JP2007141684A - 接点装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄板ばねにおいて、ばね圧縮時、振動時の、接点部のこすれを防止し、安定した導通を確保する。
【解決手段】基体部12と、基体部12に一端が固定された導体からなる複数の平板部と屈曲部が交互につながった薄板ばね14と、薄板ばね14に付勢されて相手側導体に押しつけられる導体の当接部28とを備え、当接部28を介して相手側導体と接触導通を行う接点装置9であって、基体部12と薄板ばね14の間に弾性部材である台座ゴム8を配設する。
【選択図】図1
【解決手段】基体部12と、基体部12に一端が固定された導体からなる複数の平板部と屈曲部が交互につながった薄板ばね14と、薄板ばね14に付勢されて相手側導体に押しつけられる導体の当接部28とを備え、当接部28を介して相手側導体と接触導通を行う接点装置9であって、基体部12と薄板ばね14の間に弾性部材である台座ゴム8を配設する。
【選択図】図1
Description
本発明は、薄板ばねを用いて相手側導体に押し当てる構成を有する接点装置に関する。より詳しくは、車載用機器との導通を行う接点装置に関する。
車載用の機器には、その一部を車両本体側にあらかじめ組み込んでおき、他の一部を車載用の部品中に組み込み、その部品を車体本体に組みつけることによって車載用の機器が組み立て完成されるものがある。車両のリアウインドウのアンテナ装置などがその例である。このような車両用ガラスアンテナの一例を図7、8に示す。
車両用ウインドウアンテナ50のアンテナエレメント52は、車両1のリアウインドウガラス54の車室側に、印刷等により貼り付けられている。各アンテナエレメント52の一端は、車両のルーフパネル(車体)56とリアウインドウガラス54の重合部分Hまで延びている。ルーフパネル56には、アンテナエレメント52で受信した信号を処理するためにアンプをはじめとする処理回路を支持した支持基盤ベース58が、例えば、ボルト等で固定されている。なお、重合部分Hには、図示しないカバー等が取り付けられ外部からは見えないようになっている。
かかる構成の車両用ウインドウアンテナ50は次の様に組み立てられる。まず、アンプなどを支持する支持基盤ベース58がルーフパネル56に取り付けられ、次に、リアウインドウガラス54が所定の位置に載置され、そして、リアウインドウガラス54に印刷で構成された相手側導体であるアンテナエレメント52の端部接点52aと支持基盤ベース58に取り付けられた信号処理回路を電気的に接続して、リアウインドウガラス54を所定の位置に固定することによって、アンテナ装置として完成する。しかし、アンテナエレメント52の端部接点52aと支持基盤ベース58は非常に狭いスペースに設置されているため、個々に配線することは困難な上、接点数が多いことから一つ一つの接点をコネクタなどで接続していくことは組み立てに手間がかかることとなる。そこでこのような部分の導通を図るために図9(a)に示すような薄板ばねを用いた接点装置100が用いられている。
図9に示す接点装置100は、基体部12、導電体のジグザグ薄板ばね14、当接部60及びムーブメント18を有している。この接点装置100は、ルーフパネル56に取り付けられた支持基盤ベース58に固定され、端子部20は支持基盤ベース58の信号処理回路と導通している。そして上記のように、リアウインドウガラス54が所定の位置に載置されると相手側導体であるアンテナエレメント52の端部接点52aが接点装置100の当接部60に接触し、リアウインドウガラス54を所定の位置に取付固定することによって、接点装置100のジグザグ薄板ばね14が圧縮され、アンテナエレメント52の端部接点52aと接点装置100の当接部60の導通が確保される。このような接点装置100によれば、多くの相手側導体であるガラスアンテナの端部接点52aをリアウインドウガラス54の組み立てと同時に支持基盤ベース58の信号処理回路と導通させることができ、少ないスペースでの接続処理が可能となると共に、組み立て工程を簡素化することができる。
