JP5649010B2 - コネクタ端子用接触ばね - Google Patents

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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、雄端子を丸棒状のピン、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形成され、その形状はピンの挿入方向に長い略円筒状をなしている。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、いわゆる多面接触となり、接触面積を大きくできる。
しかし、前述の構成のコネクタ端子用接触ばねでは、ばね片はピンの外周面に接触するのみである。ばね片とピンが接触する面積はピンの外周面の面積の一定割合にすぎず、そのうえピンの外周面の面積はピンの太さによって必然的に決まるので、多面接触にして接触面積を大きくするにしても、確保できる接触面積には自ずと限界がある。
特開平11−214059号公報
そこで、この発明は、ピンの外周面のみで接触する場合よりも大きな接触面積を得られるようにすることを主な目的とする。
そのための手段は、挿入状態で相手方コネクタ端子に対して径方向で弾性力をもって接触する複数のばね片を有し、コネクタ端子に設けられるコネクタ端子用接触ばねであって、前記ばね片が径方向において内外に複数配設され、径方向で隣り合う前記ばね片のうち、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの内周面に接触するコネクタ端子用接触ばねである。
またそのための別手段は、挿入状態で相手方コネクタ端子に対して径方向で弾性力をもって接触する複数のばね片を有し、コネクタ端子に設けられるコネクタ端子用接触ばねであって、前記ばね片が径方向において内外に複数配設され、径方向で隣り合う前記ばね片のうち、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの径方向外周側に設けられた内周面に接触するコネクタ端子用接触ばねである。
径方向において内外に複数配設されたばね片は、それぞれ相手方コネクタ端子に接触する。径方向でたとえば二重、三重と、多層にわたって接点が得られ、多面接触する接触箇所を増大できる。多重多面接触となる結果、接触面積の広大化が図れる。
また、径方向で隣り合う前記ばね片のうち、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの径方向外周側に設けられた内周面に接触する場合、ピンを中実構造に形成できるので、ピンの剛性を高めることができるとともに、内外のばね片間にピンの肉厚を挿入する構成に比して、内外のばね片間の間隔を大きくして製造の容易化を図ることもできる。
また、径方向で隣り合う前記ばね片のうち、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの内周面に接触する場合、ピンは筒状の形状でよいので、コネクタ端子を簡素に構成できる。
この発明の態様として、前記ばね片は、挿脱方向に延びるとともに、周方向で隙間をあけて配設されたものであってもよい。ばね片の長手方向が挿脱方向と一致するうえに、ばね片間には隙間を有し弾性変位するばね片同士の干渉を防止できるので、弾性変位は円滑で、ばね片が内外に複数配設されても、円滑な挿脱を可能にできる。
この発明の態様として、前記ばね片は、前記相手方コネクタ端子に対して接触する方向に張り出すように湾曲形成されたものであるとよい。ばね片の湾曲形状が接圧を高めるので、より大きな接触面積が得られる。
この発明の態様として、前記ばね片のうち径方向で隣り合う外周側のばね片と内周側のばね片は、挿入方向の先端において、弾性変位する連結ばね部を介して一体に形成されたものであるとよい。外周側のばね片と内周側のばね片が弾性変位するうえに、連結ばね部も弾性変位して外周側のばね片と内周側のばね片を弾性変位させる機能を果たすので、弾性変位は柔軟で円滑で、ばね片が内外に複数配設されても、円滑な挿脱を可能にできる。
この発明の態様として、前記ばね片に、前記相手方コネクタ端子に対して接触する接触面から突出する突部が形成されるとよい。挿入状態において突部の接触によりばね片が反るので、接圧を高め、より大きな接触面積が得られる。
課題を解決するための別の手段は、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、ピンの外周面のみで接触する場合に比してより大きな接触面積を得られる。
