JP4311538B2 - ディスク記憶装置の冷却構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数のディスクドライブを収容してなるディスク記憶装置を冷却するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多量のデータを記憶するディスクアレイ装置は、多数のディスク記憶装置等を接続して構成されており、例えば、RAID（Redundant Array of Independent Inexpensive Disks）に基づいた記憶領域を提供する。各ディスク記憶装置は、例えば、ハードディスクドライブ等のような複数のディスクドライブから構成されている。複数のディスクドライブは、バックボードと呼ばれる接続用の電気回路基板に並んで装着され、取り付けられている。ディスクドライブは、使用に伴って熱を発生するため、従来は、ディスク記憶装置内に冷却風を送り込んで各ディスクドライブを冷却している。即ち、ディスク記憶装置に強制空冷用のファン（送風又は吸気）を設けて、各ディスクドライブ間の隙間に冷却風を供給し、各ディスクドライブから熱を奪った冷却風をディスク記憶装置の筐体に設けた排気穴から外部に排出させることにより、内部温度の上昇を防止する。
【０００３】
また、別の方法としては、平板状のヒートパイプを電子機器に取り付け、電子機器の熱をヒートパイプを介して筐体外部に輸送することにより、冷却を行う技術も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６４８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、筐体内部に強制的に冷却風を供給することにより、ディスクドライブの冷却を行うようになっているため、筐体内に高密度で収容される各ディスクドライブ間に十分な隙間を確保し、冷却風の流路を形成する必要がある。従って、冷却風流路となる隙間の分だけディスク記憶装置の筐体寸法が増大しやすく、小型化の市場要求に応えるのが難しい。
【０００６】
また、各ディスクドライブ間の隙間を流通した冷却風をディスク記憶装置の外部に排出するために、バックボードに排気用の開口部を形成する場合が多い。バックボードは、各ディスクドライブの後端部で各ディスクドライブ間の隙間を施蓋するようにして設けられるため、バックボードに開口部を形成すれば、比較的滑らかに冷却風を排出させることができるためである。従って、各ディスクドライブ間に冷却風を供給する冷却構造の場合は、ディスクドライブの収容数等に応じて、多数の開口部をバックボードに形成する。しかし、バックボードは、各ディスクドライブを機械的に支持するだけのものではなく、その本来の目的は、各ディスクドライブを電気的に接続することにある。つまり、バックボードには、各ディスクドライブにそれぞれ繋がる配線パターンが形成されており、この配線パターンを介して、各ディスクドライブに電源を供給したり、データの読み書き等を行うようになっている。従って、バックボードに多数の開口部を形成したり、あるいは単一で大面積の開口部を形成する場合、これら開口部を迂回するようにして配線パターンを形成しなければならないため、配線パターンの配線長が必要以上に長くなる。また、開口部の存在によって、配線パターンを形成可能な場所が限られるため、特定の場所に配線パターンが密集する場合もある。このように、配線長が必要以上に長くなったり、配線パターンが急激に密集すると、ノイズ等の影響を受けやすくなって電気的特性が低下する。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高密度に収容されたディスクドライブを効果的に冷却すると共に、接続用基板に形成される信号線の自由度を向上できるようにしたディスク記憶装置の冷却構造を提供することにある。本発明の他の目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明に従うディスク記憶装置の冷却構造は、ディスクドライブを少なくとも１つ以上収容するディスク記憶装置の冷却構造であって、ディスク記憶装置は、ディスクドライブが電気的に接続される接続用基板を有し、該接続用基板に形成された信号線を介してディスクドライブに対するデータの入出力を行うようになっており、ディスクドライブに設けられた吸熱部と、ディスク記憶装置の外部に露出するようにして設けられた放熱部と、吸熱部と放熱部とを接続する伝熱部とを備え、ディスクドライブの発する熱を吸熱部から伝熱部を介して放熱部に伝達し放熱させることにより、接続用基板から空冷用の開口部を実質的に排除したことを特徴とする。
【０００９】
ディスクドライブは、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記憶媒体にデータを記憶等させるものである。ディスク記憶装置は、少なくとも１つ以上のディスクドライブを筐体内に収容する。ディスク記憶装置は、例えば、プリント配線基板として形成される接続用基板も有しており、この接続基板には、ディスクドライブへデータ読み書き等を行うための信号線が形成されている。ディスク記憶装置の冷却構造は、吸熱部、放熱部及び伝熱部から構成される。吸熱部は、例えば、ヒートパイプ等から構成されてディスクドライブの表面に設けられ、ディスクドライブから生じる熱を吸収する。放熱部は、例えば、ディスク記憶装置の筐体外部に露出するようにして設けられる。放熱部は、ディスクドライブ毎にそれぞれ設けることもできるし、複数のディスクドライブ毎にまとめて設けることもできる。伝熱部は、吸熱部と放熱部とを熱的に接続する。吸熱部により吸収された熱は、伝熱部を介して放熱部に輸送され、放熱部から放出される。
【００１０】
本発明に従う冷却構造では、ファン等を用いて強制的に空冷するのではなく、吸熱部、伝熱部及び放熱部による熱伝導で冷却を行うため、冷却風を流すための流路をディスク記憶装置内に形成する必要がなく、接続用基板にも空冷用の開口部を設ける必要がない。従って、接続用基板に形成される信号線の自由度を高めることができ、ノイズ等の影響を少なくして冷却性能と電気的特性とを向上させることができる。また、冷却風用の隙間を無くすことができるため、装置全体の寸法を小型化することができる。ここで、接続用基板から空冷の開口部を実質的に排除とは、積極的な空冷の目的で開口部を形成しないことを意味する。例えば、接続用基板には、取付用のネジ穴や放熱部等を取り付けるための小孔等のように、空冷以外の目的で開口部が形成される場合がある。なお、例えば、略密閉状態となるように接続用基板を形成すると表現することも可能である。
【００１１】
ディスク記憶装置に、ディスクドライブを複数個収容する場合、各ディスクドライブ間及び各ディスクドライブとディスク記憶装置の筐体との間には空冷用の隙間が実質的に存在しないように構成することができる。
【００１２】
本発明の一態様では、伝熱部は、吸熱部に連結されてディスクドライブ側に設けられる吸熱側伝熱部と、放熱部に連結されて接続用基板側に設けられる放熱側伝熱部とから分割可能に構成されている。伝熱部を分割可能な構造とすることにより、ディスクドライブを筐体に着脱することができる。
【００１３】
吸熱側伝熱部と放熱側伝熱部とは、複数箇所で面接触することにより熱を伝えるように構成することができる。例えば、吸熱側伝熱部と放熱側伝熱部とを櫛歯状構造のヒートコネクタとして構成すれば、互いがそれぞれ有する複数の平板状突部同士を嵌合させることにより、接触面積を大きくすることができ、より効率的に熱を輸送することができる。
【００１４】
本発明の一態様では、吸熱部は、ディスクドライブの発熱部に対応して分散配置されている。即ち、ディスクドライブの全表面のうち、高温になりやすい箇所に吸熱部が点在して設けられている。吸熱部を分散配置することにより、必要な箇所のみで冷却が行われる。
【００１５】
本発明の他の態様では、吸熱部は、ディスクドライブの表面を覆うようにして設けられている。表面を覆うようにしてとは、ディスクドライブの全表面を覆う場合に限らず、ディスクドライブのいずれか１つの面を実質的に覆う場合を含む意味である。好ましくは、ディスクドライブの発熱部を含むより広い面積を覆うようにして吸熱部が設けられる。吸熱部は、例えば、面状や網状等の種々の形状で形成することができる。
【００１６】
本発明の一態様では、放熱部から放熱される熱を除去するための冷却機構をさらに備えている。この冷却機構は、空冷式又は液冷式（冷媒式）の冷却機構として構成することができる。放熱部からの熱を取り去る冷却機構を備えることにより、より効果的に、ディスクドライブを冷却することができる。
