(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板コネクタを有する基板と、
前記基板コネクタと嵌合するマザーボードコネクタを有し筐体に取り付けられたマザーボードと、
該マザーボードに前記基板を挿入する際に該基板を案内する溝を有し前記筐体に取り付けられたガイドレールと、
該ガイドレールに挿入された前記基板の移動を制御して前記マザーボードコネクタに対する前記基板コネクタの挿抜を行なうアクチュエータ・ユニットとを含み、
該アクチュエータ・ユニットは、駆動電流を生成する挿抜制御部と、爪穴を有し前記ガイドレールに取り付けられた爪穴部と、爪が設けられた回転板および該回転板を前記駆動電流に従って回転させて爪を前記爪穴部の爪穴に挿入または排出させる回転板駆動部を有し前記基板に取り付けられた挿抜機構とを含み、
前記挿抜制御部は、前記回転板の爪を前記爪穴部の爪穴の内壁を押しながら所定の方向に回転させる駆動電流を前記挿抜機構に供給して前記基板の移動を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜機構は前記ガイドレールに取り付けられ、前記爪穴部は前記基板に取り付けられたことを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜機構は、前記マザーボードに対する前記基板の挿入位置を検出して検出信号を出力するセンサを備え、前記挿抜制御部は、該センサーから出力される検出信号に基づいて前記挿抜機構の回転板の回転および回転方向を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜機構は、前記回転板の爪の回転範囲を制限するストッパーを備え、該ストッパーは前記基板コネクタが前記マザーボードコネクタに挿入されたときおよび排出されたとき前記回転板の回転を阻止することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの回転板の爪は、前記基板コネクタが前記マザーボードコネクタに挿入されたとき前記爪穴部の爪穴に入って前記基板をロックすることを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットは、駆動電流を生成する挿抜制御部と、ネジ穴を有し前記ガイドレールに取り付けられた筐体ネジ穴固定部と、前記ネジ穴に嵌め込まれるネジおよび該ネジを前記駆動電流に従って回転させるネジ駆動部を有し前記基板に取り付けられた挿抜機構とを含み、
前記挿抜制御部は、前記筐体ネジ穴固定部のネジ穴に嵌め込まれた前記挿抜機構のネジを所定の方向に回転させる駆動電流を前記挿抜機構に供給して前記基板の移動を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜機構は前記ガイドレールに取り付けられ、前記筐体ネジ穴固定部は前記基板に取り付けられたことを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜機構は、前記マザーボードに対する前記基板の挿入位置を検出して検出信号を出力するセンサを備え、前記挿抜制御部は、該センサーから出力される検出信号に基づいて前記挿抜機構のネジの回転および回転方向を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
前記基板コネクタは、電源コンタクト、互いに接続された１組の電源接続検出コンタクト、互いに接続された１組の信号接続検出コンタクトおよびグランドコンタクトを含み、
前記マザーボードコネクタは、電源ピン、１組の電源接続検出ピンおよびグランドピンと、長さが前記各ピンより短い１組の信号ピンおよび１組の信号接続検出ピンとを含み、
前記アクチュエータ・ユニットの挿抜制御部は、前記電源接続検出ピン間の開閉および前記信号接続検出ピン間の開閉を検出するループ検出回路を含み、前記挿抜機構に駆動電流を供給して前記基板の挿入位置を移動させ、信号接続検出ピン間が短絡になる時および電源接続検出ピン間が開放となる前記基板の各挿入位置を算出し、該基板の挿入位置を信号接続検出ピン間の短絡時および電源接続検出ピン間の開放時の中間位置になるように前記挿抜機構を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜制御部は、前記挿抜機構に駆動パルスを供給して前記基板の挿入位置を１駆動パルス毎に所定の距離だけ移動させ、前記基板が信号接続検出ピン間の短絡時から電源接続検出ピン間の開放時にまでに移動した距離をカウンタにより前記駆動パル数を計数することにより算出し、算出した駆動パルス数の１／２の駆動パルスを前記挿抜機構に供給して前記基板を電源接続検出ピン間開放時の挿入位置から信号接続検出ピン間短絡時の挿入位置の方向に移動させることを特徴とする基板挿抜装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、前記アクチュエータ・ユニットの挿抜制御部は、複数の前記基板の移動を制御することを特徴とする基板挿抜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マザーボードまたはバックプレーンに対するCPU （central processing unit） 基板の挿抜を行なう基板挿抜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高信頼性（ハイ・アベイラビリティ）のバスシステム（たとえばコンパクトPCI バス）装置では、バスを制御するCPU 基板に高信頼性システム専用の基板を使用する必要があった。すなわち、一般に高信頼性システムに必要なスイッチオーバ機能は、CPU 基板とバスの電気的接続の切断により実現されるので、高信頼性システム専用CPU 基板には電気的接続を切断する回路が搭載されていた。したがって、高信頼性用ではない一般のCPU 基板は、そのような切断回路が設けられていないため高信頼性システムには使用できなかった。
