JP2005223053A - グランド接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベース部材を薄型化しつつ、十分なノイズ低減効果を発揮でき、信号伝達の動作不良を防止でき、時候劣化が無く、コストダウンを図れるグランド接続構造を提供する。
【解決手段】 ベース部材２に装着される回路基板４をベース部材２にアースするグランド接続構造であって、上記ベース部材２を構成する上部材２Ｕ及び下部材２Ｌと、上記回路基板４にその長手方向に沿って形成されたグランドパターン１７と、該グランドパターン１７に対応させて上記上部材２Ｕ及び／又は下部材２Ｌに形成されたバネ収納部１８と、該バネ収納部１８内に収容されこのバネ収納部１８及び上記グランドパターン１７に多点接続可能なスプリング１９とを備え、上記上部材２Ｕと下部材２Ｌの間に上記回路基板４及びスプリング１９を挟持し、スプリング１９を弾性変形させてバネ収納部１８及びグランドパターン１７に多点で圧接させたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベース部材とこれに装着される回路基板のグランドパターンとを電気的に接続するグランド接続構造に関する。

近年、各種電子機器ではＣＰＵやＬＳＩ等の電子部品が高速で作動するようになり、これら電子部品が発信源となって周辺回路や他の電子機器に電磁波や電位差等によるノイズを与え、それらの誤作動発生の原因となったりしている。従って、これを低減するため、ＣＰＵやＬＳＩ等の電子部品が搭載される回路基板とその回路基板が収容されるケーシング、フレーム、シャシー、筐体といったベース部材との間の接地、即ちグランド接続が重要となっている。

一方、各種電子機器の軽薄短小化の勢いは止まる所を知らず、そこに用いられるケーシング、フレーム、シャシー、筐体といったベース部材そのもの、或いはそれらに連結されるコネクタ等の連結部品、更にはその中に収納される回路基板、各種素子・変換機等も、いよいよ高さが低く、幅・長さを小さくすることが求められている。

かかる状況下において、回路基板を筐体にグランド接続するグランド接続構造を薄くする発明として、特許文献１に記載されたものが知られている。この発明は、回路基板を筐体にグランド接続するに当たり、従来の回路基板−筐体間のビス・ナット止めに替え、回路基板を導電ゴム等の弾性体を介して上下二分割した筐体で挟持したものである。

この発明によれば、回路基板の取り付けにビス・ナットを用いない分、グランド接続構造の薄型化が達成できる。また、回路基板上の電子部品が発生した上記ノイズを、回路基板上のパッド（グランドパターン）から上記弾性体を介して筐体に放出させることができる。

特開２０００−１０６４９３号公報

しかしながら、この発明のベストモードを示すと考えられる実施例によっては、以下に述べるように必ずしも十分なノイズ低減効果を発揮し得ないと考えられ、未だ改善の余地が残されている。

（１）回路基板には、その長手方向に間隔を隔てて複数の電子部品が直列的に搭載されているにも拘わらず、前記パッドが回路基板の長手方向の一端の両角の２点にのみにしか設けられていないため、回路基板上の電子部品で発生したノイズは、この２点から即ち基板の一端側からしか筐体側に放出できない。よって、基板の他端側の電子部品にて発生した電磁波等のノイズは、基板の一端側のパッドまで移動した後に筐体側に放出されることになり、その間においてノイズの発散を許してしまう。

（２）回路基板には、長手方向に間隔を隔てて直列的に複数の電子部品が搭載されているため、電位的に上流側（例えば基板一端側）と下流側（例えば基板他端側）との間で、または各電子部品同士の間で、少なからず電位差が存在する。しかし、前記パッドが回路基板の長手方向の一端側にあるのみで、回路基板の長手方向に沿ったものは存在しない故、その電位差が回路基板の下流から上流へ、また各電子部品同士の下流から上流へ、各々帰還し、信号伝達の動作不良を引き起こすことがある。

（３）回路基板側のノイズを筐体側に放出するアース部材として導電ゴム等の弾性体を用いているが、導電ゴム等は時候劣化が比較的大きい。このため、安定した導電性能と反発力とを長い期間に亘って得ることは難しく、接触不良等が生じ、ノイズ低減効果が低下したりバラつくことがある。

