JP6415609B2 - 可動コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、フローティング機能を有する可動コネクタに関する。

可動コネクタは、例えば基板に固定される固定ハウジングと、接続対象物と嵌合接続する可動ハウジングと、固定ハウジングと可動ハウジングを繋ぐ端子とを備える電気コネクタとして知られている。可動コネクタの端子は、固定ハウジング（第１のハウジング）に固定する第１の固定部と、可動ハウジング（第２のハウジング）に固定する第２の固定部と、第１の固定部と第２の固定部とを繋ぐとともに可動ハウジングを固定ハウジングに対して変位可能に支持するばね部とを有する構成とされている。

ばね部は、例えば特許文献１で示すように円弧状に湾曲する屈曲部を有する形状に形成されており、ばね部全体の弾性変形により固定ハウジングに対して移動する可動ハウジングの変位を吸収する機能を有している。こうしたばね部による可動ハウジングの変位吸収機能は、可動ハウジングに接続対象物（例えば導通接続するコネクタや基板）を挿入する際に可動ハウジングが位置ずれする嵌合接続時や、接続対象物との嵌合接続後に使用環境下で振動や衝撃を受けて可動ハウジングが変位する時などに発揮することができる。

特許第５８４９１６６号公報、段落００８４−００８８

ところで、前記特許文献１に示す可動コネクタは、本出願人の提案に係るＺ方向可動コネクタである。Ｚ方向可動コネクタは、端子の接点部が接続対象物との接触位置を保持した状態でばね部が可動コネクタに対する接続対象物の挿抜方向（Ｚ方向）で弾性変形する機能を有するコネクタである。その一つの特徴は、ばね部がＺ方向に弾性変形しても端子の接点部が接続対象物との接触位置を保持することにある。このため接点部が接続対象物に対して微摺動しないことから摩耗が生じにくく、導通接続の信頼性を低下させにくいという利点がある。しかしながら、接点部が接続対象物との接触位置を保持するためには、ばね部がＺ方向に弾性変形しても接点部が微摺動を生じないように、接続対象物に対する接点部の接触圧を高く設定する必要がある。ところが接触圧を高く設定すると、接続対象物の可動コネクタに対する挿抜が硬くなり作業性が低下してしまう。

前記作業性を改善するために先ず考えられることは、接点部の接触圧を低くして接続対象物の挿抜力を小さくすることである。しかし接触圧を低くしてしまうと、接点部が接続対象物との接触位置を維持するための保持力が低下し、微摺動を生じるリスクが高くなる。挿抜の作業性の改善は単に接触圧を低くするだけでは達成できないのである。

以上のような従来技術を背景になされたのが本発明である。その目的は、可動コネクタについて挿抜の作業性を改善することにある。

上記目的を達成すべく本発明は以下の特徴を有するものとして構成される。

本発明は、第１のハウジングと、接続対象物と嵌合接続する第２のハウジングと、前記第１のハウジングに固定する第１の固定部と、前記第２のハウジングに固定する第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部とを繋ぐとともに前記第２のハウジングを前記第１のハウジングに対して変位可能に支持するばね部と、前記接続対象物と導通接触する接点部とを有する端子と、を備える可動コネクタについて、前記ばね部は、前記接続対象物を前記第２のハウジングに嵌合接続する嵌合方向に対する交差方向に伸長する直線形状の上片部及び下片部と、前記上片部の一端と前記第１の固定部とを繋ぐ第１の伸長部と、前記上片部の他端と前記下片部の一端とを繋ぐ第２の伸長部とを有することを特徴とする。

前述のとおり挿抜の作業性の改善は接点部の接触圧を低くするだけでは達成できない。そこで本発明者は、接点部の接触圧を低くするのと同時にばね部の変位荷重も小さくすることに着目した。そして検討を進めたところ、従来技術で示す円弧状に湾曲する屈曲部を有するばね部を形成した端子では、接続対象物と嵌合接続する荷重を受けた際に、特に円弧状の屈曲部の長さ方向及び板厚方向に応力が分散されやすいため、ばね部が所定の変位量を得るためには大きな荷重が必要となることが分かった。つまり従来のばね部は変位荷重を小さくしにくい形状なのである。

