特許 7588760 回路基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】回路基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20241115BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 N

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024515783

(86)(22)【出願日】2022-04-19

(86)【国際出願番号】 JP2022018210

(87)【国際公開番号】W WO2023203649

(87)【国際公開日】2023-10-26

【審査請求日】2024-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】青島 琢磨

【審査官】井上 信

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２５５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１７００８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－７０６３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品が接続可能な複数の接続部を備え、
複数の前記接続部が第１の接続部、第２の接続部および第３の接続部を含み、
前記第１の接続部および第１の電源と前記第３の接続部とを直列接続し、かつ、前記第２の接続部および前記第１の電源と前記第３の接続部とを直列接続する回路パターンが形成され、
前記第３の接続部は、電力を必要とする部品が接続されない場合に前記第３の接続部を構成する２つの端子間を短絡可能に構成される、
回路基板。

【請求項2】

前記第１の接続部、前記第２の接続部および前記第３の接続部と前記第１の電源との間にノイズフィルタが実装される、
請求項１に記載の回路基板。

【請求項3】

前記第１の電源と前記第２の接続部との間にリレーが実装され、
第２の電源からヒータに電力を供給する経路上に設けられた保護用コンタクタが前記第１の接続部に接続され、前記経路上に設けられた、前記ヒータの制御用コンタクタが前記第２の接続部に接続され、前記ヒータ付近の温度が定められた閾値以上の状態を検出すると回路をオープン状態にするサーモスタットが前記第３の接続部に接続される、
請求項１または２に記載の回路基板。

【請求項4】

前記第１の電源と前記第２の接続部との間にリレーが実装され、
第２の電源からヒータに電力を供給する経路上に設けられた、前記ヒータの制御用コンタクタが前記第２の接続部に接続され、前記第３の接続部を構成する２つの端子間を短絡させるジャンパコネクタが前記第３の接続部に接続される、
請求項１または２に記載の回路基板。

【請求項5】

前記第１の電源から供給される電力を制御用電力に変換するコンバータと、前記制御用電力の供給を受けて動作する制御回路と、前記制御回路が生成する差圧調整弁の制御信号を出力する差圧調整弁制御端子とを有し、
前記差圧調整弁の駆動用電力を生成する変圧器が前記第３の接続部に接続され、前記第１の接続部を構成する２つの端子間を短絡させるジャンパコネクタが前記第１の接続部に接続され、前記差圧調整弁の制御信号入力端子が前記差圧調整弁制御端子に接続される、
請求項１または２に記載の回路基板。

【請求項6】

前記第１の電源と前記第２の接続部との間にリレーが実装され、
前記第１の電源から供給される電力を制御用電力に変換するコンバータと、前記制御用電力の供給を受けて動作する制御回路と、前記制御回路が生成する差圧調整弁の制御信号を出力する差圧調整弁制御端子とを有し、
前記差圧調整弁の駆動用電力を生成する変圧器が前記第２の接続部に接続され、前記第３の接続部を構成する２つの端子間を短絡させるジャンパコネクタが前記第３の接続部に接続され、前記差圧調整弁の制御信号入力端子が前記差圧調整弁制御端子に接続される、
請求項１または２に記載の回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、他の回路基板との接続部を有する回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

他の回路基板との接続部を有する従来の回路基板が適用された機器の一例として、特許文献１には、室外機が外部装置と接続するためのコネクタを有する空気調和機が開示されている。特許文献１に記載の空気調和機は、室外機が備える電源部が故障した場合でも、コネクタに接続された外部装置から室外機に電力を供給し、室外機が備える記憶部が保持しているデータを外部装置が読み出し可能に構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－１８０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、製造者が同じで用途も同一の電気機器であっても、回路構成が異なる複数の機種が存在する。例えば、床暖房、給湯、ラジエータなど、水を循環させながら加熱する機器の場合、ヒータ容量、接続方式、タンク容量、ポンプ数および位置、その他のアクチュエータ類の接続において多くのラインナップが存在する。ここで、ヒータ、ポンプ、その他のアクチュエータを制御するための回路基板をラインナップのそれぞれについて個別に用意する場合、設計が必要となる回路基板が多数となり開発負荷が大きくなるとともに、コストアップの要因となる。このため、ラインナップ間で回路基板の共通化の実現が望まれる。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる複数種類の機器に適用可能な回路基板を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる回路基板は、部品が接続可能な複数の接続部を備え、複数の接続部が第１の接続部、第２の接続部および第３の接続部を含み、第１の接続部および第１の電源と第３の接続部とを直列接続し、かつ、第２の接続部および第１の電源と第３の接続部とを直列接続する回路パターンが形成され、第３の接続部は、電力を必要とする部品が接続されない場合に第３の接続部を構成する２つの端子間を短絡可能に構成される。

