JPH11191685A - 制御盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 盤内に配置される盤内機器の冷却効率を向上
させる制御盤を得る。 【解決手段】 外気を盤内に吸気する吸気口及び盤内か
ら排気する排気口が設けられた制御盤筐体と、この制御
盤筐体内部に配設される盤内機器と、この盤内機器を強
制空冷すべく外気導入を図る送風装置と、を備えた制御
盤において、筐体内部空間から上記排気口へと至る風洞
を形成し、盤内機器を冷却するためのヒートシンクを該
風洞内の各風洞内壁面と近接すべく配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子機器などを
盤内実装したレーザ加工機など工作機械の制御盤に関す
るもので、特に制御盤の外気導入による強制空冷構造の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機などの制御盤内部に設けら
れる加工電源部は、発熱量が多く、それら使用電気機器
が比較的耐環境性を備えているので、軸流ファンなどを
使用した送風装置により強制空冷が行われている。例え
ば、実公平８−１１０１０号公報に開示されている制御
盤装置の如く、制御盤の筐体下部の前面にエアフィルタ
ー付の外気吸気口を配設し、該外気吸気口からエアフィ
ルターを通して吸気した清浄な空気が筐体内の盤内機器
を空冷し、筐体天井部に配設された内気排気口から排出
されることによる強制空冷技術が行われている。

【０００３】また、特開平８−８５６８号公報、特開平
５−３４３８７５号公報では、外気吸入口及びエアフィ
ルターを、盤内機器（プリント基板）が格納された筐体
の底面に設け、該外気吸気口から吸入された清浄な空気
により筐体内の盤内機器を空冷する技術が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実公平８−１１０１０
号公報に開示されるような外気吸入口が筐体前面に設け
られた制御盤装置では、吸入された外気が筐体内部に配
置される各盤内機器により遮られ、筐体内部の隅々まで
効率よく流れることができず、盤内機器の空冷効果が十
分には果すことができなかった。さらには、圧力損失が
大きいにもかかわらず最も風速を高くし強制空冷を行う
必要がある盤内機器の一つとしてのヒートシンク内部に
外気が行き渡らないことがあり、十分な冷却効果を果す
ことができない。

【０００５】また、上記特開平８−８５６８号公報、特
開平５−３４３８７５号公報に開示されたプリント基板
収容筐体では、冷却対象をプリント基板として形成し、
このプリント基板収容筐体を、さらにキャビネット内部
に取付けることにより制御盤装置を完成させている。す
なわち、冷却対象をプリント基板のみとしており、制御
盤内部に配置される様々な盤内機器を冷却する手法につ
いては何ら考慮されておらず、制御盤内部に配設される
様々な盤内機器を効率よく冷却することができなかっ
た。さらにまた、上記特開平８−８５６８号公報、特開
平５−３４３８７５号公報に開示されたプリント基板収
容筐体を制御盤内部に配置し、このプリント基板収容筐
体の外気吸入口に設けるエアフィルターのメンテナンス
を行う場合、制御盤の扉を開けて行う必要がある。一般
に制御盤内部に配設されるプリント基板収容筐体を含め
た盤内機器は、高電圧部分があることから、感電を防止
する観点から制御盤の電源を切り作業を行う必要がある
が、エアフィルターのメンテナンスの度に電源を遮断し
て作業を行うことは作業効率の観点から好ましくない。
さらに、エアフィルターメンテナンスの際に、制御盤内
部に異物混入や、工具等の置き忘れなどが発生すること
も考えらる。

【０００６】また、レーザ加工機等の制御盤は、装置全
体の小型化のために、制御盤の上部（天井）にレーザ発
振器を搭載することが行われている。このように制御盤
の天井にレーザ発振器を搭載する場合は、天井面に排気
口を設けることができず、必然的に制御盤筐体上方の垂
直壁面に排気口を設けることになる。このような場合、
制御盤内の強制空冷気流は盤内最上部で略直角に曲げら
れることになり、空気抵抗の増大と短絡気流の発生をま
ねきやすく、冷却効率が悪かった。

