JP6437784B2 - コネクタ構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気（信号あるいは電力）の伝送経路を接続／切断するコネクタの構造に関する。

電気の伝送経路を接続／切断するコネクタは、様々な電気デバイスに用いられる。一対一に対応したコネクタが嵌合／分離することで、電気の伝送経路が接続／切断される。コネクタの例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された一方のコネクタ（雄コネクタ）には、金属製の棒状の雄端子が備えられ、他方のコネクタ（雌コネクタ）には、雄端子が挿通される金属製の筒部を有する雌端子が備えられる。雄端子が雌端子の筒部に挿通されて両者が接触することで電気的接続が確保される。雄コネクタは、「プラグ」と呼ばれることもある。なお、雌端子に対して雄端子が挿入される方向を「雄端子挿入方向」あるいは単に「挿入方向」と称する。雌端子に対して雄端子が引き抜かれる方向を「雄端子引抜方向」あるいは単に「引抜方向」と称する。「挿入方向」と「引抜方向」を合わせて「挿抜方向」と称する。

また、別のコネクタの例が特許文献２に開示されている。特許文献２には、プリント配線板に接続される雌コネクタが開示されている。特許文献２の雌コネクタは、挿抜方向に移動可能にハウジングに収容されている雌端子を備える。雌端子の後端には、雌端子をプリント配線板に半田付けで接続する接続部と雌端子の間に接続される弾性変形可能な導電性の撓み許容部が備えられている。雄端子が雌端子に挿入される時に雌端子は後退する。

特開２００３−０４５５３６号公報 特開２００９−１１７０５８号公報

特許文献２に開示されるコネクタ構造では、挿入時に後退した雌端子は撓み許容部の弾性力により元の位置に戻ろうとする。その時、雌端子と雄端子の間が摺動する。その摺動する距離が長くなるほど、挿入時に雄端子と雌端子の間が摩耗することになる。本明細書は、雄端子の雌端子への挿入時に、雄端子と雌端子の間で摺動する距離を制限する技術を提供する。

本明細書が開示するコネクタ構造は、雄コネクタと雌コネクタを備えている。雄コネクタと雌コネクタは嵌合／分離する。雄コネクタは板状または棒状の雄端子を備えている。雌コネクタは、雄端子が挿抜される筒部を有する雌端子と、雌端子を挿抜方向に移動可能に支持する雌ハウジングと、一端が雌ハウジングに接続されており他端が雌端子の挿抜方向における側面に接続されている弾性部材と、雌端子に設けられているストッパを備えている。ストッパは雄端子の雌端子に対する挿入方向への移動を制限する。

このような構成によれば、雄端子が雌端子に挿入されると、雄端子に追従して雌端子は後退する。後退した雌端子には弾性部材から反後退方向（後退する方向とは反対方向）に弾性力が作用する。この弾性力により、雌端子は反後退方向に移動しようとする。しかし、雌端子の反後退方向への移動はストッパにより所定の位置で停止する。つまり、雌端子が雄端子に対して反後退方向に移動できる距離は、ストッパにより所定の距離に制限される。よって、雄端子と雌端子の間が摺動する距離を制限することができる。

本明細書が開示する技術によれば、雄コネクタと雌コネクタの嵌合時に、雄端子と雌端子の間が摺動する距離を制限することができる。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「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のコネクタ構造における雄コネクタの断面図である。 実施例のコネクタ構造における雌コネクタの断面図である。 雌コネクタを雄コネクタに嵌合する途中の断面図である（その１）。 雌コネクタを雄コネクタに嵌合する途中の断面図である（その２）。 雌コネクタの雄コネクタへの嵌合が完了した状態の断面図である。 変形例のコネクタ構造において雌コネクタの雄コネクタへの嵌合が完了した状態の断面図である。

