JP3886540B2 - 電気機械的コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文においてより詳細に定義したタイプに係る電気機械的コネクタに関するものである。
このようなタイプのコネクタはEP 0 573 471 B1に記載されている。非常に薄く、さらに高安全性の要求をも満たすコネクタは、一般的なソケット−コンセントの機能を果たすスイッチ部と、プラグコネクターの機能を果たす作動部とを備えてなる既知のコネクタにて製作されている。
EP 0 573 471 B1における電気機械的コネクタでは、機械的接続及び電気的接続が磁石を介してなされる。このため、電源接点に接続可能な可動台とスイッチ磁石とがいずれも導電性を有する。接触子を介して作動部の作動磁石まで電流が流れる。該磁石も同様に電気的に導通可能とされる。しかしながら上記電流の導通においては、回路が短絡した場合に、電気導電率によって熱感性の磁気要素が失われるという欠点がある。更に従来のコネクタは、接触子と磁石を介しての電圧及び電流の伝導を考慮して、比較的幅の広い形状で設計されている。
ここで、符号化磁石とは、異なる極性を有する多くの小磁石片が集まって１つの磁石を形成したものをいう。磁気的な引力は、適切に反対の極性を与えられ、同じように符号化された磁石片によってのみ引き起こされる。これは、スイッチ部内の磁石と作動部内の磁石とが互いに作用し合うことによって実現されるものである。既知の磁石と比較してみると、磁気的な引力が作り出されない。
このように、作動部が近づくとき又はスイッチ部に載置される場合においてのみ、可動台が停止位置から持ち上げられ、さらに、電流がスイッチ部の２つの接点電極に流れる電気的な接続位置まで移動することが保証される。このとき作動部の接点電極を介して電気消費物まで電流が流れる。作動部が持ち上げられ、それにより磁力が取り除かれた後、可動台は再び停止位置まで落ちる。その結果、２つの接点電極への電流の供給が遮断される。
従来の電気機械的コネクタは、特に電気的な接点とこれらの電極が符号化磁石から離されて配置されている場合には、確実に作動する。しかしながら、例えば回路の短縮により、非常に高電圧で突発的な過電圧流が流れると、最終的にはスイッチ部内で部品の固着や溶着が起こってしまう。そのような場合においては、作動部を取り外しても、もはや可動台が落ちないという状態になり、その結果、露出した作動電極に電流が流れる。従って電気的な事故の危険性がある。
適切な取扱いがなされている場合には、上記状態が起こることはほとんど考えられないが、本発明は、可動台が接続位置から動かなくなるような極限状態における電気的な事故を避けるため、特に電極への電流の遮断を実現するため、冒頭において述べた電気機械的コネクタを改良するものである。
この目的は、請求項１の特徴部に記載された特徴的手段にて実現される。
本発明のスイッチ部内の安全部は、作動部内の付着部と協調して、スイッチ部の作動電極が再び接続状態となることを防止し、可動台がスイッチ部の作動電極の接続位置に固着するのを確実に防止する。強磁性体又はその他の磁石と協調するとき、適切な「通常の」磁石は磁場を持ち、−必要であれば−特に、適切な高品質の磁石を使用することで、符号化されたスイッチ磁石よりも更に広い磁場を持つ。これは、スイッチ部内の安全部が最初のうち常に作動部の付着部に引きつけられ、そして可動台上の符号化されたスイッチ磁石よりも長くその位置に留まることを意味している。しかし、安全部は可動台から独立し、またスイッチ磁石、更に電流の伝導からも独立しているので、安全部は、いかなる場合でも、作動部が取り外されると停止位置に戻る。可動台が接続位置のままで停止位置に戻らなければ、安全部が停止位置に戻り、所望の短絡を確保し露出した接点の電流を遮断することができる。このためには適切な電流経路を供給することが要求される。従って例えば、電気消費物を失ったときにも、電流は溶着した可動台を介して、接点の上側から下側へと流れる。しかし、安全部は停止位置に戻り、従って、可動台の下に位置することとなるので、この位置でスイッチ部の２つの接点電極を橋絡することができる。これにより、当該接点での電流の供給を遮断する短絡回路が実現される。
