JP2017142988A - Fitting part structure of bipolar connector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空中で使用する高温用の2極コネクタの嵌合部構造であって、2つの電路に高電圧が印加されても放電が生じ難い嵌合部構造に関するするものである。 The present invention relates to a fitting part structure for a two-pole connector for high temperature used in a vacuum, and relates to a fitting part structure that is less likely to cause discharge even when a high voltage is applied to two electric paths.
真空中で使用する2極コネクタは、従来、特許文献1及び特許文献2に示されるような同軸型の嵌合部構造が専ら用いられてきた。
Conventionally, a coaxial connector structure as shown in
図5(a)(b)は特許文献1に示される真空中で使用する2極コネクタの嵌合部構造の断面図で、図5(a)は一対のコネクタの結合前の状態、図5(b)は一対のコネクタを結合した状態である。
5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views of the fitting structure of the two-pole connector used in a vacuum shown in
これは、左右のコネクタが其々オス電極ピン21、メス電極ピン22の中心軸に対してほぼ軸対象の形をした同軸コネクタであり、オス電極ピン21とメス電極ピン22が絶縁部材45、46に取り付けられ、絶縁部材45、46の外側には金属製の外枠33、34が設けられている。左右のコネクタを接続すると、オス電極ピン21とメス電極ピン22が1つの電路、外枠33、34がもう1つの電路となる2極コネクタである。
This is a coaxial connector in which the left and right connectors are substantially axially shaped with respect to the central axes of the
図6(a)(b)は特許文献2に示される真空中で使用する2極コネクタの嵌合部構造の断面図で、図6(a)は一対のコネクタの結合前の状態、図6(b)は一対のコネクタを結合した状態である。
6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views of the fitting structure of the two-pole connector used in a vacuum shown in
これも左右のコネクタが其々オス電極ピン23、メス電極ピン24の中心軸に対してほぼ軸対象の形をした同軸コネクタであり、オス電極ピン23とメス電極ピン24が絶縁部材47、48に取り付けられ、絶縁部材47、48の外側には金属製の外枠35、36が設けられている。左右のコネクタを接続すると、オス電極ピン23とメス電極ピン24が1つの電路、外枠35、36がもう1つの電路となる2極コネクタである。
This is also a coaxial connector in which the left and right connectors are substantially axially shaped with respect to the central axes of the
真空容器では真空化に先立って、真空容器の内壁面や内蔵物表面に吸着されたガスを放出させておくために、ベーキングと呼ばれる真空容器内の高温加熱が行われるのが一般的であり、また、真空到達後の運転も高温で行われるケースが多い。このため、真空用コネクタは高温で使用できる耐熱性のあるものが一般的で、絶縁部材としては、耐熱温度が低い樹脂類ではなく、セラミックなどの耐熱性のある無機絶縁材が通常用いられている。 Prior to evacuation, in order to release the gas adsorbed on the inner wall surface and built-in surface of the vacuum container, high-temperature heating inside the vacuum container called baking is generally performed. In many cases, the operation after reaching the vacuum is also performed at a high temperature. For this reason, vacuum connectors generally have heat resistance that can be used at high temperatures, and as insulating members, heat resistant inorganic insulating materials such as ceramics are usually used instead of resins with low heat resistance temperatures. Yes.
図6に示した特許文献2の2極コネクタは耐熱性を持たしており、嵌合部の絶縁部材47、48はセラミックを材料としている。図5に示した特許文献1の2極コネクタはテフロン(登録商標)樹脂が一部に用いられていて耐熱性を目指したものではないと思われるが、嵌合部の絶縁部材45、46の材料としてはアルミナを成型した無機絶縁材を使用している。
The two-pole connector of
パッシェンの法則に示されるように、真空容器内の圧力を下げていくと、極低圧領域を除き、圧力の低下とともにその気中に置かれた電極間の放電開始電圧が低くなること、及び電極間距離つまり放電経路が短いほど放電開始電圧が低いことが知られている。加えて、例えば非特許文献1に示されるように、電極間に絶縁性固体の表面が存在すると、その表面上にある気体に沿った沿面放電が生じて、さらに放電開始電圧が低くなることも知られている。
As shown in Paschen's law, when the pressure in the vacuum vessel is lowered, except for the extremely low pressure region, the discharge start voltage between the electrodes placed in the air decreases as the pressure decreases, and the electrodes It is known that the discharge start voltage is lower as the distance, that is, the discharge path is shorter. In addition, for example, as shown in
前述のとおり、高温用の真空中コネクタでは、絶縁部材としてセラミックなどの無機絶縁材が使用されるが、無機絶縁材は樹脂のような弾力性が無いので、結合時に嵌合部の左右のコネクタの絶縁部材間にはミクロな隙間があり、そこに気体が残存する。 As described above, in a vacuum connector for high temperature, an inorganic insulating material such as ceramic is used as an insulating member. However, since the inorganic insulating material does not have elasticity like a resin, the connectors on the left and right sides of the mating portion when coupled are used. There are microscopic gaps between the insulating members, and gas remains there.
このため、放電開始電圧が低くなる真空中で使用され、かつ嵌合部に絶縁性固体である絶縁部材を備えた高温用の真空中コネクタでは、電路間に加わる電圧が高くなると、絶縁部材間に残存する気体を経路とする電路間の沿面放電が発生し易くなる。小型電気品であるコネクタを大型化して、この放電経路を長くすれば放電開始電圧を上げることができるが、高価になること、配置に広いスペースを要することなどから、大型化による放電開始電圧の上昇は望ましい方向ではない。 For this reason, in a high-temperature vacuum connector that is used in a vacuum where the discharge start voltage is low and that has an insulating member that is an insulating solid in the fitting portion, if the voltage applied between the electrical paths increases, Creeping discharges between electric circuits that use the gas remaining in the circuit as a route are likely to occur. If the connector, which is a small electrical product, is enlarged and the discharge path is lengthened, the discharge start voltage can be increased. However, since it is expensive and requires a large space for the arrangement, the discharge start voltage due to the increase in size can be increased. Rising is not the desired direction.
