JP4154860B2 - 漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュールおよびその製作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏電しゃ断器に搭載した漏電検出回路モジュールの組立構造，およびその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる漏電しゃ断器の構成を図６に示す。図において、１は漏電しゃ断器の本体ケース、２は電源側端子、３は負荷側端子、４は固定接触子、５は開閉機構に連結した可動接触子、６は消弧室、７は開閉操作ハンドル、８は過電流引外しユニット、９は主回路に介装した零相変流器、１０は漏電検出回路部であり、該回路部１０は零相変流器９の二次側出力を検出し、これを増幅，設定値と比較してトリップコイルに引外し信号を出力し、トリップ機構，開閉機構を作動させて可動接触子５を開極させることは周知の通りである。
【０００３】
次に、従来における漏電検出回路を構成したモジュールの組立構造を図７(a) 〜(c) に示す。図において、１１は電源回路プリント板、１２は制御回路プリント板、１３は電源回路プリント板１１に外付けしたバリスタ（挿入部品）、１４はプリント板１１，１２およびバリスタ１３を収容した箱形のプリント板ケース、１５はプリント板ケース１４に充填して上下段に並ぶプリント板１１，１２およびバリスタ１３の周域を封止した封止樹脂であり、下段側に並ぶ電源回路プリント板１１はその外郭をプリント板ケース１４の内周四隅に形成した取付座１４ａに圧入固定し、上段側の制御回路プリント板１２はその外郭をケース１４の周壁に案内させて電源回路プリント板１１の上方に固定されている。
【０００４】
ここで、前記した構成の漏電検出回路モジュールは次記のような方法で製作される。まず、図８(a),(b) で示すように、面付け基板１６から前記の電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２と対応するプリント基板１１ａ，１２ａを別々に複数枚ずつ多面取りして製作するようにしている。なお、１６ａは面付け基板１６にレイアウトしたプリント基板１１ａ，１２ａの外形パターンに沿って基板１６に形成した分割溝、１６ｂは分割溝１６ａの間に残したタイバーである。
【０００５】
次に、１枚の面付け基板１６を単位にその板面にパターン形成した各プリント基板１１ａ，１２ａごとに所要の回路部品（面実装部品）を実装した上で、前記したタイバー１６ｂをカットして電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２を１枚ずつ切り離してばらばらに分割する。その後に、電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２をモジュール組立ラインに投入し、ここでプリント板ケース１４にプリント板１１，１２およびバリスタ１３を組立ロボットを使って順に装荷し、プリント板１１，１２の導体パターンに形成したランド穴に接続導体（導体ピン）を挿入して半田付けする。その後に樹脂封止工程に移してプリント板ケース１４に液状の封止樹脂１５をポッティングし、プリント板１１，１２およびバリスタ１３の周域を樹脂封止してモジュールを完成する。
【０００６】
なお、前記のように漏電検出回路モジュールを樹脂封止するのは次の理由による。すなわち、漏電しゃ断器では電流しゃ断に伴いアークとともにカーボン，金属などを含んだ高温ガスが発生し、このガスが図６に示した消弧室６からしゃ断器ケース内に拡散して漏電検出回路部１０がガスに晒されるようになる。一方、しゃ断ガスに含まれているカーボン，金属などの生成物が漏電検出回路部の表面に付着すると、対アースの絶縁抵抗が低下して漏電検出特性が変化し、このために漏電しゃ断器の信頼性が低下するおそれがある。そこで、従来では電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２およびバリスタ１３などの各部品を封止樹脂１５でしゃ断ガスから保護するようにしている。
【０００７】
また、前記の封止樹脂には、硬化前状態での流動性が高い熱硬化性樹脂，ＵＶ硬化型樹脂を採用することも考えられるが、これらの樹脂は硬化させる工程に時間が掛かって工程でのタイムタクトが長くなるほか、設備費も嵩んでコスト高となることから短時間冷却で硬化する熱可塑性樹脂が使われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来構造の漏電検出用電子回路モジュールでは製作および信頼性の面で次記のような問題点がある。
(1) 図７で述べたように、電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２はその外郭をプリント板ケース１４に嵌め合わせて位置決め，固定するようにしている。しかしながら、この位置決め方式では、プリント板ケース１４の寸法精度，歪みなどが原因でプリント板の固定位置が安定せず、特に上下段に並んで対峙するプリント板１１と１２の間で相対位置のばらつきが生じる。
