JP2013182687A - パワーラッチングリレー - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が可能なパワーラッチングリレーを提供する。
【解決手段】 可動接点部材１１が固定された第１の端子部材９と、固定接点を備える第２の端子部材１３と、回動リンク１５、電磁コイル装置１７、回動部材１９、駆動部分２１とを絶縁ケース３内に収納する。第１の端子部材９は、第１の側壁部２５に沿って配置され、可動接点６５と固定接点７５が対向する位置に第２の端子部材１３が配置されている。回動リンク１５が第１の位置にあるときに接点が開状態になり、回動リンク１５が第２の位置にあるときに接点が閉状態になる。回動リンク１５が第１の側壁部２５に沿って延びる第１の仮想直線ＩＬ１と、第２の側壁部２７に沿って延びる第２の仮想直線ＩＬ２に沿う形状にすることができ、また、電磁コイル装置１７の配置位置をある程度自由に設定することが可能であるため、小型化が可能なパワーラッチングリレー１を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力量計などに内蔵されて、電力の供給を制御するためのパワーラッチングリレーに関するものである。

従来、電力の供給を制御するためのパワーラッチングリレーとして、例えば、特開２０１０−４４９７３号公報（特許文献１）などに開示されたものが提案されている。

特開２０１０−４４９７３号公報（特許文献１）に開示されたパワーラッチングリレーは、ケースの側壁部に沿って延びるバスバー６０（端子部材）に固定された可動バネ６４（可動接点部材）を、シャフト８１を中心に制限された角度を回動するＬ字型のアクチュエータ８０（回動リンク）に取り付けたカード１００で動かして接点の開閉を制御している。アクチュエータ８０には、永久磁石９５を挟んだアマチュア９０が取り付けられており、電磁石部３０に順方向・逆方向に電流を流すことで、アクチュエータ８０が動作する。

特開２０１０−４４９７３号公報

しかしながら、特開２０１０−４４９７３号公報（特許文献１）に開示されたパワーラッチングリレーは、アクチュエータ８０を電磁石部３０で直接的に動作させる構成を採用しているため、ケース内の電磁石部３０の設置位置に制限がある。すなわち、電磁石部３０を固定接点を備えたバスバー７０の近傍に配置すると、Ｌ字型のアクチュエータ８０の２つのアーム部に囲まれる空間（図７のＡの符号を付した領域）に部材を配置することができない。そこで従来のパワーラッチングリレーでは、ケースに左延長部１１を設けることにより、ケース内に無駄な空間が生じないようにしているが、ケースの形状が矩形ではなくなってしまう問題が生じる。そのため、従来のパワーラッチングリレーでは、無駄な空間が生じないようにしながら、パワーラッチングリレーを更に小型化するのには限界があった。

本発明の目的は、ケース内に無駄な空間が生じることがなく、小型化が可能なパワーラッチングリレーを提供することにある。

本発明の他の目的は、上記目的に加えて、耐衝撃性に優れたパワーラッチングリレーを提供することにある。

本発明の他の目的は、小型化しながらも、耐電圧性能を確保したパワーラッチングリレーを提供することにある。

本発明のパワーラッチングリレーは、大きく捉えて、絶縁ケースと、第１及び第２の端子部材と、可動接点部材と、回動リンクと、電磁コイル装置と、回動部材と、駆動部分とを備えている。絶縁ケースは、第１の方向に延びる第１の辺、第１の辺と直交する第２の方向に延びる第２の辺、第１の辺と平行に第１の方向に延びる第３の辺及び第２の辺と平行に第２の方向に延びる第４の辺からなる矩形状の底壁部と、第１及び第２の方向と直交する第３の方向に第１乃至第４の辺から立ち上がる第１乃至第４の側壁部とを備えた周壁部とを有するケース本体と、ケース本体の開口部を覆う閉塞部材とからなり、第４の側壁部に第２の方向に間隔を開けて設けられた第１及び第２の端子導出孔を備えている。第１の端子部材は、一端に接点部材固定部を有し且つ他端に端子部を備え、接点部材固定部が第１の側壁部と第２の側壁部の交差部近傍に位置し且つ第１の側壁部に沿って延びて、第１の端子導出孔から端子部を突出させるようにケース本体内に配置されている。可動接点部材は、一端が第１の端子部材の接点部材固定部に固定され、第１の端子部材に沿って延びて、他端に可動接点が設けられている。第２の端子部材は、第１の端子部材から第２の方向に間隔をあけて並び、可動接点と接触可能に対向する位置に固定接点を備え且つ第２の端子導出孔から端子部を突出させるようにケース本体内に配置されている。回動リンクは、第１の端子部材から第２の方向に間隔をあけて配置され、接点部材固定部の近傍にあって第３の方向に延びる第１の仮想中心線を中心にして回動する軸部と、接点部材固定部よりも可動接点に近い位置で可動接点部材と接触する接触部と、第１の仮想中心線と直交し接触部と第１の仮想中心線とを通る第１の仮想直線との間の角度が９０度以下となる第２の仮想直線に沿い第１の仮想中心線から所定の距離離れた位置にある被嵌合部とを備えている。電磁コイル装置は、第２の端子部材と第３の側壁部との間に配置されている。回動部材は、電磁コイル装置の発生する磁界の作用によって、第３の方向に延びる第２の仮想中心線を中心にして所定の角度範囲内を回動するように支持されている。駆動部分は、回動部材に設けられ且つ電磁コイル装置と第２の側壁部との間に形成された空間内に延びて回動リンクの被嵌合部と緩く嵌合される嵌合部を備え、回動部材と一緒に第２の仮想中心線を中心として所定の角度範囲と同じ角度範囲内を回動する。

