JP2004169986A

JP2004169986A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2004169986A
Application number: JP2002335930A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Neho; 康史根保; Rintaro Minamitani; 林太郎南谷; Tatsuya Nagata; 達也永田; Takashi Osanawa; 尚長縄; Atsushi Suzuki; 敦鈴木; Daichi Hotta; 大地掘田; Kazushi Sakayori; 一志酒寄
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】流路内部に冷媒液を循環させて発熱素子を冷却する電子装置の冷却装置において、冷媒液の封止部材のメンテナンスにおける再度の開封に対して気密性が低下しない信頼性の高い封止部材を提供することである。また、薄型に好適な冷却装置の封止構造を提供することである。
【解決手段】冷却装置に冷媒液を封止する封止部材を、冷媒液の封止孔に挿入する柔軟性材料からなる第１の封止部材と、第１の封止部材に挿入され硬質材料からなる第２の封止部材で構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒液を用いた冷却装置に好適な冷媒液の封止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒液を用いた冷却装置を備える電子装置では、冷媒液を発熱素子の直近に流すため、冷媒液の液漏れは電子装置の電気的短絡を引き起こす恐れがある。また、長期使用時には冷却装置からの液抜け（液透過）により、冷媒液が減少して冷却性能が低下する恐れがある。このため、長期信頼性を確保するために冷却装置の冷媒液の気密性を確保することが不可欠である。
【０００３】
例えばプロジェクター用の陰極線管の液冷媒の封止構造に見られるように、従来技術の冷却装置では、陰極線管本体と投射レンズを囲むカプラ（例えばアルミ・亜鉛ダイキャスト）内に冷媒液が注入された構造をもち、カプラに設けられた液注入孔は、内側に雌ネジ加工が施され、液注入孔を通して冷媒液を注入した後に、封止用ネジに装着されたＯリングにより封止する構造になっていた（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−４００７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知例には、冷媒液の封止構造を、封止孔である液注入孔は内側に雌ネジ加工が施す技術が開示されている。封止孔を通して冷媒液を注入した後に、封止用ネジに装着されたＯリングにより封止される。冷媒液の補充等により封止後に封止部材を再度開封した場合、封止孔のネジ山が磨耗してネジ締結力が低下する恐れがある。特にネジ加工を施した封止部材が有機材料の場合は締結力の低下は顕著である。ネジ締結力の低下は、封止部の気密性の低下につながり、液漏れ、液抜けの原因となり得る。つまり、上記公知例では、封止後に封止部材を再度開封するメンテナンスについて考慮されていない。
【０００６】
また、封止構造としてＯリングやパッキン構造を採用した場合、ネジ締結領域が不可欠である。この場合、Ｏリングの領域に加えてネジ締結部の領域が必要となるため、ますます封止部材の薄型化は難しい。より具体的には、Ｏリングの封止構造では、例えばＪＩＳＢ２４０１Ｐで規定されている最小の孔径は６ｍｍであり、封止孔を６ｍｍ以下にすることは困難である。また、上記公知例では、このＯリングとネジ締結部の領域が必要であり、封止部材の薄型化は難しい。つまり、Ｏリングによる封止構造は、薄型化に不適当な構造となっている。
【０００７】
