JP3882873B2 - Adjustment method of electromagnetic relay operating characteristics - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サイズや消費電力の制約から構成部品の寸法や特性のバラツキ等が避けがたい基板搭載型超小型電磁リレー等に好適な電磁リレーの動作特性調整方法に係り、特に、構成部品の寸法や特性のバラツキ等に起因する電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を、可動鉄片に曲げ加工を加えて変更することにより修正するようにした電磁リレーの動作特性調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の如く、電磁リレーの基本構造は、電磁石と、前記電磁石の磁極に吸引される可動鉄片と、前記可動鉄片に復帰力を付与する復帰バネと、前記可動鉄片に連動して開閉される接点機構とを備えている。そして、電磁石を流れる電流に変化が生ずると、電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重(主として、復帰バネによる)とのバランスが変わり、接点機構が動作もしくは復帰する。すなわち、電磁リレーのコイルに電流が流れると、電磁作用により可動鉄片は鉄心に吸引される。可動鉄片はコイルの電流が断たれたとき、復帰する力を必要とする。その復帰力は、復帰バネによって付与される。可動鉄片が動作途中においても、安定に動作するためには、吸引力は復帰力に対し絶えず打ち勝たねばならない。
【0003】
一般的な電磁リレーの負荷荷重と吸引力との関係を、図11のグラフに示す。同図において縦軸は荷重(g)もしくは吸引力(g)、横軸は接点機構における動作状態と復帰状態との間のストローク(mm)、F11はリレーが動作を開始するための吸引力、F12はリレーが安定動作をするための吸引力、F13はリレーが復帰を開始するための吸引力、F2は負荷荷重、AT1は吸引力F11に対応する起磁力、AT2は吸引力F12に対応する起磁力、AT3は吸引力F13に対応する起磁力、Aはb接点が開離する動作点、Bはa接点が投入される動作点、Cはリレーが動作完了する動作点である。同図において、吸引力はコイル電流から計算される起磁力をパラメータとして表されている。コイル電流が徐々に大きくなり、起磁力AT1に達すると、吸引力が負荷荷重以上となり、可動鉄片が吸引される。また、温度や振動、入力の変動等に対して、リレーが安定に動作するためには、より大きな起磁力AT2が必要とされる。一方、入力電流を徐々に低下させて起磁力AT3に達すると、吸引力はC点で負荷荷重より小さくなり、可動鉄片は瞬時に復帰する。負荷荷重は、復帰バネと可動接触片である板バネの撓みによる荷重とを合成したものとなる。すなわち、常閉接点(b接点、ブレーク接点)が開離するA点までは、負荷荷重は復帰バネの復帰力と板バネの負の力を合成したものとなる。可動接点がどちらの固定接点にも接していないA点からB点までの間、負荷荷重は復帰バネのみの力となる。常開接点(a接点、メーク接点)が閉路するB点からC点までの間、負荷荷重は復帰バネと板バネの正の力を合成したものとなる。以上により、図11に示されるような、代表的負荷カーブが描かれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電磁リレーに十分な大きさ並びに消費電力が許容される場合、電磁石としては大きな磁力を発生するものを採用することができ、寸法に多少バラツキがある構成部品の組み合わせによっても、安定した動作電圧並びに復帰電圧を確保することができる。
【0005】
しかしながら、リレーを小型化・低消費電力化しようとすると、(1)内蔵する電磁石から発生可能な磁力が小さくなること、並びに、(2)構造により構成部品に要求される精度が厳しくなり、精度実現が困難となること、という問題点が生ずる。すなわち、電磁石の発生磁力が減少すると、動作状態と復帰状態とに対応する吸引力の幅が縮小し、これに対応してバネ負荷のバラツキの許容幅を狭まる。加えて、構成部品の小型化による加工精度の相対的悪化から、電磁石の吸引力とバネ負荷との整合は一層困難となる。そのため、小型化・低消費電力化された電磁リレーにあっては、電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重とを整合させるために、吸引力またはバネ負荷の調整を行うことが不可欠となっている。また、永久磁石を保持する有極可動鉄片を備えた電磁リレーにあっては、永久磁石の減磁を行って吸引力を調整することにより、吸引力と負荷荷重との整合を図っているが、小型化・低消費電力化がますます進展するにつれ、係る方法では調整しきれずに特性不良となって歩留まりを低下させるに至っている。
【0006】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、構成部品の寸法や特性のバラツキなどに起因する電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を容易に修正することができ、これにより、基板搭載型チップリレー等のような超小型電磁リレーにも適用が可能な電磁リレーの動作特性調整方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、ベースブロック(100)と可動ブロック(200)とを有する電磁リレーの動作特性調整方法であります。
【0008】
ここで、ベースブロック(100)は、両端磁極部(1a,1b)を仰向け状態として配置されたコの字状鉄心(1)を有する電磁石と、前記コの字状鉄心の一方の磁極(1a)の左右両脇に位置する一対の常閉側固定接点(6a,7a)と、前記コの字状鉄心の他方の磁極(1b)の左右両側に位置する一対の常開側固定接点(6b,7b)とを樹脂部により一体化すると共に、その上面の長手方向中央部には、シーソー動の支点となる支持部(10a,10b)が、また長手方向中央部の左右両側部には常閉接点側が低くかつ常開接点側が高くなるような傾斜面となる一対のバネ片接合部(11a,11b)と言う構造を有するものであります。
【0009】
また、可動ブロック(200)は、長手方向の一方の端部には常閉側鉄片端部(13a)が、また他方の端部には常開側鉄片端部(13b)が設けられ、さらに厚み方向へと磁気分極された有極可動鉄片(13)と、前記有極可動鉄片の両脇にこれと並行配置され、かつ長手方向の一方の端部には常閉側可動接触片部(14a,15a)が、また他方の端部には常開側可動接触片部(14b,15b)が設けられ、さらに長手方向の中央部の側縁部にはトーションスプリングとして機能するT字形状のヒンジバネ片部(14c,15c)とを有する左右の可動導体片(14,15)とを樹脂部(20)により一体化すると共に、その下面の長手方向中央部には、前記ベースブロックの支持部(10a,10b)に対応する凹部(18a,18b)と言う構造を有するものであります。
【0010】
そして、この方法は、第1〜第5のステップを有するものであります。
【0011】
