JP2012015114A - 圧接コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】丈夫で、スペース効率が高く、特に、単一の個別の電線を回路基板上に任意の所望のピッチ及び向きで接続するのにきわめて適した、圧接コネクタを提供する。
【解決手段】圧接コネクタ１０は、絶縁電線５４のための受入開口部１８を定める相対するブレード１６により定められる第１の端部と、コンタクト位置５３でのプリント回路基板４８との直接の電気的接触のために構成された第２の端部とを有する、剥き出しの単線コンタクト要素１２を備える。キャップ３２は、露出した剥き出しのブレードの上に嵌まるように構成される。キャップは、側壁と端壁とを含み、キャップの端壁内のスロットは、キャップをブレードに完全に押しつけたときに、スロット４０が絶縁電線をブレードの開口部内に係合させてこれを長手方向に位置合わせし、それによりブレードが穿孔して絶縁電線の中の芯線との電気的接触を形成するような、幅及び高さを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、電気コネクタの分野に関し、より具体的には、１つ又はそれ以上の絶縁電線をプリント回路基板（ＰＣＢ）などの部品と接続するのに使用される圧接コネクタ（ＩＤＣ）に関する。
圧接コネクタ（ＩＤＣ）は、絶縁電線とあらゆる類の電子部品との間の接続の形成に関する技術分野において周知である。これらのコネクタは典型的には、ソケット、プラグ及びシュラウド・ヘッダとして入手可能であり、極めて幅広いサイズ、ピッチ及びめっきの選択肢がある。ＩＤＣに共通の特徴は、１ステップの工程で電線の周りの絶縁体を切断して導電性の芯線との電気的接続を作り出す一組のブレード又はジョーを組み入れることにより、電線の被覆を剥いて圧着する必要又はその他の方式で電線を準備する必要をなくした、１つ又はそれ以上のコンタクト要素である。ＩＤＣは電話通信業界において広範に使用されており、プリント回路基板（ＰＣＢ）用途において、より広く使用されるようになってきた。
従来のＩＤＣは典型的には、非導電性材料で形成されたハウジング又はベース部材を含み、ハウジング部材内には電線を受けるための通路又はチャネルを定める。コンタクト要素は、ハウジング部材内に、通路又はチャネルに沿って、成形され、圧入され、又は他の方式で係合される。共通する特徴は、一般に、電線が振動又はその他の原因で意図せずコネクタから外れるか又は引っ張られることがないように保証する役目を果たす、ハウジング部材内に定められた何らかのタイプの係合構造又は保持構造である。特許文献１、特許文献２及び特許文献３が参照される。
特許文献４は、少なくとも１つの導体受入開口部と、基板取り付け面から延びて各々の導体受入開口部と交差する関連付けられた端子受入通路とを有するハウジングを含む、ＩＤＣ組立体を記載する。端子は、各々の端子受入通路内に配置され、一端から延びて回路基板のスルーホールに挿入されるように適合された第１の接続区画と、電線を受けるためのＩＤＣスロットを定める１対の直立アームとを有する、本体部分を含む。各端子は、端子本体及び第１の接続区画の一部がハウジングの基板取り付け面よりも下に延びるように、第１の位置でハウジング内に部分的に挿入される。第１の接続区画を対応する回路基板のスルーホール内に位置決めすると、端子を基板に固定することができ、その後、絶縁導体の端部をそれぞれの導体受入開口部に挿入することができ、そして、ハウジングを基板に当接する第２の位置まで基板の方に向かって移動させると同時に全ての対応する電線をそれぞれのＩＤＣスロットに押し込むことによって、導体の端部を開口部内でそれぞれの端子に終端することができる。
表面実装技術（ＳＭＴ）用途のためのＩＤＣを構成する試みも同様に為されている。例えば、特許文献５は、ＰＣＢへのＳＭＴ実装のために特に構成されたＩＤＣを記載する。コネクタ組立体は、本体内に摺動可能に配置される、穿孔用、切断用又はスライス用の端部と、本体から延びてプリント回路基板に従来のＳＭＴプロセスを用いて取り付けられる装着用端部とを有する、少なくとも１つのコンタクト部材を有する。電線、ケーブル及び／又はリボンなどの絶縁導体は、コンタクトの穿孔用端部によって穿孔されることなく本体内のチャネル内に挿入される。ユーザが本体の上部を押し下げると、コンタクトがチャネル内に滑り込み、絶縁導体を穿孔する。本体の上部はまた、自動化されたピック・アンド・プレース式組立プロセスの真空ピックアップ・ノズルのための表面も提供する。
電子部品がますます小型化していくにつれて、回路基板上のスペース（「面積」）は一段と価値を高めており、この観点からすると、従来の多重電線用ＩＤＣのハウジング部材は基板上の貴重なスペースを無駄にしがちである。加えて、典型的なコンタクト／ハウジング部品の形状及び構成はコネクタの設置及び向きを制限するものであり、従って、これがなければもっと小さいコンタクト・フットプリント又はパッド上に作ることができる電線接続の数を制限することになる。
