WO2024105904A1 - 基板ジョイント機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、複数のプリント基板同士の接続方法・接続機構であって、コネクタ及び半田付けを必要としない方法・機構を提供することにある。 【解決手段】 この課題は、絶縁板及びその両面に装着された複数の金属箔帯からなる基板ジョイント機構であって、この基板ジョイント機構が、当該基板ジョイント機構の第一の端部に形成された複数の第一コネクタ部分、及び当該基板ジョイント機構の他方の端部に形成された複数の第二コネクタ部分を有し、第一および第二コネクタ部分が、オス側コネクタ部分、またはメス側コネクタ部分として形成されており、メス側コネクタ部分は、複数のスルーホール及びこれらスルーホールに設けられるスルーホールメッキから成り、オス側コネクタ部分は、当該基板ジョイント機構の延伸方向に延びる複数の突出部から形成されており、第一コネクタ部分と対応する第二コネクタ部分は金属箔帯により形成される導通部により接続されており、オス側コネクタ部分を形成する当該突出部のうち、最外縁部分に配置される2つの突出部が、当該突出部より内側に配置される突出部の方に向けられた爪部を有する基板ジョイント機構により解決される。

Description

基板ジョイント機構

　本発明は、絶縁板及びその両面に装着された複数の金属箔帯からなる基板ジョイント機構に関する。

　技術の高度化・複雑化にともない複数のプリント基板が用いられることが増えている。そのような複数のプリント基板は、互いに平行にまたは互いに垂直に配置されるが、お互いのプリント基板を接続するにはコネクタを用いるのが通常である。

用いられるコネクタは、通常、所定の基板スペースを必要とする。特に多数の端子（ピン）を有するコネクタは多くのスペースを必要とする。また、そのようなコネクタの製造自体にも多くの製造コストが必要となる。

更に、このようなコネクタとプリント基板を接続する際には、半田付けが必要となるが、半田付けを行うには金銭的コストとともに時間的コストが必要である。

そこでコネクタを必要せず、かつ半田付けの必要がないプリント基板の接続方法が求められる。

ここで特許文献１は、メインプリント配線板（１）に直立させたサブプリント配線板（２）を固定したプリント配線板を提案している。メインプリント配線板（１）とサブプリント配線板（２）の接続はコネクタを介さず行われるが、プリント配線板（１，２）同士の接続は半田付けによるものとなっている。

プリント配線基板に対する電子部品の接続方法のうち、半田付けを必要としないものとして、特許文献２のようにコンタクトピンを用いるものや、特許文献３のようなプレスフィット端子を用いるものが知られているが、いずれもコネクタに用いられる技術にすぎない。

特許第２５９２３６１号公報 特開２０１３ー１６３９４号公報 特開２０１４―４４９１３号公報

そこで本発明の課題は、複数のプリント基板同士の接続方法・接続機構であって、コネクタ及び半田付けを必要せず、プリント基板同士を立体的に接続可能とする方法・機構を提供することにある。

この課題は、絶縁板及びその両面に装着された複数の金属箔帯からなる基板ジョイント機構であって、この基板ジョイント機構が、当該基板ジョイント機構の第一の端部に形成された複数の第一コネクタ部分、及び当該基板ジョイント機構の他方の端部に形成された複数の第二コネクタ部分を有し、第一および第二コネクタ部分が、オス側コネクタ部分、またはメス側コネクタ部分として形成されており、メス側コネクタ部分は、複数のスルーホール及びこれらスルーホールに設けられるスルーホールメッキから成り、オス側コネクタ部分は、当該基板ジョイント機構の延伸方向に延びる複数の突出部から形成されており、第一コネクタ部分と対応する第二コネクタ部分は金属箔帯により形成される導通部により接続されており、オス側コネクタ部分を形成する当該突出部のうち、最外縁部分に配置される2つの突出部が、当該突出部より内側に配置される突出部の方に向けられた爪部を有する基板ジョイント機構により解決される。

有利には、オス側コネクタ部分を形成する複数の突出部の間に、ストッパ突起が形成されていることが考えられる。

スルーホールが長穴として形成されていると、更に有利である。

別の実施形では、長穴として形成されたスルーホールが形成される領域において、金属箔帯が分断されていることも可能である。

そして本発明にかかる基板ジョイント機構は、絶縁体及びその両面に装着された金属箔からなる素材を所定のパネル寸法に切断するステップ、切断されたパネル部材に複数の突出部、及び複数のスルーホールを形成するステップ、当該スルーホール内面にメッキ処理を施し、スルーホールメッキを形成するステップ、対応する突出部とスルーホールを金属箔帯で接続するステップを含む製造方法により製造されることが可能である。

