JP2012256740A

JP2012256740A - 電子機器

Info

Publication number: JP2012256740A
Application number: JP2011129218A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Saito; 清和斎藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】空冷筐体において、シャーシ内部での冷却空気の漏洩を防止するとともにシャーシの構造を簡素化し、電子回路モジュールの保持構造を改善することにより、低コストで耐熱性の優れた電子機器を得る。
【解決手段】マザーボードの下方に設けた分配器に空気流路を設けて、電子回路モジュールの着脱方向と分配器に接続される流路の方向を同一方向としたことにより、シャーシ内部での冷却空気の漏洩を防止するとともに、電子回路モジュールを収納するシャーシ構造の簡素化を図り、低コスト化で耐熱性に優れた電子機器を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、シャーシに収納される多数のプリント基板に実装される電子回路部品を間接的に冷却する電子機器に関するものである。

供給される温度、湿度、ほこり、塵等が管理できない環境下に設置され、かつ高い冷却性能が求められる電子機器においては、ほこり、塵、水分等による信頼性の低下を防ぎ、発熱密度の増加に対応できる冷却方式として、電子回路部品に冷却空気を直接吹き付けることなく放熱する間接冷却方式が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この種の間接冷却方式を用いた従来の電子機器について、図を用いて説明する。
図８は、従来の電子機器および冷却装置の構成を示す外観図、図９は図８における断面ＡＡを示す図、図１０は図８における断面ＢＢを示す図である。図において、電子回路モジュール１は、一般にはヒートデシペータモジュールと称されている、放熱効果に優れた間接冷却方式を採用している。電子回路モジュール１は、コネクタ９と、熱交換器６と、熱交換器６の両面に設けられた電子回路部品７（例えばＩＣまたはＬＳＩ）を実装したプリント基板８とによって構成される。熱交換器６は、アルミニウム合金からなる金属薄膜を波状に成形して冷却フィン２を形成し、冷却フィン２の上下端にスペーサ３を設け、冷却フィン２およびスペーサ３の両面に、アルミニウム合金の矩形金属薄板からなるスキン４をロウ付けまたは接着により接合し、通風ダクト５を成形して構成される。シャーシ１０は電子回路モジュール１を収納するための箱状のケースを構成し、上面には上記電子回路モジュール１を着脱するための開口部１１を有し、背面には冷却空気１２を上記シャーシ１０内部に取り込むための供給口１３が設けられている。箱状の第１のエアープレナム１４は供給口１３をシャーシ１０の内側から覆う。箱状の第２のエアープレナム１５はシャーシ１０の内側に第１のエアープレナム１４と直角をなすように設けられて、第２のエアープレナム１４と連通して空気流路１６を形成している。箱状の第３のエアープレナム１７は第２のエアープレナム１５と相対するようにシャーシ１０の内側に設けられている。また、第２のエアープレナム１５および第３のエアープレナム１７の向かい合った面には、それぞれ相対した通気口１８が設けられている。マザーボード１９はコネクタ座２０を有し、シャーシ１０の下部に第１のエアープレナム１４、第２のエアープレナム１５および第３のエアープレナム１７と直角をなすようにねじ等により固定されている。ガイドブロック２１は通風口１８を覆うように上記第２のエアープレナム１５および上記第３のエアープレナム１７に接着され、電子回路モジュール１の挿抜方向と同一方向に形成されて、その挿抜方向がシャーシ１０の開口部１１と直角になるように配置される。ガイドブロック２１は、上部を挿入口２２とするガイド溝２３と、通風口１８から電子回路モジュール１それぞれに均等に冷却空気１２を供給するために空気抵抗を調整するオリフィス２４が設けられている。カバー２５はシャーシ１０の開口部１１を覆い、シャーシ１０に対し周辺部でねじ等により固定されている。