コネクタの分離状態の側面図。 図1のコネクタにおけるピンとコネクタ端子用接触ばねの一部破断側面図。 コネクタ端子用接触ばねの正面図と断面図。 他の例に係るコネクタ端子用接触ばねの一部破断側面図。 他の例に係るコネクタ端子用接触ばねの一部破断側面図と正面図。 他の例に係るコネクタの一部破断側面図。 図6のコネクタ端子用接触ばねの正面図。 他の例に係るコネクタの一部破断側面図。 他の例に係るコネクタの一部破断側面図。
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がより大きな接触面積をもって行えるようにするという目的を、挿入状態で相手方コネクタ端子に対して径方向で弾性力をもって接触する複数のばね片を有し、コネクタ端子に設けられるコネクタ端子用接触ばねにおいて、前記ばね片を径方向において内外に複数配設するという構成にて実現した。
図1は、コネクタ21の分離状態の側面図であり、コネクタ21はコネクタ端子としての雄端子22と雌端子23とからなる。雄端子22は丸棒状のピン24を有し、雌端子23の端子本体25はそのピン24の挿入を許容する挿入孔26を有する。
挿入孔26には、挿入状態で前記ピン24に対して接触するコネクタ端子用接触ばね11(以下、「接触ばね」という)が備えられている。接触ばね11は、前記ピン24が挿入された状態でピン24の周面に径方向で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。
前記ピン24に対して接触するのが接触ばね11に形成されたばね片12で、このばね片12は径方向で弾性変位する。ばね片12は、図2に示したように内外二重に配設され、前記ピン24の外周面24aのほか、ピン24の内周面24bにも接触するように構成されている。
このような接触ばね11と接触する前記ピン24は、前述のように丸棒状であるが、前記ばね片12が接触する周面を内外に有するように中空状に形成される。ピン24の先端部には、挿入の円滑化を図るべく、外周側角と内周側角に面取り部24cが形成されている。
前記接触ばね11は、弾性と導電性を有する材料を用いて形成され、図2、図3に示したような内外二重の筒状をなしている。外周側の筒状部13と内周側の筒状部14の間の空間15が前記ピン24の挿入を許容する部分である。外周側の筒状部13と内周側の筒状部14は、周方向で隙間16をあけて均等に配設された多数本の前記ばね片12と、このばね片12の基端部を支持する環状の支持部17で構成される。なお、図3(a)は接触ばね11の正面図、図3(b)は図2におけるA−A切断部端面図である。
径方向で隣り合う前記ばね片12のうち、外周側のばね片12aは前記ピン24の外周面24aに接触する部分で、内周側のばね片12bは前記ピン24の内周面24bに接触する部分である。
外周側と内周側のいずれのばね片12も、接触ばね11の長手方向、つまりピン24の挿脱方向に延び、径方向に弾性変位可能である。ばね片12は、真っ直ぐに延びる直線状に形成され、端子本体25の前記挿入孔26の開口部26a側(図1参照)に位置する先端部には、接触状態での圧力を高めるべく、相手方コネクタ端子としての雄端子22の前記ピン24に対して接触する接触面から突出する突部18が形成されている。すなわち、前記接触面としての、外周側のばね片12aの内周面12cと、内周側のばね片12bの外周面12dに、略半球状の突部18を有する。
ばね片12の本数は、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、ばね片12の長さは、ばね片12の弾性変位が円滑かつ柔軟に行えるように、前記支持部17の長さよりも長く形成される。
外周側の筒状部13の前記支持部17と、内周側の筒状部14の前記支持部17は、連結部19で有底状に連結されて一体である。一体であるので、前記挿入孔26に対しては、例えば外周側の筒状部13のみを保持すれば挿入孔26内に備えることができる。外周側の筒状部13と内周側の筒状部14は一体とせずに別々に形成して、端子本体25の挿入孔26においてそれぞれ端子本体25に一体とすることもできる。
前記突部18は半球状であるほか、例えば図4(a)に示したように周方向に延びる線状に形成することもできる。
また、突部18を形成する位置については、例えば図4(b)に示したように、ばね片12の基部側、つまり前記支持部17側に寄った位置であっても、図示しないが長手方向の中間部であってもよい。図4(c)に示したように長手方向の両側部に配設してもよい。
図4(d)に示したように外周側のばね片12aと内周側のばね片12bで、突部18の形成位置を違えてもよい。また内周側の筒状部14の長さと外周側の筒状部13の長さを同じにするのではなく、挿入操作を考慮していずれか一方を長くしてもよい。図4(d)では内周側の筒状部14のほうを短くした例を示している。
