JP2008140406A - コンピュータ構成要素を装着する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック内に配置された作動部品を効率的に冷却する方法を提供すること。
【解決手段】ヒートシンク（５８）を用いて作動部品を冷却する方法は、支持体を直立させて装着する工程と、支持体の片面上に作動部品を装着する工程と、作動部品上にヒートシンク（５８）を装着する工程であって、ヒートシンク（５８）は、基部（１０２）から延びる互いに離間されたフィン（１０１）を有し、フィン（１０１）の向きが鉛直方向を向いている、ヒートシンク（５８）を装着する工程と、ヒートシンク（５８）のフィン（１０１）を介して空気が鉛直方向へ流れるようにする工程とを含む。
【選択図】図２８

Description

本発明は一般に、コンピュータ構成要素を装着するための改良された方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、コンピュータ構成要素をコンパクトな形態にてラック内に装着するための方法および装置に関する。

コンピュータ構成要素を装着するには、様々な異なる種類の方法とシステムが存在する。例えば、特許文献１〜１９を参照にされたい。
米国特許第４，２５８，９６７号明細書（ボウドリュー（Ｂｏｕｄｒｅａｕ）等） 米国特許第４，８７９，６３４号明細書（ストロウ（Ｓｔｏｒｒｏｗ）等） 米国特許第４，９７７，５３２号明細書（ボルコビッツ（Ｂｏｒｋｏｗｉｃｓ）等） 米国特許第５，０１０，４４４号明細書（ストロウ等） 米国特許第５，２１６，５７９号明細書（バサラ（Ｂａｓａｒａ）等） 米国特許第５，４６０，４４１号明細書（ハースティング（Ｈａｓｔｉｎｇ）等） 米国特許第５，５７１，２５６号明細書（グッド（Ｇｏｏｄ）等） 米国特許第５，６８４，６７１号明細書（ホッブス（Ｈｏｂｂｓ）等） 米国特許第５，８７７，９３８号明細書（ホッブス等） 米国特許第５，８９６，２７３号明細書（ホッブス等） 米国特許第６，０２５，９８９号明細書（バーギース（Ｖａｒｇｈｅｓｅ）等） 米国特許第６，０５８，０２５号明細書（エイド（Ａｙｄ）等） 米国特許第６，０７５，６９８号明細書（エッカー（Ｅｃｋｅｒ）等） 米国特許第６，２２０，４５６Ｂ１号明細書（ジェンセン（Ｊｅｎｓｅｎ）等） 米国特許第６，３０５，５５６Ｂ１号明細書（メイヤー（Ｍａｙｅｒ）等） 米国特許第６，３１５，２４９Ｂ１号明細書（ジェンセン等） 米国特許第６，３２５，６３６Ｂ１号明細書（ヒップ（Ｈｉｐｐ）等） 米国再発行特許第３５，９１５号明細書（ハースティング等） 米国意匠特許第４０７，３５８号明細書（ベランジャー（Ｂｅｌａｎｇｅｒ）等）

コンピュータ構成要素を装着する異なる種類の技術が数多く存在するため、所定のモジュラ構成に従って、ラック内にコンピュータ構成要素を装着する標準規格が採用されている。この観点から、コンピュータ構成要素、例えばコンピュータプロセッサユニットは、標準寸法を有するラック構造内で、互いに重なり合って柱状に装着される。標準規格は、サーバーラック規格（Server Rack Specification)（ＳＳＩ）により、ＥＩＡ−３１０−Ｄ標準規格と称されている。

各コンピュータ装置のハウジングは、標準規格に従った一定の高さを有する必要がある。高さは、標準単位「Ｕ」の倍数でなければならない。従って、１「Ｕ」（標準単位）の高さ、またはその複数倍の高さを有するコンピュータ構成要素が存在し得る。また、標準ラックに装着可能な１Ｕ，２Ｕ，３Ｕ，４Ｕ等の高さを備えたコンピュータ構成要素も存在し得る。

従って、目下使用されている従来の標準規格によれば、コンピュータ構成要素を狭い間隔で水平に配向させて、緊密に詰め込んで格納するラックが提供される。ラック内に装着される各コンピュータ構成要素は、適切に標準単位Ｕの倍数の寸法を有している。ラックはキャスター等の上部にて移動可能に装着されるため、コンピュータ装置を適切に冷却する、厳密に制御された空調システムを備えたコンピュータ室内等へ容易に配置される。

特定の用途においては、コンピュータ構成要素をラック内でコンパクトに、かつ非常に緊密に配置することが望ましい。従って、多くの用途において、コンピュータ室または他の割り当て空間内に可能な限り多数のコンピュータ構成要素を配置することが重要になっている。

ラック上でコンピュータ構成要素を非常に緊密かつコンパクトに装着するために、コンピュータ構成要素は、互いに緊密に積み重ねられて、柱状に配置される。データケーブルおよび電源ケーブルは、ラック内の後部平坦領域または空間内に配置される。

冷却を目的として、様々な技術が使用されている。例えば、各コンピュータ構成要素のハウジング内には、個別のファンが設けられている。ハウジング室内の空気は、多くの場合、ハウジング室内の片側に設けられたファン排気強制換気室に排気される。

この従来のラック装着システムは、いくつかの不都合を有する。各構成要素内に装着される個別のファンは高価であり、故障した場合、その交換に時間を要する。また、後部平坦空間およびファン排気強制換気室は、コンピュータ構成要素が充填され得る空間を占有し、空間を無駄にしている。

