JP5786802B2 - 防爆型電子機器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、防爆型電子機器及びその製造方法に関する。

石油精製プラント、原油基地、塗装工場などの可燃性ガスや炭鉱などの粉塵が発生する環境下において、防爆型電子機器が使用されている。防爆型電子機器は、例えば、部品の搭載された複数のプリント基板が配置されていて、樹脂製の充填剤をプリント基板やプリント基板上の部品を覆うように充填して、可燃性ガスや粉塵がプリント基板やプリント基板上の部品に接触するのを防止した構成を有する。

複数のプリント基板は、例えば、一方のプリント基板の表面に雄コネクタ、他方のプリント基板の表面に雌コネクタを取り付けて、雄コネクタと雌コネクタを嵌合して接続される。この接続状態において、プリント基板間に充填剤を充填した場合、雄コネクタと雌コネクタとの嵌合部の隙間から、コネクタ内部に充填剤が浸入して、コネクタ接合部に電気接点障害が生じる場合がある。かかる観点から、防爆型電子機器では接続状態を確保するためにコネクタ内部への充填剤の浸入を禁止している。

この問題を解決するため、特許文献１は、プリント基板に配置されたコネクタの外周を囲むようにコネクタパッキンを壁状に配置し、プリント基板に対向配置される部材支持板でコネクタパッキンを押圧してコネクタを密閉した後に、プリント基板と部材支持基板の間に充填剤を充填して、コネクタ内部への充填剤の浸入を防止する技術を開示している。

特開２０１０−１５４７０８号公報

特許文献１に開示された技術によれば、コネクタ接合部への充填剤の浸入を防止できるので、電気接点障害の問題を解決でき、性能を確保することができる。しかしながら、特許文献１に記載されたコネクタパッキンは、プリント基板に直に取り付けられることから、プリント基板のコネクタパッキンを配置した領域及びその近傍に電子部品を配置できず、プリント基板の電子部品の設置面積が小さくなるという問題がある。

電子機器の高密度実装化に伴い、電子部品の設置面積を確保するという課題は、無線機以外の他の防爆型電子機器についても同様に存在する。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、電子部品の設置面積を大きくする構造を備えた防爆型電子機器及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る防爆型電子機器は、
第１のコネクタを備えた第１の回路基板と、
前記第１のコネクタと嵌合する第２のコネクタを備えた第２の回路基板と、
前記第２のコネクタの外周を囲み、前記第２の回路基板の一面から離間した位置に取り付けられ、前記第１の回路基板に向かって延在するパッキンと、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とが、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとにより嵌合された状態で、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に充填される充填剤と、を備え、
前記パッキンは、前記第１と第２のコネクタとの嵌合部分を含む閉空間を形成すること、
を特徴とする。

例えば、前記パッキンは、支持部と壁部とから構成され、前記支持部は、前記第２のコネクタの側面の、前記第２の回路基板の一面から所定の距離だけ離間した位置に、前記第２のコネクタの外周を囲むように取り付けられ、前記壁部は、前記第１の回路基板に向かって延びるように前記支持部に取り付けられている。

例えば、前記壁部は、前記支持部の一側面から前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとを嵌合したときの前記第１の回路基板の表面までの距離よりも長い長さを有し、前記パッキンの壁部の上面は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとを嵌合するときに、前記第１の回路基板の表面から押圧されて、前記第１の回路基板の表面に密着する。

例えば、前記壁部は、前記第１の回路基板から押圧されたときに、前記第１と第２のコネクタの嵌合部分から離間する方向に弾性変形するように形成されている。

例えば、前記パッキンの壁部は、シリコンエラストマー樹脂などの押圧されたときに弾性変形するような材料から形成される。

例えば、前記第２の回路基板と前記パッキンとの間隔は、前記パッキン近傍に配置された電子部品の高さよりも、所定の距離以上大きい。

また、本発明の第２の観点に係る防爆型電子機器の製造方法は、
第１のコネクタを備えた第１の回路基板と、前記第１のコネクタと嵌合する第２のコネクタを備えた第２の回路基板とが、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとにより嵌合された状態で、前記第２のコネクタの前記第２の回路基板の一面から離間した位置に配置され、前記第２のコネクタの外周を囲み、前記第１の回路基板に向かって延在して前記第１の回路基板に接触しているパッキンにより前記第１のコネクタと第２のコネクタとの嵌合部分を含む閉空間を形成し、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に充填剤を充填すること、
を特徴とする。