これは回路の短絡が生じている間に燃焼する耐熱部をスイッチ部又はスイッチ部に接続される部分に配置することにより、簡単に実現することができる。そのような耐熱部を作動配線内に適切に配置したものは一般的に知られている。
安全部を可動台の切り欠き、好ましくはその中心に位置させたことにより、構造上の簡略化及び省スペース化、−即ち、安全部の配置とデザインの簡略化を図ることができる。
安全部の機能を単純、かつ条件に適合したものとし、安全部を停止位置に確実に戻すために、安全部の下部又は後部に、安全部を作動部から引き離すための磁石又は強磁性体からなる部分が設けられる。安全部とその後方あるいは下方に設置された上記磁石又は強磁性体との間の磁気的な引力は、作動部内の付着部により安全部に働く磁気的な引力よりも小さい。この関係は、単に磁石の磁力及び／又はそれぞれの間隔によって実現されるものである。
本発明においては、安全部の円周上に突出したノブ又はピンを設け、安全部が停止位置から電気的な接続位置まで移動する間に、安全部を縦軸周りに回転させながら移動させ、更に可動台に切り欠きを設け、該切り欠きを上記ノブ又はピンの大きさ、形に対応させ、可動台の接続位置にて上記ノブ又はピンを支持することにより非常に有利な効果を得ることができる。
更に安全部が移動する際に、安全部が回転することによって安全性が向上する。接続状態にて可動台の上記切り欠き内にノブ又はピンを配置することとしたために、その回転を制御する必要はほとんどない。通常の場合、作動部が取り外されたとき、符号化されたスイッチ磁石は、まず停止位置に戻る（特に、スイッチ磁石が復帰バネによって支持されているときには）。そして、安全部が対応して回転する。この回転の結果、停止位置において、ノブ又はピンはもはや切り欠きと一直線に並んではいない。しかし、この位置ではノブ又はピンは可動台を押し、停止位置において後方を支持する。これは、停止状態では、例えば外的衝撃や振動により望まれない振動が可動台に起こることは不可能であることを意味する。むしろ、可動台は、安全部のノブ又はピンとスイッチ部の下方壁又は後方壁との間にきつく締められて固定されることとなる。
一方、作動する場合には、可動台が追従する前に、安全部が接続位置へ移動することがまず必要である。安全部が上記経路により電気的な接続位置まで回転し、電気的な接続が行われた後に、可動台の切り欠きが上記ノブ又はピン上をスライドし一直線に並ぶ。
次に、その他の請求項及び図面と共に示される一実施形態により、有用な発展及び改良が得られる。
図１は、スイッチ部と該スイッチ部に載置された作動部のI-I線断面図、
図２は、スイッチ部の平面図、
図３は、図２における可動台が停止位置にあるときのIII-III線断面図、
図４は、作動部を載置し、可動台が接続状態にあるときの図３に対応する断面図、
図５は、スイッチ部の断面図、
図６は、図５におけるスイッチ部の上部筐体のVI-VI線断面図、
図７は、図５におけるスイッチ部の上部筐体のVII-VII線断面図、
図８は、図５におけるスイッチ部の上部筐体のVIII-VIII線断面図、
図９は、可動台の平面図、
図１０は、図９におけるX-X線断面図、
図１１は、図９におけるXI-XI線断面図、
図１２は、案内する螺旋ピンを有する安全部の拡大図である。
