JP5509486B2 - 弾性コネクタ及び弾性コネクタの製造方法並びに導通接続具 - Google Patents
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Description
すなわち、ゴム状弾性を有する絶縁性の管状部と、該管状部を管軸方向に貫通して形成される導電部とを備えた柱体でなり、導電部が露出する一方端と他方端とがそれぞれ異なる接続対象部材と接触することで、この異なる接続対象部材どうしを相互に導通接続する弾性コネクタであって、導電部が、導電体を含むゴム状弾性体が管状部の内側で固化して形成したものであり、前記一方端と他方端の少なくとも一方が、前記管状部と導電部とを備えた長軸柱体を軸交叉方向に切断した切断面で構成される弾性コネクタを提供する。
なお、「切断面」は、刃物や線材など種々の切断手段で裁断されて形成された面であり、金型によって形成された面を意味しない。
そして、この管状部と導電部を備えた長軸柱体が、管軸交叉方向に切断されて短軸化してなる弾性コネクタであるため、柱体の長さを適宜調整することで簡単に製造することができ、金型製造のコストと手間を省くことができる。
管状部と導電部とを有する長軸柱体を切断して製造されても、導電体が、前記ゴム状弾性体との接着性を高める表面処理がなされた磁性導電体でなるため、導電体の接合力が高く、弾性コネクタの端面から導電部の剥がれ落ちが起きにくい。
管状部の内側に複数の独立した貫通孔を有し、該貫通孔を導電部が塞いで形成されているため、複数の導電部を有することになる。したがって、接続対象部材どうしの導通接続を確実に行うことができ、電気的接続の信頼性が高い弾性コネクタを実現することができる。また、複数の導電部を接続対象部材における複数の電極に振り分けることができるため、異なる複数の導電経路を実現することができる。さらに、接続対象部材の複雑な電極配置に対応して、管状部と導電部の形状を適宜変更することも容易であり、種々の電極パターンに対して容易に対応できる。
管状部を、外部に露出する外殻管状部と、この外殻管状部の内側に埋設される小径管状部とで形成するため、外殻管状部とは別に小径管状部に導電路を形成することができる。そのため、小径管状部でなる弾性コネクタを製造し、複数の小径管状部を束ねることで簡単に大径の弾性コネクタを得ることができる。そのため、製造が容易で、端面の形状を容易にコントロールすることができ、また、大径の弾性コネクタとすることができる。
カット痕は、管状部の表面から導電部に至り、且つ管軸方向に沿って伸長しているため、管状部の内側に形成されている貫通孔に導電部を形成する際に設けた切込みや開口の跡がカット痕となりうる。こうしたカット痕を有するため、長さの長い長軸の管状部であっても、カット痕の部分から導電部用材料を注入することで簡単に導電部を形成することができ、量産性の高い弾性コネクタが得られる。
また、このゴム状弾性体を固化して管状部の内側に導電部を形成し、管状部と導電部とを有する長軸柱体を得る工程を有するため、金型を用いることなく管状部と導電部とを有し弾性コネクタの前段階である長軸柱体を得ることができる。そのため、金型製造コストを省き製造単価が安い弾性コネクタを得ることができる。
そして、長軸柱体を、その管軸交叉方向に切断して短軸化し、管状部と導電部とが露出した切断面を有する柱体を得る工程を実行するため、切断する長さを適宜設定するだけで1つの長軸柱体から種々の管長となる弾性コネクタを得ることや、同等の管長の弾性コネクタを多数得ることができる。
また、本発明の接続対象部材の導通接続具によれば、導通させる目的の異種の接続対象部材の配置、距離にかかわらず、弾性コネクタを用いてこれらを導通接続させることができる。
単一の導電部を有する弾性コネクタの例を図1に示す。
この弾性コネクタ11は、管状部12と導電部13とを備えている。
管状部12は、ゴム状弾性を有する絶縁性の材料でなり、円筒形の管状に形成されている。導電部13は導電性の材料でなり、管状部12の内側12bを中実に埋めた円柱形状に形成されている。そして、管状部12と導電部13とで円柱体をなしている。この弾性コネクタ11では、1つの導電部13が形成されている。
