JP4194923B2

JP4194923B2 - 接点装置

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Publication number: JP4194923B2
Application number: JP2003400475A
Authority: JP
Inventors: 洋三石黒; 武広野村; 伸也岩永; 秀明田中; 清元前野; 直樹久島
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp; Kojima Industries Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp; Kojima Industries Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: US6932620B2; CN100397706C; CN1622393A; US20050118744A1; JP2005166311A

Description

本発明は、弾性部材を用いて接点部材を被当接体に押し当てる構成を有する接点装置に関する。

図９に、従来の接点装置７０を示す。この接点装置７０は、二つの部品等の間で導通を確保する場合に、その接続部分に用いられる。図９の接点装置７０は、一方の部品７２に固定される固定部７４と、固定部７４内に移動自在に収容され導体からなる可動接触子７６と、同じく固定部７４内に移動自在に収容され導体からなるスプリング７８と、を備える。可動接触子７６は、スプリング７８によって付勢され、もう一方の部品８０の接点に当接される。そして、スプリング７８、可動接触子７６、および固定部７４が導通路として機能し、二つの部品７２，８０間（各々に設けられる導体パターン７２ａ，８０ａ間）で導通が確保される。この種の接点装置は、二つの部品間で電気的な接続のための結線作業が不要になるというメリットがあり、特に、二つの部品間の距離が変動したり、個体差（ばらつき）があったりする場合に有効である。この種の接点装置としては、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。

実開平４−８８６９０号公報

しかしながら、上記従来の接点装置では、コイルスプリングを導通路の一部として用いているため、そのインダクタンスにより、高周波信号の伝送において、通過損失増大等の問題が生じることがあった。

さらに、上記従来の接点装置では、その構成上、スプリングがグラウンド電極の近くに配置されることがあり、その場合には、スプリングとグラウンド電極との間の寄生キャパシタンスにより、特定の周波数帯域の信号強度が低下する等の問題が生じることがあった。

本発明にかかる高周波回路用接点装置は、基体部と、金属導体からなり前記基体部に装着される弾性部材と、前記弾性部材に付勢されて被当接体に押しつけられる導体からなる当接部と、前記弾性部材と前記当接部との間に介在してこれらの導通を遮断する絶縁体と、前記当接部に接続されて導通路の一部となる導線と、を備え、前記弾性部材によらず前記導線および当接部を介して被当接体との導通を確保するとともに、前記絶縁体が前記弾性部材と前記当接部とを絶縁して離間させることにより前記弾性部材と前記当接部との間の寄生キャパシタンスを抑制する。

また、上記本発明にかかる高周波回路用接点装置では、前記絶縁体にはアームまたは空洞が形成され、これにより前記弾性部材と前記当接部との間に空隙が形成されるのが好適である。

また、上記本発明にかかる高周波回路用接点装置では、さらに、前記絶縁体と前記当接部との間に介在して当該当接部と導通し、前記弾性部材の軸方向と交差する方向の外方に向けて延伸するアームを有する金属リード部を備え、前記導線は前記当接部および前記弾性部材の側端より前記外方となる位置で前記アームに結線されるのが好適である。

また、本発明にかかる車両用ウインドウアンテナに用いられる接点装置は、基体部と、金属導体からなり前記基体部に装着される弾性部材と、前記弾性部材に付勢されて車両用ウインドウに設けられたアンテナエレメントの被当接部に押しつけられる導体からなる当接部と、前記弾性部材と前記当接部との間に介在してこれらの導通を遮断する絶縁体と、前記当接部に接続されて導通路の一部となる導線と、を備え、前記弾性部材によらず前記導線および当接部を介して被当接体との導通を確保するとともに、前記絶縁体が前記弾性部材と前記当接部とを絶縁して離間させることにより前記弾性部材と前記当接部との間の寄生キャパシタンスを抑制する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる接点装置１０の一例を示す外観図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。

