JP3923889B2 - 表面実装型スプリングコネクタの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器の回路基板に表面実装されるコネクタであって、ばねで付勢されたプランジャーが圧力を伴って他の電気部品に当接することにより、回路基板と電気部品とを電気的に接続する表面実装型スプリングコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の電子機器において、電池、音響部品、部分的な回路の基板等の電気部品を主たる回路基板に接続する方法として、主たる回路基板にスプリングコネクタを表面実装し、ばねで付勢されている可動端に電気部品の端子電極を押し当てて組み付けることにより、電気的な接続を得ることが行われる。図６にそのようなスプリングコネクタの例を示す。スプリングコネクタ１はチューブ２からプランジャー３が突き出ており、プランジャー３はチューブ２に内蔵されたばねで外向きに押し出されている。チューブ２の基部を回路基板４に半田５で接合して実装し、電気部品６の端子電極６ａをプランジャー３の先端に当てて、矢印のように押し込みながら組み付けることにより、接触部に圧力を生じて電気的に導通する。
【０００３】
図７にこのスプリングコネクタの断面を示す。同図（Ａ）にてチューブ２は中空で内側が空所２ａになっていて、コイルばね７を収容している。プランジャー３は下端が径大のフランジ３ａになっており、フランジ３ａの下面にコイルばね７が当たってプランジャー３を上向きに押している。チューブ２の上縁を内側に絞ってプランジャー３のフランジ３ａの肩部を押さえ、プランジャー３が抜け落ちないよう保持している。チューブ２とプランジャー３はいずれも金属製でＮｉ＋Ａｕメッキを施してある。
【０００４】
プランジャー３のフランジ３ａの下面を傾斜させてあるのは、コイルばね７の力がフランジ３ａに斜めにかかって、フランジ３ａが傾斜しながらチューブ２の内面を押すようにするためで、これによりチューブ２とプランジャー３の電気的導通をよくする意図である。電気的な導通はコイルばね７を介する経路にも生じるが、コイルばね７の電気抵抗が大きいため不安定であり、プランジャー３とチューブ２の内面が圧力を伴って直接接触するのが望ましい。
【０００５】
図７（Ｂ）にスプリングコネクタの別の断面構造を示す。同図のものはプランジャー３も中空であって空所３ｂがあり、コイルばね７がこの空所３ｂに入り込んでいる。
【０００６】
下記の特許文献１には、可動端のあるスプリングコネクタが開示されており、これは半田付けでなく金属のホールダーで電気部品に固定して回路基板に組み付けることにより、スプリングコネクタの可動端が回路基板の電極に当って電気的接続を生じるもので、図７のものとは異なるが、スピンドルがコイルばねで付勢されている点は同じである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６５７号公報 （図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した従来のスプリングコネクタには次のような問題がある。すなわち、同図（Ａ）のものは、コネクタ全長のうちプランジャー３がかなりの長さを占めるため、コイルばね７をあまり長くできなくて、プランジャー３のストロークを十分に取れない。また（Ｂ）のものはコイルばね７が長いのでストロークは大きくできるが、（Ａ）のようにプランジャー３に傾斜力が働かないため、プランジャー３のフランジ３ａとチューブ２の内面との間に圧力が生じにくく、接触抵抗が不安定になる。このためフランジ３ａの外周とチューブ２の内面の隙間を小さくして当たりやすくするなどしているが、部品加工の公差が厳しくなって製造上不利である。
【０００９】
また、図７（Ａ）、（Ｂ）に共通する問題として、これらはいずれも全体が金属製のため熱が逃げやすく、リフローの際に半田が溶けにくくて半田付けの品質を上げるのが難しい。また、ＩＣ、コンデンサ等の電子部品は一般に平らな表面を有するので、実装時に真空で吸いつけて部品供給できるが、図６、図７のようなスプリングコネクタは上部に平坦部がないため真空で吸うことができず、異形マウンタを用いなければならない。このため実装が他の電子部品と別工程になってしまう。
【００１０】
また、組み立て工程では、チューブ２にコイルばね７を入れ、プランジャー３を乗せてチューブ２の上端をかしめる作業を１個ずつ行わねばならない。そのため製造コストがかさむものとなる。本発明はこれらの問題を解決し、性能が優れていて生産性のよいスプリングコネクタを廉価に提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のスプリングコネクタは、プランジャーとコイルばねは従来通りの金属部品であるが、コイルバネを収容する本体部に従来のような金属チューブでなく、樹脂等の絶縁体に空所を設けた容器を用いる。しかし、電気的導通を得るために容器の表面に金属の導電膜を形成し、これによって回路基板に実装した時、回路基板の導電パターンとスプリングコネクタのプランジャーを導通させる。すなわち本発明のスプリングコネクタの容器は、絶縁材に立体配線を施した一種のＭＩＤ（molded inter connection device）基板である。同じく樹脂製で中央に穴のある蓋をこの容器に固定し、プランジャーがコイルばねで付勢されて穴から突き出している状態にしている。
