JP4037434B2 - 圧接挟持型コネクタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧接挟持型コネクタに関し、特にはコネクタの導電ピンがハウジングから抜け出さないタイプの圧接挟持型コネクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
各種電子機器において相互に対向配置された一対の基板上の電子回路間を弾性接触により相互に導通させて信号伝達するものとして、電気接続用コネクタピンがある(特許文献1参照)。また、この電気接続用コネクタピンを改良発展させたものとして、本発明者は圧接挟持型コネクタを提案している(特許文献2〜特許文献4参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−161401号公報
【特許文献2】
特開2002−100431号公報
【特許文献3】
特開2002−158052号公報
【特許文献4】
特開2002−158053号公報
【0004】
電気接続用コネクタピン(特許文献1)は、図8に示すように、チューブ体41内に抜止めして伸縮摺動自在に嵌合され、かつチューブ体41内のスプリング42により伸張方向に付勢されるコンタクトピン43を備え、コンタクトピン43の収縮状態ではコンタクトピン43の嵌合部外周面44とチューブ体41の内周面45との摺動接触部を介してコンタクトピン43とチューブ体41とが電気的に導通される電気接続用コネクタピン46において、コンタクトピン43の嵌合部外周面44には、軸方向両端部を除いて小径の逃げ部47を広く設けている。
図8に示す電気接続用コネクタピンは、基板に接触端子を挿入しハンダ付け固定するためにアセンブリ( assembly )性の悪化を招くおそれが少なくない。また、チューブ体41を用いているためにコネクタピン43の直径が大きくなることと相俟って、コネクタピン43同士を細かいピッチ(例えば1.2mm以下)で配置することが困難であった。
【0005】
電気接続用コネクタピンを改良した圧接挟持型コネクタ(特許文献3)は、図9に示すように、絶縁性のハウジング48と、このハウジング48の厚さ方向に設けられる複数の貫通孔49と、各貫通孔49にハウジング48の一面側からスライド可能に嵌められる略キャップ状の導電トーピン50と、各貫通孔49にハウジング48の他面側からスライド可能に嵌められて導電トーピン50内に嵌まる導電ピン51と、各貫通孔49に嵌められて導電トーピン50の開口端部52に接触し、導電ピン51に貫通されるスプリング53とを含んでなる圧接挟持型コネクタ54であって、スプリング53の付勢力で導電トーピン50と導電ピン51とをハウジング48からそれぞれ突出させるようにしたことを特徴とする。
【0006】
この図9に示す圧接挟持型コネクタは、電子回路基板自体に実装することができる。そして、例えば金メッキされた導電性の銅、真鍮、アルミニウム、導電性エラストマー等を用いたピンからなる導電ピンの端部は、所定の角度で尖った形、円錐や角錐等の鋭利な形に形成して、接続されるべき電極のハンダの酸化膜を破壊して良好な導通を得ることが可能になる。そして、導電トーピン50と導電ピン51とが周面で常時直接接触し、最短の導通経路を形成するので、導通経路を短縮してインダクタンスを著しく低下させることができ、高周波特性を実現することができる。加えて導電ピン51の全長を短くすることもできる。しかし、導電トーピン50と導電ピン51とが周面で摺動接触するために、電極相互を導通させるための接触に必要な押圧力は高めになる。また、導電ピン51がスプリング53のコイル内部に抜け止め状に貫通されるため、スプリング全長に比して導電ピンの出没ストロークが比較的小さくなる傾向がある。
【0007】
このタイプの圧接挟持型コネクタの変形例(特許文献4)としては、図示は省略するが、導電ピンにフランジ部を設け、ハウジングの小径部に係合させて、導電ピンがハウジングから脱離することを抑えているものもある。