管状部12が露出する端面11a1(11b1)と、導電部13が露出する端面11a2(11b2)とでなる柱体の端面11a(11b)は、カット刃などで切断されてなる切断面である。この切断面のうち、導電部13の端面11a2,11b2が接続対象部材と接触する電極を形成している。
後述するように導電部材を管状部12の内側で加熱硬化して製造する場合は、熱硬化性ゴムを用いることが好ましく、なかでも耐熱性の高いシリコーンゴム、フッ素ゴムがより好ましい。
また、管状部12の内面に予めプライマー処理を施しておけば、後述する導電部13を形成する際に、管状部12と導電部13との固着力を高めることができる点で好ましい。
さらに図2で示すように、微視的に見ると導電体13bがゴム状弾性体13a中で管軸方向(導通方向)に連鎖して配向し導通路13cを形成している導電部13とすることもできる。
ゴム状弾性体13aには、ゴム弾性を有する熱硬化性ゴム、熱可塑性エラストマーを用いることができる。なかでも、架橋前に液状の熱硬化性ゴムであれば、管状部12の内側に充填し易くすることができる点で好ましい。こうした材料には、例えば、液状シリコーンゴム、液状ポリウレタンゴム、液状ポリイソブチレンゴム、液状ポリアクリレートゴムなどが挙げられる。
ゴム状弾性体13aを管状部12と同材質とすれば、管状部12との固着力を高めることができる点で好ましい。
導電体13bに磁性導電体を用いると、ゴム状弾性体13a中で磁性導電体13bが管軸方向に連鎖して配向したものとすることができ、少ない導電体13b量で導電率を高め、また柔らかい導電部13を形成できる点で好ましい。
導電体13bの表面には、導電体13bとゴム状弾性体13aとの接着性を高めるために表面処理を行うことが好ましい。例えば、導電体13bの表面をシランカップリング剤などのカップリング剤で処理することができる。
具体的な方法としては、導電体13bに対し予めカップリング剤を分散処理する方法(湿式法、乾式法)や、ゴム状弾性体13aと導電体13bと混ぜる際にカップリング剤を添加する方法(インテグラルブレンド法)などがある。
先ず、ゴム状弾性体13aである未硬化(未固化)で液状の熱硬化性ゴムに導電体13bである磁性導電体を配合し、後に導電部13となる導電部材14を得る。そして図3で示すように、細長いゴムチューブ15の内側に、一端側からディスペンサーDを用いて導電部材14を充填する。この時ゴムチューブ15の他端側を挟み込んで塞いだり、図外の剥離紙や離型テープなどを用いて塞げば、導電部材14をゴムチューブ15から漏れ難くすることができる。ゴムチューブ15は、その断面形状に対応する形状の突出口を通じて押しだし硬化して製造することができるが、市販のゴムチューブを用いることもできる。
次に、図4で示すように、導電部材14を充填したゴムチューブ15に、その管軸方向に磁力線MLが向く磁場を印加し、導電体13bを管軸方向に沿って連鎖して配向させて導通路13c(図2参照)を形成した後、導電部材14を加熱して熱硬化性ゴムを架橋、硬化(固化)して導電部13を形成する。こうしてゴムチューブ15でなる管状部の内側に導電部13を有する長軸柱体16を形成する。
導電部材14に導電ゴムを用いる場合は、導電カーボンからなる導電体13bを加硫前のゴム状弾性体13aに混練し、先に説明したのと同様にして管状部12に注入し、その後加硫硬化(固化)させることで導電部13を得ることができる。
最後に、図5で示すように、長軸柱体16を管軸と垂直方向(交叉方向)の切断線CLに沿ってカット刃Cで切断する切断工程を行い長軸柱体16を短軸化する。そして、図6で示すように、短軸の円柱体でなる複数の弾性コネクタ11を得る。
また、こうした端面を製造する場合であっても、導通路13cを形成した後に傾斜面を形成するため、管軸に沿う導通路13cと管軸に斜行する傾斜面を簡単に得ることができる。これに対し、金型成形を行う従来技術では、傾斜面を形成するキャビティ面が磁力線の向きに対して斜行するため、キャビティ内を透過する磁力線に強弱が発生し易くなり、管軸方向に向かう導通路を確実に形成することが難しい。
