JP4053991B2 - 電気コネクタ組立体及びその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、コネクタハウジングに複数の端子を組込み、かつ、プリント回路基板への端子の終端を容易にする方法を含む、電気コネクタの技術に関する。

一般に、典型的な電気コネクタは、複数の導電性端子を取付ける何らかの形の誘電性、すなわち、絶縁性ハウジングを含む。例えば、ハウジングは、プラスチック材料からモールド成形され、端子は、シートメタル材料から打抜き形成される。ハウジングは複数の端子収容通路を備え、該端子収容通路に、相補的な嵌（かん）合コネクタや他の接続装置の端子の接触部と係合する端子の接触部が露出するように端子が差込まれる。

典型的な電気コネクタは、端子の接触部が露出された前側嵌合端又は嵌合面と、端子の終端部分が配置された後側終端又は終端面を有する。端子収容通路は、ほぼコネクタハウジングの嵌合端と終端の間に延在する。端子の後側終端部は、個別の電線からプリント回路基板上の回路トレースまで、様々な導体に接続される。

ヘッダコネクタは、前述のタイプのコネクタであり、コネクタハウジングは、プリント回路基板と関連して使用されるように適合されている。ヘッダコネクタの端子は、一般に、ピン型端子、すなわち、一般にコネクタハウジングの後側終端又は終端面に取付けられるプリント回路基板の適切な穴に差込むピン部を有する端子である。端子ピンは、回路基板に差込むために直角に曲げられている場合があり、それにより、コネクタハウジングの前側嵌合端又は嵌合面は、回路基板とほぼ平行に突出する。端子ピンは、「可撓（とう）性（compliant ）」ピンである場合が多く、それにより、プリント回路基板の穴に押込まれて穴内に締り嵌（ば）め又は圧入状態を確立する。

電子的用途における回路の密度の高まりにより電子コネクタの小型化が進んでいるため、プリント回路基板の穴に差込む可撓性ピンを有するヘッダコネクタのような前述のような電気コネクタの製造と組立に多くの問題が生じている。まず最初に、コネクタ組立体自体が小型化されているので、打抜き形成されたシートメタル端子等の導電性端子は、極めて小さく破損しやすく、適切な間隔又はピッチで維持するのが実際には不可能である。そのため、端子ピンの適切な相対位置を維持するために、端子ピンを通すピン整列板が使用されていた。可撓性ピンを使用する場合は、プリント回路基板の穴にピンが押込まれるため、組立の際に何らかの形の機械的支持を提供しなければならない。更に、可撓性ピンがライトアングルコネクタ組立体内で直角に配置されている場合は、端子ピンの支持は困難で、かつ、信頼性が低い。典型的な整列板は、多数の可撓性ピンをプリント回路基板の穴に押込むのに必要な十分な保持強度を簡単に提供しない。したがって、プリント回路基板に組込む際に整列板と可撓性ピンとを支持するために、鋼製工具等の支持固定具を使用しなければならない。この金属固定具は、一般に、端子ピンの列の間に差込む細長い櫛（くし）のように見える。残念ながら、多くの応用例では、端子ピンを隣合った列に互い違いに配置することが望ましい。その結果、互い違いに配置されたピンは、櫛状支持体のピン突出部のための十分な通路を提供しないので、そのような櫛状支持固定具も使用することができない。

この複雑に絡み合った一連の問題は、ライトアングルヘッダコネクタ等のヘッダコネクタ、特に、プリント回路基板に取付ける可撓性ピンを使用するコネクタの製造及び／又は組立を極めて困難にしていた。本発明は、これらの多くの問題のすべてではないがほとんどを回避又は除去する独特な電気コネクタ及びそのコネクタの組立方法に関するものである。

したがって、本発明の目的は、新規で、かつ、改善された前述のタイプの電気コネクタ組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、電気コネクタを組立てる独特な方法を提供することである。

