JP4039335B2

JP4039335B2 - 封止接点装置

Info

Publication number: JP4039335B2
Application number: JP2003274558A
Authority: JP
Inventors: 秀樹来住
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP2005038706A

Description

本発明は、パワー負荷用のリレーや電磁開閉器等に好適な封止接点装置に関するものである。

従来から、接点間に発生するアークの持続時間を短縮するために、接点が収納された空間にガスを封止した封止接点装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の封止接点装置として、例えば図７に示すものがある。この封止接点装置は、封止接点部Ａ、駆動部Ｂ、ハウジングＣにより構成されている。まず、封止接点部Ａについて説明する。セラミックのような耐熱性材料により一面が開口する箱状の固定端子保持部材１が形成され、その底部の２箇所に貫通穴１ａが設けられている。これらの貫通孔１ａ，１ａに一部が挿通される固定端子２，２は、例えば銅系材料等により略多段有底円筒状に形成され、底側の一端部には固定接点２ａが固着され、開口部側の他端部には鍔部２ｃが設けられている。なお、固定接点２ａは、固定端子２と一体的に設けてもよい。また固定端子２は、その他端部が固定端子保持部材１から突出した状態で、鍔部２ｃ付近が固定端子保持部材１にロウ付け等により気密接合される。さらに、固定端子２の開口部側から内方へ向かってねじ溝２ｂが形成されている。

可動接触子３は、例えば銅系材料等により平板状に形成され、固定接点２ａと接離する間隔を有して両端部に可動接点３ａが固着されている。なお、この可動接点３ａは、可動接触子３と一体的に設けてもよい。可動接触子３の中央部には挿通孔３ｂが設けてあり、この挿通孔３ｂに絶縁材料により略丸棒状に形成されたシャフト４の一端４ａが挿通されている。また、シャフト４の他端４ｂにはねじ溝４ｃが切られている。

可動接触子３の挿通孔３ｂが挿通されたシャフト４の一端４ａには可動接触子ホルダ５が連結されている。可動接触子３は、コイルばねからなる圧縮ばねであって可動接点３ａと固定接点２ａとの間の接圧を付与する接圧ばね６とともに可動接触子ホルダ５に保持されている。詳しく説明すると、可動接触子ホルダ５は、シャフト４の一端４ａに連結された中央片５ａと、それぞれ中央片に突設され可動接触子３を挟んで互いに対向する一対の側片５ｂと、各側片５ｂの先部にそれぞれ突設され可動接触子３を挟んで中央片５ａの反対側に位置し接圧ばね６を支持する支持片５ｄとを有する。接圧ばね６は、一端が支持片５ｄに弾接するとともに他端が可動接触子３の可動接点３ａが設けられた面の反対面に弾接する。

シャフト４は、略円柱状に形成された固定鉄芯７の軸方向に貫設された挿通孔７ｂと、略円柱状に形成された可動鉄芯８の軸方向に貫設された挿通孔８ａと、コイルばねからなる圧縮ばねであって固定鉄芯７と可動鉄芯８との間に配置され可動鉄芯８を固定鉄芯７から離れる方向に付勢する復帰ばね９とに挿通されている。可動鉄芯８の挿通孔８ａの内周面には、シャフト４のねじ溝４ｃに螺合するねじ溝８ｂが切られており、シャフト４は可動鉄芯８のねじ溝８ｂに螺合した後に接着剤等によって可動鉄芯８に固定されている。固定鉄芯７は、後述する第１の接合部材１１とヨーク１５とを介してハウジングＣに固定されている。

固定鉄芯７と可動鉄芯８と復帰ばね９とは、非磁性材料により筒部１０ａ及び底部１０ｂを有する有底円筒状に形成された有底筒部１０に、可動鉄芯８が固定鉄芯７よりも底部１０ｂ側に位置するようにそれぞれ収納されている。

