JP6701841B2 - 電気接点開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定接点及び可動接点を備えた電気接点開閉装置に関する。

近年、大電流、高電圧の電流を開閉する固定接点と可動接点とを備えた電気接点開閉装置は、広く用いられている。この電気接点開閉装置では、大電流、高電圧であることに起因して固定接点と可動接点との間にアークが生じることがある。
そこで、従来、様々な手法でアーク発生を抑制する試みが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−７３３０８号公報

一方、図４は、電気接点開閉装置内において電気接点でアークが発生した場合の開閉回数と酸素濃度との関係を示すグラフである。図４の密閉の場合で示しているように、固定接点と可動接点との間にアークが生じるたびに酸素が消費され、開閉回数が増加するにつれて固定接点と可動接点とを格納する筐体内部の酸素濃度が低下していく。その結果、固定接点と可動接点とを格納する筐体内部の酸素濃度は、電気接点開閉装置の内部空間の影響を受けるが概ね、開閉回数が１５０００回を超えたあたりで酸素濃度８％を下回る。

図５（ａ）は、雰囲気が大気中において電気接点でアークが発生した場合のアーク柱幅及び接点ギャップと時間との関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、雰囲気が酸素濃度８％において電気接点でアークが発生した場合のアーク柱幅及び接点ギャップと時間との関係を示すグラフである。図５（ｂ）に示すように、通常の酸素濃度２１％（大気中）の場合（図５（ａ））に比べて８％程度の低酸素濃度では、アーク柱幅で表しているアークの接点間と垂直方向への移動範囲が３倍程度に広がるというアークの挙動が変化する現象が発生することを本発明者が見出した。すなわち、アーク柱の詳細な動きと開閉回数との関係については本発明者が鋭意検討した結果、電気接点周りが低酸素状態になることで、電気接点表面上の金属酸化物の量が減少することから、電気接点同士が溶着する故障に至る可能性が高まると考察した。すなわち、酸素濃度８％未満の環境下では電気接点装置の寿命を満足しないリスクが高まると考えた。

なお、電気接点開閉装置としては、およそ１０万回の開閉回数をクリアできればよい。つまり、１０万回の開閉回数で筐体内の酸素濃度８％以上を確保できる電気接点開閉装置を提供できればよい。

本発明の目的は、１０万回の開閉回数で筐体内の酸素濃度８％以上を確保できる電気接点開閉装置を提供することである。

本発明に係る電気接点開閉装置は、固定接点と、
前記固定接点と接離する可動接点と、
前記可動接点及び固定接点を内側に格納する筐体と、
を備え、
前記筐体は、外側に面する外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部を少なくとも１つ設けている。

本発明に係る電気接点開閉装置によれば、図１（ａ）に示すように筐体の外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部２４を少なくとも１つ設けている。そこで、開閉回数１０万回の後も筐体内の酸素濃度を８％以上に維持できる。そこで、固定接点と可動接点との間のアークの移動範囲が広がること並びに電気接点同士の溶着を抑制できる。

（ａ）は、実施の形態１に係る電気接点開閉装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図であり、（ｃ）は、（ａ）の側面図である。 実施の形態１に係る電気接点開閉装置の構成を示す概略斜視透視図である。 （ａ）は、電気接点部の開状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、電気接点部の閉状態を示す概略断面図である。 電気接点開閉装置内において電気接点でアークが発生した場合の開閉回数と酸素濃度との関係を示すグラフである。 （ａ）は、雰囲気が大気中において電気接点でアークが発生した場合のアーク柱幅及び接点ギャップと時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、雰囲気が酸素濃度８％において電気接点でアークが発生した場合のアーク柱幅及び接点ギャップと時間との関係を示すグラフである。

第１の態様に係る電気接点開閉装置は、固定接点と、
前記固定接点と接離する可動接点と、
前記可動接点及び固定接点を内側に格納する筐体と、
を備え、
前記筐体は、外側に面する外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部を少なくとも１つ設けている。

第２の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１の態様において、前記微少開口部は、開口部径１０μｍ以下であってもよい。

第３の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１又は第２の態様において、前記微少開口部は、前記筐体の内部雰囲気への酸素の流入量が１×１０^−８ｍｏｌ／時間以上である、請求項１又は２に記載の電気接点開閉装置。

第４の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記微少開口部は、開口部径０．３５μｍ以上であってもよい。

第５の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち前記固定接点と前記可動接点との中間面が前記筐体と交差する箇所以外の外面に設けられていてもよい。

第６の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち底面以外の外面に設けられていてもよい。

第７の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記可動接点を可動させる電磁石をさらに備え、前記電磁石は、前記筐体の中に格納され、前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち前記電磁石が格納されている箇所の外面に設けられていてもよい。

