JP2014026939A

JP2014026939A - コネクタおよび建設機械

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Publication number: JP2014026939A
Application number: JP2012168860A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nomura; 良雄野村; Tomohiro Yoshino; 倫浩吉野; Kazuo Ota; 一男太田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: WO2014020780A1; US8876542B2; JP5272100B1; CN103733441B; US20140148026A1; CN103733441A; DE112012006748T5; KR101366631B1

Abstract

【課題】検出スイッチでの誤検出を確実に防止でき、かつ組立作業も容易にできるコネクタを提供すること。
【解決手段】車両に搭載された電気機器に電力送電用のパワーケーブルを接続するためのコネクタ２０において、機器側ソケットと、機器側ソケットに対して挿抜されるケーブル側プラグ２２と、機器側ソケットおよびケーブル側プラグ２２に設けられた機械式接点により電気的に断続する検出スイッチ３０とを備え、機器側ソケットには、検出スイッチ３０の接点端子が設けられ、ケーブル側プラグ２２には、機器側ソケットに接続されることにより電気的に接地されたプラグハウジング４１と、プラグハウジング４１の開口を覆うカバープレート４３とが設けられ、カバープレート４３は、絶縁性を有するプレート本体５１と、検出スイッチ３０の接点端子と接触する接点導体５２とを備え、プレート本体５１および接点導体５２が一体成形されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、コネクタおよび建設機械に係り、例えば、ハイブリッド建設機械に用いられるパワーケーブルのコネクタの改良に関する。

従来、エンジによって発電電動機と油圧ポンプとを駆動するとともに、発電電動機で発電された電力により上部旋回体を旋回させるための電動旋回モータを駆動し、また、油圧ポンプからの圧油によって作業機の油圧アクチュエータや走行体の油圧モータを駆動するように構成したハイブリッド建設機械が知られている。
このようなハイブリッド建設機械では、発電電動機とインバータとの間、および電動旋回モータとインバータとの間のように、搭載される電気機器間がパワーケーブルにて電気的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。図６には、パワーケーブル１０とそれらの電気機器との接続に用いられるコネクタ２００が示されている。

コネクタ２００は、電気機器側に取り付けられる機器側ソケット２１と、パワーケーブル１０に取り付けられるケーブル側プラグ２２０とで構成される。コネクタ２００には、機器側ソケット２１およびケーブル側プラグ２２０の嵌合状態を判断するための検出スイッチ３０が設けられている（図６には、非嵌合状態が示されている）。

検出スイッチ３０は、機器側ソケット２１に設けられた一対の接点端子３１，３１と、ケーブル側プラグ２２０に設けられた接点導体２２１を備えている。機器側ソケット２１およびケーブル側プラグ２２０が嵌合状態にある時、接点端子３１，３１同士は、接点導体２２１の図中の裏側にある接触面２２１Ａと接触し、この接触面２２１Ａを介して電気的に導通する。検出スイッチ３０での接点端子３１，３１の導通状態に基づき、コネクタ２００の嵌合状態を確認することが可能である。

特許文献１に記載のコネクタ２００としては、接点導体２２１が絶縁プレート２２２を介してカバープレート２２３に取り付けられ、カバープレート２２３がプラグハウジング２２４に取り付けられている。この際、カバープレート２２３およびプラグハウジング２２４は導電性を有し、プラグハウジング２２４が機器側ソケット２１との嵌合により電気的に接地される。従って、このままでは、接点導体２２１が、絶縁プレート２２２にて絶縁されているだけであるから、絶縁距離を稼ぐことができず、状況によっては、カバープレート２２３を介してプラグハウジング２２４に短絡してしまう。そのために従来では、カバープレート２２３と接点導体２２１（接触面２２１Ａを除く）とを絶縁コーティング２２５，２２６で覆い、絶縁性能を向上させている。

