JP2007512672A - 表面実装型ヘッダ組立体 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】ヘッダ組立体(200)は、内部収容室(108)を区画する複数の壁を有する絶縁ハウジング(100)と、回路基板に表面実装するために壁の一つを貫通してハウジングの外部まで延びる、収容室内の複数のコンタクト(150,170)とを具備する。絶縁ハウジング(100)は、その外面上に延びる少なくとも1個の整列リブ(136)を有する。コンタクトは整列リブに当接するように形成されるので、回路基板に表面実装するためにコンタクトの共平面性を確保する。

Description

本発明は電気コネクタに関し、より特定するとプラグ組立体と嵌合するための表面実装型ヘッダ組立体に関する。
プラグ組立体をリセプタクル組立体に嵌合してコネクタ組立体を形成すると、挿入力が大きくなることが多い。コネクタが、多数のコンタクトを有し互いに嵌合するコネクタハウジングを有するときに、特に挿入力が大きくなる。例えば、伝動機構等の自動車配線システムは電気コネクタを具備するのが代表的である。各電気コネクタは、プラグ組立体及びヘッダ組立体を有するのが代表的である。プラグ組立体は、ヘッダ組立体のシュラウドに嵌合する。ヘッダ組立体は、印刷回路基板上に実装される。プラグ組立体及びヘッダ組立体の各々は多数の電気コンタクトを有するのが代表的であり、ヘッダ組立体のコンタクトは、ヘッダ組立体及びプラグ組立体が嵌合する際に、プラグ組立体のコンタクトに電気的及び機械的に接続される。大挿入力を上回ってヘッダ組立体にプラグ組立体を接続させるために、作動レバーを使用してプラグ組立体及びヘッダ組立体のコンタクトを嵌合させることがある。
表面実装型ヘッダ組立体は、スルーホールに実装されるヘッダ組立体を超える多数の利点がある。表面実装は、コスト及び工程の利点の他にヘッダ組立体の占有面積を小さくすることが可能であるので、回路基板上の貴重な空間を節約したり、回路基板の寸法を小さくしたりすることができる。ヘッダ組立体を回路基板に実装すると、半田テールは、回路基板に表面実装するために所定角度でヘッダ組立体の一面から延び、また、プラグ組立体のコンタクトと嵌合するためにヘッダ組立体の別の面からほぼ直交して延びる。一自動車用コネクタシステムにおいて、ヘッダ組立体の1バージョンでは52個のコンタクトが使用され、この多数のコンタクトがヘッダ組立体の製造において製造及び組立の課題となると共に、回路基板へのヘッダ組立体の表面実装中における設置の問題となる。
例えば、表面実装する場合、回路基板の平面に実装するためにヘッダ組立体の半田テールが互いに共平面であることが望ましい。しかし、多数のコンタクトの製造誤差により、多数のコンタクトピンにわたる共平面性を達成することは困難である。ヘッダの組立中のコンタクトの誤差又はピン不揃いを補償するために、追加の半田ペーストを使用することがある。しかし、多数のヘッダ組立体にわたって、ヘッダ組立体当りの半田ペーストの増加によるコスト増は無視できず、回路基板の平面に対するピンコンタクトの非共平面性はヘッダ組立体の信頼性に悪影響を与えるおそれがある。また、追加の半田ペーストの厚さにより、細かいピッチの他の表面実装部品に半田ブリッジが生じたり、異なるステンシルを使用する必要に迫られるおそれがある。半田テールの非共平面性の程度に依存して、いくつかのコンタクトは接続が弱くなったり、回路基板に全く接続されなくなるおそれがあり、いずれの場合も望ましくなく容認できない結果となる。
さらに、ヘッダ組立体及びプラグ組立体の嵌合及び嵌合解除の際の大きな挿入力は、ヘッダ組立体の半田接続部に有害である。半田接続部の破損を防止するために、ヘッダ組立体の隅で回路基板に半田付けされる半田クリップが使用されることがある。このような半田クリップの機械的接続は、ヘッダ組立体が相手コネクタに接続され、相手コネクタから接続解除されると、機械的歪を負担する。しかし、半田クリップの製造誤差は、ヘッダ組立体が回路基板に半田付けされると、さらに非共平面性の問題を招く。誤差の範囲の一端では、半田クリップにより、コンタクトの半田接続部の品質を損なうおそれがある、コンタクトの回路基板との全面的接触を防止できる。誤差の範囲の他の端では、半田付けの間、半田クリップが回路基板と全面的には接触していないおそれがある。この非接触は、ヘッダ組立体が相手コネクタと係合し相手コネクタから係合解除されると、大きな挿入力及び抜去力からコンタクトを損なわないという半田クリップの能力を損なうおそれがある。このため、回路基板に表面実装するためにコンタクトの共平面性を確保する表面実装型ヘッダ組立体に対するニーズがある。