これに対して本発明のばね部は、円弧状に湾曲する屈曲部ではなく、直線形状の上片部及び下片部を有し、上片部の一端から第１の伸長部が、他端から第２の伸長部が伸長する形状として形成したものである。このような直線形状のばね片を角部で繋げた矩形波形状のばね部では、従来技術のばね部のように円弧状の屈曲部の長さ方向及び板厚方向で均等に応力分布が生じることがない。即ち、上片部、下片部、第１の伸長部、第２の伸長部が角部を介して繋がるばね片として機能するため、ばね部の変位荷重を小さくしやすくなる。よって本発明の可動コネクタでは、ばね部の変位荷重を小さくできるため、接点部の接触圧だけでなくばね部の変位荷重も低くすることができるようになり、これにより挿抜の作業性を改善することができるようになる。したがって、これを前述のＺ方向可動コネクタに適用すれば、導通接続の信頼性が高く、挿抜の作業性の良いＺ方向可動コネクタを実現することができる。また、本発明の可動コネクタは、Ｚ方向可動コネクタではない可動コネクタとしても構成することが可能であり、ばね部の変位荷重が小さく柔軟な弾性変形により第２のハウジングが変位する可動コネクタを実現することができる。

本発明の可動コネクタを前記Ｚ方向可動コネクタとして構成するには、前記ばね部が変位する変位荷重が、前記接点部が前記接続対象物と押圧接触する接触位置から位置ずれする荷重より小さいものとして構成することができる。これによれば、ばね部が変位しても接点部が接続対象物との接触位置を保持するため、接点部が接続対象物に対して微摺動しないことから摩耗が生じにくく、導通接続の高い信頼性を有するＺ方向可動コネクタを実現することができる。

前記第２の伸長部は、前記上片部の前記他端から前記下片部の前記一端にかけて、前記第１の伸長部に対して徐々に離間するように斜めに伸長する形状とすることができる。これによれば、上片部と下片部とが相互に近づく方向に変位した際に、第２の伸長部が第１の伸長部と接触することを回避することができる。

前記上片部は、前記下片部よりも長く形成するように構成できる。第２のハウジングは第１のハウジングに対して変位する可動ハウジングとして把握することができ、第１のハウジングは固定ハウジングとして把握することができる。ここで上片部と下片部のうち固定ハウジングである第１のハウジングに近いのは上片部である。この上片部を下片部よりも長く形成すると、ばね部の変位荷重をさらに小さくすることができる。

本発明の可動コネクタによれば、ばね部の変位荷重を小さくすることができる。したがって、これを例えばＺ方向可動コネクタに適用した場合には、接点部の接触圧が低下するとともにばね部の変位荷重を小さくすることができる。このためばね部がＺ方向に変位しても接点部が微摺動しないことから摩耗が生じにくくなり、導通接続の高い信頼性を実現しつつ、接続対象物の挿抜の作業性を改善することができる。また、Ｚ方向可動コネクタではない可動コネクタについては、ばね部の変位荷重を小さくすることができる。換言すれば変位荷重を一定とした場合の変位量（可動量）を大きくすることができる。

一実施形態による可動コネクタの正面、右側面、平面を含む斜視図。 図１の可動コネクタの正面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う拡大断面図。 図１の可動コネクタに備える端子の外観斜視図。 端子のばね部の変形例を示す説明図。 実施形態と比較例によるばね部の応力分布を模式的に示す説明図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本明細書、特許請求の範囲、図面では、図１で示す可動コネクタの端子の配列方向（左右方向）をＸ方向とし、可動コネクタの奥行き方向（前後方向）をＹ方向とし、可動コネクタの高さ方向（上下方向）をＺ方向とする。しかしこうした左右、前後、上下の特定は本発明の可動コネクタの実装方向、使用方向を限定するものではない。

