JP6499531B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、基板に実装される電気コネクタに関する。

基板に実装される基板用コネクタのハウジングには、基板の端子（スルーホール）に半田で接続される端子を保持するとともに、基板にねじ止めされる固定部を有しているものがある（特許文献１）。コネクタに加えられる外力の一部がねじ止め箇所に伝わることで、端子の接続部分の破損を防止することができる。
コネクタを基板に実装する際には、基板の端子にコネクタの半田端子を挿入し、コネクタの固定部と基板とをねじ止めした後、半田端子と基板端子とを半田付けする。

特開２００８−３００３３１号公報

基板用コネクタの端子を半田付けが不要な圧入端子に変更すると、圧入端子を基板端子内に押し込んだ際に、ハウジングの固定部が基板に押し付けられて破損するおそれがある。
しかも、基板に固定部をねじ止めするためのトルクによって、圧入端子と基板端子との接続部分に負荷が加わり、接続部分が破損するおそれもある。
そこで、本発明は、圧入端子を用いていながら、基板への実装時にハウジングの破損や圧入接続部分の破損を防ぐことのできる電気コネクタを提供することを目的とする。

本発明は、基板に実装される電気コネクタであって、基板の端子に圧入される圧入端子を保持する第１ハウジングと、基板にねじにより締結される第２ハウジングと、を備える。
そして、本発明は、第１ハウジングおよび第２ハウジングが、別体であり、圧入端子の圧入および第２ハウジングの締結により、基板と共に組み付けられ、第１ハウジングおよび第２ハウジングが仮組みされた状態であっても、圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容されることを特徴とする。

「仮組み」は、基板への実装に際して、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み付けることを意味する。

本発明の電気コネクタでは、ねじの軸方向と直交する面内方向へと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容される。

本発明の電気コネクタにおいて、第２ハウジングが、第１ハウジングの少なくとも一部を受容し、第１ハウジング、第２ハウジング、および基板が、基板と第２ハウジングとの間に第１ハウジングが挟まれた状態で相互に組み付けられることが好ましい。

本発明の電気コネクタは、第１ハウジングと第２ハウジングとの分離を規制する分離規制部を備えることが好ましい。その場合、第１ハウジングおよび第２ハウジングは、分離規制部により分離が規制された状態であっても、圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容されるとともに、ねじの軸方向と直交する面内方向へと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容される。

本発明では、第１ハウジングに圧入端子を保持する役割を与え、基板に固定する役割を第２ハウジングに与えている。これら第１ハウジングおよび第２ハウジングは別体であるため、第１ハウジングと第２ハウジングとの相対変位が許容されるように構成することができる。
本発明によれば、第１ハウジングおよび第２ハウジングが仮組みされていても、圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容された状態で、圧入端子の圧入を行うことができる。
そうすると、基板に着座した第２ハウジングが、圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと逃げるため、圧入端子の圧入時に第２ハウジングが基板に強く押し付けられることがないので、第２ハウジングが破損しない。
また、第１ハウジングおよび第２ハウジングが別体であるため、第１ハウジングおよび第２ハウジングを仮組みせずに第１ハウジング単体の状態で、圧入端子の圧入を行うこともできる。この場合にも、勿論、圧入端子の圧入時に第２ハウジングが破損しない。

さらに、本発明によれば、第１ハウジングおよび第２ハウジングが別体であることにより、ねじの軸方向と直交する面内方向へと、第１ハウジングに対する第２ハウジングの変位が許容されるので、圧入端子の圧入後に、第２ハウジングを基板に締結する際に第２ハウジングに作用するトルクが、第２ハウジングから第１ハウジングに直接的には伝達されない。そのため、第１ハウジングに保持されている圧入端子と基板の端子との接続部分に過大な負荷が掛からないので、接続部分が破損しない。

本発明の実施形態に係る電気コネクタを示す斜視図である。 図１の電気コネクタの分解斜視図である。 図１のIII−III線矢視図である。 ハウジングが一体に形成される場合の問題について説明するための図である。 本発明の実施形態に係る電気コネクタを組み立てる手順を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す電気コネクタ１は、電子機器等に組み込まれる基板３に実装される。
電気コネクタ１は、図２に示すように、別体に形成されたインナーハウジング１０およびアウターハウジング２０を備えている。

