JP2005317227A - 圧接挟持型コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 予期しない衝撃や振動が作用した場合であっても、圧接挟持型コネクタに用いられているコイルスプリングに過度の圧縮力が作用しないようにする。
【解決手段】 厚さ方向に配向された貫通孔を有する絶縁性のハウジングの各貫通孔の少なくとも一端部に導電ピンが装填され、前記導電ピンに設けたフランジ部が前記貫通孔の一端部に設けられた小径部に係合して前記導電ピンの少なくとも一部が前記貫通孔内に収納された状態を維持し、前記貫通孔内に、一端が前記フランジ部に係合して前記導電ピンを前記貫通孔外方に弾発的に押圧する導電性のコイルスプリングが装填され、かつ、前記導電ピンに設けられたフランジ部下方の、前記貫通孔内部分の長さが、前記コイルスプリングが圧縮された場合でもその各巻線が前記貫通孔内で相互に接触しないように保つに足る長さを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧接挟持型コネクタに関し、特には内部に配されたコイルスプリングが過圧縮されないようにしたタイプの圧接挟持型コネクタに関する。

各種電子機器において相互に対向配置された一対の基板上の電子回路間を弾性接触により相互に導通させて信号伝達するものとして、電気接続用コネクタピンがあり、この電気接続用コネクタピンを改良発展させたものとして、本発明者はいくつかのタイプの圧接挟持型コネクタを提案している（特許文献１〜特許文献４参照）。

特開２００２−１００４３１号公報 特開２００２−１５８０５２号公報 特開２００２−１５８０５３号公報 特願２００３−０７３７６９号

電気接続用コネクタピンを改良した一つのタイプの圧接挟持型コネクタ（特許文献１）は、図５に示すように、対向する回路基板３７の電極の間に挟持される圧接挟持型コネクタ３１であって、厚さ方向に配向された複数の貫通孔３２を有する絶縁性のハウジング３３と、キャップ３４と、栓３５と、略円錐形状に形成された導電性のスプリング素子３６とからなるものであって、キャップ３４は貫通孔３２の一端に装着され、キャップ３４の内底に円錐状のスプリング素子３６の底部が当接し、栓３５は、その縊れ部を介してスプリング素子３６の先端部に装着されてスプリング素子３６の弾発力でハウジング３３の表面から突出するように配置されているものである。なお、貫通孔３２のキャップ３４が装着されていない側の端部の径は絞られているので、スプリング素子３６はハウジング３３から抜け落ちることがない。

このタイプの圧接挟持型コネクタは、栓３５に設けた円環状の縊れ部にスプリング素子３６の端部を係合させることによって、栓３５の長さを小さくすることが可能であって、スプリング素子３６のほぼ全長が栓３５の出没ストロークとすることができ、また、面接触の摺動接触部がないので栓３５の出没に必要な押圧力を小さくできる特徴がある。
しかし、このタイプの圧接挟持型コネクタは、スプリング素子３６の相当大きな部分がハウジング３３から突出しているので、実装・移動・保管等の際にその突出部分が不慮の外力等によって伸びて変形したり、スプリング素子３６に嵌められた栓３５がスプリング素子３６から外れてしまうことが見られることがあった。

電気接続用コネクタピンを改良した別のタイプの圧接挟持型コネクタ（特許文献２）は、図６に示すように、絶縁性の上下二つのハウジング３８と、このハウジング３８の厚さ方向に設けられる複数の貫通孔３９と、各貫通孔３９にハウジング３８の一面側からスライド可能に嵌められる略キャップ状の導電トーピン４０と、各貫通孔３９にハウジング３８の他面側からスライド可能に嵌められて導電トーピン４０内に嵌まる導電ピン４１と、各貫通孔３９に嵌められて導電トーピン４０の開口端部４２に接触し、導電ピン４１に貫通固着されるスプリング４３とを含んでなる圧接挟持型コネクタ４４である。

図示上側のハウジング３８の貫通孔３９は一段の貫通孔であり、図示下側のハウジング３８の貫通孔３９は二段の貫通孔となっている。上側のハウジング３８の貫通孔３９の端部と下側のハウジング３８の貫通孔３９の小径の貫通孔とによって、導電トーピン４０は、ハウジング内に上下動可能に閉じこめられる。そして、スプリング４３の付勢力で導電トーピン４０と導電ピン４１とをハウジング３８からそれぞれ突出させるようになっている。