電気接続用コネクタピンを改良した別のタイプの圧接挟持型コネクタ(特許文献2)は、図10に示すように、対向する電極の間に挟持される圧接挟持型コネクタ55であって、厚さ方向に配向された複数の貫通孔56を有する絶縁性のハウジング57の各貫通孔56に、少なくとも一端部の径が他端部の径よりも大きく形成され、その大径の端部にキャップ58を装着し、先端に栓59が装着され、他端部側でハウジング57の表面から突出するようにして設けられた略円錐形状に形成された導電性のスプリング素子60を嵌め入れてなることを特徴とする。電気的な導通は、一方の電極に接触する栓59から、良導電性のスプリング素子60を介してもう一方の電極に接触するキャップ58を伝わって確保される。
【0008】
このタイプの圧接挟持型コネクタは、栓59に設けた円環状の縊れ部にスプリング素子60の端部を係合させることによって、栓59の長さを小さくすることが可能であって、スプリング素子60のほぼ全長が栓59の出没ストロークとすることができ、また、面接触の摺動接触部がないので栓59の出没に必要な押圧力を小さくできる特徴がある。
しかし、このタイプの圧接挟持型コネクタは、スプリング素子60の相当大きな部分がハウジング57から突出しているので、実装・移動・保管等の際にその突出部分が不慮の外力等によって伸びて変形したり、スプリング素子60に嵌められた栓59がスプリング素子60から外れてしまうことが見られることがあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、図10に示す圧接挟持型コネクタをベースにして更に改良するもので、スプリング素子の変形やスプリング素子からの栓の離脱・損傷の心配のない圧接挟持型コネクタを提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧接挟持型コネクタは、上記の課題を解決するために、対向する電極の間に挟持される圧接挟持型コネクタであって、
厚さ方向に配向された貫通孔を有する絶縁性のハウジングと、
導電ピンと、
導電プレートと、
コイルスプリングとから構成され、
前記ハウジングに形成された貫通孔は、一端部に小径部が形成されており、他端側の出口近傍には、係合凹部が形成されており、
前記導電ピンは、円柱形状の柱状部の一端を頭部とし柱状部の頭部と反対側の端部近傍にフランジ部を有するものであり、柱状部の断面径は前記ハウジングの貫通孔の小径部に出没可能となされ、フランジ部のさしわたし径は、前記ハウジングの貫通孔の小径部以外の部分内で貫通孔の軸に平行な方向に移動可能となされており、
前記導電プレートは、ハウジング4の貫通孔6に挿入可能な外径の円筒部8を有し、その外周には突出部が設けられ、前記突出部は、前記ハウジングの貫通孔の内壁に設けられた係合凹部10と係合するようになっており、さらに、円筒部8の内壁は、底部で小径部となっており、コイルスプリング3の一端が係合固着されるようになっており、
前記コイルスプリングは、前記導電プレートの円筒部内に一端を収容され、他端を前記導電ピンのフランジ下部に突出する柱状部と係合し、導電ピン1と導電プレート2とを離隔する方向に弾発するものであることを特徴とする。
前記圧接挟持型コネクタで電気的に接続される回路基板ないし電子部品と前記ハウジングとの間に、過圧縮防止のエンドストップが設けられていること、前記コイルスプリングが、隣接するコイル径が相互に異なる形状に形成されていること、前記ハウジングの下方側のいずれかのコーナーが面取りされていること、配置された前記導電プレート間の前記ハウジング裏面にハンダまわり込み防止用リブが設けられていること、が、それぞれ好ましい。
【0011】
【発明の効果】
本発明により、コネクタ、特にコイルスプリングの破損・変形の虞を無くすことができた。また、押圧に要する荷重を低下することができ、安定した接続が可能となり、被接続電極へのダメージを大幅に低減することができ、併せてコネクタの更なる小型化が達成された。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、スプリング素子をハウジングに設けた貫通孔内に収容することを基本とする。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の圧接狭持型コネクタの一実施の形態を示す断面図である。図2は、本発明の圧接狭持型コネクタの一実施の形態の外形を示す図で、(a)は平面(上面)図、(b)は側面(立面)図、(c)は裏面図である。