接点装置１０は、基体部１２、弾性部材１４、接点部１６、中間体１８、および導線２０を含み、第一の部品２２（例えば、車両ウインドウアンテナ用の信号処理ユニット等）側と被当接体としての第二の部品２４（例えば、車両ウインドウ等）側との間で導通路を形成するために用いられる。図１〜３の例では、第一の部品２２の導体パターン（図示せず）、導線２０、金属リード部２６、当接部２８、および第二の部品２４の導体パターン３０が、この順に電気的に接続されて導通路が形成される。

基体部１２は、第一の部品２２側に固定される。図１〜図３の例では、基体部１２は、ボルト挿入穴１２ａに螺入されたタップスクリュー（図示せず）により、第一の部品２２に固定される。なお、基体部１２は、絶縁性部材（例えばナイロン樹脂）によって構成するのが好適である。

中間体１８は、基体部１２に設けられたガイド部にガイドされ、所定区間内で第二の部品２４に対して接離自在である。図２および図３に示すように、この例では、基体部１２には、ガイド部としてのガイド孔３４が設けられている。ガイド孔３４は、第二の部品２４側に開口を有し、第一の部品２２の設置面に対して略垂直となる方向（図３の矢印Ｃに沿う方向；以下、Ｃ方向または上下方向と記す）に伸びる有底孔として設けられている。また、断面は略長穴状である。中間体１８は、このガイド孔３４に案内され、基体部１２の被当接体（第二の部品２４）側の端面から出没自在となる。

また、この例では、ガイド孔３４の口先（開口端）に、中間体１８の脱落を防止する係合爪３６が設けられている。また、中間体１８の根元側にも係合爪３８が設けられている。中間体１８の最も上方の位置（上死点）はこれら係合爪３６，３８の係合によって定まる（図２、３に示される位置）。なお、中間体１８の最も下方の位置（下死点）は、中間体１８の底部がガイド孔３４の底部に当接するまで没した位置または弾性部材１４が最も短くなった位置となる。

また、中間体１８は、ガイド孔３４に緩装されている。すなわち、中間体１８の外壁とガイド孔３４の内壁との間には所定の間隙があり、この間隙の分、中間体１８は、図３の矢印Ｄの方向（以下、Ｄ方向または横方向と記す）に移動自在である。さらに、この間隙は、中間体１８がガイド孔３４に挿入された状態で、接離方向（略Ｃ方向）に対して所定の角度範囲内で傾斜可能となるように設定されている。この間隙の構成および中間体１８の傾斜の効果については後述する。

さらに、中間体１８は、上底壁および側壁を有する筒状の部材として構成される。そして、上底壁に設けられた窓としての貫通孔４０に当接部２８が緩挿され、当接部２８が第二の部品２４側に露出している。この貫通孔４０の側壁と当接部２８の側壁とが係合することで、中間体１８は、接点部１６の横方向への動きに連動することになる。したがって、接点部１６の横方向の可動範囲は、中間体１８の可動範囲によって規制される。

また、当接部２８の外壁と貫通孔４０の内壁との間には所定の間隙があり、この間隙の分、当接部２８は、貫通孔４０の軸方向と垂直な方向（図３の姿勢ではＤ方向）に移動自在である。さらに、その間隙は、当接部２８が貫通孔４０内に挿入された状態で、貫通孔４０の軸方向（図３の姿勢ではＣ方向）に対して所定の角度範囲内で傾斜可能となるように設定されている。この間隙の構成および当接部２８の傾斜の効果についても後述する。

接点部１６は、弾性部材１４により第二の部品２４に向けて（すなわち上方向に）付勢され、当該第二の部品２４に押しつけられる。この例では、接点部１６は、当接部２８、金属リード部２６、および絶縁体３２を含む。このうち当接部２８は、上面側に、略平面状の当接面を有している。また当接部２８は、底面側で横方向に張り出す鍔部１６ａを有している。鍔部１６ａの上面と中間体１８の上底の下面とが係合することで、中間体１８は、接点部１６の上方向への動きに連動することになる。したがって、接点部１６の上方向への可動範囲は、中間体１８の可動範囲によって規制される。なお、通常、接点装置１０は、多少傾斜する場合はあるが、基本的には第一の部品２２側が鉛直下方側となる姿勢で装着されるため、中間体１８は、作用する重力によって鍔部１６ａ上に載置される。このため、中間体１８は、接点部１６の下方向への動きにも連動することになる。

