JP2016139545A - コンタクト、コネクタ、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間使用しても接触不良が発生しにくいコンタクト、及びそのコンタクトを有するコネクタを提供する。【解決手段】コンタクト３０は、平坦部３４ａ，３４ｂと折り返し部３２ａ，３２ｂとを有する蛇行形状のバネ部３２と、バネ部３２の一端側に配置された接点３６と、平坦部３４ｂに設けられた突起３５とを有する。また、コネクタは、ハウジング内にコンタクト３０を収納した構造を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、コンタクト、コネクタ、及び電子機器に関する。

近年、情報機器として、スマートフォンやタブレット型端末（以下、「タブレット」という）等の電子機器が広く使用されるようになった。それらの電子機器は、クレイドル又はキーボードドックと接続することにより、機能を拡張することができる。

一般的に、スマートフォンやタブレット等の電子機器は、コネクタを介してクレイドル又はキーボードドックと着脱自在に接続される。例えば、タブレットには複数の平板状のパッド（電極）を設け、クレイドル又はキーボードドックにはコンタクト（接触子）を設けて、パッドとコンタクトとが弾性的に接触するようにしている。これにより、両者を簡単に電気接続することができ、且つ簡単に分離することができる。また、そのような用途に使用されるコンタクトとして、ポゴピンやリーフバネが使用されている（例えば、特許文献１，２参照）。

以下、コンタクトが設けられた電子機器を単に電子機器と呼び、コンタクトと接続するパッドが設けられた電子機器を相手側機器と呼ぶ。

特開２００５−１２９３７４号公報 特開２００８−２６１７１号公報

従来のコンタクトでは、コンタクトやパッドの表面に付着した酸化膜又は異物により、接触不良が発生するおそれがある。

開示の技術は、長期間使用しても接触不良が発生しにくいコンタクト、及びそのコンタクトを有するコネクタを提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、前記バネ部の一端側に配置された接点と、前記平坦部に設けられた突起とを有するコンタクトが提供される。

開示の技術の他の一観点によれば、コンタクトと、前記コンタクトを収納するハウジングとを有し、前記コンタクトは、平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、前記バネ部の一端側に配置された接点と、前記平坦部に設けられた突起とを有するコネクタが提供される。

上記一観点に係るコンタクト及びコネクタでは、長期間にわたって接触不良を回避できる。

図１は、コンタクトの一例を示す図である。 図２は、コンタクトの他の例を示す図である。 図３は、実施形態に係るコンタクトを示す断面図である。 図４は、実施形態のコンタクトの動作を説明する図（その１）である。 図５は、実施形態のコンタクトの動作を説明する図（その２）である。 図６は、実施形態のコンタクトの動作を説明する図（その３）である。 図７は、実施形態のコンタクトを有するコネクタの一例を示す斜視図である。 図８は、同じくそのコネクタの断面を示す図である。 図９は、コネクタを有する電子機器の一例を示す図である。 図１０は、タブレットの筐体に設けられたパッドを示す平面図である。 図１１は、変形例１に係るコンタクトを示す断面図である。 図１２は、突起の位置と摺動方向が切り替わる位置との関係を示す図である。 図１３は、変形例２に係るコンタクトを示す断面図である。 図１４は、接触部Ｐの横方向の位置（摺動量）と接触部Ｐの高さ方向の位置（変位量）との関係を示す図である。 図１５は、突起がないコンタクト（比較例）を示す断面図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、コンタクトの一例を示す図である。図１（ａ）はコンタクト１０がパッド１５と接触していない状態を示し、図１（ｂ）はコンタクト１０とパッド１５とが接触している状態を示している。

図１（ａ），（ｂ）に示すコンタクト１０は、ポゴピン又はスプリングプローブと呼ばれるもので、筒部１１と、筒部１１内に配置されたコイルバネ１２と、棒状のピン１３とを有する。筒部１１、コイルバネ１２及びピン１３は、いずれも金属により形成されている。

