JP6650490B2 - キャビネット構造及びそのフレーム素子 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、キャビネット（ｃａｂｉｎｅｔ）及びラック（ｒａｃｋ）の分野に関し、特に、キャビネット及びハウジングを製造するためのモジュール化した構造素子に関する。

キャビネット及びハウジングは、様々な物品を収容して保護するために使用され、サイズや形状が大きく異なる場合がある。電気・電子部品、真空管、最先端のコンパクトな高速のハイブリッド回路、及びデジタル回路等の物品を保護するために、様々なキャビネット構成が開発されている。現在、電子部品の収容に必要なスペースや寸法は様々である。多くの異なるサイズのキャビネット及びハウジング構成は、利用可能である。高電圧システム又はマルチサーバシステムには数立方フィートのキャビネットを必要とするが、たばこ一箱分のサイズのキャビネットで小型の電子又は埋め込み電子機器を十分に収納可能である。しかしながら、ハウジングの使用者が標準サイズのハウジングを選択することに限定されれば、その用途に対しては大きすぎることがある。また、カスタマイズサイズのハウジングを製造してもよいが、溶接、大量の機械加工及び／又は高い工具及び他の大きなコストを必要とすることがある。

米国特許第２１６７５２５号明細書 米国特許第３２６５４１９号明細書 米国特許第３１８２８４６号明細書 米国特許第３９１９６０３号明細書 米国特許第５０６６１６１号明細書

多くの場合において、複数のコンパートメントを備えるキャビネットを使用することは有益である。例えば、１つ又は複数の回路の場合、高電圧部分と低電圧部分とを、又はノイズに特に敏感な回路と他の回路とを、分離することが望ましい。この場合、カスタマイズ加工は非常に困難で高価になる。サイズに関わらず、強度が大きく、組み立てやすく、特定の用途に適切なサイズのキャビネット又はハウジング、或いは１組のモジュール化した相互接続キャビネット又はハウジングの構築手段の提供は達成されていない。
これらの基準を満たすキャビネットを提供する試みが数多く行われているが、コストや複雑さ、サイズ、汎用性、強度などは一般的に理想までに至っていない。例えば、以下の米国特許開示は、従来のキャビネット構造技術による溶接又はモジュール化したフレーム部品を代表することができる。

特許文献１及び特許文献２の何れにも、溶接キャビネット構造が開示される。特許文献１において、３つの互いに垂直となるピラーをコーナーになるように配置するために、角板（三角形の金属板）を各コーナーに溶接する。特許文献２において、角板部材を取り外し、ピラー部材の交差部で直接溶接する。しかしながら、各コーナーを形成する３つのピラー部材は、異なる断面形状及び端部形状を有する。従って、フレームの製造及び構築は複雑になる。更に、剛性フレーム構造を形成するように、ピラーを接続するための４つの溶接部を必要とする。従って、特許文献１と特許文献２のキャビネット構造は、大きな労働力を要する。

特許文献３及び特許文献４の開示は、機械部材のキャビネット配置に関する。特許文献３において、通常の矩形のアルミニウムブロックから形成される接合素子を用いて、サイドブラケットピラーを頂部及びベース部材に結合し、前記接合素子が溶接によって頂部、底部部材及びピラーに取り付けられる。接合素子は、互いにしっかりと嵌合するように構成された切頭円錐形部分を有する。頂部とベース部材とは、接合素子によって互いに嵌合して結びつく。製造コスト及び汎用性の欠如が原因で、このフレームワークは、所望の代替手段ではない。特許文献４には、コーナー部材という３つの構造を合わせて支持するためのコーナーペグを含むスイッチ装置フレームが開示される。コーナーペグは、３つの矩形の垂直脚を有し、それが３つの側面と外側へ向くフランジがあり、３つのピラーが脚部上を滑る。しかしながら、ピラーと脚部とが異なる断面形状を有し、コーナーペグが一般的に複雑な形状であるため、このようなフレーム構造は、低コストの製造技術に不利である。

最後に、特許文献５には、簡略化されたキャビネットフレーム構造素子が開示される。しかしながら、特許文献５の簡略化されたキャビネットフレーム構造素子は、曲げ、コーナーカット、及び溶接プロセスを必要とする。従って、特許文献５の簡略化されたキャビネットフレーム構造素子は、低コストの製造技術に不利である。

これらに鑑みて、高強度のモジュール化したハウジングを迅速に、低コストで、かつカスタマイズ的に製造可能なハウジング及びキャビネットシステムが望まれている。例えば、ほとんど又はまったく溶接を必要とせず、機械加工がほとんど又はまったくないハウジングやキャビネットシステムが望まれている。

