JPWO2005015971A1 - 電子機器の放熱構造 - Google Patents
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Abstract
本発明による電子機器の放熱構造は、プリント配線板(26)と、プリント配線板上に実装された複数の発熱部品(32)と、複数の発熱部品の各々を覆うように設けられた放熱ユニット(34)とを備えている。そして、放熱ユニットは、発熱部品に着脱可能に装着されるユニット本体(36)と、発熱部品の周囲の空気流を変化させるようにユニット本体に設けられる整流板(38)とを備えている。この構造によると、発熱部品の周囲の空気流を変化させる整流板をユニット本体に設けているので、複数の発熱部品の各々について効果的な放熱が可能になる。その結果、複数の発熱部品の配置の自由度が増し、高密度実装に適した電子機器の放熱構造の提供が可能になる。
Description
本発明は、通信装置等の電子機器の放熱構造に関する。
通信装置等の電子機器においては、発熱部品の温度をその許容温度範囲内に抑えるために、その発熱部品に放熱フィンを付けたり、ファンを用いて強制空冷したりしている。局舎内に設けられる通信装置では、それを構成する複数のプリント配線板ユニットがラックに搭載されるので、多数の発熱部品の効果的な放熱を行うことが要求される。
例えば、近年、IP(インターネット・プロトコル)の急激な増加に伴い、伝送容量の拡大が求められている。また、NE(ネットワーク・エレメント;伝送装置)の省スペース化も要求されており、いかに小型且つ高速・大容量のNEを実現することができるかという観点から、これまで以上の装置の高密度化が要求されている。このため、装置内の消費電力の増大及び装置の小型化による熱容量の減少に伴い、装置内の熱問題が発生しており、装置を小型化及び高密度化する上で放熱対策が必須となっている。
電子機器では常に小型軽量化が求められるので、内部の電子回路について高密度実装することが要求される。一方で、高機能化された集積回路や複数部品を内蔵したモジュール等、消費電力が大きい発熱部品が多数存在する。こうした要因から電子機器の発熱密度(単位体積あたりの発熱量)は高くなる傾向にあるのであるが、電子回路には熱に弱い部品も多用されている。その結果、熱を考慮した設計を行う必要があり、高密度実装の妨げになっているのが実情である。
例えば、図1A及び1Bに示されるように、モジュール2から2つの集積回路4及び6を経由してコネクタ8により外部回路とインタフェース接続される電子回路を想定する。モジュール2、集積回路4及び6並びにコネクタ8はプリント配線板10上に実装されており、プリント配線板10の下方には冷却空気を導入するためのファン12が設けられている。
高密度実装を可能にするためには、理想的には、図1Aに示されるように、プリント配線板10の空き面積が最小になるようにモジュール2、集積回路4及び6並びにコネクタ8が配置される。しかし、現実的には、配置における様々な制限があり、図1Aに示される配置が困難になってしまう。
配置制限について説明すると、先ず、高発熱部品に関しては、熱のあおりを他の部品に与えない位置(例えばプリント配線板の最上部)あるいは、ファンの風が優先して当たる位置であることである。また、熱に弱い部品に関しては、熱のあおりや風の妨げ等、他の部品から影響を受けない位置(例えばプリント配線板の最下部)あるいは、ファンの風が優先して当たる位置であることである。
従って、例えば図1Aに示される配置形態において、集積回路4が高発熱部品であり、集積回路6が熱に弱い部品である場合には、配置制限を排除するために図1Bに示されるような配置形態に変更せざるを得ず、装置の大型化が避けられない。
実開平4−40592号 特開平7−221477号 特開平9−18178号 特開平10−65372号
例えば、近年、IP(インターネット・プロトコル)の急激な増加に伴い、伝送容量の拡大が求められている。また、NE(ネットワーク・エレメント;伝送装置)の省スペース化も要求されており、いかに小型且つ高速・大容量のNEを実現することができるかという観点から、これまで以上の装置の高密度化が要求されている。このため、装置内の消費電力の増大及び装置の小型化による熱容量の減少に伴い、装置内の熱問題が発生しており、装置を小型化及び高密度化する上で放熱対策が必須となっている。
電子機器では常に小型軽量化が求められるので、内部の電子回路について高密度実装することが要求される。一方で、高機能化された集積回路や複数部品を内蔵したモジュール等、消費電力が大きい発熱部品が多数存在する。こうした要因から電子機器の発熱密度(単位体積あたりの発熱量)は高くなる傾向にあるのであるが、電子回路には熱に弱い部品も多用されている。その結果、熱を考慮した設計を行う必要があり、高密度実装の妨げになっているのが実情である。
例えば、図1A及び1Bに示されるように、モジュール2から2つの集積回路4及び6を経由してコネクタ8により外部回路とインタフェース接続される電子回路を想定する。モジュール2、集積回路4及び6並びにコネクタ8はプリント配線板10上に実装されており、プリント配線板10の下方には冷却空気を導入するためのファン12が設けられている。
高密度実装を可能にするためには、理想的には、図1Aに示されるように、プリント配線板10の空き面積が最小になるようにモジュール2、集積回路4及び6並びにコネクタ8が配置される。しかし、現実的には、配置における様々な制限があり、図1Aに示される配置が困難になってしまう。
配置制限について説明すると、先ず、高発熱部品に関しては、熱のあおりを他の部品に与えない位置(例えばプリント配線板の最上部)あるいは、ファンの風が優先して当たる位置であることである。また、熱に弱い部品に関しては、熱のあおりや風の妨げ等、他の部品から影響を受けない位置(例えばプリント配線板の最下部)あるいは、ファンの風が優先して当たる位置であることである。
従って、例えば図1Aに示される配置形態において、集積回路4が高発熱部品であり、集積回路6が熱に弱い部品である場合には、配置制限を排除するために図1Bに示されるような配置形態に変更せざるを得ず、装置の大型化が避けられない。
