JP5072869B2

JP5072869B2 - 基板保持装置

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Publication number: JP5072869B2
Application number: JP2009002795A
Authority: JP
Inventors: 基野口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: JP2010161225A

Description

本発明は、基板保持装置に関し、特に、保持力が増し、熱抵抗を改善できる基板保持装置に関する。

従来、航空機に用いられる基板をシャーシに固定する際、カードホルダと呼ばれる楔機構により基板のヒートパスをシャーシに押し付けて固定している。そのとき、基板から発生する熱は基板のヒートパスを通り、カードホルダにより押し付けられた面からシャーシに伝わり放熱される。

近年、多くの電子器材で基板上の部品の発熱密度が高くなり放熱に対する要求が厳しくなっている。航空機搭載用基板においては間接空冷と呼ばれる方式が多く採られ、その際には発生した熱はカードホルダによって固定される面を必ず通過するため、この基板とシャーシの固定部での熱的な性能改善が求められている。

従来の基板保持装置１６０は、図９に示すように、コールドプレート１２の溝内に配置され、複数の並列配置された航空機搭載用の基板１４を保持している。詳細には、従来の基板保持装置１６０は、図１０に示すように、コールドプレート１２の溝内に基板１４を固定するために、ボディを複数のブロック１６０ａ〜１６０eに分け、１ボディに少なくとも２方向の傾斜面を設け、ねじを締めることで矢印Ｄの方向へ力を加え、ブロック１６０ａ〜１６０eの楔構造により基板１４をコールドプレート１２の溝内の側壁面に押し付ける方向に力が加わるここによって、コールドプレート１２の溝内に基板１４を固定している（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、従来の基板保持装置１６０においては、コールドプレート１２の溝内に基板１４を固定した状態において、コールドプレート１２の溝内の側壁面と複数のブロック１６０ａ〜１６０eの側面との間に隙間があるため熱伝導が悪いという問題点がある。

すなわち、従来の基板保持装置１６０においては、基板１４をコールドプレート１２からなるシャーシに押し付ける役目が主であるため、基板１４からコールドプレート１２への熱抵抗が高いという問題点がある。

実開平３−７９４９６号公報

本発明者は、基板保持装置に、楔構造体からも熱を伝える機能を積極的に付加し、熱抵抗を低減することができることを見出した。

本発明の目的は、保持力が増し熱抵抗を改善でき、かつ、安定した着脱性を有する基板保持装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１の方向の鋭角な第１の傾斜面と第２の方向の鋭角な第２の傾斜面とを有し、かつ中央部に回転軸挿入部を有する固定部と、前記固定部の前記第１の傾斜面に対向して配置される第１の楔部と、前記固定部の前記第２の傾斜面に対向して配置される第２の楔部と、前記第１の楔部および前記第２の楔部を貫通し、前記固定部の前記回転軸挿入部に固定される回転軸部材とを備え、前記第１の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第１の傾斜面に沿ってスライドすることで、前記第１の傾斜面に鉛直方向の保持力を得て、前記第２の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第２の傾斜面に沿ってスライドすることで、前記第２の傾斜面に鉛直方向の保持力を得ており、かつ前記第１の楔部および前記第２の楔部の長手方向の略全面が、基板側に固定されている前記固定部の長手方向の略全面に接触しており、前記回転軸部材は、前記第１の楔部および前記第２の楔部を貫通する部分において、それぞれ右ねじ若しくは左ねじの反対方向のねじ溝を有する第１のねじ部および第２のねじ部を備える基板保持装置が提供される。

