JP6613283B2

JP6613283B2 - 冷却構造および筐体

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Publication number: JP6613283B2
Application number: JP2017210451A
Authority: JP
Inventors: 典弘西道
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: JP2019083272A; US10624234B2; CN109729695A; DE102018008447A1; CN109729695B; US20190133000A1

Description

本発明は、ファンの駆動によって筐体内に気流を流すことにより、筐体内を冷却する冷却構造、および、ファンによる気流で内部が冷却される筐体に関する。

下記の特許文献１には、密閉された制御盤内において、表示器の背後に配置されたプリント基板（電子部品）をファンによる気流で冷却することが開示されている。

特開２０１５−１３８２５７号公報

筐体内に配置された電子部品を効率よく冷却するためには、外気を取り込んで電子部品を冷却することが望ましい。しかしながら、オイルミストの存在する環境下で筐体が配置されている場合に、オイルミストを含む外気を筐体内に取り込んで電子部品を冷却すると、電子部品がオイルミストの影響を受ける可能性がある。

そこで、本発明は、オイルミストの影響を抑えつつ、電子部品を効率よく冷却することができる冷却構造および筐体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、筐体と、前記筐体内に気流を流すことにより前記筐体内を冷却するファンとを有する冷却構造であって、前記筐体内に設けられた仕切りを有し、前記仕切りによって、前記筐体内が、第１の空間と第２の空間とに分割され、前記ファンの駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む前記気流が前記第１の空間内を通過する。

本発明の第２の態様は、ファンによる気流で内部が冷却される筐体であって、前記筐体内に設けられた仕切りを有し、前記筐体内が、前記仕切りによって第１の空間と第２の空間とに分割され、前記ファンの駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む前記気流が前記第１の空間内を通過する。

本発明によれば、オイルミストの影響を抑えつつ、電子部品を効率よく冷却することが可能となる。

本実施の形態の冷却構造および筐体が適用される制御装置を、表示器の背面に取り付けた状態を図示した斜視図である。図１の筐体のスロットに対する制御ボードの挿抜を図示した斜視図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

本発明に係る冷却構造および筐体について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［制御装置１２および表示器１４の概要］
本実施の形態の冷却構造１０および筐体２２は、図１〜図３に示す制御装置１２に適用される。制御装置１２は、表示器１４の背面１６に配置されている。ここでは、制御装置１２および表示器１４の構成を説明した後に、冷却構造１０（図３参照）および筐体２２（図１〜図３参照）について説明する。

制御装置１２は、表示器１４を制御するための制御装置である。表示器１４は、前面１８に配置される不図示の表示画面を有する液晶表示ユニットである。制御装置１２は、例えば、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）の工作機械の数値制御装置に適用される。この場合、表示器１４は、工作機械の操作盤に設けられる。なお、以下の説明では、表示器１４の前面１８を正面から見た方向にしたがって、上下、左右および前後の方向を説明する。

図１および図２に示すように、表示器１４の前面１８とは反対側の背面１６には、制御装置１２と、不図示の外部装置に接続可能なユーザ・インターフェース・ユニット２０とが着脱可能に取り付けられている。この場合、表示器１４の背面１６の上側に制御装置１２が着脱可能に取り付けられている。また、表示器１４の背面１６の下側の隅部には、ユーザ・インターフェース・ユニット２０が着脱可能に取り付けられている。したがって、後述する冷却構造１０（図３参照）は、表示器１４の背面１６に配置される制御装置１２や、表示器１４から分離した制御装置１２にも適用可能である。

制御装置１２は、表示器１４の背面１６に取り付けられる箱型の筐体２２を有する。筐体２２の底面２４（図２および図３参照）は、表示器１４の背面１６に対向している。この場合、底面２４に隣接する筐体２２の側面のうち、ユーザ・インターフェース・ユニット２０寄りの側面２６（表示器１４の上下方向に沿った側面）には、筐体２２内を冷却するための２つのファン２８を収納するケースであるファンユニット３０が、筐体２２に着脱可能に取り付けられている。なお、ファンユニット３０には、少なくとも１個のファン２８が収納されていればよい。

