JP4661534B2 - 電気回路モジュールおよび電気回路ユニットの静電気除去方法 - Google Patents

Description

電気回路を実装した電気回路ユニットを電気回路が搭載されたプリント基板ユニットに実装し、電気回路モジュールとする際の静電気除去に関する発明である。

従来は、電気回路を実装した電気回路ユニットが、プリント基板ユニットに実装する際に、プリント基板ユニットのアースに対して接地されていた。従来の接地を取る技術が実開昭６３−１８２０６５号公報及び特開平０９−０５１１８５号公報には記載されている。
実開昭６３−１８２０６５号公報 特開平０９−０５１１８５号公報

電子機器（電気回路モジュール）は機器内の機能に対応してユニット化され電気回路ユニット（ドーターボード）を構成している。 これらのユニット化されたドーターボードの機能を組み合わせ、ユーザーのシステム要求に対応したシステムを構成している。 当該電子機器が通信装置等の場合はシステムが動作状態でもユニットを追加してシステムの拡張を行ったり、保守のためにドーターボードを挿抜したりする要求が有る。
ドーターボードが回路内に静電気を帯電した状態で稼動中のプリント板ユニットに電気的に接続されると、プリント板ユニット内の電気回路はサーキットグランドで動作しているので、接地電位が変動し稼動中のシステムに障害が発生する問題がある。
本発明はプリント板ユニットが稼動中にドーターボードを電気的に接続しても稼動中のシステムに障害が発生しないようにする事を目的とする。

本発明は、上述した目的を達成するために以下の手段を採用する。

第一の手段として、電気回路モジュールは外部と電気的な接続をするための第１コネクタを備えた電気回路と該電気回路を接地するための接地手段を有する電気回路部と、電気回路部を保持しさらに電気回路部から電気的に絶縁された保持部とを有する電気回路ユニットと、電気回路ユニットが挿入される開口部と、電気回路部の接地手段と接触し電気回路部にフレームグランドが与えられる第１の接地電位を提供する金属性の第１接触部とを有する枠と、枠が取り付けられるプリント基板と、枠に挿入された電気回路ユニットの第１コネクタに電気的に接続されサーキットグランドが与えられる第２の接地電位を提供する第２コネクタとを有するプリント基板ユニットを備え、電気回路ユニットが枠の開口部を通ってプリント基板ユニットに実装される際に、電気回路ユニットは一時的に第１の接地電位が与えられることを特徴とする電気回路モジュール。

第２の手段として、電気回路モジュールは上記の第一の手段の機構に加えて、電気回路ユニットが枠の開口部を通ってプリント基板ユニットに実装される際に、接地手段は枠の第１接触部に一時的に接触可能となる位置に設けられる。

第３の手段として、電気回路モジュールは上記の第一の手段の機構に加えて、
電気回路ユニット内の電気回路部の接地電位は、接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位に、第１コネクタと第２コネクタの接続により第２の接地電位になる。

第４の手段として、電気回路モジュールは上記の第一の手段の機構に加えて、電気回路ユニット内の該電気回路部の接地電位は接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位になり、電気回路ユニット内の電気回路ユニットの第１コネクタと第２コネクタが接続される際に、プリント基板ユニットはプリント基板上に実装される回路または該プリント基板で接続される回路と電気回路ユニットの接地手段とが接触することで電気回路ユニット内の電気回路部の接地電位を第２の接地電位にする第２接触部を設ける。

第５の手段として、第１の電気回路を備えた電気回路ユニットを、接地電位としてサーキットグランドが提供されている第２の電気回路が搭載されたプリント基板ユニットに接続する際に、電気回路ユニットをプリント基板ユニットに回路的に接続される前の段階で該電気回路の接地電位を一時的にフレームグランドが与えられる第１の接地電位にする。その後、電気回路ユニットをプリント基板ユニットに回路的に接続することで該電気回路の接地電位をサーキットグランドが与えられる第２の接地電位にする。

本発明によれば、電気回路モジュール内のシステム稼動中に、ドーターボードをプリント板ユニットに電気的に接続する場合に、ドーターボードに搭載された電気回路をフレームグランドに一度接地し、その後に、プリント板ユニットに搭載された回路のグランドに接地することが可能となる。このため、本発明ではプリント板ユニットに搭載された回路が起動中に、ドーターボードをプリント板ユニットに活線接続してもプリント板ユニットのシグナルグランド電位の変動を小さくすることができる。

