(57)【要約】【課題】接触子装置を大型化することなく、安定して低い電気抵抗を保つことができる接触子装置を得る。【解決手段】ばね接触子３を、導体２の嵌合面に、円周方向に沿って設けられた溝２ａに嵌めると共に、溝２ａは、ばね接触子３の短軸方向の側面を溝２ａの底面に対向させて溝２ａに嵌めた場合に、溝２ａの側面とばね接触子３とが２個所で接触する形状とし、かつ溝２ａの底面にばね接触子３の側面と接触する弾性体４を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、
上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、
上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、
上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが２個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備えたことを特徴とする接触子装置。
【請求項２】
弾性体のばね接触子に対向する面は、溝の延在方向に直交する断面がＶ字型の凹状の曲面であることを特徴とする請求項１記載の接触子装置。
【請求項３】
弾性体のばね接触子に接触する面は、溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、上記曲面の曲率半径は、上記弾性体と上記ばね接触子との接触部における上記ばね接触子の曲率半径以上であることを特徴とする請求項１記載の接触子装置。
【請求項４】
一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられる溝は、上記溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、ばね接触子と上記溝との接触部での上記溝の曲率半径は、上記接触部でのばね接触子の曲率半径より大きく、かつ断面が楕円形状の上記ばね接触子の短軸方向の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項１記載の接触子装置。
【請求項５】
ばね接触子を嵌める溝を設ける導体の材料は、上記ばね接触子の材料よりも低硬度の材料を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接触子装置。
【請求項６】
ばね接触子と接触する溝の側面を、上記ばね接触子の材料よりも低硬度の材料で被覆したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接触子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気機器の通電部に用いられる接触子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器では、機器の組立を容易にするために導体は複数に分割されていることが多い。そのため、電気機器を組み立てる際に導体同士を接続する接触子装置が必要となる。接触子装置は、安定して低い電気抵抗を保つことが要求される。また、使用される機器によっては、組立の際の機器寸法公差や、使用下での導体の熱伸縮による相対変位を吸収する必要がある。
例えば、ガス絶縁開閉装置における従来の接触子装置として、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して端部で嵌合させ、嵌合面で上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する構成のものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の上記接触子装置は、一対の導体の嵌合面において、少なくとも２種類のギャップを有しており、このギャップは筒状の導電体内周部の突起により形成されている。また、一対の導体の嵌合面に配置される接触子はコイルばね形状のばね接触子で構成されており、所定の接触力を保持しながら一対の導体と接触するため、低い接触抵抗が得られる。このような構造により、一対の導体の接続部では導体の挿入角度の変化に対して安定した接触圧力が得られる。
【０００３】
上記ばね接触子は、導電性のばね材からなる素線を、その巻回軸に対して９０度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回し、一体の帯状に形成されるものであり、両端部を接合して環状のばね接触子とし、上記一対の導体の片方の嵌合面に円周方向に沿って設けられた溝に嵌め込まれている。また、上記溝は軸方向に複数設けられ、複数の上記環状のばね接触子が軸方向に配置されている。
