JP4557743B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般産業，公共分野における制御システムに用いられる制御装置に関する。

これまで、制御装置は、空調により室温，湿度を管理された室内に設置されていたが、最近は、ＩＴ化に伴いネットワーク技術の発展により、据付性，環境が悪い場所に設置されることが多くなってきている。例えば、他の設備との兼ね合いから極端に狭い場所に設置される場合や、屋外に設置される場合、塵埃が多く高温で多湿の場所に設置される。このような背景から、低コスト製品である他、小型軽量で耐久性の高い制御装置が求められている。

制御装置の小型軽量化と耐久性の向上を低コストで実現するためには、制御装置に使用する材料や部品のコストを抑え特殊設計する必要がある。制御装置の小型化を実現するためには、小型で安価な部品や機器の購入や製作が必要であるが、部品の選定や評価に時間を費やし、制御装置にいかに効率よく実装するかなど設計上の工数も増加する。また、小型化することにより制御装置の発熱量も増加し、冷却のために強制ファンや熱交換器など新たな装置を実装することになり、思った以上の小型化が期待できない。軽量化を実現するためには、材料を軽く薄くする必要があるが、強度低下になり製品としての耐久性が保持できない。

このように小型軽量化と耐久性，低コスト化を実現するためには、制御装置を構成する部品，機器，材料に対し、各技術や性能上のパラメータを比較し最適な解を求め設計する必要があり、現状、顧客の仕様を満足できるように設計者は苦慮している状況である。

軽量化を実現するため、〔特許文献１〕には、内部に電気機器を収納する筐体において、左右夫々に板状体の側板を設け、これら側板の外面に単数又は複数の凹部を垂直方向に形成し、これら側板の上下に底板及び天板の少なくとも左右の縁に立ち上がり部を設け、これら立ち上がり部を垂直に折り曲げて、これら立ち上がり部の夫々の内面に側板の一部を接合した電気機器筐体が開示されている。

特開２００４−２９６５５９号公報

〔特許文献１〕に記載の従来の技術は、左右夫々の側板の外面に単数又は複数の凹部を垂直方向に形成して、筐体側面においても剛性を向上して耐震性を向上させている。しかし、〔特許文献１〕に記載の従来の技術は、制御装置全体の小型軽量化を十分に配慮したものではなく、据付性，環境の悪い場所に設置することを配慮したものではない。

本発明の第１の目的は、小型軽量で耐久性がよく、低コストの制御装置の提供することにある。

本発明の第２の目的は、制御装置の構造を標準化でき設計工数の低減を図った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、本発明の制御装置は、板材に縦長の凹部を有する凹凸形状の加工を施して形成した外装と、板材に縦長の凸部を有する凹凸形状の加工を施して形成した正面扉とを備えた制御装置であって、正面扉の裏面側の凹部に無停電装置を正面扉に近接して設置したものである。

又、板材に縦長の凹部を有する凹凸形状の加工を施して形成した外装と、板材に縦長の凸部を有する凹凸形状の加工を施して形成した正面扉とを備えた制御装置であって、外装の背面の一方の側面側に、下方側に外部からの受電のための端子台及び耐雷トランスと、耐雷トランスの上部に遮断器と、遮断器の上部に電源ユニットを配置したものである。

又、板材に加工を施して形成した外装と、板材に加工を施して形成した正面扉とを備えた制御装置であって、外装の背面の一方の側面側に、取付部材内を移動可能に取付けられた電源変換器と、電源変換器の正面側に設けられた保護用サープロと、電源変換器の下方側に設けられたノイズフィルター及びインターフェースコネクタと、保護用サープロの下方側に設けられた故障監視リレー及びトグロスイッチとで構成された電源ユニットを配置したものである。

又、板材に縦長の凹部を有する凹凸形状の加工を施して形成した外装と、板材に縦長の凸部を有する凹凸形状の加工を施して形成した正面扉とを備えた制御装置であって、外装の上部に設けられる上面の四隅に取付けられたスタットと、該スタットに嵌合される段曲げ加工部を有する左遮蔽板と背面遮蔽板と右遮蔽板を一体的に形成した遮蔽板と、スタットに取付けられる天井の遮蔽板と、正面扉の凸部に隙間を有して取付けられる正面扉用遮蔽板を備えたものである。

本発明によれば、制御装置を小型軽量化でき、耐久性の向上ができ、低コストの制御装置を提供できる。

本発明の一実施例を図１から図９により説明する。図１は本実施例の制御装置の外観を示す斜視図、図２は制御装置を上から見た平面図、図３は制御装置の正面図、図４は制御装置を右から見た側面図である。

