JP2008205412A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
相反するニーズである低コスト化と耐振化設計に有効な実装構造の移動車輌内に設置する制御装置を提供する。
【解決手段】
１枚の板材を複数箇所折り曲げ加工し、曲げ部に設けた穴をによりリベット締結して形成した箱型の筐体１と、筐体１内の上部に配置されラック３に搭載されるＣＰＵ用モジュール５と、筐体１内の下部に配置され、筐体１側面を形成する折り曲げ面に設けたリベット孔にリベット締結した受電ユニット８及びインターフェースユニット９を備えた制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車，自動車，船舶などの移動車輌内に設置される制御装置に関する。

近年のＩＴ化技術により、従来のアナログ方式からデジタル方式の通信制御に切り替わり、移動車輌と地上局間で高速に大容量データを通信する移動車輌内の制御装置が急速に進歩している。移動車輌には、新幹線や在来線，大型車トラックやバス，船舶，航空機などがある。これらの移動車輌には、より安全で、より顧客サービスの向上を図るべく、地上側とのデータ通信を行うための様々な制御装置が設置されている。

しかし、制御装置は、車輌が移動する時にレールの繋ぎ目，タイヤ，駆動装置など外部からの振動を受け、発進，停止の車輌移動、及び荷役積み下ろし作業などによる衝撃を受けるため、耐振性や耐衝撃性が要求される。

一方、制御装置の低コスト化のニーズが高く、益々競争が激化している状況にあり、耐振，耐衝撃仕様を維持して低コスト化を実現する必要があるが、有効な解決策がない状況にある。

耐振性や耐衝撃性を確保する手段としては、従来より装置筐体の板厚を厚くする、多数の部材を組み合わせ溶接する、溶接量を増やす、ネジやボルトを併用し接続力を強化する方法が主流であり、これらは、いずれも部材数が増加し、加工費が増加するものであった。

〔特許文献１〕には、コスト低減，軽量化のために、ケースが金属製の板材のプレス成形で構成し、共通の締結部材によってケース結合部の締結と、ケースとベース部材の締結を共締め構造とした自動車用の制御装置が記載されている。

特開２００２−３３５０８４号公報

〔特許文献１〕に記載の従来の技術は、板材の切断加工や曲げ加工によってケースを安価に成形することができるが、１枚の基板上に電子部品を配置した回路ユニットのケースに適用できるもので、複数のモジュールを搭載し、受電ユニット，インターフェースユニットを搭載するような制御装置については、配慮されていないものであった。

また、市販されている標準のラックを使用する場合は、ラック横幅に対してプリント板実装ピッチが定まっており、１種類のサイズのプリント板をラック幅の規定に合せ実装するしかなく、異なるサイズのプリント板を実装する場合、コストの高い特殊ラックを使用する必要があった。

標準ラックに異なる２種類のサイズのプリント板を実装する場合、従来は、ラックサイズにあったプリント板上に異なるサイズのプリント体を積層しているが、振動や衝撃に対し信頼性が低くなり、１段の積層が限度である。このため、移動車輌内のような過酷な環境下では、１段に積層したプリント板を多数ラックに実装することになり、制御装置は大型になり、コストも増加するという問題があった。

本発明の目的は、相反するニーズである低コスト化と耐振化設計に有効な実装構造の移動車輌内に設置する制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の制御装置は、１枚の部材を数箇所折り曲げ加工し、曲げ部に設けたリベット締結用孔を組み合わせリベット締結することにより、部材の断面係数をあげ筐体の剛性力を強化すると共に、リベット締結により外部衝撃を吸収し、移動車輌における様々な振動や衝撃を緩和させる構造とし、内部実装機器、それらを固定する部材をリベット締結するものである。

また、異なるサイズのプリント板を多段積層して、振動や衝撃に強いサンドイッチ実装構造によりラックに取り付け、制御装置の耐振化と低コスト化を両立させたものである。

本発明によれば、移動車両内における過酷な振動や衝撃などに対し、耐久性や信頼性の高い制御装置を実現すると共に、使用部材の削減と加工費の低減、および安価な市販機器を耐久性の高い実装方式により製品コストを概ね１／３に抑えることが可能となる。

本発明の一実施例を図１〜図６を用いて説明する。図１は、本実施例の制御装置の正面扉を外した状態を示す斜視図である。

内部機器を実装する筐体１内には、市販されているプリント板収納用のＰＣＩ規格準拠のラック３が取り付けられ、筐体１内の上部に設置され、ラック３に装着される制御ユニット２０，筐体１内の下部に設置され、外部からの電源を受電する受電ユニット８，外部へ通信制御信号を出力するインターフェースユニット９が装着されている。

制御ユニット２０には、ＣＰＵが搭載されているＣＰＵ用モジュール５（制御用プリント板５ともいう），通信用モジュール６（通信用プリント板６ともいう），受電ユニット８から供給された電源を受け、ＣＰＵ用モジュール５及び通信用モジュール６用に電源電圧を変換する電源用モジュール４（電源プリント板４ともいう），保守や通信切り替え用のＨＵＢ用モジュール７（ＨＵＢプリント板７ともいう）が、各々２系統ずつ実装されている。

