JP4967771B2 - コンタクトおよびコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、コンタクトおよびコネクタに関する。

例えばプリント基板に実装され、プリント基板同士を重ねるようにして接続する多極のコネクタは、回路を収容する機器の小型化のために、嵌合方向に短くすること（低背化）が望まれる。

コネクタを低背化するためには、コンタクト（導電接触子）を嵌合方向に短くする必要がある。コンタクトには、導電接触を確保するためにコンタクト同士を圧接するための弾性力と、容易にコンタクトが離間しないためのある程度の嵌合長とが必要である。

特許文献１および２に記載されているように、金属板を折り曲げてコンタクトを形成する場合、曲げの半径寸法が必要であり、嵌合長を確保するためには低背化に限界がある。また、コンタクトを一定の板圧を有する金属板を曲げ加工して形成する場合、弾性力が板圧によって支配されてしまう。金属板の弾性力を調整する方法として、金属板をプレス加工（つぶし、たたき）して、部分的に厚みを変更する方法があるが、プレス加工によって、残留応力、格子欠陥等が発生し、コネクタの寿命が短くなったり、製品毎のバラツキが大きくなるという問題がある。

特許文献３には、基板の法線方向に直立するピンおよびソケットをメッキ技術によって形成したコネクタが記載されている。特許文献３のソケットは、ピンを受け入れる際、基板上で倒れるように弾性変形するが、変形量を多くするためには、弾性変形領域を大きくするためにソケットの高さを高くする必要がある。このため、特許文献１および２のコネクタのように、ピンとソケットとに嵌合方向のラップを設けて保持力を高めたりユーザが着脱を体感できるようなクリック感を出したりすると、嵌合方向に長くなってしまう。

また、このような小型のコネクタに用いられるコンタクトは、非常に小さいので、切削加工により削り出すことは現実的ではない。
特開２００４−５５４３６号公報 特開２００６−６６３４９号公報 特許第３７７４９６８号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、所望の弾性力と十分な嵌合長とを有するコンタクトおよび、嵌合方向に寸法が小さい低背化したコネクタを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によるコンタクトの第１の態様は、電気鋳造によって形成され、前記電気鋳造の電圧印加方向に略垂直な方向に延伸し、一端に前記電気鋳造の電圧印加方向に沿って導電部材に摺接する接触部を有し、絶縁物によって固定される保持部と、前記接触部および前記保持部を接続する弾性変形可能なばね部とを有し、前記ばね部は、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に弾性変形するものとする。

この構成によれば、電気鋳造によって電圧印加方向と略垂直な方向に長く伸びるコンタクトを形成したので、接触部の導電部材との摺接方向（嵌合方向）の前後に曲げなどの余分な構造が不要であり、嵌合方向に短くできる。

また、電気鋳造によって接触部の導電部材に対する摺接方向に一致する電圧印加方向に略直交して延伸するばね部を形成したので、ばね部が導電部材と摺接する方向に短く、また、電気鋳造の母型のキャビティの幅に変化を付けることで、ばね部の厚みに変化を付けて、所望の弾性によって接触部を導電部材に圧接できる。このため、本発明のコンタクトは、導電接触の十分な嵌合長と圧接力とを確保しながら嵌合方向に短くできる。

また、本発明のコンタクトにおいて、前記ばね部を、前記電圧印加方向に湾曲させることにより、前記電気鋳造の電圧印加方向に前記接触部を保持する高さを前記保持部を保持する高さと異ならせて、前記接触部の前記導電部材に対する摺接距離を長くすることができる。

また、本発明のコンタクトに、回路に接続される電極部を、前記保持部から前記ばね部と反対側に延伸して設ければ、コンタクトを電気回路に容易に組み込むことができる。

また、本発明によるコンタクトの第２の態様は、電気鋳造によって形成され、前記電気鋳造の電圧印加方向に略垂直な方向に延伸し、一端に前記電気鋳造の電圧印加方向に沿って導電部材に摺接する接触部を有し、前記接触部の先端に、その一部だけが前記電気鋳造の電圧印加方向に連続して突出してなる圧入部を設けたものとする。

この構成によれば、圧入部をコネクタのハウジングに食い込ませることで、堅固に固定できる。また、電気鋳造では、電圧印加方向に連続する鋭利で非常に寸法が小さい圧入部を形成できるので、圧入部を受け入れるハウジングの凹部が小さくてよく、ハウジングの強度を損なわない。

また、本発明によるコネクタは、前記いずれかのコンタクトを、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に複数配列して保持するものとする。