磁性導電体13bの連鎖的な配向で導通路13cを形成すると、ゴム状弾性体に導電体を均一分散した導電ゴムに比べて、少ない配合量の導電体13bで高い導電率を実現することができ、導電部13の硬度を低くすることができる。そのため、弾性コネクタ11を接続対象部材に圧接する際に、その圧接荷重を小さくすることができる。
管状部にカット痕を有する弾性コネクタ21の例を図9に示す。
この弾性コネクタ21は、先に説明した弾性コネクタ11と同様に、一つの管状部と一つの導電部とを有する。しかしながら、弾性コネクタ21の管状部22には、その表面から導電部に至り、且つ管軸方向に沿って伸長するカット痕22aを有している。
カット痕22aは、管状部22に導電部13を形成する材料を注入する際に管状部22を管軸方向にカット刃で切断する際に生じるものである。このカット痕22aは、断面が円環状となっている管状部22の円環保持力によって、その隙間を生じないようにすることができる。しかしながら、導電部13のはみ出しを防ぐためにカット痕22aに接着剤を詰めておいても良い。この弾性コネクタ21も、管状部22と導電部13とを備える円柱体でなり、その両端面21a,21bを切断面としている。
管状部22には、先に説明したカット痕22aが無い弾性コネクタ11の管状部12と同じ材料を用いることができる。
先ず、ゴムチューブ25に、その表面から内側の空洞にまで至り、管軸方向に沿って線状に伸長する切込み25aを形成する。そして図10で示すように、切込み25aにディスペンサーDの先端を挿入して、ゴムチューブ25の内側に導電部材14を充填する。充填終了後にディスペンサーDを切込み25aから抜去すると、切込み25aはゴム弾性によって塞がる。
次に、図11で示すように、導電部材14を充填したゴムチューブ25に、その管軸方向に磁力線MLが向く磁場を印加し、導電体13bを管軸方向に沿って連鎖して配向させ導通路13c(図2参照)を形成する。そして、導電部材14中の液状ゴムを加熱硬化(固化)して導電部13を形成する。こうして、導電部13をゴムチューブ25の内側に有する長軸柱体26を得る。この長軸柱体26には、切込み25aがカット痕26aとして残っている。
最後に、図12で示すように、長軸柱体26を管軸と垂直方向(交叉方向)の切断線CLに沿ってカット刃Cで切断して短軸化する。そして、図13で示す短軸の円柱体でなる複数の弾性コネクタ21を得る。
ゴムチューブ25の材質は弾性コネクタ11で用いた材質と同じである。
また、導電部材14の注入後の導電部材の固化工程、切断面の形成工程を連続して行うことができる。
管状部に複数のカット痕22a,22aを有する弾性コネクタ27の例を図14に示す。
この弾性コネクタ27は、先の弾性コネクタ21と比較すると、さらにもう一つのカット痕22aを有している。これら2つのカット痕22a,22aも管状部22の内側に導電部13を形成する際に設けられた開口の跡であるが、この開口を大きくとると、ゴムチューブ25の一部が脱落して2つのカット痕22a,22aを有するようになる。この2つのカット痕22a,22aで挟まれた脱落部分22bは、ゴム状弾性体で埋めることもできる。
管状部の材質はこれまでの弾性コネクタ11等で用いた材質と同じである。
また、管状部22の脱落部分22bを埋めることで、管状部22の脱落のなくし、導電部13の脱落部分22bからのはみ出し、弾性コネクタ27の保持安定性を高めることができる。
同心となる管状部を複数有する弾性コネクタ31の例を図17に示す。
この弾性コネクタ31は、外部に露出する外殻管状部32aと、この外殻管状部32aの内側で管軸方向及び軸芯を同じくして外殻管状部32aに埋設される小径管状部32bの2つの管状部32を有している。また、外殻管状部32aと小径管状部32bとの間に設けられる管間導電部33aと、小径管状部32bの内側に設けられる管内導電部33bの2つの導電部33を有している。
