JP2007141638A - 基板実装型コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁ハウジングの端子配列方向の寸法にかかわらず、当該ハウジングの熱変形に起因して固定部材と回路基板との半田付け部分に生ずる応力を低く抑えることにより良好な実装状態を維持することができる基板実装型コネクタを提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一方の固定部材１３に、ハウジング固定部と基板固定部１３ｂとを連結するとともに、基板固定部１３ｂに対して前記ハウジング固定部が端子配列方向に相対変位するのを許容する向きに弾性変形する形状を持つ連結部１３ｃを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板等に実装される基板実装型コネクタに関するものである。

一般に、基板実装型のコネクタにおいては、その各端子が回路基板と平行な方向に配列されて共通の絶縁ハウジングに保持され、各端子に設けられた実装端部が回路基板上に半田付け等で接続及び固定される構成となっている。さらに、当該コネクタでは、前記半田付け部分の強度的負担を減らすため、これとは別に、前記絶縁ハウジングを前記回路基板上に固定することが行われる。

このように絶縁ハウジングを回路基板上に固定する手段としては、例えば特許文献１に記載されるように、前記絶縁ハウジングに半田付け用の金具（固定部材）を固定し、この金具を前記端子とともに例えばリフロー処理で回路基板上に半田付けするものが知られている。

当該コネクタの構成を図４に示す。この図は従来の基板実装型コネクタ９０をその斜め下方から見た斜視図である。このコネクタ９０は、左右方向に配列された複数本の端子９２と、これらの端子９２を保持する絶縁ハウジング９４とを備え、この絶縁ハウジング９４の左右両端部に固定部材である金具９６が固定されている。これらの金具９６は、単一の板材を略Ｌ字状に曲げ加工することにより構成されており、前記絶縁ハウジング９４の垂直方向の溝９４ａに圧入されて固定されるハウジング固定部９６ａと、このハウジング固定部９６ａの下端から左右方向両外側に延びる基板固定部９６ｂとを一体に有している。そして、これらの基板固定部９６ｂが、前記端子９２の脚部９２ａとともに、図略の回路基板上に設けられた半田ペースト上に載せられ、リフロー処理されることにより、前記基板固定部９６ｂが前記脚部９２ａとともに前記回路基板上に半田付けされる。
特開２００２−１２４３２９号公報

前記リフロー処理は、例えば、前記回路基板上に前記コネクタ９０やその他の回路構成要素を載せた状態で当該回路基板を加熱炉内に入れ、同炉内で全体を高温（半田融点よりも高い温度）まで加熱することにより行われる。このとき、端子９２の配列方向に延びる絶縁ハウジング９４が同方向に大きく熱膨張することにより、その左右両端部に位置する金具９６の基板固定部９６ｂが常温時よりも左右両外側に大きく変位し、その変位した位置で半田付けされるため、その後、絶縁ハウジング９４が常温まで自然冷却されると、前記基板固定部９６ｂの半田付け部分には前記熱膨張の向きとは逆向きのせん断応力が作用することになる。

また、このようなリフロー処理時に限らず、例えば車載用コネクタのように過酷な温度環境下で使用されるコネクタにおいては、その使用時に環境温度が大きく変動することにより、前記絶縁ハウジングも端子配列方向に熱膨張及び伸縮を繰返し、その結果として前記半田付け部分に繰返し応力が発生することとなる。

このようにして基板固定部９６ｂの半田付け部分に発生する応力は、前記絶縁ハウジング９４の端子配列方向への熱膨張量が大きいほど、換言すれば、同方向のハウジング寸法が大きくなるほど増大し、当該応力が過大になると当該半田付け部分に割れ等の瑕疵が生ずるおそれがある。従って、このような半田付け不良を回避するためには、前記絶縁ハウジング９４の端子配列方向の寸法を制限せざるを得ず、これがコネクタ９０の多極化（端子数増加）の妨げとなっている。

