JP4775778B2 - 制御装置の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばロボットを制御する制御装置を代表とするモータ駆動ユニットを内蔵する制御装置を冷却する制御装置の冷却装置に関する。

ロボットは産業のあらゆる用途へ適用が進み、特に粉塵、塵埃、オイルミスト等が多い悪環境では、作業者に代わって多用されている。ロボットは、その制御を行うために電子部品が多用されているが、これら電子部品の発熱により高温になり、制御装置内の温度が規定温度以上に上昇するのを防ぐための冷却を行うのが一般的である。このとき、粉塵、塵埃、オイルミスト等が多い悪環境で使用された際に、前述の粉塵、塵埃オイルミスト等の付着による電子部品の短絡現象等の事故を防ぐために、これら電子部品は前述の悪環境から隔離された状態で使用されている。この隔離して冷却するものは特開２００２−１３５９１６号公報や特開２００３−２１８５７２号公報に記載のものがある。

ところが、これらの冷却手段では、吸引する外気には前述の粉塵、塵埃、オイルミスト等を含んでいて、これらは、長期にわたるロボットの稼動で冷却フィン及び冷却ファンに付着し、また付着したオイルミストは酸化又は乾燥によってフィン及び冷却ファンに膜状に固化してしまう。この膜は冷却効率の低下の大きな原因となる。
また、冷却ファンには電源が供給されているが、これら粉塵、塵埃、オイルミスト及び湿度によって冷却ファンのモータ部や配線部で短絡又は地絡が発生するおそれがある。例えば、金型で成形する現場では、金型から製品をはずすために離型材が使用されるが、この離型材がミスト状となって工場内に舞い上がっていて、これが冷却ファンモータ内又は配線接続部等に付着し絶縁不良が発生することが考えられ、また、冷却フィンに付着すると冷却効率の低下となる。
外気を吸引する際にフィルタ等を通して、粉塵、塵埃、オイルミスト等を除去する手段があるが、定期的なフィルタ交換を行わねばフィルタの目詰まりのため、冷却が不十分となる一般的な技術課題があった。

この一般的な技術課題を解決するために、従来の技術では、ヒートシンクの表面を清掃するブラシを備えた清掃具を備え、この清掃具を、開閉カバーに連動させ、この開閉カバーの開閉操作により清掃具を動作させて、ヒートシンクを清掃するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の冷却装置における清掃機構を図８に示す。図８において、１００はヒートシンクであり、冷却ファン１０４ａ、１０４ｂにより吸排気された外気により冷却される。１０１はヒートシンク１００を清掃するための清掃手段であり、連動手段１０２により開閉カバー１０３の開閉に連動して動作するようになっている。このように、開閉カバー１０３開閉時に、清掃手段１０１を動作させヒートシンク１００の清掃を行うのである。

また、他の従来の技術では、通風路の冷却ファンの送風方向を切り替えることで、粉塵、塵埃、オイルミスト等を除去するものも提案されている（例えば、特許文献２）。
この特許文献２に記載の冷却装置における清掃機構を図９に示す。図９において、２００は冷却フィンであり、冷却ファン２０１により吸排気された外気により冷却される。冷却ファン２０１はプログラマブルコントローラ（以降、ＰＣと呼ぶ）によりその送風方向を切り替えることが可能であり、冷却ファン２０１が正回転時には、吸気口２０２から外気が取り込まれ排気口２０３より排気される。また、冷却ファン２０１が逆回転時には、排気口２０３から外気が取り込まれ吸気口２０２より排気される。冷却ファン２０１の送風方向を正回転で使用し続ける場合、粉塵、塵埃、オイルミスト等が吸気口２０２や冷却フィン２００に付着し冷却効率が低下してしまうため、運転開始時や運転中の一定期間毎に、ＰＣにより冷却ファン２０１の送風方向を逆回転にすることにより、吸気口２０２等に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等を除去するのである。