図5(c)は、特許文献1の同軸型の真空中2極コネクタの放電経路を波線11で示した図で、絶縁部材45と絶縁部材46の表面に沿ってそこに残存する気体を経路とする放電が生じ、また、図6(c)は、特許文献2の同軸型の真空中2極コネクタの放電経路を波線12で示した図で、絶縁部材47と絶縁部材48の表面に沿ってそこに残存する気体を経路とする放電が生じる。なお、図5(b)(c)、及び図6(b)(c)は、見易くするために、嵌合部の絶縁部材45と絶縁部材46との間、及び絶縁部材47と絶縁部材48との間の隙間を強調して描いており、図5(c)と図6(c)には断面を表すハッチングは描いていない。
FIG. 5C is a diagram showing the discharge path of the coaxial two-pole connector in vacuum in
以上のように、高温用の真空中コネクタは、真空中で使用されかつ電路間に絶縁性固体の表面が存在する小型電気品であるために、放電開始電圧が低く、電路間の電圧が高いと放電が生じ易い特性を持つが、従来の高温用の真空中2極コネクタは、さらに放電開始電圧を低下させる以下の問題があった。 As described above, the high-temperature vacuum connector is a small electrical product that is used in a vacuum and has an insulating solid surface between the electric circuits. Therefore, the discharge start voltage is low and the voltage between the electric circuits is high. However, the conventional high-temperature two-pole connector in vacuum has the following problem of further reducing the discharge start voltage.
非特許文献2に示されるように、対向する電極の面積、即ち電極表面のうちの放電が発生する部分の面積が広いほど放電開始電圧が低いことが知られている。
As shown in
従来の高温用の真空中2極コネクタにおいて、図5(c)、図6(c)の放電経路11、12は、電極ピン21〜24を中心軸とする角度360度のどの断面でも生じ、図5(c)では、絶縁部材45と絶縁部材46との隙間に面する、金属製の外枠34の全周とオス電極ピン21全周が放電の発生する部分の面積となり、図6(c)では、絶縁部材47と絶縁部材48との隙間に面する、金属製の外枠36の全周とオス電極ピン23の全周が放電の発生する部分の面積となる。
In the conventional high-temperature vacuum two-pole connector for high temperature, the
このように従来の高温用の真空中2極コネクタでは、電路のうち放電の発生する部分の面積が絶縁部材45〜48の隙間に面する全周に亘るために広く、これが放電開始電圧をさらに低下させる要因となっている問題があった。我々は調査、研究の結果、この要因を見出し、以下に説明する本発明に結びつけた。
Thus, in the conventional high-temperature vacuum two-pole connector for the high temperature, the area of the portion where the discharge occurs in the electric circuit extends over the entire circumference facing the gap between the
(1)上述の課題を解決するために、真空中で使用され、一対のコネクタからなる2極コネクタの嵌合部構造を次のとおりとした。
嵌合部は、一対のコネクタの各方に1つのセラミック端子と、両方で二対のオス電極ピンとメス電極ピンで構成され、
オス電極ピンは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であり、
メス電極ピンは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であって、先端に、オス電極ピンの先端部が差し込まれる軸方向の窪みのある部分が設けられており、
セラミック端子は、絶縁性セラミックが材質で、セラミック端子本体とセラミック端子筒状部よりなり、
セラミック端子本体は、結合方向に平行な2つの貫通孔が設けられていて、各貫通孔の其々にはオス電極ピンまたはメス電極ピンが先端を嵌合側にして挿通され、このオス電極ピンまたはメス電極ピンはメタライズされた貫通孔の全面と隙間無くろう付けされて固定されており、
セラミック端子筒状部は、筒形状で、セラミック端子本体の嵌合側にあって、軸方向が結合方向と平行に、セラミック端子本体の1つの貫通孔がセラミック端子筒状部の内側の孔の中央になる位置に設けられていて、当貫通孔に固定されているオス電極ピンまたはメス電極ピンの嵌合部側の先端部は、セラミック端子筒状部の嵌合側先端よりセラミック端子本体側に位置しており、
一対のコネクタを結合すると、一方のコネクタのセラミック端子筒状部内のオス電極ピンまたはメス電極ピンと、それと対になる他方のコネクタのセラミック端子筒状部外のメス電極ピンまたはオス電極ピンとが、オス電極ピンの先端部がメス電極ピンの先端部の窪みに差し込まれることによって電路を対毎に合わせて2つ形成し、また、一方のコネクタのセラミック端子筒状部の嵌合側先端面は他方のセラミック端子本体の嵌合側表面に互いに略接した状態となる構造とした。
(1) In order to solve the above-mentioned problems, the fitting part structure of a two-pole connector used in a vacuum and composed of a pair of connectors is as follows.
The fitting part is composed of one ceramic terminal on each side of the pair of connectors, and two pairs of male electrode pins and female electrode pins on both sides.
The male electrode pin has a rod shape with no bending made of metal,
The female electrode pin is a non-bent rod shape made of a metal material, and at the tip is provided with a portion with a hollow in the axial direction into which the tip of the male electrode pin is inserted,
The ceramic terminal is made of insulating ceramic and consists of a ceramic terminal body and a ceramic terminal cylindrical part.
The ceramic terminal body is provided with two through holes parallel to the coupling direction, and a male electrode pin or a female electrode pin is inserted into each through hole with the tip as a fitting side. Or the female electrode pin is brazed and fixed without gaps across the entire surface of the metallized through hole,
The ceramic terminal cylindrical portion is cylindrical and is on the mating side of the ceramic terminal main body, the axial direction is parallel to the coupling direction, and one through hole of the ceramic terminal main body is a hole inside the ceramic terminal cylindrical portion. The tip of the fitting part side of the male or female electrode pin that is provided in the center and fixed to the through hole is on the ceramic terminal body side from the fitting side tip of the ceramic terminal cylindrical part Located in the
When a pair of connectors are connected, the male electrode pin or female electrode pin in the ceramic terminal cylindrical part of one connector and the female electrode pin or male electrode pin outside the ceramic terminal cylindrical part of the other connector paired therewith are male. The tip part of the electrode pin is inserted into the recess of the tip part of the female electrode pin to form two electric paths for each pair, and the fitting side tip surface of the ceramic terminal cylindrical part of one connector is the other The ceramic terminal main body has a structure in which the ceramic terminal main body is substantially in contact with each other.