さらに、現場にてラック装着システムを組み立てる際、各構成要素をラック内の定位置に取り付けて、その後各ユニットのケーブルをラック内のラック後部空間内にて装着しなければならない。この操作は時間を要し、従ってこのような装着を行うには熟練者を必要とするために費用が高額になる。さらに、一旦コンピュータ構成要素を装着すると、コンピュータ構成要素が故障した場合、交換の際に、システム全体、または少なくともシステムの相当部分をシャットダウンして、故障したユニットを取り外し、新しいユニットを装着して、再び接続しなければならない。このこともまた時間と費用とを要する。

従来のラック装着されたコンピュータ構成要素では、多くの場合、コンピュータ構成要素のケーブルはラック後部に配置されるため、マザーボード等の主要な回路基板は、コンピュータ構成要素のハウジングの後部に置かれて、ラック後部でのケーブルの取付けが容易にされていた。コンピュータ構成要素のハウジング内のこのような回路基板配置は、ある用途において望ましいものではなかった。例えば、ユーザはキーボード、モニター等の試験構成要素を、ラック装着されたコンピュータ構成要素の所定の１個に接続することを希望する場合、マザーボードがハウジング後に装着されているため、マザーボードへのアクセスを通常通り行うことが困難である。即ち、所定のコンピュータ構成要素へアクセスする際、多数のケーブルが存在するラック後部にて行う必要があり、それ故、コンピュータモジュールへのアクセスが妨害されていた。さらに、マザーボードがコンピュータ構成要素のハウジング後に装着されているため、空気をハウジング前から入り込ませて、同空気がハウジング後から排気されるファンおよびバッフルの装着が困難で、高価になる場合が多かった。

従って、個々の構成要素にユーザが比較的容易にアクセスでき、かつ冷却のための換気を比較的効率よく効果的に行うことが可能な、新たに改良されたコンピュータ構成要素の構造が所望されている。

従来のラック装着されたコンピュータ構成要素では、吸引ファンを装着して、ハウジング内にハウジング前部を介して空気を引き込むことによって構成要素のハウジング内の回路が冷却される。通常、ハウジングの側部に排気ファンも装着されて、コンピュータ構成要素ハウジング内の加熱された空気を排気する。冷却を目的として、マイクロプロセッサ・チップ等の回路素子上にはヒートシンクが装着されて、同回路素子内に蓄積した熱を放散する。その後、移動する空気がヒートシンクから熱を移動させて、同空気はハウジング外部に排気される。

空気はハウジング前部から入り込み、ハウジング側部から退出するため、空気の移動経路は不規則である。従って、気流経路内にヒートシンクを配置することは困難であり得る。この観点から、バッフル等を使用して、気流をヒートシンク上にて離間されたフィンを通過するように指向さあせる必要があり得る。

コンピュータ構成要素ハウジング内の電子回路の冷却には、吸引排気ファンが使用される。一般に構成要素ハウジング前部にて複数の吸引ファンが配置され、一般にハウジング側部にて空気を排気する別のファンのセットが配置される。ファンの１個または２個以上が故障した場合、コンピュータ構成要素全体を交換するか、もしくは故障したファンを取り替えるか、または修理するために、コンピュータ構成要素の作動を休止する必要がある。このようにシステム機能を延期することは、多くの用途において望ましいものではない。

従って、コンピュータ構成要素をラック装着システム内で非常に緊密な状態にてコンパクトに装着することが望ましい。しかしながら、一つのラック内に装着される多数のコンピュータ構成要素を、そのケーブル設置の必要性を維持しながら、ラック内にて非常に緊密に収容することは困難である。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、鉛直方向に装着され、かつブレード形態を有するコンピュータ構成要素を使用して、回路デバイス等の作動可能な部品を支持するラック装着システムを提供する。ブレードは、鉛直方向にて互いに離間された一連の区画内に装着される。各区画内において、鉛直方向に装着されたブレードは、電源分配ユニットの長尺片と接続されることでコンパクトに装着される。従って、鉛直方向に装着された一対のブレードのセットは、同一区画内で電源分配ユニットの対向する側部に取り付けられる。鉛直方向に離間された各区画間に冷却ファンユニットが配置されて、システム全体を介して鉛直方向に流れる気流を形成する。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、ラック内でほぼ直立して、または鉛直方向に装着されるよう形成された、開放されたコンピュータ構成要素の構造、即ちブレードの構造を有する、ラック装着可能なコンピュータ構成要素を開示する。マザーボード等の作動可能な部品は、コンピュータ構成要素、即ちブレードの前部に装着されて、同部品へのユーザのアクセスが可能にされる。作動可能な部品は、装着されたブレードに対して鉛直方向に流れて部品の冷却を促進する気流により冷却される。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、コンピュータ構成要素の構造は、少なくともその片面上に装着された作動可能な部品を有し、かつほぼ直立して支持されるよう構成された支持体を備える。支持体の前縁部に対して横方向に前パネルが延び、該パネルに配置された出力は、作動可能な部品の少なくとも一つと接続されている。支持体の後縁部には、作動可能な部品のために電力を受容する電源入力が装着されている。

