JP6529474B2 - 動作電流供給装置 - Google Patents
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Description
図9Aに簡単なモデルを示す。CPU101が電子スイッチ102をオンに制御することで、バッテリ103からの電源電圧が負荷104に印加され、負荷104に電流が流れる。これにより負荷104としての回路や装置が所定の動作を行う。
物理スイッチ105としては、スライドスイッチやプッシュスイッチなど作業者の操作によるスイッチや、ホール素子を用いたスイッチ、リードスイッチなどが考えられる。
しかしながら、いずれのスイッチを設けるにしても高価でありコスト的なデメリットが生ずる。
またスライドスイッチやプッシュスイッチなどでは回路基板等を装置筐体に入れた状態だと操作できないことが生じ、例えば装置を正常に組み立てた後に物理スイッチ105をオン状態とすることが困難になったり、作業性の悪化をもたらす。
またホール素子を用いたスイッチでは、磁界の影響でON/OFFする恐れがあり、また消費電流が増加するという問題がある。
リードスイッチの場合、磁界の影響でON/OFFする恐れや、振動/衝撃によりON/OFFする恐れがある。
そこで本発明では、物理スイッチを用いなくとも、電子スイッチやCPUの故障等による負荷への電流供給が生じないようにするとともに、電子スイッチやCPUが正常であるときには、負荷へ電流供給ができる状態に容易に移行できるようにする技術を提供する。
この場合、バイパス配線が存在することで、例えば電子スイッチをオンとしても接続された負荷に動作電流は供給されない。基板の切除部が切除されてバイパス配線が切断されることで、電子スイッチを介した動作電流が負荷に供給される状態になる。
例えば略方形の基板の本体部から突出する部分として切除部が形成されている。
例えば基板の表面をV字カットしてV字溝を形成するなどして、切除ラインとなる薄肉部を形成する。
例えばバイパス配線は基板上のプリントパターン配線として形成されるが、薄肉部ではプリントパターンが不連続となる。この部分をジャンパ素子で接続する。
即ちバイパス配線ではジャンパ素子により薄肉部を跨ぐように形成されているが、このジャンパ素子は、本体部より切除部側に偏った状態で取り付けられている。
即ち基板上に形成された動作電流供給装置がケース体に収納されている。その状態で切除部はケース体から例えば突出するようにしたり、遮蔽されていない部分に配置されるようにする。
即ち基板を収納したケース体に対するキャップ体を設け、例えばケース体内部の一部又は全部を遮蔽する。その状態で例えばケース体から突出する切除部はキャップ体内の対応形状部とされた挿入孔に挿入されるなど、対応する状態とする。
また電子スイッチ及びその制御系が正常であるときには、切除部を切除するという極めて容易な手法で、負荷へ電流供給ができる状態に移行できるため、使用性も良好である。
以下、本発明の実施の形態の動作電流供給装置について説明する。
図1Aは動作電流供給装置10のブロック図である。この動作電流供給装置10は負荷4に対して電源電圧を印加し、動作電流を供給する装置である。このため動作電流供給装置10は、電源部3、電子スイッチ2、CPU1、通信部5を備える。
負荷4は各種のデバイスや回路を総称するものとする。
電源部3からの電源電圧は電子スイッチ2を介して電源電圧ラインL1とグランドラインL2の間、換言すれば正極端子6とグランド端子7の間に印加される。正極端子6とグランド端子7の間には負荷4が接続される。
CPU1は電子スイッチ2のオン/オフ制御とともに、スイッチ2の動作チェックが可能とされている。例えば図示のようにCPU1は電子スイッチ2の入力端側の電圧V1と出力端側の電圧V2を所定の端子で検出可能に構成されている。そして電圧V1=V2であれば電子スイッチ2はオン、電圧V1≠V2であれば電子スイッチ2はオフと検出できる。
本実施の形態の場合、外部装置90はCPU1に対して電子スイッチ2のオン/オフの指示情報を送信できる。
CPU1は外部装置90に対して電子スイッチ2の正常/異常の検知情報や、外部装置90からの送信に対する応答情報を送信する。
ところが図示のように電源電圧ラインL1とグランドラインL2を短絡するバイパスラインL3が形成されている。
なお、図1Aの例では、バイパスラインL3に電流制限用の抵抗R1が設けられているが、この抵抗R1は、負荷4(正極端子6とグランド端子7の間の抵抗値)に比較して十分に小さい抵抗値、例えば数Ω程度の抵抗値とされる。バイパスラインL3上に抵抗R1を設けないことも考えられるが、抵抗R1で電流制限を行うことで、もしも電子スイッチ2が短絡故障していた場合に、回路がショート状態となることを回避できる。
