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技術 コンタクトの接触構造

出願人 SMK株式会社
発明者 飴井俊裕
出願日 2015年6月24日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2015-126327
公開日 2017年1月12日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2017-010826
状態 特許登録済
技術分野 雄雌嵌合接続装置細部 雌接触子 雄雌型接触部材
主要キーワード 裁頭円錐形 板バネ片 プラグ挿通孔 凹湾曲面 エネルギー未満 マグネシューム セラミック樹脂 微小幅
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図面 (9)

課題

接離する一対のコンタクト間蓄積される電気エネルギーの大きさにかかわらず、簡単な構成で確実にアーク放電の発生を防止するコンタクト接触構造を提供する。

解決手段

第2コンタクトの移動経路に沿って第1コンタクトに連続する中間接触体を、第1コンタクトより電気抵抗率が高い材料で形成し、移動経路に直交する横断面の断面積を移動経路の離反方向に向かって漸減する形状に形成する。中間接触体の抵抗値は、第1コンタクトに接続する基端からの距離に比例する以上に大きく増加するので、基端から先端までの短い長さで高抵抗値とすることができ、中間接触体の先端付近で分離する第2コンタクトの間にアーク放電が発生しない。

概要

背景

高電圧、高電流電力送電する電力線などを活線接続する電気コネクタは、接続されている相手側コネクタを引き抜く際に、接触している一対のコンタクト間に高い電気エネルギー蓄積され、その間でアーク放電が発生する。このようなアーク放電は、誘導性負荷に接続する一方のコネクタを、電力線に接続する他方のコネクタから引き抜く際に生じる誘導起電力によっても発生する。

アーク放電は、電気コネクタのコンタクト溶損する等、劣化を早める原因となるので、従来から大別して2通りの方法で対策が講じられている。第1の方法は、特開2010−56055号公報(特許文献1)に開示されている方法で、一対のコンタクトの対向方向と直交方向に永久磁石などを配置して磁場をかけ、ローレンツ力によりアークの方向を偏向させてアーク放電によるコンタクトの損傷を防ぐものである。

また、第2の方法は、一対のコンタクト間に蓄積される電気エネルギー自体を低下させてアーク放電を発生させないようにする方法である。一対のコンタクト間に蓄えられる電気エネルギーは、一対のコンタクト間の電圧及び電流に比例するので、特開昭63−86281号公報(特許文献2)や実開平4−2467号公報(特許文献3)では、一対のコンタクトが分離する際のコンタクト間の電圧を低下させてアーク放電の発生を防止している。

すなわち、特許文献2に記載のコンタクトの接触構造100は、図6に示すように、コンタクト101と、コンタクト101より電気抵抗率ρが高い抵抗体102を、相手側コネクタのコンタクト103が移動する移動経路に沿って連設し、他方のコンタクト103が移動経路から引き出されて分離する際に、最も抵抗値が高くなる抵抗体102の先端102aでコンタクト103を分離させ、両者間の電圧をアーク放電に至らない電圧としてアーク放電の発生を防止している。

また、特許文献3に記載のコンタクトの接触構造110では、図7に示すように、コンタクト112を、相手側のコンタクト114が移動する移動経路に沿って離反方向(図中右方)に移動するほど抵抗値を増加させたもので、相手側のコンタクト114が完全に挿入された同図(a)に示す状態から、同図(b)に示すように、相手側のコンタクト114が移動経路から抜き出した際に、コンタクト114が近接するコンタクト112の先端112aの部分を最も高抵抗として、コンタクト112に大きな電位降下を生じさせ、その先端112aとコンタクト114間の電圧をアーク放電に至らない電圧としている。

概要

接離する一対のコンタクト間に蓄積される電気エネルギーの大きさにかかわらず、簡単な構成で確実にアーク放電の発生を防止するコンタクトの接触構造を提供する。第2コンタクトの移動経路に沿って第1コンタクトに連続する中間接触体を、第1コンタクトより電気抵抗率が高い材料で形成し、移動経路に直交する横断面の断面積を移動経路の離反方向に向かって漸減する形状に形成する。中間接触体の抵抗値は、第1コンタクトに接続する基端からの距離に比例する以上に大きく増加するので、基端から先端までの短い長さで高抵抗値とすることができ、中間接触体の先端付近で分離する第2コンタクトの間にアーク放電が発生しない。

目的

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、接離する一対のコンタクト間に蓄積される電気エネルギーの大きさにかかわらず、簡単な構成で確実にアーク放電の発生を防止するコンタクトの接触構造を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

