JP2928845B2 - 電磁開閉器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえばガスタービ
ンを起動するスタータモータなどに通電するために適用
されている直流低電圧大電流用の電磁開閉器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスタータモータ用電磁開
閉器は、自動車専用の小形のものしかなく、大形エンジ
ンのスタータモータ用電磁開閉器は一般産業用の大電流
電磁開閉器を直流用に改造して流用していた。そのた
め、大形で高価であり、操作直流電圧の許容変動率が小
さいため、操作電圧が１／２に低下した場合には、電磁
開閉器が動作しないおそれがあり、電圧の安定した操作
用別置電源装置を必要としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ガス
タービンの大型化にともない、たとえばＤＣ１０８Ｖの
直流低圧状態で、２，０００Ａ程度の大電流を約３０秒
間にわたってスタータモータに通電するとともに、約
４，０００回以上の開閉動作に耐える電磁開閉器の提供
が要請されているが、従来の電磁開閉器では、この大電
流通電によって発生するアークで接点が溶損や溶着し、
その使用に耐えないものであった。

【０００４】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、接点の溶損や溶着なく大電流通電が可能で、信頼性
が高く長寿命であり、かつ操作電圧の変動率の大きい電
磁開閉器を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電磁
開閉器をオン・オプ操作する直流電圧の変動範囲が大き
く、かつ直流低電圧大電流を気中開閉する電磁開閉器に
おいて、１対のメイン固定接点を電源側端子片および負
荷側端子片にそれぞれ設定するとともに中継導電性部材
を介し１対のアーク固定接点を上記各端子片に個別に接
続して電気絶縁台に固定してなる固定接触子ブロック
と、上記各メイン固定接点およびアーク固定接点に接離
可能に対向させて１対のメイン可動接点およびアーク可
動接点を可動接触子に設定してなる可動接触子ブロック
と、この可動接触子ブロックを軸移動可能な支持ロッド
に弾比的に支持してなる復帰ばね機構と、上記支持ロッ
ドを軸移動させる電磁石ブロックとを具備し、上記電磁
石ブロックは、上記支持ロッドおよびプランジャを軸移
動可能に嵌合してシリンダの内部空間を気密に形成して
なるシリンダ室と、上記プランジャを励磁して軸方向へ
移送駆動する上記シリンダに巻装された電磁コイルと、
励磁開始動作における所定ストロークで上記シリンダ室
の内部圧力を大気に開放する絞り機能付逆止弁とを備え
たことを特徴とする。

【０００６】請求項２の発明は、シリンダ室が電磁コイ
ルを巻装したコイルスプールの軸部に形成されているこ
とを特徴とする。請求項３の発明は、復帰動作で上記シ
リンダ室を大気に開放する逆止弁を電磁石ブロックのプ
ランジャに有することを特徴とする。請求項４の発明
は、各アーク可動接点が可動接触子に固定された導電性
板ばね部材に弾性的に支持されて、復帰動作時に慣性で
開放動作を遅延するように構成したことを特徴とする。

【０００７】請求項５の発明は、各アーク可動および固
定接点がアーク消弧装置およびアークバリアで外周面を
取り囲んで構成されていることを特徴とする。請求項６
の発明は、各アーク可動および固定接点がカーボン製で
あることを特徴とする。

【０００８】請求項７の発明は、復帰ばね機構が上記支
持ロッドの中央部に外嵌されたばね力のそれぞれ異なる
複数の復帰コイルばね部材の組み合わせからなり、電磁
コイルで駆動されるプランジャの軸移動にともなって一
次的および指数関数的に上昇するばね反力を可動接触子
ブロックに付勢するように構成されていることを特徴と
する。

