JP4391787B2 - 熱検出を実現するように改良した製品 - Google Patents

Description

本発明は、コンフォーマル・コーティングおよび熱検出システムに関する。

物体の温度制御は、常に重要な考慮すべき問題であった。ある種の物体は、低温になりすぎると脆くなり、割れ、砕ける。同様に、ある種の物体は、過度の熱にさらされると溶融する、または燃える。言うまでもなく、多くの場合、溶融または炭化した、熱損傷を受けた物体は無価値である。本発明は、過度な熱により物体が損傷することを防止するために使用することができる、コーティング材を用いた熱検出システムに関するものである。

電子部品は、おそらく感熱物体の最良の例の１つであろう。熱が電子部品の動作によって自然に生じる副産物であることを考えれば、これは意外なことではない。構成部品を駆動する電流が大きすぎる場合には、この構成部品が溶融する、または燃える可能性がある。構成部品の動作環境が十分に熱を放散しないときにも、同様の損傷が起こる。換言すれば、電子部品は、互いに接近しすぎて配置されたとき、必要な空気の流れを制限するハウジングに入っているとき、あるいは周囲温度（すなわち太陽またはその他何らかの熱源にさらされることによる周囲温度）が高すぎるときに、熱による損傷を受ける可能性もある。

高価な電子部品を満載した通常のコンピュータ・システムは、明らかに、過度な熱を検出する必要がある最も良い例の１つである。市場の影響力によって、より小型かつパワフルなコンピュータを開発することをメーカーが常に求められていることを考えれば、これは尚更である。言うまでもなく、パワーが上がれば通常は電流も大きくなることを意味し、これは（前述のように）より多くの熱が生じることを意味する。同様に、コンピュータをより小型化するには、構成部品をより密に実装し（より多くの熱が生じる）、スペースを狭くする（より多くの熱が生じる）必要がある。全てのコンピュータ・システム設計では、ある程度までは熱の問題を考慮しなければならないが、ラックマウント型スーパー・コンピュータおよびブレード・サーバは、互いに近接して配置したシステム・ボードを密に実装することを必要とするので、より困難な設計上のポイントが２つある。構成部品が破損する前に熱検出を行うことは、システム設計の改良を妨げるより解決困難な要素の１つである。

既存の解決策は、２通りのうちのいずれかの形で制限される傾向がある。破損する前に保護する解決策は、特定の構成要素、構成要素のセットまたは領域に制限される。幅広い検出基準を提供する解決策は、ある種の損傷、通常は炭化が、過熱が検出できた頃には既に発生しているはずであることから、それ自体制限される。

熱による損傷が生じる前に広範囲にわたる検出を行う熱検出システムが必要とされていることは明らかである。

改良したコンフォーマル・コーティング、これを作成するプロセス、およびいくつかのコンピュータに関係する応用分野を開示する。ここで、本発明でいうコンフォーマル・コーティングとは、コーティング材を互いにミラーのように対向して配置（塗布）したもの、すなわち共形（conformal）をなすコーティングを意味する。

改良したコンフォーマル・コーティング用の材料を、特定温度まで加熱されたときに特定のガスを放出するように配合する。次いで、損傷前熱検出を行うことが望ましい物体に、この改良コーティング材を塗布する。次いで、物体の近くに位置するセンサを使用して、放出されるガスを検出する。ガスが検出されると、この特定の物体に適した方法で熱を低下させる処置を行うことができる。

この改良コーティングをコンピュータ産業に応用する場合には、特定の電子部品または一群の電子部品（例えば回路基板）とともに使用することができる。

図面を参照し、図１から図６を使用して、どのようにすればコンピュータ・システムに関連して本発明を使用することができるかを説明する。ただし、本発明の範囲および教示は、好ましい実施形態および代替の実施形態の考察に示す状況に限定されないことを理解されたい。実際に、本発明の教示は、電子部品であれ、回路基板であれ、またはその他の熱検出が重要となる何らかのタイプの物体であれ、熱検出を行うことが望ましいものであればいかなる種類の物体にも適用することができる。また、本発明の教示は、熱を減少させるためだけに適用されるものではないことに留意することも重要である。例えば、所与レベルの熱が検出されると、適用分野により、物体をさらに加熱することが望ましいことも、物体への電力を増大させることが望ましいことも、物体への電力を低下させることが望ましいことも、物体への電力供給を終了することが望ましいこともある。したがって、図１は、好ましい実施形態の改良したコンフォーマル・コーティングを回路基板（すなわち物体）に施し、その後この回路基板をコンピュータ・システムに設置する様子を示す図である。

