(57)【要約】【課題】駆動基板側の高周波ノイズによる制御基板上の制御回路への影響を低減できるグラウンド構造を得ること。【解決手段】グラウンド構造は、電力変換を行い負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に絶縁されており、前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に接続されている。【選択図】図３
2014220383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換を行い負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に絶縁されており、前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に接続されている
ことを特徴とするグラウンド構造。
【請求項２】
前記制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のグラウンド構造。
【請求項３】
前記制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが多点接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のグラウンド構造。
【請求項４】
前記制御基板のシグナルグラウンドは、前記制御基板においてベタパターンとして形成され、
前記制御基板のフレームグラウンドは、前記制御基板を筐体に固定する複数の導電性部材として形成され、
前記制御基板において、前記ベタパターンと前記複数の導電性部材とが多点接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載のグラウンド構造。
【請求項５】
前記制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが平面的に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のグラウンド構造。
【請求項６】
前記制御基板のシグナルグラウンドは、前記制御基板においてランドとして形成され、
前記制御基板のフレームグラウンドは、前記制御基板を筐体に固定する導電性テープとして形成され、
前記ランドと前記導電性テープとが平面的に接続されている
ことを特徴とする請求項５に記載のグラウンド構造。
【請求項７】
前記制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとがフィルタを介して接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のグラウンド構造。
【請求項８】
前記制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとがコイルを介して接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載のグラウンド構造。
【請求項９】
前記駆動回路内を流れる駆動電流は、前記制御回路内を流れる制御電流より大きい
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のグラウンド構造。
【請求項１０】
電力変換を行い負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板と、
前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御基板と、
を備え、
前記駆動基板及び前記制御基板は、請求項１から９のいずれか１項に記載のグラウンド構造を有する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
前記駆動基板及び前記制御基板を収容し、前記駆動基板のフレームグラウンドと前記制御基板のフレームグラウンドとがそれぞれ接続された筐体と、
前記駆動基板及び前記制御基板の間に配され、前記駆動基板のシグナルグラウンドと前記制御基板のシグナルグラウンドとを接続するシグナルグラウンド線と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記駆動基板は、両面基板を有し、
前記制御基板は、前記両面基板より薄い基板が複数積層された多層基板を有する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
電源と、
負荷と、
前記電源から受けた電力を用いて電力変換を行い前記負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板と、
前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御基板と、
を備え、
前記駆動基板及び前記制御基板は、請求項１から９のいずれか１項に記載のグラウンド構造を有する
ことを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウンド構造、制御装置、及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電源ライン及びフレームグランド線と電子機器の電源ユニット部との間にノイズフィルタ部を接続した構成において、電源ユニット部の接地電位の出力端子をシグナルグランド線路のルートを介して端子部のシグナルグランド端子に接続し、端子部のシグナルグランド端子をフレームグランド線上にない内線フレームグランドに切替接続ストラップで接続し、内線フレームグランドをノイズフィルタ部のコンデンサの接地端子に接続することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、電源ユニット部で発生しシグナルグランド線路のルートを介してシグナルグランド端子に流れ込む雑音電流がフレームグランド線における外線フレームグランドとノイズフィルタ部とを接続する部分（フレームグランド接続線）を流れないので、フレームグランド接続線のインピーダンスによる雑音電圧が発生せず、雑音電圧を規定値以下に抑制することができるとされている。
【０００３】
特許文献２には、レーザプリンタの制御基板において、複数のＩＣのグランドをパターンで接続し１点にまとめてフレームグランドへ接続し、複数のＩＣのグランドをコンデンサを介して第２のグランドへ接続し、第２のグランドを多点でフレームグランドへ接続することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、低周波信号に対しては１点接地となり高周波信号に対しては多点接地となり、ＩＣの誤動作を防止できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３５５０９１号公報