図3は本発明の圧接挟持型コネクタの第二の実施の形態を示す説明図であって、(a)および(c)は実装時前の状態を示す正面(立面)説明図、(b)および(d)は実装時の状態を示す正面(立面)説明図である。
図4は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられるコイルスプリングの好適な実施の形態を示す説明図である。図5は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられるハウジングの好適な実施の形態を示す説明図である。
図6は本発明の圧接挟持型コネクタの第三の実施の形態を示す正面(立面)説明図である。
図7は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられる導電ピンの好適な実施の形態を示す説明図である。
【0013】
図1において、1は導電ピン、2は導電プレート、3はコイルスプリング、4は絶縁性のハウジングであって、導電ピン1にはフランジ部5が、ハウジング4には貫通孔6が形成されている。貫通孔6の一端は小径部7となっており、ハウジング4の貫通孔6内に収納された導電ピン1のフランジ部5は、貫通孔6の小径部7の部分の段差に係合して、導電ピン1はハウジング4から離脱しないようになされており、導電ピン1の頭部は、ハウジング4から突出可能となっている。
ハウジング4の他端側は、導電プレート2で封止される。導電プレート2には、ハウジング4の貫通孔6に対応する直径の円筒部8が設けられており、円筒部8がハウジング4の貫通孔6内に圧入嵌合される。その際に、円筒部8の外周に設けられた突出部9がハウジング4の貫通孔6の内壁に設けられた係合凹部10と係合して、固定されることが好ましい。
【0014】
導電プレート2には、図2(c)に示すように、必要に応じて直線部11を設けておくことによって、ハウジング4の裏面に設けることができる位置決め凸部12に係合させ、ハウジング4内に挿入する向きを所望の方向に合わせることができる。
円筒部8の内壁は、底部で小径部となっており、コイルスプリング3の一端が係合固着される。そして、コイルスプリング3の他端は、導電ピン1のフランジ部5に弾発的に係合することによって、導電ピン1と導電プレート2とを離隔する方向に押している。
図2に図示する例では、導電プレート2の底面形状は、ハウジング4の幅を直径とし、両サイドが弦で切断する形状となっているが、これに限られるものではなく、ハウジング4に係合して、貫通孔6内に没入しない大きさ・形状であれば、適宜のものとすることができる。例えば、ハウジング4の幅よりも小径の円形としても差し支えない。
導電ピン1と導電プレート2とは、回路基板ないし電子部品の電極に接触し、両電極間を電気的に接続導通させる。
【0015】
導電ピンは、例えば金メッキされた銅あるいは真鍮などの銅合金、導電性エラストマー等を用いて作製される。また、導電ピン1の頭部の形状は適宜とすることができ、例えば、平面・半球形・尖形とすることができ、その断面形状も円形・角形・楕円ないし長円形(小判形)等とすることは差し支えない。複数の小円錐状、小角錐状とすれば、電子回路基板間の接続等、特に電極に半田メッキされている場合等、半田の酸化膜を破り、確実な導通が可能となる。
導電プレートは、導電ピンと同様の材料で作製される。導電プレートに設けられる円筒部は、導電プレートと一体的に形成されても良いし、別体に形成して適宜の方法、例えばハンダ付けや導電性接着剤で接合されても良い。
【0016】
コイルスプリングは、例えば直径30〜200μm、好ましくは50〜100μmの金属細線が等ピッチ(例えば、0.4mm)で巻回されることで略円筒状を呈した弾性のコイル状に形成される。このコイルスプリングを形成する金属細線としては、リン青銅、銅、ベリリウム銅、ばね鋼、硬鋼、ステンレス鋼、ピアノ線材等の金属線、あるいはこれらの金属線に金メッキした金属細線があげられる。
コイルスプリングを導通経路とするため、導通抵抗の面からは体積抵抗率の小さい銅合金を使用することが好ましいが、バネ性が不十分であるため、弾性係数の大きな真鍮、ばね鋼、ステンレス鋼、ピアノ線材等を用いることが推奨される。
【0017】
