JP7103262B2 - 電磁接触器 - Google Patents

Description

本発明は、電流路の開閉を行う電磁接触器に関する。

電流路の開閉を行う電磁接触器として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載された電磁接触器は、一対の固定接触子及びこれら一対の固定接触子に接離可能な可動接触子を有する接点機構と、この接点機構を駆動する電磁石ユニットとを備えている。
電磁石ユニットは、接点機構の可動接触子に連結軸で連結された可動プランジャと、所定の電圧を印加することで磁束を発生させて可動プランジャを駆動する励磁コイルと、励磁コイルを囲む磁気ヨークとを備えている。
可動プランジャは、円筒形状のプランジャ本体と、このプランジャ本体の他端に形成した周鍔部とを備えている。

磁気ヨークは、断面Ｕ字状の下部磁気ヨークと、この下部磁気ヨークの上部開口部に橋架した上部磁気ヨークとで構成され、上部磁気ヨークにプランジャ貫通孔が形成されている。そして、下部磁気ヨークの底部に円筒形状の固定プランジャを固定し、下部磁気ヨークの底部にスプールを配置する際に、スプールの中央円筒部の下部に固定プランジャを挿入する。また、可動プランジャのプランジャ本体を、上部磁気ヨークのプランジャ貫通孔及びスプールの中央円筒部に挿通し、このプランジャ本体の下側外周が固定プランジャの一部に重なり合うように配置する。そして、可動プランジャの周鍔部を、プランジャ貫通孔の周囲の上部磁気ヨークに対向させる。

また、可動プランジャの周鍔部に対向する上部磁気ヨークに、可動プランジャの可動方向に着磁した永久磁石を固定し、下部磁気ヨークの底面に、可動プランジャのプランジャ本体に対して上部磁気ヨークから離間する方向にスプリング力を付与するバックスプリングを配置し、永久磁石に固定した補助ヨークに周鍔部を当接させることで、釈放状態の周鍔部及び上部磁気ヨークの間に所定のギャップを設定している。
そして、励磁コイルを励磁すると、可動プランジャのプランジャ本体から周鍔部を通り、周鍔部と上部磁気ヨークとの間のギャップを通り、上部磁気ヨーク、下部磁気ヨーク、固定プランジャ、可動プランジャのプランジャ本体に至る閉磁路が形成される。

周鍔部と上部磁気ヨークとの間のギャップに発生した磁束が、永久磁石の吸引力及びバックスプリングのスプリング力に抗して可動プランジャの周鍔部を上部磁気ヨークに当接させる（可動プランジャを駆動させる）吸引力として作用し、接点機構の一対の固定接触子及び可動接触子が接触するので電流路が形成されて投入状態となる。

特開２０１２－２４３５８３号公報

ところで、電磁石ユニットの励磁コイルによる可動プランジャの駆動を停止すると、可動プランジャの周鍔部が上部磁気ヨークから離間して補助ヨーク側に移動して当接する。このとき、補助ヨークへの周鍔部の衝撃力が大きいと、補助ヨークが浮き上がってしまい、可動プランジャ及び可動接触子の動作が不安定になる場合がある。そこで、補助ヨークの浮き上がりを防止するために、ゴム部材などの浮き上がり防止部材が配置されているが、補助ヨークの浮き上がりを防止する浮き上がり防止部材を電磁石ユニットに配置すると、部品コスト、組み立てコストの面で問題がある。

また、従来の電磁接触器では、可動プランジャのプランジャ本体の下部にバックスプリングを収納するスプリング収納凹部が形成されており、プランジャ本体の上端からスプリング収納凹部にかけてねじ孔が形成されている。
接点機構の可動接触子と可動プランジャとを連結する連結軸は、その下側外周にねじ部が形成されており、このねじ部がプランジャ本体のねじ孔に螺合される。そして、スプリング収納凹部に突出したねじ部の下端部をスプリング収納凹部の底にＴＩＧ溶接で接合することで、連結軸がプランジャ本体に固定されている。

