CN101884149A - 触头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明以提供一种使弹簧触头的弹性反作用力对导体的接触压力比以往小，能够抑制磨损，使接触阻力降低的触头装置为目的。有关本发明的触头装置是使同轴上配置的第一导体(1)和第二导体(2)在轴方向移动并嵌合，经嵌入到第二导体(2)的设置槽(2a)的弹簧触头(3)和配设在第一导体(1)的嵌合面和弹簧触头(3)之间的导电性的接触片(4)，使一对导体(1)、(2)通电的触头装置，弹簧触头(3)是使线材相对于卷绕轴倾斜，卷绕成螺旋状的截面为椭圆形状的弹簧触头，接触片(4)以在弹簧触头(3)的卷绕轴的方向被分割成多个，并与第一导体(1)线接触的方式构成。

Description

触头装置
技术领域
本发明涉及在电气设备的通电连接部使用的触头装置。
背景技术
在电气设备中，以提高设备的组装性为目的，将导体分割成多个。因此，为了将这些导体轻易地组装需要将导体间连接的触头装置。在触头装置中，因为与导体同样流动有电流，所以，为了抑制因电阻而产生的发热，也要求稳定的低电阻。另外，根据所应用的设备，要求对因设备的尺寸公差、环境导致的导体的热伸缩所产生的相对位移进行吸收的功能。
例如，在气体绝缘开闭装置中，以往的触头装置的结构如下，即，使同轴上配置的一对导体在轴方向的端部嵌合，在嵌合部，在上述一对导体间配置具有导电性的触头来通电(例如，参照专利文献1。)。
在专利文献1的上述触头装置中，在一对导体的嵌合部至少具有两种缝隙，该缝隙由筒状的导体内周部的突起形成。另外，配置在一对导体的嵌合部的触头由具有弹簧作用的螺旋弹簧形状的触头构成。通过由弹簧作用得到的接触载荷能够得到与一对导体稳定的接触阻力。另外，由于通过这样的构造，在一对导体的连接部相对于导体的插入角度的变动也能够得到稳定的接触载荷，所以，能够得到稳定的接触阻力。
上述弹簧触头是使由导电性优异的弹簧材料构成的线材相对于其卷绕轴倾斜90度以内的角度，卷绕成螺旋状，并形成为一体的带状的部件，将两端部接合，作为环状的弹簧触头，在上述一对导体的单个嵌合面，配置在沿圆周方向设置的槽上。另外，上述槽在轴方向设置多个，将多个上述环状的弹簧触头配置在轴方向。
因为上述弹簧触头相对于卷绕轴倾斜90度以内的角度被卷绕成螺旋状，所以，与卷绕轴垂直的截面为椭圆形状，具备在短轴方向具有弹簧弹性的特性。因此，若使截面为椭圆形状的弹簧触头的短轴方向的侧面与槽的底面相向，嵌入到槽，配置在一对导体间的间隙，则弹簧触头的弹性反作用力作用在弹簧触头和各导体之间，能够得到低接触阻力。
专利文献1：日本特开2005-176536号公报
发明内容
以往的触头装置是上述的结构，弹簧触头的线材和导体接触，可以具有很多接触点。但是，由于弹簧触头的线材的曲率半径小，所以，与导体的接触面积小，通过弹簧弹性的反作用力得到的接触压力必然大。因此，与接触压力的增加相伴的磨损量的增加成为课题。再有，还存在在触头和导体的接触部产生成为接触不良的原因的磨损粉，触头装置的电阻增大的问题。
本发明是为解决该问题点而做出的发明，其目的在于，得到使弹簧触头的弹性反作用力对导体的接触压力比以往小，能够抑制磨损，使电阻降低的触头装置。
有关本发明的触头装置是使同轴上配置的一对导体在轴方向移动并嵌合，经导电性的弹簧触头和导电性的接触片，使上述一对导体通电的触头装置，所述导电性的弹簧触头沿上述一对导体的任意一个导体的嵌合面和与上述一对导体的轴方向交差的面相交的部分配设；所述导电性的接触片配设在上述一对导体的另一个导体的嵌合面和上述弹簧触头之间，其中，上述弹簧触头是使线材相对于卷绕轴倾斜，卷绕成螺旋状的截面为椭圆形状的弹簧触头，上述接触片在上述弹簧触头的卷绕轴的方向被分割成多个，并与上述另一个导体线接触或面接触。
