JP2018085477A

JP2018085477A - 電気製品

Info

Publication number: JP2018085477A
Application number: JP2016228898A
Authority: JP
Inventors: 頭毅田; Takeshi Tagashira
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: CN110326370B; KR20190089923A; JP6883978B2; DE112017005993T5; CN110326370A; WO2018097229A1; US20190387625A1

Abstract

【課題】複数の電子回路基板を積層する積層体を搭載した電気製品であって、ロボットを使用して簡易に効率よく製造することができる電気製品を提供すること。
【解決手段】表面および裏面の少なくとも一方に電子部品10を実装した複数の電子回路基板1−1,1−2,1−3,1−4を積層して構成された基板積層体8を備える電気製品であって、複数の電子回路基板は、互いに隣接する２つの電子回路基板のうちの一方の電子回路基板と、他方の電子回路基板と、を含み、基板積層体8は、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに位置決めするための位置決め手段4,5を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を実装した複数の電子回路基板を積層した基板積層体を備えた電気製品に関する。

近年、電子回路の集約化や小型化が進み、特にプリント基板においては、集積回路を含む多数の電子部品が実装されたプリント基板が、電気製品、例えば制御装置において多数使用されている。またスペースの有効活用のため、多数の電子部品が実装された複数プリント基板が積層された基板積層体が搭載されるようになっている。

また、プリント基板においては、印刷技術等の進歩により自動化が進み、またプリント基板への電子部品の実装についても、自動化されることが多くなっている。

ただし、特に基板積層体については、従来、基板間の配線等は、多数の電線を束ねたハーネス（ワイヤハーネスまたはケーブルハーネス）を使用して、電気製品（制御装置等）の筐体内を引き回し、コネクタ（端子）間の接続を行っていた。このため、筐体の小型化に制約があり、コネクタ接続は自動化が困難であり、手作業により行われていた。このため、電気製品の製造に多数の労力、時間を要していたという問題があった。

このような従来技術の問題に対して、例えば、特許文献１においては、２つのプリント基板をロボットにより連結する提案がなされている。すなわち、特許文献１は、実装基板６を基板ハンドリング用ロボット１８で把持し、バッテリー基板５上に押し付けて、バッテリー基板５のコネクタ１０ａと実装基板６のコネクタ１０ｂとを嵌合して基板５と６とを結合する方法が提案されている（例えば、段落［００１２］）。

ここで、ロボット１８によりコネクタ１０ａと実装基板６のコネクタ１０ｂとを嵌合するためには、嵌合する相手方であるバッテリー基板５が正確に位置決めされている必要があるため、コネクタ１０ａと１０ｂの接続を確実に行うために、ロボット１８とは別に独立した基板位置決め装置１５が準備されており、またロボット１８によるコネクタ１０ａと１０ｂの接続の前に基板位置決め装置１５によりバッテリー基板５が正確に位置決めされている（例えば、段落［００１１］後段ないし［００１２］前段）。

したがって、特許文献１による方法では、コネクタ１０ａと１０ｂの接続を確実に行うために、新たに専用の位置決め装置が必要となり、かつ位置決めのための工程も増加し、費用、労力、時間が増加する。また、特許文献１による方法は、２つの基板を接続することのみを対象としており、３つ以上の多数の基板積層体を対象とはしていない。

以上のとおり、従来は、複数の電子回路基板を積層する積層体を搭載した電気製品、例えば制御装置について、ロボットを使用して簡易に効率よく製造することが困難であるという問題があった。