ここで、ねじ部の下端部及びスプリング収納凹部の底の接合部は狭小部なので、この狭小部でＴＩＧ溶接を行うと、アークの横飛びなどが発生して溶接不良が発生しやすい、という問題がある。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、可動プランジャからの衝撃力による補助ヨークの浮き上がり防止を部品コスト、組み立てコストを低減して行うことができるとともに、連結軸及び可動プランジャの溶接性の改善を図ることができる電磁接触器を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電磁接触器は、一対の固定接触子及び一対の固定接触子に接離可能な可動接触子を有する接点機構と、接点機構を駆動する電磁石ユニットと、を備え、電磁石ユニットは、スプールに巻装した励磁コイルを囲む磁気ヨークと、可動接触子に連結軸を介して連結され、プランジャ本体及びプランジャ本体の一端に形成した周鍔部を備え、プランジャ本体がスプール内に軸方向に可動自在に配置され、周鍔部が可動接触子側に配置されている可動プランジャと、周鍔部を囲むように配置された永久磁石と、永久磁石に吸着されて周鍔部が接触する補助ヨークと、可動接触子の下部の連結軸の外周に配置され、補助ヨークに対して永久磁石に向う方向に付勢するバックスプリングと、を備えている。

本発明に係る電磁接触器によれば、永久磁石の上面に吸着されて周鍔部が接触する補助ヨークに対して、可動接触子の下部の連結軸の外周に配置したバックスプリングが永久磁石に向う方向に付勢している。これにより、電磁石ユニットの励磁コイルによる可動プランジャの駆動を停止し、可動プランジャの周鍔部が磁気ヨークから離間して補助ヨーク側に移動する際に補助ヨークに対する周鍔部の衝撃力が大きい場合であっても、ゴム部材などの浮き上がり防止部材を配置せず、バックスプリングの付勢で補助ヨークの浮き上がりを防止することができ、部品コスト、組み立てコストの低減化を図ることができる。

本発明に係る第１実施形態の電磁接触器を示す断面図である。 ＴＩＧ溶接により、連結軸の先端をプランジャ本体に接合する状態を示した図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［電磁接触器の構成］
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る電磁接触器１は、接点機構２と、接点機構２を駆動する電磁石ユニット３と、接点機構２、後述する連結軸３７及び可動プランジャ３５を収容する密封された収容室４とを備えている。
接点機構２は、収容室４を構成する接点機構収容ケース５内に収容されており、この接点機構収容ケース５は、金属製の角筒体６と、この角筒体６の上端を閉塞する平板状のセラミック製の絶縁基板７とを備えている。角筒体６は、下端部に外方に突出するフランジ部６ａを有し、そのフランジ部６ａが収容室４を構成する後述の上部磁気ヨーク８の上面にシール接合されている。絶縁基板７には、一対の貫通孔７ａ、７ｂが所定間隔をあけて形成されている。絶縁基板７の上面の貫通孔７ａ、７ｂの周囲及び絶縁基板７の下面における角筒体６が接触する位置には、メタライズ処理が施されている。

接点機構２は、絶縁基板７に一対の導体部２１、２２（以下、第１導体部２１、第２導体部２２と称する）を介して固定されている一対の固定接触子２３、２４（以下、第１固定接触子２３、第２固定接触子２４と称する）と、これら第１固定接触子２３及び第２固定接触子２４に対して接離可能に配置されている可動接触子２５とを備えている。第１導体部２１は、絶縁基板７の貫通孔７ａに挿通されて固定され、第２導体部２２は、絶縁基板７の貫通孔７ｂに挿通されて固定されている。
第１固定接触子２３は、銅などからなる側面視Ｃ字形状の導電板であり、絶縁基板７の下面に沿って外側に延長する上板部２３ａと、上板部２３ａの外側端部から下方に延長する中間板部２３ｂと、中間板部２３ｂの下端部から上板部２３ａと平行に内側に延長する下板部２３ｃとを備えている。下板部２３ｃは、可動接触子２５の下方に延び、その上面に可動接触子２５の第１接点が接触する第１接点２３ｄを備えている。

