JP7196470B2 - 電子機器の放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の放熱構造に関し、特にスロットにプラグイン物品が挿入される電子機器の放熱構造に関する。

プラグインカードのようなプラグイン物品がスロットに挿入される電子機器が、知られている。このような電子機器でスロットにプラグインカードが挿入された状態でのプラグインカードの熱を放熱するための手段としては、プラグインカードの発熱体からの熱を発熱体周囲の空気に放熱することが一般的である。特に発熱体の発熱が大きい場合には、ヒートシンクを発熱体に実装し、ヒートシンクの多数のフィンにより空気との接触面積を増やすことで、より多くの熱を空気中に放熱すること、また、発熱体周囲の空気の流速を増加させることで、より多くの熱を空気中に放熱するのが一般的である。

図１は、電子機器の外観を説明するための斜視図である。図１の電子機器は、スロットを有する電子通信機器２００と、電子通信機器２００が固定される例えば一対のキャビネットラックマウント３００と、電子通信機器２００のスロットに挿抜可能に挿入されるプラグインカード１００とを含んで、構成される。

図２Ａは複数のプラグイン物品がスロットに挿入される電子機器の放熱構造の一例を説明するための概念図であり、図２Ｂは一つのプラグイン物品がスロットに挿入される電子機器の放熱構造の一例を説明するための概念図である。図２Ａや図２Ｂの電子回路基板１１０に搭載される部品からの熱は、ファンユニット２０２の働きによって矢印の方向へ排出される。

特開平１０－１５４８８８号公報 特開平１０－１９８４６２号公報 特開平１１－２３３９８７号公報

図１の電子通信機器２００のスロットに挿入されたプラグインカード１００が発熱性の部品である場合、そのプラグインカード１００の放熱について考慮する必要がある。

近年の、電子回路の高集積化により、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）をはじめとする電子デバイスの消費電力は増加し、発熱体へのヒートシンクの実装や、発熱体周囲の空気の流速を増加させるためのファンの高速化、プラグインカードの容積の範囲への放熱では、限界にきている。

例えば、プラグインカード内の発熱を、サブラックの筐体に伝達する場合、プラグインカードは挿抜可能な機能が必要であることから、挿入時にプラグインカードの放熱部とサブラックの受熱部が確実に密着する構造が必要である。ピザＢＯＸ型の筐体については、筐体の高さ寸法が５０ｍｍ程度と小型の装置に用いられる筐体であり、ファンを用いた強制空冷仕様にする場合に適用可能なファンモータは５０ｍｍ未満のものに限定され、風量の大きなファンを収容することが困難である。このため可能であれば、自然空冷化が望ましい。

特許文献１は、パッケージングが密閉筐体にプラグイン実装される電子装置の冷却構造に関するものであり、パッケージングの発熱部品の面に熱的に接触するヒートシンクを密閉筐体に設けることが提案されている。特許文献１では、プラグイン実装されたパッケージングの発熱部品からの熱は、上記ヒートシンクへと移動し、さらに密閉筐体の外表面に露出した外部ヒートシンクへと移動して、密閉筐体の筐体外雰囲気へと放熱させている。

特許文献２は、ＩＣカードスロットを有する電子装置の放熱構造に関するものであり、ＩＣカードからの熱はＩＣカードの両側辺に位置するガイドレール部に伝熱され、さらにガイドレール部の外側の放熱フィンから放熱させることが、提案されている。

特許文献３は、プラグインパッケージがプラグインされる電子機器筐体の冷却構造に関するものである。特許文献３では、プラグインパッケージが電子機器筐体にプラグインされたときに、プラグインパッケージの発熱部品に可動型ヒートシンクの熱伝導部材を接触させること、この熱伝導によって電子機器筐体の外部へ放熱させることが、提案されている。

