JP2010146855A - 回路基板の収容構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 組付け作業を複雑化することなく、コネクタへの接続相手の脱着による回路基板への応力を抑制することができる回路基板の収容構造を提供すること。
【解決手段】 外部の相手方と機械的に接続するコネクタ１１の接続部分を、アッパーケース２の一部で形成したアッパーケース２のコネクタ部２１と、アッパーケース２のコネクタ部２１に設けられ、コネクタピン５１を回路基板４の側から外部へ突出させる貫通２１１孔と、アッパーケース２のコネクタ部２１と回路基板４との間に間隙を設ける支持部３３を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板の収容構造の技術分野に属する。

従来では、複数のピン端子が相互に等間隔に配置されたピンヘッダコネクタを、配線基板のピン挿入孔にピン端子を挿入し、半田付けにより固定し、ピンヘッダコネクタを配線基板に固定している（例えば、特許文献１参照。）。

また、複数のプレスフィットピンを有するプレスフィットコネクタを、プリント回路基板のスルーホールに複数のプレスフィットピンを圧入して、プレスフィットコネクタを、プリント回路基板に固定しているものもある（例えば、非特許文献１参照。）。
特開平１０−５０４２６号公報（第２−４頁、全図） 特開２００２−２３７６６４号公報（第２−７頁、全図）

しかしながら、従来にあっては、コネクタへの接続相手の脱着により回路基板に応力がかかるという問題があった。また、ピンヘッダコネクタやプレスフィットコネクタに関する組付作業は効率のよくないものであった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、組付け作業を複雑化することなく、コネクタへの接続相手の脱着による回路基板への応力を抑制することができる回路基板の収容構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、複数のピンが配置されたコネクタを実装する回路基板をケースに収容する回路基板の収容構造であって、外部の相手方と電気的に接続する前記コネクタの前記ピンに対して、外部の相手方と機械的に接続する前記コネクタの接続部分を、前記ケースの一部で形成した前記ケースのコネクタ部と、前記ケースのコネクタ部に設けられ、前記ピンを前記回路基板の側から外部へ突出させる貫通孔と、前記ケースのコネクタ部と前記回路基板との間に間隙を設ける回路基板支持手段と、を備えた、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、組付け作業を複雑化することなく、コネクタへの接続相手の脱着による回路基板への応力を抑制することができる。

以下、本発明の回路基板の収容構造を実現する実施の形態を、請求項１，２に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例２に基づいて説明する。

実施例１では、回路基板の収容構造を備えた回路基板収容体を例として説明する。
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の回路基板収容体を上面視した斜視図である。図２は実施例１の回路基板収容体のアッパーケースの底面視した斜視図である。図３は実施例１の回路基板収容体のロアケースの平面図である。図４は実施例１の回路基板収容体の平面図である。
実施例１の回路基板収容体１は、アッパーケース２とロアケース３により箱型の筐体を構成し、内部に回路基板４を収容する。そして、回路基板収容体１は、外部との信号の送受や、センサとの接続等のために、外部の配線と接続するためのコネクタ１１を設けている。なお、電源線の接続部分については省略する。

次にアッパーケース２の構造について説明する。
アッパーケース２は、箱型の下面を開放した形状で、コネクタ部２１、係合部２２、ボス部２３，２４を備えている。
コネクタ部２１は、図２に示すように、３つのコネクタ部２１ａ〜２１ｃからなる（以下、コネクタ部２１で総称する）。コネクタ部２１は、回路基板収容体１への外部配線のコネクタと接続する部分をアッパーケース２の一部で一体に形成したものである。これは、アッパーケース２の一部を図２に示すように、回路基板収容体１の内部側へ凹ませて形成する。

回路基板収容体１のコネクタ１１では、外部配線との電気的な接続のために、複数のコネクタピンを備えるため、アッパーケース２のコネクタ部２１の凹ませた平面には、複数の貫通孔２１１を設けるようにする。
なお、図２に示すように、３つのコネクタ部２１ａ〜２１ｃは、それぞれ必要に応じた形状に形成するものとし、その貫通孔２１１は、それぞれのコネクタピンの形状に合わせた形状の貫通孔２１１にする。実施例１では、コネクタ２１ａ，２１ｂの貫通孔２１１は、円柱形状のコネクタピンに対応させた略矩形形状にし、コネクタ２１ｃの貫通孔２１１は、板形状のコネクタピンに対応させた略矩形形状にしている。

