JP5141917B2

JP5141917B2 - 実装基板

Info

Publication number: JP5141917B2
Application number: JP2009151511A
Authority: JP
Inventors: 秀紀後藤
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: WO2010150329A1; JP2011009072A; US9040844B2; CN102089934A; US20110192641A1

Description

本発明は、端子を半田付けによってプリント基板に実装した実装基板に関するものである。

従来から、端子を備えたヒューズやリレー，コネクタ等の電気部品と接続される端子を、プリント基板に実装して、電気部品を電気的に接続する実装基板が知られており、例えば、自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）等への適用が検討されている。なお、特許文献１〜４等に示されているのが、それである。

ところで、プリント基板に対して電気部品を接続するための端子を実装する手段としては、従来から半田付けによる固定が一般的に採用されている。即ち、先ず、プリント基板における端子の実装箇所に板厚方向で貫通する挿通孔を形成して、その挿通孔に対して端子を挿通させる。次に、挿通された端子の先端部分を半田付けすることにより、実装基板を形成する。

このような半田付けによる端子の実装では、半田付けの前に、端子をプリント基板上で位置決めする必要がある。しかしながら、多数の端子が実装される実装基板では、各端子をプリント基板上に位置決めして配設する作業が煩雑になるという問題がある。

また、実装基板を製造する際、半田付け工程では、端子をプリント基板上の所定位置に確実に取り付けるために、端子を予め位置決め保持しておく必要がある。そこで、従来では、単一又は複数の端子を一つの端子支持用の台座に固定し、その台座を治具で保持して、プリント基板上の実装位置に位置決めしている。

しかし、複数の台座をそれぞれプリント基板に対して位置決めする必要があることから、それら複数の台座を所定位置に配置する作業には多くの手間が必要となる。加えて、互いに独立した部品として複数の台座が形成されると、製造時に取り扱う部品の点数が多くなって、部品の管理や組付作業が複雑になるという問題もあった。

特開２００８−３５６６９号公報特開２００２−２７０９８６号公報特開２００３−２１７４３７号公報特開平１０−１０６６５３号公報

本発明は、上述の如き事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、端子が装着された複数の端子支持用台座をプリント基板上に効率よく配置することが出来て、各端子を所定の位置に精度良く実装することが出来る、新規な構造の実装基板を提供することにある。

本発明の第一の態様は、端子の先端部分がプリント基板に形成された挿通孔に挿通されて半田付けされることにより、複数の前記端子が前記プリント基板に実装された実装基板において、前記端子を支持する複数の台座が、前記プリント基板の一方の面において、互いに異なる所定位置に相互に離隔して配設されている一方、前記複数の台座が変形可能な連結部を介して連結されるように、前記複数の台座と前記連結部が合成樹脂材料により一体成形されていると共に、該連結部によって前記複数の台座間での相対変位が許容されていることを特徴とする。

第一の態様によれば、複数の台座が連結部によって相互に連結されて一体化されていることから、それら複数の台座がプリント基板に対して一括して位置決めされる。それ故、端子を支持する各台座のプリント基板に対する位置決め作業が簡便となると共に、位置決め用治具の点数を減らすことも出来る。しかも、複数の台座が一体化されることにより、実装基板の組立て作業において複数の台座の取扱いが簡素化されて作業性が向上する。更に、複数の台座が連結部によって連結されて一体化されていることにより、台座部品の管理が容易となって、紛失が防止されると共に、輸送時における車両への積込み及び荷降ろしの作業が簡単になる。

加えて、複数の台座が連結部によって連結されていることから、それら台座の間において連結部を外れた部分には充分な隙間が形成されている。それ故、端子をプリント基板に半田付けする作業時に、半田付けによって接着される部分を前記隙間を通じて視認することが出来て、確実な半田付け作業による品質の安定化が図られる。

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載のものにおいて、前記連結部が屈曲部を有しているものである。

第二の態様によれば、連結部が少なくとも一つの屈曲部を含んでいることにより、台座間において連結部が変形し易くなって、台座の相対的な変位がより有利に許容される。

本発明の第三の態様は、第二の態様に記載のものにおいて、前記屈曲部の内周面と外周面が何れも滑らかな湾曲面で構成されているものである。

第三の態様によれば、成形用金型に形成材料を充填して台座及び連結部を一体形成する際に、屈曲部において形成材料が停滞して空隙を生じる等の成形不良を回避することが出来る。その結果、実装基板の不良率が低減されて、コストの削減や生産効率の向上が実現される。