特開２０１０−２７２２５４号公報

特許文献１に記載のコネクタ２００において、接点導体２２１とカバープレート２２３とは別部材であり、接点導体２２１がスクリュー２２７によってカバープレート２２３に固定されている。従って、スクリュー２２７を介しての接点導体２２１のカバープレート２２３への導通を確実に防止する必要があり、そのための絶縁構造が複雑になって部品点数が増えるなど、組立作業にも手間が掛かってしまう。

また、接点導体２２１は、スクリュー２２７にてカバープレート２２３と一緒にプラグハウジング２２４に共締めされている。このため、スクリュー２２７の締付により、接点導体２２１の裏面に絶縁コーティング２２６の欠落が生じる場合がある。この場合、苛酷な環境での長期使用中に、水滴等がスクリュー２２７を伝って絶縁コーティング２２６の欠落部分に達すると、その部分から析出した導電成分を介して接点導体２２１とスクリュー２２７とが導通する。この結果、接点導体２２１がスクリュー２２７を介してプラグハウジング２２４に短絡してしまい、検出スイッチ３０での誤検出を引き起こすおそれがある。

本発明の目的は、組立作業を容易にでき、かつ検出スイッチでの誤検出を確実に防止できるコネクタ、およびこのコネクタを備えた建設機械を提供することにある。

第１発明に係るコネクタは、車両に搭載された電気機器に電力送電用のパワーケーブルを接続するためのコネクタにおいて、前記電気機器に取り付けられる機器側ソケットと、前記パワーケーブルに取り付けられて前記機器側ソケットに対して挿抜されるケーブル側プラグと、前記機器側ソケットおよび前記ケーブル側プラグに設けられた機械式接点により電気的に断続する検出スイッチとを備え、前記機器側ソケットには、前記検出スイッチの機械式接点としての接点端子が設けられ、前記ケーブル側プラグには、前記機器側ソケットに接続されることにより電気的に接地されるプラグハウジングと、前記プラグハウジングの前記機器側ソケットに対向する側の開口を覆うカバープレートとが設けられ、前記カバープレートは、絶縁性を有するプレート本体と、前記検出スイッチの機械式接点として前記接点端子と接触する接点導体とを備え、前記プレート本体および前記接点導体が一体成形されていることを特徴とする。

第２発明に係るコネクタでは、前記接点導体は、前記機器側ソケットに対向するように前記プレート本体内に埋設された埋設部と、前記埋設部に対して折曲し、かつ前記機器側ソケットに向けて前記プレート本体から突出した突出部とでＬ字形状に設けられ、前記突出部には、前記接点端子が接触する接触面が設けられていることを特徴とする。

第３発明に係るコネクタでは、前記カバープレートは、前記プラグハウジングにスクリューによって固定され、前記カバープレートの前記スクリューが挿通される挿通孔には、前記スクリューの頭部が当接する金属製で筒状のカラーが配置されていることを特徴とする。

第４発明に係るコネクタでは、前記パワーケーブルの先端には、導電性を有したピンコンタクトが取り付けられ、前記プラグハウジング内には、前記パワーケーブルの端部が挿入される絶縁性を有した筒状のホルダが設けられ、前記ホルダは、円筒状部分が前記カバープレートに設けられた開口孔に挿通されて保持されているとともに、前記ピンコンタクトが突設される突設孔を備えることを特徴とする。

第５発明に係る建設機械は、第１発明ないし第４発明のいずれかのコネクタと、前記コネクタを介して接続される電気機器およびパワーケーブルとを備えていることを特徴とする。

第１発明および第５発明によれば、接点導体をプレート本体と一体成形するので、部品点数を減らすことができ、コネクタの組立作業を容易にできる。
また、カバープレートのプレート本体が絶縁性を有した材質（例えば、合成樹脂製）であるから、カバープレートをスクリューによりプラグハウジングに固定する場合で、万が一スクリューに腐蝕が生じても、スクリューと接点導体とを離間させることで、その間に存在する絶縁材質のプレート本体にて確実に絶縁距離を確保でき、接点導体がプラグハウジングに短絡するのを防止できて、誤検出を確実に防止できる。

