以下、本発明に係るコネクタの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のコネクタは、自動車に搭載される2つの電気機器間を電気的に接続するための接続用機器であり、電気自動車やハイブリッドカー等の移動体に搭載されるモータと、このモータに電力や制御信号等を出力するインバータとを電気的に接続する機能を有している。なお、接続対象となる2つの電気機器は、モータやインバータに限られるものではなく、自動車等の移動体に搭載される各種電気機器類が含まれる。
図1は、本実施形態のコネクタ11の外観を示す斜視図である。コネクタ11は、モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13とを嵌合させて構成される。モータ側コネクタ12は、モータを収容する図示しない筐体の器壁に取り付けられ、筐体内の機器端子を外部と電気的に接続するための接続用機器である。インバータ側コネクタ13は、インバータを収容する図示しない筐体の器壁に取り付けられ、筐体内の機器端子を外部と電気的に接続するための接続用機器である。なお、図1において、矢印Xを前後方向(紙面の手前側を前方、奥側を後方)、矢印Yを幅方向、矢印Zを上下方向(紙面の上側を上方、下側を下方)として定義し、これらの定義は他の図面の説明にも適用する。
モータとインバータは、モータ側コネクタ12とインバータコネクタ13との嵌合により、互いに電気的に接続される。本実施形態は、モータの筐体の上にコネクタ11を介してインバータの筐体が載置され、モータ側コネクタ12にインバータ側コネクタ13が上方から嵌合する直載構造の例を示す。
図2は、モータ側コネクタ12の分解斜視図である。図2に示すように、モータ側コネクタ12は、樹脂製の第1のハウジング14と、金属製のフランジ部15と、6本の第1の端子16とを備える。第1のハウジング14は、幅方向(Y方向)を長手とする断面矩形状の筒部17と、筒部17と同軸に連なる基部18とが一体形成される。6本の第1の端子16は、それぞれ筒部17より第1のハウジング14に挿入され、基部18に支持される。
図3は、モータ側コネクタ12の組立後の外観斜視図である。図3に示すように、筒部17は、基部18の上面から枠状に突出して形成され、その上端に開口19が設けられる。筒部17の内周面は、上方、つまり開口19に向かって断面が末広がりをなして形成される。基部18は、断面が筒部17と略相似形をなして形成され、筒部17よりも大きな外周面を有している。基部18の底面には、水平方向に平板状のフランジ部15が一体的に設けられる。フランジ部15は、基部18の外周面から全周に亘って外側に突出して設けられ、複数のボルト孔20を有している。基部18は、筒部17と連通されて第1の端子16が挿通される貫通孔18aが形成される。貫通孔18aの周縁には、板状の端子保持部21(図2)が下方に延出して設けられ、端子保持部21には、第1の端子16を保持するための複数のボルト穴22が設けられる。
図2に示すように、第1の端子16は、矩形状に延びる金属製の板材を適宜屈曲させて形成され、第1のハウジング14に収容されたときには、それぞれ、下端部が幅方向に1列で配置されるとともに、上端部が2本ずつ前後方向に対をなして対向配置される。第1の端子16は、それぞれ、下端部の前方の側面に直方体状の突起部23が設けられ、上端部の側面には、円弧状に膨出する弾性変形可能な導電性のコンタクト24が設けられる。突起部23は、第1の端子16を第1のハウジング14に位置決めするための部材であり、第1のハウジング14の端子保持部21に形成される凹部(図示せず)と嵌合可能に形成される。突起部23には、端子保持部21のボルト穴22と対応する位置にボルト穴25が形成される。
このように構成されるモータ側コネクタ12を組み立てる際には、まず、第1の端子16を上下方向に延在させた状態で下端部を第1のハウジング14の筒部17の開口19から挿入し、筒部17と基部18に挿通させて、突起部23を端子保持部21の凹部に嵌合させる。そして、第1の端子16の突起部23のボルト穴25に通したボルトを端子保持部21のボルト穴22に螺合させる。これにより、第1の端子16は、それぞれ端子保持部21と固定され、第1のハウジング14に支持される。