（４）実際の組み立て時には、導電ゴム等の弾性体を、非常に小さな筐体の導電面に、パッドとの相対位置を一致させて接着しなければならないため、組み立ての時間・工数の増加を来たし、コストアップを招いてしまう。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、十分なノイズ低減効果を発揮でき、信号伝達の動作不良を防止でき、時候劣化が無く、コストダウンを図れるグランド接続構造を提供することにある。

上記課題を解決するために創案された本発明は、ベース部材に装着される回路基板をベース部材にアースするグランド接続構造であって、上記ベース部材を構成する上部材及び下部材と、上記回路基板にその長手方向に沿って形成されたグランドパターンと、該グランドパターンに対応させて上記上部材及び／又は下部材に形成されたバネ収納部と、該バネ収納部内に収容されこのバネ収納部及び上記グランドパターンに多点接続可能なスプリングとを備え、上記上部材と下部材の間に上記回路基板及びスプリングを挟持し、スプリングを弾性変形させてバネ収納部及びグランドパターンに多点で圧接させたものである。

また、上記バネ収納部を溝から構成し、上記スプリングをこの溝に嵌め込むことが好ましい。

また、上記回路基板はその長手方向に間隔を隔てて複数の電子部品を有し、上記グランドパターンはこれら電子部品の並列方向に沿って形成されることが好ましい。

また、上記スプリングは、波形に成形した板状バネ、コイル状バネ又は斜めに変形されたコイル状のバネであることが好ましい。

また、上記ベース部材は筐体からなり、上記上部材及び下部材はそれぞれ導電性材料からなる上ケース及び下ケースからなることが好ましい。

また、上記グランドパターンを回路基板の上下面に形成すると共に、上記バネ収納部を上部材及び下部材に形成し、これらバネ収納部内に収容されたスプリングにより、上面のグランドパターンを上部材にアースし、下面のグランドパターンを下部材にアースしてもよい。

本発明に係るグランド接続構造によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）グランドパターンが回路基板の長手方向に沿って、即ち回路基板に実装された電子部品の配列方向に沿って形成されているので、これら電子部品で発生した電磁波や電位差等によるノイズは、発生と略同時にその直近でグランドパターンに接地され、グランドパターン及び溝に多点で圧接されたスプリングを介し、速やかにベース部材側に放出される。このように、電子部品に生じたノイズが略最短距離で速やかに筐体に放出されるので、ノイズの発散を低減できる。

（２）また、回路基板の電子部品で生じたノイズが発生と略同時に直近でグランドパターンに接地されるので、回路基板の電位的上流側と下流側との間の電位、及び各電子部品同士の間の電位を、略同電位に安定させることができる。よって、各電子部品間を流れる電気信号の伝達不良を防止できる。

（３）回路基板のグランドパターンとベース部材とを電気的に接続するアース部材にスプリングを用いたので、従来例のように導電ゴム等の弾性体を用いたものと比べると、時候劣化は無いといえる。また、スプリングは、グランドパターンに圧接されたとき、その弾性力によって確実な電気的接続を達成する。

（４）ケースへのスプリングのセットに当たっては、溝にスプリングを嵌め込むことでスプリングの位置決めまでもがなされるので、従来例のように接着剤で導電ゴム等の弾性体を貼り付けるタイプと比べ、格段に組み立て性が向上する。よって、組み立ての時間及び工数が減少し、コストダウンとなる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に、本実施形態に係るグランド接続構造を備えた電子機器の組み立て図を示す。

この電子機器は、電気信号を光信号に変換する信号変換器１であり、半割り円筒状に形成された上ケース２Ｕ及び下ケース２Ｌを組み合わせてなる筐体２と、筐体２の一端に装着され電気信号が入力されるＢＮＣコネクタ３と、筐体２の内部に収容され入力された電気信号を光信号に変換するための回路基板４及び受発光素子５と、筐体２の他端に装着され変換された光信号を出力する光ファイバが内蔵された光ファイバケーブル６とを備える。

