JP2015185210A - カードエッジコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】温度が変化する環境であっても電気抵抗値の上昇を抑制するカードエッジコネクタを提供する。
【解決手段】複数のカードエッジ端子が形成されたカード部材１１としての基板と接続される複数のコンタクト端子２３と、コンタクト端子２３が収容されたハウジング１６を有するカードエッジコネクタ１０であって、ハウジング１６は、基板の線膨張係数と同じ又は近似する線膨張係数で形成されている。このようにすることで、環境温度が変化してもカード部材１１としての基板の膨張する距離とハウジング１６の膨張する距離とが同じ又は略同じとなるので、基板に形成されたカードエッジ端子とハウジング１６に収容されたコンタクト端子２３が接触した状態で摺動することを抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、カードエッジ端子が形成された基板が装着されるカードエッジコネクタに関し、詳しくは、温度環境が大きく変化する場所で使用しても、抵抗値の上昇を抑制できるカードエッジコネクタに関する。

従来、電子回路等がプリントされた基板を電子機器等に接続する場合、基板とコネクタとを直接接続させるために、基板の端部に形成されたカードエッジ端子を有するカード部材と、このカード部材が装着され、電気的に接続されるコンタクト端子を備えたハウジングを有するカードエッジコネクタが用いられている。

しかし、従来のカードエッジコネクタは、基板を形成する材料の線膨張係数と、基板が装着されるカードエッジコネクタのハウジングを形成する材料の線膨張係数とが異なるため、温度変化の大きい環境、例えば、自動車の内部等に設置されると、図９に示したように、基板１２０の膨張及び収縮する矢印方向の距離Ｗ１とハウジング１６０の膨張及び収縮する矢印方向の距離Ｗ２とがそれぞれ異なる。そのため、基板１２０に形成されたカードエッジ端子とハウジング１６０に設けられたコンタクト端子とが接続された接点において、膨張する距離の違いにより摺動が繰り返されることになる。そして、カードエッジ端子とコンタクト端子との接続された接点ＰＡの摺動が繰り返されると、各々もしくはいずれか一方の端子に施されたメッキが磨耗により剥がれ、剥がれた部分が酸化することで、抵抗値が上昇し、接続の信頼性が低下するおそれがある（図６Ａ、図６Ｂ参照）。このような抵抗値の上昇は、特にカードエッジ端子に錫メッキがされている場合に特に顕著となる。

このような課題を解決するため、ハウジングと回路基板との線膨張係数の差による不具合を抑制したカードエッジコネクタの発明が下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１に開示されたカードエッジコネクタでは、端子は金属板を打ち抜いてなり、保持部において板幅が板厚よりも長く、突出部において板幅の方向が幅方向に沿うようにされ、接点部と電極との静摩擦係数をμ、端子のばね力による接点部での垂直荷重をＮ、突出部を幅方向に撓ませるのに必要な接点部に加わる幅方向の力をＰとすると、端子は、μＮ>Ｐを満たすように、突出部における少なくとも一部の板幅が、保持部の板幅よりも短く（狭く）されている。

このような構成とすることで、下記特許文献１に開示されたカードエッジコネクタによれば、突出部を、撓みにくい板幅方向において撓みやすくしているため、線膨張係数差により、回路基板とハウジングと間に相対的な変位が生じても、端子の接点部が滑りだす前に、突出部が撓むことができ、端子の接点部と回路基板の電極との電気的な接続信頼性が低下するのを抑制することができるとされている。

特開２０１３−１１４９６２号公報

近年のカードエッジコネクタは、使用される場所、例えば、自動車の内部に使用される場合、配置されるスペースが限られているため、小型化及び低背化が求められている。しかし、上記特許文献１に開示されたカードエッジコネクタに備えられた端子は、端子の突出部が撓むことで摺動を抑制しているため、端子の構造が大きくなり、結果としてカードエッジコネクタの小型化及び低背化が困難となる。