特開平４−２８０４９７号

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、複数の電子回路基板を積層する積層体を搭載した電気製品であって、ロボットを使用して簡易に効率よく製造することができる電気製品を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、表面および裏面の少なくとも一方に電子部品を実装した複数の電子回路基板を積層して構成された基板積層体を備える電気製品であって、前記複数の電子回路基板は、互いに隣接する２つの前記電子回路基板のうちの一方の電子回路基板と、他方の電子回路基板と、を含み、前記基板積層体は、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに位置決めするための位置決め手段を有する、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記一方の電子回路基板が、前記他方の電子回路基板に先端を向けて設けられた位置決めピンと、電気コネクタの一方のコネクタ端子と、を有し、前記他方の電子回路基板が、前記位置決めピンが嵌合する嵌合穴と、前記一方の電子回路基板に先端を向けて設けられ、前記一方のコネクタ端子と接続する他方のコネクタ端子と、を有する、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記一方の電子回路基板が、電気コネクタの一方のコネクタ端子を有し、前記他方の電子回路基板が、前記一方のコネクタ端子と接続する他方のコネクタ端子を有し、前記一方のコネクタ端子および前記他方のコネクタ端子は、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに位置決めする機能を有する、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第２または第３の態様において、前記裏面に前記他方のコネクタ端子を有する電子回路基板が、前記他方のコネクタ端子に対応する前記表面の部分に、前記基板積層体の組立時または分解時にロボットにより把持される把持部を有する、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第２乃至第４のいずれかの態様において、前記一方のコネクタ端子および前記他方のコネクタ端子が、オス端子およびメス端子であり、或いはプラグおよびレセプタクルである、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記基板積層体の最下層の電子回路基板を取り付ける取付部を備え、前記取付部が、前記最下層の電子回路基板に先端を向けて設けられた位置決めピンを有し、前記最下層の電子回路基板が、前記取付部の前記位置決めピンが嵌合する嵌合穴を有する、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記取付部が、前記基板積層体を収納する容器と一体に成形されたものである、ことを特徴とする。

本発明に係る電気製品の一実施形態における基板積層体（４層）の斜め上方からの分解斜視図である。本発明に係る電気製品の一実施形態における基板積層体（４層）の斜め下方からの分解斜視図である。本発明に係る電気製品の一実施形態における基板積層体（４層）の第２層と第３層の基板の斜め上方からの分解斜視図である。本発明に係る電気製品の一実施形態における基板積層体（４層）の第２層と第３層の基板の斜め下方からの分解斜視図である。

本発明に係る電気製品の一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態による電気製品は、図１乃至図４に示したように、表面に電子部品１０を実装した４つ（４層）の電子回路基板（以下、単に「基板」ということがある。）１−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）を積層する基板積層体８と、最下層（第１層）の基板１−１の裏面を取り付ける載置台（取付部）７と、基板積層体８および載置台７を内部に収納する筐体（図示省略）を備えている。

なお、基板１−ｉは、載置台７に取り付けられる最下層を第１層１−１（ｉ＝１）とし、上方に向かって順に第２層１−２（ｉ＝２）、第３層１−３（ｉ＝３）、第４層１−４（ｉ＝４）と呼ぶ。また、基板１−ｉを総称して単に基板１と呼ぶこともある。また、各基板１−ｉは、下方側（載置台７の側）にある面を裏面、上方側（載置台７と反対側）にある面を表面という。また、下記に説明する本実施形態においては、電子部品１０は、基板１の表面に実装することとしているが、裏面または表裏両面に実装することとしてもよい。

載置台７は、筐体と一体で成形されていることが好ましい。基板１がパワー半導体のように発熱量の大きい電子部品を実装している場合に、高い放熱性能を確保することができるからである。

先ず、基板積層体８の中間層（本実施形態においては、最下層である第１層および最上層である第４層を除く第２層および第３層）の基板１−２、１−３の構造について、基板１−３を中心に説明する。

第２層の基板１−２の表面において電子部品１０が実装されていない部分には、第３層の基板１−３に配設された電気配線用のコネクタ端子（オスまたはプラグ）３と接続するためのコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２が先端を第３層の基板１−３（の裏面）に向けて配設され、またコネクタ端子２を挟んだ両側に先端を第３層の基板１−３の裏面に向けた一対の位置決めピン（位置決め手段）４が配設され、さらに第２層の基板１−２を第１層の基板１−１と接続または分離するためにロボットハンドが把持する把持部であるバー６が配設されている。

また、第２層の基板１−２の裏面には、バー６の対応する位置に先端を第１層の基板１−１の表面に向けて電気配線用のコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２と接続するためのコネクタ端子（オスまたはプラグ）３が配設されている。

さらに、第２層の基板１−２には、先端を第２層の基板１−２に向けて第１層の基板１−１の表面に配設された位置決めピン４が嵌合する嵌合穴（位置決め手段）５が配設されている。

同様に、第３層の基板１−３の表面において電子部品１０が実装されていない部分には、第４層の基板１−４に配設された電気配線用のコネクタ端子（オスまたはプラグ）３と接続するためのコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２が先端を第４層の基板１−４の裏面に向けて配設され、またコネクタ端子２を挟んだ両側に先端を第４層の基板１−４の裏面に向けた一対の位置決めピン４が配設され、さらに第３層の基板１−３を第２層の基板１−２と接続または分離するためにロボットが把持する把持部であるバー６が配設されている。

