JP7206357B2 - 高度に動的な用途のためのコンタクトリング - Google Patents

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Description

本発明は、コンタクト要素を導電的に接続するコンタクトリングに関する。
コンタクトリングは、導電性材料から形成され、したがって、コンタクト要素間の導電接続を確立することができる、圧縮ばねコンタクトの形態で知られている。これらのコンタクトリングは、通常、厚みが薄く、例えば、コンタクト要素の表面に交互に接触するように波形を有する。
図１Ａ、図１Ｂは、接続部材(connecting member)のない２つのコンタクト要素（図１Ａ）と、接続部材のある２つのコンタクト要素（図１Ｂ）との従来の配置を示す。図１Ｂの接続部材は、従来技術から公知の一般的なコンタクトリングである。コンタクトリングは、厚みが薄く波形であり、通常、ばね鋼(spring steel)から形成されている。ばね鋼は、良好な機械的特性を有するが、電熱特性が不十分であり、これは厚い銀めっきによってもほとんど補うことができない。公知のコンタクトリングの接触部は、通常の接触力では、酸化アルミニウムなどの電気絶縁表面層に確実に貫入することもできない。また、このような接触部は腐食しやすい。
コンタクト要素は、導電性材料を含むが、その表面が自然酸化物などの電気絶縁層から形成されており、図１Ｂに示すコンタクトリングによって十分な導電性を有して接続することはできない。
この問題は、図１Ｃに示すコンタクトリングによって解決される。このようなコンタクトリングは、導電性材料、例えば銀めっき銅合金のストリップを閉じて、閉リング状構造を形成することによって形成されている。ストリップは、少なくとも１つの長手方向側に突起を含む。この突起は、コンタクト要素の電気絶縁表面層に貫入することによりコンタクト要素の導電性コア間に導電接続を確立する先端または鋭い縁部を有する。
しかしながら、図１Ｃによるコンタクトリングをコンタクト要素間に主に弾性的に取り付けることにより、このコンタクトリングの耐振性は制限される。これは、振動の負荷全体が突起を介して伝達されるからである。したがって、突起または他の可撓性構造を、恒久的に高い動的負荷に耐えられるように形成し、寸法決めすることは非常に困難である。したがって、良好な電熱特性と高い耐振性とを組み合わせたコンタクト片が必要である。
この課題は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項において提示される。
導電性コアと電気絶縁表面層とを有するコンタクト要素を接続するために、本発明は、導電性材料から形成され、コンタクト要素の電気絶縁表面層をそれぞれ貫通するコンタクト部材を使用し、コンタクト片の全体的に曲がり易い支持を避けるという考えに基づく。
本発明によるコンタクト部材は、リングまたはリング状ディスク(ring shaped disk)の形状を有する。本出願において、「リング」および「リング状ディスク」という用語は、円形リング構造および円形リング構造とトポロジー的に同等（topologically equivalent）の構造を指す。より深い理解を得るために、「リング」という用語のみが、以下でさらなる詳細なしに使用される。図面は例として円形リング構造を示すが、円形リング構造とトポロジー的に同等の構造も含まれる。
コンタクト部材のリング形状により、特に、円筒形コンタクト要素と対応するベース領域との効率的な接続が可能になる。これは、コンタクト部材が、限られたリング状の設置空間で使用するための適切な構成を有するからである。コンタクト部材は、導電性材料、例えば銀めっき銅合金から形成されたディスクから、より小さい同心のディスクおよび半径方向の要素を除去して、スロットを有する厚みが薄いリングを形成するようにして作製される。銀めっき銅合金の使用は、機械的特性と電熱特性との良好な妥協を示すため有利である。
コンタクトリングは、内向き面および外向き面のうちの少なくとも一方に突起を含む。突起は、リング平面から曲がり、コンタクト要素の電気絶縁表面層に貫入することによりコンタクト要素の導電性コア間に導電接続を確立する先端または鋭い縁部を有する。突起を、半径方向（図１Ｃのように）または接線方向（図２のように）に向けることができる。
加えて、コンタクトリングは、リング平面から曲がり、先端または鋭い縁部を有し、したがってコンタクト要素の対向面に貫入する刃を含む。刃は、突起の間に等間隔に配置されている。その結果、刃によって、最終的な配置状態で、コンタクトリングとコンタクト要素との密な圧入が可能になる。突起は主に曲げの応力を受け、刃は主に座屈の応力を受ける。したがって、突起は制御された方法で変形し、刃はわずかに変形する。突起のみを備えたリング状ディスクであれば、長手方向に弾性になる。一方、本発明によるリング状ディスクは、刃によって長手方向に補強される。したがって、突起の振動が刃によって緩和されるため、コンタクトリングの全体的な耐振性が高くなる。
