JP6422386B2

JP6422386B2 - コネクタ装置

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Publication number: JP6422386B2
Application number: JP2015074605A
Authority: JP
Inventors: 博己菊地; 賢司釣本; 西尾　英樹; 英樹西尾; 良介松本
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-11-14
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Description

本発明は、コネクタ装置に関するものである。

回路間の信号線を接続・切断するコネクタ装置が知られている。このようなコネクタ装置は、信号ピン同士を接触させて電気的に接続し、信号ピン同士を分離することで接続を解除する。例えば、産業用ロボットに適用される工具交換装置では、ロボット側に取り付けられる雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型部材との連結・分離に連動して、信号線の接続、切断を行うコネクタ装置が用いられている。

上記工具交換装置では、ロボット本体側に設けた制御装置などの回路と、工具に内蔵された回路との間で制御用の信号等を送受信する信号線を接続、切断する必要がある。コネクタ装置は、雄型部材と雌型部材にそれぞれ取り付けた第１及び第２コネクタから構成されており、雄型部材と雌型部材との連結によって、第１及び第２コネクタの信号ピン同士を接触させて電気的に接続した状態になり、雄型部材と雌型部材との分離によって、信号ピン同士の接触を解除する。工具交換装置では、コネクタ装置の信号ピン同士間での接触と分離が繰り返し行われる。

上記のようなコネクタ装置において、一方の信号ピンの先端面に鋭利な先端を有する１個あるいは複数個の突起を形成し、その突起を相手側の信号ピンの平坦な先端面に突当てて、信号ピン同士を電気的に接続するものが知られている。突起を先端面に突当てることによって、突起の先端や平坦な先端面に付着した汚れ等の膜を突き破り、信号ピン同士の電気的な接続を確実なものにしている。また、信号ピンは、酸化膜の形成を抑止して電気抵抗の増大を抑えるために、一般的に金属の表面に酸化されにくい金属膜を形成している。

一方、ＩＣテスタとＩＣ（半導体集積回路）を接続するコンタクトプローブが知られている。コンタクトプローブは、その先端を半導体集積回路の外部接続端子として設けた半田ボールに接触させ電気接続される。このコンタクトプローブでは、半田ボールとの接触を確実にするために、先端面に複数、例えば９個の四角錐の突起をマトリクスに配したコンタクトプローブや、上記コネクタ装置と同様に、１個あるいは複数個の突起を形成したコンタクトプローブも知られている（例えば特許文献１，２を参照）。

特開２００９−１９８２３８号公報特開２０１０−３８６１２号公報

ところで、例えば工具交換装置では、周囲で溶接が行われる環境下で利用されることがあり、溶接によって飛散したスパッタが、分離された状態の第１及び第２コネクタの信号ピンに付着することがある。一方の信号ピンの突起を他方の信号ピンの平坦な先端面に突当てるコネクタ装置では、スパッタが信号ピンの突起に付着すると、スパッタがかなり硬いため、相手側の信号ピンの金属膜に剥がれを引き起し、信号ピン同士の電気的な接続状態を劣化させるという問題があった。また、工具交換装置に用いられるコネクタ装置に限られないが、接触回数の増加にともない信号ピンの突起の先端が摩耗するため、酸化膜を含め汚れ等の膜を突き破る効果が弱くなり、信号ピン同士の電気的な接続状態が改善されないという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信号ピン同士の電気的な接続状態を良好に保つことができるコネクタ装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１信号ピンを有する第１コネクタと、第２信号ピンを有する第２コネクタとを備え、第１信号ピンと第２信号ピンとの先端同士を接触することによって電気的に接続するコネクタ装置において、第１信号ピンは、その先端面に、複数の山状の第１突起を二次元配列した第１接触部を有し、第２信号ピンは、その先端面に、複数の山状の第２突起を二次元配列した第２接触部を有し、第１信号ピンと第２信号ピンの少なくともいずれか一方の信号ピンが軸心を中心に回動自在とされるとともに、第１突起と第２突起のいずれか一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部と稜線の一方または両方が接触するようにしたものである。

本発明によれば、第１信号ピンの先端面に複数の山状の第１突起を、また第２信号ピンの先端面に複数の山状の第２突起を二次元配列して設け、少なくともいずれか一方の信号ピンを軸心を中心に回動自在にするとともに、第１突起と第２突起のいずれか一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部または稜線を接触するようにしたから、接触面積が大きくなるため電気抵抗が低くなり、また一方の突起の傾斜部と他方の突起の頂部または稜線との間に擦れが生じ、第１突起または第２突起に付着したスパッタや酸化膜、汚れ等が掻き分けられ、あるいは擦り落されるので、信号ピン同士の良好な接続状態が保たれる。

