JP2018073861A

JP2018073861A - 電子機器

Info

Publication number: JP2018073861A
Application number: JP2016207762A
Authority: JP
Inventors: 福永　尚美; Naomi Fukunaga; 尚美福永
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-24
Also published as: JP7087254B2; US11129304B2; US20180116075A1

Abstract

【課題】本願は、スロットの接続口に連結される被連結部が金属配管に接続されていても位置ずれを吸収できる電子機器を開示する。【解決手段】本願で開示する電子機器は、接続口を有するスロットに挿抜される電子機器であって、接続口に連結可能な被連結部と、一端が被連結部に接続され、他端が電子機器の本体に固定される波状の金属製の配管と、を備え、配管は、挿抜の方向沿いに延在する第１直線部と、第１直線部の長手方向に対して直交する方向沿いに延在する第２直線部と、を有する。【選択図】図１

Description

本願は、電子機器に関する。

電子機器には様々な冷却機構が用いられている（例えば、特許文献１−３参照）。

特開平９−１３００７５号公報特開２００２−２６１２２３号公報特開２００３−３１３９０８号公報

サーバ装置等のスロットに挿抜される電子機器には、スロットに設けられている電気コネクタに連結されるケーブルの端子や、冷媒の給排水口に連結されるカプラといった各種の被連結部が備わっていることがある。スロットへの電子機器の挿抜の際は、このような被連結部に荷重が加わる。よって、寸法公差等に起因する位置ずれがスロットの接続口と被連結部との間にあると、この荷重が定常的に被連結部へ加わる可能性がある。従って、例えば、スロットに設けられている冷媒の給排水口に連結されるカプラが金属製水冷配管に支持されている場合であれば、水冷配管は、カプラに加わる外力で多少動くことが望まれる。また、例えば、スロットに設けられている電気コネクタに連結されるケーブルの端子が金属製ケーブル用配管に支持されている場合であれば、ケーブル用配管は、端子に加わる外力で多少動くことが望まれる。

そこで、本願は、スロットの接続口に連結される被連結部が金属配管に接続されていても位置ずれを吸収できる電子機器を開示する。

本願で開示する電子機器は、接続口を有するスロットに挿抜される電子機器であって、接続口に連結可能な被連結部と、一端が被連結部に接続され、他端が電子機器の本体に固定される波状の金属製の配管と、を備え、配管は、挿抜の方向沿いに延在する第１直線部と、第１直線部の長手方向に対して直交する方向沿いに延在する第２直線部と、を有する。

上記の電子機器であれば、スロットの接続口に連結される被連結部が金属配管に接続されていても位置ずれを吸収できる。

図１は、実施形態に係る電子ユニットを示した図である。図２は、水冷カプラおよび水冷配管を拡大した図である。図３は、水冷カプラに荷重が加わった場合の水冷配管の動きを示した第１の図である。図４は、水冷カプラに荷重が加わった場合の水冷配管の動きを示した第２の図である。図５は、水冷カプラに荷重が加わった場合の水冷配管の動きを示した第３の図である。図６は、水冷カプラに荷重が加わった場合の水冷配管の動きを示した第４の図である。図７は、比較例に係る電子ユニットを示した図である。図８は、検証結果を示した表である。図９は、波状の金属配管に加わる荷重の方向を示した図である。図１０は、水冷配管に波状の金属配管を採用する場合に留意すべき箇所を示した図である。図１１は、水冷配管の第１変形例を示した図である。図１２は、水冷配管の第２変形例を示した図である。図１３は、変形例に係る電子ユニットを示した図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る電子ユニットを示した図である。実施形態に係る電子ユニット１０は、サーバ装置１のスロット２に挿抜される電子機器である。電子ユニット１０は、電子ユニット１０の本体となる基板１１を備える。基板１１は、挿入方向に向かって両側の縁がスロット２の溝３に嵌るようになっている。基板１１の挿入方向側の縁には、スロット２に設けられている電気コネクタ４に連結される電気コネクタ１２が固定されている。また、基板１１には、発熱部品を冷却するためのコールドプレート１３が設けられている。コールドプレート１３が冷却する発熱部品としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等の集積回路、パワー半導体、その他の各種発熱部品が挙げられ
る。