【０００９】

【作用】請求項１の発明によれば、電磁コイルの励磁で
プランジャが徐々に移動を開始し、所定ストロークの移
動で上記支持ロッドに当接してこれと一体的に軸移動
し、電磁コイルへの通電にもとづく励磁力の上昇にとも
なって上記可動接触子ブロックは復帰ばね機構およびシ
リンダ室の空気を圧縮しながら軸移動し、アーク可動接
点とアーク固定接点が接触する直前に上記絞り機能付逆
止弁を開放し、上記シリンダ室が外気に連通されて内部
圧力が低下し、上記プランジャは復帰ばね機構によるば
ね反力に抗して上記支持ロッドを急速度で移動させ、ア
ーク可動接点とアーク固定接点が接触したのち、急速度
でメイン可動接点がメイン固定接点に接触させることが
できる。 したがって、請求項１の発明によれば、アーク
可動接点がアーク固定接点に接触する直前にシリンダヘ
ッド内面が絞り機能付逆止弁を押して、シリンダ室内の
圧縮空気を放出し、絞り機能で適当なスピードで減圧し
て、支持ロッドの移動を接点のハンチングのない程度に
調整し、アーク可動接点がアーク固定接点に接触したの
ち、メイン接点の接触に至るまでの時間を短縮し、アー
ク接点の発熱を抑制して接点の長寿命化を達成すること
ができる。 つまり、請求項１の発明によれば、アーク可
動接点とアーク固定接点が接触する直前にはシリンダ室
の内部圧力が大き過ぎてプランジャの移動速度が非常に
遅くなり過ぎ、このままでは接点のハンチングはないけ
れども、アーク可動接点とアーク固定接点の接触から、
メイン可動接点とメイン固定接点の接触までの時間が長
くなり、アーク接点のみの接触時間が長くなるので、上
記絞り機能付逆止弁をアーク可動接点とアーク固定接点
の接触直前に開放し、上記シリンダ室の内部圧力を低下
させることにより、アーク可動接点がアーク固定接点に
接触したのち、メイン接点の接触に至るまでの時間を短
縮し、アーク接点の発熱を抑制して接点の長寿命化を達
成することができる。

【００１０】請求項２の発明によれば、電磁コイルを巻
装したコイルスプールの軸部にシリンダ室を形成したか
ら、電磁石ブロックの小型コンパクト化を達成すること
ができる。請求項３の発明によれば、復帰時における電
磁コイルの励磁解除時にシリンダ室を大気に開放させ
て、可動接触子ブロックの瞬時下降を達成し、アークの
発生を極力抑制することができる。請求項４の発明によ
れば、アーク可動接点が弾性的に支待され、可動接触子
ブロックの瞬時下降に際し、アーク可動接点が慣性で静
止状態を保持し、対向するアーク固定接点に対するオン
動作を極力保持してアーク接点としての機能を達成する
ことができる。

【００１１】請求項５の発明によれば、発生する爆発性
アークイオンガスを安全区域に封じ込め、アーク転移危
険区域にガスを噴出させないようにし、アーク接点間の
みに確実にアークを発生させることができる。

【００１２】請求項６の発明によれば、各アーク接点が
カーボン製であるため、高温高圧のアーク流で溶損や溶
着するおそれがなく、固有抵抗が金属に比べ非常に高い
ので、大電流通電によるアーク接点の電圧降下が大き
く、そのために負荷電流が絞られ、接点の寿命を長くす
るのに有効である。 なお、アーク接点はカーボン製であ
るから、固定抵抗値が高いので、２，０００Ａを通電す
るときには通電時間の短かいことが望ましい。また、ア
ークはアーク接点の接触時に瞬間的に発生するのみであ
る。請求項７の発明によれば、バッテリの直流電圧が下
降した下限電圧領域において、上限電圧領域の半分以下
の弱いプランジャ電磁吸引力でも充分にメイン接点押圧
力および復帰ばね反力を確保しなければならない。その
ためは、プランジャストローク終端付近の強い電磁吸引
力を有効に利用しなければならない。 そこで、プランジ
ャが励磁開始直後のゼロストロークから約２／３ストロ
ークに達するまでのストロークの一次的に上昇する電磁
吸引力に対しては弱いばねを、約２／３ストロークから
ストローク終端までの指数関数的に上昇する電磁吸引力
に対しては、途中から強いばねを付勢し、下限電圧領域
でのプランジャ励磁吸引力に近似した総合ばね反力を組
み合わせ構成することにより、下限電圧領域でも確実に
動作し、かつ充分なメイン接点押圧力および可動接触子
ブロックとプランジャの復帰ばね反力を確保することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図１はこの発明による電磁開閉器の一例を示
す断面図で、図２の平面図におけるＸ−Ｘ線に沿う断面
図である。同図において、Ａは電磁石ブロック、Ｂは可
動接触子ブロック、Ｃは固定接触子ブロック、Ｄは復帰
ばね機構、Ｅはアーク消弧装置およびアークバリヤ、Ｆ
は補助接点機構である。

【００１４】上記電磁石ブロックＡは、有底筒形の電気
絶縁性ケース本体１の底部に形成された凹所２にプラン
ジャ３を軸移動可能に収納し、電磁コイル４を巻装した
電気絶縁性コイルスプール５を同軸状に固定して、上記
ケース本体１およびコイルスプール５を蓋体６およびシ
リンダヘッド７でもって気密に閉塞するとともに、上記
スプール５の円筒状軸部をシリンダ８として構成し、上
記シリンダ８の内部空間には上記プランジャ３およびシ
リンダヘッド７で密閉されたシリンダ室９が形成されて
いる。

