JP4824060B2 - 電気接続構造体 - Google Patents

Description

この発明は、受電用接続端子と給電用接続端子からなる電気接続構造体、特に可動接続部を有する電気接続構造体に関する。

一般に電気接続部は、受電用接続端子と給電手段に接続された給電用接続端子からなり、受電用接続端子・給電用接続端子共にボルトおよびナット等によって固定されている。また、両端子の接続部も（特に通電中は）、接続を確実にするためにボルトおよびナットによって固定されている。

例外として、電車用トロリー線の接続部やめっき設備等に用いられるロール電極がある。電車用トロリー線の接続部は、トロリー線本体とパンタグラフ電気接続部にカーボン板等の材料が当てられており、前後に移動可能となっている。また、ロール電極では、回転体の周囲で接触するような回転体で給電する構造となっており、回転方向にのみ移動可能となっている。
特開２００４−２５９４１号公報

しかし、近年、揺動したり回転したりする装置への給電方式の検討が必要となっている。揺動したり回転したりする装置においては、装置に設けられる受電用接続端子の位置が常に一定であるとは限らない。従って、その接続部の位置も一定とはならない。このような接続部においては、受電用接続端子および給電用接続端子を固定することはできない。しかしながら、当然のことながら、安定した通電状態を確保することが求められる。
そこで、受電用接続端子および給電用接続端子がお互いにある程度自由に動く遊びを有しつつ、良好な通電状態を保持することが必要となっていた。

従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、揺動、回転等３次元で可動状態にある電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子の接続面を、良好な通電状態を維持しつつ、電源に電気的に接続された雄側端子の接続端部と可動状態で接続することができる電気接続構造体を提供することにある。

本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、以下のことが判明した。良好な通電状態を維持しつつ可動する接続部を有するためには、揺動、回転等３次元で可動状態にある電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子の接続面を、電源に電気的に接続された雄側端子の接続端部と可動状態で接続することが必要である。

そのためには、絶縁物からなる支持部材で形成される断面矩形の柱状空間の中に、雄側端子の接続端部と接続される雌側端子の導体からなる板状部材を配置し、板状部材と支持部材の間に複数の弾性体（例えばコイルバネ）を配置して、板状部材の外側から付勢すると、板状部材が自在に位置を変えることができる。

即ち、雌側端子が雄側端子の接続端部を受け入れ接続された状態で、雌側端子が電力供給先部材の揺動、回転等動きに対応して動いても、複数点において弾性体により外側から付勢された導体からなる板状部材が、対応して自在に位置を変化させて、雄側端子の接続端面との接続を維持するので良好な通電状態が維持される。

この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の電気接続構造体の第１の態様は、一方の端部が電源に電気的に接続され、絶縁物によって被覆された導体からなるアーム部と、アーム部の他方の端部に一体的に形成された所定形状の接続端部とからなる雄側端子と、
前記接続端部の所定形状に対応した形状を形成して、前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する少なくとも１対の導体と、受け入れ時に前記導体を外側から付勢する少なくとも１対の弾性体と、前記弾性体を支持する絶縁物からなる支持部材からなり、可動状態で前記雄側端子と接続され、一方の端部が電力供給先部材に電気的に接続される雌側端子とからなり、前記雄側端子の前記接続端部の先端に、前記雌側端子の前記導体との間の接続抵抗を低減する空気を送る送風孔部を備えている、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第２の態様は、前記雄側端子の前記接続端部が概ね矩形の平板状部材からなり、前記雌側端子の前記導体が並列配置された複数対の板状部材からなり、前記弾性体が複数対からなり、複数対の弾性体によって、各対の導体が個別に付勢されて、前記電力供給先部材の動きに対応して、前記雄側端子の前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第３の態様は、前記雄側端子の前記接続端部が概ね円柱形状部材からなり、前記雌側端子の前記導体が円周方向に配置された複数対の断面概ね円弧状部材からなり、前記弾性体が複数対からなり、複数対の弾性体によって、各対の導体が個別に付勢されて、前記電力供給先部材の動きに対応して、前記雄側端子の前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第４の態様は、前記雌側端子の前記導体が、それぞれ、外側に広がるように傾斜した先端受入部、中央に位置する中央接続部および後端に位置する後端固定部からなっており、前記後端固定部が弾性変形の可能な部材からなり、前記弾性体が前記中央接続部に取り付けられている、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第５の態様は、前記雌側端子の前記導体が前記雄側端子の前記接続端部と接続状態を維持するように、前記弾性体が前記雌側端子の前記導体の変位に対応して付勢して、前記雌側端子が前記電力供給先部材の３次元運動および振動に対応して運動する、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第６の態様は、前記弾性体が、前記変位に対応する所定の撓み代および所定の軸力を有するコイルばねからなっている、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第７の態様は、前記支持部材が、前記雌側端子の前記導体の概ね前記中央接続部を覆い、前記変位が可能な、断面概ね矩形の筒状の空間を形成している、電気接続構造体である。

