JPH0640498B2

JPH0640498B2 - 電気コネクタ

Info

Publication number: JPH0640498B2
Application number: JP3147857A
Authority: JP
Inventors: ダグラス・ダブリュ・トロボウ; マーク・ビー・トロボウ
Original assignee: ソニー・テクトロニクス株式会社
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: EP0458458A1; JPH04230970A; US4993958A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気コネクタ、特に、変
形可能で、接触する度に導体が互いにこすり合う電気コ
ネクタに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】カスダ
グリ他による米国特許第４,５７５,１６６号明細書は、
接続の圧力により変形して、コネクタ自体の導体及び２
枚の印刷回路基板の導体が互いにこすり合い、電気接続
を行うコネクタを開示している。このこすり合い動作及
びそのための構成は、この特許明細書で図１Ａ及び図１
Ｂを参照して説明されている。

【０００３】カスダグリのコネクタの欠点は、接続を行
う際に、堅い部材の下方の圧力が柔らかい部材の比較的
大きい領域に均等に分配され、それに応じて導体対導体
のこすり合わせ力が制限されることである。

【０００４】カスダグリのコネクタの他の欠点は、この
コネクタは２枚の印刷回路基板間の接続を行うには適し
ているが、可撓性回路ケーブルの両面の導電路及び他の
基板の接触面上の２列の導体間の接続、即ち２倍密度接
続には適していないということである。

【０００５】可撓性回路ケーブルは、最近、多く使用さ
れるようになり、それに応じて、可撓性ケーブルを従来
の電子回路基板に接続する手段が必要とされている。

【０００６】バーグによる米国特許４,７８９,７６５号
明細書は、接触が凸凹凸形状である弾性変形可能部材を
有し、反対の面が平面である接触部材を開示している。
この形状は、厚さが一様でないために平坦な接触ができ
ない。

【０００７】そこで、接続を行うときに、集中したこす
り合わせ圧力が生じ、完全に接触したときに、接触面が
平坦になり、印刷回路基板及び可撓性ケーブル間で２倍
密度接続が行える電気コネクタが必要とされている。

【０００８】したがって、本発明の目的は、接続を行う
ときに、集中したこすり合わせ圧力が生じ、効果的な電
気接続を行う電気コネクタの提供にある。本発明の他の
目的は、位置決めの難しさを軽減して、高密度な導電路
を効果的に接続する電気コネクタの提供にある。本発明
の他の目的は、可撓性回路ケーブルの両面からの信号を
接触面に伝達する電気コネクタの提供にある。本発明の
他の目的は、通常の接触圧力が部分的に弛緩されても、
良好な電気的接続を保つ電気コネクタの提供にある。本
発明の目的は、可撓性回路ケーブルに対して引っ張り力
の緩和を行う電気コネクタの提供にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、接続
を行うときに、集中したこすり合わせ作用の圧力が生
じ、完全に接触したときに、接触面が平坦になり、印刷
回路基板及び可撓性ケーブル間で２倍密度接続が行える
電気コネクタである。

【００１０】本発明の電気コネクタは、下側面の一方の
端部に第１凸状領域、他方の端部に第２凸状領域、第１
及び第２凸状領域を結合する中間部に凹状領域を有する
弾性部材を含む。弾性部材は、上側面に、下側面の凹状
領域に略平行する中間部に凸状領域を有し、弾性部材の
略全長にわたり厚さが均一である。これにより、完全に
面が接触した状態で接触面が平坦になる。

【００１１】接触面に接続される複数の導電路は、弾性
部材の下側面に固着された可撓性回路の下側面に配置さ
れる。平坦フレーム部材及び関連する取り付け部材が、
弾性部材の上側面の凸状領域を下方に押圧すると、弾性
部材の下側面の第１及び第２凸領域が外側に移動し、複
数の導電路及び接触面の間でこすり合せ接触動作が行わ
れる。

