は、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態の他の例を示す図である。また、図５〜図７において、図１〜図４と同じ構成には同符号を付しており、既に説明したものについては適宜説明を省略する。
なお、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレート１１は、通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置に限らず、高熱を発する電子部品を実装した回路基板を備える電子装置であれば、本発明を適用することは可能である。
［液冷式コールドプレート１１の構成］
本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレート１１は、図５に示すように、金属パイプ４と、コールドプレート本体１２と、カプラ６１とから構成されている。また、液冷式コールドプレート１１は、金属パイプ４内に水等の冷却液が供給され、コールドプレート本体１２に埋設された金属パイプ４の丸管直線部４ｂの真上に配置された高熱を発する電子部品（以下、高発熱部品という）２０１（図５（ａ）のｎ部）から熱を奪うことにより、高発熱部品２０１の冷却を行う。
なお、図５に記載した複数の高発熱部品２０１は、液冷式コールドプレート１１の構成部品ではなく、液冷式コールドプレート１１との間の配置関係を示すためのものであり、液冷式コールドプレート１１と個々に接触する場合だけでなく、図示していない回路基板等に実装された状態で纏まって接触する場合もある。また、高発熱部品２０１直下の金属パイプ４を丸管にしているが、丸管以外の扁平管等であってもよい。
金属パイプ４は、ベンダーでＵ字形状に加工されたものであり、丸管直線部４ｃ，４ａと、丸管曲り部４ｅと、丸管直線部４ｂ，４ｄとから構成されている。また、金属パイプ４の丸管直線部４ａと丸管直線部４ｂはコールドプレート本体１２内に埋設され、丸管直線部４ｃ、丸管直線部４ｄおよび丸管曲り部４ｅはコールドプレート本体１２の外部に配置され、丸管直線部４ｃおよび４ｄの先端にカプラ６１が取り付けられる。
なお、金属パイプ４は、例えば銅やステンレス鋼等の材料からできている。
コールドプレート本体１２は、後述する鋳型内にアルミニウムやアルミニウム合金等の金属溶湯を流し込むことによって鋳込み造形され、図５に示すように、金属パイプ４を間に挟むようにして、対となる凹部（１）１２ａおよび凹部（２）１２ｂを所定の箇所（図５（ａ）のｐ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）に複数有している。なお、凹部（１）１２ａおよび凹部（２）１２ｂは、後述する鋳型（１）１１１の凸部１１１ａおよび鋳型（２）１１２の凸部１１２ａによって形成される。
カプラ６１は、金属パイプ４の丸管直線部４ｃおよび４ｄの先端部分にそれぞれ取り付けられる流体継手であり、液冷式コールドプレート１１を電子装置内に搭載する際、後述するシェルフ３０１側のカプラ３０１ａと嵌合接続される。
［液冷式コールドプレート１１の製造方法］
次に、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレート１１の製造方法について、図６を参照して説明する。
鋳型（１）１１１および鋳型（２）１０２は、図６に示すように、所定の位置（図５（ａ）のｐ部で示すコールドプレート本体１２の凹部（１）１２ａおよび凹部（２）１２ｂに対応する位置）に、それぞれ金属パイプ４の形状に合わせて形成された凸部１１１ａおよび凸部１１２ａを有している。そして、鋳型（１）１１１および鋳型（２）１１２が型締めされると、鋳型（１）１１１の凸部１１１ａおよび鋳型（２）１０２の凸部１１２ａによって、金属パイプ４の丸管直線部４ａおよび丸管直線部４ｂが同時に挟まれ、金属パイプ４の丸管直線部４ａおよび丸管直線部４ｂの位置決めがなされる。そして、型締めされた鋳型（１）１１１および鋳型（２）１１２内に金属溶湯が流し込まれ、図５に示す液冷式コールドプレート１１が鋳込み造形される。
つまり、鋳型（１）１１１の凸部１１１ａおよび鋳型（２）１１２の凸部１１２ａで金属パイプ４の丸管直線部４ａおよび丸管直線部４ｂを両側から挟み込んで押さえつけることにより、鋳込み時の金属溶湯の流圧による金属パイプ４の位置ずれや変形を抑えることができ、これによって、金属パイプ４の丸管直線部４ａおよび丸管直線部４ｂの位置ずれや変形を小さくすることができる。
次に、上記実施例において、金属パイプが本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１の構成品である扁平管直線部３ｂを有する金属パイプ３の場合の製造方法について説明する。
