(57)【要約】【課題】分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置を小型化する。【解決手段】高圧入力電圧を複数の抵抗３で分圧する分圧回路を有する回路基板１である。複数の抵抗３を、複数の基板２上に分割して設ける。基板２を接続用端子４及び固定用足７を介して階層状に積み重ねる。接続用端子４は、円筒部４ａと嵌合部４ｂとを有する。円筒部４ａの一端を下層の基板２上に表面実装し、嵌合部４ｂを上層の基板２に形成した孔２ａに嵌合する。固定用足７は、円筒部７ａと鉤部７ｂとを有する。円筒部７ａの一端を上層の基板２の下面に表面実装し、鉤部７ｂを下層の基板２に形成した長穴２ｂに挿通した後、鉤部７ｂを下層の基板２に係止する。【選択図】図７
2016195506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続される複数の分圧用抵抗を有する回路基板であって、
前記複数の分圧用抵抗を、複数の基板上に分割して設け、
前記基板を、分割された分圧用抵抗を接続する接続用端子を介して階層状に積み重ねた
ことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記基板の一方の面に分圧用抵抗を設け、この基板を分圧用抵抗が設けられている面と分圧用抵抗が設けられていない面とが向かい合うように積層し、
前記基板の分圧用抵抗が設けられていない面に、積層された基板間を固定する固定部材を設け、
該固定部材の端部に鉤部を設け、
前記分圧用抵抗が設けられていない基板面と対向して積層された基板に、前記鉤部が挿通する挿通孔を形成し、
前記鉤部を前記挿通孔に挿通した後、該鉤部に、前記分圧用抵抗が設けられていない面と対向して積層された基板を係止する
ことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記基板の分圧用抵抗が設けられている面に前記接続用端子を設け、
前記接続用端子の端部に嵌合部を設け、
前記基板の分圧用抵抗が設けられている面と対向して積層された基板に、前記接続用端子の嵌合部が嵌合する嵌合孔を形成する
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記分圧用抵抗が設けられていない面と対向して積層された基板であって、前記積層された基板の最も外に配置された基板の両面に分圧用抵抗を設ける
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回路基板。
【請求項５】
前記両面に分圧用抵抗が配置された基板において、基板にスルーホールを形成し、該スルーホールにおいて、表面に配設された分圧用抵抗と裏面に配設された分圧用抵抗とを接続する
ことを特徴とする請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
前記接続用端子を基板上に表面実装する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回路基板。
【請求項７】
前記固定部材を基板上に表面実装する
ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の回路基板。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回路基板を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
積層された基板間に設けられ、上層の基板上に実装された電子部品と下層の基板上に実装された電子部品とを接続する接続用端子であって、
下層の基板上に一端が表面実装される固定部と、
該固定部の他端部から突出して設けられ、上層の基板に形成された嵌合孔に嵌挿される嵌合部と、
を有することを特徴とする接続用端子。
【請求項１０】
積層された基板間に設けられ、積層された基板間を固定する固定部材であって、
上層の基板の下面に一端が表面実装される固定部と、
該固定部の他端部から突出して設けられ、下層の基板に形成された挿通孔に係止される鉤部と、
を有することを特徴とする固定部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧の電気信号をプリント配線板上に搭載した抵抗により分圧し、低電圧に分圧して取り出す回路を有する回路基板及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
６００Ｖ以下の低圧インバータは、例えば、図２３に示すような回路構成を有し、インバータ制御のために直流電圧（Ｐ−Ｎ）間やＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧（例えば、Ｕｃ−Ｕｅ間）の電圧測定が行われる。例えば、入力電圧が６００Ｖｒｍｓの時、直流電圧（Ｐ−Ｎ間）は、最高で６００Ｖ×√２＝８４８Ｖｄｃ程度で、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧は、ＩＧＢＴのスイッチングサージを入れても、ＩＧＢＴの素子耐圧（１２００Ｖ）以下である。
【０００３】