特開２００１−８３６３１号公報（図３参照） 特開平９−１５２２８４号公報（図５参照）

しかしながら、従来技術（特許文献１）では、開閉カバー等の移動部材に連動したブラシでヒートシンクの清掃を行うものであるが、ロボット制御装置でその扉開閉を利用するとしても、ロボット制御装置の設置場所が中二階などであると容易にアクセスできず、扉開閉の頻度は、例えば半年又は一年に１回程度の定期的な保守のときに限られるため、この間に付着する粉塵、塵埃、オイルミスト等のための障害は避けることができないという問題があった。
また、従来技術（特許文献２）では、通風路の冷却ファンの送風方向を切り替えることで粉塵、塵埃、オイルミスト等の除去を行うものであるが、冷却ファンの風圧では、粉塵、塵埃、オイルミスト等の除去を十分には行えないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、粉塵、塵埃、オイルミスト等が多い悪環境下でも、長期間メンテナンスを行うことなく長時間稼動を実現することができる制御装置の冷却装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、発熱体（６）を収納した全閉構造の筐体と、前記筐体の内部とは遮断され前記筐体外部の空気を給排気するための吸気口（１１）と排気口（１０）を有する冷却ダクト（８）と、前記筐体内部に配置された発熱体（６）に固着され前記冷却ダクト（８）に突出した冷却フィン（５ａ、６ａ）と、前記冷却ダクト（８）内に配置され前記筐体外部の空気を流通させるための冷却ファン（９）とを備えた制御装置（１）の冷却装置において、前記制御装置は、圧縮空気の供給を受け、前記冷却フィン（５ａ、６ａ）の近傍に設置されたノズル（１２）から前記冷却フィン（５ａ、６ａ）に対して所定時間毎に前記圧縮空気を間歇的に噴射するためのエア噴射手段（１２）を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記エア噴射手段（１２）は、前記冷却ファン（９）の動作の状態を判別し、前記冷却ファン（９）の動作開始と判別された場合に、第１の所定時間だけ前記冷却フィン（５ａ、６ａ）に対して前記圧縮空気を噴射し、前記冷却ファン（９）の動作中は第２の所定時間経過の後に再び前記第１の所定時間だけ前記圧縮空気を噴射することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記エア噴射手段（１２）は、前記冷却ファン（９）の動作が停止してから第３の所定時間が経過を判断し、前記冷却ファン（９）の動作が停止してから第３の所定時間が経過したと判別された場合に、第４の所定時間だけ前記冷却フィン（５ａ、６ａ）に対して前記圧縮空気を噴射することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記エア噴射手段（１２）は、シーケンス回路又は前記制御装置（１）の出力により制御されることを特徴とするものである。

本発明によると、冷却ファン動作中は所定時間毎に冷却フィン又は冷却ファンに対して圧縮空気を噴射することにより、冷却フィン又は冷却ファンに付着する粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物の量を最小限にすることができ、また、作業を終了しサーボ駆動電源遮断して冷却ファンが停止すると、直前までの稼動で冷却フィン又は冷却ファンに付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を清掃し制御装置の電源遮断に備えることができ、長期間メンテナンスを行うことなく冷却効率を維持し、長時間稼動を実現することができる。

