JP2020205316A - 金属基板及び金属基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース板の板厚より小さい直径の円の一部を有する貫通孔が形成された金属基板及び金属基板の製造方法を提供する。【解決手段】第２基板１２は、金属製のベース板の表面に絶縁層を有する。第２基板１２には、貫通孔１６が形成されている。貫通孔１６を区画する内周面は、直径Ｒ１がベース板の板厚Ｈａ以上である第１仮想円柱Ｃ１の一部をなす第１湾曲面１６ａと、直径Ｒ２がベース板の板厚Ｈａよりも小さい第２仮想円柱Ｃ２の一部をなす第２湾曲面１６ｂと、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１平面１６ｃ及び第２平面１６ｄとを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、金属基板及び金属基板の製造方法に関する。

プリント基板の貫通孔に電子部品のリードを挿入してプリント基板に電子部品を実装することが一般的に行われている（例えば特許文献１）。プリント基板の代わりに放熱性に優れた金属基板が用いられることがある。金属基板は、金属製のベース板の表面に絶縁層を介して導体層を形成したものである。

特開２００８−５３３３６号公報

プリント基板の貫通孔は、ドリルによってプリント基板を貫通することにより形成されるが、金属基板の貫通孔は、凹凸構造を有する一対のプレス型によって金属基板をプレスして打ち抜くことにより形成される。ここで、ベース板の板厚よりも小さい直径を有する貫通孔を金属基板に形成しようとすると、プレス型の凸部の直径がベース板の板厚より小さくなるため、凸部が変形したり折れたりすることにより、ベース板を打ち抜けないことがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ベース板の板厚より小さい直径の円の一部を有する貫通孔が形成された金属基板及び金属基板の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための金属基板は、金属製のベース板の表面に絶縁層を有するとともに貫通孔が形成された金属基板であって、前記貫通孔を区画する内周面は、直径が前記ベース板の板厚以上である第１仮想円柱の一部をなす第１湾曲面と、直径が前記ベース板の板厚よりも小さい第２仮想円柱の一部をなす第２湾曲面と、前記第１仮想円柱と前記第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面と、を有することを要旨とする。

これによれば、金属基板をプレスして打ち抜く際に用いられるプレス部材が、ベース板の板厚より小さい直径の円柱状の凸部を有さなくても、ベース板の板厚より小さい直径の円の一部を有する貫通孔をベース板に形成することができる。また、貫通孔は、第１仮想円柱と第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面を有するため、プレス部材の凸部の外周面には角が形成されない。よって、摩耗等によって凸部の形状が変わってしまうことにより、貫通孔の形状が変わってしまうことを抑制できる。

上記問題点を解決するための金属基板の製造方法は、金属製のベース板の表面に絶縁層を有するとともに貫通孔が形成された金属基板の製造方法であって、前記貫通孔を区画する内周面が、直径が前記ベース板の板厚以上である第１仮想円柱の一部をなす第１湾曲面と、直径が前記ベース板の板厚よりも小さい第２仮想円柱の一部をなす第２湾曲面と、前記第１仮想円柱と前記第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面とを有するように、前記金属基板をプレスして打ち抜くことを要旨とする。

これによれば、金属基板をプレスして打ち抜く際に用いられるプレス部材が、ベース板の板厚より小さい直径の円柱状の凸部を有さなくても、ベース板の板厚より小さい直径の円の一部を有する貫通孔をベース板に形成することができる。また、貫通孔は、貫通孔を区画する内周面が、第１仮想円柱と第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面を有するように形成されるため、プレス部材の凸部の外周面には角が形成されない。よって、摩耗等によって凸部の形状が変わってしまうことにより、貫通孔の形状が変わってしまうことを抑制できる。

本発明によれば、ベース板の板厚より小さい直径の円の一部を有する貫通孔が形成された金属基板を製造できる。

電気接続構造を模式的に示す分解斜視図。 第２基板及び第２コネクタ部材の断面図。 第２コネクタ部材が取り付けられた第２基板の底面図。 第２基板の斜視図。 第２基板の拡大平面図。 一対のプレス型を示す断面図。 第１プレス部材の斜視図。 第１プレス部材の底面図。 第２プレス部材の斜視図。 第２プレス部材の平面図。 第１基板の製造方法を示す断面図。

