JP2007088282A - 周辺機器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺機器がホスト機器に着脱可能な構成を損なわず、周辺機器を小型化し、周辺機器内の電子部品を効率的に冷却することができる周辺機器及び電子機器を得る。
【解決手段】周辺機器2がホスト機器1に着脱可能な構成であって、発熱体である電子部品4と、電子部品をホスト機器に電気的に接続するための電気コネクタ5と、電子部品に一端が熱的に接続された熱伝導手段7と、熱伝導手段の他端をホスト機器に熱的に接続するための熱伝導コネクタと8を備え、電子部品で生じた熱を、熱伝導手段及び熱伝導コネクタを介してホスト機器側に排熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、周辺機器がホスト機器に着脱可能な構成を損なわず、周辺機器を小型化し、周辺機器内の電子部品を効率的に冷却することができる周辺機器及び電子機器に関するものである。

図５は、従来の光送受信器を示す斜視図である。従来の光送受信器は、インターフェースとして、ホスト機器側と電気信号を送受信するための電気コネクタ３１と、回線側と光信号を送受信するための光ファイバー３２のみを備えていた。

また、光送受信器は、レーザ発光素子及び受光素子などの高熱を発する部品の他、データ通信を行うためのＰＨＹ−ＬＳＩやＣＤＲなどの半導体素子を搭載している。この半導体素子も、近年の通信速度向上に伴うスイッチング回数増加に起因する消費電力増に伴い発熱量が多くなってきている。そこで、安定した装置稼動を行うため、外部から光送受信器の温度を下げる空冷を行う必要がある。

空冷を効率的に行うには、排熱対象である電子部品と冷却対象を密に接合して熱抵抗を減ずると共に、冷却対象の表面積を拡大することが必要である。そこで、従来の光送受信器は、冷却対象として、筐体３３外部に空冷フィン３４を設け、筐体３３内部に電子部品と接する突起を設けていた。そして、光送受信器の筐体３３を効率的に空冷するための送風機構をホスト機器に設けていた。

一方、排熱対象である電子部品を冷却するため、ヒートパイプを用いた電子機器も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３−３０２５８４号公報

しかし、空冷フィンや送風機構を用いた従来の電子機器は、加工費が高く、小型化が困難であった。また、ヒートパイプを用いた従来の電子機器は、光送受信装置とホスト機器が一体的に構成されており、光送受信装置がホスト機器に着脱可能な構成ではなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、周辺機器がホスト機器に着脱可能な構成を損なわず、周辺機器を小型化し、周辺機器内の電子部品を効率的に冷却することができる周辺機器及び電子機器を得るものである。

本発明に係る周辺機器は、ホスト機器に着脱可能な周辺機器であって、発熱体である電子部品と、電子部品をホスト機器に電気的に接続するための電気コネクタと、電子部品に一端が熱的に接続された熱伝導手段と、熱伝導手段の他端をホスト機器に熱的に接続するための熱伝導コネクタとを備え、電子部品で生じた熱を、熱伝導手段及び熱伝導コネクタを介してホスト機器側に排熱する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、周辺機器がホスト機器に着脱可能な構成を損なわず、周辺機器を小型化し、周辺機器内の電子部品を効率的に冷却することができる周辺機器及び電子機器を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子機器を示す斜視図である。この電子機器は、ホスト機器１と、ホスト機器１に着脱可能な周辺機器である光送受信器２とを備えている。これにより、光送受信器２が故障した場合や、光送受信器２を上位の機種に替える場合に、光送受信器２のみを容易に交換することができる。

そして、光送受信器２の筐体内部には、光送受信器を構成する部品を搭載した基板３が設けられている。この基板３上には、発熱体である電子部品４，４´が設けられている。電子部品４は例えばデータ通信を行うためのＰＨＹ−ＬＳＩ、ＣＤＲ−ＬＳＩであり、電子部品４´は例えばレーザ発光素子や受光素子である。この電子部品４，４´をホスト機器１に電気的に接続するために、光送受信器側電気コネクタ５（周辺機器側電気コネクタ）がそれぞれ電子部品４，４´と電気的に接続されている。そして、電子部品４と電子部品４´の両者に１つのヒートシンク６が密に接合されている。ヒートパイプ７，７´（周辺機器側熱伝導手段）の一端は、ヒートシンク６を介して電子部品４，４´に熱的に接続されている。ヒートパイプ７，７´の他端をホスト機器１に熱的に接続して、ヒートパイプ７，７´で伝導した熱をホスト機器１に中継するために、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´がそれぞれヒートパイプ７，７´の他端と熱的に接続されている。この光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´は、銅やアルミなどの熱伝導効率が良く、かつ導電性のある物質から構成されている。

