JP6657667B2 - 接点機構およびこれを用いた電磁継電器 - Google Patents

接点機構およびこれを用いた電磁継電器 Download PDF

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Description

本発明は接点機構、特に、当接している接点間に大電流が流れた場合に生じる電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力を低減できる接点機構、および、これを用いた電磁継電器に関する。
一般に、接点機構には、当接している接点間に大電流が流れると、電磁反発力が発生する。そして、本願の図9に図示するように、前記電磁反発力がバネの押圧力を超えると、接点が開離し、アークが発生する。
従来、接点の開離を防止するため、例えば、それぞれ板バネからなる複数個の接点保持バネが厚さ方向に重ねられてなり一端部に可動接点を保持した接点保持体と、前記接点保持体の他端部が固定されるとともに前記接点保持体の弾性変形によって前記可動接点が離接可能な位置に固定接点を保持したハウジングとを備え、各接点保持バネは、前記可動接点に対して前記固定接点が位置する方向に膨出した膨出部を有することを特徴とする接点装置が開示されている(特許文献1参照)。
前記特許文献1に係る接点装置では、その図2に図示するように、前記可動接点51と前記固定接点52との間で電磁反発力が生じた場合に、前記可動接点51が前記固定接点52から開離しないように接点保持バネ71のバネ力で抑制している。
特開2013−30310号公報
しかしながら、前記接点装置では、前記接点保持バネ71の形状設計,バネ定数の選択が容易でなく、動作特性にバラツキが生じやすく、時には前記接点保持バネ71自体が塑性変形する場合もある。このため、前記接点保持バネ71のバネ力で接点の開離を確実に抑制できず、接点が開離した場合にはアークが発生し、接点を破壊するという問題点がある。
そもそも、前記接点装置では、既に発生した前記電磁反発力に基づく接点の開離を防止することが開示されているにすぎず、前記電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力それ自体を低減することは全く開示されていない。
本発明に係る接点機構は、前記問題点に鑑み、当接している接点間に異常な大電流が流れて電磁反発力が生じても、前記接点を開離させる方向に作用する開離力を低減し、アークの発生による接点の破壊を防止できる接点機構を提供することを課題とする。
本発明に係る接点機構は、前記課題を解決すべく、並設された複数の接点部材を有する第1接点と、複数の傾斜面を有する第2接点と、を備え、弾性部材の押圧力で、前記複数の接点部材の対向する当接部と、前記複数の傾斜面とがそれぞれ当接する構成としてある。
本発明によれば、第2接点に設けた複数の傾斜面が第1接点の当接部にそれぞれ当接しているので、第1,第2接点の間に大電流が流れて大きな電磁反発力が発生すると、前記電磁反発力が鉛直方向と水平方向とに分力される。このため、前記電磁反発力のうち、第1,第2接点を開離させる方向に作用する開離力を低減でき、大電流を原因とする接点の開離を阻止できる。この結果、接点の開離に伴うアークの発生がなく、アークによる接点の破壊を防止できる。
また、電磁反発力に基づく開離力を、前述の従来例のような接点保持バネのバネ力のみで抑制する必要がない。このため、構造が簡単で部品の集積誤差が少なく、均一な動作特性を有する接点機構が得られる。
本発明の実施形態としては、前記傾斜面が、前記複数の接点部材の対向する当接部に当接可能な領域で、同一の傾斜角度を有する構成としてもよい。
本実施形態によれば、部品精度,組立精度のバラツキや当接面の摩耗等に伴い、第1当接面と第2当接面との当接位置が変化しても、接点同士の当接角度は変化しない。このため、電磁反発力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力も変化しないので、常に均一な動作特性を有する接点機構が得られる。
本発明の他の実施形態としては、前記当接部に面取り部を設けておいてもよい。
本実施形態によれば、接触面積が増大し、接触信頼性の高い接点機構が得られる。
本発明の別の実施形態としては、前記第1接点と前記第2接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の方向が、前記弾性部材の押圧力の方向に対して傾くように、前記傾斜面の傾斜角度を定めた構成としてもよい。