しかし、これらのものは総じて銅合金に比べると体積抵抗率が大きく、導通抵抗が高くなるため、低い導通抵抗が必要とされる用途には、これらの線に厚く(1〜10μm、好ましくは3〜5μm)銅などの体積抵抗率の小さい金属をメッキすることが好ましい。
更に、最表層には接触抵抗を下げるために金メッキを施すことが好ましい。このときに銅メッキと金メッキとの間に拡散防止用のニッケルメッキ(2〜3μm)を施しても良い。
金属細線の直径を50〜100μmとするのは、この値の範囲を選択すれば、低コストや低荷重接続の実現が容易となるからである。
【0018】
ハウジングは、長方形、正方形、多角形、楕円形、小判形等に形成することができ、ハウジングに設ける貫通孔は、単数でも、複数一列でも、複数個の列が並行に複数列でも、個々の貫通孔が平面状に千鳥状に配列されても良い。図2には、二個一列の貫通孔のものが示されている。
絶縁性のハウジングは、耐熱性、寸法安定性、成形性等に優れる汎用のプラスチック(例えば、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、塩ビ、ポリエチレン等)を使用して成形される。これらの材料の中でも、加工性やコスト等を考慮すると、ポリアミド樹脂が最適である。
【0019】
本発明の圧接挟持型コネクタの第二の実施の形態に関して説明する。
圧接挟持型コネクタは、両側に回路基板ないし電子部品が配置され、それらの間隔を狭めるようにして、コイルスプリングを圧縮させて電気的接続が確保される。間隔を狭める操作を最終的に支えるのが導電ピン、コイルスプリング、導電プレート等である場合は、それらが良導電体が主体で作製されているので、過圧縮されると変形、損傷する可能性がある。それを避けるためには、本発明の圧接挟持型コネクタで電気的に接続される回路基板ないし電子部品と前記ハウジングとの間に、過圧縮防止のエンドストップが設けられることが好ましい。
【0020】
エンドストップを設ける態様には、例えば、図3に示すような形態がある。
回路基板ないし電子部品には、補強用等の突出部が存在することが多い。図3(a)、(b)は、それらの突出部をエンドストップとして利用する例を示し、20は、回路基板ないし電子部品21の突出部、22は、圧接挟持型コネクタのハウジング23に設けられた凹部であり、図3(b)に示すように、実装時には回路基板ないし電子部品21の突出部20と圧接挟持型コネクタのハウジング23に設けられた凹部22とが当接してエンドストップを構成する。
【0021】
また、回路基板ないし電子部品21の平坦部でエンドストップを構成させる場合には、図3(c)、図3(d)に示すように、圧接挟持型コネクタのハウジング23に設けられた突出部24と回路基板ないし電子部品21とが当接してエンドストップを構成する。25は、導電ピンであり、図示例では、頭部は平坦とされている。
凹部22、突出部24の数および形状・大きさは、適宜とすることができる。
コイルスプリングの好ましい変形例について説明する。
【0022】
本発明の圧接挟持型コネクタに用いるコイルスプリングは、製作の簡便さから、前述のとおり、略円筒状に形成されるもので差し支えないが、略円筒状であると、圧縮されたときに、コイルスプリングを形成する線材の直径が接触する間隔にまでしか、縮まらないことになる。近時の小型化のさらなる要請によっては、コネクタのハウジングの高さも、少しでも低くすることが要請される。この要請に応えるものとして、バネ定数を低下させることなく、隣接するコイル径が相互に異なる形状に形成することが好ましい場合がある。
【0023】
隣接するコイル径が相互に異なる形状のコイルスプリング26しては、図4に示すような、中央部が大径となっている樽型コイル形状とか、図示は省略するが、中央部が小径となっている鼓形コイル形状とすることができる。このことによって、図4の右側に拡大図で示すように、直上の巻回線の位置は、点線で示す仮想投影円からも分かるように、直下の巻回線の中心からずらすことができる。このずらす程度は、図示の例の場合に限られず、半径よりも小さくする、等、適宜に設定することができる。
本発明の圧接挟持型コネクタは、各部品を専用の整列治具に等間隔に収納するため、振動整列させている。そして、順次アセンブリ( assembly )することで、最終形状を形成している。
【0024】
