JP2004241341A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク対策を講じると共に高電圧対応でしかも小型化を達成し得る電磁継電器を提供する。
【解決手段】電磁継電器１は電磁石（８）が非励磁状態となっている初期状態の時には、端部に可動接点１６を備えた可動接点バネ１５のバネ力によって該可動接点１６を初期位置に保持して可動接点１６と固定接点１７とを解放状態とする一方、電磁石（８）が励磁状態となっている時には、前記可動接点バネ１５のバネ力を上回る励磁力によって前記可動接点１６を所定方向に移動させて可動接点１６と固定接点１７とを閉成状態とし、電磁石（８）が非励磁状態に遷移し前記可動接点１６が固定接点１７から離反して初期位置に復帰する際に、該可動接点１６を初期位置を超える所定の位置まで余分に移動させた後、移動方向を反転させて前記初期位置に復帰させる可動接点移動機構（１０、１１）を備える。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁継電器に関し、詳しくは、高電圧対応で、しかも小型化を達成し得る、たとえば、自動車等車両の各種電装品の制御用に好適な電磁継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等車両（以下、単に「車両」という。）においては、たとえば、パワーウィンドウモータやワイパーモータなどのＬ性負荷駆動部に電磁継電器が用いられているが、このような電磁継電器においては、接点離反時のアーク対策が不可欠である。
【０００３】
たとえば、車両のワイパー駆動部に用いられる電磁継電器は、運転者等によってワイパーの始動操作が行われると、電磁継電器の電磁石に制御電流が供給され、励磁力が発生する。可動接点は、この励磁力を受けて固定接点側に移動し、両接点が閉じる結果、これらの接点を介して、ワイパーモータにバッテリ電圧が供給され、ワイパーが作動する。そして、運転者等によってワイパーの停止操作が行われると、電磁継電器の電磁石に供給されていた制御電流が絶たれて励磁力が失われ、可動接点は、バネ等の付勢力によって初期位置に復帰し、結局、両接点が開状態となってワイパーモータへのバッテリ電圧供給が遮断され、ワイパーが非作動となるが、ワイパーモータはＬ性負荷であるために、両接点の離反時にＬ性負荷に生じた起電力によって可動接点と固定接点の間にアークを発生することがあり、この場合、アークによって接点損傷等の不都合を引き起こす。
【０００４】
そこで、従来より、このようなアークの対策として、接点間に作用する電圧の大きさに対応させて、接点ギャップ（可動接点と固定接点との離反距離）を最適化することが行われていた（特許文献１参照）。たとえば、同文献においては、直流１２Ｖのバッテリーを搭載した車両に適用する場合は接点ギャップを「約０．３ｍｍ」とし、それよりも高電圧の、たとえば、直流２４Ｖのバッテリーを搭載した車両に適用する場合は接点ギャップをそれよりも０．９ｍｍ広い「約１．２ｍｍ」とすることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２３７２４４号公報（〔０００５〕）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁継電器にあっては、接点ギャップの拡大によって高電圧対応とするものであるが、接点ギャップの拡大は、一方で大きな励磁力を必要とするから、たとえば、上記の例に従えば、接点ギャップが０．３ｍｍのときの所要励磁力（便宜的にＧａ）と、接点ギャップがそのおよそ４倍（１．