JP2944561B2 - 通信装置の冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数のプリント基板
をシェルフに実装して構成する通信装置の冷却構造に於
いて、特に冷却ファンからの冷却風を有効に活用する冷
却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に用いられてきた冷却構造
として、冷却ファンを設けて空気の流れ（冷却風）を発
生させ、この冷却風を循環させることにより、発熱して
高温になっている部位の熱を奪い冷却する方式がある。
この方式では、特開平２−２３７０９８号公報に示され
るように、冷却ファンの軸の延長上や冷却ファンの延長
上より外側部分など、冷却風の風量が比較的少ない部位
に冷却風を導いて均一化したり、あるいは特に多量の冷
却風を必要とする部位等により多くの冷却風が行くよう
風向きを変更できるようにして、より効果的な冷却を可
能とするために、風向ガイドが設けられている。

【０００３】従来の冷却ファンを用いた冷却構造の例
（特開平２−２３７０９８号公報）を図４に示す。図４
は、この冷却構造の断面図である。

【０００４】図４の装置では、筐体１０１の上部に設け
られた空気取り入れ口１０２から筐体内部より低温の外
気が吸い込まれ、筐体下部の空気吹き出し口１０３から
暖められた空気が排出される構造となっている。

【０００５】この空気の流れを発生させるのが筐体内
部、空気取り入れ口１０２の直下に配設された複数の冷
却ファン１０６である。この冷却ファン１０６により発
生された冷却風が、その下部のシャーシ１０５内に収納
されたプリント基板１０４等の間隙を通過してこれらを
冷却する。そして、冷却ファン１０６の直下に、シャー
シ１０５に固定され、この冷却風を冷却ファン１０６の
軸の延長線上に導く第１のガイド、及び延長線上より外
側に導く第２のガイド等、複数のガイドを有した風向ガ
イド１０７が設けられている。

【０００６】冷却ファン１０６から発生した冷却風は、
風向ガイド１０７を構成するそれぞれ向きの異なる複数
のガイドの間を通過する際に流れの向きが変えられ、冷
却ファン１０６の軸の延長上や、延長上の外側の複数の
冷却ファン１０６同士の隣接部等に導かれる。こうし
て、冷却ファン１０６の下側全面に対してほぼ均一な冷
却風が送られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、例え
ば電源用プリント基板の様に、同一機能のプリント基板
を複数実装して、現用／予備構成や複数台の並列運転と
いった冗長性を持たせた構成をする場合、より多量の冷
却風量を必要とし、過剰な冷却ファンが必要になること
である。これは、より大型の冷却ファンになったり、冷
却ファンの数が増えたりし、装置の大型化、装置コスト
の増大、装置の消費電力の増加、冷却ファンにより騒音
が大きくなる、と云った問題につながる。

【０００８】その理由を、同一機能のプリント基板２台
が負荷を等しく分担しあって並列運転している場合を例
に取り説明する。このプリント基板の全負荷のときの発
熱量をＱ〔Ｗ〕、半負荷の時の発熱量を０．６Ｑ〔Ｗ〕
と仮定する。冷却ファン１台でこの２台のプリント基板
の周囲の雰囲気温度の上昇をΔｔ〔Ｋ〕以下に保つ場合
を考えると、２台のプリント基板が正常に動作している
ときに冷却ファンの能力として必要な風量Ｍａ〔ｋｇ／
ｓ〕は、次式のように表せる。

【０００９】Ｍａ∝（０．６Ｑ＋０．６Ｑ）／Δｔ これに対して、一方のプリント基板が故障し、他方のプ
リント基板に負荷が集中し、全負荷で動作するときに冷
却ファンの能力として必要な風量Ｍｂ〔Ｋｂ／ｓ〕は、
冷却する必要のなくなった故障したプリント基板にも依
然として半分、つまり０．５Ｍｂ〔ｋｇ／ｓ〕の冷却風
が流れ続けるので、残りの０．５Ｍｂ〔ｋｇ／ｓ〕の風
量で全負荷の発熱量Ｑ〔Ｗ〕を冷却せざるを得ず、次式
の関係になる。

【００１０】０．５Ｍｂ∝Ｑ／Δｔ 従って、正常時に必要な冷却ファンの風量Ｍａ〔ｋｇ／
ｓ〕と、非常時に必要な冷却ファンの風量Ｍｂ〔ｋｇ／
ｓ〕との関係は次式となる。

