JP7242047B2 - 電磁開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、１００Ａ以上の交流電流を遮断する電磁開閉器に関するものである。

実公昭５８－１０９６８号公報（特許文献１）及び特開２００４－１７８９８２号公報（特許文献２）には、可動接点の接点面及び固定接点の接点面を球面状にした接点構造が開示されている。これら従来の接点構造では、接点間にアークが停滞する時間を短くする目的で、接点面を球面状にすることが提案されている。

実公昭５８－１０９６８号公報 特開２００４－１７８９８２号公報

球面状の接点を用いて接点間にアークが停滞しないようにすると、接点間のギャップから出たアークは、接点間の距離が長くなる過程で接点の周囲に飛び散る。接点の近傍に絶縁樹脂製のケースの内壁面が存在すると、接点間のギャップから出たアークは、ケースの内壁面を炭化する。炭化が進むと、ケース内壁面の絶縁抵抗が低下し、内壁面に沿ってアークが走り、このアークが内部ショートの原因となるおそれがある。そこで従来は、このような問題が生じない程度に、接点間のギャップとケースの内壁面との間の距離をあけている。そのため従来の設計では、小型化に限界があった。

また市販の電磁開閉器の中には、接点面を球面状にし、且つ可動接点を支持する片持ちバネ部材の形状と固定接点との位置関係を適宜に定めて、アークの発生起点を可動接点の接点面と固定接点の接点面の中心に留めているものも見受けられる。しかしながらアークの発生起点をほぼ１カ所に留めると、可動接点の接点面の表面と固定接点の接点面の表面が荒れ、接点面の表面抵抗が大きくなって、電磁開閉器の寿命が短くなる問題が生じる。

本発明の目的は、接点間のアークの起点を接点間の１カ所に留めることなく、しかもアークの延び量を制限することにより、従来よりも寿命が長く且つ小型の電磁開閉器を提供することにある。

本発明が改良の対象とする電磁開閉器は、一端が固定点に固定された片持ちバネ部材の他端寄りの位置にそれぞれ可動接点面を有する可動接点を備えた２つの可動接点部材と、可動接点部材の２つの可動接点と接触する固定接点面を有する固定接点をそれぞれ備えた２つの固定接点部材と、励磁されたときに可動接点と固定接点とを引き離す力を発生する電磁コイルを備えた可動接点部材駆動機構と、可動接点部材及び固定接点部材を収納する電気絶縁樹脂製のケースを具備して１００Ａ以上の交流電流を遮断する電磁開閉器である。

本発明では、可動接点と固定接点がそれぞれ２つの場合には、可動接点面と固定接点面が、相手に向かって凸となる球面状接点面からなる。そして２つの可動接点面と２つの固定接点面とが接触している状態から、可動接点部材駆動機構が駆動されて２つの可動接点面と２つの固定接点面とが完全に離れるまでの過程において、可動接点面と固定接点面との間に仮想できる複数の仮想直線のうち、長さが最小寸法になる最小仮想直線の可動接点面上の起点が位置する起点の軌跡と最小仮想直線の固定接点面上の終点が位置する終点の軌跡が、それぞれ可動接点面の中心を含む可動側中央領域内と固定接点面の中心を含む固定側中央領域内に位置するようにする。ここで可動側中央領域と固定側中央領域は、次のように定める。すなわち可動接点面の中心からその外縁までの距離をＲａとしたときに、半径がＲａ／４からＲａ／３の可動側仮想円が、可動側中央領域の輪郭となり、可動接点部材と固定接点部材とが完全に開いたときの最小仮想直線の起点が、可動側仮想円上に位置し、固定接点面の中心からその外縁までの距離をＲｂとしたときに、半径がＲｂ／４からＲｂ／３の固定側仮想円が、固定側中央領域の輪郭となり、可動接点部材と固定接点部材とが完全に開いたときの最小仮想直線の終点が、固定側仮想円上に位置するように、球面状接点面の曲率半径並びに可動接点部材及び固定接点部材の構成及び配置が定められている。この条件は、接点が開き始めてから完全に開ききるまでの間、アークの発生起点が中央に集中しないことと、アークの発生起点が必要以上に接点面の外縁部に近づき過ぎないようにするのに適した条件として、実験結果から発明者が定めたものである。したがって上限値及び下限値の十分な裏付けは必要とされるものではない。