駆動部分の嵌合部と回動リンクの被嵌合部との嵌合状態は、駆動部分が所定の角度範囲内を回動することにより、回動リンクが制限された角度範囲内を回動するように構成されている。回動リンクは、電磁コイル装置のコイルに順方向の励磁電流が流れて駆動部分が所定の角度範囲の一端に位置するときに第１の位置にあり、電磁コイル装置のコイルに逆方向の励磁電流が流れて駆動部分が所定の範囲の他端に位置するときに第２の位置にある。そして、可動接点部材は、回動リンクが第１の位置にあるときに、接触部により押圧されて、可動接点と固定接点との接触が解除され、回動リンクが第２の位置にあるときに、接触部による押圧が解除されて可動接点と固定接点とが接触するように構成されている。

このように各構成部材を配置すれば、回動リンクが第１の側壁部に沿って延びる第１の仮想直線と、第２の側壁部に沿って延びる第２の仮想直線に沿う形状にすることができるため、各構成部材を矩形状の絶縁ケース内に収納した場合に、無駄な空間が生じることがない。また、回動する駆動部分を介して回動リンクを回動させるように構成しているため、電磁コイル装置の配置位置をある程度自由に設定することが可能になる。そのため、絶縁ケース内に各構成部材を高い実装密度で収納することができ、パワーラッチングリレーを小型化することが可能になる。

回動部材を回動させることができれば電磁コイル装置及び回動部材の構成は任意である。例えば、電磁コイル装置は、所定の間隔をあけて第２の方向に並んで対向する一対の磁極片と、該一対の磁極片に磁気的に接続された鉄心と、鉄心を磁化するコイルとを備えた構造とすることができる。回動部材は、一対の磁極片の自由端部と対向する両端部に永久磁石により磁化されて極性の異なる磁極が発現するように構成する。そして、回動部材の回動中心である第２の仮想中心線を、一対の磁極片の間の間隔の中心を通るように配置する。このように電磁コイル装置及び回動部材を構成すれば、電磁コイル装置のコイルに流す電流の向きを順方向・逆方向に流すことで、接点の開閉を確実に行うことができる。また、回動部材が永久磁石によって磁化されているため、回動部材が回動する角度範囲の一端と他端において回動部材を自己保持することが可能であるため、回動部材を第１の位置または第２の位置に動かした後は、コイルに電流を流すことなく回動部材の位置を保持することができる。その結果、第１の方向、第２の方向及び第３の方向のいずれの方向に対する衝撃にも強くすることができ、且つ、回動部材を回動させた後にコイルに電流を流し続ける必要がないため、消費電力を抑えることができる。

駆動部分の嵌合部と、回動リンクの被嵌合部とによる嵌合部分の構成も任意である。例えば、回動リンクの被嵌合部は、駆動部分の嵌合部を駆動部分の回動方向の両側から挟む第１及び第２の被当接部を有するように構成し、駆動部分が一方の方向に回動して、嵌合部が第１の被当接部を押圧することで回動リンクが第１の位置から第２の位置に変位し、駆動部分が他方の方向に回動して、嵌合部が第２の被当接部を押圧することで回動リンクが第２の位置から第１の位置に変位するように嵌合部と第１及び第２の被当接部の構造を定めればよい。

可動接点部材は、可動接点を固定接点に接離できるものであれば構成は任意である。可動接点と固定接点を確実に接離するために、可動接点部材を第１の端子部材の接点部材固定部に固定される支持部と、この支持部から第１の端子部材に沿って延びて、自由端に可動接点が設けられた板バネ部とから構成してもよい。板バネ部は回動リンクが第２の位置から第１の位置に変位する過程で可動接点を固定接点に押し付ける力を蓄え、回動リンクが第２の位置に変位する際に力を放出するように構成されている。このように構成すれば、板バネ部が有するバネ力によって、可動接点を固定接点に確実に押し付けることができる。

支持部に曲げによる応力が集中することを防ぐために、さらに、支持部と隣接する位置に第１の仮想直線に向かって凸になった屈曲部または湾曲部を設けてもよい。その場合には、回動リンクの軸部と接触部との間に、回動リンクと板バネ部の屈曲部または湾曲部が干渉しないようにするための凹部を形成しておけばよい。また、板を撓ませる荷重は、板の厚みの３乗に比例して増加することが知られている。ただし、板バネ部には電流が流れるため、電気的な抵抗を下げる必要もある。そのため、板バネ部を撓ませやすくし、且つ、電気抵抗を低くするために、可動接点部材を２枚以上の金属板を重ねて構成して、屈曲部または湾曲部において、金属板の相互間に隙間が生じるように板バネ部の形状を定めることが好ましい。

絶縁ケース内にコンパクトに各構成部材を収納すると、各構成部材間の距離も近づくため、耐電圧性能が低くなる。そこで、各構成部材間、特に、接近した状態で配置されている可動接点部材と電磁コイル装置との間に、電磁コイル装置と可動接点部材とを電気的に絶縁する絶縁隔壁を設けることが好ましい。絶縁隔壁を設けることで、沿面距離が伸びて、耐電圧性能を確保することができる。

絶縁隔壁は、沿面距離を長くして絶縁効果を高めるために、ケース本体の底壁部から第３の方向に延びて、第１乃至第４の側壁部よりも低い第１の絶縁隔壁と、閉塞部材からケース本体に向かって第３の方向に延びて、第１の絶縁壁と組み合わせられる第２の絶縁壁部とから構成することができる。

可動接点を固定接点に対して確実に押し付けるようにするために、コイル部と、互いに対して９０度以下の角度でコイル部の接線方向に突出する一対のアーム部とを一体に備えたトーションスプリングをさらに備えるようにすることができる。トーションスプリングのコイル部を回動リンクの軸部に固定し、トーションスプリングの一対のアーム部の一方を、第２の仮想直線に沿って回動リンクに固定し、トーションスプリングの一対のアーム部の他方を、可動接点部材の板バネ部に固定することで、可動接点を固定接点に向かって付勢することができる。

