(57)【要約】【課題】計算機装置に挿抜可能なモジュール内の複数の基板上に搭載された高密度実装コネクタをバックボード上の受け側のコネクタに対して同時嵌合可能な実装構造を提供する。【解決手段】メインボード１０６に対して、サブボード１０７が上下方向と左右方向に移動可能な機構を備える。上下方向の移動機構は、サポート部材１０３取り付け用のサブボードの穴１０４をモジュールの挿入方向と垂直な方向に長い長円形にしたことである。この長円形の穴の形状は、モジュールの構造上の誤差を吸収可能な寸法である。左右方向は、サポート部材軸部に設けられた軸の直径の異なる段差とスペーサを利用してサブボードが移動可能である。サブボードがサポート部材の軸方向に移動可能な長さも、モジュールの構造上の誤差を吸収可能な寸法である。【選択図】図１
2010283155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックプラグイン式モジュールと、受け側の第１のコネクタ及び第２のコネクタを備えるバックボードが設けられ前記モジュールが挿入される筐体とを有し、
前記モジュールは、当該モジュールの板金に固定され後端に前記第１のコネクタと嵌合する第３のコネクタを有するメインボードと、前記メインボードの平面に垂直に延び前記メインボード及び当該モジュールの板金に固定された棒状のサポート部材と、前記サポート部材に支持され後端に前記第２のコネクタと嵌合する第４のコネクタを有するサブボードを有し、
前記第３のコネクタ及び前記第４のコネクタが前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタと同時嵌合可能なように、前記サブボードが前記サポート部材の軸方向、及び前記サポート部材の軸方向及び当該モジュール挿入方向の両方向と垂直な方向に移動可能になっていることを特徴とする計算機装置。
【請求項２】
請求項１記載の計算機装置において、前記第３のコネクタ及び前記第４のコネクタはそれぞれガイドピンを有し、前記第１のコネクタ及び第２のコネクタはガイドピンが挿入されるガイド穴を有することを特徴とする計算機装置。
【請求項３】
請求項２記載の計算機装置において、前記サブボード上に前記サポート部材支持用穴として、前記サポート部材の軸方向及び前記モジュール挿入方向の両方向と垂直な方向と前記モジュール挿入方向における前記モジュールの構造上の位置ずれ誤差を吸収可能な寸法の穴を有し、前記サポート部材の軸部に直径の異なる段差とスペーサで構成される前記サポート部材の軸方向の移動機構を有し、当該移動機構によるサブボードが移動可能な長さが、前記サポート部材の軸方向における前記モジュールの構造上の位置ずれ誤差を吸収可能な寸法であることを特徴とする計算機装置。
【請求項４】
請求項２記載の計算機装置において、前記サブボード上に前記サポート部材支持用穴として、幅がＸで上下方向の長さがＹの長方形を、上下に位置する直径Ｘの２つの半円で挟んだ長円形の穴が設けられ、前記サポート部材の軸方向に前記サブボードが移動可能な長さＬが設定され、前記サポート部材の直径をＥ、前記第３のコネクタと前記第４のコネクタとの位置ずれ量をＡ、コネクタの有効嵌合長をＶ、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタとの位置ずれ量をＢ、前記ガイドピントガイド穴の位置ずれ許容量をＫ、前記第２のコネクタと前記第４のコネクタとの位置ずれ量をＣとするとき、Ｘ，Ｙ，Ｌは次式を満たすことを特徴とする計算機装置。
２Ｖ−２Ａ＋Ｅ＞Ｘ＞Ｅ
２（Ｋ−Ａ−Ｂ）−Ｘ＋Ｅ＞Ｙ＞２（Ａ＋Ｂ）−Ｘ＋Ｅ
