JP2016520977A - シール構造を有する電気スイッチ要素のための構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気スイッチ要素（１）のための構成に関する。この電気スイッチ要素（１）は、閉鎖および／または開放可能な複数のコンタクト（５）を受容するためのスイッチチャンバ（３）と、コンタクト（５）を開放または閉鎖するためにスイッチチャンバ（３）の開口部（１１）を通って突出する少なくとも１つの可動推進要素（１３）と、推進要素（１３）を囲むシール構造（１５）とを備える。このシール構造（１５）によって、少なくとも推進要素（１３）の端部位置（Ｅ）において開口部（１１）が封止される。シール構造（１５）は、開口部（１１）を囲む環状隆起部（２３）と、推進要素（１３）上の環状フランジ（２５）を有する。いかなるアークも迅速かつ効果的に排除するとともにスイッチチャンバ（３）の外側の要素をアークによって形成されるプラズマから保護可能とし、一方同時に、特別にコンパクトで製造費用が高価でない回路要素を提供可能な、電気スイッチ要素（１）のための構成を提供するために、本発明は、推進要素（１３）の端部位置（Ｅ）において環状隆起部に当接する環状フランジ（２５）を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気スイッチ要素のための構成に関する。この電気スイッチ要素は、閉鎖および／または開放可能なコンタクトを受容するためのスイッチチャンバと、コンタクトを開放または閉鎖するためにスイッチチャンバの開口部を通って突出する少なくとも１つの可動推進要素（movable propulsion element）と、推進要素を囲むシール構造とを備えている。このシール構造によって少なくとも推進要素の端部位置において開口部が封止され、シール構造が、開口部を囲む環状隆起部（annular bulge）および推進要素上の環状フランジを有する。

リレーまたは接触器などの電気スイッチ要素は、電気工学において長く使用されている標準的な構成要素である。コンタクトが開放されると、特に高い電流強度においては、コンタクト間にアークが頻繁に形成される。アークの形成には問題がある。なぜなら、一方では、アークが伝送路であり、アークが存在する限りは電気回路が切断されないからであり、また他方では、アークの高温のプラズマが、スイッチチャンバの内側および外側の両方において、電気スイッチ要素の構成要素を損傷する場合があるからである。この結果、回路要素の有用寿命が低減されることとなる。

したがって、本発明は、いかなるアークの排除も容易にし、かつ製造コストを上げることなく回路要素の有用寿命を延ばす、電気スイッチ要素のための構成を提供しようとするものである。

本発明は、前述の電気スイッチ要素のための構成に関するこの目的を、推進要素がその端部位置にあるときに、環状フランジを環状隆起部に当接させることによって達成する。

推進要素は、コンタクトの開放が完了したときに、端部位置に到達する。本発明の解決策は、コンタクトを分離した後で、シール構造がスイッチチャンバ開口部を効果的に封止するという利点を有する。このことにより、アークがスイッチチャンバ内で生成するいかなるプラズマも、スイッチチャンバ内に維持される。このことにより、スイッチチャンバの外側にある電気スイッチ要素の構成要素に対する損傷が、防止される。プラズマおよびプラズマを囲む高温の気体は、スイッチチャンバの容積に限定されるので、アークの形成の後すぐに、増大した圧力がスイッチチャンバ内で蓄積し、アークの排除を効果的に促進する。このことにより、電流の流れが切断され、スイッチチャンバの内側の構成要素に対する何らかの有害な効果が低減される。

本発明の解決策を、各々がそれ自体有利であり、望むように互いに組み合わせることのできる、様々な実施形態によってさらに改善することができる。これらの実施形態および関連する利点について、以下で検討する。

第１の有利な実施形態によれば、シール構造の固定部分が、開口部の周りに延在し得る。固定部分を、特に開口部を囲む壁の一部として形成することができる。固定部分は、シール構造の別の部分の対応部分として機能し得る。

シール構造を受容するためにスイッチチャンバの全体サイズを大きくすることなく、シール構造の要素を空間に関して経済的に配置するために、開口部を有する壁区域を、スイッチチャンバよりも後方に配置することができる。

