JP2020057717A

JP2020057717A - 制御装置

Info

Publication number: JP2020057717A
Application number: JP2018188525A
Authority: JP
Inventors: 毅田頭; Takeshi Tagashira; 橋元　誠; Makoto Hashimoto; 誠橋元
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-03
Also published as: CN112806108B; WO2020071425A1; CN112806108A; JP7208757B2

Abstract

【課題】基板が固定されたヒートシンクを板面方向に筐体へ適切に挿入できる制御装置を提供する。【解決手段】筐体と、筐体の内部に設けられ、開口部を有する固定フランジと、固定フランジに周囲が接した状態で固定されるヒートシンクと、ヒートシンクに固定され、開口部を通過する大きさに形成された基板と、を備え、ヒートシンクは、基板が固定された面から開口部に固定フランジの板厚方向に挿入する際に、開口部に沿って固定フランジの板厚方向に案内される被案内部を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、基板が固定されたヒートシンクを筐体に固定する構造の制御装置に関する。

従来、各種機器を制御するために制御装置が用いられている。制御装置の筐体内には、電子部品が設けられた基板が密閉空間内に設けられている。基板には、大きな発熱量のパワーモジュールが設けられており、パワーモジュールの熱を逃がすためにヒートシンクが備えられている。例えば、ロボット制御装置に設けられる基板には複数のパワーモジュールが設けられており、それらの熱を逃がすようにヒートシンクが備えられている。ヒートシンクは筐体内の開放空間に設けられており、一方の面が密閉空間のパワーモジュールに接し、他方の放熱面に設けられた多数のフィンによって空気に熱を逃がしている。

この種の先行技術として、基板に固定されたヒートシンクの上部と下部に支え金具を取り付け、基板と支え金具を筐体の上部と下部に設けられたガイドレールに沿って挿入するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１７８１３２号公報

しかし、上記先行技術は、基板に固定されたヒートシンクに取り付けた支え金具を筐体のガイドレールに沿って挿入するものであり、基板及びヒートシンクを板厚方向に挿入する構成ではない。そのため、ヒートシンクに基板が固定されて一体となった状態で、ヒートシンクを板厚方向に筐体内へ挿入する工夫について何ら記載されていない。

一方、近年、制御装置の省スペース化によって筐体の小型化が図られている。しかし、例えば、ヒートシンクに基板を固定し、そのヒートシンクを筐体に取り付ける構造の制御装置の場合、ヒートシンクに固定された基板を筐体内に挿入して取り付ける作業が、筐体の狭隘な部分における繊細な作業になることがある。

そこで、本発明は、基板が固定されたヒートシンクを筐体の開口部へ板厚方向に適切に挿入できる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る制御装置は、筐体と、前記筐体の内部に設けられ、開口部を有する固定フランジと、前記固定フランジに周囲が接した状態で固定されるヒートシンクと、前記ヒートシンクに固定され、前記開口部を通過する大きさに形成された基板と、を備え、前記ヒートシンクは、前記基板が固定された面から前記開口部に前記固定フランジの板厚方向に挿入する際に、前記開口部に沿って前記固定フランジの板厚方向に案内される被案内部を有している。

この構成により、基板が固定されたヒートシンクを、基板が固定された面から筐体の開口部に固定フランジの板厚方向に挿入する際に、ヒートシンクの被案内部を開口部に沿って移動させることで適切な位置に挿入することができる。よって、基板が固定されたヒートシンクを筐体の固定フランジに効率良く挿入することができる。

また、前記ヒートシンクはダイカストで一体成型されており、前記被案内部は前記ヒートシンクの成型時に前記基板の周縁部よりも外方向となる位置に一体的に形成されていてもよい。

このように構成すれば、ヒートシンクを成型する際に被案内部を一体形成することができる。よって、被案内部を備えさせることが容易にできる。

また、前記被案内部は、基部から先端部に向けて先細状に形成されていてもよい。

このように構成すれば、ヒートシンクを基板が固定された面から開口部に挿入する際に、被案内部は先細状の先端部から固定フランジに挿入されるので挿入が容易であり、挿入した被案内部を開口部に沿って基部まで挿入することで、ヒートシンクを固定フランジの所定位置に配置できる。

また、前記被案内部は、前記基板の周縁部近傍に設けられた部品よりも高く形成されていてもよい。

このように構成すれば、ヒートシンクを基板が固定された面から開口部に挿入する際に、挿入位置がずれたとしても被案内部が固定フランジに当接して基板の周縁部近傍に設けられた電子部品などの部品が固定フランジに当接することを防止できる。

