JP2010124595A - プレス加工による制御盤扉の強度向上及び変形防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御盤に装着されている電子機器等からの熱により、内圧が上昇して、扉の内側から膨出変形する部位を、補強材を用いず、プレス加工によって補強し、更に外部から「粉塵」や「オイルミスト」の侵入を防止。
【解決手段】「パッキング周辺を補強する溝状のプレス（構造１）」と「扉全体を補強する“中央部が周囲より盛り上がった”多段プレス（構造２）」によって構成する。（構造２）によって、扉全体を補強しつつ、若干ではあるが中央部が盛り上がることで（内部圧力が熱膨張によって大きくなった場合に）扉部分が膨らむ形状を予め実現する効果もある（フラットな形状に比べて応力分布が一様になる）。その上で、（構造１）によって「パッキング周辺」を補強しているため、頑強な補強材を用いなくとも、プレスによる補強のみで、制御盤扉の補強を実現。
【選択図】図４

Description

本発明は、「粉塵」や「オイルミスト」が多々存在する工場内に設置する、精密かつ発熱を伴う電子機器等によって構成された制御・操作装置（以下、制御盤）の筐体に関し、溶接作業を不要とし、溶接接合と同等の強度を確保できるとともに、熱膨張等の影響を受けにくく、高精度に組立できる、生産性の高い制御盤の扉の構造に関するものである。特に、制御盤に内蔵されている各機器から発生する熱よって空気が膨張されることによる扉の変形を防ぎ、外部から「粉塵」や「オイルミスト」の侵入を防止するための変形防止方法に関するものである

近年、機械設備の制御盤の中にはコンピュータ等の精密な電子装置が内蔵されるようになってきた。これらの精密機器は発熱する上に、工場に存在する「粉塵」や「オイルミスト」には非常に弱い。精密機器の発熱によって（周囲の空気が熱せられて膨張すると）扉が膨らみ、その隙間から「粉塵」や「オイルミスト」が浸入する。

これら、「粉塵」や「オイルミスト」の侵入を防ぐには、制御盤の気密性を保つ必要がある。そのため、多くの制御盤では、該制御盤の扉の内面にゴムやプラスティックなどの弾性材料からなるパッキングを取り付け、扉を閉じたときにパッキングが箱体の開口部周囲の前板に圧接して密閉するようにしてある。このパッキングの取り付けは、箱体の開口部を囲む位置で扉の内側面にパッキングの底面を接着剤または両面テープなどで固着させ、あるいは、扉のパッキング取付面に、パッキングを嵌合させるガイドを設け、このガイドに沿ってパッキングを挿入し接着剤で取り付けるようにしている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−０４１７２０号 公報

しかし、近年の制御盤は、著しく電子化が進展しており、高機能化に伴って、消費電力が増大−すなわち、発熱量が増大−し、熱膨張によって制御盤内の圧力が高くなると（パッキングを施していても）微妙な“扉の歪み”が生じてしまう。このため、一般的には、制御盤を防塵的に密閉し、内圧が上昇しても“歪み”が発生しないよう、扉を補強して“強固な扉”を構成することが多い。

従来の制御盤や配電盤などの扉を補強する場合、一般的に補強材を溶接接合によって補強することが多かった。しかし、溶接接合による補強は、溶接焼け（酸化による肌荒れや冷却後の収縮による溶接痕）の修正・除去のために、その塗装前に当該溶接焼けをグラインダー仕上げする必要があるという課題があった。また、補強材の溶接接合は、筐体を反転させるなどの姿勢替えが必要であり、作業性を損なうなどの課題があった。さらに、補強材も高騰しており、コスト的にも改善の要求が大きい。

このため、近年では溶接による接合ではなく、リベットによる接合が多く提案されている。例えば、特許文献２では、天板の内面と側板の内面と前面フランジ部の内面とに当接する三つの当接面を有し、前記各内面によって形成される入隅部に密着して補強する上枠部材を備え、上枠部材は、前記入隅部の近傍に配置される前記当接面の一部を互いに重ね合わせることによって形成した肉厚部を備えるとともに、天板と側板と前面フランジ部とにそれぞれリベットによって締結され、前記肉厚部は、当該リベットが貫通することによって、溶接工程が不要な補強方法が提案されている。
特開２００１−２１７５７４号 公報

上記のように、制御盤は（熱が原因で生じる）内圧変化によって膨張・収縮が絶えず生じる条件の下で気密性を維持しなければならない。気密性は微妙な変形でも損なわれる。そのため、前述のように、パッキングを施した上で、その周囲を“補強材”によって補強することで気密性を確保する方法が一般には行われる。この補強材を用いる方法は（特許文献２のように溶接を行わなくとも）扉の重量化を招くだけでなく作業工程が多くなる。また、補強材を用いることには変わらないので、コスト的にも多大な負担となる。