发明效果
根据本发明，能够降低弹簧触头的弹性反作用力对导体的接触压力，能够抑制接触片和导体间的磨损。另外，通过抑制磨损，抑制了触头装置的电阻的增大。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的触头装置的结构的截面结构图。
图2是图1的A-A线的截面结构图。
图3是表示有关本发明的实施方式1的弹簧触头的一部分的侧视图。
图4是将有关本发明的实施方式1的弹簧触头、接触片以及第一导体所接触的接触部的截面放大来表示的放大图。
图5是表示本发明的实施方式1的触头装置的其它结构的截面结构图。
图6是将有关本发明的实施方式2的弹簧触头和接触片的接触部的截面放大来表示的放大图。
图7是将有关本发明的实施方式3的接触片和弹簧触头的接触部的截面放大来表示的放大图。
图8是将有关本发明的实施方式4的接触片和弹簧触头的接触部的截面放大来表示的放大图。
图9是表示本发明的实施方式5的触头装置的结构的截面结构图。
图10是将有关本发明的实施方式6的接触片和第一导体的接触部的截面放大来表示的放大图。
图11是表示本发明的实施方式7的触头装置的结构的截面结构图。
图12是表示本发明的实施方式8的触头装置的结构的截面结构图。
图13是将有关本发明的实施方式8的弹簧触头、接触片以及第二导体所接触的接触部的截面放大来表示的放大图。
符号说明
1：第一导体；2：第二导体；1a、2a：导体侧设置槽；3：弹簧触头；4：接触片；4a：触头侧设置槽；5：连结部件。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的触头装置的结构的截面结构图，图2是图1的A-A线的截面结构图。
图1中，第一导体1和第二导体2为一对，形成通电路径。第一导体1和第二导体2为圆柱形状，为了构成通电路径而同轴上(B线上)配置。第一导体1是端部为圆筒状的空心构造，第二导体2是端部为小直径的构造，做成第二导体2的小直径部能够嵌合在第一导体1的空心部的构造。第一导体1的内径与第二导体2的小直径部的外径相比，设计得大。
在第二导体2的小直径部的外周面，沿圆周方向设置导体侧设置槽2a。设置槽2a的截面形状(与圆周方向正交的截面形状)是矩形状，在设置槽2a配置弹簧触头3，第二导体2和弹簧触头3电连接。
再有，在弹簧触头3和第一导体1的内周面之间，例如由金属构成的导电性的接触片4沿弹簧触头3的卷绕轴的方向(第一导体1或第二导体2的圆周方向)被分割成多个，以覆盖弹簧触头3的方式配置，各接触片4与弹簧触头3和第一导体1电连接。
另外，在接触片4的内周面，在圆周方向延伸地设置接触片侧设置槽4a。设置槽4a的截面形状(与圆周方向正交的截面形状)是矩形状，在设置槽4a配置弹簧触头3。
图3是表示弹簧触头的一部分的侧视图，弹簧触头是使由导电性的弹簧材料构成的线材相对于其卷绕轴(S线)倾斜90度以内的角度(α)，卷绕成螺旋状，并形成为一体的带状的部件。本实施方式中，将这样的弹簧触头的两端部接合，作为圆环状的弹簧触头3，如图1以及图2所示，沿第二导体2的设置槽2a在第二导体2的圆周方向配置。此时，弹簧触头3为成为圆环状而通过焊接将端部接合，以此，虽然消除了组装时脱落的可能性，但是，也可以不进行焊接，而是原样卷绕。
设置槽2a在轴(B线)方向的规定位置设置多个，多个圆环状的弹簧触头3配置在轴(B线)方向。
另外，设置槽2a也可以是一个，也可以是在轴(B线)方向的规定位置设置的设置槽2a配置一个弹簧触头3的结构。
