JP6082441B2 - 機械的に支援される係合を有する電気コネクタ - Google Patents

Description

本出願は、２０１４年８月２７日に出願された米国特許出願第１４／４７０，０１６号の利益を主張するものであり、その開示全体が、参照によりこれによって組み込まれる。

本発明は、概して電気コネクタに関し、より詳しくは機械的に支援される係合を有する電気コネクタに関する。

機械的に支援される電気コネクタは、典型的には、相手側コネクタと電気的に接続するための力を低減するために、組み立てる人に機械的効率を提供するという特徴を備えている。２つのコネクタを一緒にするためにピンまたは柱状部と相互作用する線形（すなわち、直線）傾斜部を有する摺動体を作動させるためにレバーを利用する既知の構成は、米国特許第６，３０５，９５７号および国際特許公開ＷＯ２０１４０４６８７７に示されており、これらの内容は、参照により本明細書にこれによって組み込まれる。これらのコネクタ構成の欠点は、レバーが前へ進められて、接続が行われているときに、レバーの有効長の変化、および、電気コネクタと相手側コネクタとによって生じる係合力の変化を補償するために追加的な力を提供するために人がレバーを操作する必要があることである。

米国特許第６，３０５，９５７号 国際特許公開ＷＯ２０１４０４６８７７

一実施形態によると、電気コネクタが提供される。この電気コネクタは、電気コネクタに移動可能に結合されるとともに第１の位置から第２の位置まで移動可能であるレバーと、電気コネクタに摺動可能に結合されるとともに第１の位置から第２の位置までレバーが回転運動することによって摺動体を横方向に移動させるようにレバーに結合される摺動体と、を備えている。摺動体は、スロットを形成し、このスロットは、スロット開口部とスロット端部との間に傾斜部を有する。傾斜部は、レバーが第１の位置から第２の位置まで移動されるときに、電気コネクタと相手側コネクタとを共に押圧するのに有効な態様で相手側コネクタの柱状部に係合するように構成される。傾斜角は、電気コネクタを相手側コネクタに接続するときに、レバーを第１の位置から第２の位置まで進めるために加えられる力のピーク値を低減するために、傾斜部の長さに沿って変えられる。

傾斜角は、摺動体を移動させるためのレバーの機械的効率に従って変えられてもよい。傾斜角は、電気コネクタおよび相手側コネクタが共に押圧されるときに、電気コネクタと相手側コネクタとによって生じる係合力に従って変えられてもよい。傾斜角は、摺動体を移動させるためのレバーの機械的効率に従ってさらに変えられてもよい。

背景技術の欄で論じられた主題は、背景技術の欄で言及されたことのみから従来技術であると推測されるべきでない。同様に、背景技術の欄で言及された問題、または、背景技術の欄の主題と関連する問題は、従来技術において以前に認識されていたと推測されるべきではない。背景技術の欄での主題は、単に異なる手法を表しているだけであり、それはまた、それ自体で発明になり得る。

本発明は、単に例示目的として、添付の図面を参照して以下に説明される。

一実施形態による電気コネクタおよび相手側コネクタの等角図である。 一実施形態による、電気コネクタのレバーが第１の位置にあるときの図１の電気コネクタおよび相手側コネクタの側面図である。 一実施形態による、電気コネクタのレバーが第２の位置にあるときの図１の電気コネクタおよび相手側コネクタの側面図である。 一実施形態による、図１の相手側コネクタの非分解図を含む、図１の電気コネクタの分解図である。 一実施形態による、図１の電気コネクタの摺動体のスロットの拡大側面図である。 一実施形態による、レバーが第１の位置から第２の位置まで移動されるときにレバーによって提供される機械的効率のグラフである。 一実施形態による、レバーが第１の位置から第２の位置まで移動されるときに電気コネクタと相手側コネクタとによって生じる係合力のグラフである。 一実施形態による、図１の電気コネクタの傾斜部および柱状部の自由物体図である。 一実施形態による、図１の電気コネクタの摺動体に作用する力の図である。 一実施形態による、図１の電気コネクタのレバーの自由物体図である。 一実施形態による、変化する傾斜角を有する傾斜部を、一定の傾斜角を有する傾斜部と比較する、レバー位置に関して加えられる負荷のグラフである。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態の次の詳細な説明を読むことによっていっそう明らかになるであろう。ただし、この説明は、非限定的な例示を目的として添付の図面を参照して提示される。