上記ばね接触子は、巻回軸に対して、９０度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回されているので、巻回軸に垂直な断面は楕円状になり、短軸方向にばね弾性を持つ特性を有する。このため、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を溝の底面に対向させて溝に嵌め込み、１対の導体間のすきまに配置するようにすることで、ばね接触子の弾性反発力が、ばね接触子と各導体との間に作用し、良好な電気接触を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７６５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の接触子装置は、以上のように構成されているので、大電流用の接触子装置が必要になった場合、接触抵抗を低くし、発熱を抑制するためには、ばね接触子と導体との接点数を増やす必要があり、そのためには、導体の直径を大きくするか、あるいは、導体の軸方向の長さを長くして円環状のばね接触子の数を増やし並列配置する必要がある。その結果、接触子装置が大型化し、異なる位相の通電路、あるいは、筐体との間の絶縁距離の関係で、接触子装置を用いる電気機器が必然的に大型化する問題点があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、接触子装置を大型化することなく、導体と接触子との接触部の接触抵抗を小さくし、安定して低い電気抵抗を保つことができる接触子装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る接触子装置は、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが２個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、接触子装置を大型化することなく、導体とばね接触子との接触部の接触抵抗を低減でき、安定して低い電気抵抗を保つことができる接触子装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による接触子装置を示す断面構成図、図２はこの発明の実施の形態１による接触子装置の接触部を拡大して示す拡大図である。また、図３は図１のＡ−Ａ線での断面構成図である。
図において、第１の導体１と第２の導体２とは対になって通電経路を形成する。第１の導体１と第２の導体２とはいずれも円柱形状であり、通電経路を構成するために同軸（Ｂ）上に配置される。第１の導体１は端部が筒状の中空構造、第２の導体２は端部が小径構造になっており、第２の導体２の小径部が第１の導体１の中空部に嵌合できる構造となっている。第１の導体１の中空部の内径は、第２の導体２の小径部の外形に比べて大きく設定されている。
【００１０】
また、第２の導体２の小径部の外周面（第１の導体１と嵌合する嵌合面）には、導体１、２の軸（Ｂ）方向に対して交差する面と交わる部分に沿って（ここでは円周方向に沿って）溝２ａが設けられ、溝２ａにはばね接触子３が嵌め込まれている。また、溝２ａの底面には弾性体４が設けられており、ばね接触子３を支持している。
【００１１】
図４はばね接触子の一部分を示す側面図であり、ばね接触子は導電性のばね材からなる素線を、その巻回軸Ｓに対して９０度以内の角度（α）に傾斜させて螺旋状に巻回し、一体の帯状に形成されるものである。本実施の形態ではこのようなばね接触子の両端部を接合して円環状のばね接触子３とし、導体２の溝２ａ全周に亘って配置される。このとき、ばね接触子３は、円環状になるように端部を溶接で接合しておくことによって組立時に脱落のおそれがないが、溶接せずにそのまま巻きつけてもよい。また、溝２ａは軸（Ｂ）方向に複数設けられ、複数の円環状ばね接触子３が軸（Ｂ）方向に配置されている。
また、上記ばね接触子３は、巻回軸に対して９０度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回されているので、巻回軸に垂直な断面は楕円形状になり、短軸方向にばね弾性を持つ特性を有する。このため、断面が楕円形状のばね接触子３の短軸方向の側面を溝２ａの底面に対向させて溝２ａに嵌め込み、１対の導体１、２間のすきまに配置するようにすることで、ばね接触子３の弾性反発力が、ばね接触子３と各導体１、２との間に作用し、良好な電気接触を得ることができる。
【００１２】
また、溝２ａの断面形状は、図２に示すように、外側に向かって拡開した台形形状となっており、断面が楕円形状のばね接触子３の短軸方向の側面を溝２ａの底面に対向させて溝２ａに嵌めた場合に、溝２ａの側面とばね接触子３とが２個所で接触するような角θ0（０°＜θ0＜９０°）をもつ。
このような構成とすることにより、ばね接触子３内での通電経路が短くなり、一対の導体１、２間の電気抵抗を小さくできる。