本発明を適用する装置構成を以下に説明する。電子機器の中でも、光波長多重化通信に用いられる伝送装置は利用システムの規模に応じて、光波長多重に用いるレーザや受光素子ユニットの数が異なる。また、導入時は伝送装置のトラフィックが少ないが、数年後にトラフィックが増加した場合を考慮してレーザ等のユニットの数を増設できるように構成している。

伝送装置は機器内の機能に対応してユニット化された電気回路ユニットをドーターボードとしている。これらのユニット化されたドーターボードの機能をメインボートとなるプリント基板上で電気的または光学的に接続し電気回路モジュールを構成する。さらに、この電気回路モジュールをラックに収容することで、伝送装置は構成される。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は電気回路モジュールを示す図である。電気回路モジュール５はプリント基板ユニット１と筐体２と枠３から構成される。
メインボードとなるプリント基板ユニット１は筐体２に収容される。図示しないが、筐体２はプリント基板ユニット１端部に設けられたコネクタが外部のコネクタと接続可能なように背面に開口部を有している。プリント基板ユニット１はレール１４を搭載している。プリント基板ユニット１の端部に枠３は配置される。 レール１４は枠３の後段に設けられる。レール１４にはプリント基板ユニット１に対してドーターボードとなる電気回路ユニット４が搭載される。

図２は通信システムを構成する電子機器全体の構成を示す図である。電子機器７（通信システム）は棚６を複数段有している。棚６にはプリント基板ユニット１を筐体に搭載した電気回路モジュール５が複数挿入されている。電子機器７は背面にコネクタを有する基板が設けられている。電子機器７のコネクタは筐体２内に収容されたプリント基板ユニットのコネクタと接続される。上記の構成により、電子機器７は通信システムを構成する。電子機器７の棚６には初期の時点で顧客のシステム要求に応じただけの電気回路モジュール５を設けておく。そして、電気回路ユニット４は、電子機器７がインサービストの状態で、トラフィックの増加に合わせて電気回路ユニット４を挿入できるスペースがある電気回路モジュール５ａに増設される。本構成では、さらに必要があれば、筐体２自体を棚６の空きスペースに増設を行う。

図３はプリント基板ユニットと枠と電気回路ユニットの関係を示す図である。電気回路ユニット４は保持部８、絶縁用基板９と電気回路部１０を有している。電気回路部１０は電気回路とコネクタ１１と接地手段１７を有している。枠３は接触部１６を有している。プリント基板ユニット１はプリント基板１５とレール１４とコネクタ１２、１３を有している。電気回路部１０は絶縁体の絶縁用基板９の端部に固定されている。電気回路部１０の紙面上面と下面には接地手段１７がそれぞれ設けられている。絶縁用基板９に設けられた電気回路部１０と対向する基板端部に、保持部８が設けられている。プリント基板１５は複数のレール１４が設けられている。レール１４は電気回路ユニット４の大きさに対応したガイドスペースを有している。ガイドスペースは電気回路ユニット４をレール１４の端部までガイドを行う。レール１４の端部にはコネクタ１３が設けられている。電気回路ユニット４が枠３を介してレール１４に挿入した場合、レール１４の端部にて、電気回路ユニット４のコネクタ１１はプリント基板ユニット１のコネクタ１３と勘合する。レール１４は金属で構成されており、プリント基板ユニット１の電気回路のアースと電気的に接続されている。

プリント基板１５は基板上に電気回路が構成されている。プリント基板１５上の電気回路は電気回路ユニット４と共に回路を構成する。プリント基板１５の回路の動作中はサーキットグランドの電位を有している。従って、コネクタ１１，１３により、プリント基板１５に接続された電気回路ユニット４はサーキットグランドで動作する。
枠３はプリント基板１５の端部に設けられる。枠３は電気回路ユニット４をコネクタ１１側から挿入するための開口部を複数有している。開口部には電気回路ユニット４をレールまで案内する接触部１６を有している。枠３および接触部１６は金属で構成されている。枠３は金属で構成された筐体２に挿入固定されることで、フレームグランドの電位を有している。枠３は筐体２の前面部を覆うように構成された表面板も備えている。
電気回路ユニット４は点線矢印で示したように、枠３の接触部１６を通過した後にレール１４に挿入される。

