JP2009117456A

JP2009117456A - 電気機器

Info

Publication number: JP2009117456A
Application number: JP2007286061A
Authority: JP
Inventors: Akio Takeda; 明夫武田
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】本発明は部品の動作保障温度の上限値に応じた冷却を行うことによって、最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できる電気機器を提供する。
【解決手段】高温部品と低温部品を一の外装筺体２の内部に格納してなるコントローラ１において、外装筺体２の内部を前記高温部品を配置する高温度領域と前記低温部品を配置する低温度領域に区画するとともに、前記高温度領域と前記低温度領域の間の熱または熱流体の移動を妨げる電源ボックス２１を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、一の筺体に動作保障温度の異なる複数の部品を格納してなる電気機器、特に、このような電気機器の放熱・冷却に関するものである。

電気機器は多数の発熱部品を筺体に格納して構成されるので、電気機器の筺体内部の温度は動作中に上昇する。そして、筺体内部の温度が部品の正常な動作が保障される温度（動作保障温度）の上限を超えて上昇すると、部品は正常に動作できなくなる。したがって、電気機器の筺体内部の温度が動作保障温度の上限以下になるように冷却する必要がある。

例えば、特許文献１には、オーディオ装置の筺体の内部空間を複数の区画に分割して、前記複数の区画ごとに放熱手段を設置することによって、前記複数の区画間の温度差に起因する不具合の発生を防ぐことが提案されている。

また、特許文献２には、配線板収容筺体の正面から収容される副配線基板を冷却するための表側用通風路と前記筺体の背面から収容される副配線基板を冷却するための裏側用通風路を前記筺体に備えることが提案されている。この構成により、特許文献２の配線板収容筺体は、筺体の正面から収容される副配線基板と筺体の背面から収容される副配線基板のそれぞれを別個の通風路を介して通風冷却するので、高い冷却性能を得ることができるとされている。

特開２００６−１４０４１５号公報特開２００６−２０２８２２号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された電気機器は、筺体内部の空間を複数の区画に分割し、該複数の区画にそれぞれ冷却用の通風路を設けているので、前記筺体内部の空間を効率良く冷却することができるが、前記複数の区画の中には動作保障温度が異なる部品が混在しているので、動作保障温度の上限が低い部品が動作不良を起こすという問題があった。以下、この問題について詳しく説明する。

動作保障温度の上限は部品の種類によって異なる。一般に変圧器、周波数変換器、継電器、レギュレータなどは動作保障温度の上限が高く、各種制御基板やＬＣＤ装置などの動作保障温度の上限は低い。以下、本明細書では、動作保障温度の上限が高い部品を「高温部品」、動作保障温度の上限が低い部品を「低温部品」と呼ぶことにする。

また一般に、高温部品は発熱量が大きく、低温部品は発熱量が小さい。したがって、同一区画に高温部品と低温部品を混在させると、高温部品の発熱量と低温部品の動作保障温度の上限値に合わせた冷却装置を備えなければならないので、強力な冷却装置を必要とする。冷却装置の能力が不足すれば、当該区画内の温度が低温部品の動作保障温度の上限値を超え、低温部品の動作不良を生じる。一方、冷却装置に十分な能力を与えようとすれば、電源容量や筺体の容積を拡大しなければならない。

ところが、近年では各種電気機器類は小型化の要求が強く、十分な冷却装置を筐体に設けることは困難になりつつある。その一方で、小型化のために小さな筐体に高温部品と低温部品を混在させなければならない状況である。そのため最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できる電気機器の必要性が高まっている。

そこで、本発明は部品の動作保障温度の上限値に応じた冷却を行うことによって、最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できる電気機器を提供することを目的とする。

本発明に係る電気機器の第１の構成は、動作保障温度の上限が高い部品（以下、高温部品という）と、動作保障温度の上限が低い部品（以下、低温部品という）を一の外装筺体の内部に格納してなる電気機器において、前記外装筺体の内部を、前記高温部品を配置する高温度領域と前記低温部品を配置する低温度領域に区画するとともに、前記高温度領域と前記低温度領域の間の熱または熱流体の移動を妨げる熱遮蔽手段を備えることを特徴とする