コールドプレート１３には、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋ，１４Ｎが接続されており、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋ，１４Ｎを流れる冷却水がコールドプレート１３内を通過するようになっている。水冷配管１４Ｎは、コールドプレート１３同士を接続する波状（蛇腹状）の金属配管である。また、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋは、サーバ装置１の水冷配管に接続される波状の金属配管であり、スロット２に設けられている水冷カプラ５に連結される水冷カプラ１５に一端が接続され、コールドプレート１３に他端が固定される。

図２は、水冷カプラ１５および水冷配管１４Ｈ，１４Ｋを拡大した図である。水冷配管１４Ｈは、図２に示すように、水冷カプラ１５から電子ユニット１０の挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｈ１（本願でいう「第１直線部」の一例である）と、直管部１４Ｈ１の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部１４Ｈ２、１４Ｈ３（何れも本願でいう「第２直線部」の一例である）とを有する。直管部１４Ｈ２と直管部１４Ｈ３は、中心角が約１８０度を成す半円弧状の曲管部１４Ｈ４（本願でいう「曲線部」の一例である）に繋がっている。よって、直管部１４Ｈ２，１４Ｈ３と曲管部１４Ｈ４は、水冷配管１４ＨにＵ字状の部位を形成する。

また、水冷配管１４Ｋは、図２に示すように、水冷カプラ１５から電子ユニット１０の挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｋ１（本願でいう「第１直線部」の一例である）と、直管部１４Ｋ１から更に挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｋ２（本願でいう「第１直線部」の一例である）と、直管部１４Ｋ１、１４Ｋ２の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部１４Ｋ３，１４Ｋ４（何れも本願でいう「第２直線部」の一例である）とを有する。直管部１４Ｋ３と直管部１４Ｋ４は、中心角が約１８０度を成す半円弧状の曲管部１４Ｋ６（本願でいう「曲線部」の一例である）に繋がっている。よって、直管部１４Ｋ３，１４Ｋ４と曲管部１４Ｋ６は、水冷配管１４ＫにＵ字状の部位を形成する。直管部
１４Ｋ４は、直管部１４Ｋ４の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部１４Ｋ５を通じてコールドプレート１３に接続されている。

図３は、水冷カプラ１５に荷重が加わった場合の水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの動きを示した第１の図である。例えば、図３に示すＸ軸方向の荷重が水冷カプラ１５に加わると、水冷カプラ１５に加わった荷重が水冷配管１４Ｈの直管部１４Ｈ１と水冷配管１４Ｋの直管部１４Ｋ１へそれぞれ伝達される。直管部１４Ｈ１へ伝達された荷重は、直管部１４Ｈ２と曲管部１４Ｈ４と直管部１４Ｈ３へ伝わる。直管部１４Ｈ２と曲管部１４Ｈ４と直管部１４Ｈ３は、Ｕ字状に形成されているため、直管部１４Ｈ１から伝達される荷重を受けて変形する。また、直管部１４Ｋ１へ伝達された荷重は、直管部１４Ｋ２を介して、直管部１４Ｋ３と曲管部１４Ｋ６と直管部１４Ｋ４へ伝わる。直管部１４Ｋ３と曲管部１４Ｋ６と直管部１４Ｋ４は、Ｕ字状の部位を形成しているため、直管部１４Ｋ２を介して直管部１４Ｋ１から伝達される荷重を受けて変形する。水冷配管１４Ｈと水冷配管１４Ｋがそれぞれ変形することにより、水冷カプラ１５は、Ｘ軸方向に動く。

図４は、水冷カプラ１５に荷重が加わった場合の水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの動きを示した第２の図である。例えば、図４に示すＹ軸方向の荷重が水冷カプラ１５に加わると、水冷カプラ１５に加わった荷重が水冷配管１４Ｈの直管部１４Ｈ１と水冷配管１４Ｋの直管部１４Ｋ１へそれぞれ伝達される。直管部１４Ｈ１は、水冷カプラ１５に加わる荷重の方向に対して横向きに形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。また、直管部１４Ｋ１、１４Ｋ２は、水冷カプラ１５に加わる荷重の方向に対して横向きに形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。水冷配管１４Ｈと水冷配管１４Ｋがそれぞれ変形することにより、水冷カプラ１５は、Ｙ軸方向に動く。

