JP2005346995A - 電気コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 挟持保持機構が不要で、繰り返し嵌合操作においてもコンタクトの磨耗がなく、組み立て時に半田付けが不要である被挟持型の電気コネクタの提供。
【解決手段】 基板８ａ，８ｂのパッド６ａ、６ｂの配列間隔に合わせて平行に整列保持された体積圧縮弾性絶縁材からなる柱状体４にパッド６ａ，６ｂと当接する面側にコンタクト５を設けて中間接続体１を形成する。平行に整列されたパッド６ａの間に先端部が膨らんだ形の非弾性絶縁体からなる突起７ａを基板８ａに立設して、柱状体４を突起７ａの間で保持するようにした下部基板２を形成し、同様に上部基板３を形成する。下部基板２と上部基板３において突起６ａと６ｂは当接しないように柱状体４の軸方向に変位させる。以上の中間接続体１、下部基板２、上部基板３により電気コネクタを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品と基板の間あるいは基板と基板の間に介在してそれぞれのパッド（電極）の間を電気的に導通させる電気コネクタの技術分野に属する。

最近のパーソナルコンピュータや携帯電話器や多くの家庭用電子機器などでは、小型軽量化、デジタル化、高機能化などのために、数多くのパッドを有する大規模集積回路（ＬＳＩ）などの電子部品が多数用いられるようになっており、これらの電子部品が高密度に実装されて数多くの回路を有する基板同士を電気的に接続することが必要となっている。
このように電子部品と基板の間および基板と基板の間に介在してそれぞれのパッドの間を電気的に導通させる電気コネクタとしては、主に次の２つの型が用いられている。

第１の型は、弾性のある絶縁板の一方の面から他方の面へ電気的に導通するコンタクトを多数形成し、これを電子部品や基板で挟持して電子部品や基板のパッドをコンタクトに接触させて電気的な導通を図る被挟持型である。この被挟持型のコネクタの構造は、弾性絶縁板の中に導電性繊維や細線導体を埋設して、これらの先端を絶縁板の表面から突出させてコンタクトとするものや、突出部に金属薄膜を貼り付けてコンタクトとするものである（例えば、特許文献１参照）。

第２の型は、凹部および凸部を有する部材をそれぞれ電子部品や基板に取り付けてそれらを嵌合させることによって電気的な接続を行う雌雄型である。この雌雄型のコネクタの構造は、それぞれが嵌合する凹部および凸部を絶縁体で形成し、それらの表面に金属メッキなどを施してコンタクトを形成するもので、凹部および凸部の底面を半田付けなどによって電子部品や基板のパッドに固着するものである（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−５６９０７号公報（図１） 特開２００２−４２９２７号公報（図１）

前述の従来の被挟持型のコネクタの場合、電子部品や基板でコネクタを挟んだうえ、挟圧力を加えるための挟持保持機構が必要となる。多くのコンタクトを有するコネクタにおいては、この挟持保持機構は圧力が各コンタクトに均等に加わるようにする工夫が必要である。なぜならば、コンタクトとパッドの間の接触に差異が出てしまい、接触電気抵抗にばらつきを生じたり、コンタクトとパッドが接触していないものが生じてしまうからである。

また、製作時に均等に押圧が加えられて安定に接触した状態となる挟持保持機構であっても、温度の変化や長期間使用しているうち部材の僅かな寸法などの変化によって、接触圧が変化して接触電気抵抗にばらつきを生じたり非接触という不具合が発生する恐れがある。このため、挟持保持機構は、各コンタクトに均等に押圧が加えられるもので、温度の変化や長期間使用しても押圧が変化しないものとしなければならず、構造が複雑で高価なものとなってしまう。

前述の従来の雌雄型のコネクタの場合は、凹部のへこみ部の開口を狭めて断面が円状のものとし、凸部の先端を断面が円状の膨れた形状とし、凹部および凸部のいずれか一方の部材を弾性のある部材を用いることによって、凹部と凸部を嵌合させてその状態を維持できるようにしたもので、前述の挟持型と違って複雑な挟持保持機構を必要としない。