２ｍｍ）となったときの所要励磁力（便宜的にＧｂ）とは、当然ながら、Ｇａ＜＜Ｇｂの関係になるから、電磁石の大型化を招き、したがって、電磁継電器それ自体の大型化を免れないという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は、アーク対策を講じると共に、高電圧対応で、しかも小型化を達成し得る、たとえば、自動車等車両の各種電装品制御用に好適な電磁継電器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による電磁継電器は、電磁石が非励磁状態となっている初期状態の時には、端部に可動接点を備えた可動接点バネのバネ力によって該可動接点を初期位置に保持して可動接点と固定接点とを解放状態とする一方、
前記電磁石が励磁状態となっている時には、前記可動接点バネのバネ力を上回る励磁力によって前記可動接点を所定方向に移動させて可動接点と固定接点とを閉成状態とする電磁継電器であり、
その特徴とする点は、前記電磁石が非励磁状態に遷移し前記可動接点が固定接点から離反して初期位置に復帰する際に、該可動接点を初期位置を超える所定の位置まで余分に移動させた後、移動方向を反転させて前記初期位置に復帰させる可動接点移動機構を備えたこととされているものである。
【０００９】
この発明によれば、可動接点は、初期位置へ復帰する際に規定の初期位置を若干超えた所定の位置まで余分に移動した後、初期位置に復帰するという作用が得られる。
【００１０】
今、可動接点の初期位置と固定接点との間の間隔（接点ギャップ）を便宜的に「０．３ｍｍ」と仮定し、さらに、前記の“初期位置を若干超えた所定の位置”を、この０．３ｍｍに、たとえば、０．９ｍｍを加えた位置とすると、可動接点は、固定接点から離反した後、まず、その接点ギャップを「０．３ｍｍ＋０．９ｍｍ＝１．２ｍｍ」まで広げ、次いで、正規の接点ギャップ（０．３ｍｍ）に落ち着くことになる。
【００１１】
したがって、固定接点からの離反直後における可動接点の接点ギャップが一時的に０．３ｍｍから１．２ｍｍへと拡大されるので、この一時的拡大値（１．２ｍｍ）は、たとえば、２４Ｖバッテリの適正接点ギャップ（アークを生じない接点ギャップ）に相当するから、高電圧対応とすることができるし、加えて、当該高電圧対応の接点ギャップ（１．２ｍｍ）は一時的なものであって、可動接点が初期位置にあるときの通常の接点ギャップは「０．３ｍｍ」であるから、電磁石の励磁力はその通常時の接点ギャップ（０．３ｍｍ）だけを考慮して設定すればよく、電磁石の大型化（したがって、電磁継電器の大型化）を招くことがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態における電磁継電器の外観図、図２はその側面図及び正面図である。これらの図において、電磁継電器１は、絶縁素材からなるベース２の下面から各々１本の固定接点端子３と可動接点端子（コモン端子ともいう）４とを突出させると共に、２本のコイル端子５、５を突出させている。さらに、ベース２には、これも絶縁素材からなる透明ケース（上蓋）６が被せられており、この透明ケース６によって、ベース２に実装された各種の電磁継電器部品を保護している。
【００１３】
電磁継電器部品は、電磁石を構成する鉄心７及びコイル８、抵抗器９、ストッパーバネ１０、ストッパー固定部材１１、ヒンジバネ１２、アーマチュア１３、ヨーク１４などを含む。なお、図２（ａ）にしか示されていないが、ヒンジバネ１２と一体化された可動接点バネ１５、可動接点バネ１５の下端部に取り付けられた可動接点１６、及び、固定接点端子３の上端部に取り付けられた固定接点１７なども電磁継電器部品に含まれる。
【００１４】
ここで、本実施の形態における電磁継電器１の要部（特に、接点機構部分）の詳細構成を説明する。図３は、その詳細図である。この図において、コイル８の保持枠体１８の上端面に固定されたヨーク１４は、金属等の導電性素材で作られており、可動接点端子４と電気的に接続されている。
【００１５】
