JP3006557B2 - 電子機器又は電子部品の冷却装置 - 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、電子機器又は電子
部品を冷却する冷却装置に関するものであり、特に、ヒ
ートパイプを用いて、放熱フィンより、電子機器又は電
子部品を冷却する冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報処理用及び通信用の電子機器
に対する高性能化と低価格化の期待は益々大きくなって
いる。電子機器の高性能化は目ざましく、これに伴う電
子機器の電解コンデンサー、半導体素子等の電子回路部
分の発熱が増大する傾向にあり、より大きな冷却能力の
提供が望まれている。また、故障修理や製造の容易化を
目的に電子機器の主要電子回路部分は、着脱可能な所謂
プラグインユニットとして構成する必要がある。

【０００３】電子計算機をはじめとする高性能な電子機
器においては、回路配線で発生する信号遅延時間が論理
動作の一周期時間の内の大きな割合を占める状況となっ
ており、より一層の電子回路の小型化が望まれている。

【０００４】また、電子機器の発生する電磁気雑音によ
る医療機器や航空機など様々な社会基盤で稼動する機器
への妨害が問題となっており、電子機器の高性能化によ
り増大傾向にある電磁気雑音を防止する安価で効果的な
対策が望まれている。

【０００５】従来の技術による電子機器は、回路基板に
搭載した回路素子にアルミニウム等でできたフィン構造
のヒートシンクを取り付けてプラグインユニットを構成
し、このプラグインユニットを外気により直接冷却する
よう構成されていた。プラグインユニットに搭載された
回路素子の高性能化に伴う発熱量の増加により、回路素
子冷却用のヒートシンクは益々大きくなり、回路素子間
の配線とプラグインユニット間の配線による信号伝播遅
延はむしろ増大して、回路素子の高性能化にもかかわら
ず電子機器の性能目標の達成は極めて困難となってい
た。発熱量の増大した回路素子の冷却のため、外気の取
り入れ口を拡大する必要があり、電磁気雑音の漏出量が
増加するため更に対策が困難となっていた。

【０００６】次に動作について説明する。一般に、電子
機器の故障率は構成部品の動作温度で変化し、所定温度
（電子部品保証温度）を超えて低温になると著しく減少
する。しかし、電子機器を構成するＬＳＩなどの回路素
子は、高集積化、高性能化に伴い発熱量が大きくなる傾
向にある。従って、温度的に弱い電解コンデンサーやジ
ャンクション（ｐｎ接合部）を有する半導体素子等の電
子部品は高温になり、同時に誤動作、故障、破壊などを
起こしやすくなる。

【０００７】この対策として、従来の電子機器は、ユニ
ットを構成する回路基板に搭載する回路素子上にフィン
付きヒートシンクを取り付け、冷却ファンにより取り入
れた外気により直接冷却する冷却構造を採用している。
この冷却装置は、例えばサーバーコンピューターに利用
されている。

【０００８】また、内部にヒートパイプ構造を持つヒー
トシンクを搭載して、ユニット外部に導出した熱を大き
な放熱フィンにより冷却する構造とした大きな冷却能力
を持つユニット構造も採用されている。この構造は、例
えば電力用インバーター装置に利用されている。

【０００９】図１１は従来のプラグインユニットを採用
したサーバー等の電子機器であり、図において、１０１
はシャーシ、１０２ａは第１のユニット、１０２ｂは第
２のユニット、１０２ｃは第３のユニット、１０５はバ
ックボード、１０６は通風口、１０７は冷却ファン、１
０８はユニットガイドである。シャーシ１０１に、プラ
グイン可能な第１のユニット１０２ａ、第２のユニット
１０２ｂ、第３のユニット１０２ｃの３個のユニットが
装着される。装着されたユニットは各々バックボード１
０５に搭載された回路コネクターと嵌合する回路コネク
ターを搭載しており、バックボード１０５を介して相互
に接続され電子機器の機能ユニットとして動作する。

【００１０】第３のユニット１０２ｃに搭載された回路
素子１２２が動作することにより発生する熱は、アルミ
ニウム等のヒートシンク１２０に伝わり、シャーシの通
風口１０６を介して冷却ファン１０７によりシャーシ外
部から導入した空気により冷却される。

【００１１】回路素子１２２の発熱を冷却する冷却能力
は、主にヒートシンク１２０と冷却空気間との熱抵抗に
より決まる。ヒートシンク１２０の熱抵抗は、ヒートシ
ンク１２０が空気と接する伝熱面積とヒートシンク１２
０の冷却に直接作用する空気の流量の積に比例する。冷
却能力の向上のためには、ヒートシンク１２０のフィン
の伝熱面積を拡大する必要がある。

【００１２】ヒートシンクのフィンピッチを密にするこ
とによる表面積の拡大は、空気の流動抵抗を増加させて
冷却に直接作用する空気量を減少させることになる。フ
ィンピッチには流動抵抗と伝熱面積とのバランスから決
まる最適値があり、既に多くのヒートシンクに採用され
ている。結局、ヒートシンク１２０の冷却能力を向上す
るためには、ヒートシンク１２０の大型化が必要である
ため、大きなヒートシンクを搭載する空間が必要とな
る。

【００１３】大きなヒートシンクを搭載した場合には回
路基板１２１やバックボード１０５が大型化して回路配
線長が長くなる。既に、回路配線で発生する信号遅延時
間が回路動作時間に大きな割合を占める状況となってお
り、ヒートシンクの大型化で回路配線長が延びること
で、回路素子の高速化の効果が大きく損なわれる。回路
素子の高速化のためには、より一層の回路配線長の短縮
が望まれている。

【００１４】ヒートシンクの大型化に伴い、より多量の
冷却用外気をシャーシ外部から取り入れるためにシャー
シ１０１に開けた通風口１０６も拡大する必要がある。
通風口１０６の拡大により漏出電磁気雑音が増加して電
磁気雑音対策が困難となる。