また、６００Ｖ以上の高圧インバータの場合、特許文献１の図４のように、入力トランスを使用して、ＩＧＢＴの素子耐圧（１７００Ｖ）以下になるように低圧化を行い、直列多重インバータにより高圧出力を行う構成がとられる。この場合、インバータ制御のために必要な電圧計測箇所は、個々のインバータユニット内の直流電圧（特許文献１の図３におけるＣの両端）や、出力のインバータ部のＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧でも良く、最高でも１６００Ｖｄｃ程度の電圧となる。
【０００４】
しかし、近年、高圧インバータの小型化とコスト低減により入力トランスを無くしたインバータが使用されるようになった。トランスレスの高圧インバータは、様々な方式があるが、例えば、特許文献２の図７のような回路構成を有する。この場合、制御に必要な直流電圧の測定箇所は平滑コンデンサ（Ｃｄｃ１〜４）部分となり、例えば、入力電圧が６６００Ｖｒｍｓの場合、測定箇所の電圧は９０００Ｖｄｃもの電圧になってしまう。また、使用するＩＧＢＴ素子も高耐圧（例えば、４５００Ｖや６５００Ｖ）のものを使用するため、コレクタ−エミッタ間電圧も従来よりも高電圧となる。
【０００５】
一般的に電圧計測を行う場合、一般的なＡ／Ｄ変換器の入力耐圧である５Ｖまで低圧化が必要となる。そのため、図２４に示すように、抵抗による分圧を行い、低い電圧を取り出して電圧測定を行う。
【０００６】
分圧は、Ｒ１とＲ２の比となるため、測定箇所が高電圧の場合Ｒ１を非常に大きな値とする。例えば、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧を最高５Ｖにする場合、Ａ／Ｄ変換器を正しく動作させるためにある程度の電流をＲ２に流す必要があるため、１ｍＡをＲ２に流した時に５Ｖとなるようにすると、５Ｖ÷１ｍＡ＝５ｋΩがＲ２の抵抗値となる。
【０００７】
測定対象の最高電圧が９００Ｖの場合、１ｍＡ流れる時のＲ１とＲ２の合成抵抗は、９００ｋΩとなり、Ｒ１の抵抗値は、９００ｋΩ−５ｋΩ＝８９５ｋΩである。また、Ｒ１の消費電力は、１ｍＡ×１ｍＡ×８９５ｋΩ＝０．８９５Ｗになる。
【０００８】
また、測定対象の最高電圧が９０００Ｖの場合、１ｍＡ流れる時のＲ１とＲ２の合成抵抗は、９０００ｋΩとなり、Ｒ１の抵抗値は８９９５ｋΩである。また、Ｒ１の消費電力は、１ｍＡ×１ｍＡ×８９９５ｋΩ＝８．９９５Ｗになる。
【０００９】
これらの回路をプリント配線で構成する場合、特に、小型化や製造コストの低減のため、自動実装が可能な表面実装タイプのチップ抵抗が使用される。しかし、一般的なチップ抵抗の定格電圧は２００Ｖ程度が最高電圧であり、定格電力も１Ｗ程度が最高である。また、消費電力は実際にはチップ抵抗の放熱設計の制約上、発熱を抑えるため、定格電力が１Ｗのチップ抵抗でも０．２Ｗ程度に抑える必要がある。
【００１０】
測定対象の最高電圧が９００Ｖの場合は、チップ抵抗を５個直列にすれば１個あたりの最高電圧は１８０Ｖになり、消費電力も０．１７９Ｗになるため、設計基準を満足することができる。しかし、測定対象の最高電圧が９０００Ｖの場合は、最低でもチップ抵抗を４５個直列にする必要がある。１Ｗタイプのチップ抵抗のサイズは一般的に６．３ｍｍ×３．１５ｍｍであり、はんだ付けのスペース等を考慮すると、チップ抵抗１個あたりの長さは１０ｍｍ程度必要となる。よって、チップ抵抗を４５個直列にすると長さは４５０ｍｍも必要になる。
【００１１】
実際には、定格電圧が３０００Ｖの高耐圧のチップ抵抗もあるので、これらを使用して直列するチップ抵抗の数を抑えることができるが、チップ抵抗の電極間が４ｍｍ程度のため、一般的なプリント配線板に要求される絶縁距離の基準（例えば、ＩＥＣ６０６６４−１、以下同じ基準を用いて説明する）に合わせると４ｍｍの沿面距離で可能な最高電圧（８００Ｖ）以下に抑える必要がある。この場合、チップ抵抗を１２個以上直列にすれば、測定対象が９０００Ｖであっても１個あたりの電圧は満足できるが、消費電力が８．９９５Ｗ÷１２＝０．７５Ｗと大きいので、４個〜５個程度抵抗を並列接続させて１個あたりの消費電力を下げる必要がある。また、個々のチップ抵抗の抵抗値のばらつきや、安全率を考慮すると、実際には１４個〜１６個の抵抗を直列に接続して、余裕を持たせることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２３００２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０２６７４号公報
【特許文献３】特開２００７−２５６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、高圧部の分圧抵抗として多くのチップ抵抗をプリント配線板上に並べると、チップ抵抗が設けられた回路基板が非常に大きなスペースを専有することとなる。例えば、トランスレス高圧インバータは多数のＩＧＢＴを使用する構成から、ＩＧＢＴ駆動用のプリント配線板の使用数が多いため、できるだけ小型化することが求められている。トランスレス高圧インバータを小型化する場合、プリント配線板の大きさも小型化する必要がある。
【００１４】
プリント配線板上にチップ抵抗を並べ、このチップ抵抗により高電圧を分圧して電圧を検出する場合、チップ抵抗は、プリント配線板上に一直線上に並べられ直列に接続される（例えば、特許文献３）。例えば、図２５に示すように、高圧部抵抗として５個並列した抵抗を１６個直列して回路基板が構成される。このように抵抗を１６個直列接続する場合、高圧部抵抗の長さは、およそ１６０ｍｍ必要となる。なお、高圧部抵抗は、抵抗の両端に高圧（例えば、５００Ｖ以上）が発生する抵抗である。一方、低圧部抵抗は、抵抗の両端に低圧（例えば、５Ｖ以下）の電圧が発生する抵抗である。以下、高圧入力電圧の最高電圧が９０００Ｖを想定して説明するが、入力電圧の値は、本発明が解決しようとする課題を限定するものではなく、本発明が解決しようとする課題は、任意の入力電圧において生じる課題である。
