JP2017175025A - 制御機器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチング素子の熱を、取付金属を介して、より放熱しやすい構造を備える制御装置を提供することである。【解決手段】本発明の制御機器４は、回路基板２１に搭載される半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）と、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）が発する熱を伝熱して放熱する放熱板２２と、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）と共に回路基板２１及び放熱板２２を収容する筐体２３と、を備えた制御機器である。底板の外側面に取付金具８０へ向け突出してその先端側が取付金具８０に接触する周壁脚部（６１、７２）が形成されることで、底板の外側面と取付金具８０との間に周壁脚部（６１、７２）で囲まれた包囲空間（６２、７４）が設けられることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、半導体スイッチング素子により通電断電制御を行う制御装置に関する。

引用文献１では、半導体スイッチング素子の熱が制御回路を構成する他の電子部品に伝達されることを極力抑える制御装置が公開されている。この制御装置は、絶縁材製のケース内に、サイリスタのゲートをオン・オフするトリガ回路を実装した第１基板や、トリガ回路を制御する入力回路などを実装した第２基板や、サージ吸収回路などを実装した第３基板を積み重ねるように設けている。放熱構造については、ケースの側壁部に、空隙部を外部に連通させる通気孔を設けることで、サイリスタの発熱により高温となった空隙部の空気をケースの外部に排出する放熱手段がとられている。

特開平５−３４４７２８号公報

しかしながら、制御装置の周辺に、同様な制御装置が配置された場合、ケースの周囲に十分な空間が取れず、ケースの側壁部に備える通気孔が塞がれ、高温となった空隙部の空気をケースの外部に排出する排出力が低下する虞がある。本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御回路内で発生した熱放熱しやすい構造とした制御装置を提供することである。

本発明の制御装置は、回路基板に搭載される半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子が発する熱を伝熱して放熱する放熱板と、前記半導体スイッチング素子と共に前記回路基板及び前記放熱板を収容する筐体と、を備える。前記筐体は、その底板の外側面が設置部位に固定される取り付け金具に対向する状態で取り付け保持されるものである。前記放熱板は、前記底板の内側面に対向する状態に配置されるものである。前記底板の外側面に前記取り付け金具へ向け突出してその先端側が前記取り付け金具に接触する周壁脚部が形成されることで、前記底板の外側面と前記取り付け金具との間に前記周壁脚部で囲まれた包囲空間が設けられることを特徴とする制御機器。

好ましくは、前記底板の内側面と前記放熱板との間の間隙寸法が、前記周壁脚部の突出寸法よりも小さい。

好ましくは、前記取付金具が長尺のレール形状のものであって、前記底板の外側面の中程には前記取り付け金具が嵌まり込む凹溝が形成されており、前記凹溝の長手方向の両端部において、前記底板の外側面の前記両端部の各端縁に沿って前記取り付け金具へ向け突出する端壁脚部が形成される。前記凹溝の両側壁部と前記端壁脚部とが前記周壁脚部となって、前記包囲空間が設けられる。

好ましくは、前記底板には、その内側の空間とその外側の前記包囲空間とを連通させる貫通孔が形成される。

好ましくは、前記包囲空間が、前記底板の外側面に突出形成される仕切り壁部によって複数の空間に分割して設けられる。

本発明によれば、例えば、制御装置内で発生した熱を放熱しやすい。

照明制御システムのシステム構成図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置の上方からの分解斜視図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板および回路基板の全体斜視図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板の上方からの全体斜視図。 （ａ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板の上方からの全体斜視図。（ｂ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の断面図。 （ａ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の変形例を示す内部構成の上方からの斜視図。（ｂ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の変形例の断面図。 （ａ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第一変形例を示す上方からの斜視図。（ｂ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第一変形例を示す断面図。 （ａ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第二変形例を示す上方からの斜視図。（ｂ）本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第二変形例を示す断面図。

（第一の実施形態）
図１は、照明制御システム１０のシステム構成図である。本実施形態では、照明制御システム１０に使用される制御機器４を説明する。ただし、制御機器４は、このような照明制御システム１０での使用に限定されるものではない。

