JP5713996B2

JP5713996B2 - コネクタ

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Publication number: JP5713996B2
Application number: JP2012507045A
Authority: JP
Inventors: 重樹石川; 典利高村; 斉藤　誠; 誠斉藤; 増田　享哉; 享哉増田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-03-23
Also published as: WO2011118656A1; JPWO2011118656A1; CN102823072B; US20130012047A1; CN102823072A; US8814586B2

Description

本発明は、オス端子とメス端子とが嵌合して接続するコネクタに関するものである。

従来、自動車等の内部に配設される電子機器を接続するためには、オス端子とメス端子とを嵌合させることで機器間を配線等によって接続するコネクタが用いられている。このオス端子とメス端子とを有するコネクタは、オス端子およびメス端子が互いに嵌合可能であって、端子内の導線、電極等が接触することによって電気的な接続が可能となる。

ところで、上述したコネクタは、オス端子とメス端子との嵌合状態を維持して、電子機器間を電気的に接続し続ける必要がある。特に、自動車等、振動が生じやすい製品に搭載するコネクタの場合には、その振動によってオス端子とメス端子との接続が解除されないように嵌合状態を維持することが可能なコネクタが望まれていた。

この要望を満足するコネクタとして、例えば、係止アーム、ロック用凸部および係止面を弾性体によって弾性力を作用させた状態で係合させてオス端子とメス端子とをロックするコネクタが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、押し戻しばねによって弾性力の作用を受けるロックアームの係合突起部とアーム係止部とが係止することによってオス端子とメス端子とをロックするコネクタが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−３１５１３号公報特開２００１−１６０４５９号公報

しかしながら、特許文献１，２が開示する従来のコネクタでは、端子間の嵌合状態を解除する方向に加わる力によっては、弾性体の作用またはアーム自体の弾性力によってオス端子とメス端子との嵌合状態が解除されてしまうおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でオス端子とメス端子との嵌合状態を維持することができるコネクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２つの接続対象物の間に介在して該２つの接続対象物間の電気的な導通を図るコネクタであって、先端が棒状をなす導電性のオス端子と、導電性の線材が前記オス端子の径よりも小さい内径を有するように巻回されるとともに、前記オス端子が挿入される端部で前記線材が直線状に延在するメス端子と、を備え、前記オス端子は、前記メス端子の前記直線状の部分に少なくとも前記端部付近の内径を拡大する力を加えた状態で前記メス端子に挿入された後、該力を解除することによって前記メス端子に連結されることを特徴とする。

また、本発明にかかるコネクタは、上記の発明において、前記メス端子は、少なくとも前記端部と異なる端部近傍が密着巻きに巻回されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるコネクタは、上記の発明において、前記オス端子を保持するオス端子ブラケットと、前記メス端子を保持し、前記オス端子ブラケットと接続可能なメス端子ブラケットとを有し、前記オス端子ブラケットは、前記オス端子を前記メス端子に挿入する動作に連動して、前記メス端子の前記直線状の部分に対して少なくとも前記メス端子の直径を拡径する方向に力を加える拡径手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコネクタは、上記の発明において、前記メス端子の前記直線状の部分と異なる側の端部は、前記メス端子ブラケットに固定されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるコネクタは、上記の発明において、前記メス端子ブラケットは、前記メス端子の前記直線状の部分を保持し、該直線状の部分を前記メス端子の長手方向に垂直な平面上で移動させて前記メス端子の径を拡大させる径変更手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコネクタは、上記の発明において、前記オス端子ブラケットは、前記オス端子と平行に延び、該オス端子よりも先端方向に突出したガイドピンを有し、前記メス端子ブラケットは、前記ガイドピンを挿通可能な穴部を有することを特徴とする。

本発明にかかるコネクタは、自然状態の直径がオス端子の直径と比して小さいコイルばねの直径を拡径し、拡径された状態のコイルばねにオス端子を挿通させた後、コイルばねを自然状態に戻してオス端子を締め付けてロックするようにしたので、簡易な構成でオス端子とメス端子との嵌合状態を維持することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるコネクタの構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すコネクタの矢視Ａ方向の平面図である。図３Ａは、本発明の実施の形態１にかかるコイルばねの動作を説明する図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１にかかるコイルばねの動作を説明する図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかるコイルばねの他の例を示す斜視図である。図５は、図４に示すコイルばねの断面図である。図６は、本発明の実施の形態１の変形例１であるコネクタを示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態１の変形例２であるコネクタを示す平面図である。図８は、本発明の実施の形態２にかかるコネクタの構成を示す斜視図である。図９は、図８に示すコネクタの矢視Ｂ方向の平面図である。図１０は、図８に示すオス端子ブラケットとメス端子ブラケットとを接触させた状態を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態２にかかるばねと拡径用カムとの動作を示す平面図である。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例であるコネクタを示す斜視図である。図１３は、図１２に示すコネクタの矢視Ｃ方向の平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるコネクタ１の構成を示す斜視図である。図１に示すコネクタ１は、オス端子とメス端子とが接触して連結することで接続対象物間の電気的導通を行なうものである。