本発明の実施形態は、キャビネット構造に関する。キャビネット構造は、２つのサイドブラケット及び少なくとも１つの鉛直セグメントを備える。鉛直セグメントは、２つのフレーム素子によって２つのサイドブラケットに接続される。フレーム素子は、第１のフレーム素子及び第２のフレーム素子を含み、第１のフレーム素子がフロントホール及び複数のガイド素子を有する接続面を含有し、第２のフレーム素子が受け面及びスルーホールを含有し、受け面が第１のフレーム素子のガイド素子を受けるように配置されて、スルーホールが第１のフレーム素子のフロントホールに位置合わせる。フレーム素子は、スルーホールを通ってフロントホールにねじ込まれるように配置されて第１のフレーム素子と第２のフレーム素子との間に強力なインターロッキングフィット（噛み合い嵌合）を構築するロック素子を別に含む。

ある実施形態において、複数のガイド素子は、２つのブロック状の平行六面体のガイド素子を含み、接続面が２つのブロック状の平行六面体のガイド素子を受けるためのスロットを含有してもよい。代替実施形態において、複数のガイド素子は、４つのブロック状の平行六面体のガイド素子を含み、接続面が４つのブロック状の平行六面体のガイド素子を受けるためのスロットを含有してもよい。ある実施形態において、複数のガイド素子が２つの半円形のガイド素子を含有してもよく、接続面が２つの半円形のガイド素子を受けるためのスロットを含有してもよい。ある実施形態において、ロック素子は、第２のフレーム素子のスルーホールと噛み合うセルフタッピングネジ山を有する組み合わせネジを含む。ある実施形態において、第１のフレーム素子は、別の固定素子によって少なくとも２つの鉛直セグメントの１つの中に固定されてもよい。同様に、第２のフレーム素子は、別の固定素子によって少なくとも２つのサイドブラケットの１つの中に固定されてもよい。又は第１のフレーム素子は、スポット溶接によって少なくとも２つの鉛直セグメントの１つの中に固定されてもよい。ある実施形態において、第２のフレーム素子は、スポット溶接によって少なくとも２つのサイドブラケットの１つの中に固定されてもよい。

本開示の実施形態によるキャビネット構造を示す分解図である。 本開示の実施形態によるフレーム素子を示す分解図のクローズアップである。 本開示の実施形態によるフレーム素子を示す組み合わせ図のクローズアップである。 本開示の実施形態による４つのブロック状の平行六面体のガイド素子を有する代替フレーム素子を示す。 本開示の実施形態による２つの半円形のガイド素子を有する代替フレーム素子を示す。 本開示の実施形態による２つのウェッジ状のガイド素子を有する代替フレーム素子を示す。

以下、図面を参照して本発明を説明するが、図面においては、類似又は同等の素子を示すために同様の符号が使用されている。図面は縮尺通りに描かれておらず、単に本発明を例示するために提供されている。以下、説明用の例示的な適用例を参照して、本発明の複数の態様を説明する。本発明に対する完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細、関係、及び方法が以下に示されることを理解されたい。しかしながら、１つ以上の具体的な詳細がなくても、又は他の方法で、本発明を実施することができることを当業者は容易に理解しうる。他の実施形態では、本発明を不明瞭にすることを避けるために、従来の構造又は動作は詳細には示されていない。本発明は、いくつかの動作が異なる順序で、及び／又は他の動作或いはイベントと同時に行われる可能性があるため、動作又はイベントの順序によって制限されない。更に、図示された全ての動作又はイベントが本発明の方法に従って必ずしも実施されるわけではない。

本発明の実施形態は、ハウジング又はキャビネットシステムのフレームを接続するためのインターロックフレーム素子を提供する。インターロックフレーム素子は、フレームへの接続に加え、キャビネットの受ける重量、応力及びせん断力を支えることができる。なお、インターロックフレーム素子の断面形状が変化可能であるので、高強度のモジュール化したハウジングを迅速に、低コストで、かつカスタマイズ的に製造可能であり、ほとんど又はまったく溶接を必要とせず、ほとんど又はまったく機械加工を必要としない。本開示において、輸送及び保管に関わるコストを削減するために、すべての部品を個別に事前に製造することができる。キャビネットシステムは、通常溶接で製造されるため、通常、輸送や保管の前に構築する必要がある。従って、消費者は、完全に組み立てられたフルサイズのキャビネット構造の大型貨物を受けることが一般的である。本開示では、ハウジング及びキャビネットシステム全体を現場で組み立ててよい。請求するフレーム素子は、インターロック機構によって左右のラックの間に取り付けられてよい。インターロック機構は、ボルト又はネジで固定してよい。従って、インターロックフレーム素子によって、ハウジング及びキャビネットシステムをフラットパッケージで輸送し保管することができる。従って、輸送及び保管に関わるコストを更に低減することができる。