照明制御システム１０は、親機としての伝送ユニット１と、子機としての複数の操作端末器２とを備える。また、複数の制御端末器３をさらに備える。これらの伝送ユニット１、操作端末器２及び制御端末器３は、例えば、２線式の信号線７により互いに電気的に接続されている。制御機器４は、操作端末器２が出力する起動信号を、制御端末器３を介して受信する。起動信号とは、照明の消灯および点灯を指示する消灯信号・点灯信号に加え、照明の明るさを調光する調光信号とする。制御機器４は、起動信号に応じて照明装置５を制御する。

以下では、図２から図５を参照して、制御機器４の構造について説明する。図２は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の上方からの分解斜視図である。

制御機器４は、図２に示すように、回路基板２１に搭載される半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）と、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）が発する熱を伝熱して放熱する放熱板２２と、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）と共に回路基板２１及び放熱板２２を収容する筐体２３とを備える。筐体２３は、設置部位に固定される取付金具８０に取り付け保持されるものである。取付金具８０と対向する面を底板５０とし、筐体２３の底板５０がある方向を上方として説明を行う。

本実施形態では、放熱経路を、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）の熱を放熱板２２へと熱伝導させ、放熱板２２から筐体２３を介して取付金具８０および周囲の空気に熱を伝導させる経路を想定する。取付金具８０は、例えば、ＪＩＳ協約金具や、レール形状の金具を使用する。まずは、取付金具８０が図２に示すようなレール形状の金具を想定して、制御機器４の構造を順に説明する。図３は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板および回路基板の全体斜視図である。

回路基板２１は、図３に示すように、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のほかに、温度ヒューズ２６や、コンデンサや、負荷機器および交流電源などと接続するコネクタや、その他部品が搭載される。回路基板２１は、例えば紙フェノールやガラス入りエポキシなどの配線基板で、上下面には銅などによって、複数の配線パターンやランドが形成されるとともに、ランドを除く全面をポリエステルやエポキシなどの絶縁層が覆っている。

第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２は、一方には複数の電極を備える端子２４を備え、他方には放熱板２２に固定する固定片２５を備える。端子２４は、例えば、回路基板２１の上面のランドに半田付けによって実装接続され、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が配線パターンを介して、交流電源１１や照明装置５の電子回路に接続される。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２は、直列接続され、それぞれの端子２４に交流電圧が印加される。

図４は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板の上方からの全体斜視である。放熱板２２は、例えば金属で形成され、図２に示すように、取付金具８０と対面する筐体２３の底板５０の内側面に対向する状態に配置されるものである。放熱板２２は、図４に示すように、下方に開口を備える器形状で、筐体２３の底板５０の内側面と対面する面を有するベース２７と、周壁２８で構成される。周壁２８は、回路基板２１に固定する脚片２９と、回路基板２１に搭載される電子部品を内包する空洞部３０と、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２を固定する固定壁３１を備える。

脚片２９は、ベース２７の四隅に位置する周壁２８の一部であって、回路基板２１に対し垂直に延設する第１片３２と、第１片３２の先端で、回路基板２１と面平行となる第２片３３とで構成される。

固定壁３１は、図３に示すように、外側面に第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の固定片２５をネジ止めする。固定壁３１は、図４に示すように、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の固定片２５をネジ止めするネジ孔３４と、温度ヒューズ２６の位置を回路基板２１に接することがないように規制する規制部３５を備える。規制部３５は放熱板２２における第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の中間部から延設する。ネジ孔３４は、２つ形成され、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを固定した際に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との間に間隙を有するよう構成される。規制部３５は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の間隙に位置し、先端が回路基板２１と面平行となる突起形状である。規制部３５は、固定壁３１より前方に突出する突起形状とする。温度ヒューズ２６は、図３に示すように、略円筒状のセラミックなどの筒内に可溶合金が内蔵された構成であって、左右両端からは一対のヒューズ端子３７が延出している。セラミックは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２と規制部３５の上面とに接触させて設置する。一対のヒューズ端子３７は、規制部３５から第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の前方を通り、回路基板２１に接続する。固定壁３１の外側面に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを隣接させて固定する形状を説明したが、これに限ることはない。第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２を放熱板２２の内側面に固定してもよく、放熱板の形状は、この形状に限ったものではない。