この問題に対する解決策は、内部収容室を区画する複数の壁を有する絶縁ハウジングと、回路基板に表面実装するために壁の一つを貫通してハウジングの外部まで延びる、収容室内の複数のコンタクトとを具備するヘッダ組立体である。絶縁ハウジングは、その外面上に延びる少なくとも1個の整列リブを有する。コンタクトは整列リブに当接するように形成されるので、回路基板に表面実装するためにコンタクトの共平面性を確保する。
以下、添付図面を参照して本発明の一例を説明する。
図1及び図2は、本発明の典型的な一実施形態に従って形成された表面実装型ヘッダ組立体用の、時にシュラウドと称される典型的なハウジング100のそれぞれ上から見た斜視図及び下から見た斜視図である。
ハウジング100は、1対の縦の側壁102、これら縦の側壁102の端部間に延びる1対の横の側壁104、並びに縦及び横の側壁102,104間に延びる底壁106を有する。側壁102,104及び底壁106は、ハウジング100の上側にコンタクト収容室108(図1参照)を、ハウジングの下(底)側にコンタクト接合部110(図2参照)を区画する。第1列すなわち外側の列のコンタクト開口112及び第2列すなわち内側の列のコンタクト開口114は、ハウジング100の各縦の側壁102と平行に底壁106を貫通して設けられているので、底壁106を通ってコンタクト収容室108からコンタクト接合部110まで4列の開口が形成される。図示の実施形態において、各列のコンタクト開口112,114は13個のコンタクト開口を有するので、52(=13×4)極のハウジング100を形成する。しかし、別の実施形態においては、本発明の範囲及び真髄から逸脱することなく、より多い又はより少ない列により多い又はより少ない数の開口が設けられることも認識されたい。
コンタクト収容室108に連通する各縦の側壁102には、レバー用スロット116(図1参照)が形成される。レバー用スロット116は、ヘッダ100の電気コンタクトと係合するための相手コネクタ(図示せず)の駆動レバーを受容し維持するよう構成される。ハウジング100の縦の側壁102、横の側壁104及び底壁106には、相手コネクタの嵌合部を案内してヘッダ及び相手コネクタの電気コンタクトを整列させるために種々のスロット及びキー機構118が設けられる。しかし、別の実施形態の手動(すなわち補助無し)コネクタ組立体では、レバー用スロット116、スロット及びキー機構118は省略してもよいことを理解されよう。
縦の側壁102間の各横の側壁104の外面122からは、半田クリップ取付片120が外方へ延びている。また、ハウジング100の隅には、横の側壁104の各外面122から外方に整列片124が延びている。各整列片124は、その端面127に付勢リブ126(図1参照)を有する。後述するように、取付片120、整列片124及び付勢リブ126はハウジング100の各横の側壁104に半田クリップ(後述)を位置決めする働きをするので、半田クリップの表面はハウジング100のコンタクト接合部110(図2参照)上の半田テールと共平面に配置される。谷すなわちスロット121は、半田クリップが取り付けられると、剥がされたすなわち薄く削られた取付片120の部分を集めるために、取付片124の周囲に設けられる。横の側壁104の底端には切欠き127が設けられ、後述するようにこれらの切欠き127は横の側壁104に半田クリップを保持するのに使用される。
任意であるが、典型的な一実施形態において、ハウジング100の隅には縦の側壁102から外方に片128が延びている。これらの片128は、縦の側壁102の外面130上に相手コネクタ用のキー構造を提供する。片124,128ほぼ直方体形状として図示されているが、本発明の他の実施形態では別の形状の片124,128を使用してもよい。
