JP7014113B2

JP7014113B2 - 端子構造

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Publication number: JP7014113B2
Application number: JP2018178905A
Authority: JP
Inventors: 邦彦新井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: US10879640B2; US20200099157A1; JP2020053139A; CN110943327B; CN110943327A

Description

本開示は、端子構造に関する。

従来から雄端子および雌端子とを接続して、互いに電気的な導通を確保するための端子構造について各種提案されている。

たとえば、特開２０１７－０７９１０２号公報に記載された端子は、端子本体と、端子本体内に形成された複数の接点ばね片とを含む。

端子本体の上端部には、ピンが挿入される挿入口が形成されており、端子本体内には、中空状の嵌合室が形成されている。接点ばね片は、端子本体の内壁面から嵌合室内に向けて延びるように形成されている。挿入口からピンが挿入されると、接点ばね片がピンと複数の位置で接触する。

このように、複数の接点ばね片がピンと複数の位置で接触することで、端子およびピンとの間で電流を流した際に、電流を分流することができ、発熱量を抑制することができる。

特開２０１４－１４３０２３号公報に記載されたコネクタ用端子は、端子本体部と、弾性接触子とを含む。端子本体部は筒状に形成されており、端子本体部の内部には、オス型端子が挿入される中空状の収容部が形成されている。

弾性接触子は、螺旋状に形成されており、収容部内の内周面に装着されている。この弾性接触子は、収容部の内周面の周方向に移動自在に設けられている。

特開２０１７－０７９１０２号公報特開２０１４－１４３０２３号公報

特開２０１７－０７９１０２号公報に記載された端子においては、接点ばね片は端子本体に固定されているため、ピンを繰り返し抜き差しした場合においても、毎回、ピンおよび接点ばね片との接触位置は同じ位置となる。その結果、同じピンを抜き差しすると、ピンと接点ばね片との接触位置において、ピンが摩耗しやすい。

特開２０１４－１４３０２３号公報においては、弾性接触子は、収容部の周方向に移動自在に設けられている。しかし、収容部内に異物などが入り込んでいる場合には、弾性接触子の回転が阻害され、オス型端子が収容部内に挿入された際に、弾性接触子が回転しないおそれがある。このような場合においても、オス型端子を繰り返し抜き差ししたとしても、オス型端子および弾性接触子の接触部分が同じ位置となり、オス型端子および弾性接触子の各接触位置が摩耗するという課題があった。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、オス型端子を雌型端子に繰り返し抜き差ししたとしても、オス型端子などに摩耗が生じることを抑制することができる端子構造を提供することである。

本開示に係る端子構造は、第１端子が第２端子に挿入される端子構造である。上記第１端子は、ピンと、ピンの先端部に設けられた第１回転子とを含む。上記２端子は、ピンが挿入される収容室が形成された雌型ピンと、収容室内に収容され、収容室の内周面に沿って回転自在に設けられた中空状の弾性部材と、弾性部材の先端部に設けられた第２回転子とを含む。

上記ピンおよび第１回転子を挿入方向に移動させることで、ピンおよび第１回転子を弾性部材内に挿入可能とされている。上記第１回転子の外周面には、挿入方向に向かうにつれて、第１回転子の周面に沿って延びる第１接触面が形成されている。上記第２回転子には、第１接触面と接触する第２接触面が形成されており、ピンおよび第１回転子を挿入方向に移動させることで、第１接触面が第２接触面と接触し、第１接触面および第２接触面が接触した状態で第１回転子が挿入方向に移動することで、第２回転子および弾性部材が周方向に回転する。

上記端子構造によれば、ピンが雌型ピンに挿入されると、弾性部材が回転する。そのため、弾性部材およびピンとの接触位置は、ピンが雌型ピン内に挿入される度に変位する。その結果、ピンの周面の特定箇所が摩耗することを抑制することができる。

上記第２回転子は環状に形成されており、第２接触面は、第２回転子の内周面に形成されており、記第２回転子は、ピンが挿入されることで、広がるように変形可能に形成されており、第２回転子内にピンが挿入された状態において、第２回転子と雌型ピンの内周面との間には隙間が形成された。

上記端子構造によれば、第１回転子が回転する際には、第１回転子は雌型ピンの内周面に接触していないため、第１回転子を回転させるために必要な力を小さく抑えることができる。

