JP2020053445A - 電子機器筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器筐体の冷却性能の向上に貢献可能な技術を提供する。【解決手段】複数個のモジュールＭが層状に並んで配列されるモジュール群Ｇを収納可能なラック１と、ラック１内を通気する複数個の通風機Ｕ１ａ、Ｕ１ｂを有しラック１外壁面１ｂに設けられた通風ユニットＵと、を備える。通風機による通風方向は、モジュール配列方向Ｘに交差した交差方向Ｙであり、各通風機は、モジュール配列方向Ｘの一方側Ｘａから他方側Ｘｂに近づくに連れて通風量が多くなる順で配置する。モジュール群Ｇは、各モジュールＭのうちの一部として、２個以上の発熱性の異なるモジュールＭを含む。各モジュールＭのプリント配線基板２１は、所定間隔を隔てて層状に並んで配列される。【選択図】図１

Description

本発明は、種々の設備等に適用されている電子機器筐体、例えば産業用コンピュータや産業用コントローラ等に適用可能な筐体技術に関するものである。

種々の設備に適用されている産業用コンピュータや産業用コントローラ等の電子機器の筐体としては、複数個のモジュールを層状に並べて配列したモジュール群を収納可能なラック（いわゆるサブラック等）と、そのラック内を通気する通風機（例えば吸気ファンや排気ファン）を有した通風ユニットと、を備えた構成が知られている。

モジュールにおいては、例えば電源部を備えたモジュール、演算部を備えたモジュール、外部入出力部を備えたモジュール、記憶部を備えたモジュールが挙げられる。

また、モジュールにおいては、稼働状況に応じて発熱するため、ラック内を効率良く冷却することが好ましい。例えば、特許文献１では、各モジュールの稼働状況に応じて通風機の駆動制御を適宜設定し、少ない電力で効率良く冷却する構造の筐体が開示されている。また、特許文献２では、複数個の通風機において、設置場所に応じて通風量を適宜設定する構造の筐体が開示されている。

特開２０１４−１８３０６１号公報 特開２００２−３２９９９２号公報

前述の筐体のように、複数個の通風機において単に駆動制御や通風量を適宜設定した冷却構造であっても、ラック内に収納されるモジュール群の構成（例えばモジュールの配列構成）等によって、十分な冷却性能が得られないおそれがある。

本発明は、前述のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、冷却性能の向上に貢献可能な技術を提供することにある。

この発明に係る電子機器筐体は、前記の課題の解決に貢献できるものであり、その一態様は、複数個のモジュールが層状に並んで配列されるモジュール群を収納可能なラックと、ラック内を通気する複数個の通風機を有し、当該ラック外壁面に設けられた通風ユニットと、を備えたものである。ラックは、各モジュールをそれぞれ出し入れ自在に収納するモジュール収納口と、モジュール配列方向に交差した交差方向の一方側に形成された一方側通気口と、交差方向の他方側に形成された他方側通気口と、を備えたものとする。モジュールは、プリント配線基板と、プリント配線基板の外周縁のうちモジュール収納口側の位置に設けられた遮蔽パネルと、を備えたものとする。通風ユニットは、一方側通気口の外周側に位置し、通風機による通風方向が、モジュール配列方向に交差した交差方向であり、各通風機は、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて通風量が多くなる順で配置されたものとする。モジュール群は、各モジュールのうちの一部として、２個以上の発熱性の異なるモジュールを含み、各モジュールが、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて発熱性が高くなる順で配列されて、各モジュールのプリント配線基板が、所定間隔を隔てて層状に並んで配列されることを特徴とする。

また、モジュール群の一方側通気口側と、ラック内壁面と、の間には第１空隙部が形成され、モジュール群のモジュール配列方向一方側と、ラック内壁面と、の間には第２空隙部が形成され、モジュール群のモジュール配列方向他方側と、ラック内壁面と、の間には第３空隙部が形成され、第３空隙部のモジュール配列方向の幅は、第２空隙部のモジュール配列方向の幅よりも狭いことを特徴とするものでも良い。