【０００３】
なお、CPU 基板を物理的に抜くことにより電気的接続を切断することもできるが、従来の挿抜機構は基板を手動式レバーにより挿抜するレバー式であるため、自動的に基板を挿抜することはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の切断回路を搭載した高信頼性システム専用のCPU 基板は、生産数が少ないため一般のCPU 基板より高価になり、また最新のデバイスや技術が応用される時期が一般のCPU 基板より遅れることが多いため価格の割に性能が見劣りするという問題があった。
【０００５】
一方、一般のCPU 基板は、高信頼性システム専用のCPU 基板より安価ではあるが、スイッチオーバ機能を有する回路を搭載していないためそのままでは高信頼システムに使用できなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するもので、一般用のCPU 基板を利用して高信頼性システムを構成できるよう、CPU 基板とマザーボード（またはバックプレーン）との電気的接続を自動的に切断できる基板挿抜装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題を解決するために、基板コネクタを有する基板と、基板コネクタと嵌合するマザーボードコネクタを有し筐体に取り付けられたマザーボードと、マザーボードに基板を挿入する際に基板を案内する溝を有し筐体に取り付けられたガイドレールと、ガイドレールに挿入された基板の移動を制御してマザーボードコネクタに対する基板コネクタの挿抜を行なうアクチュエータ・ユニットとを含むことを特徴とする。
【０００８】
この場合、アクチュエータ・ユニットは、駆動電流を生成する挿抜制御部と、爪穴を有し前記ガイドレールに取り付けられた爪穴部と、爪が設けられた回転板およびこの回転板を駆動電流に従って回転させて爪を爪穴部の爪穴に挿入または排出させる回転板駆動部を有し基板に取り付けられた挿抜機構とを含み、挿抜制御部は、回転板の爪を爪穴部の爪穴の内壁を押しながら所定の方向に回転させる駆動電流を挿抜機構に供給して基板の移動を制御するとよい。
【０００９】
また、アクチュエータ・ユニットは、駆動電流を生成する挿抜制御部と、ネジ穴を有しガイドレールに取り付けられた筐体ネジ穴固定部と、ネジ穴に嵌め込まれるネジおよび該ネジを駆動電流に従って回転させるネジ駆動部を有し基板に取り付けられた挿抜機構とを含み、挿抜制御部は、筐体ネジ穴固定部のネジ穴に嵌め込まれた挿抜機構のネジを所定の方向に回転させる駆動電流を挿抜機構に供給して基板の移動を制御すると精密な基板の位置制御が可能になる。
【００１０】
さらに、基板コネクタは、電源コンタクト、互いに接続された１組の電源接続検出コンタクト、互いに接続された１組の信号接続検出コンタクトおよびグランドコンタクトを含み、マザーボードコネクタは、電源ピン、１組の電源接続検出ピンおよびグランドピンと、長さが前記各ピンより短い１組の信号ピンおよび１組の信号接続検出ピンとを含み、アクチュエータ・ユニットの挿抜制御部は、電源接続検出ピン間の開閉および信号接続検出ピン間の開閉を検出するループ検出回路を含み、挿抜機構に駆動電流を供給して基板の挿入位置を移動させ、信号接続検出ピン間が短絡になる時および電源接続検出ピン間が開放となる基板の各挿入位置を算出し、この基板の挿入位置を信号接続検出ピン間の短絡時および電源接続検出ピン間の開放時の中間位置になるように挿抜機構を制御することにより、基板をホットスタンバイ状態に設定することができる。
【００１１】
この場合、アクチュエータ・ユニットの挿抜制御部は、挿抜機構に駆動パルスを供給して基板の挿入位置を１駆動パルス毎に所定の距離だけ移動させ、基板が信号接続検出ピン間の短絡時から電源接続検出ピン間の開放時にまでに移動した距離をカウンタにより駆動パル数を計数することにより算出し、算出した駆動パルス数の１／２の駆動パルスを挿抜機構に供給して基板を電源接続検出ピン間開放時の挿入位置から信号接続検出ピン間短絡時の挿入位置の方向に移動させるとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による基板挿抜装置の実施例を詳細に説明する。図１は、この実施例を示す概略構成図である。図１において、10はマザーボード（バックプレーン）、12は基板、14は挿抜制御基板である。マザーボード10は、図示しない筐体に取り付けられ、一方の表面にはマザーボードコネクタ16が、他方の表面にはマザーボードコネクタ18がそれぞれ取り付けられる。マザーボードコネクタ16,18 は、マザーボード10に形成された導電性のパターンにより相互におよび他のコネクタ（図示せず）に接続される。
【００１３】
マザーボード10の左側の筐体部分には、基板12を差し込むための溝を有するガイドレール20,22 が所定の間隔で平行に取り付けられ、そのガイドレール20,22 の先端部には基板12をロックするための爪穴を有する爪穴部24,26 が取り付けられる。さらに、爪穴部24,26 の近傍の筐体部分には制御ケーブルコネクタ28,30 がそれぞれ取り付けられる。制御ケーブルコネクタ28,30 は、駆動パルスを通す給電線と検知信号を通す信号線とを含む制御ケーブル32,34 の一端を収容し、制御ケーブル32,34 の他端はマザーボード10に形成されたパターンを介してマザーボードコネクタ18に接続される。
【００１４】
一方、マザーボード10の右側の筐体部分には、挿抜制御基板14を差し込むための溝を有するガイドレール36,38 が所定の間隔で平行に取り付けられ、そのガイドレール36,38 の右先端部には挿抜制御基板14をロックするための爪穴を有する爪穴部40,42 が取り付けられている。なお、爪穴部40、42は前述の爪穴部24,26 と同じものでよい。
【００１５】
