JP7181747B2

JP7181747B2 - ヒートシンクとそれを備えた制御装置

Info

Publication number: JP7181747B2
Application number: JP2018188526A
Authority: JP
Inventors: 毅田頭; 誠橋元
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2038-10-03
Also published as: WO2020071426A1; CN112771660A; KR102498630B1; JP2020057718A; KR20210060581A; CN112771660B

Description

本発明は、ヒートシンクと、それを備えた制御装置に関する。

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、パワーモジュールが発する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ており、他方の面に設けられた多数のフィンにより周囲の空気に熱を逃がしている。ヒートシンクは、筐体などに固定ビス（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「固定ビス」は、「固定ねじ」、「固定ボルト」などを含む。）で固定されている。

この種の先行技術として、ヒートシンクが接合された基板のターミナルケースをアッパーケースとインナーケースとの間にセットし、ターミナルケースのフランジを取付けねじで押圧することで、ターミナルケース本体をヒートシンク側へ押圧するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の先行技術として、ヒートシンクのベース部を筐体ベースにボルトで固定するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１－１３６７２４号公報特開２０１２－２０４７１５号公報

しかし、上記いずれの先行技術にも、ヒートシンクを筐体に固定するビスの脱落防止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。しかも、ヒートシンクの取り付け／取り外し作業時には基板の位置調整や固定ビスの脱落を同時に注意しながらの作業になり、迅速な作業が難しい。また、固定ビスを筐体内に脱落させた場合、その取り出しに時間を要する。

そこで、本発明は、ヒートシンクを取り付け／取り外しする際に固定ビスが脱落しないようにしたヒートシンクと、それを備えた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、本発明に係るヒートシンクは、固定フランジに固定されるベース部と、前記ベース部の放熱面に設けられたフィンと、前記固定フランジの雌ねじ部にねじ込んで前記ベース部を前記固定フランジに固定する固定ビスと、を備え、前記固定ビスは、少なくとも該固定ビスを回転させる頭部と、前記雌ねじ部にねじ込む雄ねじ部と、を有し、前記ベース部は、前記雌ねじ部から前記雄ねじ部が外れた状態で前記固定ビスが脱落しないように保持するボス部が該ベース部とダイカストで一体成型されている。

この構成により、ヒートシンクを取り付け／取り外しする際に、固定ビスの脱落を防止して保持するボス部を、ベース部とダイカストで一体成型することによって備えさせることができる。よって、ヒートシンクを取り付け／取り外しする際に固定ビスがヒートシンクから脱落することがなく、効率良く取り付け／取り外し作業を行うことができる。

また、前記ボス部は、前記ベース部の外形部分と面一となるように備えられていてもよい。

このように構成すれば、ボス部をベース部の外形部分と面一となるように一体的に備えさせることができる。

また、前記固定ビスは、前記雄ねじ部と前記頭部との間が軸部で連結された脱落防止ビスで構成され、前記ボス部は、前記固定フランジと接する側に前記雄ねじ部を収容する中空部を有していてもよい。

このように構成すれば、外された状態の固定ビスの雄ねじ部をボス部に形成された中空部に収容し、固定ビスとして用いられる脱落防止ビスの脱落、紛失を防止することが適切にできる。

一方、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、開口部を有する前記固定フランジと、前記固定フランジに固定されるヒートシンクと、前記開口部を通過する大きさに形成され、前記ヒートシンクに固定される基板と、を備え、前記ヒートシンクは、前記いずれかの前記ヒートシンクで構成されている。

この構成により、ヒートシンクに固定された基板を筐体の内部に設けられた固定フランジの開口部に挿入し、ヒートシンクのボス部に保持された固定ビスの雄ねじ部を固定フランジの雌ねじ部にねじ込めば、ヒートシンクを筐体に固定することができる。しかも、ヒートシンクを固定フランジに取り付ける際も、ヒートシンクを固定フランジから取り外す際も、固定ビスがヒートシンクのボス部に保持された状態を保つことができるので、ヒートシンクの取り付け／取り外し作業が繊細な作業の場合でも、効率良く作業ができる。

本発明によれば、ヒートシンクを取り付け／取り外しするときに固定ビスがヒートシンクから脱落しないようにできる。よって、ヒートシンクの取り付け／取り外し作業を効率良く行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る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下面図である。図３は、図１に示すヒートシンクのボス部を示す拡大図であり、（Ａ）は側面視の断面図、（Ｂ）は下面図である。図４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５は、図４に示す筐体にヒートシンクを固定する状態を示す側面視の断面図である。図６は、図５に示すヒートシンクを固定フランジに固定するときの図面であり、（Ａ）は固定前の状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は固定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。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は、後述するように、筐体２の開口部５を通過する大きさに形成されている。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。

そして、ベース部１１には、外形部分の四隅に固定穴１５が設けられ、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。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、ボス部４０はヒートシンク１０の成型時に一体的に成型されている。ボス部４０は、ベース部１１の角部における外形部分と面一となっており、ボス部４０をヒートシンク１０とダイカストで一体成型することで、外径部分と面一に備えさせることが容易にできる。