具体的には、（１）鉄板を扉の内側の何箇所にも溶接しなければならないので、製作工数が掛る。（２）補強の鉄板が多く、かなりの重量になるので、持ち運び、設置が難しく、落下や腰痛の危険が有る。（３）鋼材の使用量が多くなり、コストアップになる。（４）防爆形の制御盤も考えられるが、コストアップ、外形、寸法が制限されてしまうので使用できない。等々の問題点がある。

本発明では、制御盤に装着されている電子機器等からの熱により、内圧が上昇して、扉の内側から膨出変形する部位を、補強材を用いず、プレス加工によって補強する。この場合、膨出変形に対する補強（膨出変形）が目的なので、第一義的には、パッキングの周囲を一定の“幅”と“深さ”を持つ凹状あるいは凸状のプレス加工を扉に施す。

もっとも、内気の熱膨張による圧力は扉全体に加わるため、扉全体を補強する必要がある。この場合、場所によって扉に加わる力の加わり方（以下、応力分布）に基づいた補強をしなければ効果がない。すなわち、単に「パッキング周辺のみを補強」しても気密性は維持できないが、だからといって、やみくもに扉全域に無用なプレスを施しても、バランスが悪ければ（パッキング周辺が相対的に弱くなってしまえば）やはり気密性は維持できない。

このようなことから、本願発明では「パッキング周辺を補強する溝状のプレス（構造１）」と「扉全体を補強する“中央部が周囲より盛り上がった”多段プレス（構造２）」によって構成する。（構造２）によって、扉全体を補強しつつ、若干ではあるが中央部が盛り上がることで（内部圧力が熱膨張によって大きくなった場合に）扉部分が膨らむ形状を予め実現する効果もある（フラットな形状に比べて応力分布が一様になる）。その上で、（構造１）によって「パッキング周辺」を補強しているため、頑強な補強材を用いなくとも、プレスによる補強のみで、制御盤扉の補強を実現できる。

ここで“多段プレス”とは「階段状にプレス加工する」の意味である。従って、プレス工程において「何回かに分けてプレスをする」必要はない。実際は、複数の段がある金型で“一回”プレスすれば実現できる。

本願発明では、扉全域において多段プレス加工（プレス加工は“一回”で実施できる）によって、扉全体を補強している。これは、従来の『補強板による補強』を『プレス加工』に置き換えただけでなく、扉自体に（ゆるやかな）段状凸構造を与える意味もある。フラットな平板よりも（ゆるやかではあっても）ドームのように凸形状にした方が（特に、内部から圧力が加わる場合は）構造的には安定になる−局所的に力が集中しにくい−利点がある。

本願発明では、このように“扉全体”を補強して（熱膨張による）内圧の影響を最小限にした上で、パッキング周辺に（パッキング周辺の歪みを防ぐための）さらに“プレス加工”を施している。パッキングの許容範囲内の歪み（変位）ならば気密性は維持できるが、扉全体の歪み（変形）を最小限に抑えているため、パッキング周辺の局部的な歪みも、該プレス加工による補強だけで十分に気密性を保持できる程度に抑圧できる。

ＣＡＥの解析結果でも、従来法（扉に補強板を付設した方法）では、中央部に応力が集中しているが（図１０ａ）、本願発明の方法では応力が均一に分散されている（図１０ｂ）。実際の製品では、密閉度に関しては従来法と同様以上の性能を持ちつつ、扉重量が25％以上軽減されている。

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具体的に説明する。

図１〜３には従来の補強板を用いた制御盤、図４〜６には本願発明の実施例１を示す。

図１は、本発明を適用しない従来の制御盤の例である。制御盤（本体）１０の前面には扉１１が付設されている。扉の裏側には（図示はしていないが）外縁部にゴム等の弾力性のある材質でできたパッキングが備えられている。このパッキングの内側に（該パッキングに沿って）補強材１０１ａあるいは１０１ｂが溶接あるいはリベットによって固定されている。

図２は、図１の制御盤の扉１１を半分に切断した断面図である。図２は補強材１０１ａは割愛されているが、１０１ｂの補強板の断面は図示されている。このような（金属製の）補強材を（溶接等で）扉に接合するのであるから、必然的に（手間も要するし）扉の重量も重くなる。

図３は、熱交換装置を設置する場合の扉の例（正面図）を示している。熱交換装置を装着する場合（ここに特別な荷重がかかるので）好ましくは、当該部分の周囲を補強した方が良い。この例では、熱交換装置に沿わせた補強板が追加して設置されている。

図４は、図１の制御盤の補強材に対応させてプレス加工により補強した例である。パッキングの周囲（やや内側）にプレス部（図４では内側の凹んでいる）が施されている。このプレス部に（外側に凸む）プレス部が３箇所に施されている。そのうち、中央のプレス部は、さらに（外側に凸む）プレス部が形成されている。

