JP2017045582A - 接点機構およびこれを用いた電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】当接している接点間に異常な大電流が流れて電磁反発力が生じても、前記接点を開離させる方向に作用する開離力を低減し、アークの発生による接点の破壊を防止できる接点機構を提供する。【解決手段】凹部１２を備えた第１当接面１１を有する第１接点１０と、傾斜面を備えた第２当接面２１を有する第２接点２０とからなる接点機構であって、弾性部材１７の押圧力Ｐで、前記凹部１２の開口縁部と、前記傾斜面を備えた第２当接面２１とが少なくとも２点で当接する。【選択図】図２

Description

本発明は接点機構、特に、当接している接点間に大電流が流れた場合に生じる電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力を低減できる接点機構、および、これを用いた電磁継電器に関する。

一般に、接点機構には、当接している接点間に大電流が流れると、電磁反発力が発生する。そして、本願の図１６に図示するように、前記電磁反発力がバネの押圧力を超えると、接点が開離し、アークが発生する。
従来、接点の開離を防止するため、例えば、それぞれ板バネからなる複数個の接点保持バネが厚さ方向に重ねられてなり一端部に可動接点を保持した接点保持体と、前記接点保持体の他端部が固定されるとともに前記接点保持体の弾性変形によって前記可動接点が離接可能な位置に固定接点を保持したハウジングとを備え、各接点保持バネは、前記可動接点に対して前記固定接点が位置する方向に膨出した膨出部を有することを特徴とする接点装置が開示されている（特許文献１参照）。
前記特許文献１に係る接点装置では、その図２に図示するように、前記可動接点５１と前記固定接点５２との間で電磁反発力が生じた場合に、前記可動接点５１が前記固定接点５２から開離しないように接点保持バネ７１のバネ力のみで抑制している。

特開２０１３−３０３１０号公報

しかしながら、前記接点装置では、前記接点保持バネ７１の形状設計，バネ定数の選択が容易でなく、動作特性にバラツキが生じやすく、時には前記接点保持バネ７１自体が塑性変形する場合もある。このため、前記接点保持バネ７１のバネ力で接点の開離を確実に抑制できず、接点が開離した場合にはアークが発生し、接点を破壊するという問題点がある。
そもそも、前記接点装置では、既に発生した前記電磁反発力に基づく接点の開離を防止することが開示されているにすぎず、前記電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力それ自体を低減することは全く開示されていない。
本発明に係る接点機構は、前記問題点に鑑み、当接している接点間に異常な大電流が流れて電磁反発力が生じても、前記接点を開離させる方向に作用する開離力を低減し、アークの発生による接点の破壊を防止できる接点機構を提供することを課題とする。

本発明に係る接点機構は、前記課題を解決すべく、凹部を備えた第１当接面を有する第１接点と、傾斜面を備えた第２当接面を有する第２接点とからなる接点機構であって、弾性部材の押圧力で、前記凹部の開口縁部と、前記傾斜面とが少なくとも２点で当接する構成としてある。

本発明によれば、第２接点に設けた傾斜面が第１接点の開口縁部に当接しているので、第１，第２当接面の間に大電流が流れて大きな電磁反発力が発生しても、前記電磁反発力が鉛直方向と水平方向とに分力される。このため、前記電磁反発力のうち、第１，第２接点を開離させる方向に作用する開離力を低減でき、大電流を原因とする接点の開離を阻止できる。この結果、接点の開離に伴うアークの発生がなく、接点の破壊を防止できる。
また、電磁反発力に基づく開離力を、前述の従来例のような接点保持バネのバネ力のみで抑制する必要がない。このため、構造が簡単で部品の集積誤差が少なく、均一な動作特性を有する接点機構が得られる。

本発明の実施形態としては、前記第１接点と前記第２接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力のうち、前記弾性部材の押圧力に対して反力として作用する方向の分力が、前記弾性部材の押圧力よりも小さくなるように、前記傾斜面の傾斜角度を定めた構成としてもよい。
本実施形態によれば、傾斜面の傾斜角度を選定することにより、前記傾斜面で分力される電磁反発力の分力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力を弾性部材の押圧力よりも小さくできる。このため、当接する接点が開離せず、アークの発生による接点破壊を防止できる。