図７に示すように、鋳型（１）１２１および鋳型（２）１２２は、所定の位置（図５（ａ）のｐ部で示すコールドプレート本体１２の凹部（１）１２ａおよび凹部（２）１２ｂに相当する位置）に、それぞれ金属パイプ３の丸管直線部３ａの形状に合わせて形成された凸部１２１ａおよび凸部１２２ａと、金属パイプ３の扁平管直線部３ｂの形状に合わせて形成された凸部１２１ｂおよび凸部１２２ｂとを有している。そして、鋳型（１）１２１および鋳型（２）１２２が型締めされると、鋳型（１）１２１の凸部１２１ａおよび鋳型（２）１２２の凸部１２２ａによって金属パイプ３の丸管直線部４ａが、また、鋳型（１）１２１の凸部１２１ｂおよび鋳型（２）１２２の凸部１２２ｂによって金属パイプ３の扁平管直線部３ｂが挟まれ、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置決めがなされる。そして、型締めされた鋳型（１）１２１および鋳型（２）１２２内に金属溶湯が流し込まれ、図５に示す液冷式コールドプレート１１が鋳込み造形される。
つまり、鋳型（１）１２１の凸部１２１ａ，凸部１２１ｂおよび鋳型（２）１２２の凸部１２２ａ，凸部１２２ｂで金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂを両側から挟み込んで押さえつけることにより、鋳込み時の金属溶湯の流圧による金属パイプ３の変形を抑えることができ、これにより金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置ずれを小さくすることができる。
以上説明したように、本発明の実施形態２に係る液冷式コールドプレート１１によれば、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることができる。
＜実施形態３＞ 以下、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートについて、図８および図９を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートの正面図並びに断面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ面で切断した場合の断面図、また、（ｃ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ面で切断した場合の断面図である。図９は、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートを製造する際、鋳造後の鋳型を開いた状態を示す図である。また、図８および図９において、図１〜図７と同じ構成には同符号を付しており、既に説明したものについては適宜説明を省略する。
因みに、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレート８１は、実施形態１および実施形態２に係る液冷式コールドプレートの技術を兼ね備えたものである。
実施形態１においては、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくするために金属パイプ固定金具を使用しているが、金属パイプの位置ずれや変形をより小さくするためには、金属パイプ固定金具の数を増やし、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付ける間隔（ピッチ）を密にする必要がある。しかし、金属パイプ固定金具の数を増やすことによって、鋳込みの際の金属溶湯の流れが阻害されたり、また、コストアップにもなってしまう。
また、実施形態２においては、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくするために鋳型に設けた凸部で金属パイプを両側から押さえ込むようにしているが、金属パイプの位置ずれや変形をより小さくするためには、鋳型の凸部の数を増やして金属パイプを押さえる箇所を増やす、つまり、鋳型の凸部の間隔（ピッチ）を密にする必要がある。しかし、鋳型の凸部で金属パイプを押さえる箇所を増やすことによって、コールドプレート本体に形成される凹部の数が増えるため、コールドプレートとしての冷却性能が低下してしまう。
そこで、本実施形態３では、実施形態１および実施形態２の２つの技術を使い、金属パイプ固定金具の数を減らすと共に、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付けた箇所の中間の金属パイプを鋳型の凸部で押さえるようして鋳込み造形することによって、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、金属パイプの位置ずれや変形を更に小さくすることができ、経済的で、更なる冷却性能の向上を図ることができる。
なお、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレート８１は、通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置に限らず、高熱を発する電子部品を実装した回路基板を備える電子装置であれば、本発明を適用することは可能である。