基板12は、たとえばCPU を搭載した基板であり、その右端にはマザーボードコネクタ16と嵌合する基板コネクタ50が取り付けられ、左端の上部には挿抜機構52が下部には挿抜機構54がそれぞれ取り付けられる。挿抜機構52,54 と上記の爪穴部24,26 は、マザーボード10に対する基板12の挿抜を行なうアクチュエータを構成する。挿抜機構52,54 は、駆動パルスを通す給電線および検知信号を通す信号線を含む制御ケーブル56,58 の一端を収容する。制御ケーブル56,58 の他端は制御ケーブルコネクタ60,62 に収容され、制御ケーブルコネクタ60,62 は制御ケーブルコネクタ28,30 に嵌挿される。
【００１６】
図２、図３は、挿抜機構52の一実施例であり、図２は外観図、図３は構成図である。挿抜機構52のシャーシ200 は、マイクロスイッチ202 、ステッピングモータ204 および回転板206 を収容する。マイクロスイッチ202 は、そのスイッチボタン208 が挿抜機構シャーシ200 の上面から突き出るように挿抜機構シャーシ200 に取り付けられ、スイッチボタン208 は、内部バネに抗して押下されたとき接点がオンになり、押下されないとき接点がオフになる。マイクロスイッチ202 は、スイッチボタン208 のON/OFFを示す検知信号を制御ケーブル56に出力する。なお、本実施例では、マイクロスイッチ202 をマザーボード10に対する基板12の挿入位置を検知するセンサとして使用するが、このマイクロスイッチ202 の代わりに光センサ、磁気センサ等を使用してもよい。この場合、回路は複雑になるが、機構スイッチより寿命が長く、精密な位置検出が可能になる。
【００１７】
ステッピングモータ204 は、回転板206 を回転させる回転板駆動部であり、本実施例では、たとえば50：１の減速ギア比を持つ２相ステッピングモータである。ステッピングモータ204 は、制御ケーブル56から供給される駆動パルス（駆動電流）に従って回転する。ステッピングモータ204 の回転軸にはウォームギア214 の回転軸であるウォームギア軸棒212 の一端が同一軸方向に固定されており、ウォームギア軸棒212 の他端は挿抜機構シャーシ200 に設けられた穴に挿入され、回転自在に支持されている。
【００１８】
回転板206 は、外縁の一部分に角柱状の爪218 が突設された円柱状の回転板であり、その回転軸である回転板軸棒214 の一端には丸ギア216 が固定されている。回転板軸棒214 は、丸ギア216 がウォームギア210 に噛合するようにウォームギア軸棒212 と直角の方向に、挿抜機構シャーシ200 に設けられた穴に挿入されて、回転自在に支持されている。これにより、回転板206 は、ウォームギア210 からの動力により図３の矢印方向に回転し、爪218 が挿抜機構シャーシ200 に設けられたストッパー220,222 に当接したとき回転を停止する。
【００１９】
具体的には、ウォームギア210 がステッピングモータ204 側から見て時計方向に回転（正転）すると、回転板206 はその爪218 が挿抜機構シャーシ200 の外側へ出る方向に回転し、爪218 が挿抜機構シャーシ200 に設けられたストッパー220 に当接するとそれ以上回転できなくなる。このとき、動力源であるステッピングモータ204 は脱調を起こして停止し、爪218 は挿抜機構シャーシ200 の平面からに垂直方向に突き出た状態になる。逆に、ウォームギア210 がステッピングモータ204 側から見て反時計方向に回転（逆転）すると、回転板206 はその爪218 が挿抜機構シャーシ200 の内側に入る方向に回転し、爪218 が挿抜機構シャーシ200 に設けられたストッパー222 に当接するとそれ以上回転できなくなる。このとき、動力源であるステッピングモータ204 は脱調を起こして停止し、爪218 は挿抜機構シャーシ200 の平面下に隠れた状態になる。
【００２０】
なお、本実施例では、ストッパー220,222 により爪218 の回転範囲を制限しているが、ストッパー220,222 代えてマイクロスイッチ、光センサ、磁気センサ等のセンサを使用して、爪218 が所定の位置（ストッパー220,222 が設置される位置）にきたことを検出し、駆動パルスを停止してステッピングモータ204 が脱調しないように制御してもよい。この場合、回路や構造が複雑化し高価になるが、機構に無理な力がかからないので故障が減り寿命が延びる。
【００２１】
挿抜機構シャーシ200 は、複数のネジ穴226 を有する基板固定板224 に固定されており、ネジ穴226 にネジを通して基板固定板224 を基板12に固定することにより挿抜機構シャーシ200 を基板12に取り付ける。挿抜機構54も上述の挿抜機構52と同じ構成であり、挿抜機構52のステッピングモータ204 と挿抜機構54のステッピングモータ204 は同期して回転するように駆動される。
【００２２】
図１に戻って、挿抜制御基板14は、挿抜制御器70、モータ制御器72、モータドライバ74、初期化スイッチ76、挿入スイッチ78および排出スイッチ80を搭載し、挿抜機構52,54 、爪穴部24,26 からなるアクチュエータを制御する挿抜制御部を構成する。図４は挿抜制御部のブロック図である。この挿抜制御部とアクチュエータからなるアクチュエータ・ユニットにより基板10の挿抜を制御する。図１に示すように、挿抜制御基板14の左端にはマザーボードコネクタ18に嵌合する基板コネクタ82が取り付けられ、挿抜制御基板14の右端の上部には挿抜機構84が、下部には挿抜機構86がそれぞれ取り付けられる。
【００２３】
上記のスイッチ76,78,80は押しボタンスイッチであり、それぞれ挿抜制御器70に接続される。初期化スイッチ76は、ボタンが押下されたとき、基板12をマザーボード10に自動的に挿入し得る状態（初期状態）に設定することを指示する初期化指示信号300 を挿抜制御器70に出力する。挿入スイッチ78は、ボタンが押下されたとき、基板コネクタ50のマザーボードコネクタ16への挿入を指示する挿入指示信号302 を、排出スイッチ80は、ボタンが押下されたとき、マザーボードコネクタ16からの基板コネクタ50の排出を指示する排出指示信号304 を、それぞれ挿抜制御器70に出力する。