また、図9に示したジグザグ薄板ばね14の他にばねによる接触により導通を確保する接点装置で、大きなストロークが必要ないような場合には、図12に示すS字型薄板ばねや、図13に示すU字型薄板ばねが用いられている(例えば特許文献1参照)。
ところが、このような接点装置に用いられるジグザグ薄板ばねは、圧縮を受けると圧縮変形と垂直方向に横変位をおこし、これによって接点の導通が不安定になることがあった。以下、この点について説明する。このような接点装置100に用いられるジグザク薄板ばね14は図9(b)に示すように、屈曲部3、4a、4bと平板部2が交互につながった形状をしており、基体部側端部10は基体部12に固定されて、接点部側端部11は当接部60に接するようになっている。屈曲部4は同一の形状で、その中間の平板部2の長さも同一である。そして、荷重がかかっていない状態では、ばねの屈曲部3、4a、4bの外側はばねの中心軸5に平行で左右対称位置にある外形線6a、7aに接するような形状となっている。
このようなジグザグ薄板ばね14が圧縮されたときの変形についての電子計算機での構造解析の結果を図10に示す。図中の実線は荷重がかからない自由長さの状態を示し、破線は変形後の様子を示す。図に示すように、圧縮荷重を受けるとジグザク薄板ばねは上下に圧縮されると同時に、図中の右方向に水平移動しつつ右方向に傾く変形をしていることがわかる。このことはジグザク薄板ばねを圧縮すると、ジグザグ薄板ばね14との接点は伸張方向の反力とともに水平方向の横方向反力Rh1を受けることを意味する。図11にこの変形の様子と各部にかかる力の関係を示す。この図11に示すように、当接部60とアンテナエレメント52の端部接点52aとの間には、ジグザク薄板ばねの伸張方向力Nと当接部60とアンテナエレメント52の端部接点52aとの間の摩擦係数μ1によって
F1=μ1×N −−−−−− (式1)
で表される摩擦力F1が発生する。従来の接点装置100では、ジグザク薄板ばね14は基体部12に直接固定されていることから、この横方向反力Rh1が上記の摩擦力F1よりも大きくなると、ジグザク薄板ばねの当接部60は横方向反力Rh1の方向(図中の右方向)に移動することとなる。
F1=μ1×N −−−−−− (式1)
で表される摩擦力F1が発生する。従来の接点装置100では、ジグザク薄板ばね14は基体部12に直接固定されていることから、この横方向反力Rh1が上記の摩擦力F1よりも大きくなると、ジグザク薄板ばねの当接部60は横方向反力Rh1の方向(図中の右方向)に移動することとなる。
実際には、ジグザク薄板ばねの当接部60と相手側導体であるアンテナエレメント52の端部接点52aとの間の摩擦係数μ1はあまり大きくない。これにより、先に述べたウインドウアンテナの組立過程において、リアウインドウガラス54を所定の位置に載置し、アンテナエレメント52の端部接点52aを接点装置100の当接部60に接触させ、接点装置100を押し付けて接点装置100のジグザグ薄板ばね14を圧縮して所定の位置に取付固定しようとする時に、接点装置100のジグザク薄板ばね14の横方向反力Rh1が接点装置の当接部60とアンテナエレメント52の端部接点52aとの間の摩擦力F1より大きくなり、当接部60はアンテナエレメント52の端部接点52aに対して滑りを生じた。そして、滑りによって接点がこすられて損傷を受けると、当接部60と相手側導体であるアンテナエレメント52の端部接点52aとの導通が不安定になってしまうという問題があった。特に、端部接点52aはリアウインドウガラス54に印刷によって構成されておりその厚さが非常に薄いことから、こすれにより接点部が損傷を受けやすく、導通不良に結びつくという問題があった。また、横方向の移動量が大きくなると、接点装置の当接部60が横ずれ変位によってアンテナエレメント52の端部接点52aから外れてしまうことになり、端部接点52aの面積あるいは当接部60の面積を大きくすることが必要となり、装置が大型化してしまうという問題があった。
