JP2008218934A - ヒートシンク付き圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器中のデバイス等の発熱を効率よく放熱するヒートシンク付き圧力容器を実現する。
【解決手段】圧力容器の外表面にヒートシンクが取付けられるヒートシンク付き圧力容器において、前記ヒートシンクの取付面と圧力室を構成する圧力ケースと、前記圧力室内に設けられ前記取付面に放熱面が取付けられたペルチェ素子と、このペルチェ素子の吸熱面に取付けられた発熱電子部品と、前記ヒートシンクの取付面に設けられリードピンを有するハーメチックシールとを具備したことを特徴とするヒートシンク付き圧力容器である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクとハーメチックシールを一体型にすることで、圧力容器中のデバイス等の発熱を効率よく放熱するヒートシンク付き圧力容器に関するものである。

ヒートシンク付き圧力容器に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平７−１６９８８７号公報 浜松ホトニクス株式会社発行、カタログ，「ＥＭ−ＣＣＤカメラ Ｃ９１００−０２」、２００６年８月発行

図４は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
図において、真空チャンバーを構成するカバー１とハーメチックシール体２で容器内の真空気密を行い、ハーメチックシール体２の上にＣＣＤ冷却用のペルチェ素子３が載り、その上にＣＣＤデバイス４が載る。

それぞれの隙間は接触熱抵抗を下げるためにグリースや接着剤等の熱伝導体で充填して熱伝導の効率を上げている。
ハーメチックシール体２の外表面には、ヒートシンク６が取付けられている。
ハーメチックシール体２には、リードピン７が設けられている。
ハーメチックシール体２は、この場合は、四角形の板状の金属板にリードピン７が低融点ガラスを用いてロウ付けされている。

以上の構成において、ペルチェ素子３の吸熱面がＣＣＤデバイス４の熱を奪って冷却し、放熱面が熱を発生し、熱伝導体５、ハーメチックシール体２、熱伝導体５、ヒートシンク６を通して外部に放熱する。

ハーメチックシールのリードピン７を通してＣＣＤデバイス４と真空チャンバー１の外部との電気的な接続を行い、ハーメチックシール体２と真空チャンバー１の接合部をＯリンや接着、ロウ付け、溶接８などで封じている。
またチャンバー１の内部の発熱を逃がすためにヒートシンク６を、半田や溶接、ロウ付け、熱伝導性の接着剤などで接合して放熱を行う。
なお、９は、真空チャンバーのカバー１に設けられた窓ガラスである。

このような装置においては、以下の間題点がある。
一般的にハーメチックシールには、ガラスとなじみの良い金属であるコバールが用いられるが、熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋである。

また、各部品同士の接触面には、接触熱抵抗を下げるために熱伝導体５を接触面に塗布するが、高熱伝導性と言われているグリースが〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、接着剤が〜１０Ｗ／ｍ・Ｋと、ヒートシンクの材料である銅（約４００Ｗ／ｍ・Ｋ）やアルミ（約２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて圧倒的に熱伝導率が悪い。

現状ではペルチェ素子３の放熱側にはコバール製のハーメチックシール体２が接触しているために熱伝導が悪く、また、熱がペルチェ素子３からヒートシンク６に至る間に部品の接触面が何箇所もあるために、グリースや接着剤などの使用が多い。
そのため放熱系の熱抵抗は高く、ペルチェ素子３の放熱面は大きく温度上昇し、それに準じてペルチェ素子３の冷却面側の温度も上昇するため、結果的にＣＣＤデバイス４の冷却可能な最低温度が上昇することになる。