本発明を実施したコネクタ装置を用いた産業用ロボットの概略を示す斜視図である。第１信号モジュールの接続面を示す説明図である。第２信号モジュールの接続面を示す説明図である。第１中継信号コネクタの第１信号ピンの外観を示す斜視図である。第２中継信号コネクタの第２信号ピンの外観を示す斜視図である。第１信号ピンと第２信号ピンの接続を説明する斜視図である。第１信号ピンと第２信号ピンとを接続した状態の一例を示す斜視図である。比較サンプルの４個の突起を有する信号ピンを示す平面図である。比較サンプルの先端面が平坦な信号ピンを示す平面図である。

図１に示す工具交換装置１０は、産業用ロボットの本体としてのアーム１１の先端に固定される第１連結部材としての雄型部材１２と、工具１３に固定される第２連結部材としての雌型部材１４とを備える。アーム１１と雄型部材１２、及び工具１３と雌型部材１４は、図示しない締結具、例えばボルトにより、着脱自在に締結される。本図においては、工具１３としてスポット溶接ガンが図示されているが、雌型部材１４を取り付けた状態の異なる工具１３が複数用意されている。アーム１１と工具１３は、工具交換装置１０を介して連結されると共に分離可能であり、工具１３が交換自在になっている。

雄型部材１２は、本体の装着面１２ａの中央に突起部１５が設けられている。雌型部材１４は、本体の装着面１４ａに連結穴１６が設けられている。工具１３をアーム１１に連結する場合には、アーム１１の移動により、装着面１２ａと装着面１４ａとが当接し、かつ突起部１５を連結穴１６に挿入した状態で、カムなどで構成された係合機構を作動させることで雄型部材１２と雌型部材１４とを固定する。一方、係合機構による固定を解除してから、アーム１１を、雄型部材１２を雌型部材１４から離れる方向に移動させることによって、アーム１１から工具１３を分離することができる。

雄型部材１２には、制御装置１８、電源装置１９が接続された第１信号モジュール２２が取り付けられている。また、雌型部材１４には、サーボモータ部１３ａに接続された第２信号モジュール２３が取り付けられている。これら第１信号モジュールと第２信号モジュール２３により信号中継装置が構成される。

第１信号モジュール２２と第２信号モジュール２３とは、アーム１１と工具１３との連結・分離、すなわち雄型部材１２と雌型部材１４との連結・分離に伴って、後述するように電気的に接続され、また分離される。各信号モジュール２２，２３の電気的な接続により、工具１３のサーボモータ部１３ａに制御装置１８、電源装置１９が接続される。これにより、制御装置１８とサーボモータ部１３ａとの双方向で、例えばサーボモータをコントロールするための各種回路間信号の送受信を可能にし、また電源装置１９からサーボモータ部１３ａへの電力供給を可能にしている。制御装置１８は、雄型部材１２側の回路である。雄型部材１２側の回路は、産業用ロボットの本体に内蔵したものや別に設けたものでよい。サーボモータ部１３ａは、工具１３に内蔵されたサーボモータやその駆動回路、センサ等で構成された工具側すなわち雌型部材１４側の回路となっている。

図２に示すように、第１信号モジュール２２の側面に第１回路側信号コネクタ３１と電力入力コネクタ３２とが設けられている。第１回路側信号コネクタ３１は、ケーブルＣ１（図１参照）を介して制御装置１８が接続され、電力入力コネクタ３２は、ケーブルＣ２（図１参照）を介して電源装置１９が接続される。また、第１信号モジュール２２は、埋め込み型の第１信号中継コネクタ３３と第１電力中継コネクタ３４とが設けられ、それらの接続端部が接続面２２ａに露呈している。接続面２２ａは、第１信号モジュール２２を雄型部材１２に取り付けたときに、装着面１２ａと同じ方向を向く面である。

第１コネクタとしての第１信号中継コネクタ３３には、複数の第１信号ピン３３ａが設けられている。各第１信号ピン３３ａは、第１信号モジュール２２の内部で第１回路側信号コネクタ３１の第１信号ピン３１ａに電気的に接続されており、各第１信号ピン３３ａは、互いに異なる第１信号ピン３１ａに接続されている。これにより、第１信号中継コネクタ３３は、制御装置１８に接続された状態になっている。第１信号ピン３１ａ及び第１信号ピン３３ａの個数は、工具１３に必要な信号数に応じて決めればよいが、必要な信号数より多くてもよい。

第１電力中継コネクタ３４には、複数の電力ピン３４ａが設けられており、各電力ピン３４ａが第１信号モジュール２２の内部で電力入力コネクタ３２の電力ピン３２ａに電気的に接続されている。これにより、電源装置１９からの電力を第１電力中継コネクタ３４から供給可能になっている。

