JP5540718B2 - 電気コネクタ、電子機器および導電接触方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気コネクタ、電子機器および導電接触方法に関する。

電子機器には、様々な電気コネクタが使用されているが、中でも、バッテリの電極に導電接触する電気コネクタは、自身の寸法誤差や実装位置ずれだけでなく、電子機器の筐体やバッテリの寸法誤差をも吸収できるように、大きな変位量を有していなければならない。

また、バッテリが電子機器の筐体の中で移動する場合があるので、接点ばねの接圧を十分に高くしておかないと、バッテリの電極に対する接点ばねの電気的接触が瞬間的に損なわれる瞬断が発生する可能性がある。例えば、待ち受け状態の携帯電話において瞬断が発生すると、携帯電話の電源が落ちてしまい、再度電源を入れる操作を行わないと着信を受けることができないようになる。

携帯電話のような電子機器では、装置の小型化を実現するために、電気コネクタの寸法も小さくすることが求められている。単純に電気コネクタを小型化すると接点ばねが短くなるが、そうすると接点ばねの曲げ変形量が大きくなり、部分的に大きな応力が集中して作用する。接点ばねは、作用する応力が弾性限界を超えると塑性変形して、接点の変位量や接圧が損なわれる、いわゆるへたりが発生する。接点ばねの厚みを小さくすれば応力集中が緩和されるので塑性変形し難くなるが、その分だけ弾性力が小さくなり、接点の接圧は小さくなってしまう。

このような不具合を解消すべく、バッテリ接続用の電気コネクタとして、例えば特許文献１に記載されているように、接点ばねを概略Ｓ字型に蛇行させた形状とすることが行われている。しかしながら、このような電気コネクタにおいて小型化を行うと、上記へたりの問題が発生しやすい。

また、特許文献２には、接点ばねをロール状に形成したコネクタが記載されているが、３６０°以上の円筒状に接点ばねを巻くためには、接点ばねの一部が幅方向に重なるために、その幅方向の寸法が大きくなってしまう。

特開２００８−２１８０３５号公報 特開２００８−１５３１０７号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、接点の接圧が高く、且つ、接点の変位量が大きい小型の電気コネクタ、小型の電子機器、および、占有空間の小さい導電接触方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による電気コネクタは、ハウジングに保持される固定部と、前記固定部から内向き渦巻き状に延伸する内巻き部と、前記内巻き部から反転して、前記内巻き部に沿って外向き渦巻き状に延伸する外巻き部と、前記外巻き部の末端部分に接続され、前記外巻き部に接続された部分の接線方向が前記外巻き部の末端部分の接線方向と一致するアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、前記ハウジングの外側に突出し、相手方電極と当接して、概略前記アーム部の延伸方向に押圧力を受ける接点部とを有する接点ばねを備えるものとする。

この構成によれば、接点ばねを２重の渦巻き状に形成したことで、接点ばねの占有空間に対する長さを長くすることができる。また、相手方電極の押圧力を渦巻きの接線方向に作用させることで、押圧力が接点ばねの延伸方向に沿って圧縮応力または引っ張り応力として伝わり、接点ばねを巻き込みまたは巻き戻しするように作用する。これにより、接点ばねの内巻き部および外巻き部の全体に曲げ応力が分散して作用し、局部的に応力が集中しないので、接点ばねが塑性変形する危険がなく、その寸法に比して大きな接圧と変位量とを確保できる。

また、本発明の電気コネクタにおいて、前記アーム部は、前記外巻き部と同じ方向、且つ、前記外巻き部よりも大きい曲率で湾曲する弓形に形成されていてもよい。

この構成によれば、アーム部も撓むことによって接点部の変位量に寄与できる。また、接点部が相手方電極に押し込まれるときに、相手方電極の押圧方向に対して直交する方向に移動させて、接点部および相手方電極の付着物を取り除くワイピング効果を得られる。

また、本発明の電気コネクタにおいて、前記アーム部は、前記外巻き部の末端部分の接線方向と異なる方向に蛇行する逃がし部を有してもよい。

この構成によれば、逃がし部の変形により、アーム部の座屈を防止できる。

また、本発明の電気コネクタにおいて、前記ハウジングは、前記アーム部および前記接点部の少なくともいずれかを、前記外巻き部の接線方向に案内するガイド部を有してもよい。

