JP6563272B2 - 電気端子 - Google Patents

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本発明は、熱電対用の電気端子に関する。
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。
ここで、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。
特許文献1には、熱電対を同種材料のコンタクトピンにねじ止めする熱電対電気端子が開示されている。しかしながら、ねじ止めは、接続に要する時間が比較的長い上に、緩むおそれがある。
また、この特許文献1には、熱電対線の接続手段として圧着端子を採用し圧着により熱電対線を接続する構造も開示されている。しかしながら、アルメルやクロメル等、熱電対に用いられる金属材料の多くは脆く、圧着のための折り曲げや変形には耐えられず、特許文献1の圧着構造には無理がある。
特開平9―96570号公報
本発明は、上記事情に鑑み、脆さや柔らか過ぎ、乏しいばね性など、電気端子の材料としては不適な熱電対用の金属材料どうしを直接に接続することができる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のうちの第1の電気端子は、
第1種類の熱電対用の金属からなり、全体が状あるいはを有し、相手電気端子の、第1種類の金属と同一種類の熱電対用の金属からなる第2コンタクトと組み合う、両側面のうちの第1種類の金属の材料に応じた一方の側面のみから突出する突起を持った第1コンタクトと、
第1コンタクトが載置される載置面と、上記第1種類の金属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、上記第1種類とは異なる第2種類の金属からなる、該載置面に載置された状態の第1コンタクトに、圧着部における圧着とは無関係に固定された連結部材とを備えたことを特徴とする。
本発明の第1の電気端子は、そのコンタクト(第1コンタクト)自体は、脆さ、あるいは柔か過ぎなどの問題がある第1種類の金属であっても構わない。本発明の第1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延性や展性、適度な硬さ等を有する第2種類の金属が採用される。これにより、連結部材が備える圧着部に第1コンタクトと同種の金属材料からなる電線を配置し、その導線を第1コンタクトに圧着して、その導線と第1コンタクトを直接に接続することができる。
ここで、本発明の第1の電気端子において、連結部材が、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、相手電気端子の上記第2コンタクトを挟んで第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さらに有することが好ましい。
このばね部を備えると、脆さ、あるいは柔か過ぎ等、通常であれば、コンタクトとして採用されない金属材料からなるコンタクトどうしを簡易な構造で接続することができる。
また、上記目的を達成する本発明の電気端子のうち第2の電気端子は、
第1種類の金属からなり、全体が状あるいはを有し、相手電気端子の、第1種類の金属と同一種類の熱電対用の金属からなる第2コンタクトと組み合う、両側面のうちの第1種類の金属の材料に応じた一方の側面のみから突出する突起を持った第1コンタクトと、
第1コンタクトが載置される載置面と、上記第1種類の金属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その電線を第1コンタクトとの間に弾性的に挟持するばねクランプとを有し、上記第1種類の金属とは異なる第2種類の金属からなる、載置面に載置された状態の第1コンタクトに、ばねクランプによる挟持とは無関係に固定された連結部材とを備えたことを特徴とする。
本発明の第2の電気端子は、本発明の第1の電気端子と同様、そのコンタクト(第1コンタクト)自体は、脆さ、あるいは柔か過ぎなどの問題がある第1種類の金属であっても構わない。本発明の第2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延性や展性、適度な硬さ等を有する第2種類の金属が採用される。これにより、連結部材が備えるばねクランプにより、第1コンタクトと同種の金属材料からなる電線を第1コンタクトに押し当てた状態に、その電線を第1コンタクトとの間に弾性的に挟持して、その電線と第1コンタクトを直接に接続することができる。
ここで、本発明の第1の電気端子あるいは第2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の接続に好適である。
また、本発明の第1の電気端子あるいは第2の電気端子は、柔か過ぎて電気端子には向かない金属、例えば、大電力伝送用として使われる純銅等の金属どうしを接続する電気端子としても好適である。
以上の、本発明の電気端子によれば、電気端子の材料としては不適な熱電対用の金属材料どうしであっても、直接に、かつ確実に接続することができる。
本発明の第1実施形態としての電気端子の平面図である。 本発明の第1実施形態としての電気端子の右側面図である。 図1に示す矢印A−Aに沿う断面図である。 第1実施形態の電気端子の斜視図である。 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。 本発明の第2実施形態の電気端子の斜視図である。 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。 本発明の第4実施形態としての電気端子の斜視図である。 本発明の第4実施形態としての電気端子の右側面図である。 図8,図9に示す第4実施形態としての電気端子の背面図である。
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10Aが示されている。