【発明の効果】

【0007】

本開示にかかる回路基板は、異なる複数種類の機器に適用することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の一例を示す図

【図2】実施の形態１にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の他の例を示す図

【図3】実施の形態２にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の一例を示す図

【図4】実施の形態２にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の接続方法の他の例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本開示の実施の形態にかかる回路基板を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の一例を示す図である。図１では、ヒータを有する機器に実施の形態１にかかる回路基板１０を適用する場合の例を示している。

【0011】

ヒータを有する機器は、異常などが発生したときにヒータの通電状態が継続してしまうのを防止する保護回路を有する。保護回路は、ヒータの性能などに応じて、複数段のコンタクタやサーモスタットを組み合わせて構成される。保護回路を構成する部品同士の接続方式は様々であるが、複数の接続方式を共用可能とすることで様々なヒータを使用した機器間での回路基板の共通化が実現できる。

【0012】

図１に示す回路基板１０には第１の電源である電源回路１０７に接続される。回路基板１０は、電源回路１０７から供給される電力に含まれるノイズ成分を除去するノイズフィルタ１１と、部品が接続可能に構成された第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６とを含む。第２の接続部１５は２つの部品が並列に接続される構成である。また、ノイズフィルタ１１と第２の接続部１５との間にはリレー１２および１３が設けられている。第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６は、例えば、回路基板１０に実装されたコネクタで構成される。

【0013】

ノイズフィルタ１１は、コモンモードチョークコイル、Ｙコンデンサ、Ｘコンデンサ、サージ保護素子などで構成される。このノイズフィルタ１１を経由することで耐ノイズ性およびエミッションのノイズ特性が向上する。回路基板１０にノイズフィルタ１１を構成することにより、回路基板１０と組み合わせ可能な各回路において個別にノイズフィルタを構成する必要が無くなり、余分なコストがかかりスペースも余分に要する形となってしまうのを防止できるメリットがある。

【0014】

また、回路基板１０には、第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６を介してヒータ回路１００が接続される。

【0015】

ヒータ回路１００は、コンタクタ１０２、１０３および１０４と、ヒータ１０５とを含む。ヒータ１０５はサーモスタット１０６を備える。サーモスタット１０６は、ヒータ１０５が異常発熱したときにこれを検出し、自己の両端子間をオープン状態にする。

【0016】

ヒータ回路１００には第２の電源である電源回路１０１が接続される。電源回路１０１は、多段接続された複数のコンタクタを介して、具体的には、１段目のコンタクタ１０２と、２段目のコンタクタ１０３および１０４とを介して、ヒータ１０５の発熱体に電力を供給する。コンタクタ１０２、１０３および１０４は、電源回路１０１からヒータ１０５への電力供給経路を形成する。

【0017】

また、ヒータ回路１００において、コンタクタ１０２はヒータ１０５の保護用コンタクタであり、サーモスタット１０６とともに保護回路を形成する。コンタクタ１０３および１０４はヒータ１０５の制御用コンタクタである。ヒータ回路１００は、保護用コンタクタと制御用コンタクタとを直列に接続する構成である。なお、制御用コンタクタは開閉回数が多いため、複数の制御用コンタクタを並列に配置して開閉寿命を長くすることが一般的に行われている。

【0018】

コンタクタ１０２が有するコイルは、両端が回路基板１０の第１の接続部１４に接続され、電源回路１０７から電力の供給を受ける。コンタクタ１０３および１０４が有する各コイルは、両端が回路基板１０の第２の接続部１５に接続され、電源回路１０７から電力の供給を受ける。コンタクタ１０３および１０４が有する各コイルへの給電は、回路基板１０に実装された、図示を省略している制御回路がリレー１２および１３を開閉させることで制御される。サーモスタット１０６は、両端が回路基板１０の第３の接続部１６に接続され、電源回路１０７から電力の供給を受ける。

【0019】

電源回路１０７から回路基板１０に電力が供給されている場合、ヒータ回路１００のヒータ１０５が異常発熱していない状態であれば、サーモスタット１０６の両端がショートしているためコンタクタ１０２がオンする。さらに、リレー１２および１３をマイコンなどが制御してコンタクタ１０３および１０４のコイルに通電させることでヒータ１０５が通電状態となる。回路基板１０には、第１の接続部１４に接続されたコンタクタ１０２のコイルと、第３の接続部１６に接続されたサーモスタット１０６とが直列関係となるように、また、第２の接続部１５に接続されたコンタクタ１０３および１０４を制御するためのリレー１２および１３と、第３の接続部１６に接続されたサーモスタット１０６とが直列関係となるように、回路パターンが形成されている。このため、サーモスタット１０６がヒータ１０５の異常発熱を検出すると、すなわち、サーモスタット１０６による検出温度が定められた閾値以上の状態になると、サーモスタット１０６がオフして両端がオープン状態になり、この結果、コンタクタ１０２、１０３および１０４もオフ状態となりヒータ１０５への給電を止めることができる。