本発明の第１実施例を示す制御装置の冷却装置の側断面図 （ａ）は図１におけるＡ−Ａに沿う断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図 本発明の第１実施例を示す圧縮空気配管の配管系統図 本発明の第１実施例を示すソレノイドバルブ制御のためのシーケンス回路 本発明の第１実施例を示す制御装置の冷却装置のタイミングチャート 本発明の第１実施例を示す冷却ファン動作時のソレノイドバルブ制御のためのフローチャート 本発明の第１実施例を示す冷却ファン停止時のソレノイドバルブ制御のためのフローチャート 従来のヒートシンク清掃機構の側断面図 従来の冷却装置の側断面図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の制御装置の冷却装置の側断面図、図２（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、図２（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図において、１はロボットを制御する制御装置であり、内部に電子部品を収納し全閉構造をしている。制御装置１の内部は、制御装置１の主電源を入り切りするブレーカ２、ロボットモータへの電源供給を入り切りする投入ユニット３、ロボットを駆動制御するＣＰＵユニット４、ロボットのモータへの駆動電源への制御を行うモータ駆動ユニット６、前記モータ駆動ユニット６に電力を供給するコンバータユニット５、ロボットのモータが減速のときの回生エネルギーを消費するための回生抵抗７から構成されている。
ＣＰＵユニット４等からは比較的発熱量が少ないため、制御装置１内部に設置された攪拌ファン（図示せず）により、制御装置１内部で対流をおこし、制御装置１の左右側面、天井面、及び、正面より制御装置１の外へ熱を放出することにより冷却を行う。
コンバータユニット５及びモータ駆動ユニット６は、ロボット稼動時の発熱量が多いため、それぞれ制御装置１に設けられている冷却ダクト８に突出した冷却フィン５ａ、冷却フィン６ａを有している。
８は冷却ダクトで、前記冷却フィン５ａ、６ａ、及び、回生抵抗７を冷却するため、該冷却ダクト８は、外気を給排気するための吸気口１０及び排気口１１を有しており、冷却ファン９により冷却ダクト８に外気を流通させる。このような構成で、コンバータユニット５、モータ駆動ユニット６からの発熱は、冷却ダクト８に突出した冷却フィン５ａ、６ａを、冷却ファン９により給排気する冷却ダクト８内部の通風により冷却を行う。また、回生抵抗７は冷却フィン５ａの近くに配置されており、冷却ダクト８内部の通風により冷却を行う。

１２はノズルであり、圧縮空気配管１３から制御装置１内部に取り込まれた圧縮空気を冷却フィン５ａ、冷却フィン６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に噴射するため、冷却フィン５ａ、冷却フィン６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９の近傍（例えば５０ｍｍ程度でノズル１２から噴射する圧縮空気により付着物をとばすことができる距離）に設置されている。
ノズル１２から第２の所定時間毎に圧縮空気を噴射することにより、冷却フィン５ａ、冷却フィン６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を除去することができる。また、除去された粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物は冷却ダクト８の底部に設置された排出トレイ１４にたまる。排出トレイ１４は冷却ダクト８から容易に引き出せる構造となっているため、定期メンテナンスのときや、任意にロボットを停止することなく容易に除去された付着物の除去が可能である。

図３は、圧縮空気の配管系統図である。２１は、例えば、図示しない工場の高圧空気供給配管から圧縮空気を制御装置１内部に取り込むための継ぎ手である。継ぎ手２１より入った圧縮空気は、圧縮空気中のゴミを取り除くためのミストセパレータ２２、圧力を調整するレギュレータ２３、圧縮空気の供給を制御するソレノイドバルブ２５を通過した後、ノズル１２より、冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、又は、冷却ファン９に噴射される。図示していないが、ノズル毎又は複数のノズル毎にレギュレータを設けて、圧縮空気噴射部位に応じて噴射圧を変えることもできる。また、噴射圧低下の検出が必要であれば、圧力検出器２４によりレギュレータ２３通過後の圧縮空気の圧力を監視することが可能である。レギュレータ２３通過後の圧縮空気の圧力が、所定圧力以下になった場合、例えば、警告灯（図示せず）等により周囲に異常又は警報を通知することが可能である。

本発明が従来技術と異なる部分は、冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、又は、冷却ファン９に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を除去するために圧縮空気を噴射するエア噴射手段を備えた部分である。

