JP2012089486A - 密封接点の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁開閉装置の気密空間に消弧ガスを注入して密封する密封接点の製造方法を提供する。
【解決手段】密封接点の製造方法は、可動接点１１２、シャフト１３０、及びコア１２２、１２３を結合して駆動体を形成し、固定接点１１１及び可動接点１１２が配置される気密空間を形成するようにハウジング１１４とプレートとを結合する段階と、前記プレートの下部に着脱式チャンバを気密固定し、前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階と、前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト１３０及びコア１２２、１２３が挿入されて密封構造を形成するシリンダ１２５を前記プレートに結合する段階と、前記プレートとシリンダ１２５とを密封する段階と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁開閉装置の密封接点の製造方法に関し、特に、電磁開閉装置の気密空間に消弧ガスを注入して密封する密封接点の製造方法に関する。

直流電力を開閉する電磁開閉装置は、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカート、電動フォークリフトなどの電気自動車において、蓄電池と直流電力変換装置との間に設置され、蓄電池からの直流電力を直流電力変換装置に供給又は遮断する機能を実行する。

また、直流電力を開閉する電磁開閉装置は、太陽光発電システムや風力発電システムなどの環境にやさしい発電システムにおいて、直流発電機と直流発電電力を商用周波数及び電圧の交流電力に変換するインバータとの間に設置され、直流発電電力をインバータに供給又は遮断する機能を実行することもある。

電磁開閉装置は、固定接点及び可動接点を備え、接点の開閉を制御できるように可動接点を駆動するアクチュエータを含む。

特に、電気自動車に使用される、直流電力を開閉する電磁開閉装置は、可動接点が固定接点から瞬間的に離隔した場合、すなわち接点オフ時、アークが発生することがあり、アークを迅速に消弧するためには、接点が配置された空間を気密空間で構成し、気密空間内には消弧ガスを充填しなければならない。

一定レベル以上の電子部品としての寿命を維持するとともに信頼性のある機能を維持するためには、気密空間内の消弧ガスを一定レベル以上に維持する必要があり、このためには、消弧ガス密封技術が必要である。

本発明は、電磁開閉装置の接点オフ時に発生するアークを消弧するための消弧ガスを充填する空間を密封することのできる、電磁開閉装置の密封接点の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、電磁開閉装置の気密空間を形成する際に副材料を使用することなく空間を密封する方法を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の好ましい一実施形態による密封接点の製造方法は、可動接点、シャフト、及びコアを結合して駆動体を形成し、固定接点及び前記可動接点が配置される気密空間を形成するようにハウジングとプレートとを結合する段階と、前記プレートの下部に着脱式チャンバを気密固定し、前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階と、前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアが挿入されて密封構造を形成するシリンダを前記プレートに結合する段階と、前記プレートと前記シリンダとを密封する段階と、を含む。

前記ハウジングとプレートとを結合する段階においては、前記ハウジング、前記ハウジングを固定する連結体、及び前記連結体の下部の前記プレートを結合して密封構造を形成する。

前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアが露出した状態で前記チャンバを前記プレートに気密固定し、真空状態の前記チャンバに絶縁性ガスを所定の圧力で注入する。

前記絶縁性ガスは、水素（Ｈ₂）でもよく、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）との混合ガスでもよい。

この場合、前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、前記水素（Ｈ₂）と前記窒素（Ｎ₂）とが混合したガスを注入するか、又は前記水素（Ｈ₂）と前記窒素（Ｎ₂）とをそれぞれ注入して前記チャンバ内で混合させる。

前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、前記チャンバに連結されるガスポンプを利用して絶縁性ガスを注入する。この場合、前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、前記ガスポンプにより前記チャンバ内が真空となるように排気した後、絶縁性ガスを注入する。

前記シリンダを結合する段階においては、前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアを前記シリンダ内に挿入し、前記チャンバ内に設置された治具を用いて、前記ハウジング、前記プレート、及び前記シリンダが結合されるように密着させることにより、密封構造を形成する。

前記密封する段階においては、前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートと前記シリンダとをプロジェクション溶接又はレーザ溶接する。

本発明においては、電磁開閉装置の接点オフ時に発生するアークを消弧するための消弧ガスを充填する空間を密封することのできる電磁開閉装置を得ることができる。

本発明においては、電磁開閉装置の気密空間を形成する際に副材料を使用することなく空間を密封することにより、製品コストを低減し、密封の信頼性を高めることのできる方法を提供することができる。