このほか、図4(d)に示したように、内周側の筒状部14における先端部に、環状の支持部17aを形成して、内周側のばね片12を片持ち構造ではなく、ばね片12の両端が支持される両持ち構造としてもよい。このとき内周側の筒状部14における先端部の支持部17aの表面は、ピン24の挿入を円滑にすべく傾斜面であるとよい。
外周側のばね片12aと内周側のばね片12bを共に両持ち構造とするには、例えば図5に示したような接触ばね11構造にするとよい。
図5(a)は接触ばね11の一部破断側面図であり、図5(b)はその接触ばね11の正面図(先端側からみた図)である。これらの図に示したように、接触ばね11のばね片12は、接触ばね11の長手方向、つまりピン24の挿脱方向に延びるとともに、周方向に隙間16をあけて配設されるが、これらのばね片12は、接触ばね11の長手方向における先端部がわに寄った中間部に形成され、長手方向の両端部に環状の支持部17が一体に設けられる。
そして外周側のばね片12aと内周側のばね片12bは、相手方コネクタ端子としての雄端子22のピン24(図1、図2参照)に接触する方向に張り出すように湾曲形成される。具体的には、外周側の筒状部13のばね片12aは、長手方向の中間部ほど細くなる括れた形状となるように湾曲形成され、内周側の筒状部14のばね片12bは、長手方向の中間部ほど太くなる膨出した形状となるように湾曲形成されている。これらの括れと膨出の湾曲形状は線対称の形状である。ばね片12の長さや湾曲形状などは、ばね片12の厚さや材質、所望する接圧等に応じて適宜設定される。
前記ばね片12の湾曲により、図5(b)に仮想線で示したピン24が挿入されると、ばね片12はピン24の挿入を許容しながら弾性変位して、弾性力をもってピン24の外周面24aまたは外周面24bに面接触する。
なお、図5(a)に示したように、外周側の筒状部13の前記支持部17と内周側の筒状部14の前記支持部17は連結部19で一体化されているが、この例の場合も、外周側の筒状部13と内周側の筒状部14を別体として形成して、端子本体25(図1参照)の挿入孔26においてそれぞれ端子本体25に一体とすることもできる。
以上のように構成された接触ばね11は、前述のように端子本体25の挿入孔26に保持されて(図1参照)雌端子23を構成する。
雌端子23と雄端子22の接続は、雌端子23の挿入孔26内に雄端子22を相対移動により挿入して行う。雄端子22の円筒状のピン24が挿入されることにより、接触ばね11のばね片12は弾性変位してピン24の進入を許容する。つまりピン24は外周側のばね片12aを拡径方向にばね圧に抗して押し広げ、内周側のばね片12bを縮径方向にばね圧に抗して押し縮めながら進入する。
接触ばね11のばね片12がピン24によって弾性変位させられると、多数形成されたすべてのばね片12は、多数の箇所において弾性力をもってピン24の外周面24aまたは内周面24bに接触する。この接触は、ばね片12の弾性力をもって一定の接圧で行われるので面接触となる。つまり多面接触である。
しかも、外周側のばね片12aがピン24の外周面24aに面接触するうえに、内周側のばね片12bがピン24の内周面24bに面接触する。このため、径方向でも重畳的に接触箇所が得られ、いわば多重多面接触又は多層多面接触となって、全体としてより多くの接触面積から得られる。
この結果、接続部分における接触抵抗を低減でき、大電流を流しても電力損失を抑制できる。したがって、大電流対応の雌端子23と、これを用いたコネクタ21を得ることができる。
また、ばね片12はピン24の挿脱方向に延びる形状であるとともにばね片12間には隙間16を有するので、ばね片12の弾性変位は、ばね片12同士が干渉することなく円滑になされ、多数本のばね片12が内外二重に設けられる構造であっても、円滑な挿脱を可能とすることができる。挿脱が円滑なため、ばね片12等の表面のメッキが剥離するのを抑制することもできる。
しかも、ばね片12のピン24に対する接圧は、ばね片12に形成される前記突部18やばね片12の湾曲形状によって適宜設定できるので、所望の挿脱操作感を得られる。ばね片12のピン24に対する接圧を大きくすれば、各接触箇所での接触面積も大きくできる。
さらに、内外二重に形成されて径方向で隣り合う外周側のばね片12aと内周側のばね片12bについて、外周側のばね片12aがピン24の外周面24aに接触し、内周側のばね片12bがピン24の内周面24bに接触する構成であるので、ピン24は円筒状であればよく、雄端子22などの構造の簡素化が図れる。
以下、その他の例について説明する。この説明において前述の構成と同一または同等の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
