JP2021040047A - 基板交換治具 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、回路基板の交換時に外したネジが回路基板の上に落下しないようにする基板交換治具を提供する。【解決手段】本明細書が開示する基板交換治具は、電気機器のケースに収容されている回路基板を交換する。この基板交換治具は、貫通孔が設けられている平板状の治具本体と、貫通孔を通過している筒と、を備えている。貫通孔と筒は、治具本体を回路基板に対向させたときに回路基板をケースに固定しているネジと対向するように配置されている。本明細書が開示する基板交換治具では、筒の内径がネジの頭の外径よりも大きい。作業者は、作業者は筒の内側にネジを挿通させて回路基板を交換する。上述した基板交換治具によれば、回路基板の交換時に万一ボルトが落下しても、ボルトはガイド部内に留まり、回路基板の表面に落下しない。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、回路基板を交換するための基板交換治具に関する。

電気機器にはケースに回路基板が収容されていることが多い。特許文献１には、ケース（特許文献１では、ユニットと称している）から回路基板を取り外して交換するための基板交換治具（特許文献１では、基板保持治具と称している）が開示されている。特許文献１の基板交換治具では、平板状の治具本体にスペーサが設けられている。治具本体を回路基板に対向させたときにスペーサの先端を回路基板に当接することで治具本体と回路基板の間の距離が一定に保てる。

特開２０１８−４６１５７号公報

ケースに収容されている回路基板は、ネジによってケースに固定されている。そのため、回路基板を交換する際、作業者は、ネジを取り外した後に回路基板をケースから取り外す必要がある。特許文献１の基板交換治具のように、回路基板と治具本体との間に距離があると、ネジを取り外す際、ネジが回路基板の表面に落下して、回路基板の表面にダメージを与えるおそれがある。本明細書では、回路基板の交換時に外したネジが回路基板の上に落下しないようにする基板交換治具を提供する。

本明細書が開示する基板交換治具は、電気機器のケースに収容されている回路基板を交換する。この基板交換治具は、貫通孔が設けられている平板状の治具本体と、貫通孔を通過している筒と、を備えている。筒は、基板交換治具を回路基板に対向させたときに回路基板をケースに固定しているネジと対向するように配置されている。本明細書が開示する基板交換治具では、筒の内径がネジの頭の外径よりも大きい。作業者は、筒の内側にネジを挿通させて回路基板を交換する。上述した基板交換治具によれば、回路基板の交換時に万一ネジが落下しても、ネジは筒内に留まり、回路基板の表面に落下しない。

本明細書が開示する基板交換治具が備える筒は、貫通孔から脱着可能であってもよい。また、貫通孔の縁に、筒の回転方向の位置を定める位置決め部が設けられており、筒の先端に切欠が設けられてもよい。その場合、切欠は、基板交換治具を回路基板に対向させたときに回路基板の上に取り付けられた部品が切欠内に位置するように配置されてもよい。上述した基板交換治具は、筒を脱着可能とすることで、基板交換治具の製造コストを低減することができる。また、上述した基板交換治具は、切欠を備えることで、回路基板の上に取り付けられた部品と筒とが干渉することを防止することができる。また、上述した基板交換治具は、筒の回転方向の位置を定める位置決め部を備えることで、回路基板の上に取り付けられた部品が切欠内に位置するように筒の向きを規制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の基板交換治具を用いて回路基板を交換する電力制御装置の斜視図を示す。 実施例の基板交換治具を用いて回路基板を交換する電力制御装置の平面図を示す。 実施例の基板交換治具を用いて回路基板を取り外す工程の斜視図を示す。 実施例の基板交換治具を取り付けた状態の電力制御装置の平面図を示す。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った部分断面図を示す。 図４の線ＶＩ−ＶＩに沿った部分断面図を示す。