図１は、サブ部材及び設備に用いられる例示的なキャビネット１０を示す分解図である。キャビネット１０は、トップカバー１、左ブラケット２、右ブラケット３、ベースブラケット４Ａと４Ｂ及び左ブラケット２と右ブラケット３を接続する鉛直セグメント５Ａと５Ｂを含有してもよい。鉛直セグメント５Ａと５Ｂは、フレーム素子２０Ａと２０Ｂによって左ブラケット２と右ブラケット３に接続される。以下、フレーム素子２０Ａと２０Ｂ、及びキャビネット１０への統合をより詳しく説明する。キャビネット１０は、金属、プラスチック、複合材料又はその組み合わせからなってもよく、その中に設けられる如何なる電気及び電子部品の重量を支持するように配置されてもよい。ある実施形態において、キャビネット１０及びその部品は、従来の金属製造技術（例えば、曲げ、成形及びスタンピング）によって金属シートで製造されてよい。従って、ある実施形態において、キャビネット１０の製造を非常に安くすることができる。或いは、キャビネット１０及びその部品は、アルミニウム合金、スチール合金又はその如何なる組み合わせで製造されてもよい。理解すべきなのは、キャビネット１０及びその部品は、異なる重量の電気及び電子部品を収納するために、低い製造コスト及び耐久性を有する如何なる材料で製造されてもよい。以上言及された材料は、例示だけであり、本開示を制限するものではない。従って、本開示は、各種の実施形態で制限なしに如何なる材料又は材料の組み合わせを使用することが考えられる。

図２を参照されたい。図２は、ある実施形態による１組の例示的なフレーム素子２０Ａ及び２０Ｂを示す分解図のクローズアップである。ある実施形態において、フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂは、中空アルミニウムダイカストで製造されてもよい。本開示は、各種の実施形態で制限なしに如何なる材料又は材料の組み合わせを使用することが考えられる。理解すべきなのは、フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂは、低い製造コストを許容する如何なるプロセスで製造されてもよい。以上言及された中空アルミニウムダイカストプロセスは、例示だけであり、本開示を制限するものではない。フレーム素子２０Ａは、接続面２１を含有してもよく、そこから延出する２つのブロック状の平行六面体のガイド素子２４を有する。接続面２１は、延出しフレーム素子２０Ａを通るフロントホール２７を含有してもよい。フレーム素子２０Ｂは、フレーム素子２０Ａのブロック状の平行六面体のガイド素子２４を受けるための２つのスロットを含む受け面２２を含有してもよい。ある実施形態において、組立後により強固な支持部材を提供するために、雄のフレーム素子と雌のフレーム素子との間の嵌合は正確なものであってもよい。他の実施形態において、現場の組立のために、雄のフレーム素子と雌のフレーム素子との間の嵌合は緩いものであってもよい。また、雄のフレーム素子と雌のフレーム素子を緩い組み合わせ又は公差を下げたものに設計して生産コストを低減することができる。緩い組み合わせは、ウェッジ状のガイド素子のようなものを含むことがある。このような配置によって、設計公差を低くし、フレーム素子の強度及び安定性を保持することができる。以下、更に詳しく例示的な設計を説明する。

図２において、２つのガイド素子だけを示すが、ある実施形態において、フレーム素子２０Ａは異なる数のブロック状の平行六面体のガイド素子を含有してもよい。例としては、図４は、４つのブロック状の平行六面体のガイド素子４４を有するフレーム素子４０Ａを示す。同様に、フレーム素子４０Ａとペアになるフレーム素子は、フレーム素子４０Ａのブロック状の平行六面体のガイド素子４４を受けるための４つのスロットを含有してもよい。図５は、２つの半円形のガイド素子７４を有するフレーム素子７０Ａを示す。同様に、フレーム素子７０Ａとペアになるフレーム素子は、フレーム素子７０Ａの半円形のガイド素子７４を受けるための２つのスロットを含有してもよい。ある実施形態において、ガイド素子が円形又は先細りの形であってもよい。これによって、フレーム素子７０Ａとペアになるフレーム素子は、より高い密度を有する。図６は、２つのウェッジ状のガイド素子６４を有するフレーム素子６０Ａを示す。例として説明されたように、雄のフレーム素子と雌のフレーム素子のインターロックのための様々なガイド素子を実現できる。オリエンテーションに関わらず、雌のフレーム素子は、対応する雄のフレーム素子の構造に対応するように配置される。ある実施形態において、フレーム素子は、雄の部品及び雌の部品を有する配置を体現することができる。例としては、各フレーム素子は、ガイド素子及び別のガイド素子に対応する受け素子を有するように配置される。

