JP2018063760A

JP2018063760A - 直流配電用接続装置

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Publication number: JP2018063760A
Application number: JP2016199792A
Authority: JP
Inventors: 江尻　孝一郎; Koichiro Ejiri; 孝一郎江尻; 晴彦近藤; Haruhiko Kondo
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: US20180103530A1; CN107919576A; JP6418219B2; US10390416B2

Abstract

【課題】プラグとソケット間に異物が介在しても、プラグピンがソケットコンタクトに近接する位置で停止することがなく、確実にアーク放電の連続発生を防止する直流配電用接続装置を提供する。
【解決手段】プラグ２０を挿入方向へ付勢する磁界発生手段による磁力Ｆｍと抜去方向へ付勢するバネ機構９の弾力Ｆｓを、プラグピン２１，２２がソケットコンタクト１１，１２に接離する中間挿入位置に達するまで弾力Ｆｓが磁力Ｆｍより大きく、プラグピンとソケットコンタクトが活線接続する完全挿入位置まで挿入された位置で、磁力Ｆｍが弾力Ｆｓより大きくなるように、それぞれの比例定数を調整し、アーク放電が発生する恐れのある中間挿入位置の近傍にあるプラグピンを弾力Ｆｓで排出させる。
【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直流配電用接続装置に関する。

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場合に、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は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を挿抜する過程でソケットコンタクトと接離する瞬間に発生しやすく、このような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への挿抜操作力を解くと、アーク放電が連続して発生し、プラグやソケットが加熱されて火災発生の危険が生じる。

特許文献１に記載の直流配電用接続装置は、プラグの挿抜方向で対向するプラグとソケットの対抗面にそれぞれ一組の磁石と磁石で吸引される磁性板を臨ませ、プラグピンがソケットコンタクトに活線接続するプラグとソケットの接続位置で両者間を吸着している。この従来の直流配電用接続装置によれば、プラグピンがソケットコンタクトに近接するプラグピンの中間挿入位置で挿抜操作力を解いても、磁石が磁性板を吸引する磁力によってプラグがソケット側に吸引され、アーク放電が連続して発生するような位置にプラグピンが停止しない。

特許第３３３５０２６号公報

しかしながら特許文献１の直流配電用接続装置は、プラグとソケットが接続している間に、予期せずにプラグに接続するケーブルが引っ張られた場合に、ケーブルが断線する前に磁力で吸着されているプラグをソケットから切り離し、ケーブルの断線を防ぐもので、その目的のために一組の磁石と磁性板でプラグとソケット間を吸引するものであり、磁性板を吸引する磁石の磁力は、ケーブルを断線させる張力に比べて充分小さい値となるように設定されている。そのため、プラグピンがソケットコンタクトに接離するプラグピンの中間挿入位置では、必ずしも磁石の磁力でプラグを排出するまでの力は得られず、挿抜操作力を解くとアーク放電が発生する恐れのある中間挿入位置の近傍で停止する恐れがあり、この問題を本質的に改善するものではない。

また、図５に示すように、磁力でプラグとソケット間を吸着する直流配電用接続装置１００では、ゴミなどの異物１０１が挿抜方向で対向するプラグ１０２とソケット１０５の対向面間に介在していると、二組の磁石１０３、１０４の吸引力で異物１０１が挟まれ、プラグ１０２のプラグピン１０２ａがソケット１０５のソケットコンタクト１０５ａに近接する位置で停止し、挿抜操作力を解かなくてもアーク放電が連続して発生する危険が生じる。