【００１５】
図２５に示す回路の高圧部抵抗をプリント配線板上に一直線に並べると、高圧部抵抗は、図２６のような回路基板１６となり非常にサイズが大きなものとなる。
【００１６】
また、プリント配線板に部品を両面実装可能な場合、図２７のように１列ずつ表裏交互に抵抗を配置する方法で高圧部抵抗を回路基板１７の両面に実装し、回路基板１７のサイズを小型化することが可能である。つまり、回路基板１７にスルーホール１８を形成し、スルーホール１８を介して回路基板１７の表面に設けられた部品電極１９と回路基板１７の裏面に設けられた部品電極とが接続される（図２８参照）。しかし、個々の抵抗間に回路基板１７の表と裏とでそれぞれ抵抗１個分の絶縁距離（図中矢印で示す）が必要なため、回路基板１７の横方向の全長はあまり短縮できず、高圧部抵抗の小型化は、２／３程度である。さらに、コネクタ等その他の回路部品を考慮するとプリント配線板全体では、３／４程度の小型化となる。
【００１７】
また、図２９に示すように、回路基板２０の端部にスルーホール２１を形成し、スルーホールを介して表裏に設けられた抵抗間を接続して、図２５に示した回路を構成することもできる。しかし、この場合、高圧部と低圧部の絶縁距離が問題となる。例えば、高圧入力部（ＣＮ１）と低圧部（ＣＮ２〜低圧部抵抗）間の最高電圧が９０００Ｖの場合、一般的なプリント配線板の絶縁距離の基準に則ると、８０００Ｖ以上１００００Ｖ以下で５０ｍｍの最小沿面距離が必要である。さらには、回路基板２０端面を経由した沿面距離の考慮も必要である。例えば、図２９，３０に示すように、折り返した抵抗の高圧入力部（ＣＮ１）側の裏面にあたる抵抗３は、抵抗３を１０個直列した分、高圧入力部（ＣＮ１）より低圧の電位となるため、回路基板２０端面を経由した絶縁距離が必要となる。したがって、回路基板２０の幅方向の寸法を絶縁距離分、広くとる必要がある。具体的には、一つの抵抗３にかかる電圧は、９０００Ｖ÷１６＝５６２．５Ｖであるので、高圧側入力部と直列に並列された抵抗３のうち１０個目の抵抗３と高圧側入力部（ＣＮ１）との電位差は、５６２．５Ｖ×１０個＝５６２５Ｖとなる。つまり、絶縁距離の基準に則ると、５０００Ｖ以上６３００Ｖ以下で３２ｍｍの沿面距離が必要になるので、（３２ｍｍ−１．６ｍｍ［プリント基板の厚さ］）÷２＝１５．２ｍｍ基板端面から部品まで離す必要がある。このように、回路基板２０の長さ方向の大きさを小さくするために、回路基板２０の両面に抵抗３を設け、基板の一端部において表裏面に設けられた抵抗３を接続した場合、回路基板２０の幅方向が大きくなってしまう問題があった。
【００１８】
以上のように、プリント配線板上にチップ抵抗を並べて、高電圧を分圧する回路基板としては、プリント配線板の表裏両面にチップ抵抗を配置した場合でも十分な小型化ができなかった。
【００１９】
上記事情に鑑み、本発明は、分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置の小型化に貢献する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する本発明の回路基板は、直列に接続される複数の分圧用抵抗を有する回路基板であって、前記複数の分圧用抵抗を、複数の基板上に分割して設け、前記基板を、分割された分圧用抵抗を接続する接続用端子を介して階層状に積み重ねたことを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、上記回路基板を有することを特徴としている。
【００２２】
また、上記目的を達成する本発明の接続用端子は、積層された基板間に設けられ、上層の基板上に実装された電子部品と下層の基板上に実装された電子部品とを接続する接続用端子であって、下層の基板上に一端が表面実装される固定部と、該固定部の他端部から突出して設けられ、上層の基板に形成された嵌合孔に嵌挿される嵌合部と、を有することを特徴としている。
【００２３】
また、上記目的を達成する本発明の固定部材は、積層された基板間に設けられ、積層された基板間を固定する固定部材であって、上層の基板の下面に一端が表面実装される固定部と、該固定部の他端部から突出して設けられ、下層の基板に形成された挿通孔に係止される鉤部と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
以上の発明によれば、分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置の小型化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の参考例１に係る回路基板の斜視図である。
【図２】本発明の参考例１に係る回路基板の側面図である。
【図３】（ａ）本発明の参考例１に係る回路基板の１階部分の基板の上面パターン図、（ｂ）同基板の下面パターン図である。
【図４】本発明の参考例２に係る回路基板の斜視図である。
【図５】（ａ）本発明の参考例２に係る回路基板の１階部分の基板の上面パターン図、（ｂ）同基板の下面パターン図である。