互いに電気接続する第1コンタクトと、第1コンタクトより電気抵抗率が高い中間接触体が、第1コンタクトに接離する第2コンタクトの移動経路に沿って連続して露出し、移動経路に沿って第1コンタクトから離反方向に移動する第2コンタクトが、第1コンタクトから中間接触体に接触した後、中間接触体から離反するコンタクトの接触構造であって、中間接触体は、第1コンタクトに電気接続する基端から離反方向の先端までの少なくともいずれかの区間で、移動経路に直交する横断面の断面積が、離反方向に向かって漸減する形状に形成されることを特徴とするコンタクトの接触構造。

請求項2

中間接触体は、前記基端から離反方向の前記先端までの形状が、中空の移動経路の軸周り裁頭円錐形に形成され、裁頭円錐形の先端を、第1コンタクトと第2コンタクト間電圧と、第1コンタクトと第2コンタクト間が接触した際に流れる電流とから、第2コンタクトとの間に蓄積されるエネルギーアーク放電が発生するエネルギー未満となる位置としたことを特徴とする請求項1に記載のコンタクトの接触構造。

請求項3

中間接触体は、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高いフェライトで形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のコンタクトの接触構造。

請求項4

第2コンタクトは、金属若しくは合金からなる基端接触部と、基端接触部から前記離反方向よりの周囲に突設されたフェライトからなる保護接触部とから構成され、中間接触体が露出する移動経路の位置で保護接触部が中間接触体に接触するとともに、第1コンタクトが露出する移動経路の位置で基端接触部が第1コンタクトに接触することを特徴とする請求項3に記載のコンタクトの接触構造。

請求項5

中間接触体は、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高いセラミック樹脂で形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のコンタクトの接触構造。

請求項6

中間接触体は、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高い導電性樹脂で形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のコンタクトの接触構造。

請求項7

第2コンタクトは、雄コネクタに設けられたプラグピンであり、第1コンタクトは、前記雄コネクタに嵌合接続する雌コネクタに設けられ、前記プラグピンの挿抜を案内するプラグ挿入孔に臨むソケットコンタクトであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のコンタクトの接触構造。

技術分野

0001

本発明は、それぞれ電気回路活線接続する一対のコンタクト間コンタクト接触構造に関し、更に詳しくは、接離する一対のコンタクト間に高い電気エネルギーが発生するコンタクトの接触構造に関する。

背景技術

0002

高電圧、高電流電力送電する電力線などを活線接続する電気コネクタは、接続されている相手側コネクタを引き抜く際に、接触している一対のコンタクト間に高い電気エネルギーが蓄積され、その間でアーク放電が発生する。このようなアーク放電は、誘導性負荷に接続する一方のコネクタを、電力線に接続する他方のコネクタから引き抜く際に生じる誘導起電力によっても発生する。

0003

アーク放電は、電気コネクタのコンタクトが溶損する等、劣化を早める原因となるので、従来から大別して2通りの方法で対策が講じられている。第1の方法は、特開2010−56055号公報(特許文献1)に開示されている方法で、一対のコンタクトの対向方向と直交方向に永久磁石などを配置して磁場をかけ、ローレンツ力によりアークの方向を偏向させてアーク放電によるコンタクトの損傷を防ぐものである。

0004

また、第2の方法は、一対のコンタクト間に蓄積される電気エネルギー自体を低下させてアーク放電を発生させないようにする方法である。一対のコンタクト間に蓄えられる電気エネルギーは、一対のコンタクト間の電圧及び電流に比例するので、特開昭63−86281号公報(特許文献2)や実開平4−2467号公報(特許文献3)では、一対のコンタクトが分離する際のコンタクト間の電圧を低下させてアーク放電の発生を防止している。

0005

すなわち、特許文献2に記載のコンタクトの接触構造100は、図6に示すように、コンタクト101と、コンタクト101より電気抵抗率ρが高い抵抗体102を、相手側コネクタのコンタクト103が移動する移動経路に沿って連設し、他方のコンタクト103が移動経路から引き出されて分離する際に、最も抵抗値が高くなる抵抗体102の先端102aでコンタクト103を分離させ、両者間の電圧をアーク放電に至らない電圧としてアーク放電の発生を防止している。

0006

また、特許文献3に記載のコンタクトの接触構造110では、図7に示すように、コンタクト112を、相手側のコンタクト114が移動する移動経路に沿って離反方向(図中右方)に移動するほど抵抗値を増加させたもので、相手側のコンタクト114が完全に挿入された同図(a)に示す状態から、同図(b)に示すように、相手側のコンタクト114が移動経路から抜き出した際に、コンタクト114が近接するコンタクト112の先端112aの部分を最も高抵抗として、コンタクト112に大きな電位降下を生じさせ、その先端112aとコンタクト114間の電圧をアーク放電に至らない電圧としている。

