(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クーリングプレートを備えた装置本体と、
発熱素子と前記発熱素子に熱的に接続された接触プレートとを備え前記装置本体に着脱自在の発熱ユニットとを具備し、
前記クーリングプレートは、前記接触プレートに接触する伝熱ばねを有し、前記伝熱ばねは、前記接触プレートに弾性的に接触するばね部と、前記ばね部の前記接触プレートとの接触面と反対側の面と前記クーリングプレートとの間を熱的に接続する熱伝導部とを有する
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記熱伝導部が、弾力性を有し且つ前記ばね部よりも熱伝導率が高い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記ばね部が金属からなり、前記熱伝導部が、グリース、エラストマーシート、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）、ゲル、及びフェイスチェンジシートのいずれか１種により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記クーリングプレートには冷媒が通流する流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記発熱ユニットは、前記情報処理装置本体に設けられたスロットに挿抜されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記伝熱ばねは、前記発熱ユニットの挿抜方向の両端が湾曲していることを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記クーリングプレートには、前記伝熱ばねが複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーバ等の情報処理装置のより一層の高性能化、高機能化及び小型化が促進されており、それにともなって情報処理装置に使用されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子部品の発熱密度が高くなっている。そして、そのような発熱密度が高い電子部品（以下、「発熱素子」ともいう）を有する情報処理装置の冷却には、水冷方式が採用されることが多い。
【０００３】
水冷方式の情報処理装置では、ＣＰＵ等の発熱素子の上にクーリングプレートと呼ばれる部品を取り付ける。クーリングプレート内には冷媒が通流する流路が設けられており、冷却装置とクーリングプレートとの間をホースで接続して、冷却装置からクーリングプレートに冷却水又はその他の冷媒を供給することで、発熱素子を冷却している。
【０００４】
ところで、近年、ＣＰＵとその周辺回路とをユニット化し、サーバ本体に挿抜可能にしたサーバが使用されている。以下、ＣＰＵ及びその周辺回路をユニット化したものを、ＣＰＵユニットと呼ぶ。
【０００５】
この種のサーバでは、ＣＰＵユニット側にクーリングプレートを取り付け、ＣＰＵとクーリングプレートとの間を熱伝導性シート等を介して熱的に接続している。そして、ＣＰＵユニットをサーバ本体に挿入した後、クーリングプレートとラック内に設けられた冷却水配管（給水路及び排水路）との間をホースで接続する。
【０００６】
なお、従来から、ばねを使用した放熱機構が種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６６５１８号公報
【特許文献２】特開平２−２２４２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したサーバでは、ＣＰＵユニット側にクーリングプレートが取り付けられているため、ＣＰＵユニットのサイズが大きく、重量が重くなってしまう。また、ＣＰＵユニットの保守点検時には、ＣＰＵユニットをサーバ本体から引き出す前にユニットからホースを取り外す必要がある。これらのことから、上述のサーバは、保守点検作業が煩雑である。
【０００９】