この2極コネクタは、絶縁部材であるセラミック端子の材質がセラミックであるので、高温で使用することができる。 This two-pole connector can be used at a high temperature because the ceramic terminal, which is an insulating member, is made of ceramic.
2つの電路に高電圧が付加されて放電が生じた場合の放電経路は、一方のセラミック端子筒状部の嵌合側先端面と他方のセラミック端子本体の嵌合側表面とが接する箇所のミクロな隙間に残存する気体を通り、一方もしくは他方のセラミック端子筒状部の表面に沿って進んだ後、他方のセラミック端子筒状部の嵌合側先端面と一方のセラミック端子本体の嵌合側表面が接する箇所のミクロな隙間に残存する気体を通る経路になる。 The discharge path when a high voltage is applied to the two electric circuits causes a discharge path. The discharge path is a micro area where the front end surface on the mating side of one ceramic terminal cylindrical portion and the mating side surface of the other ceramic terminal body are in contact. After passing through the gas remaining in the gap and proceeding along the surface of one or the other ceramic terminal cylindrical part, the mating side tip surface of the other ceramic terminal cylindrical part and the mating side of one ceramic terminal body It becomes the path | route which passes the gas which remains in the micro clearance gap of the location which the surface contact | connects.
電路のうち放電の発生する部分の面積は、一方のセラミック端子筒状部の嵌合側先端面と他方のセラミック端子本体の嵌合側表面との隙間に面した他方のオス電極ピンまたはメス電極ピンの表面のうち、他方のセラミック端子筒状部側の表面、及び、他方のセラミック端子筒状部の嵌合側先端面と一方のセラミック端子本体の嵌合側表面との隙間に面した一方のオス電極ピンまたはメス電極ピンの表面のうち、一方のセラミック端子筒状部側の表面である。 The area of the portion of the electrical circuit where discharge occurs is the other male electrode pin or female electrode facing the gap between the fitting side tip surface of one ceramic terminal cylindrical portion and the fitting side surface of the other ceramic terminal body One of the surfaces of the pin facing the gap between the surface on the other ceramic terminal cylindrical portion side and the fitting side tip surface of the other ceramic terminal cylindrical portion and the fitting side surface of one ceramic terminal body Among the surfaces of the male electrode pin or the female electrode pin, the surface on the one side of the ceramic terminal tubular portion.
この放電の発生する電路の面積を、同程度の寸法の従来の同軸型真空中2極コネクタと比べると、従来のものは、絶縁部材の隙間に面する外枠とオス電極ピンの全周であるのに対し、本発明による2極コネクタでは、絶縁部材の隙間に面する他方のオス電極ピンまたはメス電極ピンの一部と一方のオス電極ピンまたはメス電極ピンの一部であるので、従来のものより大幅に狭い面積となっていて、このため従来のものより放電開始電圧が高く、放電が生じ難い。 Compared with the conventional coaxial type two-pole connector in vacuum, the area of the electric circuit where this discharge is generated is similar to the conventional one in the outer frame facing the gap between the insulating members and the entire circumference of the male electrode pin. On the other hand, in the two-pole connector according to the present invention, since it is a part of the other male electrode pin or female electrode pin and a part of one male electrode pin or female electrode pin facing the gap of the insulating member, Therefore, the discharge starting voltage is higher than that of the conventional one and the discharge is less likely to occur.
また、セラミック端子筒状部を長くし、それに応じてオス電極ピンとメス電極ピンのセラミック端子本体から嵌合部側に出た部分を長くすることによって放電経路を長くすることができ、放電開始電圧が実用電圧より低い場合には、こうすることによって容易に放電開始電圧を高めることができる特徴を持っている。 In addition, the discharge path can be lengthened by lengthening the ceramic terminal cylindrical portion and lengthening the portion of the male electrode pin and female electrode pin that protrude from the ceramic terminal body toward the fitting portion. When the voltage is lower than the practical voltage, the discharge starting voltage can be easily increased by doing so.
さらに、従来の同軸型真空中2極コネクタは電路が外面に露出しているために電位がある物体に接すると電路による正常な伝送ができなくなるのに対し、本発明によるコネクタは電路が絶縁部材で囲まれているために、電位のある物体に接しても機能が損なわれることが無い。 Further, since the conventional coaxial type two-pole connector in vacuum is exposed on the outer surface, normal transmission by the electric circuit cannot be performed when contacting an object having a potential. Therefore, the function is not impaired even if it is in contact with an object having a potential.
真空中で使用される高温用のケーブルは、耐熱性のあるMIケーブル(Mineral Insulate Cable)、つまり金属シース内に無機絶縁材粉末を介在して導線が収容されたケーブルが用いられる。本発明による2極コネクタは、電極ピンとセラミック端子本体の貫通孔は隙間無くろう付けをされているために、セラミック端子本体の反嵌合部側のMIケーブルと2極コネクタの嵌合部とを接続する金具の内部、及びMIケーブルの金属シースの内部を、外部環境に対して密閉された状態にすることができ、真空中での使用において、これら内部の真空化を防ぐことが可能である。このため、接続金具の内部及びMIケーブルの内部で放電が発生する懸念がない。 A high-temperature cable used in a vacuum is a heat-resistant MI cable (Mineral Insulate Cable), that is, a cable in which a conductive wire is accommodated in a metal sheath with an inorganic insulating material powder interposed therebetween. In the two-pole connector according to the present invention, since the electrode pin and the through hole of the ceramic terminal body are brazed without a gap, the MI cable on the side opposite to the fitting portion of the ceramic terminal body and the fitting portion of the two-pole connector are connected. The inside of the metal fitting to be connected and the inside of the metal sheath of the MI cable can be sealed with respect to the external environment, and when used in a vacuum, it is possible to prevent the inside from being evacuated. . For this reason, there is no fear that electric discharge occurs inside the connection fitting and the MI cable.
(2) 上記(1)の2極コネクタの嵌合部構造において、
オス電極ピンの先端に、外形が先細りの部分を設けることにより、
本発明による一対のコネクタを結合する際、オス電極ピンに曲がりが生じて少しの径方向の位置ずれがあってもその先端が先細りのためメス電極ピンの窪みに差し込むことができる。
(2) In the fitting part structure of the two-pole connector of (1) above,
By providing a tapered part at the tip of the male electrode pin,
When connecting a pair of connectors according to the present invention, even if the male electrode pin is bent and there is a slight radial misalignment, the tip of the male electrode pin is tapered, so that it can be inserted into the recess of the female electrode pin.