また、モジュール群は、各モジュールのうちの一部として、記憶部を有した記憶モジュール、外部入出力部を有した外部入出力モジュール、演算部を有した演算モジュール、電源部を有した電源モジュール、を含み、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に向かって、記憶モジュール、外部入出力モジュール、演算モジュール、電源モジュールの順で配列されていることを特徴とするものでも良い。

また、モジュール群は、各モジュールのうちの一部として、２個以上の隣接する記憶モジュールを含み、各記憶モジュールの記憶部は、モジュール配列方向に交差した交差方向に偏倚して設けられていることを特徴とするものでも良い。

また、モジュール配列方向他方側のラック外壁面に、モジュール群以外のモジュールが金属製筐体に収納されて設けられていることを特徴とするものでも良い。

以上示したように本発明によれば、電子機器筐体の冷却性能の向上に貢献可能となる。

本実施形態の一例である電子機器筐体１０を説明するための概略斜視図（通風ユニットＵを組み付けた状態）。 本実施形態の一例である電子機器筐体１０を説明するための概略斜視図（通風ユニットＵ，スロットＳを取り除いた状態）。 実施例１，２による電子機器筐体１０を説明するための概略構成図。 実施例３による電子機器筐体１０を説明するための概略構成図。

本発明の実施形態の電子機器筐体は、複数個の通風機において単に駆動制御や通風量を適宜設定した冷却構造によるものとは、全く異なるものである。

すなわち、本実施形態による電子機器筐体は、複数個の通風機を有した通風ユニットが、ラックに収納されるモジュール群のモジュール配列方向（後述の図１，図２では図中矢印Ｘ方向）に交差した交差方向の一方側（後述の図１，図２では図中矢印Ｙ方向のＹａ側）に配置された構成である。また、各通風機は、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて通風量が多くなる順で配列された構成である。そして、モジュール群の各モジュールが、モジュール配列方向一方側（後述の図１，図２では図中矢印Ｘ方向のＸａ側）からモジュール配列方向他方側（後述の図１，図２では図中矢印Ｘ方向のＸｂ側）に近づくに連れて発熱性が高くなる順で配列された構成である。

このような本実施形態の構成によれば、モジュール群において、発熱性が比較的低い比較的低発熱性のモジュール（以下、単に低発熱モジュールと適宜称する）と、当該発熱性が比較的高いモジュール（以下、単に高発熱モジュールと適宜称する）と、に区分けできる。これにより、低発熱モジュールと高発熱モジュールとの両者間の熱的干渉を抑制し易くなる。

また、ラック内において、高発熱モジュールに対する通気量が、低発熱モジュールに対する通気量と比較して多くなるようにでき、当該高発熱モジュールを効率良く冷却することが容易となる。

これにより、ラックに収納されたモジュール群のモジュール配列構成等に合わせて、ラック内を効率良く通気でき、電子機器筐体の冷却性能の向上に貢献し易くなる。

本実施形態の電子機器筐体は、前述のようにラックに収納されたモジュール群のモジュール配列構成等に合わせて当該ラック内を通気する構成であれば良く、種々の分野（例えば産業用コンピュータ分野，産業用コントローラ分野，通風機分野，ラック分野等）の技術常識を適宜適用して設計変形することが可能であり、その一例として以下に示すものが挙げられる。

≪本実施形態による電子機器筐体１０の構成例≫
図１，図２は、本実施形態の一例である電子機器筐体１０の構成を説明するものである。電子機器筐体１０は、サブラック等の箱形状のラック１と、そのラック内を通気する複数個の通風機Ｕ１（図１，図３，図４では２個の通風機Ｕ１ａ，Ｕ１ｂを描写；以下、適宜纏めて単に通風機Ｕ１と称する）を有し通風ユニットＵと、を主として備えている。