しかしながら特許文献１、特許文献２、特許文献３ではいずれも解決すべき課題がある。特許文献２のように、ＩＣカードからの熱をＩＣカードの両側辺に位置するガイドレール部に伝熱させる放熱構造では、ＩＣカードの発熱体がＩＣカードの中央に位置する場合、発熱体から放熱構造のガイドレール部が遠く、ＩＣカードのケースは薄い金属板であるため、ガイドレール部までの放熱経路の断面積が小さい。また一般的に、コネクタ嵌合するＩＣカードとガイドレール部の間はコネクタの実装位置の公差範囲内でのズレが生じるため、ＩＣカードとガイドレール部とは面接触が困難である。このため、特許文献２の放熱構造では、ＩＣカードとガイドレール部とは接触面積が小さいものとなり、放熱部までの熱抵抗が大きく、放熱部からの熱を効果的に放熱することが困難である。

特許文献１の冷却構造では、プラグイン実装されるパッケージングの発熱部品の面にヒートシンクを接触させるため、パッケージングの発熱部品からヒートシンクを介して放熱部まで至る放熱経路が遠く、放熱経路の断面積が小さい。このため特許文献１の冷却構造では、プラグインパッケージの発熱部品からの熱を効果的に放熱することが困難である。

特許文献３の冷却構造も特許文献１の冷却構造とほぼ同様であり、プラグインパッケージの発熱部品に可動型ヒートシンクの熱伝導部材を接触させるため、プラグインパッケージの発熱体から可動型ヒートシンクを介して放熱部まで至る放熱経路が遠く、放熱経路の断面積が小さい。このため特許文献３の冷却構造では、プラグインパッケージの発熱部品からの熱を効果的に放熱することが困難である。

本発明の目的は、プラグイン物品がスロットへ挿入された状態で、プラグイン物品の放熱部からの熱を効率的にスロットの外側へと放出することができる電子機器の放熱構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る電子機器の放熱構造は、
プラグイン物品が挿入されるスロットと、
上記スロットの側面に設けられた開口部からその一部が上記スロットの内側へと突出する放熱ユニットであって、上記プラグイン物品が上記スロットへ挿入されたときに上記プラグイン物品の放熱部と接触する受熱部、及び上記受熱部が上記スロットの上記開口部から上記スロットの内側へと突出するよう付勢する付勢部材を含む放熱ユニットと、を有する。

本発明によれば、プラグイン物品がスロットへ挿入された状態で、プラグイン物品の放熱部からの熱を効率的にスロットの外側へと放出することができる。

電子機器の外観を説明するための斜視図である。 複数のプラグイン物品がスロットに挿入される電子機器の放熱構造の一例を説明するための概念図である。 一つのプラグイン物品がスロットに挿入される電子機器の放熱構造の一例を説明するための概念図である。 実施形態のプラグイン物品の一例としてのプラグインカードを説明するための概観図である。 実施形態のプラグインカードが電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカードと電子機器の断面図である。 第１実施形態による電子機器の放熱構造を説明するための、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。 図５の放熱ユニット２２を説明するための、分解図である。 図５のプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。 第２実施形態による電子機器の放熱構造を説明するための、プラグインカードと電子機器の断面図である。 図８のプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。 放熱板を、スロットへと押圧するロケータプレート、ロケータホール及びピンを含む機構を説明するための側面図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的な実施形態について説明する前に、実施形態を概観する。図３は、実施形態のプラグイン物品の一例としてのプラグインカードを説明するための概観図である。図４は、実施形態のプラグインカードが電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカードと電子機器の断面図である。

図３はプラグイン物品の一例としてのプラグインカードであり、電子回路基板１１０や、放熱部に接触する放熱部１２０を含む。図３の点線は、プラグインカードの大まかな外形を示しており、放熱部１２０の一主表面はプラグインカードの外形に面している。