【特許文献２】特開平５−１０２６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２には、いずれも、電力変換を行い負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板に関する記載が一切なく、駆動基板の駆動回路から発生する高周波ノイズによる、制御基板上の制御回路への影響をどのように低減させるのかについても一切記載がない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動基板側の高周波ノイズによる、制御基板上の制御回路への影響を低減できるグラウンド構造、制御装置、及び制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるグラウンド構造は、電力変換を行い負荷を駆動する駆動回路が搭載された駆動基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に絶縁されており、前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御基板において、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御基板においてフレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に接続されているので、例えば制御基板のシグナルグラウンドにオプション機器のシグナルグラウンドが接続されたときに、制御基板のシグナルグラウンドとオプション機器のシグナルグラウンドとの間の電位差の発生を抑制でき、この電位差が原因で発生するオプション機器の故障を防止できる。また、駆動基板においてフレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に絶縁されているので、制御基板及び駆動基板が搭載された装置の外部の電源側から、駆動基板のフレームグラウンドへ流れ込んだ高周波ノイズ電流が駆動基板のシグナルグラウンドへ流れ込むことを抑制でき、その高周波ノイズ電流を筐体へ流出させることができる。これにより、駆動基板側の高周波ノイズによる、制御基板上の制御回路への影響を低減させることができる。したがって、制御装置に接続されるべきオプション機器の故障を抑制しながら、駆動基板側の高周波ノイズによる制御基板上の制御回路への影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるグラウンド構造が適用された制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるグラウンド構造が適用された制御システムの回路構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるグラウンド構造の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における電源ライン及びフレームグラウンドの構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１にかかるグラウンド構造の動作を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１における駆動基板及び制御基板の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１にかかるグラウンド構造の実装構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１における点接続の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２にかかるグラウンド構造の実装構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２における面接続の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３にかかるグラウンド構造の実装構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３におけるグラウンド構造の回路構成を示す図である。
【図１３】図１３は、基本の形態にかかるグラウンド構造の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、基本の形態の変形例にかかるグラウンド構造の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるグラウンド構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１にかかるグラウンド構造ＧＳについて説明する。
【００１２】
グラウンド構造ＧＳは、図１に示すように、負荷ＬＤの動作を制御する制御システムＳに適用される。図１は、グラウンド構造ＧＳが適用された制御システムＳの概略構成を示す図である。制御システムＳは、例えば、電源ＡＣ、制御装置１、負荷ＬＤを備える。電源ＡＣは、例えば、交流電源であり、交流電力を発生させて制御装置１へ供給する。制御装置１は、交流電力を用いて電力変換を行い、負荷ＬＤを駆動するための電流を生成して負荷ＬＤへ供給する。負荷ＬＤは、供給された電流を用いて動作する。負荷ＬＤは、例えば、産業用ロボット等であり、例えば、モータＭ及び、モータＭにより動作される機械要素ＭＥＬを有する。
【００１３】
具体的には、図２に示すように、制御装置１は、回路構成として、駆動回路２０ａ及び制御回路３０ａを備える。図２は、グラウンド構造ＧＳが適用された制御システムＳの回路構成を示す図である。駆動回路２０ａは、電源ＡＣから受けた交流電力を用いて電力変換を行い、負荷ＬＤを駆動するための電力を生成して負荷ＬＤへ供給する。制御回路３０ａは、駆動回路２０ａを制御する。駆動回路２０ａは、例えば、駆動基板２０上に搭載される。制御回路３０ａは、例えば、制御基板３０上に搭載される。駆動基板２０及び制御基板３０の間には接続装置４０が配されている。駆動回路２０ａ、駆動基板２０、制御回路３０ａ、制御基板３０、及び接続装置４０は、例えば、制御装置１の筐体１０内に収容される。
【００１４】
