JP6318681B2 - 端子台の絶縁構造と絶縁用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの導電体の間に絶縁体を挟んで絶縁距離を確保する構造に関し、特にプリント配線基板に搭載する端子台の絶縁とノイズ対策構造に関するものである。

電気的絶縁を達成するためには、絶縁距離、すなわち空間距離と沿面距離の双方を確保する必要がある。空間距離（clearance）は、２つの導体間を通る最短距離であり、沿面距離は（creepage.distance)は、２つの導電性部分間の絶縁物の表面に沿った最短距離である。

特に、プリント配線基板に端子台等の導電体を搭載する場合のように、高密度に電子部品を実装することを要求されるプリント配線基板では、絶縁物で隔離することなく十分な絶縁距離を確保することは困難である。そこで、複数の導電体間を絶縁紙や絶縁シートにより隔離し、絶縁距離を確保する場合がある。

上記のような絶縁の先行技術としては特許文献１が挙げられる。特許文献１は、プリント配線基板に開口を設け、そこに絶縁板を挿通することによって、一枚の絶縁版の表裏両面での絶縁確保を可能にする絶縁構造の技術が開示されている。

また、プリント配線基板上の電子回路部品を用いた高周波回路、論理回路等は微弱な電流を用いているので、電磁波等の外部ノイズを受け易く、ノイズの侵入を遮断する電磁シールドカバーを必要とする場合がある。また、輻射のレベルが高い電子回路部品の電磁シールドの方法として、プリント配線基板上の電子回路部品をシールドカバーで覆うことがある。このような先行技術としては特許文献２が挙げられる。特許文献２は、素子の周辺側面にグランドパターンを形成したプリント基板と、このプリント基板に搭載される導電性の口形状の接地部材、シールドカバー内に口形状の接地部材とバネ性の接触部を持つ一側面に開口した箱型部材により構成されるシールド構造の技術が開示されている。

しかし、上記のような絶縁構造やシールド構造は、プリント配線基板上に構成するインバータの電源入力部の端子台には採用しにくい構造である。

ここで、プリント配線基板上に構成するインバータの電源入力部の端子台に適用する場合の制約条件について説明する。

例えば、図１０に示す回路１０１を、一枚のプリント板で構成するインバータで、電源入力部１０２にノイズフィルタ１０３をオプションで設けられるようにする場合に、端子台１０４を３個ずつ並べた構成にして、ノイズフィルタが無い場合には、銅バーで端子台を短絡し、ノイズフィルタを使用する場合は電線で引き出すことがある。

このような場合のノイズフィルタ接続の端子台部分の具体例と、配置の制約について説明する。図１１は端子台１０４を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。図１２は、端子台１０４の配置状態を示す説明図であり、端子台１０４を配置する上において以下のような制約を受ける。

端子台配置の制約
（１）インバータの主回路部分は高電圧（４４０Ｖなど）であるため、製品の準拠する規格に応じて絶縁の確保が必要である。配置スペースとコストの低減のために図１１に示すような端子台を使用する場合には、隣り合う相間同士の端子台は、絶縁距離を確保するために、図１２に示すように、一定以上の距離Ｄ１を離す必要がある。
（２）ノイズフィルタの役割は、インバータのスイッチング部分で発生したノイズが、電源入力側に戻って悪影響を及ぼすのを防止するために設けられている。そのためにノイズフィルタの入力部分の端子台と出力部分の端子台は、ノイズフィルタの効果を発揮させるべく、図１２に示すように、一定以上の距離Ｄ２を離す必要がある。

しかし、一枚のプリント板で構成されるような、小容量のインバータ製品は小型化が必須要件であり、端子台を配置するスペースは可能な限り小さくする必要があり、このため、前記距離Ｄ１，Ｄ２を大きく取ることができない。

