JP7179417B2

JP7179417B2 - カプラ及び接続構造

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Publication number: JP7179417B2
Application number: JP2018215348A
Authority: JP
Inventors: 杏子古橋; 雄太中川; 翔太國方; 健治松下
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: JP2020087995A

Description

本発明は、電磁誘導を利用して電気的な接続を行うためのカプラ及び接続構造に関するものである。

従来、電磁誘導を利用して電気的な接続を行うカプラを用いた接続構造が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。これらの接続構造では、何れもカプラがコイルを有している。そして、送受信それぞれのカプラのコイルを互いに近接させることで、コイル間の電磁誘導により送信側のカプラから受信側のカプラへと電気信号や電力を送ることができる。

特開平１１－１３４４４７号公報特開２００７－１４９８７２号公報

ここで、上述したカプラを用いて電気的な接続を効果的に行う際には、送受信それぞれのカプラのコイルが互いに近づけられた位置関係となるようにカプラを位置決めする必要がある。しかしながら、現状では、ユーザが意識的に位置決めを行う作業負担の多い構成となっているか、このような作業負担が低減されているもののカプラを用いた接続構造が複雑で製造コストが嵩みがちとなっていることが多い。

従って、本発明は、上記のような問題に着目し、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができるカプラ及び接続構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のカプラは、電磁誘導を利用して電気的な接続を行うためのカプラであって、絶縁材料で中空に形成されたカプラ本体と、前記カプラ本体の形状に沿って、前記カプラ本体の外壁面に巻き回され、又は内壁面に巻き回され、若しくは壁内に埋設されて巻き回された誘導コイルと、を備え、前記カプラ本体が、当該カプラ本体と同形状の他のカプラ本体に巻き回された他の誘導コイルを、当該他の誘導コイルの中心軸が前記誘導コイルの中心軸に近づくように前記カプラ本体の内側に誘い込む誘い込み形状を有し、前記カプラ本体には、前記カプラ本体の外壁面に配置された係止ランスと、前記カプラ本体の内壁面に、前記他のカプラ本体の進入方向について、前記外壁面における前記係止ランスよりも後方側に配置され、前記他のカプラ本体が前記進入方向に進入したときに当該他のカプラ本体の外壁面に配置された係止ランスが係止可能なランス受部と、が設けられていることを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、本発明の接続構造は、電磁誘導を利用して電気的な接続を行う接続構造であって、上述した本発明のカプラを複数備え、複数の前記カプラは、一のカプラが他の一のカプラの内側に進入するように積み重ねられることで、互いに電気的に接続されることを特徴とする。

本発明のカプラを複数用意し、一のカプラが他のカプラに被せられることで、互いの誘導コイルが近接することとなり、誘導コイル間の電磁誘導を利用した電気的な接続が行われることとなる。このとき、誘導コイルが巻き回されたカプラ本体が、同形状の他のカプラ本体に巻き回された他の誘導コイルを、互いの中心軸が近づくようにカプラ本体の内側に誘い込む誘い込み形状を有している。これにより、ユーザが一のカプラを他の一のカプラに被せるだけで、この誘い込み形状に応じて互いの誘導コイルが近づけられた、電磁誘導を利用した電気的な接続に好適な状態に位置決めされることとなる。

また、本発明のカプラによれば、相互に接続される複数のカプラとして、互いに同じ構成のカプラを用いることができる。これにより、例えば構成の異なる複数種類のカプラを用いることに比べて製造コストを抑えることができる。

このように、本発明のカプラによれば、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができる。

また、本発明のカプラによれば、カプラ本体が中空となっているので、接続のために同じ構成の他のカプラに被せられたときに、カプラ間への異物の侵入を抑えることもできる。

また、本発明の接続構造によれば、上述した本発明のカプラを用いていることから、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができる。