【００１７】
本発明の一態様では、ディスク記憶装置内には、ディスクドライブの作動を制御するための制御基板が接続用基板に接続されて設けられ、制御基板とディスクドライブとを接続するための信号線が接続用基板に形成されており、信号線は、ディスクドライブと接続用基板との電気的接続部と、制御基板と接続用基板との電気的接続部との間を略直線状に接続するようにして形成されている。即ち、本発明では、接続用基板には、空冷用の開口部が実質的に形成されないので、信号線を略直線状に形成して配線長を短縮することができる。
【００１８】
本発明の一態様では、ディスク記憶装置の筐体内には上下方向に複数の段が画成され、それぞれの段には複数のディスクドライブが略密着状態で配置されている。このように、多数のディスクドライブを隙間無く高密度で収容する場合に、本発明では、空冷用の開口部を実質的に形成することがないため、効果的に各ディスクドライブを冷却しながら信号線の自由度を大きくすることができる。
【００１９】
本発明の他の観点に従うディスクアレイ装置は、複数のディスクドライブを該各ディスクドライブ間を電気的に接続するための信号線が形成された接続用基板にそれぞれ接続し、各ディスクドライブを略密着状態で収容する複数のディスク記憶装置と、各ディスク記憶装置を収容する装置筐体と、装置筐体内に設けられた冷却機構と、各ディスクドライブにそれぞれ設けられた吸熱部と、各ディスク記憶装置の外部に露出するようにしてそれぞれ設けられた少なくとも１つ以上の放熱部と、各吸熱部と放熱部とをそれぞれ接続する伝熱部とを備え、各ディスクドライブの発する熱を各吸熱部から各伝熱部を介して放熱部に伝達し、放熱部から冷却機構を介して放熱させることにより、各接続用基板に空冷用の開口部を実質的に形成しないことを特徴とする。
【００２０】
本発明の別の観点では、内部に発熱部を有するユニットを少なくとも１つ以上収容するユニット収容体の冷却構造であって、ユニットは情報伝達経路が形成された接続用基板に接続され、情報伝達経路を介してユニットへの情報入出力が行われるようになっており、ユニットに設けられた吸熱部と、ユニット収容体の外部に露出するようにして設けられた放熱部と、吸熱部と放熱部とを接続する伝熱部とを備え、ユニットの発する熱を吸熱部から伝熱部を介して放熱部に伝達し放熱させることにより、接続用基板から空冷用の開口部を実質的に排除したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１２に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
［１．第１の実施の形態］
図１〜図８に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、ディスクアレイ装置１の全体を示す外観図である。ディスクアレイ装置１は、ラック２内に複数のディスクドライブボックス（以下ボックス）１０を上下方向に積み上げるようにして構成されている。詳細は後述するが、各ボックス１０のケース１１内は、制御基板１２を境界として上下２段に分かれており、各段にはそれぞれ複数のディスクドライブ２０が略密着状態で着脱可能に収容されている。
【００２３】
ラック２は、その前面及び後面が開口しており、前面開口部には前扉３が、後面開口部には後扉４が、それぞれ開閉可能に設けられている。ラック２内には、前面側及び後面側の両方に複数台ずつのボックス１０が上下方向に積み重なるようにして、対称構造をなして着脱可能に収容されている。ラック２の前面側に収容された各ボックス１０に対しては前扉３を開けることにより、ラック２の後面側に収容された各ボックス１０に対しては後扉４を開けることにより、それぞれ保守等の作業を行うことができる。なお、各ボックス１０のデータ入出力を統合的に管理する制御モジュールや各ボックス１０へ通常電源を供給する電源モジュール、各ボックス１０に非常用電源を供給するバッテリモジュール等を収容する構成としてもよい。
【００２４】
図６と共に後述するように、ラック２の内部には風洞７が上下方向（垂直方向）に延びて形成されており、風洞７の排気口となる上側開口部には、通気性を有するトップカバー５が装着されている。トップカバー５の下側に位置して、ラック２内の上部には、吸気ファン８を有する冷却用機械室６が設けられている。このように、ラック２内には上下方向に複数の段が画成され、各段には、前面側のボックス１０と後面側のボックス１０とが風洞７を挟んで背中合わせに設置されている。そして、各ボックス１０が発する熱は、風洞７を流れる冷却風によってラック２の外部に持ち去られるようになっている。
【００２５】
図２及び図３を参照してボックス１０の詳細を説明する。図２は、ボックス１０の一部を破断して示す外観図である。図３は、ラック２に取り付けた状態で図１中の矢示Ａ方向から見たボックス１０の断面図である。ボックス１０は、例えば、板金等から矩形筒状に形成されたケース１１と、ケース１１内を上下の２室に分割するようにして装着された制御基板１２と、ケース１１内の各室にそれぞれ収容された複数のディスクドライブ２０とから構成されている。
【００２６】
ケース１１は、必ずしも金属材料から形成される必要性は無いが、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料を用いれば、後述するディスクドライブ２０の冷却構造と結合することにより、高い冷却性能を発揮しうる。また、電磁シールド性能を有する材料を用いることにより、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策部品としてケース１１を機能させることができる。制御基板１２は、各ディスクドライブ２０間のインターフェース部を制御するものであり、上側のディスクドライブ群と下側のディスクドライブ群とで、それぞれ別個の制御基板１２が設けられている。各ディスクドライブ２０へのデータ入出力は、そのディスクドライブ２０を担当する制御基板１２を介して行われる。
【００２７】
各ディスクドライブ２０は、互いに略密着するようにして収容されており、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１の内面との間には、それぞれ実質的な冷却風用の隙間が存在しない。即ち、拡大して観察すれば、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１との間には、若干の隙間が存在するが、この隙間は積極的な意味で冷却風を流すための空間ではない。この隙間は、取付上、製造上必要な隙間であり、空冷用の空間ではない点に注意すべきである。
【００２８】
ケース１１の後面側は、バックボード３０によって施蓋されている。バックボード３０は、各ディスクドライブ２０及び各制御基板１２と電気的に接続されるもので、各ディスクドライブ２０及び各制御基板１２へ電気信号を伝達するための配線パターンが形成されたプリント基板である。図３に示すように、バックボード３０の前面側には、各ディスクドライブ２０と電気的に接続するための信号コネクタ７０が設けられており、バックボード３０の後面側には風洞７内に突出するヒートシンク５０が設けられている。制御基板１２とバックボード３０とを電気的に接続するコネクタ部１２ａは後述する。各信号コネクタ７０，１２ａは、データ及び電源を伝達するようになっている。
【００２９】
ヒートシンク５０は、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料から複数のフィン５０ａ（図４参照）を有するように形成されており、各フィン５０ａは、風洞７内を下から上に向けて流れる冷却風Ｆ２の向きと略並行となるように設定されている。なお、ヒートシンク５０は、ディスクドライブ２０毎にそれぞれ設ける必要はなく、複数のディスクドライブ２０毎に設けてもよいし、各段毎にそれぞれ１つのヒートシンクを設けてもよく、あるいは、ボックス１０全体で１つのヒートシンクを設ける構成でもよい。
【００３０】
各ディスクドライブ２０は、例えば、ハードディスクドライブとして構成されており、複数枚の磁気ディスク（プラッタ）と、各磁気ディスクの両面でデータ読み書きを行うための磁気ヘッドと、磁気ヘッドを所定の位置に移動させるためのキャリッジ機構と、キャッシュメモリやコントロール回路等からなる制御部とを備えて構成されている。各ディスクドライブにより提供される物理的な記憶領域の上に、論理ボリューム（Logical Unit）が形成される。図外のホストコンピュータは、例えば、ＳＡＮ（Storage Area Network）等の通信ネットワークを介して接続され、論理ボリュームに対してデータの記憶及びデータの読出しを指示するようになっている。