さて、上述したように、この例では、金属リード部２６および導線２０を導通路として用い、金属導体からなる弾性部材（例えばコイルスプリング）１４は導通路として用いないようにしている。これは、導通路として金属導体からなる弾性部材１４（特にコイルスプリングの場合）を用いると、そのインダクタンスが、高周波信号の伝送特性に悪影響を及ぼすからである。そこで、この例では、絶縁体３２を用いて、弾性部材１４と導通路（この例では金属リード部２６や当接部２８）とを絶縁している。

また、導通路と弾性部材１４との距離が近いと、金属リード部２６、弾性部材１４、およびグラウンド電極（図示せず）という経路で高周波信号が漏洩し、伝送特性に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、この例では、高周波信号が使用周波数帯域において漏洩しないように、絶縁体３２によって、導通路（この例では金属リード部２６）と弾性部材１４との距離を確保している。

図４は、接点装置１０の導通路を伝送される信号の周波数と信号強度との関係を、導通路と弾性部材１４との距離（弾性部材１４の上端と金属リード部２６の下端との距離）毎に示す図である。この図４から、当該距離が短い場合には、特定の周波数帯域で信号強度が低下しているが、当該距離が長くなるにつれ、信号強度の落ち込みが少なくなり、伝送特性が改善していることがわかる。弾性部材１４の上端と金属リード部２６との間の距離は、金属リード部２６の面積や形状、介在する部材等の比誘電率、使用する周波数帯域、周囲の金属物等の配置などを考慮して決める必要があり、この例の場合には、さらに、コイルスプリングの直径、線径、巻数、材質、長さ等を考慮して決める必要がある。

また、この例では、図２および図３に示すように、絶縁体３２にアーム３２ａを形成し、弾性部材１４の上端と導通路下端（金属リード部２６）との間に空隙４２が形成されるようにしている。空気の比誘電率は絶縁体３２の比誘電率より低いため、このような構成とすることで、導通路と弾性部材１４との間の寄生キャパシタンスをさらに低くし、伝送特性をより一層向上することができる。なお、この例では、アーム３２ａによって空隙４２を形成しているが、絶縁体３２に空洞を設けることによっても同様の効果が期待できる。

さらに、この例では、図３に示すように、例えば金属板を成形して成る金属リード部２６は、横方向外側（図２の矢印Ｅ方向）に向けて延伸するアーム２６ａを備えており、このアーム２６ａと導線２０とが結線されている。接点部１６に接続される導線２０は、当該接点部１６の上下動に伴って伸縮することになるが、このとき、弾性部材１４側より内側の位置で導線２０が接点部１６に接続されていると、折れ曲がった導線２０が弾性部材１４に近づくことも考えられる。そこで、この例では、弾性部材１４の側端に対して横方向外側となる位置で接点部１６と導線２０とを結線することで、導線２０を弾性部材１４から遠ざけ、寄生キャパシタンスが低く維持できるようにしている。また、基体部１２に、導線２０を係止する係止部１２ｂを設け、この係止部１２ｂによっても導線２０の位置を規制するようにしている。こうすることで、接点部１６に無理な力が加わってスムーズな上下動が妨げられるのを抑制している。

当接部２８および金属リード部２６は、絶縁体３２のピン３２ｂにより位置決めされた状態で載置されており、当接部２８、金属リード部２６および絶縁体３２は、接点部１６として、一体となって横方向および上方向に移動する。また、当接部２８は、弾性部材１４による上方向付勢力の反力により、その上面から第二の部品２４または中間体１８から下方向に押されるから、当接部２８、金属リード部２６および絶縁体３２は、下方向にも一体となって移動する。