そして、ラック１内に、複数個のモジュールＭ（後述の図３や図４ではＭ１〜Ｍ５）が層状に並んで配列されるモジュール群Ｇを収納したり、各モジュールＭをそれぞれ出し入れできる構成となっている。

ラック１の天井壁１１には、当該天井壁１１を壁厚方向に貫通した通気口１１ａ（図１，図２では複数個の通気口１１ａ）がけられている。また、ラック１の底壁１２には、当該底壁１２を壁厚方向に貫通する通気口１２ａが設けられている。

通気口１１ａ，１２ａにおいては、通風ユニットＵの通風によってラック１内に外気を取り込んだり、当該取り込んだ外気を排気できる形状であれば良く、種々の態様を適用することが可能である。例えば、図１，図２のラック１では、矩形状の通気口１１ａ，１２ａが複数個形成されているが、電子機器筐体１０の使用目的等に応じて（例えばモジュールＭの発熱性や、ラック１内での熱分布状況等に応じて）、当該形状や個数を適宜設定することが可能である。

ラック１の前面側においては、各モジュールＭをそれぞれ出し入れ自在に収納できる形状のモジュール収納口１３が開口形成している。ラック１の背面側や側面側においては、背面壁１４や側面壁１５ａ，１５ｂによって遮蔽されている。背面壁１４の内壁面１ａには、例えば図２に示すように、各モジュールＭそれぞれと接続可能なスロットＳが設けられている。

モジュールＭは、プリント配線基板２１と、当該プリント配線基板２１の外周縁に設けられた遮蔽パネル２２と、をなえた構成となっている。また、複数個のモジュールＭを層状に配列するように重ねてモジュール群Ｇとした場合に、ラック１内に収容でき、各モジュールＭがそれぞれ出し入れ自在であって例えばプリント配線基板２１の外周縁側等がスロットＳに適宜接続できる構成とすることが挙げられる。

プリント配線基板２１は、略平板状の基板からなるものであって、当該プリント配線基板２１の実装面に、例えば目的とするモジュールＭに係る電子部品等を適宜実装した構成が挙げられる。ラック１内に収納されている状態のモジュール群Ｇの場合、各モジュールＭのプリント配線基板２１が、所定間隔を隔てて層状に並んで配列された状態となり、各プリント配線基板２１間が通気可能な状態となる。

遮蔽パネル２２は、モジュールＭをラック１内に収納した状態でモジュール収納口１３側に位置するように、プリント配線基板２１の外周縁に設けられる。これにより、モジュールＭをラック１内に収納した状態で、モジュール収納口１３の一部を遮蔽できる構成となっている。また、遮蔽パネル２２には、目的とするモジュールＭに係る付属部（操作スイッチ，入出力部，接続部，表示部等）を適宜設けることが挙げられる。

モジュール群Ｇを構成する各モジュールＭは、それぞれ実装する電子部品等や稼働状況によって発熱する可能性があり、発熱性の程度が異なる。このような場合、モジュール群Ｇにおいては、高発熱モジュールＭと低発熱モジュールＭとが混在することになる。これら高発熱モジュールＭと低発熱モジュールＭとの両者は、それぞれ区分けし、当該両者間の熱的干渉を抑制することが好ましい。

例えば、モジュール群Ｇにおいて各モジュールＭを発熱性の順に配列し、モジュールＭ配列方向一方側から、モジュールＭ配列方向他方側に近づくに連れて、発熱性が順に高くなるようにする。具体例として、図中矢印Ｘ方向のＸａ側からＸｂ側に近づくに連れて、各モジュールＭの発熱性が順に高くなるようにする。

通風ユニットＵは、ラック１の天井壁１１の外壁面１ｂに、通気口１１ａを覆うように設けられ、通風機Ｕ１の通風によりラック１内を通気できる構成となっている。通風機Ｕ１の個数や態様は、特に限定されるものではなく、ラック１内にモジュール群Ｇを収納した場合の各モジュールＭの発熱性を考慮して、適宜設定することが挙げられる。

