JP5905510B2 - 電子機器ユニットと制御盤筐体のシールド構造 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置などの電子機器ユニットと、制御盤筐体との間の電気的シールド構造に関する。

工作機械を制御する数値制御装置などの電子機器ユニットは、工作機械の制御盤筐体などに取付けられ、切削液を使用する厳しい工場環境で使用され、電子機器ユニットに直接あるいは間接的に切削液がかかることがある。そのため、工場環境から制御盤筐体内部を保護する目的で、制御盤筐体と電子機器ユニットの間や制御盤筐体内部へのケーブルの引き込み口にはパッキン等のシール部材を使用し、制御盤筐体内部に外気や切削液が侵入しないような構造となっている。

一方で、電子機器ユニットは電磁波、放射ノイズ、誘導ノイズ等の電気的ノイズに対しての不干渉性および耐性（ＥＭＣ）を保持していることが要求されるので、制御盤筐体と電子機器ユニットの間にはＥＭＣ対策として電気的シールドを施す必要がある。このような、物理的な密閉性と電気的なシールド効果を両立させるため、従来からシール部材には導電性のパッキンが使用されていた。

図７，８は、従来の制御盤筐体と電子機器ユニットの構造を示す図である。
図７に示されるように、表示器ユニット、操作盤ユニット等の電子機器ユニット１は、工場環境では制御盤筐体２に取り付けられた状態で使用されている。図８は、制御盤筐体２から取り外した電子機器ユニット１を裏側から見た図である。電子機器ユニット１は、表示パネルや基板などの電子部品が金属フレーム４に組み込まれて構成されている。金属フレーム４には例えば四隅に取付部５が設けられており、当該取付部５により金属フレーム４を制御盤筐体２に取り付けることができるように構成されている。また、金属フレーム４と制御盤筐体２の間には導電性パッキン１０が張り付けられており、導電性パッキン１０に設けられた穴部７に取付部５を通して制御盤筐体２に取り付けることで、金属フレーム４と制御盤筐体２の間の隙間が導電パッキンにより密閉され、切削液などが内部に浸入することを防ぐと共に、導電性パッキン１０を介して金属フレーム４と制御盤筐体２が接触し、電子部品と外部の工場環境とを電気的に遮蔽する電気的シールドを構成している。

また、その他のＥＭＣ対策としては、例えば特許文献１にみられるような、所定のエンボス（突起）を設けて電気的シールドを得る構造が知られている。

特開平０７−３２６８８１号公報

しかしながら、導電性パッキンは一般的なパッキンに比べて高価でありコスト面での問題があった。また、特許文献１に記載された電気的シールド構造は、装置内部部品の電気的シールド構造に関するものであるため、電気的シールド構造を構成する部品の間に絶縁物であるパッキン等のシール部材は配置されておらず、このような構成を工作機械に単に採用したとしても物理的な密閉性を確保できないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、高価な導電性パッキンを用いることなく、物理的密閉性と電気的シールド効果を併せ持つ構造を提供することである。

本願請求項１に係る発明は、制御盤筐体に取り付けるための複数の取付部を有する金属フレームに電子部品が備えられた電子機器ユニットがパッキンを介して前記制御盤筐体に取り付けられて構成される電気的シールド構造において、前記金属フレームに、前記電子機器ユニットを前記制御盤筐体に取付けた際に前記制御盤筐体と接する高さの導電性を有する複数の突起部を、前記電子部品を取り囲むように設け、前記パッキンに、前記突起部を挿通させる複数の穴部を、前記金属フレームを前記パッキンを介して前記制御盤筐体に取り付ける際に前記突起部の位置と対応する位置に設け、前記複数の突起部の各々の高さが、前記金属フレームの前記複数の取付部の間の、中央部において高く、前記取付部に近づくに従い低くした、ことを特徴とする電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造である。

