JP7240901B2 - 圧接コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、圧接コネクタに関するものである。

近年、電子機器の小型化の傾向が進んでおり、このような電子機器に内蔵される異なる基板同士を電気的に接続する方法として、圧接コネクタが用いられている。この圧接コネクタは、例えば、金属板を折り曲げることにより形成されており、一方の接続端子と他方の接続端子とを有し、一方の接続端子と他方の接続端子との間は弾性を有するバネとして機能する。

圧接コネクタは、一方の基板の電極端子に圧接コネクタの一方の接続端子をハンダ等により電気的に接続し、圧接コネクタの他方の接続端子に他方の基板の電極端子を接触させる。これにより、一方の基板の電極端子と他方の基板の電極端子とを圧接コネクタを介し電気的に接続することができる。この際、圧接コネクタの他方の接続端子が他方の基板の電極端子により押され、圧接コネクタの一方の接続端子と他方の接続端子との間が縮むことによりバネの復元力が生じる。この復元力により、圧接コネクタの他方の接続端子が、他方の基板の電極端子を押すことにより、圧接コネクタの他方の接続端子と他方の基板の電極端子との接触を確実にすることができる。

特開２０１６－１５８３号公報 特開２０１３－１６７６１６号公報

ところで、上記のような圧接コネクタは、携帯型の通信装置等に搭載されており、薄い金属板を折り曲げることにより形成されているため極めて小さい。このような圧接コネクタは、容易にコンタクトをとることができるため、携帯型の通信装置等以外の用途、例えば、自動車等の車両に用いることの検討がなされている。

しかしながら、自動車等の車両に用いる場合、大電流を流す必要があり、また、自動車等の車両においては、用いられている電子部品等も大きいことから、ストローク長を長くする必要がある。このため、携帯型の通信装置等に用いられている圧接コネクタをそのまま用いることができない。

よって、大電流を流すことができ、ストローク長の長い圧接コネクタが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、ベース部と、前記ベース部に対して可動する可動部と、前記ベース部と前記可動部との間において、一方の端が前記ベース部側、他方の端が前記可動部側となるように設置された導電部材と、前記ベース部と前記可動部との間に設けられており、前記ベース部と前記可動部とが離れる方向に復元力を有する弾性部材と、を有し、前記導電部材により電気的接続がなされることを特徴とする。

開示の圧接コネクタによれば、大電流を流すことができるとともに、ストローク長を長くすることができる。

従来の圧接コネクタの斜視図 従来の圧接コネクタの側面図 第１の実施の形態における圧接コネクタの斜視図 第１の実施の形態における圧接コネクタの正面図 第１の実施の形態における圧接コネクタの側面図 第１の実施の形態における圧接コネクタの分解斜視図 第１の実施の形態における圧接コネクタの断面図 第１の実施の形態における圧接コネクタのベース部の正面図 第１の実施の形態における圧接コネクタのベース部の斜視図 第１の実施の形態における圧接コネクタの可動部の斜視図 第１の実施の形態における圧接コネクタの導電部材の斜視図 第１の実施の形態における圧接コネクタの導電部材の側面図 第１の実施の形態における圧接コネクタの導電部材の上面図 第１の実施の形態における圧接コネクタの説明図（１） 第１の実施の形態における圧接コネクタの説明図（２） 第１の実施の形態における圧接コネクタの説明図（３） 第１の実施の形態における圧接コネクタの説明図（４） 第２の実施の形態における圧接コネクタの構造図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。尚、本願においては、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。

〔第１の実施の形態〕
最初に、従来の圧接コネクタについて、図１及び図２に基づきより詳細に説明する。この圧接コネクタは、図１及び図２に示されるように、一方の接続端子部９１０、他方の接続端子部９２０とを有しており、一方の接続端子部９１０と他方の接続端子部９２０とは第１のバネ部９３０により接続されている。圧接コネクタの一方の接続端子部９１０は一方の基板の電極端子にハンダ等により接続されており、他方の基板の電極端子が、圧接コネクタの他方の接続端子部９２０に接触することにより、一方の基板の電極端子と他方の基板の電極端子とが電気的に接続される。

