JP2011204483A - 電気コネクタおよびそれが実装された回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な、電気コネクタおよびそれが実装された回路基板を提供する。
【解決手段】電気コネクタにおいて、導体ピンの途中に設けられ、インピーダンスが導体ピンの他の部分よりも高い部分である高インピーダンス部と、電気導体から形成され、一端は高インピーダンス部に対向して配置され、且つ他端は回路基板に実装可能に形成される放電経路部材と、を備える構成とした。これにより、電気コネクタ内に一体的に静電気放電構造が形成されるので、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気コネクタおよびそれが実装された回路基板に係り、特に、接続される相手コネクタを介して印加された静電気を確実に回路基板のグランドラインに逃がすことができる電気コネクタに関する。

電気コネクタを備え、当該電気コネクタに結合される相手コネクタを介して外部の電気機器に接続されるが回路基板においては、相手コネクタを介して静電気が印加される場合がある。従来の回路基板においては、電子部品が静電気により破壊されることを防止するために、この静電気を回路基板に実装される電子部品の手前において回路基板のグランドラインへ放電させる構造を備えている。たとえば、回路基板上においてコネクタ端子と電子部品とを導通するように形成された導電パターンの一部にインピーダンスを高めた箇所を設けるとともに、インピーダンスを高めた箇所に隣接してグランドラインとしてのグランドパターンを設けている（例えば特許文献１参照）。

この場合、相手コネクタを介して回路基板内に静電気が印加されると、この静電気は、導電パターンのインピーダンスを高めた箇所から隣のグランドパターンへ放電し、その結果、静電気が電子部品に印加されることを防止できる。

特開２００１−７４５５号公報

しかし、上術した従来の回路基板における静電気放電構造は、回路基板上の導体パターンの一部として形成されるとともに、静電気を放電し易くするために、高インピーダンス部とグランドパターンとの距離を小さく設定している。このため、回路基板に各種電子部品を実装する工程、たとえばフローはんだ付け工程において、高インピーダンス部とグランドパターンとがはんだで短絡される可能性がある。あるいはグランドパターンのインピーダンスが高い場合は、グランドパターンに放電された静電気がさらにグランドパターンから隣接する他の信号パターンに放電して電子部品が破壊される可能性がある。

本発明は上記の問題に鑑み、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な、電気コネクタおよびそれが実装された回路基板を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の請求項１に記載の電気コネクタでは、回路基板に実装されて外部の電気機器に接続された電気コネクタである相手コネクタに結合されることにより当該回路基板上の電気回路を外部の電気機器に接続するための電気コネクタであって、電気導体から形成され、一端は回路基板に実装され、且つ他端は相手コネクタが備える接続端子である相手端子と接触可能に形成される接続端子の途中に設けられ、インピーダンスが当該接続端子の他の部分よりも高い部分である高インピーダンス部と、電気導体から形成され、高インピーダンス部に対向する部分である放電部、および回路基板のグランドパターンに接続される端子部を備える放電経路部材と、を備えることを特徴としている。

上述した構成によれば、相手端子を介して接続端子に静電気が印加された場合、この静電気は、接続端子の高インピーダンス部において電圧が高められてより放電し易くなるので、高インピーダンス部から、高インピーダンス部と対向する放電経路部材の放電部へ放電される。さらに、放電経路部材へ放電された静電気は、放電経路部材の端子部を介して回路基板のグランドパターンへ流れる。これにより、電気コネクタ内部において、静電気が放電経路部材を経て回路基板のグランドパターンへ放電する。電気コネクタを回路基板に実装する場合、接続端子の端部が回路基板の導体パターンにはんだ付けされるが、本発明の電気コネクタにおいては、高インピーダンス部、および放電経路部材における高インピーダンス部と対向する部分、言い換えると静電気放電部は、はんだ付け部位から離れているので、フローはんだ付け工程ではんだにより短絡されることがない。したがって、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な電気コネクタを提供することができる。

本発明の請求項２に記載の電気コネクタでは、接続端子の高インピーダンス部における軸方向に直交する方向の断面積は、接続端子の他の部分の断面積よりも小さく設定されることを特徴としている。

接続端子において、接続端子の軸方向、すなわち電流が流れる方向に直交する方向の断面積が一般部よりも小さい部分の抵抗値は、一般部の抵抗値よりも大きくなる。言い換えるとインピーダンスが高くなる。接続端子は、通常導電性金属から棒状に形成されている。したがって、断面積が他の部分より小さい部分を形成することは、プレス加工等により容易に行うことができる。以上から、本発明の請求項２に記載の発明によれば、高インピーダンス部を容易に形成しつつ、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な電気コネクタを提供することができる。