【００１５】上記ケース本体１の底部には通気孔１０が
形成され、上記プランジャ３には上記シリンダ室９と通
気孔１０とを連通する連通孔１１が形成され、この連通
孔１１には上記電磁コイル４による励磁解除時に開放さ
れる逆止弁１２が設定されている。また、上記プランジ
ャ３には上記シリンダ室９と通気孔１０とを連通する絞
り機能付逆止弁１３が設定され、この絞り機能付逆止弁
１３における弁棒１４の先端部１４ａを上記シリンダ室
９の内部に突出させて、上記絞り機能付逆止弁１３の弁
体１５をばね部材１６で弾性的に支持している。

【００１６】上記シリンダヘッド７には中央部に形成さ
れた貫通孔７ａに支持ロッド１７が軸移動可能でかつ気
密に嵌挿され、その基端部１７ａを上記シリンダ室９の
内部で上記プランジャ３に当接可能に対向配設させると
ともに、中央部１７ｂに復帰ばね機構Ｄを介して可動接
触子ブロックＢを弾性的に支持し、先端部１７ｃを固定
接触子ブロックＣに軸移動可能に挿通している。上記支
持ロッド１７の中央部１７ｂには１対のばね受け座１７
ｄ，１７ｅが軸方向へ所定間隔存して突設され、上記ば
ね受け座１７ｄを有頭筒状の金属製ホルダ１８に軸移動
可能に嵌合するとともに、内部に介装された第１の復帰
コイルばね部材１９の圧縮ばね力でもって上記ホルダ１
８の頭部１８ａと上記ばね受け座１７ｄとを押圧し、上
記支持ロッド１７を下降位置に保持している。

【００１７】また、上記ホルダ１８の頭部１８ａにはキ
ヤップ状のストッパ部材２０が固定されるとともに、上
記支持ロッド１７の中央部１７ｂが軸移動可能に挿通さ
れ、上記支持ロッド１７に突設されたばね受け座１７ｅ
が上記ストッパ部材２０の内部で所定ストロークの軸移
動を許容するように構成されている。さらに、上記支持
ロッド１７の先端部１７ｃには第２および第３の復帰コ
イルばね部材２１，２２が外嵌され、第２の復帰コイル
ばね部材２１は可動接触子ブロックＢと固定接触子ブロ
ックＣとの間にフリ−状態に保持され、第３の復帰コイ
ルばね部材２２は可動接触子ブロックＢと固定接触子ブ
ロックＣにその両端部が当接して、上記第１の押圧兼復
帰コイルばね部材１９とともに復帰ばね機構Ｄを構成
し、第１ないし第３の復帰コイルばね部材１９，２１，
２２はこの順にばね力が順次小さく設定されている。

【００１８】上記ホルダ１８には電気絶縁製の環状ブラ
ケット２３を介して円環状の可動接触子２４（図３）が
締付部材２５でほぼ同心状に固着され、上記可動接触子
２４の下面には半円弧状の導電性板ばね部材２６（図
４）の基端部２６ａを締付部材４３で固定するととも
に、その先端部２６ｂにはカーボン製アーク可動接点２
７を着脱可能に固定した金属製接点台２８が締付部材４
４で固着され、この接点台２８は上記可動接触子２４の
下面に積層固定された金属製基板５６にコイル状ばね部
材２９を介して弾性的に支持されている。上記アーク可
動接点２７は、上記可動接触子２４の上面に設定された
メイン可動接点３０に対し周方向へほぼ９０度変位した
点対称位置に配設されて、可動接触子ブロックＢを構成
している。

【００１９】電磁石ブロックＡにおけるケース本体１の
蓋体６には、複数本の支柱３１が突設され、これら各支
柱３１を介し固定接触子ブロックＣの絶縁台３２が上記
電磁石ブロックＡに固定されて上記可動接触子ブロック
Ｂにほぼ平行に配設されている。上記絶縁台３２の中央
部には軸受部材３３が固定され、この軸受部材３３の軸
受孔３３ａに上記支持ロッド１７の先端部１７ｃを摺動
可能に挿通するとともに、上記アーク可動接点２７に所
定間隔を存してカーボン製アーク固定接点３４が対向配
設され、このアーク固定接点３４は上記絶縁台３２に固
定された中継端子金具３６の下端部における金属製接点
台３５に着脱可能に固定されている。上記接点台３５は
上記中継端子金具３６，リ−ド片３７（図２）および中
継端子金具３８を介して電源側端子片３９に電気的に接
続され、この電源側端子片３９には上記メイン可動接点
３０に対向してメイン固定接点４０（図５）が固定され
て、固定接触子ブロックＣを構成している。