本発明の他の実施形態としては、前記傾斜面が、前記第１当接面に当接可能な領域において、同一の傾斜角度を有していてもよい。
本実施形態によれば、部品精度，組立精度のバラツキや当接面の摩耗等に伴い、第１当接面と第２当接面との当接位置が変化しても、接点同士の当接角度は変化しない。このため、電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力も変化しないので、常に均一な動作特性を有する接点機構が得られる。

本発明の別の実施形態としては、前記凹部の開口縁部が円形であってもよい。
本実施形態によれば、片当たりが少なくなり、動作特性のバラツキが小さい接点機構が得られる。

本発明の異なる実施形態としては、前記凹部の開口縁部に面取り部を設けておいてもよい。
本実施形態によれば、接触面積が増大し、接触信頼性の高い接点機構が得られる。

本発明の新たな実施形態としては、前記凹部の開口縁部に当接する前記傾斜面の傾斜角度は１０度ないし６０度であってもよい。
本実施形態によれば、１０度未満であると、電磁反発力の鉛直方向の分力、すなわち、開離力を十分に低減できないからであり、６０度を超えると、第１接点と第２接点との当接位置のバラツキが大きくなり、所望の接触信頼性が得られないからである。

本発明に係る電磁継電器は、前記課題を解決すべく、前述の接点機構を有をしている。

本発明によれば、当接している接点間に大電流が流れて電磁反発力が発生しても、前記電磁反発力が分力され、接点を開離させる方向に作用する開離力を低減でき、接点の開離を阻止できる。このため、アークの発生がなく、アークによる接点破壊を防止できる。
また、電磁反発力に基づく開離力を、前述の従来例のような接点保持バネのバネ力のみで抑制する必要がない。このため、構造が簡単で部品の集積誤差が小さく、均一な動作特性を有する電磁継電器が得られるという効果がある。

本発明に係る接点機構の第１実施形態を示す分解図である。 図１に示した接点機構を示す部分断面図である。 第２実施形態に係る第１接点の縦断面図である。 第３実施形態に係る第１接点の縦断面図である。 第４実施形態に係る第１接点の縦断面図である。 第５実施形態に係る第１接点の斜視図である。 第６実施形態に係る第１接点の斜視図である。 第７実施形態に係る第１接点の斜視図である。 本発明の実施例に係る接点機構に電流が流れる状態を示す等値線図である。 本発明の実施例に係る接点機構に生じた電磁反発力を示す等値線図である。 本発明の実施例に係る接点機構に電流が流れる状態を説明するための説明図である。 本発明の実施例に係る接点機構に生じた電磁反発力の分力を説明するための説明図である。 比較例に係る接点機構に電流が流れる状態を説明するための説明図である。 比較例に係る接点機構に生じた電磁反発力を説明するための説明図である。 実施例および比較例の電磁反発力に基づく開離力の変化を示すグラフ図である。 短絡電流と電磁反発力との相関関係を示すグラフ図である。

本発明に係る接点機構の実施形態を、図１ないし図８の添付図面に従って説明する。
なお、以下の説明では、図面に表された構成を説明するうえで、「上」、「下」、「左」、「右」等の方向を示す用語、及びそれらを含む別の用語を使用するが、それらの用語を使用する目的は図面を通じて実施形態の理解を容易にするためである。したがって、それらの用語は本発明の実施形態が実際に使用されるときの方向を示すものとは限らないし、それらの用語によって特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきでない。

第１実施形態に係る接点機構は、図１および図２に示すように、第１接点１０と、第２接点２０と、バネ等の弾性部材１７とで構成されている。そして、前記第２接点２０は前記弾性部材１７の押圧力Ｐで付勢されている。
前記第１接点１０は、図１に示すように、その第１当接面１１に平面円形の凹部１２を形成したものである。前記凹部１２の開口縁部は円形であり、前記開口縁部には面取り部１３が形成されている。

