JP2005317369A - 導電弾性コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】 電子部品の脱離を防止できる導電弾性コネクタの提供。
【解決手段】 電子部品であるスピーカ7の電極9a,9bと基板電極とを電気的に接続する弾性コネクタ部12と、例えば熱エネルギーのような外部エネルギーの付与により収縮する収縮性高分子体にて形成した電子部品7の保持部11と、を一体形成する。保持部11は、保持対象の電子部品7を外側から拘束するように収縮するため、電子部品7に形状・大きさなどの相違があっても確実に保持することが可能であり、導電弾性コネクタ10の標準化を図ることができる。
【選択図】 図6

Description

この発明は、携帯電話機、PDA、デジタルカメラ、ノートパソコンなどの通信機器及び電子機器に組み込む小型の電子部品を、プリント基板に対して電気的に接続する導電弾性コネクタに関する。
マイクロホン、レシーバ、スピーカ、ブザー、バイブレータ、あるいはこれらの幾つかを一素子に統合した小型素子等の電子部品と、プリント基板の基板電極との電気的接続は、例えば図10、図11のように行われている(特許文献1)。
1は電子部品であり、これはホルダ2に収容される。ホルダ2は、全体がシリコーンゴムのようなゴム状弾性体にて形成されており、電子部品1は底付き円筒形状の保持部3に収容される。保持部3の底部には、弾性コネクタ部4が突起状に形成されている。弾性コネクタ部4には、ニッケル粒子のような小さな多数の磁性導電体を、ホルダ2の成形金型のキャビティ内に形成した平行磁場の磁力線方向に沿って配向して成る導電部5が形成されている(図11参照)。導電部5は、厚み方向で弾性コネクタ部4を貫通しており、保持部3の内面として露出する一方側の端部が、電子部品1の電極1aに対して接触し、またホルダ3の外面として露出する他方側の端部が、プリント基板6の基板電極6aに対して接触することで、電子部品1と基板回路とを電気的に接続する。
この具体的な接続状態は、図11で示すとおりである。つまり、ホルダ2の保持部3の内側に、電子部品1を組み入れて収容し、ホルダ2を例えば通信機器や電子機器の筐体7の内面に筒状に突設した取付部7aの内側に装着する。そして、例えば筐体7を図外の他の筐体と組み合わせたり、あるいはプリント基板7を筐体7に対して固定することで、ホルダ2の弾性コネクタ部4が、電子部品1の電極1aとプリント基板6の基板電極6aとで挟み込まれて圧縮状態で接触し、これによって電気的接続が達成されるようになっている。
特開平11−191469号公報
このホルダ2によれば、電子部品1の電極1aと基板電極5aとを、リード線を用いて半田付けするような手間な接続作業を廃止できることにより、生産性を向上できる利点がある。しかしながら、ホルダ2は柔軟なゴム状弾性体でなるため、筐体7への組付時や取扱時等に、保持部3に収容した電子部品1が脱離することがあり、この場合には組付時に小さな電子部品1を手作業で保持部3に収容しなおさなければならず、これが生産性を低下させる要因となっている。また、ホルダ2は、種類・形状・電極1aの配置など保持対象とする電子部品1に応じた専用品であるため、製造の観点からは、用意すべきホルダ2の種類の多様性が、コスト削減の阻害要因となっている。
以上のような従来技術を背景になされたのが本発明であり、その目的は、電子部品の脱離を防止できる導電弾性コネクタの提供を目的とする。また、本発明は、保持対象とする電子部品の多様性に対応できるような導電弾性コネクタの提供を目的とする。
上記目的を達成すべく本発明は、電子部品の電極と基板電極とを電気的に接続する弾性コネクタ部と、外部エネルギーの付与により収縮する収縮性高分子体にて形成した電子部品の保持部とを一体形成した導電弾性コネクタを提供する。
この導電弾性コネクタでは、外部エネルギーの付与により収縮する収縮性高分子体にて形成した電子部品の保持部を備えるため、外部エネルギーの付与によって、保持部が電子部品を外側から拘束するように収縮して保持する。よって、電子部品を確実に保持することができる。また、保持部は、保持対象の電子部品を外側から拘束するように収縮するため、電子部品に形状・大きさなどの相違があっても確実に保持することが可能であり、導電弾性コネクタの標準化を図ることができる。