【００１１】Ｍｂ＞Ｍａ（Ｍｂ＝１．６７Ｍａ） 以上のように、冷却ファンを選定するとき、前述のよう
に一方のプリント基板が故障し他方のプリント基板に負
荷が集中する、非常時を想定して冷却ファンを選定する
ので、正常時は風量Ｍａ〔ｋｇ／ｓ〕の冷却ファンで充
分冷却できるのにも係わらず、風量Ｍｂ（＞Ｍａ）〔ｋ
ｇ／ｓ〕に相当する冷却ファンを想定するからである。
これは、正常時には過剰な冷却ファンである。

【００１２】第２の問題点は、昨今の装置の小型化・高
密度化の流れにより、プリント基板の発熱量が増大し、
高発熱部品が充分な冷却が得られず、部品の寿命が短く
なり、強いては装置の寿命が短くなることである。

【００１３】その理由は、限られた実装領域の中で、現
存する冷却ファンの能力以上の冷却能力を要求され、現
用／予備構成や複数台の並列運転といった冗長性を持た
せた構成で一方に発熱が集中した場合、充分に冷却でき
ない場合もあるからである。

【００１４】本発明の目的は、通信装置の冷却構造に於
いて、冷却する必要性の少なくなった箇所への冷却風の
流れを遮り、冷却すべき箇所に冷却風を集中させること
で、より冷却効率の高い冷却構造を提供することにあ
る。

【００１５】本発明の他の目的は、発熱集中箇所への対
処方法として、冷却ファンを大型にすることなく、冷却
能力を向上させる冷却構造を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の通信機器の冷却
構造は、複数のプリント基板の相互配線を行うバックパ
ネルを有するシェルフと、前記シェルフに実装され同一
機能で負荷を等しく分担しあって並列運転するか又は現
用／予備構成の２枚のプリント基板と、２枚の前記プリ
ント基板を同時に冷却しうる冷却ファンと、前記冷却フ
ァンにより発生される冷却風の向きを調整自在とすべく
可動する風向ガイドと、前記プリント基板の動作状態を
知らせる信号を前記バックパネルを介して受け取り冷却
すべきプリント基板を検知する制御部と、前記制御部の
出力信号に応じて前記風向ガイドの角度を可変しうる駆
動手段とを備えている。

【００１７】この通信機器の冷却構造において、前記制
御部が、前記プリント基板の消費電流を検知し、より消
費電流の多いプリント基板を冷却すべきプリント基板と
して認識するようになっていてもよい。

【００１８】すなわち、本発明の通信機器の冷却構造
は、現用／予備構成や複数台の並列運転といった冗長性
を持たせてプリント基板を実装しているときなど、動作
して高発熱量となっているプリント基板を検知し、その
プリント基板に冷却風が集中するように可動する風向ガ
イドを設ける構成に特徴がある。

【００１９】このような可動する風向ガイドを設けた構
造であれば、冷却する必要性の少ない箇所への無駄な冷
却風の流れを遮り、冷却すべき箇所に冷却風を集中する
ことができるので、冷却風を無駄にすることなく、より
有効的に活用することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】

［１］構成の説明 次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明
する。

【００２１】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形
態の構成を示す斜視図及び冷却構造要部の断面図、図２
はこの実施の形態における風向ガイドの構造を示す斜視
図である。

【００２２】図１（ａ）に於いて、１は複数のプリント
基板を相互接続するバックパネル２を有するシェルフで
あり、このシェルフ１にはプリント基板３ａとプリント
基板３ｂとその他複数のプリント基板３が実装されてい
る。シェルフ１の下側には冷却ファン４が設けられてお
り、この冷却ファン４により発生され吹き上げられた冷
却風が、その上部のシェルフ１に実装されたプリント基
板３同士の間隙を通過してプリント基板３から発生した
熱を奪い、シェルフ１の上部に排出することによりプリ
ント基板３を冷却する。

【００２３】ここで、プリント基板３ａとプリント基板
３ｂは同一機能のプリント基板である。この２つのプリ
ント基板は、例えば電源用プリント基板のように、互い
に負荷を等しく分担しあって並列運転するものである。
この場合、プリント基板３ａ，３ｂはそれぞれ半分の負
荷で動作するのが正常動作であり、全負荷で動作すると
きに比べて発熱量は少ない。

