WO2021124491A1

WO2021124491A1 - 電線側コネクタ

Info

Publication number: WO2021124491A1
Application number: PCT/JP2019/049666
Authority: WO
Inventors: 佳介澤崎; 健吾町田; 義史新味; 将之石神
Original assignee: トヨタ自動車株式会社; 矢崎総業株式会社
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN114830459A; JPWO2021124491A1; JP7273189B2; CN114830459B

Abstract

ここで開示する技術は電気機器を収容している筐体に固定される電線側コネクタに関する。電線側コネクタは、電線側端部と可撓性導体と先端端子を備えている。電線側端部は電線と可撓性導体を接続しており、先端端子は、電線側コネクタが筐体に固定されたときに、先端端子を介して可撓性導体と電気機器を接続する。可撓性導体は筐体の外面に沿って延びており、電線側端部と可撓性導体の接続部と、先端端子と可撓性導体の接続部は筐体の外面に沿って離間している。

Description

電線側コネクタ

　電気機器を収容している筐体に機器側コネクタを設けておき、電線の先端に電線側コネクタを設けておき、機器側コネクタと電線側コネクタを機械的に結合することによって、電気機器と電線を導通させる技術が知られている。機器側コネクタは機器側端子を備えており、電線側コネクタは先端端子を備えており、機器側コネクタと電線側コネクタを機械的に結合すると、機器側端子と先端端子が接触する位置関係に置かれている。本明細書は電線側コネクタに関する技術を開示する。

　電気機器を車載する場合、機器側コネクタと電線側コネクタ等に振動が加わり、機器側端子と先端端子の間に相対運動が生じ、機器側端子と先端端子がこすれ合うことがある。電線側コネクタ内には、電線が固定されている電線側端子と先端端子との間を延びる導体が配置されている。その導体の剛性が高いと、機器側端子と先端端子がこすれ合う現象が助長されて不具合を発生させることがある。導体には適度な柔軟性が必要とされる。

　特開２０１４－８６１５０号公報（文献１）に開示されている電線側コネクタ（文献１ではシールドコネクタと表現されている）は、次の構造を有している。なお電気機器を収容している筐体の外面には、機器側コネクタへの接近を許容する開口が設けられている。文献１の電線側コネクタは、機器側端子に接触する先端端子（文献１では雌型端子と表現されている）と、可撓性導体（文献１では伸縮性導体と表現されている）と、電線が接続される電線側端子を備えており、先端端子と可撓性導体は導通し、可撓性導体と電線側端子は導通している。機器側端子と先端端子は開口を囲繞する筐体の外面に直交する方向に延びている。電線側コネクタを前記直交方向に移動させると機器側端子と先端端子が摺動して導通する。電線側端子は略Ｌ字形をしており、電線は前記筐体外面に沿って延びる。

　文献１の電線側コネクタでは、可撓性導体の柔軟性を利用して機器側端子と先端端子がこすれ合う現象を抑制する。文献１の電線側コネクタでは、機器側端子と先端端子の摺動方向と、可撓性導体の長手方向が同じである。この場合、可撓性導体が長手方向に伸長または圧縮する現象を利用して、機器側端子と先端端子の間の摺動を抑制する。この構造で機器側端子と先端端子の相対的摺動を十分に抑制しようとすると、可撓性導体の長手方向の距離を長く伸ばす必要が生じる。すなわち、筐体の外面に直交する方向における電線側コネクタの厚みが厚くなってしまう。

　本明細書が開示する電線側コネクタでは、先端端子が略Ｌ字形状を有している。それにともなって、可撓性導体は筐体の開口を囲繞する外面に沿った方向に伸長する。この構造では、可撓性導体が屈曲する現象を利用して機器側端子と先端端子の摺動を抑制する。この構造によると、筐体外面に直交する方向における電線側コネクタの厚みを薄くできる。

　上述した電線側コネクタでは、可撓性導体が筐体の外面に沿って延びている。そのため、機器側コネクタと電線側コネクタ等に振動が加えられ、機器側端子と先端端子が筐体の外面に直交する方向にこすれ合おうとする力が作用する場合に、可撓性導体が曲げ変形してその力を吸収する。可撓性導体は、筐体の外面に直交する方向に長く伸ばす必要がなく、電線側コネクタの厚みを薄くすることができる。