しかし、弾性絶縁部材を用いた凹部、凸部には、その表面に金属メッキなどを施してコンタクトを形成しなければならず、凹部と凸部を嵌合させるときその金属メッキなどを施したコンタクトの面が擦れることになり、嵌合操作を繰り返し行った場合、コンタクトが磨耗したり剥離を生じることになり、接触電気抵抗の増加や非接触という不具合を発生させてしまう。

また、凹部および凸部それぞれの部材は、電子部品や基板のパッドに半田付けなど用いて電気的な導通を図るとともに機械的に固着する必要がある。微小な面積に数多くのパッドを有する電子部品や基板に凹部および凸部の部材を半田付けする作業は、信頼性が高く、また、隣り合うパッド間で誤接続が無いものとすることが求められ、高度で熟練した作業者による精密な作業によるか、高価な自動半田付け機械が必要となり、さらに、その接続が適切に行われているかの確認を行う作業（検査）が必要となる。このため、半田付けの作業費用や高度な設備の準備並びに検査のために製造コストが増大してしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、前述した従来の被挟持型のコネクタにおいて、安定した押圧を加える複雑で精密な挟持保持機構を必要とするために、コネクタのコストが高価になるという問題と、雌雄型のコネクタにおいて、繰り返しの嵌合作業によって接触電気抵抗の増加や非接触という不具合を生じ易いという問題と、更に、凹部および凸部の半田付けによる取り付け作業およびその検査のために多大な工数を必要として組み立て検査費用が高いという問題を解決して、高価な挟持保持機構が不要で、繰り返し嵌合操作を行っても接続に不具合を生じずに長期間安定で信頼性の高い接続ができ、組み立ても容易で製造コストが低減できる経済的な電気コネクタを提供することにある。

本発明の第１の構成は、下記の各手段で構成されていることを特徴とする電気コネクタである。
（イ） 圧縮弾性絶縁材からなる柱状体が接続対象基板のバッド配列間隔に合せて平行に整列保持され、各柱状体には、整列面の一方側表面から他方側表面にかけて軸方向に電気的接触部分を有するコンタクトが設けられている中間接続体
（ロ） 前記中間接続体の一方側の面に接続される基板の接続対象パッド配列の各パッドの間の位置に対応させて立設され、その先端部が、隣り合う先端部の間から前記柱状体が押し込まれたときこれを抱き込むようになる形に膨らんでいる非弾性絶縁体からなる突起
（ハ） 前記中間接続体の他方側の面に接続される基板の接続対象パッド配列の各パッドの間の位置に対応させ且つ前記中間接続体の一方側の面に接続される基板の突起と当接せぬよう前記柱状体の軸方向に変位した位置に立設され、その先端部が、隣り合う先端部の間から前記柱状体が押し込まれたときこれを抱き込むようになる形に膨らんでいる非弾性絶縁体からなる突起

本発明の第２の構成は、前記第１の構成の中間接続体の柱状体の材質を非弾性絶縁体とし、接続対象基板の突起の材質を圧縮弾性絶縁材としたことを特徴とする電気コネクタである。

以上のように、本発明の第１の構成の電気コネクタでは、中間接続体の柱状体が体積圧縮弾性材からなり、その柱状体に設けられているコンタクトは、柱状体の整列面の一方側表面から他方側表面にかけて柱状体の軸方向に設けられており、接続対象側の基板には接続対象電極（パッド）の配列の間に対応する位置に立設されている非弾性絶縁体の突起の先端部が膨んでおり、先端部の間隔が前記柱状体の径より小さいので、柱状体の圧縮弾性を利用して押し込んだ後は、中で復元膨張しようとする柱状体を抱きかかえて抜けを防止するとともに、そのために復元膨張しようとする力が柱状体に設けられているコンタクトをパッドに押し付ける力となり良好な接触が得られる。
従って、中間接続体を両面から接続対象基板で挟んだ場合に、従来の挟持型コネクタにおけるような挟持保持機構が不要になるという利点がある。

