JP2018073759A - 圧接コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 螺旋構造部の圧縮時のストロークを長く確保し、圧縮時の高さ寸法を小さくできる圧接コネクタを提供する。【解決手段】 導電性の板材で螺旋構造部が形成されている。螺旋構造部は、Ｙ側板部（外側板部）１３と、それよりも中心線Ｏに近い側に位置するＹ側板部（内側板部）２７を有している。Ｙ側板部（外側板部）１３は中心線Ｏとほぼ平行であり、Ｙ側板部（内側板部）２７は中心線Ｏに対して角度βだけ傾いている。第１接触部１８がＺ１方向へ押されたときに、Ｙ側板部（内側板部）２７の基部側に向く縁部２７ａが基部接触部２に当たりにくく、螺旋構造部の圧縮ストロークを長く確保できる。【選択図】図４

Description

本発明は、導電性の板材で螺旋構造部を形成した圧接コネクタに係り、特に、荷重が作用したときに圧縮方向のストロークを長く確保でき、荷重が作用した状態での薄型化も実現できる圧接コネクタに関する。

特許文献１に、導電性の板材で形成された圧接コネクタが記載されている。
この圧接コネクタは、下側平板部と上側平板部および上側平板部の下側に位置する補助上側平板部を有している。下側平板部と上側平板部との間に第１バネ部が設けられ、下側平板部と補助上側平板部との間に第２バネ部が設けられている。第１バネ部と第２バネ部は、共に下側平板部から立ち上がるように折り曲げられて螺旋状に形成されたものであり、それぞれのバネ部を形成している平板部の板面は、荷重作用方向に延びる中心線とほぼ平行に向けられている。

上側平板部に荷重が作用すると、上側平板部を有する第１バネ部が下側平板部に向けて圧縮変形するとともに、上側平板部で補助上側平板部が押され、補助上側平板部を有する第２バネ部も下側平板部に向けて圧縮変形する。

次に、特許文献２には、圧接コネクタとして機能するコンタクトが記載されている。
このコンタクトは、全体が四角錐体であり、基端部から先端の接触端子部まで、四角錐体の表面に沿って螺旋状の連結部が設けられている。

特開２０１６−１５８３号公報 特開２００１−５６３４５号公報

特許文献１に記載された圧接コネクタは、上側平板部に荷重が作用したときに、第１バネ部と第２バネ部が、これらバネ部を構成する平板部の板面に沿う方向へ収縮変形する。そのため、第１バネ部と第２バネ部とで大きな弾性反力を発揮させることが可能となっている。

しかしながら、第１バネ部と第２バネ部を構成する平板部の板面が、中心線と平行に向けられていると、荷重が作用したときに、外周側に位置する第１バネ部が十分に圧縮変形する前に、内周側に位置する第２バネ部のうちの、中心線に近い部分（螺旋の中心側部分）が下側平板部に当たりやすい。これは、一定の荷重が作用したときに、バネ部は、中心線に近い内側の螺旋部すなわち先部側での変形量が、中心線から離れた外側の螺旋部となる基部側での変形量よりも大きくなるためであり、さらに、第２バネ部は、下側平板部から補助上側平板部までの高さ寸法が低いため、バネ部全体が下向きに変形したときに、高さの低い第２バネ部のうちの中心線に近い内側螺旋部の板部が、先に下側平板部に当たってしまうからである。

その結果、第１バネ部と第２バネ部の双方を十分に変形させることができず、上側平板部の押圧方向のストロークを十分に長く確保できず、また両バネ部が圧縮変形したときの圧接コネクタの高さ寸法を薄くするのにも限界が生じる。

上記課題を解消するために、内周側に位置する第２バネ部を構成する平板の幅寸法（高さ方向の寸法）を短くすることで、第２バネ部が下側板部に当たるまでのストロークを長く確保する対策が考えられる。しかし、この対処方法では、第２バネ部を構成する平板の幅寸法が小さくなり、断面係数が低下するため、第２バネ部のバネ定数も低下してしまう。また、強度が低下してしまい変形しやすいという問題もある。

次に、特許文献２に記載されたコンタクトは、螺旋状の連結部の全体において、連結部の板面が、荷重の作用方向に延びる中心線に対して傾いて形成されている。しかし、全ての連結部の板面が四角錐の表面に沿って形成されているため、特許文献２に記載のように異方性エッチングという特殊な製造工程でしか製造することができない。また、連結部は１つであるため、荷重が作用していない状態で、連結部となる螺旋部に、外周側と内周側との重なり部が形成されないため、全体的に高さ寸法が大きくなり、その割には荷重が作用したときの圧縮変形のストロークを長く確保できない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、螺旋構造部を構成する板材の幅寸法を小さくすることなく、圧縮時のストロークを長くでき、且つ圧縮時の高さ寸法を小さくできる圧接コネクタを提供することを目的としている。