図面を参照して実施例のコネクタ構造を説明する。実施例のコネクタ構造は、雄コネクタ２と雌コネクタ３で構成される。このコネクタ構造は、電気自動車やハイブリッド車などの車載デバイスのケーブル接続に用いられる。図１は、雄コネクタ２の断面図である。図２は、雌コネクタ３の断面図である。雄コネクタ２は、棒状の雄端子２１を備えている。雌コネクタ３は筒部３１ｃを有する雌端子３１を備えている。雄コネクタ２と雌コネクタ３が嵌合する際に、雄端子２１が雌端子３１の筒部３１ｃに挿入される。雄端子２１と雌端子３１が接触することで、雄コネクタ２と雌コネクタ３が電気的に接続される。ここで、雌端子に対して雄端子が挿入される方向を「雄端子挿入方向」あるいは単に「挿入方向」と称し、雌端子に対して雄端子が引き抜かれる方向を「雄端子引抜方向」あるいは単に「引抜方向」と称する。「挿入方向」と「引抜方向」を合わせて「挿抜方向」と称する。なお、図面にはＸＹＺ座標系が記されており、本明細書では、適宜その座標系を用いて実施例の構成を説明する。「Ｘ軸」が、「挿抜方向」を示す。「Ｘ軸正方向」が「雄端子挿入方向」を示し、「Ｘ軸負方向」が「雄端子引抜方向」を示す。さらに、雄コネクタ２と雌コネクタ３が嵌合する場合に、雄コネクタ２と雌コネクタ３において、互いに対向している側の端部を「先端」と称し、その逆の端部を「後端」と称する場合がある。雄コネクタ２において、挿入方向の端部が先端であり、雌コネクタ３において引抜方向の端部が先端となる。雄コネクタ２、雌コネクタ３が有している各部材においても、「先端」「後端」と称する場合がある。また、図面に示す断面図は、挿抜方向と直交する方向から見た断面図であり、本明細書で参照する図は全て同一の方向から見た断面図である。

図１を参照して、雄コネクタ２について説明する。雄コネクタ２は、導体であり金属製の雄端子２１と、絶縁体であり樹脂製の雄ハウジング２２を備えている。雄端子２１は雄ハウジング２２に固定されている。ここで、雄ハウジング２２の先端（Ｘ軸正方向の端部）には、後述する雌ハウジング３２の嵌合部３２ａが挿入される筒状の挿入口２２ａが設けられている。挿入口２２ａは、挿入方向（Ｘ軸正方向）に開口している。雄端子２１は、挿入口２２ａの内側で挿入方向に伸びている。また、雄端子２１は、雄コネクタ２の後端まで伸びており、雄コネクタ２の後端で、不図示のケーブルと接続されている。

図２を参照して、雌コネクタ３について説明する。雌コネクタ３は、導体であり金属製の雌端子３１と、絶縁体であり樹脂製の雌ハウジング３２と、弾性導体３３を備えている。雌端子３１は雌ハウジング３２に収容されているとともに挿抜方向に移動可能に雌ハウジング３２に支持されている。雌端子３１は、雄端子２１が挿抜される筒部３１ｃを有している。その筒部３１ｃの内側には、挿入される雄端子２１を筒部３１ｃの内側面に押圧する板ばね３１ａが備えられている。板ばね３１ａは、筒部３１ｃの下側の側壁の一部が雄端子引抜方向（Ｘ軸負方向）で筒部３１ｃの内側へと折り曲げることで形成されている。また、筒部３１ｃの上側の内側面には、筒部３１ｃの内側へと突き出る雄端子ストッパ３１ｂが設けられている。雄端子ストッパ３１ｂは板ばね３１ａより筒部３１ｃの後端側（Ｘ軸正方向）に位置している。別言すれば、雄端子ストッパ３１ｂは、雄コネクタ２と雌コネクタ３が嵌合した場合に、雄端子２１の雄端子挿入方向における先端面２１ａと対向するとともに板ばね３１ａと雄端子２１の接触点Ｐよりも雄端子挿入方向（Ｘ軸正方向）に位置するように雌端子３１に設けられている（図５参照）。後述するが、雄端子ストッパ３１ｂは雄端子２１の雌端子３１に対する雄端子挿入方向（Ｘ軸正方向）の移動を規制する。

雌ハウジング３２は内部が空洞の部材である。雌ハウジング３２の外形は、挿抜方向と直交する一方向（Ｙ軸方向）から見たときにＬ字である。雌ハウジングの先端（Ｘ軸負方向の端部）には、雄コネクタ２の挿入口２２ａに嵌合する嵌合部３２ａが設けられている。雌端子３１は、空洞となっている嵌合部３２ａの内側に位置している。嵌合部３２ａの先端の側面、即ち、コネクタが嵌合する際に雄コネクタ２と対向する側面３２ｂには、雄端子２１が挿入される開口３２ｃが設けられている。雄端子２１は、開口３２ｃを通り、雌端子３１に挿入される。