電子機器と相手側機器とを接続するときには、図１（ｂ）に示すように、ピン１３の先端がパッド１５に接触し、コイルバネ１２が圧縮される。従って、コイルバネ１２の弾性力により、ピン１３とパッド１５が常にほぼ一定の圧力で接触する。

この種のコンタクト１０は、パッド面に対する投影面積が小さく高密度に配置できるので、コンタクト数が多い電子機器の接続に有利である。しかし、この種のコンタクト１０では、ピン１３とパッド１５との接触で摺動がないため、ピン１３の先端部やパッド１５の表面に酸化膜や異物が付着して、接触不良が発生するおそれがある。

図２（ａ），（ｂ）は、コンタクトの他の例を示す図である。図２（ａ）はコンタクト２１がパッド２５と接触していない状態を示し、図２（ｂ）はコンタクト２１とパッド２５とが接触している状態を示している。

コネクタ２０は、コンタクト２１とハウジング２２を有する。コンタクト２１は、金属板を所定の形状に曲げ加工して形成されたリーフバネである。コンタクト２１の一端側はハウジング２２内に固定され、他端側のＵ字状に湾曲した部分が相手側機器のパッド２５に接触する。ここでは、コンタクト２１のうちパッド２５に接触する部分を、接触部Ｐと呼ぶ。

電子機器と相手側機器を接続するときには、図２（ｂ）に示すようにコンタクト２１が変形し、コンタクト２１の変形にともなって接触部Ｐがパッド２５の表面を擦りながら移動する。そのため、コンタクト２１やパッド２５の表面に酸化膜や異物が付着していても、接触部Ｐの移動（摺動）により酸化膜や異物が擦り取られて清浄な面が露出する。

しかし、図２（ａ），（ｂ）に示すコンタクト２１は、図１（ａ），（ｂ）に示すコンタクト１０に比べてサイズが大きくなるため、高密度に配置することができない。また、コンタクト２１とパッド２５が接触する際に接触部Ｐが限られた範囲を一方向にしか移動しないため、接触部Ｐの移動により擦り取られた酸化膜や異物が接触部Ｐの移動範囲の終点付近に堆積してしまう。そのため、コンタクト２１とパッド２５の着脱を繰り返すと、堆積した酸化物や異物の上にコンタクト２１が乗り上げるようになって、接触不良が発生するおそれがある。

以下の実施形態では、長期間使用しても接触不良が発生しにくいコンタクトについて説明する。

（実施形態）
図３（ａ），（ｂ）は、実施形態に係るコンタクト（接触子）を示す断面図である。

図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るコンタクト３０は、基部３１と、バネ部３２と、ピン３６とを有する。ピン３６は、接点の一例である。基部３１の下側には、回路基板（図示せず）に接続するための端子３１ａが設けられている。

本実施形態に係るコンタクト３０では、これらの基部３１、端子３１ａ、バネ部３２及びピン３６が、銅合金又はその他の金属により一体的に形成されている。

バネ部３２は、帯状の金属板を蛇行形状に加工したものである。このバネ部３２は、図３（ｂ）に示すように、基部３１の上に中心線（図３（ｂ）中に一点鎖線で示す）を垂直にして配置されている。バネ部３２の下端は基部３１とつながっている。図３（ａ），（ｂ）に示すコンタクト３０では、バネ部３２が、中心線の右側及び左側でそれぞれ４回折り返している。

以下、説明の便宜上、図３（ｂ）のように、中心線よりも左側の部分のバネ部３２の折り返し部分を折り返し部３３ａと呼び、中心線よりも右側の部分のバネ部３２の折り返し部分を折り返し部３３ｂと呼ぶ。また、バネ部３２のうちピン３６の付け根又は折り返し部３３ｂの下端と折り返し部３３ａの上端とを連絡する直線状の部分を平坦部３４ａと呼び、折り返し部３３ａの下端と折り返し部３３ｂの上端とを連絡する直線状の部分を平坦部３４ｂと呼ぶ。更に、蛇行形状のバネ部３２の１サイクル分の部分（図３（ｂ）に矢印で示す）を１ピッチと呼ぶ。図３（ａ），（ｂ）に示した例では、バネ部３２は４ピッチ分の折り返しを有しているということができる。

