JP2018055994A - ソケットのアーク放電防止構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】アークの方向を偏向させてコンタクトの損傷を防ぐ構成を利用して、火災に至るアーク放電の連続発生を防止するソケットのアーク放電防止構造を提供する。
【解決手段】プラグピンとソケットコンタクトが接離する接離領域にアークの方向を偏向させる磁場を形成する一組の永久磁石の少なくとも一部を、プラグ挿入孔が開口するソケットハウジングの開口面側に臨ませ、プラグの磁性体を吸引してプラグピンをソケットコンタクトと活線接続する接続位置まで付勢する。
【選択図】図2

Description

本発明は、活線接続するプラグピンとソケットコンタクトが接離する瞬間に発生するアーク放電を防止するソケットのアーク放電防止構造に関する。
高電圧、高電流の電力を送電する電力線などの端末に接続するソケットのソケットコンタクトにプラグのプラグピンを活線接続し、プラグに接続する電気機器に電源を供給する際には、プラグピンをソケットコンタクトに接離する瞬間の近接する両者の間に高い電気エネルギーが蓄積され、その間に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プラグピンを、電力線に接続するソケットのソケットコンタクト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、プラグのプラグピンやソケットコンタクトが溶損する等、劣化を早める原因となるので、その発生を抑制したり、アーク放電による影響を減じる種々の方法が従来から提案され、例えば、特許文献1に開示されている方法は、一対のコンタクトの対向方向と直交方向に永久磁石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いでいる。
特開2010−56055号公報
しかしながら特許文献1に示される第1の方法は、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が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。
また、一般にソケットに接続しているプラグが簡単に引き抜かれないように、プラグピンをソケットコンタクトに活線接続する接続位置までソケットのプラグ挿入孔へ挿入すると両者を係合するロック機構が設けられているが、接続位置に達する前のプラグ挿入孔内の中間挿入位置でプラグへの挿抜去力を解くと、ハーフロックの状態やプラグとソケットの静止摩擦力によってプラグピンとソケットコンタクトが近接する位置でプラグが停止し、その結果アーク放電を発生させる状態が長時間が連続してプラグやソケットが加熱され、火災発生の危険があった。
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、アークの方向を偏向させてコンタクトの損傷を防ぐ構成を利用して、火災に至るアーク放電の連続発生を未然に防止するソケットのアーク放電防止構造を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、請求項1に記載のソケットのアーク放電防止構造は、プラグのプラグピンを挿抜自在に案内するプラグ挿入孔が凹設されたソケットハウジングと、ソケットハウジングに取付けられ、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンと活線接続するソケットコンタクトと、プラグピンとソケットコンタクトが接離する接離領域を挟み、一方のS極と他方のN極が対向する向きでソケットハウジングに取付けられる一組の永久磁石とを備え、一組の永久磁石の少なくとも一部は、プラグ挿入孔が開口するソケットハウジングの開口面側に配置され、プラグの磁性体を吸引して、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンをソケットコンタクトと活線接続する接続位置まで付勢することを特徴とする。
プラグピンとソケットコンタクトが接離する接離領域では、両者がプラグピンの挿抜方向で近接してその間にアーク放電が発生しやすいが、近接する方向に直交する方向に一組の永久磁石による磁場が形成されるので、アークの方向が磁場で偏向される。
プラグピンとソケットコンタクトが接触せずに近接するプラグピンの中間挿入位置で、プラグの磁性体が一組の永久磁石の少なくとも一部に吸引され、プラグピンがソケットコンタクトと活線接続する接続位置まで付勢されるので、アーク放電が発生する位置で停止しない。
請求項2に記載のソケットのアーク放電防止構造は、一組の永久磁石が、それぞれプラグピンの挿抜方向を長手方向とする縦長で、一端が開口面側に、他端が挿抜方向に直交する接離領域の側方に配置されることを特徴とする。
