(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、従来のアライメントフリーの端子では、位置ずれを吸収することを優先させると、端子として要求される通電容量を確保しにくくなる。つまり、位置ずれ吸収のためには端子の弾性変形部の断面積を小さくして剛性を低くすればよい。しかし、通電容量は弾性変形部の断面積に比例するので、アライメントフリーの端子において位置ずれの吸収と通電容量の確保とは相反する要求である。したがって、位置ずれの吸収のために弾性変形部の断面積を小さくすると通電容量が小さくなる。一方、通電容量を大きくするために弾性変形部の断面積を大きくすると弾性変形部の剛性が大きくなってしまう。
【0005】
以上より、本発明は、変位量の大きな位置ずれを吸収できることに加えて通電容量を確保できる端子構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の端子構造体は、第1相手接続部に電気的に接続される第1接続部と、第2相手接続部に電気的に接触される第2接続部と、第1接続部および第2接続部と電気的に接続される複数の弾性変形部と、第1接続部に繋がる第1分岐部と、第2接続部に繋がる第2分岐部と、を備える。各々の弾性変形部は、第1分岐部を介して第1接続部に接続されるとともに、第2分岐部を介して第2接続部に接続される。各々の弾性変形部は、平面視で第1分岐部と第2分岐部において異なる向きに延出している。
【0007】
本発明の端子構造体において、弾性変形部は、平面内で配線が間隔をあけて折り返す部分を含む配線パターンを有していてもよい。
【0008】
本発明の端子構造体において、弾性変形部の配線パターンは、第1方向に配線が平行に延長する部分と、第1方向と交差する第2方向に配線が平行に延長する部分とを含む形状であってもよい。
【0009】
本発明の端子構造体において、弾性変形部の配線パターンは、折り返す部分が点対称に配置された形状であってもよい。
【0010】
本発明の端子構造体において、第1接続部、第2接続部、第1分岐部、第2分岐部および弾性変形部は、導電性材料で一体に形成されてもよい。
【0011】
本発明の端子構造体において、第1分岐部から第1接続部までの第1リード部および第2分岐部から第2接続部までの第2リード部の断面積は、弾性変形部の断面積よりも大きいことが好ましい。
本発明の別例としての電気コネクタは、上記の端子構造体を備える。
【発明の効果】
【0012】
本発明の端子構造体では、平面視で第1分岐部と第2分岐部において異なる向きに延出するように、弾性変形部を分岐させている。弾性変形部を分岐させることで、各々の弾性変形部の剛性が小さくなり弾性変形が容易になる。これにより、本発明の端子構造体は、位置ずれによる第1接続部と第2接続部の大きな変位量を吸収できる。しかも、本発明の端子構造体は、第1分岐部と第2分岐部において弾性変形部を異なる向きに延出させることで各々の弾性変形部の平面方向のスペースを確保できる。そのため、平面方向のスペースを確保できないことに起因する弾性変形部の形状の制約が少なくなる。
【0013】
また、端子構造体の弾性変形部における通電容量は、複数の弾性変形部の通電容量を合計したものとなる。そのため、本発明の端子構造体では、弾性変形部で位置ずれによる第1接続部と第2接続部の大きな変位量を吸収しつつも、端子構造体に要求される通電容量を満たすことができるようになる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
[全体構成]
図1及び
図2に示すように、本実施形態の端子構造体10は、第1接続部11と、第1分岐部12と、2つの弾性変形部13A,13Bと、第2分岐部14と、第2接続部15とを有する。端子構造体10の各要素は、導電性及び弾性を有する金属材料、例えば銅合金の板材を打抜き加工することで一体に形成されている。ただし、第2接続部15のコンタクト部15Aは、打抜き加工後に折り曲げにより所定の形状に加工される。
なお、端子構造体10において、幅方向X、高さ方向Y及び厚さ方向Zを
図1に示すように定義する。
【0016】
[第1接続部11,第2接続部15]
第1接続部11は、
図1及び
図2に示すように、図示を省略するプリント配線基板の導通部材に電気的に接続される脚部11Aと、脚部11Aと第1分岐部12を接続する、幅方向Xに延びる第1リード部11Bと、を備える。