この構成によれば、相手方電極の押圧力を、外巻き部の外側端部に対して、正確にその渦巻きの接線方向に伝達できる。

また、本発明の電気コネクタにおいて、前記接点部は、前記アーム部から遠い側の端部が、前記ハウジングの内部に延伸してもよい。

この構成によれば、接点部の捩れを防止して、接点ばねのスムーズな弾性変形を確保し、十分な接点圧力を実現できる。

また、本発明による電子機器は、前記電気コネクタのいずれかを備え、且つ、バッテリを装着可能であり、前記電気コネクタの前記接点ばねを介して前記バッテリから電力供給を受けることができるものとする。

この構成によれば、バッテリの電極に対する電気コネクタの接触信頼性が高いので、電子機器への電力供給が確実であり、電子機器の動作が確実である。

また、本発明による導電接触方法は、ハウジングに保持される固定部と、前記固定部から内向き渦巻き状に延伸する内巻き部と、前記内巻き部から反転して、前記内巻き部に沿って外向き渦巻き状に延伸する外巻き部と、前記外巻き部から概略前記外巻き部の接線方向に延伸するアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、前記ハウジングの外側に突出する接点部を有する接点ばねを備える電気コネクタを配設し、相手方電極を前記接点部に当接させ、前記アーム部の延伸方向に前記接点部を押し込む方法とする。

この方法によれば、押圧力が接点ばねの延伸方向に沿って圧縮応力または引っ張り応力として伝わり、局部的に応力が集中しないので、高い接圧と、大きな変位量とを両立し、確実な導電接触を達成できる。

本発明の第１実施形態の電気コネクタの斜視図である。 図１の電気コネクタの接点ばねの斜視図である。 図２の接点ばねの断面図である。 図１の電気コネクタの初期状態の断面図である。 図１の電気コネクタの接点ばね押し込み途中の断面図である。 図１の電気コネクタの接点ばね押し込み時の断面図である。 本発明の第２実施形態の電気コネクタの接点ばね単体の側面図である。 図１の電気コネクタを備える携帯電話の背面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態のバッテリ接続用の電気コネクタ１の斜視図である。電気コネクタ１は、ハウジング２に形成した３つのスロットにそれぞれ接点ばね３を挿入して固定してある。

３つの接点部材３は、中央の１つが制御用の接点であり、その両側が、それぞれ、電源供給のためにバッテリの電極（相手方電極）に接触する接点として用いられる。尚、電力供給用の接点を、それぞれ、２つ一組の接点対とすれば、相手方電極との導電接触の信頼性をより向上させられる。

図２および３に、接点ばね３の形状を示す。接点ばね３は、ハウジング２に保持される固定部４と、固定部４から渦巻きを描くようにその渦の中心に向かって延伸する内巻き部５と、渦の中央付近で内巻き部５から反転し、内巻き部５に沿って渦巻きを描くように外向きに延伸する外巻き部６と、外巻き部６から連続して概略渦の接線方向に延伸するアーム部７と、アーム部７の先端に形成され、ハウジング２の外側に突出してバッテリの電極に接触可能であり、弧を描くように折り返して先端がハウジング２のスロットの中に延伸する接点部８とを有する板ばねである。

アーム部７は、外巻き部６に接続する部分の接線方向が、外巻き部６の末端の接線方向に一致するように形成されている。また、アーム部７は、外巻き部６と同じ方向、且つ、外巻き部６よりも相当に大きい曲率で湾曲し、概略形状が下に凸の弓形になるように形成されている。換言すると、アーム部７は、外巻き部６から連続する部分、つまり、外巻き部６の末端部分の近傍の部分が、外巻き部６の末端部分における接線方向に略一致する方向に、且つ、先端が外巻き部６から十分に離れるように延伸している。さらに、アーム部７は、中央部に、一度、外巻き部６の末端部分の接線方向から大きく外れて上側に延伸してから元の弓形の延長線上に戻るように蛇行した逃がし部９が形成されている。