【００２０】上記アーク接点２７，３４の外周面側には
アーク消弧装置Ｅが対向配設され、このアーク消弧装置
Ｅは複数枚のグリッド板４１を絶縁性枠体４２に上下方
向へ所定間隔存して並設して構成され、固定接触子ブロ
ックＣの絶縁台３２に固定されている。また、上記アー
ク接点２７，３４の内周面側には半円弧状の耐熱性合成
樹脂からなる固定および可動アークバリア４５，４６が
対向配設され、固定アークバリア４５は固定接触子ブロ
ックＣの絶縁台３２の下面に一体に突設されるととも
に、可動アークバリア４６は可動接触子ブロックＢの金
属製基板５６に固定され、上記各アーク接点２７，３４
はアーク消弧装置Ｅと固定および可動アークバリア４
５，４６で取り囲まれたアーク消弧室４７（図３）に収
納されている。

【００２１】上記固定接触子ブロックＣの絶縁台３２の
上面には上記支持ロッド１７の先端１７ｈで開閉される
補助接点機構Ｆが装着されている。すなわち、上記絶縁
台３２の上面には、マイクロスイツチ４８が固定される
とともに、このマイクロスイツチ４８の押ボタン４９を
押圧操作する押圧ピン５０（図２）が軸受部材５１に軸
移動可能に保持され、上記押圧ピン５０は上記支持ロッ
ド１７の先端１７ｈで回動軸５３のまわりに回動操作さ
れる回動レバー５２の下端部によって駆動されるように
構成されている。

【００２２】以上は、電源側端子片３９の開閉機構を図
２のＸ−Ｘ線に沿う構成について説明したものであり、
負荷側端子片３９Ｙの開閉機構については前述のものと
ほぼ同様である。したがって、図２のＹ−Ｙ線に沿う負
荷側端子片３９Ｙの開閉機構については、便宜上、上記
Ｘ−Ｘ線に沿う構成とほぼ同一もしくは相当部分に同一
符号に補助符号Ｙを付記して、その詳しい説明を省略す
る。

【００２３】つぎに、上記構成の動作について説明す
る。図１において、電磁コイル４を励磁すると、プラン
ジャ３がシリンダ室９の内部をシリンダ８の内周面を摺
動しながら上昇開始し、所定のエアギヤップＧに相当す
る距離を上昇すると、支持ロッド１７の下端１７ｆに当
接してこれと一体的に軸移動する。このとき、上記シリ
ンダ室９と通気孔１０とは上記プランジャ３に設定され
た逆止弁１２で連通が遮断され、かつ、絞り機能付逆止
弁１３でその流路１３ａが遮断されているため、上記シ
リンダ室９の内部圧力の上昇で、復帰ばね機構Ｄによる
圧縮ばね力と相まって、上記プランジャ３は徐々に上昇
を開始する。つまり、一般に、電磁コイル４は通電開始
時におけるプランジャ３の励磁力が小さいため、上記支
持ロッド１７に対するプランジャ３の負荷を軽減させる
ように考慮されている。

【００２４】上記プランジャ３は電磁コイル４への通電
にもとづく励磁力の上昇にともなって順次上昇し、上記
可動接触子ブロックＢは復帰ばね機構Ｄにおける第１の
ばね部材１９に支持されるとともに、第３のばね部材２
２のばね反力に抗し、またシリンダ室９の空気を圧縮し
ながら上昇し、全ストロークの約２／３ストロークまで
上昇した時点で第２のばね部材２１が第３のばね部材２
２に付勢されて更に上昇し、アーク可動接点２７，２７
Ｙ（図３）をアーク固定接点３４，３４Ｙ（図５）に接
触させる。これによって、上記電源側端子片３９は、中
継端子金具３８，リ−ド片３７，中継端子金具３６，ア
ーク固定接点３４，アーク可動接点２７，可動接点台２
８，導電性板ばね部材２６，可動接触子２４，導電性板
ばね部材２６Ｙ，アーク可動接点２７Ｙ，アーク固定接
点３４Ｙ，中継端子金具３６Ｙ，リ−ド片３７Ｙおよび
中継端子金具３８Ｙを介して負荷側端子片３９Ｙに電気
的に接続される。このとき、アーク接点が接触した瞬間
にアークが発生し、続いて全負荷電流、たとえば２，０
００Ａがアーク接点を流れる。