本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置を示す図である。 本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置の閉状態を示す図である。 本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置の開状態を示す図である。 本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置の消弧ガスが注入される気密空間を示す図である。 本発明の好ましい一実施形態による密封接点構造を示す図である。 本発明の好ましい一実施形態による密封接点構造を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態により本発明を実施するための具体的な内容を説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置を示す図である。図１に示すように、電磁開閉装置１００は、消弧部１１０と、駆動部１２０と、を含む。

消弧部１１０は、固定接点１１１及び可動接点１１２を備えて、電磁開閉装置１００に接続された外部装置に対するスイッチングを行えるように接点の開閉構造を含む。

駆動部１２０は、電気的信号により接点の開閉を制御できるようにするアクチュエータを含む。電磁開閉装置１００は、前記アクチュエータによる駆動部１２０の上下運動により、電磁開閉装置１００に接続された外部装置をスイッチングする。

駆動部１２０は、電気的信号により磁気力を発生して接点の駆動力を生成する励磁用コイル１２１と、励磁用コイル１２１の内部に固定配置される固定鉄心１２２と、固定鉄心１２２に当接可能に配置される可動鉄心１２３と、を備える。固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３をコアともいう。

励磁用コイル１２１と固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３との間には、励磁用コイル１２１が巻回されるコイルボビン１２４が備えられ、コイルボビン１２４の軸方向に沿って上下方向に固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３が配置される。固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３は、励磁用コイル１２１により発生する磁束が通過する磁路を形成する。励磁用コイル１２１により発生する磁束は、可動鉄心１２３が上下方向に運動するように駆動力を与える。

コイルボビン１２４と固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３との間には、非磁性材料からなり、消弧部１１０側の一面は開口して他面は有底の円筒状に形成されるプランジャキャップ又はシリンダ１２５が備えられる。

プランジャキャップ又はシリンダ１２５は、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３が収納される容器のような形状を有し、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３は、それぞれプランジャキャップ１２５の内径と同程度の外径を有する円筒状に形成される。可動鉄心１２３は、プランジャキャップ１２５の軸方向に移動可能である。

可動鉄心１２３の移動範囲は、可動鉄心１２３が固定鉄心１２２に当接する当接位置と、可動鉄心１２３がプランジャキャップ１２５の底面に位置する初期位置と、の間になる。可動鉄心１２３が固定鉄心１２２に当接する当接力は、励磁用コイル１２１による電磁吸引力により提供され、可動鉄心１２３が初期位置に復帰する方向のばね力は、復帰ばね１２６により提供される。

駆動部１２０の中央部には、固定鉄心１２２の一部が挿入されて貫通する締結孔１２７が設けられており、固定鉄心１２２は、締結孔１２７に挿入されて貫通した状態で駆動部１２０に固定される。

駆動部１２０の中央部には、固定鉄心１２２に対して接離する可動鉄心１２３が備えられる。中央部のコイルボビン１２４の内側には、可動鉄心１２３の移動をガイドするガイドが備えられてもよい。

また、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３の中央部には、軸方向に消弧部１１０及び駆動部１２０を貫通して連結するシャフト１３０が設置される貫通口１２８が備えられる。シャフト１３０が貫通口１２８を貫通して軸方向に配置されており、シャフト１３０は、上端に可動接点１１２が結合され、下端に可動鉄心１２３が結合されており、可動鉄心１２３の上下運動を可動接点１１２に伝達する。

駆動部１２０の上方には、下部が開口した箱状に形成されるハウジング１１４が載置されて設置され、ハウジング１１４の上部には、固定接点１１１及び固定端子１１５が挿入される端子孔（符号なし）が備えられる。

ハウジング１１４の内部には、固定接点１１１の下方に、シャフト１３０に結合されてスイッチングのための固定接点１１１との接離を行う可動接点１１２が配置される。

可動接点１１２の下部には、可動接点１１２が固定接点１１１に接触する際に付勢力を与える接圧ばね１１３が備えられる。接圧ばね１１３により、可動接点１１２が固定接点１１１に所定以上の圧力で接触した状態を維持することができる。また、接圧ばね１１３は、可動接点１１２が固定接点１１１から分離される際に、可動鉄心１２３及びシャフト１３０の移動速度を減少させることにより、可動鉄心１２３がプランジャキャップ１２５に接触する際の衝撃力を緩和して騒音、振動の発生を抑制することができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置の開閉状態を示す図であり、図２Ａは電磁開閉装置の閉状態を示し、図２Ｂは電磁開閉装置の開状態を示す。

