JP2004127812A

JP2004127812A - 電磁接触器

Info

Publication number: JP2004127812A
Application number: JP2002292416A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Minematsu; 峯松　繁行; Noriharu Yokomori; 横森　則晴
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】可動接触子の支持構造を改良し、簡易な構造で投入時における接点バウンスを低減し、併せて電磁接触器の小型化，コスト低減化を図る。
【解決手段】一対の固定接触子２と固定接触子の接点２ａ間を橋絡する可動接触子３からなる主回路の接点機構を操作用電磁石の吸引，復帰動作で開閉する電磁接触器で、可動接触子を接触スプリング１０と組合せて樹脂成形品にる接触子ホルダ４に搭載支持したものにおいて、可動接触子３に対し、接触子ホルダ４との接触面域に緩衝材１２を被覆し、その緩衝材として耐熱性，断熱性および摺動性の高い液晶ポリマーなどの樹脂材を採用し、例えばインサート成形法で可動接触子に被覆形成する。これにより、接点投入時に電磁石の吸引動作で生じた衝撃が接触子ホルダを経て可動接触子に伝播するのを緩和して接点バウンスを低減し、併せて可動接触子から接触子ホルダに伝熱する熱的影響も軽減できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁接触器に関し、詳しくはその接点機構に対する緩衝支持構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる電磁接触器の従来構造を図５，図６に示す。まず、図５において、１は下部ケース１ａと上部ケース１ｂの２分割構造になる本体ケース（樹脂ケース）、２は左右一対に並べて上部ケース１ｂに組付けた主回路の固定接触子、２ａは端子ねじ、３は橋絡型の可動接触子、４は可動接触子３を保持する接触子ホルダ、５は操作用の電磁石であり、電磁石５はＥ字脚型の固定鉄心６および可動鉄心７と、鉄心の中央脚に嵌挿した電磁コイル８と、可動鉄心７を固定鉄心６から引き離す方向に付勢する復帰スプリング９との組立体になり、可動鉄心７に前記の接触子ホルダ４が連結されている。
【０００３】
ここで、前記接触子ホルダ４は熱硬化性樹脂の成形品になり、図６（ａ），（ｂ）　で示すように、接触子ホルダ４の角穴部４ａに可動接触子３の接触子導体を嵌挿して上下可動に案内支持した上で、接触スプリング（圧縮コイルばね）１０を介して下向きに押圧付勢している。
【０００４】
上記電磁接触器の開閉動作は周知の通りであり、図５の開極状態（主回路接点ＯＦＦ）から電磁コイル８に通電して励磁すると、磁気吸引力により可動鉄心７が復帰スプリング９のばね力に抗して固定鉄心６に吸着されるとともに、この吸引動作に従動して接触子ホルダ４が下降移動し、可動接触子３の接点が固定接触子２の接点に接触して主回路接点を閉極するとともに、圧縮された接触スプリング１０のばね力が固定／可動接点間に接触圧を加える。また、電磁コイル８の通電を絶つと、可動鉄心７が復帰スプリング９のばね力を受けて固定鉄心６から離脱し、この復帰動作に従動して接触子ホルダ４，および可動接触子３が上昇移動して主回路接点を開極する。
【０００５】
一方、上記の電磁接触器においては、投入時に可動接触子３の接点が固定接触子２の接点に衝突して接点の跳ね返りが生じ、これが基で接点バウンスを引き起こして接点が消耗することが知られている。すなわち、電磁接触器を使って電動機（負荷）の起動，停止あるいはインチング運転制御を行う際に前記の接点バウンスが生じると、そのバウンス時間だけ電動機の起動電流を開閉することになるために、接点バウンス時間が長いと接点間に発生したアークで接点が異常消耗して電気的寿命を低下させる原因となる。
【０００６】
また、電磁接触器の遮断動作（開極）時に接点間に発生するアークの切れをよくして遮断性能を高めるには、復帰スプリング９のばね力を強く設定してしゃ断速度を早める必要があるが、復帰スプリング９のばね力を強くするにはこれに相応して電磁石５の吸引力を大きくする必要がある。このことから、しゃ断速度を速やめると投入速度も速くなり、その結果として投入時に接点間に加わる衝撃が増して接点バウンスが大きくなる。
