JP4449988B2 - 接触子装置 - Google Patents
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Description
例えば、ガス絶縁開閉装置における従来の接触子装置として、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して端部で嵌合させ、嵌合面で上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する構成のものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1の上記接触子装置は、一対の導体の嵌合面において、少なくとも2種類のギャップを有しており、このギャップは筒状の導電体内周部の突起により形成されている。また、一対の導体の嵌合面に配置される接触子はコイルばね形状のばね接触子で構成されており、所定の接触力を保持しながら一対の導体と接触するため、低い接触抵抗が得られる。このような構造により、一対の導体の接続部では導体の挿入角度の変化に対して安定した接触圧力が得られる。
上記ばね接触子は、巻回軸に対して、90度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回されているので、巻回軸に垂直な断面は楕円状になり、短軸方向にばね弾性を持つ特性を有する。このため、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を溝の底面に対向させて溝に嵌め込み、1対の導体間のすきまに配置するようにすることで、ばね接触子の弾性反発力が、ばね接触子と各導体との間に作用し、良好な電気接触を得ることができる。
また、この発明に係る接触子装置は、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが上記ばね接触子の素線1巻きあたり2個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、上記弾性体の上記ばね接触子に接触する面は、上記溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、上記曲面の曲率半径は、上記弾性体と上記ばね接触子との接触部における上記ばね接触子の曲率半径以上であるものである。
さらに、この発明に係る接触子装置は、同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが上記ばね接触子の素線1巻きあたり2個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられる溝は、上記溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、上記ばね接触子と上記溝との接触部での上記溝の曲率半径は、上記接触部でのばね接触子の曲率半径より大きく、かつ断面が楕円形状の上記ばね接触子の短軸方向の曲率半径より小さいものである。
図1はこの発明の実施の形態1による接触子装置を示す断面構成図、図2はこの発明の実施の形態1による接触子装置の接触部を拡大して示す拡大図である。また、図3は図1のA−A線での断面構成図である。
図において、第1の導体1と第2の導体2とは対になって通電経路を形成する。第1の導体1と第2の導体2とはいずれも円柱形状であり、通電経路を構成するために同軸(B)上に配置される。第1の導体1は端部が筒状の中空構造、第2の導体2は端部が小径構造になっており、第2の導体2の小径部が第1の導体1の中空部に嵌合できる構造となっている。第1の導体1の中空部の内径は、第2の導体2の小径部の外形に比べて大きく設定されている。
また、上記ばね接触子3は、巻回軸に対して90度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回されているので、巻回軸に垂直な断面は楕円形状になり、短軸方向にばね弾性を持つ特性を有する。このため、断面が楕円形状のばね接触子3の短軸方向の側面を溝2aの底面に対向させて溝2aに嵌め込み、1対の導体1、2間のすきまに配置するようにすることで、ばね接触子3の弾性反発力が、ばね接触子3と各導体1、2との間に作用し、良好な電気接触を得ることができる。
このような構成とすることにより、ばね接触子3内での通電経路が短くなり、一対の導体1、2間の電気抵抗を小さくできる。
さらに、ばね接触子3と溝2aを設けた導体2との間の接触部を確実に2個所確保することができるため、ばね接触子3と導体2との間の接触電気抵抗を1個所で接触する場合に比べて、小さくすることができる。
図5(a)はばね接触子3が傾く前の定常状態、図5(b)はばね接触子3が傾いた状態を示す。例えば一対の導体1、2が相対変位を受けた場合、図5(b)に示すように、摺動抵抗によりばね接触子自体が溝2aの中で傾き、接触圧力が高くなったり、ばね接触子3自体が塑性変形する等の問題が生じた場合、安定して低い接触抵抗を維持することが難しいことが判明した。
具体的には、図2に示すように、溝2aの延在方向に直交する断面がV字型の凹状の曲面で構成された弾性体4を溝2aの底面に設け、このV字型の凹状の曲面で、ばね接触子3を支持している。
V字型の角度θ1は、弾性体4がばね接触子3と接触し、ばね接触子3を安定して支えることができるように、(180°−θ)<θ1<180°とする。ここでθは、断面が楕円形状のばね接触子3の楕円中心に対し、ばね接触子3が溝2aの側面と接触する2つの接触部のなす角であり、ばね接触子3とこれを配置する溝2aの側壁とが2箇所で接触するように、溝2aの断面形状を所定の角度で拡開された溝形状とし、θが180度未満の任意の角度になるように設定されている。
