JP6515217B1 - コネクタ及び測温ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 装着されるリード線が座屈や損傷することが無く、接触抵抗も小さくできるコネクタ及び測温ユニットを提供する。【解決手段】 コネクタ１００は、軸方向に直交する断面との交線が互いに平行な一対の側面１０を有する絶縁物質からなる柱状の基体１と、一対の側面１０それぞれに設けられ、リード線２０１と外部導線６とを電気的に導通状態にする、弾性素材からなる電極板２と、電極板２が固定された基体１に外嵌され、基体１の軸方向に沿って移動可能な締めリング３と、を備え、電極板２は、側面１０に固定されるとともに、前記外部導線が接続された基部２ａと、基部２ａから基体１の一端部側へ向かって側面１０に対して漸次離間するように延びリード線２０１を側面１０との間で挟持する挟持部２ｂと、を有し、締めリング３は、挟持部２ｂの外側面２ｂ２に当接することで電極板２を締め付けて弾性変形させ、締め付け前に挟持部２ｂと側面１０との間に差し込まれるリード線２０１を挟持部２０１に挟持させる。【選択図】図３

Description

本発明は、測温抵抗体素子（ＲＴＤ）のリード線と外部導線を繋ぐコネクタに関するもので、より具体的には、測温抵抗体素子の抵抗値を測定するために、リード線と外部導線を電気的に導通状態にするためのコネクタの構造及び測温ユニットに関するものである。

金属の電気抵抗が温度によって変化することを利用した感温素子として、測温抵抗体素子がある。この測温抵抗体素子には、１つの測温抵抗線が収められているシングルエレメントタイプと、２つの測温抵抗線が収められているダブルエレメントタイプがある。また、構造上では、アルミナ基板上に白金を蒸着させて抵抗線の回路を形成した構造の薄膜型測温抵抗体素子、セラミックスボディに極細の白金抵抗線をコイル状にして挿入した構造のセラミックス型白金抵抗素子、及びガラスのボディに極細の白金低抗線を巻きつけた構造のガラス型白金抵抗素子の３種類に大きく分けられる。これらの構造の測温抵抗体素子は通常、ダブルエレメントタイプでも、ボディの外径は３ｍｍ以下、リード線の外径も０．３ｍｍ程度と細く作られている。

測温抵抗体素子による温度の測定には、白金抵抗線の両端に繋がれたリード線から測定電流と呼ばれる一定の電流を流して、その電圧降下から抵抗値を求め、この抵抗値を温度に換算する測定装置が用いられる。また、測温抵抗体素子のリード線の結線方式には、公知のように３線方式や４線方式が通常用いられる。３線方式では、図７（ａ）に示すように、測温抵抗体素子２００から延びる一対のリード線２０１のうちの一方には１本の外部導線６が接続され、他方には２本の外部導線６が接続されている。４線方式では、図７（ｂ）に示すように、一対のリード線２０１のうちの一方には２本の外部導線６が接続され、他方にも２本の外部導線６が接続されている。４線方式は、外部導線６の抵抗の影響を完全に回避できることから、高精度の測定が必要な場合に採用される。

測温抵抗体素子のリード線と外部導線は、半田付けや溶接によって接続されるのが一般的であるが、測温抵抗体素子が壊れた場合や測温抵抗体素子を検査する際に、測温抵抗体素子を脱着する作業性が悪いという問題があるので、リード線と外部導線の間を、コネクタ接続とすることが望ましい。さらに、リード線と外部導線の間に設ける当該コネクタの外径を小さくすることによって狭隘部の測定が可能になり、また、測温抵抗体素子の校正検査にも効果を発揮する。

測温抵抗体素子の校正検査について説明すると、測温抵抗体素子の校正検査方法の一つである比較方式では、測温抵抗体素子を測温管内部の基底部近傍に配置し、測温管を液槽の恒温液中に浸漬させて行なうが、この場合、恒温液に浸漬されていない測温管の上部が気中から受ける熱影響によって生じる測温管内部と恒温液の温度差を無くすために、外径の小さな測温管が用いられており、その内径は約１０ｍｍが一般的である。この校正においては、１つの外部導線に接続する測温抵抗体素子を順次付け替えることによって、複数の測温抵抗体素子の校正が行われる。このために、コネクタの外径を１０ｍｍ以下に小さく作ることによって、比較方式の校正検査に使用可能となり、校正検査を実施する素子ごとに、外部導線に半田付けや溶接をする必要が無くなる。

