JP2007019282A - サーボアンプの実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を高密度に実装できる小型のサーボアンプを提供する。
【解決手段】 本発明のサーボアンプの実装構造は、パワー素子４を実装した電力変換用基板２ａと、パワー素子４を制御する制御素子を実装した制御用基板２ｂと、両基板に接続する電力用のリード端子３ａと信号用のリード端子３ｂとを備えたもので、電力変換用基板２ａおよび制御用基板２ｂはリジット基板から構成され、これらは折り曲げ可能なフレキシブル基板１で接続され、電力用のリード端子３ａと信号用のリード端子３ｂは電力変換用基板２ａと制御用基板２ｂの基板端面にそれぞれ配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サーボアンプなどプリント基板の実装構造に関する。

従来のサーボアンプの実装構造として、中継基板上への接続は、電気的接続をスタック型コネクタで接続し、機械的接続をネジにより接続するものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

図６は従来のサーボアンプの実装構造を示す斜視図である。
図６において、１１ａは電力用コネクタオス、１１ｂは信号用コネクタオス、１２は電子部品実装基板、１３は筐体、１４は取付け用穴であり、これらでサーボモータを１軸制御できるサーボアンプ機能を有している。
図７は従来のサーボアンプの適用例を示す斜視図である。
図７において、１３は筐体、１４は取付け用穴、１５ａは電力用コネクタメス、１５ｂは信号用コネクタメス、１６ａは取付け用ネジ、１６ｂは取付け用ナット、１７は中継基板、１８はＩ／Ｏコネクタである。図６に示すサーボアンプを複数台まとめて複数のモータを制御できるようにしている。そのサーボアンプを中継基板１７へ固定する場合、信号的には、サーボアンプ側の電力用コネクタオスと中継基板１７側の電力用コネクタメスとを勘合させ、また、サーボアンプ側の信号用コネクタオスと中継基板１７側の信号用コネクタメスを勘合させることによって接続し、機械的には、筐体１３の４隅に配置されている取付け用穴１４に取付け用ネジ１６aを通して、取付け用ナット１６ｂで締めることにより、中継基板１７上にサーボアンプを固定している。
特開２００４−１４０３０１

しかしながら、従来のサーボアンプでは、電子部品実装基板１２上に電力用コネクタオス１１ａ、信号用コネクタオス１１ｂが搭載されているため、コネクタのピン数が多いものになると基板上にコネクタが占める割合が増えてしまいサーボアンプの小形化の弊害になっていた。
また、サーボアンプを中継基板に固定するには、取付け用穴１４などの固定用の構造部や、取付け用ネジ１６ａ、取付け用ナット１６ｂなどの固定用の部材が必要となり、
これらもサーボアンプの小型化の弊害になっていた。
さらに、電子部品からの放熱は、発熱部品表面からの熱放射と発熱部品リード端子を通じて中継基板１７へ熱伝導しそこから熱放射していたため放熱効率が悪く、熱集中を招き小型化の弊害になっていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コネクタ実装スペースの削減、サーボアンプ本体の固定用構造部の削減、高放熱構造の実現により、電子部品の高密度実装が可能な小型のサーボアンプを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明はつぎのように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、パワー素子を実装した電力変換用基板と、前記パワー素子を制御する制御素子を実装した制御用基板と、電力用のリード端子と信号用のリード端子とを備えたサーボアンプの実装構造において、前記電力変換用基板および前記制御用基板はリジット基板から構成され、前記電力変換用基板と前記制御用基板との間は折り曲げ可能なフレキシブル基板で接続され、前記電力用および前記信号用のリード端子は、前記電力変換用基板と前記制御用基板の基板端面にそれぞれ配置されたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記電力用および前記信号用のリード端子が、中継基板上に設けた面実装可能な面実装パッドに接続されるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記電力変換用基板および前記制御用基板が、放熱用部品により挟み込むように構成された放熱用パッケージを有したものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記放熱用パッケージが、前記中継基板上に面実装可能な面実装パッドに接続されるものである。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、電力変換用基板と制御用基板は折り曲げ可能なフレキシブル基板で接続され、電力用および信号用のリード端子は電力変換用基板と制御用基板の基板端面にそれぞれ配置するので、コネクタ実装スペースの削減により、電子部品を高密度に実装でき、サーボアンプを小型化できるという効果がある。
本発明の請求項２に記載の発明によれば、電力用および信号用のリード端子は中継基板上に面実装可能な形状を有したので、サーボアンプ本体の固定用構造部の削減により、サーボアンプを小型化できるという効果がある。
本発明の請求項３に記載の発明によれば、電力変換用基板と制御用基板を放熱用部品により挟み込むように構成した放熱用パッケージを有したので、高放熱構造の実現により、サーボアンプを小型化できるという効果がある。
本発明の請求項４に記載の発明によれば、放熱用パッケージは中継基板上に面実装可能な形状を有しているので、サーボアンプ本体の固定用構造部の削減と、高放熱構造の実現により、サーボアンプを小型化できるという効果がある。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１を示すサーボアンプの実装構造であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。これはサーボアンプの一つのモジュールを形成している。
図１において、１はフレキシブル基板、２ａはリジット基板である電力変換用基板、２ｂはリジット基板である制御用基板、３はリジット基板２ａの基板端面の電極に半田実装された電力用のリード端子で、主に主電源やサーボモータへの出力などが割り当てられる。４はリジット基板２ａ上に面実装されたパワー素子などの電子部品である。
図１（ｂ）に示すように、リジット基板２ｂの基板端面にも電極に半田実装された信号用のリード端子を有し、主に制御信号などが割り当てられる。また、リジット基板２ｂには制御用の電子部品が面実装されている。いま、リジット基板２ａとリジット基板２ｂはフレキシブル基板１を折り曲げることにより、ある一定距離を保ち平行に配置されている。例えば、基板固定用部材５はリードピン形状をしており、それぞれの基板に設けられたスルーホールに挿入固定されるので、基板間をある一定距離を保つことができる。これらの構造を詳しく説明するために展開した図を次に示す。
また、フレキシブル基板１は、フレキシブルリジット基板の一体品である必要はなく、一般に使われるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と呼ばれるようなものをリジット基板の端面電極に実装するも良い。さらには、リジット基板間の端面電極に、リードピンなどを直接実装し、リジット基板間の信号を接続する方法などもある。