可動コネクタ１の構成
可動コネクタ１は、硬質樹脂の樹脂成形体でなるハウジング２を備える。ハウジング２は、「第１のハウジング」としての固定ハウジング３と「第２のハウジング」としての可動ハウジング４とで構成される。５は金属片でなる端子であり、固定ハウジング３と可動ハウジング４にそれぞれ固定されている。

固定ハウジング３は、基板Ｐに実装される。固定ハウジング３は、長手方向がＸ方向に沿う矩形状に形成されている。固定ハウジング３は矩形状の一枚板状に形成されている底壁部３ａを有しており（図３）、固定ハウジング３の上に配置される可動ハウジング４や端子５を基板Ｐに露出させないようにしている。これにより可動ハウジング４に押圧されて基板Ｐがしなることで素子や回路配線やはんだ付け部を損傷することを防ぎ、また底壁部３ａの直下の表面を回路配線のために使用できるようにするためである。底壁部３ａの両端には側壁部３ｂが形成されており、側壁部３ｂには基板Ｐにはんだ付けされる固定金具６が固定されている。底壁部３ａには、その長手縁に沿って前壁部３ｃと後壁部３ｄが形成されている。前壁部３ｃと後壁部３ｄには、配列されている各端子５の固定ハウジング用固定部５ｂを板幅方向（Ｘ方向）で挟持して固定する端子固定部３ｅが形成されている。

可動ハウジング４は、固定ハウジング３と同様に、長手方向がＸ方向に沿う角筒状に形成されており、前壁部４ａ、後壁部４ｂ、左右の側壁部４ｃとを有している。

前壁部４ａと後壁部４ｂの外面には庇状突起４ｄが形成されており、その下側にある端子５を接触等による損傷から保護している。前壁部４ａと後壁部４ｂの内面には、スリット状の端子収容室４ｅが形成されている。Ｘ方向に沿って配列される端子５は、それぞれ個別に端子収容室４ｅに収容される。端子収容室４ｅには端子５を固定する端子固定部４ｆが形成されており、端子５の可動ハウジング用固定部５ｈを板幅方向（Ｘ方向）で挟持することで可動ハウジング４に固定している。前壁部４ａと後壁部４ｂの下縁の下側は、可動ハウジング４の端子収容室４ｅの内側から外側へ端子５の下片部５ｆを通す挿通部４ｇが形成されている（図３）。この挿通部４ｇを有するため、前壁部４ａと後壁部４ｂはＺ方向の下側で左右の側壁部４ｃより短く形成されている。

可動ハウジング４の天面には接続対象物を挿入する嵌合口４ｈが開口しており、その内側には嵌合室４ｉが形成されている。嵌合室４ｉの下には、Ｙ方向における中央位置にＸ方向に沿って中央隔壁４ｊが形成されている（図３）。この中央隔壁４ｊに接続対象物が突き当たることで、嵌合室４ｉへの接続対象物の過剰な挿入を止めることができるようにしている。

図３で示すように、可動ハウジング４の左右の側壁部４ｃの底面部４ｃ１と、中央隔壁４ｊの底面部４ｊ１は、いずれもＺ方向で下方に変位する可動ハウジング４が固定ハウジング３の底壁部３ａと突き当たることで変位を停止させるストッパーになる。

端子５は、Ｘ方向に沿って可動コネクタ１に並列に配列されており、Ｙ方向で２列に対向して配置されている。各端子５は同一形状であり、具体的には基板接続部５ａ、「第１の固定部」としての固定ハウジング用固定部５ｂ、「第１の伸長部」としての外側縦片部５ｃ、上片部５ｄ、「第２の伸長部」としての中央縦片部５ｅ、下片部５ｆ、内側縦片部５ｇ、「第２の固定部」としての可動ハウジング用固定部５ｈ、弾性アーム５ｉ、接点部５ｊを有する。このうち外側縦片部５ｃ、上片部５ｄ、中央縦片部５ｅ、下片部５ｆ、内側縦片部５ｇは、矩形波形状のばね部５ｋを構成する。

