JP2012129331A

JP2012129331A - 電子装置

Info

Publication number: JP2012129331A
Application number: JP2010278745A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tsuru; 雄一水流; Manabu Sawa; 学澤; Satoshi Shimada; 諭志島田; Eiji Kadomoto; 英二門本
Original assignee: Alaxala Networks Corp
Current assignee: Alaxala Networks Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP5409585B2

Abstract

【課題】
半導体素子を搭載した回路基板ユニットとその冷却ユニットおよび電源ユニットを複数有し、それらを外部より挿抜することが可能な電子装置において、冷却のためのエアフローを前後吸排気方式とし、冷却信頼性と、部品の信頼性向上を実現し、かつ装置の高さを抑制する。
【解決手段】
電子装置１００に冷却ユニットを前面側と後面側に配置し、内部に風向調整板を設置して、水平実装された回路基板板ユニットおよび電源ユニットに、効率的に冷却風を誘導する。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、電子装置に関し、特に、電子装置の冷却構造に関する。

ネットワーク分野において、データ転送を行うネットワーク通信装置として、スイッチやルータが広く用いられている。一般に、スイッチやルータといったネットワーク通信装置は、ネットワークにおけるデータ転送のためのインターフェース機能を有する回路基板ユニットや、データ転送を制御する制御機能を有する回路基板ユニット等を有しており、これらの回路基板ユニットは取り外し可能となっている。回路基板ユニットが装置内に設置された状態における回路基板ユニット間の信号のやりとりおよび給電は、装置内に配置される中継用回路基板（いわゆるバックボード）を介して実行される。なお、このネットワーク通信装置の設置においては、一般に１９インチの標準規格のラックに搭載されるのが一般的である。

非特許文献１の電子装置は図４ａのような構成を有している。この電子装置では、回路基板ユニットが水平状態に実装され、この回路基板ユニットは、取外し可能な冷却ユニットで強制的に冷却され、その冷却風の流れは、一般に側面吸排気の構造を採る。このため、ラックに搭載した場合において、電子装置のサイドの吸排気面とラックの側板の間に適切な空間を確保できない場合に、圧力が高まることにより、電子装置内の流れが低下することで冷却効率が悪化したり、回路基板ユニットを通過することで温度上昇して排出された空気が、装置の吸気側に回り込んで、吸気側の温度が徐々に上昇していく、などの問題がおこり、冷却性に起因する障害を引き起こす可能性がある。特に、高性能を実現するために発熱量の高い半導体素子を搭載している電子装置においては、上記問題の発生する可能性が高い。なお、外部とのインターフェース機能の搭載密度、性能、装置の実装密度、拡張性の観点では、非常に優位な状態である。

上記電子装置の改善策として、非特許文献２の図４ｂおよび非特許文献３の図４ｃに示すような実装構造を採る場合もある。図４ｂの方式の場合、回路基板ユニットを垂直方向に実装し、前面の下部から吸気し後面上部から排気するため、先の問題点は解消できる。さらに、この実装構造では、前面下部の吸気部に、防塵のためのエアフィルタの配置が可能であり、部品の信頼性の面でのメリットもある。しかしながら、ラックの規格により、装置の横幅に制約があるため、これにより搭載可能な回路基板ユニットの枚数の制約が発生するとともに、回路基板ユニットの上下には、外部とのインターフェース用のケーブルを引き出し、処理するためのエリアが必要となるため、前記の状態に比べると、かなり装置が大型化するというデメリットがある。

また一方、図４ｃの方式の場合のように、前面から後面にストレートに冷却風を導く構造では、前面側に吸気部を設ける必要性があると共に、電子装置内部の中継用回路基板に通風口を開ける必要があるが、前面には外部とのインターフェース用のコネクタの口数を多く設けたり、電子装置内部の中継用回路基板においては、性能を出すための配線性を考慮するとそれが容易ではなく、これにより冷却性能を容易に向上できないため、比較的、性能が低くかつ発熱量が小さい場合に限られる。さらに、後面側は電源ユニットと冷却ユニットを一体化したユニット品、を配置するのが一般的であるが、回路基板ユニットを通過して温められた空気がこの一体化ユニットに入り込むため、電源部分の冷却条件としては厳しい状態にある。さらに、前面側の吸気部付近にはインターフェース用のコネクタがあり、ここに外部からのインターフェースケーブルを接続するため、これにより防塵のためのエアフィルタを吸気部に配置することができない。