【００３１】
各ディスクドライブ２０は、例えば、薄い長方形状に形成されており、その一方の側面２０ａには、吸熱部４０がそれぞれ設けられている。吸熱部４０は、例えば、集合部４１と、分岐部４２ａ〜４２ｄ（分岐部４２とも呼ぶ）とからツリー形状をもって構成されている。好適には、吸熱部４０はヒートパイプとして構成される。ヒートパイプとは、密閉され減圧された管内に水等の熱輸送媒体を封入し、管内壁に毛細管現象を利用するための網部や溝部を形成した熱輸送手段である。ヒートパイプの一端側では熱輸送媒体が潜熱を奪って気化し、ヒートパイプの他端側では、熱輸送媒体が熱を放散して液化する。液化した熱輸送媒体は、網部や溝部を伝わって一端側に戻る。
【００３２】
吸熱部４０の集合部４１は、ディスクドライブ２０の側面２０ａを長手方向に延びて形成されている。各分岐部４２ａ〜４２ｄは、集合部４１の途中から各発熱点ＨＰａ〜ＨＰｄに向けてそれぞれ枝分かれして延設されている。集合部４１の基端側（ディスクドライブ２０の後端側）は、ヒートコネクタ６０に接続されている。各発熱部ＨＰａ〜ＨＰｄ（発熱部ＨＰとも呼ぶ）は、ディスクドライブ２０において高温となりやすい箇所を示す。高温部分の面積が広い場合や温度が高い場合等には、複数の分岐部４２で冷却する構成としてもよい。
【００３３】
各分岐部４２により吸収された熱は、集合部４１を介してヒートコネクタ６０に輸送され、ヒートコネクタ６０からヒートシンク５０に伝達される。ヒートシンク５０に伝達された熱は、多数のフィン５０ａを介して冷却風Ｆ２に伝えられ、冷却風Ｆ２によってラック２の外部に輸送される。
【００３４】
なお、信号コネクタ７０は、ディスクドライブ２０側に取り付けられたドライブ側コネクタ７１と、バックボード３０側に取り付けられたボード側コネクタ７２とから分割可能に構成されている。また、ヒートコネクタ６０も、ディスクドライブ２０側に設けられた吸熱側ヒートコネクタ６１と、バックボード３０側に設けられた放熱側ヒートコネクタ６２とから分割可能に構成されている。従って、各ディスクドライブ２０をボックス１０内から引き抜いて、交換等の作業を行えるようになっている。
【００３５】
図４は、ヒートコネクタ６０を拡大して示す斜視図である。ヒートコネクタ６０は、例えば、櫛歯状コネクタとして構成することができる。即ち、図４中の矢示Ｃ方向の断面図である図５にも示すように、吸熱側ヒートコネクタ６１と放熱側ヒートコネクタ６２とは、それぞれ多数の歯部６１ａ，６２ａを有する略円筒状に形成されており、互いの歯部６１ａ，６２ａを嵌合させて接触させることにより、吸熱側から放熱側に熱を伝達するようになっている。
【００３６】
図４及び図５を参照して、より詳細に説明すると、吸熱側ヒートコネクタ６１は、吸熱部４０の集合部４１基端側に連結される円盤状の基部６１ｂと、基部６１ｂの表面から突出するようにして一体的に形成され、所定間隔で平行に列設された複数の歯部６１ａと、各歯部６１ａを外側から取り囲むようにして基部６１ｂの外周側に突出形成されたカバー６１ｃとから構成されている。放熱側のヒートコネクタ６２も同様に、円盤状の基部６２ｂと、基部６２ｂの表面から突出して一体的に形成され、所定間隔で平行に列設された複数の歯部６２ａと、各歯部６２ａを外側から取り囲むようにして基部６２ｂの外周側に突出形成されたカバー６２ｃと、基部６２ｂの略中心部から突出して形成され、ヒートシンク５０に連結された軸部６１ｄとから構成されている。吸熱側ヒートコネクタ６１と放熱側ヒートコネクタ６２とを組み付けると、各歯部６１ａ，６２ａが嵌合し、それぞれ隣接する相手方の歯部と面接触するようになっている。
【００３７】
熱伝達のプロセスを説明すると、発熱部ＨＰから熱を奪って気化した熱輸送媒体は、分岐部４２から集合部４１を介して、吸熱側ヒートコネクタ６１の基部６１ｂに流入する。基部６１ｂは凝縮器として作用し、熱輸送媒体は熱を奪われて液化する。熱輸送媒体から基部６１ｂに移された熱は、基部６１ｂから各歯部６１ａに伝導する。吸熱側の歯部６１ａに伝達された熱は、面接触により放熱側の歯部６２ａに熱伝導で輸送される。さらには、各歯部６１ａ，６２ａ間の微少な隙間を介して熱伝導したり、赤外線輻射によって伝わる場合もある。場合によっては、例えば、熱伝導グリス等のような熱伝導性の良い物質を各歯部６１ａ，６２ａ間に介在させることにより、隙間を無くして面接触による熱伝導を向上させてもよい。また、歯部６１ａ，６２ａは、薄肉な板状に形成して平行に列設する場合に限らず、例えば、薄肉な同軸筒状に形成してもよい。さらには、各歯部６１ａ，６２ａの熱膨張率を違えて設計し、熱膨張によって各歯部６１ａ，６２ａ同士が押しつけ合う力を発生させ、径方向から押圧するようにして面接触させる構成としてもよい。また、吸熱部４０のみをヒートパイプとして構成し、ヒートコネクタ６０では主として面接触による熱伝導で熱を輸送するようにしているが、ヒートコネクタ６０も含めて全体をヒートパイプとして構成してもよい。ヒートシンク５０も含めてヒートパイプ化することも可能である。但し、この場合、メンテナンス作業の観点から、ヒートコネクタ６０は分割可能な構造であることが好ましい。
【００３８】
図６は、図１中の矢示Ｂ方向から見た概略断面図である。上述のように、ラック２内には、互いに背中合わせで対向して配置されたボックス１０が、上下方向に積み重ねられるようにして収容されており、各ボックス１０のバックボード３０は、ラック２内の風洞７に露出している。従って、各バックボード３０の背面側から突出するようにして取り付けられたヒートシンク５０は、風洞７内に突出している。風洞７の下側は、ラック２の底面で開口して空気取り入れ口となっており、風洞７の上側には、冷却用機械室６が設けられている。冷却用機械室６には、複数の吸気ファン８が設けられており、各ファン８の吸引力によって、風洞７内には下から上に向かう冷却風Ｆが発生する。即ち、各ファン８が回転して風洞７内の圧力が低下すると、ラック底面の空気取り入れ口から風洞７内に冷却風Ｆ１が流入する。風洞７内に流入した冷却風Ｆ１は、風洞７内を上方に向けて流れる冷却風Ｆ２となる。冷却風Ｆ２は、風洞７内を移動しながら、各ヒートシンク５０が放散させる熱を奪う。冷却風Ｆ２は、冷却用機械室６に到達して各ファン８に吸引され（Ｆ３）、各ファン８からトップカバー５を介してラック２の外部に排出される（Ｆ４）。
【００３９】
次に、図７及び図８を参照して、バックボード３０の構成を説明する。図７は、ヒートシンク５０を取り外した状態でバックボード３０の背面側から見たボックス１０の外観図、図８は、図７中に示すバックボードの一部を拡大して示す平面図である。
【００４０】
図７に示すように、ボックス１０の後面側を施蓋するバックボード３０には、その前面側に各ディスクドライブ２０と電気的に接続するための信号コネクタ７０と、各制御基板１２と電気的に接続するための信号コネクタ１２ａとが設けられている。また、バックボード３０には、ヒートシンク５０を取り付けるための取付孔３１が穿設されている。また、場合によっては、バックボード３０の四隅にネジ孔が形成される場合もある。図７から明らかなように、バックボード３０には、小径な取付孔３１以外に実質的な開口部は存在せず、この取付孔３１もヒートシンク５０を取り付けることにより塞がれる。本実施形態では、ヒートパイプ及びヒートシンク５０を利用してディスクドライブ２０の熱をボックス１０の外部に輸送するため、従来技術で述べたような冷却用の開口部をバックボード３０に形成する必要がない。従って、図８に示すように、制御基板１２用の信号コネクタ１２ａと各ディスクドライブ２０用の信号コネクタ７０とを接続する配線パターン３２は、迂回すべき開口部のないバックボード３０上に略直線状に形成されている。配線パターン３２は、例えば、配線の引き回し長さが短くなり、配線によるループ面積が小さくなり、配線同士が急激に密集することがないように、電気的特性を考慮して形成可能である。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、吸熱部４０によってディスクドライブ２０から奪った熱を、ヒートコネクタ６０を介してヒートシンク５０に伝達し、ヒートシンク５０から風洞７内の冷却風中に熱を放散させるため、ボックス１０内に冷却風を供給して自然空冷又は強制空冷する必要がない。従って、各ディスクドライブ２０を高密度に収容して、ボックス１０を小型化できる。また、バックボード３０に空冷用の開口部を設ける必要がないので、配線パターン３２の自由度を大幅に高めることができる。
