JP3404907B2 - 制御盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放電加工機、レーザ
加工機などの工作機械の制御盤に係り、更に詳しくは制
御盤が防塵的に密閉され、該防塵区画内を冷却するため
の熱交換器等の冷却装置を備えた工作機械の制御盤に関
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
械の制御盤は、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、制御盤は外部の塵埃、オイルミ
ストが盤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
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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、盤筐体の背面壁の内面に配置
され、ねじ止め固定される。上記背面壁は盤正面側から
奥まった位置にあるため、上記ケーブル接続や、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、盤内に有効利用されない空間(デッドスペース）
が生じ、結果的に制御盤が大型になる原因となってい
た。又、筐体背面全体に冷却装置である熱交換器を配設
する形式の制御盤においては、複数個の外部冷却機器の
取付により、熱交換器の取付面積が減ることになって、
防塵区画内の発熱を少なくする効果が相殺されることも
あった。

【０００６】更に、放電加工などのためのパルス電源ユ
ニットは、生産台数が比較的少なく、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アルミダイカスト
部品は経済的な理由から採用ができないことが多い。
又、上記パルス電源ユニットを収納する制御盤筐体は、
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。この影響を避けるためや、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
は制御盤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。

【０００７】又、対環境性に優れた抵抗器、変圧器など
は盤内発熱量を減らすために防塵区画外に収納できる。
抵抗器、変圧器などを防塵区画外に収納するために要す
る費用が少なく、デッドスペースの少ない制御盤が望ま
れていた。

【０００８】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、第１の目的は、盤内の発熱量が
低減でき、ヒートシンクのフィン部を外気側に露出して
取り付けるユニットの着脱作業を容易にできる制御盤を
提供することにある。

【０００９】第２の目的は、一面に電子部品の制御基板
などが配置され、他面には電子部品の放熱のためのヒー
トシンクが配置されたユニットケースの挿入係合によっ
て、防塵的に密閉された盤内気側と外気側とを分割する
側面壁開口が閉塞できる制御盤を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る制御盤
は、防塵的に密閉された制御盤において、上記制御盤の
筐体内部には、外気と連通するダクトが配設され、上記
ダクトの一面である前面壁と、この前面壁に連続する側
面壁に連続した開口が形成され、上記開口の側面壁側の
上下縁に沿ってユニットが引き出し自在に挿入され、上
記ユニットは少なくとも上記ダクト内に配設される放熱
フィンを備えたヒートシンクと、このヒートシンクのベ
ースプレートに装着された電子部品とを有し、上記ダク
トの開口は上記ヒートシンクのベースプレートと上記ユ
ニットに固定された前面板とにより閉塞され、上記ヒー
トシンクは、冷却ファンの送風により冷却されることを
特徴とするものである。

【００１１】第２の発明に係る制御盤は、ユニットが、
前面板と直角に側面部か形成され、該側面部の一面に電
子部品が配置され、該側面部の他面には電子部品の放熱
のためのヒートシンクが配置され、上記ダクトの側面壁
開口に設けたガイドレールに、上記ユニットが挿入係合
されて上記ダクトの開口が閉塞され、防塵的に密閉され
た内気側と外気側とに分割されることを特徴とするもの
である。

【００１２】第３の発明に係る制御盤は、ヒートシンク
のベースプレートの周辺部には筐体から電気的に絶縁す
る絶縁部材が配設され、外気ダクトの開口は上記絶縁部
材を含むユニットケースによって閉塞されていることを
特徴とするものである。

【００１３】第４の発明に係る制御盤は、ヒートシンク
を介して放熱する複数の半導体素子と、上記半導体素子
の端子は、プリント基板に固定され、上記半導体素子は
複数ごとに第１のヒートシンクに固定されており、上記
複数の第１のヒートシンクは外気ダクトの開口を塞ぐ第
２のヒートシンクのベースプレートに固定されている

