JP2012256768A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの装置にて、製品のラインナップの充実を高め、熱・ノイズに対して信頼性が高く、かつ低コストの制御装置の実装構造を実現する。
【解決手段】制御装置１の実装構造は、上面側に開口部を有する箱型形状に形成され、内部実装機器２，４，５，６及び１２または１５とが搭載される外枠を成す筐体フレーム３と、内部実装機器の１３または、１４が金具及びプリント板の換装により、実装でき、外気取り入れファン８により、高発熱部品のＨＤＤ・ＣＰＵを効率的に冷却する冷却風洞を備え、筐体フレーム３に設けられた通風孔１０の孔をシールド効果の高い形状とし、筐体フレーム３や各部材に押し出し部２３を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制御装置に関する。

社会インフラ・公共システム製品などを支える制御装置は、昨今、実装する部品内部機器や部品の新しい規格への適応・低電圧化・高速化・高密度化など急速に技術が進歩し、製品の高い拡張性・ラインナップの拡充・小型化・高性能化・低コスト化の要求が益々高まっている。

そのため、製品開発においては、多種の規格に対応するため、多くの機種開発で開発コストが増えており、また、熱・ノイズに対する対策など製品の信頼性を確保するのに苦慮していた。加えて製品のライフサイクルも短命化し、信頼性を確保しながら新製品をいち早く市場投入しなければならない状況にある。

このような、製品の高い拡張性・ラインナップの拡充・小型化・高性能化・低コスト化の要求に対する技術は、例えば、特開２０１１−３５２０８号公報に記載されている。

特開２０１１−３５２０８号公報

このような制御装置において高信頼性が求められ、開発コスト低減、ラインナップの拡充・熱・ノイズに対する対策が求められるが、ラインナップの拡充には、規格に適合した構造としなければならないが、各規格により製品の寸法が大きく異なっているため１つの製品での対応は難しい。

例えば、増設用のＩ／Ｏモジュールにおいては、例えば、フルハイトと呼ばれる１０６.６８mmの高さとロープロファイルと呼ばれる６４.４１mmの高さの２種類がある。

２種類の規格に対応するには、物理的高さが異なり２種類の規格に対応した構造の開発が必要となることが問題となっている。

また、熱対策においては、製品の内部に実装される電子部品や機器の発熱量が多くなり強制ファン冷却のみでは足らず、冷却フィンを実装し対応しているが、年々増加する発熱に対しては冷却フィンを大型化せざるを得ないことが問題となっている。

同時に、発熱量が増加する部品や機器は、制御装置内の複数箇所にあり、外部から取り込んだ冷却風を複数の発熱部に循環させ、発生した高熱を効率よく排気させる必要がある。

このため、制御装置内に複数のファンやフィンを設けたり、内部の空気抵抗を少なく循環させる整流板や風洞を設けるなどが必要となることが問題となっている。

さらに、ノイズ対策においては、電子部品や機器の低電圧化・微細化・高速化などにより、制御装置内のノイズ源やノイズレベルが増加し、製品の高密度化により、ノイズ伝送経路も複雑化している。これらの内部で発生するノイズを製品外部に漏れないように外郭を成す筐体フレームや外装カバー、及び内部実装金具類などで密着性を確保してアース経路に落とす必要がある。

このため、従来、部材間に導伝性の良い市販ガスケットを挟んだり、専用のアースバネを製作し挟んだり、或いは市販のアースバネ（フィンガなど）を挟んだり、鋼材の塗装や表面処理を剥離したりする必要があることが問題となっている。

本発明の目的は上記の問題の少なくとも１つを解決することが可能な制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、筺体の一方端に拡張Ｉ／Ｏボードが実装される開口部を有し、換装される金具あるいはプリント板を介して異なるサイズの拡張ボードが互い代替的に前記開口部に実装可能に構成される。

本発明によれば、製品のラインナップ充実性が高く、低コストの制御装置を実現できる。

本発明の実施形態である制御装置の概略の斜視図である。 本発明の実施形態である制御装置の分解図である。 本発明の実施形態であるＩ／Ｏボードを実装する際の斜視図である。 本発明の実施形態であるロープロサイズのＩ／Ｏボードを実装する際の拡大図である。 本発明の実施形態である高信頼シールドＩ／Ｏモジュールフレーム内部構造の概略図である。 本発明の実施形態である高信頼シールドフレーム構造の概略図である。 本発明の実施形態である高信頼シールドフレーム通風孔の拡大図である。 本発明の実施形態である冷却風洞構造の概略図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である制御装置の概略図である。図１は、２種類のＩ／Ｏモジュールに適合し、熱・ノイズに対して高い信頼性を必要とするフロントパネル付制御装置１であり、定められた筐体フレーム（箱型）３の中は高密度実装となっている。導通性を必要とする外装カバー類は除いた状態である（実際の使用の際には外装カバーが装置される）。