本発明にかかる基板ジョイント機構の全体図 本発明にかかる基板ジョイント機構を複数組み合わせた状態の図 オス側コネクタ部分に設けられる爪部の実施例 オス側コネクタ部分に設けられるストッパ突起の図 メス側コネクタ部分のスルーホール領域での金属箔帯の切断の図 中間端子機構の数量を変更した実施形の図 ９つの端子機構を有する基板ジョイント機構の図 本発明に係る基板ジョイント機構の使用状態の図 本発明に係る基板ジョイント機構の別の使用状態の図 プリント基板の製作過程において発生する捨て基板の図 メス側コネクタ部分の実施形の図 コネクタピンの実施形の図 基板ジョイント機構をコネクタを介してプリント基板に挿入する様子の図 基板ジョイント機構をコネクタを介してプリント基板に挿入する様子の図 本発明に係る基板ジョイント機構の別の実施形（LEDキューブ）の図 本発明に係る基板ジョイント機構の別の実施形（LEDキューブ）の図 LEDキューブの分解図 LEDキューブの構成要素の図 LEDキューブの発光状態の図

以下に本発明を添付の図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明にかかる基板ジョイント機構１の一つの実施形の全体図を示す。図１に示されるように、本発明にかかる基板ジョイント機構１は、絶縁板２及びその両面に装着された複数の金属箔帯３から形成されている。金属箔は、例えば銅箔であることが可能である。金属箔帯３は、絶縁板２の表面、裏面において互いに対応する位置に設けられている。この実施例では、表面、裏面に各３本の金属箔帯３が設けられている。

当該基板ジョイント機構１には、図１で見て上側にメス側コネクタ部分４、そして下側にはオス側コネクタ部分５が形成されている。メス側コネクタ部分４は、絶縁板２及びその両面に設けられる金属箔帯３を貫通して形成されるスルーホール６により形成されている。このスルーホール６は、この実施例においては長穴として形成されている。長穴の内部はメッキ処理されており、基板ジョイント機構１の表面の金属箔帯３、裏面の金属箔帯３、及びスルーホール６に挿入されるオス側コネクタ部分５の金属箔帯３との導電性を確保するよう構成されている。

オス側コネクタ部分５は、複数の突出部７から形成されている。この実施例においては、合計３つの突出部７によりオス側コネクタ部分５が形成されている。各オス側コネクタ部分５と対応するメス側コネクタ部分４は、各金属箔帯３により接続されている。金属箔帯３による接続は絶縁板２の表面・裏面、両方の面において行われている。これにより各オス側コネクタ部分５、対応するメス側コネクタ部分４、金属箔帯３は、いわば一つの端子構造（ピン構造）を構成することとなる。

各突出部７は、基本的に同形状・同寸法に形成されている。更に、図１における左右外側の突出部７（最外縁部分に配置される突出部７）は爪部８を有しているのが見て取れる。この爪部は、最外縁部分に配置される突出部７から、その内側に配置される突出部７の方に向けられて形成されている。この爪部によってメス側コネクタ部分４（スルーホール６）との係合性が高められ、オス側コネクタ部分５がメス側コネクタ部分４より脱落することが防止される。

絶縁板２とその両面に設けられる金属箔帯３の合計の厚さ（仕上板厚）は、メス側コネクタ部分４のスルーホール６及びこれに設けられるスルーホールメッキを施された後の仕上寸法を考慮し、両コネクタ部分の結合性、導通性を確保するよう構成されている。このような構成と、スルーホール６が長穴として形成されていることの結果として、オス側コネクタ部分５及びメス側コネクタ部分４がいわば「面」で接触することとなり、導通接続性の向上・安定化が図られる。

図２は、このような基板ジョイント機構１を複数組み合わせた状態の図を示す。図２の左側の図（図２a）には、２つの基板ジョイント機構１が組み合わされた状態、中央の図（図２ｂ）には、３つの基板ジョイント機構１が組み合わされた状態、そして右側の図（図２ｃ）には、３つの基板ジョイント機構１が組み合わされた別の状態が表されている。いずれの図においても、一つの基板ジョイント機構１のメス側コネクタ部分４に、他の基板ジョイント機構１のオス側コネクタ部分５が挿入されているのが見て取れる。このように、本発明にかかる基板ジョイント機構１は複数接続する、つまり接続を多段式に実施することが可能である。これによって、直角・並行など多様に配置される可能性がある複数のプリント基板を柔軟に接続することが可能となる。

