WO2014192158A1

WO2014192158A1 - 制御装置

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Publication number: WO2014192158A1
Application number: PCT/JP2013/065283
Authority: WO
Inventors: 慶太尾郷
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: JPWO2014192158A1; JP6202095B2

Abstract

　制御装置は、基板を有するドライバと、ドライバを収容する筐体と、基板に設けられたコネクタ本体と、筐体に設けられ、コネクタ本体を外部に露出させる開口と、コネクタ本体を囲むように、開口の周縁部に設けられたコネクタシェルと、コネクタ本体の外周の少なくとも一部を覆うように設けられ、コネクタ本体とコネクタシェルとの間に介在する金属製のカバー部材とを備える。

Description

制御装置

　本発明は、制御装置に関する。

　ロボット等、電気的に制御される機器には制御装置が付帯する。制御装置は、モータ等のアクチュエータを駆動するためのドライバと、ドライバを収容する筐体とを有する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１－１１４８７５号公報

　制御装置は、筐体外部のケーブルを介して制御対象に接続される。この配線を単純化するために、従来の多くの制御装置では、制御対象の接続用のコネクタが筐体に設けられ、ドライバの複数の接続端子が筐体内部のケーブルを介して筐体のコネクタに集約される。

　近年、制御装置の小型化が望まれる傾向がある。そのためには、上述の筐体内部のケーブルを削減することが有効である。

　そこで本発明は、筐体内部のケーブルを削減できる制御装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る制御装置は、基板を有するドライバと、ドライバを収容する筐体と、基板に設けられたコネクタ本体と、筐体に設けられ、コネクタ本体を外部に露出させる開口と、コネクタ本体を囲むように、開口の周縁部に設けられたコネクタシェルと、コネクタ本体の外周の少なくとも一部を覆うように設けられ、コネクタ本体とコネクタシェルとの間に介在する金属製のカバー部材とを備える。

　本発明に係る制御装置によれば、筐体内部のケーブルを削減できる。

本実施形態に係るロボットシステムの模式図である。筐体の側板を省略したロボットコントローラの斜視図である。モータドライバ、レセプタクルシェル及びプラグの分解斜視図である。コネクタ本体の拡大図である。コネクタ本体の背面図である。レセプタクルシェルの斜視図である。コネクタ本体の変形例を示す背面図である。カバー部材の変形例を示す拡大図である。コネクタ本体をレセプタクルシェルから引き抜いた状態を示す斜視図である。

　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　まず、本実施形態に係るロボットコントローラ１を備えるロボットシステム１００について説明する。図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボットコントローラ１と多関節ロボット２とを備える。多関節ロボット２は、例えばロボットハンドや溶接トーチ等のツール３を保持して様々な作業を実行する。ロボットコントローラ１は多関節ロボット２の制御装置であり、外部ケーブル５を介して多関節ロボット２に接続される。

　多関節ロボット２の周囲には、多関節ロボット２の作業領域の内外を仕切るフェンス６が設けられる。ロボットコントローラ１のうち、外部ケーブル５の接続部分はフェンス６に近接するように配置される。これにより、多関節ロボット２からロボットコントローラ１への配線が容易となる。

　図２に示すように、ロボットコントローラ１は、ドライバ１０と、電源部２０と、中央演算部５０と、これらを収容する筐体６０とを備える。ドライバ１０は、外部ケーブル５を介して多関節ロボット２に接続され、多関節ロボット２の各関節のアクチュエータを駆動する。電源部２０は、ドライバ１０や中央演算部５０等に電力を供給する。中央演算部５０は、多関節ロボット２に所望の動作を行わせるのに必要な各アクチュエータの駆動量等を演算するコンピュータである。

　筐体６０は、例えば鉄、ステンレス又はアルミ合金等の金属板により構成された直方体状の収容箱である。筐体６０の一面側には、電源スイッチ７４等の入力スイッチ及び各種表示器が設けられている。以下、入力スイッチ及び各種表示器が設けられた面を「正面」とし、逆側の面を「背面」とする。また、「前後左右」は、「正面」側を前側、「背面」側を後側とした方向を意味する。

