JP6153794B2 - 電磁接触器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁接触器に係り、特に電磁接触器に内蔵されている可動接触子の緩衝構造に関する。

電磁接触器の従来の構造は、特許文献１（特開２００４−１２７８１２号公報）に、図５を用いて記載されているように、開極状態（主回路接点ＯＦＦ）から電磁コイル８に通電して励磁すると、磁気吸引力により可動鉄心７が復帰スプリング９のバネ力に抗して固定鉄心６に吸着されるとともに、この吸引動作に従動して接触子ホルダ４が下降移動し、可動接触子３の接点が固定接触子２の接点に接触して主回路接点を閉極するとともに、圧縮された接触スプリング１０のバネ力が固定／可動接点間に接触圧を加える。また、電磁コイル８の通電を絶つと、可動鉄心７が復帰スプリング９のバネ力を受けて固定鉄心６から離脱し、この復帰動作に従動して接触子ホルダ４、および可動接触子３が上昇移動して主回路接点を開極する。一方、上記の電磁接触器においては、投入時に可動接触子３の接点が固定接触子２の接点に衝突して接点の跳ね返りが生じ、これが基で接点バウンスを引き起こして接点が消耗することが知られている、と説明されている。

従来の電磁接触器の可動接点機構において、励磁により可動接点が固定接点に衝突した時、可動接触子は衝撃により反発し動作方向と反対方向に弾み、安定に接触するまで数回の接点バウンスを生じさせる。この接点バウンスは、短時間に可動接点と固定接点間にアークを数回発生させ、接点消耗の加速による寿命低下させる原因となる。

接点バウンスの低減としては、接点衝突の際の衝撃を低減することが有効であることは周知であり緩衝材を用いての衝撃吸収構造、ダンパーや電磁石制御を用いての衝突速度低減技術が従来提案されているが、コストアップおよび構造が複雑になるという問題点がある。その他、接点バネによる圧力を上げ、可動接触子を強く抑え込みバウンスを抑えるようなことも行われているが、強く押さえ込む分電磁石の必要吸引力も大きくなり、コストアップや製品大形化となる問題点がある。また、衝撃を小さくするために、衝突する物体（可動接触子）の質量を低減することも有効であるが、可動接触子の通電時の熱容量の確保が問題となる。

特開２００４−１２７８１２号公報 実開平４−１６８５３号公報

上記の特許文献１以外に従来の技術として、特許文献２（実開平４−１６８５３号公報）がある。特許文献２の図１には、可動接点が固定接点に接離した際、当接したときの接点バウンスや開離したときのアーク熱等により、接点が劣化して溶着するのを防止するため、可動枠１の角孔に可動接触子２とその下側に第２の可動接触子３を配置し、可動接触子２の両端の下側には可動接点２９を配置し、第２の可動接触子３の両端の上下に可動接点３ｂ、３ｃを配置し、第２の可動接触子３の下側で可動接点３ｃに対応する固定接点４ａを有した固定接触子４を配置する。また、可動枠１と可動接触子２との間には、バネ５を配置し、可動接触子２と第２の接触子３との間には第２のバネ６を配置し、第２の接触子の中央部には絶縁材を設け、電流が流れない構成にしている。

このような構成において、可動枠１が下方へ動作し、第２の可動接点３ｃが固定接点４ａに当接し、第２の可動接触子３の両端部は絶縁されているので電流は流れず、さらに可動枠１が下方に移動すると、可動接点２ａが第２の可動接点に当接し、可動接触子２を介して固定接触子４に電流が流れる。このような動作により、電流の開閉は可動接点２ａと第２の可動接点３ｂの間において行われ、当接したときの接点バウンスや開離したときのアーク熱等で接点が劣化して起こる溶着が発生するなら、この間で発生することになり、次に当接する第２の可動接点３ｃと固定接点４ａ間には異常は生じない。従って、この場合、可動接点２ａと第２の可動接点３ｂの間が溶着した状態で、第２の可動接点３ｃと固定接点４ａの間を開離させて電流を遮断することができるというものである。

