JP6888670B2 - 板ばね、接続端子台 - Google Patents

Description

本発明は、板ばね、接続端子台に関するものである。

特許文献１には、電線を電気回路に接続するための端子構造として、電線をハウジングに差し込むだけでよいプッシュイン端子が開示されている。この端子構造では、略Ｖ字状に曲げられた板ばねを使用している。電線を差し込んでゆくと、まず電線の先端で板ばねを押してゆき、電線の先端が板ばねの先端を越えると、今度は板ばねの先端で電線を押し付ける係合状態へと移行する。

特許第５５３９８０９号公報

電線の先端が板ばねの先端を越えたときに、板ばねから受ける反力に大きな変化がないと、作業者は手応えを得にくく、確実に係合状態に移行したことを知覚しにくい。
本発明の目的は、電線と板ばねとが係合状態に移行したことを、作業者に知覚しやすくすることである。

本発明の一態様に係る板ばねは、ハウジングの電線差込穴に電線が差し込まれると、ハウジングの内部で電線と係合し、電線の引き抜き方向の変位を抑制する。ハウジングの内部で電線が通る位置を電線進路とし、先端が差し込み方向の奥側及び電線進路に向かって突出し、板面が電線進路と交差するように配置された直線状の自由端側区間を備える。電線が差し込まれたときに、電線の先端が自由端側区間を押し、電線の先端が自由端側区間の先端を越えると、自由端側区間の先端が電線を押す係合状態へと移行する。電線の先端が自由端側区間の先端に達した差し込み位置で、電線と自由端側区間とのなす角度が、４５度±２度以内である。

本発明によれば、電線の先端が自由端側区間の先端に達した差し込み位置で、電線と自由端側区間とのなす角度が、４５度±２度以内であるため、電線の先端が板ばねの先端を越えたときに、電線を差し込むときの力が急激に減少する。これにより、作業者は手応えを得て、確実に係合状態に移行したことを知覚しやすくなる。

接続端子台の斜視図である。 部分的に内部を示した接続端子台の斜視図である。 フェルール端子を差し込む前の状態を示す断面図である。 端子部が板ばねの自由端側区間に当接した状態の断面図である。 端子部の先端が自由端側区間の先端に達した状態の断面図である。 フェルール端子の差し込みが完了した状態の断面図である。 工具を差し込んだ状態の断面図である。 本発明における挿入ストロークと挿入力との関係を示すグラフである。 比較例の板ばね構造を示す断面図である。 比較例における挿入ストロークと挿入力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《構成》
図１は、接続端子台の斜視図である。
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、幅方向、縦方向、及び奥行方向とする。
接続端子台１１は、リレーを外部回路に接続するためのターミナルソケットである。縦方向の一端側には、一次側のリード線を接続可能なコイル端子用の一次側端子部１２が形成されている。縦方向の中央には、例えば４極の接点を有するリレーを接続可能なリレー端子部１３が形成されている。縦方向の他端側には、コモン端子用、ａ接点端子用、ｂ接点端子用の二次側のリード線を接続可能な二次側端子部１４が形成されている。一次側端子部１２、リレー端子部１３、及び二次側端子部１４は、ハウジング１５によって一体化されている。

ハウジング１５において、奥行方向の手前側となる上面は、リレー端子部１３が一次側端子部１２及び二次側端子部１４よりも奥行方向の奥側に配置されている。
一次側端子部１２は、スプリング式の端子構造であり、ハウジング１５の上面には、奥行方向に沿ってリード線を差し込み可能な複数の電線差込穴２１が形成されている。幅方向の一端側には、一方の極性用として二つの電線差込穴２１ｃと２１ｄが形成され、幅方向の他端側には、他方の極性用として二つの電線差込穴２１ａと２１ｂが形成されている。したがって、一次側端子部１２には計４個の電線差込穴２１がある。極性が同一となる二つの電線差込穴２１ａと２１ｂ、または２１ｃと２１ｄは、幅方向及び縦方向の双方にずらして配列されている。ハウジング１５の上面には、奥行方向に沿って工具を差し込み可能な複数の工具差込穴２２が形成されている。工具差込穴２２は、各電線差込穴２１ａ〜２１ｄに対して一つずつ設けられており、夫々、電線差込穴２１ａ〜２１ｄよりも縦方向の他端側に配置されている。したがって、一次側端子部１２には計４個の工具差込穴２２がある。