図４はソレノイドバルブ２５を制御するためのシーケンス回路である。以下、図４のシーケンス回路に基づき、ソレノイドバルブ２５の動作について説明を行う。冷却ファン９動作時、入力リレーＸ１が励磁され、その常開接点（ＮＯ接点）Ｘ１−１がＯＮ、常閉接点（ＮＣ接点）がＯＦＦとなり、限時作動瞬時復帰型のタイマＴ２の閉路しているＮＣ接点Ｔ２−１を介して限時作動瞬時復帰型のタイマＴ１が励磁され動作を開始するとともに、タイマＴ１の閉路しているＮＣ接点（Ｔ１−２）を介して出力リレーＹ１が励磁される。これにより、出力リレー接点Ｙ１−１がＯＮし、出力リレーＹ３が励磁されることにより、出力リレーＹ３の接点で駆動されるソレノイドバルブ２５がＯＮし、ノズル１２から冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に対して圧縮空気が噴射される。

前記タイマＴ１が所定時間（請求項に記載の第１の所定時間で例えば３０秒）経過しタイムアップすると、タイマＴ１のＮＯ接点Ｔ１−１がＯＮして、タイマＴ２が励磁され動作を開始するとともに、ＮＣ接点Ｔ１−２がＯＦＦとなり、出力リレーＹ１の励磁が解除される。これにより、出力リレーＹ１のＮＯ接点Ｙ１−１がＯＦＦし、出力リレーＹ３の励磁が解除されることにより、ソレノイドバルブ２５がＯＦＦし、圧縮空気の噴射が停止される。

前記タイマＴ２が所定時間（請求項に記載の第２の所定時間で例えば３０分）経過しタイムアップすると、タイマＴ２のＮＣ接点Ｔ２−１がＯＦＦする。これにより、タイマＴ１の励磁が解除され、ＮＯ接点Ｔ１−１がＯＦＦ、ＮＣ接点Ｔ１−２がＯＮとなることにより、タイマＴ２の励磁も解除されＮＣ接点Ｔ２−１は再びＯＮとなる。以降、冷却ファン９動作中は同様の動作を繰り返しソレノイドバルブ２５のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。

冷却ファン９の動作が停止すると、入力リレーＸ１のＮＯ接点Ｘ１−１がＯＦＦ、ＮＣ接点Ｘ１−２がＯＮとなり、限時作動瞬時復帰型のタイマＴ３が励磁され動作を開始する。前記タイマＴ３が所定時間（請求項に記載の第３の所定時間で例えば１分）経過しタイムアップすると、タイマＴ３のＮＯ接点Ｔ３−１がＯＮとなり、限時作動瞬時復帰型のタイマＴ４が励磁され動作を開始するとともに、タイマＴ３のＮＯ接点Ｔ３−２のＯＮ、及びタイマＴ４のＮＣ接点Ｔ４−１はＯＮであるので、出力リレーＹ２が励磁される。これにより、出力リレーＹ２のＮＯ接点Ｙ２−１がＯＮし、出力リレーＹ３が励磁されることにより、ソレノイドバルブ２５がＯＮし、ノズル１２から冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に対して圧縮空気が噴射される。

前記タイマＴ４が所定時間（請求項に記載の第４の所定時間で例えば１分）経過しタイムアップすると、タイマＴ４のＮＣ接点Ｔ４−１がＯＦＦとなり、出力リレーＹ２の励磁が解除される。これにより、出力リレーＹ２のＮＯ接点Ｙ２−１がＯＦＦすることにより、出力リレーＹ３の励磁が解除され、ソレノイドバルブ２５がＯＦＦし、圧縮空気の噴射が停止される。以降、タイマＴ３、及び、タイマＴ４は励磁されたままであるため、再び冷却ファン９の動作を開始するまでは、圧縮空気の噴射は行わない。