環状隆起部は特に、シール構造の固定部分の一部とすることができる。環状隆起部がこれを囲むスイッチチャンバ壁と同じ材料で製作される場合、この環状隆起部は、開口部の周りの領域における壁を補強する役割を果たす。

特にコンパクトなスイッチチャンバを得るために、環状隆起部は、スイッチチャンバの中に突出することができる。

特別に効果的な封止を得るために、環状フランジは、推進要素の残りの部分に対して、開口部の平面と平行に突出することができる。

特別にコンパクトなスイッチチャンバの構造のために、開口部を囲む壁の区域を、環状フランジの厚さに等しい距離だけ、スイッチチャンバよりも後方に位置させることができる。

良好な封止を保証するため、環状フランジは、端部部分において開口部と完全に重なり合うことができ、こうしてこれを完全に閉じる。

封止フランジが環状隆起部に当接する場合、互いに接触している環状フランジの表面および環状隆起部の表面は、封止表面を形成する。

特別に安定的で同時に製造が単純な封止構成を得るために、環状フランジを、推進要素と一体のものとすることができる。

環状フランジを開口部に面していない側でコンタクトと機能的に結合することによって、特にコンパクトで構造の単純な回路要素を得ることができる。環状フランジの開口部に面していない側は、回路要素の引張ばねのための支持表面として、特に形成することができる。引張ばねを使用して、コンタクトブリッジに付勢することができる。

さらなる有利な実施形態によれば、開口部のスイッチチャンバに面していない側に、推進要素の端部位置への移行中の運動エネルギーを吸収するために減衰構造を設けることができる。推進要素が高速で動作しているとき、減衰構造により、材料に対する応力の低減、およびスイッチング要素の何らかの切り替えノイズの大きさの低減の、両方が可能となる。

環状隆起部を少なくとも部分的に弾性材料から製造し、これをシール構造の一部とすることによって、特に構造が単純でコンパクトなシール構造を得ることができる。

環状隆起部を弾性材料から製造し、同時に安定的なスイッチチャンバを得るために、少なくとも壁を囲むスイッチチャンバの壁および環状隆起部を、多成分射出成形によって製造することができる。この場合、環状隆起部を、スイッチチャンバ壁の残りの部分よりも弾性の高い材料で製作することができる。

スイッチチャンバ壁の少なくとも一部を弾性材料から製造することによって、特に製造が単純なスイッチチャンバを得ることができる。

特に良好な減衰を得るために、減衰構造は、スイッチチャンバから弾性的に偏向することのできる壁区域を備えることができる。

この弾性的に撓み可能な壁区域は、壁の残りの部分と比較して壁の強度が低減された環状領域を有し得る。このことにより、弾性的に撓み可能な壁区域の弾性を高めることができる。

追加の有利な実施形態によれば、減衰構造は、弾性的に撓み可能な壁区域と、電気スイッチ要素のスイッチチャンバに隣接する要素との間の、弾性的に撓み可能な壁区域の移動のための空間を有し得る。開口部の平面と平行な間隙として特に構成され得るこの移動空間は、電気スイッチ要素がコンパクトである場合に電気スイッチ要素の別の要素がスイッチチャンバに接続されるように、弾性的に撓み可能な壁区域の移動を可能にする。

封止および減衰を同時に改善するために、減衰構造は、移動空間内に、推進要素が貫通する環状の二次封止要素を有し得る。

スイッチチャンバ開口部の素早い封止は、二次封止要素を開口部の平面と水平に移動可能とすること、およびこれを、少なくとも推進要素の端部位置への移行中、移動空間のスイッチチャンバに対向する内側面に当接させることによって得られる。二次封止要素はその場合、減衰構造の一部であり、かつ、シール構造の一部でもある。推進要素がその端部位置に到達する前に、二次封止要素を、スイッチチャンバの内側の正圧によって、移動空間のスイッチチャンバに対向する内側面上に押圧することができる。