【0020】

図２は、実施の形態１にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の他の例を示す図である。図２は、図１と同様に、ヒータを有する機器に回路基板１０を適用する場合の例であるが、組み合わせて使用する部品の構成が異なる。

【0021】

図２に示す例において、回路基板１０には、第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６を介してヒータ回路２００が接続される。ヒータ回路２００において、図１に示すヒータ回路１００と同一の符号は同様の構成要素を示す。

【0022】

ヒータ回路２００は、コンタクタ１０３および１０４と、キャピラリー方式のサーモスタット２０２と、ヒータ２０１とを含む。ヒータ２０１にはサーモスタット２０２の温度検出部２０３が設けられている。ヒータ回路２００は、電源回路１０１とコンタクタ１０３および１０４との間にサーモスタット２０２が設けられ、サーモスタット２０２がヒータ２０１の異常発熱を検出すると、電源回路１０１からコンタクタ１０３および１０４への給電が停止される構成である。このため、回路基板１０の第１の接続部１４がオープン状態となる。通常はコネクタなどの部品を用いて第１の接続部１４のオープン状態を作り出す。また、サーモスタット２０２は回路基板１０に接続されないため、極同士がリード線で接続されたジャンパコネクタ２０６を第３の接続部１６に接続し、第３の接続部１６の２つの端子を短絡させる。なお、ジャンパコネクタ２０６の代わりにジャンパ線を用いるなど、他の方法で第３の接続部１６の２つの端子を短絡させてもよい。

【0023】

図２に示す回路基板１０およびヒータ回路２００では、回路基板１０のリレー１２，１３を閉じるとコンタクタ１０３，１０４のコイルに電流が流れてコンタクタ１０３，１０４がオン状態となる。このとき、サーモスタット２０２がヒータ２０１の異常発熱を検出していなければ、電源回路１０１からヒータ２０１に電力が供給される。

【0024】

以上説明したように、本実施の形態にかかる回路基板１０は、外部の回路に接続される第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６を備え、電源回路１０７から供給される電力を、第１の接続部１４、第２の接続部１５および第３の接続部１６に接続された回路に出力可能に構成される。また、回路基板１０は、第３の接続部１６と、第１の接続部１４および第２の接続部１５とを直列接続する回路パターンを有する。回路基板１０は、異なる構成の保護回路を有する複数種類のヒータ回路と組み合わせて使用することができる。

【0025】

実施の形態２．
図３は、実施の形態２にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の一例を示す図である。実施の形態１では、構成が異なる複数のヒータ回路と組み合わせて使用することが可能な回路基板１０について説明したが、本実施の形態では、ヒータを有さない機器、すなわち、実施の形態１で説明したヒータ回路１００および２００といったヒータ回路が含まれない機器と組み合わせて使用することが可能な回路基板について説明する。

【0026】

実施の形態２にかかる回路基板１０ａは、実施の形態１にかかる回路基板１０に対し、交流電力を直流電力に変換して制御用電力を生成するコンバータ１７と、制御回路であるマイコン（Micro Controller）１８と、差圧調整弁制御端子１９とが追加された構成である。コンバータ１７は、例えば、整流回路と絶縁型のＤＣＤＣコンバータとを組み合わせて実現される。差圧調整弁制御端子１９は、第１の接続部１４などと同様に、コネクタ等で構成されてもよい。

【0027】

回路基板１０ａには電源回路３０１と、ステップダウントランスフォーマである変圧器３０２と、差圧調整弁（PICV：Pressure Independent Control Valve）３０３とが接続される。詳細には、変圧器３０２の１次側が回路基板１０ａの第３の接続部１６に接続され、差圧調整弁３０３の制御信号入力端子が回路基板１０ａの差圧調整弁制御端子１９に接続される。また、回路基板１０ａの第１の接続部１４にはジャンパコネクタ３１１が接続され、第１の接続部１４の２つの端子が短絡される。変圧器３０２には、ノイズフィルタ１１および第３の接続部１６を介して、回路基板１０ａに接続された電源回路３０１から電力が供給される。また、変圧器３０２の２次側と差圧調整弁３０３の給電端子とが中継コネクタ３０４を介して接続され、変圧器３０２で電圧変換された電力が駆動用電力として差圧調整弁３０３に供給される。差圧調整弁３０３の動作はマイコン１８により制御される。