制御装置の外壁は、平面状の上面４ａ及び下面４ｂ、縦長の凹部を有する凹凸形状に形成された左面２ａ，右面２ｂ及び背面３、縦長の凸部を有する凹凸形状に形成された正面扉５で構成される。鋼板の折り曲げ加工と溶接により、左面２ａ，右面２ｂ及び背面３とで袋状になるように外装１を形成し、開口部である制御装置の正面に、同様な加工により形成した正面扉５を取付けて外壁が形成されている。正面扉５には、制御装置を開閉するためのハンドル６が設けられている。

これらの外壁は、一般的に使用されるヒンジを用いて嵌合されている。制御装置を設置場所に安定に設置するために、ベース７上にボルトを介して接続する。

本実施例では、制御装置の外壁は、安価で広く用いられている鋼板である１.６mm の厚さのＳＵＳ３０４を採用している。このように、同じ厚さの鋼板を加工して外壁を形成しているので、加工ラインを統一化でき、効率よく加工できる。なお、材料の単価，加工性の面からは鋼板を用いる方がメリットがあるが、制御装置を軽量化するため、制御装置の使用環境条件に合わせ、アルミ材やステンレス鋼を用いても良い。

外壁の各面を凹凸形状に加工しているため、材料力学的に断面係数が高いので、風圧や衝撃，地震や振動に対して強度を確保できる。本実施例の外壁の凹凸形状は、図２に示すように、左面２ａ，右面２ｂ及び背面３は、中央線８から両側に同じ寸法の位置まで凹形状に折曲げ加工を施しており、正面扉は中央線８から両側に同じ寸法の位置まで凸形状に折曲げ加工を施しており、凹形状あるいは凸形状の外壁で構成されているため十分な強度が確保できる。

制御装置を屋内で使用する場合は、図１に示す構造の外壁でよいが、制御装置を屋外で使用する場合は、図５に示すように遮蔽板を取付ける。図５は遮蔽板を取付ける状態を示す斜視図、図６は、遮蔽板取付け後の制御装置の横断面図である。

大きな制御システムの場合、工事規模が大きいので、現地に制御装置を運搬した後に据え付けるまで時間があり、環境の悪い場所に仮置きされたり、屋外に置かれることが多い。又、室内で運用されている制御装置を顧客の都合などにより屋外設置に変更する場合も多い。

屋外に設置する場合、予め顧客の仕様に応じて屋外設置用の遮蔽板を制御装置に取付ける。屋外に設置する場合には、下面４ｂ以外の全ての面が日射されるため、下面４ｂ以外の全ての面に日射からの熱を断熱するための遮蔽板が設けられる。

本実施例では、上面４ａの四隅にはスタット１４の取付部を形成し、この上面４ａの取付部にスタット１４を取付ける。遮蔽板９は、左面２ａ，背面３，右面２ｂを覆うように、左遮蔽板，背面遮蔽板，右遮蔽板が一体的に形成された構造となっている。左遮蔽板と右遮蔽板の上部のそれぞれの２箇所には、背面から制御装置の天井に引っ掛けるための段曲げ加工部１２が設けられ、この段曲げ加工部１２がスタット１４に嵌合される。背面遮蔽板は、部材が大きいため平面部の中央部に補強部１３を設けている。このように構成しているので、現地作業をする場合、作業者一人で短時間に遮蔽板を着脱できる。このように、本実施例では容易に遮蔽板を着脱できるので、仮置きの場合や屋内から屋外に設置変更する場合に柔軟に対応できる。

又、正面扉用遮蔽板１０の上部には、正面扉５の凸部を覆うように引っ掛けるために曲げ加工部１２を２箇所に設け、正面扉５にネジで取付けている。雨や雪などを落下させるため、長さが異なるスタット１４を前後に設けて、このスタット１４を介して遮蔽板１１を取付け、天井の遮蔽板１１を斜めに取付けている。遮蔽板１１は、遮蔽板９とともにスタット１４に取付けられるので、固定ネジの本数を減らすことができる。又、各遮蔽板は定められた防水規準を保持するために防水リング１５を固定ネジに取付けてある。このように構成しているので、制御装置の上面４ａ，正面扉５，背面３，左面２ａ及び右面２ｂの全ての面に遮蔽板を取付けても、部材点数や固定ネジ数を少なくできる。