図５は、図４に示すソレノイドバルブ制御回路の動作を示すタイミングチャートである。時刻ｔ０に冷却ファン９の電源がＯＮし動作を開始すると、ソレノイドバルブ２５がＯＮし、ノズル１２から冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に対して圧縮空気の噴射が開始される。所定時間（タイマＴ１の設定時間で例えば３０秒）が経過した時刻ｔ１でソレノイドバルブ２５がＯＦＦし、圧縮空気の噴射が停止される。次に、所定時間（タイマＴ２の設定時間で例えば３０分）経過した時刻ｔ２にて、再びソレノイドバルブ２５がＯＮし、ノズル１２から圧縮空気が噴射される。このように、冷却ファン９の電源がＯＦＦし動作を停止する時刻ｔ４まで所定の間隔で圧縮空気の噴射を行い、冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を除去する。
時刻ｔ４に冷却ファン９の電源がＯＦＦし動作を停止すると、所定時間（タイマＴ３の設定時間で例えば１分）経過した時刻ｔ５でソレノイドバルブ２５がＯＮし、圧縮空気の噴射が開始される。所定時間（タイマＴ４の設定時間で例えば１分）が経過した時刻ｔ６でソレノイドバルブ２５がＯＦＦし、圧縮空気の噴射が停止される。

図６、及び、図７は制御装置１のＣＰＵユニット４の出力でソレノイドバルブ２５を制御するためのフローチャートである。図６は、冷却ファン９動作時開始時の処理を示すフローチャートである。冷却ファン９動作時開始時には、タイマＴ１の初期化（ステップＳ１）後ソレノイドバルブ２５をＯＮ（ステップＳ２）し、ノズル１２から冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に対して圧縮空気の噴射を開始する。冷却ファン９が停止（ステップＳ３）するとソレノイドバルブ２５をＯＦＦ（ステップＳ９）して終了する。タイマＴ１が所定時間（請求項に記載の第１の所定時間で例えば３０秒）経過しタイムアップを待ち（ステップＳ４）すると、ソレノイドバルブ２５をＯＦＦ（ステップＳ５）し、圧縮空気の噴射を停止する。次に、タイマＴ２の初期化（ステップＳ６）を行い、冷却ファン９が停止（ステップＳ７）すると終了する。タイマＴ２が所定時間（請求項に記載の第２の所定時間で例えば３０分）経過しタイムアップを待ち（ステップＳ８）すると、再びタイマＴ１の初期化（ステップＳ１）後ソレノイドバルブ２５をＯＮし圧縮空気の噴射を開始する。以降、冷却ファン９動作中は同様の動作を繰り返しソレノイドバルブ２５のＯＮ−ＯＦＦを繰り返し、冷却ファン９停止時、圧縮空気を噴射している場合にはソレノイドバルブをＯＦＦした後に、圧縮空気を噴射していない場合には直ちに処理を終了する。

図７は、冷却ファン９停止時の処理を示すフローチャートである。冷却ファン９停止時には、タイマＴ３の初期化（ステップＳ１１）を行い、冷却ファン９が動作開始する（ステップＳ１２）と終了する。タイマＴ３が所定時間（請求項に記載の第３の所定時間で例えば１分）経過しタイムアップを待ち(ステップ１３)、タイムアップすると、ソレノイドバルブ２５をＯＮ（ステップ１４）し圧縮空気の噴射を開始する。次に、タイマＴ４の初期化（ステップ１５）を行い、冷却ファン９が動作開始すると（ステップＳ１６）ソレノイドバルブ２５をＯＦＦ（ステップＳ１９）して終了する。タイマＴ４が所定時間（請求項に記載の第４の所定時間で例えば１分）経過しタイムアップを待ち（ステップ１７）すると、ソレノイドバルブ２５をＯＦＦ（ステップ１８）し、圧縮空気の噴射を停止した後、処理を終了する。

このように、冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９の近傍に設置されているノズル１２より、冷却ファン動作中に所定の間隔で圧縮空気を噴射し、冷却フィン５ａ、６ａ、回生抵抗７、及び、冷却ファン９に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を除去する構成をしているので、粉塵、塵埃、オイルミスト等が多い悪環境下でも、メンテナンスを行うことなく長時間稼動を実現することができる。

