JP6483553B2

JP6483553B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP6483553B2
Application number: JP2015137556A
Authority: JP
Inventors: 淳史倉内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: JP2017022224A

Description

本発明は、着脱容易な回路基板を備えた電子装置に関し、特に、耐振動性の高い回路基板を備えた電子装置に関する。

従来、回路基板を備える電子装置では、当該回路基板のエッジ部近傍の複数箇所（例えば四隅角部の近傍や対向する４辺のエッジ近傍）を当該電子装置の筐体に対してネジ固定することで、当該回路基板が固定されている。これにより、回路基板は電子装置の筐体に対して堅固に固定されるが、一方で、電子装置の保守等を行うために回路基板を取り外したい場合には、数多くのネジを用いる構成では作業が煩雑となる。

このため、例えば、電子装置の筐体をケースとカバーの二体構成とし、回路基板のエッジ部周辺を電子装置の筐体に挟み込む（すなわち、ケースとカバーとで挟み込む）ことで回路基板を固定する構成が知られている（特許文献１参照）。一般に、回路基板のエッジ部を筐体に挟み込んで固定する構成では、筐体により挟み込まれた回路基板部分が、当該回路基板と筐体との熱膨張係数差等により、環境温度の変動と共に応力を発生して破損してしまったり、回路基板と筐体との接触部分が擦れ合って金属粉を発生し、電子回路の機能異常を発生させるということが起こり得る。このため、特許文献１に記載の構成では、特に、回路基板のうち筐体に挟まれている部分の近傍にスリットを設けて応力を開放することで、上記基板の破損や金属粉の発生を抑制している。

しかしながら、特許文献１の構成では、回路基板のエッジ部が固定される構成であるため、電子装置を振動環境に設置した場合、印加される振動の周波数によっては回路基板の中央部分が撓んで破損してしまう現象が発生し得る。すなわち、従来の電子装置では、当該電子装置内部に取り付けられた回路基板の耐振動性について、更に改善の余地がある。

特開２０１４−０９９５７２号公報

上記背景より、回路基板が着脱容易に取付けられ、且つ耐振動性の高い、電子装置の実現が、望まれている。

本発明の一の態様は、回路基板と、前記回路基板を把持する筐体と、を備える電子装置であって、前記筐体は、前記回路基板のエッジ部分の一部又は全部を把持すると共に、当該回路基板上の前記エッジ部分より内側の領域の一の部分を把持するよう構成されており、前記筐体は、前記回路基板の前記内側の領域の一の部分及び前記エッジ部分の、表裏にそれぞれ接して前記回路基板を挟持する２つの部分で構成され、前記２つの部分は、前記内側の領域の一の部分において前記回路基板を貫通するネジにより互いに締結され、前記内側の領域の一の部分は前記回路基板の中央部分であって、前記回路基板は、前記２つの部分が前記内側の領域の一の部分である前記中央部分を貫通する前記ネジにより締結されることにより、前記エッジ部分にネジを設けることなく、前記２つの部分により前記エッジ部分の一部又は全部及び前記内側の領域の一の部分である前記中央部分において把持され、かつ、前記回路基板は、前記ネジが挿通される前記中央部分の周囲の、前記２つの部分により把持される部分に凹部を有し、前記回路基板の前記凹部に接着剤が塗布されている。
本発明の他の態様は、回路基板と、前記回路基板を把持する筐体と、を備える電子装置であって、前記筐体は、前記回路基板のエッジ部分の一部又は全部を把持すると共に、当該回路基板上の前記エッジ部分より内側の領域の一の部分を把持するよう構成されており、前記筐体は、前記回路基板の前記内側の領域の一の部分及び前記エッジ部分の、表裏にそれぞれ接して前記回路基板を挟持する２つの部分で構成され、前記２つの部分は、前記内側の領域の一の部分において前記回路基板を貫通するネジにより互いに締結され、前記内側の領域の一の部分は前記回路基板の中央部分であって、前記回路基板は、前記２つの部分が前記内側の領域の一の部分である前記中央部分を貫通する前記ネジにより締結されることにより、前記エッジ部分にネジを設けることなく、前記２つの部分により前記エッジ部分の一部又は全部及び前記内側の領域の一の部分である前記中央部分において把持され、前記筐体を構成する前記２つの部分の少なくとも一方は、前記回路基板を把持する部分に凹部を有し、前記筐体の前記凹部に接着剤が塗布されている。
本発明の他の態様によると、前記筐体は導電性材料で構成され、前記筐体により把持される前記回路基板の前記内側の領域の一の部分には、グランドパターンが形成されており、前記回路基板上に構成される電子回路のグランド電流は、前記グランドパターンから前記筐体へ流れ出て、前記電子装置の外部に設けられた電源へ還流する。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、当該回路基板上に形成された回路ブロックの一つ又は複数毎に設けられた複数のグランドパターンを備え、前記複数のグランドパターンのそれぞれは、前記内側の領域の一の部分に形成された前記グランドパターンに直接接続されている。
本発明の他の態様によると、前記電子装置は、車両に搭載されて当該車両の動作を制御する制御装置であって、前記筐体は、前記車両の車体に固定され、前記車体を介して前記車両に搭載された電源グランド端子に電気的に接続される。
本発明の他の態様によると、前記回路基板上における、前記内側の領域の一の部分と前記筐体との接触部の位置は、前記回路基板の機械的共振振動数が所定の振動数より高くなるように選択される。

