JPWO2006035767A1 - 基板用コネクタ - Google Patents

Abstract

ハウジング２０には複数の端子金具１１が装着され、下端に取付部１４を設けた基板接続部１３が後方に突出しているとともに、ハウジング２０の両側面には、下縁に取付板３２が形成された固定金具３０が装着され、各端子金具１１の取付部１４と、両固定金具３０の取付板３２とがリフロー式の半田付けによりＰＣＢ４０に固定される。リフロー半田付け時には、端子金具１１と固定金具３０とのそれぞれに、溶融半田Ｈの表面張力に基づいてＰＣＢ４０側への引き付け力が作用するが、固定金具３０の基板接続部１３の前後方向における中心を、当該コネクタ１０における重心位置Ｏよりも前側においているから、固定金具３０側の引き付け力Ｆｂに基づいてハウジング２０の前部側がＰＣＢ４０に向かう方向の回転モーメントＭｂを受け、前側が浮き上がることを防止できる。

Description

本発明は、リフロー半田付けにより基板に固定されるコネクタに関する。

従来、基板用コネクタの一例として特許文献１に記載されたものが知られている。このものは、端子金具を装着したハウジングをプリント回路基板に固定するに当たり、ハウジングの両側面の下端部に側方へ張り出した基板固定部を一体形成し、この基板固定部に形成したねじ孔に対して回路基板の裏側から挿通したねじを締め付けるようにしている。
特開平５−３２６０４９号公報

しかしながら、このようにねじ止めにより回路基板に固定する構造のものでは、固定作業が面倒であり、また側方へ張り出す基板固定部があるために、回路基板上でのコネクタの配置スペースが大きくなるという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、回路基板への固定作業が簡単であり、かつ、配置スペースを小さくできるコネクタを提供することを目的とする。

本発明は、リフロー式の半田付けにより端子金具を回路基板に接続するとともに、ハウジングの側面に固定金具を取り付け、この固定金具を同時にリフロー式の半田付けにより回路基板に対して固定することを基本原理とする。この方法によれば、ハウジングを回路基板に固定する作業が簡単となり、また省スペース化も図ることができる。

さらに、本発明は、上記のようにリフロー方式によって端子金具と固定金具とを同時的に回路基板に半田付けするに際し、その際における特有の問題を次のようにして解決している。

この種のコネクタを回路基板にリフロー式で半田付けを行うには、回路基板の所定位置に半田クリームを印刷しておき、その半田クリーム上に端子金具及び固定金具の半田付け部が接触するようにコネクタを回路基板に搭載し、その状態で全体を半田溶融温度まで上昇させるようにする。すると、半田クリーム中の半田粒子が溶融し、溶融半田となって端子金具及び固定金具の半田付け部に表面張力によって盛り上がるようにして付着し、これを冷却すれば端子金具の電気的接続とコネクタの固定とが一挙になされる。

しかしながら、単にハウジングに固定金具を装着した構成とし、端子金具と固定金具とを回路基板にリフロー半田付けを行うと、ハウジングを回路基板上に水平に載置したとしても、半田付けが終了すると、時にはハウジングの前部側（端子金具が突出している側とは反対側）が回路基板から浮き上がってしまうことがあった。

本発明者らの研究によれば、コネクタのリフロー半田付け時には次のような現象が発生してコネクタが傾くのであった。リフロー半田付け時に半田クリームが溶融すると、コネクタは一時的に溶融半田の上に浮いた状態になる。その一方で、溶融半田の表面張力によって、端子金具や固定金具には回路基板側に引き付ける力が作用する。

このとき、固定金具はハウジングの側壁部であって前後方向についてはコネクタの重心近くに位置しているため、固定金具によって生ずる引き付け力は重心の前後に位置して分布し、その結果、引きつけ力に起因する回転モーメントはほとんど打ち消される。これに対して、コネクタの端子金具はハウジングの後端面から後方に突出した位置で回路基板に半田付けされるから、引き付け力はコネクタの重心よりも相当に後方に離れた位置で作用する。このため、端子金具に生ずる引き付け力に起因する回転モーメントが大きく作用し、これによってハウジングはその後壁側が下がるように傾いてしまうのである。

