JP3932151B2

JP3932151B2 - 電気コネクタ組立体及びそれを用いた零挿入力接続組立体

Info

Publication number: JP3932151B2
Application number: JP06401898A
Authority: JP
Inventors: 栄真鍋; 克彦坂本
Original assignee: Tyco Electronics AMP KK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JPH11251016A; CN1227434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気コネクタ組立体及びそれを用いた零挿入力接続組立体、より詳細には２枚の基板を互いに平行に相互接続する電気コネクタ組立体及びそれを用いた零挿入力接続組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２枚の基板を互いに平行に高密度で且つ多数回接続及び分離可能に零挿入力接続するために、いわゆるインタポーザと呼ばれる電気接続子を有する電気コネクタが使用されてきた。その代表例として、図６ないし図８に示された電気コネクタが知られている（特開平７−３０７１８８号公報参照）。電気コネクタ１００は、上面１１２及び底面１１４に連通する多数のキャビティ１１６を有する絶縁ハウジング１１０と、各キャビティ１１６内に収容される多数のインタポーザ型コンタクト１３０とからなる。各コンタクト１３０は、単一の導電性金属板を打ち抜いて形成された平坦状の部材であり、基部１３２、この基部１３２の上側に延びる第１ばね部１３４、及び基部１３２の下側に延びる第２ばね部１３８を有する。第１及び第２ばね部１３４、１３８はそれぞれ円弧状接触面１３６、１４０を有する。コンタクト１３０の基部１３２の肩が絶縁ハウジング１１０のキャビティ１１６内の段部１１８に当接するまでコンタクト１３０を絶縁ハウジング１１０の底面１１４からキャビティ１１６内に圧入することにより、電気コネクタ１００が組み立てられる。このとき、円弧状接触面１３６、１４０が上面１１２及び底面１１４からそれぞれ突出する。
【０００３】
電気コネクタ１００は、以下の態様で使用される。即ち、まず、電気コネクタ１００を例えば超音波診断装置本体（図示せず）の印刷配線基板又は印刷回路基板（以下、第２基板という）１５０上に載置する。次に、例えば超音波変換器（図示せず）から延びるケ−ブル１６２を終端する多数のコネクタ１６４に接続される印刷配線基板又は印刷回路基板（以下、第１基板という）１６６を有するケーブル側組立体１６０を電気コネクタ１００上に配置する。続いて、ケーブル側組立体１６０の駆動装置１７０のハンドル１７２を回転すると、駆動装置１７０先端の連結手段１７４と超音波診断装置本体側のばね付勢装置１５４とのカム係合により、第１基板１６６及び第２基板１５０を互いに接近する方向に付勢する。これにより、図８に示されるように、コンタクト１３０の第１ばね部１３４の接触面１３６が第１基板１６６上のパッド１６８に、第２ばね部１３８の接触面１４０が第２基板１５０上のパッド１５２に所定接触力下でそれぞれ接触し、これらを介して超音波変換器及び超音波診断装置本体間が零挿入力で相互接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の電気コネクタを用いた基板対基板の零挿入力接続構造においては、基板間を高密度に接続できる利点はある。ところが、コンタクト１３０の第１及び第２ばね部１３４、１３８を弾性変形する力の反力がそれぞれ第１及び第２基板１６６、１５０に直接加わるので、基板１６６、１５０が反り易い。このため、多数のコンタクト１３０のうちのいくつかは、パッド１６８、１５２との間の必要な接触力が確保されず、接触信頼性が低いという問題がある。
【０００５】
基板１６６、１５０の反りを防止するために、パッド１６８、１５２が形成された面とは反対側の面に剛性の高い支持板を配置することが考えられるが、特に第２基板１５０の底面側にその支持板を配置することは超音波診断装置を製造する業者にとって負担になる。また、第２基板１５０の底面側にその支持板を配置すると、その業者が第２基板１５０の底面に電子デバイスを実装することができなくなるので、装置全体の実装密度が低下すると共に実装設計の自由度が少なくなるという問題もある。
【０００６】
インタポーザ型のコンタクト１３０を有する電気コネクタ１００を、各基板１６６、１５０に実装され且つ互いに嵌合する従来の基板対基板用のコネクタ組立体に代えることも考えられる。しかし、従来の多くのコネクタ組立体は、数万回の接続及び分離に耐えられるほどの耐久性を有していない。
