相変換冷却器及び携帯機器
【課題】小型軽量で冷却効率が高い相変換冷却器及び携帯機器を提供する。
【解決手段】冷却対象物に接する第１の面２ａを有する冷却ヘッド２と、第２の面２ｂに設けられた第１給排口３と、第３の面２ｃに設けられた第２給排口４と、第１給排口３に接続された第１配管５と、放熱環境に置かれた放熱部６と、第２給排口４に接続された第２配管７とを備え、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成され、冷却ヘッド２の第１の面２ａに金属板９を有する。
【解決手段】冷却対象物に接する第１の面２ａを有する冷却ヘッド２と、第２の面２ｂに設けられた第１給排口３と、第３の面２ｃに設けられた第２給排口４と、第１給排口３に接続された第１配管５と、放熱環境に置かれた放熱部６と、第２給排口４に接続された第２配管７とを備え、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成され、冷却ヘッド２の第１の面２ａに金属板９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型軽量で冷却効率が高い相変換冷却器及び携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ内に設けられている部品のうち、大きな発熱を伴う部品については、自然放熱に頼らず、強制的な放熱対策が施される。例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などのＬＳＩ（大規模集積回路）は、集積度が高いほど、また、処理速度が速いほど発熱が深刻となるため、放熱対策は省けない。
【０００３】
このような電子部品に適用する冷却器として、相変換冷却器が知られている。
【０００４】
図７に示されるように、従来の相変換冷却器１０１は、冷却対象物に接する第１の面（図示裏側の正面）を有した冷却ヘッド１０２と、冷却ヘッド１０２の第１の面とは対向しない第２の面１０２ｂに設けられた第１給排口１０３と、冷却ヘッド１０２の第１の面とも第２の面１０２ｂとも対向しない第３の面１０２ｃに設けられた第２給排口１０４と、第１給排口１０３に接続された第１配管１０５と、第１配管１０５に繋がり放熱環境に置かれる放熱部１０６と、放熱部１０６に繋がり第２給排口１０４に接続された第２配管１０７とを備える。
【０００５】
冷却ヘッド１０２は、ほぼ直方体状に形成された熱伝導率の高い金属製の容器である。冷却ヘッド１０２の第１の面（図示裏側の正面）が冷却対象物であるＬＳＩの放熱面に接している。
【０００６】
第１給排口１０３に接続された第１配管１０５は、冷却ヘッド１０２の第２の面１０２ｂに直角な方向に十分に長く延ばされ放熱部１０６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド１０２の第２の面１０２ｂは、冷却ヘッド１０２の上側に位置するので、第１配管１０５は上に伸びている。
【０００７】
放熱部１０６は、熱伝導率の高い金属管を複数回折り返すなどして表面積を大きくしたものである。放熱部１０６は、冷却対象物から十分に離れた放熱環境に置かれる。放熱環境とは、放熱に適した環境のことであり、大気に触れやすい環境、大気に触れている熱伝導性の良い部材に接する環境、周囲に熱源や熱に弱い部材が無い環境などを指す。
【０００８】
第２給排口１０４に接続された第２配管１０７は、冷却ヘッド１０２の第３の面１０２ｃに直角な方向に比較的短く延ばされ、放熱部１０６の方向に曲げられ、第１配管１０５と平行に長く延ばされ放熱部１０６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド１０２の第３の面１０２ｃは、冷却ヘッド１０２の横側に位置するので、第２配管１０７は、いったん横に伸びてから上に伸びている。
【０００９】
第１配管１０５と放熱部１０６と第２配管１０７は、１本の連続した管で形成することができる。
【００１０】
相変換冷却器１０１は、冷却ヘッド１０２から第１配管１０５、放熱部１０６、第２配管１０７を経由して冷却ヘッド１０２に戻る内部空間に冷媒を収容している。
【００１１】
この相変換冷却器１０１において、冷却対象物からの熱が冷却ヘッド１０２に熱伝導し、その熱で冷却ヘッド１０２内の冷媒が気化（沸騰）して気相となる。気相となった冷媒は、冷却ヘッド１０２内を上昇し第１給排口１０３を介して第１配管１０５に流れ込み放熱部１０６に導かれる。気相の冷媒は、放熱部１０６で熱を奪われて、液化（凝縮）して液相となる。液相となった冷媒は、放熱部１０６から第２配管１０７を降下し第２給排口１０４を介して冷却ヘッド１０２に流れ込む。このようにして、従来の相変換冷却器１０１では、冷媒が冷却対象物の熱を気化熱によって奪い、放熱部１０６で系外（大気など）に熱を放出し、液相となって冷却ヘッド１０２に戻る、という冷媒の循環が繰り返される。これにより、冷却対象物は継続的に強制冷却される。
【００１２】
この相変換冷却器１０１は、冷却対象物を空冷する冷却ファンよりも小型で簡素であり、冷媒を機械的な力で押し流して循環させるポンプ機構も必要としない。
【００１３】
相変換冷却器全体（冷却ヘッド１０２から、第１配管１０５、放熱部１０６、第２配管１０７を経由して冷却ヘッド１０２に戻る内部空間）における液相の比率は体積比で冷媒総量の２０〜３０％である。冷却ヘッド１０２内においても、冷媒が気相と液相に適宜な比率で存在している。
【００１４】
液相の冷媒は、冷却ヘッド１０２の下に溜まり、液面ｓが第２給排口１０４を越えている。気相の冷媒は、液面ｓよりも上部の空間を占めている。第１給排口１０３はその空間の上にある。よって、気化によって体積を増した気相の冷媒は第１配管１０５に容易に流れ込み、かつ、第１配管１０５にしか流れ込まない。また、放熱部１０６で液相となった冷媒は重力に従って第２配管１０７に流れ落ち冷却ヘッド１０２に戻る。これにより、気相の冷媒が冷却ヘッド１０２から上昇して放熱部１０６に流れ込み、液相の冷媒が放熱部１０６から下降して冷却ヘッド１０２に流れ込むという冷媒の循環を促進・円滑化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−８５１８６号公報
【特許文献２】特開平７−１４２８８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来の相変換冷却器１０１は、デスクトップ型のパソコンなどに搭載されていた。しかし、この相変換冷却器１０１を携帯電話機やノートパソコンなどの携帯機器（モバイル機器）に搭載しようとすると、問題が生じる。
【００１７】
モバイル機器は、デスクトップ型のパソコンのような定置式の機器よりも筐体が小さく、内部スペースが狭いため、モバイル機器に搭載する相変換冷却器は、従来よりも小型化、薄型化が必要となるからである。
【００１８】
従来の相変換冷却器１０１は、冷却対象物との熱交換効率を向上する目的で、冷却ヘッド１０２が全体的に金属で構成されている。同時に冷却ヘッド１０２は、冷媒を収容する容器でもあるため、中空構造であってしかも密閉構造にする必要がある。具体的には、冷却ヘッド１０２は、いわゆる板金ものとして、金属板材を立体的に組み合わせ、合わせ目を溶接で閉じて形成される。
【００１９】
溶接によって密閉性よく接合するには、金属板材が所定以上の厚さを持たなければならない。なぜなら、薄い金属板材を溶接しようとすると、形が歪んだり孔ができてしまうからである。このため、従来の相変換冷却器は、冷却ヘッドの金属板材が厚い。具体的には、厚さは１ｍｍ程度である。一般に銅板は厚さ０．５ｍｍ以上が溶接に耐えられる限界である。このために冷却ヘッド１０２の外形寸法が大きくなる。冷媒を収容する空間を確保しつつ冷却ヘッド１０２を小型化するには、金属板材の厚さを薄くできないことが障害となる。
【００２０】
また、金属板材を立体的に組み合わせると、合わせ目が多数生じる。図７に示すように冷却ヘッド１０２をほぼ直方体状とするには、６枚の金属板材を組み合わせ、１２箇所の稜線を溶接で閉じることになる。さらに、給排口１０３、１０４は金属板材に空けた穴である。その給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐので、ここも溶接箇所となる。このように、冷却ヘッド１０２を金属板材で形成すると、溶接箇所が多く、加工コストが高くなる。