この構成によれば、電気機器の外装筺体を高温度領域と低温度領域に区画して、前記高温度領域と前記低温度領域の間に熱遮蔽手段を備えたので、高温度領域は高温部品の大きな発熱量と動作保障温度の上限値に対応する冷却を、低温度領域は低温部品の発熱量と動作保障温度の上限値に対応する冷却をそれぞれ別個に行うことができる。したがって、高温度領域と低温度領域を過不足なく冷却することができるから、最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できる。

なお、熱遮蔽手段は完全な断熱構造や気密構造を必要としない。高温度領域と低温度領域の間の熱または熱流体の移動を制限して、本発明の目的を達成できる限りにおいて、多少の熱あるいは熱流体の漏洩は許容される。

本発明に係る電気機器の第２の構成は、前記第１の構成において、前記熱遮蔽手段は、前記外装筺体の内部にあって前記高温部品を格納する内部筺体であることを特徴とする。

この構成によれば、高温部品を内部筺体に格納するので、高温度領域と低温度領域の間の熱または熱流体の移動をより完全に遮断することができる。

本発明に係る電気機器の第３の構成は、前記第１または第２の構成において、前記高温度領域および前記低温度領域の少なくとも一方には前記外装筐体の外部の空気を直接導入するとともに、導入した空気を直接排出する冷却通風路が備えられていることを特徴とする。

この構成によれば、本発明に係る電気機器は、外装筺体の外部の空気を高温度領域および低温度領域に直接導入するとともに、それぞれの領域の空気を外装筺体の外部に直接排出する冷却通風路を備えるので、１つの筐体内に、異なる温度領域を持つ区画を配置することができる。

なお、ここで、「直接」とは自分の領域を冷却した空気が、相手の領域内の温度には影響を与えないような形で排出されることを意味する。したがって、例えば低温度領域内にダクトあるいはホースを導設して、高温度領域内への給排気が低温度領域の空気と混ざらないようにした場合も、「直接」の要件を満足する。

また、相手の領域内の温度には影響を与えないのであれば、それぞれの領域から筐体外に排気をするのではなく、筐体内に排気するようにしてもよい。このような条件を満たすことができれば、その場合も、「直接」の要件を満足する。

例えば、お互いに相手の領域の温度に影響を与えないような共有領域を筐体内に用意し、この共有領域に低温度領域からの排気と高温度領域からの排気を行い、そして、共有領域内の空気を筐体外へ排出するための排気口を筐体に設けてもよい。このようにすると、筐体外へ排気する排気口が１つになるので、例えばクリーンルームなど、筐体外に排出された空気を、更に建物外へ排出する必要が有る場合などに、排出された空気の取り扱いを簡便にすることができる。

本発明に係る電気機器の第４の構成は、前記第３の構成において、前記高温度領域および前記低温度領域の少なくとも一方には前記外装筺体の外部の空気を強制導入するための導入手段が備えられていることを特徴とする。

この構成によれば、高温度領域や低温度領域を、例えば冷却ファンで強制空冷するので、冷却能力が大きくなる。

本発明に係る第５の構成は、前記第３または前記第４の構成において、前記低温度領域に備えられる冷却通風路は、前記高温度領域と前記低温度領域との間に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、前記高温度領域と前記低温度領域との間に所定の空間が配置されるので、前記高温度領域から放射された熱によって前記低温度領域に配置された低温部品の温度が上昇してしまうことを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、高温度領域と低温度領域の冷却をそれぞれ別個に行って、高温度領域と低温度領域を過不足なく冷却することができる電気機器を提供することができる。また、高温度領域と低温度領域を過不足なく冷却することができるから、最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できる。また、最小限の冷却装置で部品の正常な動作を保障できるから、電気機器の小型化、低消費電力化に資する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施例に係るコントローラ１の外形を示す斜視図であり、図１（ａ）は、コントローラ１を正面左斜め上から見た図であり、図１（ｂ）は、背面右斜め上から見た図である。コントローラ１は、食品製造プラントにおいて、食品の包装の表面に賞味期限等を印字するインクジェットプリンタの制御と操作を行う装置であり、外装筺体２に後述する各種部品が格納されている。

