JP2011198803A

JP2011198803A - 電子機器

Info

Publication number: JP2011198803A
Application number: JP2010060737A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsukada; 剛史塚田; Yutaka Kobayashi; 裕小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】電子機器を冷却する冷却板内部の冷却水について、熱膨張による体積変化を生じても、冷却板の破損を防ぐことのできる、冷却板内部に実装された熱膨張補償構造を得ることを目的とする。
【解決手段】冷却板と、冷却板に取付けられた回路基板と、回路基板に固定された発熱素子と、冷却板に取付けられた冷却水入口側カプラと、冷却板に取付けられた冷却水出口側カプラと、冷却板の内部に設けられた冷却水の流路と、冷却水の流路に充填された冷却水と、冷却水の流路と冷却水が通るように設けられた細管部と、細管部内に保持された弾性体と、細管部と弾性体で囲まれた空気溜まり部とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品が実装された複数のモジュールユニットを液冷する電子機器に関する。

従来の電子機器は、内部に冷却水を充填した状態で保管する際、外気温の変動による内部冷却水の膨張により、電子機器内の配管内部の圧力が上昇し、破損に至る恐れがあるため、内部冷却水の循環系統との接続部（冷却水の出入口）に、熱膨張補償用の着脱式のアキュムレータまたはリザーブタンクを取り付け、内部圧力を機器の耐圧以下に保持し、機器の破損を防いでいる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５９９０３号公報（図１）

従来の電子機器では、着脱式のアキュムレータの取り付けを忘れた状態で機器を保管した場合、機器は致命的な破損に至る恐れがある。また、電子機器の保管時に閉空間となる配管系全てに外部装着型のアキュムレータを用意し、取り付ける必要がある。

特に、アクティブフェーズドアレイアンテナ（以下、ＡＰＡＡ）のように、各素子アンテナに接続される複数のモジュールユニットを配列して構成される電子機器では、閉空間となる配管数量が多く、その全てに外部装着型のアキュムレータを取り付ける場合、機器のコスト上昇や取り付けの手間の増加が問題となる。

また、一般的なアキュムレータは、熱膨張補償の機能以外に、エネルギ蓄積器、脈動吸収などの機能を主として有しており、アキュムレータのサイズが比較的大きくなり、電子機器内部への実装を考えた場合、その大きさは許容できないことが多い。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、電子機器を冷却する冷却板内部の冷却水について、熱膨張による体積変化を生じても、冷却板の破損を防ぐことのできる、冷却板内部に実装された熱膨張補償構造を得ることを目的とする。

本発明による電子機器は、発熱素子の固定された回路基板と、上記回路基板が取り付けられて上記発熱素子と熱的に接続されるとともに、冷却水の充填された内部流路が形成された冷却板とを備え、上記冷却板は、上記流路に連通し上記冷却水が通る細管と、上記細管内に挿入された弾性体が設けられるとともに、上記弾性体と上記細管の内面とで囲まれる空気溜まり部が形成されたものである。

本発明による電子機器は、冷却板の内部に挿入された弾性体を介して、冷却板内部の空気溜まり部の体積が変化することで、冷却水の熱膨張による冷却水の体積変化を補償することができるので、冷却水の圧力上昇による冷却板の破損を防止する効果を奏する。

本発明に係る実施の形態１による電子機器の構成を示す斜視図である。本発明に係る実施の形態１による電子機器の冷却板の構成を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１による電子機器の構成を示す斜視図および拡大図であり、（ａ）はアンテナ素子背面側斜視図、（ｂ）はアンテナ素子側斜視図である。図２は、本発明に係る実施の形態１による電子機器の冷却板の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は部分拡大図を示している。

実施の形態１による電子機器は、複数のモジュールユニット１０が配列されて構成される。本実施の形態では、電子機器としてアクティブフェーズドアレイアンテナを構成した場合を例として説明する。アクティブフェーズドアレイアンテナは複数のアンテナ素子１が二次元平面内に配列されて、各アンテナ素子の励振位相を制御することにより、アンテナの送信ビームまたは受信ビームの指向方向を、所望方向に走査することができる。

モジュールユニット１０は、そのフロントエンドに複数個配列されたアンテナ素子１と、アンテナ基板２の背面に接続された回路基板１８と、回路基板１８の周辺に配置された冷却板１１と、冷却板１１に取り付けられた冷却水入口側カプラ１６と、冷却板１１に取り付けられた冷却水出口側カプラ１７と、バックプレート５から構成される。