外径の小さなコネクタに関しては、ＩＣ（集積回路）を検査するためのソケットで、複数のＩＣのリード脚と外部導線を繋ぐコネクタの構造を示したものが、特許文献１から特許文献３に示されている。これらのコネクタは、１本のリード線と外部導線を繋ぐ部分についてみると、外径の小さいコネクタとすることが可能な構造になっている。

特許文献１によれば、該文献の図１及び図３に示されるように、ＩＣのリード脚６が、ＩＣソケット２１の挿入口２２から挿入され、接触子２３ａのバネ力によって、挿入口２２の側面と接触子２３の間に圧接挟持されることにより、印刷配線板１０に電気的に接続されている。

また、特許文献２によれば、該文献の図７（ａ）に示されるように、ＩＣのリード脚８がスルーホール３１を通して、コンタクト４の付け根部４４ａ、４５ａと対向する位置までゼロ挿入力で挿入され、続いて、該文献の図７（ｂ）に示されるように、カバーハウジング３のスライド動作により、ＩＣのリード脚８が先端部４４ｂ、４５ｂと接触して電気的にコンタクト４と導通状態となる。

さらに、特許文献３によれば、該文献の図３（ｂ）に示されるように、接触子３１は、２個の金属製の接触片３１ｂの先端部は内側に折り曲げられており、その端面がピン端子Ｐに対する接触面３１ｄとなっている。このコネクタでは、該文献図３（ａ）に示されるように、支持部材３２の上下動により、ピン端子Ｐが接触面３１ｄと接触して電気的に導通状態となる。

実開平５−１２４５号公報 特開２００２−３１４００５号公報 特公平８−４１１６号公報

測温抵抗体素子のリード線と外部導線を繋ぐ外径が１０ｍｍ以下のコネクタとするには、従来の小径構造のものは、以下のような問題があった。特許文献１で示されている従来のＩＣソケット２１の構造では、接触子２３の接触部２３ａの隙間にＩＣのリード脚６を挿入するもので、該リード脚６に、一定以上の挿入力を加えて、リード脚６で接触部２３ａの隙間を押し拡げながら挿入しなければならない。このため、測温抵抗体素子に取り付けられている外径が小さく剛性が低いリード線を挿入する場合に、挿入時に座屈してしまい、外部導線との電気的な導通状態を確保できないという問題が生じる。

また、特許文献２で示されている従来のＩＣソケットの構造では、カバーハウジング３のスライド動作によって、リード脚８が先端部４４ｂ、４５ｂの対向する隙間を押し拡げるようにして挟持されるため、測温抵抗体素子に取り付けられている外径が小さく剛性が低いリード線では、スライド動作時に座屈してしまい、上述と同様の問題が生じる。

さらに、特許文献３で示されている従来のＩＣソケットの構造では、ピン端子Ｐに端子片３１ｂの端面が接触するため、リード線と該端面の接触面積が小さく、接触抵抗が大きくなるという問題がある。これは、同文献の図４に示す構造でも同じである。また、端子片３１ｂが板部材で薄いため、測温抵抗体素子に取り付けられている外径が小さく剛性が低いリード線を端子片３１ｂで挟持する場合は、挟持部に応力が集中して、リード線を損傷させてしまうおそれがあるという問題がある。

本発明は、このような従来の外径の小さなコネクタでは、測温抵抗体素子に取り付けられている外径が小さく剛性が低いリード線と外部導線を繋ぐためのコネクタとして適用できない問題に鑑みて成されたものであり、装着されるリード線が座屈や損傷することが無く、接触抵抗も小さくできるコネクタ及び測温ユニットを提供することを目的とする。

