JP4321413B2

JP4321413B2 - ディスクアレイ装置

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Publication number: JP4321413B2
Application number: JP2004255518A
Authority: JP
Inventors: 松島　　均; 隆之新; 洋福田; 俊輔山名
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP2006073099A; US7675748B2; US20060077776A1

Description

本発明は、ディスク状の記録媒体を駆動するディスクドライブを複数装架してなるディスクアレイ装置に係り、特に、ディスクドライブの冷却技術に関する。

コンピュータ技術の発展に伴い、コンピュータシステムを構成する電子デバイスを高密度にモジュール化するとともに集積化することが行われている。例えば、コンピュータシステムに必要な種々の情報を記憶する記憶装置として、高密度モジュール化されたディスクドライブを複数並べて装架することにより、省スペースで小形のディスクアレイ装置が提案されている。例えば、高密度モジュール化されたディスクドライブは、磁気式あるいは光式のディスク状の記録媒体（以下、記録ディスクという。）および記録ディスクに対して情報の記録および再生を行うヘッドとを筐体に収納してなるディスク部と、ディスク部の記録ディスクと記録ヘッドを制御する制御回路および外部制御装置とのコネクタなどを搭載してなる制御基板とを一体的に組み込みんで薄型に形成される。また、記録ディスクを回転駆動する駆動モータと、記録ヘッドを駆動制御するアクチュエータなどの駆動機構は、ディスク部を構成する薄型ケース内に収納されている。

また、ディスクアレイ装置は、記録ディスクのデータ保存の信頼性を向上させるために、複数のディスクドライブを複数のユニットボックスに分割して収納するとともに、ユニットボックスを多段に重ね、さらに背中合わせに並べることにより、大容量の記憶装置に対応することが行われている。また、ディスクアレイ装置は、各ディスクドライブを光などの高速な専用ネットワーク回線で接続して管理ソフトウェアにより管理することにより、ＳＡＮ（ストレージエリアネットワーク）や、ＮＡＳ（ネットワークアタッチドストレージ）、あるいは単独のＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）ディスク装置として利用される。

このように高密度に集積化されたディスクドライブをユニットボックス内に並べて収納すると、各ディスクドライブの発熱によりユニットボックス内の温度が上昇して、ディスクドライブを構成する機器の機能に障害を及ぼすことから、冷却が重要になる。ディスクドライブの主要な発熱源は、駆動モータ、アクチュエータ、制御回路を構成するＬＳＩなどの電子部品である。

従来、ディスクドライブの熱を冷却するため、ディスクアレイ装置の筐体に冷却ファンを設け、ディスクドライブの周囲に冷却風を送ることが行われている。この冷却能力が悪いと、ディスクドライブの温度が上昇したり、複数のディスクドライブ間で温度がばらつく場合があり、誤動作や長期信頼性が悪化されるおそれがある。

そこで、ディスクドライブ内のディスク部に放熱機構（例えば、放熱フィン）を設けて放熱面積を増大させ、冷却風が通風しやすいようにして冷却性能を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献2、特許文献３参照）。

特開２０００−１５６０７７号特開２００１−３３２９７８号公報特開２００３−３４７７８１号公報

ところで、ディスクアレイ装置の技術分野においては、さらに記憶容量の大容量化を実現するとともに、ユニットボックスに収納するディスクドライブの数を増やして高密度実装することが要望されている。

しかし、ディスク部に放熱フィンなどの放熱構造を設ける従来の技術によれば、ディスクドライブの設置スペースが大きくなり、ユニットボックスへの収納密度が低下して高密度実装に限界があることから、放熱フィンなどを大きくできないという問題がある。

また、ディスク部の放熱フィンを省略して高集積化し、放熱をディスク部の表面から行わせるようにすると、多数設置されたディスクドライブ同士のわずかな隙間（例えば、数ｍｍ）に通風することになる。この場合は、ディスクドライブの冷却性能は、ディスクドライブ同士の搭載位置ズレの影響を大きく受けるため、位置によってディスクドライブの温度上昇がばらつくことになる。その温度上昇のばらつきによって、局所的に許容温度を越えることがあり、これを防止するにはディスクドライブ同士の隙間を大きくしなければならず、高密度実装が制限を受けることになる。

