JPH073917B2

JPH073917B2 - 自己活性ヒ−ト・パイプ付電子モジュ−ル

Info

Publication number: JPH073917B2
Application number: JP61502871A
Authority: JP
Inventors: マーフイー，ジヨン・イー; ガードナー，ウイリアム・エツチ
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: EP0215947A1; KR900007760B1; IL77977A; AU5905886A; NO864265L; ES553302A0; NO168150C; ES8801720A1; BR8606559A; SG1990G; WO1986005942A1; DE3666767D1; AU581524B2; US4777561A; EP0215947B1; CA1253609A; KR880700623A; NO168150B; JPS62502087A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、一般に電子モジュールに関し、より詳細に
は電子モジュールの自動機械的締付け及び温度制御の自
己活性ヒート・パイプの使用に関する。

［従来の技術］アビオニクス・システムの発展に伴って、熱管理の問題
が複雑かつ困難となっている。これは、このようなシス
テムは高密度の電子部品を含み高密度でラックまたはマ
ザーボードに取付けられる多数の回路カードを使用して
いるためである。このようなシステムに於いては、150
ワットのような高電力消費が一般的である。このため
に、特有の動作のために必要な20℃〜100℃の範囲の温
度に部品を保つために高効率熱除去機構が必要である。

従来のアビオニクス・システムは、空冷であった。この
システムでは、熱伝導フィンが前記回路カード・モジュ
ールの内部に配列されている。そして、空気冷却剤（冷
媒）を前記モジュールの開口から前記フィンに強制的に
流すことにより排熱している。しかし、このような空気
冷媒による試みは、最近のアビオニクス・システムで使
用するためには、望ましくない幾つかの欠点を有してい
る。そのなかでも一番の欠点は過度の電力消費である。

したがって、この業界は、今や液体冷却モジュールに変
更されている。このようなシステムでは、代表的に、回
路カードラックを支持する冷却板の内部に形成された空
洞中を、液体冷却剤を循環させている。そして、回路カ
ード部品から前記ラックと前記冷却板間の界面に熱を伝
える手段が設けられ、かくして、熱は前記冷却板を流れ
る前記液体冷却剤により、吸収されて除去される。

［発明が解決しようとする問題点］前記部品から前記界面に熱を伝えるための１つの技術と
して、前記回路カードに前記部品から熱を吸収するヒー
ト・パイプが設けられている。そして、機械的クランプ
が、前記冷却板と熱伝達した状態で、ラックの一部に、
前記ヒート・パイプの冷却端を取付けるために使用され
る。これらの技術は、例えば、“Heat-pipe Cooled Ele
ctronic Circuit Card"と称された米国特許第4,366,526
号、及び“Circuit Board Electronic Component Cooli
ng Structure with Composite Spacer"と称された米国
特許第4,330,812号に開示されている。しかしながら、
前記既知のヒート・パイプを使用した技術では、所望の
温度範囲に前記回路部品を維持できないことが実証され
ている。これは、熱の流量が発生される大量の熱を処理
するには不十分であり、前記部品が高熱となるためであ
る。

２つの物体間の界面での熱抵抗は、前記界面に沿った接
触圧力に依存することは周知である。すなわち、接触圧
力が増加すると、熱抵抗は小さくなって、前記界面を大
量の熱が通ることができる。既知の冷却システムに於け
る熱流量の減少は、ヒートパイプをラックに接続する機
械的クランプにより、前記ヒート・パイプ／ラックの界
面での接触圧力が不十分となり、界面に沿う前記熱抵抗
が減少することが一因と思われる。このような場合、前
記接触圧力を高めるための手段を続けることにより、必
要な熱流量を得ることができ、既知のシステムに於いて
存在する問題を解決できるであろう。

熱スイッチは、前記ヒート・パイプと温度が調整される
物体との間の接触圧力を可変にするために、一体型ヒー
ト・パイプの内部で変化する熱圧力を利用するように、
設計されたものである。このようなスイッチは、例え
ば、“Thermal Switch"と称された米国特許第3,957,107
号に開示されている。しかし、これは、最近のアビオニ
クス・システムのような高熱での使用で効率良く排熱す
るために必要な接触圧力よりもかなり低い最高接触圧力
しか得られないので、低熱での応用に限定される。例え
ば、この不十分な接触圧力は、ある程度は前記熱界面に
沿う面を精度良く艶だしすることにより補償できるが、
高価なマシーンニング工程を必要とする。したがって、
このような技術は、回路カード・モジュールでは使用さ
れていない。

冷却回路カード・モジュールに対する既知のヒート・パ
イプ・システムでの更なる問題は、通常の動作中、熱除
去のために使用される所定レベルに熱流量が固定されて
しまうことである。このレベルは、準備動作中に必要な
温度よりも高い。この結果、過度の熱は、準備中に除去
されて、前記回路部品は通常の動作温度にゆっくりと近
づく。このため、変化可能な熱流量、すなわち、通常の
動作中高く、そして準備動作中に自動的に低くなる熱流
量を奏させ得る手段が必要である。