また、前記ヒートシンクは外形が矩形状に形成され、前記被案内部は、前記ヒートシンクの少なくとも対角位置の２箇所に備えられていてもよい。

このように構成すれば、矩形状のヒートシンクの少なくとも対角位置の２箇所に備えられた被案内部により、ヒートシンクを開口部に沿って板厚方向に適切に案内することができる。

本発明によれば、基板が固定されたヒートシンクを筐体の開口部へ挿入する際に、ヒートシンクを被案内部によって適切な位置に挿入することが容易に可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置のヒートシンクに基板を固定した状態を示す側面図である。図２は、図１に示すヒートシンクの上面図である。図３は、図１に示すヒートシンクの下面図である。図４は、図１に示すヒートシンクの被案内部を示す拡大図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）はIV矢視図である。図５は、図１に示すヒートシンクを固定する制御装置の筐体を示す下面図である。図６は、図５に示す筐体にヒートシンクを挿入するときの被案内部による案内状態を示す側面視の断面図である。図７は、図６に示すヒートシンクを挿入するときの被案内部の図面であり、（Ａ）は挿入前の状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は挿入後の状態を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、放熱面１３のほぼ全面に複数枚のフィン１２が設けられたヒートシンク１０を例に説明する。ヒートシンク１０は一例であり、フィン１２の大きさ、位置、枚数などは、この例に限定されるものではない。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における上下左右方向の概念は、図１に示すヒートシンク１０を側面視した状態における上下左右方向の概念と一致するものとする。

（ヒートシンクの構成）
図１は、一実施形態に係る制御装置のヒートシンク１０に基板３０を固定した状態を示す側面図である。図２は、図１に示すヒートシンク１０の上面図であり、図３は、図１に示すヒートシンク１０の下面図である。この実施形態では、基板３０が固定された状態のヒートシンク１０を、単にヒートシンク１０という場合もある。図示は省略しているが、基板３０は、裏側に設けられたパワーモジュールがヒートシンク１０に接触した状態で固定されている。

ヒートシンク１０は、平面視の外形が矩形状となっているベース部１１と、ベース部１１の放熱面１３から突出するように設けられた複数のフィン１２とを有している。図示するヒートシンク１０は、左右方向に流れる空気で冷却される。なお、フィン１２の枚数、大きさ、設ける位置などは一例であり、基板３０の放熱位置に必要な大きさのフィン１２を必要枚数設ければよく、この実施形態に限定されるものではない。例えば、放熱面１３の一部に複数枚のフィン１２を設けたものも含まれる。ベース部１１には、フィン１２が設けられた放熱面１３と反対面に、基板３０を固定するための複数の脚部１４と、複数の被案内部２０とが設けられている。

基板３０は、脚部１４にビス３１で固定されている。基板３０の上面には、電子部品などの部品３２が複数設けられている。また、この実施形態の基板３０には、中央部分に筐体２内に設けられているボード６０（図６に一部を示す）に差し込むスロット３３が設けられている。基板３０の大きさは、後述する筐体２の開口部５よりも若干小さく形成されている。

被案内部２０は、この実施形態では、ベース部１１の四隅に所定高さで突設されている。被案内部２０は、後述するように、ヒートシンク１０を基板３０側から固定フランジ３の開口部５に挿入する際に、開口部５に沿ってヒートシンク１０を板厚方向に案内する。また、ヒートシンク１０はダイカストで一体成型されており、被案内部２０はヒートシンク１０の成型時に一体的に形成されている。よって、ヒートシンク１０を成型する際に被案内部２０を端部付近に備えさせることが容易にできる。ヒートシンク１０は、被案内部２０が固定フランジ３の開口部５に沿って案内されるため、基板３０は四隅の被案内部２０で形成される外形よりも若干小さい大きさとすることができる。なお、被案内部２０は、矩形状のヒートシンク１０の少なくとも対角位置の２箇所にあれば、固定フランジ３の開口部５に沿って適切に案内することができる。

また、被案内部２０は、基板３０の上面における周縁部近傍に設けられた電子部品などの部品３２よりも高く形成されている。この例では、ベース部１１から部品３２の上端までが高さＨ１であるのに対して、ベース部１１から被案内部２０の上端までが高さＨ２となっている。これにより、後述するように、ヒートシンク１０を基板３０側から開口部５に挿入する際に、位置がずれたとしても被案内部２０が固定フランジ３に当接して基板３０に設けられた部品３２が固定フランジ３に当接することを防止できる。