なお、図４ａ―ｃは冷却の仕組みを説明するために簡略化して記載しており、上記非特許文献に記載されている製品と細部が異なる場合がある。ただし、基本的な冷却の仕組みは図４ａ―ｃで示したとおりである。

また、近年、ネットワーク通信装置において、処理性能の向上の要請が高まると共に、装置を設置する環境の面において、前後吸排気方式のエアフローの構造を採るべき要請が高い傾向にある。また、部品の信頼性向上のために、防塵性向上のためのエアフィルタの装着の要請が高い。

アラクサラネットワークス AX6700S(http://www.alaxala.com/jp/products/AX6700S/index.html) Cisco Cisco Nexus 7000 シリーズ(http://www.cisco.com/web/JP/product/hs/switches/nexus7000/index.html) Cisco ASR 1000 シリーズ(http://www.cisco.com/web/JP/product/hs/routers/asr1000/prodlit/data_sheet_c78-450070.html)

前後吸排気方式、かつエアフィルタの配置を可能とするための構造を採るために、回路基板ユニットを垂直に実装する構造を採ることは、装置の大型化につながると共に、拡張性という点でデメリットである。また、前面から後面へストレートに冷却風を流す構造は、前面に外部インターフェース機能を多く設けたり、回路基板ユニット間の伝送特性向上を実行するための配線性を考えると、回路基板ユニットの冷却信頼性の面で厳しい状態となる。

さらに、この実装構造では、吸気部付近に外部インターフェース用のコネクタが配置され、ここにケーブルが接続されるため、エアフィルタを配置することができない。

なお、このような問題は、スイッチやルータといったネットワーク通信装置に限らず、取り外し可能な回路基板ユニットを複数供える電子装置に共通の問題であった。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、回路基板ユニットを複数有する電子装置において、前後吸排気方式の構造を採り、装置の処理速度向上やインターフェース機能の搭載を最大限に図りながらも、冷却信頼性や部品信頼性を確保し、装置の高さを抑えることを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、ネットワーク装置であって、
複数の回路基盤と、前記複数の回路基盤を接続する中継用回路基盤と、冷却用ファンと、電源ユニットと、風向調整部品を内臓し、前記中継用回路基盤の前面に前記複数の回路基盤を接続し、前記中継用回路基盤の背面に前記電源ユニットを配置し、前記冷却用ファンを前記ネットワーク装置の前面で、前記複数の回路基盤の間または上下のいずれかに配置し、前記風向調整部品を前記ネットワーク装置前面から見て、前記冷却用ファンの後方に左右いずれかに傾斜を持たせて配置することを特徴とするネットワーク装置を提供する。

本発明では、上記手段を採用することにより、回路基板ユニットと電源ユニットを対面で水平配置したことにより、カードの枚数を上下方向に増減することで拡張性の高い電子装置とすると共に、一定の冷却性能の両立を実現することができる。

本発明の実施例における電子装置の構成を前面側から概略的に示す説明図の一例本発明の実施例における電子装置の構成を後面側から概略的に示す説明図の一例本発明の実施例における電子装置の回路基板ユニットと中継用回路基板と電源ユニットの構成を平面的に示す説明図の一例本発明の実施例における電子装置の冷却ユニットと風向調整板の構成を平面的に示す説明図の一例本発明の実施例における電子装置の各ユニットの全構成を側面から見た状態を示す説明図の一例本発明の実施例における電子装置の拡張性に着目した場合の変形例を後面側から概略的に示す説明図の一例従来技術における側面吸排気方式を採る電子装置をラックに搭載した状態を示す説明図の一例従来技術における回路基板ユニットを垂直に実装する構造を採る電子装置の実装構造を示す説明図の一例従来技術における前面から後面にストレートに風を流す構造を採る電子装置の実装構造を示す説明図の一例