另外，因为上述弹簧触头3是相对于卷绕轴倾斜90度以内的角度被卷绕成螺旋状，所以，与卷绕轴垂直方向的截面为椭圆形状，具备在短轴方向具有弹簧弹性的特性。因此，以相对于弹簧触头3的椭圆形状的截面，使短轴方向的侧面接触设置槽2a的底面，嵌入到设置槽2a，进而，弹簧触头3嵌入到接触片4的设置槽4a内的方式配置在第二导体2和接触片4之间。通过做成上述的结构，弹簧触头3的弹性反作用力作用于弹簧触头3和第二导体2之间、弹簧触头3和接触片4之间以及接触片4和第一导体1之间，能够得到低接触阻力。
另外，将各槽2a、4a的尺寸设计成导体侧设置槽2a的深度和接触片侧设置槽4a的深度之和比弹簧触头3的短轴方向的外径小。
接触片4由数量与弹簧触头3的弹簧匝数相同的多个接触片构成，相对于弹簧触头3的一匝，在弹簧触头3的外周配置一个接触片4，各接触片4的内周面和弹簧触头3的线材电连接。另外，各接触片4的外周面和第一导体1的内周面电连接。
另外，为了与沿圆周方向等间隔并列的弹簧触头3的线材的位置对应地以与上述线材相同的间隔排列多个接触片4，多个接触片4由连结部件5连结。
另外，图1中，多个接触片4是与在轴方向并列的两个弹簧触头3对应地在轴方向相连的形状，连结部件5做成在这样地相连的形状的接触片4的中央部将排列在圆周方向的多个接触片4连结的结构。
图4是将弹簧触头3、接触片4以及第一导体1所接触的部分放大来表示的图，图4(a)是与第一导体1、第二导体2的轴方向垂直的截面，图4(b)是沿轴方向(箭头B)的截面的放大图。另外，图4(a)是图4(b)的A-A线的截面。
接触片4由具有导电性的材质形成为板形状。另外，接触片4的与第一导体1接触的面呈曲面，接触片4和第一导体1在与轴方向正交的方向线接触。即，上述曲面如图4(a)所示，在与轴方向正交的截面上，具有与第一导体1的内周面的半径R11相当的曲率半径R41，如图4(b)所示，在沿轴方向的截面上，具有比弹簧触头3的椭圆截面的短轴方向的曲率半径R32大的曲率半径R42。
通过做成这样的结构，由于接触片4和第一导体1的接触方式为线接触，所以，与以往的结构那样弹簧触头和导体间为点接触的情况相比，接触面积增加，能够降低弹簧触头3的弹性反作用力对第一导体1的面压力。通过降低对第一导体1的面压力，导体的组装变得容易，同时，可以期待减少组装时的接触片4和第一导体1之间的磨损的效果。另外，通过抑制磨损，触头装置的电阻的增大得到抑制，能够长期使用触头装置。
另外，由于接触片4和第一导体1的接触方式是在与轴方向正交的方向的线接触，所以，具有在因环境导致的导体的热伸缩而产生相对位移时，将成为接触不良的原因的异物从接触部除去的效果。
另外，虽然在上述实施方式中，如图2所示，做成使数量与弹簧触头3的弹簧匝数相同的多个接触片4与弹簧触头3的线材的位置对应地进行配置，由连结部件5将各接触片4连结的结构，但是，也可以如图5所示，做成配置多个(图5中为四个)与弹簧触头3的多匝对应的接触片4，由连结部件5将这些多个接触片4连结的结构。
实施方式2.
图6是表示有关本发明的实施方式2的接触片的设置槽的形状的图，是在沿第一导体1、第二导体2的轴方向(箭头B)的截面上，将弹簧触头3和接触片4所接触的部分放大表示的图。
在实施方式1中，接触片4的设置槽4a的截面形状为矩形。在本实施方式2中，设置槽4a的截面形状(与设置槽4a的延伸方向正交的截面形状)是具有角度θ1的V字型的设置槽。V字型截面的设置槽4a的槽角度θ1具有比0度大但不足180度的任意的角度。
其它的结构以及功能与实施方式1所示的触头装置相同。
通过做成这样的结构，弹簧触头3与接触片4的设置槽4a的侧面在两个部位接触，能够使弹簧触头3和接触片4的接触部位为两个部位。因此，与一个部位的接触方式相比，弹簧触头3和接触片4之间的接触面积增加，能够减小接触阻力。另外，弹簧触头3内的通电路径变短，能够降低第二导体2和接触片4之间的电阻。
实施方式3.
