JPH05283122A - 電気コネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 少なくとも一つの弾性的に変形するラメラ状
のたわみ電気接触部材２と、角を落とした少なくとも一
つの剛性電気接触部材１とから構成され、上記たわみ部
材２の自由端が曲面領域５を有し、その凹面は上記剛性
部材１に向き、かつその曲率半径は上記剛性部材１の断
面の半径よりも大きく、さらに当該曲面領域５は逆に曲
がったかみ合い領域により延長され、上記剛性部材１
が、上記たわみ部材２に向かって、上記たわみ部材２の
全体的な配置と交差する方向に相対的に変位することに
より、上記たわみ部材２が弾性的に力を加えられ、互い
に電気的かつ機械的な接触を行うコネクタ。 【効果】 コネクタの部材間の摩擦による摩耗が軽減さ
れ、また適度な力で挿入が可能となり、さらに部材の自
己クリーニングが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気コネクタに関する
ものである。特に、以下の機能特性を持ったコネクタに
関するものである。すなわち、まず、数多く（典型的に
は５０００から５００００回）の操作サイクルにおい
て、部材の相互の摩擦による早期摩耗を防ぎ、電気的接
触部材が自己クリーニングするための手法が採られてい
る。次に、コネクタの移動する対応部材が、大きな接触
面を持ち、比較的大きな寸法許容差を有する相対的に大
きな挿入行程の全てにおいて、十分な電気的接触が行わ
れる。さらに、適度な挿入力と（行程の最後における）
掛止め力とを有する。これは、行程の最後における掛止
めにおいて、コネクタそのものの外部にある機械的部材
を用いるコネクタに通常あてはまる。この場合に、掛止
め力は、（外部にある部材によって与えられるだろうか
ら）制限されなければならず、また、（動く部材同士が
機械的に接近する場合の）結合の機械的精度および挿入
行程の機械的精度とが、コネクタ自身というよりもむし
ろ外部にある部材に依存するので、コネクタは、相対的
に大きな寸法許容差（上記特性を参照）を持たなければ
ならないからである。

【０００２】

【従来の技術】コネクタの構成部材には、少なくとも一
つの剛性の電導部材があり、この電導部材をたわみ（す
なわち、弾性的に変形する）接触部材に挿入すること
で、機械的かつ電気的な接触がなされる。以下、これら
の構成部材を、それぞれ「剛性部材」、「たわみ部材」
と呼ぶことにする。また、実際には、剛性部材は「ピ
ン」または「雄部材」、たわみ部材は「ソケット」また
は「雌部材」とも呼ばれる。

【０００３】従来のコネクタの第一のタイプを図１に示
す。図１に示すように、剛性部材１は縦方向Δに置か
れ、また、たわみ部材２はΔの方向に対してほぼ平行に
置かれる。電気的接触を行うためには、剛性部材１を縦
方向Δに移動させる。そして、その結果、たわみ部材の
自由端は、横方向、すなわち（図の点線で示すように）
Δの方向に対してほぼ垂直の方向に押し広げられる。

【０００４】このコネクタの構造は、いくつかの利点を
有する。まず第一に、たわみ部材の変形（横方向の広が
り）が、剛性部材の直径にのみ依存し、それゆえ、縦方
向Δの行程を、コネクタ設計時に難なく長くすることが
できるので、長い行程を無理なく確保することができ
る。

【０００５】第二に、接触パスの長さ（つまり、挿入行
程における接触点の軌跡の長さ）が、コネクタの行程と
等しくなるので、摩擦による接触面での自己クリーニン
グが難なく行われる。

【０００６】そして最後に、このタイプのコネクタの挿
入と掛止めを行うのに要する力は、適度なもので足り
る。その様子を図３の曲線Ｉに示す。曲線Ｉは、このタ
イプのコネクタのＦ／ｄ（挿入力／挿入長）特性を示す
ものである。曲線のＯＡ部分は、たわみ部材２を半径方
向に広げるために要する力を示す。広げられた位置に到
達した時に、ピークＡが現れる。ピークＡの大きさは、
構成部材の形状に適切なものを選択することにより制限
することができる。また、挿入がさらに続き（ＡＢ部
分）、有効行程Ｄ上では、挿入力はほぼ一定となる。

【０００７】しかし、このタイプのコネクタは、接触パ
スの長さがコネクタの機械的な行程と同じであり、まさ
に、たわみ部材の事実上固定されている接触点が、剛性
部材に沿って長い行程を擦れ合うことになるので、摩耗
が早くなるという問題がある。

【０００８】次に、従来のコネクタの第二のタイプを図
２に示す。このコネクタは、本発明に関連するものであ
り、たわみ部材２は、一般には、剛性部材１が置かれる
Δ方向に対してほぼ垂直な（または大きく傾いた）横方
向に置かれる。そして、剛性部材１が挿入されるにした
がい、たわみ部材は徐々に曲がり、その自由端における
元に戻ろうとする力により、比較的簡単に結合がなされ
る。