以下、金属基板及び金属基板の製造方法を具体化した一実施形態を図１〜図１１にしたがって説明する。
図１に示すように、電気接続構造１０は、第１基板１１と、第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２とを接続する一対のコネクタ１３とを備える。一対のコネクタ１３は、第１基板１１に実装される第１コネクタ部材１４と、第２基板１２に実装される第２コネクタ部材１５とを有する。なお、第１コネクタ部材１４と第２コネクタ部材１５との嵌合は、第１コネクタ部材１４が第１基板１１に実装され、第２コネクタ部材１５が第２基板１２に実装された後で行われる。

第１基板１１は、プリント基板である。第１基板１１は、ベース板と、ベース板の表面に形成された導体パターンとを有する。ベース板は、絶縁性材料からなる。導体パターンは、ベース板の表面に金属材料がプリントされることで形成される。

第１コネクタ部材１４は、図示しない導電部材と、導電部材を保持するコネクタ本体１４ａと、コネクタ本体１４ａから突出する一対の位置決めピン１４ｂとを有する。導電部材は、第１基板１１の導体パターンと電気的に接続されている。位置決めピン１４ｂは、円柱状である。各位置決めピン１４ｂの直径は、第１基板１１のベース板の板厚よりも小さい。

第１基板１１には、第１基板１１に対して第１コネクタ部材１４を実装するための一対の貫通孔１１ｈが形成されている。各貫通孔１１ｈは、円孔状である。各貫通孔１１ｈは、ドリルにより形成される。第１コネクタ部材１４は、各位置決めピン１４ｂが第１基板１１の各貫通孔１１ｈに挿入されることにより第１基板１１に実装される。

各貫通孔１１ｈの直径は、各位置決めピン１４ｂの直径よりも僅かに大きい値に設定されている。各貫通孔１１ｈの直径は、第１基板１１のベース板の板厚よりも小さい。また、一対の貫通孔１１ｈの中心同士の最短距離は、一対の位置決めピン１４ｂの軸心同士の最短距離とほぼ同じになるように設定されている。よって、第１コネクタ部材１４は、各位置決めピン１４ｂが第１基板１１の各貫通孔１１ｈに挿入されることにより第１基板１１に位置決めされる。つまり、一対の貫通孔１１ｈは、第１基板１１に第１コネクタ部材１４を位置決めするための位置決め孔でもある。

図２に示すように、第２基板１２は、金属基板である。第２基板１２は、金属製のベース板１２ａと、ベース板１２ａの片面に形成された絶縁層１２ｂと、絶縁層１２ｂの表面に形成された図示しない導体層としての導体パターンとを有する。本実施形態のベース板１２ａはアルミニウム製である。なお、図２では、ベース板１２ａの板厚Ｈａに対する絶縁層１２ｂの厚みＨｂの比率は、実際の比率よりも大きく図示されている。

第２コネクタ部材１５は、図示しない導電部材と、導電部材を保持するコネクタ本体１５ａと、コネクタ本体１５ａから突出する一対の位置決めピン１５ｂとを有する。導電部材は、第２基板１２の導体パターンと電気的に接続されている。導電部材は、コネクタ本体１５ａが第１コネクタ部材１４のコネクタ本体１４ａと嵌合されることにより、第１コネクタ部材１４の導電部材と電気的に接続される。各位置決めピン１５ｂは円柱状である。各位置決めピン１５ｂの直径をＲ１５とする。各位置決めピン１５ｂの直径Ｒ１５は、第２基板１２のベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さい。

図２及び図３に示すように、第２基板１２には、第２基板１２に対して第２コネクタ部材１５を実装するための一対の貫通孔１６が形成されている。なお、第１基板１１に対する貫通孔１１ｈの形成と同様に、ドリルによって第２基板１２に貫通孔１６を形成しようとすると、ベース板１２ａは金属製であるため、ドリルの歯がベース板１２ａに負けてしまうことがある。このため、各貫通孔１６は、第２基板１２をプレスして打ち抜くことで形成される。第２コネクタ部材１５は、各位置決めピン１５ｂが第２基板１２の各貫通孔１６に挿入されることにより第２基板１２に実装される。

