JP5966469B2 - 封止接点装置 - Google Patents

Description

本発明は封止接点装置、特に、発生したアークを迅速に消失させることができるパワー負荷用電磁継電器に関する。

従来、封止接点装置に用いるアークの消失装置として、例えば、特許文献１において、可動接触子の接点から固定接触子の接点が離間するときに、可動接触子と固定接触子との間に発生するアークを、アークバリアの左右側壁間で絞り込んで消失させる装置が開示されている。

特開２００５−２８５５４７号公報

しかしながら、前述の消失装置では、その図１に示すように、接点間に生じるアークがアークバリア５に当たる場合にはアークを消失できるが、当たらない場合には迅速、かつ確実に消失できないという問題点があった。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、発生したアークを誘引して迅速、かつ確実に消失させることができる封止接点装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る封止接点装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に対向させて配置した固定接点および可動接点と、
前記固定接点および前記可動接点を間にして対向するように配置し、かつ、前記固定接点および前記可動接点の間に生じたアークを磁力で誘引する一対の永久磁石と、を備えた封止接点装置であって、
板状の連結体と、前記連結体の両端部から垂直にそれぞれ起立し、かつ、前記固定接点および前記可動接点を間にして対向する一対の腕部と、を有する金属製のアーク用シールド部材を備え、
前記永久磁石の対向面が前記可動接点の往復移動方向に沿っている一方、
前記アーク用シールド部材の連結体が、前記永久磁石の対向面に沿うように配置されているとともに、一対の前記腕部が、前記可動接点の往復移動方向に沿うように起立し、
前記ハウジング内のうち、前記アークが前記固定接点と前記可動接点との間に流れる電流、および、前記永久磁石の磁力によって誘引される位置に、前記アーク用シールド部材を配置したものである。

本発明によれば、アークが任意の方向に発生しても、電流および磁力で所望の方向に誘引してアーク用シールド部材に当てることで、アークを消失できる。
また、電流や磁性が変化することによって、アークの発生する方向が変わっても、接点のいずれか一方の側でアークをアーク用シールド部材に当てて、消失できる。
さらに、アーク用シールド部材に当たるアークを冷却し、アークを消失する能力を高めることができる。

本発明の実施形態としては、
前記アーク用シールド部材が、少なくとも１つのアーク受け片を有してもよい。

これにより、アーク用シールド部材の表面積を大きくしてアークが当たりやすくなり、アークを消失する能力を高めることができる。

本発明の他の実施形態としては、前記アーク用シールド部材が、断面略コ字形状を有し、かつ、前記ハウジング内に設けられてもよい。
板状のアーク用シールド部材に比べて断面を略コ字型に形成することで、アーク用シールド部材を把持しやすくなり、密封空間への取付け作業性が良くなる。

本発明の別の実施形態としては、前記アーク用シールド部材が、断面略コ字形状を有し、かつ、前記ハウジング内の底面に設けられてもよい。

これにより、固定接点と可動接点との動きを邪魔せず、アーク用シールド部材のハウジング内への載置性を確保できる。

本発明の異なる実施形態としては、前記アーク用シールド部材が、板状の連結体と、前記連結体の両端から略垂直にそれぞれ起立した腕部と、からなり、
前記連結体または前記腕部の少なくとも一方に、少なくとも１つのアーク受け片を設けてもよい。

本発明の別の実施形態としては、前記連結体の縁部に、少なくとも１つの前記アーク受け片を設けてもよい。

本発明の他の実施形態としては、前記腕部の縁部に、少なくとも１つの前記アーク受け片を設けるとともに、前記腕部の内向面に突き出し部を設けてもよい。

本発明に係る封止接点装置の実施形態を示す全体斜視図である。 図１で示した封止接点装置の分解斜視図である。 （Ａ）は図１で示した封止接点装置の動作前の側面断面図，（Ｂ）はその正面断面図である。 （Ａ）は本発明に係る第１実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第２実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第３実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第４実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第５実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第６実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第７実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は本発明に係る第８実施形態のアーク用シールド部材の斜視図、（Ｂ）はその側面図である。 アーク用シールド部材がある場合とない場合における接点間の遮断回数に対する封止接点装置の絶縁抵抗を示すグラフである。

本発明に係る封止接点装置を密封型電磁継電器に適用した一実施形態を、図１ないし図１２の添付図面に従って説明する。
本実施形態に係る密封型電磁継電器は、図２に示すように、ケース１０にカバー２０を組み付けて形成したハウジング内に、接点機構部３０と、この接点機構部３０を密封空間４３外から駆動する電磁石部５０と、を収納してある。接点機構部３０は、セラミックプレート３１、金属製筒状フランジ３２、板状第１ヨーク３７および有底筒体４１からなる密封空間４３内に組み込まれている。