図面を参照して実施例の基板交換治具について説明する。図１を参照して、実施例の基板交換治具を用いて交換する回路基板１０を備える電力制御装置１００について説明する。電力制御装置１００は、例えば、電気自動車の走行モータ用のインバータである。電力制御装置１００は、ケース２と、回路基板１０と、不図示のケースカバーを備えている。ケース２は、上側に開口を備えている。ケース２は、回路基板１０の下に不図示のリアクトル等の複数の電子部品を収容している。ケース２の開口から複数の電子部品をケース２の底部に配置し、上から回路基板１０を配置し、不図示のケースカバーで覆うことで電力制御装置１００は完成する。回路基板１０は、電力制御装置１００のケース２に収容されている。なお、以下では、回路基板１０の下に収容されている不図示の複数の電子部品を、ケース内電子部品と称することがある。

図１に示されるように、ケース２の開口全周にフランジが設けられている。ケース２のフランジには、６個のボルト孔４が設けられている。ケース２に配置される不図示のケースカバーを貫通したボルトを、ボルト孔４に螺合させることでケースカバーはケース２に固定される。

回路基板１０について説明する。回路基板１０は、基板１１と、パワーカードコネクタ１２と、電流コネクタ１３と、統合コネクタ１４と、外部コネクタ１５と、コンデンサコネクタ１７と、実装部品１８と、を備えている。回路基板１０の基板１１には、不図示の回路が実装されている。回路基板１０は、基板１１に実装されている回路を用いてケース内電子部品を制御する。図１に示されるように、各コネクタは、基板１１の表面から立設している。パワーカードコネクタ１２は、回路基板１０の下に収容されている不図示の積層ユニットが備える複数のパワーカードに接続される。電流コネクタ１３は、回路基板１０の下に収容されている不図示の電流端子に接続される。統合コネクタ１４は、回路基板１０の下に収容されている不図示の統合端子に接続される。コンデンサコネクタ１７は、回路基板１０の下に収容されている不図示のコンデンサ端子に接続される。外部コネクタ１５は、電力制御装置１００と周辺部品とを接続するケーブルに接続される。実装部品１８は、基板１１に実装される電子部品の一つである。

外部コネクタ１５は、電力制御装置１００のケース内電子部品に外部からの入力を取込む。電力制御装置１００は、外部からの入力に基づいて、回路基板１０の回路を用いてケース内電子部品を制御する。ケース内電子部品の出力は、外部コネクタ１５を介して電力制御装置１００の周辺部品に送られる。電力制御装置１００は、電力変換等を実行するケース内電子部品と、それらを制御する回路基板１０とを同一のケース２内に収容することで、ケース内電子部品のそれぞれと回路基板１０の各コネクタとを接続するハーネスの長を短くする。

図２を参照して、回路基板１０についてさらに説明する。回路基板１０は、１２本の大型ネジ６と、３本の小型ネジ８とによってケース２に固定されている。大型ネジ６は、基板１１の外周部と中央部に配置されている。小型ネジ８は、外部コネクタ１５の周辺に配置されている。電力制御装置１００では、ネジを配置する空間の大きさ等によって、２種類のネジを使い分けている。

図２に示されるように、基板１１は、外周部に４個の基板切欠１６を備えている。基板切欠１６は、基板１１のＹ軸方向（即ち、紙面上下方向）の辺にそれぞれ２個ずつ設けられている。基板切欠１６は、基板１１を貫通している。

図３を参照して実施例の基板交換治具２０について説明する。図３に示されるように、基板交換治具２０は、ケースカバーを取り外した電力制御装置１００の上方から、回路基板１０と対向するように電力制御装置１００に取り付けられる。基板交換治具２０は、平板状の治具本体２１と、第１開口２２と、第２開口２３と、第３開口２５と、第４開口２７と、４個のスライド孔２６と、スライド孔２６を挿通するフック２６ａと、を備えている。治具本体２１は、矩形の平板で構成されている。第１開口２２と、第２開口２３と、第３開口２５と、第４開口２７はそれぞれ矩形形状をしており、治具本体２１を回路基板１０に対向させたときに、回路基板１０の基板１１から立設している各コネクタを挿通させる。第１開口２２と、第２開口２３と、第４開口２７には、それぞれ、第１ブリッジ２２ａと、第２ブリッジ２３ａと、第４ブリッジ２７ａが設けられている。各ブリッジは、開口を跨るように配置されている。各ブリッジは、治具本体２１の表面よりも高い位置で各開口を通過している。各ブリッジは、回路基板１０をケース２から取り外す際、各コネクタがケース内電子部品の各端子から抜けすぎるのを防止する。

