JP6857092B2 - 電磁継電器 - Google Patents

Description

本開示は、電磁継電器に関する。

電磁継電器において、閉成した接点に大電流（例えば１〜１０ｋＡ程度）が通電された際に、大電流の影響により接点間の電磁反発力が増大して接点が開離する現象が知られている。この場合、開離した接点間に発生したアーク放電により溶解した接点同士が溶着する虞がある。

このような現象を防ぐために、電流によって生じる磁束を利用して、接点に発生する電磁反発力と逆向きに吸引力が発生するように鉄片を配置する構成が知られている（例えば特許文献１）。この構造では、固定端子に固定鉄片が設けられて、可動ばね先端に設けられた可動鉄片との間に吸引力が生じる。

特開平７−２１８９０号公報

しかし、特許文献１に記載される構造では、固定端子の周囲を覆う固定鉄片を配置するため、固定端子の側面や裏面に鉄片を配置するスペースが必要となる。このため、電磁継電器が大型化してしまうという問題があった。

本開示は、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制でき、かつ、電磁継電器の大型化を回避できる電磁継電器を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の一観点に係る電磁継電器は、可動接点を有する可動端子と、前記可動接点と対向する固定接点を有する固定端子と、前記固定端子または前記可動端子の一方に設けられる一対の第１鉄片と、前記固定端子または前記可動端子の他方に設けられ、前記一対の第１鉄片の両方と少なくとも一部が重なるよう配置される第２鉄片と、を備える。

本開示によれば、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制でき、かつ、電磁継電器の大型化を回避できる電磁継電器を提供することができる。

電磁継電器の一例を示す分解斜視図 電磁継電器の接点閉状態を示す図 電磁継電器の接点開状態を示す図 第１実施形態の接点近傍の斜視図 接点に流れる電流の向きを示す模式図 第１実施形態において鉄片間に発生する磁束を示す模式図 比較例において鉄片間に発生する磁束を示す模式図 鉄片間に働く磁気吸引力のシミュレーション結果 固定端子及び可動端子に発生する磁束を示す模式図 第２実施形態における鉄片の配置を示す模式図 第３実施形態における鉄片の配置を示す模式図 （ａ）は第４実施形態の接点近傍の斜視図、（ｂ）は可動鉄片の斜視図 第５実施形態の接点近傍の斜視図 第５実施形態において鉄片間に発生する磁束を示す模式図 第６実施形態の接点近傍の斜視図 第７実施形態における鉄片の配置を示す模式図 第８実施形態における鉄片の配置を示す模式図 第９実施形態の接点近傍の斜視図 第１０実施形態の接点近傍の斜視図

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
＜電磁継電器１の全体構成＞
図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る電磁継電器１を説明する。図１は、電磁継電器１の一例を示す分解斜視図である。図２は、電磁継電器１の接点閉状態を示す図である。図３は、電磁継電器１の接点開状態を示す図である。

なお、図１〜図３に示す電磁継電器１は一例であり、本実施形態に係る電磁継電器の構成はこれに限られない。また、固定鉄片７５ａ，７５ｂ及び可動鉄片６６については、図１〜図３には図示していない。

本実施形態の電磁継電器１は、永久磁石９３を使用した有極電磁継電器であり、バスバー（母線）端子である可動端子６０と固定端子７０との間を導通させたり、遮断したりする。可動端子６０と固定端子７０は、例えば車載のエンジンスタータなどの対象機器に接続される。この場合、可動端子６０と固定端子７０との間にエンジンスタータへの供給電流が流され、電磁継電器１は、エンジン始動時に可動端子６０と固定端子７０とを導通させてエンジンスタータに電流を供給すると共に、始動後や緊急時にエンジンスタータへの電流の供給を遮断する働きをする。電磁継電器１は、ベース１０およびカバー１２０によって内部機器が密封され、対象機器と接続される可動端子６０及び固定端子７０の接続部６２，７２と、導通または遮断動作を制御する制御信号を入力するための複数のコイル端子３５ａ〜３５ｄとが露出している。

以下では、電磁継電器１の形状や要素の位置関係の説明の際に、図１などに示すように相互に直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を基準とする。＋ｘ方向は固定接点７３ａ，７３ｂに対する可動接点６９ａ，６９ｂの接近方向であり、−ｘ方向は固定接点７３ａ，７３ｂに対する可動接点６９ａ，６９ｂの離脱方向である。＋ｙ方向は可動端子６０及び固定端子７０の接続部６２，７２が設けられる一端側の方向であり、−ｙ方向は他端側の方向である。＋ｚ方向はカバー１２０がベース１０に積層される側の方向であり、−ｚ方向はベース１０側の方向である。例えば、ｚ軸が鉛直方向であり、ｘ軸およびｙ軸がｚ軸に直交する水平方向である。

図１に示すように、電磁継電器１は、＋ｚ方向に向かって開口した箱状のベース１０を有している。ベース１０は樹脂モールド製であり、矩形上の中央部１１と、−ｘ方向側の外壁１４に沿ってｙ軸方向に突出する延長部１２，１３を備える平面形状を有している。延長部１２は−ｙ方向に、延長部１３は＋ｙ方向に突出している。延長部１２の内部空間は中央部１１と一体的に形成され、後述する電磁石部３０やアクチュエータ８０などを収容する収容部１７となっている。また、延長部１３の内部空間は、内壁１５によって収容部１７と区分されている。