本発明の第１実施形態にかかるカプラを示す模式図である。図１に示されているカプラを２つ用いて構成される接続構造を、２つのカプラが互いに離された状態で示す図である。図２に示されている接続構造を、２つのカプラが互いに接続された状態で示す図である。図１に示されているカプラを３つ用いて構成される接続構造を、３つのカプラが互いに離された状態で示す図である。図５に示されている接続構造を、３つのカプラが接続された状態で示す図である。本発明の第２実施形態にかかるカプラを示す模式図である。本発明の第３実施形態にかかるカプラを示す模式図である。本発明の第４実施形態にかかるカプラを示す模式図である。本発明の第５実施形態にかかるカプラを示す模式図である。図９に示されているカプラが複数積み重ねられて一のカプラ本体の内側に他のカプラ本体が進入した場合に、一方の係止ランスが他方のランス受部に係止する様子を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。まず、第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるカプラを示す模式図である。この図１には、カプラ１が、上方からの斜視図と下方からの斜視図とで示されている。

カプラ１は、電磁誘導を利用して電気的な接続を行うためのものであって、カプラ本体１１と誘導コイル１２とを備えている。

カプラ本体１１は、絶縁材料としての絶縁性樹脂で中空に形成された部材である。このカプラ本体１１は、当該カプラ本体１１と同形状の他のカプラ本体に巻き回された他の誘導コイルを次のように内側に誘い込む誘い込み形状を有している。即ち、当該他の誘導コイルの中心軸が、このカプラ本体１１に巻き回された誘導コイル１２の中心軸１２ａに近づくようにカプラ本体１１の内側に誘い込む誘い込み形状を有している。具体的には、この誘い込み形状は、中空円錐体形状となっている。

誘導コイル１２は、中空円錐体形状に沿って、カプラ本体１１の外壁面に円錐型の螺旋状に巻き回された銅線である。誘導コイル１２は、カプラ本体１１の母線に沿った直線部分１２１がコイル部分１２２とカプラ本体１１の側面との間に挟まれた状態で引出し線１２３へと至るように形成されている。

尚、図１では、誘導コイル１２を太めに描いている。このため、カプラ本体１１の形状に沿って巻き回された誘導コイル１２の中心軸１２ａが、直線部分１２１の太さに応じてカプラ本体１１の中心軸からずれた状態となっている。しかしながら、実際には、誘導コイル１２の太さは、カプラ本体１１の大きさに比べて十分に細く、誘導コイル１２の中心軸１２ａは、カプラ本体１１の中心軸と略同心となる。

本実施形態では、電気的な接続を行う接続構造が、カプラ１を用いて次のように構成される。

図２は、図１に示されているカプラを２つ用いて構成される接続構造を、２つのカプラが互いに離された状態で示す図である。図３は、図２に示されている接続構造を、２つのカプラが互いに接続された状態で示す図である。

図２及び図３に示されている接続構造１０は、２つのカプラ１が、図２において矢印Ｄ１１で示されているように、一のカプラ１が他の一のカプラ１の内側に進入するように積み重ねられて構成される。この積み重ねにより、２つのカプラ１の誘導コイル１２が互いに近接することとなり、これにより、２つの誘導コイル１２が互いに非接触で電気的に接続される。また、接続構造１０では、２つのカプラ１の引出し線１２３が、誘導コイル１２の周方向Ｄ１２に略１８０°逆向きに向くように、２つのカプラ１が積み重ねられている。この接続構造１０は、一方の引出し線１２３に供給される電気信号や電力を、２つの誘導コイル１２の相互間の電磁誘導により他方の引出し線１２３へと非接触で送るものである。２つのカプラ１のうち何れを送信側、受信側としてもよい。

図４は、図１に示されているカプラを３つ用いて構成される接続構造を、３つのカプラが互いに離された状態で示す図である。図５は、図５に示されている接続構造を、３つのカプラが接続された状態で示す図である。