次に、制御機器４における、半導体スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）から発する熱を放熱するための筐体２３の構造について説明する。

筐体２３は、例えば合成樹脂で形成され、図２に示すように、放熱板２２のベース２７と対面する内側面を備える第一筐体２３ａと、回路基板２１と対面する内側面を備える第二筐体２３ｂとを備える。第一筐体２３ａと第二筐体２３ｂは、それぞれ対向する一面に開口を備える器形状である。本実施形態では、特に第一筐体２３ａの構造について説明する。

図５（ａ）は、第一の実施形態に係る制御装置の上方からの斜視図である。図５（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の断面図である。第一筐体２３ａは、図５に示すように、底板５０と、四方向に面する側板５１とを備える。底板５０は、放熱板２２のベース２７と対面する内側面と、取付金具８０を含む設置部位と対面する外側面と、を有する。底板５０の外側面は、その中程にレール形状の取付金具８０が嵌まり込む凹溝７０を形成している。凹溝７０の両側には、取付金具８０を保持する台座部６０を形成する。

台座部６０は、放熱機構を備える第一台座部６０ａと、取付金具８０を保持する引っ掛け部６５を備える第二台座部６０ｂと、を備える。第一台座部６０ａは、底板５０の外側面から略垂直に延出する第一周壁脚部６１を備える。更に、第一台座部６０ａは、この第一周壁脚部６１で包囲された第一包囲空間６２を備える。第二台座部６０ｂは、底板５０の外側面を第一周壁脚部６１の外側面からの突出寸法と略同寸法分、設置部位方向に突出して形成される。突出した底板５０の外側面に引っ掛け部６５を備える。筐体２３は、第一筐体２３ａの引っ掛け部６５を凹溝７０側にスライドさせることで、凹溝７０に配置するレール形状の取付金具８０に固定し、設置部位に配置する。筐体２３を取付金具８０から取り外す際は、引っ掛け部６５を凹溝７０から離れる方向にスライドさせることで、凹溝７０から取付金具８０を取り外すこととなる。

凹溝７０は、この長手方向の両端部において、底板５０の外側面の両端部の各端縁に沿って取付金具８０へ向け突出する端壁脚部７１を形成する。端壁脚部７１は、底板５０の外側面からの突出寸法を、第一周壁脚部６１の底板５０の外側面からの突出寸法よりも小さく、底板５０の内側面と放熱板２２のベース２７との間の間隙寸法よりも大きくするものとする。これにより、底板５０の内側面を最大限に放熱板２２のベース２７に近接させることとなり、合成樹脂の底板５０に放熱板２２の熱を伝熱しやすくする効果が期待できる。さらに、端壁脚部７１の突出寸法と第一周壁脚部６１の突出寸法の差は、取付金具８０の厚みに相当するよう構成する。これにより、筐体２３の凹溝７０に取付金具８０を嵌め込む際に、端壁脚部７１の先端が取付金具８０と接触した状態で保持されるため、底板５０が吸収した熱を端壁脚部７１を介して、直接、取付金具８０の表面に伝導させ熱放出する効果が期待できる。

さらに凹溝７０は、この端壁脚部７１と、第一台座部６０ａの第一周壁脚部６１の一部と、第二台座部６０ｂの一部とが第二周壁脚部７２となって第二包囲空間７３を形成する。取付金具８０を凹溝７０に設置すると、第一周壁脚部６１の表面と取付金具８０の表面、第二台座部６０ｂの表面と取付金具８０の表面、端壁脚部７１の先端と取付金具８０の表面とが接触、つまり第二周壁脚部７２と取付金具８０の表面とが接触することになるため、第二包囲空間７３が密閉に近い状態となる。これにより、底板５０が吸収した熱を第二周壁脚部７２に伝導させ、第二周壁脚部７２から直接、取付金具８０の表面に熱を放出する効果を期待できる。本実施形態では、第二包囲空間７３内で熱気流を発生させることができ、底板５０が吸収した熱を空気を介して、取付金具８０の表面に熱伝導させる特有の効果が期待できる。これらの効果により、より早く、底板５０が吸収した熱を放出させることが期待できる。