本発明は、丈夫で、スペース効率が高く、特に、単一の個別の電線を回路基板上に任意の所望のピッチ及び向きで接続するのにきわめて適した、改善されたＩＤＣ設計を提供する。
米国特許第５，９９７，３３７号明細書 米国特許第５，５７７，９３０号明細書 米国特許第５，１８８，５３６号明細書 米国特許第６，０５０，８４５号明細書 米国特許第７，３２０，６１６号明細書
本発明の目的及び利点は、一部は以下の説明で示され、又はこの説明から明らかとなり得るものであり、又は本発明の実施を通じて理解することができるものである。
本発明の態様により、個別の絶縁された導体芯線をプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続するのに特に適した圧接コネクタ（ＩＤＣ）が提供される。このコネクタは基板上で最小限のスペースしか占めず、複数のコネクタを用いて、多数の電線を様々な角度及び向きで、他の方式ではこれらの電線を収容できないような基板上のスペース内に接続することができる。しかしながら、本発明によるコネクタはこの用途のみに限定されるものではないことを認識されたい。
本発明によるコネクタの特定の実施形態は、絶縁電線のための受入開口部を定める相対するブレードにより定められる第１の端部を有する、「剥き出しの」単線コンタクト要素を含む。この要素は、ＰＣＢ上のコンタクト位置における直接の電気的接触のために構成された第２の端部を含む。コンタクト要素は、ハウジング又はその他のタイプのベース構造体の中に収容されず、又はそれらに囲まれず、ＰＣＢ上で完全に露出されている点で、「剥き出し」である。ブレード上に保持構造部が定められ、特定の実施形態において、この構造部は、係止部又は他の確実ロック型構造とすることができる。キャップは、相対する剥き出しのブレードの上に嵌まるように構成され、ブレードの開口部に位置合わせされたスロットが内部に定められた端壁と側壁とを有する。側壁は、キャップをブレードに押しつけたときにブレード上の保持構造部によって係合される。キャップの端壁内のスロットは、キャップをブレードに完全に押しつけたときに、スロットが絶縁電線をブレードの開口部内に係合させて、これを長手方向に位置合わせし、それによりブレードが絶縁電線を穿孔し、絶縁電線の中の導体芯線との電気的接触を形成するような、幅及び高さを有する。
コネクタは、一対の相対するブレード、又は複数の離間したブレード対を含むことができる。例えば、特定の実施形態において、２つの離間したブレード対が設けられ、キャップは両方のブレード対の上に嵌まるように構成される。この実施形態においては、キャップは長手方向に延びる内側ボスをさらに含むことができ、内側ボスは、キャップが完全に押しつけられた位置で、相対するブレード対の間に絶縁電線を係合させるように配置される。
コネクタは、ＰＣＢ上のコンタクト位置におけるスルーホール接続、又は表面実装接続のために構成することができる。
本発明はまた、本明細書において論じられる１つ又はそれ以上のコネクタを含むＰＣＢ組立体を包含する。例えば、この組立体は、コンタクト・パッド又はスルーホール・フットプリントがその上に定められたプリント回路基板を含むことができる。上述の圧接コネクタのうちの少なくとも１つがＰＣＢ上に装着される。複数の単線コネクタを同一のコンタクト位置（即ちコンタクト・パッド）に設け、多数の電線を同一のパッドに対して異なる向きで接続するようにすることができる。
独自の圧接コネクタの特定の実施形態を、図面に示された例を参照することにより、以下、より詳細に説明する。
回路基板に実装された、本発明によるコネクタの実施形態の斜視図である。 図１の実施形態のコンタクト要素の図である。 図１の実施形態のキャップ部材の端面図である。 図１の実施形態の回路基板上のコンタクト位置の上面図である。 本発明の態様によるコネクタの代替的な実施形態の斜視図である。 図５の実施形態の端面図である。 回路基板に実装された、図５の実施形態のコンタクト要素の上面図である。 本発明によるコンタクト要素の代替的な実施形態の斜視図である。 キャップ部材の実施形態の側面図である。 キャップ部材の端面断面図である。 図１０のキャップ部材の底面図である。 回路基板上の共通パッドの上に実装された、複数の本発明による単線コネクタの概略図である。 本発明の態様によるコネクタと共に使用することができる手工具の斜視図である。 図１３の手工具に取り付けることができる、コンタクト要素にかぶせるキャップ部材を挿入するためのビットの斜視図である。 図１３の手工具に取り付けることができる、絶縁電線をコンタクト要素の中に挿入するためのビットの斜視図である。