バネ部３２には、１ピッチ毎に１つの突起３５が設けられている。本実施形態では、平坦部３４ｂの下側の面に、突起３５が設けられている。バネ部３２に応力が加えられていない状態では、突起３５の先端（下端）とその下の平坦部３４ａとの間に隙間が存在している。

ピン３６は棒状の部材であり、バネ部３２の上端に配置されている。このピン３６の先端（上端）が相手側機器のパッドに接触する。本実施形態では、ピン３６の中心線とバネ部３２の中心線とが一致している。また、突起３５は、バネ部３２の中心線上に配置されている。

なお、本実施形態では突起３５が平坦部３４ｂの下側に突出している場合について説明しているが、突起３５が平坦部３４ｂの上側に突出していてもよい。また、突起３５が、平坦部３４ａの上側又は下側に突出していてもよい。

以下、上述したコンタクト３０の動作について、図４（ａ）〜（ｄ），図５を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｄ）では１ピッチ分のバネ部３２を示している。ここでは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、相手側機器に設けられたパッド（電極）３９が、コンタクト３０の上方から下方に移動するものとする。

図５は、横軸に接触部Ｐの横方向の位置（以下、「摺動量」という）をとり、縦軸に接触部Ｐの高さ方向の位置（以下、「変位量」という）をとって、両者の関係を示す図である。ここで、摺動量及び変位量は、いずれもピン３６とパッド３９とが最初に接触した位置を原点（Ｏ点）としている。また、図５では、接触部Ｐの摺動範囲の左側端部をＡで表わし、右側端部をＢで表わし、接触部Ｐの終点位置をＣで表わしている。

図４（ａ）のように、パッド３９が下方に移動し、パッド３９とピン３６の先端とが接触すると、バネ部３２を圧縮する方向に応力が働く。この応力は主に折り返し部３３ａ，３３ｂに集中し、折り返し部３３ａ，３３ｂの曲率が小さくなるようにバネ部３２が変形する。

図４（ａ）に示す例では、平坦部３４ａよりも平坦部３４ｂのほうが長いため、折り返し部３３ｂを支点として平坦部３４ｂが下方に傾く。これにより、図４（ｂ）のように、接触部Ｐ（ピン３６の先端部）は左方向に移動する。このときの接触部Ｐの移動は、図５の原点（Ｏ点）からＡ点への移動に対応している。

その後、パッド３９が更に下方に移動すると、図４（ｂ）のように突起３５がその下の平坦部３４ａに接触する。これにより、平坦部３４ｂがそれ以上傾くことができなくなる。そのため、図４（ｃ）のように折り返し部３３ａを支点として平坦部３４ａが下方に傾く。その結果、接触部Ｐは右方向に移動する。このときの接触部Ｐの移動は、図５のＡ点からＢ点への移動に対応している。

パッド３９が更に下方に移動すると、図４（ｃ）のように平坦部３４ｂが平坦部３４ａに接触する。そして、パッド３９が更に下方に移動すると、図４（ｄ）のように平坦部３４ｂのうち突起３５よりも左側の部分が湾曲する。これにより、突起３５を支点としてピン３６の先端（接触部Ｐ）が左側に移動する。このときの接触部Ｐの移動は、図５のＢ点からＣ点への移動に対応している。図５に示すように、Ｂ点からＣ点までの移動距離は、Ａ点からＢ点までの移動距離に比べて少ない。

このように、本実施形態では、パッド３９の下方への移動にともなって、接触部Ｐが原点（Ｏ点）からＡ点に向けて左方向に移動し、その後Ａ点からＢ点に向けて右方向に移動し、更にＢ点からＣ点に向けて左方向に移動する。この接触部Ｐの移動によりピン３６の先端部やパッド３９の表面に付着した酸化膜や異物は擦り取られて、Ａ点とＢ点との間には清浄なパッド面が露出する。そして、最終的に接触部ＰはＡ点とＢ点との間のＣ点に到達する。これにより、酸化膜や異物に起因するピン３６とパッド３９との間の接触不良が回避される。