この様に薄板ばねを使った接点装置の接点部が、圧縮によって横移動を生ずるのは図13に示すU字型薄板ばねでも同様である。図13では横に接点122aがWだけ移動している。図12はこの接点の横移動の問題を解決すべく、U字型の薄板ばねをS字形にしたもので、ばね全体は左に傾き及び左にW11だけ水平移動しているが、接点部112aの右方向への横移動W12と相殺され接点部112aの横変位を少なくなるようにしたものである。しかしながら、このS字型薄板ばねはばね全体を傾かして横変位の相殺を行うものであり、必要ストローク、屈曲数が多く、ばね自体の傾きと横変位が問題となるジグザグ薄板ばねには適用することができない。従って、ジグザグ薄板ばねにおいては、依然としてばね全体が傾斜、横変位することによって発生する接点装置の組立時における接点部のこすれによる導通不良は解決されていなかった。
上記の組み立て時における接点不良の問題のほかに、完成後であっても、車両の走行中の振動によって接点装置100が固定されている支持基盤ベース58とアンテナエレメント52の端部接点52aの間に相対的変位が生じ、これによって接点のこすれが発生して接点不良が起きるという問題があった。この問題は支持基盤ベース58とアンテナエレメント52の端部接点52aの間に何も相対変位を吸収する機構が無いことが原因で、図12のU字型の薄板ばねをS字型にしたものでも、図9の従来のジグザク薄板ばねにおいても解決されていなかった。
そこで、本発明は、上記問題を解決するため、薄板ばねにおいて、ばね圧縮時及び振動時の、接点部のこすれを防止し、安定した導通を確保できる接点装置を提供することを目的とする。
本発明の目的は、基体部と、基体部に一端が固定された導体からなる薄板ばねと、薄板ばねに付勢されて相手側導体に押しつけられる導体の当接部とを備え、当接部を介して前記相手側導体と接触導通を行う接点装置であって、基体部と薄板ばねの間に弾性部材を有することによって達成することができる。また、本発明の目的は、弾性部材は、薄板ばねの押し付け力によって当接部と相手側導体との間に発生する摩擦力よりも小さい力で前記薄板ばねの圧縮方向と直角方向に変位することを特徴とする形状によっても達成できる。この弾性部材は基体部側端面が薄板ばね側端面よりも大きい角錐台形状又は円錐台形状であっても良い。更に、当接部を含む当接部材と、弾性部材は別体にて成形後に薄板ばねに固着されるか、同一金型によって薄板ばねと一体成形することによって形成されてもよいし、薄板ばねの一端と装置基板を接続する端子部に伸縮部を有することとしてもよい。
ばね圧縮時、振動時の、接点部のこすれを防止し、安定した導通を確保できるという効果を奏する。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき説明する。
図3は本発明による接点装置の第1の実施形態を示す斜視図であり、図1はその断面図である。図2は弾性部材上にジグザク薄板ばねを取り付けた状態を示す斜視図である。図1、3に示す接点装置9は、基体部12、台座ゴム(弾性部材)8、ジグザグ薄板ばね14、当接部材29、端子部20を有している。この接点装置9は、基体部12のボルト孔12aに螺入されたタップスクリューによってルーフパネル56に取り付けられた支持基盤ベース58に固定され、端子部20は支持基盤ベース58に取りつけられた信号処理回路と導通している。そして、当接部材29の上面の当接部28がアンテナエレメント52の端部接点52aと接触して、支持基盤ベース58に取り付けられた信号処理回路とアンテナエレメント52が導通される。なお、基体部12は絶縁性部材(例えばナイロン樹脂)によって構成されるのが好適である。