本開示に係る端子構造および端子によれば、オス型端子を雌型端子に繰り返し抜き差ししたとしても、オス型端子などに摩耗が生じることを抑制することができる。

本実施の形態に係る端子構造１が採用されたコネクタ２およびプラグ３を示す斜視図である。コネクタ２を示す斜視図である。プラグ３の一部を示す斜視図である。コネクタ２およびプラグ３を近接させた状態において、電力端子１２および電力ピン２２の周囲の構成を示す断面図である。雌型ピン３４などを示す側断面図である。弾性部材３５と、回転子３６と、接続部材３９とを示す斜視図である。図５に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。図５に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図である。回転子８１が回転子３６内に挿入された状態を示す断面図である。電力ピン２２が電力端子１２内に挿入された状態を示す断面図である。図１０に示すＸＩ－ＸＩ線における断面図である。

図１から図１１を用いて、本実施の形態に係る端子構造について説明する。図１から図１１に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る端子構造１が採用されたコネクタ２およびプラグ３を示す斜視図である。

端子構造１は、コネクタ２と、コネクタ２に挿入されるプラグ３を含む。コネクタ２は、車両４に搭載されており、プラグ３は図示されていない充電ステーションに設けられている。

車両４は、バッテリ５と、蓋６とを含む。蓋６は車両４の外表面に設けられており、蓋６を開けることで、コネクタ２が外部に露出する。

コネクタ２にプラグ３を接続すると、プラグ３から電力が供給され、コネクタ２を通して、バッテリ５に電力が供給される。

図２は、コネクタ２を示す斜視図である。コネクタ２は、外周壁１０と、底板１１と、電力端子（第２端子）１２，１３と、通信端子１４，１５とを含む。外周壁１０は、環状に形成されており、底板１１は、外周壁１０の一端側を閉塞している。

電力端子１２，１３および通信端子１４，１５は、外周壁１０および底板１１によって形成される空間内に収容されている。通信端子１４，１５内には、複数の雌型端子が設けられている。

図３は、プラグ３の一部を示す斜視図である。プラグ３は、ヘッド部２０と、ヘッド部２０の端面２１側に設けられた電力ピン（第１端子）２２，２３と、複数の通信ピン２４と、複数の通信ピン２５とを含む。ヘッド部２０の端面２１には、複数の凹部２６，２７，２８，２９が形成されている。

電力ピン２２，２３は、凹部２６，２７内に配置されており、通信ピン２４，２５は、凹部２８，２９内に配置されている。

図４は、コネクタ２およびプラグ３を近接させた状態において、電力端子１２および電力ピン２２の周囲の構成を示す断面図である。具体的には、図２におけるＩＶ－ＩＶ線における断面と、図３に示すＩＶ－ＩＶ線における断面とを示す。

プラグ３は、ヘッド部２０と、ヘッド部２０に形成された凹部２６内に配置された電力ピン２２とを含む。

ヘッド部２０は、絶縁材料によって形成されている。電力ピン２２は、回転子（第１回転子）８１と、ピン８２と、後端部８３とを含む。電力ピン２２がコネクタ２の電力端子１２に挿入される方向を挿入方向Ｄ１とすると、回転子８１は挿入方向Ｄ１における電力ピン２２の先端部に形成されている。後端部８３は回転子８１と反対側に形成されており、ヘッド部２０から突出している。後端部８３には、電力線８４が接続されている。なお、電力ピン２２と、凹部２６の内周面との間には、隙間が形成されている。

コネクタ２の電力端子１２は、内側筒部３２と、雌型ピン３４と、弾性部材３５と、回転子（第２回転子）３６とを含む。

内側筒部３２は、外周壁１０から間隔をあけて配置されており、内側筒部３２および外周壁１０の間には、挿入空間３３が形成されている。

内側筒部３２は、絶縁材料によって形成されており、内側筒部３２は中空状に形成されている。内側筒部３２は、底板１１から車両の外側に向けて突出するように形成されている。

雌型ピン３４と、弾性部材３５と、回転子３６とは、内側筒部３２内に収容されている。雌型ピン３４の車両側の端部は、底板１１から車両側に突出しており、この雌型ピン３４の端部に電力線３８が接続されている。