図示のように、コンフォーマル・コーティング１１０は、選択された未処理の回路基板１００に塗布される。縮尺は異なるが、基板１００の断面図は、コンフォーマル・コーティング１１０が基板１００の両側に塗布されていることを示している。好ましい実施形態および代替の実施形態では、コンフォーマル・コーティング１１０は、回路基板１００に噴霧される。ただし、このコーティングは、ブラッシング、流し塗りまたは浸漬によって塗布することもできる。

好ましい実施形態および代替の実施形態のコンフォーマル・コーティング１１０は、発泡剤を含むように改良されている。この発泡剤は、特定温度でガス発生するように配合される。下記の表は、様々なコーティング／発泡剤の配合によりどのように異なる温度感受性が生じるかを示すものである。温度感受性が様々であるということは、様々な改良コーティングが様々な温度でガス発生し、幅広い応用分野がもたらされることを意味する。

好ましい実施形態および代替の実施形態では、ポリウレタンＵ−７５１０をベース・コーティングとして使用し、Ｃｅｌｏｇｅｎ ＯＴを発泡剤として使用する。この組合せでは、１４０℃でガス発生する改良されたコンフォーマル・コーティングが得られる。この温度は、通常の回路基板が軟化し始めるのが２５０℃から３００℃であり、これが炭形成の開始よりも十分に前であることから選択されたものである。ただし、その他の配合（上記表に示す）を様々な温度感受性レベルを必要とする適用分野に使用することもできることに留意されたい。

図１の説明の最後に、適当な乾燥期間（２０℃で２〜３時間、または８０℃で１時間）を経た後に、コンフォーマル・コーティング１１０で改良された回路基板をコンピュータ・システムに設置する。

図２は、本発明の好ましい実施形態および代替の実施形態のコンピュータ・システムで使用されるエンクロージャおよび基板ベース構成要素を示す図である。図示のように、コンピュータ・システムのエンクロージャ２５０は複数のケージ２６０を含み、それらの中に複数の基板が実装されている。エンクロージャ２５０内には、２つのガス・センサ２６５が、冷却空気の直接の流れの中にあるように取り付けられる。好ましい実施形態および代替の実施形態で使用するガス・センサは、Mass Sensors社製のモデルＣＳ−２００マイクロスケール質量分析計である。ただし、同様の機能を有するその他のタイプのセンサを使用することもできることを理解されたい。センサ２６５によってガスが検出されると、その情報がサービス・プロセッサ２１５に送られる。好ましい実施形態および代替の実施形態では、この情報は、センサ２６５およびサービス・プロセッサ２１５のＲＳ２３２インタフェースを使用して伝送される。

図３は、本発明の好ましい実施形態のコンピュータ・システムで使用される動作状態の構成要素の一部を示す図である。コンピュータ・システム２００はＩＢＭ製のエンハンスト・コンピュータ・システムであるが、同様の構成のその他のコンピュータ・システムを使用することもできる。図示の構成要素は、中央処理装置（ＣＰＵ）２３０、サービス・プロセッサ２１５およびネットワーク２３５を含む。サービス・プロセッサ２１５内には、サービス・プロセッサのＣＰＵ２２５によって動作する遮断コントローラ２２０が示してある。図４から図６およびそれらに添付した文章で、遮断コントローラ２２０の様々な実施形態について説明および記述する。ただし、遮断コントローラ２２０はサービス・プロセッサ２１５に常駐し、それにより動作するように示してあるが、異なる構成では、ＣＰＵ２３０またはネットワーク２３５に接続されたものなどのネットワーク接続システムによって動作することもできることに留意することが重要である。さらに、本明細書では完成したシステムに関連して本発明の実施形態について記述するが、遮断コントローラ２２０など特定のプログラム機構は、プログラム製品の形態で配布することもできることも理解されたい。言うまでもなく、プログラム製品は、フロッピー（Ｒ）・ディスクやＣＤ−ＲＯＭなどの記録可能型媒体およびデジタル／アナログ通信リンクなどの伝送型媒体など（ただしこれらに限定されない）、様々なタイプの信号搬送媒体に載せて配布することができることを十分に理解されたい。