このため、他方の接続端子部９２０には、凸状の接触部９２１が設けられている。この圧接コネクタは、金属板を打ち抜き加工した後、折り曲げることにより形成されており、他方の接続端子部９２０の接触部９２１は、金属板を裏から押し出すことにより形成されているため、他方の接続端子部９２０の接触部９２１の表面は曲面となっている。尚、他方の接続端子部９２０の裏側となる一方の接続端子部９１０と他方の接続端子部９２０との間には、端子支持部９４０が設けられており、端子支持部９４０と一方の接続端子部９１０とは第２のバネ部９５０により接続されている。

従って、圧接コネクタにより電気的に接続する際には、他方の基板の電極端子が、圧接コネクタの他方の接続端子部９２０に接触し、他方の基板の電極端子により、圧接コネクタの他方の接続端子部９２０が押され、圧接コネクタが変形する。この際、第１のバネ部９３０及び第２のバネ部９５０が変形し、他方の基板の電極端子を押す方向に復元力が働く。

このような圧接コネクタは、スマートフォーン等の携帯型の電子機器等に搭載されており、小型であるため、第１のバネ部９３０及び第２のバネ部９５０が変形することによる接続端子部９２０の変位量となるストローク長は、例えば、約０．６ｍｍである。また、上記のような圧接コネクタは、１枚の金属板を打ち抜き折り曲げることにより形成されるが、圧接コネクタを形成するための金属板は薄いため、第１のバネ部９３０及び第２のバネ部９５０における抵抗値は１５ｍΩである。

これに対し、車載用等の用途においては、抵抗値が高いと、大電流、例えば、電流値が１５Ａの電流を流すことができない。ここで、大電流を流すために、第１のバネ部９３０及び第２のバネ部９５０の厚さを厚くすると、バネとしての機能が失われてしまう。また、バネとしての機能を確保するため、厚さを薄くすると、抵抗が高くなるため、大電流を流すことができなくなる。このように、図１及び図２に示される圧接コネクタにおいては、バネとしての機能と、大電流を流すこととは、トレードオフの関係にある。

このため、自動車等の車両に用いることのできるストローク長が長く、大電流を流すことのできる圧接コネクタが求められている。

（圧接コネクタ）
次に、第１の実施の形態における圧接コネクタについて、図３から図７に基づき説明する。尚、図３は、本実施の形態における圧接コネクタの斜視図であり、図４は正面図であり、図５は側面図であり、図６は分解斜視図であり、図７は断面図である。

本実施の形態における圧接コネクタは、ベース部１０、可動部２０、導電部材３０、弾性部材であるコイルバネ４０等を有している。ベース部１０及び可動部２０は、絶縁性を有する樹脂材料等により形成されており、導電部材３０は導電性を有する金属材料、例えば、銅（Ｃｕ）等により形成されている。

ベース部１０は、図８及び図９にも示されるように、ＸＹ面に平行なベース本体部１１と、ベース本体部１１よりＺ１方向に延びる円柱状の支柱部１２が２つ設けられている。図８は、ベース部１０の正面図であり、図９は斜視図である。支柱部１２は、ベース本体部１１のＸ１側と、Ｘ２側に各々設けられている。支柱部１２のＺ１側の端部には、支柱部１２の他の部分よりも円周方向に広がった形状のかえしとなるフック部１３が設けられており、フック部１３が設けられているＺ１側の端よりＺ２側に向かって溝部１４が形成されており、空間となっている。従って、支柱部１２においてフック部１３が設けられている部分は、溝部１４の空間となる中心方向に向かって変形可能である。

また、ベース本体部１１において、支柱部１２が設けられている部分の周囲には、コイルバネ４０の一方の端部が入るように、Ｚ２方向に凹んだ支持開口部１５が設けられている。また、２つの支柱部１２の間のベース本体部１１のＺ２側には、導電部材３０の一方の端部を支持するための支持溝１６が設けられている。