雌型ピン３４は中空状に形成されており、雌型ピン３４内には空間３７が形成されている。なお、雌型ピン３４は導電性の金属材料によって形成されている。

プラグ３がコネクタ２に接続されると、コネクタ２の挿入空間３３にヘッド部２０が入り込むと共に、電力ピン２２が、雌型ピン３４内に入り込む。

図５は、雌型ピン３４などを示す側断面図である。雌型ピン３４の先端部には挿入口４０が形成されている。そして、雌型ピン３４内には、挿入口４０と連通する収容空間４１が形成されている。

弾性部材３５および回転子３６は、収容空間４１内に挿入されており、弾性部材３５および回転子３６は、接続部材３９によって接続されている。

雌型ピン３４の内周面は、弾性部材３５が配置される円筒面４２と、円筒面４２よりも径が大きい退避面４３と、内端面４６，４７とを含む。

退避面４３と、内端面４６と、内端面４７とによって環状に延びる環状凹部４８が形成されている。環状凹部４８は、円筒面４２よりも挿入口４０側に位置している。

内端面４６は、退避面４３および円筒面４２を接続しており、内端面４６は環状に延びるように形成されている。内端面４７は、退避面４３よりも挿入口４０側に位置している。

図６は、弾性部材３５と、回転子３６と、接続部材３９とを示す斜視図である。
弾性部材３５は、挿入方向Ｄ１に延びる中心線Ｏ１の周囲を取り囲むと共に、車両側から外側に向かうように金属ワイヤーを巻回することで形成されている。換言すれば、弾性部材３５は、中心線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成された１巻き分の単位輪６０が順次接続されている。弾性部材３５を形成する金属ワイヤーは導電性材料であり、弾性部材３５は導電性である。

図６において、回転子３６は、弾性部材３５の端部に設けられている。回転子３６は、環状に形成されており、回転子３６は、周方向に配列する複数の分割ピース４５を含む。

接続部材３９は、各分割ピース４５と、弾性部材３５の端部とを接続している。各接続部材３９は、弾性部材であって、各接続部材３９からの付勢力によって、各分割ピース４５は、互いに周方向に接触している。

分割ピース４５が互いに接触した状態において、回転子３６は環状に形成されている。この状態において、回転子３６は、端面５０，５１と、外周面５２と、内周面５３と、接触面（第２接触面）５４とを含む。端面５０は外側に位置しており、端面５１は車両側に位置している。

接触面５４は、内周面５３に形成されている。接触面５４は、端面５０から端面５１に向かうにつれて、回転子３６の周方向に延びるように形成されている。

なお、端面５０から端面５１に向かう方向は、挿入方向Ｄ１であり、接触面５４は、挿入方向Ｄ１に向かうにつれて、内周面５３に沿って延びるように形成されている。

電力ピン２２の回転子８１は、挿入方向Ｄ１に向かうにつれて、先細になるように形成されている。回転子８１の周面には、接触面（第１接触面）８５が形成されている。接触面８５は、挿入方向Ｄ１に向かうにつれて、回転子８１の周方向に延びるように形成されている。

挿入方向Ｄ１における回転子８１の先端部の外径は、内周面５３の内径よりも小さい。その一方で、回転子８１の外径は、ピン８２側に向かうにつれて大きくなるように形成されている。そして、ピン８２の外径は、内周面５３の内径よりも大きい。

図７は、図５に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。
弾性部材３５の単位輪６０は、複数の内側円弧部６７と、複数の張出部６１とを含む。複数の内側円弧部６７は、円弧状に形成されており、互いに間隔をあけて形成されている。張出部６１は、隣り合う内側円弧部６７を接続しており、各張出部６１は内側円弧部６７よりも外方向に突出するように形成されている。

張出部６１は、外側円弧部６２と、外側円弧部６３と、括れ部６４と、脚部６５，６６とを含む。

外側円弧部６２，６３は、円弧状に形成されており、雌型ピン３４の円筒面４２に沿って延びている。図３に示すプラグ３の電力ピン２２が弾性部材３５に挿入されていない状態において、外側円弧部６２，６３は、雌型ピン３４の円筒面４２から離れている。

括れ部６４は、外側円弧部６２の一端および外側円弧部６３の一端を接続しており、括れ部６４は、径方向内方に向けて突出するように形成されている。

脚部６５は外側円弧部６２の他端および内側円弧部６７の一端を接続しており、脚部６６は外側円弧部６３の他端および内側円弧部６７の他端を接続している。

図８は、図５に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図である。図８に示す状態においては、各分割ピース４５は、互いに周方向に接触している状態であり、回転子３６は、円環状に形成されている。