【００１５】電子機器の高性能化に伴い、回路から発生
する電磁気雑音は増大する傾向にある。電磁気雑音抑制
を効率良く行うためには、簡単に密閉できるシャーシな
ど、構造的に電磁気雑音の発生を抑止できる構成が望ま
しい。

【００１６】図１２は従来のヒートパイプを採用した電
子機器ユニットである。図において、２０４は放熱フィ
ン、２２０はアルミニウム等のヒートシンク、２２１は
回路基板、２２３はヒートパイプである。２２１上にヒ
ートパイプ構造を採用したヒートシンクを搭載し、放熱
フィンと一体化して構成することにより大きな冷却能力
を確保した電子機器ユニットである。図において、ヒー
トシンク２２０は回路基板２２１に搭載された回路素子
の発生する熱を受け、ヒートシンク２２０の内部に組み
込まれたヒートパイプ２２３により放熱フィン２０４へ
熱を運んで冷却する。

【００１７】ヒートパイプは、管内に揮発性の液体（作
動液）を少量封入し、作動液の蒸発、凝縮による潜熱の
吸収、放出を利用した熱を伝えるものである。そのた
め、作動液の封入などのヒートパイプ加工が必要であ
り、ヒートシンク２２０内の集熱部（蒸発部）と放熱フ
ィン２０４内の放熱部（凝縮部）、及びこれらを繋ぐ導
熱部を予め接続した上でヒートパイプ加工を行う必要が
ある。また、ヒートパイプを採用したこの形式では、実
際に使用する温度において、熱伝導性を高めるため作動
液が集熱部で蒸発し、放熱部で凝縮するようにこのヒー
トパイプ内の気圧を調節する必要がある。このため発熱
量に見合った大きな放熱フィンと一体化された構造とな
るため、電子機器のプラグインユニット構造としては適
さない。この冷却装置は、通常インバーター装置等に利
用される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラグインユニ
ット形式の電子機器又は電子部品は、以上のように構成
されているため、電子機器又は電子部品の高性能化に伴
って必要となる冷却能力の確保と、回路配線長の縮小
と、安価な電磁気雑音抑止を同時に実現できないという
問題があった。また、従来のヒートパイプを採用した電
子機器又は電子部品のユニットは放熱フィンと一体構造
であり、ユニットの取り外しが出来ず、ヒートパイプを
途中で切断したプラグインユニット構造は、作動液漏れ
やヒートパイプ内の圧力の変動などを発生するなどの問
題があった。

【００１９】本発明における冷却装置は、電子機器又は
電子部品の高性能化により必要となる冷却能力の確保
と、修理交換が簡単に行えるプラグインユニット形式の
電子機器又は電子部品の製造に適した冷却装置を提供す
ることを第１の目的とする。更に、電子機器又は電子部
品の小型化と製造費用の削減等を第２の目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係る電
子機器又は電子部品の冷却装置は、第１の熱伝達媒体を
有し電子機器又は電子部品と熱的に接続された第１の熱
伝達手段と、第２の熱伝達媒体を有し第１の熱伝達手段
と熱的に接触する第２の熱伝達手段と、第２の熱伝達手
段の熱を冷却する冷却手段とを備え、第１の熱伝達手段
が、第２の熱伝達手段に対して着脱可能であり、第１の
熱伝達手段と第２の熱伝達手段とが、第１の熱伝達媒体
と第２の熱伝達媒体とが交わることなく熱交換を行うも
のである。

【００２１】この第２の発明に係る電子機器又は電子部
品の冷却装置は、第１の熱伝達媒体を有し電子機器又は
電子部品と熱的に接続された第１の熱伝達手段と、第２
の熱伝達媒体を有し第１の熱伝達手段と熱的に接触する
第２の熱伝達手段と、第２の熱伝達手段の熱を冷却する
冷却手段とを備え、第１の熱伝達媒体と第２の熱伝達媒
体とが交わることなく熱交換を行う電子機器又は電子部
品の冷却装置において、第１の熱伝達手段が、第１の熱
交換部を有する第１のヒートシンクと、第１のヒートシ
ンクに設けられたヒートパイプとを有し、第２の熱伝達
手段が、第１の熱交換部に接触することにより熱交換を
行なう第２の熱交換部を有する第２のヒートシンクと、
第２のヒートシンクに設けられたヒートパイプとを有
し、第２のヒートシンクが、第１のヒートシンクを挿入
引抜き可能なガイドを有し、ガイドが第２の熱交換部を
兼ねているものである。

【００２２】この第３の発明に係る電子機器又は電子部
品の冷却装置は、電子機器又は電子部品を冷却する冷却
装置において、第１の熱交換部と第１の熱伝達媒体とを
有し電子機器又は電子部品と熱的に接続された第１の熱
伝達手段と、第１の熱交換部と熱的に接触する第２の熱
交換部と第２の熱伝達媒体とを有する第２の熱伝達手段
と、第２の熱伝達手段の熱を冷却する冷却手段とを備
え、第２の熱伝達手段が、第１の熱伝達手段を挿入引抜
き可能なガイドを有し、ガイドは第２の熱交換部を兼ね
ており、第１の熱伝達手段と第２の熱伝達手段とが、第
１の熱交換部と第２の熱交換部との熱的接触により第１
の熱伝達媒体と第２の熱伝達媒体とが交わることなく熱
交換を行うものである。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、本発明の実施の形態１を図面を用
いて説明する。図１は本発明を適用して構成したプラグ
インユニット形式の電子機器のシャーシ内部の斜視図、
図２は図１のプラグインユニットの構成を示す斜視図、
図３はシャーシ側に設けてプラグインユニットからの熱
を受ける熱交換部の構成を示す斜視図、図４はこの発明
を適用した電子機器の斜視図である。本実施の形態は、
電子機器として例えばサーバーが好適であるが、サーバ
ー以外のインバーター装置等のその他の電子機器にも適
用させることができる。プラグインユニットの構成は、
ここでは（閉じた系の）ヒートパイプが埋め込まれたヒ
ートシンクと、このヒートシンクに取り付けられた電子
機器からなる。