本発明によれば、複数の台座を連結部によって連結一体化することにより、実装基板の製造工程において台座の取扱いを改善して生産性の向上が図られると共に、台座が一括してプリント基板に位置決めされて位置決め工程の数を減らすことが出来る。しかも、位置決めに用いられる治具の点数を減らすことが出来る。

本発明の第一の実施形態としての実装基板の平面図。図１に示された実装基板の右側面図。図１に示された実装基板の正面図。図１のＩＶ−ＩＶ断面図。本発明の第二の実施形態としての実装基板の平面側斜視図。図５に示された実装基板を構成する絶縁板の底面側斜視図。本発明の別の一実施形態としての実装基板の正面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜４には、本発明の第一の実施形態としての実装基板１０が示されている。実装基板１０は、プリント基板１２と、プリント基板１２に取り付けられる端子としての端子金具１４と、端子金具１４を支持する台座プレート１６とを、有している。なお、以下の説明においては、原則として、上下方向とは図１中の上下方向を、左右方向とは図１中の左右方向を、鉛直方向とは図２中の上下方向を、それぞれ言う。

プリント基板１２は、硬質の合成樹脂等で形成された絶縁基板上に、銅合金等の導電材料による電気回路をプリント配線した基板である。また、プリント基板１２には、板厚方向に貫通する挿通孔としてのスルーホール１８が複数貫設されている。なお、プリント基板１２用の絶縁基板は、エポキシ樹脂をガラス繊維で補強した合成樹脂材料によって形成されており、プリント基板１２が充分な耐熱性を有している。

プリント基板１２には、端子金具１４が立設されている。端子金具１４は、銅合金等の導電性金属材料で形成された或いは銅合金等によるメッキ加工を施された矩形ロッド形状の金具であって、鉛直方向で直線的に延びている。そして、端子金具１４の下端部がプリント基板１２のスルーホール１８に挿通されて半田付けされることにより、端子金具１４がプリント基板１２に固定されると共に、プリント基板１２上のプリント配線に対して電気的に接続される。

端子金具１４は、台座プレート１６によって支持されている。台座プレート１６は、複数の台座２０を連結部２２で連結した構造とされており、硬質の合成樹脂材料で形成されている。台座２０は、略矩形ブロック形状であって、平面視の四隅から鉛直下向きに突出する支持脚部２４を一体的に備えている。また、台座２０を鉛直方向に貫通する複数の貫通孔に対してそれぞれ端子金具１４が嵌入されており、複数の端子金具１４が台座２０で支持されることにより、それら端子金具１４と台座２０によってコネクタ２６が形成される。なお、台座プレート１６は、５つの台座２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを有している。

台座２０は、連結部２２によって相互に連結されている。連結部２２は、略一定の断面形状で延びる長手状とされており、その両端部がそれぞれ異なる台座２０と一体的に形成されることによって、それら台座２０が連結部２２で連結されている。また、連結部２２は、長さに対して断面積が充分に小さくされていることから、台座２０に比べて剛性が低く設定されており、台座２０の相対的な変位が連結部２２の変形によって許容されるようになっている。以下、連結部２２ａ〜ｆについてそれぞれ詳述する。

連結部２２ａは、平面視で略クランク形状とされており、平面視で四半円弧状とされた屈曲部２８ａと屈曲部２８ｂが図１中の左右に延びる直線部分によって直列的に連結された構造を含んでいる。そして、屈曲部２８ａが図１中の上下に延びる直線部分を介して台座２０ａに連結されていると共に、屈曲部２８ｂが図１中の上下に延びる直線部分を介して台座２０ｂに連結されている。これにより、コネクタ２６ａとコネクタ２６ｂが連結部２２ａを介して連結されている。

連結部２２ｂは、連結部２２ａと同様に平面視で略クランク形状とされており、平面視で四半円弧状とされた屈曲部２８ｃと屈曲部２８ｄが図１中の左右に延びる直線部分によって直列的に連結された構造を含んでいる。そして、屈曲部２８ｃが図１中の上下に延びる直線部分を介して台座２０ｂに連結されていると共に、屈曲部２８ｄが図１中の上下に延びる直線部分を介して台座２０ｃに連結されている。これにより、コネクタ２６ｂとコネクタ２６ｃが連結部２２ｂを介して連結されている。