スライド孔２６に配置されているフック２６ａは、スライド孔２６の延びている方向、即ち、Ｘ軸方向に移動可能である。図３に示されるように、フック２６ａの下端部には、治具本体２１の外側に向かって延びているツメ形状が設けられている。作業者は、フック２６ａのツメ形状が回路基板１０の基板切欠１６を挿通した後、フック２６ａを治具本体２１の外側に移動させることで、フック２６ａのツメ形状を基板切欠１６の端部に引っ掛ける。作業者は、フック２６ａのツメ形状を基板切欠１６の端部に引っ掛けて回路基板１０を引き上げることで、基板交換治具２０は、回路基板１０をケース２から取り外す。また、交換した回路基板１０をケース２に配置した後は、作業者は、フック２６ａを逆方向（即ち、治具本体２１の内側）に移動させることで、ツメ形状の基板切欠１６の端部への引っ掛りを外す。これにより、作業者は、回路基板１０をケース２内に残したまま、基板交換治具２０のみをケース２から取り外す。

基板交換治具２０のＹ軸方向正側の両端には、ガイドボス２９ａと、ガイド孔２９ｂと、が設けられている。Ｘ軸方向負側に設けられているガイドボス２９ａは、ガイドボス２９ａに対向する位置のボルト孔４に固定されるガイドピン４ａを挿通させる。Ｘ軸方向正側に設けられているガイド孔２９ｂは、ガイド孔２９ｂに対向する位置のボルト孔４に固定されるガイドピン４ｂを挿通させる。基板交換治具２０は、ガイドピン４ａ、４ｂをそれぞれ、ガイドボス２９ａ、ガイド孔２９ｂに挿通させた状態で回路基板１０を引き上げ、または取り付ける。これにより、基板交換治具２０は、回路基板１０を垂直方向に移動させることができる。その結果、ケース内電子部品及び交換される回路基板１０のコネクタは、ダメージを受けにくい。

先に述べたように、回路基板１０は、１２本の大型ネジ６と、３本の小型ネジ８とによってケース２に固定されている。このため、回路基板１０をケース２から取り外すためには、作業者は、これらの複数のネジを取り外す必要がある。また、回路基板１０の交換後、作業者はこれらの複数のネジを用いて、回路基板１０をケース２に固定する必要がある。すなわち、作業者は、基板交換治具２０をケース２に取り付けた状態で、複数のネジを取り外し、または取り付ける必要がある。

先に述べたように、基板交換治具２０の治具本体２１は、平板状である。回路基板１０の基板１１も平板状ではあるものの、様々な電子部品が立設しており、平坦面は少ない。また、回路基板１０は、ケース２のフランジに周囲を覆われており、ケース２のフランジの上面よりも低い位置に配置されている。このため、平板状の治具本体２１と、回路基板１０の基板１１の間には、高さ方向（即ち、Ｚ軸方向）の距離がある。回路基板１０と治具本体２１との間に距離があると、作業者が複数のネジを取り外す際、ネジが回路基板１０の基板１１の表面に落下して、基板１１の表面にダメージを与えるおそれがある。以下、ネジを基板１１の表面に落下することを防止するために、実施例の基板交換治具２０が採用する構造について、主に大型カラー３０の構造を参照して説明する。

基板交換治具２０は、さらに、１２個の大型カラー３０と、３個の小型カラー３５と、を備えている。大型カラー３０と、小型カラー３５は、ともに筒状であり、回路基板１０に向かって延びている。

