JP2013168362A - 電気コネクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接触荷重が小さい場合でも摺動摩耗をなるべく少なくでき、かつ、安定した導通が可能な電気コネクタを提供する。
【解決手段】雄型コネクタ２と雌型コネクタ３を係脱自在に接続させる電気コネクタ１であって、雄型コネクタ２には、雄タブ１１が設けられ、雌型コネクタ３には、雄タブ１１を挿入させるハウジング部２１が設けられ、ハウジング部２１には、雄タブ１１を挟圧して電気的に接続される接触片３０とビート片３１が設けられ、接触片３０とビート片３１の少なくとも一方には、突出部４０が設けられ、雄タブ１１には、突出部４０を受容可能な凹部４１が設けられ、接触片３０、ビート片３１および突出部４０は１部品に構成されている。電気接点部分と固定部分の２つの機能を分けることにより、固定部分による確実な摺動距離の抑制と、電気接点部分による安定した導通の両立が可能となり、電気的信頼性が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気接続と離脱を容易かつ確実に行うための電気コネクタに関する。本願は、２０１２年１月２０日に日本に出願された特願２０１２−９９２９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えば自動車や電子機器などの電気接続用に、雌型コネクタと雄型コネクタを係脱自在に接続させる電気コネクタが利用されている。かかる電気コネクタの接続時および離脱時には、雌型コネクタに挿入される雄型コネクタ側の雄タブと、雌型コネクタ側において雄タブと電気的に接続される接触片とが互いに摺動し合い、摩耗粉が発生する。

一般に、雄型コネクタ側の雄タブと雌型コネクタ側の接触片にはＳｎめっきが施され、雌型コネクタ側の接触片と雄型コネクタ側の雄タブの摺動で、Ｓｎの摩耗粉が発生する。Ｓｎの摩耗粉は、酸化すると電気的抵抗が高くなるので、摩耗粉によって電気コネクタの接触抵抗が高くなってしまう懸念がある。

そこで、特許文献１には、互いに電気接続される雄端子と雌端子に凸部と穴部を形成し、それら凸部と穴部をはめ合わせることにより、摺動が生じないようにする技術が開示されている。また、特許文献２には、接点部の他に保持部を設けることにより微摺動摩擦を防ぐ技術が開示されている。また、特許文献３には、タブ端子と接触する弾性接触片の他に、弾性接触片の接圧を補強するばね片を設ける技術が開示されている。また、特許文献４には、コネクタ接点部に複数の溝を設けて多点接触とし、安定した接触を確保する技術が開示されている。また、特許文献５には、摺動距離を摺動痕よりも小さい距離に抑えることにより、大気に曝されないガスタイト面を確保する技術が開示されている。更に、特許文献６には、Ｓｎめっき上に薄いＡｇ−Ｓｎ合金層を形成することで耐微摺動摩擦性を向上させる技術が開示されている。

特開２０００−２７７１９７号公報 特開２００６−８０００４号公報 特開２００６−１３４６８１号公報 特開２００１−２６６９９０号公報 特開２００５−１４１９９３号公報 特開２０１０−３７６２９号公報

ところで、近年では電気コネクタの端子数（ピン数）が増える傾向にあり、それに伴って端子の小型化が要求されている。しかし、小型端子では、雄型コネクタ側の雄タブや雌型コネクタ側の接触片に用いられる材料の板厚が薄くなるので接触荷重が小さくなり、更に、十分な変位量もとることができないので、両者の接触荷重が小さくなってしまう。端子接点の電気的信頼性を保証するために広く用いられているＳｎめっきの場合、接触荷重が小さいと、微小な摺動による微摺動摩耗により電気的信頼が損なわれることが知られている。