２Ｋ＞Ｌ＞２Ｃ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計算機装置に関し、特にその計算機装置がバックプラグイン式の複数のモジュールと各モジュールが接続されるバックボードを備え、各モジュール内の複数の基板上に用意されたバックボード接続用の高密度実装コネクタが、モジュール挿入時にバックボード上の受け側のコネクタと確実に同時嵌合可能な計算機装置の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、一つの計算機装置が一つのシャーシ内に搭載されている形態が一般的であったが、近年の情報機器の高密度実装化により、抜き差し可能なバックプラグイン式のモジュールをシャーシ内に複数枚備えた形態の計算機装置が増加している。コンピュータの分野においては、ブレードサーバがこの形態の例として挙げられる。ブレードサーバには複数枚のブレード型モジュールがシャーシに搭載可能である。これらのブレード型モジュールはシャーシ内に用意された共通のバックボードに接続される。ブレード型モジュールには、ＣＰＵやＤＩＭＭなどを搭載するサーバコンピュータの他にも、ＨＤＤを搭載しＲＡＩＤ構成を可能とするＨＤＤモジュールや、ＤＶＤドライブを備えたブレード型モジュールなど様々な種類があり、機能拡張が容易である。
【０００３】
モジュールには前記のように様々な用途に対応するため、用途によっては、他のモジュールに対して複数枚分の大きさを持つモジュールもある。このモジュール内に複数の基板があり、各基板がバックボードとの接続用の高密度実装コネクタを持つ場合、バックボードに各基板上の高密度実装コネクタを同時嵌合させる必要がある。この時、モジュールの構造のずれにより、モジュール側のコネクタとバックボード上のコネクタの位置がずれてしまい、コネクタが嵌合しないという問題がある。この問題に対して、特開２００２−３６８４５６公報には、モジュール内でメインの論理を搭載する基板（メインボード）上にメインボード以外の基板（サブボード）を支えるサポート部材を用意し、さらにそのサポート部材に、サポート部材の軸方向にサブボードが移動可能な機構を設けることで、サポート部材の軸方向の位置ずれを吸収してコネクタを精度よく嵌合させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６８４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それぞれが高密度実装コネクタを備える基板を複数枚有するモジュールを計算機装置に実装する場合、各基板の高密度実装コネクタをバックボードに同時にかつ確実に嵌合させなければならない。ここでの高密度実装コネクタは、例えば２０ｍｍ×１８ｍｍのような狭い領域に約２ｍｍ間隔で約７２本のピンが配置されているようなコネクタを指す。このような高密度実装コネクタの嵌合では、狭いピッチに配置されたピンを正確にバックボード上の受け側のコネクタ内ピンに合わすために、高い位置合わせの精度が必要となる。しかしモジュール挿入時には、コネクタの搭載位置ずれや、作成したモジュール板金寸法のばらつきなどの誤差要因により、コネクタの位置ずれが発生する。これらの位置ずれは、モジュールの挿入方向と同時にモジュールの挿入方向に対して垂直方向の平面に対して発生する。モジュールの挿入方向に対して垂直方向の平面における高密度実装コネクタの位置合わせは、ガイドピンを用いてモジュール側のコネクタを受け側のコネクタに誘導することで容易となる。ガイドピンを用いた位置合わせを行うには、モジュールの挿入方向に対して垂直方向の平面内で、サブボードが移動可能な機構が必要である。特開２００２−３６８４５６号公報に記載された機構では、モジュールの挿入方向に対して垂直方向の平面内の一方向でしか位置合わせができない。このため、正確に高密度実装コネクタの位置をバックボード側のコネクタの位置と合わせて嵌合させるのは難しい。