一組の永久磁石が、プラグピンの挿抜方向を長手方向とする縦長で、他端が挿抜方向に直交する接離領域の側方に配置されるので、アーク放電が発生する接離領域でアークの方向と直交する方向に最も強い磁場が発生する。
請求項3に記載のソケットのアーク放電防止構造は、プラグの磁性体を吸引する吸引力は、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンとソケットコンタクトが近接するプラグピンの中間挿入位置で、プラグとソケット間に生じる最大静止摩擦力より大きいことを特徴とする。
プラグピンとソケットコンタクトが接触せずに近接するプラグピンの中間挿入位置で、プラグとソケット間の静止摩擦力に磁石による吸着力が上回るので、プラグピンが静止することがない。
請求項4に記載のソケットのアーク放電防止構造は、プラグの磁性体は、永久磁石であり、ソケットハウジングの開口面に対向する側の磁極は、プラグピンが対応するソケットコンタクトに向かってプラグ挿入孔に挿入されるプラグの正規接続姿勢で、ソケット側の永久磁石と吸着する磁極であることを特徴とする。
正規接続姿勢以外の姿勢でプラグピンをプラグ挿入孔へ挿入すると、開口面で対向するプラグとソケットの永久磁石の磁極が同一となり、対向する永久磁石間に斤力が発生する。
請求項1の発明によれば、アークの方向が磁場で偏向され、プラグピンやソケットコンタクトの損傷が防止される。
また、アークの方向を偏向させる一組の永久磁石を利用して、プラグピンをアーク放電が発生しやすい中間挿入位置で停止させないので、その為の別の構成を設けることなく、アーク放電が連続して発生することによる火災の発生を未然に防止できる。
請求項2の発明によれば、プラグピンを接続位置まで吸引する永久磁石で、アーク放電が発生する接離領域に最大の磁場を発生させることができ、効果的にアークを偏向させることができる。
請求項3の発明によれば、プラグピンとソケットコンタクトが近接する中間挿入位置でプラグピンが静止せず、アーク放電が連続して発生する状態を確実に防止できる。
請求項4の発明によれば、誤接続姿勢でプラグピンをプラグ挿入孔へ挿入しようとすると、開口面で対向するプラグとソケット間に対向する永久磁石による挿入方向と逆方向の斤力が発生するので、正規接続姿勢でのみプラグピンをプラグ挿入孔へ挿入できる。
本発明の一実施の形態に係るソケットのアーク放電防止構造1のソケット10と、ソケット10に接続する前のプラグ20を示す横断面図である。 プラグ20の+側プラグピン21をソケット10の+側ソケットコンタクト11に近接する中間挿入位置まで挿入した状態を示す横断面図である。 プラグ20の+側プラグピン21をソケット10の+側ソケットコンタクト11に活線接続する接続位置まで挿入した状態を示す横断面図である。 ソケット10に対して誤接続姿勢で一対のプラグピン21、22を一対のプラグ挿入孔13、14へ挿入しようとするプラグ20を示す横断面図である。
以下、本発明の第1実施の形態に係るソケットのアーク放電防止構造1を、図1乃至図4を用いて説明する。ソケットのアーク放電防止構造1は、ソケット10の一対のソケットコンタクト11、12に対応するプラグ20の一対のプラグピン21、22が活線接続する構造であり、本明細書では、各図の図示する方向に合わせて、プラグ20をソケット10のプラグ挿入孔13、14へ挿入する挿入方向を下方と、プラグ挿入孔13、14から引き抜く抜去方向を上方と、図示の左右方向を左右方向として各部を説明する。
ソケット10は、上面15aからプラグ20の一対のプラグピン21、22を挿抜する一対の+側プラグ挿入孔13と−側プラグ挿入孔14が凹設された絶縁性のソケットハウジング15と、ソケットハウジング15に取付けられた一対の+側ソケットコンタクト11及び−側ソケットコンタクト12と、上面15aに上端が露出してソケットハウジング15に埋設されている一対の+側永久磁石2及び−側永久磁石3とを備えている。
+側ソケットコンタクト11は、燐青銅、黄銅等の銅合金の金属板をプレス加工して細長帯状に形成され、ソケットハウジング15に鉛直方向に固着され、下端がソケットハウジング15の下面から下方に突出する脚部11aと、脚部11aの上端から左向きにU字状に屈曲し、自由端が+側プラグ挿入孔13の内奥の下部に突出する接触部11bとからなっている。+側ソケットコンタクト11の接触部11bが突出する+側プラグ挿入孔13内の突出位置は、+側プラグ挿入孔13に挿入される+側プラグピン21が接触部11bに当接してから、プラグ20側のプラグハウジング23の下面23aと対向する上面15aとが当接する接続位置まで所定の接触ストロークδ1で+側ソケットコンタクト11に弾性接触する位置に設定される。
−側ソケットコンタクト12も燐青銅、黄銅等の銅合金の金属板をプレス加工して細長帯状に形成され、−側プラグ挿入孔14の側方に沿ってソケットハウジング15に鉛直方向に固着され、下端がソケットハウジング15の下面から下方に突出する脚部12aと、脚部12aの上方で下向きU字状に折り返され、自由端が−側プラグ挿入孔14の内側面の中間位置から突出する接触部12bとからなっている。