また、小型化及び体背化を目的とするカードエッジコネクタでは、直結端子（パワー端子）が広く用いられており、このような直結端子では、その形状からハウジングの膨張に合わせて撓む部分を形成することが困難であり、特許文献１に開示された構成をそのまま使用することはできない。

なお、磨耗により剥がされたメッキの酸化を防ぎ、抵抗値の上昇を抑制するために、金メッキを使用することがあるが、錫メッキに比べ製造にかかる費用が非常に高価となってしまうという課題がある。

本発明は、このような従来技術が抱える課題を解決するためになされたもので、温度変化により膨張及び収縮を行なう基板に対して、カードエッジコネクタの基板が装着されるハウジングのコンタクト端子が備えられた部分のハウジングが基板と同様の膨張及び収縮を行なうことで、基板のカードエッジ端子とカードエッジコネクタのコンタクト端子とが摺動することが抑制できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである、

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様のカードエッジコネクタは、複数のカードエッジ端子が形成された基板と接続される複数のコンタクト端子と、前記コンタクト端子が収容されたハウジングを有するカードエッジコネクタであって、
前記ハウジングは、前記基板の線膨張係数と同じ又は近似する線膨張係数で形成されていることを特徴とする。

また、第２の態様のカードエッジコネクタは、第１の態様のカードエッジコネクタにおいて、前記ハウジングは、環境温度が変化した際、前記基板の幅方向に膨張又は収縮する距離と同じ又は近似する距離を膨張又は収縮することを特徴とする。

また、第３の態様のカードエッジコネクタは、第１又は第２の態様のカードエッジコネクタにおいて、前記ハウジングの線膨張係数と、前記基板の線膨張係数との関係は、
前記基板の線膨張係数をＸとし、前記ハウジングの線膨張係数をＹとしたとき、
０．８５Ｘ≦Ｙ≦１．１５Ｘ、
であることを特徴とする。

また、第４の態様のカードエッジコネクタは、第１〜第３のいずれかの態様のカードエッジコネクタにおいて、前記カードエッジ端子には、錫メッキがされていることを特徴とする。

また、第５の態様のカードエッジコネクタは、第１の態様のカードエッジコネクタにおいて、前記ハウジングは、一方に前記カードエッジ端子が形成された基板が挿入される平開口部と、他方に前記コンタクト端子と接続されたワイヤーが挿通される挿通部と、内部に前記平開口部と連通し前記カードエッジ端子が配置される内部空間とを有し、
前記内部空間には、前記平開口部を挟んだ一方側及び他方側を繋ぐリブが少なくとも一箇所に形成されていることを特徴とする。

また、第６の態様のカードエッジコネクタは、第１の態様のカードエッジコネクタにおいて、前記ハウジングには、少なくとも前記ハウジングが覆われるカバー体が設けられていることを特徴とする。

第１の態様のカードエッジコネクタによれば、ハウジングが基板の線膨張係数と同じ又は近似する線膨張係数で形成されているので、環境温度が変化しても基板の膨張する距離とハウジングの膨張する距離とが同じ又は略同じとなるので、基板に形成されたカードエッジ端子とハウジングに収容されたコンタクト端子が接触した状態で摺動することを抑制することができる。また、摺動による磨耗により端子に施したメッキが剥がれるのを抑制でき、電気抵抗値が上昇することを抑制することができる。なお、ハウジングは、基板と同じ又は近似する線膨張係数を有する材料を用いて製造することができる。

また、第２の態様のカードエッジコネクタによれば、環境温度の変化に応じて、基板とハウジングが同じ又は近似する距離を膨張又は収縮するので、カードエッジ端子とコンタクト端子の接点の摺動による磨耗を抑制でき、電気抵抗値の上昇を抑制することができる。

また、第３の態様のカードエッジコネクタによれば、ハウジングの線膨張係数を基板の線膨張係数と同一又は近似した値とすることができる。例えば、基板の線膨張係数が１．４×１０^−５／℃のとき、ハウジングの線膨張係数を１．２×１０−５／℃とすることができる。