本発明は、基部から先部に向けて立ち上がる螺旋構造部が導電性の板材で形成されている圧接コネクタにおいて、
前記螺旋構造部の少なくとも一部に、外側板部とその内側に位置する内側板部とが設けられており、
荷重が作用する方向に延びる中心線に対する、前記外側板部の板面の傾斜角度よりも、前記中心線に対する前記内側板部の板面の傾斜角度が大きいことを特徴とするものである。

本発明の圧接コネクタでは、前記外側板部の板面を、前記中心線とほぼ平行とすることが可能である。

本発明の圧接コネクタでは、前記内側板部は、基部側に向く縁部が、先部側に向く縁部よりも前記外側板部に接近する向きで、前記板面が傾斜していることが好ましい。

本発明の圧接コネクタは、荷重が作用していないときに、前記内側板部の板幅方向の中心が、前記外側板部の板幅方向の中心よりも先部側に位置しているものである。

また、荷重が作用していないときに、前記外側板部と前記内側板部とが、前記中心線と直交する方向で重なり部を有しているものである。

本発明の圧接コネクタは、前記螺旋構造部が、前記基部の異なる位置から立ち上がる第１螺旋部と第２螺旋部を有しており、前記第１螺旋部が前記外側板部を有し、前記第２螺旋部が前記内側板部を有しているものとして構成できる。

本発明の圧接コネクタは、例えば、前記第１螺旋部の先部に第１接触部が設けられ、前記第２螺旋部の先部に、前記第１接触部の下側に位置する第２接触部が設けられているものである。

本発明の圧接コネクタは、螺旋構造部に外側板部と内側板部が設けられ、中心線に対する内側板部の傾き角度が外側板部の傾き角度よりも大きくなっている。そのため、荷重が作用して螺旋構造部が圧縮変形する際に、外側板部が十分に圧縮変形する状態まで内側板部を圧縮変形させることが可能となる。
その結果、荷重が作用したときの圧縮変形のストロークを長くでき、また荷重が作用したときの薄型化も実現できる。

本発明の実施の形態の圧縮コネクタを先部側から見た平面図、 本発明の実施の形態の圧縮コネクタの、荷重が作用していない状態を示す斜視図、 図２Ａに示す圧接コネクタの半断面斜視図、 本発明の実施の形態の圧縮コネクタの、荷重が作用している状態を示す斜視図、 図３Ａに示す圧接コネクタの半断面斜視図、 図２Ｂの断面図をＩＶ矢視方向から示す断面正面図、 図３Ｂの断面図をＶ矢視方向から示す断面正面図、

本発明の実施の形態の圧接コネクタ１は、導電性の金属板材をプレス加工で折り曲げて成形されている。金属板材は、銅または銅合金であり、実施の形態ではコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金）で形成されている。

圧接コネクタ１は、図１に示す平面形状でのＸ方向とＹ方向の寸法が、それぞれ２ｍｍ×２ｍｍ以下で、好ましくは１．５ｍｍ×１．５ｍｍ以下、図２Ａに示す自由状態でのＺ方向の高さ寸法が１．５ｍｍ以下で、好ましくは１ｍｍ程度である。

この圧接コネクタ１は複数個が回路基板に実装されるなどして、回路基板どうしの接続部や回路基板とＩＣなどの電子素子との接続部、あるいは回路基板と配線ケーブル（フレキシブル配線ケーブル）との接続部などに使用される。

図２Ａ図２Ｂおよび図４に、荷重が作用していない自由状態の圧接コネクタ１が示されている。圧接コネクタ１は、基部側（Ｚ１側）に基部接続部（基部）２が設けられている。基部接続部２は、Ｘ−Ｙ平面と平行であり、その下面２ａが回路基板の導電性のランド部などに半田付けされる。基部接続部２は平面形状が矩形状であり、図１に示すように、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法がほぼ同じである。

図１と図２Ａに示すように、基部接続部２のＸ１側に向く辺から第１螺旋部１０が立ち上がっており、Ｘ２側に向く辺から第２螺旋部２０が立ち上がっている。この実施の形態では、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とで、螺旋構造部が構成されている。

