JP6822991B2 - 可動端子装置と可動端子の出力を検出する装置 - Google Patents

Description

実施形態は、例えば検査用の端子（コンタクト）装置、充電機器の接続装置、などに用いられる可動端子装置と可動端子の出力を検出する装置に関する。

印刷配線基板上の回路端子、集積回路の端子に検査針を接触させて回路の動作状況や配線状態を検査する装置がある。ここで検査針は、プローブ、コンタクトピン、スプリングピンなどと称される。以下これらの検査針類及び接続端子類を可動端子装置と称することにする。また、スマートフォーン、タブレットＰＣ、パーソナルコンピュータなどの各種接続装置として、このような可動端子装置が採用される。

この可動端子装置の構造は、例えば有低の筒状の外囲器（バレル：Barrelと称されることもある）に、その開口側から棒状の接触ピン（プランジャー：Plungerと称されることもある）の一方端（基端）が挿入されている。外囲器の内部には、ボールとスプリングが配置されている。スプリングは、ボールを介して接触ピンの一方端（基端）を、外囲器の外方向に弾性的に押している。このため接触ピンの他方端（先端）は、外囲器の外に棒状に突出して露出するが、ストッパーにより設定した突出長をもって制限されている。

接触ピンの先端が、外囲器の方向へ向けて外圧により押された場合、スプリングに抗して接触ピンは外囲器の内部に沈み、押圧が開放された場合、接触ピンは外囲器の外方向へスプリングにより押し戻される。なお、ボールを省略したタイプの装置も存在する。

米国特許出願公開第２００８／０１４３３６７号明細書 特開平１０−０７４５５２号公報 特開平０５−０８２２０２号公報

上記の可動端子装置は、少なくとも接触ピンと外囲器が導電性である。スプリングも導電性であることが多い。この装置は、接触ピンと外囲器との電気的接続の信頼性が要求される。接触ピンと外囲器とを組み立てた状態において、ピン可動方向（高さ方向）へ比較的長いタイプの装置では、電気的接続の信頼性が高い。

しかしながら、装置が小型化され、軸方向の長さ（高さ）が短くなったタイプの装置では、電気的接続の信頼性が劣っていることがある。つまり、接触ピンと外囲器との瞬間的な非接触状態が生じることがある。このような事態が生じると、接触ピンが接続される電気回路に故障を生じたり、或いは、測定値が異常を示したりすることがある。

また、この可動端子装置では、接触ピンが外部の接続箇所に対して、当接されたり離脱されるたびに、スプリングの伸縮動作がある。このためにスプリングと外囲器内壁との擦れがあるために、スプリングのメッキが剥がれたり、メッキの剥がれ片が、外囲器の底に溜まって腐食することがある。この結果、スプリングが正常に機能しなくなり、接触ピンと外囲器との接触不良が生じたりすることがある。

そこで本実施形態では、接触ピンと外囲器との電気的接続の信頼性が高く、また短小化に有効な構成の可動端子装置と可動端子の出力を検出する装置を提供することを目的とする。

一実施形態によると、
有低筒状であり、開口部には内側に突出したストッパーを形成した外囲器と、
前記外囲器の内部を軸方向へ移動自在であり、前記ストッパーにより前記外囲器の内部から外部へ出るのを抑制される基端部と前記基端部に一体形成されており、前記開口部を介して前記外囲器の外へ突出した先端部を有する可動端子と、前記可動端子の前記基端部と前記外囲器の内部の底面との間に配置されたスプリングと、
を有し、
前記基端部の外周面と、前記基端部が前記軸方向へ移動する範囲の少なくとも一部の内周面との少なく一方の面の一部に間欠的に形成された複数の突出部であって、
前記複数の突出部は、前記軸方向と、前記基端部の前記外周面の方向へずれており、さらに互いに異なる大きさを含み、前記外囲器内で前記可動端子が軸方向へ移動するのに対して、前記外囲器と前記可動端子との間で摩擦力の不均衡を生じさせる、可動端子装置が提供される。

図１Ａは、可動端子装置の一実施形態の断面を示す図である。 図１Ｂは、可動端子装置の他の実施形態の断面を示す図である。 図２Ａは、可動端子装置のさらに他の実施形態の断面を示す図である。 図２Ｂは、可動端子装置のさらにまた他の実施形態の断面を示す図である。 図３Ａは、可動端子装置のまた他実施形態の断面を示す図である。 図３Ｂは、可動端子装置のさらにまた他の実施形態の断面を示す図である。 図４は、可動端子装置が絶縁モジュールに取り付けられたときの一例を示す断面図である。 図５は、可動端子装置が例えば自動車のドアロック部の一部に採用された例を示す説明図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１Ａは、一実施形態の概要を示す断面図である。

