JP2014107050A - 電磁接触器 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルを長くしても、コイルを励磁したときの可動鉄芯に対する吸引力を向上させる。
【解決手段】電磁接触器１０は、固定接点部１１８ａと可動接点部１３０と可動支持体１３１と電磁石ユニット２００とを備える。電磁石ユニット２００は、可動支持体１３１に一端部側を連結して該可動支持体１３１の駆動方向に沿った方向に軸を向けた可動鉄芯２１５と、上記可動鉄芯２１５の軸方向他端部側に当該可動鉄芯２１５と同軸に配置されて当該可動鉄芯２１５から離れる方向に延びる固定鉄芯２０３と、少なくとも固定鉄芯２０３の外周側に配置される励磁コイル２０８とを備える。上記固定鉄芯２０３の可動鉄芯２１５側端部には、上記固定接点部１１８ａと可動接点部１３０とが接触した状態で上記可動鉄芯２１５の他端部側を挿入可能な筒状の有底凹部２０３ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定接点部と可動接点部との接離によって電流路の開閉を行う電磁接触器に関する。

電流路の開閉を行う電磁接触器は、例えば、可動接点部を支持する可動支持体を電磁石ユニットの励磁コイル及び可動鉄芯で駆動する構造となっている。具体的には、電磁接触器は、励磁コイルが非励磁状態では、可動鉄芯が復帰ばねによって付勢されることによって、可動接点部が一対の固定接点部から離間している釈放状態となっている。この釈放状態から励磁コイルを励磁すると、可動鉄芯は、復帰ばねに抗して固定鉄芯に吸引されて、可動接点部が一対の固定接点部に接触して投入状態となる（例えば、特許文献１参照）。

特許第３１０７２８８号公報

ところで、上記特許文献１に記載された電磁接触器の電磁石ユニットにあっては、コイルを保持したコイル枠の中心に形成されて上下に延びる円筒状の貫通穴内に対し、可動接点部側（上部側）に円筒状の固定鉄芯が配置されると共にこの固定鉄芯と磁気ヨークとの間に可動鉄芯が配置される。更に、復帰ばねの付勢力によって固定鉄芯と可動鉄芯とを離間する構成となっている。なお、上記磁気ヨークは、Ｕ字状のヨーク本体とこのヨーク本体の中央片に形成された貫通穴に装着されたブッシュとで構成されている。そして、ブッシュと可動鉄芯との間に、非磁性材料による有底筒体が介在されている。

そして、釈放状態では、固定鉄芯と可動鉄芯とが予め設定した間隔を保って離間することで、可動鉄芯の底面がヨーク本体の中央片の貫通穴内に位置し、この釈放状態からコイルを励磁すると、固定鉄芯に可動鉄芯が吸引されることで可動鉄芯が下降して、可動接点が固定接点に接触して投入状態となる。
しかしながら、この投入状態から釈放状態になる場合には、可動鉄芯の上昇により、この可動鉄芯とヨーク本体との間のギャップが大きくなることで当該可動鉄芯とヨーク本体との間の磁束密度が低下し、固定鉄芯と可動鉄芯との間の吸引力が低下してしまうという課題がある。
本発明は、上記のような課題に着目してなされたものであり、励磁コイルの軸方向長さを長くしても、コイルを励磁したときの可動鉄芯に対する吸引力を向上させることを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電磁接触器は、固定接点部と、その固定接点部と接離可能に対向配置する可動接点部と、上記可動接点部を支持する可動支持体と、上記可動支持体を駆動して上記可動接点部を上記固定接点部に対し進退させる電磁石ユニットと、を備える。上記電磁石ユニットは、可動支持体に一端部側を連結して該可動支持体の駆動方向に沿った方向に軸を向けた可動鉄芯と、上記可動鉄芯の軸方向他端部側に当該可動鉄芯と同軸に配置されて当該可動鉄芯から離れる方向に延びる固定鉄芯と、少なくとも固定鉄芯の外周側に配置される励磁コイルと、を備える。そして、上記固定鉄芯の可動鉄芯側端部には、上記固定接点部と可動接点部とが接触した状態で上記可動鉄芯の他端部側を予め設定した長さだけ挿入可能な筒状の有底凹部が形成されている。

本発明の一態様に係る他の電磁接触器は、上記可動鉄芯における少なくとも延在方向他端部側の外周を覆うようにして当該可動鉄芯と同軸に配置された有底筒体からなるキャップを有する封止構造で、少なくとも上記固定接点部、可動接点部、及び可動鉄芯を内部に封止する。そして、上記キャップが、上記可動鉄芯の延在方向他端部と上記有底凹部内面との間に介在する。

例えば、キャップの底部側を有底凹部内に嵌め込み、そのキャップ内に可動鉄芯を差し込むことで構成する。
本発明の一態様に係る他の電磁接触器は、上記電磁石ユニットは、可動鉄芯の延在方向他端部の端面と上記固定鉄芯を挟んで対向配置された底側の磁気ヨークを備える。そして、その磁気ヨークに上記固定鉄芯の可動鉄芯とは反対側の端面を接触状態とする固定状態形成部を備える。

上記固定状態形成部は、上記固定鉄芯を上記磁気ヨークにねじ締結することで構成しても良い。
上記固定状態形成部は、上記固定鉄芯を上記磁気ヨークにかしめによって固定することで構成しても良い。
また、上記固定鉄芯を、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯と２部品で構成しても良い。そして、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯の一端部側の端面部によって上記有底凹部を形成するようにしても良い。