（１）本発明のコネクタは、測温抵抗体素子から延びるリード線と、前記リード線に対応する外部導線とを接続するコネクタであって、軸方向に直交する断面との交線が互いに平行な一対の側面を有する絶縁物質からなる柱状の基体と、前記一対の側面それぞれに設けられ、前記リード線と前記外部導線とを電気的に導通状態にする、弾性素材からなる電極板と、前記電極板が固定された前記基体に外嵌され、前記基体の軸方向に沿って移動可能な締めリングと、を備え、前記電極板は、前記側面に固定されるとともに、前記外部導線が接続された基部と、前記基部から前記基体の一端部側へ向かって前記側面に対して漸次離間するように延び、前記リード線を前記側面との間で挟持する挟持部と、を有し、前記締めリングは、前記挟持部の外側面に当接することで前記電極板を締め付けて弾性変形させて、前記挟持部の基体側の面と前記側面を接触させ、締め付け前に前記挟持部と前記側面との間に差し込まれる前記リード線を前記挟持部に挟持させる。

本コネクタは、前記基体と、前記電極板と、前記締めリング等の、外径の縮小が容易で、かつ少数の部品で構成されているので、後述の実施形態に示すように、外径を小さく、例えば１０ｍｍ以下にすることができる。

上記構造のコネクタによれば、挟持部が基体から離間しているときに、力を加えることなくリード線を挟持部と基体との間に差し込むことができる。この結果、リード線を座屈させることなくコネクタに装着することができる。
加えて、挟持部と、該挟持部に対向する基体側面が面接触することで、リード線と挟持部との接触面積が大きくなり、小さな接触抵抗で電気的な導通状態を保持することができる。また、同様の理由でリード線と挟持部との接触面積が大きくなることから、挟持部にせん断力が集中してリード線が損傷することも無い。

（２）上記コネクタにおいて、前記側面は、前記基部が固定された、軸方向に平行な平行面と、前記平行面の端部に繋がり前記基体の一端部側へ向かって前記基体が先細りとなるように所定の傾斜角度で傾斜し、前記挟持部との間で前記リード線を挟持するテーパ面と、を含み、前記挟持部は、当該挟持部の外側面と前記締めリングとが当接したときに、前記テーパ面側へ押圧されて、前記挟持部の基体側の面と前記側面が接触するように、軸方向断面が略楔形に形成されていることが好ましい。
この場合、軸方向断面が略楔形とされた挟持部によって、リード線を挟持するための電極板をテーパ面に沿わせることで、例えば、テーパ面とせず平行面をそのまま延長することで挟持部と平行面との間でリード線を挟持する場合と比較して、リード線と電極板との接触長さをより長く確保することができる。

（３）上記コネクタにおいて、前記挟持部は、前記基部から軸方向に沿って延びる直線部と、前記直線部の先端を折り返してなる折返部と、によって軸方向断面の外形が略楔形に形成されていてもよい。
この場合、挟持部を機械加工で形成する必要がなく容易に軸方向断面の外形を楔形に形成することができる。また、挟持部が、締めリングによってテーパ面へ押さえつけられると、多少のテーパ角度にずれがあっても、電極板の折返部が弾性変形して、リード線に対して面接触し、接触抵抗を下げることができる。

（４）また、本発明は、リード線を有する測温抵抗体素子と、前記リード線に対応する外部導線と、上記（１）乃至（３）に記載のコネクタと、を備えている測温ユニットである。

本発明のコネクタによれば、外径を小さくすることができ、かつ、座屈や損傷すること無く、測温抵抗体素子のリード線と外部導線との良好な電気的導通状態を確保することができる。また、前記コネクタを用いた測定ユニットにおいても、同じ効果を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るコネクタを示す斜視図である。 図２（ａ）は、リード線を挟持した状態のコネクタの平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図３は、図２（ｂ）の要部を拡大した断面図である。 図４は、リード線を解放した状態のコネクタの要部を拡大した断面図である。 図５は、第２の実施形態に係るコネクタの要部を拡大した断面図であり、リード線が挟持されている状態を示している。 図６は、リード線を解放した状態のコネクタの要部を拡大した断面図である。 図７は、従来のリード線と測定装置を接続するための結線方式を示す図で、図７（ａ）は３線方式、図７（ｂ）は４線方式の結線を示す図である。