コネクタ１は、接続対象物と接続されるリード１２と連結し、導電性を有するオス端子１１と、接続対象物と接続されるリード２２とリード端子２２ａを介して連結し、導電性を有するメス端子としてのコイルばね２１とを有する。

オス端子１１は、導電性を有する材料で成形され、先端が略球状に形成された棒状をなす先端部１１ａと、リード１２を保持するリード端子１１ｂと、先端部１１ａの径と比して大きい径を有するフランジ部１１ｃとを備える。

コイルばね２１は、線材の断面が円形をなし、オス端子１１の先端部１１ａの径と比して小さい内径となるように巻回されている。コイルばね２１の両端部側は、密着巻きに巻回されている。コイルばね２１のリード端子２２ａと異なる側の端部は、コイルばね２１の伸長方向と垂直な方向に延在する直線状をなす延在部２１ａを有する。また、コイルばね２１のリード端子２２ａ側の端部は、コイルばね２１の伸長方向と垂直な方向に延伸した固定部２１ｂを有する。なお、延在部２１ａは、コイルばね２１の径と比して大きい径を有する弧状をなしてもよい。

また、コイルばね２１は、ＳＵＳまたはベリリウム銅等からなる心材と、低抵抗の銅系金属からなる外皮とで構成される線材を用いて実現される。なお、ばね性、耐熱性等を考慮したクラッド金属材料または合金材であれば適用可能である。

図２は、オス端子１１とコイルばね２１との嵌合状態を示す平面図である。コイルばね２１内にオス端子１１の先端部１１ａが挿通されると、リード１２，２２に接続される接続対象物間を電気的に導通する。コネクタ１では、オス端子１１とコイルばね２１のリード２２側の密着巻き部とを介してリード１２，２２間を導通し、粗巻き部に信号が流れないため、電気信号の導通経路を短くすることができ、インダクタンスの低減および導通の安定化を図ることが可能となる。なお、フランジ部１１ｃは、コイルばね２１の端部と当接することによって、オス端子１１のコイルばね２１内への挿入領域を調節する。

このとき、コイルばね２１は、内径がオス端子１１の直径と比して小さいため、オス端子１１の先端部１１ａをばねの巻き付き力によって締め付けることで嵌合状態を維持する。また、コイルばね２１は、リード端子２２ａのリード２２と異なる端部から突出している支柱２３に対してばねの巻き付き力および／または半田Ｃによって接合されている。なお、コイルばね２１のオス端子１１に対する巻き付き力を確保するため、支柱２３の径は、先端部１１ａの径以下であることが好ましい。

図３Ａ，３Ｂは、オス端子１１をコイルばね２１に挿通する場合のコイルばね２１の動作を説明する図である。まず、図３Ａに示すように、自然状態のコイルばね２１に対して、延在部２１ａに力Ｆを矢印方向に加える。このとき、コイルばね２１は、図１，２に示す固定部２１ｂが固定され、力Ｆによるコイルばね２１の回転を防止されていることが好ましい。

延在部２１ａは、力Ｆが加わることによって、図３Ｂに示す位置に移動する。なお、破線Ｐ_０は、図３Ａで示す自然状態のコイルばね２１の位置を示す。上述したように、コイルばね２１は、固定部２１ｂが固定されているため、力Ｆによって回転せず、内径を拡径する方向に弾性変形する。

図３Ａ，３Ｂに示すコイルばね２１の動作によって、内径が拡径された状態でオス端子１１をコイルばね２１内に挿通することが可能となる。オス端子１１をコイルばね２１内に挿通後、延在部２１ａに加わっている力Ｆを解除すると、コイルばね２１の内径は収縮して自然状態に戻るため、オス端子１１を締め付けて嵌合状態を維持することができる。