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決し、計算機装置に搭載された複数の高密度実装コネクタを同時嵌合可能な実装構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計算機装置はモジュールとバックボードを有し、少なくとも１つのモジュール内はメインボードと一以上のサブボードが設けられ、メインボードとサブボードとバックボードには接続用の高密度実装コネクタが搭載されている。サブボードは、二方向に移動可能な機構を備える。一つは、サポート部材の軸方向に移動可能な機構で、この移動可能な方向を左右方向と定義する。もう一つは、サポート部材の軸方向及びモジュール挿入方向の両方向と垂直な方向に移動可能な機構で、この移動可能な方向を上下方向と定義する。この左右方向と上下方向の移動機構をサブボードに備えることで、モジュール挿入方向と垂直な平面上でのコネクタの位置あわせを可能としている。
【０００８】
左右方向の移動機構では、サポート部材の軸部に、サブボードを支持するための軸の直径が異なる段差と、サポート部材の軸方向に移動可能なスペーサを用意している。サポート部材とスペーサで調整されたサブボードが移動可能な長さは、モジュールの構造におけるサポート部材の軸方向の位置ずれ誤差を吸収可能な寸法である。上下方向の移動機構は、サポート部材取り付け用のサブボードの穴をモジュールの挿入方向と垂直な方向に長い長円形にすることで、サブボードがガイドに沿って移動可能な構造としている。この長円形の穴の形状は、モジュール挿入時にサブボードが落下する距離、ガイドの位置ずれ許容量、コネクタの有効嵌合長、サポート部材の直径などの、モジュール内の構造により決定される寸法である。
【発明の効果】
【０００９】
サブボードのサポート部材支持用の穴を、モジュール挿入方向と垂直方向に長い長円形とすることで、サブボードは上下方向に移動可能である。長円形の寸法はモジュールの構造上の誤差を吸収可能な寸法である。また、サポート部材の軸部に用意された、サブボード支持用の軸の直径が異なる段差とスペーサから構成される移動機構により、サブボードは左右方向に移動可能である。サポート部材の軸方向に移動可能な長さはモジュールの構造上の誤差を吸収可能な寸法である。この二方向の移動機構により、モジュール挿入方向で垂直な平面でガイドの誘導に従ってコネクタの位置あわせが可能となり、精度よく複数の高密度実装コネクタを同時嵌合させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による計算機装置の実装構造の概略を示す斜視図である。
【図２】サブボードに設けられたサポート部材支持用穴の形状を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態による計算機装置の上下方向と奥行き方向の構造上の誤差の説明図である。
【図４】モジュール挿入時に、メインボードあるいはサブボードが奥行き方向に出張るときの基板間の位置関係を示す図である。
【図５】モジュール挿入時の、サポート部材とサブボードの穴の位置関係を示す図である。
【図６】サポート部材がモジュール板金とメインボードで固定された構造を示す図である。
【図７】２枚のサブボードを備えるモジュールの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による計算機装置の実装構造の実施形態を図面により詳細に説明する。図１は、本発明による計算機装置の実装構造の概略を示す斜視図である。筺体１０９に挿入されるモジュール１０８には、メインボード１０６とサブボード１０７が設けられている。メインボード１０６にはサブボード１０６を支える棒状のサポート部材１０３が固定されている。一方、サブボード１０７には穴１０４が設けられ、穴１０４にサポート部材１０３を貫通させることによって、サブボード１０７は所定の遊びをもってメインボード１０６に固定される。メインボード１０６上の高密度実装コネクタ１０１とサブボード１０７上の高密度実装コネクタ１０２はガイドピン１１３，１１４を備え、筐体１０９の内部に設置されたバックボード１１０に搭載された受け側の高密度実装コネクタ１１１，１１２はガイドピンが挿入されるガイド穴を有する。