特許第6415609号(P6415609)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6415609
(24)【登録日】2018年10月12日
(45)【発行日】2018年10月31日
(54)【発明の名称】可動コネクタ
(51)【国際特許分類】
   H01R 13/631 20060101AFI20181022BHJP
   H01R 12/91 20110101ALI20181022BHJP
【FI】
   H01R13/631
   H01R12/91
【請求項の数】4
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2017-2959(P2017-2959)
(22)【出願日】2017年1月11日
(65)【公開番号】特開2018-113163(P2018-113163A)
(43)【公開日】2018年7月19日
【審査請求日】2017年5月31日
(73)【特許権者】
【識別番号】390012977
【氏名又は名称】イリソ電子工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106220
【弁理士】
【氏名又は名称】大竹 正悟
(72)【発明者】
【氏名】高根 徹
【審査官】 山田 由希子
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−014898(JP,A)
【文献】 特開2007−220542(JP,A)
【文献】 特開平11−144823(JP,A)
【文献】 特開2012−164525(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01R 13/631
H01R 12/91
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のハウジングと、
接続対象物と嵌合接続する第2のハウジングと、
前記第1のハウジングに固定する第1の固定部と、前記第2のハウジングに固定する第2の固定部と、前記第1の固定部と前記第2の固定部とを繋ぐとともに前記第2のハウジングを前記第1のハウジングに対して変位可能に支持するばね部と、前記接続対象物と導通接触する接点部とを有する端子と、を備える可動コネクタにおいて、
前記ばね部は、
前記接続対象物を前記第2のハウジングに嵌合接続する嵌合方向に対する交差方向に伸長する直線形状であり前記嵌合方向及び前記交差方向に変位する上片部及び下片部と、
前記上片部の一端と前記第1の固定部とを繋ぎ少なくとも前記交差方向に変位する第1の伸長部と、
前記上片部の他端と前記下片部の一端とを繋ぎ前記嵌合方向及び前記交差方向に変位する第2の伸長部とを有し、
前記第2のハウジングは、前記接続対象物と嵌合接続した状態で、前記ばね部の前記変位によって前記嵌合方向及び前記交差方向に変位することを特徴とする可動コネクタ。
【請求項2】
前記第2の伸長部は、前記上片部の前記他端から前記下片部の前記一端にかけて、前記第1の伸長部に対して徐々に離間するように斜めに伸長する形状である請求項1記載の可動コネクタ。
【請求項3】
前記上片部は前記下片部よりも長く形成されている請求項1又は請求項2記載の可動コネクタ。
【請求項4】
前記第1の伸長部は、
一端が前記上片部の前記一端と繋がる直線部と、
前記直線部の他端と繋がり前記第1のハウジングの外方に向けてクランク状に屈曲する屈曲部とを有する請求項1〜請求項3何れか1項記載の可動コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フローティング機能を有する可動コネクタに関する。
【背景技術】
【0002】
可動コネクタは、例えば基板に固定される固定ハウジングと、接続対象物と嵌合接続する可動ハウジングと、固定ハウジングと可動ハウジングを繋ぐ端子とを備える電気コネクタとして知られている。可動コネクタの端子は、固定ハウジング(第1のハウジング)に固定する第1の固定部と、可動ハウジング(第2のハウジング)に固定する第2の固定部と、第1の固定部と第2の固定部とを繋ぐとともに可動ハウジングを固定ハウジングに対して変位可能に支持するばね部とを有する構成とされている。