駆動回路２０ａは、例えば、整流回路２０ａ１及びインバータ主回路２０ａ２を有する。
【００１５】
整流回路２０ａ１は、電力線ＰＷＬｒ、ＰＷＬｓ、ＰＷＬｔ、及び筐体１０上の入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔを介して、電源ＡＣから例えば３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の交流電力が入力される。整流回路２０ａ１は、交流電力を整流・平滑化して直流電力を生成する。整流回路２０ａ１は、例えばブリッジ接続された複数のダイオード（図示せず）を有し、複数のダイオードを用いて交流電力を整流し、整流された直流電力を生成する。具体的には、整流回路２０ａ１は、例えば平滑コンデンサ（図示せず）を有し、平滑コンデンサを用いて整流された直流電力を平滑化し、平滑化された直流電力を生成する。整流回路２０ａ１は、生成された直流電力をインバータ主回路２０ａ２へ供給する。
【００１６】
インバータ主回路２０ａ２は、直流電力を整流回路２０ａ１から受ける。インバータ主回路２０ａ２は、制御回路３０ａによる制御のもと、直流電力を例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換する。インバータ主回路２０ａ２は、例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応した複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子をそれぞれ所定のタイミングでオン・オフさせることで、直流電力を例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換する。インバータ主回路２０ａ２は、変換された交流電力を、筐体１０上の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗ及び電力線ＰＷＬｕ、ＰＷＬｖ、ＰＷＬｗを介してモータＭへ供給することで、負荷ＬＤにおけるモータＭを駆動する。
【００１７】
このような電源ＡＣから駆動回路２０ａ内を流れ負荷ＬＤに至る電流は、負荷ＬＤにおけるモータＭを駆動するための電流であり、本明細書では、駆動電流Ｉｄｖと呼ぶことにする（図１参照）。
【００１８】
制御回路３０ａは、制御装置１の内部で生成された直流電力又は制御装置１の外部の電源から制御用の直流電力を供給される。制御回路３０ａは、制御用の直流電力を用いて、所定の制御動作を行う。例えば、制御回路３０ａは、速度指令を外部（例えば、上位のコントローラ）から受けて、その速度指令に従ってモータＭが動作するように、インバータ主回路２０ａ２を動作させるためのＰＷＭ制御を行って制御信号を生成し、制御線ＣＬ経由でインバータ主回路２０ａ２における複数のスイッチング素子の制御端子に供給することで、速度指令に従ってモータＭが動作するように複数のスイッチング素子をそれぞれ所定のタイミングでオン・オフさせる。
【００１９】
このとき、制御回路３０ａ内に流れる電流は、駆動電流Ｉｄｖに比べて大幅に小さい電流であり、本明細書では、制御電流Ｉｃｔｒと呼ぶことにする（図１参照）。なお、図１では、白抜き矢印の太さでそれぞれの電流値の大きさを表現している。
【００２０】
図２に示すように、グラウンド構造ＧＳでは、駆動基板２０において、駆動回路２０ａに信号の基準電位となるシグナルグラウンドＳＧ１が設けられている。これにより、駆動回路２０ａは、シグナルグラウンドＳＧ１の電位を基準電位（例えば、グラウンド電位）として動作できる。
【００２１】
グラウンド構造ＧＳでは、制御基板３０において、制御回路３０ａに信号の基準電位となるシグナルグラウンドＳＧ２が設けられている。制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２は、例えば、制御回路３０ａ内のシグナルグラウンドライン（図示せず）に接続されている。これにより、制御回路３０ａは、シグナルグラウンドＳＧ２の電位を基準電位（例えば、グラウンド電位）として動作できる。
【００２２】
このとき、制御装置１において、駆動基板２０のシグナルグラウンドＳＧ１と制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２とがシグナルグラウンド線ＳＧＬで互いに接続されている。シグナルグラウンド線ＳＧＬは、制御線ＣＬとともに、例えば絶縁被覆４０ａ内に収容される。接続装置４０は、例えば、基板間ケーブルであり、シグナルグラウンド線ＳＧＬ、制御線ＣＬ、及び絶縁被覆４０ａを有する。
【００２３】
また、グラウンド構造ＧＳでは、駆動基板２０において、金属フレームに接地するためのＦＧ１が設けられている（図３参照）。駆動基板２０では、例えば、電力線ＰＷＬｒ、ＰＷＬｓ、ＰＷＬｔがそれぞれ対応するバリスタＶＳＴ−ｒ、ＶＳＴ−ｓ、ＶＳＴ−ｔ（図４参照）を介してフレームグラウンドＦＧ１に接続されている。フレームグラウンドＦＧ１は、筐体１０を介して駆動基板２０外のフレームグラウンドＦＧに接続されている。
【００２４】
グラウンド構造ＧＳでは、制御基板３０において、金属フレームに接地するためのＦＧ２が設けられている（図３参照）。フレームグラウンドＦＧ２は、筐体１０を介して制御基板３０外のフレームグラウンドＦＧに接続されている。
【００２５】
ここで、仮に、グラウンド構造ＧＳ８００が図１３に示すように構成されている場合を考える。例えば、図１３に示すグラウンド構造ＧＳ８００では、駆動基板８２０においてフレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に絶縁されているとともに、制御基板８３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に絶縁されている。
【００２６】
産業用ロボット等の負荷ＬＤ（図１参照）を制御する制御装置８００は、近年の制御内容の高度化に伴い、パーソナルコンピュータ又は高精度のティーチングボックス等のオプション機器ＯＰ１へ接続する機会が多くなりつつある。パーソナルコンピュータ又は高精度のティーチングボックス等のオプション機器ＯＰ１では、図１３に示すように、外部から基準がとられるフレームグラウンドＦＧ０と信号の基準とされるシグナルグラウンドＳＧ０とが電気的に接続されていることが多い。
【００２７】