係合部２２は、アッパーケース２の開放端部分の周縁の８箇所に設けた、ロアケース３の係合爪３１への係合部分である。この係合部２２は、アッパーケース２の開放端部分の周縁の一部を、外周方向に矩形に膨らませた形状であり、その壁面に係合爪３１が乗り越えて係止する部分を形成したものである。
ボス部２３，２４は、図２に示すように、アッパーケース２の天板部分の裏面から所定径の円柱形状を立設させたものである。そして、実施例１では、例えば４隅のコネクタ部２１に近い１箇所にボス部２３を設け、このボス部２３と対角位置となる隅位置にボス部２４を設ける。

次にロアケース３の構造について説明する。
ロアケース３は、アッパーケース２の開放された開口に挿入される大きさの矩形の板形状で、係合爪３１、位置出し孔３２、支持部３３を備えている。
係合爪３１は、ロアケース３の外周周縁に、外周方向に突出するように設ける。その位置はアッパーケース２の係合部２２に対応させ、その数は８箇所とする。そして、断面が角度を持つ爪形状にする。

位置出し孔３２は、ロアケース３の４隅の対向位置となる２箇所に設けた貫通孔である。また、位置出し孔３２の孔径は、アッパーケース２のボス部２３，２４が嵌合する大きさとし、その位置は、アッパーケース２のボス部２３，２４に対応した位置とする。
支持部３３は、ロアケースの広い矩形面の周縁で、内周側に突出させた部分である。そして、ロアケースの広い矩形面に対して回路基板４の周縁部を所定の間隔に支持する部分である。

次に回路基板収容体１の内部構造の詳細について説明する。
図５は図４のＡ−Ａ断面の一部拡大図である。
実施例１の回路基板収容体１では、内部に収容する回路基板４にピンヘッダコネクタ５を実装している。
ピンヘッダコネクタ５は、コネクタピン５１とヘッダ部５２、ロケート部５３を備えている。
ピンヘッダコネクタ５は、樹脂製のヘッダ部５２で、棒状で導電性のあるコネクタピン５１を複数配列した状態に維持したものである。コネクタピン５１は、ヘッダ部５２に対して、両端が突出した状態となる。また、回路基板４の側には、回路基板４に当接し、ヘッダ部５２の回路基板４に対する位置を決めるロケート部５３を設ける。また、ロケート部５３には、回路基板４の側へ突出した突起部分を設けるようにし、これを回路基板４に設けた孔、もしくはスルーホールへ嵌合することにより、位置決めを行う部分を兼ねるようにする。

回路基板４には、スルーホール４１をコネクタピン５１に対応する数、大きさ、位置で設けるようにし、挿入後、半田付けして半田４２で固定及び電気的接続がされるようにする。
また、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１の部分の内部側には、図５に示すように、貫通孔２１１を内部へ行くに従って径を大きくするようにしたテーパ部２１２を設ける。
また、回路基板４には、アッパーケース２のボス部２３，２４、ロアケース３の位置出し孔３２に対応する位置、大きさに対応させて孔部４３を２箇所に設ける。

さらに、回路基板収容体１の内部構造の詳細について説明する。
実施例１の回路基板収容体１では、コネクタ１１の周縁の突出した部分から、ロアケース３の厚さまでを、ケース高さH1とする。
そして、このコネクタ１１の周縁の突出した部分から、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１を設けた面までの深さをハウジング深さH2（深さHaに相当する）とする。さらに、このコネクタ１１の周縁の突出した部分に図６に示すように基準面Ｐを設定し、この基準面Ｐからボス部２３，２４の先端までの高さをボス高さH3（ボス高さHbに相当する）とする。

さらに、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１を設けた面からのコネクタピン５１の突出高さを寸法t1とする。そして、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１を設けた面のアッパーケース２の厚みを寸法t2（厚さtaに相当する）とする。次に、アッパーケース２からピンヘッダコネクタ５のヘッダ部５２までの間隔を寸法t3とする。次に、ピンヘッダコネクタ５のヘッダ部５２の回路基板４へ当接させる部分を除くベース部分の厚みを寸法t4とする。次に、ピンヘッダコネクタ５の回路基板４へ当接させる部分の高さを寸法t5とする。次に回路基板４のアッパーケース２の側となる上面からコネクタピン５１のロアケース３の側への突出した部分までの高さを寸法t6とする。次に、コネクタピン５１のロアケース３の側への突出した部分からロアケース３までを寸法t7とする。そして、ロアケース３の厚さを寸法t8とする。