ここで、上記電子回路モジュール１はその両端のシールラバー２６が、シャーシ１０の第２のエアープレナム１５および第３のエアープレナム１７に設けられているガイドブロック２１のガイド溝２３に沿って上記シャーシ１０内に挿入され、マザーボード１９上のコネクタ座２０と上記電子回路モジュール１のコネクタ９が係合するようになっている。さらにカバー２５を取り外すことにより上方（図８におけるＣ方向）に着脱することができる。また上記シャーシ１０に供給される冷却空気１２は、機体から外部ダクト２７を介して供給口１３から供給され、第１のエアープレナム１４と上記第２のエアープレナム１５にて形成された空気流路１６内を流れ、上記第２のエアープレナム１５に設けられた通風口１８からガイドブロック２１のオリフィス２４を通り、上記電子回路モジュール１の通風ダクト５へと導かれる。この時、上記電子回路モジュール１の電子回路部品７から発生する熱は、プリント基板８を介してスキン４および冷却フィン２へと伝導された後、上記通風ダクト５内を流れる上記冷却空気１２に放熱される。暖められた上記冷却空気１２は、上記第３のエアープレナム１５に設けられたガイドブロック２１のオリフィス２４、通風口１８を通り、最終的には上記シャーシ１０に設けられた排気口２８から電子機器外部へと排出されている。したがって、上記電子回路部品７には直接冷却空気を吹き付けることなく上記電子回路部品７の冷却が可能であり、さらに上記通風ダクト５内には上記冷却フィン２が設けられていることから、上記電子回路部品７の発熱は、直下の上記通風ダクト５に流れる上記冷却空気１２に最短経路で熱伝達し、放熱される。

特開平７−１３１１７３号公報

上記のような従来の電子機器においては次のような問題点があった。
電子回路モジュール１をシャーシ１０から着脱する場合、シャーシ１０内部のガイドブロック２１に設けられたガイド溝２３内を、電子回路モジュール１におけるシールラバー２６がスライドする。このため、ガイド溝２３と電子回路モジュール１のシールラバー２６との間には機械的な隙間を設けなければならない。しかしながら、ガイド溝２３と電子回路モジュール１のシールラバー２６との間に隙間を設け、電子回路モジュール１をシャーシ１０内部に収納した場合、ガイドブロック２１のオリフィス２４から電子回路モジュール１の通風ダクト５に流れ込む冷却空気１２が、この隙間からシャーシ１０内部に漏洩し通風ダクト５内に供給される冷却空気１２の流量が減少することになる。その結果として、電子回路モジュール１の冷却効率が低下してしまう問題点があった。

また、電子機器が厳しい環境条件下に設置された場合には、シャーシ１０内部に冷却空気１２が漏洩すると、電子回路部品７に直接冷却空気を吹き付けることになり、冷却空気１２中に浮遊しているほこり、塵、水分等が電子回路部品７に付着し、その付着した部分が腐食し、絶縁破壊する虞が生じる。

また、モジュールの挿抜方向に直行する冷却空気流路に対して、すきまやがたつきを解消するために精度の高い加工と位置決め治具を用いた組立作業を行うと、コストがかかるという問題点があった。

さらに、各電子回路モジュールに等しく冷却空気を配分するために、開口寸法の異なるオリフィスを用いて流量を調整する必要があるという問題点があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、電子回路モジュールの保持構造を改善することで、シャーシ内部での冷却空気の漏洩を防止するとともにシャーシの構造を簡素化し、低コストで耐熱性の高い電子機器を得ることを目的とする。

この発明による電子機器は、内部空気流路が形成された熱交換器と、上記熱交換器に取り付けられたプリント基板と、上記熱交換器の端部に設けられ、上記プリント基板に接続されたコネクタと、上記熱交換器の上記端部に設けられ、上記コネクタが挿抜される方向に空気を流す通気口と、備えた複数の電子回路モジュールと、上記各電子回路モジュールの通気口にそれぞれ嵌合する複数の通風口と、供給口と、当該供給口から各通風口に分配される複数の空気流路の形成された分配器と、上記各電子回路モジュールと分配器の間に設けられ、上記各電子回路モジュールのコネクタが嵌合するマザーボードと、上記電子回路モジュールが収納され、上記分配器の供給口に外部から空気が供給される吸気口が設けられたシャーシと、を備えたものである。