電気機械的コネクタは、従来のコンセントに替わるスイッチ部１を備えている。一般的にスイッチ部１は、従来のコンセントに接続するためのアダプタや延長ケーブルとして使用されないのであれば、所望の場所に永続的に設置されるものである。また本コネクタは、従来のコンセントプラグに替わる作動部２を備えている。一般的に作動部２は、電気消費物に接続され又は直接電気消費物上に設置される。スイッチ部１と作動部２とが電気的に接続されると、対応する電流が作動部２に接続された各電気消費物に供給される。
このスイッチ部１とこれに接続された作動部２の基本的な設計方針は、EP 0 573 471 B1において説明されている電気機械的コネクタと同様である。このようにスイッチ部１は、（あまり詳細には述べられていないが）筐体とカバーとからなる箱形部品を備えている。電源と接続するためにケーブル３がスイッチ部１へ通じている。作動部２自体が電気消費物の一部を構成するものではない、あるいは電気消費物に直接設置されたものではない場合には、一般的に作動部２も同様に２つの部分から作られ、ケーブル６が設けられる。
停止状態では、即ち、作動部２がスイッチ部１上に載っていないとき、その上にスイッチ磁石５（符号化された磁石片５ａ〜５ｄから形成される）が配置された可動台４が、強磁性の抑止板７によって筐体の底面に保持される。この強磁性の抑止板は磁気リングであってもよい。図２に示すように、４つの符号化された磁石片５ａ〜５ｄをそれぞれ有する２つの符号化スイッチ磁石５がそれぞれケース内に径方向に対向させて設置される。四分円のグループから構成される各符号化磁石５は、各ケース内に２つのＮ極と２つのＳ極を有する。これらの極は、異なる極がケース内で互いに隣接するように、互いに関連づけられて配置される。符号化磁石５は、移動する際に適切な孔にて案内されるように（例えば、図１参照）、スイッチ部１内部の可動台４の上に設置される。
径方向に対向する２つの復帰バネ８は、同様にスイッチ部内の孔に案内され、該復帰バネ８は、当該バネの力によって可動台４が強磁性板７上に保持されるのを確保する。それと同時に、作動部２がスイッチ部１から取り外された後、可動台４が強磁性板７上に再び戻ってくるのを確保している。図５〜図１１は、作動電極９及び中性伝導体としての中性電極１０までのスイッチ部内の電流の伝導をより詳細に示している。電極９及び１０はピンとして形成されており、（本質的には同一平面であるが）スイッチ部の上部から突出自在とされる。
電流はケーブル３から接点１１（中性電導体）及び接点１２（位相）へと上部筐体内を流れる。簡潔にするため、橋絡及び接点を経由する電流の経路は、入力接点１２のみで表している。入力接点１２の下方の可動台４上には、接点１３が位置づけられている。更に電橋を介して接点１３から可動台４上の接点１４へと電流が流れる。接点１４の上方の上部筐体部分には、更に接点１５が位置づけられている。接点１５は、弓状の電橋１６を介して同様に上部筐体に位置づけられた接点１７と電気的に接続される。接点１７の下方の可動台４上には、接点１８が位置づけられている。接点１８は、電橋を介して可動台４上の接点１９に電気的に接続される。上記接点１９は、スイッチ部１の表面に通ずる電極９の下に位置づけられている。図９及び図１１に示すように、接点１３、１４、１８及び１９は、可動台４の弾力性のある凸部に配置されている。該凸部は可動台４の対応する隙間によって形成される。このように、電流が流れるときは電気的に完全な接続が適切になされる。
電流は、主としてスイッチ部１の上部筐体から可動台４を介して再び上部筐体に戻り、更に単純な電橋を介して電極９へと流れる。上記２つの電橋及び上部筐体の弓状の電橋１６を介することにより、停止状態と非接続状態における電流強度から要求される空間を半分で済ませることができるという効果がある。この場合において、半円電橋１６は、電極９及び１０を「通り抜ける」ために構造上の理由から要求されるものである。また電極１０へ電流を伝導するための可動台４上の接点及び電橋を図９に示す。また、このための環状の電橋を図５の上側に示した。