【0003】
ばね部は、例えば特許文献1で示すように円弧状に湾曲する屈曲部を有する形状に形成されており、ばね部全体の弾性変形により固定ハウジングに対して移動する可動ハウジングの変位を吸収する機能を有している。こうしたばね部による可動ハウジングの変位吸収機能は、可動ハウジングに接続対象物(例えば導通接続するコネクタや基板)を挿入する際に可動ハウジングが位置ずれする嵌合接続時や、接続対象物との嵌合接続後に使用環境下で振動や衝撃を受けて可動ハウジングが変位する時などに発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第5849166号公報、段落0084−0088
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、前記特許文献1に示す可動コネクタは、本出願人の提案に係るZ方向可動コネクタである。Z方向可動コネクタは、端子の接点部が接続対象物との接触位置を保持した状態でばね部が可動コネクタに対する接続対象物の挿抜方向(Z方向)で弾性変形する機能を有するコネクタである。その一つの特徴は、ばね部がZ方向に弾性変形しても端子の接点部が接続対象物との接触位置を保持することにある。このため接点部が接続対象物に対して微摺動しないことから摩耗が生じにくく、導通接続の信頼性を低下させにくいという利点がある。しかしながら、接点部が接続対象物との接触位置を保持するためには、ばね部がZ方向に弾性変形しても接点部が微摺動を生じないように、接続対象物に対する接点部の接触圧を高く設定する必要がある。ところが接触圧を高く設定すると、接続対象物の可動コネクタに対する挿抜が硬くなり作業性が低下してしまう。
【0006】
前記作業性を改善するために先ず考えられることは、接点部の接触圧を低くして接続対象物の挿抜力を小さくすることである。しかし接触圧を低くしてしまうと、接点部が接続対象物との接触位置を維持するための保持力が低下し、微摺動を生じるリスクが高くなる。挿抜の作業性の改善は単に接触圧を低くするだけでは達成できないのである。
【0007】
以上のような従来技術を背景になされたのが本発明である。その目的は、可動コネクタについて挿抜の作業性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成すべく本発明は以下の特徴を有するものとして構成される。
【0009】
本発明は、第1のハウジングと、接続対象物と嵌合接続する第2のハウジングと、前記第1のハウジングに固定する第1の固定部と、前記第2のハウジングに固定する第2の固定部と、前記第1の固定部と前記第2の固定部とを繋ぐとともに前記第2のハウジングを前記第1のハウジングに対して変位可能に支持するばね部と、前記接続対象物と導通接触する接点部とを有する端子と、を備える可動コネクタについて、前記ばね部は、前記接続対象物を前記第2のハウジングに嵌合接続する嵌合方向に対する交差方向に伸長する直線形状の上片部及び下片部と、前記上片部の一端と前記第1の固定部とを繋ぐ第1の伸長部と、前記上片部の他端と前記下片部の一端とを繋ぐ第2の伸長部とを有することを特徴とする。
【0010】
前述のとおり挿抜の作業性の改善は接点部の接触圧を低くするだけでは達成できない。そこで本発明者は、接点部の接触圧を低くするのと同時にばね部の変位荷重も小さくすることに着目した。そして検討を進めたところ、従来技術で示す円弧状に湾曲する屈曲部を有するばね部を形成した端子では、接続対象物と嵌合接続する荷重を受けた際に、特に円弧状の屈曲部の長さ方向及び板厚方向に応力が分散されやすいため、ばね部が所定の変位量を得るためには大きな荷重が必要となることが分かった。つまり従来のばね部は変位荷重を小さくしにくい形状なのである。
【0011】