そして、ケース高さH1は、次の式で示される関係にする。

（数式１）

H1>t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8

なお実施例１では、数式１は、次の関係を示すことになる。

（数式２）

H1=H2+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8

そして、ボス高さH3は、次の式で示される関係にする。

（数式３）

H3>H1+(コネクタピン突出長(t1+t2+t3+t4+t5)−(H1-H2-t2))
（コネクタピン突出長はピン長さtbに相当する）

なお、数式３は次のように変形される。

（数式４）

H3>コネクタピン突出長(t1+t2+t3+t4+t5)+H2+t2

この関係を満たすようにする。

さらに、回路基板収容体１の組付構造について説明を加える。
図６は実施例１におけるアッパーケースの係合部とロワケースの係合爪の組付構造の説明断面図である。図７は実施例１のおける回路基板とロワケースの組付構造の説明断面図である。
アッパーケース２の係合部２２には膨らませた部分２２１を設け、ロアケース３の係合爪３１は、膨らませた部分２２１に乗り上げやすい傾斜面と引っかかるように係合する面を備える。
また、回路基板４は、ロアケース３の支持部３３に載置した状態で、ねじ３４でロアケース３の広い矩形面に固定するものとする。なお、支持部３３に接着であってもよい。

次に作用を説明する。
[組付の自動化を進める作用]
図８は実施例１における組付状態を示す説明図である。
実施例１の回路基板収容体１にピンヘッダコネクタ５を設けた回路基板４を収容するには、まず、ピンヘッダコネクタ５を回路基板４に実装する。
その際には、回路基板４に設けたスルーホール４１に、ピンヘッダコネクタ５のコネクタピン５１及びロケート部５３を挿入するようにして仮止めとする。そいて、回路基板４のロアケース３の側、つまり下面側で、スルーホール４１とコネクタピン５を半田付けし、半田４２で固定する。

このようにして、ピンヘッダコネクタ５が実装された回路基板４を、次にロアケース３に組付ける。その際には、ロアケース３の支持部３３により回路基板収容体１の下面となるロアケース３の広い矩形面に対して、所定の間隔で回路基板４が支持されるようにする。
回路基板４のロアケース３への固定については、図７に示すものを挙げておくが、支持部３３への接着などであってもよい。回路基板４のロアケース３への固定は、概ね、板状物に板状物を組付けるものであり、自動化が容易である。

回路基板４をロアケース３へ組付けたならば、これをアッパーケース２へ組付ける。この組付は自動、つまり製造ラインの自動機により手組付けなしに行われる。
この自動機では、回路基板４をロアケース３へ組付けたものを、アッパーケース２の開口へ近づけていく（図８(a)参照）。
その際には、ボス部２２，２３は、上記数式１〜数式４で示した高さ関係から、ピンヘッダコネクタ５のコネクタピン５１が、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１へ接触するよりも先に、回路基板４の孔部４３へ挿入される（図８(b)参照）。
つまり、H3-H2-t2>t1+t2+t3+t4+t5となるからである。

これによって、アッパーケース２に対する回路基板４の位置決め、つまり、ピンヘッダコネクタ５の複数のコネクタピン５１と、アッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１との位置決めが成されることになる。
そして、さらに挿入が進むと、複数のコネクタピン５１が、コネクタ部２１の貫通孔２１１にそれぞれ接触することになる。このことは、コネクタ部２１ａ〜２１ｃでは、同時でも時間差があってもよい。
この接触の際には、コネクタピン５１は、貫通孔２１１のテーパ部２１２に接触し、テーパ部２１２の傾斜面で貫通孔２１１に誘導されるため、寸法バラツキ等による位置ズレで、コネクタピン５１が曲がることや、破損することが防止される（図８(c)参照）。

そのため、自動機による挿入でも良好にアッパーケース２のコネクタ部２１の貫通孔２１１をコネクタピン５１が貫通する。
そして、さらに、ロアケース３に設けられた位置出し孔３２に、ボス部２３，２４が挿入され、アッパーケース２に対するロアケース３の位置が所定の相対位置に制限されながら、アッパーケース２の係合部２２にロアケース３の係合爪３１が係合する（図６参照）。
係合爪３１は係合部２２の一部を乗り越えるようにし、この部分が強固に引っかかることにより、アッパーケース２にロアケース３を固定する。

このように実施例１の回路基板収容体１では、アッパーケース２にロアケース３を一方向で挿入する動きのみで組付けが完了する（図８(d)参照）。そのため、非常に作業効率が向上する。また、アッパーケース２の一部で一体としてコネクタ部２１が形成されているため、別体のコネクタをコネクタピン５１に取り付ける作業、別体のコネクタを回路基板収容体１に取り付ける作業が省略され、さらに作業効率が向上する。
また、高さの関係を定めたボス部により位置決めされることと、テーパ部２１２による誘導により、自動組付けを行っても、コネクタピン５１が曲がることや破損することが防止される。このように実施例１の回路基板収容体１では良好に自動組付けが行われる。