第2接続部15は、図示を省略する相手コンタクトを受容する雌型のコンタクト部15Aと、コンタクト部15Aと第2分岐部14を接続する、幅方向Xに延びる第2リード部15Bと、を備える。コンタクト部15Aは、高さ方向Yに延びる受容キャビティ15Cを備える。
第1接続部11と第2接続部15は、弾性変形部13A,13Bを間において、対向配置される。これにより、第1接続部11と第2接続部15は、間隔を空けて配置される二枚のプリント配線基板の各々に接続される。
【0017】
[第1分岐部12および第2分岐部14]
図1及び
図2に示すように、第1接続部11には第1分岐部12が繋がり、第2接続部15には第2分岐部14が繋がっている。
第1分岐部12は、第1接続部11が弾性変形部13A,13Bに分岐する部位であり、第2分岐部14は、第2接続部15が弾性変形部13A,13Bに分岐する部位である。
第1分岐部12および第2分岐部14は、弾性変形部13A,13Bを設けるために必要な分だけ高さ方向Yに間隔をあけて配置されている。
【0018】
[弾性変形部13A,13B]
図1及び
図2に示すように、第1接続部11および第2接続部15の間には、第1分岐部12および第2分岐部14を介して、2つの弾性変形部13A,13Bが図中XY平面上に並列に配置されている。
2つの弾性変形部13A,13Bは、第1接続部11および第2接続部15を電気的に接続する配線EWで構成され、それぞれが同じ形状の配線パターンを有している。また、2つの弾性変形部13A,13Bは、第1接続部11および第2接続部15の相対位置が幅方向X、高さ方向Yおよび厚さ方向Zにずれると、弾性変形することにより位置ずれを吸収できるようになっている。
【0019】
第1分岐部12において、第1リード部11Bが弾性変形部13Aと弾性変形部13Bに分岐する。そして、弾性変形部13Aの配線EWが弾性変形部13Bとは異なる高さ方向Yの上側に延出し、弾性変形部13Bの配線EWが幅方向Xの左側に延出している。
【0020】
また、第2分岐部14において、第2リード部15Bが弾性変形部13Aと弾性変形部13Bに分岐する。そして、弾性変形部13Aの配線EWが幅方向Xの右側に延出し、弾性変形部13Bの配線EWが弾性変形部13Aとは異なる高さ方向Yの下側に延出している。
【0021】
以上のように接続される2つの弾性変形部13A,13Bは、第1分岐部12と第2分岐部14の間に、図中のXY平面上に並列に配置されている。また、弾性変形部13A,13Bの配線EWは、第1分岐部12、第2分岐部14のそれぞれから異なる方向に延出するので、弾性変形部13A,13Bは図中のXY平面上で重なることなく配置される。
【0022】
ここで、弾性変形部13A,13Bを構成する配線EWは、図中XY平面内で間隔dをあけて折り返している。
具体的には、弾性変形部13Aは、
図2に示すように、要素A1〜要素A10を備えている。要素A1は第1分岐部12を介して第1接続部11に繋がり、要素A10は第2分岐部14を介して第2接続部15に繋がっている。また、要素A1、A3、A5、A7およびA9は高さ方向Yを向いており、要素A2、A4、A6、A8およびA10は幅方向Xを向いている。
弾性変形部13Aは弾性変形するが、この弾性変形は隣接する要素と要素が繋がる角部において主に生じる。一例を示すと、要素A1と要素A2が繋がる角部C12が、弾性変形部13Aにおいて弾性変形しやすい。角部C12の弾性変形は、角部C12の角度が大きくなるように要素A1と要素A2が開く形態と、角部C12の角度が小さくなるように要素A1と要素A2が閉じる形態がある。
【0023】
弾性変形部13Aにおいて、高さ方向Yを向く要素A1、A3、A5、A7およびA9は、幅方向X(第1方向)に隣接するもの同士が間隔dをあけて平行に配列される。また、幅方向Xを向く要素A2、A4、A6、A8およびA10は、高さ方向Y(第2方向)に隣接するもの同士が間隔dをあけて平行に配列される。なお、本実施形態では、交差の典型例として第1方向と第2方向が直交する例を示しているが、直交に限るものではない。
【0024】
弾性変形部13Aは、要素A1と要素A3が要素A2で折り返され、要素A3と要素A5が要素A4で折り返される。また、要素A5と要素A7が要素A6で折り返され、要素A7と要素A9が要素A8で折り返される。また、要素A8と要素A10は要素A9で折り返される。
【0025】
