(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能回路部品を実装したプリント板をケース内に収納して機能モジュールを構成し、この機能モジュールのケース高さ方向が同一寸法に形成されてブロック化された機能モジュールのうち、少なくとも１つが強制空冷を必要とする機能モジュールをベースボードに並列実装してシステム構築し、強制空冷を必要とする機能モジュールを強制空冷するファンユニットを備えたビルディングブロック形コントローラにおいて、
前記強制空冷を必要とする機能モジュールのケース側面に吹き込み口を設け、この機能モジュールのケース寸法と同一寸法を有するケースにファンユニットを収納してファンモジュールを構成し、このファンモジュールは、ケースに吸気口とケース側面に風吹き出し口を設け、この風吹き出し口を前記機能モジュールの吹き込み口と隣接対向してベースボードに並設すると共に、
前記ファンモジュールには、ファンユニット内の温度を検出する温度センサ部と、この温度センサ部による検出温度を基にしたファンユニットの運転状態から異常を検出する異常検出部、及び前記ファンユニットからの運転状態信号と温度センサ部からの温度信号を表示する表示部を設け、ファンユニットへの電源は外部操作できるスイッチを介して取り込むよう構成し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。
【請求項２】
前記ファンモジュールに、ローカルバスで接続されたマイクロコンピュータとコントロールステータスレジスタを設け、このファンモジュールは、コントローラのホストコンピュータとは、コントロールステータスレジスタとコントローラのシステムバスを介して温度異常信号の授受を実行するよう構成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。
【請求項３】
前記ファンモジュールのファンユニットとシステムバス間に可変電源部と、この可変電源部の出力を制御するＤ／Ａ変換器を設け、このＤ／Ａ変換器の出力を、前記ホストコンピュータ、コントロールステータスレジスタ、及びマイクロコンピュータを介して制御するよう構成したことを特徴とする請求項２記載のビルディングブロック形コントローラ。
【請求項４】
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乃至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。
【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（ＰＬＣ）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】
本発明は、機能回路部品を実装したプリント板をケース内に収納して機能モジュールを構成し、この機能モジュールのケース高さ方向が同一寸法に形成されてブロック化された機能モジュールのうち、少なくとも１つが強制空冷を必要とする機能モジュールをベースボードに並列実装してシステム構築し、強制空冷を必要とする機能モジュールを強制空冷するファンユニットを備えたビルディングブロック形コントローラにおいて、
前記強制空冷を必要とする機能モジュールのケース側面に吹き込み口を設け、この機能モジュールのケース寸法と同一寸法を有するケースにファンユニットを収納してファンモジュールを構成し、このファンモジュールは、ケースに吸気口とケース側面に風吹き出し口を設け、この風吹き出し口を前記機能モジュールの吹き込み口と隣接対向してベースボードに並設すると共に、
前記ファンモジュールには、ファンユニット内の温度を検出する温度センサ部と、この温度センサ部による検出温度を基にしたファンユニットの運転状態から異常を検出する異常検出部、及び前記ファンユニットからの運転状態信号と温度センサ部からの温度信号を表示する表示部を設け、ファンユニットへの電源は外部操作できるスイッチを介して取り込むよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のファンモジュールは、ローカルバスで接続されたマイクロコンピュータとコントロールステータスレジスタを設け、このファンモジュールは、コントローラのホストコンピュータとは、コントロールステータスレジスタとコントローラのシステムバスを介して温度異常信号の授受を実行するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ファンモジュールのファンユニットとシステムバス間に可変電源部と、この可変電源部の出力を制御するＤ／Ａ変換器を設け、このＤ／Ａ変換器の出力を、前記ホストコンピュータ、コントロールステータスレジスタ、及びマイクロコンピュータを介して制御するよう構成したことを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明の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１８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、ファンモジュール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ＶCC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Ｖddを得るようにする。なお、コンバータ２２は、ファンユニット２１の定格電圧がＶCC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ＣＳＲ２９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２７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３２、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004348861.tif 000010
【図１０】
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