基板接続部５ａは、基板Ｐの回路接点（図示略）にはんだ付けされて基板回路に導通接続する部分である。

固定ハウジング用固定部５ｂ、可動ハウジング用固定部５ｈは、端子５の板幅方向に突出する固定突起として形成されている。この固定ハウジング用固定部５ｂは、固定ハウジング３の端子固定部３ｅに圧入され挟持されることで、固定ハウジング３に端子５の一端側を固定する。また、可動ハウジング用固定部５ｈは、可動ハウジング４の端子固定部４ｆに圧入され挟持されることで、可動ハウジング４に端子５の他端側を固定する。

外側縦片部５ｃは、矩形波形状のばね部５ｋにあって可動コネクタ１の外部に露出する部位である。外側縦片部５ｃには屈曲部５ｃ１が形成されており、その上にはＺ方向の上方に伸長する直線形状の直線部５ｃ２が形成されている。

上片部５ｄと下片部５ｆは、可動ハウジング４の嵌合室４ｉに挿入される接続対象物の嵌合方向（Ｚ方向）に対する交差方向（Ｙ方向）に伸長する直線形状に形成されている。上片部５ｄは矩形波形状のばね部５ｋにおける上辺に位置し、下片部５ｆは下辺に位置する部位である。

中央縦片部５ｅは、矩形波形状のばね部５ｋにおける上片部５ｄと下片部５ｆとを繋ぐ部位である。中央縦片部５ｅは上端から下端にかけて外側縦片部５ｃから次第に離間するように斜めに伸長するものとして形成されている。このように斜めに形成することで、中央縦片部５ｅの下端と固定ハウジング３の前壁部３ｃ、後壁部３ｄとの隙間を大きく設定することができ、Ｙ方向での下片部５ｆと可動ハウジング４の変位量を大きく確保することができる。また、固定ハウジング３に本実施形態のような前壁部３ｃ、後壁部３ｄが無い場合には、中央縦片部５ｅの下端と外側縦片部５ｃとの隙間を大きく設定できて変位によって接触するのを防ぐことができる。

内側縦片部５ｇは、矩形波形状のばね部５ｋにあって可動ハウジング４の下側に位置する部位である。内側縦片部５ｇの一端は下片部５ｆに繋がっており、他端は可動ハウジング用固定部５ｈに繋がっている。即ち、内側縦片部５ｇは、可動ハウジング４の嵌合室４ｉに挿入される接続対象物の嵌合方向（Ｚ方向）に伸長する直線形状として形成されており、可動ハウジング４を下側から支持する機能を有する。したがって、接続対象物の可動ハウジング４への嵌合接続時にはＺ方向に沿う接続対象物の挿入力を受け止める部位となる。

弾性アーム５ｉは、可動ハウジング用固定部５ｈに繋がる基端側から接点部５ｊに繋がる先端側にかけて嵌合室４ｉに近づくように斜めに伸長して形成されている。そして接点部５ｊを変位可能に弾性支持する部位である。

接点部５ｊは、接続対象物と導通接触する部位である。接点部５ｊには、弾性アーム５ｉに繋がるとともに嵌合室４ｉに向けて屈曲する屈曲部５ｊ１が形成されている。この屈曲部５ｊ１の先端には、山型に大きく湾曲する接点５ｊ２が形成されている。接点５ｊ２の先端部は可動ハウジング４の端子収容室４ｅに入り込んでおり、接続対象物が当該先端部と引っ掛かって接点部５ｊ２と弾性アーム５ｉが座屈しないようにしている。

可動コネクタ１の作用・効果
次に可動コネクタ１の作用・効果を説明する。

本実施形態の可動コネクタ１は、いわゆるＺ方向可動コネクタとして構成されている。即ち、可動コネクタ１が接続対象物と嵌合接続した状態で、ばね部５ｋが変位する変位荷重は、接点部５ｊが接続対象物と押圧接触する接触位置から摺動して位置ずれする荷重よりも小さいものとして形成されている。したがって、ばね部５ｋが変位しても、接点部５ｊは接触圧によって接続対象物との接触位置を保持する。このため、接点５ｊ２が接続対象物に対して微摺動しないためめっき剥がれ等の摩耗が生じにくく、可動ハウジング４が変位可能でありながら導通接続の高い信頼性を発揮できる可動コネクタ１とされている。