別の有利な実施形態によれば、二次封止要素を、移動空間内に圧力嵌めされる圧入要素として構成することができる。

圧入要素は一方で、これが移動空間の中に押し込まれ推進要素を耐密に囲む際に、封止をもたらす役割を果たし、こうして推進要素のあらゆる位置においてスイッチチャンバ開口部を封止する。圧入要素は、弾性変形可能な材料で製作される場合、減衰をもたらす役割も果たす。これは、弾性的に撓み可能な壁区域が弾性変形可能な圧入要素に直接当接し、この弾性的に撓み可能な壁区域が移動空間の方向に偏向するときに、その移動が圧入要素によって吸収されるからである。

圧入要素に推進要素のための案内部を形成させることによって、特に信頼性の高い電気スイッチ要素を得ることができる。

本発明について、様々な実施形態および関連する図面を参照して、例示により以下でより詳細に説明する。実施形態において例示により示される特徴の組合せを、上記に基づいて、本発明の構造の特定の用途のために要求される特性に対応するさらなる特徴を含むように、拡張することができる。上記に基づいて、当該特徴の効果が特定の用途において重要でない場合、記載される実施形態の個々の特徴を省略することもできる。

図面において、同じ機能および／または構造を有する要素は、常に同じ参照番号を有する。

有利な実施形態による電気スイッチ要素の一部の概略断面図である。 図１に示す実施形態によるシール構造の断面図である。 別の有利な実施形態によるシール構造の断面図である。 別の有利な実施形態によるシール構造の断面図である。 別の有利な実施形態によるシール構造の断面図である。

図１は、本発明による電気スイッチ要素１の構成の実施形態の一部を、断面図で示す。電気スイッチ要素１のための構成は、スイッチチャンバ３を備える。スイッチチャンバ３は、複数のコンタクト５を含む。示されたコンタクト構成７は、２つのコンタクト５を接続するためのコンタクトブリッジの形態で構成されるが、開放および／または閉鎖可能なコンタクト５の例として意図されているにすぎない。

開口部１１は、スイッチチャンバ３の壁９にある。推進要素１３は、開口部１１を通ってスイッチチャンバ３の中に突出する。推進要素１３は、コンタクト５と機能的に結合される。図１では、推進要素１３は、その端部位置Ｅにある。推進要素１３は、シール構造１５によって囲まれる。推進要素１３の端部位置Ｅにおいて、開口部１１はシール構造１５によって封止される。スイッチチャンバ３の内側１７は、端部位置Ｅにおいてスイッチチャンバの外側の領域１９から分離される。

シール構造１５は、固定部分２１を有する。固定部分２１は、開口部１１の周りに環状に延在し、壁９の一部である。開口部１１を含む壁区域２４は、固定部分２１も含み、スイッチチャンバ３よりも後方に配置される。固定部分２１は、環状隆起部２３として形成される。環体２３は、この例示の実施形態では、壁９を厚くするように形成される。ただし、環体２３を、壁９に当接する追加の要素によって形成することもできる。環体２３は、スイッチチャンバの中に突出する。

シール構造１５は、推進要素１３上に環状フランジ２５を有する。このフランジ２５は、推進要素１３の残りの部分に対して、開口部１１の平面２７と平行に突出する。

シール構造１５の構造および機能について、図２にさらに記載する。

図２は、図１に示した本発明によるシール構造１５の、拡大断面図を示す。

開口部１１を有する区域２４は、ほぼフランジ２５の厚さ２９だけ、スイッチチャンバ３よりも後方に配置される。したがって、距離３１は、フランジ２５の厚さ２９に大まかに対応する。環状フランジ２５は、端部位置Ｅにおいて環状隆起部２３に当接し、開口部１１と完全に重なり合う。このことにより、スイッチチャンバ３が完全に封止される。フランジ２５における固定部分２１に面する側は、封止表面３３を形成し、環体２３におけるフランジ２５に面する側は、封止表面３３’を形成する。端部位置Ｅにおいて、封止表面３３および封止表面３３’は互いに当接し、こうしてスイッチチャンバ３を封止する。

