JP5956298B2 - ピン孔と端子ピンの間の防水構造 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製のハウジングに形成したピン孔に導電性の端子ピンが圧入固定されている電気コンタクトにおけるピン孔と端子ピンの間の防水構造に関する。

携帯電話などの電子機器に装着されるバッテリー等の電気コンタクトには、スプリングピン、スプリングプローブピン、ポゴピン等と呼ばれる導電性のピン（以下、スプリングピンと呼ぶ。）を備えたスプリングピン型コンタクトが使用されている。

スプリングピン型コンタクトは、細い円筒状をした導電性のスリーブの先端から、コイルスプリングによってスプリングピンの先端側が押し出された構造となっている。一般に、スリーブは樹脂製のハウジング（ケース、ホルダー）に形成したピン孔に圧入固定されている。

スプリングピン型コンタクト等との間で電気的な接続を取るための電気コンタクトとして、平坦な接点面を備えたパッドピンを備えたパッドピン型コンタクトが知られている。パッドピンも、一般に、樹脂製のハウジング（ケース、ホルダー）に形成したピン孔に圧入固定されている。

スプリングピン型コンタクトおよびパッドピン型コンタクトは、防水性能が要求される携帯機器等に広く用いられている。このため、これらの電気コンタクトも防水性が要求される。スプリングピン型コンタクトでは、ハウジングに形成したピン孔と、ここに圧入固定されているスプリングピンを備えたスリーブとの間の防止性が要求される。パッドピン型コンタクトでは、ハウジングに形成したピン孔と、ここに圧入固定されているパッドピンとの間の防水性が要求される。

本明細書においては、パッドピン、スプリングピンを備えたスリーブなどのように、樹脂製のハウジングに形成したピン孔に圧入固定されている導電性の接点部材を「端子ピン」と呼ぶ。

従来において、ピン孔と端子ピンの間の防水構造としては、接着剤を用いた防水構造、接着剤および防水シートを用いた防水構造、および、インサート成形による防水構造が知られている。

図３（ａ）は接着剤を用いた防水構造を示す説明図である。パッドピン型コンタクト１０１は、樹脂製のハウジング１０２を備え、ここにピン孔１０３が形成されている。ピン孔１０３にはパッドピン１０４が圧入固定されている。圧入箇所は、パッドピン１０４に形成した圧入用大径外周面１０４ａと圧入用小径外周面１０４ｂの部分である。これらの圧入部分以外の部位では、パッドピン１０４とピン孔１０３の間に僅かな隙間ができている。ピン孔１０３の内周面に接着剤１０５を塗布した状態でパッドピン１０４をピン孔１０３に圧入固定する。これにより、ピン孔１０３とパッドピン１０４の間の隙間が、接着剤１０５によって液密状態に封止される。

図３（ｂ）は接着剤および防水シートを用いた防水構造を示す説明図である。この場合のパッドピン型コンタクト１０１Ａでは、接着剤１０５が用いられていると共に、パッドピン１０４の脚部１０４ｃとピン孔１０３の間が、防水シート１０６によって封鎖されている。接着剤のみの場合に比べて防水性能が高い。

インサート成形による防水構造では、ハウジング成形用の樹脂成形型にパッドピンをインサートし、この状態で樹脂成形を行う。これにより、パッドピンが密着した状態で埋設された構造のハウジングを得ることができる。

特許文献１には、スプリングピン型コンタクトにおいて、そのホルダーとスプリングピンを内蔵したピン（スリーブ）との間を、防水リングによって封止することが提案されている。特許文献２には、カバーとコネクタを樹脂で一体成形することにより、防塵・防水性を確保することが提案されている。

特開平０７−２９６８８２号公報 特開２００２−１５１１９２号公報

しかしながら、従来におけるピン孔と端子ピンの間の防水構造においては、接着剤、防水シート、防水リング等の別部材を用いる必要がある。防水用の部材が必要であり、これらの部材を塗布あるいは取り付けるための工数が増加し、製造コスト等も増加する。圧入によって接着剤が充填されていない隙間ができると、防水性が低下するおそれがある。防水シート、防水リング等の部材の取付け精度によって防水性能が左右され、安定した防水性能を得ることができないことがある。