+側ソケットコンタクト11の脚部11aと−側ソケットコンタクト12の脚部12aは、ソケット10が実装される回路基板31の電源パターンに半田付けされ、それぞれ図示しない直流電源電力線を介して、例えば48V、2Aの96Wの直流電力を出力する直流電源の高圧側と低圧側に接続している。
一対の+側永久磁石2及び−側永久磁石3は、縦長のロッド状であり、図示するように、一方の+側永久磁石2は、+側プラグ挿入孔13の左側のソケットハウジング15に鉛直方向に埋設され、上面15aに露出する上端部はここではS極と、接触部11bの左側まで埋設された下端部はN極となっている。また、他方の−側永久磁石3は、一対の+側プラグ挿入孔13及び−側プラグ挿入孔14を挟んで、+側永久磁石2と対称位置となる−側プラグ挿入孔14の右側のソケットハウジング15に鉛直方向に埋設され、+側永久磁石2との間に水平方向の磁場が形成されるように、上面15aに露出する上端部はN極と、接触部11bの深さまで埋設された下端部はS極となっている。従って、+側プラグピン21が+側ソケットコンタクト11の接触部11bに近接する接離領域には、+側永久磁石2の下端部のN極から−側永久磁石3の下端部のS極に向かう磁力線による磁場が常時生じている。
ソケット10に接続するプラグ20は、絶縁性のプラグハウジング23と、プラグハウジング23に取付けられた一対の+側プラグピン21及び−側プラグピン22と、プラグハウジング23の下面23aに下端が露出してプラグハウジング23に鉛直方向に埋設されている一対の+側永久磁石4及び−側永久磁石5とを備えている。
プラグハウジング23に取付けられた一対の+側プラグピン21と−側プラグピン22は、それぞれプラグハウジング23の下面23aからソケット10側の一対の+側プラグ挿入孔13と−側プラグ挿入孔14に向かって下方に突出するようにプラグハウジング23に一体に固定され、各上端がプラグハウジング23内で図示しない電源ケーブルの端末に接続することにより、+側プラグピン21は、直流電源電力線の電源で動作する電気機器の高圧側電源端子に、−側プラグピン22は低圧側電源端子に接続している。
プラグハウジング23の下面23aから突出する一対の+側プラグピン21と−側プラグピン22の突出長さは同一で、その突出長さは、+側プラグピン21を対応するソケット10の+側プラグ挿入孔13へ挿入し、その下端が+側プラグ挿入孔13内に臨む+側ソケットコンタクト11の接触部11bに接触する挿入位置で、プラグハウジング23の下面23aとソケットハウジング15の上面15aとの間隔が上記接触ストロークδ1に等しくなる長さとなっている。これにより、一対のプラグピン21、22を一対のプラグ挿入孔13、14へ挿入する過程では、−側プラグピン22が−側ソケットコンタクト12の接触部12bに摺動接触した後、+側プラグピン21が+側ソケットコンタクト11の接触部11bに接触し、更に、接触ストロークδ1で挿入してプラグ20の下面23aがソケット10の上面15aに当接する+側プラグピン21の接続位置で、+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11とが活線接続する。
一対の+側永久磁石4と−側永久磁石5は、一対のプラグピン21、22を挟んで、左右の対称位置にそれぞれの下端部がプラグハウジング23の下面23aに露出して埋設されている。従って、一対のプラグピン21、22を対応する一対のプラグ挿入孔13、14へ挿入すると、プラグハウジング23の下面23aに露出する一対の永久磁石4、5の下端部が、対向するソケットハウジング15の上面15aに露出する一対の永久磁石2、3の上端部に対向する。
このうち、+側プラグピン21の左側に埋設された+側永久磁石4の下端部はN極と、−側プラグピン22の右側に埋設された−側永久磁石5の下端部はS極となっているので、+側プラグピン21を+側ソケットコンタクト11が臨む+側プラグ挿入孔13へ、−側プラグピン22を−側ソケットコンタクト12が臨む−側プラグ挿入孔14へそれぞれ挿入する図1乃至図3に示すプラグ20の正規接続姿勢では、対向する+側永久磁石2と+側永久磁石4及び対向する−側永久磁石3と−側永久磁石5の磁極が異なり、一対のプラグピン21、22を対応する一対のプラグ挿入孔13、14へ挿入する挿入方向の吸引力が働く。
一方、+側プラグピン21を−側ソケットコンタクト12が臨む−側プラグ挿入孔14へ、−側プラグピン22を+側ソケットコンタクト11が臨む+側プラグ挿入孔13へそれぞれ挿入しようとする図4に示すプラグ20の誤接続姿勢では、対向する+側永久磁石2と−側永久磁石5及び対向する−側永久磁石3と+側永久磁石4の磁極が同一となり、一対のプラグピン21、22を挿入しようとする一対のプラグ挿入孔13、14から排出する抜去方向の斤力が働く。その結果、一対のプラグピン21、22を誤って極性の異なるソケットコンタクト11、12へ接触させることがない。