【０００７】
さらに、前記した接点バウンスの発生要因としては、電磁接触器の投入時における可動／固定接点同士の衝突に加えて、電磁石５の吸引動作により可動鉄心７が固定鉄心６に衝突した際の衝撃で生じた振動が可動鉄心７から接触子ホルダ４を経て可動接触子３に伝播するほか、固定鉄心６から本体ケース１を伝播経路として固定接触子２にも伝播し、これが基で接点バウンスを大きくする。
【０００８】
そこで、前記した接点バウンスの低減対策として、次記のような手段が従来提案されている。
【０００９】
（１）　可動鉄心と接触子ホルダの間に反発吸収体（クッション材）を介挿して投入動作時の衝撃を吸収緩和させる。（特許文献１参照）。
【００１０】
（２）　可動鉄心と接触子ホルダとの間にエアダンパを配置して接点の衝突速度を低く抑える。（特許文献２参照）。
【００１１】
（３）　可動接触子の先端に絶縁材の弾性舌片を設け、可動接点が固定接点に接触する前に弾性舌片が固定接触子に当たって接点衝突時の衝撃を緩和させる。（特許文献３参照）。
【００１２】
（４）　また、電磁石の固定鉄心を、防振ゴムを介して電磁接触器の本体ケースに弾性支持するものとし、図７で示すように固定鉄心６の左右両側面に突起状の支持脚６ａを設けた上で固定鉄心６の左右側面と本体ケース１の下部ケース６ａとの間に介装した板状の防振ゴム１１に穴部を開口し、この穴部に前記支持脚１１を嵌挿して弾性支持するようにした支持構造が、本発明の特許出願人より先に特願２００２−１９９３７５号として提案されている。
【００１３】
（５）　そのほか、可動接触子と組合せて接触子ホルダに装着した接触スプリングのばね力を強めに設定し、投入時に固定接触子に接触した可動接触子を強く押え込んで跳ね返りを抑えるようにすることも行われている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１５６５４号公報
【特許文献２】
実開平５−３８７４９号公報
【特許文献３】
実開平５−６５５９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁接触器には、前記した接点バウンスの低減化に加えて、電磁接触器の小型化，および組立部品に採用した樹脂材の資源リサイクル化推進、さらには製作費のコストダウンが求められており、かかる観点から従来の電磁接触器を検討すると、以下述べるような問題点がある。すなわち、
（１）　電磁接触器では電磁石５の占める容積の割合が最も大きいことから、電磁接触器を小型化するには電磁石を小型にする必要があるが、小型の電磁石は当然のことながら磁気吸引力が弱くなる。また、磁気吸引力の弱い電磁石を使って可動接触子３を投入位置に駆動するには、磁気吸引力に対して負荷となる復帰スプリング９および接触スプリング１０のばね力を弱める必要がある。
【００１６】
しかしながら、接触スプリング１０のばね力を弱めると、固定／可動接点間の接触圧力も低くなるために、接点バウンスが大きくなって接点の消耗が早まり、電磁接触器の電気的寿命が短くなる。
【００１７】
（２）　また、接点バウンスの低減対策として従来提案されている先記のバウンス低減手段について、投入時の接点の衝突速度を抑えるために可動鉄心と接触子ホルダとの間にエアダンパを介装した構成（特許文献２参照），可動接触子の先端に絶縁材の弾性舌片を設ける方式（特許文献３参照）は構造が複雑化し、かつ部品点数も増して製品コストがアップする。
【００１８】
また、電磁石の可動鉄心と接触子ホルダとの間に反発吸収体（クッション材）を介挿して電磁石の吸引動作による衝撃を緩和するようにした方式（特許文献１参照）のものでは、衝突による衝撃を十分に吸収緩和させるために、反発吸収体としてクッション性の高い緩衝材が必要であるが、反発吸収体に軟質な弾性材料を用いてクッション性を高める（反発吸収体の厚さを増してばね定数を下げる）と、その反動で接触子ホルダの戻り量が大きくなって接点バウンスが生じ易くなる。さらに反発吸収体自身の占有スペースが増して電磁接触器の小型化が困難になるといった問題がある。
