JP2002189504A - ビルディングブロック形コントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各機能モジュールをベースボードに選択的に
組み込み、各機能モジュールの上部にファンユニットを
設ける構造では、物理サイズが大きく、コスト及びファ
ンユニットの故障がコントローラの運転停止を招く恐れ
がある。 【解決手段】 ファンモジュール１１は、ファンユニッ
トを収納し、強制空冷を必要とする機能モジュール１５
に隣接させ、ケース１２の上部や下部から吸気し、風の
吹き出し口から機能モジュール内の空冷を必要とする回
路部品に送風する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のブロック化
した機能モジュールをベースボードに選択的に組み込ん
でシステムが構築されるビルディングブロック形コント
ローラに係り、特に機能モジュール内の発熱部品を強制
空冷するための冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のコントローラの機能モジュール
の冷却方式には、自然空冷方式と強制空冷方式の２種類
がある。自然空冷方式では、設計に際して、各機能モジ
ュールに実装する部品選択と部品配置の検討により機能
モジュール内の局部発熱を無くし、各部品の許容周囲温
度を周囲温度＋部品の温度上昇分に対してマージンを持
たせるようにしている。

【０００３】強制空冷方式では、例えば、図９にビルデ
ィングブロック形のプログラマブルコントローラ（ＰＬ
Ｃ）の冷却構造例を示すように、ベースボード（架）に
電源モジュール１、ＣＰＵモジュール２、オプションモ
ジュール（ＯＰ）３Ａ〜３Ｎ等の機能モジュールを並列
実装し、それらの上部にファンユニット４を設け、ファ
ンユニット４によって各機能モジュールに下部からの吸
気と上部から排気を得るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＰＬＣなど、近年の各
種のコントローラは、本体の物理サイズの小型化、高速
・高機能化が進み、単位体積当たりの発熱量が増大して
きている。このため、自然空冷方式の採用は非常に難し
くなってきている。

【０００５】この点、強制空冷方式は、ファンユニット
からの送風により放熱効果を著しく高めることにより、
回路部品の発熱を僅かに抑えることで機能モジュールの
小型化が可能であるが、ファンユニットの設置を必要と
し、ファンユニット自体がコントローラの物理サイズを
大きくしてしまうとともに、ファン用外部電源の確保や
ファン故障検出回路を必要とするなど、コスト面でも問
題が生じる。

【０００６】また、ビルディングブロック形のコントロ
ーラでは、ベースボードに対する各機能モジュールの取
り付け、取り外しの際に機能モジュールを斜めにする必
要がある。この状態は、図１０に示し、同図の（ａ）で
は機能モジュールＭをベースボードＢの下部の爪Ｔを支
点として前側に回動させると機能モジュール頂部がファ
ンユニットＦの底部にぶつかる。このため、同図の
（ｂ）に示すように、隙間Ｇを確保することになる。こ
のため、コントローラの高さが増すか、機能モジュール
の実装可能寸法が減ってしまう。

【０００７】また、ファンユニットは、一体型になって
いるため、１つのファンに故障などが発生すると、故障
ファンの修理のためにファンユニット全体の交換が必要
になり、その間はコントローラの運転停止になってしま
う。

【０００８】本発明の目的は、上記の課題を解決したビ
ルディングブロック形コントローラを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファンユニッ
トを収納したファンモジュールを、強制空冷を必要とす
る機能モジュールに隣接させてベースボードに取り付
け、ファンモジュールから機能モジュール内に送風する
ようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

【００１０】（１）複数のブロック化した機能モジュー
ルをベースボードに選択的に組み込んでシステムが構築
され、少なくとも１つの機能モジュールが強制空冷を必
要とするシステム構成のビルディングブロック形コント
ローラにおいて、ファンユニットを収納し、前記強制空
冷を必要とする機能モジュールに隣接させて前記ベース
ボードに組み込まれ、該ファンユニットから該機能モジ
ュール内に送風するファンモジュールを備えたことを特
徴とする。

【００１１】（２）前記ファンモジュールは、前記各機
能モジュールの収納ケースと同等の寸法をもつケースに
ファンユニットを収納し、ケースの上部または下部もし
くは上部と下部の両方から吸気する構造にしたことを特
徴とする。

【００１２】（３）前記ファンモジュールは、モジュー
ル内の温度またはファンユニットの温度を表示する温度
センサ部と、前記温度センサ部からの温度を基にしたフ
ァンユニットの異常検出またはファンユニットの運転状
態からの異常検出をする異常検出部と、前記温度センサ
部および異常検出部の検出状態を表示する表示部と、検
出した異常情報を出力する異常出力部とのうち、少なく
とも１つを設けたことを特徴とする。