推進要素が、コンタクト５が閉鎖されるある切り替え位置（図示せず）から、開放方向Ｏに沿って端部位置Ｅへと移動する場合、環状隆起部２３は、フランジ２５のための停止部としての役割を果たすことができ、こうして推進要素１３の端部位置Ｅを規定する。フランジ２５が環体２３と衝突するときの壁区域２４の材料に対する応力を低減するために、回路要素１におけるスイッチチャンバ３に隣接する要素３５は、スイッチチャンバ３上の区域２４の外側面３７に当接し得る。隣接する要素３５はこうして、推進要素２３の運動エネルギーの一部を吸収することができる。

回路要素１は、減衰構造３９を有し得る。特に製造が単純な実施形態では、環体２３は、減衰構造３９の一部である。この目的のために、環体２３を、柔軟な材料または弾性材料で製作してもよく、または壁区域２４を、弾性材料で製作してもよい。

変形例（図示せず）では、フランジ２５は、回路要素１のばね要素４１に直接当接し得る。フランジ２５における壁９に面していない側を、これがばね要素４１を直接支持できるように構成することができる。特に、環状フランジ２５は、ばね要素４１よりも大きい直径を有し得る。

図３は、本発明による電気スイッチ要素１のシール構造の、別の実施形態を示す。

スイッチチャンバ３に隣接する要素３５は、スイッチチャンバ３よりも後方に部分的に配置され、この結果、壁区域２４と隣接する要素３５との間に、移動空間４３が形成される。移動空間４３は、推進要素１３の周りに環状に延びる。壁９のスイッチチャンバ３は、弾性的に撓み可能な壁区域４５を有する。壁区域４５は、開口部１１を有する壁区域２４の一部か、またはこれと同一とすることができる。弾性的に撓み可能な壁区域４５は、移動空間４３の中に弾性的に偏向することができる。壁区域４５はこうして、推進要素１３の移動をその静止位置において吸収する役割を果たす。移動空間４３および壁区域４５は、シール構造３９の一部である。壁区域４５は、その弾性を高めるために、壁９の残りの部分よりも大きい壁厚さを有する環状領域４９を有し得る。

隣接する要素３５は、スイッチチャンバ３から離れる方向において、移動空間４３の境界を定める。隣接する要素３５を、たとえば、推進システム（図示せず）の一部で製作することができる。隣接する要素３５を、たとえば、推進要素１３を囲むコイルコアの一部とすることができる。壁９は、隣接する要素３５に面する側で、開口部の周りに環状に延びることのできる受容溝４７を有し得る。溝４７は、隣接する要素３５を固定し位置合わせする役割を果たす。溝４７は、壁９の残りの部分と比較して低減された壁厚さを有する、環状空間４９を形成し得る。

図４は、本発明による電気スイッチ要素１の別の実施形態の一部を示す。図４は、推進要素１３がその端部位置Ｅの外側にある状態を示す。

移動空間４３は、環状の二次封止要素５１を含む。二次封止要素５１を、推進要素１３が貫通している。二次封止要素５１の内径５３は、開口部１１の内径５５よりも小さい。二次封止要素５１を、推進要素１３を耐密に囲むように構成することができる。

二次封止要素５１は、推進要素１３の開放方向Ｏと平行な方向における移動空間の幅５９よりも小さい厚さ５７を有し得る。二次封止要素５１は、推進要素１３と固定するように接続されず、移動空間４３内で開放方向Ｏと平行に移動することができる。二次封止要素５１は、シール構造１５の一部であり、かつ、減衰構造３９の一部でもある。