これに対して本発明のばね部は、円弧状に湾曲する屈曲部ではなく、直線形状の上片部及び下片部を有し、上片部の一端から第1の伸長部が、他端から第2の伸長部が伸長する形状として形成したものである。このような直線形状のばね片を角部で繋げた矩形波形状のばね部では、従来技術のばね部のように円弧状の屈曲部の長さ方向及び板厚方向で均等に応力分布が生じることがない。即ち、上片部、下片部、第1の伸長部、第2の伸長部が角部を介して繋がるばね片として機能するため、ばね部の変位荷重を小さくしやすくなる。よって本発明の可動コネクタでは、ばね部の変位荷重を小さくできるため、接点部の接触圧だけでなくばね部の変位荷重も低くすることができるようになり、これにより挿抜の作業性を改善することができるようになる。したがって、これを前述のZ方向可動コネクタに適用すれば、導通接続の信頼性が高く、挿抜の作業性の良いZ方向可動コネクタを実現することができる。また、本発明の可動コネクタは、Z方向可動コネクタではない可動コネクタとしても構成することが可能であり、ばね部の変位荷重が小さく柔軟な弾性変形により第2のハウジングが変位する可動コネクタを実現することができる。
【0012】
本発明の可動コネクタを前記Z方向可動コネクタとして構成するには、前記ばね部が変位する変位荷重が、前記接点部が前記接続対象物と押圧接触する接触位置から位置ずれする荷重より小さいものとして構成することができる。これによれば、ばね部が変位しても接点部が接続対象物との接触位置を保持するため、接点部が接続対象物に対して微摺動しないことから摩耗が生じにくく、導通接続の高い信頼性を有するZ方向可動コネクタを実現することができる。
【0013】
前記第2の伸長部は、前記上片部の前記他端から前記下片部の前記一端にかけて、前記第1の伸長部に対して徐々に離間するように斜めに伸長する形状とすることができる。これによれば、上片部と下片部とが相互に近づく方向に変位した際に、第2の伸長部が第1の伸長部と接触することを回避することができる。
【0014】
前記上片部は、前記下片部よりも長く形成するように構成できる。第2のハウジングは第1のハウジングに対して変位する可動ハウジングとして把握することができ、第1のハウジングは固定ハウジングとして把握することができる。ここで上片部と下片部のうち固定ハウジングである第1のハウジングに近いのは上片部である。この上片部を下片部よりも長く形成すると、ばね部の変位荷重をさらに小さくすることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の可動コネクタによれば、ばね部の変位荷重を小さくすることができる。したがって、これを例えばZ方向可動コネクタに適用した場合には、接点部の接触圧が低下するとともにばね部の変位荷重を小さくすることができる。このためばね部がZ方向に変位しても接点部が微摺動しないことから摩耗が生じにくくなり、導通接続の高い信頼性を実現しつつ、接続対象物の挿抜の作業性を改善することができる。また、Z方向可動コネクタではない可動コネクタについては、ばね部の変位荷重を小さくすることができる。換言すれば変位荷重を一定とした場合の変位量(可動量)を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】一実施形態による可動コネクタの正面、右側面、平面を含む斜視図。
図2図1の可動コネクタの正面図。
図3図2のIII−III線に沿う拡大断面図。
図4図1の可動コネクタに備える端子の外観斜視図。
図5】端子のばね部の変形例を示す説明図。
図6】実施形態と比較例によるばね部の応力分布を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本明細書、特許請求の範囲、図面では、図1で示す可動コネクタの端子の配列方向(左右方向)をX方向とし、可動コネクタの奥行き方向(前後方向)をY方向とし、可動コネクタの高さ方向(上下方向)をZ方向とする。しかしこうした左右、前後、上下の特定は本発明の可動コネクタの実装方向、使用方向を限定するものではない。
【0018】
可動コネクタ1の構成
可動コネクタ1は、硬質樹脂の樹脂成形体でなるハウジング2を備える。ハウジング2は、「第1のハウジング」としての固定ハウジング3と「第2のハウジング」としての可動ハウジング4とで構成される。5は金属片でなる端子であり、固定ハウジング3と可動ハウジング4にそれぞれ固定されている。