ベース１０の開口部は、樹脂モールド製の板状のカバー１２０によって覆われている。カバー１２０は、ベース１０の中央部１１と延長部１２とを覆う概ねＬ字状の形状を有している。カバー１２０の延長部１３側には、可動端子６０および固定端子７０の後述する板部６１，７１の上縁を溝１５ａ，１５ｂの位置にてそれぞれ抑えるように突出した突起１２１，１２２が形成されている。

可動端子６０は、ベース１０の外壁１４内面に沿って延びる平板状の板部６１を有している。中央部１１と延長部１３とを区分する内壁１５には、可動端子６０の板部６１の厚みよりも少し狭い幅の溝１５ａが形成されており、可動端子６０は溝１５ａ内に圧入される。板部６１の−ｙ方向の端部は延長部１２の端部まで延びている。

固定端子７０は、内壁１５に形成された溝１５ｂ内に圧入される平板状の板部７１を有する。

可動端子６０及び固定端子７０の＋ｙ方向の端部には、板部６１，７１から屈曲させられて＋ｘ方向に水平に延びる接続部６２，７２がそれぞれ形成されている。接続部６２，７２は、対象機器の給電線などと接続するのに好適な構造を有する。本実施形態では、接続部６２，７２には円形の開口部６２ａ，７２ａが形成され、可動端子６０及び固定端子７０をボルトによって給電側の対象機器に連結できるようになっている。

固定端子７０の−ｙ方向の端部は、ベース１０の中央付近までしか延びていない。ベース１０内には、固定端子７０に沿って延びる内壁１６が形成されている。内壁１６にはｚ軸方向に延びる溝１６ａが形成されており、固定端子７０の端部が溝１６ａ内に圧入される。

図１に示すように、板部６１の−ｙ方向の端部付近には、ｚ軸方向に並んで配置された２つの孔部６１ａ，６１ｂが形成されている。同様の孔部６３ａ，６３ｂが一端付近に形成された平編線６３と、孔部６４ａ，６４ｂが形成された可動ばね６４が、可動端子６０の板部６１の＋ｘ方向側に配置されている。平編線６３と可動ばね６４は、孔部６１ａ，６１ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂに通された２つのリベット６７ａ，６７ｂによって、板部６１に取り付けられ、可動端子６０の一部を構成している。

平編線６３と可動ばね６４の、孔部６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂとは反対側の端部付近にも、鉛直方向に並んで配置された円形の２つずつの孔部６３ｃ，６３ｄ，６４ｃ，６４ｄがそれぞれ形成されている。孔部６３ｃ，６３ｄ，６４ｃ，６４ｄに通された２つのリベット状の可動接点６９ａ，６９ｂをかしめて取り付けることによって、平編線６３と可動ばね６４は＋ｙ方向の端部でも連結されている。

可動接点６９ａ，６９ｂは、板部７１の−ｙ方向の端部に対面する位置に配置されている。固定端子７０の可動接点６９ａ，６９ｂに対面する位置には、孔部７１ａ，７１ｂに通されたリベット状の固定接点７３ａ，７３ｂが取り付けられている。可動接点６９ａ，６９ｂと固定接点７３ａ，７３ｂは、後述するように、互いに接触している接点閉状態と、互いに離れている接点開状態とに切り替えられ、可動端子６０と固定端子７０とを導通状態と非導通状態とに切り替えるための接点として機能する。

図１〜図３に示すように、収容部１７の固定端子７０より＋ｘ方向には、樹脂モールド製のボビン２０、鉄製の鉄心４０およびヨーク５０が組み合わされた電磁石部３０が圧入されている。

ボビン２０は、図１に示すように、ｘ軸方向の両端にフランジ２２，２３が形成された筒部２１を有している。筒部２１上には、図２、図３に示すようにコイル３１が巻かれている。本実施の形態では、コイル３１は２巻線タイプであり、２本の巻線がボビン２０に巻かれている。一方の巻線は接点を開状態から閉状態へ切り替えるコイルとして作用し、他方の巻線は接点閉状態から接点開状態へのり替えるコイルとして作用する。図１では、わかりやすくするためにコイル３１の図示は省略している。フランジ２２，２３は矩形であり、それらの下辺がベース１０の底面に当接しボビン２０が所定の姿勢で取り付けられるようになっている。

ボビン２０には、筒部２１およびフランジ２２，２３を通る貫通孔２４が形成されており、貫通孔２４内に鉄心４０の棒部４１が通されている。貫通孔２４と棒部４１は互いに対応する矩形の断面形状を有しており、棒部４１を貫通孔２４に挿入することによって、鉄心４０はボビン２０に保持されている。

棒部４１のフランジ２２側の端部には、フランジ２２に対して平行に延びる板部４２が結合されている。板部４２は、−ｙ方向にフランジ２２を越えて延びている。

ヨーク５０は、フランジ２３に平行に延びる基端板部５１を有している。基端板部５１には、棒部４１の先端が嵌合する穴５４が形成される。穴５４と棒部４１の先端とは互いに対応する矩形の断面形状を有しており、棒部４１を穴５４に挿入することによってヨーク５０は鉄心４０に対して保持されている。

基端板部５１は、−ｙ方向のフランジ２３を越えて延びた部分が、−ｘ方向に折れ曲がって、棒部４１に平行に延びる中間板部５２に続いている。中間板部５２は、再び−ｙ方向に折れ曲がって、フランジ２２，２３に平行に延びる先端板部５３に続いている。

先端板部５３は板部４２の端部と対面している。コイル３１によって磁界を発生したときに、磁束が鉄心４０とヨーク５０を介して伝達され、板部４２と先端板部５３の間に磁界が発生するようになっている。