［液冷式コールドプレート８１の構成］
本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレート８１は、図８に示すように、金属パイプ３と、コールドプレート本体８２と、金属パイプ固定金具（１）４１と、金属パイプ固定金具（２）４２と、カプラ６１とから構成されている。また、液冷式コールドプレート８１は、金属パイプ３内に水等の冷却液が供給され、コールドプレート本体８２に埋設された金属パイプ３の扁平管直線部３ｂの真上に配置された高熱を発する電子部品（以下、高発熱部品という）２０１（図８（ａ）のｎ部）から熱を奪うことにより、高発熱部品２０１の冷却を行う。
なお、図８に記載した複数の高発熱部品２０１は、液冷式コールドプレート８１の構成部品ではなく、液冷式コールドプレート８１との間の配置関係を示すためのものであり、液冷式コールドプレート８１と個々に接触する場合だけでなく、図示していない回路基板等に実装された状態で纏まって接触する場合もある。また、高発熱部品２０１直下の金属パイプ３を扁平管にしているが、扁平管以外の丸管等であってもよい。
コールドプレート本体８２は、後述する鋳型内にアルミニウムやアルミニウム合金等の金属溶湯を流し込むことによって鋳込み造形され、図８（ｃ）に示すように、金属パイプ３を間に挟むようにして、対となる凹部（１）８２ａ，凹部（２）８２ｂおよび凹部（３）８２ｃ，凹部（４）８２ｄを所定の箇所（図８（ａ）のｒ部およびｓ部示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）に複数有している。なお、凹部（１）８２ａ，凹部（２）８２ｂおよび凹部（３）８２ｃ，凹部（４）８２ｄは、後述する鋳型（１）１３１の凸部１３１ｂ，鋳型（２）１３２の凸部１３２ｂおよび鋳型（１）１３１の凸部１３１ｃ，鋳型（２）１３２の凸部１３２ｃによって形成される。
金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２は、上述した図３と同様に、丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂとを所定の位置（図８（ａ）のｍ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）で結合・固定するよう取り付けられる。また、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２は、例えばアルミニウム製であり、金属パイプ３の丸管直線部３ａと扁平管直線部３ｂに取り付けられた状態で鋳型内に金属溶湯が流し込まれる。
［液冷式コールドプレート８１の製造方法］
次に、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレート８１の製造方法について、図９を参照して説明する。
金属パイプ３を鋳型内に埋設する前に、まず、上述した図２および図３と同様に、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの所定の箇所（図８（ａ）のｍ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）を金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝４１ａ，４２ａ並びに凹溝４１ｂ，４２ｂでそれぞれ挟み込んだ後、金属パイプ固定金具（１）４１の貫通穴４１ｃおよび金属パイプ固定金具（２）４２の貫通穴４２ｃに固定ピン４３を挿入し、固定ピン４３で圧入固定する。なお、上述した図４と同様に、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝が形成された面とは反対側の平面は、コールドプレート本体８２の平面より凸となる寸法で設計されており、この凸部を鋳型で挟み込んで押さえることにより、金属パイプ３の位置ずれや変形を小さくする。
それから、図９（ａ）に示すように、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂに取り付けた金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２が鋳型（１）１３１の凹溝１３１ａおよび鋳型（２）１３２の凹溝１３２ａに嵌合した状態で鋳型（１）１３１および鋳型（２）１３２の型締めが行われる。
なお、上記実施例では、金属製の鋳型を用いて上述した凹溝を鋳型に設けるよう説明しているが、例えば鋳型として砂型を用いる場合には、型締めの際に鋳型に凹溝が形成されるように金属パイプ固定金具の寸法を型締め後の鋳型内寸より大きめにしておくことで代用可能である。
