JP4832259B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、無線通信機や計測器等に用いられる基板に表面実装される電気コネクタに関するもので、特に基板端面（電気コネクタ搭載面）と基板内部のグランド層の間隔が小さい高密度実装が必要な場合にインピーダンス整合を調整可能にする構造に関するものである。

図５に基づいて、従来の電気コネクタ７０について説明する。前記電気コネクタ７０は主に相手コネクタが挿入されり嵌合口８０を有するインシュレータ７２と該インシュレータ７２に保持・配列される中心コンタクト７４と前記インシュレータ７２の外周を覆うように固定されるとともにシールドする外部導体７６とを備えている。前記中心コンタクト７４は断面略Ｌ字形状をしており、前記インシュレータ７２に圧入や溶着や一体成型等によって固定されている。前記外部導体７６は切削加工や亜鉛ダイキャストで製造されている。前記外部導体７６は前記インシュレータ７２に圧入や一体成型等によって固定されている。前記中心コンタクト７４と基板６０のグランド層６２とのインピーダンス整合が図れるような位置関係に、前記中心コンタクト７４は配置されている。また、前記中心コンタクト７４と前記外部導体７６のインピーダンス整合が図れるような位置関係に、前記中心コンタクト７４と前記外部導体７６は配置されている。
下記に基板に実装られる電気コネクタとして、特許文献１（実開平０５−２３４５２号）と特許文献２（実開平０６−７３８８１号）と特許文献３（特開平０７−１３５０５３号）を例示する。
特許文献１の実開平０５−２３４５２号の要約によると、隣接するプリント基板間の電気接続と、基板同士の機械的結合を同時に行えるコネクタを提供し（従来のビス等による結合を不要にする）、省スペースと作業の簡易化を図ることを目的とし、筒状の本体の両側にスリット（内部の嵌合孔に通ずる）を設け、それにループ状のスプリングを装着した雌コンタクトと；本体の外周に受け溝を設けた雄コンタクト；とによりコネクタを構成し、これらを嵌合すると、受け溝にスプリングが落ちこみ、ロックされる構造のコネクタが開示されている。 特許文献２の実開平０６−７３８８１号の要約によると、プリント基板に取付けられる嵌合凹部を有するレセプタクルと、このレセプタクルの嵌合凹部に嵌合する柱状の挿入嵌合部およびケーブル保持部を有するプラグとからなる低背位形小形の同軸コネクタに関し、前記プラグのケーブル保持部の両側面の表面にロック用凹部またはロック用突起が設けられ、前記レセプタクルの嵌合凹部の側壁に前記プラグのケーブル保持部が入り得る開口部が設けられ、この開口部の両側には前記プラグのケーブル保持部の両側面を挾持し得るロック用ばねが設けられると共に、このロック用ばねの挾持面に前記ケーブル保持部の両側面に設けられたロック用凹部またはロック用突起が係合するロック用突起またはロック用凹部が設けられた同軸コネクタが開示されている。 特許文献３の特開平０７−１３５０５３号の要約によると、厚みが小さい単層基板や各層の厚みの小さい多層基板などに実装した場合にも、良好な反射特性を確保することが可能な同軸コネクタ及び同軸コネクタの実装構造を提供することを目的とし、ホット端子と基板の裏面側のグランドパターンが直接に対向する面積が小さくなるように、実装時に基板と対向するホット端子の主要部と、実装すべき基板との間にアース端子を介在させ、実装すべき同軸コネクタＡのホット端子と基板の裏面側のグランドパターンが直接に対向する面積が小さくなるように、ホット端子の主要部と基板の裏面側のグランドパターンの間に、基板の表面側のアースパターンを介在させる構造の同軸コネクタが開示されている。