ここで、第1のステップとは、可動ブロック(200)を上下裏返しにした状態において、そのヒンジバネ片部(14c,15c)にあてがわれる仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)となる下面と、ヒンジバネ溶接面(P1)と平行かつ既知の高差(Href)を有し、かつ有極可動鉄片(13)の長手方向両端部(13a,13b)の両脇に位置すると共に、測定基準面(P2)となる上面とを有する測定用冶具(21)を用意するものであります。
【0012】
また、第2のステップとは、仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)がヒンジバネ片部(14c,15c)にあてがわれるような水平姿勢で、上下裏返しにされた可動ブロック(200)の上に測定用冶具(21)を重ねるものであります。
【0013】
また、第3のステップとは、上下裏返しにされた可動ブロック(200)の上に測定用冶具(21)が重ねられた状態において、レーザ変位計23から得られるレーザビームを水平方向へ走査して、可動鉄片の常閉側又は常開側鉄片端部(13a又は13b)の高さと測定用基準面(P2)の高さとを同時に測定し、両者の段差として距離(Hx)を求めるものであります。
【0014】
また、第4ステップとは、求められた段差(Hx)と既知の値(Href)との和(Hx+Href)として、バネ片接合部(11a)の接合面と常閉又は常開側鉄片端部(13a又は13b)との距離(H3´又はH4´)を求め、さらに設計値(H3又はH4)との差(H3´−H3又はH4´−H4)として曲げ加工量を求めるものであります。
【0015】
また、第5ステップとは、こうして求められた曲げ加工量に対応して、可動鉄片の常閉側又は常開側鉄片端部(13a又は13b)を曲げ加工するものであります。
【0016】
『曲げ加工する』の意味するところは、可動鉄片の動作ストロークを修正することである。通常、この曲げ加工は、可動鉄片の比較的先端部分において行われる。また、『有極可動鉄片』の意味するところは、可動鉄片に磁気分極が生じていることである。この磁気分極を生じさせる方法には、可動鉄片それ自体を磁化する方法の他、可動鉄片に別途永久磁石を保持させる方法がある。
【0017】
そして、この発明によれば、可動鉄片と磁極との間隙が変更されることにより、電磁石の吸引力を変更したり、あるいは復帰バネの反発力を変更するといった調整方法とは異なる観点より、電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を修正することができ、これを基板搭載型の超小型チップリレーに応用すれば、製品の歩留まりを著しく向上させることができる。尚、この変更には、可動鉄片と磁極との間隙を拡大する場合と縮小する場合との双方が含まれている。
【0018】
【発明の実施の形態】
先に説明したように、本発明の動作特性調整方法は、構成部品の寸法や特性のバラツキ等に起因する電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を、所定の基準状態における可動鉄片と磁極との間隙の大きさを可動鉄片に曲げ加工を加えて変更することにより、修正することを特徴とするものである。この方法は、電磁石と、前記電磁石の磁極に吸引される可動鉄片と、前記可動鉄片に復帰力を付与する復帰バネと、前記可動鉄片に連動して開閉される接点機構とを有する電磁リレーに広く適用することができる。特に、以下の実施の形態では、本発明を、表面実装部品として回路基板に搭載が可能な超小型の電磁リレー(チップリレー等と称される)に適用した場合を説明する。
【0019】
本発明が適用されるチップリレーの上部カバーを外した状態の分解斜視図が図1に示されている。同図に示されるように、このチップリレーは、ベースブロック100と可動ブロック200とを含んでいる。ベースブロック100は、縦9.0mm,横5.9mm,高さ4.4mmを有する外観ほぼ直方体状の樹脂成型品であり、その内部には、電磁石のほか接点機構の固定側部分等が含まれている。内蔵される電磁石の構造の一例が図4に示されている。同図(a)に示されるように、電磁石の鉄心1は横向きコの字状をなしており、その両端部には磁極部1a,1bが設けられている。それら磁極部1a,1bは樹脂モールドされて、フランジ部2a,2bが形成されている。同図(b)に示されるように、磁極部1aと磁極1bとに挟まれた鉄心1の胴体部分には、コイル3が巻回されている。コイル3の巻き線両端はからげ部4a,4bに巻き付けられた状態で接合され、中継端子5へと導出されている。尚、5a,5bは、電磁石をベースブロック100に固定するための連結片である。
【0020】
図1に戻って、このチップリレーには、2回路分の互いに独立した単極双投型(SPDT)接点機構が設けられている。それら2つの接点機構は、後に詳細に説明するように、電磁石を挟んでこれと平行にその両脇に配置されている。図1においては、それら2つの接点機構の1部が、ベースブロック100の上面に露出している。すなわち、6aは第1の接点機構を構成する常閉側固定接点、6bは第1の接点機構を構成する常開側固定接点、7aは第2の接点機構を構成する常閉側固定接点、7bは第2の接点機構を構成する常開側固定接点である。尚、8aは中継端子5a(図4参照)に導通するコイル端子、9aは常閉側固定接点6aに導通する固定接点端子、9bは常開側固定接点6bに導通する固定接点端子である。
【0021】
ベースブロック100の上面には、後述する可動ブロック200が載置され、ベースブロック100の上面に形成された支持突部10a,10bを支点として、シーソー動自在に支持される。尚、11a,11bは、可動ブロック200の両側部より突出するヒンジバネ片部(詳細は後述)を接合するためのバネ片接合部である。これらのバネ片接合部11a,11bの上面は、常閉接点6a,7a側が低くかつ常開接点6b,7b側が高くなるような傾斜面となっている。また、12aはバネ片接合部11aに導通する共通端子である。
【0022】
可動ブロック200は、可動鉄片13と2個の可動導体片14,15とを樹脂部16により一体化して構成されている。樹脂部16により一体化する前の状態における可動鉄片13並びに2つの可動導体片14,15の詳細が図3に示されている。
【0023】
同図(a)に示されるように、可動鉄片13と2個の可動導体片14,15とは、可動鉄片13を真ん中に、その左右両脇に可動導体片14と可動導体片15とを平行に配置した状態で、樹脂により一体に結合されている。それらを裏返しにした状態が同図(b)に示されており、可動鉄片13の裏側には、厚さ方向に磁化された永久磁石16が固定されており、その結果、可動鉄片13はその厚み方向に磁気分極(例えば、両鉄片端部13a,13bは共にS極となる)され、これにより有極可動鉄片が構成されている。第1の接点機構を構成する可動導体片14には、常閉側可動接触片部14aと、常開側可動接触片部14bと、T字型ヒンジバネ片部14cとが一体に形成されている。同様にして、第2の接点機構を構成する可動導体片15にも、常閉側可動接触片部15aと、常開側可動接触片部15bと、T字型ヒンジバネ片部15cとが一体に形成されている。同図(b)に示されるように、各可動接触片部14a,14b,15a,15bの先端部は二股状に分岐されており、分岐されたそれぞれの先端部には、可動接点17が形成されている。ヒンジバネ片部14c,15cは、機構的にはトーションスプリングとして機能する一方、電気的には共通端子として機能している。そして、これらヒンジバネ片部14c,15cのT字形状の横棒部分に相当する部位は、先に説明したベースブロック100上の、バネ片接合部11a,11bの傾斜面に溶接により固定される。