【０００７】
そこで、電気コネクタ及び第２基板間の接続のみを、コンプライアントピンによる接続、スルーホール半田接続、又は表面実装半田接続に変更することも考えられる。しかし、前２者においては、第２基板の裏面の実装スペース確保の問題が解決されていないという問題がある。また、後２者においては、コンタクトの第１ばね部を弾性変形させる力が半田接続部に不要な応力として伝わり、半田クラックが発生するおそれがある。さらに、これらすべてに共通する問題として、コンタクトが高密度に実装されると、コンタクトの第１ばね部に不具合が生じた場合のコンタクトの修理、交換が容易ではないという問題がある。
【０００８】
従って、本発明は、第２基板の裏面の実装スペース及びコンタクトの交換の容易さを確保しつつ、第２基板の反りを効果的に防止して接続の信頼性を向上させる電気コネクタ組立体及びそれを用いた零挿入力接続組立体を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電気コネクタ組立体は、第１基板及び第２基板を互いに平行に相互接続する電気コネクタ組立体において、第１絶縁ハウジングと、該第１絶縁ハウジング内に収容され、一端に前記第１基板と当接する弾性接触部を有すると共に他端に第１接続部を有する第１コンタクトとからなる第１コネクタと、第２絶縁ハウジングと、該第２絶縁ハウジング内に収容され、前記第１接続部に分離可能に接続される第２接続部を有すると共に前記第２基板に表面実装される第２コンタクトとからなる第２コネクタと、前記第２基板上に配置されると共に前記第１絶縁ハウジングを支持する支持部材とを具備することを特徴とする。ここで、「基板」とは、印刷配線基板又は印刷回路基板のみならず、ＩＣチップ又はＩＣパッケージ等の他の電気構成要素をも含むものとする。
【００１０】
請求項２に係る零挿入力接続組立体は、請求項１の電気コネクタ組立体と、前記第１基板と、前記第２基板と、該第１及び第２基板を相互に接近する方向に付勢する駆動装置とからなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の電気コネクタ組立体の一実施形態を示す断面図である。図２は、図１の電気コネクタ組立体の装置本体側の組立手順を示す概略断面図である。図３は、図２の部分の組立完了の状態を示す断面図である。
【００１３】
図１において、本発明の電気コネクタ組立体１は、コネクタモジュール（第１コネクタ）１０、第２コネクタ４０及びベースシェル（支持部材）６０からなる。コネクタモジュール１０は、液晶ポリマ等の樹脂材料で成形された略直方体状の第１絶縁ハウジング１２、及びＢｅ−Ｃｕ等のばね弾性を有する銅合金板を打抜き加工し、ニッケル、パラジウム及び金の各めっき層が形成された多数の平板状の第１コンタクト３０を有する。第１絶縁ハウジング１２は、その対向する側面１４、１６に第１コンタクト３０の数に対応した第１キャビティ１８が千鳥状に形成されている。各第１キャビティ１８は、絶縁ハウジング１２の上面２０に連通する開口１８ａ、第１コンタクト３０の第１ばねアーム部３４を収容するばね部収容部１８ｂ、第１コンタクト３０の第１基部３２を収容する基部収容部１８ｃ、第１コンタクト３０の圧入部３６を受容する圧入部受容部１８ｄ、及び第１コンタクト３０の接続部３８を収容する接続部収容部１８ｅを有し、これらは互いに連通している。
【００１４】
各第１コンタクト３０は、第１基部３２、この第１基部３２の上方へ湾曲して延びる第１ばねアーム部（弾性接触部）３４、第１基部３２の側部から直線的に延びる圧入部３６、及び第１基部３２の下側角部から延びる接続部（第１接続部）３８を有する。第１ばねアーム部３４は、第１基板３との多数回の接続及び分離を保証するためにばね長を十分に長く設定されて応力の集中が回避されており、その自由端には幅広で且つ略円弧状の接触端３４ａが設けられている。接触端３４ａは、第１基板３の下面３ｂ上に形成された導電性パッド４と当接すると破線で示される位置に変位するので、第１基板３の下面３ｂに沿って若干量のワイピングが得られる。圧入部３６は、全体が槍状をなし、その根元近傍に圧入部受容部１８ｄの内壁に食い込む１対の突起３６ａを有する。圧入部３６とは反対側の第１基部３２の平坦な側面３２ａは、第１コンタクト３０を第１キャビィ１８内に圧入する際に圧入治具（図示せず）との当接面となる。接続部３８は、後述する第２コネクタ４０の上側略半分を受容すると共に接触する凹部３８ａを有する。第１コンタクト３０は第１絶縁ハウジング１２に千鳥状に設けられた第１キャビティ１８に挿入されるので、接触端３４ａは第１絶縁ハウジング１２の上面２０から千鳥状に突出する。
【００１５】