先行技術

0007

特開2010−56055号公報
特開昭63−86281号公報
実開平4−2467号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1に示される第1の方法は、一対のコンタクトの対抗方向と直交する方向に永久磁石などを配置して磁場を発生させるので、その構造が複雑でコンタクトの接触構造が大型化するとともに、アーク放電自体の発生を防止するものではないので、アーク放電による電磁ノイズ負荷などの電子回路に悪影響を及ぼし、本質的な解決手段とはなっていない。

0009

また、第2の方法のコンタクトの接触構造100は、他方のコンタクト103を引き出す際に、電気抵抗率ρが高い抵抗体102を介してコンタクト101と分離するので、抵抗体102の抵抗値によって抵抗体102の先端102aの電圧が降下する。ここで抵抗体102の抵抗値は、図8に示すように、コンタクト101との接続位置x0からの距離に比例するので、抵抗体102の先端102aでの位置x1で抵抗値が最大となっている。しかしながら、コンタクト101、103間に加わる電圧や、コンタクト101、103間に流れる電流によっては、抵抗体102の先端102aで抵抗体102の抵抗値を最大としても、抵抗体102で十分に電位を降下させることができず、アーク放電が発生する場合がある。

0010

このような場合には、より高い電気抵抗率ρの導電材料で抵抗体102を形成することが考えられるが、高い抵抗値の抵抗体102を用いると、相手側コネクタのコンタクト103の接触位置がコンタクト101から抵抗体102に移動した瞬間に、抵抗体102が空気と同様の絶縁体となって、近接するコンタクト101、103間の電気エネルギーによりアーク放電が発生する。従って、コンタクト103の接触位置が接続位置x0から所定の距離となるまで対抗体102の抵抗値を大幅に上昇させることができず、導電材料の変更によっては解決できない。

0011

そこで、抵抗体102の接続位置x0から先端位置x1までの長さを伸ばして先端102aの抵抗値を増加させることとなるが、抵抗値は離反方向に沿った距離に比例して増加するだけなので、抵抗体102の抵抗値の上限に限界があり、離反方向に引き延ばすことによってコンタクトの接触構造も大型化するものとなる。

0012

また、特許文献3に記載のコンタクトの接触構造110は、コンタクト102を移動経路に沿って離反方向(図中右方)に移動するほど抵抗値を増加させるものであるが、コンタクト102に用いる導電材料の電気抵抗率ρは、導電材料毎に固有の値であるので、離反方向(図中右方)に移動するほど単位長さあたりの抵抗値を増加させるには、電気抵抗率ρが次第に大きくなる導電材料を多種類用意して離反方向に連続させる必要があり、実用的ではない。

0013

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、接離する一対のコンタクト間に蓄積される電気エネルギーの大きさにかかわらず、簡単な構成で確実にアーク放電の発生を防止するコンタクトの接触構造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

0014

上述の目的を達成するため、請求項1に記載のコンタクトの接触構造は、互いに電気接続する第1コンタクトと、第1コンタクトより電気抵抗率が高い中間接触体が、第1コンタクトに接離する第2コンタクトの移動経路に沿って連続して露出し、移動経路に沿って第1コンタクトから離反方向に移動する第2コンタクトが、第1コンタクトから中間接触体に接触した後、中間接触体から離反するコンタクトの接触構造であって、中間接触体は、第1コンタクトに電気接続する基端から離反方向の先端までの少なくともいずれかの区間で、移動経路に直交する横断面の断面積が、離反方向に向かって漸減する形状に形成されることを特徴とする。

0015

第1コンタクトに電気接続する基端から第2コンタクトとの接触位置までの中間接触体の抵抗値は、基端から第2コンタクトとの接触位置までの移動経路に沿った距離に比例し、移動経路に直交する中間接触体の横断面の断面積に反比例する。中間接触体の横断面の断面積は、少なくとも一部の区間で離反方向に向かって漸減するので、中間接触体の抵抗値は、その区間で基端からの距離に比例する以上に大きく増加する。

0016

従って、中間接触体を、第2コンタクトの接触位置が基端付近である場合に低抵抗としつつ、基端から先端までの距離を短距離としても、第2コンタクトの接触位置が先端にある場合に極めて高い抵抗値となり、いずれの接触位置付近でもアーク放電が発生する程度の電気エネルギーが蓄積されない。

0017

請求項2に記載のコンタクトの接触構造は、中間接触体の基端から離反方向の先端までの形状が、中空の移動経路の軸周り裁頭円錐形に形成され、裁頭円錐形の先端を、第1コンタクトと第2コンタクト間の電圧と、第1コンタクトと第2コンタクト間が接触した際に流れる電流とから、第2コンタクトとの間に蓄積されるエネルギーがアーク放電が発生するエネルギー未満となる位置としたことを特徴とする。

0018

中間接触体の電気抵抗率をρ、円錐形の基端の半径をb2、中空の移動経路が円筒形であるとしてその半径をb1、基端から円錐形の傾斜面が移動経路の軸に交差する交差位置までの離反方向に沿った距離をa2とすると、基端から離反方向に距離x離れた位置までの中間接触体の抵抗値Rxは、