上述した実施の形態１にかかるコネクタによって、簡易な構成で、オス端子１１とコイルばね２１との嵌合状態を維持することができる。これにより、オス端子とメス端子（コイルばね）との間の安定した嵌合状態の維持および電気的導通を実現することができる。また、この嵌合状態において、コネクタ１に対してオス端子１１とコイルばね２１とが離脱する方向の力が加わった場合、コイルばね２１は伸長する方向に弾性変形する。この伸長によって、コイルばね２１は内径を小さくする方向に弾性変形することとなり、一段と大きな締め付け力をオス端子１１に加えるため、オス端子１１がコイルばね２１から離脱することを一層確実に防止することも可能である。

なお、上述したコネクタは、双方の端子がリードと接続されているものとして説明したが、一方がリードで接続され、他方が基板と直接接続されている構成であっても適用可能である。

また、コイルばね２１において、リード端子２２ａおよび支柱２３に対する巻き付き力、または半田Ｃによる支柱２３（またはリード端子２２ａ）のコイルばね２１と支柱２３（またはリード端子２２ａ）との接続が確実なものであれば、固定部２１ｂを設けなくてもよい。また、コイルばね２１は、少なくともリード端子２２ａ側が密着巻きに巻回されていればよく、全体が密着巻きに巻回されていてもよい。

図４は、本実施の形態１にかかるコイルばねの他の例を示す斜視図である。また、図５は、図４に示すコイルばね２４の線材が延びる方向と垂直な方向の断面図である。上述したコイルばね２１は、線材の断面が円形であるものとして説明したが、図４，５に示すコイルばね２４のように断面形状が略半円形状をなしてもよい。なお、この断面形状に限らず、角形の断面形状をなすものとしてもよい。隣り合う線材同士の接触面積の増大によって、導通にかかる抵抗を低下することが可能となる。

図６は、本実施の形態１の変形例１であるコネクタ１ａを示す平面図である。図６に示すコネクタ１ａは、上述したオス端子１１およびコイルばね２１と、複数の爪部を有するリード端子２２ｂとを備える。リード端子２２ｂは、コイルばね２１の密着巻き部分の外周と接触しているため、オス端子１１との導通経路を、コイルばね２１の密着巻き部分ではなく、一体成形された爪部とすることができるため、一段と安定した導通を得ることが可能となる。

なお、変形例１にかかるリード端子２２ｂは、上述した各爪部で形成される内径の少なくとも一部が、コイルばね２１の外径と比して略同一または若干小さい径となるように形成されていることが好ましい。このリード端子２２ｂでは、リード端子２２ｂが圧入によってコイルばね２１と接続するため、コイルばね２１とリードとを確実に接続して電気的な導通が可能となるとともに、コイルばね２１の径に因らずリード端子２２ｂとコイルばね２１とを接続することができる。

図７は、本実施の形態１の変形例２であるコネクタ１ｂを示す平面図である。図７に示すコネクタ１ｂは、上述したオス端子１１およびリード端子２２ｂと、リード端子２２ｂとは異なる端部側で、この端部に向けて段階的に内径を大きくしたコイルばね２５とを備える。このコイルばね２５は、オス端子１１が挿通される側の内径が大きくなっているため、オス端子１１を一段と容易にコイルばね２５内に挿通するとともに、上述した嵌合状態を維持することができる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態２にかかるコネクタの構成を示す斜視図である。また、図９は、図８に示すコネクタの矢視Ｂ方向の平面図である。図８，９に示すコネクタは、オス端子とメス端子とが接触して連結することで接続対象物間の電気的導通を行なうものである。

図８に示すコネクタは、導電性を有するオス端子１１およびリード１２を保持するオス端子ブラケット３と、導電性を有するメス端子としてのコイルばね２１およびリード２２を保持するメス端子ブラケット４とを有する。なお、オス端子１１、リード１２、コイルばね２１およびリード２２は、上述した実施の形態１と同様の構成である。

オス端子ブラケット３は、オス端子１１の上部に設けられる拡径手段としての拡径用カム３１と、オス端子１１の両側からオス端子１１とそれぞれ平行に延びる略柱状のガイドピン３２と、ガイドピン３２の上部に配設され、ガイドピン３２と平行に延び、先端部分で延伸方向に対して垂直下方に突出する凸部を有するロックバー３３とを備える。