図2を参照すると、ハウジング100のコンタクト接合部110は、縦の側壁102と平行に延びるスロット付き位置決め部材132を有し、外側列の開口112及び内側列の開口114の各コンタクト開口につき1個のスロットが位置決め部材132に設けられる。コンタクトの半田テール(後述)が位置決め部材132の各スロットに受容されると、半田テールがハウジング100の縦軸133にほぼ平行に延びる矢印Aに沿って移動するのを防止する。コンタクト接合部110は、各縦の側壁102に隣接する整列リブ136上に延びる整列面134をさらに有する。これらの整列面134は互いに共平面であり、位置決め部材132から横方向に離間するので、位置決め部材132は整列面134及びコンタクト開口112の各外側列間に配置される。後述するように、整列面134は、コンタクト接合部110上の半田テールの端部が互いに共平面であることを確保する位置決め面を提供する。後述するように、整列面134に対し半田テールの予荷重を加えることにより、縦軸133と直交する矢印Bの方向に半田テールが移動するのを防止する。
典型的な一実施形態において、位置決め部材132、整列リブ136及び整列片124は、互いに一体的に形成される。整列リブ136及び整列片124を一体に形成することにより、整列片124の頂面127(図1参照)は整列面134から所定距離に配置される。このため、半田クリップは、後述するように整列面134に対して精確に配置することができ、半田クリップと整列面134との共平面性を達成する。或いは、整列リブ136、位置決め部材132及び整列片124は、ハウジング100とは別に製造し、ハウジング100に取り付けてもよい。
典型的な一実施形態において、前述の各特徴を有するハウジング100は、射出成形法等の公知の方法に従ってプラスチック等の電気的絶縁物(すなわち非導電性材料)から一体的に形成される。しかし、ハウジング100は、当業者であれば理解できるように、別部品で形成され、他の材料から形成されてもよいことを認識されよう。
図3は、ハウジング100の外側列のコンタクト開口112(図1及び図2参照)内で使用される第1コンタクト組150を示す正面図である。典型的な一実施形態において、第1コンタクト組150は、接触部152、開口部154及び半田テール部156を有する。開口部154はコンタクト開口112の列の開口内に挿入されると干渉係合(圧入)を形成する寸法に設定され、接触部152及び半田テール部156は共通の中心線157に沿って互いに整列している。
横のキャリアストリップ158は開口部154を結合し、ヘッダの組立中にキャリアストリップ158が剪断されると、第1コンタクト組150は個々のコンタクトに分離される。図3には2個のコンタクトのみが図示されるが、第1コンタクト組150はコンタクト列112のコンタクト開口(図1及び図2参照)の数に対応する数のコンタクトを有することが理解されよう。第1コンタクト組150は、銅又は銅合金等の金属の単一片から製造してもよく、さらに第1コンタクト組150の所望の電気的及び機械的特性を得るために必要な錫、鉛、金等でコーティングすなわちめっきしてもよい。
図4は、半田テール部156の一端160に形成された小さな円弧を示す、第1コンタクト組150の側面図である。この円弧は、以下の説明から理解されるように、ヘッダが組み立てられる際の第1コンタクト組150の誤差又は不整列(ずれ)を軽減する丸められた端部160を形成する。別の一実施形態において、円弧は省略してもよく、第1コンタクト組150の端部は直線であってもよい。
図5は、ハウジング100の内側列のコンタクト開口114(図1及び図2参照)に使用される第2コンタクト組170を示す正面図である。典型的な一実施形態において、第2コンタクト組170は、接触部172、開口部174及び半田テール部176を有する。開口部174はコンタクト開口114の列の開口内に挿入されると圧入を形成する形状及び寸法に設定され、接触部172及び半田テール部176は開口部174に対して互いにずれている。すなわち、接触部172及び半田テール部176の中心線は離間している。接触部172及び半田テール部176のずれは、コンタクト組150,170がハウジング100に取り付けられる際に半田テール部156(図3及び図4参照)に対して半田テール部176の中心線を所望の距離離間させる。第2コンタクト組170は、内側列のコンタクト開口114に取り付けられるので、ハウジング100の外側列のコンタクト開口112に取り付けられる第1コンタクト組150よりも大きな長さLを有する。
横のキャリアストリップ178は開口部174を結合し、ヘッダの組立中にキャリアストリップ178が剪断されると、第2コンタクト組170は個々のコンタクトに分離される。図6には2個のコンタクトのみが図示されるが、第2コンタクト組170は、コンタクト列114のコンタクト開口の数に対応する数のコンタクトを有することが理解されよう。第2コンタクト組170は、銅又は銅合金等の金属の単一片から製造してもよく、さらに第2コンタクト組170の所望の電気的及び機械的特性を得るために必要な錫、鉛、金等でコーティングすなわちめっきしてもよい。