いずれにしても、配線抵抗成分もしくは抵抗R1による小さな抵抗値しか存在しないバイパスラインL3が存在する限り、電子スイッチ2がオンとなった際に、動作電流は負荷4をバイパスしてバイパスラインL3に流れる。従って負荷4には動作電流は供給されない。
負荷4を駆動する場合には、図1Bに示すようにバイパスラインL3を物理的に切断することが必要になる。
基板20の正極端子6とグランド端子7に対して負荷4が接続されるが、これは負荷としてのデバイス(例えばモータ等)が基板20に電気的に接続されるなどの例が考えられる。また負荷4としての回路の全部又は一部が基板20にマウントされた電子部品により形成される場合もある。
電源部3は基板20とは別個にバッテリ等として配置される場合もあるし、AC/DCコンバータやワイヤレス給電回路などとして基板20上に構成される場合もある。
このような動作電流供給装置10を用いた装置作成手順を図2に示す。装置とは、負荷4として各種想定されるデバイスの機能に基づく装置である。この装置としては、例えば発光装置、発音装置、表示装置、各種のモータ駆動装置、制御装置、スイッチ装置、検出装置、信号増幅装置、演算装置、トリガ発生装置、その他、電気的な制御・動作が可能なあらゆる装置が想定される。
作業者はステップS102でCPUチェックを行う。例えば作業者は外部装置90を用いて操作を行い、CPU1に対する通信を実行させる。例えば送信に対するCPU1の応答をチェックし、通信が適正に実行できていればCPU1を正常と判断する。その場合はステップS103からS104に進み、電子スイッチ2のチェックを行う。
作業者の操作によるCPU1への送信内容には、電子スイッチ2のオン/オフチェックの指示も含むようにする。CPU1はこれに応じて電子スイッチ2のオン/オフチェックを行う。即ちCPU1は電子スイッチ2をオンに制御した状態で電圧V1=V2であるか否かを確認する。またCPU1は電子スイッチ2をオフに制御した状態で電圧V1≠V2であるか否かを確認する。これらが満たされれば電子スイッチ2は正常であることを示す情報を外部装置90に送信する。またいずれかが満たされなければCPU1は外部装置90に電子スイッチ2が異常であることを示す情報を送信する。
またCPU1から適切な応答が検知されるが、スイッチ異常の情報が受信された場合、作業者の手順はステップS105からS108に進み電子スイッチ2が不良であると判定する。
そして作業者はステップS107で後述するように基板20に設けられた切除部21の切除を行う。詳細は後述するが、この切除作業は、バイパスラインL3を切断するための作業である。
バイパスラインL3を切断し、図1Bの状態とすることで、以降は、電子スイッチ2がオンとされたときに負荷4に動作電流が供給され、負荷4の動作が実行される。
動作電流供給装置及び負荷を有する装置の例を図3Aに示す。図3Aにおいて動作電流供給装置10を形成した基板20と負荷4が、ケース体30に収納されている状態を模式的に示している。即ちケース体30が装置の筐体となっている。
切除部21には、バイパスラインL3の一部のみがプリントパターン配線により形成されている。そして当該バイパスラインL3の一部以外の配線や電子部品は、全て本体部22に形成されている。
バイパスラインL3を形成するプリントパターン配線は、例えば図4Eに示すように、切除部21においてU字状に形成され、その両端、即ち電源電圧ラインL1との接続点、及びグランドラインL2との接続点は本体部22上となる。つまり切除部21を本体部22から切り取ると、バイパスラインL3のみが切断された状態となる。
キャップ体40は、例えばケース体30が開放されている面を閉塞するように取り付けられ、装置筐体の一部を構成する。
このとき、ケース体30は切除部21が突出する部分は開放されており、切除部21がキャップ部40の挿入孔41に挿入する状態で、キャップ体40がケース体30に装着される。
なお、キャップ体40は装置の筐体としては機能せず、切除部21を折り取るための治具とされてもよい。
基板20側にはコネクタ23が設けられ、また負荷4側にもコネクタ48が設けられている。そしてキャップ体40が図3Cのようにケース体30に装着された状態で、コネクタ23、48が接合されることで、動作電流供給装置10と負荷4が電気的に接続される状態となる。
なお、キャップ体40を回動させることで切除部21を切除する構造の場合は、コネクタ23、48は回動されても電気的接続状態が維持される構造とする。