図４は電気回路ユニットと接触部とレールの関係を示す図である。以下は、電気回路ユニット４をプリント基板ユニットに設けたレール１４に挿入する際のシーケンスについて説明をする。
（１）電気回路ユニット４は枠３の開口部に挿入する。
（２）電気回路ユニット４の挿入により、電気回路部１０が枠３の開口部を通過する時に、開口部内の接触部１６は接地手段１７と接触する。この接触により電気回路部１０に帯電された静電気はフレームグランドに落ちる。
接触を確実にするため、接触部１６はバネ２５を設け、電気回路部１０の接地手段１７と確実に接触するよう構成されている。
（３）電気回路部１０の接地手段１７が接触部１６を通過すると、接地手段１７はフレームグランドから切り離される。
（４）電気回路部１０は接触部１６の次にレール１４のガイドスペース２７に挿入される。
（５−１）電気回路部１０はレール１４の端部まで挿入されると、電気回路部１０に備えたコネクタ１１とレール１３のコネクタが勘合する。 この勘合により電気回路部１０の電気回路がコネクタ１１と１３を介して動作中のプリント基板１４アースと接続されサーキットグランドとなる。電気回路部１０に帯電した静電気は枠３を通過した時点で、フレームグランドに落ちているため、電気回路部１０に帯電した静電気が動作中の回路に悪影響を与えることはなくなる。
（５−２）（５−１）は電気回路部１０のコネクタ１１を利用してプリント基板１５の電気回路部１０をサーキットグランドに落としていたが、接地手段１７を用いてコネクタ１１がコネクタ１３と接触する前にサーキットグランドに落とすことも可能である。具体的には電気回路部１０はレール１４の端部まで挿入される途中で、接地手段１７がレール１４のガイドスペース２７内に設けた接触部２６と接触する。接触部２６は直接またはレール１４を介してプリント基板１５のアースに接続されている。したがって、電気回路部１０がコネクタ１１と１３の接続前にサーキットグランドに落ちる。
（６）（１）ないし（５−２）の動作のなかで、電気回路ユニット４の電気回路部１０と保持部８は絶縁用基板９により絶縁されているので、人間が保持部８を持ち電気回路ユニット４をレール１４に挿入しても、帯電した人間の静電気が電気回路部１０とプリント基板１５上の電気回路に影響を与えることは無い。
さらに、保持部８は枠３に固定されることでフレームグランドにアースされる。

図５及び図６は電気回路ユニット４の具体的構成を示す。電気回路部１０は金属のケースで構成されており、基板に搭載された電気回路１８を有している。さらに、マザーボーとなるプリント基板ユニット１上のレール１４に設けたコネクタ１３と接続されるコネクタ１１と、光コネクタ２４が接続される光コネクタプラグ２０を有する。光コネクタ２４は光ファイバ２１を保持している。コネクタ保護部１９は、コネクタ１１を保護するため、コネクタ１１より突出して電気回路部１０の紙面上で見て上側と下側にそれぞれ設けられている。

電気回路１８は光コネクタプラグ２０に接続された光コネクタから光を送受信するための電気的な処理を行っている。接地手段１７は、紙面上で見て、金属ケースの上側と下側にそれぞれ設けられている。図中、接地手段１７は金属片を折り曲げバネ性を持たせた形状にしている。接地手段１７は電気回路１８のアースと電気的に接続されている。
絶縁用基板９は絶縁体で構成されている。絶縁用基板９の一端にはＬ形金具２３ａにより電気回路部１０が固定されている。さらに、絶縁用基板９の他端にはＬ形金具２３ｂにより保持部８が固定されている。
保持部８は金属で構成され、枠３の表面板の開口部を塞ぐ大きさを有している。電気回路ユニット４は保持部８に設けた止めネジ２２により枠３の表面板に固定される。保持部８は縁がある蓋上の構成をしており、接触部１６の端部が縁の内側に嵌りあう構造にすることで、プリント基板ユニット４と電気回路部１０で発生した電磁波が外部に出さないようにしている。

図７も電気回路ユニット４の構成を示している。図７は図５と図６における電気回路部１０の変形例である。変形箇所を以下に説明する。変形のない箇所については説明及び図面の記載を省略する。図中、電気回路部１０は金属の筐体を持つこと無く、プリント基板で構成された電気回路１８をむき出しにしている。接地手段は電気回路１８の基板上に設けた金属性の金具１７ａにより構成している。図７の構成においても、接地手段としての金具１７ａは電気回路１８のアースと電気的に接続されている。金具１７ａの電気回路１８より突出した部分は枠３の接触手段１６およびレール１４の接触手段２６またはプリント基板１５のアースに電気的に接続された接触手段と接触する。この接触動作は、先に述べた（１）ないし（６）のシーケンスと同じ順番で、２段階に電気回路部１０を接地している。