【００１２】好適な実施例では、弾性部材の上側面の端
部は、下側面の外側端部に向かって収束し、特に、引っ
張り力を緩和するのに適した弾性部材のテーパ状端部が
形成される。

【００１３】本発明の第１の特徴は、接触する面と互い
にこすり合う比較的に小さな２つの領域に接触圧力を集
中させる弾性部材の形状にある。比較的に小さな領域に
集中して加えた接触圧でこすり合せを行うことにより、
良好な電気的接続が得られる。

【００１４】本発明の第２の特徴は、非常に正確な公差
が得られるフォトリソグラフィー処理により製造された
可撓性回路に、すべての厳密な寸法を組み込むことがで
きることである。これにより、位置合せの問題がなく、
高密度導電路を効果的に接続できる。

【００１５】本発明の第３の特徴は、２つの独立した領
域でこすり合せ接触が行われることである。こすり合せ
接触が行われる２つの独立した領域の一方は、可撓性回
路の一方側からの信号のために使用され、こすり合せ接
触の領域の他方は、可撓性回路の他側からの信号のため
に使用される。

【００１６】本発明の第４の特徴は、通常の接触圧が部
分的に弛緩されたとき、下側面の凸凹凸形状により、２
つの独立した領域の接触が維持されることである。これ
により、接触圧を部分的に弛緩しても、良好な電気接続
が維持される。

【００１７】本発明の第５の特徴は、弾性部材の上側面
及び下側面が、各端部付近の点に向かって先細りになる
ことである。弾性部材のテーパ状端部は、弾性部材の端
部に対して可撓性ケーブルの曲がりが急にならないよう
に、大きな半径に沿って曲がり力を分布させることによ
り、可撓性回路ケーブルに対して引っ張り力の緩和を行
う。

【００１８】

【実施例】図１１及び図１２に示す従来のコネクタで
は、本発明のコネクタと同様に、接触面は平面になる。
このコネクタでは、堅い材料の上側層に加えた接触圧力
が柔らかい材料から成る中間層を圧縮し、導電体層の屈
曲部がまっすぐになるので、導電体と、２枚の電子回路
基板上の対応する導体とがこすり合わされる。しかし、
このこすり合わせる力は、比較的に広い領域に分散さ
れ、単位面積当たりの接触力（接触圧）は決して高くな
らない。

【００１９】図１及び図２に示す本発明のコネクタで
は、下方への接触圧力を平坦フレーム１４に加える際
に、この圧力の半分は、可撓性回路１２及び電子回路基
板１６の上側接触面間が接触する２つの小領域（“Ｄ”
で示す線の端部に対応する領域）の各々に伝えられ、圧
力はこの小領域に集中する。

【００２０】弾性部材１０が、フレーム１４に加える下
方への接触圧力により圧縮される際に、これらの接触点
は外側に移動し、接触する導体が互いにこすり合わされ
る。この工程は、図１の湾曲部Ｌの曲線がなくなり、図
２に示す様にコネクタが接触するまで継続する。接触す
る際に、Ｗ＝（Ｌ−Ｄ）／２で表す距離にわたり、最大
接触力が加えられた各領域でこすり合わせが行われる。
接触する直前に、接触面積が増加する。しかし、接触す
るまでの集中したこすり合せ作用により、２つの導電面
間の接触状態が良くなり、優れた電気的性能が得られ
る。

【００２１】本明細書で使用する用語「エラストマ」
は、ゴムの様な性質、即ちある程度変形可能であり、弾
力性の高いポリマを意味する。本発明の実施例で初めに
使用する特定のエラストマは、ジクミル過酸化物剤で硬
化したシリコン・ゴムであるＧＥＳＥ４４０４Ｕであ
る。この種類のエラストマでは、ポリマ連鎖のバックボ
ーンがシリコン及び酸素から成っている。ゼネラル・エ
レクトリック社は、ＳＥ４４０４Ｕを「５０デュロメー
タ、高温度及び低圧縮セット・シリコン・ゴム混合物」
と説明している。