インナーハウジング１０（第１ハウジング）は、図１および図２に示すように、複数の圧入端子１１を保持している。それらの圧入端子１１は、各々、図１に示された基板３の端子３１（以下、基板端子）に圧入される。基板端子３１はスルーホールであり、具体的な形状の図示を省略する。
インナーハウジング１０は、絶縁性の樹脂から射出成形されている。成形されたインナーハウジング１０に圧入端子１１を圧入することにより、あるいは、圧入端子１１をインサート成形することにより、圧入端子１１を保持したインナーハウジング１０を得ることができる。

インナーハウジング１０は圧入端子１１を保持する役割を有しており、その形状は、圧入端子１１を保持する限りにおいて適宜に定めることができる。
このインナーハウジング１０は、基板３に直接固定される部分を備えておらず、基板３に締結されるアウターハウジング２０によって基板３に間接的に固定される。

複数の圧入端子１１は、各々、銅合金等の良導電体から形成されており、所定の弾性が与えられている。
本実施形態の圧入端子１１は、全体が直線状に形成されており、基板端子３１内への圧入により基板３に保持される圧入部１１Ａと、インナーハウジング１０から突出したコンタクト部１１Ｂ（図２）とを有している。
コンタクト部１１Ｂは、図示しない相手コネクタの端子と電気的に接続される。相手コネクタと電気コネクタ１とは、圧入端子１１の軸線方向（ｚ方向）に沿って嵌合される。

本実施形態では、ｙ方向に長い平面視長円状のインナーハウジング１０に設定された２つの領域１０１のそれぞれに一群の圧入端子１１が設けられている。
一群の圧入端子１１が設けられる領域１０１は、インナーハウジング１０において１つだけ、あるいは３つ以上設定されていてもよい。

アウターハウジング２０（第２ハウジング）は、第１ハウジング１０とは別途、絶縁性の樹脂から射出成形されている。このアウターハウジング２０は、図２の上方からインナーハウジング１０に被せられる。

アウターハウジング２０は、インナーハウジング１０を受容し、基板３に固定される。
アウターハウジング２０は、図１および図３に示すように、インナーハウジング１０の一部を受容する受容部２１と、圧入端子１１が貫通するベース２２と、相手コネクタに嵌合する嵌合部２３と、基板３にねじ４で固定される固定部２４とを有している。
アウターハウジング２０の形状は、基板３にねじ４で固定される限りにおいて適宜に定めることができる。

アウターハウジング２０がインナーハウジング１０に被せられると、受容部２１がインナーハウジング１０の一部（上端部１０Ａ）を受容し、ベース２２（図３）に形成された貫通孔（図示しない）を通じて圧入端子１１が嵌合部２３の内側に露出する。
嵌合部２３は、ベース２２から立ち上がり、圧入端子１１を包囲する。嵌合部２３には、一群の圧入端子１１がそれぞれ配置される２つの凹部２３０が形成されている。それらの凹部２３０は壁体２５（図３）により仕切られている。図３に凹部２３０を破線で示す。嵌合部２３の詳しい図示は省略する。

固定部２４は、図１および図３に示すように、ベース２２から基板３に向けてｚ方向に沿って延びる延出部２６（図３）と、延出部２６の先端から外側にｘ方向に向けて屈曲し、基板３と締結される締結部２７とを有している。
上述の受容部２１と、延出部２６の内側とに亘りインナーハウジング１０が受容される。

締結部２７には、ねじ４が挿入される挿入孔２８（図２）が形成されている。
挿入孔２８には、基板３を厚み方向に貫通する孔３２（図５（ｃ））を介してねじ４が挿入される。ねじ４を回して挿入孔２８の内周部にねじ込むことにより、基板３と固定部２４とが締結される。ねじ４としてタッピングねじを採用することができる。また、挿入孔２８に、ねじ４が螺合されるナットを埋設してもよい。
アウターハウジング２０は、図１における手前側に１つ、奥側に２つ、合計で３つの固定部２４を備えており、これらの固定部２４によりバランス良く基板３にねじ止めされている。

本実施形態では、後述するように、インナーハウジング１０にアウターハウジング２０を被せることでそれらハウジング１０，２０を仮組みした状態で（図３）、圧入端子１１を基板端子３１に圧入する。