電磁接触器は、励磁コイルを励磁していない釈放状態においては、例えば可動鉄芯が復帰スプリングのばね力によって付勢されることによって、可動鉄芯が固定鉄芯から離間する側に移動し、可動鉄芯の端面と固定鉄芯の端面との間の軸方向ギャップが大きくなっている。
この釈放状態で、励磁コイルを励磁すると、励磁コイルで発生される磁束が固定鉄芯及び可動鉄芯を通過する閉磁路が形成されて、可動鉄芯が固定鉄芯側に吸引される。
このとき、可動鉄芯の端面と固定鉄芯の端面との間の軸方向ギャップが大きい場合には、当該端面間では磁気抵抗が大きいので、両者間の磁束密度が少なくなる。

これに対し、本発明の一態様に係る電磁接触器によれば、固定鉄芯に有底凹部を形成することで、可動鉄芯の端面と固定鉄芯の端面との間の軸方向ギャップが大きくなっても、固定鉄芯の有底凹部の内周面と可動鉄芯の側面とはほぼ一定の距離で近接対向した状態を維持することが可能となる。この結果、可動鉄芯の端面と固定鉄芯の端面との間の軸方向ギャップが大きくても、可動鉄芯と固定鉄芯の有底凹部の内周面との間は近接した状態が維持される結果、上記固定鉄芯の有底凹部の内周面と可動鉄芯の側面を通じて磁束が流れることで、磁束密度を高めて大きな吸引力を発生することができる。
その後、可動鉄芯の端面が固定鉄芯の有底凹部の底面に近接すると、その可動鉄芯の端面と固定鉄芯の有底凹部の底面との間に直接磁路が形成されて吸引力を発生させることができる。

また本発明の一態様に係る電磁接触器によれば、上記吸引力を高くするためにコイルの軸方向長さが長くなっても、固定鉄芯の軸方向長さを長くすることで対応可能である。すなわち、コイルの軸方向長さが長くなっても、可動鉄芯を長くする必要がない。この結果、コイルの軸方向長さが長くなっても、可動する可動鉄芯の質量を重くすること無く対応可能となる。
特にこの効果は、可動鉄芯が封止構造内に封止される場合に有効である。すなわち、本願発明の一態様では、可動鉄芯が封止構造内に封止されている場合でも、コイルの軸方向長さに応じて可動鉄芯の長さを変更することなく対応となる。

本発明に係る電磁接触器の一実施形態を示す断面図である。 接点収納ケースの分解斜視図である。 接点装置の絶縁カバーを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は装着前の平面図、（ｃ）は装着後の平面図である。 絶縁カバーの装着方法を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。 本発明によるアーク消弧用永久磁石によるアーク消弧の説明に供する説明図である。 アーク消弧用永久磁石を絶縁ケースの外側に配置した場合のアーク消弧の説明に供する説明図である。 永久磁石と可動鉄芯との位置関係を示す拡大断面図である。 励磁コイルによる可動鉄芯吸引動作を説明する図であって、釈放状態を示す部分断面図である。 励磁コイルによる可動鉄芯吸引動作を説明する図であって、投入状態を示す部分断面図である。 固定鉄芯の固定方法の一例を示す図である。 固定鉄芯の固定方法の一例を示す図である。 固定鉄芯を２部品から構成する例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（構造）
図１は本発明に係る電磁開閉器の一例を示す断面図、図２は消弧室の分解斜視図である。この図１及び図２において、１０は電磁接触器であり、この電磁接触器１０は接点機構を配置した接点装置１００と、この接点装置１００を駆動する電磁石ユニット２００とで構成されている。

接点装置１００は、図１及び図２に示すように、接点機構１０１を収納する消弧室１０２を有する。この消弧室１０２は、図２（ａ）に示すように、金属角筒体１０４と、この金属角筒体１０４の上端を閉塞する平板状のセラミック絶縁基板で構成される固定接点支持絶縁基板１０５とを備えている。
金属角筒体１０４は、金属製の下端部に外方と突出するフランジ部１０３を有する。金属角筒体１０４は、そのフランジ部１０３が後述する電磁石ユニット２００の上部磁気ヨーク２１０にシール接合されて固定されている。

また、固定接点支持絶縁基板１０５には、中央部に後述する一対の固定接触子１１１及び１１２を挿通する貫通孔１０６及び１０７が予め設定した間隔を保って形成されている。この固定接点支持絶縁基板１０５の上面側における貫通孔１０６及び１０７の周囲及び下面側における金属角筒体１０４に接触する位置にメタライズ処理が施されている。このメタライズ処理を行うには、平面上に複数の固定接点支持絶縁基板１０５を縦横に配列した状態で、貫通孔１０６及び１０７の周囲及び金属角筒体１０４に接触する位置に金属箔（例えば銅箔）を形成する。
ここで、固定接点支持絶縁基板１０５、金属角筒体１０４、上部磁気ヨーク２１０、及び後述のキャップ２３０は、封止構造を構成する。

接点機構１０１は、図１に示すように、消弧室１０２の固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通されて固定された一対の固定接触子１１１及び１１２を備えている。これら固定接触子１１１及び１１２のそれぞれは、固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通される上端に外方に突出するフランジ部を有する支持導体部１１４と、この支持導体部１１４に連結されて固定接点支持絶縁基板１０５の下面側に配設され内方側を開放したＣ字状部１１５とを備えている。