本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示すブロック図である。図１に示す電子装置に用いられる回路基板の一例を示す図である。図１に示す電子装置の筐体における回路基板の固定構造を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、一例として、車両に搭載されて当該車両の動作を制御する制御装置である電子装置を示しているが、本発明に係る電子装置は、本用途に限られるものではなく、車両制御を行う制御装置以外の、他の用途又は機能を持つ電子装置として広く一般に適用され得る。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は本電子装置１０の上面図、図１（ｂ）は電子装置１０の正面図である。

本電子装置１０は、車両に搭載され当該車両のエンジン制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）であり、導電性材料（例えばアルミニウム等の金属や導電性樹脂など）から成るベース１００ａとカバー１００ｂとにより構成される導電性の筐体１００と、筐体１００内部に登載された回路基板１０２と、回路基板１０２に登載されてその一部が筐体１００外に露出したコネクタ１０４と、を有する。ベース１００ａとカバー１００ｂとは、図１Ａに示す上面図の略中央部に設けられたネジ１０６により締結され、当該締結により、ベース１００ａとカバー１００ｂとの間に回路基板１０２が固定される。回路基板１０２の固定構造については後述する。

図２は、回路基板１０２の一例を示す図であり、図２（ａ）は回路基板１０２の平面図、図２（ｂ）はＴＴ矢視断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示すＥ部の部分詳細図である。回路基板１０２の中央部には、ネジ１０６が挿通される孔２００が設けられており、回路基板１０２の孔２００の周囲部分には、回路基板１０２の表裏それぞれに、他の部分よりも厚さの薄い凹部２０２、２０４が円環状に設けられている（図２（ｂ）、図２（ｃ））。

また、回路基板１０２の孔２００を含む中央領域には、回路基板１０２が筐体１００内に収容されたときに筐体１００のカバー１００ｂと接触するように構成されたグランドパターン２０６が設けられている。さらに、回路基板１０２には、回路基板１０２上に形成される電子回路（不図示）を構成する複数の回路ブロック毎に設けられたグランドパターン２０８、２１０、２１２が設けられており、グランドパターン２０８〜２１２は、それぞれ接続パターン２１４、２１６、２１８を介して、孔２００を含む領域に設けられたグランドパターン２０６に対し直接に、電気的に直流的に接続されている。なお、以下において、「接続」とは、特に断りの無い限り、電気的に直流的に接続されていることを意味するものとする。

ここで、回路ブロックとは、例えば機能や扱う信号等の所定の属性によって区分され得る電子回路の部分をいい、例えば電子装置１０の外部から入力されるセンサ等からのアナログ微小信号を増幅するトランジスタ等の増幅回路を含んだ小信号増幅回路ブロック、小信号増幅回路ブロックから出力される増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換して論理演算を行うコンピュータ等を含む論理演算ブロック、当該論理演算ブロックの演算結果に基づいて電子装置１０の外部に存在するアクチュエータ等の負荷を高電圧及び又は大電流で駆動する駆動回路ブロック等を言う。