【００１４】

【作用】第１の発明による制御盤によれば、筐体内部に
ユニットが挿入でき、且つ、該ユニットで閉塞される開
口を有した外気ダクトを設け、上記ユニットのヒートシ
ンクの放熱フィンを上記外気ダクト内に配置し、外気ダ
クト内に外気を強制対流させることにより、放熱フィン
は外気で強制空冷され、その排気熱は直ちに筐体外部に
排出され、盤内発熱量が低減される。又、上記ユニット
は盤奥行方向に引き出し自在に収納されていることによ
り、ケーブル接続や保守点検作業が容易にでき、盤内実
装のスペースファクタが向上される。更に、筐体背面全
体に熱交換器を配設できる。

【００１５】第２の発明による制御盤によれば、ユニッ
トケースは前面パネルと直角に側面部が形成され、該側
面部の一面に電子部品の制御基板などが配置され、該側
面部の他面には電子部品の放熱のためのヒートシンクが
配置され、上記外気ダクトの側面壁開口に形成したガイ
ドレールに上記ユニットケース側面部が挿入係合される
ことにより、上記外気ダクトの開口が閉塞され、防塵的
に密閉された盤内気側と外気側とが分割される。

【００１６】第３の発明による制御盤によれば、ユニッ
トのヒートシンクを、電気絶縁部材を介して固定すると
ともに上記ヒートシンクと絶縁部材を含むユニットケー
スとで外気ダクトの開口を閉塞することにより、上記ヒ
ートシンクは接地された筐体から電気的に絶縁される。

【００１７】第４の発明による制御盤によれば、プリン
ト基板に固定された複数の半導体素子を第１のヒートシ
ンクに固定し、上記第１のヒートシンクを外気ダクト内
に挿入される第２のヒートシンクに固定することによ
り、上記半導体素子の組付け及び修理交換が容易にでき
る。又、第２のヒートシンクにより外気ダクトの開口は
閉塞される。

【００１８】

【実施例】実施例１． 以下、図１〜図５を参照してこの発明の実施例１を説明
する。図において、１０１は制御盤であり、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１
１１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１
０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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】パルス電源用のユニット５８は例えば放電
加工のための加工電源で、６０はユニット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６
０はベースプレート６１Ａ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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次に、制御盤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６
Ａ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１１１
内に戻される強制対流循環が行われる。一方、盤外の外
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によって盤外へ排出さ
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
熱を盤外に排出できる。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。

【００２８】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。

【００２９】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盤外に排出される。これにより、
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、ユニット５８から防塵区画１１１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１１１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６
１Ｂ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２１
Ｆによって生じる左右の放熱フィン６１Ｂの間の隙間を
閉塞してもよい。

【００３０】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、制御盤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、ケーブル接続は盤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、制御盤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。

【００３１】加工電流を流して行う制御盤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。

【００３２】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盤内空間より狭い盤内空間に収納で
き、第２の通気区画内１１３は小形に形成でき、制御盤
１０１全体も小形化される。

【００３３】実施例１のユニット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２１Ｃ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。

【００３４】実施例２． 以下、図６、図７を参照してこの発明の実施例２を説明
する。図において、１０２は実施例２の制御盤で、２５
は防塵区画１１１内に配設された外気ダクトである。外
気ダクト２５は、前面壁２５Ｂ、左右の側面壁２５Ｃ、
後面壁２５Ｄ、底面壁２５Ｅを有し、その上端に形成さ
れたフランジ２５Ａ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。又、下端後方は横部
材２６ｃで支持されている。前面壁２５Ｂの下部には前
面通気口２５Ｆが穿設され、この前面通気口２５Ｆの上
部における前面壁２５Ｂの左右及び左右の側面壁２５Ｃ
には、それぞれに連続する開口２５Ｇが穿設されてい
る。２５Ｇ１はガイドレール９３の入口となる切欠き溝
である。

【００３５】扉８には外気ダクト２５の前面通気口２５
Ｆに相対して扉通気口８Ａが穿設されている。この扉通
気口８Ａの内側には扉側フランジ２６Ａと内部フランジ
２６Ｂを有する扉側ダクト２６が固着されている。内部
フランジ２６Ｂの全周にはパッキン４５が張り付けられ
ている。パッキン４５は扉８を閉めた状態で、外気ダク
ト２５の前面通気口２５Ｆの周囲に密着し、外気ダクト
２５と扉側ダクト２６は連通される。その他の部分は実
施例１と同様に構成されているので、説明を省略する。