図4は、インバータ側コネクタ13の分解斜視図である。図4に示すように、インバータ側コネクタ13は、樹脂製の第2のハウジング27と、6本の第2の端子28と、樹脂製の台座29と、3本の軸状部材30とを備える。第2のハウジング27は、矩形の平板状の基板31と、基板31の下面から下方に枠状に延出する筒部32と、基板31の上面から上方に延出する隔壁部33とが一体形成される。
第2のハウジング27は、筒部32の下端に開口34が形成される。筒部32の外周面は、下方の開口34に向かって先窄みに形成され、第1のハウジング14の筒部17の内周面と周方向で当接可能になっている。筒部32の内周面は、基板31に形成される貫通穴を介して隔壁部33の内部と連通している。
隔壁部33は、基板31の上面から複数の板状部材35を枠状に立ち上げて形成される。各板状部材35は、互いに等間隔で略平行に立ち上げられ、これらを基板31の上面に沿って所定の位置で略直角に屈曲させて形成される。隣り合う板状部材35の間には、それぞれ第2の端子28と接続される編組36が収容可能になっている。各板状部材35の一端は、基板31の後端に沿って立設する板状の取付壁37と連なっている。取付壁37の隣り合う板状部材35の間には、それぞれ貫通穴38が形成される。なお、隔壁部33は、各編組36を互いに絶縁可能に保持するものであれば、本実施形態の形状に限られない。
第2の端子28は、矩形状に延びる金属製の板材であり、L字状に折り曲げられた上端部に編組36の一端が固定されている。編組36は、複数の金属線を撚り合わせてプレス成形を施して形成され、第2の端子28の長手方向と直交する平面上に延在し、所定の強度と可撓性を有して形成される。編組36は、当該平面に沿って屈曲して帯状に形成され、その一端部に第2の端子28が熱溶着や加締め等で連接され、第2の端子28が弾性変形可能に片持ちで支持される。また、編組36の他端部には、一端部と同様に金属板状の接続片39が連接されている。接続片39には、ボルト49が挿通可能になっている。
第2の端子28は、第2のハウジング27に組み付けられた状態で、図3に示すように、2本ずつ前後方向に対をなして対向配置される。第2の端子28には、対向する第2の端子28と向き合う内側面40の下方に上下方向に対して傾斜する傾斜面41が形成される。各傾斜面41は、それぞれ、第2の端子28の下端に向かって先窄みとなるように、第2の端子28に断面が略直角三角形の下端部を形成する。
台座29は、有底の矩形状に形成された枠体42の内側に仕切壁43が一体的に設けられ、枠体42の内側を例えば3つの空間に仕切って形成される。各空間は、それぞれ1対の第2の端子28の下端部(傾斜面41を含む)を収容可能になっている。各空間を形成する台座29の底部には、後述する貫通穴53(図6)が設けられ、各貫通穴53に軸状部材30が軸支されている。台座29は、枠体42が第2のハウジング27の筒部32の内壁面と係止され、筒部32に収容される格好で支持される。
軸状部材30は、断面が略三角形(例えば二等辺三角形)の先端部(上端部)44と、先端部44の底面から軸方向に延出する円柱状の軸部45とを有しており、断面方向からみると、軸中心に対して左右対称の矢印型の形状をなしている。軸状部材30は、軸部45が台座29の底部の貫通穴53に挿通され、底部の上に先端部44が位置される。これにより、軸状部材30は、先端部44が貫通穴53の周縁と当接することから、下方に抜け落ちることがなく、第2のハウジング27の嵌合方向に軸方向を向けて、該軸方向に移動可能に台座29に支持される。つまり、軸状部材30は、台座29を介して第2のハウジング28に保持される。先端部44は、矩形状の2つの先端面46を有しており、これらの先端面46は、互いの先端面46の一辺で交わり、軸部45の中心軸に対して互いに反対方向に同じ角度だけ傾けて形成される。本実施形態では、先端面46同士が交わる面に面取りが施される。