この図６に示す圧接挟持型コネクタは、電子回路基板に実装することができる。そして、例えば金メッキされた導電性の銅、真鍮、アルミニウム、導電性エラストマー等を用いたピンからなる導電ピン４１の端部は、所定の角度で尖った形、円錐や角錐等の鋭利な形に形成して、接続されるべき電極のハンダの酸化膜を破壊して良好な導通を得ることが可能になる。そして、導電トーピン４０と導電ピン４１とが周面で常時直接接触し、最短の導通経路を形成するので、導通経路を短縮してインダクタンスの著しい低下、すなわち高周波特性を実現することができ、加えて導電ピン４１の全長を短くすることもできる。

しかし、導電トーピン４０と導電ピン４１とが周面で摺動接触するために、電極相互を導通させるための接触に必要な押圧力は高めになる。また、導電ピン４１がスプリング４３のコイル内部に抜け止め状に貫通されるため、スプリング全長に比して導電ピンの出没ストロークが比較的小さくなる傾向がある。
このタイプの圧接挟持型コネクタの変形例（特許文献３）としては、図示は省略するが、導電ピンにフランジを設け、ハウジングに設けた貫通孔の端部の小径部に係合させて、導電ピンがハウジングから脱離することを抑えているものである。

スプリング素子の変形やスプリング素子からの栓の離脱・損傷の心配のない圧接挟持型コネクタとして、図６に示す圧接挟持型コネクタをさらに改良した圧接挟持型コネクタ（特許文献４）としては、図７に示すようなものを提案している。
図７に示す圧接挟持型コネクタは、典型的には、導電ピン４５、導電プレート４６、コイルスプリング４７、絶縁性のハウジング４８からなるもので、導電ピン４５にはフランジ部４９が、ハウジング４８には貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０の一端は小径部５１となっており、ハウジング４８の貫通孔５０内に収納された導電ピン４５のフランジ部４９は、貫通孔５０の小径部５１の部分の段差に係合して、導電ピン４５はハウジング４８から離脱しないようになされており、導電ピン４５の頭部は、ハウジング４８から突出可能となっている。

ハウジング４８の他端側は、導電プレート４６で封止される。導電プレート４６には、ハウジング４８の貫通孔５０に対応する半径の円筒部５２が設けられており、円筒部５２がハウジング４８の貫通孔５０内に圧入嵌合され、その際に、円筒部５２の外周に設けられた突出部５３がハウジング４８の貫通孔５０の内壁に設けられた係合凹部５４と係合して、固定される。
このタイプの圧接挟持型コネクタは、導電プレートを用いずに、コイルスプリングの両端に導電ピンを配するバリエーションもある。

このタイプの圧接挟持型コネクタは、コイルスプリングの破損・変形の虞を無くすことができ、また、押圧に要する荷重を低下することができ、安定した接続が可能となり、被接続電極へのダメージを大幅に低減することができた。
しかし、このタイプのものを含めて、従来の圧縮挟持型コネクタは、これが組み込まれた電子機器等の輸送中の衝撃・振動や、電子機器等の使用中の取り落とし等に基づく衝撃等によって、圧縮挟持型コネクタに用いられるコイルスプリングに過負荷が作用したときに、コイルスプリングにヘタリが生ずることがあり、導電ピンが元の位置に戻らなくなって、電極間の導通が回復しないことが生ずることが偶にあることが分かった。
この現象は、コイルスプリングが過度に圧縮され、コイルスプリングの隣接する巻回線が相互に接触することによって、塑性変形することがあることに起因するものであることが分かった。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、圧接挟持型コネクタが組み込まれた電子機器等の輸送中なり、使用中なりに予期しない衝撃や振動が作用した場合であっても、圧接挟持型コネクタに用いられているコイルスプリングに過度の圧縮力が作用しないようにすることを課題とする。

