JP2010003932A - 電子機器、及びヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品の効率的な冷却を行うことができるとともに小型化が図れる電子機器を提供すること。
【解決手段】電子機器は、複数の発熱部品３を冷却するヒートシンク４とを備え、ヒートシンクは、制御盤２に各一端が固定されて対向する第１のベース部および第２のベース部と、第１、第２のベース部の他端で両者を連結する第３のベース部から成り、上下に開口を有するように制御盤２に固定される断面π型のフィンベースと、第１のベース部及び第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ上下方向に間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータを複数台駆動する多軸サーボアンプのような複数の発熱部品を筐体内に内蔵する電子機器に関するものであり、特に発熱部品の冷却構造に関するものである。

ＮＣ工作機械等に装備され複数のモータを駆動する多軸サーボアンプにおいては、筐体の中で発熱部品となる半導体素子が各モータ毎に設けられ複数となることから、小型化を図って隣り合う発熱部品との距離が小さくなると、隣接する発熱部品相互間の熱干渉が問題となる。

また、多軸のＮＣ工作機械の制御盤内等に複数の多軸サーボアンプが並べて設置される場合にあっては、隣接する多軸サーボアンプ間での相互の熱干渉が問題となる。

このような熱干渉の問題に対して、従来、以下のような提案されている。すなわち、従来技術では、平板状を成すフィンベースの片側面に複数の放熱フィンが形成されているヒートシンクを２個用いて、２枚のフィンベースの放熱フィンが形成されてない側の面にそれぞれ発熱部品を搭載し、２枚のフィンベースを互いの放熱フィンが向き合うように、且つ対向する放熱フィン間に所定の隙間ができるように配置して、２枚のフィンベースの間に冷却風を流通させている。この従来技術によれば、対向する放熱フィン間に所定の隙間が形成されているので、発熱部品を搭載する２枚のフィンベースも熱干渉の影響のない距離離れることとなり、発熱部品間の相互の熱干渉が抑制される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００２−１２４６０８号公報 特開２００４−５６８４５号公報

上記従来の技術によれば、ある程度発熱部品間の相互の熱干渉が抑制される。しかしながら、このような従来技術においても、いまだ、更なる効率的な冷却、及び更なる小型化は、課題として残っている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱部品の効率的な冷却を行うことができるとともに小型化が図れる電子機器及びヒートシンクを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子機器は、複数の発熱部品と該発熱部品を冷却するヒートシンクと、該ヒートシンクが固定される取付板とを備え、ヒートシンクは、取付板に各一端が固定されて対向する第１のベース部および第２のベース部と、第１、第２のベース部の他端で両者を連結する第３のベース部から成り、上下に開口を有するように取付板に固定される断面π型のフィンベースと、第１のベース部及び第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ上下方向に間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されていることを特徴とする。

この発明によれば、従来のように２枚のフィンベースを単に対向させたものに対して、両者を連結する第３のベース部の分だけ熱容量が大きい。そのため、多くの熱を吸収することができ、発熱部品の温度上昇をより抑制することができる。また、断面π型のフィンベースは取付板と協働して上下方向に冷却風の流通する風路を形成する。そして、この風路内に、冷却風の流通する方向に対して直交する向きの複数の放熱フィンが、冷却風の流通する方向に対して複数並設されているので、冷却風の放熱フィンに対する接触回数が増え、発熱部品の効率的な冷却を行うことができるとともに小型化が図れる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電子機器である多軸サーボアンプの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる多軸サーボアンプが制御盤２に取り付けられた様子を示す斜視図である。図２は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態１の水平断面を上から見た様子を示す図である。図３は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態１を制御盤側（背面側）から見た様子を示す図である。図１において、多軸サーボアンプは、上下面が開放された箱状の筐体７と、この筐体７の内部に収納されたヒートシンク４とを有している。ヒートシンク４は、断面π型（コの字型）フィンベース５を有しており、このフィンベース５は、筐体７の内部で図１の上下方向に延びている。以降、フィンベース５の軸線方向と言った場合には、図１の上下方向を指すものとする。多軸サーボアンプは、複数の駆動モータを備えた装置の内部などの任意の所定の位置に取り付けられる。本実施の形態の多軸サーボアンプは、制御盤２の壁面に設置されるがこれに限定されるものではない。多軸サーボアンプが取り付けられる対象を取付板と総称する。また、ヒートシンク４が多軸サーボアンプの筐体７に固定され、ヒートシンク４が固定された筐体７を、制御盤２などの取付板にねじ止め等で固定するという実施も可能である。

