JP4152467B2 - Ｐｃカードアレイからの熱除去装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明はＰＣカードアレイから熱を除去すること、具体的にはＰＣカードの挿入のために溝を規定し、挿入されたＰＣカードから効率的に熱を除去するために、埋め込まれたヒートパイプを有するヒートシンクを用いることに係る。
【０００２】
【本発明の背景】
例えば、ＰＣＭＣＩＡ標準に適合するＰＣカードは、その上に電子部品を有する小さなプリントカードボードである。典型的な場合、ＰＣカードは与えられた電子機能、例えばファックス／モデム機能を果たすために必要なすべての要素を含む。ＰＣカードはラップトップパソコン中で広く用いられ、寸法が小さく、耐久性があり、各種機器への挿入及び取り出しが容易であるため、有用である。ＰＣカードは金属容器内に入れた時、特に耐久性がある。しかし、ＰＣカードの欠点の１つは、それらが小さく、封入されているため、それらが消散できる熱の量が限られていることである。ＰＣカード中に保持された熱は、ＰＣカードとその上の電子部品の温度を上昇させ、ある温度以上で、永久的な損傷や故障を起こすことになる。
【０００３】
ＰＣカードはもしそれらが複数のカードアレイ中に積み重ねられ、複数のカードアレイから熱を効率良く除去できるなら、より広い用途に適用されるであろう。マルチカードアレイは、シート状の金属分割板又はＰＣカード挿入のための溝を規定するかごにより用いられてきた。この技術では、通常の動作中、ＰＣカードの電子部品により生じる熱を除去することが非効率であるという欠点がある。別の技術では、ＰＣカード用の溝を規定する複数の低温プレートで、ＰＣカードを保持する。ばねにより低温プレートに接続されてピストンがあり、それはＰＣカード上の熱発生要素に接触し、ＰＣカードから低温プレートへの熱の移動を容易にしている。低温プレートは外部のパイプを通して、冷蔵ユニットに流動的に接続された真空中に保たれた流体を含む内部パイプで、低温に保たれている。この装置はＰＣカードを挿入するためのピストンをずらすため、特別な手順を必要とする欠点がある。加えて、外部に冷蔵源を必要とすることにより、高価になり、装置は大きくなる。
【０００４】
プリント回路ボード（ＰＣＢ）を冷却するための他の装置は、ＰＣＢ又はその上の要素に、ヒートシンクを接着することに依存する。これらの装置は、ヒートシンクをＰＣカードに接着することにより、寸法が小さいという利点が薄れ、機械から機械へ持ち運びできるというＰＣカードの利点が減るため、ＰＣカードにとって望ましくない。加えて、一度接着すると、ＰＣカードが適合する用途の範囲をヒートシンクが制限する。
【０００５】
【本発明の要約】
上述の欠点を克服するため、ＰＣカードアレイから熱を除去するための高価でない装置が明らかにされている。装置はＰＣカードの挿入及び取り出しを容易にし、冷蔵ユニットへの流体の接続又はヒートシンクとの物理的接触を必要とせず、製造は比較的費用がかからない。
【０００６】
装置は空気孔を有するチャンバを規定する溝を含む。ヒートシンクはチャンバ内の溝にマウントされる。ヒートシンクはそれを囲む雰囲気に、熱を移すためのひれ状表面、ひれ状表面に相対する側の非ひれ状表面、ヒートシンク内に完全に封入され、ヒートシンク内の伝導による熱の移動を容易にし、従ってヒートシンクから周囲の雰囲気への対流による熱の移動をより効率的にするヒートパイプを有する。溝上にマウントされた裏面板は、少くとも１つのＰＣカードに機械的かつ電気的に接続可能な少くとも１つの電気的コネクタを有し、それによって少くとも１つのＰＣカードの表面はヒートシンクの非ひれ状表面に近接し、本質的に平行で、従って少くとも１つのＰＣカードとヒートシンクの間の熱の移動が容易になる。
【０００７】
【本発明の詳細な記述】
図１及び２は、本発明に従い、１乃至複数のＰＣカード（８）の熱を保持するとともに、除去するための装置の好ましい実施例を示す。装置はシャシ（１０）、１乃至複数のヒートシンク（１２）及び裏面板（１４）を含む。
【０００８】
シャシ（１０）は図１に示されるように、本質的に相互に垂直で、相互に相対する２つの開放端を有する内部チャンバ（１８）を規定する４つの側壁（１６）を有する。シャシ（１０）の２つの側壁（１６）は複数のねじ孔（２０）及び空気孔（２２）を含む。ねじ孔（２０）はヒートシンク上の対応するねじ孔（２４）を通して、きまった間隔で、ねじ（図示されていない）により、シャシ（１０）に１ないし複数のヒートシンク（１２）をマウントするために用いられる。しかし、ヒートシンク（１２）は溶接、にかわどめ及び締付けによる固定を含む他の技術により、シャシ（１０）によりマウントしてもよい。空気孔（２２）は内部チャンバ（１８）をシャシの周辺の外部に露出する。好ましい実施例において、空気は空気孔（２２）を通して内部チャンバ（１８）に入り、ヒートシンク（１２）上を流れ、従ってそれらを冷却する。しかし、本発明の別の実施例において、内部チャンバ（１８）が露出される雰囲気は、空気以外の気体、例えば窒素又は液体でよい。ヒートシンク（１２）はひれ状表面（２６）及び非ひれ状表面（２８）を有する。ヒートシンク（１２）はひれ状表面（２６）がすべての点で同じ方向にあり、隣接したヒートシンク（１２）の各ひれ状表面及び非ひれ状表面間の空間が、１ないし複数のＰＣカード（８）を挿入するための溝を規定するようマウントするのが好ましい。
