JP2008060140A - 配線基板収納構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の配線基板収納構造と比較して、熱に対して安定した電気特性を持つ配線基板収納構造を提供すること。
【解決手段】スルーホール３２を形成したプリント配線基板３と、スルーホール３２の径よりも大きく弾性を有する圧入部２１を成形したコネクタピン２と、このコネクタピン２を支持したケース本体１ａおよび蓋体１ｂとからなるケース１とを備えた配線基板収納構造であって、プリント配線基板３は、コネクタピン２の軸方向においてケース本体１ａおよび蓋体１ｂのいずれにも干渉しないケース１内の基準位置に、スルーホール３２に圧入部２１を挿入させたときに圧入部２１に生じる保持力によって、コネクタピン２を介して支持されて収納されている構造にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、コネクタピンが取り付けられた配線基板を収納した配線基板収納構造に関する。

従来、コネクタ部品のケース内に配線基板を収納する配線基板収納構造としては、例えば、電子部品を搭載するプリント配線基板がケース内に収納されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この配線基板収納構造は、コネクタピンとしてのプレスフィットピンがコンタクトハウジング上に支持され、プリント配線基板のスルーホールにプレスフィットピンを挿入させ電気的に接続させると共に、コンタクトハウジング上にプリント配線基板を接触させた構造になっている。
特開平１０−２０８７９８号公報（段落００２１、図１参照）

ところで、小型のコネクタ部品などでは、コンタクトハウジング内に収容される配線基板上の電子部品及び外部環境からの発熱によって熱がこもりやすく、コンタクトハウジングが熱膨張してしまう。そのため、特許文献１の配線基板収納構造では、コンタクトハウジング（台座）にプリント配線基板を突き当てているから、台座の熱膨張によってプリント配線基板に台座からストレスが掛かり、台座がプリント配線基板を押し、スルーホールとプレスフィットピンとの間の電気的接続の信頼性が低下する恐れがある。特に、プレスフィットピンからスルーホールが完全に外れなくても、径方向の十分な保持力が得られなくなって電気特性が変化してしまい、所望のインピーダンス整合を図ることができなくなる恐れがあった。

そこで、本発明の課題は、従来の配線基板収納構造と比較して、熱に対して安定した電気特性を持つ配線基板収納構造を提供することにある。

前記課題を解決する本発明は、挿入孔を形成した配線基板と、前記挿入孔の径よりも大きく弾性を有する大径部分を成形したコネクタピンと、前記コネクタピンを支持したケース本体および当該ケースの開口を塞ぐ蓋体とからなるケースとを備えた配線基板収納構造であって、前記配線基板は、前記コネクタピンの軸方向において前記ケース本体および前記蓋体のいずれにも干渉しない前記ケース内の基準位置に、前記挿入孔に前記大径部分を挿入させたときに前記大径部分が径方向に生じる保持力によって、前記コネクタピンを介して支持されて収納されていることを特徴とする。
この構成によれば、配線基板がコネクタピンのみによって、ケース内に支持されるため、ケースが熱膨張したとしても、配線基板とケースとが干渉しない状態を維持させることができる。したがって、ケースの熱膨張に伴う電気特性の変化を招くことを防ぐことができる。

なお、前記配線基板は、前記配線基板の前記挿入孔が前記コネクタピンの前記大径部分から外れない範囲で移動自在とすることが好ましい。
この構成によれば、挿入孔が大径部分から外れないようになっているため、ケースが熱膨張した場合だけに限らず、ケースに衝撃が加わった場合であっても、配線基板とケースとが干渉しない状態を維持させることができるため、ケースの熱膨張や衝撃に伴う電気特性の変化を招くことを防ぐことができる。

また、前記外れない範囲は、前記配線基板自体と前記コネクタピンと前記ケース本体と前記蓋体の少なくとも１つの熱膨張によっても、前記配線基板が前記コネクタピンの軸方向において前記ケース本体および前記蓋体のいずれにも干渉しない範囲とすることが好ましい。
この構成によれば、あらかじめ実験やシミュレーションを行って、熱膨張によって、前記配線基板が、前記コネクタピンの軸方向において前記ケース本体および前記蓋体のいずれにも干渉しない範囲に製造することで、ケースの熱膨張に伴う電気特性の変化を確実に防ぐことができる。

