JP5400842B2 - 接触式コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、位置決めの精度があまり高くない二つの構造体間で、給電線を導通させる接触式のコネクタに関する。特には、ロボットや無人搬送機に使用される接触式コネクタに関する。

ロボットや無人搬送機の給電には、プラグとレセプタクルを有する電気コネクタが使用される場合がある。このようなロボットや無人搬送機は比較的大きい構造体であり、給電時に高い位置決め精度は要求されない。つまり、プラグとレセプタクルとの間に、プラグとレセプタクルとの装着方向（Ｚ軸方向）及び同方向と直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）にある程度の許容範囲（偏芯距離）が存在していても特に問題はない。

また、このようなコネクタにおいては、コネクタの導通部が露出していると、環境によってはごみやねずみ等の小動物などの異物が導通部に接触するような場合もありうる。このため、コネクタの導通部はある程度保護されていることが安全上好ましい。さらに、ケーブルの劣化対策も施されていることが好ましい。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、広い給電可能空間を有するとともに、給電ケーブルの劣化対策や電極の保護対策が施されている接触式のコネクタを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の接触式コネクタは、 高い位置決め精度を要求されない二つの構造体間で、給電される側の構造体の電源ケーブルを通じて給電する接触式コネクタであって、 所望の広がりを有する接触板からなる板状電極と、 前記接触板の表面に先端が押し当てられる、軸方向に進退自由に付勢されている棒状電極と、 該棒状電極を進退可能に案内する絶縁体からなるガイドブロックと、を備え、 前記接触板表面の広がりの範囲内、かつ、前記棒状電極の進退範囲内の空間領域において、前記板状電極と前記棒状電極とが接触して両者間で給電が可能であり、 前記棒状電極の先端側は、前記ガイドブロックから外側に進退可能に突出するように構成されているとともに、前記棒状電極の基端側は、前記ガイドブロック内に収納されており、 前記棒状電極に電気的に接続される端子取り付け部が前記ガイドブロックに固定されており、 該端子取り付け部と前記棒状電極間に、伸縮又はスライド可能な導電手段が設けられており、 前記棒状電極の先端側が後退しても、前記端子取り付け部を介して接続されるケーブルの姿勢は変化しないことを特徴とする。

本発明によれば、給電可能な空間が、面積が接触板の表面で、高さが棒状電極の進退可能距離である空間領域となり、比較的広い空間内で給電可能となる。このため、高い位置決め精度を要求されない二つの構造体間で給電可能となる。例えば、ロボットや無人搬送機などに本コネクタを適用できる。

また、棒状電極の先端側は、ガイドブロックから外側に進退可能に突出するように構成されているが、棒状電極の基端側は、ガイドブロック内に端子取り付け部に対して伸縮又はスライド可能な手段によって収納されている。このため、棒状電極の先端側が後退しても、同電極と、ガイドブロックに固定された端子取り付け部を介して接続されるケーブルの姿勢は変化しない。したがって、ケーブルがねじれたり、引っ掛かったりすることがなく、ケーブルの耐久性や安全性が向上する。

さらに、棒状電極のうち、ガイドブロックから露出しているのは先端側の部分のみであるので、露出している部分の面積を少なくでき、棒状電極と他の物との接触の危険性を低減できる。

本発明の第２の態様の接触式コネクタは、 高い位置決め精度を要求されない二つの構造体間で、給電される側の構造体の電源ケーブルを通じて給電する接触式コネクタであって、 所望の広がりを有する接触板からなる板状電極と、 前記接触板の表面に先端が押し当てられる、軸方向に進退自由に付勢されている棒状電極と、 該棒状電極を進退可能に案内する絶縁体からなるガイドブロックと、を備え、 前記接触板表面の広がりの範囲内、かつ、前記棒状電極の進退範囲内の空間領域において、前記板状電極と前記棒状電極とが接触して両者間で給電が可能であり、 前記棒状電極の先端側は、前記ガイドブロックから外側に進退可能に突出するように構成されており、 前記先端側の棒状電極の側面に絶縁保護カバーが取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ガイドブロックから露出している棒状電極の先端側の側面に絶縁保護カバーを取り付けるので、電極の側面にごみや小動物などが直接接触しても、漏電や短絡、感電の危険性がない。このため、安全性を向上でき、故障を防ぐことができる。