【図６】（ａ）図４の回路基板のＸ方向矢視図、（ｂ）同回路基板のＹ方向矢視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回路基板の斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る回路基板の側面図である。
【図９】（ａ）接続用端子の上斜視図、（ｂ）接続用端子の下斜視図、（ｃ）接続用端子の側面図である。
【図１０】（ａ）固定用足の上斜視図、（ｂ）固定用足の下斜視図、（ｃ）固定用足の側面図である。
【図１１】（ａ）１階部分の基板の上面パターン図、（ｂ）抵抗が設けられた同基板の上面図、（ｃ）同基板の下面パターン図、（ｄ）抵抗が設けられた同基板の下面図である。
【図１２】１階部分の基板の回路を説明する説明図である。
【図１３】図１１の回路基板のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１１の回路基板のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】１階部分の基板の沿面距離を説明する説明図である。
【図１６】（ａ）２階部分の基板の上面パターン図、（ｂ）抵抗が設けられた同基板の上面図、（ｃ）同基板の下面パターン図、（ｄ）固定用足が設けられた同基板の下面図である。
【図１７】（ａ）４階部分の基板の上面パターン図、（ｂ）抵抗が設けられた同基板の上面図、（ｃ）同基板の下面パターン図、（ｄ）固定用足が設けられた同基板の下面図である。
【図１８】（ａ）１階部分の基板と２階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、（ｂ）１階部分の基板と２階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、（ｃ）１階部分の基板と２階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。
【図１９】（ａ）２階部分の基板と３階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、（ｂ）２階部分の基板と３階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、（ｃ）２階部分の基板と３階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。
【図２０】（ａ）３階部分の基板と４階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、（ｂ）３階部分の基板と４階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、（ｃ）３階部分の基板と４階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。
【図２１】（ａ）１階部分の基板と２階部分の基板との間に設けられる固定用足部分における沿面距離を説明する説明図（上斜視図）、（ｂ）同沿面距離を説明する説明図（下斜視図）である。
【図２２】３階部分の基板と４階部分の基板との間に設けられる固定用足部分における沿面距離を説明する説明図（上斜視図）、（ｂ）同沿面距離を説明する説明図（下斜視図）である。
【図２３】インバータの回路図である。
【図２４】電圧計測の回路図である。
【図２５】高圧の電圧計測の回路図である。
【図２６】図２５の回路図を片面実装する基板のパターン図である。
【図２７】（ａ）図２５の回路図を両面実装する基板の上面パターン図、（ｂ）同基板の下面パターン図である。
【図２８】図２７の基板のＤ−Ｄ断面図である。
【図２９】（ａ）図２５の回路図を基板の一端部で折り返して両面実装する基板の上面パターン図、（ｂ）同基板の下面パターン図である。
【図３０】図２９の基板のＥ−Ｅ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る回路基板及び電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、便宜上、低圧出力コネクタを有する基板（プリント配線板）が設けられる方向を下方向、高圧出力コネクタを有する基板が設けられる方向を上方向とするが、上下方向は本発明をなんら限定するものではない。また、実施形態の説明では、高圧入力電圧の最高電圧が９０００Ｖを想定して説明するが、入力電圧の値は、適用する回路基板及び電力変換装置に応じて適宜任意の電圧が入力される。
【００２７】
［参考例１］
本発明に先だって、発明者らは、分圧回路を構成する高圧部抵抗を複数の基板に分割して設け、抵抗が設けられた基板を階層状に積み重ねた回路基板について検討を行った。
【００２８】
図１は、参考例１に係る回路基板８の斜視図である。参考例１に係る回路基板８は、複数の基板９と、基板９上に設けられる抵抗３と、を有する。各基板９上の抵抗３は５並列に接続された抵抗３が直列に接続されている。
【００２９】
図２に示すように、各基板９に設けられた抵抗３は接続用端子１０により直列に接続される。つまり、参考例１に係る回路基板８は、高圧入力コネクタ５に５並列の抵抗３が直列に１６列接続され、高圧部抵抗を構成している。なお、高圧部抵抗と低圧出力コネクタ６との間には、低圧部抵抗を含む低圧部回路３’が設けられており、低圧部抵抗間にかかる電圧が出力信号として取り出される。