　筐体６０内の下部領域Ａｂには電源部２０が収容され、筐体６０内の上部領域Ａｔには中央演算部５０が収容され、下部領域Ａｂと上部領域Ａｔとの間の中間領域Ａｍにはドライバ１０が収容される。下部領域Ａｂと中間領域Ａｍとは、隔壁（不図示）により仕切られる。

　その他に、筐体６０にはファンやスリット、熱交換機等、外気によってドライバ１０、電源部２０、中央演算部５０等を適宜冷却するための機器が備わっているが、図２はこれらの冷却機器の図示を省略している。

　図２及び図３に示すように、ドライバ１０は、基板１１Ａ，１１Ｂと、保護板１２と、放熱板１３とを有する。基板１１Ａは、筐体６０内に水平に配置される。基板１１Ａには、複数のアクチュエータをそれぞれ駆動する複数の駆動素子（不図示）が設けられている。複数の駆動素子は、基板１１Ａの下側で水平方向に並んでいる。

　一例として、ドライバ１０は９軸のアクチュエータを駆動可能であり、これに対応して基板１１Ａには９個の駆動素子が設けられている。例えば多関節ロボット２が６軸のアクチュエータを有する場合には、９個のうち６個の駆動素子が多関節ロボット２のアクチュエータの駆動用に割り当てられる。残りの３個の駆動素子は、その他のアクチュエータ（以下、「外部軸アクチュエータ」という。）の駆動用とすることができる。外部軸アクチュエータとしては、ツール３のアクチュエータ、ワークの搬送装置のアクチュエータ等が挙げられる。

　基板１１Ｂは基板１１Ａに対して平行であり、スペーサ１４を介して基板１１Ａの上に固定される。基板１１Ｂには、基板１１Ａの各駆動素子に指令信号を出力する指令回路が設けられている。

　保護板１２は、基板１１Ａ，１１Ｂの上面を覆うように広がり、基板１１Ａ，１１Ｂ上の素子及び配線を保護する。保護板１２は、スペーサ１４を介して基板１１Ｂの上に固定される。

　放熱板１３はアルミ等の金属材料からなり、基板１１Ａの下に配置される。放熱板１３は、基板１１Ａの下面を覆うように広がり、基板１１Ａの各駆動素子に密着した状態で基板１１Ａに固定される。放熱板１３の下側には、互いに平行な複数のフィン１３ａが設けられている。複数のフィン１３ａは、それぞれ前後方向に沿うと共に下方に突出し、下部領域Ａｂ内に進入している。基板１１Ａの各駆動素子で発生した熱は、放熱板１３に伝わって放出される。従って、各駆動素子が効率よく冷却される。

　筐体６０の背面をなす背面板６１には、多軸レセプタクルＣＮ１及び３つの単軸レセプタクルＣＮ２が設けられている。多軸レセプタクルＣＮ１は、多関節ロボット２の全てのアクチュエータを接続するためのコネクタである。単軸レセプタクルＣＮ２は、外部軸アクチュエータを接続するためのコネクタである。

　単軸レセプタクルＣＮ２は、センサコネクタ７２及びパワーコネクタ７３を有する。センサコネクタ７２及びパワーコネクタ７３は、筐体６０内のケーブル（不図示）を介して基板１１Ａ上の駆動素子等に接続される。

　多軸レセプタクルＣＮ１は、コネクタ本体１５と、カバー部材１６と、開口６１ａと、レセプタクルシェル（コネクタシェル）７１とを有する。すなわちロボットコントローラ１は、コネクタ本体１５と、カバー部材１６と、開口６１ａと、レセプタクルシェル７１とを備える。

