JP2005512289A - 電気コネクタ - Google Patents

Abstract

間に電気接続が形成される導電領域を有する２つのデバイスの間に使用するための電気コネクタであって、当該電気コネクタは貫通する通路を有するハウジング、及び前記通路内に配置された長尺の導電材からなる導体素子を備える。導体素子は、上部デバイスと下部デバイスにそれぞれ当接する上部接触領域と下部接触領域を画定するように形成されている。また、前記ハウジングに対し前記導体素子を固定する位置決め領域と、前記位置決め領域に連接する第一端と前記上部接触領域が位置する方向の自由端とを有する梁領域が設けられている。梁は、上部接触領域が上部デバイスに押し付けられて上部接触領域に対して第一位置の方向に向かう短絡押圧力が掛かり、上記デバイスが使用できる状態となる位置へと弾性により変形可能である。前記上部デバイスが当接する際、前記上部接触領域が前記第二位置に達する前に前記第一端と前記上部接触領域との間の前記梁部と当接する支点提供領域が配置される。

Description

発明の背景
本発明は、電気又は電子回路の一部を形成するプリント回路基板のような導体素子を有する２つのデバイス間に使用される電気コネクタに関する。

例えば互いに平行に搭載され、間にコネクタが配置される２つの回路基板の間に電気接続を成す先行技術によるコネクタの例は、米国特許第４５１１１９７号、同第４３４１４３３号、同第５４３７５５６号、及び同第４５０５５２９号に代表される。この種のコネクタは、複数の導体素子を有するハウジングを有し、導体素子とハウジングの関係が、ハウジングの両側に各々の導体素子のノーズ部が現れてプリント回路基板の導電トレースと係合できるようになっていることにより定義される。導体素子がハウジングの両側で各回路基板のそのようなトレースと係合できることにより、２つの回路基板の間に電気接続を成す。導体素子により確実に電気接続を維持することが重要であり、従ってプリント回路基板は固定されていることが多い。米国特許第４５０５５２９号は、導体素子が圧縮バネ構造を有しており、このバネ部材に何らかのたわみ（変形）が生じると導体素子に対し２つのパネルの方向に短絡するような導体素子の使用を開示している。導体素子のバネ部材は、該バネ部材の変形の開始時に最大に変化した状態で短絡押圧力が生じるような性質を有する。

米国特許第４５１１１９７号には、インピーダンス及び抵抗効果を最小化することの好ましさを認識することにより、使用時に、コネクタが形成する回路に最短の経路長を形成するコネクタを提供するコンタクトアセンブリが提供されている。
米国特許第４５１１１９７号の導体素子は第１コンタクトノーズと第２コンタクトノーズを含み、第２コンタクトノーズが導体素子の梁部の端に搭載されている。梁部の一点から片持ち梁状にコンタクトノーズと離れるように延びている。完全に係合した状態へと移行する中で、コンタクトノーズから伸びる脚部は導体素子の脚部と第１コンタクトノーズで係合し、それにより第１コンタクトノーズに拭き取り動作が生じる。この動作により、回路基板の導電トレース上に蓄積している可能性のある吸着膜及び酸化物が除去される。

米国特許第４３４１４３３号には、ハウジングに固定された第１領域を含む導体素子を有するコネクタが開示されている。この第１領域からは、第１回路基板上の導電トレースと係合する第１ノーズが伸びている。第１領域からは別の脚部も伸びており、この脚部は別の回路基板上の導電トレースと係合するノーズを搭載するバネとして働く。同様に米国特許第５４３７５５６号においても、導体素子の第１ノーズは導体素子のバネ領域に搭載されており、導体素子のノーズが係合する第１回路基板の方向へ短絡押圧力を掛けている。

したがって、本発明の１つの目的は、デバイスが導体素子と当接している間、押圧力の変化率が可変する２つのデバイス間に使用できる電気コネクタを提供すること、又は、少なくとも有用な選択肢を提供することである。
本発明の別の目的は、高圧縮力を提供可能な少なくとも１つの導体素子を電気コネクタに提供することである。
本発明のさらなる目的は、圧縮すると電気的な経路が短くなる導体素子を提供することである。