　また上述した電線側コネクタでは、電線側コネクタが筐体に固定されたときに、機器側端子と先端端子が筐体の外面に直交する方向に摺動可能であってもよい。機器側端子と先端端子が摺動して摩耗すると、機器側端子と先端端子の導通が失われるおそれがある。上述した電線側コネクタでは、機器側コネクタと電線側コネクタ等に筐体の外面と直交する方向に振動が加わっても、可撓性導体によって機器側端子と先端端子が摺動しにくい。その結果、上述した電線側コネクタによると、機器側端子と先端端子の摺動摩耗を低減することができる。

　さらに上述した電線側コネクタでは、筐体の外面と直交する方向から観察した場合に、先端端子と可撓性導体の接続部と、機器側端子と先端端子の接続部と、可撓性導体と電線側端子の接続部が、その順序で配置されてもよい。このような順序で可撓性導体を配置することで、電線側コネクタの大きさ（筐体の外面と直交する方向から観察した場合の大きさ）を小さく抑えることができる。また、電線側コネクタの重心の位置が、機器側端子と先端端子の接続部に近くなる。その結果、振動が加えられた場合に、機器側端子の挙動と電線側コネクタ全体の挙動が近くなる。すなわち、機器側端子と先端端子の摺動がさらに抑制される。

　上述した電線側コネクタでは、可撓性導体が、その中間位置で、筐体の外面と直交する方向に屈曲していてもよい。屈曲部は外面に沿った方向にも変形しやすい。このため、屈曲部を備える可撓性導体に接続されている先端端子は、機器側コネクタと電線側コネクタに振動が加わった場合に、その振動方向に限定されることなく、機器側端子の動きに追従しやすい。

　上述した電線側コネクタは、先端端子と可撓性導体を覆っているコネクタ筐体をさらに備えてもよい。先端端子と可撓性導体の接続部を覆っているコネクタ筐体の外面が、筐体の外面に対向するように配置されてもよい。このような構造を採用すると、先端端子と可撓性導体の接続部を覆っているコネクタ筐体の外面と、対向する筐体の外面の間に、両外面間を封止するシール構造を設けることができる。

　本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「実施例」にて説明する。

実施例の電線側コネクタが筐体に固定されている状態を示す斜視図である。図１の線II-IIに沿った断面図である。

　図面を参照して実施例の電線側コネクタ（以下ではプラグ１０という。）を説明する。図１は、実施例のプラグ１０が使用されている電気自動車１００のフロントコンパートメント内の斜視図である。図１に示されるように、架台６の上に筐体２が配置されている。筐体２は、複数のボルト４で架台６に固定されている。図示は省略したが、架台６は電気自動車１００のボデーに固定されている。なお、図１は、電気自動車１００フロントコンパートメントを車両後方からみた斜視図である。すなわち、図１に示される座標系において、Ｘ軸方向正側は、車両後方となる。Ｘ軸方向負側は、車両前方となる。以下では、Ｘ軸方向正側を「後側」と称し、Ｘ軸方向負側を「前側」と称することがある。さらに、Ｙ軸方向正側を「右側」と称し、Ｙ軸方向負側を「左側」と称し、Ｚ軸方向正側を「上側」と称し、Ｚ軸方向負側を「下側」と称することがある。

　筐体２の内部には、不図示の電気機器（本実施例では、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit））が収容されている。筐体２は箱形状を有しており、典型的には金属で作られているが、樹脂で作られていてもよい。筐体２の後側側面２ａにプラグ１０が固定されている。プラグ１０は、略直方体形状を有している。プラグ１０は、左右に配置された取付座を貫通するボルト１４によって筐体２に固定されている。プラグ１０の下端には、２本の電線８ａ、８ｂが下側から導入されている。図示は省略したが、２本の電線８ａ、８ｂは、電気自動車１００のメインバッテリに接続されている。プラグ１０は、筐体２に収容されているＰＣＵ（図示省略）にメインバッテリからの電力を供給するために、ＰＣＵを収容している筐体２に固定される。

