JP2000151161A - 電子機器を内蔵した制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御装置筐体内の空間を有効利用すると共
に、電子機器の制御部の過熱を小容量の冷却手段で防止
できる電子機器を内蔵した制御装置を得ること。 【解決手段】 筐体１の前面部に配設される前面板６４
と、前記前面板６４の内側に一端面が当接して装着され
ると共に、一面に放熱部６１Ｂを有し、他面に電子機器
５８が装着されるベースプレート６１Ａを有するヒート
シンク６１と、前記筐体１内に設けられ、前記ベースプ
レート６１の他端面と係合し、前記ベースプレート６１
を前記筐体１内で立設させるガイドレール９３とを備
え、更に、前記ガイドレール９３に前記ベースプレート
６１Ａを係合して立設させ、前記ベースプレート６１Ａ
により前記筐体１内を前記電子機器５８が配置される空
間と、前記放熱部６１Ｂが配置される空間とに分割し、
前記放熱部６１Ｂの配置される前記空間には前記放熱部
６１Ｂを冷却する通風路を形成したこと

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放電加工機、レ
ーザ加工機のような工作機械の制御装置等、電子機器を
内蔵した制御装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電加工機、レーザ加工機などの工作機
械の制御装置は、数値制御ユニット、各種制御プリント
基板などを含む制御ユニットの他に、電源変圧器、直流
電源ユニット、パルス電源ユニットなどの加工電源機器
が収納されている。通常、制御装置は外部の塵埃、オイ
ルミストが装置内に侵入しないように防塵的に密閉され
た構造にされる。そして、防塵区画内に収納された制御
ユニット、加工電源機器が発生する熱を外部に除去し、
防塵区画内の温度を許容の範囲に維持するために冷却装
置を備えている。

【０００３】冷却装置としては、冷媒を使用した空調装
置、ヒートパイプやコルゲート状伝熱板などを使用した
熱交換器が使用されている。又、防塵区画内の発熱を少
なくするために、発熱する電子部品を取付けたヒートシ
ンクのフィン部分を、防塵区画を形成している壁面に穿
設された穴から外部に露出して取付け、上記フィン部分
を外気で自然冷却させたり、該フィン部に配設された冷
却ファンで強制冷却することが行われている。従って、
冷却装置を小型化でき、冷却に要する費用を少なくする
ことができる。

【０００４】従来、ヒートシンクのフィン部分を外部に
露出して取付ける形式の電子機器（以下、外部冷却機器
という。）としてはサーボモータ駆動装置、インバータ
装置などがあった。これらの外部冷却機器はアルミダイ
カストにより機器フレーム部分とヒートシンク部分とを
一体成型する構成で、筐体内壁面にねじ止めして取付け
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記放電加工機、レー
ザ加工機などの工作機械のパルス電源ユニットを収納す
る制御装置筐体は、該パルス電源ユニットが発生する強
い電磁波でグランドレベルが変動する影響を避けるた
め、あるいはパルス電源ユニットのヒートシンクに取付
けられるスイッチング素子が絶縁破壊したときの安全の
ために、ヒートシンクは制御装置筐体から絶縁する必要
がある。これらの点からパルス電源ユニットは発熱量が
大きいにもかかわらず通常の方法で防塵区画内に取付け
られており、大形の冷却装置を必要としていた。

