JP4425058B2 - コンタクト構造及びそれを使用する電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、印刷回路基板に使用される電気コネクタに関し、より詳細には、短絡コンタクトを有するカードエッジコネクタに関する。

親基板及び１枚以上の子基板は、コンピュータ又は他の電子機器内で使用される組立体間で信号を送るために使用されるのが代表的である。機器のタイプによって親基板及び子基板は互いに直交して配置され、製品全体の形態に依存して「カードエッジ」構造と称されることがある。カードエッジコネクタは、多数の対向する電気コンタクトを有する親基板及び子基板間に延び、これら親基板及び子基板を接続する。各コンタクトの一端は親基板に固定され、各コンタクトの他端は、子基板が対向コンタクトの端部間のスロットに受容可能になるように、コネクタのスロット内に収容される。子基板がスロットから抜去されると、対向コンタクトは、コネクタを介した電気短絡回路を形成するよう互いに接触する。この短絡コンタクトの信頼性は、関連する機器の能力に影響を与える。

従来、カードエッジコンタクトは、子基板が抜去される際に、各コンタクトの全幅を横切って互いに係合する、曲げられた即ち湾曲した部材である。窪みが短絡コンタクトの一表面に設けられ、対向する相手コンタクトと接触する接触応力が得られることがあった。しかし、塵及びごみが親基板及び子基板間の接触界面に集まったり、エッジコネクタの対向コンタクトに酸化膜が形成されたりするおそれがある。塵及び酸化膜等は、対向短絡コンタクト間の電気接続を危うくし、電子機器の誤作動を引き起こすおそれがある。

円弧状突起がハウジング内の互いに対向する位置に配置される際に、突起間のワイピング動作が接続点を移動させ、コンタクトの酸化膜又はごみ等を除去してコンタクト間の短絡接続の信頼性を改善するように、円弧状突起を有する短絡コンタクトが開発されてきた。例えば、特許文献１及び２を参照されたい。
米国特許第５２７７６０７号明細書 米国特許第５３６６３８２号明細書 米国特許第４０８７１５１号明細書 米国特許第３９０３３８５号明細書

しかし、これら突起は、互いに位置ずれして短絡接続を危うくするおそれがある。また、突起は、短絡接続を解除するために子基板が挿入される際に分離するよう設計される。しかし、子基板がコネクタ内に不完全又は不適切に挿入されると、短絡コンタクト間の接続は断たれ、電気的誤作動や部品の破壊が生ずるおそれがある。

本発明の典型的な一実施形態によれば、コンタクト構造は対向する少なくとも１対のコンタクトを具備する。コンタクト対の各々は、弾性を有する後脚、この後脚から延びる案内部、及び案内部から延びる接触面を有する。接触面は、相手接触面と複数点接触するよう分岐面を有する。

任意であるが、分岐面は、スロットにより分離された第１コンタクトビーム及び第２コンタクトビームを有する。少なくとも１個の外形足（contoured footing）は、第１及び第２コンタクトビームの一方から延びて相手接触面と複数点で接触する。一実施形態において、独立した３点で相手接触面と接触する。

本発明の典型的な別の実施形態によれば、電気コネクタは、互いに対向して配置された１対のコンタクトを具備する。各コンタクトは、分岐した接触面を有する。１対のコンタクトの分岐した接触面は、印刷回路基板が接触面間に挿入完了するまで、互いに係合する。

典型的な別の実施形態によれば、電気コネクタは、回路基板を受容するよう構成され且つ少なくとも１つの傾斜内壁を有するハウジングを具備する。互いに対向して配置された１対のコンタクトが、ハウジングに設けられる。１対のコンタクトの少なくとも一方は、傾斜内壁に隣接する弾性後脚と、後脚から延びる弾性接触部とを具備する。接触部は接触面を有する。接触面は、その接触面が相手接触面と係合すると、分離した第１及び第２接触点を形成するよう構成された少なくとも１本のコンタクトビームを有する。

