JP3924542B2

JP3924542B2 - 電子コネクタ

Info

Publication number: JP3924542B2
Application number: JP2003030962A
Authority: JP
Inventors: 信吉田; 薫添田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004241304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル接触子を用いた電子コネクタに係わり、特に高周波特性に優れた電子コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のコネクタとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載された発明などが存在している。
【０００３】
前記特許文献１および特許文献２に記載されたコネクタには、複数のピン端子が設けられている。１つのピン端子は信号系またはグランド系の端子を構成しており、３ないし４本のグランド系のピン端子が１本の信号系のピン端子の周囲に配置されている。
【０００４】
前記コネクタでは、信号系のピン端子の周囲に設けたグランド系のピン端子が、信号系端子間のクロストークを低減し、高周波信号に対しても安定した伝送特性を得ることが可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５８７３１６号
【特許文献２】
特開平０６−１６３１２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のコネクタでは以下に示すような問題がある。
（１）１つの信号系の端子の周囲に複数のグランド端子を配列する構成であるため、端子の総数が増えやすくコネクタ自体を小型化しにくい。
（２）１つの信号系の端子の周囲に複数のグランド端子を配列することで、同軸ケーブルに近い磁気シールド効果を得ようとするものであるが、各グランド端子間には隙間が形成され十分な磁気シールド効果を得にくい。特にクロストークに対応可能な周波数は数百ＭＨｚが限界であり、１ＧＨｚ以上の高周波帯域になると伝送特性に悪影響を生じさせる。
（３）基板どうしが大型のコネクタを介して接続される構成であるため、接続後の板厚方向の寸法を小さくしにくい。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、信号系の端子数が同じでありながらグランド系の端子数を減らすことにより、コネクタを小型化できるようにした電子コネクタを提供することを目的としている。
【０００８】
また本発明は磁気シールド効果を高めることにより、高周波帯域でも良好な伝送特性を得ることができるようにした電子コネクタを提供することを目的としている。
【０００９】
さらに基板どうしを板厚方向に接続できるようにして接続後の基板間の板厚方向の寸法を小さくできるようにした電子コネクタを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の面に信号系の端子とグランド系の端子とが設けられた電子コネクタであって、
前記信号系の端子が、外周側の巻き始端部から中央側の巻き終端部に向けて渦巻き状に延びるスパイラル接触子で形成され、１つの前記スパイラル接触子の周辺部には、前記スパイラル接触子を囲むようにグランド系の端子が対応して設けられ、前記グランド系の端子の接触部が、前記スパイラル接触子よりも前記基板から離れる方向へ突出しており、
前記基板には、前記スパイラル接触子の下に位置するスルーホールと、前記スルーホールの側方に位置する貫通孔が形成されており、前記スルーホールの内壁面に、前記スパイラル接触子と導通する導通部が設けられ、前記貫通孔の内壁に、前記グランド系の端子に導通する導通部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また前記信号系の端子と前記グランド系の端子とを１組とする接触部が複数設けられているものである。
【００１２】
さらに接触部が前記基板の両面に配置されており、一方の面の接触部と他方の面の接触部とが基板内に設けられた導電部を介して接続されているものである。
【００１３】
本発明では、１つの信号系の端子に対しては、１つのグランド系の端子が対応するため、従来に比較して端子の総数を減らすことができる。よって、信号系の端子数が同じである場合には端子の総数が減って電子コネクタを小型化することができる、また所定の面積内に端子を配置する場合には配置可能な信号系の端子数を増やすことができる。
【００１４】
また基板どうしが面で接続されるため、接続後の板厚寸法を小さくすることができる。
【００１５】
