JP6948922B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関する。

数値制御式の工作機械（ＮＣ旋盤装置）等では、主軸や主軸台等を駆動するサーボモータ等の駆動部材と、この駆動部材を駆動制御する制御盤とを備えている。この制御盤の収容部内には、サーボアンプ等の発熱体が収容されている。この発熱体の熱によって収容部内が高温となるのを防止するため、制御盤には冷却装置が設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、放熱フィンと冷却ファンを設けたエアダクトを、発熱体を囲むように配置し、冷却ファンにより空気吸入口から吸い込んだ空気を放熱フィン及びエアダクトを介して空気吐出口から排出する冷却装置が開示されている。特許文献２には、制御盤の側面下部の外気吸気口から制御盤内に外気を吸い込み、この外気を、制御部内の内気と熱交換させた後、制御盤上部の排気ルーバから外気ファンによって外部に排出し、熱交換により冷やされた内気を、内気ファンによって制御盤内に戻すことで、強制循環対流によって制御盤内を冷却する構成が開示されている。また、特許文献３には、外部に開口する吸気路と排気路とに区画され、通気口と排気路とを開口した中空二重壁構造のパネルを電子機器ユニットに対向して設け、吸気路に吸入した外気を通気口から電子機器ユニット内部に流通させた後に、排気口と排気路を介して外部に排気する冷却装置が開示されている。

特許第４４２８８４８号公報 特公平７−１４１１９号公報 特許第２９２３６８９号公報

しかしながら、上記従来技術の冷却装置では、流路が屈曲したエアダクト、強制循環構造、中空二重構造パネル等を設けているため、構造が複雑となっていた。また、移動する主軸や主軸台を多く備えた工作機械では、アンプ等の発熱体も多くなるため、発熱体の熱をより効率的に外部に排出することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、より簡易な構成で、発熱体をより効率的に冷却できる冷却装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る冷却装置は、内部に発熱体が収容された収容体を冷却する冷却装置であって、前記収容体内にエアを取り込む吸気口と、前記収容体内のエアが外部に排出される排気口と、を備え、前記吸気口から前記排気口に向って前記エアが流通することによって前記発熱体からの熱を外部に排熱し、前記エアが直線的に流通するように、前記吸気口と前記排気口とを前記収容体に対向して配置した構成とすることを特徴とする。

本発明に係る工作機械によれば、より簡易な構成で、発熱体をより効率的に冷却できる冷却装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷却装置を備える自動旋盤装置の全体構成の概略を示す斜視図である。 図１に示した冷却装置を有する制御盤の全体構成の概略を示す斜視図である。 図２に示した制御盤の上面図である。 図２に示した制御盤の側面図である。 本発明の第２実施形態に係る冷却装置を有する制御盤の全体構成の概略を示す斜視図である。 図５に示した制御盤の側面図である。 図５に示した制御盤の上面図である。

以下、本発明に係る冷却装置を備える工作機械の第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示す自動旋盤装置１は、工作機械の一実施形態である。この図１に示すように、本実施形態の自動旋盤装置１は、所定のワークを機械加工する装置本体１０と、装置本体１０の作動を制御する制御装置２０とを備えている。

装置本体１０は、複数のモジュールを備えている。各モジュールは、ワークを把持する主軸、主軸を回転自在に支持する主軸台、ワークを加工する工具が保持された刃物台等を備えている。各モジュールは、装置本体１０のベッド上に固定又は移動可能に搭載されている。装置本体１０には、主軸の回転、主軸台の移動、刃物台の移動等を行うサーボモータ、油圧ポンプ等の駆動部材も搭載されている。

装置本体１０は、本体カバー１１によって覆われている。本体カバー１１には、開放自在な扉体１２が設けてあり、扉体１２を開放することで、各モジュールのメンテナンス、調整、段取り作業等を行うことができる。

制御装置２０は、操作画面等が表示される表示部２１、オペレータが操作指示を入力するボタン等の操作部２２等を備えた操作盤２３と、装置本体１０に搭載された駆動部材を駆動制御する制御盤２４とを備えている。

