JP5639101B2 - コネクタ端子用接触ばね - Google Patents

Description

この発明は、電気接続に使用されるコネクタに関し、より詳しくは、例えば自動車や鉄道などの車両への電源供給や、バッテリ、インバータ、モータ等の車両部品などに使用できるような、大電流対応可能なコネクタに関する。

コネクタに大電流を流すと接触抵抗により電力損失が生じる。この電力損失を抑制するため、接触抵抗を低くする工夫がなされている。接触抵抗を低くするには、接触面積を大きくすることが有効である。

このため、雄端子をピン、雌端子をソケットとするコネクタにおいては、例えば下記特許文献１、２に開示されているコネクタ端子用接触ばねが提案されていた。

特許文献１のコネクタ端子用接触ばねは、ピンの挿入を受ける雌端子の円筒状をなす端子本体内に保持されるもので、弾性と導電性を有する材料を用いてピンの挿入方向に長い略円筒状に形成されている。具体的には、円筒の長手方向の両端部に環状の支持部が形成され、これら支持部の間が中間部ほど細くなるように括れており、全体として鼓状の形状である。両端の支持部を除く部分の全周には、長手方向に沿って延びる複数本のスリットを有し、これらスリットの間がばね片である。ばね片は、長手方向の中間部ほど内径側に湾曲しており、周方向に沿って複数本が平行に配設された構造である。

このような構成であるので、ピンが挿入されるとコネクタ端子用接触ばねの複数本のばね片がそれぞれ拡径方向に弾性変位し、弾性力によってピンに接触する。この接触が、複数本のばね片においてなされるとともに、接触時に圧力（ばね圧）をもって接触するので、接触面積を大きくできる。

特許文献２のコネクタ端子用接触ばねは、鼓のような括れを有する形にするために両端部の支持部を周方向においてそれぞれ逆方向にねじった構造である。素材を簾状に打ち抜いてから筒状に丸めて、長手方向の両端をねじり、その状態を円筒状のスリーブ内で固定して製造する。

この構成では、複数本のばね片がスパイラル状にのびており、ピンが挿入されたときにより多くの接点が得られ、接触面積を大きく取れるとされている。

しかし、特許文献１のような構造のコネクタ端子用接触ばねでは、ばね片のばね圧を高くして接圧を確保しないと、安定した接触面積を得にくい。そのうえ、複数本のばね片がそれぞれ独立しているので、ピンの挿脱時にこじりなどで大きな変形が起こったときに塑性変形等によってばね性が劣化しやすい。

特許文献２のようなコネクタ端子用接触ばねでは、ねじり量の僅かな違いで括れ量が大きく変化する。製造時にはねじり角度を固定する必要があるが、このときにねじりが戻される方向の力が作用しているので、ねじり量の調整は容易ではなく、そのうえ固定も同時に行わねばならず、製造には高い技術と専用の設備が要る。そればかりか、強制的にねじるので、固定時にねじり量が減少することがある。

このことは、前述のようにねじり量の僅かな差で括れ量が大きく変化する構造のコネクタ端子用接触ばねにとって、製品の安定性の点から軽視できない問題となる。特に、括れ量の僅かな違いによってピンに対する接圧が大きく変化するので、一定の接触状態を得にくい。

そのうえ、ねじることによって括れをだしているので、ばね片をはじめとする全体にはねじりを戻そうとする方向の荷重が常に生じており、ピンが挿入されたときには、ばね片はその荷重を有しながらもピンの挿入方向にのばされるように変形され、いびつな変位が起き、前述した一定の接触状態の得にくさも相俟って、安定した接触面、接圧を確保しにくいという難点がある。

特開平１１−２１４０５９号公報 特公平３−８１２７４号公報

そこで、この発明は、大きな接触面積が安定的に得られるようにすることを主な課題とする。

そのための手段は、挿入されたピンの周面に弾性力をもって接触する複数本のばね片が隙間をあけて平行に配設されて端子本体内で筒状をなすように保持されるコネクタ端子用接触ばねであって、前記ばね片を縮径方向に弾性力をもって付勢する縮径付勢手段が設けられ、前記縮径付勢手段が、前記複数本のばね片間をそれぞれ橋渡しする、前記ばね片と一体の複数の連結ばねで構成されたコネクタ端子用接触ばねである。

この構成では、縮径付勢手段が複数本のばね片をピンの周面に接触する方向に弾性力をもって付勢する。この付勢によってばね片が規制され、ピンが挿入されてばね片が弾性変位したときにばね片の付け根部分にかかる応力の一部を負担し、全体として応力を分散する。