【００２２】他の材料としては、スチレン・ブタジエン
（ＳＢＲ）、ブナＮ（ＮＢＲ）、クロロプレン・ゴム
（ネオプレンＴＭ）、フッ素化エラストマ等がある。
本発明では、エラストマの弾力性、特に、圧縮歪対抗力
を利用している。コネクタは、接触されている間、圧縮
した状態に長い間置かれ、接触が解かれた後、再び接触
されることを、動作寿命の間、何度も繰り返すので、こ
の弾性の性質は重要である。

【００２３】接触面に加わるこすり合せ力の大きさは、
エラストマ部材１０を硬くするか、又はエラストマの下
側面に剛性材料の薄い層１１（図４）を接着することに
より増加させることができる。後者の方法には、後述す
る様に、このコネクタを製造する工程中に付加的な利点
がある。使用するエラストマの種類及び／又は接着され
る剛性材料層１１の剛性を変えることにより、接触面に
加わる力を、異なる用途に対して極めて広い範囲で変え
ることができる。

【００２４】図３は、複数の導電路２０を埋め込んだ可
撓性回路１２の下側面と、本発明に従って形状が決めら
れ、可撓性回路１２の上側面に固着された弾性部材１０
とを示す。導電路２０は、上側面（見えない）にも埋め
込まれている。弾性部材１０の上側面上の複数の導電路
は、ビア２２を介して、下側面上の複数の短い導電路２
４に接続されている。短い導電路２４と、弾性部材１０
の下にある導電路２０の領域とは、共に露出され、ケー
ブルの長さの大部分にわたり導体を絶縁するフッ素化さ
れたエチレン・プロピレン・ポリマー又はポリイミド被
覆の外側シート２５によっては覆われない。この様に、
可撓性回路の各側に夫々がある２組の導電路は、本発明
のコネクタにより接触面（図示せず）に接続できる。

【００２５】このコネクタの幅、長さ、接点ピッチ及び
間隔、導体の数、導体の冶金は、使用者の用途及び可撓
性回路を製造するために使用する工程により決まる。

【００２６】図４は、完成したコネクタ、可撓性回路ケ
ーブル１２及び電子回路基板１６を示す（可撓性回路ケ
ーブル及び電子回路基板上の接触面１７上の導電路は、
図を簡単にするために省略。）。通常の製造では、弾性
部材１０は、最初に上述の形状に型に入れて成形される
か、又は押し出し成形される。弾性部材１０及び可撓性
回路ケーブル１２間の圧着を容易にするために、型成形
又は押し出し成形工程で、弾性部材１０の下側面にポリ
イミド又は他の適当な材料の薄い層１１を接合する。

【００２７】可撓性回路１２に、スリット（切り込み）
１３を設けると、可撓性回路の残りの部分を歪ませず
に、これらのスリット間の可撓性回路の領域を、弾性部
材１０の形状に合わせることができる。これらのスリッ
トが必要であるか否かは、この領域の可撓性回路１２及
び弾性部材１０の相対的剛性により決まる。可撓性回路
１２の剛性が高ければ、弾性部材１０が取り付けられる
領域において、可撓性ケーブル１２を弾性部材１０の下
側面の形状に予め形成する必要がある。このスリット１
３が必要な場合、製造中に孔１５を可撓性回路１２に設
けることにより、コネクタを組み立てる間又は後の操作
における可撓性回路の処理の間の引き裂き応力によるス
リットの長さが増加するのを防止する。

【００２８】図４において、スリット１３に隣接する位
置決め孔３０を使用して、可撓性回路１２を電子回路基
板１６の接触面１７に対して正しく配置する。対象とす
る電子回路基板１６上の位置決めピン３４は、可撓性回
路基板１６上の位置決め孔３０と係合する。ねじ３６を
可撓性回路ケーブル１２の孔３２を介して電子回路基板
１６の取付け孔４０にねじ込むことにより、フレーム１
４が弾性部材１０の上面に取り付けられ、コネクタに必
要な接触圧力が維持される。