【００２４】
挿抜制御器70は、ウォッチドックタイマ、制御レジスタ、メモリ等を含み、スイッチ76,78,80から指示信号が与えられたとき、または外部から高速バス（たとえばPCI バス）を介して所定のアクセスを受けたとき、基板12の挿入位置を挿抜機構52,54 から出力される検知信号314,316 により監視しながら、予め定められた手順に従って挿抜機構52,54 における各ステッピングモータ204 の動作を制御するためのコマンド306 を生成し、これをモータ制御器72に出力する。
【００２５】
モータ制御器72は、挿抜制御器70から与えられるコマンド306 に従って各ステッピングモータ204 の回転速度、回転方向等を指示する制御信号308 を生成してモータドライバ74に供給する制御器である。モータドライバ74は、モータ制御器72から供給される制御信号308 に基づいて駆動パルス（駆動電流）310,312 を生成し、これを挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 に給電する制御モータドライバである。また、挿抜制御基板14の挿抜機構84,86 は、挿抜制御基板14を手動によりロックするため機構である。
【００２６】
次に、本実施例の動作を図５〜図７のフローチャートを参照しながら説明する。ただし、挿抜制御基板14は動作状態にあるものとする。先ず、基板12をガイドレール20,22 に差し込み、制御ケーブルコネクタ60,62 を制御ケーブルコネクタ28,30 に嵌入する。これにより、挿抜機構52,54 は挿抜制御基板14と電気的に接続され、挿抜制御基板14の挿抜制御器70により挿抜機構52、54を制御することができる。この状態で挿抜制御基板14の初期化スイッチ76を押下すると、初期化スイッチ76から挿抜制御器70に初期化指示信号が300 が送出される。
【００２７】
挿抜制御器70は初期化指示信号が300 を受けると、基板12を自動挿抜できる環境におくための処理を図５のフローチャートに従って開始する。具体的には、先ず内部メモリに確保している「挿入フラグ」と「挿入スタンバイフラグ」をオフにして割り込みを全て禁止し（図５のステップS10 ）、モータ制御器72を介してモータドライバ74に所定の駆動パルス310,312 を挿抜機構52,54 に供給させる。挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 は、挿抜制御基板14からの駆動パルス310,312 に従って同期逆転する。これにより回転板206 の爪218 は、ストッパー222 方向に回転し、図８(a) のようにストッパー222 に当接して停止する（ステップS12 ）。
【００２８】
挿抜制御器70は、ステップS12 の処理を終えると約500 msの間待機する（ステップS14 ）。回転板206 の爪218 がストッパー222 に当接した状態（初期位置）のとき、爪218 は挿抜機構シャーシ200 の内側に入り込んでいるので、挿抜機構52、54における各マイクロスイッチ202 のスイッチボタン208 が、図８(a) に示すように爪穴部24,26 の底面により押下されてONの状態になるまで基板12を挿入する。このとき、回転板206 の爪218 は爪穴部24,26 のほぼ真下に来る。
【００２９】
挿抜制御器70は、ステップS12 の処理から500 ms経過すると、挿抜機構52,54 に含まれる各マイクロスイッチ202 の開閉状態（ON、OFF ）を、各マイクロスイッチ202 から出力され検知信号314,316 により読み出す（ステップS16 ）。そして、挿抜機構52のマイクロスイッチ202 がONであるときステップS20 に進み、OFF であるときステップS16 に戻る（ステップS18 ）。ステップS16 〜S18 の処理を繰り返しながら挿抜機構52のマイクロスイッチ202 がONになるのを待つ。ステップS20 では、挿抜機構54のマイクロスイッチ202 がONであるときステップS22 に進み、OFF であるときステップS16に戻る。通常、挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 は同時にONになり同時にOFF になる。
【００３０】
挿抜制御器70は、挿抜機構52,54 のマイクロスイッチ202 が共にONになると、モータ制御器72を介してモータドライバ74を制御し、所定の駆動パルス310,312 を挿抜機構52,54 に供給させる。挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って所定のステップ数分だけ同期正転して停止する（ステップS22 ）。これにより、回転板206 の爪218 は、図８(b) に示すように爪穴部24,26 の爪穴の内壁に接し、マイクロスイッチ202 はOFF の状態になる。
【００３１】
挿抜制御器70は、ステップS22 の処理から500 ms経過すると（ステップS24 ）、挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 の開閉状態を各マイクロスイッチ202 から出力される検知信号314,316 により読み出す（ステップS26 ）。そして、挿抜機構52,54 のマイクロスイッチ202 が共にOFF であるときステップS30 の処理に移る。しかし、マイクロスイッチ202 が共にONのままであるとき、何らかの異常が発生して図８(b) の状態に移行できなかったと判断し、ステップS10 から処理をやり直す（ステップS28 ）。
【００３２】
挿抜制御器70は、ステップS30 では、内部メモリ上の「挿入スタンバイフラグ」をOFF からONに変更し、ステップS32 で割込禁止を解除する。これにより、基板12は挿入スタンバイ状態になり、挿抜制御基板14の制御により基板12の基板コネクタ50をマザーボードコネクタ16に嵌入することが可能になる。
【００３３】