【００３０】
接続用端子１０は、角柱１０ａの両端部からリード１０ｂが突出して構成される。図１に示すように、基板９の接続用端子１０の接続部には、リード１０ｂが挿通される孔９ａが形成されており、下層の基板９の孔９ａに接続用端子１０の一端部から突出したリード１０ｂが挿通され、上層の基板９の孔９ａに接続用端子１０の他端部から突出したリード１０ｂが挿通され、上層の基板９と下層の基板９との間に接続用端子１０が設けられることとなる。
【００３１】
また、接続用端子１０が設けられた端部と反対側の基板９端部には、接続用端子１０と平行に固定用足１１が設けられる。固定用足１１は、上層の基板９と下層の基板９との間に設けられ、基板９を貫通して設けられる螺子１２で固定される。
【００３２】
固定用足１１が金属等の導電性材料で形成されている場合、上層の基板９と下層の基板９との間の絶縁距離が問題となる。例えば、図２に示すように、１階部分の基板９と２階部分との基板９との間に設けられた固定用足１１接続部では、高圧部抵抗７直列分（例えば、９０００Ｖ÷１６×７個＝３９３７．５Ｖ）の電位差があるため、絶縁距離の基準に則ると、沿面距離で２０ｍｍ必要になる。したがって、Ｌ３とＬ１とを合わせた距離及びＬ３とＬ２とを合わせた距離が２０ｍｍを満たすようにする必要がある。同様に、２階部分の基板９と３階部分の基板９との固定用足１１接続部、及び３階部分の基板９と４階部分との基板９との間に設けられた固定用足１１接続部も、高圧部抵抗６直列分（９０００Ｖ÷１６×６個＝３３７５Ｖ）の絶縁距離２０ｍｍが必要であり、Ｌ３とＬ４とを合わせた距離が２０ｍｍを満たすようにする必要がある。さらに、４階部分の基板９と５階部分と基板９との間に設けられた固定用足１１接続部もＬ４とＬ５とを合わせた距離が２０ｍｍの沿面距離を確保する必要がある。つまり、図３に示すように、１階部分の基板９において、固定用足１１から１０ｍｍの絶縁距離をとる必要があるので、基板９の幅が大きくなってしまう（この例では、基板９の幅が４０ｍｍとなっている）。同様に、２階部分乃至５階部分の基板９も、高圧部抵抗を一枚の基板上に配置した場合の基板幅（例えば、３０ｍｍ）と比較して大きくなってしまう。
【００３３】
また、接続用端子１０のリード１０ｂが、上層の基板９の上面及び下層の基板９の下面から突出しているので、基板９間で対向したリード１０ｂ部で、絶縁距離の基準を満たす空間距離が必要になる。例えば、図２に示すように、２階部の基板９の上面から突出したリード１０ｂと３階部の基板９の下面から突出したリード１０ｂとの間は、高圧部抵抗６直列分の空間距離が必要となるので、リード１０ｂ間の距離を８ｍｍ以上になるようにする必要がある。つまり、一般的な接続用端子１０のリード１０ｂ飛び出し寸法が２ｍｍであることを考慮すると、基板９間の間隔は１２ｍｍ以上確保する必要が生じる。
【００３４】
［参考例２］
図４は、参考例２に係る回路基板１３の斜視図である。参考例２に係る回路基板１３は、固定用足１４を樹脂等の絶縁性材料により形成し、固定用足１４を基板９上に樹脂等の絶縁性材料により形成された螺子１５で固定したことが参考例１に係る回路基板８と異なる。よって、参考例１に係る回路基板８と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
【００３５】
図５に示すように、参考例２に係る回路基板１３では、固定用足１４を絶縁性材料により形成することで、固定用足１４の高さ分、沿面距離を広げることができる。したがって、参考例１に係る回路基板８と比較して、回路基板９の幅を小さくすることができる（この例では、３０ｍｍとなっている）。同様に、２階部分乃至５階部分の基板９も、基板９幅の縮小化を図ることができる。
【００３６】
しかしながら、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板９の固定用足１４との接続部には螺子１５が螺合する孔が形成されているので、沿面距離（図中矢印で示す）は、基板９の下面にまで貫通することとなる。その結果、１階部分の基板９と２階部分の基板９との間の積層高さ（及び４階部分の基板９と５階部分の基板９の積層高さ）は、最大で必要とされる沿面距離の分（２０ｍｍ）必要となり、基板９の積層高さが高くなるおそれがある。また、絶縁性材料からなる螺子１５は、ドライバの磁石に引き付けられないので、回路基板１３の組立性を損なうおそれがある。
【００３７】
発明者らは、参考例１に係る回路基板８及び参考例２に係る回路基板１３により得られた知見に基づいて鋭意検討を行い、本発明の完成に至ったものである。
【００３８】
［実施形態］
図７は、本発明の実施形態に係る回路基板１の斜視図である。図７に示すように、本発明の実施形態に係る回路基板１は、複数の基板２と、基板２上に設けられる抵抗３と、を有する。各基板２上の抵抗３は５並列に接続された抵抗３が直列に接続されている。
【００３９】
図８に示すように、各基板２に設けられた抵抗３は接続用端子４により直列に接続される。つまり、本発明の実施形態に係る回路基板１は、高圧入力コネクタ５に５並列の抵抗３が直列に１６列接続され、分圧回路の高圧部抵抗を構成している。なお、高圧部抵抗と低圧出力コネクタ６との間には、低圧部抵抗を含む低圧部回路３’が設けられており、低圧部抵抗間にかかる電圧が出力信号として取り出される。
【００４０】