前記ケース１０は、略箱型形状の樹脂成形品であり、外側面の下方角部に取付孔１１を設ける一方、その側面隅部に図示しないリード線を引き出すための膨出部１２を形成してあるとともに、対向する側面の開口縁部に係止孔１３を設けてある。

前記カバー２０は、前記ケース１０の開口部を被覆可能な平面形状を有するとともに、その上面中央に突設した仕切り壁２１の両側に端子孔２２，２２をそれぞれ設けてある。また、前記カバー２０は、その片側側面に、前記ケース１０の膨出部１２に挿入することにより、図示しないリード線のいわゆるバタツキを防止できる突出部２３を設けてある。さらに、前記カバー２０は、対向する側面の開口縁部に前記ケース１０の係止孔１３に係止可能な係止用爪部２４を設けてある。

前記接点機構部３０は、前述したようにセラミックプレート３１、金属製筒状フランジ３２、板状第１ヨーク３７および有底筒体４１で形成された密封空間４３（図３（Ａ）参照）内に配置され、磁石ホルダー３５、筒状固定鉄芯３８、可動鉄芯４２、可動軸４５および可動接触片４８にて構成されている。

前記セラミックプレート３１は、後述する金属製筒状フランジ３２の上方開口縁部にロウ付け可能な平面形状を有し、一対の端子孔３１ａ，３１ａを設け、補助プレート３１ｃと組み合わせて使用される。また、前記セラミックプレート３１は、その上面の外周縁部および前記端子孔３１ａの開口縁部に図示しない金属層をそれぞれ形成してある。そして、図３（Ｂ）に示すように、前記セラミックプレート３１の端子孔３１ａに、下端部に固定接点３３ａを固着した固定接点端子３３をロウ付けする。

前記セラミックプレート３１の上面外周縁部にロウ付けされる金属製筒状フランジ３２は、図２に示すように、金属板をプレス加工で形成した略筒形状を有するものである。そして、前記金属製筒状フランジ３２は、その下方側の外周縁部を後述する板状第１ヨーク３７に溶接一体化してある。

前記金属製筒状フランジ３２内に収納される磁石ホルダー３５は、箱形状を有する耐熱性の絶縁材からなり、その対向する両側外側面に永久磁石３６を保持できるポケット溝３５ａをそれぞれ形成してある。また、前記磁石ホルダー３５は、その底面中央に環状受け台３５ｃ（図３（Ｂ）参照）を一段低く設けるとともに、前記環状受け台３５ｃの中心から筒状絶縁部３５ｂを下方側に突設してある。前記筒状絶縁部３５ｂは、アークが発生し、金属製筒状フランジ３２、板状第１ヨーク３７および筒状固定鉄芯３８の経路で高電圧になっても、筒状固定鉄芯３８と可動軸４５とを絶縁することにより、両者の溶着一体化を防止する。更に、磁石ホルダー３５の内部に対向するように配置される位置決め用プレート２６が可動接触片４８に当接するように配置され、前記可動接触片４８を回り止めして位置決めしている。そして、磁石ホルダー３５と板状第１ヨーク３７との間には、ゴム板２７が配置され、固定接点３３ａと可動接点４８ａとが離間する際に、磁石ホルダー３５と環状鍔部４５ａとの間に生じる衝撃を緩衝している。

また、磁石ホルダー３５の内部には、本発明の第１実施形態に係るアーク用シールド部材６１が配設されている。このアーク用シールド部材６１は、例えばステンレスなど金属製であり、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、断面略コの字型に形成されている。

すなわち、アーク用シールド部材６１は、板状の連結体６２と、前記連結体６２の両端部を上方に折り曲げて形成した腕部６３とを備えている。連結体６２の対向する縁部にはそれぞれ、上方に切り起こした舌片（アーク受け片）６４が形成されている。腕部６３は、上端を内方に折り曲げて形成した上方リブ（アーク受け片）６５と、対向する側縁から内方に折り曲げた一対の側縁リブ（アーク受け片）６６と、内向面から内方に突出するスノコ状の突き出し部（アーク受け片）６７とを有している。
そして、アーク用シールド部材６１は、連結体６２が磁石ホルダー３５の底壁に載置され、腕部６３が磁石ホルダー３５の対向する側壁に固定されている。