弾性部材１４は、この例では、平行に配置された二つのコイルスプリングであり、図３の状態、すなわち、中間体１８が最も上方の位置にある状態で、自由長より短くなるように構成されている。そして、接点部１６が被当接体（第二の部品２４）に当接した状態では、接点部１６が下方に押し込まれ、コイルスプリングとしての弾性部材１４が伸長する方向の付勢力を発生するように、基体部１２下面と被当接体の当接面（導体パターン３０の表面）との距離や、接点装置１０の各部の寸法が決定される。この付勢力が、当接面における接触面圧の元となる。なお、弾性部材１４として一つあるいは三つ以上のコイルスプリングを用いてもよいし、コイルスプリング以外の弾性部材（例えば板ばね等）を用いるようにしてもよい。なお、中間体１８は、接点部１６と係合するものの、この弾性部材１４からの付勢力は作用しないように構成されている。

図５〜図７は、実装された状態（第一の部品２２に取り付けられ、接点部１６が被当接体としての第二の部品２４の被当接面を押圧する状態）における接点装置１０の内部部品の配置や姿勢を例示する図であり、図５は、被当接体から接点部１６が横方向にオフセットすることなく比較的真っ直ぐ押し込まれた場合の図、図６は、接点部１６が横方向（Ｆ方向）にオフセットして押し込まれた場合の図、また図７は、接点部１６が横方向（Ｇ方向）にオフセットして押し込まれた場合の図である。

図５のように、接点部１６がほぼ直下方に押し下げられた場合には、中間体１８はガイド孔３４のガイド方向（Ｃ方向）に対して傾斜することなく、図３の姿勢からそのまま下方に移動することになる。図５からわかるように、この例では、接点部１６と基体部１２との間に中間体１８を介在させているので、接点部１６の上下方向（Ｃ方向）の可動範囲は、中間体１８とガイド孔３４との重なり合う部分の長さによって決まる。すなわち、接点部１６の可動範囲に、中間体１８の構造が関与している。従来のように、中間体１８が無く、接点部１６が直接ガイド孔３４にガイドされる構成で接点部１６の可動距離を長くしようとすると、接点部１６自体を大きくしなければならない。これに対し、本実施形態のように、中間体１８を設ければ、接点部１６自体を大きくすることなく、接点部１６の移動距離を長くすることができるようになる。かかる構造は、接点部１６が特殊な材質であったり高価な材質であったりする場合や、弾性部材１４のバネ定数などの観点から、接点部１６を小型化したい場合に有効である。例えば、当接部２８を導電性ゴムとする場合、その耐久性の観点から、当接部２８はなるべく塊状に、かつ応力集中が生じにくい形状とするのが望ましい。かかる中間体１８を介在させる構造は、当接部２８（接点部１６）の形状の自由度が高くなるから、当接部２８として導電性ゴムを用いる場合にも好適となる。

なお、中間体１８は、ガイド孔３４との間隙δ１の分だけ、傾斜しない姿勢で横方向にオフセットすることができる。さらに、当接部２８は、当該当接部２８の側壁と中間体１８の貫通孔４０との側壁との間隙δ２の分だけ、同じく傾斜しない姿勢で横方向にオフセットすることができる。これは、この姿勢での接点部１６の横方向の移動量が、それらの間隙δ１，δ２の大きさによって定まっていることを意味する。

一方、図６のように、接点部１６が横方向（Ｆ方向）にさらに大きくオフセットする場合には（オフセット量：ｄ１）、中間体１８はＣ方向に対して傾斜し、さらに、接点部１６は中間体１８に対して傾斜することになる。その結果、接点部１６は、略平面状の当接面で被当接体に当接している状態を維持したまま、比較的（図５の場合より）長い距離を横方向に移動することができる。これは、上述したように、中間体１８が接点部１６と横方向に係合するよう構成するとともに、中間体１８をガイド孔３４に対して傾斜可能とし、さらに接点部１６を中間体１８に対して傾斜可能とすることで実現される。このような構成とすることで、当接部２８の当接面と被当接体の当接面とが、面接触の状態を維持したまま従来より大きくオフセットすることができるようになり、耐摩耗性が向上するとともに、片当たりによる接触抵抗の増大を抑制することができる。