第８の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第７のいずれかの態様において、前記微少開口部は、複数設けられていてもよい。

第９の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第８のいずれかの態様において、前記筐体の外面のうち前記微少開口部を設けている部分は、樹脂材料からなっていてもよい。

第１０の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第８のいずれかの態様において、前記筐体の外側に面する外面の開口部に前記微少開口部を設けたフィルム又はシートを配置していてもよい。

第１１の態様に係る電気接点開閉装置は、上記第１から第１０のいずれかの態様において、前記電気接点開閉装置は、６５℃〜８５℃の温度範囲の蒸留水に前記筐体の最上端が１０ｍｍ以上の深さとなるように沈めた場合の防水試験において、１分以上気泡が出ない防水性能を有してもよい。

以下、実施の形態に係る電気接点開閉装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、実施の形態１に係る電気接点開閉装置３０の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の正面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の側面図である。図２は、実施の形態１に係る電気接点開閉装置３０の構成を示す概略斜視透視図である。
この電気接点開閉装置３０は、固定接点２と、固定接点２と接離する可動接点４と、可動接点４及び固定接点２を格納する筐体２２と、を備える。また、筐体２２には、外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部２４を少なくとも１つ設けている。この筐体２２の外面に設けた微少開口部２４によって外気からの酸素流入を受けることができ、開閉回数１０万回後にも筐体２２内の酸素濃度を８％以上とすることができる。なお、微少開口部２４は、開口部径０．３５μｍ以上とすることで、酸素流入量１×１０^−８ｍｏｌ／時間を確保でき、開閉回数１０万回後にも筐体２２内の酸素濃度８％以上を維持できる。
なお、開閉頻度は、１秒間オン９秒間オフで、１０秒間に１回の頻度である。

この電気接点開閉装置３０は、例えば、ベース１と、ベース１の上に設けられた電気接点部１０と、ベース１の上に設けられ、電気接点部１０を開閉させる電磁石部２０と、電気接点部１０及び電磁石部２０を格納する筐体２２と、を備える。電気接点部１０は、固定片端子３と、その先端の固定接点２と、可動片端子５と、その先端の可動接点４と、を含む。電磁石部２０は、スプール１２、鉄芯１３、コイル１４、ヨーク１５、カード１６、コイル端子１７、可動鉄片１１、ヒンジバネ１８を含む。なお、この電気接点開閉装置３０は、少なくとも固定接点２と可動接点４と筐体２２とを備えていればよく、他の構成部材については適宜変更されてもよい。

以下に、この電気接点開閉装置３０を構成する構成部材について説明する。

＜電気接点部＞
電気接点部１０は、固定片端子３と、その先端の固定接点２と、可動片端子５と、その先端の可動接点４と、を含む。
＜固定接点＞
固定接点２は、固定片端子３の先端（一端）に設けられている。固定片端子３は、ベース１を貫いてベース１の裏面に他端が端子として突出している。
＜可動接点＞
可動接点４は、可動片端子５の先端（一端）に設けられている。可動片端子５は、ベース１を貫いてベース１の裏面に他端が端子として突出している。

＜電磁石部＞
電磁石部２０は、スプール１２、鉄芯１３、コイル１４、ヨーク１５、カード１６、コイル端子１７、可動鉄片１１、ヒンジバネ１８を含む。
コイル１４は、ベース１の裏面に突出するコイル端子１７と接続されている。コイル１４は、鉄芯１３を巻回している。鉄芯１３は、その一端（図２の下端）でヨーク１５と接触し、他端（図２の上端）はスプール１２から突出している。鉄芯１３の他端は、ヒンジバネ１８を介してカード１６と接続された可動鉄片１１と対向しており、コイル１４に通電されると鉄芯１３が励磁され、可動鉄片１１を引きつける。可動鉄片１１が鉄芯１３に引きつけられると、ヒンジバネ１８を介してカード１６が可動片端子５を押して、可動片端子５の先端の可動接点４が固定接点２と接触して、通電状態（閉状態：図３（ｂ））となる。コイル１４への通電が切れると、鉄芯１３は消磁され、可動鉄片１１の引きつけがなくなり、カード１６が元の位置に戻って、可動片端子５の先端の可動接点４が固定接点２から離れて、開状態（図３（ａ））となる。

