JP6346800B2 - 導電性弾性部材及びコネクタ - Google Patents

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Description

本発明は、導電性弾性部材及びこれを用いたコネクタに関する。
従来、2つの電気機器の端子間を電気的に接続するコネクタとして、導電性弾性部材(例えば、導電性ゴム)を介して2つの端子間を電気的に接続する技術が知られている。特許文献1には、電気自動車等に搭載されるモータとインバータとの端子間の接続に、導電性と弾性とを有した導電性弾性部材を用いるコネクタが開示されている。
特許文献1のコネクタは、モータ側の端子を保持するハウジングと、インバータ側の端子を保持するハウジングと、柱状の導電性弾性部材とを備えており、モータ側のハウジングには、モータ側の端子の上に導電性弾性部材が載置される格好で収容される。モータ側の端子とインバータ側の端子は、2つのハウジングが嵌合されたときに導電性弾性部材を上下方向から押圧し、圧縮変形させた状態で接続される。導電性弾性部材は、圧縮変形することで、嵌合時における両端子の位置や傾き等の公差ばらつきを吸収し、両端子との接続を確実なものとする。
特開2012−94263号公報
ところで、端子の位置や傾き等の公差ばらつきを導電性弾性部材で吸収するためには、導電性弾性部材の厚み、つまり、両端子による押圧方向(以下、軸方向という。)の厚みを公差ばらつきが吸収可能な所定の厚みに設定する必要がある。しかし、導電性弾性部材の軸方向の厚みを大きくすると、以下のような不具合の発生が考えられる。
図6は、ハウジング61に収容された導電性弾性部材62の軸方向(Y)の両端面がそれぞれ端子等の導体63,64に押圧される様子を示す。導体63,64は、導電性弾性部材62と当接する当接面がL字状に屈曲させて形成される。導電性弾性部材62は、導体63の上に載置され、上端面が導体64に押圧される。このようにして導体64に押圧された導電性弾性部材62は、軸方向に圧縮変形する。
ところで、この種の導電性弾性部材62は、例えば、導体64の傾きに公差ばらつきが生じる等、種々の原因により、軸方向と異なる方向から押圧されることがある。
例えば、図7に示すように、軸方向と異なる方向から導体64に押圧された導電性弾性部材62は、ハウジング61の内部で軸方向Yと交差する方向(図の横方向)に湾曲(以下、座屈ともいう。)することがある。このように導電性弾性部材62が座屈すると、例えば、導体64と導電性弾性部材62との間に隙間65が生じてしまい、通電信頼性が損なわれるおそれがある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、導電性弾性部材の座屈を抑制して、導体と導電性弾性部材とを均一に接触させることを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の導電性弾性部材は、導電性と弾力性とを有する柱状部材と、この柱状部材の側面に突出させて形成された張り出し部とを有し、柱状部材の両端面を2つの導体間に挟んで筒状の収容部に同軸に保持されてなるものとする
これによれば、例えば、ハウジングに収容された導電性弾性部材の軸方向の両端面を導体で押圧した場合、導電性弾性部材の柱状部材とハウジングの内壁との隙間に張り出し部が介在されるから、導電性弾性部材の湾曲(座屈)を抑制することができる。これにより、導電性弾性部材は、導体の傾き等の公差ばらつきを吸収することが可能となり、導体を均一に接触させることが可能になる。
この場合、張り出し部は、柱状部材の側面の全周に設けられていることが好ましい。これにより、柱状部材は、すべての方向で湾曲を抑制することができる。
また、張り出し部よりも一方の端面側の側面の軸周りの方向に溝が形成されているものとすることができる。これによれば、導電性弾性部材は、一方の端面が軸方向と傾斜する方向から導体に押し付けられたときに、柱状部材が溝を起点として容易に屈曲されるから、一方の端面を導体とより均一に接触させることができる。
また、溝は、張り出し部と隣接させて形成されているものとすることができる。これによれば、溝底の深さは、実質的に張り出し部の頂点を基準とした深さに相当するものとなる。したがって、溝を張り出し部と離れた位置に設けるよりも、溝の深さが大きくなるから、溝の効果を高めることができる。