なお、トーションスプリングを備えながら、パワーラッチングリレーの第３の方向の寸法を大きくしないようにするために、可動接点部材に、トーションスプリングの一対のアーム部の他方を通すためのスリットを形成し、可動接点部材の他端には、トーションスプリングの一対のアーム部の他方の端部が接触する接触部を設けてもよい。このように構成すれば、トーションスプリングを可動接点部材に形成されたスリットに通すことができ、パワーラッチングリレーの第３の方向の寸法を小さくできる。また、可動接点部材の中央にスリットを形成することで、可動接点を均等に付勢することが可能になる。

なお、コイルには、第１の端子部材と第２の端子部材との間に流す制御対象の交流電圧を半波整流して得られる交流電圧と同期した動作電圧を印加し、一方の極性の動作電圧を印加すると順方向の励磁電流が流れ、他方の極性の動作電圧を印加することで逆方向の励磁電流が流れる励磁回路を用いて励磁電流を供給することができる。このような励磁回路を用いる場合には、交流電圧がゼロになるタイミングで回動部材が回動するように、コイルの巻数、永久磁石の保持力並びに回動部材の重量及び形状を決定することにより、可動接点と固定接点とが接触する際、また、接触が解除される際のアークの発生による接点の消耗を軽減することができる。

本実施の形態のパワーラッチングリレーの分解斜視図である。 回動リンクを軸部側から見た斜視図である。 図１に図示した閉塞部材を逆さにした状態を示した斜視図である。 （Ａ）は、閉塞部材を取り除いた、接点が開状態の本実施の形態のパワーラッチングリレーの平面図であり、（Ｂ）は、部材を省略して図示した平面図である。 （Ａ）は、閉塞部材を取り除いた、接点が閉状態の本実施の形態のパワーラッチングリレーの平面図であり、（Ｂ）は、部材を省略して図示した平面図である。 （Ａ）は制御対象の交流電圧の波形、（Ｂ）はコイルに印加する電圧の波形、（Ｃ）はコイルに流れる励磁電流の波形、（Ｄ）は接点の開閉状態を示すタイムチャート、（Ｅ）は出力電圧波形である。 従来のパワーラッチングリレーの例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明のパワーラッチングリレーの実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態のパワーラッチングリレーの分解斜視図であり、図２は、回動リンクを軸部側から見た斜視図であり、図３は、絶縁ケースの閉塞部材を逆さにした状態を示す斜視図である。

まず、本願明細書においては、図１に示すように、パワーラッチングリレー１に対して複数の方向を定めている。すなわち、右方向ＲＩ及び左方向ＬＥからなる左右方向（第１の方向Ｄ１）、前方方向ＦＯ及び後方方向ＲＥからなる前後方向（第２の方向Ｄ２）、上方向ＵＰ及び下方向ＬＯからなる上下方向（第３の方向Ｄ３）を図１に示すように定義している。各構成部材について用いる方向は、各構成部材を絶縁ケース内に収納した状態における方向である。図２乃至図５でも同じ方向を用いている。

本実施の形態のパワーラッチングリレー１は、電力量計などに内蔵されて、電力の供給を制御するためのものである。

［全体構成］
図１に示すように、本実施の形態のパワーラッチングリレー１は、絶縁ケース３を有しており、各構成部材が絶縁ケース３内に収納されている。絶縁ケース３は、ケース本体５及びケース本体５のカバーである閉塞部材７とから構成されている。絶縁ケース３には、主な構成部材として、第１の端子部材９、第１の端子部材９に固定される可動接点部材１１、固定接点を備える第２の端子部材１３、回動リンク１５、電磁コイル装置１７、回動部材１９、駆動部分２１とが収納されている。ただし、第１及び第２の端子部材９，１３は、後述のように絶縁ケース３に設けられたスリットから端子部を外部に突出させた状態で絶縁ケース３に収納されている。

［各部材の構成］
＜絶縁ケース＞
絶縁ケース３のケース本体５は、主に底壁部２２と周壁部２３とから構成されている。底壁部２２は、第１の方向Ｄ１に延びる第１の辺、第１の辺と直交する第２の方向Ｄ２に延びる第２の辺、第１の辺と平行に第１の方向Ｄ１に延びる第３の辺及び第２の辺と平行に第２の方向Ｄ２に延びる第４の辺からなる矩形状を呈している。周壁部２３は、第１乃至第４の辺から第３の方向Ｄ３に向かって立ち上がっている第１の側壁部２５、第２の側壁部２７、第３の側壁部２９及び第４の側壁部３１によって構成されている。第４の側壁部３１の第１の側壁部２５寄りの部分には、第１の端子部材９の端子部を外部に突出した状態で収納するための第１の端子導出孔３３と、第２の端子部材１３の端子部を外部に突出した状態で収納するための第２の端子導出孔３５が間隔をあけて形成されている。第３の側壁部２９には、電磁コイル装置１７の給電用端子を外部に突出させるための給電用端子導出孔３７が形成されている。周壁部２３の上部端部には、閉塞部材７が嵌合されて固定される縁部３９が形成されている。そして、第１乃至第４の側壁部２５，２７，２９，３１の中央上部には、閉塞部材７の爪部４１が係合する爪被係合部４３がそれぞれ形成されている。