Ｃ字状部１１５は、固定接点支持絶縁基板１０５の下面に沿って外側に延長する上板部１１６と、この上板部１１６の外側端部から下方に延長する中間板部１１７と、この中間板部１１７の下端側から上板部１１６と平行に内方側すなわち固定接触子１１１及び１１２の対面方向に延長する下板部１１８とを有する。このように、Ｃ字状部１１５は、中間板部１１７及び下板部１１８で形成されるＬ字状に上板部１１６を加えたＣ字状に形成されている。

ここで、支持導体部１１４の下端面に突出形成されたピン１１４ａが、Ｃ字状部１１５の上板部１１６に形成された貫通孔１２０内に挿通されている。この状態で、支持導体部１１４とＣ字状部１１５とは、例えばろう付けによって固定されている。なお、支持導体部１１４及びＣ字状部１１５の固定は、ろう付けに限らず、ピン１１４ａを貫通孔１２０に嵌合させたり、ピン１１４ａに雄ねじを形成し、貫通孔１２０に雌ねじを形成して両者を螺合させたりしてもよい。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５にそれぞれ、アークの発生を規制する合成樹脂材製の絶縁カバー１２１が装着されている。この絶縁カバー１２１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の内周面を被覆するものである。絶縁カバー１２１は、上板部１１６及び中間板部１１７の内周面に沿うＬ字状板部１２２と、このＬ字状板部１２２の前後端部からそれぞれ上方及び外方に延長してＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の側面を覆う側板部１２３及び１２４と、これら側板部１２３及び１２４の上端から内方側に形成された固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４に形成された小径部１１４ｂに嵌合する嵌合部１２５と、を備えている。

したがって、絶縁カバー１２１が、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４の小径部１１４ｂに嵌合部１２５を対向させた状態とし、次いで、図３（ｃ）に示すように、絶縁カバー１２１を押し込むことにより、嵌合部１２５を支持導体部１１４の小径部１１４ｂに係合させる。

実際には、図４（ａ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２を取付けた後の消弧室１０２を、固定接点支持絶縁基板１０５を下側とした状態で、上方の開口部から絶縁カバー１２１を図３（ａ）〜（ｃ）とは上下逆にした状態で、固定接触子１１１及び１１２間に挿入する。次いで、図４（ｂ）に示すように、嵌合部１２５を固定接点支持絶縁基板１０５に接触させた状態で、図４（ｃ）に示すように、絶縁カバー１２１を外側に押し込むことにより、嵌合部１２５を固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４の小径部１１４ｂに係合させて固定する。
このように、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５に絶縁カバー１２１を装着することにより、このＣ字状部１１５の内周面では下板部１１８の上面側のみが露出されて接点部１１８ａとされている。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５内に両端部を配置するように可動接点部１３０が配設されている。この可動接点部１３０は後述する電磁石ユニット２００の可動鉄芯２１５に固定された軸体からなる可動支持体１３１に支持されている。この可動接点部１３０は、図１及び図５に示すように、中央部に位置する可動支持体１３１の近傍に、下方に突出する凹部１３２が形成され、この凹部１３２に可動支持体１３１を挿通する貫通孔１３３が形成されている。可動支持体１３１は、上端に外方に突出するフランジ部１３１ａが形成されている。この可動支持体１３１に対し下端側から、接触スプリング１３４に挿通し、次いで可動接点部１３０の貫通孔１３３を挿通して、接触スプリング１３４の上端をフランジ部１３１ａに当接させる。そして、この接触スプリング１３４で予め設定した付勢力を得るように、可動接点部１３０を例えばＣリング１３５によって位置決めする。

この可動接点部１３０は、釈放状態では、両端の接点部１３０ａと固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａとが予め設定した間隔を保って離間した状態となる。また、可動接点部１３０は、投入位置では、両端の接点部が固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａに、接触スプリング１３４による予め設定した接触圧で、接触するように設定されている。

さらに、消弧室１０２の金属角筒体１０４の内周面には、例えば合成樹脂製の絶縁筒体１４０が配設されている。この絶縁筒体１４０は、金属角筒体１０４の内周面に配置された角筒部１４０ａと、この角筒部１４０ａの下面側を閉塞する底板部１０４ｂとで構成されている。この絶縁筒体１４０の角筒部１４０ａにおける可動接点部１３０の側面に対向する内周面に、図５に示すように、磁石収納ポケット１４１及び１４２が形成されている。この磁石収納ポケット１４１及び１４２には、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４が挿通されて固定されている。

このアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４は、厚み方向に互いの対向面が同極例えばＮ極となるように着磁されている。また、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４は、左右方向の両端部がそれぞれ、図５に示すように、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部との対向位置より僅かに内側となるよう設定されている。そして、磁石収納ポケット１４１及び１４２の左右方向の外側にそれぞれアーク消弧空間１４５及び１４６が形成されている。

このように、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を絶縁筒体１４０の内周面側に配置することにより、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を可動接点部１３０に近接させることができる。このため、両アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４のＮ極側から出る磁束φが、図６（ａ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａとの対向部を左右方向に内側から外側に大きな磁束密度で横切ることになる。

したがって、固定接触子１１１を電流供給源に接続し、固定接触子１１２を負荷側に接続するものとすると、投入状態の電流の方向は、図６（ｂ）に示すように、固定接触子１１１から可動接点部１３０を通じて固定接触子１１２に流れることになる。そして、投入状態から可動接点部１３０を固定接触子１１１及び１１２から上方に離間させて釈放状態とする場合に、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａとの間にアークが発生する。