この状態で挿抜制御基板14の挿入スイッチ78を押下すると、挿入スイッチ78から挿抜制御器70に挿入指示信号302 が送出される。挿抜制御器70は、挿入指示信号302 を受けると、あるいはPCI バスを介して外部から基板挿入の指示が与えられると、図６のフローチャートに従って基板自動挿入のための処理を開始する。具体的には、内部メモリから「挿入スタンバイフラグ」を読み出して（図７のステップS40 ）、基板14が挿入スタンバイ状態であることを確認する（ステップS42 ）。基板14が挿入スタンバイ状態にあるとときステップS44 に移り、挿入スタンバイ状態でないとき図５に示すステップS10 に戻り一連の処理を再度実行する。
【００３４】
挿抜制御器70は、ステップS44 において、基板12における挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 の開閉状態を、挿抜機構52,54 から出力される信号314,316 により読み出し（ステップS44 ）、各マイクロスイッチ202 が共にOFF であるときステップS46 に移り、共にOFF でないとき処理を中断して、図５に示すステップS10 に戻り一連の処理を実行する（ステップS46 ）。
【００３５】
挿抜制御器70は、各マイクロスイッチ202 が共にOFF であるとき、モータ制御器72を介してモータドライバ74を制御し、所定の駆動パルス310,312 を挿抜機構52,54 に供給させる（ステップS48 ）。挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って同期正転し、それに伴って回転板206 の爪218 は、爪穴部24,26 の内壁を押しながら図８(b) の矢印方向に回転する。これにより基板12はマザーボード10側に挿入される。各ステッピングモータ204 は、爪218 が図８(c) のようにストッパー220 に当接すると回転を停止する。このとき、基板12の基板コネクタ50はマザーボードコネクタ16に嵌合し、マイクロスイッチ202 はOFF の状態になる。
【００３６】
挿抜制御器70は、最後に、内部メモリ上の「挿入フラグ」をOFF からONに変更して処理を終了する（ステップS50 ）。以上の処理（ステップS40〜S50）により、基板コネクタ50はマザーボードコネクタ16に嵌合し、挿入スタンバイ状態にあって物理的にマザーボード10から切り離されている基板12は自動的にマザーボード10に挿入される。
【００３７】
マザーボード10に挿入されている基板12を引き抜く場合には、挿抜基板14における排出スイッチ80を押下する。挿抜制御器70は、排出スイッチ80からの排出指示信号304 を受けると、あるいはPCI バスを介して外部から基板排出の指示が与えられると、図７のフローチャートに従って基板排出のための処理を開始する。具体的には、先ず内部メモリから「挿入フラグ」を読み出し（図７のステップS60 ）、基板12がマザーボード10に挿入されていることを確認する（ステップS62 ）。「挿入フラグ」がONであればステップS64 の処理に移り、「挿入フラグ」がONでなければステップS60 に戻り、基板12がマザーボード10に挿入されるのを待つ。
【００３８】
挿抜制御器70は、「挿入フラグ」がONであるときモータ制御器72を介してモータドライバ74を制御し、所定の駆動パルス310、312を挿抜機構52、54に供給させる（ステップS64 ）。挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って同期逆転し、回転板206 の爪218 は爪穴部24,26 の内壁を押しながら図８(d) の矢印の方向に回転する。各ステッピングモータ204 は、爪218 が図８(a) のようにストッパー222 に当接したとき回転を停止する。このとき、挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 はONの状態になり、基板12の基板コネクタ50はマザーボード10のマザーボードコネクタ16から完全に抜ける。
【００３９】
挿抜制御器70は、挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 の状態を、挿抜機構52,54 から出力される検知信号314,316 により読み出す（ステップS66 ）。そして、各マイクロスイッチ202 が共にONであるときはステップS70 に移り、共にONでないときはステップS60 に戻りステップS60 〜S66 の処理をやり直す（ステップS68 ）。挿抜制御器70は、各マイクロスイッチ202 が共にONであるとき、「挿入フラグ」をOFF に設定して処理を終了する（ステップS70 ）。以後、手動により基板14をマザーボード10から完全に抜き出すことができる。
【００４０】
以上説明したように本実施例によれば、基板12の基板コネクタ50をマザーボード10のマザーボードコネクタ16から自動的に抜き出すことにより、基板12とマザーボード10の電気的接続を切断することが可能になる。この場合、基板にマザーボードとの電気的接続を切断する高価なバス切断回路を使用しないので、低価格で高信頼性システムの構築が可能になり、バス切断回路の搭載面積だけ基板面積の節約が可能となる。
【００４１】
なお、本実施例による基板挿抜装置の基板10を２枚以上使用し、１枚を挿入状態にして運用させ、他をスタンバイ状態にしておき、挿抜制御器から基板の動作状態を監視させておくことで、挿入状態で運用中の基板が動作不良に陥ったとき、速やかにこの基板をマザーボードから切り離して、スタンバイ状態にしてある予備基板の１枚をマザーボードに接続して動作機能を自動的に復旧させることが出来る。
【００４２】
また、本実施例では、挿抜機構52,54 を基板12に取り付け、爪穴部24,26 をガイドレール20,22 に取り付けているが、挿抜機構52,54 と爪穴部24,26 の位置を入れ替えてもよい。この場合、制御ケーブル56,58 、制御ケーブルコネクタ28,30,60,62 が不要となる。
