JP2015056230A - 封止接点装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収納容器の劣化を抑制した封止接点装置を提供する。【解決手段】封止接点装置１は、固定接点２と、可動接点３と、収納容器と、保護層８とを備える。可動接点３は、固定接点２に接触する位置と固定接点２から離れる位置との間で移動する。本実施形態の収納容器は、ケース５と、連結体７と、第２継鉄４２ｃと、筒体６を備える。収納容器は、固定接点２及び可動接点３を収納する密閉された収納空間１０を有する。保護層８は、収納容器の外表面の少なくとも一部の上に形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、封止接点装置に関する。

従来、密閉された接点室に収容され電流駆動部によって駆動される固定接点及び可動接点と、接点室から引き出された端子を備えた電磁継電器があった（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電磁継電器では、上側樹脂筒状体と下側樹脂筒状体とで接点室が密閉されている。上側樹脂筒状体は下端開口筒状に形成されていて、上側樹脂筒状体の内周面が下側樹脂筒状体の外周面に密着することによって、両筒状体の内部に設けられた接点室が密閉される。電磁継電器は、上側樹脂筒状体及び下側樹脂筒状体が接点室を密閉して接点室に湿気等が入ることを抑制している。

特開２００２−２４５９１６号公報

特許文献１に記載された電磁継電器がオン状態からオフ状態になるとき、可動接点と固定接点との間にアークが発生する可能性がある。アークが発生すると、アークの熱衝撃及び気体の熱膨張による内圧上昇によって、接点室が劣化する可能性があった。

本発明は上記課題に鑑みて為されており、その目的とするところは、収納容器の劣化を抑制した封止接点装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の封止接点装置は、固定接点と、前記固定接点に接触する位置と前記固定接点から離れる位置との間で移動自在に設けられた可動接点と、前記固定接点及び前記可動接点を収納する密閉された収納空間を有する収納容器と、前記収納容器の外表面の少なくとも一部の上に形成された保護層とを備える。

この発明において、前記保護層は、前記収納容器の前記外表面の全面に形成されたことも好ましい。

この発明において、前記収納容器には、弾性変形することによって前記収納空間の内圧上昇を緩和する緩衝部が設けられ、前記保護層は、前記緩衝部を除いた前記収納容器の前記外表面の少なくとも一部の上に形成されたことも好ましい。

この発明において、前記保護層は、前記緩衝部を除いた前記収納容器の前記外表面の全面に形成されたことも好ましい。

この発明において、前記収納容器の外表面には、前記可動接点の移動方向において、前記可動接点と前記固定接点との間に位置する部位に前記保護層が形成されたことも好ましい。

この発明において、多原子分子によって構成された気体を前記収納空間に有することも好ましい。

本発明によれば、保護層が収納容器の外表面に形成されることにより収納容器と保護層を含む部分の熱容量が大きくなるので、可動接点と固定接点とが開閉する際にアークが発生しても、熱衝撃による収納容器の劣化が抑制される。また収納容器の外表面に形成された保護層は、アークが発生して気体が熱膨張しても収納容器の外側への変形を抑制するため、収納容器の劣化が抑制される。

本実施形態における封止接点装置の断面図である。 同上の要部の成型方法を説明する断面図である。 他の実施形態の要部断面図である。

以下に、本実施形態の封止接点装置について、図１〜図２を参照して説明する。以下の説明では図１に示す向きを基準として上下左右の方向を規定して説明するが、実際の使用状態での方向を限定する趣旨ではない。

本実施形態の封止接点装置１は、図１に示すように、固定接点２と、可動接点３と、収納容器（本実施形態では、ケース５と、連結体７と、第２継鉄４２ｃと、筒体６を備える）と、保護層８とを備えている。

本実施形態では、封止接点装置１と、封止接点装置１が備える固定接点２と可動接点３を開閉させる電磁石装置からなる駆動部４とを備えた電磁リレーについて説明する。この電磁リレーは、例えば電気自動車に搭載され、高容量の直流電流を遮断する用途に用いられる。尚、封止接点装置１の用途は電磁リレーに限定されず、封止接点装置１は手動で接点を開閉させるスイッチや、ブレーカ等にも適用が可能である。

