JP2014067785A - 基板を備える電気機器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電線の芯線と基板の導電パターンの電気的接続を確実かつ容易に行うことができる基板を備える電気機器およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】導電パターン１１が形成された基板１０と、この基板１０の平面方向に沿う板状の部分であって導電パターン１１上に設置される平坦部３１、およびこの平坦部３１から屈曲し基板１０の平面方向と交差する方向に延びる接続部３２を有し、平坦部３１が導電性材料によって導電パターン１１に接合された端子３０と、接続部３２に芯線２１が導電性材料によって接続された電線２０と、を備える基板を備える電気機器１とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板およびその基板に形成された導電パターンに電気的に接続される電線を備えた電気機器、およびその製造方法に関する。

基板と電線の接続構造として下記特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１には、電線の芯線等を上下のケースで挟み込むことにより、芯線を基板に形成された導電パターンに接触させる構成が開示されている。また、この変形例として、芯線と導電パターンをハンダで接続する構成が開示されている。

特開２０１２−１３５０９２号公報

しかし、特許文献１のように、電線の芯線をハンダで導電パターンに直接接続する構成では、ハンダごての発する熱などで金属箔で形成される導電パターンが過剰に熱せられて当該金属箔が浮いてしまい、接続信頼性が低下するといった問題が生ずる。

本発明は、電線の芯線と基板の導電パターンの電気的接続を確実かつ容易に行うことができる基板を備える電気機器およびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかる基板を備える電気機器は、導電パターンが形成された基板と、この基板の平面方向に沿う板状の部分であって前記導電パターン上に設置される平坦部、およびこの平坦部から屈曲し前記基板の平面方向と交差する方向に延びる接続部を有し、前記平坦部が導電性材料によって前記導電パターンに接合された端子と、前記接続部に芯線が導電性材料によって接続された電線と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる基板を備える電気機器の製造方法は、前記導電パターンの所定部分に第一導電性材料を塗布する工程と、前記導電パターンにおける当該第一導電性材料が塗布された部分に前記平坦部を接触させ、前記基板上に前記端子を載置する工程と、第二導電性材料を溶融させて前記端子の接続部に前記電線の芯線を接合するとともに、その芯線を接合させるときに発生する熱により、前記第一導電性材料を溶融させて前記導電パターンに前記端子の平坦部を接合する工程と、を含むことを特徴とする。

上記製造方法において、前記第一導電性材料と前記第二導電性材料は異なり、前記第一導電性材料の融点が前記第二導電性材料の融点よりも低いとよい。

上記製造方法において、前記端子は、前記平坦部と前記接続部とを繋ぐ括れ部を有していればよい。

別の本発明にかかる基板を備える電気機器の製造方法は、上記構成を備える電気機器の製造方法であって、前記導電パターンの所定部分に前記平坦部を接触させることにより、前記基板上に前記端子を載置する工程と、導電性材料を溶融させて前記端子の接続部に前記電線の芯線を接合するとともに、その溶融した導電性材料を前記導電パターンと前記平坦部の接触部分に流し込ませることにより、前記導電パターンに前記端子の平坦部を接合する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる基板を備える電気機器は、端子を導電パターンの所定部分に載置することができるように平坦部を備える構成とした上で、電線の芯線と基板の導電パターンが端子を介して電気的に接続された構成であるため、ハンダなどの導電性材料を用いて芯線と端子を接続する際の熱を利用して端子と導電パターンを接続したり、芯線と端子を接合する導電性材料を端子と導電パターンの接触部分に流し込んで端子と導電パターンを接合したりすることができる。つまり、電線の芯線と基板の導電パターンの電気的接続を確実かつ容易に行うことができる。

本発明にかかる基板を備える電気機器の製造方法では、予め導電パターンの所定部分に第一導電性材料を塗布しておき、第二導電性材料により電線の芯線と端子を接合する際に発生する熱により、上記第一導電性材料を溶融させて端子と導電パターンを接合する。つまり、芯線と端子の接合および端子と導電パターンの接合を一度に行うことができ、作業が容易である。また、基板の導電パターンに伝わる熱は、端子を介して伝わるものであるため、導電パターンが過剰に熱せられてしまうことによる不具合も発生しない。つまり、芯線と導電パターンの電気的接続の信頼性に優れた電気機器が得られる。

また、第一導電性材料には端子を介して熱が伝わる構成であるため、第二導電性材料に伝わる熱よりも小さい。そのため、第一導電性材料の融点を第二導電性材料の融点よりも低くすることにより、芯線と端子の接合と同時に行われる端子と導電パターンの接合が円滑なものとなる。

また、端子に上記括れ部を形成する構成とすれば、当該括れ部の大きさを調整することにより、第一導電性材料に伝わる熱を調整することができる。つまり、第一導電性材料が高温で熱せられることで粘度が低くなり、第一導電性材料が広範囲に広がってしまうことが防止できる。

