JP2016536749A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング外のプラグ（１）と、ハウジング内の回路支持体（４）との電気的接続装置に関している。ここでの前記プラグは、少なくとも１つのプラグ接点（２）を含み、かつハウジング壁部（３）の方向に端面（８）を有し、前記回路支持体（４）は、前記プラグ接点（２）のための収容部（７）を含み、前記プラグ接点（２）は、電気的接続形成のために前記ハウジング壁部（３）の開口部（６）を通って突出している。さらに前記開口部（６）の断面は、前記プラグ（１）の前記端面（８）よりも小さく、前記端面（８）は、前記開口部（６）を完全に覆い、前記回路支持体（４）は、前記開口部（６）を少なくとも部分的に覆っている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、プラグと回路支持体との間の電気的接続装置と、請求項９によるそのような電気的な接続を形成する方法に関する。

本発明は、互いに壁部によって分離されている２つの電気的な領域の間の電気的な接続を形成する電気的プラグコネクタ装置の分野に関している。この種の電気的接続装置は、例えば自動車における変速機制御機器で使用される場合には、例えば制御ユニットが配設されている制御機器ハウジング内の回路支持体は、プラグを用いることで、ハウジング外の電気部品と電気的に接続される。

通常、プラグは、回路支持体上若しくはプリント基板上に直接配置される。それにより、接続を形成する際のトレランスチェーンが可及的に短くなることが保証される。しかしながらこの配置構成における欠点は、ハウジング壁部の開口部が、プラグ自体よりもわずかに大きくなければならないことにあり、このことは、ハウジング壁部とプラグとの間の密封性に障害を引き起こす可能性がある。この配置構成におけるさらなる欠点は、とりわけハウジング内壁と回路支持体との間の接触面が比較的小さいことである（特にこの大きさは、回路支持体からハウジングへの熱伝導量を決定する）。同時にプラグは、少なくともその断面全体が回路支持体と接触することにより、回路支持体の面積が比較的大きくなり、このことは高価なセラミック回路支持体の場合、コストの増加を引き起こす。

それゆえ本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の、プラグと回路支持体との間の電気的接続装置において、従来技法に比べて、ハウジングに対するプラグの密封性に係るコストの改善と、回路支持体の大きさの低減並びにそれに伴うコストの改善が得られるようにすることである。

前記課題は本発明により、請求項１記載の特徴を有する電気的接続装置によって解決される。

ハウジング外のプラグとハウジング内の回路支持体との間の本発明による接続のもとでは、ハウジング壁部の開口部（これを通ってプラグのプラグ接点は電気的な接続を形成するために延在する）の断面積は、プラグの端面よりも小さい。この場合プラグの端面は、開口部を完全に覆う。それに対して回路支持体は、前記開口部を少なくとも部分的に覆う。

プラグの端面が、ハウジング壁部内の開口部を完全に覆うことによって、ハウジング壁部の、前記端面に面した側が、接続形成の際に特にプラグの容易な位置決めのためのストッパーとして用いられる。さらにこの配置構成により好ましくは、ハウジングに対するプラグの密封性が証明される。例えば、前記端面を取り囲む溝内に、シールリングとして構成されたシールが設けられていてもよい。このシールは本発明による接続装置の製造後に、プラグをハウジング壁部に対して軸方向で特に油密に密封可能である。

プラグとハウジング壁部との間で軸方向に作用するシールを用いた接続に対する代替的な実施形態によれば、シールが、プラグと、ハウジング壁部の開口部を取り囲む外側の突起との間で、径方向若しくはプラグの長手軸線に対して横方向に作用する。この場合この突起は、別個の部材として構成されてもよいし、特にハウジングの壁部に統合されてもよい。前記シールとしては、例えばプラスチック製のシールリングのような固形のシールであってもよいし、液状のシールであってもよい。

通常は、回路支持体上には、例えばプロセッサやパワー半導体等のような複数の電気部品が配設されており、それらは動作中に熱を発生する。回路支持体とハウジング内壁との間の接触面は、特に、一方では、本発明による接続形成時のハウジング内壁における回路支持体の容易な位置決めのためのストッパーとして使用され、他方では、回路支持体からハウジングへの熱放出に使用される。