【０００９】
このために、接続導体ピンをプリント板のランド穴に挿入して半田付けする工程では、ロボットを使って自動組立することが困難である。そこで、接続導体の半田付け工程では、人手作業により接続導体ピンの先端を曲げるなどの修正を加えながらプリント板のランド穴に挿入して半田付けしているのが現状であり、このためにモジュール組立工程のタイムタクトが長くなる。
【００１０】
(2) また、封止樹脂１５は、熱可塑性樹脂をプリント板ケース１４にポッティングしているか、熱可塑性樹脂は高粘度で流動性が低いことから、このままでは封止樹脂１５に絶縁耐力の低下，吸湿の原因となるボイドが発生するおそれがあり、そのために一度注型してから真空引した上で、再度樹脂を追加充填するなどの対策を講じているが、この方法では手間がかかって工程のタイムタクトが長くなる。
【００１１】
(3) さらに、従来ではプリント板の製作方法として、電源回路プリント板１１および制御回路プリント板１２の２種類のプリント基板１１ａ，１２ａを別々な面付け基板１６で製作しているために、基板のプレス金型として２種類の金型が必要となり、このために初期投資の金型費が嵩んで製品がコスト高となるほか、部品の発注，保管，在庫管理が複雑となるといった問題もある。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、信頼性の高い製品を低コストで生産性よく製作できるように改良した漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュール，およびその製作方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電源回路プリント板および制御回路プリント板を上下段に並べ、かつ別な外付け挿入部品と組合せてプリント板ケースに収容し、各プリント板に接続導体をピン接続した上で、その周域を樹脂封止してなる漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュールにおいて、
(1) プリント板ケースに、その底面から起立して電源回路，制御回路の各プリント板をケース底面および基板の相互間に樹脂の充填間隙を残して定位置に嵌挿保持する位置決めピンを設け、モジュール組立工程でプリント板ケースに電源回路，制御回路の各プリント板を組み込む際に、前記位置決めピンへプリント板を挿入して所定位置に位置決め固定するようにする（請求項１）。
【００１４】
(2) プリント板ケースの裏面側に、該ケースをモジュール組立工程での位置決めに用いる基準ピンを設け、モジュールの各組立工程ではこのピンを基準にロボットを操作して電源回路プリント板，制御回路プリント板および挿入部品の装荷、および接続導体ピンとの半田付けを行うようにする（請求項２）。
(3) プリント板ケースの底面に、樹脂封止工程で生じたガスを排出するガス抜き穴を開口し、樹脂封止後の状態で封止樹脂中にボイドが発生するのを防ぐようにする（請求項３）。
【００１５】
また、本発明では前記構成の回路モジュールにおけるプリント板について、次のような製作方法を提案している。すなわち、
(4) 電源回路および制御回路のプリント板に対応する２種類のプリント基板を一枚の面付け基板に複数組ずつレイアウトし、かつ各プリント基板ごとに回路部品を実装した上で、その基板相互間を分割してプリント板ケースに組付けるようにする（請求項４）。
【００１６】
これにより、１種類の金型で電源回路，制御回路のプリント板を製作することができ、金型費の投資を最小限に抑えてコストダウンが図れる。
(5) 前項(4) において、面付け基板の内側領域に電源回路のプリント基板，その外側領域に制御回路のプリント基板を配列してレイアウトし、各基板に回路部品を実装した後に、外側領域にレイアウトした制御回路プリント板を先に分割し、この状態で電源回路プリント板に挿入部品を外付けするようにする（請求項５）。
【００１７】
これにより、面付け基板から電源回路プリント板を分離する前の状態で、面付き基板の基準位置をそのまま利用してロボット組立により挿入部品を面付け基板にレイアウトされている各電源回路プリント板に対して定位置に実装できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図７，図８に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