第１螺旋部１０は、基部接続部２のＸ１側の辺から先部側（Ｚ２側）へ垂直に折り曲げられて立ち上がる螺旋基部１１と、螺旋基部１１から湾曲部１２で曲げられてＸ２方向に延びるＹ２側板部１３と、Ｙ２側板部１３から湾曲部１４で曲げられてＹ１方向に延びるＸ２側板部１５と、Ｘ２側板部１５から湾曲部１６で曲げられてＸ１方向に延びるＹ１側板部１７とが連続して形成されている。

第１螺旋部１０は、螺旋基部１１からＹ１側板部１７にかけて、細長く連続して延びる板部で形成されている。図２Ａに示すように、第１螺旋部１０は、これを構成する板部の幅寸法（板幅寸法）Ｗ１（図４参照）を二分する中心線ＷＯ１が、螺旋基部１１からＹ１側板部１７に向かうにしたがって先部側（Ｚ２側）に立ち上がっていく螺旋構造である。

第１螺旋部１０の先部側（Ｚ２側）には、Ｙ１側板部１７から折り曲げられた第１接触部１８が設けられている。第１接触部１８には、Ｘ−Ｙ平面とほぼ平行な上面部１８ａと、上面部１８ａの３つの辺から基部方向（Ｚ１方向）に曲げられたフランジ部１８ｂが一体に形成されており、上面部１８ａの中央部に接触凸部１８ｃが形成されている。各図では、接触凸部１８ｃの中心を通って、螺旋構造部の圧縮方向（Ｚ方向）に延びる仮想線が中心線Ｏとして示されている。

第１接触部１８に基部方向に向かう荷重が作用すると、第１螺旋部１０では、螺旋基部１１の一部からＹ１側板部１７までの範囲で捩じり変形と板幅方向の撓み変形が発生して、Ｚ１方向に向けて弾性的に圧縮変形する。ただし、フランジ部１８ｂが形成された第１接触部１８は、容易に歪むことがなく、荷重を受け続けることができる。

第２螺旋部２０は、基部接続部２のＸ２側の辺からＺ２方向へ向けて垂直に折り曲げられて立ち上がる螺旋基部２１と、螺旋基部２１から湾曲部２２で曲げられてＸ１方向に延びるＹ１側板部２３と、Ｙ１側板部２３から湾曲部２４で曲げられてＹ２方向に延びるＸ１側板部２５と、Ｘ１側板部２５から湾曲部２６で曲げられてＸ２方向に延びるＹ２側板部２７とが連続して形成されている。

第２螺旋部２０は、螺旋基部２１からＹ２側板部２７にかけて、細長く連続して延びる板部で形成されている。図２Ａに示すように、第２螺旋部２０は、これを構成する板部の幅寸法Ｗ２（図４参照）を二分する中心線ＷＯ２が、螺旋基部２１からＹ２側板部２７に向かうにしたがって先部側（Ｚ２側）に立ち上がっていく螺旋構造である。

図２Ｂと図４に示すように、第２螺旋部２０の先部側（Ｚ２側）には、Ｙ２側板部２７から折り曲げられた第２接触部２８が設けられている。前記第１接触部１８に基部方向の荷重が与えられていない自由状態で、第２接触部２８は、第１接触部１８の下側に距離を空けて配置されている。なお、自由状態で、第２接触部２８が第１接触部１８に接触していてもよい。

第１接触部１８に基部方向に向かう荷重が作用すると、第１螺旋部１０が基部方向へ弾性的に圧縮変形するが、第１接触部１８によって第２接触部２８も基部方向に押される。このとき、第２螺旋部２０では、螺旋基部２１の一部からＹ２側板部２７までの範囲で捩じり変形と板幅方向の撓み変形が発生して、Ｚ１方向に向けて弾性的に圧縮変形する。

螺旋構造部では、第１螺旋部１０が圧縮変形するときの弾性反力と、第２螺旋部２０が圧縮変形するときの弾性片力の、２つの弾性反力が第１接触部１８に作用する。

図２Ａと図２Ｂおよび図４に示すように、圧接コネクタ１のＹ２側の側部では、第１螺旋部１０の一部であるＹ２側板部１３が外周側に位置し、第２螺旋部２０の一部であるＹ２側板部２７が、Ｙ２側板部１３よりも中心線Ｏに近い内周側に位置している。実施の形態の圧接コネクタ１は、第１螺旋部１０のＹ２側板部１３が外側板部であり、第２螺旋部２０のＹ１側板部２７が内側板部である。