また、柱状部材は、張り出し部よりも一方の端面側の部材が、張り出し部よりも硬度の低い材料で形成されているものとすることができる。これによれば、導電性弾性部材は、硬度が比較的高い張り出し部で姿勢を保持しながら、一方の端面側に柔軟性をもたせ、導体の傾き等の公差ばらつきを吸収することができる。
また、溝は、柱状部材に設ける代わりに、張り出し部に設けることもできる。この場合、張り出し部は、柱状部材との連結部又は該連結部から離れた位置の柱状部材の軸周りの方向に形成されているものとすることができる。
また、これらの溝は、断面半円形に形成されているものとすることができる。これによれば、柱状部材は、溝を介して3次元方向に屈曲し易くなるから、導体をより均一に接触させることができる。
また、本発明のコネクタは、一方の導体を保持する第1ハウジングと、他方の導体を保持する第2ハウジングと、これらのハウジングのいずれか一方に収容される導電性弾性部材とを備え、第1ハウジングと第2ハウジングとの嵌合時に、一方の導体と他方の導体とがそれぞれ導電性弾性部材と当接されることにより導電性弾性部材を介して接続可能に形成され、導電性弾性部材に、上記のいずれかの導電性弾性部材を用いることを特徴とする。
本発明によれば、導体と導電性弾性部材とを均一に接触させることができる。
本発明の導電性弾性部材が適用されるコネクタの断面図である。 本発明の導電性弾性部材の外観斜視図である。 本発明の導電性弾性部材の動作を説明する要部拡大図である。 導電性弾性部材の他の実施例の外観斜視図である。 導電性弾性部材の他の実施例の外観斜視図である。 従来の導電性弾性部材の動作を説明する要部拡大図である。 従来の導電性弾性部材の動作を説明する要部拡大図である。
以下、本発明が適用されるコネクタの一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のコネクタは、電気自動車やハイブリッドカー等に搭載されるモータの端子と、モータに電力や制御信号等を出力するインバータの端子とを電気的に接続するための接続用機器に適用されるものであるが、本発明のコネクタは、これに限らず、種々の電気機器の端子間を接続する種々の接続用機器に適用することができる。
図1に示すように、本実施形態のコネクタ11は、モータを収容する筐体12の上壁13に固定された第1コネクタ14と、第1コネクタ14に保持された第1端子15(一方の導体)と、インバータを収容する筐体16の下壁17に固定された第2コネクタ18と、第2コネクタ18に保持された第2端子19(他方の導体)と、第1コネクタ14に収容された導電性を有する導電性弾性部材20とを備える。導電性弾性部材20は、第1コネクタ14と第2コネクタ18との嵌合時に、第1端子15と第2端子19にそれぞれ押圧され、圧縮変形した状態で、第1端子15と第2端子19とを電気的に接続する。以下では、モータ側を下方、インバータ側を上方、導電性弾性部材20の軸方向を上下方向として説明する。しかし、これらの配置関係は、上下方向に限らず、横方向に配置してもよい。
第1コネクタ14は、絶縁樹脂製の第1ハウジング21と、第1ハウジング21内に支持されたL字状の第1端子15と、第1ハウジング21内に収容された導電性弾性部材20とを備える。第1ハウジング21は、軸方向に延びる角筒状の筒状部22と、筒状部22の外周面から周方向に突出するフランジ部23と、フランジ部23を取り囲むようにフランジ部23の上面の周溝内に装着された環状の防水パッキン24とを備える。なお、第1端子15と導電性弾性部材20は、それぞれ、第1コネクタ14に複数(例えば3個)保持されており、第2コネクタ18には、同数の第2端子19が保持されているが、本実施形態では、説明を簡単にするために、これらをそれぞれ1個ずつ保持する例を説明する。
第1ハウジング21は、図には表れていないが、左右に延びるブラケットにボルト挿通孔が形成されており、筒状部22が筐体12の上壁13の開口25に挿入され、フランジ部23の下面が上壁13と当接する格好で、ボルト挿通孔に挿通されたボルトが上壁13に締結固定されている。開口25の内周面と筒状部22の外周面との隙間等には、図示しない防水構造が形成される。