また、ホスト機器１には、光送受信器側電気コネクタ５と着脱可能なホスト機器側電気コネクタ９と、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´とそれぞれ着脱可能なホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´が設けられている。このホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´には、それぞれヒートパイプ１１，１１´（ホスト機器側熱伝導手段）の一端が熱的に接続されている。このホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´は、銅やアルミなどの熱伝導効率が良く、かつ導電性のある物質から構成されている。そして、ヒートパイプ１１，１１´の他端には、冷却用ファンなどの外部排熱手段１２が熱的に接続されている。

ここで、ヒートパイプ７について図２を用いて説明する。ヒートパイプ７は、金属管２１と、金属管２１の内側に貼付けられた金網又は布からなるウィック２２と、水などの冷却媒体２３とから構成される。そして、ヒートシンク６に接続された高温側で冷却媒体２３が気化し、気化熱を奪って、光送受信器側熱伝導コネクタ８に接続された低温側へ流れる。次に、気化した冷却媒体２３は、低温側で再び液化し、熱を放熱する。そして、液化した冷却媒体２３はウィック２２の毛細管減少で低温側から高温側に戻る。この繰り返しで、高温側から低温側へ継続的な熱の伝達が行われる。このようにヒートパイプ７を用いることで、離れた場所に高速で熱を伝えることができる。なお、ヒートパイプ７´，１１，１１´でも原理は同じである。

ただし、光送受信器２側のヒートパイプ７，７´中の冷却媒体とホスト機器１側のヒートパイプ１１，１１´中の冷却媒体を同一にすると、ホスト機器１側のヒートパイプ１１，１１´では熱の伝達が発生しなくなる。これは、ホスト機器１側のヒートパイプ１１，１１´の高温側であるホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´が、光送受信器２側のヒートパイプ７，７´中の冷却媒体が再液化する温度になっているためである。これにより、ホスト機器１側のヒートパイプ１１，１１´内の冷却媒体は気化されないため、熱を効率的に伝達することができない。

そこで、ヒートパイプ１１，１１´中の冷却媒体の気化点（気化する温度）がヒートパイプ７，７´中の冷却媒体の再液化点（液体に戻る温度）よりも低くなるようにそれぞれの冷却媒体を選択する。例えば、ヒートパイプ１１，１１´中の冷却媒体をエーテルとし、ヒートパイプ７，７´中の冷却媒体を水とする。これにより、熱を効率的に伝達することができる。

次に、上記の電子機器の動作について説明する。光送受信器２は、ホスト機器１に取り付けられた状態で電源が投入され、規定の初期化動作後に動作を開始する。この際、電源の供給及び各種信号の入出力は、光送受信器の各種部品を搭載した基板３の端に設けられた光送受信器側電気コネクタ５を介して行われる。また、光送受信器２がホスト機器１に取り付けられることにより、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´は、それぞれホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´と密に接合される。これにより、ホスト機器１側から周辺機器２側への熱の伝達損失を少なくすることができる。

そして、光送受信器２が動作を開始すると、基板３上に搭載された部品は発熱し始め、特に電子部品４，４´は高熱を発生する。この電子部品４，４´で生じた熱は、ヒートシンク６、ヒートパイプ７，７´、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´、ホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´及びヒートパイプ１１，１１´からなる２つの熱伝達経路を介して外部排熱手段１２に伝達される。こうして伝達された熱は、外部排熱手段１２によりホスト機器１の外部に排熱される。即ち、光送受信機２は、電子部品４，４´で生じた熱を、ヒートパイプ７，７´及び光送受信機側熱伝導コネクタ８，８´を介してホスト機器１側に排熱する。

よって、本実施の形態に係る電子機器は、従来の電子機器で設けられていた空冷用のフィン、筐体内部においてヒートシンクと密着させるための加工、又は光送受信器を冷却するためにホスト機器に設けられていた送風機構が不要であるため、装置を小型化することができる。従って、周辺機器がホスト機器に着脱可能な構成を損なわず、周辺機器を小型化し、電子部品を効率的に冷却して安定した通信動作を行うことができる。