例えば、前述のモジュールＭの配列構成の具体例のように、図中矢印Ｘ方向のＸａ側からＸｂ側に近づくに連れて、各モジュールＭの発熱性が順に高くなっている配列構成の場合には、複数個の通風機Ｕ１は、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて通風量が多くなる順で配置することが挙げられる。

通風機Ｕ１は、例えば図１に描写しているような回転式ファン・ブレードを備え、当該ブレードの回転によって回転軸方向に通風可能な構成が挙げられる。図１に示す通風ユニットＵの通風機Ｕ１の場合、ブレードの回転軸方向が図中矢印Ｙ方向であり、当該ブレードの回転による通風方向は図中矢印Ｙ方向の一方側（Ｙａ側またはＹｂ側）となる。また、ブレードの形状，回転数等に応じて、通風量が変化することとなる。

また、通風機Ｕ１の通風方向は、ブレードの回転方向によって、図中矢印Ｙ方向のＹａ側またはＹｂ側となる。通風機Ｕ１の通風方向が図中矢印Ｙ方向のＹａ側の場合には、当該通風機Ｕ１は排気ファンとして機能することになり、外気が通気口１２ａを介してラック１内に取り込まれる。その取り込まれた外気は、ラック１内を図中矢印Ｙ方向のＹｂ側に移動しながら当該ラック１内を通気した後、通気口１１ａ，通風ユニットＵを介して排出される。

一方、通風機Ｕ１の通風方向が図中矢印Ｙ方向のＹｂ側の場合には、当該通風機Ｕ１は吸気ファンとして機能することになり、外気が通風ユニットＵ，通気口１１ａを介してラック１内に取り込まれる。その取り込まれた外気は、ラック１内を図中矢印Ｙ方向のＹａ側に移動（例えば各モジュールＭのプリント配線基板２１間を基板面に沿って移動）しながら当該ラック１内を通気した後、通気口１２ａを介して排出される。

前述のように通風機Ｕ１が排気ファン，吸気ファンの何れに機能する場合であっても、ラック１内に収納されたモジュール群Ｇの各モジュールＭの発熱性を想定して当該通風機Ｕ１を適宜稼動させることにより、当該モジュール群Ｇを所望通りに冷却することが可能となる。

以上のような電子機器筐体１０は、使用目的とする場所に適宜設置することができ、当該設置面との間に間隙を介在させる場合には、スペーサ等を適用することが挙げられる。例えば後述の図３，図４のように、電子機器筐体１０の底壁１２の外壁面１ｂに、外壁面１ｂから突出した形状の固定用金具４を分散位置に適宜設け、それら固定用金具４を介して設置することが挙げられる。

≪実施例≫
次に、図１，図２に示した電子機器筐体１０の具体例を以下の実施例１〜３に基づいて説明する。なお、図１，図２に示したものと同様のものには、同一符号を付する等により、その詳細な説明を適宜省略する。モジュール群Ｇは、各モジュールＭのうちの一部として、Ｍ１〜Ｍ４を含んでいる。

＜実施例１＞
図３は、電子機器筐体１０の実施例１を示すものであり、ラック１内に収納されるモジュール群Ｇは、記憶部（ハードディスクドライブ等）Ｍ１１を有した記憶モジュールＭ１（図１，図２では２個の記憶モジュールＭ１ａ，Ｍ１ｂ）と、外部入出力部を有した外部入出力モジュールＭ２と、演算部を有した演算モジュールＭ３と、電源部を有した電源モジュールＭ４と、を含んだ構成となっている。

