JP2014225612A

JP2014225612A - 基板モジュールの冷却構造

Info

Publication number: JP2014225612A
Application number: JP2013105054A
Authority: JP
Inventors: 常男藤沼; Tsuneo Fujinuma
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-12-04

Abstract

【課題】本発明は、簡単な構成で筐体内に収容された基板モジュールを効率良く冷却することが可能な基板モジュールの冷却構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による基板モジュールの冷却構造は、基板モジュール１０２の両側端部を挟持し基板モジュール１０２を収容する方向に摺動可能なようにスロットごとに形成されたレール１０９と、レール１０９に沿ってスロットごとに形成された吸気孔１０７とを有する筐体１０１と、基板モジュール１０２と当接可能に形成されたレバー１１１を有し基板モジュール１０２の摺動に連動して摺動可能に設置され吸気孔１０７を開閉するシャッター１１０とを備え、基板モジュール１０２をスロットに収容するときに、吸気孔１０７は、基板モジュール１０２がレバー１１１に当接してシャッター１１０が摺動することに応じて開口し吸気孔１０７から基板モジュール１０２へのエアフローが形成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板モジュールの冷却構造に関する。例えば、ユーザーオプションの基板モジュールである入出力基板（以下、単に基板モジュールという）を有するディスプレイ装置など、ユーザーによって組み合わせが異なる基板モジュールを搭載する装置の筐体内部における基板モジュールの冷却構造に関する。

近年、映像伝送の方式がアナログ伝送だけでなくデジタル伝送のインターフェイスが提供されるようになり、その形状もＤＶＩ（Digital Visual Interface）、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標）、ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔなど、様々な形状のインターフェイスが市場に存在する。例えば、ディスプレイ装置では、ユーザーオプションの基板モジュールを搭載してユーザーが使用するインターフェイスに対応させることや、入出力する映像信号の種類および数に応じて基板モジュールの搭載数を変更することを可能としている。

従来、上記のような装置の筐体内部には、任意の基板モジュールを装着するためのスロットが複数設けられている。各スロットには、基板モジュールの端部を支持するレールがバックプレーンに対して垂直方向に設けられ、基板モジュールをレールに沿って筐体内に挿入（収容）することによってバックプレーンと接続される。

また、筐体には、基板モジュールを空気によって冷却（空冷）するための冷却ファンと、各スロットに対応する吸気孔とが設けられている。冷却ファンを駆動させることによって吸気孔から空気を吸入して基板モジュールを冷却し、冷却後の空気を筐体の排気口から外部に排出するエアフローを形成する（例えば、特許文献１参照）。

また、各スロットに対応して設けられた吸気孔にシャッターを設け、基板モジュールが挿入されたスロットに対応した吸気孔のみを開口したり、基板モジュールの熱量に応じてシャッターによる吸気孔の開口の程度を調整したりすることによって冷却効率を向上させている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２５２７５８号公報国際公開第２００１／１３５７１５号

従来のシャッター構造は、ラックマウント用のサーバーなどの大型機器ではその筐体内のスペースに組み込むことができるが、ディスプレイ装置などスペースが限られた筐体では組み込むことが難しい。また、従来のシャッター構造は、複雑で部品数が多く、ディスプレイ装置に組み込んだとしてもコストがかかるという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で筐体内に収容された基板モジュールを効率良く冷却することが可能な基板モジュールの冷却構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による基板モジュールの冷却構造は、基板モジュールの冷却構造であって、少なくとも１つ以上の基板モジュールを個々に収容可能に設けられた少なくとも１つ以上のスロットと、基板モジュールの両側端部を挟持し、基板モジュールを収容する方向に摺動可能なようにスロットごとに形成された第１のレールと、第１のレールに沿ってスロットごとに形成された開口部とを有する筐体と、基板モジュールと当接可能に形成された突起部を有し、基板モジュールの摺動に連動して摺動可能に設置され、開口部を開閉するシャッターとを備え、基板モジュールをスロットに収容するときに、開口部は、基板モジュールが突起部に当接してシャッターが摺動することに応じて開口し、開口部から基板モジュールへのエアフローが形成されることを特徴とする。

本発明によると、基板モジュールの冷却構造であって、少なくとも１つ以上の基板モジュールを個々に収容可能に設けられた少なくとも１つ以上のスロットと、基板モジュールの両側端部を挟持し、基板モジュールを収容する方向に摺動可能なようにスロットごとに形成された第１のレールと、第１のレールに沿ってスロットごとに形成された開口部とを有する筐体と、基板モジュールと当接可能に形成された突起部を有し、基板モジュールの摺動に連動して摺動可能に設置され、開口部を開閉するシャッターとを備え、基板モジュールをスロットに収容するときに、開口部は、基板モジュールが突起部に当接してシャッターが摺動することに応じて開口し、開口部から基板モジュールへのエアフローが形成されるため、簡単な構成で筐体内に収容された基板モジュールを効率良く冷却することが可能となる。