本電気機械的コネクタは、最初に述べた欧州特許の実施形態に加え、基本的に安全部２０を備えてなる。安全部２０は、対応する強磁性板又は付着部に作用する安全磁石として形成され、又は強磁性体から作られる円盤からなるものである。本実施形態では、安全部２０は強磁性体から形成され、安全部２０に対応する磁石２１は作動部２に位置づけられる。更に復帰磁石２２がスイッチ部１の下部に位置づけられる。各図に示すように安全部２０は、スイッチ部の中央に位置づけられ、作動部２の磁石２１は、作動部２がスイッチ部１の上に載せられたときに真上に位置するように設置される。同様に復帰磁石２２は、安全部２０の真下に配置される。（特に図１、図３及び図４参照）
特に安全部２０の実施形態を図２〜図５に示す。弓状接点１６及び安全導線２３ａ、２３ｂは、それぞれスイッチ部１の下部筐体まで両側を下り、そこから安全部２０まで底面に沿って接続されている。安全部２０には中心に孔が開けられている。この孔は、主軸２４の案内孔としての役割を果たす。主軸２４の円周は螺旋形状をしている。この螺旋形状は、安全部２０の中心孔の螺旋に螺合するものである。更に安全部２０の円周上には、２つのノブ又はピン２５を径方向に対向させて設けている。主軸２４は永続的にスイッチ部１の下部筐体に接続される。主軸２４の螺旋形状と安全部２０の螺旋孔によって、安全部は対応する回転をしながら下方及び上方に移動する。安全部２０の円周から突出した２つのピン２５は、円周上の位置でこのように適切に回転する。安全部の機能を以下に述べる。
停止状態（図３参照）では、安全部２０は可動台４上に配置され、磁石２２と安全部２０との磁力によって、スイッチ部１の下部筐体へ向けて後方の可動台４を押す。作動部２がスイッチ部１に載置されると、磁石２１は安全部２０を引きつけ、安全部２０はそれに対応してわずかに回転しながら上方に移動する。可動台４は、対応して反対に符号化された作動部２内の磁石２６に作用する符号化磁石５に追従する。要求される磁力を増やすために、符号化磁石２６は、上述と同様に、それぞれ４つの磁石を有する２つの四分円のグループにて構成される。個々の磁石は、対応するスイッチ部の個々の磁石５ａ〜５ｃとは反対の極性にされている。
可動台４をスイッチ部１の上部筐体の下方へ引きつけることによって、入力接点１１及び１２と電極９及び１０が接点要素を介して接続される。入力接点１２に入力される位相についての電流経路は、入力接点１２から可動台上の接点１３に至り、そこから接点１４、続いて上部筐体に戻り、接点１５、弓状電橋１６を介して接点１７に至る。そこから電流は、再び可動台の接点１８、そして接点１９を介して上部筐体の電極９へと戻る。また入力接点１１から電極１０へと同様に電流が流れる。
作動部２がスイッチ部１から取り外されると、符号化磁石の磁力が弱くなるので可動台４がまず下へ落ちる。その結果、回路は切断される。その後、安全部２０も磁石２２に引きつけられるため、対応して回転しながら下へ落ちる。この過程において、円周から突出したピン２５は、下方位置の可動台の上に置かれるため、わずかに回転する。しかし突出ピン２５は、該ピン２５の形状よりも大きい可動台４の切り欠きに位置づけられているので、接続状態において可動台４の移動を妨げることはない。この状態を図９に示す。
