JP5035687B2 - 電子機器の冷却構造、電子機器冷却構造の製造方法、及び電子機器の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の冷却構造に関し、特に、ファンユニットを用いた電子機器の冷却構造、電子機器の冷却構造の製造方法、及び電子機器の冷却方法に関する。

通信装置などの電子装置は、筐体（以下、シェルフと記載する）と、そのシェルフ内に実装された電子機器（以下、パッケージと記載する）等を備えている。通常、電子機器は動作時に発熱する。電子機器を強制的に冷却するために、シェルフ内にファンユニットが設けられる。

近年の電子装置に対しては、小型化が要求されている。例えば、通信装置では、シェルフを搭載するラック（架）として１９インチタイプが一般的になっている。これに伴って、シェルフの幅を４５０ｍｍ以下にすることが要求されている。一方で、パッケージに対しては高機能化が要求されているため、パッケージの占める領域を小さくすることは困難である。その結果、シェルフ内でファンユニットを配置するためのスペースを確保することが、難しくなっている。

また、パッケージの強制冷却は、パッケージが実装された領域の全体にわたって行われることが重要である。パッケージが実装された領域に全域で風が流れるようにするため、通常、ファンユニットは、パッケージの実装された領域に対応した形状となっている。
そのようなシェルフの一例が、図１に示される。この図１に例示されるシェルフ１０１は、直方体状である。図１中には、説明の便宜上、第１方向が定義されている。シェルフ１０１の第１方向側の面には、放熱穴１０４が設けられている。また、図示されていないが、放熱穴１０４の設けられた面の反対側の面にも、放熱穴が設けられている。
このシェルフ１０１内には、パッケージ１０２と、ガイド板１０５と、ファンユニット３とが配置されている。パッケージ１０２は、ガイド板１０５とシェルフ１０１の内面で囲まれた直方体状の領域（以下、パッケージ実装領域）に配置されている。ガイド板１０５は、パッケージ１０２を支持するための板であり、図示していないが送風用の開口が設けられている。ファンユニット１０２は、ガイド板１０５を介してパッケージ実装領域の反対側に配置されている。ファンユニット１０１は、ガイド板１０５の全面に対向している。このシェルフ１０１において、ファンユニット１０２を駆動すると、ガイド板１０５の全面からパッケージ実装領域に風が送り込まれ、パッケージ１０２が冷却される。パッケージ実装領域を通過した風は、放熱穴１０４を介して排気される。

関連技術として、特許文献１（特開平５−２０６６６８号公報）が挙げられる。この公報には、ブックシェルフ実装部を強制冷却するファンと、平面実装部の前面に設置され、平面実装部に空気を吹き付けるファンと、上部周辺にのみ開口部を有して平面実装部を覆うエアガイドと、エアガイドの開口部から平面実装部を冷却した空気をその上段のブックシェルフ実装部へ誘導する対流誘導板とを備えたことを特徴とする電子装置の強制空冷装置が開示されている。

別の関連技術として、特許文献２（特開２００１−２０８４２９号公報）が挙げられる。この公報には、本体ケースの全面全域にワイドに温風を噴出するための技術が開示されている。具体的には、空気流の粘性で壁面に沿って流れる特性を利用し、ダクトの排出口の側部に温風の流れを導くように側面方向にガイドを設けたり、ダクトの側部に小部屋を設けたりすることが記載されている。

更に別の関連技術として、特許文献３（実開平５−４５８１号公報）が挙げられる。この公報には、箱状シャーシの通風孔に合致する開口部を設けたガイドプレートを取り付け、このガイドプレートに風量調整板を挿入することが記載されている。これにより、冷却空気の開口面積を変えることが記載されている。

更に別の関連技術として、特許文献４（特開平６−３０２９８１号公報）が挙げられる。この公報には、軸流ファンと基板との間にスリット状のダクトを設けることが記載されている。

更に別の関連技術として、特許文献５（特開平８−１５９０９９号公報）が挙げられる。この公報には、下流側で外筒の内径が広がっていくディフューザが開示されている。
特開平５−２０６６６８号公報 特開２００１−２０８４２９号公報 実開平５−４５８１号公報 特開平６−３０２９８１号公報 特開平８−１５９０９９号公報