本発明によれば、電子部品の設置面積を大きくする構造を備えた防爆型電子機器及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る防爆無線機の構造を示す断面図である。 （ａ）と（ｂ）は、それぞれ、第１のコネクタと第２のコネクタの接続部の形態の例を示す図である。 パッキンの構造を示す拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施形態１に係る防爆無線機の製造手順を示す図である。 （ｅ）〜（ｇ）は、実施形態１に係る防爆無線機の製造手順を示す概略断面図である。 （ａ）は、第１のコネクタを第１の回路基板に接続する他の例を示す断面図、（ｂ）はその製造工程を示す断面図である。 第１の回路基板から押圧されたときのパッキンの壁部の他の変形状態を示す断面図である。 パッキンの支持部の変形例を示す断面図である。 充填剤の充填形態の他の例を示す断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態に係る防爆型電子機器とその製造方法を、防爆無線機を例に説明する。

本実施形態の防爆無線機１００は、図１に示すように、第１の回路基板１と、第２の回路基板２と、シャシ３と、第１のコネクタ４と、第２のコネクタ５と、パッキン６と、充填剤７と、を備えている。実際には、防爆無線機１００は、外装ケースで覆われて、電子機器としての体を成しているが、本願の説明に際して、防爆無線機１００の内部構成をより明確に示すために、図中では外装ケースを省略している。

第１の回路基板１および第２の回路基板２は、集積回路、抵抗器、コンデンサなどの電子部品８を実装したリジッド型のプリント基板である。第１の回路基板１には、第１のコネクタ４が、第２の回路基板２には第２のコネクタ５が配置されている。

シャシ３は、箱型に形成された金属製の容器から構成される。シャシ３には、第１の回路基板１と第２の回路基板２が、図示していないリブ等を介して、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５が嵌合した状態で、平行に取り付けられている。

第１のコネクタ４は、雄コネクタから構成され、プラスチックなどの硬質樹脂材料で形成された保持部材９で抱持されて、第１の回路基板１の一面に取り付けられている。第１のコネクタ４には、例えば、図２（ａ）に例示するように、ソケット状に導電部（接続端子）４ａが形成され、或いは、図２（ｂ）に示すように、弾性部材で付勢されて突没可能なピン状に導電部（接続端子）４ｂが形成されている。導電部４ａ、４ｂは図示せぬ配線を介して、第１の回路基板１に形成された電源線、接地線、信号線等のプリント配線に接続されている。

第２のコネクタ５は、雌コネクタから構成され、第２の回路基板２の一面に取り付けられ、第１のコネクタ４を着脱可能に抱持する。第２のコネクタ５の凹部は、第１のコネクタ４の凸部と同形同寸に形成され、嵌合可能に構成されている。第２のコネクタ５の側部と底部は、例えば、プラスチックなどの硬質樹脂材料で形成されている。第２のコネクタ５の凹部には、例えば、図２（ａ）に示すように、第１のコネクタ４の導電部４ａに嵌合するピン状の導電部５ａ、図２（ｂ）に示すように、ピン状に形成された導電部４ｂに接触するソケット状導電部５ｂが形成される。導電部５ａ、５ｂは図示せぬ配線を介して、第２の回路基板２に形成された電源線、接地線、信号線等のプリント配線に接続されている。

従って、第１のコネクタ４を第２のコネクタ５に嵌合すると、第１の回路基板１上の配線と第２の回路基板２上の配線とが電気的に接続され、ボードツーボードコネクタが形成される。このように２枚の基板間をボードツーボードコネクタで接続すると、２枚の基板間の間隔をコネクタの高さと同じ大きさまで薄くできるので、防爆無線機を薄型に構成できる。パッキン６を要することで、充填された防爆無線機の薄型化に資することができる。

図１に示すパッキン６は、防爆無線機１００の製造段階で、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の嵌合部の隙間から、未硬化状態の充填剤７がコネクタ内（コネクタ４と５の隙間）に浸入するのを防止する部材であり、支持部１０と支持部１０に取り付けられる壁部１１とを備える。

支持部１０は、プラスチックなどの硬質絶縁性樹脂材料等からコネクタ周囲に形成される。図３に拡大して示すように、支持部１０は、第２の回路基板２の主面から離間した位置において、第２のコネクタ５の側面の外周に、例えば、熱接着により取り付けられる。支持部１０の取り付け位置と第２の回路基板２との間隔Ｌ２は、第２の回路基板２の第２のコネクタ５近傍に取り付けた電子部品８の高さＬ１よりも所定の距離以上大きい。このため、電子部品８を第２のコネクタ５の比較的近傍に配置することができる。なお、所定の距離とは、第２の回路基板２の第２のコネクタ５近傍に取り付けた電子部品８との絶縁距離を確保できる距離のことである。