かような不具合の対策として、Ａｕ、Ａｇなどの高価な貴金属めっきを用いたり、また、高強度材料を用いて接触荷重を大きくすると、コストアップとなってしまう。また、端子形状を工夫して動かない接点とする対策も挙げられるが、接触荷重が小さい場合は接点が動きやすくなり、微小距離の摺動でも摺動摩耗が生じるため微摺動摩耗を抑えることは困難である。特に、上記特許文献１、３の技術では、摺動距離を抑制するために電気接点となるめす端子とおす端子の接点を凹凸の組合せにするため接触が不安定になりやすい。また、上記特許文献２、３の技術では、摺動距離を抑制するための接点と電気接点を別に設けているが、摺動距離を抑えるために高い接触荷重を加えるための複雑なばね構造が必要となる。特に、上記特許文献２には、「保持部は弾性的な接触であり摩擦抵抗が小さい・・」と記載があり、摺動距離を抑制する効果が十分ではないと考えられる。

本願発明の目的は、接触荷重が小さい場合でも摺動摩耗をなるべく少なくでき、かつ、安定した導通が可能な電気コネクタを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、雄型コネクタと雌型コネクタを係脱自在に接続させる電気コネクタであって、前記雄型コネクタには、雄タブが設けられ、前記雌型コネクタには、前記雄タブを挿入させるハウジング部が設けられ、前記ハウジング部には、前記雄タブを挟圧して電気的に接続される接触片とビート片が設けられ、前記接触片と前記ビート片の少なくとも一方には、突出部が設けられ、前記雄タブには、前記突出部を受容可能な凹部が設けられ、前記接触片、前記ビート片および前記突出部は１部品に構成されることを特徴とする、電気コネクタが提供される。

また、本発明によれば、雄型コネクタと雌型コネクタを係脱自在に接続させる電気コネクタであって、前記雄型コネクタには、雄タブが設けられ、前記雌型コネクタには、前記雄タブを挿入させるハウジング部が設けられ、前記ハウジング部には、前記雄タブを挟圧して電気的に接続される接触片とビート片が設けられ、前記雄タブには、突出部が設けられ、前記接触片と前記ビート片の少なくとも一方には、前記突出部を受容可能な凹部が設けられ、前記接触片、前記ビート片および前記凹部は１部品に構成されることを特徴とする、電気コネクタが提供される。

これら電気コネクタにおいて、前記突出部の断面形状は、例えば、半球形状、三角形状、四角形状である。また、前記突出部の表面にＳｎめっきが施されていても良い。更に、前記突出部の先端面に複数の凹部と凸部が設けられていても良い。また、前記突出部の形状と、前記突出部を受容可能な凹部の形状が、略同形状であることが好ましい。

また、本発明によれば、これら電気コネクタを製造する方法であって、前記突出部が、金型を用いたプレス加工によって形成されることを特徴とする、電気コネクタの製造方法が提供される。

本発明の電気コネクタにあっては、雄型コネクタの雄タブを雌型コネクタのハウジング部に挿入して電気的に接続した状態において、突出部が凹部に受容されていることにより、接触片とビート片の間に挟持された雄タブの移動が防止される。そのため、摺動摩耗をなるべく少なくできる。また、電気的な接触を行う部分とは別の部分で、突出部と凹部の組み合わせで摺動を防止して、電気接点部分と固定部分の２つの機能を分けることにより、固定部分による確実な摺動距離の抑制と、電気接点部分による安定した導通の両立が可能となり、電気的信頼性が向上する。

本発明の実施の形態に係る電気コネクタの断面図である。 ハウジング部の拡大図である。 雄タブの拡大図である。 ハウジング部に雄タブを挿入させた状態の拡大図である。 断面形状が半球形状の突出部の断面図である。 断面形状が三角形状の突出部の断面図である。 断面形状が四角形状の突出部の断面図である。 表面にＳｎめっきを施した突出部の断面図である。 先端面に複数の凹部と凸部を設けた突出部の説明図である。 複数の半球状の突出部の説明図である。 複数の三角状の突出部の説明図である。 接触片に凹部を設け、雄タブに突出部を設けた実施の形態の、ハウジング部の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図１に示すように、この実施の形態にかかる電気コネクタ１は、互いに係脱自在に接続可能な雄型コネクタ２と雌型コネクタ３とを有している。