また、前記外れない範囲は、前記配線基板が、前記挿入孔と前記コネクタピンの前記大径部分との接触抵抗が所定範囲の値となる前記保持力を有する範囲とすることが好ましい。
この構成によれば、あらかじめ実験やシミュレーションを行って、前記挿入孔と前記コネクタピンの前記大径部分との接触抵抗が所定範囲の値となる前記保持力を有する範囲になるように製造することで、ケースの熱膨張や衝撃に伴う電気特性の変化を、許容範囲に抑えることができる。

また、前記外れない範囲で、前記回路基板を規制する規制部材を、前記ケース本体および前記蓋体の少なくとも一方に備えることが好ましい。
この構成によれば、規制部材によって、挿入孔が大径部分から外れるのを防止することができる。そのため、ケースが熱膨張した場合だけに限らず、ケースに衝撃が加わった場合であっても、配線基板とケースとが干渉しない状態を維持させることができるため、ケースの熱膨張や衝撃に伴う電気特性の変化を招くことを防ぐことができる。

したがって、この配線基板収納構造では、コネクタピンと挿入孔との間の接続部分にケース本体や蓋体から、熱や衝撃に伴うストレスが掛からないため、コネクタピンと挿入孔との間の保持力を一定に保つことができ、従来の場合に比べて電気的な接続の信頼性が向上する。

本発明によれば、従来の配線基板収納構造と比較して、熱に対して安定した電気特性を持つ配線基板収納構造を提供することができる。

次に、本発明の実施形態に係る配線基板収納構造について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、実施形態に係る配線基板収納構造の構成を説明するための斜視図である。図２の（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２の（ｂ）は図２の（ａ）の一部（規制状態）の拡大図、図２の（ｃ）は図２の（ｂ）の一部（コネクタピン）の拡大図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、ケース本体でのプリント配線基板をの位置決めを行うための説明図である。図５の（ａ）は、プリント配線基板がケース内で上方側に移動したときを示す図１のＡ−Ａ断面図である。図５の（ｂ）は、プリント配線基板がケース内で下方側に移動したときを示す図１のＡ−Ａ断面図である。図６の（ａ）は、基板基準位置からの変位に伴う保持力の変化の様子を示すグラフである。図６の（ｂ）は、基板基準位置からの変位に伴う接触抵抗の変化の様子を示すグラフである。

図１に示すように、配線基板収納構造Ｓは、コネクタ１１を成形したケース本体１ａとこのケース本体１ａの開口部１２に嵌り込む嵌合突出部１６を形成した蓋体１ｂとからなるケース１と、ケース本体１ａに支持されたコネクタピン２と、図示しない電子部品を搭載して所定の配線パターンが形成されたプリント配線基板３と、ケース本体１ａに支持されたピン部材２ａとを備えている。なお、プリント配線基板３は、特許請求の範囲にいう「配線基板」に相当する。

図１〜図３に示すように、ケース本体１ａは、その平面形状が長方形となるように形成され、一つの短辺側の外側壁には、図示しないハーネスコネクタを接続する筒形状のコネクタ１１が設けられている。このケース本体１ａの上側（図１の紙面上側）には、蓋体１ｂ（図１参照）で閉じられる開口部１２を有しており、その蓋体１ｂで閉じられてケース本体１ａの内側に形成される略直方体の空間には、プリント配線基板３、コネクタピン２が収納されるようになっている。

ケース本体１ａの底面１４には、図２の（ａ）に示すように、コネクタピン２をケース本体１ａに支持するための支持部１５ａが形成されている。この支持部１５ａは、ケース本体１ａの底面１４に沿って延びる条形状を呈している。そして、支持部１５ａは、コネクタ１１が設けられる短辺側の内壁面に沿って延びるように形成されている（図３参照）。
また、ケース本体１ａの内周面には、配線基板３の下方への移動を規制するように、段差状に規制部材１５ｂが備えられている。この規制部材１５ｂは、ケース本体１ａに一体成形されたものとするが、帯状体を内周面に沿って配置するようにしてもよい。
ところで、特に、図２の（ｂ）に示すように、この規制部材１５ｂの配線基板３に対向する規制面１４ａと配線基板３の下方の面との間に距離ｒが空いている。一方、配線基板３の上方の面には、嵌合突出部（規制部材）１６の規制面１６ａが距離ｓを空けて配置されている。そのため、配線基板３は、図２中、上方に距離ｓだけ、かつ、下方に距離ｒだけの範囲で移動自在になっている。つまり、その範囲で、配線基板３のスルーホール３２は、スルーホール３２の径よりも大きな径の圧入部（大径部分）２１から外れない。そのため、配線基板３は、ケース１に熱や振動が加わって、スルーホール３２とコネクタピン２とが嵌合したまま移動しても、規制部材１５ｂと嵌合突出部１６とによって、その移動が規制されることになる。