図４は、遮断コントローラ２２０の第１の実施形態を実行するために使用する諸ステップを示す図である。エンクロージャ２５０内にガスが存在することは、ケージ２６０内に実装された基板の１つまたは複数が間もなく破損する温度にまで高温になっていることを示す。センサ２６５の１つは、このガスを検出すると、そのＲＳ２３２ポートを使用して、警報（例えば通知）をサービス・プロセッサ２１５に送信する。図４のブロック３００で、この警報は遮断コントローラ２２０によって受信される。次いで、遮断コントローラ２２０は、システム障害のタイプ（すなわちこの場合は熱）を記録し（ブロック３０５）、システム２００の即時遮断処理を開始し（ブロック３１０）、ブロック３１５で実行を終了する。

図５は、遮断コントローラ２２０の第２の実施形態を実行するために使用される諸ステップを示す図である。ブロック４００で、遮断コントローラ２２０は、繰り返しセンサ２６５と通信して、エンクロージャ２５０内のガス発生レベルを決定する。（図５のブロック４００の破線の枠については、次の図６の考察で説明する。）ゼロではないガス発生レベルが検出されると、遮断コントローラ２２０は、検出されたガス発生レベルが即時遮断しきい値（ＩＳＴ）を超えるかどうかを判定する（４０５）。検出ガス・レベルがＩＳＴを超えていると、システム２００において、エンクロージャ２５０内に収容された基板の１つまたは複数が破損することを回避するための迅速な措置が必要となる。検出されたガス・レベルがＩＳＴを超える場合には、遮断コントローラ２２０は、システム２００の即時遮断を進める（４４０）。即時遮断処理は、図４に関連して前述したものと同じである。すなわち、遮断コントローラ２２０は、ブロック４２０で障害タイプ（すなわち熱）を記録し、システム２００の即時遮断処理を開始し（ブロック４４０）、ブロック４５０で実行を終了する。

ブロック４０５で、ガス発生レベルがＩＳＴ未満であると遮断コントローラ２２０が判断した場合には、遮断コントローラ２２０は、ブロック４１０でこのガス・レベルおよびサンプリングの時間を記録する。次いで、遮断コントローラ２２０は、センサ２６５との通信を通じてガス発生レベルを再度決定する（ブロック４１５）。ブロック４３０で、遮断コントローラ２２０は、ガス発生レベルが制御された遮断しきい値（ＣＳＴ）より高く、かつＩＳＴより低いかどうかを判定する。ガス発生レベルがＩＳＴより高い場合には、遮断コントローラ２２０は即時遮断処理を進める（ブロック４２０）。

ガス発生レベルがＣＳＴより低い場合には、遮断コントローラは、ブロック４００で新たに処理を開始する。ガス発生レベルがＣＳＴより高く、かつＩＳＴより低い場合には、遮断コントローラ２２０は、遮断が必要ではあるが、システム２００を整然と遮断することができる可能性もあると認識する。（通常の遮断処理は、ＣＰＵ２３０によって実行中のプログラムが処理を完了し、データをセーブしてから終了されるので、好ましい代替方法である。）したがって、ブロック４２５で、遮断コントローラ２２０は、最初にサンプル間（すなわちブロック４００で検出されたガス発生レベルとブロック４１５で検出されたガス発生レベルの間）の上昇速度を決定する。システム２００の制御遮断にどの程度の時間がかかるかは分かっているので、遮断コントローラ２２０は、ガス発生レベルの上昇速度が、システム２００の制御遮断を行うことができるほど十分に遅いかどうかを判定する（ブロック４３５）。システム２００の制御遮断が行えるほど十分な時間がないと遮断コントローラ２２０が判定した場合には、遮断コントローラ２２０は即時遮断処理を進める（ブロック４２０）。システムの制御遮断を行えるだけの時間があると遮断コントローラ２２０が判定した場合には、遮断コントローラ２２０は、ブロック４４５で障害タイプを記録し、ブロック４５５で通常遮断処理を開始し、ブロック４５７でスリープ状態に入る。

