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技術 電気回路基板の冷却手段への取付構造

出願人 株式会社移動体通信先端技術研究所
発明者 鳥居明人小原公和
出願日 1997年2月28日 (23年11ヶ月経過) 出願番号 1997-044977
公開日 1998年9月11日 (22年5ヶ月経過) 公開番号 1998-239469
状態 特許登録済
技術分野 器械の細部
主要キーワード 組付部材 冷却ヘッド OUT側 IN側 複数固定 フィルターケース パルス管 GND電極
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年9月11日)のものです。
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図面 (7)

課題

本発明は、複数の電気回路基板を1つの冷却手段により均一に効率よく、かつ信頼性高く冷却できるようにする。

解決手段

字型MgO基板22にHTフィルタ回路21を形成したHTSフィルタ基板23を立てた状態で上部の冷却ヘッド11に面接触させて均一に冷却可能にセットすると共に、HTSフィルタ回路21に接続する同軸ケーブル31は下部の冷却ヘッド12に穿孔した貫通穴14に通してその外周面を面接触させて保持し冷却する。この構成によって、冷却ヘッド11にセットした複数枚のHTSフィルタ基板23を、同軸ケーブル31から伝熱してくる外部装置側からの熱を冷却ヘッド12で冷却してHTSフィルタ回路21に温度分布が生じることを防止しつつ、極低温に均一に冷却する。

概要

背景

近年、超電導材料臨界温度高温化するのに伴って、超電導材料を利用した電気回路の各種開発が進められている。しかし、超電導材料の臨界温度が高温化したといっても、例えば、70K(絶対温度)などの極低温状態にする必要があるため、このような電気回路基板冷凍機の冷却部に取り付けられて超電導材料による特性を得ている。

この種の電気回路基板の冷却手段への取付構造としては、例えば、図6に示すようなものがある。この取付構造においては、HTS(High Temperature Superconductor)フィルタ回路1aを形成された基板1を銅製のフィルタケース2に収めて、このフィルタケース2の底面を不図示の真空チャンバー内に設置され外部と断熱されているパルス管冷凍機冷却ヘッド(冷却部)3に面接触させることによって、HTSフィルタ基板1を所望の温度に冷却できるようにしている。また、このHTSフィルタ基板1は、フィルターケース2に固定された外部装置からの同軸ケーブル4の信号線4aを直接、HTSフィルタ回路1aに接続することにより、電気信号伝送可能に取り付けるようになっている。

概要

本発明は、複数の電気回路基板を1つの冷却手段により均一に効率よく、かつ信頼性高く冷却できるようにする。

字型MgO基板22にHTSフィルタ回路21を形成したHTSフィルタ基板23を立てた状態で上部の冷却ヘッド11に面接触させて均一に冷却可能にセットすると共に、HTSフィルタ回路21に接続する同軸ケーブル31は下部の冷却ヘッド12に穿孔した貫通穴14に通してその外周面を面接触させて保持し冷却する。この構成によって、冷却ヘッド11にセットした複数枚のHTSフィルタ基板23を、同軸ケーブル31から伝熱してくる外部装置側からの熱を冷却ヘッド12で冷却してHTSフィルタ回路21に温度分布が生じることを防止しつつ、極低温に均一に冷却する。

目的

そこで、本発明は、外部からの熱を電気回路基板に直接伝えることをなくして、該基板内に温度分布が生じることを防止することを目的とする。また、1つの電気回路基板が冷却手段の冷却部を占有してしまうことをなくして、複数の電気回路基板を冷却手段の冷却部にセットできるようにすることを目的とする。これら目的を達成することにより、外部からの伝熱による影響を受けることなく、複数の電気回路基板を1つの冷却手段により所望の温度に、効率よく、かつ信頼性高く均一に冷却できるようにすることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

外部の装置に導線を介して接続される電気回路基板を、冷却手段の冷却部に取り付ける取付構造であって、前記導線を電気回路基板および外部装置の間で電気信号伝送可能に保持する保持手段を有し、該保持手段を冷却手段の冷却部に配置したことを特徴とする電気回路基板の冷却手段への取付構造。