多軸サーボアンプは、制御盤２に設置される際、図１の左右方向に複数基が並んで設置される（図１では１基のみを示している、後述の図１０参照）。この場合、多軸サーボアンプは、基部に設けられたサーボアンプ取付部８をねじ止めされて制御盤２に固定される。

図１乃至図３において、本実施の形態の多軸サーボアンプは、１基で２台のモータを駆動するアンプであり、２台のモータを制御する図示しない複数の制御部を有している。図１〜図３では、２台のモータを制御する制御部のうち、ダイオードからなる順変換部やトランジスタからなる逆変換部などを構成する発熱体で構成された部分（発熱部品３ａ，３ｂ）のみを示している。

本実施の形態の多軸サーボアンプは、第１軸の制御部を構成する第１の発熱部品３ａと第２軸の制御部を構成する第２の発熱部品３ｂを有している。これら発熱部品３ａ，３ｂは、ヒートシンク４に搭載されている。ヒートシンク４は、断面π型（コの字型）のフィンベース５と、このフィンベース５に形成された多数の放熱フィン６とから構成されている。

フィンベース５は、対向する第１のベース部５ａ、第２のベース部５ｂ、及びベース部５ａ，５ｂを連結する第３のベース部５ｃとから成り、断面π型（コの字型）とされている。このような断面π型のフィンベース５は、上下に開口を有するように制御盤２に固定されている。そして、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの相互に対向する内面に複数の放熱フィンが形成されている。第１のベース部５ａの内面に平板状の第１の放熱フィン６ａが設けられている。第２のベース部５ｂの内面に平板状の第２の放熱フィン６ｂが設けられている。１枚１枚の第１の放熱フィン６ａ及び第２の放熱フィン６ｂは、軸線に直交する方向（水平方向）に延びて形成されている。このような第１の放熱フィン６ａ及び第２の放熱フィン６ｂが、それぞれ第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの内側で軸線方向（上下方向）に複数並んで形成されている。このようにして対向する第１の放熱フィン６ａ及び第２の放熱フィン６ｂは、図３に示されるように軸線方向に交互に形成されている。

なお、本実施の形態の第１の放熱フィン６ａ及び第２の放熱フィン６ｂは、図３に示されるように軸線方向に交互に形成されているが、これに限らず、各々の第１の放熱フィン６ａと第２の放熱フィン６ｂとを同じ高さで、対向するように形成してもよい、第１の放熱フィン６ａ及び第２の放熱フィン６ｂを同じ高さ位置に設けるようにした場合、第１の放熱フィン６ａと第２の放熱フィン６ｂとの間は冷却風を流通させるために所定の間隔だけ空ける。この構成において、例えば、第１の放熱フィン６ａを長くして第２の放熱フィン６ｂを短くすると冷却風を流通させる位置を変化させることができ、さらにこれを徐々に変化させれば冷却風を蛇行させ、図３に示す配置を概略同様の効果を得ることができる。

対向する第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂのうち、第１のベース部５ａの外面に第１の発熱部品３ａが搭載され、第２のベース部５ｂの外面に第２の発熱部品３ｂが搭載されている。このように、本実施の形態においては、フィンベース５を、断面π型とすることにより、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの間に所定の間隔を設け、熱的干渉を抑制している。また、従来のように２枚のフィンベースを単に対向させたものに対して、両者を連結する第３のベース部の分だけ熱容量が大きい。そのため、多くの熱を吸収することができ、発熱部品の温度上昇をより抑制することができる。