本発明は、このような事情に鑑み、絶縁ハウジングの端子配列方向の寸法にかかわらず、当該ハウジングの熱変形に起因して固定部材と回路基板との半田付け部分に生ずる応力を低く抑えることにより良好な実装状態を維持することができる基板実装型コネクタを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の基板実装型コネクタは、回路基板の実装面と平行な特定の端子配列方向に配列される複数の端子と、これらの端子の配列方向と平行な方向に延び、前記各端子を保持する絶縁ハウジングと、を備え、前記各端子が前記回路基板の実装面上に半田付けされる基板実装型コネクタにおいて、前記絶縁ハウジングの前記端子配列方向の両端部にそれぞれ絶縁ハウジングと前記回路基板とを連結するための固定部材が設けられ、これらの固定部材は、前記絶縁ハウジングの各端部に固定されるハウジング固定部と、前記回路基板上に半田付けされる基板固定部とを有し、さらに、少なくとも一方の前記固定部材は、前記ハウジング固定部と前記基板固定部とを連結するとともに、前記基板固定部に対して前記ハウジング固定部が前記端子配列方向に相対変位するのを許容する向きに弾性変形する形状を持つ連結部を備えていることを特徴としている。

この構成によれば、前記固定部材のハウジング固定部が前記絶縁ハウジングに固定され、かつ、その固定部材の基板固定部が回路基板に半田付けされることにより、この固定部材を介して前記絶縁ハウジングが前記回路基板に固定される。しかも、この固定部材の連結部が弾性変形することにより前記基板固定部に対して前記ハウジング固定部が前記端子配列方向に相対変位することが許容されるので、前記絶縁ハウジングに温度変化が生じても、前記基板固定部が前記回路基板に半田付けされた状態のまま前記絶縁ハウジングが前記端子配列方向に熱膨張又は熱収縮すること、すなわち、当該絶縁ハウジングの端子配列方向両端部が前記ハウジング固定部とともに端子配列方向に変位することが許容される。従って、前記基板固定部と前記ハウジング固定部とが実質上相対変位不能である従来の基板実装型コネクタに比べ、前記絶縁ハウジングの温度変化に起因して前記基板固定部と前記回路基板との半田付け部分に作用する前記端子配列方向のせん断力は大幅に低減されることになる。

また、絶縁ハウジングのより大きな変形を吸収することができる点で、双方の固定部材が、前記連結部を有することが好ましい。

また、前記固定部材は、単一の板材を曲げ加工することにより形成されており、前記固定部材の連結部は、端子の配列方向と垂直をなす方向に凸となる向きに曲がった形状の曲がり部を含み、その曲がり部の板幅方向が前記端子配列方向と垂直をなす方向に設けられ、この曲がり部の曲げ角度が変化する向きに弾性変形することが好ましい。

前記固定部材の具体的構造として、例えばハウジング固定部と基板固定部との間にゴムやバネ等の弾性体を介在させてもよいが、固定部材を単一の板材により形成し、その連結部を端子の配列方向と垂直をなす方向に凸となる向きに曲がった形状の曲がり部を含み、その曲がり部の板幅方向が前記端子配列方向と垂直をなす方向に形成する構成とすれば、従来と同様に単一の板材を用いた簡素な構造で前記の優れた効果が得られる。すなわち、この構成によれば、前記固定部材の連結部は、固定部材の曲がり部の曲げ角度が変化する向きに弾性変形する。すなわち、曲がり部の曲げ角度は、曲がり部を形成する板材同士が端子配列方向に接近・離反することによって変化する。この曲がり部の端子配列方向の曲げ変形により、前記ハウジング固定部は前記基板固定部に対して端子配列方向に相対変位することが許容される。したがって、固定部材の基板固定部と回路基板との半田付け部分に生ずる応力を低く抑えることができる。

本発明によれば、コネクタの固定部材の連結部が、端子の配列方向に弾性変形するため、当該ハウジングに固定される固定部材と回路基板との半田付け部分に生ずる応力を低く抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態を図１及び図２を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すコネクタ１は、回路基板２上に実装され、複数本の端子１２と、これらの端子１２を保持する絶縁ハウジング１１とを備えている。