請求項2

電気回路基板を冷却手段の冷却部に取り付ける取付構造であって、前記電気回路基板自体に、あるいは電気回路基板に面接触させて該基板を組み付ける組付部材に、冷却手段の冷却部に面接触して該冷却部に固定される固定部と、該固定部に連設されて電気回路を冷却手段の冷却部に対して鉛直にまたは傾けた状態で支持する支持部と、を設けたことを特徴とする電気回路基板の冷却手段への取付構造。

請求項3

請求項1および請求項2に記載の電気回路基板の冷却手段への取付構造を備え、前記保持手段は冷却手段の冷却部に複数配置すると共に、該冷却部は前記固定部を複数固定できる面積を有することを特徴とする電気回路基板の冷却手段への取付構造。

技術分野

0001

本発明は、電気回路基板の冷却手段への取付構造に関し、例えば、極低温に冷却する必要のある超電導材料を利用した電気回路基板を、効率よく、かつ信頼性高く低温に冷却することのできるものに関する。

背景技術

0002

近年、超電導材料の臨界温度高温化するのに伴って、超電導材料を利用した電気回路の各種開発が進められている。しかし、超電導材料の臨界温度が高温化したといっても、例えば、70K(絶対温度)などの極低温状態にする必要があるため、このような電気回路基板は冷凍機の冷却部に取り付けられて超電導材料による特性を得ている。

0003

この種の電気回路基板の冷却手段への取付構造としては、例えば、図6に示すようなものがある。この取付構造においては、HTS(High Temperature Superconductor)フィルタ回路1aを形成された基板1を銅製のフィルタケース2に収めて、このフィルタケース2の底面を不図示の真空チャンバー内に設置され外部と断熱されているパルス管冷凍機冷却ヘッド(冷却部)3に面接触させることによって、HTSフィルタ基板1を所望の温度に冷却できるようにしている。また、このHTSフィルタ基板1は、フィルターケース2に固定された外部装置からの同軸ケーブル4の信号線4aを直接、HTSフィルタ回路1aに接続することにより、電気信号伝送可能に取り付けるようになっている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、このような従来の電気回路基板の冷却手段への取付構造にあっては、HTSフィルタ基板1の裏面に相当する面積をフィルタケース2を介して冷却ヘッド3に面接触させていることから、1つの冷却ヘッド3にHTSフィルタ基板1を1枚しかセットすることができず、効率が悪い。また、フィルターケース2には外部装置からの同軸ケーブル4が接続されるとともに、HTSフィルタ基板1にはその信号線4aが直接接続されるので、フィルターケース2には同軸ケーブル4の伝熱による温度分布が生じて、またHTSフィルタ回路1a自体にも信号線4aの伝熱による温度分布が生じて、HTSフィルタ回路1aの特性に影響するおそれがあり、信頼性に劣るという問題があった。なお、このような問題があることから、HTSフィルタ基板1は大面積で冷却ヘッド3に面接触させる必要もあった。

0005

そこで、本発明は、外部からの熱を電気回路基板に直接伝えることをなくして、該基板内に温度分布が生じることを防止することを目的とする。また、1つの電気回路基板が冷却手段の冷却部を占有してしまうことをなくして、複数の電気回路基板を冷却手段の冷却部にセットできるようにすることを目的とする。これら目的を達成することにより、外部からの伝熱による影響を受けることなく、複数の電気回路基板を1つの冷却手段により所望の温度に、効率よく、かつ信頼性高く均一に冷却できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的達成のため、請求項1に記載の発明は、外部の装置に導線を介して接続される電気回路基板を、冷却手段の冷却部に取り付ける取付構造であって、前記導線を電気回路基板および外部装置の間で電気信号を伝送可能に保持する保持手段を有し、該保持手段を冷却手段の冷却部に配置したことを特徴とするものである。ここで、前記保持手段は、前記導線を把持することにより冷却部に保持するだけでなく、電気回路基板および外部装置の間で各々からの導線を接続して保持し、伝送する電気信号を中継するようにしてもよい。