図３のプラグインカードは図４の矢印に示すように、電子機器のスロットに対して挿抜可能であり、電子機器のスロットの中で前後に移動可能である。図３のプラグインカードは図４に示すように、電子機器のスロットに挿入され、プラグインカードに実装されるプラグインコネクタは電子機器のマザーボード２１０の表面のコネクタと嵌合し、電気的に接続される。実施形態の電子機器の放熱構造では、電子機器のスロットに対し図４の矢印で示す上下方向に可動する放熱器２６０と、放熱器２６０と共に可動する受熱部２５０とをさらに含む。受熱部２５０は、プラグインカードが電子機器のスロットに挿入されたときに、プラグインカードの放熱部１２０の一主表面と広い面積に渡って接触し、密着する。プラグインカードの放熱部１２０からの熱は、受熱部２５０へと伝えられ、さらに放熱器２６０から放出される。

〔第１実施形態〕
次に、本発明の第１実施形態による電子機器の放熱構造について、説明する。本実施形態では、プラグイン物品の一例としてのプラグインカード１０がスロットに挿入される電子機器について説明する。

（構成）
図５は、本実施形態による電子機器の放熱構造を説明するための、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。図６は、図５の放熱ユニット２２を説明するための、分解図である。

図５のプラグインカード１０は、電子機器のスロットに挿入されるプラグイン物品であり、発熱体からの熱が伝えられる放熱部１１と、プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されたときに電子機器のコネクタに電気的に接続されるプラグインコネクタ１３と、を含む。図５のプラグインカード１０の点線は大まかな外形を示しており、放熱部１２０の一主表面はプラグインカード１０の外形に面している。このような構造は、例えばプラグインカード１０のケーシングの一部に開口部が形成されており、この開口部から放熱部１１が露出しているような態様で、実現される。放熱部１１は、プラグインカード１０内の電子デバイスの放熱面に実装された、高熱伝導性の、例えば金属等の高熱伝導性素材により形成される放熱プレートで構成することができる。

図５の電子機器は、開口部２０ａを有する装置筐体２０、ガイドレール２１、放熱ユニット２２、コネクタ２３などを含む。

ガイドレール２１は、電子機器のスロットとしての装置筐体２０に形成されており、電子機器のスロットへのプラグインカード１０の挿抜方向を規制して、電子機器のスロットにプラグインカード１０が挿入されたときにプラグインカード１０のプラグインコネクタ１３と電子機器のコネクタ２３との安定的な接続を可能とする。

放熱ユニット２２は、受熱部２５と、放熱フィンやヒートシンクなどの放熱器２６と、放熱板２６ａと、バネ２７と、ファン４０と、を含む。放熱ユニット２２の受熱部２５は、装置筐体２０の側面に設けられた開口部２０ａからのその一部が装置筐体２０の内側へと突出している。受熱部２５が装置筐体２０の内側へと突出している範囲は、図５に矢印と共に「放熱器可動ストローク」として示している。

受熱部２５は放熱板２６ａの一主表面に設けられ、放熱器２６やファン４０は放熱板２６ａの他主表面に設けられている。図５の放熱ユニット２２では、放熱器２６やファン４０が放熱板２６ａを中心にして受熱部２５の真反対側に設けられた場合を示している。放熱ユニット２２の受熱部２５は、放熱のための機能部であるフィン本体の放熱器２６と分離が可能で、プラグインカード１０の外形に応じて交換が可能とすることができる。これにより、放熱器２６、及び放熱ユニット２２の一部である受熱部２５のバリエーションにより、あらゆる外形仕様のプラグインカードに対応可能な機構を実現する。バネ２７は、付勢部材の一例であり、受熱部２５がスロットの開口部２０ａからスロットの内側へと突出するよう付勢する。

