JP2019016706A - 筐体 - Google Patents

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Shuji Handa
修二 半田
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Abstract

【課題】耐震性及び軽量化を実現した筐体を提供する。
【解決手段】少なくとも四隅に配置された支柱11と、支柱11の上部に連結された上部フレーム12と、支柱11の下部に連結された下部フレーム13とを含む直方体又は略直方体形状の筐体1であって、支柱11が、第1角パイプ21と、第1角パイプ21の外面のうち少なくとも一面に密接して掴持する板金部材41とで構成され、第1角パイプ21の下方部3にだけ第2角パイプ31が挿入されているように構成して上記課題を解決した。支柱11と下部フレーム13とが連結した四隅には、支柱11と下部フレーム13とにコーナー部材14が溶接されていることが好ましい。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子機器のシステムラックとして用いられる筐体に関し、さらに詳しくは、耐震性と軽量化を実現した筐体に関する。
セキュリティの確保、防塵等を目的として、サーバ等の電子機器を内部に配置させる筐体は従来から存在する。しかし、近年の大規模な地震災害をとおして、筐体の耐震性に対する要求が高まっている。
例えば特許文献1で提案されているキャビネットは、直方体状のフレーム枠本体の左右内側に上部水平奥行フレームと下部水平フレームに上下端部を連結させた内部垂直フレームが配置されているとともに、前垂直フレームと後垂直フレームとの間に取り付けた奥行補強フレームに対し内部垂直フレームを連結させて、フレーム枠本体の左右を二重フレーム構造としている。これにより、左右の揺れに対する耐性を備えるとされている。
また、例えば特許文献2で提案されているラックは、上架と下架の間の左右両側に支柱が立設されたラックにおいて、左右の支柱に架け渡されるようにして上架及び下架に配置される補強フレームを備え、支柱と上架、支柱と下架、及び補強フレームと左右の支柱は、筋交い部材で連結されている。これにより、耐震性を備えるとされている。
特開2003−93170号公報 特開2014−107487号公報
しかしながら、上記特許文献1及び2の技術は、キャビネット又はラックに耐震性を持たせるために、フレーム枠本体の左右を二重フレーム構造、又は補強フレームを設ける構造としている。このため、従来よりも部材を多く使用することとなり、キャビネット又はラックの総重量が増え、軽量性の面で課題を有することとなる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、耐震性と軽量化を実現した筐体を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明に係る筐体は、少なくとも四隅に配置された支柱と、前記支柱の上部に連結された上部フレームと、前記支柱の下部に連結された下部フレームとを含む直方体又は略直方体形状の筐体であって、前記支柱が、第1角パイプと、前記第1角パイプの外面のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材とで構成され、前記第1角パイプの下方部にだけ第2角パイプが挿入されていることを特徴とする。
この発明によれば、筐体の四隅の支柱が、第1角パイプと、第1角パイプの外面のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材とで構成されているので、筐体の軽量化と高強度化を実現できる。また、第2角パイプが第1角パイプの下方部にだけ挿入されているので、筐体の下方部の強度を格段に増して耐震性を高めることができるとともに、軽量化も実現できる。
本発明に係る筐体において、前記支柱と前記下部フレームとが連結した四隅には、前記支柱と前記下部フレームとにコーナー部材が溶接されている。この発明によれば、コーナー部材が支柱と下部フレームとに溶接されているので、筐体の下方部の強度を向上させて耐震性を高めることができる。