図１に示される例のように、ファンユニット１０３をパッケージ実装領域に対応した大きさにするには、ファンユニット１０３を大型化しなければならない。ファンユニット１０３は、通常、一つのファンモータにより駆動されるファンを、複数個備えている。ファンユニット１０３を大型化するには、一つのファンユニットに用いられるファンやファンモータの数を増やす必要がある。これにより、ファンユニット１０３に要する資材費や組み立て工数が増し、コストが増してしまう。また、ファンユニット１０３は、一つのファンが故障しただけで交換されなければならない。従って、ファンユニット１０３に用いられるファンの数が多いと、ファンの故障によりファンユニット１０３を交換する頻度も高くなり、信頼性が低下する。また、パッケージ実装領域のガイド板１０５側がファンユニット１０３により塞がれてしまうので、ガイド板１０５側からパッケージ１０３にケーブルを接続することができない。すなわち、ファンユニット１０３がパッケージ実装領域に対応した大きさであると、ケーブルルートが制限される。

従って、ファンユニット１０３は小型化されることが望ましい。しかし、ファンユニット１０３を小型化した場合には、パッケージ実装領域の全体に満遍なく風を送り込むことが困難となる。

すなわち、本発明が解決しようとする課題は、ファンユニットを小型化した上で、パッケージ全体を満遍なく冷却することのできる、電子機器の冷却構造、電子機器の冷却構造の製造方法、及び冷却方法を提供することにある。

本発明に係る電子機器の冷却構造は、第１面を有し、内部に冷却対象基板群が配置された第１領域と、前記第１領域に送風するように配置されたファンユニットと、前記ファンユニットの側方に配置された誘導板とを具備する。前記第１面は、前記ファンユニットに対向する対向領域と、前記ファンユニットに対向しない非対向領域とを有している。前記誘導板は、前記ファンユニットから側方へ向かって流れた風が前記非対向領域側に導かれるように、前記非対向領域に面する位置に配置されている。

本発明に係る電子機器冷却構造の製造方法は、第１面を有する第１領域内に、冷却対象基板群を配置する工程と、前記第１面に対向して前記第１面から前記第１領域内に風を送り込むようにように、ファンユニットを配置する工程と、前記ファンユニットの側方に誘導板を配置する工程とを具備する。前記ファンユニットを配置する工程は、前記ファンユニットを、前記第１面が、前記ファンユニットに対向する対向領域と、前記ファンユニットに対向しない非対向領域とを有するように配置する工程を備える。前記誘導板を配置する工程は、前記ファンユニットから側方へ向かって流れた風が前記非対向領域側に導かれるように、前記誘導板を前記非対向領域に面する位置に配置する工程を備えている。

本発明に係る電子機器の冷却方法は、第１領域の第１面の一部に対向するファンユニットから、前記第１領域へ向けて送風するステップと、前記ファンユニットから側方へ向かって流れた風を、前記ファンユニットの側方に配置された誘導板により、前記第１面において前記ファンユニットと対向しない領域である非対向領域に導くステップとを具備する。

本発明によれば、ファンユニットを小型化した上で、パッケージ全体を満遍なく冷却することのできる、電子機器の冷却構造、電子機器の冷却構造の製造方法、及び冷却方法が提供される。

（参考例）
以下、図面を参照しつつ、参考例について説明する。図２は、本参考例に係る電子機器の冷却構造１０を示す斜視図である。説明の便宜上、図２において、一部の構成は透視されて示されている。また、図３は、本参考例に係る電子機器の冷却構造１０を示す概略断面図である。

図２及び図３に示されるように、電子機器の冷却構造１０は、シェルフ１を備えている。シェルフ１内には、複数のパッケージ２を含むパッケージ群と、ガイド板１１と、ファンユニット３と、誘導板４とが配置されている。

シェルフ１は、パッケージ群を収納するための筐体である。シェルフ１は、各パッケージ２がシェルフ１外の装置と電気的に接続されるように構成されている。本参考例において、シェルフ１は、直方体状である。シェルフ１のある面（以下、排気面８）には、冷却用の風を通すために、複数の放熱用の穴（以下、放熱穴５）が設けられている。また、図２では隠れていて見えないが、排気面８に対向する側の面（以下、吸気面９）にも、複数の放熱用の穴が設けられている。以下、説明の便宜上、吸気面９から排気面８へ向かう方向を、第１方向と定義する。