このとき、図１３に示すグラウンド構造ＧＳ８００のように、駆動基板８２０及び制御基板８３０においてフレームグラウンドＦＧ１，ＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ１，ＳＧ２とが電気的に絶縁されていると、フレームグラウンドＦＧ１，ＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ１，ＳＧ２とは、互いに電位が異なる状態になっていると考えられる。そのため、制御基板８３０のシグナルグラウンドＳＧ２の電位がオプション機器ＯＰ１のシグナルグラウンドＳＧ０の電位と異なる状態になっている可能性が高いので、例えば制御基板８３０のシグナルグラウンドＳＧ２がオプション機器ＯＰ１のシグナルグラウンドＳＧ０に接続されたときに、電位差により斜線の矢印で示す過大な電流がオプション機器ＯＰ１に流れ込む可能性がある。これにより、オプション機器ＯＰ１が故障に至る可能性がある。
【００２８】
それに対して、仮に、グラウンド構造ＧＳ９００を図１４に示すように構成する場合を考える。例えば、図１４に示すグラウンド構造ＧＳ９００では、駆動基板９２０においてフレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に接続されているとともに、制御基板９３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に接続されている。
【００２９】
図１４に示すグラウンド構造ＧＳ９００では、駆動基板９２０及び制御基板９３０においてフレームグラウンドＦＧ１，ＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ１，ＳＧ２とが電気的に接続されているので、フレームグラウンドＦＧ１，ＦＧ２の電位とシグナルグラウンドＳＧ１，ＳＧ２の電位とを同電位にすることができる。そのため、制御基板９３０のシグナルグラウンドＳＧ２の電位をオプション機器ＯＰ１のシグナルグラウンドＳＧ０の電位と同電位にすることができるので、例えば制御基板９３０のシグナルグラウンドＳＧ２がオプション機器ＯＰ１（図１３参照）のシグナルグラウンドＳＧ０に接続されたときに、両者の間の電位差がないため、制御基板９３０とオプション機器ＯＰ１の間に電流は流れず、オプション機器ＯＰ１の故障を防ぐことができる。
【００３０】
しかし、図１４に示すグラウンド構造ＧＳ９００では、駆動基板９２０側の高周波ノイズが制御基板９３０上の制御回路３０ａへ悪影響を与える可能性がある。例えば、電源ＡＣから制御装置１へ流れる駆動電流Ｉｄｖには、電源ＡＣで発生した高周波ノイズ電流Ｉｎが含まれている。高周波ノイズ電流Ｉｎは、駆動基板９２０において、斜線の矢印で示すように、バリスタＶＳＴを介してフレームグラウンドＦＧ１へ流れ込む。このとき、駆動基板９２０において、フレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に接続されているため、フレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎは、シグナルグラウンドＳＧ１へ容易に流れ込み、さらにシグナルグラウンド線ＳＧＬを介して制御基板９３０のシグナルグラウンドＳＧ２へ流れ込む。そして、シグナルグラウンドＳＧ２へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎは、制御回路３０ａへ容易に流れ込む。すると、高周波ノイズ電流Ｉｎの電流値が制御回路３０ａ内を流れていた制御電流のＩｃｔｒの電流値より大幅に大きいため、制御回路３０ａが誤動作する可能性がある。また、高周波ノイズ電流Ｉｎの電流値が制御回路３０ａ内の素子の最大定格電流値を超える場合があり、そのときは制御回路３０ａが故障する可能性がある。上記では、バリスタを介して、高周波ノイズ電流がフレームグラウンドへ流れ込む例を示したが、例えば、コンデンサ（図示せず）を介してフレームグラウンドへ流れ込む場合もある。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、駆動基板２０においてフレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とを電気的に絶縁するとともに、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを電気的に一体化することで、制御装置１に接続されるべきオプション機器ＯＰ１（図１３参照）の故障を防止するとともに、駆動基板２０から流れ出す高周波ノイズによる制御基板３０における制御回路３０ａへの悪影響を低減させる。
【００３２】
駆動基板２０には、駆動回路２０ａを構成する部品として、例えば、ＤＩＰ−ＩＰＭまたは、ＩＧＢＴ、あるいは、高電圧対応の電解コンデンサ等が搭載されている。他方、制御基板３０には、制御回路３０ａを構成する部品として、例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣといったＩＣが搭載されている。この実施の形態１では、負荷ＬＤにおける制御対象としてモータＭを想定しているため、駆動電流Ｉｄｖ（図１参照）は、ＡＣ１７０Ｖ以上かＤＣ１００Ｖ以上である。制御電流Ｉｃｔｒ（図１参照）は、制御基板３０及び駆動基板２０のロジック回路を動作させる電流で、ＤＣ２４Ｖ以下である。制御電流Ｉｃｔｒの経路と駆動電流Ｉｄｖの経路とは、互いに電気的に絶縁されている。
【００３３】
図３に示すように、制御装置１では、制御基板３０、駆動基板２０、及び接続装置４０（図２参照）が筐体１０内に収容されている。筐体１０は、板金等により導体で構成されており、フレームグラウンドＦＧが当該筐体１０に接続されている。駆動基板２０において、シグナルグラウンドＳＧ１とフレームグラウンドＦＧ１とが互いに電気的に分離されている。制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２と駆動基板２０のシグナルグラウンドＳＧ１とは、接続装置４０を通して接続されており、制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２と駆動基板２０のフレームグラウンドＦＧ１とは、筐体１０を通して接続されている。
【００３４】
制御基板３０において、シグナルグラウンドＳＧ２とフレームグラウンドＦＧ２とが電気的に接続されている。例えば、制御基板３０において、シグナルグラウンドＳＧ２とフレームグラウンドＦＧ２とは、直流的に接続されている。例えば、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが多点接続されている。この多点接続の実装構成例については、後述する。
【００３５】