0007

この請求項1に記載の発明では、電気回路基板は、外部装置と接続する導線を冷却部に配置された保持手段により保持されて電気信号を伝送可能に取り付けられる。したがって、外部装置側の導線から外部(外気温など)の熱伝導があったとしても、冷却部において冷却され、電気回路基板に伝熱することがない。請求項2に記載の発明は、電気回路基板を冷却手段の冷却部に取り付ける取付構造であって、前記電気回路基板自体に、あるいは電気回路基板に面接触させて該基板を組み付ける組付部材に、冷却手段の冷却部に面接触して該冷却部に固定される固定部と、該固定部に連設されて電気回路を冷却手段の冷却部に対して鉛直にまたは傾けた状態で支持する支持部と、を設けたことを特徴とするものである。

0008

この請求項2に記載の発明では、電気回路基板自体にあるいは電気回路基板を組み付ける組付部材に固定部および支持部が設けられ、冷却手段の冷却部に固定部が面接触するとともに、その固定部に連設する支持部が電気回路を冷却部に対して鉛直あるいは傾く状態で支持する。したがって、電気回路基板は、冷却手段の冷却部に大面積で面接触することなく立てた状態で取り付けられて、任意の温度に冷却される。

0009

請求項3に記載の発明は、請求項1および請求項2に記載の電気回路基板の冷却手段への取付構造を備え、前記保持手段は冷却手段の冷却部に複数配置すると共に、該冷却部は前記固定部を複数固定できる面積を有することを特徴とするものである。この請求項3に記載の発明では、複数の電気回路基板が、冷却手段の冷却部に大面積で面接触することなく、支持部および固定部により立てられた状態でその冷却部に取り付けられると共に、電気回路基板の各々には冷却部に配置された保持手段に保持された導線が接続される。したがって、複数の電気回路基板は、外部の熱により温度分布が生じることもなく、任意の温度に冷却される。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、本発明を図面に基づいて説明する。図1および図2は本発明に係る電気回路基板の冷却手段への取付構造の第1実施形態を示す図である。両図において、11、12は上下に対面する一対の冷却ヘッドであり、冷却ヘッド11、12は、冷却手段の冷却部を構成するように、例えば、パルス管冷凍機のパルス管の低温部を嵌挿穴13a内に嵌入されそのパルス管内のガスとの間で熱交換吸熱)を行なう熱交換器13の上下に熱伝導率の大きなCuにより一体に作製されている。この冷却ヘッド11、12は、真空チャンバー内に配置されて外部から断熱した状態でパルス管冷凍機を駆動させることにより70Kなどの極低温まで均一に冷却することができるようになっており、上部の冷却ヘッド11には、例えば、HTSフィルタ回路21をMgO基板22の一面側に形成されたHTSフィルタ基板(電気回路基板)23を複数枚固定してセットする一方、下部の冷却ヘッド12には、真空チャンバー外の外部装置との間で電気信号を伝送する同軸ケーブル(導体)31を貫通させた状態でその周面(外被あるいはGND電極)に面接触し保持する貫通穴(保持手段)14が穿孔されている。このため、同軸ケーブル31に外部装置側から伝熱してきたとしても下部の冷却ヘッド12により冷却され、HTSフィルタ基板23の冷却に影響することがない。

0011

HTSフィルタ基板23のMgO基板22は、略L字型に形成されてその下部に位置する短尺の固定部22aを冷却ヘッド11の上面に面接触させてねじ止めされるとともに、その固定部22aに直交するように連設されている支持部22bの一面側にHTSフィルタ回路21が形成されることにより、そのHTSフィルタ回路21の延長面が冷却ヘッド11に交叉するように、すなわち、HTSフィルタ回路21を立てる状態(本実施形態では鉛直状態)で支持して複数枚のHTSフィルタ基板23を冷却ヘッド11に固定できるようになっている。このMgO基板22は、固定部22aと冷却ヘッド11の間にIn箔を挟み込むことにより、あるいは冷却ヘッド11の上面に金メッキなどすることにより、固定部22aと冷却ヘッド11とを密着させて面接触させている。ここで、MgO基板22は、低温にするほどCuよりも熱伝導率が大きくなって、HTSフィルタ回路21を均一に極低温にすることができる。このため、HTSフィルタ回路21を形成したMgO基板22の支持部22bを冷却ヘッド11に面接触させることなく、その固定部22aから熱を奪ってHTSフィルタ基板23全体を極低温に均一に冷却することができ、複数枚のHTSフィルタ基板23を冷却ヘッド11にセットすることができる。