图7是表示有关本发明的实施方式3的接触片的设置槽的形状的图，是在沿第一导体1、第二导体2的轴方向(箭头B)的截面上，将弹簧触头3和接触片4所接触的部分放大来表示的图。
在实施方式2中，设置在接触片4上的设置槽4a是截面形状为V字型的凹状的曲面。在本实施方式3中，接触片4的设置槽4a是与设置槽4a的延伸方向正交的截面形状为圆弧状的设置槽。其它的结构以及功能与实施方式1所示的触头装置相同。
虽然如图7所示，若使设置槽4a的圆弧状的曲面的曲率半径R43比弹簧触头3的线材的曲率半径R32大，则在弹簧触头3和设置槽4a的接触部，在一个接触部接触部位为一个部位，但是，上述接触部位的接触面积增加。另外，此时，这些曲率半径R32、R43的差越小，越能够得到大的接触面积。
因此，在这样的情况下，也是接触片4和弹簧触头3的接触面积增加，能够降低接触片4和第二导体2之间的电阻。
实施方式4.
图8是表示有关本发明的实施方式4的接触片的设置槽的形状的图，是在沿第一导体1、第二导体2的轴方向(箭头B)的截面上，将弹簧触头3和接触片4所接触的部分放大来表示的图。虽然在本实施方式4中，与实施方式3同样，接触片4的设置槽4a是与设置槽4a的延伸方向正交的截面形状为圆弧状的设置槽，但是，如图8所示，使设置槽4a的圆弧状的曲面的曲率半径R43比弹簧触头3的线材的曲率半径R32小。这样一来，与实施方式2同样，因为在弹簧触头3的线材和设置槽4a的接触部在两个部位接触，所以，与一个部位的接触方式相比，弹簧触头3和接触片4之间的接触面积增加，能够降低弹簧触头3和接触片4的接触阻力，能够抑制来自弹簧触头3的发热。
另外，在本实施方式中，虽然不能将弹簧触头3嵌入到设置槽4a的槽内，但是，能够通过设置槽2a、4a，抑制弹簧触头3向轴方向的移动。
实施方式5.
图9是表示本发明的实施方式5的触头装置的结构的截面结构图。
在实施方式2中，表示了接触片4的设置槽4a的截面形状为V字型的设置槽，在本实施方式5中，嵌入有弹簧触头3的第二导体2的设置槽2a的截面形状(与设置槽2a的延伸方向正交的截面)也同样是V字型。V字型截面的设置槽2a的槽角度具有比0度大但不足180度的任意的角度。
其它的结构以及功能与实施方式2所示的触头装置相同。
通过做成这样的结构，弹簧触头3与接触片4的设置槽4a的侧面在两个部位接触，同时，与第二导体2的设置槽2a的侧面在两个部位接触，能够使弹簧触头3和接触片4以及第二导体2的接触部位分别为两个部位。因此，与一个部位的接触方式相比，弹簧触头3和接触片4之间的接触面积增加，能够减小接触阻力。另外，弹簧触头内的通电路径变短，能够降低第二导体2和接触片4之间的电阻。
另外，虽然在图9中，使接触片4的设置槽4a以及第二导体2的设置槽2a的截面形状均为V字型，但是，也可以仅使第二导体2的设置槽2a的截面形状为V字型。另外，也可以使设置槽4a、2a的截面形状为实施方式3、4所示那样的圆弧状的曲面。
实施方式6.