仮組みされたハウジング１０，２０の分離を規制するため、少なくとも１つの固定部２４には、インナーハウジング１０の外周部に形成された係止アーム１３（図２および図３）に係止される係止部２９（図３）が形成されている。係止アーム１３および係止部２９により、ハウジング１０，２０の分離を規制する分離規制部が構成されている。
係止部２９は、固定部２４の延出部２６（図３）の内側に形成されている。

圧入端子１１の圧入および固定部２４の締結により基板３への実装が完了すると、インナーハウジング１０およびアウターハウジング２０が基板３と共に組み付けられる。

固定部２４と基板３との締結箇所は、電気コネクタ１に加えられる外力により圧入端子１１と基板端子３１との接続部分に作用する負荷を軽減する役割を担う。
電気コネクタ１に加えられる外力としては、例えば、電気コネクタ１に相手コネクタを挿抜する際の力や、相手コネクタと嵌合した状態で相手コネクタの端子に設けられた電線が配線作業の際に引っ張られたときの力等が挙げられる。また、電気コネクタ１が車両に搭載される場合は、顕著な振動が電気コネクタ１に外力として加えられる。
電気コネクタ１に加えられる外力の一部が固定部２４と基板３との締結箇所に伝わることで、圧入端子１１と基板端子３１との接続部分に作用する負荷が軽減される。

さて、半田付けが不要な圧入端子１１を採用する電気コネクタ１において、仮に、ハウジング１０，２０が一体に形成されているとすれば、電気コネクタ１を基板３に実装する過程で固定部２４や圧入端子１１が破損するおそれがある。以下、説明する。
図４（ａ）に示すコネクタ９に備えられたハウジング９０は、圧入端子９１を保持しているとともに、基板３にねじで固定される固定部９２を有している。固定部９２はハウジング９０の一部を構成しており、圧入端子９１はハウジング９０に保持されている。そのため、圧入端子９１と固定部９２とは相対的な位置が変わることのないリジッドな関係にある。

このコネクタ９の圧入端子９１が、圧入機により所定のストロークや荷重に基づいて押し下げられることで、接続を確保するために有効な圧入位置にまで基板端子３１に圧入されるとする。このとき、圧入端子９１とリジッドな関係にある固定部９２が、図４（ｂ）に示すように、基板３に強く押し付けられて破損するおそれがある（第１の問題）。

次に、固定部９２をねじ止めするためのトルクにより圧入端子９１が破損するおそれがある（第２の問題）。上述のように固定部９２と圧入端子９１とはリジッドな関係にあるので、固定部に入力されるトルクが、圧入端子９１と基板端子３１との接続部分に直接的に伝わってしまい、基板端子３１に固定された一群の圧入端子１１をせん断する過大な負荷を生じさせてしまう。

第１の問題に対しては、図４（ｃ）に示すように、圧入端子９１の圧入が完了したときに固定部９２と基板３との間に適切なクリアランスＣ１が残されるように、固定部９２の位置をより上方に定めておくとよいが、それでも第２の問題は残る。

上記の２つの問題は、圧入端子９１を保持するハウジング９０が基板３にねじで固定されていて、圧入端子９１と固定部９２（ハウジング９０）とが互いにリジッドな関係にあることに起因している。
そこで、本実施形態の電気コネクタ１は、圧入端子１１を保持するインナーハウジング１０と、ねじ４で基板３に締結されるアウターハウジング２０とを備えることを主要な特徴としている。

インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とは別体とされており、リジッドな関係にはない。そのため、インナーハウジング１０に保持された圧入端子１１と、アウターハウジング２０に形成された固定部２４もリジッドな関係にはない。
インナーハウジング１０およびアウターハウジング２０は、別体であるため、両者間の相対変位が規制されていない。これらインナーハウジング１０およびアウターハウジング２０は、圧入端子１１の圧入時に、圧入端子１１が圧入される向き（図５（ｂ）の−ｚ）とは逆の向き（図５（ｂ）の＋ｚ）へと、インナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０の変位が許容されるように、かつ、固定部２４のねじ止め時に、ねじ４の軸方向（圧入端子１１が圧入される向きと平行なｚ方向）と直交する面内方向（ｘｙ面内方向）へと、インナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０の変位が許容されるように構成されている。

