JP2014116529A - サーボアンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ファンを使用せずに搭載回路部品の熱的信頼性を確保しつつ、製品の小形，コンパクト化、および組立性向上が図れるよう組立構造を改良したサーボアンプを提供する。
【解決手段】取付基台を兼ねたフフィン付きヒートシンク１０に主回路基板３０、制御回路基板４０、中継回路基板５０、およびケースカバー２０を組み付けて構成し、主回路基板３０に搭載したパワー半導体デバイス３１をヒートシンク１０に重ね合わせて組立てたサーボアンプにおいて、ヒートシンク１０の前面に熱遮蔽板７０を覆設してその前方の基板収納空間とヒートシンクとの間を熱遮蔽した上で、熱遮蔽板７０の前面に中継回路基板５０をスナップフィット結合して所定位置に取付け、この取付け位置でプラグイン式のコネクタを介して主回路基板３０と制御回路基板４０に中継接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボアンプに関し、詳しくはその組立構造に係わる。

周知のように、汎用サーボアンプはＩＧＢＴなどのパワー半導体デバイス，電解コンデンサなどの回路部品を実装した回路基板とヒートシンクを組合せてケースカバーに収容して組立てた構成になり、その従来構造（例えば、特許文献１、特許文献２参照）を図７〜図１０に示す。なお、図７はサーボアンプの外観図、図８は図７の分解斜視図、図９は主回路基板の斜視図、図１０は図７の内部構造を表す略示断面図（横断面図）である。

すなわち、この汎用サーボアンプは、ヒートシンク１０と、該ヒートシンク１０を基体としてヒートシンクに組み付けたケースカバー２０と、該ケースカバー２０の内方に収納配置した主回路基板３０，および制御回路基板４０と、ヒートシンク１０の前方に配置して主回路基板３０と制御回路基板４０の間を連係する中継回路基板５０を主要部品として組立て構成されている。

ここで、ヒートシンク１０は取付基台を兼ねたフレーム構造のアルミダイキャスト品になり、１１は放熱フィン、１２は後端部に設けた取付ベース、１３は冷却フィン１１に組み付けた風冷ファン１３である。

また、ケースカバー２０は、図８で示すように胴内の前半部に後記する回路基板の収納空間を画成した側壁カバー２１と前面カバー２２からなり、側壁カバー２１はその後部を前記ヒートシンク１０に被せてねじ締結し、前面カバー２２には７セグメントＬＥＤからなる表示部や操作用ボタンを有する操作パネル部、および主回路，制御回路に備えた端子台の接続口を備えている。

一方、図９に示す主回路基板３０は、ＩＧＢＴなどのパワー半導体デバイス３１，電解コンデンサ３２などを含む主回路部品、および主回路の入出力端子，インターフェース用端子などの端子台３３を搭載した構成になり、該基板の中央部位には後記する中継回路基板５０に接続するプラグイン式のコネクタ３４を備えている。

そして、前記主回路基板３０は、図１０のように部品搭載面を内側に向けて側壁カバー２１の胴内側壁に沿ってその内側に配置され、該基板の後部域に搭載したパワー半導体デバイス３１をヒートシンク１０に重ね合わせた状態でヒートシンクにねじ締結している。

また、図１０に示した側壁カバー２１の胴内には、制御回路基板４０が側壁カバー２１の胴内の前記主回路基板３０と反対側サイド側壁に沿って部品搭載面を内側に向けて配置され、さらに主回路基板３０と制御回路基板４０との間を連係する中継回路基板５０がヒートシンク１０の前部に配置してねじ締結されており、この組立て位置で中継回路基板５０の左右両縁部に設けたコネクタ５１，５２を介して主回路基板３０に設けたコネクタ３４、および制御回路基板４０の後端に設けたコネクタ４１と接続して基板相互間を連係している。