本発明の例示的な実施形態において、電気コネクタは、絶縁性コネクタハウジング、複数の導電性端子、及び、端子支持部材を有する。ハウジングと支持部材は、プラスチック材料からモールド成形することができ、端子は、導電性シートメタル材料から打抜き形成することができる。端子は、ハウジング内の複数の端子収容通路に差込まれ、端子のピン部がハウジングから突出する。端子のピン部は、端子の拡大保持部が支持部材内の複数の保持通路の保持区間を通過するまで、端子支持部材内の複数の自由通路にその一方の側から挿入方向に差込まれる。保持通路は、自由通路と隣合っており、その間の連通開口によって接続されている。次に、ピン部が、挿入方向と交差する方向に、連通開口内を移動され、支持部材の保持通路の保持区間と位置合せされる。次に、ピン部を、拡大保持部が保持通路の保持区間と係合するまで、保持通路に挿入方向と反対方向に移動することができる。

本発明の１つの形態によれば、端子のピン部は、ピン部が支持部材に差込まれたとき、支持部材の面によって付勢されて自由通路と位置合せされる。それにより、ピン部は、自由通路に差込まれたときにばね荷重がかけられる（spring-loaded ）、すなわち、「後方に引かれる（cocked）」。したがって、ピン部の自由通路から連通開口を通る挿入方向と交差する向きの動きは、端子の自己復元力によって自動的に行われる。この横断方向のピン部の動きは、拡大保持部が支持部材の反対側を通過したときに起こる。電気コネクタの好ましい組立では、端子のピン部を支持部材内の自由通路に差込むために、端子支持部材がコネクタハウジングに対して動かされる。

本発明の別の形態によれば、端子のピン部は、支持部材の反対側に露出される可撓性末端を備える。端子の保持部が支持部材の保持通路の保持区間と係合しているとき、プリント回路基板が可撓性末端に取付けられる。プリント回路基板がピン部の可撓性末端に取付けられるとき、金属固定具等の支持体が支持部材のために提供される。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面と関連して行われる以下の詳細な説明から明らかであろう。

新規であると考えられる本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に示されている。本発明は、その目的及び利点とともに、添付図面と関連して行われる以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解することができ、図において同じ参照符号は同じ要素を示す。

図面をより詳細に参照して説明を行う。最初に図１を参照すると、本発明は、全体を１４で示す複数の導電性端子を取付けた、全体を１２で示す誘電性、すなわち、絶縁性ハウジングを含む、全体を１０で示す典型的なヘッダコネクタの形態で実施される。全体を１６で示すＥＭＩシールドは、実質的にハウジングを取囲んでいるが、図１でよく分かるようにコネクタの後端は取囲まれていない。ハウジングは、プラスチック材料からモールド成形し、端子とＥＭＩシールド１６は、シートメタル材料から打抜き形成することができる。ハウジング１２は、図で明瞭に見えない前側嵌合端又は嵌合面を有する。ハウジング及び／又はシールド１６は、１つ又は２つの相補的な嵌合コネクタ又は他の接続装置の端子の接触部と係合するように配置された端子１４の接触部が収容された一対の嵌合部１８を画定していることが分かる。ハウジング１２は、図１でよく分かる後側終端又は終端面２０を有する。端子１４は、ハウジングの嵌合端と終端の間で一定方向に延在するハウジング内の適切な端子収容通路２１に差込まれる。ヘッダコネクタ１０は、ライトアングルコネクタであり、したがって、端子１４は、直角ピン部又は端子ピン２２を形成するように曲げられている。各端子ピンは、拡大保持部２４及び可撓性の末端２６を有する。末端を貫通して穴を設け、これにより、穴の両側に末端の弾性側面を提供することで末端が可撓性にされている。以下で理解されるように、端子ピン２２の可撓性末端２６は、プリント回路基板の適切な穴に差込まれて締り嵌め又は圧入状態を確立するように設計されている。最後に、図１において、端子１４が、コネクタの前側嵌合端から突出する２つの嵌合部１８に対応する２つの群で配列されていることが分かる。