第1端子15は、第1コネクタ14の筒状部22に形成された収容部26に一端側が収容される。収容部26は、筒状部22の上端の開口27の奥(下側)に形成された直方体状の空間である。第1端子15は、L字状に屈曲された接触部28が収容部26の奥に面する底部29に当接された状態で支持される。接触部28と直交して連なる直線状の基端部30は、底部29の貫通穴を通って垂下され、筒状部22から引き出されるようになっている。なお、接触部28は、屈曲形成された形状に限られるものではない。
導電性弾性部材20は、弾力性を有する材料を基材とし、導電性を有する粉末や線材(例えば、金属製ワイヤー)或いは金属箔等が基材中に含まれる。例えば、線材を有する導電性弾性部材の場合、線材を基材で包み込むインサート成形と該成形品の2次加工等によって製造することができる。導電性弾性部材20は、基材に起因する弾力性と、粉末や線材等に起因する導電性とを有して異方性導電ゴム構造をなしている。基材には、熱可塑性や熱硬化性の合成ゴム、合成樹脂が使用され、具体的には、熱可塑性や熱硬化性のエラストマー等を用いることができるが、弾力性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。以下では、熱可塑性の合成ゴムに複数の線材をインサート成形して得られる導電性弾性部材20を例に説明する。
図2に示すように、導電性弾性部材20は、円柱状に形成され、各線材が導電性弾性部材20の軸方向の一方の端面から他方の端面に延在して、両端面からそれぞれ露出され、両端面に電気的な無数の接点Pからなる接点領域Lを形成する。接点領域Lは、両端面の軸を中心にそれぞれ略正方形をなして形成される。この導電性弾性部材20は、第1端子15の接触部28が下端面と接触し、この接触部28に載置される格好で、収容部26に収容される。なお、導電性弾性部材20の外形形状については、後述する。
図1に戻り、第2コネクタ18は、絶縁樹脂製の第2ハウジング31と、第2ハウジング31内に支持されたL字状の第2端子19とを備える。第2ハウジング31は、軸方向に延びる角筒状の筒状部32と、筒状部32の外周面から周方向に突出するフランジ部33とを備える。筒状部32は、下端の開口34の奥(上方)に形成される直方体状の空間に第1コネクタ14の筒状部22が嵌入可能になっている。
第2ハウジング31は、左右に延びるブラケットにボルト挿通孔が形成されており、筒状部32が筐体16の下壁17の開口35に挿入され、フランジ部33の上面が下壁17と当接する格好で、ボルト挿通孔に挿通されたボルトが下壁17に締結固定されている。開口35の内周面と筒状部32の外周面との隙間等には、図示しない防水構造が形成される。
第2端子19は、L字状に屈曲された接触部36が、筒状部32に形成された直方体状の空間の奥に面する底部37に当接された状態で、該底部37に沿うように略水平方向に延びて支持される。接触部36と直交して連なる基端部38は、底部37の貫通穴を通って筒状部32から引き出されるようになっている。第2端子19は、後述するように、第1コネクタ14と第2コネクタ18との嵌合時に導電性弾性部材20と当接可能な位置に設けられる。なお、接触部36は、屈曲形成された形状に限られるものではない。
第1コネクタ14と第2コネクタ18とが正規の嵌合状態(以下、単に、嵌合状態という。)になると、第2コネクタ18の筒状部32に第1コネクタ14の筒状部22が嵌入されるとともに、筒状部32が防水パッキン24を介して第1コネクタ14のフランジ部23の上に載置される。第1コネクタ14と第2コネクタ18との間は、防水パッキン24でシールされる。
図3に、コネクタ11の要部となる第1コネクタ14の内部構造を示す。この図3では、図面の複雑化を避けるため、第2端子19の接触部36と当接する筒状部32の底部37を省略している。コネクタ11は、嵌合状態になると、第2端子19が導電性弾性部材20を押圧可能な位置まで移動する。その結果、導電性弾性部材20は、上端面の接点領域Lが第2端子19によって下向きに押圧される一方、下端面の接点領域Lが第1端子15によって上向きに押圧され、第1端子15と第2端子19との間に挟持される格好で弾性変形する。