第１の接合部材１１は、鉄等の磁性金属材料により矩形状に形成され、固定鉄芯７及び可動鉄芯８と共に磁気回路を形成する。この第１の接合部材１１は、固定鉄芯７の軸方向の一端部を固着する前に挿通する挿通孔１１ａが中央に設けられ、挿通孔１１ａ付近が有底筒部１０に気密接合される。第２の接合部材１２は、金属材料により筒状に形成され、一端部側よりも他端部側の内径を大きくする段１２ｄが設けられている。第２の接合部材１２の内径が小さい側の一端は固定端子保持部材１の開口端部に気密接合され、他端は第１の接合部材１１の有底筒部１０が接合された面の反対面に気密接合されている。そして、第２の接合部材１２は、固定端子保持部材１と第１の接合部材１１と有底筒部１０とともに、固定接点２ａと可動接点３ａと固定鉄芯７と可動鉄芯８とが収容される気密空間３０を形成する封止容器を構成する。この気密空間３０には、水素を主体とするガスが例えば２気圧程度封入される。

次に、駆動部Ｂについて説明する。この駆動部Ｂは、有底筒部１０の周囲に配置されたコイル枠１４と、コイル枠１４に巻回されたコイル１３と、ヨーク１５とを備え、シャフト４、固定鉄芯７、可動鉄芯８、並びに第１の接合部材１１と共に駆動手段を構成するものである。ヨーク１５は、ヨーク本体１５ａ及びブッシュ１５ｂからなり、固定鉄芯７及び可動鉄芯８並びに第１の接合部材１１と共に磁気回路をなす。ヨーク本体１５ａは、コイル１３を外囲するよう中央片及び両対向片でＵ字状に形成され、その中央片に貫通穴１５ｃが設けられている。ブッシュ１５ｂは、円筒状に形成され、ヨーク本体１５ａの貫通穴１５ｃに挿着される。これらのヨーク本体１５ａ及びブッシュ１５ｂが配設された状態では、前述した有底筒部１０の筒部１０ａは、ヨーク１５のブッシュ１５ｂと可動鉄芯８との間に位置している。

最後にハウジングＣについて説明する。ハウジングＣは、絶縁性を有する合成樹脂成形品からなり、封止接点部Ａと駆動部Ｂとを共に収容するものである。このハウジングＣは、固定端子２を挿通する挿通孔１６が設けられ、その挿通孔１６に挿通された固定端子２を鍔部２ｃが外面（図７の上面）から突出するように保持している。そして、この突出した固定端子２は、図示しない電線接続用のバスバーに接続される。

上述のように構成される従来の封止接点装置は、以下のように動作する。コイル１３の励磁前は可動接点３ａが固定接点２ａと接点ギャップＬ1 を有して対向している。コイル１３を励磁すると、可動鉄心８が固定鉄芯７に吸引されて移動することにより、可動鉄芯８に連結されたシャフト４が駆動されて接点ギャップＬ1 が徐々に小さくなり、可動接点３ａは固定接点２ａに当接する。その後、更にシャフト４が駆動されると、可動鉄芯８はオーバートラベル量だけ移動して、接圧ばね６のばね負荷が更に大きくなる。この接点ギャップＬ1 及びオーバートラベル量の合計は、可動鉄芯８のストロークとなっている。

また、コイル１３の励磁が切られると、可動接触子３は、主として接圧ばね６及び復帰ばね９の付勢力でもって復帰し、可動接点３ａが固定接点２ａから開離するとともに、可動鉄心８も所定の距離だけ復帰して元の状態に戻る。
そして、この突出した固定端子２は、図示しない電線接続用のバスバーに接続される。

ところで、上記従来例では、接点開閉時に発生するアークにより接点２ａ，３ａの一部が飛散し、飛散した接点粉がシャフト４と固定鉄芯７との間の隙間を通過して可動鉄芯８に到達した場合に可動鉄芯８の動作が抑制されるおそれがある。そこで、シャフト４と固定鉄芯７との間にできる隙間を覆い隠す弾性カバーを設け、可動鉄芯８が収納された空間への接点粉の侵入を前記弾性カバーによって防ぐことが特許文献１に記載されている。
特開平１１−２３２９８６号公報（第２−３頁及び第７頁、第１０図及び第１２図）

しかし、従来の弾性カバーは可動接触子３が収納された空間と可動鉄芯８が収納された空間との間のガスの出入りも遮断してしまっていたため、接点開閉時にエアダンピングによって可動鉄芯８に作用する抵抗力が増大し、従って可動鉄芯８の移動速度が低下することにより応答性が低下していた。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、応答性を向上することができる封止接点装置を提供することにある。