図6は、径方向で隣り合う前記ばね片12のうち内周側のばね片12bが前記雄端子23のピン24の外周面24aに接触し、外周側のばね片12aが前記ピン24の径方向の外周側に設けられた内周面24dに接触する接触ばね11を備えたコネクタ21の一部断面側面図である。
前記接触ばね11は内外二重筒状構造で、前述と同様に、ピン24の挿脱方向に延びるとともに周方向で隙間16をあけて配設された数本のばね片12を有している。そして、径方向で隣り合う外周側のばね片12aと内周側のばね片12bが挿入方向の先端、つまり前記挿入孔26の開口部26a側の先端において、弾性変位する連結ばね部12eを介して一体に形成されている。
連結ばね部12eは断面半円弧状であり、弾性変位することによって、図7に仮想線で示したように外周側のばね片12aと内周側のばね片12bを径方向に弾性変位させる部分である。
内周側の筒状部14は外周側の筒状部13よりもの長手方向に短く、いわば、外周側の筒状部13の先端側部分を内側に折り返したように形成されている。
内周側のばね片12bと連結ばね部12eと外周側のばね片12aは一続きのものであり、外周側の筒状部13の基端部には環状の支持部17が形成されている。一方、内周側の筒状部14の基端部には支持部17を形成せず、弾性変位がしやすい自由端としている。内周側の筒状部14の基端部にも支持部を備えてもよい。また、雄端子22と雌端子23の分離を容易にするため、図示しないが、内周側のばね片12bにおける連結ばね部12eと反対側の端部や、前記支持部を備えた場合にはその支持部の端部に、面取り状の部分を設けるとよい。
接触ばね11を端子本体25内に保持するには、外周側の筒状部13の支持部17を固定する。また、端子本体25の挿入孔26は、端子本体25に接触ばね11を保持した状態において、挿入孔26と外周側の筒状部13の外周面との間に雄端子22のピン24の外周側の部分を挿入するための隙間ができるように形成される。
このような雌端子23に接続される雄端子22は、図6に示したように、前記内周側の筒状部14内に進入するピン24と、このピン24の外周側に隙間をあけて形成された円筒状の筒部24eとを備えている。この筒部24eが前記挿入孔26の内周面と接触ばね部11との間の隙間に挿入される。
このように構成された接触ばね11を有する雌端子23やコネクタ21では、雄端子22と雌端子23を接続すると、雌端子23の接触ばね11の内周側の筒状部14にはピン24が進入し、同時に、外周側の筒状部13と挿入孔26の内周面との間には筒部24eが進入する。進入に際して、ピン24と筒部24eは接触ばね11の連結ばね部12eと内外のばね片12a,12bをばね圧に抗して弾性変位させる。挿入状態においては、内周側のばね片12bが弾性力をもってピン24の外周面24aに接触するとともに、外周側のばね片12aが弾性力をもって筒部24eの内周面24dに接触する。
この接触状態は、前述と同様に多層多面接触であるので、接触面積を大きくとることができる。
図8に示したように、内外二重ではなく、内外三重に接触面を得るようにすることもできる。すなわち、前記図6、図7に示したような接触ばね11と同様の構成で同様に備えられる内周側接触ばね部材31と、端子本体25の挿入孔26の内周面、つまり前記内周側接触ばね部材31の外周側に隙間をあけて設けられた別体の外周側接触ばね部材32が端子本体25に備えられて、接触ばね11が構成されている。
前記外周側接触ばね部材32は、両端に環状の支持部32aを有し、これらの間に中間部ほど内周側に撓む形状の複数本のばね片32bが全周にわたって隙間32cをあけて配設された周知の構造である。この外周側接触ばね32は端子本体25の挿入孔26の内周面に形成された保持段部26bに保持される。外周側接触ばね部材32は、予め筒状に形成されたものではなく、偏平または湾曲した形状のものを丸めて保持されるものであってもよい。
このように構成された接触ばね11を有する雌端子23やコネクタ21では、径方向において三重に多面接触部分が得られるので、より一層の表面積の拡大を図ることができる。
図9は、接触ばね11が雄端子22に備えられた例を示すコネクタ21の一部断面側面図である。すなわち、前記筒状や中実のピンに代えて、内外二重筒状の接触ばねからなるピン24を備えている。
雄端子22のピン24は、前記図6、図7に示した雌端子23の接触ばね11と同様の構成である。つまり、内外二重の筒状部13,14を有し、これらの筒状部13,14には挿脱方向に延びるとともに周方向で隙間16をあけて配設されたばね片12を有する。そして、径方向で隣り合う外周側のばね片12aと内周側のばね片12bが、挿入方向の先端において、弾性変位する連結ばね部12eを介して一体に形成されている。