壁部１１は、第１の回路基板１で押圧されたときに弾性変形する材料、例えば、シリコンエラストマー樹脂などで筒状に形成される。壁部１１は、第２のコネクタ５を囲って第１の回路基板１に向かって延びるように、例えば、超音波溶着によって、支持部１０の一側面に取り付けられる。壁部１１は、壁部１１が取り付けられる支持部１０の一側面から第１のコネクタ４と第２のコネクタ５を嵌合したときの第１の回路基板１の表面までの距離よりも長い長さを有する。このため、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５とを嵌合したときに、図３に破線で示すように、壁部１１の上面は、第１の回路基板１の表面と接触して、第１の回路基板１の表面から押圧されて、第１の回路基板１に密着される。壁部１１は、例えば、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の嵌合部に対して、外側（離間する方向）に膨らんだ円弧状に変形される。変形後の壁部１１と第１の回路基板１に搭載された電子部品８の距離は、防爆に関する規格であるＩＥＣ６００７９−０もしくはＩＥＣ６００７９−１１で規定された離隔距離を満たす。

充填剤７は、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であり、可燃性ガスや粉塵が電子部品８と接触するのを防止するために、第１の回路基板１と第２の回路基板２の間の空間と、第２の回路基板２とシャシ３の底面との間の空間に充填される。ただし、充填剤７は、第２のコネクタ５とパッキン６と第１の回路基板１により形成されている閉（気密）空間内には充填されていない。

電子部品８は、無線機を構成する種々の電子パーツであり、例えば、抵抗素子、容量素子等の受動素子、半導体チップ、表示装置、各種スイッチ、ボタン、表示装置、などを含む。
例えば、第１の回路基板１の上面（露出面）にはユーザインタフェースである、キースイッチ、ボタン等の操作用パーツと液晶表示素子等の表示パネル等、もしくはレンズ等の外部に露出する必要がある部品が配置され、第１の回路基板１の裏面や第２の回路基板２には、露出の必要のない部品が配置される。

空隙１２のサイズ、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の周辺に配置する電子部品８の位置は、防爆に関する基準であるＩＥＣ６００７９０−０もしくはＩＥＣ６００７９０−１１を満たすように、電子部品８に印加される電圧と近接する部品との離隔距離に基づいて設定されている。このため、図３に示すように、各電子部品８は、パッキン６から印加電圧により定まる所定距離だけ離れた限界ラインＬＬより遠い位置に配置されている。

次に、図４、図５を参照しながら、防爆無線機１００の製造方法を説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、プリント配線が施された第１の回路基板１の所定位置に第１のコネクタ４，電子部品８等を配置する。
また、図４（ｂ）に示すように、プリント配線が施された第２の回路基板２の所定位置に第２のコネクタ５，電子部品８等を配置する。さらに、第２のコネクタ５の所定位置に、支持部１０を熱接着等により固定し、さらに、支持部１０に壁部１１を取り付ける。

次に、図４（ｃ）に示すように、シャシ３の底面と対向するように、第２の回路基板２をシャシ３内に配置する。

続いて、図４（ｄ）に示すように、第２の回路基板２の一端に設けた第１の充填剤注入口３０ａから、熱硬化性の充填剤７を注入する。充填剤７によって、第２の回路基板２とシャシ３の底面の間の空間３０ｃの空気が、第２の回路基板２の他端に設けた第１の空気排出口３０ｂから押し出される。充填後、加熱し、空間３０ｃ内に充填された充填剤７を硬化する。

次に、図５（ｅ）に示すように、第１のコネクタ４の凸部と第２のコネクタ５の凹部が向かい合うように、第１の回路基板１を第２の回路基板２に対向配置させ、図中に矢印で示した方向に、第１の回路基板１を移動させ、第１のコネクタ４の凸部の先端を第２のコネクタ５の凹部に挿入する。