さらに、グランド系の端子が信号系の端子を囲むことによって磁気シールドするため、クロストークに対応可能な周波数の範囲を従来の数百ＭＨｚから１ＧＨｚ以上の高周波帯域まで拡張することができる。よって、高周波帯域における伝送特性を良好にできる。
【００１７】
前記スパイラル接触子の巻き終端部が巻き始端部よりも、上方に突出させられているものが好ましい。
【００１８】
上記構成では、電子コネクタを基板と接続させると、最初にグランド系が接続され、その後に信号系が接続されるようになるため、接続時のノイズの発生を抑えることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電子コネクタの実施の形態を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は電子コネクタ内の端子を示す拡大平面図、図４は端子の拡大斜視図、図５は図３のＢ−Ｂ線における端子の断面図、図６は図３のＣ−Ｃ線における端子の断面図、図７は第１の実施形態の電子コネクタと基板との関係を示す部分断面図を示し、Ａは接続前の状態、Ｂは接続後の状態を示している。なお、図１では上方の基板が省略されている。
【００２０】
本発明の電子コネクタ１は、図１および図２に示すように対向する２枚の基板の面どうしを接続するものである。電子コネクタ１は薄板状の絶縁基板２内に複数の信号系の端子とグランド系の端子(図３等を参照)とが配列された構成である。なお、図１では信号系の端子とグランド系の端子とを円形のハッチングで略図化して示している。また前記絶縁基板２の両面には上下方向に突出する掛止突起２ａ，２ａ，２ａ，２ａおよび掛止突起２ｂ，２ｂ，２ｂ，２ｂが形成されている。
【００２１】
図１および図２に示すように、図示下方に設けられた基板１０は、図示下面側が各種の電子部品１２が実装される実装面（表面）１０Ａであり、図示上面側が前記電子コネクタ１と接続される接続面（裏面）１０Ｂである。また図２に示す上方の基板１１では、図示上面側が各種の電子部品１２が実装される実装面（表面）１１Ａであり、図示下面側が前記電子コネクタ１と接続される（接続面）裏面１１Ｂである。
【００２２】
前記基板１０の接続面１０Ｂおよび基板１１の接続面１１Ｂには、前記電子コネクタ１と接続されるための接続領域１３がプリント形成されている。前記接続領域１３は、白抜きの線で囲まれた複数の信号ライン１３ａと、ハッチングで示すグランドライン１３ｂとを有している。前記信号ライン１３ａの先端部は円形の接続部１３ａ１であり、所定の隙間を介して前記信号ライン１３ａの接続部１３ａ１の周囲を囲んでいる部分がグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１である。前記グランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１どうしは同電位となるようにすべて連結されている。前記接続領域１３内の複数の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１とこれに対応するグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１は、後述する電子コネクタ１の信号系の端子とグランド系の端子に対応している。
【００２３】
前記接続領域１３の外縁部には、下方の基板１０を貫通する掛止孔１０ａ，１０ａ，１０ａ，１０ａが形成されている。そして、前記電子コネクタ１の掛止突起２ｂ，２ｂ，２ｂ，２ｂを下方の基板１０の前記掛止孔１０ａ，１０ａ，１０ａ，１０ａに挿入することにより、電子コネクタ１と下方の基板１０とが接続される。同様に、上方の基板１１にも掛止孔１１ａ，１１ａ，１１ａ，１１ａが形成されており、前記電子コネクタ１の掛止突起２ａ，２ａ，２ａ，２ａを上方の基板１１の前記掛止孔１１ａ，１１ａ，１１ａ，１１ａに挿入することにより、電子コネクタ１と上方の基板１１とが接続される。そして、下方の基板１０と上方の基板１１とが前記電子コネクタ１を介して接続される。
【００２４】
以下には、電子コネクタ１の構成を説明する。
図１に示すように、電子コネクタ１の絶縁基板２には複数のスルーホール３がマトリックス状（格子状または碁盤の目状ともいう）に配置されている。図３に示すように、各スルーホール３の周囲には略円弧形状の貫通孔４，４が左右対称に形成されている。また図５および図６に示すように、前記スルーホール３の表裏両面には段差部３ａが形成されている。また前記貫通孔４，４の外周側の表裏両面にも段差部４ａ，４ａが左右対称に形成されている。前記スルーホール３の内周面および前記貫通孔４，４の外周側の内周面には、銅メッキを施した導電部５および導電部６，６が形成されている。前記導電部５および導電部６，６の上端および下端では、前記スルーホール３の段差部３ａおよび貫通孔４，４の段差部４ａ，４ａの部分において絶縁基板２の表面および裏面に露出された接続部５ａおよび接続部６ａ，６ａを形成している。前記左右対称に形成された接続部６ａと接続部６ａとはその中間に形成された接続連結部６ｂにおいて連結されている。