前記縮径付勢手段は、前記ばね片間を橋渡しする連結ばねで構成されているので、連結ばねがばね片間の隙間を保持する作用もするため、ばね片の変形の安定性を高められる。

前記縮径付勢手段は、ばね片の一部から延設して一体としたものであっても、ばね片とは別の部材を用いて一体にしたものであってもよいほか、ばね片とは別の部材で構成してもよい。

この発明の態様の一つとして、前記ばね片は、前記ピンの挿入方向にのびる形状に形成されたものであるとよい。ばね片の長手方向とピンの挿入方向が一致するので、ばね片はピンが挿入されても長手方向と径方向に弾性変位するのみで、いびつな変位が防止できる。

この発明の態様の一つとして、前記ばね片は、ばね片の長手方向と直交する方向において複数に分割されたものであるとよい。分割は隙間をあけて行ってもよく、いずれの場合も、ばね片がピンの周面になじみ易くなり、接触面積は増大する。

この発明の態様の一つとして、前記連結ばねの断面形状は円弧状であるとよい。しなやかなばね性を得られるとともに、弾性変形範囲をより広くとって、ばね片の過大な変位にも対応できるようにすることが可能となる。

別の手段は、前記コネクタ端子用接触ばねを備えたコネクタ端子である。

この発明によれば、大きな接触面積が安定的に得られ、大電流にも対応できるコネクタ端子やコネクタを得られる。

接触ばねの斜視図。 コネクタ端子の一部断面側面図。 接触ばねの長手方向の中間部における縦断面図。 接触ばねの側面図。 接触ばねの側面図。 接触ばねの斜視図。 接触ばねの製造工程の一部の打ち抜き素材を示す平面図。 作用状態の一部破断側面図。 ピンを挿入した状態の断面図。 接触ばねの斜視図。 図１０の接触ばねにピンを挿入した状態の断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
この発明では、コネクタ端子同士の接触において大きな接触面積が安定的に得られるようにするという目的を、挿入されたピンの周面に弾性力をもって接触する複数本のばね片が隙間をあけて平行に配設されて端子本体内で筒状をなすように保持されるコネクタ端子用接触ばねにおいて、前記ばね片を縮径方向に弾性力をもって付勢する縮径付勢手段を設けるという構成にて実現した。

図１は、コネクタ端子用接触ばね１１（以下、「接触ばね」という）の斜視図であり、この接触ばね１１は、弾性と導電性を有する材料を用いて形成されており、図２に例示したようなコネクタ２１のコネクタ端子としての雌端子２２に備えられる。詳しくは、接触ばね１１は、雄端子２３のピン２４が挿入される端子本体２５の挿入孔２６の内周面に保持され、ピン２４が挿入された状態でピン２４の外周面に弾性力をもって接触し、ピン２４と端子本体２５との間を電気的に接続するものである。

接触ばね１１は、前記挿入孔２６内に収められた状態において挿入孔２６の内周面の保持段部２６ａで拡径方向に張って、円筒状をなすように保持される。これは図示例の前記ピン２４が円筒状であるからである。図１に図示した接触ばね１１では、挿入孔２６内に保持された状態、つまり円筒状に丸めた状態であるが、丸めて保持する構成のものではなく、円筒状などの筒状に予め形成されたものであってもよい。

図１、図２に示したように接触ばね１１は、長手方向の両端部に環状の支持部１２を有し、これら支持部１２の間を長手方向に沿って平行に延びる複数本のばね片１３で連結した構成である。つまりばね片１３は、前記ピン２４の挿入方向にのびるように設けられている。全周にわたって配設されるすべてのばね片１３は、長手方向の中間部ほど内径側に撓んだように湾曲する形状に成形されている。

前記ばね片１３の数は、接触ばね１１の径の大きさ等の条件に応じて適宜設定される。ばね片１３は隙間１４をあけて配設されており、ばね片１３同士の間にはばね片１３の長手方向全体にわたって前記隙間１４が存在するが、その長手方向の一部に、すべてのばね片１３を縮径方向に弾性力をもって付勢する縮径付勢手段１５が設けられている。

この例の縮径付勢手段１５は、ばね片１３と同一材料からなり、ばね片１３と一体で、ばね片１３の間を橋渡しする連結ばね１６で構成する。連結ばね１６は、ばね片１３の長手方向の中間部に設けられている。連結ばね１６のばね片１３の長手方向における長さは、適宜設定される。

