JP2018088377A - 圧接コネクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの螺旋部から成る螺旋構造部の寸法精度を安定させ、螺旋構造部の強度も高くできる圧接コネクタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 導電性の板材で螺旋構造部が形成されている。螺旋構造部は、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０を有している。第１螺旋部１０の先部に接触部１８が形成され、第２螺旋部２０の先部に、基部側から接触部１８に対向する支え部２８が形成されている。接触部１８と支え部２８とが溶接されて固定されることで、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０を、相対位置を高く維持して連結することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、導電性の板材で螺旋構造部を形成した圧接コネクタに係り、特に、安定した弾性反発力を発揮でき、また螺旋構造部の変形を防止しやすい構造の圧接コネクタおよびその製造方法に関する。

特許文献１に、導電性の板材で形成された圧接コネクタが記載されている。
この圧接コネクタは、下側平板部と上側平板部および上側平板部の下側に位置する補助上側平板部を有している。下側平板部と上側平板部との間に第１バネ部が設けられ、下側平板部と補助上側平板部との間に第２バネ部が設けられている。第１バネ部と第２バネ部は、共に下側平板部から立ち上がるように折り曲げられて螺旋状に形成されており、それぞれのバネ部を形成している平板部の板面は、荷重作用方向に延びる中心線とほぼ平行に向けられている。

上側平板部に荷重が作用すると、上側平板部を有する第１バネ部が下側平板部に向けて圧縮変形するとともに、上側平板部で補助上側平板部が押され、補助上側平板部を有する第２バネ部も下側平板部に向けて圧縮変形する。そのため、第１バネ部と第２バネ部とで大きな弾性反力を発揮させることが可能となっている。

特開２０１６−１５８３号公報

特許文献１に記載された圧接コネクタは、第１バネ部と第２バネ部とが、下側平板部から互いに独立して折り曲げられているため、それぞれのバネ部の変形後のスプリングバックにより、上側平板部と補助上側平板部との相対位置を高精度に保つことが難しい。したがって、螺旋構造の寸法のばらつきが発生しやすく、圧接コネクタ毎に圧縮時の弾性反発力のばらつきを最小限に保つのが難しかった。また、第１バネ部と第２バネ部が互いに拘束されていないため、圧接コネクタの保管時や、圧接コネクタを電子機器などに実装する工程で、圧接コネクタに対して不用意に無理な外力が作用したときに、各バネ部が互いに開くなどの変形が生じるおそれもあった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、螺旋構造部を構成する第１螺旋部と第２螺旋部を互いに拘束させることで、常に安定した接触圧を得ることができ、螺旋構造の変形も生じにくい圧接コネクタおよびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、基部導通部と、前記基部導通部から立ち上がる螺旋構造部とが、導電性の板材で形成されている圧接コネクタにおいて、
前記螺旋構造部は、前記基部導通部の異なる位置から立ち上がる第１螺旋部と第２螺旋部を有しており、前記第１螺旋部の先部に接触部が設けられ、前記第２螺旋部の先部に、基部側から前記接触部に対向する支え部が設けられており、
前記接触部と前記支え部とが固定されていることを特徴とするものである。

本発明の圧接コネクタは、前記接触部と前記支え部とが溶接されて固定されているものである。

本発明の圧接コネクタは、前記第１螺旋部と前記第２螺旋部が、前記基部導通部の対向する位置から立ち上がっているものが好ましい。

本発明の圧接コネクタは、前記第１螺旋部と前記第２螺旋部の、前記基部導通部から先部に向かう周回方向が同じ向きである。

また、本発明の圧接コネクタは、前記接触部から前記第１螺旋部が延び出る方向と、前記支え部から前記第２螺旋部が延び出る方向とが、互いに逆方向であることが好ましい。

本発明は、前記基部導電部は平面形状が矩形状であり、
前記第１螺旋部と前記第２螺旋部は、前記基部導電部の平面形状の前記矩形状の角部で曲げられて、前記基部導電部の平面形状に倣うように形成されているものである。

次に、本発明は、基部導通部と、前記基部導通部から立ち上がる第１螺旋部および第２螺旋部とが、導電性の板材で形成されている圧接コネクタの製造方法において、
前記基部導通部の異なる位置から前記第１螺旋部と前記第２螺旋部とを立ち上げて、それぞれを螺旋状に形成するとともに、前記第１螺旋部の先部に接触部を、前記第２螺旋部の先部に、基部側から前記接触部に対向する支え部を形成し、
前記接触部と前記支え部とを溶接して固定することを特徴とするものである。