【００１２】
スプリングコネクタの組み立て方法として、本発明では多数の容器が縦横に並んでつながっている形状の集合容器を用意する。そしてこの集合容器の各スプリングコネクタ領域に設けた凹部にコイルばねとプランジャーを挿入し、同じく多数の蓋が縦横につながった形の集合蓋を乗せて接合する。すると多数のスプリングコネクタが縦横につながったスプリングコネクタの集合体が得られるので、これを各領域の境界線に沿ってダイシングすることにより、ばらばらにに分割された各片がそれぞれスプリングコネクタとなって、一度に多数の製品が得られる。
【００１３】
従来と同様に、個々の容器にコイルばねとプランジャーを入れて蓋を固定する組み立て方法ももちろん可能であるが、その場合は多数の凹部を設けた組立治具を用い、容器を組立治具の凹部に入れて整列させてコイルばねとプランジャーを組み付け、蓋を接合する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態を説明する。図１は本発明のスプリングコネクタの外観で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は下面図である。スプリングコネクタの本体は容器１１の上面に蓋１３を接合したもので、四角柱の四つの稜に円弧状の凹部１１ａを設けた形状であり、蓋の中央の穴からプランジャー１２が突き出している。図中、陰影を施したのは容器表面にＣｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ等の金属メッキを施した導電膜で、容器１１の上面すなわち蓋１３との接合面には図１（Ａ）に示すように導電膜１１ｂが設けてあり、同図（Ｃ）に示す容器１１の下面には四隅に導電膜１１ｃが設けてある。
【００１５】
下面の四隅の導電膜１１ｃは、スプリングコネクタを図６のように回路基板４に実装する際の接続用の端子電極である。そして四角柱の四つの稜の円弧状の凹部１１ａにも導電膜が被覆してあって、これが容器１１の上面の導電膜１１ｂと下面の導電膜１１ｃを接続している。図１（Ｃ）に示す容器１１の下面中央部に穴１１ｄを設けてあるが、この穴１１ｄは超音波加工あるいは樹脂の充填によって塞いである。
【００１６】
図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面構造のいくつかの例を図２に示す。同図（Ａ）について説明すると、容器１１の内側に空所１１ｅが設けてあり、この空所１１ｅにコイルばね１４とプランジャー１２を納め、容器１１の上面に蓋１３を接合してプランジャー１２のフランジ１２ａの肩を押さえている。容器１１の空所１１ｅの内壁と底面はメッキによって全面に金属の導電膜を形成してあり、この導電膜は空所１１ｅの上端で、図１（Ａ）に示した容器１１上面の導電膜１１ｂにつながっている。これにより空所１１ｅの内面の導電膜は、図１（Ｃ）の容器１１の下面の導電膜１１ｃと導通している。容器１１の底面の穴１１ｄはメッキ作業においてメッキ液の流通をよくするために設けるが、メッキ終了後は前述のように超音波加工やエポキシ樹脂等の充填によって塞ぎ、半田付け時のフラックスの侵入を防ぐ。
【００１７】
図２にて、プランジャー１２の小径部は蓋１３の中央の穴から突き出している。プランジャー１２も中空であって空所１２ｂがあり、コイルばね１４が空所１２ｂに入り込んでいる。これによってプランジャー１２はコイルばね１４から外向きのばね力を受ける。
【００１８】
図２（Ａ）〜（Ｇ）は少しずつ違っているものの、相違箇所は図より明らかであるから個々の説明は省略するが、（Ａ）〜（Ｃ）の３例はプランジャー１２のほぼ全長に空所１２ｂを設けてコイルばね１４を納めてあり、（Ｄ）、（Ｅ）の２例ではプランジャー１２の空所１２ｂをフランジ１２ａの部分だけに止めてある。
【００１９】
図２に見るように、いずれの例においても容器１１の空所１１ｅの底面を傾斜させてあるのが本発明の特徴の一つである。底面が傾いているのでコイルばね１４も傾く傾向となり、プランジャー１２にもそれが伝わって傾こうとするので容器１１の内壁に押し当たり、適度の圧力を生じて接触抵抗が安定する。
【００２０】
図２（Ｅ）の例では、コイルばねの両端の直径を中間部より小さくしているが、逆に両端を径大にし中間部が径小の鼓形にすることもできる。それらはいずれもコイルばねを傾きやすくするのが目的である。また、同図（Ｆ）ではコイルばねの下端を大幅に径大にしてあるが、これによってコイルばねの下端が安定する。このようにコイルばねの中間部と両端部の直径の大小を任意に選ぶことにより、コイルばねの下端を安定させ、プランジャーに傾きを与えることができる。なお、同図（Ｇ）の例は、（Ｄ）のコイルばねと（Ｅ）のプランジャーを組み合わせた構成である。
【００２１】
容器１１の上端に蓋１３を固定する方法としては、超音波溶着、熱かしめ、接着剤または接着シートによる接着、等があり、図３に熱かしめの方法を示す。これは容器１１の上面に複数の突起１１ｆを設けるとともに、蓋１３にはこれに対応する切り欠き１３ａを設けて容器１１に乗せ、突起１１ｆが蓋１３から出っ張っている部分を加熱ヘッドでつぶして、容器１１と蓋１３を形状的に結合するものである。
【００２２】