本発明の請求項３に記載の電気コネクタでは、放電部は、接続端子が挿通されるように放電経路部材に設けられた貫通孔の内周面であり、接続端子が貫通孔に挿通されると、高インピーダンス部は貫通孔の内周面に対向することを特徴としている。

上述の構成によれば、接続端子の高インピーダンス部は放電経路部材の貫通孔内に挿通されている。言い換えると、高インピーダンス部の外周側には、全周に亘って放電経路部材が存在している。したがって、電気コネクタの組み付け時において、接続端子と放電経路部材との位置関係がばらついても、高インピーダンス部の近くに必ず放電経路部材が存在するので、接続端子に印加された静電気を高インピーダンス部から放電経路部材へ確実に放電させて、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な電気コネクタを提供することができる。

本発明の請求項４に記載の電気コネクタでは、放電経路部材は高インピーダンス部に向かって突き出す突起部を備えることを特徴としている。

離れて位置される二つの電気導体の一方から他方への放電は、二つの電気導体の距離が小さいほど起きやすい。言い換えると、より低い電圧で放電する。したがって、突起部は、放電経路部材の他の部分よりも高インピーダンス部との距離が小さいので、接続端子に印加された静電気を高インピーダンス部から突起部へ確実に放電させて、回路基板に電子部品を実装する工程において静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な電気コネクタを提供することができる。

本発明の請求項５に記載の回路基板は、本発明の請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載される電気コネクタが実装されることを特徴としている。

回路基板に、本発明の請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載される電気コネクタを実装することにより、回路基板への電気コネクタや種々の電気部品のはんだ付け工程において、静電気放電機能が損なわれることを抑止することができる。これにより、高い静電気放電機能を備えた回路基板を提供することができる。
本発明の一実施形態による電気コネクタの回路基板へ実装した状態における正面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２中のＩＶ矢視図である。 本発明の一実施形態による電気コネクタと相手コネクタとの結合状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態による電気コネクタの変形例における断面図である。 本発明の一実施形態による電気コネクタの他の変形例における断面図である。 本発明の一実施形態による電気コネクタの他の変形例における断面図である。 図８中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。

以下、本発明に係る電気コネクタ１の実施形態について、電気コネクタ１が回路基板２に実装された場合を例にとり図面に基づいて説明する。

回路基板２は、図示しない各種の電気部品、たとえばマイクロコンピュータ、集積回路（ＩＣ）等が実装されて、制御等の機能を果たす電気回路を形成している。電気コネクタ１は、この回路基板２に実装されて回路基板２上に形成された電気回路を図示しない外部の電気機器に接続する役割を果たしている。すなわち、電気コネクタ１が、外部の電気機器に直接接続されている相手コネクタ３と結合されることにより、回路基板２の電気回路が外部の電気機器と電気的に導通する。

電気コネクタ１は、導電性金属等から形成される接続端子１１を複数個備え、複数の接続端子１１を樹脂材料からなるハウジング１３内に所定の位置関係を保ちつつ保持して形成されている。本発明の一実施形態による電気コネクタ１では、図１に示すように、接続端子１１を８本備えているが、接続端子１１の個数は８個に限る必要はなく、電気コネクタ１の用途に応じて自由に変更されるものである。

接続端子１１は、導電性金属から、図１に示すように、断面円形の略棒状に形成されている。接続端子１１は、図２に示すように、電気コネクタ１と結合される相手コネクタ３の相手端子３１と嵌合可能な部分、および回路基板２上の電気通路である信号パターン２２にはんだ付けされる部分である一般部１１ａと、一般部１１ａの途中に形成された高インピーダンス部１１ｂとから構成されている。高インピーダンス部１１ｂは、接続端子１１の軸方向に直交する方向の断面積を、一般部１１ａにおける断面積よりも小さくなるように加工して形成されている。本発明の一実施形態による電気コネクタ１においては、高インピーダンス部１１ｂは、その直径が一般部１１ａよりも小さくなるように加工され、高インピーダンス部１１ｂと一般部１１ａとは同軸上に配置されている。高インピーダンス部１１ｂは、本発明の一実施形態による電気コネクタ１の特徴的構成の一つである。