なお、上記の例では、熱伝達経路が２つの場合について述べたが、これに限らず、それ以上の任意の個数でも同等の効果を奏する。

また、図１では光送受信器２で発生した熱をホスト機器１に伝達する手段としてヒートパイプ７，７´と、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´を用いているが、凸型の光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´の代わりに、ヒートパイプ７，７´の端面（低温側）を用いても良い。この場合、物理的な光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´を省略することができるので、安価に装置を構成できると共に、熱伝導効率を向上させることができる。

また、図１では、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´を凹型とし、ホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´を凸型としているが、これに限らず、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´を凸型とし、ホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´を凹型としてもよい。また、光送受信器側熱伝導コネクタ８，８´と光送受信機２の筐体とをゴムや隙間により断熱することで、光送受信機２の筐体が熱せられるのを防ぐことができる。

また、上記の実施の形態では、周辺機器が光送受信器の場合について説明したが、これに限らず、周辺機器が無線送受信器やグラフィックカードなど、発熱体となる電子部品を有する他の装置の場合にも本発明を適用することができる。

また、光送受信器側熱伝導コネクタをグランド電位、具体的にはフレーム・グランド電位に接続してもよい。これにより、光送受信器をホスト機器に取り付ける場合に発生しやすいサージなどの外乱要因から光送受信器を保護することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る電子機器を示す斜視図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。本実施の形態では、電子部品４，４´がそれぞれヒートシンク６，６´に接合され、別個の熱伝導経路により排熱される。これにより、発熱量が異なる電子部品４，４´を効率的に冷却することができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る電子機器を示す斜視図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。本実施の形態では、冷却用ファンなどの外部排熱手段１２とヒートシンク１３をホスト機器側熱伝導コネクタ１０，１０´と直接に接続する。これにより、ホスト機器側ヒートパイプ１１，１１´を省略することができるため、製造コストを削減することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る電子機器では、ホスト機器に設けている外部排熱手段の代わりに熱源を設ける。そして、ホスト機器の熱源で生じた熱を、ホスト機器側熱伝導手段、ホスト機器側熱伝導コネクタ、光送受信器側熱伝導コネクタ及び光送受信器側熱伝導手段を介して電子部品に供給する。これにより、光送受信器の冷却に用いていたヒートパイプ、熱伝導コネクタ及びヒートシンクを、極低温動作（コールドスタート）時の暖気手段として用いることができる。

また、本実施の形態に係る電子機器は、光送受信器の試験調整に用いることもできる。ここで、光送受信器に内蔵されている光モジュール（送信レーザダイオードや受信フォトディテクタ）は温度に影響されやすく、温度に応じて変調電流を制御する必要がある。即ち、広い温度範囲で利用可能な光送受信器を得るためには、高温時、平温時及び低温時の光モジュールの送受信特性を把握することが必要である。従来は、恒温槽などに組み立て済みの光送受信器を入れ、種々のデータを測定した上で制御量を決定していた。しかし、光送受信器の筐体自身を加熱又は冷熱する必要があるため、規定の温度に上昇させるのに時間を要し、光送受信器の生産性の悪化につながるという問題があった。そこで、この光送受信器の試験調整に本実施の形態に係る電子機器を用いることで効率的に光送受信器の温度制御を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る電子機器を示す斜視図である。 ヒートパイプを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電子機器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る電子機器を示す斜視図である。 従来の光送受信器を示す斜視図である。

符号の説明

１ ホスト機器
２ 光送受信器（周辺機器）
４，４´ 電子部品
５ 光送受信器側電気コネクタ（周辺機器側電気コネクタ）
７，７´ ヒートパイプ（周辺機器側熱伝導手段）
８，８´ 光送受信器側熱伝導コネクタ
９ ホスト機器側電気コネクタ
１０，１０´ ホスト機器側熱伝導コネクタ
１１，１１´ ヒートパイプ（ホスト機器側熱伝導手段）
１２ 外部排熱手段

Claims (13)