【００２４】あるいは、一方を現用、他方を予備とする
現用／予備構成のプリント基板の場合もある。プリント
基板３ａを現用、プリント基板３ｂを予備とすると、通
常は現用であるプリント基板３ａが動作し、予備である
プリント基板３ｂは待機している。正常動作しているプ
リント基板３ａに対して、待機状態のプリント基板３ｂ
の方が発熱量は少ない。プリント基板３ａが故障等、正
常に動作しなくなると、プリント基板３ｂが動作する。
すると、動作していないプリント基板３ａより動作して
いるプリント基板３ｂの方が発熱量が多くなる。

【００２５】このプリント基板３ａ，３ｂの中央直下、
冷却ファン４の直上には、冷却ファン４による冷却風の
流れを変えるための風向ガイド５が設けられている。図
１（ｂ）は冷却構造要部の断面図、図２は風向ガイド５
の構造詳細を示す斜視図である。図１（ｂ）及び図２に
示すように、風向ガイド５は軸部６を備え、軸受け８を
介してシェルフ１に固着されており、軸部６を回転の軸
として回転自在である。風向ガイド５はまたギヤ７も備
えており、ギヤ９を介して駆動源であるアクチュエータ
１０と結合されている。

【００２６】このアクチュエータ１０は、制御部１１を
介してバックパネル２と接続されている。制御部１１は
プリント基板３ａ，３ｂの動作状態を知らせる信号（例
えば、正常動作を知らせるアクト信号、故障・停止を知
らせるアラーム信号、待機中を知らせるスタンバイ信
号、等）をバックパネル２より受け取り、冷却すべきプ
リント基板を判別し、冷却すべきプリント基板に冷却風
が集中するように風向ガイド５の方向、角度を制御する
信号を出力する。アクチュエータ１０は制御部１１の出
力信号に応じて駆動し、ギヤ９を回し、ギヤ７を介して
風向ガイド５の方向、角度を変える。

【００２７】風向ガイド５の方向が変わると、冷却ファ
ン４からの冷却風は冷却すべきプリント基板に集中、風
量が増加し、冷却能力が上昇する。 ［２］動作の説明 次に、本発明の実施の形態の動作について、プリント基
板３ａとプリント基板３ｂとが負荷を等しく分担し並列
運転している場合を例に取り、図３を用いて説明する。

【００２８】図３（ａ）はプリント基板３ａ，３ｂが共
に正常に動作し、プリント基板３ａ，３ｂ共に冷却すべ
き場合である。この場合、風向ガイド５の位置はプリン
ト基板３ａと３ｂの真ん中であり、且つ冷却ファン４に
よる冷却風と平行の向きであり、冷却ファン４によるプ
リント基板３ａ，３ｂへの冷却風を等分する位置であり
且つ向きであるので、プリント基板３ａ，３ｂ共に等量
の冷却風が流れ、平等に冷却される。

【００２９】これに対して図３（ｂ）はプリント基板３
ａが故障・停止し、プリント基板３ｂが単独で運転して
いる場合である。この場合、プリント基板３ａは発熱せ
ず、プリント基板３ｂに発熱が集中するので、プリント
基板３ｂのみ冷却すればよい。そこで、プリント基板３
ａが故障・停止し、プリント基板３ｂが負荷増大した状
態で動作していることを知らせる信号が、バックパネル
２を介して制御部１１に送られ、制御部１１ではプリン
ト基板３ｂを集中する位置に冷却すべきを知り、プリン
ト基板３ａへの冷却風の流れを遮り、プリント基板３ｂ
に冷却風が集中する位置に風向ガイド５を向ける信号を
出力する。アクチュエータ１０は制御部１１の出力信号
に応じて駆動し、ギヤ９を回し、ギヤ７を介して図３
（ｂ）に示すように、プリント基板３ｂに冷却風が集中
する位置に風向ガイド５の方向を変える。その結果、冷
却ファン４からの冷却風を無駄にすることなく、プリン
ト基板３ｂへ集中することができる。次に、本発明の実
施例の構成について図１を用いて説明する。同一機能の
２台のプリント基板３ａ，３ｂを一台の冷却ファン４で
冷却する場合である。プリント基板３ａとプリント基板
３ｂは、例えば電源用プリント基板のような同一機能の
プリント基板であり、負荷を等しく分担しあって並列運
転している。このプリント基板３ａ，３ｂの発熱量は、
全負荷のときＱ〔Ｗ〕、半負荷のとき０．６Ｑ〔Ｗ〕で
あるとする。このプリント基板３ａ，３ｂの中央下部に
１台の冷却ファン４が配設されており、プリント基板３
ａ，３ｂ共に等量の冷却風を送っている。また、プリン
ト基板３ａ，３ｂの中央直下には軸部６を備えた風向ガ
イド５が軸受け８を介してシェルフ１の下部に固着され
ている。風向ガイド５の位置はプリント基板３ａ，３ｂ
の真ん中であり、且つ冷却ファン４による冷却風と平行
の向きであり、冷却ファン４によるプリント基板３ａ，
３ｂへの冷却風を等分する位置であり且つ向きである。