開示の技術は、保守点検作業が容易な情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、クーリングプレートを備えた装置本体と、発熱素子と前記発熱素子に熱的に接続された接触プレートとを備え前記装置本体に着脱自在の発熱ユニットとを具備し、前記クーリングプレートは、前記接触プレートに接触する伝熱ばねを有し、前記伝熱ばねは、前記接触プレートに弾性的に接触するばね部と、前記ばね部の前記接触プレートとの接触面と反対側の面と前記クーリングプレートとの間を熱的に接続する熱伝導部とを有する情報処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記一観点に係る情報処理装置によれば、発熱ユニットを簡単に着脱でき、保守点検作業が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、サーバの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、ＣＰＵユニットの分解図である。
【図３】図３は、実施形態に係る情報処理装置を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態に係る情報処理装置の模式断面図である。
【図５】図５は、クーリングプレートを示す斜視図である。
【図６】図６は、伝熱ばねの構造を示す模式図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、伝熱ばねの変形例を示す模式図である。
【図８】図８は、クーリングプレートとＣＰＵユニットとの接続状態を示す模式的断面図である。
【図９】図９（ａ），（ｂ）は、ＣＰＵユニットをサーバ本体のスロット内に挿入するときの動作を示す図である。
【図１０】図１０は、ラック内に収納されたサーバを示す斜視図である。
【図１１】図１１は、熱抵抗及び熱伝導率の測定方法を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例、比較例１，２の熱抵抗及び熱伝導率の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
図１はサーバの一例を示す斜視図、図２はＣＰＵユニットの分解図である。
【００１５】
図１に示すサーバ１０は、サーバ本体１１と、サーバ本体１１に設けられたスロットに挿抜自在のＣＰＵユニット１２とを有する。
【００１６】
サーバ本体１１には電源ユニットや入出力インターフェース等が搭載されており、ＣＰＵユニット１２をサーバ本体１１のスロット内に挿入すると、コネクタ（図示せず）を介してＣＰＵユニット１２内の回路とサーバ本体１１内の回路とが電気的に接続される。
【００１７】
ＣＰＵユニット１２は、図２に示すように、ユニット本体２１と、クーリングユニット２５とを有する。ユニット本体２１には、１又は複数（図２の例では３個）のＣＰＵ２２が搭載された配線基板２３が収納されている。
【００１８】
また、クーリングユニット２５は、ＣＰＵ２２と同数のクーリングプレート２６と、クーリングプレート２６に冷却水又はその他の冷媒（以下、単に「冷却水」という）を通流させるための配管２７とを有している。配管２７にはクーリングプレート２５に供給する冷却水が通る給水管と、クーリングプレート２５から排出された冷却水が通る排水管とがある。それらの配管２７の端部には、それぞれホースを接続するためのカプラ２８が設けられている。
【００１９】
図２に示すように、クーリングユニット２５は、複数のビス２９によりユニット本体２１に固定される。また、クーリングプレート２６とＣＰＵ２２との間は、熱伝導性シート等を介して熱的に接続される。更に、配管２７は、カプラ２８及びホースを介してラック内に設けられた冷却水用配管（給水管及び排水管）と接続される。
【００２０】
図１，図２に示すＣＰＵユニット１２では、クーリングユニット２５がＣＰＵユニット１２と一体化している。そのため、ＣＰＵユニット１２のサイズが大きく、重量が重い。また、クーリングユニット２５からホースを取り外さないとＣＰＵユニット１２をサーバ本体１１から引き出すことができない。これらのことから、図１，図２に示すサーバ１０は、ＣＰＵユニット１２の保守点検作業が煩雑である。
【００２１】
以下の実施形態では、保守点検作業が容易な情報処理装置について説明する。
【００２２】
（実施形態）