このようなグラウンド構造ＧＳでは、バリスタＶＳＴを介してフレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎは、図５に示すような伝導経路で伝播される。具体的には、駆動基板２０においてフレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に絶縁されているので、フレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎは、シグナルグラウンドＳＧ１へほとんど流れ込まない。また、フレームグラウンドＦＧ１と筐体１０とが例えば駆動基板２０を筐体１０に固定するためのネジ等で電気的に接続されているので、フレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎは、容易に筐体１０へ流出される。
【００３６】
このとき、制御装置１の筐体１０が、電源ＡＣを収容する配電盤ＰＳの筐体ＰＳａに電源フレームグラウンド線ＦＧＬで接続されており、配電盤ＰＳの筐体ＰＳａが配電盤ＰＳのフレームグラウンドＦＧｐに接続されている。また、筐体１０において、フレームグラウンドＦＧ１から電源フレームグラウンド線ＦＧＬに至る経路のインピーダンスが、フレームグラウンドＦＧ１からフレームグラウンドＦＧ２に至る経路のインピーダンスに比べて大幅に小さくなるように構成されている。これにより、筐体１０へ流出された高周波ノイズ電流Ｉｎは、斜線の矢印で示すように、筐体１０から容易に電源フレームグラウンド線ＦＧＬへ流れ出し、配電盤ＰＳのフレームグラウンドＦＧｐに流すことができる。すなわち、高周波ノイズ電流Ｉｎが制御基板３０上の制御回路３０ａへ流れ込みにくくなっている。
【００３７】
次に、駆動基板２０及び制御基板３０の実装構成について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、駆動基板２０の構成を示す図であり、図６（ｂ）は、制御基板３０の構成を示す図である。
【００３８】
駆動電流Ｉｄｖのレベルに比べて制御電流Ｉｃｔｒのレベルが大幅に小さいことにから、駆動基板２０及び制御基板３０の構成は、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように異なる。駆動基板２０は、例えば、両面基板２１を有する。両面基板２１は、駆動回路２０ａが搭載されるように構成されている。駆動回路２０ａ内には、レベルの大きな駆動電流Ｉｄｖが流れる。両面基板２１、すなわち駆動基板では、電流値の大きな駆動電流Ｉｄｖに応じた耐圧を有するように、例えば図６（ａ）に示す厚さＷ２１を有する。
【００３９】
一方、制御基板３０は、例えば、多層基板３１を有する。多層基板３１は、複数の基板３２〜３５が積層されて構成されている。複数の基板３２〜３５のうち、例えば、基板３２，３５は、表面が露出されている基板であり、表層基板と呼ぶこともある。複数の基板３２〜３５のうち、例えば、基板３３，３４は、表層基板３２，３５の間に配された基板であり、内層基板と呼ぶこともある。内層基板３３，３４のうち、例えば、内層基板３４は、シグナルグラウンドＳＧ１としてのベタパターン３４ａが形成された基板であり、シグナルグラウンド層基板と呼ぶこともある。
【００４０】
多層基板３１は、制御回路３０ａが搭載されるように構成されている。制御回路３０ａ内には、電流値の小さな制御電流Ｉｃｔｒが流れる。多層基板３１における各基板３２〜３５は、電流値の小さな制御電流Ｉｃｔｒに応じた耐圧を有するように、例えば図６（ｂ）に示す厚さＷ３２〜Ｗ３５を有する。一般的に、Ｗ３２〜Ｗ３５の厚さは、Ｗ２１の厚さより薄い。
【００４１】
また、制御基板３０は、制御回路３０ａにおいて回路が複雑になり、電源、グラウンド以外の電気信号線の本数がかなり多くなったため、両面基板上ではそのすべてを配線することができなくなったために、両面基板で構成するよりも多層基板３１で構成する方が有利である。
【００４２】
ここで、仮に、駆動基板２０及び制御基板３０を共通化しようとすると、例えば各基板３２〜３５をそれぞれ両面基板２１と均等な厚さにすることになり、製造コストが増大する傾向にある。
【００４３】
それに対して、本実施の形態では、駆動基板２０及び制御基板３０を別々に構成しており、駆動回路２０ａが搭載されるように駆動基板２０を構成し、制御回路３０ａが搭載されるように制御基板３０を構成している。これにより、製造コストを容易に低減できる。
【００４４】
次に、グラウンド構造ＧＳの実装構成例について図７、図８を用いて説明する。図７は、制御基板３０におけるフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２との多点接続の実装構成例を示す図である。図８は、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２と点接続の構成を示す断面図である。
【００４５】
図７では、筐体１０内に収容された制御基板３０を、筐体１０を介して透視した様子を示す図である。制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを電気的に接続する方法については、例えば、制御基板３０を筐体１０に固定するための複数の導電性部材を、制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２として機能させることが考えられる。例えばネジなどの複数の導電性部材により、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを直流的に接続することができる。また、複数の導体部材により、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを多点接続することができる。
【００４６】
例えば、制御基板３０には、複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４に対応して複数のランドＬＤ−１〜ＬＤ−４を形成する。このとき、制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２は、図７に示すような複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４をそれぞれランドＬＤ−１〜ＬＤ−４に接続することにより、筐体１０のフレームグラウンドに接続される。また、制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２は、図８に示すようなシグナルグラウンド層基板３４のベタパターン３４ａとして形成する。
【００４７】
