JP3592181B2 - コネクタ接続構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄コンタクトを有するプラグコネクタと雌コンタクトを有するソケットコネクタとからなるマルチコネクタにおけるプラグコネクタとソケットコネクタとを接続するためのコネクタ接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機器等に組み込まれる基板等の間で情報のやりとりを行うために着脱可能なコネクタが用いられることがある。このようなコネクタ間の接続では、接点間の接触圧が大きいため、コネクタどうしの着脱には大きな力が必要とされる。このようなコネクタの接続として、例えば、Ｄ−ＳＵＢ雄型コネクタとＤ−ＳＵＢ雌型コネクタとの接続等がある。
【０００３】
電気回路の高密度化、基板の高密度実装化に伴い、基板間の接続に使用されるコネクタのピン数が増加する傾向にある。ピン数の増加に応じて、コネクタ接続における接点間の接触圧がさらに増加し、コネクタの着脱にはより大きな力を必要とされる。それゆえ、基板の補強およびイジェクタ等の改良が必要となり、機器全体の価格の上昇が問題となっていた。また、イジェクタの操作においても、指にかかる力が大きいため、ユーザは、容易にコネクタの着脱を行うことが難しかったという問題があった。
【０００４】
そのような問題を解決するコネクタとして、実願昭６３−２２９０５号の明細書（実開平１−１２６０７７号公報にて要部公開）に記載のコネクタがある。図１３は、そのようなコネクタの構造の概略を示す説明図である。
【０００５】
図１３に示すコネクタは、接続コネクタとしてのメモリカートリッジ３２を挟む凹部３０を備える。凹部３０の内面には、圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂが密着される。図１３に示す例では、圧電素子３１ａは凹部３０における内面の上方に設置され、圧電素子３１ｂは下方に設置される。メモリカートリッジ３２との接触を果たす接点３３は、圧電素子３１ａに密着される。ここで、接点３３とメモリカートリッジ３２との間に隙間３６を備える。圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂは、スイッチ（ＳＷ）３４の開閉により電圧が印加される構成となっている。ここで、電圧印加用の直流電源３５は、例えば、凹部３０を含む基板等の内部に備えられる。
【０００６】
次に、メモリカートリッジ３２の着脱動作について説明する。ＳＷ３４を開いた状態で、メモリカートリッジ３２を凹部３０に挿入する。このとき、隙間３６により、メモリカートリッジ３２は接点３３との間の接触圧を受けることが無く、容易に凹部３０に挿入される。そして、スイッチ３４を閉じることによって、圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂに対して電圧を印加する。電圧印加によって、圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂは変形され、それに伴って、接点３３は変位される。それによって、隙間３６が無くなり、接点３３はメモリカートリッジ３２に接触される。
【０００７】
そして、メモリカートリッジ３２を凹部３０から抜く際に、ＳＷ３４を開く。すると、電圧が印加されないことによって、圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂは元の状態にもどり、それに伴って、接点は変位され、再び、隙間３６が形成される。従って、接点３３との間に接触圧を受けることがなく、メモリカートリッジ３２を凹部３０から容易に抜くことができる。
【０００８】
以上のように、圧電素子３１ａおよび圧電素子３１ｂに対する電圧印加の如何によって、メモリカートリッジ３２と接点３３との間の接触圧を可変することができ、メモリカートリッジ３２と凹部３０との間の着脱を容易に行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のコネクタでは、メモリカートリッジ３２と凹部３０との着脱において、ＳＷ３４の操作が必要とされる。従って、ユーザは、メモリカートリッジ３２の着脱において、煩わしさを感じることがある。また、ＳＷ３４を凹部３０の周辺等に設置する必要があり、機器全体の製造コストが高くなるという課題もある。