この例では、冷却ファン９の動作の状態（入力リレーＸ１）で、ソレノイドバルブの動作シーケンスを作動するようにしたものである。冷却ファン９の動作中は、冷却ダクト８内に強制通風されるので、冷却フィンなどが粉塵、塵埃、オイルミスト等に曝されているために、付着物の蓄積を定期的に除去するようにしたものである。また、ロボットの稼動が終了して、モータ駆動ユニット６への電源を遮断（ロボットモータの駆動停止）して冷却ファン９が停止すると、制御電源の遮断の前に付着物の除去動作を行ない、非稼動中の膜化の可能性のある付着物を除去する。ただし、ロボットでは、作業者による加工製品の準備などのために短時間のロボットモータの駆動停止があるが、その都度の付着物の除去は、段取りの時間、頻度、周囲環境を考慮して適宜決めることができる。例えば図４でＴ３の設定を最短設定時間（例えば１秒）とすると、ロボットモータの駆動停止すると、付着物除去が始まり、その終了後に制御電源を遮断することができる。
なお、ノズルの数や圧縮空気の噴出方向、タイマの設定時間は実施例に限定するものではない。

このような構成にすることで、通常では冷却フィン等の設計の時に、粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物による冷却効率の低下などの安全率を考慮した設計を行うが、圧縮空気を噴射することにより冷却フィン、冷却ファン等に付着した粉塵、塵埃、オイルミスト等の付着物を除去することができるので、冷却フィン等の設計のときに安全率を低く見積もることが出来、最適化が実現でき、ひいては制御装置の小型化も実現可能である。

１ 制御装置
２ ブレーカ
３ 投入ユニット
４ ＣＰＵユニット
５ コンバータ
６ モータ駆動ユニット
５ａ、６ａ 冷却フィン
７ 回生抵抗
８ 冷却ダクト
９ 冷却ファン
１０ 吸気口
１１ 排気口
１２ ノズル
１３ 圧縮空気配管
１４ 排出トレイ
２１ 継ぎ手
２２ ミストセパレータ
２３ レギュレータ
２４ 圧力検出器
２５ ソレノイドバルブ
Ｔ１〜Ｔ４ オンディレータイマ

Claims (4)

1. 発熱体を収納した全閉構造の筐体と、前記筐体の内部とは遮断され前記筐体外部の空気を給排気するための吸気口と排気口を有する冷却ダクトと、前記筐体内部に配置された前記発熱体に固着され前記冷却ダクトに突出した冷却フィンと、前記冷却ダクト内に配置され前記筐体外部の空気を流通して前記冷却フィンを冷却するための冷却ファンと、を備えた制御装置の冷却装置において、
   前記制御装置は、
   圧縮空気の供給を受け、
   前記冷却フィンの近傍に設置されたノズルから前記冷却フィンに対して所定時間毎に前記圧縮空気を間歇的に噴射するためのエア噴射手段を備えたことを特徴とする制御装置の冷却装置。
2. 前記エア噴射手段は、前記冷却ファンの動作の状態を判別し、前記冷却ファンの動作開始と判別された場合に、第１の所定時間だけ前記冷却フィンに対して前記圧縮空気を噴射し、前記冷却ファンの動作中は第２の所定時間経過の後に再び前記第１の所定時間だけ前記圧縮空気を噴射することを特徴とする請求項１記載の制御装置の冷却装置。
3. 前記エア噴射手段は、前記冷却ファンの動作が停止してから第３の所定時間が経過を判断し、前記冷却ファンの動作が停止してから第３の所定時間が経過したと判別された場合に、第４の所定時間だけ前記冷却フィンに対して前記圧縮空気を噴射することを特徴とする請求項１または請求項２記載の制御装置の冷却装置。
4. 前記エア噴射手段は、シーケンス回路又は前記制御装置の出力により制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置の冷却装置。
   

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