リレー端子部１３は、プラグイン式の端子構造であり、ハウジング１５の上面には、奥行方向に沿ってプラグを差し込み可能な複数のプラグ差込口２３が形成されている。縦方向の一端側には、コイル端子用として二つのプラグ差込口２３が形成されている。縦方向の他端側には、コモン端子用、ａ接点端子用、及びｂ接点端子用として三つのプラグ差込口２３が縦方向に沿って形成されており、これら三つを一組とし、幅方向に沿って四組分が配列されている。したがって、リレー端子部１３には計１４個のプラグ差込口２３がある。

二次側端子部１４は、スプリング式の端子構造であり、ハウジング１５の上面には、奥行方向に沿ってリード線を差し込み可能な４極に対応する複数の電線差込穴２４が形成されている。二次側端子部１４は、縦方向の一端側から他端側に向けて、奥行方向の高さが順に低くなる三つの段がある。上段には、例えばｂ接点端子用として１極あたり二つの電線差込穴２４ａ〜２４ｈが形成されている。中段には、例えばａ接点端子用として１極あたり二つの電線差込穴２４ｉ〜２４ｐが形成されている。下段には、例えばコモン端子用として１極あたり二つの電線差込穴２４ｑ〜２４ｘが形成されている。各段において、１電極の二つの電線差込穴２４（例えば２４ａと２４ｂ）は、幅方向及び縦方向の双方にずらして配列されている。これら六つの電線差込穴２４（例えば２４ａ、２４ｂ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｑ、及び２４ｒ）を一組とし、幅方向に沿って４極分が配列されている。したがって、二次側端子部１４には計２４個の電線差込穴２４がある。ハウジング１５の上面には、奥行方向に沿って工具を差し込み可能な複数の工具差込穴２５が形成されている。各段において、工具差込穴２５は、各電線差込穴２４ａ〜２４ｘに対して一つずつ設けられており、夫々、電線差込穴２４よりも縦方向の一端側に配置されている。したがって、二次側端子部１４には計２４個の工具差込穴２５がある。

図２は、部分的に内部を示した接続端子台の斜視図である。
一次側端子部１２、及び二次側端子部１４は、基本的に同様の構造であるため、ここでは二次側端子部１４を例に説明する。
ハウジング１５の内部には、各プラグ差込口２３における奥行方向の奥側に、刃受けばね３１が設けられている。刃受けばね３１は、対向し付勢し合う一対のばね片を備え、この一対のばね片の間に差し込まれたプラグを挟持する。各電線差込穴２４ａ〜２４ｘにおける奥行方向の奥側には、スプリング金具３２が設けられており、各スプリング金具３２は中間ベース４６に取付けられている。スプリング金具３２は、奥行方向及び幅方向と略平行な押付面３３と、この押付面３３に対して付勢された板ばね３４とを備え、これら押付面３３と板ばね３４との間に差し込まれたリード線を挟持する。刃受けばね３１及びスプリング金具３２よりも奥行方向の奥側には、これらを電気的に接続する中継導電板３５が設けられている。中継導電板３５は、コイル端子用に二系統あり、コモン端子用、ａ接点端子用、及びｂ接点端子用に、夫々、四系統ある。