図４に、バッテリの電極に当接していない初期状態の電気コネクタ１の断面を示す。接点ばね３は、固定部４がハウジング２に挿入されて固定されたとき、アーム部７の先端と接点部８とがハウジング２の前面の開口から突出する。ただし、接点部８は、アーム部７とは反対側の先端部分がハウジング２の中に位置するように延伸している。

接点ばね３は、ハウジング２に挿入された状態で、アーム部７がハウジング２のスロット内に形成した下側ガイド１０に当接し、僅かながら接点部８を上側に押し上げたような状態となっている。これにより、接点部８も、ハウジング２の上壁からなる上側ガイド１１に当接している。

図５および６に、不図示のバッテリの電極等によって、接点部８をハウジング２に向かって押し込む途中および押し込んだ状態を示す。バッテリの電極は、接点部８を介して、外巻き部６の外側先端における接線方向と略同じ方向にアーム部７を押し込む。アーム部７は弓形に湾曲しているので、両端を近づけ合うような曲げ応力も作用するが、アーム部７の曲率が大きいので、真っ直ぐな棒に近い挙動を示し、主としてその延伸方向の圧縮応力が作用する。

つまり、アーム部７は、自身の撓みによって接点部８の変位量にも寄与するが、主として、接点部８に作用する押圧力を外巻き部６に、外巻き部６の末端における接線方向に概ね一致する方向の圧縮応力として伝達する機能を果たす。さらに、アーム部７は、外巻き部６から遠ざかるように延伸しており、図６に示すように、接点部８が押し込まれたときに、接点部８と内巻き部５との当接を防止するためのスペースを形成する。

尚、逃がし部９は、アーム部７の延伸方向に過大な圧縮応力が作用した場合に、屈曲することでアーム部７の圧縮応力を低減し、アーム部７の座屈を防止するために設けられている。

また、アーム部７は、中央部が下側ガイド１０により下方に移動できないようになっているため、接点部８がハウジング２に向かって押し込まれるに連れて徐々に屈曲することにより、接点部８を上方に移動させる動きを実現する。このように、接点部８が相手方電極の押圧方向に対して直交する方向にずれることで、相手方電極と接点部８との間に存在する汚れを掻き落とし、電気的接触を確実にするワイピング効果を発揮する。

また、下側ガイド１０および上側ガイド１１は、アーム部７の板厚方向の振れを防ぎ、相手方接点による押圧力が、外巻き部６の外側端部に、その位置における接線方向に作用することも保証している。

相手方電極が接点部８を押圧することによってアーム部７に作用する圧縮応力は、このように、外巻き部６に対してその渦巻きの接線方向に伝えられる。渦巻き状の板ばねの延伸方向に作用する圧縮応力または引っ張り応力は、板ばねを曲げる力よりも、板ばねを巻き取る力または巻き戻す力として、その延伸方向に沿って伝播する。従って、本実施形態において、相手方電極が接点部８を押し込む力は、外巻き部６を巻き込む方向の力、および、内巻き部５の中心部に、内巻き部５を巻き戻すように押し出す力として作用する。

つまり、接点部８を押し込む力は、接点ばね３の略全長に亘って、その延伸方向の圧縮力として作用し、応力の作用方向の変化分の横方向の成分だけが、接点ばね３の各所に少しずつ曲げ応力として分散して作用する。

このため、接点ばね３は、主に、その圧縮応力の反力として、バッテリの電極に対して接点部８を圧接するので、曲げ応力による場合に比べて高い接圧が得られる。また、接点ばね３は、圧縮応力の方向を渦巻き状に徐々に変化させることで、各所に曲げ応力が少しずつ分散して作用するので、応力集中によって局所的に弾性範囲を超えるような大きな応力が作用することがなく、塑性変形してへたることがない。

尚、本実施形態において、接点ばね３の固定部４には、曲げ応力が作用し得るので、この部分だけは、板厚を厚くすることで、曲げ変形を抑制し、塑性変形を防止するようにしてある。これにより、ハウジング２が接点ばね３の弾性変形を阻害して、接点圧力を得られなくなるような不具合がない。

