JP5063672B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表面に形成された配線パターンに導体を接続する接続構造に関するものである。

配線基板の表面に形成された配線パターンに導体を接続する接続構造に関しては、特に電流が大電流である場合、配線パターンにブスバーを接続する構造が用いられることが多い。

従来、例えば、基板上に配線パターンが形成され、この配線パターン上にブスバーが取り付けられている大電流プリント配線基板において、配線パターンの一部にスルーホールを形成して、このスルーホールにリベットにてブスバーを機械的に圧着する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなリベットを用いた接続構造においては、配線パターンとブスバーとがリベットにより圧着されるので、確実に接続が行われるとともに、熱変動や振動に対してブスバーが脱落するおそれがなく信頼性が高い。

また、他の例としては、基板とほぼ同じ厚さの導電性接続部材を基板に設けられたスルーホールに埋め込むことで基板に設けられた配線と接続させ、この導電性接続部材に雌ねじ穴を形成することにより、ブスバーや大電流用の圧着端子などを接続する接続構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このような基板埋め込み型の導電性接続部材は、基板とほぼ同じ厚さであるため、組立性、メンテナンス性を犠牲にすることなく基板に対する接続高さを抑えることができる（例えば、特許文献２参照）。

さらにまた、従来、配線基板の表面に形成された配線パターンにブスバーを接続する接続構造の他の例として、ブスバーに直接ねじ穴を形成してねじ止めするというものも提案されている。

実開平０６−０１１３７１号公報 特開２００１−１０２１１１号公報

しかしながら、上記のような基板のスルーホールにリベットにてブスバーを圧着する方法に関しては、基板交換時や廃却時に導体を安易に取り外すことができず、導体とプリント基板同時に外す必要がある。このため、基板交換に時間がかかったり、廃却時の分別が困難であったりするといった問題があった。

また、上記の基板埋め込み型の導電性接続部材を用いた接続構造においては、導電性接続部材を介して電流が流れるので、導電性接続部材電流容量が必要とされる。また、はんだ付け部に電流が流れることとなり、はんだ接続部にヒートサイクルが発生し、その影響によるはんだクラックの発生により信頼性が低下するといった問題があった。

さらにまた、ブスバーに直接ねじ穴を形成してねじ止めする接続構造においては、雌ねじ穴を形成するために、ブスバーを所定の厚さとする必要があり、コストが向上するといった問題があった。さらには、ブスバーを基板にねじ止めする場合、基板の裏側のボルトに手を延ばす必要があり、基板を裏返す必要があるので、作業性が悪く改善が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線パターンに接続するブスバーなどの導体の板厚を小さくすることが可能であり（導体の板厚を自由に選定できる）、さらに、予め第２面に締結部材を固定した基板本体に対して、一方向からのねじ止め作業のみで導体を固定することができる配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる配線基板は、第１面に配線パターンを有するとともに配線パターンを含む箇所に貫通孔が形成された基板本体と、配線パターンに直接接触するとともに配線パターンとの接触面に貫通孔が形成された導体と、基板本体の第１面と反対側の第２面に固定された締結部材と、第１面側から導体の貫通孔に挿入されて基板本体の貫通孔を挿通して締結部材と螺合することにより、配線パターンと導体とを接続する固定ねじとを備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる配線基板の製造方法は、基板本体の第１面の配線パターンが形成された部分に貫通孔を形成するとともに、基板本体の第１面と反対側の第２面に締結部材を固定し、貫通孔が形成された導体を配線パターンに直接接触するように配置し、固定ねじを、基板本体の第１面側から導体の貫通孔と基板本体の貫通孔とに挿通して、さらに締結部材と締結させて、配線パターンと導体とを接続することを特徴とする。

なお、ここで上記貫通孔とは、穴が中心軸回りに全周に渡って閉じた形状のものに限らず、例えば切り欠きなど、その内側を挿通する固定ねじを概ね囲むような形状なども含むものである。

本発明によれば、導体にねじを形成する必要が無く、導体の板厚を小さくすることが可能であり（導体の板厚を自由に選定できる）、さらに、予め第２面に締結部材を固定した基板本体に対して、一方向からのねじ止め作業のみで導体を固定することができるので作業性がよく、さらに部品の交換や基板の分解も容易である。