【００４３】
図９は、基板12の挿抜を行なうアクチュエータの他の実施例を示す概略構成図である。本実施例によるアクチュエータは、図１おける挿抜機構52,54 および爪穴部24,26 に代えて、ステッピングモータ404 により回転するネジ408 を有する挿抜機構400 およびこのネジ408 を嵌めるネジ穴422 を有する筐体ネジ固定部420 を使用するもので、ネジ408 をネジ穴422 に嵌め込み、ネジ408 を回転させて基板426 を移動させることにより精密な位置制御を可能にするものである。
【００４４】
図９において、挿抜機構400 、筐体ネジ穴固定部420 は、図１の挿抜機構52、爪穴部24にそれぞれ対応する。挿抜機構400 は挿抜機構シャーシ402 と基板固定板416 とからなり、挿抜機構シャーシ402 の内部には、ステッピングモータ404 およびマイクロスイッチ410 が取り付けられる。ステッピングモータ404 は、ネジ軸棒406 のネジ408 を回転させるネジ駆動部であり、本実施例では、制御ケーブル414 からの駆動パルスで回転するギヤ比200：1のステッピングモータである。ステッピングモータ404 の回転軸には所定長のネジ408 を有するネジ軸棒406 の一端が固定されている。ネジ軸棒406 の他端は挿抜機構シャーシ402 に設けられた穴により支持され、ネジ軸棒408 はステッピングモータ404 により回転される。
【００４５】
また、マイクロスイッチ410 は、そのスイッチボタン412 が挿抜機構シャーシ402 のネジ408 側の側面から外に出るように挿抜機構シャーシ402 に取り付けられている。基板固定板416 には上記の挿抜機構シャーシ402 が固着されており、さらに複数のネジ穴418 が設けられている。このネジ穴418 を使用して挿抜機構シャーシ402 を基板426 に取り付ける。一方、基板426 を差し込む溝を有する基板ガイドレール424 の先端部分には、ネジ穴422 が形成された筐体ネジ穴固定部420 が取り付けられている。そして、挿抜機構シャーシ402 および筐体ネジ穴固定部420 は、ネジ408 をネジ穴422 に嵌め込め得るようにそれぞれ配設される。
【００４６】
ネジ408 の先端部がネジ穴422 に接触している状態で、制御ケーブル414 から駆動パルスをステッピングモータ404 に供給すると、ステッピングモータ404 は駆動パルスに従ってたとえば正転し、ネジ408 は回転しながらネジ穴422 に入って行く。これにより、基板426 は次第にマザーボードに挿入されていく。基板426 の基板コネクタがマザーボードのマザーボードコネクタに完全に嵌めこまれた時、マイクロスイッチ410 のスイッチボタン412 が筐体ネジ穴固定部420 の側面に接触し、挿抜機構シャーシ402 の内部に押し込まれてONになる。
【００４７】
マイクロスイッチ410 は、スイッチボタン412 がONであることを示す検知信号を制御ケーブル414 を介して挿抜制御基板14に送出する。挿抜制御基板14では、ステッピングモータ404 に供給していた駆動パルスの出力を停止する。これにより、ステッピングモータ404 は回転を停止する。逆にマザーボードコネクタから基板コネクタを引き抜く場合には、ステッピングモータ404 を逆転させる。
【００４８】
本実施例によれば、ネジ408 とネジ穴422 間の遊びを少なくすることで、精度の高い基板位置調整が可能になる。また、ネジ408 を長くすることで、自動挿抜のストロークを長く取ることができる。さらに、ギヤが不要なため、挿抜機構部の部品点数を削減できる。なお、第１の実施例の場合と同様に、マイクロスイッチ410 の代わりに、光、磁気センサを用いてもよい。また、挿抜機構シャーシ402 と筐体ネジ穴固定部420 の位置を入れ替えてもよい。この場合、制御ケーブル414 を直接マザーボード10に接続することができるので、中継するための制御ケーブルコネクタ28,30,60,62 および制御ケーブル32,34 が不要となる。
【００４９】
図10は、本発明による基板挿抜装置の他の実施例を示す概略構成図である。本実施例は、図１の基板挿抜装置にマザーボードコネクタ16の電源ピンおよび信号ピンの通電を検出するためのループ回路を追加し、挿抜機構52,54 における回転板206 の爪218 の位置を微調整することにより電源線の接続を保ちつつ信号線のみ遮断する「ホットスタンバイ状態」を実現するものである。
【００５０】
本実施例における基板12の基板コネクタ50は、図11(a) のように電源コンタクト500 、信号コンタクト502,504 、信号接続検出コンタクト506,508 、電源接続検出コンタクト510,512 およびグランドコンタクト514 を有する。マザーボード10のマザーボードコネクタ16は、電源ピン520 、信号ピン522,524 、信号接続検出ピン526,528 、電源接続検出ピン530,532 、グランドピン534 を有する。基板コネクタ50の各コンタクトは、基板コネクタ16の対応するピンに嵌合する。
【００５１】
電源ピン520 、電源接続検出ピン530,532 およびグランドピン534 は同じ長さに形成され、信号ピン522,524 および信号接続検出ピン526,528 は同じ長さに形成され、ピン522〜528の長さはピン520,530〜534より長めに形成されている。したがって、基板コネクタ50をマザーボードコネクタ16に挿入するとき、ピン520,530,532,534 がコンタクト500,510,512,514 にそれぞれ接触した後に、ピン522〜528 がコンタクト502〜508 に接触する。なお、信号接続検出コンタクト506,508 間と、電源接続検出コンタクト510,512 間はそれぞれ接続されて短絡状態にある。
【００５２】