(3) 上記(2)の2極コネクタの嵌合部構造において、
メス電極ピンの先端に、外形が先細りで、メス電極ピンの他の部分に比べて最大径が等しいかまたは大きく、最大径の部分はセラミック端子筒状部の内側の孔に略接する形状で、かつオス電極ピンの先端部が差し込まれる軸方向の窪みがある部分を設けることにより、
セラミック端子筒状部の内側の孔の中央になる位置に固定されているのがオス電極ピンで、一対のコネクタの結合の際、セラミック端子筒状部へ嵌合側から挿入されるのがメス電極ピンの場合であっても、本発明による一対のコネクタの結合の際、精密な径方向の位置合わせをせずとも、メス電極ピンの先端部外形が先細りであるので、セラミック端子筒状部へメス電極ピンを挿入することができ、また、メス電極ピンの先端部の最大径は他の部分より等しいか大きく、かつこの最大径部はセラミック端子筒状部の内側の孔に略接する形状であるので、セラミック端子筒状部の内部において窪みの位置がぶれず、このためオス電極ピンの先端部をメス電極ピンの窪みに確実に差し込むことができる。
(3) In the fitting part structure of the two-pole connector of (2) above,
At the tip of the female electrode pin, the outer shape is tapered, the maximum diameter is equal to or larger than the other part of the female electrode pin, and the portion of the maximum diameter is in a shape that is substantially in contact with the inner hole of the ceramic terminal cylindrical part, And by providing a portion with an axial recess into which the tip of the male electrode pin is inserted,
The male electrode pin is fixed at the center of the hole inside the ceramic terminal cylindrical part, and when a pair of connectors are connected, the female terminal is inserted into the ceramic terminal cylindrical part from the mating side. Even in the case of electrode pins, when the pair of connectors according to the present invention is connected, the outer shape of the tip of the female electrode pin is tapered without precise radial alignment. A female electrode pin can be inserted, and the maximum diameter of the tip of the female electrode pin is equal to or larger than the other parts, and this maximum diameter part is a shape that is substantially in contact with the inner hole of the ceramic terminal cylindrical part. Therefore, the position of the depression does not move inside the ceramic terminal cylindrical portion, and therefore, the tip end portion of the male electrode pin can be reliably inserted into the depression of the female electrode pin.
(4) また、上記(3)の2極コネクタの嵌合部構造において、
メス電極ピンの先端部は、テーパーを付けて窪みの先端が広がった形状とすることにより、オス電極ピンの先端部をメス電極ピン先端部の窪みに、さらに確実に差し込むことができる。
(4) In the fitting structure of the two-pole connector of (3) above,
The tip of the female electrode pin is tapered so that the tip of the recess is widened, so that the tip of the male electrode pin can be more reliably inserted into the recess of the tip of the female electrode pin.
(5)上記(1)乃至(4)のいずれかの2極コネクタの嵌合部構造において、
セラミック端子本体とセラミック端子筒状部は分けて作られ、セラミック端子筒状部がセラミック端子本体にセラミック接着剤で接着されているセラミック端子としてもよい。
(5) In the fitting part structure of the two-pole connector according to any one of (1) to (4) above,
The ceramic terminal main body and the ceramic terminal cylindrical portion may be formed separately, and the ceramic terminal cylindrical portion may be a ceramic terminal bonded to the ceramic terminal main body with a ceramic adhesive.
(6)また、上記(1)乃至(4)のいずれかの2極コネクタの嵌合部構造において、
セラミック端子本体とセラミック端子筒状部は分けて作られ、セラミック端子筒状部の後端部がセラミック端子本体の嵌合側の面に設けられた有底穴に差し込まれてセラミック接着剤で接着されているセラミック端子としてもよい。
(6) Moreover, in the fitting part structure of the two-pole connector according to any one of (1) to (4) above,
The ceramic terminal body and the ceramic terminal tubular part are made separately, and the rear end of the ceramic terminal tubular part is inserted into the bottomed hole provided on the mating side surface of the ceramic terminal body and bonded with a ceramic adhesive It may be a ceramic terminal.
(7)上記(1)及至(6)のいずれかの2極コネクタの嵌合部構造において、
セラミック端子本体の嵌合側表面を、他方のコネクタのセラミック端子筒状部の嵌合側先端面が略接する部分にザグリが設けられている表面とし、一対のコネクタを結合すると、一方のセラミック端子本体のザグリの底部表面に他方のコネクタのセラミック端子筒状部の嵌合側先端面が互いに略接した状態となる構造とすることによって、放電経路が2つのザグリの深さ分長くなり、放電開始電圧をさらに上げることができる。
(7) In the fitting structure of the two-pole connector of any one of (1) to (6) above,
When the mating side surface of the ceramic terminal body is the surface where the counterbore is provided at the portion where the mating side end surface of the ceramic terminal cylindrical part of the other connector is substantially in contact, By adopting a structure in which the mating side end face of the ceramic terminal cylindrical part of the other connector is substantially in contact with the bottom surface of the counterbore of the main body, the discharge path becomes longer by the depth of the two counterbore. The starting voltage can be further increased.
高温の真空中での使用において、従来の2極コネクタに比べて放電開始電圧が高く、放電が生じ難い効果がある。また、従来のものと異なり、電路が絶縁部材で囲まれているために、電位のある物体に接しても機能が損なわれない付随的効果もある。 When used in a high-temperature vacuum, the discharge starting voltage is higher than that of the conventional two-pole connector, and there is an effect that the discharge hardly occurs. Also, unlike the conventional one, since the electric circuit is surrounded by an insulating member, there is an accompanying effect that the function is not impaired even when it comes into contact with an object having a potential.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を図1及び図2に沿って説明する。図1は、本発明による第1の実施形態の結合前のコネクタ断面図及び矢視図で、図1(a)は結合前のコネクタの軸方向断面図、図1(b)(c)(d)は其々、図1(a)のA−A断面、B−B断面、C−C矢視図である。また、図2(a)は、本発明による第1の実施形態の一対のコネクタの結合後の嵌合部断面図ある。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1A and 1B are a cross-sectional view and an arrow view of a connector before coupling according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an axial sectional view of the connector before coupling, and FIGS. d) is an AA cross section, a BB cross section, and a CC arrow view of FIG. Moreover, Fig.2 (a) is a fitting part sectional drawing after the coupling | bonding of a pair of connector of 1st Embodiment by this invention.