図１の左方に示す雄型コネクタ２は、雄側樹脂モールド部１０の先端面に、雄端子としての、導電材料からなる雄タブ１１が突出した構成である。雄側樹脂モールド部１０には、雄タブ１１の周囲を囲むように配置された、筒状の雄側カバー１２が設けられている。雄側カバー１２の内周面には、雄側係止ロック１３が、内側に向かって設けられている。

一方、図１の右方に示す雌型コネクタ３は、雌側樹脂モールド部２０の内部に、前述の雄タブ１１を挿入させる箱型のハウジング部（キャビティ）２１が設けられている。このハウジング部２１の内部には、雌側樹脂モールド部（キャビティ）２０の後面側（図１において右面側）から、導電材料からなる雌端子２２が挿入されている。雌端子２２の後端（図１の右端）には、電線２３が電気的に接続されている。ハウジング部２１に挿入された雌端子２２は、弾性を有するランス２４によって、抜け落ちないように押さえられている。

図２に示すように、雌端子２２の内部には、接触片３０とビート片３１を有している。接触片３０の内面（雌端子２２内に挿入された雄タブ１１に向かい合う面であり、図２では、接触片３０の下面）には、接点３２が設けられている。また、ビート片３１の内面（雌端子２２内に挿入された雄タブ１１に向かい合う面であり、図２では、ビート片３１の上面）には、ビート突起３３が設けられている。これら接点３２とビート突起３３は、所定の隙間を空けて、互いに対向するように配置されている。図１に示すように、雄タブ１１を雌端子２２に挿入することにより、雌端子２２内において、雄タブ１１の上下面に接点３２とビート突起３３が接触して、接触片３０とビート片３１の間で雄タブ１１が挟持される。これにより、雄型コネクタ２の雄端子（雄タブ１１）と、雌型コネクタ３の雌端子２２が電気的に接続された状態となる。

なお、図１において、雌型コネクタ３に対して雄型コネクタ２を右方向に移動させる方向が、雄タブ１１の挿入方向Ｘ１である。また、雌型コネクタ３に対して雄型コネクタ２を左方向に移動させる方向が、雄タブ１１の抜出方向Ｘ２である。

ハウジング部２１は、筒状の雌側カバー３５で覆われている。雌側カバー３５の外周面には、雌側樹脂モールド部２０に対して弾性変形自在に支持された雌側係止ロック３６が、外側に向かって設けられている。図１に示すように、雄型コネクタ２を挿入方向Ｘ１に移動させ、雄型コネクタ２の雄側カバー１２の内側に雌型コネクタ３の雌側カバー３５を挿入して、雄側係止ロック１３と雌側係止ロック３６を係合させることにより、電気コネクタ１の接続状態が保持される。また、このように電気コネクタ１の接続状態では、上述のように、雄タブ１１が雌端子２２に挿入されて、接触片３０とビート片３１の間に進入し、雄タブ１１の上下面に接点３２とビート突起３３が接触することにより、雄型コネクタ２の雄端子（雄タブ１１）と、雌型コネクタ３の雌端子２２が電気的に接続された状態となる。

なお、雌側樹脂モールド部（キャビティ）２０の外周面に形成された解除用突起３７を押すことにより、雌側係止ロック３６が押し込まれ、雄側係止ロック１３と雌側係止ロック３６の係合が外れた状態となる。これにより、雌型コネクタ３から雄型コネクタ２を抜き取ることができ、雄型コネクタ２の雄端子（雄タブ１１）と、雌型コネクタ３の雌端子２２との電気的な接続が開放される。

更に、接触片３０の内面（ハウジング部２１内に挿入された雄タブ１１に向かい合う面であり、図２では、接触片３０の下面）には、ハウジング部２１内に挿入された雄タブ１１の上面に向かって突出する突出部４０が設けられている。また、図３に示すように、雄タブ１１の上面には、この突出部４０を受容可能な凹部４１が設けられている。そして、図１に示すように、電気コネクタ１の接続状態では、接触片３０に設けられた突出部４０が、雄タブ１１に設けられた凹部４１に受容された状態となり、これにより、接触片３０とビート片３１の間に挟持された雄タブ１１の移動が防止される。