【００２１】
さらに、従来の相変換冷却器１０１は、前述の通り金属板材が厚いこと、溶接箇所が多いことなどから重量が重くなる。軽量であることが商品価値の重要な要因であるモバイル機器にとって、重量が重いことは欠点となる。
【００２２】
また、冷却ヘッド１０２が全面的に金属であると、冷却対象物から冷却ヘッド１０２の第１の面に熱伝導した熱が熱伝導によって冷却ヘッド１０２の他の面に拡散する。このように熱が拡散することは、冷却対象物の冷却に寄与するにはするが、相変換冷却の観点からすると好ましくない。なぜなら、冷却対象物から冷媒に伝わる熱が少なくなり、気化する冷媒の量が減り、相変換冷却の効率が落ちるからである。そして、熱伝導により冷却ヘッド１０２の全体に拡散した熱がその周囲の雰囲気に熱伝導することにより、冷却対象物の周辺に熱気がこもる。
【００２３】
また、冷却ヘッド１０２は鋳物で作ることもできる。しかし、金属は、溶融した状態でも粘度が高いため、冷却ヘッド１０２を鋳物で作っても、冷却ヘッド１０２の金属材の厚さを薄くすることはできない。したがって、上記した壁の厚さ、重量、熱伝導などの問題は、鋳物で作ることでは解決されない。
【００２４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型軽量で冷却効率が高い相変換冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、冷却対象物に接する第１の面を有した冷却ヘッドと、該冷却ヘッドの上記第１の面とは対向しない第２の面に設けられた第１給排口と、上記冷却ヘッドの上記第１の面とも上記第２の面とも対向しない第３の面に設けられた第２給排口と、上記第１給排口に接続された第１配管と、該第１配管に繋がり放熱環境に置かれる放熱部と、該放熱部に繋がり上記第２給排口に接続された第２配管とを備え、上記冷却ヘッドが樹脂成形により形成され、上記冷却ヘッドの上記第１の面に金属板を有するものである。
【００２６】
上記冷却ヘッドの複数の面に金属板を有してもよい。
【００２７】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板は、互いに接していてもよい。
【００２８】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板のうち、上記第１の面以外に設けられた金属板は、上記冷却ヘッドの内面に設けられていてもよい。
【００２９】
上記冷却ヘッドの第１の面の樹脂に開口が形成され、この開口を覆うように金属板が設けられていてもよい。
【００３０】
上記金属板に突起部が形成されていてもよい。
【００３１】
上記金属板は、インサート成型により上記冷却ヘッドに設けられてもよい。
【００３２】
上記第２配管は、上記第１配管側に傾斜した傾斜部を有してもよい。
【００３３】
また、上記冷却ヘッドの第１の面が上記冷却ヘッドの下側に位置する姿勢において、上記第１給排口と上記第２給排口の上下方向の高さが異なっていてもよい。
【００３４】
また、本発明の携帯機器は、上記相変換冷却器を搭載したものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３６】
（１）小型軽量で冷却効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示す相変換冷却器の冷却ヘッドの図であり、（ａ）は第２、第３、第６の面を見た斜視透視図、（ｂ）は第１、第４、第５の面を見た斜視図、（ｃ）は第１の面を下にした断面図である。
【図２】インサート成型を説明する図であり、（ａ）は金属板の組み立て斜視図、（ｂ）は樹脂射出成型後の冷却ヘッドの斜視透視図である。
【図３】（ａ）は正立姿勢、（ｂ）は右傾姿勢、（ｃ）は左傾姿勢における図１の相変換冷却器の正面図である。
【図４】図１の相変換冷却器の配管接続を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す相変換冷却器の水平姿勢における斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の相変換冷却器を搭載した携帯電話機の斜視図、（ｂ）は同携帯電話機の側断面図である。
【図７】従来の相変換冷却器の正立姿勢における正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３９】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、本発明に係る相変換冷却器１は、冷却対象物に接する第１の面２ａ（図１、図５参照）を有した冷却ヘッド２と、冷却ヘッド２の第１の面２ａとは対向しない第２の面２ｂに設けられた第１給排口３と、冷却ヘッド２の第１の面２ａとも第２の面２ｂとも対向しない第３の面２ｃに設けられた第２給排口４と、第１給排口３に接続された第１配管５と、第１配管５に繋がり放熱環境に置かれる放熱部６と、放熱部６に繋がり第２給排口４に接続された第２配管７とを備える。
【００４０】
相変換冷却器１は、冷却ヘッド２から第１配管５、放熱部６、第２配管７を経由して冷却ヘッド２に戻る内部空間に液相が例えば２０％以上を占めるように冷媒が収容される。相変換冷却器１は、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢において冷媒の液面ｓが第３の面２ｃより上に位置する（図３参照）。具体的には、第２配管７に、第１配管５に対して傾斜した傾斜部８が形成されていることにより、冷媒の液面ｓが第３の面２ｃより上に保持されている。
【００４１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に詳しく示すように、本発明においては、冷却ヘッド２は、樹脂成形により外形がほぼ直方体状で内部にほぼ直方体状の空間が形成された容器である。冷却ヘッド２は、エンジニアリングプラスチックからなる。
【００４２】
冷却ヘッド２の第１の面２ａが冷却対象物（例えば、ＬＳＩ）の放熱面に接する受熱面である。本発明においては、冷却ヘッド２の少なくとも受熱面である第１の面２ａに金属板９を有する。この実施形態では、冷却ヘッド２は、第１の面２ａのほかに、第２の面２ｂ、第３の面２ｃ、第２の面２ｂに対向する第４の面２ｄ、第３の面２ｃに対向する第５の面２ｅに金属板９を有する。第２の面２ｂ、第３の面２ｃに設ける金属板９には、第１給排口３、第２給排口４に臨む穴をあけておく。
【００４３】
金属板９は、厚さ０．１ｍｍの銅板である。各面の金属板９は互いに接するように設けるが、金属板９同士を溶接する必要はない。金属板９は、冷却ヘッド２を形成する際に、インサート成型により冷却ヘッド２に設けられる。
【００４４】
金属板９は、形状ごとに順次プレスして加工する順送プレス加工で板金部品を加工する方法により形成される。このようにして加工された金属板９を金型にセッティングし、金型の中に液状の樹脂を圧力を加えて射出する樹脂射出成型（インサート成型）により、冷却ヘッド２が形成される。ここで、金属板９には、図２に示されるように、突起部９ａが設けられている。金属板９に突起部９ａを設けることにより、樹脂との一体性を高めることができ、金属板９が樹脂から脱落するのを防止することができる。
【００４５】
金属板９は、冷却ヘッド２の内面又は外面に設けることができる。図１（ｃ）に示すように、本実施形態では、金属板９は、冷却ヘッド２の内面に設けられている。ただし、冷却ヘッド２の第１の面２ａの樹脂には開口が形成されており、金属板９は、この開口を覆うように冷却ヘッド２の内面に設けられている。このため、金属板９は冷却対象物の放熱面に接することができる。なお、第１の面２ａの金属板９は、冷却ヘッド２の外面に冷却ヘッド２の樹脂の開口を覆うように設けることもできる。
【００４６】
第１給排口３は、冷却ヘッド２に一体成型により樹脂で形成される。第１給排口３は、冷却ヘッド２の内部と外部とを連通するようにした中空円筒状の突起であり、第１配管５に嵌合する寸法に形成される。