本発明の圧接挟持型コネクタは、厚さ方向に配向された貫通孔を有する絶縁性のハウジングの各貫通孔の少なくとも一端部に導電ピンが装填され、前記導電ピンに設けたフランジ部が前記貫通孔の一端部に設けられた小径部に係合して前記導電ピンの少なくとも一部が前記貫通孔内に収納された状態を維持し、前記貫通孔内に、一端が前記フランジ部に係合して前記導電ピンを前記貫通孔外方に弾発的に押圧する導電性のコイルスプリングが装填され、かつ、前記導電ピンに設けられたフランジ部下方の、前記貫通孔内部分の長さが、前記コイルスプリングが圧縮された場合でもその各巻線が前記貫通孔内で相互に接触しないように保つに足る長さを有することを特徴とする。
前記導電ピンが前記コイルスプリングの両端に配置されたものであることができる。

本発明によれば、導電ピンのフランジ部から延びるコイルスプリング側の長さ（高さ）を調節設定しているので、予期せぬ衝撃・振動等によってコイルスプリングが大きく圧縮された状態に至っても、導電ピンの底部と導電キャップ、あるいは導電ピンの底部同士が接触した状態までで、コイルスプリングの各巻回線が相互に直接接触することがないので、コイルスプリングの弾発力が当初に設定した値から大きく減少することが無く、電子機器等の電極間の導通が不安定になったり、導通不良となることが無く、信頼され得る安定したコネクタが実現できる。

本発明は、特許文献４に示される圧接挟持型コネクタをさらに改良するものである。
図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態を示す図で、（ａ）は装填前の状態を示す図であり、（ｂ）は過圧縮された状態を示す図である。図１に示す本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態の変形例を示す図である。
図３は、本発明の圧接挟持型コネクタの他の実施の形態を示す図で、（ａ）は装填前の状態を示す図であり、（ｂ）は過圧縮された状態を示す図である。図４は、図３に示す本発明の圧接挟持型コネクタの他の実施の形態の変形例を示す図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の圧縮挟持型コネクタ１は、絶縁性樹脂製のハウジング２の厚さ方向に配向させて設けられた貫通孔３内に導電ピン４、コイルスプリング５、導電キャップ６が配置されている。
導電ピン４は、先端側が先端柱状部７、後端側が後端柱状部８となっており、先端柱状部７と後端柱状部８との間にフランジ部９が形成されている。
貫通孔３の一端には、小径部１０が形成されており、その小径部１０が、導電ピン４に設けられたフランジ部９と係合し、導電ピン４がハウジング２から導電ピン４の先端側に抜け出すことが阻止されている。

貫通孔３の他端は、拡径部１１となっており、その拡径部１１内に導電キャップ６が、圧入等により、固定されている。単なる圧入に限らず、拡径部１１の内径と導電キャップ６の外面との間で、係合凹凸部を相互に形成することもできることは勿論である。
導電キャップ６は、中空柱状部１２と、中空柱状部１２の一端側を閉塞する底部１３からなる。
貫通孔３の拡径部１１の肩と導電キャップ６の中空柱状部１２の開放側端部とが係合して、導電キャップ６の押入位置が決められている。
本発明の第１の実施の形態の圧縮挟持型コネクタ１は、図１（ａ）に示すように、電子機器等（図示せず）へ実装するまでは、導電ピン４は、コイルスプリング５の弾発力で導電ピンのフランジ部９がハウジング２の小径部１０に押圧されて、相互に離間し、ハウジング２から突出している。

圧縮挟持型コネクタ１は、電子機器等に実装された場合には、コイルスプリング５の弾発力に抗して、所定のストローク分押し下げられて、電子機器等の電極間が、導電ピン４、コイルスプリング５、導電キャップ６を介して電気的に接続される。
圧縮挟持型コネクタの保管・移送・実装等の際、また、圧縮挟持型コネクタが組み込まれた電子機器等の保管・移送等の際などの予期せぬ衝撃や振動により、さらには、圧縮挟持型コネクタが組み込まれた電子機器等の使用中等の取り落とし等による予期せぬ衝撃等により、コイルスプリングに過剰な圧縮力が加わることがあり得る。

図１（ａ）において、予期せぬ衝撃等が作用して、コイルスプリング５が圧縮された場合、本発明では、導電ピン４の後端柱状部８が図７の導電ピン４５に比して長く設定されているので、図１（ｂ）に示すように、コイルスプリング５の各巻回線が相互に接触・押圧しあう前に、後端柱状部８と導電キャップ６とが接触して、コイルスプリング５のそれ以上の圧縮が阻止される。したがって、コイルスプリング５の変形・破損等が生ずることがなく、コイルスプリング５のコイル弾性を弱めることがない。