また、最近のアビオニクス・システムは、メインテナン
ス及び信頼性の問題をも有する。機械的クランプは、前
記ラックの中に前記回路カード・モジュールをロックす
るために一般に使用されている。何故ならば、各モジュ
ールはそれ自体クランプを有しており、最近のアビオニ
クス・システムのメインテナンス技術家は、多くのクラ
ンプを調べて装着を確実にするために時間を消費する。
装着の適当なクランプは、システムを破壊または損傷す
る。特定の取付け工具が、前記クランプで高い閉成力を
得るために通常必要である。更に、このような工具の使
用及びメインテナンス費用が増加するのに加えて、この
ような工具及びクランプの使用は、定常的なメインテナ
ンス並びに組立て工程中に、モジュールを破損すること
がしばしば生ずる。このため、機械的クランプまたは取
付け工具を使用せずに、ラック中へモジュールをロック
するための手段が必要とされている。

［問題点を解決するための手段及び作用］この発明は先行技術に存在する問題を克服するものであ
る。

この発明に於いて、１つ以上のヒート・パイプが回路カ
ード・モジュールの中に築かれて、電子部品と熱結合す
るために取付けられる。熱が吸収されるように、ヒート
・パイプの内部で発生した内部圧力は変化するが、これ
により液体で冷却された冷却板と熱結合するラックの一
部に接触する、詳細な面対面状のモジュールから外面へ
伸長可能な構造を圧接する。付加的な熱が前記パイプに
よって吸収されるように接触圧力が上昇すると、前記接
触界面の熱抵抗を減じて前記冷却板に転送する熱の率を
上昇させる。前記伸長可能な構造は、高出力、高密度ア
ビオニクス・モジュールから効率的な熱除去のために、
十分に低い熱抵抗にすることの可能な接触圧力を生成す
るために構成されて取付けられる。

準備動作中、ヒート・パイプが尚も十分な熱量を吸収す
るので、前記接触圧力は相対的に低くなる。前記部品の
結果的に高い熱抵抗トラップ熱が、速い準備を生む。

前記モジュールは、第一に前記ラックに緩く係合するた
めに設計されたものである。そして前記部品からの熱
が、前記ヒート・パイプによって吸収されるように、前
記伸長可能な構造は前記ラックの中へ前記モジュールを
効果的に固定するのに十分な圧力の下で前記ラックと係
合される。機械的クランプは要求されない。

故にこの発明は、熱界面で高い接触圧力を供給するこ
と、冷却開始状態から早く部品を準備すること、及び機
械的クランプと取付け工具を必要としない自己活性締付
け機構を提供することによって、先行技術の不足分を克
服するものである。

故にこの発明の目的は、改善された電子モジュールを提
供するもので、特に冷却板界面での熱抵抗を減少させる
ために、内部ヒートパイプ圧力を利用する電子モジュー
ルの温度制御及び自動機械的クランピングのための自己
活性ヒートパイプを提供するものである。

この発明の別の目的は、改善された液体冷却アビオニク
ス・システムを提供するためのものである。

この発明の更なる目的は、改善された熱管理と機械的信
頼性及び持続性のための電子モジュールに於ける自己活
性ヒート・パイプを満たすためのものである。

この発明の更に別の目的は、航空機重量及び電力要求を
減ずる最近のアビオニクス・システムの熱管理を提供す
るためのものである。

この発明の更なる目的は、最近のアビオニクス・システ
ムに於いて空気を冷却したモジュールの液体冷却モジュ
ールへの代用を容易にするためのものである。

この発明の更なる目的は、自己活性ヒート・パイプを使
用する冷却界面を提供するためのものである。

この発明の更に別の目的は、速い準備及び低い動作温度
の可能な電子モジュールを提供するためのものである。

この発明の別の目的は、機械的クランプまたは取付け工
具なしに回路カード・ラックの中へ固定することのでき
る電子モジュールを提供するためのものである。

この発明の更に別の目的は、ヒートシンク手段を有する
取付け構造体に挿入されて使用する電子モジュール装置
であって、１つ以上の電子部品を支持する本体と、この
本体に設けられ、前記電子部品から熱を受けるように電
子部品に熱結合されたヒートパイプ手段と、このヒート
パイプ手段に収容され、比較的高い温度領域から比較的
低い温度領域へと、凝縮と蒸発とを繰返す冷凍サイクル
で熱の移動を果たす熱伝達流体とを具備し、前記本体
は、伸長して前記ヒートシンク手段と接触しこのヒート
シンク手段に熱を移す伸長可能な手段を有し、この伸長
可能な手段は、前記伸長可能な手段の伸長が前記電子部
品から受けとった熱によって制御されるべく前記ヒート
パイプ手段と流体接続された膨脹可能なチャンバ手段を
有し、前記本体は、前記伸長可能な手段が伸長されてい
ない状態で前記取付け構造体に緩く挿入されるように構
成ならびに配設され、前記伸長可能な手段は、これが伸
長されたときに、前記ヒートシンク手段と接触すること
により、前記取付け構造体中に前記本体を挟持させるよ
うに、前記ヒートシンク手段に並設して配置されている
ことを特徴とする電子モジュール装置を提供するための
ものである。