端子ピンをインサート成形する場合には、高い防水性能を得ることが可能である。しかし、インサート成形用の設備を設置する必要があり、製造コスト等の大幅な増加を招いてしまう。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、別部材を用いることなく、端子ピンの圧入のみにより、十分な防水性能が得られるピン孔と端子ピンの間の防水構造を提案することにある。

本発明では、樹脂製のハウジングに形成したピン孔と、前記ピン孔に圧入固定されている導電性の端子ピンとの間を、液密状態に封止しているピン孔と端子ピンの間の防水構造を、次のようにして構成している。（括弧内の符号は、本発明の実施の形態における対応する部位を表しているが、本発明を実施の形態の構造に限定することを意図したものではない。）

前記ピン孔（３）の内周面には、前記端子ピン（４）の圧入方向（Ａ）に延びている大径内周面（３２ａ）と、当該大径内周面（３２ａ）の前記圧入方向（Ａ）の端から内側に延びている円環状の段差面（３３）と、当該段差面（３３）の内周縁に連続して前記圧入方向（Ａ）に延びている小径内周面（３４ａ）とが形成されている。前記端子ピン（４）の外周面には、前記圧入方向（Ａ）に離れた位置に、前記大径内周面（３２ａ）に圧入固定されている圧入用大径外周面（４１ａ）と、前記小径内周面（３４ａ）に圧入固定されている圧入用小径外周面（４２ａ）とが形成されている。前記端子ピン（４）における前記圧入用大径外周面（４１ａ）と前記圧入用小径外周面（４２ａ）の間の外周面部分には、前記圧入方向（Ａ）に突出している円環状の圧入用突起（４３）が形成されている。前記圧入用突起（４３）は、前記段差面（３３）に対して前記圧入方向（Ａ）に所定量だけ食い込んだ状態で、当該段差面（３３）に圧入固定されている。

ここで、本発明の防水構造は、スプリングピン型コンタクトにおけるピン孔とスリーブの間の防水構造、あるいは、パッドピン型コンタクトにおけるピン孔とパッドピンの間の防水構造として用いるのに適している。

本発明の防水構造では、ピン孔に段差面を形成し、端子ピンには段差面に圧入固定される圧入用突起を形成してある。端子ピンは圧入用大径外周面および圧入用小径外周面によってピン孔に対して確実に圧入固定される。これらの圧入部分の隣接部位においては、ピン孔の内周面を規定している樹脂部分が押し出されて、端子ピンとピン孔の間の隙間が封止される。

端子ピンの圧入用突起は、ピン孔の段差面に対して、圧入方向に食い込むことで、当該段差面に固定される。このような平面圧入部分の隣接部位においても、段差面から押し出された樹脂部分によって端子ピンとピン孔の間の隙間が封止される。このような平面圧入部分は、圧入用大径外周面による外周圧入部分と、圧入用小径外周面による外周圧入部分との間に形成される。

本発明では、外周圧入部分の間に、圧入方向の異なる平面圧入部分を配置してある。この結果、ピン孔と端子ピンの間の隙間が、圧入によって押し出されて当該隙間に逃げ込んだ樹脂部分によって確実に封止される。本発明者等が行った実験によれば、圧入用突起の形状、圧入用突起に隣接する部位におけるピン孔と端子ピンの間の隙間の状態を適切に設定しておくことで、高い防水性能が得られることが確認された。

本発明の防水構造では、ピン孔と端子ピンの間に設けた外周圧入部分の間に、平面圧入部分を設けている。これにより、端子ピンをピン孔に圧入することで、これらの間に高い防水性能を備えた防水構造が形成される。従来のように、接着剤塗布、防水シート、防水リングの装着を必要としないので、作業工程、製造コストを増やすことなく、ピン孔と端子ピンの間に、圧入によって高い防水性能を付与することができる。

本発明を適用したパッドピン型コンタクトの構成部品を示す説明図である。 ピン孔にパッドピンを圧入固定した状態を示す説明図である。 従来のピン孔と端子ピンの防水構造を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した電気コネクタのピン孔と端子ピンの防水構造を説明する。

図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の防水構造を備えたパッドピン型コンタクトにおけるピン孔の縦断面図、パッドピンの縦断面図、および、ピン孔およびパッドピンを重ねて示す部分拡大縦断面図である。

パッドピン型コンタクト１は、樹脂製のハウジング２と、ハウジング２に形成したピン孔３と、パッドピン４から構成されている。パッドピン４は導電性の金属から形成されており、ピン孔３に圧入固定されている。