まず、本発明の請求項１〜３に対応する漏電検出回路モジュールの組立構造を図１(a) 〜(c) に示す。この実施例は図７に示した従来構造と基本的に同じであるが、電源回路プリント板１１および制御回路プリント板１２は、プリント板ケース１４に設けた位置決めピン１４ｂに嵌挿して定位置に位置決め固定されている。すなわち、プリント板ケース１４は底の浅い皿形になる樹脂成形品であり、その底面には対角位置から起立する２本の位置決めピン１４ｂが一体に成形されている。また、この位置決めピン１４ｂには、プリント板ケース１４と電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２との相互間に封止樹脂１５の充填間隙を確保するように各プリント板の装着高さを設定する段付き（スタンドオフ）が形成されている。一方、電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２のコーナーには前記の位置決めピン１４ｂに対応してピン穴１１ｂ，１２ｂが穿孔されている。
【００１９】
また、プリント板ケース１４の裏面側には、モジュール組立工程でケース１４を定位置に位置決めする際に用いる基準ピン１４ｃが設けてあり、さらにプリント板ケース１４の底面には、後記する封止樹脂にボイドが発生するのを防ぐ役目を果たすガス抜き穴１４ｄが開口している。
そして、プリント板ケース１４にプリント板１１，１２を装着する際には、前記基準ピン１４ｃを頼りにプリント板ケース１４を組立ての基準位置にセットし、組立ロボットでチャッキングした電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２をこの順に上方からプリント板ケース１４の上に降ろし、その位置決めピン１４にプリント板１１，１２のピン穴１１ｂ，１２ｂを差し込んで定位置に固定する。
【００２０】
また、この組立工程に並行してプリント板１１，１２の導体パターンに穿孔したランド穴にモジュール配線用の接続導体ピン１７を差し込んで半田付けを行う。この場合に、上下段に並ぶ電源回路プリント板１１と制御回路プリント板１２は、プリント板ケース１４に対して高い精度で定位置に位置決めされているので、接続導体ピン１７のプリント板１１，１２への差込み，半田付け作業をロボット操作で自動的に行うことができる。
【００２１】
そして、前記のモジュール組立体を樹脂封止する工程では、モジュール組立体を樹脂封止のモールド金型にインサートし、射出成形法により溶融した熱可塑性樹脂を注入して注型する。これにより、樹脂がプリント板ケース１４と電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２およびバリスタ１３の間に確保されている間隙を充填する。また、この樹脂封止過程でガスはプリント板ケース１４の底面に開口したガス抜き穴１４ｄを通じて抜け出るので樹脂中にボイドを発生することなく隅々まで樹脂が充填されるようになる。
【００２２】
ここで、前記のようにして組立てられたモジュール製品の外観図を図２(a),(b) に、また図２における制御回路プリント板１２，電源回路プリント板１１，およびプリント板ケース１４を図３(a) 〜(c) に表す。なお、図中で１８は制御回路プリント板１２に外付けした漏電感度切換スイッチである。
次に、本発明の請求項４，５に対応した電源回路プリント板１１，制御回路プリント板１２の製作方法を図４，図５で説明する。すなわち、この実施例では１枚の面付け基板１６に対し、電源回路および制御回路プリント板１１，１２に対応した２種類のプリント基板１１ａ，１２ａを複数組ずつレイアウトして多面取りするようにしている。
【００２３】
ここで、図４の実施例では２種類のプリント基板１１ａと１２ａを８枚ずつ４列に分けて交互にレイアウトしており、この面付け基板１６に対して各プリント基板１１ａ，１２ａの領域に必要な回路部品を実装した後に、基板の分割溝１６ａに沿ってタイバー１６ｂをカットして各プリント板をばらばらに切り離し、モジュール組立工程に投入する。また、この場合に、図１で示したようにプリント板１１，１２はバリスタ（挿入部品）１３の挿入位置に対応する部分が切欠かれた形状であることから、面付け基板１６の分割後に生じる破材を出来るだけ少なく抑えるために、前記の切欠部分が互いに重なり合うようにプリント基板１１ａ，１２ａのパターンを互い違いの向きにレイアウトしている。
【００２４】
一方、図５では電源回路プリント板に対応するプリント基板１１ａを面付け基板１６の内側領域に、その外側領域に制御回路プリント基板に対応するプリント基板１２ａをレイアウトしている。このレイアウトによれば次のような利点が得られる。すなわち、面付け基板１６に対して各プリント基板１１ａ，１２ａの領域に回路部品を実装した状態で、面付け基板１６から制御回路プリント板１２を先に分割することにより、面付け基板１６をその基準位置に保持したまま挿入部品であるバリスタ１３を電源回路プリント板１１に実装することができ、これにより組立工程のタイムタクトを短縮できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次記の効果を奏する。