よって、本発明の目的は、部品配置の自由度が高く高密度実装に適した電子機器の放熱構造を提供することである。
本発明によると、概ね垂直に設けられたプリント配線板を有する電子機器の放熱構造が提供される。この構造は、プリント配線板と、プリント配線板上に実装された複数の発熱部品と、複数の発熱部品の各々を覆うように設けられた放熱ユニットとを備えている。そして、放熱ユニットは、発熱部品に着脱可能に装着されるユニット本体と、発熱部品の周囲の空気流を変化させるようにユニット本体に設けられる整流板とを備えている。
この構造によると、発熱部品の周囲の空気流を変化させる整流板をユニット本体に設けているので、複数の発熱部品の各々について効果的な放熱が可能になる。その結果、複数の発熱部品の配置の自由度が増し、高密度実装に適した電子機器の放熱構造の提供が可能になる。
例えば、複数の発熱部品は概ね垂直方向に配列されており、この場合、整流板による空気流の変化が各発熱部品に対して効果的に作用して、効果的な放熱が可能になる。
整流板は、具体的には、ユニット本体の上部から斜め下方に延在し、あるいは、ユニット本体の上部から概ね水平方向に延在している。
望ましくは、ユニット本体はその上部に空気が流通可能な開口を有している。
例えば、ユニット本体は概ね正方形形状を有している。この場合、整流板は円筒形曲面を1/4に切断した形状を有しており、あるいは、整流板は球形曲面を1/8に切断した形状を有しており、その両端はユニット本体の一対の対角に位置することができる。
また、整流板は、ユニット本体の下方から流入した空気がユニット本体の側方から流出するような曲面形状を有することもできる。この場合、望ましくは、複数の発熱部品に対して各整流板はユニット本体の下方から流入した空気が異なる方向に流出するように方向付けされている。
望ましくは、ユニット本体は発熱部品の両縁部をスライド可能に支持する一対のレール部を有しており、それにより放熱構造の構築が容易になる。
あるいは、ユニット本体は発熱部品の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部を有しており、それにより同じく放熱構造の構築が容易になる。
整流板は、発熱部品に接触するフランジ部を有する支柱と、支柱に固定され発熱部品に対する傾斜角が異なる複数のフィンとを備え、本体部は整流板と発熱部品の接触を維持するような形状を有することができる。
また、整流板をユニット本体の上部に設けられた軸により回動可能にし、それにより整流板の傾斜角を可変にすることができる。
本発明によると、概ね垂直に設けられたプリント配線板を有する電子機器の放熱構造が提供される。この構造は、プリント配線板と、プリント配線板上に実装された複数の発熱部品と、複数の発熱部品の各々を覆うように設けられた放熱ユニットとを備えている。そして、放熱ユニットは、発熱部品に着脱可能に装着されるユニット本体と、発熱部品の周囲の空気流を変化させるようにユニット本体に設けられる整流板とを備えている。
この構造によると、発熱部品の周囲の空気流を変化させる整流板をユニット本体に設けているので、複数の発熱部品の各々について効果的な放熱が可能になる。その結果、複数の発熱部品の配置の自由度が増し、高密度実装に適した電子機器の放熱構造の提供が可能になる。
例えば、複数の発熱部品は概ね垂直方向に配列されており、この場合、整流板による空気流の変化が各発熱部品に対して効果的に作用して、効果的な放熱が可能になる。
整流板は、具体的には、ユニット本体の上部から斜め下方に延在し、あるいは、ユニット本体の上部から概ね水平方向に延在している。
望ましくは、ユニット本体はその上部に空気が流通可能な開口を有している。
例えば、ユニット本体は概ね正方形形状を有している。この場合、整流板は円筒形曲面を1/4に切断した形状を有しており、あるいは、整流板は球形曲面を1/8に切断した形状を有しており、その両端はユニット本体の一対の対角に位置することができる。
また、整流板は、ユニット本体の下方から流入した空気がユニット本体の側方から流出するような曲面形状を有することもできる。この場合、望ましくは、複数の発熱部品に対して各整流板はユニット本体の下方から流入した空気が異なる方向に流出するように方向付けされている。
望ましくは、ユニット本体は発熱部品の両縁部をスライド可能に支持する一対のレール部を有しており、それにより放熱構造の構築が容易になる。
あるいは、ユニット本体は発熱部品の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部を有しており、それにより同じく放熱構造の構築が容易になる。
整流板は、発熱部品に接触するフランジ部を有する支柱と、支柱に固定され発熱部品に対する傾斜角が異なる複数のフィンとを備え、本体部は整流板と発熱部品の接触を維持するような形状を有することができる。
また、整流板をユニット本体の上部に設けられた軸により回動可能にし、それにより整流板の傾斜角を可変にすることができる。
図1A及び1Bは従来の放熱構造における電子部品の配置形態の例を示す図;
図2は本発明が適用される電子機器としての波長分割多重伝送装置の斜視図;
図3Aは図2に示されるプリント配線板ユニット24の分解斜視図、図3Bはプリント配線板ユニット24の側面図、図3Cは図3Bにおける3C−3C′断面図;
図4は各発熱部品32に放熱ユニット34を装着した状態を示す斜視図;
図5A及び図5Bは放熱ユニット34が用いられていない場合、即ち従来技術による場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図6A及び図6Bは本発明の実施形態におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図7は本発明に適用可能な放熱ユニット34の他の実施形態を示す斜視図;
図8A及び図8Bは図7に示される放熱ユニット34を用いた場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図9A及び9Bは本発明の他の実施形態をそれぞれ図3B及び図3Cに対応して示す図;
図10A及び10Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図;