1. ホスト機器に着脱可能な周辺機器であって、
   発熱体である電子部品と、
   前記電子部品を前記ホスト機器に電気的に接続するための電気コネクタと、
   前記電子部品に一端が熱的に接続された熱伝導手段と、
   前記熱伝導手段の他端を前記ホスト機器に熱的に接続するための熱伝導コネクタとを備え、
   前記電子部品で生じた熱を、前記熱伝導手段及び前記熱伝導コネクタを介して前記ホスト機器側に排熱することを特徴とする周辺機器。
2. ホスト機器に着脱可能な周辺機器であって、
   電子部品と、
   前記電子部品を前記ホスト機器に電気的に接続するための電気コネクタと、
   前記電子部品に一端が熱的に接続された熱伝導手段と、
   前記熱伝導手段の他端を前記ホスト機器に熱的に接続するための熱伝導コネクタとを備え、
   前記ホスト機器で生じた熱を、前記熱伝導コネクタ及び前記熱伝導手段を介して前記電子部品に供給することを特徴とする周辺機器。
3. 前記熱伝導手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の周辺機器。
4. 前記熱伝導コネクタは、グランド電位に接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の周辺機器。
5. 前記周辺機器は、通信用の送受信器であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の周辺機器。
6. ホスト機器と、前記ホスト機器に着脱可能な周辺機器とを備えた電子機器であって、
   前記周辺機器は、発熱体である電子部品と、前記電子部品と電気的に接続された周辺機器側電気コネクタと、前記電子部品に一端が熱的に接続された周辺機器側熱伝導手段と、前記周辺機器側熱伝導手段の他端と熱的に接続された周辺機器側熱伝導コネクタとを有し、
   前記ホスト機器は、前記周辺機器側電気コネクタと着脱可能なホスト機器側電気コネクタと、前記周辺機器側熱伝導コネクタと着脱可能なホスト機器側熱伝導コネクタと、前記ホスト機器側熱伝導コネクタに一端が熱的に接続されたホスト機器側熱伝導手段と、前記装置側熱伝導手段の他端と熱的に接続された外部排熱手段とを有し、
   前記電子部品で生じた熱を、前記周辺機器側熱伝導手段、前記周辺機器側熱伝導コネクタ、前記ホスト機器側熱伝導コネクタ及び前記ホスト機器側熱伝導手段を介して前記外部排熱手段に伝達し、前記外部排熱手段により外部に排熱することを特徴とする電子機器。
7. 前記周辺機器側熱伝導手段及び前記ホスト機器側熱伝導手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 前記ホスト機器側熱伝導手段であるヒートパイプ中の冷却媒体の気化点は、前記周辺機器側熱伝導手段であるヒートパイプ中の冷却媒体の再液化点よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
9. ホスト機器と、前記ホスト機器に着脱可能な周辺機器とを備えた電子機器であって、
   前記周辺機器は、発熱体である電子部品と、前記電子部品と電気的に接続された周辺機器側電気コネクタと、前記電子部品に一端が熱的に接続された周辺機器側熱伝導手段と、前記周辺機器側熱伝導手段の他端と熱的に接続された周辺機器側熱伝導コネクタとを有し、
   前記ホスト機器は、前記周辺機器側電気コネクタと着脱可能なホスト機器側電気コネクタと、前記周辺機器側熱伝導コネクタと着脱可能なホスト機器側熱伝導コネクタと、前記ホスト機器側熱伝導コネクタと直接に接続された外部排熱手段とを有し、
   前記電子部品で生じた熱を、前記周辺機器側熱伝導手段、前記周辺機器側熱伝導コネクタ及び前記ホスト機器側熱伝導コネクタを介して前記外部排熱手段に伝達し、前記外部排熱手段により外部に排熱することを特徴とする電子機器。
10. 前記周辺機器側熱伝導手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. ホスト機器と、前記ホスト機器に着脱可能な周辺機器とを備えた電子機器であって、
    前記周辺機器は、電子部品と、前記電子部品と電気的に接続された周辺機器側電気コネクタと、前記電子部品に一端が熱的に接続された周辺機器側熱伝導手段と、前記周辺機器側熱伝導手段の他端と熱的に接続された周辺機器側熱伝導コネクタとを有し、
    前記ホスト機器は、前記周辺機器側電気コネクタと着脱可能なホスト機器側電気コネクタと、前記周辺機器側熱伝導コネクタと着脱可能なホスト機器側熱伝導コネクタと、前記ホスト機器側熱伝導コネクタに一端が熱的に接続されたホスト機器側熱伝導手段と、前記装置側熱伝導手段の他端と熱的に接続された熱源とを有し、
    前記熱源で生じた熱を、前記ホスト機器側熱伝導手段、前記ホスト機器側熱伝導コネクタ、前記周辺機器側熱伝導コネクタ及び前記周辺機器側熱伝導手段を介して前記電子部品に供給することを特徴とする電子機器。
12. 前記周辺機器側熱伝導コネクタは、グランド電位に接続されていることを特徴とする請求項６〜１１の何れか１項に記載の電子機器。
13. 前記周辺機器は、通信用の送受信器であることを特徴とする請求項６〜１２の何れか１項に記載の電子機器。

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