(1) 請求項１，２の構成によれば、モジュール組立の各工程で所定位置にセットしたプリント板ケースを基準にして、プリント板ケースに電源回路，制御回路の各プリント板を位置精度よく組み込むことができ、これにより続くプリント板と接続導体ピンとの接続，半田付けを人手作業に頼ることなく、ロボットによる自動組立が可能となる。
【００２６】
(2) 請求項３の構成によれ、モジュールの樹脂封止工程で、ボイドの発生なしにプリント板ケース，電源回路プリント板，制御回路プリント板および挿入部品を完全に樹脂封止することができ、これにより電流しゃ断時に発生するガスからモジュールを確実に保護することができて製品の信頼性が向上する。
(3) さらに、請求項４，５の製作方法を採用することにより、面付け基板から２種類のプリント基板を同じ組数ずつ同時に多面取りするができ、これにより金型が一種類で済むので初期投資を低く抑えてコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１〜３に対応した実施例のモジュール組立構造図であり、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図
【図２】図１の構成に基づく製品の外観図であり、(a) は平面図、(b) は正面図
【図３】図２における各部品の構成図であり、(a) は制御回路プリント板の平面図、(b) は電源回路プリント板の平面図、(c) はプリント板ケースの正面図
【図４】本発明の請求項４に対応した面付け基板にレイアウトした電源回路，制御回路のプリント基板の配列パターンを表す図
【図５】本発明の請求項５に対応した面付け基板にレイアウトした電源回路，制御回路のプリント基板の配列パターンを表す図
【図６】漏電しゃ断器の全体構成図
【図７】従来における漏電検出回路モジュールの組立構造図であり、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図
【図８】面付け基板から多面取りする電源回路，制御回路のプリント基板の従来における配列パターンを表す図であり、(a),(b) はそれぞれ電源回路および制御回路に対応したプリント基板の配列パターン図
【符号の説明】
１０ 漏電検出回路
１１ 電源回路プリント板
１１ａ 電源回路のプリント基板
１１ｂ ピン穴
１２ 制御回路プリント板
１２ａ 制御回路のプリント基板
１２ｂ ピン穴
１３ バリスタ（挿入部品）
１４ プリント板ケース
１４ｂ 位置決めピン
１４ｃ 基準ピン
１４ｄ ガス抜き穴
１５ 封止樹脂
１６ 面付け基板
１７ 接続導体ピン

Claims (5)

1. 電源回路プリント板および制御回路プリント板を上下段に並べ、かつ別な外付け挿入部品と組合せてプリント板ケースに収容し、各プリント板に接続導体をピン接続した上で、その周域を樹脂封止してなる漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュールにおいて、プリント板ケースに、その底面から起立して電源回路，制御回路の各プリント板をケース底面および基板の相互間に樹脂の充填間隙を残して定位置に嵌挿保持する位置決めピンを設けたことを特徴とする漏電しゃ断器の漏電検出用回路モジュール。
2. 請求項１記載の漏電検出回路モジュールにおいて、プリント板ケースの裏面側に、該ケースをモジュール組立工程での位置決めに用いる基準ピンを設けたことを特徴とする漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュール。
3. 請求項１記載の漏電検出回路モジュールにおいて、プリント板ケースの底面に、樹脂封止工程で生じたガスを排出するガス抜き穴を開口したことを特徴とする漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュール。
4. 電源回路プリント板および制御回路プリント板を上下段に並べ、かつ別な挿入部品と組合せてプリント板ケースに収容し、各プリント板に接続導体をピン接続した上で、その周域を樹脂封止してなる漏電しゃ断器の漏電検出用回路モジュールにおいて、電源回路および制御回路のプリント板に対応する２種類のプリント基板を一枚の面付け基板に複数組ずつレイアウトし、かつ各プリント基板ごとに回路部品を実装した上で、その基板相互間を分割してプリント板ケースに組付けるようにしたことを特徴とする漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュールの製作方法。
5. 請求項４記載の製作方法において、面付け基板の内側領域に電源回路のプリント基板，その外側領域に制御回路のプリント基板を配列してレイアウトし、各基板に回路部品を実装した後に、外側領域にレイアウトした制御回路プリント板を先に分割し、この状態で電源回路プリント板に挿入部品を外付けすることを特徴とする漏電しゃ断器の漏電検出回路モジュールの製作方法。

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