［筐体２２を含む制御装置１２の構成］
制御装置１２の筐体２２は、筐体２２の前側（表示器１４の背面１６側）が開口された箱型のケース本体２２ａと、ケース本体２２ａの開口部分を塞ぐ底板２２ｂ（図２および図３参照）とから構成される。この場合、底板２２ｂの背面１６側の面が底面２４となる。筐体２２（ケース本体２２ａ）において、底面２４に隣接する側面のうち、ファンユニット３０が取り付けられる側面２６に隣接する下側の側面（下面３２）には、形状または大きさが異なる複数の開口３４が形成されている。

筐体２２内には、各々の開口３４から、ファンユニット３０が取り付けられる側面２６に平行な上下方向に沿って延びる複数のスロット３６ａ、３６ｂが形成されている。すなわち、筐体２２内には、図３の断面視で、前後方向および左右方向に延びる複数の仕切り３８が設けられている。これにより、筐体２２内は、複数の空間に分割される。図３では、複数の仕切り３８によって、筐体２２内が、図３の左右方向に形成された大きな１つの第１空間（第１の空間）３９ａと、筐体２２の後方側（図３の紙面の上側）の左側および中央に形成された小さな２つの第２空間（第２の空間）３９ｂとに分割される場合を図示している。なお、仕切り３８は、筐体２２（ケース本体２２ａ）の一部であってもよいし、または、筐体２２とは別部材であってもよい。

このように、筐体２２内が第１空間３９ａおよび第２空間３９ｂに分割されることにより、上下方向に延びる複数のスロット３６ａ、３６ｂが形成され、各スロット３６ａ、３６ｂの下面３２側が開口３４として形成される。これにより、筐体２２の下面３２に全てのスロット３６ａ、３６ｂが設けられる。以下の説明では、第１空間３９ａをスロット３６ａと呼称し、第２空間３９ｂをスロット３６ｂと呼称する。したがって、スロット３６ａ、３６ｂは、仕切り３８の一部を構成する。

図２および図３に示すように、複数のスロット３６ａ、３６ｂには、表示器１４を制御する複数の制御ボード（電子部品）４２ａ、４２ｂが挿抜可能に収納される。スロット３６ａには、制御ボード（第１電子部品）４２ａが挿抜可能に収納される。また、複数のスロット３６ｂの各々には、制御ボード（第２電子部品）４２ｂが挿抜可能に収納される。

また、複数のスロット３６ａ、３６ｂ（開口３４）の形状または大きさが互いに異なるので、複数の制御ボード４２ａ、４２ｂの各々は、該当するスロット３６ａ、３６ｂに挿入されるように、開口３４の形状または大きさに応じた形状または大きさを有する。筐体２２内において、各々のスロット３６ａ、３６ｂの左右両側には、ガイド部４４が設けられている。各ガイド部４４は、仕切り３８と、ケース本体２２ａにおける筐体２２の左側の側面２６を形成する側部と、右側の側面４６を形成する側部とに、上下方向に設けられたガイドレールである。

複数の制御ボード４２ａ、４２ｂの各々は、スロット３６ａ、３６ｂに挿入され、左右のガイド部４４によって、上下方向に沿って、筐体２２内の奥側までガイドされる。ガイド部４４を用いることにより、スロット３６ａ、３６ｂに対する制御ボード４２ａ、４２ｂの挿入時に、制御ボード４２ａ、４２ｂの前後方向および左右方向への位置決めが不要となる。