本実施形態では、コネクタ11の嵌合状態において、インバータを収容する筐体16の荷重の一部が第2端子19を介して導電性弾性部材20に作用する。すなわち、第2端子19は、接触部36と当接する筒状部32の底部37から荷重を受けて押し付けられる格好で導電性弾性部材20を押圧する。このため、第2端子19に押圧された導電性弾性部材20は、圧縮方向を中心に、第2端子19に押圧された所定の方向に弾性変形し、第1端子15及び第2端子19の位置や傾き等の公差ばらつきが導電性弾性部材20によって吸収される。その結果、導電性弾性部材20は、第1端子15の接触部28及び第2端子19の接触部36と両端面とが均一に接するようになるから、導電性弾性部材20と第1端子15及び第2端子19との導通信頼性を高めることができる。
また、例えば、嵌合時において、コネクタ11が振動する場合でも、圧縮された導電性弾性部材20が振動を吸収することにより、導電性弾性部材20と各端子15,19との接触状態が安定に保持される。
次に、本実施形態の特徴構成となる導電性弾性部材20の形状構造について実施例に分けて説明する。
図2に示すように、本実施例の導電性弾性部材20は、軸方向を長手とする円柱状の柱状部材40と、柱状部材40の側面から径方向(水平方向)に突出する張り出し部41とを有している。なお、本実施例の導電性弾性部材20は、柱状部材40と張り出し部41とが熱可塑性の合成ゴムにより一体形成され、柱状部材40には、上述した複数の線材が略長手方向に沿って埋め込まれている。
柱状部材40は、上述した第1端子15(一方の導体)が当接される下端面42と第2端子19(他方の導体)が当接される上端面43とが互いに略平行な平面状に形成される。下端面42と上端面43には、それぞれ多数の接点Pからなる接点領域Lが形成され、下端面42と上端面43との間で導通性が確保されている。以下では、適宜、柱状部材40の張り出し部41よりも上端面43側を柱状部材40a、張り出し部41よりも下端面43側を柱状部材40bとして説明する。
張り出し部41は、上端面43から軸方向に離れた位置(本実施形態では、上端面43と下端面42の両方から離れた位置)に設けられ、柱状部材40の側面から柱状部材40の軸周りの全周に形成される。張り出し部41は、軸方向から平面視すると、略四角形に形成され、各片と四隅の縁部44は、それぞれ軸方向に半円状に丸めて形成される。
柱状部材40は、柱状部材40aの側面の軸周りの全周に溝45が形成される。溝45は、張り出し部41と隣接して断面半円形に形成される。
図3に示すように、本実施例の導電性弾性部材20は、コネクタ11の第1ハウジング21に収容されると、第1端子15の接触部28の上に下端面42が当接するように載置された状態で、柱状部材40の内壁46の対向する側面から内壁46に向かって延びる張り出し部41が内壁46と当接される。張り出し部41は、軸周りの各片の縁部44が内壁46と略均一に当接される。
次に、このように形成される導電性弾性部材20の動作を説明する。図3に導電性弾性部材20が軸方向Yに対して傾いた方向Y´から第2端子19によって押圧される状態を示す。図に示すように、導電性弾性部材20は、張り出し部41の縁部44が第1ハウジング21の内壁46と軸周りに当接されている。これにより、第1端子15と当接する柱状部材40bは、第2端子19に押圧されたときの湾曲(座屈)が抑制され、軸Yを中心とするもとの姿勢が維持される。このため、導電性弾性部材20は、所定の接圧で第2端子19に押し付けられる。
一方、柱状部材40は、上端面43が第2端子19に押圧されると、第2端子19の接触部36の向きや角度に合わせるように、柱状部材40aが軸方向に圧縮され、かつ、所定の向きや角度に屈曲する。すなわち、柱状部材40は、柱状部材40aの溝45を起点として、軸Yを中心とする姿勢から、軸Y´を中心とする姿勢に変化する。したがって、導電性弾性部材20は、接点領域Lを含む上端面43の所定領域に、接触部36を均一に接触させることができる。
以上より、本実施例の導電性弾性部材20では、張り出し部41と溝45を設けたことにより、柱状部材40を湾曲させることなく、第2端子19の接触部36の向きや角度に合わせて、柱状部材40aを屈曲させることができるから、柱状部材40aの上端面43に第2端子19を均一に接触させることができ、通電信頼性を高めることができる。