プリント配線基板３は、図１に示すように、長方形の板状体である。このプリント配線基板３には、図２および図３に示すように、スルーホール（挿入孔）３２が形成されている。このスルーホール３２には、後記するように、コネクタピン２の圧入部２１（図２（ｃ）参照）が挿通されることによって、コネクタピン２がプレスフィットでプリント配線基板３に接続されるようになっている。

コネクタピン２は、金属板から打ち抜かれた棒状部材をＬ字状に屈曲させて形成した導電性部材である。本実施形態の配線基板収納構造Ｓは、図１に示すように、４つのコネクタピン２を備えている。なお、このコネクタピン２の数は、４つに限定されるものではなく適宜に設計変更することができる。このコネクタピン２は、図３に示すように、コネクタピン２の肘部分が支持部１５ａに埋設されることによってケース本体１ａの底面１４に支持されている。そして、コネクタピン２は、Ｌ字に屈曲する一方の片がケース本体１ａの底面１４に沿って延びるとともに、コネクタ１１内に突き出ている。ちなみに、このコネクタピン２の一方の片は、前記したようにハーネスコネクタ（図示せず）がコネクタ１１に接続された際に、ハーネスコネクタ側の端子ピン（図示せず）と電気的に接続されることとなる。また、コネクタピン２の他方の片は、図２（ａ）に示すように、ケース本体１ａの底面１４から開口部１２に向かって延びている。そして、このコネクタピン２の他方の片の先端部近傍には、圧入部２１が形成されており、この圧入部２１は、図２（ｃ）に示すように、プリント配線基板３のスルーホール３２に挿通されている。この圧入部２１は、スルーホール３２の内径よりも細く形成された軸部２２よりも太く、しかもスルーホール３２の内径よりも太くなるように形成されており、この圧入部２１には、楕円形の貫通穴２３が形成されている。そして、圧入部２１がスルーホール３２に挿通された際に、貫通穴２３がより扁平となるとともに、圧入部２１がばね性を発揮してその周囲はスルーホール３２の内壁面を押圧する。したがって、圧入部２１は、コネクタピン２の他の径の部分に比べて径が大きな大径部分になっている。

その一方で、スルーホール３２の内壁面には銅メッキ３２ａが施されており、この銅メッキ３２ａ部分は、プリント配線基板３の配線パターン（図示せず）と電気的に接続されている。その結果、コネクタピン２の圧入部２１がスルーホール３２に挿通されることで、コネクタピン２に対するプリント配線基板３のプレスフィットによる接続が行われることとなる。つまり、ケース本体１ａ内でプリント配線基板３がコネクタピン２によって支持されるとともに、プリント配線基板３に形成された配線パターン（図示せず）とコネクタピン２とが電気的に接続されることとなる。

なお、圧入部２１が配線基板３の上下に露出している部分は、電気的な接続不良を防止するために、熱膨張などの影響を考慮して、上方に距離ｓ以上の長さ、かつ、下方に距離ｒ以上の長さだけ形成することが望ましい（図２（ｂ）参照）。これによって、配線基板３は、コネクタピン２の軸方向において、ケース１ａおよび蓋体１ｂのいずれにも干渉しないケース１の基準位置（これを、以下「基板標準位置」と呼ぶ。）に、スルーホール３２を介してケース１内に支持されて収納される。つまり、配線基板３は、ケース１内においてコネクタピン２のみに接触し、支持されている。そのため、配線基板３は、コネクタピン２以外からのケース１から干渉を受けることがない。
したがって、ケース本体１ａや蓋体１ｂや配線基板３自体が熱膨張して、その容積が増加しても、配線基板３は、ケース本体１ａや蓋体１ｂに接触しないからスルーホール３２とコネクタピン２との接続を変化させない。そのため、電気特性が変化することもない。

次に、図２の（ｂ）に示したように、下方に距離ｒだけ、かつ、上方に距離ｓだけ離れる基板標準位置に配線基板３をセットする方法について説明する。
図４の（ａ）に示すように、台座５０上に載せたケース本体１ａの上方から、配線基板３を位置決め部材４０によって押し、図４の（ｂ）に示すように、基板標準位置にセットする。

このセットでは、位置決め部材４０を用いる。この位置決め部材４０は、ケース本体１ａよりも大きい枠体４内に、突出部４２を形成してある。ここでは、３本の突出部４２を描いてあるが、その数や幅等は適宜設計すればよい。なお、枠体４の深さは、ケース本体１ａの高さ以上の長さになっている。また、突出部４２は、枠体４の底面から距離ｕだけ突出している。そのため、枠体４の側面の高さから距離ｕだけ引いた差に相当する高さを基板標準位置として設計しておく。