連結部２２ｃは、平面視で略鉤形とされており、その長さ方向中間部分に四半円弧状の屈曲部２８ｅが設けられている。そして、屈曲部２８ｅの両端部が図１中の左右又は上下に延びる直線部分を介して台座２０ａと台座２０ｄに連結されている。これにより、コネクタ２６ａとコネクタ２６ｄが連結部２２ｃを介して連結されている。

連結部２２ｄは、平面視でそれぞれ四半円弧状とされた屈曲部２８ｆと屈曲部２８ｇと屈曲部２８ｈとを有しており、屈曲部２８ｆと屈曲部２８ｇが図１中の左右に延びる直線部分を介して連結されていると共に、屈曲部２８ｇと屈曲部２８ｈが図１中の上下に延びる直線部分を介して連結されている。そして、屈曲部２８ｆが直線部分を介して台座２０ｄに連結されていると共に、屈曲部２８ｈが直線部分を介して台座２０ｅに連結されている。これにより、コネクタ２６ｄとコネクタ２６ｅが連結部２２ｄを介して連結されている。

連結部２２ｅは、図１に示すように平面視で直線的に延びていると共に、その長さ方向中間部分には、図３に示すように正面視で下方に向かって凸となる半円弧状の屈曲部２８ｉと四半円弧状の屈曲部２８ｊ及び屈曲部２８ｋが設けられている。そして、屈曲部２８ｉの両端部が傾斜して延びる直線部分を介して屈曲部２８ｊと屈曲部２８ｋの各一方に連結されており、更に屈曲部２８ｊが水平方向に延びる直線部分を介して台座２０ｂに連結されていると共に、屈曲部２８ｋが水平方向に延びる直線部分を介して台座２０ｄに連結されている。これにより、コネクタ２６ｂとコネクタ２６ｄが連結部２２ｅを介して連結されている。

連結部２２ｆは、連結部２２ｅと実質的に同一の構造とされており、その長さ方向中間部分に正面視で半円弧状の屈曲部２８ｌと四半円弧状の屈曲部２８ｍ及び屈曲部２８ｎが設けられている。そして、屈曲部２８ｌの両端部が屈曲部２８ｍと屈曲部２８ｎの各一方に連結されており、更に屈曲部２８ｍが台座２０ｃに連結されていると共に、屈曲部２８ｎが台座２０ｅに連結されている。これにより、コネクタ２６ｃとコネクタ２６ｅが連結部２２ｆを介して連結されている。

なお、各屈曲部２８は、何れもその内周面と外周面の両方が湾曲面とされており、特に各屈曲部２８が略一定の断面積で湾曲しながら延びる円弧状とされている。更に、連結部２２では、各直線部分が屈曲部２８ａ〜ｎの端部における接線方向に延びており、屈曲部２８と直線部分との境界部分が折れ点をもたない滑らかな形状とされている。

また、連結部２２はそれぞれ１０ｍｍ以上の長さで形成されていることが望ましい。更に、連結部２２は１ｍｍ×２ｍｍの長方形断面とされており、長さ方向の全体に亘って台座２０よりも狭幅且つ薄肉とされていると共に、連結部２２の断面積（Ａ）と長さ（Ｌ）との比（Ａ／Ｌ）が充分に小さくなっている。これら好適な数値の設定によって、連結部２２が充分に変形を生じ易くなっており、端子金具１４への小さな力の作用に対しても、台座２０が速やかに相対変位するようになっている。

このような構造とされた台座プレート１６は、プリント基板１２の一方の面上に重ね合わされて位置決め固定されるようになっており、それによって実装基板１０が形成されるようになっている。即ち、先ず、プリント基板１２と端子金具１４とを準備すると共に、台座２０と連結部２２を合成樹脂材料で一体成形して台座プレート１６を準備する。次に、台座プレート１６の台座２０に対してそれぞれ端子金具１４を植設してコネクタ２６を形成する。そして、端子金具１４を取り付けられた台座プレート１６をプリント基板１２上に重ね合わせて位置合わせすると共に、端子金具１４をプリント基板１２のスルーホール１８に挿通させた状態で、図示しない位置決め用治具によって台座プレート１６をプリント基板１２に対して位置決め保持させる。

さらに、プリント基板１２と台座プレート１６を治具によって固定した状態で、端子金具１４の下端部をプリント基板１２に対して半田付けする。より詳細には、先ず、スルーホール１８から下方に突出した端子金具１４の下端部及びスルーホール１８の下側開口周縁部であるランド部を予め加熱すると共に、それら端子金具１４とランド部にフラックスを塗布する。その後、端子金具１４の下端部を半田槽に貯められた溶融半田に漬すことにより、毛管現象等に基づいて溶融半田がスルーホール１８と端子金具１４の間に入り込む。そして、スルーホール１８内への半田上がりが充分であることを台座プレート１６の隙間を通じて目視で確認することにより、半田付け工程を完了する。以上により、端子金具１４が、プリント基板１２に固定されると共に、プリント基板１２表面のプリント配線に対して電気的に接続されて、実装基板１０が形成される。