これより、本発明の実施形態を参照するが、その１つ又はそれ以上の例が図中に示されている。実施形態は本発明の説明のために提供されており、本発明を制限する意図はない。例えば、１つの実施形態の一部として図示又は説明される特徴を別の実施形態と共に使用して、更なる別の実施形態を生み出すことができる。本発明は、これら及び他の修正並びに変形を本発明の範囲及び真意の範囲内にあるものとして包含することが意図されている。
図１は、本発明の態様による圧接コネクタ１０の実施形態の斜視図である。コネクタ１０は、この特定の実施形態においては、単一の絶縁芯線５４を回路基板４８上のコンタクト位置５３に接続することを意図するものである。電線５４は、導体芯線５８を囲む絶縁材料の外装５６を含む。コネクタ１０は、コンタクト位置５３において、芯線５８及び回路基板４８との電気的接触を形成する。コネクタ１０は、剥き出しの単線コンタクト要素１２を含む。上述したように、コンタクト要素１２は、いかなる様式のハウジング、ベース又は他の絶縁部材の中にも収容されておらず、又はそれらに囲まれていないという点で「剥き出し」である。コンタクト要素１２が回路基板４８のコンタクト位置５３に取り付けられた時点で、コンタクト要素１２は完全に露出している。
コンタクト要素１２は、第１の端部１４（図２）を含み、これは、電線５４の芯線５８の周囲の絶縁材料５６を穿孔して、芯線５８との電気的接触を形成するように構成される。この点に関して、図示された実施形態における第１の端部１４は、受入開口部１８を間に定める１対の相対するブレード１６を含む。開口部１８は、コネクタ１０がそれに合わせた寸法に作られている特定のワイヤゲージに対する芯線５８の幅に概ね対応する幅を有する。電線５４を開口部１８に挿入すると、当該技術分野において周知のように、ブレード１６は、絶縁材料５６を穿孔し、芯線５８と摩擦的に電気的接触することになる。
コンタクト要素１２は、ＰＣＢ４８との直接の電気的接触のために構成された第２の端部２０（図２）を含む。例えば、図１から図４までに示される実施形態では、コネクタ１０はスルーホール実装型コネクタであり、当業者であれば十分に理解するのでここでは詳細に説明する必要がないが、この場合に、コンタクト要素１２は、基板４８内に定められたスルーホールの中に嵌まるコンタクト突起物２２を含む。
代替的な実施形態において、コネクタ１０は、パッド５０への表面実装のために構成される（図５−図７）。この実施形態では、当業者には周知のように、コンタクト要素１２は、回路基板４８上のコンタクト位置５３に配置された導電性パッド５０上に面一で表面実装されてはんだ付けされるように構成された、足部２４又は他の部材を含むことができる。
コネクタ１０は、ブレード１６の一方又は両方の上に定められた、全体として２８で示される保持構造部を含む。この保持構造部２８は、ブレード１６の上に嵌められるキャップ部材３２と確実に係合して、キャップ３２をブレード１６に対して固定するように、かつキャップが意図せず外れることを防止するように設計される。図面に示された実施形態においては、保持構造部２８は、ブレード１６の外縁部上に定められた係止部３０により定められる。
種々の図面を全体的に参照すると、キャップ３２は、コンタクト要素１２、具体的にはブレード１６の上に嵌まるような寸法を有する。図示された実施形態においては、キャップ３２は、上壁３４と側壁３６と端壁３８とを有する概して中空の矩形箱型構造体である。スロット４０が、相対する端壁３８の各々の中に定められ、これは、特に図６において示されるように、キャップ３２をブレード１６に押しつけたときにスロット４０がブレード内の開口部１８と位置合わせするように配置される。スロット４０は、キャップ３２をブレード１６に完全に押しつけたときに、スロット４０が絶縁電線５４を開口部１８内に係合させて、これを長手方向に位置合わせし、それにより、ブレード１６が絶縁材料５６を穿孔して、電線５４の芯線５８との電気的接触を形成するような、幅及び高さを有する。スロットは、様々な形状及び構成を有することができることを理解されたい。図示された実施形態において、スロット４０は、電線５４のスロット４０内への最初の係合及び位置合わせを補助するための傾斜面４６（図３）を有する、概ね細長いＵ字型の開口として描かれている。
コンタクト要素１２は様々な構成を有することができる。例えば、図１に示された実施形態においては、コンタクト要素１２は一対の相対するブレード１６を含み、キャップ３２はそれに対応して、その一対のブレードを取り囲むような寸法にされる。例えば図５から図８までに示される代替的な実施形態においては、コンタクト要素１２は少なくとも２対の相対するブレード１６を含む。ブレード１６の各組は開口部１８を定め、開口部１８同士は、電線５４が開口部とキャップ部材３２内のスロット４０とを真っすぐに貫通するように位置合わせされる。これらの部品の位置合わせは、図６及び図７において具体的に示されている。
