JP5810815B2 - 電気接続端子 - Google Patents
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Description
また、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を被制御装置として、電子制御装置から発信した燃料噴射信号によって燃料噴射弁の開閉制御が行われている。
このような電子制御装置と被制御装置とは、電力を供給する電力線や、グランドとの接地を図るアース線や電気信号を伝達する電気信号線等が束ねられたワイヤハーネスを介して接続されており、ワイヤハーネスと各装置とは、雌雄のコンタクタハウジングを嵌合させたときにそれぞれのハウジング内に収納された雌雄の電気接続端子金具が弾性的接続状態となっている。
例えば、特許文献1には、雄ハウジングには、内側に雌コネクタハウジングを嵌合可能なフード部が突設され、雌コネクタハウジングには、該フード部内に突接された雄端子金具に対して弾接可能な弾性接触片を備えた雌端子金具が収容されたコネクタにおいて、圧接力を可変にすることにより両端子金具の摩擦抵抗を低減する多極コネクタが開示されている。
このため、瞬間的に大きな振動が加わったときに、電気接続端子が瞬間的に開放状態となり、電気信号が瞬間的に遮断される虞がある。
特に自動車等の内燃機関に用いられる点火装置や燃料噴射装置では、マイクロ秒といった極短い時間に対応する極めて正確な制御が要求され、電子制御装置から発信される点火信号や燃料噴射信号等の高周波で発信される制御信号は、極めて高い精度で伝達される必要がある。
例えば、内燃機関の点火装置では点火コイルを点火信号のオンオフにしたがって閉開させ、高い電圧を発生させ点火プラグに印加して内燃機関の点火を行っている。
このため、点火信号の伝達中に電気接続端子の瞬間的な開放により、点火信号がオフすると点火コイルが誤作動し、点火時期でないにも拘わらず点火プラグに高電圧が印加され、火花放電を発生する虞がある。
特に、多気筒エンジンにおいて、いわゆるプレイグニションと呼ばれる現象を生じると本来点火すべきでない気筒で誤作動により発生した燃焼圧力と、正常な点火が行われた他の気筒で発生した燃焼圧力とが衝突し合いエンジンの破損を招く虞もある。
したがって、電子制御装置と被制御装置との間で授受される制御信号は、外部からの振動や衝撃等に晒されたときにもその影響を受けることなく確実に伝達される必要がある。
一の制御信号に対して少なくとも二以上の伝達経路を形成すべく、
上記雌雄の端子金具のうち、
一の制御信号を伝達する制御信号線に接続される雄端子金具が、第1の制御信号用雄端子金具と第2の制御信号用雄端子とからなり、
それぞれの雄端子金具が弾性的に接触し、かつ、一の制御用信号線に接続される相手側の雌端子金具が、第1の制御信号用雌端子金具と第2の制御信号用雌端子金具からなり、
上記第1の制御信号用雄端子金具と上記第2の制御信号用雄端子金具との上記筐体から露出し、それぞれの一部又は全部が相手側の雌端子金具と弾性的に接触する第1の露出部と第2の露出部とにおいて、
それぞれの長さ、密度、断面積、ヤング率の少なくともいずれか一つが互いに異なり、
上記筐体の基底部の一部を薄肉又は厚肉に形成した筐体基底偏肉部を上記第1の制御信号用雄端子金具又は上記第2の制御信号用雄端子金具のいずれか一方を固定する位置に設けることにより、上記第1の露出部の長さと上記第2の露出部の長さとを異ならしめたことを特徴とする(請求項1)。
特に、本発明の電気接続端子を、自動車や二輪車等の電子制御装置と被制御装置との制御信号の伝達に適用した場合、エンジンからの恒常的な振動に対してのみならず、急加速、急減速、障害物への乗り上げ等、突発的な衝撃に対しても、複数の伝達経路を設けることにより、いずれか一方の伝達経路において弾性的な接触による導通が遮断されても、他の伝達経路によって制御信号の確実な伝達が図られ、点火信号の瞬断によるプレイグニション等の異常の発生を確実に防止することができる。
図1を参照して、本発明の第1の実施形態における電気接続端子1の概要について、説明する。
