JP5051089B2 - 光トランシーバの放熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホスト装置のケージに配設したヒートシンクにより、光トランシーバからの発熱を放熱させる光トランシーバの放熱装置に関する。

光トランシーバは、発光受光素子を備え、光コネクタを介して光信号を送受信するもので、複数の電子部品、電子回路および回路基板が収納される本体部と、光コネクタが着脱可能に接続されるレセプタクルと、を有している。光トランシーバは、プラガブル光トランシーバとも言われ、通常、ホスト基板に設置された金属製のケージに活線状態で挿抜され、ケージの奥部に配された電気コネクタと接続されると共に、ケージ内への挿入がラッチされる。

図６は、標準規格として知られているＸＦＰ型の光トランシーバの一例で、ホスト装置の基板上に搭載されて使用される様子を示している。ホスト装置の基板１上には、金属製のケージ２が設置されていて、このケージの挿入口２ａはベゼル１ａの開口から露出され、この挿入口２ａを通して光トランシーバ３が挿抜される。光トランシーバ３の後端にはプラグコネクタ４を備えていて、このプラグコネクタ４とホスト装置側のソケットコネクタ５とがケージ２内で接続されることで、光トランシーバ３とホスト装置との間で通信（信号の送受、光トランシーバへの電源の供給等）が確立する。

ケージ２の上壁側には、光トランシーバ３の発生熱を放熱するためのヒートシンク６が配され、クリップ７を用いて取付けられる。光トランシーバ３とヒートシンク６の熱的接触は、お互いの接触面の面精度を管理することで確保している（例えば、特許文献１参照）。また、複数の光トランシーバを横並びに配し、各光トランシーバ毎のヒートシンクを、共通のクリップで同時に固定する形態のものもある（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第６，８１６，３７６号明細書 米国特許第６，９８０，４３７号明細書

近年の伝送速度の高速化や長距離伝送における出力増加、高機能化に伴うデータ処理量の増大などが、消費電力ひいては発熱量増大の原因となっているが、光信号の品質の安定性を確保するには、光トランシーバの放熱性能を高める必要がある。
このためのヒートシンク６は、図６に例示されるように、ケージ２の上面の開口部２ｂからケージ２内に突き出るようにされ、ケージ内に挿着された光トランシーバ３の筐体上壁３ａのほぼ全面に熱的に接触するように構成される。そして、通常、1つの光トランシーバ３に対して、1つのヒートシンク６が用意され、１つのクリップ７で熱的接触の確保と保持が行われている。

また、ヒートシンク６が大きくなると、１つのクリップ７で接触面の全面に均一に押圧力を加え、熱的接触を均一にするのが難しくなる。これに対し、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヒートシンク６を複数のクリップ７ａを用いて、光トランシーバ３の接触面に均一に押し付けることが考えられる。そしてヒートシンクと光トランシーバ筐体間のように、固体同士の接触のみで高い放熱効果を得るためには、接触界面の接触面積を増加させる必要がある。しかし、図７（Ｃ）に示すように、固体同士の接触界面に凹凸があると、広い接触面積を有していても熱的接触箇所Ｓが少なく、単位面積当たりの接触熱抵抗が大きく、放熱効率はよくない。

接触面積に対する接触点の割合を多くして接触熱抵抗を小さくするには、非常に高精度の加工で微小な凹凸を除去して、平坦度の高いフラットな面同士の接触が必要とされる。しかしながら、経済的かつ量産的に実現可能な手段で、上記のような理想に近い高精度の加工を行い、放熱効率を得ることは技術的に不可能に近い。また、ヒートシンクを光トランシーバに大きな押圧力で押し付けることも必要となるが、接触面にストレスを与え、また、光トランシーバとの摩擦力が大きくなり、挿抜操作がし難くなるという問題がある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光トランシーバ筐体とヒートシンクとの熱的接触面の平坦度を高めることなく、両者間の接触熱抵抗を小さくして放熱効率を向上させ、挿抜操作が可能な光トランシーバの放熱装置の提供を目的とする。

本発明による光トランシーバの放熱装置は、ホスト装置の基板上に配置され光トランシーバが挿着されるケージと、ケージの上壁側に設けた開口部に配置されるヒートシンクと、光トランシーバがケージ内に挿着された際に、ヒートシンクの下端面がケージの開口部から突出して光トランシーバの上壁に接触するように押圧する弾性部材を備えた光トランシーバの放熱装置である。前記のヒートシンクは、１つの光トランシーバに対して分割された複数のヒートシンクで形成され、複数の弾性部材により光トランシーバの上壁に接触するように押圧される。