【００２９】図５及び図６を参照すると、図５から明ら
かな様に、弾性部材１０の下側面の凹状領域は、コネク
タが弛緩（非接触状態）状態にあるとき、接触する面か
ら距離Ｈだけ上にある。完全に接触するとき、この面は
接触面１７と接触する。しかし、図６に示す様に、コネ
クタが完全に接触した位置から部分的に弛緩したときに
も、良好な電気的接触が保たれる。

【００３０】図７に示す様に、弾性部材１０’の端部に
テーパ状部が無ければ、フレーム１４の方向に可撓性回
路ケーブル１２に加えられる強力な折り曲げ力は、小さ
な曲がり半径の折り目即ち鋭角な曲げ部５０’を生じさ
せる。しかし、図８に示す様に、同じ強力な折り曲げ力
が、テーパ状領域を有する弾性部材１０に取り付けられ
た可撓性回路ケーブル１２に加えられても、曲がり半径
５０が大幅に大きいので、鋭角な曲げ部は生じない。こ
の様に、弾性部材１０の端部におけるテーパ状領域は、
可撓性回路ケーブル１２が固定フレーム１４の方向に引
っ張られたときに、可撓性回路ケーブル１２に対する引
っ張り力を良好に緩和する。更に、この引っ張り力の緩
和は、フレーム１４の方向の引っ張り力により、引っ張
られる側でコネクタが持ち上がり、接触面１７との電気
的接触が外れないようにする。テーパ状部の端部を
“点”にする代わりに、種々の程度の丸みを与えてもよ
く、この場合、それに応じた曲がり半径が生じる。

【００３１】図９は、幾何的な解析のために、本発明に
従った弾性部材１０の理想的な形状を示す。接触した位
置での接続点の所望の長さをＬ（図１及び図２）とし、
所望のこすり合わせ距離をＷ＝（Ｌ−Ｄ）／２とする
と、適切な弾性部材１０を設計できる。

【００３２】弾性部材１０の凹凸部は、角度φ及び角度
Ｒ１を用いて説明できる。図９の角度φ及び半径Ｒ１
は、次の関係で表される。 φ＝Ｌ／（２Ｒ１）（１）Ｒ１＝Ｄ／［４ｓｉｎ（φ／２）］（２）

【００３３】Ｌ及びＤが既知であれば、この２つの連立
方程式を特定の値のφ及びＲ１に対して解くことができ
る。弾性部材１０の厚さＴも、決める必要がある。厚さ
の値Ｔは、ある程度任意であるが、Ｒ３が正の値であ
り、Ｒ３＝Ｒ１−Ｔで表されるので、Ｒ１より大きい値
であってはならない。弾性部材１０の下側面の凹状部の
領域の中心点及び接触する面１７間の非接触状態の高さ
Ｈは、式（３）で表される。Ｈ＝２×Ｒ１×［１−ｃｏｓ（φ／２）］（３）

【００３４】一例として、所望の最終的な接点分離距離
が７.６２ミリ、各接点のこすり合せ距離が０.３８ミリ
である場合、φは９０°、Ｒ１は２.４３ミリ、Ｈは１.
４２ミリである。

【００３５】しかし、上述の条件及びそれに応じた結果
により、弾性部材の厚さＴは特定されないことに留意さ
れたい。Ｔは、必要な接触圧力、弾性部材（及び弾性部
材に取り付けられる剛性のある要素）の剛性及び有効な
空間により決まる。特定の用途で好適な実施例では、厚
さＴは１.９１ミリである。臨界半径Ｒ１に平行に測定
した厚さＴは、弾性部材１０の中央領域で一定である。