例えば、図８に示すように、ベタパターン３４ａは、内層基板３３の樹脂層３３ｂとシグナルグラウンド層基板３４の樹脂層３４ｂとに挟まれている。ベタパターン３４ａ及び多層基板３１における各基板３２〜３５の樹脂層３２ｂ〜３５ｂは、ランドＬＤにより貫通されている。ランドＬＤは、導体で形成されており、ランドＬＤによりベタパターンあるいは表層の信号線などと接続されている。
【００４８】
実施の形態１では、例えばランドＬＤは、接触部ＬＤａを有する。接触部ＬＤａは、例えば内側にスルーホール部ＴＨが嵌め込まれた中空円板状の部材である。接触部ＬＤａは、ネジ孔ＴＨａにネジＳＣの軸部ＳＣｂが挿通された際にネジＳＣの頂部ＳＣａが接触される部分である。スルーホール部ＴＨは、内側にネジＳＣの軸部ＳＣｂが挿通されるためのネジ孔ＴＨａが形成された円筒状の部材である。
【００４９】
スルーホール部ＴＨは、ベタパーン３４ａに接触しており、ベタパーン３４ａに電気的に接続されている。これにより、ベタパーン３４ａが、スルーホール部ＴＨ、及び接触部ＬＤａ経由でネジＳＣに電気的に接続される。
【００５０】
ネジＳＣの軸部ＳＣｂは、ネジ孔ＴＨａに挿通されるとともに、筐体１０に形成されたネジ孔１０ａに締め込まれる。これにより、制御基板３０が筐体１０に機械的に固定されるとともに制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２としてのネジＳＣがシグナルグラウンドＳＧ２としてのベタパターン３４ａに電気的に直流的に接続される。
【００５１】
この接続は、図７に示すように、制御基板３０の上面に垂直な方向から透視した場合、ほぼ点接続であると見なすことができる。また、このような点接続が制御基板３０において複数存在する。すなわち、制御基板３０において、ベタパターン３４ａと複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４とが多点接続されている。
【００５２】
以上のように、実施の形態１では、駆動基板２０において、フレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に絶縁されており、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に接続されている。すなわち、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に接続されているので、例えば制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２にオプション機器ＯＰ１（図１３参照）のシグナルグラウンドＳＧ０が接続されたときに、制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２とオプション機器ＯＰ１のシグナルグラウンドＳＧ０との間の電位差の発生を抑制でき、オプション機器ＯＰ１の故障を防止できる。また、駆動基板２０においてフレームグラウンドＦＧ１とシグナルグラウンドＳＧ１とが電気的に絶縁されているので、電源ＡＣ側から駆動基板２０のフレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎが駆動基板２０のシグナルグラウンドＳＧ１へほとんど流れず、その高周波ノイズ電流Ｉｎを筐体１０へ流出させることができる。これにより、駆動基板２０側の高周波ノイズによる制御基板３０上の制御回路３０ａへの影響を低減させることができる。したがって、制御装置１に接続されるべきオプション機器ＯＰ１（図１３参照）の故障を防止し、かつ、駆動基板２０側の高周波ノイズによる制御基板３０上の制御回路３０ａへの影響を低減させることができる。
【００５３】
また、実施の形態１では、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが直流的に接続されている。これにより、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に接続することができる。
【００５４】
また、実施の形態１では、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが多点接続されている。これにより、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを低インピーダンスで接続でき、フレームグラウンドＦＧ２の電位とシグナルグラウンドＳＧ２の電位とを容易に同電位にすることができ、例えば制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２にオプション機器ＯＰ１（図１３参照）のシグナルグラウンドＳＧ０が接続されたときに、制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２とオプション機器ＯＰ１のシグナルグラウンドＳＧ０との間の電位差の発生を防止できる。
【００５５】
また、実施の形態１では、グラウンド構造ＧＳにおいて、制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２が、図７に示すような複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４をそれぞれランドＬＤ−１〜ＬＤ−４に接続することにより、筐体１０のフレームグラウンドに接続される。そして、制御基板３０において、ベタパターン３４ａと複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４とが多点接続されている。これにより、制御基板３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを多点接続することができる。
【００５６】
また、実施の形態１では、駆動回路２０ａ内を流れる駆動電流Ｉｄｖが、制御回路３０ａ内を流れる制御電流Ｉｃｔｒより大きい。これにより、電源ＡＣ側から駆動回路２０ａに供給される駆動電流Ｉｄｖに含まれた高周波ノイズ電流Ｉｎが制御電流Ｉｃｔｒに悪影響を与える可能性がある。このため、仮に、高周波ノイズ電流Ｉｎが制御回路３０ａに流れ込むと、制御回路３０ａが誤動作する可能性があり、また制御回路３０ａを故障させる可能性がある。それに対して、実施の形態１では、上記のように、電源ＡＣ側から駆動基板２０のフレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎが駆動基板２０のシグナルグラウンドＳＧ１へ流れ込むことを抑制でき、高周波ノイズ電流Ｉｎが制御回路３０ａに流れ込むことを抑制できる。これにより、制御回路３０ａの誤動作を防止でき、制御回路３０ａの故障を防止できる。