【００４２】
図９及び図１０を参照して、本実施形態の効果を確認する。図９は、空冷式で構成した場合のディスクドライブボックス１０００を示す。図９（ａ）は一部のディスクドライブ１１００を取り除いた状態でボックス１０００を正面から見た外観図、同（ｂ）はボックス１０００を背面側から見た外観図である。図９に示すように、もしも、ディスクドライブ１１００を高密度で収容するボックス１０００を空冷構造で構成した場合は、各ディスクドライブ１１００間に冷却風を積極的に流すための隙間を確保すると共に、バックボード１３００には多数の冷却用開口部ＡＨ１，ＡＨ２を形成する必要がある。従って、図１０の部分拡大図に示すように、制御基板１２００に繋がる信号コネクタ１２１０とディスクドライブ１１００に繋がる信号コネクタ１７００とを接続するための配線パターン１３２０は、開口部ＡＨ１（又はＡＨ２）を迂回するようにして形成しなければならない。つまり、配線パターン１３２０を形成可能な面積が少なくなる上に障害物（ＡＨ１，ＡＨ２）が存在するため、配線パターン１３２０の設計が制限され、選択の余地が少なくなる。このため、冷却用の開口部ＡＨ１等を迂回して配線パターン１３２０を引き回すことになり、また、僅かな面積に配線パターン１３２０が急激に密集することになりやすい。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、バックボード３０には、配線パターン３２が迂回しなければならない邪魔な冷却用の開口部が実質的に存在しないため、配線パターン３２の設計上の自由度が向上し、電気的特性を考慮したパターン設計を実現可能である。また、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１との間に、冷却風を流すための隙間を設ける必要がなく、各ディスクドライブ２０を可及的に密着させて収容可能なため、ボックス１０全体を小型化することができる。
【００４４】
［２．第２の実施の形態］
次に、図１１に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施形態の特徴は、各ボックス１０から放散される熱を液冷式で冷却する点にある。図１１は、本実施形態によるディスクアレイ装置１００の概略断面図である。ボックス１０及びディスクドライブ２０等の構成は、上記実施形態と同様なので説明を割愛する。本実施形態では、ラック１０１の下部に、液冷式の冷却用機械室１１０が設けられており、ラック１０１内を上下方向に延びて画成された空間部１０２内には、冷媒が循環する冷却管１２０が敷設されている。冷却管１２０には、各ディスクドライブ２０のヒートコネクタ６０（より正確には放熱側ヒートコネクタ６２）が熱伝導可能にそれぞれ接続されている。即ち、本実施形態では、ヒートシンク５０に代えて、冷媒の流れる冷却管１２０を採用する。
【００４５】
冷却用機械室１１０には、冷媒ポンプ１１１と、リザーバタンク１１２と、熱交換機１１３と、冷却ファン１１４とが設けられている。冷媒ポンプ１１１は、リザーバタンク１１２から吸引した冷媒を冷却管１２０内に送り込む。冷却管１２０内に流入した冷媒は、各ヒートコネクタ６０からの熱を奪いながら冷却管１２０内を流れ、熱交換機１１３に流入する。熱交換機１１３に流入した冷媒の熱は、熱交換機１１３により冷却されてリザーバタンク１１２に戻る。
【００４６】
このように構成される本実施形態でも、上述した実施形態と同様の効果を発揮する。これに加えて、本実施形態では、液冷式の冷却構造を採用するため、多量の冷却風を流すための風洞を設ける必要がなく、ディスクアレイ装置１００を小型化することができる。また、冷媒の特性や流量にもよるが、より効果的に各ディスクドライブ２０の熱を外部に輸送することができる。
【００４７】
［３．第３の実施の形態］
【００４８】
次に、図１２に基づいて、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、吸熱部の形状を変えた点にある。例えば、図１２中の上側に示すように、吸熱部２００は、ディスクドライブ２０の側面を覆うような平板状に形成することができる。あるいは、図１２の下側に示すように、吸熱部２１０は、ディスクドライブ２０の側面を覆うような網状に形成することもできる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、ディスクドライブボックス以外の電子機器にも適用可能である。また、バックボードとディスクドライブとの信号伝達は、光通信や無線通信により行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクアレイ装置の全体を示す外観図である。
【図２】ディスクドライブボックスの一部を破断して示す外観図である。
【図３】ディスクドライブボックスをラックに組み付けた状態で図１中の矢示Ａ方向から見た断面図である。
【図４】ヒートコネクタ及びヒートシンクを拡大して示す外観図である。
【図５】図４中の矢示Ｃ方向から見たヒートコネクタの断面図である。
【図６】図１中の矢示Ｂ方向から見たディスクアレイ装置の断面図である。
【図７】バックボードの裏側から見たディスクドライブボックスの斜視図である。
【図８】バックボードの背面側を拡大して示す平面図である。
【図９】空冷式冷却構造を採用した場合のディスクアレイボックスを示し、（ａ）は正面から見た外観図、（ｂ）は背面から見た外観図である。
【図１０】図９中のバックボードを拡大して示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るディスクアレイ装置の断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るディスクドライブボックスの断面図であり、図中上側は吸熱部を平板状に形成する場合を、図中下側は吸熱部を網状に形成する場合をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ ディスクアレイ装置
２ ラック
３ 前扉
４ 後扉
５ トップカバー
６ 冷却用機械室
７ 風洞
８ 吸気ファン
１０ ディスクドライブボックス
１１ ケース
１２ 制御基板
１２ａ 信号コネクタ
２０ ディスクドライブ
３０ バックボード
３１ 取付孔
３２ 配線パターン
４０ 吸熱部
４１ 集合部
４２ 分岐部
５０ ヒートシンク
６０ ヒートコネクタ
６１ 吸熱側ヒートコネクタ
６１ａ 歯部
６２ 放熱側ヒートコネクタ
６２ａ 歯部
７０ 信号コネクタ
７１ ドライブ側コネクタ
７２ ボード側コネクタ
１００ ディスクアレイ装置
１０１ ラック
１０２ 空間部
１１０ 冷却用機械室
１１１ 冷媒ポンプ
１１２ リザーバタンク
１１３ 熱交換機
１１４ 冷却ファン
１２０ 冷却管
２００ 吸熱部
２１０ 吸熱部
Ｆ 冷却風
ＨＰ 発熱部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数のディスクドライブを収容してなるディスク記憶装置を冷却するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多量のデータを記憶するディスクアレイ装置は、多数のディスク記憶装置等を接続して構成されており、例えば、RAID（Redundant Array of Independent Inexpensive Disks）に基づいた記憶領域を提供する。各ディスク記憶装置は、例えば、ハードディスクドライブ等のような複数のディスクドライブから構成されている。複数のディスクドライブは、バックボードと呼ばれる接続用の電気回路基板に並んで装着され、取り付けられている。ディスクドライブは、使用に伴って熱を発生するため、従来は、ディスク記憶装置内に冷却風を送り込んで各ディスクドライブを冷却している。即ち、ディスク記憶装置に強制空冷用のファン（送風又は吸気）を設けて、各ディスクドライブ間の隙間に冷却風を供給し、各ディスクドライブから熱を奪った冷却風をディスク記憶装置の筐体に設けた排気穴から外部に排出させることにより、内部温度の上昇を防止する。
【０００３】