１００は、有低の例えば円筒状の外囲器（バレル：Barrelと称してもよい）であり、開口部１０１には内側に突出したストッパー１０２が形成されている。ストッパー１００は、開口部１０１を絞りこむように形成されているが、必ずしもこの方式に限るものではなく、突起を筒体の内側に設けてもよい。外囲器１００は底１０３を備え、また軸方向において、適宜の位置の外周には鍔１０５を形成されている。鍔１０５は、外囲器１００を基板などに取り付ける際に係止部及び電気的な接続部として利用される。

３００は、可動端子（接触ピン、プランジャー：Plungerなどと称されてもよい）である。この可動端子３００は、外囲器１００の内部に一部が収容され、他の一部が外囲器１００の外に突出している。即ち、可動端子３００は、ストッパー１０２により外囲器１００の内部から外部へ出るのを抑制される基端部３０２と、基端部３０２に一体形成されており、開口部１０１を介して外囲器１００の外へ突出した先端部３０３を有する。ストッパー１０２は、外囲器１００に可動端子３００が挿入されたあと、外囲器１００の口が絞り加工されて形成されたものである。

可動端子３００の先端部３０３の径は、基端部３０２の径よりも小さく、基端部３０２及び先端部３０３は、同軸一体である。

ここで、基端部３０２の軸方向の長さは、外囲器１００の筒内の深さよりも小さく、したがって、可動端子３００の基端部３０２は、外囲器１００内部を軸方向へ一定の範囲で移動自在である。また、基端部３０２の先端と外囲器１００の底１０３との間には、コイル状のスプリング４００が軸方向に伸縮自在に配置されている。

したがって、可動端子３００は、スプリング４００により基端部３０２を弾性的に押圧される。このため可動端子３００の先端部３０３は、外囲器１００の外に棒状に突出して露呈するが、その突出長は、設定した長さもってストッパー１０２により制限されている。
上記のように構成されているので、可動端子３００の先端が外囲器１００の方向（軸方向）へスプリング４００に抗して押し付けられると、点線で示すように、可動端子３００は移動することができる。しかし、先端の外圧が除かれると、可動端子３００は、実線で示す位置にスプリング４００の反発力により復帰する。

上記の動作において重要となるのは、可動端子３００と外囲器１００とが常に電気的に接続状態を維持することである。この接続状態を維持するために、この実施形態においては、次に説明するような対策が講じられている。

即ち、基端部３０２の外周面の一部に、断面でみると複数の突出部（ディンプルと称しても良い）５０１，５０２，５０３が形成されている。さらにこの複数の突出部５０１，５０２，５０３は少なくとも軸方向へずれた位置の複数の突出部を含むか、又は大きさが互いに異なる複数の突出部を含むか、又は両方を含む。

上記の複数の突出部５０１，５０２，５０３を設けることにより、可動端子３００が軸方向へ移動する際、基端部３０２の周りと外囲器１００の内周面１０４との間で、摩擦力の不均衡が生じる。このために可動端子３００は、移動中に、軸方向に対して傾斜して変位する方向への力が作用し、突出部５０１−５０３の何れかと外囲器の内周面１０４との接触（電気的接続）は確実なものなる。また突出部５０１−５０３の先端形状を平坦なものとすることにより、外囲器の内周面１０４との接触面積を大きくすることができ、一層、電気的接続を安定したものとすることができる。

