JP6133706B2 - コネクタ構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気（信号あるいは電力）の伝送経路を接続／切断するコネクタの構造に関する。

電気の伝送経路を接続／切断するコネクタは、様々な電気デバイスに用いられる。一対のコネクタが嵌合／分離することで、電気の伝送経路が接続／切断される。典型的には、一方のコネクタには、板状あるいは棒状の雄端子が備えられ、他方のコネクタには、雄端子が挿通される筒部を有する雌端子が備えられる。筒部には、挿通された雄端子を筒部内側面に押圧するバネ部材が配置されている。金属製の雄端子が雌端子と接触することで電気的接続が確保される。なお、本明細書では、前者を雄コネクタと称し、後者を雌コネクタと称することがある。雄コネクタは、「プラグ」と呼ばれることもある。

雄コネクタを雌コネクタに嵌合する際、端子同士が摺動し、摩耗する。コネクタの挿抜の回数が多くなると、摩耗が進行し、端子同士の電気的接続に影響を及ぼす虞がある。端子の摩耗を抑制する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。

特許文献１のコネクタ構造は、棒状の第１及び第２の雄端子（タブ１１及び押圧部１２）を有する雄コネクタと、２本の雄端子が挿通される筒状の雌端子（角筒部２１）を有する雌コネクタで構成される。雌端子の内側に、雄端子の挿通方向と交差する方向に揺動する板バネ（弾性接触片２６）が配置されている。雄コネクタが雌コネクタに嵌合する際、弾性接触片２６の両側にそれぞれタブ１１と押圧部１２が挿通され、押圧部１２が弾性接触片２６に当接してこれをタブ１１に向けて揺動させる。タブ１１は、揺動した弾性接触片２６と角筒部２１の筒内面との間で挟持され、固定される。タブ１１は、弾性接触片２６と筒内面との間で挟持されるまでは、強く摺動することなく、スムーズに角筒部２１内に挿通される。さらに雄コネクタを前進させると、タブ１１は、弾性接触片２６と筒内面との間で強く圧接されて、安定した電気的接続が確保される。

特許文献２のコネクタ構造では、筒状の雌端子内に、Ｖ字型の板バネが配置されている。板バネは、Ｖ字の一端が雌端子の開口側に位置し、他端が雌端子の奥側に位置するように配置されている。Ｖ字の屈曲部は雌端子の内面に当接している。棒状の雄端子が雌端子内に挿通される際、雄端子は、雌端子の開口側の板バネ端部の先を通過して奥側のバネ端部へと向かう。雄端子の先端がＶ字の奥側のバネ端部に当接してこれを押し下げる。そうすると、板バネは、Ｖ字の屈曲部が支点となって揺動し、開口側のバネ端部が雄端子に向けて移動する。雌端子開口側のバネ端部が雄端子に当接し、雌端子の内面との間で雄端子を挟持する。雄端子は、板バネが揺動するまでは強く摺動することなくスムーズに雌端子内に挿通される。板バネが揺動すると雄端子は雌端子に圧接され、安定した電気的接続が確保される。

特開２０１１−１１９１０５号公報 特開２０００−１６４２７１号公報

特許文献１、２の技術はいずれも、挿入の途中までは低摩擦で雄端子が移動でき、途中から板バネが雄端子を押圧する。それゆえ、相互に摺動する雄端子と雌端子の摩耗が低減できる。しかしながら、バネ部材が雄端子の側面を押圧し始めてからは、両者は強く摺動する。本明細書は、従来のコネクタ構造よりもさらに端子（金属端子）の摩耗を低減する技術を提供する。

