JP5803464B2 - 電磁スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドのオン／オフ動作に連動して電気接点を開閉する電磁スイッチに関する。

従来、エンジン始動用のスタータには、モータへの通電電流を断続するための電気接点を開閉する電磁スイッチが搭載されている。電気接点は、２本の端子ボルトを介してモータの電源ラインに接続される一組の固定接点と、この一組の固定接点間を電気的に断続する可動接点とで構成される。
ところで、冬の寒さが厳しい寒冷地等では、例えば、外気温が氷点下まで低下した時に、電磁スイッチの内部に浸入した水分が冷却されて固定接点の表面（可動接点との当接面）に凍結することがある。この場合、電磁スイッチを作動させても、可動接点と固定接点との間に氷の膜が介在するため、接点間の導通不良を招く問題を生じる。

これに対し、特許文献１には、図８に示す様に、固定接点１００の表面に多数の条溝１１０を形成した電磁スイッチが開示されている。この電磁スイッチによれば、可動接点が固定接点１００に当接した時に、可動接点と固定接点１００との接触面積が小さくなり、単位面積当たりの接触圧力が増大するため、固定接点１００の表面に凍結した氷の膜が粉砕されて接点間の導通を確保することが可能である。

実開昭５４−８８５６３号公報

ところが、特許文献１に開示された従来技術では、固定接点１００の表面に形成される多数の条溝１１０の間、つまり、隣り合う条溝１１０と条溝１１０との間に平坦面１２０（図８参照）が残されているため、固定接点１００の表面に凍結した氷の膜が厚くなると、氷の粉砕が困難になる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、可動接点と固定接点との接触面圧を高めることにより、固定接点の表面に凍結した氷の膜を粉砕して接点間の導通を確保できる電磁スイッチを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、電磁石を形成して可動鉄心を吸引するソレノイドと、電気回路の電源側と負荷側とにそれぞれ接続される一組の固定接点と、可動鉄心の動きに連動して一組の固定接点間を電気的に断続する可動接点とを備える電磁スイッチであって、固定接点は、可動接点に対向する接点面の平面形状が矩形状に形成されて、接点面の短手方向または長手方向に沿って稜線が延びる突条部を有すると共に、この突条部が接点面の長手方向または短手方向に複数列設けられ、且つ、接点面の長手方向または短手方向の両外側に設けられる突条部の高さが他の突条部の高さより高く形成されていることを特徴とする。
また、短手方向または長手方向から見た前記突条部の形状は、頂点に向かって長手方向または短手方向の幅が次第に狭くなる山形形状に形成されている。

上記の構成によれば、固定接点に設けられる複数列の突条部のうち、長手方向または短手方向の両外側に設けられる突条部（以下、第１の突条部と呼ぶ）の高さが他の突条部の高さより高く形成されているので、第１の突条部が摩耗していない初期状態では、接点閉成時に可動接点が第１の突条部にのみ当接して、他の突条部に当接することはない。この時、可動接点と第１の突条部とが線接触するため、接点同士の接触面積が小さくなり、当接箇所の接触面圧が高くなるので、固定接点の表面に凍結した氷の膜を粉砕して接点間の導通を確保することが出来る。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した電磁スイッチにおいて、接点面の長手方向または短手方向の両外側から中央部に向かって突条部の高さが順に低く形成されていることを特徴とする。
この構成では、長手方向または短手方向に複数列設けられた突条部は、接点の開閉が繰り返されることにより、長手方向または短手方向の両外側から中央部に向かって段階的に摩耗していく。この時、摩耗した突条部の表面は、接点開離時に発生するアーク放電によって微小な凹凸が形成された状態となる。