図３は接触ばね１１の連結ばね１６を有する部分で切断された状態を示す縦断面図であり、この図に示すように連結ばね１６は径外方に向けて凸の断面円弧状、詳しくは半円弧状に形成されている。連結ばね１６の形状や高さは、ばね片１３間の隙間１４の幅や所望する接圧に応じて適宜設定される。

前記連結ばね１６には、図４（ａ）に示したように、両側（ばね片の長手方向における両側）に円弧状部分１７を設けると応力集中を小さくできるのでよい。同様に、図４（ｂ）に示したように、ばね片の付け根部分にも円弧状部分１８を設けるとよい。

また、図５に示したように、連結ばね１６はばね片１３の長手方向の複数個所に設けることもできる。複数箇所に設ける場合には、ばね片１３の長手方向において均等に配設されるのが望ましい。

連結ばね１６の断面形状は、図６に示したような角部を有する断面三角状や断面Ｍ字状など、その他の形状に形成することも可能である。

このような接触ばね１１は板材から製造される。板材を、図７に示した素材３１のように、前記支持部１２になる両側の帯状部分３２と、これらの中間位置で前記連結ばね１６になる中間の帯状部分３３と、これら３本の帯状部分３２，３３間を連結して前記ばね片１３になる複数の橋渡し部分３４を備えた形状に打ち抜き、前記橋渡し部分３４等の必要な部分を湾曲させる成形を行うことで、接触ばね１１は得られる。前記打ち抜きと成形はプレスにより行うことができる。プレスのほか、絞り成形や鍛造等を用いてもよい。

以上のような構成の接触ばね１１は、前述のように端子本体２５の挿入孔２６内に保持されて（図１参照）、コネクタ端子としての雌端子２２を構成する。そして、この雌端子２２は、同じくコネクタ端子としての雄端子２３と対になってコネクタ２１を構成する。

なお、接触ばね１１は端子本体２５に対する保持前の段階では、偏平な形態、円弧状に湾曲した形態または筒状に丸めた形態である。

雌端子２２と雄端子２３の接続は、図８に示したように、雌端子２２の挿入孔２６内に雄端子２３を相対移動により挿入して行う。雄端子２３の円筒状のピン２４が挿入されることにより、接触ばね１１の支持部１２はそのままピン２４の挿入を許容する。挿入されるピン２４は、全周に配設されたばね片１３に当り、ばね片１３を拡径方向にばね圧に抗して押し広げながら進入する。このときばね片１３は、その長手方向と径方向に弾性変位し、連結ばね１６は湾曲を広げる方向に弾性変位し、ピン２４の進入を許容する。ピン２４が挿入されることにより、ばね片１３と連結ばね１６はピン２４に押し広げられた状態となって、弾性力による圧力をもってピン２４に接触する。

接触ばね１１のばね片１３がピン２４によって押し広げられた状態の断面を図９に示す。この図に示したように、ばね片１３が拡径方向に変位したとき、ばね片１３間を連結する連結ばね１６は、周方向に一体となってすべてのばね片１３を縮径方向に弾性力をもって付勢する。

このため、すべてのばね片１３はピン２４の外周面に押し付けられ、連結ばね１６無しでばね片１３のみで接する場合よりも強い接圧でもって接触する。強い接圧で接するため、接触面積が連結ばね１６を有しない場合よりも大きくなる。

接触面積の増大を図れるため、大電流を流しても、電力損失を抑えることができる。

また、ばね片１３が弾性変位することによってかかる負荷は、ばね片１３の長手方向両端の付け根部分のほかに、連結ばね１６部分でも一部を負担することになるので、ばね片１３に係る応力が、ばね片１３の付け根部分と連結ばね１６部分に分散される。この結果、ばね片１３に塑性変形がおきにくく、端子各部の寸法に誤差があったり、端子の挿脱操作に粗雑さがあったりしても、安定した接触状態が得られる。

そのうえ、応力が分散されることから、弾性変位可能な範囲を拡大することもでき、大きな弾性変位が可能であるとともに、ばね片１３の弾性変位が柔軟になされる。このため、ばね片１３が塑性変形を起こしてばね性を劣化させるような損傷を回避できる。

これらの効果は、ばね片１３を連結する連結ばね１６の断面形状が円弧状であることからも増大する。つまり、その形状ゆえに連結ばね１６はしなやかな弾性変位が可能で、弾性変位可能な範囲が広い。このため大きな変位にも対応できる。