本実施形態における電気接続端子1は、電子制御装置5と被制御装置3との間で授受される高周波の制御信号SIGの伝達に用いられ、雌雄の筐体10、20の嵌合によりそれぞれの筐体10、20内に収容した複数の雌雄の端子金具11、12、13、14、21、22、23、24が弾性的に接触して導通状態となる電気接続端子として用いられるものであり、被制御装置3、又は、電子制御装置5に固定される雄端子1とワイヤハーネス4に接続される雌端子2とによって構成されている。
本図(a)は、雄端子1の概要を示す断面図、本図(b)は、雌端子2の概要を示す断面図である。
雄端子用筐体10は、絶縁性の樹脂材料を用いて有底筒状に形成されており、雄筐体基底部100に雄端子金具の固定部(111、121、131)がインサート成型により固着されている。
電力用雄端子金具11は、導電性材料を用いて、略平板状に形成され、一端が雄端子用筐体10の内側に露出して電力用雄端子嵌合部110となり、他端が被制御装置3側、又は、電子制御装置5側に露出して電力用雄端子結線部112となり、電力用雄端子嵌合部110と電力用雄端子結線部112との間に設けた電力用雄端子固定部111が雄筐体基底部100に固着されている。
第1の制御信号用雄端子金具13は、導電性材料を用いて、略平板状に形成され、一端が雄端子用筐体10の内側に露出して第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130となり、他端が被制御装置3側、又は、電子制御装置5側に露出して制御信号用雄端子結線部132となり、第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130と第1の制御信号用雄端子結線部132との間に設けた制御信号用雄端子固定部131が雄筐体基底部100に固着されている。
電力用雄端子嵌合部110、接地用雄端子嵌合部120、第1の制御信号用端子嵌合部(第1の露出部)130は、それぞれ、雄筐体基底部100から、等しい長さ(L130)だけ筐体内に露出している。
さらに、雄筐体基底部100の一部には、肉厚を薄くした筐体基底偏肉部101が設けられており、第2の制御信号用端子固定部141は、筐体基底偏肉部101において固着されており、第2の制御信号用端子嵌合部(第2の露出部)140が筐体基底偏肉部101から筐体内に露出する長さ(L140)は、第1の制御信号用端子嵌合部(第1の露出部)130の長さ(L130)よりも長くなっている。
電力用雄端子結線部112、接地用雄端子結線部122、制御信号用雄端子結線部132は、それぞれ、図略の被制御装置3又は電子制御装置5の電力供給端子+B、接地端子GND、制御信号端子SIGに接続される。
雌端子用筐体20は、絶縁性の樹脂材料を用いて略有底筒状に形成されており、雌筐体基底部200に雌端子金具の固定部(211、221、231、241)がインサート成型により固着されている。
接地用雌端子金具22は、導電性材料を用いて形成され、一端が雄端子用筐体10の内側に露出して接地用雌端子嵌合部220となり、他端がワイヤハーネス4側に露出して接地用雌端子結線部222となり、接地用雌端子嵌合部220と接地用雌端子結線部222との間に設けた接地用雌端子固定部221が雌筐体基底部200に固着されている。
電力用雌端子結線部212、接地用雌端子結線部222は、それぞれ、ワイヤハーネス4の電力線41、接地線42に接続され、第1の制御信号用雌端子結線部232と、第2の制御信号用雌端子結線部242とは共に制御信号線43に接続され、各結線部は、保護カバー40によって覆われ封止されている。
なお、本発明において、雄端子金具11、12、13、14の嵌合部110、120、130、140の形状と雌端子用金具21、22、23、24の嵌合部210、220、230、240の具体的な嵌合方法は特に限定するものではなく、後述ように適宜選択可能なものであるが、特に、雄端子金具11、12、13、14の嵌合部(適宜、露出部とも称す。)110、120、130、140を略平板状に形成し、雌端子金具21、22、23、24の嵌合部210、220、230、240が、略平板状に形成された露出部110、120,130,140の一部又は全部において、その対向する二平面に対して両側から弾性的に接触するように形成するのが望ましい。