また、第４の態様のカードエッジコネクタによれば、基板とハウジングの膨張及び収縮の距離が同じ又は近似しているので、カードエッジ端子とコンタクト端子との摺動により磨耗することが抑制できるので、カードエッジ端子に錫メッキを用いても、剥がれることが抑制され、酸化して抵抗値が上昇することを抑制することができるので、安価に製造することができる。

また、第５の態様のカードエッジコネクタによれば、平開口部を挟んで形成されているコンタクト収容部の一方側と他方側との間を繋ぐリブが形成されているので、平開口部の変形を抑制することができる。また、平開口部の変形を抑制することで、カード部材を接続したときにコンタクトとカードエッジ端子との接圧が逃げるのを抑制することができる。さらに、基板にリブと対応する位置スリットを形成することで、基板とハウジングとの装着を確実にすることができる。

また、第６の態様のカードエッジコネクタによれば、ハウジングがカバー体で覆われることで、外力によりハウジングが破損等することを抑制することができる。また、カバー体を基板が覆われるように形成することで、基板へ外力が加わり基板及びハウジングが破損等することを抑制することができる。

実施形態１のカードエッジコネクタの斜視図である。 図２Ａはカード部材の斜視図であり、図２Ｂは平面図であり、図２Ｃは正面図であり、図２Ｄは底面図である。 実施形態１のカードエッジコネクタの正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。 カードエッジコネクタにカード部材を装着した状態の図４に対応する断面図である。 図５のＶＩ部の拡大断面図である。 実験結果を示すグラフである。 図８Ａは従来のハウジングに装着された基板を示す平面図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIＢの拡大図であり、図８Ｃは実施形態のハウジングに装着された基板を示す平面図であり、図８Ｄは図８ＣのVIIIＤ部の拡大図である。 基板とハウジングの膨張及び収縮を説明する平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのカードエッジコネクタを例示するものであって、本発明をこれに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

［実施形態１］
図１〜図４を参照して、実施形態１にかかるカードエッジコネクタ１０について説明する。カードエッジコネクタ１０は、図１に示すように、カード部材１１が装着され、カードエッジコネクタ１０のコンタクト端子２３とカード部材１１のカードエッジ端子１３が接続されて使用される。

まず、図２を参照して実施形態のカードエッジコネクタ１０に接続されるカード部材１１について説明する。カード部材１１は、回路配線等がプリントされた基板１２であって、表面ないし裏面にプリントされた回路や集積回路等が搭載されたものであり、端部にカードエッジコネクタ１０に備えられたコンタクト端子２３と電気的に接続される複数のカードエッジ端子１３が形成されている。
なお、基板１２の材質は、ガラスエポキシ材料を用いたもので形成されている。このガラスエポキシ材料で形成された基板１２の線膨張係数は、１．４×１０^−５／℃となっている。

また、カード部材１１のカードエッジ端子１３が形成された側にはスリット１４が形成されており、後述するカードエッジコネクタ１０との接続の際に位置決め等に使用される部分となる。

なお、実施形態におけるカード部材１１のカードエッジ端子１３は、両面に形成されており、上面に形成されたカードエッジ端子１３ａと下面に形成されたカードエッジ端子１３ｂとは、それぞれが互い違いになるように形成されている（以下、上面に形成されたカードエッジ端子１３ａと下面に形成されたカードエッジ端子１３ｂをまとめてカードエッジ端子１３という場合がある。）。なお、カードエッジ端子１３は、回路配線等と同様の材質で形成され、例えば、表面が錫メッキされた銅配線パターンで形成されている。また、基板としては、一般に使用されているものを用いることができ、両面配線基板を用いてもよく、複数枚を積層して１つのユニットとした多層積層基板を用いてもよい。