【００２５】上記アーク可動接点２７，２７Ｙがアーク
固定接点３４，３４Ｙに接触する直前に、上記プランジ
ャ３に設定された絞り機能付逆止弁１３における弁棒１
４の先端部１４ａがシリンダヘッド７の内面７ｂに当接
して、上記絞り機能付逆止弁１３が開放されると、上記
シリンダ室９が外気に連通されて内部圧力が低下し、上
記プランジャ３は復帰ばね機構Ｄにおける第２および第
３のばね部材２１，２２によるばね反力に抗して上記支
持ロッド１７を急上昇させて、メイン可動接点３０，３
０Ｙがメイン固定接点４０，４０Ｙに接触する。上記絞
り機能付逆止弁１３の開放時点は、たとえば、上記アー
ク可動接点２７，２７Ｙがアーク固定接点３４，３４Ｙ
に接触する時点のプランジャ３の位置より１mmスタート
寄りである。また、上記絞り機能付逆止弁１３の開放度
が大き過ぎると、上記シリンダ室９の内部圧力低下が急
峻過ぎて、上記アーク接点およびメイン接点がハンチン
グして接触が不確実となり、火花が発生して接点寿命を
短かくする。そのため、上記絞り機能付逆止弁１３の絞
り通路１３ａと絞り弁体１３c のギャップ（図６）を調
整して、上記逆止弁１３の開放時に各接点がソフトタッ
チするように絞り度を適切に設定する。この実施例にお
いて、上記逆止弁１３の絞り度についての実験結果は図
７および図８に示すとおりである。

【００２６】このとき、上記可動接触子ブロックＢは復
帰ばね機構Ｄにおける第１ないし第３のばね部材１９，
２１，２２の全ばね反力を受けるとともに、上記支持ロ
ッド１７が第１のばね部材１９をさらに圧縮して上昇
し、上記全ばね反力を急上昇させたのち、プランジャ３
がシリンダヘッド７の内面７ｂに当接して可動接触子ブ
ロックＢの上昇が停止する。これによって、上記メイン
可動接点３０，３０Ｙ（図３）はメイン固定接点４０，
４０Ｙ（図５）に対し、 第１のばね力−（第２のばね力＋第３のばね力） の接点圧で接触し、上記電源側端子片３９がメイン固定
接点４０，メイン可動接点３０，可動接触子２４，メイ
ン可動接点３０Ｙおよびメイン固定接点４０Ｙを介して
負荷側端子片３９Ｙに電気的に接続されるとともに、上
記復帰ばね機構Ｄによる強大なばね反力を上記可動接触
子ブロックＢに付与することができる。

【００２７】他方、上記支持ロッド１７の先端１７ｈが
最下端位置Ｈ１から上昇して、中間位置Ｈ２に到達した
とき、補助接点機構Ｆにおける回動レバー５２（図２）
の下端部で押圧ピン５０が駆動されて軸移動し、マイク
ロスイツチ４８をオン動作させ、さらに、最上端位置Ｈ
３に上昇して、上記マイクロスイツチ４８のオン動作を
保持し、動作表示素子（図示せず）を点灯させて、各接
点の接触動作を確認表示することができる。前述した実
施例における操作電圧、励磁吸引力、プランジャストロ
ークおよび第１，第２，第３のばね力に関する動作関連
図を図９に示す。

【００２８】ところで、上記アーク接点２７，２７Ｙ，
３４，３４Ｙの通電は短時間であり、また、カーボン製
であるため、耐アーク性が良好で、上記アーク接点が溶
損や溶着するのを有効に防止することができる。また、
アーク接点の材質であるカーボンは固有抵抗値が非常に
高いので、実施例によるアーク固定および可動接点の電
圧降下は２，０００Ａ通電のとき約１０Ｖに達する。こ
のことは、その分だけ負荷電流が減少し、接点の寿命を
長くする。

【００２９】上記メイン接点の接触と同時に、バッテリ
からの大電流が上述したように、電源側端子片３９，メ
イン固定接点４０，メイン可動接点３０，可動接触子２
４，メイン可動接点３０Ｙおよびメイン固定接点４０Ｙ
を介して負荷側端子片３９Ｙに流れて、負荷を駆動する
ことができる。しかも、上記メイン接点の接触時には、
上記アーク接点の電流路がすでに閉路されて通電状態に
あり、その通電状態における電流を上記メイン接点側に
転流させるものであるため、アークの発生が防止され
て、上記メイン接点の溶損や溶着を有効に防止すること
ができる。