　電気自動車１００の走行時、ＰＣＵと筐体２とプラグ１０と電線８ａ、８ｂには、振動が加えられる。プラグ１０には振動対策が講じられている。図２を参照して、プラグ１０の構造を説明する。図２は図１の線II-IIに沿った断面図である。プラグ１０は、電線側端子１８と可撓性導体１６と先端端子２２と、それらを支えるプラグ筐体１１を備えている。電線側端子１８と可撓性導体１６と先端端子２２はプラグ内に導体路を構成する。電線側端子は、上下方向に延びるＩ字形状を有している。可撓性導体１６は、上下方向に沿って配置されているとともに、中間位置に前後方向にＵ字に屈曲しているＵ字部１６ｂを有している。先端端子２２は、上下方向に延びる部分と前後方向に延びる部分を備えており、略Ｌ字形状を有している。プラグ筐体１１は、外側プラグ筐体１２と内側プラグ筐体１２ａと内側蓋１２ｆと先端端子支持部１２ｂ等で構成されている。外側プラグ筐体１２と内側プラグ筐体１２ａと内側蓋１２ｆと先端端子支持部１２ｂは、図示しない結合部材で相対移動不能に固定されている。

　電線側端子１８は、内側プラグ筐体１２ａの下部に設けられている筒部に挿通されている。電線側端子１８は、ボルト１３により内側プラグ筐体１２ａに固定されている。ボルト１３で電線側端子１８を後側から内側プラグ筐体１２ａに固定した後、内側プラグ筐体１２ａの後部の開口は内側蓋１２ｆで塞がれる。電線側端子１８は、下端側に電線８ａが固定されている下側筒部１８ｂを有している。電線側端子１８は、上端に可撓性導体１６が固定されている上側筒部１８ａを有している。下側筒部１８ｂは筒状であり、その筒の内面に電線８ａの上端部の側面が当接することで両者が固定されて導通する。上側筒部１８ａも筒状であり、その筒の内面に可撓性導体１６の下端Ｂの現象が鵜の側面が当接することで両者が固定されて導通する。電線側端子１８は、上下端に設けられている筒部により、電線８ａと可撓性導体１６の双方に導通している。

　先端端子２２は、概略Ｌ字形状であり、その後上端に後上側筒部２２ｂを有している。後上側筒部２２ｂも筒状である。その後上側筒部２２ｂには、可撓性導体１６の上端が下側から嵌入されている。可撓性導体１６の上端部の外面と後上側筒部２２ｂの内面が当接することで、先端端子２２と可撓性導体１６が固定されて導通する。

　先端端子２２の前側に位置する前側筒部２２ａは、プラグ筐体１１から突出しており、筐体２にプラグ１０を固定すると、筐体２の後側側面２ａの貫通孔２ｂを通過して筐体２内に入り込み、筐体２内に設けられている機器側端子２０と接触して導通する。機器側端子２０は棒状のオス端子であり、先端端子２２の前側筒部２２ａは筒状のメス端子である。棒状の機器側端子２０の外面と筒状の前側筒部２２ａの内面が接触して両者が導通する。

　ＰＣＵから延びている機器側端子２０の長手方向軸ＣＬと、前側筒部２２ａの長手方向の軸ＣＬは同一方向であり、機器側端子２０と先端端子部２２の間には、両者の軸ＣＬ方向の位置を規制する構造が採用されていない。両者は、機器側端子２０の外面と前側筒部２２ａの内面の間に生じる摩擦力によってのみ固定される。そのため、筐体２とプラグ１０に軸ＣＬ方向の振動が加えられた場合、機器側端子２０と前側筒部２２ａは、軸ＣＬ方向に摺動し得る。