まず、第1の実施形態のうち、本発明に直接係わる2極コネクタの嵌合部について説明する。図1に示すように、2極コネクタの嵌合部は、一対のコネクタ1a、1bの各方に1つのセラミック端子4a、4bと、両方で二対のオス電極ピン2a、2bとメス電極ピン3a、3bで構成されている。
First, the fitting part of the two-pole connector which concerns directly on this invention among 1st Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the fitting portion of the two-pole connector includes one
オス電極ピン2a、2bは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であり、メス電極ピン3a、3bは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であって、先端に、オス電極ピン2a、2bの先端部が差し込まれる軸方向の窪み32a、32bのある部分31a、31bが設けられている。
The male electrode pins 2a and 2b have a bar shape without bending made of metal, and the female electrode pins 3a and 3b have a bar shape without bending made of metal and have a
セラミック端子4a、4bは、絶縁性セラミックが材質で、セラミック端子本体41a、41bとセラミック端子筒状部42a、42bより構成されている。
The
セラミック端子本体41a、41bは、コネクタ1a、1bの結合方向に平行な2つの貫通孔43a、44aと貫通孔43b、44bが其々設けられ、貫通孔43aにはオス電極ピン2aが、貫通孔44aにはメス電極ピン3aが、貫通孔43bにはオス電極ピン2bが、貫通孔44bにはメス電極ピン3bが、先端を嵌合側にして挿通され、このオス電極ピン2a、2b、メス電極ピン3a、3bはそれが挿通されたメタライズされた貫通孔43a、43b、44a、44bの全面と隙間無くろう付けされて固定されている。
The ceramic
セラミック端子筒状部42a、42bは、筒形状で、セラミック端子本体41a、41bの嵌合側にあって、軸方向が結合方向と平行に、セラミック端子本体41aの1つの貫通孔43aがセラミック端子筒状部42aの内側の孔の中央になる位置に設けられ、またセラミック端子本体41bの1つの貫通孔43bがセラミック端子筒状部42bの内側の孔の中央になる位置に設けられ、貫通孔43a、43bに固定されているオス電極ピン2a、2bの嵌合側の先端部は、セラミック端子筒状部42a、42bの嵌合側先端よりセラミック端子本体41a、41b側に位置している。
The ceramic terminal
コネクタ1a、1bを結合すると、図2(a)に示すように、セラミック端子筒状部42a、42b内のオス電極ピン2a、2bと、それと対になるセラミック端子筒状部42b、42a外のメス電極ピン3b、3aとが、オス電極ピン2a、2bの先端部がメス電極ピン3b、3aの先端部31b、31aの窪み32b、32aに差し込まれることによって電路を対毎に合わせて2つ形成し、また、セラミック端子筒状部42a、42bの嵌合側先端面は他方のセラミック端子本体41b、41aの嵌合側表面に略接した状態となる。
When the connectors 1a and 1b are joined, as shown in FIG. 2A, the male electrode pins 2a and 2b in the ceramic terminal
オス電極ピン2a、2bの外形を先細り形状としているために、コネクタ1a、1bを結合する際、オス電極ピン2a、2bに曲がりが生じて少しの径方向の位置ずれがあっても、メス電極ピン3b、3aの窪み32b、32aに差し込むことができる。
Since the outer shape of the male electrode pins 2a and 2b is tapered, the female electrode can be used even if the male electrode pins 2a and 2b are bent and slightly displaced in the radial direction when connecting the connectors 1a and 1b. It can be inserted into the
なお、本発明の実施形態において、貫通孔43a、44a、43b、44bに挿通される電極ピンがオス電極ピンかメス電極ピンかは必ずしも図1、図2(a)に示すとおりである必要はない。メス電極ピン3aとオス電極ピン2bが挿通される貫通孔が入れ替わってもよいし、さらに、オス電極ピン2aとメス電極ピン3bが挿通される貫通孔が入れ替わってもよい。つまり、セラミック端子筒状部42a、42bにある貫通孔43a、43bに挿通された電極ピンの先端部が其々、セラミック端子筒状部42a、42bの嵌合側先端よりセラミック端子本体41a、41b側に位置し、かつ、コネクタ1a、1bの結合状態において、上述のようにオス電極ピンの先端部がメス電極ピンの先端部の窪み32a、32bに差し込まれるように貫通孔が選択されておればよい。このことは後述する第2乃至第5の実施形態においても同様である。
In the embodiment of the present invention, whether the electrode pin inserted into the through
メス電極ピン3a、3bの先端部31a、31bは、外形が先細りの形状をしているので、セラミック端子筒状部42a、42bの内側の孔の位置に固定されているのがオス電極ピン2a、2bで、コネクタ1a、1bの結合の際、セラミック端子筒状部42a、42bへ嵌合側から挿入されるのがメス電極ピン3b、3aの場合であっても、コネクタ1a、1bの結合の際、精密な径方向の位置合わせをせずとも、セラミック端子筒状部42a、42bへメス電極ピン3b、3aを挿入することができ、また、メス電極ピン3a.3bの先端部31a、31bの最大径は他の部分より大きく、かつこの最大径部は、セラミック端子筒状部42a、42bの内側の孔に略接する形状であるので、セラミック端子筒状部42a、42bの内部において窪み32b、32aの位置がぶれず、このためオス電極ピン2a、2bの先端部をメス電極ピン3b、3a先端の窪み32b、32aに確実に差し込むことができる。
Since the
次に、第1の実施形態の2極コネクタの嵌合部より後方の構造について説明する。図1に示すように、金属シース7a、7b内に無機絶縁材粉末92a、92bを介在して導線8a、8bが収容されたMIケーブル6a、6bが、当MIケーブル6a、6bと2極コネクタの嵌合部とを繋ぐ接続金具5a、5bを介して2極コネクタの嵌合部のセラミック端子本体41a、41bと繋がっており、導線8a、8bの嵌合側の端部はMIケーブル6a、6bからそれぞれ剥き出されてオスまたはメス電極ピン2a、2b、3a、3bの末端部と導線接続部81a、81bにおいて溶接により接続されている。また、接続金具5a、5bの内部には無機絶縁材粉末91a、91bが充填されている。
Next, the structure behind the fitting part of the two-pole connector of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1,
上述のようにオスまたはメス電極ピン2a、2b、3a、3bとセラミック端子本体41a、41bは隙間無くろう付けされおり、これと同様に、セラミック本体41a、41bと接続金具5a、5b、及び接続金具5a、5bと金属シース7a、7bも、隙間無くろう付けされている。このため、接続金具5a、5bの内部、及びMIケーブル6a、6bの金属シース7a、7bの内部は外部環境に対して密閉された状態になっていて、製作時の大気圧状態を維持しているため、真空中で使用しても接続金具5a、5bの内部及びMIケーブル6a、6bの内部で放電が発生する懸念がない。
As described above, the male or