また、接点ばね３は、断面形状のアスペクト比（板幅の板厚に対する比）を２倍以上にすれば、板幅方向に変形によって捩れることがなく、ハウジング２に引っ掛かり、ばねとして弾性力を発揮することが阻害されるような不具合が防止できる。ただし、接点ばね３のアスペクト比を５以上にしても、さらなる捩れ防止効果は期待できず、電気コネクタ１の寸法が大きくなるだけである。

さらに、本実施形態の電気コネクタ１では、接点部８の先端がハウジング２のスリットの内部まで延伸していることで、接点ばね３が捩れて、板幅方向にずれが発生することを防止する。

続いて、図７に、本発明の第２実施形態の電気コネクタに係る接点ばね３ａを示す。尚、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態の接点ばね３は、外巻き部６の外側端部が内巻き部５の外側端部と反対側に、つまり、アーム部７が内巻き部５および外巻き部６を挟んで固定部４と反対側に位置している。本実施形態が示すように、アーム部７は、外巻き部６の外側端部における接線方向に略一致する方向に圧縮応力を受けるものであれば、先に説明したように、主として圧縮応力により接点部８の接圧を生じさせ、内巻き部５および外巻き部６に連続して圧縮応力を伝達できる。

さらに、図８に、第１実施形態の電気コネクタ１を備える、本発明に係る電子機器の１つの実施形態である携帯電話１２を示す。携帯電話１２は、内部に前記電気コネクタ１が配設されており、電気コネクタ１に隣接する内部空間に、バッテリ１３を収容可能である。携帯電話１２にバッテリ１３を収容すると、バッテリ１３の電極１４に電気コネクタ１の接点部８が圧接されるようになっている。

電気コネクタ１は、上述のように、小型でありながら、接点部８の変形可能量が大きく、接点圧力が高く、且つ、接点ばね３が塑性変形しにくい。このため、携帯電話１２は、常に、その本体にバッテリ１３から電力が供給され、待ち受けなどの処理を確実に行うことができる。

１…電気コネクタ
２…ハウジング
３，３ａ…接点ばね
４…固定部
５…内巻き部
６…外巻き部
７…アーム部
８…接点部
９…逃がし部
１０…下側ガイド
１１…上側ガイド
１２…携帯電話（電子機器）
１３…バッテリ
１４…電極

Claims (7)

1. ハウジングに保持される固定部と、
   前記固定部から内向き渦巻き状に延伸する内巻き部と、
   前記内巻き部から反転して、前記内巻き部に沿って外向き渦巻き状に延伸する外巻き部と、
   前記外巻き部の末端部分に接続され、前記外巻き部に接続された部分の接線方向が前記外巻き部の末端部分の接線方向と一致するアーム部と、
   前記アーム部の先端に設けられ、前記ハウジングの外側に突出し、相手方電極と当接して、概略前記アーム部の延伸方向に押圧力を受ける接点部とを有する接点ばねを備えることを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記アーム部は、前記外巻き部と同じ方向、且つ、前記外巻き部よりも大きい曲率で湾曲する弓形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記アーム部は、前記外巻き部の末端部分の接線方向と異なる方向に蛇行する逃がし部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
4. 前記ハウジングは、前記アーム部および前記接点部の少なくともいずれかを、前記外巻き部の接線方向に案内するガイド部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
5. 前記接点部は、前記アーム部から遠い側の端部が、前記ハウジングの内部に延伸していることを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
6. 請求項１に記載の電気コネクタを備え、且つ、バッテリを装着可能であり、
   前記電気コネクタの前記接点ばねを介して前記バッテリから電力供給を受けることができることを特徴とする電子機器。
7. ハウジングに保持される固定部と、
   前記固定部から内向き渦巻き状に延伸する内巻き部と、
   前記内巻き部から反転して、前記内巻き部に沿って外向き渦巻き状に延伸する外巻き部と、
   前記外巻き部から概略前記外巻き部の接線方向に延伸するアーム部と、
   前記アーム部の先端に設けられ、前記ハウジングの外側に突出する接点部を有する接点ばねを備える電気コネクタを配設し、
   相手方電極を前記接点部に当接させ、前記アーム部の延伸方向に前記接点部を押し込むことを特徴とする導電接触方法。

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