すなわち、第１の突条部が、次の突条部（第１の突条部の次に高い第２の突条部）の高さまで摩耗すると、第１の突条部の摩耗した表面に微小な凹凸が形成される。さらに、第１の突条部および第２の突条部が、次の突条部（第２の突条部の次に高い第３の突条部）の高さまで摩耗すると、第１、第２の各突条部の摩耗した表面に微小な凹凸が形成される。これにより、長手方向または短手方向に複数列設けられた突条部が段階的に摩耗していくことで、突条部の摩耗表面に微小な凹凸が形成されるため、接点閉成時に可動接点が平坦な接点面と接触することはない。その結果、微小な凹凸が形成された突条部の摩耗表面に可動接点が衝突することで、固定接点の表面に凍結した氷の膜を粉砕することが出来、接点間の導通を確保できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した電磁スイッチにおいて、突条部は、接点面の短手方向または長手方向の両端から中央部に向かって稜線の高さが次第に低く形成されていることを特徴とする。
請求項１に係る発明では、第１の突条部が摩耗していない初期状態において、可動接点と第１の突条部とが線接触する構成であるが、この請求項３に係る発明では、突条部の稜線の高さが同じではなく、接点面の短手方向または長手方向の両端から中央部に向かって次第に低く形成されている。この場合、固定接点は、初期状態において、稜線の高さが最も高くなる第１の突条部の両端のみ可動接点と接触する。つまり、点接触となるため、接点同士の接触面積が更に小さくなり、氷の膜を粉砕する力を高くすることが出来るので、接点表面に氷の膜が厚く凍結した場合でも、接点衝突時に氷を粉砕して接点間の導通を確保することが可能である。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れか一つの電磁スイッチにおいて、可動接点は、固定接点との当接面に、突条部の稜線と交差する凸部が２箇所以上設けられていることを特徴とする。この場合、固定接点に当接する可動接点側の当接面積を小さくして面圧を高くできるので、接点衝突時に氷の膜を粉砕する力を高くすることが出来る。

固定接点の斜視図である。 （ａ）短手方向から見た固定接点の正面図、（ｂ）長手方向から見た固定接点の側面図である。 （ａ）初期状態の固定接点と可動接点との当接状態を示す正面図、（ｂ）摩耗初期の固定接点と可動接点との当接状態を示す正面図、（ｃ）摩耗中期の固定接点と可動接点との当接状態を示す正面図、（ｄ）摩耗末期の固定接点と可動接点との当接状態を示す正面図である。 電磁スイッチの断面図である。 スタータの断面図である。 （ａ）短手方向から見た固定接点の正面図、（ｂ）長手方向から見た固定接点の側面図である（実施例２）。 （ａ）短手方向から見た固定接点と可動接点の正面図、（ｂ）長手方向から見た固定接点と可動接点の側面図である（実施例３）。 従来技術に係る固定接点の側面図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、本発明に係る電磁スイッチをエンジン始動用のスタータに搭載した一例を説明する。
スタータ１は、図５に示す様に、トルクを発生するモータ２と、このモータ２の回転を減速する減速装置３と、この減速装置３を介してモータ２の発生トルクが伝達される出力軸４と、この出力軸４の軸上にクラッチ５と一体に配置されるピニオン６と、電磁石の吸引力によりシフトレバー７を駆動してピニオン６を反モータ方向（図５の左方向）へ押し出すと共に、メイン接点（後述する）を開閉してモータ２の通電電流を断続する電磁スイッチ８と、モータ２及び電磁スイッチ８を固定するハウジング９等より構成される。
なお、スタータ１の構成および作動は周知であるため、詳細な説明は省略し、以下、本発明に係る電磁スイッチ８の構成について詳述する。

電磁スイッチ８は、図４に示す様に、２本の端子ボルト１０、１１が固定される樹脂カバー１２と、２本の端子ボルト１０、１１を介してモータ２の電源ラインに接続される一組の固定接点１３と、この一組の固定接点１３間を電気的に断続する可動接点１４と、この可動接点１４を駆動するソレノイドＳＬ等より構成される。
ソレノイドＳＬは、軸方向の一端側（図示左側）に円環状の底面１５ａを有し、他端側が開口する有底フレーム１５と、通電によって電磁石を形成する励磁コイル１６と、電磁石により磁化される固定鉄心１７と、励磁コイル１６の内周に円筒形のスリーブ１８を介して挿入されるプランジャ１９と、固定鉄心１７とプランジャ１９との間に配置されるリターンスプリング２０と、可動接点１４を支持するロッド２１等より構成される。