図４に示すように、各貫通孔１６を区画する内周面は、第１湾曲面１６ａと、第２湾曲面１６ｂと、第１平面１６ｃと、第２平面１６ｄとを有する。
図５に示すように、第２基板１２を板厚方向から見たとき、第２湾曲面１６ｂは、第１湾曲面１６ａと対向している。第１湾曲面１６ａは、第２湾曲面１６ｂから離れる方向に凹む湾曲面である。第１湾曲面１６ａは、第１仮想円柱Ｃ１の一部をなしている。第１仮想円柱Ｃ１の直径Ｒ１は、ベース板１２ａの板厚Ｈａよりも大きい。第２湾曲面１６ｂは、第１湾曲面１６ａから離れる方向に凹む湾曲面である。第２湾曲面１６ｂは、第２仮想円柱Ｃ２の一部をなしている。第２仮想円柱Ｃ２の直径Ｒ２は、第１仮想円柱Ｃ１の直径Ｒ１よりも小さい。第２仮想円柱Ｃ２の直径Ｒ２は、位置決めピン１５ｂの直径Ｒ１５よりも僅かに大きい。第２仮想円柱Ｃ２の直径Ｒ２は、ベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さい。本実施形態では、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２とは重なり合っていない。

第１平面１６ｃは、第１湾曲面１６ａの一端部と第２湾曲面１６ｂの一端部とを接続する。第２平面１６ｄは、第１湾曲面１６ａの他端部と第２湾曲面１６ｂの他端部とを接続する。第１平面１６ｃ及び第２平面１６ｄは、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される平面である。

図３に示すように、一対の貫通孔１６が並ぶ方向は、第１湾曲面１６ａと第２湾曲面１６ｂとが対向する方向と一致している。一対の貫通孔１６は、第２湾曲面１６ｂ同士を結ぶ仮想線のうち最短の仮想線Ｌ１６ｂの長さが、第１湾曲面１６ａ同士を結ぶとともに仮想線Ｌ１６ｂ全体と一部が重なる仮想線Ｌ１６ａの長さよりも短くなるように配置される。つまり、一対の貫通孔１６が並ぶ方向において、第１湾曲面１６ａは外側に位置し、第２湾曲面１６ｂは内側に位置している。

一対の位置決めピン１５ｂは、一対の位置決めピン１５ｂの外周面同士を結ぶ仮想線のうち最短の仮想線Ｌ１５の長さが、仮想線Ｌ１６ｂの長さよりも僅かに長くなるようにコネクタ本体１５ａに設けられている。よって、一対の位置決めピン１５ｂが一対の貫通孔１６に挿通された状態において、位置決めピン１５ｂの外周面の２箇所が、第２湾曲面１６ｂと当接する状態となる。これにより、第２コネクタ部材１５は、第２基板１２に対して位置決めされる。よって、一対の貫通孔１６は、第２基板１２に第２コネクタ部材１５を位置決めするための位置決め孔でもある。

次に、第２基板１２の製造に用いられる一対のプレス型３０について説明する。
図６に示すように、一対のプレス型３０は、第１プレス部材３１と、第２プレス部材３２とを備える。第１プレス部材３１及び第２プレス部材３２は、第２基板１２に一対の貫通孔１６を形成可能な構成とされている。

図７に示すように、第１プレス部材３１は、第１プレス面３１ａから突出する一対の凸部３３を有する。各凸部３３は、先端面３３１と、先端面３３１と第１プレス面３１ａとを接続する外周面３３２とを有する。

各凸部３３の外周面３３２は、第２基板１２に形成予定の貫通孔１６を区画する内周面と同じ形状に設定されている。各凸部３３の外周面３３２は、第１湾曲面１６ａと同一形状の第１凸側湾曲面３３ａと、第２湾曲面１６ｂと同一形状の第２凸側湾曲面３３ｂと、第１平面１６ｃと同一形状の第１凸側平面３３ｃと、第２平面１６ｄと同一形状の第２凸側平面３３ｄとを有する。

図８に示すように、一対の凸部３３は、第２凸側湾曲面３３ｂ同士が対向するように配置されている。一対の凸部３３は、第２凸側湾曲面３３ｂ同士を結ぶ仮想線のうち最短の仮想線Ｌ３３ｂの長さが、第１凸側湾曲面３３ａ同士を結ぶとともに仮想線Ｌ３３ｂ全体と一部が重なる仮想線Ｌ３３ａの長さよりも短くなるように配置される。つまり、一対の凸部３３が並ぶ方向において、第１凸側湾曲面３３ａは外側に位置し、第２凸側湾曲面３３ｂは内側に位置している。

図９に示すように、第２プレス部材３２は、第２プレス面３２ａから凹む一対の凹部３４を有する。各凹部３４は、底面３４１と、底面３４１と第２プレス面３２ａとを接続する内側面３４２とによって区画される。