このように弾性コネクタ31は、管状部32と導電部33とを備える円柱体でなり、両端面31a,31bは、それぞれ切断面となっている。
管状部、導電部の材質はこれまでの弾性コネクタ11等で用いた材質と同じである。
先ず図18で示すように、大径ゴムチューブ35aと小径ゴムチューブ35bを用意し、両者の軸心を合わせて小径ゴムチューブ35bを大径ゴムチューブ35aの内側に挿入して二重ゴムチューブ35とする。そして、図19で示すように、二重ゴムチューブ35の一端側からディスペンサーDを用いて導電部材14を大径ゴムチューブ35aと小径ゴムチューブ35bとの隙間および小径ゴムチューブ35bの内側に充填する。 その後は、先に示した弾性コネクタ11等と同様に、図20で示すように、磁場を印加して導通路を形成し、液状ゴムを加熱、硬化(固化)させて長軸柱体36を得る。図21で示すように、長軸柱体36をカット刃Cで切断することで短軸の円柱体でなる複数の弾性コネクタ31を得る。
また、図17では、小径管状部32bを一つ有する例であるが、その小径管状部32bのさらに内側により小径のさらなる小径管状部(図示せず)を設けたような構成とすることも可能である。
互いに同心とはならない管状部を複数有する弾性コネクタ37の例を図22に示す。
この弾性コネクタ37は、外部に露出する外殻管状部32aと、この外殻管状部32aの内側で埋設される小径管状部32b,32bを2つ有し、合計で3つの管状部32を有している。また、外殻管状部32aと小径管状部32bとの間に設けられる管間導電部33aと、小径管状部32bの内側に設けられる管内導電部33bの2つの導電部33を有している。このように弾性コネクタ37は、3つの管状部32と2つの導電部33とを備える円柱体でなり、両端面37a,37bは、それぞれ切断面となっている。
弾性コネクタ37のように、外殻管状部32aと小径管状部32bとを組合わせることで、その両端面37a,37bに表れる管状部32と導電部33の断面形状にバリエーションを持たせることができ、複雑な電極配置を有する接続対象部材に対する導通接続も確実に行うことができる。
また、図22では、小径管状部32bを二つ有する例であるが、この小径管状部32bをさらに多く設けることもできる。例えば、小径管状部32bの内部に管内導電部33bを設けた弾性コネクタを製造しておき、これを複数束ね、大径の外殻管状部32aに通すことで導電部13を複数有する弾性コネクタ(図示せず)を容易に得ることができる。この例では、特に管間導電部33aを設けることなく、外殻管状部32aの内側に小径管状部32bを有する複数の弾性コネクタを詰めることで完成することができる。
一の管状部に複数の導電部を有する弾性コネクタ41の例を図23に示す。
この弾性コネクタ41は、一の管状部42の内側に3つの貫通孔19を有するように形成されており、その3つの貫通孔19を埋めるようにして導電部43が形成されている。この弾性コネクタ41も円柱体でなり、両端面41a,41bはそれぞれ切断面となっている。管状部、導電部の材質は他の例での材質と同じである。
これまでに説明した各弾性コネクタ11,21,27,31,37,41について次のような変更を行うことができる。すなわち、上記各弾性コネクタの有する特徴を組み合わせた弾性コネクタを製造することができる。
まず、上述の弾性コネクタ11,21,27,31,37,41で用いた種々の管状部を組み合わせた弾性コネクタ51を図24に示す。
弾性コネクタ51の管状部52は、外殻管状部52aと、その外殻管状部52aの内径より小さい外径で四つの貫通孔19を有する小径管状部52bとで構成されている。また、導電部53は、外殻管状部52aと小径管状部52bとの隙間で導電部材14が硬化した管間導電部53aと、小径管状部52bの内側で導電部材14が硬化した4つの管内導電部53bと、で構成されている。管状部、導電部の材質は他の例での材質と同じであり、また、弾性コネクタ37等と同様に製造することができる。
