2012年09月30日

アルミケース三種(2)

アルミケース三種』の記事の続き。



aitendo のアルミケース(B)は、幅 が 50mm を僅かに超えるだけのサイズ。ちょっと基板を設計するついでに、フタにできないか検討してみた。

    フタが別売で、139 円 / 枚。50mm に収まるなら、imall.iteadstudio.com で作ると 黒基板/白シルク 10 枚で $15 $13.49 。いくつか作る場合や 汎用的なデザインなら コストに見合う。

    ついでに説明しておくと、ケースの外寸は、50mm x 20mm 。(↓の図面は、あまり信用できない。幅が 50.4 mm となっているが、50mm ジャストに思える。高さも 21mm に見えるが、 実際は、20mm 。 )



    ケース厚 1.5mm 。底面〜スロットに入れる基板 の距離は、たぶん 2.8 2.5 mm で 1.6mm の基板が入って 中央までが、4.1 4.4 mm 。上の空間は 10mm - 1.5mm = 8.5mm なので 12.9 mm までの部品高が許容範囲。

    幅は、47mm ということになる。スロットは 溝が 1mm しかないので ギリギリのサイズにする必要がある。

    奥行きは 77mm 。秋月 C 基板だと 72mm なのできっちりではなく 5mm 空く。

      訂正: 2.8mm ではなかった。

    計算上は上記の通りだが、現物で合わせてみると入らない。秋月 C 基板 は、47mm より少し大きい。またケース自体すこし内側に曲がっている。左右合計で 1 mm弱 削る必要がある。ただし、C 基板と言っても いくつか種類がある。最近のものは サイズが違うかも知れない。

    C 基板を削ってみたところ、力を入れないで入るようになった。幅は 47mm ジャスト(な感じ)。 底面との隙間は 3mm 弱で 、(L 型)ピンヘッダを仮に差してチェックしたところ僅かに隙間がある。

この基板自体は、もともとスロットに入れられるような幅で考えてみたのだが、高さも丁度良さそうなのでフタにできないかディメンジョンを検討。

多分、リューターで ケースの飛び出ている部分を少し削れば、埋め込む形のフタにもなるんじゃないかと思う。

    あと、仕切りのようにできそう。ケースを スライドさせると書いてあるが、ケース上部を、上から被せることもできる。ただ、それをして意味があるかどうか...

上記は内側の黄色い線をベースに少し修正して作る。白い外形線は、50mm x 20mm で、現在の最終型。ただし、切り代の分だけは小さくなる。

これは、電子回路用の普通の基板だが、シルクと 銅箔パターンを使って、デザイン性豊かなフタを作れそうな気がする。基板だから外形も含めて 精度は高い。穴も 6mm ぐらいの丸穴なら問題なく作れる。

    そう言えば、バナナ用の 中継コネクタで、ただの筒のような形状のものがある。(内径 2mm, 3.5mm, 4mm など)。これを直接ハンダ付けして、変なデザインの 装置(電源、オーディオ系、測定器?)を作るとか...

    あと、注意点がある。勝手にシルクに番号を入れられるので、表裏逆につくることを忘れてはいけない。

    もうひとつ注意点。ネジが別売となっているが、合いそうなものは M1.7 とか変なものしかない。... もともとネジが切ってあるのだが、特殊サイズで M1.7 ... なんだろうか? しかもネジを買い忘れた。

    ケースを切ったりすると、もとのサイズのネジは自力では切れない ... どうするのか方策を練らないといけない。タップネジにするか、径の大きな M2 で無理やり ネジを切るか?

この基板について

    これは、『8桁7セグ表示ボード』で書いた PIC32MX の コントローラ基板をベースにしている。上のコネクタは、シリアルと USB 。USB には type A 直接付けられる(かも) シリアルの部分は、ICSP のコネクタにもなる(はず)。下のコネクタは、I/O 用だが順不同。7 seg 用のつもりだったので、配線の都合を優先。

    単独の方が、面白いかと思って切り離して手を入れていったらこうなった。

    今思いついたのだが、この基板を裏に付けて マザーボードにするのはどうだろう。スロットに別の基板を差し込んで ピンヘッダとピンソケットで連結する。スロットに入れる方は L 型ピンヘッダで、この基板はピンソケット。