図１〜図４は、機械的に支援される電気コネクタ１２の非限定的な例を示している。この電気コネクタ１２は、対応する相手側コネクタ１４と接続するように構成される。電気コネクタ１２は、電気コネクタ１２を相手側コネクタ１４に接続するときに機械的効率を提供するためのレバー１６を備えている。概して、レバー１６は、円形切欠１８Ａ，１８Ｂを介して電気コネクタ１２に移動可能に結合され、第１の位置２０から第２の位置２２まで移動可能である。この例では、第１の位置２０および第２の位置２２は、代替的に、初期位置２０および最終位置２２としてそれぞれ特徴付けられてもよい。電気コネクタ１２は、摺動体２３を備えている。この例では、摺動体２３は、第１の摺動体２３Ａと第２の摺動体２３Ｂとからなる。当業者であれば、摺動体２３が、代替的に一体形成物として形成されていてもよく、単数形で呼ばれてもよいことを認識するであろう。摺動体２３Ａ，２３Ｂは、空洞２４Ａ，２４Ｂを介して、電気コネクタ１２に摺動可能にそれぞれ結合される。摺動体２３Ａ，２３Ｂは、レバー１６の回転運動が摺動体２３Ａ，２３Ｂを横方向に移動させるように、細長い切欠き２６Ａ，２６Ｂを介してレバー１６にそれぞれ結合される。

電気コネクタ１２の摺動体２３Ａ，２３Ｂのそれぞれは、少なくとも１つのスロット２８を形成する。スロット２８は、レバー１６が第１の位置２０から第２の位置２２まで移動されるときに、電気コネクタ１２および相手側コネクタ１４を共に押圧するのに有効な態様で相手側コネクタ１４の柱状部３０と協働するように構成される。摺動体２３のスロット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ，２８Ｅ，２８Ｆ，２８Ｇは、すべて、スロット２８と同様に構成される。スロット２８Ａ〜Ｇは、柱状部３０とのスロット２８の協働と同様の態様で、相手側コネクタ１４の柱状部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇとそれぞれ協働する。スロット２８は、電気コネクタ１２および相手側コネクタ１４が共に押圧されるときに電気コネクタ１２および相手側コネクタ１４によって生じる係合力３４に打ち勝つために必要とされる接続力３２を分配する。スロット２８は、図５で示されるように、スロット開口部３８とスロット端部４０との間に傾斜した部分を有する。スロット開口３８およびスロット端部４０は、それぞれ、スロット開口３８およびスロット端部４０を傾斜した部分３６に連結する形状を有する移行部３８Ａ，４０Ａをそれぞれ有する。傾斜した部分３６（以下では、傾斜部３６と呼ぶ）は、スロット２８が柱状部３０と相互作用するときに電気コネクタ１２および相手側コネクタ１４を共に押圧するように構成される。

傾斜部３６は、傾斜角４２を有するものとして特徴付けられる。傾斜角４２は、柱状部３０が傾斜部３６に接触する点に接する傾斜部３６の勾配として説明されてもよい。

この傾斜角４２は、傾斜部３６の長さに沿って変化する。すなわち、傾斜部３６は、湾曲しており、このため、傾斜部３６の勾配は、傾斜部３６が線形である場合のように一定ではない。傾斜角４２は、電気コネクタ１２を相手側コネクタ１４に接続するときにレバー１６を第１の位置２０から第２の位置２２まで進めるために加えられる力４４のピーク値、および／または、加えられる力４４の変化が、傾斜部３６と柱状部３０の界面によって低減されるように選択される。傾斜角４２は、ピークの加えられる力４４、および、加えられる力４４の変化に影響を及ぼす他の変数の変化を補償するために変えられる。傾斜角４２は、傾斜部３６の曲線が一定でない半径を有するように選択されてもよい。