どのような理由であれ、作動部２が取り外されたときに、例えば固着することにより、可動台がその上方位置に留まっていた場合には、電流は電極９及び１０まで流れる。通常、所望の電気消費物に電流を供給するため、電極９及び１０は作動部の対応接点２８及び２９に接続される。作動部２がなければ、露出した電極９及び１０により電気的な事故が発生する危険性がある。しかし、この場合であっても、安全部２０により電極９及び１０には電流が流れない。特に、作動部２を取り除いた後、結局可動台４と独立して作用し、この意味において可動台内の対応する孔の中を自由に移動することができる安全部２０は、磁石２２に引きつけられる。これは、停止位置へ戻り、従って下部筐体へ据え付けられることを意味する。しかし、そのような場合には、可動台４がスイッチ部１の上部筐体の電極９及び１０側の位置に留まるときは、−図３に示す下側の位置にある可動台４の通常の停止位置と比較すると−弓状接点１６に電流が流れる。２つの弓状接点１６からの電流は、安全部２０の下側まで安全導線２３ａ、２３ｂを介して下側へ流れる。これは、作動部２が取り除かれた後、安全部２０が停止位置に戻った後すぐに、所望の短絡回路が２つの電極９及び１０の間に形成されることを意味する。この短絡は電流の全供給を遮断するために使用される。これは、例えばケーブル３内又はスイッチ部１内の入力側の電流供給に耐熱部３０を設けることによりなされる。それ自体既知の耐熱部３０は、この場合に燃焼し、これにより電流の流れを確実に遮断する。
安全部２０は、可動台４中央の切り欠きに設置される。

Claims (7)

1. 電源と電気的に接続されるもので、可動台の上にスイッチ磁石を配置したスイッチ部と、
   作動磁石を有するもので、電気消費物と電気的に接続可能な作動部と、
   を備えてなる電気機械的コネクタであって、
   前記スイッチ磁石を抑止力に抗して停止位置から接続位置に移動可能とすることにより、対をなす接点間を接触可能とすると共に、これによりスイッチ部と作動部とを電気的に接続可能とし、
   前記スイッチ磁石は、接続操作のための特定の磁場を実現するために、特別な符号化を用いて作動部内に配置された前記作動磁石と協調する電気機械的コネクタにおいて、
   前記スイッチ部（１）内では、安全磁石又は強磁性材で形成された少なくとも１つの安全部（２０）が、前記作動部（２）内に配置された付着磁石（２１）又は強磁性体によって、停止位置から接続位置に向け前記作動部（２）の方向に変位し、
   これにより、前記作動部（２）を取り外した場合においても、前記可動台（４）を接続状態にしつつ前記安全部（２０）を停止状態に戻し、前記スイッチ部（１）の対をなす接点の電極（９、１０）の間で意図的な回路の短絡が生じることを特徴とする電気機械的コネクタ。
2. 前記スイッチ部（１）又は該スイッチ部（１）に接続される部分には、短絡が生じている間に燃焼する耐熱部（３０）を配置したことを特徴とする前記請求項１に記載の電気機械的コネクタ。
3. 前記安全部（２０）を前記可動台（４）中心の切り欠きに配置したことを特徴とする前記請求項１に記載の電気機械的コネクタ。
4. 前記安全部（２０）のスイッチ部（１）側の後方又は下方には、作動部（２）から引き離すための抑止磁石（２２）又は強磁性の抑止部を配置したことを特徴とする前記請求項３に記載の電気機械的コネクタ。
5. 前記安全部（２０）は、円周上に突出したノブ又はピン（２５）を備えると共に、該安全部（２０）は、停止位置から電気的な接続位置までの移動において縦軸周りに回転移動し、
   前記可動台（４）は、前記ノブ又はピンの形状及び大きさに適合するもので、前記可動台（４）の接続位置において前記ノブ又はピンを支持する切り欠き（２７）を有することを特徴とする前記請求項１に記載の電気機械的コネクタ。
6. 前記安全部（２０）は、停止位置から電気的な接続位置まで螺旋状に移動可能であることを特徴とする前記請求項５に記載の電気機械的コネクタ。
7. 前記安全部（２０）は、主軸（２４）上に設置されると共に、安全部（２０）の回転移動が前記主軸（２４）と安全部（２０）との間の螺旋状の溝／ピン結合によって実現されることを特徴とする前記請求項６に記載の電気機械的コネクタ。

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