以上のように、本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、制御盤２に各一端が固定されて対向する第１のベース部５ａおよび第２のベース部５ｂと、第１、第２のベース部５ａ，５ｂの他端で両者を連結する第３のベース部５ｃから成り、上下に開口を有するように基板に固定される断面π型のフィンベース５を有しており、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの相互に対向する内面に形成され、かつ上下方向に間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィン６とを有し、第１のベース部５ａの外面に第１の発熱部品３ａが搭載され、第２のベース部５ｂの外面に第２の発熱部品３ｂが搭載されているので、断面π型のフィンベース５の内部に、上下方向に冷却風の流通する風路が形成され、この風路内に、冷却風の流通する方向に対して直交する向きの複数の放熱フィン６が、冷却風の流通する方向に対して複数並設されているので、冷却風の放熱フィンに対する接触回数が増え、発熱部品の効率的な冷却を行うことができる。

また、第１のベース部５ａの内面に形成される複数の第１の放熱フィン６ａと、第２のベース部５ｂの内面に形成される複数の第２の放熱フィン６ｂとが交互に形成されているので、自然冷却風１０は、図３に示されるように、左右に蛇行するように流通し、蛇行のたびに放熱フィン６に接触するので、ヒートシンク４を効果的に冷却する。

さらに、ヒートシンク４のフィンベース５を断面π型とすることで２つのベース部５ａ、５ｂ間に所定の空間を開けている。このように、ヒートシンク４のフィンベース５が予め構造的に結合されているので、高い剛性を持って２枚のベース部５ａ，５ｂの間隔を保持するとともに、結合するための別の部品を新たに必要とすることがないので、コストダウンを図ることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態２を制御盤側（背面側）から見た様子を示す図である。本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの内面に形成された複数の放熱フィン６は、さらに対向する側に延びて先端部が重なっている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、複数の第１及び第２の放熱フィン６ａ，６ｂの先端部は、隣接する放熱フィン間で重なり合っている。すなわち、この例においては、複数の第１及び第２の放熱フィン６ａ，６ｂの先端部が軸線上で互いに対向している。これにより、自然冷却風１０は、図４に示されるように、左右により蛇行するように流通し、蛇行のたびに放熱フィン６に衝突するので、ヒートシンク４をより効果的に冷却する。

実施の形態３．
図５は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態３の水平断面を上から見た様子を示す図である。本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、、複数の第１の放熱フィン６ｂは、第１のベース部５ａおよび第３のベース部５ｃから立設するリブ形状を有している。複数の第２の放熱フィン６ｃは、第２のベース部５ｂおよび第３のベース部５ｃから立設するリブ形状を有している。複数の第１放熱フィンの及び第２の放熱フィンの少なくとも第３のベース部５ｃから立設する部分は、隣接する放熱フィン間で重なり合っている。

本実施の形態では、各放熱フィン６ａ、６ｂを第３のベース部からも立設するリブ形状としたので、放熱フィンの放熱面積を拡大するとともにヒートシンクの剛性を向上させることができる。また、実施の形態２と同様、隣接する放熱フィン間でが重なり合う箇所が形成されるので、自然冷却風１０は、より大きく蛇行するように流通し、蛇行のたびに放熱フィン６に衝突するので、ヒートシンク４をより効果的に冷却することが可能となる。

実施の形態４．
図６は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態４の水平断面を上から見た様子を示す図である。本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、第３のベース部５ｃの外面に第３の発熱部品３ｃを搭載している。

実施の形態１乃至３において、第３のベース部５ｃは、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂと一体に成形されてもよいし、別部材として作製されてねじなどで締結されてもよい。第３のベース部５ｃを第１、第２のベース部５ａ，５ｂとともに熱伝導性の高い材料で一体に成形することにより、第３のベース部５ｃも放熱性を有することとなり、本実施の形態のように第３のベース部５ｃに第３の発熱部品３ｃを搭載することが可能となる。このように、第３のベース部５ｃを熱伝導性の高い材料で第１、第２のベース部５ａ，５ｂとともに一体に作製した場合、発熱部品３ａ，３ｂ同士の熱干渉が懸念される。しかしながら、第３のベース部５ｃが追加されたことにより熱容量が増すことに加え、第３のベース部５ｃは、第１、第２のベース部５ａ，５ｂの端部で両者を連結しているので熱伝導距離が長くなり、熱干渉の影響は問題とならない。

一方、第３のベース部５ｃは、熱伝導性の低い材料にて作製されてもよく、熱伝導性が高い材料にて作製すれば、ヒートシンク４の熱容量を向上させることが可能であり、熱伝導性の低い材料にて作製すれば、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂの間の熱干渉をさらに防止することができる。