ジグザグ薄板ばね14は弾性部材である台座ゴム8の上に基体部側端部10が固着され、台座ゴム8は基体部12に設けられた取り付け穴15の底面に固定されることによって基体部12に固定されている。台座ゴム8は四角錐台形をしており、基体部12の取り付け穴15と台座ゴム8の間には隙間16を有している。ジグザク薄板ばね14は、屈曲部3、4a、4b、4cと平板部2が交互につながった形状をしている。屈曲部3、4a、4b、4cは同一の形状で、その中間の平板部2の長さも同一である。そして、荷重がかかっていない状態では、両側のばね屈曲部3、4a、4b、4cの外側は、それぞれ1つの直線の上にある。このばね屈曲部4の外側を結んだ直線をジグザグばねの呼び外形線6、7という。そして、ジグザグ薄板ばねの基体部側端部10には、支持基盤ベース58に取り付けられた信号処理回路と接続される端子部20が折り曲げ加工され、端子部20は伸縮部21を有している。
弾性部材である台座ゴム8はジグザグ薄板ばね14の圧縮方向となる縦方向には固く、これと直角の横方向にはやわらかく変形しやすい特性を有している。
当接部材29は、接点部側端部11に固着され、アンテナエレメント52の端部接点52aと接する略平面状の当接面を有している。この当接部材29の上面の当接部28は、ジグザグ薄板ばね14によりアンテナエレメント52に向けて(すなわち上方向に)付勢され、アンテナエレメント52の端部接点52aに押しつけられる。ジグザク薄板ばね14は当接部28を付勢すると共に電気を導通することから、弾性体であり導電体でもある金属製の薄板で構成される。また、当接部28はジグザグ薄板ばね14とアンテナエレメント52の端部接点52aの導通を確保しつつ、接触状態を保持できるように摩擦係数が大きな滑り止め部材かつ導電体である導電ゴムなどの当接部材29の面として構成することが好適である。この当接部28を含む当接部材29は、別体にて成形後に薄板ばねに固着されるか、同一金型によって薄板ばねと一体成形することによって形成されてもよい。また、相手側導体との間の摩擦係数が大きければ、当接部材29を取り付けず、ジグザグ薄板ばね14の上面を当接部28としてもよい。
ジグザク薄板ばね14の長さは、当接部28がアンテナエレメント52の端部接点52aに当接した状態で、当接部28が下方に押し込まれ、ジグザク薄板ばね14が伸長する方向の付勢力を発生するように、基体部12下面とアンテナエレメント52の端部接点52aとの距離や、接点装置9の各部の寸法が決定されている。
このような接点装置9に圧縮荷重がかかった時のジグザク薄板ばね14と弾性部材である台座ゴム8の変形の様子を図4から図6を参照しながら説明する。本発明の第1の実施形態では、ジグザグ薄板ばねの接点部側端部11の当接部28は摩擦係数の大きな導電性材料で構成されている。当接部28はアンテナエレメント52の端部接点52aと接触して圧縮荷重Nを受けると、従来技術と同様、式2のように、圧縮力Nと当接部28とアンテナエレメント52の端部接点52aの間の摩擦係数μ2の掛け算によって計算される摩擦力F2によって、アンテナエレメント52の端部接点52aとの接触状態を保持しようとする。
F2=μ2×N −−−−−− (式2)
F2=μ2×N −−−−−− (式2)
一方、ジグザグ薄板ばね14の右横方向への水平変位、回転変位(傾き変形)によって、ジグザグ薄板ばね14との接点は伸張方向の反力とともに水平方向の横方向反力Rh2を受ける。この横方向反力Rh2は基体部12とジグザク薄板ばね14の間に配設されている台座ゴム8への横力G1として作用する。一方、台座ゴム8は水平方向にはやわらかく、動きやすい特性を持っている。この台座ゴム8の特性を図5に示す。図5の線Aは台座ゴム8に掛かる横方向の力と横方向の変位の関係を示す線であり、線Bはジグザク薄板ばね14にある横方向変位を生じさせる圧縮力を加えたときにその圧縮力によって接点に生ずる摩擦力F2を示している。図5のように線Aが線Bの下となるような場合は、台座ゴム8が水平にW1変位するのに必要な横力G1すなわちジグザク薄板ばね14からの横方向反力Rh2は上記の摩擦力F2よりも小さくなることを意味している。つまり台座ゴム8が図5のような水平変位の特性を有する場合には、ジグザク薄板ばね14の当接部28がアンテナエレメント52の端部接点52aとの間で滑りだす前に、台座ゴム8が横方向に変位し、ジグザク薄板ばね14の当接部28とアンテナエレメント52の端部接点52aの接触は保持されることとなる。