駆動部４は、コイル４１と、コイルボビン４３と、継鉄４２とを有する。

コイルボビン４３は、例えば合成樹脂により形成されていて、両端が開口している中空の円筒部４３ｂを有し、円筒部４３ｂの両端にはそれぞれ矩形板状の鍔部４３ａが設けられている。円筒部４３ｂにはコイル４１が巻きつけられている。コイル４１の両端には、コイル４１に電流を流すためのリード線（図示せず）がそれぞれ接続されている。コイルボビン４３の円筒部４３ｂの内側には、非磁性材料で形成された筒体６が挿入される。

継鉄４２は、第１継鉄４２ａと第２継鉄４２ｃとで構成される。

第１継鉄４２ａは、例えば軟鉄等の磁性材料の板材をＵ字型に折り曲げて形成されている。第１継鉄４２ａの中央片４２ｂはコイルボビン４３の下側の鍔部４３ａに当接し、第１継鉄４２ａの左右の側片はコイルボビン４３の側面を覆っている。第２継鉄４２ｃは例えば軟鉄等の磁性材料により矩形板状に形成され、第１継鉄４２ａの左右の側片に結合されている。第２継鉄４２ｃの下面は、コイルボビン４３の上側の鍔部４３ａに当接する。第１継鉄４２ａの中央片４２ｂには、円筒部４３ｂに挿入された筒体６を通すための保持孔４２ｅが設けられている。第２継鉄４２ｃには、円筒部４３ｂと同軸の貫通孔４２ｄが設けられている。

筒体６は、上側の開口部に鍔部６ａを有する有底円筒状に形成されており、鍔部６ａは、筒体６が第２継鉄４２ｃの貫通孔４２ｄと同軸となる位置で第２継鉄４２ｃの下側面にろう付けされている。筒体６の底部は、中央片４２ｂに設けられた保持孔４２ｅに挿入される。筒体６内には、固定鉄心４６と可動鉄心４４と復帰ばね４５とが収納されている。

固定鉄心４６は、外径が筒体６の内径よりもやや小さい円筒状に形成されている。固定鉄心４６の上側面は第２継鉄４２ｃの下側面に接している。固定鉄心４６には、固定鉄心４６と同心の孔４６ｂが設けられていて、駆動軸４７が軸方向（上下方向）に沿って移動自在な状態で孔４６ｂに挿入されている。孔４６ｂは、下側部分の内径が上側部分の内径よりも大きい段付き孔となっている。孔４６ｂの下側の大径部分４６ａには、復帰ばね４５が収納されており、復帰ばね４５の内側には駆動軸４７が挿入されている。

可動鉄心４４は、外径が筒体６の内径よりもやや小さい円筒状に形成されている。可動鉄心４４には駆動軸４７が連結されており、可動鉄心４４は固定鉄心４６と筒体６の底部との間を筒体６の軸方向に沿って移動自在に配置されている。尚、駆動軸４７は、第２継鉄４２ｃの貫通孔４２ｄと、孔４６ｂと、復帰ばね４５の内側を通されて孔４４ａに挿入された状態で、可動鉄心４４に固定されている。復帰ばね４５は、可動鉄心４４と固定鉄心４６とに挟まれてやや圧縮された状態で孔４６ｂの大径部分４６ａ内に配置されているため、可動鉄心４４は復帰ばね４５のばね力によって下方向に押し下げられている。

保持部４９は、左右方向の両端面が開口した矩形筒状に形成されていて、中空内部に可動接触子３ａと接圧ばね４８とを保持している。保持部４９の底板４９ａの下側面からは駆動軸４７が下方向に突出し、底板４９ａの上側面には凸部４９ｂが設けられている。

接圧ばね４８は、底板４９ａと可動接触子３ａとの間に取り付けられる。接圧ばね４８の下端部には凸部４９ｂが挿入されていて、接圧ばね４８の上端部には、可動接触子３ａの下側面に設けられた凸部３ｂが挿入されている。接圧ばね４８は、圧縮された状態で底板４９ａと可動接触子３ａとに挟まれており、接圧ばね４８のばね力で可動接触子３ａが保持部４９に押し付けられることで可動接触子３ａ及び接圧ばね４８が保持部４９から外れないようにしている。