図３に示すように、第２信号モジュール２３は、埋め込み型の第２信号中継コネクタ３５と第２電力中継コネクタ３６とが設けられ、それらの接続端部が接続面２３ａに露呈している。接続面２３ａは、第２信号モジュール２３を雌型部材１４に取り付けたときに、装着面１４ａと同じ方向を向く面である。第２信号モジュール２３の側面には、第２回路側信号コネクタ３７と電力出力コネクタ３８とを設けてある。第２回路側信号コネクタ３７、電力出力コネクタ３８は、それぞれＣ３、Ｃ４、工具１３のコネクタ１３ｂ，１３ｃを介して、サーボモータ部１３ａに接続される。

第２コネクタとしての第２信号中継コネクタ３５には、第１信号ピン３３ａと同数の第２信号ピン３５ａが設けられている。各第２信号ピン３５ａは、第２信号モジュール２３の内部で第２回路側信号コネクタ３７の信号ピン３７ａに電気的に接続されており、各信号ピン３７ａは、互いに異なる信号ピン３７ａに接続されている。これにより、第２信号中継コネクタ３５は、サーボモータ部１３ａに接続された状態になっている。

第２電力中継コネクタ３６は、第１電力中継コネクタ３４からの電力を受けるものであり、電力ピン３４ａと接続される複数の電力ピン３６ａが設けられている。各電力ピン３６ａは、第２信号モジュール２３の内部で電力出力コネクタ３８の電力ピン３８ａに電気的に接続されている。これにより、第２電力中継コネクタ３６で受けた電力をサーボモータ部１３ａに供給する。

上記第１信号中継コネクタ３３と第２信号中継コネクタ３５により、コネクタ装置が構成される。第１信号中継コネクタ３３と第２信号中継コネクタ３５は、雄型部材１２と雌型部材１４との連結により、対応する第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとが対応するピン同士で互いの先端を当接することによって電気的に接続された接続状態になる。これにより、制御装置１８とサーボモータ部１３ａとの間の信号経路を形成して回路間信号の送信または受信を許容する。また、雌型部材１４からの雄型部材１２の分離により、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとが離れて接続が解除される。

なお、第１電力中継コネクタ３４と第２電力中継コネクタ３６についても同様であり、雄型部材１２と雌型部材１４との連結により、電力ピン３４ａと電力ピン３６ａとが接続された接続状態になり、分離によって接続が解除される。

図４に示すように、第１信号ピン３３ａは、ピン本体４１とスリーブ４２とを備えている。ピン本体４１は、円柱形状の軸部４３と、この軸部４３の一端に一体に形成されたヘッド４４とからなる。ヘッド４４は、軸部４３よりも径が大きい円柱形状になっている。ピン本体４１及びスリーブ４２は、導電性の金属で作製され、さらに表面にめっき等で金属薄膜を形成してある。金属薄膜は、導電性に優れ、酸化しがたい材料、例えば金で形成されている。

ピン本体４１は、軸部４３の他端をスリーブ４２に挿入してあり、軸心方向に沿って移動自在、かつ軸心を中心に回動自在にしてある。スリーブ４２内には、バネ（図示省略）が配されており、このバネによってピン本体４１がスリーブ４２から飛出す方向に付勢されている。軸部４３は、スリーブ４２から抜け出ないようにスリーブ４２内でその移動が規制されている。この第１信号ピン３３ａは、接続面２２ａ側にスリーブ４２及び軸部４３の一部と、ヘッド４４とが露呈されるように、スリーブ４２が第１信号中継コネクタ３３の保持部材４５に固定されている。

第１信号ピン３３ａの先端であるヘッド４４の先端面には、第１接触部４６を設けてある。この第１接触部４６には、９個の第１突起４７を形成してある。第１突起４７は、先端が尖った山状にしてある。この例では、第１突起４７は、底面が正方形で同じ形状の４つの側面４７ａを有する四角錐形状である。９個の第１突起４７は、３行×３列でマトリクス状に二次元配列してある。第１突起４７の配列ピッチは、行方向、列方向のいずれについても同じであり、第１突起４７の底面の１辺の長さと同じで一定にしてある。したがって、隣り合う一対の第１突起４７の間隔（頂部同士の間隔）Ｐ１は、配列ピッチと同じになっている。各側面４７ａは、それぞれ隣り合う側面４７ａによって稜線Ｒ１を形成している。また、隣接した一対の第１突起４７の間には、側面４７ａによってＶ字状の溝４６ａが形成されている。なお、二次元配列された第１突起４７のうちの四隅に配された各第１突起４７は、四角錐の一部を欠いた形状であって厳密には四角錐ではないが問題はない。