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、プラグとソケット間に異物が介在しても、プラグピンがソケットコンタクトに近接する位置で停止することがなく、確実にアーク放電の連続発生を防止する直流配電用接続装置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に記載の直流配電用接続装置は、直流負荷に接続するプラグピンを有するプラグと、プラグピンを挿抜自在に案内するプラグ挿入孔に、直流電源に接続するソケットコンタクトを臨ませたソケットとからなり、ソケットコンタクトが接離するプラグピンの中間挿入位置と、中間挿入位置から挿入方向にプラグピンを挿入させた完全挿入位置との間で、プラグピンとソケットコンタクトが接触し、完全挿入位置でプラグピンをソケットコンタクトに活線接続させる直流配電用接続装置であって、プラグピンの挿抜方向でプラグとソケット間に形成され、磁力によってプラグをプラグピンの挿入方向に吸引する磁界発生手段と、プラグの挿抜方向でプラグとソケット間に配置され、プラグとソケット間で圧縮される弾力によってプラグをプラグピンの抜去方向に付勢するバネ機構とを備え、磁界発生手段による磁力とバネ機構の弾力を、プラグピンの中間挿入位置で弾力が磁力より大きく、完全挿入位置で磁力が弾力より大きくなるように調整することを特徴とする。

プラグピンがソケットコンタントに接離する中間挿入位置より抜去方向に位置する場合には、プラグを抜去方向に付勢するバネ機構の弾力が、磁界発生手段による磁力より大きいので、プラグとソケット間に異物が介在してもプラグへの挿入操作力を解けばプラグピンは抜去方向に引き出され、ソケットコンタントに近接する位置で停止しない。

プラグピンは、中間挿入位置と完全挿入位置間の挿抜方向のストロークでソケットコンタクトに接触し、この間にバネ機構による抜去方向の弾力と磁界発生手段による挿入方向の磁力が等しくなり、プラグへの挿抜操作力を解けばプラグピンは静止するが、プラグピンとソケットコンタントは接触しているのでアーク放電が発生しない。

プラグピンの完全挿入位置では、プラグを挿入方向に吸引する磁界発生手段の磁力が、バネ機構による弾力より大きいので、プラグピンとソケットコンタクトが活線接続する状態でプラグはソケットから容易に抜け出ない。

請求項２に記載の直流配電用接続装置は、磁界発生手段が、プラグとソケットの一方と他方に、それぞれプラグピンの挿抜方向で対向するプラグとソケットの対抗面側に配置される一組の永久磁石と磁性体とで構成され、挿入方向にプラグピンを挿入させて、プラグとソケットが当接するプラグピンの挿入位置を完全挿入位置とすることを特徴とする。

一組の永久磁石と磁性体がそれぞれプラグとソケットの対抗面側に配置されるので、プラグピンが完全挿入位置である場合に、一組の永久磁石と磁性体間が最も接近し、プラグピンを挿入方向に吸引する吸引力が最大となる。

請求項３に記載の直流配電用接続装置は、ソケットコンタクトが、中間挿入位置から完全挿入位置へ挿入されるプラグピンによって挿入方向に撓む板バネコンタクトであり、磁界発生手段による磁力とバネ機構の弾力を、完全挿入位置で磁力がバネ機構と板バネコンタクトによる抜去方向の弾力の合力より大きくなるように調整することを特徴とする。

プラグピンの完全挿入位置では、プラグを挿入方向に吸引する磁界発生手段の磁力が、バネ機構とソケットコンタクトの抜去方向の弾力の合力より大きいので、プラグピンとソケットコンタクトが活線接続する状態でプラグはソケットから容易に抜け出ない。

請求項４に記載の直流配電用接続装置は、磁界発生手段が、ソケットのプラグ挿入孔の両側に配置される一対のソケット側永久磁石と、プラグピンの挿抜方向で一対のソケット側永久磁石にそれぞれ対向するプラグの対向位置に配置される一対のプラグ側磁性体とで構成され、一対のソケット側永久磁石は、それぞれプラグ挿入孔のソケットコンタクトが臨む領域に一対の永久磁石間で磁場を形成する極性に分極されることを特徴とする。

プラグ挿入孔のソケットコンタクトが臨む領域では、プラグピンの挿抜方向でプラグピンとソケットコンタクトが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対のソケット側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。

請求項５に記載の直流配電用接続装置は、一対のプラグ側磁性体が、それぞれ、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、プラグピンの挿抜方向で対向するソケット側永久磁石の磁極と異なる磁極に分極されるプラグ側永久磁石であることを特徴とする。