可動接触子３ａは導電材料からなる長細の矩形板状に形成されており、可動接触子３ａの上側面の左右両端部にはそれぞれ可動接点３が設けられている。可動接触子３ａは、上下方向に移動自在な状態で保持部４９に保持されている。可動接触子３ａは、接圧ばね４８によって保持部４９の天板４９ｃに押し付けられている。

第２継鉄４２ｃの上面には、連結体７を介してケース５が取り付けられる。ケース５は、例えばセラミック等の耐熱性材料からなり下面が開口した箱状に形成されている。ケース５の上面部５ａには、２個の固定端子２ａが、上面部５ａを貫通するようにして固定されており、固定端子２ａと上面部５ａとの隙間は適宜の方法で塞がれている。２個の固定端子２ａの下面にはそれぞれ固定接点２が設けられている。

連結体７（緩衝部）は金属材料からなり、弾性変形によって伸縮自在な矩形筒状に形成されている。連結体７の上側の開口部は全周に渡ってケース５にろう付けされていて、連結体７の下側の開口部は全周に渡って第２継鉄４２ｃにろう付けされている。第２継鉄４２ｃの貫通孔４２ｄの周りには、筒体６がろう付けされているので、ケース５と、連結体７と、第２継鉄４２ｃと、筒体６とで構成される収納容器の内側の収納空間１０は密閉されている。収納空間１０内に固定接点２及び可動接点３と、保持部４９とが収納される。

ケース５の外表面の全面（側壁５ｃ及び上面部５ａのそれぞれの外表面）には、保護層８が形成されている。保護層８は、樹脂材料（例えばポリスルホンやＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等）からなりケース５の外表面にケース５と一体に形成されている。保護層８は例えば以下のような方法で形成される。図２に示すように、ケース５を上下逆にし、型枠２０の底部の孔２１から固定端子２ａが外に出るようにケース５を型枠２０の内側に配置する。そして、型枠２０とケース５との隙間に樹脂材料を流し込み、樹脂材料を硬化させることによって保護層８を形成する。尚、保護層８を形成する樹脂材料の熱伝導率は、例えばポリスルホンでは約６２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］，ＦＲＰでは６〜８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度であるが、保護層８を形成する樹脂材料は、ポリスルホンやＦＲＰに限定される趣旨ではない。

収納空間１０には、多原子分子によって構成されたガス９（例えばＳＦ_６，ＣＯ_２等）が充填されている。収納空間１０をガス９で満たすことにより、収納空間１０の熱容量が大きくなるので、接点の開閉時に発生するアークによって収納空間１０内の温度が上昇してもガス９が膨張しにくくなり、収納空間１０の内圧上昇が抑えられる。

次に、駆動部４が可動接点３と固定接点２とを開閉する動作について説明する。

コイル４１に電流が流れていない状態では、復帰ばね４５のばね力によって可動鉄心４４は下側に移動した状態となり、可動鉄心４４に駆動軸４７を介して連結された保持部４９は下側に移動した状態となる。これにより、固定接点２と可動接点３とは開極した状態となり、２個の固定端子２ａの間はオフ状態となる。

コイル４１に電流が流れると、可動鉄心４４が固定鉄心４６に吸引され、復帰ばね４５を圧縮させながら上方に移動する。可動鉄心４４が上方向に移動すると、保持部４９とともに可動接触子３ａが上方向に移動し、可動接点３が固定接点２に接触して２個の固定端子２ａの間がオン状態となる。

ところで、コイル４１に通電されていない状態において、固定鉄心４６の下側面から可動鉄心４４の上側面までの間隔は、可動接点３と固定接点２との間隔よりも大きくなるように各部の寸法が設定されている。そのため、コイル４１に通電した際に、可動接点３が固定接点２に接触した後も可動鉄心４４は固定鉄心４６に接するまで上方向に移動し、保持部４９は更に上方向に移動するから、接圧ばね４８が圧縮され、接圧ばね４８のばね力で接点間の接圧が確保される。

