JP2011049017A - 接点装置および電磁リレー - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが挿通されるコイルばねからなる復帰ばねが座屈してシャフトに摺接した場合にシャフトに生じる摺動抵抗を低減する。
【解決手段】接点装置１は、器体３０と、固定接点を備え器体３０に固定された固定端子１１と、固定接点に接離する可動接点を備えた可動接触子１２と、棒状に形成され軸方向に移動することにより可動接触子１２を移動させて接点を開閉するシャフト１３と、シャフト１３が挿通されるコイルばねから成り、器体３０の定位置に固定されたストッパキャップ２６に一端が支持されシャフト１３に結合された可動鉄心２２に他端が支持され可動鉄心２２がストッパキャップ２６側に移動することにより圧縮される復帰ばね１４とを備える。復帰ばね１４は、中心軸方向の中央部に当該当該中央部を挟んだ両部よりも直径が大きい大径部１４ａを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向に移動することで接点を開閉させるシャフトが挿通され接点の開閉に応じて圧縮される復帰ばねを備えた接点装置、および、接点装置を使用した電磁リレーに関するものである。

従来より、固定接点を備えた固定端子と、固定接点と接離する可動接点を備え固定接点と可動接点とを結ぶ方向に移動自在な可動接触子と、可動接触子を移動させて接点を開閉する軸方向に移動自在なシャフトとを有する接点装置が提供されている。

この種の接点装置は、シャフトが挿通されるコイルばねから成り、シャフトに外力が作用して可動接触子が固定端子に当接する位置と固定端子から離間する位置との一方から他方に移動すると圧縮されシャフトに外力が作用しなくなったときに弾性力により可動接触子を当該一方の位置に復帰させる復帰ばねを備える（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、図７に示すように、接点装置１と電磁石装置２とを備えた電磁開閉器が記載されている。電磁石装置２は、固定鉄心２１と、シャフト１３が結合されシャフト１３の軸方向において固定鉄心２１と対向する可動鉄心２２と、固定鉄心２１および可動鉄心２２の周囲に巻回された励磁巻線３３とを備えている。復帰ばね１４は、シャフト１３が挿通され且つ固定鉄心２１の一面と可動鉄心２２の一面とを支持座として両端が支持されるように配置されている。復帰ばね１４は、可動鉄心２２が固定鉄心２１に吸引されると圧縮され、可動鉄心２２が固定鉄心２１に吸引されなくなると可動鉄心２２を固定鉄心２１から引き離して可動接触子１２を元の位置に復帰させる。

ところで、特許文献１に記載された接点装置１では、復帰ばね１４は、外形が円筒状に形成されている。円筒状に形成された復帰ばね１４は、圧縮されたときに座屈することがある。復帰ばね１４が座屈すると、復帰ばね１４がシャフト１３に摺接して、シャフト１３に摺動抵抗が生じる。

外形を円筒状に形成した復帰ばね１４よりも座屈が生じ難いコイルばねとして、図８に示すように、一部を円錐状に形成したコイルばね１４’が提供されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されたコイルばね１４’は、円筒状の直線状部１４ｂ’と、円錐状の円錐状部１４ｃ’とを備えている。

特開２００６−１９１４８号公報 特開平１１−０７２６８６号公報

特許文献２に記載されたコイルばね１４’のように、復帰ばね１４の一部を円錐状に形成すると、座屈が生じ難くなるが、軸方向の端部の直径が大きくなり、当該直径に応じた大きな支持座が必要になるという問題が生じる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、復帰ばねの端部の直径を大きくすることなく、復帰ばねの座屈によりシャフトに生じる摺動抵抗を低減できる接点装置および電磁リレーを提供することにある。