本発明の目的は、メンテナンスにおける開封に対して気密性が低下しない信頼性の高い冷媒液の封止構造を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、冷媒液の封止構造として薄型化に好適な封止構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では冷媒液を循環させて発熱素子を冷却する電子装置の冷却装置において、循環する冷媒液を経路内部に封止する封止部材を、封止孔に挿入する柔軟性材料からなる第１の封止部材と、第１の封止部材の中空部に挿入する硬質材料からなる第２の封止部材で構成した。封止孔に挿入された第１の封止部材は、第２の封止部材により圧縮変形されて、封止孔との接触部で封止孔をシールする。これにより、長期に亘り冷却液の漏れや抜けを防止することができる。
【００１０】
また、冷媒液のシールを第１の封止部材と封止孔の接触部でおこなうようにした。つまり封止孔内部で冷媒液の封止をおこなうので、Ｏリングが不要となり、封止構造を薄型化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は、冷媒液を用いた冷却装置における冷媒液の封止部の構造を示す概略図である。図２は、本発明を適用した冷却装置を使用する電子装置の概略を示す斜視図である。図３は、図２の冷却装置の冷媒液タンクの構成を示す図である。
【００１２】
図２に示す電子装置は、本体ケース７とディスプレイ１６を備えたディスプレイケース８とからなり、本体ケース７に設置されるキーボード９、複数の素子を搭載した配線基板１０、ハードディスクドライブ１１、補助記憶装置１２、バッテリーなどが設置される。配線基板１０上には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）１３などの特に発熱量の大きい素子（以下、ＣＰＵと記載）が搭載される。
【００１３】
ＣＰＵ１３には、液冷ジャケット１４が取り付けられる。ＣＰＵ１３と液冷ジャケット１４とは、柔軟熱伝導部材を介して接続される。また、ディスプレイケース８の背面には、放熱パイプ１５が接続された金属放熱板が設置される。ディスプレイケース８の背面上部には、流路途中の放熱パイプ１５に接続されたタンク１９が設置されている。また、液駆動手段であるポンプ１７が本体ケース７内に設置される。
【００１４】
液冷ジャケット１４、放熱パイプ１５、タンク１９、ポンプ１７は、フレキシブルチューブ１８で接続され、ポンプ１７によって内部に封入した冷媒液が循環する。ＣＰＵ１３で発生する熱は、液冷ジャケット１４内を流通する冷媒液に伝えられ、放熱パイプ１５を通過する間にディスプレイ１６背面に設置した金属放熱板からディスプレイケース８表面を介して外気に放熱される。これにより温度の下がった冷媒液は、ポンプ１７を介して再び液冷ジャケット１４に送出される。
【００１５】
通常、冷媒液の封止孔は、冷媒液の供給孔も兼ねている。したがって、封止孔は、冷媒液の供給時に液漏れの恐れの少ない位置、すなわち液冷系で最も高い位置にあるタンク上部に設置するのが好ましい。図２に、封止孔１をタンク１９上部に設けた場合の例を示す。冷媒液２０は、シリンジなど細管を封止孔１に差込んだ状態でタンク１９内に供給されるため、液漏れする恐れは少ない。
【００１６】
図１に、本発明の封止部材の一実施例を示す。封止孔１は、通常冷媒液の供給孔も兼ねている。冷媒液を注入し易くするために、封止孔１を２箇所設けて一方を空気抜けとして用いてもよい。封止孔１は、第１の封止部材である中空円筒状ゴムキャップ２とゴムキャップ中空部の中心軸に沿って第２の封止部材である硬球３を挿入することで封止される。
【００１７】
封止部材と封止孔に挿入する手順は、封止孔に中空円筒状ゴムキャップ２を挿入した後に硬球３を挿入してもよいし、中空円筒状ゴムキャップ２に硬球３を挿入した後に両方一緒に封止孔に挿入してもよい。
【００１８】
封止孔に中空円筒状ゴムキャップ２を挿入した後に硬球３を挿入する場合、未挿入状態の中空円筒状ゴムキャップの外径ｄ１（内径ｄ２）が、封止孔の外径ｄ０以上に大きい中空円筒状ゴムキャップ２でも、中空部のある内側に変形するため封止孔に挿入することができる。
【００１９】
中空円筒状ゴムキャップ２の外径が封止孔の外径以下であれば、逆の場合より、挿入しやすい。また、中空円筒状キャップ２につば２１を設けることで、中空円筒状キャップ２が封止孔１の中に落ち込むことを防止できる。
【００２０】
ゴムキャップ２の材質は、液体透過係数が低く、永久変形が小さいものが好ましく、ブチルゴムやエチレンプロピレンゴムが好適である。
