JP4137075B2

JP4137075B2 - 高密度コネクタ集合体

Info

Publication number: JP4137075B2
Application number: JP2005092971A
Authority: JP
Inventors: ソーラブ・サファイ; カール・ロドニー・バンク; クリス・ハロルド・マクドナルド; レーネ・オーガスト・モスクーラ
Original assignee: アイティーティー・マニュファクチャリング・エンタープライジズ・インコーポレーテッド
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: US20050221639A1; US6971929B2; CN1677752A; KR20060045001A; JP2005294257A; EP1583180A3; KR100642616B1; EP1583180A2

Description

本発明は高密度コネクタ集合体に関する。

米国特許６，１８３、２６９に示されている電気コネクタの１つの型式は、それぞれが薄板状の金属コンタクトを保持する通路を有するフレーム（frame）を含み、各コンタクトはフレームの前部表面から傾斜して突出する弾力のある先端ビーム部（end beam）を形成する結合先端部を有する。先端ビーム部は、ビーム部が回路基板上の平坦なパッドのような結合素子に対して押された場合に、後方に通路内に偏向させられる。例えパッドに対して小さい力で押された場合においても先端ビーム部が非常に小さい抵抗のコンタクトを形成できることが望ましい。結合先端部に対向して位置するコンタクトの終端部はワイヤーを終結させるものである。

米国特許第６，１８３、２６９号

例えパッドに対して小さい力で押された場合においても、先端ビーム部が非常に小さい抵抗のコンタクトを形成できることが望ましい。結合先端に対向して位置するコンタクトの終端部はワイヤーに対して終結すべきものとされる。極めて多数のかかるコンタクトを保持するコネクタは極めて多数のワイヤーに対して信頼性を有しそして短時間にて終結させることを可能とすることが望ましい

本発明の一実施の形態に従えば、コンタクト保持通路およびこの通路内に位置するコンタクトを備えたフレームを含むコネクタが提供され、各コンタクトはワイヤーを終結させる終端部と回路基板のパッドのような結合素子と組合わせるための相対する結合部を有し、ここで各コンタクトは低価格で形成することができ、ワイヤーに対して容易に終結させることができ、そして結合素子と低い抵抗による組合わせを提供する。各コンタクトは薄板状の金属部材により形成される。コンタクトの終端部はワイヤーの絶縁体を受入れる幅の広い溝状部分を有し、この幅の広い溝状部分は絶縁体の周りでかしめる（crimp）ことのできる一対の幅の広い翼状部分（wing）を有する。終端部はさらにワクィヤーの露出された導電体を受入れる幅の狭い溝状部分と導電体の周りでかしめることのできる幅の狭い翼状部分を有する。幅の狭い溝状部分底部は幅広い溝状部分底部からオフセット（offset）されている。

コンタクトの結合先端は主要コンタクト部分と内側屈曲部によって接続された内側先端部を有する弾力のある先端ビーム部を有する。先端ビーム部はフレームの前面に対して傾斜して延在する基本的に直線状の中間部を有し、そして先端ビーム部は外側屈曲部によってビーム中央部に接続されたビーム外側部分を有する。外側屈曲部は屈曲部の内側で測定して１３５°よりも小さい角度を形成し、そして拘束されない自由な外側部分は望ましくは後方に通路内に延在する。集中された圧力はビーム中央部の外側先端に球状の突出部を形成することにより増加する。