この発明によれば、電子回路モジュールにおけるマザーボード接続コネクタの着脱方向に冷却空気流路の接続口を設け、当該接続口を空気流路の形成された分配器に連通させることにより、シャーシ内部での冷却空気の漏洩を防ぐとともに、シャーシの構造の簡素化を図り、より低コストで耐熱性に優れた電子機器を得ることができる。

実施の形態１、２による電子機器およびその冷却装置の構成を示す図である。実施の形態１による電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図１のＡＡ断面図である。実施の形態１による電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図１のＢＢ断面図である。実施の形態１による電子機器およびその冷却装置における、マザーボードと分配器の構成を示す図である。実施の形態２による電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図１のＡＡ断面図である。実施の形態２による電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図１のＢＢ断面図である。実施の形態２による電子機器およびその冷却装置における、マザーボードと分配器の構成を示す図である。従来の電子機器およびその冷却装置の構成を示す図である。従来の電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図８のＡＡ断面図である。従来の電子機器およびその冷却装置の構成を示す、図８のＢＢ断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による電子機器およびその冷却装置の構成を示す図である。図２は図１における断面AAを示す図である。図３は図1における断面BBを示す図である。図４は図２、３におけるマザーボード３４と分配器２９の外観を示す図である。なお、図１乃至４の符号２、４〜９、１１、１２、１３は、従来の電子機器と同一もしくは同一相当のものである。

図において、実施の形態１による電子機器は、箱状のシャーシ３９と、シャーシ３９に収納される複数の電子回路モジュール３５と、シャーシ３９の内部底面に設けられた分配器２９と、カバー４１を備えて構成される。シャーシ３９は電子回路モジュール１を収納するための箱状のケースを構成し、上面には上記電子回路モジュール１を着脱するための開口部１１を有し、背面には冷却空気１２をシャーシ３９内部に取り込むための供給口１３が設けられている。また、シャーシ３９には外部ダクト２７が取り付けられる。外部ダクト２７は、端部の吸気口の口金が気密性を保持した状態で、シャーシ３９の外壁に設けられた穿孔５０を貫通して、分配器２９の供給口１３に直接接続される。

分配器２９は、板状部材からなり、内部にエアープレナム３２により区画されたトーナメント型の空気流路３３が形成される。また、分配器２９は、側面に設けられて空気流路３３に連通する少なくとも１つの供給口１３と、上面から突出した複数のシールラバー３０にそれぞれ設けられた通風口３１を備える。シールラバー３０は、通風口３１に面した突出部の壁面を覆い囲むように、分配器２９に取り付けられている。分配器２９は、供給口１３から流入した冷却空気１２を空気流路３３経由で各通風口３１に分配し、各通風口３１から冷却空気１２を噴出する。マザーボード３４は、分配器２９におけるシールラバー３０の設けられた突出部が貫通する切り欠き穴４３と、ボード上面から突出したコネクタ座２０が設けられる。