【００１３】（４）前記ファンモジュールは、ファンユ
ニットの電源を機能モジュールの電源から得る構成、ま
たは外部電源から得る構成を特徴とする。

【００１４】（５）前記ファンモジュールは、ファンユ
ニットの電源を機能モジュールの電源から外部操作でき
るスイッチを介して取り込む構成を特徴とする。

【００１５】（６）前記ファンモジュールは、前記表示
部と温度センサ部およびファンユニットとローカルバス
結合して前記異常出力部の異常検出手段をもち、かつコ
ントローラ側のホストコンピュータとはレジスタを介し
て検出した異常情報を授受する信号処理手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１６】（７）前記ファンモジュールは、収納した
ファンユニットの電源電圧を可変にする電源を設け、こ
の可変電源の出力電圧をコントローラ側のホストコンピ
ュータまたは前記信号処理手段によって制御する構成に
したことを特徴とする。

【００１７】（８）前記ファンモジュールは、機能モジ
ュール内の強制空冷を必要とする回路部品の位置に合わ
せて、前記ケース内でファンユニットの高さ位置および
水平位置を変更操作できる構造にしたことを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
ファンによる強制空冷方式の要部構成図であり、一部破
断斜視図で示す。

【００１９】ファンモジュール１１は、コントローラの
各機能モジュールの収納ケースと同等の寸法をもつケー
ス１２にファンユニットを収納し、他の機能モジュール
と同じにベースボード（Ｂ）に組み込むことができる構
造にする。

【００２０】ケース１２には、内部のファンからの風の
吹き出し口１３が設けられ、また上部または下部もしく
は両方に設ける風の吸い込み口が設けられる。さらに、
コントローラのパネル側にファン運転状態を表示する表
示器１４と異常情報を出力する異常出力部２４’を設
け、また必要に応じて後述のファン用温度センサ、ファ
ン用電源回路などを設ける。

【００２１】以上の構成になるファンモジュール１１
は、強制空冷を必要とする機能モジュール１５に隣接し
てベースボードに装着される。

【００２２】機能モジュール１５は、ケース１６内には
機能回路部品等を実装したプリント基板１７を収納する
構造になる。強制空冷を必要とする回路部品１８には、
それに対向するケース１６面に風の吹き込み口１９を設
け、またケース１６の上部と下部には風の吹き出し口が
設けられる。

【００２３】以上の構成になるファンモジュール１１と
機能モジュール１５は、風の吹き出し口１３と風の吹き
込み口１９が対峙し、ファンモジュール１１からの送風
が回路部品１８の面に吹き付けられることで回路部品１
８を強制空冷することができる。

【００２４】したがって、本実施形態では、ファンユニ
ット１１は、他の機能モジュールに隣接配置されて風の
吹き出し口をケース側面から吹き出す構造とし、強制空
冷を必要とする機能モジュールは、ケース側面に風の吹
き込み口を設けて強制空冷を得るようにしたため、強制
空冷を必要とする機能モジュールのみに隣接してファン
モジュールを設ければよく、従来方式のファンユニット
に比べてファンユニット自体の物理サイズを小さくする
ことができる。

【００２５】また、ビルディングブロック形のコントロ
ーラを構成するのに、ベースボードに対する各機能モジ
ュールの取り付け、取り外しの際に機能モジュールを斜
めにするが、従来方式でのファンユニットとの間に確保
する隙間Ｇを不要にする。

【００２６】また、ファンモジュールは、機能モジュー
ル別に設けるため、ファンに故障などが発生した場合
に、個別のファンモジュールの交換で済む。

【００２７】図２は、ファンモジュールの回路構成図で
ある。ファンユニット２１の電源はコントローラのシス
テムバスに設ける電圧Ｖ_CCの直流電源ラインからＤＣ／
ＤＣコンバータ２２によって変換した電圧Ｖ_ddを得るよ
うにする。なお、コンバータ２２は、ファンユニット２
１の定格電圧がＶ_CCと同じになるときは省略される。