図５に示すように、第２信号ピン３５ａは、円柱形状の軸部５１と、この軸部５１の一端に一体に形成されたとヘッド５２とからなる。ヘッド５２は、軸部５１よりも径が大きい円柱形状になっている。この第２信号ピン３５ａは、第１信号ピン３３ａと同様に、導電性の金属で作製され、表面に金属薄膜を形成してある。第２信号ピン３５ａは、接続面２３ａ側に軸部５１の一部とヘッド５２とが露呈されるように、第２信号中継コネクタ３５の保持部材５３に埋込まれた装着管５４に回動自在に取り付けられている。なお、この例では、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの両方が回動自在であるが、一方だけを回動自在にしてもよい。

第２信号ピン３５ａの先端であるヘッド５２の先端面には、第２接触部５５を設けてある。第２接触部５５は、先端が尖った山状の４個の第２突起５７を形成したいわゆるクラウン（王冠）形状になっている。第２突起５７は、いずれも同じ形状であり、それらの頂部Ｓは、第２信号ピン３５ａの軸心を中心とする円周上に等間隔に配され、２行×２列でマトリクス状に二次元配列してある。各第２突起５７は、ヘッド５２と同径の外周面５７ａと、２つの側面５７ｂとを有した略錐体形状に形成されており、２つの側面５７ｂが形成する稜線Ｒ２が頂部Ｓから第２接触部５５の中心に向って直線的に延びている。側面５７ｂは、隣接した第２突起５７の側面５７ｂとの間でＶ字状の溝を形成している。第２突起５７の配列ピッチは、行方向、列方向のいずれについても同じであり、周方向に隣り合う一対の第２突起５７の頂部Ｓの間隔Ｐ２ａと同じである。また、ヘッド５２の中心（第２信号ピン３５ａの軸心）を挟んだ第２突起５７の間隔Ｐ２ｂは、ヘッド５２の直径と同じにしてある。

雄型部材１２と雌型部材１４との連結の際には、図６に示すように、第１信号ピン３３ａが対応する第２信号ピン３５ａに向けて移動することにより、第１接触部４６が第２接触部５５に当接し、第１突起４７と第２突起５７との接触によって、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとが電気的に接続される。

第１突起４７と第２突起５７のいずれか一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部と稜線とのいずれか一方または両方が接触するようにしてある。このように、一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部と稜線とのいずれか一方または両方が接触するようにすること、及び第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの少なくともいずれか一方を回動自在とすることによって、電気的な接続状態を良好に保つようにしている。より詳細には、一方の突起の傾斜部と他方の突起の頂部、稜線との間に擦れを発生させることで、付着するスパッタや、酸化膜、汚れ等を掻き分け、また擦り落すようにしている。また、一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部及び稜線を接触させることにより、接触面積の増大を図り、より低い電気抵抗としている。接触面積の増大には、一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部の他に稜線が接触することによるものの他、傾斜部との擦れによる稜線の摩耗による接触面積の増大がある。なお、突起の傾斜部は、信号ピンの軸心に対して傾斜した面または稜線であり、この例では第１突起４７では側面４７ａ、稜線Ｒ１、第２突起５７では側面５７ａ、稜線Ｒ２が傾斜部となり得る。

この例では、一方の突起を第１突起４７とし、他方の突起を第２突起５７としており、第１突起４７の側面４７ａに第２突起５７の頂部Ｓ、稜線Ｒ２が接触するように構成にしている。このために、第１接触部４６における隣り合う一対の第１突起４７の間隔Ｐ１と、第２接触部５５における一対の第２突起５７の間隔とを互いに異なったものとし、また側面４７ａと稜線Ｒ２との傾斜角を異なった角度としている。より具体的には、第１突起４７の間隔Ｐ１よりも第２突起５７の間隔Ｐ２ｂを大きくしている。また、側面４７ａの傾斜角よりも稜線Ｒ２の傾斜角を小さくしている。このときに、第２突起５７の間隔Ｐ２ｂは、第１突起４７の間隔Ｐ１の整数倍にならにようにすることが好ましい。この例のように第１突起４７が３行３列で配列されている場合には、第２突起５７の間隔Ｐ２ｂは、第１突起４７の間隔Ｐ１の２.５倍以下とするのがよい。なお、第２突起５７の間隔Ｐ２ｂを第１突起４７の間隔Ｐ１よりも小さくしたり、第２突起５７の間隔Ｐ２ａと第１突起４７の間隔Ｐ１とを異なるものとしてもよい。第２突起５７の間隔Ｐ２ａ、Ｐ２ｂの両方を第１突起４７の間隔Ｐ１と異なるものとしてもよい。さらに、間隔と傾斜角のいずれか一方だけを異なるものとしてもよい。側面４７ａの傾斜角は、第２信号ピン３５ａの軸心に直交する平面と側面４７ａとがなす角度である。稜線Ｒ２の傾斜角は、第２信号ピン３５ａの軸心に直交する平面と稜線Ｒ２とがなす角度である。