第２発明によれば、接点導体において、接点端子からの接圧を受ける突出部に対して折曲した埋設部を設け、この埋設部をプレート本体内に埋設させるため、大きな接圧が作用しても接点導体がプレート本体から脱落する心配がなく、カバープレートとしての耐久性、および検出スイッチでの信頼性を向上させることができる。

第３発明によれば、カバープレートに設けられたスクリュー挿通用の挿通孔に強度の大きい金属製のカラーを配置するので、スクリューを締め上げた際にその頭部が絶縁材質のプレート本体に食い込んだりせず、カバープレートの損傷を防止でき、より大きな締付トルクにてカバープレートをプラグハウジングに良好に固定できる。

第４発明によれば、導電性を有したピンコンタクトが絶縁性を有したホルダから突設されているうえ、このホルダが同様に絶縁性を有するカバーガイドに保持されているので、ピンコンタクト周りの絶縁性能を確実に確保でき、ケーブル側プラグ全体の絶縁耐力を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る建設機械の外観を示す側面図。前記実施形態の建設機械に用いられる動力源の概略構成を示す模式図。前記実施形態のコネクタを構成するケーブル側プラグを示す斜視図。前記コネクタの構成部品を示す全体斜視図。前記構成部品の断面図であり、図４のV−V線断面図。従来のコネクタを示す図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の建設機械としてのハイブリッドショベル１を示す側面図であり、図２では、その建設機械に用いられる動力源の概略構成が模式的に示されている。
図１において、ハイブリッドショベル１は、クローラ式の下部走行体２と、この上部に旋回自在に設けられた上部旋回体３とを備え、下部走行体２および後述の作業機５を油圧で駆動し、上部旋回体３を電気エネルギにて駆動するハイブリッド車両として構成される。

上部旋回体３には、オペレータが乗り込む箱状のキャブ４および作業機５が設けられている。作業機５は、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃ、およびこれらを駆動する複数の油圧アクチュエータ５Ｄにて構成される。上部旋回体３のエンジンルーム内には、図２に示すように、エンジン６が収容されている。エンジン６の出力軸には、電気機器としての発電電動機７および油圧ポンプ８が直列に接続され、発電電動機７および油圧ポンプ８が共にエンジン６によって駆動される。

発電電動機７で発電された電力は、三相交流用のパワーケーブル１０を介して電気機器としてのインバータ１１に送電される。インバータ１１には別のパワーケーブル１０の一端が接続されており、このパワーケーブル１０の他端が上部旋回体３を駆動するための電気機器としての電動旋回モータ１２に接続されている。また、インバータ１１には、蓄電用のキャパシタ１３が接続されている。発電電動機７で発電された電力は、インバータ１１を通してキャパシタ１３に蓄電され、旋回操作時にキャパシタ１３からインバータ１１を通して電動旋回モータ１２に供給される。

一方、油圧ポンプ８からの圧油は、図示を省略するが、コントロールバルブを介して作業機５を駆動するための油圧アクチュエータ５Ｄや、下部走行体２を駆動するための油圧モータに供給される。なお、このような油圧システムは、従来からある油圧ショベルと同じであるため、ここでの更なる詳細な説明および図示を省略する。

図３には、パワーケーブル１０の端部に取り付けられるケーブル側プラグ２２が示されている。ケーブル側プラグ２２は、図６に示す機器側ソケット２１との対によりコネクタ２０を構成する。機器側ソケット２１は、図６に示す従来のものと同じであり、ここでの説明を省略する。また、ケーブル側プラグ２２についても、図６に示すケーブル側プラグ２２０との相違点について詳細に説明することとし、その他の構成については簡略化して説明する。