【００３３】図１において、２ａは第１のユニット、２
ｂは第２のユニット、２ｃは第３のユニット、５はバッ
クボード、２０は第１、第２または第３のユニットに各
々設けられたユニット側ヒートシンク、２３はユニット
側ヒートシンク２０に埋設され管の内部に熱伝達媒体で
ある作動液を封入したユニット側ヒートパイプ、２４ａ
は第１のユニット２ａにおいて熱交換を行う第１のユニ
ット側熱交換部、２５ａは第１のユニット２ａにおいて
熱交換を行う第２のユニット側熱交換部、２６は回路コ
ネクター、３０は管の内部に熱伝達媒体である作動液を
封入したシャーシ側ヒートパイプ、４０はヒートパイプ
３０の一端と熱的に接続された放熱フィン、６４はヒー
トパイプ３０の他端が埋設された第１のシャーシ側ヒー
トシンク、６５はヒートパイプ３０の他端が埋設された
第２のシャーシ側ヒートシンク、６６は第１のユニット
側熱交換部と熱交換をする第１のシャーシ側熱交換部、
６７は第１のユニット側熱交換部と熱交換をする第２の
シャーシ側熱交換部である。

【００３４】第１のユニット２ａ、第２のユニット２
ｂ、第３のユニット２ｃは、それぞれヒートパイプを設
けたヒートシンクを採用したプラグインユニットであ
る。第１のシャーシ側ヒートシンク６４と第２のシャー
シ側ヒートシンク６５は、ヒートパイプを採用したヒー
トシンクである。この図１で示した状態において、プラ
グインユニットの第１のユニット２ａはシャーシ側へ装
着されていない状態であり、プラグインユニットの第２
のユニット２ｂはシャーシ側への装着半ばにある状態で
あり、プラグインユニットの第３のユニット２ｃはシャ
ーシ側に装着されており、ユニットの回路基板の回路コ
ネクター２６とバックボード５の回路コネクターが接触
し、熱的にもユニット側ヒートシンク２０と第１及び第
２のシャーシ側ヒートシンク６４、６５が接続した状態
である。シャーシ側ヒートパイプ３０は、シャーシ側ヒ
ートパイプ３０のユニットが挿入可能なガイド部分のプ
レート１枚に対して、１本埋め込まれている例である
が、ガイド部分のプレート１枚に対して、２本以上埋め
込まれていても良い。シャーシ側ヒートシンクの最上板
には、ヒートパイプを埋設していないが、埋設する構造
にしても良い。シャーシ側ヒートシンクを２分割にした
が、最上板と最低板を一体化したヒートシンクで構成し
ても良い。

【００３５】プラグインユニットの第１のユニット２ａ
がシャーシ側へ装着される場合、第１のシャーシ側ヒー
トシンク６４の第１のシャーシ側熱交換部６６に第１の
ユニット２ａの第１のユニット側熱交換部２４ａが接触
するよう装着され、第１のユニット２ａの回路コネクタ
ー２６はバックボード５の回路コネクターと接続され
る。装着された第１のユニット２ａに搭載された回路素
子の発熱はユニット側ヒートシンク２０に設けられたユ
ニット側ヒートパイプ２３により第１のユニット側熱交
換部２４ａへ搬送される。第１のユニット側熱交換部２
４ａに運ばれた熱は接触する第１のシャーシ側ヒートシ
ンク６４の第１のシャーシ側熱交換部６６からシャーシ
側ヒートパイプ３０により放熱フィン４０に搬送されて
放熱される。第２のユニット２ｂ、第３のユニット２ｃ
からの放熱も同様である。図１では、シャーシ側ヒート
シンクの両側に、各々ヒートパイプ、放熱フィンを設け
て、冷却効果の点で好ましい態様を例示しているが、図
１より冷却効果は劣るが片側だけにヒートパイプ、放熱
フィンを設けて構成しても良い。

【００３６】図１の第１のシャーシ側ヒートシンク６４
は、プラグインユニットの円滑な挿抜とプラグインユニ
ットの保持を目的にシャーシ側に設けるユニットガイド
と兼用した構造としている。第１のシャーシ側ヒートシ
ンク６４と第２のシャーシ側ヒートシンク６５は、ガイ
ド構造になっているため、ユニット側ヒートシンク２０
とユニットガイドを別々に設けた場合に必要となるヒー
トシンクの取り付け位置調整やユニットガイドとヒート
シンクの両方を取り付けるために必要となるスペースを
省くことができる。

【００３７】図１の第２のシャーシ側ヒートシンク６５
は第１のシャーシ側ヒートシンク６４と左右対称となる
よう構成したもので、第１のユニット、第２のユニッ
ト、第３のユニット各々の両側２ヶ所の熱交換部を装着
することにより片側１ヶ所の場合に比べて約２倍の熱搬
送能力を得ている。しかし、発熱量の少ない場合では、
片側だけに設けて構成しても良いし、発熱量の多い場合
には、２ヶ所以上熱交換部を設けて構成しても良い。

【００３８】図１の第１のユニット２ａ、第２のユニッ
ト２ｂ、第３のユニット２ｃの３個のプラグインユニッ
トは、同一の構造で構成されている。第１のシャーシ側
ヒートシンク６４と第２のシャーシ側ヒートシンク６５
は、同一の基本構造で挿入されたユニットに対して各々
右側と左側で対称の構造としている。この場合３個のプ
ラグインユニットが装着するよう構成してあり３段構成
としてある。少なくとも１個のユニットが装着される構
成であればよく、２段でもよいし、３段以上の構成でも
良い。

【００３９】図１の各種ヒートパイプは、作動液に、例
えば純水が用いられ、内部の気圧を変化させて作動液が
実際の使用温度において蒸発、凝縮を行うよう設定され
ている。作動液は、純水でなくてもよく、揮発性の液体
であれば特に問題は無い。

