米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 株式会社日立製作所

発明の名称 電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−90092
公開日 平成6年(1994)3月29日
出願番号 特願平4−239561
出願日 平成4年(1992)9月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高崎 芳紘
発明者 松島 均 / 小松 利広 / 近藤 義広 / 畑田 敏夫 / 岩井 進 / 本間 哲朗
要約 目的
簡易でかつスペースを取らず、発熱量の大きな素子を搭載した回路基板を局所的に冷却可能な電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器を提供する。

構成
筐体内にCPUやメモリ等の発熱半導体素子を搭載した電子回路基板5を所定の間隔で複数積層して配置した電子機器において、その側方には、ダクト本体を形成する壁面の少なくとも1つの壁面に軸流ファン3を取り付け、かつ、その対向壁面上に複数のスリット2、2’を回路基板5に平行に形成した噴流ダクト1が設けられている。かかる構成において、軸流ファン3から送られた空気流は、複数のスリット2、2’において絞られて加速されることから、冷却効果を増大させ、かつ、スリット2、2’の形成位置やその寸法を適宜制御することにより、冷却風を集中して発熱量の多い素子を含む回路基板を局所的に冷却することも可能になる。
特許請求の範囲
【請求項1】 発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚積層配置された前記電子回路基板に冷却空気流を供給する電子機器冷却用噴流ダクトであって、内部に略偏平な立方空間を形成するダクト本体を形成する壁面の少なくとも1つの壁面に送風ファンを取り付け、前記送風ファンが対向する他の壁面には、複数のスリットを平行に形成したことを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項2】 前記請求項1の電子機器冷却用噴流ダクトであって、前記スリットは長方形状であることを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項3】 前記請求項1の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記スリットは、前記複数枚積層配置された電子回路基板の隙間に位置するように配置されていることを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項4】 前記請求項1の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記スリットは、前記複数枚積層配置された電子回路基板の側端面に位置するように配置されたことを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項5】 前記請求項2の電子機器冷却用噴流ダクトであって、前記ダクト本体の他の壁面に形成された長方形状スリットの巾は、対応する高さに配置された前記電子回路基板上に搭載された半導体素子の配列された巾に対応して形成されていることを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項6】 前記請求項1の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記送風ファンは軸流ファンであることを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項7】 前記請求項6の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記ダクト本体の他の壁面内側には、複数形成された前記スリットの内の前記軸流ファンの中心軸に対応するスリットの長手方向の両側にリブを形成したことを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項8】 前記請求項7の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記リブは、前記ダクト本体の巾方向全体に延長して形成されたことを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項9】 前記請求項7の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記リブは、前記額と本体を形成するケーシングと一体に形成されたことを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項10】 前記請求項1の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて、前記送風ファンは環流ファンであることを特徴とする電子機器冷却用噴流ダクト。