ピン孔３は円形断面の孔である。ピン孔３には、ピン孔軸線方向３ａに沿った方向である圧入方向Ａに沿って、ピン圧入側の円形開口３１を備えた大径孔部３２と、これよりも小径の小径孔部３４と、これよりも大径の孔部３５とが、この順序で形成されている。大径孔部３２の円形の大径内周面３２ａと、小径孔部３４の円形の小径内周面３４ａとの間には、圧入方向Ａとは逆の方向を向く円環状の段差面３３が形成されている。

パッドピン４は円形断面のピンである。パッドピン４には、大径のピン頭部４１と、小径のピン脚部４２が形成されている。ピン頭部４１の先端面が平坦な接点面４ａである。ピン脚部４２の先端は、例えば、ハンダ付け等によって配線が接続される接点４ｂである。

大径のピン頭部４１の外周面には、圧入用大径外周面４１ａが形成されている。圧入用大径外周面４１ａは、ピン頭部４１において最も外径が大きな一定幅の円形外周面である。圧入用大径外周面４１ａはピン孔３の大径内周面３２ａに圧入固定されている。この圧入用大径外周面４１ａの外径寸法は、大径内周面３２ａの内径寸法に対して圧入代分だけ大きい。例えば、０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍの圧入代分だけ大きい。

小径のピン脚部４２にも、そのピン頭部４１に繋がっている側の部位に、圧入用小径外周面４２ａが形成されている。圧入用小径外周面４２ａはピン脚部４２において最も外径が大きな一定幅の円形外周面である。圧入用小径外周面４２ａはピン孔３の小径内周面３４ａに圧入固定されている。この圧入用小径外周面４２ａの外径寸法は、小径内周面３４ａの内径寸法に対して圧入代分だけ大きい。例えば、０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍの圧入代分だけ大きい。

また、ピン頭部４１において、圧入用大径外周面４１ａと圧入用小径外周面４２ａの間の外周面部分には、圧入方向に突出している円環状の圧入用突起４３が形成されている。圧入用突起４３は、ピン孔３の段差面３３に対して、圧入方向Ａに所定量だけ食い込んだ状態で、当該段差面３３に圧入固定されている。

さらに詳しく説明すると、圧入用突起４３は、外側テーパー面４３ａと内側テーパー面４３ｂによって規定されている。外側テーパー面４３ａは、圧入用大径外周面４１ａにおける圧入方向Ａの端から延びており、圧入方向Ａに向けて半径方向の内側に傾斜している（圧入方向Ａに向かって外径が漸減している）。外側テーパー面４３ａは、パッドピン４の中心軸線４ｃに対して４５度未満の鋭角で外側から内側に傾斜している。

内側テーパー面４３ｂは外側テーパー面４３ａとは逆方向に傾斜している面である。この内側テーパー面４３ｂは、外側テーパー面４３ａにおける圧入方向Ａの端から、圧入方向Ａとは逆の方向に延びており、圧入方向Ａとは逆の方向に向けて半径方向の内側に傾斜している（圧入方向Ａに向かって外径が漸減している）。内側テーパー面４３ｂは、パッドピン４の中心軸線４ｃに対して略４５度の角度で外側から内側に傾斜している。

圧入用突起４３の内側テーパー面４３ｂの内周縁に連続して、圧入方向Ａに延びている一定外径の外周面部分４４が形成されている。この外周面部分４４の外径寸法は、ピン孔３の小径内周面３４ａの内径寸法と同一であるか、僅かに大きい。外周面部分４４における圧入方向Ａの端に連続して、パッドピン４の中心に向けて半径方向に延びている円環状の段差面４５が形成されている。ここで、圧入用突起４３は、段差面４５に対して、圧入方向に所定量だけ突出している（ピン孔３の段差面３３に対する圧入量（食い込み量）だけ突出している。）。

また、円環状の段差面４５の内周縁に連続して、圧入方向Ａに延びている一定外径の円形の外周面部分４６が形成されている。この外周面部分４６の外径寸法は、ピン孔３の小径内周面３４ａの内径寸法よりも小さい。外周面部分４６の圧入方向の端が、円環状の段差面４７を介して、圧入用小径外周面４２ａに繋がっている。圧入用小径外周面４２ａにおける圧入方向の端からは、内方に傾斜したテーパー面４８が連続している。テーパー面４８の圧入方向の端からは、一定の外径寸法の外周面部分４９が延びている。