【００４７】
図３（ａ）に示されるように、第１給排口３に接続された第１配管５は、冷却ヘッド２の第２の面２ｂに直角な方向に十分に長く延ばされ放熱部６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド２の第２の面２ｂは、冷却ヘッド２の上側に位置するので、第１配管５は上に伸びている。
【００４８】
放熱部６は、熱伝導率の高い金属管を複数回折り返すなどして表面積を大きくしたものである。放熱部６は、冷却対象物から十分に離れた放熱環境に置かれる。放熱環境とは、放熱に適した環境のことであり、大気に触れやすい環境、大気に触れている熱伝導性の良い部材に接する環境、周囲に熱源や熱に弱い部材が無い環境などを挿す。
【００４９】
第２給排口４は、冷却ヘッド２に一体成型により樹脂で形成される。第２給排口４は、冷却ヘッド２の内部と外部とを連通するようにした中空円筒状の突起であり、第２配管７に嵌合する寸法に形成される。
【００５０】
なお、図４に示されるように、第２給排口４は、第２配管７に継ぎ手１０を介して接続されることもできる。また、図示されていないが、第１給排口３も同様に、第１配管５に継ぎ手１０を介して接続されることもできる。
【００５１】
図３（ａ）に示されるように、第２配管７は、冷却ヘッド２の第３の面２ｃに直角な方向に従来よりも短く延ばされ、放熱部６の方向に曲げられ、冷却ヘッド２の第２の面２ｂの辺りから第１配管５に対して近付く方向に傾斜して長く延ばされ放熱部６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド２の第３の面２ｃは、冷却ヘッド２の横側に位置するので、第２配管７は、少し横に伸び、少し上に伸びてから、大部分を占める傾斜部８が斜めに伸びている。
【００５２】
従来の相変換冷却器１０１では、給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐために溶接を必要とした。しかし、溶接するためには、第１配管１０５、第２配管１０７は、第２の面２ｂ、第３の面２ｃから十分な長さが必要だった。一方、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されているため、第１給排口３、第２給排口４を冷却ヘッド２から突きだした形状に形成することができる。第２給排口４は、第２配管７（または、継ぎ手１０）に嵌合する寸法に形成されているため、第３の面２ｃの直角な方向に延びる第２配管７の長さは、第２給排口４と嵌合するだけあれば良い。このため、第３の面２ｃの直角な方向に延びる第２配管７の長さを従来の第２配管７より短くすることができる。したがって、本発明では、相変換冷却器１の一層の小型化が実現される。
【００５３】
図３を用いて本発明の相変換冷却器の冷却動作を説明する。
【００５４】
図３（ａ）は、本発明の相変換冷却器１を携帯電話機に搭載し、当該携帯電話機が正立姿勢にあるときの状態を示している。ここで、正立姿勢とは、携帯電話機の使用者が立って通話しているときの携帯電話機の姿勢を意味している。相変換冷却器１は、冷却ヘッド２の第２の面２ｂが冷却ヘッド２の上側に位置する姿勢である。このとき、第２給排口４より上に冷媒の液面ｓが位置する。
【００５５】
この相変換冷却器１において、冷却対象物からの熱が冷却ヘッド２に熱伝導し、その熱で冷却ヘッド内の冷媒が気化（沸騰）して気相となる。気相となった冷媒は、冷却ヘッド２内を上昇し第１給排口３を介して第１配管５に流れ込み放熱部６に導かれる。気相の冷媒は、放熱部６で熱を奪われて、液化（凝縮）して液相となる。液相となった冷媒は、放熱部６から第２配管７を降下し第２給排口４を介して冷却ヘッド２に流れ込む。このようにして、本発明の相変換冷却器１では、冷媒が冷却対象物の熱を気化熱によって奪い、放熱部で系外（大気など）に熱を放出し、液相となって冷却ヘッド２に戻る、という冷媒の循環が繰り返される。これにより、冷却対象物は継続的に強制冷却される。
【００５６】
使用者が仰向けに寝て右耳に携帯電話機をあてがうと、携帯電話機は右傾姿勢となる。携帯電話機が右傾姿勢のとき、相変換冷却器１は、図３（ｂ）に示されるように、第１配管５が冷却ヘッド２の比較的下側の位置で横向き、第２配管７が冷却ヘッド２の上側の面から上向きとなる。第２給排口４が液面ｓの上に位置し、第１給排口３が液面ｓの下に位置する。このとき、冷媒の循環経路は図３（ａ）の逆向きとなるが、冷媒の循環が円滑に繰り返されることには変わりない。
【００５７】
このように、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の上側に位置する姿勢においては、第１給排口３より上に冷媒の液面ｓが位置する。冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在することにより、受熱面を介して冷却対象物を相変換冷却することができる。
【００５８】
使用者が仰向けに寝て左耳に携帯電話機をあてがうと、携帯電話機は左傾姿勢となる。携帯電話機が左傾姿勢のとき、相変換冷却器１は、図３（ｃ）に示されるように、第１配管５が冷却ヘッド２の比較的上側の位置で横向き、第２配管７が冷却ヘッド２の下側の面から下向きとなる。第２配管７は下向きに少し伸びてから横に曲げられ、少し横に伸びてから斜め上向きに傾斜して放熱部６に至る。傾斜部８を設けることにより、第２配管７の長さが短くなることに加え、冷却ヘッド２の第３の面２ｃより下に位置する第２配管７の長さが短くなる。これにより、冷媒が充満している第２配管７の長さが図７の従来技術に比べて短くなるため、液面ｓは冷却ヘッド２の第３の面２ｃよりも上に位置するようになる。
【００５９】
このように、本発明の相変換冷却器１では、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢においては、第３の面２ｃより上に冷媒の液面ｓが位置する。したがって、冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在することにより、受熱面を介して冷却対象物を相変換冷却することができる。また、第１給排口３が液面ｓの上に位置し、第２給排口４が液面ｓの下に位置するので、図３（ａ）と同じ冷媒の循環経路で、冷媒の循環が円滑に繰り返される。
【００６０】
次に、本発明の相変換冷却器の効果を説明する。
【００６１】
本発明の相変換冷却器の効果は、小型軽量化、製造簡易化、冷却効率向上にある。
【００６２】
まず、小型軽量化について述べると、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されている。従来の冷却ヘッド１０２のように金属板材を立体的に組み合わせて合わせ目を溶接で閉じて形成すると、金属板材に厚みが必要であるため小型化が困難であったが、本発明では樹脂成形であるため、冷却ヘッド２の壁厚を薄くすることができ、その結果、冷却ヘッド２が小型化される。また、冷却ヘッド２を構成する主な材料が金属から樹脂になったことで、軽量化も達成される。従来の金属板材が厚さ１ｍｍであったのに対し、本発明で用いる金属板９は厚さ０．３ｍｍ以下（上記実施形態では、０．１ｍｍ）とすることができるため、金属板９の重さは問題にならない。
【００６３】
さらに、冷却ヘッド２を構成する主な材料が金属から樹脂になったことで、加工コストも低減される。
【００６４】
次に、製造簡易化について述べると、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されている。従来の冷却ヘッド１０２のように金属板材を立体的に組み合わせて合わせ目を溶接で閉じて形成すると、密閉を図るため全ての稜線を溶接すると共に、給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐためにも溶接を必要とした。本発明では、樹脂成形であるため、溶接工数が全て削減される。また、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されているので、第１給排口３、第２給排口４を冷却ヘッド２から突きだした形状に形成することができ、第１配管５、第２配管７（又は継ぎ手１０）の接続が容易である。