＜端子部材及び可動接点部材＞
第１の端子部材９は、一端に可動接点部材１１が固定される接点部材固定部４５と、他端に端子部４７を備えており、第１の側壁部２５に沿って延びるように配置される。接点部材固定部４５は、第１の側壁部２５と第２の側壁部２７の交差部近傍に配置される部分である。接点部材固定部４５には、可動接点部材１１を固定するための後述のビスを通す貫通孔４８，４８が形成されている。第１の端子部材９をケース本体５に収納する際には、係合用突起４９とケース本体５の底壁部２２に設けた図示しない係合部を合わせて位置決めをして、端子部４７を第１の端子導出孔３３から外部に突出するように配置する。そして、閉塞部材７を取り付ける際には、閉塞部材７の固定部５１を被固定部５３に、固定部５０（図３参照）を被固定部５２に合わせて固定する。

可動接点部材１１は、３枚の金属板５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃを重ね合わせて形成されており、接点部材固定部４５に固定される支持部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃと、支持部から第１の端子部材９に沿って延びる板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃとを有している。支持部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃには、貫通孔５９が形成されており、ビス６１，６１により第１の端子部材９の接点部材固定部４５に固定される。板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは、自由端に貫通孔６３が形成されており、可動接点６５，６５が固定されている。さらに、板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃには、後述のトーションスプリングのアーム部を通すための第１の方向Ｄ１に延びるスリット６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃが形成されている。板バネ部５７Ｃのみ、貫通孔６３の近傍にスリットを形成しないようにして後述のトーションスプリングのアーム部が接触する接触部６９が設けられている。板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは、支持部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃと隣接する位置に第２の方向Ｄ２に延びる湾曲部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを有している。湾曲部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは、順番に湾曲している部分が広がるように形状が定められており、相互間に隙間を形成するようになっている（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）。なお、以下では、一体に結合された可動接点部材１１の状態を示す場合には、Ａ、Ｂ、Ｃの符号は付さないで説明を行う。

第２の端子部材１３は、一端に貫通孔７３，７３が形成されており、他端に端子部７７を備えている。貫通孔７３，７３には、固定接点７５，７５が固定されている。固定接点７５，７５の位置は、ケース本体５に収納された状態で、可動接点６５，６５と接触可能に対向する位置である。第２の端子部材１３をケース本体５に収納する際には、係合用突起（図示せず）とケース本体５の底壁部２２に設けた図示しない係合部を合わせて位置決めをして補助壁部７４に沿うように、また、端子部７７を第２の端子導出孔３５から外部に突出するように配置する。そして、閉塞部材７を取り付ける際には、閉塞部材７の固定部７９を被固定部８１に合わせて固定する。

＜回動リンク＞
図１及び図２に示すように、回動リンク１５は、Ｌ字型の形状をした部材であり、軸部８３と、可動接点部材１１の板バネ部５７と接触する接触部８５を有する第１のアーム部８７と、駆動部分２１の嵌合部と嵌合する被嵌合部８９を備えた第２のアーム部９１とから構成されている。軸部８３は、底壁部２２に設けられた第１の軸受け部９３Ａに回動可能に固定されて、回動リンク１５は、第３の方向Ｄ３に延びる第１の仮想中心線ＩＣ１を中心にして回動する。第１のアーム部８７は、接触部８５と第１の仮想中心線ＩＣ１とを通る第１の仮想直線ＩＬ１に沿って延びており、可動接点部材１１の湾曲部７１と干渉しないように、凹部９０が形成されている（図２参照）。第２のアーム部９１は、第１の仮想直線ＩＬ１との間の角度θが９０度以下となる第２の仮想直線ＩＬ２に沿って延びている。被嵌合部８９は、第１の被当接部８９Ａと第２の被当接部８９Ｂを有しており、駆動部分２１の嵌合部が回動して当接するようになっている。

＜トーションスプリング＞
本実施の形態では、パワーラッチングリレー１は、可動接点部材１１を付勢するためのトーションスプリング９５を備えている。トーションスプリング９５は、コイル部９７と互いに対して９０度以下の角度でコイル部９７の接線方向に突出する一対のアーム部９９Ａ，９９Ｂを一体に備えている。コイル部９７は、軸部８３に通して固定される。アーム部９９Ａは、第２の仮想直線ＩＬ２に沿って回動リンク１５の第２のアーム部９１に固定される。アーム部９９Ｂは、可動接点部材１１に設けられたスリット６７を通して、端部１００が接触部６９に接触するように組み付けられる（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）。

＜電磁コイル装置＞
電磁コイル装置１７は、コイル１０１と、鉄心１０３と、鉄心１０３に直接結合したヨーク部１０５，１０７と、一対の磁極片１０９，１１１とから構成されている。コイル１０１は、鍔部１０２Ａ，１０２Ｂを有するボビン１０２の胴部に捲装されている。一方の鍔部１０２Ａには、給電用端子固定部１２５が一体に形成されている。一対の磁極片１０９，１１１は、鉄心１０３と並ぶ位置に間隔をあけて対向するように配置されており、コイル１０１が励磁されると、励磁電流の向きに応じた磁極が自由端部１１３，１１５に現れるようになっている。電磁コイル装置１７は、ケース本体５に設けられた第１の絶縁隔壁１１７Ａと第３及び第４の側壁部２９，３１に囲まれた領域１１９に収納される。その際、磁極片１１１の自由端部１１５の一部が底壁部２２に形成された磁極片受け部１２１Ａに係合するように位置決めをする。コイル１０１は、給電用端子１２３Ａ，１２３Ｂに接続されている。給電用端子１２３Ａ，１２３Ｂは、給電用端子固定部１２５に固定されており、給電用端子固定部１２５は、ケース本体５の給電用端子導出孔３７に嵌るように構成されている。閉塞部材７を取り付ける際には、閉塞部材７の固定部１２６が給電用端子固定部１２５を押さえるように固定する。