前記板状第１ヨーク３７は、図２に示すように、前記ケース１０の開口縁部に嵌合可能な平面形状を有し、その上面に弾性プレート３７ａを固定するともに、その中心にカシメ孔３７ｂを設けてある。そして、前記板状第１ヨーク３７は、そのカシメ孔３７ｂに筒状固定鉄芯３８の上端部をカシメ固定してある一方、金属製筒状フランジ３２の下方開口部を嵌合し、外側方から溶接一体化してある。

前記筒状固定鉄芯３８は、その貫通孔に、前記磁石ホルダー３５の筒状絶縁部３５ｂを介し、環状鍔部４５ａを備えた可動軸４５をスライド移動可能に挿入してある。前記可動軸４５は、復帰バネ３９を挿入するとともに、その下端部に可動鉄芯４２を溶接にて固定してある。

前記可動鉄芯４２を収納する有底筒体４１は、その開口縁部を前記板状第１ヨーク３７に設けたカシメ孔３７ｂの下面縁部に気密接合される。そして、ガス抜きパイプ３４から内部空気を吸引して封止することにより、密封空間４３が形成される。

前記可動軸４５は、図３（Ｂ）に示すように、その中間部に設けた環状鍔部４５ａに皿状受け具４６を係止し、挿通した接点バネ４７および可動接触片４８の脱落を防止するとともに、その上端部に抜け止めリング４９を固定してある。そして、前記可動接触片４８の上面両端部に設けた可動接点４８ａは、前記金属製筒状フランジ３２内に配置された固定接点端子３３の固定接点３３ａに接離可能に対向している。

前記電磁石部５０は、図２に示すように、コイル５１を巻回したスプール５２の鍔部５２ａにコイル端子５３，５４を圧入，固定するとともに、前記コイル端子５３，５４を介して前記コイル５１と図示しないリード線とを接続してある。そして、前記スプール５２の貫通孔５２ｂに前記有底筒体４１を挿通するとともに、第２ヨーク５６の嵌合孔５６ａに嵌合する。ついで、前記第２ヨーク５６の両側部５７，５７の上端部を前記板状第１ヨーク３７の両端部にそれぞれ係合し、カシメ，圧入あるいは溶接などの手段にて固定することにより、前記電磁石部５０と接点機構部３０とが一体化される。

次に、前述の構成からなる密封型電磁継電器の動作について説明する。
まず、図３に示すように、コイル５１に電圧が印加されていない場合には、復帰バネ３９のバネ力で可動鉄芯４２が下方側に付勢され、可動軸４５が下方側に押し下げられ、可動接触片４８が下方側に引き下げられている。このとき、可動軸４５の環状鍔部４５ａが磁石ホルダー３５の環状受け台３５ｃに係合し、可動接点４８ａが固定接点３３ａから開離しているが、可動鉄芯４２は有底筒体４１の底面に当接していない。

ついで、前記コイル５１に電圧を印加して励磁すると、筒状固定鉄芯３８に可動鉄芯４２が吸引され、可動軸４５が復帰バネ３９のバネ力に抗して上方にスライド移動する。そして、可動接点４８ａが固定接点３３ａに接触した後も、復帰バネ３９及び接点バネ４７のバネ力に抗して可動軸４５が押し上げられ、可動軸４５の上端部が可動接触片４８の軸孔４８ｂから突出し、可動鉄芯４２が筒状固定鉄芯３８に吸着する。

そして、前記コイル５１への電圧の印加を停止して励磁を解くと、接点バネ４７及び復帰バネ３９のバネ力に基づき、可動鉄芯４２が筒状固定鉄芯３８から離れる。このため、可動軸４５が下方側にスライド移動し、可動接点４８ａが固定接点３３ａから開離した後、可動軸４５の環状鍔部４５ａが磁石ホルダー３５の環状受け台３５ｃに係合し、元の状態に復帰する。

このとき、高電圧の固定接点３３ａと可動接点４８ａとの間にアークが発生する場合がある。このアークは、図３（Ｂ）の中で、固定接点３３ａと可動接点４８ａとの間に流れる電流、および、対向する永久磁石３６の間で水平方向に生じる磁力により、図中、紙面に対して直交方向に吸引され、誘引される。そして、このアークが誘引される方向にアーク用シールド部材６１の腕部６３を設置している。このため、アークが任意の方向に発生しても、まず、固定接点３３ａと可動接点４８ａとの間に流れる電流、および対向する永久磁石３６の間で水平方向に生じる磁力でアークを所望の方向に誘引し、アーク用シールド部材６１に当てて消失させる。