本発明の典型的な別の実施形態によれば、カードエッジ型電気コネクタが提供される。コネクタは、回路基板の一縁を受容するよう構成されたハウジングと、ハウジング内に置かれ対向する嵌合対として配置された第１及び第２コンタクトとを具備する。第１及び第２コンタクトの少なくとも一方は、ハウジングの傾斜内壁に隣接する弾性後脚と、後脚から延びる案内部とを具備する。回路基板がハウジングに受容されると案内部が回路基板と係合し、弾性接触部が案内部から延びる。接触部は、印刷回路基板が第１及び第２コンタクト間に挿入完了するまで相手接触部と係合する、分岐した接触面を具備する。回路基板が案内部と係合すると、弾性脚が撓み、回路基板がスロット内に所定距離だけ挿入されるまで接触部が互いに分離することなく回路基板を受容する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の典型的な実施形態に従って形成されたカードエッジコネクタ１０の斜視図である。コネクタ１０は、細長の両側壁１６，１８及び両端壁２０，２２を有しほぼ直方体構造の非導電性のハウジング１４を具備する。ハウジング１４の上縁２４にはスロットが形成され、短絡コンタクト２６を受容する多数の横方向切欠き２５を画定する。短絡コンタクト２６は、ハウジング１４の横方向切欠き２５内で互いに対向して配置されるコンタクト対２７として配列される。短絡コンタクト２６は、印刷回路基板、より特定すると親基板（図１には図示せず）等の構造物に接続するために、ハウジング１４の下縁２８から所定距離だけハウジング１４の外側へ延びる。図示の実施形態では、コンタクト２６は親基板へのスルーホール接続用として構成されているが、コンタクト２６は、別の実施形態において親基板への表面実装用であってもよいことが理解されよう。

中央の縦スロット３０は、ハウジング１４の上縁２４の長手方向に沿って延び、ハウジング１４の横方向切欠き２５内のコンタクト２６に接続するために子基板（図１には図示せず）等の印刷回路基板を受容するよう構成される。

以下により詳細に説明するように、コンタクト２６は、重複（冗長）係合点すなわち接触点を有する短絡接触部を形成し、縦スロット３０内に挿入された子基板と「接続解除前接続」、すなわち短絡接続が解除される前に子基板と接続するよう構成される。重複接触点は、短絡コンタクト２６が位置ずれする場合であっても、短絡コンタクト２６間の電気接続が不十分になってしまう可能性を低減する。また、コンタクト２６は、子基板の部分的挿入すなわち不完全挿入が早い時期にコンタクト２６間の短絡接続を阻害しないことを保証するよう構成される。

図２は、本発明の典型的実施形態に従って形成され、コネクタ１０（図１参照）内での使用に適合する短絡コンタクト２６を示す。コンタクト２６は、典型的実施形態ではベリリウム銅等の導電性材料条から製造される。コンタクト２６は、平坦な後脚４０と、上端のほぼＵ形曲げ部４２とで形成される。後脚４０から鋭角に離れた曲げ部４２からは、平坦な案内部４４が延びる。案内部４４から延びる過渡部４６は、案内部４４から後脚４０に向かう方向に所定角度で曲げられすなわち方向付けられる。短絡接触部４８は、案内部４４とは反対側の過渡部４６の端から延び、後脚４０から離れる外方に延びる。コンタクト２６の曲げ構造は、短絡接触部４８が後脚４０から離れる方向に付勢されるように弾性を与える。短絡接触部４８は、その末端に後述する二股の短絡接触面５０を有する。コンタクト対２７のコンタクト２６の接触面５０は、互いに係合してコネクタ１０（図１参照）を介した短絡電気接続を形成する。コンタクト対２７のコンタクト２６の接触面５０は、コンタクト２６がハウジング１４（図１参照）内に互いに対向して配置されると、コンタクト対２７間に重複接触点を与える。

図示の実施形態において、案内部４４は、短絡接触部４８より（後脚４０に対して測った）小さな角度で傾斜して延びる。しかし、別の実施形態において、後脚４０、案内部４４及び短絡接触部４８の別の相対角度も採用可能であることが認められる。

コンタクト２６の後脚４０は、側縁５４，５６間で測った横方向の寸法が大きな幅広頭部５２を有する。頭部５２は、後脚４０の縦軸５８に沿って延びており、曲げ部４２から所定距離離れた位置にあり、各横方向側縁５４，５６の頭部上端６２で上方に曲げられた打抜きタブ６０を有する。小断面領域の幅狭部６４はタブ６０間に延びる。幅狭部６４は、側縁６６，６８間の幅、並びに頭部５２及び曲げ部４２間に位置する後脚４０の残余部分よりも（縦軸５８に直交する方向に測って）小さい横方向の幅を有する。さらに後述するように、幅狭部６４により、子基板等の印刷回路基板がコネクタ１０の縦スロット３０内に挿入される際に、本体部４０は撓むことができる。