本発明の一実施形態による電気コネクタ１のもう一つの特徴的構成である、放電経路部材としてのアース板１２は、導電性金属から形成されている。アース板１２は、図２に示すように、貫通孔１２ａを備え、この貫通孔１２ａに、接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂが図２に示すように、挿通されている。貫通孔１２ａは、電気コネクタ１が備える接続端子１１の個数だけ、つまり８個設けられ、すべての接続端子１１は貫通孔１２ａに挿通されている。したがって、本発明の一実施形態による電気コネクタ１においては、８本すべての接続端子１１は、それぞれの高インピーダンス部１１ｂが、図３に示すように、対応するアース板１２における放電部である貫通孔１２ａの内周面に対向している。また、アース板１２は、図１に示すように、端子部であるリードピン部１２ｂを一体的に備え、リードピン部１２ｂは、回路基板２のグランドパターン２１にはんだ付けにより導通している。グランドパターン２１は、回路基板２上に形成される電気回路において、電位が０となっている。アース板１２は、図２に示すように、電気コネクタ１の有底箱状に形成されたハウジング１３内の底部に密着して配置されている。

接続端子１１およびアース板１２は、電気コネクタ１のハウジング１３を樹脂成型加工する際に、ハウジング１３を作る成形型内にセットしてインサート成型することにより、ハウジング１３に一体的に固定される。

電気コネクタ１が回路基板２に実装された状態において、接続端子１１は、図４に示すように、回路基板２が備える信号パターン２２にはんだ付けされるとともに、アース板１２のリードピン部１２ｂは、図４に示すように、回路基板２が備えるグランドパターン２１にはんだ付けされる。

電気コネクタ１に相手コネクタ３が結合されると、電気コネクタ１の接続端子１１は、図５に示すように、相手コネクタ３が備える略円筒状の相手端子３１に嵌合して、各接続端子１１は、対応する相手端子３１と電気的に導通する。これにより、電気コネクタ１と相手コネクタ３とが電気的に導通される。同時に、相手コネクタ３のハウジング３２と電気コネクタ１のハウジング１３とも、図５に示すように、互いに嵌合している。これにより、電気コネクタ１および相手コネクタ３の結合が強固なものとなる。相手コネクタ３との結合が完了した時点で、相手コネクタ３の相手端子３１は電気コネクタ１の接続端子１１の一般部１１ａと嵌合し、高インピーダンス部１１ｂとは嵌合していない。したがって、相手端子３１と接続端子１１との接触面積は十分確保されるので、両者の導通は確実なものとなる。また、相手コネクタ３との結合が完了した時点で、相手コネクタ３のハウジング３２と電気コネクタ１のアース板１２との間には、図５に示すように、隙間が形成される。これにより、電気コネクタ１と相手コネクタ３との結合工程において、アース板１２が変形等の損傷を受けることを防止できる。

次に、本発明の一実施形態による電気コネクタ１の特徴的構成である、接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂおよびアース板１２の作用・効果について説明する。

回路基板２上に形成される電気回路を構成している電子部品には、定格電圧を超える電圧が印加されると損傷を受けるものがある。通常、電気回路において電子部品に供給される電圧は精密に制御されているが、何らかの原因で電気回路の外部から静電気が印加されると、使用状態の電圧を超えた高い電圧が電子部品に印加されることになる。従来の回路基板では、電子部品が静電気により破壊されることを防止するために、この静電気を回路基板に実装される電子部品の手前において回路基板のグランドラインへ放電させる構造を備えている。これは、回路基板上に配設される導電パターンにインピーダンスを高めた箇所を設けるとともに、このインピーダンスを高めた箇所に近接させてグランドラインを配設している。導電パターンに静電気が印加された場合、この静電気を、導電パターンにおけるインピーダンスを高めた箇所から、隣接するグランドラインへ放電させて、許容電圧の低い電子部品に静電気が印加されることを抑制している。このような静電気放電構造は、回路基板上に形成されているので、回路基板に電子部品を実装するフローはんだ付け工程で、インピーダンスを高めた箇所とグランドライン間にはんだが残り両者が短絡されてしまう恐れがあった。

本発明は、このような問題の解決を目指して成されたものである。本発明の一実施形態による電気コネクタ１において、結合された相手コネクタ３を介して静電気が印加されると、この静電気は、接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂにおいて電圧が上昇して、より放電し易い状態となり、高インピーダンス部１１ｂと最も近い部分であるアース板１２の貫通孔１２ａの内周壁面へ放電する。アース板１２へ放電された静電気は、アース板１２のリードピン１２ｂを介して回路基板２のグランドパターン２１へ流れる。これにより、外部から、電気コネクタ１の接続端子１１に印加された静電気は、電気コネクタ１内において回路基板２のグランドパターン２１へ放電され、接続端子１１に接続される信号パターン２２へは流れることが阻止されるので、信号パターン２２に接続される許容電圧の低い電子部品に静電気が印加され、それらが損傷することを防止できる。本発明の実施の形態における静電気放電構造は、先に説明したように、電気コネクタ１の内部に一体的に形成されているので、回路基板２に電子部品を実装するフローはんだ付け工程において、静電気放電構造である接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂおよびアース板１２の貫通孔１２ａにはんだが触れることがない。したがって、回路基板２に電子部品を実装する工程において静電気放電構造である接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂおよびアース板１２の貫通孔１２ａからなる静電気放電構造の静電気放電機能が損なわれることを抑止可能な、電気コネクタおよびそれが実装された回路基板を提供することができる。