図4Aはケース体30と基板20を斜視図で示し、図4Dはケース体30の端部33を平面図で示している。
ケース体30は円筒状のケースとされる。そして円筒の端部33に基板20を保持するための溝状の挟持部31が2箇所設けられている。
図5に、基板20がケース体30に収納された状態を示しているが、基板20の本体部22の一端辺側と他端辺側を2つの挟持部31で挟持することで、基板20が収納状態で固定される。
なお、一方の挟持部31は、本体部22における切除部21が突出形成されている位置(切除部21と本体部22との境界付近)において基板の表裏両面を挟むように挟持している。
挟持部31となる溝は、円筒状のケース体30の奥に向かって連続して形成されていてもよいし、断続的に複数形成されていてもよい。
キャップ体40も円筒状とされ、キャップ体40は、図示する端部45側がケース体30の端部33を塞ぐようにケース体30に装着可能とされている。
端部45には、基板20の切除部21が挿入可能な直径及び深さの挿入溝41が形成されている。また中央孔42が形成され、その周囲はリング状の壁部43とされている。
そして取り付けた状態でキャップ体40をケース体30に対して、図5の矢印R方向(又はその逆方向)に回動させることで、切除部21が切除される。
図6Aはケース体30の端部33とキャップ体40の端部45が対向している状態である。ケース体30内に基板20が収納されるとともに切除部21はケース体30から突出している。
この状態から図6Bのようにキャップ体40をケース体30に装着する。キャップ体40の周壁44の内側に、ケース体30の端部33が挿入する状態で装着される。切除部21はキャップ体40の挿入孔41に挿入された状態となる。
この状態でキャップ体40を矢印R方向に回動させると、挿入孔41によって切除部21に対して折り曲げる力が働く。このとき基板20の本体部22、特に切除部21の根元付近は図5に示したように挟持部31で保持されているため、切除部21が折り取られることになる。図6Cは回動によって切除部21が切除された状態を示している。
さらに、切除された切除部21は挿入孔41内に入ったままの状態となるが、回動後のどの位置でもリング状の壁部32が挿入孔41を塞ぐ状態となっている。従って切除部21がケース体30内に入り込んで基板20上に位置し、基板20や電子部品を傷つけたり、短絡を生じさせることが防止される。
キャップ体40を筐体の一部とする場合、そのまま切除部21を挿入孔41内に放置してもよいし、一旦キャップ体40を外して切除部21を取り出して廃棄してもよい。
なお、図4,図5ではキャップ体40をケース体30に装着した状態で固定する機構については示していない。キャップ体40を治具とする場合は、特に必要ないが、キャップ体40を装置筐体の一部とする場合は、キャップ体40をケース体に装着固定する何らかの固定機構を設けることになる。例えば図6Cの状態で固定される機構が形成されればよい。
さらに、図6Cのようにキャップ体40を回動させた後の状態で、挿入孔41内の切除部21が排出されるようなケース体30の構造も考えられる。
またキャップ体40の径をケース体30の径より大きくしたが、逆でも良いことはいうまでもない。
この拡張領域22Wは、キャップ体40の中央孔42に入り込むことで、キャップ体40の装着の邪魔にならないサイズで形成する。
このようにすることで、基板20に搭載する電子部品が多いなどの都合で基板面積を拡張したい場合に、基板面積を拡張できる。
図7Aは基板20において切除部21と本体部22の境界部分を拡大して斜視図で示している。図7Bは当該部分の平面図、図7Cは側面図である。
これらの図に示すように、切除部21と本体部22の境界には、基板両面にV字溝25が形成されており、これによって切除部21が容易に切除できるようにされている。
但し、境界部分はV字溝25が形成されて薄肉部とされていることで、パターン配線が途切れる。そこで2つのジャンパ素子26により、バイパスラインL3が維持されるようにしている。各ジャンパ素子26は、例えば0〜数Ω程度の抵抗チップなどである。
そしてジャンパ素子26は、図7B,図7Cに示すように、一端が本体部22側、他端が切除部21側でプリントパターン配線に対し、半田Hで接合される。
なお、2つのジャンパ素子26が、図1Aに示したバイパスラインL3上の抵抗R1を構成することが考えられる。
いずれにしてもジャンパ素子26部分が破断される。これによりプリントパターン配線の途中が無理矢理切断される状態とはならない。従って本体部22側のプリントパターン配線の導体部分が引き出されてしまうようなことは生じない。