コイル３１には、４つのコイル端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが接続されており、コイル端子３５ａと３５ｃ、コイル端子３５ｂと３５ｄとがそれぞれ対になっている。一方の巻線はコイル端子３５ａとコイル端子３５ｃとに、他方の巻線はコイル端子３５ｂと３５ｄとにそれぞれ接続される。コイル３１は、コイル端子３５ａ，３５ｃの対に電流を流すと＋ｘ方向に磁界を発生し、３５ｂ，３５ｄの対に電流を流すと−ｘ方向に磁界を発生するように、各コイル端子に接続されている。

ボビン２０には、コイル端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが取り付けられる端子保持部２５が一体に形成されている。端子保持部２５は、フランジ２３の上縁（＋ｚ方向の縁端）から＋ｘ方向に突出しており、＋ｘ方向の端面に各コイル端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄがそれぞれ挿入される。各コイル端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの先端部は−ｚ方向に屈曲して延在しており、ベース１０の底面に形成された開口部を通ってベース１０の外部に突出している。

図１〜図３に示すように、電磁継電器１は、電磁石部３０によって発生する磁力によって動作させられ、可動端子６０と固定端子７０とを導通状態と非導通状態との間で切り替えるアクチュエータ８０をさらに有している。アクチュエータ８０は樹脂モールド製であり、Ｌ字状の平面形状を有し、Ｌ字の一端に当たる位置にｚ軸方向に延びるシャフト８１を有する。シャフト８１はベース１０に回動可能に取り付けられ、アクチュエータ８０はシャフト８１を中心として旋回可能になっている。アクチュエータ８０も収容部１７に収容される。

アクチュエータ８０のシャフト８１とは反対側の端部８２には、一対のアマチュア９１，９２が取り付けられている。アマチュア９１，９２は鉄製の板部材であり、これらがアクチュエータ８０の端部８２に形成された穴８３，８４に嵌合して保持されることによって、互いに平行に、かつ鉛直に延びるように配置される。アマチュア９１，９２は、端部８２のシャフト８１側の面から挿入され、シャフト８１と反対側の面から突出する突出部９１ａ，９２ａを有している。突出部９１ａ，９２ａと反対側の端部には、ｚ軸方向に突出する拡大部９１ｂ，９２ｂが形成され、これらがアクチュエータ８０の穴８３，８４の不図示の拡大部に嵌ることによって、アマチュア９１，９２がアクチュエータ８０に固定される。

永久磁石９３は拡大部９１ｂ，９２ｂの間に挟み込まれ、また、端部８２のシャフト８１側の面に形成された溝に嵌合させられて保持される。アマチュア９１，９２は、永久磁石９３の各極に接続されており、突出部９１ａ，９２ａ間には一定の磁界が常に形成されている。

アマチュア９２は、突出部９２ａが板部４２と先端板部５３の間に位置するように配置されている。アマチュア９１は、突出部９１ａが先端板部５３に対して板部４２と反対側に位置するように配置されている。

永久磁石９３によって突出部９１ａ，９２ａの間に発生する磁界と、コイル３１によって板部４２と先端板部５３の間に発生する磁界との相互作用によって、アマチュア９１，９２に力が加わる。それによって、アマチュア９１，９２を介してアクチュエータ８０に力が加わり、アクチュエータ８０が旋回する。コイル３１への通電方向を変えることによって、アマチュア９１，９２に加わる力の向きを＋ｘ方向または−ｘ方向のいずれかとすることができる。

アクチュエータ８０には、その動作を可動接点６９ａ，６９ｂに伝達するカード１００が取り付けられている。カード１００は突出部９１ａ，９２ａが突出している面にてアクチュエータ８０に取り付けられている。カード１００は、縁端部１０１からｘ軸方向に併設されると共に−ｚ方向に平行に延びる２つの鉛直片１０２，１０３を有する。カード１００のアクチュエータ８０への組み付け時には、２つの鉛直片１０２，１０３の間に可動ばね６４の端部が挟み込まれて保持される。

このように、アクチュエータ８０に取り付けられたカード１００によって可動ばね６４が挟み込まれることによって、アクチュエータ８０の旋回に応じて可動ばね６４が変位する。これにより、可動ばね６４に取り付けられた可動接点６９ａ，６９ｂも可動ばね６４と同方向に移動する。その結果、アクチュエータ８０が図２に示すセット位置にあるときには、可動接点６９ａ，６９ｂが固定接点７３ａ，７３ｂに接触し、可動端子６０と固定端子７０とが導通状態となる。一方、アクチュエータ８０が図３に示すリセット位置にあるときには、可動接点６９ａ，６９ｂが固定接点７３ａ，７３ｂから離れ、可動端子６０と固定端子７０とが非導通状態となる。

＜接点近傍の構造＞
次に図４〜図９を参照して、第１実施形態に係る電磁継電器１の接点近傍の構造について説明する。図４は、第１実施形態の接点近傍の斜視図である。図４に示すように、第１実施形態では、固定端子７０に一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂ（第１鉄片）が設けられ、可動ばね６４に単一の可動鉄片６６（第２鉄片）が設けられている。

固定鉄片７５ａ，７５ｂは、可動接点６９ａ，６９ｂと対向する固定端子７０の対向面の幅方向（ｚ軸方向）両端付近にそれぞれ配置され、略直方体形状に形成されている。固定鉄片７５ａ，７５ｂの延在方向は、固定端子７０の延在方向と略同一である。