【００３６】冷却ファン５３の運転によって、外気は扉
通気口８Ａから扉側ダクト２６に入り、次いで前面通気
口２５Ｆから外気ダクト２５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。これにより、ユニット５８の主な発熱
体である半導体パワーモジュール６０は実施例１と同様
に冷却され、その熱の多くは直接に盤外へ排出される。
又、他のユニット、電気機器も同様に冷却される。

【００３７】制御盤１０２は筐体側面に外気通気口を有
してないので、制御盤１０２の側面を室内壁や、他の制
御盤又は工作機械に密着して据え付けできる。従って、
システムレイアウトの融通性が増し、全体据え付け床面
積を減少できる。又、外気ダクトの水平矩形部がないた
め、垂直方向の空気流に対する空気抵抗が少なく強制対
流循環が良好にできる。

【００３８】実施例３． 以下、図８、図９、図１０を参照してこの発明の実施例
３を説明する。但し、図８におけるＣ−Ｃ線部分の断面
図は実施例２の図７と同一に表されるため、図７も参照
する。図において、１０３は実施例３の制御盤で、２７
は防塵区画１１１内に配設された外気ダクトである。外
気ダクト２７は、前面壁２７Ｂ、左右の側面壁２７Ｃ、
後面壁２７Ｄ、底面壁２７Ｅを有し、その上端に形成さ
れたフランジ２７Ａ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。又、下端後方は横部
材２６ｃで支持されている。前面壁２７Ｂの左右及び左
右の側面壁２７Ｃには、それぞれに連続する開口２７Ｆ
が穿設されている。２７Ｆ１はガイドレール９３の入口
となる切欠き溝である。

【００３９】ユニット５８の前面板６４の下部には前面
通気口６４Ａが穿設されている。６７は図９で示される
ヒートシンクである。このヒートシンク６７はユニット
５８に組込まれた位置において、ベースプレート６７Ａ
の上部に前方（図９の左側）から奥方に順次長くなる並
行平板型放熱フィン６７Ｂを有し、下部に前方から奥方
に順次個数が減るピンフィン型放熱フィン６７Ｃを有す
る。ヒートシンク６７の前方において放熱フィン６７Ｃ
が占める高さは、前面通気口６４Ａの高さにほぼ一致し
ている。左右２台のユニット５８におけるヒートシンク
６７と前面板６４は左右対称品を使用する必要があり、
上記２台のユニット５８は結果的に異なるものとなる。

【００４０】扉８には実施例２と同様に扉側ダクト２６
を備えた扉通気口８Ａが穿設されている。扉側ダクト２
６は前面板６４の前面通気口６４Ａに相対して設けられ
ており、外気ダクト２７と扉側ダクト２６は連通され
る。その他の部分は実施例１と同様に構成されているの
で、説明を省略する。

【００４１】冷却ファン５３の運転によって、外気は扉
通気口８Ａから入り、次いで前面通気口６４Ａからヒー
トシンク６７の内に吸い込まれる。上記外気流は図９に
おける矢印で示すように、放熱フィン６７Ｃの中で水平
方向から垂直方向に偏向される。上記偏向によって乱流
が促進され、ヒートシンク６７の熱は効率良く外気に熱
伝達され、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。これにより、ユニット５８の主な発熱体
である半導体パワーモジュール６０は実施例１と同様に
冷却され、その熱の多くは直接に盤外へ排出される。
又、他のユニット、電気機器も同様に冷却される。制御
盤１０３は外気ダクト２７の高さ寸法が小さくでき、制
御盤１０３はより小型にできる。又、ヒートシンク６７
は熱伝達率が向上されるので小型で、使用材料が少なく
軽量にできる。