図４に示すように、Ｙ２側板部（外側板部）１３と、Ｙ２側板部（内側板部）２７は、中心軸Ｏと直交する方向であるＹ方向で一部が重複している。また、Ｙ２側板部（外側板部）１３とＹ２側板部（内側板部２７）との重なり部のほぼ全長において、Ｙ２側板部（内側板部）２７の幅寸法を二分する中心線ＷＯ２が、Ｙ２側板部（外側板部）１３の幅寸法を二分する中心線ＷＯ１よりも先部側（Ｚ２側）に位置している。

そして、図４に示すように、中心線Ｏに対するＹ２側板部（外側板部）１３の板面の成す角度αよりも、中心線Ｏに対するＹ２側板部（内側板部）２７の板面の成す角度βの方が大きくなっている。実施の形態の圧接コネクタ１では、角度αがゼロであり、中心線ＯとＹ２側板部（外側板部）１３の板面とが平行である。また、角度βは１５〜６０度程度が好ましく、実施の形態では角度βが４５°である。Ｙ２側板部（内側板部）２７は、基部側に向く縁部２７ａが、先部側に向く縁部２７ｂよりもＹ２側板部（外側板部）１３に接近する向きで、板面が傾斜している。

前記圧接コネクタ１の接触動作を説明する。
図２Ａと図２Ｂおよび図４に、第１接触部１８に下向きの荷重が作用していないときの圧接コネクタ１が示されている。このとき、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０が共に先部（Ｚ２方向）に向かって延びており、図４に示すように、Ｙ２側板部（外側板部）１３とＹ２側板部（内側板部２７）との重なり部のほぼ全長において、Ｙ２側板部（内側板部）２７の幅寸法を二分する中心線ＷＯ２が、Ｙ２側板部（外側板部）１３の幅寸法を二分する中心線ＷＯ１よりも先部側（Ｚ２側）に位置している。

図３Ａと図３Ｂおよび図５に示すように、第１接触部１８にＺ１方向の荷重が作用すると、第１螺旋部１０が圧縮変形し、第１接触部１８で第２接触部２８がＺ１方向に押されて、第２螺旋部２０も圧縮変形する。第２螺旋部２０の一部であるＹ２側板部（内側板部）２７の板面が、中心線Ｏに対して傾いているため、図３Ｂと図５に示すように、Ｙ２側板部（内側板部）２７の基部側の縁部２７ａが基部接続部２に接触するまでの間に、第２螺旋部２０をＺ２方向へ長い距離で収縮させて、第２接触部２８を基部接続部２に接近させることができる。これによって、第１螺旋部１０も長いストロークで圧縮変形させることができる。

すなわち、仮に縁部２７ａが基部接続部２に接触した状態で、さらに押し下げようとすると螺旋構造部が塑性変形するおそれがある。また、縁部２７ａが当たった状態では、ばね定数が大きくなっているので、それ以上押し下げることが難しくなり、その結果として第１螺旋部１０もさらに押し下げることができなくなってしまう。本実施の形態の圧接コネクタ１は、Ｙ２側板部（内側板部）２７を傾斜させることで、このような問題が生じなくなる。

本発明の実施の形態の圧接コネクタ１は、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０とから成る螺旋構造部の圧縮ストロークを長くでき、図３Ａと図３Ｂおよび図５に示すように、圧縮変形した状態で、圧接コネクタ１の高さ寸法を低くできる。圧接コネクタ１が複数並べて使用されるコネクタ装置などでは、個々の圧接コネクタ１の圧縮ストロークを長く確保できるため、複数の圧接コネクタ１のそれぞれを、電子機器の電極部や回路基板の接続端子などに確実に圧接させて導通させることが可能になる。

圧接コネクタ１は、Ｙ２側板部（内側板部）２７を傾けて形成することで、Ｙ２側板部（内側板部）２７の幅寸法を小さくしなくても、Ｙ２側板部（内側板部）２７の縁部２７ａが基部接続部２に接近するまでの間に、螺旋構造部の圧縮ストロークを長く確保することができる。Ｙ２側板部（内側板部）２７の幅寸法を大きくできるため、Ｙ２側板部（内側板部）２７の断面係数を大きくでき、Ｙ２側板部（内側板部）２７の捩じり剛性を高めることができて、第２螺旋部２０のばね定数を大きく設定することが可能になる。