【０００６】また、外部冷却機器は、ケーブル接続、表
示部の目視点検を該機器の正面側に対面して行えるよう
にするため、制御装置筐体の背面壁の内面に配置され、
ねじ止め固定される。上記背面壁は装置正面側から奥ま
った位置にあるため、ケーブル接続や、表示部の目視点
検及び取付作業が容易でなかった。又、奥まった位置に
ある外部冷却機器の手前には他の機器を配置できず、装
置内に有効利用されない空間（デッドスペース）が生
じ、結果的に制御装置が大型になる原因となっていた。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、制御装置筐体内に配設されると
共に、筐体前面部に配設される前面板に対して立設され
るヒートシンクのベースプレートにより、電子機器の制
御部と放熱部とを分離する構成とし、制御装置筐体内の
空間を有効利用すると共に、電子機器の制御部の過熱を
小容量の冷却手段で防止できる電子機器を内蔵した制御
装置を得ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電子機器
を内蔵した制御装置は、筐体の前面部に配設される前面
板と、前記前面板の内側に一端面が当接して装着される
と共に、一面に放熱部を有し、他面に電子機器が装着さ
れるヒートシンクのベースプレートと、前記筐体内に設
けられ、前記ベースプレートの他端面と係合し、前記ベ
ースプレートを前記筐体内で立設させるガイドレールと
を備え、更に、前記ガイドレールに前記ベースプレート
を係合して立設させ、前記ベースプレートにより前記筐
体内を前記電子機器が配置される空間と、前記放熱部が
配置される空間とに分割し、前記放熱部の配置される前
記空間には前記放熱部を冷却する通風路を形成したもの
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照してこの
発明の一実施例について説明する。図において、１０１
は制御装置であり、１はその筐体で、左側壁２、右側壁
３、天板４、底板５、第１の仕切壁６、第２の仕切壁７
を有する。８は筐体１の前面開口部に備えられた扉で、
その周縁に図４に示すようにパッキン４１が張付けられ
ている。これにより、第１の仕切壁６、第２の仕切壁７
との間に奥行の広い防塵区画１１１が形成されている。
９は筐体１の背面に固定された裏板、９Ａはその下部に
穿設された第２の外気通気口である。この裏板９と第１
仕切壁６との間に奥行の狭い第１の通気区画１１２が形
成されている。第２の仕切壁７は防塵区画１１１内に突
出するように配設されており、裏板９との間に奥行のや
や広い第２の通気区画１１３が形成されている。第１の
通気区画１１２の下面は第２の通気区画１１３内の空間
に連続している。１０は筐体１の上部の第１の外気通気
口となる排気ダクトである。天板４の後方は第１の通気
区画１１２の奥行分が切り欠かれており、第１の通気区
画１１２の上面と排気ダクト１０内の空間は連続してい
る。１１は排気ダクト１０の前面に配設されたファン取
付板で、複数の外気ファン５１が取付けられている。

【００１０】１２は第１の通気区画１１２内に配設され
た伝熱板で、薄板をコルゲート状に折り曲げ、多数の隔
壁部１２Ａが等間隔で形成され、その長手方向の両端部
が交互に１つおきに橋絡部１２Ｂによって接続されたも
のである。又、両側端にはフランジ１２Ｃが形成され第
１の仕切壁６に気密に取付けられている。図４におい
て、前方側が開放された伝熱板１２の溝内の上下端には
図示されないシール部材で封止されている。これによ
り、伝熱板１２と第１の仕切壁６との間に多数の内気側
矩形流路９０が形成され、この内気側矩形流路９０と交
互に位置して裏板９との間に上下端が開放された外気側
矩形流路９１が形成されている。このように内気側矩形
流路９０、外気側矩形流路９１は伝熱板１２によって、
第１の通気区画１１２内のほぼ全幅にわたって形成され
ている。

【００１１】第１の仕切壁６の最上部には伝熱板１２の
内気側矩形流路９０の最上部に通じる第１の内気通気口
６Ａが穿設され、下部には伝熱板１２の内気側矩形流路
９０の最下部に通じる第２の内気通気口６Ｂが穿設され
ている。第２の内気通気口６Ｂにはファン架台１５を介
して複数個の内気ファン５２が配設されている。

【００１２】図１、図２において、防塵区画１１１内の
下部には、数値制御ユニット５５、Ｉ／Ｏ制御ユニット
５６が第２の仕切壁７を利用して取付けられている。そ
の上部に３個の制御ユニット５７が配設され、最上部に
パルス電源ユニット５８、極性切換ユニット５９が配設
され、制御装置を形成している。制御ユニット５７は横
部材１６ａ，１６ｂ又は後述する外気ダクト２０で支え
られた上下のガイドレール１７、１７の間に着脱自在に
挿入されている。又、極性切換ユニット５９も同様に着
脱自在に挿入されている。

【００１３】第２の通気区画１１３には、電源となる変
圧器５４が配設されている。変圧器５４は、絶縁処理が
十分施され耐環境性に優れているので防塵区画１１１内
へ収納する必要がなく、同区画１１１内の発熱量を減ら
すために第２の通気区画１１３内に設置されている。
又、図示されていない抵抗器など、同様に耐環境性に優
れた発熱体も設置されている。変圧器５４など第２の通
気区画１１３内に設置された電気機器は第２の仕切壁７
の配線穴７Ａを貫通して配線接続される。４２は配線穴
７Ａの防塵のためのパッキン部材である。