本明細書が開示するコネクタ構造は、雄コネクタと、これに嵌合する雌コネクタで構成される。雄コネクタは、板状あるいは棒状の第１及び第２の雄端子を有する。第１の雄端子は、その長手方向にスライド可能に雄コネクタに取り付けられている。雌コネクタは、２本の雄端子が挿通される筒状の雌端子を有する。雌端子の内側に、雄端子の挿通方向と交差する方向に揺動するバネ部材が配置されている。そして、雄コネクタが雌コネクタに嵌合する際、バネ部材の両側にそれぞれ第１と第２の雄端子が挿通され、第２の雄端子がバネ部材に当接してこれを第１の雄端子に向けて揺動させる。第１の雄端子は、揺動したバネ部材と雌端子の筒内面との間で挟持され、圧接される。挟持圧が強くなると、嵌合完了に向けて移動する雄コネクタに対してスライドする。すなわち、雄コネクタは雌コネクタに向けて前進するが、挟持圧が強くなると雄端子は雌端子の筒への挿通途中で雌端子に対して相対的に停止し、それ以上は摺動しない。雄端子は挟持圧が強くなると雌端子と摺動しなくなるので、強い接圧での摺動が行われることがなく、摩耗が抑制される。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のコネクタ構造の断面図である（雌雄のコネクタが分離した状態）。 図１のII−II線に沿った雌コネクタの横断面図である。 実施例のコネクタ構造の断面図である（雌雄のコネクタ嵌合初期）。 実施例のコネクタ構造の断面図である（雌雄のコネクタ嵌合途中）。 実施例のコネクタ構造の断面図である（雌雄のコネクタの嵌合が完了した状態）。

図１から図５を参照して実施例のコネクタ構造を説明する。実施例のコネクタ構造は、雄コネクタ１２と雌コネクタ２で構成される。雄コネクタ１２と雌コネクタ２の組を、コネクタ構造３０、あるいは、コネクタセット３０と称する。このコネクタセット３０は、例えば、電気自動車やハイブリッド車の車載デバイスのケーブル接続に用いられる。

図１、及び、図３から図４は、雄コネクタ１２と雌コネクタ２の断面図（縦断面図）である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図であり、雌コネクタ２の横断面図である。図１は雄コネクタ１２と雌コネクタ２が対向配置されているが完全に分離している状態を示している。図３は、雄コネクタ１２と雌コネクタ２が嵌合を開始した直後（嵌合初期）の状態を示している。図４は、雄コネクタ１２雌コネクタ２の嵌合が中程度進んだ状態（嵌合中期）を示している。図５は雄コネクタ１２と雌コネクタ２が完全に嵌合した状態を示している。雄コネクタ１２と雌コネクタ２が相互に嵌合すると夫々のコネクタに備えられている金属端子同士が接触し、電気的導通が確保される。なお、図１、図３から図４では、雌雄のコネクタ１２、２の後端、即ち、金属端子にケーブルが固定されている箇所は図示を省略しており、嵌合部位だけを断面で示している。

雄コネクタ１２では、樹脂製のハウジング１３（雄コネクタハウジング）に端子基部１８が埋め込まれており、その端子基部１８から、雌コネクタ２への挿通方向（図中のＸ軸方向）へ２本の金属細長板状の雄端子１４、１５が伸びている。２本の雄端子１４、１５は、一部がハウジング１３に覆われているが、先端部分は露出している。ハウジング１３の先端は筒状に形成されており、その筒の内部にて２本の雄端子１４、１５の先端が露出している。以下、２本の雄端子を区別する場合には、一方の雄端子を第１雄端子１５と称し、もう一方の雄端子を第２雄端子１４と称する。

第２雄端子１４と端子基部１８は、一体の金属片である。図示を省略しているが、端子基部１８に電気ケーブルがハンダ付け、あるいは圧着にて固定されている。第１雄端子１５は、金属編み線１６を介して端子基部１８と接続している。第１雄端子１５も金属製であり、金属編み線１６を介して端子基部１８と導通している。金属編み線１６は柔軟であって伸縮することができるので、第１雄端子１５は、端子基部１８との導通を保ったまま、端子基部１８に対して（即ち、ハウジング１３に対して）、端子の長手方向（図中のＸ軸方向）にスライド可能である。

雌コネクタ２は、樹脂製のハウジング３（雌コネクタハウジング）と雌端子８、及び、板バネ５で構成される。図２の横断面によく示されているように、雌端子８は、金属の筒状であり、ハウジング３に覆われている。ハウジング３の先端には２つの孔３ａが設けられており、雄コネクタ１２と嵌合する際、その孔３ａを通じて雌端子８の筒の内部に２本の雄端子１４、１５が挿通される。なお、図示を省略しているが、雌端子８の後端（雄コネクタ１２から遠い側）に電気ケーブルがハンダ付け、あるいは圧着にて固定されている。