以下、本実施形態の自動旋盤装置１において、操作盤２３を操作する側を前方Ｆ、その反対側を後方Ｒという。また、前方Ｆから後方Ｒへ向かう方向をＸ方向、後方Ｒから前方Ｆへ向かう方向を−Ｘ方向といい、主軸に沿った方向であって操作盤２３に向かって右方向をＺ方向、左方向を−Ｚ方向といい、上方向をＹ方向、下方向を−Ｙ方向という。

制御盤２４は、図２〜図４に示すように、略直方体状の収容体（筐体）２５を備えている。収容体２５内には、作動によって熱を発生する発熱体２６が収容されている。発熱体２６としては、例えば、複数のサーボアンプ２７、変圧器、電源等の各種電子部品が挙げられる。複数のサーボアンプ２７は、Ｘ方向に並んで配置されている。各サーボアンプ２７の装置本体１０側（−Ｚ方向）には、２つのファン２８が上下に設けられている。このファン２８によってサーボアンプ２７で発生した熱が−Ｚ方向に送られ、図３に実線矢印で示すような熱流Ｈが生じる。

上記サーボアンプ２７等の発熱体２６から放出される熱を外部へ排出して、制御盤２４内が所定以上に高温化するのを抑制するため、制御盤２４には冷却装置３０が備えられている。

この冷却装置３０は、収容体２５内にエア（外気）を取り込む吸気口３１と、収容体２５内のエアが外部に排出される排気口３２と、エアが流通する流通路３３とを主に備えて構成される。

サーボアンプ２７を含む発熱体２６の上部には、上部仕切り板（上部仕切り部材）３４が設けられている。サーボアンプ２７の−Ｚ方向の一側部には、該サーボアンプ２７と所定間隔を介在して側部仕切り板（側部仕切り部材）３５が設けられている。上部仕切り板３４と側部仕切り板３５とで発熱体２６を囲うことで、発熱体２６で発生する熱が、操作盤２３や装置本体１０に直に伝わるのを抑制することができる。

また、上部仕切り板３４と側部仕切り板３５とを設けることで、サーボアンプ２７の側面には、上部仕切り板３４と側部仕切り板３５で仕切られた空間Ｓが形成される。サーボアンプ２７からの熱は、熱流Ｈとなって空間Ｓ内に放出された後、空間Ｓ内を上昇する。このように空間Ｓ内の上方に溜まり易い熱を効率的に外部に排熱するため、空間Ｓの上方に連通するように、収容体２５の前方Ｆの壁面２５ａの上部に吸気口３１を開口し、この吸気口３１に対向して後方Ｒの壁面２５ｂの上部に排気口３２を開口している。

この構成により、対向する吸気口３１と排気口３２との間であって、熱が最も滞留し易い空間Ｓ上部に、前述の流通路３３が形成される。この流通路３３が上部仕切り板３４と側部仕切り板３５とで囲われることで、流通路３３をより直線的に構成することができる。そして、吸気口３１から排気口３２に向ってエアが流通路３３内を直線的に流通することによって、サーボアンプ２７から発生する熱が、収容体２５の外部に効率的に排熱される。

なお、本明細書でいう「直線的」とは、厳密な直線に限定されることはなく、前後等に多少の屈曲があってもよく、ほぼ直線的であればよい。「ほぼ」は、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いている。

また、吸気口３１には吸気ファン３７が取り付けられている。吸気ファン３７により、エアを強制的に吸気口３１から取り込んで排気口３２から排出することで、流通路３３内で吸気口３１から排気口３２へ向ってエアをより効率良く流通させることができる。このエアの流通によって、サーボアンプ２７からの熱をより迅速に排気口３２から外部へ排熱することができる。また、吸気口３１にはフィルタ等を設けることができ、吸気口３１から粉塵や切削液等が収容体２５内に侵入するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、収容体２５の前方Ｆの壁面２５ａとサーボアンプ２７との間にも、熱の拡散の抑制や部品の取付けのための前部仕切り板（前部仕切り部材）３６を設けている。この前部仕切り板３６の、吸気口３１に面した一角を切欠いて切欠部３６ａを設けることで、吸気口３１から取り込んだエアの流れが遮られないようにしている。