0012

したがって、冷却ヘッド11に複数枚のHTSフィルタ基板23を立てた状態でセットして、同軸ケーブル31からの伝熱を下部の冷却ヘッド12により冷却することによって、1枚のHTSフィルタ基板23が冷却ヘッド11を占有してしまうことなく、それぞれのHTSフィルタ回路21に温度分布を生じさせることなく、複数枚のHTSフィルタ基板23を極低温に均一に冷却することができる。

0013

なお、HTSフィルタ基板23の固定は、ねじ止めに限らず、板ばねスプリング弾性力により冷却ヘッド11の上面にMgO基板22を押し付けて固定するようにしてもよい。このように本実施形態においては、外部装置側から熱がHTSフィルタ回路21に伝熱することを防止するとともに、冷却ヘッド11に立てた状態でHTSフィルタ基板23を均一に冷却することができるので、HTSフィルタ基板23毎に冷却ヘッド11を準備する必要がなく、1つのパルス管冷凍機により複数枚のHTSフィルタ基板23を極低温に、効率よく、かつ、信頼性高く均一に冷却することができる。

0014

また、本実施形態の他の態様としては、図3に示すように、冷却ヘッド11に固定用リブ11aが立てられているときには、支持部22bを延長した固定部22cをMgO基板22に形成して、そのリブ11aの側面に固定部22cを面接触させねじ止めする構成にすることによって、HTSフィルタ回路21を立てる状態で支持し、複数枚のHTSフィルタ基板23を冷却ヘッド11に固定できるようにする。すなわち、MgO基板22の固定部は、冷却ヘッド11の形状に対応して支持部22bが支持するHTSフィルタ回路21を立てる状態となるように形成すればよい。

0015

なお、本実施形態では、複数枚のHTSフィルタ基板23を冷却する場合を説明したが、1枚のHTSフィルタ基板23を冷却する場合には冷却ヘッド11を小型にすることもできる。また、同一種の電気回路基板に限るものではないことはいうまでもなく、例えば、ローノイズアンプ構築する場合には、HTSフィルタ基板23と共に、個々の基板を冷却ヘッド11上に立てた状態で併置して各々を極低温に均一に冷却することもできる。また、HTSフィルタ基板23は、MgO基板22に限らず、LaAlO3基板、SrTiO3基板、あるいはAl2O3基板などの超電導材料の薄膜を形成可能なセラミックス基板を利用してもよい。

0016

次に、図4は本発明に係る電気回路基板の冷却手段への取付構造の第2実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているため、同様な構成には同一の符号を付してその説明を省略する。同図において、冷却ヘッド11は、上述実施形態の冷却ヘッド12と対にされることなく、熱交換器13の上部に一体に作製されており、この冷却ヘッド11の上面には、同軸ケーブル31の信号線(中心導体)31aおよびHTSフィルタ回路21から引き出した導線24を接続するコネクタ部(保持手段)41がそのHTSフィルタ回路21のIN側およびOUT側に1対1に対応して両側辺側の複数箇所に配設されている。なお、同軸ケーブル31は、外被側の外導体(GND)をコネクタ部41近傍の冷却ヘッド11に固定することにより保持するようになっている。

0017

コネクタ部41は、信号線31aおよび導線24を公知の方式により電気的に接続して保持させ電気信号を中継(伝送)するように、例えば、信号線31aおよび導線24を同一の電極間に挟み込んだり、半田付けあるいは溶着などの方法により接続する。このコネクタ部41は、冷却ヘッド11から電気的に絶縁されている一方、その冷却ヘッド11の他の部分と略同一の温度に冷却できるように構成されている。

0018

したがって、同軸ケーブル31の信号線31aは、上述実施形態においては外導体や絶縁材料を介して冷却ヘッド11により冷却されるため、冷却ヘッド11と略同等に冷却することは難しかったが、その信号線31aは冷却ヘッド11と略同等な温度に冷却されるコネクタ部41に接続しているので、確実に冷却される。このように本実施形態においては、上述実施形態の作用効果に加え、同軸ケーブル31の信号線31aを冷却ヘッド11と略同様な温度に冷却されるコネクタ部41を介してHTSフィルタ回路21に接続するので、その信号線31aを同軸ケーブル31の外被側と同様に冷却ヘッド11により冷却することができ、外部装置側からの伝熱がHTSフィルタ回路21に影響することをより確実に防止することができる。したがって、信頼性をより向上させることができる。