請求項１の発明は、固定接点が設けられた固定端子と、固定接点に接離する可動接点が設けられた可動接触子と、一端が可動接触子に連結されたシャフトと、シャフトの他端に連結された可動鉄芯と、可動鉄芯をシャフトの軸方向に駆動する電磁石と、固定接点が内側に露出するように固定端子を保持するとともに可動接触子と可動鉄芯とシャフトとを密封状態で収納する封止容器と、シャフトが挿通されるシャフト挿通孔が貫設されるとともに封止容器の内部の空間を可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間とに仕切る仕切り体と、弾性を有する材料により筒状に形成されて一端部がシャフト挿通穴の開口の全周を囲むように仕切り体に連結され他端部の内周面がシャフトの全周に弾接する弾性カバーとを備え、可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間とをシャフト挿通孔を介して連通させる通気部を弾性カバーに設け、弾性カバーは、可動接触子と仕切り体との間に位置する緩衝部を有することを特徴とする。

この発明によれば、可動接触子が動作する際には、封止容器内の気体が、可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間との間で通気部とシャフト挿通孔とを通して出入りするから、接点開閉時にエアダンピングによって可動鉄芯に作用する抵抗力を低減し、以って応答性を向上することができる。また、弾性カバーの緩衝部によって接点開閉時の音が吸収されるから、騒音を低減することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、シャフトの軸方向での可動鉄芯の両側の空間を連通させる連通部を可動鉄芯に設けたことを特徴とする。

この発明によれば、接点開閉時にエアダンピングによって可動鉄芯に作用する抵抗力をさらに低減して、可動鉄芯の動作速度をさらに向上し、接点開閉の応答性をさらに向上させることができる。

請求項３の発明は、可動接触子は、可動接触子に対して接圧を付与する接圧ばねを保持する保持部材を介してシャフトに連結され、保持部材は可動接触子に当接してシャフトの軸方向に直交する面内での可動接触子の回転を禁止する回転禁止部を有することを特徴とする。

この発明によれば、可動接触子の保持部材に対するがたつきが抑えられ、滑らかに動作させることができる。また、可動接触子の位置が安定することにより可動接点の位置も安定するから、接点を閉じたときの可動接点と固定接点との接触面積を一定に保つことができる。

本発明によれば、可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間とをシャフト挿通孔を介して連通させる通気部を弾性カバーに設けたので、可動接触子が動作する際には、封止容器内の気体が、可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間との間で通気部とシャフト挿通孔とを通して出入りするから、接点開閉時にエアダンピングによって可動鉄芯に作用する抵抗力を低減し、以って応答性を向上することができる。また、弾性カバーの緩衝部によって接点開閉時の音が吸収されるから、騒音を低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。本実施形態の基本構成は従来例と同様であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示及び説明を省略する。

本実施形態は、図１に示すように、例えばシリコンゴムのような弾性材料からなり第１の接合部材１１とシャフト４との間の隙間を覆う弾性カバー１７を備え、可動接触子３が収納された空間と可動鉄芯８が収納された空間とを連通させる通気部を弾性カバー１７に設けたことを特徴とする。また、ヨーク本体１５ａとブッシュ１５ｂとは一体化されている。さらに、第１の接合部材１１が従来例での固定鉄芯７としても機能する構成になっており、第１の接合部材１１の中央部にはシャフト４が挿通されるシャフト挿通孔１１ｂが貫設されていて、復帰ばね９は第１の接合部１１のシャフト挿通孔１１ｂの周囲に弾接している。つまり、第１の接合部材１１と、コイル１３と、コイル枠１４と、ヨーク１５とが可動鉄芯８を駆動する電磁石を構成する。第１の接合部材１１は、可動鉄芯７が収納された空間と可動接触子３が収納された空間とを仕切る仕切り体でもある。また、保持部材としての可動接触子ホルダ５の構造も従来例とは異なっており、図２に示すように、シャフト４に連結された基部５ｅと、基部５ｅに突設され互いに対向する２個の保持片５ｆと、両保持片５ｆの先端の間に懸架された押さえ片５ｇとを備える。可動接触子３は長方形板状であって短手方向の両端面を保持片５ｆに向けて可動接触子ホルダ５に保持されている。接圧ばね６は、可動接触子３と可動接触子ホルダ５の基部５ｅとの間に設けられ、可動接触子３を押さえ片５ｇに押し付けるように付勢する。シャフト４の軸方向に直交する方向（図２の左右方向）での両保持片５ｆの両端部の他方の保持片５ｆから離れた側の面には、それぞれ球面状の突起５ｈが突設されている。この突起５ｈの先端がそれぞれ固定端子保持部材１の内面に摺接することにより、可動接触子ホルダ５の固定端子保持部材１に対する向きが安定するようになっている。また、シャフト４の軸方向に直交する方向（図２の左右方向）での両保持片５ｆの両端部の対向面には、それぞれシャフト４の軸方向に長いリブ５ｉが例えば曲げ形成により突設してある。各リブ５ｉの先端がそれぞれ可動接触子３の短手方向の端面に摺接することにより、シャフト４の軸方向に直交する面内での可動接触子３の回転が禁止されている。

