JP4770752B2

JP4770752B2 - 接触子装置

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Publication number: JP4770752B2
Application number: JP2007036042A
Authority: JP
Inventors: 秀昭島津; 博之中川; 仁志貞國; 大輔藤田; 博之笹尾; 龍也林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: JP2008204635A

Description

この発明は、電気機器の通電部に用いられる接触子装置に関するものである。

電気機器では、機器の組立を容易にするために導体は複数に分割されていることが多い。そのため、電気機器を組み立てる際に導体同士を接続する接触子装置が必要となる。接触子装置は、安定して低い電気抵抗を保つことが要求される。また、使用される機器によっては、組立の際の機器寸法公差や、使用下での導体の熱伸縮による相対変位を吸収する必要がある。
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。

また、上記ばね接触子は、導電性のばね材からなる素線を、その巻回軸に対して９０度以内の角度に傾斜させて螺旋状に巻回し、一体の帯状に形成されるものであり、両端部を接合して環状のばね接触子とし、上記一対の導体の片方の嵌合面に円周方向に沿って設けられた溝に嵌め込まれている。また、上記溝は軸方向に複数設けられ、複数の上記環状のばね接触子が軸方向に配置されている。
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。

特開２００５−１７６５３６号公報

従来の接触子装置は、以上のように構成されているので、大電流用の接触子装置が必要になった場合、接触抵抗を低くし、発熱を抑制するためには、ばね接触子と導体との接点数を増やす必要があり、そのためには、導体の直径を大きくするか、あるいは、導体の軸方向の長さを長くして円環状のばね接触子の数を増やし並列配置する必要がある。その結果、接触子装置が大型化し、異なる位相の通電路、あるいは、筐体との間の絶縁距離の関係で、接触子装置を用いる電気機器が必然的に大型化する問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、接触子装置を大型化することなく、導体と接触子との接触部の接触抵抗を低く抑えることができる接触子装置を得ることを目的としている。

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、少なくとも一方の上記導体の上記ばね接触子との接触部に、上記ばね接触子の素線の方向に沿った接触溝を設け、上記接触溝上に上記素線が配置するものである。

この発明によれば、接触子装置を大型化することなく、導体と接触子との接触部の接触抵抗を低く抑えることができる。また、接触抵抗の低下により、発熱が抑制されて大電流の通電が可能となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による接触子装置の構成を示す断面構成図、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、図３は図１のＡ−Ａ線での断面構成図である。また、図４は図１のＣ−Ｃ線での断面構成図であり、ばね接触子３を取り除いた状態の断面図である。
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、第２の導体２の小径部の外周面（第１の導体１と嵌合する嵌合面）には、導体１、２の軸（Ｂ）方向に対して交差する面と交わる部分に沿って（ここでは円周方向に沿って）据付溝２ａが設けられている。据付溝２ａは、据付溝２ａの延在方向に直交する断面が矩形状であり、据付溝２ａにはばね接触子３が嵌め込まれている。

図５はばね接触子の一部分を示す側面図であり、ばね接触子は導電性のばね材からなる素線を、その巻回軸Ｓに対して９０度以内の角度（α）に傾斜させて螺旋状に巻回し、一体の帯状に形成されるものである。本実施の形態ではこのようなばね接触子の両端部を接合して円環状のばね接触子３とし、導体２の据付溝２ａ全周に亘って配置される。このとき、ばね接触子３は、円環状になるように端部を溶接で接合しておくことによって組立時に脱落のおそれがないが、溶接せずにそのまま巻きつけてもよい。また、据付溝２ａは軸（Ｂ）方向に複数設けられ、複数の円環状ばね接触子３が軸（Ｂ）方向に配置されている。
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据付溝２ａの底面に対向させて据付溝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。

また、図２〜図４に示すように、第１の導体１の筒部の内周面とばね接触子３との接触部、および第２の導体２の小径部に設けられた据付溝２ａとばね接触子３との接触部には、接触溝１ｂ、２ｂがそれぞれ設けられ、上記接触溝１ｂ、２ｂ上にばね接触子３の素線が配置するようにしている。本実施の形態において、上記各接触溝１ｂ、２ｂは、ばね接触子３の素線と導体１、２との間の１つの接触部に対してそれぞれ１つの接触溝が設けられており、この接触溝１ｂ、２ｂは導体１、２の軸方向（Ｂ）に対して平行、あるいは螺旋形状に巻かれた素線に対して平行に形成されている。
また、図６に示すように、上記接触溝１ｂ、２ｂは、接触溝１ｂ、２ｂの延在方向に直交する断面がＶ字型の凹状の曲面であり、接触溝１ｂ、２ｂの溝角度は１８０度未満の任意の角θ₁を有している（図６では接触溝１ｂに対する形状を示す。）。