図４を参照して、大型カラー３０及び小型カラー３５と、回路基板１０をケース２に固定するネジとの位置関係について説明する。図４は、基板交換治具２０を取り付けた状態の電力制御装置１００の平面視である。すなわち、図４は、基板交換治具２０が回路基板１０に対向している状態を示す。図４に示されるように、大型カラー３０は、回路基板１０をケース２に固定する大型ネジ６に重なるように配置されている。すなわち、大型カラー３０は、回路基板１０をケース２に固定する大型ネジ６に対向するように配置されている。また、図４に示されるように、大型ネジ６の頭の全部分は、大型カラー３０が備える筒の内側に見えている。すなわち、大型カラー３０の筒の内径は、大型ネジ６の頭の外径よりも大きい。回路基板１０をケース２に固定する小型ネジ８と、小型カラー３５の関係も同様であるため、ここでは説明を省略する。

回路基板１０を取り外す際、作業者は、電力制御装置１００に基板交換治具２０を取り付けた後（即ち、図４の状態）、回路基板１０を固定する複数のネジを取り外す。作業者は、大型ネジ６を大型カラー３０の筒の内側を通過させて取り外す。作業者は、小型ネジ８を小型カラー３５の筒の内側を通過させて取り外す。

図５を参照して、大型カラー３０の詳細構造について説明する。図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿った部分断面図である。図５の上側には、大型カラー３０と貫通孔２１ｈの平面視を示している。図５の平面視に示されるように、貫通孔２１ｈは、円形である。大型カラー３０は、円形の貫通孔２１ｈに挿入されている。大型カラー３０は、回転し得る。すなわち、貫通孔２１ｈは、大型カラー３０の向きを規制することができない。

図５の断面図に示されるように、大型カラー３０は、フランジ部３２と、胴部３４と、筒部３６と、を備えている。フランジ部３２は、大型カラー３０の上部に設けられているとともに、大型カラー３０の上部の外径を拡大する。大型カラー３０は、フランジ部３２の下面と、治具本体２１の上面が当接する位置まで治具本体２１の貫通孔２１ｈに挿入される。胴部３４は、治具本体２１の貫通孔２１ｈと対向している。胴部３４は、貫通孔２１ｈに接着されていない。そのため、例えば大型ネジ６を基板１１から取り外した後に、大型カラー３０は、貫通孔２１ｈから取り外すことができる。また、その場合、大型カラー３０は、別の貫通孔２１ｈに、取り付けることができる。すなわち、大型カラー３０は、貫通孔２１ｈから脱着可能である。そのため、回路基板１０の取り外しが完了した後、基板交換治具２０から取り外した大型カラー３０は、別の回路基板を取り外すための別の基板交換治具の貫通孔に取り付けることができる。すなわち、大型カラー３０、小型カラー３５を脱着可能とすることで、基板交換治具の製造コストが低減される。

図５に示されるように、筒部３６は、胴部３４から基板１１に向かって延びている。先に述べたように、筒部３６の内径ｄ１は、大型ネジ６の頭部の外径ｄ２よりも大きい。このため、大型ネジ６は筒部３６の内側を通過する。作業者は、大型ネジ６を取り外す際、筒部３６の内側を通過させる。そのため、万一大型ネジ６が落下しても、大型ネジ６は、筒部３６の内部に留まる。すなわち、大型ネジ６は、基板１１の表面に落下しない。このように、実施例の基板交換治具２０は、大型カラー３０を用いて、大型ネジ６が基板１１の表面に落下するのを防止する。

図６を参照して、別の大型カラー３０ａについて説明する。図６は、図４の線ＶＩ−ＶＩに沿った部分断面図である。図４に示されるように、大型カラー３０ａは、実装部品１８と近接している。このため、仮に大型カラー３０ａに代えて大型カラー３０を配置した場合、大型カラー３０の筒部３６（図５参照）は、実装部品１８と干渉する。

図６の上側には、大型カラー３０ａと貫通孔２１ａの平面視を示している。図６の平面視に示されるように、貫通孔２１ａは、英字「Ｄ」の形状を有している。貫通孔２１ａの紙面左側の縁には、紙面上下に延びている平坦面で形成される位置決め部２１ｂが設けられている。