図１と関連して図２及び２Ａを参照すると、２つの群の端子１４に一対の端子支持部材又はブロック２８が提供されている。端子支持ブロックは、プラスチック材料からモールド成形することができる。各端子支持ブロックは、ハウジング１２と一体形成された一対の支持リブ３０の間に支持され、ハウジングの後面２０から後方に突出している。各端子支持ブロック２８は、プリント回路基板（図示せず）の適切な取付穴に差込むために上方に突出する一対の取付ポスト３２を有する。更に、一対のより大きい取付ポスト３４が、端子アレイ全体と２つの端子支持ブロックの外側に配置された一対の支持チャネル３６から上方に突出している。この大きい方の取付ポスト３４は、プリント回路基板の適切な取付穴に差込まれるために提供される。

図２Ａの拡大図で最もよく分かるように、各端子支持ブロック２８は、端子ピン２２（拡大保持部２４及び可撓性末端２６を含む）を完全に収容するための２列の自由通路３８を有する。２列の保持通路４０が、端子支持ブロック２８内の２列の自由通路３８のすぐ隣りに形成されている。通路３８は「自由」通路と呼ばれる。何故なら、端子ピン２２、拡大部２４、及び、可撓性末端２６が、実質的に干渉なしに自由通路内を通過することができるからである。通路４０は「保持」通路と呼ばれる。何故なら、後で理解されるように、端子ピンの拡大部２４の下面と係合する保持肩部又は保持区間が設けられているためである。自由通路３８と保持通路４０の間には、その間を連通させるために細長い連通開口４２が設けられている。具体的には、細長い連通開口４２は、端子ピン２２が通るのに十分な広さであるが、端子ピンの拡大保持部２４が通るのを妨げるのに十分な狭さである。代替として、個別の自由通路は、複数の個別の保持通路に亘（わた）って広がり、連通開口を介して保持通路と連通する１つの拡大自由通路領域によって置き換えることができる。更に、各端子支持ブロック２８は、支持リブ３０上の一対のカム当接面と係合する一対の傾斜カム面４４を有する。

図２及び２Ａに示すような組立の最初の段階で、端子ブロックを矢印「Ａ」（図２Ａ）の方向に下方に移動させることによって端子ピン２２が端子ブロック２８の自由通路３８に個別に差込まれ（あるいは、端子ピンが、自由通路領域にまとめて差込まれ）、その結果、端子ピンの可撓性末端２６が、自由通路３８の下部に入る。端子支持ブロックが矢印「Ａ」の方向に下方に押されると、支持ブロックの傾斜カム面４４が支持リブ３０のカム当接面４６と係合して、支持ブロックを矢印「Ｂ」（図２Ａ）の方向に、コネクタハウジングの内側又は前方に付勢する。この動作の結果、端子ピンを直角端子１４のひじ部４８のまわりに矢印「Ｂ」の方向に内側又は前方に曲げることによって、端子ピン２２はばね荷重がかけられる、すなわち、「付勢される」。

図３及び３Ａは、端子ピン２２が完全に「付勢され」、端子ピンの拡大保持部２４が、端子ブロックの上面２８ａ（図３Ａ）を超えるまで、端子支持ブロック２８が矢印「Ａ」の方向に下方に、かつ、矢印「Ｂ」の方向に内側に完全に動かされたことを示す。この操作により、拡大保持部２４は、自由通路３８と保持通路４０との間を連通する連通開口４２を超えて上方に移動する。換言すると、端子ピン部は、拡大保持部２４が自由通路３８を完全に貫通してその上部から出るまで矢印「Ｃ」（図３Ａ）の向きに「後方へ引かれる」。

端子ピン２２の拡大部２４が、図３及び３Ａに示し、また、前に述べたような位置に達すると、後方へ引かれた端子ピンは、その付勢された位置から矢印「Ｄ」（図４Ａ）の方向に、図４及び４Ａに示す位置まで後方、すなわち、外側に跳ね返る。このとき、端子ピンは、保持通路４０に入る。この動きは、付勢された、すなわち、曲げられた金属端子ピンに蓄えられた自己復元力のために自動的に起こる。自由通路から保持通路に動く間、拡大保持部２４よりも下側の狭い端子ピン２２は、自由通路と保持通路との間の細長い連通開口４２を自由に通る。実質的には、端子ピンは、その挿入方向と交差する方向に自動的に移動して端子支持ブロック内に入る。