電線差込穴２４に差し込まれるリード線１６（電線）には、フェルール端子１７が圧着されている。フェルール端子１７は、より線のバラケを防止し、電気接続の品質を安定させるための棒形圧着端子である。フェルール端子１７は、絶縁されたカラー部１８と、端子部１９と、を備える。カラー部１８の先端側には、先端に向かうほど小径となるテーパ面１８ａが形成されており、端子部１９はカラー部１８の直径よりも細い。
板ばね３４は、ハウジング１５の電線差込穴２４にリード線１６が差し込まれると、ハウジング１５の内部で端子部１９と係合し、引き抜き方向の変位を抑制する。また、工具差込穴２５に工具（図示省略）が差し込まれると、ハウジング１５の内部で端子部１９との係合が解除される。

次に、電線差込穴２４の構造について説明する。
二次側端子部１４に形成された電線差込穴２４は、何れも同一の構造であるが、ここでは下段に形成された電線差込穴２４を例に説明する。
図３は、フェルール端子を差し込む前の状態を示す断面図である。
電線差込穴２４は、ハウジング１５の内部へと向かって順に、大径部４３と、当接部４４と、小径部４５と、を備える。大径部４３の直径は、カラー部１８よりも僅かに大きい寸法である。当接部４４は、奥行方向の奥側に向かうほど小径となるテーパ面である。奥行方向に対する当接部４４のテーパ角度は、奥行方向に対するテーパ面１８ａの角度よりも大きい。小径部４５の直径は、カラー部１８の直径よりも小さく、且つ端子部１９の直径よりも大きな寸法である。

板ばね３４は、例えばステンレスによって形成されており、板厚は０.５ｍｍ程度で均一である。板ばね３４は、自由端側区間５１と、固定端側区間５２と、第一の曲げ区間５３と、第二の曲げ区間５４と、工具接触区間５５と、を備える。ハウジング１５の内部で端子部１９が通る位置を端子進路５６（電線進路）とする。
自由端側区間５１は、先端が差し込み方向の奥側及び端子進路５６に向かって直線状に突出し、板面が端子進路５６と交差するように配置され、且つ押付面３３に向かって付勢された区間である。フェルール端子１７が差し込まれていない状態において、自由端側区間５１の先端５１ａは、押付面３３に当接しており、端子進路５６と自由端側区間５１とのなす角度αは７０度±２度以内に設定されている。
固定端側区間５２は、中間ベース４６に固定され、端子進路５６と平行に延びる直線状の区間である。

第一の曲げ区間５３は、自由端側区間５１と固定端側区間５２との間に介在し、差し込み方向の手前側から見て凸となる側に湾曲させた区間である。曲率半径が小さ過ぎると、塑性変形しやすくなり、さらに弾性力が弱くなるため、曲率半径は板厚の２倍以上に設定されており、好ましくは３倍以上である。したがって、ここでは１.５ｍｍ以上の曲率半径とすることが好ましい。
第二の曲げ区間５４は、自由端側区間５１と第一の曲げ区間５３との間に介在し、差し込み方向の手前側、又は端子進路５６から見て凹となる側に曲げられた区間である。
工具接触区間５５は、第一の曲げ区間５３と第二の曲げ区間５４との間に介在し、工具が差し込まれたときに、工具の外周面によって端子進路５６の外側へと押される直線状の区間である。

板ばね３４の動作について説明する。
図４は、端子部が板ばねの自由端側区間に当接した状態の断面図である。
電線差込穴２４にフェルール端子１７を差し込んでゆくと、まず端子部１９が小径部４５を通過し、端子部１９の先端１９ａが、板ばね３４における自由端側区間５１の板面に当接する。
この状態からフェルール端子１７を押し込んでゆくと、端子部１９の先端１９ａが板ばね３４における自由端側区間５１の板面を、奥行方向の奥側へと押してゆく。このとき、自由端側区間５１から工具接触区間５５までの範囲が、第一の曲げ区間５３の曲率中心を支点にして回動し、固定端側区間５２に対して工具接触区間５５の開き度合を狭める、つまり閉じる方向に板ばね３４を弾性変形させてゆく。