上記のような収縮を保持部にもたらす外部エネルギーは、具体的には加熱、冷却、加湿、乾燥、可視光、紫外線、電子線の照射、通電などの態様があるが、このうちの何れが収縮に作用するかは、収縮性高分子体として選定する素材によって変わることになる。
こうした収縮により電子部品を保持する保持部の形状としては、例えば電子部品の外面に周着する環状体として構成することができる。これによれば、収縮する保持部が、電子部品の外面の全周にわたって電子部品を確実に保持できるため、脱離し難く、電子部品の形状の多様性にも対応することができる。
また、他の保持部の形状としては、例えば電子部品の外面を挟み込んで保持する係止片として構成することが可能であり、このような形態でも電子部品を確実に保持することが可能である。また、例えば大きな凸部が存在する場合など電子部品の形状によっては、前述の環状体として保持部を構成すると、電子部品の外面全周にわたって周着が困難となるような場合も想定されるが、こうした場合でも本発明であれば保持可能である。
そして、保持部を成す収縮性高分子体は、収縮性ゴム状弾性体にて構成できる。これによれば、弾性変形によって電子部品への装着作業が容易で、収縮時には電子部品の外形に沿わせるように収縮させることが可能であり、また収縮後の電子部品の保持も確実であり、さらにはゴム状弾性によって電子部品の保護にも機能する。
また、保持部を成す収縮性高分子体は、収縮性硬質樹脂にて構成できる。これによれば、保持部に剛性があるため電子部品への装着時における取扱性が良く、装着の自動化にも適する。
さらに、保持部を成す収縮性高分子体は、収縮性樹脂フィルムにて構成できる。これによれば、フィルムの変形によって電子部品への装着作業が容易であり、また保持部をきわめて薄くできるので電子部品に取付けても嵩張らない。
これらの収縮性ゴム状弾性体、収縮性硬質樹脂、収縮性樹脂フィルム等として構成される収縮性高分子体は、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフロオロエチレン等を材質としたものであれば、安定した収縮が得られて好適である。このなかでも、電気絶縁性、耐候性、作業性、コスト、弾性コネクタ部を形成するゴム状弾性体との一体成形を考慮すると、収縮性ゴム状弾性体としてはシリコーンゴムが好ましく、収縮性硬質樹脂及び収縮性樹脂フィルムとしてはポリオレフィンが好ましい。
以上の本発明については、弾性コネクタ部に、接続対象の電極よりも小さな接触面を有する多数の導電部を形成したものとして構成できる。これによれば、多数形成した導電部の何れかが、必ず接続対象となる電極に対して接触する。したがって、電子部品ごとに電極の形状、位置が異なる場合でも使用することが可能である。
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。なお、実施形態間で重複する説明は省略する。
第1実施形態〔図1〜図6〕: 図1で示す7はスピーカで、本実施形態ではこれを、図外の携帯電話機に内蔵する小型の電子部品として例示している。スピーカ7には、円盤状の本体部8から電極9a,9bを有する接続部9が突出した全体形状を呈するものである。そして、第1実施形態の導電弾性コネクタ10は、かかる接続部9に対して取付けるものとしている。
導電弾性コネクタ10は、図1,図2で示すように、保持部11と弾性コネクタ部12で構成される。保持部11は、図3で示すような扁平楕円形状で、電気絶縁性の収縮性ゴム状弾性体にて形成されている。そして、対向する長手面の一方には、肉厚を矩形状に除去した透孔13が貫通形成されている。そして、前述の弾性コネクタ部12は、透孔13の孔縁の表裏を全周にわたって被覆するとともに透孔13を閉塞するように形成される。