本発明を実施する場合において、重要な点は、可動接点部材と固定接点部材とが完全に開いたときの最小仮想直線の起点が、可動側仮想円（半径がＲａ／４からＲａ／３）上に位置し、可動接点部材と固定接点部材とが完全に開いたときの最小仮想直線の終点が、固定側仮想円（半径がＲｂ／４からＲｂ／３）上に位置するという条件を満たすように、球面状接点面の曲率半径並びに可動接点部材及び固定接点部材の構成及び配置を定める点にある。

このようにすると、接点が開き始めてから完全に開くまでの間、可動接点面の中心と固定接点面の中心に集中して、アークの発生起点が留まることがない。そのため繰り返しアークが発生しても、可動接点面と固定接点面の中心の表面が集中的に荒れることを抑制することができる。その結果、本発明によれば、電磁開閉器の寿命を延ばすことができる。またこのようにすると、可動接点面と固定接点面との間から伸び出る分のアークの長さが実質的に短くなり、アークの外縁によって、ケースの内壁面が炭化することを防止または抑制することができる。なお接点間から延び出たアークの先端が、環境条件の変化によってケースの内壁面を炙る位置まで延びることがあったとしても、従来よりも接点間から出るアークの長さが短くなる分、ケースの内壁面の炭化は遅くなる。すなわちアークの外縁がケースの内壁面と接触することがあったとしても、ケースの内壁面の絶縁抵抗が、ショートを発生するほどに低下することを防止できる。その結果、ケースを従来よりも小型化できる。

なお本発明は、可動接点及び固定接点が一つの場合においても当然にして成立する。

またケースの内壁面と可動接点部材と固定接点部材との間の間隙の外縁との間の距離が、３．８７ｍｍ以上であるときに、可動側中央領域及び固定側中央領域の大きさは、実効電流１２０Ａ、力率０．８のときに発生する全てのアークが、可動側中央領域と固定側中央領域との間の間隙内に起点を有し且つアークの外縁が、ケースの内壁面を１００００回炙ったときの内壁面を沿面とした可動接点部材と固定接点部材の絶縁抵抗が１０００ＭΩ以上を維持するように定められているのが好ましい。このようにすれば電磁開閉器を一般的な使用許容期限まで安全に使用できることが担保できる。

可動接点の傾き角度をθとし、可動接点面の直径寸法をＤａとし、固定接点面の直径寸法をＤｂとし、可動接点面の高さ寸法をＨａとし、固定接点面の高さ寸法をＨｂとし、可動接点面の傾斜角をαａとし、固定接点面の傾斜角をαｂとしたとき、球面状接点面の曲率半径をＳＲとし、ＳＲの範囲を求めることが出来る。例えば、θ＝８．３度、Ｄａ＝５．４ｍｍ、Ｄｂ＝５．４ｍｍ、Ｈａ＝１．８ｍｍ、Ｈｂ＝１．８ｍｍ、αａ＝９．０度、αｂ＝９．０度の時、８．５≦ＳＲ≦１１．３ｍｍとなる。この条件を満たした１２０Ａ用の電磁開閉器は、コンパクトで且つ寿命が長い。