マザーボードコネクタ16の信号接続検出ピン526,528 および電源接続検出ピン530,532 は、マザーボードコネクタ18、基板コネクタ82を介して挿抜制御基板14の挿抜制御器70に接続されている。これにより、コンタクト506,508 、ピン526,528 を含む信号ピン通電検出ループ回路、およびコンタクト510,512 、ピン530,532 を含む電源ピン通電検出ループ回路が形成され、それぞれ挿抜制御器70に接続される。挿抜制御器70は、信号ピン通電検出ループ回路、電源ピン通電検出ループ回路が閉じているか開放されているかを検出するループ検出回路を有し、信号ピン522,524 と信号コンタクト502,504 間の通電、電源ピン520 と電源コンタクト500 間の通電を検出する。
【００５３】
次に、このように構成された実施例の動作を図12の動作説明図、図13、図14のフローチャートを参照しながら説明する。ただし、挿抜制御基板14は動作状態にあり、また、基板12はマザーボード10に挿入されて図５に示す一連の処理（ステップS10 〜S32 ）が実行され、挿入スタンバイの状態にあるものとする。この状態で挿抜制御基板14の挿入スイッチ78を押下すると、挿入スイッチ78から挿抜制御器70に挿入指示信号302 が送出される。
【００５４】
挿抜制御器70は、挿入指示信号302 を検知すると、あるいはPCI バスを介して外部から基板挿入の指示が与えられると、図６のフローチャートに代えて図12、図13のフローチャートに従って基板挿抜のための処理を開始する。なお、図12のステップS80 からステップS86 までの処理は図６のステップS40 からステップS46 までの処理と同じであるので説明を省略する。
【００５５】
挿抜制御器102 は、ステップS86 で挿抜機構52,54 の各マイクロスイッチ202 が共にOFF であることを確認すると、モータ制御器72を介してモータドライバ74を制御し、挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 を１ステップ正転させるための駆動パルス310,312 を挿抜機構52,54 に供給させる（ステップS88 ）。各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って１ステップだけ同期正転し、回転板206 の爪218 は図８(b) のように爪穴部24,26 の内壁を押しながら矢印方向に所定の角度だけ回転する。これにより、基板12は１ステップ相当分だけマザーボード10側に近づく。
【００５６】
次いで、挿抜制御器70は、信号ピン通電検出ループ回路の開閉を確認し（ステップS90 ）、信号ピン通電検出ループの入力端が導通の状態であるときステップS94 の処理に進む。しかし、開放状態であるときステップS88 に戻って再度上下のステッピングモータを１ステップだけ同期正転させる。ステップS88 〜S92 の処理を繰り返すことにより、基板12の基板コネクタ50はマザーボード10のマザーボードコネクタ16に次第に深く挿入される。信号ピン通電検出ループの入力端が導通の状態なったとき、基板コネクタ50の信号接続検出コンタクト506,508 とマザーボードコネクタ16の信号接続検出ピン526,528 が接触し、図11(b) に示す距離ｄは０になる。
【００５７】
挿抜制御器70は、次いで電源ピン通電検出ループ回路の開閉を確認し（ステップS94 ）、電源ピン通電検出ループの入力端が導通の状態であるときはステップS98 の処理に進む。しかし、開放状態であるときは何らかの異常が発生したと判断して図５のステップS10 の処理に戻り、初期化のための処理を実行する。本実施例では、電源接続検出ピン530,532 の長さを信号接続検出ピン526,528 より長く形成しているので、正常であれば信号ピン通電検出ループの入力端が導通のとき電源ピン通電検出ループの入力端も当然に導通になる。
【００５８】
挿抜制御器70は、ステップステップS98 で内部メモリに確保したカウンタCNT1を初期化してその値を０に設定する。次いで、モータ制御器72を介してモータドライバ74を制御し、所定の駆動パルス310,312 を挿抜機構52,54 に供給させる（ステップS100）。挿抜機構52,54 の各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って１ステップだけ同期逆転し、回転板206 の爪218 は図８(d) のように爪穴部24、26の内壁を押しながら矢印方向に所定の角度だけ回転する。
【００５９】
挿抜制御器70は、カウンタCNT1の値に１を加算し（S102）、電源ピン通電検出ループ回路の開閉を確認する（ステップS104）。そして、電源ピン通電検出ループの入力端が開放状態であるときステップS108の処理に進み、導通状態であるときはステップS100に戻って再度上下のステッピングモータを１ステップだけ同期逆転させる。ステップS100〜S106の処理を繰り返すことにより、基板12はマザーボード10からより抜ける方向に移動する。電源ピン通電検出ループの入力端が開放状態になったとき、コンタクト510,512 はピン530,532 から離れ、図11(b) に示す距離ｃは０になる。
【００６０】
挿抜制御器70は、ステップS108において、内部メモリに確保したカウンタCNT2にカウンタCNT1の値を1/2 にした値（端数を切捨て）を代入する。次いで、サブルーチンS110を実行する。図13はサブルーチンS110の処理を示すフローチャートであり、サブルーチンS110は、カウンタCNT2の値が０になるまで基板12をマザーボード10の方向に移動させる処理である。具体的には、挿抜制御器70は、モータ制御器72を介してモータドライバ74から挿抜機構52、54に対して所定の駆動パルス310,312 を供給させる（ステップS110-1）。
【００６１】