図３において、ケーブル側プラグ２２には、パワーケーブル１０の３本のケーブル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが挿通される導電性を有したプラグハウジング４１と、プラグハウジング４１のケーブル挿入側に設けられて当該ケーブル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを挟持するクランプ（図示略）と、プラグハウジング４１の機器側ソケット２１（図６）に対向する側の開口を覆う矩形状のカバープレート４３とが設けられている。カバープレート４３は、４本のスクリュー４４（図３に３本のみを図示）により、プラグハウジング４１の取付部４１Ａに固定されている。

プラグハウジング４１内には、ケーブル１０（ケーブル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）の端部が挿入される絶縁性を有した筒状のホルダ４５が設けられている。ホルダ４５は、円筒状部分がカバープレート４３に設けられた開口孔４３Ａ（図４）に挿通されて保持されているとともに、円筒状部分に一体に設けられた図示しない鍔部がカバープレート４３の裏面に係止される。ホルダ４５内に挿入されるケーブル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの先端には導電性を有したピンコンタクト４６が取り付けられ、ホルダ４５に設けられた突設孔４５Ａから突設されている。

プラグハウジング４１の電気機器側との当接面４１Ｂには、取付部４１Ａの周囲を囲うように矩形環状の溝４１Ｃが設けられ、溝４１Ｃ内にはシールリング４７が嵌め込まれている。ケーブル側プラグ２２が電気機器側の挿抜開口に挿入され、挿抜開口内の機器側ソケット２１に嵌合された際には、プラグハウジング４１の当接面４１Ｂと電気機器側の挿抜開口周りの当接面との間がシールリング４７にてシールされる。ここで、本実施形態でのシールリング４７には、矩形状の各辺を形成する分部の適宜な位置に凸部４７Ａが設けられている。凸部４７Ａが溝４１Ｃ内に押し込められて弾性変形することで、シールリング４７が溝４１Ｃ内に保持され、溝４１Ｃから脱落するのを防止している。

また、以上に説明したプラグハウジング４１は、複数のボルト４８により電気機器側に固定される。このためにプラグハウジング４１には、ボルト４８が挿通される挿通孔４１Ｄが設けられる。挿通孔４１Ｄに挿通されたボルト４８には、ゴム製の係止リング４９が挿入される。係止リング４９が挿通孔４１Ｄ内でボルト４８に挿入され、係止されることにより、ケーブル側プラグ２２が電気機器から外された場合に、プラグハウジング４１からボルト４８が抜け落ちるのを防止している。

以下には、図４、図５に基づき、カバープレート４３について詳細に説明する。図４は、カバープレート４３を示す全体斜視図である。図５は、カバープレート４３の断面図であり、図４のＶ−Ｖ線断面図である。

図４、図５において、カバープレート４３は、絶縁性を有する合成樹脂製のプレート本体５１と、検出スイッチ３０（図６）の機械式接点として接点端子３１，３１と接触する接点導体５２と、スクリュー４４（図３）が挿通される４つの挿通孔４３Ｂ内に配置された金属製で筒状のカラー５３とで構成される。プレート本体５１、接点導体５２、およびカラー５３は、インサートモールド成形により一体成形されている。プレート本体５１全体が絶縁性を有することで、接点導体５２とプラグハウジング４１との間、および接点導体５２とカラー５３（すなわちスクリュー４４）との絶縁状態が保障されている。

プレート本体５１に用いられる合成樹脂としては、本実施形態ではＰＢＴ（polybutylene terephthalate：ポリブチレンテレフタレート）であるが、工業用製品に多用される他の合成樹脂であってもよい。また、プレート本体５１は絶縁性を有していればよいから、その材質としては合成樹脂に限定されず、例えばセラミック等であってもよい。
また、接点導体５２に用いられる金属としては、本実施形態では真鍮（黄銅）であるが、これに限らず、銅やステンレス等であってもよく、導電性および耐蝕性を有する金属であればよい。カラー５３については、本実施形態では同様に真鍮であるが、特に導電性を要求されないため、所定の強度と耐食性を有していればよい。また、接点導体５２、カラー５３として、表面処理によって導電性や耐蝕性が得られるようにしたものであってもよい。