本実施例では、制御装置を屋外に設置するため遮蔽板を設けているが、図６に示すように、外壁が凹凸形状であるので、左面２ａ，右面２ｂ，背面３の凹部と遮蔽板との間に隙間１８が形成される。又、曲げ加工部１２を２箇所に設けて正面扉用遮蔽板１０を取付けているので、正面扉５の凸部と遮蔽板との間に隙間１７が形成される。この隙間１７及び１８の空気層１９が断熱作用をする。空気層１９が日射により加熱されると、上向きの空気の流れが生じ、冷たい空気が隙間１７及び１８に流れ込むため、制御装置表面が冷却される。

外面に凹凸がない外壁の制御装置では、隙間を形成するためにより離れた位置に遮蔽板を取付けなければならないので制御装置が大型化するが、本実施例の制御装置では、小型化できる。又、遮蔽板と外壁との隙間１７及び１８を流れる空気の速度が平面状の外壁の場合より大きくなり、冷却能力が向上する。

図７は、図５に示す制御装置の正面扉を開けた状態を示す斜視図である。

外装１の下面４ｂにはヒータ２６が取付けられている。外装１の背面３の下方の左面
２ａ側には、外部からの受電のための端子台２０，外部ノイズから機器を保護するために耐雷トランス２１が設置されている。耐雷トランス２１の上部には遮断器（ＦＦＢ２２ともいう）２２が設置され、遮断器２２の上部には、電源ユニット２３が配置されている。

端子台２０には、ケーブルピット５１に設けられた孔を介して外部から取入れられた受電ケーブルが取付けられている。端子台２０は、配線により遮断器２２を介して耐雷トランス２１の１次側に接続されている。耐雷トランス２１の２次側は無停電装置２５の入力側に接続され、無停電装置２５の出力側が電源ユニット２３の入力側に接続されている。受電部の入り切りは遮断器２２で行う。

外装１の背面の下方の右面２ｂ側には、外部インターフェース端子台２９が設置され、右面２ｂの外部インターフェース端子台２９の横側には外部インターフェース端子台３０が設置されている。外装１の背面３の上部には、二段にわたってコントローラ２４が設けられ、右面２ｂの上部にはリレー２８が設置されている。正面扉５の下方の凹部には取付け金具５４が設けられ、取付け金具５４に無停電装置２５が凹部に固定され、無停電装置２５の下方には配線用ダクト５６が設置されている。正面扉５の上部にはリレーモジュール２７が設置され、リレーモジュール２７の横側には配線用ダクト５５が設けられている。

このように、外部インターフェース端子台２９，３０を近づけて配置しているので、配線エリアを集約させることができる。又、正面扉５の剛性を上げているので、正面扉５側に繊細な部品であるリレーモジュール２７を配置でき、重量物であり熱的なスペックの厳しい無停電装置２５を配置できる。特に無停電装置２５を正面扉５側に設置できるので、正面扉５の面に密着させて無停電装置２５を冷却することができ、他の機器との距離も保てるので、効率良く冷却することができる。

電源ユニット２３の出力側はコントローラ２４に接続されており、電源ユニット２３により、受電した１００Ｖの電圧が２４Ｖに変換されてコントローラ２４の電源に給電される。コントローラ２４の信号線の一部はリレーモジュール２７を介して外部インターフェース端子台２９，３０に接続されている。

外部インターフェース端子台２９は、ボルト５２により背面３に取付けられている。外部インターフェース端子台２９の取付け部５３には横長形状の取付け穴が形成されており、ボルト５２を弛めて外部インターフェース端子台２９を左右に移動させることができるようになっている。このようにすることにより、外部インターフェース端子台２９を左面２ａ側に移動することにより外部インターフェース端子台３０との間の空間を広げることができ、外部インターフェース端子台３０他の配線作業を容易に行える。又、後述するように、外部インターフェース端子台２９を右面２ｂ側に移動することにより電源ユニット２３との間の空間を広げることができ、電源変換器３２，３３の交換作業を容易に行うことができる。

無停電装置２５は、瞬時の停電により一時的に電力が受電できない事態が発生した場合でも、制御装置が停止することなく動作するように蓄電するための装置である。無停電装置２５を介してコントローラ２４に電力を供給するために、電圧の変換や、電源の整流化を電源ユニット２３で行う。

コントローラ２４にて制御するための入出力信号は外部インターフェース端子台２９，
３０に入出力される。標準化されたリレーモジュール２７は、製品分野によってハード回路にて監視制御する場合に用いられる。リレーモジュール２７で顧客仕様を満足できない場合や電圧仕様が異なる場合は、リレー２８を用いる。