上述のような構成の流通路３３内に、サーボアンプ２７が配置される。吸気口３１から取り込まれたエアは、サーボアンプ２７に沿って設けられた流通路３３を、サーボアンプ２７に沿って排気口３２に向かって流通する。したがって、サーボアンプ２７から熱流Ｈとなって放出され、空間Ｓ内を上昇した熱は、流通路３３を流通するエアによって収容体２５の外部に効率的に排熱することができる。

なお流通路３３によってエアを直線的に流通させるには、吸気口３１と排気口３２を同一直線上に対向配置することが望ましい。しかしながら、必ずしも同一直線でなくてもよく、ほぼ同一直線上であればよい。

本実施形態では、吸気口３１と排気口３２とを同じ高さに配置して、図４の側面図に示すように、側面視では開口の中心が同一直線上となっている。これに対して、平面視においては、他の部品との位置関係を考慮して、図３の上面図に示すように、開口の一部が重なっているが、開口の中心がＺ方向にややずれた配置となっている。

このような配置でも、上部仕切り板３４と側部仕切り板３５によって、流通路３３のほぼ全体を直線的とすることができ、流通路３３内でエアを直線的に流通させることができる。そのため、流通路３３が排気口３２の直前で曲がっていても、エアの流通速度の減速や滞り等を抑制して、エアを円滑に排気口３２から排出することができる。そして、このエアの排出によって、発熱体２６から放出される熱を排気口３２から外部に排熱することができる。したがって、吸気口３１と排気口３２とを、側面視でも平面視でも同一直線上に配置した場合とほぼ同様に、発熱体２６からの熱を外部へ効率的に排熱することができる。

なお、エア導入手段として排気口３２に排気用のファンを設けることもできるが、本実施形態のように吸気口３１に吸気ファン３７設けることで、収容体２５内が負圧となるのを抑制することができる。そのため、装置本体１０側から切削液等が制御盤２４に流入するのを防止することができる。

以上、本実施形態によれば、吸気口３１と排気口３２とを収容体２５に対向して配置したことで、吸気口３１から排気口３２に向かって流通路３３内をエアが直線的に流通する。このエアの流通により、発熱体２６（サーボアンプ２７）から流通路３３内に放出された熱を排気口３２から外部に効率的に排熱することができる。したがって、対向する吸気口３１と、排気口３２とからなる簡易な構成で、発熱体２６をより効率的に冷却できる冷却装置３０を提供することができる。さらに吸気ファン３７を設けたことで、吸気ファン３７によって吸気口３１から取り込まれたエアは、流通路３３内を、発熱体２６のサーボアンプ２７に沿って排気口３２に向かって直線的に流通する。これにより、流通路３３内では図３、図４に示すように、熱流Ｈに交差するＸ方向で、ほぼ直線的なエアの流通Ｃが生じる。このエアの流通Ｃによって、エアの直線的な流通を促進して、流通路３３内に放出された熱を迅速に排気口３２から排熱することができ、発熱体２６の冷却効率をより向上させることができる。

また、このような冷却装置３０を備えた自動旋盤装置１では、制御盤２４内のサーボアンプ２７等の電子部品を、より効率的に冷却することができる。冷却装置３０の構成が簡易であるため、冷却装置３０及びこれを備えた制御盤２４のコンパクト化も可能となる。

また、本実施形態の自動旋盤装置１は工作機械の一例であるが、本発明に係る工作機械は、自動旋盤装置に限定されるものではなく、旋盤装置以外の工作機械（特に数値制御のもの）であってもよい。

次に、第２実施形態に係る自動旋盤装置１Ａについて、図５〜図７を参照して説明する。第２実施形態に係る自動旋盤装置１Ａは、図１に示す第１実施形態に係る自動旋盤装置１と同様の外観を呈している。

第２実施形態に係る自動旋盤装置１Ａは、冷却装置３０の吸気ファン３７の外周に、吸気口３１から取り込んだエアを流通路３３に導くダクト４０を設けたことと、側部仕切り板３５の形状を第１実施形態のものと異なる形状としたこと以外は、第１実施形態に係る自動旋盤装置１と同様の基本構成を備えている。そのため、以下では第１実施形態と異なる構成について主に説明し、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図５〜図７に示すように、ダクト４０は、吸気ファン３７を被覆するように、吸気口３１から前部仕切り板３６に向けてＸ方向に延在して設けられている。第２実施形態のダクト４０は、吸気口３１と前部仕切り板３６との間の空間の上部と側部を被覆した形状であるため、吸気口３１から取り込んだエアを収容体２５内に安定して導くことができる。なおダクト４０の形状が第２実施形態に限定されることはなく、吸気口３１から取り込んだエアを収容体２５内に安定して導くことができれば何れの形状であってもよい。