図２は本実施例１を示すサーボアンプの実装構造の展開図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。電力変換用基板２ａと制御用基板２ｂ間の電気的な信号のやり取りはフレキシブル基板１で行う。いま、電力変換用基板２ａの基板端面の電極に半田実装された電力用のリード端子３ａと、制御用基板２ｂの基板端面の電極に半田実装された信号用のリード端子３ｂの向きは、図２（ｂ）のフレキシブル基板１を曲げずに伸ばした状態を基準にすると、リード端子３ａがフレキシブル基板１の下方向、リード端子３ｂがフレキシブル基板１の上方向と、１８０度ずれている。このような構造になっているから、フレキシブル基板１を折り曲げて、図１のようにした場合に、リード端子３ａとリード端子３ｂが同じ方向を向くようになる。リード端子３ａと３ｂの端形状（プリント基板上に実装されていない側）は、例えば、Ｌ字形状をしており、プリント基板２ａ、２ｂに対して平行となる面を持っている。

図３は本発明の実施例１を示すサーボアンプの実装構造の適用図である。図において、７は中継基板である。通常、中継基板７はサーボアンプモジュール６と電気的と機械的に接続されて、外部の機器装置、たとえば、サーボモータや上位コントローラなどとやり取りを行う。
いま、中継基板７上には、面実装用パッド８ａと８ｂが配置されている。８ａは電力用のリード端子３ａを面実装するためのパッドで、８ｂは信号用のリード端子３ｂを面実装するためのパッドである。これらのパッドに合うようにサーボアンプモジュール６を配置して、半田ペースト等を用い、パッドにリード端子を半田付け実装する。この作業により、サーボアンプモジュール６を中継基板７に面実装搭載できる。図３ではサーボアンプモジュール６を中継基板７に２台搭載してサーボアンプを形成している。

図４は、本発明の実施例２を示すサーボアンプの実装構造であって、図４（ａ）は放熱用パッケージ分解図、（ｂ）は放熱用パッケージの組立分解図、（ｃ）は放熱用パッケージ装着図である。
図４において、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄはそれぞれ放熱用部品で、材質は銅やアルミ製などの高熱伝導性の材料である。この例では、９ａ、９ｂを平面形状にして、９ｃをH型形状に加工もしくは張り合わせしたものである。いま、図４（ｂ）のように、プリント基板２ａと２ｂの間にＨ型形状をした放熱用部品９ｃを配置する。つまり、図1に示すリジット基板(電力変換用基板）２ａとリジット基板(制御用基板)２ｂを、放熱用部品９ｃにより挟み込むように構成する。このとき、電力変換用基板２ａ上に配置される発熱部品と放熱部品９ｃの間は、高熱伝導性のシートか、あるいは高熱伝導率を有する樹脂などで、熱的に接続しておく。同じく、制御用基板２ｂ上に配置される発熱部品と放熱部品９ｃの間も、同様である。また、放熱用部品９ａを９ｃにかぶせるように、放熱用部品９ｂを９ｃにかぶせるように配置する。このときも、電力変換用基板２ａ上に配置される発熱部品と放熱部品９ａの間は、高熱伝導性のシートか、あるいは高熱伝導率を有する樹脂などで、熱的に接続しておく。同じく、リ制御用基板２ｂ上に配置される発熱部品と放熱部品９ｂの間も、同様である。これら９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを、例えば、半田や、熱拡散やなどを用いて図４（ｃ）のように機構的に接続する。これにより、サーボアンプモジュール６は放熱用パッケージ１０に熱的に接続された形となる。放熱用部材９ｃは放熱用部材(接続部)９ｄを有しており、例えば、Ｌ字形状をしており、プリント基板２ａ、２ｂに対して平行となる面を持っている。