また、弾性体4の材料は、ばね接触子3、および導体1、2に用いられる銅、アルミ、鉄などの金属材料に比べて、十分弾性率が低い高分子樹脂材料やゴム、エラストマー、発泡部材等を使用するとよい。
また、ばね接触子3が配置される側の導体2の材料は、ばね接触子3の材料に比べて、低硬度の材料とする方が望ましい。例えば、ばね接触子3が銅系材料で構成される場合、導体2の材料は、アルミ系などとすることが望ましい。
また、この場合、ばね接触子3にばね接触子3よりも低硬度の被膜をほどこしてもよい。
ばね接触子3は、短軸方向にばね定数が最も小さくなるような特性を持つため、第1の導体1と第2の導体2との間に挟み込み、ばね接触子3の短軸方向にたわみが出た場合、その反発力によって、図2の矢印F1、F2で示す接触荷重が作用する。このとき、ばね接触子3が第2の導体2に作用する力は、図中、矢印Fで示される向きであるため、第2の導体2の溝2aの側面に対しては、角度θによって分割され、両側にそれぞれ、F1とF2の力が分力として作用する。
また、同様に第1の導体1にも、Fと同じ大きさで逆方向の力がばね接触子3から作用する。このとき、角度θが180度未満の範囲で大きくなるほど、分力F1、F2の大きさが大きくなることが、平行四辺形の法則から容易に推定される。
本実施の形態では溝2aの底面に、V字型断面の弾性体4が挿入されているため、ばね接触子3の位置は、2個所で上記弾性体4に支えられることで安定して保持される。また、第1の導体1と第2の導体2とを着脱する際に軸方向の摩擦力が作用しても、ばね接触子3の短軸方向が底面となるように安定した位置に規制されるため、ばね弾性を失うことがなく、安定して低い電気抵抗が得られる。
また、ばね接触子3を保持する弾性体4はばね接触子3、および導体1、2より弾性率が低いので、ばね接触子3から得られる反発力をほとんど受け持つことなく、反発力は、導体2の溝2aの側面に作用する。したがって、ばね接触子3と導体2の溝2aの側面との間の接触荷重(F1+F2)が、ばね接触子3の持つ反発力F以上に増幅されることにより、接触面積が増加し、電気抵抗を低減できる。
導体2の溝2aの、ばね接触子3との接触部、あるいはばね接触子3をばね接触子3の材料よりも低硬度な材料で被膜することによっても、同様の効果が得られる。
さらに、溝の底面に、ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面が上記溝の底面と対向するようにしたので、安定して低い電気抵抗を保つことができる。
その結果、本実施の形態の接触子装置は、ばね接触子の長さ、個数を増やすことなく、第1の導体と第2の導体との間の電気抵抗を飛躍的に低減することができ、接触子装置を大型化することなく、大電流を流すことが可能となる効果がある。
図6は本発明の実施の形態2による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態1に示した接触子装置においては、弾性体4は、ばね接触子3と対向する面が凹状の曲面であり、断面がV字型であるとした。本実施の形態2に示す接触子装置においては、弾性体4は、図6に示すように、ばね接触子3と対向する面が、凹状の曲面であり、溝2aの延在方向に直交する断面形状を円弧状としている点が実施の形態1と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態1に示す接触子装置と同様である。
本実施の形態において、弾性体4とばね接触子3とが接触する面(図6ではばね接触子3の短軸方向の側面)での、弾性体4の曲率半径R1は、ばね接触子3の曲率半径(図6では短軸方向の曲率半径Rs)以上となるようにするとよい。
これにより、ばね接触子3が安定した位置に規制される効果があるため、安定的な電気抵抗が得られる。
図7は本発明の実施の形態3による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態1に示した接触子装置においては、弾性体4は、ばね接触子3と対向する面が凹状の曲面であり、断面がV字型であるとした。本実施の形態3に示す接触子装置においては、弾性体4は、図7に示すように、溝2aの延在方向に直交する断面が台形であり、ばね接触子3と対向する部分が平らとなっている点が実施の形態1と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態1に示す接触子装置と同様である。
この場合、弾性体4はわずかに変形するため、ばね接触子3の側面に対し食い込み、ばね接触子3を支持することができるので、安定的な電気抵抗が得られる。
図8は本発明の実施の形態4による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態1に示した接触子装置においては、第2の導体2の溝2aは、溝2aの延在方向に直交する断面が外側に拡開した台形形状とした。本実施の形態4に示す接触子装置においては、溝2aは、図8に示すように、溝2aの延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、溝2aの底面に設けられる弾性体4は、ばね接触子3と対向する面が、ばね接触子3の側面に沿った面で構成されている点が実施の形態1と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態1に示す接触子装置と同様である。
なお、断面が楕円形状のばね接触子3の短軸方向の側面を上記溝2aの底面に対向させて溝2aに嵌めた場合に、溝2aの側面とばね接触子3とが2個所で接触するには、図8に示すように、ばね接触子3と溝2aとの接触部での溝2aの曲率半径R2は、上記接触部でのばね接触子3の曲率半径Rより大きく、かつ断面が楕円形状のばね接触子3の短軸方向の曲率半径Rsより小さい必要がある。