[回路基板への応力抑制作用]
このように作業効率よく組み付けられた回路基板収容体１のコネクタ１１に対して、外部の配線を接続するために外部の配線に設けられたコネクタを装着、離脱する際には、コネクタ１１へ応力が加わることになる。
例えば、外部の配線に設けられたコネクタをコネクタ１１へ装着し、電気的に接続する際には、押し付けるようにして装着するため、コネクタ１１がその力を受け応力を生じることになる。
また、例えば、外部の配線に設けられたコネクタをコネクタ１１から離脱する際には、引き抜くようにして離脱するため、コネクタ１１がその力を受け応力を生じることになる。

実施例１では、コネクタ１１のコネクタピン５１以外の部分を、アッパーケース２のコネクタ部２１で形成している。このコネクタ部２１は、図５に示すように回路基板４に対して間隙を有している。図６に示す寸法t3が該当する。
また、回路基板４は、支持部３３によりロアケース３の広い矩形面から間隔を空けて支持され、面接していない。これにより、アッパーケース２のコネクタ部２１が力を受けても、回路基板４にその力は伝達されず、回路基板４が応力を生じることがない。言い換えると、コネクタ１１で生じる応力をアッパーケース２へ逃がす構造にしている。
なお、コネクタピン５１は半田４２により回路基板４に固定されているが、接続相手のコネクタ内部に設けられた電極端子に接触しているのみであり、コネクタ脱着により大きく力を受けることはない。

回路基板４は、電子部品の半田による接合部分を有している。回路基板４に応力が加わる。また、それが繰り返し加わることは、半田へ生じるクラックへの対策から非常に好ましくないものである。実施例１では、コネクタ１１の複数のコネクタピン５１がそれぞれ回路基板４との半田接合部を有するので、コネクタ１１への外部コネクタの脱着で応力発生が防止されることは非常に有利である。

次に、効果を説明する。
実施例１の回路基板の収容構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)複数のコネクタピン５１が配置されたコネクタ１１を実装する回路基板４をケースに収容する回路基板収容体１であって、外部の相手方と電気的に接続するコネクタ１１のコネクタピン５１に対して、外部の相手方と機械的に接続するコネクタ１１の接続部分を、アッパーケース２の一部で形成したアッパーケース２のコネクタ部２１と、アッパーケース２のコネクタ部２１に設けられ、コネクタピン５１を回路基板４の側から外部へ突出させる貫通２１１孔と、アッパーケース２のコネクタ部２１と回路基板４との間に間隙を設ける支持部３３を備えたため、組付け作業を複雑化することなく、コネクタ１１への接続相手の脱着による回路基板への応力を抑制することができる。

(2)上記(1)において、ケースは、コネクタ部２１を備えるアッパーケース２と、ロアケース３による２体構造とし、アッパーケース２から柱形状のボス部２３，２４を立設し、回路基板４にボス部２３，２４が貫通する孔部４３を設け、コネクタ部２１は、アッパーケース２の一部を凹ませて形成され、アッパーケース２のコネクタ側の外面からの凹み深さを深さH2とし、貫通孔２１１を設ける部分の肉厚を厚さt2とし、ボス部２３，２４は、アッパーケース２のコネクタ側の外面からボス部２３，２４の先端までの距離をボス高さH3とし、コネクタピン５１は、回路基板４から貫通孔方向の先端までの距離をピン長さ(t1+t2+t3+t4+t5)とし、ボス高さH3>深さH2＋厚さt2＋ピン長さ(t1+t2+t3+t4+t5)の関係を満たす構造としたため、アッパーケース２に対して、回路基板４を一方向への挿入で組付けるようにして自動化を可能とし、ボス部２３，２４への回路基板４の位置決めで、コネクタピン５１とアッパーケース２の貫通孔２１１の位置決めを行うようにし、その後に、コネクタピン５１が貫通孔２１１に貫通されるようにし、その一方向への挿入で、コネクタピン５１の取付作業が容易に完了するようにして、コネクタピン５１の曲がりや破損を防止しつつ、作業効率を向上できる。