組立方法の次の段階は、端子ピンが保持通路内に支持されるまで自由通路３８内への挿入方向と反対方向に保持通路４０内で端子ピンを動かすことである。換言すると、端子ピンは、図５及び６に示すその最終的に保持され支持された位置まで、矢印「Ｅ」（図５）の方向に下方に動かされる。端子ピンのこの反対の動きを実現するために、端子ピンの可撓性末端２６の上に適切な平坦（たん）なツール（図示せず）が配置され、端子ピンの拡大部２４が保持通路４０内の保持肩部（後で説明する）と係合するまでピンが矢印「Ｅ」の方向に下方に押される。端子ピンを下方に動かす平坦なツール又は固定具は、それを描写すると端子ピンの位置が見えなくなるため、図５には示されていない。

このとき、端子ピン２２が端子支持ブロック２８内に支持されたヘッダコネクタ１０は、図５に５０の仮想線で示すプリント回路基板に取付ける準備ができる。プリント回路基板を実線で示すことはできず、実線で示すと、コネクタの他の構成要素の描写が完全に見えなくなる。しかしながら、プリント回路基板を取付けるためには、端子ピンの可撓性末端２６をプリント回路基板の穴に締り嵌め又は圧入によって差込む必要があることを理解されたい。これは、端子ピンが多いために大きな力を必要とし、この力は、プラスチックの端子支持ブロック２８を破損させる可能性がある。したがって、全体を５２で示した支持固定具組立体が設けられており、該支持固定具組立体は、支持面上に配置することができ、かつ、支持ブロックの底面５６を支持することができる一対の支持ツール５４を備える。したがって、支持ツール５４が端子支持ブロック２８に必要な支持を提供するので、プリント回路基板５０を仮想線矢印「Ｆ」の方向に下方に移動させて、大きな力で可撓性末端２６に押付けることができる。プリント回路基板を組立てる際、端子支持ブロックから上方に突出する取付ポスト３２と、支持チャネル３６から上方に突出する取付ポスト３４は、プリント回路基板の適切な取付穴に差込まれる。図６は、ヘッダコネクタ１０に完全に取付けられたプリント回路基板５０を残して、支持取付具組立体５２と支持ツール５４を取外した状態を示す。

図７は、端子支持ブロック２８の一方の断面を示し、端子ピン２２が端子ピンの拡大保持部２４と可撓性末端２６とともに自由通路を通り抜けることができるように自由通路３８から妨害物が完全に除去された状態を示す。図７の描写は、拡大部２４が図７の自由通路の上部から完全に出ていない点以外、図３及び３Ａに示す端子ピンの相対位置とほぼ対応している。また、図７において、端子ピン２２を端子ピンのひじ部４８のまわりで曲げることによって、端子ピンが、矢印「Ｃ」の方向にどのように付勢された、すなわち、ばね荷重がかけられたかが分かる。

図７及び８は両方とも、各通路の両側に配置された一対の保持肩部６０によって画定された保持区間を有する保持通路４０の構成を示す。図８は、それぞれの保持肩部６０と接している３つの端子ピン２２の拡大保持部２４を示す。端子ピンの相対位置は、実質的に、図５〜６Ａに示す相対位置に対応している。また、図８は、自由通路３８と保持通路４０との間に連通する細長い連通開口４２のうちの１つを示す。この図から、連通開口は、端子ピンの拡大保持部が自由通路と保持通路との間で動くのを妨げるが、端子ピンが図３及び３Ａに示す位置に達したとき、端子ピン２２が細長い連通開口を介して自由通路から保持通路に通ることを許容することが分かる。

最後に、図９は、図５の描写との比較において、支持ツール５４のうちの１つの後側の構造を示す。支持ツール５４は、一般に、一群の端子ピン１４を収容するために６２で示すように中空である。金属支持ツールは、端子支持ブロック２８の底面５６に当接するために前壁５４ｂの他に直立の側壁５４ａを有する。この構造により、端子ピンを「互い違い」な列で並べることができ、一方の列の端子ピンが他方の列のピンに対して互い違いにされている、すなわち、オフセットされている。図９は現実的な描写ではなく、コネクタハウジング１２（図５）が除去されているが、このようなことは実際には組立中に起きない。しかしながら、一方の支持ツールの内側と、接触部６４と接触部保持部６６とを含む端子１４の完全な構造を示すために除去した。接触部６４は、コネクタの嵌合部１８（図１）内に突出しており、保持部６６は、端子をハウジング１２の端子収容通路２１内に保持している。