図２に示すように、ハウジング部２１の内部において、接点３２とビート突起３３よりも更に奥側に突出部４０が配置されている。突出部４０の長さ（高さ）は、接点３２よりも長く設定されている。なお、このように接触片３０に接点３２と突出部４０が形成され、ビート片３１にビート突起３３が形成された雌端子２２は、例えば金属の薄板等を金型を用いたプレス加工することによって、一体的に成型される。これにより、雌端子２２は、接触片３０に接点３２と突出部４０を備え、ビート片３１にビート突起３３を備えた１部品に構成されている。

一方、図３に示すように、凹部４１は、雄タブ１１の先端に近い位置に配置されている。これにより、図４に示すように、電気コネクタ１の接続状態では、ハウジング部２１内の奥側において、突出部４０が凹部４１に受容されて、接触片３０とビート片３１の間に挟持された雄タブ１１の移動が防止され、ハウジング部２１内の入口側において、雄タブ１１の上下面に接点３２とビート突起３３が接触して、雄タブ１１と雌端子２２が電気的に接続される。
また、前記突出部４０の形状と、前記凹部４１の形状が、略同形状であることが好ましい。すなわち、例えば図２、図３のように、突出部４０が略円筒形状であり、凹部４１が突出部４０の略円筒形状よりもわずかに直径が大きい略円筒形状であれば、凹部４１が突出部４０を受容（嵌合）した時に、凹部４１の略円筒形状の底部と突出部４０の略円筒形状の頂部が接触し、凹部４１の略円筒形状の側面部（端部を含む）と突出部４０の略円筒形状の側面部の少なくとも１部が接触する。
突出部４０の形状と凹部４１の形状が略同形状であることにより、突出部４０が凹部４１に受容されると、突出部４０の頂部と凹部４１の底部及び側面部同士が互いに密着した状態となり、嵌合と摩擦力により固定される。その結果、Ｘ１方向、Ｘ２方向の移動（摺動）を防止するだけではなく、Ｘ１方向およびＸ２方向に直角な方向やそれ以外の方向への摺動も抑制できるようになる。
また、上記のような状態にすることで、接点の接触荷重が例えば３Ｎ以下の微小な荷重のときに発生しやすい微摺動を防止することができるので、微摺動磨耗を特に抑制ことができる。
近年は特に端子の小型化、雌端子および雄端子の板状の端子材料の箔肉化の要求により、接触片やビート片、雄タブの板厚が０．２０ｍｍ以下、さらには０．１５ｍｍ以下と薄くなってきているが、本発明の前記突起部４０および前記凹部４１を形成することで、板厚が薄くなっても、十分に摺動を抑制することができ、本発明の効果が得られる。

以上のように構成された電気コネクタ１にあっては、雄型コネクタ２と雌型コネクタ３を電気的に接続した状態において、接触片３０とビート片３１の間に挟持された雄タブ１１の移動が防止され、摺動摩耗をなるべく少なくできる。このため、摩耗粉の発生による接触抵抗の増加、発熱等の問題が回避され、良好な電気接続ができるようになる。また、接点３２とビート突起３３との間で雄タブ１１を挟持して電気的な接触を行う部分と、突出部４０が凹部４１に受容されて摺動を防止する部分が別々に設けられていることにより、電気接点部分と固定部分の２つの機能が分離され、固定部分による確実な摺動距離の抑制と、電気接点部分による安定した導通の両立が可能となり、電気的信頼性が向上する。

以上、本発明の実施の形態を例示して説明したが、本発明はここに示した形態に限定されない。例えば、突出部４０の断面形状は、図５に示すような半球形状、図６に示すような三角形状（例えば三角錐又は四角錐）、図７に示すような四角形状（例えば直方体や立方体）などであっても良い。また、これらの形状に限られず、任意の形状にすることができる。また、凹部４１の形状は、これら突出部４０を受容できればよく、任意の形状にすることができる。
また前述と同様、前記突出部４０の形状と、前記凹部４１の形状が、略同形状であれば、より摺動距離を抑制することができる。