＜電気接点開閉装置の開閉動作について＞
図３（ａ）は、電気接点部１０の開状態を示す概略断面図であり、図３（ｂ）は、電気接点部１０の閉状態を示す概略断面図である。
＜開状態について＞
コイル１４に通電しない場合、鉄芯１３は励磁されず、あるいは励磁されていた場合にも消磁され、可動鉄片１１の引きつけがなく、カード１６は元の位置となる。その結果、可動片端子５は、カードによって押されないので、可動片端子５の先端の可動接点４は固定接点２から離れており、開状態（図３（ａ））となる。
＜閉状態（通電状態）＞
コイル１４に通電されると鉄芯１３が励磁され、可動鉄片１１を引きつける。可動鉄片１１が鉄芯１３に引きつけられると、ヒンジバネ１８を介してカード１６が可動片端子５を押して、可動片端子５の先端の可動接点４が固定接点２と接触して、通電状態（閉状態：図３（ｂ））となる。

＜筐体＞
筐体２２は、固定接点２と可動接点４とを内側に格納している。筐体２２によって、固定接点２と可動接点４とを格納する内側と外側とを画成する。この筐体２２は、その外側に面する外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部２４を少なくとも１つ設けている。微少開口部２４の開口面積が８０μｍ^２ちょうどの場合には、微少開口部２４を介した酸素流入量がおよそ５×１０^−８ｍｏｌ／時間となり、開閉回数１０万回後にも酸素濃度２１％を維持できる。さらに、微少開口部２４は、開口部径１０μｍ以下であってもよい。この場合、微少開口部２４の開口面積は、およそ７８．５μｍ^２となる。
なお、微少開口部２４がおよそ開口部径１０μｍより大きいと、筐体２２が水中に置かれた際に微少開口部２４から気泡を発生するおそれがある。つまり、防水の観点から、微少開口部２４は、開口部径１０μｍ以下であることが好ましい。
なお、後述するように、開口部径１０μｍ以下とすることによって、６５℃〜８５℃の温度範囲の蒸留水に前記筐体の最上端が１０ｍｍ以上の深さとなるように沈めた場合の防水試験において、１分以上にわたって気泡が発生しない防水性能を示す。
さらに、微少開口部２４は、開口部径０．３５μｍ以上であればよく、これによって微少開口部２４を介した筐体２２の内部雰囲気への酸素流入量１×１０^−８ｍｏｌ／時間を確保できる。これによって、筐体２２内の容積がおよそ８ｍｌであった場合に開閉回数１０万回後にも筐体２２内の酸素濃度８％以上を維持できる。
なお、図４に示すように、筐体２２内の容積がおよそ８ｍｌであった場合に密閉状態では、開閉回数がおよそ１５０００回で酸素濃度８％に低下する。

なお、上記の例では筐体２２内の容積を８ｍｌとして酸素濃度の変化を算出している。ここで、「筐体２２内の容積」とは、筐体２２内にスプール等の部品等が配置されている場合に、その部品等を含む全容積ではなく、部品等を除く筐体２２内の気体の容積を意味する。上述のように、開口面積８０μｍ^２の微少開口部２４によって酸素流入量が５×１０^−８ｍｏｌ／時間となる。この場合、開閉回数１０万回の後も酸素濃度２１％で維持できる。つまり、上記の場合にはアーク発生による酸素消費量と酸素流入量とが釣り合っている。これは筐体２２の容積とは関係しない。一方、酸素流入量が５×１０^−８ｍｏｌ／時間より少ない場合には、開閉回数が増えるにつれて酸素濃度が低下する。この場合の開閉回数に対する酸素濃度の低下の傾きは、筐体２２の容積と負の相関があり、容積が少ないほど低下の傾きは大きくなる。例えば、筐体２２の容積が８ｍｌではなく２ｍｌの場合には酸素濃度８％を維持するには酸素流入量をおよそ４×１０^−８ｍｏｌ／時間とする必要がある。筐体２２の容積が４ｍｌの場合には酸素濃度８％を維持するには酸素流入量をおよそ２×１０^−８ｍｏｌ／時間とする必要がある。さらに、筐体２２の容積が１２ｍｌの場合には酸素濃度８％を維持するには酸素流入量をおよそ０．５×１０^−８ｍｏｌ／時間とする必要がある。

微少開口部２４は、筐体２２の６面のいずれに配置してもよいが、生産上の簡便さから底面を除く５面に配置することが望ましく、さらに加工上の効率性や利便性から天面に設けたほうがよい。また、微少開口部２４は、筐体２２の外側に面する外面のうち固定接点２と可動接点４との中間面が筐体２２と交差する箇所以外の外面に設けられていてもよい。つまり、固定接点２と可動接点４との中間面は、アークが発生する際の飛散物の及ぶ範囲である。微少開口部２４は、開口面積が非常に小さいので、詰まりの発生を抑制するためにはアーク発生の際の飛散物が及ぶ範囲を避けることが好ましい。
また、微少開口部２４は、筐体２２の外面のうち電磁石部２０が格納されている箇所の外面に設けられていてもよい。これによって、アーク発生の際の飛散物の及ぶ範囲を避けて微少開口部２４を設けることができる。
なお、微少開口部２４は、複数設けてもよい。