なお、図１において、第１の導体１の筒部の内周面に設けられる接触溝１ｂは、軸方向に沿って、上記内周面の一番奥から筒部の先端部まで設けられているが、上記内周面とばね接触子３とが接触する接触部から筒部の先端部まで設ければよい。第１の導体１と第２の導体２とを嵌合する際に、ばね接触子３が第２の導体２の据付溝２ａに設置された状態で嵌合するので、接触溝１ｂは筒部の先端部まで設ける必要がある。
また、第２の導体２の小径部に設けられた据付溝２ａに設けられる接触溝２ｂは、据付溝２ａの底面全面に、軸方向に沿って設けられているが、上記据付溝２ａの底面とばね接触子３とが接触する接触部にのみ設ければよい。

このような構成とすることにより、ばね接触子３の素線と接触溝１ｂ、２ｂとの接触部では、１つの接触部に対して接触点が２個所ある構造となる。したがって、導体とばね接触子との接触面積が増加し、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る。その結果、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。

なお、接触溝１ｂ、２ｂが形成される導体１、２の材料は、ばね接触子３の材料よりも低硬度であることが望ましい。たとえば、ばね接触子３の材料が銅系材料の場合、導体の材料はアルミ系材料で構成することが望ましい。
また、導体１、２、あるいはばね接触子３に、ばね接触子３の材料よりも低硬度の材料で皮膜を施してもよい。たとえば、導体１、２、あるいはばね接触子３を、銀メッキや錫メッキで皮膜することが望ましい。
導体１、２の材料がばね接触子３の材料よりも低硬度であると、接触溝１ｂ、２ｂが塑性変形し、接触溝１ｂ、２ｂとばね接触子３との間の接触面積が増加する。したがって、接触抵抗を減少させることができるため、導体接続部の電気抵抗を低下させることが可能となる。
同様に、導体１、２あるいはばね接触子３を低硬度の材料で皮膜する場合でも同じ効果が得られる。

実施の形態２．
図７および図８は、本発明の実施の形態２に係わるばね接触子と接触溝と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、導体１、２に設けられる接触溝１ｂ、２ｂは、断面がＶ字型の凹状の曲面であるとした。本実施の形態２に示す接触子装置においては、接触溝１ｂ、２ｂのばね接触子３に対向する面が、接触溝１ｂ、２ｂの延在方向に直交する断面において凹状の曲面となっている点で実施の形態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。

なおこの場合、図７に示すように、凹状の曲面（図７では円弧状の曲面）の曲率半径Ｒ_gを、ばね接触子３の素線の曲率半径Ｒ_sよりも小さくすれば、実施の形態１と同様、ばね接触子３の素線と接触溝１ｂ、２ｂとの接触部では、１つの接触部に対して接触点が２個所ある構造となる。
したがって、導体とばね接触子との接触面積が増加し、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る。

また、図８に示すように、凹状の曲面（図８では円弧状の曲面）の曲率半径Ｒ_gを、ばね接触子３の素線の曲率半径Ｒ_sよりも大きくすれば、ばね接触子３の素線と接触溝１ｂ、２ｂとの接触部では、１つの接触部に対して接触点が１個所であるが、接触面積は増加する。また、これら曲率半径Ｒ_g、Ｒ_sの差が小さいほど、大きな接触面積を得ることができる。
したがって、このような場合においても導体とばね接触子との接触面積が増加し、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る。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３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。上記実施の形態１では、据付溝２ａの断面形状が矩形のものを示した。本実施の形態３に示す接触子装置においては、導体２の小径部に、角度θ₂（０°＜θ₂＜９０°）を持つ台形状の断面を持つ据付溝２ａが形成されている。また、上記θ₂は、断面が楕円形状のばね接触子３の短軸方向の側面を据付溝２ａの底面に対向させて据付溝２ａに嵌めた場合に、据付溝２ａの側面とばね接触子３とが２個所で接触するような角となっており、ばね接触子３の楕円中心に対し、ばね接触子３が据付溝２ａの側面と接触する２つの接触部のなす角θ₃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、据付溝２ａの側面とばね接触子３との接触部には、それぞれ接触溝２ｂが設けられている。
その他の構成および機能は実施の形態１に示す接触子装置と同様である。