本願に開示するように、支持体は切り取り部分を有し、この部分の近傍に電源入力が配置されている。このセグメントは略矩形で、実質的に剛性を備えている。本願に開示されるように、支持体の前縁部近傍に少なくとも一つの作動可能な部品、例えばマザーボード等が配置されて、出力と電気接続される。本願にて更に開示するように、前パネル上の出力に対して、作動可能な部品からの電気情報を伝達するケーブルが電気接続されている。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、前パネル縁部の一つが支持体縁部に配置されて、Ｌ字形を形成している。従って、横方向に延びる前パネルおよび支持体は、結果として構成要素の構造がほぼ直立して隣接して、類似するユニット同士が密接するように構成配置される。従って、互いに類似するコンピュータ構成要素の前パネルがほぼ連続した直立壁を形成するが、作動可能な部品は、直立支持体上にて開放された状態に装着される。この形態によれば、コンピュータ構成要素の構造は、この直立支持体上に装着された作動部品を通過する鉛直方向の気流の経路内に配置され得る。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、ラック装着されたコンピュータ構成要素のためにヒートシンクを装着する方法と装置とを提供する。ヒートシンクは、鉛直方向に装着されたコンピュータ構成要素ブレード上に装着されるよう構成されている。ヒートシンクは、効率的で迅速な冷却を目的として、鉛直方向に流れる気流がヒートシンクのフィンと十分に接触するように配置される。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、ヒートシンクは、直立支持体上に装着されたコンピュータマザーボードの一部を形成する作動部品、例えばマイクロプロセッサのために使用される。ヒートシンクは基部を有し、同基部は、基部から延びる互いに離間された一連のフィンを有し、比較的広い表面積を提供して、フィン間をほぼ鉛直方向に流れる冷却空気が通過する際に、該表面から熱を放散する。基部はほぼ鉛直方向に装着され、フィンもほぼ鉛直方向に延びている。本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、基部の高さに対するフィンの高さの比は、７より大きい。

本願に開示される本発明の別の実施形態において、ヒートシンク基部の高さに対するフィンの高さの比は、約７．５〜１０．４５である。さらに、本願に開示されるように、基部には伝熱スラグ板が重なり、同スラグ板は、基部と、冷却される作動部品との間に介在している。

本願に開示される本発明の実施形態において、ヒートシンクを用いて作動部品の冷却を補助する方法を開示する。本方法は、支持体をほぼ直立状態に装着し、同支持体の片面上に作動部品を装着する工程を含む。作動部品上に、ヒートシンクをほぼ鉛直方向に装着する。このときヒートシンクは、基部からほぼ鉛直方向に延びる互いに離間されたフィンを有している。基部と、冷却される作動部品との間に、スラグ板が介在する。

本発明の特定の実施形態において、支持体に装着され、かつ狭い間隔で離間された一連の直立コンピュータ構成要素を冷却する配置を提供する。この配置は、複数の空気移動装置、例えばファンを備えたトレイを有する。トレイを支持体に対してほぼ水平方向にて着脱可能に装着する部材が使用される。空気移動装置は、ほぼ鉛直方向の移動経路内で空気を移動させて、直立コンピュータ構成要素の冷却を補助する。トレイは、個々のコンピュータ構成要素の出力と電気接続する一連のコネクタポートも備える。

本発明の別の実施形態において、トレイは、その上部にて列を構成するコネクタポートを有する前パネルを備える。本願に開示するように、前パネルは開放することが可能であり、修理または交換のために空気移動装置にアクセスしたり、または取り出したりすることが可能である。空気移動装置は、支持体ユニットから離脱することが可能である。また、本願に開示するように、本発明の別の実施形態では、空気移動装置は個別のサブグループに構成され、前パネルが開放された際に、空気移動装置の選択されたサブグループを一つのユニットとしてトレイから取り出すことが可能である。

本願に開示される本発明の実施形態において、コネクタポートに電気ケーブルが接続されて、コネクタポートから信号を伝達する。ケーブルは十分に緩慢な部分を有して、コネクタポートに対する電気接続を保持したまま、前パネルを開放位置へ離脱させることが可能である。従って、空気移動装置は「ホットスワップ可能（hot swappable）」であり、その間にコンピュータ構成要素は作動を継続する。

本願に開示される本発明の少なくとも一つの実施形態において、ラック内にて水平に装着され、ラック内にて鉛直方向に装着されたコンピュータ構成要素を介した鉛直方向の空気の移動を促進するように構成されたファントレイ、即ちファンユニットが提供される。本発明の一例において、一連のファントレイは、ラック内で鉛直方向にて互いに離間されて配置されるよう構成されている。各ファントレイは、コンピュータ構成要素が通常通り作動中に、離脱および交換されるよう構成されている。

本願に開示される本発明の少なくとも一つの実施形態において、互いに隣接し、かつ狭い間隔にて離間された一連の直立コンピュータブレードに、電力を供給する方法を提供する。本方法は、長尺状の電源分配ユニットを、直立ブレードに対して横方向に配置する工程と、分配ユニットの片面上で互いに隣接して配置された一連のコネクタに直立ブレードを電気接続する工程とを含む。本発明の一実施形態では、電源分配ユニット本体の対向面上において、一連の第二のコネクタが互いに隣接して配置されている。

本発明の別の実施形態において、各コンピュータ構成要素ブレードは、互いに類似する切り取り部分を有する。電源分配ユニットの本体は、このブレードの切り取り部分により受容される相補的な断面形状を有して、コンパクトな装着構造を提供する。

本願に開示される本発明の実施形態の少なくとも一つにおいて、鉛直方向に装着された一対のコンピュータ構成要素を、その後部同士が対向し、かつ鉛直方向にて互いに非常に近接した状態にて装着されることを可能にする電源分配ユニットを提供する。電源分配ユニットはさらに、鉛直方向に装着された構成要素を都合よくラック内に摺入させて電源分配ユニットと電気的に係合させる。

特に図１〜図２１、図２９および図３０を参照すると、本発明の開示された実施形態に従ったラック装着システム１０が図示されている。ラック装着システム１０はラックハウジング１２を備える。このハウジングは、鉛直方向に配置された複数の区画１４を有する矩形の箱体として構成されている。図示される実施形態は、鉛直方向にて互いに離間された３個の区画１４を備えている。

各区画１４は、中央部にて横方向に延びる水平仕切１９により、前区画部１６と後区画部１８とに分割されている。中央部の仕切１９は、図７にて最も明確に図示されている。区画１４は、ラックハウジング１２内にて、鉛直方向にて互いに積み重なるように配置されている。ラックハウジング１２の底部に制御区画２１が存在する。この制御区画２１は、以下にてより詳細に説明する様々な制御部品を収容する。