　内側プラグ筐体１２ａの前部には、軸ＣＬ方向に延びる筒が設けられている。内側プラグ筐体１２ａの筒は、筐体２の後側側面２ａに形成されている貫通孔２ｂを貫通している。内側プラグ筐体１２ａの筒の内側には、先端端子支持部１２ｂが設けられている。先端端子支持部１２ｂの前端部は、軸ＣＬに沿って筐体２の後側側面２ａを貫通している。先端端子支持部１２ｂの前端部の内側には、ツメ１２ｃと、突起１２ｄが設けられている。ツメ１２ｃは、前部が軸ＣＬと直交する方向に延び、後部が軸ＣＬに対して鈍角に傾斜する略直角三角形の形状を有している。先端端子２２の、前側筒部２２ａには、ツメ１２ｃに対向する貫通孔２２ｃと、突起１２ｄに対向する貫通孔２２ｄが形成されている。先端端子２２が先端端子支持部１２ｂに後側から挿通されると、図２に示されるように、貫通孔２２ｃには、ツメ１２ｃが遊嵌され、貫通孔２２ｄには、突起１２ｄが遊嵌される。ツメ１２ｃの前部は、先端端子２２が先端端子支持部１２ｂから後側に抜けるのを防止する。ツメ１２ｃの貫通孔２２ｃに遊嵌されている部位の軸ＣＬ方向の長さは、貫通孔２２ｃの軸ＣＬ方向の長さよりも短い。同様に、突起１２ｄの軸ＣＬ方向の長さは、貫通孔２２ｄの軸ＣＬ方向の長さよりも短い。すなわち、先端端子２２は、軸ＣＬ方向に移動可能である。

　先端端子２２の後上側筒部２２ｂには、可撓性導体１６の上端が嵌入されている。可撓性導体１６は、導電性（金属製）の編組線で作られおり、可撓性を有している。可撓性導体１６は、先端端子２２を電線側端子１８に電気的に接続するとともに、機器側端子２０の動きに先端端子２２を追従させるために変形する。

　先に述べたように、先端端子２２は、軸ＣＬ方向に移動可能である。また、先端端子２２に接続されている可撓性導体１６は、筐体２の後側側面２ａに沿って延びている。すなわち可撓性導体１６は、先端端子２２が移動可能な軸ＣＬに対して、直交する方向に延びている。また、可撓性導体１６の上端部は、先端端子２２の後上側筒部２２ｂと接続部ＣＡ１で接続している。可撓性導体１６の下端部は、電線側端子１８の上側筒部１８ａと、接続部ＣＡ３で接続している。すなわち、電線側端子１８と可撓性導体１６の接続部ＣＡ３と、先端端子２２と可撓性導体１６の接続部ＣＡ１が、後側側面２ａに沿って離間している。先に述べたように、電線側端子１８は、内側プラグ筐体１２ａを介して筐体２に固定されている。そのため、筐体２およびプラグ１０に軸ＣＬ方向の振動が加えられた場合に、可撓性導体１６の上端の接続部ＣＡ１は、接続部ＣＡ３の上端を中心として軸ＣＬ方向に回転するように弾性変形する。可撓性導体１６の上端の接続部ＣＡ１が軸ＣＬ方向に弾性変形すると、先端端子２２も軸ＣＬ方向に移動する。このように、本明細書が開示するプラグ１０では、可撓性導体１６を変形しやすい向きに配置しているため、可撓性導体１６に接続される先端端子２２が機器側端子２０の動きに追従しやすい。また、筐体２内のＰＣＵの機器側端子２０は、周辺温度の変化により、軸ＣＬ方向に伸縮する。本明細書が開示するプラグ１０は、温度変化による機器側端子２０の軸ＣＬ方向の伸縮に対しても先端端子２２を追従させやすい。