この構成によれば、十分な嵌合長と、十分な嵌合保持力とを有しながら、嵌合方向に寸法が小さい低背化したコネクタを提供できる。

本発明によれば、コンタクトを導電部材に対する摺接方向に電圧を印加して電気鋳造し、該コンタクトの各部分が電気鋳造の電圧印加方向に垂直な平面内で移動するように弾性変形可能に形成することで、小型で確実な導電接触ができるコンタクトおよびコネクタを提供できる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の１つの実施形態のコネクタ１を示す。コネクタ１は、ソケット（第１接続部材）２とプラグ（第２接続部材）３とからなる。

図２および図３に示すように、ソケット２は、樹脂製のハウジング４に、金属製の左右一対の雌型コネクタ５を複数対、配列して保持している。また、図２および図４に示すように、プラグ３は、樹脂製のハウジング６に、金属製の左右一対の雄型コンタクト（導電部材）７を複数対、配列して保持している。

ソケット２にプラグ３を嵌合させると、対向する一対の雌型コンタクト５の間に、一対の雄型コンタクト７が挟み込まれ、雌型コンタクト５と雄型コンタクト７とが、それぞれ、導電接触するようになっている。

図５，６，７に、雌型コンタクト５の詳細形状を示す。雄型コンタクト５は、ハウジング４に保持される保持部８と、保持部８から延伸するばね部９と、ばね部９の先端に形成された接触部１０と、保持部８からばね部９の反対側に延伸する電極部１１とからなる。

保持部８は、側部に樽型に張り出した２つの圧入部１２を備え、圧入部１２が、樹脂製のハウジング４に食い込むことで、ハウジング４に堅固に保持される。

ばね部９は、先端が薄くなっており、接触部１０が保持部８と段違いになるように途中で湾曲している。

接触部１０は、側方に突出し、雄型コンタクト７と当接する当接突起１３を備えている。

電極部１１は、ハウジング４から突出し、外部の回路に接続される。例えば、電極部１１は、回路基板に設けたパッド電極にそれぞれハンダ付けされる。

雌型コンタクト５は、保持部８がハウジング４に保持された状態で、図８に示すように、外力によってばね部９を弾性変形させ、対向する接触部１０間の距離を広げることが可能である。

また、図９，１０，１１に示すように、雄型コンタクト７は、ハウジング６に保持される保持部１４と、保持部１４から延伸するアーム部１５と、保持部１４からアーム部１５の反対側に延伸する電極部１６とからなる。

アーム部１５は、その先端部に雌型コンタクト（導電部材）５の当接突起１３が当接する僅かに凹んだ当接面１７が形成され、その上部に段差１８を有する（接触部）。

また、アーム部１５の先端には、幅方向の一部が縦長に連続して突出してなる圧入部１９が形成されており、図１２に示すように、圧入部１９がハウジング６に食い込むことで、アーム部１５の位置ずれを防ぐようになっている。

ソケット２にプラグ３を嵌合させると、図１３に示すように、雌型コネクタ５のばね部９が、雄型コネクタ７の保持部１４を囲むように延伸し、ばね部９の弾性によって当接突起１３を当接面１７に圧接する。

このとき、雌型コネクタ５および雄型コネクタ７の電極部１１，１６は、図１４に示すように、互いに逆方向にオフセットして配置される。

さらに、図１５に、コネクタ１の図１４におけるＡ−Ａ断面を示す。図示するように、ハウジング６の隔壁部２０を挟んで背中合わせに配置された一対の雄型コネクタ７のアーム部１５の当接面１７を、一対の雌型コネクタ５の接触部１０の当接突起１３が、挟み込んでいる。

一対の当接突起１３が挟み込む、対になった当接面１３の間の距離は、ソケット２とプラグ３とを深く嵌合させる程短くなるように、僅かに傾斜している。これによって、ソケット２とプラグ３とを分離しにくくしている。

さらに、雌型コンタクト５と雄型コンタクト７とを係合する際、および、雌型コンタクト５と雄型コンタクト７とを離間する際には、雌型コンタクト５の当接突起１３が雄型コネクタ７の段差１８を乗り越えるように、雌型コンタクト５を大きく弾性変形させる必要がある。このため、ソケット２とプラグ３と嵌合および分離する際には、それぞれ、当接突起１３に段差１８を乗り越えさせるときに抵抗が一瞬増加する。これによって、ユーザは、いわゆるクリック感を感じて、ソケット２とプラグ３との嵌合状態の変化を知覚できる。