一方、第２固定接触子２４も、第１固定接触子２３と同様に、銅などからなる側面視Ｃ字形状の導電板であり、絶縁基板７の下面に沿って外側に延長する上板部２４ａと、上板部２４ａの外側端部から下方に延長する中間板部２４ｂと、中間板部２４ｂの下端部から上板部２４ａと平行に内側に延長する下板部２４ｃとを備えている。下板部２４ｃは、可動接触子２５の下方に延び、その上面に可動接触子２５の第２接点が接触する第２接点２４ｄを備えている。
第１固定接触子２３及び第２固定接触子２４のそれぞれは、第１導体部２１及び第２導体部２２のそれぞれに固定されており、その固定方法としては、ろう付け、螺合等があげられる。

第１固定接触子２３の中間板部２３ｂの内側面及び第２固定接触子２４の中間板部２４ｂの内側面を覆うように、平面から見てＣ字状の磁性体板２８が装着されている。これにより、中間板部２３ｂ、２４ｂを流れる電流によって発生する磁場をシールドすることができる。
第１固定接触子２３には、アークの発生を規制する合成樹脂製の絶縁カバー２６が装着され、第２固定接触子２４にも、アークの発生を規制する合成樹脂製の絶縁カバー２７が装着されている。これにより、第１固定接触子２３の内周面では下板部２３ｃの上面側の第１接点２３ｄのみが露出される。また、第２固定接触子２４の内周面では下板部２４ｃの上面側の第２接点２４ｄのみが露出される。

可動接触子２５は、銅などを材料とした図１の左右方向に長尺な導電板であり、第１固定接触子２３及び第２固定接触子２４内に両端部を配置するように配設されている。この可動接触子２５は、電磁石ユニット３の後述する可動プランジャ３５に固定された連結軸３７に支持されている。可動接触子２５の中央部には、連結軸３７を挿通する貫通孔が形成されている。
連結軸３７の上下方向略中央部には、フランジ部３７ａが外方に向けて突出形成されている。フランジ部３７ａの下部には、直径が大きなスプリングガイド部３７ｂが形成されている。スプリングガイド部３７ｂより下側の軸は、スプリングガイド部３７ｂより小さな直径で形成されているとともに、下端側の外周にねじ部３７ｃが形成されている。

可動接触子２５は、その貫通孔を連結軸３７の上方から挿通してフランジ部３７ａ上に載置される。そして、連結軸３７の上方から接触スプリング３９を挿通し、固定部材３８を連結軸３７の上方から挿通し、接触スプリング３９で所定の付勢力を得るように接触スプリング３９の上端を固定部材３８によって止める。
接点機構収容ケース５の角筒体６の内周面には、有底角筒状に形成された絶縁筒部１４が配設されている。この絶縁筒部１４は、金属製の角筒体６に対するアークの影響を遮断する絶縁機能を有する。

電磁石ユニット３は、側面から見てＵ字形状の下部磁気ヨーク３１を有し、この下部磁気ヨーク３１の底板部の中央部に、中実円筒形状の固定プランジャ３２が固定されている。この固定プランジャ３２の外側にスプール３３が配置されている。
スプール３３は、固定プランジャ３２を挿通する中央円筒部３３ａと、中央円筒部３３ａの下端部から半径方向外側に突出する下フランジ部３３ｂと、中央円筒部３３ａの上端部から半径方向外側に突出する上フランジ部３３ｃとを備えている。そして、スプール３３の中央円筒部３３ａ、下フランジ部３３ｂ、及び上フランジ部３３ｃで構成される収納空間に励磁コイル３４が巻装されている。