【0028】

変圧器３０２は、商用電源からＡＣ２００Ｖが入力されるとＡＣ２４Ｖ程度を出力するダウントランスとなる。図３に示す位置に変圧器３０２を接続することでノイズフィルタ１１への直列接続も行っている形となり、変圧器３０２を商用電源に直接接続する場合よりもイミュニティ試験で対応するようなバーストノイズや雷サージノイズなどに対しての耐力が向上する。また、接続に要する端子台や配線などが不要となり回路基板１０ａから第３の接続部１６を介して直接電源をとることができる。

【0029】

実施の形態２にかかる回路基板１０ａは、実施の形態１で説明した図１および図２に示す構成例のヒータ回路１００および２００に加えて、ヒータを使用しない機器で使用することができる。さらに、図３に示す使用方法とする場合、すなわち、ヒータを使用しない機器で回路基板１０ａを使用する場合、ノイズフィルタ１１と第２の接続部１５との間のリレー１２および１３については未実装とすることでコスト削減効果が得られる。回路基板１０ａを実施の形態１で説明したヒータ回路１００または２００と組み合わせて使用する場合には、マイコン１８がリレー１２および１３を制御すればよい。

【0030】

変圧器３０２は、通常は商用電源から供給されるＡＣ２００ＶをＡＣ２４Ｖ程度の人が感電しない電圧に変圧するが、安全規格上の１次電圧と２次電圧とを絶縁する役割も持つ。通常は、安全規格上の絶縁クラスを持つ絶縁（基礎絶縁、強化絶縁）にて変圧器３０２は設計される。また、回路基板１０ａは、接続されるヒータ（図１に示すヒータ１０５、図２に示すヒータ２０１）の駆動回路だけでなく、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１７と、マイコン１８などの制御部品とが実装されている。マイコン１８は差圧調整弁制御端子１９を経由して差圧調整弁３０３へ制御信号を送る。変圧器３０２は１次側と２次側との間で絶縁（基礎絶縁、強化絶縁）を行うが、２次側に差圧調整弁３０３が接続される場合、変圧器３０２の２次側とコンバータ１７の２次側は絶縁上同じ扱いとなる。絶縁型のＤＣＤＣコンバータを含む構成のコンバータをコンバータ１７として使用することで、同一機器の絶縁設計を成立させつつ製品としてイミュニティ、エミッションに成り立つ構成を実現することができる。また、実施の形態１で説明した図１および図２の接続構成に加え、図３の接続構成も成り立つようにジャンパコネクタ３１１を用いることで、製品の接続構成が増えた場合でも同一の回路基板１０ａを採用することができ、開発効率および開発コストの面でも優位となる。

【0031】

図３では、回路基板１０ａの第３の接続部１６に変圧器３０２の１次側を接続する例を示したが、図４に示す接続としてもよい。図４は、実施の形態２にかかる回路基板および回路基板と組み合わせて使用される部品の接続方法の他の例を示す図である。

【0032】

図４に示す例は、図３に示す例と同様に、回路基板１０ａに変圧器３０２と差圧調整弁３０３とを接続するものであるが、変圧器３０２の接続位置が異なる。具体的には、図４の接続方法では、図３の接続方法で第３の接続部１６に接続していた変圧器３０２を第２の接続部１５に接続する。また、第３の接続部１６にジャンパコネクタ３１２を接続して第３の接続部１６の２つの端子を短絡させる。

【0033】

図３の接続方法では、差圧調整弁３０３が常時通電となるため待機電流が必ず流れてしまう。しかし、差圧調整弁３０３は常時動作させる必要はなく、水が入る入力部で発生する差圧を調整する必要性が生じた場合に動作させればよい。このため、図４の接続方法とすることで、動作させる必要性が生じた時のみ差圧調整弁３０３に給電することが可能となる。すなわち、差圧調整弁３０３を動作させる必要性が生じた場合に、差圧調整弁３０３とノイズフィルタ１１との間のリレー１２を閉じ、差圧調整弁３０３を動作させる必要が無くなるとリレー１２を開く制御を行うことで、回路に必要以上に電流が流れるのを防止でき、省エネルギー化を実現できる。

【0034】

本実施の形態にかかる回路基板１０ａは、複数種類のヒータ回路と組み合わせて使用することができるとともに、差圧調整弁３０３と組み合わせて使用することもできるという効果を奏する。

【0035】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0036】

１０，１０ａ 回路基板、１１ ノイズフィルタ、１２，１３ リレー、１４ 第１の接続部、１５ 第２の接続部、１６ 第３の接続部、１７ コンバータ、１８ マイコン、１９ 差圧調整弁制御端子、１００，２００ ヒータ回路、１０１，１０７，３０１ 電源回路、１０２，１０３，１０４ コンタクタ、１０５，２０１ ヒータ、１０６，２０２ サーモスタット、２０３ 温度検出部、２０６，３１１，３１２ ジャンパコネクタ、３０２ 変圧器、３０３ 差圧調整弁、３０４ 中継コネクタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】