しかしながら接点部５ｊによる接触圧は、接続対象物に対して位置ずれしない保持力を発揮するものの、従来技術（特許文献１）で示す可動コネクタよりも小さく設定されており、ばね部５ｋの変位荷重もまた小さく設定されている。

ばね部５ｋは、円弧状に湾曲する屈曲部ではなく、直線形状の上片部５ｄ及び下片部５ｆを有し、その上片部５ｄの一端からは直線部５ｃ２を有する外側縦片部５ｃが伸長し、また他端からは下片部５ｆの一端に繋がる直線形状の中央縦片部５ｅが伸長しており、さらに下片部５ｆの他端からは直線形状の内側縦片部５ｇが伸長する矩形波形状として形成されている。

このように、複数の直線形状のばね片を角部５ｍで繋げた矩形波形状のばね部５ｋは、湾曲する屈曲部を有する従来技術の丸波形状のばね部よりも、次に説明するようにＹ方向、Ｚ方向に変位した際に生じる応力がばね部５ｋ全体に分散しにくいという特徴を有する。

図６（ａ）は従来技術の丸波形状のばね部に生じる応力分布の模式図であり、図６（ｂ）は本実施形態の矩形波形状のばね部５ｋに生じる応力分布の模式図である。図６の各分図について、各端子は固定部Ｘで固定されており、Ｙ方向での荷重Ｆｙが作用したときの応力分布のシミュレーション結果を水平ハッチングで、またＺ方向での荷重Ｆｚが作用したときの応力分布のシミュレーション結果を垂直ハッチングでそれぞれ模式的に示している。

従来技術による丸波形状のばね部では、荷重Ｆｙが作用すると、湾曲する２つの屈曲部の全長に亘って応力が発生し、また板厚方向でも深く応力が発生しており、丸波形状のばね部について全体的に応力が生じる。これに対して、本実施形態による矩形波形状のばね部５ｋでは、荷重Ｆｙが作用すると、上片部５ｄ、下片部５ｆ、角部５ｍの表層部分に応力が分布し、板厚方向では従来技術のばね部よりも深く分布していない。これと同様に、Ｚ方向の上方に荷重Ｆｚが作用した場合、丸波形状のばね部では板厚方向で深く応力が生じるのに対して、矩形波形状のばね部５ｋでは角部５ｍの表層部分に応力が生じている。このため本実施形態のばね部５ｋでは、変位荷重を小さくすることができ、また同一の荷重をかけた場合には変位量を大きくすることができる。

また、中央縦片部５ｅは斜めに形成されているが、図６（ｃ）で示すように中央縦片部が垂直方向に伸長する変形例と比較すると、中央縦片部５ｅが斜めに伸長することでばね長が長くなるため変位荷重も少なくできることが分かる。

このようにして可動コネクタ１は、ばね部５ｋの変位荷重を小さくできるため、接点部５ｊによる接触圧とばね部５ｋの変位荷重の双方を低くすることができるようになる。したがって、接続対象物の挿抜の作業性が良く、しかも導通接続の信頼性の高いＺ方向可動コネクタを実現することができる。

ばね部５ｋの上片部５ｄは、下片部５ｆよりも長く形成されている。このように固定ハウジング３側にある上片部５ｄを長くすると、ばね部５ｋの全体としての変位荷重をさらに小さくすることができる。即ち、図６（ｄ）は、後述する図５（ｂ）の変形例に対応する応力分布のシミュレーション結果の模式図であるが、上片部５ｄどうしを比べると、本実施形態の上片部５ｄの方が、ばね長が長いため撓みやすく、板厚方向で発生する応力が小さい。このため上片部５ｄを下片部５ｆよりも長く形成することで、ばね部５ｋの変位荷重をさらに小さくすることができる。