本実施形態では、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０との間に所定のクリアランスが設定されている。例えば、図３に示すように、受容部２１の内周部とインナーハウジング１０の外周部との間にクリアランスＣ２が設定され、基板３に対して垂直な固定部２４の延出部２６の内側とインナーハウジング１０の外周部との間にもクリアランスＣ３が設定されている。
Ｃ２，Ｃ３等のクリアランスの存在により、大きい外力が加えられなくてもインナーハウジング１０とアウターハウジング２０とがスムーズに相対変位可能である。

係止部２９および係止アーム１３は、インナーハウジング１０に対してアウターハウジング２０が＋ｚの向きへと、そしてインナーハウジング１０に対してアウターハウジング２０がｘｙ面内方向へと変位するのをある程度は許容しつつ、ハウジング１０，２０の分離を規制する。

以下、図５を参照し、電気コネクタ１を組み立て、基板３に実装する過程について説明する。
実装前に、図３に示すように、インナーハウジング１０にアウターハウジング２０を被せることでハウジング１０，２０を仮組みする。このとき、係止アーム１３が係止部２９に係止されるので、仮組体を取り扱う際にインナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが分離することを防ぐことができる。

実装にあたり、典型的には圧入機を用いて圧入端子１１を基板端子３１に圧入する。
まず、圧入機により支持された基板３へのハウジング１０，２０の位置決め、圧入端子１１の先端のみを基板端子３１に挿入する仮挿入（図５（ａ））を行う。そして、圧入端子１１を把持する圧入機の押し込み部Ｐにより、所定の圧入位置にまで圧入端子１１を基板端子３１内に圧入して固定する。
圧入端子１１の圧入時、インナーハウジング１０と仮組みされているアウターハウジング２０は、自重により下降し、基板３に着座する（図５（ｂ））。

ここで、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが別体であって、圧入端子１１が圧入される向き（−ｚ）とは逆の向き（＋ｚ）へと、インナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０の変位が許容されている。そのため、圧入端子１１は、基板３上に固定部２４（締結部２７）を残したまま基板端子３１に押し込まれ、固定部２４は、圧入端子１１を基準とすれば上方へと変位する。このとき係止アーム１３の先端と係止部２９との間には、図３に示すクリアランスＣ４と同等あるいはそれよりも大きい隙間があいているので、固定部２４の変位は妨げられない。また、係止部２９により係止アーム１３の先端が押されたとしても、係止アーム１３が撓むので、固定部２４の変位は妨げられない。

圧入端子１１の圧入を終えたならば、図５（ｃ）に示すように、基板３の裏側から基板３の孔３２を介してアウターハウジング２０の固定部２４の挿入孔２８にねじ４を挿入し、ねじ４を軸周り（ｚ軸周り）に回転させるトルクを付与して固定部２４を基板３に締結する。複数の固定部２４の各々の挿入孔２８にねじ４を挿入し、それらの固定部２４の締結を一度に行うことができる。
ねじ４へのトルクの付与により、アウターハウジング２０の固定部２４に入力されるトルクは、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが別体であることにより、アウターハウジング２０からインナーハウジング１０に直接的には伝達されない。そのため、既に基板端子３１に圧入固定されている圧入端子１１と基板端子３１との接続部分に過大な負荷が加えられない。

アウターハウジング２０からインナーハウジング１０にトルクが直接的に伝達されないことは、ハウジング１０，２０が別体であることに基づいて、固定部２４にトルクが入力された際のインナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０のｘｙ面内方向の変位が許容されているため、アウターハウジング２０からインナーハウジング１０にトルクが伝達され難いことを意味する。
本実施形態では、図３に示すようにクリアランスＣ２，Ｃ３（図３）が存在する箇所ではハウジング１０，２０が互いに接触していないので、締結のトルクによりアウターハウジング２０のみがｘｙ面内方向に変位する。
ここで、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０との間に必ずしも所定のクリアランスが設定されている必要はない。両者の間に格別クリアランスを設定していなくても、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが別体である以上、通常、両者の間には公差相当の隙間が生じている。隙間が存在する箇所ではハウジング１０，２０が互いに接触していないので、やはり、締結のトルクによりアウターハウジング２０のみがｘｙ面内方向に変位する。
さらに言えば、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが接触する箇所においても、ハウジング１０，２０間で滑るように、インナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０のｘｙ面内方向の変位が許容される。
以上より、ハウジング１０，２０の全体として、インナーハウジング１０に対するアウターハウジング２０のｘｙ面内方向の変位が許容されるので、締結のトルクがアウターハウジング２０からインナーハウジング１０へと伝達され難い。