【００１０】
そこで、本発明は、以上のような課題を解決するものであって、安価で、容易に着脱可能なコネクタ接続構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコネクタ接続構造は、複数のピン部を有するプラグコネクタと、ピン部が差し込まれる複数のコンタクト部を有するソケットコネクタとを接続するコネクタ接続構造であって、プラグコネクタの複数のピン部のうちの少なくとも２つは、コネクタ接続の際に、対応するソケットコネクタの複数のコンタクト部と機械的に接触する構造であり、ソケットコネクタの他の各コンタクト部における間隙はピン幅よりも広く、電圧印加に応じてそれらのコンタクト部の間隙を狭めるように変形する圧電素子が設けられ、圧電素子が、ピン部と機械的に接触するコンタクト部に電気的に接続され、ピン部とコンタクト部とが機械的に接触することに応じて圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
コンタクト部と機械的に接触するピン部の長さは、他のピン部の長さよりも短いことが好ましい。そのような構造によれば、ピン部が機械的にコンタクト部に接触するときに、他のピン部が十分にコンタクト部に挿入されていることが保証される。
【００１３】
電圧印加手段は、例えば、コンタクト部と機械的に接触する２つのピン部の間に接続された電源である。そのような構造によれば、他のピン部が十分にコンタクト部に挿入された状態で、圧電素子に電圧が印加され、自動的に他のピンがコンタクト部に接触する状態になる。
【００１４】
圧電素子は、コンタクト部の上または下に設置されていることが好ましい。ここで、上下方向は、コネクタ接続時のピン部の長手方向と直交する方向であって、多数のコンタクト部の配列が列状に配列されている場合の配列方向とも直交する方向である。圧電素子がコンタクト部の上または下に設置されていれば、各コンタクト部を容易にピン部に接触させることができる。
【００１５】
電源に接続されるピン部は、例えば、プラグコネクタの両端のピン部である。両端のピン部であれば、ソケットコネクタにおいて、それらのピン部に対応する両端のコンタクト部の間に、両端のコンタクト部以外の全てのコンタクト部の間隙を狭めるために１つの圧電素子を設置すればよいことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるコネクタ接続構造の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明によるコネクタの断面を示す説明図である。ここで使用されるコネクタは、雄コンタクト（以下、ピンという。）を有するプラグコネクタと雌コンタクト（以下、コンタクトという。）を有するソケットコネクタとからなるマルチコネクタである。プラグコネクタは、一方の基板に実装され、ソケットコネクタは他方の基板に実装される。以下、プラグコネクタおよびソケットコネクタを、それぞれ、単にコネクタということがある。
【００１７】
この実施の形態では、図１（Ａ）に示すように、基板１に、外部の基板等との接続を行うためのコネクタ（プラグコネクタ）１００が備えられる。コネクタ１００は、外部の基板等における接続部（コネクタ）との嵌合のために用いられるハウジング１１によって外装される。また、外部の基板等との間で情報のやりとりを行うための導電性のピン１２ａおよびピン１２ｂを備える。ピン１２ａおよびピン１２ｂは、基板１から突出し、図１に示すようにハウジング１１によって挟まれる。基板１において、ピン１２ａおよびピン１２ｂは、配線パターンに接続される。
【００１８】
図１（Ｂ）に示すように、、基板２には、外部の基板等との接続のために用いられるコネクタ（ソケットコネクタ）２００が備えられる。コネクタ２００は、外部の基板等における接続部との嵌合のために用いられるソケット２０で外装され、また、外部の基板等との間で情報のやりとりのために用いられる導電性のコンタクト２２ａおよびコンタクト２２ｂを備える。コンタクト２２ａおよびコンタクト２２ｂは、基板２から突出し、図１（Ｂ）に示すように、くの字型に曲げられている。基板２において、コンタクト２２ａおよびコンタクト２２ｂは、配線パターンに接続される。
【００１９】