本実施形態によれば、電磁反発力が前記傾斜面で鉛直方向および水平方向に分力される。このため、接点を開離させる方向に作用する開離力が低減し、当接する接点が開離せず、アークの発生による接点破壊が生じない。
本発明の別の実施形態としては、前記第1接点と前記第2接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力のうち、前記弾性部材の押圧力に対して反力となる方向の分力が、前記弾性部材の押圧力よりも小さくなるように、前記傾斜面の傾斜角度を定めてもよい。
本実施形態によれば、傾斜面の傾斜角度を選定することにより、前記傾斜面で分力される電磁反発力の分力のうち、接点を開離させる方向に作用する開離力を弾性部材の押圧力よりも小さくできる。このため、当接する接点が開離せず、アークの発生による接点破壊を防止できる。
本発明の別の実施形態としては、前記傾斜面の傾斜角度は10度ないし60度であってもよい。
本実施形態によれば、10度未満であると、電磁反発力の鉛直方向の分力、すなわち、開離力を十分に低減できないからであり、60度を超えると、第1接点と第2接点との当接位置のバラツキが大きくなり、所望の接触信頼性が得られないからである。
本発明に係る電磁継電器は、前記課題を解決すべく、前述の接点機構を備えた構成としてある。
本発明によれば、当接している接点間に大電流が流れて電磁反発力が発生しても、前記電磁反発力が分力され、接点を開離させる方向に作用する開離力を低減でき、接点の開離を阻止できる。このため、アークの発生がなく、アークによる接点破壊を防止できる。
また、電磁反発力に基づく開離力を、前述の従来例のような接点保持バネのバネ力のみで抑制する必要がない。このため、構造が簡単で部品の集積誤差が小さく、均一な動作特性を有する電磁継電器を得られるという効果がある。
本発明に係る接点機構の第1実施形態を示す要部斜視図である。 図1に示した接点機構を示す斜視図である。 本発明に係る接点機構の第2実施形態を示す要部斜視図である。 本発明の実施例に係る接点機構に電流が流れる状態を説明するための説明図である。 本発明の実施例に係る接点機構に生じた電磁反発力の分力を説明するための説明図である。 比較例に係る接点機構に電流が流れる状態を説明するための説明図である。 比較例に係る接点機構に生じた電磁反発力を説明するための説明図である。 実施例および比較例の電磁反発力に基づく開離力の変化を示すグラフ図である。 短絡電流と電磁反発力との相関関係を示すグラフ図である。
本発明に係る接点機構の実施形態を、図1ないし図3の添付図面に従って説明する。
なお、以下の説明では、図面に表された構成を説明するうえで、「上」、「下」、「左」、「右」等の方向を示す用語、及びそれらを含む別の用語を使用するが、それらの用語を使用する目的は図面を通じて実施形態の理解を容易にするためである。したがって、それらの用語は本発明の実施形態が実際に使用されるときの方向を示すものとは限らないし、それらの用語によって特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきでない。
第1実施形態に係る接点機構は、図1および図2に示すように、第1接触片11に設けた第1接点10と、バネ等の弾性部材からなる第2接触片21に設けた第2接点20とで構成されている。そして、前記第2接点20は第2接触片21の弾性力に基づく押圧力Pで付勢されている。なお、図2では押圧力Pを示す矢印を省略してある。
前記第1接点10は、図1に示すように、第1接触片11の上面縁部に並設された一対の接点部材12,13から構成されている。前記接点部材12,13は断面長方形の棒状導電部材であり、その間に当接溝14が形成されている。
なお、前記接点部材12,13の対向する角部12a,13aに面取り部をそれぞれ設けておいてもよい。接触面積が増大することにより、接触信頼性が向上するという利点がある。
前記第2接点20は、前記接点部材12,13に当接可能な断面形状を有する断面五角形の棒状導電部材であり、第2接触片21の下面縁部に設けられている。そして、前記第2接点20は、前記第2接触片21の押圧力Pで、その下面に設けた傾斜する第1,第2当接面22,23を、前記接点部材12,13の対向する角部12a,13aにそれぞれ当接させている。