本発明の実施の形態を実施例および変形例に基づいて説明する。

図１と図２は、本発明の実施例における電子装置１００の構成を概略的に示す図である。電子装置１００は、コンピュータネットワークにおいてデータ（例えばフレームまたはパケットと呼ばれる）の転送を行うネットワーク通信装置として機能する。

図１ａには、電子装置１００の前面側斜視図を示しており、図１ｂには、後面側斜視図を示している。図１ａおよび図１ｂに示すように、電子装置１００は、筐体１１０の内部に、複数の回路基板ユニット１２０と、中継用回路基板１３０と複数の電源ユニット１４０と、複数の着脱可能な冷却ユニット１５０と、着脱可能な風向調整板１５５，１５６と、着脱可能なエアフィルタ１７０を有している。

なお、図１ａおよび図１ｂでは、実際には、筐体１１０の内部に設置されて外からは見えない電子装置１００の構成要素も示している。また、冷却ユニット１５０は全面を板金で覆われたケースユニット構造を採り、風を通す面には、メッシュ形状の穴をあけてあるが、本図ではメッシュ形状の穴を省略し、外からは見えない構成要素も示している。さらに、前面側の冷却ユニト１５０の前側に装着するエアフィルタ１７０においては、取り外した状態を示してある。

回路基板ユニット１２０は、半導体素子を搭載した回路基板により構成され、データ処理のための各種機能を実現する。本実施例の電子装置１００は、複数の回路基板ユニット１２０を有しており、前面側に外部インターフェースコネクタ１２２を搭載した回路基板ユニット１２０ａは、外部とのインターフェース制御などの処理を行っている。回路基板ユニット１２０ａの上部に配置した回路基板ユニット１２０ｂは、前面側に外部インターフェースコネクタ１２２を有しておらず、電子装置１００内部での各回路基板ユニット１２０や電源ユニット１４０、冷却ユニット１５０との間のシステム制御機能を有している。

さらに、回路基板ユニット１２０ａの下部に配置した回路基板ユニット１２０ｃは、前面側に外部インターフェースコネクタ１２２を有しておらず、電子装置１００内部での各回路基板ユニット１２０のクロスバ−スイッチ機能を有している。なお、これら回路基板ユニット１２０の数は、本図での数に限らない。

回路基板ユニット１２０ａは、前面側に外部インターフェースコネクタ１２２をエリアいっぱいに搭載しており、このため、前面に、冷却のための空気を取り込む吸気口を容易に設けられない。一方、回路基板ユニット１２０ｂ、１２０ｃは、前面側に外部インターフェースコネクタがないため、この部分に冷却風を取り込むメッシュ形状の通風口を設けることは可能であるが、回路基板ユニット１２０ａと、冷却風の流れをそろえる必要があり、前面には、冷却のための空気を取り込む吸気口を設けていない。これらの回路基板ユニット１２０は、筐体１１０に形成された図示しないスロットに沿って、挿抜可能に構成されている。これにより、電子装置１００の機能拡張を図ることができる。図１ａでは、最下部の回路基板ユニット１２０が取り外されており、残りの回路基板ユニット１２０が電子装置内に設置されている様子を示す。

電源ユニット１４０は、筐体１１０における後面側に設置されており、回路基板ユニット１２０および冷却ユニット１５０に、中継用回路基板１３０を介して給電を実行するとともに、第２の回路基板ユニット１２０と制御信号のやりとりを行う。尚、電源ユニット１４０の設置箇所は図１ａ、図１ｂに限られず、例えば、最上段の冷却ユニット１５０ｂとその下にある電源ユニット１４０の配置を交換してもよい。この場合前面の冷却ユニット１５０ａと風向調整板１５５，１５６も下の段に移動することとなる。