ハウジング壁部の開口部の断面が、プラグの端面よりも小さいことによって、とりわけ回路支持体が、開口部を完全に覆う場合に、ハウジング内壁と回路支持体との間の接触面は、プラグが回路支持体と直接接続する配置構成の場合よりも大きくなる。このことは特に回路支持体からハウジングへの熱移送を比較的拡大させることにつながる。

その際の付加的な利点は、このことが、回路支持体の面積を比較的減少させることにつながり、それに伴ってとりわけ高価なセラミック製回路支持体の場合にはコスト削減につながる。ただし、本発明による接続装置の場合、回路支持体が開口部を完全に覆うことは必ずしも必要なわけではないが、プラグのプラグ接点と回路支持体の対応する収容部との間の電気的接続の形成は確実に保証されなければならない。

この回路支持体は、特にネジやリベットを用いて力結合的若しくは形状結合的にプラグと接続されている。

好ましくは、接続コンタクトと回路支持体内の対応する収容部との接続は、いわゆるプレスフィットコンタクトとして構成されている。プレスフィットコンタクトは、圧入接続によるものであり、通常はピンとして構成された接続コンタクトを、貫通コンタクト型の回路支持体孔部若しくはプリント基板孔部として構成された収容部内に圧入することによって形成される。ここでの決定的なことは、ピンの断面が、貫通コンタクトされるプリント基板孔部の直径よりも大きな対角線を有することである。それにより収容部内へのピンの圧入の際に過圧（オーバープレス）が生じ、通常これはピンの変形によって吸収されなければならない。そのためピンの弾性特性により、回路支持体内の貫通コンタクトは比較的少ない負荷となる。

さらにそれによって、回路支持体内の貫通コンタクト孔部の比較的大きな孔部許容誤差が許容され、同じプリント基板孔部内への接続コンタクトの多重の圧入も可能になる。

従来の半田付け技法に比べ、プレスフィット技法は、特に以下に述べるような利点を有している。すなわち、
半田付けが不要であり、それによってプリント基板の熱的負荷もないこと、
いわゆる“冷間”半田箇所が存在しないこと、
半田ブリッジによる短絡箇所が存在しないこと、
長い接続コンタクトピンは、半田を一切含まず、裏側コンタクト装置として利用可能なこと、
所定の幾何学構造を介して接続箇所のインピーダンスが調整可能で、その結果として高周波特性が良好なこと、
ピンの機械的な圧入のみによる接続に基づき取り外しが容易なこと、などである。

本発明のさらなる課題は、冒頭に述べたような形式の、プラグと回路支持体との間の電気的な接続を形成する方法において、当該接続により、従来技法に比べて、ハウジングに対するプラグの密封性に係るコストの改善と、関与する構成要素相互の位置決めに係る改善が得られるようにすることである。

前記課題は、請求項９記載の特徴を有する方法によって解決される。

本発明による、ハウジング外のプラグとハウジング内の回路支持体との間の接続を形成する方法であって、前記プラグは、少なくとも１つのプラグ接点を含み、ハウジング壁部の方向に端面を有し、さらに前記回路支持体は、プラグ接点のための収容部を含み、前記ハウジング壁部内の開口部の断面は、前記プラグの端面よりも小さい、方法によれば、最初に回路支持体が、ハウジング壁部の開口部を少なくとも部分的に覆うように、回路支持体がハウジング壁部の内側において位置決めされる。

続いて、前記プラグの端面が前記ハウジング壁部の開口部を完全に覆うように、前記プラグが、ハウジング壁部の外側において位置決めされる。この場合、プラグとハウジング壁部との間にシールが配置される。それと同時に、プラグのプラグ接点と回路支持体の対応する収容部との接続が、特に前述したプレスフィット接続を用いて形成される。

その後で、回路支持体は、プラグと特にネジやリベットなどの接続要素を用いて力結合的若しくは形状結合的に接続される。

以下では本発明のさらなる特徴、利点および詳細を、添付の図面に示されている実施形態に基づいて詳細に説明する。

ハウジング外のプラグとハウジング内の回路支持体との公知の接続装置を示した断面図 ハウジング外のプラグとハウジング内の回路支持体との本発明による接続装置を示した断面図 プラグとハウジング壁部との間で径方向に作用するシールを備えた本発明による接続装置を示した断面図 プラグとハウジング壁部との間で軸方向に作用するシールを備えた本発明による接続装置を示した断面図 図４による接続装置の平面図