励磁コイル１６は、吸引コイル１６ａと保持コイル１６ｂとから成り、樹脂製のボビン２２に二層状態で巻線される。
固定鉄心１７は、スリーブ１７の一端側の内周に嵌合して配置される環状のコア部１７ａと、励磁コイル１６の軸方向一端側に配置されるリング形状のディスク部１７ｂとに分割して設けられ、このディスク部１７ｂの内周にコア部１７ａの外周を圧入嵌合して両者が一体に構成されている。
プランジャ１９は、スリーブ１８の内周を軸方向に摺動可能に配置され、リターンスプリング２０によって反コア部方向（図４の左方向）に付勢されている。
ロッド２１は、一方の端部の端部に設けられるフランジ部２１ａがプランジャ１９の端面に溶接等によって固定され、他方の端部がコア部１７ａの中央部に開口する丸孔を通り抜けて樹脂カバー１２の内部に形成される接点室１２ａに入り込んでいる。

樹脂カバー１２は、筒状の胴体部１２ｂを有する有底形状に設けられ、胴体部１２ｂの先端側が有底フレーム１５の内周に挿入されて、ディスク部１７ｂに対しパッキン２３を介して組み付けられ、且つ、胴体部１２ｂの外周に形成される段差部に有底フレーム１５の開口端部をかしめて固定される。
２本の端子ボルト１０、１１は、ケーブルを介して車載バッテリ（図示せず）に接続されるＢ端子ボルト１０と、モータリード線２４（図５参照）が接続されるＭ端子ボルト１１であり、それぞれ、ワッシャ２５によって樹脂カバー１２の有底部に固定される。
Ｂ端子ボルト１０とＭ端子ボルト１１は、両者のボルト頭部１０ａ、１１ａが接点室１２ａに配置され、そのボルト頭部１０ａ、１１ａにそれぞれ固定接点１３が溶接等によって固定されている。

可動接点１４は、接点室１２ａの内部に突き出るロッド２１の端部に絶縁部材２６を介して支持されると共に、ロッド２１の外周に配置される接点圧スプリング２７によってロッド２１の先端方向（図４の右方向）へ付勢され、且つ、ロッド２１の先端部にかしめ固定されたワッシャ２８によりロッド２１から抜け止めされている。
上述のメイン接点は、一組の固定接点１３と可動接点１４とで構成され、接点圧スプリング２７に付勢された可動接点１４が一組の固定接点１３に当接して両固定接点１３が導通することでオン状態となり、可動接点１４が一組の固定接点１３から離れて両固定接点１３間の導通が遮断されることでオフ状態となる。

次に、本発明に係る固定接点１３について説明する。
固定接点１３は、可動接点１４に対向する接点面の平面形状が矩形状に形成され、その接点面には、図１に示す様に、接点面の短手方向に沿って稜線が延びる突条部２９を有し、この突条部２９が接点面の長手方向に複数列（図１では６列）設けられている。
接点面の短手方向から見た突条部２９の形状は、頂点に向かって長手方向の幅が次第に狭くなる山形形状に形成されている。

ここで、長手方向の両外側から中央部に向かって、順に第１の突条部２９ａ、第２の突条部２９ｂ、第３の突条部２９ｃと呼ぶと、図２（ａ）に示す様に、第１の突条部２９ａを含む固定接点１３の摩耗代ａより第２の突条部２９ｂを含む固定接点１３の摩耗代ｂの方が小さく、さらに、摩耗代ｂより第３の突条部２９ｃを含む固定接点１３の摩耗代ｃの方が小さく形成されている。言い換えると、第３の突条部２９ｃより第２の突条部２９ｂの方が高く形成され、第２の突条部２９ｂより第１の突条部２９ａの方が高く形成されている。
また、第１の突条部２９ａの稜線は、図２（ｂ）に示す様に、短手方向の一端から他端まで同一の高さに形成されている。同様に、第２の突条部２９ｂの稜線および第３の突条部２９ａの稜線もそれぞれ短手方向の一端から他端まで同一の高さに形成されている。

さらに、第１の突条部２９ａと第２の突条部２９ｂとの間に形成される谷部の深さ、第２の突条部２９ｂと第３の突条部２９ｃとの間に形成される谷部の深さ、および、第３の突条部２９ｃと第３の突条部２９ｃとの間に形成される谷部の深さは、それぞれ、ボルト頭部１０ａ、１１ａの端面からの距離が同一に形成されている。
また、第１の突条部２９ａの外側には、図２（ａ）に示す様に、平坦面１３ａが形成され、ボルト頭部１０ａ、１１ａの端面から平坦面１３ａまでの距離をＡ、ボルト頭部１０ａ、１１ａの端面から谷部の深さまでの距離をＢとすると、Ａ≦Ｂに設定されている。なお、上記の平坦面１３ａは無くても良い。