　実施例のプラグ１０の特徴は以下である。プラグ１０は、ＰＣＵを収容している筐体２の後側側面２ａに固定する電線側コネクタである。プラグ１０は、後側側面２ａに沿って延びているＩ字形状を有する電線側端子１８を備えている。プラグ１０は、後側側面２ａと直交する方向から後側側面２ａに沿う方向に屈曲するＬ字形状を有する先端端子２２を備えている。プラグ１０は、電線側端子１８と先端端子２２を接続するとともに、後側側面２ａに沿って延びている可撓性導体１６を備えている。後側側面２ａと直交する方向に延びている先端端子２２の先端は、後側側面２ａの貫通孔２ｂを貫通している。プラグ１０を筐体２の後側側面２ａに固定したときに、先端端子２２を介して可撓性導体１６とＰＣＵの機器側端子２０を接続する。プラグ１０では、電線側端子１８と可撓性導体１６の接続部ＣＡ２と、先端端子と可撓性導体の接続部ＣＡ１が、後側側面２ａに沿って離間している。実施例のプラグ１０は、後側側面２ａの貫通孔２ｂを貫通するＬ字形状の先端端子２２が後側側面２ａに沿って屈曲することで、可撓性導体１６が後側側面２ａに沿って延びる。その結果、可撓性導体１６は後側側面２ａと直交する方向に変形しやすい。すなわち、可撓性導体１６に接続される先端端子２２が機器側端子２０の動きに追従しやすい。

　図１を参照して説明したように、プラグ１０は、ボルト１４によって筐体２に固定されている。すなわち、電線側端子１８は、プラグ筐体１１を介して筐体２に固定されている。そのため、筐体２とプラグ１０に振動が加えられた場合、電線側端子１８は筐体２と同じ挙動をする。

　図２に示されるように、機器側端子２０の上側に、可撓性導体１６と先端端子２２の接続部ＣＡ１が配置されている。また、機器側端子２０の下側に、可撓性導体１６と電線側端子１８の接続部ＣＡ３が配置されている。接続部ＣＡ１と接続部ＣＡ２の中間に、先端端子２２と機器側端子２０の接続部ＣＡ２が配置されている。接続部ＣＡ１と接続部ＣＡ３の間に接続部ＣＡ２を配置することで、プラグ１０の重心が接続部ＣＡ２に近づく。プラグ１０に振動が加わった場合、その慣性力はプラグ１０の重心に発生する。そのため、プラグ１０の重心が接続部ＣＡ２に近いほど、振動が加わった場合のプラグ１０は、機器側端子２０と同じ挙動をとりやすい。すなわち、プラグ１０の前側筒部２２ａは、機器側端子２０の動きに追従しやすい。また、接続部ＣＡ２の長さを可撓性導体１６が延びている距離の一部とする関係とでき、小さなプラグ１０内に長い可撓性導体１６を収容可能としている。

　可撓性導体１６は、接続部ＣＡ１と接続部ＣＡ３の間に軸ＣＬ方向に屈曲しているＵ字部１６ａを有している。Ｕ字部１６ａは、上下方向にも変形しやすい。可撓性導体１６がＵ字部１６ａを備えることで、筐体２およびプラグ１０に水平面内の振動のみならず上下方向の振動が加えられた場合でも、先端端子２２を機器側端子２０の動きに追従させやすい。

　図２は、プラグ１０が電線８ａと機器側端子２０を接続する構造を示しているが、プラグ１０が電線８ｂと機器側端子２０を接続する構造についても同様であるため、図示および説明は省略する。プラグ１０を筐体２に固定すると、電線８ａとＰＣＵが接続され、電線８ｂとＰＣＵが接続され、メインバッテリからの大電流がＰＣＵに供給される。

　また、内側プラグ筐体１２ａの前面１２ｅは、筐体２の後側側面２ａと対向している。前面１２ｅは、後側側面２ａと一定の距離で対向している。前面１２ｅには、シール部材１９が設けられている。シール部材１９は、左右方向（すなわち、紙面手前側および奥側）に一定断面で延びている。シール部材１９は、後側側面２ａと左右方向に延びて当接することで、筐体２およびプラグ１０の上方から埃等の異物が混入することを防止する。実施例のプラグ１０は、シール部材１９を設ける前面１２ｅで、先端端子２２の後上側筒部２２ｂと可撓性導体１６の接続部ＣＡ１を覆っている。そのため、プラグ１０は、空間効率よく可撓性導体１６を収容することができる。

　実施例における対応関係を以下に述べる。プラグが「電線側コネクタ」の一例に相当する。ＰＣＵが「電気機器」の一例に相当する。機器側端子２０が、「電気機器の端子」の一例に相当する。