本発明の第１の実施の形態においては、導電ピン４のフランジ部９と導電キャップ６の底部１３とによるコイルスプリング５の過圧縮を防止するのであるから、図１に示す態様に限られず、例えば図２に示すように、導電キャップ６の底部１３に突き当たり突出部１４を設ける態様であっても良い。導電ピン４の後端柱状部８の長さと導電キャップ６の底部１３に設ける突き当たり突出部１４の長さの比は、適宜設定することが出来る。

本発明の他の実施の形態を、図３に示す。
図３に示すように、本発明の他の実施の形態である第２の実施の形態の圧縮挟持型コネクタ１５は、絶縁性樹脂製の二つのハウジング１６、１６の厚さ方向に配向させて設けられた貫通孔１７内の両端に導電ピン１８、１８、導電ピン１８、１８を弾発力で離間させるコイルスプリング１９が配置されている。
導電ピン１８は、先端側（回路基板の電極側）が電極側柱状部２０、後端側（ハウジング１６内部でコイルスプリング１９側）が内側柱状部２１となっており、電極側柱状部２０と内側柱状部２１との間にフランジ部２２が形成されている。
貫通孔１７の一端には、小径部２３が形成されており、その小径部２３が、導電ピン１８に設けられたフランジ部２２と係合し、導電ピン１８がハウジング１６から抜け出すことが阻止されている。

本発明の第２の実施の形態の圧縮挟持型コネクタ１５は、図３（ａ）に示すように、電子機器等（図示せず）へ実装するまでは、導電ピン１８は、コイルスプリング１９の弾発力で導電ピン１８のフランジ部２２がハウジング１６の小径部２３に押圧されて、相互に離間し、ハウジング１６から突出している。
圧縮挟持型コネクタ１５は、電子機器等に実装された場合には、コイルスプリング１９の弾発力に抗して、所定のストローク分押し下げられて、電子機器等の電極間が、導電ピン１８、コイルスプリング１９、導電ピン１８を介して電気的に接続される。
圧縮挟持型コネクタの保管・移送・実装等の際、また、圧縮挟持型コネクタが組み込まれた電子機器等の保管・移送等の際などの予期せぬ衝撃や振動により、さらには、圧縮挟持型コネクタが組み込まれた電子機器等の使用中等の取り落とし等による予期せぬ衝撃等により、コイルスプリングに過剰な圧縮力が加わることがあり得る。

図３（ａ）において、予期せぬ衝撃等が作用して、コイルスプリング１９が圧縮された場合、本発明では、導電ピン１８、１８の電極側柱状部２０が図７の導電ピン４５に比して長く設定されているので、図３（ｂ）に示すように、コイルスプリング１９の各巻回線が相互に接触・押圧しあう前に、内側柱状部２１、２１が接触して、コイルスプリング１９のそれ以上の圧縮が阻止される。したがって、コイルスプリング１９の変形・破損等が生ずることがなく、コイルスプリング１９のコイル弾性を弱めることがない。

本発明の第２の実施の形態においては、導電ピン１８、１８のフランジ部２２、２２によるコイルスプリング１９の過圧縮を防止するのであるから、導電ピン１８、１８の内側柱状部２１、２１は、図示のように、等長であっても良いし、長さを相互に異ならせても良い。
また、導電ピン１８、１８の内側柱状部２１、２１の先端は、図３に示すような、平面状であるものに限られず、例えば図４に示すように、相互に嵌合するような凹凸状の面２４、２４とすることもできる。例えば、図示例の他、カップアンドコーンのようにすることもできる。また、図示は省略するが、内側柱状部２１、２１の先端部分を拡形状とすることもでき、そうすることによって、確実な接触と内側柱状部の軽量化とを同時に満足させることもできる。
導電ピンが回路基板等の電極と当接する先端柱状部ないし電極側柱状部の先端形状は、図示のように、半球状でも良いし、基本的に平面状でも良いし、尖頭状をなすものであっても良い。