正規接続姿勢で、プラグピンをプラグ挿入孔へ挿入すると、対向面側で対向する一組の永久磁石の磁極が異なるので、プラグにプラグピンを挿入方向へ吸引する吸引力が作用する。一方、正規接続姿勢以外の誤接続姿勢でプラグピンをプラグ挿入孔へ挿入すると、対向面側で対向する一組の永久磁石の磁極が同一となり、プラグのプラグピンを抜去方向へ付勢する斤力が発生する。

請求項１の発明によれば、異物がプラグとソケットの間に介在しても、プラグピンはソケットコンタクトに近接する挿入位置で停止しないので、アーク放電の連続発生を確実に防止できる。

また、プラグピンは、中間挿入位置と完全挿入位置間の接触ストロークでソケットコンタクトに接触するので、相互を確実に接触させることができ、更に、プラグピンの完全挿入位置で挿入方向の移動を規制するストッパー手段を設けるだけで、必ずしもロック機構を設けずに、プラグピンをソケットコンタクトに活線接続させる完全挿入位置で位置決めできる。

また、プラグピンに接続するケーブルにプラグピンを引き抜く不測の張力が発生しても、ケーブルが断線する前に磁力によりソケットに吸引されたプラグが引き抜かれる。

請求項２の発明によれば、プラグピンとソケットコンタクトが活線接続するプラグピンの完全挿入位置でプラグとソケット間の吸引力を最大となり、接続中のプラグがソケットから簡単に引き抜かれない。

請求項３の発明によれば、ソケットコンタクトがプラグピンの挿入に伴って抜去方向の弾力が増加する板バネコンタクトであっても、完全挿入位置で、磁界発生手段による磁力でプラグとソケット間を吸引し、プラグとソケットの接続を保持できる。

請求項４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。

請求項５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、プラグピンの挿抜方向で対向するプラグ側永久磁石とソケット側永久磁石の磁極が同一となり、プラグにプラグピンの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直流配電用接続装置１のソケット１０と、ソケット１０に接続する前のプラグ２０を示す縦断面図である。プラグ２０の＋側プラグピン２１がソケット１０の＋側ソケットコンタクト１１に接触する中間挿入位置にある状態を示す縦断面図である。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に活線接続する完全挿入位置まで挿入した状態を示す縦断面図である。＋側プラグピン２１の挿入位置ｘとプラグ２０に加わる抜去方向の力Ｆとの関係を示すグラフである。プラグ１０２とソケット１０５の間に異物１０１が介在している従来の直流配電用接続装置１００の縦断面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る直流配電用接続装置１を、図１乃至図４を用いて説明する。直流配電用接続装置１は、直流電源に接続するソケット１０の一対のソケットコンタクト１１、１２に、電源ケーブルを介して電気機器に接続するプラグ２０の一対のプラグピン２１、２２を活線接続し、直流電源を電気機器に配電する接続装置であり、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、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が上面１５ａから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ソケット側第１永久磁石２及びソケット側第２永久磁石３と、上面１５ａに開口する一対のめくら穴１６、１７からそれぞれ上方に突出し、それぞれバネ機構を構成する一対の第１コイルスプリング６及び第２コイルスプリング７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、脚部１１ａと接触部１１ｂとが細長帯状に連続して一体に形成されている。脚部１１ａは、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している。また、接触部１１ｂは、脚部１１ａの上端から図中左向きに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している。＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂが外力を受けない自由状態で＋側プラグ挿入孔１３内に突出する突出位置は、＋側プラグピン２１が接離する＋側プラグピン２１の中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）と、プラグ２０とソケット１０の対向面（下面２３ａと上面１５ａ）間が当接する＋側プラグピン２１の完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）の間で、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１が接触ストローク（ｘ_２−ｘ_１）で弾性接触する位置となっている。

−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の上端で下方にＵ字状に折り返され、自由端が−側プラグ挿入孔１４の中間位置の内側面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。