前記第１の態様の接触式コネクタにおいても、 前記先端側の棒状電極の側面に絶縁保護カバーを取り付けることができる。

上記の発明においては、 前記棒状電極の基端側が、該基端側から開口した中空部を有し、 前記端子取り付け部が、前記ガイドブロックに固定されるとともに給電線の端末が取り付けられるベース部と、該ベース部から立設したピン部と、を有し、 前記棒状電極の中空部に前記端子取り付け部のピン部がスライド可能に嵌合するとともに、該棒状電極の中空部と端子取り付け部のピン部との間に導通手段が設けられていることとできる。

本発明によれば、棒状電極の基端側と端子取り付け部のピン部とをスライド可能に嵌合させることにより、棒状電極の後退時には、棒状電極の先端側はガイドブロック内に後退するが、基端側は端子取り付け板のピン部に対してスライドするので、棒状電極の後退にかかわらず同電極の基端側をガイドブロック内に収容させておくことができる。そして、棒状電極の先端側が後退しても、ガイドブロックに固定された端子取り付け板を介して棒状電極と接続されるケーブルの姿勢は変化しない。

あるいは、棒状電極の基端側と端子取り付け部との間に、棒状電極の進退方向に伸縮可能な導電手段を配置することもできる。この場合は、棒状電極は導通手段の伸縮可能な長さの分だけガイドブロック内で後退するので、棒状電極の進退運動にかかわらず同電極の基端側をガイドブロック内に収容させておくことができる。

本発明においては、 前記導通手段が、 前記棒状電極又は前記端子取り付け部に配置された弾性導電性部材であり、 該弾性導電性部材が、コンタクトバンド及び／又はコイルバネであることが好ましい。

また、本発明においては、 前記保護カバーが、前記棒状電極の先端側の外周に嵌合する円筒状の形状であるとともに、基端側にフランジ部が形成されており、 前記ガイドブロックに、前記棒状電極が収容される貫通孔が形成されており、 該フランジ部が、前記ガイドブロックの貫通孔に形成された段部に当接して前記保護カバーが前記ガイドブロックに抜け止めされていることとできる。

以上の説明から明らかなように、本発明の接触式コネクタは、板状電極の接触板表面の広がりの範囲内、かつ、棒状電極の進退範囲内の空間領域が給電可能空間となるので、比較的広い空間内で給電可能となる。さらに、棒状電極の基端側は、ガイドブロック内において端子取り付け板に対して伸縮又はスライド可能な手段で収容されている。このため、棒状電極の先端側が後退しても、ガイドブロックに固定された端子取り付け板を介して棒状電極と接続されるケーブルの姿勢が変化しないので、ケーブルの耐久性や安全性が向上する。また、棒状電極の先端側に保護カバーを設けた場合は、電極の側面に電極の側面に異物が直接接触しても、漏電や短絡、感電の危険性がないので、安全性を向上できる。

本発明の第１の実施の形態に係る接触式コネクタの棒状電極が最も前進した状態を示す図である。 図１の接触式コネクタの棒状電極が最も後退した状態を示す図である。 図１のコネクタの斜視図である。 図１のコネクタの棒状電極を説明する図であり、図４（Ａ）は分解斜視図、図４（Ｂ）は端子ピンの分解図、図４（Ｃ）は棒状電極と端子取り付け板との接触部を拡大して示す図、図４（Ｄ）は棒状電極の先端を拡大して示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る接触式コネクタの棒状電極が最も前進した状態を示す図である。 図５の接触式コネクタの棒状電極が最も後退した状態を示す図である。 図５のコネクタの棒状電極を説明する図であり、図７（Ａ）は分解斜視図、図７（Ｂ）は端子ピンの斜視図、図７（Ｃ）は棒状電極と端子取り付け板との接触部を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る接触式コネクタを説明する。
この接触式コネクタ１は、板状電極組立体１０と、軸方向に進退自由に付勢される棒状電極３１を備えた棒状電極組立体３０とを有する。棒状電極３１の進退方向をＺ軸方向（前後方向ともいう）、Ｚ軸に直交する方向をＸ方向（横方向、左右方向ともいう）及びＹ方向（縦方向、上下方向ともいう）とする。

板状電極組立体１０は、図３に示すように、円形の平面形状の接触板１１を有する。接触板１１の径は、例えば５０ｍｍである。接触板１１は、絶縁体１２によってロボットや無人搬送機等の給電される側の構造体に固定されている。接触板１１には、例えば、この給電される側の構造体に接続する電源ケーブルの端末が接続される。