軸状部材30は、軸部45の先端部44と反対側の下方に周状の溝が形成され、該溝に略C字状の円環47が嵌着される。円環47が嵌着された軸部45には、下端が円環47に着座するコイルバネ48が装着される。コイルバネ48は、軸部45を螺旋状に取り巻くように延伸して形成され、台座29の底部(貫通穴の周縁)と円環47との隙間に圧縮された状態で保持される。
このように構成されるモータ側コネクタ12を組み立てる際には、まず、図4に示すように、編組36の一端に連接された第2の端子28と、台座29が収容された第2のハウジング27を用意する。編組36の他端には、接続片39が連接されており、台座29には、3個の軸状部材30が支持されている。
次に、第2の端子28を下方に向けて第2のハウジング27に挿入し、編組36を隣り合う板状部材35の隙間に収容する。そして、編組36に接続された接続片39を第2のハウジング27の取付壁37と対向配置させ、接続片39の貫通穴に通したボルト49を取付壁37の貫通穴38に螺合させる。これにより、編組36が第2のハウジング27に固定され、第2の端子28は、編組36を介して第2のハウジング27に片持ちで弾性変形可能に支持される。このとき、第2の端子28は、下端部の傾斜面41が筒部32の正規位置に位置付けられる。
図5は、組立後のインバータ側コネクタ26を図4の下方から見た外観斜視図である。図5に示すように、台座29は、筒部32に収容された状態で底部が露出され、各軸状部材30がそれぞれ底部から突き出して支持される。台座29には、3個の軸状部材30がそれぞれ支持部52の長手方向に1列に支持され、これらを挟むように2本のスリット55a,55bが形成される。各スリット55a,55bは、台座29の長手方向と略平行に配置され、一方のスリット55aには、3本の第1の端子16aが挿入され、他方のスリット55bには、3本の第1の端子16bが挿入される。
組み立てられたインバータ側コネクタ26は、図4に示すように、インバータを収容する筐体の器壁49に内側から取り付けられる。器壁49には、取付口50が開口して設けられ、インバータ側コネクタ26は、取付口50を介して筒部32を器壁49の外側に突出させ、基板31を器壁49の内面に当接させた状態で、器壁49に固定される。なお、器壁49と基板31との隙間は、所定の防水構造をもたせることができる。
一方、モータ側コネクタ12は、モータを収容する図示しない筐体の器壁の取付口周縁にボルトで固定される。具体的には、第1のハウジング14の端子保持部21を器壁の外側から取付口に挿入し、フランジ部15を器壁の外側の取付口周縁に当接させ、フランジ部15のボルト穴20に通したボルトを器壁のボルト穴に螺合させる。
本実施形態では、モータの筐体の上にコネクタ11を介してインバータの筐体が載置される。このとき、モータ側コネクタ12には、インバータ側コネクタ13が嵌合する。具体的には、モータ側コネクタ12の第1のハウジング14の筒部17に、インバータ側コネクタ13の第2のハウジング27の筒部32が嵌入する。上述したように、第1のハウジング14の筒部17の内周面は、上端の開口19に向かって末広がりをなして形成され、第2のハウジング27の筒部32の外周面は、下端の開口34に向かって先窄みをなして形成される。このため、第2のハウジング27の筒部32は、第1のハウジング14の筒部17に案内されて適正な角度で嵌合する。
図1に示すように、コネクタ11は、モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13が嵌合すると、第2のハウジング27の筒部32が第1のハウジング14の筒部17に完全に収容される。モータ側コネクタ12の基部18とインバータ側コネクタ13の基板31との隙間には、インバータを収容する筐体の器壁49が挟持され、モータ側コネクタ12の基部18の上面には、環状のパッキン51が装着されている。このため、器壁49がパッキン51を介してモータ側コネクタ12の基部18の上に載置されると、両コネクタは嵌合状態となる。
図6は、コネクタ11におけるモータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13との嵌合過程、つまり嵌合前の一場面を示し、図7は、コネクタ11が嵌合された嵌合状態を示す。以下の説明では、モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13とが正規の位置に嵌合する状態を嵌合状態と称し、嵌合状態の前段階を嵌合前と称して説明する。なお、図6、7では、インバータ側コネクタ13の構成として、第2の端子28と編組36のみを表している。
モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13との嵌合が開始されると、図6に示すように、一対の第1の端子16a,16bは、それぞれ、台座29のスリット55a,55bに挿入される。嵌合前では、一対の第1の端子16a,16bは、一対の第2の端子28a,28bと互いに接触可能な位置に離間して配置され、一対の第2の端子28a,28bは、それぞれ、傾斜面41が軸状部材30の先端面46と略平行に対向して配置される。
嵌合前の軸状部材30は、台座29の支持部52に形成された貫通穴53に軸部45が挿通されて軸方向に移動可能に軸支され、軸方向の後端(下端)56は、第1のハウジング14の係止部54と離れている。軸状部材30に装着されたコイルバネ48は、軸状部材30を軸支する台座29の支持部52と円環47との間で僅かに圧縮されて装着されている。このため、軸状部材30は、コイルバネ48の圧縮に起因して先端部44が貫通穴53の周縁(支持部52)と当接(押圧)する格好で保持される。また、一対の第2の端子28a,28bは、一対の第1の端子16a,16bの内側に挿入され、それぞれ一対の第1の端子16a,16bと対向する格好で配置される。すなわち、第1の端子16a,16bは、それぞれ、第2の端子28a,28bに対して、軸状部材30と反対側に設けられる。
モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13を更に近づけると、軸状部材30は、後端56が第1のハウジング14の係止部54と当接して押圧されることで、第2のハウジング27の嵌合方向と反対側(上方)に押し上げられる。これにより、先端部44の左右の先端面46は、それぞれ一対の第2の端子28a,28bの対向する傾斜面41を押圧する。加えて、軸状部材30の後端56が係止部54によって押し上げられると、コイルバネ48が圧縮されるため、軸状部材30の先端部44には、一対の第2の端子28a,28bを押し付ける復元力(付勢力)が作用する。特に本実施形態の場合、コイルバネ48は、軸状部材30が係止部54と接触する前から、軸状部材30に圧縮された状態で装着されているため、上記の復元力は、軸状部材30が係止部54に押圧された直後から所定以上の大きさで発生する。
こうして、弾性部材30に押し付けられた第2の端子28a,28bは、軸状部材30の軸方向への移動に伴って、それぞれ、軸状部材30の先端部44に押し付けられ、傾斜面41が先端部44の先端面46に沿って相対的に移動し、軸状部材30の軸方向と交差する方向に移動する。すなわち、軸状部材30による軸方向の押圧力は、先端面46と傾斜面41とを介して力の向きが変換される。これにより、第2の端子28aは、第1の端子16a側に移動する。なお、第2の端子28a,28bの移動は、編組36の弾性変形を伴う。その結果、第2の端子28a,28bは、それぞれ、コンタクト24a,24bを押圧しながら第1の端子16a,16bに近づき、図7に示すように、嵌合状態では、第1の端子16a,16bと第2の端子28a,28bとが、それぞれ所定の接圧で電気的に接続される。
上述したように、本実施形態によれば、第1の端子16a,16bと第2の端子28a,28bとの接続は、モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13との嵌合過程で行われるから、端子間の接続作業を別途行う必要がない。また、本実施形態によれば、第1の端子16と第2の端子28は、互いに対をなす6組がそれぞれ同時に接続されるとともに、それぞれが電線を介することなくコネクタ11の内部で直接接続されるから、モータとインバータの隙間の省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態では、軸状部材30の先端の先端面46と、第2の端子28a,28bの傾斜面41は、軸方向に対して所定の角度をなして互いに略平行に形成されるから、第2の端子28a,28bは、軸状部材30の移動に追従して滑らかに移動する。加えて、第1の端子16a,16bと第2の端子28a,28bは、嵌合過程の進行により次第に接圧が大きくなるが、これらの摩擦力は非常に小さいものである。したがって、モータ側コネクタ12とインバータ側コネクタ13との嵌合負荷(挿入負荷)を小さくすることができ、コネクタ11の組付作業を効率よく行うことができる。