【００４２】図１０に示した６８はヒートシンクの他の
実施例である。このヒートシンク６８は組み付けられた
位置において、ベースプレート６８Ａの下部前方から水
平方向に延び、途中から垂直方向に延びるＬ字形の並行
平板型放熱フィン６８Ｂを有し、この放熱フィン６８Ｂ
の垂直部の間に適宜配置された垂直の並行平板型放熱フ
ィン６８Ｃを有する。ヒートシンク６８の前方において
放熱フィン６８Ｂの水平部が占める高さは、前面通気口
６４Ａの高さにほぼ一致している。外気は放熱フィン６
８Ｂの中で水平方向から垂直方向に偏向され、ヒートシ
ンク６７と同様の効果が得られる。

【００４３】実施例４． 以下、図１１、図１２を参照してこの発明の実施例４を
説明する。図において、１０４は実施例４の制御盤で、
２８は防塵区画１１１内に配設された水平外気ダクトで
ある。水平外気ダクト２８は、上面壁２８Ｂ、左右の側
面壁２８Ｃ、下面壁２８Ｄを有し、その後端に形成され
たフランジ２８Ａを使用して第１の仕切壁６の内面に固
定され、背面通気口６Ｃに通じている。水平外気ダクト
２８の前方は横部材２６ａで支持され、前端にはフラン
ジ２８Ｅを有する前面開口部２８Ｆが形成されている。
左右の側面壁２８Ｃには前面開口部２８Ｆに連続する開
口２８Ｇが穿設されている。２８Ｇ１はガイドレール９
３の入り口となる切欠き溝である。

【００４４】６９はヒートシンクで、そのベースプレー
ト６９Ａの上下端はガイドレール９３内に挿入される。
左右の側面壁２８Ｃの内面には後方ガイド部材２９が配
設されており、ベースプレート６９Ａの後端が嵌まり込
み、前端はフランジ２８Ｅと面一になる。ヒートシンク
６９は水平の並行平板型の放熱フィン６９Ｂを有する
が、ピンフィン型など他のタイプのものでもよい。

【００４５】伝熱板１２は背面通気口６Ｃを避けるため
に、横幅を狭くして構成されている。１３は背面通気口
６Ｃの下側に配設された上下寸法の小さい第２の伝熱板
で、その内気側矩形流路９０の上端はシール部材１４で
封止されている。６Ａ１は第２の伝熱板１３のための第
１の内気通気口である。背面通気口６Ｃは外気側矩形流
路９１の領域に通じており、さらに上部の排気ダクト１
０に通じている。第２の伝熱板１３は盤内発熱量に応じ
て不要にできる。

【００４６】扉８には水平外気ダクト２８の前面通気口
２８Ｆに相対して扉通気口８Ａが穿設されている。この
扉通気口８Ａの内側には扉側フランジ２６Ａと内部フラ
ンジ２６Ｂを有する扉側ダクト２６が固着されている。
内部フランジ２６Ｂの全周にはパッキン４５が張り付け
られている。パッキン４５は扉８を閉めた状態で、水平
外気ダクト２８のフランジ２８Ｅとベースプレート６９
Ａの前端に密着し、水平外気ダクト２８と扉側ダクト２
６は連通される。そして、ユニット５８はパッキン４５
を介して扉側ダクト２６で押圧されているので、ねじな
どで固定する必要がない。その他の部分は実施例１と同
様に構成されているので、説明を省略する。

【００４７】外気ファン５１の運転によって、外気は扉
通気口８Ａから扉側ダクト２６に入り、次いで水平外気
ダクト２８内に吸い込まれる。外気流によってヒートシ
ンク６９の放熱フィン６９Ｂは強制冷却され、暖められ
た外気は第１の通気区画１１２内に入る。そして、伝熱
板１３を冷却した外気と合流して排気ダクト１０から盤
外に排出される。これにより、ユニット５８の主な発熱
体である半導体パワーモジュール６０は実施例１と同様
に冷却され、その熱の多くは直接に盤外へ排出される。
又、他のユニット、電気機器も同様に冷却される。