さらに、ばね接触子３と溝２ａを設けた導体２との間の接触部を確実に２個所確保することができるため、ばね接触子３と導体２との間の接触電気抵抗を１個所で接触する場合に比べて、小さくすることができる。
【００１３】
以上のように、本実施の形態において、ばね接触子３を溝２ａに嵌め込む際には、ばね接触子３の短軸方向の側面を溝２ａの底面に対向させ、溝２ａの側面とばね接触子とが２個所で接触するようにしている。しかしながら、ばね接触子３の断面は楕円形状であるため、溝２ａの側面での接触位置が定まり難く、必ずしもばね接触子３の短軸方向の側面が溝２ａの底面に対向した状態を維持しているとは限らない。
図５（ａ）はばね接触子３が傾く前の定常状態、図５（ｂ）はばね接触子３が傾いた状態を示す。例えば一対の導体１、２が相対変位を受けた場合、図５（ｂ）に示すように、摺動抵抗によりばね接触子自体が溝２ａの中で傾き、接触圧力が高くなったり、ばね接触子３自体が塑性変形する等の問題が生じた場合、安定して低い接触抵抗を維持することが難しいことが判明した。
【００１４】
本実施の形態では、このような課題を解決するために、さらに、溝２ａの底面に弾性体４を設け、この弾性体４によりばね接触子３を支持して、ばね接触子３の短軸方向の側面が溝２ａの底面と安定して対向するようにしている。
具体的には、図２に示すように、溝２ａの延在方向に直交する断面がＶ字型の凹状の曲面で構成された弾性体４を溝２ａの底面に設け、このＶ字型の凹状の曲面で、ばね接触子３を支持している。
Ｖ字型の角度θ１は、弾性体４がばね接触子３と接触し、ばね接触子３を安定して支えることができるように、（１８０°−θ）＜θ１＜１８０°とする。ここでθは、断面が楕円形状のばね接触子３の楕円中心に対し、ばね接触子３が溝２ａの側面と接触する２つの接触部のなす角であり、ばね接触子３とこれを配置する溝２ａの側壁とが２箇所で接触するように、溝２ａの断面形状を所定の角度で拡開された溝形状とし、θが１８０度未満の任意の角度になるように設定されている。
【００１５】
なお、弾性体４は、溝２ａの底面に円環状に接続した形態にして配置すれば、組立時に脱落のおそれがないため好ましいが、円環状に接続せずに、1個を溝２ａの底面の１箇所、あるいは複数に分割して溝２ａの底面に円周上に配置してもよい。
また、弾性体４の材料は、ばね接触子３、および導体１、２に用いられる銅、アルミ、鉄などの金属材料に比べて、十分弾性率が低い高分子樹脂材料やゴム、エラストマー、発泡部材等を使用するとよい。
また、ばね接触子３が配置される側の導体２の材料は、ばね接触子３の材料に比べて、低硬度の材料とする方が望ましい。例えば、ばね接触子３が銅系材料で構成される場合、導体２の材料は、アルミ系などとすることが望ましい。
【００１６】
また、上記のように、ばね接触子３が配置される側の導体２の材料をばね接触子３の材料に比べて低硬度の材料にできない場合は、ばね接触子３が接触する溝２ａの側面の部位を、ばね接触子３の材料よりも低硬度の材料で被覆することが望ましい。例えば、ばね接触子３が銅系材料である場合は、溝２ａには、銀メッキ、錫メッキなどの被膜を形成することが望ましい。
また、この場合、ばね接触子３にばね接触子３よりも低硬度の被膜をほどこしてもよい。
【００１７】
次に作用について説明する。
ばね接触子３は、短軸方向にばね定数が最も小さくなるような特性を持つため、第１の導体１と第２の導体２との間に挟み込み、ばね接触子３の短軸方向にたわみが出た場合、その反発力によって、図２の矢印Ｆ１、Ｆ２で示す接触荷重が作用する。このとき、ばね接触子３が第２の導体２に作用する力は、図中、矢印Ｆで示される向きであるため、第２の導体２の溝２ａの側面に対しては、角度θによって分割され、両側にそれぞれ、Ｆ１とＦ２の力が分力として作用する。
また、同様に第１の導体１にも、Ｆと同じ大きさで逆方向の力がばね接触子３から作用する。このとき、角度θが１８０度未満の範囲で大きくなるほど、分力Ｆ１、Ｆ２の大きさが大きくなることが、平行四辺形の法則から容易に推定される。
【００１８】
以上のように、ばね接触子３は、第１の導体１とは１箇所でＦの力で接触し、第２の導体２とは、２個所でそれぞれ、Ｆ１、Ｆ２の力で接触することにより、第１の導体１と第２の導体２とは、ばね接触子３を介して通電経路を形成する接触子装置として成立する。
【００１９】
ここで、対向する第１の導体１と第２の導体２との距離の寸法精度に鈍感に、安定した接触荷重を得るためには、第１の導体１と第２の導体２との間に設置されるばね接触子３は、断面の短軸方向、つまり、ばね定数が最も小さくなる方向に位置を維持することが必要となる。
本実施の形態では溝２ａの底面に、Ｖ字型断面の弾性体４が挿入されているため、ばね接触子３の位置は、２個所で上記弾性体４に支えられることで安定して保持される。また、第１の導体１と第２の導体２とを着脱する際に軸方向の摩擦力が作用しても、ばね接触子３の短軸方向が底面となるように安定した位置に規制されるため、ばね弾性を失うことがなく、安定して低い電気抵抗が得られる。