導電ピンは、例えば金メッキされた銅あるいは真鍮などの銅合金、導電性エラストマー等を用いて作製されること、コイルスプリングは、例えば直径３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍの金属細線が等ピッチ（例えば、０．４ｍｍ）で巻回されることで略円筒状を呈した弾性のコイル状に形成され、このコイルスプリングを形成する金属細線としては、リン青銅、銅、ベリリウム銅、ばね鋼、硬鋼、ステンレス鋼、ピアノ線材等の金属線、あるいはこれらの金属線に金メッキした金属細線があげられること、ハウジングは、長方形、正方形、多角形、楕円形、小判形等に形成することができ、ハウジングに設ける貫通孔は、単数でも、複数一列でも、複数個の列が並行に複数列でも、個々の貫通孔が平面状に千鳥状に配列されても良いこと、絶縁性のハウジングは、耐熱性、寸法安定性、成形性等に優れる汎用のプラスチック（例えば、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、塩ビ、ポリエチレン等）を使用して成形され、これらの材料の中でも、加工性やコスト等を考慮すると、ポリアミド樹脂が最適であること、等は、本発明のベースとなる特許文献４に開示された事項を踏襲する。

本発明により、圧接挟持型コネクタのコイルスプリングに変形・破損を起こさせるような予期せぬ衝撃・振動に対する安全策が実現したので、各種電子機器等の安定的、耐久性の面での寄与が大きい。

本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態を示す図で、（ａ）は装填前の状態を示す図であり、（ｂ）は過圧縮された状態を示す図である。 図１に示す本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の圧接挟持型コネクタの他の実施の形態を示す図で、（ａ）は装填前の状態を示す図であり、（ｂ）は過圧縮された状態を示す図である。 図３に示す本発明の圧接挟持型コネクタの他の実施の形態の変形例を示す図である。 従来の圧接挟持型コネクタを示す説明図である。 従来の別のタイプの圧接挟持型コネクタを示す説明図である。 従来のさらに別のタイプの圧接挟持型コネクタを示す説明図である。

符号の説明

１：圧縮挟持型コネクタ
２：（絶縁性樹脂製の）ハウジング
３：貫通孔
４：導電ピン
５：コイルスプリング
６：導電キャップ
７：（導電ピンの）先端柱状部
８：後端柱状部
９：（導電ピンの）フランジ部
１０：小径部
１１：拡径部
１２：（導電キャップの）中空柱状部
１３：（導電キャップの）底部
１４：突き当たり突出部
１５：（本発明の他の実施の形態の）圧縮挟持型コネクタ
１６：ハウジング
１７：貫通孔
１８：導電ピン
１９：コイルスプリング
２０：電極側柱状部
２１：内側柱状部
２２：フランジ部
２３：小径部
２４：凹凸状の面
３１：圧接挟持型コネクタ
３２：貫通孔
３３：ハウジング
３４：キャップ
３５：栓
３６：スプリング素子
３７：回路基板
３８：ハウジング
３９：貫通孔
４０：導電トーピン
４１：導電ピン
４２：開口端部
４３：スプリング
４４：圧接挟持型コネクタ
４５：導電ピン
４６：導電プレート
４７：コイルスプリング
４８：ハウジング
４９：（導電ピンの）フランジ部
５０：貫通孔
５１：（貫通孔の）小径部
５２：円筒部
５３：突出部
５４：係合凹部

Claims (2)

1. 対向する電極の間に挟持される圧接挟持型コネクタであって、厚さ方向に配向された貫通孔を有する絶縁性のハウジングの各貫通孔の少なくとも一端部に導電ピンが装填され、前記導電ピンに設けたフランジ部が前記貫通孔の一端部に設けられた小径部に係合して前記導電ピンの少なくとも一部が前記貫通孔内に収納された状態を維持し、前記貫通孔内に、一端が前記フランジ部に係合して前記導電ピンを前記貫通孔外方に弾発的に押圧する導電性のコイルスプリングが装填され、かつ、前記導電ピンに設けられたフランジ部下方の、前記貫通孔内部分の長さが、前記コイルスプリングが圧縮された場合でもその各巻線が前記貫通孔内で相互に接触しないように保つに足る長さを有することを特徴とする圧接挟持型コネクタ。
2. 前記導電ピンが前記コイルスプリングの両端に配置された請求項１に記載の圧接挟持型コネクタ。

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