再び図２を参照すると、フレーム素子２０Ｂは、ロック素子２３を受けるためのスルーホール２６を含有してもよい。この実施形態において、ロック素子２３は、フロントハンドルにスルーホール２６と噛み合うセルフタッピングネジ山２８を有する組み合わせネジ２９を含有してもよい。ロック素子２３は、フレーム素子２０Ａの接続面２１のフロントホール２７にねじ込まれてもよい。ある実施形態において、ねじ込む途中で発生する廃棄くず又は材料を収集するために、スルーホール２６の開口にフィッシュアイピットが設けられる。

フレーム素子２０Ａは、追加の固定素子によって鉛直セグメント５Ａの内に固定されてもよい。例えば、鉛直セグメント５Ａは、スルーホール５１、５２、５３及び５４を含有してもよい。追加の固定素子は、スルーホール５１、５２、５３及び５４を通ってフレーム素子２０Ａを鉛直セグメント５Ａに固定してもよい。代わりに、フレーム素子２０Ａは、スポット溶接加工の実施によって鉛直セグメント５Ａに固定してもよい。つまり、スルーホール５１、５２、５３及び５４は、フレーム素子２０Ａを定位置で固定するためにスポット溶接加工の溶接点として用いられてもよい。理解すべきなのは、フレーム素子２０Ａを鉛直セグメント５Ａに固定する方法は、如何なる形態によって達成してもよいが、異なる重量の電気及び電子部品を収納するために低い製造コストを有し、耐久性を保つ方法が理想的である。以上言及された過程は、例示だけであり、本開示を制限するものではない。当業者は、本開示の如何なる方法によってフレーム素子２０Ａを鉛直セグメント５Ａに固定してもよい。

同様に、フレーム素子２０Ｂは、追加固定を実施した素子の右ブラケット３内に固定されてもよい。右ブラケット３は、スルーホール３０、３１、３２、３３及び３４を含有してもよい。注意すべきなのは、右ブラケット３は、より多くのスルーホールを含有してもよいが、ここに示されない。スルーホール３０は、ロック素子２３を受けるように配置されてもよい。追加の固定素子は、スルーホール３１、３２、３３及び３４を通ってフレーム素子２０Ｂを右ブラケット３内に固定してもよい。代わりに、フレーム素子２０Ｂは、スポット溶接加工の実施によって右ブラケット３内に固定されてもよい。つまり、上記のフレーム素子２０Ａに関する説明のように、スルーホール３１、３２、３３及び３４は、スポット溶接加工の溶接点として用いられてもよい。理解すべきなのは、フレーム素子２０Ｂを右ブラケット３内に固定する方法は、如何なる形態によって達成してもよいが、異なる重量の電気及び電子部品を収納するために、低い製造コストを有し、耐久性を保つ方法が理想的である。以上言及された過程は、例示だけであり、本開示を制限するものではない。当業者は、本開示の如何なる方法によってフレーム素子２０Ｂを右ブラケット３内に固定してもよい。

図３は、フレーム素子２０Ａと２０Ｂを示す組み合わせ図のクローズアップである。それぞれ鉛直セグメント５Ａ及び右ブラケット３内に固定されると、フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂは、強力なインターロックの正面嵌合を形成するように、一緒に固定されることができる。フレーム素子２０Ａのブロック状の平行六面体のガイド素子２４とフレーム素子２０Ｂの受けスロットは、インターロックによってしっかりとした構造を形成する。フレーム素子２０Ａと２０Ｂとの正面嵌合の時に、接続面２１のフロントホール２７はスルーホール２６に位置合わせる。従って、ロック素子２３は、スルーホール２６を通ってフレーム素子２０Ａの接続面２１のフロントホール２７にねじ込まれるように配置されて、フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂがしっかりとしたインターロック正面嵌合を形成することができる。フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂは、強力なインターロックの正面嵌合を形成するように、一緒に固定されて、鉛直セグメント５Ａを左ブラケット２に接続することができる。同様に、フレーム素子２０Ａ及び２０Ｂは、強力なインターロックの正面嵌合を形成するように、一緒に固定されて、ベースブラケット４Ａ及び４Ｂを左ブラケット２及び右ブラケット３に接続して、キャビネット１０の構造の構築を完成することができる。