    ちょっと無理やりだが、電源コネクタは、USB typeA で USB 延長ケーブルを使う。

    手直ししないと見栄えが悪そうだし、コネクタの位置(高さ)も調整しないといけない。だが、ちょっと面白そうだ。

    考察1) (図面を見るかぎり)スロットに入れるほうの基板と底面の間が 1.5mm ほどしかない。L 型ピンヘッダは、2.54mm のスペースが必要だから無理。普通のピンヘッダを基板の裏面に貼ると、0.6mm □ だとして 底面から 1.2mm の位置に 中心が来る。ピンソケットが 底面に張り付くぐらいの位置ならあるいはいけるかも知れない。マザーの方は、そんな感じになっている。いけるかも。

    ただ強度が問題。2 列のピンヘッダで基板を挟んで 強度を確保するか ... あるいは 2 段の L 型の短い方を取ってしまってスルーホールにするか。

    追記: 現物を手に入れたところ、底面の隙間は 3mm 弱あった。結局、L 型 ピンヘッダを普通に付ければ良いこととなった。

追記 caseb-pic32mx-01



    上のアイディアをもとに基板を設計してみた。

    最初 USB A メス を検討したが、パターンはなんとか入ったものの IC-ソケットとぶつかる。で、少し上に上げてみた。これでも IC-ソケットとぶつかることには変わりないが、IC 直付けならなんとか。そして、mini-B も入れた。こちらは、ギリギリ OK (のはず)。

    このレイアウトにするには、長穴加工するしかない。初めての試みで不安だがやって見ることにした。

    Eagleメモ、フットプリント互換性
    ITead Studioへの基板発注
    SSW Blog: Eagleで長穴
    これらの ページを参考にさせてもらって、トライ。

      ・ ドリルラインと長いスロットは受付できません。
      ・ 最小スロットは 1mm*1mm です。
      ・ 穴やスロットでサブ基板を分離する事はどのような事であれ許可されません。

      このあたりが注意点。まぁ良くわからないんだが...

      ・ スルーホール付パッドに Dimension で長い外形穴を入れる。

      基本はこれ。ただ長い パッドはライブラリでしか使えないので、ライブラリ化必須。また、Milling レイヤが 一応それ用のレイヤなので、そこに書いて Dimension と同じ扱いをするうように cam ファイルを変更するのが筋らしい。

      あと、1mm 幅以上というのをクリアしなければならないのかどうか? 端にドリルを当てるべきなのかどうか? とか、いまいち分からない点もある。まぁダメなら怒られるだろうから、発注までこぎつけたい。

    あと、ボタンとか LED も付けた。実をいうと、USB のコネクタが、表裏逆かも知れないという不安がある。ボタンとか LED を付けないなら、逆にして使えば良いだけだと開きなおってたのだが、ちゃんと確認しないとダメになった。

    中国は 10/5 までお休みなので、チェックする時間はある。ボチボチチェックしよう。

      これで合っている。垂直のコネクタは、mini-B も Aメスも 内側向きに付けたものを引き起こすようなイメージ。

この基板のつかいかた(想定)

    (1) aitendo CASE-B の リアパネルに使う。

      スロットに拡張(というかメインの機能の)基板をいれてマザーボードとして使えることを想定している。下の 15 ピンのコネクタには、ピンソケットを付け、拡張基板の方は、ピンヘッダを(直に)下面に付ける。(想定レベル)

      上部のコネクタは、外向きに付ける。左の シリアル部分は ICSP で、ピンヘッダ。USB は、MU5F-23 か同等品でないとマズイはず。工夫すれば、A/メス、[UAF-19]が付くかもしれない。A/メス を付ける場合は、下になるパターンが接触しないよう気をつける。(テープなどで絶縁)

      ボタンは、TD-85XUしか付かない。MU5F-23の同等品 とともに入手を推奨。



      ケースに実際に付ける場合、上部のコネクタや(パターン)がケースに接触するおそれがある。なんらかの方法で絶縁する。特に A/メス、[UAF-19]を付けた場合は危険でより注意しないといけない。