【請求項11】 筐体内に発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚の積層配置された前記電子回路基板に冷却空気流を形成する冷却手段を当該電子回路基板に隣接して配置し、もって、発熱体の冷却を行う電子機器において、前記冷却手段は、前記請求項1から10項の内の一つ請求項に規定された電子機器冷却用噴流ダクトを用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項12】 前記請求項11の電子機器において、前記回路基板上に搭載された発熱体である半導体素子は、中央演算処理装置、あるいは、記憶素子であることを特徴とする電子機器。
【請求項13】 前記請求項11の電子機器において、前記回路基板上に搭載された発熱体である半導体素子の一部は冷却フィンを備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項14】 筐体内に発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚の積層配置された前記電子回路基板の側端面に、その基板配列方向に平行な複数のスリット状の開口を形成した噴流ダクトを介して送風手段が配置されていることを特徴とする電子機器。
【請求項15】 前記請求項14の電子機器であって、前記スリット状の開口寸法は、各スリット状開口が隣接する電子回路基板上に搭載された発熱体である半導体素子の発熱量に対応して決定されていることを特徴とする電子機器。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器の筐体内に搭載される電子回路基板の冷却に好適な電子機器用冷却構造に関し、特に、局所冷却に好適な改良された電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電子機器の冷却においては、例えば特開昭61-85899号公報などに見られる様に、発熱体である電子回路基板を多数有する筐体内において、当該電子部品群の前後方ないしは上下に冷却ファンを設置し、該ファンにより筐体内の電子回路基板全体を一括して冷却することが行われていた。
【0003】また、例えば特開昭64-28896公報により知られるように、発熱量の異なる素子が混在する場合に、前述の冷却ファンによる共通空冷手段とは別に集中空冷手段を用いることが考えられている。なお、このような集中空冷手段においては、電子回路基板の上部に前記基板のほぼ全域をカバーするようにダクトを設置し、ダクトに設けた噴出口から空気を冷却したい半導体素子に直接当てるのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の従来技術による冷却装置では、特に前者の特開昭61-85899号公報に見られる全体一括冷却方式によるものにおいては、冷却風のうち冷却に有効に作用しないものがあり、冷却の効率が悪いという課題があった。また、この従来技術では、局所的に発熱量の大きな素子がある場合においても、その冷却のためには筐体全体の風量を増加させる必要があり、この場合、冷却風の流量が大変大きなものとなり、これでは、冷却ファンやダクトでの騒音が無視できなくなる問題があった。
【0005】一方、上記後者の従来技術においては、その集中空冷手段を実現するためのダクト及び風路が大きくかつ複雑になるという欠点があり、複数の電子回路基板を同時に集中冷却するという用途には適さなかった。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記の従来技術における問題点に鑑みて、具体的には、簡易かつスペースをとらない構造により冷却効率が高く、かつ、局所的に発熱量の大きな半導体素子を有する複数の電子回路基板の集中冷却をも可能とする電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記に述べた目的を達成するために、本発明によれば、まず、発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚積層配置された前記電子回路基板に冷却空気流を供給する電子機器冷却用噴流ダクトであって、内部に略偏平な立方空間を形成するダクト本体を形成する壁面の少なくとも1つの壁面に送風ファンを取り付け、前記送風ファンが対向する他の壁面には、複数のスリットを平行に形成した電子機器冷却用噴流ダクトが提供されている。