また、柱状体のコンタクトは接続対象基板のパッドに対向する面に設けられているので、突起の間へ柱状体を押し込んだり抜いたりするときに、突起の先端部と摺擦することがなく、嵌合操作を繰り返し行ってもコンタクトの表面が磨耗したり剥離したりせず信頼性が高く長寿命であるという利点がある。

さらに、接続対象基板に設けられる突起は、柱状体を挟持するだけの絶縁体であるため、突起を基板に立設し固着するには、突起の底面を接着剤や両面接着テープを用いればよく、従来の雌雄型のように接続部材を基板のパッドに電気的に接続し機械的に固着するための細密な半田付け作業を全く必要としないという利点がある。

次に、本発明の第２の構成は、中間接続体の柱状体の材質を被弾性絶縁材とし、突起の材質を圧縮弾性絶縁材として材質を逆にしたものであるが、柱状体を押し込もうとするときは、突起の先端部の膨らみが弾性圧縮して押し込まれ、押し込まれた後は復元膨張するので、柱状体の抜けが防止されるとともに、膨張圧力によってコンタクトがパッドに押し付けられるので、第１の構成の場合と同じ効果が得られる。

本発明の電気コネクタは、第１の構成、第２の構成ともに中間接続体の柱状体を先端部が膨らんで配列した突起の狭い開口部に押し込んで嵌合させるものであるから、柱状体の断面は円状あるいは多角形状とし、突起先端の膨らみの断面形状も丸みを帯びた形状とすることが最良である。

さらに、第２の構成においては、基板に装着配列されたパッドの配列面の歪みや凹凸があった場合でも、それに自在に対応できてコンタクトとパッドとの接触が保たれて電気的な導通が維持できるように、コンタクトは体積圧縮弾性絶縁材からなる柱状体の表面に直接蒸着して金メッキ等の金属膜を形成したものであることが最良である。

図１は、本発明の電気コネクタの実施例を示す外観図である。
図１は、中間接続体１とそれに嵌合する下部基板２及び上部基板３の嵌合する前の状態を示したものであり、本発明の電気コネクタは、図の矢印のように上部基板３と中間接続体１と下部基板２とを嵌合して、下部基板２のパッド６ａと上部基板３のそれぞれに対応するパッド６ｂを中間接続体１の柱状体４のコンタクト５を介して電気的に接続するものである。

図１に示す中間接続体１は、ゴムのブロックのように体積的に弾力性をもって圧縮、復元膨張する体積圧縮弾性絶縁材で形成された柱状体４が下部基板２及び上部基板３のパッド６ａ，６ｂの配列間隔に合わせて平行になるように配列されたものである。

また、下部基板２は、パッド６ａが配列された基板８ａと、基板８ａの表面でパッド６ａの配列の間に立設された突起７ａと、突起７ａを連結する連結板９ａとから構成され、同様に、上部基板３もパッド６ｂが配列された基板８ｂと、突起７ｂと、連結板９ｂとから構成される。

図２は、中間接続体１の柱状体４の詳細を示した図で、（ａ）は拡大斜視図、（ｂ）は断面図である。図示のように、各柱状体４には配列の上面から下面へかけてＵ字状に連接する導電性のコンタクトが設けられている。

図３は、下部基板２の突起部周辺の詳細を示した図で、（ａ）は拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見た断面図、（ｃ）は矢印Ｂ方向から見た断面図、（ｄ）は矢印Ｃ方向から見た平面図である。なお、上部基板３の突起部周辺は下部基板２の突起部周辺と同様であるが、矢印Ｃ方向から見た図だけが連結板が隣接する突起間だけという点で違っており、（ｅ）は上部基板３の矢印Ｃ方向から見た平面図である。