固定部２４のねじ止めを終えると、アウターハウジング２０と基板３との間にインナーハウジング１０が挟み込まれた状態で、インナーハウジング１０、アウターハウジング２０、および基板３が相互に組み付けられて一体化される。
以上により、電気コネクタ１の組み立ておよび基板３への実装を完了する。

以上で説明した本実施形態の電気コネクタ１によれば、圧入端子１１を保持するインナーハウジング１０と、基板３にねじ４により固定されるアウターハウジング２０とが別体に構成されていることにより、圧入端子１１の圧入時にアウターハウジング２０の固定部２４が破損することや、固定部２４のねじ止め時に圧入端子１１と基板端子３１との接続部分が破損することを防ぐことができる。

ところで、基板３に電気コネクタ１を実装する際に、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とを必ずしも仮組みしておく必要はない。つまり、インナーハウジング１０単体の状態で圧入端子１１を圧入し、その後、インナーハウジング１０にアウターハウジング２０を被せ、固定部２４を基板３にねじ止めしてもよい。その場合も、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とが別体であるがゆえに、圧入端子１１の圧入時に固定部２４が破損したり、固定部２４のねじ止め時に接続部分が破損したりといったことを防ぐことができる。

また、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０との分離を規制する係止アーム１３および係止部２９は、必要に応じて設ければよい。特に、インナーハウジング１０とアウターハウジング２０とを仮組みしないで、インナーハウジング１０単体を圧入機にセットして圧入端子１１の圧入を行う場合には、そういった分離規制部を設ける必要がない。

インナーハウジング１０に保持された圧入端子１１の圧入、およびアウターハウジング２０のねじ止めによりインナーハウジング１０およびアウターハウジング２０が基板３と共に組み付けられる限りにおいて、インナーハウジング１０およびアウターハウジング２０の具体的な形態は適宜に定めることができる。
本発明は、Ｌ字状に形成された圧入端子を備えた電気コネクタにも適用することができる。その圧入端子を保持するインナーハウジング１０の形態、およびインナーハウジング１０に基板３と共に組み付けられるアウターハウジング２０の形態については適宜に定めることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 電気コネクタ
３ 基板
９ コネクタ
１０ インナーハウジング
１０Ａ 上端部
１１ 圧入端子
１１Ａ 圧入部
１１Ｂ コンタクト部
１３ 係止アーム
２０ アウターハウジング
２１ 受容部
２２ ベース
２３ 嵌合部
２４ 固定部
２５ 壁体
２６ 延出部
２７ 締結部
２８ 挿入孔
２９ 係止部
３１ 基板端子
３２ 孔
９０ ハウジング
９１ 圧入端子
９２ 固定部
１０１ 領域
２３０ 凹部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ クリアランス

Claims (4)

1. 基板に実装される電気コネクタであって、
   前記基板の端子に圧入される圧入端子を保持する第１ハウジングと、
   前記基板にねじにより締結される第２ハウジングと、を備え、
   前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングは、
   別体であり、前記圧入端子の圧入および前記第２ハウジングの締結により、前記基板と共に組み付けられ、
   前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングが仮組みされた状態であっても、
   前記圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの変位が許容される、
   ことを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記ねじの軸方向と直交する面内方向へと、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの変位が許容される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記第２ハウジングは、
   前記第１ハウジングの少なくとも一部を受容し、
   前記第１ハウジング、前記第２ハウジング、および前記基板は、
   前記基板と前記第２ハウジングとの間に前記第１ハウジングが挟まれた状態で相互に組み付けられる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気コネクタ。
4. 前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの分離を規制する分離規制部を備え、
   前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングは、
   前記分離規制部により分離が規制された状態であっても、
   前記圧入端子が圧入される向きとは逆の向きへと、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの変位が許容されるとともに、
   前記ねじの軸方向と直交する面内方向へと、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの変位が許容される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気コネクタ。

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