(57)【要約】【課題】接触点１か所あたりに流れる電流を少なくすることによりコネクタ全体での接触抵抗による発熱を低減させ、大容量の電流を流すことができるコネクタを提供する。【解決手段】円筒形状を成した棒状プラグ型コネクタにおいて、ソケット側電極に円筒状の溝部を設け、前記溝部にスプリング力を有し、且つ、挿入される棒状プラグ側電極と１０か所以上の接点を有する接触子を取り付けたコネクタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状を成した棒状プラグ型コネクタにおいて、ソケット側電極に円筒状の溝部を設け、前記溝部にスプリング力を有し、且つ、挿入される棒状プラグ側電極と１０か所以上の接点を有する接触子を取り付けたことを特徴とするコネクタ。
【請求項２】
接触子表面には硬度Ｈｖ１５０以上の硬質銀メッキを被覆された、請求項１記載のコネクタ。
【請求項３】
ソケット側電極の溝部底部に硬度Ｈｖ１５０以上の硬質銀メッキを２０μｍ以上の厚さに被覆した、請求項１または２記載のコネクタ。
【請求項４】
接触子表面のスライド抵抗値が１．４〜３Ｎである、請求項１〜３いずれかに記載のコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コネクタ、特に車両用に有用なコネクタに関し、大電流の直流電流を通電すること目的とした大電流用のコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】  電気自動車などに搭載されているバッテリーには、車に取り付けられている充電用コネクタを介して外部電源から充電されるのが一般的である。バッテリーに充電する場合には、直流電源が使用され、車自体には交直変換装置を搭載しないで、車体の軽量化を図っている。電気自動車のバッテリーの充電時間は高速充電器でも約３０分必要である。電気自動車への充電は、人間が充電用設備にも取り付けてある電源プラグを人力でコネクタに差し込んでセットしたのちに充電開始となる。充電時間を更に短くするには大電流を流さなければならないが、コネクタ部での電極接触部に発生する接触抵抗部で大きな発熱が生じる。このため、コネクタのサイズを大きくして流せる電流を大きくする必要があるが、コネクタのサイズが大きくなると、充電ケーブル、電源プラグもアップし、人力での取り回しが困難となる。このため、コネクタ部で発生する接触抵抗を低減し、大電流を流してもコンクタ部で発生する熱を抑えるのが大きな課題であった。【０００３】  従来から、コネクタに関する技術は、多々提案されている。例えば、特許文献１（特開平１１−１６８８２６号公報）には、軸方向に対して分割されたコネクタについて記載されており、スプリングバネ構造を応用した接触子に関して記載されている。しかしながら、この特許文献には、一般に多く用いられる棒状のプラグ電極に関しては、詳細が開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は、上記問題点に鑑み、ソケット側電極部に円筒形の溝を設け、前記円筒形の溝の底部に好ましくは硬質銀メッキをする共に溝部に多数の接触点を有する好ましくは銀メッキを施したスプリング型の接触子を取り付けることで、接触点１か所当たりに流れる電流を少なくすることにより、コネクタ全体での接触抵抗による発熱を低減することにより、問題点の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、以下の請求項１〜４により構成される。
＜請求項１＞
円筒形状をなした棒状プラグ型コネクタにおいて、ソケット側電極に円筒状の溝部を設け、前記溝部にスプリング力を有し、且つ、挿入される棒状プラグ側電極と１０か所以上の接点を有する接触子を取り付けたことを特徴とするコネクタ。
＜請求項２＞
接触子表面には、硬度Ｈｖ１５０以上の硬質銀メッキが被覆された、請求項１記載のコネクタ。
＜請求項３＞
ソケット側電極の溝部底部に硬度Ｈｖ１５０以上の硬質銀メッキを２０μｍ以上の厚さに被覆した、請求項１または２記載のコネクタ。
＜請求項４＞
接触子表面のスライド抵抗値が１．４〜３Ｎである、請求項１〜３いずれかに記載のコネクタ。
【発明の効果】
【０００７】  請求項１記載のコネクタの構造によれば、下記（１）〜（５）に代表される様々な効果が得られる。
（１）好ましくは硬質銀メッキを被覆した接触子により接触抵抗が少なく、且つ、好ましくは銀メッキ表面の損耗を最小限に抑えることができる。