一対のソケット側第１永久磁石２及びソケット側第２永久磁石３は、縦長のロッド状であり、図示するように、一方のソケット側第１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、他方のソケット側第２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、ソケット側第１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、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の中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）で、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１が接離する領域には、ソケット側第１永久磁石２の下端部のＮ極からソケット側第２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。

ソケットハウジング１５に下端が固定して取付けられる一対の第１コイルスプリング６及び第２コイルスプリング７は、ここでは同一材料で同一形状に形成され、従って、両者のバネ定数は、同一のｋｓ_１／２となっている。第１コイルスプリング６及び第２コイルスプリング７が外力を受けない自由状態でソケットハウジング１５の上面１５ａから突出する長さは、図１に示すように、ｘ_２であり、＋側プラグピン２１の下端と＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂとの間隔は、ｘ_１となっている。

従って、プラグ２０の下面２３ａが第１コイルスプリング６と第２コイルスプリング７の上端に当接する図１に示す＋側プラグピン２１の初期挿入位置（ｘ＝０）から図２に示す中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）まで、プラグ２０には、第１コイルスプリング６と第２コイルスプリング７が圧縮されることによる上方に向かう抜去方向の弾力Ｆｓ（Ｆｓ＝ｋｓ_１・ｘ）が作用し、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１が接離する中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）で、抜去方向の弾力Ｆｓはｋｓ_１・ｘ_１となる。また、＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂのバネ定数をｋｓ_２とすると、＋側プラグピン２１が更に挿入される中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）と完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）の間で、＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂが下方に撓むことによる弾力ｋｓ_２・ｘが更に加わり（以下、弾性変形することによってプラグ２０を抜去方向に付勢する第１コイルスプリング６、第２コイルスプリング７、＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂ等を総称してバネ機構９という）、プラグ２０には、上方に向かう抜去方向の弾力Ｆｓ（Ｆｓ＝（ｋｓ_１＋ｋｓ_２）・ｘ）が作用し、＋側プラグピン２１の完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）で、抜去方向の弾力Ｆｓはｋｓ_１・ｘ_２＋ｋｓ_２・（ｘ_２−ｘ_１）となる。

一方、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プラグ側第１永久磁石４及びプラグ側第２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、電源ケーブルを介して直流電源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、上述のように、＋側プラグピン２１が＋側ソケットコンタクト１１に接触する中間挿入位置で、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との間隔が接触ストローク（ｘ_２−ｘ_１）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、−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が中間挿入位置からプラグ２０の下面２３ａがソケット１０の上面１５ａに当接する完全挿入位置まで、接触ストローク（ｘ_２−ｘ_１）の長さで＋側ソケットコンタクト１１に弾性接触し、完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）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。

一対のプラグ側第１永久磁石４とプラグ側第２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の上端部にそれぞれ対向する。

このうち、＋側プラグピン２１の左側に埋設されたプラグ側第１永久磁石４の下端部をＮ極と、−側プラグピン２２の右側に埋設されたプラグ側第２永久磁石５の下端部をＳ極とするので、＋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、対向するソケット側第１永久磁石２とプラグ側第１永久磁石４及び対向するソケット側第２永久磁石３とプラグ側第２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。

プラグピン２１、２２の挿抜方向で対向する一対のソケット側第１永久磁石２及びプラグ側第１永久磁石４と一対のソケット側第２永久磁石３及びプラグ側第２永久磁石５（以下、磁界発生手段８という）によるプラグ２０に下方に作用する吸引力Ｆｍは、クーロンの法則によればその間の距離（ｘ_２−ｘ）の二乗に反比例し、比例定数をｋｍとすれば、Ｆｍ＝ｋｍ／（ｘ_２−ｘ）^２で表されるが、プラグ２０の下面２３ａがソケット１０の上面１５ａに当接して磁石間が吸着する完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）では、磁界発生手段８の磁石間の磁束密度に限界があるので吸着力Ｆｍは、無限大とならずに、図４に示すように、一定の上限値Ｆｍ（ｍａｘ）となる（図４では、プラグ２０に上方に作用する抜去方向のバネ機構９による弾力Ｆｓと比較するために、磁界発生手段８による吸着力を−Ｆｍで表す）。