続いて、図１６の（Ａ）から（Ｃ）に、雌型コンタクト５の製造過程を示す。本発明によれば、雌型コンタクト５は、電気鋳造によって形成される。雌型コンタクト５の電気鋳造は、先ず、（Ａ）に示すように、導電性の母型２１に、雌型コンタクト５の反転形状のキャビティ２２を形成し、母型２１の外表面およびキャビティ２２の側壁面に絶縁膜２３を形成する。そして、母型２１を電解槽の中の電解液中に浸漬して、対向電極（不図示）に対向するように配置する。母型２１と対向電極との間に電圧を印加すれば、母型２１の絶縁膜２３で覆われていない部分と対向電圧の間の電解液に電流が流れ、キャビティ２２の底面に、電解液中の金属が電着する。

母型２１と対向電極との間に電圧を印加して電流を流し続けると（Ｂ）に示すように、電着した金属の層が電圧を印加した方向に積層されて成長してゆく。本発明では、（Ｃ）に示すように電着により成長した金属層がキャビティ２２の中に、十分なヘッドスペースを残すように、電気鋳造を停止する。換言すると、本発明では、所望の雌型コンタクト５に比して、キャビティ２２を十分に深く形成しておく必要がある。

本発明では、キャビティ２２に残すべきヘッドスペースの最小高さＨは、キャビティ２２の幅（横断距離が短くなる方向の長さ）の１／３以上、好ましくは、２／３以上である。これにより、キャビティ２２の側壁面に形成した絶縁層２３の上部が、対向電極のキャビティ２２に正対しない部分から既に電着されている金属層に斜めに流れ込もうとする電流を遮断するので、電着される金属の厚みがばらつかない。このため、電気鋳造される金属層は、キャビティ２２の底面から厚さが一定になるように均一に成長する。

キャビティ２２に十分なヘッドスペースを残して電気鋳造することで形成された雌型コンタクト５の形状は、電気鋳造の電圧印加方向に高さが略一定になる。また、電圧印加方向に直角な方向の幅は、キャビティ２２の形状に依存するので、自由にデザインすることができる。

ばね部９は、キャビティ２２の幅を板圧とし、電気鋳造の電圧印加方向の高さを板幅とする板ばねと考えることができる。つまり、ばね部９は、各部分がそれぞれ電気鋳造の電圧印加方向に垂直な面内で移動するように弾性変形する板ばねと同視できる。この板ばねの板厚は、キャビティ２２の形状によって変化を付けられるので、その弾性力に所望の変化を付けて、好ましい弾性力を付与できる。さらに、このばね部９の厚みの変化は機械加工なしに実現されるので、残留応力や、熱による変質などの影響で機械的特性が劣化したり、製品毎に弾性力がばらついたりしない。

また、ソケット２は、雌型コンタクト５の電気鋳造の電圧印加方向に、プラグ３と嵌合する。これにより、雌型コンタクト５の接触部１０は、雄型コンタクト７に電気鋳造の電圧印加方向に摺接する。ソケット２において、雌型コンタクト５は、ばね部９の弾性変形に必要なスペースと、保持部８および接触部１０がそれぞれ占有するスペースとが嵌合方向に重ならないように配置されている。これにより、コネクタ１を、電気鋳造の電圧印加方向に一致する嵌合方向に短くして低背化している。

さらに、キャビティ２２の深さを変化させることで、保持部８と接触部１０とが電圧印加方向に位置ずれする（高さが異なる）ように、雌型コンタクト５を湾曲させることもできる。特に、本実施形態では、電気鋳造時に接触部１０が対向電極に近くなるように、ばね部９を電圧印加方向に湾曲させた点に特徴がある。これによって、図１５に示すように、ソケット２とプラグ３とを嵌合したときに、接触部１０がプラグ３内に奥深く差し込まれるようになり、当接突起１３が当接面１７に摺接する距離（嵌合長）を長くすることができる。嵌合長を長くすることで、雌型コンタクト５と雄型コンタクト７との導電接触を確実にすることができるとともに、ソケット２とプラグ３との嵌合および離間の操作感が向上する。

さらに、図１７の（Ａ）から（Ｄ）に、雌型コンタクト５の製造過程を、接触部１０における断面で示す。（Ａ）に示すように、キャビティ２２は、その深さの中程で開口面積を増加させるように、側壁面に段差が形成されている。また、絶縁膜２３は、キャビティ２２の側壁面の段差を覆い、さらに、底面の一部にはみ出すように形成されている。

この母型２１と対向電極との間に電圧を印加すると、キャビティ２２の底面の絶縁膜２３で覆われていない部分に金属が電着するが、さらに電流を流すと、（Ｂ）に示すように、底面の一部を覆う絶縁膜２３の上にも金属層が拡大してゆく。このとき、キャビティ２２の底面の絶縁膜２３を覆う金属層は、覆われていない部分に電着した金属層から遅れて成長する。