外装筺体２はコントローラ１の外郭を形成する金属製の筺体であり、正面パネル３、上面パネル４、左側面パネル５、右側面パネル６、背面パネル７及び底面パネル８（図５参照）から構成されている。正面パネル３には、インクジェットプリンタの制御と操作に必要な情報を表示するＬＣＤ（液晶表示）装置９と操作ボタン１０が取り付けられている。左側面パネル５には、後述する低温度領域で温められた冷却空気を排出する低温排気口１１が開口している。また、右側面パネル６には、後述する高温度領域で温められた冷却空気を排出する高温排気口１２が開口している。また、背面パネル７には背面換気口１３と背面高温排気口１４が開口するとともに、後述する電源ボックスに取り付けられて、電源ボックス内に冷却空気を送り込む冷却ファン１５が背面換気口１３から覗いている。

図２はコントローラ１の内部構造を示す斜視図であり、図２（ａ）は外装筺体２の一部（上面パネル４、左側面パネル５、右側面パネル６及び背面パネル７）を取り外した状態を示している。図２（ａ）において、１６は金属製のフレームであり、フレーム１６は左側板１７、右側板１８及び底板（図中では見えない）からなる。また、左側板１７には低温排気開口１９が、右側板１８には高温排気開口２０がそれぞれ開口している。また、２１はフレーム１６に固定された電源ボックスである。また、右側板１８の高温排気開口２０の中に見えるスリットは電源ボックス２１の側面に開口する高温排気スリット２２である。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したコントローラ１から電源ボックス２１のパネルの一部を取り外した状態を示している。図２（ｂ）に示すように、電源ボックス２１の内部にはトランス、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）、レギュレータなど、発熱量が大きく、動作保障温度の上限が高い部品、つまり高温部品を取り付けた電源基板２３が格納されている。また、図３および図６に示すように電源ボックス２１の外側の空間には、ＬＣＤ装置９や制御基板２４など、動作保障温度の上限が低い部品、つまり低温部品が配置されている。したがって、電源ボックス２１の内部の空間は高温度領域、電源ボックス２１の外側の空間は低温度領域を形成し、電源ボックス２１は高温度領域と低温度領域の間の熱及び熱流体の移動を妨げる熱遮蔽手段として機能する。

図３ないし図５は、コントローラ１の冷却空気の流れを示す図であり、図３はコントローラ１を背面右斜め上から見た斜視図、図４はコントローラ１を図１のＡ−Ａ線で切断した断面図、図５はコントローラ１を正面左斜め上から見た斜視図であり、コントローラ１の外形の一部をカットして示している。また、図６はコントローラ１を図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

図３に示すように、電源ボックス２１の内部の空間すなわち高温度領域においては、冷却ファン１５による強制通風冷却が行われる。なお、電源ボックス２１の外部の空間すなわち低温度領域においては、自然通風冷却が行われる。

冷却ファン１５によって電源ボックス２１の内部に吹き込まれた冷却空気は高温部品を冷却し、高温部品を冷却して高温になった冷却空気は高温排気スリット２２と高温排気開口２０を通って、右側板１８と右側面パネル６の間の空間２５（図４参照）に流出し、さらに、高温排気口１２又は背面高温排気口１４（図１（ｂ）参照）を通って、外装筺体２の外に排出される。なお、右側板１８と外装筺体２の上面パネル４の間には間隙（図４参照）があるが、この間隙にはワイヤーハーネス２６を詰め込んで、空間２５内の高温の冷却空気が低温度領域に流入することを防いでいる。

図５は低温度領域の自然通風冷却による冷却空気の流れを示している。図５に示すように、外装筺体２の底面パネル８に開口した底面換気口２７から、図６に示す空間３０内に冷却空気を取り入れ、ＬＣＤ装置９及び制御基板２４等の低温部品を冷却する。低温部品を冷却した冷却空気は低温度領域内をさらに上昇して、左側板１７の低温排気開口１９を通って、左側板１７と左側面パネル５の間の空間２８（図４参照）に流出し、さらに、低温排気口１１を通って、外装筺体２の外に排出される。

このように、高温度領域の冷却空気の流路と低温度領域の冷却空気の流路は完全に分離されているので、高温度領域の冷却空気が低温度領域に流入して、低温度領域の温度を上昇させて低温部品の機能を損なうことがない。