また、好ましくは、底板５０は、内側面と放熱板２２との空間と外側面の第二包囲空間
７３とを連通させる貫通孔７４を形成する。貫通孔７４は、図５に示すように、端壁脚部７１と平行に底板５０に備わる。ただし、貫通孔７４の個数や配置については、これに限定するものではない。

また、第二包囲空間７３は、図５に示すように、第二包囲空間７３内を分割する第二仕切り脚７５を備える。第二仕切り脚７５は、底板５０の外側面から設置部位方向に略垂直に延出する。これにより、第二包囲空間７３内を複数の空間に分割して設けることができる。つまり、第二周壁脚部７２に加え、第二仕切り脚７５の先端からも底板５０からの熱を取付金具８０に伝導させる効果が期待でき、さらに第二包囲空間７３内に複数の包囲空間が形成されるので、熱気流を複数発生させることができるため、筐体２３の外部に熱を放出する効率が高まると期待できる。第二仕切り脚７５については、特に個数を限定するものではない。また、図５では、端壁脚部７１と平行になるよう配置しているが、この配置も限定するものではない。

また、第一台座部６０ａは、第一周壁脚部６１を設けることで第一包囲空間６２を備える。第一周壁脚部６１の底板５０からの突出寸法は、端壁脚部７１の突出寸法よりも大きいものとする。第一台座部６０ａは、第一包囲空間６２を備えることで、底板５０が吸収した熱を第一周壁脚部６１に伝導させ空気を介して熱を放出する効果と、第一包囲空間６２内で熱気流を発生させることができ、底板５０が吸収した熱を空気に伝導させる効果も期待できる。これにより、より早く、底板５０が吸収した熱を放出させることが期待できる。

さらに第一包囲空間６２内は、第一包囲空間６２内を分割する第一仕切り脚６３を備えてもよい。第一仕切り脚６３は、底板５０の外側面から設置部位方向に略垂直に延出する。これにより、第一周壁脚部６１に加え、第一仕切り脚６３も底板５０からの熱を伝導させる効果が期待でき、さらに第一包囲空間６２内に複数の包囲空間が形成されるので、熱気流を複数発生させることができ、より熱を放出する効率が高まると期待できる。

図６（ａ）は、第一の実施形態に係る制御装置の変形例を示す内部構成の上方からの斜視図。図６（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の変形例の断面図である。本実施形態では、レール形状の取付金具８０に筐体２３を設置する場合の説明を行ったが、図６に示すように、ＪＩＳ協約金具を取付金具８０として使用してもよい。この場合、第一筐体２３ａの側板５１に保持機構８１を備える。ＪＩＳ協約金具は、長手方向の一方を保持機構８１に係合させ、他方の保持機構８１に、ＪＩＳ協約金具の長手方向の他端を嵌め込み、筐体２３と固定する。

ＪＩＳ協約金具に筐体２３を取り付ける場合は、第一台座部６０ａの第一周壁脚部６１の先端がＪＩＳ協約金具の表面に接触し、第一包囲空間６２によって空気を介してＪＩＳ協約金具の表面に熱を伝導させることができ、レール形状の取付金具８０を設置する際と、同様の効果を期待することができる。

また、凹溝７０を備える構造にすることで、レール形状の取付金具８０の場合でも、ＪＩＳ協約金具の取付金具８０の場合でも対応可能となり、取付金具８０の形状に応じて筐体２３形状を変える必要がないので、設計上の効率も向上する。

次に、筐体２３の上部の形状について変形例を提示する。図７（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の変形例を示す上方からの斜視図である。図７（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の断面図である。第一変形例として、図７の構造を説明する。だたし、図５と同様の構造については、説明を省くものとする。