この絶縁ハウジング１１は、合成樹脂等の絶縁材料で一体成形され、前側（図１では紙面右上側）に開口する略直方体形状を有している。具体的には、回路基板２の実装面（上面）と平行な左右方向に延びて立直する背壁１１ａと、この背壁１１ａの上端から前方に延びる上壁１１ｂと、前記背壁１１ａの下端から前方に延びる底壁１１ｃと、前記背壁１１ａの左右両端から前方に延びる左右両側壁１１ｄとを一体に有し、これらの側壁１１ｄにより前記上壁１１ｂの左右両端部と前記底壁１１ｃの左右両端部とが上下方向に連結されている。そして、前記底壁１１ｃの底面が回路基板２の上面に対向する姿勢で当該回路基板２上にコネクタ１が実装されるようになっている。

前記各端子１２は、金属製の棒状部材を曲げ加工することにより形成され、回路基板２の実装面と平行な左右方向に一列に配列されている。そして、各端子１２は、その中間部分が前記絶縁ハウジング１１の背壁１１ａをその厚さ方向に貫く状態で背壁１１ａに保持されている。この保持されている部分よりも前側でハウジング内空間に突出する部分は、相手方コネクタの雌端子の電気接触部と嵌合される雄型の電気接触部となっている。また、前記中間部分よりも前記背壁１１ａの後ろ側に突出する部分は、前記中間部分から回路基板２に向かって直線状に延びる脚部１２ａであり、この脚部１２ａの下端は、前記回路基板２上に半田付け可能な形状の実装端部１２ｂである。なお、前記端子１２は上下方向に複数段にわたって配列されていてもよいし、上下に位置をずらしながら左右方向に千鳥状に配列されていてもよい。これらの場合であっても端子配列方向とは回路基板２と平行をなす方向に配列された端子の配列する方向を指すものとする。

前記コネクタ１は、絶縁ハウジング１１を回路基板２上に固定するために絶縁ハウジング１１の端子配列方向両端部それぞれに固定部材１３を備えている。この固定部材１３は、一枚の板状部材を折り曲げ加工することによって形成され、絶縁ハウジング１１に保持されるハウジング固定部１３ａと回路基板２に半田付けされる基板固定部１３ｂとを有し、このハウジング固定部１３ａと基板固定部１３ｂとは、連結部１３ｃで連結されている。

前記ハウジング固定部１３ａは、板幅方向が端子配列方向と平行をなすように絶縁ハウジング１１の側壁１１ｄに固定されており、図に示す実施形態では側壁１１ｄの下端側に圧入固定されている（図２参照）。

前記基板固定部１３ｂは、端子配列方向外側に向かって突出形成されており、回路基板２と平行をなす平面を有している。

前記連結部１３ｃは、その板幅方向が端子配列方向と垂直をなす方向（図例では端子１２の軸方向と平行なコネクタ前後方向になっている。）している。そして前記ハウジング固定部１３ａの端部から端子配列方向外向きに突出し、そこから９０°上向きに端子配列方向と垂直をなすように延び、その途中で上向きに凸を形成するように１８０°向きを変え、下向きに延びる形状を有している。すなわち、連結部１３ｃは、端子配列方向と垂直をなす方向に延びる内側直立壁１３ｅ、外側直立壁１３ｆおよび上向きに凸を形成するように曲がった形状の曲がり部１３ｄで構成され、この連結部１３ｃによりハウジング固定部１３ａと基板固定部１３ｂとが一体に連結されている。このように構成される連結部１３ｃの曲がり部１３ｄは、内側直立壁１３ｅと外側直立壁１３ｆとで形成される曲げ角度を有し、図１、図２（ａ）に示す曲がり部１３ｄは、曲げ角度約１８０°をなしている。そして、この連結部１３ｃは、曲がり部１３ｄを基準として内側直立壁１３ｅ及び外側直立壁１３ｆが接近・離反するように端子配列方向に弾性的に曲げ変形することができる。すなわち、連結部１３ｃは、前記曲げ角度が変化する向きに弾性変形することができる。

一方、前記回路基板２上には、前記各端子１２の実装端部１２ｂ及び前記基板固定部１３ｂが載置される位置にそれぞれ半田ペーストが印刷されており、これら半田ペーストの上にそれぞれ前記実装端部１２ｂ及び基板固定部１３ｂを載せた状態で回路基板２全体を半田溶融温度以上の温度まで加熱することにより（リフロー処理）、前記実装端部１２ｂ及び前記基板固定部１３ｂがそれぞれ回路基板２上に半田付けされるようになっている。