＜回動部材＞
一対の磁極片１０９，１１１の間には、回動部材１９が配置される。回動部材１９は、矩形状の永久磁石１２７を永久磁石１２７よりも幅方向の寸法が大きな２枚の磁性金属片１２９，１３１で挟持した構造を有する。永久磁石１２７は、２枚の磁性金属片１２９，１３１の対向面に設けられた永久磁石位置決め突起１３３を用いて位置決めされている。２枚の磁性金属片１２９，１３１には、更に、駆動部分位置決め突起１３５が設けられており、後述のように駆動部分２１の貫通孔に通して駆動部分位置決め突起１３５の位置で駆動部分２１が固定されることで、磁性金属片１２９，１３１と永久磁石１２７が相互に固定される。永久磁石１２７の厚み寸法は、磁極片１０９，１１１の厚み寸法よりも大きいものを用いている。磁性金属片１２９の端部１２９ａと磁性金属片１３１の端部１３１ａの間に生じる間隙に磁極片１０９の自由端部１１３が、磁性金属片１２９の端部１２９ｂと磁性金属片１３１の端部１３１ｂの間に生じる間隙に磁極片１１１の自由端部１１５が緩く嵌合されている。磁性金属片１２９，１３１には、永久磁石１２７により、極性の異なる磁極が発現している。本実施の形態では、磁性金属片１３１に永久磁石１２７のＮ極が接しており、磁性金属片１３１の端部１３１ａ，１３１ｂの内面にはＳ極が、外面にはＮ極が発現している。磁性金属片１２９に永久磁石１２７のＳ極が接しており、磁性金属片１２９の端部１２９ａ，１２９ｂの内面にはＮ極が、外面にはＳ極が発現している。回動部材１９は、第３の方向Ｄ３に延びる後述の第２の仮想中心線ＩＣ２を中心にして所定の角度範囲内を回動するよう構成される。

＜駆動部分＞
駆動部分２１は、駆動部分本体１３７と、嵌合部１３９とから構成されている。駆動部分本体１３７は、第３の方向Ｄ３に対向する一対の横壁部１３７Ａ，１３７Ａと該一対の横壁部１３７Ａ，１３７Ａを連結し、第１の方向Ｄ１に対向する一対の連結縦壁部１３７Ｂ，１３７Ｃとから構成されており、４つの壁部１３７Ａ，１３７Ａ，１３７Ｂ，１３７Ｃによって囲まれて形成された貫通孔１４１に回動部材１９が通される。上述の駆動部分位置決め突起１３５は、一対の横壁部１３７Ａ，１３７Ａの端部に係合させて位置決めを行う。一対の横壁部１３７Ａ，１３７Ａには、それぞれ外面に軸部１４３が形成されており、貫通孔１４１に回動部材１９を通して固定した状態で、ケース本体５の底壁部２２に設けた第２の軸受け部１４５Ａに軸支される。嵌合部１３９は、電磁コイル装置１７と第２の側壁部２７との間に形成された空間内に延びて、回動リンク１５の被嵌合部８９に嵌合される。被嵌合部８９の第１の被当接部８９Ａと第２の被当接部８９Ｂは、嵌合部１３９を駆動部分２１の回動方向の両側から挟むように構成されている（図４（Ａ）及び図５（Ａ）参照）。

［絶縁ケースへの各構成部材の組み込み］
絶縁ケース３への各構成部材の組み込みは、次のように行う。

１）第１の端子部材９に可動接点部材１１を取り付ける。

２）回動リンク１５の貫通孔８３及びトーションスプリング９５のコイル部９７に軸部８３を通して、トーションスプリング９５のアーム部９９Ａを回動リンク１５の第２のアーム部９１に固定する。

３）可動接点部材１１の板バネ部５７に設けたスリット６７に、トーションスプリング９５のアーム部９９Ｂを通して、接触部８５にアーム部９９Ｂの端部１００が接触するように組み合わせる。

４）第１の端子部材９を第１の側壁部２５に沿って、係合用突起４９が係合部（図示せず）と係合する位置に合わせて、端子部４７が第１の端子導出孔３３から突出するように固定する。また、回動リンク１５に通した軸部８３を第１の軸受け部９３Ａに固定する。

５）第２の端子部材１３を係合用突起（図示せず）が係合部（図示せず）と係合する位置に合わせて、端子部７７が第２の端子導出孔３５から突出するように固定する。

６）ケース本体５の領域１１９に電磁コイル装置１７を組み付ける。ヨーク部１０７に沿うＬ字型の第１の絶縁隔壁１１７Ａにヨーク部１０７を合わせ、且つ、磁極片１１１の自由端部１１５の一部が底壁部２２に形成された磁極片受け部１２１Ａに係合するように位置決めをする。コイル１０１の給電用端子１２３Ａ，１２３Ｂが固定された給電用端子固定部１２５を、給電用端子導出孔３７に嵌め合わせる。

７）駆動部分２１に通して固定した状態の回動部材１９を、第２の軸受け部１４５Ａに軸支させて、一対の磁極片１０９，１１１の間の間隔の中心を通り、第２の仮想中心線ＩＣ２を中心にして所定の角度範囲内を回動するように支持する。この際、嵌合部１３９が被嵌合部８９に嵌合されるように配置する。

８）閉塞部材７でケース本体５をカバーする。図３に示すように、閉塞部材７には、ケース本体５に面する側に、第１の軸受け部９３Ａと対になる第１の軸受け部９３Ｂと、磁極片受け部１２１Ａと対になる磁極片受け部１２１Ｂと、第２の軸受け部１４５Ａと対になる第２の軸受け部１４５Ｂと、第１の絶縁隔壁１１７Ａと組み合わされる第２の絶縁隔壁１１７Ｂが設けられている。第１の絶縁隔壁１１７Ａと第２の絶縁隔壁１１７Ｂの組み合わせ面には、組み合わせ可能な段差１１８Ａ，１１８Ｂがそれぞれ設けられている。したがって、閉塞部材７を組み合わせる際には、第１の軸受け部９３Ｂ、磁極片受け部１２１Ｂ、第２の軸受け部１４５Ｂ、第２の絶縁隔壁１１７Ｂが所定の位置にくるように調整して爪部４１を爪被係合部４３に固定する。これにより、各部材が絶縁ケース３の内部で確実に所定の位置に固定されることになる。