図５は、端子部の先端が自由端側区間の先端に達した状態の断面図である。
フェルール端子１７をさらに押し込んでゆくと、端子部１９の先端１９ａが自由端側区間５１の先端５１ａに達する。この状態で、端子部１９と自由端側区間５１とのなす角度βは４５度±２度以内に設定されている。
フェルール端子１７をさらに押し込み、端子部１９の先端１９ａが自由端側区間５１の先端５１ａを越えると、端子部１９は自由端側区間５１の先端５１ａと押付面３３との間に割り込むように進入する。このとき、板ばね３４の弾性力により、自由端側区間５１の先端５１ａが端子部１９を押付面３３に押し付ける係合状態となる。

自由端側区間５１は差し込み方向の奥側へ向かって突出しているため、この係合状態では、端子部１９の差し込み方向への変位が順方向となり許容される。一方、引き抜き方向への変位は、自由端側区間５１を逆撫でる逆方向となるため、自由端側区間５１の先端５１ａが端子部１９へ引っ掛かり、引き抜き方向の変位が抑制される。したがって、フェルール端子１７の緩みや抜け落ちを抑制できる。このように、自由端側区間５１の先端５１ａと押付面３３とによって端子部１９が挟持されることで、端子部１９を保持した拘束状態となる。なお、端子部１９の幅寸法は１.５ｍｍ程度であり、自由端側区間５１の先端５１ａと押付面３３との間には、端子部１９の幅寸法だけ隙間が空くようになる。

ここでは、便宜上、フェルール端子１７に傾きがない状態を描いているが、実際には端子部１９が板ばね３４によって押付面３３の側に押圧されることで、フェルール端子１７が奥行方向に対して傾いた状態となる。したがって、フェルール端子１７を差し込んだときに、僅かな傾きを積極的に許容するために、大径部４３の直径、当接部４４のテーパ角度、小径部４５の直径等が設定されている。
図６は、フェルール端子の差し込みが完了した状態の断面図である。
フェルール端子１７をさらに押し込んでゆき、カラー部１８におけるテーパ面１８ａの先端側が、電線差込穴２４の当接部４４に当接すると、それ以上の差し込みが阻止され停止する。このとき、端子部１９の先端１９ａは、ハウジング１５の内部における底面４７に対して隙間があくように設定されている。ここでは、カラー部１８の長さが６.０ｍｍ程度、端子部１９の長さは８.０ｍｍ程度であり、全長１４.０ｍｍ程度のものを使用している。

図７は、工具を差し込んだ状態の断面図である。
板ばね３４が端子部１９と係合している場合、奥行方向の手前側から見て、工具差込穴２５は、自由端側区間５１における縦方向の他端側から、第一の曲げ区間５３における縦方向の一端側に至る領域と重なる位置に配置されている。工具差込穴２５は、奥行方向の奥側に向かうほど端子部１９へと接近するように、奥行方向に対して１０度ほど傾斜して形成されている。板ばね３４が端子部１９と係合している場合、工具接触区間５５は工具差込穴２５の軸線と略平行に延びている。工具６１には、例えばマイナスドライバが使用される。

工具６１を差し込むと、第一の曲げ区間５３における縦方向の一端側から工具接触区間５５に至る範囲に、工具６１の外周面が滑りながら接触し、工具接触区間５５を端子部１９の外側へと押しやる。あるいは、自由端側区間５１における縦方向の他端側から第二の曲げ区間５４に至る範囲に、工具６１の先端が当接し、自由端側区間５１を押し下げる。このように、工具接触区間５５を端子部１９の外側へ押しやるか、自由端側区間５１を押し下げることにより、固定端側区間５２に対して工具接触区間５５の開き度合を狭める、つまり閉じる方向に板ばね３４を弾性変形させる。これにより、自由端側区間５１の先端５１ａと端子部１９との係合状態が解除され、端子部１９は板ばね３４による拘束から解放されることになり、フェルール端子１７の引き抜きが可能となる。