図８と図９に枠と保持部の関係を示す。図８と図９は図４、５、６に示した構成に図７の構成を用いた場合の変形例である。図８と図９において図４、５、６、７と同一部材は同一番号を付し、その説明を省略する。図４では枠３の接触部１６が保持部８の縁部の内側の嵌り合う構成としていたが、図８では枠３の表面板２８が折り曲げ構造を有し、折り曲げた先の先端が、保持部８の縁部の内側に嵌り合う構成としている。図９も表面板２８を折り曲げる構造を有している。図８との違いは、図８では表面板２８を折り曲げた先端が保持部８の縁の内側に入るのに対して、図９では表面板２８を折り曲げた先端は接触部１６の内側に嵌り合う構成としている。さらに、接触部１６はレール１４の端部に少なくとも一部が覆いかぶさるよう構成されている。図９の場合、保持部８は縁部を有しない構造で、かつ枠３の開口部を覆うよう、開口部よりも大きいものである必要がある。図８及び図９の構成は電気回路で発生する電磁波を装置外部に出さないようにできる。

図１０と図１１はレールの構成を示す図である。図１０は図５と図６の電気回路ユニットを保持するためのレール１４である。レール１４はプリント基板１５に固定するための足２９が設けられている。足２９はプリント基板１５のアースと電気的に接続されている。レール１４の端部は折り曲げられ電気回路ユニット支持部３２を構成している。この電気回路ユニット支持部３２によりガイドスペース２７が構成される。電気回路ユニット支持部３２は電気回路ユニット４をコネクタ１２が配置されるコネクタ保持穴３０までガイドする。さらに、レール１４のガイドスペース２７側の面には接触部３１が設けられている。この接触部３１は電気回路ユニット４が挿入される際に接地手段と接触することにより、電気回路ユニットに帯電されている静電気を接地する。

図１１は図７，８，９に示した電気回路ユニット１４を収容するレール１４である。レール１４には電気回路１８のプリント基板をガイドするため、レール１４の一部を概ね電気回路１８のプリント基板の厚みの幅で切り欠きガイドスペース側に折り曲げ、プリント基板支持部３３構成することで、電気回路１８のプリント基板を保持することができる。また、図７の金具１７ａがプリント基板支持部３３に突き当たることで、ストッパーとなり、電気回路ユニット挿入時に過剰な力で押されてコネクタ部を破損することを避けることが出きる。
上述した実施形態は、必要に応じて適宜組み合わせることができる。

（付記１）外部と電気的な接続をするための第１コネクタを備えた電気回路と該電気回路を接地するための接地手段を有する電気回路部と，該電気回路部を保持しさらに該電気回路部から電気的に絶縁された保持部からなる電気回路ユニットと、
該電気回路部の該接地手段と接触する金属性の第１接触部と、該電気回路ユニットの該保持部を固定する枠と、
該電気回路ユニットをガイドするガイド部と，該ガイド部の端部に設けられ該第１コネクタに電気的に接続される第２コネクタと，該ガイド部を搭載したプリント基板からなるプリント板ユニット部を設け、
該枠は該ガイド部の端部の反対側に設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。

（付記２）
付記１において該接地手段は該電気回路ユニットを該ガイド部に挿入する際に、該保持部の該接触手段に一時的に接触する位置に設けられることを特徴とする電気回路モジュール。

（付記３） 付記１において該接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位にし、該第１コネクタと該第２コネクタの接続により該電気回路ユニット内の該電気回路を第２の接地電位にすることを特徴とする電気回路モジュール。

（付記４） 付記１において該接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位にし、該プリント板ユニット部は該電気回路ユニットの該第１コネクタと該ガイド部の該第２コネクタを接続する際に該プリント基板上の回路または該プリント基板で接続された回路と該電気回路ユニットの該接地手段とが接触することで該電気回路ユニット内の該電気回路を第２の接地電位にする第２接触部を設けたことを特徴とする電気回路モジュール。

（付記５）付記１に於いて該枠内に該電気回路ユニット内の該接地手段が該枠内の該第１接触部に接触するよう該電機回路ユニットを押し当てる押し当て手段を有することを特徴とする電気回路モジュール。

（付記６）付記１に於いて該枠は金属で構成されていることを特徴とする電気回路モジュール。

（付記７）付記１に於いて該電気回路ユニットの該接地手段は金属板に弾力性を持たせた形状とする事を特徴とする電気回路モジュール。

（付記８）付記１において、該固定部は該電気回路ユニットを挿入するための開口部を有し、該保持部は該開口部において勘合する構造を有することを特徴とする電気回路モジュール。