このアークは、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４からの磁束φにより、アーク消弧用永久磁石１４３側のアーク消弧空間１４５側に引き伸ばされる。このとき、アーク消弧空間１４５及び１４６はアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の厚み分広く形成されているので、長いアーク長をとることができ、アークを確実に消弧することができる。

因みに、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁筒体１４０の外側に配置する場合には、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａとの対向位置までの距離が長くなり、本実施形態と同一の永久磁石を適用した場合に、アークを横切る磁束密度が少なくなる。
このため、投入状態から釈放状態に移行する際に発生するアークに作用するローレンツ力が小さくなり、アークを十分に引き伸ばすことができなくなる。アークの消弧性能を向上させるために、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の着磁量を増加させる必要がある。

しかも、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を固定接触子１１１及び１１２と可動接点部１３０の接点部との距離を短くするためには絶縁筒体１４０の前後方向の奥行きを狭くする必要があり、アークを消弧するための十分なアーク消弧空間を確保することができないという問題点がある。
しかしながら、上記実施形態によると、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を絶縁筒体１４０の内側に配置するので、上述した絶縁筒体１４０の外側にアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を配置する場合の問題点を全て解決することができる。

電磁石ユニット２００は、図１に示すように、可動支持体１３１に一端部側を連結して該可動支持体１３１の駆動方向に沿った方向に軸を向けた可動鉄芯２１５と、上記可動鉄芯２１５の軸方向他端部側に当該可動鉄芯２１５と同軸に配置されて当該可動鉄芯２１５から離れる方向に延びる固定鉄芯２０３と、少なくとも固定鉄芯２０３の外周側に配置される励磁コイル２０８と、を備える。また、電磁石ユニット２００は、図１に示すように、側面から見て扁平なＵ字形状の磁気ヨーク２０１を有する。

この磁気ヨーク２０１の底板部２０２の中央部に固定鉄芯２０３が立設状態で固定されている。固定鉄芯２０３は、柱状の固定鉄芯本体２０３ａと、その固定鉄芯本体２０３ａの上部に形成された上方に開口した有底筒状の有底凹部２０３ｂとからなる。有底筒状の有底凹部２０３ｂが有底凹部を形成する。上記固定鉄芯本体２０３ａは、下端面を磁気ヨーク２０１の底板部２０２の中央部上面に接触させた状態で上方に延在している。上記有底筒状の有底凹部２０３ｂは、内部に可動鉄芯２１５の下端部を挿入可能となっている。

この固定鉄芯２０３の外側にプランジャ駆動部としてのスプール２０４が配置されている。このスプール２０４は、固定鉄芯２０３を挿通する中央円筒部２０５と、この中央円筒部２０５の下端部から半径方向外方に突出する下フランジ部２０６と、中央円筒部２０５の上端より僅かに下側から半径方向外方に突出する上フランジ部２０７とで構成されている。そして、中央円筒部２０５、下フランジ部２０６及び上フランジ部２０７で構成される収納空間に励磁コイル２０８が巻装されている。

そして、磁気ヨーク２０１の開放端となる上端間に上部磁気ヨーク２１０が固定されている。この上部磁気ヨーク２１０は、中央部にスプール２０４の中央円筒部２０５に対向する貫通孔２１０ａが形成されている。
そして、スプール２０４の中央円筒部２０５の上部位置に、可動鉄芯２１５が上下に摺動可能に配設されている。その可動鉄芯２１５の下端面には、復帰スプリング２１４の上部が同時に取付けられている。この可動鉄芯２１５には、上部磁気ヨーク２１０から上方に突出する上端部位置に、半径方向外方に突出する周鍔部２１６が形成されている。

また、上部磁気ヨーク２１０の上面に、環状に形成された永久磁石２２０が固定されている。この永久磁石２２０は、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６を囲むように配置されている。この永久磁石２２０は、周鍔部２１６を囲む貫通孔２２１を有する。この永久磁石２２０は上下方向すなわち厚み方向に上端側を例えばＮ極とし、下端側をＳ極とするように着磁されている。なお、永久磁石２２０の貫通孔２２１の形状は周鍔部２１６の形状に合わせた形状とし、外周面の形状は円形、方形等の任意の形状とすることができる。

そして、永久磁石２２０の上端面に、永久磁石２２０と同一外形で可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の外径より小さい内径の貫通孔２２４を有する補助ヨーク２２５が固定されている。この補助ヨーク２２５の下面に可動鉄芯２１５の周鍔部２１６が対向されている。
ここで、永久磁石２２０の厚みＴは、図８に示すように、可動鉄芯２１５のストロークＬと可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の厚みｔとを加算した値（Ｔ＝Ｌ＋ｔ）に設定されている。したがって、可動鉄芯２１５のストロークＬは、永久磁石２２０の厚みＴで規制される。このため、可動鉄芯２１５のストロークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。

また、可動鉄芯２１５のストロークＬを永久磁石２２０の厚みＴと周鍔部２１６の厚みｔのみで決定することができ、ストロークＬのバラツキを最小化することができる。特に、小型の電磁接触器でストロークが小さい場合により効果的である。
また、永久磁石２２０を環状に形成したので、特許文献１に記載されているように永久磁石を左右対象に２つ配置する場合に比較して、部品点数が少なくなってコストダウンが図れる。また、永久磁石２２０に成形した貫通孔２２１の内周面近傍に可動鉄芯２１５の周鍔部２１６が配置されるため、永久磁石２２０で生じる磁束を通す閉回路に無駄がなく、漏れ磁束が少なくなり、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。