【0024】
樹脂部20により一体に結合された可動ブロック200を裏返しにした状態が図2に示されている。同図に示されるように、樹脂部20の裏面側には、2個の凹部18a,18bが設けられている。これらの凹部18a,18bは、先に説明したベースブロック100上の支持凸部10a,10bと対応している。そのため、図1に示されるように、ベースブロック100の上に可動ブロック200を載せ、ヒンジバネ片部14c,15cをバネ片接合部11a,11bの上部傾斜面に溶接固定すれば、可動ブロック200は支持凸部10a,10bを支点としてシーソー動自在に支持され、かつヒンジバネ片部14c,15cのトーションスプリング機能により、常閉接点側が下降する向きに付勢されることとなる。尚、図2において、常閉側鉄片端部13a,常開側鉄片端部13bの先端に位置する吸着部19a,19bは、ベースブロック100に設けられた磁極部1a,1bと接触する部分である。
【0025】
次に、以上説明したチップリレーの構造を前提として、本発明の動作特性調整方法について説明する。チップリレーを構成するベースブロック100と可動ブロック200との関係が、図5(a),(b)に模式的に示されている。同図(a)の平面図に示されるように、可動鉄片13は、例えば常閉側鉄片端部13a並びに常開側鉄片端部13bがいずれもS極となるように磁気分極されている。そして、電磁石を構成するコイルに電流が流れていない状態では、常閉側鉄片端部13aと磁極部1aとの間が接触しているのに対して、電流が流れている状態では、常開側鉄片端部13bと磁極部1bが接触する。このようにして、可動ブロック200がシーソー動を行うことにより、第1並びに第2の接点機構を構成する2回路分の単極双投型接点が作動する。
【0026】
同図(b)の側面図に示されるように、可動鉄片13の動作ストロークSは、次式により表される。
【0027】
S=H1+H2+H3+H4
ここで、
H1:磁極部1aの接触面とバネ片接合部11aの接合面との距離
H2:磁極部1bの接触面とバネ片接合部11aの接合面との距離
H3:バネ片接合部11aの接合面と常閉側鉄片端部13aの接触面との距離
H4:バネ片接合部11aの接合面と常開側鉄片端部13bの接触面との距離
【0028】
ところで、図1〜図4に示される構造のチップリレーの場合、図5(b)に示される距離H1,H2の値は既知のものとして与えられる。なぜなら、磁極部1a,1bの高さ並びにバネ片接合部11aの高さは、樹脂成形時の位置決め精度によりある程度管理することができるからである。これに対して、図5(b)に示される距離H3,H4の値は、可動導体片14,15のプレス加工時の歪みや可動鉄片13と可動導体片14,15との一体成型時の位置決め誤差等により一定の精度で管理することがなかなか困難である。そして、この距離H3,H4の値はそのまま電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合につながる。そこでこの発明では、可動鉄片13に曲げ加工を加えることによって、距離H3,H4を変更し、これにより電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を修正するものである。
【0029】
図6(a),(b)には、距離H3,H4の具体的な測定方法の一例が示されている。この測定方法においては、図6(a)に示されるように、裏返しにしておかれた可動ブロック200に対して、その上から当てがわれる特別な測定用治具21が使用される。この測定用治具21には、同図(b)に示されるように、仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)と測定基準面(P2)が設けられている。仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)と測定基準面(P2)との距離はHrefとして、既知のものとして与えられている。同図(a)に示されるように、測定用治具21を裏返しにされた可動ブロック200の上に載せ、その仮想的なヒンジバネ溶接面P1をヒンジバネ片部15cに当接させて当てがい、その状態において同図(b)に示されるように、レーザ変位計から得られたレーザビームを紙面と直交する方向へ走査して、可動鉄片13bの高さと測定基準面P2の高さとを同時に測り、両者の段差として距離Hxが求められる。その結果、図5(b)に示されるH3もしくはH4は、Href+Hxとして求められる。このようにして、図5(b)に示されるH1〜H4が求まると、設計値H3,H4に対する実測値H3´,H4´の差として、曲げ加工量が求められる。
【0030】
可動鉄片13に対する曲げ加工の様子が図7の説明図に模式的に示されている。この例では、鉄片13に対する曲げ加工は、その両端の先端部分において行われる。そのため、可動鉄片13は、上型22aと下型22bとを有する可動鉄片固定治具22によって、上下から挟みつけて固定される。その状態において、曲げ爪24を可動鉄片の先端部に引っかけ、上方もしくは下方へと力を加えて、常閉側鉄片端部13aもしくは常開側鉄片端部13bを所望の方向へ所望の加工量だけ曲げ加工するのである。どの程度の曲げ加工が行われたかは、常時レーザ変位計23により測定される。このような可動鉄片固定治具22を使用することにより、可動ブロック200に関し、可動鉄片13の先端部のみを容易に曲げ加工することができる。
【0031】
次に、図8〜図10を参照して、電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合が修正される様子について説明する。
【0032】
まず、最初に、ヒンジバネと可動鉄片とが設計上の位置関係にある時、吸引力と負荷荷重との関係がどのようになるかを、図8(a),(b)を参照して説明する。図8(a)には、ヒンジバネと可動鉄片との設計上の位置関係が示されている。同図から明らかなように、設計上の位置関係にある時、常開接点側もしくは常閉接点側のいずれにおいても、ヒンジバネと可動鉄片との距離はaとされている。同図(b)には、設計上の吸引力と負荷荷重との関係が示されている。同図において、C1はリレーが安定動作するための吸引力(設計値)、C2はリレーが復帰を開始する吸引力(設計値)、C31はバネ負荷を中心とした負荷荷重(設計値)である。グラフから明らかなように、ヒンジバネと可動鉄片とが設計上の位置関係にあるとき、負荷荷重曲線C31は2つの吸引力曲線C1,C2の間に収まっている。そのため、全ストロークにわたり、安定な動作が保証されている。
【0033】