本発明の概要
本発明は、導電領域を有する２つのデバイスの間に使用され、それらの間に電気接続を形成する電気コネクタから構成される。本コネクタは、
貫通する通路を有するハウジングと、
前記通路内に配置された長尺の導電材からなる導体素子と、
を備え、前記導体素子は、：
（好ましくは前記ハウジングの対向側に位置すべく）上部デバイスと下部デバイスにそれぞれ当接する上部接触領域及び下部接触領域と、
前記ハウジングに前記導体素子を固定する位置決め領域と、
前記位置決め領域に連接する第一端と前記上部接触領域が位置する方向又はその位置の自由端とを有する梁領域であって、前記上部デバイスが当接すると弾性変形し、それにより、前記梁部が変形していない状態の第一位置から、前記上部接触領域が前記上部デバイスに押し付けられて、変形した梁部によって前記上部接触領域に対して前記第一位置の方向に向けて短絡押圧され、前記上部デバイスが使用できる状態となった第二位置へと前記上部接触部を移動させる梁領域と、
前記上部デバイスが当接する際、前記上部接触領域が前記第二位置に達する前に前記第一端と前記上部接触領域との間の領域の前記梁部と当接させるために配置された支点提供領域と、
を画定するように形成されている。

好ましくは、前記導体素子は、弾性的な柔軟性を有するように、前記位置決め領域と梁部領域との間に（及び好ましくは前記位置決め領域から伸びる）バネ領域をさらに画定する。
好ましくは、前記導体素子は、前記梁部が前記支点提供領域と当接したとき、短絡押圧力の変化率を増大させる。

好ましくは、前記ハウジングは、それぞれが対応する導体素子を含む複数の通路を有する。
好ましくは、前記上部接触領域は、少なくとも前記第一位置にあるとき、前記ハウジングの前記通路の第一開放端から外側へ伸びる。
好ましくは、前記下部接触領域は、前記ハウジングの前記通路のもう一方の開放端から外側へ伸びる。

好ましくは、前記下部接触領域は前記導体素子の脚部を備え、該脚部は前記位置決め領域に連接している。
好ましくは、前記脚部が連接する前記位置決め領域の反対端には、前記バネ領域が連接している。

好ましくは、前記導体素子は、曲げ加工及び初期的に平面状の前成形により形成したものである。
好ましくは、前記バネ領域は前記位置決め領域に連接しており、前記梁領域が実質的に弾性変形可能であるように支持する。

好ましくは、前記上部接触領域は、前記上部デバイスとの当接方向と実質的に平行に、第一位置から第二位置へ、及びその逆へ移動する。

好ましくは、前記支点提供領域は、前記梁部と当接している間、前記第一端と前記上部接触領域との間の前記梁部を単純支持する。
好ましくは、前記支点提供領域は、前記ハウジングに対して実質的に移動することのない導電素子の一部分に設けられる。

好ましくは、前記バネ領域は、前記位置決め領域の前記脚部とは反対側の端部から伸びる。
好ましくは、前記バネ領域は、曲げモーメントの弾性的なバネ効果を与え、それにより前記梁部の前記弾性変形が可能に成るように、前記位置決め領域と前記端部領域の前記第一端との間に伸びる。

好ましくは、前記支点提供領域は前記位置決め領域の一部として前記導体素子上に設けられる。

本発明はまた、広義には、本出願の明細書において言及されるか又は示される、部分、要素及び特徴のそれぞれ、又は集約、及びそれらのうちの任意の２つ以上のあらゆる又は全ての組合せからなると言うことが出来る。また、本明細書において言及される特定の参照番号は、本発明が関連する先行技術において既知である均等物をも含んで示し、そのような既知の均等物もそれぞれ本発明に含まれるとみなされる。

詳細な説明
図１には、本発明の電気コネクタの断面が示されている。当該電気コネクタは、例えば導電トレース又はプリント回路基板上に見られるような領域を有する２つのデバイス（図示されない）の接続を可能にする種類である。実際には、本発明の電気コネクタは、第一デバイスであるプリント回路基板と、プリント回路基板でもプリント回路基板でなくともよい別の電気デバイスとの間に電気接続を提供することができる。

図１に示されているのは、単一の導体素子がハウジングの通路内に配置された電気コネクタである。本発明の電気コネクタは複数の通路が設けられたハウジングを含むことができ、各通路に導体素子が設けられていることにより、２つのデバイス間に複数の電気接続が可能である。単純化のため、添付図面では、本発明はハウジング３の空隙２に配置された単一の導体素子１で表されている。導体素子１は上部接触領域４及び下部接触領域５を有する。
導体素子は、好ましくは柔軟性を有する金属等の導電材料からなり、塑性変形に対し良好な耐久性を有することが好ましい。

図３の実施例を参照すると、プレス加工により長尺の導体素子の前成形により形成されたシート状の材料を、曲げ加工により所望形状に形成できることが分かる。
図３に示すように、導体素子は、導体素子をハウジングに固定させることができる位置決め領域６を含む。ハウジングの空隙２は、例えば、空隙の側壁を位置決め領域６のスプラグ７との係合に利用することにより、ハウジング３に対して導体素子を固定させるようになっている。スプラグは、空隙の中に押し込むことができるような種類であって、ハウジングに対して固定されたまま保持されるような特徴を有する。