二次封止要素５１の機能について、以下で記載する。推進要素１３が切り替え位置（図示せず）にある場合、二次封止要素５１の位置は移動空間４３内で規定されていない。コンタクトが開放され、スイッチチャンバ３内でアーク（図示せず）が形成される場合、スイッチチャンバ３内のアークにより加熱された気体は、開口部１１を介してスイッチチャンバ３から出ようとする。開口部１１を通る気体の移動により、二次封止要素５１を、移動空間における開口部１１に対向する内側面６０上に押圧することができる。二次封止要素５１は次いで、内側面６０に当接する。二次封止要素５１が推進要素１３を囲むので、移動空間４３は、またしたがってスイッチチャンバ３の内側１７も、スイッチチャンバ３の外側の領域１９から遮断される。

二次封止要素５１は、推進要素１３がその端部位置Ｅに到達する前に、スイッチチャンバ３を予め封止する。推進要素１３が開放方向Ｏに高速で移動する場合、フランジ２５は固定部分２１と衝突することになる。このことにより、弾性的に撓み可能な壁区域４５は、移動空間４３の中に移動し、二次封止要素５１に当たることができる。二次封止要素５１は、弾性材料で製作され、壁区域４５の動きを効果的に吸収することができる。推進要素１３がその端部位置Ｅ（図示せず）に到達している場合、内側面６０に当接する二次封止要素５１によって提供される封止に加えて、スイッチチャンバ３は、環状フランジ２５が固定部分２１に当接することにより、追加的に閉鎖され封止される。

図５は、本発明による回路要素１の別の実施形態の一部を示す。二次封止要素５１は、圧入要素として形成される。

圧入要素６１の厚さ６３は、少なくとも移動空間４３の幅５９に対応する。圧入要素６１の厚さ６３が空間４３の幅５９よりも大きい場合、圧入要素６１は、壁区域４５によって及ぼされる圧力によって空間４３の中に圧入され、壁区域２４の外側面３７および開口部１１に対向する内側面６０の両方に当接する。

圧入要素６１は推進要素１３を耐密に囲むので、この圧入要素６１は、スイッチチャンバ３を推進要素１３のあらゆる位置においてスイッチチャンバ３の外側の領域１９から封止して切り離す、永続的な封止である。圧入要素６１はこの場合、シール構造１５の一部である。圧入要素６１自体が弾性変形可能な材料で製作される場合、この圧入要素６１は、弾性的に撓み可能な壁区域４５の空間４３の中への移動を効果的に吸収するので、減衰構造３９の一部としての役割を追加的に果たす。壁区域４５は、圧入要素６１に直接当接する。

圧入要素６１は、空間４３内に強制的に保持されるので、推進要素１３のための追加の案内部を形成することができる。このことにより、電気スイッチ要素１の信頼性を高めることができる。圧入要素６１を、たとえばその寸法または材料特性により、力を大きくしたときに開放方向Ｏに対して垂直にのみ移動可能となるように装備することができる。特に、圧入要素６１は、組み立てられた電気スイッチ要素１の最初の動作時に、製造および／または組立における不精確さが補償されるように、すなわち、推進要素１３が移動するときに、圧入要素６１が最初に、移動空間内で開放方向Ｏに対して垂直に特定の距離だけ移動してから、電気スイッチ要素の追加の要素によって指定され得る位置に推進要素１３が配置されることによって、補償されるように構成することができる。
したがって、圧入要素６１が開放方向Ｏに対して垂直に移動可動であることにより、推進要素が、電気スイッチ要素１のさらなる動作中に、開放方向Ｏにおよびその反対方向に、緊張なく移動できることが保証される。

１ 電気スイッチ要素
３ スイッチチャンバ
５ コンタクト
７ コンタクト構成
９ 壁
１１ 開口部
１３ 推進要素
１５ シール構造
１７ 内側
１９ スイッチチャンバの外側の領域
２１ 固定部分
２３ 環状隆起部
２４ 壁区域
２５ 環状フランジ
２７ 開口部の平面
２９ 環状フランジの厚さ
３１ 変位
３３、３３’ 封止表面
３５ 隣接する要素
３７ 外側面
３９ 減衰構造
４１ ばね要素
４３ 移動空間
４５ 撓み可能な壁区域
４７ 受容溝
４９ 環状領域
５１ 二次封止要素
５３ 封止要素の内径
５５ 開口部の内径
５７ 封止要素の厚さ
５９ 移動空間の幅
６１ 圧入要素
６０ 内側面
６３ 圧入要素の厚さ
Ｅ 端部位置
Ｏ 開放方向