本発明に係る筐体において、前記第2角パイプの長さが、200mm以上、500mm以下の範囲内であることが好ましい。この発明によれば、上記長さの第2角パイプが第1角パイプの下方部に挿入されているので、重量を増大させることなく、強度を上げて耐震性を高めることができる。
本発明に係る筐体において、前記下部フレームが、角パイプで構成されている。この発明によれば、下部フレームも角パイプで構成されているので、従来のような板金部材を複合させたものに比べて強度向上と軽量化を実現できる。
本発明によれば、耐震性と軽量化を実現した筐体を提供することができる。具体的には、筐体の四隅の支柱が第1角パイプと、第1角パイプの外面のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材とで構成されているので、筐体の軽量化と高強度化を実現できる。また、第2角パイプが第1角パイプの下方部にだけ挿入されているので、筐体の下方部の強度を格段に増して耐震性を高めることができるとともに、第2角パイプが下方部にだけ挿入されているので軽量化も実現できる。
本発明に係る筐体の一例を示す外観斜視図である。 本発明に係る筐体の骨組みの一例を示す斜視図である。 本発明に係る筐体の一例を示す正面図である。 本発明に係る筐体の下方部の二重パイプ構造部分を示すA−A断面図である。 二重パイプ構造となっている部分の断面図である。 二重パイプ構造となっていない部分の断面図である。 支柱と下部フレームとが連結した四隅にコーナー部材が溶接された形態を示す説明図である。 溶接されたコーナー部材の具体的な形態を底面側から見た図である。 実施例1の筐体の加振試験の結果を示す図である。 検討過程で作製した比較例を示す支柱の断面図である。 検討過程で作製した他の比較例を示す支柱の断面図である。
本発明に係る筐体について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
[基本構成]
本発明に係る筐体1は、図1〜図4に示すように、電子機器のシステムラックとして用いられるものであり、少なくとも四隅に配置された支柱11と、支柱11の上部に連結された上部フレーム12と、支柱11の下部に連結された下部フレーム13とを含む直方体又は略直方体形状のものである。そして、支柱11が、第1角パイプ21と、第1角パイプ21の外面24のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材41とで構成されており、第1角パイプ21の下方部3にだけ第2角パイプ31が挿入されていることに特徴がある。
この筐体1は、四隅の支柱11が、第1角パイプ21と、第1角パイプ21の外面24のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材41とで構成されているので、筐体1の軽量化と高強度化を実現できる。また、第2角パイプ31が第1角パイプ21の下方部3にだけ挿入されているので、筐体1の下方部3の強度を格段に増して耐震性を高めることができるとともに、軽量化も実現できる。
なお、電子機器のシステムラックとして用いられる本発明に係る筐体1は、図1に示すように、前面に開閉パネル4を有した矩形状のキャビネットになっており、必要に応じて通気口や通気スリットを有している。図2は、その骨格形状を示すものであり、支柱11と上部フレーム12と下部フレーム13と板金部材41とで構成された骨格部分の他、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17が必要に応じて設けられている。一般的なシステムラックとしては、高さが1500〜2350mm、間口幅が550〜650mm、奥行きが600〜800mmであるものを好ましく挙げることができる。
以下、各構成要素について詳しく説明する。
(支柱)
支柱11は、図2〜図4に示すように、直方体又は略直方体形状の筐体1の四隅に設けられており、それぞれ垂直方向に延びるように配置されている。各支柱11は、いずれも第1角パイプ21と、第2角パイプ31と、板金部材41とを備えている。なお、本発明における第1角パイプ21、第2角パイプ31及び板金部材41の材質は特に限定されない。例えば、高強度化と耐震性の観点から鋼材が望ましいが、アルミニウム材であってもよい。
(第1角パイプ)