      どんな拡張基板を作ると楽しいかは、まったく考えていない。

      あと 水晶は、秋月 FA238 。16 MHz とかしか入手できない。8 MHz 用の プログラムは、コンフィグを変えないと 使えないので注意。(HEX しかなくても コンフィグ部分の データを変更することは普通可能)

      右のコネクタは、クロックを外付けモジュールに変えるとき用。どういう用途でどう使うかはほとんど考えていない。

    (2) ブレットボードと共に使う。

      I/O を片側に寄せたので、ブレットボードで便利に使えるかも。3.3V も供給できる。USB は単なる電源コネクタとしても使える。

      下側のコネクタは、ピンヘッダの方が良さそう。ブレットボード専用なら細ピンヘッダの方がブレットボードを傷めないので安心。

      その USB だが、A/オスも水平に付けられる。その場合は 表(ICの面)につける。A/メスも OK でこちらは裏。ただ、固定するための フレームグランドはハンダ付けできない。そればかりか基板と干渉するかも。干渉した場合は、ヤスリ等で調整する。


      ミニUSBコネクタ(B)[MU5F-21] (在庫切れ)
      基板取付用USBコネクタ・ミニB(秋月)
      DIY Mini USB 5-Pin Female 90 Degree (10-Piece Pack)

      無理やり水平に付けるなら、このタイプ。ただし、裏面(IC と逆) に付けなくてはならない上に、フレームグランドは奥の 2 つしか付けられない。

      mini B の 広い方が 垂直タイプでは 2 ピンなのに対して 3 ピンになっているのがポイント。-- 最初気が付かなくてライブラリを作る際に混乱した。

    (3) 秋月 C 基板に付ける

      下の部分は、秋月 C 基板に合わせている。ピンヘッダ/ピンフレームで接続しても良いし、直結しても良い。

      L 型 ピンヘッダでうまく接続すると。aitendo CASE-B に スロットを使って入れられる。... というか逆か。
      基板を消費することになるが、フロントパネルに無理やりしてしまうことは出来る。うまくシールを作って化粧してやれば いけるんじゃないか?

      メリット? 加工がアルミ 2mm よりは楽。基板とパネルを一体化できる。

      あと、裏に加工用の目盛りを入れとけば 便利かも。(済)

      まぁこれはただの案。基板の方に部品が乗っていれば、強度は要らないし、透明なもの -- PET のシートとか? でも良いのではないかと思う。

    (3) 3 ピンコネクタ

      右上の 3 ピンコネクタは、5V - CLKI - GND 。

      とりあえず、5V を出していなかったので ここにした。CLKI は、外部クロック入力で、 精度が高かったり、ジッタが少ない 40MHz とか 48 MHz とかを入れると ... なにか楽しいことが出来ないかと思い付けた。

      パネルにする場合は裏面にコネクタを付ける。 単なるピンヘッダではなく、ケースとの接触から保護できるタイプのものを推奨。

      ブレットボードで使う場合は、5V を取り出せると便利かも。コネクタは逆で IC 面。

追記 現物合わせ→修正



    CASE-B を入手したところ、外形が 20 mm 丁度で思ってたのと違う。あと底面から基板までの高さも。それで、現物に合わせて修正することにした。

     

    どうも底面と基板の間は、2.8mm っぽい。これなら 2.54 mm 高 の L型 ピンヘッダはちゃんと入る。それだけでなく、マザー側に低メスが使える。低メスを使うことで 秋月 C 基板がきっちり入る(はず)。

    低メスを使わなくとも問題ない。もともと 15 pin は、2 段目からだが、3 段目に入れれば 丁度良さそうな感じ。

    ところで、このスロットは遊びが全然ない。マザーボードにすると当然ネジ止めすることになるからこちらも遊びがない。となると、ピンヘッダを完璧な精度で付けないとならない。これはなかなか厳しい。組んでおいてハンダ付けということが出来ないのだ。

    これはどうしよう。ケースに穴を開けておいて、仮ハンダできるようにしておく? ひとつ組立用に潰すか。

      思ったより広かったのだが、逆に 内部が狭いということで、caseb-pic32mx-02 ではダメだということが分かった。作りなおした所、上下コネクタが 随分内側に寄った。もう、USB A/メスは無理。また DIP のピンとコネクタの間が随分狭くなった。2.54mm ないので 同じ面には付かないし、ハンダ付けも工夫がいる。