【００２５】
図３ないし図７に示すように、前記各スルーホール３の上面側および下面側には、信号系の端子を形成するスパイラル接触子（接触部）７，７が前記スルーホール３の開口端部を覆うように設けられている。図３に示すように、前記スパイラル接触子７は外周側に略リング形状の基部７ａを有しており、前記基部７ａ側に設けられた巻き始端７ｂから先端部側の巻き終端７ｃが渦巻き状に延びており、前記巻き終端７ｃはスルーホール３の中心に位置している。また図４ないし図７に示すように、スルーホール３の上下に設けられた前記スパイラル接触子７，７は巻き始端７ｂから巻き終端７ｃに向かうにしたがって絶縁基板２から離れる方向に凸形状をなしている。よって、前記スパイラル接触子７，７は上下方向（Ｚ方向）に弾性変形可能である。
【００２６】
一方、前記スパイラル接触子７の外周にはグランド系の端子８が設けられている。図３に示すように、前記グランド系の端子８は略馬蹄形状をしており、図示Ｙ２側には基端部８ａが一体に設けられている。そして、グランド系の端子８は前記基端部８ａが絶縁基板２に設けられた前記接続連結部６ｂに導電性接着剤や半田付けなどの手段によって固定されている。グランド系の端子８の前記基端部８ａから貫通孔４，４に対応して左右対称に延びる部分が接触部８ｂ，８ｂである。図４ないし図７に示すように、グランド系の端子８の前記基端部８ａは固定端であり、前記接触部８ｂ，８ｂ側は自由端である。そして、前記グランド系の端子８は、固定端側の基端部８ａから自由端側の接触部８ｂ，８ｂに向かうにしたがって絶縁基板２から離れる方向に変形している。ただし、前記接触部８ｂ，８ｂの最先端部は絶縁基板２に向かう方向に曲げ変形されている。すなわち、グランド系の端子８は、クワガタ（昆虫）の角のような形状をしており、前記基端部８ａを固定部として、前記接触部８ｂ，８ｂが図示上下方向（Ｚ方向）に弾性変形可能となっている。
【００２７】
図５および図６に示す第１の実施の形態では、絶縁基板２の下方側はスパイラル接触子７の高さ方向の頂点である巻き終端７ｃの高さ寸法Ｈ１と、グランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂの頂点の高さ寸法Ｈ２との関係はＨ１≒Ｈ２である。一方、上方側では、前記高さ寸法Ｈ１とＨ２との関係が、Ｈ１＜Ｈ２となるように設定されている。
【００２８】
以下、前記電子コネクタ１と基板１０，１１との接続時の動作について説明する。
【００２９】
図７Ａに示すように、基板１０および１１の各接続領域１３では、信号系の端子であるスパイラル接触子７に対応する中心側の位置に信号ライン１３ａの接続部１３ａ１が設けられ、その周囲で前記グランド系の端子８に対応する位置にグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１が設けられている。下方の基板１０では、前記グランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１の肉厚寸法ｈ２が前記信号ライン１３ａの接続部１３ａ１の肉厚寸法ｈ１よりも絶縁基板２から離れる方向に突出して形成されている（ｈ１＜ｈ２）。一方、上方の基板１１では、接続領域１３の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１とグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１の肉厚寸法はほぼ一致している。
【００３０】
このため、電子コネクタ１の上下両面に基板１０および基板１１を装着する瞬間においては、下方の基板１０では最初に基板１０側のグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１と電子コネクタ１側のグランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂとが接続され、次に基板１０側の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１と電子コネクタ１側のスパイラル接触子７の巻き終端７ｃとが接続される。
【００３１】
一方、上方の基板１１においても、最初に基板１１側のグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１と電子コネクタ１側のグランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂとが接続され、次に基板１１側の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１と電子コネクタ１側のスパイラル接触子７の巻き終端７ｃとが接続される。