図１は、本発明にかかる配線基板の実施の形態１を示す図であり、導体接続構造の要部の斜視図である。 図２は、図１に示す配線基板の分解斜視図である。 図３は、実施の形態１の締結部材が配線基板に取り付けられている様子を示す断面図である。 図４は、配線基板に導体を接合する様子を示す斜視図である。 図５は、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。 図６は、実施の形態１の締結部材である端子台の本来の使い方を説明する断面図である。 図７は、実施の形態１の配線基板の効果の一つを説明する図であり、配線基板がカバーに近づけて配設された様子を示す斜視図である。 図８は、本発明にかかる配線基板の実施の形態２を示す図であり、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。 図９は、本発明にかかる配線基板の実施の形態３を示す図であり、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。 図１０は、実施の形態１乃至３にて使用される導体の他の例を示す斜視図である。 図１１は、実施の形態１乃至３にて使用される導体のさらに他の例を示す斜視図である。 図１２は、実施の形態１乃至３にて使用される導体のさらに他の例を示す斜視図である。

以下に、本発明にかかる配線基板及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる配線基板の実施の形態１を示す図であり、導体接続構造の要部の斜視図である。図２は、図１に示す配線基板の分解斜視図である。図３は、本実施の形態の締結部材が配線基板に取り付けられている様子を示す断面図である。図４は、配線基板に導体を接合する様子を示す斜視図である。図５は、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。なお、各図とも導体接続部分の要部を記載したものであり、実際には基板本体１は、同一平面上でさらに広範囲に広がっている。そして、ブスバー（導体）３は、電気的に接続すべき他の部品（図示せず）まで延びている。

本実施の形態の配線基板は、概略平板状のプリント配線基板である基板本体１と、基板本体１の配線パターン１ａに接続されたブスバー（導体）３と、基板本体１の裏面に固定された締結部材５と、配線パターン１ａとブスバー３とを接続する固定ねじ７とを含んで構成されている。

基板本体１の少なくとも第１面（図中Ａ側の面）に配線パターン１ａが形成されている（第１面と反対側の第２面（図中Ｂ側の面）に別の配線パターンが設けられていてもよい）。この配線パターン１ａに、ブスバー３が接続されている。配線パターン１ａが形成されている部分の一部がブスバー３の接続位置となっており、この位置には表面を絶縁するレジストが形成されてない。そして、この接続位置の中央部に貫通孔１ｂが穿孔されている（図２）。

ブスバー３は、配線パターン１ａと重なる接続部３ａと、この接続部３ａの一端から立ち上がる本体部３ｂとを含んで構成されている。接続部３ａは、配線パターン１ａに直接接続（面接触）している。図では省略しているが、上記のようにブスバー３の本体部３ｂは、図示しない他の部品まで延びている。そして、ブスバー３は、この他の部品と配線パターン１ａとの間で大電流を流す電気的経路を構成している。そして、ブスバー３の接続部３ａの中央部に貫通孔３ｃが穿孔されている（図２）。

基板本体１の第１面と反対側の第２面（図中Ｂ側の面）に締結部材５が設けられている。締結部材５は、矩形平板状の締結部本体５ａと基板本体１に立設され締結部本体５ａの四隅をそれぞれ支持する脚部５ｂとから構成されている。締結部本体５ａの中央部に雌ねじ穴５ｃが形成されている（図２）。図３に示すように、締結部材５は、締結部本体５ａと対向する側の脚部５ｂ先端を基板本体１にはんだ付けされて基板本体１に固定されている。配線パターン１ａの絶縁するレジストが形成されてない部分を介してブスバー３へ電流が流れる。このため、締結部材５と配線パターン１ａとは電気的に接続していなくてもよい。つまり、締結部材５と配線パターン１ａとは絶縁されていてもよい。締結部材５は、電流回路に関係しないので、電気容量を持つ必要はなく、所定の機械的強度があればよい。

固定ねじ７は、外周にねじが螺刻されて雄ねじとされた螺刻部７ｂと、螺刻部７ｂの一端に形成された頭部７ａとからなる。固定ねじ７の螺刻部７ｂは、ブスバー３の貫通孔３ｃと基板本体１の貫通孔１ｂを貫通して締結部材５の雌ねじ穴５ｃに螺合している。貫通孔３ｃと貫通孔１ｂは、螺刻部７ｂに対して所定のクリアランスをもつような大きさ、つまりばか穴となっている。そして、固定ねじ７は、頭部７ａと締結部材５との間にブスバー３と基板本体１とを強く挟み込んで配線パターン１ａとブスバー３とを電気的に接続している。