前記第２接点２０は、その第２当接面２１に傾斜面を有する略円錐台形状の突部２２を設けてある。このため、前記弾性部材１７の押圧力Ｐで第２接点２０を第１接点１０に付勢することにより、前記凹部１２の開口縁部と、前記突部２２の傾斜面とが少なくとも２点で当接する。
なお、前記突部２２の傾斜面は、前記第１接点１０と前記第２接点２０との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力うち、前記弾性部材１７の押圧力Ｐに対して反力として作用する方向の分力（すなわち、接点を開離させる方向に作用する分力）が、前記弾性部材１７の押圧力Ｐよりも小さくなるように、傾斜角度が定められている。
さらに、前記突部２２は、第１当接面１１の凹部１２の開口縁部に当接可能な領域において、傾斜面の傾斜角度が同一となるように形成されている。

本実施形態によれば、第１接点１０と第２接点２０との間に電流を流した場合に生じる電磁反発力の分力うち、接点を開離させる方向に作用する分力を低減できるので、電磁反発力による接点の開離を防止できる。このため、第１接点１０と第２接点２０との間に発生するアークによる接点破壊を防止できる。さらに、前記第１接点１０と前記第２接点２０との間に混入したゴミ等が前記凹部１２内に落下するので、ゴミ等を噛み込みにくく、接触信頼性が高いという利点がある。

前記突部２２の傾斜面の傾斜角度θは、１０度ないし６０度が好ましい。１０度未満であると、電磁反発力の鉛直方向の分力、すなわち、開離力を十分に低減できないからであり、６０度を超えると、第１接点と第２接点との当接位置のバラツキが大きくなり、所望の接触信頼性が得られないからである。
なお、前記第２接点２０の突部２２は前述のように円錐台に限らず、例えば、円錐、多角錐、多角錐台、ドーム状、半球状等であってもよい。また、弾性部材１７の押圧力Ｐは第１接点１０側から付勢してもよい。

次に、第１実施形態の動作について説明する。
図１１に示すように第１接点１０と第２接点２０との当接部を介して電流が流れると、図１２に示すように、第１接点１０と第２接点２０との間には、前記当接部において斜め方向に電磁反発力Ｆが生じる。なお、前記斜め方向とは、第１接点１０と第２接点２０との開離方向に対して斜め方向をいう。
そして、前記当接部において生じた前記電磁反発力Ｆは、前記第１接点１０と前記第２接点２０とを引き離す方向に作用する開離力Ｆ１と、前記第１接点１０と第２接点との環状当接部の中心に向かう向心力Ｆ２と、に分力される。なお、前記向心力Ｆ２とは、第１接点１０と第２接点２０とが当接する環状当接部の中心に向かう方向の力をいう。
したがって、電流を流した場合に生じる電磁反発力Ｆは開離力Ｆ１と向心力Ｆ２とに分力される。このため、前記第１接点１０と前記第２接点２０とを引き離す方向に作用する開離力Ｆ１を低減できる。

なお、第２接点の第２当接面２１の傾斜面は、第１接点の第１当接面１１の当接部と当接可能な領域において、傾斜角度が同一である。このため、電磁反発力に基づいて当接部で発生した分力の一つである向心力Ｆ２は相互に打ち消し合う。
また、第１当接面１１の当接部に当接可能な領域では、第２当接面２１の傾斜角度は同一である。このため、例えば、当接部の周縁部における寸法精度のバラツキ、あるいは、当接面の摩耗などにより、第１接点１０と第２接点２０との当接位置が変化しても、当接角度は変化しない。この結果、電磁反発力の鉛直方向および水平方向の分力は変化せず、均一な動作特性を有する接点機構が得られる。

前記第１接点は、前述の実施形態に限らず、図３に示すように、第１当接面１１に平面方形の凹部１２（第２実施形態）を形成してもよい。また、図４に示すように、第１当接面１１に円錐形の凹部１２（第３実施形態）を形成してもよい。

また、前記第１接点１０は、図５に示すように、第１当接面１１に円形の貫通孔からなる凹部１２（第４実施形態）を形成してもよい。
そして、図６に示すように、第１当接面１１に設けた凹部１２に連通する切欠き溝１４（第５実施形態）を設けてもよい。