最も好ましい形態の導体素子は、位置決め領域６及び梁領域９に連接するバネ領域８を更に含み、梁領域９は、前記バネ領域を介して前記位置決め領域と連続しているので弾性的に変形可能である。
バネ領域８は位置決め領域６と梁領域９の間にあって、好ましくは位置決め領域の一端から前記梁領域の第一端１０に亘る。梁領域は弾性的に変形可能であるので、上部デバイスが使用位置に進入するとき、上部接触領域４がハウジング３の方向へ変位する。

上部接触領域４は、図１に例示的に示された位置Ａと称される第一の位置から、上部デバイスが上部接続領域４に対して押し付けられることにより、図２に示された位置Ｃと称される第二の位置へと移動する。上部接触領域４は好ましくは梁９から形成されるコンタクトノーズであり、位置Ａから位置Ｃまで、上部デバイスが最終的使用位置へと動くのと実質的に同一方向へ移動する。
上部接触領域４が第一の位置Ａと第二の位置Ｃとの間を移動する中間において、梁９は支点提供領域１１と接触する。梁と支点提供領域との接触は、梁の第一端１０と上部接触領域４が設けられた梁の部分との間においてなされる。つまり、梁の第一端１０と上部接触領域４との間の全長に亘る梁の弾性変形は、その間において前記支点提供領域１１により単純支持されることになる。このような単純支持により、上部接触領域をその第一位置から第二位置へと移動させるように梁が変形する際に梁が変位する方向とは反対方向に向かって反力が生じる。当接した場合は単純支持により弾性はさらに強くなるが、依然として梁が変形可能な程度である。この付加的な支持により、支点提供領域と梁とが当接すると、第一位置に戻ろうとする上部接触領域の短絡押圧力が増大する。図９は上部接触領域の変位と、そのような変位に必要な力を表すグラフである。これにより、上部デバイスと上部接触領域４とが当接する際は、支点接触後上部接触領域が第二位置へと変位するとき、移動の最終地点に向かうにつれて上部接触領域の上部デバイスに向かう短絡押圧力が増大する変化率が大きくなることが分かる。

図９に示す力と変位の関係を示すグラフは、支点の接触の前後で分けた２つの部分において線形であるが、導体素子の材料の性質又は幾何学的な性質は、同じ領域のグラフが非線形となるようなものでもよい。しかしながら、接触要素の材料の塑性変形が全く発生しない状態で強い接触力が達成できることが分かる。これにより、安価で、ピッチがより細く、且つ軽量のコネクタを設計することができる。

図４及び５に示すように、さらなる調節部材を設けることにより、ハウジング３の一部が導体素子と接触したときの梁の弾性変形の剛性を増大させ、よって支点提供領域が梁に当接した後の上部接触の剛性を増大させることができる。ハウジング３には、梁と接触することができるか、又は梁の第一端１０に接触することができる梁接触領域１２が設けられる。ハウジングの接触領域１２と梁との接触の例を図５の領域１３に示す。接触領域１２により梁の第一端１０に掛かる反力は、梁が支点提供領域１１と接触すると、上部接触領域が第二位置へと進行し、梁が支点１１と接触して増大する。梁接触領域１２は、上部接触領域４が第二位置へと下降するときの、梁の第一端の上方へ向かう動きに対して耐久性を有する。この時の、上部接触領域の第一位置に向かう更なる進行に対する耐久性は、大部分が梁の曲げモーメント力を受けるものである。この時、梁に弾性を提供する上でバネ領域８が持つ効果は低下する。また、接触領域１２は実際、梁に対して単純支持を提供するが、支点と反対方向に反力を提供する。

図６ないし８は、本発明に使用される接触要素の構成の変形例を示す。図３に示すように、最も好ましい形態の梁は、弾性的に変位するようにバネ領域８に取り付けられているが、梁９は、図７および８に示すように、接触領域６から片持ち梁状に設けられていてもよく、この場合、弾性的な柔軟性は、梁９の曲げモーメントの曲げ剛性により提供される。
図６ないし８はまた、支点提供領域は必ずしも接触領域６の一部として提供されなくても良いことを示す。接触要素の幾何学性は、上部接触領域４が第二位置へと変位して梁が支点提供領域と接触したとき、変位に対して実質的に耐久性を維持する支点領域１１を設けることが可能なものである。最も好ましい形態の支点提供領域１１は、導体素子の位置決め領域６か、又はその近傍に設けられていることにより変位に対して良好な耐久性を有するが、導体素子の幾何学性は、位置決め領域６から離間して導体素子の長さに沿った位置に支点提供領域１１を提供してもよい。支点は、位置決め領域の端部にも中間にも配置することができ、或いは位置決め領域のいずれかの端部を突出させた形態で該領域の一部として配置することもできる。支点提供領域１１はまた、位置決め領域６に加えて、ハウジングに対する導体素子の位置も規定する。