また、これらの回路ブロック毎に設けられるグランドパターン２０８〜２１２は、それぞれ、例えば小信号増幅回路ブロックに設けられるいわゆるシグナルグランド（ＳＧ、Signal Ground）パターン、論理演算ブロックに設けられるいわゆるロジックグランド（ＬＧ、Logic Ground）パターン、及び駆動回路ブロックに設けられるいわゆるパワーグランド（ＰＧ、Power Ground）であるものとすることができる。

なお、本実施形態では、グランドパターン２０８〜２１２が、グランドパターン２０６が形成された回路基板１０２の露出面（表面層）に形成されるものとして図示したが、これに限らず、グランドパターン２０８〜２１２は、グランドパターン２０６が形成された面に対向する面、又は回路基板１０２が多層基板である場合には内層に形成され、ビア等を介してグランドパターン２０６と電気的に接続されるものとすることができる。

図３は、図１に示す電子装置１０の筐体１００における回路基板１０２の固定構造を説明するための図であり、図３（ａ）は、図１に示す電子装置１０のＳＳ矢視断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＰ部の部分詳細図、図３（ｃ）は図３（ａ）に示すＱ部の部分詳細図である。なお、Ｒ部はＱ部と左右対称の構造であるため、ここではＱ部の部分詳細図のみ示して説明する。

回路基板１０２は、図３（ａ）の図示左右方向の略中央部において、ベース１００ａ及びカバー１００ｂに設けられた凹部３００、３０２によって挟まれて把持されると共に、図示左右方向のエッジ部においてもベース１００ａ及びカバー１００ｂによって挟まれて把持されている。なお、回路基板１０２のエッジ部における筐体１００の把持部分は、例えば、図１（ａ）に示す上面図において、カバー１００ｂの図示左右のエッジ及び図示上部のエッジと並行に、コの字状に形成されるものとすることができる。回路基板１０２のエッジにおける把持は、このように回路基板１０２のエッジの一部において行われるようにしてもよいし、例えばコネクタ１０４を用いない場合には、回路基板１０２のエッジの全部（全周）が筐体１００により把持されるように構成するものとすることもできる。

ベース１００ａの凹部３００に設けられた孔３０６（図３（ｂ））と、カバー１００ｂの凹部３０２に設けられた孔３０８と、回路基板１０２に設けられた孔２００と、にはネジ１０６が挿通され、当該ネジ１０６とナット３０４とが締結されることにより加圧具として機能し、ネジ１０６とナット３０４との締結力により回路基板１０２がその中央部及びエッジ部において筐体１００に対して把持されて固定される。

一方、ベース１００ａとカバー１００ｂの凹部３００、３０２の間に回路基板１０２が把持されることにより、回路基板１０２のグランドパターン２０６（図２（ａ））がカバー１００ｂと接触して電気的に接続されることとなる。これにより、グランドパターン２０６は、電子装置１０の筐体１００が車両の金属製ボディ等に取り付けられることにより、カバー１００ｂと当該車両の金属製ボディとを介して、当該車両内に設けられた電源装置のグランド端子に電気的に接続されることとなる。すなわち、回路基板１０２上に構成される電子回路（不図示）のグランド電流は、グランドパターン２０６から筐体１００へ流れ出て、電子装置１０の外部に設けられた電源へ還流する、

また、回路基板１０２の凹部２０２、２０４には、孔２００、３０６、３０８を通って筐体１００内部に湿気や水が進入しないように、防水用接着剤３２０が充填されている（図３（ｂ））。さらに、ベース１００ａ及びカバー１００ｂには、回路基板１０２に円環状に設けられた凹部２０２、２０４と略同心円の円環状を為すように凹部３１０、３１２がそれぞれ形成されており、これらの凹部３１０、３１２にも、防水用接着剤３２０が充填されている。