実施の形態５．
図７は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態５の筐体を除く部分を上から見た様子を示す図である。図８は、図７のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図９は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態５を制御盤側（背面側）から見た様子を示す図である。図７乃至図９において、本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、フィンベース５の軸線方向の中央付近に冷却ファン９が設けられている。また、冷却ファン９は、フィン６を挟んで第３のベース部５ｃと対向する側に、すなわち制御盤２とフィン６とのｌ間に設けられている。この冷却ファン９は、断面π型の開口側からフィン６を介して第３のベース部５ｃに向けて冷却風（矢印１０）を吹き付ける。この構成により、冷却風１０は、第３のベース部５ｃの内面に衝突した後、上下方向に分かれ第３のベース部５ｃの壁に誘導されて上下開口部から抜ける。

このように、第３のベース部５ｃを積極的に冷却することにより、第１のベース部５ａと第２のベース部５ｂとの間の熱干渉を規制するとともに、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂを均等に冷却する。つまり、１つの冷却ファン９で、第１のベース部５ａ及び第２のベース部５ｂを、１つの冷却ファン９で均等に且つ効果的に冷却する。なお、冷却ファン９の回転を逆向きにして冷却風１０の流れを逆にしてもかまわない。

また、本実施の形態においては、放熱フィン６と第１の発熱部品３ａは、第１のベース部５ａを挟んで対向する位置に設けられ、同じように、放熱フィン６と第２の発熱部品３ｂは、第２のベース部５ｂを挟んで対向する位置に設けられている。また、本実施の形態の冷却ファン９は、第１，第２の発熱部品３ａ，３ｂとほぼ同じ上下位置に配置する。この構成により、冷却ファン９で吸気した温度の低い空気で発熱部品３ａ，３ｂと近い位置にある放熱フィン６を直接冷却することができ、効果的な冷却が可能となる。

なお、本実施の形態の冷却ファン９は、フィンベース５の軸線方向の中央付近に設けられているが、この冷却ファン９は、必ずしもフィンベース５の中央付近に設けられる必要はなく、第３のベース部５ｃと対向する位置に、第３のベース部に対し風を吹き付けるような方向に設けられれば、所定の効果を得ることができる。

また、本実施の形態のように冷却ファン９を備えた場合の放熱フィンとして、実施の形態３（図５）のものを使用した場合、第３のベース部５ｃから放熱フィンが立設しているので、第３のベース部５ｃに当たった空気は、図８のように第３のベース部５ｃに沿ってまっすぐ上下には抜けない。しかしながら、図５の放熱フィンを用いた構成によれば、冷却風は第３のベース部５ｃから立設する放熱フィンと絡み合いながら断面π型の奥行き方向にも蛇行して上下に抜けることとなる。その結果、冷却効果としては同等かそれ以上のものとなる。

実施の形態６．
図１０は、本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態６の水平断面を上から見た様子を示す図である。本実施の形態の多軸サーボアンプにおいては、多軸サーボアンプは、隣り合う他の多軸サーボアンプとの間に所定の間隔を空けて配置されている。多軸サーボアンプは、実施の形態１乃至５のものと同様に、各ヒートシンク４の外周を囲み外殻を構成する筐体７を有している。筐体７はヒートシンク４の少なくとも側面側を囲繞して熱の発散を防止する熱遮蔽体を構成している。この構成により、隣接する他のアンプとの間で相互の熱干渉を抑制することができるので、制御盤２内に多軸サーボアンプを高密度に配置することができ、省スペース化を図ることができる。

なお、熱遮蔽体は、隣り合う他の多軸サーボアンプと間の熱干渉を抑制することが目的であるので、少なくとも隣接する他の多軸サーボアンプとの間にのみ設けられれば、所定の効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態１乃至６は、本発明を多軸サーボアンプに適用した例であるが、本発明は、筐体内に複数の発熱部品を収納するものであれば、適用することができる。

以上のように、本発明は、半導体素子などの発熱部品を複数内蔵する電子機器に適用されて有用なものであり、特にＮＣ工作機械等に装備され複数のモータを駆動する多軸サーボアンプに適用されて最適なものである。