本実施の形態の電磁開閉器のケースの蓋を外した状態で、接点が閉じている場合における内部の状態を示す平面図である。 本実施の形態の電磁開閉器のケースの蓋を外した状態で、接点が開いている場合における内部の状態を示す平面図である。 図２のIII－III線断面図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、コンタクトプレートと取付状態を説明するための図である。 可動接点と固定接点の形状及び構造を説明するための図である。 アークの発生領域を説明するために用いる模式図である。 （Ａ）は本願の考え方に基づいて、球面状接点面の曲率半径を１０にした実施例の接点を開いて電流を遮断する場合の電流、電圧及びアーク電圧の測定波形を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の拡大図であり、（Ｃ）乃至（Ｇ）は（Ｂ）に示したタイミングにおけるアークの発生状況を示す写真である。 （Ａ）は本願の考え方から逸脱して、球面状接点面の曲率半径を３０にした実施例の接点を開いて電流を遮断する場合の電流、電圧及びアーク電圧の測定波形を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の拡大図であり、（Ｃ）乃至（Ｇ）は（Ｂ）に示したタイミングにおけるアークの発生状況を示す写真である。 図５に示した可動接点部材と固定接点部材の接点として、同じ形状のものを用いる場合に、各パラメータから曲率半径ＳＲを演算に基づいて、どのように定めるのかについて説明するために接点の各部に記号を付した図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、可動側仮想円がＲａ／３または固定側仮想円がＲｂ／３となるときの曲率半径ＳＲと接点径Ｄとの関係、曲率半径ＳＲと可動接点の傾斜角θとの関係、曲率半径ＳＲと接点高さＨとの関係、曲率半径ＳＲと接点側面傾斜角αとの関係を示す演算式に数値を入れて得たグラフである。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本実施の形態の電磁開閉器のケースの蓋を外した状態で、接点が閉じている場合と開いている場合における内部の状態を示す平面図であり、図３は図２のIII－III線断面図である。

まず、本願明細書においては、図１に示すように、電磁開閉器１に対して複数の方向を定めている。すなわち、右方向Ｒ及び左方向Ｌと、上方向Ｕ及び下方向Ｄを図１に示すように定義している。図２及び図３でも同じ方向を用いている。

本実施の形態の電磁開閉器１は、電力量計などに内蔵されて、電力の供給を制御するためのものである。

［全体構成］
図１及び図２に示すように、本実施の形態の電磁開閉器１は、絶縁ケース３を有しており、各構成部材が絶縁ケース３内に収納されている。絶縁ケース３は、ケース本体５及びケース本体５のカバーである図示しない蓋とから構成されている。絶縁ケース３には、主な構成部材として、第１の端子部材９、第１の端子部材９に固定される可動接点部材１１、固定接点を備える固定接点部材１４を有する第２の端子部材１３、コンタクトプレート１５、電磁コイル装置１７、回動部材１９、駆動部２１とが収納されている。ただし、第１及び第２の端子部材９，１３は、絶縁ケース３に設けられたスリットから端子部を外部に突出させた状態で絶縁ケース３に収納されている。

後に詳しく説明するが、本実施の形態の電磁開閉器１は、一端が固定点に固定された片持ちバネ部材（金属板５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ）の他端寄りの位置に球面状の可動接点面６６を有する２つの可動接点６５を備えた可動接点部材１１と、可動接点部材１１の２つの可動接点６５と接触する球面状の固定接点面７６を有する２つの固定接点７５を備えた固定接点部材１４と、励磁されたときに可動接点６５，６５と固定接点７５，７５とを引き離す力を発生する電磁コイル装置１７を備えた可動接点部材駆動機構（１５，１７，１９）と、可動接点部材１１及び固定接点部材１４を収納する電気絶縁樹脂製の絶縁ケース３を具備して１００Ａ以上の交流電流を遮断する。