また、微少開口部２４の形状は、円形、楕円形、正方形、長方形、矩形、多角形等のいずれであってもよい。また、微少開口部２４は、スリット状であってもよい。さらに、微少開口部２４の断面形状は、例えば、筐体２２の内側に向かって広がっており、外面側で最も断面積が狭くなっていてもよい。逆に、外面側に広がっており、内側で最も断面積が狭くなっていてもよい。

筐体２２は、その外面のうち微少開口部２４を設けている部分は、樹脂材料からなっていてもよい。樹脂材料の種類は任意で良いが、難燃性や耐熱性が要求される分野においては、例えば、フッ素系樹脂、ナイロン系樹脂、ＰＢＴ、ＰＣ、ＬＣＰ、ＰＣＴ等の芳香族系プラスチックからなるものであってもよい。また、筐体２２の外面に開口部を設けておき、その開口部に微少開口部２４を設けたフィルムを配置してもよい。

＜防水性能＞
さらに、この筐体２２は、６５℃〜８５℃の温度範囲の蒸留水に前記筐体の最上端が１０ｍｍ以上の深さとなるように沈めた場合の防水試験において、１分以上気泡が出ない防水性能を有してもよい。
例えば、開口部径を変化させた実施例１，２、比較例１〜３について、上記防水試験を行った。上記条件において、気泡発生の有無を下記表１に示す。

上記表１に示すように、開口部径１０μｍ以下の場合に上記防水性能を満足することがわかる。

本実施の形態に係る電気接点開閉装置３０によれば、筐体２２の外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部２４を少なくとも１つ設けている。そこで、開閉回数１０万回の後も筐体２２内の酸素濃度を８％以上に維持できる。そこで、固定接点と可動接点との間のアークの移動範囲が広がることを抑制し、電気接点同士の溶着を防止できる。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る電気接点開閉装置によれば、筐体の外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部を少なくとも１つ設けている。これによって、開閉回数１０万回後にも筐体２２内の酸素濃度８％以上を維持でき、アークの発生時にもアークの移動範囲の広がりを抑制し、電気接点同士の溶着を防止ができる。

１ ベース
２ 固定接点
３ 固定片端子
４ 可動接点
５ 可動片端子
１０ 電気接点部
１１ 鉄片
１２ スプール
１３ 鉄芯
１４ コイル
１５ ヨーク
１６ カード
１７ コイル端子
１８ ヒンジバネ
２０ 電磁石部
２２ 筐体
２４ 微少開口部
３０ 電気接点開閉装置

Claims (10)

1. 固定接点と、
   前記固定接点と接離する可動接点と、
   前記可動接点及び固定接点を内側に格納する筐体と、
   を備え、
   前記筐体は、外側に面する外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部を少なくとも１つ設けていると共に、
   前記微少開口部は、前記筐体の内部雰囲気への酸素の流入量が１×１０^−８ｍｏｌ／時間以上であると共に
   前記筐体の容積は、８ｍｌ以上である、電気接点開閉装置。
2. 前記微少開口部は、開口部径１０μｍ以下である、請求項１に記載の電気接点開閉装置。
3. 前記微少開口部は、開口部径０．３５μｍ以上である、請求項１又は２に記載の電気接点開閉装置。
4. 前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち前記固定接点と前記可動接点との中間面が前記筐体と交差する箇所以外の外面に設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
5. 前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち底面以外の外面に設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
6. 前記可動接点を可動させる電磁石をさらに備え、前記電磁石は、前記筐体の中に格納され、
   前記微少開口部は、前記筐体の外面のうち前記電磁石が格納されている箇所の外面に設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
7. 前記微少開口部は、複数設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
8. 前記筐体の外面のうち前記微少開口部を設けている部分は、樹脂材料からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
9. 前記筐体の外側に面する外面の開口部に前記微少開口部を設けたフィルム又はシートを配置している、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気接点開閉装置。
10. 固定接点と、
    前記固定接点と接離する可動接点と、
    前記可動接点及び固定接点を内側に格納する筐体と、
    を備えた電気接点開閉装置であって、
    前記筐体は、外側に面する外面に開口面積が８０μｍ^２以下の微少開口部を少なくとも１つ設けていると共に、
    前記電気接点開閉装置は、６５℃〜８５℃の温度範囲の蒸留水に前記筐体の最上端が１０ｍｍ以上の深さとなるように沈めた場合の防水試験において、１分以上気泡が出ない防水性能を有する、電気接点開閉装置。

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