図6は、半田テール部176の一端180に形成された小さな円弧を示す、第2コンタクト組170の側面図である。この円弧は、以下の説明から理解されるように、ヘッダが組み立てられる際の第2コンタクト組170の誤差又は不整列を軽減する丸められた端部180を形成する。別の一実施形態において、円弧は省略してもよく、第2コンタクト組170の端部は直線であってもよい。
図7は、本発明の典型的な一実施形態に従って形成された半田クリップ190を示す平面図である。クリップ190は、取付開口194及び整列開口196を有する主本体192を有する。取付開口194はハウジング100の取付片120(図1及び図2参照)上に圧入するための形状及び寸法に設定され、整列開口196はハウジング100の整列片124(図1及び図2参照)を受容する寸法に設定されている。このため、半田クリップ190は、ハウジング100の各横側壁104に取り付けられると、矢印Cの垂直方向及び矢印Dの水平方向に整列することができる。
本体部192の一縁191には、半田クリップ190が取り付けられる際にハウジング100のコンタクト接合部110(図2参照)と対面する保持タブ198が形成される。タブ198は横側壁104上に折り曲げられ、横側壁104の切欠き127(図2参照)に保持される。整列開口196の縁202は、ハウジング100の整列片124の付勢リブ126(図1参照)と接触する。従って、矢印C及びDで示される相互に直交する2軸に沿った半田クリップ190の移動を保証する。
典型的な一実施形態において、半田クリップ190は打抜き及び曲げ加工に従って金属板から製作される。しかし、半田クリップ190は、別の実施形態では当業界で公知である種々の方法に従って種々の材料から製作してもよいことが理解されよう。
典型的な一実施形態では保持タブ198はT形状に形成されているが、ハウジング100の側壁104に半田クリップ190を保持するために別の実施形態ではT形状の代わりに種々の形状を使用してもよいことが理解されよう。
整列タブ204は縁191から突出し、半田クリップの平坦で滑らかな基板係合面206を有する。基板係合面206は、ヘッダ組立体の表面実装の際に回路基板の平面と接触すると共に、回路基板に半田付けされる。整列タブ204の半田付けは、コンタクト組150,170の半田接続部にストレインリリーフを与える構造的な強度及び剛性を提供する。
図8は、製造の第1段階でのヘッダ組立体200を示す断面図である。ヘッダ組立体200は、外側列及び内側列のコンタクト開口112,114(図1及び図2参照)内にコンタクト組150,170が挿入されたハウジング100を具備する。各コンタクト組150,170の接触部152,172はコンタクト収容室108内に部分的に配置されるのに対し、半田テール部はハウジング100のコンタクト接合部110から延びている。
図9は、外側列のコンタクト開口112を通るヘッダ組立体200の断面図の一部である。第1コンタクト組150の開口部154は、所定距離だけ列112のコンタクト開口内に部分的に延びていると共に、ハウジング100のコンタクト接合部110から部分的に延びている。キャリアストリップ158(図3参照)は第1コンタクト組150から剪断されているので、コンタクト開口列112の開口内で離間するコンタクトを形成する。第1コンタクト組150の半田テール部156は第2コンタクト組170の半田テール部176間に配置され、半田テール部176,156の中間線は互いに一定量離間する。
図10は、内側列のコンタクト開口114を通るヘッダ組立体200の断面図の一部である。第2コンタクト組170の開口部174は、所定距離だけ列114のコンタクト開口内に部分的に延びていると共に、ハウジング100のコンタクト接合部110から部分的に延びている。キャリアストリップ178(図5参照)は第2コンタクト組170から剪断されているので、コンタクト開口列114の開口内で離間するコンタクトを形成する。第2コンタクト組170の半田テール部176は第1コンタクト組150の半田テール部156間に配置され、半田テール部176,156の中間線は互いに一定量離間する。