一方、コイル４１への通電を停止すると、可動鉄心４４に働く磁力が失われ、可動鉄心４４は復帰ばね４５により下方向に押し下げられる。可動鉄心４４が下方向に押し下げられると、保持部４９が下方向へ移動し、可動接点３が固定接点２から引き離され、２個の固定端子２ａの間がオフ状態になる。

ここで、可動接点３が固定接点２から引き離される時にアークが発生する可能性がある。
アークが発生すると、アークの熱によってケース５の温度が上昇する。保護層８がケース５の外表面の全面に形成されることにより、収納空間１０を囲む部分の熱容量が大きくなる。すなわちケース５と保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので、ケース５の温度上昇が緩和され、熱衝撃によるケース５の劣化が抑制される。また保護層８が、収納空間１０の内圧上昇によってケース５が外側に変形することを抑制するので、ケース５に加わる機械的なストレスがさらに軽減される。

アークが発生すると、アークの熱によって収納空間１０内の温度が上昇し、ガス９が膨張して収納空間１０の内圧が上昇する。収納空間１０の内圧が上昇すると、連結体７は収納空間１０を広げる方向に弾性変形するので収納空間１０の内圧の急激な上昇が緩和され、ケース５に加わる機械的なストレスが軽減される。

尚、本実施形態では、収納容器の一部であるケース５のみに保護層８が形成され、第２継鉄４２ｃ及び筒体６には保護層８が形成されていないが、緩衝部を除く収納容器の外表面の全面に保護層８が形成されていてもよい。つまり、ケース５と第２継鉄４２ｃと筒体６のそれぞれの外表面の全面に保護層８が形成された封止接点装置１でもよい。

また保護層８は、ケース５の外表面の全体に形成されることに限定されず、ケース５の外表面の一部に形成されていてもよく、例えば図３に示すように側壁５ｃの外表面のみに形成されてもよい。

アークは、側壁５ｃにおいて可動接点３と固定接点２との間に位置する部位に沿って発生しやすいので、保護層８は、側壁５ｃの外表面のみに形成されていてもよい。保護層８が側壁５ｃの外周面に形成されることにより、側壁５ｃと保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので、側壁５ｃの温度上昇が緩和され、熱衝撃によるケース５の劣化が抑制される。またアークが側壁５ｃに沿って発生しても、側壁５ｃの外周面に形成された保護層８が側壁５ｃの外側への変形を抑制するので、ケース５に加わる機械的なストレスが軽減される。

尚、保護層８は、ケース５の側壁５ｃの外表面の全周に渡って形成されることに限定されず、可動接点３の移動方向（上下方向）において、可動接点３と固定接点２との間に位置する側壁５ｃの外表面の一部に形成されてもよい。また、緩衝部は、連結体７で構成されることに限定されず、弾性変形する材料で形成されて弾性変形することによって収納空間１０の内圧上昇を緩和する部位に設けられてもよい。

本実施形態の封止接点装置１における収納容器は緩衝部（連結体７）を備えているが、必ずしも緩衝部を備える必要はなく、収納容器の少なくとも一部に保護層８が形成されていればよい。また、緩衝部を備えていない収納容器の外表面において、収納容器の外表面の全面に保護層８が形成されていてもよいし、可動接点３の移動方向における可動接点３と固定接点２との間に位置する部位に保護層８が形成されていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の封止接点装置１は、固定接点２と、可動接点３と、収納容器（ケース５、連結体７、第２継鉄４２ｃ、筒体６）と、保護層８とを備える。可動接点３は、固定接点２に接触する位置と固定接点２から離れる位置との間で移動する。収納容器は、固定接点２及び可動接点３を収納する密閉された収納空間１０を有する。収納容器には、弾性変形することによって収納空間１０の内圧上昇を緩和する緩衝部（連結体７）が設けられる。保護層８は、緩衝部を除く収納容器の外表面の少なくとも一部の上に形成される。

保護層８が収納容器の外表面に形成されることにより、収納容器と保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので、可動接点３と固定接点２とが開閉する際にアークが発生しても、熱衝撃による収納容器の劣化が抑制される。また保護層８は、アークが発生して気体が熱膨張しても収納容器の外側への変形を抑制するため、収納容器の劣化が抑制される。