【００１９】
（３）　さらに、上記問題とは別に、可動接触子３を保持する接触子ホルダ４については、主回路の通電に伴う可動接触子３の温度上昇に耐える耐熱性（規格面では、定格電流の８倍の電流を１０秒間通電しても問題ないことが要求される）が必要であり、例えば定格電流１２Ａの電磁接触器では通電により可動接触子の温度は数百℃にも達する。そこで、従来の電磁接触器では、接触子ホルダ４を熱硬化性樹脂製として要求される耐熱性を確保するようにしている。
【００２０】
しかしながら、熱硬化性樹脂は機械的に脆いことから、従来では接触子ホルダの肉厚を厚く設計してぜい性破壊を防ぐようにしているために寸法の大形化が避けらず、さらに昨今での資源リサイクル推進の問題もあることから、接触子ホルダの材料を従来の熱硬化性樹脂から熱可塑性樹脂に変更して薄肉化（部品の小型化），および資源リサイクル化を図ることが進められている。
【００２１】
ところで、接触子ホルダを熱可塑性樹脂製とすると、前記した通電時における耐熱性が問題となる。また、熱可塑性樹脂として耐熱性の高いスーパーエンジニアリング・プラスチックをモールド成形して接触子ホルダを製作ることも考えられるが、材料費が高価であるためにコスト高となる。
【００２２】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、可動接触子の支持構造を改良することにより、投入時における接点バウンスを効果的に低減して接点の長寿命化を達成し、併せて全体サイズの小型化，樹脂部品の資源リサイクル化，およびコスト低減化に寄与できるようにした電磁接触器を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、一対の固定接触子と固定接触子の接点間を橋絡する可動接触子からなる主回路の接点機構を操作用電磁石の吸引，復帰動作で開閉する電磁接触器であって、前記電磁石が固定鉄心と可動鉄心，電磁コイル，復帰スプリングの組合せからなり、可動鉄心に連結した接触子ホルダに前記可動接触子を接触スプリングと組合せて搭載支持したものにおいて、
前記可動接触子に対して接触子ホルダとの接触面域に緩衝材を被覆し（請求項１）、投入時における電磁石の吸引動作で可動鉄心と固定鉄心との衝突によって生じた衝撃を、可動鉄心から接触子ホルダを介して可動接触子に伝播する経路途上で前記緩衝材により減衰させて接点バウンスを低く抑えるようにし、具体的には次記のような態様で構成する。
【００２４】
（１）　緩衝材に耐熱性および摺動性の高い樹脂材を用いる（請求項２）ものとし、その一例として液晶ポリマーを採用し（請求項３）、衝撃緩和と併せて高い断熱性により通電状態で可動接触子から接触子ホルダに伝熱する熱の影響を低く抑えるようにする。
【００２５】
（２）　前項（１）　において、緩衝樹脂材は可動接触子の導体周面にインサート成形して被覆する（請求項４）、あるいはシート状の緩衝樹脂材を可動接触子の導体周面に接着して被覆する（請求項５）ことができる。
【００２６】
（３）　また、前記の緩衝樹脂材を介して可動接触子と熱絶縁された接触子ホルダについては、接触子ホルダを汎用の熱可塑性樹脂成形品で構成し（請求項６）、部品の薄肉，小型化および材料費のコスト低減化を図るようにする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図６〜図８に対応する部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２８】
まず、本発明の実施例による可動接触子の支持構造を図１（ａ）〜（ｃ）　に示す。図示構造は基本的に図７（ａ），（ｂ）　に示した従来の構造と同様であるが、可動接触子３に対して、接触子ホルダ４と接触（摺動）する導体中央部の周面域に緩衝材１２を被着し、電磁石（図示せず）の吸引動作時に固定鉄心と可動鉄心との衝突で発生した衝撃，振動が接触子ホルダ４を経て可動接触子３に伝播するのを緩衝材１２で減衰させるようにしている。
【００２９】