冷却のための風を強制的に流すためのファンで構成されている冷却ユニット１５０は、筐体１１０における上下のエリアに配置されており、回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０の冷却を実行する。また、この冷却ユニット１５０は、独自に保守ができる構造および配置となっている。なお、前面側の冷却ユニット１５０ａの前には、エアフィルタ１７０配置してあり、独自に保守ができる構造および配置としている。なお、この前面側の冷却ユニット１５０ａは、エアフィルタ１７０をとり外した後に保守を行う。

風向調整板１５５、１５６は冷却ユニット１５０の冷却風の向きを調整するためのものである。図１ａを見ると、風向調整板１５５は装置を対角線に仕切っている。さらに風向調整板１５６がどうように個別のファン毎に仕切っている。これにより、装置前面の冷却ユニット１５０ａの冷却風は装置内部を正面から見て右側に流れることが分かる。

さらに、装置内部の側面に回り込むようにして風向調整板１５５、１５６は冷却風の通り道を仕切っている。これにより装置前面の冷却ユニット１５０ａの冷却風は、装置右側側面にほぼ均等に流れ込む。

また、装置背面の冷却ユニット１５０ｂの冷却風の通り道も同様に仕切られており、装置正面からみた左側に回り込むようにして風向調整板１５５，１５６が配置されている。

こうすることで、装置前面からの冷却風は装置右側側面を経由し、回路基盤１２０の間を縫って、反対側の装置左側側面を経由して、装置背面の冷却ユニット１５０ｂのある場所から排気される。このように風向調整板１５５，１５６を配置することにより装置全体をくまなく冷却可能である。尚、風向調整板１５５，１５６の配置は必ずしも図１のようにする必要はなく、ファンを均等に仕切る必要もなく、図１の個数でなければならないというわけではない。装置前面から装置側面を経由して、装置背面にでるように配置すればよい。

エアフィルタ１７０は、装置前面もしくは背面の冷却ファン１５０のいずれか吸気をするほうに取り付ける。これにより、粉塵が装置内に入り込むことを抑制し、装置の信頼性を高めることができる。図１のような冷却ユニット１５０と風向調整板１５５，１５６の配置により、従来難しかった横置きの装置構成でもエアフィルタ１７０を取り付けることが可能となっている。

図２ａには、外部インターフェースコネクタ１２２を搭載した、回路基板ユニット１２０と中継用回路基板１３０と電源ユニット１４０の平面図を示している。以下、例として回路基板ユニット１２０ａを基に説明する。図２ａに示すように、回路基板ユニット１２０ａは、中継用回路基板１３０との接続のための基板ユニット側コネクタ１２４と、外部インターフェースとの接続のための外部インターフェースコネクタ１２２、を有している。外部インターフェースコネクタ１２２は、回路基板ユニット１２０ａの前面側の縁に配置されている。

一方、基板ユニット側コネクタ１２４は、回路基板ユニット１２０ａの後面側の縁に配置されており、中継用回路基板側コネクタ１３４と接続される。なお、回路基板ユニット１２０ａと、電源ユニット１４０の左右のエリアは、右側が前面側の冷却ユニット１５０から送られた冷却風の通風路１２８であり、左側は、回路基板ユニット１２０ａと電源ユニット１４０を通過して流れてきた冷却風が、後面側の冷却ユニット１５０へ向かう通風路１２８としている。また通風路１２８は、風向調整板１２６で分離されている。

図２ｂには、電子装置１００における筐体１１０の上段部分の冷却ユニット１５０と風向調整板１５５と風向調整板１５６のエリアの平面図を示しており、図２ｃには、各ユニットの全構成を側面から見た状態の図を示している。図２ｂで示すように、冷却ユニット１５０は、冷却のための風を強制的に流すためのファンをケース型ユニットに、複数を並列に配置した構造であり、この冷却ユニット１５０は、筐体１１０の前面側と後面側に平行に配置してある。また、この冷却ユニット１５０の送風の向きは、前面側の冷却ユニット１５０では、外面側から入り、後面側の冷却ユニット１５０では、外面側へ排出する方向である。また、冷却ユニット１５０に対する給電および制御は、中継用回路基板１３０と中継用ケーブル１３５を介して、電源ユニット１４０および第２の回路基板ユニット１２０より実行される。