位置決めタブ７０は、頭部５２の下端７２で頭部５２の中央部から打ち抜かれ、タブ６０から離れる下方に曲げられる。位置決めタブ７０は、コネクタ１０のハウジング１４内の所望の位置に本体部４０を配置する。圧入リードピン７４が、頭部５２の下端７２から延びており、親基板等の印刷回路基板への無半田接続を提供する。別の実施形態では、圧入リードピン７４の代わりに、半田テール又は他の公知の接続手法を使用することが考えられる。

図３は、対向するコンタクト２６を含む平面を通る、図１の３−３線に沿って断面したコネクタ１０の断面図である。ハウジング１４は切欠き２５を有する。切欠き２５には、コンタクト２６の各短絡接触部４８が互いに対面する対向嵌合対の態様でコンタクト２６の対２７が配置されている。コンタクト２６の後脚４０はその上端でハウジング１４から離されるので、ハウジング１４の内部の切欠き２５の外方へ傾斜する側壁８６と後脚４０との間に間隙８４が設けられる。対向する短絡接触部４８は各コンタクト２６の弾性により互いに接触する方向に付勢され、コンタクト２６間に短絡電気接続が達成される。接触面５０は互いに係合し、嵌合したコンタクト２６間に電気接続（短絡接続）が生ずる。電気回路を有する子基板８２は、ハウジング１４の上縁２４のスロット３０内へコンタクト２６の嵌合した短絡接触部４８間に挿入できる。圧入リードピン７４は親基板８８に電気的に接続される。

子基板８２は、コネクタ１０内に挿入されると、対向するコンタクト２６の案内部４４と最初に係合する。子基板８２がさらに挿入されると、各コンタクト２６の後脚４０は幅狭部６４の回りで撓み、後脚４０の上部は、ハウジング１４の内部の切欠き２５の外方に傾斜する側壁８６により画定される間隙８４内に、矢印Ａ及びＢ方向へ外側に移動する。図示されているように、側壁１６，１８の厚さは、ハウジング１４の底縁２８付近よりも上縁２４付近の方が薄い。ハウジング１４の下部９０は、各コンタクト２６の頭部５２（図２参照）をしっかりと支持するために、ほぼ一定の壁厚を有する。下部９０の下側周辺には、コンタクト２６の位置決めタブ７０（図２参照）を受容する切欠き９２が設けられる。

図４は、図３に示された位置で互いに係合する際のコンタクト対２７のコンタクト２６を示す。図５は、コンタクト２６の接触面５０を示す斜視図である。各接触面５０は、後述するように、接触面５０間に重複接触する２個以上の分岐部で分岐している。典型的な一実施形態において、各接触面５０は、コンタクトビーム１００，１０２の形態の２つの分岐部（すなわち二股接触面）を有する。しかし、二股接触面は、単に説明目的で本態様のように表現されている。本発明は、二股接触面に限定することを意図したものではない。

図５に最もよく示されるように、図示の実施形態において、各接触面５０は、直線接触指部すなわち直線コンタクトビーム１００と、傾斜接触指部すなわち傾斜コンタクトビーム１０２とを有する。直線及び傾斜コンタクトビーム１００，１０２はスロット１０４で分離されているので、フォーク型接触面となる。直線コンタクトビーム１００は、コンタクト２６の側縁６８と共に延びており、ほぼ一定の幅及び厚さを有する。傾斜コンタクトビーム１０２には、コンタクト２６の側縁６６から内方に変位した外形が形成される。傾斜コンタクトビーム１０２は、直線コンタクトビーム１００に隣接して位置し、直線コンタクトビーム１００の方に向かう外縁１０３に沿った幅で傾斜する。傾斜コンタクトビーム１０２に設けられた傾斜は、接触面５０が係合する際に、直線及び傾斜コンタクトビーム１００，１０２の互いに対するオフセットを容易にする。このため、一方のコンタクト２６の傾斜コンタクトビーム１０２は、接触面５０が係合すると、対向するコンタクト２６のスロット１０４近傍に配置され、他方もまた同様である。コンタクト２６の弾性により、信頼性の高い電気接続のために各コンタクト２６のコンタクトビーム１００，１０２間に楔効果が得られる。すなわち、コンタクトビーム１００，１０２は互いに押圧され、各接触面５０の係合を保証する。