図２は、コネクタ１００の接続面を示す正面図である。ピン１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、情報のやりとりのために用いられるピンではなく、後述するように、コネクタ２００との接続を容易にするためのピンとして用いられる。そして、他の基板等との情報のやりとりには、ピン１２ａ，１２ｂが用いられる。
【００２０】
図３は、コネクタ２００の接続面を示す正面図である。コンタクト２６ａ，２６ｂとコンタクト２８ａ，２８ｂは、情報のやりとりのために用いられるコンタクトではなく、後述するように、コネクタ１００との接続を容易にするためのコンタクトとして用いられる。そして、他の基板等との間での情報のやりとりには、コンタクト２２ａ，２２ｂが用いられる。
【００２１】
図４は、図３に示すコネクタ２００のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。コンタクト２２ａおよびコンタクト２２ｂは、それぞれ、その先端部にばね部２５ａおよびばね部２５ｂを備える。コンタクト２２ａは、絶縁材２１ａおよび絶縁材２１ｂに接触される。同様に、コンタクト２２ｂは、絶縁材２１ｂおよび絶縁材２１ｃに接触される。また、圧電素子２３が、図４に示すように絶縁材２１ｂの内部に埋め込まれる。圧電素子２３の外周は、絶縁体（インシュレータ）２４で覆われている。
【００２２】
コンタクト２２ａにおけるばね部２５ｂおよびコンタクト２２ｂにおけるばね部２５ａは、インシュレータ２４と接触する。従って、圧電素子２３は、ばね部２５ａ，２５ｂと絶縁されている。
【００２３】
図５は、圧電素子２３の断面図である。圧電素子２３は、外部からの電圧印加によって、その形状が変形する素子であり、セラミック等で構成される。インシュレータ２４は、圧電素子２３を他の導電素子（コンタクト２２ａ等）から絶縁するためのものであるが、圧電素子２３の変形に柔軟に対応して変形する樹脂、例えばポリウレタンで形成される。
【００２４】
図６は、図４に示すコネクタ２００のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。コネクタ２００の両端のコンタクト２６ａ，２６ｂ（コンタクト２６ｂは図示せず）およびコンタクト２８ａ，２８ｂ（コンタクト２８ｂは図示せず）もばね部を有し、ばね接触によって基板１側のコネクタ１００の両端のピン１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂと接続される。ばね接触が可能になるように、コンタクト２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂのそれぞれのばね部のピン非接触時の間隙は、ピン１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの径よりも狭い。なお、他のコンタクト２２ａ，２２ｂのばね部２５ａ，２５ｂのピン非接触時の間隙は、ピン１２ａ，１２ｂの径よりも広い。各ピンの断面形状が円状でない場合には、ばね部２５ａ，２５ｂのピン非接触時の間隙は、ピン１２ａ，１２ｂの幅よりも広くすればよい。また、コンタクト２６ａ，２８ａは、基板２まで延長されている必要はない。
【００２５】
コンタクト２６ａおよびコンタクト２８ａのばね部は、インシュレータ２４には接触せず、圧電素子２３の両端に設けられている導電材２９に接している。従って、コネクタ１００のピン１３ａ，１４ａは、コネクタ２００のコンタクト２６ａ，２８ａおよび導電材２９を介して電気的に圧電素子２３に接続可能である。
【００２６】
次に、本発明によるコネクタ接続構造を用いたコネクタ装着動作について説明する。図７は、コネクタ１００の各ピンがコネクタ２００に差し込まれた状態を示す説明図である。図７に示すように、コネクタ１００の両端のピン１３ａ，１４ａの長さは、他のピン１２ａ，１２ｂの長さよりも短い。ピン１３ｂ，１４ｂの長さも、他のピン１２ａ，１２ｂ（ピン１２ｂは図示せず）の長さよりも短い。従って、ピン１２ａ，１２ｂがコネクタ２００に十分に差し込まれてから、ピン１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂがコンタクト２６ａ，２８ａ，２６ｂ，２８ｂに接触する。
【００２７】