多数の短い突起を使用することにより、本発明によるコンタクトリングは、多接触の物理的特性の利点から利益を得て、良好な電熱特性(electrothermal properties)を有する。突起はそれぞれ導電接触を確立し、それにより、コンタクト要素間に複数の導電接続が形成されて、多くの短い電流および重複する接触をもたらす。追加の刃は、この効果をさらに高める。
コンタクト要素に接触するための平面接触部(planar contact sections)を有する公知のコンタクトリングとは対照的に、本発明によるコンタクトリングの接触部(contact sections)は非常に限られているため、腐食の発生を低減させる。
有利な実施形態によれば、突起および刃は、コンタクトリングの内側および外側に交互に配置されている。
さらなる有利な実施形態によれば、突起および刃は、コンタクトリングの内側のみまたは外側のみに配置されている。
コンタクトリングを、２つのコンタクト要素を含むコンタクトシステムの一部として使用することができ、コンタクトリングは第１のコンタクト要素に組み込まれる。この場合、接触は、第２のコンタクト要素と第１のコンタクト要素に組み込まれたコンタクトリングとの間の一側でのみ行われる。
すべての実施形態によるコンタクトリングは、突起および刃の向き、配置、数、および構成に関して高度な適応性を有する。
本発明をより深く理解するために、以下の図面に示す実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。ここでは、同じ要素は、同じ参照符号および同じ構成要素の指定を用いて指定される。さらに、図示し説明する異なる実施形態のいくつかの特徴または特徴の組合せは、それ自体が独立した本発明の解決策であるか、または本発明による解決策でもあり得る。
第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素を示す図である。 公知の実施形態において、コンタクトリングによって接続された図１Ａの２つのコンタクト要素を示す図である。 突起を有するコンタクトリングを示す図である。 本発明の第１の実施形態によるコンタクトリングを示す図である。 本発明の第１の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素１と共に示す図である。 本発明の第１の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素２と共に示す図である。 本発明の第１の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素２と共に示す図であり、コンタクト要素２のジャーナル（journal）が、コンタクトリングが配置される溝を有している。 本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングを示す図である。 本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素１と共に示す図である。 本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素２と共に示す図である。
以下で、図２～図５Ｃを参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２～図４は、本発明の第１の実施形態によるコンタクトリング１０を示す。図２に示すように、コンタクトリング１０は、スロット１７を有する導電性材料から形成された厚みが薄い（flat:平たい、平坦な）リング状構造を含む。コンタクトリング１０は、内向き面１０４および外向き面１００４に突起１０４、１００４を有する。突起１０４、１００４は、リング平面から曲がってテーパ状になっており、コンタクト要素１、２の電気絶縁表面層に貫入することによりコンタクト要素１、２の導電性コア間に導電接続を確立する先端または鋭い縁部を有する。コンタクト要素１、２の対向面の配置に応じて、突起１０４、１００４を半径方向（図１Ｃのように）または接線方向（図２のように）に向けることができる。突起１０４、１００４を接線方向に向けると、より効率的な組立てが可能になるため好ましい。
加えて、コンタクトリング１０は、内向き面および外向き面にそれぞれ刃１８、１０８を含み、これらの刃１０８は、リング平面から曲がり、先端または鋭い縁部を有し、したがってコンタクト要素１および２の対向面に貫入する。刃１８、１０８は、突起１０４、１００４の間に均一に配置されていることが好ましいが、必ずしも均一に配置されているとは限らない。その結果、刃１８、１０８によって、最終的な配置状態で、コンタクトリング１０とコンタクト要素１、２との密な圧入が可能になる。突起１０４、１００４と比較して、刃１８、１０８はリング平面に対してより大きい角度で配置されるため、変形が少ない。刃１８、１０８はコンタクトリング１０を長手方向に補強するため、突起１０４、１００４の振動が緩和され、コンタクトリング１０の全体的な耐振性が高くなる。加えて、刃１８、１０８は、より高い接触垂直力(contact normal forces)を有するより多くの接触領域を提供することによって、接触抵抗を低減させる。