【００２１】
中空円筒状ゴムキャップ２は、封止孔１と硬球３の間に設置され、封止孔１（内径ｄ０）と硬球３（外径ｄ３）の寸法を自由に選択できる。ゴムの締めしろ：（ｄ１−ｄ２）／（ｄ０−ｄ３）を大きく（例えば５０％）とれば、低温時の収縮、ゴムの長期使用後の永久変形によるシール性の低下はないといえる。締めしろを大きく（例えば５０％）とることにより、長期に亘り冷却液の漏れや抜けを防止することができる。ゴムの締めしろはゴムにき裂が発生しない５０％以下が好ましい。
【００２２】
このように、封止部材の材料や使用する環境条件や期間に合わせて、封止部材の寸法を適宜調整することにより、シール効果を長期間確保することができる。
【００２３】
中空円筒状キャップ２に硬球３を挿入して封止した場合、中空円筒状キャップ２の内側は図１に示すように変形する。ゴムはポアソン比が約０．５であり、硬球３でつぶされた分だけ他の箇所が膨らむ。他に膨らむ箇所（逃げしろ）がある場合、ゴムは圧縮変形が可能となり硬球３との接触部でシールが可能となる。他に膨らむ箇所がない場合、ゴムは圧縮変形できないためシール性が低下する。１個の硬球３を挿入した場合、硬球３の上下部にゴムが膨らむことができるためシールが可能となる。
【００２４】
図４から図１０に、封止部材の他の実施例示す。
図４と図５は、中空円筒状キャップ２に複数の硬球３を挿入した場合を示し、硬球３とのシール面積が増大するため、図１よりシール効果が高く、封止部材からの水抜けを低減することができる。図５に示すように、複数個の硬球３を接触させて挿入しても、硬球３と硬球３の間の空間にゴムが逃げるためシールは可能となる。ただし、締めしろが大きい場合（硬球３と硬球３の間の空間より逃げしろが大きい）には、図４に示すように、硬球３と硬球３を接触させずに離すことで逃げしろが確保できるので、シール効果が高い。
【００２５】
図６では、中空円筒状キャップ２が、封止孔１の長さ（Ｌ０）よりも長い（Ｌ１）場合の例を示している。この例では、封止孔１に中空円筒状ゴムキャップ２と硬球３を挿入すると、ゴムの逃げしろが中空円筒状ゴムキャップ２の先端部分に集まるため、封封止孔１を突きぬけた部分の直径は初期より太くなる。中空円筒状ゴムキャップ２はその先端部で封止孔１と締結しているため、内圧などでゴムキャップが抜けることはない。
【００２６】
また、図７に示す例では、中空円筒状ゴムキャップ２の先端部分に硬球３を挿入して、封封止孔１を突きぬけた部分の直径を初期より太くする。これにより、ゴムキャップの抜けを防止することができる。
【００２７】
図４から図７に示した例で、中空円筒状ゴムキャップ２を封止孔１に挿入した後に、硬球３を中空円筒状ゴムキャップ２に挿入する場合に、突き出し棒により硬球３を挿入する方法が考えられる。特に図示しないが、突き出し棒の長さを調整することや、予め所定の長さの突き出し棒を用意することにより、所定の位置に硬球３を挿入できるので、バラツキのないシール性能を実現することができる。特に、図４や図６や図７に示されるように、硬球３のギャップがシール特性に影響する場合には、上記の方法は有効である。また、中空円筒状ゴムキャップ２の内部に硬球３の係止溝を設け、その溝まで硬球３を挿入するようにしてもよい。
【００２８】
図８に、封止部材の他の実施例を示す。この例では、封止孔１は、第１の封止部材である中空円筒状ゴムキャップ２とゴムキャップ中空部の中心軸に沿って第２の封止部材である中実硬棒４を挿入することで封止される。封止孔に中空円筒状ゴムキャップ２を挿入した後に中実硬棒４を挿入してもよいし、中空円筒状ゴムキャップ２に中実硬棒４を挿入した後に両方一緒に封止孔に挿入してもよい。中実硬棒４を挿入する際に、中空円筒状ゴムキャップ２は軸方向に伸ばされ、半径方向には圧縮変形を受けるため、中実硬棒４との接触面でシールが可能となる。中実硬棒４は、球に比べて挿入距離を把握し易い上に、加工が容易である特徴がある。
【００２９】
図９では、中空円筒状キャップ２は、封止孔１の長さ（Ｌ０）よりも長い（Ｌ１）ものを用いる。封止孔１に中空円筒状ゴムキャップ２と中実硬棒４を挿入すると、ゴムの逃げしろが中空円筒状ゴムキャップ２の先端部分に集まるため、封封止孔１を突きぬけた部分の直径は初期より太くなる。中空円筒状ゴムキャップ２はその先端部で封止孔１と締結しているため、内圧などでゴムキャップが抜けることはない。