上記構成になるサーボアンプは次記手順で組立てる。まずヒートシンク１０の前端面（回路基板の収納側）に中継回路基板５０を組み付ける。次いで、主回路基板３０に搭載したパワー半導体デバイス３１の主面に伝熱用グリースを塗布してヒートシンク１０に重ね合わせ、この状態で主回路基板３０をヒートシンク１０にねじ締結する。この際に主回路基板３０のコネクタ３４が中継回路基板５０に設けたコネクタ５１に接続される。この組立段階で図８のようにケースカバー２０の側壁カバー２１を前方から被せる。次に、側壁カバー２１の前方から制御回路基板４０を挿入してコネクタ４１と５２の間を接続し、最後に側壁カバー２１の前面に前面カバー２２を取付ける。なお、図中において、４２は制御回路基板４０の前端に設けた入出力の端子台、６０はヒートシンク１０の後端部に配置した回生抵抗である。

特開２０１２−１３８４８５号公報 特開２０１１−１４７８６号公報

ところで、前記の汎用サーボアンプは、搭載部品の熱的な信頼性を確保しつつ、体格をできる限り小さく抑えて製品を小形，コンパクトに構成することが望まれている。
かかる点、前記した従来の組立構造では次記のよう課題がある。すなわち、
（１）図１０で示すように、ケースカバー２０の内部では胴内後部に収設したヒートシンク１０と胴内の前半域に画成した基板収納空間との間が自由に連通している。このために、パワー半導体デバイス３１，およびヒートシンク１０から周囲に放散する熱が図示矢印で表すように前方の基板収納空間に拡散し、この熱によって主回路基板３０の前部域に搭載した電解コンデンサ３２のように周囲温度の上昇の影響を受け易い回路部品が温度上昇して寿命が低下するおそれがある。

そこで、従来の汎用サーボアンプでは、図７で示すようにヒートシンク１０に風冷ファン１３を組み付け、ケースカバー２０の胴内空気を換気してその基板収容空間に熱が籠もらないようにしている。しかしながら、風冷ファン１３を備えてケースカバー２０の内部を換気すると、周囲から吸い込んだ粉塵がケースカバー１０の胴内に拡散して回路部品の表面に堆積してその絶縁性が低下するほか、ファン１３の運転に伴う騒音の問題もある。（２）また、従来構造では主回路基板３０と制御回路基板４０を左右に振り分けて側壁カバー２１の胴内側壁に沿って配置した上で、両基板の間を中継回路基板５０で連係するようにレイアウトしており、ここで中継回路基板５０はアース電位に設置されているヒートシンク１０に対して、その前端面にボス（基板の取付台座）を介してねじ止めしている。

しかしながらこの組立構造では、基板に導体パターンを形成した中継回路基板５０とヒートシンク１０との間を離間して安全な絶縁距離を確保する必要があり、そのために製品の小形，コンパクト化が制限される。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的はファンを使用せずに搭載回路部品の熱的信頼性を確保しつつ、製品の小形，コンパクト化、および組立性向上が図れるように組立構造を改良したサーボアンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、取付基台を兼ねたフレーム構造になるフィン付きヒートシンクと、該ヒートシンクに被着してその前方側に基板収納空間を画成したケースカバーと、該ケースカバーの内側に配置した主回路基板，および制御回路基板と、前記ヒートシンクの前方に配置して主回路基板と制御回路基板の間を連係する中継回路基板との組立体になり、前記主回路基板にはパワー半導体デバイス，電解コンデンサを含む回路部品を搭載装備し、かつ該基板の後部域に搭載したパワー半導体デバイスをヒートシンクに重ね合わせて組立てたサーボアンプにおいて、
前記ヒートシンクの前面に熱遮蔽板を覆設してその前方の基板収納空間とヒートシンクとの間を熱遮蔽した上で、該熱遮蔽板の前面に前記中継回路基板を取付けるものとする（請求項１）。

また、前記構成において、中継回路基板を熱遮蔽板にスナップフィット結合して所定位置に取付け、この取付け位置でプラグイン式のコネクタを介して主回路基板，および制御回路基板に中継接続する（請求項２）。

上記構成によれば、ケースカバーの胴内後部に配置したヒートシンクとその前方側に画成した基板収納空間との間が熱遮蔽板で仕切られる。これにより、主回路基板の後部に搭載したパワー半導体デバイス，ヒートシンクから周囲に放出する熱が熱遮蔽板で遮られ、その前方の基板収納空間の温度上昇が抑制される。したがって、従来構造のようにヒートシンクに風冷ファンを組み合わせてケースカバーの内部空間を強制換気しなくても、主回路基板の前部側に搭載した電解コンデンサ、および制御回路基板に搭載した各種回路部品の熱的な信頼性を確保でき、これによりサーボアンプのファンレス化が達成できる。