放熱ユニット２２の具体例について、図６の分解図を参照して説明する。放熱ユニット２２は、図６に示すように、ネジ２４、受熱部２５、放熱器２６、放熱板２６ａ、バネ２７、放熱ユニットベース２８、カバー２９などを含む。バネ２７と放熱板２６ａとを介在させた状態で、カバー２９と放熱ユニットベース２８とがネジ２４で固定される。そしてこのような放熱ユニット２２は、放熱ユニットベース２８と装置筐体２０とがネジ２４で固定され、装置筐体２０に取り付けられる。バネ２７は、プラグインカード１０が挿入される装置筐体２０の内側へと受熱部２５が開口部２０ａから突出するよう、付勢する。バネ２７は、プラグインカード１０の挿入により、放熱器２６の上面位置に受熱部２５の位置が追従するよう、図５に矢印で示す押圧方向へ押圧する。

（動作）
本実施形態による電子機器の放熱構造の動作について説明する。図７は、図５のプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。

プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されていない状態では、図５に「放熱器可動ストローク」として示す範囲だけ放熱ユニット２２の受熱部２５は装置筐体２０の内側へと、バネ２７の働きにより突出している。

プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されてプラグインカード１０の角部が放熱ユニット２２の受熱部２５に接触すると、放熱ユニット２２は図７の押圧方向の矢印とは反対方向へ押し上げられる。プラグインカード１０が電子機器のスロットへ押し込まれると、プラグインカード１０のプラグインコネクタ１３と電子機器のコネクタ２３とが嵌合し、安定的に接続される。そしてこのプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態では、プラグインカード１０の放熱部１１の一主表面と放熱ユニット２２の受熱部２５の一主表面とが広い面積に渡って接触し、密着した状態となる。バネ２７の押圧方向で示す押圧力により、プラグインカード１０の放熱部１１と放熱ユニット２２の受熱部２５とが接触した状態が維持される。このようにプラグインカード１０の抜挿に連動して、放熱ユニット２２は可動可能な機構で構成される。

（効果）
本実施形態によれば、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱は、放熱ユニット２２の受熱部２５へと伝えられ、放熱ユニット２２の放熱器２６やファン４０の働きにより装置筐体２０の外部へと放出される。これにより、プラグインカード１０が装置筐体２０へ挿入された状態で、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱を効率的に装置筐体２０の外側へと放出することができる。本実施形態では、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱は、装置筐体２０の上方へと放出することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による電子機器の放熱構造について、説明する。本実施形態では第１実施形態と同様に、プラグイン物品の一例としてのプラグインカード１０がスロットに挿入される電子機器について説明する。また第１実施形態と同様な要素に対しては同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

（構成）
図８は、本実施形態による電子機器の放熱構造を説明するための、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。図８のプラグインカード１０は、図５のプラグインカード１０と同様な、電子機器のスロットに挿入されるプラグイン物品である。図８のプラグインカード１０は、発熱体からの熱が伝えられる放熱部１１と、プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されたときに電子機器のコネクタに電気的に接続されるプラグインコネクタ１３と、を含む。図８のプラグインカード１０の点線は大まかな外形を示しており、放熱部１２０の一主表面はプラグインカード１０の外形に面している。このような構造は、例えばプラグインカード１０のケーシングの一部に開口部が形成されており、この開口部から放熱部１１が露出しているような態様で、実現される。

図８の電子機器は、開口部３０ａを有する装置筐体３０、ガイドレール３１、放熱ユニット３２、コネクタ３３、ファン５０などを含む。

ガイドレール３１は、電子機器のスロットとしての装置筐体３０に形成されており、電子機器のスロットへのプラグインカード１０の挿抜方向を規制して、電子機器のスロットにプラグインカード１０が挿入されたときにプラグインカード１０のプラグインコネクタ１３と電子機器のコネクタ３３との安定的な接続を可能とする。

