JP2020155350A - コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】別部材を必要とせず、応力を緩和することが可能なコネクタを提供すること。【解決手段】螺旋状に巻回され、一端が筐体または回路基板に固定され、他端が開放状態とされる弾性を有する導電性線材５１，５２と、導電性線材５１，５２の他端に設けられ、他の装置からの線材または端子が接続される構造を有する接続構造２０１，２０２と、を有することを特徴とする。このような構造により、導電性線材５１，５２によってインダクタンス成分を形成するとともに、螺旋状に構成された導電性線材５１，５２の弾性を用いることで、接続構造２０１，２０２に印加される応力を緩和することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、コネクタに関するものである。

特許文献１には、接続コネクタとフィルタ素子を一体に形成する技術が開示されている。

すなわち、特許文献１では、インバータユニットは、外部電源に電気的に接続される接続端子を有する樹脂材料製の接続コネクタ、接続端子と電気的に接続される回路基板、および、回路基板と電気的に接続されるフィルタ用コイルとコンデンサを有する。インバータユニットは、金属材料製のハウジング内に収容されている。フィルタ用コイルは、型成形により接続コネクタと一体化され、ハウジングに対し非接触となっている。

このような従来技術によれば、回路基板を小型化することができるとともに、ハウジングの電気的絶縁性を確保することができる。

特開２０１２−１１７４７９号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、接続部に加わる応力（例えば、接続時の応力、または、コネクタに振動が加わった際の応力）を緩和するためには、バネやワッシャ等の別部材を新たに用いる必要があるという問題点がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、別部材を必要とせず、応力を緩和することが可能なコネクタを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一側面は、螺旋状に巻回され、一端が筐体または回路基板に固定され、他端が開放状態とされる弾性を有する導電性線材と、前記導電性線材の前記他端に設けられ、他の装置からの線材または端子が接続される構造を有する接続構造と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、別部材を必要とせず、応力を緩和することが可能となる。

また、本発明の一側面は、前記導電性線材によって形成される螺旋の内部に配置された磁性材料を有することを特徴とする。
このような構成によれば、透磁率を高めることで導電性線材の巻回数を少なくすることができる。

また、本発明の一側面は、前記磁性材料は、他の装置からの前記線材または前記端子を固定するためのネジであることを特徴とする。
このような構成によれば、固定用のネジを磁性材として流用することで、構成を簡略化することができる。

また、本発明の一側面は、前記接続構造を有する前記導電性線材は、前記筐体に設けられた凹部内に収容されることを特徴とする。
このような構成によれば、導電性線材の動きを規制することで、大きな応力が加わった場合に、導電性線材が塑性変形することを防止できる。

また、本発明の一側面は、前記筐体は、前記接続構造を有する前記導電性線材を複数収容することを特徴とする。
このような構成によれば、例えば、二相交流または三相交流に含まれる高周波ノイズを低減することができる。

また、本発明の一側面は、前記筐体は、前記接続構造を有する前記導電性線材を複数収容し、複数の前記導電性線材の前記一端または前記他端は、１または複数のコンデンサによって相互に接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、導電性線材のインダクタ成分と、コンデンサのキャパシタンス成分によってローパスフィルタを構成することができる。

また、本発明の一側面は、前記筐体には回路基板に接続するための接続端子が設けられ、前記接続端子に前記導電性線材の前記一端が接続されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、筐体を回路基板に容易に接続することができる。

また、本発明の一側面は、前記導電性線材の前記一端と前記端子の間、または、前記導電性線材の前記他端と前記接続構造の間にはインダクタ成分の調整用のコイルが接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、コイルのインダクタンス成分を調整することで、特性を容易に変更することができる。

本発明によれば、別部材を必要とせず、応力を緩和することが可能なコネクタを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの電気的な概要構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの使用例を示す図である。 コンデンサの他の接続位置を示す図である。 図６に対応する回路構成を示す図である。 コンデンサのさらに他の接続位置を示す図である。 本発明の変形実施形態に係るコネクタの構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１〜図３は、本発明の実施形態に係るコネクタの構成例を示す図である。ここで、図１はコネクタ１０の外観斜視図であり、図２はコネクタ１０の分解斜視図であり、図３はコネクタ１０の断面図である。