また、同時に、図９（ｂ）に示すように、鋳型（１）１３１および鋳型（２）１３２は、所定の位置（図８（ａ）のｒ部およびｓ部で示すコールドプレート本体８２の凹部（１）８２ａ，凹部（２）８２ｂおよび凹部（３）８２ｃ，凹部（４）８２ｄに相当する位置）に、それぞれ金属パイプ３の丸管直線部３ａの形状に合わせて形成された凸部１３１ｂおよび凸部１３２ｂと、金属パイプ３の扁平管直線部３ｂの形状に合わせて形成された凸部１３１ｃおよび凸部１３２ｃとを有している。そして、鋳型（１）１３１および鋳型（２）１３２が型締めされると、鋳型（１）１３１の凸部１３１ｂおよび鋳型（２）１３２の凸部１３２ｂによって金属パイプ３の丸管直線部４ａ、また、鋳型（１）１３１の凸部１３１ｃおよび鋳型（２）１３２の凸部１３２ｃによって金属パイプ３の扁平管直線部３ｂが同時に挟まれ、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置決めがなされる。
そして、型締めされた鋳型（１）１３１および鋳型（２）１３２内に金属溶湯が流し込まれ、図８に示す液冷式コールドプレート８１が鋳込み造形される。
つまり、鋳型（１）１３１の凹溝１３１ａおよび鋳型（２）１３２の凹溝１３２ａで金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２を挟み込んで押さえつける一方、鋳型（１）１３１の凸部１３１ｂ，凸部１３１ｃおよび鋳型（２）１３２の凸部１３２ｂ，凸部１３２ｃで金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂを挟み込んで押さえつけることにより、鋳込み時の金属溶湯の流圧による金属パイプ３の位置ずれや変形を極力抑えることができるので、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置ずれや変形を更に小さくすることができる。
また、図９（ａ）に示すように、鋳込み造形後、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２はコールドプレート本体８２平面より凸形状となるため、液冷式コールドプレート８１の表面全体、若しくは、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の突き出た箇所のみをフライス加工することにより、液冷式コールドプレート８１表面の平滑度を確保するようにする。
また、上記実施例においては、鋳型の凹溝に金属パイプ固定金具の凸部を嵌合させることにより鋳型と金属パイプ固定金具との間の位置決めを行ったが、これとは逆に、鋳型の金属パイプ固定金具と接する面上に位置決めピンを設け、また、金属パイプ固定金具の当該位置決めピンに対応する位置に当該位置決めピンが嵌合する凹穴を設けるようにして、鋳型と金属パイプ固定金具との間の位置決めを行うようにしてもよい。
なお、上記実施例では、金属製の鋳型を用いて上述した凹溝を鋳型に設けるよう説明しているが、例えば鋳型として砂型を用いる場合には、型締めの際に凹穴が形成されるように位置決めピンの突出寸法を型締め後の鋳型変形誤差を考慮した鋳型内寸より大きめにしておくことで代用可能である。
以上説明したように、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレート８１によれば、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることができる。
また、金属パイプ固定金具の数を減らす一方、金属パイプに金属パイプ固定金具を取り付けた箇所の中間の金属パイプを鋳型の凸部で押さえるようして鋳込み造形するようにしたので、経済的で、更なる冷却性能の向上を図ることができる。
＜実施形態４＞ 以下、本発明の実施形態３に係る液冷式コールドプレートについて、図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具並びにカプラ固定金具を取り付ける際の取付方法を説明するための説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はカプラ固定金具の詳細を示す図である。図１１は、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、金属パイプに金属パイプ固定金具並びにカプラ固定金具を取り付けた状態を示す組立図である。図１２は、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレートにおいて、液冷式コールドプレートのカプラをシェルフ側のカプラに嵌合させる際の動作を説明するための説明図である。また、図１０〜図１２において、図１〜図９と同じ構成には同符号を付しており、既に説明したものについては適宜説明を省略する。
なお、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレート３１は、通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置に限らず、高熱を発する電子部品を実装した回路基板を備える電子装置であれば、本発明を適用することは可能である。