本発明の目的は、上記の課題を解消し、可動接触子の熱的通電容量を確保し、接点バウンスを極力少なくする可動接点構造を有する電磁接触器を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電磁石コイルを巻回した固定コアと、該固定コアに接極、開極するよう対向配置された移動可能な可動コアと、固定接触子との間で接触圧を確保する接点バネを介して可動接触子を支持する可動絶縁台と、前記可動コアを前記固定コアから開極するよう配置された戻しバネと、固定接触子を支持する固定絶縁台と、を備えた電磁接触器において、前記可動接触子は、第１の可動接触子と、該第１の可動接触子よりも前記固定接触子に近い位置に配置された第２の可動接触子により形成され、該第１の可動接触子と該第２の可動接触子の間に圧縮バネを配置し、前記第１の可動接触子の質量をＭ１、前記第２の可動接触子の質量をＭ２とすると、Ｍ１＞Ｍ２の関係であることを特徴とする。

本発明によれば、可動接点と固定接点が衝突する瞬間は、可動接触子の質量が小さいため可動接触子の運動量が小さく、衝突反発による反発を低減し、接点バウンスを抑制、電気的寿命を向上することができる。さらに、動作後に圧縮バネがたわみ、第１の可動接触子と第２の可動接触子が接触することにより、可動接触子の通電部の熱容量が大きくなり、通電容量も確保することができる。

本発明の電磁接触器の外観斜視図を示す。 図１のＡ方向からの電磁接触器の縦断面図を示す。 本発明の可動接触子と固定接触子の部分拡大図を示し、その動きを説明する図である。 本発明の実施例１の可動接触子と固定接触子の動作を説明するため、従来と本発明の部分正面図を示す。 本発明の実施例２の可動接触子と固定接触子の構成図を示す。 本発明の実施例３の可動接触子と固定接触子の構成図を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における電磁接触器の外観斜視図を示す。
図１において、１０は電磁接触器、２０は上部絶縁台、３０は固定絶縁台、４０は可動絶縁台、５０は端子を示す。図２は、図１に示す電磁接触器の断面図を示す。図２において、２０は上部絶縁台、２１は第１の可動接触子、２２は第２の可動接触子、２３は第２の可動接触子の両端の下側に配置された可動接点、２４は圧縮バネ、２５は固定接触子、２６は固定接触子２５の内側の先端に配置された固定接点である。３０は固定絶縁台、３１は可動コア、３２は固定コア、３３は電磁コイル、３４は戻しバネ、３５は緩衝バネ、４０は可動絶縁台、５０は端子を示す。

本発明の電磁接触器１０の上部絶縁台２０の内部構成は、可動絶縁台４０の下側に接点バネ２７を配置し、接点バネ２７の下側に可動接触子を配置する。ここで、従来の可動接触子と異なる構成は、接点バネ２７の下側には第１の可動接触子２１を配置し、その下方に第２の可動接触子２２を配置し、第２の可動接触子２２の両端の下側に可動接点２３を形成し、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２３の間に圧縮バネ２４を配置した構成とした点である。

第２の可動接触子２２に配置した可動接点２３に対向する位置に配置した固定接点２６を形成する固定接触子２５を第２の可動接触子２２の下側に配置している。固定接触子２５は、第２の可動接触子２２を挟んで左右に配置され、それぞれ端子５０に接続されている。そして、第２の可動接触子２２の可動接点２３と固定接触子２５の固定接点２６が接触したとき、電磁接触器１０は通電状態となり、端子５０間が導通状態となる。また、第１の可動接触子２１は、その両端に可動接点は有さず、電流を流す機能は持っていない。第１の可動接触子２１は、接点バネ２７の押圧力又はエネルギーを下側に伝達する役目をするものである。詳細は図３により説明する。

電磁接触器が動作していないＯＦＦ状態において、固定絶縁台３０内に収納された可動コア３１は、接点バネ２７により固定コア３２から離れる方向に押圧され、固定コア３２と所定の間隙を有した離極状態となる。この状態は、可動絶縁台４０を経由して可動接点２３に伝達され、可動接点２３と固定接点２６においても所定の間隙を有し、開離状態にある。