第２実施形態の側部仕切り板３５は、上部側が上部仕切り板３４に向けて傾斜した形状であり、流通路３３内をエアがより円滑に流通可能となっている。側部仕切り板３５は、上下寸法が第１実施形態の側部仕切り板３５よりも短く、下方が開口しており、ケーブル等の配線が行い易くなっている。このような構成でも、熱が最も滞留し易い空間Ｓ上部を側部仕切り板３５と上部仕切り板３４とで囲ってエアの流通路３３を確保することができる。また、側部仕切り板３５は、前方Ｆを前部仕切り板３６よりも吸気ファン３７側に突出させ、突出側の端縁３５ａ近傍がダクト４０の端縁と重なっている。そのため、ダクト４０を流通するエアを、外部に逃すことなく流通路３３に導入することができる。

第２実施形態の自動旋盤装置１Ａにおいても、冷却装置３０によって発熱体２６をより効率的に冷却できる等、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。更に第２実施形態では、吸気口３１にダクト４０を設けたことで、吸気ファン３７によって吸気口３１から取り込んだエアを、流通路３３により効率よく導くことができる。そのため、発熱体２６へのエアの接触をより促進し、発熱体２６の冷却効果をより高めることができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、上記実施形態では、エア導入手段として吸気ファン３７を設けているが、これに限定されるものではない。以下、エア導入手段の他の異なる実施形態を説明する。例えば、エア導入手段として流通路３３に弁やピストン等を設け、ポンプのような作用によって流通路３３内の圧力を増加させることで、発熱体２６からの熱を外部に排熱する気流を発生させることができる。

さらに異なる実施形態として、高さ方向において吸気口３１よりも排気口３２を高い位置に設けることで、吸気口３１から排気口３２に向かって、熱による上昇気流を発生させることができる。この上昇気流によって熱を含んだエアが排気口３２に向かって流通し、外部に排出される。さらに、上部仕切り板３４の流通路３３側を、吸気口３１から排気口３２に向かって傾斜させた形状とする等によって、より効果的にエアを排出口３２に向けて流通させることができる。なお、エアを排出口３２に向けて流通させて熱を排熱させることができれば、エア導入手段を設けずに冷却装置３０を製造することもでき、より簡易な構成とすることができる。

１ 自動旋盤装置（工作機械） ２４ 制御盤 ２５ 収容体
２６ 発熱体 ２７ サーボアンプ（発熱体） ３０ 冷却装置
３１ 吸気口 ３２ 排気口 ３３ 流通路
３４ 上部仕切り板（上部仕切り部材） ３５ 側部仕切り板（側部仕切り部材）
３７ 吸気ファン（エア導入手段） ４０ ダクト

Claims (7)

1. 内部に発熱体が収容された収容体を冷却する冷却装置であって、
   前記収容体内にエアを取り込む吸気口と、
   前記収容体内のエアが外部に排出される排気口と、を備え、
   前記吸気口から前記排気口に向って前記エアが流通することによって前記発熱体からの熱を外部に排熱し、前記エアが直線的に流通するように、前記吸気口と前記排気口とを前記収容体に対向して配置し、
   前記吸気口と前記排気口とが、前記収容体の上部に配置されている構成とすることを特徴とする冷却装置。
2. 前記収容体内に前記エアの流通路を設け、前記流通路が、前記発熱体の一側部に配置した側部仕切り部材と、前記発熱体の上部に配置した上部仕切り部材とで囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記流通路は、前記発熱体に沿って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記吸気口から取り込んだ前記エアを前記流通路に導くダクトを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却装置。
5. 前記吸気口から前記収容体内に前記エアを導入するエア導入手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記エア導入手段が、ファンを備えることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
7. 工作機械の制御盤に備えられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。

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