可動鉄片６６は、固定鉄片７５ａ，７５ｂと同様に略直方体形状に形成され、その延在方向が可動ばね６４の延在方向と略同一となるよう配置されている。可動鉄片６６は、固定接点７３ａ，７３ｂと対向する可動ばね６４の面に設けられている。可動鉄片６６は、固定端子７０と可動ばね６４との対向方向（ｘ軸方向）から視たときに、対向する一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂの両方と少なくとも一部が重なるように、可動ばね６４の先端の幅方向（ｚ軸方向）の中央部に配置されている。

例えば固定鉄片７５ａ，７５ｂ及び可動鉄片６６は、はんだ接合や溶接などの手法で固定端子７０及び可動ばね６４に固定される。または、リベット形の鉄片を用いて、固定端子７０及び可動ばね６４にかしめて固定されてもよい。リベット形の鉄片とは、例えば図５などに示す可動接点６９ａ，６９ｂや固定接点７３ａ，７３ｂと同様に、固定端子７０及び可動ばね６４の表面に配置される頭部と、固定端子７０及び可動ばね６４を貫通する胴部を有する形状であり、貫通した胴部を頭部と反対側の面から塑性変形させてかしめることにより固定端子７０及び可動ばね６４に固定させることができる。

また、可動ばね６４と固定端子７０は先端が逆向きになるように配置されている。図４の例では、可動ばね６４は先端が＋ｙ方向を向くよう配置され、固定端子７０は先端が−ｙ方向を向くよう配置されている。固定鉄片７５ａ，７５ｂは、固定端子７０の固定接点７３ａ，７３ｂより基部側に配置されている。一方、可動鉄片６６は、可動ばね６４の可動接点６９ａ，６９ｂより先端側に配置されている。これにより、固定端子７０と可動ばね６４との間に図４図示方向の電流が流れるとき、固定鉄片７５ａ，７５ｂの取り付け位置では電流が流れ、可動鉄片６６の取り付け位置では電流が流れないようになっている。

図５及び図６を参照して、固定鉄片７５ａ，７５ｂと可動鉄片６６とを備えることによる効果を説明する。図５は、固定接点７３ａ，７３ｂと可動接点６９ａ，６９ｂとの間に流れる電流の向きを示す模式図である。図６は、第１実施形態において固定鉄片７５ａ，７５ｂと可動鉄片６６との間に発生する磁束を示す模式図である。

接点閉状態において、図４に点線の矢印で示すように、可動ばね６４から可動接点６９ａ，６９ｂ及び固定接点７３ａ，７３ｂを介して固定端子７０へ電流が流れる場合を考える。このとき、図５に示すように、可動接点６９ａ，６９ｂと固定接点７３ａ，７３ｂとは、略半球形状の頂点近傍で互いに接触している。接点間を流れる電流は、可動接点６９ａ，６９ｂにおいて一部が接点の外縁方向に広がり、可動接点６９ａ，６９ｂの表面に沿って再び中心側に集約して、固定接点７３ａ，７３ｂとの接触部から固定接点７３ａ，７３ｂへ流れる。固定接点７３ａ，７３ｂへ流入した電流は、その一部が固定接点７３ａ，７３ｂの表面に沿って接点の外縁方向に広がり、再び中心側に集約して固定端子７０へ流出する。

つまり、可動接点６９ａ，６９ｂ及び固定接点７３ａ，７３ｂの対向する表面では反対方向に電流が流れており、このような電流間には電磁反発力が発生する。この電磁反発力は、接点間に流れる電流が大きくなるほど増大する（図８参照）。電磁反発力が発生する原理は、平行導線に流れる電流が同方向の場合には導線の間に吸引力が作用し、逆方向の場合には反発力が作用する性質に基づく。

閉成した接点に１〜１０ｋＡ程度の大電流を通電した際に生じる電磁反発力が接点を開離させるほど大きくなると、開離した接点間にアーク放電が発生して接点が溶解し、溶解した接点同士が溶着する虞がある。本実施形態では、このような不具合を防ぐために、大電流によって生じる磁束を利用して、電磁反発力と逆向きに磁気吸引力が発生するように固定鉄片７５ａ，７５ｂと可動鉄片６６とが配置されている。

図４に示す方向に電流が流れると、図６に示すように、固定端子７０に電流が流れる。図６の例では紙面奥側から手前側の方向（＋ｙ方向）に電流が流れる。この電流によって、固定端子７０の周囲に磁束が発生する。図６の例では、磁束は、＋ｙ側から視たときに、固定端子７０の周囲に反時計回り方向に発生している。磁束は、固定鉄片７５ａ，７５ｂと、固定鉄片７５ａ，７５ｂと対向して配置されている可動鉄片６６にも流れる。このように形成される磁気回路の作用によって、可動鉄片６６には固定鉄片７５ａ，７５ｂに接近する方向（＋ｘ方向）に磁気吸引力が発生する。このように発生する磁気吸引力は、図５に示した電磁反発力と反対方向の力であり、電磁反発力を相殺できる。これにより、接点閉状態に可動接点６９ａ，６９ｂと固定接点７３ａ，７３ｂとの間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

図７は、比較例において鉄片間に発生する磁束を示す模式図である。図７に示す例では、固定端子７０にコの字型の固定鉄片１７５が設けられ、可動ばね６４の先端に設けられた可動鉄片６６との間に吸引力が発生する。図７の構造では、固定端子７０の可動ばねと対向する面とは裏側の面と側面の全体に渡って固定鉄片１７５が配置されるため、固定端子７０の外側に固定鉄片１７５を配置するためのスペースが必要となる。また、磁気回路を形成するためには、可動鉄片６６を固定端子７０の幅方向外側に設けられる固定鉄片１７５の端部と対向配置させる必要があるため、可動鉄片６６の幅を可動ばね６４の幅より大きくする必要がある。このような固定鉄片１７５や可動鉄片６６のサイズの影響により、電磁継電器が大型化してしまうという問題があった。