　コネクタ本体１５は、基板１１Ａに設けられている。より具体的に、コネクタ本体１５は、基板１１Ａ上の後側に固定され、基板１１Ａの後側の縁１１ａから後方に突出している。コネクタ本体１５は樹脂からなり、後方に開口した直方体状の外形を呈する。コネクタ本体１５の内部は、前後方向に沿う複数のセル１７に区画されている。コネクタ本体１５の外周側のセル１７Ａには、電力供給用の電力端子Ｔｐが収容されている。セル１７Ａに囲まれるセル１７Ｂには、信号伝送用の信号端子Ｔｓが収容されている（図５参照）。詳細な図示は省略するが、電力端子Ｔｐ及び信号端子Ｔｓは、基板１１Ａ上の配線により駆動素子等に接続されている。

　カバー部材１６は、銅やアルミ等の金属製の薄板であり、逆さＵ字の断面形状を呈してコネクタ本体１５の上面及び左右の側面を覆う。すなわちカバー部材１６は、コネクタ本体１５の外周の少なくとも一部を覆うように設けられている。カバー部材１６の後側の縁１６ｄは、コネクタ本体１５の後側の端面１５ａから後方に張り出している（図４参照）。

　カバー部材１６の左右の下端部には、基板１１Ａの下方に突出する脚部１６ａが設けられ、脚部１６ａの下端部には左右方向の外側に張り出す接続片１６ｂが設けられている。コネクタ本体１５の下方において、放熱板１３は基板１１Ａの後側の縁１１ａから後方に張り出しており、接続片１６ｂは放熱板１３の上面に接している。接続片１６ｂには、固定孔１６ｃが形成されている。固定孔１６ｃには、例えば固定用のビス（不図示）が挿通される。このビスを放熱板１３に固定することにより、接続片１６ｂが放熱板１３に固定される。

　開口６１ａは、コネクタ本体１５に対応する位置において背面板６１に設けられ、コネクタ本体１５を外部に露出させる。開口６１ａは、コネクタ本体１５の背面形状に対応する矩形状である。

　レセプタクルシェル７１は、保持部７１Ａとシェル本体７１Ｂとを有し、開口６１ａの周縁部に装着される。レセプタクルシェル７１は、後述するコネクタ本体１５の温度上昇を抑制するために金属製であることが望ましい。保持部７１Ａは、背面板６１に平行な板状体であり、背面板６１の外面に装着される。保持部７１Ａには、後方に開口する凹部７１ａが形成されている。凹部７１ａの底部の左側部分及び右側部分には、一対のガイド突起７１ｂがそれぞれ設けられている。ガイド突起７１ｂは、上下方向に沿うと共に後方に突出した板状を呈する。ガイド突起７１ｂは、後方に突出した棒状を呈するものであってもよい。

　ガイド突起７１ｂ同士の間には、開口６１ａに対応する開口７１ｃが形成されている。保持部７１Ａのうち、凹部７１ａ外の左右には、一対の取付孔７１ｄがそれぞれ形成されている。取付孔７１ｄは、縦長の楕円形状を呈する。取付孔７１ｄには、例えばビスが挿通される。このビスを背面板６１に固定することにより、保持部７１Ａが背面板６１に取り付けられる。ビスは、保持部７１Ａを完全に締め付けない状態で背面板６１に固定される。これにより、レセプタクルシェル７１は開口６１ａに対する筐体６０の背面に沿ったガタつきをもって背面板６１に取り付けられる。上述したように取付孔７１ｄは縦長の楕円形状を呈するので、左右方向のガタつき幅に比べ上下方向のガタつき幅が大きい。

　シェル本体７１Ｂは、開口７１ｃの上縁部及び左右の側縁部から前方に突出し、逆さＵ字の断面形状を呈する。シェル本体７１Ｂの内周面の前側部分には、前方（基板１１Ａ側）に向かうに従って外側に広がるように案内面７１ｅが形成されている（図６参照）。