図１（Ａ）では、フルハイトサイズ対応のＩ／ＯボードがＩ／Ｏモジュールを介して装着されており、一方、図１（Ｂ）では、図１（Ａ）と代替的に、ロープロファイルサイズ対応のＩ／ＯボードがＩ／Ｏ固定金具を利用して装着されている。フロントパネル付制御装置１の一部をなす筺体フレーム３内には、電源２と冷却風洞１１が配置されている。

図２は、本発明の一実施例である制御装置の分解図である。Ｉ／Ｏモジュール１２とフルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード１３との組と、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード１４とＩ／Ｏ固定金具１５との組との一方の組が装着される。筐体フレーム３には、主に内部実装機器・部品を稼動させる電源（電源モジュール）２、筐体フレーム３内の底面に制御プリント板であるマザーボード６、ＨＤＤ実装トレー１９やＤＶＤメディア装置５を実装するＨＤＤやぐら（実装モジュール）９、フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード１３などを幾つか実装するＩ／Ｏモジュール１２、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード１４などを幾つか実装するための、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏ固定金具１５などで構成された。

ここで、ＬＡＮ端子（図示せず）を介して情報がマザーボード６に装置されたＣＰＵ（図示せず）に供給され、ＣＰＵはこの情報に基づいて指令情報を演算を実行してＬＡＮ端子（図示せず）を介して外部機器に指令を供給する。

ＣＰＵは、ＨＤＤ４に格納されたプログラム、あるいはＤＶＤメディア装置５に格納された各情報を演算の過程で利用する。

装置内には、冷却性能を確保するために、装置正面側となるＨＤＤ実装トレー１９などを挿入する面の装置内側に冷却ファン８が設けられており、マザーボード６には、ＣＰＵなど高発熱部におのおの冷却フィン７が実装され、特に装置中央に実装された冷却フィン７は、最も発熱する部分であり、通風孔１０より外気を冷却ファン８で強制的に装置内に吸い込むが、冷却フィン７と同時にＨＤＤ４を同時に冷却するため、冷却風洞１１が実装されている。

なお、フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード１３が用いられても、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード１４であっても、後述のコネクタ２０を介して、マザーボード６（ＣＰＵ）とバス（図示せず）を介して接続される。

図３は、本発明の一実施例である２種類のＩ／Ｏモジュールを実装する際の概略図である。Ｉ／Ｏモジュール１２とＩ／Ｏ固定金具１５は、図１のフロントパネル付制御装置１内の後方片端に垂直に実装され、Ｉ／Ｏモジュール１２はマザーボード６上のコネクタ２０ａ，２０ｂに接続される。Ｉ／Ｏ固定金具１５は、筐体フレーム３に垂直に実装され、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード１４がマザーボード６上のコネクタ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに垂直に接続される。

２つの種類の規格に対応する実装構造を前記の通り、少ない部品点数の換装で行うことにより、材料費削減などの低コスト化、１つの製品にて実現できるため開発費のコスト低減となる。

図４は、本発明の一実施例であるロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボードを実装する際の拡大図である。本図のロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード１４は、ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具１７を介しＩ／Ｏ固定金具１５へ実装される。ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具１７は、筐体フレーム３にあるロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具挿入孔２１に挿入し、反対側をネジ１本で実装する引っ掛け構造となっている。Ｉ／Ｏ固定金具１５は、筐体フレーム３の爪部２２の内側に挿入し、爪部２２以外は、筐体フレーム３の外側に実装される引っ掛け構造となっている。