【００４８】制御盤１０４はヒートシンク６９を冷却す
るためのファンを熱交換のための外気ファン５１で代用
でき、ユニット５８を制御盤１０４の奥行き全体を占め
るように細長く構成することにより、水平外気ダクト２
８が盤正面側に占める空間をより小さくでき、制御盤１
０４の実装効率をさらに向上できる。又、外気はヒート
シンク６９の前端面全体に真っ直ぐ吸い込まれるので、
吸い込み側の圧力損失が小さく、背面通気口６Ｃ又は扉
通気口８Ａに専用のファンを備え、裏板９を貫通して排
気するようにすれば、さらに圧力損失が小さくなり、冷
却効率を大幅に向上できる。

【００４９】実施例５． 以下、図１３、図１４を参照してこの発明の実施例５を
説明する。図において、３０はユニット５８のユニット
ケースで、前面部３０Ａと、この前面部３０Ａの側端か
ら延びる側面部３０Ｂと、この側面部３０Ｂの３辺に折
り曲げ形成された縁曲げ部３０Ｃとを有する。側面部３
０Ｂには大きい角穴３０Ｄが穿設されており、側面部３
０Ｂと縁曲げ部３０Ｃは額縁状の枠部３１を形成してい
る。前面部３０Ａは前述の実施例１〜３における前面板
に相当し、外気ダクト２０の前面壁２１Ｂ部分の開口２
１Ｅを塞ぐ大きさに構成されている。７０は枠部３１の
内側に配設されたヒートシンクで、ベースプレート７０
Ａと放熱フィン７０Ｂを有する。ベースプレート７０Ａ
と側面部３０Ｂとの間には絶縁カラー３２Ａが配置さ
れ、これと組み合わされる絶縁ブッシユ３２Ｂを貫通す
るねじ部材３３により電気的に絶縁されてユニットケー
ス３０に固定されている。４６は電気絶縁物であるパッ
キンで、枠部３１の内面とベースプレート７０Ａの端面
全周との間に圧入され、両者の間は気密にされている。
又、半導体パワーモジュール６０など電子部品及び、支
持機構６３を介して取付けられた制御基板６２は、角穴
３０Ｄの中に位置している。以上のように半導体パワー
モジュール６０など電子部品、ヒートシンク７０はユニ
ットケース３０から電気的に絶縁されている。

【００５０】ユニットケース３０の縁曲げ部３０Ｃの上
面及び後面にはパッキン４４が張り付けられており、枠
部３１をガイドレール９３内に最終位置まで挿入した状
態で、外気ダクト２０の開口２１Ｅは気密に閉塞され
る。挿入状態でユニットケース３０は、外気ダクト２０
から筐体１を介して接地されるが、ヒートシンク７０は
上記のように絶縁され、電気的に浮いた状態となる。そ
の他の部分及び冷却作用は実施例１と同一なので説明は
省略する。

【００５１】ユニット５８のスイッチング動作及びその
パルス状加工電流によって発生する電磁波により、筐体
１は接地されていてもグランドレベルが変動する。しか
し、本実施例によれば、ヒートシンク７０に取付けられ
た半導体パワーモジュール６０など電子部品はその影響
を受けず、放電加工のための安定した制御ができる。
又、半導体パワーモジュール６０など電子部品が絶縁破
壊を起こしても、筐体１側に異常電圧が加わらないの
で、安全性が確保できる。

【００５２】上記実施例５では、ユニットケース３０と
ヒートシンク７０との間は絶縁カラー３２Ａ及び絶縁ブ
ッシユ３２Ｂによって絶縁され、パッキン４６によって
気密にされているが、ユニットケース３０の枠部３１と
ほぼ同じ外形の額縁状の樹脂製などの絶縁枠にヒートシ
ンク７０を密着固定してもよい。さらに、ユニットケー
ス３０全体を絶縁材料で構成してもよい。