図11A及び11Bは図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;
図12A及び12Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図;
図13A及び13Bは図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;
図14A及び14Bはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する方法を説明するための図;
図15A,15B及び15Cはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する他の方法を説明するための図;
図16本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の斜視図;
図17A及び17Bはそれぞれ図16に示される放熱ユニット34に適用可能なユニット本体の斜視図;
図18A及び18Bは図16に示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;そして
図19A及び19Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。
図2は本発明が適用される電子機器としての波長分割多重伝送装置の斜視図;
図3Aは図2に示されるプリント配線板ユニット24の分解斜視図、図3Bはプリント配線板ユニット24の側面図、図3Cは図3Bにおける3C−3C′断面図;
図4は各発熱部品32に放熱ユニット34を装着した状態を示す斜視図;
図5A及び図5Bは放熱ユニット34が用いられていない場合、即ち従来技術による場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図6A及び図6Bは本発明の実施形態におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図7は本発明に適用可能な放熱ユニット34の他の実施形態を示す斜視図;
図8A及び図8Bは図7に示される放熱ユニット34を用いた場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布を示す図;
図9A及び9Bは本発明の他の実施形態をそれぞれ図3B及び図3Cに対応して示す図;
図10A及び10Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図;
図11A及び11Bは図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;
図12A及び12Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図;
図13A及び13Bは図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;
図14A及び14Bはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する方法を説明するための図;
図15A,15B及び15Cはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する他の方法を説明するための図;
図16本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の斜視図;
図17A及び17Bはそれぞれ図16に示される放熱ユニット34に適用可能なユニット本体の斜視図;
図18A及び18Bは図16に示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態を示す図;そして
図19A及び19Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図2は本発明が適用される電子機器としての波長分割多重伝送装置14の斜視図である。伝送装置14は、筐体16と、筐体16の下部に設けられた4つのファンユニット18とを備えている。ファンユニット18の上部には、各波長チャネルに共通のユニットが収容される共通エリア20が形成されており、共通エリア20の上部には波長チャネル毎の個別のプリント配線板ユニット24が収容される個別エリア22が形成されている。ファンユニット18で発生した放熱用の冷却空気流は、共通エリア20及び個別エリア22をこの順で通って、筐体16の外部に放出される。
プリント配線板ユニット24は、図中の矢印に沿って個別エリア22に縦置きで実装される。ここでは、複数あるうちの1つのプリント配線板ユニット24のみが示されている。
図3Aは図2に示されるプリント配線板ユニット24の分解斜視図、図3Bはプリント配線板ユニット24の側面図、図3Cは図3Bにおける3C−3C′断面図である。プリント配線板ユニット24は、プリント配線板26と、プリント配線板26の手前側に設けられる操作パネル28と、プリント配線板26の後端側に設けられる外部回路とのインタフェース用のコネクタ30と、プリント配線板26上で操作パネル28及びコネクタ30間に実装される複数の発熱部品32とを備えている。各発熱部品32は例えば集積回路チップである。
ここでは、3つの発熱部品32がプリント配線板26の概ね中央で垂直方向に配列されている。各発熱部品32には本発明で特徴的な放熱ユニット34が装着されており、それによりファンユニット18(図2参照)から送られてきた空気流による効果的な発熱部品の放熱が可能になっている。
図4を参照すると、各発熱部品32に放熱ユニット34を装着した状態が示されている。放熱ユニット34は、発熱部品32に着脱可能に装着されるユニット本体36と、発熱部品32の周囲の空気流を変化させるようにユニット本体36に設けられる整流板38とを備えている。ユニット本体36の発熱部品32への装着方法の具体例については後述する。
ここでは、整流板38はユニット本体36の上部から斜め下方に延在しており、それにより発熱部品32の周囲の空気流が変化させられるようになっている。この空気流の変化により発熱部品32の近傍にファンユニット18からの比較的低温な空気流が流れ込み易くなり、発熱部品32の効果的な放熱が可能になる。具体的には次の通りである。