以上のように、本実施の形態の配線基板によれば、ブスバー３と配線パターン１ａとが直接接続するので、両者間に信頼性よく大電流を流す構成している。また、ブスバー３に螺刻する必要がないので、ブスバー３の特に接続部３ａの厚さを薄くすることも可能となる（ブスバー３の板厚を自由に選定できる）。さらに、一方向からのねじ止め作業により、配線パターン１ａとブスバー３とを電気的に接続することができ、作業性がよく、さらに部品の交換や基板の分解も容易である。

図６は、本実施の形態の締結部材５である端子台の本来の使い方を説明する断面図である。本実施の形態の締結部材５は、配線基板１１上に固定して端子１４の固定に用いる市販の汎用の端子台５を流量して用いている。このように市販の端子台５を流用することにより、コストダウンを図っている。端子台５は、本来図６に示すように、配線基板１１上に形成された配線パターン１１ｃと接続するようにはんだ１２にて固定されて、締結部本体５ａに締結された端子１４と配線パターン１ｃとの電気的接続を実現するものである。本実施の形態の使い方においては、締結部材５は、上記のように配線パターン１１ｃと電気的に接続するものでないので、導電性材料のみならず絶縁性材料で作製されてもよい。締結部材５を、樹脂等の絶縁性材料にて作製することにより、コストダウンを図ることができる。

また、本実施の形態の締結部材５は、締結部本体５ａと、これを基板本体１から支持する脚部５ｂとから構成されているので、締結部本体５ａと基板本体１との間に所定の間隔が空き、これにより固定ねじ７は、長さ方向に所定の間隔だけ離れた２点にて支持されるのでより安定して固定される。

また、本実施の形態においては、固定ねじ７は電気の導通に関与しないので、固定ねじ７もまた、導電性材料のみならず絶縁性材料で作製されたものてもよい。絶縁性材料にて作製された締結部材５と、絶縁性材料にて作製された固定ねじ７とを合わせて用いることにより、次のような効果を得ることができる。図７は、本実施の形態の配線基板の効果の一つを説明する斜視図である。図７において、基板本体１はカバー５１に近づけて配設されている。例えば、カバー５１が金属製である場合、電流が流れる箇所（回路）から所定距離離さなければならない（カバーに限らず、導電性の部材は、回路から所定距離離さなければならない）。締結部材５と固定ねじ７を絶縁性材料にて作製することにより、両者に電流が流れないので、カバー５１（導電性の部材）に近づけて、或いは接触させて配置することができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる配線基板の実施の形態２を示す図であり、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。本実施の形態の締結部材１５は、矩形平板状の締結部本体１５ａと、基板本体１に立設され締結部本体１５ａの１辺を支持する脚部１５ｂとから構成されており、概略断面Ｌ字型を成している。締結部材１５は、脚部１５ｂの締結部本体１５ａと反対側の辺を基板本体１に接着剤にて固定されている。基板本体１の第１面（図中Ａ側の面）の構成は、実施の形態１のものと同じである。図示しない固定ねじ７の螺刻部７ｂは、図示しないブスバー３の貫通孔３ｃと基板本体１の貫通孔１ｂを貫通して締結部材１５の雌ねじ穴１５ｃに螺合している。締結部材１５は、板金の折り曲げ、或いは樹脂モールドなどによって作製される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成の配線基板においては、実施の形態１のものと概略同様の効果を得られるとともに、締結部材１５が簡素な構造で安価に製造できるのでコストダウンを図ることができる。

実施の形態３．
図９は、本発明にかかる配線基板の実施の形態３を示す図であり、締結部材が取り付けられた配線基板を裏面側から見た斜視図である。本実施の形態の締結部材１７は、基板本体１に固着された一般的なナットである。基板本体１の第１面（図中Ａ側の面）の構成は、実施の形態１のものと同じである。図示しない固定ねじ７の螺刻部７ｂは、図示しないブスバー３の貫通孔３ｃと基板本体１の貫通孔１ｂを貫通して締結部材１７の雌ねじ穴１７ｃに螺合している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成の配線基板においては、基板本体１と締結部材１７との間に所定の間隔が空かないので、固定ねじ７は、長さ方向に所定の間隔だけ離れた２点にて支持されないが、締結部材１７の軸方向厚さが実施の形態１及び２の締結部本体５ａ，１５ａのものよりも大きく、これにより、固定ねじ７は安定して固定される。そして、実施の形態１，２のものと概略同様の効果を得られる他、締結部材１７が一般的なナットであるのでコストダウンを図ることができる。

