JP6532160B2 - 電気端子 - Google Patents
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Description
本発明は電気端子に関し、特に熱電対用として好適な電気端子に関する。
熱電対は、例えばアルメルとクロメルなど２種類の金属線の一端どうしを接続し、他端間に生じる熱起電力を測定する構造を有する。この熱電対を構成する２種類の金属線の各他端と測定器との間に異種の金属が介在すると、測定誤差の原因となる。このため、例えばアルメル線には、他の金属、例えば銅などを介在させずに、アルメルの補償導線を接続して、測定器にまで導くことが好ましい。また、これと同様に、例えばクロメル線には、他の金属を介在させずにクロメルの補償導線を接続して、測定器にまで導くことが好ましい。
アルメル、クロメル、あるいはコンスタンタンといった、熱電対に使われる金属には、延性や展性、ばね性に乏しく、それ自体では、電気端子の材料としては不向きなものがある。
ここで、特許文献１，２には、熱電対を構成する金属線に同種の金属の補償導線を接続するコネクタが開示されている。
このうち、特許文献１には、コイルばねによりばね付勢された電極ピンを有するピン側コネクタと、電極端面を有する端面側コネクタとからなる熱電対コネクタが開示されている。しかしながら、この特許文献１のコネクタの場合、ピン側コネクタと端面側コネクタとの接続を維持するために、別途、ロック機構を必要とし、構造が複雑である。
また、特許文献２には、プラグ端子と、バイメタル構造の板ばね部材を有するソケット端子とからなる熱電対用コネクタが開示されている。しかしながら、この特許文献２のコネクタの場合、プラグ端子とソケット端子との間の接触圧が温度により変動するおそれがある。このため、この接触圧の変動が測定誤差につながるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑み、電気端子の材料として不向きな金属材料どうしを直接に接続する簡易な構造の電気端子を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の電気端子は、
熱電対と該熱電対に生じる熱起電力を測定する測定器との間を繋ぐ電気端子であって、
熱電対に使用された第１種類の金属と同一種類の、棒状あるいは板状に直線的に延びた金属からなる第１コンタクトと、
第１コンタクトが延びた前後方向に関し自由端が固定端から最遠方に位置する片持ち梁形状に形成され、第１コンタクトに沿うとともに自由端が第１コンタクトに近づく向きに延び、第１コンタクトとの間に、相手電気端子の、第１コンタクトと同一種類の金属からなる第２コンタクトを挟んで第２コンタクトを第１コンタクトに押し当てるばね部を有し、上記第１種類とは異なる第２種類の金属からなる、第１コンタクトに固定された連結部材とを備えたことを特徴とする。
熱電対と該熱電対に生じる熱起電力を測定する測定器との間を繋ぐ電気端子であって、
熱電対に使用された第１種類の金属と同一種類の、棒状あるいは板状に直線的に延びた金属からなる第１コンタクトと、
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本発明の電気端子は、そのコンタクト（第１コンタクト）自体は、延性や展性、あるいはばね性などに問題がある第１種類の金属であっても構わない。本発明の電気端子は、その第１種類のコンタクトに、上記の連結部材を、例えば半田付け、溶接、かしめ等により固定する。この連結部材には、適度なばね性等を有する第２種類の金属が採用される。これにより、コンタクト（第１コンタクト）と、連結部材が備えるばね部との間に、相手電気端子のコンタクト（第２コンタクト）を挟むことができる。すなわち、電気端子の材料として不向きな第１コンタクトと第２コンタクトを、簡易な構造で直接に接続することができる。
ここで、本発明の電気端子において、上記連結部材が、第１コンタクトが載置される載置面と、第１コンタクトと同一種類の金属からなる電線を第１コンタクトに押し当てた状態に圧着する圧着部とを有し、上記連結部材が、上記載置面に載置された状態の第１コンタクトに、その圧着部における圧着とは無関係に第１コンタクトに固定されたものであることが好ましい。
この圧着部を備えていると、延性や展性に乏しい材料からなる電線であっても、圧着により確実に接続することができる。
本発明の電気端子は、アルメルあるいはクロメル等、熱電対を構成する金属線どうしの接続に好適である。
以上の本発明によれば、電気端子の材料として不向きな金属材料どうしを簡易な構造で直接接続することができる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態としての電気端子の、それぞれ平面図および右側面図である。
