JP2005209484A - 直流リレー - Google Patents

Abstract

【課題】接点の間隔のばらつきを無くし、安定した直流高電圧の遮断が行える直流リレーを提供する。
【解決手段】本発明の直流リレーは、互いに開閉する接点を有する接点対を二対以上具えるとともに、可動側の複数の接点を固定する絶縁性の接点支持体43と、この接点支持体43を開閉方向に駆動させる駆動部5とを具える。接点の開動作時に接点支持体43を駆動部5に設ける支持部（底板13）に支持させる支持機構を設けている。接点が開いているときの接点間の距離のばらつきが減り、組み立て時の調整が容易となる。組み立て後の接点の開閉動作による接点支持体の傾き、駆動軸のずれなどを少なくして、接点間距離のばらつきを抑えて接点の消耗を減らすことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電流のリレーに関するものである。特に、簡易な構造にて確実に直流電流を遮断できる直流リレーに関するものである。

近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような高電圧（約300V）の自動車が開発されてきている。これらの自動車は、直流高電圧の主電池と高電圧回路からなる制御回路を具えている。また、主電池は直流高電圧であるので、事故時などには電池を制御回路から切り離す必要があり、電池と制御回路との間にはメカニカル接点の直流リレーを具える。

これらリレーは、直流高電圧を遮断するときに発生するアークが非常に大きくなることから、遮断速度が非常に遅く、短時間で遮断するのは非常に難しい。そこで、従来では、水素などの冷却効果の大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造（例えば特許文献１参照）がある。

また、二対以上の接点対を設けて、これら接点を直列に接続することにより、遮断電圧を分圧して、高圧・大電流の通電、遮断を実現するものも提案されている。

特開平９−３２０４１１号公報

しかし、従来の直流リレーにおいて、特許文献１に示すように、水素などの気体でアークの発生を抑制する構造とする場合には、接点が収納されるケース内に気体を完全に密閉できるケース構造を必要とするので、ケースの大型化などの問題がある。

また、多数の接点を直列に接続する構造にすることにより、遮断電圧を分圧してアークを小さくし、ケースの小型化が実現できる。このような複数の接点を有する構造のものは、一つの駆動部の駆動軸で可動接点の全てを同時に駆動させる必要がある。このとき、可動接点は、絶縁性の接点支持体に支持され、この接点支持体を駆動部で駆動させるようにしている。

ところで、接点支持体を駆動させる駆動部として、通常はソレノイドを用いている。このソレノイドは、ソレノイドの軸作動部に設ける挿入孔内に鉄心（駆動軸）を軸方向に進退動作させることにより、接点支持体を開閉方向に駆動させて、可動接点を固定接点と接触させたり、離したりするようになっている。

しかしながら、駆動軸を軸作動部の挿入孔内に進退動作させるために挿入孔と駆動軸との間には所定の隙間を設けているので、リレーの組み立て時において挿入孔内に駆動軸が傾いた状態で配置されてしまう場合がある。

そして、駆動軸の先端部に接点支持体の中心部が固定されるため、このように駆動軸が傾いて配置されたままソレノイドを作動させてしまうと、傾いたままの駆動軸の駆動に伴い、接点支持体も傾いた状態で開閉動作されてしまう。その結果、接点間の距離がばらつき、接点の接触状態が均一にならない恐れがある。

また、接点支持体を駆動軸へ固定する際に、接点支持体が傾いた状態で固定された場合にも同じように接点間の距離がばらつき、接点の接触状態が均一にならない恐れがある。さらに、接点の開閉動作の繰り返しにより、接点支持体が駆動軸に対して傾いたり、曲がったりすると、接点間の距離が変動し、接点の接触状態が不均一となる。

このように、接点の接触状態が不均一になると、一部の接点に摩耗量増大が生じたり、一部の接点において発熱が増大することにより溶損して、接点の消耗を早めてしまう恐れがある。

従って、本発明は、接点の間隔のばらつきを無くし、安定した直流高電圧の遮断が行える直流リレーを提供することを目的とする。

本発明の直流リレーは、互いに開閉する接点を有する接点対を二対以上具えるとともに、可動側の複数の接点を支持する絶縁性の接点支持体と、この接点支持体を開閉方向に駆動させる駆動部とを具え、接点の開動作時に接点支持体を駆動部に設ける支持部に支持させる支持機構を設ける構成とすることにより、上記目的を達成できる。