ラックハウジング１２は、さらに、各区画１４の上部にファン／ＬＡＮトレイスロット２３を備える。各扇／ＬＡＮトレイスロットは、ファン／ＬＡＮトレイ、例えばトレイ２７を収容するように構成されている。

図示される実施形態は制御区画２１（図７）を備える。この制御区画２１は、床２８の通気開口部２６から鉛直方向に流れる気流を促進し、かつ気流がファン／ＬＡＮトレイにより補助されてシステム１０を介して鉛直方向に流れることを促進する底部開口部２５（図７）を有する。ラックハウジング１２の頂部には、開口された頂部パネル２６（図１）が存在して、鉛直方向に流れる空気がシステム１０から排出される。

図１，５，６，および８に最も明確に図示されるように、各区画１４の頂部の前区画部１６と後区画部１８との間の中央領域に、電源分配ユニット（ＰＤＵ）２９が設けられて、ラック装着システム内に装着されている様々な構成要素に電力を供給する。各区画は、前区画部１６と後区画部１８との各々の内部にて、複数のコンピュータ構成要素を、開放構造を備えたコンピュータ構成要素、またはブレード、例えばブレード３２（図１）として収容するよう適合されている。図示する実施形態では、各前区画部および各後区画部区画内に１１個のブレードがほぼ直立して収容されている。従って、図示される実施形態では、システム１０は６６個のコンピュータ構成要素を、互いに密接して、狭い間隙でコンパクトに収容する。

底部制御区画２１は、様々な制御部品を収容するよう適合されている。図６に最も明確に示すように、制御構成要素はブレーカ連結ボックス３４を備えてもよい。ブレーカ連結ボックス３４は、各ＰＤＵと電気接続されている。図４に示すように、制御区画２１内にスイッチモジュール３６が配置されていてもよい。スイッチモジュール３６は、ブレード３２等の様々なブレードと、ローカルエリアネットワーク、広範囲ネットワーク、またはインターネット等の公衆ネットワーク等のネットワークとの間を制御する。制御区画２１は、さらに、空気吸引ファンモジュール３８（図１および図５）を収容して、底部開口部２５を介して空気を吸引し、ブレードと区画１４とを通過して頂部開口パネル２６から退出する、気流の鉛直方向の流れを促進する。

図示されているラックシステム１０の実施形態は４個のキャスター４１を備え、同システムを床２６（図５）にて移動可能に支持し、ラックシステム１０に可搬性を付与している。本発明によるラックシステムの別の実施形態は、床に設置されてもよく、従ってキャスターの位置に脚またはスキッドが配置されて、床へ直接設置される。

ファン／ＬＡＮトレイ
図８、図９を参照して、ファン／ＬＡＮトレイ２７と、ラックハウジング１２へのファン／ＬＡＮトレイ２７の装着をより詳細に説明する。図９に、図面に示すラックシステム１０等の適切な支持体に装着されるファン／ＬＡＮトレイ２７の一実施形態を示す。ファン／ＬＡＮトレイ２７は８個の空気移動装置を備えており、気流の鉛直方向の流れを促進する。図示される実施形態は、ファン／ＬＡＮトレイ１個につき８個のファン４３を有するが（図９）、ファンは適切な任意の数を有し得る。

ファン／ＬＡＮトレイ２７の前部に、一連のＬＡＮコネクタポート４５（図１および図９）が配置されている。図９に示す実施形態では、各ファン／ＬＡＮトレイ２７は１２個のＬＡＮコネクタポート４５を有し、末端のポートは試験目的で使用され得る。本実施形態では１２個のＬＡＮコネクタが開示されているが、所定用途のために任意数のコネクタを配置し得ることが理解されよう。各ＬＡＮコネクタポート４５からの内部配線リード線（図示せず）は、ファン／ＬＡＮトレイ２７後部に配置された２個の信号コネクタ４７（図９）のうちの１個に延びている。一実施形態において、各信号コネクタ４７は５０ピンコネクタであり、スイッチモジュール３６に電気接続されている。各ファン／ＬＡＮトレイは、さらに、その後部にて、ファン／ＬＡＮトレイ２７に電力を供給するためのＡＣ電源入力４９を備えている。ファン／ＬＡＮトレイが装着されると、ＰＤＵ２９からＡＣ電源入力４９を介してファン４３等のファンに対して電力が供給され得る。

ファン／ＬＡＮトレイ２７を、ラックハウジング１２のファン／ＬＡＮトレイスロット２３内へ装着することを容易にするために、図９に示すように、各ファン／ＬＡＮトレイ２７の側部上に案内５２を設けてもよい。装着工程中、好ましくはナイロン製の案内である案内は、ファン／ＬＡＮトレイスロット２３の側部上の対応する部材と係合し、ファン／ＬＡＮトレイの支持を補助し得る。さらに、ファン／ＬＡＮトレイ２７をファン／ＬＡＮトレイスロット２３内に固定するために、案内５２に関連するロック機構を設けてもよい。ファン／ＬＡＮトレイが一旦取り付けられると、各ファン／ＬＡＮトレイ２７は、前区画部１６および後区画部１８のいずれかの直上領域を占有する。従って、前区画内のファン／ＬＡＮトレイと、後区画内のファン／ＬＡＮトレイとは、各区画１４の上部レベルを完全に覆い得る。図１０に最も明確に示すように、合計で６個のファン／ＬＡＮトレイ２７と、空気吸引ファンモジュール３８とが、本発明の一実施形態による三区画レベルのラック装着システム１０に提供され得る。