図5A及び図5Bを参照すると、放熱ユニット34が用いられていない場合、即ち従来技術による場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図5Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図5Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは3つの発熱部品32が垂直方向に等間隔で配置されており、風上、即ち下方に位置する発熱部品32によるあおり熱が順次上方向に影響する結果、発熱部品32の温度は下から順に117℃、125℃及び133℃となっている。これらの温度は電子部品が長期的に耐え得る温度を超えているので、実際に製品として市場に提供する場合には、発熱部品32の配置間隔を更に十分にとる必要があり、高密度実装化の妨げになっている。
図6A及び図6Bを参照すると、本発明の実施形態におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図6Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図6Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは、一番下に位置する発熱部品32を除き2つの発熱部品32に放熱ユニット34が設けられている。放熱ユニット34を設けたことにより発熱部品32周囲の空気流が変化し、CAで示される比較的冷たい空気が発熱部品32の近傍まで取り込まれ易くなり、その結果、放熱ユニット34が設けられている発熱部品32に関して効果的な放熱が可能になっている。
図7は本発明に適用可能な放熱ユニット34の他の実施形態を示す斜視図である。この実施形態は、図4に示される実施形態と対比して、放熱ユニット34がユニット本体36の上部に空気が流通可能な開口40を有している点で特徴付けられる。この実施形態によると、ユニット本体36に開口40を設けたことにより、整流板38による発熱部品32の周囲の空気流の変化を更に効果的に行うことができる。
即ち、放熱ユニット34によりその下方から取り入れられた符号CAで示される比較的冷たい空気は、発熱部品32により加熱されて、ユニット本体36の開口40を通って符号HAで示されるように加熱された空気として流出されるのであるが、その際に所謂ベンチュリー効果により加熱された空気HAの流速が増大し、整流板38による発熱部品32の周囲の空気流の変化が大きくなるのである。
図8A及び図8Bを参照すると、図7に示される放熱ユニット34を用いた場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図8Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図8Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは、一番下に位置する発熱部品32を除き2つの発熱部品32に図7に示される放熱ユニット34が設けられている。放熱ユニット34を設けたことにより発熱部品32周囲の空気流が変化し、その結果、放熱ユニット34が設けられている発熱部品32に関して効果的な放熱が可能になっている。
図9A及び9Bを参照すると、本発明の他の実施形態が示されている。図9A及び図9Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。この実施形態では、放熱ユニット34は、ユニット本体36の上部から水平方向に延在する整流板381を有している。
本実施形態によると、整流板381がユニット本体36の上部から水平方向に延在しており、それにより発熱部品32の周囲の空気流が変化させられるようになっている。この空気流の変化により発熱部品32の近傍にファンユニット18(図2参照)からの比較的低温な空気流が流れ込み易くなり、発熱部品32の効果的な放熱が可能になる。尚、図9A及び9Bにおいては、整流板381により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
図10A及び10Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、円筒形曲面を1/4に切断した形状を有する整流板382を有しており、整流板382の両端は正方形形状のユニット本体36の一対の対角に位置している。
この実施形態によると、整流板382が円筒形曲面の一部をなしているので、整流板382による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができ、複数の発熱部品32に対する効果的な放熱が可能になる。
図11A及び11Bを参照すると、図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図11A及び図11Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図11A及び11Bにおいては、整流板382により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いているので、整流板382による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができる。具体的には、例えば図11Aに示されるように、整流板382の曲面の方向が一致するように放熱ユニット34を垂直方向に複数配置した場合に、各発熱部品32からのあおり熱(加熱された上昇気流)を側方に排出することができ、その発熱部品32より上方に位置する発熱部品32へのあおり熱の影響を最小限に抑えることができる。
図12A及び12Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、球面曲面を1/8に切断した形状を有する整流板383を有しており、整流板383の両端は正方形形状のユニット本体36の一対の対角に位置している。符号383Aは整流板383の先端をユニット本体36と接続している支柱を表している。