これら図1〜図4には、電気端子10Aのほか、その電気端子10A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10A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10A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10A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10A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10A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10A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10A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10A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10A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10A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10Aと組み合う相手電気端子として、この電気端子10A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10Aのコンタクト20がアルメル製のときは、この電気端子10A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10A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10A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10A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10A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10A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10Aと同形状の電気端子を採用したときは、この電気端子10A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10A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10A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10Aに圧着固定される。
この電気端子10A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10A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10A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、被覆52を含むコンタクト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の圧着部33に図3に示す状態に配置されて、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10A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10A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10A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10B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10Bは、このコンタクト20’のみ、第1実施形態の電気端子10A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10A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10B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10B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10B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10A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10Bのばね部32(図3を合わせて参照)で、この電気端子10B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、本発明の第3実施形態の電気端子の斜視図である。ここでは、この図7に示す第3実施形態の電気端子は、図6に示す第2実施形態の電気端子10Bと組み合う相手電気端子として用いられる。
この図7に示す相手電気端子10Cは、図1〜図5に示す第1実施形態の電気端子10Aと比べたとき、第1実施形態の電気端子10A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10Cのばね部32以外の構成要素は第1実施形態の電気端子10A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10C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10B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10Cには、図1〜図5に示す第1実施形態の電気端子10A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10Cにも、図7に示すように、補償導線50を圧着する圧着部33は備えられている。
図1〜図5に示す第1実施形態の電気端子10A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10Bと図7に示す相手電気端子10Cとの組合わせを採用することができる。
図8および図9は、本発明の第4実施形態としての電気端子の、それぞれ斜視図および右側面図である。
また、図10は、図8,図9に示す第4実施形態としての電気端子の背面図である。