図４及び図５に示されている接続構造１５は、３つのカプラ１が、図４において矢印Ｄ１３で示されているように、一のカプラ１が他の一のカプラ１の内側に進入するように積み重ねられることで、互いに電気的に接続されるものである。また、接続構造１５では、３つのカプラ１の引出し線１２３が、誘導コイル１２の周方向Ｄ１２に互いに９０°毎に異なる向きを向くように、３つのカプラ１が積み重ねられている。この接続構造１０は、１つの引出し線１２３に供給される電気信号や電力を、３つの誘導コイル１２の相互間の電磁誘導により他の２つの誘導コイル１２の引出し線１２３に分岐して非接触で送るものである。３つのカプラ１のうち何れを送信側として残りの２つを受信側としてもよい。

以上に説明した第１実施形態のカプラ１及び接続構造１０，１５によれば、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態によれば、一のカプラ１が他の一のカプラ１に被せられることで、互いの誘導コイル１２が近接することとなり、誘導コイル１２間の電磁誘導を利用した電気的な接続が行われることとなる。このとき、誘導コイル１２が巻き回されたカプラ本体１１が、同形状の他のカプラ本体１１に巻き回された他の誘導コイル１２を、互いの中心軸１２ａが近づくようにカプラ本体１１の内側に誘い込む誘い込み形状を有している。即ち、円錐螺旋状に巻き回された誘導コイル１２が、具体的には中空円錐体形状という誘い込み形状のカプラ本体１１の内側に進入することで、進入側の誘導コイル１２の中心軸１２ａがカプラ本体１１の中心軸と略同心となる。そして、誘導コイル１２の中心軸１２ａが、この誘導コイル１２が巻かれたカプラ本体１１の中心軸と略同心となるので、進入側と被進入側とで誘導コイル１２の中心軸１２ａが略同心となる。これにより、ユーザが一のカプラ１を他の一のカプラ１に被せるだけで、カプラ本体１１の誘い込み形状に応じて互いの誘導コイル１２が近づけられて、電磁誘導を利用した電気的な接続に好適な状態に位置決めされることとなる。

また、本実施形態によれば、相互に接続される複数のカプラ１として、互いに同じ構成のカプラ１を用いることができる。これにより、例えば構成の異なる複数種類のカプラ１を用いることに比べて製造コストを抑えることができる。

このように、本実施形態のカプラ１及び接続構造１０，１５によれば、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができる。

また、本実施形態によれば、カプラ本体１１が中空となっているので、接続のために同じ構成の他のカプラ１に被せられたときに、カプラ１の相互間への異物の侵入を抑えることもできる。

ここで、本実施形態では、カプラ本体１における誘い込み形状が中空円錐体形状となっている。

本実施形態によれば、カプラ本体１１における中空円錐体形状の内側斜面に沿って、進入してきた誘導コイル１２を効果的に誘い込むことができる。また、誘導コイル１２が巻き回されたカプラ本体１１を、誘導コイル１２の周方向Ｄ１２に容易に回転させることができる。これにより、誘導コイル１２の引出し線１２３の位置を、カプラ本体１１の回転により所望の位置に容易に設定することができる。

また、本実施形態では、カプラ本体１１が絶縁性樹脂で形成されている。

絶縁材料には絶縁性の金属や紙等のように樹脂以外のものもあるが、これらの材料に比べて、絶縁性樹脂は、材料コストや製造の容易性、カプラ本体を形成したときの強度等の点で好適である。

また、本実施形態では、図４及び図５に示されているように３つのカプラ１を積み重ねて接続構造１５を構成することができる。

本実施形態によれば、このように３つのカプラ１を積み重ねることで、１つのカプラ１から供給される電気信号や電力を他の２つのカプラ１へと分岐して送ることができる。

次に、第２実施形態について説明する。

図６は、本発明の第２実施形態にかかるカプラを示す模式図である。

この第２実施形態のカプラ２は、円錐体形状のカプラ本体２１に巻かれた誘導コイル２２の形状が、第１実施形態のカプラ１と異なっている。本実施形態では、誘導コイル２２は、カプラ本体２１の母線に沿った直線部分２２１が螺旋状のコイル部分２２２の外表面に沿って引出し線２２３へと至るように形成されている。

この第２実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様に、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができることは言うまでもない。