第２コネクタ４０は、適当な樹脂材料で成形された第２絶縁ハウジング４２、及び各々がばね弾性を有する銅合金を打ち抜いて平板状に形成され、左右対称に配置された２列の平板状の第２コンタクト５０を有する。第２絶縁ハウジング４２は側面視略逆Ｔ字状をなし、上側略半分がコネクタモジュール１０の下向きの凹部２２内に挿入される。各第２コンタクト５０は、基部５２から上方に延びて第２ハウジング４２の圧入部受容部４４内に圧入される圧入部５４、この圧入部５４と離隔して基部５２から略上方に延びる第２ばねアーム部（第２接続部）５６、及び基部５２から横方向に延びて第２基板５の上面５ａ上の導電性パッド６に半田接続される表面実装タイン部５８を有する。第２基板５への接続部として表面実装タイン部５８を採用したので、第２基板５の下面（裏面）５ｂに別の電子デバイスを実装するスペースが確保される。第２コネクタ４０の上側略半分がコネクタモジュール１０の凹部２２内に挿入されると、左右対称に背向配置された第２コンタクト５０の第２ばねアーム部５６はコネクタモジュール１０内の第１コンタクト３０の接続部３８の対向する側壁にそれぞれ接触する。単一の第１コンタクト３０に対して２個の第２コンタクト５０が接触するので、接触の冗長性があり、接触の信頼性が高い利点がある。
【００１６】
図１及び図２において、ベースシェル６０は、アルミニウムダイキャスト等の金属製の枠体であり、各コネクタモジュール１０の下側突部２４をそれぞれ受容する受容孔６２、これらすべての受容孔６２に連通すると共に上方に開口する凹部６４を有する。凹部６４には、コネクタモジュール１０及び第１基板３が挿入される。凹部６４の上面６６は、コネクタモジュール１０の下側角部２６と当接する当接面を構成する。このため、実使用時において、第１コンタクト３０の第１ばねアーム部３４を弾性変形させる力は、剛性を有するベースシェル６０の凹部上面６６に伝達されるので、第２コンタクト５０の表面実装タイン部５８及び第２基板５のパッド６の間の半田接続部に伝達されない。従って、半田接続部に半田クラックが発生するおそれは実質的にない。さらに、第１コンタクト３０の第１ばねアーム部３４を弾性変形させる力は、比較的表面積が大きくて剛性を有する単一のベースシェル６０が受けて第２基板５に伝達するので、第２基板５に反りは発生しない。また、ベースシェル６０は、その周辺においてベースシェル６０を第２基板５に固定するボルト７０を受容するボルト受容孔６８を有する。なお、ベースシェル６０が第２基板５の上面５ａ上の回路を短絡させないように、ベースシェル６０及び第２基板５間に絶縁シート７４（図５参照）を介在させてもよい。
【００１７】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の電気コネクタ組立体の組立手順について説明する。まず、装置本体（図示せず）側の第２基板５の上面５ａに多数の第２コネクタ４０を表面実装する。次に、ベースシェル６０の受容孔６２内に第２コネクタ４０を挿通させてベースシェル６０を第２基板５の上面５ａ上に載置し、ボルト７０及びナット７２によりベースシェル６０を第２基板５に固定する。続いて、多数のコネクタのモジュール１０のそれぞれを各受容孔６２内に挿入し、各第２コネクタ４０と嵌合させる。これにより、装置本体側の組立は完了する。各コネクタモジュール１０は、各第２コネクタ４０と嵌合するのみで、第２基板５、第２コネクタ４０又はベースシェル６０にロックされていない。このため、例えばコネクタモジュール１０の第１コンタクト３０に不具合が生じた場合、コネクタモジュール１０を第２コネクタ４０から簡単に分離して故障した第１コンタクト３０を容易に交換することができるので、メンテナンス性に優れている。また、第２基板５への第２コネクタ４０の表面実装工程は、第２基板５へのベースシェル６０の取付の前に行われるので、ベースシェル６０は第２コネクタ４０の半田付け検査の障害にならない。
【００１８】
次に、図４を参照して、第１基板３を有するケーブル側組立体８について説明する。図４は、図１の電気コネクタ組立体に接続されるケーブル側組立体８を示す、一部を断面した正面図である。ケーブル側組立体８の構造は、基本的には図７に示される従来のケーブル側組立体１６０と同じである。即ち、例えば超音波変換器（図示せず）から延びるケーブル（図示せず）を終端するコネクタ（図示せず）を第１基板３に接続すると共に、駆動装置８０のハンドル８２を回転することにより第１基板３及び装置本体（図示せず）側の第２基板５（図１参照）を相互に接近する方向に付勢する。これにより、第１基板３及び第２基板５間を零挿入力で相互接続する。従来のケーブル側組立体１６０と異なる点は、第１基板３の上面（裏面）３ａ側に格子状の補強板９０を配置して第１基板３を支持したことである。この補強板９０はコネクタ製造業者が取付けるので、装置の製造業者に負担をかけることなく第１基板３の反りを防止することができる。