制御装置の外壁が凹凸形状のため、制御装置内に凸部の部分に発熱する部品を密着できる、あるいは発熱する部品と外壁との距離を短くでき、発熱する部品からの熱伝導や、外装表面からの熱放射効率が向上する。又、制御装置内の四隅に凹部が形成されるので、電源系統，信号系統などを回路区分毎に配線することができ、改造時の配線誤りや選択誤り、絶縁距離不足による障害を防止することが可能となる。正面扉も凹凸形状に加工されているため、可動部である正面扉の耐振性が向上するので、重量機器である無停電装置２５，精密機器であるリレーモジュール２７を正面扉５に実装でき、従来は制御装置の外装１内を占有していた機器がなくなり小型化できる。

図８は、電源ユニット２３の構成を示す斜視図、図９は、電源ユニット２３を図８に示す状態の反対方向から見た斜視図である。

本実施例の電源ユニット２３には、無停電装置２５から受電しコントローラ２４に給電する２つの電源変換器３２，３３，コンセント３７，保護用サープロ３４等が３次元的に立体実装されている。枠体４１には、電源変換器３２，３３の取付部材４２が設けられ、取付部材４２内を電源変換器３２，３３が矢印３８方向にスライド可能に取付けられている。電源変換器３２，３３の前面側には制御装置立ち上げや電気装置の保護用サープロ
３４が設けられている。保護用サープロ３４は、手動で開閉操作を行う開閉器が一面に設けられている。このように、開閉器を一面に集約して揃えているので、操作性が良い。枠体４１の電源変換器３２，３３の下方側には、コントローラ２４の電源整流を行うノイズフィルター３９，電源監視リレー３５等からコントローラ２４に伝送するためのインターフェースであるインターフェースコネクタ４０が設置され、保護用サープロ３４の下方側には、電源変換器３２，３３の電圧異常等の故障を監視するための電源監視リレー３５、自動，手動の切換えスイッチであるトグロスイッチ３６が設置され、枠体４１の右面２ｂ側には、無停電装置を備えていない他の制御装置に無停電装置２５から出力するためのコンセント３７が設置されている。

電源ユニット２３は、制御装置の正面扉５を開いた状態で正面側にスイッチ，保守部品が向いているように実装しており、操作がし易いようになっている。電源変換器３２，
３３は、比較的大きな部品で保守部品であるので、制御装置の左側にスライドできるようにして保守を容易にしている。

一般的に電源ユニットは２〜３つのユニットで構成され、電源ユニット内の電子部品を平面上に配置し中継端子台などで配線している。外部から電力を一次電源ユニットで受電し、電源変換ユニットでコントローラに給電するための電源変換を行い、二次電源ユニットで整流してコントローラへ給電する。これらの各ユニットを別個に制御装置内に実装すると、ユニット間を接続する、あるいはユニットから各部品，機器に接続する配線本数が増加し、配線ルートを確保するためのスペースが必要であり制御装置を大きくする必要がある。

本実施例では、電源ユニット２３を立体実装で構成して１個の電源にしているので、高密度実装でき、電源装置が制御装置内に点在していないので、制御装置の立ち上げや停止，保守交換時に間違いが少なく、操作が容易となり、操作性，保守性の向上が図れる。又、制御装置内に二段にわたってコントローラ２４が設けられたコントローラ間を離して設けることができるため、耐ノイズ性の優れたものとなる。又、電源ユニットを集約して１個にしているので、接続ケーブルの長さを短くでき、部品も集約的に配置できるのでユニット内の部品が低減でき、コストを下げることができる。

又、左面２ａ側に、端子台２０，耐雷トランス２１，遮断器２２，電源ユニット２３等の電源系統の機器を設置しているので、電源系統の配線を下から上に向って省スペースで実装できる。又、コントローラ２４からの信号線は、右面２ｂ側に配線でき、電源系統の配線と信号系統の配線の設置場所を区分でき、耐ノイズ性がよい。

本実施例の制御装置では、従来の制御装置に対し容積を１／３に小型化でき、製品の重量を２／５にすることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、薄板材料に凹凸形状の加工を施した板材で制御装置の外装及び正面扉を形成しているので、薄板材料であっても断面係数を増大でき、外部からの風圧，衝撃，地震，振動などに対する耐久性を確保でき、軽量化を実現できる。又、正面扉を薄板材料に凹凸形状の加工を施した板材で形成しているので、正面扉の裏面側に重量部品や機器を実装することが可能となり高密度実装化を実現できる。