また、別の方法としては、平板状のヒートパイプを電子機器に取り付け、電子機器の熱をヒートパイプを介して筐体外部に輸送することにより、冷却を行う技術も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６４８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、筐体内部に強制的に冷却風を供給することにより、ディスクドライブの冷却を行うようになっているため、筐体内に高密度で収容される各ディスクドライブ間に十分な隙間を確保し、冷却風の流路を形成する必要がある。従って、冷却風流路となる隙間の分だけディスク記憶装置の筐体寸法が増大しやすく、小型化の市場要求に応えるのが難しい。
【０００６】
また、各ディスクドライブ間の隙間を流通した冷却風をディスク記憶装置の外部に排出するために、バックボードに排気用の開口部を形成する場合が多い。バックボードは、各ディスクドライブの後端部で各ディスクドライブ間の隙間を施蓋するようにして設けられるため、バックボードに開口部を形成すれば、比較的滑らかに冷却風を排出させることができるためである。従って、各ディスクドライブ間に冷却風を供給する冷却構造の場合は、ディスクドライブの収容数等に応じて、多数の開口部をバックボードに形成する。しかし、バックボードは、各ディスクドライブを機械的に支持するだけのものではなく、その本来の目的は、各ディスクドライブを電気的に接続することにある。つまり、バックボードには、各ディスクドライブにそれぞれ繋がる配線パターンが形成されており、この配線パターンを介して、各ディスクドライブに電源を供給したり、データの読み書き等を行うようになっている。従って、バックボードに多数の開口部を形成したり、あるいは単一で大面積の開口部を形成する場合、これら開口部を迂回するようにして配線パターンを形成しなければならないため、配線パターンの配線長が必要以上に長くなる。また、開口部の存在によって、配線パターンを形成可能な場所が限られるため、特定の場所に配線パターンが密集する場合もある。このように、配線長が必要以上に長くなったり、配線パターンが急激に密集すると、ノイズ等の影響を受けやすくなって電気的特性が低下する。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高密度に収容されたディスクドライブを効果的に冷却すると共に、接続用基板に形成される信号線の自由度を向上できるようにしたディスク記憶装置の冷却構造を提供することにある。本発明の他の目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明に従うディスク記憶装置の冷却構造は、ディスクドライブを少なくとも１つ以上収容するディスク記憶装置の冷却構造であって、ディスク記憶装置は、ディスクドライブが電気的に接続される接続用基板を有し、該接続用基板に形成された信号線を介してディスクドライブに対するデータの入出力を行うようになっており、ディスクドライブに設けられた吸熱部と、ディスク記憶装置の外部に露出するようにして設けられた放熱部と、吸熱部と放熱部とを接続する伝熱部とを備え、ディスクドライブの発する熱を吸熱部から伝熱部を介して放熱部に伝達し放熱させることにより、接続用基板から空冷用の開口部を実質的に排除したことを特徴とする。
【０００９】
ディスクドライブは、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記憶媒体にデータを記憶等させるものである。ディスク記憶装置は、少なくとも１つ以上のディスクドライブを筐体内に収容する。ディスク記憶装置は、例えば、プリント配線基板として形成される接続用基板も有しており、この接続基板には、ディスクドライブへデータ読み書き等を行うための信号線が形成されている。ディスク記憶装置の冷却構造は、吸熱部、放熱部及び伝熱部から構成される。吸熱部は、例えば、ヒートパイプ等から構成されてディスクドライブの表面に設けられ、ディスクドライブから生じる熱を吸収する。放熱部は、例えば、ディスク記憶装置の筐体外部に露出するようにして設けられる。放熱部は、ディスクドライブ毎にそれぞれ設けることもできるし、複数のディスクドライブ毎にまとめて設けることもできる。伝熱部は、吸熱部と放熱部とを熱的に接続する。吸熱部により吸収された熱は、伝熱部を介して放熱部に輸送され、放熱部から放出される。
【００１０】
本発明に従う冷却構造では、ファン等を用いて強制的に空冷するのではなく、吸熱部、伝熱部及び放熱部による熱伝導で冷却を行うため、冷却風を流すための流路をディスク記憶装置内に形成する必要がなく、接続用基板にも空冷用の開口部を設ける必要がない。従って、接続用基板に形成される信号線の自由度を高めることができ、ノイズ等の影響を少なくして冷却性能と電気的特性とを向上させることができる。また、冷却風用の隙間を無くすことができるため、装置全体の寸法を小型化することができる。ここで、接続用基板から空冷の開口部を実質的に排除とは、積極的な空冷の目的で開口部を形成しないことを意味する。例えば、接続用基板には、取付用のネジ穴や放熱部等を取り付けるための小孔等のように、空冷以外の目的で開口部が形成される場合がある。なお、例えば、略密閉状態となるように接続用基板を形成すると表現することも可能である。
【００１１】
ディスク記憶装置に、ディスクドライブを複数個収容する場合、各ディスクドライブ間及び各ディスクドライブとディスク記憶装置の筐体との間には空冷用の隙間が実質的に存在しないように構成することができる。
【００１２】
本発明の一態様では、伝熱部は、吸熱部に連結されてディスクドライブ側に設けられる吸熱側伝熱部と、放熱部に連結されて接続用基板側に設けられる放熱側伝熱部とから分割可能に構成されている。伝熱部を分割可能な構造とすることにより、ディスクドライブを筐体に着脱することができる。
【００１３】
吸熱側伝熱部と放熱側伝熱部とは、複数箇所で面接触することにより熱を伝えるように構成することができる。例えば、吸熱側伝熱部と放熱側伝熱部とを櫛歯状構造のヒートコネクタとして構成すれば、互いがそれぞれ有する複数の平板状突部同士を嵌合させることにより、接触面積を大きくすることができ、より効率的に熱を輸送することができる。
【００１４】
本発明の一態様では、吸熱部は、ディスクドライブの発熱部に対応して分散配置されている。即ち、ディスクドライブの全表面のうち、高温になりやすい箇所に吸熱部が点在して設けられている。吸熱部を分散配置することにより、必要な箇所のみで冷却が行われる。
【００１５】
本発明の他の態様では、吸熱部は、ディスクドライブの表面を覆うようにして設けられている。表面を覆うようにしてとは、ディスクドライブの全表面を覆う場合に限らず、ディスクドライブのいずれか１つの面を実質的に覆う場合を含む意味である。好ましくは、ディスクドライブの発熱部を含むより広い面積を覆うようにして吸熱部が設けられる。吸熱部は、例えば、面状や網状等の種々の形状で形成することができる。
【００１６】
本発明の一態様では、放熱部から放熱される熱を除去するための冷却機構をさらに備えている。この冷却機構は、空冷式又は液冷式（冷媒式）の冷却機構として構成することができる。放熱部からの熱を取り去る冷却機構を備えることにより、より効果的に、ディスクドライブを冷却することができる。
【００１７】
本発明の一態様では、ディスク記憶装置内には、ディスクドライブの作動を制御するための制御基板が接続用基板に接続されて設けられ、制御基板とディスクドライブとを接続するための信号線が接続用基板に形成されており、信号線は、ディスクドライブと接続用基板との電気的接続部と、制御基板と接続用基板との電気的接続部との間を略直線状に接続するようにして形成されている。即ち、本発明では、接続用基板には、空冷用の開口部が実質的に形成されないので、信号線を略直線状に形成して配線長を短縮することができる。
【００１８】
本発明の一態様では、ディスク記憶装置の筐体内には上下方向に複数の段が画成され、それぞれの段には複数のディスクドライブが略密着状態で配置されている。このように、多数のディスクドライブを隙間無く高密度で収容する場合に、本発明では、空冷用の開口部を実質的に形成することがないため、効果的に各ディスクドライブを冷却しながら信号線の自由度を大きくすることができる。
【００１９】
本発明の他の観点に従うディスクアレイ装置は、複数のディスクドライブを該各ディスクドライブ間を電気的に接続するための信号線が形成された接続用基板にそれぞれ接続し、各ディスクドライブを略密着状態で収容する複数のディスク記憶装置と、各ディスク記憶装置を収容する装置筐体と、装置筐体内に設けられた冷却機構と、各ディスクドライブにそれぞれ設けられた吸熱部と、各ディスク記憶装置の外部に露出するようにしてそれぞれ設けられた少なくとも１つ以上の放熱部と、各吸熱部と放熱部とをそれぞれ接続する伝熱部とを備え、各ディスクドライブの発する熱を各吸熱部から各伝熱部を介して放熱部に伝達し、放熱部から冷却機構を介して放熱させることにより、各接続用基板に空冷用の開口部を実質的に形成しないことを特徴とする。