ここで、図４に示すように、＋側プラグピン２１の挿入距離ｘに応じて、バネ機構９による弾力Ｆｓはリニアに上昇するのに対して、磁界発生手段８による吸着力Ｆｍは、（ｘ_２−ｘ）の二乗に反比例して絶対値が上昇し、バネ機構９の比例定数ｋｓ_１、ｋｓ_２と磁界発生手段８の比例定数ｋｍは、それぞれコイルスプリング６、７、接触部１１ｂの形状や弾性材料、磁石を磁化する大きさ、磁石の数等で任意の値に調整可能可能であるので、図４に示すように、＋側プラグピン２１の中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）と完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）の間で、挿入方向の吸着力Ｆｍと抜去方向の弾力Ｆｓの大きさを一致させることができる。

すなわち、＋側プラグピン２１が＋側ソケットコンタクト１１に接離する中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）に達するまでは、抜去方向の弾力Ｆｓが挿入方向の吸着力Ｆｍより大きく、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１が活線接続する完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）では、挿入方向の吸着力Ｆｍが抜去方向の弾力Ｆｓより大きくなるように、バネ機構９の比例定数ｋｓ_１、ｋｓ_２や磁界発生手段８の比例定数ｋｍを調整する。

尚、＋側プラグピン２１がアーク放電が発生する恐れのある中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）の近傍に位置する場合には、少なくとも吸着力Ｆｍにプラグ２０とソケット１０間の静止摩擦力を加えた値より、抜去方向の弾力Ｆｓが大きくなるように比例定数ｋｓ_１、ｋｓ_２、ｋｍを調整するのが好ましい。これにより、＋側プラグピン２１が中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）の近傍でプラグ２０への挿抜操作力を解いても、静止摩擦力によって＋側プラグピン２１がアーク放電が発生する恐れのある挿入位置で停止することがなく、バネ機構９の弾力Ｆｓで抜去方向に排出される。

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へ挿抜する挿抜行程中の作用について説明する。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、−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が−側プラグピン２２が接触した後、−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。

プラグハウジング２３の下面２３ａが、第１コイルスプリング６と第２コイルスプリング７の上端に当接する図１に示す＋側プラグピン２１の初期挿入位置（ｘ＝０）から更にプラグ２０を下方（挿入方向）へ挿入すると、第１コイルスプリング６と第２コイルスプリング７による抜去方向の弾力Ｆｓ（Ｆｓ＝ｋｓ_１・ｘ）が挿入距離ｘに応じて次第に増加し、＋側プラグピン２１が＋側ソケットコンタクト１１に接離する中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）で抜去方向に作用する弾力Ｆｓは、ｋｓ_１・ｘ_１となる。図４に示すように、初期挿入位置（ｘ＝０）と中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）の間では、磁界発生手段８による吸引力Ｆｍも逆方向（挿入方向）に働くが、永久磁石間の距離（ｘ_２−ｘ）が長いのでその値は、弾力Ｆｓに比べて極めて小さく、プラグ２０への挿抜操作力を解けばバネ機構９の弾力Ｆｓで上方に付勢され、＋側プラグピン２１は、＋側ソケットコンタクト１１に近接する位置から引き出される。

従って、プラグ２０とソケット１０の間に図５に示すような異物１０１が介在していても、バネ機構９の弾力Ｆｓでプラグ２０が上方に引き出されるので、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１が近接してアーク放電が発生する状態は連続しない。

＋側プラグピン２１が中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）の近傍まで挿入されると、＋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。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。この境界値は、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、＋側プラグピン２１が中間挿入位置の近傍にある場合には、−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の低圧側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の接触部１１ｂの間の絶縁間隔が一定距離以下に接近すると、そ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が近接する領域には、ソケット側第１永久磁石２の下端部のＮ極からソケット側第２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間の上下方向（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、若しくはアーク放電経路自体が長くなることからアーク放電の発生が抑制される。