なお、第１突起４７の側面４７ａに加えて稜線Ｒ１に、第２突起５７の頂部Ｓ、稜線Ｒ２を接触させる構成としてもよい。上記の構成とは逆に、一方の突起を第２突起５７とし、他方の突起を第１突起４７として、第２突起５７の側面５７ｂ、稜線Ｒ２に第１突起４７の頂部、稜線Ｒ１が接触するように構成してもよい。

また、側面４７ａの傾斜角と、稜線Ｒ２の傾斜角とを異なった角度にすることで、軸心に直交する径方向での第１接触部４６と第２接触部５５とのずれを許容し、これらにずれがあっても接続が適正に行われる。なお、第１突起４７の高さＨ１と第２突起５７の高さＨ２とは、同じあってもよいが、この例では、第２突起５７の高さＨ２よりも第１突起４７の高さＨ１を小さくしてある。

次に上記構成の作用について説明する。工具１３をアーム１１に連結する場合には、アーム１１の移動により、雌型部材１４の装着面１４ａに雄型部材１２の装着面１２ａを対向させた状態にする。次に、装着面１２ａが装着面１４ａに当接するまで雄型部材１２を雌型部材１４に向けて移動して、突起部１５を連結穴１６に挿入する。この後に係合機構を作動させて、雄型部材１２と雌型部材１４とを連結した状態に固定する。これにより、アーム１１に工具１３が連結される。

上記のようにしてアーム１１に工具１３を連結する際には、第１信号モジュール２２の接続面２２ａが、第２信号モジュール２３の接続面２３ａに対向した状態で、第１信号モジュール２２が第２信号モジュール２３に向けて移動する。これにより、第１信号中継コネクタ３３の第１信号ピン３３ａと第２信号中継コネクタ３５の第２信号ピン３５ａとは、それらの第１接触部４６と第２接触部５５とを対向させた状態で、第１信号ピン３３ａが第２信号ピン３５ａに向けて移動する。

装着面１２ａと装着面１４ａとが完全に接触した状態になる前に、各第１信号ピン３３ａの第１接触部４６は、それぞれ対応する第２信号ピン３５ａの第２接触部５５に当接する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、第１信号ピン３３ａのピン本体４１が第２信号ピン３５ａに対して回転する間では、スリーブ４２内のバネの付勢力に抗してピン本体４１がその軸方向に移動しないものとする。また、実際には第２信号ピン３５ａの押圧力によって生じる回転力でピン本体４１が回転するときには、その反作用で第２信号ピン３５ａも回転するが、説明を簡単にするために、第２信号ピン３５ａを基準にしてピン本体４１が回転するものとして説明する。

一対の第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａに着目すると、第１接触部４６と第２接触部５５が接触を開始する接触初期では、例えば、２，３個の第２突起５７の頂部Ｓが第１突起４７の側面４７ａに当接する。各頂部Ｓが側面４７ａに当接するタイミングは、同時となる場合もあれば、異なる場合もある。また、第１接触部４６の第１突起４７の間隔Ｐ１と第２接触部５５の第２突起５７の間隔Ｐ２ｂを異なるものとしてあるから、各頂部Ｓが当接する各側面４７ａは、互いに異なる第１突起４７のものとなる。

なお、側面４７ａに頂部Ｓが当接するタイミングや個数、いずれの第１突起４７の側面４７ａに当接するかは、第２信号ピン３５ａに対する信号ピン４１の回転や、第１接触部４６と第２接触部５５との相互の径方向における組み付け誤差などによって決まる。

アーム１１の移動にともなって、当接した頂部Ｓが側面４７ａを押圧することによって、頂部Ｓが押圧している側面４７ａの向きや側面４７ａ上での位置に応じた合力が信号ピン４１に作用し、信号ピン４１が回転する。そして、各頂部Ｓの押圧による各回転力が拮抗した時点で、ピン本体４１の回転が停止する。このようなピン本体４１の回転により、側面４７ａに対する頂部Ｓの接触位置は、その側面４７ａ上をピン本体４１の回転と反対方向に移動しながら、第１突起４７の底辺に向う方向に移動する。これにより、第２突起５７が溝４６ａに入り込む。頂部Ｓが側面４７ａに接触していない第２突起５７については、接触していない状態のまま溝４６ａに入り込む。そして、各頂部Ｓの側面４７ａに対する押圧による各回転力が拮抗した時点で、ピン本体４１の回転が停止する。これにより、図７に示すように、４個の第２突起５７は、それらの頂部Ｓを溝４６ａに入り込ませた最終的な接続状態になる。このときに、第２突起５７が入り込んだ溝４６ａは、第１接触部４６において、周囲の８個の溝４６ａのうちの行方向及び列方向には隣り合わない周囲の４個の溝４６ａである。