このような複数の導電部53を有する弾性コネクタ51とその製造方法によれば、接続対象部材どうしの導通接続を確実に行うことができ、電気的接続の信頼性を高めることができる。また、複数電極を有する接続対象部材どうしの導通接続も実現することができる。さらに、複雑な電極配置を有する接続対象部材どうしの導通接続も確実に行うことができる。
導電部13となる導電部材14に導電ゴムを用いる例も種々の弾性コネクタに適用できる。
また、長軸柱体の両端面は、通常切断線CLでカットされて廃棄するが、この端部を活かして一方端のみを切断面とした柱体とすることもできる。
以下の例では弾性コネクタのいくつかの使用例について示す。弾性コネクタ11を用いた例で説明するが、上述の他の弾性コネクタに対しても同様に用いることができる。
まず、図25では、平行に置かれた二つの接続対象部材61,62で弾性コネクタ11を挟持して用いる例を示す。
ここでは、弾性コネクタ11の一の端面11aが接続する接点61aを有する接続対象部材61と、弾性コネクタ11の別の端面11bが接続する接点62aを有する接続対象部材62が平行に位置し、これらの接続対象部材61,62が上下方向から弾性コネクタ11を挟持している。こうして、接続対象部材61の接点61aと接続対象部材62の接点62aとが弾性コネクタ11の導電部13を通じて導通される。接続対象部材61,62には回路基板などが挙げられる。
コネクタ補助具64は、略直角に曲がってL字形をした弾性コネクタ11の周囲から弾性コネクタ11を覆うように形成されており、弾性コネクタ11を収容するL字形の孔65を有している。この孔65の内径は弾性コネクタ11の外径よりも若干大きめに形成され孔65内に弾性コネクタ11を挿入可能としている。但し、この孔65より突き出した弾性コネクタ11の端部を接続対象部材61,62で押圧した際に、弾性コネクタ11自体が縮んで接続対象部材61,62と接触する程度には、この孔65と弾性コネクタ11は密着しているものとする必要がある。換言すれば、孔65から突出した
弾性コネクタ11の端部がコネクタ補助具64の表面と面一となる位置まで押圧された際にその表面から外方へ向かう押圧力が弾性コネクタ11に有する程度に、コネクタ補助具64が弾性コネクタ11を保持している必要がある。コネクタ補助具64の材質は所望の形状に形成しやすい種々の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。
図27に示したのは、端部を管軸方向に対して約45度の角度で切断した切断面11a,11bを有する弾性コネクタ11である。こうした弾性コネクタ11を用いて回路基板どうしを導通接続する例を図28に示す。この例でも弾性コネクタ11をその形状のまま収容するコネクタ補助具66が弾性コネクタ11を保持するとともに、その両端面11a,11bが接続対象部材61,62で押圧されても、コネクタ補助具66の孔67内で弾性コネクタ11がおさえられるため、確実に接続対象部材61,62と弾性コネクタ11を接続することができる。コネクタ補助具66もコネクタ補助具64と同じ材料を用いて製造することができる。
こうしたコネクタ補助具64,66は、電子機器内の収容スペースに合致する形状に形成することで電子機器内に収めることができるが、必要なら両面テープやネジ等で固定する。
1a 端面
2 側周部
3 弾性導電部
11 弾性コネクタ(第1実施形態)
11a 端面
11b 端面
12 管状部
13 導電部
13a ゴム状弾性体
13b 導電体(磁性導電体)
13c 導通路
14 導電部材
15 ゴムチューブ
16 長軸柱体
19 貫通孔
21 弾性コネクタ(第2実施形態)
21a 端面
21b 端面
22 管状部
22a カット痕
22b 脱落部分
25 ゴムチューブ
25a 切込み
25b 開口
26 長軸柱体
26a カット痕
27 弾性コネクタ(第3実施形態)
31 弾性コネクタ(第4実施形態)
32 管状部
32a 外殻管状部
32b 小径管状部
33 導電部
33a 管間導電部
33b 管内導電部
35 二重ゴムチューブ
35a 大径ゴムチューブ
35b 小径ゴムチューブ
36 長軸柱体
37 弾性コネクタ(第5実施形態)
41 弾性コネクタ(第6実施形態)