図３は実施形態に係る情報処理装置を示す斜視図、図４は同じくその模式断面図である。本実施形態では、情報処理装置がサーバの場合について説明している。
【００２３】
図３，図４に示すように、本実施形態に係るサーバ３０は、サーバ本体３１と、サーバ本体３１に設けられたスロットに着脱（挿抜）自在の１又は複数（図３では４台）のＣＰＵユニット４０とを有する。
【００２４】
ＣＰＵユニット４０内には、後述するように、ＣＰＵ４１等を搭載した配線基板４２が配置されている（図８参照）。サーバ本体３１は装置本体の一例であり、ＣＰＵ４１は発熱素子の一例であり、ＣＰＵユニット４０は発熱ユニットの一例である。
【００２５】
サーバ本体３１内には、電源ユニット３２、入出力インターフェース３３、ファン（送風機）３４、及びクーリングプレート３５等が設けられている。クーリングプレート３５は、ＣＰＵユニット４０が挿入されるスロットの上に配置されている。
【００２６】
図５は、クーリングプレート３５を示す斜視図である。
【００２７】
クーリングプレート３５は、銅、アルミニウム又はステンレス等の熱伝導性が高い材料により板状に形成されている。図５に示すように、クーリングプレート３５内には冷却水が通流する冷却水流路３５ａが設けられており、冷却水流路３５ａの入口及び出口にはホースを接続するためのカプラ３６が設けられている。また、クーリングプレート３５の下面には、複数の伝熱ばね３７が、クーリングプレート３５の長さ方向に沿って一定の間隔で配置されている。
【００２８】
図３，図４のようにＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１のスロット内に挿入すると、ＣＰＵユニット４０が伝熱ばね３７に接触して伝熱ばね３７を圧縮し、ＣＰＵユニット４０とクーリングプレート３５とが伝熱ばね３７を介して熱的に接続される。
【００２９】
図６は、伝熱ばね３７の構造を示す模式図である。この図６に示すように、伝熱ばね３７は、所定の形状（幅方向の両端を上側に折り返し中央部を下側に突出させた形状）に加工された金属の薄板からなるばね部３７ａと、ばね部３７ａ内に配置された熱伝導部３７ｂとを有する。
【００３０】
伝熱ばね３７の幅Ｗは例えば１５ｍｍ、高さＨは例えば３ｍｍである。また、図５に示すように、伝熱ばね３７の長さは、クーリングプレート３５の幅とほぼ同じに設定されている。
【００３１】
ばね部３７ａは、幅方向の一端側又は両端側がクーリングプレート３５の底面にビス又は溶接等により固定され、中央部が後述するＣＰＵユニット４０の接触プレート４４（図８参照）に弾性的に接触する。
【００３２】
ばね部３７ａは、弾力性を有するとともに熱伝導率が高い材料により形成される。本実施形態では、ばね部３７ａが、厚さが０．１ｍｍのベリリウム銅板により形成されているものとする。
【００３３】
熱伝導部３７ｂは、弾性を有する熱伝導材料（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）により形成され、ばね部３７ａの内側中央部とクーリングプレート３５との両方に接触するように配置されている。
【００３４】
熱伝導部３７ｂは、弾力性を有し且つばね部３７よりも熱伝導率が高い材料により形成されていることが好ましい。熱伝導部３７ｂの材料として、例えばグリース、エラストマーシート（弾力性のある高分子物質のシート）、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization：室温硬化型のゴム）、ゲル、フェイスチェンジシート（温度により相変化する放熱材料を用いたシート）等を用いることができる。本実施形態では、熱伝導部３７ｂとして、ポリマテック社の高熱伝導放熱シート（ＰＴ−Ｖ）を使用するものとする。
【００３５】
伝熱ばね３７は、ＣＰＵユニット４０とクーリングプレート３５との間の熱伝導効率を高くするために、密に配置することが好ましい。本実施形態では、クーリングプレート３５の下面の約１／２が伝熱ばね３７で覆われるように、伝熱ばね３７を配置している。
【００３６】
なお、伝熱ばね３７の形状は図６に示す形状に限定されない。伝熱ばね３７は、例えば図７（ａ），（ｂ）に示す形状としてもよい。図７（ａ），（ｂ）に示す伝熱ばね３７においても、熱伝導部３７ｂは、ばね部３７ａのＣＰＵユニット４０との接触面と反対側の面とクーリングプレート３５との間を熱的に接続するように配置される。