本発明が、その精神又は中心的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施できることが理解されよう。したがって、上記の例と実施形態は、すべての点において例示的であり限定的でないと考えるべきであり、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されない。

本発明の概念を組入れたヘッダコネクタの後側斜視図であり、端子ピンの曲がった構成を示すために端子支持ブロックが除去されている状態を示す。 本発明の概念を組入れたライトアングルヘッダコネクタの後側斜視図であり、初期段階で端子支持ブロックがコネクタの端子ピンの上に取付けられている状態を示す。 図２の状態の端子支持ブロックの一方の拡大斜視図である。 図２と類似の図であり、支持ブロックは、端子ピンが支持ブロック内の自由通路内を動くように移動されている。 図３の状態の端子支持ブロックの一方の拡大斜視図である。 図２及び３と類似の図であり、端子ピンが、端子支持ブロックの保持通路内へ横断方向に移動されている。 図４の状態の端子支持ブロックの一方の拡大斜視図である。 図２、３及び４と類似の図であり、端子支持ブロックが支持固定具組立体によって支持されており、端子ピンが、挿入方向と反対方向に、端子支持ブロック内の最終保持位置に移動され、プリント回路基板を取付ける準備ができた状態である。 図５と類似の図であり、支持固定具組立体が除去されている。 図６の状態の端子支持ブロックの一方の拡大斜視図である。 端子支持ブロックの一方の自由通路に差込まれた端子ピンの幾つかを示す破断斜視図である。 図７と類似の図であり、端子ピンが支持ブロックの保持通路内の最終保持位置にある状態を示す。 図５に示した支持ツールの一方の内部斜視図であり、図示を容易にするためにコネクタハウジングが除去されている。

Claims (19)