0019

また、同軸ケーブル31は、コネクタ部41近傍の冷却ヘッド11に固定するので、同軸ケーブル31を取り廻して直接、HTSフィルタ回路21に信号線31aを接続する必要がなく、HTSフィルタ基板23の交換も容易に行なうことができ、また、同軸ケーブル31がHTSフィルタ基板23のセットなどに邪魔にならないようにまとめることもできる。したがって、作業性を向上させることもできる。

0020

なお、上述第1、第2実施形態の何れも、図5に示すように、冷却ヘッド11にMgO基板22の全面を接触させて1枚のHTSフィルタ基板23をセットするときにも適用することができ、第2実施形態を適用する場合には、そのまま同軸ケーブル31の信号線31aおよびHTSフィルタ回路21からの導線24をコネクタ部41(不図示)に接続すればよく、上述第1実施形態を適用する場合には、冷却ヘッド12を設けることなく貫通穴14を冷却ヘッド11に穿孔して同軸ケーブル31を冷却可能に保持させ、その信号線31aをHTSフィルタ回路21に接続するようにすることもできる。

0021

また、上述第1、第2実施形態の何れもHTSフィルタ基板23(MgO基板22)自体を冷却ヘッド11に固定しているが、これに限らず、熱伝導率の大きなホルダなどの組付部材を用いて同様に冷却ヘッド11にセットできるようにしてもよく、また、冷却ヘッド11に対する姿勢も鉛直に限らず、セットするスペースなどの事情に応じて傾けるなどしてもよいことはいうまでもない。

発明の効果

0022

請求項1に記載の発明によれば、電気回路基板および外部装置の間の導線は、冷却部に配置された保持手段がその途中で電気信号を伝送可能に保持するので、外部装置側から外部の熱が電気回路基板に直接伝熱することがなく、電気回路基板に温度分布が生じることを防止することができる。したがって、電気回路基板を大面積で冷却部に面接触させる必要がなく、電気回路基板の一部から熱を奪って均一に冷却することができ、電気回路基板の占有面積を小さくして、冷却部の小型化や複数の電気回路基板のセットを実現することができる。

0023

請求項2に記載の発明によれば、電気回路基板は、立てた状態で支持部が電気回路を支持するとともに、その支持部に連設する固定部が冷却部に面接触して冷却するので、冷却部に大面積で面接触させることなく電気回路基板を冷却することができる。したがって、電気回路基板が冷却部を占有してしまうことなく、電気回路基板の一部から熱を奪って均一に冷却することができ、電気回路基板の占有面積を小さくして、冷却部の小型化や複数の電気回路基板のセットを実現することができる。

0024

請求項3に記載の発明によれば、上記する請求項1および2に記載の発明に係る電気回路基板の冷却手段への取付構造を採用するので、これら発明の効果を得ることができ、複数の電気回路基板を外部装置との間で電気信号を伝送可能に1つの冷却部に取り付けて、外部からの伝熱による温度分布を生じさせることなく冷却することができる。したがって、複数の電気回路基板を1つの冷却手段により効率よくかつ信頼性高く均一に冷却することができる。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明に係る電気回路基板の冷却手段への取付構造の第1実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す斜視図である。
図2その要部を示す一方向からの立面図である。
図3その要部の他の態様を示す図2と同一方向からの立面図である。
図4本発明に係る電気回路基板の冷却手段への取付構造の第2実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す斜視図である。
図5その1枚の電気回路基板を取り付ける場合を説明する一方向からの立面図である。
図6その従来技術を説明する一方向からの立面図である。

--

0026

11、12冷却ヘッド(冷却部)
13熱交換器
14貫通穴(保持手段)
21HTSフィルタ回路
22MgO基板
22a、22c 固定部
22b 支持部
23 HTSフィルタ基板(電気回路基板)
24導線
31同軸ケーブル(導線)
31a信号線(導線)
41コネクタ部(保持手段)

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