図示される例では、傾斜角４２は、摺動体２３を移動させるためのレバー１６の機械的効率（図６）および係合力３４（図７）に従って傾斜部３６の長さに沿って変えられる。

係合力３４は、相手側端子のすべての全係合力ＦＴを決定することによって推定されてもよい。この端子係合力は、端子潤滑剤の使用によって３０〜７０％低減され得る。この係合力の低減は、潤滑因子ＬＴによって表され得る。相手側端子同士間の不整合は、係合力３４を３０〜４０％の間で増加させることもある。この係合力の増加は、不整合因子ＭＳによって表され得る。係合力３４は、また、Ｆｏｔｈｅｒによって表される、コネクタ同士を嵌め合わせるために必要とされる追加的な力（例えば、シールおよび／またはグロメットを圧縮するために必要とされる力など）によって影響を受け得る。したがって、係合力３４は、次式によって計算され得る。
Ｆｅｎｇａｇｅ＝ＦＴＭＳＬＴ＋Ｆｏｔｈｅｒ

図８は、柱状部３０および傾斜部３６の自由物体図を例示している。「古典的な」分析については、傾斜部３６に平行かつ傾斜部３６の上方へ向けられる大きさＦｕｐの力とともに、大きさＦｒの重量を有する物体として柱状部３０を扱う。ここで、Ｆｒは、以下のようになる。

ｎｒは、摺動体１つ当たりの傾斜部の総数である。ｆｐおよびＦｒは、以下でより詳細に説明される。傾斜角４２、θは、Ｆｒを傾斜部３６に垂直な分力と、傾斜部３６に平行な分力と、に分解するために使用され得る。その結果、
法線力Ｎｒ＝Ｆｒｃｏｓθ
傾斜部３６を滑り落ちるＦｒの成分Ｆｒｘ’＝Ｆｒｓｉｎθ
柱状部３０と傾斜部３６との間の摩擦ｆｒ＝Ｎｒμｒである。
傾斜部３６と柱状部３０との間の摩擦係数μｒは、選択される材料に依存する。μｒが既知でなければ、０．２７の控えめな値が使用されてもよい。

傾斜部３６に平行な力を合計すると以下の通りとなる。

実際には、水平力Ｆｕｐｘ’は、摺動体２３の動きによって傾斜部３６に加えられており、その結果Ｆｕｐは、Ｆｕｐｘ’の成分として扱われてもよい。Ｆｕｐｘ’は以下の通りである。

図９は、摺動体の自由物体図を例示している。摺動体２３に対抗する摺動柱状部３０の動きは、摩擦
ｆｐ＝ＦＳＰμｐ
に起因して、力ｆｐを生成する。摺動体２３の動きは、摺動体２３の底部と筺体との間の摩擦力ｆｓによって対抗されることになる。摩擦係数μｓ（筺体と摺動体２３との間の摩擦係数）およびμｐ（柱状部３０と摺動体２３との間の摩擦係数）は、選択される材料の関数である。μｓおよびμｐが既知でなければ、０．２７の控えめな値が使用されてもよい。ｆｓは以下の通りである。

ｘでの力を合計すると、以下の通りとなる。

ＦＳＰについて解くと、以下の通りとなる。

ｙでの力を合計すると、以下の通りとなる。

したがって、

したがって、

摺動柱状部３０と摺動体２３との間には摩擦があり、その結果、以下の通りとなる。
φｉからφ＝９０°までは、レバー１６は、摺動体２３に上向きの力を印加する
φ＝９０°からφｆまでは、レバー１６は、摺動体２３に下向きの力を印加する