图10是表示有关本发明的实施方式6的接触片和第一导体的接触部的形状的图，是在沿第一导体1、第二导体2的轴方向(箭头B)的截面上，将弹簧触头3和接触片4以及第一导体1所接触的部分放大来表示的图。
虽然在实施方式1中，如图4(b)所示，是接触片4和第一导体1线接触的接触部的数相对于一个弹簧触头3，在轴方向有一个的结构，但是，本实施方式6的触头装置是相对于一个弹簧触头3在轴方向有两个以上的接触部。
另外，在图10中，做成相对于一个弹簧触头3，在排列在圆周方向的多个接触片4上，各个接触片4和第一导体1的接触部具有两个线接触的结构。
增加接触片4和第一导体1的线接触的数，可以通过例如如图10所示，在接触片4的与第一导体1相向的面上，设置沿轴方向的曲率半径R42比弹簧触头3的曲率半径R32小的两个凸状的曲面来实现。其它的结构以及功能与实施方式1～5所示的触头装置相同。
通过做成这样的结构，接触片4和第一导体1之间的接触面积增加，能够减小接触阻力。另外，由于接触压力进一步降低，所以，能够抑制接触片4和第一导体1之间的磨损。
实施方式7.
图11是表示本发明的实施方式7的触头装置的结构的截面结构图。
在实施方式1～6中，表示了在接触片4以及第二导体2上设置对弹簧触头3的配设位置进行限定的设置槽2a、4a，但是，在本实施方式7中，不设置这样的设置槽2a、4a，而是用接触片4和第二导体2夹入弹簧触头3，以便通过弹簧触头3的弹力使弹簧触头3停留在第二导体2的规定的位置。
其它的结构以及功能与实施方式1、6所示的触头装置相同。
因为即使是这样的结构，接触片4和第一导体1的接触方式也是线接触，能够降低弹簧触头的弹性反作用力对导体的面压力，所以，能够减少接触片4和第一导体1之间的磨损。
另外，在图11中，也可以仅在接触片4或第二导体2的任意一个上设置对弹簧触头3的配设位置进行限定的设置槽2a或4a。
实施方式8.
图12是表示本发明的实施方式8的触头装置的结构的截面结构图。
虽然在实施方式1～6中，表示了将弹簧触头3配置在第二导体2和接触片4之间的结构，但在本实施方式8中，将弹簧触头3配置在第一导体1和接触片4之间。即，如图12所示，做成在第一导体1的空心部的内周面形成导体侧设置槽1a，将弹簧触头3配置在第一导体1的上述导体侧设置槽1a，由接触片4的设置槽4a覆盖弹簧触头3的结构。
接触片4由数量与弹簧触头3的弹簧匝数相同的多个接触片构成，相对于弹簧触头3的一匝，在弹簧触头3的内周配置一个接触片4，以覆盖弹簧触头3的方式等间隔配置接触片4。另外，为了与沿圆周方向等间隔并列的弹簧触头3的线材的位置对应地以与上述线材相同的间隔排列多个接触片4，多个接触片4由连结部件5连结。做成各接触片4的外周面和弹簧触头3的线材电连接，各接触片4的内周面和第二导体2的外周面电连接的结构。
图13是将弹簧触头3、接触片4以及第二导体2所接触的部分放大来表示的图，图13(a)是与第一导体1、第二导体2的轴方向垂直的截面，图13(b)是沿轴方向(箭头B)的截面的放大图。另外，图13(a)是图13(b)的A-A线的截面。
接触片4的与第二导体2接触的面呈曲面，接触片4和第二导体2在与轴方向正交的方向线接触。即，上述曲面如图13(a)所示，在与轴方向正交的截面上，具有与第二导体2的小直径部外周面的半径R21相当的曲率半径R41，如图13(b)所示，在沿轴方向的截面上，具有比弹簧触头3的椭圆截面的短轴方向的曲率半径R32大的曲率半径R42。
通过做成这样的结构，由于接触片4和第二导体2的接触方式为线接触，能够降低弹簧触头3的弹性反作用力对第二导体2的面压力。通过降低对第二导体2的面压力，导体的组装变得容易，同时，可以期待减少组装时的接触片4和第二导体2之间的磨损的效果。
另外，虽然在上述各实施方式中，做成沿与导体1、2的轴方向正交的面配置弹簧触头3的结构，但也可以沿与导体1、2的轴方向交叉的面配置弹簧触头3。