従って、メインボード１０６上の高密度実装コネクタ１０１とサブボード１０７上の高密度実装コネクタ１０２は、ガイドピン１１３，１１４の誘導に従い、バックボード１１０に搭載された受け側の高密度実装コネクタ１１１，１１２と嵌合する。また本発明の計算機装置には、ガイドピン１１３の誘導に従って、上下方向と左右方向にサブボード１０７が移動可能な機構を備えている。メインボード１０６とサブボード１０７間のインターフェースはケーブル１０５で接続される。
【００１２】
まず、上下方向の移動機構について説明する。サブボード１０７上のサポート部材取り付け用の穴１０４は、モジュール挿入方向と垂直方向に長い長円形となっている。これによりサブボード１０７がガイドに沿って上下方向に移動可能な構造となっている。図２にサポート部材取り付け用の穴１０４の拡大図を示す。この長円形の形状は、円の直径Ｘと長円形の直線部分Ｙで決定される。すなわち、長円形の穴１０４は、幅がＸで上下方向の長さがＹの長方形を、上下に位置する直径Ｘの２つの半円で挟んだような形状をしている。このＸとＹは、モジュールの構造上発生する誤差を吸収可能な範囲の長さである。
【００１３】
最初に、上下方向と奥行き方向に関係するモジュールの構造上の誤差からＸの長さの範囲を計算する。上下方向と奥行き方向の位置ずれ要因として考えられるモジュールの構造上の誤差として、モジュール板金１０８のメインボード固定用穴位置の誤差や、メインボード上高密度実装コネクタ１０１等の取り付け穴位置の誤差などが挙げられる。これらの独立したばらつき要因の総和を算出する場合には、２乗和平方根の値を計算する統計的な手法を用いる場合が多い。位置ずれの各要素をａ，ｂ，…と置くと、上下方向と奥行き方向のメインボード上高密度実装コネクタ１０１とサブボード上高密度実装コネクタ１０２との位置ずれ量Ａ（図３参照）は下記の通り計算される。
Ａ＝√（ａ2＋ｂ2＋・・・）
【００１４】
この位置ずれ量は、例えばａ＝０．０５６ｍｍ、ｂ＝０．１ｍｍ、…のとき、Ａ＝０．２４ｍｍとなる。
【００１５】
この位置ずれの影響で、モジュール挿入時には、メインボード１０６がサブボード１０７より挿入方向にＡだけ出張る場合と、サブボード１０７がメインボード１０６より挿入方向にＡだけ出張る場合がある。また図２に示すように、長穴１０４とサポート部材１０３との隙間をＷと置くと、コネクタ嵌合時、サブボード１０７はバックボード側のコネクタ１１２に押されてモジュール挿入方向と反対にＷ（例えば、Ｗ＝０．１ｍｍ）だけ押された状態で嵌合する。メインボード１０６とサブボード１０７のコネクタの嵌合長誤差をＰと置くと、図４（ａ）のようにメインボード１０６が出張る場合、式(1)となり、図４（ｂ）のようにサブボード１０７が出張る場合、Ｐ＝Ａ−Ｗとなる。
Ｐ＝Ａ＋Ｗ    …(1)
【００１６】
コネクタの有効嵌合長をＶ（例えば、Ｖ＝１．５５ｍｍ）と置くと、コネクタが嵌合するには、次式(2)の条件が必要である。
Ｖ＞Ｐ    …(2)
【００１７】
式(1)よりＰの最大値はＡ＋Ｗとなるので、式(2)に代入すると、式(3) が成り立つ。
Ｖ＞Ａ＋Ｗ    …(3)
【００１８】
図２に示すように、サポート部材１０３の直径をＥ（例えば、Ｅ＝５．８ｍｍ）とすると、Ｘ＝Ｅ＋２Ｗと表される。よってこれを式(3)に代入すると、式(4)となる。
２Ｖ−２Ａ＋Ｅ＞Ｘ    …(4)
【００１９】
また、Ｘはサポート部材の径Ｅより大きい必要があるので、次式(5)が成り立つ。
Ｘ＞Ｅ    …(5)
【００２０】
式(4)と式(5)により、式(6) が成り立つ。
２Ｖ−２Ａ＋Ｅ＞Ｘ＞Ｅ    …(6)
【００２１】
このように円の直径Ｘは式(6)に示す通り、モジュールの構造上の誤差を吸収可能な範囲で決定される。一例では、Ｘ＝６ｍｍである。