また、図３は、図１に示す矢印Ａ−Ａに沿う断面図である。
さらに、図４は、第１実施形態の電気端子の斜視図である。
これら図１〜図４には、一例として、不図示の熱電対と測定器とを電気的に接続する電気端子１０が示されている。
これら図１〜図４には、電気端子１０のほか、その電気端子１０に圧着接続される補償導線５０も示されている。ここでは、この補償導線５０は、電気端子１０に圧着される姿勢に置かれているが、図１〜図４には、圧着前の状態の電気端子１０が示されている。
ここでは、不図示の熱電対は、一例として、アルメルとクロメルからなる２種類の金属線が使われている熱電対である。この熱電対を構成するアルメル線とクロメル線のそれぞれは、ここに示す構造の電気端子１０を介して、アルメルの補償導線とクロメルの補償導線のそれぞれに接続されて、測定器（不図示）にまで繋がっている。
電気端子１０は、コンタクト２０と、連結部材３０とを有する。
熱電対のアルメル線の接続に用いられる電気端子１０のコンタクト２０は、アルメル金属からなるコンタクトである。また、クロメル線の接続に用いられる電気端子１０のコンタクト２０は、クロメル金属からなるコンタクトである。熱電対と測定器との間に別種の金属を介在させると、そこに電位差が生じ、測定誤差を招く要因となるからである。ただし、アルメルあるいはクロメルのいずれも、脆く、ばね性に乏しく、このままでは電気端子として不適な金属である。そこで、本実施形態では、以下の構造の電気端子としている。
この電気端子１０のコンタクト２０は、板状に前後に延びた形状を有する。ただし、このコンタクト２０は、必ずしも板状でなくてもよく、棒状に延びた形状のものであってもよい。ここで、コンタクト２０の材料であるアルメルあるいはクロメルは、本発明にいう第１種類の金属の一例に相当する。
また、コンタクト２０は、本発明にいう第１コンタクトの一例に相当する。コンタクト２０は、一方の側面のみから突出する突起２１を有する。図示の電気端子１０を正面から見て、突起２１が左側に位置すると、この電気端子１０のコンタクト２０がアルメルまたはクロメルの一方であることが分かる。また、突起２１が右側に位置すると、その電気端子１０のコンタクト２０はアルメルまたはクロメルの他方であることが分かる。この突起２１は、ハウジング（不図示）に電気端子１０を挿入する際に、誤挿入を防止するキーとして機能する。
連結部材３０は、電気端子としての実績のある、電気端子に適した銅合金を材料としている。この連結部材３０は、コンタクト２０にスポット溶接で固定されている。この連結部材３０は、断面が略矩形の形状を有し、その前端に相手電気端子のコンタクト（不図示）が挿入される挿入開口３１を有する。なお、連結部材３０はコンタクト２０にかしめにより固定されてもよい。
また、この連結部材３０は、図３、図４に示すように、ばね部３２を有する。このばね部３２は、片持ち梁形状に形成され、その後端が固定端、前端が自由端である。このばね部３２は、コンタクト２０に沿って前後に延びるとともに、自由端がコンタクト２０に近づく向きに延びている。
ここで、この電気端子１０と組み合う相手電気端子として、この電気端子１０と同型（雌雄同形）の電気端子を採用することができる。ただし、この電気端子１０のコンタクト２０がアルメル製のときは、この電気端子１０と組み合う相手電気端子も、アルメル製のコンタクトを有する電気端子である。これと同様に、この電気端子１０のコンタクト２０がクロメル製のときは、相手電気端子のコンタクトもクロメル製である。
なお、熱電対を構成しているアルメル線とクロメル線は、いずれも、ここに示す補償導線５０と同一構造、同一寸法のものである。そこで、以下では、熱電対を構成しているアルメル線およびクロメル線と、熱電対と測定器とを繋ぐ補償導線５０とを区別せずに、いずれも、補償導線５０と称することがある。
この電気端子１０と相手電気端子との嵌合にあたり、相手電気端子は、この電気端子１０とは上下逆向きとなって、相手電気端子のコンタクト２０が、この電気端子１０の、連結部材３０の前端の挿入開口３１から挿入される。
すると、相手電気端子のコンタクトは、この電気端子１０のコンタクト２０とばね部３２とに挟まれてコンタクト２０に押し当てられ、このコンタクト２０と相手電気端子のコンタクトが、所期の接触圧で互いに接触する。また、相手電気端子として、この電気端子１０と同形状の電気端子を採用したときは、この電気端子１０のコンタクト２０も、相手電気端子のばね部により相手電気端子のコンタクトに押し当てられることになる。このようにして、コンタクト２０の材料であるアルメルどうし、あるいはクロメルどうしが、他の金属材料を介さずに、互いに接続される。ばね部３２を含む連結部材３０は、ばね部として適したばね性を持つ銅合金等の金属材料からなり、コンタクトどうしを所期の接触圧で接触させることができる。ここで、この連結部材３０の材料である銅合金等は、本発明にいう第２種類の金属の一例である。