0019

0020

で表され、第2コンタクトの接触位置が中間接触体の基端付近で緩やか上昇し、接触位置が円錐形の先端に近づくにつれて急激に上昇し、基端からの距離xがa2(b2−b1)/b2の移動経路が開口する位置a1で無限大となる。

0021

(1)式から算出する中間接触体の抵抗値Rによる電圧降下で、中間接触体と第2コンタクトとの間に蓄積されるエネルギーがアーク放電が発生するエネルギー未満となる距離xの位置で円錐形を切断し裁頭円錐形の先端とすることにより、アーク放電の発生を確実に防止できる。

0022

請求項3に記載のコンタクトの接触構造は、中間接触体が、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高いフェライトで形成されることを特徴とすることを特徴とする。

0023

フェライトの電気抵抗率は、一般にコンタクトの材料として用いられる金属や合金の電気抵抗率より高いので、移動経路に沿った距離に応じて上昇する抵抗値の勾配がより大きくなる。

0024

請求項4に記載のコンタクトの接触構造は、第2コンタクトが、金属若しくは合金からなる基端接触部と、基端接触部から前記離反方向よりの周囲に突設されたフェライトからなる保護接触部とから構成され、中間接触体が露出する移動経路の位置で保護接触部が中間接触体に接触するとともに、第1コンタクトが露出する移動経路の位置で基端接触部が第1コンタクトに接触することを特徴とする。

0025

フェライトで構成される中間接触体には、第2コンタクトのフェライトで構成される保護接触部が接触するので、第2コンタクトが移動経路に沿って移動する際に中間接触体との接触により摩耗しない。

0026

請求項5に記載のコンタクトの接触構造は、中間接触体が、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高いセラミック樹脂で形成されることを特徴とする。

0027

中間接触体が、第1コンタクトより電気抵抗率が高いセラミック樹脂で形成されるので、移動経路に沿った距離に応じて上昇する抵抗値の勾配がより大きくなる。

0028

請求項6に記載のコンタクトの接触構造は、中間接触体が、金属若しくは合金からなる第1コンタクトより電気抵抗率が高い導電性樹脂で形成されることを特徴とする。

0029

中間接触体が、第1コンタクトより電気抵抗率が高い導電性樹脂で形成されるので、移動経路に沿った距離に応じて上昇する抵抗値の勾配がより大きくなる。

0030

請求項7に記載のコンタクトの接触構造は、第2コンタクトは、雄コネクタに設けられたプラグピンであり、第1コンタクトは、前記雄コネクタに嵌合接続する雌コネクタに設けられ、前記プラグピンの挿抜を案内するプラグ挿入孔に臨むソケットコンタクトであることを特徴とする。

0031

雄コネクタのプラグピンと雌コネクタのソケットコンタクト間に高い電気エネルギーが蓄えられても、プラグピンの挿抜の際にアーク放電が発生しない。

発明の効果

0032

請求項1の発明によれば、中間接触体の少なくとも一部の区間を、離反方向に向かって横断面の断面積が漸減する形状とするだけで、第2コンタクトが第1コンタクト若しくは中間接触体の先端から分離するいずれの瞬間であっても、アーク放電が発生しないように設定できる。

0033

特に、中間接触体の基端から先端までの移動経路に沿った長さを短縮しても確実にアーク放電の発生を防止できるので、コンタクトの接触構造の全体が大型化しない。

0034

請求項2の発明によれば、中間接触体の基端から先端までの移動経路に沿った長さを、アーク放電が発生しない最短の長さとすることができる。

0035

請求項3の発明によれば、中間接触体の移動経路に沿った長さをより短縮して、アーク放電の発生を防止できる。

0036

また、炭素系の抵抗材料で形成する場合の中間接触体に比べて第2コンタクトが接触する接触面は強固で摩耗しにくく、第2コンタクトが繰り返し摺動接触しても摺動劣化がない。

0037

請求項4の発明によれば、中間接触体にフェライトを用いても、フェライトに接触する第2コンタクトが摩耗しない。

0038

請求項5又は請求項6の発明によれば、中間接触体を射出成型が可能なセラミック樹脂若しくは導電性樹脂で形成するので、移動経路に直交する横断面の断面積が、離反方向に向かって漸減するような複雑な形状であっても容易に成型できる。