【００２２】
次にＹの長さの範囲を、モジュールの構造上の誤差量から計算する。シャーシ上のバックボード固定用穴位置の寸法誤差や、バックボード上高密度実装コネクタ１１１，１１２の取り付け位置誤差などの各位置ずれ要素をａ１，ｂ１，…と置くと、上下方向と奥行き方向のメインボード上高密度実装コネクタ１０１と受け側のバックボード上高密度実装コネクタ１１２との位置ずれ量Ｂ（図３参照）は、Ａでの計算と同様に下記の通り計算できる。
Ｂ＝√（ａ１2＋ｂ１2＋・・・）
【００２３】
一例として、ａ１＝０．１ｍｍ、ｂ１＝０．０５６ｍｍ、…であり、このときＢは、例えばＢ＝０．３ｍｍとなる。
【００２４】
よって、サブボード上高密度実装コネクタ１０２とバックボード上高密度実装コネクタ１１２は、メインボード上高密度実装コネクタ１０１と受け側のバックボード上高密度実装コネクタ１１２との位置ずれ量Ｂとメインボード上高密度実装コネクタ１０１とサブボード上高密度実装コネクタ１０２との位置ずれ量Ａの和の長さで位置ずれする。この位置ずれを吸収するため、サポート部材１０３は長円１０４の中心から、上下にＡ＋Ｂだけ移動可能である必要がある。
【００２５】
上下のフローティング可能な長さは図５に示すように、（Ｘ＋Ｙ−Ｅ）／２で示されるため、（Ｘ＋Ｙ−Ｅ）／２＞Ａ＋Ｂとなる。式を変形して、次式(7) が成り立つ。
Ｙ＞２（Ａ＋Ｂ）−Ｘ＋Ｅ    …(7)
【００２６】
また、モジュール挿入時には図５に示すようにサブボードはサポート部材の中心から（Ｘ＋Ｙ−Ｅ）／２だけ落下した状態で挿入される。
【００２７】
このサポート部材の中心からのずれ量（Ｘ＋Ｙ−Ｅ）／２とＡ，Ｂの和が、ガイド１１３の上下左右方向の位置ずれ許容寸法Ｋ（例：Ｋ＝１．５２ｍｍ）の中に収まらなければコネクタは嵌合しない。よって、Ａ＋Ｂ＋（Ｘ＋Ｙ−Ｅ）／２＜Ｋである必要がある。変形して、次式(8) が成り立つ。
２（Ｋ−Ａ−Ｂ）−Ｘ＋Ｅ＞Ｙ    …(8)
【００２８】
式(7)、式(8)より、次式(9) が成り立つ。
２（Ｋ−Ａ−Ｂ）−Ｘ＋Ｅ＞Ｙ＞２（Ａ＋Ｂ）−Ｘ＋Ｅ    …(9)
【００２９】
よって円の直線部分の長さＹは式(9)に示す通り、モジュールの誤差を吸収可能な範囲内に決定される。Ｙの値は、一例としてＹ＝１ｍｍである。
【００３０】
また式(8)のＹの上限は、ブレードサーバのように、サブボードが落下した状態で挿入されるというサーバ特有の形態で決定される長さである。例えば、モジュールを横向きの状態で挿入する形態の場合、サブボードが落下しないため、サポート部材は長円形の端でなく、長円形の中心付近に位置した状態で挿入される。長円形の中心部分はＹの長さだけ直線部分となっているため、モジュール挿入時には、長円形の中心から見てサポート部材の中心がＹ／２ずれる可能性がある。これに他の位置ずれ量Ａ，Ｂを加えた長さ（Ａ＋Ｂ＋Ｙ／２）だけ、サブボード上のコネクタはバックボードのコネクタに対して最大で位置ずれする。コネクタが勘合するには、この位置ずれ量の和が、ガイド１１３の上下左右方向の位置ずれ許容寸法Ｋより短い必要があるため、Ａ＋Ｂ＋Ｙ／２＜Ｋが成り立つ。変形して、次式(10) が成り立つ。
２（Ｋ−Ａ−Ｂ）＞Ｙ    …(10)
【００３１】
このように、サブボードが落下した状態で挿入されるという特有の形態におけるＹの範囲の上限（式(9)）は、横方向に挿入する形態におけるＹの範囲の上限（式(10)）とは異なる。
【００３２】
次に、左右方向の移動機構について説明する。図６に示すように、サブボード１０７を支えるサポート部材１０３の軸にはサブボード１０７支持用の段差が設けてある。サポート部材１０７には、サポート部材の軸方向に移動可能な環状のスペーサ６０３が用意されており、サブボード１０７が必要以上に移動することを防ぐ。サブボード１０７が移動可能な長さは、サポート部材１０３の段差からモジュール板金１０８までの長さからスペーサ６０３の長さとサブボード１０７の厚みを引いた長さＬ（例：Ｌ＝１．４ｍｍ）である。サポート部材１０３の軸方向（左右方向）の位置ずれの誤差の要因として、サブボード１０７製造時の基板厚のばらつきや、サポート部材１０３の軸の段差位置の寸法ずれ等が挙げられる。これらの各位置ずれ要素をａ２，ｂ２，…と置くと、左右方向のサブボード上高密度実装コネクタ１０２と受け側のバックボード上高密度実装コネクタ１１２との位置ずれ量Ｃ（図６参照）はＡ、Ｂと同様に下記の通り計算できる。
