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    公开号:WO1991005292A1
    申请号:PCT/JP1990/001223
    申请日:1990-09-21
    公开日:1991-04-18
    发明作者:Ryoji Imazeki；Mitsuo Kurakake；Mikio Yonekura
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:H05K7-00
    专利说明:
    [0001] 明
    [0002] 制御装置
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は数値制御装置などの制御装置に係り、 特に高密度 実装により外形を小型化した制御装置に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 細
    [0007] 数値制御装置などの制御装置では、 マイ ク ロプロセッサを 始めとする各種の回路部品をプリ ン ト基板上に実装し、 実装 されたプリ ン ト基板の複数枚をラ ッ クに揷入し、 プ リ ン ト基 板相互をバッ クプレ一ンゃケーブルなどを介して電気的に結 合し、 一つの制御システムを構成している。
    [0008] 第 5図は各種の回路部品の実装されたプリ ン ト基板を示す 図である。 プ リ ン ト基板 1 は 3 1 0 X 1 5 0 m mの大きさで ある。 プリ ン ト基板 1上には、 マイ クロプロセッサ 2、 セ ミ カスタ ム L S I 3、 ノ、'ッ クプレ一ンコネクタ 4、 D I P ：デ ュアルイ ンラ イ ン） 型ロジッ ク I C 5、 表面実装口ジッ ク I C 6、 表面実装 L S I 7及び S I P . (シングルィ ンラ イ ン） 型のハイ ブリ ッ ド I C 8等の多くの回路部品が実装されてい o
    [0009] プ リ ン ト基板 1 の前面側のェッ ジには、 外部機器との接続 用にィ ンタフヱ一スコネクタ 9が実装され、 ここからケープ ルを介して電気信号が引き出される。 第 6図は従来の制御装置の概略構成を示す図である。 ラ ッ ク 6 1 に電源ュニッ ト 6 2 と各種の制御部プリ ン ト板 6 3が 取り付けられる。 制御部プリ ン ト板 6 3は第 5図のように各 種の回路部品の実装されたものである。 各制御部プリ ン ト板 間はバッ クプレーンコネクタ 4とバックプレーン 6 4 とを結 合することによつて接続される。
    [0010] 各々のプリ ン ト基板には多くの回路部品が実装されるが、 表面実装技術の出現によって回路部品が小型化され、 部品の 実装密度は飛躍的に向上した。
    [0011] L S I技術においては、 ゲー ト アレイやスタ ンダードセル などセ ミ カスタ ム L S I が容易に作成できるようになり、 こ れまでディスク リー ト部品で構成していた回路をヮ ンチップ 化できるようになった。
    [0012] ハイブリ ツ ド I C 8は表面実装部品、 印刷抵抗素子、 ベア チップ I C (モールドする前の I C ) を多数個集積できる技 術として従来から使用されてきた。 なかでも S I P (シング ルイ ンライ ン） 型のパッケージは、 プリ ン ト基板に対して垂 直方向に実装できるので、 プ リ ン ト基板に対する占有面積が 非常に小さ くて済むという利点を有しており、 制御装置の実 装技術として特に多用されている。 .