ここで、リブ５ｉを設けなかった場合には、可動接触子３の側面に凹凸が存在すると、可動接触子３と可動接触子ホルダ５との接触面積が小さくなることにより、可動接触子３の可動接触子ホルダ５に対する姿勢が安定せず、一方の可動接点３ａのみが固定接点２ａに接触するなどの動作不良や応答性の低下の原因となるおそれがあった。このようなことを防ぐために、可動接触子３の加工の精度を高く維持する必要が生じ、結果として製造コストの増大を招いていた。また、例えばシャフト４の軸方向に直交する面内で可動接触子３が可動接触子ホルダ５に対して回転した場合などに、可動接触子３と可動接触子ホルダ５との間の接触圧が高くなって可動接触子３と可動接触子ホルダ５との間に強い摩擦力が作用し、可動接触子３が可動接触子ホルダ５に引っ掛かった形になって応答性が低下したり、可動接点３ａの位置がずれることにより可動接点３ａと固定接点２ａとの接触面積が小さくなって接点抵抗が増大する可能性があった。

一方、本発明においてはリブ５ｉを設けたことにより、可動接触子３の可動接触子ホルダ５に対する姿勢が安定するから、可動接触子３の側面に多少の凹凸が存在しても、動作不良や応答性の低下は発生しない。また、可動接触子３の位置が安定することにより可動接点３ａの位置も安定するから、接点を閉じたときの可動接点３ａと固定接点２ａとの接触面積を略一定に保つことができる。さらに、リブ５ｉはシャフト４の軸方向に長く形成してあるから、可動接触子３が可動接触子ホルダ５に対してシャフト４の軸方向に移動しても、可動接触子３のリブ５ｉに対する接触位置及び接触面積は略一定に保たれる。また、シャフト４の軸に直交する方向での可動接触子３の両端付近にリブ５ｉが接触するから、シャフト４の軸に直交する方向での可動接触子３の中央部付近にリブ５ｉが接触する場合に比べ、可動接触子３の可動接触子ホルダ５に対する回転をより有効に防ぐことができる。

次に、弾性カバー１７の形状を詳しく説明する。弾性カバー１７は、図３及び図４に示すように、一方の開口が他方の開口よりも大きい筒状に形成されており、小さい側の開口の周縁は肉厚に形成され、小さい側の開口の内周面がシャフト４の外周面の全周に亙って弾接するようになっている。また、弾性カバー１７の大きい側の開口の外周には、全周に亙って環状片１７ａが突設されている。弾性カバー１７は、第１の接合部材１１の接点側の面（図１の上面）のシャフト挿通孔１１ｂの周囲に、環状片１７ａの開口側の面が例えば接着剤等によって貼着されることにより第１の接合部材１１に結合している。ここで、環状片１７ａの第１の接合部材１１に対する接合面には、それぞれ環状片１７ａの外周と内周とに連通した複数本（図では４本）の溝１７ｂが設けられている。図５に示すように、第１の結合部材１１と弾性カバー１７との間には、可動接触子３が収納された空間と可動鉄芯８が収納された空間とをシャフト挿通孔１１ｂを介して連通させる隙間が、弾性カバー１７の溝１７ｂの位置に形成される。つまり、溝１７ｂが連通部である。ここで、上記の隙間がガスを通過可能としながらも接点粉の通過を妨げるように、溝１７ｂの幅寸法及び深さ寸法は設定されている。