本発明の圧接コネクタの製造方法は、前記接触部と前記基部導通部を互いに接近する方向に加圧し、少なくとも前記第１螺旋部を変形させて、前記接触部と前記支え部を互いに当接させた状態で、前記接触部と前記支え部とをレーザー溶接することが好ましい。

さらに、本発明の圧接コネクタの製造方法は、前記基部導通部に穴または切欠きが形成されており、前記穴または切欠きから、前記接触部と前記支え部との接触部に向けてレーザーを照射して溶接を行うものである。

この場合に、前記穴または切欠きは、前記基部導通部の中心位置からレーザーの照射側に偏った位置に形成されていることが好ましい。

本発明の圧接コネクタは、基部導通部から板材が立ち上がるように曲げられて、第１螺旋部と第２螺旋部が形成されており、第１螺旋部の先部に設けられた接触部と、第２螺旋部の先部に設けられた支え部とが固定されている。これにより、第１螺旋部と第２螺旋部の相対位置を精度よく決めることができ、螺旋構造部の寸法のばらつきを規制できる。また、第１螺旋部と第２螺旋部が、互いに連結されたまま圧縮変形するため、第１螺旋部の先部の接触部を加圧したときに、第１螺旋部のばね定数と第２螺旋部のばね定数とを合算したばね定数で、接触部に対して弾性反発力を発揮させることができる。

基部導通部から互いに独立して曲げられている第１螺旋部と第２螺旋部とが互いに拘束されているため、圧接コネクタが保管されているときや、電子部品などに組み付ける工程などにおいて、螺旋構造部に外力が作用したときに、第１螺旋部と第２螺旋部が、独立して変形するのを防止しやすい。

また、本発明の圧接コネクタの製造方法は、第１螺旋部の先部に設けられた接触部と、第２螺旋部の先部に設けられた支え部とを、レーザー溶接などで確実に固定することが可能になる。

本発明の実施の形態の圧縮コネクタを先部側から見た平面図、 本発明の実施の形態の圧縮コネクタを、荷重が作用していない状態で示す斜視図、 図２に示す圧接コネクタをＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した半断面斜視図、 本発明の実施の形態の圧縮コネクタを、荷重が作用している状態で示す斜視図、 本発明の実施の形態の圧接コネクタを、導電性の板材から曲げ加工した状態を示す断面図、 図５に示す曲げ加工後の圧接コネクタの接触部と支え部とを溶接する工程を説明する断面図、

本発明の実施の形態の圧接コネクタ１は、導電性の金属板材をプレス加工で折り曲げて成形されている。金属板材は、銅または銅合金であり、実施の形態ではコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金）で形成されている。

圧接コネクタ１は、図１に示す平面形状でのＸ方向とＹ方向の寸法が、それぞれ２ｍｍ×２ｍｍ以下で、好ましくは１．５ｍｍ×１．５ｍｍ以下、図２に示すように荷重が作用していない自由状態でのＺ方向の高さ寸法が１．５ｍｍ以下で、好ましくは１ｍｍ程度である。

この圧接コネクタ１は複数個が回路基板に実装されるなどして、回路基板どうしの接続部や回路基板とＩＣなどの電子素子との接続部、あるいは回路基板と配線ケーブル（フレキシブル配線ケーブル）との接続部などに使用される。

図２と図３に、荷重が作用していない自由状態の圧接コネクタ１が示されている。圧接コネクタ１は、基部側（Ｚ１側）に基部導通部２が設けられている。基部導通部２は、Ｘ−Ｙ平面と平行であり、その下面２ａが回路基板の導電性のランド部などに半田付けされる。基部導通部２は平面形状が矩形状であり、図１に示すように、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法がほぼ同じである。ただし、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法が相違していてもよい。

図１と図２に示すように、基部導通部２のＸ１側に向く辺から第１螺旋部１０が立ち上がっており、Ｘ２側に向く辺から第２螺旋部２０が立ち上がっている。第１螺旋部１０と第２螺旋部２０は、基部導通部２の互いに対向する側部から立ち上がっている。この実施の形態では、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とで、螺旋構造部が構成されている。

図１と図２に示すように、第１螺旋部１０は、基部導通部２のＸ１側の辺から先部側（Ｚ２側）へ垂直に折り曲げられて立ち上がる螺旋基部１１と、螺旋基部１１から湾曲部１２で曲げられてＸ２方向に延びるＹ２側板部１３と、Ｙ２側板部１３から湾曲部１４で曲げられてＹ１方向に延びるＸ２側板部１５と、Ｘ２側板部１５から湾曲部１６で曲げられてＸ１方向に延びるＹ１側板部１７とが連続して形成されている。