実施形態の変形例〔図５〕
前記実施形態については変形例での実施が可能であるため、その例を示す。

前記実施形態で示すばね部５ｋの形状は一例であり、その他にも例えば図５で示すような形状とすることができる。図５（ａ）は、中央縦片部５ｅを垂直方向に伸長する形状とし、上片部５ｄと下片部５ｆとを同一長さとしたものである。図５（ｂ）は、上片部５ｄと下片部５ｆとを同一長さとしたものである。これらのばね部５ｋによっても、従来技術のばね部よりも変位荷重を小さくすることができる。

前記実施形態では、外側縦片部５ｃが屈曲部５ｃ１を有するものを例示したが、直線部５ｃ２のみの形状としてもよい。

前記実施形態では、ばね部５ｋが内側縦片部５ｇを有するものを例示したが、内側縦片部５ｇが無く下片部５ｆの端部から可動ハウジング用固定部５ｈに直接繋がるような端子５の形状としてもよい。

１ 可動コネクタ
２ ハウジング
３ 固定ハウジング（第１のハウジング）
３ａ 底壁部
３ｂ 側壁部
３ｃ 前壁部
３ｄ 後壁部
３ｅ 端子固定部
４ 可動ハウジング（第２のハウジング）
４ａ 前壁部
４ｂ 後壁部
４ｃ 側壁部
４ｃ１ 底面部
４ｄ 庇状突起
４ｅ 端子収容室
４ｆ 端子固定部
４ｇ 挿通部
４ｈ 嵌合口
４ｉ 嵌合室
４ｊ 中央隔壁
４ｊ１ 底面部
５ 端子
５ａ 基板接続部
５ｂ 固定ハウジング用固定部（第１の固定部）
５ｃ 外側縦片部（第１の伸長部）
５ｃ１ 屈曲部
５ｃ２ 直線部
５ｄ 上片部
５ｅ 中央縦片部（第２の伸長部）
５ｆ 下片部
５ｇ 内側縦片部
５ｈ 可動ハウジング用固定部（第２の固定部）
５ｉ 弾性アーム
５ｊ 接点部
５ｊ１ 屈曲部
５ｊ２ 接点
５ｋ ばね部
５ｍ 角部
６ 固定金具
Ｐ 基板

Claims (4)

1. 第１のハウジングと、
   接続対象物と嵌合接続する第２のハウジングと、
   前記第１のハウジングに固定する第１の固定部と、前記第２のハウジングに固定する第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部とを繋ぐとともに前記第２のハウジングを前記第１のハウジングに対して変位可能に支持するばね部と、前記接続対象物と導通接触する接点部とを有する端子と、を備える可動コネクタにおいて、
   前記ばね部は、
   前記接続対象物を前記第２のハウジングに嵌合接続する嵌合方向に対する交差方向に伸長する直線形状であり前記嵌合方向及び前記交差方向に変位する上片部及び下片部と、
   前記上片部の一端と前記第１の固定部とを繋ぎ少なくとも前記交差方向に変位する第１の伸長部と、
   前記上片部の他端と前記下片部の一端とを繋ぎ前記嵌合方向及び前記交差方向に変位する第２の伸長部とを有し、
   前記第２のハウジングは、前記接続対象物と嵌合接続した状態で、前記ばね部の前記変位によって前記嵌合方向及び前記交差方向に変位することを特徴とする可動コネクタ。
   
2. 前記第２の伸長部は、前記上片部の前記他端から前記下片部の前記一端にかけて、前記第１の伸長部に対して徐々に離間するように斜めに伸長する形状である請求項１記載の可動コネクタ。
   
3. 前記上片部は前記下片部よりも長く形成されている請求項１又は請求項２記載の可動コネクタ。
   
4. 前記第１の伸長部は、
   一端が前記上片部の前記一端と繋がる直線部と、
   前記直線部の他端と繋がり前記第１のハウジングの外方に向けてクランク状に屈曲する屈曲部とを有する請求項１〜請求項３何れか１項記載の可動コネクタ。

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