パッケージ群は、パッケージ実装領域６に配置されている。パッケージ実装領域６は、ガイド板１１とシェルフ１の内面で囲まれた領域であり、直方体状の領域である。各パッケージ２は、ＰＷＢ（Ｐｒｅｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）を備えている。ＰＷＢには、半導体チップなどの電気部品や受光素子などの光部品などが実装されている。ＰＷＢは、第１方向に平行に、配置されている。パッケージ２は、電子機器であるので、動作時に発熱するものである。従って、パッケージ２は、温度が異常に上昇しないように、冷却される必要がある。

ガイド板１１は、パッケージ２を支持するために設けられている。ガイド板１１は、パッケージ実装領域６と、ファンユニット３の配置された領域とを区切るように配置されている。ガイド板１１には、ファンユニット３からパッケージ実装領域へ風が送り込まれるように、送風用の開口が設けられている。ガイド板１１は、パッケージ実装領域６におけるファンユニット３側の面（以下、第１面７）を形成しているものとする。

ファンユニット３は、パッケージ２を強制的に冷却するための装置である。ファンユニット３は、ガイド板１１と、吸気面９との間に配置されている。ファンユニット３は、第１面と対向するように配置されている。但し、ファンユニット３は、第１面７よりも狭い。従って、第１面７には、ファンユニット３に対向する対向領域７−１と、ファンユニット３に対向しない非対向領域７−２とが形成されている。非対向領域７−２はファンユニット３に覆われていないので、非対向領域７−２においてパッケージ２をケーブルと接続することができる。
ファンユニット３は、第１方向へ送風するように配置されている。すなわち、ファンユニット３が駆動されると、吸気面９からシェルフ１内に空気が取り込まれ、ファンユニット３から第１方向へ空気が噴出される。これにより、第１面７からパッケージ実装領域６内に送風される。パッケージ実装領域６内に流れた空気は、パッケージ２を冷却した後、排気面８からシェルフ１外へ排気される。

誘導板４は、ファンユニット３から側方にもれ出た風を、パッケージ実装領域６側に誘導（整流）するために設けられている。誘導板４は、シェルフ１とファンユニット３とパッケージ実装領域６（ガイド板１１）とで囲まれた空間に配置されている。すなわち、誘導板４は、ファンユニット３の側方に配置されている。ここで、側方とは、ファンユニット３の送風方向（第１方向）に直交する方向側の位置を指している。本参考例では、誘導板４は、ファンユニット３の下方に配置されている。また、誘導板４は、非対向領域７−２に面する位置に配置されている。誘導板４は、平板状である。誘導板４は、ファンユニット３から離れる下方ほど、第１領域６に近づくように配置されている。本参考例では、誘導板４の奥行き方向（図中、第２方向）側の長さはファンユニット３とほぼ同じであるが、ファンユニット３より長くてもよい。

上述した電子機器の冷却構造を製造する場合には、まず、シェルフ１を準備する。続いて、シェルフ１内に、ガイド板１１を配置する。そして、パッケージ実装領域６に、パッケージ２を配置する。次に、ガイド板１１と吸気面８との間に、誘導板４及びファンユニット３を配置する。この際、第１面７の非対向領域７−２において、パッケージ２のＰＷＢにケーブルを接続することができる。

上述した電子機器の冷却構造において、ファンユニット３を駆動すると、吸気面９からシェルフ１内に空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、ファンユニット３から、第１方向側へ噴き出される。ここで、基本的には、ファンユニット３は第１方向へ送風するものの、一部は側方に向かっても噴出される。また、ファンユニット３から第１方向へ噴出された風の一部も、ガイド板１１等にあたってその向きが変更される。すなわち、ファンユニット３からは、風の一部が下方へもれ出ることになる。下方へもれ出た風は、誘導板４によりパッケージ実装領域６側に導かれ、非対向領域７−２からパッケージ実装領域６内に導入される。従って、パッケージ実装領域６では、ファンユニット３に対向しない部分にも風が導入されることとなる。これにより、パッケージ２は満遍なく冷却される。パッケージ実装領域６に導かれた風は、パッケージ２を冷却した後、排気面８を介してシェルフ１外へ排気される。