本発明によれば、保持力が増し熱抵抗を改善でき、かつ、安定した着脱性を有する基板保持装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置の模式的鳥瞰図。本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置の分解組み立て図。（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置において、楔機構の保持力を説明する模式図、（ｂ）比較例として、楔機構の角度が大きい場合の楔機構の保持力を説明する模式図。（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置の開放状態における模式的構成図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置の保持状態における模式的構成図。ａ）本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置において、回転軸に固定されたハンドルを回すことで両楔部が遠ざかり、基板開放を行う動作を説明する模式図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置において、回転軸に固定されたハンドルを回すことで両楔部が近づき、基板保持を行う動作を説明する模式図。本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置を適用した航空機搭載用基板間接空冷システムの模式的断面構造図。本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置を適用した航空機搭載用基板間接空冷システムの模式的鳥瞰構造図。本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置の熱抵抗と締付トルクとの関係を示す図。従来の基板保持装置を適用した複数の並列配置された航空機搭載用基板の模式的鳥瞰図。従来の基板保持装置の模式的鳥瞰図。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係る基板保持装置１６の模式的鳥瞰構造は、図１に示すように表され、基板保持装置１６の分解組み立て構成は、図２に示すように表される。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６は、図１および図２に示すように、第１の方向の鋭角な第１の傾斜面６ａと第２の方向の鋭角な第２の傾斜面６ｂとを有し、かつ中央部に回転軸挿入部８ａ，８ｂを有する固定部６と、固定部６の第１の傾斜面６ａに対向して配置される第１の楔部２ａと、固定部６の第２の傾斜面６ｂに対向して配置される第２の楔部２ｂと、第１の楔部２ａおよび第２の楔部２ｂを貫通し、固定部６の回転軸挿入部８ａ，８ｂに固定される回転軸部材３０とを備える。

第１の楔部２ａを、回転軸部材３０の回転軸方向に、固定部６の第１の傾斜面６ａに沿ってスライドすることで、第１の傾斜面６ａに鉛直方向の保持力を得ることができる。

また、第２の楔部２ｂを、回転軸部材３０の回転軸方向に、固定部６の第２の傾斜面６ｂに沿ってスライドすることで、第２の傾斜面６ｂに鉛直方向の保持力を得ることができる。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６において、楔機構の保持力は、図３（ａ）に示すように、第２の傾斜面６ｂに鉛直方向の保持力Ａの垂直成分をＡ１、水平成分をＡ２とすると垂直成分Ａ１に等しい。第２の傾斜面６ｂの鋭角の角度が浅いほど、第２の傾斜面６ｂに鉛直方向の保持力Ａの垂直成分Ａ１は大きくなる。これに対して、楔機構の角度が大きい場合の楔機構の保持力は、図３（ｂ）に示すように、第２の傾斜面６ｂに鉛直方向の保持力Ｂの垂直成分をＢ１、水平成分をＢ２とすると垂直成分Ｂ１に等しい。図３においては、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６の第２の傾斜面６ｂの近傍について説明したが、第１の傾斜面６ａの近傍についても楔機構の保持力は同様に表される。

第１の傾斜面６ａの鋭角は、５度〜３０度の範囲内に含まれる。同様に、第２の傾斜面６ｂの鋭角も、５度〜３０度の範囲内に含まれる。

また、図１および図２に示すように、回転軸部材３０は、第１の楔部２ａおよび第２の楔部２ｂを貫通する部分において、それぞれ右ねじ若しくは左ねじの反対方向のねじ溝を有する第１のねじ部３ａおよび第２のねじ部３ｂを備える。

なお、図１および図２に示すように、回転軸挿入部８ａ，８ｂの断面形状は円形の例が示されているが、これに限るものではなく、矩形、若しくは楕円形のいずれかであっても良い。回転軸部材３０は、第１のねじ部３ａおよび第２のねじ部３ｂにおいては、断面形状は円形であることが必要であるが、回転軸挿入部８ａ，８ｂの断面構造は、挿入可能な形状であれば良く、円形に限らないからである。なお、第１の楔部２ａの回転軸部材３０が貫通する内壁面には、第１のねじ部３ａに嵌合するように溝ねじが切られている。同様に、第２の楔部２ｂの回転軸部材３０が貫通する内壁面には、第２のねじ部３ｂに嵌合するように溝ねじが切られている。

また、図１および図２に示すように、固定部６の中心部７ａにおいて、回転軸部材３０を固定部６に支持する回転軸支持部７を備えていても良い。

また、図１および図２に示すように、回転軸部材３０の両端において、それぞれ第１の楔部２ａおよび第２の楔部２ｂを停止する第１の終端保持部５ａおよび第２の終端保持部５ｂを備える。