【０００７】この発明は、上記のような問題点を解消す
るために成されたもので、第１の目的は、制御盤内に配
置される盤内機器の冷却効率が向上する制御盤を得るこ
とである。また、第２の目的は、盤内機器のうち、最も
発熱量の多い機器を効率よく冷却することができる制御
盤を得ることである。さらに、第３の目的は、盤内機器
を冷却するために吸気した外気の気流をスムーズにし、
効率よく冷却することができる制御盤を得ることであ
る。また、第４の目的は、盤内機器を遮蔽している筐体
の扉等を開けずにエアフィルターを交換できる制御盤を
得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る制御盤
は、外気を盤内に吸気する吸気口及び盤内から排気する
排気口が設けられた制御盤筐体と、この制御盤筐体内部
に配設される盤内機器と、この盤内機器を強制空冷すべ
く外気導入を図る送風装置とを備え、筐体内部空間から
上記排気口へと至る風洞を形成し、盤内機器を冷却する
ためのヒートシンクを該風洞内の各風洞内壁面と近接す
べく配設するものである。

【０００９】また、制御盤筐体内部に配設される盤内機
器のうち、最も冷却すべき盤内機器を風洞内に配設した
ヒートシンクで冷却するようにしたものである。

【００１０】さらに、筐体内部空間側の風洞口に対して
略直角となるべく上記排気口を構成し、排気口とヒート
シンクとで挟まれた風洞内の空間に送風装置としてのフ
ァンを上記排気口と軸線が平行となるべく備え、上記ヒ
ートシンク上方にプレナムチャンバーを形成するもので
ある。

【００１１】さらにまた、筐体内部空間側の風洞口に対
して対向すべく吸気口を形成するものである。

【００１２】また、制御盤筐体底面の吸気口に設けるエ
アフィルターを挿抜するフィルター挿入口を、制御盤筐
体に対する開口部として設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１〜図４を参照
してこの発明の一実施例の形態を説明する。図１は、本
実施の形態１に係る制御盤内部の全体構成を示した構成
図である。図２は、制御盤内部における排気口要部を拡
大した要部拡大図である。図３は、制御盤を背面から見
た背面図である。図４は、制御盤の底板部分の要部分解
斜視図である。

【００１４】図において、１０１は各盤内機器が内部に
配置される強制空冷区画１０２及びレーザ発振器４０が
配置される発振器区画１０３に区分けされた制御盤であ
る。制御盤１０１において、１は筐体、２は筐体１の底
板、３は底板２に対して前後に溶接された補強梁、４は
補強梁３の下面に固定された複数個のキャスター４であ
る。なお、補強梁３及びキャスター４により、制御盤１
０１は据付床面１００と所定の間隔を有して設置されて
いる。

【００１５】５は前後に曲げ脚５Ａが形成され、左右一
対に配設された側板、６は略Ｌ字型断面に構成され、背
面部６Ａを有した台板であり、上記側板５の上端に配設
されている。７は左右の側板５の前面に配設された区画
扉、８は区画扉７の４辺に形成された袋曲げ部７Ａの内
曲げ部に貼り付けられたパッキンであり、防塵作用を果
す。９は区画扉７の一方の下端に突出して溶接されたヒ
ンジピンであり、円筒スペーサ１０が嵌合されて、フラ
ンジ１４Ｄよりほぼ区画扉７の厚さ分前方に突出した底
板２のヒンジ穴２Ｂにさし込まれることにより、区画扉
７の下面は底板２上面より間隔を有して回動自在に支持
されている。なお、区画扉７は固定穴７Ｂをとおりフラ
ンジ１４Ｄのネジ穴１４Ｆに螺合するネジ部材（図示せ
ず）によって通常は閉止されている。

【００１６】１１は左右の側板５の後面に配設された裏
板であり、底板２、側板５、台板６及び区画扉７によ
り、加工電源部を構成するスイッチングユニット等の複
数個の盤内機器が収納される筐体内部空間である強制空
冷区画１０２が形成される。

