JP2016004863A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡素な構成を以って、ハンドリング性を確保しつつプリント基板とコネクタリードとの断線を抑制できる電子装置を提供する。
【解決手段】この電子装置は、電子部品が実装されたプリント基板と、プリント基板と外部装置との間を仲介して互いを電気的に接続するコネクタリードと、を備える。
プリント基板は、コネクタリードの一端が挿入され、内壁に電子部品とコネクタリードとを電気的に接続する導電部を有するスルーホールを有し、コネクタリードは、スルーホールに挿入される一端の径がスルーホールの内径よりも小さくされ、弾性的に付勢された状態で導電部に当接されることによって電子部品と外部装置とを電気的に接続することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板と、プリント基板と外部機器とを接続するコネクタリードと、を備えた電子装置、およびその製造方法に関する。

ハウジングに収容されたプリント基板と外部機器とを電気的に接続するために、これらを互いに接続するコネクタリードを備えた電子装置が知られている。

プリント基板とコネクタリードの接続は、例えばはんだを介して行われる。あるいは、特許文献１のように、プレスフィットにより行われる。

特開２０１０−１１４１３５号公報

しかしながら、はんだ付けによる接続は、プリント基板の熱容量が大きいと、はんだを十分な量供給することができず、クラックが発生するなどしてオープン不良を生じる懸念がある。

また、プレスフィットによる接続は、プリント基板に接続するコネクタリードの先端を、プリント基板におけるスルーホールよりも径を大きくする必要があり、挿入時にスルーホールあるいはコネクタリードへ過大な応力が印加されるため、これら部材へのダメージが懸念される。さらには、挿入位置や挿入深さを高精度に制御しなければならない。

加えて、はんだ付け、プレスフィットいずれの接続方法によっても、プリント基板とコネクタリードの間において相互の着脱が困難であるため、点検時等におけるハンドリング性に乏しい。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、より簡素な構成を以って、ハンドリング性を確保しつつプリント基板とコネクタリードとの断線を抑制できる電子装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品が実装されたプリント基板（１０）と、プリント基板と外部装置との間を仲介して互いを電気的に接続するコネクタリード（３０）と、を備える電子装置であって、プリント基板は、コネクタリードの一端が挿入され、内壁に電子部品とコネクタリードとを電気的に接続する導電部（１１ａ）を有するスルーホール（１１）を有し、コネクタリードは、スルーホールに挿入される一端の径がスルーホールの内径よりも小さくされ、弾性的に付勢された状態で導電部に当接されることによって電子部品と外部装置とを電気的に接続することを特徴としている。

これによれば、はんだを用いないので、プリント基板の熱容量を考慮することなく、電気的な接続をおこなうことができる。また、はんだのクラックに起因するオープン不良が発生することもない。また、はんだによる固定をしないから、プリント基板とコネクタリードとを容易に分離することができる。すなわち、点検時等におけるハンドリング性を向上させることができる。

また、スルーホールに挿入されるコネクタリードの一端の径はスルーホールの内径よりも小さくされているから、挿入時にはコネクタリードとスルーホールとが非接触である。よって、挿入時におけるコネクタリードおよびスルーホールのダメージを抑制することができる。さらに、プレスフィットによる接続に較べて挿入時の位置精度を粗くしても、コネクタリードをスルーホールに容易に挿入することができる。

第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 図１における領域ＩＩの拡大断面図である。 コネクタリード固定工程を示す断面図である。 コネクタリード挿入工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程における、領域ＩＩに相当する部分の拡大断面図である。 第２実施形態に係る電子装置の製造方法における、コネクタリード固定工程を示す断面図である。 コネクタリード挿入工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程における、領域ＩＩに相当する部分の拡大断面図である。 第３実施形態に係る電子装置の製造方法における、コネクタリード挿入工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程を示す断面図である。 コネクタリード変形工程における、領域ＩＩに相当する部分の拡大断面図である。 その他の実施形態における導電部およびコネクタリードの位置関係を示す斜視図である。 コネクタリード挿入工程を示す斜視図である。 コネクタリード変形工程を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、方向として、ｘ方向と、ｘ方向に直交するｙ方向と、ｘ方向とｙ方向により規定されるｘｙ平面に直交するｚ方向と、を定義する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明する。

図１に示すように、この電子装置１００は、図示しない電子部品が実装されたプリント基板１０と、プリント基板を収容するハウジング２０と、ハウジング２０に固定され、プリント基板１０と図示しない外部装置とを電気的に接続するためのコネクタリード３０とを備えている。