第1角パイプ21は、図2及び図3に示すように、断面の形状が正方形又は略正方形の角パイプであり、内面23と外面24とで構成され、内面23の内側には中空部22が存在している。この第1角パイプ21は、支柱11の全長となる長さで下部フレーム13と上部フレーム12とに溶接固定されている。第1角パイプ21は、市販の正方形角径鋼管や長方形角径鋼管を任意に選択して適用することができ、上記サイズのシステムラックの場合は、一辺が20mm〜60mmの正方形又は長方形の角径鋼管が好ましく用いられる。特に正方形の角径鋼管は、異方性がないので、多方向からの強い揺れに対する強度と軽量化の観点から好ましい。
(第2角パイプ)
第2角パイプ31は、図5に示すように、第1角パイプ21の下方部3にだけ挿入されている。第2角パイプ31は、第1角パイプ21の中空部22に挿入可能な外面34の寸法であればよく、第1角パイプ21の内面23の寸法と同程度であればよい。挿入形態は、第1角パイプ21の内面23と第2角パイプ31の外面34とが密接する状態が好ましいが、全面で密接しなくても少なくとも一部が密接する状態であればよい。「少なくとも一部」とは、第2角パイプ31の外面34のうちの2面であることが好ましく、「密接」は、第1角パイプ21の内面23と第2角パイプ31の外面34とが当たっている状態であればよい。したがって、第1角パイプ21として正方形角径鋼管又は長方形角径鋼管を用いた場合、第2角パイプ31も同じ形状の角形鋼管を用いてもよいし、異なる形状の角形鋼管を用いてもよい。例えば第1角パイプ21を正方形角形鋼管とした場合に、第2角パイプ31も正方形角形鋼管としてもよいし、例えば第1角パイプ21を正方形角形鋼管とした場合に、第2角パイプ31は長方形角形鋼管としてもよい。
挿入されている第2角パイプ31の長さDは、図3に示すように、下方部3に配置される所定の長さであればよく、筐体1の大きさに応じた長さが任意に選択される。上記したサイズ1500〜2350mmの筐体1では、第2角パイプ31の長さDが200mm以上、500mm以下の範囲内であることが好ましく、200mm以上、400mm以下程度であることがより好ましい。この長さDの第2角パイプ31が第1角パイプ21の下方部3にだけ挿入されることにより、重量を増大させることなく、強度を上げて耐震性を高めることができる。なお、支柱11の下方部3以外の上方には、図6に示すように、第1角パイプ21内に第2角パイプ31が存在しない。また、支柱11と下部フレーム13とが連結した四隅に後述するコーナー部材14が溶接される場合には、第1角パイプ21にコーナー部材14が入り込んだ状態で溶接される(図8の破線部分)。そのため、第2角パイプ31は、そのコーナー部材14の上に載った状態で溶接されている。
(板金部材)
板金部材41は、図3〜図6に示すように、第1角パイプ21の外面24のうち少なくとも一面に密接して取り付けられている。「少なくとも一部」とは、第1角パイプ21の外面24を掴持して取り付けられるだけの範囲であり、すなわち、図5に示すように、全面に密接する一面と、その一面の両側の各面の少なくとも途中まで(例えば、各面の1/2以上まで)とに密接するように取り付けられていることが好ましい。図5の例では、図5を平面視した場合に、左側の外面24と下側の外面24はその全面が板金部材41に密接しており、上側の外面24は約2/3程度まで板金部材41が密接して、第1角パイプ21を掴持して取り付けられている。
板金部材41は、支柱11を構成する第1角パイプ21と同じ長さ又はほぼ同じ長さで第1角パイプ21に取り付けられている。ほぼ同じ長さとは、上部フレーム12と下部フレーム13の箇所又はその近傍箇所は設けられていなくてもよい場合を含んでいる。板金部材41は、こうした範囲で第1角パイプ21に取り付けられているので、後述する比較検討例の場合に比べて、筐体1の軽量化と高強度化を実現できる。なお、この板金部材41には、図3に示すように、より軽量にするために多くの孔42が設けられているが、少なくとも第2角パイプ31が挿入されている支柱11の下方部3では、強度を優先して孔42は設けられていないことが望ましい。
板金部材41の材質は特に限定されないが、高強度の鋼板を折り曲げ板金したものが用いられている。その厚さは、例えば0.8〜2.6mm程度のものが用いられる。なお、板金部材41の上端部は、上部フレーム12又は第1角パイプ21の上方部2に溶接又はねじ止めで連結されており、板金部材41の下端部は、下部フレーム13又は第1角パイプ21の下方部3に溶接又はねじ止めで連結されている。