次に、このようなコネクタ１を温度変化が大きい環境で使用した場合について説明する。図２（ａ）は、リフロー処理前のコネクタ１を示す図であり、図２（ｂ）は、リフロー処理により高温環境下におけるコネクタ１を示す図であり、図２（ｃ）は、リフロー処理後、常温まで冷却されたコネクタ１を示す図である。

図２（ａ）において、コネクタ１が回路基板２の所定の半田ペースト上に載置された状態で半田融点温度以上に加熱されると、半田ペーストが溶融するとともに、絶縁ハウジング１１はその熱の影響を受け端子配列方向外向きに熱膨張する。この熱膨張により絶縁ハウジング１１の両端に位置する固定部材１３は、半田ペーストが未だ溶融状態で固定されておらず絶縁ハウジング１１の熱膨張と共に同方向に変位する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、絶縁ハウジング１１の膨張分だけ固定部材１３は端子配列方向外向きに変位した状態となる。

この状態から冷却すると、絶縁ハウジング１１は熱収縮を始めるとともに、融点以下の温度になって半田が凝固し、固定部材１３の基板固定部１３ｂは回路基板２に固定される。さらに基板固定部１３ｂが回路基板２に固定された状態で常温まで冷却を行うと、絶縁ハウジング１１は常温時の大きさまで熱収縮しようとする。そのため、固定部材１３のハウジング固定部１３ａは絶縁ハウジング１１の収縮する方向、すなわち端子配列方向内向きに力を受けるが、固定部材１３の連結部１３ｃが端子配列方向に弾性的に変形するため、絶縁ハウジング１１は熱収縮するとともに固定部材１３のハウジング固定部１３ａは基板固定部１３ｂに対して端子配列方向内向きに相対変位することが許容される。

すなわち、連結部１３ｃは端子配列方向に力を受けると、曲がり部１３ｄの曲げ角度が変化する方向に弾性変形する。絶縁ハウジング１１が熱収縮する場合、折り曲げ部１３ｄは、図２（ｃ）に示すように曲がり部１３ｄにおける内側直立壁１３ｅと外側直立壁１３ｆとで形成される曲げ角度が小さく（角度αは大きく）なるように変形する。一方、基板固定部１３ｂは回路基板２に固定されたままであるため、ハウジング固定部１３ａは基板固定部１３ｂに対して端子配列方向内向きに相対変位する。すなわち、ハウジング固定部１３ａは、絶縁ハウジング１１の端部の動きに従動するように、共に基板固定部１３ｂに対して端子配列方向内向きに相対変位することができる。

また、逆に、図２（ｃ）に示す回路基板２に実装したコネクタ１が高温環境にさらされた場合においても、その熱の影響により絶縁ハウジング１１が端子配列方向外向きに熱膨張するが、上述のように連結部１３ｃが端子配列方向外向きに弾性変形することによって、ハウジング固定部１３ａは、絶縁ハウジング１１の端部と共に基板固定部１３ｂに対して相対変位することができる。したがって、半田ペーストが凝固することにより固定部材１３の基板固定部１３ｂが固定された状態であっても、ハウジング固定部１３ａが基板固定部１３ｂに対して相対変位できるため、基板固定部１３ｂの半田付け部分に作用する端子配列方向のせん断力を大幅に低減することができる。

したがって、車載環境のように高温低温が繰り返されるような環境であっても、連結部１３ｃが端子配列方向に弾性的に変形することにより、温度状態に応じてハウジング固定部１３ａは基板固定部１３ｂに対して端子配列方向への相対変位を繰り返し行うことができる。

このように、基板固定部１３ｂに対し、ハウジング固定部１３ａが端子配列方向に相対変位する向きに弾性変形する連結部１３ｃを設けることによって、半田ペーストに作用する繰り返しのせん断力を大幅に低減することができ、固定部材１３の半田の信頼性及び半田寿命の延長を図ることができる。