プレート本体５１には、外周に沿った辺縁部分の他、開口孔４３Ａ周り、および挿通孔４３Ｂ周りを除いて多数の凹部５１Ａが設けられ、必要な強度を確保しつつ、樹脂材料量の低減が図られている。３つの開口孔４３Ａは、プレート本体５１の長辺に沿って一列に並設されている。４つの挿通孔４３Ｂのうちの２つは、一方の長辺に沿って配置され、残りの２つが他方の長辺に沿って配置されている。それらの挿通孔４３Ｂは、プレート本体５１の長辺方向において、略１つ分の開口孔４３Ａの大きさだけずれて一方の長辺側と他方の長辺側とに互い違いに位置している。

接点導体５２は、機器側ソケット２１（図６）に対向するようにプレート本体５１内に埋設された埋設部５２１と、埋設部５２１に対して折曲し、かつプレート本体５１から機器側ソケット２１に向けて突出した突出部５２２とでＬ字形状に設けられている。
埋設部５２１は、隣接し合う一対の開口孔４３Ａ間に埋設されている。突出部５２２は、プレート本体５１の一方の長辺側において、両側の挿通孔４３Ｂ間の中央位置から突出している。埋設部５２１を有することにより、プレート本体５１での接点導体５２の保持強度を大きくし、接点端子３１との接触により大きな接圧（約６００Ｎ）が作用しても、プレート本体５１から接点導体５２が外れる心配はない。

埋設部５２１では、近接する開口孔４３Ａの形状に対応させて円弧状の切欠部５２３，５２３が設けられている。つまり、開口孔４３Ａ間の限られた埋設領域を有効に利用できるよう、切欠部５２３，５２３が設けられているのである。
突出部５２２では、図４、図５中の上側の面が接点端子３１，３１の両方に確実に跨って接触する接触面５２４になっている。突出部５２２の基端側は、プレート本体５１の表面から突起した補強部５１１にて覆われており、片持ち状態で接圧を受ける突出部５２２を補強し、湾曲する等の変形が生じないようになっている。

カラー５３は、軸方向の両端がプレート本体５１の表裏面から露出した状態で挿通孔４３Ｂ内に配置されている。カラー５３の軸方向の一端には、スクリュー４４（図３）の頭部が当接するフランジ５３１が設けられている。

カラー５３が設けられていない場合には、スクリュー４４の締付トルクが大きくなると、その頭部が合成樹脂製のプレート本体５１の表面に食い込み、プレート本体５１が損傷しかねない。本実施形態では、スクリュー４４が挿通孔４３Ｂ内のカラー５３に挿通されることで、強度の大きい金属製のカラー５３のフランジ５３１にスクリュー４４の頭部が当接されるから、スクリュー４４を大きなトルクで締め付けてもプレート本体５１が損傷する心配がないうえ、締付トルクをカラー５３に確実に作用させることができ、カバープレート４３のプラグハウジング４１への取付状態を良好にできる。

以上に説明した本実施形態によれば、接点導体５２やカラー５３は、プレート本体５１と一体成形により作製されているので、部品点数を減らすことができ、ケーブル側プラグ２２の組立作業、ひいてはコネクタ２０の組立作業を容易にできる。

また、プレート本体５１全体が絶縁性を有した合成樹脂製であるから、プレート本体５１の表面だけでなく、内部的にも電気的な導通経路が存在しない。このため、スクリュー４４を伝ってカラー５３内に水滴が入り込み、この水滴によってスクリュー４４やカラー５３に腐蝕が生じても、スクリュー４４あるいはカラー５３と接点導体５２とを離間させることで、その間に存在する合成樹脂製のプレート本体５１にて確実に絶縁距離を確保でき、接点導体５２がプラグハウジング４１に短絡するのを防止できて、検出スイッチ３０での誤検出を確実に防止できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、本発明の建設機械として、ハイブリッドショベルを例に挙げて説明したが、建設機械としてはそれに限定されるものではなく、ハイブリッドタイプのホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダ、ダンプトラック等であってもよい。さらに、ハイブリッドタイプの建設機械に限らず、電動式の建設機械に本発明を適用してもよい。