0039

請求項7の発明によれば、高電圧、高電流の電力を送電する電力線などを活線接続する雄コネクタと雌コネクタからなる電気コネクタにアーク放電が発生しない。

図面の簡単な説明

0040

本発明の一実施の形態に係るコンタクトの接触構造1の縦断面図である。
第2コンタクト3の接触位置(x)と中間接触体4との抵抗値Rxとの関係を示すグラフである。
第2の実施の形態に係るコンタクトの接触構造10の縦断面図である。
第3の実施の形態に係るコンタクトの接触構造20の縦断面図である。
第4の実施の形態に係るコンタクトの接触構造30の縦断面図である。
従来のコンタクトの接触構造100の側面図である。
従来のコンタクトの接触構造110の、(a)は、相手側のコンタクト114を完全に挿入した状態を、(b)は、相手側のコンタクト114を移動経路から抜き出した状態を示す縦断面図である。
コンタクトの接触構造100の相手側コネクタのコンタクト103の移動量xと、抵抗体102の抵抗値の変化を示すグラフである。

実施例

0041

以下、本発明の一実施の形態に係るコンタクトの接触構造1を、図1図2を用いて説明する。コンタクトの接触構造1は、第1コンタクトであるソケットコンタクト2に第2コンタクトであるプラグピン3を接触させて電気接続させる構造であり、本明細書では、第2コンタクト3を第1コンタクト2に向かって移動させる図1の左方向を接触方向と、第1コンタクト2との接触位置から離反して移動させる図1の右方向を離反方向とし、接触方向を基端側、離反方向を先端側として各部を説明する。また、本明細書に記載する各実施の形態について、コンタクトの接触構造1と同一若しくは同様に作用する構成は同一の番号を付してその詳細な説明を省略する。

0042

ソケットコンタクト2は、電力線の端末に接続する雌コネクタとなるコネクタソケットに、プラグピン3は、電力線による電力の供給を受けて動作する負荷に接続する雄コネクタとなるコネクタプラグにそれぞれ備えられ、コネクタプラグをコネクタソケットへ嵌合接続することにより接触するソケットコンタクト2とプラグピン3を介して、例えば400V、2Aの800Wの電力が電力線から負荷へ供給される。

0043

コネクタソケットには、図1に示すように、ソケットコンタクト2の離反方向に円錐形状に形成された中間接触体4が連設されている。ソケットコンタクト2と中間接触体4は、同一中心軸周りに形成され、その中心軸(X軸)に沿ってプラグ挿通孔5が連通して穿設されている。プラグ挿通孔5は、接触方向と離反方向に沿ったX方向に沿って形成され、その内径2b1は、プラグ挿通孔5に挿抜するプラグピン3の外径とほぼ同一若しくは僅かに短い長さとなっている。従って、プラグピン3は、プラグ挿通孔5を移動経路として、ソケットコンタクト2と中間接触体4が連続するプラグ挿通孔5の内壁面に摺動接触しながら、接触方向と離反方向に移動するように案内される。

0044

ソケットコンタクト2は、円筒接触部2aと、円筒接触部2aの先端で円筒接触部2aに直交するリング接続部2bとが、燐青銅黄銅などの銅合金で一体に形成されている。リング接続部2bの外径は2b2で、円錐形状の中間接触体4の基端の外径に等しく、リング接続部2bの先端面は、同一形状で対抗する中間接触体4の基端面に導電性接着剤等により固着され、ソケットコンタクト2と中間接触体4の基端が電気接続している。

0045

中間接触体4は、基端の外径が2b2、離反方向(X方向)の高さがa2の円錐形に、内径が2b1のプラグ挿通孔5が中心軸に沿って穿設された円錐形状で、銅合金で形成されたソケットコンタクト2より十分に高い電気抵抗率ρのフェライトで形成されている。 フェライトは、鉄、マグネシューム亜鉛等の導電粒子ガラスで結合した焼結体であり、導電粒子とガラスの配合比を調整することにより1Ωcmから800Ωcm程度の幅で所望の電気抵抗率ρが得られる。従って、後述するように、基端(x=0)からX方向の距離xに応じて上昇する中間接触体4の抵抗値Rは、フェライトの電気抵抗率ρを変えることにより、1倍から800倍の範囲で任意に調整できる。また、焼結体であるフェライトを用いて中間接触体4とすることにより、プラグピン3が摺動接触しても摩耗することがなく、摺動接触を繰り返しても摺動劣化がない。

0046

上述のように構成されたコンタクトの接触構造1について、プラグピン3の接触位置(x)に応じて変化するソケットコンタクト2とプラグピン3の間の抵抗値について説明する。ここで、一般にコンタクト2、3を形成する金属若しくは合金の電気抵抗率ρは数μΩcmであるのに対して、上述の通り、フェライトの電気抵抗率ρはその106乃至108倍と高く、中間接触体4の抵抗値Rに対して、両導電性の材料からなるソケットコンタクト2とプラグピン3の抵抗値は微小であり、また、ソケットコンタクト2と中間接触体4間の接続抵抗や中間接触体4とプラグピン3間の接触抵抗はプラグピン3の接触位置(x)にかかわらずほぼ一定値であるので、本明細書ではこれらの抵抗値を無視し、中間接触体4の抵抗値Rを、ソケットコンタクト2とプラグピン3の間の抵抗値とみなして説明する。