次に、ヒンジバネと可動鉄片との位置関係が設計値を外れている場合における吸引力と負荷荷重との関係について、図9(a),(b)を参照して説明する。同図(a)に示されるように、この場合には、ヒンジバネと可動鉄片との距離は、常閉接点側ではeだけ広く、逆に常開接点側ではeだけ狭くなっている。この場合における吸引力と負荷荷重との関係が同図(b)に示されている。尚、図においてC32が負荷荷重曲線である。同図から明らかなように、この場合には、負荷荷重曲線C32は、2つの吸引力曲線C1,C2の間から外れてしまっている。そのため、設計値通りの吸引力C2では復帰動作に支障を来すことがわかる。
【0034】
最後に、ヒンジバネと可動鉄片との位置関係を修正した後における吸引力と負荷荷重との関係を、図10(a),(b)を参照して説明する。同図(a)に示されるように、この場合には、曲げ加工を行った結果、ヒンジバネと可動鉄片との距離は、常閉側並びに常開側のいずれについてもaに修正されている。曲げ修正後の吸引力と負荷荷重との関係が同図(b)に示されている。尚、同図においてC33が曲げ修正後の負荷荷重曲線である。同図から明らかなように、曲げ修正後の負荷荷重曲線C33は、修正前の負荷荷重曲線C32を図中矢印に示されるようにΔFだけ上方へシフト(バイアス)させたものとなる。その結果、修正後の負荷荷重曲線33は、2つの吸引力曲線C1,C2の間におさまっており、動作特性は、全ストロークにわたり安定に動作するよう修正されたことがわかる。
【0035】
図8〜図10で明らかなように、構成部品の寸法や特性のバラツキ等に起因する電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合は、シーソー動中立位置における有極可動鉄片と鉄心磁極との間隙の大きさを有極可動鉄片に曲げ加工を加えて変更することにより、修正されるのである。
【0036】
【発明の効果】
以上の実施態様の説明でも明らかなように、本発明によれば、構成部品の寸法や特性のバラツキ等に起因する電磁石の吸引力とそれに抗する負荷荷重との不整合を、復帰バネを調整したりあるいは電磁石の吸引力を調整するといった従来方法とは全く別の観点より、簡単かつ精度良く実現することができる。また、有極可動鉄片を用いる電磁リレーの場合、永久磁石の磁化の強さを調整するだけでは不十分な場合であっても、吸引力と負荷荷重との不整合をほぼ完全に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用された電磁リレーの構造を上部カバーを外した状態で示す分解斜視図である。
【図2】 同電磁リレーを構成する可動ブロックを裏返して示す斜視図である。
【図3】 同可動ブロックの内部構造を示す斜視図である。
【図4】 同ベースブロックに内蔵される電磁石の構造を示す斜視図である。
【図5】 同電磁リレーの構造を模式的に示す説明図である。
【図6】 曲げ加工に先立つ可動鉄片と鉄心磁極との間隙測定方法を示す説明図である。
【図7】 可動鉄片に対する曲げ加工の様子を示す説明図である。
【図8】 ヒンジバネと可動鉄片との位置関係が設計通りの状態にある場合における吸引力と負荷荷重との関係を示す説明図である。
【図9】 ヒンジバネと可動鉄片との位置関係が設計値を外れている状態における吸引力と負荷荷重との関係を示す説明図である。
【図10】 ヒンジバネと可動鉄片との位置関係を曲げ修正した後における吸引力と負荷荷重との関係を示す説明図である。
【図11】 一般的なリレーの負荷荷重と吸引力との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
100 ベースブロック
200 可動ブロック
1 鉄心
1a,1b 磁極部
2a,2b フランジ部
3 コイル
4a,4b からげ部
5a 中継端子
5b,5c 連結片
6a,7a 常閉側固定接点
6b,7b 常開側固定接点
8a コイル端子
9a,9b 固定接点端子
10a,10b 支持凸部
11a,11b バネ片接合部
12a 共通端子
13 可動鉄片
13a 常閉側鉄片端部
13b 常開側鉄片端部
14,15 可動導体片
14a,15a 常閉側可動接触片部
14b,15b 常開側可動接触片部
14c,15c ヒンジバネ片部
16 永久磁石
17 可動接点
18a,18b 凹部
19a,19b 吸着部
20 樹脂部
21 測定用治具
22 可動鉄片固定治具
22a 上型
22b 下型
23 レーザ変位計
24 曲げ爪[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for adjusting the operating characteristics of an electromagnetic relay suitable for a board-mounted ultra-small electromagnetic relay, etc., in which variations in dimensions and characteristics of components are unavoidable due to size and power consumption restrictions. The present invention relates to a method for adjusting the operating characteristics of an electromagnetic relay in which the mismatch between the attractive force of an electromagnet and the load applied against it due to variations in dimensions and characteristics is corrected by changing the movable iron piece by bending it. .
[0002]
[Prior art]
As is well known, the basic structure of an electromagnetic relay includes an electromagnet, a movable iron piece that is attracted to the magnetic pole of the electromagnet, a return spring that applies a restoring force to the movable iron piece, and a contact that is opened and closed in conjunction with the movable iron piece. Mechanism. When a change occurs in the current flowing through the electromagnet, the balance between the attractive force of the electromagnet and the load applied against it (mainly by the return spring) changes, and the contact mechanism operates or returns. That is, when a current flows through the coil of the electromagnetic relay, the movable iron piece is attracted to the iron core by electromagnetic action. The movable iron piece needs a force to return when the current of the coil is cut off. The return force is applied by a return spring. In order for the movable iron piece to operate stably even during the operation, the suction force must constantly overcome the return force.
