JP4284287B2 - 電子機器、回路基板および被支持部材 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器および回路基板の支持構造に関し、筐体内部に回路基板を支持する電子機器およびその回路基板、並びに回路基板に設けられる被支持部材に関する。

従来、例えばノートブック型のコンピュータ（携帯情報処理装置）においては、小型、軽量化されてユーザーが容易に持ち運ぶことができるようになされている。この種の携帯情報処理装置においては、例えば持ち運び中に落下させる可能性があり、このような落下時の衝撃力または静的な外荷重が付加された場合には、携帯情報処理装置の筐体に変形が生じる場合がある。

筐体と回路基板とが固定されている場合、筐体の変形に伴うモーメントが回路基板に伝達して回路基板に反り等の変形が生じる。回路基板が変形すると、基板上に設けられた配線の断線、基板とこの基板上に実装された半導体チップとの接合部分の破壊等による不良が発生する。

特に軽量化、薄型化の要請により低剛性の回路基板を用いた場合、実装部品との剛性差が大きくなることにより、回路基板が変形した際の不良発生が増大する。

この課題を解決するための一つの方策として、例えば特許文献１に開示されているように、回路基板と実装部品との間を樹脂材料で覆うアンダーフィルと呼ばれる実装方法により、実装部品と回路基板との接合部の剛性を局所的に高めるようになされたものがある。

しかしながら、このように樹脂材料によって実装部品と回路基板との接合部の剛性を高める方法では、一旦実装された部品を交換することは困難であり、実装部品を実装した後にその実施部品に不良が確認された場合には、回路基板ごと交換する必要があり、解決策としては未だ不十分であった。

一方、ばねを用いて回路基板を支持する方法が考えられている。この場合、回路基板に形成した貫通孔にその内径よりも小さな径でなる柱形状の支持部を挿入するようになされる。この支持部の端部は筐体に固定され、また支持部の側面にはフランジが形成される。このフランジと回路基板との間にばねを介挿させて回路基板を支持することにより、筐体変形によって発生するモーメントが支持部から回路基板に伝わることを回避する。
特許第３３４８９７３号

しかしながら、回路基板をばねによって支持することにより、回路基板はその部品実装面に垂直な方向に変位し易くなる。特に回路基板には、筐体の開口部から外部に露出するコネクタ部品が直接実装される場合があり、またコネクタ部品にケーブル等を安定して挿抜するためにはコネクタ部品を筐体に固定する必要もある。このようにコネクタ部品が回路基板および筐体の双方に固定された場合、コネクタ部品は筐体に固定されていることにより、その変位量は少なく、これに対して回路基板は、ばねを介して筐体に支持されていることにより、その変位量は大きい。このようにコネクタ部品と回路基板との変位量が異なると、コネクタ部品と回路基板との接合部に過大な変形が生じて、接合部不良を発生させる場合がある。

このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、筐体の変形によって発生するモーメントが回路基板に伝わらないようにし得る簡易な構成の電子機器、回路基板および被支持部材を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、電子機器において、凸曲面を有する被支持部を備える回路基板と、被支持部の凸曲面を支持する凹曲面が形成された支持部を有する筐体とを備え、凸曲面および凹曲面は球面であり、凸曲面が凹曲面に対して回転自在に接触していることである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、回路基板において、回路部品の実装面と、実施面に設けられ、凹曲面が形成された支持部を有する取り付け対象に支持される凸曲面を有する被支持部とを備え、凸曲面および凹曲面は球面であり、凸曲面が凹曲面に対して回転自在に接触していることである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、被支持部材において、回路基板に対する取り付け部と、回路基板が取り付けられ、凹曲面が形成された支持部を有する取り付け対象に支持される凸曲面を有する被支持部とを備え、凸曲面および凹曲面は球面であり、凸曲面が凹曲面に対して回転自在に接触していることである。

本発明によれば、筐体の変形によるモーメントが回路基板に伝わらないようにし得る簡易な構成の電子機器、回路基板および被支持部材を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る電子機器（携帯情報処理装置１０）は、図１に示すように、一方の面にキーボード１１が設けられた機器本体１２と、この機器本体１２に揺動自在に連結される表示部１３とを備えている。

機器本体１２においては、筐体１５の内部にＣＰＵ（中央処理ユニット）及びメモリ等が実装された回路基板、ハードディスク装置（ＨＤＤ）等が設けられている。また表示部１３においては、液晶表示パネル１６が筐体１７に支持されている。