図１に示す構造によれば、励磁用コイル１２１が通電すると、励磁用コイル１２１の周辺に磁束が発生し、固定鉄心１２２と可動鉄心１２３とは、その磁束により磁化され、対向する面が異なる極性となる。従って、可動鉄心１２３が固定鉄心１２２側に吸引され、可動鉄心１２３と固定鉄心１２２とが接触する。このような可動鉄心１２３と固定鉄心１２２との当接位置では、固定接点１１１と可動接点１１２とが接触する。固定接点１１１と可動接点１１２とが接触すると、外部装置に電力が供給され、この状態が図２Ａの閉状態である。

また、励磁用コイル１２１が短絡すると、励磁用コイル１２１の磁気力の発生が止まり、可動鉄心１２３の駆動力が喪失し、可動鉄心１２３は、復帰ばね１２６の付勢力により初期位置に復帰する。可動鉄心１２３が初期位置に復帰すると共にシャフト１３０が移動し、可動接点１１２が固定接点１１１から分離される。

ここで、復帰ばね１２６は、固定鉄心１２２に設けられたばね収納溝２０１内に収納設置されるが、図２Ａの閉状態（可動鉄心１２３が当接位置に移動した状態）では、復帰ばね１２６が圧縮されて復帰ばね１２６全体がばね収納溝２０１内に収納されるため、復帰ばね１２６が可動鉄心１２３と固定鉄心１２２との結合を妨げない。それに対して、可動鉄心１２３が初期位置に復帰すると、外部装置への電力供給が中断され、この状態が図２Ｂの開状態である。

電磁開閉装置１００は、図２Ａの閉状態と図２Ｂの開状態とを切り替えることにより、外部装置をスイッチングする。

図３は、本発明の好ましい一実施形態による電磁開閉装置の消弧ガスが注入される気密空間を示す図である。

図３を参照すると、電磁開閉装置の消弧部（図１の符号１１０を参照）と固定鉄心（図１の符号１２２を参照）及び可動鉄心（図１の符号１２３を参照）とが気密空間に収納されるように、ハウジング１１４、連結体３０１、プレート３０２、及びプランジャキャップ（図１の符号１２５を参照）を設置して気密接合する。すなわち、ハウジング１１４、連結体３０１、プレート３０２、及びプランジャキャップに囲まれる空間を気密空間にする。

ハウジング１１４は、セラミックなどの耐熱性材料で箱状に形成される。ハウジング１１４の下部には、開口３１０が形成されており、ハウジング１１４の上部３２０には、２つの端子孔３２１、３２２が形成されている。

連結体３０１は、金属材料などで形成され、ハウジング１１４の開口３１０に気密接合されることにより連結体３０１の下部に開口部３３０が形成され、溶接などの接合方法により連結体３０１の開口部３３０とプレート３０２とが気密接合される。

ハウジング１１４は、連結体３０１とプレート３０２とが気密接合されることにより、固定接点１１１及び可動接点１１２を収容する気密空間３４０を形成する。気密空間３４０には、水素を主成分とする絶縁性ガスが密封されている。

気密空間３４０内に挿入される各固定端子３５０は、銅系材料などからなる円筒状の導電体で形成され、下端に固定接点を備え、上端に外部装置が接続できるように接続部を備える。可動接触子３６０は、銅系材料などからなる平板状の導電体で形成され、上面に可動接点が形成される。可動接点は、可動接触子３６０に一体に形成される。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の好ましい一実施形態による密封接点構造を示す図である。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発明の好ましい一実施形態による密封接点構造においては、セラミック材質などで製作されたハウジング４０３、連結体４０４、及びプレート４０５を結合した空間内に、固定接点４０１及び可動接点４０２が配置される。

可動接点４０２は、シャフト４１０に連結されており、シャフト４１０は、連結体４０４、プレート４０５、及びプレート４０５の下部に固定された固定鉄心４２０を貫通し、可動鉄心４３０に結合されている。シャフト４１０に連結された可動接点４０２と固定鉄心４２０及び可動鉄心４３０とを結合して駆動体を構成し、ハウジング４０３、連結体４０４、及びプレート４０５を接合することにより、固定接点４０１及び可動接点４０２が配置された気密空間を形成する。

このような構造のプレート４０５の下部に着脱式チャンバ４００を取り付けて気密固定し、この状態で、ガスポンプ４５０を利用してチャンバ４００内に絶縁性ガスを注入する。絶縁性ガスとしては、水素（Ｈ₂）ガスが主に用いられ、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）との混合ガスなどを用いてもよい。

絶縁性ガスは、結合体の内部空間内に注入しやすくするために、所定以上の圧力（通常、約２気圧）で注入してもよく、チャンバ４００内に絶縁性ガスが注入される前に、真空排気を行ってもよい。絶縁性ガスとして混合ガスを用いる場合は、混合したガスをチャンバ４００内に注入してもよく、各ガスをチャンバ４００内に順次注入することでチャンバ４００内に混合ガスが注入されるようにしてもよい。