以上、本開示の様々な実施形態を説明したが、それらは例示のみを目的としたものであり、限定的なものではないことを理解されたい。本発明の精神又は範囲から逸脱しない限り、本明細書に開示された実施形態に従って多様の変更を加えてもよい。従って、本開示の広さや範囲は、上記の実施形態の何れによっても制限されるべきではない。代わりに、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義されるべきである。

１つ又は複数の実施形態に関して本開示を説明し記載したが、本明細書及び添付図面を読んで理解すると、当業者であれば、同等の変更や修正を想到する可能性がある。更に、本発明の特定の特徴は、幾つかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているかもしれないが、そのような特徴は、他の実施形態の１つ又は複数の他の特徴と組み合わされてもよく、これは、任意の所与又は特定の用途にとって有利である。

ここに使用する用語は、特定の実施例のみを説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形の「一」及び「前記」は、上下文で別に明確に指示されない限り、複数形も含むことが意図される。また、「備える」、「有する」、「ある」又はそれらの変形が、実施形態及び／又は特許請求の範囲において使用される限り、そのような用語は、「含む」という用語と同様な態様を包含することが意図される。

別に定義されない限り、ここに使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。例えば、辞書に一般的に使用されているような用語は、関連分野の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明確に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味として理解されない。

１ トップカバー
２ 左ブラケット
３ 右ブラケット
４Ａ、４Ｂ ベースブラケット
５Ａ、５Ｂ 鉛直セグメント
１０ キャビネット
２０Ａ、２０Ｂ、４０Ａ、６０Ａ、７０Ａ フレーム素子
２１ 接続面
２２ 受け面
２３ ロック素子
２４、４４ ブロック状の平行六面体のガイド素子
２６、３０〜３４、５１〜５４ スルーホール
２７ フロントホール
２８ セルフタッピングネジ山
２９ 組み合わせネジ
６４ ウェッジ状のガイド素子
７４ 半円形のガイド素子

Claims (9)

1. キャビネット構造を構築するための複数のフレーム素子であって、
   フロントホール及び２つのガイド素子を含有する接続面を含む第１のフレーム素子と、
   受け面及びスルーホールを含み、前記受け面が前記第１のフレーム素子の前記ガイド素子に対応し、前記スルーホールが前記第１のフレーム素子の前記フロントホールに位置合わせる第２のフレーム素子と、
   前記第２のフレーム素子の前記スルーホールを通って前記第１のフレーム素子の前記接続面の前記フロントホールにロックされるように配置されて、前記第１のフレーム素子と前記第２のフレーム素子との間に強力なインターロッキングフィットを構築するロック素子と、
   を備え、
   前記受け面は、前記第２のフレーム素子の対向する２つの側面において、前記２つのガイド素子を受けるための２つのスロットを含むフレーム素子。
2. 前記２つのガイド素子は、２つのブロック状の平行六面体のガイド素子である請求項１に記載のフレーム素子。
3. 前記２つのガイド素子は、２つの半円形のガイド素子である請求項１に記載のフレーム素子。
4. 前記ロック素子は、前記第２のフレーム素子の前記スルーホールと噛み合うセルフタッピングネジ山を有する組み合わせネジを含む請求項１〜３の何れか１項に記載のフレーム素子。
5. ２つのサイドブラケット及び少なくとも１つの鉛直セグメントを含み、前記少なくとも１つの鉛直セグメントが請求項１〜４の何れか１項に記載のフレーム素子によって前記２つのサイドブラケットに接続されるキャビネット構造。
6. 前記第１のフレーム素子は、前記少なくとも１つの鉛直セグメント内に位置する請求項５に記載のキャビネット構造。
7. 前記第２のフレーム素子は、前記２つのサイドブラケットの１つの中に位置する請求項５又は６に記載のキャビネット構造。
8. 前記第１のフレーム素子は、追加の固定素子又はスポット溶接によって前記少なくとも１つの鉛直セグメント内に固定される請求項５〜７の何れか１項に記載のキャビネット構造。
9. 前記第２のフレーム素子は、追加の固定素子又はスポット溶接によって前記２つのサイドブラケットの１つの中に固定される請求項５〜８の何れか１項に記載のキャビネット構造。
   

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