《作用》
次に実施形態の主要な作用について説明する。
端子部１９の先端１９ａが自由端側区間５１の先端５１ａに達した状態で、端子部１９と自由端側区間５１とのなす角度βが４５度±２度以内になるように設定する。このような角度設定とすると、端子部１９の先端１９ａが自由端側区間５１の先端５１ａを越えたときに、フェルール端子１７を差し込むときに受ける反力が急激に減少するようになる。これは摩擦係数μが大幅に低減することに起因している。すなわち、作業者からすると、フェルール端子１７を差し込むときの力が急に抜けるため、作業者は手応えを得て、確実に係合状態に移行したことを知覚しやすくなる。

図８は、挿入ストロークと挿入力との関係を示すグラフである。
挿入ストロークが０のときには、図４に示すように、端子部１９の先端１９ａが、板ばね３４における自由端側区間５１の板面に当接している。この状態から、フェルール端子１７を差し込んでゆくと、板ばね３４が弾性変形するときの反力、及び自由端側区間５１の板面上を端子部１９の先端１９ａが滑るときの摩擦抵抗により、挿入力が増加してゆく。
挿入ストロークがｘ１のときには、図５に示すように、端子部１９の先端１９ａが自由端側区間５１の先端５１ａに達している。このときが挿入力のピークとなる。この挿入ストロークで、端子部１９と自由端側区間５１とのなす角度βが４５度±２度以内になるように設定すると、フェルール端子１７をさらに差し込んでゆくときに、摩擦係数μが大幅に低減することで、挿入力が急激に減少することが実験により判明している。

ここで、比較例について説明する。
図９は、比較例の板ばね構造を示す断面図である。
ここでは、略Ｖ字状に曲げられた板ばね７１を使用している。
図中の（ａ）は、フェルール端子１７を差し込む前の状態の断面図である。
図中の（ｂ）は、端子部１９が板ばね７１に当接した状態の断面図である。この状態において、端子部１９と板ばね７１の先端とのなす角度は４５度程度である。
図中の（ｃ）は、端子部１９の先端が板ばね７１の先端に達した状態の断面図である。この状態において、端子部１９と板ばね７１との先端とのなす角度は３０度程度である。
図中の（ｄ）は、フェルール端子１７の差し込みが完了した状態の断面図である。

図１０は、比較例における挿入ストロークと挿入力との関係を示すグラフである。
挿入ストロークが０のときには、図９（ｂ）に示すように、端子部１９の先端が板ばね７１の先端に当接している。この状態から、フェルール端子１７を差し込んでゆくと、板ばね７１が弾性変形するときの反力、及び板ばね７１の板面上を端子部１９の先端が滑るときの摩擦抵抗により、挿入力が増加してゆく。
挿入ストロークがｘ１のときには、図９（ｃ）に示すように、端子部１９の先端が板ばね７１の先端に達している。このときが挿入力のピークとなり、フェルール端子１７をさらに差し込んでゆくときに、摩擦係数μは大幅に低減することはなく、挿入力は緩やかに減少することが実験により判明している。このように、フェルール端子１７を差し込むときの力に大きな変化がないと、作業者は手応えを得にくく、確実に係合状態に移行したことを知覚しにくい。

実施形態では、端子部１９と自由端側区間５１とのなす角度βを４５度±２度以内とするために、まずフェルール端子１７が差し込まれていない状態で、端子進路５６と自由端側区間５１とのなす角度αを７０度±２度以内にしている。また、固定端側区間５２と、第一の曲げ区間５３と、第二の曲げ区間５４と、を形成している。この第二の曲げ区間５４を設けることで、比較例の構造よりも角度β及びαの値を大きくし、β≒４５度、及びα≒７０度を実現することができる。
また、第一の曲げ区間５３は、板厚の２倍以上の曲率半径に設定されている。これにより、板ばね３４が塑性変形したり、弾性力が弱まったりすることを抑制できる。
また、工具接触区間５５を設けたことで、工具６１の差し込み時に、工具接触区間５５を介してスムーズに板ばね３４を撓ませ、端子部１９との係合状態を容易に解除することができる。