ベース部１１には、被案内部２０のさらに外方に固定穴１５が設けられている。固定穴１５の部分の放熱面１３側にボス部４０が設けられている。

（被案内部の詳細）
図４は、図１に示すヒートシンク１０の被案内部２０を示す拡大図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）はIV矢視図である。被案内部２０は、ベース部１１と一体成型されており、ベース部１１の放熱面１３と反対面に突出するように設けられている。この実施形態の被案内部２０は、平面視が台形状の断面に形成されている。この実施形態の被案内部２０は、ベース部１１と連なる基部２１が大きな台形状で、先端部２２に向けて小さな台形状となる先細状に形成されている。図では誇張した先細状となっている。被案内部２０を、先端部２２が先細状となるようにすれば、後述するように、ヒートシンク１０を基板３０側から開口部５に挿入する際に、被案内部２０は先細状の先端部２２から固定フランジ３の開口部５へ容易に挿入することができる。そして、挿入した被案内部２０を開口部５に沿って基部２１まで挿入することで、ヒートシンク１０を固定フランジ３の所定位置に配置した状態にできる。

しかも、この実施形態では、ヒートシンク１０をダイカストで一体成型する際に、被案内部２０を一体的に形成しているため、被案内部２０をヒートシンク１０の四隅の周縁部近傍に備えさせることが容易にできる。すなわち、被案内部２０をヒートシンク１０と一体成型することで、基板３０の大きさに対して隙間Ｓ（例えば、数ｍｍ）をあけた位置に被案内部２０を設けることが容易にできる。よって、開口部５の大きさを基板３０の大きさに対して僅かに大きな寸法とすることができ、ヒートシンク１０の大きさ及び筐体２の大きさを適切な大きさにすることができる。ヒートシンク１０には、固定ビス５０（図６）を取り付けるボス部４０も一体成型されている。

なお、被案内部２０の断面形状は台形状に限定されるものではなく、例えば、四角状、丸状などでもよい。開口部５の形状などに応じて適切な形状を採用すればよい。

（制御装置の筐体）
図５は、図１に示すヒートシンク１０を固定する制御装置１の筐体２を示す下面図である。図示する筐体２は、ロボット制御装置（ロボットコントローラ）の筐体２であるが、内部の構成に関しては記載を省略し、模式的に示している。筐体２は、矩形状に形成されており、上下方向の中間部分に仕切板となる固定フランジ３が設けられている。固定フランジ３の上方が密閉空間６となり、下方が開放空間７となる（図６）。固定フランジ３には、中央部分に開口部５が設けられている。開口部５の大きさは、ヒートシンク１０に固定された基板３０の通過が可能な大きさで、ヒートシンク１０は周囲が固定フランジ３に接して通過できない大きさとなっている。

そして、固定フランジ３には、開口部５の四隅にヒートシンク１０の被案内部２０を案内する案内部４が設けられている。この例では、被案内部２０が台形状の断面であるため（図４（Ｂ））、その台形状に沿う形状となっている。また、固定フランジ３の案内部４の外方には、ヒートシンク１０を固定する固定ビス５０（図６）をねじ込むねじ部５５が設けられている。開口部５は、ヒートシンク１０のベース部１１が固定フランジ３に固定されることで塞がれる。開口部５をヒートシンク１０で塞ぐことで、筐体２の内部に密閉空間６が形成される（図６）。

図５では、密閉空間６に設けられたコネクタ８と、開放空間７に設けられた冷却ファン９のみを図示し、密閉空間６及び開放空間７に設けられる他の構成（例えば、パワーユニット、配線など）の記載を省略している。

（被案内部による案内状態）
図６は、図５に示す筐体２にヒートシンク１０を挿入するときの被案内部２０による案内状態を示す側面視の断面図である。図７は、図６に示すヒートシンク１０を挿入するときの被案内部２０の拡大図であり、（Ａ）は挿入前の状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は挿入後の状態を示す拡大断面図である。

上記したように、筐体２の固定フランジ３には開口部５が設けられており、開口部５の四隅にはヒートシンク１０の被案内部２０を案内する案内部４が設けられている。

基板３０が固定されたヒートシンク１０を筐体２に固定する場合、ヒートシンク１０のフィン１２の方を持って、基板３０側を開口部５に向けて移動させる。そして、基板３０を開口部５に挿入する際には、ヒートシンク１０の隅部に設けられた被案内部２０を、先細状の先端部２２から開口部５に挿入する（図７（Ａ））。この時、仮にヒートシンク１０の位置が開口部５の位置に対してずれていたとしても、被案内部２０が固定フランジ３に当接して、基板３０に設けられた部品３２が固定フランジ３に当接することを防止できる。すなわち、この実施形態では、被案内部２０の高さＨ２が基板３０の上面に設けられた電子部品などの部品３２の高さＨ１よりも高くなっている。このため、ヒートシンク１０を挿入する位置が開口部５からずれたとしても（図７（Ａ）に示す二点鎖線の状態）、高い被案内部２０が固定フランジ３に当接して部品３２が固定フランジ３に当接することを防止できる。