本発明にかかる基板を備える電気機器の製造方法では、導電性材料を溶融させて端子の接続部に電線の芯線を接合するとともに、その溶融した導電性材料を導電パターンと端子（平坦部）の接触部分に流し込ませることにより、導電パターンと端子を接合する。つまり、芯線と端子の接合および端子と導電パターンの接合を一度に行うことができ、作業が容易である。また、基板の導電パターンに伝わる熱は、端子を介して伝わるものであるため、導電パターンが過剰に熱せられてしまうことによる不具合も発生しない。つまり、芯線と導電パターンの電気的接続の信頼性に優れた電気機器が得られる。

本発明の一実施形態にかかる基板を備える電気機器の外観図である。 本発明の一実施形態にかかる基板を備える電気機器の分解図（導電性材料は図示せず）である。 本発明の第一実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において単に上下方向とは図１に示したＹ軸方向をいい、幅方向とは図１に示したＸ軸方向をいい、前後方向とは図１に示したＺ軸方向をいうものとする。

図１および図２に示すように、本実施形態にかかる基板を備える電気機器１は、基板１０、電線２０、および端子３０を備える。基板１０の表面（上側の面）には、導電パターン１１が形成されている。この導電パターン１１の所定位置に端子３０を介して電線２０（芯線２１）が電気的に接続される（以下、導電パターン１１における端子３０を接合すべき部位を接合部位（本発明における所定部分に相当する）と称する。図１および図２では基板１０上に導電パターン１１における接続部位のみを表示し、その他の部分は省略してある）。導電パターン１１の構成（導電パターン１１によって構成される回路の目的、機能）等は特定のものに限定されない。

電線２０は、芯線２１がシース２０（被覆部材）によって覆われたものであって、その中間部では芯線２１が露出している。つまり、シース２０に被覆された部分の間に露出した芯線２１が位置する。この露出した芯線２１が端子３０に接合され、端子３０が導電パターン１１の接合部位に接合されることにより、電線２０（芯線２１）と導電パターン１１（回路）が電気的に接続される。

端子３０は、導電性を有する金属材料で形成された部材であり、平坦部３１および接続部３２が一体的に構築されたものである。平坦部３１は導電パターン１１上に設置される部分である。具体的には、導電パターン１１の接合部位に接合される、平面方向（前後左右に広がる平面方向）に延びる部分である。平坦部３１の大きさは、導電パターン１１の接合部位よりも小さく形成される。接続部３２は平坦部３１から屈曲し平面方向と交差する方向に延びる部分である。本実施形態では、平面方向と直交する方向（すなわち上下方向）に延びる部分である。このような形状を有する端子３０は、基板１０を水平面に設置した状態にあるとき、平坦部３１の下面を導電パターン１１の接合部位上に載せることにより、当該導電パターン１１の接合部位上に接続部３２が上を向いた状態で起立させておくことができる。

接続部３２は、所定の間隔をおいて幅方向に並ぶ二股形状（略「Ｕ」字形状）に構成されている。当該間隔は電線２０の芯線２１を通すことができる大きさである。また、本実施形態では、接続部３２と平面部との間に括れ部３３が形成されている。括れ部３３は接続部３２と同一平面に沿って形成される部分であり、その幅の大きさが二股形状の接続部３２の幅（上記間隔を含めた接続部３２全体の幅）および平坦部３１の幅よりも小さく形成された部分である。

このような部材を備える基板を備える電気機器１は、次のように製造することができる。まず、本発明の第一実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法について説明する。

まず、導電パターン１１の接合部位に第一導電性材料Ｓ１（ハンダのような金属接合材）を塗布する（第一導電性材料塗布工程）。そして、この導電パターン１１における当該第一導電性材料Ｓ１が塗布された部分に平坦部３１を接触させ、基板１０上（接合部位上）に端子３０を載置する（端子載置工程）。上述したように、端子３０が平坦部３１に対して接続部３２が略直交する形状であれば、端子３０を基板１０上に簡単に載置させることができる（図３（ａ）参照）。