また、本発明のコネクタが搭載される車両としては、建設機械に限定されず、ハイブリッドタイプの自動車や、輸送トラック、あるいはトラクター等の農業車両等であってもよい。このような車両に関しても、ハイブリッドタイプに限らず、電動式であってもよい。

前記実施形態では、パワーケーブル１００が三相交流用であったが、単相直流用のパワーケーブルであっても、本発明を適用できる。

前記実施形態では、カラー５３についても、接点導体５２と同様、プレート本体５１と一体成形されていたが、カラーについてはこれに限らない。すなわち、成形後のプレート本体の挿通孔内に、圧入や接着等によりカラーを取り付けてもよい。

本発明は、ハイブリッドタイプの建設機械の他、ハイブリッドタイプの車両全般にも利用できる。

１…ハイブリッド車両としての建設機械であるハイブリッドショベル、７…電気機器である発電電動機、１０…パワーケーブル、１１…電気機器であるインバータ、１２…電気機器である電動旋回モータ、２０…コネクタ、２１…機器側ソケット、２２…ケーブル側プラグ、３０…検出スイッチ、３１…接点端子、４１…プラグハウジング、４３…カバープレート、４３Ａ…開口孔、４３Ｂ…挿通孔、４４…スクリュー、４５…ホルダ、４５Ａ…突設孔、５１…プレート本体、５２…接点導体、５３…カラー、５２１…埋設部、５２２…突出部、５２４…接触面。

Claims

車両に搭載された電気機器に電力送電用のパワーケーブルを接続するためのコネクタにおいて、
前記電気機器に取り付けられる機器側ソケットと、
前記パワーケーブルに取り付けられて前記機器側ソケットに対して挿抜されるケーブル側プラグと、
前記機器側ソケットおよび前記ケーブル側プラグに設けられた機械式接点により電気的に断続する検出スイッチとを備え、
前記機器側ソケットには、前記検出スイッチの機械式接点としての接点端子が設けられ、
前記ケーブル側プラグには、前記機器側ソケットに接続されることにより電気的に接地されるプラグハウジングと、前記プラグハウジングの前記機器側ソケットに対向する側の開口を覆うカバープレートとが設けられ、
前記カバープレートは、絶縁性を有するプレート本体と、前記検出スイッチの機械式接点として前記接点端子と接触する接点導体とを備え、
前記プレート本体および前記接点導体が一体成形されている
ことを特徴とするコネクタ。
請求項１に記載のコネクタにおいて、
前記接点導体は、前記機器側ソケットに対向するように前記プレート本体内に埋設された埋設部と、前記埋設部に対して折曲し、かつ前記機器側ソケットに向けて前記プレート本体から突出した突出部とでＬ字形状に設けられ、
前記突出部には、前記接点端子が接触する接触面が設けられている
ことを特徴とするコネクタ。
請求項１または請求項２に記載のコネクタにおいて、
前記カバープレートは、前記プラグハウジングにスクリューによって固定され、
前記カバープレートの前記スクリューが挿通される挿通孔には、前記スクリューの頭部が当接する金属製で筒状のカラーが配置されている
ことを特徴とするコネクタ。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のコネクタにおいて、
前記パワーケーブルの先端には、導電性を有したピンコンタクトが取り付けられ、
前記プラグハウジング内には、前記パワーケーブルの端部が挿入される絶縁性を有した筒状のホルダが設けられ、
前記ホルダは、円筒状部分が前記カバープレートに設けられた開口孔に挿通されて保持されているとともに、前記ピンコンタクトが突設される突設孔を備える
ことを特徴とするコネクタ。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコネクタと、
前記コネクタを介して接続される電気機器およびパワーケーブルとを備えている
ことを特徴とする建設機械。