また、第３層の基板１−３の裏面には、バー６の対応する位置に先端を第２層の基板１−２の表面に向けて電気配線用のコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２と接続するためのコネクタ端子（オスまたはプラグ）３が配設されており、さらに、第３層の基板１−３には、先端を第３層の基板１−３に向けて第２層の基板１−１の表面に配設された位置決めピン４が嵌合する嵌合穴５が配設されている。

基板１−１、１−２および１−３に配設された位置決めピン４は、ロボットによるコネクタ端子２とコネクタ端子３を接合する際に位置決めが実行できるように、先端を略円錐形状とし本体部を円形断面の棒状部材で形成されており、円形断面部分の実効長さが、隣接する各基板１−ｉ間の間隔より長く設定されている。

また、ロボットにより基板１−ｉの所定の把持部を所定の精度で把持できるように、基板１−ｉには所定のマーキング部９にシルク印刷等によりマーキングがされている。

次に、以上の構造を有する基板積層体８について、例えば、基板１−１、１−２まで組み立てられた状態で、基板１−３を組み立てる方法について説明する。

ワークエリアに搬入された基板１−３を、TVカメラ等を使用した視覚装置等によりマーキング部の位置を計測し、基板１−３の位置姿勢を検出し、ロボットにより所定の把持部を把持して基板１−３を基板１−２の鉛直上方位置に移送した後、基板１−３の嵌合穴５内に基板１−２の位置決めピン４が嵌合するように下降させて、基板１−３のコネクタ端子３を基板１−２のコネクタ端子２に接続する。なお、基板１−３の嵌合穴５の内面が基板１−２の位置決めピン４の先端部の略円錐形に倣って水平面内で位置決めできるように、ロボットハンドにコプライアンス機構等の機械的倣い機構を備えておくか、ソフト的な倣い制御を付加しても良い。

なお、基板１−３のコネクタ端子３の基板１−２のコネクタ端子２への接続を確実にするために、必要に応じ、ロボットハンドにより適切な押し付け力によりバー６を下方に押し付ける。

前記と逆に、基板１−３を基板１−２から分離する場合には、バー６をロボットまたは人手により把持して、基板１−３のコネクタ端子３を基板１−２のコネクタ端子から分離する。

コネクタ端子２および３は、数十ないし100以上の多極／多心であることが多いので、その着脱には相当な力を要することが少なくない一方、基板１は合成樹脂等で製造され、十分な強度を有していないことがあるため、基板１の端部等を把持してコネクタ端子２およびコネクタ端子３の着脱を行うと基板１が損傷を受けるおそれがある。

そこで、本実施形態においては、裏面に配設したコネクタ端子２に対応する表面の位置に配設されたバー６を把持して操作（押し付けまたは引き離し）することにより、コネクタ端子２とコネクタ端子３との着脱の際の基板１の損傷等の防止を図っている。

次に、基板積層体８の最下層の基板１である第１層の基板１−１および最上層の基板１である第４層の基板１−４の構造について説明する。

第１層の基板１−１は、その下方に接続すべき基板１が存在しないので、コネクタ端子３は配設されていない。

また、基板１−１には、コネクタ３が配設されていないので、基板１−１を載置台７から分離する際は、基板１−１の嵌合穴を載置台７の位置決めピン４から引き抜くだけなので、大きな力を必要とせず、基板１−１の端部を把持して操作しても基板１−１を損傷等させるおそれが低いため、バー６を必ずしも配設する必要はない。

また、最上層の基板１である第４層の基板１−４は、その上方の接続すべき基板１が存在しないので、コネクタ端子２および位置決めピン４が配設されていない。

なお、本実施形態においては、隣接する上下層の基板１（例えば基板１−２と１−３）の間においては、下層の基板１（例えば基板１−２）にコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２が配設され、上層の基板１（例えば基板１−３）にコネクタ端子（オスまたはプラグ）３が配設されることとしているが、逆に、下層の基板１（例えば基板１−２）にコネクタ端子（オスまたはプラグ）３が配設され、上層の基板１（例えば基板１−３）にコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２が配設されることとしてもよい。さらに、コネクタ端子（オスまたはプラグ）３とコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２とが接続される限り、どちらが上層または下層の基板に配設されてもよい。

なお、本実施形態においては、４層の基板積層体について説明したが、本発明は２層以上の積層体であればよい。

２層の基板積層体の場合には、本実施形態における４層の基板積層体において、中間層（第２層および第３層）を除く最下層（第１層）および最上層（第４層）のみの構成となり、３層以上の積層体の場合には、同様な構造の中間層が増加する構成となる。