【００６５】
冷却効率向上については、本発明では、冷却ヘッド２の少なくとも受熱面である第１の面２ａに金属板９を有する。金属板９が冷却ヘッド２の内面に設けられる場合、金属板９が冷媒に接することにより、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導が促進される。一方、金属板９が冷却ヘッド２の外面に設けられる場合、金属板９が冷却対象物に直接接することにより、冷却対象物から冷却ヘッド２への熱伝導が促進される。さらに、図１（ａ）〜図１（ｃ）で説明したように、金属板９が、第１の面２ａに形成された冷却ヘッド２の樹脂の開口を覆うように、冷却ヘッド２の内面又は外面に設けられる場合は、冷却対象物から冷却ヘッド２への熱伝導が促進されると共に、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導が促進される。また本発明では、冷却ヘッド２の金属板９を有さない部分は樹脂であるから、熱伝導率が金属より低い。よって、金属板９の熱は冷却ヘッド２の全体にはあまり熱伝導せず、もっぱら冷媒に熱伝導する。このため、冷却対象物からの熱の多くが冷媒の気化に寄与し、熱伝導によって冷却ヘッド２全体やその雰囲気温度が上昇することが回避される。このように、本発明は、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００６６】
携帯電話機が使用されているときの姿勢は限られており、図３（ａ）〜図３（ｃ）で説明したように、本発明の相変換冷却器１を搭載している携帯電話機がどの姿勢にあっても、相変換冷却器１は、冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在する。そして、どの姿勢でも、液相の冷媒は冷却ヘッド２の第１の面２ａに必ず接する。よって、第１の面２ａに金属板９を設けることで冷媒への熱伝導を確実に達成することができる。
【００６７】
冷却ヘッド２の第１の面２ａのほかの面にも金属板９を有する場合、第１の面２ａ以外の面の金属板９も冷媒との熱交換に寄与する。特に、図３（ａ）〜図３（ｃ）から分かるように、第２の面２ｂに対向する第４の面２ｄ、第３の面２ｃに対向する第５の面２ｅ、及び第３の面２ｃは液相の冷媒に全面的に浸される機会があるので、金属板９を設けるとよい。
【００６８】
また、受熱面である第１の面２ａ以外の面に設けられる金属板９は、冷却ヘッド２の内面に設けられるのが好ましい。このようにすることで、第１の面２ａから第１の面２ａ以外の面に伝わった熱が、冷却ヘッド２の周囲の雰囲気に熱伝導することを抑制することができる。よって、冷却対象物の周辺に熱気がこもることを抑制することができると共に、金属板９の熱の多くを冷媒に熱伝導することができる。よって、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００６９】
また、図１（ｃ）で説明したように、各面の金属板９を互いに接するように設けることにより、受熱面である第１の面２ａに設けられた金属板９から第１の面２ａ以外の面に設けられた金属板９に熱が伝わり易くなる。このようにすることで、相変換冷却器１が図３（ａ）〜図３（ｃ）に示される姿勢の場合に、受熱面である第１の面２ａの金属板９から、液相の冷媒に全面的に浸されている面の金属板９に熱が伝わり易くなる。よって、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導を促進し、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００７０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００７１】
図５に示されるように、相変換冷却器１の冷却ヘッド２は、受熱面である第１の面２ａが冷却対象物であるＬＳＩ４１に接するように実装される。
【００７２】
第２給排口４が冷却ヘッド２の第３の面２ｃの第１の面２ａに近い位置に形成されている。一方、第１給排口３が冷却ヘッド２の第１の面２ａに対向する第６の面２ｆに近い位置に形成されている。つまり、冷却ヘッド２の第１の面２ａが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢において、第１給排口３と第２給排口４の上下方向の高さが異なっている。
【００７３】
この構成において、相変換冷却器１の姿勢が、図示の通り、ＬＳＩ４１の上に冷却ヘッド２が位置し、冷却ヘッド２の第１の面２ａがＬＳＩ４１と接している姿勢であるとする（この姿勢を水平姿勢とする）。第２給排口４は液面ｓよりも下に位置し、第１給排口３は液面ｓよりも上に位置する。よって、本実施形態によれば、図３に示される相変換冷却器１の姿勢に加えて、水平姿勢の場合でも、冷媒の循環が円滑に繰り返される。
【００７４】
また、受熱面である第１の面２ａが全面的に冷媒に浸されていると共に、金属板９を有するので、相変換冷却の冷却効率が大きい。
【００７５】
次に、本発明の相変換冷却器１を携帯電話機に実装した実施形態を説明する。
【００７６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、携帯電話機５１は、キー操作部５２と表示器部５３とをヒンジ５４で回動自在に連結してなる。キー操作部５２には基板（図示せず）に実装されたＬＳＩ４１が内蔵され、ＬＳＩ４１の放熱面に相変換冷却器１の冷却ヘッド２が実装される。表示器部５３には、放熱部６が内蔵される。第１配管５と第２配管７は、キー操作部５２内から表示器部５３内に配管される。
【００７７】
図示のように、相変換冷却器１を平坦地に置くか手に持つなどして、キー操作部５２を水平にし、表示器部５３を開いてキー操作部５２に対する開き角が１２０°になるようにしたとする。このとき、冷却ヘッド２は、図５に示した水平姿勢となるので、相変換冷却器１は冷却効果が大きい。
【００７８】
この携帯電話機５１を開き角が１８０°に開いて通話に使用したとする。使用者の姿勢により、携帯電話機は正立姿勢、左傾姿勢、右傾姿勢となるが、図３（ａ）〜図３（ｃ）で説明したように、相変換冷却器１は、使用姿勢によらず相変換冷却を十分に行うことができ、冷却効果が大きい。
【符号の説明】
【００７９】
１ 相変換冷却器
２ 冷却ヘッド
２ａ 第１の面
２ｂ 第２の面
２ｃ 第３の面
２ｄ 第４の面
２ｅ 第５の面
２ｆ 第６の面
３ 第１給排口
４ 第２給排口
５ 第１配管
６ 放熱部
７ 第２配管
８ 傾斜部
９ 金属板
１０ 継ぎ手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型軽量で冷却効率が高い相変換冷却器及び携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ内に設けられている部品のうち、大きな発熱を伴う部品については、自然放熱に頼らず、強制的な放熱対策が施される。例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などのＬＳＩ（大規模集積回路）は、集積度が高いほど、また、処理速度が速いほど発熱が深刻となるため、放熱対策は省けない。
【０００３】
このような電子部品に適用する冷却器として、相変換冷却器が知られている。
【０００４】
図７に示されるように、従来の相変換冷却器１０１は、冷却対象物に接する第１の面（図示裏側の正面）を有した冷却ヘッド１０２と、冷却ヘッド１０２の第１の面とは対向しない第２の面１０２ｂに設けられた第１給排口１０３と、冷却ヘッド１０２の第１の面とも第２の面１０２ｂとも対向しない第３の面１０２ｃに設けられた第２給排口１０４と、第１給排口１０３に接続された第１配管１０５と、第１配管１０５に繋がり放熱環境に置かれる放熱部１０６と、放熱部１０６に繋がり第２給排口１０４に接続された第２配管１０７とを備える。
【０００５】
冷却ヘッド１０２は、ほぼ直方体状に形成された熱伝導率の高い金属製の容器である。冷却ヘッド１０２の第１の面（図示裏側の正面）が冷却対象物であるＬＳＩの放熱面に接している。
【０００６】