これに対して、2極コネクタの嵌合部は真空中にあるため放電が生じ易い。2つの電路に高電圧が付加されて放電が生じた場合の考えられる2極コネクタの嵌合部の放電経路を示す断面図が図2(b)で、波線10が放電経路である。放電は、セラミック端子筒状部42aの嵌合側先端面と他方のセラミック端子本体41bの嵌合側表面とが接する箇所のミクロな隙間に残存する気体を通り、2つのセラミック端子筒状部42a、42bのうちの1つの表面に沿って進んだ後(図2(b)では42bの表面に沿って進んだケースを描いている)、他方のセラミック端子筒状部42bの嵌合側先端面と一方のセラミック端子本体41aの嵌合側表面が接する箇所のミクロな隙間に残存する気体を通る経路になる。なお、図2(a)(b)は、図5(a)(b)、図6(a)(b)と同様、見易くするために、嵌合部の絶縁部材であるセラミック端子筒状部42aとセラミック端子本体41bとの間、セラミック端子筒状部42bとセラミック端子本体41aとの間の隙間を強調して描いており、これは後掲の図4も同じである。また、図2(b)は図5(c)、図6(c)と同様、断面を表すハッチングは描いていない。
On the other hand, since the fitting portion of the two-pole connector is in a vacuum, discharge is likely to occur. FIG. 2B is a cross-sectional view showing a discharge path of a fitting portion of a two-pole connector when a high voltage is applied to two electric paths and a discharge occurs, and a
電路のうち放電の発生する部分の面積は、一方のセラミック端子筒状部42aの嵌合側先端面と他方のセラミック端子本体41bの嵌合側表面との隙間に面した他方のメス電極ピン3bの表面のうち、他方のセラミック端子筒状部42b側の表面、及び、他方のセラミック端子筒状部42bの嵌合側先端面と一方のセラミック端子本体41aの嵌合側表面との隙間に面した一方のメス電極ピン3aの表面のうち、一方のセラミック端子筒状部42a側の表面である。
The area of the portion of the electric circuit where discharge occurs is the other
この放電の発生する電路の面積は、絶縁部材の隙間に面する他方のメス電極ピン3bの一部と一方のメス電極ピン3aの一部であるので、同程度の寸法の従来の同軸型真空中2極コネクタと比べると、大幅に狭い面積となっていて、このため従来のものより放電開始電圧が高く、放電が生じ難い。このことは、前述した貫通孔43a、44a、43b、44bに挿通されるオスまたはメス電極ピン2a、2b、3a、3bのオス、メスの入れ替えがあっても同じである。
Since the area of the electric path where this discharge occurs is a part of the other
また、セラミック端子筒状部42a、42bを長くし、それに応じてオス電極ピン2a、2bとメス電極ピン3a、3bのセラミック端子本体41a、41bから嵌合部側に出た部分を長くすることによって放電経路を長くすることができ、放電開始電圧が実用電圧より低い場合には、こうすることによって容易に放電開始電圧を高めることができる特徴を持っている。
Also, the ceramic terminal
さらに、従来の同軸型真空中2極コネクタは電路が外面に露出しているために電位がある物体に接すると電路による正常な伝送ができなくなるのに対し、本実施形態によるコネクタ1a、1bは電路が絶縁部材であるセラミック端子本体41a、41b、及び無機絶縁材粉末91a、91b、92a、92bで囲まれているために、電位のある物体に接しても機能が損なわれることが無く、配置の自由度が高まる。
Further, since the conventional coaxial type two-pole connector in a vacuum is exposed on the outer surface, normal transmission by the electric circuit cannot be performed when it comes in contact with a potential object, whereas the connectors 1a and 1b according to the present embodiment Since the electric circuit is surrounded by the ceramic
コネクタ1a、1bの結合状態において、オス電極ピン2a、2bの先端部とメス電極ピン3b、3aの窪み32b、32aとの摩擦抵抗が小さく、コネクタ1aとコネクタ1bが使用中に外れる恐れがある場合は、両コネクタ1a、1bの位置が結合状態の位置から動かないように固定する機構を設けたプレート等を追加することによって、外れることを防止できる。また、径の増加が許される場合は、セラミック端子筒状部42a、42bの設けられていない貫通孔44a、44bの位置にも、セラミック端子筒状部42b、42aの外面に接する内面を持つ筒状部を設け、コネクタ1a、1bの結合時はこの筒状部の内面とセラミック端子筒状部42a、42bの外面との摩擦力によって結合を維持してもよい。後者の場合、放電経路を長くして放電開始電圧を上げる効果もある。
In the coupled state of the connectors 1a and 1b, the frictional resistance between the tips of the male electrode pins 2a and 2b and the
この第1の実施形態の2極コネクタの嵌合部、接続金具5a、5b及びMIケーブル6a、6bは、金属ならびに無機絶縁材であるセラミックと無味絶縁材粉末を材質としているので、少なくとも数100℃の高温で使用することができる。
Since the fitting portion of the two-pole connector, the
試作例での主な材質を挙げると、セラミック端子4a、4bはアルミナセラミック、オス電極ピン2a、2b及びメス電極ピン3a、3bは銅系金属、接続金具5a、5bと金属シース7a、7bはSUS316L、導線8a、8bは銅、無機絶縁材粉末91a、91b、92a、92bはマグネシア粉末とした。また、主要寸法は、接続金具5a、5bの外径が約1.5cm、金属シース7a、7bの外径が0.5cm弱でセラミック端子筒状部42a、42bの長さが5cm弱とした。
The main materials in the prototype are:
この第1の実施形態の試作例における耐電圧データ、つまり放電の生じない電路間の電圧を測定したデータを図3に示す。これは、空気より放電の生じ易いアルゴンガス中で測定したものである。パッシェンの法則により、圧力が約400Paに下がるまでは圧力の下降とともに耐電圧も下降し、それより圧力が下がると放電経路となる気体の希薄化により耐電圧は上昇している。 FIG. 3 shows the withstand voltage data in the prototype example of the first embodiment, that is, data obtained by measuring the voltage between the electric circuits where no discharge occurs. This is measured in an argon gas that is more susceptible to discharge than air. According to Paschen's law, the withstand voltage decreases as the pressure decreases until the pressure decreases to about 400 Pa, and when the pressure decreases further, the withstand voltage increases due to dilution of the gas that forms the discharge path.