さらに、第１の突条部２９ａ、第２の突条部２９ｂ、第３の突条部２９ｃは、それぞれ、先端部の断面形状が曲面で形成されている。具体的には、例えば、Ｒ＝０．５ｍｍの曲率半径を有する曲面で形成されている。
また、第１の突条部２９ａを含む固定接点１３の最大摩耗代ａは、例えば２ｍｍであり、各突条部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの間に形成される谷部の最深位置から第１の突条部２９ａの頂点までの高さは、例えば、０．５ｍｍである。

（実施例１の効果）
スタータ１に搭載される電磁スイッチ８は、例えば、冬の寒さが厳しい寒冷地等で外気温が氷点下まで低下した時に、接点室１２ａの内部に浸入した水分が固定接点１３の接点表面（可動接点１４との当接面）に結露して凍結することがある。これに対し、本実施例では、固定接点１３の接点面に複数の突条部２９を設け、且つ、接点面の長手方向の両外側に設けられる第１の突条部２９ａの高さが他の突条部２９（第２の突条部２９ｂ、第３の突条部２９ｃ）の高さより高く形成されている。これにより、第１の突条部２９ａが摩耗していない初期状態では、図３（ａ）に示す様に、メイン接点の閉成時に可動接点１４が第１の突条部２９ａにのみ当接して、他の突条部２９ｂ、２９ｃに当接することはない。この時、可動接点１４と第１の突条部２９ａとが線接触するため、第１の突条部２９ａの頂点が摩耗していない状態であっても、接点同士の接触面積が小さくなり、当接箇所の接触面圧が高くなることで、固定接点１３の表面に凍結した氷の膜を粉砕して接点間の導通を確保することが出来る。

また、第１、第２、第３の各突条部２９ａ、２９ｂ、２９ｃは、接点面の長手方向の両外側から中央部に向かって突条部２９の高さが順に低く形成されている。すなわち、第１の突条部２９ａより第２の突条部２９ｂの方が低く形成され、第２の突条部２９ｂより第３の突条部２９ｃの方が低く形成されている。この構成では、図３（ａ）に示す初期状態から接点の開閉が繰り返されることにより、同図（ｂ）に示す様に、第１の突条部２９ａが第２の突条部２９ｂの高さまで摩耗した後、同図（ｃ）に示す様に、第１の突条部２９ａと第２の突条部２９ｂが第３の突条部２９ｃの高さまで摩耗し、さらに、同図（ｄ）に示す様に、第１、第２、第３の各突条部２９が谷部の深さまで摩耗する。この時、摩耗した各突条部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの表面は、接点開離時に発生するアーク放電によって微小な凹凸が形成された状態、例えば、目の細かいヤスリ面の様な状態となっている。

ここで、第１の突条部２９ａが第２の突条部２９ｂの高さまで摩耗した段階では、メイン接点の閉成時に、可動接点１４が第１の突条部２９ａの摩耗表面と第２の突条部２９ｂの頂点に当接する。この時、第１の突条部２９ａの摩耗表面には、微小な凹凸が形成されているため、固定接点１３の表面に氷の膜が形成されている場合でも、可動接点１４が摩耗表面に衝突する際に、氷の膜を粉砕することができる。一方、第２の突条部２９ｂは、未だ摩耗が進行していないので、図３（ａ）に示す初期状態の場合と同様に、可動接点１４との接触面積が小さく、当接箇所の接触面圧が高くなるため、氷の膜を粉砕することができる。
この後、第１の突条部２９ａと第２の突条部２９ｂとが第３の突条部２９ｃの高さまで摩耗した段階、さらに、第１、第２、第３の各突条部２９ａ、２９ｂ、２９ｃが谷部の深さまで摩耗した段階でも、同様に、固定接点１３の表面に凍結した氷の膜を粉砕することが出来、接点間の導通を確保できる。

（実施例２）
この実施例２は、接点面の短手方向の両端から中央部に向かって、突条部２９の稜線の高さが次第に低く形成される一例である。
実施例１では、第１の突条部２９ａが摩耗していない初期状態において、可動接点１４と第１の突条部２９ａとが線接触する構成であるが、この実施例２では、図６（ｂ）に示す様に、突条部２９の稜線の高さが同じではなく、接点面の短手方向の両端から中央部に向かって次第に低く形成されている。なお、図６（ａ）に示す様に、第１、第２、第３の各突条部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを短手方向から見た形状は、図２（ａ）に示す実施例１の形状と同じである。