一方、雌端子22は前記図6の雄端子22と同様の構成であり、端子本体25は前記ピン24の内周側の筒状部14が挿嵌される中実のピン33と、このピン33の外周側において挿入孔26を形成する隙間をあけて形成され、前記ピン33における外周側の筒状部13が接触する円筒状の筒部34を有する。
このような構成の接触ばね11やこれを備えた雄端子22、コネクタ21においては、雄端子22における接触ばね11からなるピン24の内周側のばね片12bが雌端子23のピン33の外周面33aに接触し、雄端子22のピン24の外周側のばね片12aが雌端子23の筒部34の内周面34aに接触し、前述と同様の作用効果が得られる。
この発明の構成と前記一形態の構成との対応において、
この発明の接触ばねは、前記接触ばね11、内周側接触ばね31、外周側接触ばね32に対応し、
以下同様に、
コネクタ端子は、前記雄端子22と雌端子23に対応し、
接触面は、外周側のばね片の内周面12cと内周側ばね片の外周面12dに対応するも、
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することができる。
例えば接触ばねの形状は接続する相手方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、ばね片において、前記突部や湾曲形状、連結ばね部を適宜組み合わせることもできる。
ばね片の形状は、前述のような長尺形状であるほか、たとえば方形状等であってもよい。
11…コネクタ端子用接触ばね
12…ばね片
12a…外周側のばね片
12b…内周側のばね片
12c…外周側のばね片の内周面
12d…内周側のばね片の外周面
12e…連結ばね部
16…隙間
18…突部
22…雄端子
23…雌端子
24…ピン
24a…外周面
24b…内周面
24d…内周面
31…内周側接触ばね
32…外周側接触ばね
32b…ばね片
32c…隙間
33…ピン
33a…外周面
34a…内周面

Claims (8)

  1. 挿入状態で相手方コネクタ端子に対して径方向で弾性力をもって接触する複数のばね片を有し、コネクタ端子に設けられるコネクタ端子用接触ばねであって、
    前記ばね片が径方向において内外に複数配設され、
    径方向で隣り合う前記ばね片のうち、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの内周面に接触する
    コネクタ端子用接触ばね。
  2. 挿入状態で相手方コネクタ端子に対して径方向で弾性力をもって接触する複数のばね片を有し、コネクタ端子に設けられるコネクタ端子用接触ばねであって、
    前記ばね片が径方向において内外に複数配設され、
    径方向で隣り合う前記ばね片のうち、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの径方向外周側に設けられた内周面に接触する
    コネクタ端子用接触ばね。
  3. 径方向で隣り合う前記ばね片のうち、内周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの外周面に接触し、外周側のばね片が前記相手方コネクタ端子のピンの径方向外周側に設けられた内周面に接触するものである
    請求項に記載のコネクタ端子用接触ばね。
  4. 前記ばね片が、挿脱方向に延びるとともに、周方向で隙間をあけて配設された
    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. 前記ばね片が、前記相手方コネクタ端子に対して接触する方向に張り出すように湾曲形成された
    請求項1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. 前記ばね片のうち径方向で隣り合う外周側のばね片と内周側のばね片が、挿入方向の先端において、弾性変位する連結ばね部を介して一体に形成された
    請求項1から請求項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。
  7. 前記ばね片に、前記相手方コネクタ端子に対して接触する接触面から突出する突部が形成された
    請求項1から請求項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。
  8. 請求項1から請求項7のうち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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