また、図８に示すように、突出部４０の表面にＳｎめっき４５を施しても良い。また、雄端子（雄タブ）、雌端子（接触片、ビード片）は銅合金からなる導電性基材を使用することが好ましく、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金（例えば、ＤＯＷＡメタルテック株式会社製のＮＢ−１０９やＮＢ−１０５などの銅合金）、りん青銅、黄銅などからなる導電性基材を使用することができる。特に、雌端子の導電性基材として、Ｂｅ銅やチタン銅などの高強度の銅合金からなる導電性基材を使用してもよいが、これらの銅合金は高コストであるため、より低コストのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系（コルソン）合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金、りん青銅などからなる導電性基材を使用するのが好ましく、雄端子の導電性基材として、黄銅からなる導電性基材を使用するのが好ましい。また、雄端子または雌端子の導電性基材として、ステンレス（ＳＵＳ）などの鉄系材料やアルミニウム合金などからなる導電性基材を使用してもよい。

かかる金属材料からなる雌端子２２や雄タブ１１は、金型を用いたプレス加工することによって、一体的に成型して、それぞれ１部品に構成することができる。なお、１部品とは、雌端子２２や雄タブ１１が、それぞれ１つのつながった材料から構成されているということを意味する。雌端子２２や雄タブ１１の形状を単純化することにより、製造コスト削減や製造工程の短縮が可能になる。なお、雌端子２２や雄タブ１１は、プレス加工に限らずその他の方法で製造しても良い。

また、雌端子２２や雄タブ１１の最表面にはＳｎめっき等を施すと良い。Snめっきを用いれば、高価なＡｕ、Ａｇなどの貴金属めっきをしないで済み、コスト面で好ましい。皮膜構造としては、雌端子２２や雄タブ１１などの導電性基材の表面側からSｎめっきのみ、Ｎｉ下地めっき−Ｃｕめっき−Ｓｎめっき、Ｎｉ下地めっき−Ｃｕめっき−ＣｕＳｎ化合物−Ｓｎめっき、ＣｕＳｎ化合物−Ｓｎめっき、Ｎｉ下地めっき−Ｓｎめっき等が例示される。また、必要に応じてリフロー処理や光沢処理などを行っても良い。前記ＣｕＳｎ化合物は、Ｓｎめっきをリフロー等の熱処理することで形成することができる。また、導電性基材にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金を選択し、且つ、前記Ｓｎめっき等を形成すれば、材料のリサイクルが容易となり好ましい。また、雌端子２２や雄タブ１１を製造するプレス加工は、めっき処理の前でも後でもよい。図８に示したＳｎめっき４５を厚くすることにより、突出部４０の表面の摩擦係数を大きくすることができる。Ｓｎめっき４５の厚さは2μm以上とすると良い。Ｓｎめっき４５の摩擦係数を大きくすることにより、摺動距離を小さくする効果が得られる。
また前述と同様、前記突出部４０の形状と、前記凹部４１の形状が、略同形状であれば、より摺動距離を抑制することができる。

なお、図４に示したように、ハウジング部２１内の奥側に突出部４０が配置されていれば、電気コネクタ１の接続時の最後にのみ突出部４０の最表面に雄タブ１１が接触することとなる。このため、突出部４０に施されたＳｎめっき４５の摩耗が最小限に抑えられ、Ｓｎめっき４５による摺動距離の抑制効果が長期間得られるようになる。

また、図９に示すように、突出部４０の先端面（図示の例では下面）に複数の凹部５０と凸部５１が設けられていても良い。このように、突出部４０の先端面に複数の凹部５０と凸部５１を設ることにより、凹部４１との接触が多点接触となり、摩擦係数がより大きくなって摺動距離を更に抑制させることができる。この場合、凹部５０や凸部５１は、レーザー加工、放電エッチング加工などで形成することができる。また、めっき処理で凹部５０や凸部５１を形成しても良い。なお、同様の作用効果を得るために、図１０に示すように、半球状の突出部４０を複数設けても良く、図１１に示すように、三角状（例えば三角錐又は四角錐）の突出部４０を複数設けても良い。
また前述と同様、前記突出部４０の形状と、前記凹部４１の形状が、略同形状であれば、より摺動距離を抑制することができる。