また、図１および図２に示すように、第１の楔部２ａと第１の終端保持部５ａとの間に配置され、第１の楔部２ａを、回転軸部材３０の回転軸方向に、固定部６の第１の傾斜面６ａに沿ってスライドする第１の回転用ハンドル部４ａを備える。

また、図１および図２に示すように、第２の楔部２ｂと第２の終端保持部５ｂとの間に配置され、第２の楔部２ｂを、回転軸部材３０の回転軸方向に、固定部６の第２の傾斜面６ｂに沿ってスライドする第２の回転用ハンドル部４ｂを備えていても良い。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６の開放状態における模式的構成は、図４（ａ）に示すように表され、保持状態における模式的構成は、図４（ｂ）に示すように表される。

第１の楔部２ａおよび第２の楔部２ｂのいずれか一方若しくは両方は、固定部６の中心部７ａまで到達可能である。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６においては、図５（ａ）に示すように、回転軸部材３０に固定された第１の回転用ハンドル部４ａを第１の回転方向ＳＷ１に回すことで、第１の楔部２ａ及び第２の楔部２ｂが遠ざかり、基板開放を行う動作を行う。一方、回転軸部材３０に固定された第１の回転用ハンドル部４ａを第２の回転方向ＳＷ２に回すことで第１の楔部２ａ及び第２の楔部２ｂが近づき、基板保持を行う動作を行う。このとき楔部のほぼ全面が基板１４側に固定されている固定部６と接触しているため、熱の放散性が非常に良い構造となっている。

（航空機搭載用基板間接空冷システム）
第１の実施の形態に係る基板保持装置１６を適用した航空機搭載用の間接基板空冷システムの模式的断面構造は、図６に示すように表される。また、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６を適用した航空機搭載用の間接基板空冷システムの模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表される。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６を適用した基板空冷システムは、図６および図７に示すように、コールドプレート１２と、コールドプレート１２内の溝部に配置される前述の基板保持装置１６と、当該基板保持装置１６を介して、コールドプレート１２内の溝部の側壁面に押圧されて、固定される基板１４と、コールドプレート１２に隣接配置され、空気流を導入する空調機構部１０とを備える。基板１４において発生した熱を側壁面を介して空調機構部１０に伝達することができる。

複数の基板１４は、図６および図７に示すように、並列に配置され、上下に配置されるコールドプレート１２内の溝部において、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６によって、コールドプレート１２内の溝部の側壁面に押圧されて、固定される。

コールドプレート１２は、図６および図７に示すように、それぞれ空調機構部１０に隣接して配置されており、矢印Ｃ１で示すように、コールドプレート１２内の溝部の側壁面を介して、コールドプレート１２から空調機構部１０へ熱伝導のパスが形成される。その結果、基板１４で発生した熱が、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６を介して、効率良く、空調機構部１０に伝達される。空調機構部１０においては、空冷のための空気流が発生しており、空調機構部１０に伝達された熱が、冷却される。

（実験結果）
第１の実施の形態に係る基板保持装置１６において、実験結果に基づく熱抵抗（℃／Ｗ）と締付トルク（Ｎｍ）との関係は、図８に示すように表される。図１０に示した従来例［の］にくらべて、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６においては、熱抵抗（℃／Ｗ）が約５０％程度以下に改善されている。また、部材をＣｕで形成した場合には、Ａｌで形成した場合に比べ、更に熱抵抗（℃／Ｗ）が改善されることが明らかである。従来、基板をシャーシに押し付けるだけの役目である基板保持装置に対して、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６のように、楔構造体からも熱を伝える機能を積極的に付加し、熱抵抗（℃／Ｗ）を低減することができる。

第１の実施の形態に係る基板保持装置１６においては、第１の楔部２ａ及び第２の楔部２ｂからなる楔機構を鋭角に配置することで、第１の楔部２ａ及び第２の楔部２ｂの内、第２の楔部２ｂ（固定側）、第１の楔部２ａ（移動側）の固定部６との接触面積を数倍に広げることができ、単なる押し付け機構ではなく積極的な熱パスとして機能させることができる。