図２に見て取れるように、各基板ジョイント機構１同士の接続は、半田付けを用いることなく可能である。上述した通りのオス側コネクタ部分５及びメス側コネクタ部分４の構成によって、半田付けをせずとも導通性は確保されている。

もちろん、オス側コネクタ部分５とメス側コネクタ部分４を半田付けし、互いに導通させることも考えられる。

図３は、オス側コネクタ部分５、より具体的には最外縁部分に配置される突出部７に設けられる爪部８の別の実施形を示す。図３の左側には図１の実施形における爪部８、右側には、別の実施形に従う爪部８が表されている。図３a、図１の実施形では爪部８は、図１の上側の辺と下側の辺がほぼ同じ長さに形成されている。図３ｂの実施形においては、これら両辺が異なる長さに形成されている。結果、爪部８上部の角度α、βは異なる。図３ｂの実施形における爪部８の角度βが、図１、図３aにおける角度αより小さく形成されていることにより、オス側コネクタ部分５の突出部７のメス側コネクタ部分４のスルーホール６に対する係合性がより高められる。オス側コネクタ部分５とメス側コネクタ部分４の係合性を考慮し、爪部８を他の形状とすることももちろん考えられる。

図４に見て取れるように、オス側コネクタ部分５の各突出部７の間、より具体的には各金属箔帯３の間の絶縁板２部分にストッパ突起９を設けることも可能である。これにより、当該基板ジョイント機構１のオス側コネクタ部分５をメス側コネクタ部分４に挿入した際の、基板ジョイント機構１同士の位置関係の調整が図られる。

図５は、メス側コネクタ部分４に対する別の可能性を表す。図５に示されるように、金属箔帯３のスルーホール６両側の部分を例えばドリル等により削除することによって、スルーホール６の上側に位置する金属箔帯３と下側に位置する金属箔帯３を互いに分断することが考えられる。これによって、金属箔帯３のスルーホール６上側の部分と下側の部分の間の導通が分断される。つまりこのスルーホール６に挿入される基板ジョイント機構１オス側コネクタ部分５の表面、裏面をそれぞれ別系統の端子・電極として機能させることが可能となる。結果、１つの端子（一つの突出部７）に２端子分の機能・役割を担わせることが可能となり、いわば「多ピン構造化」が可能となる。

図６に示すように、最外縁部に配置される端子構造以外の端子構造（中間端子構造）の数量を増加させることにより、全体の端子数（ピン数）を増加させることが可能である。図６には、合計９つの端子構造を有する実施形が実現される様子が表されている。

図７は、本発明にかかる基板ジョイント機構１の別の実施形を示す。この実施形においては、９端子構造（９ピン構造）が実現されている。この実施形における各基板ジョイント機構１も、図２の実施形においてと同様、互いに組み合わされて使用されることが可能である。

本発明にかかる基板ジョイント機構１は、互いに組み合わされて使用されるだけでなく、通常のプリント基板にメス側コネクタ部分４及び／又はオス側コネクタ部分５を設け、これと組み合わせて使用されることも可能である。この場合、本発明にかかる基板ジョイント機構１は、いわばコネクタの代替として機能することとなる。

例えば図８の例では、通常のプリント基板１０にはメス側コネクタ部分４を設けられている。このメス側コネクタ部分４に、本発明に係る基板ジョイント機構１のオス側コネクタ部分５が挿入されているのが見てとれる。そして基板ジョイント機構１のメス側コネクタ部分５にはケーブル１２が接続されている。これによって本発明に係る基板ジョイント機構１がコネクタの代替として機能している。ケーブル１２の先には、ICチップ１１への書込みを行うためのPC等が接続されていることが考えられる。

また、別の実施形では、本発明に係る基板ジョイント機構１は、両側をオス側コネクタ部分５として、またはメス側コネクタ部分４として形成することも考えられる。例えば図９には、両側をオス側コネクタ部分５として形成した基板ジョイント機構１により、２つのプリント基板１０、１０‘が接続される様子が示されている。プリント基板１０、１０’には、本発明に係るメス側コネクタ部分がそれぞれ設けられている。これによって、2つのプリント基板１０、１０‘を、半田付けを用いることなく容易に接続することが可能となる。

最後に当該基板ジョイント機構１の製造方法を説明する。この基板ジョイント機構１は、基本的に通常のプリント配線基板（両面基板）と同様・類似の方法で製造することが可能である。