第１螺旋部１０は、螺旋基部１１からＹ１側板部１７にかけて、細長く連続して延びる板部で形成されている。図２に示すように、第１螺旋部１０は、これを構成する板部の幅寸法を二分する中心線ＷＯ１が、螺旋基部１１からＹ１側板部１７に向かうにしたがって先部側（Ｚ２側）に立ち上がっていく螺旋構造である。

第１螺旋部１０の先部側（Ｚ２側）には、Ｙ１側板部１７から折り曲げられた接触部１８が設けられている。接触部１８には、Ｘ−Ｙ平面とほぼ平行な上面部１８ａと、上面部１８ａの３つの辺から基部方向（Ｚ１方向）に曲げられたフランジ部１８ｂが一体に形成されており、上面部１８ａの中央部に接触凸部１８ｃが形成されている。各図では、接触凸部１８ｃの中心を通って、螺旋構造部の圧縮方向（Ｚ方向）に延びる仮想線が中心線Ｏとして示されている。

接触部１８に基部方向に向かう荷重が作用すると、第１螺旋部１０では、螺旋基部１１の一部からＹ１側板部１７までの範囲で捩じり変形と板幅方向の撓み変形が発生して、Ｚ１方向に向けて弾性的に圧縮変形する。ただし、フランジ部１８ｂが形成された接触部１８は、容易に歪むことがなく、荷重を受け続けることができる。

第２螺旋部２０は、基部導通部２のＸ２側の辺からＺ２方向へ向けて垂直に折り曲げられて立ち上がる螺旋基部２１と、螺旋基部２１から湾曲部２２で曲げられてＸ１方向に延びるＹ１側板部２３と、Ｙ１側板部２３から湾曲部２４で曲げられてＹ２方向に延びるＸ１側板部２５と、Ｘ１側板部２５から湾曲部２６で曲げられてＸ２方向に延びるＹ２側板部２７とが連続して形成されている。

第２螺旋部２０は、螺旋基部２１からＹ２側板部２７にかけて、細長く連続して延びる板部で形成されている。図２に示すように、第２螺旋部２０は、これを構成する板部の幅寸法を二分する中心線ＷＯ２が、螺旋基部２１からＹ２側板部２７に向かうにしたがって先部側（Ｚ２側）に立ち上がっていく螺旋構造である。

図１に示すように、第１螺旋部１０の湾曲部１２，１４，１６と、第２螺旋部２０の湾曲部２２，２４，２６は、いずれも矩形状の基部導通部２の角部に沿ってほぼ直角に曲げられているため、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０は、平面視において、基部導通部２の外形に沿った矩形状に形成されている。このように螺旋構造部を矩形状にすると、Ｘ方向とＹ方向の寸法を限られた大きさにしても、螺旋軌跡を長く確保でき、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０のばね定数を設定しやすくなる。

図３に示すように、第２螺旋部２０の先部側（Ｚ２側）には、Ｙ２側板部２７から折り曲げられた支え部２８が設けられている。支え部２８は、Ｘ−Ｙ平面とほぼ平行な平板部である。前記接触部１８に基部方向の荷重が与えられていない自由状態で、支え部２８は、接触部１８の上面部１８ａの下面に溶接されて固定されている。

上記構造の圧接コネクタ１は、第１螺旋部１０の先部の接触部１８と第２螺旋部２０の先部の支え部２８とが互いに固定されているため、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０との相対位置にばらつきが生じにくい。図５に示すように、接触部１８と支え部２８とが固定される前の状態では、基部導通部２から第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とを折り曲げてそれぞれを螺旋状に成形した直後に、スプリングバックによって第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とが互いに離れようとし、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０の相対位置にばらつきが発生しやすい。しかし、実施の形態の圧接コネクタ１は、接触部１８と支え部２８とが固定されているため、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０との相対位置を均一にでき、圧接コネクタ１の寸法のばらつきを規制できる。

また、圧接コネクタ１を保管しているとき、または圧接コネクタ１を電子機器などに実装する工程において、誤って螺旋構造部に触れることがあると、図５に示すように、接触部１８と支え部２８とが固定されていないものでは、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０のそれぞれが、独立して変形するおそれがあった。特に、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０が互いに離れる方向に変形しやすかった。これに対し、実施の形態の圧接コネクタ１は、接触部１８と支え部２８とが固定されているため、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とが互いに離れて変形することがない。すなわち、螺旋構造部の強度が高くなり、螺旋構造部が変形しにくくなる。

