JP2005005487A - 制御機器 - Google Patents

Abstract

【課題】制御機器内の限られた狭い空間で、製品の小型化のために使用される集積密度の高い部品の防振と冷却性能を確保し、安価で信頼性の高い制御機器を提供する。
【解決手段】制御機器の起動により動作する送風機４で送風される空気圧により膨張する袋状のエアークッション９と、制御機器内の複数箇所に実装された電子部品１１，１２，１３とを備え、膨張されたエアークッション９により複数の電子部品１１，１２，１３の表面に密着させる一方制御機器のフレーム１でエアークッション９を固定支持して、電子部品１１，１２，１３を固定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外気の空気を吸引する送風機などが内蔵された制御機器に係り、特に機器内部の部品を防振すると共に冷却性能を改善するのに好適な制御機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の小型化・高密度化により、制御機器分野においても、より小型化・高機能化が求められている。このため、制御機器にも微細な部品が用いられるが、このような微細な部品は、一般的に強度が弱く、単位面積当たりの発熱量が多い。制御機器を小型化するためには、制御機器内のより狭い空間により多くの微細化された部品を実装しなければならず、部品を保護する防振と冷却性能の向上を行い、性能と品質を確保する実装設計が課題となっている。
【０００３】
一方、制御機器の市場では、上述した性能向上の他に製品の低価格化が進み、製品サイクルも短くなっている。
【０００４】
防振については、従来より制御機器内の限られた狭い空間を利用し、ボードなどを複数の軽量な材料で形成した特殊形状の金具でネジ，リベット，接着材などにより固定するのが一般的である。この従来の技術は、実装密度が高くなる程、金具を固定する箇所が狭くなり、金具の固定箇所を選定するのが困難になる。
【０００５】
一方、冷却性能の向上の点では、一般的には、送風機などにより冷たい空気を外気から吸気し、制御機器内の狭い空間内で空気を効率良く流動させて発熱した個々の部品を冷却し、外側へ高温の空気を排気する構造となっている。この技術も実装密度が高くなる程、より冷却効率を上げるため、制御機器内に整流板などを設けるが、整流板の形状が複雑化し、高い寸法精度が要求され、結果的に製品コストが高くなり、設計工数と製作工数も増やすことになっている。
【０００６】
このため、エアーバックを利用した制御機器の実装技術が出現されるようにな
った。エアーバックを適用した従来の技術として、
【特許文献１】に記載のように、コネクタに挿着して着脱自在に印刷配線板を収納する印刷配線板収納ケース電子機器であって、コネクタにガイド溝で挿着される印刷配線板を収納ケースの蓋の内側面に設け、この内側面とは反対側に複数個の空気孔を有する平らな空気枕様の弾力性を有する高分子袋状体からなるエアーバックを設け、エアーバックと連結してこのエアーバックに空気を圧入するための空気導入用のジョイント部からエアーバック内に導入された空気を収納ケース内に送るようにした印刷配線板収納ケースがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−８８４７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【特許文献１】に記載の従来の技術は、印刷配線板を平らな枕様のエアーバックで押し付けて印刷配線板を固定しているが、印刷配線板の冷却については配慮されていないものである。又、印刷配線板だけを固定支持しているが、制御機器のその他の機器について固定支持については配慮されていないものであった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、開発期間の短縮化とコスト低減に有効な実装構造を実現した制御機器を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、制御機器内の限られた狭い空間で、製品の小型化のために使用される集積密度の高い部品の防振と冷却性能を確保し、安価で信頼性の高い制御機器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の制御機器は、制御機器の起動により送風機で送風される空気で袋状のエアークッションを膨張させ、集積密度の高い防振が必要な部品，発熱量の大きい部品の表面にエアークッションを面接触させる、或いはこれらの部品で構成されたＣＤドライブ装置，ハードディスク装置，電源装置，プリント板を挟み込むことにより、送風機の空気圧によりエアークッションにより固定し、熱を外気へ熱輸送させるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図１０により説明する。