また、大気中に突き出されているハーメチックシールのリードピン７が障害となるため、ヒートシンク６の占有面積を大きくできず、ハーメチックシール対２とヒートシンク６とが接触できる面積が狭いため、小型のヒートシンクを用いざるを得ない事となり益々放熱能力が低くなる。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、放熱用のヒートシンクと真空気密用のハーメチックシール体を改良して、発熱電子の電子冷却による発熱をヒートシンクで大気へ放熱するまでの全体の放熱系の熱抵抗を減らし、電子冷却の到達可能な最低温度をより低くするヒートシンク付き圧力容器を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１のヒートシンク付き圧力容器においては、
圧力容器の外表面にヒートシンクが取付けられるヒートシンク付き圧力容器において、前記ヒートシンクの取付面と圧力室を構成する圧力ケースと、前記圧力室内に設けられ前記取付面に放熱面が取付けられたペルチェ素子と、このペルチェ素子の吸熱面に取付けられた発熱電子部品と、前記ヒートシンクの取付面に設けられリードピンを有するハーメチックシールとを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２のヒートシンク付き圧力容器においては、請求項１記載のヒートシンク付き圧力容器において、
前記電子部品と前記ペルチェ素子との間と、前記ペルチェ素子と前記ヒートシンクとの間とに設けられた熱伝導体を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項３のヒートシンク付き圧力容器においては、請求項１又は請求項２記載のヒートシンク付き圧力容器において、
前記熱伝導体は、熱伝導性グリースが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項４のヒートシンク付き圧力容器においては、請求項１又は請求項２記載のヒートシンク付き圧力容器において、
前記熱伝導体は、インジウムシートが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項５のヒートシンク付き圧力容器においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のヒートシンク付き圧力容器において、
前記ヒートシンクに設けられ複数のリードピンを有するハーメチックシールユニットを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項６のヒートシンク付き圧力容器においては、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のヒートシンク付き圧力容器において、
前記発熱電子部品はＣＣＤデバイスが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
ペルチェ素子がヒートシンクに直接接触する構造に変更する事で、接触熱抵抗の生じる箇所が減るため、放熱系の性能が高まり、ヒートシンクの温度上昇を低く抑えることができる。
したがって、放熱性能が向上されたヒートシンク付き圧力容器が得られる。

リードピンを直接ヒートシンクにロウ付けしてハーメチックシールをヒートシンクと一体にできるので、リードピンのスペース以外は放熱のフィンを立てることが出来る。
そのため、従来のように大気側に突き出ているリードピンに囲まれた狭いスペースにヒートシンクの取付けスペースが制限されることなく、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
熱伝導体が電子部品とペルチェ素子との間と、ペルチェ素子とヒートシンクとの間とに設けられたので、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
熱伝導体は、熱伝導性グリースが使用されたので、熱伝導性グリースは密着性が良く、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
熱伝導体は、インジウムシートが使用されたので、インジウムシートは熱伝導性が良く、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
ヒートシンクに設けられ複数のリードピンを有するハーメチックシールユニットが使用されたので、ハーメチックシールが簡便に構成でき、安価なヒートシンク付き圧力容器が得られる。

本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
発熱電子部品はＣＣＤデバイスが使用されたので、高発熱電子部品であるＣＣＤデバイスの放熱性能が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、図２は図１の要部構成説明図である。
図において、図４と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図４との相違部分のみ説明する。

図１において、アルミや銅等の熱伝導性の良い材質で作成されたヒートシンク1１に孔１１１を設け、この孔１１１にリードピン１２を低融点ガラス１３を用いてロウ付けを行う事で、ヒートシンクとハーメチックシールを一体化する。
ヒートシンク１１に直接ペルチェ素子１４が載り、その上にＣＣＤデバイス１５が載る。

ＣＣＤデバイス１５とペルチェ素子１４の冷却面、ペルチェ素子１４の放熱面とヒートシンク１１の間は、従来の熱伝導性グリースや接着剤あるいはインジウムシート１６（熱伝導率約８２Ｗ／ｍ・Ｋ）を挟む。

以上の構成において、ペルチェ素子１４の吸熱面がＣＣＤデバイス１５の熱を奪って冷却し、放熱面が熱を発生し、インジウムシート１６、ヒートシンク１１を通して外部に放熱する。