請求項１の発明は、固定接点を備える固定端子と、固定接点と接離する可動接点を備え固定接点と可動接点とを結ぶ方向に移動自在な可動接触子と、固定接点および可動接触子を収容する器体と、可動接触子の移動方向に長い棒状に形成され、可動接触子を連続一体で移動させるシャフトと、シャフトが挿通されるコイルばねであって、器体の定位置に固定された支持部材に設けられる第１の支持座と、可動接触子とシャフトとの一方に連続一体に設けられる第２の支持座との間に挟まれるように配置され、圧縮されることにより可動接触子を固定端子に近づく向きと固定端子から離れる向きとの一方の向きに付勢する復帰ばねとを有し、復帰ばねは、中心軸方向の中央部が当該中央部を挟んだ両部よりも直径が大きく形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明では、前記器体が気密空間を形成し、前記固定接点と前記可動接触子と前記シャフトと前記復帰ばねとが気密空間に封止されていることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項２記載の接点装置と、前記シャフトが結合される電磁石装置とを有し、電磁石装置は、シャフトと結合される可動鉄心と、可動鉄心に当接して可動鉄心をシャフトの軸方向にガイドするガイド部材と、シャフトの軸方向において可動鉄心と対向するように器体の定位置に固定された固定鉄心と、固定鉄心および可動鉄心の周囲に巻回された励磁巻線とを備え、固定鉄心と可動鉄心とが前記気密空間に封止されていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、復帰ばねは、中心軸方向の中央部が当該中央部を挟んだ両部よりも直径が大きく形成されているから、圧縮されて座屈した場合は、当該両部の２箇所でシャフトに摺接し、外形が円筒状に形成され座屈した場合に１箇所でシャフトに摺接するコイルばねに比べ、シャフトに及ぼす力を分散させることができ、その結果、端部の直径を大きくすることなく座屈した場合にシャフトに生じる摺動抵抗を低減できるという利点がある。

本実施形態の動作を説明する説明図である。 同上の水平断面図である。 同上の垂直断面図である。 同上の分解斜視図の一部である。 同上の分解斜視図の他の一部である。 同上を使用した電磁リレーを示す図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図である。 従来例の断面図である。 他の従来例の平面図である。

以下では、本発明の接点装置１（図２参照）を電磁リレーに用いた例を説明する。電磁リレーは、接点装置１と電磁石装置２とを図４に示す矩形箱状のケース５０に収納した構成を有する。図３の上下方向を上下方向として以下説明する。

接点装置１は、図２〜５に示すように、ケース５０の下面の長手方向（図３における左右方向）に長い形状に形成されケース１０に固定される器体３０を備え、それぞれ固定接点（図示せず）を備えた一対の固定端子１１を固定接点が器体３０に収納されるように器体３０の長手方向の壁（図３における左壁）にそれぞれ取り付け、当該長手方向において各固定接点の一方にそれぞれ対向するとともに各固定接点の一方にそれぞれ接離する一対の可動接点（図示せず）を備えた可動接触子１２を移動自在に器体３０に収納した構成を有する。可動接触子１２は、両固定端子１１間を短絡、または、開放する。

また、接点装置１は、器体３０の長手方向に長い棒状に形成されるとともに器体３０に収納され、後述するように軸方向に移動することにより可動接触子１２を移動させるシャフト１３を備える。つまり、接点装置１は、シャフト１３が軸方向に移動することにより接点が開閉する構成を有する。

電磁石装置２は、器体３０の長手方向の中央部に固定される固定鉄心２１と、固定鉄心２１を挟んで可動接触子１２の反対側において器体３０に収納され器体３０の長手方向（すなわち、シャフト１３の軸方向）に移動自在な可動鉄心２２と、器体３０の周囲であって、且つ、固定鉄心２１および可動鉄心２２の周囲（固定鉄心２１と可動鉄心２２とを結ぶ直線の周り）を囲むボビン２７に巻装された励磁巻線２３とを備えた構成を有する。

シャフト１３は、固定鉄心２１を貫通し、長手方向の一端部が可動鉄心２２に結合される。つまり、電磁石装置２の可動鉄心２２が移動することにより接点装置１の接点が開閉する。

器体３０は、絶縁材料（例えば、セラミックスなどの耐熱および絶縁性を備えた材料）で一面が開放する箱状に形成されたベース３１と、ベース３１の開口面に開口面が対向し中心軸が器体３０の長手方向に一致する有底筒状の筒状体３２ａを備えたプランジャキャップ３２とを、継鉄板２４とフランジ３３とを用いて接続した構成を有する。