また、本発明による静電気放電構造は、電気コネクタ１に一体的に組み込まれているので、種々の回路基板に対して、回路基板自体に何ら変更を施すことなしに適用できるので、容易に静電気放電構造を追加することができる。

なお、本発明に係る電気コネクタおよびそれが実装される回路基板は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。上記実施の形態を適宜変更した形態として、たとえば、以下に説明するような形態として実施することもできる。

図６に、本発明の一実施形態による電気コネクタ１の変形例の断面図（図３に相当する）を示す。この変形例では、接続端子１１の形状を変更している。先に述べた本発明の一実施形態による電気コネクタ１では、接続端子１１の断面形状は円形、つまり接続端子１１は丸棒状であるが、この変形例では、断面形状を四角形、つまり角棒状としている。この場合においても、接続端子１１の断面積を部分的に小さくして高インピーダンス部１１ｂを容易に形成することができる。

図７に、本発明の一実施形態による電気コネクタ１の他の変形例の断面図（図３に相当する）を示す。この他の変形例では、アース板１２の貫通孔１２ａの形状を変更している。先に述べた本発明の一実施形態による電気コネクタ１では、貫通孔１２ａの断面形状は円形であるが、この他の変形例では、断面形状を多角形状としている。この場合においても、高インピーダンス部１１ｂから貫通孔１２ａの内周面へ静電気を放電させることができる。

図８および図９に、本発明の一実施形態による電気コネクタ１の他の変形例の断面図（図３に相当する）を示す。この他の変形例では、アース板１２の貫通孔１２ａの形状を変更して、静電気放電構造の個数を変更している。先に述べた本発明の一実施形態による電気コネクタ１では、静電気放電構造である接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂおよびアース板１２の貫通孔１２ａは、電気コネクタ１が備える全部の接続端子１１が備えている。これに対して、この他の変形例においては、電気コネクタ１が備える接続端子１１の一部にのみ静電気放電構造を設けている。すなわち、図８において、８本ある接続端子１１のうち、上段の４本には静電気放電構造を設けず、下段の４本に静電気放電構造を設けている。そのために、アース板１２の形状を、図８に示すような矩形とし、さらに接続端子１１の高インピーダンス部１１ｂに対向する位置に突起部１２ｃを設けている。接続端子１１のうち、外部から静電気が印加される可能性が無いものには静電気放電構造を設けなくてよいので、そのような場合は、この他の変形例の電気コネクタ１を適用して、電気コネクタの構造を簡略化することができる。

１ 電気コネクタ
１１ 接続端子
１１ａ 一般部
１１ｂ 高インピーダンス部
１２ アース板（放電経路部材）
１２ａ 貫通孔（放電部）
１２ｂ リードピン部（端子部）
１２ｃ 突起部
１３ ハウジング
２ 回路基板
２１ グランドパターン
２２ 信号パターン
３ 相手コネクタ
３１ 相手端子

Claims (5)

1. 回路基板に実装されて外部の電気機器に接続された電気コネクタである相手コネクタに結合されることにより当該回路基板上の電気回路を前記外部の電気機器に接続するための電気コネクタであって、
   電気導体から形成され、一端は前記回路基板に実装され、且つ他端は前記相手コネクタが備える接続端子である相手端子と接触可能に形成される接続端子の途中に設けられ、インピーダンスが当該接続端子の他の部分よりも高い部分である高インピーダンス部と、
   電気導体から形成され、前記高インピーダンス部に対向する部分である放電部、および前記回路基板のグランドパターンに接続される端子部を備える放電経路部材と、を備えることを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記接続端子の前記高インピーダンス部における軸方向に直交する方向の断面積は、前記接続端子の他の部分の断面積よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記放電部は、前記接続端子が挿通されるように前記放電経路部材に設けられた貫通孔の内周面であり、
   前記接続端子が前記貫通孔に挿通されると、前記高インピーダンス部は前記貫通孔の前記内周面に対向することを特徴とする請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の電気コネクタ。
4. 前記放電経路部材は前記高インピーダンス部に向かって突き出す突起部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の電気コネクタ。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の電気コネクタが実装されることを特徴とする回路基板。

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