このような構造の実装基板１０によれば、複数の台座２０ａ〜ｅが連結部２２ａ〜ｆによって一体的に連結されていることから、台座プレート１６全体を位置決めするための位置決め用治具によって、それら複数の台座２０ａ〜ｅを一括して位置決めすることが出来る。それ故、位置決め用治具の点数を大幅に減らすことが可能となる。

また、複数の台座２０を連結する連結部２２が小さな幅寸法で形成されていることにより、台座プレート１６がプリント基板１２上に配設される際に、台座２０間の隙間を通じて台座プレート１６の上方からプリント基板１２を目視することが出来る。それ故、台座プレート１６がプリント基板１２に対して目視により容易に位置決めされる。

加えて、台座２０間の隙間からスルーホール１８を目視できることから、端子金具１４のプリント基板１２への半田付けに際して、スルーホール１８内への半田上がりを容易に視認することが出来る。それ故、端子金具１４がプリント基板１２に対して確実に半田付けされて、実装不良による不具合が回避される。

また、台座２０を連結する連結部２２が、充分に小さい断面積で形成されていると共に、何れも中間部分に屈曲部２８を有していることにより、連結部２２における台座２０の対向方向での剛性が低減されている。これにより、連結部２２が変形し易くなっており、各台座２０の相対的な位置が連結部２２の変形によって容易に変化させられるようになっている。それ故、端子金具１４を半田付けする際の熱に起因するプリント基板１２の膨張と収縮によって、プリント基板１２上において台座２０の装着位置が変化する場合にも、台座プレート１６における台座２０がプリント基板１２の変形に追随して変位することにより、端子金具１４及び台座２０で構成されたコネクタ２６がプリント基板１２上の所定位置に実装されると共に、半田に過大な応力が及ぼされることによる半田クラックの発生が回避される。

また、連結部２２における屈曲部２８が何れも平面視で円弧形状とされていると共に、その内周面と外周面の両方が滑らかに曲がって周方向に広がる湾曲面で構成されている。それ故、台座プレート１６を形成する際に、成形用金型のキャビティにおいて連結部２２に対応する部分にも合成樹脂材料が空隙無くスムーズに充填されて、所定形状の連結部２２を備えた台座プレート１６が成形不良を生じることなく安定して形成される。

また、位置決め用治具で台座プレート１６をプリント基板１２に対して位置決め支持させることにより、端子金具１４が位置決め用治具に接触することなくプリント基板１２に対して位置決めされるようになっている。それ故、位置決め用治具で端子金具１４を直接的に支持する場合に比して、位置決め用治具に付着したフラックス等の異物が端子金具１４に付くのを防ぐことが出来る。

図５には、本発明の第二の実施形態としての実装基板３０が示されている。実装基板３０は、プリント基板１２と台座プレート１６の上方から絶縁板３２が重ね合わされた構造を有している。なお、以下の説明において、前記第一の実施形態と実質的に同一の部材及び部位については、図中に同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

絶縁板３２は、合成樹脂等の電気絶縁性を有する材料で形成された略板状の部材であって、台座プレート１６上において台座２０を外れた部分で連結部２２を跨いで広がる平面形状を呈している。また、絶縁板３２の外周縁部には、厚さ方向両側に突出する補強リブ３４が一体形成されている。更に、絶縁板３２の底面には、図６に示されているように、それぞれ略円柱形状を有する複数の支持柱３６が一体形成されて下方（プリント基板１２側）に突出している。また、絶縁板３２の上面には、導電性金属材料で形成された板状のバスバー３８が配策されている。

また、絶縁板３２において、プリント基板１２への重ね合わせ状態下で連結部２２上を跨ぐ部分には、収容凹溝４０が形成されている。収容凹溝４０は、各連結部２２の形状に応じて延びており、全長に亘って絶縁板３２の下面に開口していると共に、両端部が絶縁板３２の側面に開口している。なお、収容凹溝４０は、連結部２２に対応する形状とされているが、連結部２２との間に多少のクリアランスを形成し得る寸法で設けられている。これにより、連結部２２の収容凹溝４０への収容が容易に為され得る。