弾性変形部13Aにおいて、幅方向Xに配線EWが平行に配列される部分では配線パターンの高さ方向Yに撓みしろとなる間隔dが生じる。これにより、配線EWのY方向の間隔を狭めるように弾性変形部13Aが変形したときに、Y方向に隣接する配線EW同士の接触による短絡を避けることができる。
同様に、弾性変形部13Aにおいて、高さ方向Yに配線EWが平行に配列される部分では配線パターンの幅方向Xに撓みしろとなる間隔dが生じる。これにより、配線EWのX方向の間隔を狭めるように弾性変形部13Aが変形したときに、X方向に隣接する配線EW同士の接触による短絡を避けることができる。
【0026】
以上のように、弾性変形部13Aは、配線パターンの全体が、図中XY平面内で順に折り返すことで渦巻状の形状を有している。ただし、外周側から内周側に向けて一方的に巻き回される単純な渦巻き形状にすると、2つの接続部が最外周と最内周のそれぞれに配置されることになり、第1分岐部12と第2分岐部14に配線EWを接続させることができない。そこで、本実施形態では、弾性変形部13Aが点Oを対称中心として点対称な形状に形成されている。
つまり、点Oを始点とする要素A5、要素A4、要素A3、要素A2及び要素A1までの部分と、点Oを始点とする要素A5、要素A6、要素A7、要素A8及び要素A9までの部分と、が点対称な形状をなしている。
【0027】
弾性変形部13Bも弾性変形部13Aと同様の配線パターンを有しているので、配線パターンに関する重複説明は省略する。
ただし、弾性変形部13Bについても、弾性変形部13Aに対応する要素の符号(B1〜B10、点O)を
図2に示しておく。なお、弾性変形部13Bの要素B1、B3、B5、B7およびB9は幅方向Xを向いており、要素B2、B4、B6、B8およびB10は、高さ方向Yを向いている。
【0028】
次に、弾性変形部13A,13Bを構成する配線EWの断面寸法について説明する。
図3(a)に示すように、第1分岐部12から第1接続部11の区間、つまり第1リード部11Bは配線EWの幅が2wで一定であり、
図3(b)に示すように、弾性変形部13Aの配線EWの幅はwで一定である。第1分岐部12から第1接続部11の区間および弾性変形部13Aは、厚さtが一定である。したがって、第1分岐部12から第1接続部11の区間の配線EWの断面積S1(2w×t)は、弾性変形部13Aの配線EWの断面積S2(w×t)の2倍である。
なお、図示を省略するが、第2分岐部14から第2接続部15の区間、つまり第2リード部15Bの配線EWの幅及び厚さは第1リード部11Bと同じ2w及びtであり、弾性変形部13Bの配線EWの幅及び厚さは弾性変形部13Aと同じw及びtである。
【0029】
第1リード部11Bは、端子構造体10に通電可能な電流、つまり通電容量を確保するのに必要な断面積を有している。なお、通電容量は導体の断面積に比例するので、第1リード部11Bの通電容量を大きくする場合には所望の通電容量に応じて第1リード部11Bの断面積を大きくすればよい。第2リード部15Bについても第1リード部11Bと同様である。
【0030】
次に、本実施形態の端子構造体10を備えた電気コネクタ100の一例を説明する。
図4に示すように、本実施形態の電気コネクタ100は、電気絶縁性を備えた可動ハウジング101に、幅方向Xに端子構造体10を2つ並列に配置して構成された雌コネクタである。端子構造体10は、第2接続部15のコンタクト部15Aが可動ハウジング101のピン受け穴101Aに挿入され、第1接続部11が第1プリント配線基板102に接続されている。第1プリント配線基板102は、第1相手接続部の一例である。可動ハウジング101には、相手側の電気コネクタ200の凸部202を受ける凹部101Cが形成されている。電気コネクタ200は、雄コネクタである。
【0031】
また、可動ハウジング101の両側面には側方に突出するフランジ101Bが設けられ、可動ハウジング101のフランジ101Bは、電気コネクタ100の固定ハウジング103に挿入されている。これにより、電気コネクタ100は、第1プリント配線基板102に対して幅方向Xおよび厚さ方向Zの移動は許容するが、高さ方向Yに移動しないように抜け止めされる。
【0032】
電気コネクタ100は、第2プリント配線基板203に接続された電気コネクタ200と嵌合される。電気コネクタ200には、電気コネクタ100の第2接続部15に対応して一対のピン201が幅方向Xに並列に配置されている。一対のピン201は、第2相手接続部の一例である。また、電気コネクタ200は、電気コネクタ100の凹部101Cと嵌合する凸部202を有している。
【0033】