本発明は、ディスクドライブの冷却能力を向上させ、かつ高密度実装を可能にすることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、記録ディスクと記録・再生ヘッドとこれらを駆動する駆動機構が収納された薄型ケースに、前記駆動機構を制御する制御基板を組み付けて形成されたディスクドライブを複数備え、該複数のディスクドライブを厚さ方向に並べてユニットボックスに収納してなるディスクアレイ装置において、前記薄型ケースおよび前記ユニットボックスは、それぞれ熱伝導性を有する材料で形成され、前記ユニットボックスは、前記複数のディスクドライブの厚さ方向に平行な少なくとも一方の壁面に冷却媒体が封入された吸熱部を有してなることを特徴とする。また、ユニットボックスを２段重ねにする場合は、上段ユニットボックスの上面と下段ユニットボックスの下面の壁面に吸熱部を設けることができる。

すなわち、複数のディスクドライブの厚み方向に平行なユニットボックスの壁面は、通常、ボックスの上面と下面に相当し、面積が広い。そこで、ユニットボックスの上面または下面の少なくとも一方に、冷却媒体が封入された吸熱部を設けることにより、ディスクドライブの熱を効果的に吸熱部に輸送することができる。つまり、ユニットボックスの壁面の温度は吸熱部により低温に冷却されるから、ディスクドライブの薄型ケースまたは制御基板のＬＳＩなどから発生した熱は、ユニットボックスの近くの壁面との温度差によって移動し、ディスクドライブが効果的に冷却される。特に、吸熱部は空気より冷却能力が高い冷却媒体によって十分に冷却されるから、冷却能力を大きくすることができる。冷却媒体としては、水などの液体、沸点の低い気液２相冷媒を用いることができる。また、冷却媒体によって吸熱部の温度が一定に保持されるから、ディスクドライブ相互間の温度のバラツキを低減できる。その結果、ディスクドライブの信頼性の向上および長寿命化を図ることができ、ディスクドライブの高密度実装化およびディスクアレイ装置の大容量化と高速化を実現できる。

この場合において、ディスクドライブからユニットボックスの壁面に至る伝熱抵抗を小さくすることが好ましい。ところで、ディスクドライブは、一般に、熱伝導性を有する材料で形成された箱状のキャニスタに装着され、そのキャニスタを介してユニットボックスに着脱可能に収納される。したがって、ディスクドライブの熱は、熱伝導性を有する薄型ケースを介して熱伝導性を有するキャニスタに伝熱され、キャニスタからユニットボックスの壁面に伝熱されるから、その伝熱ルートの伝熱抵抗を小さくすることが好ましい。

特に、キャニスタは挿脱自在にユニットボックスに装着されるから、ユニットボックスの内壁面と対向するキャニスタの側壁面に、ユニットボックスとキャニスタとの間に形成される隙間を埋めて両者の熱的結合を促進する熱伝導促進部材を設けることが望ましい。この熱伝導促進部材としては、熱伝導性ゴム、熱伝導グリース、熱伝導性を有するバネ部材の少なくとも１つを用いることができる。あるいは、熱伝導促進部材として、キャニスタの側壁面とユニットボックスの内壁面とに嵌め合い可能に形成された挿脱用の案内溝を用いることができる。さらに、ディスクドライブから薄型ケースに至る伝熱抵抗を下げるため、ディスクドライブの薄型ケースとキャニスタとの接触面に、熱伝導性を有するグリースなどの柔軟性を有する熱伝導部材を介在させることが好ましい。

本発明の吸熱部は、冷却媒体が通流する冷却媒体流路を有して平板状に形成し、ユニットボックスの壁面部材とすることができる。この場合、吸熱部の冷却媒体流路の両端は、ユニットボックスから離れた位置に設けられた放熱部の冷却媒体流路の両端にそれぞれ配管で連通して構成することができる。

また、放熱部は、ユニットボックスよりも上方に位置させて設け、吸熱部の冷却媒体を配管を介して放熱部との間で自然循環させるようにすることができる。あるいは、冷却媒体として気液２相冷媒を用い、吸熱部と放熱部の冷却媒体流路を連通する一方の管路に冷却媒体を圧縮する圧縮機を設け、他方の管路に減圧手段を設けて冷凍サイクルを構成することができる。さらに、これに代えて、吸熱部と放熱部の冷却媒体流路を連通する一方の管路に冷却媒体を循環させるポンプを設け、冷却媒体として水や不凍液などの液体を用いて強制循環させるようにすることができる。また、放熱部を冷却する送風ファンを設けることが好ましい。

さらに、薄型ケースがユニットボックスの奥行き後部側に寄せて配置されている場合は、吸熱部の冷却媒体流路をユニットボックスの後部側から前部側に向かって蛇行させて配設することが好ましい。これによれば、薄型ケースの熱を低温の冷却媒体により効果的に冷却することができる。