接続用端子４は、図９に示すように、基板２上に固定される円筒部４ａと、円筒部４ａの上端部から突出する嵌合部４ｂとを有する。具体的に説明すると、円筒部４ａの底面は、例えば、直径６．０ｍｍであり、基板２の表面に設けられたはんだ付け用のランドにリフロー実装またははんだごてによる手はんだで固定される。よって、円筒部４ａ（すなわち、接続用端子４）は、はんだ付け可能な材料（例えば、黄銅等）により構成される。また、円筒部４ａの高さは、例えば、５ｍｍであり、円筒部４ａの高さにより積層された基板２間の積み重ね高さが決定される。嵌合部４ｂは、円筒部４ａが設けられた基板２の上層の基板２に形成された孔２ａに嵌挿され、上層の基板２に設けられた抵抗３とはんだ付けで電気的に接続される。例えば、嵌合部４ｂの直径は２．８ｍｍであり、高さは２ｍｍである。嵌合部４ｂの高さは、はんだ付けを行う際にフィレットができるように、基板２の厚み（例えば、１．６ｍｍ）より少し高くなるように設定される。
【００４１】
また、図７に示すように、各基板２の下面には、固定用足７が設けられており、固定用足７により、積層された基板２間が固定される。
【００４２】
固定用足７は、図１０に示すように、基板２の下面に固定される円筒部７ａと、円筒部７ａの端部に設けられる鉤部７ｂと、を有する。具体的に説明すると、円筒部７ａの端面（すなわち、基板２上に設けられる円筒部７ａの端面）の直径は６．０ｍｍであり、基板２の下面に設けられたはんだ付け用のランドにリフロー実装またははんだごてによる手はんだにより固定される。したがって、円筒部７ａ（すなわち、固定用足７）は、はんだ付け可能な材料（例えば、黄銅等）により構成される。また、円筒部７ａの高さは、例えば、５ｍｍであり、円筒部７ａの高さにより積層された基板２間の積み重ね高さが決定される。鉤部７ｂは、円筒部７ａの基板２に固定される側と反対側の端面から延在する立設部７ｃと、立設部７ｃの端部から円筒部７ａの径方向に延在する延在部７ｄとを有する。基板２間を固定用足７で固定する場合、固定用足７が設けられた基板２の下層の基板２は、固定用足７の延在部７ｄと円筒部７ａとの間に挟みこまれることとなる。すなわち、固定用足７の鉤部７ｂは、固定用足７が設けられた基板２の下層の基板２に形成された長穴２ｂに挿通されたのち、この長穴２ｂの周縁部に係止されることとなる。
【００４３】
積層された個々の基板２について、図１１乃至１７を参照して、さらに詳細に説明する。
【００４４】
図１１（ａ）は、１階部分の基板２の上面パターン図であり、図１１（ｂ）は、１階部分の基板２に抵抗３、接続用端子４及び低圧出力コネクタ６を実装した図である。図１１（ｂ）に示すように、１階部分の基板２の上面には、５並列の抵抗３が直列に２列接続されている。また、基板２の上面には、接続用端子４がはんだ付けにより表面実装されており、この接続用端子４により１階部分の基板２上に設けられた抵抗３部と２階部分の基板２上に設けられた抵抗３部とが直列に接続される。また、接続用端子４が設けられた基板２端部と反対側の基板２端部の各角部には、２階部分の基板２の下面に設けられた固定用足７の鉤部７ｂが挿通される長穴２ｂがそれぞれ形成される。
【００４５】
図１１（ｃ）は、１階部分の基板２の下面パターン図であり、図１１（ｄ）は、１階部分の基板２に抵抗３を実装した図である。図１１（ｄ）に示すように、１階部分の基板２の下面には、５並列の抵抗３が直列に５列接続される。なお、直列に並べられた抵抗３の高圧側端部近傍の基板２にはスルーホール２ｃが形成され、このスルーホール２ｃ部において１階部分の基板２の上面に設けられた抵抗３と１階部分の基板２の下面に設けられた抵抗３とが直列に接続される。
【００４６】
このように、１階部分の基板２は、基板２の上面と下面とを使用して、高圧部抵抗の一部を形成している。ここで、１階部分の基板２における、基板２端面を経由した沿面距離について説明する。１階部分の基板２上に設けられた抵抗３間において、最も電位が高い部分は、図１１（ａ）及び（ｃ）のＡ−Ａ部である。
【００４７】
図１２に示すように、例えば、入力電圧が９０００Ｖの場合、Ａ−Ａ部のＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７の４直列分の電位差は、９０００÷１６個×４個＝２２５０Ｖとなる。したがって、要求される絶縁距離の基準（例えば、ＩＥＣ６０６６４−１）に則ると、２０００Ｖ以下で１２．５ｍｍの沿面距離を確保する必要がある。図１３に示すように、標準的な基板２の板厚は１．６ｍｍであるため、この場合（１２．５ｍｍ−１．６ｍｍ）÷２＝５．４５ｍｍ基板２端より内側に抵抗があれば絶縁距離が確保される。一般的に、基板２に電子部品を実装する装置の能力により、基板２端より５ｍｍ程度は部品配置が禁止されている場合が多く、絶縁距離が不要でも基板２端より５ｍｍ程度内側に抵抗３を配置する必要があるため、絶縁距離を確保することよる基板２サイズの拡大はほぼないと考えられる。
【００４８】