回路基板１８は、増幅器のようなアクティブ半導体素子や、スイッチ、ミクサ、移送器などのパッシブ半導体素子や、半導体スイッチング素子を含む電源回路などからなる発熱素子１９が実装される。回路基板１８は、発熱素子１９とアンテナ素子１との間でＲＦ（Radio Frequecy）信号を伝送する、配線回路が設けられている。回路基板１８は、バックプレート５を介して外部制御装置（図示せず）から制御信号や電源が入力される。
回路基板１８は、回路基板１８の放熱を行う冷却板１１に取付けられ固定されており、発熱素子１９は回路基板１８を介して冷却板１１に熱的に接続されている。すなわち、図１の例では、冷却板１１自体が回路基板１８を保持する構造部材となっている。
なお、必要とされる冷却性能によっては、発熱素子１９が回路基板１８を介して冷却板１１に熱的に接続される代わりに、発熱素子１９を直接冷却板１１に熱的に接続するように構成しても良い。

冷却板１１は、複数の薄肉平板をろう付けや拡散接合によって接合させることにより構成することができる。冷却板１１は、内部に空洞が設けられて冷却水の流路１２が形成されている。冷却水の流路１２には、冷却水２１が充填される。冷却水は、アルコール、水、またはその混合液などによって構成される。
流路１２の入口には冷却水が通るように設けられた冷却水入口側カプラ１６が接続され、流路１２の出口には冷却水が通るように設けられた冷却水出口側カプラ１７が接続される。冷却水の流路１２は、冷却水入口側カプラ１６及び冷却水出口側カプラ１７に接続される部分で、流路断面積が小さくなるように構成されている。熱膨張補償部３０は、流路１２の冷却水入口側カプラ１６または冷却水出口側カプラ１７の近くに設けられて、流路１２と連通している。図２（ａ）に示す例では、冷却水出口側カプラ１７の近くにおいて流路１２の断面積が狭くなりつつあるところに設けられている。
なお、冷却板は、薄肉平板を接合し、薄肉平板で囲まれた内部流路を形成することができるので、薄肉平板の膨張作用によって、回路基板の表面または回路基板上の発熱素子に当接するものであっても良い。

熱膨張補償部３０は、細管部２０と、弾性体１４から構成される。細管部２０は、流路１２を形成する壁面に垂直に対して掘り込まれた、流路１２に比べて小径の止まり孔から形成される。細管部２０は、更に、流路１２に直結する細管入口部２５と、細管入口部２５に連通した止まり孔（穴）の形成される細管本体部２６から構成される。細管入口部２５は、細管本体部２６よりも孔径が狭くなっている。
弾性体１４は、細管本体部２６内に弾性変形した状態で挿入され、細管本体部２６の内壁面に密着して保持されている。弾性体１４は、細管本体部２６内に挿入されることで、細管本体部２６の止まり孔（穴）底面から弾性体１４までの間において、細管本体部２６の内部に空気溜まり部１５を形成する。空気溜まり部１５は、細管本体部２６内に保持された弾性体１４と細管部２０内面とで囲まれて、空気の閉じ込められた閉空間が形成される。
弾性体１４は、合成樹脂やゴムによって構成され、細管本体部２６に密着することで、空気溜まり部１５と流路１２との間の空気及び冷却水の流通を阻害する。

実施の形態１による電子機器は以上のように構成され、次のように動作する。
モジュールユニット１０は、複数配列されて例えばアクティブフェーズドアレイアンテナのような電子機器を構成する。
発熱素子１９は、バックプレート５を介してモジュールユニット１０の外部制御装置から回路基板１８へ入力される、制御信号や電源に従い、モジュールユニット１０の所要の回路動作を行い、例えばアンテナ素子１との間で電気信号を授受する。発熱素子１９は、この所定の回路動作により発熱する。

冷却板１１は、モジュールユニット１０の回路基板１８に実装された発熱素子１９から発する熱を放熱し、発熱素子１９を冷却する。冷却水２１は、外部に設けられたポンプによって昇圧され、冷却板１１内部の流路１２を通過して、図示しないラジエータ（放熱器）との間を液体循環する。
冷却板１１は、ポンプによって昇圧された冷却水２１が冷却水入口側カプラ１６から流路１２内に流入し、流路１２を通った冷却水２１が冷却水出口側カプラ１７から排出されることで、発熱素子１９から回路基板１８を介して伝達された熱は、モジュールユニット１０の外部に設けられたラジエータに移送され、ラジエータから外部に放熱される。図２（ａ）（ｂ）の符号１３は冷却板１１の流路１２内の冷却水２１の流れを示している。