【００１７】１２は台板６の背面部６Ａの反対側に配設
された表板、１３は天板、５Ｂは左右一対に配設された
側板である。そして、台板６、背面部６Ａ、表板１２、
天板１３及び側板５Ｂにより、レーザ発振器４０が載置
される発振器区画１０３が形成されている。なお、表板
１２及び天板１３は開閉自在に構成されており、台板６
上面に取り付けられた例えばレーザ発振器４０の調整、
保守の便宜が図られている。

【００１８】１４は底板２に穿設されたスリット状の外
気吸気口２Ａの上面全体に配設されたフィルターケース
であり、ほぼ全面に穿設された吸気スリット１４Ａが穿
設され、左右にＺ字型曲げされた側壁部１４Ｂ、後方に
後壁部１４Ｃが形成され、底板２との間にエアフィルタ
ー１５を収納保持できる室を形成している。また、フィ
ルターケース１４の前縁は上方に折り曲げられ、前記区
画扉７の下端の当たり面となるフランジ１４Ｄが形成さ
れている。このフランジ１４Ｄの左右には、図４に示さ
れるように底板２まで延びるサイドフランジ１４Ｅが一
体に形成され、この左右のサイドフランジ１４Ｅの間の
内側寸法は、左右の側壁部１４Ｂ間の内側寸法と同一に
構成され、左右のサイドフランジ１４Ｅの外端は左右の
側板５の内側に密着するよう構成されている。

【００１９】なお、フランジ１４Ｄにはエアフィルター
挿入口１０４を形成すべく凹部が形成されており、この
エアフィルター挿入口１０４を介して連続発泡により気
泡が形成されたポリウレタンフォーム等のエアフィルタ
ーがフィルターケース１４内に挿入される。エアフィル
ター１５の材質は不織布製のエアフィルターに比べ硬い
ので、収納枠を使用せずとも上記エアフィルター挿入口
１０４から容易にスライドして着脱できる。

【００２０】１６は底板２上面に取り付けられた電源変
圧器、１７は第１のヒートシンク１８やダイオードスタ
ック１９等が取り付けられているコンバータユニット、
２０は中央取付板２１と左右のユニット側板２２を有す
るスイッチングユニットである。なお、中央取付板２１
は４辺に形成された周辺曲げ部２１Ａを利用してユニッ
ト側板２２と連結固定されている。２３は中央取付板２
１に穿設された角穴２１Ｂの背面側に固定された第２の
ヒートシンクであり、この第２のヒートシンク２３のベ
ースプレート２３Ａに発熱半導体素子２４が固定されて
いる。なお、本実施の形態では、最も発熱量の高いヒー
トシンクを第２のヒートシンクとし、他の盤内機器に比
べ外気排出口側に設ける。２５は発熱半導体素子２４と
電気的接続されたパワー基板、２６は中央取付板２１に
穿設された丸穴２１Ｃを貫通して取り付けられた複数個
の電解コンデンサ、２７は中央取付板２１の上部に取付
けられたリアクトルである。

【００２１】第２のヒートシンク２３の背面には後面板
２８が配置され、その左右に形成された側辺曲げ部２８
Ａを利用してユニット側板２２と連結固定されている。
この後面板２８の上辺曲げ部２８Ｂは中央取付板２１の
上端と密着され、第２のヒートシンク２３の上部にプレ
ナムチャンバー１０５が形成されている。２８Ｃはプレ
ナムチャンバー１０５の背面に位置して後面板２８に穿
設されたファン穴であり、その裏面にファン２９が取り
付けられている。

【００２２】３０はユニット側板２０の側面に配設され
た断面コ字型のユニットレールであり、側板５に備えら
れたガイドレール３１に前方から嵌合挿入されている。
また、上記ガイドレール３１の後方からはトリガユニッ
ト３２のケースが懸架されネジ部材３３を介してガイド
レール３１端部に固定されている。このように各盤内機
器のユニットは強制空冷区画１０２内に挿脱自在に収納
されている。