大型カラー３０ａは、フランジ部３２ａと、胴部３４ａと、筒部３６ａと、を備えている。フランジ部３２ａは、大型カラー３０のフランジ部３２と同様であるため説明は省略する。胴部３４ａの紙面左側の規制部３４ｂは、貫通孔２１ａの位置決め部２１ｂと当接する。これにより、大型カラー３０ａの向きが規制される。大型カラー３０ａの筒部３６ａの先端には、切欠３９が設けられている。切欠３９の下方には、回路基板１０の基板１１の上に取り付けられた実装部品１８が配置されている。このように、切欠３９を備えている大型カラー３０ａは、実装部品１８との干渉を回避する。位置決め部２１ｂを備える貫通孔２１ａに、規制部３４ｂを備える大型カラー３０ａを嵌合させることで、切欠３９は、確実に実装部品１８と対向する位置に配置される。

上述の通り、実施例の基板交換治具２０は、大型カラー３０、３０ａを備えることで、大型ネジ６が基板１１の表面に落下することを防止する。同様に、実施例の基板交換治具２０は、小型３５を備えることで、小型ネジ８が基板１１の表面に落下することを防止する。小型カラー３５が小型ネジ８の基板１１への表面の落下を防止する構造の詳細については、大型カラー３０と同様であるため説明を省略する。

実施例の留意点を述べる。実施例の基板交換治具２０が交換する回路基板１０は、大型ネジ６と、小型ネジ８とでケース２に固定されているが、これに限定されず、例えば大型ネジ６のみでケース２に固定されている回路基板であっても、本明細書が開示する基板交換治具は、適用可能である。また、例えば小型ネジ８に対して、大型カラー３０を用いてもよい。また、実施例の基板交換治具２０の大型カラー３０および小型カラー３５は、治具本体２１の貫通孔から脱着可能であるが、これに限定されず、貫通孔にカラーを固定している基板交換治具を採用してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：ケース
４ ：ボルト孔
４ａ、４ｂ：ガイドピン
６ ：大型ネジ
８ ：小型ネジ
１０ ：回路基板
１１ ：基板
１２ ：パワーカードコネクタ
１３ ：電流コネクタ
１４ ：統合コネクタ
１５ ：外部コネクタ
１６ ：基板切欠
１７ ：コンデンサコネクタ
１８ ：実装部品
２０ ：基板交換治具
２１ ：治具本体
２１ａ ：貫通孔
２１ｂ ：位置決め部
２１ｈ ：貫通孔
２２ ：第１開口
２２ａ ：第１ブリッジ
２３ ：第２開口
２３ａ ：第２ブリッジ
２５ ：第３開口
２６ ：スライド孔
２６ａ ：フック
２７ ：第４開口
２７ａ ：第４ブリッジ
２９ａ ：ガイドボス
２９ｂ ：ガイド孔
３０、３０ａ：大型カラー
３２、３２ａ：フランジ部
３４、３４ａ：胴部
３４ｂ ：規制部
３５ ：小型カラー
３６、３６ａ：筒部
３９ ：切欠
１００ ：電力制御装置
ｄ１ ：内径
ｄ２ ：外径

Claims (2)

1. 電気機器のケースに収容されている回路基板を交換するための基板交換治具であって、
   貫通孔が設けられている平板状の治具本体と、
   前記貫通孔を通過している筒と、
   を備えており、
   前記筒は、前記基板交換治具を前記回路基板に対向させたときに前記回路基板をケースに固定しているネジと対向するように配置されており、
   前記筒の内径が前記ネジの頭の外径よりも大きい、
   基板交換治具。
2. 前記筒は前記貫通孔から脱着可能であり、
   前記貫通孔の縁に、前記筒の回転方向の位置を定める位置決め部が設けられており、
   前記筒の先端に切欠が設けられており、
   前記基板交換治具を前記回路基板に対向させたときに前記回路基板の上に取り付けられた部品が前記切欠内に位置する、請求項１に記載の基板交換治具。

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