【００３０】ところで、スタータモータを起動する電磁
開閉器は、通常、別置電源装置のコスト低減のため、ス
タータモータ駆動用バッテリを兼用にして操作電源とす
る。このため、スタータモータ起動時には短絡的大電流
が流れてバッテリ端子電圧は定格電圧の１／２位まで低
下する。したがって、この低下したバッテリ電圧でも電
磁開閉器は確実に動作しなければならない。そこで、電
磁開閉器の各復帰ばね特性は、バッテリ電圧の低下した
下限電圧領域でのプランジャ３の電磁吸引力特性によっ
て決定する。すなわち、電磁吸引力に少し余裕をもたせ
るために、バッテリの１／３定格電圧での電磁力特性曲
線に沿って各復帰ばね特性を決定する。これらは図９で
示したとおりである。つぎに、この下限電圧領域で決定
された各復帰ばね特性を有する電磁開閉器をバッテリ１
００％定格電圧での上限電圧領域で使用した場合には、
下記の課題が生じる。電磁開閉器に通電直後のプランジ
ャ３の励磁吸引力は図９で示すように、下限電圧領域で
のそれの数倍の力がある。このため、第３の復帰ばね部
材２２の弱いばね反力では、この電磁吸引力を押え切れ
ず、プランジャ３は瞬間に終端に到達して各接点を接触
させる。しかしながら、電磁コイルにはインダクタンス
Ｌがあるので、第２のばね部材２１，第１のばね部材１
９のばね反力に抗してプランジャ３を吸引上昇させるに
は少し時間がかかり、電磁開閉器への通電直後には電磁
吸引力が不足している。したがって、プランジャ３はス
トローク途中まで後退下降して各接点を開離させ、電磁
吸引力の上昇を待って再び各接点が接触する。つまり、
プランジャ３は大きくバウンドすることとなる。そこ
で、シリンダ室９を設けてプランジャ３の衝撃的上昇を
抑制し、各接点がソフトタッチするようにすれば、上記
課題が解消される。この実施例におけるこれらの点に関
する実験結果を図１０および図１１に示す。

【００３１】上記メイン接点の電流路に大電流を流して
負荷の駆動を完了し、電磁コイル４の励磁が解除される
と、上記可動接触子ブロックＢは復帰ばね機構Ｄによる
強大なばね反力でもって、支持ロッド１７およびプラン
ジャ３とともにほぼ一体的に軸移動して下降を開始す
る。このとき、上記プランジャ３に設定された弁体１２
ａは慣性で静止状態を保持され、かつ、シリンダ室９の
内部負圧で吸引されて、上記プランジャ３と一体に下降
する弁室１２ｂの内部のストッパ５７に当接して逆止弁
１２を開放状態に保持し、シリンダ室９を通気孔１０に
連通させて大気に開放させる。したがって、上記プラン
ジャ３はシリンダ室９を負圧にさせることなく、上記復
帰ばね機構Ｄのばね反力を開放させて、上記可動接触子
ブロックＢを瞬時動作で下降させることができる。

【００３２】また、上記アーク可動接点２７，２７Ｙ
は、導電性板ばね部材２６の先端部２６ｂに固定されて
変位可能であるとともに、コイル状ばね部材２９を介し
弾性的に支持されて常時押し上げられているため、上記
可動接触子ブロックＢの瞬時下降に際して慣性で静止状
態を保持し、上方のアーク固定接点３４，３４Ｙに対す
るオン動作を極力保持することができる。このように、
上記アーク可動接点２７，２７Ｙがアーク固定接点３
４，３４Ｙに接触した状態で、メイン可動接点３０，３
０Ｙをメイン固定接点４０，４０Ｙから開放させること
ができるため、メイン接点の開放に際しアークの発生を
防止することができる。