下部磁気ヨーク３１の開放端となる上端には、板状の上部磁気ヨーク８が固定されている。この上部磁気ヨーク８の中央部には、プランジャ貫通孔８ａが形成されている。
上部磁気ヨーク８の下部には、開放端に半径方向外側に突出するフランジ部９ａを設けたキャップ９が配置されている。キャップ９は、スプール３３の中央円筒部３３ａの内部に配置され、フランジ部９ａが、上部磁気ヨーク８の下面にシール接合されている。
これにより、接点機構収容ケース５及びキャップ９が上部磁気ヨーク８のプランジャ貫通孔８ａ介して連通される密封した容器（収容室４）が形成されている。

キャップ９の内部には、可動プランジャ３５が上下方向に移動可能に収容されている。
可動プランジャ３５は、キャップ９の内部に上下方向に移動可能に収容され、中空円筒形状のプランジャ本体４０と、プランジャ貫通孔８ａよりも大きな外径を有して上部磁気ヨーク８の上方に位置している周鍔部４１とを備えている。
プランジャ本体４０の中空部には、周鍔部４１に対して逆側の下端側にねじ孔４０ａが形成され、プランジャ本体４０の下端に、周鍔部４１に向けて凹んでいる固定凹部４０ｂが形成されている。そして、固定凹部４０ｂの底面４０ｃに、ねじ孔４０ａの下端開口が開口している。

また、上部磁気ヨーク８の上面には、外形が方形で円形の中心開口を有して環状に形成された永久磁石１１が可動プランジャ３５の周鍔部４１を囲むように固定されている。永久磁石１１は、上下方向即ち厚み方向に上端側を例えばＮ極、下端側をＳ極とするように着磁されている。
永久磁石１１の上面に、永久磁石１１と同一外形で可動プランジャ３５の周鍔部４１よりも小さい内径の貫通孔１２ａを有する補助ヨーク１２が吸着されている。

そして、フランジ部３７ａ及び固定部材３８の間に可動接触子２５及び接触スプリング３９を配置した連結軸３７の下方からバックスプリング３６が挿通され、このバックスプリング３６の一端側をフランジ部３７ａに当接した状態で、バックスプリング３６の一端側の外周がスプリングガイド部３７ｂに装着される。また、バックスプリング３６を装着した連結軸３７の下部を、補助ヨーク１２の貫通孔１２ａに挿通し、可動プランジャ３５のプランジャ本体４０に挿通した後に、ねじ部３７ｃをねじ孔４０ａに螺合する。そして、プランジャ本体４０の固定凹部４０ｂから突出した連結軸３７の端部を固定凹部４０ｂの底面４０ｃに溶接で接合することで、連結軸３７及びプランジャ本体４０が固定される。
また、バックスプリング３６は、連結軸３７のフランジ部３７ａ及び補助ヨーク１２の内径側の上面との間に配置されており、補助ヨーク１２が永久磁石１１側に押し付けられる方向にバックスプリング３６の所定の付勢力が作用するように設定されている。

ここで、図２は、ＴＩＧ溶接により連結軸３７及びプランジャ本体４０を接合する状態を示す図である。図中符号４２は、タングステン電極である。本実施形態のＴＩＧ溶接では、タングステン電極４２をプランジャ本体４０の固定凹部４０ｂから突出している連結軸３７の端部に向けて配置し、タングステン電極４２の先端で発生したアークで連結軸３７の端部を溶融させる。そして、溶融した端部が固定凹部４０ｂの底面４０ｃに流れて固化することで、固定凹部４０ｂの底面４０ｃに接合する接合部４３が形成される。この接合部４３が形成されることで、連結軸３７及びプランジャ本体４０が固定される。

そして、上部磁気ヨーク８と、上部磁気ヨーク８の上面に接合され、内部に接点機構２を収容する接点機構収容ケース５と、上部磁気ヨーク８の下面に接合され、内部に可動プランジャ３５を収容するキャップ９とにより、接点機構２、連結軸３７及び可動プランジャ３５を収容する密封された収容室４を構成している。密封された収容室４内には、水素ガス、窒素ガス、水素及び窒素の混合ガス、空気、ＳＦ_６等のガスが封入されている。