また、本実施例では、導電性弾性部材20の張り出し部41が無負荷の状態で第1ハウジング21の内壁46と当接可能に形成されるが、張り出し部41は、内壁46との間に隙間が生じる程度の大きさに形成されていてもよい。このように形成しても、張り出し部41が内壁46と当接されることで、導電性弾性部材20の湾曲を抑制することができる。また、張り出し部41は、柱状部材40の軸周りの全周に形成されているが、複数箇所に分割して設けてもよい。
また、本実施例では、張り出し部41が平面視で四角形に形成されるが、張り出し部41の形状は、これに限られるものではなく、第1ハウジング21の内壁46の形状等に応じて、適宜設定することができる。また、柱状部材40は、屈曲する方向が規制されないように円柱状とすることが好ましいが、これに限られるものではない。
また、本実施例では、溝45が、張り出し部41の上面と連続的に形成されるから、溝底の深さは、実質的には、張り出し部41の頂点を基準とした深さに相当する。このため、溝45を張り出し部41の上面から離れた位置に形成することもできるが、本実施例のように連続的に形成すれば、柱状部材40aをより屈曲し易くすることができる。
また、本実施例では、溝45を軸周りの全周に形成するとともに、溝45の断面を半円形状に形成しているから、柱状部材40aは、溝45を介して3次元方向の屈曲が容易になり、第2端子19の当接角度等に追従可能な範囲を広げることができる。また、溝45は、柱状部材40の軸周りの全周に設けることが好ましいが、周方向の一部に設けることも可能である。
また、本実施例では、溝45を柱状部材40aに設ける例を説明したが、溝45は、柱状部材40aに加えて、柱状部材40bに形成することもできる。これによれば、柱状部材40bの屈曲が容易になるから、導電性弾性部材20は、下端面42と第1端子15との均一な接触をより安定させることができる。
以下では、本発明を実施するための他の導電性弾性部材の実施例について説明する。ただ、これらの各実施例はいずれも基本的には実施例1と同様の作用効果を生ずる。したがって、以下では、各実施例の特徴的な構成についてだけ説明し、実施例1と共通する構成や作用効果については、説明を省略する。
図4に本実施例の導電性弾性部材50の外観を示す。本実施例の導電性弾性部材50が実施例1の導電性弾性部材20と相違する点は、張り出し部51を柱状部材40の径方向ではなく、軸方向に形成した点である。その他の構成は、実施例1と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施例では、溝45の下端面42側を柱状部材40bとする。
張り出し部51a,51bは、それぞれ、柱状部材40bの溝45から下端面42に亘って設けられ、軸方向に沿って矩形状に形成される。2つの張り出し部51a,51bは、柱状部材40bを挟んで互いに反対方向に設けられる。
これによれば、張り出し部51a,51bをそれぞれ第1ハウジング21の内壁46に当接させることにより、柱状部材40bの姿勢を軸方向に亘って保持することができるから、柱状部材40bの湾曲をより確実に防ぐことができる。ただ、本実施例の導電性弾性部材50は、張り出し部51a,51bと内壁46との隙間を小さく設定すると、第1ハウジング21に挿入する際の挿入負荷が大きくなるため、所定の隙間を確保することが好ましい。
本実施例では、張り出し部51を2方向に設ける例を説明したが、これに限られるものではなく、軸周りに等間隔で更に多く設けることもできる。また、張り出し部51の軸方向の長さは、本実施例よりも短くすることもできるし、軸方向に分割して形成することもできる。
図5に本実施例の導電性弾性部材55の外観を示す。本実施例の導電性弾性部材55が実施例1の導電性弾性部材20と相違する点は、溝56が柱状部材40aではなく、張り出し部41に設けられている点である。その他の構成は、実施例1と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
溝56は、張り出し部41の上面側で柱状部材40との連結部に沿って軸周りの全周に設けられる。このように溝59を張り出し部41に設けても、柱状部材40aは、溝56を起点として屈曲するから、第2端子19を柱状部材40の上端面43に均一に接触させることができる。