第１給排口１０３に接続された第１配管１０５は、冷却ヘッド１０２の第２の面１０２ｂに直角な方向に十分に長く延ばされ放熱部１０６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド１０２の第２の面１０２ｂは、冷却ヘッド１０２の上側に位置するので、第１配管１０５は上に伸びている。
【０００７】
放熱部１０６は、熱伝導率の高い金属管を複数回折り返すなどして表面積を大きくしたものである。放熱部１０６は、冷却対象物から十分に離れた放熱環境に置かれる。放熱環境とは、放熱に適した環境のことであり、大気に触れやすい環境、大気に触れている熱伝導性の良い部材に接する環境、周囲に熱源や熱に弱い部材が無い環境などを指す。
【０００８】
第２給排口１０４に接続された第２配管１０７は、冷却ヘッド１０２の第３の面１０２ｃに直角な方向に比較的短く延ばされ、放熱部１０６の方向に曲げられ、第１配管１０５と平行に長く延ばされ放熱部１０６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド１０２の第３の面１０２ｃは、冷却ヘッド１０２の横側に位置するので、第２配管１０７は、いったん横に伸びてから上に伸びている。
【０００９】
第１配管１０５と放熱部１０６と第２配管１０７は、１本の連続した管で形成することができる。
【００１０】
相変換冷却器１０１は、冷却ヘッド１０２から第１配管１０５、放熱部１０６、第２配管１０７を経由して冷却ヘッド１０２に戻る内部空間に冷媒を収容している。
【００１１】
この相変換冷却器１０１において、冷却対象物からの熱が冷却ヘッド１０２に熱伝導し、その熱で冷却ヘッド１０２内の冷媒が気化（沸騰）して気相となる。気相となった冷媒は、冷却ヘッド１０２内を上昇し第１給排口１０３を介して第１配管１０５に流れ込み放熱部１０６に導かれる。気相の冷媒は、放熱部１０６で熱を奪われて、液化（凝縮）して液相となる。液相となった冷媒は、放熱部１０６から第２配管１０７を降下し第２給排口１０４を介して冷却ヘッド１０２に流れ込む。このようにして、従来の相変換冷却器１０１では、冷媒が冷却対象物の熱を気化熱によって奪い、放熱部１０６で系外（大気など）に熱を放出し、液相となって冷却ヘッド１０２に戻る、という冷媒の循環が繰り返される。これにより、冷却対象物は継続的に強制冷却される。
【００１２】
この相変換冷却器１０１は、冷却対象物を空冷する冷却ファンよりも小型で簡素であり、冷媒を機械的な力で押し流して循環させるポンプ機構も必要としない。
【００１３】
相変換冷却器全体（冷却ヘッド１０２から、第１配管１０５、放熱部１０６、第２配管１０７を経由して冷却ヘッド１０２に戻る内部空間）における液相の比率は体積比で冷媒総量の２０〜３０％である。冷却ヘッド１０２内においても、冷媒が気相と液相に適宜な比率で存在している。
【００１４】
液相の冷媒は、冷却ヘッド１０２の下に溜まり、液面ｓが第２給排口１０４を越えている。気相の冷媒は、液面ｓよりも上部の空間を占めている。第１給排口１０３はその空間の上にある。よって、気化によって体積を増した気相の冷媒は第１配管１０５に容易に流れ込み、かつ、第１配管１０５にしか流れ込まない。また、放熱部１０６で液相となった冷媒は重力に従って第２配管１０７に流れ落ち冷却ヘッド１０２に戻る。これにより、気相の冷媒が冷却ヘッド１０２から上昇して放熱部１０６に流れ込み、液相の冷媒が放熱部１０６から下降して冷却ヘッド１０２に流れ込むという冷媒の循環を促進・円滑化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−８５１８６号公報
【特許文献２】特開平７−１４２８８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来の相変換冷却器１０１は、デスクトップ型のパソコンなどに搭載されていた。しかし、この相変換冷却器１０１を携帯電話機やノートパソコンなどの携帯機器（モバイル機器）に搭載しようとすると、問題が生じる。
【００１７】
モバイル機器は、デスクトップ型のパソコンのような定置式の機器よりも筐体が小さく、内部スペースが狭いため、モバイル機器に搭載する相変換冷却器は、従来よりも小型化、薄型化が必要となるからである。
【００１８】
従来の相変換冷却器１０１は、冷却対象物との熱交換効率を向上する目的で、冷却ヘッド１０２が全体的に金属で構成されている。同時に冷却ヘッド１０２は、冷媒を収容する容器でもあるため、中空構造であってしかも密閉構造にする必要がある。具体的には、冷却ヘッド１０２は、いわゆる板金ものとして、金属板材を立体的に組み合わせ、合わせ目を溶接で閉じて形成される。
【００１９】
溶接によって密閉性よく接合するには、金属板材が所定以上の厚さを持たなければならない。なぜなら、薄い金属板材を溶接しようとすると、形が歪んだり孔ができてしまうからである。このため、従来の相変換冷却器は、冷却ヘッドの金属板材が厚い。具体的には、厚さは１ｍｍ程度である。一般に銅板は厚さ０．５ｍｍ以上が溶接に耐えられる限界である。このために冷却ヘッド１０２の外形寸法が大きくなる。冷媒を収容する空間を確保しつつ冷却ヘッド１０２を小型化するには、金属板材の厚さを薄くできないことが障害となる。
【００２０】
また、金属板材を立体的に組み合わせると、合わせ目が多数生じる。図７に示すように冷却ヘッド１０２をほぼ直方体状とするには、６枚の金属板材を組み合わせ、１２箇所の稜線を溶接で閉じることになる。さらに、給排口１０３、１０４は金属板材に空けた穴である。その給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐので、ここも溶接箇所となる。このように、冷却ヘッド１０２を金属板材で形成すると、溶接箇所が多く、加工コストが高くなる。
【００２１】
さらに、従来の相変換冷却器１０１は、前述の通り金属板材が厚いこと、溶接箇所が多いことなどから重量が重くなる。軽量であることが商品価値の重要な要因であるモバイル機器にとって、重量が重いことは欠点となる。
【００２２】
また、冷却ヘッド１０２が全面的に金属であると、冷却対象物から冷却ヘッド１０２の第１の面に熱伝導した熱が熱伝導によって冷却ヘッド１０２の他の面に拡散する。このように熱が拡散することは、冷却対象物の冷却に寄与するにはするが、相変換冷却の観点からすると好ましくない。なぜなら、冷却対象物から冷媒に伝わる熱が少なくなり、気化する冷媒の量が減り、相変換冷却の効率が落ちるからである。そして、熱伝導により冷却ヘッド１０２の全体に拡散した熱がその周囲の雰囲気に熱伝導することにより、冷却対象物の周辺に熱気がこもる。
【００２３】
また、冷却ヘッド１０２は鋳物で作ることもできる。しかし、金属は、溶融した状態でも粘度が高いため、冷却ヘッド１０２を鋳物で作っても、冷却ヘッド１０２の金属材の厚さを薄くすることはできない。したがって、上記した壁の厚さ、重量、熱伝導などの問題は、鋳物で作ることでは解決されない。
【００２４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型軽量で冷却効率が高い相変換冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、冷却対象物に接する第１の面を有した冷却ヘッドと、該冷却ヘッドの上記第１の面とは対向しない第２の面に設けられた第１給排口と、上記冷却ヘッドの上記第１の面とも上記第２の面とも対向しない第３の面に設けられた第２給排口と、上記第１給排口に接続された第１配管と、該第１配管に繋がり放熱環境に置かれる放熱部と、該放熱部に繋がり上記第２給排口に接続された第２配管とを備え、上記冷却ヘッドが樹脂成形により形成され、上記冷却ヘッドの上記第１の面に金属板を有するものである。
【００２６】
上記冷却ヘッドの複数の面に金属板を有してもよい。
【００２７】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板は、互いに接していてもよい。
【００２８】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板のうち、上記第１の面以外に設けられた金属板は、上記冷却ヘッドの内面に設けられていてもよい。
【００２９】