さらに電気鋳造を進めると、（Ｃ）に示すように、電着した金属層が側壁面の段差に達する。ここでも、さらに電鋳を継続することで、（Ｄ）に示すように、金属層が側壁面の段差の上に拡大してゆく。つまり、雌型コンタクト５の当接突起１３は、キャビティ２２の側壁面に形成した段差によって形成され、当接突起１３の上部（対向電極側）の傾斜は、直下に絶縁膜２３で覆われていない母型２１が存在しないことによる電着の遅れによって形成されている。

説明は省略するが、雄型コンタクト７の形状も、雌型コンタクト５について説明した電気鋳造技術によって形成できる。

また、この電気鋳造技術によれば、図１８に示すように、ソケッ２に直列して保持される複数の雌型コンタクト５を、電極部１１から延伸して互いを接続するフープ２４と同時に形成できる。同様に、図１９に示すように、プラグ３に直列して保持される複数の雄型コンタクト７を、電極部１６から延伸して互いを接続するフープ２５と同時に形成することもできる。

これにより、雌型コンタクト５および雄型コンタクト７を、ハウジング４，６に配設するピッチで配列した状態でフープ２４，２５と一体に形成し、フープ２４，２５を保持して、雌型コンタクト５および雄型コンタクト７をそれぞれ一括してハウジング４，６に保持させることができる。

本発明の１つの実施形態のコネクタの斜視図。 図１のコネクタのプラグとソケットとに分離した状態の斜視図。 図２コネクタのソケットの正面図。 図２コネクタのプラグの正面図。 図２のソケットの雌型コンタクトの斜視図。 図５の雌型コンタクトの側面図。 図５の雌型コンタクトの正面図。 図５の雌型コンタクトの弾性変形を示す正面図。 図２のプラグの雄型コンタクトの斜視図。 図９の雄型コンタクトの側面図。 図９の雄型コンタクトの正面図。 図４の雄型コンタクトとハウジングとの拡大部分斜視図。 図２の雌型コンタクトと雄型コンタクトとの係合状態を示す斜視図。 図１３の雌型コンタクトと雄型コンタクトの側面図。 図１のコネクタの雌型コンタクトと雄型コンタクトの当接部における部分断面図。 図５の雌型コンタクトの製造工程を示す母型の長手方向断面図。 図５の雌型コンタクトの製造工程を示す母型の当接部における断面図。 図５の雌型コンタクトをフープと一体成形した状態を示す斜視図。 図９の雄型コンタクトをフープと一体成形した状態を示す斜視図。

符号の説明

１ コネクタ
２ ソケット（第１接続部材）
３ プラグ（第２接続部材）
４ ハウジング
５ 雌型コンタクト
６ ハウジング
７ 雄型コンタクト
８ 保持部
９ ばね部
１０ 当接部
１１ 電極部
１３ 当接突起
１４ 保持部
１５ アーム部
１６ 電極部
１７ 当接面
１８ 段差
１９ 圧入部
２１ 母型
２２ キャビティ
２３ 絶縁膜

Claims (7)

1. 電気鋳造によって形成され、
   前記電気鋳造の電圧印加方向に略垂直な方向に延伸し、
   一端に前記電気鋳造の電圧印加方向に沿って導電部材に摺接する接触部を有し、
   絶縁物によって固定される保持部と、前記接触部および前記保持部を接続する弾性変形可能なばね部とを有し、
   前記ばね部は、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に弾性変形することを特徴とするコンタクト。
2. 前記ばね部は、前記電圧印加方向に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のコンタクト。
3. 回路に接続される電極部を、前記保持部から前記ばね部と反対側に延伸して設けたことを特徴とする請求項２に記載のコンタクト。
4. 電気鋳造によって形成され、
   前記電気鋳造の電圧印加方向に略垂直な方向に延伸し、
   一端に前記電気鋳造の電圧印加方向に沿って導電部材に摺接する接触部を有し、
   前記接触部の先端に、その一部だけが前記電気鋳造の電圧印加方向に連続して突出してなる圧入部を設けたことを特徴とするコンタクト。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のコンタクトを、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に複数配列して保持することを特徴とするコネクタ。
6. 請求項１から３のいずれかに記載のコンタクトを、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に複数配列して保持する第１接続部材と、
   前記コンタクトの接触部に当接する導電部材を、前記電気鋳造の電圧印加方向に垂直な方向に複数配列して保持する第２接続部材とからなることを特徴とするコネクタ。
7. 前記導電部材は、請求項４に記載のコンタクトであることを特徴とする請求項７に記載のコネクタ。

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