この実施形態によると、整流板383が円筒形曲面の一部をなしているので、整流板383による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができると共に、冷却空気を発熱部品32の近傍に向けて更に効率良く取りこむことができるので、複数の発熱部品32に対する更に効果的な放熱が可能になる。
図13A及び13Bを参照すると、図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図13A及び図13Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図13A及び13Bにおいては、整流板383により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いているので、整流板383による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができる。具体的には、例えば図13Aに示されるように、整流板383の曲面の方向が互い違いになるように放熱ユニット34を垂直方向に複数配置した場合に、各発熱部品32からのあおり熱(加熱された上昇気流)を交互に側方に排出することができ、その発熱部品32より上方に位置する発熱部品32へのあおり熱の影響を最小限に抑えることができる。
このように、本発明の種々の実施形態によると、整流板は、ユニット本体36の下方から流入した空気がユニット本体の側方から流出するような曲面形状を有することができる。例えば、図示はしないが、整流板は放物面形状の一部をなすような曲面を有することができる。
図14A及び14Bはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する方法を説明するための図である。この実施形態では、ユニット本体36は、発熱部品32の両縁部をスライド可能に支持する一対のレール部36Aを有している。従って、図14Aに示されるように、発熱部品32をレール部36Aに沿ってこれらと平行にユニット本体36に挿入することによって、図14Bに示されるように、ユニット本体36を発熱部品32に装着することができる。
尚、発熱部品32は、通常、放熱ユニット34を装着する段階でプリント配線板26に搭載されているので、この場合には、発熱部品32がレール部36Aに沿ってこれらと平行にユニット本体36に挿入されるようにユニット本体36が移動させられる。
図15A,15B及び15Cはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する他の方法を説明するための図である。この実施形態では、ユニット本体36は、発熱部品32の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部36Bを有している。従って、発熱部品32に放熱ユニット34を装着する場合には、図15A−15Cに順に示されるように、爪部36Bが発熱部品32の両縁部に係止するまで放熱ユニット34を発熱部品32に向けて押し付けてゆけばよい。
図16本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の斜視図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、多層構造の整流板384を有している。即ち、整流板384は、発熱部品32に接触するフランジ部384Aを有する支柱384Bと、支柱384Bに固定され発熱部品32に対する傾斜角が異なる複数のフィン384Cとを備えている。また、放熱ユニット34のユニット本体は、整流板384(フランジ部384A)と発熱部品32の接触を維持するような形状を有している。
図17A及び17Bはそれぞれ図16に示される放熱ユニット34に適用可能なユニット本体の斜視図である。図17Aに示されるユニット本体361は図16に図示されるものであり、ここでは、ユニット本体361は、正方形形状の発熱部品32の四隅近傍に係止する爪部361Aと、支柱部384Bが貫通する支柱部384Bより大形でフランジ部384Aより小径な開口361Bとを有している。また、図17Bに示されるユニット本体362は、発熱部品32の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部362Aと、支柱部384Bが貫通する支柱部384Bより大形でフランジ部384Aより小径な開口362Bとを有している。
図18A及び18Bを参照すると、図16に示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図17A及び図17Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図17A及び17Bにおいては、整流板384により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、多層構造の整流板384を用いているので、整流板384による発熱部品32の周囲の空気流の変化を効果的に行うことができる。
即ち、放熱ユニット34によりその下方から取り入れられた比較的冷たい空気は、発熱部品32により加熱されて、複数のフィン384Cの間を通って加熱された空気として流出されるのであるが、その際に所謂ベンチュリー効果により加熱された空気の流速が増大し、整流板384による発熱部品32の周囲の空気流の変化が大きくなるのである。その結果、各発熱部品32についての効果的な放熱が可能になる。
図19A及び19Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、発熱部品32に装着されるユニット本体363と、ユニット本体363の上部に設けられた軸50により回動可能に支持された整流板385とを備えており、それにより整流板385の傾斜角が可変になっている。また、整流板385の傾斜角を所望の角度で維持するために、ユニット本体363の両側部にはそれぞれ複数の穴363Aが設けられており、整流板385の先端に回動可能に設けられたアーム52の両端を所望の穴363Aにそれぞれ着座させることができるようになっている。