【0008】また、上記の電子機器冷却用噴流ダクトを使用した電子機器として、筐体内に発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚の積層配置された前記電子回路基板に冷却空気流を形成する冷却手段を当該電子回路基板に隣接して配置し、もって、発熱体の冷却を行う電子機器であって、前記冷却手段として電子機器冷却用噴流ダクトを用いたものが提供されている。
【0009】さらに、上記の本発明の目的を達成する他の手段として、筐体内に発熱体である半導体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して配置し、これら複数枚の積層配置された前記電子回路基板の側端面に、その基板配列方向に平行な複数のスリット状の開口を形成した噴流ダクトを介して送風手段が配置されている電子機器が提供されている。
【0010】
【作用】すなわち、上記の本発明になる電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器ダクトによれば、冷却空気を発生する送風機の噴出口となるスリットを噴流ダクト正面壁面に形成し、この噴流ダクトを、複数積層して配置した電子回路基板の上方ではなく、その側方に設置することにより、ダクトを大巾にコンパクト化することができる。また、その噴出口の形状をスリット状とすることにより電子回路基板間の流れをスムーズにすることができる。また、スリットの寸法を制御することにより、冷却したい半導体素子に集中的に冷却することも可能となる。さらに、噴流ダクト内にリブを設けることにより、ダクト内の圧力分布の一様化を促進し、これによって、ダクトの容積を大きくすることなく、噴出流の速度を一様化することが可能となる。
【00011】
【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。まず、添付の図1には、本発明になる噴流ダクトを冷却装置とした電子装置の側断面が示されており、図において、この電子装置は、その両面に複数の電子回路素子を搭載したボード(回路基板)5、5…を平行に多重積層(本実施例では4層に積層)した構造を採用している。なお、このボード5の表面上に搭載される電子回路素子の一例が、図1の装置をM−M面から見た図2に示されており、例えばこのボード5上には、複数のメモリ6や、これらメモリに取り囲まれるように冷却フィン8を備えた中央演算装置(CPU)7等が配列されて搭載されている。また、図1の側断面から明らかとなるように、これらボード5には、その表面側だけではなく、裏面側にも電子回路素子が複数配列されている。
【0012】これら多重積層されたボード5、5…の側面(図では右側)には、本発明になる噴流ダクト1が配置されている。この噴流ダクト1は、図にも明らかなように、比較的平坦な立方形状をしたダクト本体の側面に、いわゆる軸流ファン3を取り付け、その取付側とは反対側(図の左側)の側壁面には複数の長方形状のスリット2、2…2’を形成してなる。また、図中の符号4は、この噴流ダクト1の内部に設けられたリブを示している。
【0013】次に、図3により、上記本発明になる噴流ダクト1の詳細な構造を説明する。図3の(a)は、噴流ダクト1のスリット2、2…2’の形状等を示す正面図であり、図3の(b)はそのA−A断面を示す。これらの図から明らかなように、噴流ダクト1の正面の壁面には、特に本実施例では5つのスリット2、2…2’が等間隔で設けられている。また、中央のスリット2’の上下両側の位置には、ダクトの内壁側に突出して、2枚のリブ4、4が、スリット2’からの距離が等しくなるような位置に設けられている。さらに、噴流ダクト1のスリット2、2…2’が設けられているのとは反対側の側壁面には、軸流ファン3が、その中心が中央のスリット2’の中心と一致する様に設置されている。
【0014】ここで、本発明の原理の理解のため、上記の軸流ファン3による風速分布について説明する。まず、添付の図4には、ダクトの出口に何も工夫しない場合の、風の出口における風速分布を、横方向に5点、縦方向に3点、総計15点において測定し、その測定結果をその位置に対応して記述したものである。この図に示すように、ダクトの出口に何等の工夫もしない場合には、その風速分布には場所に対応して大きなばらつきが生じている。なお、この図に示す測定結果は、大きさ80mm角、厚さ25mmの軸流ファンを、大きさ130mm×85mmのボードに装着し、定格電圧である12Vにて駆動し、空気を開放大気中に排出させた場合の風速分布である。