電子回路モジュール３５は、ヒートデシペータによる間接冷却方式の電子回路モジュールである。電子回路モジュール３５は、マザーボード３４のコネクタ座２０に嵌合するコネクタ９と、熱交換器６と、熱交換器６の両面を挟むように設けられたプリント基板８によって構成される。プリント基板８は、電子回路部品７（例えばＩＣまたはＬＳＩ）が実装されている。コネクタ９は信号線によってプリント基板８に電気的に接続されている。熱交換器６は、冷却フィン２とスキン４から構成される。冷却フィン２は、アルミニウム合金等の熱伝導性の良い金属薄膜を波状に成形して形成され、冷却フィン２の側面にはスペーサが設けられている。冷却フィン２の両面に、アルミニウム合金の矩形金属薄板からなるスキン４をロウ付けまたは接着により接合することによって、空気流路をなす通風ダクト５が成形される。電子回路モジュール３５は、下端にコネクタ９および１つの吸気口３６が設けられ、上端に吸気口３６に連通する通風ダクト５の開口が設けられている。熱交換器６における冷却フィン２の左右側端のスペーサには、金属部材からなるカードリテーナ３８が取り付けられる。カードリテーナ３８は、溝内に保持するためのねじやクランプが設けられている。また、熱交換器６両面のプリント基板８は、スペーサの備える信号伝送用プリント基板（図示せず）や、冷却フィン２を刳り貫いて設けられる信号線またはコネクタ（図示せず）によって、電気信号が授受される。

シャーシ３９は、上面に電子回路モジュール３５を着脱するための開口部１１が設けられる。また、シャーシ３９は、側壁の内側に金属からなるカードスロット４０が設けられている。カードスロット４０は、電子回路モジュールを保持、固定するための溝４２が設けられる。カバー４１は、シャーシ３９の開口部１１を覆い、周辺部のねじ等によりシャーシ３９に固定される。また、カバー４１は、電子回路モジュール３５の通風ダクト５を流れる冷却空気１２を排気するための排気口３７が設けられる。分配器２９とマザーボード３４はねじ等でシャーシ３９の内部底面に固定される。このとき、分配器２９におけるシールラバー３０の設けられた突出部は、マザーボード３４の切り欠き穴４３を貫通してマザーボード３４の上面から突出する。また、マザーボード３４から突出したシールラバー３０は、その通風口３１の内周面側が直接電子回路モジュール３５の吸気口３６の設けられた突出部外周に嵌合される。

上記のように構成された電子機器において、電子回路モジュール３５の熱交換器６と、分配器２９と、カバー４１の排気口３７と、シャーシ３９の穿孔５０と、外部ダクト２７は、冷却装置を構成する。この電子機器の冷却装置は、以下のように動作する。

電子回路モジュール３５をシャーシ３９に挿入するときは、シャーシ３９のカードスロット４０に設けられた溝４２にカードリテーナ３８を挿入し、コネクタ９をコネクタ座２０に嵌め込んで、電子回路モジュール３５をマザーボード３４に接続する。また同時に、電子回路モジュール３５の吸気口３６の設けられた突出部外周を、マザーボード３４の上面から突出している通風口３１に面したシールラバー３０に嵌合させる。この状態で、カードリテーナ３８に設けられたねじやクランプを可動してカードリテーナ３８を溝４２に密着させ、カバー４１をシャーシ３９に取り付けることで、電子回路モジュール３５は溝４２内に保持される。
なお、電子回路モジュール３５をシャーシ３９から抜去するときは、シャーシ３９からカバー４１を取り外し、カードリテーナ３８に設けられたねじやクランプを可動してカードリテーナ３８の溝４２への密着を解除することで、シャーシ３９のカードスロット４０から、カードリテーナ３８を抜き出すことができる。

電子回路モジュール３５の吸気口３６を分配器２９のシールラバー３０に嵌合させると、外部ダクト２７から分配器２９の供給口１３に流入した冷却空気１２は、分配器２９の空気流路３３に沿って各通風口３１に分配され、各通風口３１から電子回路モジュール３５の吸気口３６に流入する。電子回路モジュール３５の吸気口３６に流入した冷却空気１２は、熱交換器６の通風ダクト５内を通過し、通風ダクト５の上端からカバー４１の排気口３７を介してシャーシ３９の外部に噴出する。このようにして、外部ダクト２７から分配器２９に流入した冷却空気１２は、シャーシ３９内部に漏洩することなく、電子回路モジュール３５の熱交換器６を通過して、シャーシ３９外部に排出することとなる。また、電子回路モジュール３５の熱交換器６においては、電子回路部品７で発生した熱が、プリント基板８を媒介して冷却フィン２へと伝導された後、通風ダクト５内を流れる冷却空気１２に伝達され、冷却空気１２を媒介として、排気口２７からシャーシ３９の外部に放熱される。