図４（ａ）〜（ｄ）ではバネ部３２のピッチ数が１の場合について説明したが、ピッチ数が４の場合におけるバネ部３２の変形を、図６（ａ）〜（ｄ）に示す。

図６（ａ）は、パッド３９とピン３６の先端とが接触したときのバネ部３２の形状を示している。この状態からパッド３９が下方に移動すると、図６（ｂ）のように接触部Ｐは左方向に移動する。その後、突起３５と平坦部３４ａとが接触すると、図６（ｃ）に示すように接触部Ｐは右方向に移動する。パッド３９が更に下方に移動して平坦部３４ａと平坦部３４ｂとが接触するようになると、図６（ｄ）に示すように接触部Ｐは左方向に若干移動する。そして、酸化膜や異物が除去された清浄な面において、ピン３６とパッド３９が接触する。

この図６（ａ）〜（ｄ）に示すコンタクト３０においても、図４（ａ）〜（ｄ）に示すピッチ数が１のコンタクトと同様に、パッド３９の下方への移動にともなって接触部Ｐが左方向及び右方向に移動し、それにより酸化膜や異物が除去されて清浄な面が露出する。そして、最終的に接触部Ｐは、その清浄な面上に配置される。これにより、酸化物や異物に起因する接触不良が回避される。また、本実施形態に係るコンタクト３０は、パッド面に対する投影面積が比較的小さいため、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すリーフバネによるコンタクトに比べて高密度に配置できるという利点がある。

図７は上述のコンタクト３０を有するコネクタの一例を示す斜視図、図８は同じくそのコネクタの断面を示す図である。

図７，図８に示すコネクタ４０は、一方向に配列した複数のコンタクト３０と、それらのコンタクト３０を収納するハウジング４１とにより形成されている。ハウジング４１は絶縁性樹脂により形成されている。

図９は、上述のコネクタ４０を有する電子機器の一例を示す図である。図９において、符号４３はタブレットであり、符号４５はタブレット４３に着脱するキーボードドックである。タブレット４３は相手側機器の一例であり、キーボードドック４５は電子機器の一例である。

キーボードドック４５の筐体の図９中に破線Ａで示す部分には、図７に示すようなコネクタ４０が取り付けられている。また、タブレット４３の筐体の図９中に破線Ｂで示す部分には、図１０に示すように複数のパッド４６が配列して設けられている。コネクタ４０の各コンタクト３０とタブレット４３の各パッド４６とがそれぞれ電気的に接続されると、キーボードドック４５に設けられたキーによりタブレット４３を制御できるようになる。

（変形例１）
図１１は、実施形態の変形例１に係るコンタクト５０を示す断面図である。図１１において、図３と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図３（ａ），（ｂ）に示すコンタクト３０では、突起３５がバネ部３２の中心線上に配置されている。これに対し、図１１に示す変形例１のコンタクト５０では、突起３５がバネ部３２の中心線から右方向又は左方向（図１１の例では左方向）にずれた位置に配置されている。

図１２は、横軸に突起３５の位置をとり、縦軸に摺動方向が切り替わる位置をとって、両者の関係を示す図である。但し、図１２において、実線は摺動方向が左方向（−方向）から右方向（＋方向）に切り替わる位置を示し、破線は摺動方向が右方向（＋方向）から左方向（−方向）に切り替わる位置を示している。

この図１２に示すように、突起３５の位置をバネ部３２の中心線から右方向又は左方向にずらすことにより、接触部Ｐの摺動範囲を調整することができる。

（変形例２）
図１３は、実施形態の変形例２に係るコンタクト６０を示す断面図である。図１３において、図３と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１３に示すコンタクト６０では、図３に示すコンタクト３０と同様に、１ピッチ毎に１つの突起３５が設けられている。但し、図１３に示すコンタクト６０では、上側２つの突起３５はバネ部３２の中心線上に配置されており、下側２つの突起３５は中心線よりも左側に配置されている。