【００３７】
図８はクーリングプレート３５とＣＰＵユニット４０との接続状態を示す模式的断面図である。
【００３８】
図８に示すように、ＣＰＵユニット４０は、ＣＰＵ（発熱素子）４１及びその他の部品が搭載された配線基板４２と、ＣＰＵ４１の上に配置されてＣＰＵユニット４０の上部全体を覆う接触プレート４４とを有する。
【００３９】
接触プレート４４は、銅、アルミニウム又はステンレス等の熱伝導性が良好な材料により形成されている。また、ＣＰＵ４１と接触プレート４４との間には、熱伝導性シート（又は、熱伝導性グリス）４３が配置されている。
【００４０】
なお、図８中の符号３１ａは、サーバ本体３１に設けられたスロットを示している。また、図８中の符号５２は、ラック内に設けられた冷却水配管とクーリングプレート３５とを接続するホース（図１０参照）である。更に、図８では１個のＣＰＵ４１しか図示していないが、図２のように配線基板４２に複数のＣＰＵが搭載されていてもよい。その場合、接触プレート４４は複数のＣＰＵに共通に接続される。
【００４１】
図９（ａ），（ｂ）は、ＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１のスロット内に挿入するときの動作を示す図である。
【００４２】
ＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１のスロット内に挿入すると、図９（ａ）のようにＣＰＵユニット４０の端部が伝熱ばね３７に当接する。
【００４３】
伝熱ばね３７は、ＣＰＵユニット４０の挿抜方向の両側が湾曲している。そのため、ＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１のスロット内に挿入すると、接触プレート４４が伝熱ばね３７の曲面に接触して伝熱ばね３７を押圧し、図９（ｂ）に示すように伝熱ばね３７が弾性変形する。ここでは、ＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１のスロット内に挿入することにより、伝熱ばね３７が高さ方向に１ｍｍ程度圧縮されるものとする。
【００４４】
伝熱ばね３７は、伝熱ばね３７のばね定数により決まる一定の圧力で接触プレート４４に密着する。また、伝熱ばね３７の内側には、熱伝導率が高く且つ弾力性を有する熱伝導部３７ｂが配置されている。このため、ＣＰＵユニット４０とクーリングプレート３５との間の熱抵抗は小さく、かつ安定する。
【００４５】
上述したように、本実施形態では、複数の伝熱ばね３７を介してクーリングプレート３５とＣＰＵユニット４０とが熱的に接続される。その結果、本実施形態に係るサーバ３０は、ＣＰＵ４１で発生した熱を素早くクーリングプレート３５に移動させることができ、ＣＰＵ４１を十分に冷却できるという効果を奏する。
【００４６】
また、本実施形態では、クーリングプレート３５がサーバ本体３１側に設けられており、サーバ本体３１のスロット内に挿入するＣＰＵユニット４０にはクーリングプレートが設けられていない。そのため、ＣＰＵユニット４０の重量が軽くなる。更に、本実施形態のサーバ３０では、ホースを外すことなくＣＰＵユニット４０をサーバ本体３１から引き出すことができる。これらのことが相俟って、本実施形態に係るサーバ３０には、保守点検作業が容易にできるという効果もある。
【００４７】
図１０は、ラック５０内に収納されたサーバ３０を示す斜視図である。
【００４８】
なお、実際のラックは周囲がパネルに覆われているが、図１０では周囲のパネルを外した状態を示している。また、実際のラックではラックの高さ方向に複数のサーバが収納されているが、図１０では１台のサーバのみを図示している。
【００４９】
前述したように、ラック５０内には給水用及び排水用の冷却水配管５１が設けられている。これらの冷却水配管５１は冷却装置（図示せず）に接続されている。また、サーバ３０のクーリングプレート３５（図８参照）は、カプラ３６及びホース５２を介して冷却水配管５１と接続される。
【００５０】
冷却装置から供給された冷却水は、給水用の冷却水配管５１及びホース５２を通り、図５，図８に示すクーリングプレート３５内に入る。そして、クーリングプレート３５の冷却水流路３５ａを通る間にクーリングプレート３５を冷却する。クーリングプレート３５とＣＰＵ４１は伝熱ばね３７を介して熱的に接続されているので、クーリングプレート３５が冷却されることにより、ＣＰＵ４１も冷却される。