弾性導体３３は、例えば、銅製の編組線である。弾性導体３３の一端は、雌端子３１の後端側（Ｘ軸正方向）の側面に接続されている。弾性導体３３の他端は、内部配線３６を介してケーブル３５との接続部３４に接続されている。接続部３４は、雌ハウジング３２に固定されている。ケーブル３５は、車載デバイスのケーブルである。雌端子３１は、弾性導体３３、内部配線３６、接続部３４を介して、ケーブル３５と導通する。また、弾性導体３３は、雌端子３１の挿抜方向の移動に追従して、挿抜方向に伸縮する。即ち、弾性導体３３は、雌端子３１の移動を許容しつつ、雌端子３１とケーブル３５との導通を確保するために備えられている。なお、弾性導体３３は雄コネクタ２と雌コネクタ３が分離している場合、自然長の状態となる。図２に示す弾性導体３３は自然長の状態が描かれており、弾性導体３３の自然長はＬ１で示される。

図３から図５を参照して、雄コネクタ２と雌コネクタ３が嵌合する際の各部位の動作について説明する。図３から図５の一連の図では、雄コネクタ２が固定された状態で雌コネクタ３が雄コネクタ２に嵌合される。図３から図５には、雌コネクタ３が雄コネクタ２に向かって移動する方向を示す矢印Ａが図示されている。雌コネクタ３が移動する方向（図中に示す矢印Ａ）は、雄端子挿入方向と反対の方向になる。即ち、矢印Ａが示す方向は雄端子引抜方向と一致する。図３、図４、図５の順番で雌コネクタ３の雄コネクタ２への嵌合が進む。図３、図４が、雌コネクタ３を雄コネクタ２に嵌合する途中の状態を示す図である。図５が、雌コネクタ３の雄コネクタ２への嵌合が完了した状態を示す図である。先ず、図３に示すように、嵌合が開始されると、雌コネクタ３の嵌合部３２ａが雄コネクタ２の挿入口２２ａに挿入される。そして、雄端子２１が開口３２ｃを通り雌端子３１の筒部３１ｃに挿入される。挿入された雄端子２１の先端は雌端子３１の板ばね３１ａに当接する。

次に、図４に示すように、雄端子２１は板ばね３１ａと筒部３１ｃの内側面の間へと入り込む。この際、板ばね３１ａは雄端子２１の位置する側とは反対の下側（Ｚ軸負側）に弾性変形する。雄端子２１は板ばね３１ａの弾性力により筒部３１ｃの内側面に押圧される。ここで、雄端子２１と板ばね３１ａの間の静止摩擦力Ｆ１と雄端子２１と筒部３１ｃの内側面の間の静止摩擦力Ｆ２により雌端子３１の移動が止まる。そのため、弾性導体３３は雌ハウジング３２（内部配線３６）と雌端子３１の間に挟まれて圧縮される。弾性導体３３が圧縮することにより、雌端子３１には、先端向き（Ｘ軸負方向）の弾性力Ｆ３が作用する。雌コネクタの嵌合を進め、弾性力Ｆ３が静止摩擦力Ｆ１の最大静止摩擦力と静止摩擦力Ｆ２の最大静止摩擦力の和より大きくなると、雄端子２１は雌端子３１のさらに奥側（後端側）に入り込む。この動作は、雌コネクタ３を雄コネクタ２に嵌合している途中で、繰り返し発生する。繰り返し発生することで、徐々に雄端子２１が雌端子３１の奥側（後端側）へと入り込む。なお、雌端子３１と雌ハウジング３２の間の静止摩擦力は雄端子と雌端子の間の静止摩擦力に比べ小さいものとして無視している。また、挿入口２２ａと嵌合部３２ａの間には嵌合しやすいように僅かな隙間が設けられている。挿入口２２ａと嵌合部３２ａの間の静止摩擦力は十分に小さいものとして無視している。