さらに、図３（ｃ）に示すように、カバー１００ｂの図３（ａ）の図示左右の側部にも、凹部３１４が形成されており、当該凹部３１４に防水用接着剤３２０が充填されることにより、筐体１００内部の気密が確立される。ここで、凹部３１４は、例えば、図１（ａ）に示す上面図において、カバー１００ｂの図示左右のエッジ及び図示上部のエッジに沿って、コの字状に形成されるものとすることができる。なお、図３（ｃ）において、カバー１００ｂの端部に設けられている折り返し部３３０は、本電子装置１０が登載された車両が例えば洗車される際に、高圧洗車水の水圧が防水用接着剤３２０に直接かからないようにするための防御壁として機能する。

上記の構成を有する電子装置１０では、回路基板１０２が筐体１００（すなわち、ベース１００ａとカバー１００ｂ）によって把持されて固定される。すなわち、回路基板１０２は、当該回路基板１０２のエッジ部において筐体１００に把持されると共に、特に、回路基板１０２の中央領域においても、筐体１００（具体的には、ベース１００ａの凹部３００とカバー１００ｂの凹部３０２との間）に把持される構成となっている。

このように回路基板１０２の中央領域に把持部分があることにより、本電子装置１０では、回路基板１０２の対向するエッジのみを把持する従来構造に比べて、把持部分間の距離が短くなることから回路基板１０２の面方向に直交する方向の振動における共振振動数を（例えば環境振動の最大振動数よりも）高めることができ、耐振動性を向上させることができる。

また、回路基板１０２は、当該回路基板１０２の中央領域においてネジ１０６の締結力により把持されているため、回路基板１０２及び筐体１００の熱膨張／収縮が発生した場合には、筐体１００に対する回路基板１０２の伸び縮みは、当該中央領域の把持部分を中心として発生することとなる。このため、当該伸び縮みの中心である回路基板１０２の中央領域における把持部分においては、回路基板１０２及び筐体１００の間の熱膨張／収縮に起因する擦れは殆ど発生しない。また、回路基板１０２の中央領域の把持部分と当該回路基板１０２のエッジ部分までの距離は、回路基板１０２の対向するエッジ間の距離よりも短いことから、回路基板１０２のエッジにおける把持部分に発生する回路基板１０２と筐体１００との擦れ量（筐体１００に対する回路基板１０２の変位量）は、対向するエッジのみを把持する従来構造に比べて低減される。

このため、環境温度の変動や、回路基板１０２上に登載された電子部品（不図示）の発熱等により回路基板１０２及び筐体１００の温度が変動した場合でも、回路基板１０２と筐体１００とが擦れ合って生ずる金属粉（黒粉）の発生量を大幅に低減することができる。

本電子装置１０では、回路基板１０２上に複数のグランドパターン２０６〜２１２が形成されている。このように、回路基板上に複数のグランドパターンが形成される場合には、グランド電流が流れることによりグランドパターン間に発生する電位差を最小にすべく、グランドパターンをカスケードに接続するのではなく、各グランドパターンが共通なグランドパターン部分のみを介して電源グランドに接続されることが望ましい（例えば、特開２０１４−０９９５５４号公報参照）。

本電子装置１０では、回路基板１０２を筐体１００に収容したときに筐体１００と電気的に接続されることとなるグランドパターン２０６が回路基板１０２の中央部分に設けられているので、当該中央部分から外側に向かって他のグランドパターン２０８〜２１２を配置することで、上述のような「各グランドパターン（２０８〜２１２）が共通なグランドパターン部分（２０６）のみを介して電源グランドに接続される」構成を容易に実現することができる。

また、本電子装置１０では、筐体１００の組み立てと回路基板１０２の固定とが１本のネジ１０６によって行われるため、構造が簡単であり、且つ組み立ての際の作業時間も短縮されるので、コストの低減を図ることができる。

なお、本実施形態では、回路基板１０２の略中央部分が筐体１００により把持される構成としたが、これに限らず、回路基板１０２のエッジ部分より内側の領域の一の部分において回路基板１０２が把持される構成とすることで、上記と同様の効果を得ることができる。また、当該内側の領域の一の部分に設ける把持部分の位置は、回路基板１０２に用いられる素材の弾性、回路基板１０２に登載される電子部品の配置（すなわち、回路基板１０２上に分布する質量の分布態様）等に基づいて、筐体１００に固定された状態での回路基板１０２の共振振動数が、所望の（従って、所定の）下限値よりも高くなるように選択することができる。