また、可動鉄芯２１５の上端面には可動接点部１３０を支持する可動支持体１３１が螺着されている。
そして、釈放状態では、可動鉄芯２１５が復帰スプリング２１４によって上方に付勢されて、周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接する釈放位置となる。この状態で、可動接点部１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に離間して、電流遮断状態となっている。
この釈放状態では、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６が永久磁石２２０の磁力によって補助ヨーク２２５に吸引されており、復帰スプリング２１４の付勢力と相まって可動鉄芯２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下方に移動することなく補助ヨーク２２５に当接された状態が確保される。

また、釈放状態では、図９に示すように、ギャップｇ１、ギャップｇ２、ギャップｇ３、ギャップｇ４と関係が以下のように設定されている。ここで、ギャップｇ１は、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップである。ギャップｇ２は、可動鉄芯２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａとの間のギャップである。ギャップｇ３は、可動鉄芯２１５の外周面と固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの内壁面との間のギャップである。ギャップｇ４は、可動鉄芯２１５の下面と固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの底面とのギャップｇ４である。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＜ｇ４

このように設定すると、釈放状態から励磁コイル２０８を励磁したときに、図９に示すように、可動鉄芯２１５から周鍔部２１６を通り、周鍔部２１６と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１を通って上部磁気ヨーク２１０に達する。この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通って固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの内壁面を通って可動鉄芯２１５に至る閉磁路が形成される。

このため、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動鉄芯２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して下降させる。
したがって、この可動鉄芯２１５に可動支持体１３１を介して連結されている可動接点部１３０の接点部１３０ａを固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触されて固定接触子１１１から可動接点部１３０を通じて固定接触子１１２に向かう電流路が形成されて投入状態となる。

この投入状態となると、図１０に示すように、可動鉄芯２１５の下端面が、固定鉄芯２０３のリング部２０３ｂの底面に近づくので、前述した各ギャップｇ１〜ｇ４が下記のようになる。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＞ｇ４
このため、励磁コイル２０８によって発生される磁束が、図１０に示すように、可動鉄芯２１５から周鍔部２１６を通って直接上部磁気ヨーク２１０に入り、この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通り、その底板部２０２から固定鉄芯本体２０３ａを通じ有底凹部２０３ｂの底面から可動鉄芯２１５に戻る閉磁路が形成される。

このため、ギャップｇ１及びギャップｇ４の双方で大きな吸引力が作用して可動鉄芯２１５が下降位置に確実に保持される。したがって、可動鉄芯２１５に可動支持体１３１を介して連結された可動接点部１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａへの接触状態が継続される。
そして、可動鉄芯２１５の少なくとも下端部側が、非磁性体製で上方が開放された有底筒状に形成されたキャップ２３０で覆われている。このキャップ２３０は、通常、深絞りで薄肉に成形される。
上記キャップ２３０の底部側は、上記固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂ内に嵌め込むようにして挿入されている。これによって、可動鉄芯２１５の下端部側は、図１に示すように、上記固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂ内に当該キャップを介して近接した状態となっている。

また、上記キャップ２３０の開放端に半径方向外方に延長して形成されたフランジ部２３１が上部磁気ヨーク２１０の下面にシール接合されている。これによって、消弧室１０２及びキャップ２３０が上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａを介して連通される密封容器（封止構造）が形成されている。そして、消弧室１０２及びキャップ２３０で形成される密封容器内に水素ガス、窒素ガス、水素及び窒素の混合ガス、空気、ＳＦ6等のガスが封入されている。これによって、可動鉄芯２１５は、上記密封容器内に位置する。
もっとも、消弧室１０２及びキャップ２３０で密封容器を構成し、この密封容器内にガスを封入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、遮断する電流が低い場合にはガス封入を省略するようにしてもよい。

（動作）
次に、上記実施形態の電磁接触器の動作を説明する。
今、固定接触子１１１が例えば大電流を供給する電力供給源に接続され、固定接触子１１２が負荷に接続されているものとする。
この状態で、電磁石ユニット２００における励磁コイル２０８が非励磁状態にあって、電磁石ユニット２００で可動鉄芯２１５を下降させる励磁力を発生していない釈放状態にあるものとする。この釈放状態では、可動鉄芯２１５は、復帰スプリング２１４によって、上部磁気ヨーク２１０から離れる上方向に付勢される。これと同時に、永久磁石２２０の磁力による吸引力が補助ヨーク２２５に作用されて、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６が吸引される。このため、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接している。

このため、可動鉄芯２１５に可動支持体１３１を介して連結されている接点機構１０１の可動接点部１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に予め設定した距離だけ離間している。このため、固定接触子１１１及び１１２間の電流路が遮断状態にあり、接点機構１０１が開極状態となっている。
このように、釈放状態では、可動鉄芯２１５に復帰スプリング２１４による付勢力と環状永久磁石２２０による吸引力との双方が作用しているので、可動鉄芯２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下降することがなく、誤動作を確実に防止することができる。