【００２３】３４は左右の側壁部３４Ａ、水平壁部３４
Ｂから成る断面が略Ｕ字型の排気ダクトで、台板６の下
面に固定され、排気チャンバー１０６を形成している。
排気ダクト３４の前方端縁は、前記のようにガイドレー
ル３１に沿って最終位置まで挿入されたとき後面板２８
にほぼ密着しており、ファン２９は排気チャンバー１０
６内に位置している。水平壁部３４Ｂの前方端縁には立
上がり部３４Ｃが形成され、後方端縁には立下がり部３
４Ｄが形成されている。裏板１１には、排気チャンバー
１０６内に位置する部分にスリット状の盤内空気排気口
１１Ａが穿設されている。また、上記裏板１１は立下が
り部３４Ｄに固定され密着されている。

【００２４】次に、本実施の形態１における作用動作に
ついて説明する。ファン２９の運転によって、外気は矢
印ａで示されるように外気吸気口２Ａから吸い込まれ、
エアフィルター１５で除塵されて強制空冷区画１０２内
に入る。そして、強制空冷区画１０２内に配置された盤
内機器としての電源変圧部１６、第２のヒートシンク１
８、電解コンデンサ２６等を冷却し、その後、矢印ｂで
示されるように中央取付板２１、左右のユニット側板２
２及び後面板２８によって覆われ形成された第１の風洞
にファン２９の運転に伴い吸い込まれる。なお、トリガ
ユニット３２は、レーザ発振器４０の起動時のみ短時間
通電されるものであるため、他の機器のような冷却は必
要とせず、上記強制空冷気流から外れた位置にあっても
よい。

【００２５】第１の風洞内では、風洞の各内壁面に近接
するように最も発熱量の多い盤内機器を冷却するための
第２のヒートシンク２３のフィン２３Ｂが配置されてい
る。そのため、中央取付板２１、左右のユニット側板２
２及び後面板２８によって形成される内壁面とこのフィ
ン２３Ｂとの間には気流が流れるスペースは少なく、フ
ィン２３Ｂ部分は他の部分と比べ空気抵抗が大きい（圧
力損失が大きい）が、この第２のヒートシンク２３が配
置される第１の風洞は、気流を発生するファン２９、排
気口１１Ａへと連続しているため、盤内機器を冷却した
外気が排出される流路はこの風洞を通らなければならな
い。その結果、フィン２３Ｂの内部には高風速の気流が
創生され、発熱量が多く最も冷却しなければならない発
熱半導体素子２４を良好に冷却することができる。

【００２６】そして、第２のヒートシンク５６を出た気
流は、矢印ｃで示されるように第２の風洞としてのプレ
ナムチャンバー１０５内で円滑に偏向され、壁面などに
衝突することなくファン２９に吸気される。この際、プ
レナムチャンバー１０５内で円滑に曲げられて圧力損失
が増加することはない。その後、ファン２９を通して第
３の風洞としての排気チャンバー１０６に至り、矢印ｄ
で示されるように水平方向に排気口１１Ａから外部へ排
出されるが、ファン２９と排気口１１Ａとは離れている
にもかかわらず、ファン２９から出た暖かい気流は盤内
周囲に逸流することがなく外部に排出される。ここで、
筐体内部空間から排気口へと至る風洞は、第１、２、３
の風洞で形成されている。

【００２７】一方、吸気口２Ａに取付けられるエアフィ
ルター１５は定期的に清掃するため着脱する必要がある
が、エアフィルター挿入口１０４は、区画扉７の下側に
露出しているため、作業は区画扉７を閉めたまま何ら工
具を必要とせず、上下に間隔が設けられた狭いフィルタ
ー挿入口１０４から容易に行うことができる。そのた
め、区画扉７を開放に伴う盤内への異物混入防止、電源
断に伴う作業効率の低下、さらには、仮に電源を切り忘
れた場合の感電の防止ができる。

【００２８】また、扉など垂直面にエアフィルターを取
り付けた場合は、斜め上方からの水滴等が侵入しやすい
が、本実施の形態１では、筐体１の底面にエアフィルタ
ーが取り付けられているため、水滴に対する保護グレー
ドを向上できる。