本実施例では、溝56を張り出し部41の上面側に設ける例を説明したが、上面側と下面側との両方に設けることもできる。更に、溝56は、柱状部材40との連結部に沿って設けられる場合に限らず、連結部から離れた位置の柱状部材40の軸周りの方向に設けられていてもよい。
本実施例の導電性弾性部材が上記の各実施例と相違する点は、柱状部材40aを形成する材料が、各張り出し部41,51及び柱状部材40bを形成する材料よりも硬度が低い点である。
本実施例の導電性弾性部材は、例えば、2種類の材料を用いた周知の2色成形により形成される。これによれば、硬度が比較的高い材料で形成された張り出し部41,51によって載置面側の柱状部材40bの姿勢を保ちつつ、硬度が比較的低い材料で形成された柱状部材40aに弾力性や柔軟性をもたせ、第2端子19の傾き等の公差ばらつきを効果的に吸収することができる。したがって、柱状部材40の湾曲を防ぎながら、第2端子19との均一な接触が可能になる。
本実施例では、柱状部材40aを形成する材料と、各張り出し部41,51及び柱状部材40bを形成する材料とが、異なる例を説明したが、これに限られるものではなく、少なくとも、柱状部材40aを形成する材料が、各張り出し部41,51を形成する材料よりも硬度が低いものであればよい。すなわち、柱状部材40を形成する比較的硬度の高い材料と、各張り出し部41,51を形成する比較的硬度が低い材料との2種類で形成することもできる。この場合、例えば、予め形成された各張り出し部41,51を柱状部材40にインサート成形して製造することができる。
11 コネクタ
15 第1端子(一方の導体)
19 第2端子(他方の導体)
20,50,55 導電性弾性部材
21 第1ハウジング
31 第2ハウジング
40a,40b 柱状部材
41,51 張り出し部
42 下端面
43 上端面

Claims (10)

  1. 導電性と弾力性とを有する柱状部材と、該柱状部材の側面に突出させて形成された張り出し部とを有し、前記柱状部材の両端面を2つの導体間に挟んで筒状の収容部に同軸に保持される導電性弾性部材であって、
    前記柱状部材は、前記張り出し部よりもいずれか一方の端面側の側面の軸周りに溝が形成されている導電性弾性部材
  2. 前記柱状部材は、前記張り出し部の突出縁と前記収容部の内壁とを当接させて前記収容部に保持されている請求項1に記載の導電性弾性部材
  3. 前記柱状部材は、前記張り出し部の突出縁と前記収容部の内壁とを隙間を空けて保持されている請求項1に記載の導電性弾性部材
  4. 前記張り出し部は、前記柱状部材の前記側面の軸周りの全周に設けられている請求項に記載の導電性弾性部材。
  5. 前記張り出し部は、前記柱状部材の前記側面の軸方向に延在させて、軸周りに対称に離して複数設けられている請求項1に記載の導電性弾性部材。
  6. 前記溝は、前記張り出し部に接する位置の前記柱状部材の側面に形成されている請求項4又は5に記載の導電性弾性部材。
  7. 前記柱状部材は、前記張り出し部よりもいずれか一方の端面側の部材が、前記張り出し部よりも硬度の低い材料で形成されている請求項1乃至6のいずれかに記載の導電性弾性部材。
  8. 前記張り出し部は、前記柱状部材の外周に沿って又は該外周から離れた位置の前記柱状部材の軸周りに溝が形成されている請求項1に記載の導電性弾性部材。
  9. 前記溝は、断面半円である請求項1又は6に記載の導電性弾性部材。
  10. 一方の導体を保持する第1ハウジングと、他方の導体を保持する第2ハウジングと、これらのハウジングのいずれか一方に形成された筒状の収容部に収容される導電性弾性部材とを備え、
    前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの嵌合時に、前記一方の導体と前記他方の導体とがそれぞれ前記導電性弾性部材の端面と当接されることにより該導電性弾性部材を介して接続可能に形成され、
    前記導電性弾性部材は、請求項1乃至9のいずれかに記載の導電性弾性部材であるコネクタ。
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