(上部フレーム及び下部フレーム)
上部フレーム12は、図2及び図3に示すように、筐体1の上部で各支柱11である4本の第1角パイプ21に溶接されている。この上部フレーム12は、下部フレーム13ほどの強度は必要ないので、第1角パイプ21と同様の角パイプであってもよいし、板金部材41と同様の板金部材であってもよい。なお、板金部材は軽量化の点で有利であり、より軽量性を持たせるためにフレーム51に複数の孔52を設けてもよい。
下部フレーム13は、図2及び図3に示すように、筐体1の下部で各支柱11である4本の第1角パイプ21に溶接されている。この下部フレーム13は、上部フレーム12とは異なり強度が必要なので、第1角パイプ21と同様の角パイプ(第3角パイプ61という。)であることが好ましい。なお、第3角パイプ61は軽量化の点では不利であるので、より軽量性を持たせるために複数の孔52を設けてもよい。
(その他の部材)
筐体1の下部フレーム13のコーナーには、図7に示すように、補強用のコーナー部材14が溶接されていることが望ましく、コーナー部材14と第1角パイプ21とその第1角パイプ21から2方に延びる第3角パイプ61,61とを一体化して強度を増して耐震性を向上させている。このコーナー部材14は、コーナー形状と一致した三角形状とすることにより第1角パイプ21及び第3角パイプ61に溶接しやすく、その厚さは5〜20mm程度の厚さであることが好ましい。このコーナー部材14は、図7に示すように、補助プレート18の上に設けられており、補助プレート18と一緒に第1角パイプ21及び下部フレーム13に溶接されている。
具体的には、下部フレーム13及び第1角パイプ21の下端側の位置を、コーナー部材14の厚さと同じ高さだけになるように切り欠いた切欠部を形成する。そして、その切欠部にコーナー部材14の一部を挿入して、コーナー部材14と下部フレーム13と第1角パイプ21と補助プレート18とが一体化するように溶接する。コーナー部材14は、筐体1を底面方向から見た様子を示す図8に示すように、第1角パイプ21に設けられた切欠部に一部(破線部分)が入り込んだ状態で第1角パイプ21に溶接され、その後、下部フレーム13に設けられた切欠部に他の一部(破線部分)が入り込んだ状態で溶接される。このため、図7に示すコーナー部材14は、図8に示すコーナー部材14のうちの実線で表示された部分ということになる。このような手法を用いてコーナー部材14を溶接することにより、コーナー部材14と、下部フレーム13及び第1角パイプ21とを溶接する面積を広くすることができるため、これらの部材を一体化した強度を高めることができる。なお、図8は、コーナー部材14が上記の切欠部に入り込んだ様子を明確に示すことを目的としているため、図7に示す補助プレート18の記載を省略している。
コーナー部材14の中央部には孔25が設けられており、補助プレート18にはその孔25に対応した位置に同じ又は同程度の大きさの孔が設けられている。これにより、この孔25にボルト等を通すことにより筐体1を床面に固定させることができる。この場合、コーナー部材14は、床面からの振動を筐体1に伝わる部材となるため、筐体1を構成する部材の中で最も荷重がかかる部材となる。このため、上述したようにコーナー部材14の厚さは5〜20mm程度の厚さを有することが好ましい。
筐体1には、図2に示すように、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17が必要に応じて任意の大きさと数で設けられていてもよい。
支柱11には、図3に示すように、板金部材である取付部材43が設けられている。この取付部材43は、電子機器等を取り付けるためのものであり、取付部材43に設けられた取り付け穴で電子機器をねじ止め等して取り付けることができる。取付部材43には、図7に示すように、補強用補助部材19を溶接することが好ましい。また、補強用補助部材20を取付部材43と下部フレーム13とに溶接することが好ましい。補強用補助部材20は、支柱11が倒れることを抑止するように作用し、補強用補助部材19は、取付部材43を補強するように作用する。