また、ばね接触子３を保持する弾性体４はばね接触子３、および導体１、２より弾性率が低いので、ばね接触子３から得られる反発力をほとんど受け持つことなく、反発力は、導体２の溝２ａの側面に作用する。したがって、ばね接触子３と導体２の溝２ａの側面との間の接触荷重（Ｆ１＋Ｆ２）が、ばね接触子３の持つ反発力Ｆ以上に増幅されることにより、接触面積が増加し、電気抵抗を低減できる。
【００２０】
また、導体２の材料をばね接触子３の材料よりも低硬度とすることで、導体２とばね接触子３との接触面が塑性変形することにより接触面積が増大し、電気抵抗を下げる効果がある。
導体２の溝２ａの、ばね接触子３との接触部、あるいはばね接触子３をばね接触子３の材料よりも低硬度な材料で被膜することによっても、同様の効果が得られる。
【００２１】
以上のように、本実施の形態の接触子装置は、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を溝の底面に対向させて溝に嵌めた場合に、溝の側面とばね接触子とが２個所で接触する溝形状としたので、ばね接触子内での通電経路が短くなり、一対の導体の間の電気抵抗を小さくできる。また、ばね接触子と溝を設けた導体との間の接触部を確実に２個所確保することができるため、ばね接触子と導体との間の接触電気抵抗を１個所で接触する場合に比べて、小さくすることができる。
さらに、溝の底面に、ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面が上記溝の底面と対向するようにしたので、安定して低い電気抵抗を保つことができる。
その結果、本実施の形態の接触子装置は、ばね接触子の長さ、個数を増やすことなく、第１の導体と第２の導体との間の電気抵抗を飛躍的に低減することができ、接触子装置を大型化することなく、大電流を流すことが可能となる効果がある。
【００２２】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態１に示した接触子装置においては、弾性体４は、ばね接触子３と対向する面が凹状の曲面であり、断面がＶ字型であるとした。本実施の形態２に示す接触子装置においては、弾性体４は、図６に示すように、ばね接触子３と対向する面が、凹状の曲面であり、溝２ａの延在方向に直交する断面形状を円弧状としている点が実施の形態１と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態１に示す接触子装置と同様である。
本実施の形態において、弾性体４とばね接触子３とが接触する面（図６ではばね接触子３の短軸方向の側面）での、弾性体４の曲率半径Ｒ１は、ばね接触子３の曲率半径（図６では短軸方向の曲率半径Ｒｓ）以上となるようにするとよい。
これにより、ばね接触子３が安定した位置に規制される効果があるため、安定的な電気抵抗が得られる。
【００２３】
なお、弾性体４の断面形状が円弧状ではなく、ばね接触子３と接触する弾性体４の接触面が曲面で、上記曲面（接触面）の曲率半径が、弾性体４とばね接触子３との接触部におけるばね接触子３の曲率半径以上とすれば、同様に、ばね接触子３が安定した位置に規制される効果があるため、安定的な電気抵抗が得られる。
【００２４】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態１に示した接触子装置においては、弾性体４は、ばね接触子３と対向する面が凹状の曲面であり、断面がＶ字型であるとした。本実施の形態３に示す接触子装置においては、弾性体４は、図７に示すように、溝２ａの延在方向に直交する断面が台形であり、ばね接触子３と対向する部分が平らとなっている点が実施の形態１と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態１に示す接触子装置と同様である。
この場合、弾性体４はわずかに変形するため、ばね接触子３の側面に対し食い込み、ばね接触子３を支持することができるので、安定的な電気抵抗が得られる。
【００２５】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態１に示した接触子装置においては、第２の導体２の溝２ａは、溝２ａの延在方向に直交する断面が外側に拡開した台形形状とした。本実施の形態４に示す接触子装置においては、溝２ａは、図８に示すように、溝２ａの延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、溝２ａの底面に設けられる弾性体４は、ばね接触子３と対向する面が、ばね接触子３の側面に沿った面で構成されている点が実施の形態１と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態１に示す接触子装置と同様である。