そこで、従来は絶縁の確保や、ノイズフィルタの効果を確保するために以下の方法が採られていた。
（１）従来の絶縁を確保する方法
図１３に示すように、端子台１０４間に絶縁紙１１１を配置して、端子台間を近づけて配置することにより小型化を図った。なお、絶縁紙１１１は、図１４（Ａ）の展開図に示すように、矩形状に形成されていて、長手方向の一側の隅部には、プリント基板への第１.第２固定部１１２，１１３が形成されている。第１.第２固定部１１２，１１３の中央部にはネジやビスを挿入する取付孔１１４が形成されている。第１.第２固定部１１２，１１３は、切り込み部１１５と折り曲げ部１１６とによって略四角形状に形成されている。そして、図１４（Ｂ）に示すように、前記切り込み部１１５と折り曲げ部１１６を利用して互いに逆方向に略直角に折り曲げられる。そして、図１３に示すように、第１.第２固定部１１２，１１３をプリント基板上に重ね合わせて、第１.第２固定部１１２，１１３に設けた取付孔１１４と、プリント基板１１７に設けたネジ孔やリベット孔（図示省略）の位置を合わせてネジやリベット１１８で絶縁紙１１１をプリント基板に取り付ける。
（２）シールドを確保する方法
図１５に示すように、端子台間に導電性のシールド板１１９を設けてノイズの伝搬を抑制することで端子台を近づけて配置することを可能にする。

特公平７-７０７９７号公報 特開２００１-２４３７５号公報

ところで、図１３に示すように、絶縁紙１１１を使用して端子台間隔を縮める方法には、次に述べるような問題点があった。
（１）絶縁紙１１１を使用するので別途、絶縁紙形成用の金型代等のイニシャル費用が必要であり、絶縁紙が高価となる。
（２）また、絶縁紙１１１をプリント基板１１７に取り付けるためには、絶縁紙１１１の一部を切り起こして、第１.第２固定部１１２，１１３を形成し、これら第１，第２固定部１１２，１１３をプリント基板１１７上に重ね合わせて、第１，第２固定部に設けたネジ孔やビス孔等と、プリント基板に設けたネジ孔やリベット孔等の位置合わせをしてネジやリベット等で絶縁紙１１１をプリント基板に取り付けなければならないので、組立工数が増加する。また、ネジや樹脂リベット用の取り付け孔（図示省略）を形成するためにプリント基板に大きなスペースを必要とする。

また、シールドを確保するために、図１５に示すように、端子台間にシールド板１１９を設けてノイズの伝搬を抑制することで端子台を近づけて配置する場合においては、シールド板１１９に導電性の素材を使用すると、相間の絶縁が取れなくなるという問題点があった。
本発明は、上記従来例の問題点を解決するために成されたものである。

本発明は、プリント配線基板上に配置された端子台の絶縁構造であって、
前記端子台間に、足部を除く表面が絶縁材料からなるプリント配線基板を、絶縁用基板として配置し、
前記足部のうちの少なくとも２箇所の足部の表面に導電箔を設け、該導電箔を設けた足部を、前記プリント配線基板のスルーホールに差込んで半田付け固定するとともに、
前記絶縁用基板の足部間を、前記端子台が配置された前記プリント配線基板に形成したスリットに挿入したことを特徴とする。

（１）絶縁用基板としてプリント基板を使用するので、上記従来の絶縁紙は不要になる。
（２）絶縁紙に代えて絶縁用基板としてプリント基板を使用するので、これに半田付け用のパターンを設けることで、他の部品と一緒に実装して固定することが可能となり、ネジや樹脂リベット等を使用する場合に比べて組立コストの削減を図ることができる。
（３）組立にネジや樹脂リベット等を使用しないので、部品点数の削減を図ることができる。
（４）組立にネジや樹脂リベット等を使用する場合に比べて固定に必要なスペースの削減を図ることができる。