ここで、上記筐体２は特許請求の範囲のベース部材に相当し、上ケース２Ｕ及び下ケース２Ｌは特許請求の範囲の上部材及び下部材に相当する。なお、ベース部材は、筐体２に限られず、ケーシング、フレーム、シャシー等であってもよい。また、前記信号変換器１とは逆に、光ファイバケーブル６に光信号を入力し、ＢＮＣコネクタ３から電気信号をアウトプットする信号変換器にも、本実施形態に係るグランド接続構造を適用することができる。

図中、７は光ファイバケーブル６を下ケース２Ｌに抱持するストッパ、８は光ファイバケーブル６をストッパ７に取り付ける加締金具、９はケーブル６内の光ファイバの位置決めをするフェルール、１０は受発光素子５を固定して受発光素子５とフェルール９内の光ファイバとを連接するための素子固定具、１１はフェルール９を常時一方向に付勢して受発光素子５とフェルール９との安定した位置関係を保持するバネである。

ＢＮＣコネクタ３の内部には、入力された電気信号を回路基板４に伝達する銅線等の導電線が収容されている。また、上・下ケース２Ｕ、２Ｌは、アルミニウム、黄銅等の導電性材料からなり、全ての部分が導電性部分すなわち電磁気的なシールドとなっている。なお、上・下ケース２Ｕ、２Ｌのいずれか一方または両方を非導電材料で形成し、要所に導電面をメッキ、スパッタリング、蒸着等で形成してもよい。なお、ここでの要所とは、後述する溝１８が形成される部分であり、回路基板４をシールドできる部分をも含むことが好ましい。

上・下ケース２Ｕ、２Ｌには、図２にも示すように、回路基板４を取り付けるための基板装着部１２が形成されている。基板装着部１２は、上・下ケース２Ｕ、２Ｌの中央部に設けられた凹部１３と、凹部１３の周囲に設けられた台座１４とを有する。凹部１３は、回路基板４に実装された電子部品１５を収容し、台座１４は、回路基板４を支承して電子部品１５を上・下ケース２Ｕ、２Ｌの内面から離間させる。

また、基板装着部１２は、上・下ケース２Ｕ、２Ｌの幅方向の一側にその長手方向沿って設けられた凸部１６を有する。凸部１６には、長方形状に形成された回路基板４の長辺の一側が当接され、回路基板４の幅方向の位置が定められる。すなわち、回路基板４は、図２に示すように、上ケース２Ｕの凸部１６と下ケース２Ｌの凸部１６との間に挟まれて、幅方向の位置が定められる。また、回路基板４は、ＢＮＣコネクタ３と受発光素子５とに接続されることで、長手方向の位置が定められる。なお、上・下ケース２Ｕ、２Ｌは、上記凸部１６に関し共通形状となっており、部品の共用化が可能となっている。

回路基板４の上面４Ｕ及び下面４Ｌには、ＢＮＣコネクタ３から伝達された電気信号を適宜処理して受発光素子５に出力するため、複数のＣＰＵやＬＳＩ等の電子部品１５が実装されている。これら電子部品１５は、回路基板４の長手方向に間隔を隔てて直列的に搭載されており、図示しない信号パターンを介して接続されている。

また、回路基板４の上面４Ｕ及び下面４Ｌには、図１に示すように、基板４の長手方向に沿って、グランドパターン１７が夫々形成されている。グランドパターン１７は、長方形状の回路基板４の縁の内側に沿って、長方形の枠状に形成されており、縦パターン１７ａと横パターン１７ｂとからなる。このグランドパターン１７には、各電子部品１５のアースラインが直近の位置で接続されている。

上・下ケース２Ｕ、２Ｌの凹部１３の周囲には、グランドパターン１７に対応させるように、バネ収納部としての溝１８が、それぞれ略枠状に形成されている。溝１８は、上・下ケース２Ｕ、２Ｌの幅方向両側にその長手方向に沿って形成された側溝１８ａと、それらを掛け渡す方向に形成された横溝１８ｂとを有する。上・下ケース２Ｕ、２Ｌは、上記溝１８に関し共通形状となっており、部品の共用化が可能となっている。