特に、アーク用シールド部材６１が、複数の突き出し部６７を有しているので、アーク用シールド部材６１の内向面の表面積が大きく、アークを迅速に冷却できるので、アークを効率よく消失させる。

また、アーク用シールド部材６１の断面を略コの字型に形成し、密封空間４３（磁石ホルダー３５）内に連結体（基部）６２を磁石ホルダー３５内の底面に載置している。このため、単なる板状に形成した場合と比べて、アーク用シールド部材６１を把持しやすくなり、密封空間４３（磁石ホルダー３５）への取付け作業性が良くなる。また、固定接点３３ａと可動接点４８ａとの動きを邪魔せず、アーク用シールド部材６１の密封空間４３内への載置性を確保できる。

更に、アーク用シールド部材６１の腕部６３を固定接点３３ａと可動接点４８ａの両側に、かつ、永久磁石３６の対向面に沿って配置してある。このため、電流や磁束の方向が変化することによって、アークの発生方向が変わっても、いずれか一方の腕部６３にアークを当てて、消失させることができる。

そして、アーク用シールド部材６１が金属製であるので、アーク用シールド部材６１に当たるアークを効率的に冷却し、アークを消失する能力を高めることができる。

（第２実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に本発明の第２実施形態に係るアーク用シールド部材７１を示す。
第１実施形態に係るアーク用シールド部材６１の腕部６３には、突き出し部６７を設けたがこれに限定されず、第２実施形態に係るアーク用シールド部材７１のように、単なる平板からなる腕部７２を採用してもよい。これにより、アークが腕部６３を通過するのを確実に防止できる。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第３実施形態）
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に本発明の第３実施形態に係るアーク用シールド部材７３を示す。
第１実施形態に係るアーク用シールド部材６１の腕部６３には、突き出し部６７を設けたがこれに限定されない。例えば、第３実施形態に係るアーク用シールド部材７３の腕部７４のように、折り曲げ板７５に並設した開口７６の上縁および下縁から内方に突出する突片（アーク受け片）７７を切り出してもよい。これにより、材料の保溜まりが良いアーク用シールド部材６１が得られる。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第４実施形態）
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に本発明の第４実施形態に係るアーク用シールド部材８０を示す。
第１実施形態に係るアーク用シールド部材６１の腕部６３には、側縁リブ６６を設けたがこれに限定されない。例えば、第４実施形態に係るアーク用シールド部材８０の腕部８１のように、折り曲げ板８２の対向する両側縁部からそれぞれ内方に折り曲げられ、かつ、折り曲げ板８２の内向面に沿って延在する複数本の屈曲部（アーク受け片）８３を有してもよい。これにより、腕部６３の表面積を大きくしアークを当たりやすくすると共に、アークが背面側に通過するのを確実に防止できる。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第５実施形態）
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に本発明の第５実施形態に係るアーク用シールド部材８５を示す。
第５実施形態に係るアーク用シールド部材８５の腕部８６は、前述の第４実施形態の屈曲部８３，８３の端部に、各屈曲部８３，８３を連結する線状の補強部８７を有している。これにより、屈曲部８３の強度が向上すると共に、折り曲げ精度が向上する。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第６実施形態）
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に本発明の第６実施形態に係るアーク用シールド部材９０を示す。
第６実施形態に係るアーク用シールド部材９０の腕部９１は、矩形の拡張板（アーク受け片）９３と、被覆板（アーク受け片）９４とを備えている。拡張板９３は、折り曲げ板９２の一方の側縁から外方に広がるように延在している。被覆板９４は、折り曲げ板９２の他方の側縁から外方に広がり、前記拡張板９３に向かって延在し、かつ、折り曲げ板９２に沿って延在している。これにより、腕部９１を幅広にし、アークをより一層消失できる。なお、被覆板９４には、複数の開口９５が並設され表面積を増大させてある。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第７実施形態）
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に本発明の第７実施形態に係るアーク用シールド部材９７を示す。
第７実施形態に係るアーク用シールド部材９７の腕部９８は、折り曲げ板９９の片側縁部から外方に広がるように延在した幅狭の第１リブ１００と、この第１リブ１００の端部から外方に延在して屈曲する第２リブ１０１と、この第２リブ１０１の端部から背面側に屈曲して折り曲げ板９９に向かって延在する板状の第３リブ１０２と、からなる延在部（アーク受け片）１０３を有している。延在部１０３を固定接点３３ａ及び可動接点４８ａに近づけているので、側方に広がったアークを捕捉しやすくなる。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第８実施形態）
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に本発明の第８実施形態に係るアーク用シールド部材１０５を示す。
第８実施形態に係るアーク用シールド部材１０５の腕部１０６は、折り曲げ板１０７の上端から延在した板状の被覆板１０８を内方に屈曲し、折り曲げ板１０７に沿うように下方に折り曲げ、その先端の両側縁部が側縁リブ６６の下端に係止している。このため、腕部１０６の背面側にアークが通過することを防止できる。なお、この被覆板１０８には複数の開口１０９が並設され、表面積を増大させてある。他は、前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本願発明者らは、本発明のアーク用シールド部材６１を用いた封止接点装置の耐久性について実験を行った。具体的には、固定接点３３ａ，３３ａと可動接点４８ａ，４８ａとの間に直流電圧４００Ｖで５００Ａの電流を流した状態で、コイル５１への電圧の印加を解除（遮断）し、固定接点３３ａ，３３ａと可動接点４８ａ，４８ａとを離間させる実験を繰り返した。このとき、図１２に示すように、アーク用シールド部材６１を設置した封止接点装置では実線で示すように、２０回繰り返しても、アークによる固定接点３３ａと可動接点４８ａとの劣化を阻止し、封止接点装置の絶縁抵抗値が急激に低下するのを防止できることが分かった。一方、アーク用シールド部材６１を設置していない封止接点装置では点線で示すように、５回繰り返すと、発生するアークにより固定接点３３ａと可動接点４８ａとが劣化し、封止接点装置の絶縁抵抗値が急激に低下することが分かった。