なお、前記第1,第2当接面22,23は、前記接点部材12,13と前記第2接点20との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の方向が前記第2接触片21の押圧力Pに対して傾くように傾斜角度が定められている。具体的には、前記第1,第2当接面22,23の傾斜角度は、前記接点部材12,13と前記第2接点20との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力のうち、前記第2接触片21の押圧力Pに対して反力として作用する方向の分力(すなわち、接点を開離させる方向に作用する分力)が、前記第2接触片21の押圧力Pよりも小さくなるように定められている。
さらに、前記第1,第2当接面22,23は、前記接点部材12,13の対向する角部12a,13aに当接可能な領域において、傾斜角度が同一となるように形成されている。
本実施形態によれば、第1接点10と第2接点20との間に電流を流した場合に生じる電磁反発力の分力うち、接点を開離させる方向に作用する分力を低減させることができるので、電磁反発力による接点の開離を防止できる。このため、第1接点10と第2接点20との間に発生するアークによる接点破壊を防止できる。
さらに、前記第1接点10と前記第2接点20との間に混入したゴミ等が、前記接点部材12,13の間の当接溝14に落下する。このため、ゴミ等を噛み込みにくく、接触信頼性が高いという利点がある。
前記第1,第2当接面22,23の傾斜角度θは、10度ないし60度が好ましい。傾斜角度θが10度未満であると、電磁反発力の鉛直方向の分力、すなわち、開離力を十分に低減できないからであり、60度を超えると、第1接点10と第2接点20との当接位置のバラツキが大きくなり、所望の接触信頼性が得られないからである。
本実施形態では、第1,第2接点10,20のいずれもが棒状素材からなり、当接領域が長い。このため、電磁反発力が生じても、接点を開離させる方向に作用する開離力をより一層低減できるという利点がある。なお、弾性部材の押圧力Pは第1接点10側から付勢してもよい。
次に、第1実施形態の動作について説明する。
図4に示すように第1接点10と第2接点20との当接部を介して電流が流れると、図5に示すように、第1接点10と第2接点20との間には、前記当接部において斜め方向に電磁反発力Fが生じる。なお、前記斜め方向とは、第1接点10と第2接点20との開離方向に対して斜め方向をいう。
そして、前記当接部において生じた前記電磁反発力Fは、前記第1接点10と前記第2接点20とを引き離す方向に作用する開離力F1と、前記開離力F1に垂直な方向に向かう向心力F2と、に分力される。なお、前記向心力F2とは、第1接点10と第2接点20とが当接する平行な線状当接部間の中心線に向かう方向の力をいう。
したがって、電流を流した場合に生じる電磁反発力Fは開離力F1と向心力F2とに分力される。このため、前記第1接点10と前記第2接点20とを引き離す方向に作用する開離力F1を低減できる。
なお、第2接点20の第1,第2当接面22,23は傾斜角度が同一である。このため、電磁反発力に基づいて前記角部12a,13aでそれぞれ発生した分力の一つである向心力F2は相互に打ち消し合う。
また、第1,第2当接面22,23の傾斜角度は同一である。このため、例えば、第1,第2接点の寸法精度,組立精度のバラツキ、あるいは、当接面の摩耗などにより、第1接点10と第2接点20との当接位置が変化しても、当接角度は変化しない。この結果、電磁反発力の鉛直方向および水平方向の分力は変化せず、常に均一な動作特性を有する接点機構が得られる。
第2実施形態は、図3に示すように、第1接触片11の上面縁部に、一対の断面半円形の棒状の接点部材12,13を並設して第1接点10を形成する一方、図示しない第2接触片の下面縁部に略半球形状の第2接点20を設けた場合である。
そして、本実施形態では、棒状の接点部材12,13の当接部12b,13bに、第2接点20の円弧面からなる第1,第2当接面22,23がそれぞれ当接している。
なお、前記第1接点10として3本の前記接点部材を並設してもよく、その場合には、前記第2接点20として2つの略半球形状の突部を並設しておく必要がある。
また、前記接点部材12,13の断面形状は前述の形状に限らず、例えば、台形,三角形等であってもよい。同様に、前記第2接点20は、前述の断面形状に限らず、例えば、電磁反発力を分力できる複数の傾斜面を備えた三角形,直角四角形,台形であってもよい。
(実施例)
第1接点10と第2接点20とが当接している第1実施形態の接点機構に電流を流した場合について解析した。解析結果を、図8のグラフ図に示す。