ベース３１は、一対の固定端子１１の一方がそれぞれ挿通される一対の円形状の挿通孔３１ａが底壁（図２における左壁）に貫設される。

固定端子１１は、円柱状に形成された円柱状体１１ａと、円柱状体１１ａの周面における中心軸方向の中央部を囲み円柱状体１１ａと一体に形成されたリング状の当接片１１ｂとを備える。固定端子１１は、円柱状体１１ａの中心軸方向の一端部に固定接点が設けられ、他端部は、基板（図示せず）に実装される主端子５３と結合される。固定端子１１は、固定接点が設けられた端部がベース３１に設けた挿通孔３１ａに挿通され、当接片１１ｂがベース３１の底壁に固着される。本実施形態では、当接片１１ｂは、リング状に形成されたフランジ３５と、リング状に形成された銀ろうから成る固着部材３６、３７によりベース３１の底壁に固着される。すなわち、フランジ３５は、固着部材３６、３７により、それぞれ固定端子１１の当接片１１ｂとベース３１の底壁（挿通孔３１ａの周壁）とに固着される。固定端子１１の当接片１１ｂとフランジ３５と固着部材３６とがそれぞれリング状に形成されることにより、ベース３１の挿通孔３１ａが固定端子１１により閉塞される。

プランジャキャップ３２は、筒状体３２ａの周面における開口側の端部を囲み筒状体３２ａと一体に形成されたリング状の鍔片３２ｂを備える。鍔片３２ｂには、継鉄板２４の厚み方向の一面が全面に亘って当接する。

継鉄板２４は、矩形状に形成され、プランジャキャップ３２の内部空間とベース３１の内部空間とを連通する連通孔２４ａが中央部に貫設される。継鉄板２４は、例えば溶接により、プランジャキャップ３２の鍔片３２ｂの全面に亘って固着される。

フランジ３３は、継鉄板２４の厚み方向の面（プランジャキャップ３２の鍔片３２ｂに当接する側とは反対側の面）の縁端部に全周に亘って当接する矩形枠状の継鉄側枠状片３３ａと、継鉄側枠状片３３ａと段差を介して繋がりベース３１の側壁の先端面に厚み方向の面が全周に亘って固着されるベース側枠状片３３ｂとを備える。フランジ３３は、例えば、板状の金属枠を絞って形成する。本実施形態では、フランジ３３のベース側枠状片３３ｂは、枠状に形成した銀ろうから成る固着部材３４により、ベース３１の側壁の先端面の全面に亘って固着される。また、フランジ３３の継鉄側枠状片３３ａは、例えば溶接により、継鉄板２４の縁端部に全周に亘って固着される。

上述のように、ベース３１の挿通孔３１ａは固定端子１１により閉塞され、ベース３１の側壁の先端面とプランジャキャップ３２の鍔片３２ｂとは、継鉄板２４とフランジ３３とにより全周に亘って結合されるから、器体３０により気密空間が形成され、その結果、固定接点と可動接触子１２とが気密空間に封止される。器体３０には、接点に生じるアークを短時間で消弧する気体（例えば、水素）が封入される。

可動接触子１２は、厚み方向が固定端子１１の円柱状体１１ａの中心軸方向に一致する板状に形成される。各可動接点は、可動接触子１２の厚み方向の面（固定端子１１側の面）にそれぞれ設けられ、各固定接点の一方に、当該厚み方向においてそれぞれ対向する。

可動接触子１２における一対の可動接点の中間部（図２における上下方向の中間部）には、シャフト１３が挿通されるシャフト孔１２ａが貫設される。

シャフト１３は、軸方向の一端部がプランジャキャップ２６に収納され、他端部が可動接触子１２に設けたシャフト孔１２ａに挿通される形で器体３０に収納される。シャフト１３の他端部には、可動接触子１２の支持用の支持片１３ａが周面から突出する形で設けられる。