上述した実施形態においては、絶縁ハウジング１１の両端部に連結部１３ｃを有する固定部材１３を備える構成について説明したが、いずれか一方の固定部材１３のみに連結部１３ｃを備える構成としてもよい。この構成の場合には、他方の連結部１３ｃを設けていない従来型の固定部材１３は端子の配列方向に弾性変形しないが、片方の固定部材１３は連結部１３ｃを備えているため、この連結部１３ｃを備えた固定部材１３のハウジング固定部１３ａは基板固定部１３ｂに対して相対変位することができる。したがって、絶縁ハウジング１１が熱の影響を受けても、連結部１３ｃを備えている固定部材１３のハウジング固定部１３ａが、絶縁ハウジング１１の熱膨張又は熱収縮に従動するように、その固定部材１３の基板固定部１３ｂに対して相対的に変位する。したがって、いずれの基板固定部１３ｂにおいても、半田ペーストに作用するせん断力を大幅に低減することができる。

また、上述した実施形態においては、単一の板材を曲げ加工することにより形成した連結部１３ｃについて、その曲がり部１３ｄが上側に凸となる形状を示したが、図３に示すように、前側に凸となる曲がり部１３ｄを有する連結部１３ｃとしてもよい。この構成であっても、連結部１３ｃは、曲がり部１３ｄの曲げ角度が変化する向き、すなわち端子配列方向に弾性変形するため、基板固定部１３ｂに対してハウジング固定部１３ａが端子配列方向に相対変位することができる。

すなわち、板材を折り曲げ加工して形成する固定部材１３の連結部１３ｃは、端子配列方向と垂直をなす方向に凸となる向きに曲がった形状の曲がり部１３ｄを備え、その曲がり部１３ｄの板幅方向が端子配列方向と垂直をなす方向に設定されていれば、曲がり部１３ｄの曲げ角度が端子配列方向に変化する向きに弾性的に変形するため、ハウジング固定部１３ａが基板固定部１３ｂに対して端子配列方向に相対変位することができる。

また、固定部材１３が多物品で構成されることになるが、ゴムやバネ部材等の弾性部材を用いてハウジング固定部１３ａと基板固定部１３ｂを連結し、端子配列方向に弾性変形する連結部１３ｃとしてもよい。

本発明の基板実装型コネクタの斜視図である。 回路基板に載置された本発明の基板実装型コネクタを示す図であって、（ａ）はリフロー処理前を示す側面図、（ｂ）は半田融点温度における側面図、（ｃ）は常温における側面図である。 本発明の基板実装型コネクタであって他の実施形態を示す斜視図である。 従来の基板実装型コネクタの斜視図である。

符号の説明

１ コネクタ
２ 回路基板
１１ 絶縁ハウジング
１１ｄ 側壁
１２ 端子
１３ 固定部材
１３ａ ハウジング固定部
１３ｂ 基板固定部
１３ｃ 連結部
１３ｄ 曲がり部
１３ｅ 内側直立壁
１３ｆ 外側直立壁

Claims (3)

1. 回路基板の実装面と平行な特定の端子配列方向に配列される複数の端子と、
   これらの端子の配列方向と平行な方向に延び、前記各端子を保持する絶縁ハウジングと、を備え、前記各端子が前記回路基板の実装面上に半田付けされる基板実装型コネクタにおいて、
   前記絶縁ハウジングの前記端子配列方向の両端部にそれぞれ絶縁ハウジングと前記回路基板とを連結するための固定部材が設けられ、
   これらの固定部材は、前記絶縁ハウジングの各端部に固定されるハウジング固定部と、
   前記回路基板上に半田付けされる基板固定部と、
   を有し、
   さらに、少なくとも一方の前記固定部材は、前記ハウジング固定部と前記基板固定部とを連結するとともに、前記基板固定部に対して前記ハウジング固定部が前記端子配列方向に相対変位するのを許容する向きに弾性変形する形状を持つ連結部を備えていることを特徴とする基板実装型コネクタ。
2. 双方の固定部材が、前記連結部を有することを特徴とする請求項１記載の基板実装型コネクタ。
3. 前記固定部材は、単一の板材を曲げ加工することにより形成されており、
   前記固定部材の連結部は、端子の配列方向と垂直をなす方向に凸となる向きに曲がった形状の曲がり部を含み、その曲がり部の板幅方向が前記端子配列方向と垂直をなす方向に設けられ、この曲がり部の曲げ角度が変化する向きに弾性変形することを特徴とする請求項１または２に記載の基板実装型コネクタ。

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