通常遮断処理中に、遮断コントローラ２２０は周期的に立ち上がり、ガス発生レベルをチェックして、ガス発生レベルがＩＳＴを超えているかどうか判定する。ガス発生レベルがＩＳＴを超えている場合には、遮断コントローラ２２０は、過熱が臨界に達し、即時遮断が必要になっていることを認識する。次いで、遮断コントローラ２２０は、即時遮断処理を開始する（ブロック４２０）。ガス発生レベルが未だＩＳＴに達していないと遮断コントローラ２２０が判定した場合には、遮断コントローラ２２０は、通常の遮断処理を継続することができると認識する。したがって、遮断コントローラ２２０は、ブロック４５７で再度スリープ状態に入る。その後、遮断コントローラ２２０は、通常の遮断処理が完了し、それによりサービス・プロセッサ２１５内の遮断コントローラ２２０の実行が終了するまで、またはガス発生レベルがＩＳＴを超えたため即時遮断処理が必要であると遮断コントローラ２２０が判定するまで、ブロック４６５、４７０および４５７を繰り返し実行する。

図６は、遮断コントローラ２２０の好ましい実施形態を実行する図５に示す諸ステップの一部と組み合わせて使用されるステップを示す図である。好ましい実施形態では、図５の破線ブロック４００の代わりに図６の破線ブロック５００を用いる。この実施形態では、センサ２６５は、遮断コントローラ２２０から繰り返し問い合わせされなくてもガスの存在を報告するように構成される。ガス発生信号が報告されると、ブロック５１０でガス発生レベルが決定され、図５に関連して上述したように処理は進む。

本明細書で述べた実施形態および例は、本発明および本発明の実際の適用分野を最もよく説明し、それにより当業者が本発明を作製および使用することができるようにするために与えたものである。しかし、当業者なら、前述の説明および例が、例示のみを目的として与えられたものであることを理解するであろう。前述の説明は、全てを網羅するものでも、あるいは開示した詳細な形態に本発明を限定するものでもない。頭記の特許請求の範囲の主旨および範囲を逸脱することなく、上記の教示に鑑みて多くの修正および変更が可能である。

まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。

（１）特定の温度で特定のガスを放出するように配合されたコンフォーマル・コーティング。
（２）熱検出を行うことが望ましい物体に塗布される、上記（１）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（３）前記物体が電子部品である、上記（２）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（４）前記電子部品が回路基板である、上記（３）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（５）前記電子部品がガス・センサに近接して位置する、上記（２）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（６）前記ガス・センサが、前記特定のガスを感知し、適当な措置を講じることができるように前記特定のガスの存在を伝える信号を送る、上記（４）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（７）前記適当な措置が、
前記電子部品の冷却、
前記電子部品の加熱、
前記電子部品への電力供給の終了、
前記電子部品への電力の低減、および
前記電子部品への電力の増加から選択される、上記（６）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（８）前記電子部品が回路基板であり、前記回路基板がコンピュータ・システムの一部である、上記（７）に記載のコンフォーマル・コーティング。
（９）ベース・コーティングと、
特定の温度で特定のガスを放出する発泡剤とを含むコンフォーマル・コーティング。
（１０）特定の温度で特定のガスを放出するように配合されたコンフォーマル・コーティングで被覆された物体を含む製品。
（１１）プロセッサと、
特定の温度で特定のガスを放出するように配合されたコンフォーマル・コーティングで被覆された少なくとも１つの電子部品とを含む装置。
（１２）前記電子部品がガス・センサに近接して位置する、上記（１１）に記載の装置。
（１３）前記ガス・センサが、前記特定のガスを感知し、適当な措置を講じることができるように前記特定のガスの存在を伝える信号を送るために使用される、上記（１２）に記載の装置。
（１４）前記適当な措置が、
前記電子部品の冷却、
前記電子部品の加熱、
前記電子部品への電力供給の終了、
前記電子部品への電力の低減、および
前記電子部品への電力の増加から選択される、上記（１３）に記載の装置。
（１５）特定の温度で特定のガスを放出するように配合されたコンフォーマル・コーティングで被覆された少なくとも１つの電子部品と、前記特定のガスを検出し、前記特定のガスの存在を知らせる信号を送るガス・センサと、
前記信号を受信して前記電子部品を遮断するように構成されたプロセッサとを含む装置。
（１６）信号搬送媒体と、
前記信号搬送媒体に記憶された遮断コントローラとを含む製品であって、前記コントローラが、
特定の温度まで加熱されたときに特定のガスを放出するように配合された電子部品のコーティングが前記特定の温度に到達したときに放出される前記特定のガスが検出されたことを知らせる通知をガス・センサから受信するステップと、
前記電子部品を遮断するステップとを実行するように構成された製品。
（１７）前記遮断ステップが、
即時遮断の実行、および
通常遮断の実行から選択される、上記（１６）に記載の製品。
（１８）前記通常遮断を実行するステップが、
第１のガス発生レベルを決定するステップと、
第２のガス発生レベルを決定するステップと、
前記第１のガス発生レベルと前記第２のガス発生レベルの間の上昇速度が、通常遮断を行うことができるほど十分に遅いかどうかを判定するステップと、
前記上昇速度が前記通常遮断を行うことができるほど十分に遅いときに前記通常遮断を実行するステップとをさらに含む、上記（１７）に記載の製品。
（１９）物体を製造するプロセスであって、
物体を選択するステップと、
特定の温度で特定のガスを放出するように配合されたコンフォーマル・コーティングを前記物体に塗布するステップとを含むプロセス。
（２０）装置を遮断する方法であって、
特定の温度まで加熱されたときに特定のガスを放出するように配合された電子部品のコーティングが前記特定の温度に到達したときに放出される前記特定のガスが検出されたことを知らせる通知をガス・センサから受信するステップと、
前記電子部品を遮断するステップとを含む方法。