本発明の一実施の形態に従えば、コンタクト保持通路（３８）と、該通路に位置するコンタクト（４０、４２）と、そして導電体（１１４）および露出された導電体端部（１１２）を除く導電体の周りに位置するワイヤー絶縁体（１１０）とを有するワイヤー（５０、５２）とを備えたフレーム（３４、３６）を含むコネクタであって、該コンタクトは単一の部品からなる薄板状金属により形成されており、そしてワイヤーに終結するコンタクト終端部（６０、６２）と、結合するコンタクト素子（１５４）と接触するためのコンタクト結合先端部（７０、７２）と、そしてフレームに取付けられたコンタクト中間部（８０、８２）とを有し、ここで、コンタクトの該終端部は、絶縁体を受入れる幅の広い溝状部底部（９４）を有する幅の広い溝状中央部（９２）を備えた幅の広い溝状部分（９０）を含み、該幅の広い溝状部分は幅の広い溝状中央部から突出しそしてワイヤー絶縁体の周りでかしめられた一対の幅の広い溝状部分の翼状部（９６、９８）を含み、コンタクトの該終端部はさらに、該幅の広い溝状部底部からオフセット（Ａ）されている幅の狭い溝状部底部（１０４）を有する幅の狭い溝状部中央部（１０２）を備えた幅の狭い溝状部分（１００）を含み、該幅の狭い溝状部底部は露出された導電体を受け入れ、該幅の狭い溝状部分は幅の狭い溝状部中央部から突出しそして露出された導電体の周りでかしめられた一対の幅の狭い溝状部分の翼状部（１０６、１０８）を含むコネクタである。

また、該フレームはフレーム前方表面（１２２）を有し、そして該コンタクト保持通路は該フレーム前方表面において開口しており、該コンタクト結合先端部（７０、７２）はコンタクトの支持部に内側屈曲部（１４４）によって接続されたビーム内側先端部（１４０）と、該フレーム表面から傾斜して離れるように該ビーム内側先端部から延在するビーム中央部（１２４）と、そして該ビーム中央部の外側先端部から延在し該ビーム内側先端部と相対するビーム部自由外側部分（１５０）とを有する弾力のある先端ビーム部（１２０）を形成し、ここで、該ビーム部自由外側部分は該ビーム中央部に対し該屈曲部の内側において測定した場合１３５°よりも小さい角度（Ｃ）で延在するコネクタである。

また、該フレームはフレーム前方表面（１２２）を有し、そして該コンタクト保持通路は該フレーム前方表面に対し開口しており、該コンタクト結合先端部はコンタクトの支持部に内側屈曲部（１４４）によって接続されたビーム内側先端部（１４０）と、該ビーム内側先端部から延在しそして該フレーム表面から傾斜して離れるように延在する外側部分（１２６）を有するビーム中央部（１２４）と、そして該ビーム中央部の該外側先端部から延在し該ビーム内側先端部と相対するビーム部自由外側部分（１５０）とを有する弾力のある先端ビーム部（１２０）を形成し、ここで、該先端ビーム部は該ビーム中央部のほぼ該外側部分に球状のバンプ（１３０）を形成し、それによって該フレーム前方表面に対して平行にそして近接して位置する主として平坦な面（１５４）と、主としてポイントコンタクトを行うコネクタである。

また、該フレームを含む複数のフレーム装置を含み、小さいトンネル（３２）と大きいトンネル（３０）とを含む複数のトンネル（１４）を有するハウジング（１２）を含み、大きいトンネルは小さいトンネルよりも大きい断面を有し、該複数のフレーム装置は、該小さいトンネルに密接するように適合する小さいフレーム（３６）と、該小さいトンネルではなく該大きいトンネルに密接するように適合する大きいフレーム（３４）を含み、各フレーム装置はフレーム前方表面（１２２）を有し、該フレーム装置のそれぞれは、前方および後方先端部と該先端部間に延在する複数の通路（３８）を有し、該通路はそれぞれその幅（Ｎ）よりも複数倍大きい高さ（Ｍ）を有し、多種のコンタクト素子（４０、４２）は該コンタクトを含み、各コンタクト素子は該通路の１つに位置し、該多種のコンタクト素子はそれぞれが該小さい通路の１つに位置する複数の小さいコンタクト素子（４２）と、それぞれが該大きい通路の１つに位置する複数の大きいコンタクト素子（４０）とを含み、該コンタクト素子のそれぞれは主要コンタクト部（１４２）を有し、そしてコンタクト主要部分と内側屈曲部（１４４）によって結合されたビーム内側先端部（１４０）を備えた弾力のある先端ビーム部（１２０）を有し、そして各先端ビーム部はその内側屈曲部から延在しそしてフレーム表面（１２２）から傾斜して離れるように延在する外側部分（１５０）を有し、該大きいコンタクトの先端ビーム部は、該小さいコンタクトの先端ビーム部の断面（Ｅ×Ｐ）に対し少なくとも１５０％の大きさを有する断面（Ｄ×Ｋ）を有し、それによって大きいコンタクトを最小限の加熱で大電流を伝送する電力用コンタクトとすることができ、一方小さいコンタクトは低電流の信号を伝送するコネクタである。