摺動体２３についての機械的効率は、以下のように計算されてもよい。

摺動体２３は、実際には、摩擦に起因して機械的効率に悪影響を及ぼす。

レバー１６の機械的効率は、図１０を参照して理解することができる。図１０の自由物体図を調べることによって、次の観察が行われ得る。

操作者が加える力４４（ＦＯ）は、レバー１６の半径Ｒ２に垂直に加えられると仮定される。加えられる力４４は、操作者によって与えられる人間工学的要求によって決定される。摺動柱状部３０に対抗する摺動体２３の力ＦＳＰは、水平方向に作用する。摺動柱状部の半径ＲＳＰ、および、レバー１６のそれぞれ初期角度φｉおよび最終角度φｆのそれぞれもまた図示される。摺動柱状部半径の垂直成分ＲＳＰｙ＝ＲＳＰｓｉｎφであり、摺動柱状部半径の水平成分ＲＳＰｘ＝ＲＳＰｃｏｓφである。ＲＳＰｙおよびＲＳＰｘは、レバー１６が、初期位置２０（φｉ）と最終位置２２（φｆ）との間で移動するとき、変化することに留意されたい。ＲＳＰｙが変化するので、その結果、加えられる力４４（ＦＯ）と、レバー１６の機械的効率Ｍｌｅｖｅｒと、は両方とも、変化することになる。旋回軸中心の周りのモーメントを合計すると、以下のようになる。

ここで、ｆｐは以下の通りである。

したがって、

レバー１６の理想的な機械的効率Ｍｌｅｖｅｒは、摩擦がなく、操作者が、加えられる力４４（ＦＯ）をレバー半径Ｒ２に接して加えると仮定すると、次の通りに導かれ得る。

したがって、レバー１６の理想的な機械的効率は、以下の通りとなる。

レバーの最小機械的効率Ｍｌｅｖｅｒは、レバー角φが９０°であるときに生じる。これは、ｓｉｎ９０°＝１となり、分母が最大化されるからである。

機械的に支援される電気コネクタ１２の総機械的効率Ｍは、レバーの機械的効率Ｍｌｅｖｅｒ、および、柱状部３０と傾斜部３６との界面の機械的効率Ｍｒａｍｐの両方の積Ｍ＝ＭｌｅｖｅｒＭｒａｍｐである。総機械的効率Ｍは、レバー角φ
および傾斜角４２（θ）の両方の関数である。

レバー１６の機械的効率が、レバーの初期位置２０（φｉ）および最終位置２２（φｆ）においてより高く、９０°において最も低いとするならば、傾斜部３６は、初期点および最終点で「より急勾配で」あるが中間では「より浅い」傾斜角４２（勾配）を有して構成される。所望の勾配は、正弦または余弦などの三角関数を思い出させる曲線を生み出し、したがって、それは、以下のようにモデル化され得る。

ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、定数である。傾斜部３６自体の形状を見いだすために、この式を積分すると、以下の通りとなる。

これは、本質的には、三角関数と直線Ｄｘとの組み合わせである。

定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄについての初期値は、次の通りに選択される。Ｄは、古典的な形の直線ｙ＝ｍｘ＋ｂ（ｍは直線の勾配である）の勾配を記述することを認識すると、Ｄは、勾配または基本的な傾斜角４２として近似され得る。したがって、以下の通りとなる。