[0003]
The relationship between the load load and the attractive force of a general electromagnetic relay is shown in the graph of FIG. In the figure, the vertical axis represents the load (g) or the suction force (g), the horizontal axis represents the stroke (mm) between the operation state and the return state of the contact mechanism, F11 represents the suction force for starting the operation of the relay, F12 is an attractive force for the relay to perform a stable operation, F13 is an attractive force for starting the relay, F2 is a load load, AT1 is a magnetomotive force corresponding to the attractive force F11, and AT2 corresponds to the attractive force F12 A magnetomotive force, AT3 is a magnetomotive force corresponding to the attractive force F13, A is an operating point at which the b contact is released, B is an operating point at which the a contact is turned on, and C is an operating point at which the relay is completed. In the figure, the attractive force is expressed using a magnetomotive force calculated from the coil current as a parameter. When the coil current gradually increases and reaches magnetomotive force AT1, the attractive force becomes greater than the load load, and the movable iron piece is attracted. Also, a larger magnetomotive force AT2 is required for the relay to operate stably with respect to temperature, vibration, input fluctuation, and the like. On the other hand, when the input current is gradually decreased to reach magnetomotive force AT3, the attractive force becomes smaller than the load load at point C, and the movable iron piece returns instantaneously. The load load is a combination of the return spring and the load caused by the bending of the leaf spring that is the movable contact piece. That is, until the point A at which the normally closed contact (b contact, break contact) is released, the load load is a combination of the return force of the return spring and the negative force of the leaf spring. During the period from point A to point B where the movable contact is not in contact with either fixed contact, the load is the force of the return spring only. During the period from point B to point C where the normally open contact (a contact, make contact) is closed, the load load is a combination of the positive force of the return spring and the leaf spring. As described above, a representative load curve as shown in FIG. 11 is drawn.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a sufficient size and power consumption are allowed for an electromagnetic relay, an electromagnet that generates a large magnetic force can be used, and even with a combination of components that vary somewhat in size, a stable operating voltage and A return voltage can be secured.
