(57)【要約】      （修正有）【課題】局所的な乱流を効率よく発生させ、特定の発熱電子部品を非接触で冷却する冷却機構を提供する。【解決手段】基板１と、該基板１に取付けられた発熱電子部品３と、該発熱電子部品３を覆って設けられた半球状のドーム１１と、基板１に沿ってドーム１１で覆われた発熱電子部品３に空気を送風する冷却ファン４と、からなり、ドーム１１は壁面の一部が頂部から底辺に向かって扇状に開口されるとともに、ドーム１１の底部に沿って矩形状の開口部が形成され、冷却ファン４で送風された空気が扇状の開口部から侵入し、矩形状の開口部から排出するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に取付けられた発熱電子部品と、該発熱電子部品を覆って設けられた半球状のドームと、前記基板に沿って前記ドームで覆われた発熱電子部品に空気を送風する冷却ファンと、からなり、前記ドームは壁面の一部が頂部から底辺に向かって扇状に開口されるとともに、前記ドームの底部に沿って矩形状の開口部が形成され、前記冷却ファンで送風された空気が前記扇状の開口部から侵入し、前記矩形状の開口部から排出するように構成したことを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記扇状の開口部はドームの頂部から見た状態で４等分したときに、右下の領域を９０度（１／４）に開口し、前記矩形状の開口部は前記９０度に開口した辺の一方を水平方向、他方を垂直方向としたときに、垂直方向の辺を延長した側のドームの底辺に等分に形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
前記ドームを頂部から見た状態で右下の領域に９０度に形成した扇状の開口部の垂直方向の延長線側に前記冷却ファンを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記発熱電子部品は前記ドームの中央に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却機構。
【請求項５】
前記ドームを導電性の部材で形成するとともに前記扇状の開口部を導電性の網で覆ったことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリテスタなどの本体架にある制御基板に実装された特定の発熱電子部品を効率よく冷却させる冷却機構に関する。
ものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板や制御基板に実装された発熱電子部品の放熱を図った先行技術として、下記の特許文献が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０６８３７０号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８４８７号公報
【特許文献３】特開２００１−２１７５８０号公報
【０００４】
図４（ａ，ｂ）はロジックテスタおよびメモリテスタの本体架や、大型のサーバーなどで見られるタワー型の電子機器の平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
この電子機器の基本的な構成は、カード状の制御ボード１を縦方向に複数枚収めるスロット２、制御ボード１に実装された発熱電子部品３を冷却する冷却ファン４、冷却空気を吸入する下側開口部５、冷却後の空気を排出する上側開口部６、空間７などを含んで構成されている。
【０００５】
制御ボード１は、スロット２に設けたガイドレール８ａ，８ｂに挿入し、矢印Ａの方向にスライドさせて、電子機器に実装する。
空間７には、複数枚の制御ボード１間を電気的に接続する配線や、給電を行う電源、ブレーカー（図示省略）などの安全装置が収められている。
【０００６】
制御ボード１に実装された発熱電子部品３の冷却方法は、冷却ファン４により、下側開口部５から冷却空気Ｂを取り入れ、スロット２に送り込む。その後冷却空気Ｂは、複数枚の制御ボード１間の隙間を抜けると同時に発熱電子部品３から熱を奪い、上部開口部６から排出される。
【０００７】
図５（ａ，ｂ）は制御ボード１に実装された発熱電子部品３の周辺を拡大した平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。制御ボード１に実装された発熱電子部品３の熱は、冷却ファン４から送られる冷却空気Ｂにより冷却される。冷却空気Ｂの方向は、システムの実装方向から、制御ボード１、発熱電子部品３に対し、水平方向となっている。
【０００８】
図６（ａ，ｂ）は、発熱電子部品３の発熱が多い場合を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。制御ボード１に実装された発熱電子部品３にヒートシンク９を実装し、放熱効果を向上させている。ヒートシンク９の熱は、冷却ファン４から送られる冷却空気Ｂにより冷却される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５において、発熱電子部品４の発熱量が大きくなった場合、冷却ファン４から送られる冷却空気Ｂの流量を大きくして対応する。具体的な方法としては、冷却ファン４の数を増やすことや、出力の大きい冷却ファンに変更することである。
【００１０】
その場合の問題点としては、以下のことが考えられる。
ａ）冷却ファンの騒音が大きくなる。
ｂ）同じ制御ボードに実装している発熱量の少ない電子部品に対し、同じ冷却をおこなうこととなり、冷却のための電力を無駄に消費する。