上記の吸熱部に代えて、吸熱部を冷却媒体が封入されたヒートパイプを有して構成し、そのヒートパイプの他端に放熱部を形成することができる。また、吸熱部をユニットボックスの壁面を構成する冷却媒体が封入された空間を有するコールドプレートとし、このコールドプレートの外面に放熱フィンを設けて構成することができる。

本発明によれば、ディスクドライブの冷却能力を向上させ、かつ高密度実装を可能にすることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

本発明のディスクアレイ装置の一実施例を、図１と図２を参照して説明する。図１は本実施例のディスクアレイ装置の斜視構成図を示し、図２は本実施例のディスクドライブの分解図を示している。図２に示すように、ディスクドライブ２６は、ディスク本体１と、制御基板２と、制御基板２を保護するカバー１８を重ねて組み付け、これらの組立体を箱状のキャニスタ７に収納して形成されている。ディスク本体１は、図示していないが、例えば、磁気ディスクと、磁気ディスクを回転駆動するモータと、磁気ディスクに情報を記録したり、磁気ディスクに記録された情報を再生する記録・再生ヘッドと、記録・再生ヘッドを駆動するアクチュエータを、熱伝導性を有する材料で形成された薄型ケースに収納して形成される。

ディスク本体１に搭載された制御基板２には、ディスク本体１のモータやアクチュエータを制御する複数のＬＳＩ４を含む制御回路が搭載されるとともに、後述する大形基板との間で電源および制御信号を受け渡すためのコネクタ３が設けられている。また、制御基板２のＬＳＩ４が搭載された部分とディスク本体１との間に熱伝導シート５が介在され、ディスク本体１と並んで代表的な発熱体であるＬＳＩ４の熱をディスク本体１に熱伝導しやすくしている。

キャニスタ７は、熱伝導性を有する材料により箱状に形成され、箱の一方の面と後壁面は開放されている。そして、ディスク本体１は、側面に設けられた複数のねじ穴６に、キャニスタ７の内側面に設けられたガイド板８のネジ穴からねじ９を通してキャニスタ７に固定されている。キャニスタ７の前面には、ディスクドライブ２６を後述するユニットボックスに対して挿入又は脱着するための取っ手１６が設けられている。また、取っ手１６の部分にリリースボタン１７が設けられている。すなわち、ディスクドライブ２６には、ユニットボックスから簡単に脱着できないように図示していないロック機構が内蔵されている。このロック機構は周知の構成を適用でき、リリースボタン１７を押し込むことによって、外れるように構成されている。

ここで、ディスク本体１の薄型ケースおよびキャニスタ７は、熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。このような材料としては、例えば、銅、アルミニウム、カーボンファイバー、カーボンコンポジット、カーボンナノチューブ等を用いたカーボン材などがある。このような高熱伝導率の材質を用いることにより、ディスク本体１から吸熱した熱をキャニスタ７で効率良く輸送できる。また、キャニスタ７とディスク本体１とは、熱伝導グリース１０によって熱的に結合され、ディスク本体１と制御基板２の熱を一括してキャニスタ７に伝導できる構成となっている。また、キャニスタ7の両側壁には、熱伝導促進部材１１０が取り付けられている。

ディスクアレイ装置は、図１に示すように、キャニスタ７によってアッセンブリされたディスクドライブ２６を、ユニットボックス２７内に多数並べて収納して形成される。ユニットボックス27は、前壁と後壁を開放して箱状に形成され、箱の上面と下面は吸熱部としてのコールドプレート１００により形成されている。上下のコールドプレート１００の間隔は、キャニスタ７の側面間の外形寸法よりも若干広く形成されている。これにより、キャニスタ７を立てた状態でユニットボックス27内に挿脱可能に形成されている。コールドプレート１００の内面には、キャニスタ７の挿入位置を案内するためのガイドレール２９が設けられている。また、図３に示すように、ユニットボックス27の後壁全体にわたって大型基板２１が取り付けられており、ユニットボックス27に挿入されたディスクドライブ２６は、コネクタ３を介して大型基板２１に設けられたコネクタ２３に電気的に接続される。ディスクドライブ２６のコネクタ３と大型基板２１のコネクタ２３の位置合わせは、ガイドレール２９によって容易に行える。

このようにしてユニットボックス27に装着されたディスクドライブ２６は、キャニスタ7の側壁の熱伝導促進部材１１０を介してユニットボックス２７の上下面のコールドプレート１００に熱的に結合される。これにより、ディスク本体１から熱伝導グリース１０およびガイド板８を介してキャニスタ7の底面および側壁に伝えられた熱は、熱伝導促進部材１１０を介してコールドプレート１００へ伝わるようになっている。