図４及び図５に示されるように、各接触面５０は、直線コンタクトビーム１００及び傾斜コンタクトビーム１０２を有し、外形足１０６，１０８は、ビーム１００，１０２の末端１０７，１０９の各々から縦方向に延びる。足１０６，１０８は、コンタクトビーム１００，１０２の末端１０７，１０９から離れる外方に湾曲する。さらに、足１０６，１０８は、スロット１０４（図５参照）に隣接する横方向内側で傾斜する。足１０６，１０８の横方向及び縦方向の湾曲は、各コンタクト２６の短絡接触面５０間の点接触を促進し、係合及び係合解除の間、接触面５０の摩擦力及び擦れを低減する。接触面５０が係合すると、各コンタクト２６の足１０６，１０８が最初に互いに係合する。コンタクト２６の弾性により、接触面５０間の係合は高い応力になり、接触面５０が互いに係合した状態を維持する。また、接触面５０の弾性及び構造により、足１０６，１０８及びビーム１００，１０２の一方又は両方は、矢印Ｃ方向に摺動して互いにワイピング作用し、互いに嵌合した状態で係合するようになる。

また、図４に最もよく示されるように、接触面５０の構造は、接触面５０間に重複した接触点を形成する。典型的な実施形態において、各接触面５０に対して３個の接触点１１２，１１４，１１６が存在する。特に、各直線コンタクトビーム１００は、対向する相手接触面５０の傾斜コンタクトビーム１０２に隣接した足１０６上に１接触点１１２を有する。また、傾斜ビーム１０２の各足１０８は、嵌合接触点との２接触点１１４，１１６を足１０８の各側に１点ずつ与える。接触点５０間に複数の接触点１１２，１１４，１１６を与えることにより、嵌合接触面５０間に潜在的な位置ずれにもかかわらず、電気的接触が得られることが保証できる。

また、複数の接触点１１２，１１４，１１６は、接触面５０の製造上の制限及び製造許容差にもかかわらず、接触面５０間の接触を保証する。例えば、上述したように離れた３接触点１１２，１１４，１１６を与える典型的な実施形態において、接触面５０が係合すると、３接触点が得られなくとも、接触点１１２，１１４，１１６のうち少なくとも２接触点がいかなる組合せでも得られることが保証できる。

図示された実施形態は３接触点を与えるが、コンタクトビームの数、ビームの寸法や各接触面５０におけるビーム間の距離を変更することにより４接触点以上又は２接触点以下を得ることができる。

図６は、子基板８２が中間位置すなわち部分的に嵌合した位置に挿入されたコネクタ１０を示す。対向するコンタクト２６の案内部４４は、子基板８２の表面１２０，１２２と係合し、外方に撓む。案内部４４の撓みにより、各コンタクト２６の後脚４０が各幅狭部６４（図２参照）の回りに撓むことができるので、後脚４０の上部は、ハウジング１４の傾斜側壁８６に向かって外方に撓む。しかし、各コンタクト２６の接触部４８は、接触面５０を介して接触部間を電気的に短絡接触するために係合したままである。従って、子基板８２がコネクタ１０に部分的に嵌合する場合であっても、コンタクト２６が電気的に短絡接続したままである。

図７は、子基板８２が嵌合完了位置に挿入された状態のコネクタ１０を示す。対向するコンタクト２６の案内部４４は、子基板８２の対向表面１２０，１２２と接触したままであり、子基板８２の対向表面１２０，１２２は接触部４８及び接触面５０を分離する。接触部４８間の短絡接続は分断され、子基板８２を介した電気接続のみが得られる。コンタクト２６は、短絡接続が分断する前に子基板８２と嵌合する。従って、不適当に又は不完全に接続された子基板８２による部品及び機器への電気的誤動作及び損傷は、コンタクト２６の接続解除前接続により回避される。

子基板８２がコネクタ１０から抜去されると、コンタクト２６は図３に示される位置に弾性的にスプリングバックし、コンタクト２６間の短絡接続は複数接触点により確実に達成される。