また、本実施形態においては、各筐体10、20を有底筒状に形成した例を示したが、本発明において、各筐体10、20の嵌合部の形状を特に限定するものではなく、公知の嵌合方法を適宜採用することができる。
このため、断面積Sの雄端子金具11、12、13、14に対して雄端子用筐体10を介して剪断力Fが作用したときの微少要素に働く力について運動方程式を解くことにより、共振周波数を求めることができる。
第1の制御信号用端子嵌合部(第1の露出部)130の長さL130、第2の制御信号用端子嵌合部(第2の露出部)140の長さL140としたとき、それぞれの共振周波数f130、f140は、それぞれ以下のように表すことができる。
したがって、第1の雄端子嵌合部(第1の露出部)130、第2の雄端子嵌合部(第2の露出部)140のそれぞれの共振周波数f130、f140は、それぞれの長さ(L130、L140)の2乗に反比例することが分かる。
さらに、第1の雄端子嵌合部(第1の露出部)130の長さL130に対して、第2の雄端子嵌合部(第2の露出部)140の長さL140を√(1/1.1)倍以下、即ち、95.3%以下、又は√(1/0.9)倍以上、即ち、105.4%以上とすることによって、第1の雄端子嵌合部(第1の露出部)130の共振周波数f130に対して第2の雄端子嵌合部(第2の露出部)140の共振周波数f140を±10%以上ずらすことが可能となる。
しかし、本発明において、第1の露出部130の共振周波数f130と第2の露出部140の共振周波数f140とを異ならしめるためには、露出部(130、140)の長さ(L130、L140)だけでなく、密度ρ、断面積S、ヤング率Eの少なくともいずれか一つが互いに異なるように設定することによっても可能である。
さらに、第1の制御信号用雄端子金具13と第2の制御信号用雄端子金具14とを異なる材質によって成形することにより、密度ρやヤング率Eを異ならしめることもできる。
但し、密度ρ、断面積S、ヤング率Eを変えた場合には、上述の式1、式2に示すように、共振周波数は、その平方根に比例又は反比例するので、2乗に反比例する露出部の長さL130、L140を変化させた場合に比べ、変化の度合いは小さくなる。
図3(a)に示すように、点火装置3は、例えば、ECU5から発振された高周波の点火信号IGtを制御信号SIGとして、この制御信号SIGのオンオフにしたがって開閉駆動される開閉素子31(イグナイタ)と、バッテリ電圧+Bを一次電圧として、開閉素子31の開閉によって高い二次電圧V2を発生する点火コイル32と点火コイル32によって発生した高電圧を整流する整流素子33と、点火コイル32で発生した二次電圧V2の印加により燃焼室内に火花放電を発生させる点火プラグ34とによって構成されている。本発明の電気接続端子を構成する雄端子1は、雄端子用筐体10の筐体基底部100に設けられた固定部104によって、点火装置3を収容するハウジング30に固着されている。
このため、点火制御装置3側において、制御信号SIGとして入力される点火信号IGtは、第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130と第1の制御信号用雌端子嵌合部230とが弾性的に接続する第1の伝達経路と、第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)140と第2の制御信号用雌端子嵌合部240とが弾性的に接続する第2の伝達経路との2系統の制御信号伝達経路を介して点火信号IGtが制御装置側から伝達されるようになっている。
また、図略のセンサ類や、その他の周辺機器との間の接続にも本発明の電気接続端子を利用することもできる。
I/O55の電源端子+Bには、電力用雄端子結線部112が接続され、接地端子GNDには、接地用雄端子結線部122が接続され、機関の運転状況に応じてCPU51によって算出された点火信号IGtを制御信号とする制御信号出力端子には、制御信号用端子結線部132が接続されている。
ECU5側においても、点火制御装置3側と同様、制御信号SIGとして入力される点火信号IGtは、第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130と第1の制御信号用雌端子嵌合部230とが弾性的に接続する第1の伝達経路と、第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)140と第2の制御信号用雌端子嵌合部240とが弾性的に接続する第2の伝達経路との2系統の制御信号伝達経路を介して点火信号IGtが被制御側に伝達されるようになっている。