また、この電気端子１０の連結部材３０は、補償導線５０を圧着固定する圧着部３３を有する。ここに示す補償導線５０は、芯線５１とその芯線５１を覆う被覆５２とからなる。芯線５１は、アルメルあるいはクロメルを材料としている。アルメルの芯線５１を有する補償導線５０は、アルメルのコンタクト２０を有する電気端子１０に圧着固定される。これと同様に、クロメルの芯線５１を有する補償導線５０は、クロメルのコンタクト２０を有する電気端子１０に圧着固定される。
この電気端子１０の連結部材３０の圧着部３３は、剥き出しになった芯線５１を圧着する芯線圧着部３３１を有する。この芯線圧着部３３１は、断面略Ｕ字状に上方に開いた形状を有する。この補償導線５０を電気端子１０に圧着するにあたっては、この補償導線５０の先端部の被覆５２を取り去って、芯線５１を剥き出しにする。そして、その剥き出しの芯線５１が芯線圧着部３３１に配置される。コンタクト２０の後端部は、その芯線圧着部３３１にまで延びている。このため、この芯線５１は、芯線圧着部３３１に配置されると、コンタクト２０の上に載って、そのコンタクト２０に直接に接触した状態となる。
また、この電気端子１０の連結部材３０の圧着部３３は、芯線圧着部３３１よりも後方に、被覆圧着部３３２を有する。この被覆圧着部３３２は、補償導線５０の、芯線５１が剥き出しにされた先端部からやや後方に下がった、芯線５１が被覆５２に覆われた部分の圧着を担っている。この被覆圧着部３３２も、芯線圧着部３３１と同様、断面略Ｕ字状を有し、上方に開いた形状を有する。そして、補償導線５０の、剥き出しにされた先端部の芯線５１が芯線圧着部３３１に置かれると、それと同時に、その後方の、芯線５１が被覆５２に覆われた部分が被覆圧着部３３２に置かれる。ここで、コンタクト２０の後端部は、芯線圧着部３３１にまで延びていて被覆圧着部３３２にまでは延びていない。このため、図３に示すように、芯線圧着部３３１では、被覆圧着部３３２における被覆５２の下面と比べ、芯線５１が、コンタクト２０の厚み分だけ高い位置に置かれることになる。このコンタクト２０の厚みは、圧着後においても、芯線５１が補償導線５０の断面の中央に位置するように調整されている。
補償導線５０は、先端部の芯線５１が剥き出しにされ、コンタクト２０に図３に示す状態に配置されて、圧着部３３に圧着される。
連結部材３０は、コンタクト２０の係止部２２に係止してコンタクト２０の前方への抜けを防止するラッチ３４を有する。また、コンタクト２０は、底面側から打ち出されて上方へ突出する接点２３を有する。
図５は、補償導線の圧着後における、図１〜図４に示すコンタクトと同一のコンタクトを示す斜視図である。
この図５を、圧着前の斜視図である図４と比べると、圧着部３３の、圧着前において略Ｕ字状に形成されて上に開いた形状を有していた芯線圧着部３３１および被覆圧着部３３２の、上に開いていた部分が、それぞれ折り曲げられている。これにより、芯線圧着部３３１では、補償導線５０の芯線５１が電気端子１０のコンタクト２０に直接に押し当てられて電気的に接続される。また、被覆圧着部３３２では、補償導線５０が電気端子１０に強固に固定される。この圧着された状態の補償導線５０に不用意に力が加わっても、被覆圧着部３３２における補償導線５０の圧着固定により、その力は、芯線圧着部３３１の芯線５１には伝わらない。このため、芯線圧着部３３１では、芯線５１とコンタクト２０との接続が安定的に維持される。
芯線５１の材料は、アルメルやクロメル等であって脆く、圧着のための折り曲げ等に耐えられる材料ではない。本実施形態の場合、そのアルメルやクロメル等からなるコンタクト２０に、銅合金など、圧着に適した材料からなる連結部材３０を固定し、その連結部材３０に圧着部３３を設けている。このため、本実施形態の電気端子１０によれば、アルメルやクロメル等の脆い材料の芯線であっても確実な圧着固定が可能である。
このように、この電気端子１０を採用し、相手電気端子にもこの電気端子と同型の電気端子を採用すると、熱電対のアルメル線やクロメル線を、他の金属を介在させることなく、同じ材料からなる電線のまま、電気端子を介して測定器にまで延長することができる。
図６は、本発明の第２実施形態の電気端子の斜視図である。ここで、この図６には、補償導線５０を圧着した後の形状が示されている。