また、モジュールユニット１０の非使用時は、外部制御装置からの制御信号や電源の供給が止まり、モジュールユニット１０の動作が停止する。このとき、モジュールユニット１０の内部では、冷却板１１内部の流路１２が閉空間を構成し、流路１２内が冷却水２１によって充填された状態で、冷却水２１の流れが止まった状態となる。同様に、モジュールユニット１０を使用しない保管時においても、冷却水２１の流路が閉空間かつ冷却水２１で充填された状態が保たれる。

冷却板１１の流路１２に充填された冷却水２１は、モジュールユニット１０及び冷却板１０の周囲の温度変化に応じてその温度が変化し、冷却水２１の体積が変化する。この際、冷却水２１の体積変化により冷却板１１の流路１２内で発生する圧力が、細管部２０内部の弾性体１４を介して空気溜まり部１５に印加され、空気溜まり部１５の体積が変化する。このように、空気溜まり部１５の体積が変化することで、冷却板１０の温度変化による液体（冷却水）の体積変化が気体の体積変化に変換されることで、液体（冷却水）の体積変化により生じる、冷却板１１の流路１２内の圧力上昇が緩和されるので、熱膨張補償部３０は冷却水の熱膨張を補償することができる。

以上説明したように、この実施の形態１による電子機器は、冷却水２１の流路を有する冷却板１１と、冷却板１１の入口と出口に設けられたカプラ１６,１７と、冷却板内部の冷却水２１の圧力を受ける弾性体１４と、弾性体１４を介して冷却水２１の圧力を受ける空気溜まり部１５と、冷却板１１により発熱を吸熱される回路基板１８と、回路基板１８に固定された発熱素子１９を備え、保管時には冷却水２１の流路が閉空間かつ冷却水２１で充填された状態を保つように構成したことを特徴とする。

この構成により、電子機器１０を構成する冷却板１１に設けられた流路１２に充填された冷却水２１は、周囲の温度変化により体積が変化するが、その体積変化による圧力は細管部２０内部の弾性体１４を介して空気溜まり部１５に印加され、空気溜まり部１５の体積が変化することによって、温度変化による液体の体積変化が気体の体積変化に変換され、液体の体積変化により生じる圧力上昇が緩和されるので、冷却板１１の破損を防止することが可能となる。
また、保管時の冷却水２１に体積変化を生じても、冷却板１１内の弾性体１４を介して空気が体積変化するので、冷却水２１の熱膨張補償が可能となり、圧力上昇による冷却板１１の破損を防止する効果を奏する。

また、熱膨張補償部３０を冷却板１１の内部に構成することができるので、外装型のアキュムレータ（蓄圧器）の装着忘れによる冷却板１１の破損を防止することができる。

また、熱膨張補償部３０は、流路１２に接する細管２０を設け、細管２０内に弾性体１４を挿入することによって簡単に構成することができるので、電子機器１０の外部にアキュムレータを装着した場合と比較して、小型軽量化が可能となるとともに、低コスト化が可能となる。

なお、冷却板１１を薄肉平板で構成し、薄肉平板の膨張作用によって回路基板の表面または回路基板上の発熱素子に当接するように構成した場合、熱膨張補償部３０がその膨張作用に必要な圧力を超える圧力を吸収することができるにしても良い。また、この場合であっても、モジュールユニット１０の保管時における、流路１２内冷却水の熱膨張による圧力変化を補償することができることは言うまでもない。

本発明による電子機器は、ユーザが交際作業を実施する産業機器や、通信またはレーダ機器に利用することが可能である。

１０電子機器、１１冷却板、１２流路、１４弾性体、１５空気溜まり部、１６冷却水入口側カプラ、１７冷却水出口側カプラ、１８回路基板、１９発熱素子、２０細管部、２１冷却水、３０熱膨張補償部。

Claims

発熱素子の固定された回路基板と、
上記回路基板が取り付けられて上記発熱素子と熱的に接続されるとともに、冷却水の充填された内部流路が形成された冷却板と、
を備え、
上記冷却板は、上記流路に連通し上記冷却水が通る細管と、上記細管内に挿入された弾性体が設けられるとともに、上記弾性体と上記細管の内面とで囲まれる空気溜まり部が形成されたことを特徴とする電子機器。
上記流路に充填された上記冷却水の体積変化により生じる圧力が、上記弾性体を介して前記空気溜まり部に印加されることを特徴とする請求項１記載の電子機器。