また、このエリアには、前面の左側から右斜め方向に配置した風向調整板１５５と風向調整板１５６を設置してある。風向調整板１５５は、吸気側の冷却ユニット１５０と排気側の冷却ユニット１５０を分離する配置であるとともに、風向調整板１５６と連携して、左側の通風口１５８のエリアに冷却風を誘導する構造をとる。

この前面側の冷却ユニット１５０から強制的に送られた冷却風は、風向調整板１５５と風向調整板１５６により右側に誘導され、右端の通風口１５８のエリアを、上下方向を通じて回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０に送られ、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０の冷却を実行する。回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０に送られた冷却風は、前面側から見て左横方向に流れ、左端にでた冷却風は、左端の通風口１５８のエリアを、上下方向を通じて流れ、風向調整板１５６で後面側に誘導され、後面側に配置された冷却ユニット１５０によって引っ張られて排気される。

また、図２ｃに電子装置１００の側面断面図を示す。図２ｃによると、風向調整用板１２６は、筐体１１０の左右端の通風路１２８のエリアにおいて分離する構造をとっており、回路基板ユニット１２０の前面側半分と後面側半分、電源ユニット１４０への送風を安定的に行っている。

なお、図２ｂの図においては、筐体１１０の上段部分についての図であるが、下段部分については、天地逆の構成となっている。

以上説明したように、本実施例の電子装置１００では、回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０を対面で水平配置したことにより、電子装置１００の高さを最小限に抑えることができるとともに、回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０の数量を上下方向に増減することで、拡張性の高い電子装置とすることができる。

一方、電子装置１００の上下のエリアに配置した冷却ユニット１５０においては、独立して配置できるため、保守性が向上すると共に、ファンを２列に配置できるスペースを確保できていることから、冷却性能向上の自由度が高く、また、前後面に２式配置してあることから１式故障した場合の耐障害性も向上している。また、冷却ユニット１５０の前面に防塵のためのエアフィルタ１７０の配置が可能となるため、電子装置１００、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０、冷却ユニット１５０の部品信頼性を向上することができる。

さらに、風向調整板１５５を設置することにより、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０の温められた排気風が、吸気側に回り込むことを抑制し、吸気側温度の上昇を防止することができることから、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０、の信頼性向上につながっている。さらに、冷却風の流れを、電子装置１００の前面から後面とすることができるため、１９インチの標準規格のラックに搭載した場合にも、他の電子装置の冷却風の影響を最小限に抑えることができる。

さらに、電子装置１００の前面より吸気した冷却風を、風向調整板１５６により回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０へ誘導し、流れる冷却風を均一にすることで、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０を効率的に冷却することができるため、冷却信頼性を向上することができるとともに、回路基板ユニット１２０の厚みを最小限にすることができる。

また、電子装置１００に対する冷却風を、回路基板ユニット１２０、電源ユニット１４０に均一に且つ効率よく送ることができため、性能向上のための高発熱の半導体素子を搭載する場合においても、冷却信頼性を確保しつつ、前後エアフロー構造を実現でき、さらにエアフィルタ１７０の装着が可能となり、部品信頼性の向上にも寄与し、かつ、装置の高さを抑制することが可能となる
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施例では、冷却ユニット１５０と風向調整板１５５と風向調整板１５６を、電子装置１００の上段と下段に配置しているが、下段、中段もしくは中段、上段、としてもよい。あるいは、上段、中段、下段としてもよい。

図３には、この状態における電子装置１００の後面側斜視図を示しており、図３に示すように、電子装置１００は、筐体１１０の内部の、上段、中段、下段の前後に、複数の冷却ユニット１５０と風向調整板１５５と風向調整板１５６を有している。

上段、下段においては、図１ａ、図１ｂと同様の状態であるが、中段においては、図３に示すように、中継用回路基板１３０の任意の部分に通風口１３８を開けることで、上段、下段と同様の冷却風の流れを実現することができる。

なお、図３では、実際には、筐体１１０の内部に設置されて外からは見えない電子装置１００の構成要素も示している。また上段部分の電源ユニット１４０は省略してある。また、図３では、中段の冷却ユニット１５０が取り外されており、電子装置１００内に設置されている中継用回路基板１３０の様子を示している。