挿抜機構52、54の各ステッピングモータ204 は、駆動パルス310,312 に従って１ステップだけ同期正転し、それに伴って回転板526 の爪538 は図９(b) のように爪穴部24、26の内壁を押しながら矢印方向に所定の角度だけ回転する。これにより基板12はマザーボード10の方向に移動する。挿抜制御器70は、次いでカウンタCNT2の値から１を減算し（S110-2）、カウンタCNT2の値が１未満、すなわち０以下になったかどうかを判別する（S110-3）。そして、１未満であればサブルーチンの処理を終了し、１以上であればステップS110-1に戻る。カウンタCNT2の値が１未満になるまでステップS110-1〜S110-3を繰返し実行する。
【００６２】
図12のステップS80 〜S110の処理を実行することにより、基板12は、先ず図11(b) に示す距離ｄが０になるまで挿入され、次いで距離ｃが０になるまで逆に引き抜かれ、続いて距離ｃとｄが同じ長さになるまで再び挿入される。これにより、基板コネクタ50の電源コンタクト500 、グランドコンタクト514 はマザーボードコネクタ16の電源ピン520 、グランドピン534 に接触するが、信号コンタクト502,504 は信号ピン522,524 に接触しない状態になる。
【００６３】
このように本実施例によれば、電源線のみを接続し、信号線を切断した状態を自動的に作り出し、基板12に電源のみを供給して信号を遮断した、いわゆる「ホットスタンバイ状態」を実現できる。なお、基板12をマザーボードから排出するには、図７の処理を実行させればよい。
【００６４】
本実施例を適用した２台以上のCPU装置（基板12に相当）を情報システムに使用することにより、１台のCPU装置を挿入状態にし、残りのCPU装置をホットスタンバイ状態にし、ホットスタンバイ状態のCPU装置ではOS（オペレーションシステム）を起動させておく。そして、挿入状態のCPU装置に異常があった場合、速やかにそのCPU装置を排出させ、ホットスタンバイ状態のCPU装置の１台を挿入状態にすることで、電源投入からOSの起動終了までにかかる時間を短縮し、素早い自動故障復旧を図ることが可能になる。
【００６５】
なお、図１の実施例および図10の実施例では、１枚の挿抜制御基板により１枚のCPU 基板を制御する場合について説明したが、挿抜制御基板に多入力の挿抜制御器や多チャンネルのモータドライバを搭載することで、１枚の挿抜制御基板で複数の基板を制御してもよい。この場合、コストの低減、スペースの節約を図ることが可能になる。また、図10の実施例に図９のアクチュエータを適用することにより、より精度の高い基板挿抜制御が可能になる。
【００６６】
本発明は、コネクタで接続するハードディス装置や光ディスク装置の自動挿抜機構に好適である。
【００６７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による基板挿抜装置によれば、CPU 基板の基板コネクタをマザーボードのマザーボードコネクタから自動的に抜き出すことにより、CPU 基板とマザーボードの電気的接続を切断することが可能になる。また、筐体に取り付けた筐体ネジ穴固定部に設けたネジ穴に、CPU 基板に取り付けた挿抜機構に設けたネジを挿入し、このネジを回転させることによりCPU 基板を移動させることができるので、精度の高い基板位置調整が可能になる。また、マザーボードコネクタの電源ピンおよび信号ピンの通電を検出するためのループ回路を追加することによりCPU 基板の挿入位置を微調整できるので、電源線の接続を保ちつつ信号線のみ遮断する「ホットスタンバイ状態」を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板挿抜装置の実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示す基板挿抜装置における挿抜機構の一例を示す外観図である。
【図３】図１に示す基板挿抜装置における挿抜機構の一例を示す構成図である。
【図４】図１に示す基板挿抜装置における挿抜制御基板からなる基板制御部の一例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す基板挿抜装置の初期化スイッチ押下時の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す基板挿抜装置の挿入スイッチ押下時の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す基板挿抜装置の排出スイッチ押下時の動作を示すフローチャートである。
【図８】図３に示す挿抜機構の動作を説明するための動作説明図である。
【図９】アクチュエータの他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明による基板挿抜装置の他の実施例を示すブロック図である。
【図１１】図10に示す基板挿抜装置の動作を説明するための動作説明図である。
【図１２】図10に示す基板挿抜装置の挿入スイッチ押下時の動作を示すフローチャートである。
【図１３】図12に示すフローチャートにおけるサブルーチンの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10  マザーボード
12  基板
14  挿抜制御基板
16,18  マザーボードコネクタ
24,26  爪穴部
52,54  挿抜機構
70  挿抜制御器
72  モータ制御器
74  モータドライバ
【図１】
0003967576.tif 000002
【図２】
0003967576.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003967576.tif 000005
【図５】
0003967576.tif 000006
【図６】
0003967576.tif 000007
【図７】
0003967576.tif 000008
【図８】
0003967576.tif 000009
【図９】
0003967576.tif 000010
【図１０】
0003967576.tif 000011
【図１１】
0003967576.tif 000012
【図１２】
0003967576.tif 000013
【図１３】
0003967576.tif 000014