【0019】
固定ハウジング3は、基板Pに実装される。固定ハウジング3は、長手方向がX方向に沿う矩形状に形成されている。固定ハウジング3は矩形状の一枚板状に形成されている底壁部3aを有しており(図3)、固定ハウジング3の上に配置される可動ハウジング4や端子5を基板Pに露出させないようにしている。これにより可動ハウジング4に押圧されて基板Pがしなることで素子や回路配線やはんだ付け部を損傷することを防ぎ、また底壁部3aの直下の表面を回路配線のために使用できるようにするためである。底壁部3aの両端には側壁部3bが形成されており、側壁部3bには基板Pにはんだ付けされる固定金具6が固定されている。底壁部3aには、その長手縁に沿って前壁部3cと後壁部3dが形成されている。前壁部3cと後壁部3dには、配列されている各端子5の固定ハウジング用固定部5bを板幅方向(X方向)で挟持して固定する端子固定部3eが形成されている。
【0020】
可動ハウジング4は、固定ハウジング3と同様に、長手方向がX方向に沿う角筒状に形成されており、前壁部4a、後壁部4b、左右の側壁部4cとを有している。
【0021】
前壁部4aと後壁部4bの外面には庇状突起4dが形成されており、その下側にある端子5を接触等による損傷から保護している。前壁部4aと後壁部4bの内面には、スリット状の端子収容室4eが形成されている。X方向に沿って配列される端子5は、それぞれ個別に端子収容室4eに収容される。端子収容室4eには端子5を固定する端子固定部4fが形成されており、端子5の可動ハウジング用固定部5hを板幅方向(X方向)で挟持することで可動ハウジング4に固定している。前壁部4aと後壁部4bの下縁の下側は、可動ハウジング4の端子収容室4eの内側から外側へ端子5の下片部5fを通す挿通部4gが形成されている(図3)。この挿通部4gを有するため、前壁部4aと後壁部4bはZ方向の下側で左右の側壁部4cより短く形成されている。
【0022】
可動ハウジング4の天面には接続対象物を挿入する嵌合口4hが開口しており、その内側には嵌合室4iが形成されている。嵌合室4iの下には、Y方向における中央位置にX方向に沿って中央隔壁4jが形成されている(図3)。この中央隔壁4jに接続対象物が突き当たることで、嵌合室4iへの接続対象物の過剰な挿入を止めることができるようにしている。
【0023】
図3で示すように、可動ハウジング4の左右の側壁部4cの底面部4c1と、中央隔壁4jの底面部4j1は、いずれもZ方向で下方に変位する可動ハウジング4が固定ハウジング3の底壁部3aと突き当たることで変位を停止させるストッパーになる。
【0024】
端子5は、X方向に沿って可動コネクタ1に並列に配列されており、Y方向で2列に対向して配置されている。各端子5は同一形状であり、具体的には基板接続部5a、「第1の固定部」としての固定ハウジング用固定部5b、「第1の伸長部」としての外側縦片部5c、上片部5d、「第2の伸長部」としての中央縦片部5e、下片部5f、内側縦片部5g、「第2の固定部」としての可動ハウジング用固定部5h、弾性アーム5i、接点部5jを有する。このうち外側縦片部5c、上片部5d、中央縦片部5e、下片部5f、内側縦片部5gは、矩形波形状のばね部5kを構成する。
【0025】
基板接続部5aは、基板Pの回路接点(図示略)にはんだ付けされて基板回路に導通接続する部分である。
【0026】
固定ハウジング用固定部5b、可動ハウジング用固定部5hは、端子5の板幅方向に突出する固定突起として形成されている。この固定ハウジング用固定部5bは、固定ハウジング3の端子固定部3eに圧入され挟持されることで、固定ハウジング3に端子5の一端側を固定する。また、可動ハウジング用固定部5hは、可動ハウジング4の端子固定部4fに圧入され挟持されることで、可動ハウジング4に端子5の他端側を固定する。
【0027】
外側縦片部5cは、矩形波形状のばね部5kにあって可動コネクタ1の外部に露出する部位である。外側縦片部5cには屈曲部5c1が形成されており、その上にはZ方向の上方に伸長する直線形状の直線部5c2が形成されている。