【０００９】接触パスの長さが、上記の第一のタイプと
比較してずっと短いので、摩擦がずっと軽減され、耐久
性が改善される。一方、自己クリーニングは、接触パス
が短い分、かなり劣る。

【００１０】しかし、このタイプのコネクタの主な欠点
は、比較的高い挿入力を必要とする点にある。特に、行
程の終わり部分では大きな力が必要となる。その様子
を、図３のＦ／ｄ特性を表す曲線IIに示す。ここで注目
すべきは、電気的接触が十分になされる点Ａ’に達する
のに必要な力は小さなもので足りるが（ＯＡ’）、その
後、さらに剛性部材を挿入するのに必要な力は、非常に
急速に増大するということである。これは、たわみ部材
のレバーアームによる抵抗がしだいに増大し、大きな負
荷がかかってくることによるものである。また、有効行
程Ｄ’は、上記第一のタイプと比較してずっと短い。

【００１１】これらの欠点（大きな挿入力と短い行程）
は、コネクタの二つの部材がコネクタそのものの外部に
ある部材により互いに掛け止めされる上記のアプリケー
ションでは、特に問題となる。すなわち、挿入力が、コ
ネクタを掛止めするのに許容される最大力Ｆ_max を非常
に早い時期に超え、また、比較的短い行程Ｄ’は、寸法
許容差を十分には補償できず、そのため、コネクタの機
能的な質を決定するのが外部の掛止め部材の寸法の精密
度であることから、外部の掛止め部材を注意深く構成・
製造しなければならない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の欠点をなくし、長い行程、小さな挿入力および高い信
頼性（摩耗が少なく、自己クリーニングが行われる）を
有するコネクタを提案することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のコネクタは、少なくとも一つの弾性的に変
形するラメラ状のたわみ電気接触部材と、角を落とした
少なくとも一つの剛性電気接触部材とから構成され、上
記たわみ部材の自由端が曲面領域を有し、その凹面は上
記剛性部材に向き、かつその曲率半径は上記剛性部材の
断面の半径よりも大きく、さらに当該曲面領域は逆に曲
がったかみ合い領域により延長され、上記剛性部材が、
上記たわみ部材に向かって、上記たわみ部材の全体的な
配置と交差する方向に相対的に変位することにより、上
記たわみ部材が弾性的に力を加えられ、互いに電気的か
つ機械的な接触を行う。

【００１４】また、静止位置において、たわみ部材が、
剛性部材を受けるコネクタ本体の開口部を塞ぐように、
コネクタ本体の肩に都合よく寄り掛かる構造を有する。

【００１５】

【実施例】図４は、本発明に係るコネクタの断面図を示
す。図４の例では、剛性部材１は、平行した二つの列を
なし、プラグ本体３によって運ばれる。プラグ本体３
は、剛性部材１と組み合わされるたわみ部材２を有する
ソケット本体４の、対応したハウジングに挿入される。

【００１６】また、図４は、接触部材がかみ合ったとき
の様子を示している。つまり、機械的に接触している挿
入途中の位置を示し、この後に、コネクタは完全に挿入
され、機械的に掛止めされる。

【００１７】図５は、剛性部材１とたわみ部材２の拡大
図であり、連続した３状態が示されている。右側の位置
（実線で描かれた図）は、二つの部材が（図４の位置と
同じく）かみ合った時の状態を表したものである。同じ
く実線で表された左側の位置は、完全に挿入された状態
を表したものである。また中央の位置（点線で描かれた
図）は、後に述べる、ある特定の中間状態を表したもの
である。

【００１８】剛性部材１の断面は、半径ρ₁ のほぼ円形
の端部を持つ。たわみ部材２はフレキシブルな翼の形を
し、その自由端は曲面領域５を持ち、凹側が剛性部材と
向き合っている。この曲面領域５は、剛性部材１の円形
の断面の半径ρ₁ より大きな曲率半径ρ₂ を持つ。この
曲面領域５には、これとは逆に曲げられ、したがってそ
の凸側が剛性部材と向き合う、かみ合い領域６が続いて
いる。

【００１９】挿入は、以下の二つのフェーズで行われ
る。まず、かみ合ったときに（図５の右側の位置）、剛
性部材１の点７とたわみ部材２の逆にカーブした領域の
点１０との間で、接触が起こる。剛性部材１がΔ方向に
移動するにつれて、接触点は剛性部材の点７から点８
へ、たわみ部材の点１０から点１１へ移動する。そし
て、その後、図５の点線の位置では、たわみ部材上の接
触点は、逆にカーブした領域６から曲面領域５が開始す
る地点、つまり、これら領域５と６が結合する変曲点の
あたり、に移動する。