板バネ５は、雌端子８の筒の後端（雄コネクタから遠い側の端）に連続する板部材であり、雌端子８の筒の後端から筒内部に向けて折り返されている。板バネ５は、符号６のポイントで屈曲し、さらに、雌端子８の筒の先端開口付近で内側に折り返されている。符号６が示すポイントは、後述する最近接点に相当する。板バネ５は、雌端子８の筒の後端の折り返し点を支点として図中のＺ方向に揺動することができる。ここで、図中のＸ軸方向が雄コネクタ１２（雄端子１４、１５）の雌コネクタ２（雌端子８）への挿通方向を表しており、図中のＺ軸方向（及びＹ軸方向）は、挿通方向に直交する方向を表している。より詳しくは、板バネ５は、板バネ５を挟み込むように位置する２本の雄端子１５、１４の間を揺動するように配置されている。

図３−図４を参照しながら雌雄のコネクタ１２、２が嵌合するときの動作を説明する。雄コネクタ１２のハウジング１３は先端が筒状であり、これに雌コネクタ２のハウジング３が嵌合する。２本の雄端子１４、１５は、雄コネクタ１２の雌コネクタ２への挿通方向（図中のＸ軸方向）に伸びており、雄コネクタ１２が雌コネクタ２に嵌合する際、ハウジング３の孔３ａを通じて雌端子８の筒の内部に挿通される。２本の雄端子１４、１５は、夫々、雌端子８に挿通される際、板バネ５の両側を通る。即ち、板バネ５は２本の雄端子１４、１５に挟まれる。なお、以下では、説明を簡単にするために便宜上、雄コネクタ１２（雄端子１４、１５）が雌コネクタ２（雌端子８）に向けて進むことを「前進する」と表現する。

図３は、嵌合初期における断面図であり、第２雄端子１４が板バネ５に当接した時点を示している。嵌合前の状態では、第１雄端子１５の挿通経路には板バネ５が干渉していないが、第２雄端子１４の挿通経路には板バネ５が干渉している。また、図によく表されているように、初期状態では、第１雄端子１５は、第２雄端子１４よりも長く伸びており、第１雄端子１５の先端は、第２雄端子１４の先端よりも雌コネクタ２に近い。図３の時点では、第２雄端子１４の先端が板バネ５に当接しているが、第１雄端子１５は板バネ５に当接していない。また、板バネ５において第１雄端子１５に最も近い位置（近接点６）は、第１雄端子１５の側面に面している。

図４に、雄コネクタ１２が更に前進した状態を示す。第２雄端子１４は、雌端子８の筒内を前進すると、板バネ５を第１端子側へ押し動かす。すなわち、第２雄端子１４が板バネ５を第１雄端子１５の側へ揺動させる。その結果、板バネ５の近接点６が、第１雄端子１５の側面に当接する。第１雄端子１５は、板バネ５と雌端子８の筒の内面８ａとの間で挟持されることになる。挟持圧が高まると、第１雄端子１５と、板バネ５及び内面８ａとの摩擦力が高まる。その結果、第１雄端子１５は雌端子８に対して相対的に動かなくなり、雄コネクタ１２のさらなる前進に対しては雄コネクタ１２の端子基部１８と第１雄端子１５の間の金属編み線１６が伸縮方向に縮み、第１雄端子１５は雄コネクタ１２の前進に対してスライドする。接圧が高くなって相対停止した第１雄端子１５と雌端子８はそれ以上摺動しないので、この時点より先では摩耗することがない。

図５は、嵌合が完了した状態を示す。第１雄端子１５は、板バネ５と内面８ａに強く挟持され、図３の状態から動いておらず、雄コネクタ１２（ハウジング１３）に対する相対位置関係が図３の状態から変化している。即ち、図３の状態から雄コネクタ１２が完全に嵌合するまでの間、第１雄端子１５は雄コネクタ１２に対してスライドする。スライドの方向は、第１雄端子１５がハウジング１３に対して後退する向きである。

また、図５によく示されているように、図４の状態に比べて、第２雄端子１４のさらなる前進によって板バネ５がさらに強く第１雄端子１５に押し付けられる。第１雄端子１５は、板バネ５の近接点６と雌端子８の筒の内面８ａの間で強く挟持され、接圧がさらに高まる。その結果、第１雄端子１５と雌端子８及び板バネ５との導通がより一層確実となる。なお、板バネ５は、雌端子８と一体に作られており、雄コネクタ１２と雌コネクタ２の間の導通に貢献する。

なお、板バネ５の剛性は、雌端子８の内面８ａとの間で第１雄端子１５を挟持したとき、雄コネクタ１２がさらに前進しても第１雄端子１５が雌端子８に対して停止するように定められる。別言すれば、板バネ５の剛性は、雌端子８の内面８ａとの間で第１雄端子１５を挟持したときに生じる摩擦力が、金属編み線１６の剛性によって第１雄端子１５を長手方向に押す力よりも大きくなるように設定される。