ここで、ピン孔３とパッドピン４を、図１（ｃ）に示すように、ピン孔３の段差面３３に、パッドピン４の段差面４５が当接するように、重ね合わせる。これにより、パッドピン４の間には、微小な円環状の隙間５１、５２、５３、５４が形成される。

隙間５１は圧入用大径外周面４１ａに対して圧入方向に隣接した位置にあり、大径内周面３２ａおよび段差面３３と、外側テーパー面４３ａとの間に形成される。隙間５２は、段差面３３と、内側テーパー面４３ｂおよび外周面部分４４との間に形成される。隙間５３は、小径内周面３４ａと、段差面４５、外周面部分４６および段差面４７との間に形成される。隙間５４は圧入用小径外周面４２ａに対して圧入方向に隣接した位置にあり、小径内周面３４ａと、テーパー面４８および外周面部分４９との間に形成される。

図２（ａ）はピン孔３にパッドピン４を圧入した状態を示す縦断面図であり、図２（ｂ）はその部分拡大縦断面図である。パッドピン４をピン孔３に位置決めして圧入方向Ａに圧入する。パッドピン４の段差面４５がピン孔の段差面３３に当接する位置まで、あるいは、当接した状態よりも更に圧入方向に押し込まれた位置まで、パッドピン４を圧入する。

パッドピン４をピン孔３に圧入すると、ピン孔３の大径内周面３２ａ、段差面３３、小径内周面３４ａを規定している樹脂部分が内側に押し出されて、各隙間５１〜５４を封止した状態になる。隙間５１には、パッドピン４の圧入用大径外周面４１ａによって、ピン孔３の側の大径内周面３２ａから押し出された樹脂部分が移動する。また、パッドピン４の圧入用突起４３によって、ピン孔３の側の段差面３３から押し出された樹脂部分が移動する。隙間５２、５３には、パッドピン４の圧入用突起４３、段差面４５によって、ピン孔３の側の段差面３３、小径内周面３４ａから押し出された樹脂部分が移動する。隙間５４には、パッドピン４の圧入用小径外周面４２ａによって、ピン孔３の側の小径内周面３４ａから押し出された樹脂部分が移動する。

このように、ピン孔３とパッドピン４の間には、圧入方向に離れた位置に、圧入用大径外周面４１ａによる外周圧入部分と、圧入用小径外周面４２ａによる外周圧入部分が形成される。また、これらの外周圧入部分の間には、圧入用突起４３が段差面３３に圧入方向に所定量だけ食い込むことによって、平面圧入部分が形成される。このように、パッドピン４をピン孔３に圧入すると、直交する方向からピン孔３の内周面に圧入された状態が形成され、これらの間の隙間が圧入時に移動した樹脂によって確実に液密状態で封止される。よって、従来のように封止用の部材を用いることなく、パッドピン４の圧入のみで、高い防水性能を備えたピン孔３とパッドピン４の間の防水構造を形成できる。

また、圧入用突起４３を備えたパッドピン４の製作も容易である。例えば、ピン頭部４１を、外側テーパー面４３ａと、この圧入側の端から半径方向の内側に延びる平坦な円環状段差面を備えた一般的な形状のパッドピンを製作する。このパッドピンの円環状段差面に、所定深さのＶ溝を切削加工することで、圧入用突起４３を備えたパッドピン４が得られる。Ｖ溝の開口部の溝幅は、例えば、０．０３ｍｍ〜０．０６ｍｍとされる。溝深さは、例えば、０．０５ｍｍとされる。

なお、上記の説明は、パッドピン型コンタクトの場合であるが、本発明は、パッドピン型コンタクト以外の電気コンタクトにも同様に適用できる。例えば、スプリングピン型コンタクトにおけるスリーブとピン孔の間の防水構造として用いることができる。

また、本発明の防水構造においては、圧入方向に離れた位置に形成されている平面圧入部分の間に平面圧入部分を形成すればよい。すなわち、端子ピンの側に圧入方向に突出している圧入用突起を形成し、ピン孔の側に圧入用突起が圧入方向に食い込む段差面を形成すればよい。

