JP3982050B2 - 回路基板へのコネクタ接続構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタから延びる弾性を有するターミナルピンの端部を回路基板に圧接することにより、コネクタを回路基板へ電気的に接続するコネクタ接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回路基板へのコネクタ接続構造としては、圧接型コネクタがある。これは、一端側がコネクタに固定されたターミナルピンの他端側を、回路基板に弾性的に圧接して、コネクタと回路基板とを電気的に接続するものである。それによって、回路基板と外部機器の電極との接続にワイヤボンダや半田付け等を用いず、ワンタッチで接続できるため組み付け工数を減らすことが可能である。
【０００３】
ここで、ターミナルピンの形状としては、例えば特開平４−３３６５７５号公報に記載のプラグ端子のように、コネクタ側から延びるとともに先端が回路基板に接続される、片持ちばね形状としたものが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記片持ちばね形状を有するターミナルピンを用いて試作検討を行った。図３（ａ）は、本発明者等が試作した回路基板へのコネクタ接続構造を示す説明図である。なお、２点鎖線は後述の熱膨張時の状態を示す。
３はコネクタであり、樹脂ハウジングに電気配線部材が一体化され、図示しない部分にて外部機器と電気的に接続可能となっている。４は回路基板であり、基板固定部（固定部）５にて図示しない固定部材によって動かないように固定されている。なお固定部材としては上記樹脂ハウジングまたは回路基板のハウジングの一部等を用いることができる。
【０００５】
１０は、片持ちばねからなるターミナルピンである。ターミナルピン１０の一端はコネクタ３と電気的に接続されるとともにコネクタ３に固定支持され（支持部１０ａ）、他端（先端）は圧接されて回路基板４に弾性力を作用させた状態で、回路基板４に設けられた接触導体部と導通接触している（接触部１０ｂ）。そして、回路基板４はコネクタ３を介して外部機器と電気信号のやり取りを行うことが可能となる。
【０００６】
この試作品に基づいて検討した結果、従来のターミナルピン形状やその配置構成では、例えば自動車用の回路基板等、温度変化の大きい環境に使用されるものに適用した場合、以下のような問題があることがわかった。
すなわち、回路基板４とターミナルピン１０との接続部分（接触部１０ａ）において、回路基板４の熱膨張量Ｌ１とターミナルピン１０の熱膨張量Ｌ２の違いにより、図３（ａ）に示すような、ずれΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ１）が発生する。そのため、圧接接続においては温度変化の際、熱膨張、熱収縮により両者が摺動し、基板４及びピン１０のめっきやペーストなどの表面材料が摩耗して、接触抵抗が不安定となり、信頼性が低くなるという問題が生じる。
【０００７】
例えば、図３（ａ）に示す試作品において、ハウジングスペースを５ｍｍ×１０ｍｍ、ターミナルピン１０の材質をりん青銅（熱膨張係数：１．７６×１０^-5）、回路基板４の材質をアルミナ（熱膨張係数：９．０×１０^-6）とし、温度を０℃から８０℃に変化させた。
このとき、８０℃において、ターミナルピン１０及び回路基板４はそれぞれ図の２点鎖線の状態に熱膨張し、回路基板４に平行方向の熱膨張量は、ターミナルピン１０が１７．６μｍ、回路基板４が７．２μｍであり、よって、ピンと基板のずれ量ΔＬは１０．４μｍであった。
【０００８】
また、本発明者等は、図３（ｂ）に示す様に、ターミナルピン１０を曲がりばね形状としたものについても検討したが、図３（ａ）の試作品と同様に、ずれΔＬによる問題が発生した。
本発明は上記点に鑑みて、コネクタから延びる弾性を有するターミナルピンの端部を回路基板に圧接することにより、コネクタを回路基板へ電気的に接続するコネクタ接続構造において、回路基板とターミナルピンの熱膨張量の違いによるずれを低減し抵抗値の安定化をはかることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため、ターミナルピンのコネクタへの支持部、ターミナルピンの回路基板との接触部、及び回路基板の固定部、これら三者の位置関係に着目し、ターミナルピン及び回路基板の熱膨張量の違いによる回路基板平行方向のずれを略０とすることを考えた。
【００１０】
例えば、上記図３に示す試作品では、ターミナルピン１０の接触部１０ｂが、支持部１０ａから回路基板４に降ろした垂線上に無い。そのため、熱膨張した場合、ターミナルピン１０は支持部１０ａから回路基板４に平行方向に変位する。一方、回路基板４は基板固定部５を始点として同方向に変位する。よって、ターミナルピン１０と回路基板４の熱膨張率に相違があれば、上記ずれΔＬが発生してしまう。