この発明の電気接続構造体の第８の態様は、前記雄側端子の前記アーム部の所定位置に備えられて、前記アーム部が垂直方向に移動可能に支持されるアーム支持部材を備えている、電気接続構造体である。

この発明によると、揺動、回転等３次元で可動状態にある電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子の接続面を、電源に電気的に接続された雄側端子の接続端部と可動状態で接続することができ、良好な通電状態を維持しつつ可動する接続部を有する電気接続構造体を提供することができる。
具体的に、雌側端子が雄側端子の接続端部を受け入れ接続された状態で、雌側端子が電力供給先部材の揺動、回転等動きに対応して動いても、複数点において弾性体により外側から付勢された導体からなる板状部材が、対応して自在に位置を変化させて、雄側端子の接続端面との接続を維持するので良好な通電状態を維持することができる。

この発明の電気接続構造体の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の電気接続構造体の１つの態様は、一方の端部が電源に電気的に接続され、絶縁物によって被覆された導体からなるアーム部と、アーム部の他方の端部に一体的に形成された所定形状の接続端部とからなる雄側端子と、
接続端部の所定形状に対応した形状を形成して、接続端部を可動状態で受け入れて接続する少なくとも１対の対向配置された導体と、導体に外側から付勢して可動状態に保持する少なくとも１対の弾性体と、弾性体を支持する絶縁物からなる支持部材からなり、可動状態で雄側端子と接続され、一方の端部が電力供給先部材に電気的に接続される雌側端子とからなる電気接続構造体である。

即ち、この発明の電気接続構造は、例えば、揺動、回転等３次元で可動する電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子の接続端面を、電源に電気的に接続された雄側端子の接続端部と可動状態で接続することができる電気接続構造体である。

図１は、雄側端子と雌側端子が可動状態で接続されているこの発明の電気接続構造体を説明する斜視図である。図１に示すように、電気接続構造体１は、揺動、回転等３次元で可動する（図示しない）電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子３と、雌側端子３と接続される雄側端子２からなっている。雄側端子２は、一方の端部が電源に電気的に接続され、絶縁物によって被覆された導体（例えば、銅管）からなるアーム部４と、アーム部４の他方の端部に一体的に形成された所定形状の接続端部５とからなっている。

雄側端子２は、アーム部４の所定位置に（図示しない）支持部を備えていてもよい。支持部によって、雄側端子２の接続端部５が垂直方向および／または水平方向に微小移動すると、可動状態の雌側端子の動きに対応することが容易になり、良好な通電状況を維持しつつ、雄側端子と雌側端子の接続が可能になる。

雌側端子３は、雄側端子２の接続端部５の所定形状に対応した形状を形成して、接続端部５を可動状態で受け入れて接続する少なくとも１対の、所定間隔をあけて対向配置された導体６と、導体６に外側から付勢する少なくとも１対の弾性体と、弾性体を支持する絶縁物からなる支持部材１４からなっている。雌側端子３は、可動状態で雄側端子２と接続される。即ち、雌側端子３は、上述したように、揺動、回転等の３次元での動きを伴う電力供給先部材に固定されて、電気的に接続されている。従って、雌側端子３も、電力供給先部材の動きに対応して揺動、回転等の３次元的な動きをする。この発明の電気接続構造体では、上述した雌側端子の構造によって、雌側端子３は、可動状態で雄側端子２と接続されている。

図２は、雄側端子を説明する図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、側面図である。図２に示すように、アーム部４は、導体８（例えば、銅管）を絶縁体で被覆し、その表面を金属（鉄、ステンレススチール等）で覆った棒状の部材である。アーム部４の先端に露出している導体８に、金属製（例えば銅、アルミニウム等）の接続端部５が一体的に形成されている。