図9は本発明の実施の形態5による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態1〜4に示した接触子装置においては、第2の導体2の小径部に溝2aが設けられ、溝2aにばね接触子3が嵌め込まれる構成を示した。本実施の形態5に示す接触子装置においては、図9に示すように、第1の導体1の中空部の内周面に溝1aを形成し、ばね接触子3をこの溝1aに配置し、第2の導体2の小径部は中実棒とする構成としている点が実施の形態1〜4と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態1〜4に示す接触子装置と同様である。
これにより、実施の形態1〜4と同様の効果が得られる。
図10は本発明の実施の形態6による接触子装置の接触部を示す拡大図である。
上記実施の形態1〜5に示した接触子装置においては、第1の導体1と第2の導体2とは共に円柱形状とした。本実施の形態6に示す接触子装置においては、図10に示すように、第1の導体1を端部がコの字状の断面を持つ平板、第2の導体2を第2の導体1のコの字のギャップ間に挿入されるような平板で構成し、ばね接触子3を、一対の導体1、2のいずれか一方の嵌合面に設けられた溝に嵌める構成としている点が実施の形態1〜5と異なっている。一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられる溝は、一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられており、図10では、第2の導体2の先端部の上下面にそれぞれ、導体2の挿入方向に直交する方向に沿って設けられている。その他の構成および機能は実施の形態1〜5に示す接触子装置と同様である。
これにより、円柱形状の導体に限らず、平板状の導体についても、実施の形態1〜5と同様の効果が得られる。
Claims (5)
- 同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、
上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、
上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、
上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが上記ばね接触子の素線1巻きあたり2個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、
上記弾性体の上記ばね接触子に対向する面は、上記溝の延在方向に直交する断面がV字型の凹状の曲面であることを特徴とする接触子装置。 - 同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、
上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、
上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、
上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが上記ばね接触子の素線1巻きあたり2個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、
上記弾性体の上記ばね接触子に接触する面は、上記溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、上記曲面の曲率半径は、上記弾性体と上記ばね接触子との接触部における上記ばね接触子の曲率半径以上であることを特徴とする接触子装置。 - 同軸上に配置された一対の導体を軸方向に移動して嵌合し、上記一対の導体を導電性の接触子を介して通電する接触子装置において、
上記接触子は、素線を巻回軸に対して傾斜させて螺旋状に巻回した、断面が楕円形状のばね接触子であり、
上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面は、上記一対の導体の軸方向に対して交差する面と交わる部分に沿って設けられ、上記ばね接触子を嵌める溝を有し、
上記溝は、上記断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記溝の側面と上記ばね接触子とが上記ばね接触子の素線1巻きあたり2個所で接触する形状とし、かつ上記溝の底面に、上記ばね接触子の側面と接触する弾性体を備え、
上記一対の導体のいずれか一方の嵌合面に設けられる溝は、上記溝の延在方向に直交する断面が凹状の曲面であり、上記ばね接触子と上記溝との接触部での上記溝の曲率半径は、上記接触部でのばね接触子の曲率半径より大きく、かつ断面が楕円形状の上記ばね接触子の短軸方向の曲率半径より小さいことを特徴とする接触子装置。 - ばね接触子を嵌める溝を設ける導体の材料は、上記ばね接触子の材料よりも低硬度の材料を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の接触子装置。
- ばね接触子と接触する溝の側面を、上記ばね接触子の材料よりも低硬度の材料で被覆したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の接触子装置。
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