    [0013] また、 外部機器とのィ ンタフヱースコネクタ 9 も、 コ ンタ ク ト のピッチを小さ くするなどの方法により外形が小さ くな り、 表面実装技術、 セ ミ カスタ ム L S I技術及びハイブリ ッ ド I C技術と共に制御装置の小型化に貢献してきた。
    [0014] 制御装置が小型であれば、 ユーザにとつては設置スペース が少なくてすむという大きな利点がある。 また、 小型化が進 めば一般的にコ ス ト も低下し、 制御装置の処理能力を向上さ せることができる。 従って制御装置を小型化するということ はコ ス ト的にも性能的にも有効な方法である。
    [0015] さらに、 制御装置が小型になればそれを構成する複数のサ ブシステム間の距離が縮まり、 それだけ信号のやり取りに要 する時間も短縮でき、 性能を上げることができる。
    [0016] 上記のように制御装置の小型化には色々なメ リ ツ トがあり、 各種技術の採用によって、 制御装置を小型化することは可能 である。 しかし、 従来の技術だけでは、 以下述べるような理 由から小型化には限界があり、 それ以上の小型化を行う こと はできなかった。
    [0017] まず、 第 1 に、 一般的に高さの低い表面実装部品と高い部 口とを混合して実装することは実装効率を低下させるという 理由がある。
    [0018] 一般に、 あるプリ ン ト基板が装置内で占める空間の大きさ に対して、 実際に部品が占有する空間の割合が大きいほど空 間的な実装効率は良いといえる。 しかしながら、 従来の実装 技術では、 高さのまちまちな部品を同一プリ ン ト基板上に実 装している。
    [0019] 例えば、 論理回路用 I Cやメ モ リ I Cなどは約 2 ~ 3 m m 程度の高さである。 一方、 ィ ンタ フ ユ ース用コネ 7タは十数 m mの高さであり、 特にシングルィ ンライ ン型ハイ プリ ッ ド I Cは 1 5〜 3 0 m mの高さを有するのが普通である。 この ように高さのまちまちな部品を搭載したプリ ン ト基板は、 部 品の最大高で決まる一定の空間をその装置のなかで占有する ことになり、 実装効率は大幅に低下することになる。
    [0020] メ モ リボー ドのようなプ リ ン ト基板は、 外部機器とのイ ン タフヱ一スを必要としないし、 また、 ハイブリ ッ ド I Cなど を併用することも一般にはない。 従って、 メ モ リ ボードの場 合は、 プ リ ン ト基板いっぱいにメ モリ I Cを表面実装するこ とによって、 薄型で空間実装効率の良いボー ドを作ることが できる。
    [0021] しかし、 制御装置は事務用コ ンピュ ータなどとは異なり、 その目的からして何らかの外部デバィスとの間で入出力を行 う ものであり、 多数のイ ンタフユースコネクタを有する。 そ して、 イ ンタ フ ヱ一ス回路をハイブリ ッ ド I Cで構成するこ とも多く、 プ リ ン ト基板には背の高い部品がどう しても必要 になる。 従って、 制御装置のようなプリ ン ト基板上にはなん らかの背の高い部品を実装しなければならず、 結果として空 間的な実装効率を上げることが困難となり、 小型化が進まな いという原因になっていた。
    [0022] 第 2に、 制御装置には外部機器との間で入出力を行うため ィ ンタフユ ースコネクタを多く有するという理由がある。 制御装置のプリ ン ト基板には、 ある機能に对する制御回路 と、 それに対応するィ ンタフユ ースコネクタとが必ず実装さ れる。 こ こでは当然ながら、 プリ ン ト基板の面積の許す限り 多くの機能を搭載させることが経済的である。
    [0023] 一方、 制御回路は表面実装技術、 セ ミ カスタ ム L S I技術 やハイプリ ッ ド I C技術によって小型化が可能である。 しか しながら、 これに対してィ ンタフヱ一スコネクタは機構部品 であるため電気回路のように小型化できないのが現状である, また、 一枚のプリ ン ト基板に取りつけられるィ ンタフユース コネクタの数には限りがある。