可動部２０は、図１０に示されるように、Ｘ１側及びＸ２側の各々に、Ｚ１－Ｚ２方向に貫通する貫通穴２１が設けられている。貫通穴２１は、ベース部１０の支柱部１２に対応して設けられており、ベース部１０の支柱部１２が入れられるように形成されている。貫通穴２１の途中には、径が狭くなっている係止部２２が設けられている。係止部２２は、ベース部１０の支柱部１２のＺ１側の端のフック部１３が、係止部２２よりもＺ１側に進入すると、可動部２０の係止部２２にフック部１３が引っ掛かるため、可動部２０の貫通穴２１より、ベース部１０の支柱部１２が容易に抜け落ちることを防いでいる。

また、可動部２０の中央部分には、導電部材３０の他方の端の後述する第４平板部３０ｇを支持するための支持部２３が形成されている。

導電部材３０は、図１１から図１３に示されるように、打ち抜き加工された一枚の銅板等を折り曲げることにより形成されている。図１１は、導電部材３０の斜視図であり、図１２は側面図であり、図１３は上面図である。導電部材３０は、図１１及び図１２に示されるように、一方の端より他方の端に向かって、第１平板部３０ａ、第１折曲部３０ｂ、第２平板部３０ｃ、第２折曲部３０ｄ、第３平板部３０ｅ、第３折曲部３０ｆ、第４平板部３０ｇの順に形成されている。導電部材３０は、第１折曲部３０ｂ、第２折曲部３０ｄ、第３折曲部３０ｆにおいて、Ｘ１－Ｘ２方向に沿って、１８０°弱の角度で折り曲げることにより形成されている。

導電部材３０の一方の端の第１平板部３０ａは、ＸＹ面に略平行に形成されており、Ｘ１側及びＸ２側に延びる下部突起部３１が設けられている。また、導電部材３０の他方の端の第４平板部３０ｇは、ＸＹ面に略平行に形成されており、Ｘ１側及びＸ２側に延びる上部突起部３２が設けられており、更に、第４平板部３０ｇから延びるバネ部３３、３４が設けられている。

図１３に示されるように、バネ部３３は、第４平板部３０ｇのＸ１側に設けられており、第１平板部３３ａ、第１折曲部３３ｂ、第２平板部３３ｃ、第２折曲部３３ｄ、第３平板部３３ｅ、第３折曲部３３ｆ、第４平板部３３ｇの順に形成されている。第１平板部３３ａは、導電部材３０の第４平板部３０ｇのＸ１側をＹ１－Ｙ２方向に沿ってＺ１側に略垂直に折り曲げることにより形成されている。第２平板部３３ｃは、第１平板部３３ａのＹ１側を第１折曲部３３ｂにおいてＺ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＸ２方向に折り曲げることにより形成されている。第３平板部３３ｅは、第２平板部３３ｃのＸ２側を第２折曲部３３ｄにおいてＺ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＹ２方向に折り曲げることにより形成されている。尚、図１３等に図示するように、第２折曲部３３ｄは、４５°ずつ２回折り曲げることにより形成されていてもよい。第４平板部３３ｇは、第３平板部３３ｅのＹ２側を第３折曲部３３ｆにおいて、Ｚ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＸ１方向に折り曲げることにより形成されている。第４平板部３３ｇのＺ１側の端部には先端の尖った接触部３３ｈが形成されている。