また、板面が傾いているＹ２側板部（内側板部）２７は、第２螺旋部２０において、最も先部側（Ｚ２側）に位置する部分、すなわち、第２接触部２８が連続する最先部に設けられている。そのため、傾いているＹ２側板部（内側板部）２７が基部接続部２に接近するまでの間に、Ｙ２側板部（内側板部）２７の撓み量を大きく確保することができる。

また、Ｙ２側板部（内側板部）２７は、基部側に向く縁部２７ａが、先部側に向く縁部２７ｂよりもＹ２側板部（外側板部）１３に接近する向きで、前記板面が傾斜している。この構造では、先部側に向く縁部２７ｂを、基部側に向く縁部２７ａよりも、Ｙ２側板部（外側板部）１３に接近する向きで、板面を傾けさせた構造に比較して、第１螺旋部１０の内側で第２螺旋部２０を圧縮方向へ変形させやすくなる。

ただし、本発明では、先部側に向く縁部２７ｂが、基部側に向く縁部２７ａよりも、Ｙ２側板部（外側板部）１３に接近する向きで、Ｙ２側板部（内側板部）２７の板面を傾けさせた構造であってもよい。

図１に示すように、圧接コネクタ１のＸ２側では、外側に第２螺旋部２０の螺旋基部２１が位置し、内側に第１螺旋部１０のＸ２側板部１５が位置している。したがって、螺旋基部２１を外側板部とし、Ｘ２側板部１５を内側板部とし、Ｙ２側板部（内側板部）２７の板面を傾ける代わりに、またはＹ２側板部（内側板部）２７の板面を傾けることに加えて、Ｘ２側板部１５の板面を中心線Ｏに対して傾けてもよい。

また、図４に示すように、圧接コネクタ１では、Ｙ２側板部（外側板部）１３の板面が中心線Ｏと平行であるが、Ｙ２側板部（外側板部）１３の板面が中心線Ｏに対して角度αで傾いており、しかもβ＞αの構造としてもよい。

さらに、実施の形態で圧接コネクタ１では、第１螺旋部１０と第２螺旋部２０の２つの螺旋部で螺旋構造部が構成されているが、本発明では、１つ（１枚の板部）の螺旋部で螺旋構造部が構成されていてもよい。この場合には、１つの螺旋部のいずれかの部分が、外側板部と内側板部となって使用状態（荷重が作用している状態）で中心線Ｏと直交する方向で重なり、内側板部の板面が中心線Ｏに対して傾く構造となる。

１ 圧接コネクタ
２ 基部接続部
１０ 第１螺旋部（螺旋構造部）
１１ 螺旋基部
１３ Ｙ２側板部（外側板部）
１８ 第１接触部
２０ 第２螺旋部（螺旋構造部）
２１ 螺旋基部
２７ Ｙ２側板部（内側板部）
２７ａ 基部側に向く縁部
２７ｂ 先部側に向く縁部
Ｏ 中心線

Claims (7)

1. 基部から先部に向けて立ち上がる螺旋構造部が導電性の板材で形成されている圧接コネクタにおいて、
   前記螺旋構造部の少なくとも一部に、外側板部とその内側に位置する内側板部とが設けられており、
   荷重が作用する方向に延びる中心線に対する、前記外側板部の板面の傾斜角度よりも、前記中心線に対する前記内側板部の板面の傾斜角度が大きいことを特徴とする圧接コネクタ。
2. 前記外側板部の板面は、前記中心線とほぼ平行である請求項１記載の圧接コネクタ。
3. 前記内側板部は、基部側に向く縁部が、先部側に向く縁部よりも前記外側板部に接近する向きで、前記板面が傾斜している請求項１または２記載の圧接コネクタ。
4. 荷重が作用していないときに、前記内側板部の板幅方向の中心が、前記外側板部の板幅方向の中心よりも先部側に位置している請求項１ないし３のいずれかに記載の圧接コネクタ。
5. 荷重が作用していないときに、前記外側板部と前記内側板部とが、前記中心線と直交する方向で重なり部を有している請求項４記載の圧接コネクタ。
6. 前記螺旋構造部は、前記基部の異なる位置から立ち上がる第１螺旋部と第２螺旋部を有しており、前記第１螺旋部が前記外側板部を有し、前記第２螺旋部が前記内側板部を有している請求項１ないし５のいずれかに記載の圧接コネクタ。
7. 前記第１螺旋部の先部に第１接触部が設けられ、前記第２螺旋部の先部に、前記第１接触部の下側に位置する第２接触部が設けられている請求項６記載の圧接コネクタ。

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