次に、カードエッジコネクタ１０について説明する。実施形態のカードエッジコネクタ１０は、図１、図３及び図４に示すように、カード部材１１のカードエッジ端子１３と接続されるコンタクト端子２３と、コンタクト端子２３を収容するコンタクト端子収容部２０を備えたハウジング１６とで構成されている。また、ハウジング１６には、接続されるカード部材１１を支持し、カード部材１１及びハウジング１６が覆われるカバー体３０が装着されている。なお、コンタクト端子２３には、ワイヤー２６が接続されており、ワイヤー２６は、カード部材１１が装着される側の反対側から導出されている。また、ハウジング１６とカバー体３０との間にはシール部材２９が設けられており、ハウジング１６のワイヤー２６が導出された側には、ワイヤーシール２７が設けられている。

ハウジング１６は図３及び図４に示すように、一方にカード部材１１のカードエッジ端子１３が形成された側が挿入される幅方向に広く形成された平開口部１７と、他方にワイヤー２６が挿通される挿通部１８を有し、内部には平開口部１７と連通する内部空間１９が設けられた平坦な筒状体で形成されている。また、内部空間１９及びハウジング１６の内部構造部１６ａを挟んで対向する上側及び下側には、挿通部１８と連通するコンタクト端子収容部２０が設けられている。ハウジング１６の内側に設けられた内部空間１９は、接続されるカード部材１１のカードエッジ端子１３が形成された側が配置される部分となり、コンタクト端子収容部２０はコンタクト端子２３が位置決め及び固定されて収容される部分となる。また、ハウジング１６の挿通部１８側の内部にはワイヤーシール２７が装着されるワイヤーシール装着部２２が設けられている。

コンタクト端子収容部２０は、内部空間１９及びハウジング１６の内部構造部１６ａを挟んで上側のコンタクト端子収容部２０ａ（以下単に上側２０ａともいう）と下側のコンタクト端子収容部２０ｂ（以下単に下側２０ｂともいう）に、コンタクト端子２３の一つ一つが収容されるそれぞれの収容空間を有している。なお、上側２０ａと下側２０ｂのコンタクト端子収容部２０は互い違いになるように形成されている。

また、ハウジング１６には平開口部１７から内部空間１９内に向かってコンタクト端子収容部２０の上側２０ａと下側２０ｂとを繋ぐリブ２１がハウジング１６と一体に形成されている。このようなリブ２１が形成されることにより、ハウジング１６の平開口部１７の横幅が長く開口して形成されていても平開口部１７及び内部空間１９の変形を抑制することができる。また、このリブ２１は、図３では一箇所に形成されているが、これに限らず複数個所に形成されていてもよく、リブを複数個所に形成することで、多くのカードエッジ端子を備えた幅の広いカード部材と接続される、横幅を広げた平開口部を有する大きなハウジングの変形も抑制することができるようになる。

また、実施形態のハウジング１６はＬＣＰ（液晶ポリマー）にガラス材を４０％混合したものを材料として形成されている。なお、実施形態のハウジング１６の線膨張係数は、１．２×１０^−５／℃となっている。

また、コンタクト端子２３は、図４に示すように、カード部材１１のカードエッジ端子１３（図２参照）と電気的に接続されるものであり、一方にカードエッジ端子１３と接続される接続部２４と、他方にワイヤー２６が装着されるワイヤー装着部２５とが一体に形成されている。このコンタクト端子２３の形成は、例えば、打ち抜き加工した金属製の板体をプレス加工や折り曲げ加工等を行うことで形成される。

また、ワイヤーシール２７は図４に示すようにワイヤー２６が貫通する複数の貫通孔２８が形成されていると共に、ハウジング１６のワイヤーシール装着部２２に装着できるような形状の弾性部材で形成されており、ハウジング１６内に配設されるワイヤー２６を固定し、且つ、ワイヤー２６が配設される側からの液体等の侵入を抑制するものである。

また、シール部材２９は、図４に示すように、ハウジング１６の平開口部１７側の外周に設けられており、ハウジング１６の端部からはみ出すような大きさの筒状体で形成されている。そして、シール部材２９のはみ出した側の内側に接続されたカード部材１１が嵌合されるようになる。なお、シール部材２９の内側には環状の凹凸が形成されている。