ここで、比較のために、誘導板４を設けなかった場合の風の流れについて説明する。図４は、誘導板４を設けなかった場合の空気の流れを説明するための説明図である。なお、この図４の例において、吸気面９には、ファンユニット３に対向する部分のみに吸気口が設けられており、ファンユニット３に対向しない部分には吸気口は設けられていないものとする。図４に示されるように、誘導板４を設けない場合、ファンユニット３からもれ出た風は、ファンユニット３の下部に形成される空間（ファンユニットとシェルフ１内壁で形成される空間）内に導かれ、この空間内で渦が発生するような流れを形成する。そのため、非対向領域７−２には、風が流れにくくなる。その結果、パッケージ実装領域６のうちでファンユニット３に対向しない位置に配置された部分には、空気が流れにくくなる。すなわち、パッケージ２を満遍なく冷却することは困難である。

以上説明したように、本参考例によれば、誘導板４をファンユニット３の側方に配置することにより、ファンユニット３の側方にもれ出た空気を整流してパッケージ実装領域６へ流すことができる。その結果、ファンユニット３をパッケージ実装領域６に対応した大きさとしなくても、パッケージ実装領域６に満遍なく風が導入され、パッケージ２全体が冷却される。

また、ファンユニット３を小型化することができるので、ファンユニット３に用いられるファンやモータの数を必要最低限にすることができる。その結果、ファンユニット３に要する材料費及び組み立て費を低減することができる。ファンやモータの数を低減することにより、ファンユニット３が故障する確率を少なくすることができ、製品信頼性を向上させることができる。

また、本参考例では、ファンユニット３を小型化することができるので、ファンユニット３に対向する第１面７の一部（非対向領域７−２）にケーブルなどを接続することができる。従って、パッケージ２をシェルフ１外と電気的に接続するケーブルを、より自由にレイアウトすることができる。

（実施形態）
続いて、本発明の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る電子機器の冷却構造１０を概略的に示す断面図である。本実施形態では、参考例と比較して、誘導板４の構造が工夫されている。なお、誘導板４以外の点については、参考例と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

図５に示されるように、誘導板４は、平板部４−１と、延在部４−２とを備えている。平板部４−１は平板状であり、参考例の誘導板４と同様に、ファンユニット３から離れる側がパッケージ実装領域６に近づくように、配置されている。一方、延在部４−２は、平板部４−１から、第１方向に向かって延びている。すなわち、延在部４−２は、平板部４−１からパッケージ実装領域６に向かって延びている。

本実施形態のように、延在部４−２を設けることにより、ファンユニット３から下方へもれ出た風が、特定の位置から非対向領域７−２に流れるようになる。従って、例えば、下段のパッケージと上段のパッケージとの間に選択的に風を向けることが可能となる。このように、延在部４−２を設けることにより、所望の位置からパッケージ実装領域６内により効率よく風を流すことができ、より効率よくパッケージ２を冷却することができる。

なお、本実施形態では、平板部４−１から延在部４−２が延びている場合について説明したが、例えば、誘導板４が階段状に構成されていても、本実施形態と同様の作用を奏することができる。

パッケージ実装領域に対応した大きさのファンユニットを備えた電子機器の冷却構造を概略的に示す斜視図である。 参考例に係る電子機器の冷却構造を概略的に示す斜視図である。 参考例に係る電子機器の冷却構造を示す概略断面図である。 誘導板を設けなかった場合の電子機器の冷却構造を示す概略断面図である。 実施形態に係る電子機器の冷却構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１ シェルフ
２ パッケージ
３ ファンユニット
４ 誘導板
４−１ 平板部
４−２ 延在部
５ 放熱穴
６ 第１領域
７ 第１面
７−１ 対向領域
７−２ 非対向領域
８ 排気面
９ 吸気面
１０ 電子機器の冷却構造
１１ ガイド板
１０１ シェルフ
１０２ パッケージ
１０３ ファンユニット
１０４ 放熱穴
１０５ ガイド板

Claims (12)