さらに、中間体１８のガイド部（ガイド孔３４）に対する傾斜量（Ｃ方向に対する傾斜角）が大きくなるよう、ガイド孔３４の側壁と中間体１８の外壁との間の間隙を、第二の部品２４側（上側）に向かうにつれて広くするのが好適である。この例では、中間体１８を先細形状（テーパ状；上側に向かうほど細くなる形状）としている。ガイド方向に沿って当該間隙が一定であると、中間体１８の第一の部品２２側への押し込み量が大きくなるほど、中間体１８の傾きが小さくなり、接点部１６の横方向（Ｆ方向）のオフセット量が小さくなってしまう。本実施形態では、上記構成とすることで、中間体１８が押し込まれた場合にも、中間体１８の傾斜量を確保し、接点部１６の横方向のオフセット量が大きくなるようにしている。

なお、本実施形態では、被当接体（第二の部品２４）が、第一の部品２２に対して平行となっていない場合にも、接点部１６と被当接体との間で面接触が維持される。被当接体の傾きの許容範囲は、基体部１２に対する中間体１８の傾き量と、中間体１８に対する接点部１６の傾き量との合計として決定される。

また、図７のように、接点部１６が横方向（Ｇ方向）にさらに大きくオフセットする場合にも（オフセット量：ｄ２）、中間体１８はＧ方向に傾き、さらに、接点部１６は中間体１８に対して傾斜する。その結果、接点部１６は、略平面状の当接面で被当接体に当接する状態を維持したまま、横方向に移動することができる。なお、Ｇ方向のオフセット量を大きくするためには、中間体１８を先細形状（テーパ状；上側に向かうほど細くなる形状）とすることが望ましい。

図８は、本実施形態にかかる接点装置１０を用いた車両用ガラスアンテナ５０の概略構成の一例を示す図である。車両用ガラスアンテナ５０のアンテナエレメント５２は、車両の例えばリアウインドウガラス５４の車室側に、印刷等により貼り付けられている。各アンテナエレメント５２の一端は、車両のルーフパネル５６とリアウインドウガラス５４の重合部分Ｈまで延びている。ルーフパネル５６には、アンテナエレメント５２で受信した信号を処理するためにアンプをはじめとする処理回路を支持した基板支持ベース５８が、例えば、ボルト等で固定されている。なお、重合部分Ｈには、図示しないカバー等が取り付けられ外部からは見えないようになっている。

基板支持ベース５８には、アンプ等の処理回路やアンテナエレメント５２の端部に形成された端部接点５２ａと接触する接点装置１０が載置される。したがって、接点装置１０とリアウインドウガラス５４の端部接点５２ａとが押圧接触して、アンテナエレメント５２と基板支持ベース５８の内部回路との間の導通が確保されるように、基板支持ベース５８は、ルーフパネル５６に対して所定の位置に固定される。なお、図８では、ダイバシティが構成されるよう、実質的に同等の機能を備えるアンテナユニット５０ａ，５０ｂが二系統設けられている。また、アンテナエレメント５２の本数や形状は、図示のものには限定されず、その機能等に応じて適宜設定される。なお、図８の例では、基板支持ベース５８が上記第一の部品２２に相当し、リアウインドウガラス５４が上記第二の部品２４、すなわち被当接体に相当し、端部接点５２ａが導体パターン３０に相当する。