第１のコネクタ４の凸部を第２のコネクタ５の凹部にさらに押し込むと、図５（ｆ）に示すように、第１の回路基板１の表面と、パッキン６の壁部１１の上面が接触する。

第１のコネクタ４の凸部を第２のコネクタ５の凹部にさらに押し込むと、図５（ｇ）に示すように、第１のコネクタ４は、第２のコネクタ５に嵌合される。これにより、図２に示した第１のコネクタ４の導電部４ａと第２のコネクタ５の導電部５ａ又は４ｂと５ｂが接続し、第１の回路基板１と第２の回路基板２とは電気的に接続される。
このとき、パッキン６の壁部１１の上面は、第１の回路基板１から押圧されて、第１の回路基板１に密着される。また、パッキン６の壁部１１は、図３破線で示すように、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の嵌合部に対して、外側に膨らんだ円弧状に変形する。

これにより、第１の回路基板１に接続された第１のコネクタ４と第２の回路基板２に配置された第２のコネクタ５とが接続された状態で、第１の回路基板１と第２の回路基板２とをシャシ３に配置すると共に、第２のコネクタ５の第２の回路基板１の一面から離間した位置に配置され、第２のコネクタ５の外周を囲み、第１の回路基板１に向かって延び、上面が第１の回路基板１に接触しているパッキン６により第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の接続部分を含む閉空間を形成する。

続いて、図５（ｇ）に示すように、第１の回路基板１の一端に設けた第２の充填剤注入口４０ａから、未硬化の充填剤７を、充填剤７の上面が第１の回路基板１に達するまで注入する。注入された充填剤７によって、第１の回路基板１と第２の回路基板２の間の空間４０ｃの空気が、第１の回路基板１の他端に設けた第２の空気排出口４０ｂから押し出される。
このとき、第２のコネクタ５、パッキン６，及び第１の回路基板１は、閉じた気密空間を形成し、充電剤７が第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の接続部分に浸入するのを防止する。

充填完了後、加熱して、空間４０ｃ内に充填された充填剤７を硬化させる。以上で、充填剤７が充填された防爆無線機１００が完成する。

以上説明したように、本実施形態の防爆無線機１００は、第２の回路基板２から所定の距離だけ離間して（浮かせて）、パッキン６を第２のコネクタ５の外側面に取り付けている。このため、パッキン６を第２の回路基板２上に直接配置する構成に比較して、第２のコネクタ５の周辺まで電子部品８を配置でき、第２の回路基板２上の電子部品の設置面積を大きくできる。そのため、同数の電子部品を備える場合、回路基板を小型に設計できるので、防爆無線機の小型化に資する。

上記実施形態は、例示であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲において、自在に変形、応用あるいは改良して実施できる。

例えば、上記実施形態では、保持部材９で抱持して、第１のコネクタ４をリジッド基板である第１の回路基板１に取り付ける例について示したが、図６（ａ）に例示するように、第１の回路基板１としてフレキシブルプリント基板を用いる場合や、第１の回路基板１２に第１のコネクタ４を直に固定するのではなく、第１の回路基板１に、ケーブル１３を介して、第１のコネクタ４を接続して配置する（備える）こともできる。この場合には、図６（ｂ）に示すように、第１のコネクタ４を第２のコネクタ５に嵌合した後で、第１の回路基板１をシャシ３に固定することが可能となる。
また、このような構成にすれば、第１の回路基板１を下方に凸となるように変形して、シャシ３に取り付けることができるので、第１の回路基板１と第２の回路基板２の間に充填する充填剤７の量を少なくできる。また、フレキシブルプリント基板は、リジッド基板に比べて軽量なので、防爆無線機の軽量化に資することができる。

また、上記実施形態では、パッキン６の壁部１１が、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５の嵌合部に対して、外側に円弧状に膨らむように変形する例を示したが、壁部１１の変形の態様はこれに限られない。例えば、パッキン６の壁部１１は、図７に示すように、支持部１０から第１の回路基板１に向かうにつれて、ハの字状に広がる形状に変形されてもよい。図１に示した例と支持部１０の取り付け位置と壁部１１の長さが同じ場合、壁部１１がこのように変形すれば、垂直方向への壁部１１の縮みは大きくなって、壁部１１が第１の回路基板１を押し返す力は大きくなる。そのため、図１に示した例と比べて、第１の回路基板１と支持部１０との間で、壁部１１を強固に固定できる。その他、壁部１１の変形の形態は任意であるが、第１の回路基板１からの押圧により、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５との接続部分より離れる方向に変形することが望ましい。

また、図８に示すように、パッキン６を構成する支持部１０を、例えば、第１のコネクタ４と第２のコネクタ５との接続部分まで延在し、接続部分を支持部１０でカバーするように構成してもよい。