そこで、本発明は、ハウジングの側壁部に装着される固定金具は、回路基板にリフロー半田付けされる基板固定部の前記側壁部に沿った方向における中心が、コネクタの重心位置よりもハウジングの後壁部とは反対側に位置するように装着される構成とした。これにより、端子金具と固定金具とをリフロー半田付けする際に、固定金具の基板固定部に溶融半田の表面張力によって引き付け力が作用したとき、ハウジングの前面側を引き下げる回転モーメントとして作用するから、端子金具に起因するハウジングの後壁側を引き下げる回転モーメントを減殺し、ハウジングの前面の浮き上がりを防止できる。

本発明の一実施形態に係るコネクタをＰＣＢ上に取り付けた状態の斜視図 コネクタの正面図 同一部切欠平面図 固定金具の斜視図 コネクタをＰＣＢ上に取り付けた状態の縦断面図 同一部切欠側面図 端子金具側の半田の付着状態を示す部分断面図 固定金具側の半田の付着状態を示す部分断面図

符号の説明

１０…基板用コネクタ
１１，１１Ａ，１１Ｂ…端子金具
１３…基板接続部
１４…取付部
２０…ハウジング
２０Ａ…底壁部
２９Ｂ…後壁部
２９Ｃ…側壁部
２５…支持突部
３０…固定金具
３２…基板固定部
３５…半田進入孔
３６…スリット
４０…ＰＣＢ（回路基板）
Ｈ…溶融半田
Ｏ…（コネクタ１０の）重心位置

本発明の一実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施形態の基板用コネクタ１０は、図１に示すように、ハウジング２０に対して複数の端子金具１１が装着され、このハウジング２０がプリント回路基板４０（以下、単にＰＣＢ４０という）上に載置されて、各端子金具１１がリフロー式の半田付けによりＰＣＢ４０に接続されるとともに、ハウジング２０の両側面に固定金具３０が装着され、この固定金具３０が同じくリフロー式の半田付けによりＰＣＢ４０上に固定されるようになっている。

ハウジング２０は合成樹脂製であって、図２及び図３にも示すように、全体としては扁平横長であって一面を開放した直方体状に形成され、ＰＣＢ４０上に載置される底壁部２０Ａ，この底壁部２０Ａに対して直角に連なる後壁部２０Ｂ、底壁部２０Ａに対して直角に連なると共に前記後壁部２０Ｂの左右両側に位置する２つの側壁部２０Ｃ、並びに底壁部２０Ａとほぼ平行であって前記後壁部２０Ｂ及び側壁部２０Ｃに連なる天井壁部２０Ｄとを有し、その前面に、雌側の相手ハウジング（図示せず）が嵌合される嵌合凹部２１が形成されている。なお、底壁部２０Ａの四隅には、僅かな寸法だけ突出して先端面（下面）が平坦となっている矩形の支持突部２５が形成されている。

嵌合凹部２１の奥壁であるハウジング２０の後壁部２２には、複数の圧入孔２４が、幅方向に並びかつ上下二段に分かれて形成されている。圧入孔２４は、後記するように、端子金具１１の端子接続部１２が後方から圧入されるものであって、上段には、幅方向の両端部に例えば３個ずつが等ピッチで形成され、一方、下段には、全幅にわたって例えば９個が同じ等ピッチで形成されており、両端部の３個ずつは、上下の段で上下方向に真っ直ぐに並んで形成されている。