Ａｔｘ＝０、ｙ＝０であり、したがって、以下の通りとなる。

この式は、Ａ＝０、Ｂ＝∞またはｃｏｓ（Ｃ）＝０の場合にだけ満たされ、

のとき、ｃｏｓ（Ｃ）＝０である。ただしｎは、任意の整数である。Ａ≠０およびＢ≠∞のとき、

である。Ｂは、三角関数の周波数に影響を及ぼす。余弦関数が、傾斜部３６の長さにわたって０から２πまで適用されることを認識すると、

である。Ａは、三角関数の振幅に影響を及ぼす。Ａは、Ａ＝０．１の任意の値に設定されてもよい。

実際には、係合力３４は、異なる複数の端子または端子の組が、機械的に支援される電気コネクタ１２の係合に沿って異なる点で係合することになるとき、一定ではない。初期レバーの投入の間、係合力３４は、非常に低い。それ故に、最初は、機械的に支援される電気コネクタ１２の高い機械的効率は、必要とされず、「無駄にされて」いる。その構成は、レバーの機械的効率をレバーの完全な投入によっていっそう良好に使用するために、傾斜部の形状または輪郭を調整し、傾斜部３６の長さに沿って傾斜角４２を変えることによって改善されてもよい。これは、係合力３４が小さい間は電気コネクタ１２の機械的効率を最小化するとともに、係合力３４がその最高値にあるときは電気コネクタ１２の機械的効率を最大化することによって、行われてもよい。レバー１６の幾何学的形状は、レバー１６が初期位置２０φ（ｉ）から最終位置２２φ（ｆ）まで移動されるときに変化せず、したがって、レバー１６を改善することは可能ではない。傾斜部３６の勾配は、その勾配が最初はより高く、係合力３４がその最高値に達するときにより低くなるようなｘの非線形関数として構成されてもよい。これは、上で示されるような一定の勾配を有する線形傾斜部よりもむしろ勾配

を有する式

の曲線によって特徴付けられる傾斜部３６を示唆する。

レバー１６および傾斜部３６の下記の設計パラメータが与えられる。
ＲＳＰ−旋回柱状部と摺動柱状部３０との間の距離
Ｒ２−操作者接触点と旋回柱状部との間の距離
ｎｒ−摺動体１つ当たりの傾斜部の数
ｕｒ−傾斜部３６と摺動柱状部３０との間の摩擦係数
ｕｓ−摺動体２３と筺体の空洞２４との間の摩擦係数
ｕｐ−摺動体２３を押すレバー柱状部と摺動体２３の切欠き２６との間の摩擦係数
ｌｒａｍｐ−傾斜部の長さ
ｈｒａｍｐ−傾斜部の高さ
θ−比較可能な線形傾斜角
φｉ−レバー初期位置２０の角度
φｆ−レバー最終位置２２の角度
ΣＦｔ（ｙ）−機械的に支援される電気コネクタ１２がｙ軸に沿って係合する場合の、種類別の端子の数、種類別の係合力、および、ｙ軸に沿った端子の位置に基づく端子の総係合力。
ΣＦｏ（ｙ）−ｙ軸に沿ったこれらの要素の位置に基づくシールおよび／またはグロメットの総係合力。
傾斜部３６の構成は、下記のこれらのステップに従うことによって最適化されてもよい。
１．係合力をｙの関数として記述するための式を展開する。
（ａ）Ｆｅｎｇａｇｅ＝ｆ（ｙ）＝ΣＦｔ（ｙ）ＬｔＭｓ＋ΣＦｏ（ｙ）
２．以下のように最適化すべき１つ以上の定数を有する傾斜部３６の幾何学的形状を記述するための式を展開する。
（ｂ）ｙ＝ｆ（ｘ）であり、その結果、傾斜部３６の勾配は、

である。
３．以下のように、ｘとレバーの角度φとの間の関係を記述するための式を展開する。
（ｄ）ｘ＝ｆ（φ）
４．摺動体２３Ａ，２３Ｂを押す柱状部に作用する力を分析すると、
（ｅ）ＦＳＰ＝ｆ（θ）
が得られる。θと

との間の関係を理解すると、式（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｅ）を組み合わせることができ、
（ｆ）ＦＳＰ＝ｆ（ｘ）
が得られる。
５．レバー１６に作用する力を分析すると、
（ｇ）Ｆ０＝ｆ（φ）
が得られる。
６．（ｆ）を（ｇ）に代入して、Ｆｏを簡略化する。
７．例えば、ステップａ）からｈ）での次の例で示されるようにｎを調整することによって、最小のＦ０ＭＡＸを
φｉからφｆまで最適化するために反復手法を使用する。
ａ）Ｆｅｎｇａｇｅ＝ｍｙ＋ｂ、ただしｂ＝０、