さて、かかる構成の車両用ガラスアンテナ５０では、まず、接点装置１０の載置された基板支持ベース５８がルーフパネル５６上に取り付けられ、次に、リアウインドウガラス５４が所定の位置に載置され、固定される。この作業において、取り付け位置の微調整のため、リアウインドウガラス５４は、図８のＩ方向やＪ方向などリアウインドウガラス５４の面に沿った方向に動かされる場合が多い。ここで、被当接体としてのリアウインドウガラス５４は、車両に装着された状態では、接点装置１０の接点部１６を所定量だけ押し込むことになるから、リアウインドウガラス５４は、車両側の装着位置に到達する前に、必ず接点装置１０に接触することになる。このため、リアウインドウガラス５４は、接点装置１０と端部接点５２ａが接触した状態で、当該方向（接点装置１０にとっては横方向）に移動することになる。本実施形態にかかる接点装置１０は、上述したように、接点部１６（当接部２８）と第二の部品２４とが面接触した状態で横方向にずれる場合に、摩耗が少なく、かつ片当たりによる接触抵抗の増大が抑制されるから、こうした構成および組み付けが行われる車両用ガラスアンテナ５０用の接点装置１０としては極めて有効である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、等価な範囲内で種々の変形が可能であることを理解されたい。

本発明の実施形態にかかる接点装置の要部構成の一例を示す外観図である。図１の接点装置のＡ−Ａ断面図である。図２の接点装置のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施形態にかかる接点装置の絶縁体による信号伝送特性の向上効果を示すグラフである。図１の接点装置が被当接体と当接した状態の一例を示す図である。図１の接点装置が被当接体と当接した状態の別の一例を示す図である。図１の接点装置が被当接体と当接した状態のさらに別の一例を示す図である。本発明の実施形態にかかる接点装置を用いた車両用ガラスアンテナの要部構成の一例を示す図である。従来の接点装置を示す図である。

符号の説明

１０接点装置、１２基体部、１２ａボルト挿入穴、１２ｂ係止部、１４弾性部材、１６接点部、１６ａ鍔部、１８中間体、２０導線、２２（第一の）部品、２４（第二の）部品（被当接体）、２６金属リード部、２６ａアーム、２８当接部、３０導体パターン、３２絶縁体、３２ａアーム、３２ｂピン、３４ガイド孔、３６，３８係合爪、４０貫通孔、４２空隙、５０車両用ガラスアンテナ、５０ａ，５０ｂアンテナユニット、５２アンテナエレメント、５２ａ端部接点、５４リアウインドウガラス、５６ルーフパネル、５８基板支持ベース。

Claims

基体部と、
金属導体からなり前記基体部に装着される弾性部材と、
前記弾性部材に付勢されて被当接体に押しつけられる導体からなる当接部と、
前記弾性部材と前記当接部との間に介在してこれらの導通を遮断する絶縁体と、
前記当接部に接続されて導通路の一部となる導線と、
を備え、
前記弾性部材によらず前記導線および当接部を介して被当接体との導通を確保するとともに、前記絶縁体が前記弾性部材と前記当接部とを絶縁して離間させることにより前記弾性部材と前記当接部との間の寄生キャパシタンスを抑制することを特徴とする高周波回路用接点装置。
前記絶縁体にはアームまたは空洞が形成され、これにより前記弾性部材と前記当接部との間に空隙が形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路用接点装置。
さらに、前記絶縁体と前記当接部との間に介在して当該当接部と導通し、前記弾性部材の軸方向と交差する方向の外方に向けて延伸するアームを有する金属リード部を備え、
前記導線は前記当接部および前記弾性部材の側端より前記外方となる位置で前記アームに結線されることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波回路用接点装置。
基体部と、
金属導体からなり前記基体部に装着される弾性部材と、
前記弾性部材に付勢されて車両用ウインドウに設けられたアンテナエレメントの被当接部に押しつけられる導体からなる当接部と、
前記弾性部材と前記当接部との間に介在してこれらの導通を遮断する絶縁体と、
前記当接部に接続されて導通路の一部となる導線と、
を備え、
前記弾性部材によらず前記導線および当接部を介して被当接体との導通を確保するとともに、前記絶縁体が前記弾性部材と前記当接部とを絶縁して離間させることにより前記弾性部材と前記当接部との間の寄生キャパシタンスを抑制することを特徴とする車両用ウインドウアンテナに用いられる接点装置。