導電ピン、導電プレート、コイルスプリングは、個々の形状の特色から、整列時の方向性を出せるが、ハウジングは難しい。
そこで、ハウジング裏面方向のコーナーを面取りし、配列治具にその形状と同一の凹陥部を設けておくことにより、裏表の方向性を出し、同一方向での整列を可能とした。
図5には、ハウジングの下方側(導電プレートが表れている側)のコーナーが面取りされている好ましい形態が示されている。すなわち、図5において、圧接挟持型コネクタのハウジング27の、下側の面の角部に面取り28が施されている。
【0025】
面取りは、図示例では、四隅全てに面取りを施した例を示しているが、ハウジングの上下面が区別できれば足りるので、その大きさ、数等は適宜とすることができる。
本発明の圧接挟持型コネクタが実装される場合、通常、回路基板の電極部等の所要部分にはんだペーストを、例えば印刷技術を用いる等により、載置し、それに圧接挟持型コネクタの導電プレートを接触させた状態で、リフロー炉等によりはんだ付けされる。この場合、導電プレートの間隔が大きければ格別問題とならないが、例えば0.2mm(200μm)程度以下の間隔しか設けることができない場合には、溶融したはんだが流れて相互に接触・導通(短絡)することがあり得る。
【0026】
そのようなはんだ同士の接触(短絡)を防ぐために、ハウジングの導電プレート間にはんだ回り込み防止用リブを設けることが好ましい。図6に示すように、本発明の圧接挟持型コネクタのハウジング29の導電プレート2、2間にはんだ回り込み防止用リブ35を設けることが好ましい。
はんだ回り込み防止用リブは、ハウジングの奥行き一杯に均一の幅のリブとすることが原則であるが、導電プレートの周囲を囲繞する、円形の壁状とすること、等、各種の変形が可能である。はんだ回り込み防止用リブは、導電プレートのハウジングからの突出高さ(例えば、0.065〜0.085μm)、はんだ30厚さ(例えば0.03〜0.05μm)、回路基板の電極31高さ(例えば、0.035〜0.055μm)の総計の高さないしそれより若干低い高さ程度とすることが好ましい。
【0027】
本発明の圧接挟持型コネクタは、導電ピンのフランジ部がハウジングに設けられた貫通孔内で貫通孔の壁と摺動する。そのため、フランジ部が貫通孔の壁などに引っ掛かったり、相互に削られたりする場合がある。実装のために必要なコネクタへの圧縮力は、可能な限り小さい方が望ましい。そこで、摺動抵抗の低減や削られることを防止するために、導電ピンのフランジ部のコーナー部にR加工を施すことが好ましい。
図7に示すように、導電ピン32のフランジ部33のコーナー部に適宜のR加工34を施すことが好ましい。R加工は、切削加工、バレル加工、バフ研磨、電解研磨(加工)等、適宜の加工手段により設けることができる。
【実施例】
【0028】
[実施例]
図1、図2に示す本発明の圧接挟持型コネクタの製作例を以下に示す。
寸法は、縦×横×高さは、2mm×5mm×2.1mm。ハウジングの材質はポリアミド樹脂、導電ピンの材質は金メッキ真鍮、コイルスプリングの材質・線材径、ピッチ、長さ(組み込み時)はそれぞれ、銅メッキ4μm、次いでニッケルメッキ3μm、最表面に金メッキを0.1μm施したピアノ線材、φ0.1mm、0.4mm、1.3mmとした。
ストロークは0.5mm、押圧荷重1N/導電ピン、接続電極間の電気抵抗0.2Ω/電極ペアであった。
【産業上の利用可能性】
【0029】
コネクタの小型化を促進することができたので、携帯電話、PDA等のIT機器の益々進行する小型軽量化に、裨益するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1は本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態を示す断面図である。
図2は本発明の圧接挟持型コネクタの一実施の形態の外形を示す図で、(a)は平面(上面)図、(b)は正面(立面)図、(c)は裏面図である。
図3は本発明の圧接挟持型コネクタの第二の実施の形態を示す説明図であって、(a)および(c)は実装時前の状態を示す正面(立面)説明図、(b)および(d)は実装時の状態を示す正面(立面)説明図である。
図4は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられるコイルスプリングの好適な実施の形態を示す説明図である。