次に、本発明におけるスプリングコネクタの製造方法を図４に示す。集合容器２１は樹脂の成型品であって、図１〜図３の容器１１が多数個、縦横につながった形状である。図４では６個のスプリングコネクタ領域しか示してないが、実際にはこの周囲にもつながりが広がっていて、集合容器２１は数百個分のスプリングコネクタ領域を含む集合体である。個々のスプリングコネクタ領域には、先の図で示した容器１１の空所１１ｅに相当する凹部が設けてある。集合容器２１の上面には、図１（Ａ）の導電膜１１ｂに相当する導電パターン２１ａが形成してあり、また、この図では下面は見えないが、図１（Ｃ）の導電膜１１ｃに相当する導電パターンが形成してある。そして、これら上下面の導電パターンをスルーホール２１ｂが連結している。
【００２３】
図４のように集合容器２１の各スプリングコネクタ領域の凹部にコイルばね１４（図示せず）とプランジャー１２を供給した後、先の図における蓋１３を多数個含む形状の集合蓋２２を集合容器２１の上面に乗せて、前述のように超音波溶着その他の方法によって接合する。これによってスプリングコネクタの集合体が形成されたのであり、この集合体を各領域の境界線２３に沿ってカッターでダイシングすることにより、分割された各片が個々の製品となる。スルーホール２１ｂは集合容器２１においては全円であるが、ダイシングによって四分割され、図１における容器１１の四隅の凹部１１ａになる。これにより一度に数百個のスプリングコネクタが得られ、極めて生産性がよい。
【００２４】
別の製造方法としては、集合容器２１をダイシングして個々の容器１１にし、これにコイルばね１４とプランジャー１２を挿入して蓋１３を接合することもできる。その場合、図５に示すように、多数の凹部を設けた組立治具２４を用い、凹部に容器１１を入れて整列させ、図示しないコイルばね１４とプランジャー１２を供給して蓋１３を接合するのである。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は次の効果を有する。
１．容器の空所の底面を斜面にすることにより、プランジャーのフランジ下面を斜面にする必要がなくなるので、プランジャーを中空にしてコイルばねを長くでき、ストロークが大きくなって電気抵抗値が安定する。
２．容器の金属部分がメッキ層だけなので温度が上りやすく、半田がよく溶けて濡れ性がよい。
３．本体部上端が平なので、異形マウンタを用いず真空によって扱うことができて組み付け性がよい。
４．集合容器、集合蓋、組立治具等を用いた製造方法により、高能率で生産できる。
このように、本発明によれば、性能がよくて取り扱いの容易なスプリングコネクタが廉価に実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスプリングコネクタの外観で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は下面図である。
【図２】図１のスプリングコネクタの同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図で、このように何種類もの断面構造が可能である。
【図３】本発明のスプリングコネクタにおける容器１１と蓋１３の接合方法の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明のスプリングコネクタの製造方法で、部品の集合体を用いるものである。
【図５】本発明のスプリングコネクタの別の製造方法で、組立治具により個別部品を整列させるものである。
【図６】従来のスプリングコネクタの使用状況の図である。
【図７】従来のスプリングコネクタの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スプリングコネクタ
２ チューブ
３ プランジャー
７ コイルばね
１１ 容器
１２ プランジャー
１３ 蓋
１４ コイルばね
２１ 集合容器
２２ 集合蓋
２４ 組立治具

Claims (1)

1. 外形が四角柱で、軸線に平行な稜が窪んで円弧状断面をなし、底のある空所を四角柱の軸線方向に設け、内外面に導電膜を形成した絶縁材料の容器に、コイルばねと、プランジャーの基部を収容して穴のある蓋を前記容器に接合し、前記コイルばねで付勢された前記プランジャーの先端が前記蓋の穴から突き出している構造の表面実装型スプリングコネクタの製造方法であって、
   前記の容器が多数縦横につながった形状の樹脂製の集合容器を用意し、前記集合容器は各スプリングコネクタ領域に、前記空所に相当する凹部を設け、各凹部の内面に導電膜を形成するとともに、前記集合容器の上面と下面に導電膜による導電パターンが形成してあり、前記上面の導電パターンが前記凹部内面の導電膜に接続し、各スプリングコネクタ領域間の縦横の境界線の交点に設けたスルーホールの内面の導電膜が、前記上下両面の導電パターンに接続しており、
   別に、前記の蓋が多数縦横につながった形状の樹脂製の集合蓋を用意し、
   前記集合容器の多数の前記凹部にそれぞれコイルばねとプランジャーを供給し、
   前記集合容器に前記集合蓋を乗せて接合して多数のスプリングコネクタの集合体を形成し、前記接合の方法には超音波溶着、熱かしめ、接着剤または接着シートによる接着が含まれ、
   前記スプリングコネクタの集合体を、各スプリングコネクタ領域の境界線に沿ってカッターでダイシングすることにより、分割した各片が個々の製品となって、多数のスプリングコネクタを得ることを特徴とする表面実装型スプリングコネクタの製造方法。

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