      (再修正) DIP-28 の方を少し上に移動した。これでぎりぎり。

    その上で、表面のシルク見直し。コネクタのシルクは最小限に。

    そして、USB A/メスと C 基板用の HOLE を外しすっきりさせた上で ボタンを秋月で入手できるタイプに変更。(caseb-pic32mx-03)

    裏面のシルクに 内面のパターン追加。-- 部品をおいてはいけないところが分かる様にする目的がひとつ。あと、この線を目安に基板を加工すれば、ケースに嵌め込めるかも知れない。実験用の目的もある。

    追記: 10/4 caseb-pic32mx-03 を発注。長穴が受け付けられるか が 興味のポイントのひとつ。今のレイアウトなら丸穴に変更可能でダメだと言われても致命的ではない。あと、色は黒。$15 だったのが $13.49 だった。-- さすがに緑では合わないと思ったので。
    (10/11 : 発送の連絡 -- どんなのが来るか楽しみ .. あと 10 日ぐらい?)

所感(基板発注時点)

    このケースB + コントローラ付きバックパネルというのは、思ったより使い勝手が良いものかも知れない。

    C 基板で試作するとして、試作中や試作後の使用で保護できる。保護できれば、開発中でも持ち歩ける。-- これは、ちょっとしたメリットかも知れない。

      ケースが 分割されているが、ケースの上部下部を接着して筒状にしてしまえば良い。そうすれば、開発中は、フロントパネルなしでも済む。

      アルミだから、たぶん強くは接着できないのだが、乱暴に扱わなければ大丈夫だろう。とにかくそうしてしまえば、差し込むだけで良い。外すのも簡単。

      C 基板では、幅を削らないといけないのは、手間ではあるが、そんなに時間はかからない。10 分ぐらい? うまくやれば、差し込む固さも調節できる。

    あと、基板を効率良く使えるメリットもある。

      共通部分は別だから基板には入らない。固定するための面積も少なく済ませられる。C 基板だと、コネクタ部分 (3 列目まで)以外は、フルに使ってもケースに入れられる。

      専用基板を作るにしても、47mm 幅と 5cm を切るわけで、 長さを 5cm までにしてしまえば、低コストになる。

      ただ、そうすると ケース長 77mm は、ちょっと長い。ピンソケットの分 8.5mm + 50mm ぐらいで良い。完成品にする場合はケースを切ってしまうという手はあるが試作段階ではそうはしたくない。... Arduino でよく使われる 足が長いピンソケットで延長して とりあえず 長さを稼ぐのが良いかも知れない。




        6mm 差し込むと、19mm - 6mm = 13 mm 延ばせる計算にはなる。まだ短いがこんなもので。

      ちょっと高いが、5cm x 5cm の 4 層基板というのもあるようだ ($68)。10cm x 10cm クラスだと $99 だから 3 割ほど安く上げられる。4 層基板を作る手段も持っていないし、目的もまだないが 覚えておこう。

      4 層基板なら アナログ系? ... AVCC のところは適当に処理してしまった。R+C か L+C を入れられる様にすべきだった。 2 回目を作ることがあれば、忘れないようにしよう。ただ、デジタル派なので、4 層基板なら FPGA(BGA) ? ... これと組み合わせる もので 足が多い BGA の基板というのは何か変だし関係なさそうだ。

    さて、PIC32MX 版を作ったのに、わざわざ コントローラ付きと書いたのは ... arduino 互換だと 実はもっと便利かと思ったため。趣味的には mega328(DIP-28) + FT231X(QFN-20) かなぁ。ボタンはひとつで良さそうだから、空いたところに FT231X が入りそう。

      問題は、ピン配置。13 ピン分の I/O ピンしか出せない。デジタルのみにして、アナログは、上のスロットを使う? ... まぁなにか変なものになりそうだ。

    FT231X は発注かけているので現物見て作れそうなら、この基板の仕上がりを確認した後になるが、基板を設計してみたい。

追記: AVR 版 (仮)



    AVR 版 を仮に設計してみた。どうも、時間があると eagle いじってしまう。それはともかく ...