まず、コネクタピン２を支持させたケース本体１ａを台座５０上に載せる。そして、コネクタピン２にスルーホール３２を挿入して配線基板３をケース本体１ａ内にセットする。このときスルーホール３２は、圧入部２１でその挿入が規制されている。
そして、位置決め部材４０の枠体４をケース本体１ａに被せ、枠体４の端面が台座５０と接触するまで力を加えることによって、突出部４２が配線基板３の上部を押す。そのため、圧入部２１が弾性変形しつつ、コネクタピン２が基板標準位置になるまで、スルーホール３２内に押し込まれていく。これによって、配線基板３の位置決めが終了し、位置決め部材４０を外した後に、図１等に示すように、蓋体１ｂをケース本体１ａに被せ、シールする。このシールは、例えば、接着剤による接着やレーザ加工による溶着によって行えばよい。
したがって、配線基板３がコネクタピン２の軸方向において、ケース１ａおよび蓋体１ｂのいずれにも干渉しないケース１の基板標準位置に、スルーホール３２を介してケース１内に支持されて収納させることができる。

ところで、図２の（ｂ）に示した、距離ｒ，ｓは、スルーホール３２が圧入部２１から外れない範囲で、配線基板３が移動自在になっていればよい。ただし、（１）その外れない範囲は、配線基板３自体、コネクタピン２、ケース本体１ａまたは蓋体１ｂの熱膨張によっても、配線基板３がコネクタピン２の軸方向において、コネクタピン２以外のいずれにも干渉しない範囲であることが好ましい。また、（２）その外れない範囲は、スルーホール３２と圧入部２１との接触抵抗が所定範囲の値となる保持力を有する範囲であることが好ましい。

次に、ケース１が熱膨張した場合の配線基板収納構造Ｓの作用を説明する。図２の（ｂ）に示すように、配線基板３は、上方に距離ｓだけ、かつ、下方に距離ｒだけの範囲で移動自在になっているため、蓋体１ｂが距離ｓ未満だけ配線基板３側に熱膨張しても、配線基板３に接触しない。また、配線基板３は、ケース本体１ａが距離ｒだけ熱膨張しても、配線基板３に接触することはない。そのため、距離ｓや距離ｒの間隔は、ケース１の熱膨張分を吸収する「遊び」の機能を担っている。つまり、この場合、外れない範囲が、前記（１）の場合であることが好ましい。

次に、図５の（ａ）、（ｂ）を参照して、ケース１に衝撃が加わった場合に、配線基板３が、基板標準位置から移動した場合の配線基板収納構造Ｓの作用を説明する。
図５の（ａ）に示すように、配線基板３が上方に移動したとしても、規制面１６ａによってその動きが規制されている。そのため、配線基板３（スルーホール３２）がコネクタピン２から外れて、電気的な接続が絶たれてしまうことがない。
一方、図５の（ｂ）に示すように、配線基板３が下方に移動したとしても、規制面１４ａによってその動きが規制されている。そのため、配線基板３（スルーホール３２）とコネクタピン２との電気的な接続が絶たれることもない。つまり、この場合、外れない範囲が、前記（２）の場合であることが好ましい。

次に、前記（２）の場合に、図６を参照して、基板標準位置の設定基準について説明する。なお、図６の（ａ）および図６の（ｂ）のグラフにおいて横軸にとった変位は、図６中左側をケース本体１ａ内部側、図６中右側を蓋体１ｂ側として表している。
圧入部２１の弾性変形によってスルーホール３２に与える圧力が、配線基板３の保持力になるため、その保持力と回路基板３の変位（コネクタピン２の軸方向の変位）との間には、例えば、図６の（ａ）のような変化を示す関係がある。
そのため、圧入部２１の軸方向を中心部でスルーホール３２に接続しているときが、一番大きい保持力であって、図６中左右で小さくなっている。ここで、保持力の基準値を実験やシミュレーションによって設定し、その基準値以上の範囲の保持力が得られるようにすればよい。つまり、蓋体１ｂの嵌合突出部（規制部材）１６（図２等参照）の規制面１６ａを、図中「蓋体突当り」の変位のところに設定する。その値が、図２の（ｂ）に示す距離ｓの位置となる。また、ケース本体１ａも同様に設定できるので、そのときの規制面１４ａを、図中「ケース本体突当り」の変位のところに設定する。その値が、図２の（ｂ）に示す距離ｒの位置となる。
なお、図６（ａ）における保持力と変位との関係は、一例を示すものであって、これに限定されるものではなく、基板標準位置で顕著に保持力のピークを有するものであってもよい。このようにすることで、振動に対しても、より安定して保持することができる。