この時の台座ゴム8の変形の様子を図6に示す。図6には比較のため、弾性体の直方体30と四角錐台の台座ゴム8の両方の変形の様子を示す。双方ともに基体部側端面8a、30aが基体部12に固定されている。ジグザグ薄板ばね側端面8b、30bにはジグザグ薄板ばねの伸張方向の反力Nと、ジグザグ薄板ばねからの横方向反力Rh2(水平方向反力)が作用している。この力によって、台座ゴム8と直方体30はそれぞれ垂直方向に圧縮され、水平方向に剪断力(横力)G1(=Rh2)がかかることにより曲げモーメントM=G1×h、がかかる。直方体30はこの剪断力と曲げモーメントによって、図中の左側に水平変位する剪断変形と共に左に傾く曲げ変形をする。直方体30の変形では、剪断変形よりも曲げ変形が支配的となるため、左側の隅点30eは左下側の30pに変位し、右側の隅点30fは左上方の30qの位置に変位し、垂直面30c、30dとジグザグ薄板ばね側端面30b(上面)とのなす角度は、略90度を保った変形を保持することから、ジグザグ薄板ばね側端面30b(上面)のうねりが大きくなっている。一方、四角錐台形状の台座ゴム8も直方体と同様に、この剪断力と曲げモーメントによって、図中の左側に水平変位すると共に左に傾く変形をするが、台座ゴム基体部側端面8aが台座ゴムジグザグ薄板ばね側端面8b(上面)よりも大きくなっていることから、全体変形に占める曲げ変形の割合が少なく、全体の変形は水平方向の剪断変形で略規定されてくる。このため左側の隅点8eは略水平左の8pに変位し、右側の隅点8fも略水平左の8qの位置に変位し、ジグザク薄板ばね側端面8b(上面)はほぼ水平となっている。このことから、四角錐台形状の台座ゴム8は直方体30に比較してジグザク薄板ばね側端面8b(上面)のうねりを少なくしつつ、横方向への変位吸収が可能となっている。ジグザク薄板ばね側端面8b(上面)のうねりが少ないことは、台座ゴム8が水平方向に変位しても、ジグザク薄板ばね14の変形形状、例えば圧縮変位、傾き等に影響が及ばないことから、当接部28とアンテナエレメント52の端部接点52aの間の接触が確実に保持できるという優れた効果を奏する。この効果は、基体部側端面8aがジグザグ薄板ばね側端面8b(上面)よりも大きくなっていることのよるものであるから、台座ゴム8の形状は基体部側端面8aがジグザグ薄板ばね側端面8b(上面)よりも大きくなっていれば、円錐台など他の形状であってもかまわない。
台座ゴム8とジグザク薄板ばね14の基体部側端部10は固着されていることから、台座ゴム8の水平変位によって、ジグザク薄板ばね14の基体部側端部10も屈曲部3の方向に向かって水平方向に変位することとなる。しかし、端子部20と端子部20が接続されている支持基盤ベース58の間の伸縮部21の長手方向、横方向の伸縮によって、この変位を吸収し、端子部20と支持基盤ベース58の安定した接続状態を確保している。また、台座ゴム8が水平方向に変位しても、基体部12の穴15と台座ゴム8の間に隙間16にがあることから、台座ゴム8が基体部12にぶつからず、その水平変位が基体部12によって拘束されることがないようになっている。
以上述べたように、本発明の第1の実施形態では、圧縮によってジグザグ薄板ばね14に生じる横方向変位を台座ゴム8の水平変位で吸収することができることから、ばね圧縮時の、接点部のこすれを防止し、安定した導通を確保できるという効果を奏する。この効果は、先に述べたウインドウアンテナ組み込みの時のこすれ防止のみでなく、車両完成後の走行中の振動によって、アンテナの取り付けられているリアウインドウガラス54と接点装置9が取り付けられている支持基盤ベース58の間に相対的な変位が生じた場合でも、その変位をジグザク薄板ばね14と台座ゴム8の追従、変形で吸収して当接部28でのこすれ、滑りを防止して導通不良の発生を防止することができるという優れた効果を奏する。