なお、図面上では現れていないが、可動端子３００の底には、スプリング４００の一方端が侵入できる空洞、或いはくぼみが形成されている。突出部５０１，５０２，５０３は、空洞或いはくぼみの内側から例えば押し具により押し出して形成される。また可動端子３００の基端部３０２の太さは、直径が約１ｍｍ〜３ｍｍ程度のものである。
従来、スプリング４００と可動端子３００の基端部３０２との間にボールを設けて、可動端子３００の変位を誘起し、外囲器内周面と基端部３０２との接触を得るという構造があった。しかし、この構造は、ボールが必要であり、可動端子装置全体の軸方向長さが大きくなり、小型化に不向きであるとともに、部品費用、組み立て費用を含めると装置が高価になる。これに対して、本実施形態によると、装置価格が安価となり、装置全体の軸方向長さを小さくでき、小型化も可能となる。
上記の実施形態は、複数の突出部５０１−５０３を可動端子３００の基端部３０２の外周に形成した。しかしこの実施形態に限定されるものではなく、図１Ｂに示すように、外囲器１００の内周面に複数の突出部５１１、５１２、・・・を形成してもよい。なお図１Ａと同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図１Ｂの実施形態においても、基端部３０２が軸方向へ移動する範囲の少なくとも一部の外囲器１００の内周面１０４の一部に突出部５１１，５１２・・・・が複数形成されている。複数の突出部５１１，５１２・・・・は少なくとも軸方向へずれた複数の突出部を含むか、又は大きさが互いに異なる複数の突出部を含むか、又は両方を含む。
この構成においても、可動端子３００が軸方向へ移動する際、基端部３０２の周りと外囲器１００の内周面１０４との間で、摩擦力の不均衡が生じる。このために可動端子３００には、移動中に、軸方向から傾斜して変位する方向への力が作用し、突出部５１１、５１２・・・の何れかと基端部３０２との接触（電気的接続）は確実なものなる。また突出部５１１、５１２の先端形状を平坦なものとすることにより、基端部３０２との接触面積を大きくすることができ、一層、電気的接続を安定したものとすることができる。

図２Ａ、図２Ｂは、さらに他の実施形態である。図１Ａ、図１Ｂと同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図２Ａの実施形態は、断面でみて複数の突出部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ・・・であるが、基端部３０２の外周は、突出部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ・・・を結んで連続化すると、螺旋状に形成されている。図２Ｂは、可動端子装置のさらにまた他の実施形態の断面を示す図である。この場合も、基本原理は、先の図１Ａ、図１Ｂと同じ原理である。このために、可動端子３００が軸方向へ移動する際、基端部３０２の周りと外囲器１００の内周面１０４との間で、摩擦力の不均衡が生じる。このために可動端子３００には、移動中に、軸方向から傾斜して変位する方向への力が作用し、突出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ・・・と基端部３０２との接触（電気的接続）は確実なものなる。

図３Ａの実施形態は、図１Ａと図２Ａに示した実施形態を組み合わせた実施形態を示している。この実施形態であると、可動端子３００の基端部３０２に形成された突起部の間の溝（螺旋溝）にディンプル、つまり外囲器１００に形成された突出部５１１、５１２が入り込む。このために可動端子３００が軸方向へ移動するときは、可動端子３００外囲器１００との接触が確実に得られる。

図３Ｂの実施形態は、図３Ａの場合とは、逆であり、可動端子３００の基端部３０２に突出部５３１、５３２、５３３が形成され、つまり外囲器１００に螺旋形の突起部と突起部間の溝が形成されている。この場合も可動端子３００が軸方向へ移動するときは、可動端子３００の基端部３０２の突起部５３１、５３２、５３３が外囲器１００に形成された溝に入り込み、外囲器１００と可動端子３００との接触が確実に得られる。

上記の実施形態において、螺旋状の突起は、必ずしも複数回基端部３０２の廻り、或いは外囲器１００内面を全周回する必要はなく、半周回でもよい。また螺旋のための傾斜は、図示したほど緩やかな必要はなく、縦軸方向に対して少し傾斜している程度でよい。つまり突出部の長手方向は、可動端子が移動する軸方向に対して、傾斜していればよい。或いは凹凸による線状部は幅の異なるストライプ状であってもよい。

上記したように、可動端子（Plunger）と外囲器（Barrel）の接続部にディンプルやスリット或いはストライプ構造を設けることにより、可動端子と外囲器の接触面積を増やすことができ、ボール無でも接続信頼性を向上でき、かつコスト軽減を得られる装置を提供できる。

上記した装置において、外囲器は円筒状であり、可動端子は円柱形のごとく説明したが、これに限らず、四角柱形、三角柱形、多角柱形、楕円柱形などであってもよい。

本実施形態は、各種の機器で使用することができる。以下その使用形態の例をさらに説明する。

図４は、可動端子装置が絶縁モジュールに取り付けられたときの一例を示す断面図であり、例えば検出装置として構成された場合の例を示している。可動端子装置１０は、そのつば１０５が、プリント基板２０の接続端子に接続されるとともに、可動端子装置１０の外囲器１００がプリント基板２０に設けられた孔に挿入されて固定される。さらにこの可動端子装置１０及びプリント基板２０を補強し、かつ使用場所に配置するために、可動端子先端部を残して、全体が樹脂３０によりモールド成形される。樹脂３０の周縁部には、ねじ４１ａ、４１ｂが挿通され、所望の位置に、この可動端子装置１０を用いた検出装置を配置できるようになっている。