これに対して、本実施形態では、図６に示すように一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂが固定端子７０の可動端子６０と対向する面に設けられるため、固定端子７０の裏面や側面に鉄片を配置するためのスペースが不要となる。また、可動鉄片６６は、固定鉄片７５ａ，７５ｂのそれぞれと一部が重なるように配置されるので、可動鉄片６６の幅を可動ばね６４より小さくできる。これにより、固定鉄片７５ａ，７５ｂ、可動鉄片６６を共に小型化できるので、電磁継電器１の大型化を回避できる。以上より、第１実施形態に係る電磁継電器１は、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制でき、かつ、電磁継電器の大型化を回避できるという効果を奏する。

本実施形態の比較例に対する優位性について図８を参照してさらに説明する。図８は、鉄片間に働く磁気吸引力のシミュレーション結果を示す。図８の横軸は接点間に流れる電流の大きさを示し、縦軸は電流に応じて発生する電磁反発力及び磁気吸引力を示す。二点鎖線は接点間に発生する電磁反発力を示す。実線は本実施形態により鉄片間に発生する磁気吸引力Ａを、点線は比較例により鉄片間に発生する磁気吸引力をそれぞれ示す。

図８に二点鎖線で示すように、接点間に発生する電磁反発力は、電流の増加に応じて増大する特性がある。より詳細には、（１）式を参照して後述するように、電磁反発力は電流値の二乗に比例する。

図８に実線で示すように、本実施形態によって鉄片間に発生する磁気吸引力Ａは、電流値によらず常に電磁反発力より大きいことがわかる。したがって、図４、図６に示した可動鉄片６６及び固定鉄片７５ａ，７５ｂを設ける構成によって、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を確実に防止できることがわかる。

図８に点線で示すように、比較例によって鉄片間に発生する磁気吸引力Ｃも、電流値によらず常に電磁反発力より大きい。しかし、本実施形態の磁気吸引力Ａが電磁反発力の推移と同様に変化するのに対して、比較例の吸引力Ｃは、比較的電流値が小さい領域では電流変化に対する吸引力の変化量が極端に大きく、電流値が大きい領域では変化量が小さくなる。このため、電極間に流れる電流値が小さく必要な吸引力が少なくて良い領域では過大な吸引力が発生する。また、比較例の構成では、図７に示すように、生成される磁気回路において磁束の大半が鉄片を通過し、空気中を通るのは固定鉄片１７５と可動鉄片６６との間隙のみとなっているため、磁気回路の磁気抵抗が小さい。このため、固定鉄片１７５と可動鉄片６６とのギャップが狭い場合には、ヒューズなどにより接点への電流供給が遮断された後でも固定鉄片１７５と可動鉄片６６との間に磁気吸引力が残りやすい。以上の影響により、比較例では接点を開離し辛くなる可能性があった。

これに対して、本実施形態では、固定鉄片７５ａ，７５ｂと可動鉄片６６のサイズが小さいため、図６に示すように、生成される磁気回路において磁束の大半は空気中を通過する。このため、磁気回路の磁気抵抗が従来より大きくなり、残留磁化が残りづらい。また、図８に示すように、本実施形態の磁気吸引力Ａは電磁反発力に合わせて変化するため通電中の開離動作への影響が小さい。これにより、本実施形態では、接点間に電流が流れて鉄片間に吸引力を発生させた後に接点への電流供給が遮断されても接点を開離し辛くなることがなく、電磁継電器１の動作に影響を与えないと考えられる。

また、本実施形態の電磁継電器１では、一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂが、可動接点６９ａ，６９ｂと対向する固定端子７０の面に設けられるので、鉄片が固定端子７０の幅方向にはみ出ることがなく、大型化を回避できる。

また、本実施形態では、可動鉄片６６の幅は可動ばね６４の幅より狭いので、可動ばね６４の先端に取り付ける鉄片を軽量化でき、図７に比べて耐衝撃、振動性を向上させることが可能となり、可動ばね６４の動作への影響を少なくできる。この観点では、可動鉄片６６の幅を可動ばね６４の幅に対してより小さくして、可動鉄片のより一層の軽量化を図るのが好ましい。

また、本実施形態では、固定接点７３ａ，７３ｂ及び可動接点６９ａ，６９ｂが複数組（図４の例では２組）設けられる。この構成により、接点間に発生する電磁反発力を小さくできる。接点が一組の場合の電磁反発力は、下記の（１）式で表すことができる。

Ｆ＝ａ×Ｉ^２ ・・・（１）
ここで、Ｆは電磁反発力、ａは接点の形状等による係数、Ｉは電流値である。

一方、接点が２組の場合の電磁反発力は、下記の（２）式で表すことができる。

Ｆ＝ａ×（Ｉ／２）^２＋ａ×（Ｉ／２）^２＝ａ×Ｉ^２／２ ・・・（２）
このように、２組の接点に電流が均等に配分された場合、接点が１組の場合に比べて電磁反発力は半分になる。なお、接点の組数が増えるほど、電磁反発力を減少できる。