図3から、全真空圧力域に亘って1000Vの電圧が電路間に付加されても放電が生じないことが解る。従来のこのような小型の接続部では、全真空圧力域において1000Vの電圧に対して放電が生じないようにすることは困難であり、本発明の効果が確認された。 It can be seen from FIG. 3 that no discharge occurs even when a voltage of 1000 V is applied across the electric circuit over the entire vacuum pressure range. In such a conventional small connection portion, it is difficult to prevent discharge from occurring at a voltage of 1000 V in the entire vacuum pressure range, and the effect of the present invention has been confirmed.
(第2の実施形態)
本発明による第2の実施形態のコネクタの結合後の嵌合部断面図を図4(a)に示す。第1の実施形態との違いは、セラミック端子本体41a、41bとセラミック端子筒状部42a、42bが分けて作られ、セラミック端子筒状部42a、42bの後端部がセラミック端子本体41a、41bの嵌合側の面に設けられた有底穴に差し込まれている点である。当有底穴とそれに差し込まれたセラミック端子筒状部42a、42bの後端部とはセラミック接着剤で接着されている。
ここで、図4(a)(b)(c)(d)中の部品または部分で、図1に示した第1の実施形態と同じ役割の部品、部分には、形状が異なっている場合でも図1と同じ符号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 4A shows a cross-sectional view of the fitting portion after the connector of the second embodiment according to the present invention is coupled. The difference from the first embodiment is that the ceramic terminal
Here, in the parts or portions in FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D, the parts and portions having the same roles as those in the first embodiment shown in FIG. 1 have different shapes. However, the same reference numerals as those in FIG.
なお、図4(a)において、セラミック端子本体41a、41bに有底穴を設けずに、セラミック端子筒状部42a、42bをセラミック端子本体42a、42bの嵌合側の面にセラミック接着剤により取り付けてもよい。
In FIG. 4 (a), the ceramic terminal
セラミック接着剤は耐熱性があるために高温で使用できるのは第1の実施形態と同じで、その他の効果、特徴も第1の実施形態と同じである。 Since the ceramic adhesive has heat resistance, it can be used at a high temperature as in the first embodiment, and other effects and features are the same as those in the first embodiment.
(第3の実施形態)
本発明による第3の実施形態のコネクタの結合後の嵌合部断面図を図4(b)に示す。第2の実施形態との違いは、メス電極ピン3a、3bの先端部31a、31bの最大径は、メス電極ピン3a、3bの他の部分と径が等しい点である。
(Third embodiment)
FIG. 4B is a cross-sectional view of the fitting portion after the connector of the third embodiment according to the present invention is coupled. The difference from the second embodiment is that the maximum diameters of the
メス電極ピン3a、3bが第1の実施形態及び第2の実施形態に比べて太い分、放電の発生する部分の面積が若干増えるが、放電開始電圧への影響は微小である。その他の効果、特徴は第2の実施形態と同じである。なお、図4(b)では、セラミック端子筒状部42a、42bを第2の実施形態の構造にしているが、本実施形態のメス電極ピン3a、3bは、セラミック端子筒状部42a、42bが第1の実施形態の構造の場合についても適用できる。
Since the female electrode pins 3a and 3b are thicker than those in the first and second embodiments, the area where the discharge occurs is slightly increased, but the influence on the discharge start voltage is small. Other effects and features are the same as those of the second embodiment. In FIG. 4B, the ceramic terminal
(第4の実施形態)
本発明による第4の実施形態のコネクタの結合後の嵌合部断面図を図4(c)に示す。第1の実施形態との違いは、メス電極ピン3a、3bの窪み32a、32bの先端にテーパーを付けて窪み32a、32bの先端が広がった形状とすることにより、オス電極ピン2a、2bの先端部がメス電極ピン3b、3a先端の窪み32b、32aに、さらに確実に差し込まれるようにした点である。その他の効果、特徴は第1の実施形態と同じである。なお、図4(c)では、セラミック端子筒状部42a、42bを第1の実施形態の構造にしているが、本実施形態のメス電極ピン3a、3bは、セラミック端子筒状部42a、42bが第2の実施形態の構造の場合についても適用できる。
(Fourth embodiment)
FIG. 4C shows a cross-sectional view of the fitting portion after the connector of the fourth embodiment according to the present invention is coupled. The difference from the first embodiment is that the tips of the
(第5の実施形態)
本発明による第5の実施形態のコネクタの結合後の嵌合部断面図を図4(d)に示す。第2の実施形態との違いは、セラミック端子本体41a、41bの嵌合側表面を、他方のコネクタのセラミック端子筒状部42b、42aの嵌合側先端面が略接する部分にザグリ40a、40bが設けられている表面とし、一対のコネクタを接合すると、一方のセラミック端子本体41a、41bのザグリ40a、40bの底部表面に他方のコネクタのセラミック端子筒状部42b、42aの嵌合側先端面が互いに略接した状態となる構造とした点である。こうすることによって、放電経路が2つのザグリ40a、40bの深さ分長くなり、放電開始電圧をさらに上げることができる。その他の効果、特徴は第2の実施形態と同じである。なお、図4(d)では、メス電極ピン3a、3b、及びセラミック端子筒状部42a、42bを第2の実施形態の形状、構造にしているが、本実施形態は、メス電極ピン3a、3bが第3または第4の実施形態の形状の場合にも適用できるし、セラミック端子筒状部42a、42bが第1の実施形態の構造の場合にも適用できる。
(Fifth embodiment)
FIG. 4D shows a cross-sectional view of the fitting portion after the connector of the fifth embodiment according to the present invention is coupled. The difference from the second embodiment is that the mating side surfaces of the ceramic
以上、本発明を実施するための形態を示したが、本発明は、もとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に包含される。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was shown, this invention is not restrict | limited by the said embodiment from the first, and it implements it adding a change suitably in the range which can be adapted to the meaning of this invention. Of course, these are all possible and are included in the technical scope of the present invention.
