KR102010328B1 - 포크인 커넥터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 방향으로 와이어의 접속이 이루어지도록 하는 포크인 커넥터에 관한 것으로, 본 발명은, 판상의 백 플레이트 양 단부가 전면으로 벤딩되면서 일측이 개구된 '⊃' 형상의 단자를 형성하되, 상기 백 플레이트의 양 단부에서 벤딩되면서 그 사이에 와이어 삽입공간을 형성하고, 하단부는 기판에 실장되는 마운팅부를 형성하는 한 쌍의 지지 플레이트; 및 한 쌍의 상기 지지 플레이트 상단부에서 내측의 상기 와이어 삽입공간으로 벤딩되어 와이어를 접속 및 클램핑시키는 한 쌍의 접속 플레이트;를 포함하고, 기판 상에 직립으로 실장되어 상기 와이어가 수직 방향으로 접속되도록 한다.
Description
본 발명은 포크인 커넥터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직 방향으로 와이어의 접속이 이루어지도록 하는 수직 접속형 포크인 커넥터에 관한 것이다.
일반적으로 커넥터 중 와이어를 단자에 끼우는 동작만으로 와이어가 단자와 접촉되면서 단자에 클램핑되는 형태를 포크인 커넥터라 한다.
종래의 포크인 커넥터는 국제공개특허 WO2013/176859에서 '포크인 와이어 컨택트를 갖는 전기 커넥터'라는 명칭으로 소개되어 있다. 상기 선행문헌의 커넥터는 콘택트 터미널과 절연 하우징의 와이어 삽입구가 기판 표면과 나란한 수평 방향으로 배치되고, 와이어가 상기 와이어 삽입구를 통하여 수평 방향으로 삽입되면서 콘택트 터미널에 접속되는 구조를 이룬다.
즉, 종래의 기술에 따른 포크인 커넥터는 수평 접속 구조를 이루고 있으며, 이러한 수평 접속 구조는 콘택트 터미널과 기판 사이에 넓은 실장 면적을 요구한다. 따라서 상기 종래의 포크인 커넥터는 좁은 면적을 갖는 기판에는 쉽게 적용되지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 작은 사이즈의 기판에 쉽게 적용될 수 있도록 좁은 실장 면적을 갖는 수직 접속 구조의 포크인 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포크인 커넥터는, 판상의 백 플레이트 양 단부가 전면으로 벤딩되면서 일측이 개구된 '⊃' 형상의 단자를 형성하되, 상기 백 플레이트의 양 단부에서 벤딩되면서 그 사이에 와이어 삽입공간을 형성하고, 하단부는 기판에 실장되는 마운팅부를 형성하는 한 쌍의 지지 플레이트; 및 한 쌍의 상기 지지 플레이트 상단부에서 내측의 상기 와이어 삽입공간으로 벤딩되어 와이어를 접속 및 클램핑시키는 한 쌍의 접속 플레이트;를 포함하고, 기판 상에 직립으로 실장되어 상기 와이어가 수직 방향으로 접속되도록 한다.
또한, 상기 접속 플레이트는, 상기 지지 플레이트의 상단부에서 벤딩되는 제1 벤딩부와, 상기 제1 벤딩부에서 연장되는 탄성부와, 상기 탄성부의 단부에서 벤딩되는 제2 벤딩부와, 상기 제2 벤딩부에서 연장되는 클램핑부를 포함하는 2단 벤딩 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클램핑부는, 상기 와이어에 접촉되는 단부의 단면 내각이 65°내지 80°인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접속 플레이트는 상기 클램핑부가 전면으로 돌출되는 연장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지 플레이트는 상기 클램핑부와 간격을 이루는 하측에서 플레이트의 일부가 절개되어 내측으로 벤딩되는 유동 방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포크인 커넥터는 기판 상에 수직으로 직립되어 상단부에 제공되는 와이어 삽입구를 통하여 와이어가 삽입되도록 함으로써, 실장 면적을 좁힐 수 있어 작은 사이즈의 기판에도 용이하게 적용될 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 커넥터를 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 콘택트 터미널을 나타낸 정면도,
도 5는 도 3의 콘택트 터미널을 나타낸 부분 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널의 와이어 클램핑 구조를 보인 단면도,
도 7은 도 6의 클램핑부의 단부를 상세히 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 커넥터를 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 콘택트 터미널을 나타낸 정면도,
도 5는 도 3의 콘택트 터미널을 나타낸 부분 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널의 와이어 클램핑 구조를 보인 단면도,
도 7은 도 6의 클램핑부의 단부를 상세히 나타낸 단면도.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 커넥터를 나타낸 분해 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 커넥터(10)는 기판(20)에 장착된 상태에서 와이어(30)를 수용하여 이들을 전기적으로 연결하는 장치로서, 기판(20) 상에 실장되는 콘택트 터미널(100)과, 상기 콘택트 터미널(100)을 감싸면서 보호하는 하우징(200)으로 구성된다. 콘택트 터미널(100)은 하단부에 기판(20)에 실장되기 위한 복수의 단자를 형성하고, 상단부에 와이어(30)를 수용하기 위한 와이어 삽입구(100a)를 형성한다. 따라서, 본 발명의 커넥터(10)는 전기 접속을 위한 콘택트 터미널(100)이 기판(20) 상면에 직립된 상태에서 와이어(30)가 수직 하방으로 삽입되는 수직 접속 구조를 이룬다.