　以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上述した実施例の変形例を以下に列挙する。

　上述した実施例では、機器側端子２０は、先端端子２２の前側筒部２２ａに嵌入されているが、これに限定されない。その場合、機器側端子２０は、先端端子２２の前端部で上下から挟み込まれてもよいし、機器側端子２０は、先端端子２２の前端部に溶着されてもよい。また、機器側端子２０の先端部の外周面は、前側筒部２２ａの内側全面と当接しなくてもよい。この場合、例えば前側筒部２２ａの内側に設けられた突起と機器側端子２０の先端部の外周面が部分的に当接してもよいし、前側筒部２２ａの内側にバネ構造を設け、機器側端子２０を押し付けることで接続を保持してもよい。

　上述した実施例では、機器側端子２０がオス端子であり、先端端子２２の前側筒部２２ａは筒状のメス端子であるが、これに限定されない。機器側にメス端子が設けられ、プラグ１０側にオス端子が設けられてもよい。また、実施例のプラグ１０では、プラグ筐体１１から突出した部分が筐体２の後側側面２ａの貫通孔２ｂを貫通し、筐体２内で機器側端子２０と前側筒部２２ａが接続されている。しかしながら、これに限定されず、筐体２から突出した部分がプラグ１０の前面１２ｅを貫通して、プラグ１０内で機器側端子と先端端子が接続されてもよい。

　上述した実施例では、先端端子２２の後上側筒部２２ｂは前側筒部２２ａの上側に延びて可撓性導体１６と接続している。しかし、これに限らず、例えば後上側筒部２２ｂは、前側筒部２２ａのの下側に延びることで、可撓性導体１６と後側側面２ａに沿って接続していてもよい。

　上述した実施例では、プラグ１０が備える可撓性導体１６は、Ｕ字部１６ａを備えることで、上下方向の振動に対して弾性変形する。しかしながら、可撓性導体１６はＵ字部１６ａを備えなくてもよい。可撓性導体１６は、導電性（金属製）の編組線で作られているため、主に編組線の本数によってその剛性が決定される。編組線の本数が多ければ可撓性導体１６の剛性は高くなり、編組線の本数が少なければ可撓性導体１６の剛性は低くなる。また、可撓性導体１６を流れる電流の大きさが同じである場合には、編組線の本数は、主に編組線を構成する金属の導電率により決定される。このため、プラグ１０は、高い導電率を有する編組線を用いて編組線の本数を減少させることにより、Ｕ字部１６ａを備えずに上下方向の振動に対して伸縮方向に弾性変形しやすい可撓性導体を用いてもよい。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　電気機器を収容している筐体に固定する電線側コネクタであり、
　前記電線側コネクタは電線側端子と可撓性導体と先端端子を備えており、
　前記電線側端子は電線と前記可撓性導体を接続しており、
　前記先端端子は、前記電線側コネクタを前記筐体に固定したときに、前記先端端子を介して前記可撓性導体と前記電気機器を接続し、
　前記可撓性導体は前記筐体の外面に沿って延びており、
　前記電線側端子と前記可撓性導体の接続部と、前記先端端子と前記可撓性導体の接続部が、前記外面に沿って離間している電線側コネクタ。
　前記電線側コネクタが前記筐体に固定されたときに、前記電気機器側の端子が前記先端端子に対して前記外面と直交する方向に摺動可能であることを特徴とする請求項１の電線側コネクタ。
　前記先端端子と前記可撓性導体の接続部と、前記先端端子と前記電気機器側の端子の接続部と、前記電線側端子と前記可撓性導体の接続部が、前記外面に沿ってその順序で配置されている、請求項１または２に記載の電線側コネクタ。
　前記可撓性導体は、前記先端端子との接続部と前記電線側端子との接続部の間で、前記外面と直交する方向に屈曲している、請求項１から３のいずれか一項に記載の電線側コネクタ。
　前記電線側コネクタは、前記先端端子と前記可撓性導体を覆っているコネクタ筐体をさらに備え、
　前記先端端子と前記可撓性導体を覆う前記コネクタ筐体の外面が、前記筐体の外面に対向する、請求項３または４に記載の電線側コネクタ。