【００２０】
本発明の別の観点では、内部に発熱部を有するユニットを少なくとも１つ以上収容するユニット収容体の冷却構造であって、ユニットは情報伝達経路が形成された接続用基板に接続され、情報伝達経路を介してユニットへの情報入出力が行われるようになっており、ユニットに設けられた吸熱部と、ユニット収容体の外部に露出するようにして設けられた放熱部と、吸熱部と放熱部とを接続する伝熱部とを備え、ユニットの発する熱を吸熱部から伝熱部を介して放熱部に伝達し放熱させることにより、接続用基板から空冷用の開口部を実質的に排除したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１２に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
［１．第１の実施の形態］
図１〜図８に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、ディスクアレイ装置１の全体を示す外観図である。ディスクアレイ装置１は、ラック２内に複数のディスクドライブボックス（以下ボックス）１０を上下方向に積み上げるようにして構成されている。詳細は後述するが、各ボックス１０のケース１１内は、制御基板１２を境界として上下２段に分かれており、各段にはそれぞれ複数のディスクドライブ２０が略密着状態で着脱可能に収容されている。
【００２３】
ラック２は、その前面及び後面が開口しており、前面開口部には前扉３が、後面開口部には後扉４が、それぞれ開閉可能に設けられている。ラック２内には、前面側及び後面側の両方に複数台ずつのボックス１０が上下方向に積み重なるようにして、対称構造をなして着脱可能に収容されている。ラック２の前面側に収容された各ボックス１０に対しては前扉３を開けることにより、ラック２の後面側に収容された各ボックス１０に対しては後扉４を開けることにより、それぞれ保守等の作業を行うことができる。なお、各ボックス１０のデータ入出力を統合的に管理する制御モジュールや各ボックス１０へ通常電源を供給する電源モジュール、各ボックス１０に非常用電源を供給するバッテリモジュール等を収容する構成としてもよい。
【００２４】
図６と共に後述するように、ラック２の内部には風洞７が上下方向（垂直方向）に延びて形成されており、風洞７の排気口となる上側開口部には、通気性を有するトップカバー５が装着されている。トップカバー５の下側に位置して、ラック２内の上部には、吸気ファン８を有する冷却用機械室６が設けられている。このように、ラック２内には上下方向に複数の段が画成され、各段には、前面側のボックス１０と後面側のボックス１０とが風洞７を挟んで背中合わせに設置されている。そして、各ボックス１０が発する熱は、風洞７を流れる冷却風によってラック２の外部に持ち去られるようになっている。
【００２５】
図２及び図３を参照してボックス１０の詳細を説明する。図２は、ボックス１０の一部を破断して示す外観図である。図３は、ラック２に取り付けた状態で図１中の矢示Ａ方向から見たボックス１０の断面図である。ボックス１０は、例えば、板金等から矩形筒状に形成されたケース１１と、ケース１１内を上下の２室に分割するようにして装着された制御基板１２と、ケース１１内の各室にそれぞれ収容された複数のディスクドライブ２０とから構成されている。
【００２６】
ケース１１は、必ずしも金属材料から形成される必要性は無いが、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料を用いれば、後述するディスクドライブ２０の冷却構造と結合することにより、高い冷却性能を発揮しうる。また、電磁シールド性能を有する材料を用いることにより、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策部品としてケース１１を機能させることができる。制御基板１２は、各ディスクドライブ２０間のインターフェース部を制御するものであり、上側のディスクドライブ群と下側のディスクドライブ群とで、それぞれ別個の制御基板１２が設けられている。各ディスクドライブ２０へのデータ入出力は、そのディスクドライブ２０を担当する制御基板１２を介して行われる。
【００２７】
各ディスクドライブ２０は、互いに略密着するようにして収容されており、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１の内面との間には、それぞれ実質的な冷却風用の隙間が存在しない。即ち、拡大して観察すれば、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１との間には、若干の隙間が存在するが、この隙間は積極的な意味で冷却風を流すための空間ではない。この隙間は、取付上、製造上必要な隙間であり、空冷用の空間ではない点に注意すべきである。
【００２８】
ケース１１の後面側は、バックボード３０によって施蓋されている。バックボード３０は、各ディスクドライブ２０及び各制御基板１２と電気的に接続されるもので、各ディスクドライブ２０及び各制御基板１２へ電気信号を伝達するための配線パターンが形成されたプリント基板である。図３に示すように、バックボード３０の前面側には、各ディスクドライブ２０と電気的に接続するための信号コネクタ７０が設けられており、バックボード３０の後面側には風洞７内に突出するヒートシンク５０が設けられている。制御基板１２とバックボード３０とを電気的に接続するコネクタ部１２ａは後述する。各信号コネクタ７０，１２ａは、データ及び電源を伝達するようになっている。
【００２９】
ヒートシンク５０は、例えば、アルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料から複数のフィン５０ａ（図４参照）を有するように形成されており、各フィン５０ａは、風洞７内を下から上に向けて流れる冷却風Ｆ２の向きと略並行となるように設定されている。なお、ヒートシンク５０は、ディスクドライブ２０毎にそれぞれ設ける必要はなく、複数のディスクドライブ２０毎に設けてもよいし、各段毎にそれぞれ１つのヒートシンクを設けてもよく、あるいは、ボックス１０全体で１つのヒートシンクを設ける構成でもよい。
【００３０】
各ディスクドライブ２０は、例えば、ハードディスクドライブとして構成されており、複数枚の磁気ディスク（プラッタ）と、各磁気ディスクの両面でデータ読み書きを行うための磁気ヘッドと、磁気ヘッドを所定の位置に移動させるためのキャリッジ機構と、キャッシュメモリやコントロール回路等からなる制御部とを備えて構成されている。各ディスクドライブにより提供される物理的な記憶領域の上に、論理ボリューム（Logical Unit）が形成される。図外のホストコンピュータは、例えば、ＳＡＮ（Storage Area Network）等の通信ネットワークを介して接続され、論理ボリュームに対してデータの記憶及びデータの読出しを指示するようになっている。
【００３１】
各ディスクドライブ２０は、例えば、薄い長方形状に形成されており、その一方の側面２０ａには、吸熱部４０がそれぞれ設けられている。吸熱部４０は、例えば、集合部４１と、分岐部４２ａ〜４２ｄ（分岐部４２とも呼ぶ）とからツリー形状をもって構成されている。好適には、吸熱部４０はヒートパイプとして構成される。ヒートパイプとは、密閉され減圧された管内に水等の熱輸送媒体を封入し、管内壁に毛細管現象を利用するための網部や溝部を形成した熱輸送手段である。ヒートパイプの一端側では熱輸送媒体が潜熱を奪って気化し、ヒートパイプの他端側では、熱輸送媒体が熱を放散して液化する。液化した熱輸送媒体は、網部や溝部を伝わって一端側に戻る。
【００３２】
吸熱部４０の集合部４１は、ディスクドライブ２０の側面２０ａを長手方向に延びて形成されている。各分岐部４２ａ〜４２ｄは、集合部４１の途中から各発熱点ＨＰａ〜ＨＰｄに向けてそれぞれ枝分かれして延設されている。集合部４１の基端側（ディスクドライブ２０の後端側）は、ヒートコネクタ６０に接続されている。各発熱部ＨＰａ〜ＨＰｄ（発熱部ＨＰとも呼ぶ）は、ディスクドライブ２０において高温となりやすい箇所を示す。高温部分の面積が広い場合や温度が高い場合等には、複数の分岐部４２で冷却する構成としてもよい。
【００３３】