側溝１８ａには、基板４のグランドパターン１７を上・下ケース２Ｕ、２Ｌと電気的に接続するアース部材として、スプリング１９が夫々収容されている。他方、横溝１８ｂには図例では何も収容されないため、横溝１８ｂは省略可能である。但し、横溝１８ｂを省略せずに設けた場合、横溝１８ｂにも側溝１８ａのものと同様のスプリング１９を収容してもよい。

スプリング１９は、側溝１８ａに挿入可能な幅の細長い板（銅、黄銅、バネ鋼等からなる）を長手方向に沿って上下に繰り返し折り曲げ、複数の山部１９Ｍと谷部１９Ｒとからなる波形に形成した板バネから構成される。かかるスプリング１９は、上ケース２Ｕの側溝１８ａに収容される場合、その山部１９Ｍが側溝１８ａの底部すなわち上ケース２Ｕに多点接触し、谷部１９Ｒがグランドパターン１７の縦パターン１７ａに多点接触する。他方、下ケース２Ｌの側溝１８ａに収容される場合、その谷部１９Ｒが側溝１８ａの底部すなわち下ケース２Ｌに多点接触し、山部１９Ｍが縦パターン１７ａに多点接触する（図２参照）。

かかるスプリング１９は、上ケース２Ｕと下ケース２Ｌとを互いの基板装着部１２を対向させて組み付けたとき、側溝１８ａの底部と縦パターン１７ａとの間に挟まれて弾性的に変形し、各山部１９Ｍ・谷部１９Ｒが縦パターン１７ａ・上下ケース２Ｕ、２Ｌに多点で圧接されるようになっている。すなわち、図１に示すスプリング１９の自由状態の高さｈは、スプリング１９が上・下ケース２Ｕ、２Ｌの側溝１８ａに夫々収容されたとき、その山部１９Ｍ又は谷部１９Ｒが僅かに側溝１８ａから突出するように設定されている。

また、上記スプリング１９は、側溝１８ａに収容されたとき、側溝１８ａが逆さまになっても落下しないように、側溝１８ａの両壁に嵌め込まれる。これにより、組み立て性が向上する。但し、スプリング１９の側溝１８ａへの嵌め込みが余りにきついと、上述した弾性変形が妨げられるため、弾性変形を阻害せつ且つ逆さまにしたときの落下を防止できる程度の嵌め込みに設定されている。

上ケース２Ｕと下ケース２Ｌとはネジ２０によって組み付けられる。ネジ２０は、図１に示すように、上ケース２Ｕの幅方向の一側（図中奥側）にその長手方向に間隔を隔てて形成された挿通孔２１Ｕを通して下ケース２Ｌに形成されたネジ孔（タップ孔）２２Ｌにねじ込まれる上ネジ２０Ｕと、下ケース２Ｌの幅方向の他側（図中手前側）にその長手方向に間隔を隔てて形成された挿通孔２１Ｌを通して上ケース２Ｕに形成されたネジ孔（図示せず）にねじ込まれる下ネジ２０Ｌとからなる。上・下ケース２Ｕ、２Ｌは、挿通孔２１及びネジ孔２２に関し共通形状となっており、部品の共用化が可能となっている。

上記信号変換器１の組み立て方法を説明する。

先ず、上・下ケース２Ｕ、２Ｌの側溝１８ａにスプリング１９を夫々セットし、下ケース２Ｌの所定の位置に、ＢＮＣコネクタ３、回路基板４、受発光素子５、素子固定部１０、フェルール９、バネ１１、ストッパ７、加締金具８及び光ファイバケーブル６を夫々搭載する。次に、これら各部品が搭載された下ケース２Ｌに上ケース２Ｕを被せる。その後、各ネジ２０を挿通孔２１を通してネジ孔２２にねじ込み、上・下ケース２Ｕ、２Ｌを一体化する。

すると、スプリング１９が側溝１８ａの底部と基板４のグランドパターン１７（縦パターン１７ａ）との間に挟まれて弾性変形し、各山部１９Ｍ・谷部１９Ｒが縦パターン１７ａ・上下ケース２Ｕ、２Ｌに多点で圧接される。これにより、回路基板４のグランドパターン１７が、スプリング１９を介して上・下ケース２Ｕ、２Ｌに多点でアースされ、アース回路が構成される。