第二周壁脚部７２について、図５の構造に加えて、第二台座部６０ｂと第一周壁脚部６１の一部に段差部６６を設ける。この場合、第二周壁脚部７２は端壁脚部７１と段差部６６とで構成されることとなる。つまり、取付金具８０と接する面が増えるため、より取付金具８０への熱伝導が期待できる。また、取付金具８０を設置した際に、端壁脚部７１の先端と段差部６６とが取付金具８０と接触し、第二包囲空間７３が密閉に近い状態となるため、図５の構造の場合と、同様の効果を奏することが期待できる。

貫通孔７４について、取付金具８０の長手方向に備えても良い。貫通孔７４を第二包囲空間７３内の底板５０に備えることで、筐体２３内部の熱を第二包囲空間７３に放出させることができ、熱気流の発生力を向上させることができる。それに伴い、凹溝７０での放熱効果を高めることが期待できる。

図８（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第二変形例を示す上方からの斜視図である。図８（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る制御装置の第二変形例を示す断面図である。また、第二変形例として図８を説明する。だたし、図５および図６と同様の構造については、説明を省くものとする。

図８に示すように、第二台座部６０ｂにも第一周壁脚部６１や第一包囲空間６２を備えても良い。この場合、例えば、取付金具８０を図８に示すようなＪＩＳ協約金具とした場合でも、ＪＩＳ協約金具と第一周壁脚部６１とが接触し、筺体５０の熱をＪＩＳ協約金具に伝熱させることが容易となる。第一包囲空間６２内で発生した熱気流についてもＪＩＳ協約金具に伝熱させることができ、ＪＩＳ協約金具とレール形状の金具、どちらを使用した場合でも、放熱効果を向上させることが期待できる。ＪＩＳ協約金具については、両端に保持部があることから、第一周壁脚部６１の外表面に保持機構８１を供え、ＪＩＳ協約金具の保持機構を第一周壁脚部６１の保持機構８１に係合させることで、ＪＩＳ協約金具を保持して、筐体２３を設置部位に固定することとなる。

このように、図５の形状、ないし図７の形状を形成することで、ＪＩＳ協約金具でもレール形状の取り付け金具でも、対応可能であって、さらには放熱効果の向上を期待できる筐体２３となる。

４ 制御機器
２１ 回路基板
Ｑ１ 第１スイッチング素子
Ｑ２ 第２スイッチング素子
２２ 放熱板
２３ 筺体
６１ 第一周壁脚部
６２ 第一包囲空間
６３ 第一仕切り脚
７１ 端壁脚部
７２ 第二周壁脚部
７３ 第二包囲空間
７４ 貫通孔
７５ 第二仕切り脚
８０ 取付金具

Claims (5)

1. 回路基板に搭載される半導体スイッチング素子と、
   前記半導体スイッチング素子が発する熱を伝熱して放熱する放熱板と、
   前記半導体スイッチング素子と共に前記回路基板及び前記放熱板を収容する筐体と、
   を備えた制御機器であって、
   前記筐体は、その底板の外側面が設置部位に固定される取付金具に対向する状態で取り付け保持されるものであり、
   前記放熱板は、前記底板の内側面に対向する状態に配置されるものであって、
   前記底板の外側面に前記取り付け金具へ向け突出してその先端側が前記取付金具に接触する周壁脚部が形成されることで、前記底板の外側面と前記取り付け金具との間に前記周壁脚部で囲まれた包囲空間が設けられることを特徴とする制御機器。
2. 前記底板の内側面と前記放熱板との間の間隙寸法が、前記周壁脚部の突出寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の制御機器。
3. 前記取付金具が長尺のレール形状のものであって、
   前記底板の外側面の中程には前記取り付け金具が嵌まり込む凹溝が形成されており、
   前記凹溝の長手方向の両端部において、前記底板の外側面の前記両端部の各端縁に沿って前記取り付け金具へ向け突出する端壁脚部が形成され、
   前記凹溝の両側壁部と前記端壁脚部とが前記周壁脚部となって、前記包囲空間が設けられることを特徴とする請求項１または２記載の制御機器。
4. 前記底板には、その内側の空間とその外側の前記包囲空間とを連通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の制御機器。
5. 前記包囲空間が、前記底板の外側面に突出形成される仕切り壁部によって複数の空間に分割して設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の制御機器。

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