【００４０】図１において、ユニット側ヒートシンク２
０に埋め込まれたユニット側ヒートパイプ２３と、第１
のシャーシ側ヒートシンク６４及び第２のシャーシ側ヒ
ートシンク６５に一部埋め込まれ、これらシャーシ側ヒ
ートシンクのシャーシ側ヒートパイプ３０とは、各々の
作動液が互いに交わることがないように各々両端が閉じ
た系となっており、各々のヒートシンクのパイプ内の機
密性が確保できる。更に、これらユニット側ヒートパイ
プ２３とシャーシ側ヒートパイプ３０とが、直接接合す
ることなく熱の伝達が行うことができる。よって、この
形式を用いると、従来生じていた作動液の漏れの発生を
なくすことができるので、ヒートパイプの機能性を安定
して維持でき、ヒートパイプによる冷却能力を安定して
維持することができる。

【００４１】第１のユニット２ａにおける回路基板の熱
は、ユニット側ヒートパイプ２３が埋め込まれた平板の
ユニット側のヒートシンク２０、第１及び第２のユニッ
ト側熱交換部２４ａと２５ａ、第１及び第２のシャーシ
側熱交換部６６と６７、シャーシ側ヒートパイプ３０が
埋め込まれた第１及び第２のシャーシ側ヒートシンク６
４と６５、ヒートパイプ３０、放熱フィン４０へという
具合に効率的に伝えることができる。結果的に効率良く
回路基板を冷却することができる。第２のユニット２ｂ
と 第３のユニット２ｃについても同様である。

【００４２】第１のシャーシ側ヒートシンク６４及び第
２のシャーシ側ヒートシンク６５をユニットが挿入引抜
き可能な構造にしたため、従来よりも各々のユニット側
ヒートシンク２０の厚みを薄く構成できる。このため、
上下間の回路コネクター間の距離を従来より大幅に短縮
できるので、回路基板間の回路配線長を短縮でき、信号
遅延時間を短縮できる。

【００４３】図２はプラグインユニットの構成を示した
もので、図１における第１のユニット２ａ、第２のユニ
ット２ｂ、第３のユニット２ｃの３個のプラグインユニ
ットは図２のユニット２と同じ基本構造を持つものであ
る。図２において、２はユニット、２０はユニット側ヒ
ートシンク、２１はユニット側ヒートシンク２０と熱的
に接続された回路基板、２２は回路基板上に実装された
回路素子、２３はユニット側ヒートシンク２０に埋設さ
れたユニット側ヒートパイプ、２４はユニット２におい
て熱交換を行う第１のユニット側熱交換部、２５はユニ
ット２において熱交換を行う第２のユニット側熱交換部
である。ここで、第１のユニット側熱交換部２４と第２
のユニット側熱交換部２５とは、これらを第１と第２の
シャーシ側ヒートシンクに挿入した際にガイド部分と接
触する面全体のことをさし、図２において斜線で示した
領域である。２６は図１のバックボード５に接続する回
路コネクターである。

【００４４】ユニット側ヒートシンク２０は内部にヒー
トパイプ構造を持つヒートシンクである。ユニット側ヒ
ートシンク２０の中に構成したユニット側ヒートパイプ
２３は、ユニット側ヒートシンク２０内で閉じた構造と
なっている。ユニット側ヒートシンク２０は、発熱体で
ある回路素子２２を搭載した回路基板２１に装着され
て、回路素子２２の発熱をユニット側ヒートパイプ２３
を介して図１のシャーシ側ヒートパイプ３０との熱交換
を行う第１のユニット側熱交換部２４と第２のユニット
側熱交換部２５へ導く構造となっている。

【００４５】図２では、回路基板２１の上部にユニット
側ヒートシンク２０を接続しているが、回路基板２１の
下部に設けても良い。また、ユニット側ヒートシンク２
０と回路基板２１は、熱的に接続されていればよいの
で、例えば、銀ペースト、半田、熱硬化性樹脂、熱可塑
性樹脂等で維持しても良い。また、回路基板２１とユニ
ット側ヒートシンク２０とを着脱可能な構造にしても良
い。

【００４６】図２では、ユニット側ヒートシンク２０に
ヒートパイプを埋設したが、パイプ状でなくても良く、
例えば内部が仕切られた板状の構成のものに熱伝達媒体
を封入したようなものでも良い。要するに、熱伝達媒体
を利用し、ヒートシンクのみの場合に比べ回路基板２１
の熱を第１のユニット側の熱交換部２４又は第２の熱交
換部２５へ効率的に熱を伝えることができれば良い。

【００４７】図３のシャーシ側ヒートシンク６は、図１
のシャーシ側ヒートシンクの基本構造を示すものであ
る。図３において、３はシャーシ側ヒートパイプ、４は
シャーシ側ヒートパイプ３の一端と熱的に接続された放
熱フィン、６はシャーシ側ヒートパイプ３の他端に埋設
されたシャーシ側ヒートシンク、６２はシャーシ側ヒー
トシンク６において熱交換を行うシャーシ側熱交換部で
あり、図中の斜線部に相当する。

【００４８】シャーシ側ヒートシンク６は、シャーシ側
ヒートパイプ３の一端がシャーシ側熱交換部６２の内部
にあり、シャーシ側ヒートパイプ３の他端は放熱フィン
４と接続するよう構成されている。シャーシ側熱交換部
６２は、図２の第１のユニット側熱交換部と接触して熱
を受け、シャーシ側ヒートパイプ３を経由して放熱フィ
ン４へ熱を搬送して放熱する構造となっている。

【００４９】図３では、シャーシ側ヒートシンク６と放
熱フィン４とをヒートパイプ３で熱的に接続したが、ヒ
ートパイプでなくても効率良く熱を伝えることができる
ものであればどのようなものでも良い。