図５は、図４の制御盤の扉１１を半分に切断した断面図である。図５は補強材の代わりに断面が扉の凹凸に置き換わっている。従って（手間も小さくなるし）扉の重量も軽くなる。

図６は、扉の中央部（最も凸む部分）に熱交換装置を設置した例である。この例は、二段階にしたプレスの二段階部分に熱交換装置を設置している。熱交換装置は二段階プレスの最上階部分に限る必要はない。しかし、この場合、熱交換装置を収納する空間も生じるので、熱交換装置を多段プレスの“最も凸む部分”に設置する利点は大きい。

図７〜９には本発明の実施例２を示す。
この実施例は、パッキング周辺に帯状プレス部を持つ。この内側に、実施例１と同形状のプレスが施されている。

図７は（図４と同様に）図１の制御盤の補強材に対応させてプレス加工により補強した例である。この例の特徴は、パッキングに沿って溝状のプレス部を持つことである。この内側に（実施例１のような）ドーナツ状のプレス加工溝（図４の例では内側の凹んでいる）を持つ。この部分は（実施例１のように）中央部の面状プレス加工溝が完全には分離していない。ドーナツ状のプレス加工溝の中央部に（広い面状のプレスを施さず）複数の小さなプレス加工を直接配置し、その一部に多段階のプレス加工を施している。このように、周辺部のプレス加工と中央部のプレス加工が完全に分離している必要はない。

図８は、図７の制御盤の扉１１を半分に切断した断面図である。図４・図５と比べると（凹凸の加減が反転する等）若干の違いがある。しかし、要は、プレス加工によって必要な部位に必要な条件（パッキング周辺が最重要であり、他部位は大きく歪まない程度）で補強できれば、効果に問題ない。

図９は、扉の中央部に熱交換装置を設置した例である。この例も、二段階にしたプレスの二段階部分に熱交換装置を設置している。熱交換装置は二段階プレスの最上階部分に限る必要はない。しかし、この場合、熱交換装置を収納する空間も生じるので、熱交換装置を多段プレスの最上階部分に設置する利点は大きい。

図１０は、従来法（溶接仕様）と本願発明（実施例２）の（ＣＡＥによる）応力分布シミュレーションの結果である。図１０（ａ）は、従来の補強板による扉の補強による応力分布を表わしている。図１０（ｂ）は、本願発明による扉の補強による応力分布を表わしている。これから分かるように、応力分布は（従来法よりも）むしろ本願発明の分布の方が好ましい結果が出ている。

従来の制御盤の例（全体図） 従来の制御盤の例（断面図） 従来の制御盤の例（熱交換装置を備えた場合の扉の正面図） 実施例１の制御盤の例（全体図） 実施例１の制御盤の例（断面図） 実施例１の制御盤の例（熱交換装置を備えた場合の扉の正面図） 実施例２の制御盤の例（全体図） 実施例２の制御盤の例（断面図） 実施例２の制御盤の例（熱交換装置を備えた場合の扉の正面図） 扉に加わる応力解析例（全体図）

符号の説明

１０ ；制御盤（本体）
１１ ；制御盤（扉）
１０１ａ ；補強板
１０１ｂ ；補強板
３０１ ；熱交換装置用の穴
４０１ ；プレス部（一段目）
４０１ａ ；プレス段（パッキング側）
４０１ｂ ；プレス段（中央側）
４０２ ；プレス部（二段目）
６０１ ；熱交換装置用の穴
７０１ ；プレス部（一段）
７０２ ；プレス部（二段）
９０１ ；熱交換装置用の穴

Claims (4)

1. 工場内に設置する制御盤の扉に係わり、該制御盤の扉と筐体の接合部に機密性を保持するパッキングが施されている扉であって、該パッキング周辺の扉部材を補強するために、該パッキングに沿って凹状あるいは凸状のプレス加工を施した制御盤扉の強度向上方法。
2. 請求項１に係わり、
   該扉をさらに補強するため、パッキングに沿って施されたプレス加工によって形成された前記プレス部に、さらに、扉全体の強度向上を目的としたプレス部を施した、制御盤扉の強度向上方法。
3. 請求項２に係わり、
   扉全体の強度向上を目的とした、内側のプレス部の形状が、扉の外側に凸状に加工されたものであって、プレスの境界部（以下、段）が複数ある（以下、多段凸状）形状を持つことを特徴とする制御盤扉の強度向上方法。
4. 請求項３に係わり、
   制御盤の熱を外に排出するための熱交換装置を有する制御盤において、
   該熱交換装置を、前記の多段凸形状のプレス部の、もっとも凸む部分に設置することを特徴とした制御盤扉の強度向上方法。

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