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カワソーテクセル製品

気密接合設計

気密接合設計にて考慮するポイント

物質には、それぞれ固有の熱膨張率があります。異なる物質同士を接合する際、同じサイズのものでも温度をあげると膨張率が異なるので体積が変化します。逆に温度を下げる際の熱収縮率も異なります。

設計する上で考慮することは、物質の熱膨張率、および熱収縮率をうまくコントロールして接合することです。一般的にセラミックスと金属を比べると、セラミックスの膨張率の方が小さくなります。特に収縮する際には、セラミックスより金属の収縮が大きくなり、セラミックスを引っ張ってしまいます。その影響により、セラミックスが欠けたり、割れたりするなどのクラックが発生します。

クラックを発生させない様コントロールするために必要となるのが、シミュレーション技術です。シミュレーションによって熱膨張率による影響を予測した上で、金属やセラミックスの厚み、接合面積を決定していきます。金属同士の接合では、クラックは発生しづらいので、セラミックスと金属の接合の方が難しいとされています。

気密接合設計のここが面白い！

気密接合設計では、今までにない接合にチャレンジし、成功した際に面白いと強く感じます。

たとえば、標準的な電流導入端子の設計ではセラミックスの「沿面距離」や「閃絡距離」と呼ばれる絶縁の長さを考慮しながら設計を進めていくのですが、100ｋV（10万ボルト）レベルの高電圧に耐える製品を設計する際には、絶縁の長さだけでなく、放電の起点を作らないようにするといった要素も考慮する必要があります。
このようにあらゆる要素を考慮し、完成した製品を手に取ると、設計者としての喜びを感じることができます。

設計開発の第一歩！

接合という分野は、専門知識や経験を持っている方自体が多くありません。ですが、カワソーテクセルではノウハウの可視化をはかっており、気密接合設計の基準を設けています。

設計開発の第一歩として、基準に基づいた設計を行っていただきます。CADの知識、図面を書く力があれば大丈夫です。

ヒートシンク設計

製品に要求される性能（例えば、表面温度〇〇℃の発熱量があるものを、〇〇℃まで冷やしたい など）や、ヒートシンクを取り付ける上での制約条件を考慮しながら、どのような流路にしていくのかをシミュレーション技術を用いて設計します。

ヒートシンク設計のここが面白い！

流路設計では、「熱抵抗（冷却性能）」と「圧力損失（水を送り出すポンプの圧力）」という２つの要素があり、これらの要素をバランスよく両立させることが重要です。

しかしこれらの要素はトレードオフの関係であり、一方の要素を強めると一方の要素を満たすことができない、などの弊害が発生します。

お客さまの要求性能を満たし、かつトレードオフの関係である２つの要素を満たす流路設計が出来たとき、設計者としての喜びを感じることができます。

設計開発の第一歩！

流路の設計基準や冷却シミュレーションの解析方法などに従って図面を書くことが第一段階です。

流体力学の知識があれば設計開発の理解ははやいですが、まずはコンピューターを用いたシミュレーションの知識があれば活躍できます。

熱流体解析

一方、水冷ヒートシンクは、いかに全面を効率よく、均一に冷却する事がポイントになります。当社では3DCADでヒートシンクの設計を行い、実際の冷媒、発熱量等を解析ソフトに設定して、ヒートシンクの表面温度分布や冷媒の流れ方等を解析します。

様々な観察、試験機器

金属とセラミックスの接合難易度は高いので、接合界面の信頼性を確認することが欠かせません。

そのため、カワソーテクセルでは信頼性の高い接合品質を保証するため、レーザー顕微鏡や実体顕微鏡、ヘリウムリーク試験機やヒートサイクル試験機、画像測定器など、多様な機器を導入しています。

冷却性能試験

ヒートシンクの試作品は、工場内に併設されているラボにて製品が実際に使用される環境に近い条件下で運用試験を行い、冷却性能などを確認します。

設計時におけるシミュレーションにて算出される数値の信頼性は上昇していますが、完璧な数値が出るわけではありません。

製品の信頼性をより高める取り組みとして、ヒートシンクラボでの実測試験を行っています。

※実機の冷却性能試験が出来る企業はほとんどありません。

冷却性能試験のここが面白い！

PC上でのシミュレーションだけではなく、実機の検査を行うことにより、シミュレーション結果と実機検査結果の乖離をなるべく減らす取り組みを行うことが出来ます。

自分が設計したヒートシンクの性能が思い通りの数値であったとき、喜びを感ることが出来ます。