そして、前記第１接点１０は、図７に示すように、断面方形の切欠き溝１５，１５を交差させて凹部１２（第６実施形態）を形成してもよい。また、図８に示すように、断面三角形の切欠き溝１６，１６を交差させて凹部１２（第７実施形態）を形成してもよい。さらに、前記凹部１２の開口縁部には面取り部１３をそれぞれ形成してある。
なお、前記切欠き溝の断面形状は、前述のものに限らず、例えば、断面半円形であってもよい。また、同一断面形状の切欠き溝を組み合わせる場合に限らず、異なる断面形状の切欠き溝を組み合わせてもよい。そして、切欠き溝は少なくとも１本以上を設けて凹部を形成してもよく、３本以上の切欠き溝を設けて凹部を形成してもよい。

（実施例）
第１接点１０と第２接点２０とが当接している第１実施形態の接点機構に電流を流した場合について解析した。解析結果を、図９および図１０に電流および電磁反発力の等値線図で、および、図１５にグラフ図で示す。
図９および図１０によれば、第１接点１０と第２接点２０との当接部において、斜め方向に電磁反発力が発生していることが確認できた。

（比較例）
図１３および図１４に示すように、通常の当接面を有する接点からなる接点機構に対し、第１接点１０と第２接点２０とが接触した状態で電流を流した場合について説明する。そして、その場合の解析結果を図１５に示す。
図１３に示すように第１接点１０と第２接点２０の当接部を介して電流が流れると、図１４に示すように、第１接点１０と第２接点２０との間に、前記第１接点１０と前記第２接点２０とを引き離す方向に作用する電磁反発力Ｆが生じる。
比較例では、前記当接部において生じた前記電磁反発力Ｆは、前述の実施例のように分力されず、前記第１接点１０と前記第２接点２０とを引き離す方向にそのまま作用する。このため、比較例では、前述の実施例と異なり、前記第１接点１０と前記第２接点２０とを引き離す方向に作用する開離力Ｆ１（＝Ｆ）を低減できない。

図１５において、前述の実施例に係る電磁反発力に基づく開離力（■で図示する。）と、前述の比較例に係る電磁反発力に基づく開離力（◆で図示する。）との解析結果を示す。
図１５から明らかなように、例えば、大電流（６０００Ａ）を流した場合に発生した電磁反発力のうち、実施例の接点を開離させる方向に作用する開離力は、比較例の接点を開離させる方向に作用する開離力の約１／３であることが判った。
したがって、本実施例によれば、接点開離に作用する開離力を低減でき、接点開離を防止できるので、アークの発生による接点の破壊を防止できることが判った。

本発明に係る接点機構は、電磁継電器に限らず、他の開閉器に適用してもよいことは勿論である。

１０ 第１接点
１１ 第１当接面
１２ 凹部
１３ 面取り部
１４，１５，１６ 切欠き溝
１７ 弾性部材
２０ 第２接点
２１ 第２当接面
２２ 突部
Ｆ 電磁反発力
Ｆ１ 開離力
Ｆ２ 向心力
Ｐ 弾性部材の押圧力

Claims (7)

1. 凹部を備えた第１当接面を有する第１接点と、
   傾斜面を備えた第２当接面を有する第２接点とからなる接点機構であって、
   弾性部材の押圧力で、前記凹部の開口縁部と、前記傾斜面とが少なくとも２点で当接することを特徴とする接点機構。
2. 前記第１接点と前記第２接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力のうち、前記弾性部材の押圧力に対して反力として作用する方向の分力が、前記弾性部材の押圧力よりも小さくなるように、前記傾斜面の傾斜角度を定めたことを特徴とする請求項１に記載の接点機構。
3. 前記傾斜面が、前記第１当接面に当接可能な領域において、同一の傾斜角度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の接点機構。
4. 前記凹部の開口縁部が円形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の接点機構。
5. 前記凹部の開口縁部に面取り部を設けたことを特徴とする請求項１または４のいずれか１項に記載の接点機構。
6. 前記凹部の開口縁部に当接する前記傾斜面の傾斜角度が１０度ないし６０度であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の接点機構。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の接点機構を有することを特徴とする電磁継電器。

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