【００５３】実施例６． 以下、図１５、図１６を参照してこの発明の実施例６を
説明する。本実施例はスイッチング素子として半導体素
子を使用したものである。図において、７１はプリント
基板で、片面（部品面）にスナバ回路及びゲートドライ
ブ回路用の電子部品７２、７３などがハンダ付けされて
いる。プリント基板７１は支持機構６３を介してユニッ
トケース３０の側面部３０Ｂに固定されている。７４は
半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子と称
する）で、電気回路に対応してグループ分けされ、複数
個の第１のヒートシンク７６にねじ止めされている。ヒ
ートシンク７６は両側に切欠き部７６Ａが設けられ、ス
イッチング素子７４の樹脂モールド部７４Ａは、切欠き
部７６Ａに嵌まり込むように配置され、ねじ部材７５を
介して締付け固定されている。スイッチング素子７４の
端子７４Ｂはプリント基板７１のハンダ面側から挿入さ
れハンダ付けされている。端子７４Ｂは途中で直角に折
り曲げられ、樹脂モールド部７４Ａはプリント基板７１
と並行に配置される。これにより、プリント基板７１の
ハンダ面から第１のヒートシンク７６及びスイッチング
素子７４が飛び出る高さを低く構成できる。

【００５４】７７は第２のヒートシンクで、ベースプレ
ート７７Ａと放熱フィン７７Ｂとから成り、ユニットケ
ース３０の枠部３１とほぼ同じ面積を有する。第２のヒ
ートシンク７７は、ベースプレート７７Ａと側面部３０
Ｂとの間には絶縁カラー３２Ａが配置され、これと組み
合わされる絶縁ブッシユ３２Ｂを貫通するねじ部材３３
により電気的に絶縁されてユニットケース３０に固定さ
れる。この固定位置で第２のヒートシンク７７のベース
プレート７７Ａと第１のヒートシンク７６とは密着し、
両者はねじ部材７８によって締結されている。４６は電
気絶縁物であるパッキンで、枠部３１の内面とベースプ
レート７０Ａの端面全周との間に圧入され、両者の間は
気密にされている。

【００５５】スイッチング素子７４から発生する熱はそ
の大部分が第１のヒートシンク７６に熱伝導され、さら
に第２のヒートシンク７７に熱伝導される。そして、第
２のヒートシンク７７は実施例１と同様に強制冷却され
る。又、第１のヒートシンク７６は機械的にも強固に第
２のヒートシンク７７で支えられているので、大きい輸
送振動が加わっても、スイッチング素子７４の端子７４
Ｂにはストレスが加わらず、その疲労折損など輸送振動
による不具合発生が防止される。

【００５６】スイッチング素子７４の故障などによる交
換作業は次のように行うことができる。まず、ねじ部材
３３、７８を外すことにより第２のヒートシンク７７を
取外す。これで、すべてのスイッチング素子７４を目視
でき、故障のものを確認できる。次いで、上記故障のス
イッチング素子７４の固定ねじ部材７５を外し、その端
子７４Ｂのハンダ付けを除去して取外す。交換のスイッ
チング素子７４の組み付けは上記と逆の手順で行うこと
ができる。その他の部分は実施例５と同様に構成されて
いるので、その説明は省略する。

【００５７】放電加工のためのパルス電源に使用される
スイッチング素子としては、高速スイッチング特性が要
求される。又、市場規模からして比較的使用個数が少な
い。このような理由によりモジュールにされたスイッチ
ング素子が採用できないことがある。この実施例によれ
ば、汎用性の高い半導体スイッチング素子７４が採用で
き、このスイッチング素子７４のための主回路やスナバ
回路及びゲートドライブ回路を構成したプリント基板７
１にハンダ付けできる。このため、高速スイッチング特
性などの特性が優れ、生産性が高く、又、修理交換が容
易なパルス電源ユニット５８が得られる。