［パワーラッチングリレーの動作］
図４（Ａ）及び（Ｂ）並びに図５（Ａ）及び（Ｂ）により、本実施の形態のパワーラッチングリレー１の開閉動作を説明する。図４（Ａ）及び図５（Ａ）は、閉塞部材７を取り除いた状態を示すパワーラッチングリレー１の平面図である。図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）は、接点の開閉を説明するために、端子部材９，１３、可動接点部材１１、トーションスプリング９５以外の部材を省略し、また、回動リンク１５の形状を点線で表した図である。

＜開動作＞
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態のパワーラッチングリレー１が開状態になった状態を示している。すなわち、後述の閉状態のパワーラッチングリレー１のコイル１０１に接続された給電用端子１２３Ａ，１２３Ｂから電流を流して、磁極片１０９の自由端部１１３にＮ極が発現し、磁極片１１１の自由端部１１５にＳ極が発現するようにコイル１０１を励磁すると、磁性金属片１３１の端部１３１ａが磁極片１０９に吸引され、また、磁性金属片１２９の端部１２９ｂが磁極片１１１に吸引されて回動部材１９が第２の仮想中心線ＩＣ２を中心にして回動する。すると、回動部材１９と一緒に回動する駆動部分２１によって第１の被当接部８９Ａが押圧され、回動リンク１５が第１の仮想中心線ＩＣ１を中心に回動して第１の位置（開状態）に位置するようになる。回動リンク１５が第１の位置にあると、回動リンク１５の接触部８５により押圧されて、可動接点６５，６５と固定接点７５，７５との接触が解除されて接点が開状態になり、電力が供給されない状態になる。

＜閉動作＞
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態のパワーラッチングリレー１が閉状態になった状態を示している。すなわち、開状態のパワーラッチングリレー１のコイル１０１に接続された給電用端子１２３Ａ，１２３Ｂから開動作の場合と逆方向の電流を流して、磁極片１０９の自由端部１１３にＳ極が発現し、磁極片１１１の自由端部１１５にＮ極が発現するようにコイル１０１を励磁すると、磁性金属片１２９の端部１２９ａが磁極片１０９に吸引され、また、磁性金属片１３１の端部１３１ｂが磁極片１１１に吸引されて回動部材１９が第２の仮想中心線ＩＣ２を中心にして回動する。すると、回動部材１９と一緒に回動する駆動部分２１によって第２の被当接部８９Ｂが押圧され、回動リンク１５が第１の仮想中心線ＩＣ１を中心に回動して第２の位置（閉状態）に位置するようになる。回動リンク１５が第２の位置にあると、回動リンク１５の接触部８５の押圧が解除されて、可動接点６５，６５と固定接点７５，７５とが接触し、接点が閉状態になり、電力が供給される状態になる。

なお、図５（Ｂ）に示すように、可動接点部材１１の接触部６９は、トーションスプリング９５のアーム部９９Ｂによって押圧されるように構成されているため可動接点６５，６５と固定接点７５，７５とが確実に接触する。

本実施の形態では、回動部材１９が回動して接点が開状態または閉状態になった後は、逆方向に励磁電流を流すまでは、永久磁石１２７の有する磁力によって回動部材１９の位置は自己保持される。したがって、パワーラッチングリレー１が動作したことを確認できた後は、励磁電流を止めることが可能であり、開状態・閉状態を変更したいときにのみコイル１０１の励磁電流を流せばよく、また、励磁電流の向きを変えることにより、接点の開状態・閉状態を切り替えることが可能である。

［コイルの励磁］
接点を開閉させるためには、接点を開閉する必要がある時にコイル１０１に直流電流を流せばよい。しかしながら、固定接点７５，７５と可動接点６５，６５との消耗を軽減するために、本実施の形態では、コイル１０１に励磁電流を流すタイミングを最適化できる励磁回路を有効に利用して動作するようにパワーラッチングリレーが設計されている。

図６（Ａ）は、パワーラッチングリレー１で制御する対象の主回路の交流電圧波形である。すなわち、第１の端子部材９と第２の端子部材１３の間に印加される交流の電圧波形である。本実施の形態のパワーラッチングリレー１に対して適用することが望まれる励磁回路は、図６（Ａ）の交流電圧波形を入力として、半波整流を行い、交流電圧波形と同期した図６（Ｂ）に示す動作電圧を出力する。この励磁回路では、図６（Ｂ）に示すように、接点を開状態から閉状態にする場合は、正の極性の半波をコイルに印加し、接点を閉状態から開状態にする場合には、負の極性の半波をコイルに印加して、図６（Ｃ）に示す波形の励磁電流を流す。本実施の形態のパワーラッチングリレーでは、接点の開閉指示が出てから交流電圧がゼロになるタイミング（図６の例では、ｔ１及びｔ２）で回動部材１９が回動するように、コイル１０１の巻数、永久磁石１２７の保持力並びに回動部材１９を構成する磁性金属片１２９，１３１の重量及び形状（特に、端部１２９ａ，１２９ｂ、１３１ａ，１３１ｂの重量及び形状）を定めている（図６（Ｄ））。そのため、固定接点７５，７５と可動接点６５，６５とが接触する際、また、接触が解除される際には、接点間にほとんど電流が流れず、アークの発生による接点の消耗を防ぐことができる。接点が開閉されることにより、第１の端子部材９と第２の端子部材１３には、図６（Ｅ）の波形の電圧が出力されることになる。