図１４は、横軸に接触部Ｐの横方向の位置（摺動量）をとり、縦軸に接触部Ｐの高さ方向の位置（変位量）をとって、両者の関係を示す図である。摺動量及び変位量は、いずれもピン３６とパッド３９とが最初に接触した位置を原点（Ｏ点）としている。

なお、ここでは、バネ部３２の幅（左側の折り返し部から右側の折り返し部までの距離）は５ｍｍ、バネ部３２の長さ（非圧縮時の長さ）は７ｍｍ、ピン３６の長さは３．５ｍｍとしている。

図１４中の実施例１（一点鎖線）は図３に示すコンタクト３０における接触部Ｐの移動を示し、実施例２（二点鎖線）は図１３に示すコンタクト６０における接触部Ｐの移動を示している。また、図１４中の比較例（実線）は、図１５に示すように突起がないコンタクト７０（比較例）における接触部Ｐの移動を示している。

図１４からわかるように、突起３５の位置を調整することにより、接触部Ｐの摺動範囲をコントロールすることができる。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
前記バネ部の一端側に配置された接点と、
前記平坦部に設けられた突起と
を有することを特徴とするコンタクト。

（付記２）前記突起が、前記バネ部の中心線上に配置されていることを特徴とする付記１に記載のコンタクト。

（付記３）前記突起が、前記バネ部の中心線からずれた位置に配置されていることを特徴とする付記１に記載のコンタクト。

（付記４）前記バネ部が圧縮されていない状態において、前記突起の先端が隣接する前記平坦部に接触していないことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のコンタクト。

（付記５）前記突起が、前記バネ部の１ピッチ毎に１つ設けられていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のコンタクト。

（付記６）前記バネ部、前記接点及び前記突起が、金属により一体的に形成されていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のコンタクト。

（付記７）コンタクトと、
前記コンタクトを収納するハウジングとを有し、
前記コンタクトは、
平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
前記バネ部の一端側に配置された接点と、
前記平坦部に設けられた突起とを有する
ことを特徴とするコネクタ。

（付記８）筐体と、
コンタクトと該コンタクトを収納するハウジングとを備え、前記筐体に取り付けられたコネクタとを有し、
前記コネクタの前記コンタクトは、
平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
前記バネ部の一端側に配置された接点と、
前記平坦部に設けられた突起とを有する
ことを特徴とする電子機器。

３０，５０，６０，７０…コンタクト、３１…基部、３２…バネ部、３３ａ，３３ｂ…折り返し部、３４ａ，３４ｂ…平坦部、３５…突起、３６…ピン、３９，４６…パッド、４０…コネクタ、４１…ハウジング、４３…タブレット、４５…キーボードドック。

Claims (5)

1. 平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
   前記バネ部の一端側に配置された接点と、
   前記平坦部に設けられた突起と
   を有することを特徴とするコンタクト。
2. 前記突起が、前記バネ部の中心線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコンタクト。
3. 前記バネ部が圧縮されていない状態において、前記突起の先端が隣接する前記平坦部に接触していないことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクト。
4. コンタクトと、
   前記コンタクトを収納するハウジングとを有し、
   前記コンタクトは、
   平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
   前記バネ部の一端側に配置された接点と、
   前記平坦部に設けられた突起とを有する
   ことを特徴とするコネクタ。
5. 筐体と、
   コンタクトと該コンタクトを収納するハウジングとを備え、前記筐体に取り付けられたコネクタとを有し、
   前記コネクタの前記コンタクトは、
   平坦部と折り返し部を有する蛇行形状のバネ部と、
   前記バネ部の一端側に配置された接点と、
   前記平坦部に設けられた突起とを有する
   ことを特徴とする電子機器。