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と据付溝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。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、各接触溝１ｂ、２ｂは、ばね接触子３の素線と導体１、２との間の１つの接触部に対してそれぞれ１つの接触溝が設けられており、導体１に設けられる接触溝１ｂの個数、および導体２に設けられる接触溝２ｂの個数は、共にばね接触子３の巻数と同数である場合を示した。本実施の形態４では、各接触溝１ｂ、２ｂの数は、ばね接触子３のばね巻数よりも多い点が実施の形態１〜３と異なっている。その他の構成および機能は実施の形態１〜３に示す接触子装置と同様である。
この構成によれば、ばね接触子３を変形させ、導体２の据付溝２ａ内に挿入する際、あるいは導体１と導体２とを嵌合させ、ばね接触子３と導体１とを接触させる際に、接触溝１ｂ、２ｂ上にばね接触子３の各素線を配置することが容易となり、導体１、２とばね接触子３との接触面積が増加し、接触抵抗を減少させることができる。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、第２の導体２の小径部に据付溝２ａが設けられ、据付溝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では、第１の導体１の中空部の内周面に据付溝を形成し、ばね接触子３を第１の導体１の上記据付溝に配置し、第２の導体２の小径部は、円柱状の中実棒としている。また、第２の導体２の円柱状の小径部の外周面とばね接触子３との接触部、および第１の導体１の筒部の内周面に設けられた据付溝とばね接触子３との接触部には、接触溝がそれぞれ設けられ、上記接触溝上にばね接触子３の素線が配置するようにしている。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。

実施の形態６．
図１０〜図１２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では、導体１および据付溝２ａが設置される導体２の両方にそれぞれ接触溝１ｂ、２ｂを形成している。本実施の形態６では、図１０〜図１１に示すように、据付溝が設置される導体（図１０、図１１では導体１に据付溝１ａが形成されている。）にのみ接触溝を形成している。
また、図１２に示すように、据付溝を形成していない方の導体（図１２では導体２）にのみ接触溝を形成している。
ここで、据付溝および接触溝の構成、溝形状は、実施の形態１〜５と同様の構成とする。
これにより、実施の形態１〜５と同様の効果が得られる。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、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７では、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据付溝に嵌める構成としている点が実施の形態１〜６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据付溝は、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、据付溝が第２の導体２に設けられる場合は、平板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。据付溝が第１の導体１に設けられる場合は、コの字の内側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１〜６に示す接触子装置と同様である。
このようにすれば、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１〜６と同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態１による接触子装置を示す断面構成図である。本発明の実施の形態１による接触子装置の接触部を示す拡大図である。図１のＡ−Ａ線での断面構成図である。図１のばね接触子を取り除いた状態のＣ−Ｃ線での断面構成図である。本発明の実施の形態１に係わるばね接触子の一部分を示す側面図である。本発明の実施の形態１に係わるばね接触子と接触溝との接触部を示す拡大図である。本発明の実施の形態２に係わるばね接触子と接触溝との接触部を示す拡大図である。本発明の実施の形態２に係わるばね接触子と接触溝との接触部を示す拡大図である。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。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。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。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。

符号の説明

１第１の導体、２第２の導体、３ばね接触子、１ａ，２ａ据付溝、１ｂ，２ｂ接触溝。

Claims

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、
少なくとも一方の上記導体の上記ばね接触子との接触部に、上記ばね接触子の素線の方向に沿った接触溝を設け、上記接触溝上に上記素線が配置され、
上記ばね接触子の素線と上記接触溝との接触部では、素線の断面において接触点が複数個所あることを特徴とする接触子装置。
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、ばね接触子を嵌める据付溝を有し、上記据付溝は、断面が楕円形状のばね接触子の短軸方向の側面を上記据付溝の底面に対向させて嵌めた場合に、上記据付溝の底面または側面と上記ばね接触子とが接触する形状とし、
接触溝は、上記据付溝の底面または側面の上記ばね接触子との接触部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の接触子装置。
接触溝の素線に対向する面は、上記接触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請求項１または２記載の接触子装置。
接触溝の素線に対向する面は、上記接触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、ばね接触子の素線の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の接触子装置。
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、
少なくとも一方の上記導体の上記ばね接触子との接触部に、上記ばね接触子の素線の方向に沿った接触溝を設け、上記接触溝上に上記素線が配置され、
接触溝の素線に対向する面は、上記接触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、ばね接触子の素線の曲率半径以上であることを特徴とする接触子装置。
接触溝の数は、ばね接触子のばね巻数よりも多いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の接触子装置。