図１〜図３に示すように、コネクタ１０は、直方体構造の筐体１１を有する。筐体１１は、例えば、樹脂によって構成される。筐体１１の上面１１ａにはネジ２１、および、プレート４１等によって構成される接続構造２０１、ならびに、ネジ２２、および、プレート４２等によって構成される接続構造２０２が配置されている。なお、図１では、プレート４１，４２と、筐体１１の上面１１ａは面一の状態とされているが、プレート４１，４２が筐体１１の上面１１ａよりも上に突出するようにしてもよい。

また、筐体１１の下面１１ｂには、図３等に示すように、図示しない回路基板に形成されたスルーホール等に挿入され、回路パターンに接続される接続端子６１，６２が配置されている。

図２および図３に示すように、筐体１１の内部には、隔壁１４，１５によって凹部１２，１３が形成され、これらの凹部１２，１３の内部には、導電性線材５１，５２、ネジ２１，２２、および、プレート４１，４２が収容される。

凹部１２，１３の底部には、導電性線材５１，５２の一端が挿入されて固定される固定部１６，１７が形成されている。固定部１６，１７の上面には導電性線材５１，５２の一部が挿入される螺旋状の孔が形成されている。

凹部１２の内部には、弾性を有するとともに、導電性を有する線材（例えば、銅線材）が螺旋状に巻回されて構成される導電性線材５１が配置される。導電性線材５１の上部には、プレート４１が接合されている。プレート４１は導電性部材によって構成される。導電性線材５１とプレート４１とは、例えば、溶接または半田付けによって相互に物理的および電気的に接続された状態とされる。ネジ２１とプレート４１の間には、例えば、他の装置からの接続線または端子が接続される。前述したように、プレート４１と導電性線材５１は電気的に接続されているので、他の装置からの接続線または端子は導電性線材５１に接続された状態となる。

プレート４１，４２の略中心には、貫通孔４１ａ，４２ａが形成されている。貫通孔４１ａ，４２ａの内周には雌ネジが形成されている。前述したように、プレート４１，４２とネジ２１，２２の間には、他の装置からの接続線または端子が挿入される。このため、ネジ２１，２２を貫通孔４１ａ，４２ａに挿入して螺合することで、他の装置からの接続線または端子が、プレート４１，４２および導電性線材５１，５２に電気的に接続されるとともに、プレート４１，４２に固定される。

凹部１３の内部には、弾性を有するとともに、導電性を有する線材（例えば、銅線材）が螺旋状に巻回されて構成される導電性線材５２が配置される。導電性線材５２の上部には、プレート４２が接合されている。プレート４２は導電性部材によって構成される。導電性線材５２とプレート４２とは、例えば、溶接または半田付けによって相互に物理的および電気的に接続された状態とされる。ネジ２２とプレート４２の間には、例えば、他の装置からの接続線または端子が接続される。前述したように、プレート４２と導電性線材５２は電気的に接続されているので、他の装置からの接続線または端子は導電性線材５２に接続された状態となる。

ネジ２１は、軟磁性を有する磁性部材（例えば、鉄を含む部材）によって構成される。ネジ２１は、螺旋状の導電性線材５１の磁心として機能する。このため、導電性線材５１は、ネジ２１が存在しない場合に比較して、インダクタンスが増加する。ネジ２２も同様に、軟磁性を有する磁性部材（例えば、鉄を含む部材）によって構成される。ネジ２２は螺旋状の導電性線材５２の磁心として機能する。このため、導電性線材５２は、ネジ２２が存在しない場合に比較して、インダクタンスが増加する。

なお、図２および図３では、ネジ２１，２２は、導電性線材５１，５２の長さの１／３程度の長さを有するようにされているが、ネジ２１，２２をこれよりも長くなるように構成してもよい。そのような構成によれば、導電性線材５１，５２によるインダクタンス成分を一層増加させることができる。