この発明の更に別の目的は、取付け構造体に挿入されて
使用する電子モジュール装置であって、１つ以上の電子
部品を支持する本体と、この本体に設けられ、前記電子
部品から熱を受けるように電子部品に熱結合された熱的
に作動される圧力手段とを具備し、前記本体は、前記取
付け構造体に圧力接触するように本体から伸長可能な手
段を有し、前記伸長可能な手段は、電子部品からの熱を
受けたときに前記圧力手段によって発生される圧力によ
り、伸長可能な手段の伸長が制御されるように、前記圧
力手段に連通されており、前記本体は、前記伸長可能な
手段が伸長されていない状態で前記取付け構造体に緩く
挿入されるように構成ならびに配設され、そして前記伸
長可能な手段並びに取付け構造体は、伸長可能な手段が
伸長したときに、充分な圧力で取付け構造体と伸長可能
な手段との間の接触圧力により、取付け構造体中に前記
本体を挟持させることを特徴とする電子モジュール装置
を提供するためのものである。

［実施例］以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

第１図に於いて、この発明の第１の実施例に係わる電子
モジュールは、符号10によって表示され、最近のアビオ
ニクス・システム用の代表的な回路カード・ラック（取
付け構造体）12の中へ一部分挿入されている。このモジ
ュール10は、平坦な本体14と、この本体の側端に沿って
伸び、ほぼ矩形断面の凸部材16とを有する。この凸部材
16は、前記ラック12の、互いに対向する内側面20、22に
形成された垂直溝、すなわち、ガイドレール18内に挿入
可能なように構成されて配置される。ハンドル24は、前
記ラック12からの取外し及びその中への挿入を容易にす
るもので、前記モジュール10の上側の長手方向の端部よ
り離れた端部に設けられている。

複数の電子部品28を有する回路カード26は、前記モジュ
ール本体14の片面または両面に取付けられている。前記
モジュール10の下側の長手方向の端部に沿ってピン・コ
ネクタ等の通常の電気的コネクタ（図示せず）により、
先行技術で良く知られている手法で、前記ラック12の床
面に沿って位置されるマザーボード（図示せず）と前記
部品28との間は電気的に結合される。

最近のアビオニクス・システムは、航空機構造体の一部
を構成する支持フレーム中に図示のような様式で取付け
られた複数のラック12を含んでいる。このラック12の、
互いに対向する外側面30、32には、支持フレームの横部
材42、44の対向する内側面38、40に形成された対応する
溝、すなわち、ガイドレール36内に挿入され、ほぼ矩形
の断面で水平方向に延出する複数列の凸部34が形成され
ている。前記横部材42、44内に形成された内側通路を通
って循環される（図示矢印46、48で概略的に表示され
る）液体冷却剤（冷媒）により、これら横部材42、44は
前記モジュール10及びラック12から熱を吸収する冷却板
（従って、以下では、これら横部材は冷却板42、44とし
て説明する）として機能する。

前記２つの冷却板42、44には、それぞれ液体冷媒が液体
導入ポート46から導入され液体導出ポート48から排出さ
れる（第１図では代表的に一方の冷却板42の液体導入ポ
ート46並びに液体導出ポート48を示す）。この結果、冷
却板42、44は、この中を循環する液体冷媒により冷却さ
れる。これら液体導入ポート46並びに液体導出ポート48
は、例えば、ポンプの吐出側と吸入側とに接続され、ま
た液体導出ポート48より排出された液体冷媒は、既知の
冷媒冷却手段により再冷却されて液体導入ポート46に供
給される。

前記電子部品28から前記冷却板42、44に熱を伝える熱経
路は、凸部材16とラック・ガイドレール18との間の界
面、及び前記ラックの凸部34と冷却板ガイドレール36と
の間に界面を含む。従来のシステムでは、これら界面
は、しまりばめによって、或いはクランプまたはボルト
によって保持されていたので、界面での面対面の熱接触
抵抗は、特定の動作温度に前記電子部品28を保つように
前記冷却板に流れる十分に高い熱流量を与えることので
きない、約6.3〜9.4cm²℃／ワットの範囲内となる。こ
の発明は、約2.5cm²℃／ワットまたはそれ以下に前記熱
の界面抵抗を減ずるのに十分なレベルに前記界面表面で
の前記接触圧力を上げるための技術を提供する。このよ
うに、界面抵抗が従来の1/3になることにより、冷却板
に高い熱流量で熱を伝達でき、前記電子部品28を低い動
作温度で維持できる。

前述のこの発明における熱抵抗状態により、前記界面の
表面は普通のマシーンニングにより処理できる。しか
し、この熱抵抗は、艶だし（ポリッシング）のような特
別の表面処理を周知の技術によりすることにより、より
減少させることができる。

以上の説明は、前記モジュール／ラック界面をこの発明
の特別の技術で改善する場合であるが、この発明の技術
思想の適用は前記モジュール／ラック界面のみに限定さ
れるものではない。述べられた前記技術は、前記ラック
／冷却板界面にも同様に適応できる。