【００２９】さらに、排気口１１Ａからの水滴等の侵入
は排気ダクト３４で受け止められ、立ち上がり部３４Ｃ
によって盤内への漏洩が阻止される。また、水平壁部３
４Ｂ上面に滞留した水滴等は立下がり部３４Ｄ以下に位
置する排気口１１Ａ下端からファン２９排気流で排出さ
れる。さらにまた、ファン２９の休止時も排気ダクト３
４によって塵埃が直接的に盤内へ侵入することが防止さ
れ、盤内が清潔に保たれる。

【００３０】本実施の形態によれば、吸気口２Ａから排
気口１１Ａへと至る風洞内に各風洞内壁面に近接すべく
配置した第２のヒートシンク２３を設けたことにより第
２のヒートシンク２３への風速が高められ冷却効率が向
上する。また、ファン２９の排気流の逆流や逸流に起因
する圧力損失の発生及び冷却能力低下が防止され、制御
盤１０１の盤内上部及び天板上部に排気のための空間を
必要とせず、強制空冷区画１０２内の最上部まで盤内機
器を配置できるとともに、強制空冷区画１０２の上にレ
ーザ発振器６３を搭載できる。さらに、強制空冷区画１
０２の所要高さを低くでき、上記レーザ発振器６３の保
守を容易とする。

【００３１】また、この第１、２、３の風洞に外気が吸
い込まれる際、外気吸気口２Ａは第１の風洞の導入口
（風洞口）と水平であり、外気吸気口２Ａの各部とファ
ン２９までの圧力損失は近似しているため、外気は均一
的に吸い込まれる。また、電源変圧器１６を適宜な架台
の上に設置して外気吸気口２Ａの面積を強制空冷区画１
０２の床面のほぼ全体を占めるまで広くすれば、吸い込
み風速の低速化、吸い込み風量の増大ができ、一層の圧
力損失及び塵埃侵入並びに騒音の低減を行うことができ
る。

【００３２】実施の形態２．図５は、この発明による制
御盤の他の実施の形態を示すもので、実施の形態１にお
ける図２に相当する要部斜視図である。図において、３
５は区画扉７の下側に配設されるフィルターカバーで、
幅方向に前面部３５Ａ、上面部３５Ｂを有し、左右に側
面部３５Ｃを有している。上記上面部３５Ｂの一方の端
にはヒンジピン９に対応してヒンジ穴３５Ｄが穿設さ
れ、内部に円筒スペーサ１０が溶接されている。他方の
端には内曲げ部３５Ｅが形成され、ラバーマグネットシ
ート３６が貼り付けられている。

【００３３】ヒンジピン９にフィルターカバー３５を嵌
合（ヒンジ穴３５Ｄ及び円筒スペーサ１０部分をヒンジ
ピン９に通す）してから、底板のヒンジ穴２Ｂに該ヒン
ジピン９を差し込む。これにより、フィルターカバー３
５は区画扉７と底板２との間に回動自在に支持される。
また、ヒンジ穴３５Ｄの反対側はラバーマグネットシー
ト３６によりサイドフランジ１４Ｅ及び側板の曲げ脚部
５Ａに吸着保持される。従って、フィルターカバー３５
は何ら工具を使用せずとも簡単に開閉できる。

【００３４】エアフィルター１５は着脱が容易にできる
ように、奥まで差し込んでも先端がエアフィルター挿入
口１０４から飛び出た状態にある。この飛び出し部は上
記フィルターカバー３５内に収まり、エアフィルター挿
入口１０４は遮蔽される。レーザ溶断、溶接のスパッタ
が盤表面に飛び散っても鋼板製である区画扉７、フィル
ターカバー３５で遮断され据付床面１００に落下し、制
御盤への発火は発生しない。

【００３５】フィルターカバー３５は区画扉７のヒンジ
部スペーサの機能も有しており、それぞれ単独に開閉で
きる。また、それぞれ別個にヒンジを構成していないの
で、構造が簡単であり、特に上下方向の所要空間を小さ
くできる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、外
気を盤内に吸気する吸気口及び盤内から排気する排気口
が設けられた制御盤筐体と、この制御盤筐体内部に配設
される盤内機器と、この盤内機器を強制空冷すべく外気
導入を図る送風装置とを備え、筐体内部空間から上記排
気口へと至る風洞を形成し、盤内機器を冷却するための
ヒートシンクを該風洞内の各風洞内壁面と近接すべく配
設するので、ヒートシンク内の風速が高められ、該ヒー
トシンクに固定された盤内機器が良好に冷却できる。