この例は、係合力の線形増加を仮定し、また、ｈｒａｍｐは、必要とされる端子接点重複として記述され得る。
ｂ）

この例では、ｎは、傾斜部３６の形状を最適化するために調整されてもよい変数である。
ｃ）

ｄ）レバーの幾何学的形状から導かれるように、

ｅ）

ｆ）

ｇ）

したがって、
ｈ）

ただしｎは、最小のＦ０ＭＡＸをφｉからφｆまで最適化するために繰り返し調整される。

図１１で示されるように、可変傾斜角４２を有する傾斜部３６の加えられる力４６の、結果として得られるピーク値および変化は、一定の傾斜角を有する傾斜部の加えられる力４８の、結果として得られるピーク値および変化と比較して、低減される。

結果的に、機械的に支援される電気コネクタ１２が提供される。電気コネクタ１２のレバー１６と、摺動体２３のスロット２８と、の構成は、線形（すなわち、直線）の傾斜部を利用する公知の従来技術と比較して、相手側コネクタ１４と接続するために加えられる力４４のピーク値および変化を低減する。

本発明は、その好ましい実施形態について説明されたが、それは、そのように限定されることを目的としておらず、むしろ、次の特許請求の範囲で提示される範囲によってのみ限定されることを意図している。さらに、第１、第２などの用語の使用は、重要性の順序を示すものではなく、１つの要素を他の要素と区別するために使用される。さらに、ａ、ａｎなどの用語の使用は、量の限定を示すものではなく、言及される物の少なくとも１つの存在を示している。

１…摺動体
１２…電気コネクタ
１４…相手側コネクタ
１６…レバー
２０…第１の位置
２２…第２の位置
２３…摺動体
２８…スロット
３０…柱状部
３６…傾斜部
３６…部分
３８…スロット開口部
３８…スロット開口
４２…傾斜角

Claims (4)

1. 電気コネクタ（１２）であって、
   前記電気コネクタ（１２）に移動可能に結合されるレバー（１６）であって、第１の位置（２０）から第２の位置（２２）まで移動可能であるレバー（１６）と、
   前記電気コネクタ（１２）に摺動可能に結合される摺動体（２３）であって、前記レバー（１６）が前記第１の位置（２０）から前記第２の位置（２２）まで回転運動することによって前記摺動体（２３）を横方向に移動させるように前記レバー（１６）に結合される摺動体（２３）と
   を備え、
   前記摺動体（２３）は、スロット開口部（３８）とスロット端部（４０）との間に一定ではない半径を有する傾斜部（３６）を有するスロット（２８）を形成し、
   前記傾斜部（３６）は、前記レバー（１６）が前記第１の位置（２０）から前記第２の位置（２２）まで移動されるときに、前記電気コネクタ（１２）および相手側コネクタ（１４）を共に押圧するのに有効な態様で、前記相手側コネクタ（１４）の柱状部（３０）と係合するように構成され、
   前記傾斜部（３６）は、前記傾斜部（３６）の勾配が前記傾斜部（３６）の長さに沿って一定ではないように湾曲しており、
   前記傾斜部（３６）の前記勾配は、前記電気コネクタ（１２）を前記相手側コネクタ（１４）に接続するときに、前記レバー（１６）を前記第１の位置（２０）から前記第２の位置（２２）まで進めるために加えられる力（４４）のピーク値を低減するように構成された
   電気コネクタ。
2. 請求項１に記載の電気コネクタ（１２）であって、
   前記傾斜部（３６）の前記勾配は、数式ｄｙ／ｄｘ＝ｎｘ ^ｎ−１にしたがって変えられ、
   前記ｘは、前記摺動体（２３）の長手方向として規定され、
   前記ｙは、前記長手方向に直行する方向として規定される
   電気コネクタ。
3. 請求項１に記載の電気コネクタ（１２）であって、
   前記傾斜部（３６）の前記勾配は、前記電気コネクタ（１２）および前記相手側コネクタ（１４）が共に押圧されるときに、前記電気コネクタ（１２）および前記相手側コネクタ（１４）によって生じる係合力（３４）に従って変えられる
   電気コネクタ。
4. 請求項３に記載の電気コネクタ（１２）であって、
   前記傾斜部（３６）の前記勾配は、前記摺動体（２３）を移動させるための前記レバー（１６）の機械的効率に従ってさらに変えられる
   電気コネクタ（１２）。

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