【００２８】温度センサ部２３は、機能モジュールの温
度またはファンユニット２１の温度を検出する。異常検
出部２４は、温度センサ部２３からの検出温度を基にし
たファンユニットの異常検出またはファンユニット２１
の運転状態からの異常検出を行い、検出した異常情報を
接点等で出力し、監視装置へ異常の有無を通知可能とす
る。ファンユニット２１の運転状態からの異常検出は、
ファン電流断や過電流、さらに電源電圧低下等から検出
する。表示部２５は、温度センサ２３およびファンユニ
ット２１からの異常検出信号を数字表示器等で表示し、
さらに正常／異常の状態を表示色の切換え等で表示す
る。これら温度センサ部２３と異常検出部２４と異常出
力部２４’および表示部２５は、システムの規模や機能
に応じて、一部または全部を設ける。

【００２９】以上のように、ファンモジュールは、ファ
ンユニットの運転状態の監視と表示および異常情報の出
力とを行うことにより、その故障発生時に機能モジュー
ルへの送風不能を速やかに検出し、機能モジュール自体
の過熱故障を防ぐことができる。

【００３０】図３及び図４は、ファンモジュールの他の
回路構成図である。これらが図２と異なる部分は、ファ
ンユニット２１の電源を外部電源から取り込む場合であ
り、図３では交流の外部電源からＡＣ／ＤＣコンバータ
２２Ａによって電源を得る場合である。また、図４では
直流の外部電源からＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｂによっ
て電源を得る場合である。これらの構成では、外部電源
を利用することができ、システムバス等の既存の電源容
量が不足する場合にもファンモジュールの追加が可能と
なる。

【００３１】図５は、ファンモジュールの他の回路構成
図である。同図が図２と異なる部分は、ＤＣ／ＤＣコン
バータ２２とシステムバスとの間に外部操作可能なスイ
ッチ２６を設けた点にある。

【００３２】スイッチ２６は、表示器１４と同様に、パ
ネル面側に操作部が設けられ、ファンモジュールが実装
された通常時には閉路状態でファンユニットへの電源路
を形成し、外部からのオフ操作でスイッチは開路とな
り、ファンユニットの電源を遮断することで、ファンモ
ジュールを取り外すことができる。

【００３３】この構成により、ファン異常時、または保
守点検時に、システムバスが活線状態、つまりコントロ
ーラの運転状態でファンモジュールの交換等が可能とな
る。すなわち、強制空冷を必要とする回路部品は、極め
て短時間の冷却停止では温度上昇による故障には至らな
いため、その間に健全なファンモジュールに交換するこ
とができ、システムダウンを防ぐことができる。

【００３４】図６は、ファンモジュールの他の回路構成
図である。同図は、ファンモジュール内にディジタル信
号処理手段になるマイクロコンピュータを設け、マイク
ロコンピュータによりファンユニットや温度センサ部の
監視制御とシステムバスを介しコントローラ側ホストコ
ンピュータとの交信を行うものである。

【００３５】マイクロコンピュータ２７は、図２等で示
した異常検出部２４に代えた信号処理機能となるもの
で、ローカルバス２８を介して表示部２５や温度センサ
部２３、ファンユニット２１との間の信号のやり取りを
行い、システムバスとの間の信号のやり取りはコントロ
ールステータスレジスタ（ＣＳＲ）２９を介してファン
異常などの信号授受を行う。

【００３６】具体的には、マイクロコンピュータ２７
は、定期的に温度センサ部２３やファンユニット２１の
状態の監視を行い、温度異常等が発生したときにＣＳＲ
２９内のレジスタに設定する異常要因毎に割り当てたビ
ットをセットする。システムバス側のホストコンピュー
タでは、例えば、ＣＳＲ２９の各ビットをスキャンする
か、もしくはファンモジュールが出力する割込みに対す
るサービスルーチンでＣＳＲ２９内の異常要因ビットを
読み込む。

【００３７】図６に示す構成によれば、ファンモジュー
ルに係る監視等の信号処理をモジュール自体で行うこと
ができ、図２〜図５で示した異常出力部２４’を入力回
路によって取り込み、監視するシステムバス側のホスト
コンピュータのプログラムを不要とし、ファンモジュー
ルの追加時にもプログラムに負担がかからなくできる。

【００３８】図７は、ファンモジュールの他の回路構成
図である。同図が図６と異なる部分は、ファンユニット
２１の電源を可変電圧部３０から供給し、この可変電圧
部３０の電圧制御信号をコントローラ側のホストコンピ
ュータまたはマイクロコンピュータ２７からローカルバ
ス２８を通してＤ／Ａ変換部３１により指令できるよう
にする点にある。