図5は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられるハウジングの好適な実施の形態を示す説明図である。
図6は本発明の圧接挟持型コネクタの第三の実施の形態を示す正面(立面)説明図である。
図7は本発明の圧接挟持型コネクタに用いられる導電ピンの好適な実施の形態を示す説明図である。
図8は従来の電気接続用コネクタピンを示す説明図である。
図9は従来の圧接挟持型コネクタを示す説明図である。
図10は従来の別のタイプの圧接挟持型コネクタを示す説明図である。
【符号の説明】
【0031】
1:導電ピン
2:導電プレート
3:コイルスプリング
4:ハウジング
5:(導電ピンの)フランジ部
6:貫通孔
7:(貫通孔の)小径部
8:円筒部
9:突出部
10:係合凹部
11:直線部
12:位置決め凸部
20:(回路基板ないし電子部品の)突出部
21:回路基板ないし電子部品
22:(圧接挟持型コネクタのハウジングに設けられた)凹部
23:(圧接挟持型コネクタの)ハウジング
24:(圧接挟持型コネクタのハウジングに設けられた)突出部
25:導電ピン
26:(樽型)コイルスプリング
27:(圧接挟持型コネクタの)ハウジング
28:面取り
29:(圧接挟持型コネクタの)ハウジング
30:はんだ
31:(回路基板の)電極
32:導電ピン
33:(導電ピンの)フランジ部
34:R加工
35:はんだ回り込み防止用リブ
41:チューブ体
42:スプリング
43:コンタクトピン
44:(コンタクトピンの)嵌合部外周面
45:(チューブ体の)内周面
46:電気接続用コネクタピン
47:(小径の)逃げ部
48:ハウジング
49:貫通孔
50:導電トーピン
51:導電ピン
52:開口端部
53:スプリング
54:圧接挟持型コネクタ
55:圧接挟持型コネクタ
56:貫通孔
57:ハウジング
58:キャップ
59:栓
60:スプリング素子
Claims (5)
- 対向する電極の間に挟持される圧接挟持型コネクタであって、
厚さ方向に配向された貫通孔を有する絶縁性のハウジングと、
導電ピンと、
導電プレートと、
コイルスプリングとから構成され、
前記ハウジングに形成された貫通孔は、一端部に小径部が形成されており、他端側の出口近傍には、係合凹部が形成されており、
前記導電ピンは、円柱形状の柱状部の一端を頭部とし柱状部の頭部と反対側の端部近傍にフランジ部を有するものであり、柱状部の断面径は前記ハウジングの貫通孔の小径部に出没可能となされ、フランジ部のさしわたし径は、前記ハウジングの貫通孔の小径部以外の部分内で貫通孔の軸に平行な方向に移動可能となされており、
前記導電プレートは、ハウジングの貫通孔に挿入可能な外径の円筒部を有し、その外周には突出部が設けられ、前記突出部は、前記ハウジングの貫通孔の内壁に設けられた係合凹部と係合するようになっており、さらに、円筒部の内壁は、底部で小径部となっており、コイルスプリングの一端が係合固着されるようになっており、
前記コイルスプリングは、前記導電プレートの円筒部内に一端を収容され、他端を前記導電ピンのフランジ下部に突出する柱状部と係合し、導電ピンと導電プレートとを離隔する方向に弾発するものであることを特徴とする圧接挟持型コネクタ。 - 前記圧接挟持型コネクタで電気的に接続される回路基板ないし電子部品と前記ハウジングとの間に、過圧縮防止のエンドストップが設けられている請求項1に記載の圧接挟持型コネクタ。
- 前記コイルスプリングが、隣接するコイル径が相互に異なる形状に形成されている請求項1または請求項2に記載の圧接挟持型コネクタ。
- 前記ハウジングの下方側のいずれかのコーナーが面取りされている請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の圧接挟持型コネクタ。
- 配置された前記導電プレート間の前記ハウジング裏面にハンダまわり込み防止用リブが設けられている請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧接挟持型コネクタ。
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