端子金具１１には、背の高い第１端子金具１１Ａと、背の低い第２端子金具１１Ｂとの２種類があり、合計１５本が備えられている。端子金具１１は基本的には銅合金材料をプレスによって打ち抜き・成型してなり、その一端側が、上記した相手ハウジングに装着された雌端子（図示せず）と接続される端子接続部１２とされる一方、他端側が、ＰＣＢ４０上のランド（図示せず）と半田付けにより接続される基板接続部１３となっている。
基板接続部１３は、端子接続部１２の幅の半分弱といった相対的に幅狭に形成されており、その下端には、後方に向けて略直角曲げされた取付部１４が形成されている。ここで、第１端子金具１１Ａでは、基板接続部１３が、端子接続部１２の後端面において、端子接続部１２の軸線に対して後方から見て右側にオフセットした位置から形成され、一方第２端子金具１１Ｂでは、基板接続部１３が左側にオフセットした位置から形成されている。

そして、下段側の圧入孔２４に対して第２端子金具１１Ｂの端子接続部１２が後方から圧入され、続いて上段側の圧入孔２４に対して第１端子金具１１Ａの端子接続部１２が圧入されることによって、図３に示すように、ハウジング２０の嵌合凹部２１内には、上下の端子金具１１Ａ，１１Ｂの端子接続部１２が同一長さ突出するとともに、上下の端子金具１１Ａ，１１Ｂの基板接続部１３における取付部１４は、ハウジング２０の後方に所定寸法突出した位置において、横方向に一列に並んで配された状態となる。

ハウジング２０の左右に位置する両側壁部２０Ｃには、このハウジング２０を半田付けによってＰＣＢ４０上に固定するための固定金具３０が装着されるようになっている。
固定金具３０は、金属板をプレス加工して形成されており、図４に示すように、ハウジング２０の側面に装着されるハウジング固定部３１と、その下縁から一体に直角曲げされてＰＣＢ４０上に載せられる基板固定部３２とから構成されている。

ハウジング固定部３１は、上から下に向けて３段階に幅が狭められた段付き形状とされ、中段部の両側縁に、食込突起３３が形成されている。一方、ハウジング２０の両側壁部２０Ｃには、固定金具３０のハウジング固定部３１が上方から挿入可能とされる装着溝２７が形成されている。

固定金具３０は、そのハウジング固定部３１が装着溝２７に上方から挿入され、詳しくは図示しないが、食込突起３３が装着溝２７の側縁に食い込みつつ押し込まれて所定位置で押し込みが停止され、基板固定部３２の下面がハウジング２０の底壁部２０Ａの下面から少し下方に突出して前記支持突部２５の下面とほぼ同一高さになる位置に位置決めされた状態で、抜け止めされて取り付けられている。

固定金具３０の基板固定部３２は、装着溝２７に挿入された場合に、ハウジング２０の側壁部２０Ｃから若干突出する程度の奥行寸法に留められている。この基板固定部３２には、図示４個の半田進入孔３５が、長さ方向に沿って一定間隔を開けて形成されているとともに、各半田進入孔３５の間の位置において、基板固定部３２の長さ方向と直交する向きでスリット３６が形成されており、中央のスリット３６では、基板固定部３２側からハウジング固定部３１における下端部にわたって立ち上がるようにして形成されている。

さて、上記構成の固定金具３０の前後方向における装着位置は、その基板固定部３２の側壁部２０Ｃに沿った方向における中心が、コネクタ１０の重心位置（図６に記号Ｏで示す）よりも前方（すなわち、ハウジング２０の後壁部２０Ｂとは反対側）に位置するようになっている。

より具体的に詳述すると、この実施形態では、上記の重心位置Ｏから端子金具１１の取付部１４の根元までの距離Ｌａが３．０mmであるとすると、同重心位置Ｏから固定金具３０の中心までの距離Ｌｂが５．０mmに設定されている。

上記のようなコネクタ１０は、ＰＣＢ４０上に以下のような手順によってリフロー式の半田付けで取り付けられる。
ＰＣＢ４０の表面における半田付けが予定される各部位には、表面に銅箔（図示せず）が設けられており、ここにリフロー半田付け用の半田クリームが予め付着される。そののち、コネクタ１０がＰＣＢ４０の表面の所定位置に載置されることで、各端子金具１１の取付部１４が半田クリーム上に重なり、両固定金具３０の基板固定部３２が同じく半田クリーム上に重なる。