本実施形態では、シャフト１３に設けた支持片１３ａと、シャフト１３が挿通され一端が可動接触子１２の厚み方向の面（可動接点が設けられた側とは反対側の面）に当接するコイルばねから成る接圧ばね１５と、継鉄板２４に固着された後述のストッパキャップ２６を用いて器体３０に固定され接圧ばね１５の他端を支持するホルダ１６とを用いて、可動接触子１２を移動させる。以下、具体的に説明する。

ホルダ１６は、シャフト１３が挿通されるシャフト孔１６ａが貫設され厚み方向の一面に接圧ばね１５が当接する板状の基片１６ｂを備える。基片１６ｂの当該一面には、接圧ばね１５の端部が内側に嵌まる円環状の嵌合突起１６ｄが突設され、他面には、ストッパキャップ２６が内側に圧入される矩形枠状の嵌合突起１６ｃが突設される。

可動接触子１２の厚み方向の一面（可動接点が設けられた側とは反対側の面）には、接圧ばね１５の端部が嵌まる嵌合凹所１２ｂが凹設される。可動接触子１２は、接圧ばね１５により固定端子１１に向かって付勢される。つまり、可動接触子１２は、シャフト１３の支持片１３ａに当接しているときは支持片１３ａに押圧され、固定端子１１に当接して支持片１３ａに当接していないときは、固定端子１１に押圧される。したがって、可動接触子１２は、シャフト１３の支持片１３ａに押圧されているときは、シャフト１３と連続一体であってシャフト１３とともに移動する。

ところで、本実施形態では、接点装置１は、接点に生じるアークの消弧用として、ベース３１の互いに対向する一対の側壁の外側面（図３における上下両面）の一方に厚み方向の面がそれぞれ当接する矩形板状の一対の永久磁石１７と、鉄などの磁性金属材料でコの字状に形成され互いに対向する一対の腕片１８ａの一方が一対の永久磁石１７の一方をそれぞれベース３１の前記側壁に押圧する形でベース３１に取着されるカプセルヨーク１８とを備える。カプセルヨーク１８の一対の腕片１８ａの互いに対向する対向面には、永久磁石１７の４つの側面の１つにそれぞれ当接して永久磁石１７の位置決めを行う４個の位置決め突起１８ｂがそれぞれ突設される。

一対の永久磁石１７は、異極が互いに対向するように配置される。したがって、永久磁石１７とカプセルヨーク１８とによりベース３１内に形成される磁界の向きは、可動接触子１２の移動方向と直交し、当該磁界によりアークを引き伸ばす力がアークに作用し、アークが短時間で消弧する。

次に、電磁石装置２について説明する。固定鉄心２１は、円柱状に形成され中心軸部にシャフト１３が挿通されるシャフト孔２１ｃが貫設された円柱状体２１ａと、円柱状体２１ａの周面における軸方向の端部を囲み円柱状体２１ａと一体に形成されたリング状の鍔片２１ｂとを備える。鍔片２１ｂには、リング状に形成された鉄心ゴム４２が鍔片２１ｂを囲むように取着される。

固定鉄心２１は、鍔片２１ｂが設けられた端部がプランジャキャップ３２から露出し且つ鉄心ゴム４２が継鉄板２４に当接するように配置され、継鉄板２４に固着されるストッパキャップ２６を用いて継鉄板２４に固定される。

ストッパキャップ２６は、シャフト１３が挿通されるシャフト孔２６ｃが貫設されるとともに継鉄板２４とともに鉄心ゴム４２を挟む矩形板状の中央片２６ａと、中央片２６ａの長手方向の両端の一方とそれぞれ段差を介して繋がる中央片２６ａにそれぞれ平行な一対の取付片２６ｂとを備え、一対の取付片２６ｂがそれぞれ継鉄板２４に固着されることで固定鉄心３１を継鉄板２４に固定する。ストッパキャップ２６は、例えば、金属板を折り曲げて形成する。