また、本実施形態では図９に示すように、固定端子７０と可動端子６０との間に通電するとき、固定端子７０を流れる電流の向きと、可動端子６０を流れる電流の向きとが逆方向となるように、可動ばね６４が取り付けられる可動端子６０と、固定端子７０とが対向配置されている。

図９の構成により、固定端子７０を流れる電流によって生じる磁束Ａの向きと、可動端子６０を流れる電流によって生じる磁束Ｂの向きとが同方向となるので、磁束Ｂによって鉄片間に発生する吸引力を強めることができる。図８の太線は、磁束Ａ，磁束Ｂの両方を考慮して算出した鉄片間の電磁吸引力Ｂの特性である。電磁吸引力Ｂでは磁束Ａと磁束Ｂとが作用するため、磁束Ａのみを考慮して算出した電磁吸引力Ａより常に大きくなることがわかる。

また、電磁吸引力Ｂは、比較例の吸引力Ｃと比較してより電磁反発力の特性に近く、電流の増大に応じて電磁反発力の推移と同様に変化していることがわかる。また、比較例とは異なり、電流が増大するほど電磁反発力に対する磁気吸引力Ｂの増加量が大きくなっており、電磁反発力の影響が顕著となる大電流の領域においてその影響をより確実に低減できると考えられる。

大電流を通電する場合には、静的溶着（電流によって接点接触部が局所的に溶融することによる溶着）を防ぐために接点接触力を大きくする必要がある。したがって、電磁反発力に対して磁気吸引力を大きくして接点接触力を高めることが有効になる。しかし、比較例のような小さな電流領域における過大な磁気吸引力Ｃは、通常の開離動作を妨げる。このため、磁気吸引力Ｂのように電流の増大に応じて磁気吸引力が増大する特性が望ましい。

なお、第１実施形態では、固定接点７３ａ，７３ｂ及び可動接点６９ａ，６９ｂが複数組設けられる構成を例示したが、固定接点及び可動接点を一組としてもよい。

［第２実施形態］
図１０を参照して第２実施形態を説明する。図１０は、第２実施形態における鉄片の配置を示す模式図である。

図１０に示すように、第２実施形態では、一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂが、固定端子７０の延在方向（ｙ軸）に直交する方向（ｚ軸方向）の両側面に設けられる。第２実施形態では、可動鉄片６６は、固定鉄片７５ａ，７５ｂの両方と重なるように、可動ばね６４の幅より広く形成されている。

第２実施形態の構成でも、第１実施形態と同様に、固定端子７０を流れる電流によって発生する磁束によって、可動鉄片６６には固定鉄片７５ａ，７５ｂに接近する方向（＋ｘ方向）に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、第１実施形態と同様に、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

［第３実施形態］
図１１を参照して第３実施形態を説明する。図１１は、第３実施形態における鉄片の配置を示す模式図である。

図１１に示すように、第３実施形態では、一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂのそれぞれが、固定端子７０の一方の側面から、可動接点と対向する面に渡って設けられる。第３実施形態では、固定鉄片７５ａ，７５ｂは、ｙ軸方向から視たときに略Ｌ字状に形成されている。また、可動鉄片６６は、固定鉄片７５ａ，７５ｂの両方と重なればよいため、可動ばね６４の幅より小さく形成されている。

第３実施形態の構成でも、第１、第２実施形態と同様に、固定端子７０を流れる電流によって発生する磁束によって、可動鉄片６６には固定鉄片７５ａ，７５ｂに接近する方向（＋ｘ方向）に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、第１、第２実施形態と同様に、接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

なお、図１１では固定鉄片７５ａ、７５ｂが内側に向けて配置されるため、図１０と比較して可動鉄片のｚ軸方向の幅を狭くすることが可能である。

［第４実施形態］
図１２を参照して第４実施形態を説明する。図１２の（ａ）は第４実施形態の接点近傍の斜視図であり、（ｂ）は可動鉄片６６の斜視図である。

図１２に示すように、第４実施形態では、可動鉄片６６が、可動接点６９ａ，６９ｂによって可動ばね６４にリベット接合され、可動ばね６４に固定される。

可動鉄片６６は、可動ばね６４の先端部に配置される平板部６６２と、平板部６６２から先端側に延びる鉄片部６６１とを有する。可動鉄片６６は、平板部６６２を可動ばね６４と重ねた状態で可動接点６９ａ，６９ｂをかしめることによって、可動ばね６４に固定される。可動鉄片６６は、鉄片部６６１がｘ軸方向から視たときに固定鉄片７５ａ，７５ｂの両方と一部が重なって対向するように配置されている。

図１２の構成により、可動鉄片６６の可動ばね６４への固定を可動接点６９ａ，６９ｂと纏めて行うことができ、接合部分を減らすことができ製造容易性を向上できる。

なお、第９実施形態で後述するように、一対の可動鉄片６６ａ，６６ｂと、一つの固定鉄片７５を有する構成の場合（図１８参照）には、固定鉄片７５を可動鉄片６６と同様の構造として固定接点７３により固定端子７０にリベット接合することもできる。

［第５実施形態］
図１３、図１４を参照して第５実施形態を説明する。図１３は、第５実施形態の接点近傍の斜視図である。図１４は、第５実施形態において鉄片間に発生する磁束を示す模式図である。なお、以下の各実施形態の説明では、固定接点及び可動接点が単一組設けられる構成を例示する場合があるが、これに限られず第１実施形態などのように接点対を複数組設ける構成でもよい。