また、ヨーク１４の上面には、これも導電性素材で作られたヒンジバネ１２が固定されており、ヒンジバネ１２と一体化された可動接点バネ１５は、コイル８に制御電流が供給されていないとき、すなわち、鉄心７に励磁力が働いていないとき（以下「非励磁状態」という。）には図示位置（以下「初期位置」という。）にあるが、鉄心７に励磁力が働いたときには、可動接点バネ１５の背面に取り付けられたアーマチュア１３が鉄心７に引きつけられることにより、同引きつけ方向（図面の右方向）に移動して、その下端部に取り付けられた可動接点１６が、固定接点端子３の上端部に取り付けられた固定接点１７と接触し、両接点（可動接点１６と固定接点１７）が閉成するようになっている。
【００１６】
一方、可動接点バネ１５が図示の初期位置にあるとき、可動接点バネ１５は、ストッパーバネ１０のＬ字状屈曲先端部１９に当接している。このＬ字状屈曲先端部１９は、ストッパーバネ１０のバネ力によって図面の左右方向に移動が可能である。ただし、実際には、ストッパーバネ１０はストッパー固定部材１１に形成された図面左方への突起２０に突き当てられており（可動接点バネ１５が図示の初期位置にあるとき。）、図面右方向への揺動が規制されているため、Ｌ字状屈曲先端部１９は、前記の初期位置を基準にして図面左方への揺動のみが許容される。
【００１７】
さて、説明の都合上、図示のストッパーバネ１０とストッパー固定部材１１を無視することにする。つまり、可動接点バネ１５の左側（図面に向かって）に何らの障害物も存在しないものと仮定する。
この場合、可動接点バネ１５は自身のバネ力の範囲で図示の初期位置から左側へと揺動可能であるため、この揺動の左方限界位置を便宜的に“Ａ”とすると、可動接点１６が閉成から解放へと遷移する際には、可動接点バネ１５は、一端、初期位置を通り越して左方限界位置Ａに至り、向きを反転させて初期位置に復帰するという弾発的動作を行う。今、可動接点バネ１５が初期位置にあるときの接点ギャップ（可動接点１６と固定接点１７の間隔）を仮に０．３ｍｍとすると、上記の左方限界位置Ａにあるときの接点ギャップは、０．３ｍｍよりもある値“Ｘ”だけ大きくなる。Ｘは左方限界位置Ａと初期位置との離隔距離である。
【００１８】
ゆえに、Ｘの値を、たとえば、正確に０．９ｍｍに設定できれば、可動接点１６が閉成から解放へと遷移する際に、
▲１▼「０．３ｍｍ＋０．９ｍｍ＝１．２ｍｍ」という拡大接点ギャップを一時的に達成した後、「０．３ｍｍ」という常用接点ギャップを達成するので、この拡大接点ギャップにより、２４Ｖ電源対応のアーク対策を講じ得ることが考えられ、また、
▲２▼鉄心７及びコイル８によって構成される電磁石の所要励磁力を、上記の常用接点ギャップに対応した小さい値にすることができるので、これにより、電磁石の大型化（したがって、電磁継電器１の大型化）を回避し得ることも考えられるが、
実際には、製造誤差等により、Ｘをバラツキなく上記の値（たとえば、０．９ｍｍ）に設定することは困難である。
【００１９】
本実施の形態におけるストッパーバネ１０とストッパー固定部材１１は、可動接点バネ１５の初期位置と上記のＸの値をバラツキなく正確に設定するための必須の要素部品である。
【００２０】
すなわち、可動接点バネ１５の初期位置はストッパーバネ１０のＬ字状屈曲先端部１９の位置によって規制され、Ｌ字状屈曲先端部１９の位置はストッパー固定部材１１の突起２０によって規制されるので、これらのもの（ストッパーバネ１０のＬ字状屈曲先端部１９及びストッパー固定部材１１の突起２０）は、可動接点バネ１５の初期位置を正確に設定するための欠かせない要素部品である。
【００２１】