機器本体１２と表示部１３とはそれぞれの一側縁部において揺動自在に連結されており、図２に示すように、キーボード１１が設けられた面と液晶表示パネル１６が設けられた面とが向き合って閉じた状態と、図１に示すように、キーボード１１が設けられた面と液晶表示パネル１６が設けられた面とが略同一方向に向いた状態（開いた状態）とに遷移させることができる。

図３に示すように、機器本体１２の筐体１５の内部には、回路基板２１が支持部２４、２５により表裏両面から挟持されている。この回路基板２１の支持構造は、回路基板２１の部品実装面に形成された凸曲面を有する被支持部２６、２７と、この凸曲面を支持する凹曲面が形成された支持部２４、２５を有する上筐体２２、下筐体２３とによって構成されている。すなわち、回路基板２１の表裏両面には、半球形状の凸曲面を有する被支持部２６、２７が互いに対向する位置に設けられ、この被支持部２６、２７は、回路基板２１の取り付け対象である筐体１５を構成する上筐体２２および下筐体２３において互いに対峙するように設けられた柱形状の支持部２４、２５の先端部によって支持されている。図４に示すように、この支持部２４、２５の先端部は、それぞれ被支持部２６、２７の球面２８、２９の球面形状Ｒと同等の曲率半径でなる凹曲面により形成されている。

被支持部２６、２７の凸曲面および支持部２４、２５の凹曲面は、回路基板２１の厚みの中央に中心をおく同心の球面をなしており、図５に示すように、被支持部２６、２７の凸曲面と支持部２４、２５の凹曲面とがスライド自在に接触するようになされている。すなわち、支持部２４、２５は、被支持部２６、２７の凸曲面（球面）の中心を回転中心として任意の方向に回転自在に接触するようになされている。

このような回路基板２１の支持構造を有する電子機器において、筐体２２、２３に外力が加わる等して筐体２２、２３が変形すると、この変形に伴って支持部２４、２５が傾く。この場合、支持部２４、２５の凹曲面が被支持部２６、２７の凸曲面上をスライドすることにより、回路基板２１にはモーメントが伝わらなくなる。すなわち、図６（ａ）に示すように、支持部２４、２５において逆向きのモーメントが生じる場合、支持部２４、２５の先端部の凹曲面部が回路基板２１に設けられた半球形状の被支持部２６、２７上をスライドすることにより、このモーメントが回路基板２１に伝わることを回避することができる。また図６（ｂ）に示すように、支持部２４、２５において同じ向きのモーメントが生じる場合、支持部２４、２５の先端部の凹曲面部が回路基板２１に設けられた半球形状の被支持部２６、２７上をスライドすることにより、このモーメントが回路基板２１に伝わることを回避することができる。

図７に示すように、回路基板２１とは別体として製造される被支持部材２６ｂ、２７ｂを被支持部２６、２７として用いる場合、被支持部２６、２７の回路基板２１への固定方法としては、接着剤３９、４０を回路基板２１または被支持部材２６ｂ、２７ｂの回路基板２１に対する取り付け部である底面部に塗布し、回路基板２１上に被支持部材２６ｂ、２７ｂを載置して固定する方法を用いる。なおこの固定方法としては、接着材３９、４０に代えて、例えば粘着性テープを用いる方法またははんだ付けによる固定方法がある。はんだ付けによる固定方法においては、回路基板２１上に実装部品を配置し、炉中で加熱してはんだ接合するリフロープロセスにおいて、回路基板２１上に実装部品と共に被支持部材２６ｂ、２７ｂを配置することにより実現することができる。このように他の実装部品のリフロープロセスにおいて同時に被支持部材２６ｂ、２７ｂを固定することができることにより、例えば上述した従来の構成における製造工程に比べて、ばね等の部品を実装するための別工程を加えることなく、容易に被支持部２６、２７を設けることができる。

このように本実施の形態に係る電子機器においては、筐体１５の変形により生じるモーメントが回路基板２１に伝達されることを簡易な構成によって防止することができる。これにより、回路基板２１の変形を防止して、回路基板２１上の配線の断線、回路基板２１とこの基板上に実装された半導体チップとの接合部分の破壊等による不良の発生を未然に防止することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、回路基板２１に設けられた被支持部２６、２７の曲率半径を、支持部２４、２５の先端部の凹曲面部の曲率半径よりも小さくした例を説明するものである。