図5(a)に示すように、電気コネクタ100の凹部101Cと相手側の電気コネクタ200の凸部202とが嵌合した状態では、ピン201がコンタクト部15Aに挿入されて端子構造体10と接触する。これにより、電気コネクタ100および電気コネクタ200を介して第1プリント配線基板102と第2プリント配線基板203との電気的接続が確立する。
【0034】
図5(b)に示すように、第1プリント配線基板102に対して第2プリント配線基板203が右方向F1に相対的に変位する場合や、
図5(c)に示すように、左方向F2に相対的に変位する場合がある。上記のF1、F2の変位に追従して第1接続部11の位置および第2接続部15の位置も相対的に変位する。しかし、端子構造体10は、弾性変形部13A,13Bが弾性変形することにより、第1接続部11および第2接続部15の幅方向Xの位置ずれを吸収する。
【0035】
なお、
図5(b)、(c)では、第1プリント配線基板102および第2プリント配線基板203が幅方向Xに位置ずれする例を示したが、位置ずれは高さ方向Yおよび厚さ方向Zにも生じうる。本実施形態による端子構造体10は、幅方向X、高さ方向Yおよび厚さ方向Zのどの方向の位置ずれに対応するように、弾性変形部13A,13Bが構成されている。
【0036】
また、
図4、
図5では、説明の便宜のため、幅方向Xに端子構造体10が2つ並列配置された電気コネクタ100の例を示している。しかし、本実施形態の電気コネクタ100は、紙面垂直方向(Z方向)に端子構造体10が複数配置される構成であってもよい。
【0037】
[端子構造体10の効果]
以上説明した構成を有する端子構造体10が奏する効果について説明する。
第1リード部11Bと第2リード部15Bは、端子構造体10に要求される通電容量を確保することを前提に断面積(S1=2w×t)が定められている。
【0038】
第1接続部11と第2接続部15の位置ずれの吸収の観点からすると、弾性変形部13A,13Bを構成する配線EWの断面積は小さいことが望まれる。そこで端子構造体10は、第1リード部11Bと第2リード部15Bを弾性変形部13Aと弾性変形部13Bの二股に分岐させて、弾性変形部13A,13Bの断面積をS2=w×tにする。これにより、弾性変形部13A,13Bの剛性が小さくなり第1リード部11B,第2リード部15Bに比べて弾性変形が容易になるので、位置ずれによる第1接続部11と第2接続部15の大きな変位量を吸収できる。
【0039】
一方で、弾性変形部13A,13Bを合わせた断面積(2・S2=2w×t)は、第1リード部11B及び第2リード部15Bのそれぞれの断面積S1=2w×tと同じである。端子構造体10に要求される通電容量をIとすれば、弾性変形部13A,13Bのそれぞれの通電容量はI×1/2である。したがって、弾性変形部13A,13Bを合わせた通電容量は通電容量Iを満たす。
【0040】
ここで、弾性変形部13A,13Bと第1リード部11B,第2リード部15Bの断面二次モーメントを比べる。なお、断面二次モーメントは、剛性の尺度である。
弾性変形部13A,13Bの断面二次モーメントM1および第1リード部11B,第2リード部15Bの断面二次モーメントM2は、それぞれ以下の通りである。つまり、弾性変形部13A,13Bは、幅を第1リード部11B,第2リード部15Bの1/2にすることにより、第1リード部11B,第2リード部15Bに比べて著しく変形しやすくなる。
M1=t・w
3/12
M2=t・(2w)
3/12=8t・w
3/12=8・(M1)
【0041】
次に、本実施形態に係る弾性変形部13A,13Bは渦巻き状に形成され、幅方向Xを向く要素と高さ方向Yを向く要素とが角部を介して繋がっている。そのため、
図5(b)、(c)に示すように、第1接続部11と第2接続部15との間で幅方向Xおよび高さ方向Yの位置ずれが生じたとき、弾性変形部13A,13Bでは各々の角部が開くか閉じるように変形する。これらの角部の変形により、弾性変形部13A,13Bは、第1接続部11と第2接続部15との間における幅方向Xの変位および高さ方向Yの変位に対応できる。
【0042】
また、
図5(b)、(c)に示すように、弾性変形部13A,13Bの変形時には、主に隣接する要素と要素を繋ぐ角部で変形が生じる。弾性変形部13A,13Bを渦巻き状に形成すると応力を受ける角部が多くなるため、角部にかかる応力が分散する。これにより、弾性変形部13A,13Bの角部で塑性変形が生じにくくなる。また、弾性変形部13A,13Bを渦巻き状に形成することで配線EWの総延長が長くなるので、配線EWにかかる応力を分散できる。