基板６０内部には、高密度実装実現のためにグランド層６２が配置されている。近年、前記基板６０の厚さを薄くしたいと要求から、前記グランド層６２と基板端面（電気コネクタ７０搭載面側）との間隔が狭くなってきている。中心コンタクトと前記グランド層６２とのインピーダンス整合を考えると、中心コンタクトと前記グランド層６２とのインピーダンス整合に影響を与える要件としては、中心コンタクトと前記グランド層６２の間隔、中心コンタクトと前記グランド層６２との間に介在する物質（インシュレータの材質、基板６０の材質）が考えられる。中心コンタクトと前記グランド層６２との間に介在する物質（インシュレータの材質、基板６０の材質）が従来と同様だとすると、基板６０の厚さが１．２ｍｍ以下の場合には、前記グランド層６２と基板端面（電気コネクタ１０搭載面側）との間隔が０．２〜０．５ｍｍになり、従来の電気コネクタや上述した特許文献１や特許文献２や特許文献３では、中心コンタクトと前記グランド層６２とのインピーダンス整合が図れないといった課題が発生した。
また、前記中心コンタクトと前記グランド層６２とのインピーダンス整合を図る場合に、極力前記中心コンタクトと前記外部導体とのインピーダンス整合も維持したい。前記中心コンタクトと前記外部導体とのインピーダンス整合を考えると、前記中心コンタクトと前記外部導体とのインピーダンス整合に影響を与える要件としては、前記中心コンタクトと前記外部導体の間隔、前記中心コンタクトと前記外部導体との間に介在する物質（インシュレータの材質）が考えられる。
さらに、近年、要求が強くなってきている低背化、軽量化にも対応していきたい。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、グランド層６２と基板端面（コネクタ１０搭載面側）との間隔が狭い場合でも、容易に前記中心コンタクトと基板６０のグランド層６２及び前記中心コンタクトと前記外部導体のインピーダンス整合が図れ、低背化、軽量化が可能になり、基板表裏面への実装が可能な電気コネクタを提供せんとするものである。

上記目的は、基板６０に表面実装される電気コネクタ１０であって、相手コネクタと接触する接触部２０とインシュレータ１２に固定される保持部２２と前記基板６０に接続する接続部２４とを有する中心コンタクト１４と該中心コンタクト１４を保持・配列するとともに前記相手コネクタが挿入される嵌合口１８を有するインシュレータ１２と該インシュレータ１２の外周を覆うように固定されるとともにシールドする外部導体１６とを備える電気コネクタ１０において、前記基板６０内部にグランド層６２が配置されている場合に、前記中心コンタクト１４の保持部２２を基板６０端面（電気コネクタ１０の搭載面側）と略並行に折り曲げ、前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間隔（間隔Ａ３６）を０．５〜１．５ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にすることにより達成できる。前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質、前記基板６０の材質）を考慮しないで、間隔Ａ３６だけを考えると、前記間隔Ａ３６が０．５ｍｍ以下でも、１．５ｍｍ以上でも前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合を図ることが出来ない（難しい）。

請求項２記載の電気コネクタ１０は、前記中心コンタクト１４の保持部２２を略クランク形状にし、前記保持部２２のうち外部導体１６に最も近い部分と該外部導体１６との間隔（間隔Ｂ３８）を０．２〜１．０ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にすることを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ１０である。前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質）を考慮しないで、間隔Ｂ３８だけを考えると、前記間隔Ｂ３８が０．２ｍｍ以下でも、１．０ｍｍ以上でも前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合を図ることが出来ない（難しい）。

請求項３記載の電気コネクタ１０は、前記中心コンタクト１４を一体成型により前記インシュレータ１２に固定することで前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間に樹脂部分を配置することを特徴とする請求項１または２記載の電気コネクタである。
前記外部導体１６をプレス加工により作成する。

以上の説明から明らかなように、基板６０に実装される電気コネクタ１０によると、次のような優れた顕著な効果が得られる。
（１）基板６０に表面実装される電気コネクタ１０であって、相手コネクタと接触する接触部２０とインシュレータ１２に固定される保持部２２と前記基板６０に接続する接続部２４とを有する中心コンタクト１４と該中心コンタクト１４を保持・配列するとともに前記相手コネクタが挿入される嵌合口１８を有するインシュレータ１２と該インシュレータ１２の外周を覆うように固定されるとともにシールドする外部導体１６とを備える電気コネクタ１０において、前記基板６０内部にグランド層６２が配置されている場合に、前記中心コンタクト１４の保持部２２を基板６０端面（電気コネクタ１０の搭載面側）と略並行に折り曲げ、前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間隔（間隔Ａ３６）を０．５〜１．５ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にしているので、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合が図れ、電気コネクタ１０の低背化も可能になった。
（２）請求項２記載の電気コネクタ１０は、前記中心コンタクト１４の保持部２２を略クランク形状にし、前記中心コンタクト１４と略並行に折り曲げられた保持部２２部分と外部導体１６との間隔（間隔Ｂ３８）を０．２〜１．０ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にしているので、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合が図れ、極力前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合も図れ、電気コネクタ１０の低背化も可能になった。
（３）請求項３記載の電気コネクタ１０は、前記中心コンタクト１４を一体成型により前記インシュレータ１２に固定することで前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間に樹脂部分を配置しているので、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合が図れ、極力前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合も図れ、電気コネクタ１０の低背化も可能になった。
（４）前記外部導体１６をプレス加工により作成しているので、ダイキャストで作成するより低背化、軽量化が可能になり、基板表裏面への実装が可能になった。