ここで、熱伝導促進部材１１０は、キャニスタ7とユニットボックス２７ないしコールドプレート１００との間の隙間をなくすことにより、両者を熱的に結合させるものである。したがって、熱伝導促進部材１１０は、熱伝導性と柔軟性を有する材料で形成することが好ましい。このような材料としては、例えば、熱伝導グリースをあげることができるが、これに限らず、熱伝導性を有するゴムなどでもよい。これにより、ディスクドライブ２６とユニットボックス２７との接触状態のバラツキに起因する温度上昇のバラツキを低減することができる。

コールドプレート１００の内部には冷却媒体が通流される冷媒流路が形成されている。コールドプレート１００は、２枚の熱伝導性を有する平板の間に帯状の仕切り板を装着して、図示のように蛇行した冷媒流路を形成することができる。また、これに代えて、コールドプレート１００の２枚の平板を金属部材により形成し、上板（金属板）をプレス加工して上記の仕切り板に相当する部位に突条を形成し、その突条部を下板にろう付け等して、冷媒流路を形成することができる。また、冷媒流路となる金属管を蛇行させて下板の表面に熱的に結合して構成することもできる。

本実施例の冷却媒体は、例えばＲ１３４ａなどの気液２相冷媒が用いられている。コールドプレート１００内部の冷媒流路の両端は、２組の配管１０１を介して放熱部であるラジエータ１０２に接続されている。つまり、配管１０１を介してコールドプレート１００の冷媒流路とラジエータ１０２の冷媒流路が連通され、これにより冷却媒体循環系が形成されている。図示実施例では、複数のコールドプレート１００を、一つのラジエータ１０２に接続するために、配管１０１の途中に分岐継手１０８が設けられている。また、ユニットボックス２７とラジエータ１０２とを切り離せるように、分岐継手１０８のラジエータ１０２の配管１０１にジョイント１１７が設けられている。これにより、ユニットボックス２７とラジエータ１０２を切り離せることから、ディスクアレイ装置の組立等の製作性を向上させることができる。

本実施例の場合、ラジエータ１０２とコールドプレート１００内の冷媒の蒸発および凝縮の温度は、気液２相冷媒の封入圧力によって０℃以下から数１０℃までの間で容易に調整することができる。また、本実施例においては、冷却媒体循環系にエアコン等の冷凍サイクルで通常用いられる圧縮機および膨張弁を用いていないため、冷媒の蒸発温度と凝縮温度はほぼ同じである。

また、本実施例では、平板状のラジエータ１０２を傾けて配置している。つまり、冷媒の流れが図示矢印１１８の場合は、ラジエータ１０２の冷媒排出側のＡＡ側を、冷媒流入側のＢＢ側よりも低くなるよう傾けて実装している。このようにすると、ラジエータ１０２内で凝縮した液冷媒が重力によりＡＡ側に集まり、コールドプレート１００に液冷媒を効果的に供給できる。

また、液冷媒をコールドプレート１００の後ろ側、すなわちユニットボックス２７の奥側から流入させ、コールドプレート１００内をディスクドライブ２６群を横切る様にして蛇行しながら流して、前方端部から流出させることが好ましい。これにより、液冷媒の蒸発によりディスク本体１付近を重点的に冷却できるとともに、各ディスクドライブ２６の冷却を均等に行うことができる。

なお、冷媒量は、コールドプレート１００内で液枯れが生じない程度に十分の量であることが好ましい。ただし、例えコールドプレート１００内の流路の途中で液枯れが生じ、冷媒が全てガスになったとしても、前述のように発熱部であるディスク本体１に近い部分を温度の低い冷媒で重点的に冷やす流路構成としているから、ディスクドライブ２６群の冷却が損なわれることはない。

このように構成される本実施例の熱輸送ルートについて整理すると、まず、ディスク本体１からキャニスタ7に伝えられた熱は、熱伝導促進部材１１０を介してコールドプレート１００へ伝わる。そして、コールドプレート１００内において冷媒の蒸発により熱が吸収される。これにより冷媒はガスとなり、浮力により上方にあるラジエータ１０２へ移動する。冷媒は、ラジエータ１０２において除熱され、ガスから液へ変化し、密度差によって下方のコールドプレート１００へ戻り、ディスク本体１からの熱がラジエータ１０２に輸送される。ラジエータ１０２の熱は、周囲の空気の対流またはファンによる強制空冷により放熱させることができる。

本実施例によれば、冷却媒体循環系に圧縮機やポンプなどの稼動部分を設けていないことから、冷却系の信頼性を大幅に向上させることができる。また、コールドプレート１００における蒸発温度は冷媒封入圧により定まる一定温度であるから、ユニットボックス２７内に多数並んで収納されたディスクドライブ２６の温度を均一に保つことが可能である。