《変形例》
上記の実施形態では、リード線１６にフェルール端子１７を圧着した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単線であれ、より線であれ、裸線のまま使用してもよい。
上記の実施形態では、ａ接点端子及びｂ接点端子を組み合わせたｃ接点のリレーについて説明したが、これに限定されるものではなく、ａ接点のリレーやｂ接点のリレーにも適用できる。また、４極の接点を有するリレーについて説明したが、これに限定されるものではなく、１極、２極、又は３極のリレーにも適用できる。さらに、リレーに限定されるものではなく、タイマーにも適用できる。
上記の実施形態では、リレーやタイマー等を外部回路に接続するためのターミナルソケットについて説明したが、これに限定されるものではない。要は、ハウジング１５に差し込まれたフェルール端子１７を保持可能なスプリング式の端子構造であれば、他の如何なる電気機器や付属装置にも適用可能である。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…接続端子台、１２…一次側端子部、１３…リレー端子部、１４…二次側端子部、１５…ハウジング、１６…リード線、１７…フェルール端子、１８…カラー部、１８ａ…テーパ面、１９…端子部、１９ａ…先端、２１…電線差込穴、２２…工具差込穴、２３…プラグ差込口、２４…電線差込穴、２５…工具差込穴、３０…角度、３２…スプリング金具、３３…押付面、３４…板ばね、３５…中継導電板、４３…大径部、４４…当接部、４５…小径部、４６…中間ベース、４７…底面、５１…自由端側区間、５１ａ…先端、５２…固定端側区間、５３…第一の曲げ区間、５４…第二の曲げ区間、５５…工具接触区間、５６…端子進路、６１…工具、７１…板ばね

Claims (4)

1. ハウジングの電線差込穴に電線が差し込まれると、前記ハウジングの内部で前記電線と係合し、前記電線の引き抜き方向の変位を抑制する板ばねにおいて、
   前記ハウジングの内部で前記電線が通る位置を電線進路とし、先端が差し込み方向の奥側及び前記電線進路に向かって突出し、板面が前記電線進路と交差するように配置された直線状の自由端側区間と、
   前記ハウジングに固定され、前記電線進路と平行に延びる直線状の固定端側区間と、
   前記自由端側区間と前記固定端側区間との間に介在し、前記差し込み方向の手前側から見て凸となる側に曲げられた第一の曲げ区間と、
   前記自由端側区間と前記第一の曲げ区間との間に介在し、前記差し込み方向の手前側から見て凹となる側に曲げられた第二の曲げ区間と、
   を備え、
   前記電線が差し込まれたときに、前記電線の先端が前記自由端側区間を押し、前記電線の先端が前記自由端側区間の先端を越えると、前記自由端側区間の先端が前記電線を押す係合状態へと移行するものであり、
   前記電線の先端が前記自由端側区間の先端に達した差し込み位置で、前記電線と前記自由端側区間とのなす角度が、４５度±２度以内であり、
   前記電線が差し込まれていない状態で、前記電線進路と前記自由端側区間とのなす角度が、７０度±２度以内であることを特徴とする板ばね。
2. 前記第一の曲げ区間は、板厚の２倍以上の曲率半径であることを特徴とする請求項１に記載の板ばね。
3. 前記ハウジングの工具差込穴に工具が差し込まれると、前記ハウジングの内部で前記電線との係合が解除されるものであり、
   前記第一の曲げ区間と前記第二の曲げ区間との間に介在し、前記工具が差し込まれたときに、前記工具の外周面によって前記電線の外側へと押される直線状の工具接触区間を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の板ばね。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の板ばねを備えた接続端子台。

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