ネジ２１，２２および導電性線材５１，５２の少なくとも一方には、表面に絶縁性の被膜が形成されている。これにより、応力による変形によって、ネジ２１，２２と導電性線材５１，５２が接触した場合であっても、短絡が生じることを防止できる。なお、絶縁性の被膜を形成するのではなく、例えば、ネジ２１，２２を、軟磁性および絶縁性を有するフェライトによって構成するようにしてもよい。

図４は、本発明の実施形態の電気的な概略構成を示す図である。接続端子６１，６２は、図示しない回路基板に形成されたスルーホールに挿入され、回路基板に形成された回路パターンと半田付けによって電気的に接続される。

筐体１１の内部では、接続端子６１，６２は、調整用のコイル５４，５５の一端に接続されている。コイル５４，５５は、導電性線材５１，５２によるインダクタ成分を調整する機能を有する。

コイル５４，５５の他端は、導電性線材５１，５２の一端に接続されている。導電性線材５１，５２の他端はプレート４１，４２に接続されている。また、導電性線材５１，５２の他端にはコンデンサ５３が接続されている。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、実施形態の動作について説明する。本発明の実施形態に係るコネクタ１０は、回路基板に構成された、例えば、図５に示すスイッチング回路の出力に接続される。図５に示すスイッチング回路は、端子７１，７２、電解コンデンサ７３、半導体スイッチ７４〜７７を有している。

端子７１，７２には直流電圧が印加される。電解コンデンサ７３は、端子７１，７２から供給される直流電圧を平滑化して出力する。

半導体スイッチ７４〜７７は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）によって構成され、図示しない制御部から供給される制御信号によって制御され、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、半導体スイッチ７４〜７７のスイッチング周波数は、例えば、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚとされる。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。

本発明の実施形態に係るコネクタ１０は、図５に示すスイッチング回路が構成された回路基板のスルーホールに接続端子６１，６２が挿入され、例えば、半田によって回路基板のパターンと接続される。これにより、接続端子６１は半導体スイッチ７４のソースおよび半導体スイッチ７５のドレインに接続され、接続端子６２は半導体スイッチ７６のソースおよび半導体スイッチ７７のドレインに接続される。

スイッチング回路から出力される交流電力には、半導体スイッチ７４〜７７のスイッチングに起因する高周波ノイズが含まれている。このような高周波ノイズは、コイル５４および導電性線材５１とネジ２１によるインダクタンス成分と、コイル５５および導電性線材５２とネジ２２によるインダクタンス成分と、コンデンサ５３のキャパシタンス成分とによって構成されるローパスフィルタによって減衰される。

ローパスフィルタによって高周波ノイズが低減された交流電力は、図１に示す接続構造２０１，２０２を介して、他の装置の接続線または端子に供給される。

ところで、他の装置の接続線または端子を接続する場合、他の装置の高さ方向（図１のＺ軸方向）の位置が筐体１１の高さと合致していない場合には、接続構造２０１，２０２に対してＺ軸方向の応力が印加される。しかしながら、本発明の実施形態では、導電性線材５１，５２が弾性を有することから、このようなＺ軸方向の応力は、導電性線材５１，５２の弾性によって吸収（緩和）される。このため、応力によって、接続構造２０１，２０２やそれ以外の部分に歪等が生じたりすることを防止できる。また、プレート４１，４２と凹部１２，１３の隙間を設けることにより、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の応力についても、導電性線材５１，５２によって吸収することができる。

特に、コネクタ１０が車両等に搭載される場合、車両の走行時には接続構造２０１，２０２等に対して、継続的に振動が印加されるが、本発明の実施形態によれば、導電性線材５１，５２によって、このような振動を吸収（緩和）することができるので、機械疲労によって接触不良が生じたり、コネクタ１０の一部が破損したりすることを防止できる。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、導電性線材５１，５２をインダクタとして用いるとともに、弾性部材（バネ）として使用することにより、別部材を必要とせず、応力を緩和することが可能となる。