以下、正規接続姿勢のプラグ20のプラグピン21、22をソケット10のプラグ挿入孔13、14へ挿抜する挿抜過程中の作用について説明する。図1に示すプラグ20の正規接続姿勢で+側プラグピン21を+側プラグ挿入孔13へ、−側プラグピン22を−側プラグ挿入孔14へそれぞれ挿入すると、始めに、−側プラグ挿入孔14の中間位置に接触部12bを臨ませた−側ソケットコンタクト12と−側プラグピン22が接触し、その後、−側プラグピン22の挿入にともなって−側ソケットコンタクト12の接触部12bが摺動接触する。
図2に示すプラグ20の下面23aとソケット10の上面15a間の間隔が上記接触ストロークδ1よりわずかに長い間隔δ2まで、プラグピン21、22を挿入した中間挿入位置では、+側プラグピン21が+側ソケットコンタクト11の接触部11bに近接する接離領域に達する。ここで近接する+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11の接触部11b間の電位差をV、近接する両者の絶縁間隔を隔てて両者に流れる電流をIとして、両者の間に蓄積される電気エネルギーE(E=∫V・Idt)が一定の境界値を超えると、その間にアーク放電が発生する。アーク放電が発生する境界条件は、+側プラグピン21や接触部11bの材質、形状、周囲の環境、絶縁間隔によって異なるが、例えば、電位差Vが25V、電流Iが2Aを超える場合にアーク放電が発生すると考えられている。
本実施の形態では、+側ソケットコンタクト11と−側ソケットコンタクト12の間に48V、2Aの96Wの直流電力を出力する直流電源が接続し、この+側プラグピン21の中間挿入位置では、−側プラグピン22が−側ソケットコンタクト12に接続し、+側プラグピン21の電位は−側ソケットコンタクト12の電位にほぼ等しいので、+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11間の電位も48Vと考えられ、+側プラグピン21が+側ソケットコンタクト11の接触部11bに近接する接離領域に達すると、両者の間に蓄積される電気エネルギーEが上記アーク放電を発生させる電気エネルギーEを越えてアーク放電が発生する。
しかしながら、この+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11の接触部11bが近接する接離領域には、+側永久磁石2の下端部のN極から−側永久磁石3の下端部のS極に向かう磁力線による磁場が、+側プラグピン21と接触部11b間の方向(アーク放電の発生方向)に対して直交する方向に生じているので、アークの方向が直交方向に偏向され、アーク放電による+側プラグピン21や+側ソケットコンタクト11の損傷が減じられ、アーク放電経路も長くなるのでアーク放電の発生自体も抑制される。
また、プラグ20の下面23aとソケット10の上面15a間の間隔が図2に示す間隔δ2以下となった場合には、プラグハウジング23とソケットハウジング15の間や−側プラグピン22と−側ソケットコンタクト12の接触部12b間の接触によるプラグ20とソケット10間の静止摩擦力より、+側永久磁石2と+側永久磁石4及び−側永久磁石3と−側永久磁石5間の磁力による吸引力が勝り、図2に示す中間挿入位置でプラグ20への挿入力を解いても、+側プラグピン21はアーク放電が発生しやすい中間挿入位置で静止することなく、プラグ20の下面23aとソケット10の上面15aが当接する接続位置まで付勢される。
上述の通り、アーク放電の発生は、+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11の接触部11b間の絶縁間隔に依存するので、アーク放電が発生し始める絶縁間隔の境界値で、少なくともプラグ20とソケット10間の静止摩擦力に永久磁石2、3による吸引力が勝るように、対向する永久磁石4、5との距離や磁力を調整するのが好ましい。
+側プラグピン21の中間挿入位置から更に+側プラグ挿入孔13内に挿入し、+側ソケットコンタクト11の接触部11bに接触した後、δ1の接触ストロークまで下方へ挿入すると、図3に示すように、プラグ20の下面23aとソケット10の上面15aが当接し、+側プラグピン21は接続位置に達する。この接続位置で、−側プラグピン22と−側ソケットコンタクト12が接続しているので、+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11の接触部11bは所定の接触圧で弾性接触し、活線接続する。その結果、ソケット10に接続する直流電源から48V、2Aの96Wの直流電力がプラグ20に接続する電気機器へ供給される。