さらに、先端ビーム部はそれぞれコンタクト部分（１３０）を形成する外側先端部（１２６）を有し、そして該大きいコンタクトはそれぞれその先端ビーム部に沿って該小さいコンタクトのこれらの先端ビーム部に沿った厚さ（Ｅ）の少なくとも１５０％の厚さ（Ｄ）を有し、各先端ビーム部はその厚さよりも大きい幅（Ｋ、Ｐ）を有するコネクタである。

さらに、該大きい通路はそれぞれ該小さい通路の高さよりも大きい高さ（Ｍ）を有し、そして該大きいコンタクトはそれぞれ該小さいコンタクトの先端ビーム部の高さよりも大きい高さ（Ｊ）の先端ビーム部を有するコネクタである。
また、本発明の一実施の形態に従えば、貫通する通路（３８）およびフレーム前方表面（１２２）を有するフレーム（３４、３６）を含むコネクタであって、このコネクタは通路に位置するコンタクト（４０、４２）を含み、該コンタクトは薄板金属部品から形成されており、該コンタクトは主要コンタクト部分（１４２）を有し、そして内側屈曲部（１４４）によって該主要コンタクト部に接続されたビーム内側先端部（１４０）と共に弾力のある先端ビーム部（１２０）を含む結合先端部（７０）を有し、該先端ビーム部は該ビーム内側先端部（１４０）から傾斜してそして該フレーム表面の前方へ延在するビーム中央部（１２４）、および該フレーム表面の前方に位置しそして該ビーム中央部の外側先端から延在する部分を有する該ビーム内側先端部と相対するビーム部自由外側部分（１５０）を有し、ここで、該ビーム中央部は該フレーム前方表面に対し主として平行にそれぞれ延在する２つの垂直軸の周りで湾曲する凸状のバンプ（１３０）を形成する外側部分（１２６）を有し、各軸の周りの湾曲部の半径は該先端ビーム部に沿った薄板金属の厚さの４倍よりも小さいコネクタである。

さらに、該ビーム部自由外側部分（１５０）は、該ビーム内側先端部と相対する該ビーム中央部（１２４）の外側先端部（１２６）から、屈曲部の内側で測定して１３５°より小さい屈曲角（Ｃ）を有する屈曲部（１５２）において延在するコネクタである。

また、導電体（１１４）と、露出された導電体端部を除いてこの導電体の周りに存在する絶縁体（１１０）とを有するワイヤー（５０、５２）を含み、そして、該コンタクトは該結合端部（７０）と相対して位置する終端部（６０）を有し、該終端部は絶縁体を受入れる幅の広い溝状底部（９４）を有する幅の広い溝状中央部（９２）を備えた幅の広い溝状部分（９０）を有し、該幅の広い溝状部分は幅の広い溝状中央部から突出しそしてワイヤーの絶縁体の周りでかしめられた一対の幅の広い溝状部分の翼状部（９６、９８）を含み、該コンタクトの終端部は、該幅の広い溝状底部からオフセット（Ａ）されている幅の狭い溝状底部（１０４）を有する幅の狭い溝状中央部（１０２）を備えた幅の狭い溝状部分（１００）を含み、該幅の狭い溝状底部は露出された導電体を受け入れ、そして該幅の狭い溝状部分は幅の狭い溝状部分中央部から突出しそして露出された導体の回りでかしめられた一対の幅の狭い溝状部分の翼状部（１０６、１０８）を有するコネクタである。