従って、短絡コンタクトの位置ずれに関連する困難を克服しながら、接触面にごみ及び酸化膜が存在する場合であっても電気接続の信頼性が高いカードエッジ型電気コネクタが提供される。嵌合接触面間で複数の接触縁間のワイピング動作は、各短絡コンタクト上の酸化膜又はごみの堆積に打ち勝ち、信頼性の高い電気接続を提供する。子基板のコネクタとの接続解除前接続により、子基板がコネクタに嵌合完了するまでコンタクトの短絡接続を保証する。

種々の特定実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲の真髄及び範囲内で変更が実施可能であることが理解されよう。

本発明の典型的な一実施形態に従って形成されたカードエッジコネクタの斜視図である。 図１に示されるコネクタ用の短絡コンタクトの斜視図である。 短絡位置のコンタクトを示す、図１に示されたコネクタの概略断面図である。 短絡位置のコンタクトの斜視図である。 図４に示されたコンタクトの短絡接触部の拡大斜視図である。 印刷回路基板が部分的に嵌合した、図１に示されたコネクタの概略断面図である。 印刷回路基板が嵌合完了した、図１に示されたコネクタの概略断面図である。

符号の説明

１４ ハウジング
２５ 切欠き
２６ コンタクト
４０ 後脚
４４ 案内部
４８ 弾性接触部
５０ 接触面
８２ 印刷回路基板
８４ 間隙
８６ 傾斜内壁
１００ 第１コンタクトビーム
１０２ 第２コンタクトビーム
１０４ スロット
１０６，１０８ 外形足

Claims (10)

1. 対向する少なくとも１対のコンタクトを有するコンタクト構造であって、前記１対のコンタクトの各々は、弾性を有する後脚、該後脚から延びる案内部、及び該案内部から延びる接触面を具備し、
   該接触面は、相手接触面と複数点で接触するよう構成された、第１コンタクトビーム及び第２コンタクトビームからなる分岐部を有するコンタクト構造において、
   前記第１コンタクトビームは、ほぼ一定の幅及び厚さを有し、
   前記第２コンタクトビームは、外縁が傾斜することにより先端に向って幅が狭くなっており、
   前記１対のコンタクトの一方の前記第１コンタクトビーム及び前記第２コンタクトビームは、他方の前記第２コンタクトビーム及び前記第１コンタクトビームに対してずれた状態で対向して配置されることを特徴とするコンタクト構造。
2. 前記分岐部は、スロットにより分離された前記第１コンタクトビーム及び前記第２コンタクトビームを有することを特徴とする請求項１記載のコンタクト構造。
3. 前記第１及び第２のコンタクトビームの一方から少なくとも１個の外形足が延び、相手接触面と複数点で接触することを特徴とする請求項１記載のコンタクト構造。
4. 前記分岐部は、相手接触面と３点で接触するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載のコンタクト構造。
5. 前記複数接触点は互いに分離されていることを特徴とする請求項１記載のコンタクト構造。
6. 互いに対向して配置された１対のコンタクトを有する電気コネクタにおいて、
   前記コンタクトの各々は、第１コンタクトビーム及び第２コンタクトビームからなる分岐した接触面を有し、
   前記第１コンタクトビームは、ほぼ一定の幅及び厚さを有し、
   前記第２コンタクトビームは、外縁が傾斜することにより先端に向って幅が狭くなっており、
   前記１対のコンタクトの一方の前記第１コンタクトビーム及び前記第２コンタクトビームは、他方の前記第２コンタクトビーム及び前記第１コンタクトビームに対してずれた状態で対向して配置され、
   前記１対のコンタクトの前記分岐した接触面は、印刷回路基板が前記接触面間に挿入完了するまで、互いに係合することを特徴とする電気コネクタ。
7. 前記分岐した接触面の少なくとも一方は、スロットにより分離された前記第１コンタクトビーム及び前記第２コンタクトビームを有することを特徴とする請求項６記載の電気コネクタ。
8. 前記分岐した接触面の各々は、前記コンタクトビームから延びる外形足を有し、
   前記外形足は、相手接触面とワイピング係合するよう構成されていることを特徴とする請求項６記載の電気コネクタ。
9. 前記分岐した接触面は二股に形成されていることを特徴とする請求項６記載の電気コネクタ。
10. 前記電気コネクタは、傾斜内壁を有するハウジングをさらに具備し、
    前記１対のコンタクトは、該コンタクト間に印刷回路基板が部分的に挿入されると、前記傾斜内壁に向かって撓む弾性後脚を有することを特徴とする請求項６記載の電気コネクタ。

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