【００３０】
図１０に、封止部材の他の実施例を示す。この例では、第１の封止部材が中実円柱状ゴムキャップ５であり、第２の封止部材は先端が尖った硬棒６である。中実円柱状ゴムキャッ５プは、その外径が封止孔１の外径以上の場合、逃げしろがなく挿入し難い。そこで、中実円柱状ゴムキャップ５は、その外径が封止孔１の外径と同等の外径あるいは、若干小さい外径とするため、締めしろは小さくなる。そこで、中実円筒状ゴムキャップ５の中心軸に沿って第２の封止部材として先端が尖った硬棒６を挿入する。これにより、ゴムキャップを半径方向に圧縮変形させて、シールを可能とする。
【００３１】
以上の実施例は、本体ケースとディスプレイケースとが別ケースで構成され、ディスプレイケースのタンク上部に封止孔がある場合についてを示した。本発明は、一つのケース内にディスプレイ、発熱素子を搭載した配線基板、および他の部品が収容された電子装置、またディスプレイを有していない電子装置用の冷却装置にも適用できる。
【００３２】
また以上の実施例では、第１の封止部材は円筒形状であり、第２の封止部材は球形状あるいは円筒形状とし、封止孔も第１の封止部材と同じ円筒形状として説明したが、これらの形状に限られたものでない。
【００３３】
本発明の実施例によれば、従来のＯリング封止構造のように封止孔にネジ加工をする必要がない。したがって、封止孔本体は、封止後に封止部材を再度開封した場合、封止孔のネジ山が磨耗してネジ締結力が低下することはない。また、ネジ加工が不要なためネジ加工が困難な有機材料も採用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒液を循環させて発熱素子を冷却する電子装置の冷却装置において、冷媒液の補給等のメンテナンス作業で封止部材の気密性を低下させることがないので、高信頼性の冷却装置を提供できる。また、封止部材の省スペース化が可能であり、電子装置の薄型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る封止部材の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る封止部材を適用した冷却装置の一実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る冷却装置を適用した電子装置の概要を示す構成図である。
【図４】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る封止部材の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１：封止孔、２：中空円筒状ゴムキャップ、２１：中空円筒状キャップのつば、３：硬球、４：中実硬棒、５：中実円柱状ゴムキャップ、６：先端が尖った硬棒、７：本体ケース、８：液晶ディスプレイケース、９：キーボード、１０：配線基板、１１：ハードディスクドライブ、１２：補助記憶装置、１３：ＣＰＵ、１４：液冷ジャケット、１５：放熱パイプ、１６：液晶ディスプレイ、１７：ポンプ、１８：フレキシブルチューブ、１９：タンク、２０：冷媒液

Claims

冷媒液を循環させて発熱素子を冷却する冷却装置において、冷媒液を注入する封止孔と、前記封止孔に挿入する柔軟性材料からなる第１の封止部材と、該第１の封止部材に挿入され硬質材料からなる第２の封止部材とから成る封止部材とを備えることを特徴とする冷却装置。
請求項１記載の冷却装置において、前記第１の封止部材は中空の円筒状であり、前記第２の封止部材は球状または柱状の形状であることを特徴とする冷却装置。
請求項１記載の冷却装置において、前記第１の封止部材は中実の円柱状であり、前記第２の封止部材は針状の先端を有する柱状の形状であることを特徴とする冷却装置。
請求項１記載の冷却装置において、前記第１の封止部材は液体透過係数が低く、永久変形が小さいゴム材料であることを特徴とする冷却装置。
請求項４記載の冷却装置において、前記第１の挿入物はブチルゴムあるいはエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする冷却装置。