記憶モジュールＭ１，外部入出力モジュールＭ２，演算モジュールＭ３，電源モジュールＭ４は、当該Ｍ１〜Ｍ４の順で発熱性が高くなるものとする。そして、当該Ｍ１〜Ｍ４の順で、図中矢印Ｘ方向Ｘａ側（モジュールＭ配列方向一方側）からＸｂ側（モジュール配列方向他方側）に向かって層状に並んで配列されている。

モジュール群Ｇの上端側（通気口１１ａ側）と、天井壁１１の内壁面１ａと、の間には、第１空隙部３１が形成されている。また、モジュール群Ｇの図中矢印Ｘ方向のＸａ側と、当該Ｘａ側に対向しているラック１の内壁面１ａと、の間には、第２空隙部３２が形成されている。また、モジュール群Ｇの図中矢印Ｘ方向のＸｂ側と、当該Ｘｂ側と対向しているラック１の内壁面１ａと、の間には、第３空隙部３３が形成されている。

図中の第３空隙部３３においては、当該第３空隙部３３の図中矢印Ｘ方向の幅（モジュール配列方向の幅）が、第２空隙部３２における図中矢印Ｘ方向の幅（モジュール配列方向の幅）よりも狭くなるように（通気流路の幅が狭くなるように）、形成されている。

本実施例１のような電子機器筐体１０によれば、低発熱モジュールである記憶モジュールＭ１，外部入出力モジュールＭ２と、高発熱モジュールである演算モジュールＭ３，電源モジュールＭ４と、に区分できる。これにより、低発熱モジュールと高発熱モジュールとの両者間の熱的干渉を抑制し易くなる。

また、通風機Ｕ１ａの通風量よりも通風機Ｕ１ｂの通風量のほうを多くすることにより、記憶モジュールＭ１，外部入出力モジュールＭ２に対する通気量よりも、演算モジュールＭ３，電源モジュールＭ４に対する通気量が多くなり易くなる。これにより、高発熱モジュールを効率良く冷却し易くなる。

また、第１空隙部３１を形成した構成により、ラック１内に取り込まれる外気において、当該ラック１内で分散し易くしたり、通気の均一化に貢献し易くなる。

また、第３空隙部を狭くしたとことにより、ラック１内における高発熱モジュール側の通気が収束し易くなる。これにより、高発熱モジュールを効率良く冷却できるだけでなく、ラック１内の限られたスペースを有効に利用することができる。

＜実施例２＞
図３の電子機器筐体１０に収納されているモジュール群Ｇでは、２つの記憶モジュールＭ１ａ，Ｍ１ｂが隣接して配列されている。各記憶モジュールＭ１ａ，Ｍ１ｂの記憶部Ｍ１１は、図中矢印Ｙ方向に偏倚（モジュールＭ配列方向に交差した交差方向に偏倚）した位置に配置されている。

本実施例２のような電子機器筐体１０によれば、実施例１に示した作用効果の他に、以下に示すことが言える。すなわち、モジュール群Ｇに複数個の記憶モジュールＭ１が隣接して配列され、各記憶部Ｍ１１がプリント配線基板２１の実装面から突出していると、ラック１内に外気を取り込んだ場合に、各記憶部Ｍ１１が通気の抵抗となってしまう可能性がある。そこで、本実施例２のように、各記憶部Ｍ１１をそれぞれ図中矢印Ｙ方向に偏倚して配置することにより、ラック１内に取り込まれた外気の通気方向に対向する見かけ上の対向面積を減らすことができ、当該ラック１内の通気抵抗を減らし易くなる。

また、複数個の記憶モジュールＭ１において、高発熱モジュール側（例えば外部入出力モジュールＭ２）に対向する見かけ上の対向面積は広くなり、高発熱モジュール側からの通気流（例えば高発熱モジュール側の発熱を吸収した外気の流れ）を抑制し易くなる。

＜実施例３＞
図４は、電子機器筐体１０の実施例３を示すものであり、ラック１の側面壁１５ｂの外壁面１ｂ（図中矢印Ｘ方向のＸｂ側の外壁面）に、モジュール群Ｇ以外のモジュールＭ５が、金属製筐体Ｍ５１に収納して設けられている。