【００１４】２０は略Ｌ字形の外気ダクトで、垂直矩形
部２１と水平矩形部２２とから成る。図３において、垂
直矩形部２１の上端は、第１のフランジ２１Ａを使用し
て天板４の内面に固定され、天井通気口４Ａに通じてい
る。天井通気口４Ａは天板上面に取付けられた冷却ファ
ン５３の流入口を形成している。水平矩形部２２の側端
は、第２のフランジ２２Ａを使用して右側板３に固定さ
れ、側面通気口３Ａに通じている。垂直矩形部２１の前
面壁２１Ｂの左右及び左右の側面壁２１Ｃには、それぞ
れに連続する開口２１Ｅが穿設されている。開口２１Ｅ
の奥行は後面壁２１Ｄに近接するまで延びている。２１
Ｆは前面壁２１Ｂの中央部に残された柱部で、直角に補
強曲げが施されている。前面壁２１Ｂの２１Ｅ１は開口
２１Ｅの上下縁から延びる切欠き溝である。２３は開口
２１Ｅの側面壁２１Ｃ側の上下縁の内側に固着された４
個のＺ字形のガイド部材である。ガイド部材２３と側面
壁２１Ｃの開口縁とによって切欠き溝２１Ｅ１に連続す
るＵ字形溝のガイドレール９３が形成されている。

【００１５】次に、前記実施例中でこの発明が応用され
るパルス電源ユニット５８、極性切換ユニット５９が配
設される筐体部分について説明する。パルス電源ユニッ
ト５８は例えば放電加工のための加工電源で、６０はパ
ルス電源ユニット５８の主たる構成部品である半導体パ
ワーモジュールであり、スイッチング動作により大きい
熱を発生する。６１はヒートシンクで、ベースプレート
６１Ａと多数の並行平板型の放熱フィン６１Ｂとから成
る。半導体パワーモジュール６０はベースプレート６１
Ａの表面に熱伝導を損なわない状態でねじ止め固定され
ている。６２は制御基板で、細長いシャフトなどからな
る支持機構６３によってベースプレート６１Ａに固定さ
れている。６４はパルス電源ユニット５８、極性切換ユ
ニット５９が配設される筐体部分の前面部に配設される
前面板で、ベースプレート６１Ａと直角にその前端面に
固定され、端子台６５が取付けられている。ベースプレ
ート６１Ａは放熱フィン６１Ｂの上下端より飛び出る高
さを有し、前面板６４はベースプレート６１Ａの上下端
より飛び出る高さと放熱フィン６１Ｂの横幅より飛び出
る幅を有する。

【００１６】切欠き溝２１Ｅ１の幅にほぼ一致する厚み
を有するベースプレート６１Ａの上下端をガイドレール
９３内に滑り込ませることにより、ユニット５８は外気
ダクト２０の開口２１Ｅ内に挿入できる。最終挿入位置
で前面板６４は前面壁２１Ｂに密着しねじ部材６６で外
気ダクト２０に固定される。ベースプレート６１Ａの上
端面と後端面にはパッキン４４が張付けられており、挿
入に必要な隙間及び製作誤差から生じる隙間が気密に閉
じられる。この挿入状態において、ベースプレート６１
Ａを境にして外気ダクト２０の垂直矩形部２１内に放熱
フィン６１Ｂが位置し、防塵区画１１１内に半導体パワ
ーモジュール６０、制御基板６２が位置して開口２１Ｅ
は気密に閉塞され、外気ダクト２０内に外気流路１１４
が形成される。

【００１７】開口２１Ｅは垂直矩形部２１の左右に対称
に設けられ、ユニット５８は、パッキン４４の張る位置
を変える他は同一のものを上下逆にして挿入できる。但
し、パッキン４４を外気ダクト２０側に張り付ける場合
は、まったく同一のものでよい。加工電源が小さくてよ
い場合は、ユニット５８は一台でよく、開口２１Ｅも左
右いずれか片方のみに設ければよい。又、加工電源出力
に応じてユニット台数を変える場合は、二つの開口２１
Ｅの片方にダミーのユニットケースを挿入して該開口２
１Ｅを閉塞できる。