第２図及び第３図に、この発明の原則を最も良く説明す
る簡単な実施例を示す。尚、以下の説明に於いて、第１
図の構成要素と同じものは同参照符号にダッシュを付し
てある。

モジュール10′は、第１図に示されたモジュール10と同
様のものである。モジュール10′は、側部端に沿って延
び、ほぼ矩形の断面の凸部材16′を有する平坦な本体1
4′を有する。複数の電子部品28′を含んでいる回路カ
ード26′は、前記本体14′の両側面に取付けられてい
る。簡単にするため、ここではハンドル及び電気的コネ
クタは示されない。

複数のヒート・パイプ（圧力手段）（１本もしくは複数
本でヒート・パイプ手段を構成する）52は、前記本体1
4′の内側を通って長手方向に延出する。これらヒート
・パイプ52は、ウイック部材56で裏打ちされ、好ましく
はステンレス・スチールで作られた導管54を含む既知の
構造となっている。前記導管54中の作動流体（流体冷
媒）、好ましくはフレオンは、周知の技術の手法で熱を
移送するために、蒸発／凝縮サイクルによって蒸発並び
に凝縮されて再冷却される。特に、熱は、熱が供給され
る場所、例えば電子部品28′から、熱が除去される場
所、例えば冷却板42、44と熱伝達する表面へと伝えられ
る。そして、前記電子部品28′からの熱がヒート・パイ
プ52に入ると、液体状態でウイック部材56に閉じ込めら
れた少量の作動流体が沸騰させられて蒸気となる。この
蒸気は、冷却板42、44と熱伝達する位置の方向に導管54
内を流れる。そして、この蒸気が冷却面と接触すると、
蒸気は凝縮し、毛細管ポンプ作用として知られているメ
カニズムにより、熱が与えられた場所に戻る。このサイ
クルは持続し、熱が与えられる間はこのサイクルは自動
的に繰返される。

この発明自体は、ヒート・パイプ技術に向けたものでは
ない。前述のパラグラフでの機能的な記述は、周知の先
行技術である。この発明は、新規の且つ明白でない方法
でヒート・パイプ技術を適用したものである。

第３図に示すように、前記導管54は、凸部材16′の内側
の全域に渡って形成されたチャンバ（空洞手段）58内に
終端している。前記ウイック材料56は、前記導管54から
延出して、チャンバ58の壁に沿っている。

複数の開口60が、凸部材16′の一方の面に、この面に沿
って互いに所定間隔有して形成されている。これら開口
60の数は、必要によって変更可能であるが、好ましい数
は６個である。好ましくは、ステンレス・スチールで形
成された伸長可能な手段としての柔軟性のベローズ62
が、各開口60を覆うようにして凸部材16′の前記一方の
面に溶着されている。これらベローズ62は開口下端を有
し、この開口下端を介してベローズ62の内部が前記チャ
ンバ58の内部と連通している。前記ウイック材料56は、
前記開口60を介して伸長すると共にベローズ62の内面に
沿って延びている。第２図及び第３図に最も良く示され
るように、これらベローズ62は、前記凸部材16′に沿っ
て平行に述べた共通の界面シート64の一面に、他端が接
合され、この結果、ベローズ62の他端は、この界面シー
ト64によって閉成されている。

尚、前記モジュール10′の他端側の側部端にも、同様の
構造でチャンバ58、ベローズ62及び界面シート64が設け
られている。

前記回路カード26′は、側面に銅シートで形成されたベ
ースを好ましく有している。このベースは、前記電子部
品28′を取付けるための平坦な面を提供するだけではな
く、電子部品28′からヒート・パイプ52に熱を吸収して
平等に分配する手段をも提供する。前記熱は、前記ヒー
ト・パイプ52を通って長手方向に伝達されてチャンバ58
に伝わる。そして、このチャンバ58の所でベローズ62を
通って外方に向かい界面シート64に伝達される。これら
界面シート64は、第１図に示すように、ラック12を介し
て、前記冷却板42、44と熱的に導通している。

前記ヒート・パイプ52の内部の温度が上昇するのに従っ
て、作動流体の内部飽和圧力が高くなる。そして、この
高くなった流体圧力により、前記ベローズ62は伸長さ
れ、モジュール本体14′の平面に対して実質上直交する
方向、外方に向かって前記界面シート64を押す。前記モ
ジュール10′の凸部16′と、ベローズ62と、界面シート
64とからなる集合体は、前記ラック・ガイドレール18の
互いに対向する１対の側壁65の間に挿入されているの
で、本体14′から離れる方向への界面シート64の移動よ
り、高くなった圧力の下で、凸部16′の対向面と界面シ
ート64との両者は前記ガイドレール18の側壁65と接触す
るように付勢される。更に熱がヒート・パイプ52を介し
て加えられることにより、前記圧力は更に高くなる。そ
して、接触圧力が増すのに従って、接触界面での熱抵抗
は減少する。この結果、より多くの熱が、前記ヒート・
パイプ52からラック12に、そして最終的には冷却板42、
44に流れる。このようにして、熱は、比較的大きな効率
で前記電子部品28′から排熱され、低い動作温度に電子
部品28′を保つ。