ここで、図６の（ａ）を見比べつつ、図６の（ｂ）を見ると、保持力が大きい変位のときに、接触抵抗が小さくなることが分かる。ここで、接触抵抗は、圧入部２１がスルーホール３２に接触しているときの電気抵抗を示す。つまり、接触抵抗が小さいと電気抵抗が小さく、インピーダンス整合がよくなることを示している。そのため、接触抵抗を考慮した場合にも、圧入部２１の中心部がスルーホール３２に接触している状態、つまり、基板標準位置であるときが、コネクタとしての性能がよいことを示している。したがって、保持力とともに接触抵抗を考慮して、基板標準位置を設定することが好ましい。

以上説明したように、この実施形態によれば、熱によって、ケース本体１ａや蓋体１ｂや配線基板３自体が熱膨張して、その容積が増加しても、配線基板３は、ケース本体１ａや蓋体１ｂに接触しないからスルーホール３２とコネクタピン２との接続を変化させないので、電気特性が変化することもない。そのため、安定した接続状態を保つことができる。したがって、従来の配線基板収納構造と比較して、熱に対して安定した電気特性を持つ配線基板収納構造Ｓを提供することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、ケース本体１ａの内周に段差状に規制部材１５ｂを設けた場合を説明したが、プリント配線基板３を受け止める台（受け止め台）として備えるようにしてもよい。この受け止め台の配置位置、配置数、および受け止め台の形状は特に制限はなく適宜に設計することができる。

また、前記実施形態では、樹脂モールドが施されていないプリント配線基板３を想定して配線基板収納構造Ｓについて説明したが、本発明はプリント配線基板３に樹脂モールドが施されたものであってもよい。

実施形態に係る配線基板収納構造の構成を説明するための斜視図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２の（ａ）の一部（規制状態）の拡大図、（ｃ）は図２の（ｂ）の一部（コネクタピン）の拡大図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 ケース本体でのプリント配線基板をの位置決めを行うための説明図である。 （ａ）は、プリント配線基板がケース内で上方側に移動したときを示す図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、プリント配線基板がケース内で下方側に移動したときを示す図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、基板基準位置からの変位に伴う保持力の変化の様子を示すグラフであり、（ｂ）は、基板基準位置からの変位に伴う接触抵抗の変化の様子を示すグラフである。

符号の説明

１ ケース
２ コネクタピン
３ プリント配線基板（配線基板）
１４ａ 規制面
１５ｂ 規制部材
１６ 嵌合突出部（規制部材）
１６ａ 規制面
２１ 圧入部（大径部分）
Ｓ 配線基板収納構造

Claims (5)

1. 挿入孔を形成した配線基板と、前記挿入孔の径よりも大きく弾性を有する大径部分を成形したコネクタピンと、前記コネクタピンを支持したケース本体および当該ケースの開口を塞ぐ蓋体とからなるケースとを備えた配線基板収納構造であって、
   前記配線基板は、
   前記コネクタピンの軸方向において前記ケース本体および前記蓋体のいずれにも干渉しない前記ケース内の基準位置に、前記挿入孔に前記大径部分を挿入させたときに前記大径部分が径方向に生じる保持力によって、前記コネクタピンを介して支持されて収納されていることを特徴とする配線基板収納構造。
2. 前記配線基板は、前記配線基板の前記挿入孔が前記コネクタピンの前記大径部分から外れない範囲で移動自在としたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板収納構造。
3. 前記外れない範囲は、
   前記配線基板自体と前記コネクタピンと前記ケース本体と前記蓋体の少なくとも１つの熱膨張によっても、前記配線基板が、前記コネクタピンの軸方向において前記ケース本体および前記蓋体のいずれにも干渉しない範囲であることを特徴とする請求項２に記載の配線基板収納構造。
4. 前記外れない範囲は、
   前記配線基板が、前記挿入孔と前記コネクタピンの前記大径部分との接触抵抗が所定範囲の値となる前記保持力を有する範囲であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の配線基板収納構造。
5. 前記外れない範囲で、前記回路基板を規制する規制部材を、前記ケース本体および前記蓋体の少なくとも一方に備えたことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の配線基板収納構造。

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