本発明の新規な特徴は特に添付の特許請求の範囲と共に述べられる。本発明は以下の記載から、添付する図面と組合せて読む場合に、良く理解されるであろう。

図１はコネクタ１６を受け入れることが可能な複数のトンネル(tunnel)１４を有するハウジング１２を含むコネクタシステム１０を示す。このシステムは電力伝送のために使用される大きいコネクタ２０と、信号伝送のために使用される小さいコネクタ２２とを含む。大きいコネクタ２０はハウジングの大きいトンネル３０内において密接して（断面の少なくとも９０％を占有する）位置し、一方小さいコネクタ２２はハウジングの小さいトンネル３２内において密接して位置する。各コネクタはコンタクトを保持するコンタクト保持通路３８を有するフレーム３４、３６を有し、大きいコネクタには大きいコンタクト４０が配置されており、小さいコネクタには小さいコンタクト４２が配置されている。コンタクトはそれぞれ回路基板上のパッドのような結合素子と組合わされる突出部４４を有し、そして各コンタクトはワイヤー５０、５２と接続されている。対応する多数のワイヤーに対して終結させなければならない多数のコンタクトにとって、各コンタクトが低価格で組立てられワイヤーに対して容易に終結させられることが重要となる。

図３および図４は大きいおよび小さいコンタクト４０、４２をそれぞれ示す。２つのコンタクトは極めて類似しており、各々が終端部（termination end）６０、６２、結合先端部（mating end）７０、７２そして中間部（middle）８０、８２を有する。大きいコンタクトの終端部は、ワイヤーの絶縁体を受け入れる溝状部分底部９４有する幅の広い溝状の中央部９２を備える幅の広い溝状部分９０を有する。幅の広い溝状部分の一対の翼状部分９６、９８は、最初は横に広がって互いに隔たった形状で広がっており、そして中央部９２の相対する側部から突き出ている。また終端部はワイヤーにおける露出した導電体を受け入れる溝状部分底部１０４を有する幅の狭い溝状の中央部１０２を備える幅の狭い溝状部分１００を有する。幅の狭い溝状部分の一対の翼状部分１０６、１０８は離れて広がっておりそして幅の狭い溝状の中央部から突き出ている。

図８は幅の広い溝状部分底部９４に位置する絶縁体１１０、そして幅の狭い溝状部分底部１０４に位置する導電体１１４の露出された端部１１２を有するワイヤー５０を示す。溝状部分底部９４、１０４の間にはオフセットＡが存在し、オフセットＡはワイヤーの絶縁体１１０およびワイヤー導電体１１４の外側の直径の差の１／２に等しい、ワイヤーが適切な位置に置かれた後、ワイヤーの終端をコンタクトとして完成させるため、幅の広い部分の翼状部分９６、９８が絶縁体の周りにかしめられ、そして幅の狭い部分の翼状部分１０６、１０８が露出された導電体の周りにかしめられる。図７は他のコンタクト４０Ａ、４０Ｂを示す。コンタクト４０Ａ、４０Ｂは異なる高さに位置しており、そして横方向に整列されているものではなく、縦方向Ｌに間隔を置いて配置されている終端部を有する。このことで、コンタクトが小さいピッチ（中央と中央との縦方向の間隔）であるにもかかわらずかしめを容易にする。

図１１に示すように、各コンタクトの結合先端部７０は、フレームの前方先端部表面１２２の前方へ突出している先端ビーム部１２０を含む。この先端におけるビーム部は、フレーム前方表面１２２の面から約２０°の最初の傾斜角度Ｂで延在するビーム中央部１２４を有する。ビーム中央部の外側先端部１２６は、コネクタ２０または２２がパッドに向かって前方Ｆに押された場合に、回路基板のパッドとまたは他の結合コンタクト素子と実際に結合する。結合コンタクト素子に対してより集中した力を供給するために、ビーム中央部の外側先端にバンプ１３０を準備する。バンプの凸状側における湾曲の半径は薄板状金属の厚さの４倍よりも大きくはない。