続いて、第二導電性材料Ｓ２（ハンダのような金属接合材）を溶融させて端子３０の接続部３２に電線２０の芯線２１を接合するとともに、その芯線２１を接合させるときに発生する熱により、上記第一導電性材料Ｓ１を溶融させて導電パターン１１の接合部位に端子３０の平坦部３１を接合する（芯線−端子および端子−導電パターン接合工程）。つまり、接続部３２と芯線２１を第二導電性材料Ｓ２を用いて電気的かつ物理的に接合する際、第二導電性材料Ｓ２を溶融させるための熱源Ｈ（例えばハンダごて）や溶融した第二導電性材料Ｓ２の熱が接続部３２から平坦部３１に伝達され、当該熱によって第一導電性材料Ｓ１が溶融し、平坦部３１と導電パターン１１の接合部位が接合される。平坦部３１は接続部位に塗布された第一導電性材料Ｓ１の上に設置されているため、平坦部３１と接続部位の間に存在する第一導電性材料Ｓ１が溶融し端子３０と導電パターン１１が電気的かつ物理的に接続される。つまり、水平方向に延び、互いに近接する面同士の間に第一導電性材料Ｓ１が介在する（図３（ｂ）においてＸで示す部分）ことになるため、端子３０と基板１０の物理的接続の信頼性に優れたものとなる（かかる点において後述する第二実施形態にかかる製造方法より優れる）。このようにして、電線２０の芯線２１と導電パターン１１が端子３０を介して電気的に接続される（図３（ｂ）参照）。

金属接合材である第一導電性材料Ｓ１と第二導電性材料Ｓ２は同じ（全く同じ材質）であってもよいが、好ましくは異なるものとし第一導電性材料Ｓ１の融点が第二導電性材料Ｓ２の融点よりも低くなるようにするとよい。第一導電性材料Ｓ１に伝わる熱は、端子３０を通じて間接的に伝わる熱であるため、熱源Ｈによって直接溶融される第二導電性材料Ｓ２に伝わる熱よりも小さいからである。ハンダやロウなどの金属接合材は、錫、鉛、金、銅といった金属材料の混合割合を変化させることにより融点が変化することが知られているため、第一導電性材料Ｓ１と第二導電性材料Ｓ２として互いに異なる混合割合のものを適用し、第一導電性材料Ｓ１の融点が第二導電性材料Ｓ２の融点よりも低くなるようにすればよい。

また、上述したように、端子３０には平坦部３１と接続部３２とを繋ぐ括れ部３３が形成されている。この括れ部３３の大きさを適宜調整することにより、上記「芯線−端子および端子−導電パターン接合工程」において接続部３２から平坦部３１（第一導電性材料Ｓ１）に伝わる熱を調整することができる。端子３０は銅合金など熱伝導性の高い材料で形成されることが考えられるため、括れ部３３を大きくすれば接続部３２から平坦部３１への熱伝導量が小さくなり、第一導電性材料Ｓ１に伝わる熱を小さくすることができる。第一導電性材料Ｓ１の融点を第二導電性材料Ｓ２の融点よりも低くなるようにした場合、当該融点の差や第一導電性材料Ｓ１の融点に応じて括れ部３３の大きさを決定すればよい。つまり、括れ部３３の大きさを調整することにより、第一導電性材料Ｓ１に伝わる熱を調整することができるから、少なくとも第一導電性材料Ｓ１の選択の幅が広がる（融点によって第一導電性材料Ｓ１として使用できる金属接合材が著しく狭められてしまうことが抑制される）。

次に、本発明の第二実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法について説明する。

まず、導電パターン１１の接合部位に平坦部３１を接触させ、基板１０上（接合部位上）に端子３０を載置する（端子載置工程）。上述したように、端子３０が平坦部３１に対して接続部３２が略直交する形状であれば、端子３０を基板１０上に簡単に載置させることができる（図４（ａ）参照）。そして、導電性材料Ｓ（ハンダのような金属接合材）を溶融させて端子３０の接続部３２に電線２０の芯線２１を接合するとともに、その溶融した導電性材料Ｓを導電パターン１１の接合部位と平坦部３１の接触部分に流し込ませることにより、導電パターン１１に端子３０の平坦部３１を接合する（芯線−端子および端子−導電パターン接合工程）。つまり、芯線２１と接続部３２を接続するときに熱源Ｈによって溶融する導電性材料Ｓを、そのまま下方に位置する導電パターン１１の接合部位と平坦部３１の接触部分にも流しこませることにより、導電パターン１１と平坦部３１を接合する（図４（ｂ）参照）。

本製造方法において用いる導電性材料Ｓは特定のものに限定されないが、熱源Ｈによって溶融した導電性材料Ｓが端子３０を伝って導電パターン１１の接合部位と平坦部３１の接触部分に流れ込むようにするため、端子３０の表面に対する濡れ性に優れるものであるとよい。また、本製造方法を用いる場合には、導電パターン１１の接合部位と平坦部３１の接触部分への導電性材料Ｓの流れ込みを促すため、端子３０における上下方向に沿う部分（接続部３２の下側の部分）に上下方向に沿う溝を形成するとよい。