【００３６】再び図９を参照すると、弾性部材１０の下
側面は、点７４及び７６を中心として垂直線７０及び７
２から弧を描く角度０.５φを越えて延びる。この面
は、ある程度は任意であるが、下側面の曲線の中心と接
する水平線である点線７８と交差する点で終わる。弾性
部材１０の下側面に対し垂直であると共に、下側面の変
曲点で面に交差する直線８０及び８２から測定すると、
下側面の凸状領域は、角度φ２の範囲で弧を描き、この
例ではその角度は１１０.５°である。

【００３７】水平線７８及び下側面の交差点は、弾性部
材１０の断面の端部となる。上側面の直線領域を形成す
るために、これら交差点を垂直線８４、８６及び上側面
の凹状領域の交差点に結ぶことにより、この形状が出来
上がる。上述した例では、これらの点を結ぶ直線Ｃは、
長さが２.２６ミリであり、直線Ａ及びＢの長さは、夫
々０.４８ミリ及び２.２１ミリである。

【００３８】本発明に従った電気コネクタを製造するた
めには、最初に、可撓性回路１２を弾性部材１０の形状
に従わせるための位置決め孔３８及びスリット１３（図
４）を有する可撓性回路ケーブルを製造する必要があ
る。可撓性回路は、圧延焼きなまし銅が接着された層に
回路がエッチングされたポリイミドの中間基板により作
られる。回路素子はフォト・リソグラフィー工程により
製造されるので、非常に込み入った回路素子及び正確に
位置決めされた細い線が得られる。中間基板の両側にあ
る回路は、フッ素化されたエチレン・ポリピレン・ポリ
マー又はアルコール性接着剤により接着されたポリイミ
ド被覆シートにより覆われる。

【００３９】本発明に従った断面を有する弾性部材１０
は、所望の長さに型成形してもよいし、押し出し成形し
た後に、所望の大きさに切断してもよい。型内の弾性部
材の圧力により、ポリイミド又は他の材料のシートは、
型の形状に従う。エラストマは、型内で硬化するにつれ
て、剛性材料のシートに化学的に固着する。

【００４０】剛性材料層１１を使用するか否は、２つの
要因により決まる。その一方は、弾性部材１０を可撓性
回路ケーブル１２に固着させるために、感圧接着剤を使
用するかどうかであり、他方は、弾性部材１０を形成す
るために使用するエラストマの表面エネルギーである。

【００４１】ウレタンの様な接着が簡単な高表面エネル
ギーのエラストマを用いると、弾性部材１０を、感圧接
着剤で可撓性ケーブルに直接に接着することができる。
しかし、ほとんどのシリコン及びフッ素エラストマの様
な低エネルギー・エラストマを使用すると、このエラス
トマは感圧接着剤では良好に接着できず、型成形又は押
し出し成形の間に、この接着剤に良好に接着する薄い層
を、弾性部材１０の下側面に設ける。出来上がった弾性
部材１０の形状は、剛性材料層１１を使用しないものと
形状が同じであるが、感圧接着材を用いて可撓性回路ケ
ーブルに容易に接着できる。弾性部材１０を作るために
使用する特定のエラストマは、弾性部材１０を使用する
環境に適した温度で、最大限に連続使用できる必要があ
る。

【００４２】次に、弾性部材１０は、接着剤を用いて可
撓性回路ケーブル１２に固着される。剛性材料層１１が
弾性部材内に型成形されるか、又は特定エラストマの表
面エネルギーが高く、接着が容易であれば、感圧接着剤
を使用して、この取り付け作業を簡単に行える。しか
し、他の接着剤を使用してもよく、剛性材料層を除いて
もよい。弾性部材１０は、可撓性回路ケーブルのスリッ
ト１３間の領域に接着される。弾性部材１０及び可撓性
ケーブル１２の相対的剛性によっては、可撓性回路ケー
ブル１２を弾性部材１０の下側面の形状に予め合わせる
ことが望ましい。