【００１８】次に、制御装置１０１の冷却構成の動作を
図１、図２を参照して説明する。外気ファン５１、内気
ファン５２の運転によって、防塵区画１１１内の暖めら
れた空気は図２の矢印ａで示すように第１の内気通気口
６Ａから吸い込まれ、伝熱板１２の内気側矩形流路９０
内を分流して内気ファン５２によって再び防塵区画１１
１内に戻される強制対流循環が行われる。一方、制御装
置外の外気は図２の矢印ｂで示すように裏板下部の第２
の外気通気口９Ａから吸い込まれ、伝熱板１２の外気側
矩形流路９１内を分流して外気ファン５１によって制御
装置外へ排出される。内気側及び外気側矩形流路９０、
９１内の強制対流により、伝熱板１２を介して熱交換が
行われ、防塵区画１１１内の空気が冷却され、電気、電
子部品からの発熱を制御装置外に排出できる。上記のよ
うに伝熱板１２は外気及び内気ファン５１、５２と組み
合わされて熱交換器として作用する。又、第２の外気通
気口９Ａからの吸い込み空気流によって第２の通気区画
１１３内の変圧器５４などが良好に空冷される。

【００１９】冷却ファン５３の運転によって、図２、図
３の矢印ｃで示すように外気は側面通気口３Ａから冷却
ダクト２０の外気流路１１４内に吸い込まれる。上記外
気流によってヒートシンク６１の放熱フィン６１Ｂは強
制冷却され、暖められた外気は天井通気口４Ａから上方
向に排出される。

【００２０】半導体パワーモジュール６０から発生する
熱の大部分はヒートシンク６１のベースプレート６１Ａ
に熱伝導され、さらに放熱フィン６１Ｂに熱伝導され、
前述したように直ちに制御装置外に排出される。これに
より、パルス電源ユニット５８は格段に大きい発熱量を
有するにもかかわらず、該ユニット５８から防塵区画１
１１内に発散される熱は少なくなる。防塵区画１１１内
は伝熱板１２の熱交換作用及び筐体１外表面からの自然
放熱により冷却されるが、この冷却は外気と防塵区画１
１１内の内気との温度差によって成される。従って、内
気温度は外気温度より許容範囲で高くなるのは避けられ
ない。ヒートシンク６１は低い温度の外気で直接強制冷
却され、外気とヒートシンク６１との温度差が大きいの
で、熱放散が大きくなり、温度上昇も低くできる。又、
放熱フィン６１Ｂは外気ダクト２０の垂直矩形部２１で
包囲されているので、吸い込まれた外気はほとんどすべ
てが放熱フィン６１Ｂの間に入り、他の部分に逸流する
ことがない。これにより、外気流の風速が高められ、放
熱フィン６１Ｂから外気への熱伝達が促進される。上記
をさらに改良するために、垂直矩形部２１の柱部２１Ｆ
の横幅をさらに小さく構成したり、中央に仕切り部材を
配設して柱部２１Ｆによって生じる左右の放熱フィン６
１Ｂの間の隙間を閉塞してもよい。

【００２１】ユニット５８は、防塵区画１１１内の奥行
き寸法の大部分を占めるよう配設され、その結果、前方
又は後方にデッドスペースがなく、左右方向の占有空間
が少なくてすみ、制御装置１０１の実装効率を良くする
ことができる。又、前面板６４に端子台６５を取付け、
制御基板６２の前縁にコネクタ（図示せず）を取付ける
ことにより、ケーブル接続は制御装置正面から容易に作
業できる。又、ユニット５８はガイドレール９３に沿っ
て着脱自在に装着でき、前面板６４においてねじ止め固
定できるので、制御装置１０１への組み込み作業が容易
にでき、修理交換作業も迅速にできる。又、外気ダクト
２０の両側面に開口２１Ｅを設けることにより、２台の
ユニット５８を装着できる。

【００２２】加工電流を流して行う制御装置１０１の総
合的な試験は、各ユニットの表示部の監視などのため扉
８は開放した状態で行うのが一般的である。ところで、
ユニット５８の半導体パワーモジュール６０などのよう
なスイチィング素子は過負荷耐量が小さいので、ヒート
シンクを使用した強制冷却無しでは、たとえ短時間でも
通電できない。仮にユニット５８のヒートシンク６１を
防塵区画１１１内に一般的な方法で取付けて、他のユニ
ットと同様に間接冷却した場合、扉８を開放すると、強
制対流循環が損なわれ、温度上昇が過大になる危険が生
ずる。しかし、本実施例によれば、扉８を開放しても外
気流路１１４内の強制対流は維持されるので、上記問題
は回避される。