図11は、ハウジング100のコンタクト接合部110の方へ半田テール部156,176を曲げるのに曲げ加工金型210等の工具が使用される製造の第2段階でのヘッダ組立体200を示す断面図である。曲げ加工金型210が一旦除かれると、曲げ加工金型210を矢印E方向に着座させてコンタクト接合部110まで半田テール部156,176を移動させることにより、コンタクトをコンタクト接合部110へさらに挿入することができる。
これまで説明した実施形態はコンタクト組150,170をハウジング100に部分的に取り付けた後にコンタクト組150,170を曲げる工程を有していたが、別の実施形態ではコンタクト組150,170はハウジング100に取り付ける前に曲げ加工してもよいことが理解されよう。
図12は、開口部154,174(図9及び図10参照)がハウジング100の各コンタクト開口112,114の列内に最終位置まで挿入される製造の第3段階でのヘッダ組立体200を示す断面図である。最終位置において、半田テール156,176は位置決め部材132(図2参照)のスロットに嵌め込まれ、各半田テール部156,176の丸められた端部160,180は互いに整列し、位置決めリブ136と接触状態にある。図12に示されるように、整列面134は、コンタクト組150,170の丸められた端部160,180と滑らかに接触するよう丸められ、王冠状に形成される。半田テール部156,176は図11に示された位置から撓み、ハウジング100のコンタクト接合部110に対して斜めを向くので、整列リブ136の整列面134に対して半田テール部156,176の予荷重を加える、コンタクト組150,170の内部付勢力を形成する。このような半田テール部156,176の付勢すなわち予荷重は、表面実装に先立って及び表面実装中にヘッダ組立体200が取り扱われると、半田テール部156,176の矢印B方向への垂直移動をほぼ阻止する。さらに、横側壁104の上面230に対する半田テール部156,176の最終角度αは、回路基板への十分な半田接合を保証する。
整列リブ136の王冠状に形成された整列面134及び半田テール部156,176の丸められた端部160,180は、コンタクト組150,170が取り付けられる際の半田テール部156,176の不整列をいくらか許容する。コンタクト組150,170の端部160,180及び整列面134の丸められた係合面により、コンタクト組150,170が最終位置に移動すると係合面のうちで接点の移動が可能になる。半田テール部156,176は整列リブ136に対する予荷重が加えられているので、半田テールの相対不整列は、全体ではなくてもほぼ無くなり、コンタクト組150,170の丸められた端部160,180は、回路基板に実装するために丸められた端部の接線方向の平坦な接点を形成するようほぼ整列される。
図示の実施形態において、整列面134が王冠状に形成され、コンタクト組150,170の端部160,180が丸められているのに対し、別の実施形態において、回路基板に表面実装するために互いに平坦な関係にあるコンタクトを整列するが、整列面はほぼ平坦で、コンタクト端部はほぼ直線であってもよいことが理解されよう。
図13は、半田クリップ190がハウジング100に取り付けられた製造の最終段階でのヘッダ組立体200を示す断面図である。半田クリップの整列タブ204の基板係合面206は、コンタクト組150,170のコンタクト端部160,180と共平面である。従って、コンタクト接合部110は回路基板222の平面220に表面実装するのによく適合する。
図14は、組立完了後のヘッダ組立体200を下から見た斜視図である。半田クリップ190は、ハウジング100の横側壁104に結合され、保持タブ198によりハウジング100に保持される。半田テール部156,176は、ハウジング100の縦側壁に隣接する整列面134に対して予荷重が加えられると共に当接する。コンタクト組150,170を製作する際の製造誤差は軽減され、半田テール部156,176は基板222(図13参照)の平面220に実装するためにほぼ整列すると共に共平面である。半田クリップの基板整列面206は、半田テール部156,176の平面に回路基板222を確実に実装するために半田テール部156,176にほぼ整列し共平面である。従って、半田ペーストの比較的薄く一定厚の膜を、回路基板222へのヘッダ組立体200を信頼性高く半田付けするのに使用できる。
上述の全ての理由のため、ヘッダ組立体200が相手コネクタと係合し相手コネクタから係合解除する際の大きな挿入力及び抜去力に抵抗できる表面実装用途の確実で信頼性の高いヘッダ組立体が提供される。