［液冷式コールドプレート３１の構成］
本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレート３１の構成は、本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１の構成と同様であるが、製造時における金属パイプ３の位置決め方法が異なる。つまり、本実施形態４に係る液冷式コールドプレート３１においては、液冷式コールドプレート３１を電子装置内に搭載する際、図１２に示すように、液冷式コールドプレート３１に供給する冷却液の出入り口である２つのカプラ６１を相手先であるシェルフ３０１側の２つのカプラ３０１ａに同時にスライド嵌合させなければならないため、液冷式コールドプレート３１の２つのカプラ６１の位置精度をより高めるようにしたものである。
［液冷式コールドプレート３１の製造方法］
次に、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレート３１の製造方法について、図１０および図１１を参照して説明する。
本発明の実施形態１に係る液冷式コールドプレート１と同様に、図２および図３に示すように、金属パイプ３を鋳型内に埋設する前に、まず、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの所定の箇所（図１（ａ）のｍ部で示す高発熱部品２０１の直下を避けた箇所）を金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝４１ａ，４２ａ並びに凹溝４１ｂ，４２ｂでそれぞれ挟み込んだ後、金属パイプ固定金具（１）４１の貫通穴４１ｃおよび金属パイプ固定金具（２）４２の貫通穴４２ｃに固定ピン４３を挿入し、固定ピン４３で圧入固定する。なお、図４で示すように、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の凹溝が形成された面とは反対側の平面は、コールドプレート本体２の平面より凸となる寸法で設計されており、この凸部を鋳型で挟み込んで押さえることにより、金属パイプ３の位置ずれを小さくする。
更に、図１０に示すように、カプラ固定金具５１に設けた２つの丸穴５１ａを金属パイプ３に取り付けられた２つのカプラ６１の先端に嵌合させることにより、カプラ固定金具５１でカプラ６１が固定されるとともに、カプラ６１同士が所定の間隔となるよう位置決めされる。
なお、カプラ固定金具５１は、例えばステンレス等の材料からできている。
そして、図４に示すように、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂに取り付けた金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２が鋳型（１）１０１の凹溝１０１ａおよび鋳型（２）１０２の凹溝１０２ａに嵌合すると共に、カプラ固定金具５１も鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２の所定の箇所に嵌合した状態で、鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２の型締めが行われる。型締めされた鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２内に金属溶湯が流し込まれ、図１と同形状の液冷式コールドプレート３１が鋳込み造形される。
つまり、鋳型（１）１０１の凹溝１０１ａおよび鋳型（２）１０２の凹溝１０２ａで金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２を両側から挟み込んで押さえつけることにより、鋳込み時の金属溶湯の流圧による金属パイプ３の変形を抑えることができ、これによって、金属パイプ３の丸管直線部３ａおよび扁平管直線部３ｂの位置ずれを小さくすることができる。
更に、カプラ固定金具５１も鋳型（１）１０１および鋳型（２）１０２の所定の箇所に嵌合した状態で鋳込み造形がなされるので、２つのカプラ６１の位置ずれを小さくすることができる。
したがって、液冷式コールドプレート３１をシェルフ３０１にスライド接続させる際に、液冷式コールドプレート３１のカプラ６１とシェルフ３０１側のカプラ３０１ａとの接続作業が容易に行える。
なお、カプラ固定金具５１は、鋳造後にカプラ６１から取り外して、再利用するようにすればよい。
また、図４のように、鋳込み造形後、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２はコールドプレート本体２平面より凸形状となるため、液冷式コールドプレート１の表面全体、若しくは、金属パイプ固定金具（１）４１および金属パイプ固定金具（２）４２の突き出た箇所のみをフライス加工することにより、液冷式コールドプレート１表面の平滑度を確保するようにする。