複数の制御ボード４２ａ、４２ｂの各々は、上下方向に延び、スロット３６ａ、３６ｂの左右のガイド部４４に案内される基板４８と、基板４８の挿入方向（上下方向）の奥側に設けられるコネクタ５０と、基板４８におけるコネクタ５０の反対側に設けられた蓋部５２とを有する。蓋部５２は、制御ボード４２ａ、４２ｂをスロット３６ａ、３６ｂに挿入した際に、筐体２２の下面３２に当接して開口３４を塞ぐ。このように制御ボード４２ａ、４２ｂをユニット化することで、制御ボード４２ａ、４２ｂの梱包や持ち運びが容易になるとともに、制御ボード４２ａ、４２ｂに対する静電気対策も容易に行うことができる。

この場合、複数の制御ボード４２ａ、４２ｂは、蓋部５２を貫通して外部に露出し、外部のコネクタ５４に接続されるコネクタ５６、および／または、基板４８に搭載され、制御ボード４２ａ、４２ｂで発生する熱を放熱する放熱器５８ａ、５８ｂを、さらに有してもよい。ここでは、制御ボード４２ａに配置される放熱器を放熱器５８ａと呼称し、制御ボード４２ｂに配置される放熱器を放熱器５８ｂと呼称する。

ここで、複数の制御ボード４２ａ、４２ｂの各々について、基板４８をスロット３６ａ、３６ｂに挿入すると、挿入した基板４８を、左右両側のガイド部４４に沿って筐体２２内の奥側まで移動させることができる。この場合、コネクタ５０と、表示器１４側の不図示のコネクタとを接続することにより、制御ボード４２ａ、４２ｂと表示器１４とが電気的に接続される。また、コネクタ５０とファンユニット３０側の不図示のコネクタとを接続することにより、制御ボード４２ａ、４２ｂとファンユニット３０（２つのファン２８）とが電気的に接続される。さらに、制御ボード４２ａ、４２ｂが筐体２２内の奥側まで移動することにより、蓋部５２が筐体２２の下面３２に当接し、スロット３６ａ、３６ｂの開口３４を塞ぐ。

一方、スロット３６ａ、３６ｂに挿入されている制御ボード４２ａ、４２ｂについて、蓋部５２を下方向に引くと、コネクタ５０と不図示のコネクタとが離間し、制御ボード４２ａ、４２ｂを左右のガイド部４４に沿って、スロット３６ａ、３６ｂから引き抜くことができる。

このように、スロット３６ａ、３６ｂに対して制御ボード４２ａ、４２ｂを挿抜することで、制御ボード４２ａ、４２ｂと表示器１４およびファンユニット３０とを電気的に接続し、または、接続状態を解除することができる。また、スロット３６ａ、３６ｂに対する１回の挿抜動作で、制御ボード４２ａ、４２ｂを容易に交換することができるので、制御ボード４２ａ、４２ｂの保守性やメンテナンス性を向上させることができる。

さらに、全てのスロット３６ａ、３６ｂが、筐体２２の下面３２において、表示器１４の背面１６に平行な上下方向に形成されている。これにより、表示器１４と干渉することなく、全ての制御ボード４２ａ、４２ｂを容易に挿抜することができる。

［冷却構造１０の構成］
次に、本実施の形態の冷却構造１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。

冷却構造１０は、筐体２２と、仕切り３８と、筐体２２内に気流を流すことにより筐体２２内を冷却するファン２８とを有する。

図３に示すように、第１空間３９ａ（スロット３６ａ）は、筐体２２内に設けられた仕切り３８によって、筐体２２を貫通するように左右方向に形成されている。この場合、筐体２２の側面４６を形成するケース本体２２ａの右側部には、外部とスロット３６ａとを連通させる通気孔６０が形成されている。また、筐体２２の側面２６を形成するケース本体２２ａの左側部には、ファンユニット３０とスロット３６ａとを連通させる通気孔６２が形成されている。ファンユニット３０の右側部には、通気孔６２に連通する通気孔６４が形成され、ファンユニット３０の左側部には、スリット６６が形成されている。上述の通気孔６０、スロット３６ａおよび通気孔６２、６４によって、第１空間３９ａには、ファンユニット３０に連結するダクト４０が形成される。なお、後述するように、本実施の形態では、オイルミストを含む気流によって、第１空間３９ａに配置された制御ボード４２ａを積極的に冷却可能であればよいので、第１空間３９ａは、ダクト４０の構造でなくてもよい。