以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１の実施形態について〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコネクタを示す斜視図である。図１において、保護部材１３は、内部の構成が解るように透明視されると共に、その外形を２点鎖線で示している。
第１の実施形態に係るコネクタ１００は、測温抵抗体素子２００と、当該測温抵抗体素子２００を用いる測定装置に接続される複数の外部導線６とを接続するためのものである。コネクタ１００は、測温抵抗体素子２００から延びる一対のリード線２０１が一端部に装着されることで、一対のリード線２０１と、一対のリード線２０１に対応する複数の外部導線６とを接続する。

図２（ａ）は、コネクタ１００の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、後述する一対の電極板２がリード線２０１を挟持した状態を示している。また、図３は、図２（ｂ）の要部を拡大した断面図、図４は、リード線２０１を解放した状態のコネクタ１００の要部を拡大した断面図である。
本実施形態におけるコネクタ１００を示す断面図中、測温抵抗体素子２００は、断面ではなく外観を示している。

第１の実施形態に係るコネクタ１００は、四角柱状の絶縁物質からなる基体１と、基体１を挟んで互いに接触しないように配置され、測温抵抗体素子２００のリード線２０１と外部導線６とを電気的に導通状態にする一対の電極板２と、円柱状の絶縁物質からなり、軸心部に基体１と一対の電極板２が挿通している貫通孔４を有し、基体１と一対の電極板２に外嵌されて一対の電極板２を基体１に押圧するための締めリング３とを備えている。

基体１は、軸方向に直交する断面との交線が互いに平行な一対の側面１０を有している。側面１０は、軸方向に平行な平行面１０ａと、平行面１０ａの一端部に繋がり基体１の一端部側へ向かって当該基体１が先細りとなるように所定の傾斜角度で傾斜するテーパ面１０ｂとを含む。なお、以下の説明では、軸方向に延びる部材において、測温抵抗体素子２００が装着される側を一端部、その軸方向反対側を他端部という。

一対の電極板２は、りん青銅やばね用ステンレス鋼などの導電性を有しかつ弾性変形能が高い板材を形成したものである。
電極板２は、平行面１０ａに固定された矩形板状の基部２ａと、基部２ａの一端部に一体に繋がっており、リード線２０１をテーパ面１０ｂとの間で挟持する挟持部２ｂとを有している。
基部２ａは、平行面１０ａに対して接着材等によって接着固定されている。
挟持部２ｂは、図４に示すように、締めリング３によって締め付けられていない（締めリング３が外嵌されていない）自由状態において、軸方向に沿って基部２ａの一端部から基体１の一端部側へ向かって延びている。挟持部２ｂの内側面２ｂ１は、軸方向に沿った平面とされている。一方、挟持部２ｂの外側面２ｂ２は、挟持部２ｂ他端部側から一端部側に向かうに従って幅広となるようにテーパ状に形成されている。この外側面２ｂ２の軸方向に対する傾斜角度は、基体１のテーパ面１０ｂの軸方向に対する傾斜角度とほぼ同じ値とされている。

挟持部２ｂは、内側面２ｂ１が、軸方向に沿った平面とされているので、図４に示すように、自由状態においては、基部２ａから基体１の一端部側へ向かってテーパ面１０ｂに対して漸次離間するように延びている。
また、挟持部２ｂは、軸方向に対して傾斜している外側面２ｂ２と、軸方向に沿った平面である内側面２ｂ１とによって、軸方向断面が略楔形に形成されている。よって、挟持部２ｂの外側面２ｂ２と、締めリング３とが当接すると、当該挟持部２ｂはテーパ面１０ｂ側へ押圧される。
これにより、挟持部２ｂは、締めリング３によって締め付けられ、図１から図３に示すようにテーパ面１０ｂに沿うように弾性変形し、リード線２０１を挟持する。

基部２ａには、外部導線６の先端が固定されている。外部導線６は、金属導線と、この金属導線を被覆する絶縁被覆とによって構成されている。外部導線６の先端は、絶縁被覆が剥がされることで金属導線が露出している。外部導線６の先端における金属導線の露出部分は、基部２ａに設けられた半田よりなる接合部５によって当該基部２ａに接続固定されている。
また、基部２ａに設けられた接合部５は、当該接合部５と外部導線６の基端部とを保護する保護部材１３によって覆われている。