本発明では、接点対は少なくとも二対あればよく、接点は、少なくとも一方を可動接点とする。また、接点対が二対以上ある場合は、接点対を並列に接続する場合は、開閉方向の同じ側に配置される接点を入力接点とし、他方側に配置される接点を出力接点とする。また、接点対を直列に接続する場合は、入力接点と、出力接点と、前記両接点の間に配設され、２つの接点を連結させた少なくとも一つの中間接点部とを具えるようにする。本発明では、各接点を接触させた状態のときは、入力接点から出力接点へと電流が流れる。そして、各接点を離隔させると、接点が非接触状態となり、電気が遮断される。

可動接点の全ては、絶縁性の接点支持体に支持され、この接点支持体としては、絶縁性樹脂などからなる長尺な板状部材、四角形状の板状部材、円板状部材などが挙げられる。

接点の開閉動作を行う駆動部においては、種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点を駆動させる。また、直動系駆動源を用いる場合には、直動系駆動源を接点に連結して接点を駆動させる。本発明では、駆動部における駆動軸の先端部を接点支持体の中心部に固定し、この接点支持体を開閉方向に駆動させることにより、可動接点を開閉駆動させる。

支持機構は、駆動部に固定される接点を収納する収納ケースの底部や、この底部が無い場合には、駆動部における接点が配置される側の上面などの駆動部の支持部に接点支持体を支持させる。

そして、支持機構は、接点支持体における支持部との対向面で、駆動部の駆動軸先端部が固定される位置の周囲に複数の突出部を設けるようにする。突出部は、駆動軸の周りに等間隔で配置することが好ましい。突出部は、接点支持体に一体に成型してもよいし、別途接着剤などで固定するようにしてもよい。この突出部の突出先端面を支持部に当接させることにより、接点の開動作時に接点支持体を支持部に支持させる。

さらに、支持機構の突出部の突出先端面に凸部を形成するとともに、駆動部の支持部に凸部が嵌合される凹部を形成し、この凸部が接点支持体の閉動作時に凹部から抜けない大きさとすることが好ましい。このとき、凹部は、有底の穴でもよいし、貫通孔としてもよい。

また、接点支持体に、接点の開閉方向に延びる嵌合孔を形成するとともに、接点を収納する収納ケースに接点支持体の嵌合孔に嵌合される突起を形成し、この突起は接点支持体の閉動作時に嵌合孔から抜けない長さを有するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明直流リレーによれば、次の効果を奏することができる。接点の開動作時に接点支持体を駆動部に設ける支持部に支持させる支持機構を設ける構成とすることにより、接点が開いた状態では、支持部が接点支持体のストッパーとなり、接点支持体に支持されている可動接点は、支持部を基準として接点の高さが一定となり、高さのばらつきが少なくなる。しかも、接点支持体が固定される駆動軸も傾くことなく配置される。

その結果、接点が開いているときの接点間の距離のばらつきが減り、組み立て時の調整が容易となる。また、組み立て後の開閉動作により接点支持体の傾き、曲がり、撓み、駆動軸の傾きなどが生じにくく、接点間距離のばらつきが抑えられるので、接点の消耗も減らすことができる。

接点支持体における支持部との対向面で、駆動部の駆動軸先端部が固定される位置の周囲に複数の突出部を形成することにより、簡単な構成で接点支持体の支持ができる。

さらに、支持機構の突出部の突出先端面に凸部を形成するとともに、駆動部の支持部に凸部が嵌合される凹部を形成したり、接点支持体に、接点の開閉方向に延びる嵌合孔を形成するとともに、接点を収納する収納ケースに接点支持体の嵌合孔に嵌合される突起を形成したりすることにより、接点支持体の開閉動作を行う際に、接点支持体が閉動作時に傾くことを抑えられ、接点を安定して接触させることができる。

また、接点の接触部は、Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内にあるよう形成することが好ましい。接点の接触部を耐溶着特性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流が流れても、接点が溶着することなく接点を確実に遮断することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明リレーは、図１に示すように、接点収納ケース1内に、複数の固定接点2と複数の可動接点3と複数の磁石7とを具え、この接点収納ケース1の下方に可動接点3を開閉駆動させるための駆動部5を具える。

固定接点2は、図２に概略で示すように、外部端子が接続される入力接点となる第１固定接点21と、出力接点となる第２固定接点22と、第３固定接点23と第４固定接点24とを有する断面Ｕ字状の中間接点部材25とを具えている。第１固定接点21と第２固定接点22は、接点収納ケース1外に突出させた状態となっており、中間接点部材25は接点収納ケース1の内部に固定され、第３固定接点23と第４固定接点24とは導通されている。