【００３２】
すなわち、前記第１の実施形態においては、最初にグランド系が接続され、その後に信号系が接続される。よって、端子どうしが接触するときのノイズの発生を押さえ込むことができ、Ｓ／Ｎ比を改善することが可能である。
【００３３】
また図２に示すように、基板１０，１１が電子コネクタ１の両面に装着されると、図７Ｂに示すように、電子コネクタ１の両面において各スパイラル接触子７はほぼ平面形状に弾性変形させられ、各グランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂも弾性変形させられて前記貫通孔４，４内に収納させられる。この状態では、各スパイラル接触子７自身および各接触部８ｂ，８ｂ自身が有する弾性力によって、スパイラル接触子７は信号ライン１３ａの接続部１３ａ１を押圧し、且つグランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂはグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１を押圧する。よって、各スパイラル接触子７と各信号ライン１３ａの接続部１３ａ１との間、および各グランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂと各グランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１との間が確実に接続され、接触不良などの問題を発生し難くなる。
【００３４】
しかも、この電子コネクタ１では、中心側に設けられた信号系の端子をその外周に設けられたグランド系の端子で取り囲むことができる。よって、グランド系の端子が信号系の端子を電磁遮蔽することができるため、信号系の端子に重畳しやすいノイズを遮断することができる。よって、この点においてもＳ／Ｎ比を改善することが可能である。そして、グランド系の端子が同軸ケーブルの場合同様に十分な磁気シールド効果を発揮できるため、１ＧＨｚ以上の高周波帯域であってもクロストークが発生することがなく、優れた伝送特性を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、前記下方の基板１０の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１と上方の基板１１の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１とは、前記電子コネクタ１の上下に設けられたスパイラル接触子７，７とその間のスルーホール３の内周面に形成された前記導電部５を介して互いに接続されている。同様に、下方の基板１０のグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１と上方の基板１１のグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１とは、電子コネクタ１の上下に設けられたグランド系の端子８，８の接触部８ｂ，８ｂとその間の貫通孔４，４に設けられた導電部６，６を介して接続されている。すなわち、この電子コネクタ１は２枚の基板どうしを接続するための中継コネクタとして機能している。
【００３６】
図８は第２の実施形態として電子コネクタと基板を示す断面図であり、Ａは接続前の状態、Ｂは接続後の状態を示している。
【００３７】
図８に示すものでは、図示上方の基板１１と電子コネクタ１の上面側のスパイラル接触子７との間が第２の実施形態を示している。なお、図示下方の基板１０と電子コネクタ１の下面側のスパイラル接触子７との間は前記第１の実施形態と同じである。
【００３８】
図８Ａに示すように、この電子コネクタ１のスルーホール３の上部の開口端に設けられたスパイラル接触子１７は平面形状をしており、上記第１の実施形態におけるスパイラル接触子７のように凸形状でない点が異なっている。ただし、その周囲に設けられたグランド系の端子８の構成は同じである。
【００３９】
一方、上方の基板１１の接続領域１３の信号ライン１３ａの接続部１３ａ１には、基板の接続面１１Ｂから図示下方に凸状に突出するとともにその先端に丸みを帯びた球状接触子１３ｃが設けられている。球状接触子１３ｃは、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）またはＣＧＡ（ＣｏｎｅＧｒｉｄＡｒｒａｙ）などであり、図８ＡはＣＧＡの場合を示している。そして、前記球状接触子１３ｃの高さ寸法ｈ３は、はグランドライン１３ｂの肉厚寸法ｈ４よりも図示下方に大きく突出している（ｈ３＞ｈ４）。ただし、グランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂの頂点の高さ寸法Ｈ２の方が、前記球状接触子１３ｃの高さ寸法ｈ３よりも大きい関係にある（Ｈ２＞ｈ３）。