保護層８は、収納容器の外表面の全面に形成されることも好ましい。保護層８が収納容器の外表面の全面に形成されることにより、収納容器と保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので熱衝撃が緩和される。また保護層８は、収納容器の外側への変形を抑制する。

収納容器には、弾性変形することによって収納空間１０の内圧上昇を緩和する緩衝部（連結体７）が設けられ、保護層８は、緩衝部（連結体７）を除いた収納容器の外表面の少なくとも一部の上に形成されることも好ましい。連結体７が弾性変形することで収納空間１０の内圧の急激な上昇が緩和されるから、ケース５に加わる機械的なストレスが低減される。また保護層８が連結体７を除くケース５の外表面に形成されることにより、ケース５と保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので熱衝撃が緩和される。また保護層８は、ケース５の外側への変形を抑制する。

保護層８は、緩衝部（連結体７）を除いた収納容器の外表面の全面に形成されることも好ましい。保護層８が、ケース５の側壁５ｃ及び上面部５ａのそれぞれの外側面に形成されることにより、ケース５と保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので熱衝撃が緩和される。また保護層８は、ケース５の外側への変形を抑制する。

ケース５の外表面には、可動接点３の移動方向において、可動接点３と固定接点２との間に位置する部位に保護層８が形成されることも好ましい。アークは、可動接点３と固定接点２との間に発生するため、保護層８が側壁５ｃにおいて可動接点３と固定接点２との間に位置する部位に形成されることにより、側壁５ｃと保護層８を含む部分の熱容量が大きくなるので熱衝撃が緩和される。また、保護層８は側壁５ｃの外側への変形を抑制する。

本実施形態の封止接点装置１は、多原子分子によって構成された気体（ガス９）を収納空間１０に有することも好ましい。多原子分子で構成されたガス９を収納空間１０に充填することにより収納空間１０の熱容量が大きくなるので、アークによって収納空間１０内の温度が上昇してもガス９が膨張しにくくなり、収納空間１０の内圧上昇が抑えられる。

尚、本実施形態の側壁５ｃ及び上面部５ａの厚さは例えばそれぞれ４ｍｍ程度であるが、側壁５ｃ及び上面部５ａの厚さはそれぞれ適宜の厚さに形成されていてよい。また、本実施形態の保護層８の厚さは例えば１ｃｍ程度であるが、保護層８は適宜の厚さに形成されていてよい。更に、保護層８の形成方法は上述した流し込みによる成型方法に限定されず、適宜の方法で形成されてよい。

１ 封止接点装置
１０ 収納空間
２ 固定接点
２ａ 固定端子
３ 可動接点
３ａ 可動接触子
４ 駆動部
４１ コイル
４２ａ 第１継鉄
４２ｃ 第２継鉄（収納容器）
４３ コイルボビン
４４ 可動鉄心
４５ 復帰ばね
４６ 固定鉄心
４７ 駆動軸
４８ 接圧ばね
４９ 保持部
５ ケース（収納容器）
５ｃ 側壁
６ 筒体（収納容器）
７ 連結体（緩衝部、収納容器）
８ 保護層
９ ガス（多原子分子によって構成された気体）

Claims (6)

1. 固定接点と、
   前記固定接点に接触する位置と前記固定接点から離れる位置との間で移動自在に設けられた可動接点と、
   前記固定接点及び前記可動接点を収納する密閉された収納空間を有する収納容器と、
   前記収納容器の外表面の少なくとも一部の上に形成された保護層とを備えることを特徴とする封止接点装置。
2. 前記保護層は、前記収納容器の前記外表面の全面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の封止接点装置。
3. 前記収納容器には、弾性変形することによって前記収納空間の内圧上昇を緩和する緩衝部が設けられ、
   前記保護層は、前記緩衝部を除いた前記収納容器の前記外表面の少なくとも一部の上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の封止接点装置。
4. 前記保護層は、前記緩衝部を除いた前記収納容器の前記外表面の全面に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の封止接点装置。
5. 前記収納容器の外表面には、前記可動接点の移動方向において、前記可動接点と前記固定接点との間に位置する部位に前記保護層が形成されたことを特徴とする請求項１又は３に記載の封止接点装置。
6. 多原子分子によって構成された気体を前記収納空間に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の封止接点装置。

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