図１に示す例は、制御機器を起動する前の状態を上方から見た断面図、図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図、図３は図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図４は送風機の斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施例の制御機器は、箱型の制御機器本体のフレーム１内に振動に弱く、集積密度の高い電子部品であるＬＳＩ１１，ＩＣ１３，チップ１２を実装したマザーボード７と、複数個のインターフェイスボード１４，制御装置を稼動させるための電源装置２４，プログラムやデータの読み出し、書き込みするハードディスク装置２３，ＣＤドライブ装置３４，表示器２７を制御する表示用ボード２６，制御装置内を冷却するための送風機４などが収納されている。これらは複数個の内部機器接続コネクタ２２とケーブルにより接続され、フロントパネル２とフレーム１で外装カバーが構成されている。
【００１４】
これらの電子部品の代表的な配置の例は次のようになっている。制御機器本体１００の底部にはマザーボード７（メインボード７ともいう）の反り防止金具２１が取付けられ、反り防止金具２１にはマザーボード７が取付けられている。マザーボード７上には、上述したＬＳＩ１１，ＩＣ１３，チップ１２，インターフェイスボード接続コネクタ１５，内部機器接続コネクタ２２等が載置され、それぞれ結線されている。マザーボード７の上方で発熱量の大きいＬＳＩ１１に対向して送風機４ａがフロントパネル２に取付けられている。
【００１５】
送風機４ａの空気吸込み側、すなわちフロントパネル２側にはフィルタ３が設置されている。インターフェイスボード接続コネクタ１５はＬＳＩ１１に対して送風機４ａとは反対側に複数列設けられており、インターフェイスボード接続コネクタ１５には垂直方向にインターフェイスボード１４がはめ込まれている。インターフェイスボード１４の両面には、電子部品であるチップ１２，ＩＣ１３が搭載されている。チップ１２，ＩＣ１３には制御機器の小型化のため集積度の高いものが使われる。
【００１６】
これらのインターフェイスボード１４の送風機４ａとは反対側の制御機器本体１００の底部には、マザーボード固定金具２０が設けられ、このマザーボード固定金具２０には垂直方向にインターフェイスボード固定金具１６が取付けられている。インターフェイスボード固定金具１６の上部はネジ４０により制御機器本体に固定されている。インターフェイスボード１４の一端はインターフェイスボード固定金具１６により固定され、外部インターフェイスコネクタ１９が設けられている。
【００１７】
図４に示すように、制御機器本体１００のフレーム１にネジ５により送風機４ａがエアークッション９ａと共に取付けられている。この例では、四隅をネジ５により固定している。制御機器本体１００の底部には各インターフェイスボード１４に対応した位置にエアークッション９ａの固定部１０ａが設けられ、エアークッション９ａが膨張した時に、防振する必要のあるインターフェイスボード１４の他端をこの固定部１０ａでそれぞれ固定するようになっている。エアークッション９ａは、柔軟材料であるため、送風機４ａを駆動していない状態では、図２に示すように、垂れ下がった状態であるので、ネジ５の固定作業を容易に行うことができる。
【００１８】
図１，図３に示すように、送風機４ａの横側でマザーボード７の上方には、データ読み書きのためのＣＤドライブ装置３４，ハードディスク装置２３が配置され、制御機器本体１００の底部に取付けられた機器取付レール８により一端が固定支持されている。ハードディスク装置２３の横側のフロントパネル２にはＬＥＤの表示器２７が設けられ、ハードディスク装置２３に沿って表示用ボード２６，挿入部品２８及び内部機器接続コネクタ２２が設けられている。
【００１９】
インターフェイスボード１４の横側には電源装置２４が設置され、電源装置２４には内部機器接続コネクタ２２が設けられている。電源装置２４に対してハードディスク装置２３と反対側には第２の送風機４ｂが設置されている。送風機４ｂの横側には上方側に電源スイッチ１７が、下方側に電源ケーブル引込みコネクタ１８が設けられている。電源装置２４の横側のフレーム１には通風孔６が設けられている。
【００２０】
第２の送風機４ｂも図４に示すと同様に、制御機器本体１００のフレーム１にネジ５により送風機４ｂがエアークッション９ｂと共に取付けられている。エアークッション９ｂは、図１に示すように電源装置２４を挟み込むような形状に形成され、ＣＤドライブ装置３４，ハードディスク装置２３の他端部まで袋状となっている。制御機器本体１００の底部のマザーボード７には電源装置２４の両側，ＣＤドライブ装置３４，ハードディスク装置２３の他端部にエアークッション９ｂの固定部１０ｂが設けられている。
【００２１】
このエアークッション９ｂも柔軟材料であるため、送風機４ｂを駆動していない状態では、図３に示すように、垂れ下がった状態となっている。このため、送風機４ｂを起動していない状態では、ＣＤドライブ装置３４，ハードディスク装置２３は機器取付レール８に一端が固定支持された片持ち状態であり、それぞれの自重により小さい角度であるが傾いている。