[0005]
However, when trying to reduce the size and power consumption of the relay, (1) the magnetic force that can be generated from the built-in electromagnet becomes smaller, and (2) the accuracy required for the component parts becomes strict due to the structure. There is a problem that it is difficult to realize. That is, when the generated magnetic force of the electromagnet is reduced, the width of the attractive force corresponding to the operating state and the return state is reduced, and accordingly, the allowable width of variation in the spring load is reduced. In addition, it is more difficult to match the attractive force of the electromagnet and the spring load due to the relative deterioration of the processing accuracy due to the downsizing of the component parts. Therefore, in electromagnetic relays that are reduced in size and power consumption, it is essential to adjust the attractive force or spring load in order to match the attractive force of the electromagnet with the load against it. Yes. In addition, in an electromagnetic relay including a poled movable iron piece for holding a permanent magnet, the attraction force and load load are matched by adjusting the attraction force by demagnetizing the permanent magnet. As the miniaturization and the reduction in power consumption progress further, such a method cannot be adjusted and the characteristics become poor, leading to a decrease in yield.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and the object of the present invention is to attract attraction force of electromagnets caused by variations in dimensions and characteristics of component parts and load load against the force. Thus, it is possible to easily correct the inconsistency with the electromagnetic relay, and thereby to provide an operation characteristic adjustment method of an electromagnetic relay that can be applied to a micro electromagnetic relay such as a board-mounted chip relay.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application is a method for adjusting the operating characteristics of an electromagnetic relay having a base block (100) and a movable block (200).
[0008]
Here, the base block (100) includes an electromagnet having a U-shaped iron core (1) disposed with both end magnetic pole portions (1a, 1b) facing upward, and one magnetic pole (1a) of the U-shaped iron core. ) Of a pair of normally closed fixed contacts (6a, 7a) located on both sides of the left and right sides and a pair of normally open fixed contacts (6b) located on the left and right sides of the other magnetic pole (1b) of the U-shaped iron core. 7b) is integrated with the resin portion, and the support portion (10a, 10b) serving as a fulcrum for seesaw movement is provided at the center portion in the longitudinal direction of the upper surface, and the left and right side portions of the center portion in the longitudinal direction are always provided. It has a structure called a pair of spring piece joints (11a, 11b) that have an inclined surface with the closed contact side low and the normally open contact side high.
[0009]
The movable block (200) is provided with a normally closed iron piece end (13a) at one end in the longitudinal direction, and a normally open iron piece end (13b) at the other end. A poled movable iron piece (13) magnetically polarized in the thickness direction, and arranged parallel to both sides of the poled movable iron piece, and a normally closed side movable contact piece ( 14a, 15a), a normally open side movable contact piece (14b, 15b) is provided at the other end, and a T-shaped portion which functions as a torsion spring at the side edge of the central portion in the longitudinal direction. The left and right movable conductor pieces (14, 15) having the hinge spring pieces (14c, 15c) are integrated by the resin part (20), and the base block support part is provided at the longitudinal center of the lower surface thereof. Recesses (18a, 18) corresponding to (10a, 10b) ) And say you are those having the structure.
[0010]
This method has the first to fifth steps.
[0011]
Here, the first step is a lower surface to be a virtual hinge spring weld surface (P1) applied to the hinge spring piece (14c, 15c) in a state where the movable block (200) is turned upside down, It is parallel to the hinge spring welding surface (P1) and has a known height difference (Href), and is located on both sides of the longitudinal ends (13a, 13b) of the poled movable iron piece (13), and also has a measurement reference plane ( We will prepare a measuring jig (21) that has an upper surface that becomes P2).
[0012]
The second step is a horizontal posture in which the virtual hinge spring welding surface (P1) is applied to the hinge spring pieces (14c, 15c), and on the movable block (200) turned upside down. It is a stack of measuring jigs (21).
[0013]
The third step is to scan the laser beam obtained from the
[0014]
The fourth step is the sum (Hx + Href) of the determined step (Hx) and the known value (Href), and the joint surface of the spring piece joint (11a) and the normally closed or normally open iron piece end. The distance (H3 'or H4') from (13a or 13b) is obtained, and the bending amount is obtained as the difference (H3'-H3 or H4'-H4) from the design value (H3 or H4).
[0015]
The fifth step is to bend the normally closed side or normally open side iron piece end (13a or 13b) of the movable iron piece according to the bending amount thus obtained.
[0016]
The meaning of “bending” is to correct the movement stroke of the movable iron piece. Usually, this bending process is performed in the comparatively front-end | tip part of a movable iron piece. In addition, the meaning of “polar movable iron piece” is that magnetic polarization occurs in the movable iron piece. In addition to the method of magnetizing the movable iron piece itself, there is a method of separately holding a permanent magnet on the movable iron piece as a method for generating this magnetic polarization.
[0017]
And according to this invention, from the viewpoint different from the adjustment method of changing the attractive force of the electromagnet or changing the repulsive force of the return spring by changing the gap between the movable iron piece and the magnetic pole, the electromagnet The mismatch between the suction force and the load applied against it can be corrected, and if this is applied to a substrate-mounted ultra-small chip relay, the product yield can be significantly improved. This change includes both the case where the gap between the movable iron piece and the magnetic pole is enlarged and the case where the gap is reduced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the operation characteristic adjustment method according to the present invention can detect the mismatch between the attractive force of the electromagnet and the load applied against it due to variations in the dimensions and characteristics of the component parts. The size of the gap between the iron piece and the magnetic pole is corrected by bending the movable iron piece to change it. This method is an electromagnetic relay having an electromagnet, a movable iron piece attracted by a magnetic pole of the electromagnet, a return spring that applies a restoring force to the movable iron piece, and a contact mechanism that opens and closes in conjunction with the movable iron piece. Can be widely applied. In particular, in the following embodiments, a case will be described in which the present invention is applied to an ultra-small electromagnetic relay (referred to as a chip relay or the like) that can be mounted on a circuit board as a surface-mounted component.