図１には、ハウジング外若しくはハウジング壁部３外の、２つのプラグ接点２を備えたプラグ１と、ハウジング内に配置された回路支持体４との電気的な接続装置を示している。この回路支持体上には、例えば自動車用の変速機制御機器に使用されるような熱を発生するパワー素子を伴った制御ユニットが配置され得る。プラグ１は、ハウジング壁部３の開口部６を通って案内され、ここでは回路支持体４と全面に亘る直接的な接触が生じている。この場合電気的な接続形成のために、それぞれ１つのプラグ接点２が、回路支持体４の対応する収容部７に配置される。回路支持体４はプラグ１と、特にネジ５を用いて力結合的に接続されている。

この配置構成に伴う欠点は、ハウジング壁部３の開口部６が、プラグ１自体よりも大きいことにある。このことは、既に前述したように、ハウジング壁部３に対するプラグ１の密封性において障害を引き起こす可能性がある。さらにこの配置構成に伴う別の欠点は、回路支持体４からハウジングへの熱の放出が（これはハウジング内壁と回路支持体４との間の接触面積に依存する）比較的少ないことである。

さらに回路支持体４の大きさは、プラグ１のサイズに依存する。

図２には、ハウジング外のこの種のプラグ１と、ハウジング内の回路支持体４との本発明による電気的接続装置が示されている。ここでの開口部６の断面は、プラグ１の端面８よりも小さく、プラグ１はその端面８を用いて当該端面８が開口部６を完全に覆うようにハウジング壁部３の外側に配置されている。

回路支持体４は、ハウジング壁部３の内側に配置されている。ハウジング壁部３の内側と回路支持体４との間の接触面が大きければ大きいほど、回路支持体４からハウジングへの熱放出も多くなる。電気的な接続を形成するために、２つのプラグ接点２が開口部６を貫通して突出し、それぞれ回路支持体４の対応する収容部７内に導電的に収容される。プラグ接点２の数は、用途に応じて可変である。

ハウジング壁部３の開口部６の断面が、プラグ１の端面８よりも小さいことにより、図１に示すようなプラグ１が直接回路支持体４と接続されている配置構成に比べて、回路支持体４の面積が相応に低減され得る。このことはとりわけ高価なセラミック回路支持体の場合にはコスト削減につながる。その上さらに、それによって特にハウジングのサイズも相応に低減可能になる。

回路支持体４は、プラグ１と特に接続要素としてのネジ５を用いて力結合的に接続されている。ここでは、例えばリベットを用いて形状結合的な接続も考えられる。この力結合的接続の場合では、ネジ５がそれぞれ回路支持体４とハウジング壁部３の対応する孔部を貫通して案内される。ハウジング壁部３の孔部は完全に取り囲まれるか、あるいは一部のみ閉鎖されていてもよい。またネジ５がハウジング壁部３の開口部６内に案内されることも考えられる。

プラグ接点２と、回路支持体４の対応する収容部７との間の電気的な接続は、特に、プレスフィット接続として構成されていてもよい。この場合プラグ接点２は、図示されていないやり方で断面において、前記収容部７よりも大きな対角線を有する。それにより、プラグ接点２を収容部７に圧入する際に、過圧（オーバープレス）が生じる。その際長いピン形状のプラグ接点２は、半田を一切含まず、さらに付加的に裏側コンタクト装置として利用することが可能である。従来の半田付け技法に比べたプレスフィット接続のさらなる利点は、既に詳細に上述されている。

図３には、径方向若しくは前記プラグ１の長手軸線に対して横方向に作用するシール１０を、その外側において前記プラグ１と前記ハウジング壁部３の開口部６を取り囲む突起１１との間に有している本発明による接続装置が示されている。この場合の突起１１は、図３に示されているように別個の部品として構成されていてもよいし、あるいは特に、ハウジング壁部３に統合されていてもよい。シール１０としては、例えばプラスチック製シールリングのような固形のシールも考えられるし、液状のシールも考えられる。