41a 端面
41b 端面
42 管状部
43 導電部
51 弾性コネクタ(第7実施形態)
52 管状部
52a 外殻管状部
52b 小径管状部
53 導電部
53a 管間導電部
53b 管内導電部
C カット刃
CL 切断線
D ディスペンサー
ML 磁力線
61,62 接続対象部材
61a,62a 端面
61b,62b 端面
64 コネクタ補助具
65 孔
66 コネクタ補助具
67 孔
Claims (11)
- ゴム状弾性を有する絶縁性の管状部と、該管状部を管軸方向に貫通して形成される導電部とを備えた柱体でなり、導電部が露出する一方端と他方端とがそれぞれ異なる接続対象部材と接触することで、この異なる接続対象部材どうしを相互に導通接続する弾性コネクタであって、
導電部が、導電体を含むゴム状弾性体が管状部の内側で固化して形成したものであり、
前記一方端と他方端の少なくとも一方が、前記管状部と導電部とを備えた長軸柱体を軸交叉方向に切断した切断面で構成される弾性コネクタ。 - ゴム状弾性を有する絶縁性の管状部と、該管状部を管軸方向に貫通して形成される導電部とを備えた柱体でなり、導電部が露出する一方端と他方端とがそれぞれ異なる接続対象部材と接触することで、この異なる接続対象部材どうしを相互に導通接続する弾性コネクタであって、
導電部が、導電体を含むゴム状弾性体が管状部の内側で固化して形成したものであり、 この管状部と導電部を備えた長軸柱体が、管軸交叉方向に切断されて短軸化してなる弾性コネクタ。 - 導電部を、磁性導電体が管軸方向に連鎖して配向した導通路をゴム状弾性体内に形成してなるものとした請求項1または請求項2記載の弾性コネクタ。
- 導電体が、前記ゴム状弾性体との接着性を高める表面処理がなされた磁性導電体でなる請求項1〜請求項3何れか1項記載の弾性コネクタ。
- 管状部の内側に複数の独立した貫通孔を有し、該貫通孔を導電部が塞いで形成している請求項1〜請求項4何れか1項記載の弾性コネクタ。
- 管状部が、外部に露出する外殻管状部と、この外殻管状部の内側に埋設される小径管状部とでなる請求項1〜請求項5何れか1項記載の弾性コネクタ。
- 管状部の表面から導電部に至り、且つ管軸方向に沿って伸長するカット痕を有する請求項1〜請求項6何れか1項記載の弾性コネクタ。
- 導電部と管状部とがともに露出する端面が、管軸方向に対して斜行する傾斜面でなる請求項1〜請求項7何れか1項記載の弾性コネクタ。
- ゴム状弾性を有する絶縁性の管状部と、該管状部を管軸方向に貫通して形成される導電部とを備えた柱体でなり、導電部が露出する一方端と他方端とがそれぞれ異なる接続対象部材と接触することで、この異なる接続対象部材どうしを相互に導通接続する弾性コネクタの製造方法であって、
管状部の内側に、導電体が分散した流動可能なゴム状弾性体を充填する導電部充填工程と、
このゴム状弾性体を固化して管状部の内側に導電部を形成し、管状部と導電部とを有する長軸柱体を得る工程と、
長軸柱体を、その管軸交叉方向に切断して短軸化し、管状部と導電部とが露出した切断面を有する柱体を得る工程と、
を実行することを特徴とする弾性コネクタの製造方法。 - 長軸柱体を得る工程が、磁性導電体を含むゴム状弾性体に管軸方向に沿う磁場を印加し、磁性導電体を配向させた後、このゴム状弾性体を硬化させる工程である請求項9記載の弾性コネクタの製造方法。
- 導電部の一方端と他方端とがそれぞれ異なる接続対象部材と接触することで、この異なる接続対象部材どうしを相互に導通接続する弾性コネクタを備えた接続対象部材の導通接続具であって、
請求項1〜請求項8何れか1項記載の弾性コネクタと、この弾性コネクタを通す孔を有しこの孔内で弾性コネクタを保持して電子機器内に組み込むコネクタ補助具と、を有してなり、コネクタ補助具の前記孔から弾性コネクタの両端部が突出しており、異なる接続対象部材がこの両端部とそれぞれ接触することで、接続対象部材と弾性コネクタとが押圧接触する接続対象部材の導通接続具。
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