また、カバー体３０は、図１及び図４に示すように、ハウジング１６及びハウジング１６に取り付けられた状態のシール部材２９並びにハウジング１６に接続された状態のカード部材１１が覆われる大きさで形成されており、一方にカード部材１１が挿入される挿入口３１と、他方にワイヤー２６が挿通される挿通口３２とが形成された筒状体で構成されている。また、カバー体３０の内側にはガイド溝３３が形成されている。

次に、図１、図５及び図６を参照して、カードエッジコネクタ１０へのカード部材１１の装着について説明する。カードエッジコネクタ１０にカード部材１１を装着させる場合は、まず、カード部材１１をカバー体３０の挿入口３１からカード部材１１のカードエッジ端子１３が形成されている側を先に向けて挿入する。このとき、カバー体３０のガイド溝３３とカード部材１１の基板１２の側面１５の位置をあわせて挿入させる。また、カード部材１１のカードエッジ端子１３側に形成されたスリット１４をハウジング１６の平開口部１７に形成されたリブ２１と嵌め合わせる。リブがカード部材に形成されたスリットに嵌入されることで、リブがカード部材の接続時にカード部材を所定の位置に正確に案内することができ、カード部材のカードエッジ端子と雌コネクタのコンタクトとが誤って接続されるのを抑制することができる。その後、挿入を続けコンタクト端子２３の接続部２４とカードエッジ端子１３を接続させる。この接続では、コンタクト端子２３の接続部２４の弾性力により、カードエッジ端子１３を上下から挟み、押圧することで接続がおこなわれる。以上で、カード部材のカードエッジコネクタへの接続が完了する。

次に、実施形態のカードエッジコネクタ１０のハウジング１６を基板１２の線膨張係数と近似する線膨張係数を有する材料で形成したことによる効果について説明する。

カードエッジコネクタは、使用する環境温度の変化により、カード部材及びカードエッジコネクタが膨張と収縮が繰り返されるようになる。このとき、従来のカードエッジコネクタでは、基板１２０とハウジング１６０の線膨張係数の違いにより、膨張する距離（Ｗ１，Ｗ２）が異なり、カードエッジ端子上をコンタクト端子が摺動するようになる（図９参照）。そして、この摺動が繰り返されることにより、カードエッジ端子及びコンタクト端子のメッキが磨耗することで剥がれてしまい、剥がれたメッキが酸化し、電気抵抗値が上昇することになる。

しかし、実施形態のカードエッジコネクタでは、ハウジングの線膨張係数は基板の線膨張係数と近似したものとなっている。そのため、環境温度が変化しても、基板が膨張及び収縮する距離とハウジングが膨張及び収縮する距離とが略同じになることにより、カードエッジ端子とコンタクト端子が摺動することを抑制することができる。

図７は、従来のハウジングと実施形態のハウジングとで温度変化を繰り返したときの熱衝撃回数（サーマルショック回数）と基板に形成されたカードエッジ端子とハウジングに設けられたコンタクト端子の間の抵抗値の上昇についての実験の結果を示している。なお、熱衝撃における温度変化としては、２５℃から１３０℃への温度の範囲で行なった。また、従来のハウジングとしては、ＰＢＴ（ポリブチレンテフタレート）にガラス材を１５％混合したものを使用している。この従来のハウジングの線膨張係数は、１．１×１０^−４／℃である。また、従来のハウジングに装着した基板は、上記実施形態で説明したガラスエポキシ材料を用い、カードエッジ端子に錫メッキを施したものである。

図７に示した実験結果から、従来のハウジング１６０では、数回の熱衝撃により、抵抗値が急激の上昇したのに対して、実施形態のハウジング１６では、複数回の熱衝撃を繰り返しても抵抗値の上昇は認められなかった。これは、従来のカードエッジコネクタでは、温度変化が繰り返されたことにより、基板１２０とハウジングとの線膨張係数の違いにより膨張及び収縮する際に移動する距離が異なるため、カードエッジ端子１３とコンタクト端子との接点ＰＡが摺動し、この摺動による磨耗により錫メッキが剥がれ、剥がれた錫メッキが酸化したものと考えられる（図８Ａ、図８Ｂ参照）。一方、実施形態のカードエッジコネクタでは、ハウジング１６は、基板１２と近似する線膨張係数を有する材料で形成されているため、温度が変化してもハウジングは基板１２の膨張及び収縮する距離に応じた距離で膨張及び収縮することで、カードエッジ端子１３とコンタクト端子の接点Ｐの摺動が抑制され、磨耗を起さなかったものと考えられる（図８Ｃ、図８Ｄ参照）。