    [0024] 従って、 制御回路をいく ら小型化しても、 一枚のプリ ン ト 基板に取りつけられるィ ンタ フ ヱ ースコネクタの数がボ ト ル ネッ クとなつて一枚のプリ ン ト基板に多くの機能を集積化す ることが困難な場合が多い。
    [0025] 3に、 制御装置を構成するプリ ン ト基板の中には表面実 装技術を応用できないものがあるという理由がある。
    [0026] 制御装置を小型化するには、 1枚のプリ ン ト基板にできる だけ多くの部品を実装することが肝要である。 表面実装技術 はこの点で非常に効果的手法である。
    [0027] しかし、 プ リ ン ト基板上のすべての部品を表面実装化する のは現実にはなかなか難しい。 例えば、 イ ンタ フ ヱ ースコネ クタのように外力が加わる可能性のある機構部品では、 一定 以上の機械的強度が要求される。 従って、 強度的に弱い表面 実装技術では役に立たないので、 スルーホールに リ一 ドを揷 入し半田付けする従来の方式にて実装される。
    [0028] また、 高速回路やイ ンタ フ ユ ース回路で用いられる半導体 素子のなかには、 発熱の大きなものがあり、 表面実装部品は 放熱面積が小さいためジヤ ンク シ ョ ン温度が上昇し、 信頼性 が低下するといつた問题がある。
    [0029] このような素子では表面実装技術が使用て： ず、 従来の揷 入実装用のパッケージを使わざるをえない。 以上のように、 現実には、 表面実装部品とそうでない挿入 実装部品をプリ ン ト基板上に混在させ、 プリ ン ト基板製造過 程で表面実装工程以外に半田槽でのディ ップソルダリ ング
    [0030] (半田付けする面を溶融した半田に漬ける） 工程を行ってい る。
    [0031] プ リ ン ト基板の両面に部品を実装できれば、 実装密度を一 挙に上げることができるので、 プリ ン ト基板の両面全体に論 理 I Cやメ モ リ I Cを実装できることが望ま しい。 ところが、 ディ ップソルダリ ング工程に耐えうる表面実装部品は、 チッ プ抵抗ゃチップコ ンデンサなどの一部の部品に限定されてい る。 従って、 部品すベて表面実装とし、 基板両面を部品実装 に活用することは現実には困難である。 発 明 の 開 示
    [0032] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 制御 装置を構成する回路部品の実装密度を向上させ、 外形の小さ い制御装置を提供することを目的とする。
    [0033] 本発明では上記課题を解決するために、
    [0034] 各種の回路部品の実装されたプリ ン ト基板の複数個で構成 される制御装置において、 前記プリ ン ト基板の実装表面に対 して垂直の方向に長手方向が向くように実装された入出力用 のィ ンタフ ースコネクタと、 前記回路部品が実装され、 前 記プリ ン ト基板の実装表面に対して垂直の方向に実装表面が 向くように実装されたモジュ ール基板とを前記プリ ン ト基板 上に有し、 前記モジュ ール基板の前記プリ ン ト基板表面から の高さが前記ィ ンタ フ ェ ース コ ネ ク タの前記プ リ ン ト基板表 面からの高さと略同じであることを特徴とする制御装置が提 供される。
    [0035] 入出力用のィ ンタフユ ースコネクタをその長手方向がプリ ン ト基板の実装表面に対して垂直となるようにプリ ン ト基板 上に実装することによって、 イ ンタフヱースコネクタをプリ ン ト基板の前縁に多数個実装することができ、 一枚のプリ ン ト基板上に多数の入出力処理用の回路部品を実装できるよう になる。 モジュ ール基板上に回路部品を実装し、 そのモジュ ール基板をその実装表面がプリ ン ト基板の実装表面に対して 垂直となるように実装する。 これによつて、 一枚のプリ ン ト 基板上に多数のモジュ ール基板を実装できる。 そして、 モジ ュ ール基板のプリ ン ト基板表面からの高さをィ ンタ フ ヱ ース コネクタのプリ ン ト基板表面からの高さと略同じにする。 こ れによって、 単位空間内に実装可能な回路部品の量を増大さ せ、 制御装置全体の外形を小型化することができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 % 1図は本発明の一実施例である数値制御装置を構成する プ リ ン ト基板の構造を示す図、