本図(a)に示すように、正常な状態においては、ECU5から発信される点火信号IGtの波形と点火制御装置3側で受信される点火信号IGtの波形とは、全く同じ波形を示し、点火信号IGtの開閉にしたがって、点火制御装置3に設けられた点火コイル32の二次電圧V2が上昇し、点火プラグ34に高電圧が印加され、正常点火が繰り返し行われる。
一方、本発明によらず、従来の電気接続端子を用いた場合、本図(b)に比較例として示すように、強い衝撃、又は、振動との共振により雄端子と雌端子との弾性的な接続による弾接点が瞬間的に開放され、被制御装置側で受信される点火信号IGtが瞬間的にオンオフする瞬断現象を引起し、瞬断期間が例えば、10μs程度であると、ノイズフィルタ等によって、制御信号の瞬間的な変化をノイズとして無視するようにできる時間を超えてしまうので、その間に点火プラグで放電を起こすのに必要な電圧を超える二次電圧V2が発生し、点火プラグに印加されるので、本来点火時期ではないにも拘わらず誤作動により点火されるプレイグニッションが発生する虞がある。
このため、この間に点火コイル32の2次側から放電されたとしても、極めて短い期間であるため、点火プラグ34の放電には至らず、プレイグニションを起こすことなく、点火コイルへの通電が維持され、本来の点火時期に正常な点火を起こすことができる。
上記実施形態においては、雄端子1として、雄端子用筐体基底部100の一部を薄肉にした基底偏肉部101を設けて、雄端子筐体10内に露出する第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)140の長さL140を第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130の長さL130よりも長くすることによって共振周波数が一致しないように構成した例について説明したが、雄端子1aとして、図5(a−1)、(a―2)に示すように、雄端子用筐体基底部100aの一部を相対的に厚肉にした基底偏肉部101aを設けて、第2の制御信号用雄端子金具14aの雄端子筐体10内に露出する第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)140の長さL140を第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130の長さL130よりも短くすることによって共振周波数が一致しないように構成しても良い。
なお、本実施形態においても雌端子2は、上記実施形態と同様のものを用いることもできる。雄筐体10aの基底部偏肉部101aが雌筐体基底部200に当接して雄筐体10aと雌筐体20との嵌合が困難となる場合には、雌筐体基底部200の雄筐体基底偏肉部101aに対向する部分を窪ませても良い。
この際、第1の制御信号用雄端子13bと第2の制御信号用雄端子14bとを渡線15を介して結線するようにしても良い。
本実施形態においては、既存の3端子用の電気接続端子と1端子用の電気接続端子と組み合わせて1の制御信号SIGを複数の接続端子を経由して伝達させるようにしても良い。
なお、本実施形態においては、雄端子1b1、雄端子1b2とのそれぞれに対応する雌端子2b1、雌端子2b2が設けられ、第1の制御信号用雌端子結線部232bと第2の制御信号雌端子結線部242bとが、信号線43に接続される。
さらに、本実施形態において、各筐体10b1、10b2の基底部100b1、100b2の厚みを変える方がより効果的であるが、筐体を別体に設けることだけでも、外部から振動や衝撃を受けたときに、それぞれの筐体10b1、10b2がそれぞれ固有の共振周波数を有するため、本実施形態において、第1の筐体10b1の基底部100b1の厚みと、第2の筐体10b2の基底部100b2の厚みとを同じ厚みに設定しても、第1の制御信号用雄端子13bと第2の制御信号用雄端子14bとの共振周波数を一致させないようにすることができる。