接続端部５は、図に示す態様では、矩形の厚板状の部材である。接続端部５は、雌側端子３と接続されるときに、ゴミ汚れ等を挟み込んで接続抵抗が大きくならないように、接続面に空気を吹き付ける送風孔部９を備えている。アーム部４の導体８内を通って空気が送られ、送風孔部９を通り、雌側端子３の接続面上に吹き付けられて、その表面上のゴミ等を除去する。

図３は、雌側端子を説明する図である。図３（ａ）は上面図、３（ｂ）は側面図、３（ｃ）は下面図、３（ｄ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。図３（ａ）から図３（ｄ）に示すように、雌側端子は、対向配置された絶縁物からなる支持部材１４、１４に挟まれて、空間部が形成されている。支持部材はその強度を確保するために、金属製の枠１５が周辺部に取り付けられている。支持部材１４、１４に挟まれて形成された空間部の中に、対向配置された複数対の導体からなる板状部材６−１、６−２、６−３、６−４、６−５、および、対応する弾性体１０がそれぞれ配置されている。

即ち、図３（ｄ）に示すように、それぞれの支持部材１４の内側に弾性体１０の一方の端部が取り付けられ、弾性体１０の他方の端部に導体からなる板状部材６が取り付けられている。雄側端子２の接続端部５が雌側端子３に挿入されていない場合には、図３（ｄ）に示すように、弾性体１０は負荷のかからない状態にあり、対向配置された板状部材６の間には、雄側端子２の接続端部５が挿入される空間部が形成されている。

図３（ｂ）に示すように、この態様においては、複数対（５対）の導体からなる板状部材６−１、６−２、６−３、６−４、６−５は、垂直方向に並列配置されている。水平方向に所定間隔で対向配置された板状部材６−１、６−２、６−３、６−４、６−５の間には、雄側端子２の接続端部５が挿入される空間部が形成されている。図３（ｂ）に示す絶縁物からなる支持部材１４と、導体からなる板状部材６−１、６−２、６−３、６−４、６−５には、上述したように、それぞれ対応する弾性体１０が取り付けられている。

従って、弾性体１０を介して支持部材１４に支持された導体からなる板状部材６−１、６−２、６−３、６−４、６−５は、力が加わると、全体として一律に対応するのではなく、個別に対応することができる。即ち、上述したように雌側端子３が取り付けられている電力供給先部材が揺動、回転等の動きをとると、それに伴って雌側端子３が動く。その際、雌側端子３の板状部材６の間に挿入されて接続された雄側端子２の接続端部５と、板状部材６が個別に対応して動く。

換言すれば、雌側端子３の動きに応じて、個々の板状部材６の対応する弾性体１０がそれぞれ個別に収縮して、板状部材６に外側から付勢する。その結果、雌側端子３が動いても、雄側端子２の接続端部５と板状部材６の間の接触状態が保たれ、良好な通電状態が維持される。上述したように、雌側端子は、雄側端子との相対位置のずれを吸収する構造を備えている。

上述した導体からなる板状部材６は、雄側端子２の接続端部５を受け入れ、そして、接続端部５と広い接触面を有するような形状が望ましい。板状部材６は、例えば、外側に広がるように傾斜した先端受入部１１、中央に位置する中央接続部１２および後端に位置する後端固定部１３からなっている。このような板状部材６が水平方向に所定の間隔をあけて対向配置される。

先端受入部１１は、雄側端子２の接続端部５を誘導するのに適した形状であればよい。中央接続部１２は接続端部５の表面と接触する面を大きくするために平らな面が好ましい。後端固定部１３は電力供給先部材またはそれに電気的に接続される部材にボルト、ナット等を使用して堅固に固定される。なお、後端固定部１３は、可動状態の雌側端子３に対応できるように弾性変形の可能な部材からなっていることが好ましい。上述した板状部材６の中央接続部１２における支持部材１４側の面に弾性体１０が取り付けられる。

図４は、弾性体の１つの例を示す部分拡大断面図である。図４に示す態様では、弾性体としてコイルばね１０を使用している。図４に示すように、導体からなる板状部材６の中央接続部１２の支持部材１４側の面の所定位置にコイルばね１０のシャフト部１６の一方の端部が固定されている。シャフト部１６は板状部材６に垂直で、支持部材１４の方向に延伸して、絶縁物からなる支持部材１４に形成された孔部を貫通している。コイルばね１０はシャフト部１６に装着されて、支持部材１４と板状部材６の間に位置して収縮する。