以上説明した通り、この実施の形態１による電子機器は、内部空気流路である通気ダクト５が形成された熱交換器６と、熱交換器６の端面に取り付けられたプリント基板８と、熱交換器６の端部に設けられ、プリント基板８に接続されたコネクタ９と、熱交換器６の端部に設けられ、コネクタ９が挿抜される方向に空気を流す吸気口３６（通気口）と、を備えた複数の電子回路モジュール３５と、各電子回路モジュール３５の吸気口３６（通気口）にそれぞれ嵌合する複数の通風口３１と、供給口１３と、供給口１３から各通風口３１に分配される複数の空気流路３３の形成された分配器２９と、各電子回路モジュール３５と分配器２９の間に設けられ、各電子回路モジュール３５のコネクタ９が嵌合するマザーボード３４と、電子回路モジュール３５が収納され、分配器２９の供給口１３に外部から空気が供給される外部ダクト２７（吸気口）が設けられたシャーシ１０と、を備えた電子機器を特徴とする。また、マザーボード３４は、分配器２９の通風口３１が設けられた突出部が貫通する切り欠き４３が形成される。また、突出部における通風口３１は、シールラバー３０が設けられる。

かくして、電子回路モジュール３５の吸気口３６が嵌合する分配器２９のシールラバー３０の設けられた通風口３１を、コネクタが挿抜されるモジュールの着脱方向（図１におけるＣ方向）を向くように配置したことにより、コネクタ９と同時にシールラバー３０が挿抜され、冷却空気１２がシャーシ３９内部に漏洩することを防ぐことができる。これによって、従来の電子機器で発生していたガイド溝部における冷却空気のシャーシ内部への漏洩を防止し、電子回路モジュール３５の放熱効果が向上するとともに、従来の電子機器のようにシールラバーとガイドブロックの配置関係に高い寸法精度を必要とすることなく、冷媒流路の接続構造を簡易に得ることができる。

また、電子回路モジュール３５のカードリテーナに冷媒流路を付設しなくてもいいので、カードリテーナの保持機能が安定し、耐振動性を向上させることができる。さらに、外部ダクト２７から電子回路モジュール３５までの空気流路３３が分配器２９のみに設けられていることにより、シャーシの構造がシンプルとなり低コスト化が図れる。また、分配器２９の形状を予め適切に定めれば冷却空気の流量を各電子回路モジュール３５に等しく分配することができるので、オリフィスによる流量調整を省くことができる。

以上より、分配器２９のみに空気流路３３を設けて電子回路モジュール３５の着脱方向と分配器に接続される流路の方向を同一方向としたことにより、シャーシ内部での冷却空気の漏洩の防止、電子回路モジュールの耐振性の向上、シャーシの構造の簡素化を実現し、より低コストで耐熱性に優れた電子機器を得ることができる。

また、電子回路モジュール３５を、カードリテーナ３８を用いてシャーシ３９のカードスロット４０に設けられた溝４２に密着させることにより、保持機能が安定し、ガイドブロックとシールラバーの隙間部でのがたつきによる機械的損傷が発生しなくなると同時に、耐振性を向上させることができる。