【００１１】
請求項１ないし請求項３記載の発明は、上記三者の位置関係に着目してなされたものである。なお、以下、本欄において各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。すなわち、請求項１記載の発明によれば、弾性部材からなるターミナルピン（１）を介して電気的に接続する回路基板へのコネクタ接続構造において、ターミナルピン（１）を一端側にてコネクタ（３）に支持固定し、他端側にて回路基板（４）に弾性力を作用させた状態で導通接触させ、回路基板（４）の固定部（５）を固定部材（６）により固定して回路基板（４）が固定部（５）を中心として熱膨張するようにし、ターミナルピン（１）の支持部（１ａ）、接触部（１ｂ）、及び回路基板（４）の固定部（５）を、回路基板（４）に対する同一な垂線（Ｈ）上に位置させたことを特徴としている。
【００１２】
本発明では、回路基板（４）の固定部（５）は固定されているため熱膨張（または熱収縮）により変位せず、回路基板（４）は固定部（５）を中心として熱膨張する。そして、ターミナルピン（１）においては、支持部（１ａ）と接触部（１ｂ）とが回路基板（４）の固定部（５）と同一の垂線（Ｈ）にあるため、温度変化による熱膨張（または熱収縮）はこの垂線（Ｈ）方向に起こる。ここで、ターミナルピン（１）の膨張（または収縮）した分は、ターミナルピン（１）自身の弾性力によって、垂線（Ｈ）を軸とした径方向に変形することで吸収できる。
【００１３】
従って、ターミナルピン（１）と回路基板（４）との接点において、両者（１、４）のずれ（ΔＬ）は発生せず、抵抗値の安定化を図ることができる。なお、回路基板（４）の上記垂線（Ｈ）方向の熱膨張（または熱収縮）による変位も、ターミナルピン（１）の弾性力の作用により吸収されるため問題はない。
また、具体的にターミナルピン（１）は、請求項２記載の発明のように、支持部（１ａ）と接触部（１ｂ）との間で、上記垂線（Ｈ）に対し曲がり形状を有するものにでき、またその材質は、請求項３記載の発明のように、りん青銅、ベリリウム銅、チタン銅のうちから選択される合金材料からなるものにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１は本発明の回路基板へのコネクタ接続構造（以下、接続構造という）の実施形態を示す説明図である。本実施形態の接続構造は、例えば温度変化の激しい自動車用の電気機器等に用いて好適である。なお、本実施形態では、上述の図３に示す回路基板へのコネクタ接続構造と、異なる部分について主として説明し、同一部分については図中同一符号を付して、補足説明をするにとどめる。
【００１５】
本実施形態の接続構造も、コネクタ３と回路基板４とを、両者間に介在するターミナルピン１にて電気的に接続した構造としている。
図１においては、コネクタ３のうち樹脂ハウジングを図示しており、この樹脂としては、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ４６（ポリアミド４６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）等を用いることができる。
【００１６】
この樹脂ハウジングには、弾性部材としてのＳ字状に曲がった曲がりばねからなるターミナルピン１が組付けられている。ここで、ターミナルピン１は、りん青銅、ベリリウム銅あるいはチタン銅等の合金材料に、表面めっき材料として金、銀、ニッケル、銅、すず等をめっきしたものを用いることができる。
回路基板４はアルミナ基板からなり、この回路基板４のコネクタ３の樹脂ハウジングと対向する側の面（表面）２に、金ペースト、金メッキ、銀メッキ、はんだメッキ等の表面材料が接触導体部として形成されたものである。
【００１７】
そして、回路基板４は、上記接触導体部が形成された面２とは反対側の面（裏面）において、図１に示す部位にて、上記樹脂ハウジングまたは回路基板４のハウジング（図示せず）の一部等を用いた固定部材６によって、動かないように固定されている。この回路基板４の固定された部分が基板固定部５である。
また、ターミナルピン１は、上記樹脂ハウジングと回路基板４の面２との間に介在設定されており、一端側がコネクタ３の樹脂ハウジングに支持固定されるとともに、コネクタ３の電気配線部材と電気的に接続（導通）されている。そして、他端側が回路基板４の面２に弾性力を作用させた状態で圧接され、回路基板４の接触導体部と導通接触している。
【００１８】