(比較例)
図6および図7に示すように、通常の当接面を有する接点からなる接点機構に対し、第1接点10と第2接点20とが接触した状態で電流を流した場合について説明する。そして、その場合の解析結果を図8に示す。
図6に示すように第1接点10と第2接点20の当接部を介して電流が流れると、図7に示すように、第1接点10と第2接点20との間には、前記第1接点10と前記第2接点20とを引き離す方向に作用する電磁反発力Fが生じる。この電磁反発力Fは、図9に示すように、短絡電流の増加に伴って急激に増加し、弾性部材の押圧力を超える場合がある。
比較例では、図7に示すように、前記当接部において生じた前記電磁反発力Fは、前述の実施例のように分力されず、前記第1接点10と前記第2接点20とを引き離す方向にそのまま作用する。このため、比較例では、前述の実施例と異なり、前記第1接点10と前記第2接点20とを引き離す方向に作用する開離力F1(=F)を低減できない。
図8では、前述の実施例に係る電磁反発力に基づく開離力(▲で図示する。)と、前述の比較例に係る電磁反発力に基づく開離力(◆で図示する。)とを図示している。
図8から明らかなように、例えば、電流(6000A)を流した場合に発生した電磁反発力のうち、実施例の接点を開離させる方向に作用する開離力は、比較例の接点を開離させる方向に作用する開離力の約1/50であることが判った。
したがって、本実施例によれば、接点開離に作用する開離力を低減でき、接点開離を防止できるので、アークの発生による接点の破壊を防止できることが判った。
本発明に係る接点機構は、電磁継電器に限らず、他の開閉器に適用してもよいことは勿論である。
10 第1接点
11 第1接触片
12 接点部材
12a 角部(当接部)
12b 当接部
13 接点部材
13a 角部(当接部)
13b 当接部
14 当接溝
20 第2接点
21 第2接触片(弾性部材)
22 第1当接面(傾斜面)
23 第2当接面(傾斜面)
F 電磁反発力
F1 開離力
F2 向心力
P 弾性部材の押圧力

Claims (6)

  1. 第1方向に沿って延びる棒状の第1接点部材と、前記第1方向に沿って延びる棒状の第2接点部材とを有し、前記第1接点部材と前記第2接点部材とが相互に隙間を空けて並んで配置されている第1接点と、
    前記第1方向に延びて前記第1接点部材に接触可能な第1傾斜面と、前記第1方向に延びて前記第2接点部材に接触可能な第2傾斜面とを有する棒状の第2接点と
    を備え
    前記第1接点と前記第2接点とが、弾性部材の押圧力で当接するように構成され、
    前記第1接点と前記第2接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の方向が、前記弾性部材の押圧力の方向に対して傾くように、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面の各々の傾斜角度を定めたことを特徴とする接点機構。
  2. 前記第1傾斜面および前記第2傾斜面の各々は、前記第1接点部材および前記第2接点部材の対向する当接部に当接可能な領域で、同一の傾斜角度を有することを特徴とする請求項1に記載の接点機構。
  3. 前記当接部に、面取り部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の接点機構。
  4. 前記第1接点と前記第2接点との間に電流を流したときに発生する電磁反発力の分力のうち、前記弾性部材の押圧力に対して反力となる方向の分力が、前記弾性部材の押圧力よりも小さくなるように、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面の各々の傾斜角度を定めたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の接点機構。
  5. 前記第1傾斜面および前記第2傾斜面の各々の傾斜角度が10度ないし60度であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の接点機構を有することを特徴とする接点機構。
  6. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の接点機構を有することを特徴とする電磁継電器。
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