前述したように、約20℃〜100℃、好ましくは約50℃〜7
0℃の動作温度に高密度、高電力の最近のアビオニクス
・モジュールの電子部品28′を保つためには、前記接触
界面で約2.5cm²℃／ワット以下の熱接触抵抗を得ること
が望ましい。接触界面で高精度に磨かれた面ではなくて
上記のような低い抵抗とするためには、前記ヒート・パ
イプの内部で、代表的に28〜63kg/cm²の高い圧力を発生
させる必要がある。ベローズの長さ、直径とばね率や、
ベローズ、導管及びウイックに使用される材料や、前記
作動流体の成分及び量等の種々のヒート・パイプ設計パ
ラメータと、前記内部圧力との関係は、通常の技工の熟
練者によって知られ、特定の必要な圧力に応じて変える
ことができる。

前述したように、前記モジュール／ラック界面での接触
圧力は、始めにヒート・パイプ52に熱が供給されたとき
には、比較的低く、熱が加えられるのに従って、徐々に
に高くなる。この結果、前記界面での熱抵抗は最初は高
く、熱は前記モジュール10′内に残っている傾向にあ
る。このような現象は、電子部品28′を冷却開始状態か
ら素早くウオーミングアップできる効果がある。電子部
品28′が通常動作温度に近付くのに従って、多量の熱が
ヒート・パイプ52に伝達され、前記界面の接触圧力が上
昇し前記熱抵抗が減少する。この結果、通常動作範囲内
に電子部品28′の温度を安定させるように、冷却板42、
44に十分に高効率で熱が伝達される。

第８図は、第２図に示される構造のテスト・モジュール
10′のための温度対時間のグラフを示す。前記モジュー
ル10′には、約40ワットの入力電力が供給される。前記
ヒート・パイプ内の温度は、約７分間で室温から約49℃
に徐々に上昇し、入力電力を持続するにもかかわらず、
上記温度で安定化される。前記電子部品の温度は、同様
のパターンで徐々に従うが、熱損失により、ヒート・パ
イプの温度より僅かに高かった。前記グラフは、この発
明によって可能になった動作状態での低い熱抵抗と速い
ウオーミングアップとを示す。

好ましい実施例に於いて、前記凸部16′と、ベローズ62
と、界面シート64とからなるアセンブリは、前記界面シ
ート64が伸長しない位置（凸部16′の一面に近い位
置）、すなわち前記回路カード26′が冷却または機械的
に作用しない状態であるとき、前記ラック・ガイドレー
ル18の側壁65間に、緩く挿入できるように設計されてい
る。この結果、前記モジュール10′を、モジュール10′
に大きな力を与えることなくラック12の中へ容易に挿入
することができる。前記電子部品28′が加熱され、界面
シート64が伸長するのに従って、界面シート64は、上昇
する圧力の下で、ガイドレール18の側壁65に接触するよ
うに付勢される。前記圧力は、摩擦係合のみによってモ
ジュール10′がラック12に挟持されるのに十分なレベル
に最終的には近付く。この結果、適所に前記モジュール
10′を保持するためにボルトまたはクランプを必要とし
ない。

必要であれば、モジュール10′には、静止状態のときに
熱を発生することが可能である高価でない平坦な抵抗等
の熱ブランケットが設けられ得る。このような熱は、前
記電子部品28′の特有の動作開始のためのマザーボード
とモジュール10′との間の良好な電気的接続を確実にす
るため、及び前記システムが航空機の外表面に接して遭
遇するような極めて冷たい周囲に於いても正確に動作す
るために持続されることをまた確実にするために、前記
モジュール10′とラック12の間で十分にしっかりとした
係合を作る。

前記モジュール10′が前記ラック12と緩く保持されると
き、前記電気的接続を妨害するような不純物の問題は、
密閉された囲い内にシステムを保持することによって避
けられ得る。このような囲いは、最近のアビオニクス・
システムに於いて既知である。

前記モジュール10′を激しい振動を受けるシステムで使
用するつもりであるとき、振動を増幅するようなばね作
用ではなく、入力振動を減衰させるように、前記ベロー
ズに予備負荷をかけておくことも望ましい。このように
ベローズに予め負荷をかけておく技術は、当業者内で良
く知られている。

大量生産に適したこの発明の前記電子モジュールの好ま
しい実施例を、第４図乃至第７図に示す共に参照数字1
0″によって表示する。このモジュール10″の機能的な
特性及び効果は、前述したモジュール10′と実質上同じ
ものであるので、詳細は省略する。相違点を、以下に説
明する。

第４図に示すように、前記モジュール10″は前記側部端
に沿って、ほぼ矩形断面の凸部材16″を有する平坦な本
体14″を含む。複数の電子部品28″を含む回路カード2
6″は、前記本体14″の片面または両面に取付けられ
る。ハンドル24″は、挿入を容易にするために前記本体
14″の上側の長手方向の前記ラック12から離れた端部に
設けられている。複数の既知のピン・コネクタ66は、前
記本体14″の下側の長手方向の端部に沿って設けられ
て、前記電子部品28″とラック12内のマザーボード（図
示せず）との間で電気的結合を果たすように前記回路カ
ード26″に電気的に接続される。