図５および図６はコンタクトの結合部分７０の細部について示す。ビーム中央部１２０は平坦（straight）であり、そこで湾曲する半径はいずれもビーム中央部の長さの少なくとも２倍である。ビーム中央部は主要コンタクト部分１４２と内側屈曲部１４４によって結合された内側先端部１４０を有する。ビーム中央部の外側先端部１２６において、ビーム中央部は外側屈曲部１５２によってビーム部の自由外側部分（free outer part）１５０と接続する。外側屈曲部は屈曲部の内側において測定した場合に１３５°より小さい角度Ｃを形成する。従来技術においては、１８０°より数度小さい屈曲部が使用されていた。屈曲部は自由外側部分を後方にフレーム通路３８内に突出させることを可能にし、そこでそれは損傷から保護される。出願人は、ビーム中央部の外側先端部１２６上に、主として球状のバンプ１３０を設けることを提案する。これにより結果的に回路基板上の導電性パッド１５４のような結合素子に対して大きな圧力をかけることが可能となる。バンプは、双方ともフレーム先端部表面１２２の面に平行に延在する２つの軸の周りで凸状に湾曲している。これは図６に示すようにコンタクトの薄板状金属を外側に曲げることにより行われ、このことにより凹部１５６が生成される。

図３Ａおよび４Ａは電力用の電流を伝えるのに使用される大きいコンタクト４０および信号（小さい電流を有する）を伝送するのに使用される小さいコンタクト４２の断面部分を示す。コンタクトは双方とも薄板状の金属により形成されるが、大きいコンタクトの薄板状金属は、小さいコンタクト４２の薄板状金属の厚さＥに対して通常少なくとも１５０％はある厚さＤを有する。また大きいコンタクトは小さいコンタクトの幅Ｐよりも通常幾分大きい幅Ｋを有する。ビームの固さはその厚さの３乗で増加するので、大きいコンタクト４０の先端ビーム部は、厚さＤが大きいため、より強固になる傾向にある。大きいコンタクトの先端におけるビーム部の弾力を増加させるため、出願人は大電力コンタクトの先端ビーム部の高さＪ（図６参照）について、それが小信号コンタクトのビーム部の高さの少なくとも１５０％であるように増加させる。図１に示すようにこのことは結果的に、大きいコネクタの厚さＧを小さいコネクタの厚さＨより大きくさせる。出願人が設計したコネクタにおいて、大きいコンタクト４０は２０ミル（１ミルは１／１０００インチに等しい）（０．５ｍｍ）の厚さＤ（図３Ａを参照）を有する薄板状金属により、一方小さいコンタクト４２は１０ミル（０．２５ｍｍ）の厚さＥを有する薄板状金属により形成された。図７に示すように、各先端ビーム部はその幅Ｋに対し複数倍ある高さＪを有し、各通路３８はその幅Ｎに対し複数倍ある高さＭを有する。

図２に示すように、２２のような各コネクタは絶縁体１６０およびこの絶縁体にはめ込まれる保持板１６２を含む。絶縁体内においてコンタクトが終結するワイヤーに対してグロメット（grommet）１６４が封止される。先端のキャップ１６６は輸送期間中においてコンタクトの先端ビーム部を保護する。

このように、本発明は低価格で構成することが可能であり、信頼性のある接続によりワイヤーを容易に終結させることが可能であり、そして回路基板のパッドのような結合素子とコネクタについて単にパッドに対して押しつける適度の力みによって高い圧力のコンタクトを提供する、複合的なコンタクトを有するコネクタを提供する。各コンタクトの終端部はワイヤーの絶縁体および露出された導電体を受入れるオフセットされた底部を有する幅の広いおよび幅の狭い溝状部分を有し、各溝状部分は絶縁体または導電体をかしめる翼状部分を有する。各コンタクトの結合先端部はビーム中央部を有する先端ビーム部を有し、ビーム中央部は内部屈曲部によってコンタクトの支持部（rest）に接続された内側先端部を有し、そしてビーム中央部は外側屈曲部によって自由ビーム外側部分と接続される。外側屈曲部は屈曲部の内側において１３５°よりも小さい角度を有し、これによりビーム外側部分はフレームの通路内に戻るようにして延在することが可能である。主として球状のバンプは、結合素子に対して集中した力を提供するために、ビーム中央部の外側先端部に配置させることができる。

例えここで本発明に関する特別の具体例について記載されそして図示されているとしても、この技術分野の熟練者において変更および変形は容易に思い浮かぶものであると認識され、その結果、特許請求の範囲はかかる変更および変形に及ぶものであると解釈することができることを意図するものである。