バネ部３４は、第４平板部３０ｇのＸ２側に設けられており、第１平板部３４ａ、第１折曲部３４ｂ、第２平板部３４ｃ、第２折曲部３４ｄ、第３平板部３４ｅ、第３折曲部３４ｆ、第４平板部３４ｇの順に形成されている。第１平板部３４ａは、導電部材３０の第４平板部３０ｇのＸ２側をＹ１－Ｙ２方向に沿ってＺ１側に略垂直に折り曲げることにより形成されている。第２平板部３４ｃは、第１平板部３４ａのＹ２側を第１折曲部３４ｂにおいてＺ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＸ１方向に折り曲げることにより形成されている。第３平板部３４ｅは、第２平板部３４ｃのＸ１側を第２折曲部３４ｄにおいてＺ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＹ１方向に折り曲げることにより形成されている。尚、図１３等に図示するように、第２折曲部３４ｄは、４５°ずつ２回折り曲げることにより形成されていてもよい。第４平板部３４ｇは、第３平板部３４ｅのＹ１側を第３折曲部３４ｆにおいて、Ｚ１－Ｚ２方向に沿って略垂直にＸ２方向に折り曲げることにより形成されている。第４平板部３４ｇのＺ１側の端部には先端の尖った接触部３４ｈが形成されている。

従って、バネ部３３及びバネ部３４は、らせん状に形成されており弾性を有しているため、Ｚ１－Ｚ２方向に変形し、撓むことができる。尚、バネ部３３の第１平板部３３ａ及び第３平板部３３ｅ、バネ部３４の第１平板部３４ａ及び第３平板部３４ｅは、ＹＺ面に略平行な面である。バネ部３３の第２平板部３３ｃ及び第４平板部３３ｇ、バネ部３４の第２平板部３４ｃ及び第４平板部３４ｇは、ＺＸ面に略平行な面である。

コイルバネ４０はらせん状に巻かれたバネであり、Ｚ１－Ｚ２方向に変形可能であり、弾性を有している。

本実施の形態における圧接コネクタは、図７及び図１４等に示されるように、ベース部１０のベース本体部１１の支持溝１６に、導電部材３０の一方の端の下部突起部３１が入れられており、ベース部１０により導電部材３０が支持されている。ベース部１０の支柱部１２は、コイルバネ４０のコイルの内側に入れられており、コイルバネ４０の一方の端部は、ベース部１０の支柱部１２の周囲の支持開口部１５に入れられて支持されている。

本実施の形態における圧接コネクタは、ベース部１０側となる導電部材３０の一方の端の第１平板部３０ａは、不図示の基板等における電極端子と電気的に接続されている。また、可動部２０側となる導電部材３０の他方の端のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈが、バスバー等の電極端子１００と接触する。これにより、本実施の形態における圧接コネクタの導電部材３０を介し、導電部材３０の一方の端の第１平板部３０ａに接続された電極端子と、導電部材３０の他方の端のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈに接触した電極端子とが電気的に接続される。

ベース部１０の支柱部１２の端に設けられたフック部１３は、可動部２０の貫通穴２１内に入れられており、フック部１３のＺ２側が、可動部２０の貫通穴２１の係止部２２に引っ掛かり、外れないように形成されている。可動部２０のＺ２側では、コイルバネ４０の他方の端部が接触しており、Ｚ１－Ｚ２方向に伸びる復元力が働いている。また、導電部材３０の他方の端の第４平板部３０ｇのＸ１側及びＸ２側に設けられた２つの上部突起部３２は、可動部２０の支持部２３のＸ１側及びＸ２側に設けられた図１０に示される溝２４に入っている。

（圧接コネクタの機能）
次に、本実施の形態における圧接コネクタの機能について説明する。図４は、本実施の形態における圧接コネクタにおいて、外部から何も力が加えられていない状態を示すものである。この状態においては、実施の形態におけるＺ１－Ｚ２方向の圧接コネクタの高さＨは約６．０ｍｍであり、ベース部１０のベース本体部１１の高さＨ１は約１．２ｍｍであり、可動部２０の高さＨ２は約１．８ｍｍである。また、可動部２０のＺ１側の面よりＺ１側に出っ張った導電部材３０のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈの高さＨ３は約０．２ｍｍである。この場合、ベース部１０と可動部２０との間、即ち、ベース部１０のベース本体部１１のＺ１側の面と、可動部２０のＺ２側の面との間の間隔Ｌは、約２．８ｍｍである。