［各部材の構成］
＜絶縁ケース＞
絶縁ケース３のケース本体５は、主に底壁部２２と周壁部２３とから構成されている。底壁部２２は、矩形状を呈している。周壁部２３は、底壁部２２から立ち上がる第１の側壁部２５、第２の側壁部２７、第３の側壁部２９及び第４の側壁部３１によって構成されている。第４の側壁部３１の第１の側壁部２５寄りの部分には、第１の端子部材９の端子部９Ａを外部に突出した状態で収納するための第１の端子導出孔３３と、第２の端子部材１３の端子部１３Ａを外部に突出した状態で収納するための第２の端子導出孔３５が間隔をあけて形成されている。第３の側壁部２９には、電磁コイル装置１７の給電用端子を外部に突出させるための給電用端子導出孔３７が形成されている。

本実施の形態では、絶縁ケース３の底壁部の内壁面と可動接点部材と固定接点部材との間の間隙の外縁との間の距離が、３．８７ｍｍである。そして後に説明するが、絶縁ケース３の底壁部２２には可動接点６５と固定接点７５との間に発生するアークによる内壁面の炭化によるショートの発生を防止するために、ギャップと対向する絶縁ケース３の底壁面上には、可動接点部材１１に沿って延びる３本の溝３０が、可動接点部材１１が延びる方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。なおこれらの溝３０は、少なくとも可動接点部材１１と固定接点部材１４との間に形成された空間と対向する内壁面を完全に横切るように形成されている。

＜端子部材及び可動接点部材並びに固定接点部材＞
第１の端子部材９は、一端に可動接点部材１１が固定される接点部材固定部４５と、他端に端子部４７を備えており、第１の側壁部２５に沿って延びるように配置される。接点部材固定部４５には、可動接点部材１１がカシメにより固定されている。可動接点部材１１は、３枚の金属板５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃを重ね合わせて形成されており、接点部材固定部４５に固定される支持部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃと、支持部から第１の端子部材９に沿って延びる板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃを有している。板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは、自由端に貫通孔が形成されており、この貫通孔を利用して２つの可動接点６５，６５が固定されている。さらに、板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃには、それぞれスリット６７が形成されている。板バネ部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは、支持部５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃと隣接する位置に右方向Ｒに延びる湾曲部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを有している。湾曲部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは、順番に湾曲している部分が広がるように形状が定められており、相互間に隙間が形成されている。なお、以下では、一体に結合された可動接点部材１１の状態を示す場合には、Ａ、Ｂ、Ｃの符号は付さないで説明を行う。

第２の端子部材１３は、一端に固定接点７５，７５が固定されており、他端に端子部７７を備えている。本実施の形態では、第２の端子部材１３の一端と固定接点７５，７５により、固定接点部材１４が構成されている。固定接点７５，７５の位置は、ケース本体５に収納された状態で、可動接点６５，６５と接触可能に対向する位置である。なお可動接点６５及び固定接点７５の形状については、後に詳しく説明する。

＜コンタクトプレート、回動部材及び電磁コイル装置＞
図３及び図４（Ａ）乃至（Ｃ）に詳しく示すように、絶縁材料によって形成されたコンタクトプレート１５は、可動接点部材１１の先端側に設けた３つの爪部１２一端が係止されている。３つの爪部１２によってコンタクトプレート１５の先端を係止すると、コンタクトプレートの位置を定位置に位置決めすることができる。コンタクトプレート１５は、回動部材１９によって左右方向に移動させられ、図１に示すように右方向Ｒに移動した状態では可動接点６５と固定接点７５を接触させ、図２に示すように左方向Ｌに移動した状態では可動接点６５と固定接点７５を離した状態にする。回動部材１９は、電磁コイル装置１７によって駆動される駆動部２１によって駆動されて回転軸２０を中心にして所定の角度範囲を回動する。なお駆動部２１の構成の説明は省略する。電磁コイル装置１７に一方向の電流が流れて励磁されると、回動部材１９は左方向Ｌに回動し、コンタクトプレート１５が可動接点部材１１を左方向Ｌに移動させて、可動接点６５を固定接点７５から離す。そして電磁コイル装置１７に逆方向の電流が流されて逆励磁されると、回動部材１９が右方向に回動し、コンタクトプレート１５が右方向Ｒに移動して、可動接点６５が固定接点７５と接触し、接点が閉状態になり、電力が供給される状態になる。