コンタクトリング１０の材料は、銀めっき銅合金を含むことが好ましい。ばね鋼とは対照的に、この材料は良好な機械的特性および良好な電熱特性を有する。
図３Ａおよび図３Ｂは、コンタクトリング１０の適用例を示す。コンタクトリング１０は、２つのコンタクト要素１、２間に配置されて、突起１４、１００４および刃１８、１０８によりコンタクト要素１、２の対向配置面に接触するようになっている。コンタクト要素１、２が互いに押し付けられると、突起１４、１００４および刃１８、１０８の先端または鋭い縁部は、導電性アルミニウムから形成されたコンタクト要素の表面に自然に形成される酸化アルミニウムの層などの電気絶縁表面層に貫入する。
したがって、コンタクト要素１、２が、互いを電気的に分離する絶縁表面を含む場合でも、第１のコンタクト要素１の導電性コアと第２のコンタクト要素２の導電性コアとの間のコンタクトリング１０によって、導電接続を確立することができる。コンタクトリング１０の両側の多数の突起１０４、１００４および刃１８、１０８は、２つのコンタクト要素１、２間の接続の電熱特性に対して物理的に好ましい効果を有する。
また、コンタクト要素１、２に接触するための鋭い突起１０４、１００４および刃１８、１０８を有するコンタクトリング１０の構造は、コンタクト要素１、２の保護面が損傷を受ける接触部の面積を最小限に抑える。これにより、コンタクト要素１、２の腐食を防ぐことができる。
図４は、溝１９を有するジャーナル２０を含むコンタクト要素２の可能な実施形態を示す。コンタクトリング１０は、スロット１７によって半径方向に拡張可能であるため、特別な接合プロセスを必要とせずに、ジャーナル２０の溝１９に挿入および保持することができる。これは閉環状構造では不可能である。
図５Ａは、本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングを単体で示し、図５Ｂは、本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素１と共に示し、図５Ｃは、本発明の第２の実施形態によるコンタクトリングをコンタクト要素２と共に示している。第１の実施形態のコンタクトリング１０と同様に、コンタクトリング１００は、スロット１７を有する導電性材料から形成された厚みが薄い（flat:平たい、平坦な）リング状構造を含む。コンタクトリング１００は、外向き面に突起１００４を有する。突起１００４は、リング平面から曲がってテーパ状になっており、コンタクト要素１、２の電気絶縁表面層に貫入することによりコンタクト要素１、２の導電性コア間に導電接続を形成する先端または鋭い縁部を有する。コンタクト要素１、２の対向面の配置に応じて、突起１００４を半径方向（図１Ｃのように）または接線方向（図５Ａ～図５Ｃのように）に向けることができる。突起１００４を接線方向に向けると、より効率的な構造が可能になるため好ましい。
加えて、コンタクトリング１００は、外向き面に刃１０８を含み、これらの刃１０８は、リング平面から曲がり、先端または鋭い縁部を有し、したがってコンタクト要素１、２の対向面に貫入する。刃１０８は、突起１００４の間に均一に配置されていることが好ましいが、必ずしも均一に配置されているとは限らない。その結果、刃によって、最終的な配置状態で、コンタクトリング１００とコンタクト要素１、２との密な締まり嵌めが可能になる。突起１００４と比較して、刃１０８は、リング平面に対してより大きい角度で配置されるため、変形が少ない。刃１０８は、コンタクトリング１００を長手方向に補強するため、突起１００４の振動が緩和され、コンタクトリング１００の全体的な耐振性が高くなる。加えて、刃１０８は、より高い接触垂直力を有するより多くの接触領域を提供することによって、接触抵抗を低減させる。
第２の実施形態によるコンタクトリング１００は、外側のみに突起１００４および刃１０８を有し、内側にはこれらを有していないという点で、第１の実施形態によるコンタクトリング１０とは異なる。この配置は、コンタクト要素１、２の対向面の配置に応じて逆になることがある。
第１の実施形態によるコンタクトリング１０と同様に、第２の実施形態によるコンタクトリング１００の材料は、良好な機械的特性および良好な電熱特性を有する銀めっき銅合金を含むことが好ましい。コンタクトリング１００の設計によって、打抜きおよび曲げによる簡単かつ安価な製造と、非常に良好な組立てとが可能になる。
１、２ コンタクト要素
３ 公知の実施形態のコンタクトリング
４ 突起を有するコンタクトリング
１０、１００ コンタクトリング
１４、１０４ 突起、内側の突起