図１０に示すように、内側面３４２は、直径Ｒ３がベース板１２ａの板厚Ｈａ以上であるとともに第１仮想円柱Ｃ１の直径Ｒ１よりも一回り大きい第３仮想円柱Ｃ３の一部をなす第１凹側湾曲面３４ａと、直径Ｒ４がベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さく、かつ、第２仮想円柱Ｃ２の直径Ｒ２よりも一回り大きい第４仮想円柱Ｃ４の一部をなす第２凹側湾曲面３４ｂと、第３仮想円柱Ｃ３と第４仮想円柱Ｃ４との２つの共通外接線Ｌ３，Ｌ４各々から構成される第１凹側平面３４ｃ及び第２凹側平面３４ｄを有する。

各凹部３４は、第１プレス部材３１の各凸部３３が嵌合可能に構成されており、各凹部３４と各凸部３３は、嵌合された状態で、第１凸側湾曲面３３ａと第１凹側湾曲面３４ａとが対向し、第２凸側湾曲面３３ｂと第２凹側湾曲面３４ｂとが対向し、第１凸側平面３３ｃと第１凹側平面３４ｃとが対向し、第２凸側平面３３ｄと第２凹側平面３４ｄとが対向する。

次に、第２基板１２の製造方法について説明する。
まず、図６に示すように、第１プレス部材３１と第２プレス部材３２との間に第２基板１２を配置する。第２基板１２の一方の面は、第１プレス部材３１の第１プレス面３１ａと対向し、第２基板１２の他方の面は、第２プレス部材３２の第２プレス面３２ａと対向する。

次に、図１１に示すように、第１プレス部材３１の第１プレス面３１ａと第２プレス部材３２の第２プレス面３２ａとを近付けることにより、第１プレス部材３１と第２プレス部材３２とによって第２基板１２をプレスする。このとき、第１プレス部材３１の各凸部３３が第２プレス部材３２の各凹部３４に嵌合されることで、第２基板１２における凸部３３の先端面３３１と重なる部分が打ち抜かれる。これにより、第２基板１２に一対の貫通孔１６が形成される。

本実施形態の作用について説明する。
第２基板１２に対する貫通孔の形成は、一対のプレス型３０によって第２基板１２をプレスして打ち抜くことで行われる。ここで、ベース板１２ａの板厚Ｈａより小さい直径を有する貫通孔を形成しようとすると、第１プレス部材３１の凸部３３の直径はベース板１２ａの板厚Ｈａより小さくなるため、凸部３３が変形したり折れたりしてベース板１２ａを打ち抜けないことがある。

これに対し、本実施形態では、貫通孔１６を区画する内周面が、直径Ｒ１がベース板１２ａの板厚Ｈａ以上である第１仮想円柱Ｃ１の一部をなす第１湾曲面１６ａと、直径Ｒ２がベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さい第２仮想円柱Ｃ２の一部をなす第２湾曲面１６ｂと、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１平面１６ｃ及び第２平面１６ｄとを有するように、第２基板１２をプレスして打ち抜く。このため、第１プレス部材３１が、ベース板１２ａの板厚Ｈａより小さい直径の円柱状の凸部を有さなくても、ベース板１２ａの板厚Ｈａより小さい直径の円の一部を有する貫通孔１６をベース板１２ａに形成することができる。また、凸部３３は、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１凸側平面３３ｃ及び第２凸側平面３３ｄを有するため、凸部３３の外周面３３２には角が形成されない。よって、摩耗等によって凸部３３の形状が変わってしまうことにより、貫通孔１６の形状が変わってしまうことを抑制できる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）一対のプレス型３０によって、第２基板１２をプレスして打ち抜くことで、第２基板１２には貫通孔１６が形成される。第２基板１２は、貫通孔１６を区画する内周面が、直径Ｒ１がベース板１２ａの板厚Ｈａ以上である第１仮想円柱Ｃ１の一部をなす第１湾曲面１６ａと、直径Ｒ２がベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さい第２仮想円柱Ｃ２の一部をなす第２湾曲面１６ｂと、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１平面１６ｃ及び第２平面１６ｄとを有するように打ち抜かれる。このため、第１プレス部材３１が、ベース板１２ａの板厚Ｈａより小さい直径の円柱状の凸部を有さなくても、ベース板１２ａの板厚Ｈａより小さい直径の円の一部を有する貫通孔１６をベース板１２ａに形成することができる。また、凸部３３は、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１凸側平面３３ｃ及び第２凸側平面３３ｄを有するため、凸部３３の外周面３３２には角が形成されない。よって、摩耗等によって凸部３３の形状が変わってしまうことにより、貫通孔１６の形状が変わってしまうことを抑制することができる。