この実施形態によると、整流板385の傾斜角を必要に応じて適宜設定することができるので、発熱部品32の搭載数等に応じて各発熱部品32への空気の流入量を調節することができる。
図2は本発明が適用される電子機器としての波長分割多重伝送装置14の斜視図である。伝送装置14は、筐体16と、筐体16の下部に設けられた4つのファンユニット18とを備えている。ファンユニット18の上部には、各波長チャネルに共通のユニットが収容される共通エリア20が形成されており、共通エリア20の上部には波長チャネル毎の個別のプリント配線板ユニット24が収容される個別エリア22が形成されている。ファンユニット18で発生した放熱用の冷却空気流は、共通エリア20及び個別エリア22をこの順で通って、筐体16の外部に放出される。
プリント配線板ユニット24は、図中の矢印に沿って個別エリア22に縦置きで実装される。ここでは、複数あるうちの1つのプリント配線板ユニット24のみが示されている。
図3Aは図2に示されるプリント配線板ユニット24の分解斜視図、図3Bはプリント配線板ユニット24の側面図、図3Cは図3Bにおける3C−3C′断面図である。プリント配線板ユニット24は、プリント配線板26と、プリント配線板26の手前側に設けられる操作パネル28と、プリント配線板26の後端側に設けられる外部回路とのインタフェース用のコネクタ30と、プリント配線板26上で操作パネル28及びコネクタ30間に実装される複数の発熱部品32とを備えている。各発熱部品32は例えば集積回路チップである。
ここでは、3つの発熱部品32がプリント配線板26の概ね中央で垂直方向に配列されている。各発熱部品32には本発明で特徴的な放熱ユニット34が装着されており、それによりファンユニット18(図2参照)から送られてきた空気流による効果的な発熱部品の放熱が可能になっている。
図4を参照すると、各発熱部品32に放熱ユニット34を装着した状態が示されている。放熱ユニット34は、発熱部品32に着脱可能に装着されるユニット本体36と、発熱部品32の周囲の空気流を変化させるようにユニット本体36に設けられる整流板38とを備えている。ユニット本体36の発熱部品32への装着方法の具体例については後述する。
ここでは、整流板38はユニット本体36の上部から斜め下方に延在しており、それにより発熱部品32の周囲の空気流が変化させられるようになっている。この空気流の変化により発熱部品32の近傍にファンユニット18からの比較的低温な空気流が流れ込み易くなり、発熱部品32の効果的な放熱が可能になる。具体的には次の通りである。
図5A及び図5Bを参照すると、放熱ユニット34が用いられていない場合、即ち従来技術による場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図5Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図5Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは3つの発熱部品32が垂直方向に等間隔で配置されており、風上、即ち下方に位置する発熱部品32によるあおり熱が順次上方向に影響する結果、発熱部品32の温度は下から順に117℃、125℃及び133℃となっている。これらの温度は電子部品が長期的に耐え得る温度を超えているので、実際に製品として市場に提供する場合には、発熱部品32の配置間隔を更に十分にとる必要があり、高密度実装化の妨げになっている。
図6A及び図6Bを参照すると、本発明の実施形態におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図6Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図6Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは、一番下に位置する発熱部品32を除き2つの発熱部品32に放熱ユニット34が設けられている。放熱ユニット34を設けたことにより発熱部品32周囲の空気流が変化し、CAで示される比較的冷たい空気が発熱部品32の近傍まで取り込まれ易くなり、その結果、放熱ユニット34が設けられている発熱部品32に関して効果的な放熱が可能になっている。
図7は本発明に適用可能な放熱ユニット34の他の実施形態を示す斜視図である。この実施形態は、図4に示される実施形態と対比して、放熱ユニット34がユニット本体36の上部に空気が流通可能な開口40を有している点で特徴付けられる。この実施形態によると、ユニット本体36に開口40を設けたことにより、整流板38による発熱部品32の周囲の空気流の変化を更に効果的に行うことができる。
即ち、放熱ユニット34によりその下方から取り入れられた符号CAで示される比較的冷たい空気は、発熱部品32により加熱されて、ユニット本体36の開口40を通って符号HAで示されるように加熱された空気として流出されるのであるが、その際に所謂ベンチュリー効果により加熱された空気HAの流速が増大し、整流板38による発熱部品32の周囲の空気流の変化が大きくなるのである。
図8A及び図8Bを参照すると、図7に示される放熱ユニット34を用いた場合におけるプリント配線板ユニット24の温度分布が示されている。図8Aはプリント配線板26を発熱部品32搭載面上から見たときの温度分布、図8Bはプリント配線板26の断面方向の温度分布を示しており、それぞれサーモグラフィによる実測値を等温線により表示したものである。
ここでは、一番下に位置する発熱部品32を除き2つの発熱部品32に図7に示される放熱ユニット34が設けられている。放熱ユニット34を設けたことにより発熱部品32周囲の空気流が変化し、その結果、放熱ユニット34が設けられている発熱部品32に関して効果的な放熱が可能になっている。
図9A及び9Bを参照すると、本発明の他の実施形態が示されている。図9A及び図9Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。この実施形態では、放熱ユニット34は、ユニット本体36の上部から水平方向に延在する整流板381を有している。