本実施形態においては、適切な構造のコネクタ端子（オスまたはプラグ）３とコネクタ端子（メスまたはレセプタクル）２とを組み合わせることにより、コネクタ端子３とコネクタ端子２との小さな位置ずれに対しては、コネクタ端子３またはコネクタ端子２の一方を相手方の押し込むことにより先端部の形状に倣って両者を有効に接続することができる。

したがって、本実施形態による基板積層体８おいては、特別ないし専用の位置決め装置を必要とすることなく、組立の相手方である電気製品や載置台７等の位置決めに誤差等があり、またロボットハンドで基板１を正確な位置や姿勢で把持することができない場合であっても、所定の大きな位置ずれに対しては位置決めピンによりコネクタ端子３とコネクタ端子２との接続可能な範囲に位置決めでき、小さな位置ずれに対しては本来のコネクタ端子３とコネクタ端子２による接続許容範囲内の位置ずれとして、コネクタ端子３とコネクタ端子２とを接続できる。

また、隣接する基板１の間を、電気配線をコネクタ端子２とコネクタ端子３で接続することから、筐体内のハーネスの引き回し、ハーネスコネクタの接続が不要となるため、筐体の小型化、ロボットによる基板積層体の自動組立が可能となり、コストの低減および製作の合理化が達成できる。

また、本実施形態による基板積層体８は、バー６を把持してコネクタ端子３とコネクタ端子の着脱を行うため、基板１を損傷することがない。

上述した実施形態においては、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに位置決めするための位置決め手段が、位置決めピン４および嵌合穴５によって構成されている。

本発明の他の実施形態としては、上述した位置決めピン４および嵌合穴５によって構成する位置決め手段に代えて、一方のコネクタ端子および他方のコネクタ端子が、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、一方の電子回路基板と他方の電子回路基板とを互いに位置決めする機能を有するように構成することもできる。

この実施形態においては、位置決め手段が一方のコネクタ端子および他方のコネクタ端子によって構成されているので、構成を簡素化することができる。

１電子回路基板
１−１電子回路基板（第１層）
１−２電子回路基板（第２層）
１−３電子回路基板（第３層）
１−４電子回路基板（第４層）
２コネクタ端子（メスまたはレセプタクル）
３コネクタ端子（オスまたはプラグ）
４位置決めピン（位置決め手段）
５嵌合穴（位置決め手段）
６バー
７載置台（取付部）
８基板積層体
９マーキング部
１０電子部品

Claims

表面および裏面の少なくとも一方に電子部品を実装した複数の電子回路基板を積層して構成された基板積層体を備える電気製品であって、
前記複数の電子回路基板は、互いに隣接する２つの前記電子回路基板のうちの一方の電子回路基板と、他方の電子回路基板と、を含み、
前記基板積層体は、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに位置決めするための位置決め手段を有する、電気製品。
前記一方の電子回路基板が、前記他方の電子回路基板に先端を向けて設けられた位置決めピンと、電気コネクタの一方のコネクタ端子と、を有し、
前記他方の電子回路基板が、前記位置決めピンが嵌合する嵌合穴と、前記一方の電子回路基板に先端を向けて設けられ、前記一方のコネクタ端子と接続する他方のコネクタ端子と、を有する、請求項１記載の電気製品。
前記一方の電子回路基板が、電気コネクタの一方のコネクタ端子を有し、
前記他方の電子回路基板が、前記一方のコネクタ端子と接続する他方のコネクタ端子を有し、
前記一方のコネクタ端子および前記他方のコネクタ端子は、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに積層する際に、前記一方の電子回路基板と前記他方の電子回路基板とを互いに位置決めする機能を有する、請求項１記載の電気製品。
前記裏面に前記他方のコネクタ端子を有する電子回路基板が、前記他方のコネクタ端子に対応する前記表面の部分に、前記基板積層体の組立時または分解時にロボットにより把持される把持部を有する、請求項２または３に記載の電気製品。
前記一方のコネクタ端子および前記他方のコネクタ端子が、オス端子およびメス端子であり、或いはプラグおよびレセプタクルである、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電気製品。
前記基板積層体の最下層の電子回路基板を取り付ける取付部を備え、
前記取付部が、前記最下層の電子回路基板に先端を向けて設けられた位置決めピンを有し、
前記最下層の電子回路基板が、前記取付部の前記位置決めピンが嵌合する嵌合穴を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気製品。
前記取付部が、前記基板積層体を収納する容器と一体に成形されたものである、請求項６記載の電気製品。