プリント基板１０は、一般的によく知られた方法で形成することができ、絶縁基材に配線を施して電子部品を実装して形成されている。プリント基板１０は、図２に示すように、少なくとも一つのスルーホール１１を有している。このスルーホール１１も、一般的によく知られた方法により、プリント基板１０を貫通するように形成されている。スルーホール１１の内壁にはめっきによって導電性の導電部１１ａが形成されている。この導電部１１ａが図示しない電子部品と電気的に接続されている。なお、本実施形態におけるプリント基板１０は略長方形を成し、その一辺がｘ方向に沿い、その一辺に直交する他の一辺がｙ方向に沿うように配置されているとする。

ハウジング２０は例えば樹脂製であり、図１に示すように、プリント基板１０および後に詳述するコネクタリード３０が固定および収容される収容部２１と、収容部２１に蓋してプリント基板１０を外部の干渉から保護する蓋部２２とを有している。収容部２１には、外部装置から延びるハーネス等が接続可能なように、コネクタ接続部２１ａが形成されている。本実施形態におけるコネクタ接続部２１ａはｘ方向に開口しており、外部装置のハーネスはｘ方向に差し込まれる。なお、プリント基板１０は、収容部２１および蓋部２２によってｚ方向に挟持されるようにして固定されている。

コネクタリード３０は、例えば真鍮などの金属から構成され、棒状の部材を曲げ加工して形成されている。コネクタリード３０の径は挿入されるスルーホール１１の内径よりも小さい。このコネクタリード３０は、スルーホール１１に挿入されるスルーホール側端部３１と、スルーホール側端部３１と反対側の一端であってコネクタ接続部２１ａに突出するコネクタ側端部３２と、ハウジング２０に固定される固定部３３と、変形により弾性を発揮する弾性部３４とを有している。

本実施形態におけるコネクタリード３０は、固定部３３がハウジング２０の収容部２１にインサート成型されて固定される形でｘｚ平面内に形成されている。コネクタリード３０のうち、収容部２１を貫通してコネクタ接続部２１ａに突出した先端がコネクタ側端部３２となっている。一方、固定部３３に対してコネクタ側端部３２と反対側、すなわちハウジング２０の内部空間、に弾性部３４が形成されている。弾性部３４はｚ方向にＵ字状に湾曲して形成されることにより、ｘ方向の力に対して弾性を発揮できるようになっている。コネクタリード３０は、弾性部３４から略ｚ方向に延びてスルーホール側端部３１を形成している。スルーホール側端部３１は、図２に示すように、スルーホール１１の軸と非平行に延び、導電部１１ａに当接している。具体的には、スルーホール側端部３１は、導電部１１ａのうちスルーホール１１の両端の開口近傍の点Ａおよび点Ｂに当接している。

図２に示す点Ａおよび点Ｂのうち、弾性部３４に近い点Ａでは、コネクタリード３０がスルーホール１１の内壁により付勢されるため、互いに抗力を及ぼし合った状態で当接している。一方、点Ｂでは、コネクタリード３０に点Ａのまわりの力のモーメントが作用するため、コネクタリード３０が点Ｂに押し付けられた状態となって当接している。

次に、図３〜図６を参照して、本実施形態に係る電子装置１００の製造方法について説明する。

まず、コネクタリード３０をハウジング２０に固定するコネクタリード固定工程を実施する。図３に示すように、ハウジング２０の収容部２１を成型するに際し、コネクタリード３０の固定部３３が収容部２１に埋め込まれるようにインサート成型する。

なお、コネクタリード３０はｘｚ平面内で曲げ加工して形成する。コネクタリード３０のうち固定部３３からコネクタ側端部３２に至る部分はｘ方向に直線的になるようにする。一方、弾性部３４はｘｚ平面内でＵ字状に曲げ加工して形成する。そして、本実施形態におけるコネクタリード３０のスルーホール側端部３１は、ｚ方向に対してやや傾けて形成する。

次いで、コネクタリード３０をスルーホール１１に挿入するコネクタリード挿入工程を実施する。すなわち、プリント基板１０におけるスルーホール１１にコネクタリード３０のスルーホール側端部３１を挿入する。この際、図４に示すように、スルーホール１１の軸とスルーホール側端部３１の軸が平行になるようにすると挿入を容易におこなうことができる。本実施形態におけるスルーホール側端部３１は、ｚ方向に対してやや傾いて形成されているから、プリント基板１０もｘ方向に平行ではなく、ｘ方向に対してやや傾けて挿入することになる。