0047

ソケットコンタクト2とプラグピン3の間の中間接触体4の抵抗値Rは、ソケットコンタクト2に接続する基端(x=0)からプラグピン3の接触位置xpまでのプラグピン3の移動経路に沿ったX方向の距離xに比例し、X方向に直交する横断面の断面積Sに反比例し、中間接触体4の電気抵抗率をρとして、
R=x/Sで表される。

0048

中間接触体4は、円錐形の中心軸であるX軸周りにプラグ挿通孔5が穿設された円錐形状であるので、X方向に直交する横断面の断面積Sは、X方向の距離xによって異なり、基端から距離x離れた位置での横断面積Sxは、図1に示すように、基端の半径がb2、プラグ挿通孔5の半径がb1、基端からの円錐形状の高さ(X方向の長さ)がa2であることから、
Sx=π・(b2−b2・x/a2−b1)2
で表される。

0049

従って、その位置での微小幅Δxの中間接触体4の抵抗値ΔRは、
ΔR=ρ・Δx/Sx=ρ・Δx/π・(b2−b2・x/a2−b1)2
で表され、
基端(x=0)から距離x離れたプラグピン3の接触位置xpまでの中間接触体4の抵抗値Rxは、円錐の勾配−b2/a2をkとおけば、

0050

0051

で表されるので、これを定積分して、

0052

が得られる。

0053

(1)式から、プラグピン3の接触位置xpがソケットコンタクト2に接続する基端(x=0)であれば、xが0であるので(以下、基端からX方向に沿った距離がa1、a2、a3である位置をa1、a2、a3という)、中間接触体4の抵抗値Rxは0であり、基端から離反方向に離れるにつれて緩やかに上昇し、基端からの距離xがa2(b2−b1)/b2の位置となる中間接触体4の先端a1で抵抗値Rxは無限大となる。

0054

図2は、中間接触体4を、電気抵抗率ρが0.03Ωmのフェライトで形成し、円錐形状の基端の半径b2を3mm、円錐形状の高さ(X方向の長さ)a2を5mmとした場合の基端からの距離xと基端から距離xまでの中間接触体4の抵抗Rとの関係を、(1)式を用いて算定した算定結果を示すグラフである。ここで、計算を容易にするため、プラグ挿通孔5は形成されていないものとしてその半径b1を0としている。

0055

同図に示すとおり、プラグピン3の接触位置xpがソケットコンタクト2に接続する基端から4mm程度まで離反方向に移動する間は、中間接触体4の抵抗Rは、22Ω以下であり、プラグピン3とソケットコンタクト2の間に大きな電気エネルギーが蓄積されていても、低抵抗の中間接触体4を介してプラグピン3とソケットコンタクト2が電気接続し、その間にアーク放電は生じない。また、プラグピン3の接触位置xpが中間接触体4の先端に接近すると中間接触体4の抵抗Rxは急激に上昇し、例えば、基端からの距離xが4.9mmとなる接触位置xpでは、260Ωとなり、中間接触体4とプラグピン3が分離する中間接触体4の先端(基端からの距離xが5mm)で理論上無限大となる。従って、プラグピン3とソケットコンタクト2間の電気接続が遮断される瞬間には、高抵抗値の中間接触体4が介在し、中間接触体4の先端とプラグピン3間の電圧が大幅に低下するので、その間にアーク放電が発生するような電気エネルギーが生じない。

0056

この第1の実施の形態に係るコンタクトの接触構造1によれば、例えば移動経路5に沿った長さが5mm程度の短い中間接触体4を用いるだけで、中間接触体4の抵抗Rを数Ωから無限大近くまで変化させることができる。特に、図2に示すように、プラグピン3とソケットコンタクト2が4mm程度離れるまでは、介在する中間接触体4は低抵抗値であり、中間接触体4が絶縁体となって接近するプラグピン3とソケットコンタクト2間にアーク放電が生じることがなく、一方、プラグピン3の接触位置Xpが基端から4mm離れた後に中間接触体4の先端までわずか1mm移動する間に中間接触体4の抵抗Rxは無限大まで上昇するので、プラグピン3が中間接触体4の先端から分離する瞬間においてもその間にアーク放電が生じない。

0057

このように、プラグピン3が中間接触体4の先端a1から引き出される際、すなわちプラグピン3とソケットコンタクト2間の電気接続が遮断される際に、プラグピン3の離反方向の移動に伴って中間接触体4の抵抗Rxが無限大まで上昇した後に、中間接触体4とプラグピン3が分離して絶縁される。従って、プラグピン3とソケットコンタクト2間の抵抗値は、数Ωから無限大まで連続して変化するので、急激な電流変化がなく、コンタクト2、3に電磁ノイズが発生せず、接続する回路インダクタンスを含んでいても誘導電圧が生じない。