【００３９】この構成により、マイクロコンピュータ２
７またはシステムバス側のホストコンピュータは、ファ
ンユニット２１の電源電圧を制御でき、電圧制御により
ファンユニット２１からの送風量を制御できる。

【００４０】例えば、マイクロコンピュータ２７は、温
度センサ部２３の検出温度信号を定期的に取り込み、そ
の内容をＣＳＲ２９のレジスタに書込む。システムバス
側のホストコンピュータは、ＣＳＲ２９の内容を定期的
に取り込み、検出温度の状態をチェックし、最適な風量
を計算し、風量を増加または減少させる値をＣＳＲ２９
に書込む。これをマイクロコンピュータ２７が読み込
み、係数変換を行ってＤ／Ａ変換器３１に書込み、ファ
ンユニット２１の電圧増減制御を行う。

【００４１】もちろん、マイクロコンピュータ２７によ
って、ＣＳＲ２９のレジスタに設定された検出温度情報
は、ホストコンピュータからの該レジスタの内容を取り
込み後、ハードウェア的に自動リセットされること、お
よびホストコンピュータによってＣＳＲ２９に書かれた
風量の増加減情報は、マイクロコンピュータ２７の該レ
ジスタの内容取り込み後、ハードウェア的に自動リセッ
トされることは当然のことである。

【００４２】また、前記記載のＤ／Ａ変換器３１の出力
により、ファンユニット２１の電圧増減制御を利用し、
システムバス側のホストコンピュータがＣＳＲ２９に目
標温度を書込み、これをマイクロコンピュータ２７が読
み込み、温度センサ部２３から定期的に取り込んだ検出
温度との大小を比較し、この結果に応じてファンユニッ
ト２１からの送風量を増減させる値をＤ／Ａ変換器３１
に書込むことにより、目標温度に向けた送風量制御を行
うことも可能である。

【００４３】このような送風量制御機能を設けたファン
モジュールによれば、強制空冷対象となる機能モジュー
ルが機能モジュール毎に異なる発熱量をもち、各々に適
する送風量を要求する場合に、各機能モジュールに過不
足のない送風を行うことができる。

【００４４】図８は、ファンモジュールの他の機構構成
図である。前記の図１の構成では、ファンユニットから
の風の吹き出し位置は、ケース１２に設けた吹き出し口
の位置で決めることなり、機能モジュール１５に搭載さ
れる発熱回路部品１８の位置が機能モジュール毎に異な
る場合には、それぞれの位置に合わせた吹き出し口をも
つファンモジュールを用意する必要がある。

【００４５】そこで、図８では、ファンモジュールのケ
ース１２内に、その高さ方向で、ファンユニット２１の
一対の支持ロッド３２、３３を設け、この支持ロッド３
２、３３には長手方向で適当な間隔で複数の部品取り付
け孔Ｈを配列させておき、止め具３４によりファンユニ
ット２１の両側とロッド３２、３３との間を任意高さ位
置にスライドさせてネジ止め等で固定できるようにす
る。なお、ケース１２に設ける風の吹き出し口は、ケー
スの高さ方向全域に設けられる。

【００４６】この構造により、ファンモジュールのケー
ス１２内でのファンユニット２１の高さ位置を任意に調
整することができ、機能モジュールに設けられる発熱回
路部品の高さ位置の違いに応じてファンユニット２１の
高さ位置を合わせ、回路部品の確実な空冷ができ、しか
もファンモジュールのケース構造は１種類のもので済
む。

【００４７】なお、ファンユニットと支持ロッドとの結
合構造および止め具構造は適宜設計変更できるものであ
る。例えば、ファンユニットの位置調整方向は、ケース
の横（水平）方向にも調整できる結合構造とすることが
できる。

【００４８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ファン
ユニットを収納したファンモジュールを、強制空冷を必
要とする機能モジュールに隣接させてベースボードに取
り付け、ファンモジュールから機能モジュール内に送風
するようにしたため、以下の効果がある。

【００４９】（１）外部にファンユニットを設置する従
来構造に比べて、コントローラの物理サイズを大幅に減
縮できる。

【００５０】（２）ファンモジュール内に電源回路や異
常検出部などを設けることができ、ファン用外部電源の
確保やファン故障検出回路を別途に設けるためのコスト
削減を図ることができる。