また、可動接触子ホルダ５の基部５ｅの第１の接合部材１１に対向する面には、接点が開いたときに弾性カバー１７の環状片１１ａに弾接する突起５ｊが突設してある。つまり、環状片１７ａが緩衝部である。この構成により、可動接触子ホルダ５と第１の接合部材１１との衝突による騒音が軽減され、騒音を軽減するための部品を別途に用意する場合に比べて製造コストを低減することができる。また、突起５ｊの環状片１１ａに対する接触面の形状は曲面としてある。この構成により、接点が開く過程で突起５ｊと環状片１７ａとの接触面積が連続的に変化するから、突起５ｊと環状片１７ａとが平面で接触する場合に比べて騒音を抑制する効果が向上する。その他の構成及び動作は、従来例と同様である。

上記構成によれば、可動接触子３が動作する際には、可動鉄芯８が収納された空間と可動接触子３が収納された空間との間で弾性カバー１７の溝１７ｂと第１の接合部材１１のシャフト挿通孔１１ｂとを通じてガスが出入りするから、接点開閉時にエアダンピングによって可動鉄芯８に作用する抵抗力を低減し、以って応答性を向上することができる。

さらに、本実施形態の可動鉄芯８の外周面には、図６に示すように、軸方向の全長に亙って切り欠き８ｃを設けてある。可動鉄芯８の切り欠き８ｃが設けられた部位と有底筒部１０の内周面との間には、シャフト４の軸方向（図１の上下方向）での可動鉄芯８の両側を連通させる隙間が生じる。つまり、可動鉄芯８の切り欠き８ｃが連通部である。この構成により、可動鉄芯８の切り欠き８ｃが設けられた部位と有底筒部１０の内周面との間の隙間を通じてガスが流動するから、エアダンピングによって可動鉄芯８に作用する抵抗力をさらに軽減して可動鉄芯８の動作速度をさらに向上させ、以って応答性をさらに向上させることができる。ここで、切り欠き８ｃの深さは、可動鉄芯８に作用する磁力が十分に確保される程度に小さくしてある。

本発明の実施形態を示す断面図である。同上の要部を示す図であり、（ａ）は固定端子保持部材を含む断面図、（ｂ）は正面図である。同上に用いられる弾性カバーを示す下面図である。同上に用いられる弾性カバーを示す断面図である。同上の要部を示す断面図である。同上の可動鉄芯を示す斜視図である。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１固定端子保持部材
２固定端子
２ａ固定接点
３可動接触子
３ａ可動接点
４シャフト
５可動接触子ホルダ
５ｉリブ
６接圧ばね
８可動鉄芯
１０有底筒部
１１第１の接合部材
１２第２の接合部材
１３コイル
１４コイル枠
１５ヨーク
１７弾性カバー
１７ａ環状片
１７ｂ溝

Claims

固定接点が設けられた固定端子と、固定接点に接離する可動接点が設けられた可動接触子と、一端が可動接触子に連結されたシャフトと、シャフトの他端に連結された可動鉄芯と、可動鉄芯をシャフトの軸方向に駆動する電磁石と、固定接点が内側に露出するように固定端子を保持するとともに可動接触子と可動鉄芯とシャフトとを密封状態で収納する封止容器と、シャフトが挿通されるシャフト挿通孔が貫設されるとともに封止容器の内部の空間を可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間とに仕切る仕切り体と、弾性を有する材料により筒状に形成されて一端部がシャフト挿通穴の開口の全周を囲むように仕切り体に連結され他端部の内周面がシャフトの全周に弾接する弾性カバーとを備え、可動鉄芯が収納された空間と可動接触子が収納された空間とをシャフト挿通孔を介して連通させる通気部を弾性カバーに設け、弾性カバーは、可動接触子と仕切り体との間に位置する緩衝部を有することを特徴とする封止接点装置。
シャフトの軸方向での可動鉄芯の両側の空間を連通させる連通部を可動鉄芯に設けたことを特徴とする請求項１記載の封止接点装置。
可動接触子は、可動接触子に対して接圧を付与する接圧ばねを保持する保持部材を介してシャフトに連結され、保持部材は可動接触子に当接してシャフトの軸方向に直交する面内での可動接触子の回転を禁止する回転禁止部を有することを特徴とする請求項１記載の封止接点装置。