【００１１】
また、同じ流量においても、図４に示す複数枚の制御ボード１間の隙間を狭めることで、風速を上げ、熱伝導率を向上させる方法もある。
さらに風速を大きく上げていくと、ある境で層流領域から乱流領域へ移行し、冷却効率が向上する。一般的に、熱伝導率を２倍にするには、層流領域では風速を４倍、乱流領域では２．４倍にすれば良い。
【００１２】
しかし、圧力損失が増大（層流領域では４倍、乱流領域では５．６倍）するため、出力の大きな冷却ファンが必要となる。
冷却に伴う機器の騒音は、その機器が設置された作業環境の良し悪しを判断する項目の１つとなっていることから、静音設計が要求されている。一般的には、低い能力の冷却ファンを用い、冷却空気の流速を低下させた層流冷却システムを用いている。
【００１３】
次に、風速を上げたときの問題点としては、
冷却ファンの他に、図４の下部、上部開口部５，６、制御ボード１で発生する風切り音や振動も騒音となる（これらは、圧力損失となる）。
【００１４】
また、層流空冷システムにおいて、特定の発熱電子部品を効率良く冷却させる手段として、一般的に、図６のようにヒートシンク９を用いる方法がある。
ヒートシンク９は、その表面積が大きいことや、冷却フィン１０の間を流れる空気の流速が上がるため、局所的に乱流が発生し、放熱の効率が良い。
【００１５】
ただし、発熱電子部品３に密着させ、熱抵抗を常に低くする必要があり、接合部を接着剤や、ネジ止めで固定する必要がある。
また、ヒートシンク９を用いるときの問題点としては、
発熱電子部品３との接合製造性が悪い。即ち、接着剤の場合、接着剤の量、固定位置および密着度、硬化時間などの管理が必要である。また、接着剤が硬化した後の修正などの作業ができないという問題もある。
【００１６】
ネジ止めの場合、締め付けトルクで発熱電子部品３を破損させる恐れがあるので、固定位置や、トルク管理などが必要となる。
特にパワー系の発熱電子部品の場合、ネジ止め穴を有するものがあるが、デジタル系の場合は、無いものが多く、上記接着固定や、制御ボード１とヒートシンク９にネジ穴を設け、これらで発熱電子部品３を挟んでネジ止めする構造がある。
【００１７】
その場合、ヒートシンク９が常に発熱電子部品３に密着し、かつ過度な力が発熱電子部品３に加わらないようにするため、ヒートシンク９と発熱電子部品３の間にクッション性のある熱伝導シートや、ネジ頭と、ヒートシンク９の間にスプリングを入れることがある。
【００１８】
また、ヒートシンク９の形状は四角形が多く、ヒートシンク９に当たる冷却空気の圧力損失が大きいという問題がある。
また、接着剤で固着した場合は、硬化後も、溶剤がガスとなって、空中に放出することがあり、溶剤の影響で電子機器をクリーンルームに設置する際に問題となることがあるため、接着剤の選定が限定され、コスト高になるという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、層流空冷システムにおいて、局所的な乱流を効率よく発生させ、特定の発熱電子部品を非接触で冷却する冷却機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を達成するための本発明の冷却機構の構成は、請求項１においては、
基板と、該基板に取付けられた発熱電子部品と、該発熱電子部品を覆って設けられた半球状のドームと、前記基板に沿って前記ドームで覆われた発熱電子部品に空気を送風する冷却ファンと、からなり、前記ドームは壁面の一部が頂部から底辺に向かって扇状に開口されるとともに、前記ドームの底部に沿って矩形状の開口部が形成され、前記冷却ファンで送風された空気が前記扇状の開口部から侵入し、前記矩形状の開口部から排出するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
請求項２においては、請求項１に記載の冷却機構において、
前記扇状の開口部はドームの頂部から見た状態で４等分したときに、右下の領域を９０度（１／４）に開口し、前記矩形状の開口部は前記９０度に開口した辺の一方を水平方向、他方を垂直方向としたときに、垂直方向の辺を延長した側のドームの底辺に等分に形成したことを特徴とする。
【００２２】
請求項３においては、請求項１または２に記載の冷却機構において、
前記ドームを頂部から見た状態で右下の領域に９０度に形成した扇状の開口部の垂直方向の延長線側に前記冷却ファンを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却機構。
【００２３】
請求項４においては、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却機構において、
前記発熱電子部品は前記ドームの中央に配置したことを特徴とする。
【００２４】
請求項５においては、請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却機構において、
前記ドームを導電性の部材で形成するとともに前記扇状の開口部を導電性の網で覆ったことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１〜４によれば、ドームの壁面の一部を頂部から底辺に向かって扇状に開口し、ドームの底部に沿って矩形状の開口部を形成し、冷却ファンで送風された空気が扇状の開口部から侵入し、矩形状の開口部から排出するように構成した。
【００２６】