図１〜図５に示す第１実施形態の電気端子１０の場合、コンタクト２０は、連結部材３０の前端の挿入開口３１よりもさらに前方にまで突き出ている。これに対し、図６に示す第２実施形態の電気端子１０’の場合、そのコンタクト２０’は、連結部材３０の前端と同じ位置までしか延びていない。この第２実施形態の電気端子１０’は、このコンタクト２０’のみ、第１実施形態の電気端子１０と異なっている。そこで、この図６では、第１実施形態の電気端子１０と同じ構成要素には、図１〜図５において付した符号と同一の符号を付して示し、電気端子１０’の構造についての、これ以上の説明は割愛する。
この図６に示す第２実施形態の電気端子１０’の場合、相手電気端子に挿し込む形状のコンタクトは設けられていない。この電気端子１０’は、相手電気端子の雄型のコンタクト（例えば図１〜図５に示す電気端子１０のコンタクト２０）の挿入を受ける。そして、相手電気端子のコンタクトをこの電気端子１０’のばね部３２（図３を合わせて参照）で、この電気端子１０’のコンタクト２０’に押し当てて、コンタクトどうしを互いに接続する。
図７は、図６に示す第２実施形態の電気端子と組み合う相手電気端子の斜視図である。
この図７に示す相手電気端子１０’’は、図１〜図５に示す第１実施形態の電気端子１０と比べたとき、第１実施形態の電気端子１０の連結部材３０からばね部３２を取り去った形状を有する。この相手電気端子１０’’のばね部３２以外の構成要素は第１実施形態の電気端子１０と同一であり、同一の要素に同一の符号を付して示し、この相手電気端子１０’’の構造についての、これ以上の説明は割愛する。
図６に示す第２実施形態の電気端子１０’には、相手電気端子に挿し込むタイプのコンタクトは存在しない。したがって、相手電気端子１０’’には、図１〜図５に示す第１実施形態の電気端子１０のばね部３２（図３参照）に対応する構造は設けられていない。ただし、この相手電気端子１０’’にも、図７に示すように、補償導線５０を圧着する構造は必要である。
図１〜図５に示す第１実施形態の電気端子１０の場合、相手電気端子にも同型の電気端子を採用することができる。したがって、電気端子の部品管理が容易となる。ただし、熱電対用の電気端子のとしては従来より雌雄別形状の電気端子が使われている。そこで、その慣習を踏襲するときは、例えば、図６に示す電気端子１０’と図７に示す相手電気端子１０’’との組合わせを採用することができる。
なお、ここでは、コンタクト２０，２０’としてアルメルあるいはクロメルを使用することを例に挙げて説明した。ただし、熱電対を構成する金属材料はアルメルとクロメルに限られるものではない。熱電対には、他の金属材料が使用されることもある。すなわち、熱電対の材料として、アルメルあるいはクロメルのほか、例えば、コンスタンタン、ナイクロシル、ナイシル、鉄、白金、白金ロジウム合金、イリジウム、イリジウムロジウム合金、タングステンレニウム合金、ニクロム、金鉄合金、ニッケル、ニッケルモリブデン合金、パラジウム白金金合金、金パラジウム合金、金コバルト合金などが使用されることもある。したがって、本発明の電気端子のコンタクトとしても、これに合わせて他の金属材料が使用されることもある。
１０，１０’ 電気端子
１０’’ 相手電気端子
２０，２０’ コンタクト
３０ 連結部材
３１ 挿入開口
３２ ばね部
３３ 圧着部
５０ 補償導線
５１ 芯線
５２ 被覆
３３１ 芯線圧着部
３３２ 被覆圧着部
１０’’ 相手電気端子
２０，２０’ コンタクト
３０ 連結部材
３１ 挿入開口
３２ ばね部
３３ 圧着部
５０ 補償導線
５１ 芯線
５２ 被覆
３３１ 芯線圧着部
３３２ 被覆圧着部
Claims (2)
- 熱電対と該熱電対に生じる熱起電力を測定する測定器との間を繋ぐ電気端子であって、
熱電対に使用された第１種類の金属と同一種類の、棒状あるいは板状に直線的に延びた金属からなる第１コンタクトと、
前記第１コンタクトが延びた前後方向に関し自由端が固定端から最遠方に位置する片持ち梁形状に形成され、前記第１コンタクトに沿うとともに該自由端が該第１コンタクトに近づく向きに延び、該第１コンタクトとの間に、相手電気端子の、該第１コンタクトと同一種類の金属からなる第２コンタクトを挟んで該第２コンタクトを該第１コンタクトに押し当てるばね部を有し、前記第１種類とは異なる第２種類の金属からなる、該第１コンタクトに固定された連結部材とを備えたことを特徴とする電気端子。 - 前記連結部材が、前記第１コンタクトが載置される載置面と、前記第１コンタクトと同一種類の金属からなる電線を該第１コンタクトに押し当てた状態に圧着する圧着部とを有し、
該連結部材が、該載置面に載置された状態の該第１コンタクトに、該圧着部における圧着とは無関係に固定されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電気端子。
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