チャンバ４００内に絶縁性ガス雰囲気が形成されると、プレート４０５の下部に露出した駆動体のシャフト及びコア（又は、鉄心）側から絶縁性ガスが給気され、結合体の内部空間内に絶縁性ガスが注入される。

絶縁性ガス雰囲気のチャンバ４００内で、シリンダ４４０は、プレート４０５の下部に結合された固定鉄心４２０及び可動鉄心４３０を収容し、プレート４０５に結合されて固定される。ここで、チャンバ４００内に設置された可動治具４６０を用いてシリンダ４４０を下部から押し上げてプレート４０５に密着させた状態で密封することにより、結合体が容易に結合されるようにし、密封構造を容易に形成できるようにする。

その結果、ハウジング４０３、連結体４０４、プレート４０５、及びシリンダ４４０が結合され、密封構造（結合体）を形成する。

結合体の内部空間内に絶縁性ガスが注入される程度の所定時間経過後、プレート４０５の下部とシリンダ４４０とを密封する。密封する際には、絶縁性ガス雰囲気のチャンバ４００内でプレート４０５の下部とシリンダ４４０とを密着させ、プロジェクション溶接又はレーザ溶接などにより気密溶接を行う。すなわち、プレート４０５に密着したシリンダ４４０の周囲を溶融して隙間を気密溶接することにより密封包装する。

気密空間内に絶縁性ガスが充填され、密封包装された結合体にアクチュエータが含まれる駆動部を結合することにより、電磁開閉装置を完成する。このような電磁開閉装置は、直流電流を供給又は遮断する機能を実行する直流電力変換装置として利用することができる。

本発明は、添付図面に示す一実施形態に基づいて説明されたが、これは例示的なものにすぎず、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で様々な形態で実現できるであろう。よって、本発明の範囲は、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載されている内容と同等な範囲内の様々な実施形態が含まれるように解釈されるべきである。

１００ 電磁開閉装置
１１１、４０１ 固定接点
１１２、４０２ 可動接点
１１４、４０３ ハウジング
１２２、４２０ 固定鉄心
１２３、４３０ 可動鉄心
１２５、４４０ シリンダ
１３０、４１０ シャフト
３０１、４０４ 連結体
３０２、４０５ プレート
４００ チャンバ
４５０ ガスポンプ

Claims (11)

1. 可動接点、シャフト、及びコアを結合して駆動体を形成し、固定接点及び前記可動接点が配置される気密空間を形成するようにハウジングとプレートとを結合する段階と、
   前記プレートの下部に着脱式チャンバを気密固定し、前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階と、
   前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアが挿入されて密封構造を形成するシリンダを前記プレートに結合する段階と、
   前記プレートと前記シリンダとを密封する段階と、を含む密封接点の製造方法。
2. 前記ハウジングとプレートとを結合する段階においては、
   前記ハウジング、前記ハウジングを固定する連結体、及び前記連結体の下部の前記プレートを結合して密封構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の密封接点の製造方法。
3. 前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、
   前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアが露出した状態で前記チャンバを前記プレートに気密固定し、真空状態の前記チャンバに絶縁性ガスを所定の圧力で注入することを特徴とする請求項１又は２に記載の密封接点の製造方法。
4. 前記絶縁性ガスが、水素（Ｈ₂）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
5. 前記絶縁性ガスが、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）との混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
6. 前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、
   水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）とが混合したガスを注入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
7. 前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、
   水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）とをそれぞれ注入して前記チャンバ内で混合させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
8. 前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、
   前記チャンバに連結されるガスポンプを利用して絶縁性ガスを注入することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
9. 前記チャンバを絶縁性ガス雰囲気にする段階においては、
   前記ガスポンプにより前記チャンバ内が真空となるように排気した後、絶縁性ガスを注入することを特徴とする請求項８に記載の密封接点の製造方法。
10. 前記シリンダを結合する段階においては、
    前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートの下部に突出した前記駆動体のシャフト及びコアを前記シリンダ内に挿入し、前記チャンバ内に設置された治具を用いて、前記ハウジング、前記プレート、及び前記シリンダが結合されるように密着させることにより、密封構造を形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。
11. 前記密封する段階においては、
    前記絶縁性ガス雰囲気のチャンバ内で、前記プレートと前記シリンダとをプロジェクション溶接又はレーザ溶接することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の密封接点の製造方法。

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