また、可動接点バネ１５の図面左方移動は、ストッパーバネ１０のＬ字状屈曲先端部１９を図面左方に押圧移動させながら行われるが、その移動限界（前記の左方限界位置Ａに相当）は、可動接点バネ１５の下端部がストッパー固定部材１１に衝突した時であり、ストッパー固定部材１１の取り付け位置の誤差は実用上無視し得る程度に少ないものであるため、このストッパー固定部材１１は、上記のＸの値をバラツキなく正確に設定するための欠かせない要素部品でもある。
【００２２】
ここで、可動接点バネ１５のバネ力をＦａとし、ストッパーバネ１０のバネ力をＦｂとし、さらに、励磁状態から非励磁状態に遷移したときに可動接点バネ１５及びヒンジバネ１２によって与えられる復帰力をＦｃとしたとき、これらのＦａ、Ｆｂ及びＦｃは、「Ｆａ＜Ｆｂ＜Ｆｃ」の関係となるように設定されている。
【００２３】
図４は、電磁継電器１の組み立て図である。たとえば、まず、固定接点端子３の上端部の穴３ａに固定接点を取り付け、その固定接点端子３をベース２の穴２ａに嵌め込む。次に、抵抗器９の両端にコイル端子５、５を取り付け、コイル端子５、５をベース２の穴２ｂ、２ｂに嵌め込む。
【００２４】
次いで、コイル８の保持枠体１８に形成された穴１８ａに鉄心７を入れると共に、同保持枠体１８に形成された切り欠き１８ｂ、１８ｂにコイルリード２１、２１を嵌め込み、コイル８の巻き線両端とコイルリード２１、２１とを電気的に接続する。
【００２５】
次いで、ストッパーバネ１０を取り付けたストッパー固定部材１１の下端部をコイル８の保持枠体１８の穴１８ｃに嵌め込む。
【００２６】
次いで、可動接点バネ１５の下端部の穴１５ａに可動接点１６を取り付けると共に、可動接点バネ１５の背面にアマチュア１３を取り付け、そして、可動接点バネ１５と一体化されたヒンジバネ１２をヨーク１４の上面に取り付けた後、ヨーク１４の下端部に可動接点端子４の上端部を取り付ける。
【００２７】
最後に、上記のようにして組み立てたられたコイル部品（コイル８、保持枠体１８、鉄心７、コイルリード２１、２１、ストッパーバネ１０及びストッパー固定部材１１からなるもの。）をベース２に実装すると共に、上記のようにして組み立てられた可動接点部品（可動接点バネ１５、可動接点１６、アマチュア１３、ヒンジバネ１２、ヨーク１４及び可動接点端子４からなるもの。）をベース２に実装した後、ケース６を被せて、図１の構造の電磁継電器１が完成する。
【００２８】
図５は、電磁継電器１の模式的な回路図、図６は、接点動作の概念図である。図５において、固定接点端子３は固定接点１７に接続されており、可動接点端子４は可動接点１６に接続されている。また、一対のコイル端子５、５はコイル８の巻き線両端に接続されると共に、抵抗器９の両端にも接続されている。なお、抵抗器９は、コイル８への通電をオフとしたときに、コイル８の逆起電力によって発生するサージ電圧を吸収するために設けられている。
【００２９】
ここで、コイル端子５、５に制御電流が供給されていないとき、コイル８は非励磁状態にある。この非励磁状態において、可動接点１６は図示の初期位置にあり、固定接点１７とは所定の間隔（常用接点ギャップ：たとえば、０．３ｍｍ）を保持して離反しているが、コイル端子５、５に制御電流を供給すると、コイル８の励磁力によって可動接点１６が固定接点１７の側に引き寄せられ、両接点が閉成する結果、固定接点端子３と可動接点端子４の間が電気的に接続される。
【００３０】
さて、この励磁状態から非励磁状態への遷移過程を考えると、最終的には、可動接点１６が固定接点１７から離反して上記の初期位置に復帰するが、その復帰力は、もっぱら可動接点バネ１５やヒンジバネ１２のバネ力によって与えられるため、一時的に、上記の初期位置を通り過ぎた所定の位置（波線位置）まで余分に動き、その後、移動方向を反転させて上記の初期位置に復帰するという弾発動作になる。所定の位置（波線位置）は、ストッパー固定部材１１の取り付け位置によって決まる。
【００３１】