第１実施形態の説明図。 絶縁用基板を取り外した状態の説明図。 スルーホール部分の断面図。 第１実施形態の変形例の説明図。 第２実施形態の説明図。 シールド用基板を取り外した状態の説明図。 第３実施形態の説明図。 絶縁基板とシールド用基板を取り外した状態の説明図。 本発明の製造方法を示す説明図。 ノズルフィルタを設けたインバータ回路の一例を示す回路図。 （Ａ）は端子台の平面図、（Ｂ）は端子台の正面図、（Ｃ）は端子台の側面図。 端子台を配置する際の制約を示す説明図。 従来の問題点を示す説明図。 （Ａ）は従来の絶縁紙の展開図、（Ｂ）は足部を折り曲げた状態の斜視図。 シールド板を使用した場合の問題点を示す説明図。

図１〜図３は第１実施形態の端子台の絶縁構造１を示す。図１に示すように、端子台の絶縁構造１は、プリント配線基板２上に３相の入力側の端子台３ｕ，３ｖ，３ｗと、インバータ側の端子台４ｕ，４ｖ，４ｗを配置し、各相の端子台間に絶縁用基板５を配置することにより構成されている。

図２はプリント配線基板２から絶縁用基板５を取り外した状態を示す。プリント配線基板２は、絶縁用基板５を取り付けるためのスルーホール６と、絶縁用基板５の下端部を挿入するためのスリット７を備えている。

前記絶縁用基板５は、略矩形状に形成されていて、一側部には前記プリント配線基板２に取り付けるための複数の足部８と、これら足部８の間にあって前記スリット７に挿入するスリット挿入部９と、を備えている。

絶縁用基板５は、足部８の表面を除き絶縁材料で被覆され、絶縁材料で被覆された表面はプリント配線基板２と略同様に形成されている。複数の足部８のうちの少なくとも２箇所の足部８の表面には絶縁材料で被覆されていない導電箔（銅箔）１０が設けられている。また、スルーホール６の内面にも、導電箔（銅箔）１１が設けられている。この第１実施形態の絶縁用基板５は、足部８以外に導電箔（銅箔）が施された部分は無い。

従って、プリント配線基板２のスルーホール６に、絶縁用基板５の足部８を挿入すれば、足部８の表面に設けた導電箔（銅箔）１０とスルーホール６の内面に設けた導電箔（銅箔）１１は互いに接触した状態になるとともに、足部８間のスリット挿入部９も自ずとスリット７内に挿入された状態になる。

そして、足部８を半田１２付けすることにより、絶縁用基板５は各相の端子台間に取り付けられ固定されて、各相間を絶縁する。

第１実施形態の端子台の絶縁構造１は、上述のような構成であって、次に述べるような効果がある。
（１）絶縁用基板５を各相の端子台間に取り付けることで、各相間の絶縁距離、すなわち空間距離や沿面距離は、絶縁用基板５を迂回し、端子台同士が近くにあっても絶縁が確保される。
（２）足部８の表面とスルーホール６の内面に、それぞれ導電箔（銅箔）１０，導電箔（銅箔）１１を設けたので、フロー半田槽で半田付けすることにより、プリント配線基板２に端子台と絶縁用基板５を同時に実装することができる。したがって、絶縁紙を使用する場合のように別工程での手作業による絶縁紙組付け工程が不要となり、組付けコストを低減することができる。
（３）絶縁紙の場合に必要であった固定用のネジや樹脂リベット等が不要となり、その分部品点数を削減してコストを低減できる。
（４）ネジや樹脂リベット等が不要となるので、固定に必要なスペースが少なくすることができる。
（５）絶縁用基板５にプリント基板を使用するので、プリント基板に絶縁用基板５を一体に形成することで、基板一枚分のイニシャル費用に抑えることができる。また、基板の面積拡大による基板単価のコストアップ分が絶縁紙を使用する従来の絶縁構造に比較して製造単価を安価にすることができる。