図４には、軸方向若しくはプラグ１の長手軸線方向に作用するシール１０がプラグ１とハウジング壁部３との間に有している、本発明による接続装置が示されている。ここでのシール１０は、プラグ１の端面８を取り囲む溝９内に配置されたシーリングリングとして構成されている。

図５は、ハウジングの外側からの図４による本発明による接続装置の平面図を示したものである。

１ プラグ
２ プラグ接点
３ ハウジング壁部
４ 回路支持体
５ 固定装置
６ ハウジング壁部の開口部
７ 回路支持体内の収容部
８ プラグの端面
９ プラグ内の溝
１０ シール
１１ ハウジング壁部外側の突起

Claims (10)

1. ハウジング外のプラグ（１）と、ハウジング内の回路支持体（４）との電気的接続装置であって、
   前記プラグは、少なくとも１つのプラグ接点（２）を含み、かつハウジング壁部（３）の方向に端面（８）を有しており、前記回路支持体（４）は、前記プラグ接点（２）のための収容部（７）を含み、前記プラグ接点（２）は、電気的接続形成のために前記ハウジング壁部（３）の開口部（６）を通って突出している電気的接続装置において、
   前記開口部（６）の断面が、前記プラグ（１）の前記端面（８）よりも小さく、
   前記端面（８）は、前記開口部（６）を完全に覆い、
   前記回路支持体（４）は、前記開口部（６）を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記プラグ（１）と前記ハウジング壁部（３）との間に、シール（１０）が配設されている、請求項１記載の電気的接続装置。
3. 前記シール（１０）は、軸方向に、すなわち、前記プラグ（１）の長手軸線方向に作用するように、前記プラグ（１）の端面（８）と前記ハウジング壁部（３）との間に配設されている、請求項２記載の電気的接続装置。
4. 前記シール（１０）は、前記端面（８）を取り囲む溝（９）に配設されている、請求項３記載の電気的接続装置。
5. 前記シール（１０）は、径方向に、すなわち、前記プラグ（１）の長手軸線に対して横方向に作用するように、前記プラグ（１）と、前記開口部（６）を取り囲む突起（１１）との間に配設されている、請求項２記載の電気的接続装置。
6. 前記開口部（６）を取り囲む前記突起（１１）は、前記ハウジング壁部（３）の一部である、請求項５記載の電気的接続装置。
7. 前記回路支持体（４）は、前記プラグ接点（２）の外で、力結合的若しくは形状結合的に前記プラグ（１）と接続されている、請求項１から６いずれか１項記載の電気的接続装置。
8. 前記プラグ接点（２）と、前記回路支持体（４）の対応する収容部（７）との接続は、プレスフィットコンタクトとして構成されている、請求項１から７いずれか１項記載の電気的接続装置。
9. ハウジング外のプラグ（１）と、ハウジング内の回路支持体（４）との接続を形成する方法であって、
   前記プラグは、少なくとも１つのプラグ接点（２）を含み、かつハウジング壁部（３）の方向に端面（８）を有し、前記回路支持体（４）は、前記プラグ接点（２）のための収容部（７）を含み、開口部（６）の断面は、前記プラグ（１）の端面（８）よりも小さい、方法において、
   前記回路支持体（４）が、前記ハウジング壁部（３）の前記開口部（６）を少なくとも部分的に覆うように、前記回路支持体（４）を、前記ハウジング壁部（３）の内側において位置決めするステップと、
   前記端面（８）が、前記開口部（６）を完全に覆うと同時に、前記プラグ（１）のプラグ接点（２）と前記回路支持体（４）の対応する収容部（７）との接続が形成されるように、前記プラグ（１）を、前記ハウジング壁部（３）の外側において位置決めするステップと、
   前記プラグ接点（２）外において、前記回路支持体（４）と前記プラグ（１）との間で力結合的接続または形状結合的接続を形成するステップとを含んでいることを特徴とする方法。
10. 請求項１の電気的接続装置を、自動車用の変速機制御機器において使用すること特徴とする使用方法。

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