【００２３】図４に示すように内気側矩形流路９０への
吸気口となる第１の内気通気口６Ａは天板４の真下に設
けられているため、最も高温になる防塵区画１１１内の
最上部の内気が円滑に吸い込まれ、外気側矩形流路９１
内の外気との温度差が大きくなり、放熱量が増大する。
又、第１の内気通気口６Ａは防塵区画１１１のほぼ全幅
に設けられているため、内気は均一に上昇して吸い込ま
れ、空気淀みの発生、ホットスポットの発生が防止され
る。又、数値制御ユニット５５は内気ファン５２より下
側に位置しているが、数値制御ユニット５５自身が垂直
方向に空気を吸引する冷却ファン（図示せず）を備えて
いるので、防塵区画１１１の下部の内気も十分攪拌され
低い温度に保たれる。第２の通気区画内１１３内の電気
機器は前述したように外気により強制冷却されるので、
自然空冷で必要とする制御装置内空間より狭い制御装置
内空間に収納でき、第２の通気区画内１１３は小形に形
成でき、制御装置１０１全体も小形化される。

【００２４】上記実施例のパルス電源ユニット５８では
半導体パワーモジュール６０について説明したが、半導
体スイッチング素子など他の発熱体を使用しても同様の
効果が得られる。又、前面板６４は経済的な効果が得ら
れればアルミダイカストによりヒートシンク６１と一体
形成しても良い。又、ヒートシンク６１の放熱フィンの
型式としてはピンフィン型などさまざまなものを採用で
きる。又、ガイドレール９３はＵ字形溝の例で説明した
が、例えば、ユニット側にＵ字形溝を形成し、側面壁２
１Ｃに穿設された開口２１Ｅの縁に嵌合するなど、種々
の構成のものを採用できる。又、外気ダクト２０は図
３、図４の一点鎖線２４で示すように、水平矩形部２２
を左方にも延長して左側壁２にも連結し、左右の側面通
気口から吸気するようにして吸い込み風量を増大でき
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
次のような優れた効果が得られる。制御装置内に形成し
た外気通風路内に発熱体が固定されるヒートシンクを配
設し、外気により強制冷却しているので、制御装置内の
発熱量が低減でき、上記ヒートシンクの冷却効率を向上
出来る。また、上記ヒートシンクを備えたユニットは外
気通風路内に着脱自在に挿入できる構成にしたので、ス
ペースの有効利用が図れると共に、組立及び保守点検作
業が容易にできる制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による制御装置の扉を除
いた正面図である。

【図２】 図１に示したＡ−Ａ線部分の断面図である。

【図３】 図１に示したパルス電源ユニット部分の一部
破断正面図である。

【図４】 図３に示したＢ−Ｂ線部分の断面図である。

【図５】 図３に示した外気ユニットの斜視図である。

【符号の説明】

筐体、３Ａ 側面通気口、４ 天板、４Ａ 天井通気口 第１の仕切壁、６Ａ 第１の内気通気口、６Ｂ 第２の
内気通気口 ７ 第２の仕切壁、８ 扉、９ 裏板、１２ 伝熱板、
２０ 外気ダクト 外気ファン、５２ 内気ファン、５３ 冷却ファン パルス電源ユニット、５９ 極性切換ユニット ６０ 半導体パワーモジュール、６１・・・ヒートシン
ク ６１Ａ ベースプレート、６１Ｂ 放熱フィン、６２
制御基板 ６４ 前面板、７４ 半導体スイッチング素子、９０
内気側矩形流路 ９１ 外気側矩形流路、９３ ガイドレール、１０１
制御装置 １１１ 防塵区画、１１２ 第１の通気区画

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体に電子機器を内蔵した制御装置にお
   いて、前記筐体の前面部に配設される前面板と、前記前
   面板の内側に一端面が当接して装着されると共に、一面
   に放熱部を有し、他面に電子機器が装着されるベースプ
   レートを有するヒートシンクと、前記筐体内に設けら
   れ、前記ベースプレートの他端面と係合し、前記ベース
   プレートを前記筐体内で立設させるガイドレールとを備
   え、更に、前記ガイドレールに前記ベースプレートを係
   合して立設させ、前記ベースプレートにより前記筐体内
   を前記電子機器が配置される空間と、前記放熱部が配置
   される空間とに分割し、前記放熱部の配置される前記空
   間には前記放熱部を冷却する通風路を形成したことを特
   徴とする電子機器を内蔵した制御装置。