以上より、実施形態のカードエッジコネクタによれば、特別な構造を用いたり、また、金メッキを使用したりすることなく抵抗値の上昇を抑制することができるようになり、安価にカードエッジコネクタを製造することができる。

なお、実施形態のハウジングと基板の線膨張係数の関係は、基板の線膨張係数をＸとし、ハウジングの線膨張係数をＹとしたとき、０．８５Ｘ≦Ｙ≦１．１５Ｘ、の範囲であることが好ましい。実施形態では、Ｙ／Ｘ＝（１．２×１０^−５）／（１．４×１０^−５）＝０．８６となっている。さらに、基板とハウジングの線膨張係数は同じであることがより好ましい。

なお、実施形態では、ハウジングをＬＣＰにガラス材を４０％混合した材料を使用したが、これに限らず、使用する基板の線膨張係数と同じ又は近似する線膨張係数を有する材料でハウジングを形成することができ、実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、実施形態のカードエッジコネクタのカバー体は、基板を覆う大きさで形成されているが、これに限らず、ハウジングを覆う大きさに形成するようにしてもよく、また、カバー体及びシール部材を設けなくてもよい。このようにすることで、設計の幅を広げることができる。

１０：カードエッジコネクタ １１：カード部材 １２、１２０：基板 １３（１３ａ、１３ｂ）：カードエッジ端子 １４：スリット １５：側面 １６、１６０：ハウジング １６ａ：内部構造部 １７：平開口部 １８：挿通部 １９：内部空間 ２０：コンタクト端子収容部 ２０ａ：上側のコンタクト端子収容部 ２０ｂ：下側のコンタクト端子収容部 ２１：リブ ２２：ワイヤーシール装着部 ２３：コンタクト端子 ２４：接続部 ２５：ワイヤー装着部 ２６：ワイヤー ２７：ワイヤーシール ２８：貫通孔 ２９：シール部材 ３０：カバー体 ３１：挿入口 ３２：挿通口 ３３：ガイド溝 Ｐ、ＰＡ：接点

Claims (6)

1. 複数のカードエッジ端子が形成された基板と接続される複数のコンタクト端子と、前記コンタクト端子が収容されたハウジングを有するカードエッジコネクタであって、
   前記ハウジングは、前記基板の線膨張係数と同じ又は近似する線膨張係数で形成されていることを特徴とするカードエッジコネクタ。
2. 前記ハウジングは、環境温度が変化した際、前記基板の幅方向に膨張又は収縮する距離と同じ又は近似する距離を膨張又は収縮することを特徴とする請求項１に記載のカードエッジコネクタ。
3. 前記ハウジングの線膨張係数と、前記基板の線膨張係数との関係は、
   前記基板の線膨張係数をＸとし、前記ハウジングの線膨張係数をＹとしたとき、
   ０．８５Ｘ≦Ｙ≦１．１５Ｘ、
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカードエッジコネクタ。
4. 前記カードエッジ端子には、錫メッキがされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカードエッジコネクタ。
5. 前記ハウジングは、一方に前記カードエッジ端子が形成された基板が挿入される平開口部と、他方に前記コンタクト端子と接続されたワイヤーが挿通される挿通部と、内部に前記平開口部と連通し前記カードエッジ端子が配置される内部空間とを有し、
   前記内部空間には、前記平開口部を挟んだ一方側及び他方側を繋ぐリブが少なくとも一箇所に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカードエッジコネクタ。
6. 前記ハウジングには、少なくとも前記ハウジングが覆われるカバー体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカードエッジコネクタ。

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