また、本実施形態では、ネジ１０６とナット３０４とを加圧具として用いて、回路基板１０２に対する筐体１００の把持力をネジ１０６とナット３０４との締結力により得る構成としたが、これに限らず、板バネやコイルスプリングを加圧具として用いるものとしても良い。

１０・・・電子装置、１００・・・筐体、１００ａ・・・ベース、１００ｂ・・・カバー、１０２・・・回路基板、１０４・・・コネクタ、１０６・・・ネジ、２００、３０６、３０８・・・孔、２０２、２０４、３００、３０２、３１０、３１２、３１４・・・凹部、２０６、２０８、２１０、２１２・・・グランドパターン、２１４、２１６、２１８・・・接続パターン、３０４・・・ナット、３２０・・・防水用接着剤、３３０・・・折り返し部。

Claims

回路基板と、
前記回路基板を把持する筐体と、
を備え、
前記筐体は、前記回路基板のエッジ部分の一部又は全部を把持すると共に、当該回路基板上の前記エッジ部分より内側の領域の一の部分を把持するよう構成されており、
前記筐体は、前記回路基板の前記内側の領域の一の部分及び前記エッジ部分の、表裏にそれぞれ接して前記回路基板を挟持する２つの部分で構成され、
前記２つの部分は、前記内側の領域の一の部分において前記回路基板を貫通するネジにより互いに締結され、
前記内側の領域の一の部分は前記回路基板の中央部分であって、
前記回路基板は、前記２つの部分が前記内側の領域の一の部分である前記中央部分を貫通する前記ネジにより締結されることにより、前記エッジ部分にネジを設けることなく、前記２つの部分により前記エッジ部分の一部又は全部及び前記内側の領域の一の部分である前記中央部分において把持され、かつ、
前記回路基板は、前記ネジが挿通される前記中央部分の周囲の、前記２つの部分により把持される部分に凹部を有し、
前記回路基板の前記凹部に接着剤が塗布されている、
電子装置。
回路基板と、
前記回路基板を把持する筐体と、
を備え、
前記筐体は、前記回路基板のエッジ部分の一部又は全部を把持すると共に、当該回路基板上の前記エッジ部分より内側の領域の一の部分を把持するよう構成されており、
前記筐体は、前記回路基板の前記内側の領域の一の部分及び前記エッジ部分の、表裏にそれぞれ接して前記回路基板を挟持する２つの部分で構成され、
前記２つの部分は、前記内側の領域の一の部分において前記回路基板を貫通するネジにより互いに締結され、
前記内側の領域の一の部分は前記回路基板の中央部分であって、
前記回路基板は、前記２つの部分が前記内側の領域の一の部分である前記中央部分を貫通する前記ネジにより締結されることにより、前記エッジ部分にネジを設けることなく、前記２つの部分により前記エッジ部分の一部又は全部及び前記内側の領域の一の部分である前記中央部分において把持され、
前記筐体を構成する前記２つの部分の少なくとも一方は、前記回路基板を把持する部分に凹部を有し、
前記筐体の前記凹部に接着剤が塗布されている、
電子装置。
前記筐体は導電性材料で構成され、
前記筐体により把持される前記回路基板の前記内側の領域の一の部分には、グランドパターンが形成されており、
前記回路基板上に構成される電子回路のグランド電流は、前記グランドパターンから前記筐体へ流れ出て、前記電子装置の外部に設けられた電源へ還流する、
請求項１または２に記載の電子装置。
前記回路基板は、当該回路基板上に形成された回路ブロックの一つ又は複数毎に設けられた複数のグランドパターンを備え、前記複数のグランドパターンのそれぞれは、前記内側の領域の一の部分に形成された前記グランドパターンに直接接続されている、
請求項３に記載の電子装置。
前記電子装置は、車両に搭載されて当該車両の動作を制御する制御装置であって、
前記筐体は、前記車両の車体に固定され、前記車体を介して前記車両に搭載された電源のグランド端子に電気的に接続される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電子装置。
前記回路基板上における、前記内側の領域の一の部分と前記筐体との接触部の位置は、前記回路基板の機械的共振振動数が所定の振動数より高くなるように選択される、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電子装置。