次に、電磁接触器の電磁コイル３３に駆動電圧を印加すると、電磁コイル３３に発生する磁束による吸引力で可動コア３１が固定コア３２側に吸引され、移動を開始する。この移動距離が可動接点２３と固定接点２６の開離状態の距離となるとき、可動接点２３と固定接点２６は接触し、電磁接触器１０はＯＮ状態になる。さらに、可動コア３１が移動し、移動距離が可動コア３１と固定コア３２の離極状態時の間隙の距離になったとき、可動コア３１は固定コア３２に衝突して接極し、動作が終了する。また、固定コア３２には、緩衝バネ３５を配置し、可動コア３１の衝突エネルギーを緩衝バネ３５の変形、摩擦によってエネルギーを消耗、分散し、固定コア３２の可動コア３１への反発力を低減している。

次に、本発明の第１の可動接触子及び第２の可動接触子の動作について、図３を用いて説明する。図３において、図３（ａ）は電磁接触器１０が動作していない状態を示し、第２の可動接触子２２の可動接点２３と固定接触子２５の固定接点２６は離間した状態で、接点バネ２７には押圧力は印加されていないので、第１の可動接触子２１は第２の可動接触子２２の上側に配置された圧縮バネ２４の荷重で支持され、接点バネ２７とでバランスされた位置に停止する。圧縮バネ２４は板バネなどを用いる。

図３（ｂ）は、電磁接触器１０が動作し、可動コア３１が磁力により固定コア３２に引き寄せられ、第２の可動接触子２２の可動接点２３が固定接触子２５の固定接点２６と接触した状態を示す図である。また、図３（ｂ）の動作状態において、接点バネ２７には、第１の可動接触子２１及び第２の可動接触子２２を押圧する力が働き、第１の可動接触子２１と比較して質量の小さい第２の可動接触子２２が先ず移動し、第２の可動接触子２２の可動接点２３と固定接触子２５の固定接点２６が衝突することで、可動接触子２２が固定接触子２５と接触する。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）よりさらに接点バネ２７に押圧力が働き、第１の可動接触子２１が下方に移動し、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２との間に配置した圧縮バネ２４を圧縮し、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２が接触した状態の図を示す。すなわち、接点バネ２７の押圧力が増大することにより圧縮バネ２４がたわみ、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２とが接触して安定することで一体となり、通電時の熱の伝搬が大きくなり、可動接点２３と第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２との合算の熱容量を持つことで、通電容量を確保できる。ここで、第１の可動接触子２１は、熱容量を持つための部品であるため、銅系材料以外の例えば、鉄材又は樹脂材などの材料を採用することができ、コストを低減することができる。

また、本発明の実施例１の構成は、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２との間に圧縮バネ２４を配置し、第１の可動接触子２１を接点バネ２７で圧縮し、接点部に接触圧を加えられる機構としている。ここで、圧縮バネ２４の動作前の荷重は、接点バネ２７の動作前の荷重より大きく、かつ圧縮バネ２４の動作後の荷重は、接点バネ２７の動作後の荷重より小さくなる設定としている。

次に、本発明の可動接触子の構成の原理的な説明を、図４を用いて行なう。
図４において、図４（ａ）は従来の可動接触子及び固定接触子の部分の正面図を示し、図４（ｂ）は本発明の可動接触子及び固定接触子の部分の正面図を示す。

図４（ａ）において、従来可動接触子２８は１個で、可動接触子２８の両端の下側に可動接点２３を配置し、可動接点２３に対向する位置に固定接点２６を固定接触子２５に配置する。電磁接触器が動作すると、接点バネ２７の押圧力により可動接触子２８は速度Ｖで固定接触子２５に移動し、可動接触子２８の可動接点２３と固定接触子２５の固定接点２６が衝突し、電磁接触器は閉路状態となる。また、可動接点２３と固定接点２６とが衝突したとき、可動接触子２８は衝撃により反発し、移動方向と逆方向に弾み、安定に接触するまで数回の接点バウンスを生じ、チャタリングを発生する。この接点バウンスは、極短時間に可動接点２３と固定接点２６との間にアークを発生させ、接点消耗の原因となっている。