そして、絶縁板３２は、図５に示されているように、プリント基板１２上に台座プレート１６が配設された後、台座プレート１６の上方から重ね合わされて、支持柱３６のプリント基板１２表面への当接によって支持される。また、台座プレート１６の連結部２２が、絶縁板３２の収容凹溝４０に収容される。

このような実装基板３０では、プリント基板１２上に絶縁板３２が重ね合わされていることにより、絶縁板３２の表面がバスバー３８を含む電気回路の配策スペースとして利用され得る。それ故、台座プレート１６を外れた部分にもバスバー３８等を配策することが可能となって、バスバー３８（電気回路）や他の部材をより高い設計自由度で配置することが出来る。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、連結部の具体的な構造として、図７に示された連結部２２ｇ等を採用しても良い。即ち、連結部２２ｇは、それぞれ正面視で四半円形状とされた屈曲部２８ｏと屈曲部２８ｐと屈曲部２８ｑと屈曲部２８ｒとを含んでいる。そして、屈曲部２８ｏと屈曲部２８ｑ及び屈曲部２８ｐと屈曲部２８ｒがそれぞれ鉛直方向に延びる直線部分で連結されていると共に、屈曲部２８ｏと屈曲部２８ｐが水平方向に延びる直線部分で連結されており、連結部２２ｇが全体として下方に凸となる形状で形成されている。更に、屈曲部２８ｑが台座２０ｃに連結されていると共に、屈曲部２８ｒが台座２０ｅに連結されていることにより、コネクタ２６ｃとコネクタ２６ｅが連結部２２ｇで連結されている。このように、連結部は、長さ方向の少なくとも一部に屈曲部を備えていれば良く、断面を含む各形状は特に限定されるものではない。

また、二つの台座の間に複数の連結部が設けられていても良い。具体的には、例えば、平面視長方形とされた台座を長軸方向に挟んだ両側において、短軸方向の両端から延び出す一対の連結部がそれぞれ設けられて、台座が長軸回りで捩れ変位するのを防ぐことが出来る。

また、屈曲部は、必ずしもプリント基板の面方向又は厚さ方向で曲がるものに限定されず、例えばプリント基板の面方向又は厚さ方向に対して傾斜した方向で曲がるもの等も含まれる。また、屈曲部は、その全体が湾曲部で構成されていても良いし、湾曲部と直線部を組み合わせた構造とされていても良い。更に、屈曲部は、湾曲形状に限定されるものではなく、例えば相対的に傾斜して異なる方向に延びる二つの直線部を直列的に連結したＶ字状等、折れ点をもって屈折する構造であっても良い。更にまた、一つの連結部に複数の屈曲部を設けることも出来る。更に、連結部は長手方向中間部分において分岐する構造とされていても良い。

また、連結部が、台座間での相対変位が予想される方向に対して傾斜又は直交する方向で直線的に延びるように形成されることによっても、連結部に作用する力の少なくとも一部が剪断成分として及ぼされることから、連結部が容易に変形する。その結果、相対変位に起因する外力が半田に伝達されるのを防いで、半田クラックの発生を回避することが出来る。

また、台座に支持される端子はコネクタ用の接続端子の他、ヒューズやリレーの端子であっても良い。この場合、ヒューズやリレーの端子の半田付け部をストレート化することが出来て、半田付け時に用いられる治具の簡素化が一層有利に図られる。また、台座の形状や端子金具の数等は、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、台座は平面視で正方形や長円形等を呈していても良いし、一つの台座によって一つの端子金具が支持されていても良い。

１０，３０：実装基板、１２：プリント基板、１４：端子金具（端子）、１８：スルーホール（挿通孔）２０：台座、２２：連結部、２８：屈曲部、３２：絶縁板、４０：収容凹溝

Claims

端子の先端部分がプリント基板に形成された挿通孔に挿通されて半田付けされることにより、複数の前記端子が前記プリント基板に実装された実装基板において、
前記端子を支持する複数の台座が、前記プリント基板の一方の面において、互いに異なる所定位置に相互に離隔して配設されている一方、前記複数の台座が変形可能な連結部を介して連結されるように、前記複数の台座と前記連結部が合成樹脂材料により一体成形されていると共に、該連結部によって前記複数の台座間での相対変位が許容されていることを特徴とする実装基板。
前記連結部が屈曲部を有している請求項１に記載の実装基板。
前記屈曲部の内周面と外周面が何れも滑らかな湾曲面で構成されている請求項２に記載の実装基板。