以上説明したように、本発明に係る筐体1は、耐震性と軽量化を実現することができる。具体的には、筐体1の四隅の支柱11が第1角パイプ21と、第1角パイプ21の外面24のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材41とで構成されているので、筐体1の軽量化と高強度化を実現できる。また、第2角パイプ31が第1角パイプ21の下方部3にだけ挿入されているので、筐体1の下方部3の強度を格段に増して耐震性を高めることができるとともに、第2角パイプ31が下方部3にだけ挿入されているので軽量化も実現できる。
本発明は上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。また、本発明に係る要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や上記実施の形態の組み合わせを施してもよい。
以下、実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
[実施例1]
図2に示す本発明に係る筐体1を作製した。先ず、長さ2000mmで肉厚1.6mmの45mm正方形角径鋼管4本を第1角パイプ21として準備し、長さ240mmで肉厚1.6mmの40mm正方形角径鋼管4本を第2角パイプ31として準備し、長さ1930mmで肉厚1.6mmの鋼板を図5に示す形態に板金加工したものを準備した。さらに、厚さ16mmの三角形状のコーナー部材14を図8に示す形態に切削加工して準備した。さらに、厚さ1.6mmの鋼板を図2に示す形態に板金加工した上部フレーム12を準備し、長さ550mmで肉厚1.6mmの75mm×45mmの長方形角径鋼管2本と、長さ440mmで肉厚1.6mmの75mm×45mmの長方形角径鋼管2本とを第3角パイプ61として準備した。さらに、図2及び図7に示す形態の筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17を準備した。なお、実施例1では、これらの各部材は鉄鋼製の板材としたが、アルミニウム製の板材であってもよい。
第1角パイプ21の下方部3に第2角パイプ31を挿入して第1角パイプ21の側面に設けた孔から溶接して一体化し、その後、図2に示す各部材の全てについてリベットを用いて組み立てた後、必要箇所を溶接した。このように、まずリベットを用いた組み立てを行うことにより、各部の寸法と直角が決まった状態で溶接することができる。また、溶接に際しては、図2に示すように、板金部材41に溶接孔26を設け、この溶接孔26から溶接することにより、複数種類の部材を一体化して強度を高めることができる。このようして、高さ2000mmで間口幅650mmで奥行き600mmの筐体1を作製した。得られた筐体1の総重量は、図1に示す形態で、129kgであった。
(試験と結果)
耐震試験は、NEBS(GR−83−CORE、旧AT&Tの研究開発部門、ベル研究所が規定した通信事業者向け設計要求条件)において、北米の地震危険度地域をZone0〜4の5段階に分け、各々の応答スペクトルを測定して、最も危険なZone4をクリアできるか否かで評価した。また、「神戸地震波」の「震度7」と、「中越地震波」の「震度7」と、「東北地方太平洋沖地震波」の「震度7」との全ての条件の下で所定の基準をクリアできるか否かも評価した。その結果を図9に示した。図9の加振試験の結果に示すように、いずれの条件もクリアできており、さらに、軽量化も実現できた。
なお、第2角パイプ31を第1角パイプ21の長手方向全てに挿入して二重パイプ構造とし、さらに板金部材41を加えた三重構造とすれば、後述の比較例1,2の場合よりもさらに耐震性及び強度を高めることができるが、重量が増して軽量化できず、コストダウンも実現できない。
[比較例1]
図10に示す支柱構造を有する筐体を作製した。先ず、長さ2000mmで肉厚1.6mmの鋼板を図10の符号71aに示す形態に板金加工したものを準備し、長さ2000mmで肉厚1.6mmの鋼板を図10の符号71bに示す形態に板金加工したものを準備し、長さ2000mmで肉厚1.6mmの鋼板を図10の符号71cに示す形態に板金加工したものを準備し、長さ2000mmで肉厚4.5mmの鋼板を図10の符号71dに示す形態に板金加工したものを準備した。これ以外は、実施例1と同様、図2及び図7に示す形態の、上部フレーム12、下部フレーム13、コーナー部材14、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17を準備した。