弾性コネクタ部12は、電気絶縁性のゴム状弾性体にて形成され、そこにはスピーカ7の電極9aに対応する導電部14と、もう一方の電極9bに対応する導電部15とが形成される。各導電部14,15には、各厚み方向に沿うように導電体16が埋設されている。したがって、導電部14,15は、導電接続の方向が、その厚み方向に沿った異方性を有するように形成されており、電極9a,9bと図外のプリント基板の基板電極に対して押圧接触して、それらを導電接続することになる。
以上のような導電弾性コネクタ10の各部は、次のような材質で形成される。
保持部11を成す「収縮性高分子体」としての収縮性ゴム状弾性体は、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフロオロエチレンを材質とするものを使用できる。これらによれば、外部エネルギーの付与により、安定した収縮性を得ることができる。このなかでも、電気絶縁性、耐候性、作業性、コスト、弾性コネクタ部12を成すゴム状弾性体との一体成形を考慮すると、シリコーンゴムが最も好ましい実施形態の材質として使用することができる。
そして、収縮性ゴム状弾性体でなる保持部11に収縮をもたらす外部エネルギーとしては、具体的には加熱、冷却、加湿、乾燥、可視光、紫外線、電子線の照射、通電などの態様があるが、このうちの何れを収縮に作用させるかは、使用する材質に応じて変わることになる。列挙した前記材質の場合、特に好ましい外部エネルギーとしては、安定した収縮を得ることができて作業性も良い点で、加熱を利用することができる。
弾性コネクタ部12を成す「ゴム状弾性体」は、具体的には、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、1,2−ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。そして、電気絶縁性、耐光性、作業性、コストを総合して考慮するとシリコーンゴムが好ましい。
弾性コネクタ部12の導電部14,15には、前述のように異方性の導電路を形成する導電体16が埋設される。導電体16としては、例えば1Ω以下の低抵抗の導電材を用いる。具体的な材質としては、金、銀、白金、アルミニウム、クロム等の金属類やグラファイト、ステンレス等の合金類からなる導電性粒子または導電性細線を用いることができる。また、それらの導電性粒子や導電性細線に、磁性体であるニッケル、コバルト、鉄又はそれらを多く含む合金を被覆した磁性導電性粒子や磁性導電性細線を用いることもできる。これとは逆に、磁性体であるニッケル、コバルト、鉄又はそれらを多く含む合金を核として、抵抗値の低い金、銀、白金、アルミニウム、クロム等の金属類やグラファイト、ステンレス等の合金類で被覆した磁性導電性粒子や磁性導電性細線を用いることもできる。このような導電体16は、導電弾性コネクタ10の製造方法に応じて、弾性コネクタ部12に埋設される。すなわち、例えば弾性コネクタ部12の成形とともに埋設したり、または弾性コネクタ部12の成形後に導電部14,15の対応位置に外部から打込んで埋設するといった方法で埋設される。
以上のような保持部11と弾性コネクタ部12については、それを一体化して導電弾性コネクタ10として構成する接合手段として、一体成形、接着、溶着、融着、圧入等を利用することができる。そして、これらの中でも、接合の強さや生産性を考慮すると、保持部11と弾性コネクタ部12との一体成形が好ましい。
次に、導電弾性コネクタ10の製造方法を、より具体的に説明する。ここで説明する製造方法は、保持部11を弾性コネクタ部12の成形用の金型に移載し、該金型内で、導電部14,15の形成位置に、磁場を印加することで導電体16を配向し、弾性コネクタ部12を一体成形する、という方法である。
保持部11は、図3で示すものを用いる。これには例えば、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム収縮チューブ「ST−40DG」を、図3で示すような形状に加工したものを用いる。つまり、該シリコーンゴム収縮チューブを所定長さに切断するととに、弾性コネクタ部12の形成箇所に、透孔13を切断により貫通形成する。