［電磁接触器の動作］
上述した第１実施形態の電磁接触器１によると、励磁コイル３４を励磁すると、可動プランジャ３５のプランジャ本体４０から周鍔部４１を通り、周鍔部４１と上部磁気ヨーク８との間のギャップを通って上部磁気ヨーク８に達し、この上部磁気ヨーク８からＵ字状の下部磁気ヨーク３１、固定プランジャ３２を通り、固定プランジャ３２の上面３２ａとプランジャ本体４０の下面４０ａとの間のギャップを通って可動プランジャ３５のプランジャ本体４０に至る閉磁路が形成される。

これにより、可動プランジャ３５の周鍔部４１の下面と上部磁気ヨーク８の上面との間のギャップの磁束密度を高めるとともに、固定プランジャ３２の上面３２ａとプランジャ本体４０の下面４０ａとの間のギャップの磁束密度が高められ、大きな吸引力を発生して可動プランジャ３５を永久磁石１１の吸引力に抗して下降させる。
したがって、この可動プランジャ３５に連結軸３７を介して連結されている可動接触子２５の一対の可動接点を、第１固定接触子２３及び第２固定接触子２４の接点２３ｄ，２４ｄに接触させ、第１固定接触子２３から可動接触子２５を通じて第２固定接触子２４に向かう電流路が形成されて投入状態となる。

また、励磁コイル３４の励磁を停止すると、可動プランジャ３５の周鍔部４１が永久磁石１１の磁力によって補助ヨーク１２に吸引され、周鍔部４１の上面が補助ヨーク１２の下面に当接する釈放状態となる。この状態において、可動接触子２５の一対の接点が第１固定接触子２３及び第２固定接触子２４の接点２３ｄ，２４ｄから上方に離間して、電流遮断状態となる。
ここで、永久磁石１１の磁力による補助ヨーク１２の吸引力により、可動プランジャ３５の周鍔部４１が補助ヨーク１２に大きな衝撃力で当接すると、補助ヨーク１２が浮き上がるおそれがある。ここで、連結軸３７のフランジ部３７ａ及び補助ヨーク１２の上面との間に配置されているバックスプリング３６は、永久磁石１１側に向う方向に付勢しているので補助ヨーク１２の浮き上がりが防止される。

［電磁接触器の作用効果］
次に、第１実施形態の電磁接触器１の作用効果について説明する。
電磁接触器１の釈放状態において、永久磁石１１の磁力による補助ヨーク１２の吸引力により、可動プランジャ３５の周鍔部４１が補助ヨーク１２に大きな衝撃力で当接しようとすると、連結軸３７の外周に配置したバックスプリング３６が永久磁石１１側に向う方向に付勢した状態で配置されているので、補助ヨーク１２の浮き上がりを防止することができる。このため、従来の電磁接触器のように、ゴム部材などの浮き上がり防止部材を配置せず、バックスプリング３６の付勢で補助ヨーク１２の浮き上がりを防止することができるので、電磁接触器１の部品コスト、組み立てコストの低減化を図ることができる。

また、バックスプリング３６は、連結軸３７に形成したフランジ部３７ａと補助ヨーク１２の上面との間に配置されているので、連結軸３７への装着を簡単に行うことができる。
また、バックスプリング３６は、フランジ部３７ａの下部に形成したスプリングガイド部３７ｂに内径部の一部が摺動することで、連結軸３７に対する偏心が防止される。したがって、補助ヨーク１２の上面全周に対して均一の付勢力を与え、補助ヨーク１２の浮き上がりを高精度に防止することができる。