また、前記中継回路基板を熱遮蔽板にスナップフィット結合して所定位置に取付け、この取付け位置でプラグイン式のコネクタを介して主回路基板，および制御回路基板に中継接続することにより、その組立性が向上して製品の組立工程を簡略化できる。

本発明の実施例によるサーボアンプの組立構成図であって、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のカバーケース内の組立構造を略示的に表す横断平面図である。 図１における熱遮蔽板の取付け構造を表す図であって、（ａ）熱遮蔽板の単体外観図、（ｂ）は熱遮蔽板をヒートシンクに装着した組立体の外観斜視図である。 図２の組立体に中継回路基板を装着した組立体の外観斜視図である。 図１における主回路基板をヒートシンクに装着する組立手順の説明図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ主回路基板の装着，ねじ締結状態を表す斜視図である。 図４の組立体にカバーケースの側壁カバーを被着する組立手順の説明図である。 図５に続く制御回路基板の装着手順の説明図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ制御回路基板の装着前，装着後の状態を表す斜視図である。 従来における汎用サーボアンプの外観斜視図である。 図７の分解斜視図である。 図７のサーボアンプに搭載した主回路基板の構成斜視図である。 図７のサーボアンプにおける内部の組立構造を表す横断平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で、図７〜図１０に対応する部品には同じ符号を付してその説明は省略する。
図示実施例の汎用サーボアンプは、基本的に従来のサーボアンプと同様にヒートシンク１０、ケースカバー２０、主回路基板３０、制御回路基板４０、および中継回路基板５０の組立体で構成されているが、従来構造と比べて以下に述べる点で組立構造が異なる。

すなわち、図１（ａ），（ｂ）で示すように、図示実施例のサーボアンプに搭載したヒートシンク１０は、その放熱フィン１１に風冷ファン１３（図７参照）を備えてない自冷式の構造である。また、このヒートシンク１０の前面には新たに熱遮蔽板（例えば樹脂板）７０を覆設してヒートシンク１０とケースカバー２０の胴内前半域に画成した基板収納空間との間を間仕切りしており、この熱遮蔽板７０の前面には中継回路基板７０を後記のようにスナップフィット結合して所定位置に装着し、この中継回路基板５０を介して主回路基板３０と制御回路基板４０との間を連係するようにしている。

この組立構造によれば、ケースカバー２０の胴内後部に配置したヒートシンク１０とその前方側に画成したケースカバー内方の基板収納空間との間が熱遮蔽板７０で仕切られており、これによりパワー半導体デバイス３１，ヒートシンク１０から周囲に放散する熱が熱遮蔽板７０で遮られる。これにより、主回路基板３０の前部側に搭載した電解コンデンサ３２、および制御回路基板４０に搭載した各種回路部品がヒートシンク１０からの放熱に曝されることがなく、搭載部品の熱的信頼性を確保できる。そのほか、ファンレスとしてケースカバー２０の内部を強制換気しないので、周囲からケース内に粉塵を吸い込んで回路部品の絶縁性が低下することも防げる。

次に前記した中継回路基板５０，および熱遮蔽板７０の詳細な取付け構造、およびその組立手順を図２〜図６により説明する。
まず、図２（ａ）に示す熱遮蔽板７０は樹脂成形品（断熱材）になり、その板面には図示のように表面側に起立する円弧状の係合カバー７１、裏面側に突き出す係合爪７２、および中継回路基板７０を両側からスナップフィット結合する一対の係合爪７３が形成されている。そして、組立時には図２（ｂ）のように熱遮蔽板７０をヒートシンク１０の前面側（回路基板の収納側）の端面に重ね合わせ、前記係合カバー７１をヒートシンク１０の側面に形成したボス１４に嵌め合わせた状態で矢印方向に押込み、裏面側の係合爪７２をヒートシンクに形成した係合凹溝（図１（ｂ）参照）に引っ掛けて所定位置に係止固定する。

次に、図２（ｂ）の組立体に対して、図３のように熱遮蔽板７０の前面に中継回路基板５０を定位置に位置決めして重ね合わせ、熱遮蔽板７０に形成した一対の係合爪７３の間に矢印方向に圧挿してスナップフィット結合する。なお、中継回路基板５０の左右両側縁部には主回路基板３０，制御回路基板４０に対応するプラグイン式のコネクタ５１，５２を備えている。