また、本実施例においては電源ボックス２１とＬＣＤ装置９との間に空間３０を設けてあり、その空間を冷却空気が流れるように底面換気口２７が配置されている。空気は熱伝導率が低いため、電源ボックス２１とＬＣＤ装置９との間の空間３０は電源ボックス２１から放射される熱がＬＣＤ装置９や制御基板２４へと伝わりにくくするための断熱層として機能する。従って、電源ボックス２１から放射される熱によってＬＣＤ装置９や制御基板２４の温度が上昇することを緩和することができる。

また、冷却ファン１５及び底面換気口２７を、高温排気口１２、低温排気口１１及び背面高温排気口１４から離して配置しているので、高温排気口１２、低温排気口１１及び背面高温排気口１４から排出された排気が冷却ファン１５及び底面換気口２７に逆流することがない。

なお、本実施例では冷却ファン１５で外気を電源ボックス２１内に導入したが、冷却ファン１５に代えて、排気ファンを高温排気口１２に備えて電源ボックス２１内を外気に対して負圧にして、外気を吸引するようにしてもよい。また、本実施例では低温度領域の冷却を自然通風によったが、強制通風を行ってもよい。

また、本実施例では、電源ボックス２１を熱遮蔽手段としたが、熱遮蔽手段は電源ボックス２１のような独立した筺体である必要はない。要は、高温度領域と低温度領域を区画して熱または熱流体の移動を妨げるものであれば、形式や形状は限定されない。例えば、外装筺体２の内部を上下に仕切って高温度領域と低温度領域に区画する仕切り壁を熱遮蔽手段としてもよい。

また、放射による熱の移動を妨げるために電源ボックス２１の表面に防熱材を貼り付けてもよい。

また、本実施例では、フレーム１６と外装筺体２の間の空間を冷却空気の排出路としたが、ダクトやホースを備えてもよい。

言うまでもなく、本発明の実施の形態は前記の形態に限定されるものではなく、各種の応用変形が可能である。また、本発明は産業用電気機械器具の分野だけでなく、民生用を含む各種電気機械器具に広く適用することができる。

本発明の実施例に係るコントローラの外形を示す斜視図である。本発明の実施例に係るコントローラの内部構造を示す斜視図である。本発明の実施例に係るコントローラ内部の冷却空気の流れを示す斜視図である。本発明の実施例に係るコントローラ内部の冷却空気の流れを示す横断面図である。本発明の実施例に係るコントローラ内部の冷却空気の流れを示す斜視図である。本発明の実施例に係るコントローラの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１コントローラ
２外装筺体
３正面パネル
４上面パネル
５左側面パネル
６右側面パネル
７背面パネル
８底面パネル
９ＬＣＤ装置
１０操作ボタン
１１低温排気口
１２高温排気口
１３背面換気口
１４背面高温排気口
１５冷却ファン
１６フレーム
１７左側板
１８右側板
１９低温排気開口
２０高温排気開口
２１電源ボックス
２２高温排気スリット
２３電源基板
２４制御基板
２５空間
２６ワイヤーハーネス
２７底面換気口
２８空間
３０空間

Claims

動作保障温度の上限が高い部品（以下、高温部品という）と、動作保障温度の上限が低い部品（以下、低温部品という）を一の外装筺体の内部に格納してなる電気機器において、
前記外装筺体の内部を、前記高温部品を配置する高温度領域と前記低温部品を配置する低温度領域に区画するとともに、
前記高温度領域と前記低温度領域の間の熱または熱流体の移動を妨げる熱遮蔽手段を備える
ことを特徴とする電気機器。
前記熱遮蔽手段は、前記外装筺体の内部にあって前記高温部品を格納する内部筺体である
ことを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
前記高温度領域および前記低温度領域の少なくとも一方には前記外装筐体の外部の空気を直接導入するとともに、導入した空気を直接排出する冷却通風路が備えられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気機器。
前記高温度領域および前記低温度領域の少なくとも一方には前記外装筺体の外部の空気を強制導入するための導入手段が備えられている
ことを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
前記低温度領域に備えられる冷却通風路は、前記高温度領域と前記低温度領域との間に配置されている
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気機器。