【0028】
上片部5dと下片部5fは、可動ハウジング4の嵌合室4iに挿入される接続対象物の嵌合方向(Z方向)に対する交差方向(Y方向)に伸長する直線形状に形成されている。上片部5dは矩形波形状のばね部5kにおける上辺に位置し、下片部5fは下辺に位置する部位である。
【0029】
中央縦片部5eは、矩形波形状のばね部5kにおける上片部5dと下片部5fとを繋ぐ部位である。中央縦片部5eは上端から下端にかけて外側縦片部5cから次第に離間するように斜めに伸長するものとして形成されている。このように斜めに形成することで、中央縦片部5eの下端と固定ハウジングの前壁部3c、後壁部3dとの隙間を大きく設定することができ、Y方向での下片部5fと可動ハウジング4の変位量を大きく確保することができる。また、固定ハウジングに本実施形態のような前壁部3c、後壁部3dが無い場合には、中央縦片部5eの下端と外側縦片部5cとの隙間を大きく設定できて変位によって接触するのを防ぐことができる。
【0030】
内側縦片部5gは、矩形波形状のばね部5kにあって可動ハウジング4の下側に位置する部位である。内側縦片部5gの一端は下片部5fに繋がっており、他端は可動ハウジング用固定部5hに繋がっている。即ち、内側縦片部5gは、可動ハウジング4の嵌合室4iに挿入される接続対象物の嵌合方向(Z方向)に伸長する直線形状として形成されており、可動ハウジング4を下側から支持する機能を有する。したがって、接続対象物の可動ハウジング4への嵌合接続時にはZ方向に沿う接続対象物の挿入力を受け止める部位となる。
【0031】
弾性アーム5iは、可動ハウジング用固定部5hに繋がる基端側から接点部5jに繋がる先端側にかけて嵌合室4iに近づくように斜めに伸長して形成されている。そして接点部5jを変位可能に弾性支持する部位である。
【0032】
接点部5jは、接続対象物と導通接触する部位である。接点部5jには、弾性アーム5iに繋がるとともに嵌合室4iに向けて屈曲する屈曲部5j1が形成されている。この屈曲部5j1の先端には、山型に大きく湾曲する接点5j2が形成されている。接点5j2の先端部は可動ハウジング4の端子収容室4eに入り込んでおり、接続対象物が当該先端部と引っ掛かって接点部5j2と弾性アーム5iが座屈しないようにしている。
【0033】
可動コネクタ1の作用・効果
次に可動コネクタ1の作用・効果を説明する。
【0034】
本実施形態の可動コネクタ1は、いわゆるZ方向可動コネクタとして構成されている。即ち、可動コネクタ1が接続対象物と嵌合接続した状態で、ばね部5kが変位する変位荷重は、接点部5jが接続対象物と押圧接触する接触位置から摺動して位置ずれする荷重よりも小さいものとして形成されている。したがって、ばね部5kが変位しても、接点部5jは接触圧によって接続対象物との接触位置を保持する。このため、接点5j2が接続対象物に対して微摺動しないためめっき剥がれ等の摩耗が生じにくく、可動ハウジング4が変位可能でありながら導通接続の高い信頼性を発揮できる可動コネクタ1とされている。
【0035】
しかしながら接点部5jによる接触圧は、接続対象物に対して位置ずれしない保持力を発揮するものの、従来技術(特許文献1)で示す可動コネクタよりも小さく設定されており、ばね部5kの変位荷重もまた小さく設定されている。
【0036】
ばね部5kは、円弧状に湾曲する屈曲部ではなく、直線形状の上片部5d及び下片部5fを有し、その上片部5dの一端からは直線部5c2を有する外側縦片部5cが伸長し、また他端からは下片部5fの一端に繋がる直線形状の中央縦片部5eが伸長しており、さらに下片部5fの他端からは直線形状の内側縦片部5gが伸長する矩形波形状として形成されている。
【0037】
このように、複数の直線形状のばね片を角部5mで繋げた矩形波形状のばね部5kは、湾曲する屈曲部を有する従来技術の丸波形状のばね部よりも、次に説明するようにY方向、Z方向に変位した際に生じる応力がばね部5k全体に分散しにくいという特徴を有する。
【0038】