図９Ａ，９Ｂを参照すると、開示された本発明の別の一実施形態によれば、ファン／ＬＡＮトレイ２７に類似するファン／ＬＡＮトレイ４２は、複数の個別トレイ、即ちトレイ部分、例えばトレイ部分４４に分割されている。各々を別個に取り出すことが可能であるため、残りの１個または複数のトレイ部分は、その後も機能し得る。この観点において、ＬＡＮ接続は、ファントレイ、即ちトレイ部分とは分離しているため、トレイ部分はＬＡＮ構成要素から独立して取り出すことが可能である。

ファントレイ４２は、空洞を有する略矩形の平坦枠４６を備え、該枠は、一連の案内、例えば案内６８を有して、ファントレイ４２を、図１のラックハウジング１２に類似し得る適切な支持体（図示せず）に装着することを補助する。枠４６は、個々のトレイ部分、例えばトレイ部分４４を受容するための前開口部４８（図９Ｂ）を有する。着脱可能な前パネル５１は開口部４８の全体に対して嵌合し、例えば固定装置（図示せず）を使用する等、任意の適切な手段を使用して定位置に固定される。前パネル５１上には一連のコネクタポート、例えばコネクタポート５３が装着されており、同コネクタポート５３は、図９の信号コネクタ４７に類似し得る信号コネクタ（図示せず）と電気接続される。この観点において、ケーブル、例えばケーブル５５は、コネクタポート、例えばコネクタポート５３に対して個別に接続されている。前パネル５１の離脱を可能にするために、ケーブル、例えばケーブル５５は、ケーブル緩み部分、例えばケーブル緩み部分５７を有して、前パネル５１を枠４６から離脱させることを可能にし、かつコンピュータ構成要素に対する電気接続を保持して、システムが通常通り作動することを可能にする。この観点において、修理あるいは置換のために個々のファントレイ部分を取り出すことが可能であり、残りのファントレイ部分は独立して機能し冷却を行い得る一方、コンピュータ構成要素は通常通り作動する。

トレイ部分４４をより詳細に考察すると、トレイ部分は互いに類似し得ることが理解されよう。図９Ｂに示すように、トレイ部分４４は前鍔部５９を有し、ユーザがトレイ部分を把持して枠４６から外部へ牽引することを容易にする。ファントレイ部分は、一対の空気移動装置、例えばファン７０と、ファンに動力を付与するために電源分配ユニット６２上の電源出力６０と係合する、図９の電源入力４９に類似する電源入力（図示せず）とを有している。この構成において、トレイ部分４４は、トレイ部分４４を電源出力６０から単に取り外すだけで、枠４６から外部へ引き出され得る。その後、別の同型のファントレイ部分が定位置に挿入されて電源出力６０と接続された後、前パネル５１が開口部４８上に戻され得る。

以上のように、空気移動装置のグループをトレイ部分の小グループに分割することができ、残りの空気移動装置の作動を妨害することなく、数個の空気移動装置のみを取り出すことが可能であることが明白となろう。空気移動装置のトレイ部分の小グループは、１個以上の任意数であり得ることに留意されたい。また、個々のトレイ部分、例えばトレイ部分４４は、前パネル５１の後部に配置され、類似するトレイ部分のセット（図示せず）が、枠４６の後部に取り付けられて、電源分配ユニット６２と相互接続され得ることに留意されたい。後パネル（図示せず）は着脱可能で、かつ前パネル５１と類似し、前パネルと同一目的を果たす。

コンピュータ構成要素の構造
図１１、図２５および図２６を参照して、コンピュータ構成要素、即ちブレード３２と、該ブレード３２のラックハウジング１２内への装着とをより詳細に説明する。各ブレードには、前パネルの前面から突出する一対のハンドル５４が設けられている。前パネルは剛性の直立支持体または支持板に向かって横方向に延びて、同支持体の前端部にＬ字形をなすよう連結される。ハンドルは、ユーザにより把持されてブレード３２を区画内へ、または区画から外部へ容易に摺動させ得る。

各ブレード３２は、１個以上のマザーボード５６を備え得る。図２５、図２６に示す実施形態では、各ブレード３２は２個のマザーボード５６ａ，５６ｂを備える。各ブレード３２内に含まれるマザーボードの数は、設計により変動し得ることが理解されるであろう。マザーボードは、ヒートシンク、例えばヒートシンク５８，５９を備えて、マザーボードの冷却が促進されている。各マザーボードは、さらに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６１を備える。各マザーボードに含まれるＲＡＭ６１の総量は、必要に応じて変動され得る。ブレード３２上には一対の電源６３ａ，６３ｂが設けられて、対応するマザーボード５６ａ，５６ｂに電力を供給する。ブレード３２上には、一対のハードディスク６４ａ，６４ｂも同様に設けられている。

全構成要素は、区画内にて鉛直方向に支持されるように構成された剛性板、即ち支持体６４の片面上に装着されている。各ブレード３２は、その上部後部に、角部の切り取り部分、即ちセクション６５を有する。角部６５は、その内部にＰＤＵ２９を受容かつ収容する寸法を有し、従って２個の対向するブレード３２，３２ａは（図２６に示すように）、ＰＤＵ２９をほぼ完全に収容する。従って、ＰＤＵ２９の装着面積は実質的にゼロとなる。各ブレード３２には、角部６５にて、またはその近傍にてＡＣ電源入力、例えば入力６７が設けられている。従って、ブレード３２がラックハウジング１２内に装着されると、ＡＣ電源入力６７が対応するＰＤＵ２９のＡＣコネクタ、例えばコネクタ７６（図１７）と電気的に係合する。

図１１に最も明確に示すように、ブレード３２の装着は、迅速かつ効率のよい方法にて行われる。ブレード３２は単に、ラックハウジング１２の区画１４の前区画１６か後区画１８の内部へ摺動される。各ブレード３２は、ＡＣ電源入力６７がＰＤＵ２９上の対応するＡＣコネクタと係合するまで、後へ摺動される。中間部の仕切１９はブレード３２の後部停止部としての役割を果たす。各ブレード３２は、４個のブレードネジ６９によってそのスロットに固定され、それによりブレード３２はラックハウジング１２に取り付けられる。