前記の分割された複数のヒートシンクは、光トランシーバの挿入方向に並べて配置され、または、光トランシーバの挿入方向と直行する方向に並べて配置されて、もしくは、光トランシーバの挿入方向および該挿入方向と直行する方向とに並べて配置される。
また、前記の弾性部材は、バネ板を打ち抜いて形成されているか、あるいは、コイルバネとネジ部材で形成される。さらに、弾性部材は、分割された複数のヒートシンクに固定部材によりそれぞれ固定されていてもよい。なお、前記のケージの上壁側に設けた開口部は、分割された複数のヒートシンクの下面側に形成され接触凸部が落ち込む大きさでケージの上壁開口部で支持される。また、ヒートシンクの下端面は面取りされている。

本発明によれば、分割された複数のヒートシンクが、それぞれ個別に光トランシーバの上壁に熱的に接触し、その接触界面の平坦度を高めなくても接触熱抵抗を大きくすることができ、光トランシーバの放熱効率を高めることができる。また、分割された複数のヒートシンクは、複数の弾性部材により個別に押圧されているので、寸法上のバラツキを吸収して接触熱抵抗を小さくして放熱効果を向上させることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による光トランシーバの放熱装置の概略を説明する分解斜視図、図２はその組立て状態を示す図である。図中、１１はホスト装置の基板、１１ａはホスト装置のベゼル、１２はケージ、１２ａは挿入口、１２ｂは開口部、１３は光トランシーバ、１３ａは上壁、１４はプラグコネクタ、１５はソケットコネクタ、１６，１６ａ〜１６ｃはヒートシンク、１７ａは弾性部材を示す。

本発明による光トランシーバの放熱装置は、図１に示すように、ホスト装置の基板１１上に設置されたケージ１２と、このケージ１２の上壁側に形成した開口部１２ｂに配される分割された複数のヒートシンク１６ａ〜１６ｃと、これらのヒートシンクを押圧し保持する複数の弾性部材１７ａとからなる。ケージ１２は、前部側に挿入口１２ａを有し、ホスト装置のベゼル１１ａの開口を通して光トランシーバ１３がケージ１２内に挿着される。なお、光トランシーバ１３の前部には、光信号の送受を行う光ファイバケーブル用の光コネクタが挿着されるレセプタクルを有している。

光トランシーバ１３がケージ１２内に挿着されると、光トランシーバ１３の後端部に設けられているプラグコネクタ１４が、ケージ１２の後部側に設置されているソケットコネクタ１５に挿入接続される。そして、光トランシーバ１３のケージ１２内への挿着は、ラッチ手段（図示省略）により保持固定される。また、ケージ１２内に挿着された光トランシーバ１３の上壁１３ａは、複数の弾性部材１７ａにより押圧された複数のヒートシンク１６ａ〜１６ｃの下面と接触して放熱機能を備える放熱面とされる。

図２は、上記の光トランシーバ１３のケージ１２内に挿着された状態を示し、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヒートシンク１６ａ〜１６ｃのそれぞれに対して、例えば、１対の弾性部材１７ａを用いてヒートシンクの両側を個別に押圧し保持する。この分割された複数のヒートシンク１６ａ〜１６ｃを、それぞれ個別に弾性部材１７ａで押圧すると、光トランシーバの上壁１３ａとの接触状態は、図２（Ｃ）に示すようになる。

この接触状態は、分割された複数のヒートシンク１６のそれぞれが、個別に光トランシーバ１３と熱的に接触し、熱的接触箇所Ｓを多くすることができ、接触熱抵抗を小さくすることができる。また、分割された複数のヒートシンク１６のそれぞれは、個別の弾性部材により押圧を受け、ヒートシンクの寸法的なバラツキを吸収して、接触熱抵抗を小さくすることができる。この結果、図７（Ｃ）で示した同面積のヒートシンクの構成と比べてその熱的接触箇所が増加し、接触熱抵抗を小さくして放熱効果を向上させることができる。

図１，２において、分割された３つのヒートシンク１６ａ〜１６ｃは、光トランシーバの挿入方向に並べて配置された形態を示しているが、光トランシーバ１３の放熱面の大きさによって、２分割あるいは４以上に分割した形態であってもよい。分割されたヒートシンク１６ａ〜１６ｃのそれぞれに対して、１対の弾性部材１７ａを用いているが、光トランシーバの上壁１３ａとの接触熱抵抗が低下しなければ、１つの弾性部材１７ａを用いる形態であってもよく、さらには、３以上の弾性部材１７ａを用いてもよい。また、ケージ１２の上壁側に形成されるヒートシンク用の開口部１２ｂは、図では複数のヒートシンクに対応するように、複数の開口を設けた形態で示したが、複数のヒートシンクに対して、１つの大き目の開口を設ける形態としてもよい。