【0015】これに対し、本発明によれば、噴流ダクト1における各スリット2、2’の働きによって、ダクトの厚さLを大きくすることなく、その出口における流速分布を一様に均一化することが出来る。このことを示したのが、添付の図5である。すなわち、図5の(a)は、図3に示した噴流ダクト1を用いた場合の各スリット2 、2…2’の出口での流速分布状態を示している。この場合に用いた軸流ファン3は、図4の測定結果で用いたものと同一のものを用い、やはり定格電圧12Vにて回転させた。なお、この噴流ダクト1の寸法は、内のり寸法で厚さ25mm、縦130mm、横85mmである。また、スリット2は、巾5mm、長さ65mmである。さらに、リブ4については、高さ8mmである。なお、これらの各部の寸法は一例に過ぎず、本発明はこれらの寸法に限られることはない。例えば、スリット2の巾について、これを5mmから7mmに変更しても図示とほぼ同様の速度分布を得ることができる。また、リブ4の高さについても、これを5mmあるいは10mmにしても同様である。
【0016】すなわち、本発明の噴流ダクト1によれば、その冷却空気流の流速分布は、噴流ダクトを設けていない軸流ファン3だけの流速分布(図4を参照)に比べ、その一様性が大巾に改善されていることが明かである。なお、このようなスリットを形成した噴流ダクトの構成では、その両端の2つのスリット2、2を塞いだ場合にも、図5の(b)に示すように、やはり、均一で良好な出口流速分布が得られている。
【0017】図6及び図7は、上記図3の実施例に比べ、そのスリット2の数を減らし、その分、ダクト長さWを短くした構成を示すものであり、かかる場合におけるスリット出口での流速分布の状態が図8の(a)及び(b)に示されている。なお、具体的には、図6において、W=110mmであり、図7におけるW=89mmになっている。その他は、図6及び図7の場合とも同一の寸法仕様である。本発明によれば、このようなスリット2を変形した噴流ダクトの場合にも、図8の(a)及び(b)に示すように、ほぼ一様な出口流速分布を得ることが出来る。
【0018】ここで、再び図1及び図2に戻り、上記に説明したスリット出口での冷却空気流の流速分布が均一な本発明になる噴流ダクト1を採用した電子装置について、特に、複数のボード5、5…を複数積層した構造における冷却効果について説明する。まず、ボード5を側面から見た図1から明らかなように、噴流ダクト1の正面側壁面に形成された複数のスリット2、2…2’は、各ボード5、5…の間に配置されており、また、図2に示すように、スリット2、2…2’は、その巾及び配置が、冷却の必要なメモリ6及びCPU7をほぼカバーする様な巾及び位置に設定されており、これにより、冷却が必要なところのみに冷却空気流を集中させることが可能になる。
【0019】なお、この場合、素子の発熱量は、例えばメモリ6が各0.5W、CPU7が20W程度であり、ボード全体としては30W以上になっているが、上記の様な噴流ダクト1のスリット2、2…2’を適宜調整して冷却空気流を適切に強発熱体であるCPU7に集中させることにより十分な冷却効果を得ることが出来る。なお、ボード5の両面にメモリ6やCPU7が実装されている場合には、噴出ダクト1の各スリット2の間にボード5が来るように設置するのが良く、一方、ボード5の片面にのみメモリ6やCPU7が実装される場合には、各ボード5の実装面上方にスリット2が来るように設置するのが良い。
【0020】また、本発明の噴出ダクト1の構造によれば、軸流ファン3によって発生される冷却空気流はスリット2により絞られて加速されるため、少ない流量でも高い伝熱性能を得ることができる。このため、上記図1や図2に示す実施例においては、ボード間の全域にわたり冷却風を流す従来の冷却方式に比べて約1/4〜1/5の流量で同等以上の冷却性能を得ることが可能である。なお、本実施例では、噴流ダクト1は、積層された複数のボード5、5…の側方に設けるだけで良く、ダクトを引き回す必要もないため、ダクトをボードの上方に設ける従来方法と比べても、その実装方法が著しく簡単となり、ボードの配置も従来の冷却風が基板全域を流れる平行流方式とは何ら変わらないという実用上の利点がある。