本実施形態においては、雌端子側も雄端子1cに対応するように第2の制御信号用雌端子嵌合部240cの方向を変えて配設する必要がある。
このような構成とすることで、第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)130dと第2の制御信号用雄端子間郷部140dとの共振周波数が一致し難くなるのに加えて、振動方向の異なる衝撃に対しても瞬断を抑制することが可能となり、さらに信頼性の向上を図ることができる。
なお、本実施形態においては、雄端子1d1、1d2にそれぞれ対応する雌端子2d1、2d2を用いると共に、第1の制御信号用雌端子結線部232dと第2の制御信号用雌端子結線部242dとを1の制御信号線43に接続する必要がある。
この際、本図(b−3)に示すように、雄端子用筐体10e内で第2の制御信号用雄端子金具14eの一端(141e)を屈曲させ、第1の制御信号用雄端子固定部131eと結合させても良いし、雄端子用筐体10eの外側で結線するようにしても良い。
このとき、本図に示すように、第1の制御信号用雄端子13fと第2の制御信号用雄端子14fとを1つの雄端子用筐体10f2に収容し、筐体基底部100fと筐体基底偏肉部101fとの肉厚を変えることによって、第1の制御信号雄端子嵌合部(第1の露出部)130fと第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)140fとの共振周波数が一致しないようにしても良いし、第1の制御信号用雄端子13fと第2の制御信号用雄端子14fとをそれぞれ別体の雄端子筐体10f1、10f2に配設し、それぞれの制御信号用雄端子結線部132f、142fを一つの信号入力端子SIGに接続するようにしても良い。この際、予め渡線15を介して制御信号用雄端子結線部132f、142fを互いに接続し、いずれか一方を一つの信号入力端子SIGに接続するようにしても良い。
本実施形態においても雄端子1fに対応する雌端子2fを用いて、上記実施形態と同様の効果を発揮できる。
本実施形態においては、いずれも、雄端子金具11、12、13、14の筐体10から露出し、略平板状に形成された露出部110、120、130、140の一部又は全部において、雌端子金具21、22、23が、雄端子金具11、12、13、14の少なくとも対向する二平面を両側から挟み込むように露出部110、120、130、140の上下又は左右の両方向から弾性的に接触する複数の弾接点を具備している。
このような構成とすることにより、上述の効果に加え、複数の伝達経路を構成する雌雄の端子金具11、12、13、14、21、22、23、24のそれぞれにおいて、略平板状の雄端子金具11、12、13、14の露出部110、120、130、140を雌端子金具21、22、23、24が両面から挟み込むように保持しているので、外部からの振動や衝撃により、雄端子金具11、12、13、14の露出部110、120、130、140が撓んで、いずれか一方の弾接点における押圧力が弱まっても、他方の弾接点では逆に押圧力が高まるので、少なくとも2つ以上の弾接点のいずれか一方で雌雄の端子金具の導通が確保されるので、外部からの激しい衝撃や振動に対して、より確実な信号伝達が可能となる。
また、両面からの押圧力により、外部からの振動等による雄端子金具11、12、13
、14の撓みが抑制され、一方の面からの接触による導通に比べ遥かに高い信頼性を発揮できる。
本図(a)に点線で示すように、雌端子21、22、23、24の先端部分を略T字型に形成して両側から雄端子嵌合部110、120、130、140を包み込むように折り曲げて雌端子嵌合部210、220、230、240を形成しても良い。
また、本図(b)に示すように、雌端子21a、22a、23a、24aを長尺の平板状に形成し、先端部を上下から雄端子嵌合部110、120、130、140を挟み込むように略S字型に複数回、折り曲げて、雌端子嵌合部210a、220a、230a、240aを形成しても良い。
さらに、本図(c)に示すように、雌端子21b、22b、23b、24bの先端部を一部切り欠き筒状の雌端子嵌合部210b、220b、230b、240bを形成しても良い。
いずれの場合も、雌雄の端子金具を嵌合したとき、雌端子嵌合部210〜240、210a〜240a、210b〜240bが、それぞれの雄端子嵌合部110〜140の両面を弾性的に挟持し、導通状態とすることができる。