図１から図４に基づいて、本発明の電気コネクタの一実施例について説明する。図１（Ａ）は本発明の電気コネクタを嵌合方向よりみた斜視図であり、（Ｂ）本発明の電気コネクタを基板接続方向よりみた斜視図である。図２は基板に実装された状態の本発明の電気コネクタと基板の断面図である。図３は外部導体の斜視図であり、図４は中心コンタクトの斜視図である。
本発明の電気コネクタ１０は、インシュレータ１２と中心コンタクト１４と外部導体１６を備えている。以下において、それぞれの部位について説明する。

インピーダンス整合について説明する。本発明のような電気コネクタ１０では、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合と前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合とが考えられる。前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合に影響を与える要件としては、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２の間隔、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質、基板６０の材質）が考えられる。前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合に影響を与える要件としては、前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６の間隔、前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質）が考えられる。以下においては、前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２の間隔及び前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６の間隔でのインピーダンス整合について説明する。

それぞれの部位について説明する前に基板６０について説明する。多層な基板６０には、表裏両面に部品が搭載されるランドと必要部分同士のランド間を繋ぐパターンが設けられ、電気的な信号のやり取りを行っている。また、多層な基板６０内部には高周波特性を考慮して、グランド層６２が一般的に配置されている。本実施例の基板６０の厚さが１．２ｍｍ以下の場合には、前記グランド層６２と基板端面（電気コネクタ１０搭載面側）との間隔が０．２〜０．５ｍｍになる。

まず、本発明のポイントである中心コンタクト１４について説明する。この中心コンタクト１４は金属製であり、公知技術のプレス加工によって製作されている。前記中心コンタクト１４の材質としては、バネ性や導電性や寸法安定性などが要求されるので、黄銅やベリリウム銅やリン青銅等を挙げることができる。前記中心コンタクト１４は相手コネクタと接触する接触部２０と前記インシュレータ１２に固定される保持部２２と基板６０に接続する接続部２４を有している。前記接続部２４のタイプは、高密度実装化を図る必要上、表面実装（ＳＭＴ）タイプにしている。

前記基板６０内部にグランド層６２が配置されている場合に、前記中心コンタクト１４の保持部２２を基板６０端面（電気コネクタ１０の搭載面側）と略並行に折り曲げ、前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間隔（間隔Ａ３６）を０．５〜１．５ｍｍにしている。前記グランド層６２と略並行に折り曲げられた保持部２２との間隔（間隔Ａ３６）を０．５〜１．５ｍｍすることによりインピーダンス整合を５０Ωに調整している。前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質、前記基板６０の材質）を考慮しないで、間隔Ａ３６だけを考えると、前記間隔Ａ３６が０．５ｍｍ以下でも、１．５ｍｍ以上でも前記中心コンタクト１４と前記グランド層６２とのインピーダンス整合を図ることが出来ない（難しい）。

前記中心コンタクト１４の保持部２２を略クランク形状にし、前記中心コンタクト１４と略並行に折り曲げられた保持部２２部分と外部導体１６との間隔（間隔Ｂ３８）を０．２〜１．０ｍｍにしている。前記中心コンタクト１４と略並行に折り曲げられた保持部２２部分と外部導体１６との間隔（間隔Ｂ３８）を０．２〜１．０ｍｍにすることによりインピーダンスを極力５０Ωに調整している。前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６との間に介在する物質（前記インシュレータ１２の材質）を考慮しないで、間隔Ｂ３８だけを考えると、前記間隔Ｂ３８が０．２ｍｍ以下でも、１．０ｍｍ以上でも前記中心コンタクト１４と前記外部導体１６とのインピーダンス整合を図ることが出来ない（難しい）。

次に、前記インシュレータ１２について説明する。このインシュレータ１２は電気絶縁性のプラスチックであり、公知技術の射出成形によって製作され、この材質としてはインピーダンス整合や寸法安定性や加工性やコスト等を考慮して適宜選択するが、一般的にはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリアミド（６６ＰＡ、４６ＰＡ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）やポリカーボネート（ＰＣ）やこれらの合成材料を挙げることができる。前記インシュレータ１２には、相手コネクタが挿入される嵌合口１８が設けられ、前記嵌合口１８の大きさは前記相手コネクタが挿入でき、前記相手コネクタが挿入された際に各々のコンタクト同士が接触し、電気的に導通するように適宜設計されている。