상기 기판(20)은 전자기기 구동을 위한 각종 소자를 실장하고, 표면에는 각 소자의 전기적인 연결을 위한 회로들이 인쇄되며, 특히, 콘택트 터미널(100)이 실장되기 위한 적어도 한 쌍의 실장 패드(21)가 형성된다. 상기 와이어(30)는 소정의 길이로 절연 피복(31) 외부로 노출되어 콘택트 터미널(100)에 삽입된다. 상기 하우징(200)은 콘택트 터미널(100)의 외형에 대응하여 하측이 개구된 육면체의 통 형상을 이루고, 상면에는 와이어(30)가 삽입되는 와이어 삽입구(200a)가 형성된다.
상기와 같은 구성의 커넥터(10)는 하우징(200)이 콘택트 터미널(100)을 감싸면서 콘택트 터미널(100)과 체결된 후, 콘택트 터미널(100)이 기판(20) 상에 솔더링 등의 공정으로 실장된다. 기판(20)에 장착된 커넥터(10)에 와이어(30)가 상측에서 하우징(200)과 콘택트 터미널(100)의 와이어 삽입구(200a,100a)을 통해 삽입되면서 콘택트 터미널(100)에 클램핑되어, 기판(20)과 와이어(30) 사이의 전기적 접속이 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널을 나타낸 사시도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 콘택트 터미널을 나타낸 정면도와 부분 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널의 와이어 클램핑 구조를 보인 단면도이고, 도 7은 도 6의 클램핑부의 단부를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘택트 터미널(100)은 기판(도 2의 20 참조)에 실장된 상태에서 와이어(30)를 클램핑시켜 기판(20)과 와이어(30)를 전기적으로 연결한다. 상기 콘택트 터미널(100)은 전도성의 금속 플레이트가 성형되어 형성될 수 있으며, 판 상의 플레이트 양측이 동일한 방향으로 나란하게 벤딩되면서 일측이 개구된 '⊃' 형상을 이룬다(이하, 개구된 일측의 y 방향을 '전면'이라 하고, 그 반대측의 -y 방향을 '배면'이라 한다). 즉, 콘택트 터미널(100)은 배면의 백 플레이트(110)와, 백 플레이트(110) 양측에서 전면을 향하여 나란하게 벤딩되는 한 쌍의 지지 플레이트(120)와, 각 지지 플레이트(120)의 상단부에서 내측의 와이어 삽입공간으로 벤딩 및 연장되는 한 쌍의 접속 플레이트(130)로 구성되고, 한 쌍의 각 지지 플레이트(120)와 한 쌍의 각 접속 플레이트(130)는 서로 마주보는 대칭 구조를 이룬다.
구체적으로 살펴보면, 상기 백 플레이트(110)는 한 쌍의 지지 플레이트(120)를 연결하면서 콘택트 터미널(100)의 배면을 지지하는 단자 지지체로서, 하단부는 기판(20)에 지지되는 기판 지지돌기(111)를 형성하고, 상단부는 하우징(200)에 삽입되는 하우징 삽입돌기(112)를 형성한다. 상기 백 플레이트(110)는 기판(20) 지지되고 하우징(200)에 결합되면서, 한 쌍의 지지 플레이트(120)가 서로 대칭을 이루도록 한다.