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、アーク放電が発生する恐れのある挿入位置から接触部１１ｂに接触する中間挿入位置まで、少なくともバネ機構９の弾力Ｆｓが磁界発生手段８の吸引力Ｆｍの大きくなるように、好ましくは、バネ機構９の弾力Ｆｓが磁界発生手段８の吸引力Ｆｍに静止摩擦力を加えた挿入方向の力より大きくなるように、バネ機構９の比例定数ｋｓ_１、ｋｓ_２や磁界発生手段８の比例定数ｋｍを調整する。

＋側プラグピン２１の中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）から更にｘ_２−ｘ_１の接触ストロークで＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂを下方へ撓ませながら下方へ挿入すると、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は完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）に達する。完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）では、−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。

＋側プラグピン２１が中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）と完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）にある間は、図４に示すように、接触部１１ｂが撓むことによる弾力が更に加わり、挿入距離ｘに応じてバネ機構９の弾力Ｆｓが上昇する勾配も増加するが、永久磁石間の距離（ｘ_２−ｘ）の二乗に反比例する磁界発生手段８の挿入方向に働く吸引力Ｆｍは更に上昇し、その間で吸引力Ｆｍが逆転する。完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）では、磁界発生手段８の吸引力Ｆｍ（ｍａｘ）がバネ機構９の弾力Ｆｓ（Ｆｓ＝ｋｓ_１ｘ_２＋ｋｓ_２（ｘ_２−ｘ_１））より大きく、プラグ２０は下方（挿入方向）の力を受け、プラグ２０とソケット１０が当接する接続状態を保持する。従って、＋側プラグピン２１と＋側ソケットコンタクト１１とが活線接続する完全挿入位置で、その接続状態を保持するためのロック機構を必ずしも設ける必要がなくなり、また、ロック機構を設けたとしても高いロック強度を要することがない。

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の完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）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。上述のプラグ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、直交方向にソケット側第１永久磁石２の下端部からソケット側第２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（ｘ＝ｘ_１）を越えると、バネ機構９の弾力Ｆｓがプラグ２０の抜去方向に作用するので、軽操作力でプラグ２０を引き出すことができ、更に、プラグ２０の抜去力を解いても、バネ機構９の弾力Ｆｓによって＋側プラグピン２１が＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂに接近する位置から引き出されるので、アーク放電を発生しやすい状態が連続しない。

尚、＋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へそれぞれ挿入する誤接続姿勢で、プラグ２０をソケット１０へ接続しようとすると、対向するソケット側第１永久磁石２とプラグ側第２永久磁石５及び対向するソケット側第２永久磁石３とプラグ側第１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。

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、上述のバネ機構９は、ソケット１０にコイルスプリング６、７を取付けているが、プラグ２０の挿入に応じてプラグ２０を抜去方向へ付勢するバネであれば、プラグ２０側に取付けるものであってもよく、また、その形状や材質もコイルスプリングに限らない。

また、一対のコイルスプリング６，７でバネ機構９を構成しているが、１本若しくは多数本のバネで構成してもよく、同様に、磁界発生手段８としてプラグやソケットに取付けられる永久磁石や磁性体の数も任意の数とすることができる。

また、ソケット１０に取付けられるソケット側第１永久磁石２及びソケット側第２永久磁石３の上部とプラグ２０に取付けられるプラグ側第１永久磁石４及びプラグ側第２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、磁界発生手段８による吸着力Ｆｍが、中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）において、バネ機構９の弾力Ｆｓより小さく、完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）において、バネ機構９の弾力Ｆｓより大きいものであれば、少なくともその一部がカバーや被膜で覆われていてもよい。