突起７ａは、プラスチックなどの非弾性絶縁材からなるもので、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにその先端部は膨らんだ形状をしており、突起７ａの底部１０が連結板９ａとともに基板８ａに接着剤や両面接着テープなどで接着されて立設されている。上部基板３の突起７ｂも同様に基板８ｂに接着されて立設されている。

図３の（ｂ）、（ｄ）に示すように各突起７ａは連結板９ａで連結されており、連結板９ａは（ｂ）に示すようにパッド６ａの厚さよりも薄いものとなっている。上部基板３の突起７ｂは（ｅ）に示すように連結板９ｂで連結され、その厚さは連結板９ａと同様にパッド６ｂよりも薄いものとなっている。

図４は、本発明の電気コネクタの実施例における第１の嵌合操作として、中間接続体１の柱状体４を下部基板２の突起７ａに嵌合させる操作を示した断面図である。（ａ）は柱状体４の断面図、（ｂ）は下部基板２の突起７ａ周辺の断面図で、（ｃ）は柱状体４を突起７ａに嵌合した状態の断面図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の側方から見た断面図である。

柱状体４は、図の矢印のように下部基板２の隣接する突起７ａの先端部の間から押し込むことによって、突起７ａの先端部の狭い開口部で圧縮弾性変形しながら挿入されて、（ｃ）に示すように突起と突起の間に収納される。

図５は、第２の嵌合操作として、図４の（ｃ）、（ｆ）に示す中間接続体１の柱状体４と下部基板２の突起７ａが嵌合した状態に上部基板３の突起７ｂを嵌合させる操作を示した断面図である。（ａ）は上部基板３の突起７ｂの断面図、（ｂ）は中間接続体１の柱状体４と下部基板２の突起７ａが嵌合した状態の断面図（図４の（ｃ）と同じ）、（ｃ）は中間接続体１、下部基板２、上部基板３が嵌合した状態の断面図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の側方から見た断面図である（（ｅ）は図４のは（ｆ）と同じ）。

図５の（ｄ）に示すように突起７ｂは、（ｅ）に示す突起７ａの位置から変位しており、図の矢印のように上部基板３の突起７ｂを、柱状体４と下部基板２の突起７ａが嵌合した状態の柱状体４に押し込むことができ、この押し込む操作によって柱状体４は突起７ｂの狭い開口部で弾性変形して突起７ｂが挿入され、（ｃ）に示すように突起７ｂ（突起７ａの背面に位置するため図示されていない）は柱状体４を抱き込むように入り込む。

以上示した第１と第２の操作によって中間接続体１、下部基板２、上部基板３が嵌合した状態となり、図５の（ｃ）、（ｆ）に示すようにパッド６ａとコンタクト５とパッド６ｂが接触し、パッド６ａとパッド６ｂとの電気的導通が図られる。なお、以上の説明では、中間接続体１を下部基板２に嵌合させ、その後に上部基板３を嵌合させるという順序としたが、中間接続体１を上部基板３に嵌合させ、その後に下部基板２を嵌合させるという順序でも全く問題はない。

以上の図４及び図５で示した中間接続体１、下部基板２、上部基板３の突起７ａ、７ｂに嵌合させる操作を繰り返し行っても、柱状体４に設けられたコンタクト５は突起７ａ、７ｂと接触しない位置に配置されているので、コンタクト５が突起７ａ、７ｂと擦れてコンタクト５を磨耗させ剥離させるなどの損傷を与えることはない。

図６は、本発明の電気コネクタの実施例において、中間接続体１、下部基板２、上部基板３が嵌合した状態を保持し、下部基板２のパッド６ａと上部基板３のパッド６ｂがコンタクト５と接触し電気的な導通が保持される状況を示した断面図である。（ａ）は下部基板２の突起７ａが見える箇所での断面図で、（ｂ）は上部基板３の突起７ｂが見える箇所での断面図である。