一方、弾性コネクタ部12を形成するため、導電体16として、例えば表面を金めっきしたニッケル粉でなる磁性導電体を用意する。そして、弾性コネクタ部12の材料とする、例えば液状シリコーンゴムのような液状ポリマー100重量部に、磁性導電体を5〜50重量部加えて、良く攪拌脱泡する。
ここで、磁性導電体の添加量について、5重量部よりも多くしたのは、それ以下であると、導電部14,15において、厚み方向に磁性導電体が数珠状に配向されない部分が発生して抵抗値の上昇を招き、導電接続性が低下するからである。一方、50重量部を超えると、導電部14,15以外の箇所に磁性導電体が残存して、電気的リークを起こす可能性があるからである。こうした問題を回避すべく、5〜50重量部の添加量とするの好ましく、より好ましくは10〜20重量部である。また、磁性導電体の粒径は、20〜100μm程度が望ましく、より好ましくは30〜40μm程度である。
また、弾性コネクタ部12の材料とする液状ポリマーは、磁性導電体を磁場配向させるため、粘度が低いほど配向時間を短縮することができ、磁性導電体も数珠状に安定して配向する。このため、粘度は10P〜2000Pが望ましく、より好ましくは100P〜1000Pである。
以上のような保持部11と磁性導電体を添加した液状ポリマーを用意したならば、次に保持部11に弾性コネクタ部12を一体成形する工程を実施する。この成形工程の実施にあたっては、図4,図5で示すような金型を使用する。金型は、アルミニウムや銅などの非磁性体を各々素材とする下型17、中型18、上型19で構成される。下型17、中型18、上型19には、導電部14,15の形成位置に、鉄や磁石などの強磁性体でなる配向ピン20が埋め込まれている。そして、下型17の底面と、上型19の上面には磁石21,22が各々設置される。このような金型構成によって、本実施形態では、磁石21,22の発生する磁場が、配向ピン20を通じるように偏向されることで、下型17、中型18、上型19のキャビティ内には、上下の配向ピン20間を通じるような平行磁場が形成されることになる。
具体的な製造の手順は、まず、図4(a)で示すように、保持部11の内部に中型18を挿入してから、これを下型17に載置する。次いで、図4(b)で示すように、磁性導電体を添加した液状ポリマーを、弾性コネクタ部12を形成箇所に注入する。具体的には、中型18のキャビティ内と、保持部11の透孔13内と、を充填するように注入する。
そして、図5(a)で示すように、上型19を降下させて、磁石21,22により、同軸上に位置する下型17、中型18、上型19の配向ピン20を繋ぐ平行磁場を形成し、液状ポリマー中の磁性導電体を磁力線方向に数珠繋ぎとなるように配向して、磁性導電体鎖を形成する。こうした磁性導電体の磁場配向は、上型19と下型17を完全に締め合わせる型締め時の前後の何れの時点でも良いが、型締め後であると成形圧力によって磁性導電体が移動不能となるか、移動可能であっても配向完了までに長時間を要するため、型締め前に磁場配向を終える方が、確実な配向を迅速に行える点で良い。
磁場配向と型締め後、保持部11、具体的にはシリコーンゴム収縮チューブの収縮温度(信越化学工業株式会社製の「ST−40DG」の場合には約80℃)よりも低い温度で、液状ポリマーを加硫硬化させると、弾性コネクタ部12が保持部11に一体成形され、図1、図2で示す導電弾性コネクタ10を得ることができる。
そして、導電弾性コネクタ10を使用するには、図1で示すように、導電部14,15を電極9a,9bと位置合わせして、保持部11をスピーカ7の接続部9に対して取付ける。この取付時には、ゴム状弾性体でなる保持部11を変形させることで、取付作業を容易に行うことができる。こうして取付けたのが、図6(a)の状態であり、この取付状態では保持部11と接続部9との間に隙間Dがあるため、導電弾性コネクタ10をスピーカ7から取り外すことができる。そこで、保持部11に対して外部エネルギー、前記の具体例に従えば、シリコーンゴム収縮チューブの収縮温度(前記「ST−40DG」の場合には80℃)で加熱して、保持部11を収縮させる。これが図6(b)の状態であり、保持部11は接続部9の外形に追随して収縮し、接続部9を締め付けるように保持する。これによって、導電弾性コネクタ10はしっかりとスピーカ7に対して取付けられる。したがって、携帯電話機の筐体への組付時や取扱時に、スピーカ7と導電弾性コネクタ10とが分離するような不都合を無くすことができる。そして、保持部11はゴム状弾性を有するため、筐体への組付後には緩衝材として機能し、スピーカ7を保護することができる。