    [0036] 第 2図は第 1図のモジュ —ル基板の詳細を示す図、 第 3図は第 1図のィ ンタフヱ 一スコネクタの実装状態を拡 大して示す図、
    [0037] 第 4図は第 1図のプリ ン ト基板を用いた制御装置の外観を 示す図、 第 5図は各種の回路部品の実装されたプリ ン ト基板を示す 図、
    [0038] 第 6図は従来の制御装置の概略構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
    [0039] 第 1図は本発明の一実施例である数値制御装置を構成する プリ ン ト基板の構造を示す図である。
    [0040] プリ ン ト基板 1 は 3 1 0 X 1 5 O m mの大きさである。 プ リ ン ト基板 1上には、 マイ クロプロセ ッ サ 2、 セ ミ カ スタ ム L S I 3、 ノ ソ クプレーンコ ネク タ 4、 表面実装口 ジッ ク I C 6及び S I P (シングルイ ンラ イ ン） 型のハイ ブリ ッ ド I C 8等の回路部品が実装されている。 これら回路部品の上側 には複数個のモジュ一ル基板 1 0 がモジユールソケ ッ ト （図 示していない） を介してプリ ン ト基板上に設けられている。 このモジュ 一ル基板 1 0 にはク ッ ク発振器や標準 T T L等 の揷入実装部品等が実装されている。
    [0041] 第 2図は第 1図のモジュ ール基板 1 0の詳細を示す図であ る o
    [0042] モジュ一ル基扳 1 0は幅 1 0 O m m、 高さ 4 O m mの大き さであり、 その両面に表面実装部品 1 1、 1 2、 1 3及び 1 4が実装されている。 モジュ ール基板 1 0 はその実装表面が プ リ ン ト基板 1の実装表面に対して垂直の方向を向くように 取り付けられる。
    [0043] モジュ ール基板 1 0の長手方向のエッ ジには？ 8 ピンの力 ー ドエッ ジコネクタ用のパッ ド （信号接続用の導体） が形成 される。 プリ ン ト基板 1 に実装されたモジュ一ル用ソケッ ト にモジュール基板 1 0のパッ ド部分を挿入することによって、 モジュ一ル基板 1 0 とプリ ン ト S板 1 とは機械的及び電気的 に結合されることになる。 複数個のモジュール基板 1 0 の 信号接続ゃモジュ一ル基板 1 0 とイ ンタフヱ 一スコネクタ と の間の信号接続は本体プリ ン ト基板 1 に設けられたプリ ン ト 配線によつて行われる。
    [0044] このような構造のモジュール基板と しては、 従来、 D R A Mモジュールのようにメ モ リのみを搭載したものが存在する。 半導体メ 一力にとって、 複数個の I Cを小さなプリ ン ト基板 上に集合的に実装して一つのモジュールと して供給しようと した場合、 充分な需要を見込むためにはモジュールと しての 汎用性が必須条件である。 このようにモジュ一ル化を行って もその条件を満たすのはメモリモジユ ールぐらいしかない。 従って、 メ モ リ以外の回路をモジュール化したと しても、 一 般のユーザが誰でも使用できるほど汎用性は高く はなら： 、。
    [0045] これに対して本発明は、 モジュール化による汎用性自体を 追求するのではなく、 モジュール化によって、 モジュール基 板両面を有効に利用し、 さらに本体のプリ ン ト基板の実装空 間を有効に利用しょうとするものである。
    [0046] 以上のように、 本発明の第 1の特徴： メ モ リを含む以下 のような機能をモジュールと して構成 これらのモジユ ー ルをプリ ン ト基板 1の表面に対して垂直に実装した点にある。 尚、 モジュール基板上に実装される回路部品は信号接続数 - 1 o - が一定数以下であるという条件を満足するように構^しなけ ればならない。 即ち、 従来は一枚のプリ ン ト基板で一つの機 能を実現できるようにしていたが、 本実施例ではモジュール 基板の複数個で一つの機能を実現するように構成するので、 そのモジュ ール基板からの信号線の数がモジュール基板のパ ッ ドの数よりも多くてはいけない。 そこで、 各モジュールは 概略次のように構成するのが望ま しい。