【００３０】ここで、冷却ファン４の適切な風量につい
て述べる。プリント基板３ａ，３ｂ共に半負荷で正常に
動作しているときに、１台の冷却ファン４でこの２台の
プリント基板３ａ，３ｂの周囲の雰囲気温度の上昇をΔ
ｔ〔Ｋ〕以下に保つ為に必要な冷却ファン４の風量Ｍ₁
〔ｋｇ／ｓ〕は、次式のようになる。

【００３１】 Ｍ₁ ≧（０．６Ｑ＋０．６Ｑ）／（ｃ・Δ） ここで、ｃ：空気の比熱〔Ｊ／ｋｇ・Ｋ〕 これに対して、プリント基板３ａが故障・停止し、プリ
ント基板３ｂに負荷が集中、全負荷で動作するときに１
台の冷却ファン４でプリント基板３ｂの周囲の雰囲気温
度の上昇をΔｔ〔Ｋ〕以下に保つ為に必要な冷却ファン
４の風量Ｍ₂ 〔ｋｇ／ｓ〕は、バックパネル２を介して
プリント基板３ａの故障・停止を知らせるアラーム信号
を受けた制御部１１がプリント基板３ｂを集中して冷却
するように風向ガイド５の方向、角度を変える信号を出
力し、その結果、風向ガイド５が冷却ファン４からの冷
却風を無駄なくプリント基板３ｂに集中しているので、
次式になる。

【００３２】Ｍ₂ ≧Ｑ／（ｃ・Δｔ） 従って、Ｍ₁ ＞Ｍ₂ であることから、冷却ファン４の風
量は、プリント基板３ａ，３ｂ共に半負荷で正常に動作
しているときに適切な風量Ｍ₁ 〔ｋｇ／ｓ〕でよい。

【００３３】次に、本発明の実施例の動作について図３
を用いて説明する。プリント基板３ａ，３ｂ共に半負荷
で正常に動作しているとき、風向ガイド５の位置はプリ
ント基板３ａ，３ｂの真ん中であり、且つ冷却ファン４
により冷却風と平行の向きであり、冷却ファン４による
プリント基板３ａ，３ｂへの冷却風を等分する位置であ
り且つ向きであるので、プリント基板３ａ，３ｂ共に等
量の冷却風が流れる。冷却ファン４の風量は前述の通り
Ｍ₁ 〔ｋｇ／ｓ〕であるから、プリント基板３ａ，３ｂ
の周囲の雰囲気温度の上昇Δｔ₁ 〔Ｋ〕は、次式とな
る。

【００３４】Δｔ₁ ＝（０．６Ｑ＋０．６Ｑ）／（ｃ・
Ｍ₁ ）＝１．２Ｑ／（ｃ・Ｍ₁ ） ここで、図３（ｂ）に示すように、プリント基板３ａが
故障・停止すると、プリント基板３ｂに負荷が集中、全
負荷で動作することになると同時に、プリント基板３ａ
はバックパネル２を介して自らの故障・停止を知らせる
アラーム信号を制御部１１に送る。プリント基板３ａが
故障・停止し、冷却する必要がなくなったことを知った
制御部１１は、アクチュエータ１０に信号を送りギヤ９
を回転させ、ギヤ７を介して風向ガイド５の向きをプリ
ント基板３ａへの冷却風を遮る方向に変える。このとき
の風向ガイド５の角度は、鉛直軸に対して４５度を成す
角が好適である。