コンタクト要素１２が少なくとも２対の相対するブレード１６を含む実施形態においては、上述され、かつ図５から図７までにおいて示されるように、コンタクト要素１２は、コンタクト・パッド５０上に表面実装することができる。ブレード１６は、外方に延びる足部２４を含む共通の基部２６から上方に延びることができる。足部２４及び基部２６は、コンタクト・パッド５０の表面上にはんだ付けすることができる。
図８のスルーホール実装型の実施形態においては、コンタクト要素１２は、共通の外周基部２６に接続された２組の相対するブレード１６を有する。コンタクト突起物は、ブレード１６の組の各々のところで、基部２６の底部から延びる。
図２及び図８において具体的に示されるように、相対するブレード１６はまた、電線５４を開口部１８内へと最初に位置合わせする役目を果たす傾斜面２３を含むこともできる。
図９から図１１は、相対するブレード１６の多数の組を有するコンタクト要素１２と共に使用することができるキャップ部材３２の特定の実施形態を示す。この特定の実施形態において、キャップ部材３２は、キャップ３２の端壁３８内に定められるスロット４０に位置合わせされた、長手方向に方向付けられた内側ボス４４を含む。ボス４４は、電線５４を相対するブレード１６の組の間に接触させ、かつキャップ３２がブレード１６上に押し嵌めされるにつれて、電線５４をブレード１６の間に押し入れる役目を果たす。この構成は、電線５４がコネクタ組立体１０を通って比較的真っすぐで直線的に配置されることを保証する。
図１２は、それぞれの１０（キャップ３２なしのコンタクト１２）と共に基板４８上に比較的近接して装着された複数の個別の電線５４を有する、回路基板４８の一部の上面図である。コンタクト１０は、基板４８上に任意の位置及び向きで取り付けることができるので、それにより最小限の基板スペースでより自由度の高いレイアウトを提供する。この実施形態においては、個別のそれぞれのコンタクト・パッド５０は、各コネクタ１０に関連付けられ、かつコンタクト１２の寸法及び向きに概ね合致する。個別のコンタクト・パッド５０を互いに連結して、本発明によるコネクタ１０を用いて多数の電線５４が接続された単一のコンタクト・パッド５０を操作上で定めることができる。
絶縁電線は、本発明の態様によるコネクタ１０内に異なる方法で挿入することができる。比較的簡単な工程は、手工具６２（図１３）を使用することを伴う。手工具６２は、予め回路基板４８に装着されたコンタクト要素１２の上にキャップ３２を（電線と共に）圧力嵌めするように特に構成されたビット７２（図１４）を受けることができる、ハンドル６４を含む。ビット７２は、スロット７６と、キャップ３２が嵌め込まれる陥凹部７４とを含む。この特別の工具により、電線５４及びキャップ３２を１ステップでコンタクト要素１２に嵌めることができる。図１５は、電線を相対するブレード１６間の開口部１８の中に押し入れるように構成されたビット６６を示し、これは、この点に関して、電線を相対するブレード１６の対の間の真っすぐな直線経路内に係合させて押し入れるための、スロット６８及び内側ボス７０を含む。
本発明の更なる態様によれば、コンタクト要素１２はキャップ３２なしで独立型のコネクタとして用いることができることを理解されたい。キャップ３２は様々な有用な目的を果たすが、ある種の実施形態において、特に回路基板上のスペースがキャップ３２を収容するには不十分である場合には、キャップ３２は必ずしも必要ではないこともある。従って、回路基板４８上に直接装着された剥き出しのコンタクト要素１２を、電線５４を基板４８上のコンタクト位置５３に接続するためにキャップ３２なしで使用することは、本発明の範囲及び真意の範囲内にある。
当業者であれば、本発明の範囲及び真意から逸脱することなく、本明細書において図示並びに説明された本発明の実施形態に種々の修正及び変形を為すことができることを容易に理解するであろう。そのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
１０：圧接コネクタ
１２：コンタクト要素
１４：第１の端部
１６：ブレード
１８：開口部
２０：第２の端部
２２：コンタクト突起物
２３、４６：傾斜面
２４：足部
２６：基部
３０：係止部
３２：キャップ
３４：上壁
３６：側壁
３８：端壁
４０、６８、７６：スロット
４４、７０：ボス
４８：回路基板
５０：コンタクト・パッド
５３：コンタクト位置
５４：電線
５６：絶縁材料
５８：芯線
６２：手工具
６４：ハンドル
６６、７２：ビット
７４：陥凹部

Claims (14)

  1. 圧接コネクタであって、
    絶縁電線のための受入開口部を定める相対するブレードにより定められる第１の端部と、ＰＣＢとの直接の電気的接触のために構成された第２の端部とを有し、かつ前記ブレード上に定められた保持構造部を含む、剥き出しの単線コンタクト要素と、
    前記相対するブレードの上に嵌まるように構成されたキャップと
    を備え、