図４に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例に係るキャニスタ７の斜視構成図を示す。本実施例が図２の実施例と異なる点は、熱伝導促進部材１１０に代えて、キャニスタ７の側面に断面が三角形の山形の突条１１２を長手方向に延在させて複数設け、これに合わせてユニットボックス２７側に突条１１２と噛み合う図示していない凹凸パターンを設けたことにある。これにより、キャニスタ７とユニットボックス２７との接触面積を十分に確保して熱伝導を促進できる。さらに、突条１１２の表面に熱伝導グリースを塗布すれば、さらに良好な伝熱性能を得ることができる。なお、突条１１２は、キャニスタ7をユニットボックス２７に挿入する際のガイドレールを兼ねることができる。

図５に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例に係るキャニスタ７の斜視構成図を示す。図５は、ディスクドライブ２６を裏面から見た図である。本実施例が図２の実施例と異なる点は、キャニスタ７の側面に突条部を有するガイドレール２０を設け、そのガイドレール２０の表面に熱伝導ゴムよりなる熱伝導促進部材１１０を付着させた点にある。このガイドレール２０は、ディスクドライブ２６をユニットボックス２７内に挿脱する際の位置合わせを容易にするものである。

また、本実施例では、キャニスタ７の反対の側面に、複数のバネクランプ１１３を設け、そのバネクランプ１１３の表面に熱伝導性ゴムを付着させた熱伝導促進部材１１０を設けている。バネクランプ１１３は、ディスクドライブ２６をユニットボックス２７に装着する際にバネ力により、キャニスタ７をユニットボックス２７に押し付けて熱伝導性を促進する。また、バネクランプ１１３は、図６に示すように、ロッド１２１を介してディスクドライブ２６のロック機構１２０と連動しており、リリースボタン１７が押されると、バネクランプ１１３の押し付け力も同時に解除されるようになっている。つまり、ロッド１２１の先端はロック機構１２０とつながっており、ロッド軸１２２に支えられたロッド１２１は、リリースボタン１７を押すとロッド軸１２２上をスライドする。ロック機構１２０はリリースボタン１７を１回押すごとに出たり引込んだりを繰り返す構造となっている。ロッド１２１の移動とともに、ロッド１２１と熱伝導促進部材１１０を結ぶバネクランプ１１３が持ち上がり、熱伝導促進部材１１０をボックス２７の壁面に押し当てるようになっている。

また、図４、図５では、キャニスタ７の一方の側壁にバネクランプ１１３を設けた例を示したが、両方の側面にバネクランプ１１３を設けてもよいことは言うまでもない。

図７に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例が、図１の実施例と異なる点は、図１のユニットボックス２７を上下２段重ね構造としている点にある。また、大型基板２１は、上下２段のユニットボックス２７に対して１枚設けられている。なお、図７において、ラジエータおよび冷却系の配管等の図示を省略しているが、本実施例の４枚のコールドプレート１００は、図１と同様にラジエータを含む冷却媒体循環系を備えている。

本実施例のように、ユニットボックス２７を２段重ねにし、それぞれのユニットボックス２７単位でコールドプレート１００による集中冷却方式を採用することにより、ディスクドライブ２６をブックシェルフ型に多数配置しても、冷却能力を十分に確保できるから、ディスクドライブ２６の高密度実装化、ディスクアレイ装置の大容量化および高速化を実現することができる。

図８に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例は、図7の２段重ね構造のユニットボックス２７を一単位として、１つの筐体３１内に設けられた複数段のラックにそれぞれ２段重ね構造のユニットボックス２７を装架して、大型のディスクアレイ装置を構成した例である。企業向けの大型ディスクアレイ装置では、本実施例のような筐体実装方式を採る場合が多い。

図示のように、２段重ね構造のユニットボックス２７を上下方向に3段積み、さらに筐体３１の表裏に２列並べて、計6個の２段重ね構造のユニットボックス２７が搭載されている。筐体３１の下部空間には、ディスクアレイ装置全体に電力を供給する電源装置３２や、商用電源に接続される電力入力部などが配置されている。筐体３１内の全体を冷却するために、筐体３１の上部空間に多数の排気ファン３３からなるファンユニット３４が搭載されている。筐体３１内を冷却する冷却空気は、矢印のように筐体３１の表と裏の壁面に設けられた開口から筐体３１内に導入され、大型基板２１の裏面を通って各段のユニットボックス２７からの空気流と合流しながら上方に流れ、ファンユニット３４から筐体３１の外部に排出されるようになっている。