また、扇状の開口部はドームの頂部から見た状態で４等分とし、右下の領域を９０度に開口し、矩形状の開口部は９０度に開口した辺の一方を水平方向、他方を垂直方向としたときに、垂直方向の辺を延長した側のドームの底辺に形成し、更に、ドームを頂部から見た状態で右下の領域に９０度に形成した扇状の開口部の垂直方向の延長線側に冷却ファンを配置し、発熱電子部品はドームの中央に配置したので、冷却ファン４で発生する層流冷却空気の一部は、ドーム右正面の壁面に開けた入り口から入り、ドーム内壁面に沿って流れる。
【００２７】
その結果、ドームの頂点から底面に下降する渦状の空気の流れとなる。この渦は、発熱電子部品の上面に乱流となって衝突する。この乱流は層流熱伝導に比べ１．６倍以上冷却効率が高い。冷却後、空気はドームの底部に設けた矩形状の開口部より排出される。なお、ドームに流入しない冷却空気は、ドームの外壁面に沿って流れて行く。
【００２８】
また、ドームの内壁は部品に非接触であり、制御ボード１にはんだ付けで固定するので、製造性がよい。更に、外壁もドーム形状なので、ドーム内に流入しない冷却空気の圧力損失が低い（一般的に球形に比べ四角形の圧力損失は、10倍程度高い）。
【００２９】
請求項５によれば、ドームを導電性の部材で形成するとともに扇状の開口部を導電性の網で覆い、網のサイズを、発生する放射電磁ノイズの波長以下とすれば発熱電子部品３で発生する、若しくは外部から来る放射電磁ノイズに対してシールド効果をもたせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１（ａ，ｂ）は本発明の実施形態の一例を示す冷却機構の要部構成図であり、平面図（ａ）および図（ａ）の側面図（ｂ）である。
図１において、図４の従来例と同一要素には同一符号を付している。
１１は制御基板１に取り付けられた半球状のドームであり、同じく基板１に固定された発熱電子部品３の中心部がドーム１１の頂部に位置するように配置されている。
【００３１】
図２（ａ〜ｆ）はドームの詳細を示す正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、左側面図（ｃ）、平面図（ｄ）、底面図（ｅ）、裏面図（ｆ）である。
これらの図においてドーム１１は頂部から見た状態（平面図ｄ参照）で４等分され、右下の領域Ｇが９０度（１／４）に扇状に開口されており、その９０度に開口した辺の一方を水平方向Ｇ１、他方を垂直方向Ｇ２としたときに、垂直方向Ｇ２の辺を矢印Ｃ方向に延長した側のドームの底辺に矩形状の開口部Ｈ１，Ｈ２が等分に２箇所形成されている。
【００３２】
１２はドーム１１の底部の矩形状の開口部Ｈ１，Ｈ２の端部付近を基準にして等分に４箇所に形成されたピンであり、このピン１２を基板１に形成した穴（図示省略）に差し込んではんだ付けなどによりドーム１１が固定される。
【００３３】
図１に戻り、ドーム１１は９０度に扇状に開口した辺の水平方向をＧ１としたとき、この水平方向Ｇ１を冷却ファン４から生じる風Ｂの方向に対して直角に取付ける（垂直方向のＧ２に対しては風Ｂの方向に対して平行に取付ける）。
【００３４】
このよう上述の構成において、冷却ファン４で発生する層流冷却空気の一部は、ドーム右正面の壁面に開けた扇状の入り口Ｇから入り、ドーム１１の内壁面に沿って流れることで、ドーム頂点から底面に下降する渦状の空気の流れとなる。
【００３５】
そして、この渦は、発熱電子部品３の上面に乱流となって衝突し、冷却後、底部に空いた矩形状の開口部Ｈ１，Ｈ２の出口より排出される。なお、ドームに流入しない冷却空気Ｂは、ドーム１１の外壁面を沿って流れて行く。
【００３６】
図３は他の実施例を示すもので、この例においては図１のドーム１１とはドームの材質を導電性の部材（例えば銅、アルミニウム）で形成するとともに前記扇状の開口部を導電性の網で覆ったものである。このような材質を用い網のサイズを、発生する放射電磁ノイズの波長以下とすれば発熱電子部品３で発生する、若しくは外部から来る放射電磁ノイズに対してシールド効果をもたせることができる。
なお、記扇状の開口部に網を設けるこにより、冷却空気の圧力損失は大きくなり、流入する流量が減少するが、電子部品の冷却動作は同じである。
【００３７】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば、本実施例では扇状の開口部を９０度としたが、冷却ファンからの風を効率よく導入できる形状であれば９０度である必要はない。また、ドームや網の材質はシールド効果を有するものであれば他の材質であってもよい。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した冷却機構の一例を示す要部構成図である。
【図２】ドームの形状を説明するための図である。
【図３】他の実施例を示すドームの構成図である。
【図４】本発明が適用されるタワー型の電子機器の図である。
【図５】制御ボードに実装された発熱電子部品の周辺を拡大した図である。
【図６】発熱電子部品３の発熱が多い場合を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      制御ボード
２      スロット
３      発熱電子部品
４      冷却ファン
５      下側開口部
６      上側開口部
７      空間
８      ガイドレール
９      ヒートシンク
１０    冷却フィン
１１    ドーム
１２    ピン
１３    導電性網
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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