４本の外部導線６は、図７に示した測温抵抗体素子２００のリード線２０１の結線方式である３線方式、及び４線方式の両方に対応できるように備えたものである。３線方式の場合は、一対のリード線２０１のうち、一方のリード線２０１に外部導線６を２本使用し、他方のリード線２０１には外部導線を１本使用する。また、４線方式の場合は、測温抵抗体素子２００の両方のリード線２０１に外部導線６を２本ずつ使用する。

締めリング３は、基体１の軸方向に沿って移動可能に設けられており、一対の電極板２の一端部を締め付けて、一対の電極板２それぞれの挟持部２ｂを弾性変形させて、挟持部２ｂにおける基体１側の面と側面１０とを接触させ、弾性変形前に挟持部２ｂとテーパ面１０ｂとの間に差し込まれる一対のリード線２０１を、同時に挟持させるような構造になっている。
なお、貫通孔４は、電極板２が固定された基体１に対応する断面形状とされている。貫通孔４は、基体１に対する締めリング３の相対移動を許容する程度に、基体１に対してクリアランスを有する寸法とされている。

第１の実施形態に係るコネクタ１００に測温抵抗体素子２００のリード線２０１をコネクタに接続する場合、図４に示されているように、締めリング３を基体１の軸方向に沿って基体１の平行面１０ａの位置まで、人力で移動させて、挟持部２ｂの外側面２ｂ２を露出させる。その結果、締めリング３から一対の電極板２の側面が受けていた応力が緩和され、自由状態となった挟持部２ｂはテーパ面１０ｂに対して離間した状態になる。これによって生じた挟持部２ｂとテーパ面１０ｂとの間の２箇所の隙間に、測温抵抗体素子２００の一対のリード線２０１を別々に挿入した後、図３に示されているように、締めリング３を基体１の軸方向に沿って当該基体１の一端部まで人力で移動させて、挟持部２ｂを締めリング３の貫通孔４の内部に収納する。これによって貫通孔４の内側面を挟持部２ｂの外側面２ｂ２に当接させ、締めリング３から一対の電極板２の側面に応力が生じ、一対の挟持部２ｂをテーパ面１０ｂ側へ押圧する。これにより、挟持部２ｂとテーパ面１０ｂとの間でリード線２０１を挟持する。このとき、挟持部２ｂと、リード線２０１とを確実に接触させることができ、互いの導通状態を確保することができる。

また、測温抵抗体素子２００のリード線２０１をコネクタ１００から外す場合は、前述のように締めリング３を基体１の軸方向に沿って基体１の平行面１０ａの位置まで、人力で移動させる。

このように構成されたコネクタ１００では、測温抵抗体素子２００のリード線２０１を、電極板２の挟持部２ｂとテーパ面１０ｂとの隙間に、力を加えることなく差し込むことができる。この結果、リード線２０１をコネクタ１００に装着する際に座屈することが無い。

加えて、テーパ面１０ｂと、挟持部２ｂとによってリード線２０１のうちの一定長を面接触で挟持するので、リード線２０１と電極板２との接触面積が大きくなり、挟持部にせん断力が集中してリード線２０１を損傷することが無い。
また、テーパ面１０ｂと、挟持部２ｂとによってリード線２０１のうちの一定長を面接触で挟持するため、リード線２０１と電極板２との接触面積が大きくなり、小さな接触抵抗で電気的な導通状態を保持することができる。
さらに、本実施形態のコネクタ１００によれば、基体１、電極板２、及び締めリング３といった少ない部品点数で簡易な構成とすることができるので小型化が容易となる。

試作した本実施形態のコネクタ１００では、締めリング３の外径をφ７．２ｍｍ、締めリング３に設けられた貫通孔４の１辺の長さを２．２ｍｍ、基体１と電極板２の幅を２．０ｍｍとした。このように、本発明のコネクタ１００は外径を８ｍｍ以下に作ることができる。

図５は、第２の実施形態に係るコネクタ１００の要部を拡大した断面図であり、リード線２０１が挟持されている状態を示している。また、図６は、リード線２０１を解放した状態のコネクタ１００の要部を拡大した断面図である。