本発明の実施の形態による基板モジュールの冷却構造の外観の一例を示す図である。図１に示す基板モジュールの冷却構造の分解斜視図である。本発明の実施の形態による筐体内のエアフローの一例を示す図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の内側から見たときの一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の外側から見たときの一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の上方から見たときの一例を示す断面図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の内側から見たときの他の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の外側から見たときの他の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の上方から見たときの他の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の内側から見たときの他の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の外側から見たときの他の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態による吸気孔付近を筐体の上方から見たときの他の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態による基板モジュールのレバーとの当接部の形状の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

図１は、本発明の実施の形態による基板モジュール１０２，１０３の冷却構造の外観の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す基板モジュール１０２，１０３の冷却構造の分解斜視図である。

なお、本実施の形態において、図１，２に示す基板モジュール１０２，１０３の冷却構造は、ディスプレイ装置の信号処理ブロックであるものとして説明する。ディスプレイ装置の信号処理ブロックは、ディスプレイ装置の映像表示部分と接続して使用される。

図２に示すように、基板モジュール１０２，１０３は、外部からの配線と接続することが可能である。基板モジュール１０２，１０３には、信号処理等を行う電子部品が搭載されており、適度な冷却が必要である。

また、基板モジュール１０２，１０３は、筐体１０１の前後方向に直線状に複数個配置されたレール１０９（第１のレール）によって筐体１０１内に案内され、バックプレーン１０４に設けられたコネクタと接続される。

以下では、レール１０９と、バックプレーン１０４に設けられたコネクタとで形成される、基板モジュールを収容するためのスペースのことをスロットという。すなわち、スロットは、少なくとも１つ以上の基板モジュール１０２，１０３を個々に収容可能に少なくとも１つ以上設けられている。また、レール１０９は、基板モジュール１０２，１０３の両側端部を挟持し、基板モジュール１０２，１０３を収容する方向に摺動可能なようにスロットごとに形成されている。

筐体１０１は、前面側から基板モジュール１０２，１０３を複数搭載することが可能なバックプレーン１０４を設けている。また、基板モジュール１０２，１０３を空冷するために冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが設けられている。バックプレーン１０４および冷却ファン１０６ａ，１０６ｂには、筐体１０１の下部に設けられた電源ユニット（図示せず）から電源が供給される。

冷却ファン１０６ａ，１０６ｂは、筐体１０１の側面に配置された冷却ファンユニットホルダ１０５上に並んで備えられている。冷却ファン１０６ａ，１０６ｂを駆動させることによって吸気孔１０７（開口部）から空気を取り入れ、当該空気は基板モジュール１０２，１０３、および筐体１０１の後部に設けられたダクト１０８を通過し、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂから排出される。このように形成された一連の空気の流れを、以下ではエアフローという。冷却ファン１０６ａ，１０６ｂは、エアフローを強制的に形成している。図３は、筐体１０１内のエアフローの一例を示している。また、吸気孔１０７は、レール１０９に沿ってスロットごとに形成されている。

図４は、吸気孔１０７付近を筐体１０１の内側から見たときの一例を示す斜視図である。また、図５は、吸気孔１０７付近を筐体の外側から見たときの一例を示す斜視図である。また、図６は、図５を上方から見たときの断面図を示している。

図４，５に示すように、レール１０９に沿ってスロットごとにレール１１３（第２のレール）が設けられている。

シャッター１１０は、レール１１３に摺動可能に設置され、かつレール１０９から筐体１０１の内側に突出するように形成されたレバー１１１（突起部）を有している。

また、シャッター１１０は、スプリング１１２によって筐体１０１の前面方向に付勢されている。図５，６では、シャッター１１０がスプリング１１２によって筐体１０１の前面方向に付勢され、シャッター１１０によって吸気孔１０７を塞いだ状態を示している。

図７は、吸気孔１０７付近を筐体１０１の内側から見たときの他の一例を示す斜視図であり、筐体１０１内に基板モジュール１０２を収容した状態を示す図である。また、図８は、図７を筐体１０１の外側から見たときの斜視図である。また、図９は、図７，８の上から４，５段目のスロットを筐体１０１の上方から見たときの断面図である。