この釈放状態から、電磁石ユニット２００の励磁コイル２０８を励磁すると、この電磁石ユニット２００で励磁力を発生させて、可動鉄芯２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して下方に押し下げる。
このとき、図９に示すように、可動鉄芯２１５の底面と固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの底面との間のギャップｇ４が大きく、このギャップｇ４を通る磁束は殆どない。

しかしながら、可動鉄芯２１５の下部外周面には固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの内壁面が対向しており、この固定鉄芯２０３との間のギャップｇ３がギャップｇ４に比較して小さく設定されている。このため、可動鉄芯２１５及び磁気ヨーク２０１の底板部２０２間には、図９に示すように、固定鉄芯２０３有底凹部２０３ｂの内壁面を通じて磁路が形成される。

さらに、可動鉄芯２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａの内周面との間ギャップｇ２に比較して可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１が小さく設定されている。このため、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間の磁束密度が大きくなり、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６を吸引する大きな吸引力が作用する。

したがって、可動鉄芯２１５が復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して速やかに下降する。これにより、可動鉄芯２１５の下降が、図１０に示すように、周鍔部２１６の下面が上部磁気ヨーク２１０の上面に当接することにより停止される。
このように、可動鉄芯２１５が下降することにより、可動鉄芯２１５に可動支持体１３１を介して連結されている可動接点部１３０も下降し、その接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触スプリング１３４の接触圧で接触する。

このため、外部電力供給源の大電流が固定接触子１１１、可動接点部１３０、及び固定接触子１１２を通じて負荷に供給される閉極状態となる。
このとき、固定接触子１１１及び１１２と可動接点部１３０との間に可動接点部１３０を開極させる方向の電磁反発力が発生する。
しかしながら、固定接触子１１１及び１１２は、図１に示すように、上板部１１６、中間板部１１７及び下板部１１８によってＣ字状部１１５が形成されているので、上板部１１６とこれに対向する可動接点部１３０とで逆方向の電流が流れることになる。

このため、Ｃ字状部１１５の下板部１１８が形成する磁界と可動接点部１３０に流れる電流の関係からフレミング左手の法則により可動接点部１３０を固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに押し付けるローレンツ力を発生することができる。
このローレンツ力によって、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａ間に発生する開極方向の電磁反発力に抗することが可能となり、可動接点部１３０の接点部１３０ａが開極することを確実に防止することができる。

この接点機構１０１の閉極状態から、負荷への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット２００の励磁コイル２０８の励磁を停止する。
これによって、電磁石ユニット２００で可動鉄芯２１５を下方に移動させる励磁力がなくなる。したがって、可動鉄芯２１５が復帰スプリング２１４の付勢力によって上昇し、周鍔部２１６が補助ヨーク２２５に近づくに従って環状永久磁石２２０の吸引力が増加する。

この可動鉄芯２１５が上昇することにより、可動支持体１３１を介して連結された可動接点部１３０が上昇する。これに応じて接触スプリング１３４で接触圧を与えている間は可動接点部１３０が固定接触子１１１及び１１２に接触している。その後、接触スプリング１３４の接触圧がなくなった時点で可動接点部１３０が固定接触子１１１及び１１２から上方に離間する開極開始状態となる。

この開極開始状態となると、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａとの間にアークが発生し、このアークによって電流の通電状態が継続される。
このとき、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７を覆う絶縁カバー１２１が装着されているので、アークが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接点部１３０の接点部１３０ａとの間のみに発生させることができる。このため、アークの発生状態を安定させることができ、消弧性能を向上させることができる。

また、電磁石ユニット２００については、可動鉄芯２１５が補助ヨーク２２５に接触する上方の釈放位置にあって、周鍔部２１６と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１が大きい釈放状態で、励磁コイル２０８を励磁したときに、Ｕ字状の磁気ヨーク２０１から固定鉄芯２０３を通って可動鉄芯２１５に至る磁路が形成される。このため、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動鉄芯２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して速やかに下降させることができる。

そして、投入状態となると、可動鉄芯２１５の下端面が固定鉄芯２０３の有底凹部２０３ｂの底面に近づくので、各ギャップｇ１〜ｇ４がｇ１＜ｇ２且つｇ３＞ｇ４となる。このため、励磁コイル２０８によって発生される磁束が、可動鉄芯２１５から周鍔部２１６を通って直接上部磁気ヨーク２１０に入り、この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通り、その底板部２０２から固定鉄芯本体２０３ａを通り、更に有底凹部２０３ｂの底面から直接可動鉄芯２１５に戻る閉磁路が形成される。

このため、ギャップｇ１及びギャップｇ４の双方で大きな吸引力が作用して可動鉄芯２１５を下降位置に確実に保持することができる。
また、可動鉄芯２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０を上部磁気ヨーク２１０上に配置し、その上面に補助ヨーク２２５を形成したので、１つの環状永久磁石２２０で可動鉄芯２１５の周鍔部２１６を吸引する吸引力を発生することができる。このため、釈放状態における可動鉄芯２１５の固定を環状永久磁石２２０の磁力と復帰スプリング２１４の付勢力とで行うことができるので、誤動作衝撃に対する保持力を向上させることができる。

また、復帰スプリング２１４の付勢力を低下させることができ、接触スプリング１３４及び復帰スプリング２１４によるトータル負荷を低減させることができる。したがって，トータル負荷の低下分に応じて励磁コイル２０８で発生する吸引力を低下させることが可能となり、励磁コイル２０８の起磁力を減少させることができる。このため、スプール２０４の軸方向長さを短くすることができ、電磁石ユニット２００の可動鉄芯２１５の可動方向の高さを低くすることができる。