複数の開口68は、前記本体14″の両側端の所で、前記凸
部材16″の一方の面に、凸部材16″の延出方向に互いに
所定間隔を有して形成されている。後で詳述する伸長可
能な支柱アセンブリ70は、前記凸部16″に形成されたチ
ャンバ72内に取付けられると共に、先の実施例のモジュ
ール10′に関連した前記界面シート64と同様の機能を果
たすように、開口68を介して突出しラック・ガイドレー
ル18の側壁65と係合する部分を有する。

第５図に示すように、前記本体14″は、互いに対向する
長手方向の端部に沿って形成されたダブテイル76及び溝
78を結合させることにより、並んだ様式で接合された複
数の本体セグメント74から構成されている。本体セグメ
ント74のアセンブリの各面には、回路カード26″が挿入
される凹んだ平坦な中央エリア80、82が形成されてい
る。

前記本体セグメント74の詳細を、第６図及び第７図に示
す。前記セグメント74の一端について説明するが、前記
セグメント74の両端が同様の構成となっている。

第６図に示すように、複数の、好ましくは６個のヒート
・パイプ84は、前記本体セグメント74内を長手方向に延
出し、凸部材16″を構成する前記セグメント74の両終端
部にそれぞれ形成されたチャンバ72内に両端で終端して
いる。製造を容易にするために、好ましくはアルミニウ
ム合金で形成された前記本体セグメント74には、本体セ
グメント74内を長手方向に延出するように形成されたヒ
ート・パイプ導管86が突出するように設けられている。
前記チャンバ72は、前記セグメント74の前記端部の内部
を切削することによって形成される。好ましくは0.020
〜0.030ステンレス・スチールでできたウイック材料88
により、チャンバ72及びヒート・パイプ84の内壁は裏打
ちされている。伸長可能な支柱アセンブリ70は、開口68
から挿入され、溶接によって前記チャンバ72に取付けら
れている。前記導管86の両端部は、好ましくは純粋なア
ンモニアからなる作動流体の漏れを防ぐようにプラグ90
で密閉されている。

伸長可能な支柱アセンブリ70を、第６図及び第７図に詳
細に示す。

好ましくはアルミニウム合金で形成された環状のキャッ
プ92の下面は、慣性溶接によって、好ましくはステンレ
ス・スチールで形成された断面Ｌ字状のリング94の上面
に接続されている。このリング94の直立部96は、前記キ
ャップ92の中心に形成された大径の開口98を介して延出
すると共にこのキャップ92の外面と同一面となるように
終端している。好ましくはステンレス・スチールで形成
された円筒状のガイド100は、前記リング94の直立部96
によって規定されたハブ102中に挿入され、これに円周
に沿うTIG溶接（溶接部を符号104で示す）によって取着
されている。好ましくはステンレス・スチールで形成さ
れ、シールされた単一のコイルベローズ108の筒状直立
部106は、前記リング94の直立部96と前記ガイド100との
間で挟持されている。好ましくはステンレス・スチール
で形成された円筒状の支柱114は、前記ベローズ108の固
いベース112の取付けられ、このベース112より延出可能
なように前記ガイド100内に騒動可能に挿入されてい
る。

支柱アセンブリ70が本体セグメント74内に開口68から挿
入されると、前記ベローズ108及び支柱114はチャンバ72
に入り、また、リング94を越えて横方向に延出した前記
キャップ92の下面が、前記開口68の下側の端部に沿って
形成されたリップ116の上面と当接して支持される。こ
の支柱アセンブリ70は、開口68の側壁とキャップ92との
間を円周の電子ビームによって溶接する（溶接部を符号
118で示す）ことにより、前記本体セグメント74に永久
的に接続されている。

前記モジュール10″の動作は、以下の通りである。

前記電子部品28″により発生する熱は、前記本体14″を
構成する連結セグメント74の各々を通って、長手方向に
延びた複数のヒート・パイプ84に、回路カードの所を通
って伝えられる。ヒート・パイプ84を通った熱は、セグ
メント74の端部に形成された前記チャンバ72中に伝えら
れ、更に支柱114に伝えられる。そして、熱がヒート・
パイプ84に伝えられるのに従って、前記作動流体の内部
飽和圧力が上昇する。この圧力はベローズ108に作用し
て、支柱114を前記ガイド100を通って外方に付勢する。
最初に前記本体14″の表面と同一の高さであった前記支
柱114の外端面115は、ここから外方に延出し、ラック・
ガイドレール18の側壁65に圧接される。前記支柱114と
ガイドレール18との間の接触圧力が上昇するのに従っ
て、これの間の界面での熱抵抗が減少し、支柱114から
冷却板42、44に高流量で熱が伝達される。支柱114の外
端面115がモジュール本体14″の表面と同一の高さ（同
一平面）となった状態で、前記ガイドレール18に緩く挿
入さた前記モジュール10″は、支柱114が外方に延出し
て、ガイドレール18の側壁65と高圧の摩擦係合となるの
に従って、前記ラック12の中で十分に固定される。熱が
最初にヒートパイプ84に与えられる低温状態からヒート
パイプ84が充分な熱を受けた高温状態までの範囲内で
の、前記支柱114とガイドレール18との間の接触圧力の
変化は、ラック12とモジュール10″間の熱抵抗の変化と
逆になり、先行の実施例のモジュール10′に関連して述
べたタイプの急速なウオーミングアップ特性を得ること
ができる。