図１３に示すように、第５実施形態では、固定鉄片７５ａ，７５ｂは固定端子７０の固定接点７３より先端側に配置され、可動鉄片６６は、可動ばね６４の可動接点６９より基部側に配置される。この構成では、第１実施形態などと異なり、固定端子７０と可動ばね６４との間に電流が流れるとき、可動鉄片６６の取り付け位置では電流が流れ、固定鉄片７５ａ，７５ｂの取り付け位置では電流が流れないようになっている。

図１３に示す方向に電流が流れると、図１４に示すように可動ばね６４に電流が流れる。図１４の例では紙面手前側から奥側の方向（＋ｙ方向）に電流が流れる。この電流によって、可動ばね６４の周囲に磁束が発生する。図１４の例では、磁束は、−ｙ側から視たときに、可動ばね６４の周囲に時計回り方向に発生している。この磁束は、可動ばね６４に設けられる可動鉄片６６と、可動鉄片６６と対向して配置されている固定鉄片７５ａ，７５ｂにも流れる。このように形成される磁気回路の作用によって、固定鉄片７５ａ，７５ｂには可動鉄片６６に向けて（−ｘ方向）に磁気吸引力が発生する。このように発生する磁気吸引力は、固定接点７３と可動接点６９との間に生じる電磁反発力（図５参照）と反対方向の力であり、電磁反発力を相殺できる。これにより、接点閉状態において接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

なお、図１３では、カード１００が可動ばね６４の可動接点６９より先端側に連結される構成を図示したが、図４などと同様に、カード１００を可動接点６９より基部側に連結する構成でもよい。

［第６実施形態］
図１５を参照して第６実施形態を説明する。図１５は、第６実施形態の接点近傍の斜視図である。

図１５に示すように、第６実施形態では、可動ばね６４に設けられる一対の可動鉄片６６ａ，６６ｂと、固定端子７０に設けられる単一の固定鉄片７５とを備える。つまり、固定鉄片と可動鉄片の個数が、第１〜第５実施形態と入れ替わっており、可動鉄片６６ａ，６６ｂが第１鉄片に相当し、固定鉄片７５が第２鉄片に相当する。

可動鉄片６６ａ，６６ｂは、固定接点７３と対向する可動ばね６４の面に設けられる。固定鉄片７５は、可動接点６９と対向する固定端子７０の面に設けられる。

第６実施形態でも、第１実施形態と同様に固定鉄片７５と可動鉄片６６ａ，６６ｂとの間に吸引力が発生するので、第１実施形態と同様に接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

［第７実施形態］
図１６を参照して第７実施形態を説明する。図１６は、第７実施形態における鉄片の配置を示す模式図である。図１６に示すように、第７実施形態では、可動ばね６４に設けられる一対の可動鉄片６６ａ，６６ｂと、固定端子７０に設けられる単一の固定鉄片７５を有する。つまり、固定鉄片と可動鉄片の個数が、第２実施形態と入れ替わっている。

可動鉄片６６ａ，６６ｂは、可動ばね６４の延在方向に直交する方向（ｚ軸方向）の両側に設けられる。固定鉄片７５は、可動鉄片６６ａ，６６ｂの両方と重なるように、固定端子７０の幅より広く形成されている。

第７実施形態でも、第２実施形態と同様に固定鉄片７５と可動鉄片６６ａ，６６ｂとの間に吸引力が発生するので、第２実施形態と同様に接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

［第８実施形態］
図１７を参照して第８実施形態を説明する。図１７は、第８実施形態における鉄片の配置を示す模式図である。図１７に示すように、第８実施形態では、可動ばね６４に設けられる一対の可動鉄片６６ａ，６６ｂと、固定端子７０に設けられる単一の固定鉄片７５を備える。つまり、固定鉄片と可動鉄片の個数が第３実施形態と入れ替わっている。

可動鉄片６６ａ，６６ｂのそれぞれは、可動ばね６４の一方の側面から、固定接点７３と対向する面の端部に渡って設けられる。可動鉄片６６ａ，６６ｂは、可動ばね６４の延在方向（ｙ軸方向）から視たときに略Ｌ字状に形成されている。また、固定鉄片７５は、可動鉄片６６ａ，６６ｂの両方と重なるように、固定端子７０の幅より小さく形成されている。

第８実施形態でも、第３実施形態と同様に固定鉄片７５と可動鉄片６６ａ，６６ｂとの間に吸引力が発生するので、第３実施形態と同様に接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

［第９実施形態］
図１８を参照して第９実施形態を説明する。図１８は、第９実施形態の接点近傍の斜視図である。

図１８に示すように、第９実施形態では、可動ばね６４に設けられる可動鉄片６６ａ，６６ｂが一対であり、固定端子７０に設けられる固定鉄片７５が単一である。つまり、固定鉄片と可動鉄片の個数が第５実施形態と入れ替わっている。固定鉄片７５は、固定端子７０の固定接点７３より先端側に配置され、一対の可動鉄片は６６ａ，６６ｂは、可動ばね６４の可動接点６９より基部側に配置されている。

第９実施形態でも、第５実施形態と同様に固定鉄片７５と可動鉄片６６ａ，６６ｂとの間に吸引力が発生するので、第５実施形態と同様に接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。

なお、固定鉄片７５を図１２と同様に、固定端子７０の先端部に配置される平板部と、平板部から先端側に延びる鉄片部とを有し、平板部を固定端子７０と重ねた状態で固定接点７３をかしめることによって固定端子７０に固定する構成としてもよい。