本願請求項２に係る発明は、制御盤筐体に取り付けるための複数の取付部を有する金属フレームに電子部品が備えられた電子機器ユニットがパッキンを介して前記制御盤筐体に取り付けられて構成される電気的シールド構造において、前記制御盤筐体に、前記電子機器ユニットを前記制御盤筐体に取付けた際に前記金属フレームと接する高さの導電性を有する複数の突起部を、前記電子機器ユニットの取付時において前記電子部品を取り囲む位置に設け、前記パッキンに、前記突起部を挿通させる複数の穴部を、前記金属フレームを前記パッキンを介して前記制御盤筐体に取り付ける際に前記突起部の位置と対応する位置に設け、前記複数の突起部の各々の高さが、前記電子機器ユニットの取付時における前記金属フレームの前記複数の取付部の間の、中央部において高く、前記取付部に近づくに従い低くした、ことを特徴とする電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造である。

本願請求項３に係る発明は、前記金属フレームと前記制御盤筐体の硬度が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造である。

本発明により、シール部材に高価な導電性パッキンではなく一般的なパッキンを使用することが可能となり、コストを低減させながらも物理的密閉性と電気的シールド効果を併せ持つ構造を提供することができる。

本発明の実施の形態１の電気的シールド構造を示す図である。 本発明の実施の形態２の電気的シールド構造を示す図である。 本発明の実施の形態３の電気的シールド構造を示す図である。 本発明の実施の形態４の電気的シールド構造の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４の電気的シールド構造の一例を示す図である。 本発明の他の実施の形態の電気的シールド構造を示す図である。 従来の制御盤筐体と電子機器ユニットの構造を示す図である。 従来の電子機器ユニットの構造を示す図である

以下、本発明の電気的シールド構造の一実施形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の電気的シールド構造を説明する図である。
図１の上に示すように、電子機器ユニット１は、表示パネルや基板などの電子部品が金属フレーム４に組み込まれて構成されており、工場環境では従来技術として図７に示したように制御盤筐体２に取り付けられて利用されている。電子機器ユニット１を制御盤筐体２に取り付ける際には、金属フレーム４の例えば四隅に設けられた複数の取付部５を制御盤筐体２に固定することで取り付けられる。取付部５は、ネジやナットなど、金属フレーム４を制御盤筐体２に固定できるものであればどのようなものでもよい。

図１の下は、電子機器ユニット１の隅部を拡大した図である。
本実施の形態に係る電子機器ユニット１は、電子部品が組み込まれている金属フレーム４の裏面縁部であってパッキン６が貼り付けられる部分に、電子部品実装エリア３を取り囲むように複数の突起部８が設けられている。突起部８は導電性を持つ物質で構成し、金属フレーム４と電気的に導通していればどのような加工方法により形成してもよく、例えば、金属フレーム４にエンボス加工することで突起部８を形成してもよい。

パッキン６には取付部５を通す穴部７以外に、突起部８の位置と対応する位置に穴部９が設けられており、金属フレーム４にパッキン６を貼り付けると突起部８が穴部９を通るようになっている。

このような構成を設けた金属フレーム４をパッキン６を間に挟んで制御盤筐体２に、例えばネジなどの取付部５により取り付けると、金属フレーム４と制御盤筐体２との間でパッキン６が変形して金属フレーム４及び制御盤筐体２とそれぞれ密着し、金属フレーム４と制御盤筐体２に囲まれた空間と外部とが物理的に遮断され、切削液などの浸潤から内部の電子機器を保護する密閉構造が形成される。また、金属フレーム４に設けられた突起部８がパッキン６に設けられた穴部９を通して制御盤筐体２に接触することで金属フレーム４と制御盤筐体２との間に電気的な導通性が確保され、これら部材により囲まれた空間と外部との間に電気的シールドが構成される。

複数の突起部８の高さについては、金属フレーム４を制御盤筐体２に取り付けた際に突起部８が制御盤筐体２に接するように、パッキン６の圧縮変形分を考慮してパッキン６の厚さよりもやや低く設定するとよい。
また、複数の突起部８の間隔については、電子機器ユニット１に組み込む電子部品から放出される電気的ノイズの周波数や、工場環境において生じる電気的ノイズの種類に応じて、遮断したい電磁波の波長に対してシールド効果を十分に得られる程度の間隔で配置することで、装置の利用状況に応じた良好な電気的シールド効果を得ることができる。