本発明にかかる基板ジョイント機構１の製造方法は、少なくとも以下のステップを含んでいる。（１）パネル切断ステップ、（２）スルーホール６、突出部７形成ステップ、（３）スルーホールメッキステップ、（４）金属箔帯形成ステップ。

パネル切断ステップにおいては、素材が所定のパネル寸法に切断される。素材は、両面基板用の銅張積層板が使用されることが可能である。

次に、切断された素材に穴あけ・加工が行われスルーホール６・突出部７が形成される。これにより本発明にかかる基板ジョイント機構１の各端子機構の基本的構成が形成される。この段階では、金属箔帯は未だ形成されていない。

次に、スルーホール６に対してメッキ処理が行われる。これによって表面の金属箔と、裏面の金属箔を電気的に接続される。

最後に、金属箔帯が形成される。金属箔帯の形成は通常のパターン形成工程に従い行われることが可能である。すなわち、この工程は、エッチングレジストのラミネート、パターン焼付け、パターン以外の不要部分の除去・パターン形成用レジストの形成、エッチング工程（パターン以外の部分の金属箔の除去）、レジストの剥離等の工程を含んでいる。

本発明にかかる基板ジョイント機構１は、通常のプリント基板と同様の素材から製造することが可能であるので、素材上におけるレイアウトを適切に検討することにより、一つの素材からプリント基板と本発明にかかる基板ジョイント機構１を同時に製造することが可能となる。これにより製造コストは大幅に削減されることが可能である。

例えば、図１０に見て取れるように、プリント基板の通常の製作過程においては、捨て基板と呼ばれる部分が生ずる。図１０においては、符号２０を付された部分が捨て部分である。本発明に係るジョイント基板は、上述したとおり通常のプリント基板と同様の素材から、この捨て部分を活用して製造することが可能である。これは部品等のコスト削減、現在さまざまな分野で取組みが行われているSDGｓ、ゼロエミッション等の課題を解決することに通ずる。

図１１は、本発明に係るジョイント基板におけるメス側コネクタ部分４の別の実施例を示す。メス側コネクタ部分４は、これまで上述の例で示してきたように、ジョイント基板の長手方向に対して直行する方向に設けられるだけでなく、この図（図１１）に示されるように、ジョイント基板の長手方向に対して確度を有して（例えば４５度の角度で）、設けられることが可能である。

更に、図１１（右図）に見て取れるように、メス側コネクタ部分４は、同一領域に複数設けられていることも可能である。例えば、図１１の右図に示すように、メス側コネクタ部分４は、交差して（クロスして）、X字状に設けられていることも可能である。これにより、本発明にかかるジョイント基板による３次元空間内における基板レイアウトの自由度がさらに向上する。

図１２は、本発明にかかるジョイント基板のオス側コネクタ部分３の別の実施形を示す。オス側コネクタ部分３は、図１や図６の例においては、当該図１２の左図に示されるように、いずれのコネクタピンも同じ長さに形成されていた。図１２の右図に示されるオス側コネクタ部分３は、中央に配置される２本のコネクタピンが、両側（最外部）に配置される２本のコネクタピンよりも短く形成されている。これによって、内側に配置されるコネクタピンは、より図１２の左側に示される実施に比べて折れたり破損したりしにくくなる。

図１３は、本発明にかかるジョイント基板の使用例を示す。図１３に示される通り、プリント基板に、適切にメス側コネクタ部分を設けることによって、またはオス側コネクタ部分を通常のコネクタのメス側コネクタ部分に適合するよう設けることによって、本発明にかかるジョイント基板は、そのオス側コネクタ部分をプリント基板のメス側コネクタ部分に直接挿入することも可能であり（図の左側）、又は、コネクタ等を介してプリント基板に挿入・接続することも可能である（図の右側）よう構成されていることが可能である。

コネクタを介してプリント基板に挿入・接続する場合、図１４の左側の図のように、プリント基板と本発明にかかるジョイント基板が並行に延びるよう構成することも可能であるし、図１４の右側の図のようにプリント基板に対してジョイント基板が垂直方向に延びるよう構成されていることも可能である。

更に、図１５に基づき、本発明に係る基板ジョイント機構のさらなる発展形を示す。図１５に示されるように、本発明にかかる基板ジョイント機構は、多数の端部を有し、それら端部にオス型コネクタ部分、メス型コネクタ部分が形成される構造を有することが可能である。各端部に形成されるオス型コネクタ部分、メス型コネクタ部分の各端子は通常のプリント基板技術によって適切に接続されることができる。図１０の例では、複数のLED発行体が当該プリント基板技術によって格子状構造に形成された本発明に係る基板ジョイント機構の上に載せられ、いわばひとつのLEDキューブを形成している。