今、初期位置と所定の位置（波線位置）との離隔距離を、たとえば、０．９ｍｍとすると、可動接点１６が所定の位置（波線位置）にあるときの接点ギャップ（拡大接点ギャップ）は、０．３ｍｍ＋０．９ｍｍ＝１．２ｍｍとなるので、高電圧（２４Ｖ電源）対応の適正な接点ギャップを確保することができ、高電圧電源によるアークを防止できる。
【００３２】
一方、上記の高電圧対応接点ギャップ（１．２ｍｍ）はあくまでも一時的なものであって、常用接点ギャップは可動接点１６が初期位置にあるときのもの（０．３ｍｍ）であるから、コイル８の励磁力（可動接点１６の引きつけ力）を増やす必要はなく、したがって、コイル８の大型化、つまり、電磁継電器１の大型化を招かない。
【００３３】
以上のとおりであるから、本実施の形態の電磁継電器１によれば、可動接点１６の離反時に、一時的に接点ギャップを拡大することができ、この拡大接点ギャップ（例：１．２ｍｍ）により、高電圧電源によるアークを防止することができるという利点に加えて、可動接点１６が初期位置にあるときの常用接点ギャップを上記の拡大接点ギャップよりも小さなもの（例：０．３ｍｍ）とすることができ、この常用接点ギャップにより、コイル８の所要励磁力を小さなものとすることができ、電磁継電器１の大型化を招くことがないという利点が得られる。
【００３４】
なお、上記の実施の形態においては、ストッパーバネ１０とストッパー固定部材１１とを用いているが、これに限定されない。ストッパーバネ１０の代わりにゴム等の弾性部材を用いてもよい。また、ストッパー固定部材１１についても、金属やプラスチック等の絶縁物を用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、固定接点からの離反直後における可動接点の接点ギャップが一時的に０．３ｍｍから１．２ｍｍへと拡大されるので、この一時的拡大値（１．２ｍｍ）は、たとえば、２４Ｖバッテリの適正接点ギャップ（アークを生じない接点ギャップ）に相当するから、高電圧対応とすることができるし、加えて、当該高電圧対応の接点ギャップ（１．２ｍｍ）は一時的なものであって、可動接点が初期位置にあるときの通常の接点ギャップは「０．３ｍｍ」であるから、電磁石の励磁力はその通常時の接点ギャップ（０．３ｍｍ）だけを考慮して設定すればよく、電磁石の大型化（したがって、電磁継電器の大型化）を招くことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における電磁継電器の外観図である。
【図２】本実施の形態における電磁継電器の側面図及び正面図である。
【図３】本実施の形態における電磁継電器１の要部（特に、接点機構部分）の詳細図である。
【図４】電磁継電器１の組み立て図である。
【図５】電磁継電器１の模式的な回路図である。
【図６】電磁継電器１の接点動作の概念図である。
【符号の説明】
１ 電磁継電器
７ 鉄心（電磁石）
８ コイル（電磁石）
１５ 可動接点バネ
１６ 可動接点
１７ 固定接点
１１ ストッパー固定部材（可動接点移動機構）
１０ ストッパーバネ（可動接点移動機構）

Claims (1)

1. 電磁石が非励磁状態となっている初期状態の時には、端部に可動接点を備えた可動接点バネのバネ力によって該可動接点を初期位置に保持して可動接点と固定接点とを解放状態とする一方、
   前記電磁石が励磁状態となっている時には、前記可動接点バネのバネ力を上回る励磁力によって前記可動接点を所定方向に移動させて可動接点と固定接点とを閉成状態とする電磁継電器において、
   前記電磁石が非励磁状態に遷移し前記可動接点が固定接点から離反して初期位置に復帰する際に、該可動接点を初期位置を超える所定の位置まで余分に移動させた後、移動方向を反転させて前記初期位置に復帰させる可動接点移動機構を備えたことを特徴とする電磁継電器。

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