（２）多数の接触点を有することにより１接点当りに流れる電流が接点数に応じて少なくなり、接触抵抗による発熱量を低減できる。
（３）１接点方式のコネクタに比べて発熱量が小さくなるため、温度上昇が規定されているコネクタではより多くの電流を流すことができる。
（４）接触子のスプリング力が小さく、請求項４のように、接触子表面のスライド抵抗力は、１．４〜３Ｎ程度と小さいので、手動でコネクタの挿入、取り外しが容易にできる。
（５）電気自動車などのスペースが限られた充電用コネクタで従来型コネクタよりも大電流を流すことが可能となり、充電時間の短縮ができる。
また、請求項２記載のコネクタでは、プラグ側電極の表面に硬質銀メッキを被覆することにより、接触子での接触抵抗の更なる低減が可能となるため、更に多くの電流を流すことができる。
さらに、請求項３記載のコネクタによれば、ソケット側電極の溝部底部に硬度Ｈｖ１５０以上の硬質銀メッキを２０μｍ以上の厚さに被覆しているので、ソケット側電極２の１回あたりに発生する硬質銀メッキの摩耗量０．００５μｍから推定される前記記載のプラグ側電極１の挿入、取り外し回数が４，０００回まで可能である。
さらにまた、請求項４に記載のコネクタによれば、接触子表面のスライド抵抗値が１．４〜３Ｎであるので、手動でコネクタの挿入、取り外しが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態としての構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態として接触子取り付け部分の断面構造を示す構成図である。
【図３】本発明の第二実施形態としての構成を示す断面図である。
【図４】図４ａは、本発明の第一実施形態としての接触子３の平面構成を示す平面図、図４ｂは、本発明の第一実施形態としての接触子の取り付け状態の構造を示す断面図、図４ｃは、本発明の第一実施形態としての接触子の側面構成示す側面図である。
【図５】図５は、図１のＣＣ断面図である。
【図６】図６は、本発明の第一実施形態としての核接触子抵抗を等価回路に置き換えた回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、本発明の実施の形態について図面を参照にして説明する。
【実施例】  図１に本発明の第一実施例を示す。
図１において、棒状の形状を成したプラグ側電極１が孔状の開口部を有するソケット側電極２に差し込まれた状態を示す。プラグ側電極１とソケット側電極２は、接触子３を介して電気的に接続されている。
図１では、接触子３は１か所のみであるが、必要に応じてソケット側電極２の孔状の開部に複数段も受けても良い。【００１０】  接触子３の取付け状態を図２に示す。
図２において、接触子３がソケット側電極２に設けられた溝部に取り付けられ、プラグ側電極１と接触している状態の断面を示す。接触子３は、接触部が硬質銀メッキされている。硬質銀メッキは、メッキ表面の硬度がＨｖ１５０以上になるようにメッキされている。
硬度Ｈｖは、好ましくはＨｖ２００以下、さらに好ましくはＨｖ１３０〜Ｈｖ２００である。
ここで、メッキ表面の硬度Ｈｖは、銀メッキを施工する際の電流値の制御、または銀メッキを施工した後にピーニングやローラ押し付け加工等による表面効果加工などにより、調整することができる。ピーニングやローラ押し付け加工では、メッキの表面の微細なクラックなどを塑性変形してクラックをふさいだりする効果も期待できる。硬質銀メッキの硬度をメッキ時の電流制御などでＨｖ２００以上に施工することは可能であるが、Ｈｖ２００以上にするメッキ内の残留応力により硬質銀メッキ表面に微細なクラックが発生し、被覆の欠落や腐食の原因となる。このため、本発明で使用する硬質銀メッキの硬度は、Ｈｖ１３０〜Ｈｖ２００が望ましい。なお、ソケット側電極の溝部底部における硬度の調整も同様である。
ここで、硬度Ｈｖは、マイクロビッカース硬度計にて被覆されているメッキ層の硬度を測定する方法により、定義される値である。【００１１】  銀メッキの表面硬度が高いほど、プラグ側電極の抜き差し動作による摩耗に対して耐久性が得られる。前記接触子３の接触抵抗は、接触点１箇所当り３００μΩ〜８００μΩとなっている。ソケット側電極２に設けられた溝部には底部に斜線で示した硬度Ｈｖが１５０以上の硬質銀メッキ被覆部４を有している。前記硬質銀メッキの被覆厚さは２０μｍ以上の厚さを有し、被膜厚さは４０〜５０μｍが最適値である。接触子３はプラグ型電極１の表面にスプリング力で押し付けられており、図２のプラグ電極側接触面Ａ部を通じて電流が流れる。接触子３には溝部内から外に出さないように姿勢を保持するための板状の姿勢保持用スプリング３ｃと一体となって設けられている。