ところで、上記のように第２突起５７の頂部Ｓが側面４７ａ接触する場合では、その第２突起５７が入り込んだ溝４６ａの方向、すなわち溝４６ａを形成する側面４７ａの底辺の方向と、その溝４６ａに入り込んだ第２突起５７の稜線Ｒ２とが平行にはならない。また、加工精度などから頂部Ｓの近傍の稜線Ｒ２となる部分は曲面などとなっている。このため、側面４７ａには、第２突起５７の頂部Ｓとともに頂部Ｓの近傍の稜線Ｒ２が接触した状態になる。したがって、側面４７ａに接触した稜線Ｒ２の部分も、頂部Ｓとともに側面４７ａを押圧し、その側面４７ａ上を移動する。

信号ピン４１が第２信号ピン３５ａに対して回転しなくなると、アーム１１の移動とともに頂部Ｓ及び稜線Ｒ２による押圧力は、ピン本体４１の軸方向にだけ作用する。これにより、スリーブ４２内のバネの付勢に抗してピン本体４１がスリーブ４２に収容される方向に移動する。ヘッド４４がスリーブ４２に達する前に、アーム１１が工具１３に連結される位置に移動する。これにより、アーム１１と工具１３との連結後にも、第１突起４７に対する第２突起５７の頂部Ｓ、稜線Ｒ２との接触状態がバネの付勢により維持される。なお、このような押圧力が作用する場合にも、各第２突起５７の頂部Ｓ及びその近傍の稜線Ｒ２が溝４６ａを形成する一方の側面４７ａ上を僅かに移動することもある。

以上のようにして、アーム１１と工具１３とが連結された状態になると、第１信号中継コネクタ３３と第２信号中継コネクタ３５の双方の各第１信号ピン３３ａと各第２信号ピン３５ａとが接続された状態になる。

上記のようにして、第１信号中継コネクタ３３と第２信号中継コネクタ３５との接続により、ケーブルＣ１、第１回路側信号コネクタ３１、第１信号中継コネクタ３３、第２信号中継コネクタ３５、第２回路側信号コネクタ３７、ケーブルＣ３を介して、制御装置１８とサーボモータ部１３ａとが電気的に接続される。これにより、制御装置１８とサーボモータ部１３ａとの間の信号経路が形成され、これらの間での回路間信号の送受信が許容される。

一方、第１電力中継コネクタ３４が第２電力中継コネクタ３６に向けて移動して、双方の電力ピン３４ａと電力ピン３６ａとが接続された状態になる。第１電力中継コネクタ３４と第２電力中継コネクタ３６が接続されることにより、電源装置１９からの電力がケーブルＣ２、電力入力コネクタ３２、第１電力中継コネクタ３４、第２電力中継コネクタ３６、電力出力コネクタ３８、ケーブルＣ４を介して工具１３のサーボモータ部１３ａに供給される。

例えば制御装置１８によって、アーム１１への工具１３の連結の完了と、サーボモータ部１３ａとの接続の完了が確認されると、工具１３を用いた作業が開始される。作業中には、第１信号ピン３３ａ，第２信号ピン３５ａを介して制御装置１８とサーボモータ部１３ａとの間で回路間信号が送受信される。

ここで、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとは、上記のように第２突起５７の頂部Ｓの他に、稜線Ｒ２が第１突起４７の側面４７ａに接触した状態であり、頂部Ｓが相手側の信号ピンに点状に接触している場合よりも接触面積が増大している。すなわち、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとは、電気抵抗が低い状態で接続され、良好な接続状態に保たれている。したがって、回路間信号の送受信が正常に行われる。

工具１３をアーム１１から分離する場合には、アーム１１に連結した状態で工具１３を所定の位置にまで移動させてから、係合機構による固定を解除する。この後に、アーム１１を、雄型部材１２を雌型部材１４から離れる方向に移動させる。これにより、アーム１１から工具１３を分離する。このときには、アーム１１の移動とともに、第１信号ピン３３ａが第２信号ピン３５ａから離れる方向に移動するため、第１接触部４６が第２接触部５５から離れて、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの電気的な接続が解除される。