梁に単純支持を提供することに加えて、支点提供領域は、梁と接触すると梁の一部を介して上部接触領域から位置決め領域を通って下部接触領域に向けて第二の電気経路を形成し、それにより電気経路を短縮してバネ領域を通過させる必要をなくす。電子工学において、電気経路の短縮は抵抗及びインピーダンスを減少させる利点があると認識されている。

内部に使用状態にない導体素子が配置された空隙を示すハウジングの断面図である。 内部に使用状態にある導体素子が配置された空隙を示すハウジングの断面図である（ただし、電子デバイス又は電気デバイスは図示されていない）。 導体素子の斜視図である。 内部に使用状態にない導体素子が配置されたハウジングの構成の変形例である。 図４の構成において導体素子が圧縮された状態を示す。 本発明の導体素子の変形形態を示す。 本発明の導体素子のさらなる変形形態を示す。 本発明の導体素子のさらなる変形形態を示す。 上部接触領域が第二位置へと移動し、電子デバイスと完全に当接して導体素子が電子デバイスに電気接続を提供する際に作用する支点を提供した場合の、導体素子の上部接触領域の変位に伴う力の変化率の変化を示すグラフである。

Claims (13)

1. 導電領域を有する２つのデバイスの間に使用され、それらの間に電気接続を形成する電気コネクタであって、前記電気接続は、
   貫通する通路を有するハウジングと、
   前記通路内に配置された長尺の導電材からなる導体素子と、
   を備え、前記導体素子が：
   上部デバイスと下部デバイスにそれぞれ当接する上部接触領域と下部接触領域と、
   前記ハウジングに前記導体素子を固定する位置決め領域と、
   前記位置決め領域に連接される第一端と前記上部接触領域が位置する方向の自由端とを有する梁領域であって、前記上部デバイスが当接すると弾性変形し、それにより、前記梁部が変形していない状態の第一位置から、前記上部接触領域が前記上部デバイスに押し付けられて、変形した梁部によって前記上部接触領域に対して前記第一位置に向けて短絡押圧され、前記上部デバイスが使用できる状態となった第二位置へと前記上部接触領域を移動させる梁領域と、
   前記上部デバイスが当接する際、前記上部接触領域が前記第二位置に達する前に前記第一端と前記上部接触領域との間の領域の前記梁部と当接させるために配置された支点提供領域と
   を画定するように形成されている電気コネクタ。
2. 前記導体素子は、前記位置決め領域と前記梁領域の間にバネ領域をさらに画定する、請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記導体素子は、前記梁部が前記支点提供領域と当接したとき、短絡押圧力の変化率をさらに増大させる、請求項１又は２に記載の電気コネクタ。
4. 前記ハウジングは、それぞれが対応する導体素子を含む複数の通路を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
5. 前記上部接触領域は、少なくとも前記第一位置にあるとき、前記ハウジングの前記通路の第一開放端から外側へ伸びている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
6. 前記下部接触領域は、前記ハウジングの前記通路のもう一方の開放端から外側へ伸びる、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
7. 前記下部接触領域は、前記位置決め領域に連接する前記導体素子の脚部を備える、請求項１に記載の電気コネクタ。
8. 前記脚部に連接する前記位置決め領域の反対端には前記バネ領域が連接している、請求項２ないし７のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
9. 前記導体素子は、曲げ加工及び初期的に平面状の前成形により形成したものである、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
10. 前記上部接触領域は、前記上部デバイスと前記上部接触領域との当接方向と実質的に平行に、第一位置から第二位置へ、及びその逆へ移動する、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
11. 前記支点提供領域は、前記ハウジングに対して実質的に移動することのない導電素子の一部分に設けられる、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
12. 前記支点提供領域は前記位置決め領域の一部として前記導体素子上に設けられる、請求項１に記載の電気コネクタ。
13. 先端、又は先端付近での接触によりデバイスとの電気接続を提供可能な弾性アームが、前記弾性アームと接触するデバイスに接続される回路の少なくとも一部と電気接続されるか、又は電気接続可能である電気接続アセンブリであって、
    前記弾性アームは、少なくとも部分的にはそれ自体の弾性により、第一の距離、次いで第二の距離に亘る前記デバイスの接触動作の下で変形可能であり、前記第二の距離においては、受面により、そのような面に押しつけられる前の前記第一の距離における方向と同じ方向への弾性アームの変形が抑制され、弾性アームの弾性が制限されることにより弾性的な抗力が増大する、電気接続アセンブリ。

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