一旦ブレード３２がラックハウジング１２上に装着されると、短いブレード／ＬＡＮコネクタケーブル、例えばケーブル４５（図１２）、即ちケーブル７１（図１）は、ブレード３２と、ネットワーク、例えばローカルエリアネットワーク、広範囲ネットワークまたはインターネット等の公衆ネットワークとの間に電気的なネットワーク接続を形成する。この観点において、マザーボードは各々、各ブレードの前部に装着され、従ってマザーボードへのアクセスは、前部出力、例えば出力７３（図１２）等にて容易に行われる。従って、データ接続は、出力７３から短ケーブル４５を介して、スイッチモジュール３６に結合されたＰＤＵ２９の入力７７へ形成され得る。

電源分配ユニット
図１７〜図２０を参照して、電源分配ユニット２９をより詳細に説明する。電源分配ユニット２９は、ラック内にて狭い間隔にて互いに隣接して装着された一連の直立するコンピュータ構成要素、即ちブレードに電力を供給する。図２６に最も明確に示すように、ブレード、例えばブレード３２，３２ａは、その上部後部に切り取り部分、即ちセクション６５を有してＰＤＵ２９を受容する。この観点において、切り取り部分６５は、ＰＤＵ２９の断面形状に対して相補的な形状を有している。ＰＤＵ２９は断面が略矩形であり、角部の切り取り部分６５は略Ｌ字形をなして、ＰＤＵ２９の対向する側部をコンパクトに受容する。従って、ブレード、例えばブレード３２，３２ａは、個々のケーブルを受容するための後部平坦空間を設ける必要なく、極めてコンパクトにＰＤＵ２９内へプラグインされ得る。

ＰＤＵ２９は、外部電源から回路ブレーカ連絡ボックス３４を介して、様々なブレード３２およびファン／ＬＡＮトレイ２７に電力を供給する。各ＰＤＵ２９は、好ましくは１８ゲージの鋼鉄製ケースからなる２個の部品から形成された、長尺状のＰＤＵ本体７４を備える。ＰＤＵ本体７４の両面の各々は、一連の雌ＡＣコネクタ７６を有する。図１７〜図２０に示す実施形態において、各側面には１２個の雌ＡＣコネクタ７６が設けられている。この１２個のコネクタ７６は、各区画１４の前区画部１６内と後区画部１８内と装着される１１個のブレードと、ファン／ＬＡＮトレイ２７とに対応している。１２番目のコネクタは、ファントレイ前面上のＡＣ電源出力に接続される。

従って、ＰＤＵ本体７４の前面および後面の各々に、１２個の雌ＡＣコネクタ７６が設けられている。１２個の雌ＡＣコネクタの各セットは、一対の電源ケーブル７２を介して電力を受容する。一実施形態にて、電源ケーブル７２は１５アンペアの電源ケーブルであり、ＰＤＵ本体７４との連結点の近傍にてストレイン・リリーフ（strained relief)を有する。以下に説明するように、電源ケーブル７２は制御区画２１内のブレーカ連結ボックス３４に繋がれる。ＰＤＵ本体７４は、ＰＤＵ本体７４をラックハウジング１２に対して取り付ける一連の錨７８を備えてもよい。

図１３〜図１６を参照して、様々な電源ケーブルおよびＬＡＮケーブルの配線（routing）を、より詳細に説明する。図１３に最も明確に示すように、各区画レベルのＰＤＵ２９に由来する電源ケーブル７２は、ラックハウジング１２の右側に沿ってラックハウジング１２の前部へ指向されて、底部へ指向されている。底部にて、ケーブルは回路ブレーカ連結ボックス３４と電気接続される。従って、図示される実施形態では、３個のＰＤＵの各々から２個のケーブルが延びているため、６個のケーブル７２が回路ブレーカ連結ボックス３４に接続されている。符号８０にて示す３個のケーブルのセットは、各々、適切なＡＣ電源に結合されてシステム１０に対して電力を供給する。

同様に図１３に示すように、ファン／ＬＡＮトレイとＰＤＵとに由来する６個のＬＡＮケーブル８１のセットは、ラックハウジング１２の後部右側に沿って、スイッチモジュール３６へと配線されている。図示する実施形態にて、各ＰＤＵから２個のＬＡＮケーブル８１が延び、同ケーブルは次に一対の１５ピンコネクタ４７と電気接続される。従って、６個のケーブル８１が、ラックハウジング１２の右側に沿って指向されている。同様に、図１５に最も明確に示すように、６個のＬＡＮケーブル８１がファン／ＬＡＮトレイ２７およびＰＤＵから、ラックハウジング１２の前部左側に沿って延びている。これら６個のケーブル８１も、その低部端をスイッチモジュール３６に対して接続されている。

ファン／ＬＡＮトレイ２７、ＰＤＵ２９およびブレード３２の全てが定位置に配置されて、ラックシステム１０が完全に組み立てられると、フルアセンブルの効率のよいラック装着システムが形成される。このシステムでは、ブレード３２上に装着された様々な構成要素のネットワーク機能も同様に効率よく実行される。図示する実施形態では、各区画１４にて前区画部１６と後区画部１８との各々に１１個のブレードが収容される。従って、図示する実施形態では、６６個のブレード３２が収容され得る。しかしながら、スロットのいくつかはマスターコンピュータ構成要素、または、例えば図４および図６にて符号３２ａで示すマスターブレード３２ａ等のブレードによって占有され得る。図示する実施形態では、スイッチモジュール３６の直上の３個のブレード区画の底部に、２個のマスターブレード３２ａが配置されている。マスターブレード３２ａは、ファイバー・オプティック・コネクション（fiber optic connection）等の高速接続（図示せず）を介して、スイッチモジュール３６に直接、電気接続されている。マスターブレードはスイッチモジュール３６を制御して、様々なスレーブブレード３２とマスターブレードとの間の連絡を切り替える。従って、図示する実施形態のシステムによって、６４個のスレーブブレードが収容され得る。６４個のスレーブブレードの各々はホットスワップ可能であってもよく、例えば、システム１０をシャットダウンさせずに、ブレード３２を交換することが可能である。