各分岐部４２により吸収された熱は、集合部４１を介してヒートコネクタ６０に輸送され、ヒートコネクタ６０からヒートシンク５０に伝達される。ヒートシンク５０に伝達された熱は、多数のフィン５０ａを介して冷却風Ｆ２に伝えられ、冷却風Ｆ２によってラック２の外部に輸送される。
【００３４】
なお、信号コネクタ７０は、ディスクドライブ２０側に取り付けられたドライブ側コネクタ７１と、バックボード３０側に取り付けられたボード側コネクタ７２とから分割可能に構成されている。また、ヒートコネクタ６０も、ディスクドライブ２０側に設けられた吸熱側ヒートコネクタ６１と、バックボード３０側に設けられた放熱側ヒートコネクタ６２とから分割可能に構成されている。従って、各ディスクドライブ２０をボックス１０内から引き抜いて、交換等の作業を行えるようになっている。
【００３５】
図４は、ヒートコネクタ６０を拡大して示す斜視図である。ヒートコネクタ６０は、例えば、櫛歯状コネクタとして構成することができる。即ち、図４中の矢示Ｃ方向の断面図である図５にも示すように、吸熱側ヒートコネクタ６１と放熱側ヒートコネクタ６２とは、それぞれ多数の歯部６１ａ，６２ａを有する略円筒状に形成されており、互いの歯部６１ａ，６２ａを嵌合させて接触させることにより、吸熱側から放熱側に熱を伝達するようになっている。
【００３６】
図４及び図５を参照して、より詳細に説明すると、吸熱側ヒートコネクタ６１は、吸熱部４０の集合部４１基端側に連結される円盤状の基部６１ｂと、基部６１ｂの表面から突出するようにして一体的に形成され、所定間隔で平行に列設された複数の歯部６１ａと、各歯部６１ａを外側から取り囲むようにして基部６１ｂの外周側に突出形成されたカバー６１ｃとから構成されている。放熱側のヒートコネクタ６２も同様に、円盤状の基部６２ｂと、基部６２ｂの表面から突出して一体的に形成され、所定間隔で平行に列設された複数の歯部６２ａと、各歯部６２ａを外側から取り囲むようにして基部６２ｂの外周側に突出形成されたカバー６２ｃと、基部６２ｂの略中心部から突出して形成され、ヒートシンク５０に連結された軸部６１ｄとから構成されている。吸熱側ヒートコネクタ６１と放熱側ヒートコネクタ６２とを組み付けると、各歯部６１ａ，６２ａが嵌合し、それぞれ隣接する相手方の歯部と面接触するようになっている。
【００３７】
熱伝達のプロセスを説明すると、発熱部ＨＰから熱を奪って気化した熱輸送媒体は、分岐部４２から集合部４１を介して、吸熱側ヒートコネクタ６１の基部６１ｂに流入する。基部６１ｂは凝縮器として作用し、熱輸送媒体は熱を奪われて液化する。熱輸送媒体から基部６１ｂに移された熱は、基部６１ｂから各歯部６１ａに伝導する。吸熱側の歯部６１ａに伝達された熱は、面接触により放熱側の歯部６２ａに熱伝導で輸送される。さらには、各歯部６１ａ，６２ａ間の微少な隙間を介して熱伝導したり、赤外線輻射によって伝わる場合もある。場合によっては、例えば、熱伝導グリス等のような熱伝導性の良い物質を各歯部６１ａ，６２ａ間に介在させることにより、隙間を無くして面接触による熱伝導を向上させてもよい。また、歯部６１ａ，６２ａは、薄肉な板状に形成して平行に列設する場合に限らず、例えば、薄肉な同軸筒状に形成してもよい。さらには、各歯部６１ａ，６２ａの熱膨張率を違えて設計し、熱膨張によって各歯部６１ａ，６２ａ同士が押しつけ合う力を発生させ、径方向から押圧するようにして面接触させる構成としてもよい。また、吸熱部４０のみをヒートパイプとして構成し、ヒートコネクタ６０では主として面接触による熱伝導で熱を輸送するようにしているが、ヒートコネクタ６０も含めて全体をヒートパイプとして構成してもよい。ヒートシンク５０も含めてヒートパイプ化することも可能である。但し、この場合、メンテナンス作業の観点から、ヒートコネクタ６０は分割可能な構造であることが好ましい。
【００３８】
図６は、図１中の矢示Ｂ方向から見た概略断面図である。上述のように、ラック２内には、互いに背中合わせで対向して配置されたボックス１０が、上下方向に積み重ねられるようにして収容されており、各ボックス１０のバックボード３０は、ラック２内の風洞７に露出している。従って、各バックボード３０の背面側から突出するようにして取り付けられたヒートシンク５０は、風洞７内に突出している。風洞７の下側は、ラック２の底面で開口して空気取り入れ口となっており、風洞７の上側には、冷却用機械室６が設けられている。冷却用機械室６には、複数の吸気ファン８が設けられており、各ファン８の吸引力によって、風洞７内には下から上に向かう冷却風Ｆが発生する。即ち、各ファン８が回転して風洞７内の圧力が低下すると、ラック底面の空気取り入れ口から風洞７内に冷却風Ｆ１が流入する。風洞７内に流入した冷却風Ｆ１は、風洞７内を上方に向けて流れる冷却風Ｆ２となる。冷却風Ｆ２は、風洞７内を移動しながら、各ヒートシンク５０が放散させる熱を奪う。冷却風Ｆ２は、冷却用機械室６に到達して各ファン８に吸引され（Ｆ３）、各ファン８からトップカバー５を介してラック２の外部に排出される（Ｆ４）。
【００３９】
次に、図７及び図８を参照して、バックボード３０の構成を説明する。図７は、ヒートシンク５０を取り外した状態でバックボード３０の背面側から見たボックス１０の外観図、図８は、図７中に示すバックボードの一部を拡大して示す平面図である。
【００４０】
図７に示すように、ボックス１０の後面側を施蓋するバックボード３０には、その前面側に各ディスクドライブ２０と電気的に接続するための信号コネクタ７０と、各制御基板１２と電気的に接続するための信号コネクタ１２ａとが設けられている。また、バックボード３０には、ヒートシンク５０を取り付けるための取付孔３１が穿設されている。また、場合によっては、バックボード３０の四隅にネジ孔が形成される場合もある。図７から明らかなように、バックボード３０には、小径な取付孔３１以外に実質的な開口部は存在せず、この取付孔３１もヒートシンク５０を取り付けることにより塞がれる。本実施形態では、ヒートパイプ及びヒートシンク５０を利用してディスクドライブ２０の熱をボックス１０の外部に輸送するため、従来技術で述べたような冷却用の開口部をバックボード３０に形成する必要がない。従って、図８に示すように、制御基板１２用の信号コネクタ１２ａと各ディスクドライブ２０用の信号コネクタ７０とを接続する配線パターン３２は、迂回すべき開口部のないバックボード３０上に略直線状に形成されている。配線パターン３２は、例えば、配線の引き回し長さが短くなり、配線によるループ面積が小さくなり、配線同士が急激に密集することがないように、電気的特性を考慮して形成可能である。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、吸熱部４０によってディスクドライブ２０から奪った熱を、ヒートコネクタ６０を介してヒートシンク５０に伝達し、ヒートシンク５０から風洞７内の冷却風中に熱を放散させるため、ボックス１０内に冷却風を供給して自然空冷又は強制空冷する必要がない。従って、各ディスクドライブ２０を高密度に収容して、ボックス１０を小型化できる。また、バックボード３０に空冷用の開口部を設ける必要がないので、配線パターン３２の自由度を大幅に高めることができる。
【００４２】
図９及び図１０を参照して、本実施形態の効果を確認する。図９は、空冷式で構成した場合のディスクドライブボックス１０００を示す。図９（ａ）は一部のディスクドライブ１１００を取り除いた状態でボックス１０００を正面から見た外観図、同（ｂ）はボックス１０００を背面側から見た外観図である。図９に示すように、もしも、ディスクドライブ１１００を高密度で収容するボックス１０００を空冷構造で構成した場合は、各ディスクドライブ１１００間に冷却風を積極的に流すための隙間を確保すると共に、バックボード１３００には多数の冷却用開口部ＡＨ１，ＡＨ２を形成する必要がある。従って、図１０の部分拡大図に示すように、制御基板１２００に繋がる信号コネクタ１２１０とディスクドライブ１１００に繋がる信号コネクタ１７００とを接続するための配線パターン１３２０は、開口部ＡＨ１（又はＡＨ２）を迂回するようにして形成しなければならない。つまり、配線パターン１３２０を形成可能な面積が少なくなる上に障害物（ＡＨ１，ＡＨ２）が存在するため、配線パターン１３２０の設計が制限され、選択の余地が少なくなる。このため、冷却用の開口部ＡＨ１等を迂回して配線パターン１３２０を引き回すことになり、また、僅かな面積に配線パターン１３２０が急激に密集することになりやすい。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、バックボード３０には、配線パターン３２が迂回しなければならない邪魔な冷却用の開口部が実質的に存在しないため、配線パターン３２の設計上の自由度が向上し、電気的特性を考慮したパターン設計を実現可能である。また、各ディスクドライブ２０間及び各ディスクドライブ２０とケース１１との間に、冷却風を流すための隙間を設ける必要がなく、各ディスクドライブ２０を可及的に密着させて収容可能なため、ボックス１０全体を小型化することができる。