更に、シャフト部１６の他方の端部はナット１７等によって所定の力で固定されている。シャフト部１６は、コイルばね１０に力が加わって圧縮されると、支持部材１４と板状部材６の間にある部分が、垂直方向に縮み、力が弱まると延びるように設定されている。なお、板状部材６は、好ましくは、複数の点でコイルばね１０を介して支持部材１４に装着されている。

コイルばね１０は、可動状態においても、雄側端子２の接続端部５が良好な通電状態で板状部材との接続を維持するように、板状部材６の位置を変化させる。コイルばね１０は、その板状部材６の変位に対応するような、所定の撓み代および所定の軸力を有している。支持部材１４と板状部材６の間の距離およびコイルばね１０の撓み代および軸力が上述した状況に対応するように設定される。

図５は、別の態様の雄側端子および雌側端子を説明する図である。図５（ａ）は、雄側端子の斜視図、図５（ｂ）は雌側端子の断面図である。図５（ａ）に示すように、この態様の雄側端子２０は、一方の端部が電源に電気的に接続され、絶縁物によって被覆された導体（例えば、銅管）からなるアーム部２４と、アーム部２４の他方の端部に一体的に形成された円柱形状の接続端部２５とからなっている。接続端部２５は、雌側端子３０との接続を用意にするために、先細りの円錐台形状であってもよい。

雌側端子３０は、対向配置されて、雄側端子２０の接続端部２５の形状に対応した形状を形成して、接続端部２５を可動状態で受け入れて接続する少なくとも１対の導体２６と、導体２６に外側から付勢する少なくとも１対の弾性体３１と、弾性体３１を支持する絶縁物からなる支持部材３４からなっている。

具体的には、支持部材３４は、概ね四角柱状の部材の中を円筒状に削り取った形状を形成する４つの分割された部材からなっている。雌側端子３０の導体は、円周方向に配置された複数の断面概ね円弧状部材２６からなっている。４つの支持部材３４に挟まれて形成された空間部の中に、円周方向に配置された複数の断面概ね円弧状部材２６、および、対応する弾性体３１がそれぞれ配置されている。

この態様においても、上述した態様と同様に、雌側端子３０の動きに応じて、個々の円弧状部材２６の対応する弾性体３１がそれぞれ個別に収縮して、円弧状部材２６に外側から付勢する。その結果、雌側端子３０が動いても、雄側端子２０の接続端部２５と円弧状部材２６の間の接触状態が保たれ、良好な通電状態が維持される。

図６は、雄側端子と雌側端子が接続された電気接続構造体を説明する図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、雄側端子２の概ね矩形の導体からなる厚板状部材である接続端部５が、雌側端子３の導体からなる板状部材６に側面から挟まれて電気的に接続されている。板状部材６は、垂直方向に並列配置されて、絶縁体からなる支持部材１４に支持されたコイルばね１０によって外側から付勢されている。このようにコイルばね１０によって付勢された板状部材６が概ね接続端部５の全面にわたって電気的に接続されている。

雌側端子３が装着されている電力供給先部材が、揺動、回転等３次元で動くと、それに伴って雌側端子３が対応して動く。その際、支持部材６に固定されたコイルばね１０は、上述した可動状態に対応して、雄側端子２の接続端部５が良好な通電状態で板状部材と接続を維持するように、個々の板状部材６の位置を変化させる。その結果、可動状態においても、雄側端子２および雌側端子３間に良好な通電状態が維持される。

この発明の電気接続構造体は、広く適用できる。例えば、電気炉において利用することができる。即ち、加熱用電力の受電用接続端子が炉体下部の外側に敷設され、給電手段に接続された給電用接続端子が、遠隔位置と炉体下方の位置との間で移動できる電気炉において、受電用接続端子を雄側端子または雌側端子の一方とし、給電用接続端子を雄側端子または雌側端子の他方とする。

上述したように、この発明によると、揺動、回転等３次元で可動状態にある電力供給先部材に電気的に接続された雌側端子の接続面を、良好な通電状態を維持しつつ、電源に電気的に接続された雄側端子の接続端部と可動状態で接続することができる電気接続構造体を提供することができる。