各ファン／ＬＡＮトレイ２７は、１２個のＬＡＮコネクタポート、例えばポート４５（図１）を備える。１２個のＬＡＮコネクタポート４５のうちの１１個は、様々なスレーブブレード３２とスイッチモジュール３６との間の連絡を可能にするよう適合されている。１２番目のＬＡＮコネクタポート４５は、外部ユーザが、外部装置、例えばラップトップコンピュータをネットワークに接続することを可能にする。さらに、各ファン／ＬＡＮトレイ２７は、外部装置を接続するための、中心部に配置されたＡＣ電源出力を備える。

開示された本発明の実施形態によれば、図２１にて図式的に示すように、図示されるシステム１０は十分な気流を提供して、ブレード３２上に装着された様々な構成要素のために低い作動温度を保持する。空気は、制御区画２１内に配置された吸気ファンモジュール３８によって、底部開口部２５から導入される。吸気ファンモジュール３８は、各区画レベル１４において開放構造を有する様々なブレード３２を通して、気流を鉛直方向に指向させる。この気流はさらに、各ファン／ＬＡＮトレイ２７内のファン４３によって、上方に指向される移動経路内を移動するよう促進される。気流は、開口された頂部パネル２６を介して、ラックハウジング１２の外部へ指向される。

図２１〜図２４に、本発明の更なる実施形態を示す。図２１〜図２４に示すように、気流の吸引および排出は、周辺の環境内に空気を供給させる目的により、様々な構成に対応するよう変更され得る。例えば、図２２にて、吸気ファンモジュール３８ａは、図１〜図２１に示した実施形態で説明したものと同様に、底部開口部２５ａより空気を引き込む。気流は、ファン／ＬＡＮトレイ上に装着されたファン４３ａの補助により、鉛直方向に指向される。しかしながら、前述した実施形態と異なり、図２２に示す実施形態では、気流は、鉛直方向の移動経路から、水平方向の移動経路へ直角方向に再指向されて、ラックシステム１０ａを脱出しラックハウジング背部へ指向される。気流フード８５ａは、気流の後への再指向を促進する。

図２３に、本発明の更なる別の一実施形態によるラックシステムを示す。本実施形態において、吸気ファンモジュール３８ｂは、ラックハウジングの底部前部内の、例えば穿孔された板８７ｂにより画定された開口部等を介して、空気を水平方向内側へ引き込む。その後、気流は、ファン／ＬＡＮトレイ内に装着されたファン４３ｂの補助により、上方へ再指向される。気流は鉛直方向に指向されて、ラックシステム１０ｂの頂部から退出する。

図２４に示す実施形態では、吸気ファンモジュール３８ｃは、ラックハウジングの底部前部内の、例えば穿孔された板８７ｃにより画定された開口部等を介して、空気を水平方向に引き込む。気流は、ファン４３ｃの補助により、システムを介して鉛直方向に再指向される。気流は水平方向の移動経路へと直角方向に再指向されて、ラックハウジングの頂部においてラックハウジング背部へ退出する。気流の後への再指向は、気流フード８５ｃにより促進される。当業者は、本発明の他の実施形態によれば、気流の吸引排出に関して他の様々な別例が可能であることを認識するであろう。

ヒートシンクの構造
図２７、図２８および図２９を参照すると、ヒートシンク５８がより詳細に図示されている。パッシブヒートシンクであるヒートシンク５８は、マザーボード５６ａ（図２６）上のマイクロプロセッサ（図示せず）等の回路素子に取り付けられて、同回路素子から望ましくない熱を放散するよう構成されている。ヒートシンク５８がマザーボード上に装着される際の好ましい配向を、図２６に示す。ヒートシンク５８は、概してアルミニウム合金（６０６３−Ｔ５）、または他の適切な金属材料から形成されている。ヒートシンク５８は基部１０２から延びる一連のフィン、例えばフィン１０１を備え、比較的広い面積を提供して、フィン間を気流がほぼ鉛直方向に通過する際に、該フィンから熱を放散する。ヒートシンク５８は、成形体であり得る。ヒートシンク５８は、銅等の適切な金属材料から形成された基板、即ちスラグ板１０３を備え、同基板は基部１０２の上に重なり、はんだ等の任意の適切な方法によって保護されるべき構成要素に取り付けられている。金属製のスラグ板１０３は、保護されるべき構成要素から熱を吸収し、その熱は鉛直方向に流れる気流がフィン間を通過すると同時にフィンから放散される。

図２６に示すように、フィン、例えばフィン１０１は、ヒートシンク５８が作動可能な部品に装着されているとき、鉛直方向に延びている。フィンは、一般に、等間隔で離間されている。