すなわち図８に示すように、被支持部２６、２７の球面２８ｂ、２９ｂの曲率半径は、支持部２４、２５の先端部の凹曲面部３０ｂ、３１ｂの曲率半径よりも小さく形成されている。これにより、支持部２４、２５においては、被支持部２６、２７に対する回転自由度を保ったまま、回路基板２１の面に沿った方向に移動可能となり、回路基板２１が温度変化によって面方向に膨張または収縮して被支持部２６、２７が回路基板２１の面に沿った方向に移動した場合であっても、支持部２４、２５と回路基板２１とに荷重が発生することを防止することができる。

このように支持部２４、２５と回路基板２１とに荷重が発生することにより、回路基板２１の変形を防止することができる。

このように本実施の形態に係る電子機器においては、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、熱ひずみによる回路基板２１の変形を防止することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、支持部２４、２５を中空円筒形状とした例を説明するものである。

すなわち図９に示すように、支持部２４、２５は、少なくともその先端部３０ｃ、３１ｃが中空円筒形状となっており、その端部３０ｃ、３１ｃは被支持部２６、２７の凸曲面の曲率半径と同等の曲率半径により凹曲面に形成されている。

これにより、支持部２６、２７の体積を減らすことができ、電子機器全体として軽量化を果たすことができる。

なお、図９に示す支持部２４、２５においては、中空円筒形状の先端部の周縁部全体で被支持部２６、２７を支持する場合について述べたが、周縁部に切り欠きを設け、部分的に被支持部２６、２７を支持するようにしてもよい。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、支持部２４、２５を締結部材である柱形状のねじによって締結した例を説明するものである。

すなわち図１０に示すように、支持部２４にはねじ３２を締結するためのねじ孔が形成され、また回路基板２１、被支持部２６、２７には、回路基板２１の厚み方向に貫通する貫通孔３３が形成されている。この貫通孔３３の内径は、ねじ３２の径よりも大きく形成されていることにより、この貫通孔３３を介して支持部２５からねじ３２を貫通させて、第１および第２の支持部２４、２５を締結することができる。

貫通孔３３の内径をねじ３２の径よりも大きく形成することにより、支持部２４、２５と固定関係にあるねじ３２は、回路基板２１に対して回転自由度を保った状態となる。これにより、支持部２４、２５は、被支持部２６、２７に対する回転自由度を保ったまま互いに締結される。かくして支持部２４、２５を上筐体２２と下筐体２３との締結部として兼用することができる。

回路基板２１の被支持部２６、２７を支持する支持部２４、２５を筐体２２、２３の締結部として兼用することにより、例えば電子機器に外力が加わった場合であっても、支持部２４、２５が被支持部２６、２７から外れることを確実に防止することができる。

このように本実施の形態に係る電子機器においては、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、支持部２４、２５が被支持部２６、２７から外れることを確実に防止することができる。

なお、支持部２４、２５の直径がねじ３２のねじ孔を形成することが可能な大きさよりも小さい場合には、例えば、図１１に示すように、支持部２４、２５の近傍に内部にねじ孔を有する締結部３４、３５を設け、この締結部３４、３５においてねじ３６により上筐体２２と下筐体２３とを締結するようにすればよい。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態は、回路基板２１の面に沿った方向に被支持部２６、２７が移動し得る構成の例を説明するものである。

すなわち、図１２に示すように、回路基板２１には、その厚み方向に貫通孔３７が形成され、この貫通孔３７に被支持部２７となる被支持部材２７ｅの円柱形状の突起部３８が挿入されてその先端部が被支持部２６となる被支持部材２６ｅに固定される。被支持部材２７ｅの突起部３８と被支持部材２６ｅとの固定方法としては、図１３に示すように、接着剤４１による接着、または粘着性テープ等を用いることができる。

図１２に示すように、回路基板２１に形成される貫通孔３７の内径を、被支持部２７の突起部３８の外径よりも大きく形成することにより、貫通孔３７と突起部３８との間には間隙が形成される。これにより、被支持部２６、２７においては、突起部３８が貫通孔３７内を移動する範囲を限度として、回路基板２１の面に沿った方向に移動し得る状態となる。

被支持部２６、２７が回路基板２１の面に沿った方向に移動し得ることにより、例えば筐体２２、２３の線膨張率と回路基板２１の線膨張率とに差がある場合であっても、回路基板２１の温度変化による面方向への膨張または収縮を被支持部材２６、２７の移動によって吸収することができる。

これにより、回路基板２１と上筐体２２、下筐体２３との線膨張率の差による熱ひずみに起因する回路基板２１の反りの発生を抑制することができる。この結果、回路基板２１に設けられた配線の切断、実装部品と回路基板２１との接合部の破壊といった不良の発生を防止することができる。