【0021】図9は、本発明の他の実施例になる噴流ダクトの構造が示されている。本実施例の噴流ダクトにおいては、ダクト1の内壁側にリブ4、4が設けられていない。また、図には示していないが、図9に示したダクト1の壁面に形成された複数のスリットのうち、その外側両端のスリット2、2を形成しない変形例も可能である。このように内壁面にリブ4、4がない場合の流速分布は、その変形例をも含め、添付の図10に示すようになる。この図の流速分布状態から明かなように、軸流ファン3の中心軸上にあるスリット2’における流速値が若干低下するものの、それ以外の部分では、ほぼ一様な流速が得られている。なお、この図10の流速分布が得られた図9の噴流ダクトの寸法は、リブ4、4がない以外は、上記図5で述べたものと同一である。すなわち、この他の実施例においては、ダクト内にリブ4、4がないため、噴流ダクト1の構造が簡略化されるという利点がある。
【0022】図11には、本発明のさらに他の実施例である噴流ダクトが示されている。この実施例においては、図からも明かなように、リブ4、4の長さが噴流ダクト1の長さよりも短くなっている。このような構成でも、ほぼ一様な噴出口での速度分布を得ることができる。
【0023】図12には、本発明のさらに他の実施例が示されており、この実施例では、リブ4、4の長さがスリット2’の長さと等しくなっており、かつ、これらリブ4、4はそれぞれ両側に開いている。この実施例におけるリブ4、4は、例えば噴流ダクト1の本体を板金で作成する場合、スリット2、2…2’の打ち抜きと同時に、その一部を折り曲げて形成することが出来るため、その加工が容易となる利点を有している。
【0024】以上に説明した実施例においては、噴流ダクト1の正面側壁面に複数形成したスリット2、2…2’の大きさ及び間隔が一定の場合について示したが、しかしながら、本発明はそのような構造に限られるものではない。例えば、図13には、冷却するボード5、5…上の素子の配置により、形成するスリット2、2…2’の長さをそれぞれ変化させ、あるいは、複数に分離したものであり、また、図14はボード5、5…間に発熱量の違いがある場合に対応し、各ボードに対して冷却空気流を形成するスリット2、2…の巾をそれぞれに変化させて流量を制御するようにしたものである。さらに、図15は、筐体内に複数積層して搭載されるボード5、5…間の間隔が異なる場合などに対応し、それぞれのスリット2、2…2’を形成する間隔を変化させた場合の実施例を示している。図16は、スリット2の横方向の形状が、CPUの如き発熱量の大きい部位用を2Aの如く広くし、メモリの如き発熱量の小さい部位用を2Bの如く狭くした実施例である。
【0025】続いて、添付の図17には、上記噴流ダクト1のダクト本体の変形例を示している。すなわち、図17の(a)には、噴流ダクト1の前後の壁面のうち、軸流ファン3が取り付けられる後方壁面(図の右側の壁面)の形状を漏斗状に形成し、その中央部のダクト厚さを大きくしたものであり、また、同図の(b)には、上記とは反対に、噴流ダクト1の前方壁面を前方に突出させて中央部の厚さを大きくしたものである。なお、これらの実施例においては、噴流ダクト1の内部にはリブ4は設けられておらず、正面側壁面に形成されるスリット2、2…は3カ所となっている。しかしながら、噴流ダクト1の内部に、上記スリットの形成方向に平行にリブを設けること、さらには、スリット2、2…の形成数をさらに増やすことも可能であり、その場合にも、冷却空気流の一様な流量分布を得ることが可能なことは上記の実施例と同様である。
【0026】さらに、以上に述べた種々の実施例においては、上記噴流ダクト1に冷却空気流を供給するファン3としては、いわゆる軸流ファンを用いたものについてのみ示したが、本発明はこれだけに限られることなく、例えば図18に例示したように、このファン3としては、いわゆる環流ファンを用いることも可能である。なお、この図18の実施例では、環流ファン3’のケーシングと噴流ダクト1のケーシングとは一体となっており、環流ファン3’の空気吐出部にスリット2が設けられている。なお、この環流ファン3’を使用した実施例では、上記の軸流ファン3を使用したものに比較して、ダクト1の正面に複数形成された各スリット2、2…の間での風量分配の一様性がより良好になるという効果がある。
【0027】
【発明の効果】以上、上述の本発明の詳細な説明からも明らかなように、本発明の電子機器冷却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器によれば、ほぼ一様な速度分布の冷却空気の噴流をスリット状に、冷却の必要な電子回路基板の発熱量等に対応しながら適宜制御することが可能となることから、比較的少ない流量でも良好な冷却効率を得ることが出来、冷却装置をコンパクトに実現することが可能となり、そのため、従来の電子機器の筐体構成をほとんど変えることなしに、簡易かつ省スペースを実現し、かつ、発熱量の大きい半導体素子を搭載した電子回路基板の集中冷却も可能となるという極めて優れた効果を発揮する。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013