次に、上記構造の圧接コネクタ１の接触動作は以下の通りである。
接触部１８に基部方向に向かう荷重が作用すると、第１螺旋部１０で、螺旋基部１１からＹ１側板部１７までの範囲で捩じり変形と板幅方向の撓み変形が発生して、Ｚ１方向へ向けて弾性的に圧縮変形する。このとき、接触部１８に固定されている支え部２８も基部方向に押されるので、第２螺旋部２０においても、螺旋基部２１の一部からＹ２側板部２７までの範囲で捩じり変形と板幅方向の撓み変形が発生して、Ｚ１方向に向けて弾性的に圧縮変形する。図４に、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とが圧縮変形した状態が示されている。

螺旋構造部では、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とが固定されているため、接触部１８にＺ１方向への荷重が与えられたときに、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０が一緒に同じ距離だけＺ１方向へ圧縮変形できるようになる。図５に示すように、接触部１８と支え部２８とが連結されていない状態では、接触部１８がＺ１方向へ押されたときに、接触部１８と支え部２８との間に滑りが生じるなどして、第２螺旋部２０にＺ１方向の荷重を正確に作用させることができないことがある。これに対し、実施の形態の圧接コネクタ１は、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とが常に一体となって変形するため、第１螺旋部１０のばね定数と第２螺旋部２０のばね定数を合算したばね定数に基づいて、接触部１８に弾性反発力を発揮させることができる。よって、圧接コネクタ１毎の弾性反発力を均一化できる。

次に、前記圧接コネクタ１の製造方法を説明する。
コルソン合金などの導電性の金属板材をプレス加工で打ち抜いて、基部導通部２と、基部導通部２から一体に延びる一対の細幅の板材を成形し、この板材をＺ２方向に向けて折り曲げ、それぞれを螺旋状に変形させて、第１螺旋部１０および第２螺旋部２０を成形するとともに、第１螺旋部１０の先部に接続部１８を一体に形成し、第２螺旋部２０の先部に支え部２８を一体に形成する。なお、打ち抜き後の折り曲げ成形による第１螺旋部１０、第２螺旋部２０、接続部１８、支え部２８の製造工程については特に順序は問わない。

図５に、完成前の圧接コネクタ１ａが示されている。この圧接コネクタ１ａには、基部導通部２と、第１螺旋部１０および第２螺旋部２０が形成されているが、第１螺旋部１０の先部の接触部１８と、第２螺旋部２０の先部の支え部２８は未だ固定されていない。このとき、支え部２８は、接触部１８からＺ１方向へ少し離れている。あるいは、支え部２８が接触部１８の下面に接触していてもよい。

接触部１８と支え部２８とを溶接する工程では、図６に示すように、第１治具３１と第２治具３２を使用する。第１治具３１には中央部に位置決め凹部３１ａが形成されている。位置決め凹部３１ａは、Ｚ２方向に向かうにしたがって径が徐々に狭くなるテーパ面である。図５に示すように曲げ加工された完成前の圧接コネクタ１ａは、先部を下向きとし、接触部１８のフランジ部１８ｂを位置決め凹部３１ａのテーパ面に突き当てて、第１治具３１上で圧接コネクタ１ａを位置決めする。このとき、圧接コネクタ１ａの中心線Ｏが、第１治具３１の下面または上面と垂直な向きとなるように位置決めする。

図６に示すように、第２治具３２を、基部導通部２の下面２ａに突き当て、第２治具３２をＺ２方向へ押圧し、圧接コネクタ１ａを、基部導通部２と接触部１８とが接近する方向へ少し圧縮変形させる。その結果、少なくとも第１螺旋部１０が圧縮変形させられ、好ましくは第２螺旋部２０も圧縮変形させられて、接触部１８の下面に支え部２８が当接させられる。

この状態で、接触部１８と支え部２８とがレーザー溶接（レーザースポット溶接）で互いに接合されて固定される。基部導通部２の中央部には穴２ｂが開口している。あるいは基部導通部２に凹部が形成されている。さらに、第２治具３２にも穴３２ａが形成されており、あるいは凹部が形成されている。レーザービームＬＢを、第２治具３２の穴３２ａおよび基部導通部２の穴２ｂを経て、接触部１８と支え部２８との当接部に向けて照射する。このレーザービームＬＢのエネルギーによって、接触部１８と支え部２８との当接部において金属板材が溶融し、接触部１８と支え部２８とが溶接されて固定される。