図３（Ａ）は、ヒートシンクを光トランシーバの挿入方向と直行する方向に並ぶように分割した例を示す図である。例えば、通常は１つのヒートシンクで一体に形成される形状のものを、光トランシーバ１３の中心から左右２つのヒートシンク１６ｄと１６ｅの２つに分割した形状で形成する。２分割されたヒートシンク１６ｄと１６ｅは、複数の弾性部材１７ａ’により、図２で説明したのと同様に、それぞれ個別に押圧されて光トランシーバの上壁と熱的に接触して、放熱効果を向上させることができる。

図３（Ｂ）は、ヒートシンクを光トランシーバの挿入方向に並ぶように分割すると共に、挿入方向と直行する方向に並ぶように分割した例を示す図である。例えば、通常は１つのヒートシンクで一体に形成される形状のものを、図１，２で説明したように挿入方向に３つに分割すると共に、さらに、光トランシーバ１３の中心から左右２つのヒートシンク１６ｄと１６ｅの２つに分割して、トータル６つに分割されたヒートシンク１６ｆ〜１６ｋで形成する。６分割されたヒートシンク１６ｆ〜１６ｋは、複数の弾性部材１７ａ’により、図２で説明したのと同様に、それぞれ個別に押圧されて光トランシーバの上壁と熱的に接触し、放熱効果を向上させることができる。

図４は、本発明の放熱装置におけるヒートシンク１６を押圧し保持する弾性部材の構成例を説明する図で、図４（Ａ）はバネ板を打ち抜いて形成した例、図４（Ｂ）はコイルバネとネジ部材を用いた例である。図中、１７ａ，１７ｂは弾性部材、１８ａは押圧部、１８ｂは弾性部、１８ｃはアーム部、１８ｄは係止部、１９ａは押圧板、１９ｂはネジ部材、１９ｃはコイルバネ、１９ｄは係止駒、２０は固定ネジ、２１ａはベース部、２１ｂはフィン部、２１ｃは接触凸部を示す。その他の符号は図１，２で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図４（Ａ）に示す弾性部材１７ａは、バネ板を打ち抜いて所定の形状に屈曲させて弾性を付与したものである。形状としては、例えば、中央部分にヒートシンク１６を押圧する押圧部１８ａ、その両側に弾性部１８ｂとこれに続くアーム部１８ｃを有し、その端部にフック状の係止部１８ｄを設け、係止部１８ｄをケージ１２の段部１２ｃに係止して、取り付けられる。この弾性部材１７ａは、バネ板から打ち抜いて簡単に製造することができ、着脱も容易であり、ヒートシンクの取付けを安価に実現することができる。

図４（Ｂ）に示す弾性部材１７ｂは、押圧板１９ａ、ネジ部材１９ｂ、コイルバネ１９ｃからなる部材を用いて形成したものである。押圧板１９ａは変形しないハードメタルで弓形とし、その両端にコイルバネ１９ｃを介してネジ部材１９ｂを挿通させる。ネジ部材１９ｂは、ケージ１２に取付け固定されている係止駒１９ｄに螺合する。この弾性部材１７ｂは、部品数は増加するが、ネジ部材１９ｂのねじ込み量を変えることにより、押圧力を調整することが可能で、ヒートシンクの面積や形状に応じて接触熱抵抗を個別に調整することが可能となる。

なお、ヒートシンク１６は、ベース部２１ａの外面側（上面側）に複数の放熱用のフィン部２１ｂを有し、内面側（下面側）にケージの開口部１２ｂから内方に突き出て光トランシーバ１３に接触する接触凸部２１ｃを有している。弾性部材１７ａ，１７ｂは、フィン部２１ｂ間に生じるスペース部分に配して、ベース部２１ａの上面を押圧する。この弾性部材１７ａは、予め固定ネジ２０等の固着部材を用いてヒートシンク１６に取付け固定しておくことことができる。この場合、ヒートシンク組付け時の部品調達を不要とし、位置決めを容易にするなど、作業性を向上させることができる。