本実施の形態における圧接コネクタを用いる際には、ベース部１０のＺ２側の面が固定されており、圧接コネクタと接触するバスバー等の電極端子１００は、図１４に示されるように、Ｚ１側より、導電部材３０のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈと接触する。

この後、電極端子１００のＺ２方向の力が加わると、図１５に示されるように、電極端子１００により、導電部材３０のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈが押され、バネ部３３及びバネ部３４が変形する。即ち、導電部材３０の第４平板部３０ｇのＺ２側の面は、可動部２０の支持部２３の底面と接触し、第４平板部３０ｇを支持している。導電部材３０のバネ部３３及びバネ部３４は、弾性を有しており、コイルバネ４０よりも変形しやすいため、支持部２３により支持されている第４平板部３０ｇに対し、導電部材３０のバネ部３３及びバネ部３４が撓み変形する。具体的には、導電部材３０のバネ部３３の接触部３３ｈ及びバネ部３４の接触部３４ｈが、可動部２０のＺ１側の面と同じ高さとなるまで変形する。この間のバネ部３３及び３４の変形量は、Ｈ３と略同じ約０．２ｍｍである。

この後、更に、図１６に示されるように、電極端子１００にＺ２方向の力が加わると、電極端子１００により可動部２０が押され、コイルバネ４０が縮む方向に変形し、更に、可動部２０がＺ２側に動き、最大で、ベース部１０と可動部２０とが接触する。この間における可動部２０の移動量は、ベース部１０と可動部２０との間の間隔Ｌと略同じであり、約２．８ｍｍである。

従って、本実施の形態における圧接コネクタは、ストローク長は約３．０ｍｍであり、ストローク長が長く、導電部材３０は厚いため、抵抗値は５ｍΩであり、１５Ａ程度の大電流を流すことが可能である。即ち、本実施の形態における圧接コネクタは、導電性の機能と弾性機能とを機能分離することにより、導電部材３０により大電流に対応した導電性を得るとともに、コイルバネ４０により弾性を得ている。言い換えるならば、抵抗を低くするために、導電部材３０を厚く形成すると弾性が弱くなり、圧接コネクタとしての機能が失われてしまうが、コイルバネ４０を設けることにより、弾性機能を得ている。

（導電部材３０）
ところで、導電部材３０を厚くすると弾性変形しにくくなるため、変形量が大きい場合には、導電部材３０が破壊されるおそれがある。このため、導電部材３０の変形量は小さい方が好ましい。本実施の形態においては、図１７に示されるように、コイルバネ４０が入れられていない状態、即ち、力が加えられていない状態（この状態を自然状態と記載する場合がある）の導電部材３０は、ベース部１０と可動部２０との間隔Ｌ１が約１．４ｍｍとなるように形成されている。

従って、図１４に示されるように、コイルバネ４０を取り付けることにより、コイルバネ４０の復元力により、ベース部１０に対し可動部２０が上に持ち上げられる。よって、図１４に示される状態では、導電部材３０は、図１７に示す状態より、Ｚ１－Ｚ２方向の延びる方向に約１．２ｍｍ変形しており、縮む方向に復元力が働いている。

また、電極端子１００により押されて、図１６に示される状態になった場合には、導電部材３０には、Ｚ１－Ｚ２方向の縮む方向に約１．２ｍｍ変形しており、伸びる方向に復元力が働いている。

よって、本実施の形態における圧接コネクタは、図１７に示されるように、導電部材３０に何も力が加わっていない状態より、導電部材３０におけるＺ１－Ｚ２方向における変形量は、±１．２ｍｍである。

例えば、導電部材３０は、なにも力が加えられていない状態が、図１４に示される状態であるとすると、図１６に示される状態まで、導電部材３０が変形した場合、バネ部３３及びバネ部３４における変形を除く、導電部材３０のＺ１－Ｚ２方向における変形量は約２．８ｍｍとなり、力が加えられていない状態からの変形量は、図１７に示す場合の２倍となり、導電部材３０が弾性限界を超えて破壊等される可能性が高くなる。