    大分良い感じではあるのだが ... ピンのスペースが足りない。ピンを増やすのも厳しい。位置すらなかなか動かせない。

    というわけで ... 下は アナログ A0 + デジタル D0-D11 (D12,D13 は配置できず )で終わり。3 ピンの部分は 電源電圧の選択( 5V - 3.3V )。 これは、装置が目的ならスイッチにしないで、直結すべき。せめてジャンパ。

    問題は、アナログ入力。下に入らない以上、スライドさせて装着というのは難しい。しょうがないので、センサーボードを別にするという考え方にした。A2 - A5 (I2C 含む)を電源込みで 6 ピン。

    あと大問題なのが ISP 。専用のコネクタを出せないどころか、RESET もピンに出せていない。USBシリアルの FT231X を入れてあるのだが、TXD/RXD/DTR 以外は引き出せていない。要するにブートローダ専用。まぁ DIP だし、装置組み込み用ということで。

    AREF は、コンデンサを付けられるようにしただけ。



    ISP のコネクタは出せないが、BitBang ライタの配線はできた。通常時も切り離せないわけだが、シリアルとして使っている間は、入力ピンなので壊してしまうことはないはず。ただ、配線はできたものの、クリアランスとかかなり厳しい。不安なので前のも残してある。

    ... 今はここまでにしておこう。本当に作るかどうかは、別途検討しよう。

追記: ネジについて

    aitendo CASE-B はネジが特殊だった(M1.7 ?)。いずれ ケースを切ったりすることも考えて M2 でなんとかする方針。まずは、ネジとタップを購入。


    ネジは、トラスコ中山 の ステンレス皿頭小ネジ寸法M2X8六角穴付ボルト寸法M2X8 というのを試す。タップも持っていないので、これ にした。

    六角穴付ボルトというのは、たまたま見つけたのだが、仮組みのとき便利そうなので様子を見てみる。

    ... これでうまくいけば、ケースのサイズの調整も可能。だめなら、おとなしく aitendo からネジを調達する。

      買ったタップは、中仕上用 ピッチ 0.4mm/下穴用ドリル径 1.6mm。製造元直販ページ に書いてあった。

      ケースには、1.5mm Φ の 穴があって 1.7mm Φのネジが切ってある。ここに強引に M2 のネジを切るつもり。完全な穴ではないし、肉厚もあまりないから失敗するかも。ネジが切れても中心がずれるかも知れない。

      まぁ買ってしまったし。結果は追記する。

    ところで、この daishinshop というところ 取寄品 が多いんだが なかなか安い。時間がかかるのは(中華ショップで買うことが多くなったので)慣れている。ついでに、いろいろ買ってしまった。

    タカチ MX2 は、4cm 幅, 6cm 幅のタイプは、M2.6 タップネジだそうだ。同じように M2.6 のタップと ネジを買っておくと良いかも。

追記 2012/10/16:ネジ一式到着

    さっそく タップで ネジを切ってみた。ハンドルを買っていないので少々不安だったが、タップを ラジオペンチで固定してケースの方を回すやりかたなら問題なし。ただ、抜くときがネジを切るより難しかった。完全な穴ではないので、ひっかかるのだ。抜くときもネジを切る -- しかも反対側でという感じ。だから一気にねじ切ってはいけない、一回ぐらいは途中で抜くべき。中心は少しずれたかも知れないが分からないレベル。

    さて、ネジについてだが、六角穴付ボルトは、見た目でも良い感じかも。基板が到着したら写真を取ってみよう。もうひとつは、サラネジ。悪くはなさそうだが、基板を大径ドリルでさらわないと 。綺麗な仕上がりになるかどうか ...

おまけ: imall.iteadstudio.com で気になる商品

    新サイトになったときは、商品が少なかったが、結構増えている。ちょっと気になるものを取り上げてみた。基板だけ発注することが多いのだが、ついでに買うのも良いかも知れない。

    2.54mm 40Pin Gold-plating Male Header

    ピンヘッダなんだが、白と黄色がある。(前みたときは、緑とか青もあったような...)