このようにして、回路基板４はコネクタ３を介して外部機器と電気信号のやり取りを行うことが可能となる。ここで、ターミナルピン１において、コネクタ３の樹脂ハウジングに固定支持された部分を支持部１ａ、回路基板４の接触導体部と導通接触している部分を接触部１ｂとする。
そして、本実施形態では、図１に示すように、ターミナルピン１の支持部１ａ、接触部１ｂ及び基板固定部５の三者が、基板に対する同一な垂線（図中、点線で示す）Ｈ上に配置されており、温度変化によるターミナルピン１と回路基板４の導体接触部とのずれが発生しない。次に、上記配置関係による作用について述べる。
【００１９】
まず、温度変化の際、回路基板４の基板固定部５は固定されているため熱膨張により変位せず、回路基板４は基板固定部５を中心として熱膨張する。そして、ターミナルピン１においては、支持部１ａと接触部１ｂとが基板固定部５と同一な垂線Ｈにあるため、温度変化による熱膨張はこの垂線Ｈ方向に起こる。ターミナルピン１の膨張した分は、ターミナルピン１自身の弾性力によって、垂線Ｈを軸とした径方向に逃がすことができる。
【００２０】
ここで、ターミナルピン１、回路基板４及びコネクタ３の樹脂ハウジングにおいて、図１の２点鎖線で示す状態は、熱膨張後の状態（例えば、温度８０℃）を示す。
なお、回路基板４の垂線Ｈ方向の熱膨張による変位も、ターミナルピン１の弾性力の作用により吸収されるため問題はなく、また、ターミナルピン１の支持部１ａも垂線Ｈ上にあるため、コネクタ３の樹脂ハウジングの熱膨張の影響を受けることはない。
【００２１】
また、熱収縮の場合にも、上記熱膨張に準じた作用を奏し、収縮によるずれ発生を防止することができるため、その説明を省略する。
従って、ターミナルピン１と回路基板４の接触導体部との接点において、温度変化の際の熱膨張、熱収縮によるずれ両者のずれΔＬは発生せず、回路基板４およびターミナルピン１のめっきやペーストなどの表面材料の摩耗を抑え、接触抵抗の安定性を向上することができる。
【００２２】
また、図２のようにターミナルピン１を略Ｃ字型形状としてもよい。このような形状であっても、上記図１のコネクタ接続構造と同様な効果が得られることは勿論である。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、ターミナルピン１は両部１ａ、１ｂの間で垂線Ｈに対し曲がり形状を有するものであったが、真っ直ぐな形状（つまり垂線と略一致した形）でもよい。ターミナルピン１は弾性部材なので、膨張した場合は弾性力によって垂線Ｈを軸とした径方向に曲がり、収縮した場合は垂線Ｈ方向に弾性的に延びることで吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回路基板へのコネクタ接続構造を示す図である。
【図２】上記実施形態に係る他の例を示す図である。
【図３】本発明者等が試作した回路基板へのコネクタ接続構造を示す図である。
【符号の説明】
１…ターミナルピン、１ａ…ターミナルピンのコネクタへの支持部、
１ｂ…ターミナルピンの回路基板との接触部、３…コネクタ、４…回路基板、
５…回路基板の基板固定部、６…固定部材。

Claims (3)

1. 回路基板（４）とこの回路基板（４）と外部機器とを電気的に接続するためのコネクタ（３）とを、このコネクタ（３）に導通して設けられたターミナルピン（１）を介して電気的に接続する回路基板へのコネクタ接続構造において、
   前記ターミナルピン（１）は弾性部材からなり、一端側にて前記コネクタ（３）に支持固定され、他端側にて前記回路基板（４）に弾性力を作用させた状態で導通接触しており、
   前記回路基板（４）の所定部位は、固定部材（６）によって固定された固定部（５）を構成し、前記回路基板（４）は、前記固定部（５）を中心として熱膨張するようになっており、
   前記ターミナルピン（１）の前記コネクタ（３）への支持部（１ａ）、前記ターミナルピン（１）の前記回路基板（４）との接触部（１ｂ）、及び、前記回路基板（４）の前記固定部（５）が、前記回路基板（４）に対する同一な垂線（Ｈ）上に位置していることを特徴とする回路基板へのコネクタ接続構造。
2. 前記ターミナルピン（１）は、前記支持部（１ａ）と前記接触部（１ｂ）との間で、前記垂線（Ｈ）に対し曲がり形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板へのコネクタ接続構造。
3. 前記ターミナルピン（１）は、りん青銅、ベリリウム銅、チタン銅のうちから選択される合金材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板へのコネクタ接続構造。

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