また、ラジエータ１０２は、ファンユニット３４とほぼ同寸大の大型に形成され、ファンユニット３４の下側に設けられている。図示していないが、複数の２段重ね構造のユニットボックス２７のコールドプレートは、図１と同様に、分岐継手１０８を有する配管によってラジエータ１０２に接続されている。本実施例の分岐継手１０８は、図示のようにラジエータ１０２の下部に位置させて設けられている。

本実施例によれば、ディスクアレイ装置を容易に大型化できるとともに、全てのユニットボックス２７からの熱を極めて効率的に輸送して外部に排出できる。特に、ラジエータ１０２を筺体排気用のファンユニット３４の近傍に設けたことから、ラジエータ１０２の排熱によって他のディスクドライブ２６群などの発熱体の冷却に影響を与えることがなく、筺体内全体の冷却を極めて効率的に行うことができる。また、図１の実施例と同様、本実施例のラジエータ１０２は、冷却媒体の入り側を高く、出側が低くなるよう傾けて実装している。

このように構成された本実施例によれば、高密度実装時におけるディスクドライブ２６の冷却性能を向上させるとともに、ディスクドライブ２６間の温度バラツキを押さえることができ、大容量化および高速化が必要な大規模ディスクアレイ装置を実現できる。

なお、図示していないが、各コールドプレート１００と分岐継手１０８を連結する配管は、パーティションなどにより電気系統の大型基板２１や電源装置３２と分離した位置に配設することが好ましい。例えば、筐体３１の側壁の内側に平行に平板状のパーティションを配設し、パーティションと筐体側壁との間の配管を通すようにする。これにより、万一、配管１０１の接続部等より冷媒がもれても、電気系統へのダメージを最小限にすることができる。

図９に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例が、図７の実施例と異なる点は、２段重ねのユニットボックス２７の境界のコールドプレーを省略し、２段重ねの上面と下面にコールドプレート１００を配置していることにある。したがって、２段重ね分のディスクドライブ２６で発生した熱は、２枚のコールドプレート１００により除熱されることになるが、コールドプレート１００の数を少なくして、配管１０１を簡素化することができる。

図１０に、ディスクアレイ装置のさらに他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例が、図１の実施例と異なる点は、冷却媒体循環系の構成にあり、圧縮機１０５をコールドプレート１００とラジエータ１０２との間を結ぶ一方の配管１０１に設け、減圧手段である膨張弁１０６をもう一方の配管１０１に設けている。

本実施例によれば、気液２相冷媒を用いることにより、コールドプレート１００でガス化された冷媒が圧縮機１０５により強制的に循環され、ラジエータ１０２において凝縮して液化されるから、ラジエータ１０２を傾けて実装する必要がない。また、ジョイント１１７により、圧縮機１０５やラジエータ１０２等の冷却系の主要機器とユニットボックス２７側を切り離せるから、ディスクアレイ筺体全体の製作性を向上させることができる。

特に、気液２相冷媒の冷凍サイクルを形成していることから、コールドプレート１００の温度を室温以下にコントロールしたり、より大きな除熱量を確保することができる。その結果、ディスク本体１の更なる高密度記録化が可能となる。また、コールドプレート１００の温度を室温よりも低くできることから、砂漠地帯のような高温環境でも使用可能なディスクアレイ装置を提供することができる。

図１１に、ディスクアレイ装置のさらに他の実施例の斜視構成図を示す。図１等の実施例では、コールドプレート１００内を流れる冷却媒体としてＲ１３４ａのような気液２相冷媒を用いたが、本実施例は水または不凍液などの単相液冷媒を用いることが異なる。すなわち、本実施例は、液冷媒を循環させるためのポンプ１０７と冷媒タンク１０９を、コールドプレート１００とラジエータ１０２の間配管１０１に設けている。本実施例によれば、ポンプ１０７により冷却媒体が強制的に循環させられるため、ラジエータ１０２を傾けて実装する必要がない。また、ジョイント１１７により、ポンプ１０７やラジエータ１０２等の冷却系の主要機器とユニットボックス２７側を切り離せるようにしている。

本実施例によれば、より大きな除熱量を確保することができ、ディスク本体１の更なる高密度記録化が可能となる。また、本実施例ではポンプ１０７をラジエータ１０２の下流側に来るよう配置している。このようにすると、冷えた液をポンプ１０７に流すことができ、ポンプ１０７の信頼性を向上させるのに好適である。ただし、ポンプ１０７の位置はこれに限定されることはなく、例えばラジエータ１０２の上流側に来るよう配置してもよい。