【００５０】図３において、熱交換部をガイド部分の底
面に設けているが、側面や上面等ユニット側ヒートシン
クと接触する面ならどこでも良い。また、図ではコの字
型のシャーシ側熱交換部と直方体をしたユニット側熱交
換部を示しているが、両者が嵌合しあえば特に形状は問
題にしない。例えば、嵌合しあう円柱状の熱交換部同士
でも良い。

【００５１】図３では、放熱フィン４を用いて冷却する
うえで好ましい態様を説明したが、特にフィン構造をし
ていなくても、効率的に熱を放射できれば、例えば放熱
板の様なもので構成しても良い。また、冷却手段として
放熱フィンを用いたが、これに限らず能動的にヒートパ
イプを冷却する手段であっても良い。例えば、回路基板
の希望する冷却温度が、放熱フィンが接している外気温
よりも低温であれば、強制的に冷却を行なっても良い。
これには例えば、冷却水を循環させる冷却手段などが挙
げられる。

【００５２】図４は実施の形態１のプラグインユニット
形式の電子機器の外観の斜視図である。図４において、
１はシャーシ、２ａはシャーシ１内に収納される第１の
ユニット、２ｂはシャーシ１内に収納される第２のユニ
ット、２ｃはシャーシ１内に収納される第３のユニッ
ト、５はバックボード、３０は第１、第２又は第３のユ
ニットからの熱を伝えるシャーシ側ヒートパイプ、４０
はシャーシ側ヒートパイプからの熱を放熱する放熱フィ
ンである。

【００５３】第１のユニット２ａ、第２のユニット２
ｂ、第３のユニット２ｃの３個のプラグインユニットを
シャーシ１に装着し、バックボード５を介して第１のユ
ニット２ａ、第２のユニット２ｂ、第３のユニット２ｃ
の３個のプラグインユニットを相互に接続して電子回路
を構成している。

【００５４】プラグインユニットに搭載された回路素子
（図示せず）の動作に伴って発生する熱をシャーシ側ヒ
ートシンク（図示せず）との間で熱交換を行い、シャー
シ側ヒートパイプ３０を介してシャーシ外部に設けた放
熱フィン４０に導き放熱する。放熱フィン４０をシャー
シ側ヒートシンク（図示せず）から遠ざけたことによ
り、シャーシに装着されたプラグインユニットを直接外
気により冷却する必要が無い。そのため、シャーシ１に
は冷却用の外気を取り込むための通風口を設ける必要が
なく、構造的に電磁気雑音抑止に有効である。また、プ
ラグインユニットのヒートシンクは、従来回路素子に搭
載していた冷却フィンをプラグインユニットのヒートシ
ンクが持たないため、プラグインユニットの小型化が可
能であり、複数のプラグインユニットを接続するバック
ボード５の回路配線長も短縮される。全体として、電子
回路を小さく構成でき、信号遅延時間を短縮して電子機
器の高性能化に有効である。

【００５５】実施の形態２．以下、本発明の加圧手段に
バネを使用した冷却装置を図面を用いて説明する。図５
は図１に示した冷却装置のうちシャーシ側ヒートシンク
にバネによる熱交換部に加圧手段を追加した斜視図であ
り、図６はヒートシンクの基本構成を示す斜視図であ
る。

【００５６】図５において、２ａは第１のユニット、２
ｂは第２のユニット、２ｃは第３のユニット、５はバッ
クボード、２４ａは第１のユニット２ａにおいて熱交換
を行う第１のユニット側熱交換部、２５ａは第１のユニ
ット２ａにおいて熱交換を行う第２のユニット側熱交換
部、２６は回路コネクター、３０はシャーシ側ヒートパ
イプ、４０はヒートパイプ３０の一端と熱的に接続され
た放熱フィン、６０は加圧バネ、６１は加圧バネによっ
て加圧する加圧板、６４はヒートパイプ３０の他端が埋
設された第１のシャーシ側ヒートシンク、６５はヒート
パイプ３０の他端が埋設された第２のシャーシ側ヒート
シンク、６６は第１のユニット側熱交換部と熱交換をす
る第１のシャーシ側熱交換部、６７は第１のユニット側
熱交換部と熱交換をする第２のシャーシ側熱交換部であ
る。

【００５７】プラグインユニットの第１のユニット２ａ
がシャーシ側へ装着される場合、第１のシャーシ側ヒー
トシンク６４の第１のシャーシ側熱交換部６６に第１の
ユニット２ａの第１のユニット側熱交換部２４ａが接触
するよう装着され、第１のユニット２ａの回路コネクタ
ー２６はバックボード５の回路コネクターと接続する。
装着された第１のユニット２ａのユニット側熱交換部２
４ａは、加圧バネ６０からの応力を受けた加圧板６１に
より加圧され第１のシャーシ側熱交換部６６と密着す
る。第１のユニット２ａに搭載された回路素子から発生
した熱は、ユニット側ヒートシンク２０に設けられた図
１のユニット側ヒートパイプ２３により第１のユニット
側熱交換部２４ａへ搬送され、加圧により密着して接触
する第１のシャーシ側ヒートシンク６４の第１のシャー
シ側熱交換部６６へ伝えられる。更にシャーシ側ヒート
パイプ３０を経て放熱フィン４０に搬送され放熱され
る。

【００５８】図６において、２はユニット、３はシャー
シ側ヒートパイプ、６はヒートパイプ３の一端が埋設さ
れたシャーシ側ヒートシンク、２４はユニットにおいて
熱交換を行う第１のユニット側熱交換部、６０は加圧バ
ネ、６１は加圧バネの弾性力を用いて加圧する加圧板、
６２はシャーシ側ヒートシンクにおいて熱交換を行うシ
ャーシ側熱交換部である。

【００５９】シャーシ側ヒートシンク６に装着されたプ
ラグインユニットであるユニット２の第１のユニット側
熱交換部２４を、加圧バネ６０と加圧板６１によりシャ
ーシ側熱交換部６２に押し付ける方向に加圧する。ユニ
ット側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６２を確実に
密着させることで熱抵抗の増加を押さえて安定した熱搬
送能力を確保することができる。