又、制御装置の外壁に凹部又は凸部に各発熱品を実装することにより、発熱部品を外壁と近づけてあるいは密着して実装できるので、放熱面積が増え、熱伝達も向上できるので、外部へ効果的に放熱することができる。

又、屋外に設置するために遮蔽板を取付けた場合、外壁に形成された凹凸形状により、遮蔽板と外壁の空間ができ、日射断熱効果と風速を増加させる効果が得られる。

又、制御装置の外壁を薄板材に凹凸形状の加工を施して形成し、電源ユニットをユニット内に三次元的に実装し、重量機器や保守品を正面扉に実装することにより内部実装密度を向上して小型化できる。又、各ユニットを三次元的に実装しているので、ユニット内の実装を高密度化することができる。

又、制御装置内の高密度化により発熱密度が高くなる内部発熱は、外壁を凹凸形状の板材により構成し、制御装置表面の放射冷却の向上と外部から受ける日射に対する断熱効果を保持している。このように小型軽量化に伴う耐久性の低下を防止でき、従来以上の耐久性と低コストで実現できる。

本発明の一実施例である制御装置の斜視図である。 制御装置を上から見た平面図である。 制御装置の正面図である。 制御装置を右から見た側面図である。 遮蔽板を取付ける状態を示す斜視図である。 遮蔽板取付け後の制御装置の横断面図である。 制御装置の正面扉を開けた状態を示す斜視図である。 電源ユニットの構成を示す斜視図である。 電源ユニット２３を図８に示す状態の反対方向から見た斜視図である。

符号の説明

１…外装、２ａ…左面、２ｂ…右面、３…背面、４ａ…上面、４ｂ…下面、５…正面扉、６…ハンドル、７…ベース、９，１１…遮蔽板、１０…正面扉用遮蔽板、１２…曲げ加工部、１３…補強部、１４…スタット、１５…防水リング、１６…固定ネジ、２０…端子台、２１…耐雷トランス、２２…遮断器、２３…電源ユニット、２４…コントローラ、
２５…無停電装置、２６…ヒータ、２７…リレーモジュール、２８…リレー、２９，３０…外部インターフェース端子台、３１…電源ユニットカバー、３２，３３…電源変換器、３４…保護用サープロ（サーキットプロテクター）、３５…電源監視リレー、３６…スイッチ、３７…コンセント、３９…ノイズフィルター、４０…インターフェースコネクタ、４１…電源ユニット枠体、４２…電源変換器用取付部材。

Claims (1)

1. 長手方向に伸びた背面板と、閉じた状態で前記背面板の長手方向と同様の方向に伸びて前記背面板と対向する正面扉と、閉じた前記正面扉と前記背面板とが対向する間に空間を形成するための一対の側面板、上面板及び下面板を有し、
   前記背面板には、仮想的な長手方向対称線を挟んで前記長手方向に沿って伸びる２箇所で前記閉じた正面扉に向うことでその間で窪む部分を形成する凹部を有するよう鋼板の折曲げ加工を施し、前記正面扉には、仮想的な長手方向対称線を挟んで前記長手方向に沿って伸びる２箇所で前記閉じた状態で前記背面板とは反対の方向に向うことでその間に突起する凸部を有するよう鋼板の折曲げ加工を施し、前記一対の側面板の各々に、仮想的な長手方向対称線を挟んで前記長手方向に沿って伸びる２箇所で他方の側面板の方向に向うことでその間で窪む部分を形成する凹部を有するよう鋼板の折曲げ加工を施し、
   前記背面板の凹部及び前記一対の側面板の各々の凹部との間に空間を形成するように前記背面板及び前記一対の側面板を覆う遮蔽板を有し、
   外部からの受電のための端子台と、前記端子台に接続されるトランスと、前記端子台で受電した電力を前記トランスを介して受ける無停電装置と、前記無停電源に接続される電源装置と、前記電源装置から電源の供給を受けるコントローラを、前記正面扉、前記背面板、前記一対の側面板、前記上面板及び前記下面板で囲まれた空間に格納し、
   前記凸部により前記正面扉の前記背面板側に形成される空間に前記無停電装置を前記正面扉に近接して設置し、
   前記背面板の凹部の前記正面扉側に前記背面板の凹部に近接して前記電源装置を設置することを特徴とする制御装置。

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