また、上述した各実施例においては、ディスクアレイ装置全体の放熱を一つのラジエータ１０２で賄っているため、従来のディスクアレイ装置のように、ディスクドライブ２６の冷却性能が、筺体内での局所的な風速や風温の分布に影響されることがない。また、各コールドプレート１００の温度はほぼ一様であり、結果的に冷却されるディスクドライブ２６の温度を均一に保つことが可能である。

図１２に、本発明のディスクアレイ装置のさらに他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例は、図９の実施例のラジエータ１０２に代えて、コールドプレート１００に放熱フィン１０３を直接設けたことを特徴とする。放熱フィン１０３に、図示していない排気ファンなどにより、図示矢印の冷却空気を流すことにより冷却する。本実施例によれば、ラジエータ１０２や配管１０１を省略することができる。

図１３に、本発明のディスクアレイ装置のさらに他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例は、図１２の放熱フィン１０３に代えて、コールドプレート１００自体に放熱フィン付きのヒートパイプ１０４を熱的に結合したことを特徴とする。本実施例の放熱フィン付きのヒートパイプ１０４は、比較的広い空間の確保が容易な大型基板２１の裏面の領域に設置される。このため、放熱フィンの面積を十分に大きく取れる利点がある。

なお、本実施例のヒートパイプの本数は、図示例の３本に限定されるものではなく、発熱量等の条件に応じて本数を選択する。また、ヒートパイプの形状に関しても、丸断面の他に、扁平型のヒートパイプでも良い。さらに、ヒートパイプの動作方式に関しても、冷媒の蒸発、凝縮を繰り返して熱輸送する一般的な方式以外に、液振動型や液循環型の熱輸送方式を採るヒートパイプを適用できる。

図１４に、本発明のディスクアレイ装置の他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例が、図８実施例と相違する点は、冷媒配管の分岐継手１０８を筐体３１の側壁内側に高さ方向に延在させて、縦長のヘッダー１１９として形成したことにある。すなわち、本実施例のヘッダー１１９は、ディスクドライブ２６を多数収納したユニットボックス２７を積み重ねた領域のほぼ全長にわたって配設されている。これにより、各ユニットボックス２７の各コールドプレート１００に接続された配管１０１を、ヘッダー１１９のほぼ同一高さ位置の連結することにより、配管系を簡素な構造にすることができる。ただし、このようにすると、冷却媒体の重力によって上段側のユニットボックス２７と下段側のユニットボックス２７とで、液冷媒の流路抵抗が異なるから冷媒の分配が均一にならない。そこで、本実施例では、ヘッダー１１９に接続する各配管１０１の接続部の開口比を、高さ方向の位置に応じて変えることにより冷媒分配を調整している。なお、これに代えて、ヘッダー１１９の断面積を高さ方向で変化させるようにしてもよい。

また、ヘッダー１１９の内側に平板状のパーティション１１２を設けて、電気系統の大型基板２１や電源装置３２と配管１０１およびヘッダー１１９を分離する。これにより、万一配管１０１の接続部等より冷媒が漏れても、電気系統へのダメージを最小限にすることができ、大型のディスクアレイ装置の信頼性を向上させることができる。

また、ヘッダー１１９とラジエータ１０２とを接続する配管１０１にジョイント１１７を設けることにより、ラジエータ１０２側の冷却主要器機を別ユニットにすることができ、装置の組み立ておよび制作性を良好にできる。なお、本実施例の冷媒回路は、図１、図１０、図１１に示したいずれの実施例でも適用できる。

図１５〜図１６に、本発明のディスクアレイ装置のさらに他の実施例の斜視構成図を示す。本実施例が上述した各実施例と異なる点は、ユニット筐体１１４内に、ユニットボックス２７と冷却装置および電源をコンパクトに収めて構成したことにある。すなわち、図１５に示すように、図１の実施例のユニットボックス２７を箱方のユニット筐体１１４の前面側の空間に収納し、電源装置３２および図示していないマザーボード・Ｉ／Ｏ基板などの電気系統を右奥側の空間に、ラジエータ１０２とファン３３と冷媒を循環させるポンプ１０７と冷媒タンク１０９等の冷却系機器を左奥側の空間に収納して構成されている。

また、電気系統の空間と冷却系統の空間は、パーティション１１２によって仕切られている。これにより、電源装置３２等の電気系統と配管１０１等を含む冷却機器を分離できるので、万一配管１０１の接続部等から冷媒が漏れても、電気系統へのダメージを最小限にして、システムの信頼性を向上させることができる。また、冷却機器は一つのユニットにより構成され、ジョイント１１７を介してユニットボックス２７のコールドプレート１００と接続されているから、ユニット筺体１１４の組立性を向上できる。