図6(a)は従来技術の丸波形状のばね部に生じる応力分布の模式図であり、図6(b)は本実施形態の矩形波形状のばね部5kに生じる応力分布の模式図である。図6の各分図について、各端子は固定部Xで固定されており、Y方向での荷重Fyが作用したときの応力分布のシミュレーション結果を水平ハッチングで、またZ方向での荷重Fzが作用したときの応力分布のシミュレーション結果を垂直ハッチングでそれぞれ模式的に示している。
【0039】
従来技術による丸波形状のばね部では、荷重Fyが作用すると、湾曲する2つの屈曲部の全長に亘って応力が発生し、また板厚方向でも深く応力が発生しており、丸波形状のばね部について全体的に応力が生じる。これに対して、本実施形態による矩形波形状のばね部5kでは、荷重Fyが作用すると、上片部5d、下片部5f、角部5mの表層部分に応力が分布し、板厚方向では従来技術のばね部よりも深く分布していない。これと同様に、Z方向の上方に荷重Fzが作用した場合、丸波形状のばね部では板厚方向で深く応力が生じるのに対して、矩形波形状のばね部5kでは角部5mの表層部分に応力が生じている。このため本実施形態のばね部5kでは、変位荷重を小さくすることができ、また同一の荷重をかけた場合には変位量を大きくすることができる。
【0040】
また、中央縦片部5eは斜めに形成されているが、図6(c)で示すように中央縦片部が垂直方向に伸長する変形例と比較すると、中央縦片部5eが斜めに伸長することでばね長が長くなるため変位荷重も少なくできることが分かる。
【0041】
このようにして可動コネクタ1は、ばね部5kの変位荷重を小さくできるため、接点部5jによる接触圧とばね部5kの変位荷重の双方を低くすることができるようになる。したがって、接続対象物の挿抜の作業性が良く、しかも導通接続の信頼性の高いZ方向可動コネクタを実現することができる。
【0042】
ばね部5kの上片部5dは、下片部5fよりも長く形成されている。このように固定ハウジング3側にある上片部5dを長くすると、ばね部5kの全体としての変位荷重をさらに小さくすることができる。即ち、図6(d)は、後述する図5(b)の変形例に対応する応力分布のシミュレーション結果の模式図であるが、上片部5dどうしを比べると、本実施形態の上片部5dの方が、ばね長が長いため撓みやすく、板厚方向で発生する応力が小さい。このため上片部5dを下片部5fよりも長く形成することで、ばね部5kの変位荷重をさらに小さくすることができる。
【0043】
実施形態の変形例〔図5
前記実施形態については変形例での実施が可能であるため、その例を示す。
【0044】
前記実施形態で示すばね部5kの形状は一例であり、その他にも例えば図5で示すような形状とすることができる。図5(a)は、中央縦片部5eを垂直方向に伸長する形状とし、上片部5dと下片部5fとを同一長さとしたものである。図5(b)は、上片部5dと下片部5fとを同一長さとしたものである。これらのばね部5kによっても、従来技術のばね部よりも変位荷重を小さくすることができる。
【0045】
前記実施形態では、外側縦片部5cが屈曲部5c1を有するものを例示したが、直線部5c2のみの形状としてもよい。
【0046】
前記実施形態では、ばね部5kが内側縦片部5gを有するものを例示したが、内側縦片部5gが無く下片部5fの端部から可動ハウジング用固定部5hに直接繋がるような端子5の形状としてもよい。
【符号の説明】
【0047】
1 可動コネクタ
2 ハウジング
3 固定ハウジング(第1のハウジング)
3a 底壁部
3b 側壁部
3c 前壁部
3d 後壁部
3e 端子固定部
4 可動ハウジング(第2のハウジング)
4a 前壁部
4b 後壁部
4c 側壁部
4c1 底面部
4d 庇状突起
4e 端子収容室
4f 端子固定部
4g 挿通部
4h 嵌合口
4i 嵌合室
4j 中央隔壁
4j1 底面部
5 端子
5a 基板接続部
5b 固定ハウジング用固定部(第1の固定部)
5c 外側縦片部(第1の伸長部)
5c1 屈曲部
5c2 直線部
5d 上片部
5e 中央縦片部(第2の伸長部)
5f 下片部
5g 内側縦片部
5h 可動ハウジング用固定部(第2の固定部)
5i 弾性アーム
5j 接点部
5j1 屈曲部
5j2 接点
5k ばね部
5m 角部
6 固定金具
P 基板
図1
図2
図3
図4
図5
図6