図７〜９に示すように、基板モジュール１０２は、シャッター１１０のレバー１１１に当接したままスロットに収容され、バックプレーン１０４のコネクタに接続される。このとき、シャッター１１０は、バックプレーン１０４に向かってレール１１３を摺動し、吸気孔１０７を開口する。一方、基板モジュール１０２，１０３がスロットに収容されていない場合において、吸気孔１０７はシャッター１１０によって閉口されている。すなわち、シャッター１１０は、基板モジュール１０２，１０３の摺動に連動して摺動可能に設置され、吸気孔１０７を開閉する。具体的に、吸気孔１０７は、基板モジュール１０２，１０３がレバー１１１に当接してシャッター１１０が摺動することに応じて開閉する。

このように、基板モジュール１０２が収容されたスロットに対応する吸気孔１０７のみが開口され、基板モジュール１０３が収容されていないスロットに対応する吸気孔１０７は閉口されている。従って、スロットに収容された基板モジュール上にのみエアフローが形成され（発生し）、基板モジュールが収容されていないスロットでは空気が滞留しているため、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を必要最小限とすることができ、消費電力を低下させることが可能となる。すなわち、簡単な構成で筐体内に収容された基板モジュールを効率良く冷却することが可能となる。

また、例えば、基板モジュール１０２の発熱量よりも、基板モジュール１０３の発熱量の方が少ない場合において、基板モジュール１０２，１０３をスロットに収容したときの各々に対応する吸気孔１０７の開口の程度（開閉の程度）を調整するようにしてもよい。

図１０は、吸気孔１０７付近を筐体１０１の内側から見たときの他の一例を示す斜視図であり、筐体１０１内に基板モジュール１０２および基板モジュール１０３を収容した状態を示す図である。また、図１１は、図１０を筐体１０１の外側から見たときの斜視図である。また、図１２は、図１０，１１の上から２，３段目のスロットを筐体１０１の上方から見たときの断面図である。

図１０〜１２に示すように、発熱量が多い基板モジュール１０２が収容されるスロットに対応する吸気孔１０７の開口を、発熱量が少ない基板モジュール１０３が収容されるスロットに対応する吸気孔１０７の開口よりも大きくすることによって、基板モジュール１０３上に形成されるエアフローよりも基板モジュール１０２上に形成されるエアフローの方が大きくなる。従って、基板モジュール１０２を優先して冷却することができる。

上記のような各スロットごとの吸気孔１０７の開閉の程度は、基板モジュール１０２，１０３のレバー１１１と当接する部分の形状を異ならせることに応じて変更可能である。図１３は、基板モジュール１０２，１０３のレバー１１１との当接部の形状の一例を示す図である。図１３（ａ）は基板モジュール１０２の形状を示し、図１３（ｂ）は基板モジュール１０３の形状を示している。なお、図１３では、基板モジュール１０３の発熱量よりも基板モジュール１０２の発熱量の方が多い場合を示している。

図１３（ａ）に示すように、基板モジュール１０２のレバー１１１との当接部の寸法Ｙ１は、吸気孔１０７が全開となる寸法である（図１１，１２参照）。

また、図１３（ｂ）に示すように、基板モジュール１０３のレバー１１１との当接部の寸法Ｙ２は、吸気孔１０７が全開よりも少し閉じた状態となる寸法である（図１１参照）。

このように、基板モジュールのレバー１１１との当接部の寸法を、寸法Ｙ１以上であって、寸法Ｙ１と吸気孔１０７の全開時の寸法との和以下の範囲とすることによって、吸気孔１０７の開閉の程度を任意に設定することができる。従って、発熱量が少ない基板モジュールを収容するスロットに対応する吸気孔１０７の開口を小さくすることによって、発熱量が少ない基板モジュール上に形成されるエアフローを必要最小限とすることができ、必要以上に冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を上げる必要がなくなる。

また、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂによって強制的に空冷を行う場合は、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが故障する可能性がある。基板モジュール１０２，１０３の直近に冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが配置されている場合において、故障した冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの近傍に配置された基板モジュール１０２，１０３上にはエアフローが形成されず、基板モジュール１０２，１０３を正常に冷却することができない。

これに対して、本実施の形態では、基板モジュール１０２，１０３と冷却ファン１０６ａ，１０６ｂとの間にダクト１０８を形成し、当該ダクト１０８を介してエアフローを形成している。すなわち、基板モジュール１０２，１０３と冷却ファン１０６ａ，１０６ｂとの距離をとることによって、排気口（冷却ファン１０６ａ，１０６ｂ）にかかる静圧を均一化している。

また、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの仕様を同一とし、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが故障していない場合は、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂを仕様の定格回転数の１／２の回転数で動作させる。一方、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂのうちのいずれかが故障して停止した場合は、故障していない冷却ファンを定格回転数で動作させる。このような動作は、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂと電気的に接続され、バックプレーン１０４に設けられたマイコン（制御部）によって制御される。すなわち、マイコンは、通常動作時において冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を低回転とし、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂのうちの少なくとも１つの冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが故障した場合において、故障していない冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を項回転数とする制御を行う。なお、この場合は、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが複数存在することが前提となる。