拡径用カム３１は、対応する壁面を延在部２１ａの側面に接触させることで延在部２１ａを移動させて、コイルばね２１の内径を拡径する。また、オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４との壁面同士が接触した際に、延在部２１ａが元の位置（自然状態）に戻るための切欠き部分（切欠き面）を有する。なお、この切欠き部分は、切欠き面とメス端子ブラケット４の壁面との間隔が少なくともコイルばね２１の線材の径以上となるように拡径用カム３１が配設される。

メス端子ブラケット４は、コイルばね２１を収容するとともに、拡径されたコイルばね２１が収容可能な収容部４１と、ガイドピン３２を挿通して保持するガイド穴４２と、ロックバー３３の凸部と係止する凹部であるロック穴４３とを備える。なお、リード２２は、上述したリード端子と接続された状態でメス端子ブラケット４の所定位置に収容された後、メス端子ブラケット４の端部を図示しない固定部材を用いてネジ止め、接着または嵌合することによってメス端子ブラケット４に固定される。

また、メス端子ブラケット４は、図９に示すように、コイルばね２１の固定部２１ｂを保持する保持部４１ａを有する。保持部４１ａは、コイルばね２１の固定部２１ｂを保持して、延在部２１ａに加わる力によるコイルばね２１の回転を防止する。なお、保持部４１ａは、半田等の固定部材を用いて固定部４１ａを保持してもよく、溝部を形成して固定部２１ｂを差し込んで保持してもよい。

図１０は、図８に示すオス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とを接触させた状態を示す斜視図である。図８に示すガイドピン３２をガイド穴４２に挿通することで、オス端子ブラケット３のメス端子ブラケット４に対する近接位置が決まり、ガイドピン３２のガイド穴４２への挿通に連動して、オス端子１１がコイルばね２１内に挿通される。このとき、オス端子１１のコイルばね２１内への挿通に連動し、後述するように拡径用カム３１がコイルばね２１の内径を拡径し、オス端子１１がコイルばね２１内に挿通される。

また、オス端子１１とコイルばね２１とが嵌合して、オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とが接触すると同時にロックバー３３の凸部がロック穴４３の凹部と係止する。

コイルばね２１の延在部２１ａは、図１０に示すように、オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とが離脱する方向に力が加わった場合、拡径用カム３１の壁面に当接しているため、本実施の形態２にかかるコネクタは、コイルばね２１のオス端子１１の締め付けによるロックのほか、延在部２１ａと拡径用カム３１によるコネクタのロック効果を得ることもできる。

図１１は、本実施の形態２にかかるばねと拡径用カムとの動作を示す平面図である。オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とを嵌合させる場合、図１１（ａ）に示すように、オス端子ブラケット３が矢印Ｙ方向に移動し、拡径用カム３１がコイルばね２１に接近する。このとき、延在部２１ａは、拡径用カム３１の湾曲部３１ａに当接する。

拡径用カム３１は、延在部２１ａが湾曲部３１ａに当接した後、オス端子ブラケット３またはメス端子ブラケット４に連動してさらに矢印Ｙ方向に進む（図１１（ｂ）、（ｃ））。このとき、延在部２１ａは、拡径用カム３１の湾曲部３１ａの壁面に沿って、コイルばね２１の周方向に移動し、図３Ｂに示すようにコイルばね２１の内径を拡径する。また、この拡径に連動して、オス端子１１がコイルばね２１内に挿通される。なお、破線Ｐ_０は、図１１（ａ）で示す自然状態のコイルばね２１の位置を示す。また、本実施の形態２では、延在部２１ａが、図１１（ｂ）に示す位置に移動した際に、拡径されたコイルばね２１の内径がオス端子１１の直径以上となる。コイルばね２１が拡径されるタイミングは、拡径用カム３１とオス端子１１との位置関係によって調節される。

拡径用カム３１は、矢印Ｙ方向にさらに進むと、延在部２１ａが直線部３１ｂに当接する（図１１（ｄ））。延在部２１ａは、この直線部３１ｂに当接した状態が、最も内径が拡径された状態となる。

その後、オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とが接触して嵌合すると、延在部２１ａは、拡径用カム３１の進行方向と垂直な方向の切欠き面に沿って移動し、溝３１ｃに保持される（図１１（ｅ））。ここで、溝３１ｃに保持された延在部２１ａにはコイルばね２１の内径を拡径する方向の力は加わっておらず、壁面に当接する程度に保持される。なお、溝３１ｃは、延在部２１ａと接触しないようにしてもよい。