ベローズ108の柔軟な部分の上部120及び下部122は、前
記リング94の下面に形成された波状面と実質的に一致し
て整合するような波状面を有する。この結果、前記ベロ
ーズ108がヒート・パイプ84からの流体圧力により収縮
すると、上部120と、下部122と、リング94との波状面
は、相互に係合し、前記支柱114の移動の機械的に停止
手段もしくは限定手段として作用する。この停止手段を
適当に設計することによって、前記チャンバ72内の前記
流体圧力を所望のレベルに増加することができる。

以上の説明では、この発明を最近のアビオニクス・シス
テムに使用する電子モジュールにつてい説明したが、こ
の発明は、熱処理及び／または自力締付けを要求する応
用の広い変化に於いて使用され得るもので、これに限定
されるものではない。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、熱界面で高い接触力を
供給すること、冷却開始状態から早く部品を準備するこ
と、及び機械的クランプと取付け工具を必要としない自
己活性締付け機構を提供することによって、先行技術の
不足分を克服することができる。

図面の簡単な説明第１図は回路カード・ラック中にあるこの発明の一実施
例に係わる電子モジュールを示す斜視図、第２図はこの
発明の一実施例の電子モジュールの一部を切断して示す
斜視図、第３図は第２図に示すモジュールの一部を切断
して示す斜視図、第４図はこの発明の他の実施例に係わ
る電子モジュールを示す斜視図、第５図は第４図に示す
電子モジュールのサブ・アセンブリの斜視図、第６図は
第５図に示す電子モジュール一部を示す分解斜視図、第
７図は第５図の７−７線に沿う断面図、そして、第８図
はこの発明に従って作成された代表的な電子モジュール
の熱特性のグラフ図である。