種々の特定実施形態に関して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明は特許請求の範囲の真髄及び範囲内で変更して実施可能であることを理解するであろう。
本発明の典型的な一実施形態に従って形成された、表面実装型ヘッダ組立体用のハウジングを上から見た斜視図である。 図1に示されたハウジングをしたから見た斜視図である。 図1及び図2に示されたハウジングと共に使用される第1コンタクト組立体の正面図である。 図3に示されたコンタクトの側面図である。 図1及び図2に示されたハウジングと共に使用される第2コンタクト組立体の正面図である。 図5に示されたコンタクトの側面図である。 本発明の典型的な一実施形態に従って形成された半田クリップを示す平面図である。 本発明に従って形成されたヘッダ組立体の製造の第1段階を示す断面図である。 図8のヘッダ組立体の図2の9−9線に沿った部分断面図である。 図8のヘッダ組立体の図2の10−10線に沿った部分断面図である。 製造の第2段階のヘッダ組立体を示す断面図である。 製造の第3段階のヘッダ組立体を示す断面図である。 製造の最終段階のヘッダ組立体を示す断面図である。 図13に示されたヘッダ組立体を下から見た斜視図である。
符号の説明
100 絶縁ハウジング
102 縦の側壁
104 横の側壁
106 底壁
108 収容室
134 整列面(王冠状の表面)
136 整列リブ
150,170 コンタクト組(コンタクト)
190 半田クリップ
200 ヘッダ組立体
206 係合面

Claims (8)

  1. 内部収容室(108)を区画する複数の壁(102,104,106)を有する絶縁ハウジング(100)と、回路基板に表面実装するために前記壁の一つを貫通して前記ハウジングの外部まで延びる、前記収容室内の複数のコンタクト(150,170)とを具備するヘッダ組立体において、
    絶縁ハウジング(100)が該絶縁ハウジングの外面上に延びる少なくとも1個の整列リブ(136)を有することにより、コンタクトは整列リブに当接するように形成されるので、前記回路基板に表面実装するために前記コンタクトの共平面性を確保することを特徴とするヘッダ組立体(200)。
  2. 前記ハウジングは縦の側壁(102)及び横の側壁(104)を具備し、
    前記整列リブは、前記縦の側壁及び前記横の側壁の一方に平行に延びることを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  3. 前記絶縁ハウジングは、縦の側壁(102)、横の側壁(104)及び底壁(106)を具備し、
    前記コンタクトは複数の列で前記底壁を貫通し、
    前記複数列の各々の前記コンタクトは前記整列リブに当接することを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  4. 前記コンタクトは前記整列リブに対して予荷重が加えられていることを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  5. 前記コンタクトのいくつかは第1長さを有し、
    前記コンタクトの別のいくつかは第2長さを有し、
    前記第1長さは前記第2長さより長く、
    前記第1及び第2の長さの各々は前記整列リブまで延びていることを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  6. 前記コンタクトは、各々が前記整列リブと係合する、異なる長さを有する千鳥配置されたコンタクトからなることを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  7. 前記縦の側壁及び前記横の側壁の一方に半田クリップ(190)が取り付けられ、
    該半田クリップは、前記コンタクトが前記整列リブに当接する際に前記コンタクトと共平面である係合面(206)を有することを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
  8. 前記コンタクトは丸められた端部(160,180)を有し、
    前記整列リブは王冠状の表面(134)を有し、
    前記丸められた端部は、前記コンタクトに予荷重が加えられると前記王冠状表面と係合することを特徴とする請求項1記載のヘッダ組立体。
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