１４、１００４ 突起、外側の突起
１５ 平坦部
１６ 閉合部
１７ スロット
１８ 内側の刃
１０８ 外側の刃
１９ 溝
２０ ジャーナル

Claims (15)

  1. 少なくとも第１の導電性コンタクト要素（１）と第２の導電性コンタクト要素（２）とを接続するためのコンタクトリング（１０、１００）であって、
    前記コンタクトリング（１０、１００）は、
    導電性材料を含む円形リング構造、または、導電性材料を含む前記円形リング構造とトポロジー的に同等の構造を含み、
    前記円形リング構造、または、前記円形リング構造とトポロジー的に同等の前記構造は、少なくとも一側に複数の突起（１０４、１００４）を含み、
    前記円形リング構造、または、前記円形リング構造とトポロジー的に同等の前記構造は、少なくとも一側に複数の刃（１８、１０８）を含み、
    前記突起（１０４、１００４）および前記刃（１８、１０８）は、前記コンタクト要素（１、２）の導電性材料に接触して、前記コンタクト要素（１、２）間に導電接続を確立するように構成され、
    前記突起（１０４、１００４）および前記刃（１８、１０８）は、前記コンタクト要素の電気絶縁表面層に貫入する、
    コンタクトリング（１０、１００）。
  2. 前記円形リング構造、または、前記円形リング構造とトポロジー的に同等の前記構造は、平坦に配置されている、
    請求項１に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  3. 前記円形リング構造、または、前記円形リング構造とトポロジー的に同等の前記構造は、半径方向のスロットを含む、
    請求項１または２に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  4. 前記突起（１０４、１００４）のそれぞれが、コンタクト要素（１、２）に接続可能なテーパ端部を含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  5. 前記突起（１０４、１００４）うちの少なくとも１つが、ばね接点を形成するために曲がっている、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  6. 前記刃（１８、１０８）のそれぞれが、コンタクト要素（１、２）に接続可能なテーパ端部を有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  7. 前記刃（１８、１０８）のうちの少なくとも一部が、接点を形成するために曲がっている、
    請求項１から６のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  8. 前記コンタクトリング（１０、１００）の前記導電性材料が銀めっき銅合金を含む、
    請求項１から７のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
  9. 内側の前記突起（１０４）および外側の前記突起（１００４）は、リング平面から反対方向に曲がっている、
    請求項１から８のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０）。
  10. 内側の前記刃（１８）および外側の前記刃（１０８）は、リング平面から反対方向に曲がっている、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０）。
  11. ５個の突起（１０４、１００４）と６個の刃（１８、１０８）とを各側に有する、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０）。
  12. 前記コンタクトリング（１００）の一側、すなわち外側または内側のみが、突起（１０４、１００４）および刃（１８、１０８）を有する、
    請求項１から８のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１００）。
  13. 前記コンタクトリングは半径方向のスロットを有し、前記スロットの複数の縁部が、リング平面から反対方向に曲がる複数の刃を形成する、
    請求項１２に記載のコンタクトリング（１００）。
  14. 前記コンタクトリングは、１６個の突起（１０４、１００４）と９個の刃（１８、１０８）とを前記外側または前記内側に有し、両側には有していない、
    請求項１３に記載のコンタクトリング（１００）。
  15. 前記コンタクトリング（１０、１００）が前記コンタクト要素のうちの一方に組み込まれている、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載のコンタクトリング（１０、１００）。
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