상기 지지 플레이트(120)는 기판(20)에 실장된 상태에서 콘택트 터미널(100)의 양 측부를 지지하는 단자 지지체로서, 하단부는 기판(20)에 실장되기 위하여 기판 표면과 나란한 수평 방향으로 벤딩되는 마운팅부(121)를 형성한다.
상기 마운팅부(121)는 기판(20)의 실장 패드(도 2의 21 참고)에 실장되어 기판(20)과 전기적으로 연결됨과 동시에 콘택트 터미널(100)이 기판(20)에 안정적으로 결합되도록 하고, 한 쌍의 지지 플레이트(120)에 대하여 각각 외측 방향으로 벤딩된다. 마운팅부(121)는 솔더링으로 실장 패드(21)에 결합되며, 백 플레이트(110)를 중심으로 양 측에서 솔더링된다.
또한, 상기 지지 플레이트(120)의 전면 단부에는 하우징(200)과의 결합을 가이드 하면서 결합이 견고하게 이루어지도록 하는 쐐기 형상의 결합부(122)가 돌출되어 형성되고, 상단 일측에는 하우징(200)에 삽입되는 하우징 삽입돌기(123)가 상측으로 돌출되어 형성된다.
따라서 백 플레이트(110)와 한 쌍의 지지 플레이트(120)는 배면 및 양 측부의 세 방향에서 콘택트 터미널(100)을 기판에 지지 또는 결합시켜 콘택트 터미널(100)이 기판 상에 안정적으로 직립되도록 하고, 그 내부 공간에 와이어(30)의 삽입과 접속이 이루어지는 공간을 제공한다.
상기 접속 플레이트(130)는 와이어(30)의 삽입을 가이드하고 삽입된 와이어(30)를 클램핑시켜 기판(20)과 와이어(30)를 전기적으로 연결한다. 접속 플레이트(130)는 한 쌍의 지지 플레이트(120) 상단부에서 내측의 와이어 삽입공간으로 서로 마주하도록 벤딩되고, 양측에서 와이어(30)를 가이드 및 클램핑시키는 듀얼 콘택트 구조를 이룬다.
이러한 접속 플레이트(130)는 지지 플레이트(120)의 상단부가 내부 하측으로 벤딩되는 제1 벤딩부(131-1)와, 제1 벤딩부에서 연장되는 탄성부(131)와, 탄성부의 단부에서 와이어 삽입공간의 중앙 영역으로 벤딩되는 제2 벤딩부(132-1)와, 제2 벤딩부에서 연장되는 클램핑부(132)로 구성된다. 상기 탄성부(131)는 클램핑부(132)에 탄성을 제공하여, 클램핑부(132)가 와이어(30)를 더욱 강한 탄성력으로 가압하도록 하고, 소성 변형에도 강한 내성을 갖도록 한다. 상기 클램핑부(132)는 와이어(30)의 삽입을 가이드하고, 와이어(30)와 접촉되어 전기적으로 연결되며, 삽입된 와이어(30)가 이탈하지 않도록 클램핑시킨다.
특히, 상기 접속 플레이트(130)는 제1 벤딩부(131-1)와 제2 벤딩부(132-1)를 포함하는 2단 벤딩 구조를 이룬다. 2단 벤딩 구조의 접속 플레이트(130)는 1단 벤딩 구조에 비하여 단부의 클램핑부(132)에서 와이어를 더욱 강한 힘으로 탄성 가압하고 소성 변형에도 더욱 강한 내성을 나타낸다.
구 분 | 2 step bending | 1 step bending |
Push(mm) | 0.5 | |
Force(N) | 7.891 | 4.204 |
Plasticity(mm) | 0.026 | 0.085 |
즉, 위 [표 1]과 같이, 와이어가 삽입된다는 가정에 따라 편측으로 0.5mm 폭의 변형을 갖도록 클램핑부를 푸쉬할 때, 1단 벤딩 구조에서는 4.204 N의 힘으로 변형이 가능하지만, 2단 벤딩 구조에서는 7.891 N의 힘이 가해져야 동일한 폭의 변형이 이루어지므로, 2단 벤딩 구조의 클램핑부는 큰 가압력을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 클램핑부에 푸쉬가 가해진 후 복원 상태에 따른 소성 변형을 살펴보면, 1단 벤딩 구조에서는 0.085mm의 소성 변형을 나타내지만 2단 벤딩 구조에서는 0.026mm의 소성 변형을 나타내어, 2단 벤딩 구조의 클램핑부는 소성 변형에도 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
이때, 수직 방향에 대하여 탄성부(131)가 이루는 각도(θ1)는 대략 8° 내외가 바람직하고, 클램핑부(132)가 이루는 각도(θ2)는 대략 45°내외가 바람직하다.