【００５７】
また、実施の形態１では、制御装置１において、駆動基板２０のフレームグラウンドＦＧ１と制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２とがそれぞれ筐体１０に接続されている。駆動基板２０のシグナルグラウンドＳＧ１と制御基板３０のシグナルグラウンドＳＧ２とがシグナルグラウンド線ＳＧＬで互いに接続されている。これにより、電源ＡＣ側から駆動基板２０のフレームグラウンドＦＧ１へ流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎを筐体１０へ流出させることができるとともに、外部のフレームグラウンドＦＧの電位を筐体１０経由で制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２の電位と同じ電位にすることができる。また、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが電気的に一体化されているので、フレームグラウンドＦＧ２、シグナルグラウンドＳＧ２、及びフレームグラウンドＦＧ２の電位を互いに同じ電位にすることができる。
【００５８】
また、実施の形態１では、制御装置１において、駆動基板２０が、両面基板２１を有している。制御基板３０は、両面基板２１より薄い基板３２〜３５が複数積層された多層基板３１を有する。すなわち、駆動基板２０と制御基板３０とを別々に構成しており、駆動回路２０ａが搭載されるように駆動基板２０を構成し、制御回路３０ａが搭載されるように制御基板３０を構成している。これにより、制御装置１の製造コストを容易に低減できる。
【００５９】
なお、実施の形態１では、制御基板３０を筐体１０に固定するための部材として機能させるとともに制御基板３０のフレームグラウンドＦＧ２として機能させる複数の導電性部材が複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４である場合について例示しているが、そのような複数の導電性部材は、複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４に限定されない。例えば、複数の導電性部材は、制御基板３０側と筐体１０側とに互いに対応した嵌合構造を有する複数のコネクタであってもよい。
【００６０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるグラウンド構造ＧＳ２００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
実施の形態１では、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが多点接続されているが、実施の形態２では、制御基板２３０においてフレームグラウンドＦＧ２０２とシグナルグラウンドＳＧ２０２とが平面的に接続される。
【００６２】
具体的には、グラウンド構造ＧＳ２００では、図９に示すように、制御基板２３０のシグナルグラウンドＳＧ２０２が、制御基板２３０においてランドＬＤ２として形成される。ランドＬＤ２は、例えば、制御基板２３０における図９中の下面に配されるが、図９では、制御基板２３０を透視した状態が示されている。制御基板２３０のフレームグラウンドＦＧ２０２は、制御基板２３０を筐体１０に固定する導電性テープＣＴ２００として形成されている。導電性テープＣＴ２００として、例えば、両面に接着剤が塗布された導電性の両面テープを用いることができる。導電性テープＣＴ２００は、例えば、両面に接着剤が塗布された銅箔テープを用いることができる。
【００６３】
例えば、図１０に示すように、ランドＬＤ２は、多層基板２３１における表層基板３２，２３５のうちの筐体１０に対向する表面ＳＦ上に配される。ランドＬＤ２は、表層基板２３５の樹脂層２３５ｂを貫通するスルーホール導体ＴＨ５と、シグナルグラウンド層基板２３４の樹脂層２３４ｂを貫通するスルーホール導体ＴＨ４とを介してシグナルグラウンド層基板２３４のベタパターン２３４ａに接続されている。すなわち、ベタパターン２３４ａ、スルーホール導体ＴＨ４、スルーホール導体ＴＨ５、及びランドＬＤ２を含む構成を、シグナルグラウンドＳＧ２０２とみなすこともできる。なお、内層基板２３３の樹脂層２３３ｂを貫通するスルーホール導体ＴＨ３と、内層基板２３２の樹脂層２３２ｂを貫通するスルーホール導体ＴＨ２とが、それぞれ、スルーホール導体ＴＨ４，ＴＨ５と対応する位置に形成されている。
【００６４】
導電性テープＣＴ２００は、両面の接着剤により、筐体１０に接着されているとともに、ランドＬＤ２に接着されている。これにより、制御基板２３０が筐体１０に機械的に固定されるとともに制御基板２３０のフレームグラウンドＦＧ２０２としての導電性テープＣＴ２００がシグナルグラウンドＳＧ２０２としてのランドＬＤ２に電気的に接続される。
【００６５】
この接続は、図９に示すように、制御基板２３０の上面に垂直な方向から透視した場合、平面的な接続であるとみなすことができる。すなわち、制御基板２３０において、ランドＬＤ２と導電性テープＣＴ２００とが平面的に接続されている。
【００６６】
以上のように、実施の形態２では、制御基板２３０において、フレームグラウンドＦＧ２０２とシグナルグラウンドＳＧ２０２とが平面的に接続されている。これにより、フレームグラウンドＦＧ２０２とシグナルグラウンドＳＧ２０２とをさらに低インピーダンスで接続でき、フレームグラウンドＦＧ２０２の電位とシグナルグラウンドＳＧ２０２の電位とをさらに容易に同電位にすることができる。
【００６７】
また、実施の形態２では、グラウンド構造ＧＳ２００において、制御基板２３０のシグナルグラウンドＳＧ２０２が、制御基板２３０においてランドＬＤ２として形成されている。制御基板２３０のフレームグラウンドＦＧ２０２は、制御基板２３０を筐体１０に固定する導電性テープＣＴ２００として形成されている。ランドＬＤ２と導電性テープＣＴ２００とは、互いに平面的に接続されている。これにより、制御基板２３０において、フレームグラウンドＦＧ２０２とシグナルグラウンドＳＧ２０２とが平面的に接続することができる。
【００６８】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかるグラウンド構造ＧＳ３００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６９】