レーザービームＬＢを、基部導通部２の穴２ｂを経て、支え部２８に照射してレーザー溶接を行うことで、接触部１８のＺ２方向に向く上面部１８ａに変形や窪みまたは突部などの欠陥部が現れにくくなる。よって、接触部１８の上面部１８ａと、対向する電極などとの接触と導通性が良好になる。さらに、図６に示すように、レーザービームＬＢを中心線Ｏに対して角度θだけ傾けた状態で支え部２８に照射することで、レーザービームＬＢの反射戻りを防止し、エネルギーを効率良く集中させて、溶接作業を行うことができる。

また、レーザービームＬＢを中心線Ｏから傾けた状態で、接触部１８と支え部２８との当接部にレーザーエネルギーを効率良く与えるためには、穴２ｂまたは切欠き部の開口中心を、中心線Ｏよりも、レーザービームＬＢの照射側へ偏らせることが好ましい。このように構成すると、接触部１８と支え部２８との当接部に照射されるレーザースポット径を可能な限り大きくして、十分なエネルギーで溶接を行うことができる。また、穴２ｂや切欠き部の開口面積を必要以上に大きくする必要がないため、基部導通部２の強度が低下するのを抑制できる。

なお、前記実施の形態では、レーザービームＬＢのエネルギーによって、接触部１８と支え部２８との当接部において金属板材を溶融させて溶接固定しているが、本発明は前記溶接に限られるものではなく、接着剤や半田によって接触部１８と支え部２８とを固定し、あるいはカシメ加工を施すなどして機械的結合によって接触部１８と支え部２８とを固定してもよい。

図６に示すように、第１治具３１と第２治具３２を使用し、圧接コネクタ１ａの螺旋構造部を圧縮させることで、接触部１８の下面に支え部２８を確実に調節させた状態で溶接作業を行うことができる。

１ 圧接コネクタ
２ 基部導通部
１０ 第１螺旋部（螺旋構造部）
１１ 螺旋基部
１８ 接触部
２０ 第２螺旋部（螺旋構造部）
２１ 螺旋基部
２８ 支え部
３１ 第１治具
３２ 第２治具
Ｏ 中心線

Claims (10)

1. 基部導通部と、前記基部導通部から立ち上がる螺旋構造部とが、弾性を有する導電性の板材で形成されている圧接コネクタにおいて、
   前記螺旋構造部は、前記基部導通部の異なる位置から立ち上がる第１螺旋部と第２螺旋部を有しており、前記第１螺旋部の先部に接触部が設けられ、前記第２螺旋部の先部に、基部側から前記接触部に対向する支え部が設けられており、
   前記接触部と前記支え部とが固定されていることを特徴とする圧接コネクタ。
2. 前記接触部と前記支え部とが溶接されて固定されている請求項１記載の圧接コネクタ。
3. 前記第１螺旋部と前記第２螺旋部は、前記基部導通部の対向する位置から立ち上がっている請求項１または２記載の圧接コネクタ。
4. 前記第１螺旋部と前記第２螺旋部は、前記基部導通部から先部に向かう周回方向が同じ向きである請求項３記載の圧接コネクタ。
5. 前記接触部から前記第１螺旋部が延び出る方向と、前記支え部から前記第２螺旋部が延び出る方向とが、互いに逆方向である請求項１ないし４のいずれかに記載の圧接コネクタ。
6. 前記基部導電部は平面形状が矩形状であり、
   前記第１螺旋部と前記第２螺旋部は、前記基部導電部の平面形状の前記矩形状の角部で曲げられて、前記基部導電部の平面形状に倣うように形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の圧接コネクタ。
7. 基部導通部と、前記基部導通部から立ち上がる第１螺旋部および第２螺旋部とが、導電性の板材で形成されている圧接コネクタの製造方法において、
   前記基部導通部の異なる位置から前記第１螺旋部と前記第２螺旋部とを立ち上げて、それぞれを螺旋状に形成するとともに、前記第１螺旋部の先部に接触部を、前記第２螺旋部の先部に、基部側から前記接触部に対向する支え部を形成し、
   前記接触部と前記支え部とを溶接して固定することを特徴とする圧接コネクタの製造方法。
8. 前記接触部と前記基部導通部を互いに接近する方向に加圧し、少なくとも前記第１螺旋部を変形させて、前記接触部と前記支え部を互いに当接させた状態で、前記接触部と前記支え部とをレーザー溶接する請求項７記載の圧接コネクタの製造方法。
9. 前記基部導通部に穴または切欠きが形成されており、前記穴または切欠きから、前記接触部と前記支え部との接触部に向けてレーザーを照射して溶接を行う請求項８記載の圧接コネクタの製造方法。
10. 前記穴または切欠きは、前記基部導通部の中心位置からレーザーの照射側に偏った位置に形成されている請求項９記載の圧接コネクタの製造方法。

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