放熱ユニット３２は第１実施形態の放熱ユニット２２と同様に、受熱部３５と、放熱フィンやヒートシンクなどの放熱器３６と、放熱板３６ａと、バネ３７と、を含む。放熱ユニット３２の受熱部３５は、装置筐体３０の側面に設けられた開口部３０ａからのその一部が装置筐体３０の内側へと突出している。受熱部３５が装置筐体３０の内側へと突出している範囲は、図８に矢印と共に「放熱器可動ストローク」として示している。受熱部３５は第１実施形態の受熱部２５と同様に、放熱板３６ａの一主表面に設けられている。本実施形態では第１実施形態とは異なり、放熱器３６は放熱板３６ａの上記一主表面であって受熱部３５が取り付けられた位置とは異なる位置に取り付けられている。放熱ユニット３２の受熱部３５は、放熱のための機能部であるフィン本体の放熱器３６と分離が可能で、プラグインカード１０の外形に応じて交換が可能とすることができる。これにより、放熱器３６、及び放熱ユニット３２の一部である受熱部３５のバリエーションにより、あらゆる外形仕様のプラグインカードに対応可能な機構を実現する。バネ３７は、付勢部材の一例であり、受熱部３５がスロットの開口部３０ａからスロットの内側へと突出するよう、付勢する。より具体的にはバネ３７は、受熱部３５がスロットの開口部３０ａからスロットの内側へと突出するように、放熱板３６ａを付勢している。バネ３７は、プラグインカード１０の挿入により、放熱器３６の上面位置に受熱部３５の位置が追従するよう、図８に矢印で示す押圧方向へ押圧する。

（動作）
本実施形態による電子機器の放熱構造の動作について説明する。図９は、図７のプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態の、プラグインカード１０と電子機器の断面図である。

プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されていない状態では、図８に「放熱器可動ストローク」として示す範囲だけ放熱ユニット３２の受熱部３５は装置筐体３０の内側へと、バネ３７の働きにより突出している。

プラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入されてプラグインカード１０の角部が放熱ユニット３２の受熱部３５に接触すると、放熱ユニット３２は図９の押圧方向の矢印とは反対方向へ押し上げられる。プラグインカード１０が電子機器のスロットへ押し込まれると、プラグインカード１０のプラグインコネクタ１３と電子機器のコネクタ３３とが安定的に接続される。そしてこのプラグインカード１０が電子機器のスロットに挿入された状態では、プラグインカード１０の放熱部１１の一主表面と放熱ユニット３２の受熱部３５の一主表面とが広い面積に渡って接触した状態となる。バネ３７の押圧方向で示す押圧力により、プラグインカード１０の放熱部１１と放熱ユニット３２の受熱部３５とが接触した状態が維持される。このようにプラグインカード１０の抜挿に連動して、放熱ユニット３２は可動可能な機構で構成される。

（効果）
本実施形態によれば、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱は、放熱ユニット３２の受熱部３５へと伝えられ、放熱ユニット３２の放熱器３６の働きにより装置筐体３０の外部へと放出される。すなわち、図８に一点鎖線の矢印で示す放熱経路に沿って、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱は、放熱ユニット３２の受熱部３５、放熱板３６ａ、放熱器３６へと伝えられる。また放熱器３６へ伝えられた熱は、ファン５０の働きによりさらに外部へと排出される。これにより、プラグインカード１０が装置筐体３０へ挿入された状態で、プラグインカード１０の放熱部１１からの熱を効率的に装置筐体３０の外側へと放出することができる。

本実施形態によれば第１実施形態とは異なり、電子機器の装置背面方向へ放熱することができる。また放熱器３６が受熱部３５と同じく放熱板３６ａの一主表面に配置されていることにより、第１実施形態と比較して、装置の高さ寸法を小さくし、サーバーラック等、背面に放熱するようなアプリケーションに適用することができる。また図８に示す放熱ユニット３２の受熱部３５からフィン根本までの放熱経路に沿って、ヒートパイプ等の高熱輸送デバイスを用いることで、筐体内の発熱を電子機器の装置背面側に放熱することができる。