図５は、ヒートシンクと光トランシーバとの熱的接触部の構成例を説明する図である。分割された複数のヒートシンク１６ａ〜１６ｃは、上記したように、ヒートシンク毎に個別の弾性部材１７ａ，１７ｂで押圧され、ヒートシンク下面の接触凸部２１ｃが、光トランシーバ１３の上壁１３ａに熱的に接触して放熱が行われる。接触凸部２１ｃは、ヒートシンク下面の外形の内側に収まるように形成さていて、ケージ１２の開口部１２ｂの大きさもヒートシンク下面の外形より小さく形成されている。これにより、ヒートシンク１６ａ〜１６ｃはケージ１２の上壁と弾性部材１７ａ、１７ｂとで、光トランシーバ１３が挿着されていない状態で、ケージに支持することができる。

光トランシーバ１３は、矢印で示すように左側から右方向に向けて挿入されるが、ヒートシンク１６ａ〜１６ｃは予めケージ１２に取付けられ、例えば、その接触凸部２１ｃがケージ１２の開口部１２ｂから内方に突き出ている。このため、光トランシーバ１３を挿入する際に、上壁１３ａの先端部１３ｂが接触凸部２１ｃに当接し、光トランシーバ１３の挿入が妨げられる。したがって、少なくとも、光トランシーバ１３の先端部１３ｂが当たる下端面は、面取りされた傾斜面２１ｄで形成されていることが望ましい。これにより、光トランシーバ１３の挿入で、ヒートシンクを弾性部材１７ａ，１７ｂの押圧に抗して上方に押し上げ、その挿入を許容することができる。

本発明による光トランシーバの放熱装置の概略を説明する図である。 図１の放熱装置の取付け状態を示す図である。 他の放熱装置の取付け状態を示す図である。 ヒートシンクを押圧し保持する弾性部材の構成例を説明する図である。 ヒートシンクの熱的接触部の構成例を説明する図である。 従来技術を説明する図である。 従来技術の問題点を説明する図である。

符号の説明

１１…ホスト装置の基板、１１ａ…ホスト装置のベゼル、１２…ケージ、１２ａ…挿入口、１２ｂ…開口部、１２ｃ…段部、１３…光トランシーバ、１３ａ…上壁、１３ｂ…先端部、１４…プラグコネクタ、１５…ソケットコネクタ、１６，１６ａ〜１６ｋ…ヒートシンク、１７ａ，１７ｂ…弾性部材、１８ａ…押圧部、１８ｂ…弾性部、１８ｃ…アーム部、１８ｄ…係止部、１９ａ…押圧板、１９ｂ…ネジ部材、１９ｃ…コイルバネ、１９ｄ…係止駒、２０…固定ネジ、２１ａ…ベース部、２１ｂ…フィン部、２１ｃ…接触凸部、２１ｄ…傾斜面。

Claims (9)

1. ホスト装置の基板上に配置され光トランシーバが挿着されるケージと、前記ケージの上壁側に設けた開口部に配置されるヒートシンクと、前記光トランシーバが前記ケージ内に挿着された際に、前記ヒートシンクの下端面が前記開口部から突出して前記光トランシーバの上壁に接触するように押圧する弾性部材を備えた光トランシーバの放熱装置であって、
   前記ヒートシンクは、１つの前記光トランシーバに対して分割された複数のヒートシンクで形成され、複数の弾性部材により前記光トランシーバの上壁に接触するように押圧されていることを特徴とする光トランシーバの放熱装置。
2. 前記分割された複数のヒートシンクは、前記光トランシーバの挿入方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバの放熱装置。
3. 前記分割された複数のヒートシンクは、前記光トランシーバの挿入方向と直行する方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバの放熱装置。
4. 前記分割された複数のヒートシンクは、前記光トランシーバの挿入方向と、該挿入方向と直行する方向とに並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバの放熱装置。
5. 前記弾性部材は、バネ板を打ち抜いて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光トランシーバの放熱装置。
6. 前記弾性部材は、コイルバネとネジ部材で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光トランシーバの放熱装置。
7. 前記弾性部材は、前記分割された複数のヒートシンクにそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光トランシーバの放熱装置。
8. 前記ケージの上壁側に設けた開口部は、前記分割された複数のヒートシンクの下面側に形成される接触凸部が落ち込む大きさで形成され、前記分割された複数のヒートシンクは、前記ケージの上壁で支持されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光トランシーバの放熱装置。
9. 前記ヒートシンクの下端面は、面取りされていることを特徴する請求項１〜８に記載の光トランシーバの放熱装置。

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