[0019]
FIG. 1 shows an exploded perspective view of the chip relay to which the present invention is applied with the upper cover removed. As shown in the figure, the chip relay includes a
[0020]
Returning to FIG. 1, this chip relay is provided with two independent single-pole double-throw (SPDT) contact mechanisms for two circuits. As will be described in detail later, these two contact mechanisms are arranged on both sides in parallel with the electromagnet. In FIG. 1, a part of the two contact mechanisms is exposed on the upper surface of the
[0021]
A
[0022]
The
[0023]
As shown in FIG. 2A, the
[0024]
FIG. 2 shows a state in which the
[0025]
Next, on the premise of the structure of the chip relay described above, the operation characteristic adjusting method of the present invention will be described. The relationship between the
[0026]
As shown in the side view of FIG. 5B, the operation stroke S of the
[0027]
S = H1 + H2 + H3 + H4
here,
H1: Distance between the contact surface of the
H2: Distance between the contact surface of the
H3: distance between the joint surface of the spring piece
H4: Distance between the joint surface of the spring piece
[0028]
By the way, in the case of the chip relay having the structure shown in FIGS. 1 to 4, the values of the distances H1 and H2 shown in FIG. 5B are given as known values. This is because the height of the
[0029]
FIGS. 6A and 6B show an example of a specific method for measuring the distances H3 and H4. In this measuring method, as shown in FIG. 6A, a
[0030]
The state of the bending process for the
[0031]
Next, with reference to FIG. 8 to FIG. 10, how the mismatch between the attractive force of the electromagnet and the load applied against it is corrected.
[0032]
First, with reference to FIGS. 8A and 8B, the relationship between the attractive force and the load load when the hinge spring and the movable iron piece are in a positional relationship in design will be described. To do. FIG. 8A shows a design positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece. As is clear from the figure, the distance between the hinge spring and the movable iron piece is a on either the normally open contact side or the normally closed contact side when in the design positional relationship. FIG. 4B shows the relationship between the designed suction force and the applied load. In the figure, C1 is a suction force (design value) for stable operation of the relay, C2 is a suction force (design value) at which the relay starts to return, and C31 is a load load (design value) centered on the spring load. is there. As is apparent from the graph, when the hinge spring and the movable iron piece are in a design positional relationship, the load load curve C31 falls between the two attractive force curves C1 and C2. Therefore, stable operation is guaranteed over the entire stroke.
[0033]
Next, the relationship between the attractive force and the load load when the positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece deviates from the design value will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b). As shown in FIG. 5A, in this case, the distance between the hinge spring and the movable iron piece is wide by e on the normally closed contact side, and conversely by e on the normally open contact side. The relationship between the suction force and the applied load in this case is shown in FIG. In the figure, C32 is a load curve. As is apparent from the figure, in this case, the load load curve C32 deviates from between the two attractive force curves C1 and C2. Therefore, it can be seen that the return force is hindered by the suction force C2 as designed.
[0034]
Finally, the relationship between the attractive force and the load load after correcting the positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b). As shown in FIG. 5A, in this case, as a result of bending, the distance between the hinge spring and the movable iron piece is corrected to a for both the normally closed side and the normally open side. The relationship between the suction force after bending correction and the applied load is shown in FIG. In the figure, C33 is a load curve after bending correction. As is apparent from the figure, the load curve C33 after bending correction is obtained by shifting (biasing) the load curve C32 before correction upward by ΔF as indicated by an arrow in the figure. As a result, the corrected load curve 33 is located between the two attractive force curves C1 and C2, and it can be seen that the operating characteristics have been corrected to operate stably over the entire stroke.
[0035]
As is apparent from FIGS. 8 to 10, the inconsistency between the attractive force of the electromagnet and the load applied against it due to variations in the dimensions and characteristics of the component parts is due to the polar movable iron piece and the iron core at the seesaw moving neutral position. It is corrected by changing the size of the gap with the magnetic pole by bending the poled movable iron piece.
[0036]
【The invention's effect】
As is clear from the above description of the embodiment, according to the present invention, the return spring is adjusted to compensate for the mismatch between the attractive force of the electromagnet and the load applied against it due to variations in the dimensions and characteristics of the components. It can be realized easily and accurately from a viewpoint completely different from the conventional method of adjusting the attractive force of the electromagnet. Also, in the case of electromagnetic relays using polarized movable iron pieces, the mismatch between the attractive force and the load load is almost completely corrected even if it is not sufficient to adjust the magnetization intensity of the permanent magnet. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of an electromagnetic relay to which the present invention is applied with an upper cover removed.
FIG. 2 is a perspective view showing the movable block constituting the electromagnetic relay upside down.
FIG. 3 is a perspective view showing an internal structure of the movable block.
FIG. 4 is a perspective view showing a structure of an electromagnet built in the base block.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the structure of the electromagnetic relay.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method for measuring a gap between a movable iron piece and an iron core magnetic pole before bending.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of bending with respect to the movable iron piece.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between a suction force and a load when the positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece is in a designed state.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between a suction force and a load when a positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece is out of a design value.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the attractive force and the load load after the positional relationship between the hinge spring and the movable iron piece is corrected by bending.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between a load load and a suction force of a general relay.