必要な水平吸収変位量が少ない場合などは、弾性体として直方体30を使用しても本発明の効果を十分に奏することができる。また、横方向の剛性が縦方向の剛性より小さいという異方性材料を使用した場合には、さらに、ジグザク薄板ばね側端面8b(上面)の水平度を確保しつつ水平方向の変位を吸収することが可能である。また、台座ゴム8や上記直方体30をジグザク薄板ばね14と別部品として製造して固定手段によって異固着しても良いし、ジグザク薄板ばね14と台座ゴム8、直方体30を製造時に一体成形によって製作することとしても良い。
このような第2の実施形態は第1の実施形態と同様に圧縮による横方向の変位を防止することができることから、導通不良を防止し、端部接点52aの面積あるいは当接部28の面積を大きくすること無くコンパクトな機器構成とすることができるという効果を奏する。
第1、第2の実施形態は、ウインドウアンテナ50と車両の接続に本発明を適用し場合について説明したが、本発明は、当接部28が相手側導体に押し付けられて接触導通する部分であれは、ウインドウアンテナに限らず適用することができる。また、本発明の実施形態の説明ではジグザク薄板ばねの折り曲げ回数は4回として図示、説明してきたが、折り曲げ回数は何回折り曲げても良いし、S字型薄板ばね、U字型薄板ばね等の薄板ばねにも適用することができる。
1 車両、2,2a,2b 平板部、3,4,4a,4b,4c 屈曲部、5 中心軸、6、7 呼び外形線、6a,7a 外形線、8 台座ゴム(弾性部材)、9 接点装置、10 基体部側端部、11 接点部側端部、12 基体部、12a ボルト孔、14 ジグザグ薄板ばね、15 穴、16 隙間、18 ムーブメント、20 端子部、21 伸縮部、28 当接部、29 当接部材、30 直方体(弾性部材)、50 車両用ウインドウアンテナ、52 アンテナエレメント、52a 端部接点、54 リアウインドウガラス、56 ルーフパネル、58 支持基盤ベース、60 当接部、100 接点装置、112a 接点部、122a 接点、F1、F2 摩擦力、G1 横力、N 圧縮力(ばねの伸張力)、Rh1、Rh2 横方向反力、W1 水平変位、μ1、μ2 摩擦係数。
Claims (5)
- 基体部と、
基体部に一端が固定された導体からなる薄板ばねと、
前記薄板ばねに付勢されて相手側導体に押しつけられる導体の当接部とを備え、
前記当接部を介して前記相手側導体と接触導通を行う接点装置であって、
前記基体部と薄板ばねの間に弾性部材を有すること、
を特徴とする相手側導体と接触導通を行う接点装置。 - 弾性部材は、薄板ばねの押し付け力によって当接部と相手側導体との間に発生する摩擦力よりも小さい力で前記薄板ばねの圧縮方向と直角方向に変位すること、
を特徴とする形状を有する請求項1に記載の接点装置。 - 弾性部材は基体部側端面が薄板ばね側端面よりも大きい角錐台形状又は円錐台形状であること、
を特徴とする請求項1または2に記載の接点装置。 - 当接部を含む当接部材と、弾性部材は別体にて成形後に薄板ばねに固着されるか、同一金型によって薄板ばねと一体成形することによって形成されたこと、
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の接点装置。 - 薄板ばねの一端と装置基板を接続する端子部に伸縮部を有すること、
を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の接点装置。
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