また、ストッパキャップ２６は、中央片２６ａがホルダ１６に設けた矩形枠状の嵌合突起１６ｃの内側に圧入されることで、固定鉄心２１とは反対側にホルダ１６を固定する。

可動鉄心２２は、直径がプランジャキャップ３２の内径と略同一寸法に設定された円柱状に形成されるとともにプランジキャップ３２に収納され、径方向の移動がプランジャキャップ３２により規制される。つまり、プランジャキャップ３２は、可動鉄心２２をガイドするガイド部材になっている。プランジャキャップ３２の内底面には、可動鉄心２２が当該内底面に衝突することを防止する円板状のダンパゴム４１が着設される。

可動鉄心２２の中心軸部には、シャフト１３の前記一端部（支持片１３ａが設けられた側とは反対側の端部）が貫装される取付孔２２ａが貫設される。

ボビン２７は、中空円筒状に形成されプランジャキャップ２６が挿入される筒状体２７ａを備え、筒状体２７の外周面に励磁巻線２３が巻回される構成を有する。プランジャキャップ３２の中心軸方向の端部（底側の端部）とボビン２７との間には隙間が設けられ、当該隙間に円筒状のブッシュ４３が圧入される。

また、ボビン２７の筒状体２７ａの外周面における中心軸方向の中央部からは、励磁巻線２３の両端の一方がそれぞれ接続される一対の端子片５４がそれぞれ先端から突出する取付片２７ｂが突設される。

継鉄板２４は、コの字状に形成され互いに対向する一対の腕片２５ａの先端部に継鉄板２４の両端部の一方が嵌まる嵌合切欠２５ｂがそれぞれ設けられた継鉄板２５とともに枠体を形成し、励磁巻線２３を囲む。継鉄板２４，２５は、固定鉄心２１および可動鉄心２２とともに、閉ループ状の磁路を形成する。一対の腕片２５ａを繋ぐ中央片２５ｃには、ブッシュ４３の端部が嵌る嵌合孔２５ｄが貫設される。

ところで、接点装置１は、シャフト１３が挿通されるコイルばねから成る復帰ばね１４を備える。復帰ばね１４は、固定鉄心２１に設けたシャフト孔２１ｃに挿通され、器体３０に固定された支持部材であるストッパキャップ２６の中央片２６ａの固定鉄心２１側の面を第１の支持座２６ｄとして一端が支持され、シャフト１３と結合された可動鉄心２２の固定鉄心２１側の面を第２の支持座２２ｂとして他端が支持された形で器体３０に収納される。復帰ばね１４は、圧縮されることにより可動鉄心２２を固定鉄心２１から離れる向き（図２における右向き）に付勢する。

上述したように、接圧ばね１５は、可動接触子１２を固定端子１１側（図２における左向き）に付勢する。したがって、可動接触子１２が固定端子１１から離間しシャフト１３の支持片１３ａに当接しているときは、接圧ばね１５と復帰ばね１４とは、互いに反対向きに可動接触子１２を付勢する。

ここに、復帰ばね１４は、接圧ばね１５が可動接触子１２を付勢する力よりも大きな力で可動接触子１２を付勢するように、長さやばね定数が設定される。したがって、可動接触子１２は、励磁巻線２３が通電されていないときは、固定端子１１から離間した位置にある。

接点装置１と電磁石装置２とは、ケース５０に、上述の一対の主端子５３と一対の端子片５４とがそれぞれケース５０の一面（図４における下面）から突出するように収納される。ケース５０は、図４に示すように、板状の下ケース５１と、一面（図における下面）が開放された上ケース５２とで形成される。下ケース５１の厚み方向の一面（図４における上面）には、一対の主端子５３の一方が挿通される取付孔５１ａが貫設された一対の取付突起５１ｂと、一対の端子片５４の一方がそれぞれ挿通される一対の取付孔５１ｃが貫設された取付突起５１ｄとが突設される。つまり、接点装置１と電磁石装置２とは、主端子５３と端子片５４とによりケース１０に固定される。