本発明にかかる多軸サーボアンプが制御盤に取り付けられた様子を示す斜視図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態１の水平断面を上から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態１を制御盤側から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態２を制御盤側から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態３の水平断面を上から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態４の水平断面を上から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態５の筐体を除く部分を上から見た様子を示す図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態５を制御盤側（背面側）から見た様子を示す図である。 本発明にかかる多軸サーボアンプの実施の形態６の水平断面を上から見た様子を示す図である。

符号の説明

２ 制御盤（取付板）
３ａ 第１の発熱部品
３ｂ 第２の発熱部品
３ｃ 第３の発熱部品
４ ヒートシンク
５ フィンベース
５ａ 第１のベース部
５ｂ 第２のベース部
５ｃ 第３のベース部
６ 放熱フィン
６ａ 第１の放熱フィン
６ｂ 第２の放熱フィン
７ 筐体
８ サーボアンプ取付部
９ 冷却ファン
１０ 冷却風

Claims (12)

1. 複数の発熱部品と、該発熱部品を冷却するとともに取付板に固定されるヒートシンクとを備え、
   前記ヒートシンクは、
   前記取付板に各一端が固定されて対向する第１のベース部および第２のベース部と、前記第１、第２のベース部の他端で両者を連結する第３のベース部から成り、上下に開口を有するように前記取付板に固定される断面π型のフィンベースと、
   前記第１のベース部及び前記第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ上下方向に間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、
   前記第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、前記第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記第１のベース部の内面に形成される複数の第１の放熱フィンと、前記第２のベース部の内面に形成される複数の第２の放熱フィンとは、交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記複数の第１及び第２の放熱フィンの先端部は、重なり合うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記複数の第１の放熱フィンは、第１のベース部および第３のベース部から立設するリブ形状を有し、前記複数の第２の放熱フィンは、第２のベース部および第３のベース部から立設するリブ形状を有することを特徴とする請求項請求項２に記載の電子機器。
5. 前記複数の第１及び第２の放熱フィンの少なくとも第３のベース部から立設する部分は、重なり合うことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
6. 前記断面π型のフィンベースの第３のベース部に対し風を吹き付ける冷却ファンをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の電子機器。
7. 前記冷却ファンを、前記発熱部品とほぼ同じ上下位置に配置することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 複数の前記ヒートシンクが隣接するように前記取付板上に並設され、
   複数の前記ヒートシンク間に、熱遮蔽体を配設することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の電子機器。
9. 前記熱遮蔽体は、各ヒートシンクの側面側を囲繞する筐体構造を有することを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
10. 取付板に固定されるとともに、複数の発熱部品を冷却するヒートシンクにおいて、
    前記取付板に各一端が固定されて対向する第１のベース部および第２のベース部と、前記第１、第２のベース部の他端で両者を連結する第３のベース部から成り、上下に開口を有するように前記取付板に固定される断面π型のフィンベースと、
    前記第１のベース部及び前記第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ上下方向に間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、
    前記第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、前記第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されている
    ことを特徴とするヒートシンク。
11. 複数の発熱部品と、該発熱部品を冷却するヒートシンクとを備え、
    前記ヒートシンクは、
    対向する第１のベース部および第２のベース部と、前記第１、第２のベース部の一方の端で両者を連結する第３のベース部から成る断面π型のフィンベースと、
    前記第１のベース部及び前記第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ前記フィンベースのπ型断面に直交する方向に沿って間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、
    前記第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、前記第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されていることを特徴とする電子機器。
12. 複数の発熱部品を冷却するヒートシンクにおいて、
    対向する第１のベース部および第２のベース部と、前記第１、第２のベース部の一方の端で両者を連結する第３のベース部から成る断面π型のフィンベースと、
    前記第１のベース部及び前記第２のベース部の相互に対向する内面に形成され、かつ前記フィンベースのπ型断面に直交する方向に沿って間隔をおいて並設される複数の平板状の放熱フィンとを有し、
    前記第１のベース部の外面に第１の発熱部品が搭載され、前記第２のベース部の外面に第２の発熱部品が搭載されていることを特徴とするヒートシンク。

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