なお、ここでは、ピン１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂが短ピンとして形成されているが、少なくとも２本のピン１３ａ，１４ａが短ピンであればよい。ただし、ピン１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂが短ピンとして形成されていれば、人手によるコネクタ差し込み処理が容易になることが期待される。
【００２８】
図８に示すように、基板１において、ピン１３ａ，１４ａは、電源に接続されている。従って、ピン１３ａ，１４ａがコンタクト２６ａ，２８ａにばね接触すると、電源、ピン１３ａ、コンタクト２６ａ、導電材２９，圧電素子２３，コンタクト２８ａおよびピン１４ａによる閉回路が形成され、圧電素子２３に電圧が印加される。
【００２９】
電圧印加によって、圧電素子２３は変形し、それに伴って、コンタクト２２ａにおけるばね部２５ｂおよびコンタクト２２ｂにおけるばね部２５ａは、それぞれ、ピン１２ａおよびピン１２ｂを挟む方向に変位する。つまり、図９に示す矢印９０１および矢印９０２で示す方向に変位する。それによって、コンタクト２２ａおよびコンタクト２２ｂは、ピン１２ａおよびピン１２ｂと接触し、コネクタ２００はコネクタ１００に完全に装着される。よって、基板１と基板２との間で、相互に、情報のやりとりが可能な状態になる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態では、コネクタ２００の両端のコンタクト２６ａ，２８ａ（またはコンタクト２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂ）とばね接触するコネクタ１００のピン１３ａ，１４ａの長さ（または、ピン１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂの長さ）が、他のピンの長さよりも短く形成されている。また、短ピン以外のピンが差し込まれるコンタクトの間隙は、ピン径よりも広くなっている。従って、コネクタ接続時に短ピン以外のピンは容易にコンタクトに挿入される。そして、短ピンがコンタクトとばね接触したときに、圧電素子２３を歪ませるような電圧がかかるので、短ピン以外の各ピンは、各コンタクトのばね部に接触する。よって、コネクタ接続時、２本または４本のピンのみに接触力がかかるだけで容易に接続を行えるとともに、自動的に各ピンが各コンタクトと電気的に接続する状態になる。
【００３１】
そして、膨張率が異なった圧電素子を使用すれば、ピンとコネクタとの接触力を変更することができるので、用途にあった接触力を選択することもできる。また、圧電素子に流れる電流を変更することによっても、用途にあった接触力を選択することができる。
【００３２】
なお、この実施の形態では、コネクタとして、上下２段ピン配列のものを例示したが、より多段のピン配列のコネクタであっても本発明を適用できる。３段ピン配列以上のコネクタを用いる場合には、圧電素子２３を２個以上使用すればよい。その際、コネクタ２００において、上下方向に、コンタクトと圧電素子とが交互に設置される。
【００３３】
また、この実施の形態では、少なくとも２本のピンを短ピンとしたが、全てのピンを同じ長さにするとともに、圧電素子２３に電圧を印加するためのスイッチを設けてもよい。そして、例えば、ピン１３ａ，１４ａとばね接触するコンタクト２６ａ，２８ａを基板２にまで延長し、基板２において、コンタクト２６ａ，２８ａに電圧をかけるか否か設定するためのスイッチを設ける。ピン１３ａ，１４ａ以外のピンが差し込まれる各コンタクトの非接触時の間隙は、ピン径よりも広い。
【００３４】
コネクタ接続構造をそのように形成した場合には、スイッチオフ（電圧非印加）の状態で、コネクタ１００，２００を嵌め合わせる。そのとき、圧電素子２３は歪んでいないので、ピン１３ａ，１４ａ以外のピンは、容易にコンタクトに差し込まれる。その後、スイッチをオンして圧電素子を膨張させ、ピン１３ａ，１４ａ以外のピンが各コンタクトに電気的に接触する状態にする。
【００３５】
そのような構造であっても、コネクタ接続時に、２本のピンのみに接触力がかかるだけで容易に接続を行うことができる。また、コネクタの取り外し時には、スイッチをオフにすることによってピン１３ａ，１４ａ以外のピンと各コンタクトとの接触状態を解除することができるので、容易にコネクタ１００，２００を分離することができる。この場合には、スイッチを設ける必要があるが、少なくとも２接点は人手によって接触させる必要があるので、実願昭６３−２２９０５号の明細書に記載されているコネクタ構造に比べて、コネクタ接続時の位置決めが容易になる等の効果がある。