図４は、第１実施形態の端子台の絶縁構造１の変形例を示す。この例においては、絶縁用基板５のスリット挿入部９の長さＬを長くして絶縁用基板５の下端をプリント配線基板２の下面からより多く突出させることにより絶縁距離を稼いで絶縁効果を向上させた場合を示す。他の構成は基本例の場合と同じであるので重複する説明は省略する。絶縁用基板５は、足部８以外に導電箔（銅箔）が施された部分は無いことも同様である。

図５，図６は第２実施形態の端子台の絶縁構造１を示す。第２実施形態においては、入力側の端子台３ｕ，３ｖ，３ｗとインバータ側の端子台４ｕ，４ｖ，４ｗの間に絶縁用基板（以下、シールド用基板と称する）５Ａを配置して、両者の間をシールドする場合を示す。図５はシールド用基板５Ａを取り付けた状態を示し、図６はシールド用基板５Ａを取り外した状態を示す。

図６に示すように、プリント配線基板２は、シールド用基板５Ａを取り付けるためのスルーホール６Ａと、シールド用基板５Ａの下端部を挿入するためのスリット７Ａを備えている。前記スルーホール６Ａは、内面に導電箔（銅箔）１１を備えている。導電箔（銅箔）１１は、その内周面に接続されたランド１３及びプリント配線基板２上の配線パターン１４を介して図示省略のフレームグランド（アース）に接続されている。

一方、シールド用基板５Ａは、第１実施形態の絶縁用基板５と同様に略矩形状に形成されていて、一側部には前記プリント配線基板２に取り付けるための複数の足部８Ａと、これら足部８Ａの間にあって前記スリット７Ａに挿入するスリット挿入部９Ａと、を備えている。

複数の足部８Ａのうちの少なくとも２箇所の足部８Ａの表面には導電箔（銅箔）１０Ａが設けられている。足部８Ａは、前記スルーホール６Ａ内に挿入されて、その表面の導電箔（銅箔）１０Ａは、前記スルーホール６Ａの内周に設けた導電箔（銅箔）１１及びランド１３に接続される。

第２実施形態において、シールド用基板５Ａは、３層以上のプリント基板を使用し、内層部分全面に銅箔が設けられている。

シールド用基板５Ａには重ね合わせた内層と外層の銅箔を電気的に接続するためのスルーホール１５が設けられていて、内層と外層が電気的に接続される。

従って、プリント配線基板２のスルーホール６Ａに、シールド用基板５Ａの足部８Ａを挿入すれば、上述したように足部８Ａの表面に設けた導電箔（銅箔）１０Ａとスルーホール６Ａの内面に設けた導電箔（銅箔）１１は互いに接触し、シールド用基板５Ａは、前記ランド１３及び配線パターン１４を介してフレームグランド（アース）に接続され、かつ足部８Ａ間のスリット挿入部９Ａは自ずとスリット７Ａ内に挿入された状態になる。

そして、足部８Ａを半田付けすることにより、シールド用基板５Ａは、端子間に取り付けられて固定されると同時に、両者の間をシールドする。

第２実施形態の端子台は、上述のような構成であって、次に述べるような効果が有る。
（１）シールド用基板５Ａは、内層にシールド用の導電箔（銅箔）を設けているので、表面の絶縁を確保することができ、従来の導電性のシールド板では確保することが難しかった絶縁も確保することができる。
（２）シールド用基板５Ａが隣り合う端子台間に取り付けられることで、端子台間の電磁結合が遮断されノイズの伝搬が抑えられる。そのため、端子台同士を近接した位置に配置してもノイズフィルタの効果が確保される。特に、シールド用基板５Ａを、配線パターン１４でフレームグランド（アース）に接続することにより、シールド用基板５Ａのノイズ遮断効果を向上させることができる。
（３）第１実施形態の場合と同様に、足部８Ａの表面に導電箔（銅箔）１０Ａを設けるとともに、スルーホール６Ａの内面に導電箔（銅箔）１１を設けたので、端子台とシールド用基板５Ａをフロー半田槽で同時に実装することができる。