上記冷却ヘッドの第１の面の樹脂に開口が形成され、この開口を覆うように金属板が設けられていてもよい。
【００３０】
上記金属板に突起部が形成されていてもよい。
【００３１】
上記金属板は、インサート成型により上記冷却ヘッドに設けられてもよい。
【００３２】
上記第２配管は、上記第１配管側に傾斜した傾斜部を有してもよい。
【００３３】
また、上記冷却ヘッドの第１の面が上記冷却ヘッドの下側に位置する姿勢において、上記第１給排口と上記第２給排口の上下方向の高さが異なっていてもよい。
【００３４】
また、本発明の携帯機器は、上記相変換冷却器を搭載したものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３６】
（１）小型軽量で冷却効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示す相変換冷却器の冷却ヘッドの図であり、（ａ）は第２、第３、第６の面を見た斜視透視図、（ｂ）は第１、第４、第５の面を見た斜視図、（ｃ）は第１の面を下にした断面図である。
【図２】インサート成型を説明する図であり、（ａ）は金属板の組み立て斜視図、（ｂ）は樹脂射出成型後の冷却ヘッドの斜視透視図である。
【図３】（ａ）は正立姿勢、（ｂ）は右傾姿勢、（ｃ）は左傾姿勢における図１の相変換冷却器の正面図である。
【図４】図１の相変換冷却器の配管接続を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す相変換冷却器の水平姿勢における斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の相変換冷却器を搭載した携帯電話機の斜視図、（ｂ）は同携帯電話機の側断面図である。
【図７】従来の相変換冷却器の正立姿勢における正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３９】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、本発明に係る相変換冷却器１は、冷却対象物に接する第１の面２ａ（図１、図５参照）を有した冷却ヘッド２と、冷却ヘッド２の第１の面２ａとは対向しない第２の面２ｂに設けられた第１給排口３と、冷却ヘッド２の第１の面２ａとも第２の面２ｂとも対向しない第３の面２ｃに設けられた第２給排口４と、第１給排口３に接続された第１配管５と、第１配管５に繋がり放熱環境に置かれる放熱部６と、放熱部６に繋がり第２給排口４に接続された第２配管７とを備える。
【００４０】
相変換冷却器１は、冷却ヘッド２から第１配管５、放熱部６、第２配管７を経由して冷却ヘッド２に戻る内部空間に液相が例えば２０％以上を占めるように冷媒が収容される。相変換冷却器１は、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢において冷媒の液面ｓが第３の面２ｃより上に位置する（図３参照）。具体的には、第２配管７に、第１配管５に対して傾斜した傾斜部８が形成されていることにより、冷媒の液面ｓが第３の面２ｃより上に保持されている。
【００４１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に詳しく示すように、本発明においては、冷却ヘッド２は、樹脂成形により外形がほぼ直方体状で内部にほぼ直方体状の空間が形成された容器である。冷却ヘッド２は、エンジニアリングプラスチックからなる。
【００４２】
冷却ヘッド２の第１の面２ａが冷却対象物（例えば、ＬＳＩ）の放熱面に接する受熱面である。本発明においては、冷却ヘッド２の少なくとも受熱面である第１の面２ａに金属板９を有する。この実施形態では、冷却ヘッド２は、第１の面２ａのほかに、第２の面２ｂ、第３の面２ｃ、第２の面２ｂに対向する第４の面２ｄ、第３の面２ｃに対向する第５の面２ｅに金属板９を有する。第２の面２ｂ、第３の面２ｃに設ける金属板９には、第１給排口３、第２給排口４に臨む穴をあけておく。
【００４３】
金属板９は、厚さ０．１ｍｍの銅板である。各面の金属板９は互いに接するように設けるが、金属板９同士を溶接する必要はない。金属板９は、冷却ヘッド２を形成する際に、インサート成型により冷却ヘッド２に設けられる。
【００４４】
金属板９は、形状ごとに順次プレスして加工する順送プレス加工で板金部品を加工する方法により形成される。このようにして加工された金属板９を金型にセッティングし、金型の中に液状の樹脂を圧力を加えて射出する樹脂射出成型（インサート成型）により、冷却ヘッド２が形成される。ここで、金属板９には、図２に示されるように、突起部９ａが設けられている。金属板９に突起部９ａを設けることにより、樹脂との一体性を高めることができ、金属板９が樹脂から脱落するのを防止することができる。
【００４５】
金属板９は、冷却ヘッド２の内面又は外面に設けることができる。図１（ｃ）に示すように、本実施形態では、金属板９は、冷却ヘッド２の内面に設けられている。ただし、冷却ヘッド２の第１の面２ａの樹脂には開口が形成されており、金属板９は、この開口を覆うように冷却ヘッド２の内面に設けられている。このため、金属板９は冷却対象物の放熱面に接することができる。なお、第１の面２ａの金属板９は、冷却ヘッド２の外面に冷却ヘッド２の樹脂の開口を覆うように設けることもできる。
【００４６】
第１給排口３は、冷却ヘッド２に一体成型により樹脂で形成される。第１給排口３は、冷却ヘッド２の内部と外部とを連通するようにした中空円筒状の突起であり、第１配管５に嵌合する寸法に形成される。
【００４７】
図３（ａ）に示されるように、第１給排口３に接続された第１配管５は、冷却ヘッド２の第２の面２ｂに直角な方向に十分に長く延ばされ放熱部６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド２の第２の面２ｂは、冷却ヘッド２の上側に位置するので、第１配管５は上に伸びている。
【００４８】
放熱部６は、熱伝導率の高い金属管を複数回折り返すなどして表面積を大きくしたものである。放熱部６は、冷却対象物から十分に離れた放熱環境に置かれる。放熱環境とは、放熱に適した環境のことであり、大気に触れやすい環境、大気に触れている熱伝導性の良い部材に接する環境、周囲に熱源や熱に弱い部材が無い環境などを挿す。
【００４９】
第２給排口４は、冷却ヘッド２に一体成型により樹脂で形成される。第２給排口４は、冷却ヘッド２の内部と外部とを連通するようにした中空円筒状の突起であり、第２配管７に嵌合する寸法に形成される。
【００５０】
なお、図４に示されるように、第２給排口４は、第２配管７に継ぎ手１０を介して接続されることもできる。また、図示されていないが、第１給排口３も同様に、第１配管５に継ぎ手１０を介して接続されることもできる。
【００５１】
図３（ａ）に示されるように、第２配管７は、冷却ヘッド２の第３の面２ｃに直角な方向に従来よりも短く延ばされ、放熱部６の方向に曲げられ、冷却ヘッド２の第２の面２ｂの辺りから第１配管５に対して近付く方向に傾斜して長く延ばされ放熱部６に繋がる。図示した状態では、冷却ヘッド２の第３の面２ｃは、冷却ヘッド２の横側に位置するので、第２配管７は、少し横に伸び、少し上に伸びてから、大部分を占める傾斜部８が斜めに伸びている。
【００５２】
従来の相変換冷却器１０１では、給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐために溶接を必要とした。しかし、溶接するためには、第１配管１０５、第２配管１０７は、第２の面２ｂ、第３の面２ｃから十分な長さが必要だった。一方、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されているため、第１給排口３、第２給排口４を冷却ヘッド２から突きだした形状に形成することができる。第２給排口４は、第２配管７（または、継ぎ手１０）に嵌合する寸法に形成されているため、第３の面２ｃの直角な方向に延びる第２配管７の長さは、第２給排口４と嵌合するだけあれば良い。このため、第３の面２ｃの直角な方向に延びる第２配管７の長さを従来の第２配管７より短くすることができる。したがって、本発明では、相変換冷却器１の一層の小型化が実現される。