　シェル本体７１Ｂを背面板６１の外側から開口６１ａに通し、保持部７１Ａを背面板６１に取り付けることで、開口６１ａの周縁部にレセプタクルシェル７１が設けられる。シェル本体７１Ｂは筐体６０内に位置し、コネクタ本体１５の上面及び左右の側面を囲む。コネクタ本体１５の外周にはカバー部材１６が設けられているので、コネクタ本体１５とシェル本体７１Ｂとの間にカバー部材１６が介在する。

　多軸レセプタクルＣＮ１には、外部ケーブル５の端部に設けられたプラグ８０が接続される。プラグ８０は、コネクタ本体８２と、プラグシェル８１と、プラグカバー８３とを有する。

　コネクタ本体８２は、コネクタ本体１５の複数のセル１７にそれぞれ挿入される複数の筒状部８４を有する。各筒状部８４には、外部ケーブル５に接続された端子（不図示）が収容されている。コネクタ本体８２の外周側に配置された筒状部８４Ａの端子は、セル１７Ａの電力端子Ｔｐに接続される。筒状部８４Ａに囲まれる筒状部８４Ｂの端子は、セル１７Ｂの信号端子Ｔｓに接続される。

　プラグシェル８１は、外部ケーブル５の外周に設けられると共に前方に開口した収容器であり、コネクタ本体８２を収容する。プラグカバー８３は、プラグシェル８１の開口を部分的に塞いでコネクタ本体８２をプラグシェル８１内に保持する蓋部材である。

　プラグカバー８３の中央には、コネクタ本体８２を前方に露出させる矩形の開口８３ａが形成されている。開口８３ａの周縁部には、前方に突出する凸部８３ｂが全周に亘って形成されている。凸部８３ｂは、保持部７１Ａの凹部７１ａに嵌合する。この嵌合により、保持部７１Ａがプラグ８０を保持する。

　凸部８３ｂの左側部分及び右側部分には、ガイド突起７１ｂを受け入れるガイド開口８３ｃが形成されている。ガイド開口８３ｃは、ガイド突起７１ｂが板状であるのに対応してスリット状を呈する。ガイド突起７１ｂが棒状を呈する場合には、ガイド開口８３ｃは孔状を呈する。ガイド突起７１ｂとガイド開口８３ｃとの嵌合により、多軸レセプタクルＣＮ１に対するプラグ８０の挿入方向が前後方向に沿うように案内される。このため、筒状部８４をセル１７内に円滑に挿入できる。

　プラグカバー８３の四隅には、取付孔８３ｄが形成されている。取付孔８３ｄには、例えばビスが挿通される。このビスをプラグシェル８１に固定することにより、プラグカバー８３がプラグシェル８１に取り付けられる。ビスは、プラグカバー８３を完全に締め付けない状態でプラグシェル８１に固定される。これにより、プラグカバー８３はプラグシェル８１の前側端面に沿ったガタつきをもってプラグシェル８１に取り付けられる。

　以上に説明したロボットコントローラ１によれば、ドライバ１０の基板１１Ａに設けられたコネクタ本体１５が、筐体６０に設けられた開口６１ａから外部に露出するので、外部ケーブル５のプラグ８０をコネクタ本体１５に直接接続可能である。このため、筐体６０内部において、プラグ８０と基板１１Ａとの間にケーブルを介在させる必要がない。従って、筐体６０内部のケーブルを削減できる。

　ここで、制御対象と制御装置とを接続する外部配線を単純化するために、多くの端子をコネクタ本体に集約することが望ましい。例えばロボットコントローラ１においては、多関節ロボット２の全てのアクチュエータを接続するための端子がコネクタ本体１５に集約されている。多くの端子がコネクタ本体１５に集約されると、コネクタ本体１５における発熱が大きくなる。これに対し、開口６１ａの周縁部にレセプタクルシェル７１が設けられ、レセプタクルシェル７１によりコネクタ本体１５が囲まれている。更に、コネクタ本体１５とレセプタクルシェル７１との間に金属製のカバー部材１６が介在している。これらにより、コネクタ本体１５で発生した熱を筐体６０に分散させ、コネクタ本体１５の温度上昇を抑制できる。レセプタクルシェル７１も金属製とすれば、コネクタ本体１５で発生した熱を更に効率よく筐体６０へ分散させることができる。このようにコネクタ本体１５の温度上昇を抑制することが、コネクタ本体１５にプラグ８０を直接接続する構成の実現に大きく寄与している。