（付記９）付記８において、該枠と該保持部は金属で構成されることを特徴とする電気回路モジュール。

（付記１０）電気回路を備えた電気回路ユニットを電気回路が搭載されたプリント板ユニット回路に接続する際において、
電気回路ユニットをプリント板ユニットに回路的に接続される前の段階で該電気回路を第一のグランドに接地するステップと、
電気回路ユニットをプリント板ユニットに回路的に接続することで該電気回路を第二のグランドに接地するステップと
を有することを特徴とする電気回路ユニットの静電気除去方法。

プリント基板ユニットと筐体の関係を示す図 電子機器全体の構成を示す図 プリント基板ユニットと枠と電気回路ユニットの関係を示す図 電気回路ユニットと接触部とレールの関係を示す図 電気回路ユニットの具体的構成を示す図 電気回路ユニットの具体的構成を示す図 電気回路ユニットの構成を示す図 枠と保持部の関係を示す図 枠と保持部の関係を示す図 レールの構成を示す図 レールの構成を示す図

符号の説明

１ プリント基板ユニット（メインボード）
２ 筐体（ケース）
３ 枠（フレーム）
４ 電気回路ユニット（ドーターボード）
５ 電気回路モジュール
６ 棚（ラック）
７ 電子機器（通信システム）
８ 保持部
９ 絶縁用基板
１０ 電気回路部
１１、１２、１３ コネクタ
１４ レール
１５ プリント基板
１６ 接触部
１７、１７ａ 接地手段
１８ 電気回路
１９ コネクタ保護部
２０ 光コネクタプラグ
２１ 光フファイバ
２２ 止めネジ
２３ａ， ２３ｂ Ｌ形金具
２４ 光コネクタ
２５ バネ
２６ 接触部
２７ ガイドスペース
２８ 表面板
２９ 足
３０ コネクタ保持穴
３１ 接触部
３２ 電気回路ユニット支持部
３３ プリント基板支持部

Claims (5)

1. 外部と電気的な接続をするための第１コネクタを備えた電気回路と該電気回路を接地するための接地手段を有する電気回路部と、該電気回路部を保持しさらに該電気回路部から電気的に絶縁された保持部とを有する電気回路ユニットと、
   該電気回路ユニットが挿入される開口部と、該電気回路部の該接地手段と接触し該電気回路部にフレームグランドが与えられる第１の接地電位を提供する金属性の第１接触部とを有する枠と、
   該枠が取り付けられるプリント基板と、該枠に挿入された該電気回路ユニットの第１コネクタに電気的に接続されサーキットグランドが与えられる第２の接地電位を提供する第２コネクタとを有するプリント基板ユニットを備え、
   該電気回路ユニットが該枠の該開口部を通って該プリント基板ユニットに実装される際に、該電気回路ユニットは一時的に第１の接地電位が与えられることを特徴とする電気回路モジュール。
2. 請求項１の電気回路モジュールであって、該電気回路ユニットが該枠の該開口部を通って該プリント基板ユニットに実装される際に、該接地手段は該枠の第１接触部に一時的に接触可能となる位置に設けられることを特徴とする電気回路モジュール。
3. 請求項１の電気回路モジュールであって、該電気回路ユニット内の該電気回路部の接地電位は、該接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位に、第１コネクタと第２コネクタの接続により第２の接地電位になることを特徴とする電気回路モジュール。
4. 請求項１の電気回路モジュールであって、該電気回路ユニット内の該電気回路部の接地電位は該接地手段と第１接触部の接触により第１の接地電位になり、該電気回路ユニット内の該電気回路ユニットの第１コネクタと第２コネクタが接続される際に、該プリント基板ユニットは該プリント基板上に実装される回路または該プリント基板で接続される回路と該電気回路ユニットの該接地手段とが接触することで該電気回路ユニット内の該電気回路部の接地電位を第２の接地電位にする第２接触部を設けることを特徴とする電気回路モジュール。
5. 第１の電気回路を備えた電気回路ユニットを、接地電位としてサーキットグランドが提供されている第２の電気回路が搭載されたプリント基板ユニットに接続する際に、
   該電気回路ユニットを該プリント基板ユニットに回路的に接続される前の段階で該電気回路の接地電位を一時的にフレームグランドが与えられる第１の接地電位にするステップと、
   該電気回路ユニットを該プリント基板ユニットに回路的に接続することで該電気回路の接地電位を該サーキットグランドが与えられる第２の接地電位にするステップと
   を有することを特徴とする電気回路ユニットの静電気除去方法。