以上説明した本実施形態にかかる電気機器は、端子３０を導電パターン１１の接続部位に載置することができるように平坦部３１を備える構成とした上で、電線２０の芯線２１と基板１０の導電パターン１１が端子３０を介して電気的に接続される構成であるため、上記のような製造方法（第一および第二実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法）で製造することができる。つまり、電線２０の芯線２１と基板１０の導電パターン１１の電気的接続を確実かつ容易に行うことができる。

第一実施形態にかかる電気機器の製造方法では、予め導電パターン１１の接続部位に第一導電性材料Ｓ１を塗布しておき、第二導電性材料Ｓ２により電線２０の芯線２１と端子３０を接合する際に発生する熱により、上記第一導電性材料Ｓ１を溶融させて端子３０と導電パターン１１を接合する。つまり、芯線２１と端子３０の接合および端子３０と導電パターン１１の接合を一度に行うことができ、作業が容易である。また、基板１０の導電パターン１１に伝わる熱は、端子３０を介して伝わるものであるため、導電パターン１１が過剰に熱せられてしまうことによる不具合も発生しない。つまり、芯線２１と導電パターン１１の電気的接続の信頼性に優れた電気機器が得られる。

また、第一導電性材料Ｓ１には端子３０を介して熱が伝わる構成であるため、第二導電性材料Ｓ２に伝わる熱よりも小さいことを考慮し、第一導電性材料Ｓ１の融点を第二導電性材料Ｓ２の融点よりも低くすることにより、芯線２１と端子３０の接合と同時に行われる端子３０と導電パターン１１の接合が円滑なものとなる。

また、端子３０の括れ部３３の大きさを調整することにより、第一導電性材料Ｓ１に伝わる熱を調整することができる。つまり、第一導電性材料Ｓ１が高温で熱せられることで粘度が低くなり、第一導電性材料Ｓ１が広範囲に広がってしまうことが防止できる。

第二実施形態にかかる基板を備える電気機器の製造方法では、導電性材料Ｓを溶融させて端子３０の接続部３２に電線２０の芯線２１を接合するとともに、その溶融した導電性材料Ｓを導電パターン１１と端子３０（平坦部３１）の接触部分に流し込ませることにより、導電パターン１１と端子３０を接合する。つまり、芯線２１と端子３０の接合および端子３０と導電パターン１１の接合を一度に行うことができ、作業が容易である。また、基板１０の導電パターン１１に伝わる熱は、端子３０を介して伝わるものであるため、導電パターン１１が過剰に熱せられてしまうことによる不具合も発生しない。つまり、芯線２１と導電パターン１１の電気的接続の信頼性に優れた電気機器が得られる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、導電パターン１１の接合部位に接続される電線２０の芯線２１は中間部で露出していることを説明したが、端部で露出した芯線２１を導電パターン１１に接続する構成にも適用可能である。

１ 基板を備える電気機器
１０ 基板
１１ 導電パターン（接続部位）
２０ 電線
２１ 芯線
３０ 端子
３１ 平坦部
３２ 接続部
３３ 括れ部
Ｓ１ 第一導電性材料
Ｓ２ 第二導電性材料
Ｓ 導電性材料

Claims (5)

1. 導電パターンが形成された基板と、
   この基板の平面方向に沿う板状の部分であって前記導電パターン上に設置される平坦部、およびこの平坦部から屈曲し前記基板の平面方向と交差する方向に延びる接続部を有し、前記平坦部が導電性材料によって前記導電パターンに接合された端子と、
   前記接続部に芯線が導電性材料によって接続された電線と、
   を備えることを特徴とする基板を備える電気機器。
2. 請求項１に記載の基板を備える電気機器の製造方法であって、
   前記導電パターンの所定部分に第一導電性材料を塗布する工程と、
   前記導電パターンにおける当該第一導電性材料が塗布された部分に前記平坦部を接触させ、前記基板上に前記端子を載置する工程と、
   第二導電性材料を溶融させて前記端子の接続部に前記電線の芯線を接合するとともに、その芯線を接合させるときに発生する熱により、前記第一導電性材料を溶融させて前記導電パターンに前記端子の平坦部を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする基板を備える電気機器の製造方法。
3. 前記第一導電性材料と前記第二導電性材料は異なり、前記第一導電性材料の融点が前記第二導電性材料の融点よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の基板を備える電気機器の製造方法。
4. 前記端子は、前記平坦部と前記接続部とを繋ぐ括れ部を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の基板を備える電気機器の製造方法。
5. 請求項１に記載の基板を備える電気機器の製造方法であって、
   前記導電パターンの所定部分に前記平坦部を接触させることにより、前記基板上に前記端子を載置する工程と、
   導電性材料を溶融させて前記端子の接続部に前記電線の芯線を接合するとともに、その溶融した導電性材料を前記導電パターンと前記平坦部の接触部分に流し込ませることにより、前記導電パターンに前記端子の平坦部を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする基板を備える電気機器の製造方法。

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