実施の形態１では、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とを直流的にほぼ短絡接続する場合を例示しているが、実施の形態２では、制御基板３０においてフレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ３０２とをフィルタＦＬ３００で直流的に接続する。
【００７０】
具体的には、グラウンド構造ＧＳ３００では、図１１に示すように、シグナルグラウンドＳＧ３０２及びフレームグラウンドＦＧ２の間にフィルタＦＬ３００が電気的に接続される。フィルタＦＬ３００は、例えば、コイルＬである。コイルＬは、その一端がシグナルグラウンドＳＧ３０２に接続され、その他端がフレームグラウンドＦＧ２に接続される。
【００７１】
例えば、グラウンド構造ＧＳ３００では、図１２に示すように、制御基板３３０のシグナルグラウンドＳＧ３０２が、制御基板３３０においてベタパターン３３２ａとして形成される。ベタパターン３３２ａは、例えば、制御基板３３０における図１１中の上面に配される。制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２は、実施の形態１と同様に導電性部材、例えばネジＳＣとして形成する。
【００７２】
このとき、例えば、図１２に示すように、多層基板３３１の表層基板３３２の表面上に、ベタパターン３３２ａ、パターン３３２ｃ，３３２ｄが形成されてもよい。パターン３３２ｃは、ベタパターン３３２ａとコイルＬの一端とを電気的に接続する。パターン３３２ｄは、コイルＬの他端とランドＬＤとを電気的に接続する。
【００７３】
このとき、図８に示すように、ネジＳＣの軸部ＳＣｂは、ランドＬＤのネジ孔ＬＤｄに挿通されるとともに、筐体１０に形成されたネジ穴１０ａに締め込まれる。これにより、制御基板３３０が筐体１０に機械的に固定されるとともに制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２としてのネジＳＣがシグナルグラウンドＳＧ３０２としてのベタパターン３３２ａにコイルＬ経由で電気的に接続される。これによって、高周波ノイズ電流Ｉｎ（図５参照）の一部が筐体１０経由で制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２に流れ込んだ場合に、その流れ込んだ高周波ノイズ電流ＩｎをフィルタＦＬ３００で除去できる。
【００７４】
以上のように、実施の形態３では、制御基板３３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ３０２とがフィルタＦＬ３００を介して電気的に接続されている。これにより、高周波ノイズ電流Ｉｎ（図５参照）の一部が筐体１０経由で制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２に流れ込んだ場合に、その流れ込んだ高周波ノイズ電流ＩｎをフィルタＦＬ３００で除去できる。この結果、高周波ノイズ電流ＩｎがフレームグラウンドＦＧ２側から制御回路３０ａへ流れ込むことを抑制でき、駆動基板２０側の高周波ノイズによる制御基板３３０上の制御回路３０ａへの影響をさらに低減できる。
【００７５】
また、実施の形態３では、制御基板３３０において、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とがコイルＬを介して電気的に接続されている。これにより、筐体１０経由で制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２に流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎを除去するためのフィルタＦＬ３００を簡易な構成で実現できる。
【００７６】
なお、図１２では、フレームグラウンドＦＧ２として１つのネジＳＣを示しているが、実施の形態１と同様にフレームグラウンドＦＧ２として複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４が設けられていてもよい。その場合、複数のネジＳＣ−１〜ＳＣ−４に対応して複数のランドＬＤ−１〜ＬＤ−４が設けられるとともに、ラインパターン３３２ｃ，３３２ｄ及びコイルＬが複数設けられることになる。
【００７７】
あるいは、フィルタＦＬ３００のかわりに、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２とが同一とみなせる程度の微小抵抗を用いて、フレームグラウンドＦＧ２とシグナルグラウンドＳＧ２との間に電気的に接続してもかまわない。例えば、ロボットのＵＬ接地基準の０．１Ω以下の抵抗を上記の微小抵抗として用いることができる。この場合、高周波ノイズ電流Ｉｎ（図５参照）の一部が筐体１０経由で制御基板３３０のフレームグラウンドＦＧ２に流れ込んだ場合に、その流れ込んだ高周波ノイズ電流Ｉｎを微小抵抗で消費させることができ、高周波ノイズ電流ＩｎがフレームグラウンドＦＧ２側から制御回路３０ａへ流れ込むことを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかるグラウンド構造、制御装置、及び制御システムは、負荷の駆動に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１  制御装置、ＦＧ，ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ２０２  フレームグラウンド、ＧＳ，ＧＳ２００，ＧＳ３００  グラウンド構造、Ｓ  制御システム、ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ２０２，ＳＧ３０２  シグナルグラウンド。
【図１】
2014220383.tif 000003
【図２】
2014220383.tif 000004
【図３】
2014220383.tif 000005
【図４】
2014220383.tif 000006
【図５】
2014220383.tif 000007
【図６】
2014220383.tif 000008
【図７】
2014220383.tif 000009
【図８】
2014220383.tif 000010
【図９】
2014220383.tif 000011
【図１０】
2014220383.tif 000012
【図１１】
2014220383.tif 000013
【図１２】
2014220383.tif 000014
【図１３】
2014220383.tif 000015
【図１４】
2014220383.tif 000016