図５は、水冷カプラ１５に荷重が加わった場合の水冷配管１４Ｈの動きを示した第３の図である。例えば、図５に示すＺ軸方向の荷重が水冷カプラ１５に加わると、水冷カプラ１５に加わった荷重が水冷配管１４Ｈの直管部１４Ｈ１と水冷配管１４Ｋの直管部１４Ｋ１へそれぞれ伝達される。直管部１４Ｈ１は、水冷カプラ１５に加わる荷重の方向に対して横向きに形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。また、直管部１４Ｋ１は、水冷カプラ１５に加わる荷重の方向に対して横向きに形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。水冷配管１４Ｈと水冷配管１４Ｋがそれぞれ変形することにより、水冷カプラ１５は、Ｚ軸方向に動く。

図６は、水冷カプラ１５に荷重が加わった場合の水冷配管１４Ｈの動きを示した第４の図である。例えば、図６に示すＹ軸周りの回転荷重が水冷カプラ１５に加わると、水冷カプラ１５に加わった荷重が水冷配管１４Ｈの直管部１４Ｈ１と水冷配管１４Ｋの直管部１４Ｋ１へそれぞれ伝達されることにより、直管部１４Ｈ１，１４Ｋ１がそれぞれ変形する。更に、直管部１４Ｈ１へ伝達された荷重は、直管部１４Ｈ２を介して曲管部１４Ｈ４へ伝わる。直管部１４Ｈ２は、Ｙ軸周りの回転荷重が加わる水冷カプラ１５から偏心した位置においてＹ軸と平行に形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。また、直管部１４Ｋ１へ伝達された荷重は、直管部１４Ｋ２を介して直管部１４Ｋ３へ伝わる。直管部１４Ｋ３は、水冷カプラ１５に加わる回転荷重の中心軸から偏心した位置において中心軸と平行に形成されているため、水冷カプラ１５から伝達される荷重を受けて変形する。水冷配管１４Ｈと水冷配管１４Ｋがそれぞれ変形することにより、水冷カプラ１５は、Ｙ軸周りの回転荷重に沿って動く。

図７は、比較例に係る電子ユニットを示した図である。比較例に係る電子ユニット１１０は、実施形態の電子ユニット１０と同様、サーバ装置１のスロット２に挿抜される電子機器である。電子ユニット１１０は、基板１１１を備える。基板１１１の挿入方向側の縁
には電気コネクタ１１２が固定されている。また、基板１１１にはコールドプレート１１３が設けられている。コールドプレート１１３には、水冷配管１１４Ｈ，１１４Ｋ，１１４Ｎが接続されており、水冷配管１１４Ｈ，１１４Ｋ，１１４Ｎを流れる冷却水がコールドプレート１１３内を通過するようになっている。水冷配管１１４Ｈ，１１４Ｋは、水冷カプラ１０５に連結される水冷カプラ１１５に一端が接続され、コールドプレート１１３に他端が固定される。水冷配管１１４Ｈ，１１４ＫにはＵ字状の部分は無く、直管またはほぼ直管である。

図８は、検証結果を示した表である。実施形態の効果を検証したところ、水冷カプラ１５の柔軟性は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向等の荷重の方向を問わず、何れも良好である。また、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋは、金属配管なので、耐圧性能も良好である。また、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋは、金属配管なので、樹脂配管より薄肉化可能であり、配管のサイズを小さくすることができる。また、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋは、金属配管なので、樹脂配管より強度があり、結合部分の大きさを小さくすることができる。

一方、比較例の場合、水冷配管１１４Ｈ，１１４Ｋが金属配管で形成されると、水冷カプラ１１５の柔軟性は殆ど無い。また、水冷配管１１４Ｈ，１１４Ｋが樹脂配管で形成されると、水冷カプラ１１５の柔軟性は多少得られるものの、耐圧性能、配管サイズ、結合部分の大きさの何れにおいても、金属配管より劣る。

このような検証結果より、実施形態に係る電子ユニット１０の水冷カプラ１５の方が比較例に係る電子ユニット１１０の水冷カプラ１１５より柔軟で耐圧性能等にも優れることが判る。

水冷カプラ５に連結される水冷カプラ１５には、電子ユニット１０がスロット２に挿抜される際に荷重が加わる。また、寸法公差等に起因する位置ずれが水冷カプラ５と水冷カプラ１５との間にあると、電子ユニット１０がスロット２に挿入されている状態において、定常的な荷重が水冷カプラ１５に加わる。よって、水冷カプラ１５は、電子ユニット１０の基板１１に対して相対的に多少動くことが望まれる。この点、水冷カプラ１５は、金属配管でありながら、柔軟性を発揮するように経路が引き回された水冷配管１４Ｈ，１４Ｋを介して基板１１に固定されているため、基板１１に対して相対的に多少動くことができる。従って、上記実施形態の電子ユニット１０であれば、水冷カプラ１５の寸法公差による位置精度のバラつきを、柔軟性を有する水冷配管１４Ｈ，１４Ｋで吸収できる。また、上記実施形態の電子ユニット１０であれば、スロット２から引き抜かれても、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋが初期の形状に戻るため、バラつきを繰り返し吸収することができる。