次に、第３実施形態について説明する。

図７は、本発明の第３実施形態にかかるカプラを示す模式図である。

この第３実施形態のカプラ３は、誘導コイル３２が巻き回されている位置が、第１実施形態のカプラ１と異なっている。本実施形態では、誘導コイル３２が、カプラ本体３１の中空円錐体形状に沿って、その内壁面に巻き回されている。引出し線３２３は、カプラ本体３１の下端縁から外部に延出している。尚、本実施形態では、誘導コイル３２における直線部分３２１がコイル部分３２２の内側に配置されているが、直線部分３２１がカプラ本体３１の内壁面とコイル部分３２２との間に挟まれるように誘導コイル３２を構成してもよい。

この第３実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様に、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができることは言うまでもない。

次に、第４実施形態について説明する。

図８は、本発明の第４実施形態にかかるカプラを示す模式図である。

この第４実施形態のカプラ４は、誘導コイル４２が巻き回されている位置が、第１実施形態のカプラ１と異なっている。本実施形態では、中空円錐体形状のカプラ本体４１が肉厚に形成されている。そして、誘導コイル４２が、カプラ本体４１の中空円錐体形状に沿って、その壁内に埋設されて巻き回されている。引出し線４２３は、カプラ本体４１の側面から外部に延出している。誘導コイル４２の埋設は、例えば予めコイル形状に形成された銅線を、カプラ本体４１の金型内にセットして絶縁性樹脂を流し込むインサート成形等によって行われる。また、本実施形態では、誘導コイル４２における直線部分４２１がコイル部分４２２の内側でカプラ本体４１の内壁面との間に配置されているが、直線部分４２１がカプラ本体４１の外壁面との間に配置されるように誘導コイル４２を構成してもよい。

この第４実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様に、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができることは言うまでもない。

次に、第５実施形態について説明する。

図９は、本発明の第５実施形態にかかるカプラを示す模式図である。

この第５実施形態のカプラ５では、中空円錐体形状のカプラ本体５１に、係止ランス５１１とランス受部５１２とが設けられている。

係止ランス５１１は、カプラ本体５１において、誘導コイル５２から抜け出た先端側の外壁面に複数が配置されている。各係止ランス５１１は、カプラ本体５１の先端側の端部がカプラ本体５１の外壁面と一体となった固定端で他端部が自由端となったカンチレバー状の部位である。各係止ランス５１１は、自由端がカプラ本体５１の外壁面に対して接離する方向に可撓可能となっている。この係止ランス５１１が、カプラ本体５１の周方向に複数配列されている。

ランス受部５１２は、カプラ本体５１における中空円錐体形状の先端側の内壁面に配置された凹状の段部で、カプラ本体５１の周方向に内壁面を一周して設けられている。カプラ５が複数積み重ねられて他のカプラ本体５１が内側に進入した場合に、当該他のカプラ本体５１における係止ランス５１１が係止可能となっている。

図１０は、図９に示されているカプラが複数積み重ねられて一のカプラ本体の内側に他のカプラ本体が進入した場合に、一方の係止ランスが他方のランス受部に係止する様子を示す模式図である。

この図１０において矢印Ｄ５１で示されているようにカプラ５が積み重ねられると、一のカプラ本体５１の内側に他のカプラ本体５１が進入する。すると、この進入したカプラ本体５１の係止ランス５１１の自由端が、進入された側のカプラ本体５１の内壁面に当接して撓む。そのまま進入して係止ランス５１１の自由端が凹状のランス受部５１２の下端部を乗り越えたタイミングで自由端が復位してランス受部５１２の下端部に係止する。

ここで、カプラ本体５１の進入は、その進入側のカプラ５の誘導コイル５２が被進入側のカプラ５におけるカプラ本体５１の内壁面に当接したところで止まる。係止ランス５１１及びランス受部５１２は、このようにカプラ本体５１の進入が止まる直前で係止ランス５１１の自由端がランス受部５１２の下端部に係止するように形成されている。

この第５実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様に、電気的な接続に当ってのユーザの作業負担を抑えるとともに製造コストも抑えることができることは言うまでもない。