[Explanation of symbols]
100 base block
200 movable block
1 Iron core
1a, 1b Magnetic pole part
2a, 2b Flange
3 coils
4a and 4b
5a Relay terminal
5b, 5c connecting piece
6a, 7a Normally closed fixed contact
6b, 7b Normally open side fixed contact
8a Coil terminal
9a, 9b Fixed contact terminal
10a, 10b Support convex part
11a, 11b Spring piece joint
12a Common terminal
13 Movable iron pieces
13a Normally closed iron piece end
13b Normally open iron piece end
14, 15 Movable conductor piece
14a, 15a Normally closed side movable contact piece
14b, 15b Normally open side movable contact piece
14c, 15c Hinge spring piece
16 Permanent magnet
17 Movable contact
18a, 18b recess
19a, 19b adsorption part
20 Resin part
21 Measuring jig
22 Movable iron piece fixing jig
22a Upper mold
22b Lower mold
23 Laser displacement meter
24 Bending nails
Claims (1)
長手方向の一方の端部には常閉側鉄片端部(13a)が、また他方の端部には常開側鉄片端部(13b)が設けられ、さらに厚み方向へと磁気分極された有極可動鉄片(13)と、前記有極可動鉄片の両脇にこれと並行配置され、かつ長手方向の一方の端部には常閉側可動接触片部(14a,15a)が、また他方の端部には常開側可動接触片部(14b,15b)が設けられ、さらに長手方向の中央部の側縁部にはトーションスプリングとして機能するT字形状のヒンジバネ片部(14c,15c)とを有する左右の可動導体片(14,15)とを樹脂部(20)により一体化すると共に、その下面の長手方向中央部には、前記ベースブロックの支持部(10a,10b)に対応する凹部(18a,18b)が設けられた可動ブロック(200)と、 A normally closed iron piece end (13a) is provided at one end in the longitudinal direction, and a normally open iron piece end (13b) is provided at the other end, which is further magnetically polarized in the thickness direction. The pole movable iron piece (13) is arranged in parallel with both sides of the pole movable iron piece, and a normally closed movable contact piece (14a, 15a) is provided at one end in the longitudinal direction, and the other A normally open movable contact piece (14b, 15b) is provided at the end, and a T-shaped hinge spring piece (14c, 15c) functioning as a torsion spring is provided at the side edge of the central portion in the longitudinal direction. And the left and right movable conductor pieces (14, 15) are integrated by the resin portion (20), and a concave portion corresponding to the support portion (10a, 10b) of the base block is formed in the longitudinal central portion of the lower surface thereof. Movable block (2) provided with (18a, 18b) And 0),
を有する電磁リレーに適用される動作特性調整方法であって、 An operating characteristic adjusting method applied to an electromagnetic relay having
可動ブロック(200)を上下裏返しにした状態において、そのヒンジバネ片部(14c,15c)にあてがわれる仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)となる下面と、ヒンジバネ溶接面(P1)と平行かつ既知の高差(Href)を有し、かつ有極可動鉄片(13)の長手方向両端部(13a,13b)の両脇に位置すると共に、測定基準面(P2)となる上面とを有する測定用冶具(21)を用意する第1のステップと、 In a state in which the movable block (200) is turned upside down, the lower surface serving as a virtual hinge spring welding surface (P1) applied to the hinge spring piece portions (14c, 15c) and the hinge spring welding surface (P1) are parallel and known. And has an upper surface that is located on both sides of both ends (13a, 13b) in the longitudinal direction of the poled movable iron piece (13) and has an upper surface that serves as a measurement reference surface (P2). A first step of preparing a jig (21);
仮想的なヒンジバネ溶接面(P1)がヒンジバネ片部(14c,15c)にあてがわれるような水平姿勢で、上下裏返しにされた可動ブロック(200)の上に測定用冶具(21)を重ねる第2のステップと、 The measuring jig (21) is stacked on the movable block (200) turned upside down in a horizontal posture in which the virtual hinge spring welding surface (P1) is applied to the hinge spring pieces (14c, 15c). Two steps,
上下裏返しにされた可動ブロック(200)の上に測定用冶具(21)が重ねられた状態において、レーザ変位計23から得られるレーザビームを水平方向へ走査して、可動鉄片の常閉側又は常開側鉄片端部(13a又は13b)の高さと測定用基準面(P2)の高さとを同時に測定し、両者の段差として距離(Hx)を求める第3のステップと、 In a state where the measuring jig (21) is overlapped on the movable block (200) turned upside down, the laser beam obtained from the laser displacement meter 23 is scanned in the horizontal direction, and the normally closed side of the movable iron piece or A third step of simultaneously measuring the height of the normally open side iron piece end (13a or 13b) and the height of the measurement reference plane (P2), and obtaining a distance (Hx) as a step between both;
求められた段差(Hx)と既知の値(Href)との和(Hx+Href)として、バネ片接合部(11a)の接合面と常閉又は常開側鉄片端部(13a又は13b)との距離(H3´又はH4´)を求め、さらに設計値(H3又はH4)との差(H3´−H3又はH4´−H4)として曲げ加工量を求める第4のステップと、 As the sum (Hx + Href) of the determined step (Hx) and the known value (Href), the distance between the joint surface of the spring piece joint (11a) and the normally closed or normally open side iron piece (13a or 13b) A fourth step of obtaining (H3 ′ or H4 ′) and further obtaining a bending amount as a difference (H3′−H3 or H4′−H4) from a design value (H3 or H4);
こうして求められた曲げ加工量に対応して、可動鉄片の常閉側又は常開側鉄片端部(13a又は13b)を曲げ加工する第5のステップと、 A fifth step of bending the normally closed side or normally open side iron piece end (13a or 13b) of the movable iron piece corresponding to the bending amount thus obtained,
を有することを特徴とする電磁リレーの動作特性調整方法。 A method for adjusting the operating characteristics of an electromagnetic relay, comprising:
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