本発明において、具体的な嵌合方法を特に限定するものではなく、これらの実施形態以外の嵌合方法も適宜採用し得るものである。
例えば、本図(c)において、雄端子嵌合部110〜140を略平板状に形成した例を示したが、雄端子嵌合部110〜140を円柱状や多角柱状に形成しても良い。
例えば、上記実施形態においては、第1の露出部の長さL130と第2の露出部の長さL140とを異ならしめるのに、筐体10の基底部100の一部に肉厚の異なる基底偏肉部101を設けることにより、筐体10の外形や相手方の筐体20の形状等を変更することなく一の制御信号を伝達する複数経路の共振を異ならしめて、確実な信号の伝達を可能とする電気接続端子1を示したが、相手側の筐体20等の設計変更が可能であれば、筐体10の基底部100に偏肉部を設けることなく、第1の露出部の長さL130と第2の露出部の長さL140とを変えるようにしても良い。
例えば、上記実施形態においては、1の制御信号を伝達する雌雄の端子金具として第1の雄端子金具13と第1の雌端子金具23、第2の雄端子金具14と第2の雌端子金具24との2系統の伝達経路を設けた場合について説明したが、3系統としても良いし、制御信号経路のGNDを2系統にしても良し、制御信号とGNDの両方を2系統以上にしても良い。
但し、一の制御信号に対して接続される端子数を増やしすぎると電流が弱くなるため逆効果となる虞があるので留意しなければならない。
10 雄端子用筐体
100 筐体基底部
101 基底偏肉部
11 電力用雄端子金具
12 接地用雄端子金具
13 第1の制御信号用雄端子金具
130 第1の制御信号用雄端子嵌合部(第1の露出部)
14 第2の制御信号用雄端子金具
140 第2の制御信号用雄端子嵌合部(第2の露出部)
2 雌端子
20 雌端子用筐体
21 電力用雌端子金具
22 接地用雌端子金具
23 第1の制御信号用雌端子金具
230 第1の制御信号用雌端子嵌合部
24 第2の制御信号用雌端子金具
240 第2の制御信号用雌端子嵌合部
3 被制御装置(イグナイタ)
300 制御信号線(被制御側)
4 ワイヤハーネス
43 制御信号線(制御側)
5 電子制御装置
Claims (3)
- 電子制御装置と被制御装置との間で授受される制御信号の伝達に用いられ、雌雄の筐体の嵌合によりそれぞれの筐体内に収容される複数の雌雄の端子金具が弾性的に接触して導通状態となる電気接続端子であって、
一の制御信号に対して少なくとも二以上の伝達経路を形成すべく、
上記雌雄の端子金具のうち、
一の制御信号を伝達する制御信号線に接続される雄端子金具が、第1の制御信号用雄端子金具と第2の制御信号用雄端子とからなり、
それぞれの雄端子金具が弾性的に接触し、かつ、一の制御用信号線に接続される相手側の雌端子金具が、第1の制御信号用雌端子金具と第2の制御信号用雌端子金具からなり、
上記第1の制御信号用雄端子金具と上記第2の制御信号用雄端子金具との上記筐体から露出し、それぞれの一部又は全部が相手側の雌端子金具と弾性的に接触する第1の露出部と第2の露出部とにおいて、
それぞれの長さ、密度、断面積、ヤング率の少なくともいずれか一つが互いに異なり、
上記筐体の基底部の一部を薄肉又は厚肉に形成した筐体基底偏肉部を上記第1の制御信号用雄端子金具又は上記第2の制御信号用雄端子金具のいずれか一方を固定する位置に設けることにより、上記第1の露出部の長さと上記第2の露出部の長さとを異ならしめたことを特徴とする電気接続端子。 - 一の制御信号を伝達する上記複数の雄端子金具の内、上記筐体基底部から上記筐体内に露出する一の雄端子嵌合部の長さに対して上記筐体基底偏肉部から上記筐体に露出する雄端子嵌合部の長さを、√(1/1.1)倍以下、又は、√(1/0.9)倍以上とした請求項1に記載の電気接続端子。
- 上記雄端子金具の上記筐体から露出し、略平板状に形成された露出部の一部又は全部において、上記雌端子金具が、上記雄端子金具の両面を挟み込むように上記雄端子金具の上下又は左右の両方向から弾性的に接触する複数の弾接点を具備する請求項1又は2に記載の電気接続端子。
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