　コネクタ本体１５は、複数の電力端子Ｔｐと、複数の信号端子Ｔｓとを有し、複数の電力端子Ｔｐはコネクタ本体１５の外周側に配置されている。電力端子Ｔｐは信号端子Ｔｓに比べ発熱し易い傾向がある。このため、電力端子Ｔｐをコネクタ本体１５の外周側に配置してカバー部材１６及びレセプタクルシェル７１に近付けることで、コネクタ本体１５で発生した熱をより効率よく筐体６０に分散させることができる。従って、コネクタ本体１５の温度上昇をより確実に抑制できる。

　なお、電力端子Ｔｐを収容するセル１７Ａと信号端子Ｔｓを収容するセル１７Ｂとの間に、銅やアルミ等の金属製の隔壁１８を設けてもよい（図７参照）。隔壁１８のシールド効果により、電力端子Ｔｐから信号端子Ｔｓへのノイズ伝播が抑制されるので、コネクタ本体１５に多くの端子を集約させ易くなる。

　カバー部材１６の後側（開口６１ａ側）の縁１６ｄは、コネクタ本体１５の後端面（開口６１ａ側の端面）１５ａから張り出している。ドライバ１０を筐体６０内に設置するときには、筐体６０内側からレセプタクルシェル７１のシェル本体７１Ｂに向かって、すなわち正面から背面の方向へとコネクタ本体１５が挿入される。縁１６ｄが端面１５ａから張り出した構成を採用することにより、レセプタクルシェル７１にコネクタ本体１５を挿入するときにコネクタ本体１５の後端部を保護できる。

　シェル本体７１Ｂの内周面の前側部分（基板１１Ａ側の部分）には、案内面７１ｅが形成されている。このため、シェル本体７１Ｂにコネクタ本体１５を円滑に挿入できる。

　案内面７１ｅを形成するのに代えて、カバー部材１６の外周面の後側部分（開口６１ａ側の部分）に、後側に向かうに従って内側に縮まるように案内面１６ｅを形成してもよい（図８参照）。この場合も、シェル本体７１Ｂにコネクタ本体１５を円滑に挿入できる。案内面７１ｅと案内面１６ｅの両方を形成してもよい。

　レセプタクルシェル７１は、開口６１ａに対する筐体６０の背面に沿ったガタつきをもって筐体６０に取り付けられている。このため、コネクタ本体１５の位置のばらつきにレセプタクルシェル７１の位置を適応させることができる。これにより、レセプタクルシェル７１にコネクタ本体１５をより円滑に挿入できる。なお、上述したように、取付孔７１ｄは縦長の楕円形状を呈するので、左右方向のガタつき幅に比べ上下方向のガタつき幅が大きい。このため、特に、基板１１Ａの厚さ方向におけるコネクタ本体１５の位置のばらつきに対して、レセプタクルシェル７１の位置を適応させ易い。

　また、プラグカバー８３はガタつきをもってプラグシェル８１に取り付けられている。このため、凸部８３ｂが凹部７１ａに嵌合した状態でも、コネクタ本体８２は開口８３ａに対するガタつきをもって保持される。これにより、コネクタ本体１５の位置のばらつきにコネクタ本体８２の位置を適応させることができる。従って、筒状部８４をセル１７に更に円滑に挿入できる。