また、図１〜４に示す実施の形態では、接触片３０に突出部４０を設け、雄タブ１１に凹部４１を設けた形態を示したが、図１２に示すように、接触片３０に凹部４１を設け、雄タブ１１に突出部４０を設けても良い。かかる図１２に示す形態によっても、同様に、電気コネクタ１の接続状態において、突出部４０が凹部４１に受容されて、接触片３０とビート片３１の間に挟持された雄タブ１１の移動が防止される。これにより、確実な摺動距離の抑制と、安定した導通の両立が可能となり、電気的信頼性が向上する。

また、接触片３０に限らず、ビート片３１に突出部４０や凹部４１を設けても良い。例えば、ビート片３１に突出部４０を設け、雄タブ１１に凹部４１を設けても良い。また、ビート片３１に凹部４１を設け、雄タブ１１に突出部４０を設けても良い。かかる形態によっても、同様に、電気コネクタ１の接続状態において、突出部４０が凹部４１に受容されて、接触片３０とビート片３１の間に挟持された雄タブ１１の移動が防止される。これにより、確実な摺動距離の抑制と、安定した導通の両立が可能となり、電気的信頼性が向上する。

Ｘ１ 挿入方向
Ｘ２ 抜出方向
１ 電気コネクタ
２ 雄型コネクタ
３ 雌型コネクタ
１０ 雄側樹脂モールド部
１１ 雄タブ
１２ 雄側カバー
１３ 雄側係止ロック
２０ 雌側樹脂モールド部
２１ ハウジング部
２２ 雌端子
２３ 電線
２４ ランス
３０ 接触片
３１ ビート片
３２ 接点
３３ ビート突起
３５ 雌側カバー
３６ 雌側係止ロック
３７ 解除用突起
４０ 突出部
４１ 凹部

Claims (7)

1. 雌型コネクタと雄型コネクタを係脱自在に接続させる電気コネクタであって、
   前記雄型コネクタには、雄タブが設けられ、
   前記雌型コネクタには、前記雄タブを挿入させるハウジング部が設けられ、
   前記ハウジング部には、前記雄タブを挟圧して電気的に接続される接触片とビート片が設けられ、
   前記接触片と前記ビート片の少なくとも一方には、突出部が設けられ、
   前記雄タブには、前記突出部を受容可能な凹部が設けられ、
   前記接触片、前記ビート片および前記突出部は１部品に構成されることを特徴とする、電気コネクタ。
2. 雌型コネクタと雄型コネクタを係脱自在に接続させる電気コネクタであって、
   前記雄型コネクタには、雄タブが設けられ、
   前記雌型コネクタには、前記雄タブを挿入させるハウジング部が設けられ、
   前記ハウジング部には、前記雄タブを挟圧して電気的に接続される接触片とビート片が設けられ、
   前記雄タブには、突出部が設けられ、
   前記接触片と前記ビート片の少なくとも一方には、前記突出部を受容可能な凹部が設けられ、
   前記接触片、前記ビート片および前記凹部は１部品に構成されることを特徴とする、電気コネクタ。
3. 前記突出部の断面形状は、半球形状、三角形状、四角形状のいずれかであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気コネクタ。
4. 前記突出部の表面にＳｎめっきが施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電気コネクタ。
5. 前記突出部の先端面に複数の凹部と凸部が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電気コネクタ。
6. 前記突出部の形状と、前記突出部を受容可能な凹部の形状が、略同形状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電気コネクタ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の電気コネクタを製造する方法であって、
   前記突出部が、金型を用いたプレス加工によって形成されることを特徴とする、電気コネクタの製造方法。

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