    ITDB02-4.3
    ITDB02-5.0

    コントローラ(SSD1963)付きの 4.3 inch 480x272 , 5 inch 720 x 480 LCD モジュール。
    フレームバッファ付きだから、AVR でも使おうと思えば使える。

    Crystal Oscillator 3.2 × 2.5 × 0.7 SMD (5Pcs) (passive: 発振子)
    Crystal Oscillator 5.0 × 3.2 × 1.2 SMD (5Pcs) (active: 発振器)

    12 Mhz と 25 MHz しかないが、FPGA に良さそう。

    Rotary Encoder with Switch

    ロータリースイッチ。掘り出しモノなのかどうか判断できないが、なにやら良さ気。

      少し小さめ。プッシュボタン付き。シャフトが丈夫そう。... メリットはこのあたりか?

    部品は、マニアックなものがわりとある。要チェックかも。

追記 2012/10/21 : 基板到着



    長穴は、なにも連絡なしに黙って作ってくれた。ただ、気持ち大きいような気がする。milling の線の太さを 細くすべきだったのかも?



    とりあえずケースに取り付けてみた。幅はぴったりか 気持ち大きめ。ケース中央は少し凹んでいるため、そう感じるのかも。高さは小さめで、明らかに段差がある。dimension だけ 少し(0.1 〜 0.2mm)大きくしたほうが良いかも知れない。

    六角穴付ボルトは、良い感じになった。あと、すz マークだが、銅箔も マークしている。気持ちほりが深い。



    皿ネジのほうは、こう。ピンヘッダの先が見えるのだが、C 基板の 3 列目に L型ピンヘッダを差し込んで、基板をフタにぴったりくっつけてみた。

    記事中で L型ピンヘッダの位置合わせが難しいと書いたが、間違い。下に取り付けるので 現物で合わせた上で、はんだ付けできる。

付録: eagle ファイル

    ai-caseb-04.zip

    PIC32MX のボードと 回路なしのディメンジョンのみのボードを添付。

    caseb-pic32mx-01
    Todo:
     発注までに見直す。長穴、USB 表裏 (見直し1回)

      cam は、Milling を Dimension と同等の扱いにした。両脇に drill を打つべきかどうか?
      USB の表裏は合ってる。

     できるだけ部品は裏にもっていく (済)

      RC は裏に持っていったが ... VIA の処理も目立たないようにすべきか。Stop Off にして(tented via)にして位置も隠れるところに移動。(済)

     シルクの見直し (見直し1回)

      見直しはした。でも、パネルにするなら、不要なものは削除すべきか。

     USB A/メスの削除

      パネルにするなら、見栄えと絶縁の問題で削除した方が良いが... 便利な機能を削るのもどうか? ... と思ったが、USB A/メスは 無理なので削除決定。

    caseb-pic32mx-03

      目盛りをいれたり、パターンを見栄えのために少し修正。

      スロットの基板想定位置も シルクに入れた。現物で合わせている。

     DIP-28 の移動。

      DIP-28 と下のコネクタとの間が狭すぎハンダ付けが難しそうなので、上に移動。

     panelize で 表裏逆に

      とりあえずパス ... と思っていたのだが、単に brd の中で グループ・ミラーすれば良いだけだった。

    コネクタを 0.25mm 下げる。(0.4 で済)

      底面からの高さを 2.8 mm と見たのだが、どうも違う。2.5mm (か 2.6mm) のようだ。実際 2.54 mm のパーツが入るので、底面からの高さを 2.55 mm に変更。

      もう発注してしまったが、これだと 合わせられない。困った。
      → ピンフレームだと 0.5mm x 0.25 mm とかだから 1 Φ内で調節できる(と思うことにした)。ピンヘッダだと無理だが .. スロットに合わせないなら OK 。今後もあるので、eagle ファイルは修正。
posted by すz at 22:31| Comment(2) | TrackBack(0) | 日記
この記事へのコメント
M1.7はうちの近場のホームセンターにはあったので、入手性はそんなに悪くないかも。
ちなみに秋月の小型液晶の青もM1.7要求してくれます。それでちょっと覚えてました。

Posted by かみき at 2012年10月07日 20:37
そうなんですか。特殊だとばかり思っていてググることさえしませんでした。失敗したかも。
まぁ ネジを買ってしまったし、タップも欲しいし 、とりあえず M2 でやってみようかと。
Posted by すz at 2012年10月08日 13:00
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