1. パッケージ群が平行に配置されたパッケージ実装領域内の第１面に配置されたガイド板と、
   前記ガイド板の一部に対向し、パッケージ群の各パッケージの基板平面に平行となる方向に送風するように配置されたファンユニットと、
   前記ファンユニットの側方に配置され、前記ガイド板に向かって延びる１又は２以上の延在部を有する誘導板と
   を具備し、
   前記誘導板は、前記ファンユニットから側方へもれ出た風が前記ファンユニットと前記ガイド板が対向しない領域に導かれるように、前記ファンユニットから離れるほど前記ガイド板に近づくように配置され、
   前記延在部は、前記ファンユニットから側方へもれ出た風が前記パッケージ群の所定のパッケージ間に選択的に送風されるように配置される
   電子機器の冷却構造。
2. 請求項１に記載された電子機器の冷却構造であって、
   前記誘導板は、平面もしくは階段状であり、
   前記延在部は、前記階段の各段である
   電子機器の冷却構造。
3. 請求項１又は２に記載された電子機器の冷却構造であって、
   前記パッケージ群の各パッケージは、ＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）を備えている
   電子機器の冷却構造。
4. 請求項３に記載された電子機器の冷却構造であって、
   前記ＰＷＢは、前記ファンユニットと前記ガイド板が対向しない領域で、ケーブルと電気的に接続されている
   電子機器の冷却構造。
5. ガイド板が配置された第１面を有するパッケージ実装領域内に、パッケージ群を平行に配置する工程と、
   前記ガイド板の一部と対向し、パッケージ群の各パッケージの基板平面に平行となる方向に送風するようにファンユニットを配置する工程と、
   前記ファンユニットの側方に、前記ガイド板に向かって延びる１又は２以上の延在部を有する誘導板を配置する工程と、
   を具備し、
   前記誘導板を配置する工程は、前記誘導板を、前記ファンユニットから側方へもれ出た風が前記ファンユニットと前記ガイド板が対向しない領域に導かれるように、前記ファンユニットから離れるほど前記ガイド板に近づくように配置し、前記延在部を、前記ファンユニットから側方へもれ出た風が前記パッケージ群の所定のパッケージ間に選択的に送風されるように配置する工程を含む
   電子機器の冷却構造の製造方法。
6. 請求項５に記載された電子機器の冷却構造の製造方法であって、
   前記誘導板は、平面もしくは階段状であり、
   前記延在部は、前記階段の各段である
   電子機器の冷却構造の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載された電子機器の冷却構造の製造方法であって、
   前記パッケージ群の各パッケージは、ＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）を備えている
   電子機器の冷却構造の製造方法。
8. 請求項７に記載された電子機器の冷却構造の製造方法であって、
   前記ＰＷＢは、前記ファンユニットと前記ガイド板が対向しない領域で、ケーブルと電気的に接続されている
   電子機器の冷却構造の製造方法。
9. パッケージ実装領域の第１面に配置されたガイド板の一部に対向するファンユニットが、前記パッケージ実装領域内に平行に配置されたパッケージ群の各パッケージの基板平面に平行となる方向に送風するステップと、
   前記ファンユニットの側方に配置され、前記ガイド板に向かって延びる１又は２以上の延在部を有する誘導板が、前記ファンユニットから側方へ向かって流れた風を、前記ガイド板における前記ファンユニットと対向しない領域に導くステップと、
   を具備し、
   前記導くステップは、前記延在部が、前記ファンユニットから側方へもれ出た風が前記パッケージ群の所定のパッケージ間に選択的に送風するステップを備える
   電子機器の冷却方法。
10. 請求項９に記載された電子機器の冷却方法であって、
    前記誘導板は、平面もしくは階段状であり、
    前記延在部は、前記階段の各段である
    電子機器の冷却方法。
11. 請求項９又は１０に記載された電子機器の冷却方法であって、
    前記パッケージ群の各パッケージは、ＰＷＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）を備えている
    電子機器の冷却方法。
12. 請求項１１に記載された電子機器の冷却方法であって、
    前記ＰＷＢは、前記ファンユニットと前記ガイド板が対向しない領域で、ケーブルと電気的に接続されている
    電子機器の冷却方法。

Images