另外，虽然在上述实施方式1～7中，表示了接触片4与第一导体1的相向面由在轴方向也具有曲率的凸状的曲面构成，接触片4和第一导体1的接触方式为线接触，但是，也可以是接触片4与第一导体1的相向面由至少在与上述第一导体1的接触部，在轴方向平坦的面构成，接触片4和第一导体1的接触方式为面接触的方式构成。这样一来，能够降低弹簧触头3的弹性反作用力对第一导体1的面压力，可以期待减少组装时的接触片4和第一导体1之间的磨损的效果。
同样，虽然在实施方式8中，表示了接触片4与第二导体2的接触方式为线接触，但是，也可以是接触片4与第二导体2的相向面由至少在与上述第二导体2的接触部，在轴方向平坦的面构成，接触片4和第二导体2的接触方式为面接触的方式构成。这样一来，能够降低弹簧触头3的弹性反作用力对第二导体2的面压力，可以期待减少组装时的接触片4和第二导体2之间的磨损的效果。
另外，虽然在上述实施方式1～8中，第一导体1和第二导体2均为圆柱形状，但是，不限于圆柱形状的导体，也可以是其它的筒状形状。
另外，也可以是第一导体1由端部具有コ字状的截面的平板构成，第二导体2由插入第一导体的コ字的缝隙之间那样的平板构成，在一个导体的嵌合面(第二导体的前端部的上下面或第一导体的コ字状的内面)沿与第二导体的插入方向正交的方向设置弹簧触头，同时，在弹簧触头和另一个导体之间设置导电性的接触片，经弹簧触头以及接触片使一对导体通电。

Claims (10)

1.一种触头装置，所述触头装置是使同轴上配置的一对导体在轴方向移动并嵌合，经导电性的弹簧触头和导电性的接触片，使上述一对导体通电的触头装置，所述导电性的弹簧触头沿上述一对导体的任意一个导体的嵌合面和与上述一对导体的轴方向交差的面相交的部分配设；所述导电性的接触片配设在上述一对导体的另一个导体的嵌合面和上述弹簧触头之间，其特征在于，
上述弹簧触头是使线材相对于卷绕轴倾斜，卷绕成螺旋状的截面为椭圆形状的弹簧触头，
上述接触片在上述弹簧触头的卷绕轴的方向被分割成多个，并与上述另一个导体线接触或面接触。
2.如权利要求1所述的触头装置，其特征在于，一对导体的任意一个的嵌合面在和与上述一对导体的轴方向交差的面相交的部分具有限定弹簧触头的配设位置的导体侧设置槽，接触片在与上述弹簧触头的相向面上具有接触片侧设置槽。
3.如权利要求2所述的触头装置，其特征在于，使截面为椭圆形状的弹簧触头的短轴方向的侧面与导体侧设置槽或接触片侧设置槽的底面相向，将上述弹簧触头嵌入上述导体侧设置槽或上述接触片侧设置槽。
4.如权利要求2或3所述的触头装置，其特征在于，导体侧设置槽或接触片侧设置槽是上述导体侧设置槽或上述接触片侧设置槽的内壁面和上述弹簧触头在两个部位接触的槽形状。
5.如权利要求4所述的触头装置，其特征在于，导体侧设置槽或接触片侧设置槽是与槽的延伸方向正交的截面为V字型的凹状的曲面。
6.如权利要求3所述的触头装置，其特征在于，导体侧设置槽或接触片侧设置槽是与槽的延伸方向正交的截面为凹状的曲面，上述曲面的曲率半径比弹簧触头的椭圆截面的短轴方向的曲率半径大。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的触头装置，其特征在于，接触片的与导体相向的面呈曲面，上述接触片和上述导体在与上述导体的轴方向交差的方向线接触。
8.如权利要求7所述的触头装置，其特征在于，接触片具有与导体相向的曲面的、沿着上述导体的轴方向的截面的曲率半径比上述弹簧触头的椭圆截面的短轴方向的曲率半径大的曲率半径。
9.如权利要求7或8所述的触头装置，其特征在于，接触片和导体线接触的接触部的数相对于一个弹簧触头，在上述导体的轴方向具有两个以上。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的触头装置，其特征在于，接触片由数量与弹簧触头的弹簧匝数相同的接触片构成，具备将上述各接触片与上述弹簧触头的线材的位置对应地连结的连结部件。
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