0058

上述のコンタクトの接触構造1は、中間接触体4の先端a1で移動経路に沿った方向(X方向)に直交する横断面の断面積を0に収束させて、中間接触体4の抵抗Rを無限大まで上昇させたが、一方でプラグ挿通孔5の開口で中間接触体4が鋭角に臨むこととなるので十分な強度が得られず、プラグ挿通孔5へ挿入しようとするプラグピン3が当接して破損する恐れがある。図3に示す第2の実施の形態に係るコンタクトの接触構造10は、このコンタクトの接触構造1の課題を解決するために、円錐状の中間接触体4の先端部分をアーク放電が発生しない位置で裁断して裁頭円錐形としたものである。

0059

上述のように、コネクタソケットにコネクタプラグを接続して電力線から負荷へ400V、2Aの800Wの電力が供給されるものとすれば、ソケットコンタクト2とプラグピン3が遮断される瞬間にその間に400V、2Aの電気エネルギーが発生する。ここで、プラグピン3が分離する中間接触体3の先端とプラグピン3の間にアーク放電が発生しない電気エネルギーの上限が、例えば15V、2Aであるとすれば、中間接触体4の先端での中間接触体4の抵抗値Rxを(400−15)V/2Aの192.5Ω以上とすることでアーク放電の発生を防止できる。

0060

中間接触体4の側面がコンタクトの接触構造1のように円錐形の傾斜面である場合には、距離xと、基端からの距離x離れた接触位置Xpでの中間接触体4の抵抗値Rxとの関係は、

0061

0062

から得られるので、(1)式の抵抗値Rxを192.5Ωとして、中間接触体4の基端から先端までの距離xを求め、その距離xの位置を、裁頭円錐形とする中間接触体4の先端の位置a3として、アーク放電の発生を防止できる。

0063

中間接触体4の裁頭円錐形の先端の位置a3は、(1)式中の電気抵抗率ρ、基端の半径b2、プラグ挿通孔5の半径b1、基端からの円錐形の高さ(X方向の長さ)a2の各変数のいずれか1又は2以上を変えて任意に調整できる。

0064

図4は、立方体とした中間接触体24の平面24aを離反方向に向かって底面の移動経路25の方向に傾斜させ、これにより、移動経路25に直交する中間接触体24の横断面積を離反方向に向かって漸減させた第3の実施の形態に係るコンタクトの接触構造20を示す縦断面図である。このコンタクトの接触構造20では、第1コンタクト22は、直方体状に形成され、第2コンタクト23は、第1コンタクト22の底面側に付勢された板バネ片で形成されている。

0065

第1コンタクト22とその離反方向で一体に電気接続する中間接触体24の各底面は、同一面で連続し、各底面に沿って第2コンタクト23が弾性接触しながら接触方向と離反方向に摺動する。つまり、第1コンタクト22と中間接触体24の連続する底面の接触方向と離反方向に沿った経路が、第2コンタクト23の移動経路25となる。

0066

中間接触体24の基端から距離x離れた位置でのX方向に直交する横断面の断面積Sxは、図4に示すように、基端の高さがb2、基端からの傾斜面24aと移動経路25が交わる位置までの長さをa2、図示しない紙面に直交する方向の奥行きをLとして、
Sx=L・(b2−b2・x/a2)
で表される。

0067

従って、その位置での微小幅Δxの中間接触体4の抵抗値ΔRは、
ΔR=ρ・Δx/Sx=ρ・Δx/L・(b2−b2・x/a2)
で表され、
基端(x=0)から距離x離れた第2コンタクト23の接触位置xpまでの中間接触体4の抵抗値Rxは、

0068

0069

で表されるので、これを定積分して、

0070

が得られる。

0071

(4)式から、第2コンタクト23の接触位置xpが第1コンタクト22に接続する基端(x=0)であれば、xが0であるので中間接触体4の抵抗値Rxは0であり、基端から離反方向に移動するにつれて上述の第1、第2の実施の形態に比べてより緩やかに上昇し、中間接触体24の先端a1で抵抗値Rxは最大となる。また、中間接触体24の先端a1においてアーク放電が発生しない閾値となる中間接触体24の抵抗値Rxを(4)式に代入し、中間接触体24の移動経路25に沿った最小長さを求めることもできる。