可動接点3は、第１固定接点21と接触する第１可動接点31および第３固定接点23と接触する第２可動接点32を有する第１可動部材41と、第４固定接点24と接触する第３可動接点33および第２固定接点22と接触する第４可動接点34を有する第２可動部材42を具えている。第１可動接点31と第２可動接点32とは第１可動部材41により導通されており、第３可動接点33と第４可動接点34とは第２可動部材42により導通されている。

このように各接点を配置して、固定接点2と可動接点3を接触させることにより、各接点は、第１固定接点21から、第１可動接点31、第２可動接点32、第３固定接点23、第４固定接点24、第３可動接点33、第４可動接点34、第２固定接点22へと直列に接続される。

そして、第１可動部材41と第２可動部材42とは、駆動部5により接点開閉方向に往復移動させるようになっている。駆動部5により接点間を開閉して、可動接点3を、固定接点2に対して、接触または非接触状態にする。

前記した固定接点2および可動接点3を収納する接点収納ケース1は、横断面が四角形状をした筒状側壁部11と、上面部12と、底板13とを具える。側壁部11と上面部12とは一体に成型され、底板13は別途形成されて側壁部11に固定されている。また、底板13は、駆動部5の軸作動部52の上面に固定される。

本実施形態では、接点収納ケース1内に3つの板状の永久磁石7を具えている。これら永久磁石7により、固定接点2と可動接点3との間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石7の磁界により、接点の遮断時、各接点の間に生じるアークが、ローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲するようになっている。

さらに、接点収納ケース1内には、第１可動部材41と第２可動部材42とを支持する絶縁性の樹脂からなる接点支持体43を具えている。接点支持体43は、図１及び図２に示すように、板状部材からなり、第１可動部材41を軸方向に移動可能に支持する支持軸43aおよび第２可動部材42を軸方向に移動可能に支持する支持軸43bを具える。支持軸43aおよび支持軸43bにはコイルばねが嵌められており、このコイルばねで可動部材41,42を固定接点2に向けて付勢する。

次に、駆動部5について具体的に説明する。駆動部5はソレノイドからなり、接点支持体43を接点開閉方向に往復動作させるものである。ソレノイド5は、接点支持体43に一端が固定される駆動軸51と、駆動軸51を接点開閉方向に往復動作させる軸作動部52とを有する。駆動軸51は、図１に示すように、小径部と大径部とを具える。そして、この小径部が突出するように軸作動部52に設ける挿入孔52aに駆動軸51が挿入され、接点支持体43の中間位置において小径部の一端側が２つのナットの締付により固定される。挿入孔52aは、接点配設側が小径となる段状に形成されている。

そして、この軸作動部52の挿入孔52a内部にコイルばね53が配設されている。このコイルばね53は、駆動軸51に挿通させた状態で、駆動軸51の段部に一端部を、接点収納ケース1の底板13に他端部を係止させ、駆動軸51を接点開方向に付勢している。

軸作動部52は、電流が流れてオン状態のときに、駆動軸51を挿入孔から突出する方向（接点閉方向）に移動させるようになっている。即ち、軸作動部52がオン状態のときには、駆動軸51をコイルばね53のばね力に抗して固定接点2に向けて（接点閉方向）移動させて、可動接点3を固定接点2に接触させる。そして、軸作動部52がオフ状態のときには、駆動軸51を、コイルばね53のばね力により固定接点2から離れる方向（接点開方向）に移動させる。

そして、ソレノイド5の駆動軸51の動きに伴って接点支持体43が往復動作する。接点支持体43が接点閉方向に移動したときは、接点支持体43により第１可動部材41と第２可動部材42が固定接点側に移動して可動接点3が固定接点2に接触する。

また、接点支持体43が接点開方向に移動したときは、各可動部材41,42が引き戻されて、可動接点3が固定接点2から離れる。このように駆動部5により、可動接点3を固定接点2に対して開閉するようになっている。

本実施形態では、図１から図４に示すように、接点の開動作時に接点支持体43を駆動部5に固定した底板13に支持させる支持機構を具えている。

支持機構は、接点支持体43における駆動部5の支持部（底板13）との対向面で、駆動部5の駆動軸先端部が固定される位置を中心として対称に２つの突出部43cを設けることにより構成している。突出部43cは、接点支持体43に一体に成型してもよいし、別途接着剤などで固定するようにしてもよい。