なお、本願発明は上述した実施態様に限定されるものではない。例えば、上記実施態様では、弾性体としてコイルばねを用いているが、コイルばねに代わり、皿ばねを用いることもできる。通常、弾性体は、軸力と撓み代により選択するが、コイルばねは撓み代を確保し易いという効果を有している。

また、雌端子の支持部材は断面概ね円形の筒状の空間を形成するようにすることもできるが、断面概ね矩形の筒状の空間を形成するようにすると製造が容易であると効果を有する。

図１は、雄側端子と雌側端子が可動状態で接続されているこの発明の電気接続構造体を説明する斜視図である。 図２は、雄側端子を説明する図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、側面図である。 図３は、雌側端子を説明する図である。図３（ａ）は上面図、３（ｂ）は側面図、３（ｃ）は下面図、３（ｄ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。 図４は、弾性体の１つの例を示す部分拡大断面図である。 図５は、別の態様の雄側端子および雌側端子を説明する図である。図５（ａ）は、雄側端子の斜視図、図５（ｂ）は雌側端子の断面図である。 図６は、雄側端子と雌側端子が接続された電気接続構造体を説明する図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 電気接続構造体
２、２０ 雄側端子
３、３０ 雌側端子
４、２４ アーム部
５ 接続端部
６ 導体（板状部材）
８ 導体
９ 送風孔部
１０、３１ 弾性体（コイルばね）
１１ 先端受入部
１２ 中央接続部
１３ 後端固定部
１４ 支持部材
１５ 金属製の枠
１６ シャフト部
１７ ナット
２６ 円弧状部材
３４ 支持部材

Claims (8)

1. 一方の端部が電源に電気的に接続され、絶縁物によって被覆された導体からなるアーム部と、アーム部の他方の端部に一体的に形成された所定形状の接続端部とからなる雄側端子と、
   前記接続端部の所定形状に対応した形状を形成して、前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する少なくとも１対の導体と、受け入れ時に前記導体を外側から付勢する少なくとも１対の弾性体と、前記弾性体を支持する絶縁物からなる支持部材からなり、可動状態で前記雄側端子と接続され、一方の端部が電力供給先部材に電気的に接続される雌側端子とからなり、
   前記雄側端子の前記接続端部の先端に、前記雌側端子の前記導体との間の接続抵抗を低減する空気を送る送風孔部を備えている電気接続構造体。
2. 前記雄側端子の前記接続端部が概ね矩形の厚板状部材からなり、前記雌側端子の前記導体が並列配置された複数対の板状部材からなり、前記弾性体が複数対からなり、複数対の弾性体によって、各対の導体が個別に付勢されて、前記電力供給先部材の動きに対応して、前記雄側端子の前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する、請求項１に記載の電気接続構造体。
3. 前記雄側端子の前記接続端部が概ね円柱形状部材からなり、前記雌側端子の前記導体が円周方向に配置された複数対の断面概ね円弧状部材からなり、前記弾性体が複数対からなり、複数対の弾性体によって、各対の導体が個別に付勢されて、前記電力供給先部材の動きに対応して、前記雄側端子の前記接続端部を可動状態で受け入れて接続する、請求項１に記載の電気接続構造体。
4. 前記雌側端子の前記導体が、それぞれ、外側に広がるように傾斜した先端受入部、中央に位置する中央接続部および後端に位置する後端固定部からなっており、前記後端固定部が弾性変形の可能な部材からなり、前記弾性体が前記中央接続部に取り付けられている、請求項１から３の何れか１項に記載の電気接続構造体。
5. 前記雌側端子の前記導体が前記雄側端子の前記接続端部と接続状態を維持するように、前記弾性体が前記雌側端子の前記導体の変位に対応して付勢して、前記雌側端子が前記電力供給先部材の３次元運動および振動に対応して運動する、請求項１から４の何れか１項に記載の電気接続構造体。
6. 前記弾性体が、前記変位に対応する所定の撓み代および所定の軸力を有するコイルばねからなっている、請求項５に記載の電気接続構造体。
7. 前記支持部材が、前記雌側端子の前記導体の概ね前記中央接続部を覆い、前記変位が可能な、断面概ね矩形の筒状の空間を形成している、請求項５または６に記載の電気接続構造体。
8. 前記雄側端子の前記アーム部の所定位置に備えられて、前記アーム部が垂直方向に移動可能に支持されるアーム支持部材を備えている、請求項１から７の何れか１項に記載の電気接続構造体。

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