図２、３を参照して動作について説明する。励磁巻線２３への通電が行われていないときは、上述したように可動接触子１２は固定端子１１から離間した位置にあって、両固定端子１１間が開放している。励磁巻線２３への通電が行われ可動鉄心２２が固定鉄心２１に吸引されて可動接触１２が両固体端子１１に当接すると、両固定端子１１間が短絡するとともに、復帰ばね１４が圧縮される。励磁巻線２３への通電が停止すると、復帰ばね１４の弾性力によりシャフト１３が移動して可動接触子１２が両固定端子１１から離れ、両固定端子１１間が開放する。

ところで、本実施形態では、コイルばねからなる復帰ばね１４の中心軸方向の中央部に、当該中央部を挟んだ両部よりも直径が大きい大径部１４ａを設けた構成を採用している。

復帰ばね１４は、可動鉄心２２が固定鉄心２１に吸引されて圧縮されると座屈することがあるが、上述したように復帰ばね１４に大径部１４ａを設けたことにより、図１に示すように、座屈してシャフト１３に当接する場合は、大径部１４ａを挟んだ両部がそれぞれシャフト１３に当接する。したがって、本実施形態では、復帰ばね１４は座屈した場合に２箇所でシャフト１３に当接し、外形が円筒状に形成され座屈した場合に１箇所でシャフト１３に当接する復帰ばねに比べ、シャフト１３に及ぼす力を分散させることができ、その結果、両端の直径を大きくすることなく、座屈した場合にシャフト１３に生じる摺動抵抗を低減することができる。摺動抵抗を低減できるから、可動接触子１２の移動速度の低下を抑えることができ、その結果、座屈が生じた場合のアークの消弧時間の増加を抑えることができる。

また、上述したように、固定端子１１における固定接点が設けられた端部と、可動接触子１２と、シャフト１３と、復帰ばね１４と、固定鉄心２１および可動鉄心２２とを器体３０に収納するとともに、器体３０により形成した気密空間にアークの発生を抑える気体を封入したことにより、座屈が生じた場合のアークの消弧時間の増加を抑えることができることに加えて、アークの発生を抑えることができる。

なお、本実施形態では、接点が気密空間に封止された封止接点装置を説明したが、接点が気密空間に封止されない接点装置にも本発明を用いることができる。

また、本実施形態では接点装置１を電磁リレーに用いた例を説明したが、電磁リレーに用途を限定する主旨ではない。

１ 接点装置
２ 電磁石装置
１１ 固定端子
１２ 可動接触子
１３ シャフト
１４ 復帰ばね
２１ 固定鉄心
２２ 可動鉄心
２３ 励磁巻線
２６ ストッパキャップ（支持部材）
３０ 器体
３１ ベース
３２ プランジャキャップ（ガイド部材）

Claims (3)

1. 固定接点を備える固定端子と、固定接点と接離する可動接点を備え固定接点と可動接点とを結ぶ方向に移動自在な可動接触子と、固定接点および可動接触子を収容する器体と、可動接触子の移動方向に長い棒状に形成され、可動接触子を連続一体で移動させるシャフトと、シャフトが挿通されるコイルばねであって、器体の定位置に固定された支持部材に設けられる第１の支持座と、可動接触子とシャフトとの一方に連続一体に設けられる第２の支持座との間に挟まれるように配置され、圧縮されることにより可動接触子を固定端子１１に近づく向きと固定端子から離れる向きとの一方の向きに付勢する復帰ばねとを有し、復帰ばねは、中心軸方向の中央部が当該中央部を挟んだ両部よりも直径が大きく形成されていることを特徴とする接点装置。
2. 前記器体は、気密空間を形成し、前記固定接点と前記可動接触子と前記シャフトと前記復帰ばねとは、気密空間に封止されていることを特徴とする請求項１記載の接点装置。
3. 請求項２記載の接点装置と、前記シャフトが結合される電磁石装置とを有し、電磁石装置は、シャフトと結合される可動鉄心と、可動鉄心に当接して可動鉄心をシャフトの軸方向にガイドするガイド部材と、シャフトの軸方向において可動鉄心と対向するように器体の定位置に固定された固定鉄心と、固定鉄心および可動鉄心の周囲に巻回された励磁巻線とを備え、固定鉄心と可動鉄心とが前記気密空間に封止されていることを特徴とする電磁リレー。

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