この図８に示すように、外周面５２の外径は、円筒面４２の内径よりも大きく、回転子３６の外周側は、環状凹部４８内に入り込んでいる。

なお、分割ピース４５が互いに接触している状態においては、回転子３６の外周面５２と、退避面４３との間には隙間が形成されている。

上記のように構成されたコネクタ２およびプラグ３において、プラグ３がコネクタ２に接続されるときにおける各部材の動きなどについて説明する。

図６において、電力ピン２２を電力端子１２に挿入する際には、電力ピン２２が挿入方向Ｄ１に移動する。

そして、回転子８１の先端部が内周面５３内に入り込む。そして、接触面５４に接触面８５が接触する。接触面８５が接触面５４に接触した後、さらに、電力ピン２２が挿入方向Ｄ１に移動すると、回転子３６は、接触面８５に沿って回転する。

図９は、回転子８１が回転子３６内に挿入された状態を示す断面図である。図９および図８に示すように、回転子３６は、回転方向Ｒに回転する。その一方で、回転子３６の外径は、ピン８２に向かうにつれて、大きくなるように形成されている。

そのため、図９に示す状態においては、回転子３６の分割ピース４５は、回転子８１によって押し広げられている。押し広げられた各分割ピース４５は、環状凹部４８内に入り込んでいる。

その一方で、各分割ピース４５が押し広げられた状態においても、退避面４３と、分割ピース４５とは接触しておらず、退避面４３および分割ピース４５の外周面との間には隙間が形成されている。また、各分割ピース４５が押し広げられて、回転子３６が回転しているタイミングにおいては、電力ピン２２は、弾性部材３５内に入り込んでいない。そのため、図７に示すように、弾性部材３５は、円筒面４２から離れている。

このように、弾性部材３５が円筒面４２から離れており、各分割ピース４５も退避面４３に接触していないため、弾性部材３５および回転子３６は、回転方向Ｒに回転しやすくなっている。

その結果、電力ピン２２が電力端子１２に挿入される前の状態から弾性部材３５および回転子３６が回転方向Ｒに回転する。特に、本実施の形態においては、プラグ３をコネクタ２に挿入するときの使用者の力を利用して、弾性部材３５を回転させているため、仮に、雌型ピン３４内に異物などが存在したとしても、強制的に弾性部材３５を回転させることができる。

図１０は、電力ピン２２が電力端子１２内に挿入された状態を示す断面図であり、図１１は、図１０に示すＸＩ－ＸＩ線における断面図である。

電力ピン２２が電力端子１２に挿入されると、電力ピン２２は、弾性部材３５内に入り込む。

この際、図１１に示すように、弾性部材３５は電力ピン２２によって押し広げられる。具体的には、単位輪６０の各内側円弧部６７が電力ピン２２の周面によって押し広げられる。

これに伴い、各張出部６１も径方向の外側に移動する。この際、括れ部６４が広がるように変形する。そして、外側円弧部６２および外側円弧部６３が雌型ピン３４の円筒面４２に押圧される。

このように、電力ピン２２および弾性部材３５は、複数の内側円弧部６７において互いに接触している。また、弾性部材３５および雌型ピン３４は、複数の外側円弧部６２，６３において、雌型ピン３４と接触している。さらに、弾性部材３５は、複数の単位輪６０を含むため、電力ピン２２および弾性部材３５は多数点で接触しており、弾性部材３５および雌型ピン３４も多数点で接触している。

このため、電力ピン２２から雌型ピン３４に電流が流れる際に、電流が集中する部分が生じることを抑制することができ、電力ピン２２および雌型ピン３４の温度が高くなることを抑制することができる。

ここで、図１において、バッテリ５を充電する度に、プラグ３をコネクタ２に差し込むことになる。そして、プラグ３をコネクタ２に差し込む度に、図９に示すように、回転子３６および弾性部材３５が回転する。弾性部材３５が回転した後に、図１１に示すように、弾性部材３５内に電力ピン２２が挿入される。