また、本実施形態によれば、複数のカプラ５が積み重ねられたときに、一方のカプラ５における係止ランス５１１が、他方のカプラ５におけるランス受部５１２に係止することで、効果的に抜け止めされた状態で両者を機械的に結合させることができる。

尚、以上に説明した第１～第５実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明のカプラ及び接続方法の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

例えば、上述した第１実施形態では、本発明にいう接続構造の一例として、互いに同じ構成のカプラ１が複数積み重ねられて構成される接続構造１０，１５が例示されている。しかしながら、本発明にいう接続構造は、これに限るものではなく、例えば第１～第４実施形態のカプラ１，・・・，４のように互いに構成の異なるカプラが積み重ねられて構成されるものであってもよい。

また、上述した第１実施形態では、本発明にいう接続構造の一例として、２つのカプラ１が積み重ねられて構成される接続構造１０と、３つのカプラ１が積み重ねられて構成される接続構造１５と、が例示されている。本発明にいう接続構造は、これらに限るものではなく、４つ以上のカプラが積み重ねられて構成されるものであってもよい。

また、上述した第１～第５実施形態では、本発明にいう誘い込み形状の一例として、中空円錐体形状が例示されている。しかしながら、本発明にいう誘い込み形状は、これに限るものではなく、例えば中空円錐台形状であってもよく、あるいは中空角錐体形状や中空角錐台形状等であってもよい。若しくは、中空半球状のドーム形状等であってもよい。ただし、誘い込み形状を中空円錐体形状や中空円錐台形状とすることで、進入してきた誘導コイルを効果的に誘い込むとともに、誘導コイルの引出し線の位置を、カプラ本体の回転により所望の位置に容易に設定できることは上述した通りである。

１，２，３，４，５カプラ
１０，１５接続構造
１１，２１，３１，４１，５１カプラ本体
１２，２２，３２，４２，５２誘導コイル
１２ａ中心軸
１２１，２２１，３２１，４２１直線部分
１２２，２２２，３２２，４２２コイル部分
１２３，２２３，３２３，４２３引出し線
５１１係止ランス
５１２ランス受部
Ｄ１２周方向

Claims

電磁誘導を利用して電気的な接続を行うためのカプラであって、
絶縁材料で中空に形成されたカプラ本体と、
前記カプラ本体の形状に沿って、前記カプラ本体の外壁面に巻き回され、又は内壁面に巻き回され、若しくは壁内に埋設されて巻き回された誘導コイルと、を備え、
前記カプラ本体が、当該カプラ本体と同形状の他のカプラ本体に巻き回された他の誘導コイルを、当該他の誘導コイルの中心軸が前記誘導コイルの中心軸に近づくように前記カプラ本体の内側に誘い込む誘い込み形状を有し、
前記カプラ本体には、
前記カプラ本体の外壁面に配置された係止ランスと、
前記カプラ本体の内壁面に、前記他のカプラ本体の進入方向について、前記外壁面における前記係止ランスよりも後方側に配置され、前記他のカプラ本体が前記進入方向に進入したときに当該他のカプラ本体の外壁面に配置された係止ランスが係止可能なランス受部と、
が設けられていることを特徴とするカプラ。
前記誘い込み形状が、中空円錐体形状又は中空円錐台形状であることを特徴とする請求項１に記載のカプラ。
前記カプラ本体が、絶縁性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカプラ。
前記係止ランスが、前記外壁面に、前記カプラ本体の周方向に複数並べられて配置され、
前記ランス受部が、前記内壁面に、複数の前記係止ランスがまとめて係止可能となるように前記周方向に延在して形成されていることを特徴とする請求項１～３のうち何れか一項に記載のカプラ。
電磁誘導を利用して電気的な接続を行う接続構造であって、
請求項１～４のうち何れか一項に記載のカプラを複数備え、
複数の前記カプラは、一のカプラが他の一のカプラの内側に進入するように積み重ねられることで、互いに電気的に接続されることを特徴とする接続構造。
前記複数のカプラが、３つ以上のカプラであることを特徴とする請求項５に記載の接続構造。