また、本実施形態では、軸状部材30にコイルバネ48を装着しているから、軸状部材30の移動量、つまり、コイルバネ48の圧縮量に相関したコイルバネ48の復元力が、軸状部材30を第2の端子28a,28bに押し付ける。これにより、第1のハウジング14と第2のハウジング27との嵌合時に、嵌合方向の位置のばらつき(例えば、係止部54が軸状部材30を押し上げる量のばらつき)が生じたとしても、コイルバネ48が圧縮されることで、位置のばらつきを吸収し、軸状部材30を所定以上の力で第2の端子28a,28bに押し付けることができる。したがって、軸状部材30に押圧された第2の端子28a,28bを確実に第1の端子16a,16bに押圧することができるから、第1の端子16と第2の端子28との所定の接圧を確保することができる。
以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。
例えば、本実施形態では、軸状部材30の軸方向の動きを第2の端子28a,28bによる軸方向と交差する方向の動きに変換する方向変換機構を先端面46と傾斜面41との2つの当接面により実現しているが、軸状部材30の上端(先端)と第2の端子28a,28bとが当接する当接面は、第2の端子28a,28bをそれぞれ軸方向と交差する第1の端子16a,16b側に押圧可能な形状に形成されていれば、この例に限られるものではない。
また、本実施形態の2つの当接面(先端面46と傾斜面41)のうち一方のみが軸方向に対して傾斜する傾斜面を有し、他方がその傾斜面に沿って移動可能な所定の形状に形成されていてもよい。また、2つの当接面は、本実施形態のように平坦面に限られるものではなく、例えば、軸状部材30の先端を半球状に形成し、第2の端子28a,28bの当接面を椀状等に形成することもできる。
また、本実施形態では、第2の端子28a,28bが移動する方向(例えば、軸方向と略直交する方向)を先端面46と傾斜面41との傾斜角度で設定しているが、この移動方向は、第2の端子28a,28bが編組36の弾性変形可能な範囲であれば、適宜設定することができる。
また、本実施形態では、傾斜面41が第2の端子28a,28bと一体形成されているが、第2の端子28a,28と分離して形成された部材に傾斜面41を形成し、該部材を第2の端子28a,28bに取り付けて使用することもできる。これによれば、傾斜面41が部材ごと交換可能になるから、メンテナンス性を高めることができ、経済性を高めることができる。
また、本実施形態では、軸状部材30が当接する係止部54が、第1のハウジング14と一体形成されているが、第1のハウジング14と分離して形成された係止部54を第1のハウジング14に取り付けて使用することもできる。これによれば、係止部54ごと交換可能になるから、軸状部材30の移動量の微調整を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、軸状部材30の後端部のうち後端56が第1のハウジング14の係止部54と当接することで、押し上げられ、軸方向に移動するようになっているが、軸状部材30が係止部54と接触する後端部は、後端56よりも上方で、円環47よりも下方の所定位置とすることもできる。例えば、軸状部材30の後端部の一部が挿入される凹みを係止部54に設けておき、その凹みの開口周縁に軸状部材30の後端部が当接するように形成することもできる。
また、本実施形態では、軸状部材30の先端面46が軸状部材30の先端を頂点とする断面三角形の斜面をなして形成されるが、先端面46は、第2の端子28a,28bの傾斜面41と当接可能であれば、下方の先端部にずらして設けることも可能である。