また、本発明の実施形態は、接続構造２０１，２０２を構成するネジ２１，２２を導電性線材５１，５２の磁心として使用するようにしたので、巻回数を少なくしつつ、高周波ノイズを確実に抑圧することができる。

また、本発明の実施形態では、プレート４１，４２を矩形形状とするとともに、凹部１２，１３も矩形形状としたので、ネジ２１，２２に回転力を印加して、他の装置の端子または接続線をプレート４１，４２とネジ２１，２２の間に固定する際に、プレート４１，４２が回転することを防止できる。これにより、ネジ２１，２２に印加した回転力によって、他の装置き端子または接続線を確実に固定することができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図４に示すように、コンデンサ５３を導電性線材５１，５２のプレート４１，４２の近傍に接続するようにしたが、図６に示すように、接続端子６１，６２とコイル５４，５５の間に接続するようにしてもよい。

図６に示す構成によれば、図７に示すように、コンデンサ５３を入力側に配置する形態のローパスフィルタによって、高周波ノイズを低減することができる。

なお、図８に示すように、コイル５４，５５と導電性線材５１，５２の間にコンデンサ５３を接続するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、ネジ２１，２２をプレート４１，４２に対して螺合するようにしたが、図９〜図１１に示すように、ネジ２１，２２を筐体１１の底部に設けた固定部１８，１９に螺合して固定するようにしてもよい。

図９は変形実施形態に係るコネクタ１０の外観斜視図であり、図１０はコネクタ１０の分解斜視図であり、図１１はコネクタ１０の断面図である。

図９〜図１１に示す変形実施形態では、図１〜図３に比較すると、ネジ２１，２２がネジ２３，２４に置換され、プレート４１，４２がプレート４３，４４に置換され、プレート４３，４４とネジ２３，２４の間にスリーブ３１，３２が追加され、固定部１６，１７が固定部１８，１９に置換されている。

ここで、ネジ２３，２４は、ネジ２１，２２に比較して長さが長くなっている。なお、ネジ２３を構成する部材は、ネジ２１，２２と同様である。

スリーブ３１，３２は、例えば、樹脂やセラミックス等の絶縁性を有する筒状部材によって構成される。スリーブ３１，３２の頭部は、図１０および図１１に示すように、径が大きい部分が設けられ、この部分によってネジ２３，２４の頭部と、プレート４３，４４とが電気的に接触することを妨げる。筒状の形状を有するスリーブ３１，３２の内部には、雌ネジが形成され、ネジ２３，２４が挿入されて螺合される。これにより、ネジ２３，２４と導電性線材５１，５２が電気的に接触することを妨げるとともに、ネジ２３，２４とスリーブ３１，３２がネジ２３，２４と一体化する。また、スリーブ３１，３２の外周には雄ネジが形成されている。

プレート４３，４４の略中央には、スリーブ３１，３２を挿通するための貫通孔４３ａ，４４ａが形成されている。なお、貫通孔４３ａ，４４ａの内周には、スリーブ３１，３２の外周に形成された雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。前述したように、ネジ２３，２４とスリーブ３１，３２は一体化されているので、ネジ２３，２４に回転力を印加することで、スリーブ３１，３２がプレート４３，４４に対してＺ軸方向へ移動する力が生じる。図９〜図１１に示す変形実施形態では、他の装置からの接続線または端子は、スリーブ３１，３２とプレート４３，４４の間に挿入され、ネジ２３，２４に回転力を印加することで、ネジ２３，２４とプレート４３，４４の貫通孔４３ａ，４４ａの内周に設けられた雌ネジとの相互作用によるＺ軸方向への移動力によって、接続線または端子がプレート４３，４４に固定される。

固定部１８，１９は、筐体１１の底面に設けられている。固定部１８，１９の上面には螺旋状の孔が形成され、この螺旋状の孔に導電性線材５１，５２の一部が挿入されることで螺合されて固定される。

なお、変形実施形態の電気的な構成は、図４、図６、および、図８と同様であるので、その説明は省略する。図９〜図１１に示す変形実施形態では、図１〜図３に示す実施形態に比較すると、長さが長いネジ２３，２４を使用することで、透磁率を増加させ、インダクタンス成分を増加させることができる。これにより、導電性線材５１，５２の巻回数を減少させることができる。