図９は、波状の金属配管に加わる荷重の方向を示した図である。例えば、フレキシブル管あるいはベローズ管とも呼ばれる波状の金属配管であっても、図９の符号Ｘが示す方向や、符号Ｙが示すねじれ方向に動ける量は僅かである。この点、上記実施形態の電子ユニット１０が有する水冷配管１４Ｈのように、挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｈ１の他に、直管部１４Ｈ１の長手方向に対して直交する方向沿いに延在する直管部１４Ｈ２，１４Ｈ３が存在すれば、水冷カプラ１５から受ける荷重に応じて柔軟に変形することができる。もっとも、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋは、外周面が平らな通常の金属配管に限定されるものでなく、例えば、図９に示したような波状の金属配管であってもよい。

図１０は、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋに波状の金属配管を採用する場合に留意すべき箇所を示した図である。水冷配管１４Ｈ，１４Ｋに波状の金属配管を採用する場合、波の間隔（図１０の符号Ａを参照）、配管の肉厚（図１０の符号Ｂを参照）、波の谷間部分の内径（図１０の符号Ｃを参照）、波の山の部分の内径（図１０の符号Ｄを参照）は、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋに要求される柔軟性、耐圧、圧力損失、その他の各種設計条件に従って適
宜決定される。図１０の符号Ａ〜Ｄに示される各部の寸法が適宜決定されることにより、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋに支持される水冷カプラ１５が適当な強度と柔軟性を有することになる。

なお、本願で開示する電子機器は、実施形態に係る電子ユニット１０が有する水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの形状に限定されるものではない。以下に水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの変形例を示す。

図１１は、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの第１変形例を示した図である。水冷配管１４Ｈは、例えば、図１１に示されるように、水冷カプラ１５から電子ユニット１０の挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｈ１と、直管部１４Ｈ１の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部１４Ｈ２とを有するだけの配管であってもよい。また、水冷配管１４Ｋは、例えば、図１１に示されるように、曲管部１４Ｋ６と直管部１４Ｋ４が省略されており、直管部１４Ｋ３が直管部１４Ｋ５へ直接繋がっている。すなわち、本変形例では、水冷配管１４Ｈから直管部１４Ｈ３と曲管部１４Ｈ４が省略されており、水冷配管１４ＨがＬ字状に形成されている。また、水冷配管１４Ｋから直管部１４Ｋ４と曲管部１４Ｋ６が省略されており、水冷配管１４ＫがＬ字状の部分を有するように形成されている。本第１変形例は、実施形態と同様、水冷カプラ１５を適当な強度と柔軟性で支持することができる。

図１２は、水冷配管１４Ｈ，１４Ｋの第２変形例を示した図である。水冷配管１４Ｈは、例えば、図１２に示されるように、水冷カプラ１５から電子ユニット１０の挿抜方向沿いに延在する直管部１４Ｈ１と、直管部１４Ｈ１の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部１４Ｈ２とを有するだけの配管であってもよい。そして、直管部１４Ｈ２の先端が電子ユニット１０の挿入方向へ向かって曲がっており、水冷配管１４ＨがＪ字状に見えるように形成されていてもよい。本第２変形例は、実施形態や第１変形例と同様、水冷カプラ１５を適当な強度と柔軟性で支持することができる。

また、本願で開示する電子機器は、水冷配管を有するものに限定されるものではない。上記実施形態に係る電子機器１０の変形例を以下に示す。

図１３は、変形例に係る電子ユニットを示した図である。変形例に係る電子ユニット２０は、実施形態に係る電子ユニット１０と同様、サーバ装置１０１のスロット１０２に挿抜される電子機器である。電子ユニット２０は、電子ユニット２０の本体となる基板２１を備える。基板２１は、挿入方向に向かって両側の縁がスロット１０２の溝１０３に嵌るようになっている。基板２１の挿入方向側の縁には、スロット１０２に設けられている電気コネクタ１０４に連結される電気コネクタ２２が固定されている。