絶縁体１２には、接触板１１の寸法よりも一回り小さい寸法（径４０ｍｍ）の円形の窓１２ａが開けられている。接触板１１は、この窓１２ａから露出するように絶縁体１２に取り付けられている。

次に、主に図４を参照して棒状電極組立体３０を説明する。
棒状電極組立体３０は、先端側の進退可能な棒状電極３１と、給電ケーブルＣの端子Ｔが接続される端子取り付け板６０と、これらが収容されるブロック７０とを有する。

棒状電極３１は導電性材料（例えば黄銅）で作製され、前半部３１ａ及び後半部３１ｂと、両部の間に形成されたフランジ部３２を有する。後半部３１ｂの径は、前半部３１ａの径よりも大きい。フランジ部３２は外方向に拡がるように形成されており、その径は前半部３１ａと後半部３１ｂの径よりも大きい。前半部３１ａの先端には、電気接点３７（例えば銀製、金製、プラチナ製）が形成されている。図４（Ｂ）にも示すように、前半部３１ａは中実であるが、後半部３１ｂは後端から開口した中空の円筒状となっている。後半部３１ｂの中空部のやや後端よりの位置には、所定の長さを有する環状凹部３５が形成されている。

図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、後半部３１ｂの中空部に形成された凹部３５には、弾性導電部材４０がはめ込まれている。弾性導電部材４０は、帯状の金属薄板（例えばベリリウム銅の薄板を金メッキしたもの）で作製されたＣリング状のバンド（コンタクトバンドという）からなる。コンタクトバンド４０は、短い筒状の両端部４１と、その中間の内方向に膨らんだ中間胴部４２とを有する。中間胴部４２は、長さ方向に延びる細長の金属片（ルーバー）と細長の孔とが交互に並んだもので、細長金属片が内方向に円弧状に湾曲するように塑性変形している。これにより、中間胴部４２には弾性機能が付与される。

このようなコンタクトバンド４０を棒状電極３１の後半部３１ｂの凹部３５にはめ込むと、中間胴部４２が後半部３１ｂの内面から内方向に突出する。

図４（Ａ）に示すように、棒状電極３１の前半部３１ａには、絶縁材料（例えばＰＯＭ、ＰＰＴ）で作製されたカバー（絶縁保護カバー）５０が被せられている。カバー５０は、棒状電極３１の前半部３１ａが挿通される円筒状の部材であり、後端部には外方向に拡がるフランジ部５１が形成されている。フランジ部５１の外径は、棒状電極３１のフランジ部３２の外径とほぼ等しい。このカバー５０を棒状電極３１の先端側から挿入し、カバー５０のフランジ部５１を棒状電極３１のフランジ部３２に当接させた状態において、図４（Ｄ）に示すように、棒状電極３１の前半部３１ａの先端（電気接点３７の先端）はカバー５０の先端の開口からある程度の距離ｈ（例えば０．５ｍｍ程度）突き出している。

図４（Ａ）に示すように、端子取り付け板６０も導電性材料（例えば黄銅）で作製されており、ピン部６１と、ピン部６１が立設されたベース部６２とを有する。ピン部６１の径は、棒状電極３１の後半部３１ｂの内径よりもやや小さい。このピン部６１を棒状電極３１の後半部３１ｂに挿入すると、図４（Ｃ）に示すように、コンタクトバンド４０の中間胴部４２がピン部６１の外周面に接触し、棒状電極３１と端子取り付け板６０とが導通する。ベース部６２は円板状の形状で、後側の面には、例えば、電源側から延びる給電ケーブルＣの端末Ｔが接続している。

ブロック７０は絶縁性材料（一例でＰＯＭ樹脂）で作製されており、図３に示すように、Ｚ軸方向に長い円筒状の形状である。ブロック７０のＺ軸方向における中心軸上には、貫通孔７１が開けられている。貫通孔７１の径は、棒状電極３１のフランジ部３２の径とほぼ同じである。貫通孔７１の、板状電極組立体１０に対向する端部には、内方向に突き出た段部７２が形成されている。この段部７２における貫通孔７１の径はカバー５０の外径とほぼ同じである。

ブロック７０の、板状電極組立体１０と反対側の端部にはカバープレート７５が取り付けられている。カバープレート７５は絶縁性材料（一例でＰＯＭ樹脂）で作製されており、ブロック７０の端面形状と同じ形状である。カバープレート７５には、ブロック７０の貫通孔７１と同軸上に貫通孔７６が開けられている。この貫通孔７６の径は、端子取り付け板６０のピン部６１の径とほぼ等しく、ブロック７０の貫通孔７１の径よりも小さい。