10、10′、10″……電子モジュール、12……回路カード
・ラック、14……本体、16……凸部材、18……ガイドレ
ール。26……回路カード、28……電子部品、42、44……
冷却板（横部材）、46……液体投入部、48……液体出口
部、52……ヒート・パイプ、58……チャンバ、62……ベ
ローズ、64……界面シート。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−155799（ＪＰ，Ａ) 実開昭51−6461（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−32868（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−140449（ＪＰ，Ｕ) 特公昭58−34960（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートシンク手段（42、44）を有する取付
け構造体（12）に挿入されて使用する電子モジュール装
置（10,10′）であって、１つ以上の電子部品（28,28′）を支持する本体（14,1
4′）と、この本体（14,14′）に設けられ、前記電子部品（28,2
8′）から熱を受けるように電子部品（28,28′）に熱結
合されたヒートパイプ手段（52,84）と、このヒートパイプ手段（52,84）に収容され、比較的高
い温度領域から比較的低い温度領域へと、凝縮と蒸発と
を繰返す冷凍サイクルで熱の移動を果たす熱伝達流体と
を具備し、前記本体（14,14′）は、伸長して前記ヒートシンク手
段（42、44）と接触しこのヒートシンク手段（42、44）
に熱を移す伸長可能な手段（62,70）を有し、この伸長可能な手段（62,70）は、前記伸長可能な手段
（62,70）の伸長が前記電子部品（28,28′）から受けと
った熱によって制御されるべく前記ヒートパイプ手段
（52,84）と流体接続された膨脹可能なチャンバ手段（5
8,72）を有し、前記本体（14,14′）は、前記伸長可能な手段（62,70）
が伸長されていない状態で前記取付け構造体（12）に緩
く挿入されるように構成ならびに配設され、前記伸長可能な手段（62,70）は、これが伸長されたと
きに、前記ヒートシンク手段（42、44）と接触すること
により、前記取付け構造体（12）中に前記本体（14,1
4′）を挟持させるように、前記ヒートシンク手段（4
2、44）に並設して配置されていることを特徴とする電
子モジュール装置。
【請求項２】前記ヒートパイプ手段（52,84）は前記本
体（14,14′）内に配置されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の電子モジュール装置。
【請求項３】前記膨脹可能なチャンバ手段（58）はベロ
ーズ（62）から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電子モジュール装置。
【請求項４】前記本体（14）は第１の平坦な部材（1
4′）を有し、また、前記伸長可能な手段（62）は、前
記第１の平坦な部材（14′）の平面に対して実質的に直
交する方向に第２の平坦な部材（26′）方に向かって伸
長可能となるべく前記第１の平坦な部材（14′）に接続
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
子モジュール装置。
【請求項５】前記ヒートパイプ手段（52）は前記第１の
平坦な部材（14′）を横切るように延出した複数のヒー
トパイプを有し、また、前記膨脹可能なチャンバ手段
（58）は前記第１の平坦な部材（14′）の側部端近くに
配置された複数のベローズ（62）を有することを特徴と
する特許請求の範囲第４項記載の電子モジュール装置。
【請求項６】前記膨脹可能なチャンバ手段（58）は、ヒ
ートパイプ手段（52）から流体圧力を受けるようにヒー
トパイプ手段と連通し、前記本体中に形成された空洞手
段（58）と、この空洞手段（58）を閉じ、前記流体圧力
に応じて前記本体（14）に対して移動可能なベローズ手
段（62）とを有することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電子モジュール装置。
【請求項７】前記熱伝達流体は少なくともフレオンを含
んで構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電子モジュール装置。
【請求項８】前記電子部品（28）から前記ヒートパイプ
手段（52）に熱を伝達するように、前記平坦な本体と前
記電子部品（28）との間には銅シート（64）が挿入され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子モ
ジュール装置。
【請求項９】前記流体圧力は、伸長可能なチャンバ手段
（58）と前記ヒートシンク手段（42、44）との間の熱接
触界面で少なくとも約2.5cm²℃／ワットの熱抵抗を得る
のに充分な圧力であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の電子モジュール装置。
【請求項１０】前記ヒートシンク手段（42、44）に伝達
される熱は、約150ワットにまで達する入力電力で作動
されるとき、約20℃〜100℃の範囲内の温度に前記電子
部品（28）を維持することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の電子モジュール装置。
【請求項１１】前記伸長可能な手段（62）は、前記ヒー
トパイプ手段（52）内の前記流体圧力の関数として変化
する熱抵抗を有するヒートシンク（42、44）を熱接触界
面に与えるように構成ならびに配設されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の電子モジュール装置。
【請求項１２】中の流体圧力を上昇させるべく、前記ベ
ローズ（62）の移動を制限する界面シート手段（64）を
更に具備することを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の電子モジュール装置。
【請求項１３】前記本体（14,14′）は平坦な形状であ
り、複数の相互に接続したセグメント（74）を有し、各
セグメントには独立したヒートパイプ手段（84）が設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の電子モジュール装置。
【請求項１４】前記膨脹可能なチャンバ手段（72）は、
ヒートパイプ手段（84）から流体圧力を受けるようにヒ
ートパイプ手段と連通し、前記本体（14′）中に形成さ
れ、本体（14′）の一表面に形成された開口（68）を備
えたチヤンバ（72）を有し、前記伸長可能な手段（70）
は前記チヤンバ（72）内に設けられ、前記流体圧力に応
じて伸長可能なベローズ手段（108）と、このベローズ
手段（108）にこれより直立するように接続された支柱
手段（70）とを有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の電子モジュール装置。
【請求項１５】前記支柱手段（70）は、前記ベローズ手
段（108）が伸長していない状態にあるとき、前記チヤ
ンバ（72）内に挿入されていることを特徴とする特許請
求の範囲第14項記載の電子モジュール装置。
【請求項１６】前記本体（14″）と前記取付け構造体
（12）とには、これらの電気的な結合を果たすための整
合ピンコネクタ手段（66）が設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電子モジュール装
置。
【請求項１７】前記膨脹可能なチャンバ手段（58）は、
それぞれ側部端に沿って位置された界面シート手段（6
4）に接続される前記第１の平坦な部材（14′）の側部
端に配置された複数のベローズ（62）を有し、前記側部
端及び界面シート手段（64）は、前記伸長可能な手段
（62）が伸長していない状態で前記取付構造体（12）の
ガイドレール（18）の互いに対向する面間に緩く挿入さ
れ、また、前記伸長可能な手段（62）の伸長により、前
記界面シート手段（64）と側部端とが対向する面と接触
するように充分に圧力で付勢され、この結果、前記取付
け構造体（12）中に前記平坦な本体（14）が挟持される
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電子モジ
ュール装置。
【請求項１８】ヒートシンク手段（42、44）を有する取
付け構造体（12）に挿入されて使用する電子モジュール
装置（10）であって、１つ以上の電子部品（28）を支持する本体（14）と、この本体（14）に設けられ、前記電子部品（28）から熱
を受けるように電子部品（28）に熱結合されたヒートパ
イプ手段（52）と、このヒートパイプ手段（52）に収容され、比較的高い温
度領域から比較的低い温度領域へと、凝縮と蒸発とを繰
返す冷凍サイクルで熱の移動を果たす熱伝達流体とを具
備し、前記本体（14）は、伸長して前記ヒートシンク手段（4
2、44）と接触しこのヒートシンク手段（42、44）に熱
を移す伸長可能な手段（62）を有し、この伸長可能な手段（62）は、前記伸長可能な手段（6
2）の伸長が前記電子部品（28）から受けとった熱によ
ってヒートパイプ手段（52）内に生じる流体圧力により
制御されるように前記ヒートパイプ手段（52）と流体接
続された膨脹可能なチャンバ手段（58）を有し、前記伸長可能な手段（62）は、約28〜63Kg/cm²の範囲の
接触圧力を与えるべく構成ならびに配設されていること
を特徴とする電子モジュール装置。