なお、図示は省略したが第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、シールド用基板５Ａのスリット挿入部９Ａの長さＬを長くしてシールド用基板５Ａの下端をプリント配線基板２の下面からより多く突出させることによりシールド効果を向上させることができる。他の構成は第１実施形態の場合と同様であるので重複する説明は省略する。

図７，図８は、第３実施形態の端子台の絶縁構造１を示す。第３実施形態は、絶縁用基板５とシールド用基板５Ａの両者を使用した場合を示し、図７は、絶縁用基板５とシールド用基板５Ａをプリント配線基板２に取り付けた状態を示し、図８は、絶縁用基板５とシールド用基板５Ａを取り外した状態を示す。

絶縁用基板５は、第１実施形態の絶縁用基板５と略同様に形成されていて、前記足部８側の反対側の中央部には切込部１６が形成されている。

また、シールド用基板５Ａは、第２実施形態のシールド用基板５Ａと略同様に形成されていて、前記足部８Ａと同じ側の中央部の近傍には一対の切込部１７が形成されている。

前記切込部１６，１７は、絶縁用基板５とシールド用基板５Ａをクロスさせるためのものであり、切込部１６の深さＬ１と切込部１７の深さＬ２を加えた値（Ｌ１＋Ｌ２）は、絶縁用基板５やシールド用基板５Ａの高さＨと略同じ値になるように形成されている。

次に、プリント配線基板２への絶縁用基板５とシールド用基板５Ａの組付け方法の一例について説明する。組付けに際しては、先ず、プリント配線基板２上の各相の端子台間に絶縁用基板５を配置する。絶縁用基板５の配置は、絶縁用基板５の足部８をプリント配線基板２のスルーホール６に挿入し、半田１２付けすることにより行なわれる。足部８をスルーホール６に挿入することにより足部８の表面に設けた導電箔（銅箔）１０とスルーホール６の内面に設けた導電箔（銅箔）１１は互いに接触し、絶縁用基板５はプリント配線基板２上に起立した状態になる。また、足部８間のスリット挿入部９も自ずとスリット７内に挿入された状態になる。

次に、シールド用基板５Ａを、入力側の端子台３ｕ，３ｖ，３ｗとインバータ側の端子台４ｕ，４ｖ，４ｗの間に配置する。シールド用基板５Ａの配置は、前記切込部１６，１７の位置において、シールド用基板５Ａを絶縁用基板５と交差させて、シールド用基板５Ａの足部８Ａをプリント配線基板２のスルーホール６Ａに挿入し、半田付けする。

足部８Ａをスルーホール６Ａに挿入することにより、足部８Ａの表面に設けた導電箔（銅箔）１０Ａとスルーホール６Ａの内面に設けた導電箔（銅箔）１１は互いに接触するとともに、シールド用基板５Ａは、前記ランド１３及び配線パターン１４を介してフレームグランド（アース）に接続された状態になる。また、足部８Ａ間のスリット挿入部９Ａも自ずとスリット７Ａ内に挿入された状態になる。