実施の形態２．
図１は、この発明に係る実施の形態２による電子機器および冷却装置の構成を示している。図５は、図１における断面AAを示す図、図６は図1における断面BBを示す図、図７は図１におけるマザーボード３４と分配器２９の外観図である。実施の形態２による分配器２９は、実施の形態１によるマザーボード３４、および電子回路モジュール３５をさらに改良したものである。実施の形態１では、１つの吸気口３６を有する電子回路モジュール３５をシャーシ３９へ着脱するものであったが、実施の形態２では、２つの吸気口３６をコネクタ９の両側に有する電子回路モジュール３５を構成して、２つの吸気口３６をシャーシ３９へ着脱することを特徴とする。その他の構成については、実施の形態１と同一のものである。

図１、図５乃至図７において、実施の形態２による分配器２９の内側には、エアープレナム３２により区画され、中央部から図５の上下両側に分岐する２つのトーナメント型の空気流路３３が設けられており、外部ダクト２７から流入した冷却空気１２が、それぞれの電子回路モジュール３５の２つの吸気口３６に流入されるように、通風口３１が設けられている。これにより、電子回路モジュール３５の構造が左右および上下対称となるため、挿抜感が向上すると同時に、実施の形態１に比して温度分布がより一様化するなど電子回路モジュール３５の冷却作用の均質化が図られる。

上記のように構成することで、分配器２９のシールラバー３０の設けられた通風口３１と電子回路モジュール３５の吸気口３６を、モジュールの挿入方向（図１におけるＣ方向）を向くように合致させることにより、従来の電子機器で発生していたガイド溝部における冷却空気のシャーシ内部への漏洩を防止し、電子回路モジュールの放熱効果が向上するとともに、従来のシールラバーとガイドブロックのような高い寸法精度を要する冷媒流路の接続構造を解消できる。

また、電子回路モジュール３５のカードリテーナ３８により、保持機能が安定し、耐振動性を向上させることができる。さらに、外部ダクト２７から電子回路モジュール３５までの空気流路３３が分配器２９のみに設けられていることにより、シャーシ３９の構造がシンプルとなり低コスト化が図れるとともに、分配器２９の形状を適切に定めることで冷却空気の流量を各電子回路モジュール３５に等しく分配することができ、オリフィスによる流量調整を省くことができる。

以上より、分配器２９のみに空気流路３３を設けて電子回路モジュール３５の着脱方向と流路方向を同一としたことにより、シャーシ３９内部での冷却空気の漏洩の防止、電子回路モジュール３５の耐振性の向上、シャーシ３９の構造の簡素化を実現し、低コストで耐熱性に優れた電子機器およびその冷却装置を得ることができる。

２冷却フィン、４スキン、５通風ダクト、６熱交換器、７電子回路部品、８プリント基板、９コネクタ、１１開口部、１２冷却空気、１３供給口、２０コネクタ座、２７外部ダクト、２９分配器、３０シールラバー、３１通風口、３２エアープレナム、３３空気流路、３４マザーボード、３５電子回路モジュール、３６吸気口、３７排気口、３８カードリテーナ、３９シャーシ、４０カードスロット、４１カバー、４２溝、４３切り欠き穴。

Claims

内部空気流路が形成された熱交換器と、
上記熱交換器に取り付けられたプリント基板と、
上記熱交換器の端部に設けられ、上記プリント基板に接続されたコネクタと、
上記熱交換器の上記端部に設けられ、上記コネクタが挿抜される方向に空気を流す通気口と、
を備えた複数の電子回路モジュールと、
上記各電子回路モジュールの通気口にそれぞれ嵌合する複数の通風口と、供給口と、当該供給口から各通風口に分配される複数の空気流路の形成された分配器と、
上記各電子回路モジュールと分配器の間に設けられ、上記各電子回路モジュールのコネクタが嵌合するマザーボードと、
上記電子回路モジュールが収納され、上記分配器の供給口に外部から空気が供給される吸気口が設けられたシャーシと、
を備えた電子機器。
上記マザーボードは、上記分配器の通風口が設けられた突出部が貫通する切り欠きが形成されたことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
上記通風口はシールラバーが設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子機器。
上記通気口は上記コネクタを跨ぐ両側に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子機器。