以上説明したように、本発明の実施形態４に係る液冷式コールドプレート３１によれば、鋳込みの際の金属溶湯が流し込まれる方向や流圧に影響されることなく、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプの位置ずれや変形を小さくすることができるので、発熱部品の直下に金属パイプを配置することができるなど、コールドプレート本体内に埋め込まれる金属パイプを所望の位置に配置でき、安定した冷却性能を得ることができる。
また、液冷式コールドプレートのカプラとシェルフ側のカプラとの接続作業時の作業性を向上させることができる。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
この出願は、２０１５年４月１３日に出願された日本出願特願２０１５−０８１６６０を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
本発明は、通信機器や映像機器や放送機器などの電子装置に限らず、高熱を発する電子部品を実装した回路基板を備える電子装置を製造する産業で利用される。
１：液冷式コールドプレート、２：コールドプレート本体、３：金属パイプ、３ａ：丸管直線部、３ｂ：扁平管直線部、３ｃ：丸管直線部、３ｄ：丸管直線部、３ｅ：丸管曲り部、４：金属パイプ、４ａ：丸管直線部、４ｂ：丸管直線部、４ｃ：丸管直線部、４ｄ：丸管直線部、４ｅ：丸管曲り部、１１：液冷式コールドプレート、１２：コールドプレート本体、１２ａ：凹部（１）、１２ｂ：凹部（２）、２２：コールドプレート本体、２２ａ：凹部（１）、２２ｂ：凹部（２）、２２ｃ：凹部（３）、２２ｄ：凹部（４）、３１：液冷式コールドプレート、４１：金属パイプ固定金具（１）、４１ａ：円弧形状の凹溝、４１ｂ：楕円形状の凹溝、４１ｃ：貫通穴、４２：金属パイプ固定金具（２）、４２ａ：円弧形状の凹溝、４２ｂ：楕円形状の凹溝、４２ｃ：貫通穴、４３：固定ピン、５１：カプラ固定金具、５１ａ：丸穴、６１：カプラ、８１：液冷式コールドプレート、８２：コールドプレート本体、８２ａ：凹部（１）、８２ｂ：凹部（２）、８２ｃ：凹部（３）、８２ｄ：凹部（４）、１０１：鋳型（１）、１０１ａ：凹溝、１０２：鋳型（２）、１０２ａ：凹溝、１１１：鋳型（１）、１１１ａ：凸部、１１２：鋳型（２）、１１２ａ：凸部、１２１：鋳型（１）、１２１ａ：凸部、１２１ｂ：凸部、１２２：鋳型（２）、１２２ａ：凸部、１２２ｂ：凸部、１３１：鋳型（１）、１３１ａ：凹溝、１３１ｂ：凸部、１３１ｃ：凸部、１３２：鋳型（２）、１３２ａ：凹溝、１３２ｂ：凸部、１３２ｃ：凸部、２０１：高発熱部品、３０１：シェルフ、３０１ａ：カプラ。

Claims (5)

  1. 冷却液を供給する曲面形状である金属製配管を鋳型内に埋設し鋳込み造形され、前記鋳込み造形された前記金属製配管の埋設上に発熱部品が配置される液冷式コールドプレートの製造方法であって、
    前記鋳型に前記金属製配管を押止するための前記金属配管の曲面形状に合わせた配管押さえ部を発熱部品の直下を避けた箇所となるように複数設け、
    前記配管押さえ部で前記金属製配管を両側から挟み込んで押止した状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする液冷式コールドプレートの製造方法。
  2. 請求項１記載の液冷式コールドプレートの製造方法であって、
    前記鋳型内に並行して埋設される前記金属製配管同士の位置関係を維持すべく、前記液冷式コールドプレートの幅より狭く、前記金属配管の曲面形状に合わせて両面から挟み込み且つ並行して埋設される前記金属製配管の対向位置を連結する前記金属製配管への取り付け固定金具を有し、
    前記金属製配管に前記固定金具を取り付けた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする液冷式コールドプレートの製造方法。
  3. 請求項２記載の液冷式コールドプレートの製造方法であって、
    前記固定金具又は前記固定金具に設けた凸部が前記鋳型の凹部と嵌合することによって位置決めがなされた状態で前記鋳型内に金属溶湯を流し込んで鋳込み造形することを特徴とする液冷式コールドプレートの製造方法。
  4. 請求項３記載の液冷式コールドプレートの製造方法であって、
    鋳込み造形された前記液冷式コールドプレートに対する前記固定金具の突出をフライス加工によって平面処理することを特徴とする液冷式コールドプレートの製造方法。
  5. コールドプレートに鋳込まれ埋設された曲面形状の金属製配管の真上に発熱部品を装着する液冷式コールドプレートであって、
    前記コールドプレート内に前記金属製配管を埋設する際に前記金属製配管を押止め、かつ前記金属製配管を間に挟むように対となる凹部を、前記発熱部品の直下を避けた複数の個所に配置したことを特徴とする液冷式コールドプレート。
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