なお、本実施の形態では、回動リンク１５の形状はＬ字型であるが、回動リンク１５の形状はこれに限られるものではなく、第１の仮想直線ＩＬ１と第２の仮想直線ＩＬ２との間の角度θが９０度以下となる条件を満たせば、どのような形状のものを採用してもよい。

また、駆動部分の嵌合部１３９と回動リンクの被嵌合部８９による嵌合は、本実施の嵌合構造に限られるものではない。例えば、回動リンクの端部に駆動部分の回動軌道に合わせた形状の溝を形成して、この溝に沿って駆動部分の嵌合部が動くような嵌合構造を採用してもよい。

本発明によれば、回動リンクが第１の側壁部に沿って延びる第１の仮想直線と、第２の側壁部に沿って延びる第２の仮想直線に沿う形状にすることができ、また、電磁コイル装置の配置位置を自由に設定することが可能になり、ケース内に無駄な空間が生じることがなく、小型化が可能なパワーラッチングリレーを得ることができる。また、可動接点と固定接点を確実に固定することができるため、耐衝撃性に優れたパワーラッチングリレーを得ることができる。さらに、小型化しながらも、耐電圧性能を確保したパワーラッチングリレーを得ることができる。

１ パワーラッチングリレー
３ 絶縁ケース
５ ケース本体
７ 閉塞部材
９ 第１の端子部材
１１ 可動接点部材
１３ 第２の端子部材
１５ 回動リンク
１７ 電磁コイル装置
１９ 回動部材
２１ 駆動部分
２２ 底壁部
２３ 周壁部
２５，２７，２９，３１ 第１乃至第４の側壁部
３３ 第１の端子導出孔
３５ 第２の端子導出孔
３７ 給電用端子導出孔
３９ 縁部
４１ 爪部
４３ 爪被係合部
４５ 接点部材固定部
４７ 端子部
４８ 貫通孔
４９ 係合用突起
５１ 固定部
５３ 被固定部
５４ 金属板
５５ 支持部
５７ 板バネ部
５９ 貫通孔
６１ ビス
６３ 貫通孔
６５ 可動接点
６７ スリット
６９ 接触部
７１ 湾曲部
７３ 貫通孔
７５ 固定接点
７７ 端子部
７９ 固定部
８１ 被固定部
８３ 軸部
８５ 接触部
８７ 第１のアーム部
８９ 被嵌合部
９１ 第２のアーム部
９３ 第１の軸受け部
９５ トーションスプリング
９７ コイル部
９９ アーム部
１００ 端部
１０１ コイル
１０２ ボビン
１０３ 鉄心
１０５，１０７ ヨーク部
１０９，１１１ 磁極片
１１３，１１５ 自由端部
１１７ 第１の絶縁隔壁
１２１ 磁極片受け部
１２３ 給電用端子
１２５ 給電用端子固定部
１２７ 永久磁石
１２９，１３１ 磁性金属片
１３３ 永久磁石位置決め突起
１３５ 駆動部分位置決め突起
１３７ 駆動部分本体
１３９ 嵌合部
１４１ 貫通孔
１４３ 軸部
１４５ 第２の軸受け部
ＩＣ１ 第１の仮想中心線
ＩＣ２ 第２の仮想中心線
ＩＬ１ 第１の仮想直線
ＩＬ２ 第２の仮想直線

Claims (11)