図５に雌コネクタ３の雄コネクタ２への嵌合が完了した状態を示す。徐々に雄端子２１が雌端子３１の奥側へと入り込むと、最終的に雄端子２１の先端面２１ａが雄端子ストッパ３１ｂに当接する。先端面２１ａが雄端子ストッパ３１ｂに当接することで雄端子２１は雌端子３１の奥側へと雄端子ストッパ３１ｂを越えて入り込むことはない。雄コネクタ２と雌コネクタ３は、弾性導体３３が長さＬ２（＜自然長Ｌ１）に圧縮された状態で嵌合が完了する。ここで、嵌合が完了した状態における嵌合部３２ａの先端側の内側面（雄コネクタ２と対向する側面３２ｂの裏側の面）と雌端子３１の先端側（Ｘ軸負方向）の面との間隔Ｄ１は、嵌合が完了した状態における弾性導体３３の縮み量（Ｌ１−Ｌ２）の２倍以上となる。この関係が成り立つように、板ばね３１ａのばね定数、雄端子２１と雌端子３１の間の摩擦係数、弾性導体３３のばね定数等が設計される。上述したように、本実施例のコネクタ構造は車載デバイスのケーブル接続に用いられる。車両からの振動を吸収して雌端子３１が雌ハウジング３２に対して相対的に移動可能なように間隔Ｄ１の値が余裕を持って設計される。なお、弾性導体３３が圧縮された状態で嵌合が完了するように、雄ハウジング２２若しくは雌ハウジング３２の少なくとも一方には、嵌合が完了した状態で雄端子挿入方向（Ｘ軸正方向）に雌ハウジング３２と雄ハウジング２２の相対移動を規制するためのストッパが設けられる。そのストッパの図示は図中では省略されている。

実施例の効果について説明する。図５に示すように固定された雄端子２１に対する雌端子３１の先端側への移動は、雄端子ストッパ３１ｂにより所定の位置で停止する。雄端子２１に対する雌端子３１の移動が停止するまで、雄端子２１と雌端子３１の間は摺動する。その摺動距離は、板ばね３１ａと雄端子２１との接触点Ｐから雄端子ストッパ３１ｂまでの距離Ｓ１に相当する（図５）。即ち、雄端子２１と雌端子３１の摺動距離は、接触点Ｐから雄端子ストッパ３１ｂまでの所定の距離Ｓ１に制限される。

挿抜方向に動く雌端子に雄端子を確実に挿入するためには、雄端子の長さを長くする必要がある。しかし、雄端子の長さを長くすることは、雄端子と雌端子の間の摺動距離を長くする一因となる。実施例のように雄端子ストッパ３１ｂにより雄端子２１と雌端子３１の間の摺動距離を所定の距離に制限することで、雄端子２１と雌端子３１の間の摺動距離が長くなることを抑制することができる。

実施例の他の効果について説明する。上述したように、実施例のコネクタ構造は車載デバイスのケーブル接続に用いられる。コネクタ構造が車載される場合、車両からの振動により雄端子と雌端子の接触部において摺動が発生する虞がある。この摺動は、雄端子及び雌端子の接触部の表面を摩耗し、酸化物を生成する。そして、摺動と摩耗が繰り返されると、酸化物は徐々に接触部に堆積していく。この酸化物は高い電気抵抗を有するため、接触部の電気抵抗が増加し、通電時に接触部で発熱する。実施例のコネクタ構造も、車両からの振動により、雄コネクタ２と雌コネクタ３が相対振動する場合がある。ここで、固定された雄コネクタ２に対して雌コネクタ３が挿抜方向（Ｘ軸方向）に振動する場合を考える。つまり、雄ハウジング２２に対して雌ハウジング３２が挿抜方向に振動する。雌端子３１は雌ハウジング３２に対して挿抜方向に移動可能に支持されていると共に、板ばね３１ａにより固定された雄端子２１に押圧されている。よって、雌ハウジング３２が挿抜方向に振動しても、雌端子３１は雌ハウジング３２の振動に追従することはない。即ち、雄端子２１と雌端子３１の間が車両からの振動により摺動することが防止される。また、雌端子３１の先端側（Ｘ軸負方向）への摺動は雄端子ストッパ３１ｂにより制限されているため、雌端子３１が雄端子２１に対してＸ軸負方向に摺動することは無い。さらに、弾性導体３３は自然長から縮んでいるため、雌端子３１を後端側（Ｘ軸正方向）に移動させるためには、弾性導体３３は自然長からの縮み量（Ｌ１−Ｌ２）に加えて静止摩擦力Ｆ１、Ｆ２の最大静止摩擦力を越えるだけの伸び量が必要となる。即ち、弾性導体３３は、弾性導体３３が自然長の状態で嵌合が完了する場合と比べて、縮み量（Ｌ１−Ｌ２）の分だけＸ軸正方向の振動を吸収することができる。雄端子ストッパ３１ｂが設けられていること及び弾性導体３３が縮んだ状態で嵌合が完了することにより、より効果的に車両からの振動による雄端子と雌端子の間の摺動を防止することができる。なお、固定された雌コネクタ３に対して雄コネクタ２が挿抜方向に振動する場合でも同様の効果が得られる。