【０００９】
裏面板（１４）はＰＣカード（８）を受けるのに適し、開放端において、シャシ（１０）にマウントされる。マウントは裏面板（１４）上のねじ孔（２５）を通して、シャシ（１０）の側壁（１６）をねじ止めすることにより行える。あるいは、裏面板（１４）は溶接、にかわどめ及び締付けによる固定を含む技術により、シャシ（１０）にマウントしてもよい。裏面板（１４）に沿って一定間隔で離れ、差し込み部（３０）があり、そのおのおのは差し込み部（３０）中に差し込んでよいＰＣカード（８）の対応する端部を受ける。差し込み部（３０）は電気的コネクタとして用いてもよく、それは各ＰＣカード（８）を裏面板（１４）に、電気的かつ機械的に結合させる。更に、裏面板（１４）は電気的ワイヤを含み、それはシステムのＰＣカード（８）へ、かつＰＣカード（８）間で、電力、接地及び信号を運ぶ。
【００１０】
裏面板（１４）に沿った差し込み部（３０）の間隔は、各差し込み部（３０）が隣接したヒートシンク（１２）間の間隔により規定された溝中に位置するように選ばれる。従って、図２に示されるように、ＰＣカード（８）は裏面板（１４）と相対するシャシ（１０）の開放端から、ヒートシンク（１２）間の裏面板（１４）中に指し込んでよい。ＰＣカード（８）は本質的に平坦でなければならない。好ましい実施例において、ＰＣカード（８）は更に、裏面板（１４）上の差し込み部（３０）中に差し込まれ、固く保持されるケース（３２）を含む。ＰＣカード（８）はケース（３２）中に差し込まれ、従ってケース（３２）を通して、ＰＣカード（８）を裏面板（１４）に電気的かつ機械的に接続する。ヒートシンク（１２）に対する差し込み部（３０）の相対的ずれは、理想的には、各ＰＣカード（８）がヒートシンク（１２）間に容易に挿入でき、各ヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）に、本質的に平行でかつ近接して保持されるよう配置される。好ましい実施例において、ＰＣカード（８）はヒートシンク（１２）とは、物理的には接触しない。しかし、別の実施例において、ＰＣカード（８）はヒートシンク（１２）と物理的に接触する。
【００１１】
ヒートシンク（１２）は本質的に平坦で、ひれ状表面（２６）及び非ひれ状表面（２８）を含む。非ひれ状表面（２８）は、本質的に平滑である。ひれ状表面（２６）は複数の本質的に平行なひれを有し、それはヒートシンク（１２）の一端から他方へ、長さ方向に延びる。ヒートシンク（１２）のひれ状表面（２６）及び非ひれ状表面（２８）間に埋め込まれて、複数のヒートパイプ（２９）があり、それは長さ方向に、かつ本質的に相互に平行に延びる。ヒートパイプは封入された流体の沸騰により、熱の移動を増加させる。ヒートパイプ（２９）は中空の導管で、それは例えば水又はメタノールのような流体を保持し、それは沸騰すると、ヒートパイプ（２９）内の熱の移動を著しく高める。各ヒートパイプ（２９）は通常真空にあり、そのため低温で沸騰が起こり、本質的に移動部分のない受動冷却デバイスとして働く。ヒートパイプ（２９）はまた、ヒートシンク（１２）それ自身の長さ及び幅軸に沿った熱の移動を容易にする。好ましい実施例において、ヒートパイプ（２９）はヒートシンク（１２）の製造後排気され、流体で満たされ、各ヒートシンク（１２）内のヒートパイプ（２９）のそれぞれの中に流体を十分に封入する。
【００１２】
本発明に従うヒートシンク（１２）の利点は、ひれ及びヒートパイプ（２９）が一方向に本質的に平行であるため、押し出しを含む費用のかからない技術を用いて、作製してよいことである。本発明の好ましい実施例において、ヒートシンク（１２）は押し出し加工されたアルミニウムで作られ、幅３．５インチ、長さ５インチで、図１に示されるように、ヒートシンク（１２）の長さだけ延びる２つのねじ孔（２４）を有する。しかし、ヒートシンク（１２）の作製に他の材料を用いてもよい。また、材料の熱抵抗が低い限り、銅及び合金を含む他の材料も適している。
【００１３】
使用中、１ないし複数のＰＣカード（８）が隣接したヒートシンク（１２）間のシャシ（１０）中に挿入され、差し込み部（３０）を通して、裏面板（１４）に機械的かつ電気的に結合される。結合されたＰＣカード（８）のそれぞれは、意図した機能を果たす。動作の副産物として、各ＰＣカード（８）中の電子部品により、熱が発生し、熱は温度を上昇させる傾向がある。
【００１４】