1. 第１の方向に延びる第１の辺、前記第１の辺と直交する第２の方向に延びる第２の辺、前記第１の辺と平行に前記第１の方向に延びる第３の辺及び第２の辺と平行に前記第２の方向に延びる第４の辺からなる矩形状の底壁部と、前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向に前記第１乃至第４の辺から立ち上がる第１乃至第４の側壁部とを備えた周壁部とを有するケース本体と、前記ケース本体の開口部を覆う閉塞部材とからなり、前記第４の側壁部に前記第２の方向に間隔を開けて設けられた第１及び第２の端子導出孔を備えてなる絶縁ケースと、
   一端に接点部材固定部を有し且つ他端に端子部を備え、前記接点部材固定部が前記第１の側壁部と前記第２の側壁部の交差部近傍に位置し且つ前記第１の側壁部に沿って延びて、前記第１の端子導出孔から前記端子部を突出させるように前記ケース本体内に配置された第１の端子部材と、
   一端が前記第１の端子部材の前記接点部材固定部に固定され、前記第１の端子部材に沿って延びて、他端に可動接点が設けられた可動接点部材と、
   前記第１の端子部材から前記第２の方向に間隔をあけて並び、前記可動接点と接触可能に対向する位置に固定接点を備え且つ前記第２の端子導出孔から端子部を突出させるように前記ケース本体内に配置された第２の端子部材と、
   前記第１の端子部材から前記第２の方向に間隔をあけて配置され、前記接点部材固定部の近傍にあって前記第３の方向に延びる第１の仮想中心線を中心にして回動する軸部と、前記接点部材固定部よりも前記可動接点に近い位置で前記可動接点部材と接触する接触部と、前記第１の仮想中心線と直交し前記接触部と前記第１の仮想中心線とを通る第１の仮想直線との間の角度が９０度以下となる第２の仮想直線に沿い前記第１の仮想中心線から所定の距離離れた位置にある被嵌合部とを備えた回動リンクと、
   前記第２の端子部材と前記第３の側壁部との間に配置された電磁コイル装置と、
   前記電磁コイル装置の発生する磁界の作用によって、前記第３の方向に延びる第２の仮想中心線を中心にして所定の角度範囲内を回動するように支持された回動部材と、
   前記回動部材に設けられ且つ前記電磁コイル装置と前記第２の側壁部との間に形成された空間内に延びて前記回動リンクの前記被嵌合部と緩く嵌合される嵌合部を備え、前記回動部材と一緒に前記第２の仮想中心線を中心として前記所定の角度範囲と同じ角度範囲内を回動する駆動部分とを備え、
   前記駆動部分の前記嵌合部と前記回動リンクの前記被嵌合部との嵌合状態は、前記駆動部分が前記所定の角度範囲内を回動することにより、前記回動リンクが制限された角度範囲内を回動するように構成されており、
   前記回動リンクは、前記電磁コイル装置のコイルに順方向の励磁電流が流れて前記駆動部分が前記所定の角度範囲の一端に位置するときに第１の位置にあり、前記電磁コイル装置のコイルに逆方向の励磁電流が流れて前記駆動部分が前記所定の範囲の他端に位置するときに第２の位置にあり、
   前記可動接点部材は、前記回動リンクが前記第１の位置にあるときに、前記接触部により押圧されて、前記可動接点と前記固定接点との接触が解除され、前記回動リンクが前記第２の位置にあるときに、前記接触部による押圧が解除されて前記可動接点と前記固定接点とが接触するように構成されているパワーラッチングリレー。
2. 前記電磁コイル装置は、所定の間隔をあけて前記第２の方向に並んで対向する一対の磁極片と、該一対の磁極片に磁気的に接続された鉄心と、前記鉄心を磁化するコイルとを備え、
   前記回動部材は、前記一対の磁極片の自由端部と対向する両端部に永久磁石により磁化されて極性の異なる磁極が発現しており、
   前記第２の仮想中心線は、前記一対の磁極片の間の間隔の中心を通る請求項１に記載のパワーラッチングリレー。
3. 前記回動リンクの前記被嵌合部は、前記駆動部分の前記嵌合部を前記駆動部分の回動方向の両側から挟む第１及び第２の被当接部を有しており、
   前記駆動部分が一方の方向に回動して、前記嵌合部が前記第１の被当接部を押圧することで前記回動リンクが前記第１の位置から前記第２の位置に変位し、前記駆動部分が他方の方向に回動して、前記嵌合部が前記第２の被当接部を押圧することで前記回動リンクが前記第２の位置から前記第１の位置に変位するように前記嵌合部と前記第１及び第２の被当接部の構造が定められている請求項１に記載のパワーラッチングリレー。
4. 前記可動接点部材は、前記第１の端子部材の前記接点部材固定部に固定される支持部と、前記支持部から前記第１の端子部材に沿って延びて、自由端に可動接点が設けられた板バネ部とからなり、前記板バネ部は前記回動リンクが前記第２の位置から前記第１の位置に変位する過程で前記可動接点を前記固定接点に押し付ける力を蓄え、前記回動リンクが前記第２の位置に変位する際に前記力を放出するように構成されている請求項１に記載のパワーラッチングリレー。
5. 前記板バネ部は、前記支持部と隣接する位置に、前記第１の仮想直線に向かって凸になった屈曲部または湾曲部を有しており、
   前記回動リンクの前記軸部と前記接触部との間には、前記回動リンクと前記板バネ部の前記屈曲部または湾曲部が干渉しないようにするための凹部が形成されている請求項４に記載のパワーラッチングリレー。
6. 前記可動接点部材は、少なくとも２枚の金属板を重ねて構成されており、前記少なくとも２枚の金属板は前記屈曲部または湾曲部において相互間に隙間が生じるように形状が定められている請求項５に記載のパワーラッチングリレー。
7. 前記電磁コイル装置と前記可動接点部材との間に、前記電磁コイル装置と前記可動接点部材とを電気的に絶縁する絶縁隔壁が設けられている請求項１に記載のパワーラッチングリレー。
8. 前記絶縁隔壁は、前記ケース本体の底壁部から前記第３の方向に延びて、前記第１乃至第４の側壁部よりも低い第１の絶縁壁部と、前記閉塞部材から前記ケース本体に向かって前記第３の方向に延びて、前記第１の絶縁壁と組み合わせられる第２の絶縁壁部とからなる請求項７に記載のパワーラッチングリレー。
9. コイル部と、互いに対して９０度以下の角度で前記コイル部の接線方向に突出する一対のアーム部とを一体に備えたトーションスプリングをさらに備えており、
   前記トーションスプリングの前記コイル部は、前記軸部に固定され、
   前記トーションスプリングの一対のアーム部の一方は、前記第２の仮想直線に沿って前記回動リンクに固定され、
   前記トーションスプリングの一対のアーム部の他方は、前記可動接点部材の前記板バネ部に固定されて前記可動接点を前記固定接点に向かって付勢する請求項１に記載のパワーラッチングリレー。
10. 前記可動接点部材には、前記トーションスプリングの一対のアーム部の他方を通すためのスリットが形成されており、
    前記可動接点部材の前記他端には、前記トーションスプリングの一対のアーム部の他方の端部が接触する接触部が設けられている請求項９に記載のパワーラッチングリレー。
11. 前記コイルには、前記第１の端子部材と前記第２の端子部材との間に流す制御対象の交流電圧を半波整流して得られる前記交流電圧と同期した動作電圧が印加されて、一方の極性の前記動作電圧が印加されることで前記順方向の励磁電流が流れ、他方の極性の前記動作電圧が印加されることで前記逆方向の励磁電流が流れるように構成された励磁回路から励磁電流が供給される場合において、前記交流電圧がゼロになるタイミングで前記回動部材が回動するように、前記コイルの巻数、前記永久磁石の保持力並びに前記回動部材の重量及び形状が決定されている請求項２に記載のパワーラッチングリレー。

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