本実施の形態では電気的なシールド効果は金属フレーム４と制御盤筐体２の構造により実現されているので、パッキン６には高価な導電性パッキンを用いる必要はなく、一般的なパッキンを用いることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では複数の突起部８はすべて同じ高さに設定されているが、本実施の形態では、電子機器ユニット１と制御盤筐体２との間に張り付けられたパッキン６の反発力により金属フレーム４に変形やたわみが発生することを考慮して、各突起部８の高さに変形やたわみ量に相当する高低差を設けている。

図２（Ａ）は本実施の形態における電子機器ユニット１の裏面を斜視したものであり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ’矢視断面図である。
本実施の形態における電子機器ユニット１を構成する金属フレーム４には、実施の形態１で説明したものと同様に複数の突起部８が設けられており、各突起部８の高さは、金属フレーム４、制御盤筐体２の形状や、金属フレーム４に設けられた取付部５の位置、金属フレーム４の強度やパッキン６の反発力などを考慮して、金属フレーム４を制御盤筐体２に取付けた際に金属フレーム４に生じる変形やたわみ量に相当する高低差を設けている。

例えば、図２（Ａ）に示すように、金属フレーム４の四隅に取付部５が設けられている場合、取付部５により金属フレーム４が制御盤筐体２に固定されるため取付部５の付近では金属フレーム４にたわみが生じにくいが、取付部５から離れるにつれてパッキン６の反発力により金属フレーム４が制御盤筐体２から離れる方向に押されてたわんでしまうため、突起部８を同じ高さに設定すると、取付部５の間の中央部において突起部８が制御盤筐体２から離れてしまうという問題が生じる。

そこで、図２（Ｂ）に示すように、各取付部５の間の中央部において高く、取付部５に近づくに従い低くなるように突起部８の高さを設定すると、金属フレーム４を制御盤筐体２に取付部５を介して取り付けた際、パッキン６の反発力により金属フレーム４全体にたわみが生じるが、このようなたわみにあわせて突起部８の高さが設定されているので、突起部８は制御盤筐体２から離れることなく隙間なく接触し、良好な電気的シールド効果を奏する電気的シールドを構成することができる。
なお、図２（Ｂ）では突起部の構成が理解しやすいように高低差を強調して表現しているが、実際には金属フレーム４に発生する変形やたわみ量に相当する適切な高低差を設ければよい。

（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態２の変形例である。実施の形態２では、突起部８に高低差を設けることにより金属フレーム４に生ずる変形やたわみを吸収しているが、本実施の形態では、突起部８は同じ高さで構成する一方で、金属フレーム４、制御盤筐体２の形状や、金属フレーム４に設けられた取付部５の位置、パッキン６の強度などを考慮して、金属フレーム４に対してあらかじめ変形やたわみ量に相当する湾曲を設けることにより、金属フレーム４の突起部８を制御盤筐体２に隙間なく接触させることができるような構造を設けている。

図３は本発明の実施の形態３の電気的シールド構造を説明する図である。
例えば、図３に示すように、金属フレーム４は制御盤筐体２に取り付けるために設けられた複数の取付部５の間の中央部が電子機器ユニット１の裏面側に膨らむ方向に湾曲を設けている。言い換えると、金属フレーム４の取付部５が設けられている部分が、電子機器ユニット１の表面に反る方向（図３における矢印の方向）に湾曲が設けられている。このような構造を採用することで、金属フレーム４を制御盤筐体２に取付部５を介して取り付けた際、金属フレーム４の四隅を制御盤筐体２側にたわませることにより突起部８の高さが制御盤筐体２に対して平行になるため、突起部８は制御盤筐体２から離れることなく隙間なく接触し、良好な電気的シールド効果を奏する電気的シールドを構成することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態は、金属フレーム４と制御盤筐体２とで硬度が異なる材料を用いることで、柔らかい側の材料がつぶれることにより金属フレーム４と制御盤筐体２が確実に接触する構造を設けている。