したがって、圧入用突起の断面形状、一方の外周圧入部分から平面圧入部分の間におけるピン孔内周面形状および端子ピン外周面形状、平面圧入部分から他方の外周圧入部分までの間におけるピン孔内周面形状および端子ピン外周面形状は、上記の実施の形態における形状に限定されるものではない。

１ パッドピン型コンタクト
２ ハウジング
３ ピン孔
３ａ ピン孔軸線方向
４ パッドピン
４ａ 接点面
４ｂ 接点
３１ 円形開口
３２ 大径孔部
３２ａ 大径内周面
３３ 段差面
３４ 小径孔部
３４ａ 小径内周面
３５ 孔部
４１ ピン頭部
４１ａ 圧入用大径外周面
４２ ピン脚部
４２ａ 圧入用小径外周面
４３ 圧入用突起
４３ａ 外側テーパー面
４３ｂ 内側テーパー面
４４ 外周面部分
４５ 段差面
４６ 外周面部分
４７ 段差面
４８ テーパー面
４９ 外周面部分
５１〜５４ 隙間

Claims (4)

1. 樹脂製のハウジング（２）に形成したピン孔（３）と、当該ピン孔（３）に圧入固定されている導電性の端子ピン（４）との間の防水構造であって、
   前記ピン孔（３）の内周面には、前記端子ピン（４）の圧入方向（Ａ）に延びている大径内周面（３２ａ）と、当該大径内周面（３２ａ）の前記圧入方向（Ａ）の端から内側に延びている円環状の段差面（３３）と、当該段差面（３３）の内周縁に連続して前記圧入方向（Ａ）に延びている小径内周面（３４ａ）とが形成されており、
   前記端子ピン（４）の外周面には、前記圧入方向（Ａ）に離れた位置に、前記大径内周面（３２ａ）に圧入固定されている圧入用大径外周面（４１ａ）と、前記小径内周面（３４ａ）に圧入固定されている圧入用小径外周面（４２ａ）とが形成されており、
   前記端子ピン（４）における前記圧入用大径外周面（４１ａ）と前記圧入用小径外周面（４２ａ）の間の外周面部分には、前記圧入方向（Ａ）に突出している円環状の圧入用突起（４３）が形成されており、
   前記圧入用突起（４３）は、前記段差面（３３）に対して前記圧入方向（Ａ）に所定量だけ食い込んだ状態で、当該段差面（３３）に圧入固定されていることを特徴とするピン孔と端子ピンの間の防水構造。
2. 前記圧入用突起（４３）は、外側テーパー面（４３ａ）と内側テーパー面（４３ｂ）によって規定されており、
   前記外側テーパー面（４３ａ）は、前記圧入用大径外周面（４１ａ）における前記圧入方向（Ａ）の端に連続して前記圧入方向（Ａ）に延びており、
   前記内側テーパー面（４３ｂ）は、前記外側テーパー面（４３ａ）における前記圧入方向（Ａ）の端に連続して当該圧入方向（Ａ）とは逆の方向に延びており、
   前記外側テーパー面（４３ａ）は、前記大径内周面（３２ａ）に対して４５度未満の角度で内方に傾斜しており、
   前記内側テーパー面（４３ｂ）は、前記大径内周面（３２ａ）に対して４５度の角度で内方に傾斜している請求項１に記載のピン孔と端子ピンの間の防水構造。
3. 前記圧入用大径外周面（４１ａ）と前記圧入用突起（４３）の間における前記ピン孔（３）と前記端子ピン（４）の間の円環状の隙間（５１）は、前記圧入用大径外周面（４１ａ）および前記圧入用突起（４３）を圧入することで、前記大径内周面（３２ａ）および前記段差面（３３）から押し出された樹脂部分によって封止されており、
   前記圧入用突起（４３）と前記圧入用小径外周面（４２ａ）の間における前記ピン孔（３）と前記端子ピン（４）の間の円環状の隙間（５２、５３）は、前記圧入用突起（４３）および前記圧入用小径外周面（４２ａ）を圧入することで、前記段差面（３３）および前記小径内周面（３４ａ）から押し出された樹脂部分によって封止されている請求項１または２に記載のピン孔と端子ピンの間の防水構造。
4. 前記端子ピン（４）は、スプリングピン型コンタクトのスリーブ、あるいは、パッドピン型コンタクトのパッドピンである請求項１乃至３のうちのいずれか一つの項に記載のピン孔と端子ピンの間の防水構造。