本実施の形態では、回動部材１９が回動して接点が開状態または閉状態になった後は、一方向に励磁電流を流すまでは、図示しない永久磁石によって回動部材１９の位置は自己保持される。したがって、電磁開閉器１が動作したことを確認できた後は、励磁電流を止めることが可能であり、開状態・閉状態を変更したいときにのみコイルの励磁電流を流せばよく、また、励磁電流の向きを変えることにより、接点の開状態・閉状態を切り替えることが可能である。

＜接点構造の詳細＞
図５は、可動接点６５と固定接点７５の形状および構造を説明するための図である。図６は、アークの発生領域を説明するために用いる模式図である。本実施の形態では、２つの可動接点６５と２つの固定接点７５は、可動接点面６６と固定接点面７６が、相手の接点に向かって凸となる球面状接点面から構成されている。本実施の形態では、可動接点６５及び固定接点７５は、銅の基体の上に銀合金の層を接合して構成されている。

可動接点面６６と固定接点面７６とが接触している状態から、可動接点部材駆動機構（１５，１７，１９）が駆動されて可動接点面６６と固定接点面７６とが完全に離れるまでの過程において、可動接点面６６と固定接点面７６との間に仮想できる複数の仮想直線のうち、長さが最小寸法になる最小仮想直線Ｌの可動接点面６６上の最小仮想直線の起点Ｓの軌跡ＳＴと固定接点面７６上の最小仮想直線Ｌの終点Ｅの軌跡ＥＴが、それぞれ可動接点面６６の中心Ｃ１を含む可動側中央領域Ｒ１内と固定接点面７６の中心Ｃ２を含む固定側中央領域Ｒ２内に位置するように、球面状接点面（６６，７６）の曲率半径並びに可動接点部材１１及び固定接点部材１４の構成及び配置が定められている。なお図６に示した軌跡ＳＴ及びＥＴは、理論的に得られる軌跡であり、実際の軌跡は、球面状接点面の加工精度並びに可動接点部材１１及び固定接点部材１４の組付け精度のバラツキにより微小な幅の中で変化している。具体的には、可動接点面６６の中心からその外縁までの距離をＲａとしたときに、半径がＲａ／４からＲａ／３の可動側仮想円ＩＲ１が、可動側中央領域Ｒ１の輪郭となり、可動接点部材１１と固定接点部材１４とが完全に開いたときの最小仮想直線Ｌの起点Ｓ（図５）が、可動側仮想円ＩＲ１上に位置し、固定接点面７６の中心Ｃ２からその外縁までの距離をＲｂとしたときに、半径がＲｂ／４からＲｂ／３の固定側仮想円ＩＲ２が、固定側中央領域Ｒ２の輪郭となり、可動接点部材１１と固定接点部材１４とが完全に開いたときの最小仮想直線Ｌの終点Ｅ（図５）が、固定側仮想円ＩＲ２上に位置するように、球面状接点面（６６，７６）の曲率半径並びに可動接点部材１１及び固定接点部材１４の構成及び配置が定められている。なおこの点については、後に詳しく説明する。

このようにすると接点が離れた直後の最小仮想直線Ｌは、可動接点面６６の中心Ｃ１と固定接点面７６の中心Ｃ２とを結ぶ線となる。開き角度が大きくなるにつれて、最小仮想直線Ｌの起点Ｓと終点Ｅは、可動接点６５の外周部側と固定接点７５の外周部側に移動していく。