なお、断面が楕円形状のばね接触子３の短軸方向の側面を上記溝２ａの底面に対向させて溝２ａに嵌めた場合に、溝２ａの側面とばね接触子３とが２個所で接触するには、図８に示すように、ばね接触子３と溝２ａとの接触部での溝２ａの曲率半径Ｒ２は、上記接触部でのばね接触子３の曲率半径Ｒより大きく、かつ断面が楕円形状のばね接触子３の短軸方向の曲率半径Ｒｓより小さい必要がある。
【００２６】
図８において、溝２ａの底面に設けられる弾性体４は、ばね接触子３と対向する面が、ばね接触子３の側面に沿った面で構成されているが、ばね接触子３を支える弾性体４の対向面は、実施の形態１〜３で示したように、Ｖ字型の凹面でも、円弧状の凹面でも、平らな面でもよい。
【００２７】
これにより、実施の形態１〜３と同様の効果がえられると共に、ばね接触子３と導体２の溝２ａとの接触面において、ばね接触子３と溝２ａの側面との間の相対曲率半径が小さくなるため、ばね接触子３と導体２との間に、同じ接触荷重が作用した場合でも、接触面積は増加するので、電気抵抗を小さくすることができる。
【００２８】
実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態１〜４に示した接触子装置においては、第２の導体２の小径部に溝２ａが設けられ、溝２ａにばね接触子３が嵌め込まれる構成を示した。本実施の形態５に示す接触子装置においては、図９に示すように、第１の導体１の中空部の内周面に溝１ａを形成し、ばね接触子３をこの溝１ａに配置し、第２の導体２の小径部は中実棒とする構成としている点が実施の形態１〜４と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態１〜４に示す接触子装置と同様である。
これにより、実施の形態１〜４と同様の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態６．
図１０は本発明の実施の形態６による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態１〜５に示した接触子装置においては、第１の導体１と第２の導体２とは共に円柱形状とした。本実施の形態６に示す接触子装置においては、図１０に示すように、第１の導体１を端部がコの字状の断面を持つ平板、第２の導体２を第２の導体１のコの字のギャップ間に挿入されるような平板で構成し、ばね接触子３を、一対の導体１、２のいずれか一方の嵌合面に設けられた溝に嵌める構成としている点が実施の形態１〜５と異なっている。一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられる溝は、一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられており、図１０では、第２の導体２の先端部の上下面にそれぞれ、導体２の挿入方向に直交する方向に沿って設けられている。その他の構成および機能は実施の形態１〜５に示す接触子装置と同様である。
これにより、円柱形状の導体に限らず、平板状の導体についても、実施の形態１〜５と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１による接触子装置を示す断面構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線での断面構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わるばね接触子の一部分を示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わるばね接触子の挙動を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態３による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態４による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態５による接触子装置を示す断面構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態６による接触子装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  第１の導体、２  第２の導体、３  ばね接触子、４  弾性体、１ａ，２ａ  溝。
【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】
2008204634.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008204634.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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