［第１０実施形態］
図１９を参照して第１０実施形態を説明する。図１９は、第１０実施形態の接点近傍の斜視図である。

図１９に示すように、第１０実施形態では、延在方向に沿って隣接する一対の可動ばね６４１，６４２を有し、可動鉄片６６ａ，６６ｂのそれぞれは可動ばね６４１，６４２のそれぞれに設けられる。また、可動ばね６４１，６４２の可動鉄片６６ａ，６６ｂより基部側にはそれぞれ可動接点６９ａ，６９ｂが設けられている。固定端子７０には、可動接点６９ａ，６９ｂと接触可能に一対の固定接点７３ａ，７３ｂが設けられている。

第１０実施形態でも、第６実施形態と同様に固定鉄片と可動鉄片との間に吸引力が発生するので、第６実施形態と同様に接点間に生じる電磁反発力による接点の離間を抑制できる。また、第６実施形態と比較して、２個の可動接点６９ａ，６９ｂが個別の可動ばね６４１，６４２に設けられて個別に動作可能なので、固定接点７３ａ，７３ｂとの接触信頼性をさらに向上できる。

なお、図１９では、一対の可動ばね６４１，６４２が完全に分離した構造を例示したが、根元は一体で先端側の途中から二股に分かれる構造でもよい。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではなく、当業者が適宜設計変更を加えたものも本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、適宜組み合わせを変えることができる。

第１〜第５実施形態では、単一の可動鉄片６６を備える構成を例示したが、可動鉄片６６は複数個で構成されてもよい。複数個の可動鉄片６６は、例えばｘ軸方向、ｙ軸横行、ｚ軸方向のいずれかの方向に並んで配置される。各鉄片は、隙間を取って配置されるか、または、接触して配置される。この場合、複数個の可動鉄片６６の一群のｚ軸方向両端が、一対の固定鉄片７５ａ，７５ｂの両方と少なくとも一部が重なるよう配置されればよい。同様に、固定鉄片７５ａ，７５ｂの少なくとも一方が複数個の鉄片群で構成されていてもよい。同様に、第６〜第１０実施形態では、単一の固定鉄片７５と、一対の可動鉄片６６ａ，６６ｂとを備える構成を例示したが、固定鉄片７５または可動鉄片６６ａ，６６ｂの少なくとも１つが複数個の鉄片群で構成されていてもよい。

１ 電磁継電器
６０ 可動端子
６４，６４１，６４２ 可動ばね
６６，６６ａ，６６ｂ 可動鉄片（第１鉄片、第２鉄片）
６６１ 鉄片部
６６２ 平板部
６９，６９ａ，６９ｂ 可動接点
７０ 固定端子
７３，７３ａ，７３ｂ 固定接点
７５，７５ａ，７５ｂ 固定鉄片（第１鉄片、第２鉄片）

Claims (10)

1. 可動接点を有する可動端子と、
   前記可動接点と対向する固定接点を有する固定端子と、
   前記固定端子または前記可動端子の一方に設けられる一対の第１鉄片と、
   前記固定端子または前記可動端子の他方に設けられ、前記一対の第１鉄片の両方と少なくとも一部が重なるよう配置される第２鉄片と、
   を備える電磁継電器。
2. 前記一対の第１鉄片と前記第２鉄片とはそれぞれ、前記固定端子と前記可動端子との互いに対向する面に設けられる、
   請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記一対の第１鉄片が、設けられている端子の延在方向に直交する方向の面に設けられる、
   請求項１に記載の電磁継電器。
4. 前記一対の第１鉄片のそれぞれが、前記面から前記端子の他方の端子と対向する面に渡って設けられる、
   請求項３に記載の電磁継電器。
5. 前記第１鉄片及び前記第２鉄片の一方が、前記固定端子に設けられる固定鉄片であり、
   前記第１鉄片及び前記第２鉄片の他方が、前記可動端子に設けられる可動鉄片であり、 前記可動端子と前記固定端子は先端が逆向きになるように配置されており、
   前記固定鉄片は、前記固定端子の前記固定接点より基部側に配置され、
   前記可動鉄片は、前記可動端子の前記可動接点より先端側に配置される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁継電器。
6. 前記可動鉄片は、前記可動端子の先端部に配置される平板部を有し、
   前記可動鉄片は、前記平板部を前記可動端子と重ねた状態で前記可動接点をかしめることによって、前記可動端子に固定される、
   請求項５に記載の電磁継電器。
7. 前記第１鉄片及び前記第２鉄片の一方が、前記固定端子に設けられる固定鉄片であり、
   前記第１鉄片及び前記第２鉄片の他方が、前記可動端子に設けられる可動鉄片であり、
   前記可動端子と前記固定端子は先端が逆向きになるように配置されており、
   前記固定鉄片は、前記固定端子の前記固定接点より先端側に配置され、
   前記可動鉄片は、前記可動端子の前記可動接点より基部側に配置される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁継電器。
8. 前記可動鉄片の幅は前記可動端子の幅より狭い、
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の電磁継電器。
9. 前記固定鉄片は、前記固定端子の先端部に配置される平板部を有し、
   前記固定鉄片は、前記平板部を前記固定端子と重ねた状態で、前記固定接点をかしめることによって前記固定端子に固定される、
   請求項７に記載の電磁継電器。
10. 前記可動端子は、当該可動端子の先端部に取り付けられる可動ばねを含み、
    前記可動ばねは、前記固定端子と先端が逆向きになるように配置されており、前記可動接点は前記可動ばねに設けられ、
    前記固定端子と前記可動端子との間で通電するとき、前記固定端子を流れる電流の向きと、前記可動端子を流れる電流の向きとが逆方向となるように、前記可動端子が配置される、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁継電器。

Images