【００３６】
ここで、コネクタ１００とコネクタ２００との具体的接続例を図１０〜図１２に示す。図１０に示す装着例では、基板２は基板１に対して垂直に装着される。図１１に示す装着例では、基板２は基板１に対して水平方向に装着される。図１２に示す装着例では、コネクタ１００およびコネクタ２００はそれぞれ向き合うように基板１および基板２に備えられ、基板１と基板２とは、互いの面が平行になるように装着される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、コネクタ接続構造を、ソケットコネクタにおける少なくとも２つ以外の各コンタクト部における間隙がピン幅よりも広く、電圧印加に応じてそれらのコンタクト部の間隙を狭めるように変形する圧電素子が設けられ、圧電素子が、ピン部と機械的に接触するコンタクト部に電気的に接続され、ピン部とコンタクト部とが機械的に接触することに応じて圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段が設けられている構造にしたので、多ピンのコネクタを使用する場合であっても、容易にコネクタ接続を行うことができ、コネクタが実装される基板を補強したり、イジェクタを設けることなくコネクタ接続を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコネクタの断面を示す説明図である。
【図２】プラグコネクタの接続面を示す断面図である。
【図３】ソケットコネクタの接続面を示す断面図である。
【図４】図３に示すコネクタのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図５】圧電素子の断面を示す断面図である。
【図６】図４に示すコネクタのＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。
【図７】コネクタの装着状態を示す説明図である。
【図８】圧電素子に対する電圧印加を説明するための説明図である。
【図９】ピンとコンタクトとの接触過程を説明するための説明図である。
【図１０】プラグコネクタとソケットコネクタとの具体的接続例を示す斜視図である。
【図１１】プラグコネクタとソケットコネクタとの他の具体的接続例を示す斜視図である。
【図１２】プラグコネクタとソケットコネクタとのさらに他の具体的接続例を示す斜視図である。
【図１３】従来のコネクタの構造の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 基板
１１ ハウジング
１２ａ、１２ｂ ピン
１００ コネクタ
２０ ソケット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 絶縁材
２２ａ、２２ｂ コンタクト
２００ コネクタ

Claims (3)

1. 複数のピン部を有するプラグコネクタと、ピン部が差し込まれる複数のコンタクト部を有するソケットコネクタとを接続するコネクタ接続構造において、
   前記プラグコネクタの複数のピン部のうちの両端の２つは、コネクタ接続の際に、対応する前記ソケットコネクタの複数のコンタクト部と機械的に接触する構造であり、
   前記ソケットコネクタの他の各コンタクト部における間隙はピン幅よりも広く、電圧印加に応じてそれらのコンタクト部の間隙を狭めるように変形する圧電素子が設けられ、
   前記圧電素子は、コンタクト部の上または下に設置されており、両端の２つのピン部と機械的に接触するコンタクト部に電気的に接続され、
   両端の２つのピン部とコンタクト部とが機械的に接触することに応じて前記圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段が設けられている
   ことを特徴とするコネクタ接続構造。
2. コンタクト部と機械的に接触するピン部の長さは、他のピン部の長さよりも短い
   請求項１記載のコネクタ。
3. 電圧印加手段は、コンタクト部と機械的に接触する２つのピン部の間に接続された電源である
   請求項２記載のコネクタ。

Images