フラグ20をソケット10から引き抜く際には、図3に示す+側プラグピン21の接続位置からプラグ20を上方へ引き抜き、上記挿入順と逆に、+側プラグピン21と+側ソケットコンタクト11及び−側プラグピン22と−側ソケットコンタクト12間の接続が解かれる。プラグ20を引き抜く過程においても、+側プラグピン21が+側ソケットコンタクト11の接触部11bが近接する接離領域に入り、アーク放電が発生する恐れがあるが、挿入過程と同様に、直交方向に+側永久磁石2の下端部から−側永久磁石3の下端部に向かう磁力線による磁場が生じているので、アークの方向が偏向され、アーク放電による+側プラグピン21や+側ソケットコンタクト11の損傷が減じられ、若しくはアーク放電の発生自体が抑制される。
また、+側プラグピン21の中間挿入位置でプラグ20の抜去力を解いても、+側永久磁石2と+側永久磁石4及び−側永久磁石3と−側永久磁石5間の磁力による吸引力が、プラグ20とソケット10間の静止摩擦力に勝るので、+側プラグピン21は+側ソケットコンタクト11の接触部11bが弾性接触する接続位置まで戻される。従って、+側プラグピン21は、+側ソケットコンタクト11の接触部11bとアーク放電が発生しやすい中間挿入位置で停止しない。
上述の実施の形態では、プラグ20にも永久磁石4、5を設けたが、ソケット10に取付ける永久磁石2、3でプラグ20を挿入方向に吸引できれば、プラグ20側には永久磁石2、3で磁化される鉄板などの磁性体を取付けてもよい。
また、プラグ20に取付けられる+側永久磁石2及び−側永久磁石3の上部とソケット10に取付けられる+側永久磁石4及び−側永久磁石5の下部を、対向面となるソケットハウジング15の上面15aとプラグハウジング23の下面23aに露出させているが、プラグ20とソケット10間を磁力で吸引できれば、全て若しくはいずれかの一部がカバーや被膜で覆われるものであってもよい。
また、+側ソケットコンタクト11の接触部11bは、上方から+側プラグピン21が当接して弾性接触する構成で説明したが、−側ソケットコンタクト12の接触部12bと同様に、接触部11bが+側プラグ挿入孔13の側方から+側プラグ挿入孔13内に突出し、+側プラグピン21に摺動接触する形状であってもよい。
本発明は、アーク放電が発生する恐れのあるプラグピンとソケットコンタクト間が活線接続するソケットのアーク放電防止構造に適している。
1 ソケットのアーク放電防止構造
2 +側永久磁石
3 −側永久磁石
10 ソケット
11 +側ソケットコンタクト
11b 接触部
12 −側ソケットコンタクト
12b 接触部
13 +側プラグ挿入孔
14 −側プラグ挿入孔
15 ソケットハウジング
20 プラグ
21 +側プラグピン
22 −側プラグピン

Claims (4)

  1. プラグのプラグピンを挿抜自在に案内するプラグ挿入孔が凹設されたソケットハウジングと、
    ソケットハウジングに取付けられ、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンと活線接続するソケットコンタクトと、
    プラグピンとソケットコンタクトが接離する接離領域を挟み、一方のS極と他方のN極が対向する向きでソケットハウジングに取付けられる一組の永久磁石とを備え、
    前記一組の永久磁石の少なくとも一部は、プラグ挿入孔が開口するソケットハウジングの開口面側に配置され、プラグの磁性体を吸引して、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンをソケットコンタクトと活線接続する接続位置まで付勢することを特徴とするソケットのアーク放電防止構造。
  2. 一組の永久磁石は、それぞれプラグピンの挿抜方向を長手方向とする縦長で、一端が前記開口面側に、他端が前記挿抜方向に直交する前記接離領域の側方に配置されることを特徴とする請求項1に記載のソケットのアーク放電防止構造。
  3. プラグの磁性体を吸引する吸引力は、プラグ挿入孔に挿入されるプラグピンとソケットコンタクトが近接するプラグピンの中間挿入位置で、プラグとソケット間に生じる最大静止摩擦力より大きいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のソケットのアーク放電防止構造。
  4. プラグの磁性体は、永久磁石であり、前記ソケットハウジングの開口面に対向する側の磁極は、プラグピンが対応するソケットコンタクトに向かってプラグ挿入孔に挿入されるプラグの正規接続姿勢で、ソケット側の永久磁石と吸着する磁極であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソケットのアーク放電防止構造。
JP2016191813A 2016-09-29 2016-09-29 ソケットのアーク放電防止構造 Pending JP2018055994A (ja)

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