筐体１は、図２に示すように、１枚の平面部材を折り曲げ加工して製作される。本実施例の例では、筐体１の外形は、幅（Ｗ）６００×奥行き（Ｄ）３００×高さ（Ｈ）６００であり、筐体１を成形するために、１枚の部材を図２に示す矢印１７の方向に合計１２箇所で折り曲げ加工している。筐体１の背面を基準として、天井折り曲げ面１０，左側面折り曲げ面１１，右側面折り曲げ面１２，底面折り曲げ面１３により、箱型の筐体１を成形している。底面折り曲げ面１３には、配線を行うための開口部４５が形成されている。

左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の上部には折り曲げ面４１が、左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の下部には側面下部折り曲げ面１５が、左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の側部には折り曲げ面４４が形成され、天井折り曲げ面１０の先端側には折り曲げ面４２が、底面折り曲げ面１３の先端側には折り曲げ面４３が形成されている。

各折り曲げ面同士をリベット結合するためにリベット穴２が、天井折り曲げ面１０の両側に６箇所、左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の上部の折り曲げ面４１に３箇所、左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の下部の折り曲げ面１５のそれぞれに５箇所、底面折り曲げ面１３の両側に１０箇所設けてあり、折り曲げ成形後、組み合った折り曲げ面のリベット穴２をリベットにて締結している。

左側面折り曲げ面１１及び右側面折り曲げ面１２の側面下部折り曲げ面１５と底面折り曲げ面１３には、筐体１を移動車輌に直接固定するためのボルト孔１４が設けてあり、これらのコーナ部における振動や衝撃の応力集中を緩和するために側面下部折り曲げ面１５の形状は台形形状に加工されている。

このように、筐体を１枚の部材を数箇所折り曲げ加工して曲げ部同士をリベット締結しているので、筐体部材を極力小さく抑えられ、一体成形に近い構造であり、曲げることにより耐振性に必要な断面係数が高くなり筐体の剛性が強くなる。また曲げ部同士をリベット締結することにより、外部からの衝撃を吸収することができる。

又、曲げ部を台形形状としているので、高さ方向に長い直方体の筐体の場合、装置を固定するボルト部である装置底面のコーナ部にかかる振動や衝撃荷重に強くなるため、曲げによる断面係数が向上でき、装置を固定するボルトやネジ部に加わる振動や衝撃力の応力緩和をすることができる。

図３は、本実施例のプリント板収納用のラック３に制御ユニット２０を装着する状態を示す斜視図である。図３に示す例では、ラック３に多段積層した２種類の異なるプリント板で構成された通信用モジュール６を実装している。

一般に、市販されているプリント板収納のラック３は構造上、収納するプリント板のサイズは１種類であり、ラック正面よりラック３の上下に設けられたプリント板挿入レール２３をガイドとしてプリント板を挿入する。このラック３に対応できないプリント板を挿入するためには、副部材を用いるか、特殊な形状のラックに変更することになりコストアップの要因になる。

そのため、本実施例では、図４に示す通信モジュールの実装構造を採用し、２種類の異なるサイズのプリント板をラック３に実装している。

ラック３に対応したプリント板２８に異なるサイズのプリント板２５を多段積層し、そのまま実装すると片持ち状態になり、振動や衝撃に対し弱くなるため、解決策として、プリント板２８の両面に部材２４と部材２６を設け、部材２４と部材２６により積層されたプリント板２５を挟み込むサンドイッチ実装構造としている。プリント板２８の材料は、プラスチック材に近いものであり、鋼材などにくらべ応力に対し割れやすいため、直接応力を防ぐと同時に積層による発熱を防止するためにプリント板２８の裏面に放熱板の役割をする部材２４を設けている。

プリント板２８の裏面に設けられる部材２４の四隅にはボルトを通すための穴が設けられ、プリント板２５の対応する位置にも穴が設けられている。部材２６には、積層されたプリント板２５より大きい開口部２１が設けられ、プリント板２５を固定するための爪部
２２が設けられている。部材２４の四隅に設けられた穴と対応する部材２６の位置に穴
２９が設けられている。部材２６には、プリント板２８のパネルと連結させるダミーパネル２７が設けられ、過酷な移動車輌内における振動や衝撃仕様に耐えるようになっている。

部材２４と部材２６により、ラック対応のプリント板２８，多段積層のプリント板２５をサンドイッチ構造にし、四隅の４箇所をボルトナットで締結している。

ラック３に収納する時は、プリント板挿入レール２３にプリント板２８の底面と部材
２６の底面３０を挿入して両端支持にしている。

このように、プリント板の放熱性や耐振動，耐衝撃性を保持するサンドイッチ式の実装構造を採用しているので、２種類の異なる幾つかのプリント板を市販されている安価なユニットラックに実装できる。

又、積層されたプリント板２５の重心が片側に集中することを防ぐことができる。

図５は、本実施例の電源ユニットを裏面から見た斜視図である。受電ユニット８は、筐体１の左側面折り曲げ面１１に設けたリベット穴１６を用いて筐体１に直接取り付けている。このように、筐体に内部実装機器、及びそれらを取り付ける部材を直接リベット締結できる孔を設けているので、リベット締結効果により内部機器に伝達される振動や衝撃を緩和でき、且つ取り付け工数も低減することができる。