ところで、アーム１１と工具１３との連結・分離を繰返していると、第２突起５７の頂部Ｓは、第１突起４７の側面４７ａと当接し、また側面４７ａ上を移動するので、側面４７ａとの間に擦れが生じ、摩耗、変形する。頂部Ｓの近傍の稜線Ｒ２の部分についても、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａが接続する際には、側面４７ａと接触している状態で側面４７ａ上を移動するから側面４７ａとの間に擦れが生じる。

このように頂部Ｓに摩耗、変形が生じると、側面４７ａに対する第２突起５７の接触状態が変わるため、結果的に側面４７ａに対する新たな接触面を稜線Ｒ２に形成することになる。このため、頂部Ｓが摩耗、変形しても、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの接触面積は、維持あるいは増大する。したがって、電気抵抗が増加することはなく、良好な接続状態が保たれる。

また、アーム１１に工具１３を連結していない状態や、工具１３をアーム１１から分離した状態で、例えば他の産業用ロボットでスポット溶接ガンによる作業を行っている場合では、それによるスパッタが飛散し、第１信号中継コネクタ３３の第１信号ピン３３ａや、第２信号中継コネクタ３５の第２信号ピン３５ａに付着することがある。

しかしながら、上記のように第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの接続時には、第１突起４７の側面４７ａと第２突起５７の頂部Ｓ及び稜線Ｒ２との間に擦れが生じる。このため、例えば側面４７ａに付着したスパッタは、頂部Ｓや稜線Ｒ２によって掻き分けられ、あるいは擦り落される。また、頂部Ｓや稜線Ｒ２にスパッタが付着していても、側面４７ａとの擦れによって擦り落される。したがって、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとは確実に接触し、電気抵抗が低い良好な接続状態が保たれる。なお、スパッタ以外の汚れが付着している場合や酸化膜が形成されている場合についても同様であり、良好な接続状態が保たれる。

なお、各頂部Ｓの側面４７ａに対する押圧による回転力が生じることなく、すなわちピン本体４１の回転にともなう第２突起５７の頂部Ｓ及びその近傍の稜線Ｒ２が側面４７ａ上を移動することなく、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとが接続される現象が発生することがある。このような現象は、ピン本体４１の回転方向における第２接触部５５に対する第１接触部４６の位置が前回の分離時から変わらない場合や、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの軸心が完全に一致しており、ピン本体４１の回転方向において第１接触部４６が第２接触部５５に対して特定の位置にある場合に生じる。しかしながら、そのような現象が発生することは稀であり、発生しても連続的に発生することはない。これは、アーム１１と工具１３との連結・分離にともなう振動によって第２信号ピン３５ａに対して第１信号ピン３３ａが回転したり、第１信号中継コネクタ３３、第２信号中継コネクタ３５の組み付けの誤差に起因する第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａの軸心のずれ等があるためである。したがって、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとが確実に接触し、電気抵抗が低い良好な接続状態が保たれる。

上記第１、第２接触部４６、５５の構成は一例であり、第１、第２接触部４６、５５の各突起の配列、配列ピッチ、間隔及びその組み合わせ、第１、第２突起４７、５７の形状、個数、それら個数の組み合わせは適宜に決めることができる。例えば、第１、第２突起４７、５７の形状は、各種の錐体形状、すなわち三角錐や五角錐などの角錐形状や円錐形状などとすることができる。また、側面、稜線が湾曲した形状の第１突起４７、第２突起５７であってもよい。さらに、第１、第２接触部４６、５５における突起の間隔（配列ピッチ）を一定なものとせず、間隔が突起の位置に応じて変化するものでもよい。この場合、間隔が変化する接触部同士を組み合わせることも、突起の間隔が一定な接触部と間隔が変化する接触部とを組み合わせることができる。

上記ではコネクタ装置を工具交換装置に利用した例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、連結・分離の有無を問わず他の機器、回路等の信号線の接続・切断のコネクタ装置として利用することができる。もちろん、雄型部材１２と雌型部材１４とに第１コネクタ、第２コネクタを設けてもよい。

［検証］
上記のように構成される第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの接続状態における電気抵抗の変化を検証した。検証は、試験装置に第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとをセットし、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとの接続・分離を繰り返し行った。電気抵抗は、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａを接触した状態で、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａと間の抵抗値を測定した。第１信号ピン３３ａとしては、第１突起４７間隔Ｐ１が０．６０ｍｍ，側面４７ａの傾斜角が６０°であり、ヘッド４４の直径が２．００ｍｍのものを用いた。また、第２信号ピン３５ａとしては、第２突起５７の間隔Ｐ２ａが１．０ｍｍ、中心を挟んだ第２突起５７の間隔Ｐ２ｂが１．４２ｍｍ，稜線Ｒ２の傾斜角が５０．７７°であり、ヘッド５２の下部の直径が１．４２ｍｍのものを用いた。第１信号ピン３３ａ，第２信号ピン３５ａの材質は、ベリリウム銅であり、その表面に金めっきを施したものであった。