前記インシュレータ１２には前記嵌合口１８と反対方向に溝部３０が設けられている。前記溝部３０は、前記中心コンタクト１４を前記インシュレータに一体成型する際に、前記中心コンタクトを位置決めするためのものである。前記溝部３０の形状・大きさ及び位置は、前記中心コンタクト１４を位置決めできればよく、インピーダンス整合や相手コネクタとの接触性や加工性や強度等を考慮して適宜設計する。インピンーダンス整合上、前記インシュレータ１２のほぼ中心に設けられている。
前記インシュレータ１２には外周面に前記外部導体１６の凹部３２と係合する窪み部３３が設けられている。しいては、前記外部導体１６の凹部３２は、相手コネクタと係合することで電気的に導通する。前記窪み部３３の位置・形状及び大きさは、相手コネクタの形状や導通や規格等を考慮して適宜設計する。

最後に、外部導体１６について説明する。この外部導体１６は金属製であり、公知技術のプレス加工によって製作されている。前記外部導体１６の材質としては、バネ性や導電性や寸法安定性などが要求されるので、黄銅やベリリウム銅やリン青銅等を挙げることができる。前記外部導体１６はグランド接続のために相手コネクタと接触している。また、前記外部導体１６には基板６０に接続する半田付部３４を有している。前記半田付部３４のタイプは、高密度実装化を図る必要上、表面実装（ＳＭＴ）タイプにしている。前記半田付部３４は、ほぼ全周（前記中心コンタクト１４の接続部２４を除いた部分）に図３のように略Ｃ字形状に設けられている。

前記外部導体１６には前記インシュレータ１２の窪み部３３に対応する位置に凹部３２が設けられている。前記凹部３２は相手コネクタと係合することで電気的に導通する。前記凹部３２の位置・形状及び大きさは、相手コネクタの形状や導通や規格等を考慮して適宜設計する。

本発明の活用例としては、無線通信機や計測器等に用いられる基板に実装される電気コネクタに活用され、特に基板端面（電気コネクタ搭載面）と基板内部のグランド層の間隔が小さい場合にインピーダンス整合を調整可能にする構造に関するものである。

（Ａ） 本発明の電気コネクタを嵌合方向よりみた斜視図である。（Ｂ） 本発明の電気コネクタを基板接続方向よりみた斜視図である。 基板に実装された状態の本発明の電気コネクタと基板の断面図である。 外部導体の斜視図である。 中心コンタクトの斜視図である。 基板に実装された状態の従来の電気コネクタと基板の断面図である。

符号の説明

１０、７０ 電気コネクタ
１２、７２ インシュレータ
１４、７４ 中心コンタクト
１６、７６ 外部導体
１８、７８ 嵌合口
２０ 接触部
２２、８２ 保持部
２４ 接続部
２６ 端面
２７ 折曲部Ａ
２８ 折曲部Ｂ
３０ 溝部
３２ 凹部
３３ 窪み部
３４ 半田付部
３６ 間隔Ａ
３８ 間隔Ｂ
６０ 基板
６２ グランド層

Claims (3)

1. 基板に表面実装される電気コネクタであって、相手コネクタと接触する接触部とインシュレータに固定される保持部と前記基板に接続する接続部とを有する中心コンタクトと該中心コンタクトを保持・配列するとともに前記相手コネクタが挿入される嵌合口を有するインシュレータと該インシュレータの外周を覆うように固定されるとともにシールドする外部導体とを備える電気コネクタにおいて、
   前記基板内部にグランド層が配置されている場合に、前記中心コンタクトの保持部を基板端面と略並行に折り曲げ、前記グランド層と略並行に折り曲げられた保持部との間隔を０．５〜１．５ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にすることを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記中心コンタクトの保持部を略クランク形状にし、前記保持部のうち外部導体に最も近い部分と該外部導体との間隔を０．２〜１．０ｍｍにすることによりインピーダンス整合を調整可能にすることを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
3. 前記中心コンタクトを一体成型により前記インシュレータに固定することで前記グランド層と略並行に折り曲げられた保持部との間に樹脂部分を配置することを特徴とする請求項１または２記載の電気コネクタ。

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