【００６０】図６では、板バネを用いて説明したが、板
状以外にもコイル状のバネ等でもよい。また、バネ以外
でも、例えばゴムのような弾性用部材でもよい。また、
弾性用部材以外にも例えば磁石同士の反発を利用した加
圧手段でもよく、加圧さえできていればどのような手段
でも良い。

【００６１】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３のバネによる加圧を開放する加圧開放手段を設けた冷
却装置を図を用いて説明する。図７はバネによる加圧を
開放する加圧開放手段の斜視図である。図７において、
２はユニット、３はシャーシ側ヒートパイプ、６はヒー
トパイプ３の一端が埋設されたシャーシ側ヒートシン
ク、２４はユニット２において熱交換を行う第１のユニ
ット側熱交換部、６０は加圧バネ、６１は加圧バネによ
って加圧する加圧板、６２はシャーシ側ヒートシンク６
において熱交換を行うシャーシ側熱交換部、７０は加圧
板６１とシャーシ側熱交換部６２の間に挟まっていて加
圧板６１を持ち上げる加圧開放ロッドである。

【００６２】図７の構成は実施の形態２で説明したバネ
による加圧手段を示す図６に加圧開放ロッド７０を追加
したものである。加圧開放ロッド７０はプラグインユニ
ットとしてのユニット２のユニット側熱交換部２４の厚
さより０．３ｍｍ程度長い長さを長径とし、ユニット側
熱交換部２４の厚さより０．３ｍｍ程度短い長さを短径
とする長円を断面とするロッドである。シャーシ側ヒー
トシンク６の加圧板６１とシャーシ側熱交換部６２との
間で角度９０度の回転をすることで加圧板を上下させ、
ユニット側熱交換部２４への加圧を制御する。ユニット
挿抜時は、図７のようにレバーを立てて、ロッドで加圧
板を押し上げて加圧板とユニットの間隔を広げる。これ
により、ユニットが容易にガイド部分から挿抜できる。
一方、ユニット挿入時は図７からレバーを９０度回転さ
せる。これにより、加圧バネで加圧板を押圧することに
より加圧板がユニットをシャーシ側熱交換部６２に押付
ける。よって、プラグインユニットの挿抜時は加圧バネ
による加圧を開放し挿抜を容易にし、一方、電子機器の
運転時は加圧バネ６０による加圧を有効として熱交換部
の熱抵抗を低減する。

【００６３】図７では、断面が長円の開放ロッドを用い
て説明したが、ロッドの断面図の円周が全てロッドの回
転中心から当距離に無く、ロッドを回転することにより
加圧板の高さを変化させることができるものであればど
のような形状でも良い。

【００６４】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４の電気ソレノイドを用いた加圧手段及び加圧開放手段
を設けた冷却装置を図面を用いて説明する。図８におい
て、２はユニット、３はシャーシ側ヒートパイプ、６は
シャーシ側ヒートパイプ３の一端が埋設されているシャ
ーシ側ヒートシンク、２４はユニット２において熱交換
を行う第１のユニット側熱交換部、６１は加圧板、６２
はシャーシ側ヒートシンク２において熱交換を行うシャ
ーシ側熱交換部、６８は加圧板６１に接続され圧力を調
節する加圧調整バネ、６９は内部に可動芯（図示せず）
を含みその可動芯に圧力調節バネ６８に接続されている
電気ソレノイドである。

【００６５】図８において、シャーシ側ヒートシンク６
に設けた加圧板６１に加圧調整バネ６８を介して電気ソ
レノイド６９の可動芯が接続されている。電気ソレノイ
ド６９に通電していない場合は可動芯を引いていない状
態にあり加圧板６１は引かれていない。プラグインユニ
ットとしてのユニット２が装着されて、電気ソレノイド
６９に通電されると可動芯が引かれて加圧調整バネ６８
を介して加圧板６１を引きユニット２のユニット側熱交
換部２４を加圧しシャーシ側ヒートシンク６のシャーシ
側熱交換部６２に押し付ける。電気ソレノイド６９によ
る加圧手段は、電気ソレノイド６９への通電状態により
加圧状態を制御できる。よって、容易にシャーシ側熱交
換部６２を押さえつける圧力の強弱を変えることがで
き、また着脱時に圧力を開放することができる。効果
は、加圧バネを用いた場合と同様である。

【００６６】本実施の形態では、電気ソレノイドを用い
た例を示したが、電磁石であればどのようなものでも良
い。つまり、コイル状の部材に電流を流し磁場を発生さ
せ、その磁場に反発又は吸引する部材を用いた仕組みで
あればよい。

【００６７】実施の形態５．以下、本発明の加圧手段に
形状記憶合金を使用した冷却装置を図面を用いて説明す
る。図９において、２はユニット、３はシャーシ側ヒー
トパイプ、６はヒートパイプ３の一端が埋設されたシャ
ーシ側ヒートシンク、２４は第１のユニット２において
熱交換を行うユニット側熱交換部、６２はシャーシ側ヒ
ートシンク６において熱交換を行うシャーシ側熱交換
部、７１はユニット２のユニット側熱交換部２４の上面
に着設された形状記憶合金、７２は形状記憶合金７１を
ユニット側ヒートシンク２４に固定する形状記憶合金固
定部、７３は形状記憶合金７１が温度によって変形する
際のユニット側ヒートシンク２４上を動く形状記憶合金
可動部、プラグインユニットとしてのユニット２のユニ
ット側熱交換部２４の上面に形状記憶合金７１を取り付
けてある。形状記憶合金７１は形状記憶合金固定部７２
がシャーシ側熱交換部６２と接する面とは反対の面に固
定してある。この実施の形態の場合は、形状記憶合金７
１の変形温度を例えば３０℃とすると、３０℃を超える
と形状記憶合金可動部７３が図中の矢印の方向へ変形す
る。変形温度は、装置の停止時の温度よりも高く、装置
の稼動時のヒートシンク温度よりも低い温度に設定する
のが好ましい。