【００２２】
電源スイッチ１７をオンにすると、送風機４ａが起動され、図５に示すように、送風機４ａのファン３０が回転して制御機器外部から空気を吸引してエアークッション９ａに送り込む。気流４２によりエアークッション９ａが膨張して、エアークッション９ａは符号２９で示す状態となる。この時、エアークッション９ａはネジ５により送風機４ａともにフロントパネル２に固定されているので、ファン３０による風圧により膨張した先端側が図６に示すように各インターフェイスボード１４の間に入り込んでインターフェイスボード１４を固定支持する他、エアークッション９ａ自体が符号３２で示されるように制御機器本体に密着して固定される。弾性のあるエアークッション９ａによりインターフェイスボード１４を支持するので、防振性が向上する効果がある。
【００２３】
エアークッション９ａが膨張すると、ネジ５による固定部分にはエアー抜き口３５が形成され、ファン３０により送風された空気は、エアークッション９ａ内を循環した後、このエアー抜き口３５から制御機器内に符号５１で示すように排気される。
【００２４】
他方の送風機４ｂも起動され、同様に送風機４ｂのファン３０により空気がエアークッション９ｂに送り込まれ、エアークッション９ｂが膨張して符号２９で示す状態となると、符号４５で示されるように電源装置２４を周囲から押圧して固定支持する。又、膨張したエアークッション９ｂは、図６，図９の符号４５で示すように、ＣＤドライブ装置３４とハードディスク装置２３の上端及び下端を挟むようにしてＣＤドライブ装置３４とハードディスク装置２３を固定支持する。又、エアークッション９ｂ自体は膨張して符号３２で示すように制御機器本体１００に固定支持される。
【００２５】
この場合もエアークッション９ｂが膨張すると、ネジ５による固定部分にはエアー抜き口３５が形成され、ファン３０により送風された空気は、エアークッション９ｂ内を循環した後、このエアー抜き口３５から制御機器内に符号５１で示すように排気される。排気された空気は制御機器本体１００内を循環してフレーム１の通気孔６及びフロントパネル２のフィルタ３の一部から外部に排気される。
【００２６】
図８に示すように、制御機器を稼動すると、高速回転するハードディスク装置２３及びＣＤドライブ装置３４，電源装置２４などが振動源となり、インターフェイスボード１４は、防振支持がなければ符号３１で示す矢印の方向に振動する。エアークッション９が膨張すると、エアークッション９内の圧力によりインターフェイスボード１４を符号３３で示すように挟んで固定支持する他、固定金具１６方向に押し付けて固定支持するので防振でき、エアークッション９も制御機器内に膨張して固定支持されるので、防振性能が向上する。
【００２７】
すなわち、フレーム１に固定された機器取付レール８にて支持されているハードディスク装置２３，ＣＤドライブ装置３４を内部機器接続コネクタ２２，ケーブルにより柔軟に接続し、エアークッション９ｂ内の矢印４５で示す空気圧により、装置稼動時に発生する矢印３７で示すハードディスクの振動方向、矢印３８で示すＣＤドライブ振動方向を防振しているので、防振が必要な高速回転するハードディスク装置２３，ＣＤドライブ装置３４を固定支持することができる。同様に、電源装置２４についても装置稼動時に発生する矢印３９で示す電源装置振動方向も矢印４５で示す空気圧により固定支持することができる。これらの防振は、送風機から吸気され、送風されている空気圧により確保されているため、信頼性が高い。
【００２８】
このように、一般的に防振が必要である複数の集積密度の高い部品であるＬＳＩ１１，チップ１２，ＩＣ１３で構成されたインターフェイスボード１４，ディスクが高速回転するハードディスク装置２３，ＣＤドライブ装置３４，電源装置２４をエアークッション９ａ，９ｂを膨張させることにより挟み込んで固定支持する実装構造となっているので効果的な防振が行える。又、エアークッションは、防振に好適なエアークッション固定部１０ａ，１０ｂを設けているので、エアークッション９ａ，９ｂ膨張して防振性が高まるようになっている。又、エアークッション９ａ，９ｂが膨張することによりエアークッション９ａ，９ｂ自体が制御機器本体１００内に固定されるので、効果的な防振が行える。又、制御機器の稼動状態では、送風機４ａ，４ｂにより冷たい外気が吸引されるため、冷却性能を確保できる。
【００２９】
エアークッション９の構造は、図７のＱ部を拡大した図１０に示すように、外層４７と内層４８の二重構造となっている。外層４７は発熱量の大きいＬＳＩ１１での温度上昇にも耐えられるように耐熱材料で形成されており、内層４８はＬＳＩ１１，チップ１２等の発熱体から熱伝達された熱を効率良く外部に排熱するため、高熱伝導性材料で形成されている。
【００３０】