好ましい作動のために、本発明の好ましい実施形態のヒートシンク５８は、所定の重要な寸法を有する。即ち、ヒートシンク５８は、一般に、断面が略矩形をなす略ブロック形状を有する。好ましい一用途において、ヒートシンク全体の寸法は、幅が約６４．２３７〜６８．５８０ｍｍ、長さが約８１．３３１〜９５．６０６ｍｍ、高さが約２４．７６５〜３２．２５８ｍｍである。高さ全体の寸法は、スラグ板１０３の高さを含む。好ましい用途において、スラグ板の高さは約３．１７５ｍｍである。フィンの高さは約１９．０５０〜２６．５４３ｍｍであることが好ましく、フィン間の間隔は約２．３１１〜２．３６２ｍｍであることが好ましい。基部１０２の厚さは約２．５４０ｍｍであることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態にて、ヒートシンク全体の高さと対比して長いフィンを備えることが重要である。長いフィンにより、気流が十分に冷却される。それ故、ヒートシンクに対して、またはヒートシンク近傍にファンを配置する必要がない。ブレードを介して流れる空気は、殆ど妨害を受けることなく、ヒートシンク５８を介して、またフィン１０１等のフィン間にて鉛直方向上方に通過する。

本発明の好ましい実施形態において、フィン、例えばフィン１０１の高さの、基部、例えば基部１０２等の高さに対する比は、７より大きくことが好ましく、約７．５〜１０．４５であることがより好ましい。この好ましい比によって、図２６に示すようにフィンが鉛直方向に延びている状態にてヒートシンクが装着されると、所望の冷却効果が達成されることが証明されている。

ヒートシンク５８は鉛直方向に配置されて、例えばボルトまたはネジの形態を備えた一組の固定装置、例えば固定装置１０５により定位置に固定される。この形態にて、例えばフィン１０１等のフィンは、ほぼ鉛直方向に延びて、鉛直方向に流れる気流と相互作用する。

図３０、図３１および図３２を参照すると、取り付け手段が異なる以外はヒートシンク５８とほぼ同一である、別のヒートシンク１０７が示されている。ヒートシンク１０７は、互いに離間された一連のフィン、例えばフィン１０９を備えて、熱の放散を促進する。ヒートシンク１０７は基板、即ちスラグ１１２を有し、同スラグ１１２はスラグ１０３とほぼ同一であり、銅等の金属材料から構成されることが好ましい。

ヒートシンク１０７は、フィングループ間の中央部に配置された空間１１４と係合する適切な取り付け装置、例えばクリップ１１３または他の取り付け装置により、保護されるべき作動可能な部品１１０、例えばマイクロプロセッサに対して取り付けられる。

本発明の特定の実施形態について説明してきたが、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内にて様々な異なる改良および組み合わせが可能であることが理解されよう。従って、本願に開示された正確な概略を限定する意図は存在しない。

本発明の実施形態に従って構成されたラック装着システムの前面、左方側面および頂面を示す斜視図。 図１に示したラック装着システムの前面図。 図１に示したラック装着システムの左方側面図。 図１に示したラック装着システムの後面図。 図１に示したラック装着システムの右方側面図。 図１に示したラック装着システムの後面、右方側面、頂面を示す斜視図。 説明を目的として装着されている様々な構成要素が図示されていない、図１のラック装着システムのハウジングの斜視図。 ファン／ＬＡＮトレイの取り付け工程を示す、図７に示したハウジングの斜視図。 図１のラック装着システムに使用されるファン／ＬＡＮトレイの一実施形態の拡大斜視図。 図１のラック装着システムに使用されるファン／ＬＡＮトレイの別の一実施形態の拡大斜視図。 数個のファンが離脱されている、図９Ａに示したトレイの一部拡大斜視図。 ファン／ＬＡＮトレイが取り付けられた、図７のハウジングの斜視図。 ブレード装着工程を示す、図７のハウジングの斜視図。 ファン／ＬＡＮトレイとブレードとの相対的な配置を示す、図１のラック装着システムの一部拡大前面図。 右側のケーブル配置を示す、図１のラック装着システムの略右方側面図。 制御区画の前部右側内のケーブル配置を示す、図１のラック装着システム底部の一部斜視図。 左側のケーブル配置を示す、図１のラック装着システムの略左方側面図。 制御区画の後部左側内のケーブル配置を示す、図１のラック装着システムの底部の一部斜視図。 図１のラック装着システムに使用される電源分配ユニット（ＰＤＵ）の一実施形態の一部を示す拡大斜視図。 図１７に示したＰＤＵの前面図。 図１７に示したＰＤＵの一部平面図。 図１７に示したＰＤＵの後面図。 ラック装着システムを介した空気の流れを示す、図１のラック装着システムの概略図。 ラック装着システムを介した空気の流れを示す、本発明のラック装着システムの別の実施形態の概略図。 ラック装着システムを介した空気の流れを示す、本発明のラック装着システムの更なる別の実施形態の概略図。 ラック装着システムを介した空気の流れを示す、本発明のラック装着システムの更なる別の実施形態の概略図。 図１のラック装着システムのブレードの一実施形態の拡大平面図。 図１のブレードの左方側面図。 ９０°回転させた、図２５のブレードのヒートシンクの拡大平面図。 図２７のヒートシンクの側面図。 図２７のヒートシンクの底面図。 図２５のコンピュータブレードと共に使用され得る、本発明の別の実施形態に従った別のヒートシンクの平面図。 図３０のヒートシンクの側面図。 図３０のヒートシンクの側面図。

符号の説明

５８，５９：ヒートシンク、６４：支持体、１０１，１０９：フィン、１０２：基部、１１０：作動部品。

Claims (1)

1. ヒートシンクを用いて作動部品を冷却する方法であって、
   支持体を直立させて装着する工程と、
   前記支持体の片面上に作動部品を装着する工程と、
   前記作動部品上にヒートシンクを装着する工程であって、前記ヒートシンクは、基部から延びる互いに離間されたフィンを有し、前記フィンの向きが鉛直方向を向いている、ヒートシンクを装着する工程と、
   前記ヒートシンクのフィンを介して空気が鉛直方向へ流れるようにする工程とを含む方法。

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