ここで、前記緩衝材１２は、通電に伴う可動接触子３の温度上昇に耐える耐熱性および接触子ホルダ４に対する摺動性の確保と併せて、可動接触子３から接触子ホルダ４に伝熱する熱的影響を低めるために、耐熱性，断熱性および摺動性の高い樹脂材を用いものとし、具体的にはスーパーエンジニアリング・プラスチックである液晶ポリマー（例えば、住友化学（株）の製品Ｅ５００８Ｌ（耐熱温度３５０℃）を採用する。また、その他の耐熱性樹脂として、ポリイミド，ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂を採用することもできる。
【００３０】
また、可動接触子３の導体周面に前記緩衝材１２の樹脂を被覆させる方法としては、成形金型を用いて樹脂を可動接触子３にインサート成形し、図２のように可動接触子３の周面に緩衝材１２および接触スプリング１０の保持用突起１２ａを一体成形する。あるいは、図３で示すように接触スプリング保持用突起１２ａ，シート状の樹脂材１２ｂおよび１２ｃを接着剤で可動接着剤３の周面に貼り付けて被着させる方法があり、いずれの被覆方法でも僅かな製造コストで簡単に対応できる。
【００３１】
次に、前記構成による接点バウンスの低減効果を評価，確認するために、発明者等が行った実機テストの結果について述べる。まず、テスト供試用の電磁接触器として、本発明の特許出願人より特願２００２−１９９３７５号として先に出願した図７の電磁接触器（電磁石の固定鉄心６の左右に防振ゴム１１を配して本体ケース１に弾性支持している）と、この電磁接触器における可動接触子３の中央面域に厚さ０．４ｍｍの液晶ポリマーを図２のようにインサート成形したものを用意した。そして、それぞれの電磁接触器について繰り返し開閉テストを行い、その投入時に発生する接点バウンスのバウンス時間を測定した。
【００３２】
図４はその測定結果を表すグラフで、図中のグループＡは可動接触子３に緩衝材１２を被覆した供試機、グループＢは緩衝材を被覆しない供試機に対するバウンス時間を表している。この測定結果から、可動接触子３に緩衝材１２として樹脂を被覆したことにより、緩衝材を施してないものと比べてバウンス時間は平均値で０．９６ｍｓから０．７３ｍｓに低減することが確認された。
【００３３】
上記のように接点投入時のバウンス時間が短縮されると、これに伴って実負荷時に接点間に発生するアークのエネルギーが減少する。
【００３４】
また、実負荷での接点投入時に接点間に生じるアークのエネルギーは接点の消耗に大きく影響し、アークエネルギーが低減すると接点消耗も少なくなって接点の電気的寿命が大幅に延びる。この場合に、先記した実機テストの結果から、バウンス時間が０．９６ｍｓから０．７３ｍｓに減少すると、接点の寿命（開閉回数）は約１．３倍に延びると推測される。
【００３５】
次に、前記した可動接触子の組立構造を採用することにより、電磁接触器として得られる別な効果について述べる。
【００３６】
（１）　可動接触子３を保持する接触子ホルダ４には、先述のように通電に伴う可動接触子３の発熱，温度上昇に耐える耐熱性が要求されることから、従来では接触子ホルダ４の材料に熱硬化性樹脂を採用している。
【００３７】
これに対して、図１で述べたように可動接触子３の接触子ホルダ４との接触面域に断熱性の高い樹脂の緩衝材１２を被覆することにより、緩衝材１２が断熱材として機能し、通電時に可動接触子３から接触子ホルダ４に伝熱する熱的影響が小さくなる。したがって、接触子ホルダ４の材料として汎用の熱可塑性樹脂を適用することが可能となり、これにより熱硬化性樹脂で製作した接触子ホルダと比べて、材料費の低減，および薄肉化による部品サイズの縮小化と併せて、資源のリサイクルも可能となる。
【００３８】
（２）　また、緩衝材１２の付設による接点バウンスの低減効果、特に電磁石５の可動鉄心７から接触子ホルダ４を経て可動接触子３に伝播する衝撃を効果的に緩和できることから、磁気吸引力を低めに設定した小型の電磁石を適用しても、投入時の接点バウンスを従来の電磁接触器と同程度に抑えることが可能となる。
【００３９】
さらに、可動接触子３に緩衝材１２を付設した前記構造を、図８で述べたように固定鉄心６をその左右両側に配した防振ゴム１１を介して本体ケース１に弾性支持するようにした電磁接触器に採用することにより、接点バウンスの低減効果がより一層向上する。これにより、電磁接触器に搭載する電磁石を小型化して電磁接触器の全体サイズを従来製品と比べて縮減できる。