【００４０】
このため、電子コネクタ１を基板１１に装填しようとすると、最初に電子コネクタ１側のグランド系の端子８の接触部８ｂ，８ｂが基板１１のグランドライン１３ｂの接続部１３ｂ１に接触し、次に基板１１側の球状接触子１３ｃが電子コネクタ１側の平面形状のスパイラル接触子１７に接触する。よって、この実施の形態においても、先ずグランド系が接続され、次に信号系が接続されるため、上記第１の実施形態同様にノイズの発生を防止でき、また優れた伝送効率を得ることが可能となる。
【００４１】
そして、図８Ｂに示すように、電子コネクタ１が基板１１に完全に装填されると、前記スパイラル接触子１７が球状接触子１３ｃを抱き込むように変形し、この状態で前記スパイラル接触子１７と球状接触子１３ｃとが接続される。
【００４２】
上記電子コネクタ１では、基板どうしを平面で接続することができるため、接続後の総板厚寸法を小さくできる。
【００４３】
また信号系の端子に対しグランド系の端子を１対１で設ければよく、従来のように信号系の端子の周囲を複数のグランド系の端子で囲む必要がない。よって、端子数を大幅に低減できるため、コネクタを小型化できる。
【００４４】
なお、本発明の実施の形態はこれに限られるものではなく、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた構成であってもよい。
【００４５】
また上記実施の形態では、電子コネクタが２枚の基板を接続する中継コネクタの場合について説明したが、その他例えば電子コネクタが電子マネー用のカードとＡＴＭ機などの装置内に設けられたマザーボードとを接続するものであってもよい。この場合、カードがＡＴＭ機に挿入されたときにカードの面内に設けられた接続端子とマザーボードとを接続する中継コネクタとして機能する。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明では、グランド系の端子数を減らすことにより、小型化が可能な電子コネクタを提供できる。
【００４７】
また磁気シールド効果が高まるため、高周波帯域でも良好な伝送特性を得ることができるようになる。
【００４８】
さらに接続後の基板間の板厚方向の寸法を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子コネクタの実施の形態を示す斜視図、
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図、
【図３】電子コネクタ内の端子を示す拡大平面図、
【図４】端子の拡大斜視図、
【図５】図３のＢ−Ｂ線における端子の断面図、
【図６】図３のＣ−Ｃ線における端子の断面図、
【図７】第１の実施形態として電子コネクタと基板との関係を示す部分断面図であり、Ａは接続前の状態、Ｂは接続後の状態、
【図８】第２の実施形態として電子コネクタと基板を示す断面図であり、Ａは接続前の状態、Ｂは接続後の状態
【符号の説明】
１電子コネクタ
２絶縁基板（基板）
２ａ，２ｂ掛止突起
３スルーホール
４貫通孔
５，６導電部
７スパイラル接触子（信号系の端子）
７ａ基部
７ｂ巻き始端
７ｃ巻き終端
８グランド系の端子
８ｂ接触部
１０，１１基板
１０Ａ，１１Ａ実装面
１０Ｂ，１１Ｂ接続面
１３接続領域
１３ａ信号ライン
１３ａ１信号ラインの接続部
１３ｂグランドライン
１３ｂ１グランドラインの接続部
１３ｃ球状接触子
１７スパイラル接触子（信号系の端子）

Claims

基板の面に信号系の端子とグランド系の端子とが設けられた電子コネクタであって、
前記信号系の端子が、外周側の巻き始端部から中央側の巻き終端部に向けて渦巻き状に延びるスパイラル接触子で形成され、１つの前記スパイラル接触子の周辺部には、前記スパイラル接触子を囲むようにグランド系の端子が対応して設けられ、前記グランド系の端子の接触部が、前記スパイラル接触子よりも前記基板から離れる方向へ突出しており、
前記基板には、前記スパイラル接触子の下に位置するスルーホールと、前記スルーホールの側方に位置する貫通孔が形成されており、前記スルーホールの内壁面に、前記スパイラル接触子と導通する導通部が設けられ、前記貫通孔の内壁に、前記グランド系の端子に導通する導通部が設けられていることを特徴とする電子コネクタ。
前記スパイラル接触子は、前記巻き終端部が前記巻き始端部よりも前記基板から離れる方向へ突出している請求項１記載の電子コネクタ。
前記スパイラル接触子は平面形状であり、前記基板に形成されたスルーホール上に設けられている請求項１記載の電子コネクタ。
前記グランド系の端子は、一対の前記接触部を有し、それぞれの前記接触部が前記スパイラル接触子を挟む位置で、前記基板から離れる方向へ突出している請求項１ないし３のいずれかに記載の電子コネクタ。
前記グランド系の端子が、弾性変形可能である請求項１ないし４のいずれかに記載の電子コネクタ。