【００５３】
図３を用いて本発明の相変換冷却器の冷却動作を説明する。
【００５４】
図３（ａ）は、本発明の相変換冷却器１を携帯電話機に搭載し、当該携帯電話機が正立姿勢にあるときの状態を示している。ここで、正立姿勢とは、携帯電話機の使用者が立って通話しているときの携帯電話機の姿勢を意味している。相変換冷却器１は、冷却ヘッド２の第２の面２ｂが冷却ヘッド２の上側に位置する姿勢である。このとき、第２給排口４より上に冷媒の液面ｓが位置する。
【００５５】
この相変換冷却器１において、冷却対象物からの熱が冷却ヘッド２に熱伝導し、その熱で冷却ヘッド内の冷媒が気化（沸騰）して気相となる。気相となった冷媒は、冷却ヘッド２内を上昇し第１給排口３を介して第１配管５に流れ込み放熱部６に導かれる。気相の冷媒は、放熱部６で熱を奪われて、液化（凝縮）して液相となる。液相となった冷媒は、放熱部６から第２配管７を降下し第２給排口４を介して冷却ヘッド２に流れ込む。このようにして、本発明の相変換冷却器１では、冷媒が冷却対象物の熱を気化熱によって奪い、放熱部で系外（大気など）に熱を放出し、液相となって冷却ヘッド２に戻る、という冷媒の循環が繰り返される。これにより、冷却対象物は継続的に強制冷却される。
【００５６】
使用者が仰向けに寝て右耳に携帯電話機をあてがうと、携帯電話機は右傾姿勢となる。携帯電話機が右傾姿勢のとき、相変換冷却器１は、図３（ｂ）に示されるように、第１配管５が冷却ヘッド２の比較的下側の位置で横向き、第２配管７が冷却ヘッド２の上側の面から上向きとなる。第２給排口４が液面ｓの上に位置し、第１給排口３が液面ｓの下に位置する。このとき、冷媒の循環経路は図３（ａ）の逆向きとなるが、冷媒の循環が円滑に繰り返されることには変わりない。
【００５７】
このように、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の上側に位置する姿勢においては、第１給排口３より上に冷媒の液面ｓが位置する。冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在することにより、受熱面を介して冷却対象物を相変換冷却することができる。
【００５８】
使用者が仰向けに寝て左耳に携帯電話機をあてがうと、携帯電話機は左傾姿勢となる。携帯電話機が左傾姿勢のとき、相変換冷却器１は、図３（ｃ）に示されるように、第１配管５が冷却ヘッド２の比較的上側の位置で横向き、第２配管７が冷却ヘッド２の下側の面から下向きとなる。第２配管７は下向きに少し伸びてから横に曲げられ、少し横に伸びてから斜め上向きに傾斜して放熱部６に至る。傾斜部８を設けることにより、第２配管７の長さが短くなることに加え、冷却ヘッド２の第３の面２ｃより下に位置する第２配管７の長さが短くなる。これにより、冷媒が充満している第２配管７の長さが図７の従来技術に比べて短くなるため、液面ｓは冷却ヘッド２の第３の面２ｃよりも上に位置するようになる。
【００５９】
このように、本発明の相変換冷却器１では、冷却ヘッド２の第３の面２ｃが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢においては、第３の面２ｃより上に冷媒の液面ｓが位置する。したがって、冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在することにより、受熱面を介して冷却対象物を相変換冷却することができる。また、第１給排口３が液面ｓの上に位置し、第２給排口４が液面ｓの下に位置するので、図３（ａ）と同じ冷媒の循環経路で、冷媒の循環が円滑に繰り返される。
【００６０】
次に、本発明の相変換冷却器の効果を説明する。
【００６１】
本発明の相変換冷却器の効果は、小型軽量化、製造簡易化、冷却効率向上にある。
【００６２】
まず、小型軽量化について述べると、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されている。従来の冷却ヘッド１０２のように金属板材を立体的に組み合わせて合わせ目を溶接で閉じて形成すると、金属板材に厚みが必要であるため小型化が困難であったが、本発明では樹脂成形であるため、冷却ヘッド２の壁厚を薄くすることができ、その結果、冷却ヘッド２が小型化される。また、冷却ヘッド２を構成する主な材料が金属から樹脂になったことで、軽量化も達成される。従来の金属板材が厚さ１ｍｍであったのに対し、本発明で用いる金属板９は厚さ０．３ｍｍ以下（上記実施形態では、０．１ｍｍ）とすることができるため、金属板９の重さは問題にならない。
【００６３】
さらに、冷却ヘッド２を構成する主な材料が金属から樹脂になったことで、加工コストも低減される。
【００６４】
次に、製造簡易化について述べると、本発明では、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されている。従来の冷却ヘッド１０２のように金属板材を立体的に組み合わせて合わせ目を溶接で閉じて形成すると、密閉を図るため全ての稜線を溶接すると共に、給排口１０３、１０４に第１配管１０５、第２配管１０７となる金属管を継ぐためにも溶接を必要とした。本発明では、樹脂成形であるため、溶接工数が全て削減される。また、冷却ヘッド２が樹脂成形により形成されているので、第１給排口３、第２給排口４を冷却ヘッド２から突きだした形状に形成することができ、第１配管５、第２配管７（又は継ぎ手１０）の接続が容易である。
【００６５】
冷却効率向上については、本発明では、冷却ヘッド２の少なくとも受熱面である第１の面２ａに金属板９を有する。金属板９が冷却ヘッド２の内面に設けられる場合、金属板９が冷媒に接することにより、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導が促進される。一方、金属板９が冷却ヘッド２の外面に設けられる場合、金属板９が冷却対象物に直接接することにより、冷却対象物から冷却ヘッド２への熱伝導が促進される。さらに、図１（ａ）〜図１（ｃ）で説明したように、金属板９が、第１の面２ａに形成された冷却ヘッド２の樹脂の開口を覆うように、冷却ヘッド２の内面又は外面に設けられる場合は、冷却対象物から冷却ヘッド２への熱伝導が促進されると共に、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導が促進される。また本発明では、冷却ヘッド２の金属板９を有さない部分は樹脂であるから、熱伝導率が金属より低い。よって、金属板９の熱は冷却ヘッド２の全体にはあまり熱伝導せず、もっぱら冷媒に熱伝導する。このため、冷却対象物からの熱の多くが冷媒の気化に寄与し、熱伝導によって冷却ヘッド２全体やその雰囲気温度が上昇することが回避される。このように、本発明は、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００６６】
携帯電話機が使用されているときの姿勢は限られており、図３（ａ）〜図３（ｃ）で説明したように、本発明の相変換冷却器１を搭載している携帯電話機がどの姿勢にあっても、相変換冷却器１は、冷却ヘッド２内に液相の冷媒が存在する。そして、どの姿勢でも、液相の冷媒は冷却ヘッド２の第１の面２ａに必ず接する。よって、第１の面２ａに金属板９を設けることで冷媒への熱伝導を確実に達成することができる。
【００６７】
冷却ヘッド２の第１の面２ａのほかの面にも金属板９を有する場合、第１の面２ａ以外の面の金属板９も冷媒との熱交換に寄与する。特に、図３（ａ）〜図３（ｃ）から分かるように、第２の面２ｂに対向する第４の面２ｄ、第３の面２ｃに対向する第５の面２ｅ、及び第３の面２ｃは液相の冷媒に全面的に浸される機会があるので、金属板９を設けるとよい。
【００６８】
また、受熱面である第１の面２ａ以外の面に設けられる金属板９は、冷却ヘッド２の内面に設けられるのが好ましい。このようにすることで、第１の面２ａから第１の面２ａ以外の面に伝わった熱が、冷却ヘッド２の周囲の雰囲気に熱伝導することを抑制することができる。よって、冷却対象物の周辺に熱気がこもることを抑制することができると共に、金属板９の熱の多くを冷媒に熱伝導することができる。よって、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００６９】