1. 電気コネクタ（１０）を組立てる方法であって、
   複数の端子収容通路（２１）を備えた絶縁性コネクタハウジング（１２）を提供する段階と、
   ピン部の末端（２６）から内側に離間された拡大保持部（２４）を備えたピン部（２２）を備えた複数の導電性端子（１４）を提供する段階と、
   前記ピン部（２２）が突出する状態で端子（１４）をハウジング（１２）の端子収容通路（２１）に差込む段階と、
   絶縁性端子支持部材（２８）であって、複数対の貫通通路（３８、４０）を備え、各対の一方の貫通通路（３８）が端子ピンが自由に通ることができる自由通路であり、各対の他方の貫通通路（４０）が保持手段（６０）を備えた保持通路であり、各対の貫通通路（３８、４０）間の連通開口（４２）を備えた絶縁性端子支持部材（２８）を提供する段階と、
   端子（１４）のピン部（２２）を支持部材（２８）の一方の側から支持部材（２８）の自由通路（３８）内に、拡大保持部（２４）が支持部材内の保持通路の保持手段を通過するまで挿入方向に挿入する段階と、
   端子（１４）のピン部（２２）を前記挿入方向と交差する方向に動かし、前記連通開口（４２）を通して支持部材（２８）の保持通路（４０）内に入れる段階と、
   端子（１４）のピン部（２２）を、保持通路（４０）内で、ピン部の保持部（２４）が保持通路内の保持手段（６０）と係合するまで前記挿入方向と反対方向に動かす段階とを有する方法。
2. 前記端子（１４）のピン部（２２）は、前記拡大保持部（２４）が支持部材（２８）の反対側を通過するまで、自由通路（３８）内に前記挿入方向に差込まれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記端子（１４）のピン部（２２）は、ピン部がハウジング（１２）に挿入されたときにハウジング（１２）によって付勢されて前記自由通路（３８）と位置合せされる、請求項１に記載の方法。
4. 前記自由通路（３８）から前記連通開口（４２）を通して保持通路（４０）内への前記挿入方向と交差する方向の端子（１４）のピン部（２２）の前記動きが、端子（１４）の自己復元力によって自動的に起こる、請求項３に記載の方法。
5. 前記端子（１４）のピン部（２２）を支持部材（２８）の自由通路（３８）に挿入するために、前記端子支持部材（２８）がコネクタハウジング（１２）に対して移動される、請求項１に記載の方法。
6. 前記導電性端子（１４）のピン部（２２）に可撓性末端（２６）を設ける段階と、ピン部の保持部（２４）が支持部材の保持通路内の保持手段（６０）と係合しているときにプリント回路基板（５０）を末端に取付ける段階とを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記プリント回路基板（５０）がピン部（２２）の末端（２６）に取付けられるときに支持部材（２８）のための支持体（５４）を提供する段階を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記絶縁性コネクタハウジング（１２）がライトアングル電気コネクタを提供するように構成され、端子（１４）がハウジングの端子収容通路（２１）に挿入された後で端子のピン部（２２）がそれに対応して直角に曲げられる（４８）、請求項１に記載の方法。
9. 前記ピン部（２２）の末端（２６）が、プリント回路基板（５０）の適切な穴に強制的に挿入するための可撓性末端として提供される、請求項１に記載の方法。
10. 絶縁性コネクタハウジング（１２）、複数の導電性端子（１４）、及び、端子支持部材（２８）を含む電気コネクタ（１０）を組立てる方法であって、
    端子のピン部（２２）がハウジングから突出する状態でハウジング（１２）内の複数の端子収容通路（２１）に端子（１４）を挿入する段階と、
    端子（１４）のピン部（２２）を、支持部材（２８）の複数の自由通路（３８）内に支持部材（２８）の一方の側から、端子の保持部（２４）が支持部材内の複数の保持通路（４０）の保持区間（６０）を通過するまで挿入方向に挿入する段階と、
    端子（１４）のピン部（２２）を、前記挿入方向と交差する方向に、支持部材（２８）の複数の連通開口（４２）を通して自由通路（３８）から保持通路（４０）内に動かして、支持部材の保持通路内の保持区間（６０）と位置合せする段階とを有する方法。
11. 前記端子（１４）のピン部（２２）を、保持通路（４０）内で前記挿入方向と反対方向に、ピン部の保持部（２４）が保持通路の保持区間（６０）と係合するまで動かす段階を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記導電性端子（１４）のピン部（２２）に可撓性末端（２６）を設ける段階と、ピン部の保持部（２４）が支持部材の保持通路の保持区間（６０）と係合しているときにプリント回路基板（５０）を末端に取付ける段階とを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記プリント回路基板（５０）がピン部（２２）の末端（２６）に取付けられるときに支持部材（２８）のための支持体（５４）を提供する段階を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記端子（１４）のピン部（２２）が、前記挿入方向に、前記保持部（２４）が支持部材（２８）の反対側を通過するまで自由通路（３８）に挿入される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記端子（１４）のピン部（２２）は、ピン部がハウジング（１２）に挿入されたときにハウジング（１２）によって付勢されて前記自由通路（３８）と位置合せされる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記自由通路（３８）から前記連通開口（４２）を通して保持通路（４０）内への前記挿入方向と交差する方向の端子（１４）のピン部（２２）の前記動きが、端子（１４）の自己復元力によって自動的に起こる、請求項１５に記載の方法。
17. 前記端子支持部材（２８）が、端子（１４）のピン部（２２）を支持部材（２８）の自由通路（３８）内に挿入するためにコネクタハウジング（１２）に対して移動される、請求項１０に記載の方法。
18. 前記絶縁性コネクタハウジング（１２）がライトアングル電気コネクタを提供するように形成され、端子（１４）がハウジングの端子収容通路（２１）に挿入された後で端子のピン部（２２）がそれに対応して直角に曲げられる（４８）、請求項１０に記載の方法。
19. 前記ピン部（２２）の末端（２６）が、プリント回路基板（５０）の適切な穴に強制的に挿入するための可撓性末端として提供される、請求項１０に記載の方法。

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