また、図１４に示すように、１階部分の基板２上に設けられた接続用端子４の接続部分でも、同様に、接続用端子４と基板２の下面に設けられた抵抗３との沿面距離が必要である。この場合、図１２に示すように、入力電圧が９０００Ｖの場合、Ｂ−Ｂ部のＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７の抵抗６直列分の電位は、９０００Ｖ÷１６×６＝３３７５Ｖとなる。したがって、絶縁距離の基準に則ると、４０００Ｖ以下で２０ｍｍの沿面距離を確保する必要がある。よって、図１４に示すように、入力電圧が９０００Ｖの場合、基板２の下面に設けられた抵抗３と接続用端子４との間は２０ｍｍ以上の沿面距離が必要となる。さらに、接続用端子４と低圧出力コネクタ６との間も絶縁が必要であり、図１５に示すように、入力電圧が９０００Ｖの場合、Ｃ−Ｃ間の電位差は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７の抵抗７直列分の電位差であり、９０００Ｖ÷１６×７＝３９３７．５Ｖとなる。したがって、絶縁距離の基準に則り、４０００Ｖ以下で２０ｍｍの沿面距離を確保する必要がある。よって、入力電圧が９０００Ｖの場合、Ｃ−Ｃ間は２０ｍｍ以上の沿面距離が必要となる。
【００４９】
図１６を参照して、中間層の基板２（２階部分の基板２及び３階部分の基板２）の構成について詳細に説明する。２階部分の基板２の構成と３階部分の基板２の構成は、同様であるので、中間層の基板２の説明では２階部分の基板２を示して説明する。
【００５０】
図１６（ａ）は、２階部分の基板２の上面パターン図であり、図１６（ｂ）は、２階部分の基板２に抵抗３、接続用端子４及び固定用足７を実装した図である。
【００５１】
図１６（ｂ）に示すように、２階部分の基板２には、５並列の抵抗３が直列に３列接続され高圧部抵抗の一部を構成している。直列に配列された抵抗３の低圧側端部近傍の基板２には、１階部分の基板２上に設けられた接続用端子４の嵌合部４ｂが嵌挿される孔２ａが形成されており、この孔２ａに嵌挿された接続用端子４は、はんだで２階部分の基板２に固定される。また、直列に設けられた抵抗３の高圧側端部近傍の基板２には、２階部分の基板２上に設けられた抵抗３と３階部分の基板２上に設けられた抵抗３とを接続する接続用端子４がはんだ付けにより表面実装される。さらに、接続用端子４が設けられた基板２端部と反対側の基板２端部の各角部には、３階部分の基板２の下面に設けられた固定用足７の鉤部７ｂが挿通される長穴２ｂがそれぞれ形成される。
【００５２】
図１６（ｃ）は、２階部分の基板２の下面パターン図であり、図１６（ｄ）は、２階部分の基板２に固定用足７を実装した図である。図１６（ｄ）に示すように、長穴２ｂが形成された基板２端部の反対側の基板２端部側の下面には固定用足７が表面実装により固定される。固定用足７の下端部には鉤部７ｂが設けられており、鉤部７ｂは１階部分の基板２に形成された長穴２ｂに挿通される。
【００５３】
図１７を参照して、４階部分の基板２（すなわち、最上層の基板２）について、詳細に説明する。図１７（ａ）は、４階部分の基板２の上面パターン図であり、図１７（ｂ）は、４階部分の基板２に抵抗３、高圧入力コネクタ５及び固定用足７を実装した図である。
【００５４】
図１７（ｂ）に示すように、４階部分の基板２上には、５並列の抵抗３が３列接続され高圧部抵抗の一部を構成している。直列に配列された抵抗３の低圧側端部近傍の基板２には、３階部分の基板２上に設けられた接続用端子４の嵌合部４ｂが嵌挿される孔２ａが形成されており、この孔２ａに嵌挿された接続用端子４は、はんだにより４階部分の基板２に固定される。また、直列に配列された抵抗３の高圧側端部近傍の基板２上には高圧入力コネクタ５が設けられ、高圧入力コネクタ５は抵抗３と接続される。
【００５５】
図１７（ｃ）は、４階部分の基板２の下面パターン図であり、図１７（ｄ）は、４階部分の基板２に固定用足７を実装した図である。図１７（ｄ）に示すように、４階部分の基板２の孔２ａが形成された側と反対側の端部側の下面には固定用足７が表面実装により固定される。固定用足７の下端部には鉤部７ｂが設けられており、鉤部７ｂは３階部分の基板２に形成された長穴２ｂに挿通される。
【００５６】
図１８乃至図２０を参照して、各基板２の固定方法について説明する。いずれの基板２間の固定方法においても、基板２に形成された長穴２ｂに上層の基板２に固定された固定用足７の鉤部７ｂを挿通した後、基板２をスライドさせることで、鉤部７ｂと下層の基板２とが嵌合し、上層の基板２と下層の基板２とが固定されることとなる。
【００５７】
図１８（ａ）に示すように、１階部分の基板２に形成された長穴２ｂに２階部分の基板２に固定された固定用足７の鉤部７ｂを挿通する。次に、図１８（ｂ）に示すように、固定用足７の円筒部７ａと延在部７ｄとの間に１階部分の基板２が嵌合するように、１階部分の基板２（及び、２階部分の基板２）をスライドさせて、１階部分の基板２に形成された長穴２ｂに鉤部７ｂを係止する。さらに、１階部分の基板２上に設けられた接続用端子４の嵌合部４ｂを２階部分の基板２に形成された孔２ａに嵌合する。最後に、図１８（ｃ）に示すように、２階部分の基板２から突出した嵌合部４ｂをはんだで固定して、１階部分の基板２と２階部分の基板２とを固定する。
【００５８】
２階部分の基板２と３階部分の基板２との固定も同様の方法で行われる。すなわち、図１９（ａ）乃至（ｃ）に示すように、３階部分の基板２の下面に固定された固定用足７の鉤部７ｂを２階部分の基板２に形成された長穴２ｂに挿入し、２階部分の基板２（及び、３階部分の基板２）をスライドさせて長穴２ｂに鉤部７ｂを係止する。そして、２階部分の基板２に設けられた接続用端子４の嵌合部４ｂを３階部分の基板２に形成された孔２ａに嵌挿し、３階部分の基板２から突出した嵌合部４ｂをはんだで固定する。
【００５９】