試験装置は、往復接触試験装置であり、変位一定条件で接続・分離を行い、下記表１の回数ごとに接触抵抗を測定した。第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａの１０組のサンプル（Ｎｏ．１〜１０）について検証を行った。この検証では、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとを、図７に示されるように接触させた状態を第１状態とし、この第１状態から第１信号ピン３３ａのピン本体４１をバネの付勢に抗して２．５ｍｍだけ押し込んだ状態を第２状態として、第１状態と第２状態との間で移動するように、第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａとを相対的に移動させた。接触抵抗は、第１状態と第２状態とのそれぞれについて測定した。下記表１に接触抵抗検証結果を示す。表１中の回数は、１往復動作を１回としてカウントした値である。また、サンプル番号に併記した「往」は、第２状態で測定した接触抵抗値であり、「復」は第１状態で測定した接触抵抗値である。下記表２についても同様である。

また、比較のために、図８に示す信号ピン６１と、図９に示す信号ピン６２との組み合わせの比較サンプル（Ｎｏ．１〜１０）についても接続・分離の検証を行った。信号ピン６１は、ピン本体６３とスリーブ６４とを備えたものであり、第１信号ピン３３ａと同様に、ピン本体６３を軸心方向に移動自在かつ軸心を中心に回動自在にしてスリーブ６４に嵌入してあり、スリーブ６４内のバネ（図示省略）で付勢してある。ピン本体６３は、軸部６３ａの一端に、先端面に第２信号ピン３５ａと同様な形状の４個の突起６５を形成したヘッド６３ｂを設けてある。周方向に隣接した一対の突起６５の頂部の間隔は、１．０８ｍｍ，稜線６４Ｒの傾斜角θ２は、６０°であり、ヘッド６３ｂの下部の直径が１．５０ｍｍのものを用いた。また、信号ピン６２は、端面が平坦な円盤部６２ａを軸部６２ｂの先端に設けたものであり、円盤部６２ａの直径が２．４ｍｍ、厚みが１ｍｍのものを用いた。信号ピン６１，６２の材質は、第１信号ピン３３ａ，第２信号ピン３５ａと同じであり、表面に金めっきを施したものであった。上記同様の条件下での検証結果を表２に示す。

表１からわかるように、本発明を実施した第１信号ピン３３ａと第２信号ピン３５ａの組み合わせでは、初期状態においては、比較サンプルよりも抵抗値は低く、接続分離の回数が増加すると、抵抗値は多少の変動が見られたが低い状態で推移した。これに対して、比較サンプルでは、接続分離の回数が増加するにしたがい、抵抗値が増大する傾向がみられ、しかも一部の比較サンプルでは抵抗値の大きな変動が見られた。

３３第１信号中継コネクタ
３３ａ第１信号ピン
３５第２信号中継コネクタ
３５ａ第２信号ピン
４７第１突起
４７ａ側面
５７第２突起
Ｓ頂部
Ｒ１，Ｒ２稜線

Claims

第１信号ピンを有する第１コネクタと、第２信号ピンを有する第２コネクタとを備え、前記第１信号ピンと前記第２信号ピンとの先端同士を接触することによって電気的に接続するコネクタ装置において、
前記第１信号ピンは、その先端面に、複数の山状の第１突起を二次元配列した第１接触部を有し、
前記第２信号ピンは、その先端面に、複数の山状の第２突起を二次元配列した第２接触部を有し、
前記第１信号ピンと前記第２信号ピンの少なくともいずれか一方の信号ピンが軸心を中心に回動自在とされるとともに、前記第１突起と前記第２突起のいずれか一方の突起の傾斜部に他方の突起の頂部と稜線の一方または両方が接触するようにしたことを特徴とするコネクタ装置。
前記一方の突起の傾斜部は、前記一方の突起の側面であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ装置。
前記第２接触部の一対の前記第２突起の間隔と、前記第１接触部の隣り合う前記第１突起の間隔とが互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ装置。
前記第１突起の傾斜部の傾斜角と前記第２突起の傾斜部の傾斜角とが互いに異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ装置。
前記第１接触部は、四角錐形状の複数の前記第１突起が３行３列で配列されており、
前記第２接触部は、円周上に配列され頂部から先端面の中心に向って延びる稜線を有する４個の前記第２突起が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクタ装置。