第３実施形態の端子台は、上述のような構成であって、次に述べるような効果が有る。
（１）絶縁用基板５を各相の端子台間に配置したので、端子台間の絶縁距離である空間距離及び沿面距離が絶縁用基板５を迂回するので、端子台同士が近接配置された場合でも絶縁が確保される。また、シールド用基板５Ａを入力側の端子とインバータ側の端子の間に配置したので、端子台間の電磁結合が遮断され、ノイズの伝搬が抑制される。従って、端子台同士が近接配置された場合でもノイズフィルタの効果が確保される。
（２）絶縁用基板５の切込部１６と、シールド用基板５Ａに切込部１７を嵌め合わせることにより絶縁用基板５とシールド用基板５Ａを交差させて組み付けることができる。特に、絶縁用基板５の切込部１６を足部８と反対側の側部に設け、シールド用基板５Ａの切込部１７を足部８Ａと反対側の側部に設けたので、これら絶縁用基板５とシールド用基板５Ａをプリント配線基板２に組み付けるのに際しては、先ず、絶縁用基板５をプリント配線基板２に組み付けた後に、絶縁用基板５の上から被せるようにしてシールド用基板５Ａをプリント配線基板２に組み付けることができる。
（３）第３実施形態においても、前記第２実施形態の場合と同様に、シールド用基板５Ａのプリント配線基板２のスリット７Ａに差し込まれる部分の長さをより長くすることによって、プリント配線基板２の裏面側（端子台実装面の裏面側）のシールド作用を確保できる。端子台実装面の裏面側も端子台の取り付け状況により、シールド作用を確保する必要があり、必要に応じてシールド用基板５Ａの差込部の長さを変えることにより、シールド作用を確保できる効果がある。
（４）特に、端子台の入力部と出力部の間にシールド用基板５Ａを差し込み、該差込部を端子台実装面の裏側に貫通させることにより、端子台実装面の裏側においても各端子台の入出力間にシールド作用を持たせることができるので、プリント配線基板２の表面と裏面の両方でシールドを確保することができる。

図９は、上記絶縁用基板５やシールド用基板５Ａの製造方法の一例を示す。
この製造方法は、インバータを搭載する
上記第１〜第３実施形態の端子台の絶縁構造は、端子台を搭載するプリント配線基板２の側部に、これと一体に絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを形成し、部品の実装前に、プリント配線基板２から絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを分割して、プリント配線基板２に絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを組み付ける構成にした。図９において、１８は、プリント配線基板２と、絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを分離するためのカットラインで、Ｖ字状の切込み等により形成されている。

この製造方法によれば、プリント配線基板２と、絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを同時に製造することができるので、製造コストを下げることができる。

勿論、上記方法を採用せずに、プリント配線基板２と絶縁用基板５やシールド用基板５Ａを別々に製造しても良い。本発明の製造方法は、第１〜第３実施形態の端子台の絶縁構造に適用される。

１…端子台絶縁構造
２…プリント配線基板２
３u,３v,３w…入力側の端子
４u,４v,４w…出力側の端子
５…絶縁用基板
５Ａ…シールド用基板
６，６Ａ…スルーホール
７，７Ａ…スリット
８，８Ａ…足部
９，９Ａ…スリット挿入部
１０，１１…導電箔（銅箔）
１２…半田層
１３…ランド
１４…配線パターン
１５…スルーホール
１６，１７…切り込み部
１８…カットライン

Claims (5)

1. プリント配線基板上に配置された端子台の絶縁構造であって、
   前記端子台間に、足部を除く表面が絶縁材料からなるプリント配線基板を、絶縁用基板として配置し、
   前記足部のうちの少なくとも２箇所の足部の表面に導電箔を設け、該導電箔を設けた足部を、前記プリント配線基板のスルーホールに差込んで半田付け固定するとともに、
   前記絶縁用基板の足部間を、前記端子台が配置された前記プリント配線基板に形成したスリットに挿入したことを特徴とする端子台の絶縁構造。
2. 前記プリント配線基板上に配置された端子台は、前記プリント配線基板上に構成されたインバータ回路の電源入力部の端子台であることを特徴とする請求項１記載の端子台の絶縁構造。
3. 前記プリント配線基板のスリットに挿入された前記絶縁用基板の足部間は、前記プリント配線基板の裏面側に突出していることを特徴とする請求項１または２に記載の端子台の絶縁構造。
4. 前記絶縁用基板は、少なくとも３層以上のプリント基板であり、
   内層部分全面に導電箔を内蔵し、
   前記内層部分の導電箔と前記足部の表面の導電箔とを電気的に接続するスルーホールを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の端子台の絶縁構造。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁用基板は、インバータ回路が構成された前記プリント配線基板とともに１枚のプリント配線基板から分割して製造されていることを特徴とする絶縁用基板の製造方法。

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