このように、中継回路基板５０を熱遮蔽板７０にスナップフィット結合することで、所定位置への位置合せが容易にできるとともに、面倒なねじ締め作業が必要なくなって組立性が向上する。

さらに、図３の組立体に対して、次に図４（ａ），（ｂ）で示すように主回路基板３０を装着する。この組立工程では、主回路基板３０に搭載したパワー半導体デバイス３１の主面にシリコーンなどの伝熱グリースを塗布した上で、図４（ａ）で示すように主回路基板３０に搭載した回路部品を下に向けて基板の左端縁を斜め上方からヒートシンク１０の角部に形成した凹溝に嵌入して位置決めし、次いで回路基板３０矢印方向に倒して図４（ｂ）のようにヒートシンク１０に重ね合わせる。なお、この基板重ね合わせ操作により、主回路基板３０の中央に設けたコネクタ３４（図９参照）が中継回路基板５０のコネクタ５１へ自動的にプラグイン接続されるとともに、パワー半導体デバイス３１がヒートシンク１０と伝熱的に重なり合う。続いて図４（ｂ）で示すように、締結ねじ３５を主回路基板３０に通してヒートシンク１０のねじ穴に螺合，締結し、主回路基板３０をこの位置に固定する。

この組立体に対し、次の工程では図５のように前方からケースカバーの側壁カバー２１を被せ、側壁カバー２１の後端部をヒートシンク１０の後端枠部にねじ止めする。これにより、主回路基板３０が部品搭載面を内側に向けて側壁カバー２１の胴内側壁に沿ってその内側に配置される。

次に、図６（ａ）で示すように側壁カバー２１の前方からその右側壁に沿って制御回路基板４０を挿入して定位置に押込みセットする。これにより、制御回路基板４０の後端部に設けたプラグイン式のコネクタ４１（図１（ｂ）参照）が先に組み付けた中継回路基板５０のコネクタ５２にプラグイン接続される。この状態で図６（ｂ）のように側壁カバー２１の側方からねじ２３を通し、制御回路基板４０の板面に穿孔した穴を貫通してヒートシンク１０に設けたボス１４（図２（ｂ）参照）のねじ穴に螺合する。これにより、制御回路基板４０が側壁カバー２１の胴内の前記主回路基板３０とは反対側サイドの側壁に沿った所定の組立位置に部品搭載面を内側に向けて固定される。そして、最後に側壁カバー２１の前部に前面カバー２２（図８参照）を被着することでサーボアンプの組立てが完成する。

１０：ヒートシンク
１１：放熱フィン
１２：取付ベース
２０：ケースカバー
２１：側壁カバー
２２：正面カバー
３０：主回路基板
３１：パワー半導体デバイス
３２：電解コンデンサ
３４：コネクタ
４０：制御回路基板
４１：コネクタ
５０：中継回路基板
５１，５２：コネクタ
７０：熱遮蔽板
７２，７３：係合爪（スナップフィット）

Claims (2)

1. 取付基台を兼ねたフレーム構造になるフィン付きヒートシンクと、該ヒートシンクに被着してその前方側に基板収納空間を画成したケースカバーと、該ケースカバーの内側に配置した主回路基板，および制御回路基板と、前記ヒートシンクの前方に配置して主回路基板と制御回路基板の間を連係する中継回路基板との組立体になり、前記主回路基板にはパワー半導体デバイス，電解コンデンサを含む回路部品を搭載装備し、かつ該基板の後部域に搭載したパワー半導体デバイスをヒートシンクに重ね合わせて組立てたサーボアンプにおいて、
   前記ヒートシンクの前面に熱遮蔽板を覆設してその前方の基板収納空間とヒートシンクとの間を熱遮蔽した上で、該熱遮蔽板の前面に中継回路基板を取付けたことを特徴とするサーボアンプ。
2. 請求項１に記載のサーボアンプにおいて、中継回路基板を熱遮蔽板にスナップフィット結合して所定位置に取付け、この取付け位置でプラグイン式のコネクタを介して主回路基板，および制御回路基板に中継接続したことを特徴とするサーボアンプ。

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