上述した実施の形態２にかかるコネクタは、拡径用カム３１が、オス端子１１のコイルばね２１内への挿通に連動してコイルばね２１の内径を拡径するため、手動で延在部２１ａを操作する必要なく、延在部２１ａによるコイルばね２１の内径の拡径、およびオス端子１１のコイルばね２１への挿通が可能となる。また、ガイドピン３２がオス端子１１をコイルばね２１内に挿通するための位置決めの効果を奏し、拡径用カム３１が延在部２１ａに加える力によって、オス端子の挿通位置がずれるのを防止することができる。

図１２は、本実施の形態２の変形例であるコネクタを示す斜視図である。また、図１３は、図１２に示すコネクタの矢視Ｃ方向の平面図である。この変形例にかかるコネクタは、上述した実施の形態２にかかるコネクタに加えて、コイルばね２１の周方向に摺動可能であって、延在部２１ａをコイルばね２１の長手方向に垂直な平面上で移動させてコイルばね２１の内径を拡大または縮小させる径変更手段としてのノブ４４を備える。

ノブ４４は、図１３に示すように、メス端子ブラケット４の上部平面との間でコイルばね２１の延伸方向に平行な空間を形成し、この空間内に拡径用カム３１が挿通する。また、ノブ４４は、コイルばね２１の延在部２１ａを保持し、延在部２１ａの動作に連動して摺動することも可能である。

拡径用カム３１は、オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４との接近に連動して、ノブ４４の内部空間に挿通し、図１１に示す動作によって、延在部２１ａを移動させてコイルばね２１の内径を拡径する。

オス端子ブラケット３とメス端子ブラケット４とが嵌合状態から離脱させる場合、ノブ４４をコイルばね２１の周方向に摺動させることで、拡径用カム３１に当接する延在部２１ａを容易に離脱させることができる。また、凸部４４ａを設けることで、一段と容易にノブ４４を摺動させることが可能となる。

上述した実施の形態２では、オス端子およびメス端子からなるコネクタを２つ設けるものとして説明したが、用いるリード（配線）によって、１つのコネクタとしてもよく、３つ以上のコネクタを設けてもよい。

以上のように、本発明にかかるコネクタは、電子部材間等を接続して、電気的導通を行なう場合に有用である。

１，１ａ，１ｂコネクタ
３オス端子ブラケット
４メス端子ブラケット
１１オス端子
１１ａ先端部
１１ｂ，２２ａ，２２ｂリード端子
１２，２２リード
２１，２４，２５コイルばね
２１ａ延在部
２１ｂ固定部
２３支柱
３１拡径用カム
３２ガイドピン
３３ロックバー
４１収容部
４１ａ保持部
４２ガイド穴
４３ロック穴
４４ノブ

Claims

２つの接続対象物の間に介在して該２つの接続対象物間の電気的な導通を図るコネクタであって、
先端が棒状をなす導電性のオス端子と、
導電性の線材が前記オス端子の径よりも小さい内径を有するように巻回されるとともに、前記オス端子が挿入される端部で前記線材が直線状に延在するメス端子と、
前記オス端子を保持するオス端子ブラケットと、
前記メス端子を保持し、前記オス端子ブラケットと接続可能なメス端子ブラケットと、
を備え、
前記オス端子ブラケットは、前記メス端子の前記オス端子が挿入される端部と接触し、前記オス端子を前記メス端子に挿入する動作に連動して、前記メス端子の直径を拡径する方向に力を加える第１の面と、該第１の面に連なり、当該オス端子の挿入方向と直交する面であって、前記メス端子の直径を拡径する方向の力を解除する第２の面と、が形成された拡径手段を有することを特徴とするコネクタ。
前記メス端子は、少なくとも前記端部と異なる端部近傍が密着巻きに巻回されていることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
前記メス端子の前記直線状の部分と異なる側の端部は、前記メス端子ブラケットに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ。
前記メス端子ブラケットは、前記メス端子の前記直線状の部分を保持し、該直線状の部分を前記メス端子の長手方向に垂直な平面上で移動させて前記メス端子の径を拡大させる径変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコネクタ。
前記オス端子ブラケットは、前記オス端子と平行に延び、該オス端子よりも先端方向に突出したガイドピンを有し、
前記メス端子ブラケットは、前記ガイドピンを挿通可能な穴部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のコネクタ。