Ｃ＝√（ａ２2＋ｂ２2＋・・・）
【００３３】
一例として、ａ２＝０．２ｍｍ、ｂ２＝０．１ｍｍ、…であり、このときＣは、一例としてＣ＝０．６７ｍｍとなる。
【００３４】
サポート部材１０３の段差からＬ／２だけ上の位置を基準と置く。この時、サブボード１０７は基準から左右にＬ／２だけ移動が可能である。サブボード１０７は、左右方向のサブボード上高密度実装コネクタ１０２と受け側のバックボード上高密度実装コネクタ１１２との位置ずれ量Ｃ以上移動可能である必要があるので、Ｌ／２＞Ｃが成り立つ。式を変形して、下式が成り立つ。
Ｌ＞２Ｃ    …(11)
【００３５】
この移動可能量Ｌ／２が、ガイド１１３の上下左右方向の位置ずれ許容寸法Ｋ内に収まれば、コネクタの嵌合は可能である。よってＫ＞Ｌ／２が成り立つ。式を変形して、次式(12) となる。
２Ｋ＞Ｌ    …(12)
【００３６】
式(11)、式(12)により、Ｌの長さは次式(13)の範囲で決まる。
２Ｋ＞Ｌ＞２Ｃ    …(13)
【００３７】
また、２枚のサブボードが用意されている場合の実施例を図７に示す。高密度実装コネクタ７０２を有する第２のサブボード７０１を用意する場合、サブボードが１枚の場合と同様に、第２のサブボード７０１を支えるサポート部材７０３とスペーサ７０４を用意する。このように第２のサブボードを支える構造は、１枚目のサブボードを支える構造と同じであるため、式(13)が適用可能である。式(13)の適用によりサブボードの移動可能な長さＬ２は決まる。同様に３枚以上の複数のサブボードがある場合も、サブボードの数だけサポート部材とスペーサを用意し、式(13)を適用することで、複数のサブボード上の高密度実装コネクタを同時勘合させることが可能である。
【００３８】
次に、サポート部材の固定方法について説明する。高密度実装コネクタの嵌合時、サポート部材１０３にはモジュール挿入方向と反対方向の力が加わるため、サポート部材がモジュール挿入方向と反対方向に曲がってしまい、嵌合に必要な力がコネクタに加わらない可能性がある。図６あるいは図７に示されるように、サポート部材１０３の上部をモジュール１０８の上蓋６０２と螺子６０１で固定することで、高密度実装コネクタ嵌合時にサポート部材１０３が曲がるのを防ぎ、高密度実装コネクタの嵌合に必要な力を維持することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  高密度実装コネクタ
１０２  高密度実装コネクタ
１０３  サポート部材
１０４  サポート部材固定用の穴
１０５  ケーブル
１０６  メインボード
１０７  サブボード
１０８  モジュール
１０９  筐体
１１０  バックボード
１１１  高密度実装コネクタ
１１２  高密度実装コネクタ
１１３  ガイドピン
１１４  ガイドピン
６０１  螺子
６０２  上蓋
６０３  スペーサ
７０１  第２のサブボード
７０２  高密度実装コネクタ
７０３  サポート部材
７０４  スペーサ
【図１】
2010283155.tif 000003
【図２】
2010283155.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010283155.tif 000006
【図５】
2010283155.tif 000007
【図６】
2010283155.tif 000008
【図７】
2010283155.tif 000009