また、基板２１には、スロット１０２に設けられている電気コネクタ１０５に連結される端子２５を支持するためのケーブル用配管２４Ｈ，２４Ｋが固定されている。ケーブル用配管２４Ｈ，２４Ｋには、端子２５と基板２１とを繋ぐケーブル２６が内蔵されている。

ケーブル用配管２４Ｈは、水冷配管１４Ｈと同様、端子２５から電子ユニット２０の挿抜方向沿いに延在する直管部２４Ｈ１（本願でいう「第１直線部」の一例である）と、直管部２４Ｈ１の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部２４Ｈ２、２４Ｈ３（何れも本願でいう「第２直線部」の一例である）とを有する。直管部２４Ｈ２と直管部２４Ｈ３は、中心角が約１８０度を成す半円弧状の曲管部２４Ｈ４（本願でいう「曲線部」の一例である）に繋がっている。よって、直管部２４Ｈ２，２４Ｈ３と曲管部２４Ｈ４は、ケーブル用配管２４ＨにＵ字状の部位を形成する。

また、ケーブル用配管２４Ｋは、水冷配管１４Ｋと同様、端子２５から電子ユニット２０の挿抜方向沿いに延在する直管部２４Ｋ１（本願でいう「第１直線部」の一例である）と、直管部２４Ｋ１の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部２４Ｋ３，２４Ｋ４（何れも本願でいう「第２直線部」の一例である）とを有する。直管部２４Ｋ３と直管部２４Ｋ４は、中心角が約１８０度を成す半円弧状の曲管部２４Ｋ６（本願でいう「曲線部」の一例である）に繋がっている。よって、直管部２４Ｋ３，２４Ｋ４と曲管部２４Ｋ６は、ケーブル用配管２４ＫにＵ字状の部位を形成する。直管部２４Ｋ４は、直管部２４Ｋ４の長手方向に対して直交する方向に延在する直管部２４Ｋ５を通じて基板２１に接続されている。

本変形例は、実施形態と同様、端子２５を適当な強度と柔軟性で支持することができる。

１，１０１・・サーバ装置：２，１０２・・スロット：３，１０３・・溝：４，１０４，１０５・・電気コネクタ：５・・水冷カプラ：１０，２０，１１０・・電子ユニット：１１，２１，１１１・・基板：１２，２２，１１２・・電気コネクタ：１３，１１３・・コールドプレート：１４Ｈ，１４Ｋ，１４Ｎ，１１４Ｈ，１１４Ｋ，１１４Ｎ・・水冷配管：１４Ｈ１，１４Ｈ２，１４Ｈ３，１４Ｋ１，１４Ｋ２，１４Ｋ３，１４Ｋ４，１４Ｋ５，２４Ｈ１，２４Ｈ２，２４Ｈ３，２４Ｋ１，２４Ｋ３，２４Ｋ４，２４Ｋ５・・直管部：１４Ｈ４，１４Ｋ６，２４Ｈ４，２４Ｋ６・・曲管部：１５・・水冷カプラ：２４Ｈ，２４Ｋ・・ケーブル用配管：２５・・端子：２６・・ケーブル

Claims

接続口を有するスロットに挿抜される電子機器であって、
前記接続口に連結可能な被連結部と、
一端が前記被連結部に接続され、他端が前記電子機器の本体に固定される波状の金属製の配管と、を備え、
前記配管は、前記挿抜の方向沿いに延在する第１直線部と、前記第１直線部の長手方向に対して直交する方向沿いに延在する第２直線部と、を有する、
電子機器。
前記接続口は、冷媒の給排水口であり、
前記被連結部は、前記給排水口に連結可能なカプラを有するカプラヘッダであり、
前記配管は、一端が前記カプラヘッダに接続され、他端が前記本体の発熱部品に固定される水冷配管である、
請求項１に記載の電子機器。
前記接続口は、電気コネクタであり、
前記被連結部は、前記電気コネクタに連結可能なケーブルの端子であり、
前記配管は、一端が前記端子に接続され、他端が前記本体の基板に固定されるケーブル用配管である、
請求項１に記載の電子機器。
前記配管は、前記第１直線部と前記第２直線部が形成するＬ字状の部位を有する、
請求項１から３の何れか一項に記載の電子機器。
前記配管は、前記第２直線部と他の直線部および曲線部とが形成するＵ字状の部位を有する、
請求項１から４の何れか一項に記載の電子機器。