ここで、スプリング１９が弾性変形すると、各山部１９Ｍ・谷部１９Ｒのピッチが広がるが、各山部１９Ｍ・谷部１９Ｒがグランドパターン１７、側溝１８ａの底部を滑るので、スムーズな弾性変形が許容され、多点でのアースが確保される。なお、スプリング１９の各山部１９Ｍ・谷部１９Ｒの間隔を狭めれば、グランドパターン１７と側溝１７ａとが、略線接触に近い電気的接続となる。

本実施形態の作用を述べる。

グランドパターン１７が回路基板４の長手方向に沿って、即ち回路基板４に実装された電子部品１５の配列方向に沿って形成されているので、回路基板４又は電子部品１５において発生したノイズは、発生と略同時にその直近でグランドパターン１７に接地され、スプリング１９がグランドパターン１７及び上・下ケース２Ｕ、２Ｌに多点で圧接されているので、このスプリング１９を介して速やかに最短距離で上ケース２Ｕ及び／又は下ケース２Ｌに放出され、ノイズの発散を低減できる。

また、電子部品１５で生じたノイズが発生と略同時に直近で上記グランドパターン１７に接地されるので、回路基板４の電位的上流側（図１左側）と下流側（図１右側）との間の電位、及び各電子部品１５同士の間の電位を、略同電位に安定させることができる。よって、各電子部品１５間を繋ぐ信号パターンを流れる電気信号が、上記電位差に起因して下流側から上流側へ帰還することはなく、信号伝達の動作不良を防止できる。

また、回路基板４のグランドパターン１７と上・下ケース２Ｕ、２Ｌとを電気的に接続するアース部材にスプリング１９を用いたので、従来例のように導電ゴム等の弾性体を用いたものと比べると、アース部材の時候劣化は無い。しかも、スプリング１９は、グランドパターン１７に圧接されたとき、その弾性力によって確実な電気的接続を達成する。この結果、長期間に亘って安定したアース効果、すなわちノイズ低減効果を維持することができる。

また、上・下ケース２Ｕ、２Ｌへのスプリング１９のセットに当たっては、側溝１８ａにスプリング１９を嵌め込むことでスプリング１９の位置決めまでもがなされるので、従来例のように接着剤で導電ゴム等の弾性体を貼り付けるタイプと比べ、格段に組み立て性が向上する。よって、組み立ての時間及び工数が減少し、コストダウンとなる。

また、上・下ケース２Ｕ、２Ｌへの回路基板４の取り付けに際し、アース部材としてネジ・ナットの類を用いていないので、グランド接続構造の高さを低くでき、ひいてはケース２Ｕ、２Ｌの高さを抑えることが可能となる。例えば、上・下ケース２Ｕ、２Ｌを半割り円筒ではなく薄い直方体状の箱体を上下二分割したものとし、これらをネジ２０ではなく爪によって係脱するようにすれば、ケース２Ｕ、２Ｌを薄くすることが可能となる。

また、上・下ケース２Ｕ、２Ｌは、導電性材料から形成されており、全てが導電性部分（シールド部）となっているので、上・下ケース２Ｕ、２Ｌの内外が電磁気的にシールドされ、基板４にて生じたノイズがケース２Ｕ、２Ｌの外に漏れることが防止されると共に、ケース２Ｕ、２Ｌ外のノイズが基板４上の電子部品１５に影響を与えることを防止できる。

また、上ケース２Ｕと下ケース２Ｌとは、基板装着部１２（即ち凹部１３、凸部１６、台座１４）、溝１８、挿通孔２１、ネジ孔２２の形状に関して共通であるので、同一部品を用いることができ、部品の共用化によって低コスト化を図れる。

上記スプリング１９の変形例を図３に示す。このスプリング１９’は、コイル状バネからなる。このコイル状バネからなるスプリング１９’も、前実施形態の波形に成形した板状バネからなるスプリング１９と同様に、縦パターン１７ａ及び側溝１８ａの底部に多点で圧接される。