第２の実施形態のコネクタ１００は、挟持部２ｂが、基部２ａから軸方向に沿って延びる直線部１２と、直線部１２の先端を折り返してなる折返部１１とによって軸方向断面の外形が略楔形に形成されている点において、第１の実施形態と相違する。その他の点については、第１の実施形態と同様である。

上記第１の実施形態では、削りだしなどの機械加工によって挟持部２ｂを形成する必要があるが、第２の実施形態によれば、軸方向断面の外形が略楔形の挟持部２ｂを、機械加工によらず、容易に形成することができる。また、電極板２の挟持部２ｂが、締めリング３によってテーパ面１０ｂへ押さえつけられると、多少のテーパ角度にずれがあっても、電極板２の折返部１１が弾性変形して、リード線２０１に対して面接触し、接触抵抗を下げることができる。

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、基体１の一端部側へ向かって当該基体１が先細りとなるように所定の傾斜角度で傾斜するテーパ面１０ｂとを含む場合を例示したが、挟持部２ｂを基体１の一端部側へ向かって、基体１の側面から漸次離間するように形成すれば、テーパ面１０ｂは必ずしも設ける必要はない。

また、上記実施形態では、一対の電極板２の表面に対して何ら処理を行っていない場合を例示したが、接触抵抗を小さくするために、一対の電極板２の表面に金メッキを施しても良い。

さらに、上記各実施形態で示したコネクタ１００は、シース熱電対等といった測温機器（測温ユニット）に用いることができる。
このようにコネクタ１００を備えた測温機器によれば、当該測温機器から測温抵抗体素子２００のみを取り外して交換可能にできるばかりか、測温抵抗体素子２００の脱着を容易とすることができる。

１ 基体
２ 電極板
２ａ 基部
２ｂ 挟持部
２ｂ１ 内側面
２ｂ２ 外側面
３ 締めリング
４ 貫通孔
５ 接合部
６ 外部導線
１０ 側面
１０ａ 平行面
１０ｂ テーパ面
１１ 折返部
１２ 直線部
１３ 保護部材
１００ コネクタ
２００ 測温抵抗体素子
２０１ リード線

Claims (4)

1. 測温抵抗体素子から延びるリード線と、前記リード線に対応する外部導線とを接続するコネクタであって、
   軸方向に直交する断面との交線が互いに平行な一対の側面を有する絶縁物質からなる柱状の基体と、
   前記一対の側面それぞれに設けられ、前記リード線と前記外部導線とを電気的に導通状態にする、弾性素材からなる電極板と、
   前記電極板が固定された前記基体に外嵌され、前記基体の軸方向に沿って移動可能な締めリングと、を備え、
   前記電極板は、前記側面に固定されるとともに、前記外部導線が接続された基部と、前記基部から前記基体の一端部側へ向かって前記側面に対して漸次離間するように延び前記リード線を前記側面との間で挟持する挟持部と、を有し、
   前記締めリングは、前記挟持部の外側面に当接することで前記電極板を締め付けて弾性変形させて、前記挟持部の基体側の面と前記側面を接触させ、締め付け前に前記挟持部と前記側面との間に差し込まれる前記リード線を前記挟持部に挟持させる
   コネクタ。
2. 前記側面は、
   前記基部が固定された、軸方向に平行な平行面と、
   前記平行面の端部に繋がり前記基体の一端部側へ向かって前記基体が先細りとなるように所定の傾斜角度で傾斜し、前記挟持部との間で前記リード線を挟持するテーパ面と、
   を含み、
   前記挟持部は、当該挟持部の外側面と前記締めリングとが当接したときに、前記テーパ面側へ押圧されて、前記挟持部の基体側の面と前記側面が接触するように、軸方向断面が略楔形に形成されている
   請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記挟持部は、前記基部から軸方向に沿って延びる直線部と、前記直線部の先端を折り返してなる折返部によって、軸方向断面の外形が略楔形に形成されている
   請求項２に記載のコネクタ。
4. リード線を有する測温抵抗体素子と、
   前記リード線に対応する外部導線と、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコネクタと、を備えている
   測温ユニット。

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