変形例のコネクタ構造について説明する。変形例のコネクタ構造は、雌ハウジングが異なる以外は、実施例のコネクタ構造と同じである。図６に変形例のコネクタ構造の断面図を示す。図６は変形例のコネクタ構造の雄コネクタ２と雌コネクタ３の嵌合が完了した状態の図である。異なる構成である変形例の雌ハウジング１３２について説明する。雌ハウジング１３２の外形は実施例の雌ハウジング３２と同じである。雌ハウジング１３２の嵌合部１３２ａの上側の内側面には、嵌合部１３２ａの内側に突出する雌端子ストッパ１３２ｄが設けられている。雌端子ストッパ１３２ｄは、雌端子３１の後端側（Ｘ軸正方向）の側面と対向するように設けられている。このような構成によれば、雌端子３１が後端側に移動する範囲を規制することができる。雌端子３１が後端側に移動する範囲を規制することで、弾性導体３３が縮み過ぎて弾性導体３３が破損することを防止することができる。弾性導体３３が縮み過ぎる場合は、例えば過度な荷重で雌コネクタ３を雄コネクタ２に嵌合する場合である。

「弾性導体３３」が「弾性部材」の一例であり、「雄端子ストッパ３１ｂ」が「ストッパ」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例とは反対に、雌コネクタを固定し雄コネクタを雌コネクタへと嵌合する場合でも、実施例と同様の効果が得られる。また、弾性導体は、コイル状のばね、板ばね等であっても良い。

また、実施例の雄端子ストッパは実施例の構成には限らない。例えば、雄端子ストッパは雌端子の筒部の内側面に設けられた凸部とその凸部に対応して雄端子に設けられた窪みとで構成されても良い。

また、弾性導体の一端は雌端子の先端側（Ｘ軸負方向）の側面に接続されてもよい。その場合、接続点は雌端子より先端側に位置しており、弾性導体の他端はその接続点に接続されてもよい。

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、特許請求の範囲を限定するものではない。特許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。

２：雄コネクタ
３：雌コネクタ
２１：雄端子
２１ａ：先端面
２２：雄ハウジング
２２ａ：挿入口
３１：雌端子
３１ａ：板ばね
３１ｂ：雄端子ストッパ
３１ｃ：筒部
３２、１３２：雌ハウジング
３２ａ、１３２ａ：嵌合部
３２ｂ：側面
３２ｃ：開口
３３：弾性導体
３４：接続部
３５：ケーブル
３６：内部配線
１３２ｄ：雌端子ストッパ

Claims (1)

1. 雄コネクタと雌コネクタが嵌合／分離するコネクタ構造であって、
   前記雄コネクタは板状または棒状の雄端子を備えており、
   前記雌コネクタは、
   前記雄端子が挿抜される筒部を有する雌端子と、
   前記雌端子を挿抜方向に移動可能に支持する雌ハウジングと、
   一端が前記雌ハウジングに接続されており、他端が前記雌端子の挿抜方向における側面に接続されている弾性部材と、
   前記雌端子に設けられており、前記雄端子の前記雌端子に対する挿入方向への移動を制限するストッパと、
   を備えており、
   前記弾性部材が自然長よりも圧縮された状態で前記雄コネクタと前記雌コネクタの嵌合が完了することを特徴とするコネクタ構造。

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