同様に、図２０（ａ）乃至（ｃ）に示すように、４階部分の基板２と３階部分の基板２の固定が行われる。すなわち、４階部分の基板２の下面に固定された固定用足７の鉤部７ｂを３階部分の基板２に形成された長穴２ｂに挿入し、３階部分の基板２（及び、４階部分の基板２）をスライドさせて長穴２ｂに鉤部７ｂを係止する。そして、３階部分の基板２に設けられた接続用端子４の嵌合部４ｂを４階部分の基板２に形成された孔２ａに嵌挿し、４階部分の基板２から突出した嵌合部４ｂをはんだで固定する。
【００６０】
以上のような、本発明の回路基板１及び回路基板１を有する電力変換装置によれば、分圧回路の高圧部抵抗を形成する抵抗３を複数の基板２に分割して設け、基板２を接続用端子４を介して階層状に積層することで、高圧部抵抗のサイズを小さくすることができる。その結果、分圧回路を構成する回路基板１及び電力変換装置を小型化することができる。
【００６１】
また、接続用端子４を基板２上に表面実装することで、参考例２に係る回路基板１３（図６参照）と異なり、基板２の接続用端子４固定部にスルーホールを形成することなく接続用端子４を基板２上に設けることができる。その結果、１階層の基板２の沿面距離は、基板２端面を迂回した距離とすることができる。このため、１階層の基板２では表裏両面に抵抗３を設けることが可能となり、参考例１に係る回路基板８及び参考例２に係る回路基板１３と比較して、基板２のサイズが小型化されるだけでなく、積層される基板２を減らすことが可能になる。
【００６２】
また、固定用足７を基板２の下面に表面実装することで、上層の基板２の表面との沿面距離は、基板２端面を迂回した距離とすることができる。その結果、参考例１に係る回路基板８や参考例２に係る回路基板１３のように固定用足１１，１４を螺子１２，１５で基板９に固定した場合と比較して沿面距離が長くなるので、基板２サイズを小型化することができる。例えば、図２１（ａ）及び（ｂ）に示すように、中間層の基板２の沿面距離を、基板２端面を迂回した距離とすることができるので、接続用端子４を基板２に表面実装することによる効果に加えて、中間層の基板２サイズを小型化することができる。同様に、図２２（ａ）及び（ｂ）に示すように、最上層（４階部分の基板２）の基板２サイズを小型化することができる。
【００６３】
また、接続用端子４や固定用足７を基板２に表面実装することで、空間距離や円面距離を基板２端面を介した距離とすることができる。その結果、基板２の積み重ね寸法を最小にすることができる。これに対して、参考例１に係る回路基板８や参考例２に係る回路基板１３では、接続用端子１０のリード１０ｂ同士の空間距離や、固定用足１１，１４を介した上下の基板９間の絶縁距離が必要なため、基板９同士の積み重ね寸法が大きくなるおそれがある。具体的に説明すると、実施形態に係る回路基板１（図８参照）では、積み重ねられた基板２間の距離は５ｍｍである。これに対して、参考例１に係る回路基板８（図２参照）では、積み重ねられた基板２間の間隔は１２ｍｍ、参考例２に係る回路基板１３（図６（ｂ）参照）では、積み重ねられた基板２間の間隔は２０ｍｍとなっている。
【００６４】
また、固定用足７の端部に鉤部７ｂを設けることで、この鉤部７ｂを下層の基板２に引っ掛けて基板２間を固定することができる。すなわち、基板２の下面に予め固定用足７の固定を行うこと、及び固定用足７の鉤部７ｂと基板２との係止部においてははんだ付けが不要になること等の理由により、基板２間の固定が容易となる。また、組立時には、接続用端子４の嵌合部４ｂと基板２とのはんだ付けにより基板２間の固定ができるので、回路基板１及び電力変換装置の組立時間を削減することができる。なお、上層の基板２の固定用足７と下層の基板２との固定をはんだ付けにより行うことも考えられるが、この場合、下層の基板２と固定用足７との固定は、下層の基板２が中間層の場合、基板２同士の内側にはいってしまうためはんだ付けが困難となるおそれがある。
【００６５】
以上、本発明の回路基板及び電力変換装置について、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明の回路基板及び電力変換装置は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に含まれる。
【００６６】
例えば、基板２上に設けられる抵抗３の数や抵抗３の配置形態は、実施形態に限定されるものではなく、適宜分圧に必要な数の抵抗３が直列（または、並列）に設けられることとなる。また、基板２の積層枚数は、４枚に限定されるものではなく、適宜回路基板１の設置スペースに応じて設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１，８，１３…回路基板
２，９…基板
２ａ…孔（嵌合孔）、２ｂ…長穴（挿通孔）
３…抵抗（分圧用抵抗）
３’…低圧部回路
４…接続用端子
４ａ…円筒部（固定部）、４ｂ…嵌合部
５…高圧入力コネクタ
６…低圧出力コネクタ
７…固定用足（固定部材）
７ａ…円筒部（固定部）、７ｂ…鉤部、７ｃ…立設部、７ｄ…延在部
１０…接続用端子
１１，１４…固定用足
１２，１５…螺子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016195506.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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