上記のように冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を制御することによって、基板モジュール１０２，１０３上に形成されるエアフローの総量を維持することができ、基板モジュール１０２，１０３の温度上昇を防ぐことができる。

なお、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが故障していない場合において、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数が定格回転数の１／２の回転数である必要はなく、定格回転数以下であればよい。また、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂのうちのいずれかが故障して停止した場合において、故障していない冷却ファンを定格回転数で動作させる必要はなく、全ての冷却ファン１０６ａ，１０６ｂが故障していない場合における冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数よりも高くし、基板モジュール１０２，１０３を十分に冷却することができる回転数であればよい。

また、バックプレーン１０４に設けられたマイコン（制御部）によって、基板モジュール１０２，１０３の種類と搭載数（収納数）とを認識することができる。基板モジュール１０２，１０３の発熱量は、予めマイコンに記憶させておくことができる。例えば、基板モジュール１０２の発熱量を２Ｗ、基板モジュール１０３の発熱量を１Ｗとした場合において、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂに必要な最大の冷却能力は、基板モジュール１０２が全てのスロットに収容されている場合（本実施の形態では、基板モジュール１０２が６つ収納されているものとする）の発熱量である１２Ｗとなる。

このような場合において、基板モジュール１０２，１０３が収容されたスロットに対応する吸気孔１０７のみから空気を取り込んでエアフローを形成することによって、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂは必要最低限の冷却能力で動作すればよい。例えば、基板モジュール１０２を１つ（発熱量は２Ｗ）、基板モジュール１０３を４つ（合計の発熱量は４Ｗ）収容した場合における発熱量の総量は６Ｗとなる。この場合、バックプレーン１０４のマイコンによって冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を、最大の冷却能力（１２Ｗ）の５０％に制御して動作させる。すなわち、マイコンは、基板モジュール１０２，１０３ごとに生じる発熱量を記憶し、スロットに収容された基板モジュール１０２，１０３の数に応じて冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を制御する。

上記のように冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの回転数を制御することによって、冷却ファン１０６ａ，１０６ｂの消費電力と騒音とを低下させることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１筐体、１０２基板モジュール、１０３基板モジュール、１０４バックプレーン、１０５冷却ファンユニットホルダ、１０６ａ，１０６ｂ冷却ファン、１０７吸気孔、１０８ダクト、１０９レール、１１０シャッター、１１１レバー、１１２スプリング、１１３レール。

Claims

基板モジュールの冷却構造であって、
少なくとも１つ以上の前記基板モジュールを個々に収容可能に設けられた少なくとも１つ以上のスロットと、
前記基板モジュールの両側端部を挟持し、前記基板モジュールを前記収容する方向に摺動可能なように前記スロットごとに形成された第１のレールと、
前記第１のレールに沿って前記スロットごとに形成された開口部と、
を有する筐体と、
前記基板モジュールと当接可能に形成された突起部を有し、前記基板モジュールの摺動に連動して摺動可能に設置され、前記開口部を開閉するシャッターと、
を備え、
前記基板モジュールを前記スロットに収容するときに、
前記開口部は、前記基板モジュールが前記突起部に当接して前記シャッターが摺動することに応じて開口し、前記開口部から前記基板モジュールへのエアフローが形成されることを特徴とする、基板モジュールの冷却構造。
前記基板モジュールが前記スロットに収容されていない場合において、
前記開口部は、前記シャッターによって閉口されるよう前記シャッターが付勢されていることを特徴とする、請求項１に記載の基板モジュールの冷却構造。
前記第１のレールに沿って前記スロットごとに形成された第２のレールをさらに備え、
前記シャッターは、前記第２のレールに摺動可能に設置され、かつ前記第１のレールから突出して設置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の基板モジュールの冷却構造。
前記スロットごとの前記開口部の前記開閉の程度は、前記基板モジュールの前記突起部と当接する部分の形状を異ならせることに応じて変更可能であることを特徴とする、請求項３に記載の基板モジュールの冷却構造。
前記エアフローを強制的に形成する複数のファンと、
前記複数のファンおよび前記基板モジュールと電気的に接続された制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、
通常動作時において、各前記ファンの回転数を低回転数とし、
各前記ファンのうちの少なくとも１つの前記ファンが故障した場合において、故障していない前記ファンの回転数を高回転数とする制御を行うことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板モジュールの冷却構造。
前記制御部は、前記基板モジュールごとに生じる発熱量を記憶し、前記スロットに収容された前記基板モジュールの数に応じて前記ファンの回転数を制御することを特徴とする、請求項５に記載の基板モジュールの冷却構造。