　レセプタクルシェル７１は、プラグ８０を保持するための保持部７１Ａを有する。コネクタ本体１５をプラグ８０の接続用のコネクタとして用いる場合、交換のためにドライバ１０を正面方向へと引き出して筐体６０内から取り出すときに、プラグ８０の接続先が存在しないこととなる。このため、ドライバ１０の交換のために、プラグ８０をロボットコントローラ１から取り外すことが必要となり、ドライバ１０の交換作業が煩雑化する。これに対し、プラグ８０を保持するための保持部７１Ａをレセプタクルシェル７１に設けたことにより、プラグ８０をロボットコントローラ１に取り付けたままドライバ１０を交換できる（図９参照）。すなわち、筐体６０内部のケーブルの削減と、ドライバ１０の交換作業の簡素化との両立を図ることができる。

　特に、ロボットコントローラ１のうち外部ケーブル５の接続部分がフェンス６内に配置されている場合、プラグ８０をロボットコントローラ１から取り外すことなくドライバ１０を交換できることの有効性が顕著となる。

　なお、ドライバ１０の交換作業におけるプラグ８０の脱落をより確実に防止するために、ビス等によりプラグ８０を保持部７１Ａに固定するロック機構を更に設けてもよい。

　カバー部材１６は、放熱板１３に固定されている。これにより、コネクタ本体１５の温度上昇をより確実に抑制できる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、カバー部材１６は、コネクタ本体１５の全周を覆うものであってもよいし、コネクタ本体１５の一面のみを部分的に覆うものであってもよい。レセプタクルシェル７１はコネクタ本体１５の全周を囲むものであってもよい。

　多関節ロボット２のアクチュエータ用の多軸レセプタクルＣＮ１と、外部軸アクチュエータ用の単軸レセプタクルＣＮ２とを必ずしも分離しなくてよい。例えば、外部軸アクチュエータ用の端子をレセプタクルＣＮ１に含めてもよい。

　ドライバ１０が制御対象とするアクチュエータの数は９軸に限られず、単軸であってもよい。

　制御対象は、電気的に制御されるものであればどのようなものであってもよく、多関節ロボット２に限られない。制御対象としては、例えば、工作機械や搬送装置等が挙げられる。

　本発明は、電気的に制御される機器に付帯する制御装置に利用できる。

　１…ロボットコントローラ（制御装置）、１０…ドライバ、１１Ａ…基板、１５…コネクタ本体、１５ａ…開口側の端面、１６…カバー部材、１６ｄ…開口側の縁、６０…筐体、６１ａ…開口、７１…レセプタクルシェル（コネクタシェル）、７１Ａ…保持部、７１ｅ…案内面、８０…プラグ、Ｔｐ…電力端子、Ｔｓ…信号端子。

Claims

　基板を有するドライバと、
　前記ドライバを収容する筐体と、
　前記基板に設けられたコネクタ本体と、
　前記筐体に設けられ、前記コネクタ本体を外部に露出させる開口と、
　前記コネクタ本体を囲むように、前記開口の周縁部に設けられたコネクタシェルと、
　前記コネクタ本体の外周の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記コネクタ本体と前記コネクタシェルとの間に介在する金属製のカバー部材と、を備える制御装置。
　前記コネクタ本体は、アクチュエータへの電力供給用の複数の電力端子と、信号伝送用の複数の信号端子とを有し、前記複数の電力端子は前記コネクタ本体の外周側に配置されている、請求項１記載の制御装置。
　前記カバー部材の前記開口側の縁は、前記コネクタ本体の前記開口側の端面から張り出している、請求項１又は２記載の制御装置。
　前記シェルの内周面のうち、前記基板側の部分には、前記基板側に向かうに従って外側に広がるように案内面が形成されている、請求項１～３のいずれか一項記載の制御装置。
　前記カバー部材の外周面のうち、前記開口側の部分には、前記開口側に向かうに従って内側に縮まるように案内面が形成されている、請求項１～４のいずれか一項記載の制御装置。
　前記コネクタシェルは、前記開口に対するガタつきをもって前記筐体に取り付けられている、請求項１～５のいずれか一項記載の制御装置。
　前記コネクタシェルは、前記筐体の外側から前記コネクタ本体に接続されるプラグを保持するための保持部を有する、請求項１～６のいずれか一項記載の制御装置。