ヒートシンク１１に真空チャンバーのカバー１７を取付けることで、ヒートシンク１１を真空チャンバーの一隔壁として用いる。
また外部との電気的な接続はロウ付け１３されたリードピン１２で行う。
なお、１８は、真空チャンバーのカバー１７に設けられた窓である。

この結果、ペルチェ素子１４がヒートシンク１１に直接接触する構造に変更する事で、接触熱抵抗の生じる箇所が減るため、放熱系の性能が高まり、ヒートシンク１１の温度上昇を低く抑えることができる。
たがって、放熱性能が向上されたヒートシンク付き圧力容器が得られる。

リードピン１２を直接ヒートシンク１１にロウ付けしてハーメチックシールをヒートシンク１１と一体にできるので、リードピン１２のスペース以外は放熱のフィンを立てることが出来る。
そのため、従来のように大気側に突き出ているリードピン１２に囲まれた狭いスペースにヒートシンク１１の取付けスペースが制限されることなく、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

熱伝導体１６が電子部品１５とペルチェ素子１４との間と、ペルチェ素子１４とヒートシンク１１との間とに設けられたので、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

熱伝導体１６は、熱伝導性グリースが使用されれば、熱伝導性グリースは密着性が良く、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

熱伝導体１６は、インジウムシートが使用されたので、インジウムシートは熱伝導性が良く、更に、放熱能力が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

発熱電子部品１５はＣＣＤデバイスが使用されたので、高発熱電子部品であるＣＣＤデバイスの放熱性能が向上できるヒートシンク付き圧力容器が得られる。

図３は、本発明の他の実施例の要部構成説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
図３において、複数のリードピン２３を有するハーメチックシールユニット２２がヒートシンク２１に設けられている。

この結果、ヒートシンク２１に設けられ複数のリードピン２３を有するハーメチックシールユニット２２が使用されたので、ハーメチックシールが簡便に構成でき、安価なヒートシンク付き圧力容器が得られる。

なお、前述の実施例においては、真空容器に付いて、説明したが、これに限ることはなく、例えば、容器内の圧力は正であっても良く、要するに、圧力容器であれば良い。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 図１の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。

符号の説明

１ カバー
２ ハーメチックシール体
３ ペルチェ素子
４ ＣＣＤデバイス
５ 熱伝導体
６ ヒートシンク
７ リードピン
８ 溶接
９ 窓ガラス
１１ ヒートシンク
１１１ 孔
１２ リードピン
１３ 低融点ガラス
１４ ペルチェ素子
１５ ＣＣＤデバイス
１６ インジウムシート
１７ カバー
１８ 窓ガラス
２１ ヒートシンク
２２ ハーメチックシールユニット
２３ リードピン

Claims (6)

1. 圧力容器の外表面にヒートシンクが取付けられるヒートシンク付き圧力容器において、
   前記ヒートシンクの取付面と圧力室を構成する圧力ケースと、
   前記圧力室内に設けられ前記取付面に放熱面が取付けられたペルチェ素子と、
   このペルチェ素子の吸熱面に取付けられた発熱電子部品と、
   前記ヒートシンクの取付面に設けられリードピンを有するハーメチックシールと
   を具備したことを特徴とするヒートシンク付き圧力容器。
2. 前記電子部品と前記ペルチェ素子との間と、前記ペルチェ素子と前記ヒートシンクとの間とに設けられた熱伝導体
   を具備したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク付き圧力容器。
3. 前記熱伝導体は、熱伝導性グリースが使用されたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートシンク付き圧力容器。
4. 前記熱伝導体は、インジウムシートが使用されたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートシンク付き圧力容器。
5. 前記ヒートシンクに設けられ複数のリードピンを有するハーメチックシールユニット
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のヒートシンク付き圧力容器。
6. 前記発熱電子部品はＣＣＤデバイスが使用されたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のヒートシンク付き圧力容器。

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