또한, 상기 클램핑부(132)는 전면으로 돌출되는 연장부(133)를 갖는다. 상기 연장부(133)는 클램핑부(132)가 탄성부(131)에 비하여 상대적으로 넓은 전면 방향(y 방향)의 폭을 갖도록 하고, 이는 와이어(30)를 클램핑시키는 클램핑부(132)의 중심축을 전면으로 이동시킨다. 따라서 와이어(30)는 전후 방향에 대하여 상대적으로 전면으로 편측된 위치에서 접속되고, 하우징(200) 상면에서 배면 측으로 상대적으로 넓은 영역의 픽업(pick-up)면이 확보될 수 있다.
또한, 상기 클램핑부(132)는 와이어(30)를 탄성 가압하는 접촉 단부가 와이어(30)의 외주면에 대응하는 곡률로 오목하게 만곡된 형상의 오목부를 가질 수 있다. 따라서 와이어(30)는 오목부를 따라 삽입되어 클램핑부(132)의 접촉 단부에서 전면 또는 배면 방향(y 또는 -y 방향)으로의 이탈이 방지되어 안정적인 삽입과 클램핑이 이루어질 수 있다. 또한, 클램핑부(132)는 오목부가 와이어(30) 표면을 선접촉으로 가압하여 와이어(30)의 발거력을 더욱 향상될 수 있다.
한편, 상기 지지 플레이트(120)는 마운팅부(121)와 클램핑부(132) 사이에서 플레이트 일부가 절개되어 내측으로 벤딩되는 유동 방지부(124)를 구비한다. 상기 유동 방지부(124)는 수직으로 접속된 와이어(30)가 기울어지는 것을 방지한다.
일반적으로 와이어(30)는 한 쌍의 클램핑부(132) 사이로 삽입되면서 수직 방향의 접속 상태를 유지한다. 이때, 와이어(30)는 수직 방향에 대하여 한 쌍의 클램핑부(132)에 의한 하나의 위치에서만 지지되므로 수평 방향 특히, 양 측면 방향(x 또는 -x 방향)으로 쉽게 기울어진다. 이와 같은 와이어(30)가 반복적으로 기울어질 때 클램핑부(132)에서의 발거력이 현저히 저하될 수 있으며, 심지어 와이어(30)가 클램핑부(132)로부터 이탈될 수도 있다.
상기 유동 방지부(124)는 클램핑부(132)와 소정 간격 이격되는 하측에서 지지 플레이트(120)의 일부가 절개되어 와이어 삽입공간으로 벤딩된다. 따라서 와이어(30)는 상측의 한 쌍의 클램핑부(132)와 하측의 한 쌍의 유동 방지부(124)에 의한 상하 두 위치에서 지지되므로 수직 상태가 안정적으로 유지된다. 이때, 상기 유동 방지부(124)는 수직으로 접속되는 와이어(30)의 삽입을 가이드 하기 위하여 내측으로 하향 경사를 이루면서 벤딩된다.
상기와 같은 구성의 콘택트 터미널(100)은 도 6에 도시된 바와 같이 기판 상에 직립으로 실장된 상태에서 상측의 와이어 삽입구(100a)를 통하여 와이어(30)가 삽입되고, 클램핑부(132)는 단부가 삽입 방향으로 와이어(30)를 가압하여 클램핑시킨다.