上記スプリング１９の別の変形例を図４（ｂ）に示す。このスプリング１９’’は、上記コイル状バネ１９’に剪断力を付与して斜めに扁平に変形させたものである。こうすることにより、ピッチｐが狭まって縦パターン１７ａ及び側溝１８ａの底部との接触点が増加するので、より高いノイズ低減効果が得られる。また、スプリング１９’’の幅方向の寸法ｗを小さくできる。また、スプリング１９’’は、幅方向に圧縮されると幅方向外方への復元力を発揮するので、側溝１８ａに収容されたとき側溝１８ａの溝壁に弾性的に押し付けられて保持される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、バネ収納部を図５（ａ）に示すように断面凹状の溝１８から構成したが、これに限らず断面Ｖ字状の溝であっても構わず、図５（ｂ）に示すように断面Ｌ字状の溝１８’でもよく、図５（ｃ）に示すように断面Ｌ字状の溝１８’の内側にスプリング１９の落下を防止する爪２３を長手方向に間隔を隔てて或いは連続的に設けたものでもよい。また、バネ収納部は、図５（ｄ）に示すように、長手方向の端面の壁２４でスプリング１９の端部を支持する溝１８’’であってもよい。

また、回路基板４の上面４Ｕ又は下面４Ｌの一方にのみグランドパターン１７を設け、このグランドパターン１７が対向する側のケース２Ｕ又は２Ｌにのみ溝１８（１８ａ）を設け、この溝１８（１８ａ）にスプリング１９を収容してもよい。

また、本発明に係るグランド接続構造が適用される電子機器は、電気を光に変換する信号変換器１に限られず、光を電気に変換するものであってもよく、電気信号のみを処理するものであってもよい。また、信号変換器のみならず、あらゆる電子機器に本発明を適用できる。

本実施形態に係るグランド接続構造が適用された信号変換器の分解斜視図である。 図1の横断面図である。 上記グランド接続構造に用いるスプリングの変形例を示す斜視図である。 （ａ）は上記スプリングの断面図、（ｂ）は別の変形例を示すスプリングの断面図である。 バネ収納部の変形例を示す説明図である。

符号の説明

２ ベース部材としての筐体
２Ｕ 上部材としての上ケース
２Ｌ 下部材としての下ケース
４ 回路基板
４Ｕ 上面
４Ｌ 下面
１５ 電子部品
１７ グランドパターン
１８ バネ収納部としての溝
１９ スプリング

Claims (6)

1. ベース部材に装着される回路基板をベース部材にアースするグランド接続構造であって、
   上記ベース部材を構成する上部材及び下部材と、上記回路基板にその長手方向に沿って形成されたグランドパターンと、該グランドパターンに対応させて上記上部材及び／又は下部材に形成されたバネ収納部と、該バネ収納部内に収容されこのバネ収納部及び上記グランドパターンに多点接続可能なスプリングとを備え、
   上記上部材と下部材の間に上記回路基板及びスプリングを挟持し、スプリングを弾性変形させてバネ収納部及びグランドパターンに多点で圧接させたことを特徴とするグランド接続構造。
2. 上記バネ収納部を溝から構成し、上記スプリングをこの溝に嵌め込んだ請求項１記載のグランド接続構造。
3. 上記回路基板はその長手方向に間隔を隔てて複数の電子部品を有し、上記グランドパターンはこれら電子部品の並列方向に沿って形成された請求項１又は２記載のグランド接続構造。
4. 上記スプリングは、波形に成形した板状バネ、コイル状バネ又は斜めに変形されたコイル状のバネである請求項１〜３記載のグランド接続構造。
5. 上記ベース部材は筐体からなり、上記上部材及び下部材はそれぞれ導電性材料からなる上ケース及び下ケースからなる請求項１〜４記載のグランド接続構造。
6. 上記グランドパターンを回路基板の上下面に形成すると共に、上記バネ収納部を上部材及び下部材に形成し、これらバネ収納部内に収容されたスプリングにより、上面のグランドパターンを上部材にアースし、下面のグランドパターンを下部材にアースした請求項１〜５記載のグランド接続構造。
   

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