また、Ｉ／Ｏ固定金具１５上部、及び閉止板１８には外装カバーと接触する面に電気的導通性を確保するために押し出し部２３が加工されている。

図５は、本発明の一実施例である高信頼シールドＩ／Ｏモジュールフレーム構造の概略図である。本図のＩ／Ｏモジュール１２は、図１のフロントパネル付制御装置１内の後方片端に実装され、フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード１３をフルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具１６を介しＩ／Ｏモジュールフレームに実装される。フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具１６は、Ｉ／Ｏモジュールにあるフルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具挿入孔２４に挿入し、反対側をネジ１本で実装する引っ掛け構造となっている。

また、Ｉ／Ｏモジュールフレームには、外装カバーに接触する面に電気的特性を確保するために押し出し部２３が加工されている。

図６は、本発明の一実施例である高信頼シールドフレーム構造の概略図である。１つの鋼材を箱型形状になるようにいくつか曲げ加工を施し、外装カバーと接触する面に電気的導通性を確保するための円柱状の押し出し部（押し出し加工）２３をフレーム上部の各四方向に一定の間隔で設けた筐体フレーム３である。

図７は、本発明の一実施例である高信頼シールドフレームの通風孔の拡大図である。フロントパネル付制御装置１内部に外気を冷却ファン８により取り入れる通風孔１０の孔の形状、及び寸法は、孔径を小さくし多量に設けることで合計面積が同じ条件での孔径が大きいものや、長円に比べ筐体フレーム３に流れる電流方向が縦横に流れるため、シールド性が向上できる。

図８は、本発明の一実施例である高信頼冷却風洞構造の概略図である。冷却風洞１１は、フロントパネル付制御装置１内部に外気取り入れ冷却ファン８の後方及び、側面に高発熱部がある実装形態において、冷却ファン８を囲うように成型し、側面に風孔及び風孔内部に爪を設けて、効率的に側面に冷却風を送り、冷却ファンの後方にある冷却フィン近傍まで冷却風洞を設けることで効率的に高発熱部材のＣＰＵ及びＨＤＤを冷却できる。

以上、本実施例の技術を要約すると、（１）制御装置内の増設用Ｉ／Ｏモジュールを金具及びプリント板の換装により、２種類の規格に対応する構造、（２）制御装置内の外気取り入れファンにより、ＨＤＤ・ＣＰＵなど複数箇所冷却が必要とする高密度実装において効率的に冷却風を送る冷却風洞構造、（３）外気取り入れのための、通風孔の孔をシールド効果の高い形状とし、筐体フレームや各部材に直接ボスなどを押し出し加工し組み合わせ部材間の導通性が向上するシールド構造、これらを組み合わせた制御装置により、課題である製品のラインナップの充実を高め、熱・ノイズ、及び低コストを容易に実現することができる。

１ フロントパネル付制御装置
２ 電源
３ 筐体フレーム
４ ＨＤＤ
５ ＤＶＤメディア装置
６ マザーボード
７ 冷却フィン
８ 冷却ファン
９ ＨＤＤやぐら
１０ 通風孔
１１ 冷却風洞
１２ Ｉ／Ｏモジュール
１３ フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード
１４ ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード
１５ Ｉ／Ｏ固定金具
１６ フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具
１７ ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具
１８ 閉止板
１９ ＨＤＤ実装トレー
２０ コネクタ
２１ ロープロファイルサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具挿入孔
２２ 爪部
２３ 押し出し部
２４ フルハイトサイズ対応のＩ／Ｏボード固定金具挿入孔

Claims (5)

1. 制御装置において、筺体の一方端に拡張Ｉ／Ｏボードが実装される開口部を有し、換装される金具あるいはプリント板を介して異なるサイズの拡張ボードが互い代替的に前記開口部に実装可能に構成されることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１において、前記筺体は、鋼材を箱型形状になるように幾つか曲げ加工して成型された筐体フレームから成り、前記筺体フレームの電気的導通性を必要とする部材と組み合わせる面に、押し出し加工を施したことを特徴とする制御装置。
3. 請求項１において、筐体フレームに流れる電流方向が縦横均一となるように小径丸型形状の通風孔を設けたことを特徴とする制御装置。
4. 請求項２において、押し出し加工された部品の形状は、円柱形あるいは球形であり、前記押し出し部は、電気的導通性を必要とする部材と組み合わせる面に一定距離の間隔で複数設けられていることを特徴とする制御装置。
5. 請求項１において、外気吸い込みファンが実装され、そのファン後方部、及び側面部に高発熱部品が実装されており、前記外気吸い込みファンを囲い、側面部に風孔を設けたことを特徴とする制御装置。