各ＰＣカード（８）の動作による熱は、伝導及び放射により、隣接したヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）に転送される。ＰＣカード（８）がヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）に接触していない時、熱はＰＣカード（８）とヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）間の空気間隙を越えて、伝導により、ＰＣカード（８）からヒートシンク（１２）に転送される。加えて、熱は空気間隙を越えて、ＰＣカード（８）からヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）に放射される。放射による熱移動の効率を増すため、非ひれ状表面（２８）の光学的特性は修正できる。例えば、アルミニウム・ヒートシンク（１２）に黒色塗料を塗ることにより、その表面の放射率は約．１から約．９に増加し、従って放射による熱移動の効率は著しく増す。
【００１５】
あるいは、もしＰＣカード（８）の全体又は一部が、ヒートシンク（１２）の非ひれ状部分（２８）に接触しているなら、上の２つの移動機構は、ＰＣカード（８）の外側からヒートシンク（１２）の非ひれ状表面（２８）への直接の熱伝導と結びつく。
【００１６】
ヒートシンク（１２）はヒートシンク（１２）の全表面上のシャシ（１０）の内部チャンバ（１８）中の周囲の空気と常に熱を交換する。ひれ状表面（２６）は周囲の空気に対するほとんどの表面積を供するから、ほとんどの熱はヒートシンク（１２）とひれ状表面（２６）における周囲の空気の間で交換される。シャシ（１０）中の空気孔（２２）は、冷えた空気の侵入を容易にし、シャシ（１０）中のヒートシンク（１２）を囲む加熱された空気と置きかえる。ヒートシンク（１２）それ自身の中で、ヒートパイプ（２９）は熱の流れに対する抵抗を著しく下げる傾向があり、従ってヒートシンク（１２）の表面領域上で、より均一に熱を広げ消散させる。このことは、きわめて重要で、特にヒートシンク（１２）上に空気を押しやるために、ファンを用いない場合に、特に重要である。後者の場合、シャシ（１０）の中央のＰＣカード（８）は、空気孔（２２）から最大の距離になる。ヒートパイプ（２９）により熱抵抗が低くなるため、装置の冷却効率が著しく増し、特に中央に置かれたＰＣカード（８）を冷却する能力が増す。更に、ヒートシンク（１２）のひれ状表面（２６）上に、空気を押しやるため、ファンを用いることにより、冷却効率は上げられる。
【００１７】
具体例について述べてきたが、当業者には、本発明の精神及び視野を離れることなく、変更ができることを、理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】構成要素を示す本発明の好ましい実施例の分解図である。
【図２】ＰＣカードの装置への接続方式を示す本発明の概略図である。
【符号の説明】
８ ＰＣカード
１０ シャシ
１２ ヒートシンク
１４ 裏面板
１６ 側壁
１８ 内部チャンバ
２０、２４、２５ ねじ孔
２２ 空気孔
２６ ひれ状表面
２８ 非ひれ状表面
２９ ヒートパイプ
３０ 差し込み部
３２ ケース

Claims (7)

1. 通気孔を有する、チャンバを規定するシャシ；
   該シャシにマウントされた複数のヒートシンクであって、該ヒートシンク周囲の雰囲気に熱を移動させるためのひれ状表面、該ひれ状表面に相対する側の非ひれ状表面及び該ひれ状表面と該非ひれ状表面間のヒートシンク内に完全に埋め込まれ伝導による熱の移動を容易にするためのヒートパイプを、それぞれが有する複数のヒートシンク；及び
   少なくとも１つのＰＣカードに機械的かつ電気的に接続可能な電気的コネクタを有する、該シャシにマウントされた裏面板とを含むＰＣカード群から熱を除去する装置において、
   該複数のヒートシンクは、隣接するヒートシンクのひれ状表面と非ひれ状表面間の間隙がＰＣカードを挿入するスロットとして規定されるよう、該シャシ内に間隔をあけてマウントされており、
   該スロットに挿入されたＰＣカードの表面が、該ヒートシンクのひれ状表面よりも非ひれ状表面側により近接し且つ該非ひれ状表面に本質的に平行であるよう配置されてＰＣカードの冷却を増進されるよう構成された、ＰＣカード群から熱を除去する装置。
2. 前記ヒートシンクは黒色塗料で処理されている請求項１に記載の装置。
3. 前記ヒートシンクは押し出し加工材料で作られている請求項１に記載の装置。
4. 前記押し出し加工材料は金属である請求項３に記載の装置。
5. 前記金属はアルミニウム、銅又は金属合金である請求項４に記載の装置。
6. 前記スロットに挿入されたＰＣカードの表面が該ヒートシンクの非ひれ状表面に接触している請求項１に記載の装置。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６に記載の装置において、該ヒートシンクのひれ状表面に空気を流すことにより、それぞれのヒートシンクを冷却しているＰＣカード群を冷却する方法。

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