【００３７】また、第２の発明によれば、制御盤筐体内
部に配設される盤内機器のうち、最も冷却すべき盤内機
器を風洞内に配設したヒートシンクで冷却するようにし
たので、最も冷却しなければならない盤内機器を効率よ
く冷却することができる。

【００３８】さらに、第３の発明によれば、筐体内部空
間側の風洞口に対して略直角となるべく上記排気口を構
成し、排気口とヒートシンクとで挟まれた風洞内の空間
に送風装置としてのファンを上記排気口と軸線が平行と
なるべく備え、上記ヒートシンク上方にプレナムチャン
バーを形成するので、吸気した外気の気流をスムーズに
したまま排気口の位置を変更し、上面に加工機等を備え
るといった任意の形状の制御盤を構築することができ
る。

【００３９】さらに、第４の発明によれば、筐体内部空
間側の風洞口に対して対向すべく吸気口を形成するの
で、吸気口から外気を均一に吸い込み、スムーズに冷却
すべきヒートシンクへ導くことができ、冷却効率が向上
する。

【００４０】また、制御盤筐体底面の吸気口に設けるエ
アフィルターを挿抜するフィルター挿入口を、制御盤筐
体に対する開口部として設けたので、筐体のカバー等を
開けることなくエアフィルターのみ交換することがで
き、交換作業を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態１に係る制御盤内部の全体構成
を示した構成図である。

【図２】 制御盤内部における内気排気口要部を拡大し
た要部拡大図である。

【図３】 制御盤を背面から見た背面図である。

【図４】 制御盤の底板部分の要部分解斜視図である。

【図５】 本実施の形態２に係る制御盤内部の全体構成
を示した構成図である。

【符号の説明】

１ 筐体、２ 底板、２Ａ 外気吸気口、１１Ａ 排気
口、１４ フィルターケース、１５ エアフィルター、
２１ 中央取付板、２２ ユニット側板、２３第２のヒ
ートシンク、２８ 後面板、２９ ファン、３４ 排気
ダクト、１０１ 制御盤、１０２ 強制空冷区画、１０
４ エアフィルター挿入口、１０５プレナムチャンバ
ー、１０６ 排気チャンバー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外気を盤内に吸気する吸気口及び盤内か
   ら排気する排気口が設けられた制御盤筐体と、 この制御盤筐体内部に配設される盤内機器と、 この盤内機器を強制空冷すべく外気導入を図る送風装置
   と、を備えた制御盤において、筐体内部空間から上記排
   気口へと至る風洞を形成し、盤内機器を冷却するための
   ヒートシンクを該風洞内の各風洞内壁面と近接すべく配
   設することを特徴とする制御盤。
2. 【請求項２】 制御盤筐体内部に配設される盤内機器の
   うち、最も冷却すべき盤内機器を風洞内に配設したヒー
   トシンクで冷却することを特徴とする請求項１に記載の
   制御盤。
3. 【請求項３】 筐体内部空間側の風洞口に対して略直角
   となるべく排気口を構成し、該排気口とヒートシンクと
   で挟まれた風洞内の空間に、送風装置としてのファンを
   上記排気口と軸線が平行となるべく備え、上記ヒートシ
   ンク上方にプレナムチャンバーを形成することを特徴と
   する請求項１、２に記載の制御盤。
4. 【請求項４】 筐体内部空間側の風洞口に対して対向す
   べく吸気口を形成することを特徴とする請求項３に記載
   の制御盤。
5. 【請求項５】 制御盤筐体底面の吸気口に設けるエアフ
   ィルターを挿抜するフィルター挿入口を、制御盤筐体に
   対する開口部として設けたことを特徴とする請求項１か
   ら４何れかに記載の制御盤。