このように本実施の形態に係る電子機器においては、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、熱ひずみによる回路基板２１の変形を防止することができる。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態は、上記実施の形態に係る電子機器の球体による基板支持構造に代えて、１軸まわりの回転自由度を持つ支持部を設けた例を説明するものである。

すなわち、図１４に示すように、回路基板２１には、半円柱形状の被支持部２６ａ、２７ａが接着等の手法により固定され、この半円柱形状の周側面をなす円弧形状の曲率半径と同等の曲率半径でなる凹曲面部を有する支持部２４ａ、２５ａを上筐体２２および下筐体２３に設ける。

回路基板２１に伝達されるモーメントが１軸まわりに限定される場合、支持部２４ａ、２５ａの回転自由度は、モーメントと同一の自由度のみで足りる。従ってこのような場合には、１軸まわりの回転自由度を持つ支持部２４ａ、２５ａおよび被支持部２６ａ、２７ａによって回路基板２１を支持することができる。

またこの場合、回転軸方向に支持部２４ａ、２５ａを延設することにより、この支持部２４ａ、２５ａを有する筐体２２、２３の剛性をその延設方向に高くすることができる。従って被支持部２６ａ、２７ａを支持部２４ａ、２５ａの延設方向に長く形成することにより、被支持部２６ａ、２７ａと支持部２４ａ、２５ａとの接触面積を増加させて、回路基板２１の自重による反りを抑制することができる。

このように本実施の形態に係る電子機器においては、１軸まわりの回転自由度を持ち、回転軸方向に延設された支持部２４ａ、２５ａによって被支持部２６ａ、２７ａを支持することにより、筐体変形によるモーメントが回路基板２１に伝わらないようにし得ると共に、回路基板２１の自重により反りを防止することができる。

（他の実施の形態）
上述実施の形態においては、２つの被支持部２６、２７を回路基板２１の両面から固定する場合について述べたが、これに代えて、例えば図１５に示すように、球体部を有する被支持部材４２を回路基板２１に固定して被支持部２６、２７としてもよい。この場合、回路基板２１の厚み方向に形成された貫通孔に対して球体部を有する被支持部材４２を挿入し、この球体部からフランジ状に張り出した固定部４３と回路基板２１とを接着剤４４により固定する。固定方法は、接着剤４３による接着に限らず、例えば粘着テープ、はんだ付け等、他の種々の方法を適用することができる。

このように１つの被支持部材４２を用いることにより、被支持部２６、２７を別々の部材で形成する場合に比べて部品点数を削減することができる。

また上述の実施の形態においては、被支持部２６、２７を、接着剤、粘着テープまたははんだ付けにより回路基板２１に固定した部材によって形成する場合について述べたが、これに代えて、例えばかしめまたはねじ止めによる固定方法を用いることもできる。

かしめによる固定方法として、例えば図１６（ａ）に示すように、半球形状の被支持部材５６の底面部に円柱形状の突起部５６ａおよびこれを取り巻く円筒形状部５６ｂを形成し、突起部５６ａの先端部を先細り形状とする。また半球形状の被支持部材５７の底面部に円筒形状部５７ａと、これを取り巻く円筒形状部５７ｂを形成する。

回路基板２１には、円筒形状部５７ｂを挿入し得る程度の内径をもつ貫通孔５２が形成され、この貫通孔５２を介して、被支持部材５６の突起部５６ａと被支持部５７材の円筒形状部５７ａとを嵌合させ、また被支持部材５６の円筒形状部５６ｂと被支持部材５７の円筒形状部５７ｂとを嵌合させる。

これにより、図１６（ｂ）に示すように、被支持部材５６、５７がかしめにより回路基板２１上に固定される。このように構成することにより、一段と簡単な組み立て工程により確実に被支持部材５６、５７を回路基板２１に固定することができる。

因みに、図１６に示すかしめによる固定方法を用いる場合においても、被支持部材５７の円筒形状部５７ｂの外径を回路基板２１の貫通孔５２の内径よりも小さくして、貫通孔５２と円筒形状部５７ｂとの間に間隙５８が形成されるようにすることにより、第５の実施の形態の場合と同様にして、被支持部材５６、５７が回路基板２１の面に沿った方向に移動可能とすることができ、これにより、熱ひずみによる回路基板２１の変形を防止することができる。

またねじ止めによる固定方法として、例えば図１７（ａ）に示すように、半球形状の被支持部材６６の底面部にねじ部６６ａを設ける。また半球形状の被支持部材６７の底面部に円柱形状の突起部６７ｂを形成し、この突起部６７ｂの中心部にねじ孔６７ａを形成する。