図５は、上記した検出装置が、例えば自動車７００のスライド式ドア７１１の閉じた際、その確実性を検出するセンサとして用いられる例を示している。図５はスライド式ドア７１１が開いた状態であるが、ドアが矢印の方向へスライドして閉じると、ドア７１１のエッジが、対向する開口部のエッジ７１２に当接する。このとき、可動端子装置１０を用いた検出装置は、例えば点線で示すエッジの厚み面に、可動端子３００を突出させた状態で配置されている。

ドア７１１が正常な位置に閉じていると、可動端子３００が操作されて、プリント基板２０に設けられているスイッチがオン又はオフし、ドア７１１が正常な位置に閉じていることを所定の制御部へ通知する。しかし、不完全にドア７１１が閉じていると、前記スイッチが所定の状態に変化しないので、異常検出状態となる。

上記は自動車のスライド式ドア部に使用する例であるが、
（１）飛行機、列車など運転席で操作される操作レバーなどの所定位置検出センサとして用いてもよい。
（２）また上記車両のドア状態検出センサとして用いられてよい。
（３）勿論、差し込みプラグのコンセントへの差し込みが正常な位置まで行われているかどうかなどのセンサとしても利用可能である。
（４）さらには、蓋などの閉じた状態或いは開いた状態（いわゆる所定状態）を検出する装置に適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。さらにまた、請求項の各構成要素において、構成要素を分割して表現した場合、或いは複数を合わせて表現した場合、或いはこれらを組み合わせて表現した場合であっても本発明の範疇である。また、複数の実施形態を組み合わせてもよく、この組み合わせで構成される実施例も発明の範疇である。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、使用している名称や用語についても限定されるものではなく、他の表現であっても実質的に同一内容、同趣旨であれば、本発明に含まれるものである。

１００・・・外囲器、１０１・・・開口、１０２・・・ストッパー、１０３・・・底、１０４・・・内周面、１０５・・・つば、３００・・・可動端子、３０２・・・基端部、３０３・・・先端部、４００・・・スプリング、５０１、５０２、５０３、５１１、５１２、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ、５３１、５３２、５３３・・・突出部。

Claims (6)

1. 有低筒状であり、開口部には内側に突出したストッパーを形成した外囲器と、
   前記外囲器の内部を軸方向へ移動自在であり、前記ストッパーにより前記外囲器の内部から外部へ出るのを抑制される基端部と前記基端部に一体形成されており、前記開口部を介して前記外囲器の外へ突出した先端部を有する可動端子と、
   前記可動端子の前記基端部と前記外囲器の内部の底面との間に配置されたスプリングと、
   を有し、
   前記基端部の外周面と、前記基端部が前記軸方向へ移動する範囲の少なくとも一部の内周面との少なく一方の面の一部に間欠的に形成された複数の突出部であって、
   前記複数の突出部は、前記軸方向と、前記基端部の前記外周面の方向へずれており、さらに互いに異なる大きさを含み、前記外囲器内で前記可動端子が軸方向へ移動するのに対して、前記外囲器と前記可動端子との間で摩擦力の不均衡を生じさせる、可動端子装置。
2. 前記複数の突出部は前記外周面に沿った長さを有しその長手方向は、前記可動端子が移動する軸方向に対して、螺旋形に沿っている、請求項１記載の可動端子装置。
3. 前記複数の突出部は前記外周面に沿った長さを有しその長手方向は、前記可動端子が移動する軸方向に対して、傾斜している、請求項１記載の可動端子装置。
4. 前記外囲器は、長手方向の途中において、前記外囲器の外周囲にプリント基板に係止させるためのつばを形成している、請求項１記載の可動端子装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可動端子装置を備え、ドア及び又は蓋の所定状態を前記可動端子の出力に基づいて検出する装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可動端子装置を備え、操作レバーが所定位置操作状態にあるか否かを前記可動端子の出力に基づいて検出する装置。

Images