同時に鋭角に配置した楔機構により、基板１４を押し付ける方向への保持力が増し、熱抵抗を改善することができる。

また、第１の実施の形態に係る基板保持装置１６においては、右ねじ／左ねじを備えた軸部材により、安定した着脱性を有する。

第１の実施の形態によれば、保持力が増し熱抵抗を改善でき、かつ、安定した着脱性を有する基板保持装置およびその基板保持装置を適用した基板空冷システムを提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本発明の基板保持装置は、間接空冷システムを採用する航空機搭載用基板の保持装置およびその基板保持装置を適用した基板空冷システムなどに適用可能である。

２ａ…第１の楔部
２ｂ…第２の楔部
３ａ…第１のねじ部
３ｂ…第２のねじ部
４ａ…第１の回転用ハンドル部
４ｂ…第２の回転用ハンドル部
５ａ…第１の終端保持部
５ｂ…第２の終端保持部
６…固定部
６ａ…第１の傾斜面
６ｂ…第２の傾斜面
７…回転軸支持部
７ａ…中心部
８ａ，８ｂ…回転軸挿入部
１０…空調機構部
１２…コールドプレート
１４…基板
１６…基板保持装置
３０…回転軸部材

Claims

第１の方向の鋭角な第１の傾斜面と第２の方向の鋭角な第２の傾斜面とを有し、かつ中央部に回転軸挿入部を有する固定部と、
前記固定部の前記第１の傾斜面に対向して配置される第１の楔部と、
前記固定部の前記第２の傾斜面に対向して配置される第２の楔部と、
前記第１の楔部および前記第２の楔部を貫通し、前記固定部の前記回転軸挿入部に固定される回転軸部材と
を備え、前記第１の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第１の傾斜面に沿ってスライドすることで、前記第１の傾斜面に鉛直方向の保持力を得て、前記第２の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第２の傾斜面に沿ってスライドすることで、前記第２の傾斜面に鉛直方向の保持力を得ており、かつ前記第１の楔部および前記第２の楔部の長手方向の略全面が、基板側に固定されている前記固定部の長手方向の略全面に接触しており、
前記回転軸部材は、前記第１の楔部および前記第２の楔部を貫通する部分において、それぞれ右ねじ若しくは左ねじの反対方向のねじ溝を有する第１のねじ部および第２のねじ部を備えることを特徴とする基板保持装置。
前記固定部の中心部において、前記回転軸部材を前記固定部に支持する回転軸支持部を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
前記第１の楔部および前記第２の楔部のいずれか一方若しくは両方は、前記固定部の中心部まで到達可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板保持装置。
前記回転軸部材の両端において、それぞれ前記第１の楔部および前記第２の楔部を停止する第１の終端保持部および第２の終端保持部を備えることを特徴とする請求項１〜３の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。
前記第１の楔部と前記第１の終端保持部との間に配置され、前記第１の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第１の傾斜面に沿ってスライドする第１の回転用ハンドル部を備えることを特徴とする請求項１〜４の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。
前記第２の楔部と前記第２の終端保持部との間に配置され、前記第２の楔部を、前記回転軸部材の回転軸方向に、前記固定部の前記第２の傾斜面に沿ってスライドする第２の回転用ハンドル部を備えることを特徴とする請求項１〜５の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。
前記第１の傾斜面の鋭角および前記第２の傾斜面の鋭角は、それぞれ５度〜３０度の範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜６の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。
前記回転軸挿入部の断面形状は、円形、矩形、若しくは楕円形のいずれかであることを特徴とする請求項１〜７の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。
前記第１の楔部の前記回転軸部材が貫通する内壁面には、前記回転軸部材の前記第１のねじ部に嵌合する溝ねじが切られ、前記第２の楔部の前記回転軸部材が貫通する内壁面には、前記回転軸部材の前記第２のねじ部に嵌合する溝ねじが切られていることを特徴とする請求項１〜８の内、いずれか１項に記載の基板保持装置。