このように、接点装置１００及び電磁石ユニット２００の双方で可動鉄芯２１５の可動方向の高さを低くすることができるので、電磁接触器１０の全体構成を特許文献１に記載の従来例に比較して大幅に短縮することができ、小型化を図ることができる。
さらに、環状永久磁石２２０の内周面内に可動鉄芯２１５の周鍔部２１６を配置することにより、環状永久磁石２２０から生じる磁束を通す閉磁路に無駄がなく、漏れ磁束を少なくして永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。

また、可動鉄芯２１５の周鍔部２１６を上部磁気ヨーク２１０と環状永久磁石２２０の上面に形成した補助ヨーク２２５との間に配置したので、可動鉄芯２１５のストロークを環状永久磁石２２０の厚みと可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の厚みとで調整することができる。このため、可動鉄芯２１５のストークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。しかも、可動鉄芯２１５のストローク調整を環状永久磁石２２０の厚み及び可動鉄芯２１５の周鍔部２１６の厚みのみで行うので、ストロークのバラツキを極小化することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態の電磁接触器１０では、次のような効果を奏する。
（１）電磁石ユニット２００は、可動支持体１３１に一端部側を連結して該可動支持体１３１の駆動方向に沿った方向に軸を向けた可動鉄芯２１５と、上記可動鉄芯２１５の軸方向他端部側に当該可動鉄芯２１５と同軸に配置されて当該可動鉄芯２１５から離れる方向に延びる固定鉄芯２０３と、少なくとも固定鉄芯２０３の外周側に配置される励磁コイル２０８と、を備える。そして、上記固定鉄芯２０３の可動鉄芯２１５側端部には、上記固定接点部１１８ａと可動接点部１３０とが接触した状態で上記可動鉄芯２１５の他端部側を予め設定した長さだけ挿入可能な筒状の有底凹部２０３ｂが形成されている。

ここで、固定鉄芯２０３の固定鉄芯本体２０３ａの長さは、可動鉄芯２１５の長さの１／３以上、好ましくは可動鉄芯２１５の長さ以上とすることが好ましい。励磁コイル２０８の軸方向長さが長くなるほど、可動鉄芯２１５の長さに対する固定鉄芯２０３の長さを長く設定することが好ましい。
この構成によれば、磁路を形成するための固定鉄芯２０３が可動鉄芯２１５の下方に配置される。この結果、可動鉄芯２１５に対する吸引力を増加するために励磁コイル２０８の巻線スペースを拡大して励磁コイル２０８の軸方向長さが長くなっても、その励磁コイル２０８の軸方向長さが長くなった分だけ固定鉄芯２０３を配置することで、可動鉄芯２１５の軸方向長さを長くする必要がない。

吸引力増加のために、励磁コイル２０８に流す電流を増加させると、コイルの発熱量増大でコイル温度が高くなる。このために吸引力を増加する際には励磁コイル２０８の巻数を増加する必要がある。
ここで、可動鉄芯２１５の軸方向長さを長く設定すると、その分、ストロークする可動鉄芯２１５が重くなることで、接点バウンス時間の増幅に繋がる可能性がある。

また、上記固定鉄芯２０３の可動鉄芯２１５側に有底凹部２０３ｂを形成して、可動鉄芯２１５の他端部側を挿入する構成とすることで、釈放時に固定鉄芯２０３に対して可動鉄芯２１５が離れる方向にストロークしても、有底凹部２０３ｂの内壁面と可動鉄芯２１５の外周面との間のギャップは変化しないことから、可動鉄芯２１５の可動に伴う可動鉄芯２１５を通る磁束の減少を抑制出来る。この結果、コイル励磁の際の可動鉄芯２１５の吸引力を低下することを抑えることが可能となる。
ここで、予め設定した長さは、釈放状態における、有底凹部２０３ｂの内壁面と可動鉄芯２１５の外周面との対向面積が、可動鉄芯２１５の下端面以上となる値に設定すればよい。

（２）可動鉄芯２１５における少なくとも延在方向他端部側の外周を覆うようにして当該可動鉄芯２１５と同軸に配置された有底筒体からなるキャップ２３０を有し、少なくとも上記固定接点部１１８ａ、可動接点部１３０、及び可動鉄芯２１５を内部に封止する封止構造を有する。そして、上記キャップ２３０が上記可動鉄芯２１５の延在方向他端部と上記有底凹部２０３ｂ内面との間に介在する。

この構成によれば、上記有底凹部２０３ｂ内面に沿って上記キャップ２３０が配置されることで、封止構造内に可動鉄芯２１５を配置しても、上記（１）に記載した効果を得ることが可能となる。
特に、固定鉄芯２０３の上部をリンク状の有底凹部２０３ｂにすることで、上記封止構造を構成するキャップ２３０を嵌め込むだけで、簡易に、封止構造内の可動鉄芯２１５と固定鉄芯２０３との磁路を形成可能となる。

また、励磁コイル２０８の軸方向長さが長くなっても、固定鉄芯２０３の長さを調整することで対応可能となる。すなわち、可動鉄芯２１５を封止構造内に配置する構成の場合、励磁コイル２０８の軸方向長さの変更に応じて可動鉄芯２１５の長さを変更すると、上記封止構造を構成するキャップ２３０も変更する必要がある。特に可動鉄芯２１５の長さを長くすることに応じてキャップ２３０の深さも深くしようとすることを想定すると、キャップ２３０は通常絞り加工で製造されるため当該キャップ２３０の加工が難しくなる可能性がある。