また、上記実施例では、冷却ユニット１５０を電子装置１００の吸気側と排気側に設けているが、吸気側に直列に２段配置とし、排気側には配置しなくてもよい。または、その逆でもよい。また、背面の冷却ユニット１５０で吸気し、前面の冷却ユニットで排気してもよい。

また、上記実施例では、風向調整板１５６には穴は開いていないが、風量調整のための穴を複数設けてもよい。

また、上記実施例では、風向調整機能の構造を、風向調整板１５５と複数の風向調整板１５６で構成しているが、風向調整板１５５のみでもかまわない。

また、上記実施例では、冷却ユニット１５０のファンを軸流ファンとしているが、遠心形ブロワーファンとしてかまわない。

また、上記実施例では、前面側を回路基板ユニット１２０、後面側を電源ユニット１４０としているが、前後逆でもかまわない。

また、上記実施例では、前面側を吸気側、後面側を排気側として、回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０の冷却風の流れを右側から左側への流れとしているが、流れを逆としてもかまわない。さらに、前面側を吸気側として、回路基板ユニット１２０と電源ユニット１４０の右側より冷却風を送り込んでいるが、左側から送り込めるよう、風向調整板１５５と風向調整板１５６の配置を変更するでもかまわない。

１００・・・電子装置
１１０・・・筐体
１２０・・・回路基板ユニット
１２２・・・外部インターフェースコネクタ
１２４・・・回路基板ユニット側コネクタ
１２６・・・風向調整板
１２８・・・通風路
１３０・・・中継用回路基板
１３４・・・中継用回路基板側コネクタ
１３５・・・中継用ケーブル
１３８・・・通風口
１４０・・・電源ユニット
１５０・・・冷却ユニット
１５５・・・風向調整板
１５６・・・風向調整板
１５８・・・通風口
１７０・・・エアフィルタ
２００・・・ラック
２０１・・・ラックの側板

Claims

ネットワーク装置であって、
複数の回路基盤と、
前記複数の回路基盤を接続する中継用回路基盤と、
冷却用ファンと、
電源ユニットと、
風向調整部品を内臓し、
前記中継用回路基盤の前面に前記複数の回路基盤を接続し、
前記中継用回路基盤の背面に前記電源ユニットを配置し、
前記冷却用ファンを前記ネットワーク装置の前面で、前記複数の回路基盤の間または上下のいずれかに配置し、
前記風向調整部品を前記ネットワーク装置前面から見て、前記冷却用ファンの後方に左右いずれかに傾斜を持たせて配置することを特徴とするネットワーク装置。
請求項１記載のネットワーク装置であって、
前記風向調整部品は複数設置可能であることを特徴とするネットワーク装置。
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
前記風向調整部品は前記ネットワーク装置の内部側面に回りこむ形で配置可能であることを特徴とするネットワーク装置。
前記３に記載のネットワーク装置であって、
前記風向調整部品は、前記ネットワーク装置の前面に配置された前記冷却ファンの送風を装置内部側面に回りこませ、逆側の装置内部側面から後方の排気口へ排出するように、前記ネットワーク装置前面から見て前記冷却用ファンの後方、および、前記ネットワーク装置の内部側面左右に配置されることを特徴とするネットワーク装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載のネットワーク装置であって、
前記風向調整部品は着脱可能であることを特徴とするネットワーク装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載のネットワーク装置であって、
前記冷却用ファンの前面にフィルターを設置可能であることを特徴とするネットワーク装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載のネットワーク装置であって、
前記冷却用ファンは、前記ネットワーク装置の前面から見て前記中継用回路基盤の後方にも配置可能であることを特徴とするネットワーク装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載のネットワーク装置であって、
前記冷却用ファンは、着脱可能であることを特徴とするネットワーク装置。
請求項１乃至８のいずれかに記載のネットワーク装置であって、
前記冷却用ファンは、複数設置可能であることを特徴とするネットワーク装置。