これら図8〜図10には、補償導線50(例えば図1参照)は示されていない。図1〜図5に示す第1実施形態の電気端子10Aの場合、連結部材30には、補償電線50の接続用の圧着部33が備えられている。これに対し、図8〜図10に示す第4実施形態の電気端子10Dには、圧着部33に代わり、ばねクランプ37が備えられている。このばねクランプ37の後壁部371には、図8,図10に示す縦長の穴372が設けられている。この穴37には、コンタクト20の後端部201と、連結部材30の、そのコンタクト20の土台となっている部分の後端部301とからなる、電気端子10Dの後端部101が挿し込まれた状態にある。
ここで、後端部101は、ばねクランプ37を図9,図10に示す矢印xの向きに弾性的に撓ませた状態で、穴372に挿し込まれる。したがって、このばねクランプ37は、後端部101が挿しこまれている、図8〜図10に示す初期状態においては、その弾性的な撓みを解消しようとして、穴372の上端縁372aが電気端子10Dの後端部1010に当接した状態にある。
この電気端子10Dに補償線50(図1等を参照)を接続するにあたっては、ばねクランプ37を矢印Xの向きに力を加える。すると、ばねクランプ37が弾性的にさらに撓んで、そのばねクランプ371の後壁部371が矢印xの向きに持ち上げられる。すると、その後壁部371に設けられている穴372の上端縁372aと、この電気端子10Dの後端部101を構成しているコンタクト20の後端部201との間に隙間が形成される。そこで、その隙間に、補償導線50の、剥き出しにされた芯線51(図3,図4等を参照)を挿し込む。そして、その隙間に芯線51を挿し込んだまま、ばねクランプ37を矢印Xの向きの力から解放する。すると、ばねクランプ37の後壁部371が矢印xの向きとは逆向きに移動し、穴372の上端縁372aとコンタクト20の後端部201との間に芯線51が挟まれる。ばねクランプ37を矢印Xの向きの力から解放したときの、穴372の上端縁372aが芯線51をコンタクト20の後端部201に押し当てる力は、ばねクランプ37のばねの強度等によりあらかじめ調整されている。したがって、芯線51は、穴372の上端372aによって押されてコンタクト20の後端部201に所期の接触圧で接触し、芯線51とコンタクト20との間の確実な導通が確保される。

前述の通り、芯線51の材料は、アルメルやクロメル等であって脆く、十分なばね性を持ったばねクランプを形成することのできる材料ではない。この第4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にばねクランプ37を設けている。このため、この第4実施形態の電気端子10Dによれば、アルメルやクロメル等の脆い材料の芯線51であっても確実な電気接続が可能である。
なお、この第4実施形態の電気端子10Dは、図7に示す第3実施形態の電気端子10Cと同様、その連結部材30に、相手コンタクトを保持するためのばね部32(図3,図4,図6参照)は備えられていない。そのため、この第4実施形態の電気端子10Dは、ばね部32を備えた相手電気端子、例えば図6に示す第2実施形態の電気端子10Bと連結される。その場合において、この第4実施形態の電気端子10Dと連結される相手電気端子として、圧着部33に代えてばねクランプ37を備えた電気端子を採用してもよい。
あるいは、図8〜図10に示した第4実施形態の電気端子10Dにさらにばね部32を形成し、雌雄同形の相手電気端子と組み合うように構成してもよい。
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、他の金属材料が使用されることもある。
また、ここでは、熱電対用の電気端子を例に挙げて説明したが、本発明の適用範囲は熱電対のみに限られるものではない。例えば、大電流を流すために純銅が採用されることがある。この純銅は柔か過ぎて、その純銅だけで電気端子を構成するのは困難である。そこで、純銅を材料とするコンタクトを採用して、本発明のいずれかの実施形態の構造を持つ電気端子を作製してもよい。
このように、本発明は、その金属材料のみで電気端子を構成することが困難な金属材料を使って電気信号の伝達や電力の伝送を行なう必要がある場合に、広く適用することができる。
10A,10B,10C,10D 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
37 ばねクランプ
50 補償導線
51 芯線
52 被覆
101,201,301 後端部
331 芯線圧着部
332 被覆圧着部
371 後壁部
372 穴
372a 上端縁

Claims (3)

  1. 第1種類の熱電対用の金属からなり、全体が状あるいはを有し、相手電気端子の、該第1種類の金属と同一種類の熱電対用の金属からなる第2コンタクトと組み合う、両側面のうちの該第1種類の金属の材料に応じた一方の側面のみから突出する突起を持った第1コンタクトと、
    前記第1コンタクトが載置される載置面と、前記第1種類の金属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、前記第1種類とは異なる第2種類の金属からなる、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連結部材とを備えたことを特徴とする電気端子。
  2. 前記連結部材が、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前記第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さらに有することを特徴とする請求項1に記載の電気端子。
  3. 第1種類の熱電対用の金属からなり、全体が状あるいはを有し、相手電気端子の、該第1種類の金属と同一種類の熱電対用の金属からなる第2コンタクトと組み合う、両側面のうちの該第1種類の金属の材料に応じた一方の側面のみから突出する突起を持った第1コンタクトと、
    前記第1コンタクトが載置される載置面と、前記第1種類の金属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該電線を該第1コンタクトとの間に弾性的に挟持するばねクランプとを有し、前記第1種類の金属とは異なる第2種類の金属からなる、該載置面に載置された状態の該第1コンタクトに、該ばねクランプによる挟持とは無関係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。
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