図５は、図４（ｃ）のサーボアンプモジュール６を中継基板７に面実装搭載した適用図である。中継基板７上には、電力用リード端子を面実装するための面実装用パッド８ａと、信号用リード端子を面実装するための面実装用パッド８ｂと、放熱部材(接続部)９ｄを面実装するための面実装用パッド８ｃが配置されている。これらのパッドに合うようにサーボアンプモジュール６を配置して、半田ペースト等を用い、パッドにリード端子を半田付け実装する。この作業により、サーボアンプモジュール６を中継基板７に面実装搭載できる。放熱部材(接続部)９ｄを中継基板７上に面実装固定することにより、サーボアンプで発生した熱を中継基板７に逃がすことが可能となる。また、放熱部材(接続部)９ｄは面実装の機械的強度を補強する機能も有している。

以上述べたように、本発明ではフレキシブル基板と、基板端面にリード端子を実装することによって、コネクタ実装スペースの削減ができる。また、リード端子によって中継基板にサーボアンプを電気的接続だけでなく、機械的にも接続できるので、サーボアンプ本体の固定用構造部の削減ができる。さらに、放熱用部品を用いて、うまくプリント基板上の熱を熱伝導により放熱部品を経由して中継基板に逃がすことができる放熱用パッケージを有したので、高放熱構造の実現が可能である。よって、これらにより、小型のサーボアンプを提供することが可能となる。

本発明はあらゆる用途のサーボアンプ及び類似した電力変換装置にも適用が可能である。

本発明の実施例１を示すサーボアンプの実装構造であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図１の展開図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 実施例１の適用例を示す斜視図である。 本発明の実施例２を示すサーボアンプの実装構造であって、（ａ）は放熱用パッケージ分解図、（ｂ）は放熱用パッケージの組立分解図、（ｃ）は放熱用パッケージ装着図である。 実施例２の適用例を示す斜視図である。 従来のサーボアンプの実装構造を示す斜視図である。 従来のサーボアンプの適用例を示す斜視図である。

符号の説明

１ フレキシブル基板
２ａ、２ｂ リジット基板
３、３ａ、３ｂ リード端子
４ 電子部品
５ 基板固定用部材
６ サーボアンプモジュール
７ 中継基板
８ａ、８ｂ、８ｃ 面実装用パッド
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 放熱用部材
１０ 放熱用パッケージ
１１ａ、１１ｂ コネクタオス
１２ 電子部品実装基板
１３ 筐体
１４ 取付け用穴
１５ａ、１５ｂ コネクタメス
１６ａ 取付け用ネジ
１６ｂ 取付け用ナット
１７ 中継基板
１８ Ｉ／Ｏコネクタ

Claims (4)

1. パワー素子を実装した電力変換用基板と、前記パワー素子を制御する制御素子を実装した制御用基板と、前記両基板に接続される電力用および信号用のリード端子とを備えたサーボアンプの実装構造において、
   前記電力変換用基板および前記制御用基板はリジット基板から構成され、
   前記電力変換用基板と前記制御用基板との間は折り曲げ可能なフレキシブル基板で接続され、
   前記電力用および前記信号用のリード端子は、前記電力変換用基板と前記制御用基板の基板端面にそれぞれ配置されたことを特徴とするサーボアンプの実装構造。
2. 前記電力用および前記信号用のリード端子は、中継基板上に設けた面実装パッドに接続されることを特徴とする請求項１記載のサーボアンプの実装構造。
3. 前記電力変換用基板および前記制御用基板は、放熱用部品により挟み込むように構成された放熱用パッケージを有したことを特徴とする請求項１記載のサーボアンプの実装構造。
4. 前記放熱用パッケージは、前記中継基板上に設けた面実装パッドに接続されることを特徴とする請求項３記載のサーボアンプの実装構造。

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