【００６８】ユニット２がシャーシ側ヒートシンク６に
装着されユニットの回路動作による発熱によりユニット
側熱交換部２４の温度が３０℃を超えると形状記憶合金
７１が変形してシャーシ側ヒートシンクを押しユニット
側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６２とを加圧する
方向に力が働く。この加圧によりユニット側熱交換部２
４とシャーシ側熱交換部６２との間の熱抵抗の増加を押
さえて安定した熱の搬送を行う。

【００６９】形状記憶合金７１による加圧はユニット２
自身の発熱によるため、電子機器が稼動していない状態
では発熱が無く形状記憶合金によって圧力が加わらない
のでプラグインユニットの挿抜に大きな力を要しない。
電子機器が稼動している場合は、発熱があり形状記憶合
金が変形し、熱交換部の熱抵抗の増加を押さえる加圧が
自動で行われる。

【００７０】図９では、形状記憶合金をユニット側に設
けたが、実施の形態２の板バネのようにシャーシ側ヒー
トシンクに設けてもよい。

【００７１】図９では、形状記憶御金７１を用いた加圧
手段について説明をしたが、温度によって変形する部材
なら特に形状記憶合金７１で無くてもよい。例えば、熱
膨張係数の異なる金属同士を張り合わせたバイメタル
や、熱膨張係数の大きい物質等である。

【００７２】実施の形態６．以下、本発明の熱交換部に
伝熱グリースなど液体の溜り溝を設けた冷却装置と、熱
交換部に各々嵌合するようＶ溝を設けた冷却装置を図で
説明する。

【００７３】図１０において、２はユニット、３はシャ
ーシ側ヒートパイプ、６はヒートパイプ３の一端が埋設
されたシャーシ側ヒートシンク、２４はユニット２にお
いて熱交換を行う第１のユニット側熱交換部、６０は加
圧バネ、６１は加圧バネに６０よって加圧する加圧板、
６２はシャーシ側ヒートシンク６において熱交換を行う
シャーシ側熱交換部、７４はシャーシ側熱交換部６２に
設けられた伝熱グリース等の液体の溜まり溝、７５はユ
ニット側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６２の両方
に互いに嵌合するＶ溝である。

【００７４】シャーシ側ヒートシンク６にプラグインユ
ニットとしてのユニット２が半ば装着されている。シャ
ーシ側ヒートシンク６には加圧バネ６０と加圧板６１か
らなる加圧手段がありユニット２のユニット側熱交換部
２４とシャーシ側ヒートシンク６のシャーシ側熱交換部
６２を加圧している。シャーシ側熱交換部６２の各辺端
部分に液体の溜り溝７４を設けてある。図の例では、加
圧バネ６０による加圧手段を用いて説明をしたが、実施
の形態４の電気ソレノイドや実施の形態５の形状記憶合
金等の他の加圧手段でもよい。

【００７５】溜り溝７４は、熱抵抗の低減を目的とした
非硬化型の伝熱グリースのオイル分の分離などによる滲
み出しを抑えて、回路コネクター２６やソケット部分
（図示せず）の電気接点の汚損を防止することができ
る。

【００７６】ユニット側熱交換部２４とシャーシ側熱交
換部６２には互いにするＶ溝７５が設けてある。Ｖ溝７
５の頂角が例えば６０度の場合、Ｖ溝７５を設けてある
部分の表面積は２倍となる。Ｖ溝７５は、挿入、嵌合性
を考慮し、ユニット２の挿入方向に設ける。Ｖ溝７５の
ピッチは適宜設定する。

【００７７】Ｖ溝７５は、Ｖ溝７５を設けない場合に比
べてユニット側熱交換２４とシャーシ側熱交換部６２と
の接触表面積を例えば約２倍にする効果があり、ユニッ
ト側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６２の間の熱搬
送能力を大きくすることができ、プラグインユニット形
式の電子機器の伝熱グリースの保持にも効果がある。ユ
ニット側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６２に設け
る溝は、嵌合性、表面性を考慮すると、Ｖ形状が好まし
い。ここでは、溝形状としてＶ形状の好ましい態様の場
合を説明したが、溝形状はＶ形状以外の形状にしてもよ
い。例えば、テーパを付けた溝等である。要するに、ユ
ニット側熱交換部２４とシャーシ側熱交換部６４とが互
いに嵌合しあえばよい。Ｖ溝７５と溜り溝７４は、この
実施の形態では同時に設けた好ましい態様であるが、各
々片方ずつ設けて構成しても良い。また、加圧部分に加
圧バネ６０を使用した例をあげたが、実施の形態４また
は実施の形態５における電気ソレノイドや形状記憶合金
のような加圧手段を適用してもよい。

【００７８】上記各実施の形態では、電子機器を冷却す
る冷却装置について説明したが、これに限らず電子部品
であっても良い。ここで、電子部品とはヒートシンク下
面に取り付けられ、回路素子が形成された回路基板を指
しているが、他の構成の電子部品でも良い。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように第１、第２、第３の
発明は、第１の熱伝達手段と第２の熱伝達手段とをそれ
ぞれ第１、第２の熱伝達媒体を漏らすことなく分離する
ことができ、熱伝達特性を維持しつつ、プラグインユニ
ット形式による修理交換作業の容易化、保守時間の短縮
化が可能となる。

【００８０】また第２、第３の発明は、特にユニットガ
イドとヒートシンクの取り付け位置調整やユニットガイ
ドとヒートシンクの両方を取り付けるために必要となる
スペースを省くことができ、電子機器又は電子部品の小
型化と製造費用削減の効果がある。

【００８１】

【００８２】

【００８３】

【００８４】

【００８５】

【００８６】

【００８７】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１、第２、第３、第４、第５の発明の一実
施の形態によるプラグインユニット形式の電子機器のシ
ャーシ内部の斜視図