【００５８】実施例７． 以下、図１７、図１８を参照してこの発明の実施例７を
説明する。図において、１０５は本実施例による制御盤
で、背面には裏板９が配設され、実施例１と同様に防塵
区画１１１、第１の通気区画１１２、第２の通気区画１
１３が形成されている。１２は第１の通気区画１１２内
に配設された熱交換のための伝熱板で、この伝熱板１２
の両端と筐体１の左側壁２及び右側壁３との間にはそれ
ぞれ外気流路９４が形成されている。この外気流路９４
の上端は、盤幅いっぱいに形成され第１の外気通気口と
なる排気ダクト１０内に通じている。５４は変圧器など
の発熱体で、第２の通気区画１１３内に、冷却を良好と
するために底板５から持ち上げて取付けられている。１
８は伝熱板１２の下端に配設された仕切板である。仕切
板１８の横幅は該仕切板１２の横幅とほぼ等しくされ、
左右の外気流路９４を除いて第１の通気区画１１２と第
２の通気区画１１３とは遮蔽されている。９Ａは裏板９
に穿設された第２の外気通気口で、伝熱板１２の外気側
矩形流路の下部に通じている。９Ｂは同様に第３の外気
通気口で、第２の通気区画１１３の下部に通じている。
その他の部分は実施例１と同様に構成されているので、
その説明は省略する。

【００５９】外気ファン５１の運転により外気は矢印ｂ
で示されるように第２の外気通気口９Ａから伝熱板１２
の外気側矩形流路内に吸い込まれ、熱交換して排気ダク
ト１０から外に排出される。又、矢印ｄで示されるよう
に第３の外気通気口からも吸い込まれ、変圧器５４など
の発熱体を強制冷却した後に外気流路９４を上昇して上
部の第１の外気通気口である排気ダクト１０から外に排
出される。

【００６０】本実施例によれば、第２の通気区画１１３
からの排気熱が伝熱板１２の外気側矩形流路内に吸い込
まれないので、上記排気熱による熱交換能力の低下をな
くせる。この利点は回生抵抗器など温度上昇および発熱
量が大きい発熱体を第２の通気区画１１３内に取付ける
場合に特に顕著である。又、上記発熱体も矢印ｄによる
外気流で良好に冷却される。外気流路９４は伝熱板１２
の側端と筐体１の側壁との間の隙間で形成でき、そのた
めの部材が不要なので経済的に構成できる。又、外気流
路９４は左右いずれかの側壁側のみに形成してもよい。

【００６１】以上の各実施例の説明では、外気ファン５
１、内気ファン５２、冷却ファン５３とも伝熱板又はヒ
ートシンクに対して吸引ファンとして使用され、それぞ
れの強制対流の排気口側に配設される実施例を示した。
しかし、吸気口側に配設して押込みファンとして使用し
ても実質的な性能の差はなく、盤実装上の都合でいずれ
でも選択できる。又、排気口側と吸気口側の両方にファ
ンを設けてタンデムに使用してもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述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。まず、第１の発明に
よれば、盤内に形成した外気ダクト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、盤内発熱量が低減でき、上記ヒートシンクの冷
却効率が向上され、上記強制冷却は盤の扉を開放しても
維持できるものが得られる。又上記ヒートシンクを備え
たユニットは外気ダクト内に着脱自在に挿入できる構成
にしたので、組立及び保守点検作業が容易にできるもの
が得られる。

【００６３】第２の発明によれば、上記外気ダクトの側
面壁開口に形成したガイドレールに上記ユニットケース
側面部が挿入係合されることにより、上記外気ダクトの
開口が閉塞され、防塵的に密閉された盤内気側と外気側
とが分割されものが得られる。

【００６４】第３の発明によれば、外気ダクトの開口を
閉塞するヒートシンクを電気的に絶縁したので、ヒート
シンクに取付けた電子部品の絶縁破壊に対して安全なも
のが得られる効果がある。

【００６５】第４の発明によれば、複数個の半導体素子
を第１のヒートシンクに固定し、上記第１のヒートシン
クを外気ダクト内に挿入される第２のヒートシンクに固
定したので、上記半導体素子の組付け及び修理交換が容
易にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１による制御盤の扉を除い
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。