その結果、プラグ３がコネクタ２に挿入される度に、弾性部材３５および電力ピン２２の接触点は、電力ピン２２の周面に沿って変位する。これにより、電力ピン２２が電力端子１２に繰り返し挿入されたときに、電力ピン２２の周面の特定位置で弾性部材３５と接触することを抑制することができるため、電力ピン２２の周面の特定位置が摩耗することを抑制することができる。

同様に、電力ピン２２が電力端子１２内に挿入される度に、弾性部材３５は雌型ピン３４に対して回転方向Ｒに回転するため、弾性部材３５および雌型ピン３４の接触位置も変位する。これに伴い、雌型ピン３４の円筒面４２において、所定箇所が摩耗することを抑制することができる。

なお、上記においては、コネクタ２の電力端子１２と、プラグ３の電力ピン２２の構成について説明したが、電力端子１３は電力端子１２と同様に構成されており、電力ピン２３は電力ピン２２と同様に構成されている。

そのため、電力端子１３に電力ピン２３を繰り返し挿入したとしても、電力ピン２３内に設けられた雌型ピンが摩耗したり、電力ピン２３の周面が摩耗したりすることを抑制することができる。

なお、上記の実施の形態においては、回転子３６は、複数の分割ピース４５によって環状に形成されており、電力ピン２２が挿入されることで、径方向に広がるように形成されているが、回転子３６の構成としては、上記の構成に限られない。

たとえば、回転子３６を１つの分割ピース４５で形成するようにしてもよい。この場合には、当該１つの分割ピース４５に接触面５４が形成されており、この接触面５４に電力ピン２３に形成された接触面８５が接触することで、弾性部材３５を回転方向Ｒに回転させることができる。

また、回転子３６を環状に形成する場合においては、たとえば、回転子３６を径方向に弾性変形可能な材料で構成し、電力ピン２２が挿入されると、拡径するように弾性変形するように形成してもよい。

なお、上記の実施の形態においては、コネクタ２に電力端子１２，１３の雌ピンの構成を採用し、プラグ３に電力ピン２２の雄ピンの構造を採用した例について説明したが、プラグ３に電力端子１２，１３のような雌ピンの構造を採用し、コネクタ２に電力ピン２２の雄ピンの構造を採用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１端子構造、２コネクタ、３プラグ、４車両、５バッテリ、６蓋、１０外周壁、１１底板、１２，１３電力端子、１４，１５通信端子、２０ヘッド部、２１，５０，５１端面、２２，２３電力ピン、２４，２５通信ピン、２６，２７，２８，２９凹部、３２内側筒部、３３挿入空間、３４雌型ピン、３５弾性部材、３６，８１回転子、３７空間、３８，８４電力線、３９接続部材、４０挿入口、４１収容空間、４２円筒面、４３退避面、４５分割ピース、４６，４７内端面、４８環状凹部、５２外周面、５３内周面、５４，８５接触面、６０単位輪、６１張出部、６２，６３外側円弧部、６５，６６脚部、６７内側円弧部、８２本体、８３後端部。

Claims

第１端子が第２端子に挿入される端子構造であって、
前記第１端子は、
ピンと、
前記ピンの先端部に設けられた第１回転子とを含み、
前記第２端子は、
前記ピンが挿入される収容室が形成された雌型ピンと、
前記収容室内に収容され、前記収容室の内周面に沿って回転自在に設けられた中空状の弾性部材と、
前記弾性部材の先端部に設けられた第２回転子とを含み、
前記ピンおよび前記第１回転子を挿入方向に移動させることで、前記ピンおよび前記第１回転子を前記弾性部材内に挿入可能とされており、
前記第１回転子の外周面には、前記挿入方向に向かうにつれて、前記第１回転子の周面に沿って延びる第１接触面が形成されており、
前記第２回転子には、前記第１接触面と接触する第２接触面が形成されており、
前記ピンおよび前記第１回転子を挿入方向に移動させることで、前記第１接触面が前記第２接触面と接触し、第１接触面および前記第２接触面が接触した状態で前記第１回転子が前記挿入方向に移動することで、前記第２回転子および前記弾性部材が周方向に回転する、端子構造。
前記第２回転子は環状に形成されており、
前記第２接触面は、前記第２回転子の内周面に形成されており、
前記第２回転子は、前記ピンが挿入されることで、広がるように変形可能に形成されており、
前記第２回転子内に前記ピンが挿入された状態において、前記第２回転子と前記雌型ピンの内周面との間には隙間が形成された、請求項１に記載の端子構造。