このようにすると、可動接点面６６と固定接点面７６とが接触している状態から完全に離れる過程において、可動接点面６６と固定接点面７６との間で発生するアークの起点は、最小仮想直線Ｌに近い位置になる。したがってアークの起点は、可動側中央領域Ｒ１の中心と固定側中央領域Ｒ２の中心に停留することなく、移動することになるので、可動接点面６６の中心と固定接点面７６の中心に集中して、アークの発生起点が留まることがない。そのため繰り返しアークが発生しても、可動接点面６６と固定接点面７６の中心の表面が集中的に荒れることを抑制することができる。その結果、本実施の形態によれば、電磁開閉器の寿命を延ばすことができる。またこのようにすると、可動接点面６６と固定接点面７６との間から伸び出る分のアークの長さが実質的に短くなり、アークの外縁によって、絶縁ケース３の内壁面が炭化することを防止または抑制することができる。本実施の形態の場合、発生するアークの影響を受けやすい絶縁ケース３の底壁部２２側に３本の溝３０が設けられている。

なお接点（６５，７５）間から延び出たアークの先端が、環境条件の変化によって絶縁ケース３の内壁面を炙る位置まで延びることがあったとしても、従来よりも接点間から出るアークの長さが短くなる分、絶縁ケース３の内壁面の炭化は遅くなる。すなわちアークの外縁が絶縁ケース３の内壁面と接触することがあったとしても、絶縁ケース３の内壁面の絶縁抵抗が、ショートを発生するほどに低下することを防止できる。その結果、絶縁ケース３を従来よりも小型化できる。前述のアークの発生現象は、本実施の形態のように２つの可動接点６５及び２つの固定接点７５を有する場合には、後から離れる可動接点面６６と固定接点面７６との間に発生するアークに関して発生する。

また可動側中央領域Ｒ１及び固定側中央領域Ｒ２の大きさは、実効電流１２０Ａ、力率０．８のときに発生する全てのアークが、可動側中央領域Ｒ１と固定側中央領域Ｒ２との間の間隙内に起点を有し且つアークの外縁が、絶縁ケース３の内壁面を１００００回炙ったときの内壁面を沿面とした可動接点部材と固定接点部材の絶縁抵抗が１０００ＭΩ以上を維持するように定められているのが好ましい。

本実施の形態のように、可動接点面６６及び固定接点面７６が共に球面状接点面からなる場合には、可動接点部材１１の傾き角度をθとし、可動接点面６６の直径寸法をＤａとし、固定接点面７６の直径寸法をＤｂとし、可動接点面６６の高さ寸法をＨａとし、固定接点面７６の高さ寸法をＨｂとし、可動接点面６６の傾斜角をαａとし、固定接点面７６の傾斜角をαｂとしたとき、球面状接点面の曲率半径をＳＲとし、ＳＲの範囲を求めることが出来る。例えば、θ＝８．３度、Ｄａ＝５．４ｍｍ、Ｄｂ＝５．４ｍｍ、Ｈａ＝１．８ｍｍ、Ｈｂ＝１．８ｍｍ、αａ＝９．０度、αｂ＝９．０度の時、８．５≦ＳＲ≦１１．３ｍｍとなる。この条件を満たした１２０Ａ用の電磁開閉器は、コンパクトで且つ寿命が長い。