【図６】 この発明の実施例２による制御盤で図３に相
当する一部破断正面図である。

【図７】 図６に示したＣ−Ｃ線部分の断面図である。

【図８】 この発明の実施例３による制御盤で図６に相
当する一部破断正面図である。

【図９】 図８に示したヒ−トシンクの正面図である。

【図１０】 図８に示したヒートシンクの他の実施例の
正面図である。

【図１１】 この発明の実施例４による制御盤で図３に
相当する一部破断正面図である。

【図１２】 図１１に示したＤ−Ｄ線部分の断面図であ
る。

【図１３】 この発明の実施例５による制御盤で図３に
相当する一部破断正面図である。

【図１４】 図１３に示したＥ−Ｅ線部分の断面図であ
る。

【図１５】 この発明の実施例６による制御盤で図３に
相当する一部破断正面図である。

【図１６】 図１５に示したＦ−Ｆ線部分の断面図であ
る。

【図１７】 この発明の実施例７による制御盤の裏面図
である。

【図１８】 図１７に示したＧ−Ｇ線部分の断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・筐体、３Ａ・・・側面通気口、４・・・天板、
４Ａ・・・天井通気口 ６・・・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 ８Ａ・・・扉通気口、９・・・裏板、９Ａ・・・外気通
気口 １２・・・伝熱板、２０、２５、２７・・・外気ダク
ト、２１Ｅ・・・開口 ２６・・・扉側ダクト、２８・・・水平外気ダクト、５
１・・・外気ファン ５２・・・内気ファン、５３・・・冷却ファン ６０・・・半導体パワーモジュール ６１、６７、６８、６９、７０・・・ヒートシンク ６１Ａ、６７Ａ、６８Ａ、６９Ａ、７０Ａ、７７Ａ・・
・ベースプレート ６４・・・前面板、７４・・・半導体スイッチング素子 ７６・・・第１のヒートシンク、７７・・・第２のヒー
トシンク ９０・・・内気側矩形流路、９１・・・外気側矩形流路 １０１、１０２、１０３、１０４、１０５・・・制御盤 １１１・・・防塵区画、１１２・・・第１の通気区画 １１３・・・第２の通気区画

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 防塵的に密閉された防塵区画内の排熱を
   行う通気区画が備えられた制御盤において、上記制御盤
   の筐体内部には、外気と連通するダクトが上記通気区画
   以外に配設され、上記ダクトの一面である前面壁と、こ
   の前面壁に連続する側面壁に連続した開口が形成され、
   上記開口の側面壁側の上下縁に沿ってユニットが引き出
   し自在に挿入され、上記ユニットは少なくとも上記ダク
   ト内に配設される放熱フィンを備えたヒートシンクと、
   このヒートシンクのベースプレートに装着された電子部
   品とを有し、上記ダクトの開口は上記ヒートシンクのベ
   ースプレートと上記ユニットに固定された前面板とによ
   り閉塞され、上記ヒートシンクは、冷却ファンの送風に
   より冷却されることを特徴とする制御盤。
2. 【請求項２】 上記ユニットは、前面板と直角に側面部
   か形成され、該側面部の一面に電子部品が配置され、該
   側面部の他面には電子部品の放熱のためのヒートシンク
   が配置され、上記ダクトの側面壁開口に設けたガイドレ
   ールに、上記ユニットが挿入係合されて上記ダクトの開
   口が閉塞され、防塵的に密閉された内気側と外気側とに
   分割されることを特徴とする請求項１に記載の制御盤。
3. 【請求項３】 ヒートシンクのベースプレートの周辺部
   には筐体から電気的に絶縁する絶縁部材が配設され、外
   気ダクトの開口は上記絶縁部材を含むユニットケースに
   よって閉塞されていることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の制御盤。
4. 【請求項４】 ヒートシンクを介して放熱する複数の半
   導体素子と、上記半導体素子の端子は、プリント基板に
   固定され、上記半導体素子は複数ごとに第１のヒートシ
   ンクに固定されており、上記複数の第１のヒートシンク
   は外気ダクトの開口を塞ぐ第２のヒートシンクのベース
   プレートに固定されていることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか一つに記載の制御盤。