【0043】
また、弾性変形部13A,13Bを点対称の渦巻き状に形成することで、配線EWの両端をそれぞれ別方向に引き出すことができる。したがって、端子構造体10は、弾性変形部13A,13Bを点対称の渦巻き状に形成したことにより、第1接続部11と第2接続部15を対向配置できる。これにより、端子構造体10は、間隔を空けて平行に配置される第1プリント配線基板102と第2プリント配線基板203の電気的な接続を担うことができる。
また、本実施形態の弾性変形部13A,13Bは、幅方向Xに向く要素と高さ方向Yに向く要素とを順次接続することで、全体形状が略矩形状をなしている。本実施形態の弾性変形部13A,13Bによれば、弾性変形部の全体形状を曲線的に形成した場合と比べると、端子構造体10における弾性変形部を配置する領域の隅にデッドスペースが生じにくくなる。そのため、本実施形態のように弾性変形部13A,13Bの全体形状を略矩形状とすると、端子構造体10のサイズを小型化しやすくなる点で有利となる。
【0044】
また、端子構造体10は、第1接続部11、第1分岐部12、第2分岐部14および弾性変形部13A,13Bは、上記のように打ち抜き加工だけで製造できる。しかも、第2接続部15も、打抜き加工後に曲げ加工することで他の要素と一体的に形成できる。したがって、端子構造体10は、最小限の加工により製造できる利点がある。
【0045】
本実施形態の弾性変形部13A、13Bは、配線パターンの形状が同じであって配線断面積も等しい。そのため、端子構造体10に電流を流す際には、弾性変形部13A,13Bには均等に電流が分配される。また、二股に分岐した弾性変形部13A,13Bを設けることで、弾性変形部が1つの場合に比べると端子構造体10の配線の表面積が増加する。そのため、弾性変形部13A,13Bは、端子構造体10の放熱効果の向上にも寄与しうる。
【0046】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択することや、他の構成に適宜変更することが可能である。なお、以下に示す変形例に関しては、本実施形態の端子構造体10と共通する要素には同じ符号を付して重複説明を省略する。
【0047】
例えば、
図6(a)に示す端子構造体10Aでは、弾性変形部13A,13Bの配線パターンがC字状に形成されている。端子構造体10Aにおいては、第1分岐部12および第2分岐部14で弾性変形部13A,13Bの配線が幅方向Xに沿って二股に分岐している。そして、2つの弾性変形部13A,13Bの配線パターンは線対称となるように配置され、全体としてリング状となっている。
図6(a)の構成では、弾性変形部13A,13Bが撓むことで、第1接続部11と第2接続部15のX方向の変位に対応できる。また、Y方向への圧縮に応じて第1分岐部12と第2分岐部14が近づくように弾性変形部13A,13Bが変形することや、Y方向への引っ張りに応じて弾性変形部13A,13Bの間隔が狭まるように弾性変形部13A,13Bが変形することで、第1接続部11と第2接続部15のY方向の変位に対応できる。
【0048】
また、
図6(b)に示す端子構造体10Bは、
図6(a)の変形例であって、蛇行した折り返し部を弾性変形部13A,13Bに設けた構成である。
図6(b)の弾性変形部13Aでは、幅方向Xを向く要素C1、C3、C5、C7、C9、C11が間隔をあけて平行に配列される。要素C1およびC3は要素C2で折り返され、要素C3およびC5は要素C4で折り返される。要素C5およびC7は要素C6で折り返され、要素C7およびC9は要素C8で折り返される。要素C9およびC11は要素C10で折り返される。なお、
図6(b)に示す弾性変形部13Bも、弾性変形部13Aと同様の構成である。
図6(b)の構成では、弾性変形部13A,13Bの折り返し部分が開くか閉じるように変形することで、第1接続部11と第2接続部15の高さ方向Yの変位に対応できる。また、第1接続部11と第2接続部15に幅方向Xの変位があるときには、複数の折り返し部分に応力を分散させることができる。
【0049】
なお、上記実施形態では、弾性変形部13A,13Bがいずれも同じ構成である例を説明した。しかし、本発明の端子構造体において、弾性変形部13A,13Bの構成に差異を設けてもよい。例えば、弾性変形部13A,13Bの板厚に差を設けて配線の断面積を相違させる等の変形も可能である。