0072

上述の各実施の形態では、第2コンタクト3、23が摺動接触することによる摩耗を防ぐために中間接触体4,24を焼結体であるフェライトで形成しているが、フェライトに摺動接触する第2コンタクト3、23側が摩耗して劣化する恐れがある。図5は、この課題を解決する第4の実施の形態に係るコンタクトの接触構造30の断面図であり、第2の実施の形態に係るコンタクトの接触構造10と比較し、第2コンタクトとなるプラグピン3は、図示するように銅合金からなるコンタクト本体の基端側が球体部3aとなり、プラグ挿通孔5に内接するフェライト製のリング接触部3bが、プラグ挿通孔5に内接する球体部3aの円周周り巻回されている。また、ソケットコンタクト2の円筒接触部2aとリング接続部2bとの連結部2cは、上記プラグピン3の基端側に露出する球体部3aが当接して球面に接触する凹湾曲面となっている。

0073

従って、プラグピン3がプラグ挿通孔5内で中間接触体4に摺動接触する間は、フェライト製のリング接触部3bが接触し、接触方向にプラグピン3がソケットコンタクト2に当接するまでプラグ挿通孔5内へ挿入すると、銅合金からなるコンタクト本体の球体部3aとソケットコンタクト2の連結部2cが接触する。従って、プラグピン3とソケットコンタクト2間が接触する間は、その間に比較的高い電気抵抗率ρのフェライトが介在しないので、電力損失がなく、プラグピン3とソケットコンタクト2が電気接続する。また、プラグピン3がソケットコンタクト2に接触するまでは、フェライトの中間接触体4とリング接触部3bが摺動接触するので、いずれも摩耗しない。

0074

また、上述の各実施の形態では、中間接触体4、24が、基端から先端まで連続して、移動経路5、25に直交する中間接触体4、24の横断面の断面積が離反方向に向かって漸減する形状で説明したが、基端から先端までの少なくとも一部の区間で移動経路に直交する断面積が漸減する形状であってもよい。しかしながら、中間接触体4、24の移動経路に沿った形状は、基端から横断面積が最小となる位置までの中間接触体4,24の抵抗値Rxによる電圧降下によって、上記最小となる位置より先端側の接触位置xpでアーク放電が発生しない形状とする必要がある。

0075

尚、中間接触体4、24を焼結体であるフェライトで形成する場合には、移動経路に直交する横断面の断面積Sを離反方向に向かって漸減させる形状とする加工が困難である場合があるので、本発明を実施できる程度の電気抵抗率ρの導電材料であれば、セラミック樹脂を用いて所望の中間接触体4、24を成形してもよい。ここで、セラミック樹脂とは、PPS(ポリフェニレンスルファイド)等の熱可塑性樹脂ホウ化チタニウム等の導電性セラミック粉粒帯とを所定の比率で混合したもの、あるいは、熱可塑性樹脂と絶縁性セラミック粉粒体と任意の導電性フィラーとを所定の比率で混合したものであって、熱可塑性樹脂の射出成形における十分な成形性を確保しつつ、その成型品が導電性を有するように組成されたものである。このようなセラミック樹脂は、例えば、特開2003−34751号における比較例1において、ホウ化チタニウム(TiB2)の配合比率を適宜下げることで得ることができる。尚、セラミック樹脂の組成物は、熱可塑性樹脂と導電性セラミック粉粒体とに限定されず、必要に応じて、ガラス繊維等の繊維やその他の添加物が加えられていてもよい。

0076

また、同様に本発明を実施できる程度の電気抵抗率ρの導電材料であれば、低抵抗の導電性樹脂等の異なる成形材料を用いて複雑な形状の中間接触体4、24を成形してもよい。ここで、本発明を実施できる程度の電気抵抗率ρとは、コンタクトの接触構造の部分に配置可能な中間接触体の大きさで、中間接触体の電気抵抗率ρにより算定される基端から先端までの抵抗値Rxにより、中間接触体の基端付近と先端でアーク放電の発生を確実に防止するできる範囲の電気抵抗率ρである。

0077

また、上記実施の形態は、コネクタプラグとコネクタソケットからなる電気コネクタに備えられたコンタクトの接触構造を例に説明したが、電気コネクタ以外に、第1コンタクトと第2コンタクトが一定の移動経路に沿って接触方向と離反方向に移動し、第1コンタクトに接離する構造であれば、リレー、スイッチに用いられるコンタクトの接触構造にも適用できる。

0078

アーク放電が発生する恐れのあるコンタクト間を活線接続するコンタクトの接触構造にに適している。

0079

1コンタクトの接触構造(第1の実施の形態)
2ソケットコンタクト(第1コンタクト)
2a円筒接触部
2bリング接続部
2c 連結部
3プラグピン(第2コンタクト)
3a球体部
4 中間接触体
5プラグ挿通孔(移動経路)
10 コンタクトの接触構造(第2の実施の形態)
20 コンタクトの接触構造(第3の実施の形態)
22 第1コンタクト
23 第2コンタクト
24 中間接触体
25 移動経路
30 コンタクトの接触構造(第4の実施の形態)

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