    [0047] 第 1 のモジュ ールには、 ノ、。ヮーオ ンク リ ア回路、 タ イ マ回 路、 割込み制御回路及びメモリバッテ リーバッ クアツプ制御 回路をモジュ ール化する。 第 2のモジュールには、 S R A M とパリティチヱッ ク回路をモジュ一ル化する。 第 3のモジュ ールには、 E P R〇 Mをモジュ一ル化する。 第 4 のモジユ ー ルには通信制御回路、 ド ラ イ バ Zレシーバ回路、 手動パルス 発生器及びィ ンタ フ ェース回路をモジュ一ル化する。 第 5 の モジユールには C R T表示制御回路をモジュ一ル化する。 第 6のモジュ ールには、 プロセ ッ サ、 メ モ リ、 制御回路 L S I 等からなるデジタルサ一ボ制御回路をモジュ一ル化する。 第 7のモジュールには、 ス ピン ドルアンプィ ンタ フ エース回路 をモジュール化する。 第 8のモジュールには、 I Z O リ ンク ィ ンタ フ エース回路とシ一ケ ンス制御回路をモジュール化す o
    [0048] 本発明の第 2の特徴は、 イ ンタ フ ヱ 一スコネ ク タ 9の長手 方向をプリ ン ト基板 1の表面に対して垂直に実装した点にあ る o
    [0049] 第 3図は第 1図のィ ンタ フ ェースコネクタの実装状態を拡 大して示す図である。 図から明らかなように、 イ ンタ フ エ 一 スコネクタ 9の長手方向は、 プリ ン ト基板 1の実装表面に対 して垂直の方向を向く ように実装されている。
    [0050] 従来のィ ンタフヱ 一スコネクタは第 5図のように、 その長 手方向とプリ ン ト基板の実装表面とが平行に実装されていた。 従って、 従来は一枚のプリ ン ト基板の前緑に配置できるィ ン タ フ ヱ 一ス コ ネ ク タの数は約 6個程度が限度であり、 一枚の プリ ン ト基板に多数のモジュ ールを実装できるにもかかわら ず、 イ ンタフヱ ースコネクタ 9の個数によって実装できるモ ジュールの数が制限されていた。
    [0051] これに対し、 本発明の場合はィ ンタフユ ースコネクタ 9の 長手方向がプリ ン ト基板 1 の実装表面に対して垂直に実装さ れるので、 イ ンタフヱ 一スコネクタ 9がプリ ン ト基板 1 の前 縁に占める長さの割合が小さ く なり、 従来より多数 （約 2 0 個以上） のィ ンタフヱ ースコネクタ 9を実装できょうになつ よって、 イ ンタ フ ースコネクタを多数個必要とする機能 において、 一枚のプリ ン ト基板に実装できるィ ンタフヱ ース コネクタ数の制限からプリ ン ト基板の枚が増えたりすること は る o - また、 イ ンタフェースコネクタを多数個必要とするが、 実 装する回路部品の数は少ないという機能においては、 従来は プリ ン ト基板の一部にしか部品が搭載されず、 残りのプリ ン ト基板表面が無駄になっていた。 このような場合、 イ ンタ フ エースコネクタを必要と しない機能を同じプリ ン ト基板に載 せることで基板の無駄は防げる。
    [0052] しかし、 先に述べたように制御装置では、 外部機器との間 で入出力を行うィ ンタフニースコネクタを必要とする回路部 品の方が多く、 イ ンタ フ ェースコネクタを必要としないもの は少ないという事実がある。 これに比べると、 本発明では実 装できるィ ンタフヱ 一スコネクタ数に余裕があるため、 ィ ン タ フ ユ ースコネクタが必要な他の機能を同プリ ン ト板に収納 することができ、 プリ ン ト基板がむだにならない。
    [0053] 第 4図は第 1図のプリ ン ト基板を用いた制御装置の外観を 示す図である。 ラ ッ ク 4 1 に電源ュニッ ト 4 2 と各種の制御 部プリ ン ト板 4 3が取り付けられる。 制御部プリ ン ト板 4 3 は第 1図のように各種の回路部品の実装されたものである。 各制御部プリ ン ト板間はバッ クプレーンを介して接続されて いる o