モジュールＭ５においては、例えば低発熱モジュールであり、具体例としてはコンデンサからなる瞬停対策モジュールが挙げられる。金属製筐体Ｍ５１においては、熱伝導性を有する金属材料を用いてなるものが挙げられ、具体例としてはヒートシンクに適用されている金属材料を用いてなるものが挙げられる。

本実施例３のような電子機器筐体１０によれば、実施例１，２に示した作用効果の他に、以下に示すことが言える。すなわち、ラック１内のモジュール群Ｇから発生した熱（例えば側面壁１５ｂに近接している電源モジュールＭ４等の高発熱モジュールの熱）が側面壁１５ｂに熱伝導した場合、当該熱を金属製筐体Ｍ５１経由で放熱し易くなる。すなわち、電子機器筐体１０の冷却性能の向上に、より貢献できる可能性がある。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１０…電子機器筐体
１…ラック（サブラック）
１ａ…内壁面
１ｂ…外壁面
１１ａ，１２ａ…通気口
１３…ラック収納口
２１…プリント配線基板
３１〜３３…空隙部
Ｍ（Ｍ１〜Ｍ５）…モジュール
Ｍ１１…記憶部（ハードディスクドライブ）
Ｍ５１…金属製筐体
Ｕ…通風ユニット
Ｕ１（Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ）…通風機

Claims (5)

1. 複数個のモジュールが層状に並んで配列されるモジュール群を収納可能なラックと、
   ラック内を通気する複数個の通風機を有し、当該ラック外壁面に設けられた通風ユニットと、
   を備え、
   ラックは、
   各モジュールをそれぞれ出し入れ自在に収納するモジュール収納口と、
   モジュール配列方向に交差した交差方向の一方側に形成された一方側通気口と、
   交差方向の他方側に形成された他方側通気口と、
   を備え、
   モジュールは、
   プリント配線基板と、
   プリント配線基板の外周縁のうちモジュール収納口側の位置に設けられた遮蔽パネルと、
   を備え、
   通風ユニットは、一方側通気口の外周側に位置し、
   通風機による通風方向が、モジュール配列方向に交差した交差方向であり、
   各通風機は、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて通風量が多くなる順で配置され、
   モジュール群は、
   各モジュールのうちの一部として、２個以上の発熱性の異なるモジュールを含み、
   各モジュールが、モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に近づくに連れて発熱性が高くなる順で配列されて、
   各モジュールのプリント配線基板が、所定間隔を隔てて層状に並んで配列されることを特徴とする電子機器筐体。
2. モジュール群の一方側通気口側と、ラック内壁面と、の間には第１空隙部が形成され、
   モジュール群のモジュール配列方向一方側と、ラック内壁面と、の間には第２空隙部が形成され、
   モジュール群のモジュール配列方向他方側と、ラック内壁面と、の間には第３空隙部が形成され、
   第３空隙部のモジュール配列方向の幅は、第２空隙部のモジュール配列方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体。
3. モジュール群は、
   各モジュールのうちの一部として、記憶部を有した記憶モジュール、外部入出力部を有した外部入出力モジュール、演算部を有した演算モジュール、電源部を有した電源モジュール、を含み、
   モジュール配列方向一方側からモジュール配列方向他方側に向かって、記憶モジュール、外部入出力モジュール、演算モジュール、電源モジュールの順で配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器筐体。
4. モジュール群は、
   各モジュールのうちの一部として、２個以上の隣接する記憶モジュールを含み、
   各記憶モジュールの記憶部は、モジュール配列方向に交差した交差方向に偏倚して設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電子機器筐体。
5. モジュール配列方向他方側のラック外壁面に、モジュール群以外のモジュールが金属製筐体に収納されて設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電子機器筐体。

Images