また、本願発明者らは、固定接点３３ａと可動接点４８ａとを離間させる際に発生するアークの継続時間を測定した。アーク用シールド部材６１を設置していない封止接点装置に対し、アーク用シールド部材６１を設置した封止接点装置は、１２．５％、アーク継続時間が短くなることが分かった。

本発明に係る封止接点装置は、前述の密封型電磁継電器に限らず、他の電磁開閉器に適用してもよいことは勿論である。

１０ ケース（ハウジング）
２０ カバー（ハウジング）
３３ａ 固定接点
３６ 永久磁石
４３ 密封空間
４８ａ 可動接点
６１ アーク用シールド部材
６２ 連結体（基部）
６３ 腕部
６４ 舌片（アーク受け片）
６５ 上方リブ（アーク受け片）
６６ 側縁リブ（アーク受け片）
６７ 突き出し部（アーク受け片）

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に対向させて配置した固定接点および可動接点と、
   前記固定接点および前記可動接点を間にして対向するように配置し、かつ、前記固定接点および前記可動接点の間に生じたアークを磁力で誘引する一対の永久磁石と、を備えた封止接点装置であって、
   板状の連結体と、前記連結体の両端部から垂直にそれぞれ起立し、かつ、前記固定接点および前記可動接点を間にして対向する一対の腕部と、を有する金属製のアーク用シールド部材を備え、
   前記永久磁石の対向面が前記可動接点の往復移動方向に沿っている一方、
   前記アーク用シールド部材の連結体が、前記永久磁石の対向面に沿うように配置されているとともに、一対の前記腕部が、前記可動接点の往復移動方向に沿うように起立し、
   前記ハウジング内のうち、前記アークが前記固定接点と前記可動接点との間に流れる電流、および、前記永久磁石の磁力によって誘引される位置に、前記アーク用シールド部材を配置したことを特徴とする封止接点装置。
2. 前記アーク用シールド部材が、少なくとも１つのアーク受け片を有することを特徴とする請求項１に記載の封止接点装置。
3. 前記アーク用シールド部材が、断面略コ字形状を有し、かつ、前記ハウジング内に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の封止接点装置。
4. 前記アーク用シールド部材が、断面略コ字形状を有し、かつ、前記ハウジング内の底面に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の封止接点装置。
5. 前記アーク用シールド部材が、板状の連結体と、前記連結体の両端から略垂直にそれぞれ起立した腕部と、からなり、
   前記連結体または前記腕部の少なくとも一方に、少なくとも１つのアーク受け片を設けたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の封止接点装置。
6. 前記連結体の縁部に、少なくとも１つの前記アーク受け片を設けたことを特徴とする請求項５に記載の封止接点装置。
7. 前記腕部の縁部に、少なくとも１つの前記アーク受け片を設けるとともに、前記腕部の内向面に突き出し部を設けたことを特徴とする請求項５または６に記載の封止接点装置。

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