図４（ｂ）は、本発明の可動接触子のチャタリングを低減した構成を示し、その構成は従来の可動接触子２８を２個に分割して配置し、その間にバネを挿入した構成である。すなわち、第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２との間に圧縮バネ２４を配置し、第１の可動接触子２１には可動接点は設けず、電流が流れる構成にはしておらず、一般的な部材を用いれば良い。また、第２の可動接触子２２には、その両端の下側に可動接点２３を配置している。そして、可動接点２３に対向する位置に固定接点２６を配置する固定接触子２５を設置する。

また、第１の可動接触子２１の質量をＭ１、第２の可動接触子２２の質量をＭ２、図４（ａ）の従来の可動接触子２８の質量をＭとすると、
Ｍ１＋Ｍ２＞Ｍ で、かつ Ｍ２＜Ｍ１ の関係とする。
ここで、第２の可動接触子２２の質量Ｍ２が第１の可動接触子２１の質量Ｍ１より小さい（Ｍ２＜Ｍ１）場合、電磁接触器１０が動作すると、図３（ａ）から図３（ｂ）のように、先ず第２の可動接触子２２が固定接触子２５の方に引っ張られ、速度Ｖで移動する。そして、第２の可動接触子２２の可動接点２３が固定接触子２５の固定接点２６に衝突する。

第２の可動接触子２２の質量Ｍ２を、第１の可動接触子２１の質量Ｍ１より小さく（軽く）しているので、可動接点２３が固定接点２６に衝突するとき、衝突の衝撃による反発は図４（ａ）の従来の場合に比較して小さく、接点バウンスは減少する。すなわち、電磁接触器の閉路のチャタリングは大幅に減少する。また、第２の可動接触子２２と固定接触子２５が速度Ｖで衝突した後、第１の可動接触子２１が接点バネ２７の押圧力により移動し、圧縮バネ２４を撓ませ、第２の可動接触子２２に衝突し重なって一体となり、通電状態では第１の可動接触子２１と第２の可動接触子２２は一体となった状態が持続される。
このため、第２の可動接触子２２だけでは熱容量が不足していたが、第１の可動接触子２１と一体となることで熱容量は確保できる。すなわち、図４（ａ）の従来の可動接触子２８の質量Ｍよりも、本発明の第１の可動接触子２１の質量Ｍ１及び第２の可動接触子２２の質量Ｍ２の総和（Ｍ１＋Ｍ２）の値を大きく（Ｍ１＋Ｍ２＞Ｍ）し、熱容量の確保を行っている。

また、第１の可動接触子２１は、熱量量を持つためのものであるため銅系材料以外の例えば鉄材や樹脂材を採用することもでき、コスト低減を図ることができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について図５を用いて説明する。
図５は、第１の可動接触子２１Ａの材質を鉄材とした場合の可動接触子及び固定接触子の部分の正面図である。図５において、図３（ａ）と構成が異なるのは第１の可動接触子２１の材質が鉄材である点のみで外は同じであるため、同じ部分の説明は省略する。第１の可動接触子２１Ａは鉄材にすることで、可動接触子２１Ａ全体の強度が増加し、機械的寿命を向上することができる。

また、図５に示すように、第２の可動接触子２２の周囲を覆うような構成とし、圧縮バネ２４が係止するストッパを上下の可動接触子に配置しているため、圧縮バネ２４が外れ難い構成となっている。また、第１の可動接触子２１Ａを鉄材とすることによりその質量Ｍ１を大きくできるため、第２の可動接触子２２の質量Ｍ２を減少でき、可動接点２３と固定接点２６との接点バウンスを大幅に減少でき、さらに通電から遮断するときに発生するアークに対するアーク耐量を向上することができる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について図６を用いて説明する。図６は、実施例４の構成を示し、図３（ａ）に示した第２の可動接触子２２とその上に配置した圧縮バネ２４を一体化した構成、すなわち圧縮バネ２４に可動接点２３を配置した圧縮バネ６０を配置した構成を示す。図６において、２７は接点バネ、２１は第１の可動接触子、６０は圧縮バネ、２３は圧縮バネ６０に配置した可動接点、２５は固定接触子、２６は固定接点、４０は可動絶縁台である。