また、スロット３６ｂに収納された制御ボード４２ｂの放熱器５８ｂは、仕切り３８を貫通して、第１空間３９ａに露出してもよい。この場合、仕切り３８と放熱器５８ｂとの間は、後述するオイルミストを含む気流がスロット３６ｂ内に流入しないように、不図示のシール手段でシールされていることが望ましい。

次に、本実施の形態の冷却構造１０および筐体２２の作用について説明する。ここでは、冷却構造１０が適用される制御装置１２（筐体２２）が表示器１４の背面１６に取り付けられ、制御装置１２および表示器１４がオイルミストを含む環境下に配置されている場合について説明する。

２つのファン２８が駆動すると、例えば、図３で矢印に示すように、通気孔６０を上流側とし、２つのファン２８を下流側とする気流が発生する。この場合、オイルミストを含む外気（気流）が通気孔６０を介して第１空間３９ａ（スロット３６ａ）内に取り込まれる。オイルミストを含む気流は、第１空間３９ａ内において、図３の矢印の方向に流れ、ファンユニット３０を介して、スリット６６から外部に排出される。

第１空間３９ａ（スロット３６ａ）には、複数の制御ボード４２ａが収納されている。各制御ボード４２ａは、オイルミストの影響を受けにくく、かつ、比較的大きな発熱量を有する電子部品であればよい。これにより、各制御ボード４２ａは、オイルミストを含む気流によって冷却される。この場合、第１空間３９ａは、ダクト４０を形成している。これにより、気流の風速が高まり、各制御ボード４２ａを効率よく冷却することができる。また、一部の制御ボード４２ａには、放熱器５８ａが配置されている。これにより、制御ボード４２ａで発生した熱は、放熱器５８ａを介して放熱されるので、制御ボード４２ａを一層効率よく冷却することができる。

一方、仕切り３８によって第１空間３９ａから隔離された第２空間３９ｂ（スロット３６ｂ）には、制御ボード４２ｂが収納されている。制御ボード４２ｂは、オイルミストの影響を受ける可能性のある電子部品、または、発熱量が比較的小さく、積極的な冷却が不要な電子部品であればよい。この場合、制御ボード４２ｂで発生した熱は、仕切り３８を介して、第１空間３９ａ内に放熱される。つまり、制御ボード４２ｂは、仕切り３８を介して、オイルミストを含む気流により、間接的に冷却される。これにより、オイルミストの影響を回避しつつ、制御ボード４２ｂを冷却することが可能となる。

このように、仕切り３８によって筐体２２内を第１空間３９ａと第２空間３９ｂとに分割し、オイルミストを含む気流による積極的な冷却が必要な制御ボード４２ａを第１空間３９ａに収納するとともに、オイルミストを含む気流による積極的な冷却が不要な制御ボード４２ｂを第２空間３９ｂに収納する。したがって、この冷却構造１０では、制御ボード４２ａ、４２ｂに対するオイルミストの影響を限定的に留めることにより、すなわち、第１空間３９ａ外に配置された制御ボード４２ｂに対するオイルミストの影響を抑制することで、筐体２２内に収納された全ての制御ボード４２ａ、４２ｂを効率よく冷却することができる。