従って、本実施の形態においては、導電部材３０の変形量を小さくし、弾性変形の範囲内における変形にすることにより、導電部材３０が破壊されることを防ぎ、信頼性を向上させている。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１８に示されるように、導電部材３０を複数設けた構造のものである。具体的には、本実施の形態は、複数の導電部材３０を設置することができるようなベース部１１０と可動部１２０とを有しており、ベース部１１０と可動部１２０との間には、複数、例えば、図１８に示す場合では、４つの導電部材３０が設けられている。また、ベース部１１０と可動部１２０との間の両側には、コイルバネ４０が各々設けられており、図１８に示す状態においては、ベース部１１０と可動部１２０とが離れる方向に復元力が働いている。

尚、本実施の形態は、ベース部１１０と可動部１２０が、４つの導電部材３０に対応していること以外については、第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

１０ ベース部
１１ ベース本体部
１２ 支柱部
１３ フック部
１４ 溝部
１５ 支持開口部
１６ 支持溝
２０ 可動部
２１ 貫通穴
２２ 係止部
２３ 支持部
３０ 導電部材
３１ 下部突起部
３２ 上部突起部
３３ バネ部
３４ バネ部
４０ コイルバネ

Claims (8)

1. ベース部と、
   前記ベース部に対して可動する可動部と、
   前記ベース部と前記可動部との間において、一方の端が前記ベース部側、他方の端が前記可動部側となるように設置された導電部材と、
   前記ベース部と前記可動部との間に設けられており、前記ベース部と前記可動部とが離れる方向に復元力を有する弾性部材と、
   を有し、
   前記導電部材により電気的に接続がなされ、
   前記導電部材の他方の端は巻き回されている
   ことを特徴とする圧接コネクタ。
2. 前記ベース部は、
   ベース本体部と、
   前記ベース本体部より可動部に向かって延びる支柱部と、
   を有し、
   前記可動部には貫通穴が設けられており、
   前記可動部の貫通穴に、前記ベース部の支柱部が入れられた状態で、前記ベース部に対し前記可動部が移動することを特徴とする請求項１に記載の圧接コネクタ。
3. 前記弾性部材は、コイルバネであって、
   前記コイルバネの内側に、前記支柱部が入れられていることを特徴とする請求項２に記載の圧接コネクタ。
4. ベース部と、
   前記ベース部に対して可動する可動部と、
   前記ベース部と前記可動部との間において、一方の端が前記ベース部側、他方の端が前記可動部側となるように設置された導電部材と、
   前記ベース部と前記可動部との間に設けられており、前記ベース部と前記可動部とが離れる方向に復元力を有する弾性部材と、
   を有し、
   前記導電部材により電気的に接続がなされ、
   前記導電部材は、一枚の金属板を折り曲げて形成されていることを特徴とする圧接コネクタ。
5. 前記導電部材は、前記弾性部材の復元力によって前記他方の端が前記可動部によって押し上げられることにより、自然状態よりも前記ベース部と前記可動部とが開く方向に伸ばされていること特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧接コネクタ。
6. 前記ベース部または前記可動部に力が加えられていない状態においては、前記導電部材は、前記弾性部材の復元力によって、前記他方の端が前記可動部によって押し上げられることによって伸びる方向に変形することで、縮む方向に復元力が働いており、
   前記ベース部と前記可動部とが接触している状態においては、前記導電部材は、前記他方の端が前記ベース部側に押されることによって縮む方向に変形することで、伸びる方向に復元力が働くことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧接コネクタ。
7. 前記導電部材において、前記ベース部または前記可動部に力が加えられていない状態から、前記ベース部と前記可動部とが接触している状態までの変形は、前記導電部材の弾性範囲内の変形であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧接コネクタ。
8. 前記導電部材は複数設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の圧接コネクタ。

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