次いで、コネクタリード３０を変形させてスルーホール１１における導電部１１ａとコネクタリード３０とを接触させるコネクタリード変形工程を実施する。図５に示すように、ハウジング２０の蓋部２２をｚ方向に押し込む。これにより、蓋部２２がプリント基板１０をｚ方向に押すことになる。蓋部２２がプリント基板１０を押すことによって、図６の破線に示すように、まず点Ａがスルーホール１１の導電部１１ａに接触する。そして、上記したように、プリント基板１０はｘ方向に対してやや傾いて配置されているため、点Ａのまわりの力のモーメントが作用して点Ａを支点として回転する。回転の向きは、図６の太矢印が示すように、紙面に対して反時計回りである。そして、蓋部２２が収容部２１に接触すると、図１に示すように、プリント基板１０はｘｙ平面に平行な状態となる。なお、プリント基板１０は、収容部２１に設けられた嵌合用の爪２１ｂによって収容部２１に固定される。

コネクタリード３０は、点Ａにおいてプリント基板１０によって抗力を受けるが、コネクタリード３０の弾性部３４の存在によって、プリント基板１０がコネクタリード３０に付勢した状態になる。点Ｂでは、コネクタリード３０に点Ａのまわりの力のモーメントが作用するため、コネクタリード３０が点Ｂに押し付けられた状態となって当接する。

上記したように、本実施形態では、スルーホール１１の軸に沿う平面においてスルーホール１１を断面視したとき、スルーホール１１がコネクタリード３０に対して回転するように互いの相対位置が変化することによって、コネクタリード３０は弾性的に付勢された状態で導電部１１ａに当接された状態となる。

次に、本実施形態に係る電子装置１００の作用効果について説明する。

この電子装置１００では、コネクタリード３０の径が、挿入対象であるスルーホール１１の内径よりも小さい。このため、プレスフィットの場合に較べて、スルーホール１１に対するコネクタリード３０の位置精度を抑えることができる。すなわち、コネクタリード３０を容易に挿入することができる。また、スルーホールに挿入されるコネクタリードの一端の径はスルーホールの内径よりも小さくされているから、挿入時にはコネクタリードとスルーホールとが非接触である。よって、挿入時におけるコネクタリードおよびスルーホールのダメージを抑制することができる。

また、この電子装置１００では、スルーホール１１の導電部１１ａとコネクタリード３０との接続にはんだを用いないので、プリント基板１０の熱容量を考慮することなく、電気的な接続をおこなうことができる。また、はんだのクラックに起因するオープン不良が発生することもない。さらに、はんだによる固定しないから、プリント基板１０とコネクタリード３０とを容易に分離することができる。すなわち、点検時等におけるハンドリング性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、スルーホール１１をコネクタリード３０に対して回転して相対位置を変更し、コネクタリード３０を弾性的に変形させる例について示した。これに対して、本実施形態では、スルーホール１１をコネクタリード３０に対して並進して相対位置を変更して、コネクタリード３０を弾性的に変形させる例について示す。

なお、電子装置１００を構成する各要素は第１実施形態と同一であるため、詳細の説明を割愛するとともに、対応する要素について同一の符号を付す。

図７〜図１０を参照して、本実施形態に係る電子装置１００の製造方法について説明する。

まず、コネクタリード３０をハウジング２０に固定するコネクタリード固定工程を実施する。図７に示すように、ハウジング２０の収容部２１を成型するに際し、コネクタリード３０の固定部３３が収容部２１に埋め込まれるようにインサート成型する。

本実施形態におけるコネクタリード３０は、スルーホール側端部３１が、ｚ方向に平行に形成する。

次いで、コネクタリード３０をスルーホール１１に挿入するコネクタリード挿入工程を実施する。すなわち、プリント基板１０におけるスルーホール１１にコネクタリード３０のスルーホール側端部３１を挿入する。この際、図８に示すように、スルーホール１１の軸とスルーホール側端部３１の軸が平行になるようにすると挿入を容易におこなうことができる。本実施形態におけるスルーホール側端部３１は、ｚ方向に平行に形成されているから、プリント基板１０をｘｙ平面に対して平行にして、ｚ方向に嵌めこむことにより、スルーホール側端部３１をスルーホール１１に挿入することができる。