図１０は、実施の形態１乃至３にて使用される導体の他の例を示す斜視図である。図１１は、実施の形態１乃至３にて使用される導体のさらに他の例を示す斜視図である。図１２は、実施の形態１乃至３にて使用される導体のさらに他の例を示す斜視図である。上記実施の形態１乃至３においては、配線パターン１ａに接続される導体は、ブスバー３であったが、図１０に示されるような丸形圧着端子２３や、図１１に示されるようなＹ形圧着端子２５などでもよい。さらには、図１２に示されるような、電線の端をＵ字形に形成したものであってもよい。上記実施の形態１乃至３において説明したように、導体は基板本体１と固定ねじ７の頭部７ａとの間に狭持される。そのため、図１１のＹ形圧着端子２５や図１２のＵ字形電線２７のように、導体に形成される穴は、全周に渡って閉じた形のものでなくともよい。同様にして、基板本体１に形成される貫通孔１ｃも、全周に渡って閉じた形のものでなくともよい。

以上のように、本発明にかかる配線基板及びその製造方法は、基板の表面に形成された配線パターンに導体を接続する接続構造に関するものに有用であり、特に、大電流を流す導体を接続する接続構造に関するものに適している。

１ 基板本体
１ａ，１ｃ 配線パターン
１ｂ 貫通孔
３ ブスバー（導体）
３ａ 接続部
３ｂ 本体部
３ｃ 貫通孔
５ 締結部材（端子台）
５ａ 締結部本体
５ｂ 脚部
５ｃ 雌ねじ穴
７ 固定ねじ
７ａ 頭部
７ｂ 螺刻部
１１ 配線基板
１２ はんだ
１５，１７ 締結部材
１５ａ 締結部本体
１５ｂ 脚部
１５ｃ，１７ｃ 雌ねじ穴
５１ カバー
Ａ 第１面
Ｂ 第２面

Claims (7)

1. 第１面に配線パターンを有するとともに前記配線パターンを含む箇所に貫通孔が形成された基板本体と、
   前記配線パターン上に直接接触する接触面を有し、該接触面に貫通孔が形成された導体と、
   前記基板本体の第１面と反対側の第２面に予め固定された締結部材と、
   ねじ頭が前記第１面側に配置されるように前記第１面側から前記導体の貫通孔にねじ軸が挿入されて前記基板本体の貫通孔を挿通して前記締結部材と螺合することにより、前記ねじ頭と前記基板本体との間に前記導体を挟み込んで前記配線パターンと前記導体とを接続する固定ねじと
   を備えたことを特徴とする配線基板。
2. 前記配線パターンの表面はレジストで覆われており、
   前記導体は、前記配線パターンのレジストがない部分に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記締結部材は、前記固定ねじと螺合する雌ねじが形成された締結部本体と、前記締結部本体を前記基板本体から所定の高さに支持する少なくとも一つの脚部とを有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記締結部材が、絶縁性材料で作製されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配線基板。
5. 前記固定ねじが、絶縁性材料で作製されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の配線基板。
6. 基板本体の第１面の配線パターンが形成された部分に貫通孔を形成するとともに、前記基板本体の第１面と反対側の第２面に締結部材を予め固定し、
   貫通孔が形成された接触面を有する導体を、前記接触面が前記配線パターン上に直接接触するように配置し、
   固定ねじを、ねじ頭が前記第１面側に配置されるように前記基板本体の第１面側から前記導体の貫通孔と前記基板本体の貫通孔とにねじ軸を挿通して、さらに前記締結部材と締結させて、前記ねじ頭と前記基板本体との間に前記導体を挟み込むことにより前記配線パターンと前記導体とを接続することを特徴とする配線基板の製造方法。
7. 前記配線パターンの表面はレジストで覆われており、
   前記導体を、前記配線パターンのレジストがない部分に配置する
   ことを特徴とする請求項６に記載の配線基板の製造方法。

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