さらに、第１実施形態の電磁接触器１は、従来の電磁接触器のような可動プランジャ３５のプランジャ本体４０の端面にバックスプリングを配置せず、スプリングを収納するための収納凹部を形成していない。このため、プランジャ本体４０の端面には、従来のような狭小部が形成されず、深さが浅い固定凹部４０ｂにＴＩＧ溶接のタングステン電極４２の先端を配置してもアークの横飛びなどが発生せず、連結軸３７の端部を確実に溶融して固定凹部４０ｂの底面４０ｃに接合部４３を確実に形成することができる。したがって、第１実施形態の電磁接触器１は、連結軸３７及び可動プランジャ３５の溶接性の改善も図ることができる。

１ 電磁接触器
２ 接点機構
３ 電磁石ユニット
４ 収容室
５ 接点機構収容ケース
６ 角筒体
６ａ フランジ部
７ 絶縁基板
７ａ、７ｂ 貫通孔
８ 上部磁気ヨーク
８ａ プランジャ貫通孔
９ キャップ
９ａ フランジ部
１１永久磁石
１２ 補助ヨーク
１４ 絶縁筒部
２１ 第１導体部
２２ 第２導体部
２３ 第１固定接触子
２３ａ 上板部
２３ｂ 中間板部
２３ｃ 下板部
２３ｄ 第１接点
２４ 第２固定接触子
２４ａ 上板部
２４ｂ 中間板部
２４ｃ 下板部
２４ｄ 第２接点
２５ 可動接触子
２６ 絶縁カバー
２７ 絶縁カバー
２８ 磁性体板
３１ 下部磁気ヨーク
３２ 固定プランジャ
３３ スプール
３３ａ 中央円筒部
３３ｂ 下フランジ部
３３ｃ 上フランジ部
３４ 励磁コイル
３５ 可動プランジャ
３６ バックスプリング
３７ 連結軸
３７ａ フランジ部
３７ｂ スプリング装着部
３７ｃ ねじ部
３８ 固定部材
３９ 接触スプリング
３５ 可動プランジャ
４０ プランジャ本体
４０ａ ねじ孔
４０ｂ 固定凹部
４０ｃ 底面
４１ 周鍔部
４２ タングステン電極
４３ 接合部

Claims (4)

1. 一対の固定接触子及び前記一対の固定接触子に接離可能な可動接触子を有する接点機構と、前記接点機構を駆動する電磁石ユニットと、を備え、
   前記電磁石ユニットは、
   スプールに巻装した励磁コイルを囲む磁気ヨークと、
   前記可動接触子に連結軸を介して連結され、プランジャ本体及び前記プランジャ本体の一端に形成した周鍔部を備え、前記プランジャ本体が前記スプール内に軸方向に可動自在に配置され、前記周鍔部が前記可動接触子側に配置されている可動プランジャと、
   前記周鍔部を囲むように配置された永久磁石と、
   前記永久磁石に吸着されて前記周鍔部が接触する補助ヨークと、
   前記可動接触子の下部の前記連結軸の外周に配置され、前記補助ヨークに対して前記永久磁石に向う方向に付勢するバックスプリングと、を備えていることを特徴とする電磁接触器。
2. 前記バックスプリングは、一端が前記可動接触子側の前記連結軸に形成したフランジ部に係合し、他端が前記補助ヨークの上面に当接した状態で前記連結軸の外周に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁接触器。
3. 前記バックスプリングが配置されている前記連結軸の外周に、前記バックスプリングの内径部の一部を摺動させるスプリングガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁接触器。
4. 前記可動プランジャを構成する前記周鍔部側の一端面から前記プランジャ本体側の他端面まで前記連結軸が挿通可能な貫通孔が形成され、前記プランジャ本体側の他端面に、固定凹部が形成され、前記固定凹部の底面で前記貫通孔が開口しており、
   前記周鍔部側から前記貫通孔に挿通して前記固定凹部から突出させた前記連結軸の端部が、前記固定凹部の前記貫通孔の周囲の前記底面に溶接手段で接合されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電磁接触器。

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