符号71a,71b,71c,71dの4つの各板金部材を嵌め合わせて溶接又はねじ止めし、さらに上部フレーム12、下部フレーム13、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17を溶接又はねじ止めした。こうして、高さ2000mmで間口幅650mmで奥行き600mmの筐体1を作製した。得られた筐体1の総重量は、265kgであった。この筐体は、実施例1の筐体とは異なり、4枚の板金部材71を組み合わせているので、筐体1としての耐震性は備えるものの、筐体1全体の総重量が大幅に増加してしまった。
[比較例2]
図11に示す支柱構造を有する筐体を作製した。先ず、長さ2000mmで肉厚1.6mmの40mm正方形角径鋼管4本を図11に示す角パイプ81として準備し、さらに、長さ2000mmで肉厚3.2mmの鋼板を図11の符号82aに示す形態に板金加工したものを準備し、長さ2000mmで肉厚2.0mmの鋼板を図11の符号82bに示す形態に板金加工したものを準備した。これ以外は、実施例1と同様、図2及び図7に示す形態の、上部フレーム12、下部フレーム13、コーナー部材14、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17を準備した。
角パイプ81に、符号82a,82bの2つの板金部材を嵌め合わせて溶接又はねじ止めし、さらに上部フレーム12、下部フレーム13、筋交い(補強用斜め材)15、横枠部材16、縦枠部材17を溶接又はねじ止めした。こうして、高さ2000mmで間口幅650mmで奥行き600mmの筐体1を作製した。得られた筐体1の総重量は、189kgであった。この筐体は、実施例1の筐体とは異なり、角パイプ81と2枚の板金部材82a,82bとを組み合わせているので、筐体1全体としての重量は軽くなったが、実施例1のような二重パイプ構造を有しておらず、左右方向の振動で変形して一部に破損が発生し、耐震性に劣っていた。
以上のように、実施例1の筐体は、筐体1の四隅の支柱11が第1角パイプ21と、第1角パイプ21の外面24のうち少なくとも一面に密接して取り付けられた板金部材41とで一体化した場合に、筐体1の軽量化と高強度化を実現できた。第2角パイプ31を第1角パイプ21の下方部3にだけ挿入したので、筐体1の下方部3の強度を格段に増して耐震性を高めることができるとともに、軽量化を実現できた。
1 筐体
2 上方部
3 下方部
4 開閉パネル
11 支柱
12 上部フレーム
13 下部フレーム
14 コーナー部材
15 筋交い(補強用斜め材)
16 横枠部材
17 縦枠部材
18 補助プレート
19,20 補強用補助部材
21 第1角パイプ
22 中空部
23 内面
24 外面
25 孔
26 溶接孔
31 第2角パイプ
32 中空部
33 内面
34 外面
41 板金部材
42 孔
43 取付部材
51 フレーム
52 孔
61 第3角パイプ
71(71a,71b,71c,71d) 板金部材
81 角パイプ
82(82a,82b) 板金部材

Claims (4)

  1. 少なくとも四隅に配置された支柱と、前記支柱の上部に連結された上部フレームと、前記支柱の下部に連結された下部フレームとを含む直方体又は略直方体形状の筐体であって、
    前記支柱が、第1角パイプと、前記第1角パイプの外面のうち少なくとも一面に密接して掴持する板金部材とで構成され、前記第1角パイプの下方部にだけ第2角パイプが挿入されていることを特徴とする筐体。
  2. 前記支柱と前記下部フレームとが連結した四隅には、前記支柱と前記下部フレームとにコーナー部材が溶接されている、請求項1に記載の筐体。
  3. 前記第2角パイプの長さが、200mm以上、500mm以下の範囲内である、請求項1又は2に記載の筐体。
  4. 前記下部フレームが、角パイプで構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の筐体。

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