【００４４】
［２．第２の実施の形態］
次に、図１１に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施形態の特徴は、各ボックス１０から放散される熱を液冷式で冷却する点にある。図１１は、本実施形態によるディスクアレイ装置１００の概略断面図である。ボックス１０及びディスクドライブ２０等の構成は、上記実施形態と同様なので説明を割愛する。本実施形態では、ラック１０１の下部に、液冷式の冷却用機械室１１０が設けられており、ラック１０１内を上下方向に延びて画成された空間部１０２内には、冷媒が循環する冷却管１２０が敷設されている。冷却管１２０には、各ディスクドライブ２０のヒートコネクタ６０（より正確には放熱側ヒートコネクタ６２）が熱伝導可能にそれぞれ接続されている。即ち、本実施形態では、ヒートシンク５０に代えて、冷媒の流れる冷却管１２０を採用する。
【００４５】
冷却用機械室１１０には、冷媒ポンプ１１１と、リザーバタンク１１２と、熱交換機１１３と、冷却ファン１１４とが設けられている。冷媒ポンプ１１１は、リザーバタンク１１２から吸引した冷媒を冷却管１２０内に送り込む。冷却管１２０内に流入した冷媒は、各ヒートコネクタ６０からの熱を奪いながら冷却管１２０内を流れ、熱交換機１１３に流入する。熱交換機１１３に流入した冷媒の熱は、熱交換機１１３により冷却されてリザーバタンク１１２に戻る。
【００４６】
このように構成される本実施形態でも、上述した実施形態と同様の効果を発揮する。これに加えて、本実施形態では、液冷式の冷却構造を採用するため、多量の冷却風を流すための風洞を設ける必要がなく、ディスクアレイ装置１００を小型化することができる。また、冷媒の特性や流量にもよるが、より効果的に各ディスクドライブ２０の熱を外部に輸送することができる。
【００４７】
［３．第３の実施の形態］
【００４８】
次に、図１２に基づいて、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、吸熱部の形状を変えた点にある。例えば、図１２中の上側に示すように、吸熱部２００は、ディスクドライブ２０の側面を覆うような平板状に形成することができる。あるいは、図１２の下側に示すように、吸熱部２１０は、ディスクドライブ２０の側面を覆うような網状に形成することもできる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、ディスクドライブボックス以外の電子機器にも適用可能である。また、バックボードとディスクドライブとの信号伝達は、光通信や無線通信により行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクアレイ装置の全体を示す外観図である。
【図２】ディスクドライブボックスの一部を破断して示す外観図である。
【図３】ディスクドライブボックスをラックに組み付けた状態で図１中の矢示Ａ方向から見た断面図である。
【図４】ヒートコネクタ及びヒートシンクを拡大して示す外観図である。
【図５】図４中の矢示Ｃ方向から見たヒートコネクタの断面図である。
【図６】図１中の矢示Ｂ方向から見たディスクアレイ装置の断面図である。
【図７】バックボードの裏側から見たディスクドライブボックスの斜視図である。
【図８】バックボードの背面側を拡大して示す平面図である。
【図９】空冷式冷却構造を採用した場合のディスクアレイボックスを示し、（ａ）は正面から見た外観図、（ｂ）は背面から見た外観図である。
【図１０】図９中のバックボードを拡大して示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るディスクアレイ装置の断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るディスクドライブボックスの断面図であり、図中上側は吸熱部を平板状に形成する場合を、図中下側は吸熱部を網状に形成する場合をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ ディスクアレイ装置
２ ラック
３ 前扉
４ 後扉
５ トップカバー
６ 冷却用機械室
７ 風洞
８ 吸気ファン
１０ ディスクドライブボックス
１１ ケース
１２ 制御基板
１２ａ 信号コネクタ
２０ ディスクドライブ
３０ バックボード
３１ 取付孔
３２ 配線パターン
４０ 吸熱部
４１ 集合部
４２ 分岐部
５０ ヒートシンク
６０ ヒートコネクタ
６１ 吸熱側ヒートコネクタ
６１ａ 歯部
６２ 放熱側ヒートコネクタ
６２ａ 歯部
７０ 信号コネクタ
７１ ドライブ側コネクタ
７２ ボード側コネクタ
１００ ディスクアレイ装置
１０１ ラック
１０２ 空間部
１１０ 冷却用機械室
１１１ 冷媒ポンプ
１１２ リザーバタンク
１１３ 熱交換機
１１４ 冷却ファン
１２０ 冷却管
２００ 吸熱部
２１０ 吸熱部
Ｆ 冷却風
ＨＰ 発熱部
Claims (2)
- ディスクドライブを少なくとも１つ以上収容するディスク記憶装置の冷却構造であって、
前記ディスク記憶装置は、前記ディスクドライブが電気的に接続される接続用基板を有し、該接続用基板に形成された信号線を介して前記ディスクドライブに対するデータの入出力を行うようになっており、
前記ディスクドライブに設けられた吸熱部と、
前記ディスク記憶装置の外部に露出するようにして設けられた放熱部と、
前記吸熱部と前記放熱部とを接続する伝熱部とを備え、
前記吸熱部は、前記ディスクドライブの側面に長手方向に延びて形成される集合部と、その集合部の途中から各発熱部に向けて枝分かれして形成される複数の分岐部とから、ツリー形状に構成されており、
前記伝熱部は、前記吸熱部に連結されて前記ディスクドライブ側に設けられる吸熱側伝熱部と、前記放熱部に連結されて前記接続用基板側に設けられる放熱側伝熱部とから分割可能に構成されており、かつ、
前記吸熱側伝熱部と前記放熱側伝熱部とは、複数箇所で面接触することにより熱を伝えるようになっており、
前記ディスクドライブの発する熱を前記吸熱部から前記伝熱部を介して前記放熱部に伝達し放熱させることにより、前記接続用基板から空冷用の開口部を実質的に排除したことを特徴とするディスク記憶装置の冷却構造。 - 複数のディスクドライブを該各ディスクドライブ間を電気的に接続するための信号線が形成された接続用基板にそれぞれ接続し、前記各ディスクドライブを略密着状態で収容する複数のディスク記憶装置と、
前記各ディスク記憶装置を収容する装置筐体と、
前記装置筐体内に設けられた冷却機構と、
前記各ディスクドライブにそれぞれ設けられた吸熱部と、
前記各ディスク記憶装置の外部に露出するようにしてそれぞれ設けられた少なくとも１つ以上の放熱部と、
前記各吸熱部と前記放熱部とをそれぞれ接続する伝熱部とを備え、
前記吸熱部は、前記ディスクドライブの側面に長手方向に延びて形成される集合部と、その集合部の途中から各発熱部に向けて枝分かれして形成される複数の分岐部とから、ツリー形状に構成されており、
前記伝熱部は、前記各吸熱部に連結されて前記ディスクドライブ側に設けられる吸熱側伝熱部と、前記放熱部に連結されて前記接続用基板側に設けられる放熱側伝熱部とから分割可能に構成されており、かつ、
前記吸熱側伝熱部と前記放熱側伝熱部とは、複数箇所で面接触することにより熱を伝えるようになっており、
前記各ディスクドライブの発する熱を前記各吸熱部から前記各伝熱部を介して前記放熱部に伝達し、前記放熱部から前記冷却機構を介して放熱させることにより、前記各接続用基板に空冷用の開口部を実質的に形成せず、
さらに、前記各ディスク記憶装置内には、前記各ディスクドライブの作動を制御するための制御基板が前記接続用基板に接続されて設けられ、
前記制御基板と前記各ディスクドライブとを接続するための信号線が前記接続用基板に形成されており、
前記信号線は、前記各ディスクドライブと前記接続用基板との電気的接続部と、前記制御基板と前記接続用基板との電気的接続部との間を略直線状に接続するようにして形成されている、
ディスクアレイ装置。
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