また、接触子３には、ソケット側電極と接触するソケット側電極接触面Ｂが設けられており、硬質銀メッキ被覆部４に接触している。溝部入り口側には硬質銀メッキのめっき処理の際に角部に電流が集中して銀の異常析出を防止するための面取り部３ａが設けられている。面取り部は、円弧状が望ましいが直線状の面取り形状でも良い。
接触子３は、プラグ側電極１を抜き差しするたびに表面の薄い酸化被膜が削り取られることにより、常に初期の状態の接触面を保つことにより酸化被膜の積層による接触抵抗の増加を防いでいる。
姿勢保持用スプリング３ｂは、接触子３が紙面に対して上下に移動するのを防ぎ、溝部の中で安定した位置に保持する役目を持っている。姿勢保持用スプリング３ｂがスプリング力が小さいと接触子３は上下に移動するため、プラグ電極側接触面Ａとソケット側電極接触面Ｂの硬質銀メッキの被覆が摩耗し、コネクタの挿入、取り外しの回数の低下につながる。
図中のｔは、ソケット側電極の溝部にメッキされた硬質銀メッキの被膜厚さを示す。硬質銀メッキ被覆厚さｔは、接触子３との接触面であり、摩耗が進行しても接触子３との接触面のすり合わせ状態が大きく変化しないようにするために他のメッキ箇所よりも被覆を厚くしている。前記接触面のすり合わせ状態が変化することは、ミクロの観察状態では接触点数が変化することであり、すなわち、接触時の電気抵抗が変化することに他ならない。
プラグ側電極１をソケット側電極２に挿入した時に生じる接触時の接触子高さｈｎは、プラグ側電極の挿入、引き抜きの際に生じる機械的な接触抵抗の値と密接な関係にある。接触時の接触子高さｈｎを適切に管理することにより、前記記載の機械的な接触抵抗を所定の範囲に収めることが可能となる。【００１２】  図３に、本発明の第二の実施例を示す。
図３において、プラグ側電極１の表面の斜線部は硬質銀メッキで被覆された状態を示す。
本実施例は、短時間に大電流を流す際に接触子３とプラグ側電極の接触面Ａの接触抵抗を最小にするための方法である。プラグ側電極１の硬質銀メッキは、プラグ電極を抜き差しするごとに硬質銀メッキ表面に生じた酸化被膜を少しずつ削りとり接触抵抗の少ないメッキ表面を保持する。【００１３】  図４ａは、本発明の第一実施形態としての接触子３の平面構成を示す平面図である。
図４ａにおいて、プラグ側電極接触面Ａとソケット側電極接触面Ｂがスプリング板状の部材に連続して長手方向に設けられている。通電に必要な接点数を有するスプリング板を切断し、円筒形に丸めて所要の溝部に取り付ける。円筒形に保持された接触子３は、片端が開いた状態で取り付けられるが、電気的には各接点が所要の接触圧力でプラグ側電極１とソケット側電極２に接触していれば良い。【００１４】  図４ｂは、本発明の第一実施形態としての接触子の取付け状態の構造を示す断面図である。図４ｂにおいて、接触子３は、プラグ側電極１とソケット側電極２との間に挟まっている状態の断面を示す。プラグ側接触面Ａが１か所プラグ側電極１の表面に接触しており、ソケット側電極接触面Ｂが２か所ソケット側電極２に接触している。プラグ側接触面Ａと、ソケット側接触面Ｂは必要に応じて更に接触箇所を増減してもよい。【００１５】  図４Ｃは、本発明の第一実施形態としての接触子の側面構成示す側面図である。
図４Ｃにおいて、ルーバー３Ｃのピッチが２ｍｍ、ルーバー３Ｃの長さが３ｍｍの例の側面図を示す。紙面ではルーバー３Ｃは溝部に取り付けられる前の状態を示している。溝部に取り付けられて紙面の上下方向からはさみこまれることにより、ルーバー３Ｃの両端がプラグ側電極１とソケット側電極２に接触する。この時、ルーバー３Ｃは、図４Ｃの状態より更に水平方向に傾いた状態となり、スプリング力でそれぞれの接触部に所定の接触圧力を加え、接触抵抗の低下を防ぐ。スプリングの接触圧は４〜８Ｎとし、過大な接触圧による銀メッキ被膜の損耗を最小にする。このときの接触子表面のスライド抵抗力は、１．４〜３Ｎ程度の低い引き抜き力となる。なお、スライド抵抗力の調整は、接触時の接触子高さｈｎの寸法調整と、硬質銀メッキの硬度調整及び接触子３のスプリング力の調整により行うことができる。【００１６】  図５は、図１のＣＣ断面を示す。図５において、プラグ電極１は、接触子３を介してソケット側電極２に電気的に導通している。図５は、プラグ側電極１の直径がΦ１５の場合の例である。接触子３は、スプリグ力でプラグ側電極１とソケット側電極２の溝部に２０か所接触している状態である。この状態で直流５００Ａを流した場合、接点１か所あたりの電流値は５００Ａ／２０か所＝２５Ａとなる。接点の数が多いほど一か所当りの接点に流れる電流は小さくなり、下記の（１）式であらわされる。