次いで、コネクタリード３０を変形させてスルーホール１１における導電部１１ａとコネクタリード３０とを接触させるコネクタリード変形工程を実施する。図９の太矢印に示すように、プリント基板１０をｘ方向に並進（スライド）させる。これによって、図１０に示すように、まず点Ｃがスルーホール１１の導電部１１ａに接触する。そして、コネクタリード３０はハウジング２０に固定されているから、点Ｃのまわりの力のモーメントが作用して点Ｃを支点としてスルーホール側端部３１が回転する。その結果、点Ｄにおいて導電部１１ａに接触する。なお、図１０における破線は、プリント基板１０を並進させる以前の位置を示している。

コネクタリード３０は、点Ｃにおいてプリント基板１０によって抗力を受けるが、コネクタリード３０の弾性部３４の存在によって、プリント基板１０がコネクタリード３０に付勢した状態になる。点Ｄでは、コネクタリード３０に点Ｃのまわりの力のモーメントが作用するため、コネクタリード３０が点Ｄに押し付けられた状態となって当接する。

上記したように、本実施形態では、スルーホール１１の軸に沿う平面においてスルーホール１１を断面視したとき、スルーホール１１がコネクタリード３０に対して並進するように互いの相対位置が変化することによって、コネクタリード３０は弾性的に付勢された状態で導電部１１ａに当接された状態となる。

なお、本実施形態に係る電子装置１００の作用効果は、第１実施形態と同様であるため、その説明を割愛する。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、スルーホール１１の軸に沿う平面においてスルーホール１１を断面視したときに、コネクタリード３０がスルーホール１１の導電部１１ａにて２点で接触する例について示した。これに対して、本実施形態では、コネクタリード３０と導電部１１ａが線接触あるいは面接触する例について説明する。

なお、電子装置１００を構成する各要素は第１実施形態と同一であるため、詳細の説明を割愛するとともに、対応する要素について同一の符号を付す。

図３および図１１〜図１３を参照して、本実施形態に係る電子装置１００の製造方法について説明する。

まず、コネクタリード３０をハウジング２０に固定するコネクタリード固定工程を実施する。コネクタリード固定工程は第１実施形態と同様であり、図３に示すように、スルーホール側端部３１は、ｚ方向に対してやや傾けて形成する。

次いで、コネクタリード３０をスルーホール１１に挿入するコネクタリード挿入工程を実施する。すなわち、プリント基板１０におけるスルーホール１１にコネクタリード３０のスルーホール側端部３１を挿入する。この実施形態では、図１１に示すように、プリント基板１０をｘｙ平面に対して平行にして、ｚ方向に嵌めこむことにより、スルーホール側端部３１をスルーホール１１に挿入する。コネクタリード３０の軸はスルーホール１１の軸に対して傾いている。

次いで、コネクタリード３０を変形させてスルーホール１１における導電部１１ａとコネクタリード３０とを接触させるコネクタリード変形工程を実施する。図１２の太矢印に示すように、プリント基板１０をｘ方向に並進（スライド）させる。これによって、図１３に示すように、コネクタリード３０のスルーホール側端部３１がスルーホール１１の内壁に付勢されて変形する。コネクタリード３０の軸がスルーホール１１の軸に対して平行になるまでプリント基板１０を並進すると、スルーホール側端部３１がスルーホール１１の軸方向（ｚ方向）に沿って線接触する。なお、スルーホール側端部３１の形状が導電部１１ａの内壁面と合致するように形成されていれば面接触する。なお、図１３における破線は、プリント基板１０を並進させる以前の位置を示している。

コネクタリード３０は、導電部１１ａによってｘ方向の抗力を受けるが、コネクタリード３０の弾性部３４の存在によって、プリント基板１０がコネクタリード３０に付勢した状態になる。

上記したように、本実施形態では、スルーホール１１の軸に沿う平面においてスルーホール１１を断面視したとき、スルーホール１１がコネクタリード３０に対して並進するように互いの相対位置が変化することによって、コネクタリード３０は弾性的に付勢された状態で導電部１１ａに線接触あるいは面接触した状態となる。

本実施形態に係る電子装置１００の作用効果は、第１実施形態と同様である。加えて、コネクタリード３０が導電部１１ａに対して線接触あるいは面接触するため、第１および第２実施形態のように点接触する場合に較べて接触抵抗を低減することができる。このため、点接触の場合に較べて大きな電流を扱うプリント基板１０にも対応することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、図１４に示すように、円形に並んだスルーホール１１に、同一半径で円形に並んだコネクタリード３０を接続する場合にも本発明を適用することができる。なお、図１４では、プリント基板１０における導電部１１ａおよびコネクタリード３０のみを図示している。また、コネクタリード３０が向く方向をｚ方向としている。