実施例２では、回路基板収容体１が収容する回路基板４がプレスフィットコネクタを備える例である。
構成を説明する。
図７は実施例２における回路基板収容体１の内部構造の説明断面図である。
実施例２では、回路基板収容体１のコネクタ１として、プレスフィットコネクタ６を回路基板４に実装する。
プレスフィットコネクタ６では、プレスフィットピン６１の複数を一体化する樹脂部分がなく、それぞれを直接、回路基板４のスルーホール４１へ圧入する。
プレスフィットピン６１はその圧入により、回路基板４へ固定されるとともに、スルーホール４１に電気的に接続される。
その他構成は実施例１と同様であるため説明を省略する。

作用を説明する。
回路基板収容体１が備えるコネクタは、図７に示すようにプレスフィットコネクタ６であってもよい。実施例１と同様に、自動組付けを良好に行い、作業効率を向上させ、コネクタ脱着時に回路基板４に応力が発生するのを防止する。
また、プレスフィットコネクタ６では、回路基板４への組付けは、常温下による圧入作業のみであり、半田接合を行わないため、より自動化に適し、作業効率の向上に寄与することになる。

効果を説明する。実施例２の回路基板の収容構造にあっては、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)又は(2)において、プレスフィットピン６１とコネクタ部２１により、プレスフィットコネクタ６を構成したため、回路基板への半田付けを省略し、作業効率をさらに向上させることができる。

以上、本発明の回路基板の収容構造を実施例１、実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例では、ピンヘッダコネクタ、プレスフィットコネクタを示したが、外部コネクタと係合する部分をアッパーケースにできるコネクタであれば、他のコネクタであってもよい。

実施例１の回路基板収容体を上面視した斜視図である。 実施例１の回路基板収容体のアッパーケースの底面視した斜視図である。 実施例１の回路基板収容体のロアケースの平面図である。 実施例１の回路基板収容体の平面図である。 図４のＡ−Ａ断面の一部拡大図である。 実施例１におけるアッパーケースの係合部とロワケースの係合爪の組付構造の説明断面図である。 実施例１のおける回路基板とロワケースの組付構造の説明断面図である。 実施例１における組付状態を示す説明図である。 実施例２における回路基板収容体の内部構造の説明断面図である。

符号の説明

１ 回路基板収容体
１１ コネクタ
２ アッパーケース
２１ コネクタ部
２１ａ〜２１ｃ コネクタ部
２１１ 貫通孔
２１２ テーパ部
２２ 係合部
２２１ 膨らませた部分
２３ ボス部
２４ ボス部
３ ロアケース
３１ 係合爪
３２ 位置出し孔
３３ 支持部
３４ ねじ
４ 回路基板
４１ スルーホール
４２ 半田
４３ 孔部
５ ピンヘッダコネクタ
５１ コネクタピン
５２ ヘッダ部
５３ ロケート部
６ プレスフィットコネクタ
６１ プレスフィットピン

Claims (3)

1. 複数のピンが配置されたコネクタを実装する回路基板をケースに収容する回路基板の収容構造であって、
   外部の相手方と電気的に接続する前記コネクタの前記ピンに対して、外部の相手方と機械的に接続する前記コネクタの接続部分を、前記ケースの一部で形成した前記ケースのコネクタ部と、
   前記ケースのコネクタ部に設けられ、前記ピンを前記回路基板の側から外部へ突出させる貫通孔と、
   前記ケースのコネクタ部と前記回路基板との間に間隙を設ける回路基板支持手段と、
   を備えた、
   ことを特徴とする回路基板の収容構造。
2. 請求項１に記載の回路基板の収容構造において、
   前記ケースは、前記コネクタ部を備えるアッパーケースと、ロアケースによる２体構造とし、
   前記アッパーケースから柱形状のボス部を立設し、
   前記回路基板に前記ボス部が貫通する回路基板孔部を設け、
   前記コネクタ部は、
   前記アッパーケースの一部を凹ませて形成され、前記アッパーケースのコネクタ側の外面からの凹み深さを深さHaとし、
   前記貫通孔を設ける部分の肉厚を厚さtaとし、
   前記ボス部は、前記アッパーケースのコネクタ側の外面から前記ボス部の先端までの距離をボス高さHbとし、
   前記ピンは、前記回路基板から前記貫通孔方向の先端までの距離をピン長さtbとし、
   ボス高さHb>深さHa＋厚さta＋ピン長さtb
   の関係を満たす構造とした、
   ことを特徴とする回路基板の収容構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回路基板の収容構造において、
   前記ピンと前記コネクタ部により、プレスフィットコネクタを構成した、
   ことを特徴とする回路基板の収容構造。

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