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。このように、＋側ソケットコンタクト１１の接触部１１ｂが摺動接触する構造とした場合には、中間挿入位置（ｘ＝ｘ_１）と完全挿入位置（ｘ＝ｘ_２）の間で、＋側プラグピン２１が＋側ソケットコンタクト１１から抜去方向の弾力を受けないので、本実施の形態に比べて吸着力Ｆｍの低い磁界発生手段８を用いることができる。

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を活線接続する直流配電用接続装置に適している。

１直流配電用接続装置
２ソケット側第１永久磁石（磁界発生手段）
３ソケット側第２永久磁石（磁界発生手段）
４プラグ側第１永久磁石（磁界発生手段）
５プラグ側第２永久磁石（磁界発生手段）
６第１コイルスプリング（バネ機構）
７第２コイルスプリング（バネ機構）
８磁界発生手段
９バネ機構
１０ソケット
１１＋側ソケットコンタクト（板バネコンタクト）
１１ｂ接触部
１５ａ上面
２０プラグ
２１＋側プラグピン
２３ａ下面

Claims

直流負荷に接続するプラグピンを有するプラグと、
前記プラグピンを挿抜自在に案内するプラグ挿入孔に、直流電源に接続するソケットコンタクトを臨ませたソケットとからなり、
前記ソケットコンタクトが接離する前記プラグピンの中間挿入位置と、中間挿入位置から挿入方向に前記プラグピンを挿入させた完全挿入位置との間で、前記プラグピンと前記ソケットコンタクトが接触し、完全挿入位置で前記プラグピンを前記ソケットコンタクトに活線接続させる直流配電用接続装置であって、
前記プラグピンの挿抜方向で前記プラグと前記ソケット間に形成され、磁力によって前記プラグを前記プラグピンの挿入方向に吸引する磁界発生手段と、
前記プラグの挿抜方向で前記プラグと前記ソケット間に配置され、前記プラグと前記ソケット間で圧縮される弾力によって前記プラグを前記プラグピンの抜去方向に付勢するバネ機構とを備え、
前記磁界発生手段による磁力と前記バネ機構の弾力を、前記プラグピンの前記中間挿入位置で前記弾力が前記磁力より大きく、前記完全挿入位置で前記磁力が前記弾力より大きくなるように調整することを特徴とする直流配電用接続装置。
前記磁界発生手段は、前記プラグと前記ソケットの前記プラグピンの挿抜方向で対向する対抗面側にそれぞれ一方と他方が配置される一組の永久磁石と磁性体とで構成され、
挿入方向に前記プラグピンを挿入させて、前記プラグと前記ソケットが当接するプラグピンの挿入位置を前記完全挿入位置とすることを特徴とする請求項１に記載の直流配電用接続装置。
前記ソケットコンタクトは、前記中間挿入位置から前記完全挿入位置へ挿入される前記プラグピンによって挿入方向に撓む板バネコンタクトであり、
前記磁界発生手段による磁力と前記バネ機構の弾力を、前記完全挿入位置で前記磁力が前記バネ機構と前記板バネコンタクトによる抜去方向の弾力の合力より大きくなるように調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直流配電用接続装置。
前記磁界発生手段は、前記ソケットの前記プラグ挿入孔の両側に配置される一対のソケット側永久磁石と、前記プラグピンの挿抜方向で前記一対のソケット側永久磁石にそれぞれ対向する前記プラグの対向位置に配置される一対のプラグ側磁性体とで構成され、
一対の前記ソケット側永久磁石は、それぞれ前記プラグ挿入孔の前記ソケットコンタクトが臨む領域に一対の前記ソケット側永久磁石間で磁場を形成する極性に分極され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項に記載の直流配電用接続装置。
一対の前記プラグ側磁性体は、それぞれ、前記プラグピンが対応する前記ソケットコンタクトに向かって前記プラグ挿入孔に挿入される前記プラグの正規接続姿勢で、前記プラグピンの挿抜方向で対向する前記ソケット側永久磁石の磁極と異なる磁極に分極されるプラグ側永久磁石であることを特徴とする請求項４に記載の直流配電用接続装置。