【００３３】電磁コイル４の通電が切られ、メイン可動
接点３０，３０Ｙがメイン固定接点４０，４０Ｙから開
離されるまでの動作を詳述する。電磁コイル４にはイン
ダクタンス分Ｌがあるので、励磁エネルギが溜まってい
る。この通電を切っても、この励磁エネルギのため、励
磁力が急激になくならない。また、プランジャ３はシリ
ンダヘッド内面７ｂに当接しているので、上記プランジ
ャ３とシリンダヘッド内面７ｂの間には通電を切って
も、残留磁気のため強い吸引力が働らいている。したが
って、次式が成立するまでプランジャ３はシリンダヘッ
ド内面７ｂより開離することができない。残留磁気によ
る吸引力＜（電磁コイル４の残留エネルギによる励磁力
＋第１のばね反力＋第２のばね反力＋第３のばね反力＋
アーク可動接点のばね部材２９の反力＋アーク可動接点
のばね部材２９Ｙの反力＋板ばね２６の反力＋板ばね２
６Ｙの反力）この式が成立するには、通電を切って電磁
コイル４の残留エネルギが放出され、励磁力が１／１０
以下になったときである。この実施例によれば、これに
要する時間は３０ｍｓであり、この時点まで上記プラン
ジャ３は下降を開始しない。可動接触子ブロックＢとプ
ランジャ３は支持ロッド１７を介して当接し、一体とな
っているが、上記の式が成立した瞬間、第１のばね部材
１９が強いばね反力で支持ロッド１７を押し、支持ロッ
ド１７の下端１７ｆが質量の大きいプランジャ３を弾き
飛ばすように作用し、可動接触子ブロックＢとプランジ
ャ３を分離する。つぎに、残った可動接触子ブロックＢ
に第１のばね部材１９を除く残りのばね群が作用して、
同ブロックＢを急速に引き下げ、メイン接点を開ける。

【００３４】さらに、上記可動接触子ブロックＢが下降
すると、上記アーク可動接点２７，２７Ｙがアーク固定
接点３４，３４Ｙから開放される。このとき、アーク接
点には全負荷電流、たとえばＤＣ１０８Ｖ，ＤＣ２，０
００Ａが流れているので、爆発的にアークがアーク接点
間に発生する。接点をアークの被害から救うには、極力
急速に可動接触子ブロックＢを下降させなければならな
い。そのためには、第１ないし第３のばね部材を可能な
限り強くし、シリンダ室９の気密を保持している支持ロ
ッド１７のシール部材５８およびプランジャ３のシール
部材５９は気密性を損なわないで摩擦を少なくしなけれ
ばならない。プランジャ３が全ストロークの半分を越え
て下端に達するまでの間の復帰ばね力は弱い第３のばね
部材２２が作用しているのみであるから、シール部材の
摩擦があれば、プランジャ３を瞬時に押し切れない。こ
の実施例における電磁開閉器の遮断特性を図１２に示
す。

【００３５】また、発生したアーク流は、アーク消弧装
置Ｅにおける各グリッド板４１で伸長させたのち、分断
して冷却することにより容易に消弧できるとともに、上
記アーク接点２７，３４の内周面側における導電性部材
に転流するのを上記固定および可動アークバリア４５，
４６でもって有効に防止することができる。しかも、上
記各アーク接点２７，２７Ｙ，３４，３４Ｙはカーボン
製であるため、高温高圧のアーク流で溶損や溶着するの
を一層防止することができる。

【００３６】なお、この発明による電磁開閉器はガスタ
ービンの起動に限られず、他の装置に直流低圧大電流を
短時間通電する場合に適応することができることはいう
までもない。

【００３７】

【発明の効果】この発明は以上詳述したように、接点の
溶損や溶着なく大電流通電が可能で、かつ信頼性の高い
長寿命な電磁開閉器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による電磁開閉器の一例を示す断面図
である。