また、接続構造２０３，２０４に対して、Ｚ軸方向の応力が印加された場合には、導電性線材５１，５２がバネとして動作し、Ｚ軸方向の応力を緩和することができる。これにより、接触不良等が生じることを防止できる。

また、変形実施形態では、ネジ２３，２４をスリーブ３１，３２によって絶縁することで、ネジ２３，２４と導電性線材５１，５２を確実に絶縁することができる。

なお、以上の各実施形態の構成例における各部の比率は一例であって、本発明が図示した比率に限定されるものではない。

また、以上の各地実施形態では、筐体１１内に２つの導電性線材５１，５２等を配置するようにしたが、筐体１１内ではなく、例えば、回路基板上に導電性線材５１，５２等を直接配置するようにしてもよい。すなわち、導電性線材５１，５２の一端を回路基板に接続し、他端に接続構造２０１，２０２を設けるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、筐体１１内に２つの導電性線材５１，５２等を配置するようにしたが、１つまたは３つ以上の導電性線材５１，５２を配置するようにしてもよい。例えば、三相交流を出力するスイッチング回路の出力に使用する場合には、３つの導電性線材を配置するようにしてもよい。なお、三相交流の場合には、３つの導電性線材のいずれかの端部に対して３つのコンデンサをそれぞれ接続することで、ローパスフィルタを構成することができる。

また、以上の各実施形態では、導電性線材５１，５２としては、断面が丸い線材を用いるようにしたが、これ以外の形状（例えば、断面が矩形）の線材を用いるようにしてもよい。

また、図１〜図３に示す実施形態では、導電性線材５１，５２の１／３程度の長さを有するネジ２１，２２を使用するようにしたが、例えば、固定部１６，１７に対して、磁性を有する円柱形部材を配置するとともに、円柱部材とネジ２１，２２の間に所定のスペースを設けるようにしてもよい。このような構成によれば、円柱形部材によって透磁率を増加させるとともに、スペースを確保することで、接続構造２０１，２０２がＺ軸方向に移動可能とすることで、Ｚ軸方向の応力を緩和することができる。

１０ コネクタ
１１ 筐体
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１２，１３ 凹部
１４，１５ 隔壁
１６〜１９ 固定部
２１〜２４ ネジ
３１，３２ スリーブ
４１〜４４ プレート
４１ａ〜４４ａ 貫通孔
５１，５２ 導電性線材
５３ コンデンサ
５４，５５ コイル
６１，６２ 接続端子
７１，７２ 端子
７３ 電解コンデンサ
７４〜７７ 半導体スイッチ
２０１〜２０４ 接続構造

Claims (8)

1. 螺旋状に巻回され、一端が筐体または回路基板に固定され、他端が開放状態とされる弾性を有する導電性線材と、
   前記導電性線材の前記他端に設けられ、他の装置からの線材または端子が接続される構造を有する接続構造と、
   を有することを特徴とするコネクタ。
2. 前記導電性線材によって形成される螺旋の内部に配置された磁性材料を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記磁性材料は、他の装置からの前記線材または前記端子を固定するためのネジであることを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
4. 前記接続構造を有する前記導電性線材は、前記筐体に設けられた凹部内に収容されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコネクタ。
5. 前記筐体は、前記接続構造を有する前記導電性線材を複数収容することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の記載のコネクタ。
6. 前記筐体は、前記接続構造を有する前記導電性線材を複数収容し、
   複数の前記導電性線材の前記一端または前記他端は、１または複数のコンデンサによって相互に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の記載のコネクタ。
7. 前記筐体には回路基板に接続するための接続端子が設けられ、
   前記接続端子に前記導電性線材の前記一端が接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコネクタ。
8. 前記導電性線材の前記一端と前記端子の間、または、前記導電性線材の前記他端と前記接続構造の間にはインダクタ成分の調整用のコイルが接続されていることを特徴とする請求項７に記載のコネクタ。