本実施形態によると、整流板381がユニット本体36の上部から水平方向に延在しており、それにより発熱部品32の周囲の空気流が変化させられるようになっている。この空気流の変化により発熱部品32の近傍にファンユニット18(図2参照)からの比較的低温な空気流が流れ込み易くなり、発熱部品32の効果的な放熱が可能になる。尚、図9A及び9Bにおいては、整流板381により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
図10A及び10Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、円筒形曲面を1/4に切断した形状を有する整流板382を有しており、整流板382の両端は正方形形状のユニット本体36の一対の対角に位置している。
この実施形態によると、整流板382が円筒形曲面の一部をなしているので、整流板382による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができ、複数の発熱部品32に対する効果的な放熱が可能になる。
図11A及び11Bを参照すると、図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図11A及び図11Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図11A及び11Bにおいては、整流板382により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、図10A及び10Bに示される放熱ユニット34を用いているので、整流板382による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができる。具体的には、例えば図11Aに示されるように、整流板382の曲面の方向が一致するように放熱ユニット34を垂直方向に複数配置した場合に、各発熱部品32からのあおり熱(加熱された上昇気流)を側方に排出することができ、その発熱部品32より上方に位置する発熱部品32へのあおり熱の影響を最小限に抑えることができる。
図12A及び12Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、球面曲面を1/8に切断した形状を有する整流板383を有しており、整流板383の両端は正方形形状のユニット本体36の一対の対角に位置している。符号383Aは整流板383の先端をユニット本体36と接続している支柱を表している。
この実施形態によると、整流板383が円筒形曲面の一部をなしているので、整流板383による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができると共に、冷却空気を発熱部品32の近傍に向けて更に効率良く取りこむことができるので、複数の発熱部品32に対する更に効果的な放熱が可能になる。
図13A及び13Bを参照すると、図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図13A及び図13Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図13A及び13Bにおいては、整流板383により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、図12A及び12Bに示される放熱ユニット34を用いているので、整流板383による発熱部品32の周囲の空気流の変化に方向性を持たせることができる。具体的には、例えば図13Aに示されるように、整流板383の曲面の方向が互い違いになるように放熱ユニット34を垂直方向に複数配置した場合に、各発熱部品32からのあおり熱(加熱された上昇気流)を交互に側方に排出することができ、その発熱部品32より上方に位置する発熱部品32へのあおり熱の影響を最小限に抑えることができる。
このように、本発明の種々の実施形態によると、整流板は、ユニット本体36の下方から流入した空気がユニット本体の側方から流出するような曲面形状を有することができる。例えば、図示はしないが、整流板は放物面形状の一部をなすような曲面を有することができる。
図14A及び14Bはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する方法を説明するための図である。この実施形態では、ユニット本体36は、発熱部品32の両縁部をスライド可能に支持する一対のレール部36Aを有している。従って、図14Aに示されるように、発熱部品32をレール部36Aに沿ってこれらと平行にユニット本体36に挿入することによって、図14Bに示されるように、ユニット本体36を発熱部品32に装着することができる。
尚、発熱部品32は、通常、放熱ユニット34を装着する段階でプリント配線板26に搭載されているので、この場合には、発熱部品32がレール部36Aに沿ってこれらと平行にユニット本体36に挿入されるようにユニット本体36が移動させられる。
図15A,15B及び15Cはユニット本体36を発熱部品32に着脱可能に装着する他の方法を説明するための図である。この実施形態では、ユニット本体36は、発熱部品32の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部36Bを有している。従って、発熱部品32に放熱ユニット34を装着する場合には、図15A−15Cに順に示されるように、爪部36Bが発熱部品32の両縁部に係止するまで放熱ユニット34を発熱部品32に向けて押し付けてゆけばよい。
図16本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の斜視図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、多層構造の整流板384を有している。即ち、整流板384は、発熱部品32に接触するフランジ部384Aを有する支柱384Bと、支柱384Bに固定され発熱部品32に対する傾斜角が異なる複数のフィン384Cとを備えている。また、放熱ユニット34のユニット本体は、整流板384(フランジ部384A)と発熱部品32の接触を維持するような形状を有している。