    [0054] 各々のプリ ン ト基板には第 1図のように多くの回路部品が 実装され、 従来のものに比べてその実装密度は飛躍的に向上 している。 従って、 回路部品から発生する熱の影響を無視で きなくなった。 そこで、 本実施例ではラ ック 4 1の最上部に フ ァ ンユニッ ト 4 4を設け、 プリ ン ト基板 1上の各回路部品 を冷却するようにした。 これによつて、 高密度実装から生じ る発熱の問題を除去することも可能となる。
    [0055] 以上のように、 従来は各種の機能が比較的大きなプリ ン ト 基板に平面的に実装されていたが、 本発明においては各種の 機能をある程度分類し、 その分類された機能をモジユール化 することによって平面的ではなく立体的に配列することが可 能になる。 モジュール基板の両面に部品が実装できるので、 従来の平面的な実装よりも高密度な実装ができる。
    [0056] また、 プリ ン ト基板の前緣には、 従来より も 2倍以上多く のィ ンタ フヱ 一スコネクタを配置できるので、 ィ ンタ フヱ一 スコネクタ数の限界が緩和され、 モジュ ール化により回路の 高密度化とあいまつて、 プリ ン ト ¾板一枚当たりに実装でき る機能の量も大幅に拡大する。
    [0057] さ らに、 モジュール基板とィ ンタフヱースコネクタとはだ いたい同程度の高さであるため、 両者を同じプリ ン ト基板に 実装しても無駄な空き空間が生じず、 制御装置全体の容量を 小型化することができ、 従来の制御装置の体積を約 2分の 1 程度にすることができる。
    [0058] 以上説明したように本発明によれば、 制御装匿を構成する プリ ン ト基板の実装部品の高さを揃えることができるので、 空問利用効率が向上し、 制御装匿を小型化することができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 各種の回路部品の実装されたプリ ン ト基板の複数個で 構成される制御装置において、
    前記プリ ン ト基板の実装表面に対して垂直の方向に長手方 向が向くように実装された入出力用のィ ンタフユースコネク タ と、
    前記回路部品が実装され、 前記プリ ン ト基板の実装表面に 対して垂直の方向に実装表面が向くように実装されたモジュ ール基板とを前記プリ ン ト基板上に有し、
    前記モジュール基板の前記プ リ ン ト基板表面からの高さが 前記ィ ンタ フ ヱースコ ネク タの前記プリ ン ト基板表面からの 高さと略同じであることを特徴とする制御装置。
    2 . 前記モジュール基板は小型のプリ ン ト配線板からなり、 前記モジュール基板上に実装される前記回路部品は信号接続 数が一定数以下であるという条件を満たし、 前記モジユール 基板上の複数個の結合によってある特定の機能を実現できる ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第 1 項記載の制御装置。
    3 . 前記モジュール基板の両面に前記回路部品が実装され ていることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の制御装 置。
    4 . 前記回路部品を冷却するためのフ ア ンュニッ トを設け たことを特徴とする特許請求の範囲第 1項、 第 2項又は第 3 項記載の制御装置。
    类似技术:
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    JP2015090659A|2013-11-07|2015-05-11|富士電機株式会社|プロセス入出力装置|
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1259821A|JP2633036B2|1989-10-04|1989-10-04|制御装置|
    JP1/259821||1989-10-04||DE1990629905| DE69029905T2|1989-10-04|1990-09-21|Steuervorrichtung|
    EP19900913886| EP0446367B1|1989-10-04|1990-09-21|Control device|
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