本発明による嵌合部構造を用いた2極コネクタは、核融合装置の真空容器内や加速器の真空容器内等の高温の真空容器内に設置するコネクタとして使用でき、特に、磁気計測センサ等の高電圧信号を伝送する電路を繋ぐ放電開始電圧の高い小型コネクタとして効果を発揮する。 The two-pole connector using the fitting part structure according to the present invention can be used as a connector installed in a high-temperature vacuum vessel such as a fusion vessel vacuum vessel or an accelerator vacuum vessel. It is effective as a small connector with a high discharge starting voltage that connects the electric circuit for transmitting a high voltage signal.
1a、1b コネクタ
2a、2b オス電極ピン
3a、3b メス電極ピン
31a、31b 先端部
32a、32b 窪み
4a、4b セラミック端子
41a、41b セラミック端子本体
42a、42b セラミック端子筒状部
43a、43b 貫通孔(セラミック端子筒状部側)
44a、44b 貫通孔(反セラミック端子筒状部側)
5a、5b 接続金具
6a、6b MIケーブル
7a、7b 金属シース
8a、8b 導線
91a、91b 無機絶縁材粉末(接続金具内)
92a、92b 無機絶縁材粉末(MIケーブル内)
10 放電経路
1a,
44a, 44b Through hole (anti-ceramic terminal cylindrical part side)
5a,
92a, 92b Inorganic insulation powder (inside MI cable)
10 Discharge path
Claims (7)
該嵌合部は、一対の前記コネクタの各方に1つのセラミック端子と、両方で二対のオス電極ピンとメス電極ピンで構成され、
前記オス電極ピンは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であり、
前記メス電極ピンは、金属を材質とした曲がりのない棒形状であって、先端に、前記オス電極ピンの先端部が差し込まれる軸方向の窪みのある部分が設けられており、
前記セラミック端子は、絶縁性セラミックが材質で、セラミック端子本体とセラミック端子筒状部よりなり、
前記セラミック端子本体は、結合方向に平行な2つの貫通孔が設けられていて、それらの貫通孔の其々には前記オス電極ピンまたは前記メス電極ピンが先端を嵌合側にして挿通され、該オス電極ピンまたは該メス電極ピンはメタライズされた該貫通孔の全面と隙間無くろう付けされて固定されており、
前記セラミック端子筒状部は、筒形状で、前記セラミック端子本体の嵌合側にあって、軸方向が結合方向と平行に、該セラミック端子本体の1つの前記貫通孔が該セラミック端子筒状部の内側の孔の中央になる位置に設けられていて、該貫通孔に固定されている前記オス電極ピンまたは前記メス電極ピンの嵌合部側の先端部は、該セラミック端子筒状部の嵌合側先端より前記セラミック端子本体側に位置しており、
一対の前記コネクタを結合すると、一方の該コネクタの前記セラミック端子筒状部内の前記オス電極ピンまたは前記メス電極ピンと、それと対になる他方の該コネクタの前記セラミック端子筒状部の外にある前記メス電極ピンまたは前記オス電極ピンとが、該オス電極ピンの先端部が該メス電極ピンの先端部の前記窪みに差し込まれることによって電路を対毎に合わせて2つ形成し、また、一方の前記コネクタの前記セラミック端子筒状部の嵌合側先端面は他方の前記セラミック端子本体の嵌合側表面に互いに略接した状態となる2極コネクタの嵌合部構造。 A fitting part structure of a two-pole connector used in a vacuum and comprising a pair of connectors,
The fitting portion is composed of one ceramic terminal on each side of the pair of connectors, and two pairs of male electrode pins and female electrode pins.
The male electrode pin is a rod-shaped rod made of metal and made of a material,
The female electrode pin is a rod-shaped rod made of a metal material, and is provided at the tip with a portion having an axial recess into which the tip of the male electrode pin is inserted,
The ceramic terminal is made of an insulating ceramic material, and is composed of a ceramic terminal body and a ceramic terminal cylindrical portion.
The ceramic terminal body is provided with two through holes parallel to the coupling direction, and the male electrode pin or the female electrode pin is inserted into each of the through holes with the tip as a fitting side, The male electrode pin or the female electrode pin is fixed by being brazed to the entire surface of the metallized through hole without a gap,
The ceramic terminal cylindrical portion is cylindrical and is on the fitting side of the ceramic terminal main body, the axial direction is parallel to the coupling direction, and one through hole of the ceramic terminal main body is the ceramic terminal cylindrical portion. The male electrode pin or the female electrode pin fixed to the through hole is provided at the center of the inner hole of the ceramic electrode cylindrical portion. It is located on the ceramic terminal body side from the end of the mating side,
When the pair of connectors are coupled, the male electrode pin or the female electrode pin in the ceramic terminal cylindrical portion of one of the connectors and the ceramic terminal cylindrical portion of the other connector paired with the male electrode pin are outside the ceramic terminal cylindrical portion. The female electrode pin or the male electrode pin forms two electric paths for each pair by inserting the tip of the male electrode pin into the recess of the tip of the female electrode pin. A fitting part structure of a two-pole connector in which the fitting side end face of the ceramic terminal cylindrical part of the connector is in a state of being substantially in contact with the fitting side surface of the other ceramic terminal body.
When the mating side surface of the ceramic terminal body is a surface where a counterbore is provided at a portion where the mating side end surface of the ceramic terminal tubular portion of the other connector is substantially in contact, and a pair of the connectors are combined, 7. The fitting side end face of the ceramic terminal tubular part of the other connector is in a state of being substantially in contact with the bottom surface of the counterbore of one of the ceramic terminal bodies. The two-pole connector fitting part structure.
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