このように構成されるユニット筐体１１４を、図１6に示すように、1つの大型筐体１１５に設けられた複数段のラックに実装することにより、大型のディスクアレイ装置を構成することができる。本実施例の場合は、多段積みされたユニット筐体１１４の背面側のスペースを配線領域とすることができる。

なお、図１5では、ラジエータ１０２を通る冷却風は、ユニット筺体１１４の背面側から大型筐体１１５内に排気するようにしている。これにより、大型筐体１１５の配線スペースをラック全体の排気エリアとして使用することができる。ただし、裏面にＩ／Ｏコネクタ等の電気系統のスペースが多く必要な場合は、大型筐体１１５の側面から排気するようにできる。また、ポンプ１０７と冷媒タンク１０９に代えて、圧縮機１０５をコールドプレート１００とラジエータ１０２との間を結ぶ一方の配管１０１に、膨張弁１０６を他方の配管１０１に設けてもよい。

図１７に、本発明のディスクアレイ装置のさらに他の実施例の構成図を示す。本実施例が図１５の実施例と異なる点は、ユニット筺体１１４の冷却機器が収納された左側壁に脚部１１６を付け、この脚部１１６を下にしてユニット筐体１１４を単独で立てて用いることができるようにした点である。なお、図１７は、ユニット筐体１１４を斜め下から見た図である。本実施例によれば、ポンプ１０７等の冷却機器系が下側に来るから、液漏れが生じても電気系統に及ぼす影響を最小限にすることができる。本実施例の場合も、ラジエータ１０２を通る冷却風は、ユニット筺体１１４の後ろ側から排気することにより、十分な排気エリアを確保できる。

本発明のディスクアレイ装置の一実施例の斜視構成図である。図１実施例のディスクドライブの分解図である。図１実施例のディスクドライブの熱伝導促進部材の変形例を示す斜視構成図である。本発明のディスクアレイ装置の他の実施例に係るキャニスタの斜視構成図である。本発明のディスクアレイ装置の他の実施例に係るキャニスタの斜視構成図である。図５の実施例に係るキャニスタのバネクランプの詳細を示す図である。本発明のディスクアレイ装置の他の実施例にかかり、２段重ね構造のユニットボックスの一実施例の斜視構成図である。図７の実施例の２段重ね構造のユニットボックスを用いて構成された大型のディスクアレイ装置の一実施例の斜視構成図である。本発明のディスクアレイ装置に係る２段重ね構造のユニットボックスの他の実施例の斜視構成図である。本発明のディスクアレイ装置に係る冷却媒体循環系の他の実施例の構成図である。本発明のディスクアレイ装置に係る冷却媒体循環系のさらに他の実施例の構成図である。本発明のディスクアレイ装置に係る冷却方式の他の実施例の構成図である。本発明のディスクアレイ装置に係る冷却方式のさらに他の実施例の構成図である。図９実施例の大型ディスクアレイ装置の冷却媒体の配管系の他の実施例を示す斜視構成図である。本発明のディスクアレイ装置をユニット筐体に収納してなる実施例の斜視構成図である。図１５実施例のユニット筐体を複数用いて構成した大型ディスクアレイ装置の一実施例の斜視構成図である。図１５実施例のユニット筐体を独立して立てて用いる実施例の斜視構成図である。

符号の説明

１ディスク本体
２制御基板
３コネクタ
４ＬＳＩ
５熱伝導シート
７キャニスタ
１０熱伝導グリース
１６取っ手
１７リリースボタン
２０ガイドレール
２１大型基板
２３コネクタ
２６ディスクドライブ
２７ユニットボックス
２９ガイドレール
３１筐体
１００コールドプレート
１０１配管
１０２ラジエータ
１０３放熱フィン
１０８分岐継手
１１０熱伝導促進部材
１１１突条
１１７ジョイント

Claims

記録ディスクと記録・再生ヘッドとこれらを駆動する駆動機構が収納された薄型ケースに、前記駆動機構を制御する制御基板を組み付けて形成されたディスクドライブを複数備え、該複数のディスクドライブを厚さ方向に並べてユニットボックスに収納してなるディスクアレイ装置において、
前記薄型ケースおよび前記ユニットボックスは、それぞれ熱伝導性を有する材料で形成され、
前記ユニットボックスは、前記複数のディスクドライブの厚さ方向に平行な壁面をそれぞれ有する上段ユニットボックスと下段ユニットボックスを２段重ねて形成され、前記上段ユニットボックスの上面と前記下段ユニットボックスの下面の壁面に冷却媒体が封入された吸熱部を有してなることを特徴とするディスクアレイ装置。