上記コネクタ構造３０の利点を説明する。上記コネクタ構造では、第１雄端子１５は雄コネクタ１２に対してその長手方向（挿通方向）にスライド可能（伸縮自在）に取り付けられているとともに、雌コネクタへの挿通途中で雌端子内面８ａと板バネ５によって挟持される。挟持される前までは、低摩擦で雌端子８の筒内を進行し、挟持された後は、挿通方向の動きが規制される。第１雄端子１５の挿通方向の動きが規制されても、第１雄端子１５はスライドできるため、雄コネクタ１２そのものは、前進を続け嵌合を完遂することができる。以上のとおり、コネクタ構造３０は、雌端子（第１雄端子１５）の挿抜の繰り返しによる摩耗を低減することができる。なお、嵌合が完了した後は、雄端子１５は雌端子８の内面８ａと板バネ５に強く挟持され、確実な導通性が確保される。

実施例のコネクタの利点の一つについて、詳しく説明する。車両に搭載するコネクタの場合、エンジンや車両の振動、大電流通電時や環境温度変化時の熱変形により、雄端子と雌端子の電気接点において摺動が発生する可能性がある。さらに摺動は、端子の挿抜によっても生じる。この摺動は、端子の接点表面（端子のメッキ、母材など）を摩耗し、酸化物を生成する。そして、摺動と摩耗が繰り返されると、酸化物は徐々に端子の接点に堆積していく。この酸化物は、高抵抗であるため、酸化物の体積は接点の接触抵抗を増加させる。接触抵抗の増加は通電時に端子の温度上昇を招く。端子の温度が過度に上昇すると、端子を保持する樹脂（ハウジング）が痛む虞がある。実施例のコネクタ構造は、雄端子と雌端子の間の摺動を抑制し、もって上記の接触抵抗の増加を抑える効果がある。

実施例で説明したコネクタ構造３０に関する留意点を述べる。実施例の雄コネクタ１２では、端子基部１８との導通を確保しつつ第１雄端子１５のスライド可能性を実現するため、端子基部１８と第１雄端子１５を金属編み線１６で連結した。金属編み線１６の代わりに、挿通方向に伸縮するバネ（コイルバネ）を採用してもよい。また、雄コネクタが備える雄端子は２本に限らず、３本以上であってもよい。３本以上の雄端子のいずれかが上記の第１雄端子に相当し、別のいずれかの１本が上記の第２雄端子に相当すればよい。また、２本の雄端子１４、１５は、金属細板状であった。２本の雄端子１４、１５は、板状あるいは棒状であればよい。

実施例では、板バネ５の近接点６は、板バネの屈曲箇所であった。板バネ５と第１雄端子１５の良好な接触を確保するためには、この近接点は球面状に形成することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：雌コネクタ
３：ハウジング（雌コネクタハウジング）
３ａ：孔
５：板バネ
６：近接点
８：雌端子
８ａ：雌端子の筒の内面
１２：雄コネクタ
１３：ハウジング（雄コネクタハウジング）
１４：雄端子（第２雄端子）
１５：雄端子（第１雄端子）
１６：金属編み線
１８：端子基部
３０：コネクタ構造（コネクタセット）

Claims (1)

1. 板状あるいは棒状の第１及び第２の雄端子を有する雄コネクタと、前記２本の雄端子が挿通される筒状の雌端子を有する雌コネクタで構成されるコネクタ構造であり、
   第１の雄端子は、その長手方向にスライド可能に雄コネクタに取り付けられており、
   前記雌端子の内側に、前記雄端子の挿通方向と交差する方向に揺動するバネ部材が配置されており、
   前記雄コネクタが前記雌コネクタに嵌合する際、前記バネ部材の両側にそれぞれ第１と第２の雄端子が挿通され、前記第２の雄端子が前記バネ部材に当接して前記バネ部材を前記第１の雄端子に向けて揺動させ、
   前記第１の雄端子は、揺動した前記バネ部材と前記雌端子の筒内面との間で挟持され、前記雌端子の筒への挿通途中で前記筒内面に対して相対的に停止した状態で、移動する前記雄コネクタに対してスライドする、
   ことを特徴とするコネクタ構造。

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