（３）上方が開放した磁気ヨーク２０１の底面に対し、上記固定鉄芯２０３の可動鉄芯２１５側とは反対側の端面を接触状態とする。
固定鉄芯２０３と磁気ヨーク２０１との間に空隙が発生すると、接点閉磁路を形成したときに、可動鉄芯２１５の保持力が低下する。これに対して、固定鉄芯２０３の下端面を磁気ヨークに接触状態とすることで、上記保持力を低下を抑えることが可能となる。
（４）図１１に示すように、上記固定鉄芯２０３の下端面位置を上記磁気ヨークにねじ締結する。
ねじで締結することで、確実に固定鉄芯２０３の下端面を磁気ヨークに接触状態で固定することが出来る。

（５）または、図１２に示すように、上記固定鉄芯２０３を上記磁気ヨークにかしめによって固定する。すなわち、底部２０２にかしめ用の貫通穴２０２ｂを形成し、固定鉄芯２０３の下端面に上記貫通穴２０２ｂに圧入可能な突起部２０３ｃを形成する。そして、上記突起部２０３ｃを貫通穴２０２ｂに圧入してかしめることで、固定鉄芯２０３を磁気ヨークに固定する。
これによって、確実に固定鉄芯２０３の下端面を磁気ヨークに接触状態で固定することが出来る。また、ねじを使用する場合に比べて、部品点数の増加を抑えることが出来る。
ここで、上記固定鉄芯２０３の固定方法は、ねじ締結やかしめに限定されない。スプール２０４に形成した段差部分で、固定鉄芯２０３を下方に押し付ける事でも、上方が開放した磁気ヨーク２０１の底面に対し、上記固定鉄芯２０３の可動鉄芯２１５側とは反対側の端面を接触状態とすることは可能である。

（６）固定鉄芯２０３は、図１３に示すように、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯との２部品で構成し、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯の上端面側の部分とによって上記有底凹部２０３ｂを形成するようにしても良い。
この構成によれば、固定鉄芯２０３を形状が簡易な部品からなって、部品調達が容易となる。また、固定鉄芯２０３の長さを変更する場合であっても、円柱形の鉄芯の部品だけを変更すればよいので汎用性が向上する。

１０ 電磁接触器
１００ 接点装置
１０１ 接点機構
１０２ 消弧室
１０４ 金属角筒体
１０５ 固定接点支持絶縁基板
１１４ 支持導体部
１１５ Ｃ字状部
１１６ 上板部
１１８ａ 固定接点部
１２２ Ｌ字状板部
１３０ 可動接点部
１３１ 可動支持体
１３４ 接触スプリング
１４０ 絶縁筒体
１４３ アーク消弧用永久磁石
２００ 電磁石ユニット
２０１ 磁気ヨーク
２０２ キャップ
２０３ 固定鉄芯
２０３ａ 固定鉄芯本体
２０３ｂ 有底凹部
２０３ｃ 突起部
２０８ 励磁コイル
２１０ 上部磁気ヨーク
２１４ 復帰スプリング
２１５ 可動鉄芯

Claims (6)

1. 固定接点部と、その固定接点部と接離可能に対向配置する可動接点部と、上記可動接点部を支持する可動支持体と、上記可動支持体を駆動して上記可動接点部を上記固定接点部に対し進退させる電磁石ユニットと、を備え、
   上記電磁石ユニットは、可動支持体に一端部側を連結して該可動支持体の駆動方向に沿った方向に軸を向けた可動鉄芯と、上記可動鉄芯の軸方向他端部側に当該可動鉄芯と同軸に配置されて当該可動鉄芯から離れる方向に延びる固定鉄芯と、少なくとも固定鉄芯の外周側に配置される励磁コイルと、を備え、
   上記固定鉄芯の可動鉄芯側端部には、上記固定接点部と可動接点部とが接触した状態で上記可動鉄芯の他端部側を予め設定した長さだけ挿入可能な筒状の有底凹部が形成されていることを特徴とする電磁接触器。
2. 上記可動鉄芯における少なくとも延在方向他端部側の外周を覆うようにして当該可動鉄芯と同軸に配置された有底筒体からなるキャップを有して、少なくとも上記固定接点部、可動接点部、及び可動鉄芯を内部に封止する封止構造を有し、
   上記キャップが上記可動鉄芯の延在方向他端部と上記有底凹部内面との間に介在することを特徴とする請求項１に記載した電磁接触器。
3. 上記電磁石ユニットは、可動鉄芯の延在方向他端部の端面と上記固定鉄芯を挟んで対向配置された底側の磁気ヨークを備え、
   その磁気ヨークに上記固定鉄芯の可動鉄芯とは反対側の端面を接触状態とする固定状態形成部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した電磁接触器。
4. 上記固定状態形成部は、上記固定鉄芯を上記磁気ヨークにねじ締結することで構成されることを特徴とする請求項３に記載した電磁接触器。
5. 上記固定状態形成部は、上記固定鉄芯を上記磁気ヨークにかしめによって固定することで構成されることを特徴とする請求項３に記載した電磁接触器。
6. 上記固定鉄芯は、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯と２部品で構成され、筒体形状の鉄芯と円柱形の鉄芯の一端部側の端面部によって上記有底凹部を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載した電磁接触器。

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