【図２】同電磁開閉器の上面図である。

【図３】同電磁開閉器の内部構造を示す可動接触子ブロ
ックの要部の一部切欠した上面図である。

【図４】同可動接触子ブロックの要部の一部切欠した下
面図である。

【図５】同電磁開閉器の内部構造を示す固定接触子ブロ
ックの要部の斜視図である。

【図６】同電磁開閉器の内部構造を示す電磁石ブロック
の要部の断面図である。

【図７】同電磁開閉器の絞り機能付逆止弁の絞り度がゆ
るい場合の各接点の動作図である。

【図８】同電磁開閉器の絞り機能付逆止弁の絞り度が適
切な場合の各接点の動作図である。

【図９】同電磁開閉器の電磁吸引力特性とばね組み合わ
せ構成の原理図である。

【図１０】同電磁開閉器の気密シリンダ室を形成した場
合の各接点の動作図である。

【図１１】同電磁開閉器の気密シリンダ室を形成しない
場合の各接点の動作図である。

【図１２】同電磁開閉器の遮断特性図である。

【符号の説明】 Ａ 電磁石ブロック Ｂ 可動接触子ブロック Ｃ 固定接触子ブロック Ｄ 復帰ばね機構 Ｅ アーク消弧装置 ３ プランジャ ４ 電磁コイル ５ コイルスプール ７ シリンダヘッド ８ シリンダ ９ シリンダ室 １２ 逆止弁 １３ 絞り機能付逆止弁 １７ 支持ロッド １７ａ 基端部 １７ｂ 中央部 １９ 第１の押圧兼復帰コイルばね ２１ 第２の復帰コイルばね ２２ 第３の復帰コイルばね ２４ 可動接触子 ２６ 導電性板ばね部材 ２７ 電源側アーク可動接点 ２７Ｙ 負荷側アーク可動接点 ２９ 電源側アーク可動接点コイル状ばね ２９Ｙ 負荷側アーク可動接点コイル状ばね ３０ 電源側メイン可動接点 ３０Ｙ 負荷側メイン可動接点 ３２ 電気絶縁台 ３４ 電源側アーク固定接点 ３４Ｙ 負荷側アーク固定接点 ３６ 中継端子金具（中継導電性部材） ３６Ｙ 中継端子金具（中継導電性部材） ３９ 電源側端子片 ３９Ｙ 負荷側端子片 ４０ 電源側メイン固定接点 ４０Ｙ 負荷側メイン固定接点 ４５ 固定アークバリア ４６ 可動アークバリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−260070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−97921（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−84823（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−193640（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−502753（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01H 50/54 H01H 50/20 H01H 50/88 H01H 9/30 H01H 33/04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁開閉器をオン・オフ操作する直流電圧
   の変動範囲が大きく、かつ直流低電圧大電流を気中開閉
   する電磁開閉器において、１対のメイン固定接点を電源
   側端子片および負荷側端子片にそれぞれ設定するととも
   に中継導電性部材を介し１対のアーク固定接点を上記各
   端子片に個別に接続して電気絶縁台に固定してなる固定
   接触子ブロックと、上記各メイン固定接点およびアーク
   固定接点に接離可能に対向させて１対のメイン可動接点
   およびアーク可動接点を可動接触子に設定してなる可動
   接触子ブロックと、この可動接触子ブロックを軸移動可
   能な支持ロッドに弾性的に支持してなる復帰ばね機構
   と、上記支持ロッドを軸移動させる電磁石ブロックとを
   具備し、上記電磁石ブロックは、上記支持ロッドおよび
   プランジャを軸移動可能に嵌合してシリンダの内部空間
   を気密に形成してなるシリンダ室と、上記プランジャを
   励磁して軸方向へ移送駆動する上記シリンダに巻装され
   た電磁コイルと、励磁開始動作における所定ストローク
   で上記シリンダ室の内部圧力を大気に開放する絞り機能
   付逆止弁とを備え、上記電磁コイルの励磁で上記プラン
   ジャが徐々に移動を開始し、所定ストロークの移動で上
   記支持ロッドに当接してこれと一体的に軸移動し、電磁
   コイルへの通電にもとづく励磁力の上昇にともなって上
   記可動接触子ブロックは復帰ばね機構およびシリンダ室
   の空気を圧縮しながら軸移動し、アーク可動接点とアー
   ク固定接点が接触する直前に上記絞り機能付逆止弁を開
   放し、上記シリンダ室が外気に連通されて内部圧力が低
   下し、上記プランジャは復帰ばね機構によるばね反力に
   抗して上記支持ロッドを急速度で移動させ、アーク可動
   接点とアーク固定接点が接触したのち、急速度でメイン
   可動接点がメイン固定接点に接触させるように構成した
   ことを特徴とする電磁開閉器。
2. 【請求項２】上記シリンダ室は電磁コイルが巻装された
   コイルスプールの軸部に形成されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の電磁開閉器。
3. 【請求項３】上記電磁石ブロックは、復帰動作で上記シ
   リンダ室を大気に開放する逆止弁を上記プランジャに有
   することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁開
   閉器。
4. 【請求項４】上記各アーク可動接点は、上記可動接触子
   に固定され た導電性板ばね部材に弾性的に支持されて、
   復帰動作時に慣性で開放動作を遅延させるように構成し
   たことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉器。
5. 【請求項５】上記各アーク可動および固定接点は、アー
   ク消弧装置およびアークバリアで外周面を取り囲んで構
   成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
   れかに記載の電磁開閉器。
6. 【請求項６】上記各アーク可動および固定接点はカーボ
   ン製であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
   かに記載の電磁開閉器。
7. 【請求項７】上記復帰ばね機構は、上記支持ロッドの中
   央部に外嵌されたばね力のそれぞれ異なる複数の復帰コ
   イルばね部材の組み合わせからなり、上記電磁コイルで
   駆動されるプランジャの軸移動にともなって一次的およ
   び指数関数的に上昇するばね反力を上記可動接触子ブロ
   ックに付勢するように構成されていることを特徴とする
   請求項１ないし６のいずれかに記載の電磁開閉器。