回路基板２１には、突起部６７ｂを挿入し得る程度の内径をもつ貫通孔６８を形成し、この貫通孔６８を介して、被支持部材６６のねじ部６６ａと被支持部材６７のねじ孔６７ａとを螺合させる。

これにより、図１６（ｂ）に示すように、被支持部材５６、５７が回路基板２１上に締結される。このように構成することにより、一段と簡単な組み立て工程により確実に被支持部材６６、６７を回路基板２１に固定することができる。

因みに、図１７に示すかねじ止めによる固定方法を用いる場合においても、被支持部材６７の突起部６７ｂの外径を回路基板２１の貫通孔６８の内径よりも小さくすることにより、第５の実施の形態の場合と同様にして、被支持部材６６、６７が回路基板２１の面に沿った方向に移動可能とすることができ、これにより、熱ひずみによる回路基板２１の変形を防止することができる。

また上述の実施の形態においては、本発明を携帯情報処理装置１０に適用したが、例えば携帯無線機等、種々の電子機器に広く適用することができる。

第１の実施の形態に係る電子機器を示す斜視図である。 図１の電子機器の搬送時の状態を示す斜視図である。 図１の電子機器の機器本体における回路基板の支持構造を示す断面図である。 図１の電子機器の回路基板の支持構造を示す断面図である。 図１の電子機器の回路基板の支持構造を示す斜視図である。 図１の電子機器の筐体変形時の回路基板を示す断面図である。 図４の被支持部の回路基板への固定方法の説明に供する断面図である。 第２の実施の形態に係る基板支持構造を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る基板支持構造を示す断面図である。 第４の実施の形態に係る基板支持構造を示す断面図である。 他の実施の形態に係る基板支持構造を示す断面図である。 第５の実施の形態に係る回路基板への被支持部材の固定方法の説明に供する断面図である。 他の実施の形態に係る回路基板への被支持部材の固定方法の説明に供する断面図である。 第６の実施の形態に係る回路基板への被支持部材の固定方法の説明に供する断面図である。 他の実施の形態に係る基板支持構造を示す斜視図である。 他の実施の形態に係る被支持部材の取り付け方法の説明に供する断面図である。 他の実施の形態に係る被支持部材の取り付け方法の説明に供する断面図である。

符号の説明

１０ 携帯情報処理装置
１１ キーボード
１２ 機器本体
１３ 表示部
１５、１７ 筐体
２２ 上筐体
２３ 下筐体
２１ 回路基板
２４、２５ 支持部
２６、２７ 被支持部
２６ｂ、２６ｅ、２７ｂ、２７ｅ、４２、５６、５７、６６、６７ 被支持部材
２８、２９ 球面
３０、３１ 凹曲面部
３９、４１、４４ 接着剤
４３ フランジ部

Claims (7)

1. 凸曲面を有する被支持部を備える回路基板と、
   前記被支持部の凸曲面を支持する凹曲面が形成された支持部を有する筐体と、
   を備え、
   前記凸曲面および前記凹曲面は球面であり、前記凸曲面が前記凹曲面に対して回転自在に接触していることを特徴とする電子機器。
2. 前記凸曲面の曲率半径は、前記凹曲面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記被支持部は、前記回路基板の両面に設けられ、
   前記筐体は、前記回路基板の一方の面に設けられた前記被支持部を支持する第１の支持部と、前記回路基板の他方の面に設けられた前記被支持部を支持する第２の支持部とを備え、
   前記被支持部を前記一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を通って前記第１の支持部と前記第２の支持部とを締結する、前記貫通孔の内径よりも小さな径を有する柱形状の締結部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記被支持部は、前記回路基板の部品実装面に沿った方向に移動自在に支持される被支持部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記被支持部は、前記回路基板の両面に設けられ、
   前記支持部は、前記回路基板の両面の前記被支持部を支持することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
6. 回路部品の実装面と、
   前記実装面に設けられ、凹曲面が形成された支持部を有する取り付け対象に支持される凸曲面を有する被支持部と、
   を備え、
   前記凸曲面および前記凹曲面は球面であり、前記凸曲面が前記凹曲面に対して回転自在に接触していることを特徴とする回路基板。
7. 回路基板に対する取り付け部と、
   前記回路基板が取り付けられ、凹曲面が形成された支持部を有する取り付け対象に支持される凸曲面を有する被支持部と、
   を備え、
   前記凸曲面および前記凹曲面は球面であり、前記凸曲面が前記凹曲面に対して回転自在に接触していることを特徴とする被支持部材。

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