好ましい実施形態の改良したコンフォーマル・コーティングを回路基板に塗布し、次いでこの回路基板をコンピュータ・システムに設置する様子を示すハイレベル・プロセス図である。 本発明の好ましい実施形態のコンピュータ・システムで使用されるエンクロージャおよび基板ベース構成部品を示す物理図である。 本発明の好ましい実施形態のコンピュータ・システムで使用される動作状態の構成部品を示す論理図である。 遮断コントローラの第１の実施形態を実行するために使用される諸ステップを示す流れ図である。 遮断コントローラの第２の実施形態を実行するために使用される諸ステップを示す流れ図である。 遮断コントローラの好ましい実施形態を実行するために図５に示すステップの一部と組み合わせて使用される諸ステップを示す流れ図である。

符号の説明

２１５ サービス・プロセッサ
２２０ 遮断コントローラ
２５０ エンクロージャ
２６０ ケージ
２６５ ガス・センサ

Claims (1)

1. プロセッサと、
   信号搬送媒体と、
   前記信号搬送媒体に記憶された遮断コントロール・プログラムとを含む製品であって、前記コントロール・プログラムが、前記プロセッサに、
   特定の温度まで加熱されたときに特定のガスを放出するように配合された電子部品のコーティングが前記特定の温度に到達したときに放出する前記特定のガスが検出されたことを知らせる通知をガス・センサから受信するステップと、
   前記電子部品を遮断するステップとを実行させ、
   前記遮断ステップが、即時遮断の実行、および、通常遮断の実行から選択され、
   前記通常遮断を実行するステップが、第１のガス発生レベル（ＣＳＴ）を決定するステップと、前記第１のガス発生レベル（ＣＳＴ）よりも高い第２のガス発生レベル（ＩＳＴ）を決定するステップと、前記第１のガス発生レベル（ＣＳＴ）と前記第２のガス発生レベル（ＩＳＴ）の間の前記特定のガスの発生レベルの上昇速度が、通常遮断を行うことができるほど十分に遅いかどうかを判定するステップと、前記上昇速度が前記通常遮断を行うことができるほど十分に遅いときに前記通常遮断を実行するステップとをさらに含み、 前記即時遮断を実行するステップが、前記特定ガスの発生レベルが前記第２のガス発生レベル（ＩＳＴ）に達したときに、
   あるいは、前記上昇速度が前記通常遮断を行なうことができるほど十分に遅くないときに、即時遮断を実行するステップを含む、
   製品。

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