【００５１】（３）システムの運転状態でファンモジュ
ールを交換でき、ファンの故障や保守点検に際してコン
トローラの運転停止を招くことがない。

【００５２】（４）ファンモジュールの風量を個別に制
御することができ、強制空冷の効率を高めることができ
る。

【００５３】（５）ファンモジュールの位置を任意に調
節することができ、強制空冷を必要とする回路部品の近
くに送風でき、放熱効果を高めると共に、共通化したフ
ァンモジュール設計ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す要部構成図。

【図２】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その１）。

【図３】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その２）。

【図４】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その３）。

【図５】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その４）。

【図６】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その５）。

【図７】実施形態におけるファンモジュールの回路構成
（その６）。

【図８】実施形態におけるファンモジュールの機構構
成。

【図９】従来のコントローラの強制空冷方式。

【図１０】従来の機能モジュール取外し態様。

【符号の説明】

１１…ファンモジュール １２、１６…ケース １３…風の吹き出し口 １４…表示器 １５…機能モジュール １６…機能モジュールのケース部 １７…プリント基板 １８…強制空冷を必要とする回路部品 １９…風の吹き込み口 ２１…ファンユニット ２２、２２Ｂ…ＤＣ／ＤＣコンバータ ２２Ａ…ＡＣ／ＤＣコンバータ ２３…温度センサ部 ２４…異常検出部 ２４’…異常出力部 ２５…表示部 ２６…スイッチ ２７…マイクロコンピュータ ２８…ローカルバス ２９…ＣＳＲ（コントロールステータスレジスタ） ３０…可変電圧部 ３１…Ｄ／Ａ変換器 ３２、３３…支持ロッド ３４…止め具

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のブロック化した機能モジュールを
   ベースボードに選択的に組み込んでシステムが構築さ
   れ、少なくとも１つの機能モジュールが強制空冷を必要
   とするシステム構成のビルディングブロック形コントロ
   ーラにおいて、 ファンユニットを収納し、前記強制空冷を必要とする機
   能モジュールに隣接させて前記ベースボードに組み込ま
   れ、該ファンユニットから該機能モジュール内に送風す
   るファンモジュールを備えたことを特徴とするビルディ
   ングブロック形コントローラ。
2. 【請求項２】 前記ファンモジュールは、前記各機能モ
   ジュールの収納ケースと同等の寸法をもつケースにファ
   ンユニットを収納し、ケースの上部または下部もしくは
   上部と下部の両方から吸気する構造にしたことを特徴と
   する請求項１に記載のビルディングブロック形コントロ
   ーラ。
3. 【請求項３】 前記ファンモジュールは、モジュール内
   の温度またはファンユニットの温度を表示する温度セン
   サ部と、前記温度センサ部からの温度を基にしたファン
   ユニットの異常検出またはファンユニットの運転状態か
   らの異常検出をする異常検出部と、前記温度センサ部お
   よび異常検出部の検出状態を表示する表示部と、検出し
   た異常情報を出力する異常出力部とのうち、少なくとも
   １つを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載
   のビルディングブロック形コントローラ。
4. 【請求項４】 前記ファンモジュールは、ファンユニッ
   トの電源を機能モジュールの電源から得る構成、または
   外部電源から得る構成を特徴とする請求項１〜３のいず
   れか１項に記載のビルディングブロック形コントロー
   ラ。
5. 【請求項５】 前記ファンモジュールは、ファンユニッ
   トの電源を機能モジュールの電源から外部操作できるス
   イッチを介して取り込む構成を特徴とする請求項１〜４
   のいずれか１項に記載のビルディングブロック形コント
   ローラ。
6. 【請求項６】 前記ファンモジュールは、前記表示部と
   温度センサ部およびファンユニットとローカルバス結合
   して前記異常出力部の異常検出手段をもち、かつコント
   ローラ側のホストコンピュータとはレジスタを介して検
   出した異常情報を授受する信号処理手段を設けたことを
   特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のビルデ
   ィングブロック形コントローラ。
7. 【請求項７】 前記ファンモジュールは、収納したファ
   ンユニットの電源電圧を可変にする電源を設け、この可
   変電源の出力電圧をコントローラ側のホストコンピュー
   タまたは前記信号処理手段によって制御する構成にした
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の
   ビルディングブロック形コントローラ。
8. 【請求項８】 前記ファンモジュールは、機能モジュー
   ル内の強制空冷を必要とする回路部品の位置に合わせ
   て、前記ケース内でファンユニットの高さ位置および水
   平位置を変更操作できる構造にしたことを特徴とする請
   求項１〜７のいずれか１項に記載のビルディングブロッ
   ク形コントローラ。