図17A及び17Bはそれぞれ図16に示される放熱ユニット34に適用可能なユニット本体の斜視図である。図17Aに示されるユニット本体361は図16に図示されるものであり、ここでは、ユニット本体361は、正方形形状の発熱部品32の四隅近傍に係止する爪部361Aと、支柱部384Bが貫通する支柱部384Bより大形でフランジ部384Aより小径な開口361Bとを有している。また、図17Bに示されるユニット本体362は、発熱部品32の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部362Aと、支柱部384Bが貫通する支柱部384Bより大形でフランジ部384Aより小径な開口362Bとを有している。
図18A及び18Bを参照すると、図16に示される放熱ユニット34を用いた放熱構造の実施形態が示されている。図17A及び図17Bはそれぞれ図3B及び図3Cに対応している。尚、図17A及び17Bにおいては、整流板384により変化させられた空気流を矢印にて示してある。
本実施形態によると、多層構造の整流板384を用いているので、整流板384による発熱部品32の周囲の空気流の変化を効果的に行うことができる。
即ち、放熱ユニット34によりその下方から取り入れられた比較的冷たい空気は、発熱部品32により加熱されて、複数のフィン384Cの間を通って加熱された空気として流出されるのであるが、その際に所謂ベンチュリー効果により加熱された空気の流速が増大し、整流板384による発熱部品32の周囲の空気流の変化が大きくなるのである。その結果、各発熱部品32についての効果的な放熱が可能になる。
図19A及び19Bはそれぞれ本発明に適用可能な他の放熱ユニット34の正面図及び背面図である。この実施形態では、放熱ユニット34は、発熱部品32に装着されるユニット本体363と、ユニット本体363の上部に設けられた軸50により回動可能に支持された整流板385とを備えており、それにより整流板385の傾斜角が可変になっている。また、整流板385の傾斜角を所望の角度で維持するために、ユニット本体363の両側部にはそれぞれ複数の穴363Aが設けられており、整流板385の先端に回動可能に設けられたアーム52の両端を所望の穴363Aにそれぞれ着座させることができるようになっている。
この実施形態によると、整流板385の傾斜角を必要に応じて適宜設定することができるので、発熱部品32の搭載数等に応じて各発熱部品32への空気の流入量を調節することができる。
以上詳述したように、本発明によると、発熱部品の周囲の空気流を変化させる整流板を用いているので、複数の発熱部品の各々について効果的な放熱が可能になる。その結果、複数の発熱部品の配置の自由度が増し、高密度実装に適した電子機器の放熱構造の提供が可能になる。
Claims (13)
- 概ね垂直に設けられたプリント配線板を有する電子機器の放熱構造であって、
プリント配線板と、
前記プリント配線板上に実装された複数の発熱部品と、
前記複数の発熱部品の各々を覆うように設けられた放熱ユニットとを備え、
前記放熱ユニットは、前記発熱部品に着脱可能に装着されるユニット本体と、前記発熱部品の周囲の空気流を変化させるように前記ユニット本体に設けられる整流板とを備えている電子機器の放熱構造。 - 前記複数の発熱部品は概ね垂直方向に配列されている請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記整流板は前記ユニット本体の上部から斜め下方に延在している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記整流板は前記ユニット本体の上部から概ね水平方向に延在している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記ユニット本体はその上部に空気が流通可能な開口を有している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記ユニット本体は概ね正方形形状を有しており、前記整流板は円筒形曲面を1/4に切断した形状を有しておりその両端は前記ユニット本体の一対の対角に位置している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記ユニット本体は概ね正方形形状を有しており、前記整流板は球形曲面を1/8に切断した形状を有しておりその両端は前記ユニット本体の一対の対角に位置している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記整流板は前記ユニット本体の下方から流入した空気が前記ユニット本体の側方から流出するような曲面形状を有している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記複数の発熱部品に対して前記各整流板は前記ユニット本体の下方から流入した空気が異なる方向に流出するように方向付けされている請求の範囲第8項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記ユニット本体は前記発熱部品の両縁部をスライド可能に支持する一対のレール部を有している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記ユニット本体は前記発熱部品の両縁部に係止する弾性変形可能な少なくとも一対の爪部を有している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
- 前記整流板は、前記発熱部品に接触するフランジ部を有する支柱と、前記支柱に固定され前記発熱部品に対する傾斜角が異なる複数のフィンとを備え、
前記ユニット本体は前記整流板と前記発熱部品の接触を維持するような形状を有している請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。 - 前記整流板は前記ユニット本体の上部に設けられた軸により回動可能であり、それにより前記整流板の傾斜角が可変である請求の範囲第1項記載の電子機器の放熱構造。
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