図４は、金属フレーム４の硬度が制御盤筐体２の硬度よりも高い場合の電気的シールド構造を説明する図である。図４に示されるように、金属フレーム４が制御盤筐体２に取付けられると、金属フレーム４に設けられた突起部８はパッキン６に設けられた穴部９を介して制御盤筐体２へ押し付けられるが、突起部８は金属フレーム４と同じ硬度を持っており、制御盤筐体２よりも硬度が高いため、より柔らかい制御盤筐体２に食い込む形で接触する。

一方で、図５は、金属フレーム４の硬度が制御盤筐体２の硬度よりも低い場合の電気的シールド構造を説明する図である。図５に示されるように、金属フレーム４が制御盤筐体２に取り付けられると、金属フレーム４に設けられた突起部８はパッキン６に設けられた穴部９を介して制御盤筐体２へ押し付けられるが、突起部８は金属フレーム４と同じ硬度を持っており、制御盤筐体２よりも硬度が低いため、制御盤筐体２との硬度差により突起部８がつぶれる形で接触する。

（その他の実施の形態）
実施の形態１〜４では、突起部８を電子機器ユニット１側に設けたが、電気的シールドを得るための突起部８は電子機器ユニット１側ではなく、制御盤筐体２側に設けて電子機器ユニットの周囲の金属フレーム４は平滑面としても他の実施例と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態３では金属フレーム４に対してあらかじめ変形やたわみ量に相当する湾曲を設けるようにしていたが、突起部を制御盤筐体２側に設ける場合においては、制御盤筐体２側にあらかじめ変形やたわみ量に相当する湾曲を設けるように構成するとよい。
図６は、突起部８を設けた制御盤筐体２において、金属フレーム４をとりつけた際に複数の取付部５の間に位置する制御盤筐体２の中央部を金属フレーム４の取付面側に膨らむ方向に湾曲を設けている。このような構造を採用することで、金属フレーム４を制御盤筐体２に取付部５を介して取り付けた際、制御盤筐体２に設けた湾曲に沿って金属フレーム４がたわむこととなり、突起部８は制御盤筐体２から離れることなく隙間なく接触し、良好な電気的シールド効果を奏する電気的シールドを構成することができる。

１ 電子機器ユニット
２ 制御盤筐体
３ 電子部品実装エリア
４ 金属フレーム
５ 取付部
６ パッキン
７ 穴部
８ 突起部
９ 穴部
１０ 導電性パッキン

Claims (3)

1. 制御盤筐体に取り付けるための複数の取付部を有する金属フレームに電子部品が備えられた電子機器ユニットがパッキンを介して前記制御盤筐体に取り付けられて構成される電気的シールド構造において、
   前記金属フレームに、前記電子機器ユニットを前記制御盤筐体に取付けた際に前記制御盤筐体と接する高さの導電性を有する複数の突起部を、前記電子部品を取り囲むように設け、
   前記パッキンに、前記突起部を挿通させる複数の穴部を、前記金属フレームを前記パッキンを介して前記制御盤筐体に取り付ける際に前記突起部の位置と対応する位置に設け、
   前記複数の突起部の各々の高さが、前記金属フレームの前記複数の取付部の間の、中央部において高く、前記取付部に近づくに従い低くした、
   ことを特徴とする電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造。
2. 制御盤筐体に取り付けるための複数の取付部を有する金属フレームに電子部品が備えられた電子機器ユニットがパッキンを介して前記制御盤筐体に取り付けられて構成される電気的シールド構造において、
   前記制御盤筐体に、前記電子機器ユニットを前記制御盤筐体に取付けた際に前記金属フレームと接する高さの導電性を有する複数の突起部を、前記電子機器ユニットの取付時において前記電子部品を取り囲む位置に設け、
   前記パッキンに、前記突起部を挿通させる複数の穴部を、前記金属フレームを前記パッキンを介して前記制御盤筐体に取り付ける際に前記突起部の位置と対応する位置に設け、
   前記複数の突起部の各々の高さが、前記電子機器ユニットの取付時における前記金属フレームの前記複数の取付部の間の、中央部において高く、前記取付部に近づくに従い低くした、
   ことを特徴とする電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造。
3. 前記金属フレームと前記制御盤筐体の硬度が異なることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器ユニットと制御盤筐体の電気的シールド構造。