【００４０】
この点について、本発明による前記構造を採用して試作した電磁接触器では、電磁石の小型化により、従来製品（本発明出願人の販売製品）と比べて容積比で約４０％縮減した。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、一対の固定接触子と固定接触子の接点間を橋絡する可動接触子からなる主回路の接点機構を電磁石の吸引，復帰動作で開閉する電磁接触器で、前記電磁石が脚型の固定鉄心と可動鉄心，電磁コイル，復帰スプリングの組合せからなり、その可動鉄心に連結した接触子ホルダに前記可動接触子を接触スプリングと組合せて搭載支持したものにおいて、可動接触子に対して接触子ホルダとの接触面域に緩衝材を被覆し、かつ緩衝材として液晶ポリマーなどの耐熱性，断熱性および摺動性の高い樹脂材を採用したことにより、
電磁接触器の投入時に発生する接点バウンスを効果的に低減できて、接点消耗の低減，寿命の向上化が図れるとともに、通電状態で可動接触子から接触子ホルダへ伝熱する熱的影響を低めることができ、これにより接触子ホルダの材料に汎用の熱可塑性樹脂を採用してコストの低減化，および資源のリサイクル化が可能となる。しかも、従来提案されている接点バウンス低減策と比べて、構造が簡単であって複雑な部品の追加も必要なく、僅かなコストで対応できる。
【００４２】
また、接点バウンスの低減効果により、電磁接触器としての性能を確保しつつ、操作用の電磁石として磁気吸引力の弱い小型電磁石の採用が可能となり、これにより電磁接触器の全体サイズを従来製品と比べて大幅に小型化でき、かつ小型化にともない製品の大幅なコストダウンが達成できる。
【００４３】
さらに、本発明と同一の特許出願人より特願２００２−１９９３７５号として先に出願した防振構造と併用することにより、小型で高性能な電磁接触器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による接点機構の組立構造図であり、（ａ）　は模式的に表した外形斜視図、（ｂ）　は（ａ）　における要部の断面斜視図、（ｃ）　は緩衝材を被覆した可動接触子部分の拡大断面図
【図２】緩衝材をインサート成形した可動接触子の外形斜視図
【図３】可動接触子にシート状の緩衝材を接着する作業の説明図
【図４】本発明の実施例による試作品と従来製品とを対比して表したバウンス時間の測定データ図
【図５】電磁接触器の従来製品の構成断面図
【図６】図５における接点機構の組立構造図であり、（ａ）　は模式的に表した外形斜視図、（ｂ）　は（ａ）　における要部の断面斜視図
【図７】本発明の出願人より先に提案した電磁石の弾性支持構造を備えた電磁接触器の構成断面図
【符号の説明】
１　　電磁接触器の本体ケース
２　　固定接触子
２ａ　固定接点
３　　可動接触子
３ａ　可動接点
４　　接触子ホルダ
４ａ　角穴部
５　　操作用電磁石
６　　固定鉄心
７　　可動鉄心
８　　電磁コイル
９　　復帰スプリング
１０　　接触スプリング
１１　　防振ゴム
１２　　緩衝材

Claims

一対の固定接触子と固定接触子の接点間を橋絡する可動接触子からなる主回路の接点機構を操作用電磁石の吸引，復帰動作で開閉する電磁接触器であり、前記電磁石が固定鉄心と可動鉄心，電磁コイル，復帰スプリングの組合せからなり、その可動鉄心に連結した接触子ホルダに前記可動接触子を接触スプリングと組合せて搭載支持したものにおいて、
前記可動接触子に対し、接触子ホルダとの接触面域に緩衝材を被覆したことを特徴とする電磁接触器。
請求項１記載の電磁接触器において、緩衝材が耐熱性および摺動性の高い樹脂材であることを特徴とする電磁接触器。
請求項２記載の電磁接触器において、緩衝材が液晶ポリマーであることを特徴とする電磁接触器。
請求項１ないし３に記載の電磁接触器において、可動接触子の導体周面に緩衝樹脂材をインサート成形して被覆したことを特徴とする電磁接触器。
請求項１ないし３に記載の電磁接触器において、可動接触子の導体周面にシート状の緩衝樹脂材を接着して被覆したことを特徴とする電磁接触器。
請求項１記載の電磁接触器において、接触子ホルダを熱可塑性樹脂の成形品で構成したことを特徴とする電磁接触器。