〔その他の実施形態〕
以上好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限られるものではなく、様々な変更や異なる実現手段の採用が可能である。例えば、上述した実施形態では、受熱部がスロットの開口部からスロットの内側へと突出するよう付勢する付勢部材としてバネを用いた場合で説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、プラグインカードの挿抜に追従して、装置筐体の一部として可動可能な放熱器となるような機構で構成してもよい。例えば図１０に示すような、放熱器６６の放熱板を、スロットへと押圧するロケータプレート６１、ロケータホール６２及びピン６３を含む機構で構成することも考えられる。図１０のロケータプレート６１は、破線で示されている。プラグインカードをスロットに挿入した後にロケータプレート６１をスライドさせることで、放熱器６６側に設けられたピン６３がロケータホール６２の形状に追従して下方向に移動させる。このようなプラグインカードの挿抜に追従して、装置筐体の一部として可動可能な放熱器となるような機構で構成できる。

なお図５の放熱ユニット２２、図８の放熱ユニット３２や図１０の機構は、上述した説明から理解されるように交換可能に構成できる。また図５の放熱ユニット２２の放熱器２６や受熱部２５、図８の放熱ユニット３２の放熱器３６や受熱部３５は交換可能に構成できる。

またプラグイン物品は、上述した実施形態のプラグインカードに限られず、電子機器のスロットに挿入されるプラグインモジュールやプラガブルモジュールでも実現できる。

放熱ユニット２２の受熱部２５は図５に示すように、スロットの内側へと突出する部分に傾斜面２５ａを有するように構成することができる。また放熱ユニット３２の受熱部３５は図８に示すように、スロットの内側へと突出する部分に傾斜面３５ａを有するように構成することができる。これにより、スロットへのプラグインカード１０の挿入と、放熱ユニット２２、３２の押し上げと、プラグインカード１０の放熱部１１の一主表面と放熱ユニット２２、３２の受熱部２５、３５の一主表面とが広い面積に渡って接触した状態への遷移とを、円滑化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

１０ プラグインカード
１１ 放熱部
２０ 装置筐体
２０ａ 開口部
２１ ガイドレール
２２ 放熱ユニット
２３ コネクタ
２４ ネジ
２５ 受熱部
２５ａ 傾斜面
２６ 放熱器
２６ａ 放熱板
２７ バネ
２８ 放熱ユニットベース
２８ａ 開口部
２９ カバー
３０ 装置筐体
３０ａ 開口部
３１ ガイドレール
３２ 放熱ユニット
３５ 受熱部
３５ａ 傾斜面
３６ 放熱器
３６ａ 放熱板
３７ バネ
４０ ファン
５０ ファン
６１ ロケータプレート
６２ ロケータホール
６３ ピン
６６ 放熱器

Claims (5)

1. プラグイン物品が挿入されるスロットと、
   前記スロットの側面に設けられた開口部からその一部が前記スロットの内側へと突出する放熱ユニットであって、前記プラグイン物品が前記スロットへ挿入されたときに前記プラグイン物品の放熱部と接触する受熱部、前記受熱部が一主表面に取り付けられた放熱板、前記放熱板の他主表面に取り付けられた放熱器、前記放熱板の前記他主表面に取り付けられたファン、及び前記受熱部が前記スロットの前記開口部から前記スロットの内側へと突出するよう前記放熱板を付勢する付勢部材を含む放熱ユニットと、を有する電子機器の放熱構造。
2. 前記放熱ユニットの前記付勢部材は、前記放熱板を、前記スロットへと押圧するバネである、請求項１に記載の電子機器の放熱構造。
3. 前記放熱ユニットの前記付勢部材は、前記放熱板を前記スロットへと押圧するロケータプレート、ロケータホール及びピンを含む機構である、請求項１に記載の電子機器の放熱構造。
4. 前記プラグイン物品はプラグインカードであり、
   前記プラグインカードは、その一主表面に露出する放熱部であって、前記プラグインカードが前記スロットへ挿入されたときに前記放熱ユニットの前記受熱部と接触する放熱部を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電子機器の放熱構造。
5. 前記受熱部は、前記スロットの内側へと突出する部分に傾斜面を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電子機器の放熱構造。

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