Claims (15)

1. 電気スイッチ要素（１）のための構成であって、
   前記電気スイッチ要素（１）は、
   閉鎖および／または開放可能な複数のコンタクト（５）を受容するためのスイッチチャンバ（３）と、
   前記コンタクト（５）を開放または閉鎖するために前記スイッチチャンバ（３）の開口部（１１）を通って突出する少なくとも１つの可動推進要素（１３）と、
   前記推進要素（１３）を囲むシール構造（１５）とを備えており、
   前記シール構造（１５）によって少なくとも前記推進要素（１３）の端部位置（Ｅ）において前記開口部（１１）が封止され、
   前記シール構造（１５）が、前記開口部（１１）を囲む環状隆起部（２３）と、前記推進要素（１３）上に位置し、前記推進要素（１３）の前記端部位置（Ｅ）において前記環状隆起部（２３）に当接する環状フランジ（２５）と、を有していることを特徴とする、電気スイッチ要素（１）のための構成。
2. 前記シール構造（１５）の固定部分（２１）が、前記開口部（１１）の周りに延在することを特徴とする、請求項１に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
3. 前記開口部（１１）を有する壁区域（２４）が、前記スイッチチャンバ（３）よりも後方に位置していることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
4. 前記環状隆起部（２３）が前記シール構造（１５）の前記固定部分（２１）の一部であることを特徴とする、請求項２または３に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
5. 前記環状隆起部（２３）が、前記スイッチチャンバ（３）の中に突出することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
6. 前記環状隆起部（２５）が、前記推進要素（１３）と一体のものであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
7. 前記環状フランジ（２５）が、前記開口部（１１）に面していない側で前記コンタクト（５）と機能的に結合されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
8. 前記端部位置（Ｅ）への移行中の前記推進要素（１３）の運動エネルギーを吸収するための、前記開口部（１１）における前記スイッチチャンバ（３）に面していない側にある減衰構造（３９）によって特徴付けられる、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
9. 前記環状隆起部（２３）が、少なくとも部分的に弾性材料で製作され、かつ、前記減衰構造（３９）の一部であることを特徴とする、請求項８に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
10. 前記減衰構造（３９）が、前記スイッチチャンバ（３）から弾性的に偏向可能な壁区域（４５）を有することを特徴とする、請求項８または９に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
11. 前記弾性的に撓み可能な壁区域（４５）が、前記開口部（１１）の周りに、前記壁の残りの部分と比較して低減された壁厚さを有する環状領域（４９）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の電気スイッチ要素（１）のための構成。
12. 前記減衰構造（３９）が、前記弾性的に撓み可能な壁区域（４５）と前記スイッチチャンバ（３）に隣接する前記電気スイッチ要素（１）の要素（３５）との間に、前記弾性的に撓み可能な壁区域（４５）の移動のための移動空間（４３）を有し得ることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の電気スイッチ要素（１）。
13. 前記減衰構造（３９）が、前記移動空間（４３）内に前記推進要素（１３）が貫通する環状の二次封止要素（５１）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の電気スイッチ要素（１）。
14. 前記二次封止要素（５１）が、前記開口部（１１）の平面（２７）に対して垂直に移動可能であり、かつ、
    前記二次封止要素（５１）が、少なくとも前記推進要素（１３）の前記端部位置（Ｅ）への移行中に前記移動空間（４３）における前記スイッチチャンバ（３）に対向する内側面（６０）に当接することを特徴とする、請求項１３に記載の電気スイッチ要素（１）。
15. 前記二次封止要素（５１）が、前記移動空間（４３）内に強制的に保持される弾性的変形可能なまたは剛性の圧入要素（６１）として構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の電気スイッチ要素（１）。

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