このように構成されているので、エアークッション９の外層４７が温度がＴＨの高温の発熱体と密着されて熱伝導され、エアークッション９の内層４８を送風機４により吸入される温度がＴＬの空気が循環して温度ＴＨと温度ＴＬの温度勾配により熱輸送され、さらに温度がＴ∞と低い外気へ排熱される。一般に、冷却性能は、密着面の状態、経年変化による密着性の低下による発熱体との密着性能により変動するが、本実施例ではエアークッション内に冷たい空気を吸引して密着させているため、エアークッション９内の圧力は一定に保てるので、経年しても一定の品質を保つことができる。又、制御機器のフレーム，防振性を要求される部品，装置，ボードなどをエアークッションを膨張させて固定支持できるので、防振と冷却を安価に行える。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、制御機器開発の鍵となる防振設計，熱設計を容易に行うことが可能となる。またエアークッションを使い、制御機器内の防振が必要である集積密度の高い部品などを安定に実装できる構造であるので、制御機器の小型化・高密度化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である制御機器の起動前の状態を上方から見た断面図である。
【図２】図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図４】送風機へのエアークッションの取付け構造を示す斜視図である。
【図５】制御機器の起動後の送風機へ取付けたエアークッションの状態を示す斜視図である。
【図６】本実施例である制御機器の起動後の状態を上方から見た断面図である。
【図７】図６の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
【図８】本実施例の制御機器のエアークッションによる防振効果を説明する図６の部分拡大断面図である。
【図９】図６の矢視Ｄ−Ｄ断面図である。
【図１０】本実施例のエアークッションの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…フレーム、２…フロントパネル、３…フィルター、４ａ，４ｂ…送風機、５，４０…ネジ、６…通気孔、７…マザーボード、８…機器取付レール、９ａ，９ｂ…エアークッション、１０ａ，１０ｂ…エアークッション固定部、１１…
ＬＳＩ、１２…チップ、１３…ＩＣ、１４…インターフェイスボード、１５…インターフェイスボード接続コネクタ、１６…インターフェイスボード固定金具、１７…電源スイッチ、１８…電源ケーブル引込みコネクタ、１９…外部インターフェイスコネクタ、２０…マザーボード固定金具、２１…反り防止金具、２２…内部機器接続コネクタ、２３…ハードディスク装置、２４…電源装置、２５…電源装置固定ネジ、２６…表示用ボード、２７…表示器、２８…挿入部品、３０…ファン、３４…ＣＤドライブ装置、３５…エアー抜き口、４２…気流、４７…外層、４８…内層、１００…制御機器本体。

Claims (7)

1. 制御機器の起動により動作する送風機と、該送風機で送風される空気圧により膨張する袋状のエアークッションと、制御機器内の複数箇所に実装された電子部品とを備え、膨張された前記エアークッションにより前記複数の電子部品の表面に密着させる一方前記制御機器のフレームで前記エアークッションを固定支持して前記電子部品を固定する制御機器。
2. 制御機器本体のフレームに取付けられた送風機と、前記フレームに固定され前記送風機により送風される空気の圧力により膨張するエアークッションと、前記フレームに固定された固定金具により一端側を固定支持される複数のインターフェイスボードとを備え、前記各インターフェイスの他端側を前記エアークッションを前記送風機により送風される空気の圧力により膨張させて固定支持させた制御機器。
3. 制御機器本体のフレームに取付けられた送風機と、前記フレームに固定され前記送風機により送風される空気の圧力により膨張するエアークッションと、前記フレームに固定された機器取付レールにより一端側を支持されるＣＤドライブ装置，ハードディスク装置とを備え、前記ＣＤドライブ装置，ハードディスク装置の他端側を前記エアークッションを前記送風機により送風される空気の圧力により膨張させて固定支持させた制御機器。
4. 前記送風機と前記ＣＤドライブ装置との間に電源装置が設置されるものであって、該電源装置の一部を前記エアークッションが挟み込む形状に形成されている請求項３記載の制御機器。
5. 前記制御機器本体の底部にマザーボードが設けられるものであって、前記エアークッションの固定部が前記マザーボードに設けられている請求項１から４のいずれかに記載の制御機器。
6. 前記エアークッションを前記送風機により送風される空気の圧力により膨張させて前記制御機器本体内に固定支持する請求項１から４のいずれかに記載の制御機器。
7. 前記エアークッションが耐熱性を有する外層と高熱伝導性の内層で構成されている請求項１から４のいずれかに記載の制御機器。

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