【００３５】こうして、冷却ファン４からの冷却風はプ
リント基板３ａ側には流れず、全てプリント基板３ｂに
集中し、冷却ファン４の風量は前述の通りＭ₁ 〔ｋｇ／
ｓ〕であるから、全負荷でＱ〔Ｗ〕発熱しているプリン
ト基板３ｂの周囲の雰囲気温度の上昇Δｔ₂ 〔Ｋ〕は、
次式となる。

【００３６】Δｔ₂ ＝Ｑ／（ｃ・Ｍ₁ ） このように、冷却ファン４からの冷却風を無駄なく、プ
リント基板３ｂへ集中することで、 Δｔ₂ ＜Δｔ₁ となるので、プリント基板３ａ，３ｂ共に半負荷で正常
に動作しているときに冷却するのに必要な風量を得られ
る冷却ファン４で、プリント基板３ａが故障・停止し、
プリント基板３ｂに負荷が集中し、全負荷で動作するよ
うな非常時でも充分に冷却することができる。

【００３７】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。

【００３８】図１（ｂ）に示す構成において、制御部１
１がプリント基板３ａ，３ｂの動作状態を知らせる信号
（例えば、正常動作を知らせるアクト信号、故障・停止
を知らせるアラーム信号、待機中を知らせるスタンバイ
信号、等）をバックパネル２を介して受け取り、冷却す
べきプリント基板を判別する代わりに、各々のプリント
基板の消費電流を検知し、より消費電流の多いプリント
基板を冷却すべきプリント基板として認識する機能を有
するものとする。

【００３９】このような本発明の他の実施の形態によれ
ば、消費電流の差から発熱量の差を検知することができ
るので、上述した実施の形態に比べて、発熱状況に応じ
て発熱集中箇所へ冷却風を集中することができる。

【００４０】

【発明の効果】第１の効果は、プリント基板の動作状態
や発熱状況に応じて冷却すべき箇所に冷却風を集中し、
冷却する必要の少ない箇所への無駄な冷却風の流れを遮
るので、冷却風の無駄をなくすことができるということ
である。このため、より小型の冷却ファンを使用でき
る。

【００４１】その理由は、動作して高発熱量となってい
るプリント基板を検知し、そのプリント基板に冷却風が
集中するように可動する風向ガイドを設けたためであ
る。

【００４２】第２の効果は、空気取り入れ口及び空気吐
き出し口の面積が縮小できるので、装置を小型化できる
ということである。その理由は、無駄にする冷却風がな
くなることで、単位時間当たりの装置内への流入・流出
空気量が減るからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成を示す（ａ）は斜視
図、（ｂ）は冷却構造要部の断面図である。

【図２】本発明の実施の形態における風向ガイドの構造
を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態の動作を示す正面図で、
（ａ）は２基板冷却時、（ｂ）は１基板のみ冷却時をそ
れぞれ示す。

【図４】従来の冷却ファンを用いた冷却構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ シェルフ ２ バックパネル ３，３ａ，３ｂ プリント基板 ４ 冷却ファン ５ 風向ガイド ６ 軸部 ７ ギヤ ８ 軸受け ９ ギヤ １０ アクチュエータ １１ 制御部 １０１ 筐体 １０２ 空気取り入れ口 １０３ 空気吹き出し口 １０４ プリント基板 １０５ シャーシ １０６ 冷却ファン １０７ 風向ガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 7/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプリント基板の相互配線を行うバ
   ックパネルを有するシェルフと、前記シェルフに実装さ
   れ同一機能で負荷を等しく分担しあって並列運転するか
   又は現用／予備構成の２枚のプリント基板と、２枚の前
   記プリント基板を同時に冷却しうる冷却ファンと、前記
   冷却ファンにより発生される冷却風の向きを調整自在と
   すべく可動する風向ガイドと、前記プリント基板の動作
   状態を知らせる信号を前記バックパネルを介して受け取
   り冷却すべきプリント基板を検知する制御部と、前記制
   御部の出力信号に応じて前記風向ガイドの角度を可変し
   うる駆動手段とを備え、 前記制御部が、前記プリント基板の消費電流を検知し、
   より消費電流の多いプリント基板を冷却すべきプリント
   基板として認識することを特徴とする通信装置の冷却構
   造。