また、オイルミストの影響を受ける可能性があり、かつ、発熱量の大きな電子部品（制御ボード４２ｂ）については、制御ボード４２ｂに配置された放熱器５８ｂの一部を第１空間３９ａに露出させればよい。これにより、この制御ボード４２ｂで発生した熱は、放熱器５８ｂを介して、第１空間３９ａ内に放熱される。したがって、発熱量の大きな制御ボード４２ｂであっても、放熱器５８ｂを介して、オイルミストを含む気流により、効率よく冷却することができる。また、オイルミストを含む気流がスロット３６ｂ内に侵入しないように、放熱器５８ｂを第１空間３９ａに露出させることにより、オイルミストの影響を抑えつつ、制御ボード４２ｂを冷却することが可能となる。

なお、本実施の形態では、図３の矢印とは反対方向に気流を流す場合、すなわち、ファン２８を上流側、通気孔６０を下流側とする気流を、第１空間３９ａ内に流すことも可能である。この場合でも、上記の効果が得られることはもちろんである。また、本実施の形態は、筐体２２とファンユニット３０とが離間している場合でも、ファン２８の駆動によって第１空間３９ａ内を気流が通過可能であれば、上記の効果が容易に得られる。

［実施の形態から得られる技術的思想］
上記の実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

筐体（２２）と、筐体（２２）内に気流を流すことにより筐体（２２）内を冷却するファン（２８）とを有する冷却構造（１０）であって、筐体（２２）内に設けられた仕切り（３８）を有し、仕切り（３８）によって、筐体（２２）内が、第１の空間（３９ａ）と第２の空間（３９ｂ）とに分割され、ファン（２８）の駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む気流が第１の空間（３９ａ）内を通過する。

これにより、オイルミストの影響を抑えつつ、電子部品（４２ａ、４２ｂ）を効率よく冷却することが可能となる。

第２の空間（３９ｂ）は、筐体（２２）内において、オイルミストと接触しないように仕切り（３８）で囲われ、第１の空間内（３９ａ）には、第１電子部品（４２ａ）が配置され、第２の空間（３９ｂ）には、第１電子部品（４２ａ）とは異なる第２電子部品（４２ｂ）が配置される。

これにより、オイルミストの影響を受けにくい電子部品を第１電子部品（４２ａ）として第１の空間内（３９ａ）内に配置し、一方で、オイルミストの影響を受ける可能性のある電子部品を第２電子部品（４２ｂ）として第２の空間内（３９ｂ）内に配置することが可能となる。つまり、オイルミストを含む気流による積極的な冷却が不要な第２電子部品（４２ｂ）については、仕切り（３８）で囲って、オイルミストが直接当たらないようにする。この結果、オイルミストの影響を限定的にしつつ、各電子部品（４２ａ、４２ｂ）を効率よく冷却することが可能となる。

冷却構造（１０）は、気流と接触するように第１の空間内（３９ａ）内に配置され、第２電子部品（４２ｂ）からの熱を放熱する放熱器（５８ａ）をさらに有する。

これにより、オイルミストの影響を受ける可能性があり、かつ、発熱量の大きな第２電子部品（４２ｂ）について、オイルミストの影響を回避しつつ、効率よく冷却することができる。

冷却構造（１０）は、気流と接触するように第１の空間内（３９ａ）内に配置される放熱器（５８ａ、５８ｂ）をさらに有する。

これにより、各電子部品（４２ａ、４２ｂ）で発生する熱を、放熱器（５８ａ、５８ｂ）を介して第１の空間内（３９ａ）内に放熱することで、各電子部品（４２ａ、４２ｂ）を効率よく冷却することができる。

筐体（２２）は、表示器（１４）の背面（１６）に配置され、第１の空間内（３９ａ）内で、表示器（１４）の背面（１６）に沿った方向に気流が流れるように、筐体（２２）内に仕切り（３８）が形成される。

これにより、第１の空間内（３９ａ）を筐体（２２）内に容易に形成することができる。

第１電子部品（４２ａ）および第２電子部品（４２ｂ）は、表示器（１４）を制御する制御ボードであり、筐体（２２）内には、制御ボード（４２ａ、４２ｂ）を収納するスロット（３６ａ、３６ｂ）が背面（１６）に沿った方向に設けられ、スロット（３６ａ、３６ｂ）が仕切り（３８）の一部を構成する。