この場合、固定接点１３は、初期状態において、稜線の高さが最も高くなる第１の突条部２９ａの両端のみ可動接点１４と接触する。つまり、４箇所で点接触となるため、実施例１の線接触する場合と比較して、接点同士の接触面積が更に小さくなり、氷の膜を粉砕する力を高くすることが出来る。その結果、接点表面に凍結した氷の膜が厚い場合であっても、接点衝突時に氷を粉砕して接点間の導通を確保することが可能となる。
なお、図６（ｂ）では、突条部２９の稜線の高さが、接点面の短手方向の両端から中央部に向かって直線状に低下しているが、曲線状に低下する構成でも良い。

（実施例３）
この実施例３は、図７（ａ）に示す様に、固定接点１３の接点面に対向する可動接点１４の当接面に、固定接点１３に設けられる突条部２９の稜線と交差する凸部３０を設けた一例である。可動接点１４の凸部３０は、図７（ｂ）に示す様に、短手方向の両側に１本ずつ、合計２本設けられ、断面形状が矩形状に形成されている。
この実施例３の構成によれば、固定接点１３に当接する可動接点１４側の当接面積が小さくなり、接触部の面圧を高くできるので、接点衝突時に氷の膜を粉砕する力を高くすることが出来る。
なお、凸部３０の断面形状は、図７（ｂ）に示す矩形状に限定するものではなく、例えば、固定接点１３の突条部２９と同様に、頂点に向かって幅が次第に狭くなる山形形状であっても良い。また、凸部３０の本数は、２本に限定する必要はなく、３本以上であっても良い。

（変形例）
実施例１では、固定接点１３に設けた突条部２９の稜線が接点面の短手方向に沿って延びており、且つ、その突条部２９が接点面の長手方向に複数列設けられる一例を記載したが、接点面の長手方向に沿って稜線が延びる突条部２９を有し、且つ、その突条部２９が接点面の短手方向に複数列設けられる構成でも良い。
また、実施例１に記載した突条部２９は、接点面の短手方向に稜線が連続した形状であるが、稜線が途中で途切れた形状、言い換えると、突条部２９が複数に分断された形状であっても良い。

１ スタータ
８ 電磁スイッチ
１３ 一組の固定接点
１４ 可動接点
１９ プランジャ（可動鉄心）
２９ 固定接点に設けられる突条部
３０ 可動接点に設けられる凸部
ＳＬ ソレノイド

Claims (4)

1. 電磁石を形成して可動鉄心を吸引するソレノイドと、
   電気回路の電源側と負荷側とにそれぞれ接続される一組の固定接点と、
   前記可動鉄心の動きに連動して前記一組の固定接点間を電気的に断続する可動接点とを備える電磁スイッチであって、
   前記固定接点は、前記可動接点に対向する接点面の平面形状が矩形状に形成されて、前記接点面の短手方向または長手方向に沿って稜線が延びる突条部を有すると共に、この突条部が前記接点面の長手方向または短手方向に複数列設けられ、且つ、前記接点面の長手方向または短手方向の両外側に設けられる前記突条部の高さが他の前記突条部の高さより高く形成され、
   短手方向または長手方向から見た前記突条部の形状は、頂点に向かって長手方向または短手方向の幅が次第に狭くなる山形形状に形成されていることを特徴とする電磁スイッチ。
2. 請求項１に記載した電磁スイッチにおいて、
   前記接点面の長手方向または短手方向の両外側から中央部に向かって前記突条部の高さが順に低く形成されていることを特徴とする電磁スイッチ。
3. 請求項１または２に記載した電磁スイッチにおいて、
   前記突条部は、前記接点面の短手方向または長手方向の両端から中央部に向かって稜線の高さが次第に低く形成されていることを特徴とする電磁スイッチ。
4. 請求項１〜３に記載した何れか一つの電磁スイッチにおいて、
   前記可動接点は、前記固定接点との当接面に、前記突条部の稜線と交差する凸部が２箇所以上設けられていることを特徴とする電磁スイッチ。

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