【００４３】図４に示す様に、弾性部材１０が固着され
た可撓性回路ケーブル１２は、位置決めピン３４を含む
種々の手段により、接触面１７に対して正しく配置され
る。位置決めが厳密でない場合は、取り付け手段に使用
する孔３２により、十分に正確な位置決めを行うことが
できれば、位置決め孔は必要ない。

【００４４】弾性部材１０が取り付けられた可撓性回路
ケーブル１２が、接触面１７に対して正しく配置される
と、接触圧力の供給及び接続の維持は、種々の取り付け
手段を使用して行うことができる。フレーム１４の様な
平面部材は、弾性部材１０の全領域にわたり下方に圧力
を加える。フレーム１４又はこれと等価な圧力供給手段
は、ねじ、クランプ、ラッチ等の保持手段を使用して、
接触状態位置に保持される。

【００４５】上述の説明は、可撓性回路ケーブルに関し
て行ったが、本発明は、通常、平らなケーブル、リボン
・ケーブル、又は複数の別個の導線にも使用可能であ
り、また、導電路を弾性部材１０に直接に固着してもよ
いし、剛性材料層１１はどの方法で固着してもよい。更
に、同じ基本概念を用いて、ある印刷回路基板を他の印
刷回路基板に接続し、複数の部品モジュールを印刷回路
基板に接続し、又は他の“ジャンパ”用途にも使用でき
る。

【００４６】図９は、本発明に従った４辺を有するコネ
クタ９０を使用して、複数の部品モジュール９２を印刷
回路基板９４に接続するための構成の分解図を示してい
る。可撓性回路１２’の下側の導電路（見えない）は、
４辺を有するフレーム９６により弾性部材１０に供給さ
れる圧力により押されて、複数の部品モジュール９２上
の導電路２１及び印刷回路基板９４上の導電路２３に接
触する。

【００４７】ねじ９７はフレーム９６を印刷回路基板９
４に固定する働きをする。位置決めねじ９８は、フレー
ム９６を印刷回路基板９４に固定すると共に、正しい配
置を行う。

【００４８】

【発明の効果】本発明の電気コネクタクによれば、接続
を行うときに、集中したこすり合わせ圧力が生じ、接触
面が平坦になり良好な電気的接続が行える。また、弾性
部材の両端部はテーパ状であるので、可撓性ケーブル
に、引っ張り力が加わっても、それを緩和し、弾性部材
の端部で可撓性ケーブルが折れ曲ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気コネクタの弛緩状態を示す側面
図である。

【図２】本発明の電気コネクタの接触状態を示す側面
図である。

【図３】本発明の電気コネクタを示す斜視図である。

【図４】回路基板に本発明の電気コネクタの取り付け
状態の分解図である。

【図５】弾性部材の弛緩状態を示す側面図である。

【図６】弾性部材の部分的な弛緩状態を示す側面図で
ある。

【図７】従来のコネクタの弾性部材に引っ張り力を加
えた状態を示す側面図である。

【図８】本発明のコネクタの弾性部材に引っ張り力を
加えた状態を示す側面図である。

【図９】本発明に使用する弾性部材の形状を幾何学的
に分析するための側面図である。

【図１０】本発明の電気コネクタを４辺に配置して、
複数の部品モジュールを回路基板に取り付けるための装
置を示す分解図である。

【図１１】従来のコネクタの弛緩状態を示す側面図で
ある。

【図１２】従来のコネクタの接触状態を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１０弾性部材１４圧力供給手段１６回路基板２０、２４第１導体２１、２３第２導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下側面の中間部に凹状領域、該凹状部の両
側に凸状領域を有し、上側面の上記凹状領域と対応する
領域に凸状領域を有し、厚さが略均一な弾性部材と、該
弾性部材の上記下側面に設けられた第１導体と、該第１
導体と対応する第２導体が設けられた回路基板と、上記
弾性部材の上記上側面を押圧して、上記第１及び第２導
体を互いにこすり合わせた後に接触させる圧力供給手段
とを具えることを特徴とする電気コネクタ。