そして、接点の開動作時に、駆動部5に固定される接点収納ケース1の底板13に接点支持体43の突出部43cの突出先端面を底板13に当接させることにより、接点支持体43が底板13に支持される。

接点が開いた状態では、底板13がストッパーとなり、接点支持体43に固定されている可動接点3は、底板13を基準として接点の高さが一定となり、高さのばらつきが少なくなる。

さらに、突出部43cの突出先端面には、図１、図３および図４に示すように、凸部43dを形成しており、底板13には凸部43dが嵌合される凹部16を形成し、この凸部43dが接点支持体43の閉動作において凹部16から抜けない大きさとしている。このように凸部43dと凹部16とを設けることにより、接点支持体43の開閉動作を行う際に、接点支持体43が閉動作時に傾くことを抑えられ、接点を安定して接触させることができる。

さらに、本実施形態では、多数の接点を直列に接続させているので、遮断電圧を分圧して、アークの消弧が行え、短時間で電圧を遮断することができる。その結果、接点周辺を気密構造にする必要がなく、しかも、アークの引き伸ばし量を大きくとることなく、アークを消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。さらに、各接点を直列に配置して遮断電圧を分圧するので、接点の耐久性向上を実現できる。

さらに、図５に示すように、接点収納ケース1内に下方に向けて延びる中間壁部15を設け、この中間壁部15の底面に、接点支持体43に向けて突出する突起14を２つ設け、接点支持体43に、図６に示すように、突起14を受け入れる嵌合孔43eを形成するようにしてもよい。突起14と嵌合孔43eは、接点の開閉方向に延びるように形成され、突起14は接点支持体43の閉動作時に嵌合孔43eから抜けない長さとしている。

嵌合孔43eに突起14を嵌合させることにより、接点支持体43は、開閉駆動しても突起14で軸方向に案内されるので、接点支持体43の傾きを防止できる。

本発明リレーは、コンパクトで、かつ、安定した接点の接触状態を維持でき、確実に接点を非接触にできるため、ハイブリッド自動車などの高電圧(約300V)の自動車における高電圧回路をON・OFFするためのリレーとして利用する場合に好適である。

本発明リレーの実施形態に係る具体的な構成を示す縦断面図である。 本発明リレーの実施形態の接点の概略構成図である。 本発明リレーの実施形態に係る接点支持体の概略斜視図である。 本発明リレーの実施形態に係る接点支持体の凸部を底板の凹部に嵌合された状態を示す部分断面図である。 本発明リレーの他の実施形態に係る支持機構を示す断面図である。 図５に示す接点支持体の概略斜視図である。

符号の説明

1 接点収納ケース 11 側壁部 12 上面部 13 底板
14 突起 15 中間壁部 16 凹部
2 固定接点
21 第１固定接点 22 第２固定接点
23 第３固定接点 24 第４固定接点 25 中間接点部材
3 可動接点
31 第１可動接点 32 第２可動接点
33 第３可動接点 34 第４可動接点
41 第１可動部材
42 第２可動部材
43 接点支持体 43a 支持軸 43b 支持軸
43c 突出部 43d 凸部 43e 嵌合孔
5 駆動部(ソレノイド)
51 駆動軸
52 軸作動部 52a 挿入孔
53 コイルばね
7 磁石

Claims (4)

1. 互いに開閉する接点を有する接点対を二対以上具えるとともに、可動側の複数の接点を支持する絶縁性の接点支持体と、この接点支持体を開閉方向に駆動させる駆動部とを具え、
   接点の開動作時に接点支持体を駆動部に設ける支持部に支持させる支持機構を設けていることを特徴とする直流リレー。
2. 支持機構は、接点支持体における駆動部の支持部との対向面で、駆動部の駆動軸先端部が固定される位置の周囲に設ける複数の突出部を具え、この突出部の突出先端面を支持部に当接させるようにしていることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
3. 支持機構の突出部の突出先端面に凸部を形成するとともに、支持部に凸部が嵌合される凹部を形成し、この凸部が接点支持体の閉動作時に凹部から抜けない大きさとしていることを特徴とする請求項２に記載の直流リレー。
4. 接点支持体に、接点の開閉方向に延びる嵌合孔を形成するとともに、接点を収納する収納ケースに接点支持体の嵌合孔に嵌合される突起を形成し、この突起は接点支持体の閉動作時に嵌合孔から抜けない長さを有していることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。

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