（ボス部の詳細）
図３は、図１に示すヒートシンク１０のボス部４０を示す拡大図であり、（Ａ）は側面視の断面図、（Ｂ）は下面図である。

ボス部４０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側から所定の高さで突出するように設けられている。この実施形態のボス部４０は、平面視が円形状に形成されており、ベース部１１の角部における外形と面一に形成されている。なお、ボス部４０の断面形状は円形状に限定されるものではなく、例えば、四角状、多角状などでもよい。

また、この実施形態のボス部４０には、ベース部１１の固定穴１５の部分における固定フランジ３に接する側に中空部４１が設けられている。中空部４１は、ベース部１１の固定フランジ３に接する側から所定深さＨで形成されている。中空部４１の所定深さＨは、固定ビス５０の雄ねじ部５１が収容できる深さになっている。

この実施形態では、固定ビス５０に脱落防止ビスが用いられている。固定ビス５０は、先端に雄ねじ部５１を有し、頭部５２との間が軸部５３で連結されている。ボス部４０の頂部には、固定フランジ３に向けて固定ビス５０の雄ねじ部５１をねじ込むねじ部４２が設けられている。固定ビス５０は、雄ねじ部５１をボス部４０のねじ部４２にねじ込んで、雄ねじ部５１を中空部４１に位置させることで、ボス部４０に保持される。

（制御装置の筐体）
図４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５）。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。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５）。

図４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。

（ボス部による固定ビスの保持）
図５は、図４に示す筐体２にヒートシンク１０を固定する状態を示す側面視の断面図である。図６は、図５に示すヒートシンク１０を固定フランジ３に固定するときの図面であり、（Ａ）は固定前の状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は固定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、基板３０が取り付けられたヒートシンク１０を筐体２に取り付ける場合、ヒートシンク１０のフィン１２を方を持って、基板３０の方を開口部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。この実施形態では、基板３０を開口部５に挿入する際に、ベース部１１に設けられた被案内部２０を開口部５に挿入することで、基板３０を適切な位置に挿入することができる。また、基板３０の挿入時には、ヒートシンク１０のボス部４０に固定ビス５０が保持された状態が保たれるので、基板３０を開口部５に挿入する作業に集中できる。

そして、ヒートシンク１０のベース部１１が固定フランジ３に接する状態まで挿入した後、ボス部４０に保持された固定ビス５０の頭部５２を工具で回転させて雄ねじ部５１を固定フランジ３の雌ねじ部５５にねじ込む。この作業も、ボス部４０に固定ビス５０が保持された状態で行う作業となるため、固定ビス５０の脱落などに注意する必要がなく、作業に集中して迅速に行うことができる。すなわち、ヒートシンク１０に固定ビス５０が保持された状態を保つことができるので、固定ビス５０の脱落に注意することなく、ヒートシンク１０の取り付け／取り外しに集中して作業ができる。

よって、筐体２が小型化され、基板３０が取り付けられたヒートシンク１０を筐体２の固定フランジ３に取り付け／取り外しする作業が繊細な作業の場合でも、効率良く作業ができる。

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に挿入して固定する際に、ヒートシンク１０に固定ビス５０が保持された状態で作業ができる。よって、ヒートシンク１０を固定フランジ３に取り付け／取り外しする作業を効率良く迅速に行うことが可能となる。

また、ヒートシンク１０は、図示する筐体２の固定フランジ３の他、他の筐体２などにおける構成に取り付け／取り外しする場合でも、ヒートシンク１０に固定ビス５０が保持された状態で作業ができるので、ヒートシンク１０の取り付け／取り外し作業を効率良く迅速に行うことが可能となる。

（その他の変形例）
上記した実施形態では、ベース部１１の四隅にボス部４０が備えられたヒートシンク１０を例に説明したが、ボス部４０の位置は限定されるものではなく、例えば、ヒートシンク１０の各辺における中間部分において外形と面一に備えさせてもよく、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の平面視の形状は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、平面視の形状は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
５開口部
６密閉空間
７開放空間
１０ヒートシンク
１１ベース部
１２フィン
１３放熱面
１４脚部
１５固定穴
２０被案内部
３０基板
４０ボス部
４１中空部
５０固定ビス
５１雄ねじ部
５２頭部
５５雌ねじ部
Ｈ所定深さ

Claims

固定フランジに固定されるベース部と、
前記ベース部の放熱面に設けられたフィンと、
前記固定フランジの雌ねじ部にねじ込んで前記ベース部を前記固定フランジに固定する固定ビスと、を備え、
前記固定ビスは、少なくとも該固定ビスを回転させる頭部と、前記雌ねじ部にねじ込む雄ねじ部と、を有し、
前記ベース部は、前記雌ねじ部から前記雄ねじ部が外れた状態で前記固定ビスが脱落しないように保持するボス部が該ベース部とダイカストで一体成型されており、
前記固定ビスは、前記雄ねじ部と前記頭部との間が軸部で連結された脱落防止ビスで構成され、
前記ボス部は、前記固定フランジと接する側に前記雄ねじ部を収容できる深さの中空部を有している、
ことを特徴とするヒートシンク。
前記ボス部は、前記ベース部の外形部分と面一となるように備えられている、
請求項１に記載のヒートシンク。
筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、開口部を有する前記固定フランジと、
前記固定フランジに固定されるヒートシンクと、
前記開口部を通過する大きさに形成され、前記ヒートシンクに固定される基板と、を備え、
前記ヒートシンクは、請求項１又は２に記載の前記ヒートシンクで構成されている、
ことを特徴とする制御装置。