また、パッキン６の壁部１１が第１の回路基板１に直接接触する例を示したが、第１の回路基板１に壁部１１の上端部と圧接或いは嵌合する受け部を形成してもよい。

また、充填剤７を、第１の回路基板１と同一面まで充填する例を説明したが、図９に示すように、充填剤７と第１の回路基板１との間に空隙が形成されてもよい。

また、シャシ３の下側に第２の回路基板２，上側に第１の回路基板１を配置する例を示したが、シャシ３の上側に第２の回路基板２，下側に第１の回路基板１を配置する構成でもよい。

また、上記実施形態では、第１の回路基板１の両面に、集積回路、抵抗器、コンデンサなどの電子部品８を配置する例について示したが、配置される部品はこれに限られず、任意である。
また、回路基板が２枚の例を示したが、回路基板は３枚以上でもよい。

また、上記実施形態では、第２の回路基板２とシャシ３の間のみの充填、硬化を行い、次に第１の回路基板１を嵌合後に再度充填、硬化を行ったが、複数回に分ける充填方法に限らず、第１の回路基板１を嵌合後、一度に充填を行い、硬化させる方法も適用可能である。

さらに、防爆型無線機１００の例を示したが、複数の回路基板を備えているならば、他の防爆型の電子機器にも適用可能である。

１ 第１の回路基板
２ 第２の回路基板
３ シャシ
４ 第１のコネクタ
５ 第２のコネクタ
６ パッキン
７ 充填剤
８ 電子部品
９ 保持部材
１０ 支持部
１１ 壁部
１２ 空隙
１３ ケーブル
３０ａ 第１の充填剤注入口
３０ｂ 第１の空気排出口
３０ｃ 空間
４０ａ 第２の充填剤注入口
４０ｂ 第２の空気排出口
４０ｃ 空間
１００ 防爆無線機

Claims (7)

1. 第１のコネクタを備えた第１の回路基板と、
   前記第１のコネクタと嵌合する第２のコネクタを備えた第２の回路基板と、
   前記第２のコネクタの外周を囲み、前記第２の回路基板の一面から離間した位置に取り付けられ、前記第１の回路基板に向かって延在するパッキンと、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とが、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとにより嵌合された状態で、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に充填される充填剤と、を備え、
   前記パッキンは、前記第１と第２のコネクタとの嵌合部分を含む閉空間を形成すること、
   を特徴とする防爆型電子機器。
2. 前記パッキンは、支持部と壁部とから構成され、
   前記支持部は、前記第２のコネクタの側面の、前記第２の回路基板の一面から所定の距離だけ離間した位置に、前記第２のコネクタの外周を囲むように取り付けられ、
   前記壁部は、前記第１の回路基板に向かって延びるように前記支持部に取り付けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の防爆型電子機器。
3. 前記壁部は、
   前記支持部の一側面から前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとを嵌合したときの前記第１の回路基板の表面までの距離よりも長い長さを有し、
   前記パッキンの壁部の上面は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとを嵌合するときに、前記第１の回路基板の表面から押圧されて、前記第１の回路基板の表面に密着すること
   を特徴とする請求項２に記載の防爆型電子機器。
4. 前記壁部は、前記第１の回路基板から押圧されたときに、前記第１と第２のコネクタの嵌合部分から離間する方向に弾性変形するように形成されていること、
   を特徴とする請求項２又は３に記載の防爆型電子機器。
5. 前記パッキンの壁部は、シリコンエラストマー樹脂から形成されること、
   を特徴とする請求項２，３又は４に記載の防爆型電子機器。
6. 前記第２の回路基板と前記パッキンとの間隔は、前記パッキン近傍に配置された電子部品の高さよりも、所定の距離以上大きいこと、
   を特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の防爆型電子機器。
7. 第１のコネクタを備えた第１の回路基板と、前記第１のコネクタと嵌合する第２のコネクタを備えた第２の回路基板とが、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとにより嵌合された状態で、前記第２のコネクタの前記第２の回路基板の一面から離間した位置に配置され、前記第２のコネクタの外周を囲み、前記第１の回路基板に向かって延在して前記第１の回路基板に接触しているパッキンにより前記第１のコネクタと第２のコネクタとの嵌合部分を含む閉空間を形成し、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間に充填剤を充填すること、
   を特徴とする防爆型電子機器の製造方法。

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