また、保持部11の収縮によって、弾性コネクタ部12の導電部14,15が電極9a,9bと圧接するため、外力を付与しなくてもスピーカ7との電気的接続を得ることができるものである。したがって、導電部14,15を、電極9a,9bと基板電極の双方に対して電気的に確実に接続できるようにするために、電極9a,9bと基板電極とで、強い圧接によって導電部14,15を狭持しなくてもよく、そのような強い狭持を維持しなくても確実な電気的接続を得ることができる。なお、導電弾性コネクタ10を外す際には、保持部11を部分的に切断することで容易に取外し可能であるから、交換も作業性良く行える。
そして、以上のような導電弾性コネクタ10であれば、スピーカ7の接続部9の形状が変化しても、また接続部9の大きさが変化しても、いずれの場合であっても、ゴム状弾性体でなる保持部11の柔軟性と、熱収縮による接続部に対する追随的な収縮によって、上記と同様にしっかりと他の電子部品に対して取付けることが可能であり、形状や大きさに相違のある多くの電子部品について共通に使用することができる。
第2実施形態〔図7〕: 本実施形態の導電弾性コネクタ23が、第1実施形態の導電弾性コネクタ10と異なる点は、保持部24の材質と、弾性コネクタ部25の構成であり、保持部24の形状、弾性コネクタ部25の材質、製造方法については、第1実施形態と同様である。
本実施形態の保持部24は、「収縮性高分子体」としての収縮性樹脂フィルムで形成されている。この場合の収縮性樹脂フィルムの材質は、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフロオロエチレンを材質とするものを使用できる。そして、導電弾性コネクタ23をスピーカ7の接続部9に装着する際には、収縮性樹脂フィルムでなる保持部24を変形させて容易に装着できる。装着後は、第1実施形態と同様に、材質に応じた外部エネルギーを加えることで、スピーカ7の接続部9の外形に追随するごとく収縮し、接続部9を締め付けるように確実に保持することができる。そして、収縮性樹脂フィルムでなる保持部24はきわめて薄く、接続部9に取付けても嵩張らないので、接続部9の周辺の省スペース化に寄与することができる。
また、本実施形態の弾性コネクタ部25には、接続対象の電極9a,9bよりも小さな接触面を有する小突起状の導電部26が多数形成されており、各導電部26には第1実施形態と同様に、導電体16がその厚み方向に数珠状に配向する導電路が形成されており、また隣接する導電部26どうしは相互に電気的に絶縁された状態として形成されている。したがって、本実施形態では、多数形成した導電部26の何れかが接続対象の電極9a,9bに対して必ず接触する。よって、本実施形態の導電弾性コネクタ23は、大きさや位置が電極9a,9bと異なるような他の電子部品に対しても使用することができる。
第3実施形態〔図8〕: 本実施形態の導電弾性コネクタ27は、保持部28を収縮性硬質樹脂で形成した点で前記各実施形態と相違しており、弾性コネクタ部12は第1実施形態と同一である。
本実施形態の保持部28は、「収縮性高分子体」としての収縮性硬質樹脂にて形成されている。この場合の収縮性硬質樹脂の材質は、具体的には、例えばポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂を材質とするものを使用できる。また、保持部28は、弾性コネクタ部12を形成する透孔のある基部29と、基部29の両端から下方に各々伸長する係止脚30と、を有する「係止片」として形成されている。そして、導電弾性コネクタ27をスピーカ7の接続部9に装着する際には、収縮性硬質樹脂でなる保持部28に剛性があるため、取扱性良く装着できる。装着後は、第1実施形態と同様に、材質に応じた外部エネルギー(ポリオレフィン樹脂の場合には熱エネルギー)を加えることで、スピーカ7の接続部9を拘束するように収縮して確実に保持することができる。