【００５１】
クーリングプレート３５を冷却することにより温度が上昇した冷却水は、ホース５２及び排水用の冷却水配管５１を通り、冷却装置に戻る。そして、冷却装置で冷却された後、再びラック５０内の給水側の冷却水配管５１及びホース５２を通り、クーリングプレート３５内に供給される。
【００５２】
このようにして、本実施形態のサーバ３０では、ＣＰＵユニット４０内のＣＰＵ４１を冷却する。
【００５３】
以下、本実施形態の効果を調べた結果について説明する。
【００５４】
図１１に示すように、幅及び長さがいずれも５５ｍｍの銅板６１を用意し、銅板６１の上にヒータ６２を配置した。また、同じ大きさの銅板６３の上に、図７に示す形状の３本の伝熱ばね６４を等間隔に配置した。伝熱ばね６４の幅は１５ｍｍ、長さは５５ｍｍ、高さは３ｍｍである。伝熱ばね６４のばね部は厚さが０．１ｍｍベリリウム銅板により形成し、熱伝導部はポリマテック社の高熱伝導放熱シート（ＰＴ−Ｖ）により形成した。
【００５５】
その後、伝熱ばね６４の上に銅板６１を配置し、伝熱ばね６４の高さが２ｍｍとなるように銅板６１を加圧した。そして、温度センサ６５ａ，６５ｂにより銅板６１の上側の温度と銅板６３の下側の温度とを測定し、銅板６１と銅板６３との間の熱抵抗及び熱伝導率を調べた。その結果を、図１２に実施例として示す。
【００５６】
一方、銅板６１と銅板６３との間に、伝熱ばね６４に替えて高熱伝導放熱シート（ＰＴ−Ｖ）を配置し、実施例と同様に熱抵抗及び熱伝導率を調べた。その結果を、図１２に比較例１として示す。
【００５７】
また、伝熱ばね６４から熱伝導部を取り外して銅板５１と銅板６３との間に配置し、実施例と同様に熱抵抗及び熱伝導率を調べた。その結果を、図１２に比較例２として示す。
【００５８】
図１２に示すように、比較例１では、熱抵抗が０．０７℃／Ｗと極めて低く、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋと極めて高かった。また、比較例２では、熱抵抗が０．５℃／Ｗと高く、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋと低かった。
【００５９】
これに対し、実施例では、熱抵抗が０．５℃／Ｗと比較的小さく、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋと比較的高かった。
【００６０】
比較例１のようにＣＰＵユニットとクーリングプレートとの間を高熱伝導放熱シートにより熱的に接続すると、熱伝達効率は高くなるが、サーバ本体からＣＰＵユニットを挿抜することができなくなる。実施例のようにＣＰＵユニットとクーリングプレートとの間を伝熱ばねで熱的に接続することにより、熱伝導率を比較的高くしつつ、サーバ本体からＣＰＵユニットを挿抜可能になる。
【００６１】
本実施形態によれば、ＣＰＵユニット４０の温度が環境温度＋４０℃まで許容されるとすると、熱量がおよそ１３００Ｗの接触プレートを冷却可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０，３０…サーバ、１１，３１…サーバ本体、１２，４０…ＣＰＵユニット、２１…ユニット本体、２２，４１…ＣＰＵ、２３，４２…配線基板、２５…クーリングユニット、２６，３５…クーリングプレート、２７…配管、２８，３６…カプラ、３１ａ…スロット、３７，６４…伝熱ばね、３７ａ…ばね部、３７ｂ…熱伝導部、４３…熱伝導性シート、４４…接触プレート、５０…ラック、５１…冷却水配管、５２…ホース、６１，６３…銅板、６５ａ，６５ｂ…温度センサ。
【図１】
0006536426.tif 000002
【図２】
0006536426.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006536426.tif 000008
【図８】
0006536426.tif 000009
【図９】
0006536426.tif 000010
【図１０】
0006536426.tif 000011
【図１１】
0006536426.tif 000012
【図１２】
0006536426.tif 000013