한편, 상기 클램핑부(132)는 와이어(30)와 접촉되는 단부가 뾰족한 형상의 예각을 이룬다. 따라서, 클램핑부(132)는 단부가 강한 가압력으로 와이어(30)의 표면을 파고들어 와이어(30)가 발거되는 것을 저지한다. 이때, 도 7과 같이 상기 클램핑부(132) 단부의 단면이 이루는 내각(θ3)은 65°내지 80°로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 대략 73°내외의 각도로 형성된다.
sample | 비교예1(50°~65°) | 실험예(65°~80°) | 비교예2(80°~90°) |
1 | 6.21 | 13.64 | 6.84 |
2 | 5.24 | 14.32 | 7.25 |
3 | 5.86 | 13.92 | 6.01 |
4 | 5.57 | 14.08 | 5.59 |
5 | 6.32 | 12.57 | 6.12 |
6 | 5.10 | 13.21 | 6.35 |
7 | 6.25 | 14.52 | 5.24 |
8 | 6.54 | 12.98 | 5.98 |
9 | 6.21 | 13.74 | 5.84 |
10 | 5.82 | 14.59 | 6.25 |
min | 5.10 | 12.57 | 5.24 |
max | 6.54 | 14.59 | 7.25 |
ave | 5.91 | 13.76 | 6.15 |
상기 [표 2]는 클램핑부 단부의 내각에 따른 발거력을 나타낸 것으로, 내각이 각각 50°~65°(비교예1)와, 65°~80°(실험예)와, 80°~90°(비교예2) 사이의 임의의 각도에 따른 와이어의 발거력(wire retention force)을 kg·f 단위로 나타내었다. 상기 [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이, 클램핑부 단부의 내각이 65°미만인 경우와 80°를 초과하는 경우 각각 평균 5.91 kg·f 및 6.15kg·f의 상대적으로 낮은 발거력을 나타내지만, 내각이 65°~80°인 경우 평균 13.79의 높은 발거력을 나타내고 있다. 이는, 클램핑부(132) 단부의 내각(θ3)이 65°미만을 이루거나 80°를 초과하면 단부가 쉽게 마모되거나 와이어 표면을 파고들지 못하여 발거력이 저하되기 때문이다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10 : 커넥터 20 : 기판
30 : 와이어
100 : 콘택트 터미널
110 : 백 플레이트
120 : 지지 플레이트
121 : 마운팅부 124 : 유동 방지부
130 : 접속 플레이트
131 : 탄성부 132 : 클램핑부
30 : 와이어
100 : 콘택트 터미널
110 : 백 플레이트
120 : 지지 플레이트
121 : 마운팅부 124 : 유동 방지부
130 : 접속 플레이트
131 : 탄성부 132 : 클램핑부
Claims (5)
- 하단부는 기판에 지지되는 기판 지지돌기를 형성하고, 상단부는 하우징에 삽입되는 제 1 하우징 삽입돌기를 형성하는 판 상의 백 플레이트;
상기 백 플레이트의 양 단부에서 전면으로 연장되어 그 사이에 와이어 삽입공간을 형성하고, 하단부는 기판과 마주하도록 벤딩되어 기판에 실장되는 마운팅부를 형성하며, 상단부는 상기 하우징에 삽입되는 제 2 하우징 삽입돌기를 형성하는 한 쌍의 지지 플레이트; 및
한 쌍의 상기 지지 플레이트 상단부에서 내측의 상기 와이어 삽입공간으로 벤딩되어 와이어를 접속 및 록킹시키는 한 쌍의 접속 플레이트;를 포함하고,
한 쌍의 상기 접속 플레이트는, 상기 지지 플레이트의 상단부에서 내부 하측으로 벤딩되는 제1 벤딩부와, 상기 제1 벤딩부에서 연장되는 탄성부와, 상기 탄성부의 단부에서 상기 와이어 삽입공간의 중앙 영역을 향하여 상기 제1 벤딩부의 벤딩 방향과 반대 방향으로 벤딩되는 제2 벤딩부와, 상기 제2 벤딩부에서 연장되면서 단부가 삽입된 와이어를 록킹하는 클램핑부를 포함하는 2단 벤딩 구조로 이루어지며,
기판 상에 직립으로 실장되어 상기 와이어가 수직 방향으로 접속되도록 하는 포크인 커넥터. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 클램핑부는,
상기 와이어에 접촉되는 단부의 단면 내각이 65°내지 80°인 것을 특징으로 하는 포크인 커넥터. - 제1항에 있어서, 상기 접속 플레이트는,
상기 클램핑부가 전면으로 돌출되는 연장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포크인 커넥터. - 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 플레이트는,
상기 클램핑부와 간격을 이루는 하측에서 플레이트의 일부가 절개되어 내측으로 벤딩되는 유동 방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포크인 커넥터.
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