    前記キャップは、前記ブレードの開口部に位置合わせされたスロットが内部に定められた端壁と側壁とを有し、前記側壁は、前記キャップを前記ブレードに押しつけたときに前記保持構造部により係合され、
    前記スロットは、前記キャップを前記ブレードに完全に押しつけたときに、該スロットが前記絶縁電線を前記ブレードの開口部と係合させこれを長手方向に位置合わせし、それにより前記ブレードが穿孔して該絶縁電線の中の芯線との電気的接触を形成するような、幅及び高さを有することを特徴とする、コネクタ。
  2. 前記コンタクト要素が、一対の前記相対するブレードを備えることを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ。
  3. 前記コンタクト要素が、少なくとも２つの離間した前記相対するブレード対を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ。
  4. 前記キャップが、長手方向に延びる内側ボスをさらに備え、前記内側ボスは、前記キャップが完全に押しつけられた位置で、前記絶縁電線を前記相対するブレード対の間に係合させるように配置されることを特徴とする、請求項３に記載のコネクタ。
  5. 前記保持構造部が、前記ブレード上に定められた係止部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ。
  6. 前記コンタクト要素の前記第２の端部が、回路基板内のスルーホールの中に挿入するための突起物を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ。
  7. 前記コンタクト要素の前記第２の端部が、回路基板上のパッドへの表面実装のために構成された足部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコネクタ。
  8. プリント回路基板組立体であって、
    コンタクト位置がその上に定められたプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
    前記コンタクト位置で前記ＰＣＢ上に装着された少なくとも１つの圧接コネクタと
    を含み、前記コネクタは、
    絶縁電線のための受入開口部を定める相対するブレードにより定められる第１の端部と、前記コンタクト位置でのＰＣＢとの直接の電気的接触のために構成された第２の端部とを有し、かつ前記ブレード上に定められた保持構造部を含む、剥き出しの単線コンタクト要素と、
    前記相対するブレードの上に嵌まるように構成されたキャップと
    を備え、
    前記キャップは、前記ブレードの開口部に位置合わせされたスロットが内部に定められた端壁と側壁とを有し、前記側壁は、前記キャップを前記ブレード押しつけたときに前記保持構造部により係合され、
    前記スロットは、前記キャップを前記ブレードの上に完全に押しつけたときに、該スロットが前記絶縁電線を前記ブレードの開口部と係合させこれを長手方向に位置合わせし、それにより前記ブレードが穿孔して該絶縁電線の中の芯線と電気的接触を形成するような、幅及び高さを有することを特徴とする、組立体。
  9. 前記コンタクト要素が、一対の前記相対するブレードを備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
  10. 前記コンタクト要素が、少なくとも２つの離間した前記相対するブレード対を備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
  11. 前記キャップが、長手方向に延びる内側ボスをさらに備え、前記内側ボスは、前記キャップが完全に押しつけられた位置で、前記絶縁電線を前記相対するブレード対の間に係合させるように配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の組立体。
  12. 前記保持構造部が、前記ブレード上に定められた係止部を備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
  13. 前記コンタクト位置がスルーホール接続部を備え、前記コンタクト要素の前記第２の端部が、前記コンタクト位置での前記ＰＣＢ内のスルーホールへの挿入のための突起物を備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
  14. 前記コンタクト位置が表面実装パッドを備え、前記コンタクト要素の前記第２の端部が、前記コンタクト位置での前記ＰＣＢ上の前記パッドへの表面実装のために構成された足部を備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
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