【図２】 第１、第２、第３、第４、第５の発明の一実
施の形態によるプラグインユニットの斜視図

【図３】 第１、第２、第３、第４、第５の発明の一実
施の形態によるシャーシ側ヒートシンクの斜視図

【図４】 第１、第２、第３、第４、第５の発明の一実
施の形態によるプラグインユニット形式の電子機器の外
観の斜視図

【図５】 第６の発明の一実施の形態によるバネによる
加圧手段を備えたプラグインユニット形式の電子機器の
シャーシ内部の斜視図

【図６】 第６の発明の一実施の形態によるバネによる
加圧手段を追加したヒートシンクの斜視図

【図７】 第７の発明の一実施の形態によるバネによる
加圧手段に加圧開放手段を追加したヒートシンクの斜視
図

【図８】 第８の発明の一実施の形態による電気ソレノ
イドによる加圧手段を追加したヒートシンクの斜視図

【図９】 第９の発明の一実施の形態によるプラグイン
ユニット側に形状記憶合金による加圧手段を追加したヒ
ートシンクの斜視図

【図１０】 第１０、第１１の発明の一実施の形態によ
るヒートシンクの熱交換部に液の溜まり溝とＶ溝を設け
たヒートシンクの斜視図

【図１１】 従来のプラグインユニット形式の電子機器
の斜視図

【図１２】 従来のヒートパイプを採用した電子機器の
ユニットの斜視図

【符号の説明】

１ シャーシ、２ ユニット、２ａ 第１のユニット、
２ｂ 第２のユニット、２ｃ 第３のユニット、３ シ
ャーシ側ヒートパイプ、４ 放熱フィン、５バックボー
ド、６ シャーシ側ヒートシンク、２０ ユニット側ヒ
ートシンク、２１ 回路基板、２２ 回路素子、２３
ユニット側ヒートパイプ、２４ 第１のユニット側熱交
換部、２４ａ 第１のユニット側熱交換部、２５ 第２
のユニット側熱交換部、２５ａ 第２のユニット側熱交
換部、２６ 回路コネクター、３０ シャーシ側ヒート
パイプ、４０ 放熱フィン、６０ 加圧バネ、６１ 加
圧板、６２ シャーシ側熱交換部、６４ 第１のシャー
シ側ヒートシンク、６５第２のシャーシ側ヒートシン
ク、６６ 第１のシャーシ側熱交換部、６７ 第２のシ
ャーシ側熱交換部、６８ 加圧調整バネ、６９ 電気ソ
レノイド、７０加圧開放ロッド、７１ 形状記憶合金、
７２ 形状記憶合金固定部、７３ 形状記憶合金可動
部、７４ 溜まり溝、７５ Ｖ溝、１０１ シャーシ、
１０２ａ第１のユニット、１０２ｂ 第２のユニット、
１０２ｃ 第３のユニット、１０５ バックボード、１
０６ 通風口、１０７ 冷却ファン、１０８ ユニット
ガイド、１２０ ヒートシンク、１２１ 回路基板、１
２２ 回路素子、１２６回路コネクター、２０４ 放熱
フィン、２２０ ヒートシンク、２２１ 回路基板、２
２３ ヒートパイプ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子機器又は電子部品を冷却する冷却装
   置において、第１の熱伝達媒体を有し前記電子機器又は
   電子部品と熱的に接続された第１の熱伝達手段と、第２
   の熱伝達媒体を有し前記第１の熱伝達手段と熱的に接触
   する第２の熱伝達手段と、この第２の熱伝達手段の熱を
   冷却する冷却手段とを備え、前記第１の熱伝達手段は、
   前記第２の熱伝達手段に対して着脱可能であり、前記第
   １の熱伝達手段と前記第２の熱伝達手段とは、前記第１
   の熱伝達媒体と前記第２の熱伝達媒体とが交わることな
   く熱交換を行うことを特徴とする電子機器又は電子部品
   の冷却装置。
2. 【請求項２】 第１の熱伝達媒体を有し電子機器又は電
   子部品と熱的に接続された第１の熱伝達手段と、第２の
   熱伝達媒体を有し前記第１の熱伝達手段と熱的に接触す
   る第２の熱伝達手段と、この第２の熱伝達手段の熱を冷
   却する冷却手段とを備え、前記第１の熱伝達媒体と前記
   第２の熱伝達媒体とが交わることなく熱交換を行う電子
   機器又は電子部品の冷却装置において、前記第１の熱伝
   達手段は、第１の熱交換部を有する第１のヒートシンク
   と、この第１のヒートシンクに設けられたヒートパイプ
   とを有し、前記第２の熱伝達手段は、前記第１の熱交換
   部に接触することにより熱交換を行なう第２の熱交換部
   を有する第２のヒートシンクと、この第２のヒートシン
   クに設けられたヒートパイプとを有し、前記第２のヒー
   トシンクは、前記第１のヒートシンクを挿入引抜き可能
   なガイドを有し、このガイドは前記第２の熱交換部を兼
   ねていることを特徴とする電子機器又は電子部品の冷却
   装置。
3. 【請求項３】 電子機器又は電子部品を冷却する冷却装
   置において、第１の熱交換部と第１の熱伝達媒体とを有
   し前記電子機器又は電子部品と熱的に接続された第１の
   熱伝達手段と、第１の熱交換部と熱的に接触する第２の
   熱交換部と第２の熱伝達媒体とを有する第２の熱伝達手
   段と、この第２の熱伝達手段の熱を冷却する冷却手段と
   を備え、前記第２の熱伝達手段は、前記第１の熱伝達手
   段を挿入引抜き可能なガイドを有し、このガイドは前記
   第２の熱交換部を兼ねており、前記第１の熱伝達手段と
   前記第２の熱伝達手段とは、前記第１の熱交換部と前記
   第２の熱交換部との熱的接触により前記第１の熱伝達媒
   体と前記第２の熱伝達媒体とが交わることなく熱交換を
   行うことを特徴とする電子機器又は電子部品の冷却装
   置。