（２）第１コネクタ部材１４は、一対の位置決めピン１４ｂが第１基板１１の一対の貫通孔１１ｈに挿通されることにより、第１基板１１に対して位置決めされている。第２コネクタ部材１５は、一対の位置決めピン１５ｂが第２基板１２の一対の貫通孔１６に挿通されることにより、第２基板１２に対して位置決めされている。このため、第１基板１１と第２基板１２とを電気的に接続する際に、コネクタ本体１４ａとコネクタ本体１５ａとの嵌合を容易に行うことができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 第１仮想円柱Ｃ１の直径Ｒ１は、第２基板１２のベース板１２ａの板厚Ｈａと同じでもよい。

○ 第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２とは接していてもよい。
○ 第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２とは、一部が重なっていてもよい。
○ 第２基板１２に形成される貫通孔１６の数は、２に限定されず、１でもよいし、３以上でもよい。

○ 第２基板１２における一対の貫通孔１６の配置は適宜変更してよい。例えば、一対の貫通孔１６は、一対の貫通孔１６が並ぶ方向において第１湾曲面１６ａが内側、第２湾曲面１６ｂが外側に位置するように配置されてもよい。この場合、一対の位置決めピン１５ｂは、一対の位置決めピン１５ｂの外周面同士を結ぶ仮想線のうち最長の仮想線の長さが、第２湾曲面１６ｂ同士を結ぶ仮想線のうち最長の仮想線の長さよりも僅かに短くなるようにコネクタ本体１５ａに設けられている。

○ 第２基板１２における一対の貫通孔１６の配置は適宜変更してよい。例えば、一対の貫通孔１６は、一方の貫通孔１６の第１湾曲面１６ａと他方の貫通孔１６の第１湾曲面１６ａとが向かい合わないように配置されてもよい。

○ 貫通孔１６は、第２基板１２に対する第２コネクタ部材１５の位置決め以外の用途に用いられてもよい。
○ 電気接続構造１０の構造は、貫通孔１６が形成された第２基板１２が用いられるのであれば適宜変更してよい。ただし、貫通孔１６を区画する内周面は、直径Ｒ１がベース板１２ａの板厚Ｈａ以上である第１仮想円柱Ｃ１の一部を構成する第１湾曲面１６ａと、直径Ｒ２がベース板１２ａの板厚Ｈａよりも小さい第２仮想円柱Ｃ２の一部を構成する第２湾曲面１６ｂと、第１仮想円柱Ｃ１と第２仮想円柱Ｃ２との２つの共通外接線Ｌ１，Ｌ２各々から構成される第１平面１６ｃ及び第２平面１６ｄとを有するものとする。

○ 第２基板１２について、ベース板１２ａの両面に絶縁層１２ｂが形成されていてもよい。
○ ベース板１２ａは、金属製であればアルミニウム製に限定されない。ベース板１２ａは、例えば銅製でもよい。

○ 第２プレス部材３２の各凹部３４は、第２プレス部材３２を貫通する貫通孔に変更されてもよい。この場合、貫通孔を区画する内周面は、凹部３４の内側面３４２と同一形状にする。

１２…金属基板としての第２基板、１２ａ…ベース板、１２ｂ…絶縁層、１６…貫通孔、１６ａ…第１湾曲面、１６ｂ…第２湾曲面、１６ｃ…第１平面、１６ｄ…第２平面、Ｃ１…第１仮想円柱、Ｃ２…第２仮想円柱、Ｈａ…ベース板の板厚、Ｒ１…第１仮想円柱の直径、Ｒ２…第２仮想円柱の直径。

Claims (2)

1. 金属製のベース板の表面に絶縁層を有するとともに貫通孔が形成された金属基板であって、
   前記貫通孔を区画する内周面は、
   直径が前記ベース板の板厚以上である第１仮想円柱の一部をなす第１湾曲面と、
   直径が前記ベース板の板厚よりも小さい第２仮想円柱の一部をなす第２湾曲面と、
   前記第１仮想円柱と前記第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面と、
   を有することを特徴とする金属基板。
2. 金属製のベース板の表面に絶縁層を有するとともに貫通孔が形成された金属基板の製造方法であって、
   前記貫通孔を区画する内周面が、直径が前記ベース板の板厚以上である第１仮想円柱の一部をなす第１湾曲面と、直径が前記ベース板の板厚よりも小さい第２仮想円柱の一部をなす第２湾曲面と、前記第１仮想円柱と前記第２仮想円柱との２つの共通外接線各々から構成される第１平面及び第２平面とを有するように、前記金属基板をプレスして打ち抜くことを特徴とする金属基板の製造方法。