被案内部２０が固定フランジ３の開口部５に挿入されたヒートシンク１０は、被案内部２０を案内部４に沿って基部２１まで押し込むことで、固定フランジ３の所定位置に配置することができる（図７（Ｂ））。すなわち、ヒートシンク１０を基板３０側から開口部５に挿入する際に、先細状の先端部２２から固定フランジ３に沿わせて挿入し、ヒートシンク１０が固定フランジ３に接した状態でヒートシンク１０の位置決めができる。しかも、基板３０は適切な位置で挿入されるため、密閉空間６となる位置に設けられているボード６０をスロット３３に差し込むことができる（図６に示す二点鎖線）。その後、ヒートシンク１０は、ボス部４０から挿入する固定ビス５０を固定フランジ３のねじ部５５に螺合することで筐体２に固定することができる。

よって、基板３０が固定されたヒートシンク１０を筐体２の固定フランジ３に設けられた開口部５に挿入する作業を効率良く行うことができる。しかも、ヒートシンク１０の被案内部２０の高さＨ２を、基板３０の周縁部近傍に設けられた部品３２の高さＨ１より高くしておくことで、筐体２の閉鎖空間となっている固定フランジ３の開口部５にヒートシンク１０を挿入する時に位置が多少ずれたとしても、基板３０の部品３２を固定フランジ３に当接させることがない。

このように、上記制御装置１によれば、基板３０が固定されたヒートシンク１０を基板３０側から筐体２の固定フランジ３に設けられた開口部５に板厚方向に挿入する際に、ヒートシンク１０の隅部に備えられた被案内部２０を開口部５の案内部４に沿って板厚方向に移動させることで適切な位置に挿入することが効率良くできる。よって、基板３０が固定されたヒートシンク１０を筐体２の固定フランジ３に効率良く固定することができる。

しかも、ヒートシンク１０をダイカストで一体成型するときに被案内部２０も一体成型することで、被案内部２０をヒートシンク１０の端部付近に設けることができるので、基板３０に対するヒートシンク１０の大きさを適切にして、筐体２の大きさを抑えた制御装置１を構成することができる。

（その他の変形例）
上記した実施形態では、台形状断面の被案内部２０を例に説明したが、被案内部２０の断面形状は限定されるものではなく、例えば、三角形状断面、円形状断面、楕円形状断面などでもよく、上記した実施形態に限定されるものではない。

また、上記した実施形態では、平面視が矩形状のヒートシンク１０を例に説明したが、ヒートシンク１０の平面視形状も限定されるものではなく、多角形状、楕円形状などでもよく、上記した実施形態に限定されるものではない。

さらに、上記した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

１制御装置
２筐体
３固定フランジ
４案内部
５開口部
６密閉空間
７開放空間
１０ヒートシンク
１２フィン
１１ベース部
１３放熱面
１５固定穴
２０被案内部
２１基部
２２先端部
３０基板
３２部品（電子部品など）
４０ボス部
５０固定ビス
Ｈ１高さ（部品上端）
Ｈ２高さ（被案内部上端）

Claims

筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、開口部を有する固定フランジと、
前記固定フランジに周囲が接した状態で固定されるヒートシンクと、
前記ヒートシンクに固定され、前記開口部を通過する大きさに形成された基板と、を備え、
前記ヒートシンクは、前記基板が固定された面から前記開口部に前記固定フランジの板厚方向に挿入する際に、前記開口部に沿って前記固定フランジの板厚方向に案内される被案内部を有している、
ことを特徴とする制御装置。
前記ヒートシンクはダイカストで一体成型されており、
前記被案内部は前記ヒートシンクの成型時に前記基板の周縁部よりも外方向となる位置に一体的に形成されている、
請求項１に記載の制御装置。
前記被案内部は、基部から先端部に向けて先細状に形成されている、
請求項１又は２に記載の制御装置。
前記被案内部は、前記基板の周縁部近傍に設けられた部品よりも高く形成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
前記ヒートシンクは外形が矩形状に形成され、
前記被案内部は、前記ヒートシンクの少なくとも対角位置の２箇所に備えられている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。