接点一か所当りに流れる電流＝コネクタ通電電流／接点数・・・・・（１）
実際にはルーバーのピッチサイズによって溝部に取り付けられるサイズと接点数が決まる。従って、ルーバーのピッチを少なくし、且つスプリング力を維持するための形状と各接点の硬質銀メッキの厚さが接触抵抗を安定に保つために重要である。【００１７】  図６は、本発明の第一実施形態としての核接触子抵抗を等価回路に置き換えた回路図を示す。図６において、接触子１か所当りの抵抗５は、接触点の数だけルーバー３Ｃを介して電気的に並列接続されている。このため、接触子１か所当りの抵抗５は、電極部に流れる電流が接触点の数の分だけ低減されることになる。また、電極間にかかる電圧Ｖは、各接点に同じ電圧が印加される。【００１８】  次に、本発明のコネクタと従来の単一接点の場合の発熱量を比較する。コネクタ全体に流れる電流を１００Ａと仮定する。
単一接点型のコネクタの発熱量は、（２）式で表される。ここで、Ｉは電流値（Ａ）、Ｒは接点の抵抗値、Ｔは経過時間を示す。
Ｑ＝Ｉ２×Ｒ×Ｔ  ・・・・・  （２）
今、コネクタに流れる電流値が１００Ａ、本発明のコネクタの接点数が２０か所とし、接点部での接触抵抗値が一般の単一接触コネクタと同じとする。
一般の単一接触点の発熱量は（３）式で表される。
Ｑ１００＝１００２×Ｒ×Ｔ  ・・・・・  （３）
＝１０，０００×Ｒ×Ｔ
ここで、Ｑ１００は、コネクタの発熱量、Ｒは接触抵抗値、Ｔは経過時間を示す。
本発明のコネクタの１接点当りの抵抗値は、（１）式から下記の（４）式で表される。
ｉ  １００／２０＝５（Ａ）  ・・・・・  （４）【００１９】  本発明のコネクタの発熱量は（２）式から下記の（５）式で表される。
Ｑ‘１００＝２０×ｉ２×Ｒ×Ｔ  ・・・・・  （５）
＝２０×５２×Ｒ×Ｔ
＝５００×Ｒ×Ｔ【００２０】  一般の単一接触コネクタの発熱量と本発明のコネクタの発熱量の比は、下記の（６）式で表される。
Ｑ１００／Ｑ‘１００＝１０，０００×Ｒ×Ｔ／５００×Ｒ×Ｔ
＝１／２０            ・・・・・  （６）
本発明のコネクタでは、２０接点の場合単一接点型に比べて１／２０の発熱量となる。
本発明のコネクタの発熱量が（３）式のＱ１００と同じにするには、下記の（７）式で表される。
Ｉ’２＝１０，０００×Ｒ×Ｔ／（２０×Ｒ×Ｔ）  ・・・・・  （７）
Ｉ’＝√５００＝２２．３（Ａ）
ここで、Ｉ’は、Ｑ１００と同じ発熱量になる場合の１接点当りの電流値を示す。
（４）式の電流値と比は、次の（８）式で表される。
ｉ／Ｉ’＝２２．３／５＝４．７  ・・・・・  （８）
（８）式より１接点当りの電流値を４．７倍したときに単一接点型のコネクタと同じ発熱量になることが分かる。すなわち、コネクタの許容温度が規定値で決められている場合には、同じ規定温度に対して４．７倍の電流を流せることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】  本発明のコネクタは、接触点１か所あたりに流れる電流を少なくすることによりコネクタ全体での接触抵抗による発熱を低減させ、大容量の電流を流すことができるので、車に取り付けられる充電用コネクタのほか、電車などのモータの電源コネクタや発電機などの電源接続部用のコネクタとして有用である。
【符号の説明】
【００２２】  １    プラグ側電極
１ｂ  硬質銀メッキ被覆部
２    ソケット側電極
３    接触子
Ａ    プラグ電極側接触面
Ｂ    ソケット側電極接触面
３ａ  面取り部
３ｂ  姿勢保持用スプリング
３ｃ  ルーバー
４    電極間の隙間
５    接触子１個当たりの抵抗
Ｖ    電極間にかかる電圧
ｔ    硬質銀メッキ被覆厚さ
ｈｎ  接続時の接触子高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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