JP6498615B2 - ２極コネクタの嵌合部構造 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平１１−２８９６５１号公報 特開２００１−６８２８号公報

山納康他著 「真空中における沿面放電時のリアルタイム帯電分布測定に関する研究」埼玉大学紀要工学部、第３８号第１部論文集２００５年３月、ｐ．１−５ 山納康著「表面処理および表面分析手法による真空長ギャップ絶縁の新体系化」日本学術振興会 科学研究費助成事業成果報告書、課題番号２２６８６０２９、２０１３年６月

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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することにより、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から、２つのセラミック端子筒状部のうちの１つ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が唯一の放電経路となり、長い放電経路と放電が発生する電路面積の狭小化によって高い放電開始電圧を持たせることができる構造とした。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

(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。

（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。

（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。

（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。

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。

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ある。 （ａ）本発明による第１の実施形態の結合後の嵌合部断面図である。（ｂ）同嵌合部の放電経路を示す断面図である。 本発明による第１の実施形態の試作例における耐電圧データである。 本発明による第２乃至第５の実施形態の結合後の嵌合部断面図である。 （ａ）（ｂ）特許文献１に示される一対のコネクタの結合前後の嵌合部断面図である。（ｃ）同嵌合部の放電経路を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）特許文献２に示される一対のコネクタの結合前後の嵌合部断面図である。（ｃ）同嵌合部の放電経路を示す断面図である。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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であって、
   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することにより、該セラミック端子筒状部の嵌合側先端面と他方の該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から、２つの前記セラミック端子筒状部のうちの１つの表面に沿って進んだ後、他方の該セラミック端子筒状部の嵌合側先端面と一方の該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が唯一の放電経路となり、長い放電経路と放電が発生する電路面積の狭小化によって高い放電開始電圧を持たせることができる２極コネクタの嵌合部構造。
   
   
2. 前記オス電極ピンの先端に、外形が先細りの部分を設けた請求項１に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
3. 前記メス電極ピンの先端に、外形が先細りで、該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、該最大径の部分は前記セラミック端子筒状部の内側の孔に略接する形状で、かつ前記オス電極ピンの先端部が差し込まれる軸方向の前記窪みがある部分が設けられた請求項２に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
4. 前記メス電極ピンの先端部は、テーパーを付けて前記窪みの先端が広がった形状とした請求項３に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
5. 前記セラミック端子本体と前記セラミック端子筒状部は分けて作られ、該セラミック端子筒状部が該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請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
6. 前記セラミック端子本体と前記セラミック端子筒状部は分けて作られ、該セラミック端子筒状部の後端部が該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請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
7. 前記セラミック端子本体の嵌合側表面を、他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、一対の前記コネクタを結合すると、一方の該セラミック端子本体の該ザグリの底部表面に他方の該コネクタの該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請求項１乃至６のいずれか１項に記載の２極コネクタの嵌合部構造。
   
   
   
   

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