これにより、表示器（１４）と干渉することなく、スロット（３６ａ、３６ｂ）に対して制御ボード（４２ａ、４２ｂ）を挿抜することが可能となる。また、スロット（３６ａ、３６ｂ）を仕切り（３８）の一部として利用することにより、第１の空間（３９ａ）および第２の空間（３９ｂ）を容易に形成することができる。

ファン（２８）は、気流の下流側に配置される。

これにより、第１の空間（３９ａ）内に気流を効率よく流すことができる。

ファン（２８）による気流で内部が冷却される筐体（２２）であって、筐体（２２）内に設けられた仕切り（３８）を有し、筐体（２２）内が、仕切り（３８）によって第１の空間（３９ａ）と第２の空間（３９ｂ）とに分割され、ファン（２８）の駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む気流が第１の空間（３９ａ）内を通過する。

１０…冷却構造２２…筐体
２８…ファン３８…仕切り
３９ａ…第１空間３９ｂ…第２空間
４０…ダクト４２ａ、４２ｂ…制御ボード

Claims

筐体と、前記筐体内に気流を流すことにより前記筐体内を冷却するファンとを有する冷却構造であって、
前記筐体内に設けられた仕切りを有し、
前記仕切りによって、前記筐体内が、第１の空間と第２の空間とに分割され、
前記ファンの駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む前記気流が前記第１の空間内を通過し、
前記第２の空間は、前記筐体内において、前記オイルミストと接触しないように前記仕切りで囲われ、
前記第１の空間内には、第１電子部品が配置され、
前記第２の空間には、前記第１電子部品とは異なる第２電子部品が配置され、
前記筐体は、表示器の背面に配置され、
前記第１の空間内で、前記表示器の背面に沿った方向に前記気流が流れるように、前記筐体内に前記仕切りが形成され、
前記第１電子部品および前記第２電子部品は、前記表示器を制御する制御ボードであり、
前記筐体内には、前記制御ボードを収納するスロットが前記背面に沿った方向に設けられ、
前記スロットが前記仕切りの一部を構成し、
前記制御ボードは、前記スロットに対して、前記表示器の背面に沿った方向に挿抜可能である、冷却構造。
請求項１に記載の冷却構造であって、
前記気流と接触するように前記第１の空間内に配置され、前記第２電子部品からの熱を放熱する放熱器をさらに有する、冷却構造。
請求項１または２に記載の冷却構造であって、
前記気流と接触するように前記第１の空間内に配置される放熱器をさらに有する、冷却構造。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却構造であって、
前記ファンは、前記気流の下流側に配置される、冷却構造。
ファンによる気流で内部が冷却される筐体であって、
前記筐体内に設けられた仕切りを有し、
前記筐体内が、前記仕切りによって第１の空間と第２の空間とに分割され、
前記ファンの駆動によって、外部から取り込まれたオイルミストを含む前記気流が前記第１の空間内を通過し、
前記第２の空間は、前記筐体内において、前記オイルミストと接触しないように前記仕切りで囲われ、
前記第１の空間内には、第１電子部品が配置され、
前記第２の空間には、前記第１電子部品とは異なる第２電子部品が配置され、
前記筐体は、表示器の背面に配置され、
前記第１の空間内で、前記表示器の背面に沿った方向に前記気流が流れるように、前記筐体内に前記仕切りが形成され、
前記第１電子部品および前記第２電子部品は、前記表示器を制御する制御ボードであり、
前記筐体内には、前記制御ボードを収納するスロットが前記背面に沿った方向に設けられ、
前記スロットが前記仕切りの一部を構成し、
前記制御ボードは、前記スロットに対して、前記表示器の背面に沿った方向に挿抜可能である、筐体。