実施形態の変形例〔図9〕: 以上の各実施形態については、変形実施が可能である。すなわち、前記各実施形態では、導電部14,15,26について磁性導電体を磁場配向して形成する例を示したが、弾性コネクタ部12,25の成形後に、外部から導電性細線の打込みにより形成することもできる。
前記各実施形態で示す導電弾性コネクタ10,23,27の形状は一例であり、保持する電子部品の形状に応じて変形したり、導電部の数や形成位置を変更することも可能である。
前記各実施形態では、保持部11,24,28に単一の透孔13を形成する例を示したが、例えば図9で示すように、導電部14,15の対応位置にのみ透孔31,32を形成する構成としてもよい。これによれば、弾性コネクタ部33と保持部34との接触面積の拡大により、両部材の接合力をさらに強固にすることができる。なお、この構成の場合には、弾性コネクタ部33が、透孔31,32を有する保持部34の長手面の表面だけ若しくは裏面だけを被覆するように形成したり、又は表面と裏面の両面を被覆するように形成してもよい。
前記各実施形態では、保持部11,24,28を収縮性高分子体にて形成し、弾性コネクタ部12,25をゴム状弾性体にて形成したが、保持部11,24,28と弾性コネクタ部12,25の双方を収縮性ゴム状弾性体により単一の材料で形成することもできる。この場合、導電部は、前期実施形態のように磁場により導電体を配向させ埋設するものでも、また保持部と弾性コネクタ部の成形後に外部から導電細線を打込みにより埋設するものでもよい。
第1実施形態による導電弾性コネクタの電子部品への取付説明図。 図1の導電弾性コネクタの構造説明図であり、分図(a)はSA−SA線部分断面を含む正面図、分図(b)は平面図。 保持部の外観斜視図。 図1の導電弾性コネクタの製造工程説明図。 図1の導電弾性コネクタの製造工程説明図。 図1の導電弾性コネクタの電子部品への取付説明図。 第2実施形態による導電弾性コネクタの電子部品への取付説明図。 第3実施形態による導電弾性コネクタの電子部品への取付説明図。 実施形態の変形例による導電弾性コネクタの平面図。 一従来例によるホルダと、小型電子部品と、プリント基板の分解斜視図。 図9の組付状態を模式的に示す断面図。
符号の説明
6 プリント基板
6a 基板電極
7 スピーカ(電子部品)
8 本体部
9 接続部
9a,9b 電極
10 導電弾性コネクタ(第1実施形態)
11 保持部
12 弾性コネクタ部
13 透孔
14 導電部
15 導電部
16 導電体
17 下型
18 中型
19 上型
20 配向ピン
21,22 磁石
23 導電弾性コネクタ(第2実施形態)
24 保持部
25 弾性コネクタ部
26 導電部
27 導電弾性コネクタ(第3実施形態)
28 保持部
29 基部
30 係止脚
31,32 透孔
33 弾性コネクタ部
34 保持部

Claims (7)

  1. 電子部品の電極と基板電極とを電気的に接続する弾性コネクタ部と、外部エネルギーの付与により収縮する収縮性高分子体にて形成した電子部品の保持部とを一体形成した導電弾性コネクタ。
  2. 保持部を、電子部品の外面に周着する環状体として形成した請求項1記載の導電弾性コネクタ。
  3. 保持部を、電子部品の外面を挟み込んで保持する係止片として形成した請求項1記載の導電弾性コネクタ。
  4. 収縮性高分子体が、収縮性ゴム状弾性材である請求項1〜請求項3何れか1項記載の導電弾性コネクタ。
  5. 収縮性高分子体が、収縮性硬質樹脂である請求項1〜請求項3何れか1項記載の導電弾性コネクタ。
  6. 収縮性高分子体が、収縮性樹脂フィルムである請求項1〜請求項3何れか1項記載の導電弾性コネクタ。
  7. 弾性コネクタ部に、接続対象の電極よりも小さな接触面を有する多数の導電部を形成した請求項1〜請求項6何れか1項記載の導電弾性コネクタ。
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