本発明のコネクタシステムに関して分解した部分の相互関係を示す等距離図である。図１のシステムのコネクタの１つを示しており、そしてコネクタに使用される保護キャップおよびグラメットを示している、分解した部分の相互関係を示す等距離図である。図１のコネクタにおける大きなコンタクトについての等距離図である。図３のライン３Ａ‐３Ａにおける断面図である。図１のコネクタにおける小さいコンタクトについての等距離図である。図４のライン４Ａ‐４Ａにおける断面図である。図３のコンタクトの一部の等距離図である。図５のコンタクトの一部の断面の側面図である。同じコネクタの２つの隣接するコンタクトについての等距離図であり、１つのコンタクトの終端部分に配置されているが、かしめられる前のワイヤーを架空のラインで示す。図７のコネクタの１つの部分的断面図であり、ワイヤーに対してかしめられているコネクタを示す。図８のライン９−９における断面図である。図２のコネクタの一部が断面の平面図である。図１０のライン１１−１１における拡大された側面図である。図１０のライン１２−１２における端部の図である。

符号の説明

１０…コネクタシステム、１２…ハウジング、１４…トンネル、１６…コネクタ、２０…コネクタ、２２…コネクタ、３０…トンネル、３２…トンネル、３４、３６…フレーム、３８…コンタクト保持通路、４０、４２…コンタクト、４０Ａ．４０Ｂ…コンタクト、４４…突出部、５０、５２…ワイヤー、６０、６２…終端部、７０、７２…結合先端部、８０．８２…中間部、９０…溝状部分、９２…中央部、９４、１０４…溝状部分底部、９６、９８…翼状部分、１００…溝状部分、１０２…中央部、１０４…溝状部分底部、１０６、１０８…翼状部分、１１０…絶縁体、１１２…端部、１１４…導電体、１２０…ビーム中央部、１２２…フレーム前方先端部表面、１２４…ビーム中央部、１２６…外側先端部、１３０…バンプ、１４０…内側先端、１４２…主要コンタクト部分、１４４…内側屈曲部、１５０…自由外側部分、１５２…外側屈曲部、１５４…導電性パッド、１５６…凹部、１６０…絶縁体、１６２…保持板、１６４…グロメット、１６６…キャップ

Claims

フレーム（３４、３６）含むコネクタであって、該フレームはコンタクト保持通路（３８）およびフレームの前部に位置しそして縦方向（Ｌ）に対し垂直に延在するするフレーム前面（１２２）を有し、該コネクタは前記通路内に位置するコンタクト（４０、４２）を含み、前記コンタクトは薄板状金属の単一の部品により形成されておりそしてコンタクト結合先端部（７０、７２）を有する主要コンタクト部を有し、
前記コンタクト結合先端部は、ビーム内側先端部（１４０）と、前記フレーム面から離れ傾斜して前記ビーム内側先端部から延在しそして前記フレーム面の後方から前方へ延在するビーム中央部（１２４）と、そして前記ビーム中央部の外側端部から延在する前記ビーム内側先端部とは相対する側のビーム部自由外側部分（１５０）とを有する弾力のある先端ビーム部（１２０）を形成し、
前記ビーム中央部は前記フレーム面に対し角度（Ｂ）で延在し、そして前記フレーム前面を通りそして超えて延在し、そして前記ビーム部自由外側部分（１５０）は１３５°より小さい内側に曲がる角度（Ｃ）で延在し、その結果前記自由外側部分（１５０）は前記フレーム前面を越えて前記フレーム前面から前記通路内に戻るように延在する
コネクタ。
前記ビーム中央部は前記フレーム前面に対しそれぞれが本来平行に延在する２つの垂直軸の周りで湾曲する凸状のバンプ（１３０）を形成する前方の先端部（１２６）有し、前記凸状のバンプは前記角度（Ｃ）上に位置する請求項１記載のコネクタ。
前記フレーム前面を越えて前記ビーム中央部が延在する前記角度（Ｂ）は約２０°である請求項１記載のコネクタ。