即ちV字溝25が切除部21と本体部22の境界BDであるが、ジャンパ素子26の中央を示すラインCTは、境界BDよりも切除部21側に位置する状態となっている。
このようにすることで、切除部21が切除された際に、ジャンパ素子26は切除部21側に残る可能性を高くしている。つまりジャンパ素子26も切除部21と一緒に廃棄されるようにしている。
なお、ジャンパ素子26が切除部21側に残るようにする可能性をより高めるため、ジャンパ素子26の下面と切除部21の表面を接着剤で接着しておくとよい。
このようにすることで、仮に切除後、一方のジャンパ素子26が本体部22側に残ってしまったとしても、そのジャンパ素子26が他方のライン(U字状の往路L3−1と復路L3−2のうちの他方)に届かない。これによって切断したはずのバイパスラインL3がジャンパ素子26によってショートされ、切断前の状態になってしまうようなことが防止される。
なお、上述のように通常はジャンパ素子26は切除部21側に残るようにしているため確率は非常に低いが、往路L3−1と復路L3−2の両方のジャンパ素子が本体部22に残る可能性も無くはない。そのため、往路と復路の間の幅W1は、幅W2の2倍よりも広くするとなおよい。両方のジャンパ素子同士が接触して、切断したはずのバイパスラインL3が導通してしまうことも防止できるためである。
基板20はケース体30Aに形成された複数の挟持部35によって挟持される状態で保持されている。
基板20には切除部21が形成されており、切除部21にはバイパスラインL3としてのパターンが形成されている。この場合、切除部21は方形の基板20の端辺から内方に向かって配置されている。
ケース体30Aの端部33は遮蔽されていないため、切除部21はケース体30Aの外方に表出している。
なおV字溝25が形成される場合、図示していないが、バイパスラインL3は、本体部22と切除部21の境界部分についてはジャンパ素子が用いられれば良い。
キャップ体40Aをケース体30Aにはめると、挟持溝46aが切除部21を挟持する状態となる。その状態でキャップ体40Aを回動させることで、切除部21に対して本体部22から折り取る力が加わり、切除される。
この例のように、切除部21は必ずしも基板20から突出した部位とされなくてもよい。
以上説明した実施の形態の動作電流供給装置10では、次のような効果が得られる。
実施の形態の動作電流供給装置10は、電子スイッチ2がオンとされることで負荷4に動作電流を流すようにするための配線(電源電圧ラインL1、グランドラインL2)が基板20上に形成されている。また当初は、電子スイッチ2がオンとされても電流が負荷4をバイパスし、負荷4に電流を流さないようにするバイパスラインL3が基板20上に形成されている。そして基板20の一部が切除部21とされ、切除部21が切除されることで、バイパスラインL3が切断される構成とされている。
当初は、バイパスラインL3が存在することで、スイッチ状態によらず、負荷4に動作電流は供給されない。
従って実装時に電子スイッチ2やCPU1のテスト等を行っている場合に、電子スイッチ2の故障(短絡)やCPU1の故障があり、電子スイッチ2がオン状態になってしまっていても、負荷4には電流は供給されない。これによって電子スイッチ2やCPU1に故障があっても、負荷4が不要な動作を実行せず、負荷が動作してしまうことによる不具合や事故を防止することができる。
またこのような不具合や事故の防止のために余分なスイッチ(例えば図9Bの物理スイッチ105)を設ける必要もなく、低コスト化に好適である。さらに物理スイッチ105を設ける場合の誤動作や消費電流の問題も発生しない。
さらに、テストが完了し、電子スイッチ2やCPU1の正常動作が確認できた場合は、単に切除部21を切除するのみでバイパスラインL3を除去できる。つまりバイパスラインL3を容易に断線させ、負荷4を動作可能状態とすることができるため、取扱いが容易となる。
これにより切除部21の切除が容易となる。また折り取る場合に切除するラインが明確になり、切除後の基板20の本体部22の形状が乱れないうえ、折り取りの衝撃を本体部22に伝えにくくでき、本体部22の一部破損等も防止できる。
なおV字溝25を基板の両面に設ける例を図7に示したが、V字溝25を一方の面に形成するのみでも有効である。溝の断面は必ずしもV字でなくてもよく、U字状、コ字状でもよい。
またV字溝25に代えてミシン目を設けても良い。
これにより薄肉部を形成する場合でも切除部21に適切にバイパスラインL3を延長できる。