さらに連結ばね１６は、ばね片１３と一体であって、ばね片１３同士の間隔が全周において等しくなるように弾性力をもって規制するので、ばね片１３の弾性変位がまとまりをもって円滑に行われるように促す。同時に挿脱操作においてこじりなどで大きな変形を強いられても、ばね片１３同士の関係を保つことができる。このため、前述のように塑性変形の回避ができるほか、挿脱操作が粗雑に行われたような場合でもいびつな変形を阻止し、ばね片１３の弾性変位が円滑に行われるようにすることもできる。

加えて、ピン２４に接するばね圧（接圧）は、ばね片１３の形状によって設定できるが、前記連結ばね１６を備えているので、連結ばね１６の形状寸法を調整管理することで、接圧の管理が容易になる。

そのうえ接触ばね１１の製造はプレス加工等で簡易にできるので、製造の困難さがなく、専用の設備も不要で、低コストで生産でき実用的である。

前記接触ばね１１によると、前述のように接触面積を増大できるとともにその接触状態は安定的であるので、大電流に対応できるコネクタ端子、ひいてはコネクタ２１を得ることができ、ますます拡大する電気自動車等の広い分野において、幅広く貢献する。

接点を増大させて更なる接触抵抗の低減化を図るには、図１０に示したように、ばね片１３を、ばね片１３の長手方向と直交する方向において複数に分割するとよい。分割は、切れ目を入れるだけでもよいが、図１０に示したように隙間１９を形成して行うとよい。ばね片１３の径方向における弾性変位範囲をさらに広げることができる。なお、前記隙間１９の長手方向の両端１９ａは応力集中を小さくするため円弧状に形成される。

図１０に示した例においては、ばね片１３のばね剛性を考慮して、ばね片１３の長手方向の中間部分、つまりピン２４の外周面に接する範囲を中心に二分割している。

図１１は、ピン２４を挿入した状態を示す連結ばね１６部分の断面図である。このように接点が増えるとともに前述のような作用をする連結ばね１６を有するので、高い接圧で接触することと相俟って、接触面積の大幅な増大が図れ、より一層の大電流対応が期待できる。

以上説明した構成はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の形態を採用できる。
例えば、接触ばねはピンの外周面のみに接触するのではなく、ピンの内周面や、ピンの内周面と外周面の双方に接触するものであってもよい。

接触ばねの形状は接続相手によって決まるので、前述のような円筒状のほか、三角筒状や四角筒状に形成することもできる。

また接触ばねが保持される端子本体は雌端子の端子本体ではなく、雄端子の一部であってもよい。つまり雄端子の端子本体やピンに装着すればよい。

連結ばねについては、ばね片とは異なる材料で構成して一体化してもよい。

さらに、前述の例では支持部が長手方向の両端に設けられているが、支持部が長手方向の一端のみに設けられ、ばね片の他端が自由端となった構成のものであってもよい。連結ばねがばね片を規制し、安定的な接触状態を得るのに効果を発揮する。

１１…コネクタ端子用接触ばね
１３…ばね片
１４…隙間
１５…縮径付勢手段
１６…連結ばね
２４…ピン
２５…端子本体

Claims (6)

1. 挿入されたピンの周面に弾性力をもって接触する複数本のばね片が隙間をあけて平行に配設されて端子本体内で筒状をなすように保持されるコネクタ端子用接触ばねであって、
   前記ばね片を縮径方向に弾性力をもって付勢する縮径付勢手段が設けられ、
   前記縮径付勢手段が、前記複数本のばね片間をそれぞれ橋渡しする、前記ばね片と一体の複数の連結ばねで構成された
   コネクタ端子用接触ばね。
2. 前記連結ばねが前記ばね片の一部から延設されて前記ばね片と一体に形成された
   請求項１に記載のコネクタ端子用接触ばね。
3. 前記ばね片が前記ピンの挿入方向にのびる形状に形成された
   請求項１または請求項２に記載のコネクタ端子用接触ばね。
4. 前記ばね片が、ばね片の長手方向と直交する方向において複数に分割された
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のコネクタ端子用接触ばね。
5. 前記連結ばねの断面形状が円弧状である
   請求項２から請求項４のうちのいずれか一項に記載のコネクタ端子用接触ばね。
6. 請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のコネクタ端子用接触ばねを備えた
   コネクタ端子。

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