このようなLEDキューブは、空間図形の理解を促す教具として用いられることが可能である。本発明にかかるLEDキューブを用いることで図形認知能力・空間認知能力の向上が見込まれる。

近年、念頭操作を行うことに困難を感じる子供、見取り図を確実に理解することができない子供が増えている。そのような子供たちは、立体の中に新たな面を形成した際などに、その形を念頭上で想像できない、直感的な見方から論理的な考え方への移行ができない等の問題を抱え、特に空間図形においては、それらの問題点が顕著に現れる。

本発明にかかかる、このようなLEDキューブを用いることで、子供たちは見取り図と実際の立体の認識の違いをわかるようになることが見込まれる。立体の内部の構造が透けて見えるため、対角線やねじれの関係にある線分の理解を促しやすいからである。また見た目が印象的であるため子供たちの学習意欲の向上が見込まれる。

図１６は、図１５に表されたLEDキューブを別の角度から見た図である。４本の柱状ジョイント基板と、これら４本の柱状ジョイント基板により接続・支持される５枚の格子状ジョイント基板が見て取れる。LEDキューブの最底部には、LEDの発行を制御する制御機構を備える制御用プリント基板が見て取れる。

図１７は、図１６のLEDキューブを各構成部材に分解した図である。この図により、４本の柱状ジョイント基板、５枚の格子状ジョイント基板、制御用プリント基板を、より明確に見て取ることができる。

図１８は、図１７に表された柱状ジョイント基板、格子状ジョイント基板、制御用プリント基板の詳細の図である。図の左側に、各基板の表側の面（一方の面）、図の右側には裏側の面（他方の面）が表されている。格子状ジョイント基板の表側の面にはLEDが、裏側の面にはコンデンサが配置されているのが見て取ることが可能である。格子状ジョイント基板の裏側の面にLEDを設けることももちろん可能である。

図１９は、このような構成部材から構成されるLEDキューブに通電し、LEDを発光させた状態の図である。
 
 

　１　　基板ジョイント機構
　２　　絶縁板
　３　　金属箔帯
　４　　メス側コネクタ部分
　５　　オス側コネクタ部分
　６　　スルーホール
　７　　突出部
　８　　爪部
　９　　ストッパ突起
１０、１０‘  プリント基板
１１　　ICチップ
１２　　ケーブル
２０　　捨て基板部分
 

Claims (8)

1. 絶縁板及びその両面に装着された複数の金属箔帯からなる基板ジョイント機構であって、この基板ジョイント機構が、当該基板ジョイント機構の第一の端部に形成された複数の第一コネクタ部分、及び当該基板ジョイント機構の他方の端部に形成された複数の第二コネクタ部分を有し、第一および第二コネクタ部分が、オス側コネクタ部分、またはメス側コネクタ部分として形成されており、メス側コネクタ部分は、複数のスルーホール及びこれらスルーホールに設けられるスルーホールメッキから成り、オス側コネクタ部分は、当該基板ジョイント機構の延伸方向に延びる複数の突出部から形成されており、第一コネクタ部分と対応する第二コネクタ部分は金属箔帯により形成される導通部により接続されており、オス側コネクタ部分を形成する当該突出部のうち、最外縁部分に配置される2つの突出部が、当該突出部より内側に配置される突出部の方に向けられた爪部を有することを特徴とする基板ジョイント機構。
2. オス側コネクタ部分を形成する複数の突出部の間に、ストッパ突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板ジョイント機構。
3. スルーホールが長穴として形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ジョイント機構。
4. 長穴として形成されたスルーホールが形成される領域において、金属箔帯が分断されていることを特徴とする請求項３に記載の基板ジョイント機構。
5. 絶縁体及びその両面に装着された金属箔からなる素材を所定のパネル寸法に切断するステップ、
   切断されたパネル部材に複数の突出部、及び複数のスルーホールを形成するステップ、
   当該スルーホール内面にメッキ処理を施し、スルーホールメッキを形成するステップ、
   対応する突出部とスルーホールを金属箔帯で接続するステップを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板ジョイント機構の製造方法。
6. メス側コネクタ部分が、基板ジョイント機構の長手方向に対して角度を有して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ジョイント機構。
7. メス側コネクタ部分が、同一領域に複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の基板ジョイント機構。
8. 中央に配置されるコネクタピンの長さが、最外部に配置されるコネクタピンの長さよりも、短く構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ジョイント機構。