この状態で、コネクタ１０が載置されたＰＣＢ４０を高温炉（図示せず）内に走行させると、ＰＣＢ４０に予め塗布された半田クリーム中の半田が溶融して溶融半田層が形成され、各端子金具１１の取付部１４に付着するとともに、両固定金具３０の基板固定部３２に付着する。そして、ＰＣＢ４０が高温炉を出て溶融半田が冷却されると、端子金具１１の取付部１４がＰＣＢ４０の銅箔上に固着されて導通接続される。また固定金具３０の基板固定部３２もＰＣＢ４０の別の銅箔に対して固着され、すなわちハウジング２０がＰＣＢ４０に対して取り付けられる。

ここで、半田の付着状態を見ると、端子金具１１側では、図７に示すように、各取付部１４の周縁にわたって半田Ｈが盛り上がって付着し、このとき作用する表面張力の分力によって、取付部１４に対してＰＣＢ４０側への引き付け力が得られる。１個の取付部１４に対する引き付け力は、例えば０．８（Ｎ／ｍ）程度であり、したがって１５本の端子金具１１側の引き付け力Ｆａは、Ｆａ＝０．８（Ｎ／ｍ）＊１５＝１２（Ｎ／ｍ）となる。
一方、固定金具３０側では、図８に示すように、分割された基板固定部３２の周縁や、半田進入孔３５の周縁において半田Ｈが盛り上がって付着し、同様に、このとき作用する表面張力の分力によって、基板固定部３２に対してＰＣＢ４０側への引き付け力が得られる。１枚の基板固定部３２に対する引き付け力は、例えば８．０（Ｎ／ｍ）程度であり、したがって左右２枚の固定金具３０側の引き付け力Ｆｂは、Ｆｂ＝８．０（Ｎ／ｍ）＊２＝１６（Ｎ／ｍ）となる。

そしてさらに、上記した引き付け力に基づき、例えばコネクタ１０の重心位置Ｏを中心として、ハウジング２０の後部側において端子金具１１がＰＣＢ４０に向かう方向の回転モーメントＭａと、ハウジング２０の前部側がＰＣＢ４０に向かう方向の回転モーメントＭｂとが作用する。
すなわち後部側の回転モーメントＭａは、
Ｍａ＝Ｆａ＊Ｌａ＝１２（Ｎ／ｍ）＊３．０（mm）＝３６．０（Ｎ）であり、
一方、前部側の回転モーメントＭｂは、
Ｍｂ＝Ｆｂ＊Ｌｂ＝１６（Ｎ／ｍ）＊５．０（mm）＝８０．０（Ｎ）となる。

このように「後部側の回転モーメントＭａ＜前部側の回転モーメントＭｂ」となり、端的にはハウジング２０には、重心位置Ｏを中心して前部側がＰＣＢ４０に押し付けられる回転力の方がより大きく作用するから、前部側が浮くようなことなく、ハウジング２０は確実にＰＣＢ４０上に固定される。

ここで、前部側の回転モーメントＭｂを増大できた要因として以下のことが考えられる。

まず、半田の表面張力は、半田が盛り上がって付着する周縁箇所が長くなる程大きくなる。そこで固定金具３０の基板固定部３２については、スリット３６が入れられて分割され、また半田進入孔３５が形成された構造となっており、分割された基板固定部３２の周縁や、半田進入孔３５の周縁において半田が盛り上がって付着し、すなわち半田が盛り上がって付着される周縁の長さが大きく取られていることで、表面張力も大きくなる。結果、前部側の回転モーメントＭｂを増大させることができる。
また、固定金具３０の装着位置を、重心位置Ｏから前方に離間させた構造となっている。これにより、前部側の回転モーメントＭｂを得る場合のいわゆる腕の長さが大きくなり、結果、同回転モーメントＭｂを増大させることができる。