またこの場合、切除部21は薄肉部で本体部22から切除されることになるが、その際、ジャンパ素子26(ジャンパ素子26の端部の半田付け部分等)が切断されることになる。すると本体部22に残ったプリントパターン配線に切除の影響をほとんど与えないことができる。例えば配線パターンの導体が引き出されてしまうなどの不具合を防止できる。
これにより切除部21を切除したときに、ジャンパ素子26の残骸が切除部21側にくっついた状態となりやすい。本体部22側にジャンパ素子が残らないことで、ジャンパ素子26による悪影響(基板上の一部のショート等)を排除できる。
例えば図3〜図6で説明した例では、基板20は、切除部21がケース体30の端部33から突出する状態でケース体30の外方に表出する。
図8で説明した例では、基板20は、切除部21がケース体30の端部33内で遮蔽されていない位置に配置された状態で外方に表出している。
これにより、ケース体30により筐体を構成した動作電流供給装置10を提供できるとともに、実装のために切除部21を切除することが非常に容易になる。つまり切除部21がケース体30の外方に表出していることで、例えばキャップ体40を用いて切除したり、作業者が手で折り取ったり、或いはペンチ等を用いて切除することもでき、使用性は非常に向上する。
例えば図3〜図7の例では、ケース体30から突出する切除部21が、対応形状部である挿入孔41に挿入された状態でキャップ体40が装着される。
図8の例では、ケース体30の端部33に表出する切除部21が、対応形状部である挟持溝46aに挟まれる状態でキャップ体40が装着される。
そしてケース体30に取り付けられた状態でキャップ体40が例えば回動操作されることで、基板20から切除部21が切除される。即ちケース体30に対してキャップ体40を回動操作することで、切除部21に対し、折り曲げられる方向に力が加わり、切除される。従って動作電流供給装置10及び負荷4により構成される装置を容易に動作可能状態とすることができる。
キャップ体40は、切除のための治具、ケース体30に対応する一時的な蓋体、或いはケース体30と共に完成品の筐体を構成するものなど多様に考えられる。いずれにしてもこのようなキャップ体40を用いることで、切除の容易性及びこれによる使用性の向上を実現できる。
もちろん切除部21の切除のための構造もケース体30とキャップ体40の形状に応じて多様に考えられる。基板20の形状、切除部21の位置、形状も同様である。
Claims (7)
- 電子スイッチと、
前記電子スイッチを介して負荷へ動作電流を流すための電流経路を形成する、基板上に形成された配線と、
前記電子スイッチを介した動作電流が前記負荷をバイパスして前記負荷に流れないようにする、基板上に形成されたバイパス配線と、
前記電子スイッチをオン/オフ制御するとともに前記電子スイッチの正常/異常の判定を行い判定結果を外部装置に送信する制御部と、
を備え、
前記基板の一部が切除部とされ、該切除部が切除されることで、前記バイパス配線が切断され、前記バイパス配線が切断された状態では前記制御部により前記電子スイッチがオン/オフ制御されることで、前記配線による前記負荷へ動作電流の供給が実行又は停止される構成とされている
動作電流供給装置。 - 前記切除部は、前記基板の本体部から突出して形成されている
請求項1に記載の動作電流供給装置。 - 前記基板の本体部と前記切除部の境界には、薄肉部が形成されている
請求項1又は請求項2に記載の動作電流供給装置。 - 前記薄肉部では、前記バイパス配線がジャンパ素子を用いて形成されている
請求項3に記載の動作電流供給装置。 - 前記ジャンパ素子は、その素子の中央が、前記切除部側に偏倚した位置となるように、前記薄肉部上に取り付けられている
請求項4に記載の動作電流供給装置。 - ケース体を有し、
前記基板は、前記切除部が前記ケース体の外方に表出する状態で前記ケース体に収納されている
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の動作電流供給装置。 - 前記ケース体の、前記切除部が表出する側の全部又は一部を遮蔽するキャップ体を有し、
前記切除部が前記キャップ体に設けられた対応形状部に対応する状態で、前記キャップ体が前記ケース体に取り付けられるとともに、
前記ケース体に取り付けられた状態で前記キャップ体が操作されることで、前記基板から前記切除部が切除されるようにした
請求項6に記載の動作電流供給装置。
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