まず、図１５に示すように、スルーホール１１の軸とコネクタリード３０の軸とを平行に保ちつつ、コネクタリード３０をスルーホール１１に挿入する（コネクタリード挿入工程）。次いで、図１６に示すように、円形に並ぶスルーホール１１の中心を通りｚ方向に平行な軸を回転軸として、図示しないプリント基板１０を回転させる（コネクタリード変形工程）。この操作は、対応する一組の導電部１１ａとコネクタリード３０にあっては、第２実施形態と同様に、スルーホール１１の軸に沿う平面においてスルーホール１１を断面視したとき、スルーホール１１がコネクタリード３０に対して並進するように互いの相対位置が変化することに相当する。コネクタリード３０は、第２実施形態と同様に、スルーホール１１により付勢されて変形し、導電部１１ａに接触する。すなわち、コネクタリード３０は弾性的に付勢された状態で導電部１１ａに当接された状態となる。

また、上記した各実施形態は、はんだによる接続と併用されてもよい。例えば、電源用の比較的大きな電流が流れるコネクタリード３０については、本発明に係る付勢による接続に加えてはんだによって接続を強化してもよい。

１００…電子装置，１０…プリント基板，１１…スルーホール，１１ａ導電部，２０…ハウジング，３０…コネクタリード

Claims (8)

1. 電子部品が実装されたプリント基板（１０）と、
   前記プリント基板と外部装置との間を仲介して互いを電気的に接続するコネクタリード（３０）と、を備える電子装置であって、
   前記プリント基板は、前記コネクタリードの一端が挿入され、内壁に前記電子部品と前記コネクタリードとを電気的に接続する導電部（１１ａ）を有するスルーホール（１１）を有し、
   前記コネクタリードは、前記スルーホールに挿入される一端の径が前記スルーホールの内径よりも小さくされ、弾性的に付勢された状態で前記導電部に当接されることによって前記電子部品と前記外部装置とを電気的に接続することを特徴とする電子装置。
2. 前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、
   前記コネクタリードは、その軸が前記スルーホールの軸と非平行な状態で前記導電部に接触することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、
   前記コネクタリードは、前記導電部に２点接触することを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、
   前記コネクタリードは、その軸が前記スルーホールの軸と平行な状態で前記導電部に接触することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 電子部品が実装されたプリント基板（１０）と、
   前記プリント基板と外部装置との間を仲介して互いを電気的に接続するコネクタリード（３０）と、を具備する電子装置の製造方法であって、
   前記コネクタリードのうち前記プリント基板および前記外部装置との接続に関与する端部を除く一部をインサート成型するコネクタリード固定工程と、
   前記コネクタリード固定工程の後に、前記コネクタリードの一端を、前記プリント基板に形成され、内壁に前記電子部品と前記コネクタリードとを電気的に接続する導電部（１１ａ）を有するスルーホール（１１）に挿入するコネクタリード挿入工程と、
   前記コネクタリード挿入工程の後に、前記コネクタリード挿入工程の終了時に対して前記プリント基板と前記コネクタリードとの相対位置を変更して、前記導電部により前記コネクタリードを弾性的に付勢するコネクタリード変形工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
6. 前記コネクタリード挿入工程において、前記コネクタリードの軸と前記スルーホールの軸が平行になるように、前記コネクタリードを前記スルーホールに挿入し、
   前記コネクタリード変形工程において、前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、前記スルーホールが前記コネクタリードに対して回転するように前記相対位置を変更することを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
7. 前記コネクタリード挿入工程において、前記コネクタリードの軸と前記スルーホールの軸が平行になるように、前記コネクタリードを前記スルーホールに挿入し、
   前記コネクタリード変形工程において、前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、前記スルーホールが前記コネクタリードに対して並進するように前記相対位置を変更することを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
8. 前記コネクタリード挿入工程において、前記コネクタリードの軸と前記スルーホールの軸が非平行になるように、前記コネクタリードを前記スルーホールに挿入し、
   前記コネクタリード変形工程において、前記スルーホールの軸に沿う平面において前記スルーホールを断面視したとき、前記スルーホールが前記コネクタリードに対して並進することによって前記コネクタリードが付勢され、前記コネクタリードの軸と前記スルーホールの軸が非平行になるように前記相対位置を変更することを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。

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