なお、上記実施形態では、ハウジング２０の底壁部２０Ａの四隅に支持突部２５を設けたから、ハウジング２０のＰＣＢ４０に対する接触位置が四隅部に確定される。このため、支持突部２５がない場合にはハウジング２０の成型精度やＰＣＢ４０表面の平坦度によってはハウジング２０の底壁部２０Ａの中央付近がＰＣＢ４０表面と局部的に接触してハウジング２０の傾きを許容ないし助長することも懸念されるのに対し、本実施形態ではハウジング２０の傾きを一層確実に防止することができる。

また、端子金具を予めハウジングに形成したキャビティ内に挿入して装着するタイプのコネクタでは、その端子金具の挿入を許容するためにキャビティ内壁と端子金具との間に僅かな隙間があり、そのために溶融半田が端子金具の基板接続部に付着するときの表面張力によって端子金具に引っ張り力が作用しても、端子金具が僅かに動くことでハウジングに対して引っ張り力が及ばない場合があるという事情がある。これに対して、本実施形態のように端子金具１１をハウジング２０に圧入するのではなく、上述のような端子金具１１の移動が全く許容されていないため、端子金具１１に作用する引っ張り力が直ちにハウジング２０に対する引っ張り力として作用するという事情がある。しかし、既に述べたように、本実施形態では、ハウジング２０の前部側がＰＣＢ４０に押し付けられる回転モーメントが大きく作用するから、前部側が浮くようなことなく、ハウジング２０は確実にＰＣＢ４０上に固定される。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態に記載した表面張力の数値や、重心位置からの距離の数値等はあくまでも一例であって、他の数値に置換し得るものである。
（２）上記実施形態では、固定金具３０の基板固定部３２には、スリット３６と孔３５とを併せて形成したが、これらはいずれか一方でもよく、また、スリット３６及び孔３５の双方とも設けない構成としてもよい。

Claims (8)

1. 回路基板にリフロー半田付けされることによって電気的接続と固定とが行われる基板用コネクタであって、
   前記回路基板上に載置される底壁部、この底壁部と連なる後壁部及び側壁部を有するハウジングと、
   端部に前記回路基板に半田付けされる基板接続部を有し、その基板接続部を前記ハウジングの後壁部から突出させた状態で前記ハウジングに装着された端子金具と、
   前記回路基板に半田付けされる基板固定部を有して前記ハウジングの側壁部に装着された固定金具とを有し、
   その固定金具は、前記基板固定部の前記側壁部に沿った方向における中心が、前記コネクタの重心位置よりも前記ハウジングの後壁部とは反対側に位置するように装着されている基板用コネクタ。
2. 前記固定金具は、前記側壁部に沿ったハウジング固定部と、このハウジング固定部から一体に延びて前記回路基板に沿う形状となる前記基板固定部とを有し、前記基板固定部には切欠部及び／又は孔が形成されている請求の範囲第１項記載の基板用コネクタ。
3. 前記ハウジングの底壁部には、四隅に支持突部が形成されている請求の範囲第１項記載の基板用コネクタ。
4. 前記ハウジングの底壁部には、四隅に支持突部が形成されている請求の範囲第２項記載の基板用コネクタ。
5. 前記端子金具は、前記ハウジングの後壁部を後方から貫通させるように圧入することで前記ハウジングに装着されている請求の範囲第１項記載の基板用コネクタ。
6. 前記端子金具は、前記ハウジングの後壁部を後方から貫通させるように圧入することで前記ハウジングに装着されている請求の範囲第２項記載の基板用コネクタ。
7. 前記端子金具は、前記ハウジングの後壁部を後方から貫通させるように圧入することで前記ハウジングに装着されている請求の範囲第３項記載の基板用コネクタ。
8. 前記端子金具は、前記ハウジングの後壁部を後方から貫通させるように圧入することで前記ハウジングに装着されている請求の範囲第４項記載の基板用コネクタ。

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