電磁接触器が動作すると、電磁石コイル３３に電流が流れ、可動コア３１が固定コア３２に引き付けられ、可動コア３１に連動して可動絶縁台４０が下方に移動する。可動絶縁台４０が下方に移動すると、接点バネ２７の押圧力で、先ず圧縮バネ６０の質量Ｍ２を、第１の可動接触子２１の質量Ｍ１より小さくしているため、圧縮バネ６０が下方に移動し、圧縮バネ６０の両端の下側に配置した可動接点２３が固定接触子２５の固定接点２６に衝突し、接触する。
また、接点同士が衝突するとき、圧縮バネ６０は衝撃で反発し接点バウンスを生じるが、圧縮バネ６０の質量Ｍ２を小さくしているので、接点バウンスの回数、すなわちチャタリングは極めて少ない。

圧縮バネ６０が固定接触子２５に衝突した後、第１の可動接触子２１が下方に移動し、第１の可動接触子２１と圧縮バネ６０とが一体となり、通電状態を維持する。また、圧縮バネ６０は板バネなどを用いる。

１０‥電磁接触器、
２０‥上部絶縁台、
３０‥固定絶縁台、
４０‥可動絶縁台、
５０‥端子、
２０‥上部絶縁台、
２１、２１Ａ‥第１の可動接触子、
２２‥第２の可動接触子、
２３‥可動接点、
２４‥圧縮バネ、
２５‥固定接触子、
２６‥固定接点、
２８‥可動接触子、
３０‥固定絶縁台、
３１‥可動コア、
３２‥固定コア、
３３‥電磁石コイル、
３４‥戻しバネ、
３５‥緩衝バネ、
４０‥可動絶縁台、
５０‥端子、
６０‥圧縮バネ

Claims (6)

1. 電磁石コイルを巻回した固定コアと、該固定コアに接極、開極するよう対向配置された移動可能な可動コアと、固定接触子との間で接触圧を確保する接点バネを介して可動接触子を支持する可動絶縁台と、前記可動コアを前記固定コアから開極するよう配置された戻しバネと、固定接触子を支持する固定絶縁台と、を備えた電磁接触器において、
   前記可動接触子は、第１の可動接触子と、該第１の可動接触子よりも前記固定接触子に近い位置に配置された第２の可動接触子により形成され、該第１の可動接触子と該第２の可動接触子の間に圧縮バネを配置し、
   前記第１の可動接触子の質量をＭ１、前記第２の可動接触子の質量をＭ２とすると、Ｍ１＞Ｍ２の関係であることを特徴とする電磁接触器。
2. 請求項１記載の電磁接触器において、
   前記第１の可動接触子は、可動接点を有さず、電流は流さない構成であることを特徴とする電磁接触器。
3. 請求項１記載の電磁接触器において、
   前記第２の可動接触子は両端の下側に可動接点を配置し、該可動接点に対向する位置に固定接点を配置する固定接触子を設置したことを特徴とする電磁接触器。
4. 請求項１記載の電磁接触器において、
   前記第１の可動接触子と前記第２の可動接触子の間に配置する圧縮バネは、板バネであることを特徴とする電磁接触器。
5. 請求項２記載の電磁接触器において、
   前記第１の可動接触子は、鉄材または樹脂材であることを特徴とする電磁接触器。
6. 電磁石コイルを巻回した固定コアと、該固定コアに接極、開極するよう対向配置された移動可能な可動コアと、固定接触子との間で接触圧を確保する接点バネを介して可動接触子を支持する可動絶縁台と、前記可動コアを前記固定コアから開極するよう配置された戻しバネと、固定接触子を支持する固定絶縁台と、を備えた電磁接触器において、
   前記可動接触子は、第１の可動接触子と、該第１の可動接触子よりも前記固定接触子に近い位置に配置された第２の可動接触子により形成し、
   該第２の可動接触子は圧縮バネとし、該圧縮バネの両端の下側に可動接点を配置し、
   前記第１の可動接触子の質量をＭ１、前記第２の可動接触子の質量をＭ２とすると、Ｍ１＞Ｍ２の関係であることを特徴とする電磁接触器。

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