棒状電極３１は、前半部３１ａがカバー５０に挿通された状態で、ブロック７０の貫通孔７１に挿入されている。棒状電極３１の後半部３１ｂにはバネ８０が外嵌されている。バネ８０は、棒状電極３１のフランジ部３２とカバープレート７５との間に配置されて、棒状電極３１のフランジ部３２を前方に付勢している。このフランジ部３２はカバー５０のフランジ部５１を前方に付勢し、カバー５０のフランジ部５１がブロック７０の貫通孔７１の段部７２に当接し、カバー５０で覆われた前半部３１ａが貫通孔７１から突き出している。突き出た部分の長さが、棒状電極３１のＺ軸方向の許容範囲となる。この距離は一例で３６ｍｍである。

端子取り付け板６０は、ピン部６１がカバープレート７５の貫通孔７６からブロック７０の貫通孔７１に挿入されて、ベース部６２が同プレート７５の後面に固定されている。ピン部６１は、ブロック７０の貫通孔７１内において棒状電極３１の後半部３１ｂの中空部にスライド可能に嵌合している。

図１に示す棒状電極３１がフリーの状態では、棒状電極３１がバネ８０で前方に付勢されてカバー５０のフランジ部５１がブロック７０の貫通孔７１の段部７２に当接し、カバー５０で覆われた前半部３１ａがブロック７０から突き出している。端子取り付け板６０のピン部６１の先端部は、棒状電極３１の後半部３１ｂに嵌合して、棒状電極３１の後半部３１ｂにはめ込まれたコンタクトバンド４０の中間胴部４２は、端子取り付け板６０のピン部６１の先端寄りの部分に接触している。これにより、棒状電極３１と端子取り付け板６０とが導通している。

この状態において、ブロック７０から突き出ている棒状電極３１の前半部３１ａの側面は絶縁性のカバー５０で覆われており、露出している部分は先端の電気接点３７の部分のみである。このため、ごみやネズミ等の小動物のような異物が電極に接触することによる感電や漏電の危険性が少ない。

カバー５０から露出している棒状電極３１の先端の電気接点３７が板状電極組立体１０の接触板１１に接触すると、両電極間が導通する。棒状電極３１と板状電極組立体１０との間隔が所定の間隔よりも短くなった場合は、図２に示すように、棒状電極３１が板状電極組立体１０により後方に押されて、棒状電極３１がバネ８０の付勢力に抗してブロック７０内に後退する。詳細には、棒状電極３１のブロック７０から突き出していた部分（主に前半部３１ａ）がブロック７０内に後退し、ブロック７０に収容されている後半部３１ｂが端子取り付け板６０のピン部６１に対してスライドして、ピン部６１が後半部３１ｂに嵌り込む深さが深くなる。端子取り付け板６０はガイドブロック７０に固定されたままであるので、棒状電極３１の後退によっても端子取り付け板６０は移動せず、同板６０に接続している給電ケーブルＣが移動したりねじれることはない。これによりケーブルＣの劣化を防止できる。なお、この間も、コンタクトバンド４０の中間胴部４２は、端子取り付け板６０のピン部６１の先端寄りの部分に摺動接触しており、棒状電極３１と端子取り付け板６０とは導通している。

なお、実際には、図２に示すように、棒状電極３１の後退限においては、棒状電極３１の先端の接点３７とカバー５０の先端面とが板状電極組立体１０の接触板１１に接触する。図４（Ｄ）に示すように、棒状電極３１がフリーの状態では、同電極３１の先端（電気接点３７の先端）はカバー５０の先端の開口からある程度の距離ｈ（例えば０．５ｍｍ程度）突き出しているので、棒状電極３１の後退限において棒状電極３１の先端の接点３７とカバー５０の先端面とが接触板１１に接触した場合、棒状電極３１のフランジ部３２とカバー５０のフランジ部５１との間には、突き出した距離ｈと同じ距離のスキマが開く。

また、棒状電極３１の先端の金属接点３７は、板状電極組立体１０のブロック１５の窓１７から露出した接触板１１の前面のどの位置に接触しても両電極間の導通が得られる。
したがって、この例では導通範囲の許容幅は、Ｚ軸方向に３６ｍｍ、Ｘ軸方向に３５ｍｍ、Ｙ軸方向に２５ｍｍである。