図６の（ａ）に示すように、配列された突起７ａの間に挿入された柱状体４の部分は圧縮されて矢印Ａで示すような力が突起７ａから加えられており、柱状体４の内部ではその反力によって矢印Ａの逆向きの方向に広がろうとする力が働いている。このように柱状体４の内部では広がろうとする力が働いており、さらに、突起７ａの先端は間隔が狭まっているために、柱状体４は特に外力が加わらない限り突起７の先端側から抜け出すことなく突起７ａの間に入り込んだ状態が保持されることになり、中間接続体１と下部基板２の嵌合状態が機械的に保持されることになる。また、矢印Ａで示す力は、柱状体４の内部で矢印Ｂで示す力となってコンタクト５をパッド６ａに押し付ける作用をするため、柱状体４のコンタクト５とパッド６ａの接触は保たれ、電気的導通が維持される。

図６の（ｂ）に示すように、突起７ｂの間に挿入された柱状体４の部分においても矢印Ｃに示す力が作用し、突起７ａの間に挿入された柱状体４の部分と同様に、突起７ｂの間に入り込んだ状態が保持されることになり、中間接続体１と上部基板３の嵌合状態が機械的に保持され、また、矢印Ｃで示す力によってコンタクト５とパッド６ｂの間の電気的導通が維持される。

以上によって、中間接続体１、下部基板２、上部基板３の嵌合状態が機械的に保持され、さらに、コンタクト５を介してパッド６ａとパッド６ｂの間の電気的導通が維持される。

図６は、本発明の第１の構成の場合について示したものであるが、本発明の第２の構成の場合は、柱状体が突起の中に挿入されると突起が弾性変形を起こし、その力が図６に示した矢印Ａ、Ｂ及び矢印Ｃ、Ｄと同様に柱状体に作用して、中間接続体、下部基板、上部基板の嵌合状態が機械的保持されるとともに、コンタクトを介してパッド間の電気的導通が維持される。

本発明の電気コネクタの実施例の嵌合前の外観斜視図である。 本発明の電気コネクタの実施例における中間接続体の柱状体の詳細を示す斜視図及び断面図である。 本発明の電気コネクタの実施例における下部基板の突起の詳細を示す斜視図、断面図及び平面図である。 本発明の電気コネクタの実施例における第１の嵌合操作を示した断面図である。 本発明の電気コネクタの実施例における第２の嵌合操作を示した断面図である。 本発明の電気コネクタの実施例において、機械的及び電気的な保持機能を示した断面図である。

符号の説明

１ 中間接続体
２ 下部基板
３ 上部基板
４ 柱状体
５ コンタクト
６ａ，６ｂ パッド
７ａ，７ｂ 突起
８ａ，８ｂ 基板
９ａ，９ｂ 連結板
１０ 底部

Claims (2)

1. 下記の各手段で構成されていることを特徴とする電気コネクタ。
   （イ） 圧縮弾性絶縁材からなる柱状体が接続対象基板のバッド配列間隔に合せて平行に整列保持され、各柱状体には、整列面の一方側表面から他方側表面にかけて軸方向に電気的接触部分を有するコンタクトが設けられている中間接続体
   （ロ） 前記中間接続体の一方側の面に接続される基板の接続対象パッド配列の各パッドの間の位置に対応させて立設され、その先端部が、隣り合う先端部の間から前記柱状体が押し込まれたときこれを抱き込むようになる形に膨らんでいる非弾性絶縁体からなる突起
   （ハ） 前記中間接続体の他方側の面に接続される基板の接続対象パッド配列の各パッドの間の位置に対応させ且つ前記中間接続体の一方側の面に接続される基板の突起と当接せぬよう前記柱状体の軸方向に変位した位置に立設され、その先端部が、隣り合う先端部の間から前記柱状体が押し込まれたときこれを抱き込むようになる形に膨らんでいる非弾性絶縁体からなる突起
2. 請求項１の中間接続体の柱状体の材質を非弾性絶縁体とし、接続対象基板の突起の材質を圧縮弾性絶縁材としたことを特徴とする電気コネクタ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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