補強板９０は、金属ダイキャスト製のケーブル側ベースシェル９２と一体に形成してもよい。ケーブル側ベースシェル９２及び第１基板３には、装置本体側に設けられたガイドピン（図示せず）を受容する受容穴９４、３ｃがそれぞれ形成され、第１基板３のパッド４及びコネクタモジュール１０の接触端３４ａを整合させる。ベースシェル９２の上方にはケーブルをクランプするコネクタシェル９６が設けられる。なお、このシェル９６を金属製にして電磁遮蔽の機能を付加してもよい。また、装置の仕様によっては、ケーブルを終端するコネクタを第１基板３に直接接続する代わりに、特定の電子回路を形成したＦＰＣ等を介して第１基板３に接続してもよい。この場合は第１基板３の裏面の実装の自由度が高い。
【００１９】
以上、本発明の電気コネクタ組立体の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定することなく、必要に応じて種々の変形又は変更をすることがきる。例えば、図５に示されるように、第１コンタクト３０’の接続部を、対向する側部を有する雄型の接続部３８’とし、対応する第２コネクタ４０’の第２コンタクト５０’を左右対称に対向配置してもよい。また、第１コンタクトの接続部を弾性を有する形状にし、第２コンタクトを剛性を有する形状にしてもよいし、さらに両者を弾性を有する形状にしてもよい。また、電気コネクタ組立体は、第１基板をＩＣチップ又はＩＣパッケージに代えることによりＩＣテスタ等に用いてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１による電気コネクタ組立体によれば、第１絶縁ハウジングと、第１絶縁ハウジング内に収容され、一端に第１基板と当接する弾性接触部を有すると共に他端に第１接続部を有する第１コンタクトとからなる第１コネクタと、第２絶縁ハウジングと、第２絶縁ハウジング内に収容され、第１接続部に分離可能に接続される第２接続部を有すると共に第２基板に表面実装される第２コンタクトとからなる第２コネクタと、第２基板上に配置されると共に第１絶縁ハウジングを支持する支持部材とを具備するので、第２基板の裏面の実装スペース及び第１コンタクトの交換の容易さを確保しつつ、第２基板の反りを効果的に防止して接続の信頼性を向上させる利点がある。
【００２１】
請求項２に係る零挿入力接続組立体によれば、請求項１の電気コネクタ組立体のほかに、第１及び第２基板、及び駆動装置を具備するので、第２基板の裏面の実装スペース及び第１コンタクトの交換の容易さを確保しつつ、第２基板の反りを効果的に防止して接続信頼性の高い零挿入力接続組立体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気コネクタ組立体の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の電気コネクタ組立体の装置本体側の組立手順を示す概略断面図である。なお、コネクタモジュール及び第２コネクタは断面していない。
【図３】図２の部分の組立完了の状態を示す断面図である。なお、コネクタモジュール及び第２コネクタは断面していない。
【図４】図１の電気コネクタ組立体に接続されるケーブル側組立体を示す一部を断面した正面図である。
【図５】本発明の電気コネクタ組立体の別の実施形態を示す断面図である。
【図６】従来の電気コネクタを示す断面図である。
【図７】図６の電気コネクタを用いた零挿入力接続組立体を示す断面図である。
【図８】基板との接続状態における図６の電気コネクタを示す断面図である。
【符号の説明】
１電気コネクタ組立体
３第１基板
５第２基板
１０第１コネクタ
１２第１ハウジング
３０第１コンタクト
３４弾性接触部
３８第１接続部
４０第２コネクタ
４２第２ハウジング
５０第２コンタクト
５６第２接続部
６０支持部材
８０駆動装置

Claims

第１基板及び第２基板を互いに平行に相互接続する電気コネクタ組立体において、
第１絶縁ハウジングと、該第１絶縁ハウジング内に収容され、一端に前記第１基板と当接する弾性接触部を有すると共に他端に第１接続部を有する第１コンタクトとからなる第１コネクタと、
第２絶縁ハウジングと、該第２絶縁ハウジング内に収容され、前記第１接続部に分離可能に接続される第２接続部を有すると共に前記第２基板に表面実装される第２コンタクトとからなる第２コネクタと、
前記第２基板上に配置されると共に前記第１絶縁ハウジングを支持する支持部材と
を具備することを特徴とする電気コネクタ組立体。
請求項１の電気コネクタ組立体と、前記第１基板と、前記第２基板と、該第１及び第２基板を相互に接近する方向に付勢する駆動装置とからなることを特徴とする零挿入力接続組立体。