受電ユニット８は、外部からの電源を端子台３１の正面で受け、裏面側からＦＦＢ３２の上部端子の一次側へ配線し、ＦＦＢ３２の下部端子の二次側よりＦＦＢ３２の下に実装された電源分岐コネクタ３３に配線している。

受電ユニット８は、ラック３に実装される各プリント板に給電するものであり、外部から受ける電源を受電し、ＦＦＢ３２を介し、各プリント板に電源を分岐するコネクタによる給電する。この際、外部からのノイズや振動，衝撃の影響を抑えるために、短い配線が望ましく、外部から受けた受電をユニット正面の端子台３１で受け、端子台３１を介し、ユニット裏面側にあるＦＦＢ３２端子の一次側に入り、ＦＦＢ３２の２次側からその下部の電源分岐コネクタ３３に入り、電源分岐コネクタ３３から各プリント板に給電する実装配置にすることにより、短い配線を実現している。

このように、本実施例の配線は受電から分岐まで短い実装配置のため、繰り返し継続する移動車輌における振動や衝撃の付加が小さく、微振により断線が生じない。

図６は、本実施例のインターフェースユニット９を裏面から見た斜視図である。インターフェースユニット９は、筐体１の背面に設けたリベット穴１６を用いて筐体１に直接取り付けることにより、耐久性の向上と加工工数の短縮を図っている。

インターフェースユニット９は、装置内部の多数の通信制御信号を外部に出力するためのユニットであり、配線本数も多く、端子台３４とコネクタ３５に配線が集約されるため、外部からの振動や衝撃による配線の損傷が生じやすい。このため、端子台３４やコネクタ３５の裏面接続部の近傍に配線クランブ３６を設け、ユニット裏面側のコネクタや台の出口付近に配線クランプ３６用の金具を取り付け、これらの配線を一括し固定することにより耐久性を向上させている。

本発明の一実施例である制御装置の斜視図である。 本実施例の制御装置の１部材折り曲げ加工の筐体を示す斜視図である。 本実施例の制御ユニットを装着する状態を示す斜視図である。 本実施例の通信モジュールの実装構造を示す斜視図である。 本実施例の電源ユニットを裏面から見た斜視図である。 本実施例のインターフェースユニットを裏面から見た斜視図である。

符号の説明

１ 筐体
２，１６ リベット穴
３ ラック
４ 電源用モジュール
５ ＣＰＵ用モジュール
６ 通信用モジュール
７ ＨＵＢ用モジュール
８ 受電ユニット
９ インターフェースユニット
１０ 天井折り曲げ面
１１ 左側面折り曲げ面
１２ 右側面折り曲げ面
１３ 底面折り曲げ面
１４ ボルト孔
１５ 側面下部折り曲げ面
１８ 天井部材
１９ 背面部材
２０ 制御ユニット
２３ プリント板挿入レール
２４，２６ 部材
２５，２８ プリント板
２７ ダミーパネル
２９ 穴
３０ 底面
３１，３４ 端子台
３２ ＦＦＢ
３３ 電源分岐コネクタ
３５ コネクタ
３６ 配線クランプ

Claims (6)

1. １枚の板材を複数箇所折り曲げ加工し、曲げ部に設けた穴によりリベット締結して形成した箱型の筐体と、該筐体内の上部に配置されラックに搭載されるＣＰＵ用モジュールと、前記筐体内の下部に配置され、前記筐体側面を形成する折り曲げ面に設けたリベット孔にリベット締結した受電ユニット及びインターフェースユニットを備えた制御装置。
2. 装置底面になる折り曲げ面と装置側面になる折り曲げ面が組み合わさるコーナ部を台形形状に形成した請求項１に記載の制御装置。
3. 前記台形形状部に移動車輌に固定するためのボルト用孔やネジ孔加工を施した請求項２に記載の制御装置。
4. 前記ＣＰＵモジュールが、第１のプリント板と、該第１のプリント板の裏面に取り付けられる第１の部材と、前記第１のプリント板と大きさの異なる積層された第２のプリント板と、該第２のプリント板の前記第１の部材とは反対側に設けられた第２の部材で構成され、前記第１の部材及び第２の部材により前記第１のプリント板及び第２のプリント板を挟み込んで保持し、前記第１のプリント板及び第２の部材によりラックのプリント板挿入レールに挿入した請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記筐体にリベット固定する前記受電ユニットを外部からの引き込んだ電源を端子台の正面で受け、該端子台の裏面側からＦＦＢの上部端子の一次側に配線し、前記ＦＦＢの下部端子の二次側よりＦＢＢの下に実装された電源分配コネクタに配線した請求項１に記載の制御装置。
6. 前記筐体にリベット固定する前記インターフェースユニットに内部で引き回された外部出力線が、各出力コネクタや端子台の裏面出口に配線クランプ金具を設けた請求項１に記載の制御装置。

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