【００２０】次に、さらに移動が続くと、接触点は、剛
性部材上の点８から点９へ、たわみ部材上の点１１から
点１２へ移動する。この第２フェーズにおいて、接触点
は、剛性部材上は最初にかみ合った地点１０へ向かって
移動し、またたわみ部材上は曲面領域５のすべての地点
を通過する。

【００２１】このように、行程Ｄ”において、剛性部材
では、接触点が（点７から点８、そして点８から点９
へ）往復運動するのに対し、たわみ部材では、接触点は
（点１０から点１１、そして点１１から点１２への）相
対的に長い距離の連続的な移動を行う。すなわち、（上
記の第２フェーズの）Δ方向の最終的な変位が相対的に
短いにも関わらず、曲面領域５の長さは長いことにな
る。往復運動は、結果的に、接触面のすぐれた自己クリ
ーニング効果につながる。

【００２２】静的な見地から、この第２フェーズの間、
剛性部材の（Δ方向の）移動はたいへん小さいので、た
わみ部材の移動もたいへん小さくなり、したがってレバ
ーアームの反発力もきわめてゆっくりと増加するのみで
ある。

【００２３】この特性は、挿入力／変位特性に明瞭に示
される（図６）。この図において、全行程Ｄ”は、予備
行程ｄ₁ （かみ合い点Ｏと、力Ｆ₁ が良好な電気的接触
を行うために十分な圧力を提供する点Ａ”との間）と、
有効行程ｄ₂ （点Ａ”と挿入が完了しコネクタの掛止め
が行われる点Ｂ”との間）とに分けられている。

【００２４】点Ａ”とＢ”との間では、加えられる力は
（Ｆ₁ とＦ₂ の間を）変化するが、非常に長い行程にも
関わらず、比較的適度な割合でのみ変化するだけであ
る。一例として、広い範囲の操作において、予備行程ｄ
₁ が０．２ｍｍ、有効行程ｄ₂が１．６ｍｍで、力Ｆは
典型的にはＦ₁ ＝１０Ｎ、Ｆ₂ ＝２５Ｎの間でのみ変化
する結果が得られ、従来のコネクタを凌ぐ非常によく改
良された特性が得られる。

【００２５】図７は、たわみ部材２が、ソケット本体４
の二つの肩１３と１４により掛かる形態の実施例であ
る。ここで、ソケット本体４は、剛性部材１が挿入でき
るように適合させた開口部１５を塞ぐことにより、ソケ
ット内部を保護する。今までは、ずっと高価で複雑な加
工を要するリトラクタブルピストンによって接触部分が
主に保護されていたが、この方法によれば、保護された
接触部材は、カットアウト部材（たわみ部材２を構成す
る翼）から非常に簡単に得られる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、剛性部材とたわみ部材
との間の摩擦による摩耗が軽減され、また適度な力で挿
入が可能となり、さらに上記二つの部材の自己クリーニ
ングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一般的なコネクタの第一のタイプを示す
図である。

【図２】従来の一般的なコネクタの第二のタイプを示す
図である。

【図３】図１および図２のコネクタの接触部分の挿入力
／相対変位特性を示す図である。

【図４】本発明に係るコネクタの全体図である。

【図５】図４におけるコネクタの２つの構成部材が組合
わさる状態を、様々な位置で示した拡大図である。

【図６】本発明に係るコネクタの挿入力／相対変位特性
を示す図である。

【図７】接触部を保護する部分の実施例を示した図であ
る

【符号の説明】

１ 剛性電気接触部材 ２ たわみ電気接触部材 ３ プラグ本体 ４ ソケット本体 ５ 曲面領域 ６ かみ合い領域 ７ 剛性部材上の点 ８ 剛性部材上の点 ９ 剛性部材上の点 １０ たわみ部材上の点 １１ たわみ部材上の点 １２ たわみ部材上の点 １３ ソケット本体の肩 １４ ソケット本体の肩 １５ 開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの弾性的に変形するラメ
   ラ状のたわみ電気接触部材と、角を落とした少なくとも
   一つの剛性電気接触部材とから構成され、 上記たわみ部材の自由端が曲面領域を有し、その凹面は
   上記剛性部材に向き、かつその曲率半径は上記剛性部材
   の断面の半径よりも大きく、さらに当該曲面領域は逆に
   曲がったかみ合い領域により延長され、 上記剛性部材が、上記たわみ部材に向かって、上記たわ
   み部材の全体的な配置と交差する方向に相対的に変位す
   ることにより、上記たわみ部材が弾性的に力を加えら
   れ、互いに電気的かつ機械的な接触を行うコネクタ。
2. 【請求項２】 角を落とした上記剛性電気接触部材がほ
   ぼ円形の断面を持った請求項１に記載のコネクタ。
3. 【請求項３】 上記たわみ部材が、その静止位置におい
   て、上記コネクタ本体にある、上記剛性部材を受け入れ
   ることができる開口部を塞ぐように、コネクタ本体の肩
   に寄り掛かるようにした請求項１に記載のコネクタ。