また、図１（ｃ）で説明したように、各面の金属板９を互いに接するように設けることにより、受熱面である第１の面２ａに設けられた金属板９から第１の面２ａ以外の面に設けられた金属板９に熱が伝わり易くなる。このようにすることで、相変換冷却器１が図３（ａ）〜図３（ｃ）に示される姿勢の場合に、受熱面である第１の面２ａの金属板９から、液相の冷媒に全面的に浸されている面の金属板９に熱が伝わり易くなる。よって、冷却ヘッド２から冷媒への熱伝導を促進し、相変換冷却の効率を向上させることができる。
【００７０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００７１】
図５に示されるように、相変換冷却器１の冷却ヘッド２は、受熱面である第１の面２ａが冷却対象物であるＬＳＩ４１に接するように実装される。
【００７２】
第２給排口４が冷却ヘッド２の第３の面２ｃの第１の面２ａに近い位置に形成されている。一方、第１給排口３が冷却ヘッド２の第１の面２ａに対向する第６の面２ｆに近い位置に形成されている。つまり、冷却ヘッド２の第１の面２ａが冷却ヘッド２の下側に位置する姿勢において、第１給排口３と第２給排口４の上下方向の高さが異なっている。
【００７３】
この構成において、相変換冷却器１の姿勢が、図示の通り、ＬＳＩ４１の上に冷却ヘッド２が位置し、冷却ヘッド２の第１の面２ａがＬＳＩ４１と接している姿勢であるとする（この姿勢を水平姿勢とする）。第２給排口４は液面ｓよりも下に位置し、第１給排口３は液面ｓよりも上に位置する。よって、本実施形態によれば、図３に示される相変換冷却器１の姿勢に加えて、水平姿勢の場合でも、冷媒の循環が円滑に繰り返される。
【００７４】
また、受熱面である第１の面２ａが全面的に冷媒に浸されていると共に、金属板９を有するので、相変換冷却の冷却効率が大きい。
【００７５】
次に、本発明の相変換冷却器１を携帯電話機に実装した実施形態を説明する。
【００７６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、携帯電話機５１は、キー操作部５２と表示器部５３とをヒンジ５４で回動自在に連結してなる。キー操作部５２には基板（図示せず）に実装されたＬＳＩ４１が内蔵され、ＬＳＩ４１の放熱面に相変換冷却器１の冷却ヘッド２が実装される。表示器部５３には、放熱部６が内蔵される。第１配管５と第２配管７は、キー操作部５２内から表示器部５３内に配管される。
【００７７】
図示のように、相変換冷却器１を平坦地に置くか手に持つなどして、キー操作部５２を水平にし、表示器部５３を開いてキー操作部５２に対する開き角が１２０°になるようにしたとする。このとき、冷却ヘッド２は、図５に示した水平姿勢となるので、相変換冷却器１は冷却効果が大きい。
【００７８】
この携帯電話機５１を開き角が１８０°に開いて通話に使用したとする。使用者の姿勢により、携帯電話機は正立姿勢、左傾姿勢、右傾姿勢となるが、図３（ａ）〜図３（ｃ）で説明したように、相変換冷却器１は、使用姿勢によらず相変換冷却を十分に行うことができ、冷却効果が大きい。
【符号の説明】
【００７９】
１ 相変換冷却器
２ 冷却ヘッド
２ａ 第１の面
２ｂ 第２の面
２ｃ 第３の面
２ｄ 第４の面
２ｅ 第５の面
２ｆ 第６の面
３ 第１給排口
４ 第２給排口
５ 第１配管
６ 放熱部
７ 第２配管
８ 傾斜部
９ 金属板
１０ 継ぎ手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物に接する第１の面を有した冷却ヘッドと、該冷却ヘッドの上記第１の面とは対向しない第２の面に設けられた第１給排口と、上記冷却ヘッドの上記第１の面とも上記第２の面とも対向しない第３の面に設けられた第２給排口と、上記第１給排口に接続された第１配管と、該第１配管に繋がり放熱環境に置かれる放熱部と、該放熱部に繋がり上記第２給排口に接続された第２配管とを備え、
上記冷却ヘッドが樹脂成形により形成され、上記冷却ヘッドの上記第１の面に金属板を有することを特徴とする相変換冷却器。
【請求項２】
上記冷却ヘッドの複数の面に金属板を有することを特徴とする請求項１記載の相変換冷却器。
【請求項３】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板が互いに接していることを特徴とする請求項２記載の相変換冷却器。
【請求項４】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板のうち、上記第１の面以外に設けられた金属板は、上記冷却ヘッドの内面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の相変換冷却器。
【請求項５】
上記冷却ヘッドの第１の面の樹脂に開口が形成され、この開口を覆うように金属板が設けられていることを特徴とする請求項１から４記載の相変換冷却器。
【請求項６】
上記金属板に突起部が形成されていることを特徴とする請求項１から５記載の相変換冷却器。
【請求項７】
上記金属板は、インサート成型により上記冷却ヘッドに設けられることを特徴とする請求項１から６記載の相変換冷却器。
【請求項８】
上記第２配管は、上記第１配管側に傾斜した傾斜部を有することを特徴とする請求項１から７記載の相変換冷却器。
【請求項９】
上記冷却ヘッドの第１の面が上記冷却ヘッドの下側に位置する姿勢において、上記第１給排口と上記第２給排口の上下方向の高さが異なることを特徴とする請求項１から８記載の相変換冷却器。
【請求項１０】
請求項１から９記載の相変換冷却器を搭載したことを特徴とする携帯機器。
【請求項１】
冷却対象物に接する第１の面を有した冷却ヘッドと、該冷却ヘッドの上記第１の面とは対向しない第２の面に設けられた第１給排口と、上記冷却ヘッドの上記第１の面とも上記第２の面とも対向しない第３の面に設けられた第２給排口と、上記第１給排口に接続された第１配管と、該第１配管に繋がり放熱環境に置かれる放熱部と、該放熱部に繋がり上記第２給排口に接続された第２配管とを備え、
上記冷却ヘッドが樹脂成形により形成され、上記冷却ヘッドの上記第１の面に金属板を有することを特徴とする相変換冷却器。
【請求項２】
上記冷却ヘッドの複数の面に金属板を有することを特徴とする請求項１記載の相変換冷却器。
【請求項３】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板が互いに接していることを特徴とする請求項２記載の相変換冷却器。
【請求項４】
上記冷却ヘッドの複数の面の金属板のうち、上記第１の面以外に設けられた金属板は、上記冷却ヘッドの内面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の相変換冷却器。
【請求項５】
上記冷却ヘッドの第１の面の樹脂に開口が形成され、この開口を覆うように金属板が設けられていることを特徴とする請求項１から４記載の相変換冷却器。
【請求項６】
上記金属板に突起部が形成されていることを特徴とする請求項１から５記載の相変換冷却器。
【請求項７】
上記金属板は、インサート成型により上記冷却ヘッドに設けられることを特徴とする請求項１から６記載の相変換冷却器。
【請求項８】
上記第２配管は、上記第１配管側に傾斜した傾斜部を有することを特徴とする請求項１から７記載の相変換冷却器。
【請求項９】
上記冷却ヘッドの第１の面が上記冷却ヘッドの下側に位置する姿勢において、上記第１給排口と上記第２給排口の上下方向の高さが異なることを特徴とする請求項１から８記載の相変換冷却器。
【請求項１０】
請求項１から９記載の相変換冷却器を搭載したことを特徴とする携帯機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２８１７２１（Ｐ２００９−２８１７２１Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８４０１３（Ｐ２００９−８４０１３）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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