図５〜図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る接触式コネクタを説明する。
この例の接触式コネクタ１Ａも図１〜図４で説明した接触式コネクタ１とほぼ同様の構造であるが、棒状電極と端子取り付け板間の導通機構が異なる。以下、棒状電極と端子取り付け板間の導通機構のみを説明する。図５〜図７において図１〜図４と同じ作用・構造を有する部位・部材は、図１〜図４と同じ符号を付し、説明を省略する。

この例でも、棒状電極３１は、中実の前半部３１ａ、後端から開口した円筒状の後半部３１ｂ、及び両部間から外方向に張り出すフランジ３２を有すが、後半部３１ｂの中空部に環状の凹部は形成されていない。
一方、図７（Ｂ）に示すように、端子取り付け板６０Ａのピン部６１の先端側（板状電極組立体１０側）には、前後方向に並んだ２個の環状の溝６３が形成されている。各溝６３には、導電性コイルバネ６５（例えば銅製、銅合金製）がはめ込まれている。各溝６３に導電性コイルバネ６５がはめ込まれると、図７（Ｃ）に示すように、同バネ６５の外周面は端子取り付け板６０のピン部６１の外周面から外方向に突き出る。この突き出た部分が、棒状電極３１の後半部３１ｂの内周面に摺動接触し、棒状電極３１と端子取り付け板６０とが導通する。

この例の接触式コネクタにも、図１〜図４で示した接触式コネクタと同様に作動する。

１ 接触式コネクタ
１０ 板状電極組立体 １１ 接触板
１２ 絶縁体
３０ 棒状電極組立体 ３１ 棒状電極
３２ フランジ部 ３５ 環状凹部
３７ 電気接点 ４０ 弾性導電部材（コンタクトバンド）
４１ 両端部 ４２ 中間胴部
５０ カバー（絶縁保護カバー） ５１ フランジ部
６０ 端子取り付け板 ６１ ピン部
６２ ベース部 ６３ 溝
６５ 導電性コイルバネ ７０ ブロック
７１ 貫通孔 ７２ 段部
７５ カバープレート ７６ 貫通孔
８０ バネ

Claims (5)

1. 高い位置決め精度を要求されない二つの構造体間で、給電される側の構造体の電源ケーブルを通じて給電する接触式コネクタであって、
   所望の広がりを有する接触板からなる板状電極と、
   前記接触板の表面に先端が押し当てられる、軸方向に進退自由に付勢されている棒状電極と、
   該棒状電極を進退可能に案内する絶縁体からなるガイドブロックと、
   を備え、
   前記接触板表面の広がりの範囲内、かつ、前記棒状電極の進退範囲内の空間領域において、前記板状電極と前記棒状電極とが接触して両者間で給電が可能であり、
   前記棒状電極の先端側は、前記ガイドブロックから外側に進退可能に突出するように構成されているとともに、前記棒状電極の基端側は、前記ガイドブロック内に収納されており、
   前記棒状電極に電気的に接続される端子取り付け部が前記ガイドブロックに固定されており、
   該端子取り付け部と前記棒状電極間に、伸縮又はスライド可能な導電手段が設けられており、
   前記棒状電極の先端側が後退しても、前記端子取り付け部を介して接続されるケーブルの姿勢は変化しないことを特徴とする接触式コネクタ。
2. 前記先端側の棒状電極の側面に絶縁保護カバーが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の接触式コネクタ。
3. 前記棒状電極の基端側が、該基端側から開口した中空部を有し、
   前記端子取り付け部が、前記ガイドブロックに固定されるとともに給電線の端末が取り付けられるベース部と、該ベース部から立設したピン部と、を有し、
   前記棒状電極の中空部に前記端子取り付け部のピン部がスライド可能に嵌合するとともに、該棒状電極の中空部と端子取り付け部のピン部との間に導通手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の接触式コネクタ。
4. 前記導通手段が、
   前記棒状電極又は前記端子取り付け部に配置された弾性導電性部材であり、
   該弾性導電性部材が、コンタクトバンド及び／又はコイルバネであることを特徴とする請求項３に記載の接触式コネクタ。
5. 前記保護カバーが、前記棒状電極の先端側の外周に嵌合する円筒状の形状であるとともに、基端側にフランジ部が形成されており、
   前記ガイドブロックに、前記棒状電極が収容される貫通孔が形成されており、
   該フランジ部が、前記ガイドブロックの貫通孔に形成された段部に当接して前記保護カバーが前記ガイドブロックに抜け止めされていることを特徴とする請求項２に記載の接触式コネクタ。

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