＜アークの発生状況＞
本実施の形態において、可動接点面６６及び固定接点面７６を共に球面状接点面によって構成した場合で、可動接点部材１１の傾き角度をθ＝８．３とし、可動接点面６６の直径寸法をＤａ＝５．４とし、固定接点面７６の直径寸法をＤｂ＝５．４とし、可動接点面６６の高さ寸法をＨａ＝１．８とし、固定接点面７６の高さ寸法をＨｂ＝１．８とし、可動接点面６６の傾斜角をαａ＝９とし、固定接点面７６の傾斜角をαｂ＝９としたときに、球面状接点面の曲率半径を１０とした実施例の場合と３０にした比較例の場合について、実際のアークの発生状況を説明する。図７（Ａ）は本願の考え方に基づいて、球面状接点面の曲率半径を１０にした実施例の接点を開いて電流を遮断する場合の電流、電圧及びアーク電圧の測定波形を示す図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の拡大図であり、図７（Ｃ）乃至（Ｇ）は図７（Ｂ）に示したタイミングにおけるアークの発生状況を示す写真である。図８（Ａ）は本願の考え方から逸脱して、球面状接点面の曲率半径を３０にした実施例の接点を開いて電流を遮断する場合の電流、電圧及びアーク電圧の測定波形を示す図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の拡大図であり、図８（Ｃ）乃至（Ｇ）は図７（Ｂ）に示したタイミングにおけるアークの発生状況を示す写真である。図７と図８を比較すると、曲率半径が適正範囲にある場合（図７の場合）のほうが、曲率半径が適正範囲を外れている比較例の場合（図８の場合）よりも、接点間のアークの起点を接点の所定の領域内に留めることにより、接点間から出るアークの長さが短くなることが判る。

＜パラメータの決定＞
前述のＲａ／４からＲａ／３の半径の可動側仮想円ＩＲ１と、Ｒｂ／４からＲｂ／３の半径の固定側仮想円ＩＲ２と定めたときに、その他のパラメータはどのように決定されるかの例について説明する。

図９は、図５に示した可動接点部材１１と固定接点部材１４の接点として、同じ形状のものを用いる場合に、曲率半径等のパラメータを、条件をできるだけ簡易的なものとして考えて、演算により、どのように定めるのかについて説明するために接点の各部に記号を付した図である。図９においては、可動接点部材１１と固定接点部材１４が同じ形状を有しているので、各パラメータ及び寸法は、それぞれ共通の記号を用いている。例えば、接点側面の傾斜はα、接点の高さＨ、接点の直径はＤとする。そして各部の寸法には、ｇ，ｈ，ｍ，ｎ，ｐ，ｌ，ｓ，ｔ，ｕの記号を付してある。また図中の複数の位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ、Ｇ，Ｋ，Ｏ及びＲ(接点円弧の中心)には、Ａの位置の座標を（０，０）として、それぞれ座標値を付してある。図９に示したθは図５のθと同じであり、完全に接点が開いたときの可動接点部材１１と固定接点部材１４との間の角度である。可動側仮想円ＩＲ１が、前述のＲａ／３になる状態を想定すると、図９中のＫ点は、ＣＧ間の距離の２／３の点となる。そして曲率半径ＳＲは、ＳＲ＝ｕ＋２ｓ＋２ｔにより求めることができる。そこでｕとｔを求めることとする。まずｔ／ｇ＝２／３であり、ｔ＝（２／３）ｇとなる。詳しい説明は省略するが、図９のパラメータを用いると寸法ｎは、下記導入式により導き出される式（Ａ）により表現できる。

また寸法ｇは、下記導入式により導き出される式（Ｂ）により表現できる。

更に寸法ｕは、下記導入式により導き出される式（Ｃ）により表現できる。

そして曲率半径ＳＲは、下記導入式により導き出される式（Ｄ）により表現できる。

上記式（Ｄ）に式（Ｂ）のｇを入れて整理し、可動側仮想円がＲａ／３または固定側仮想円がＲｂ／３となるときの曲率半径ＳＲは２／３を式（Ｄ）に乗じることにより、下記の式（Ｅ）として表現できる。

また可動側仮想円がＲａ／４またはＲｂ／４となるときの曲率半径ＳＲは１／２を式（Ｄ）に乗じることにより、得られる式［式（Ｅ）の最後の係数２／３を１／２に置き換えた式］として表現できる。なお上記演算は、条件をできるだけ簡易的なものとしたものであって、厳密なものではない。

例えば、具体的に、θ＝８．３度、α＝９度、Ｈ＝１．８ｍｍ、Ｄ＝５．４φを上記式（Ｅ）に入れて計算すると、ＳＲ＝１１．２８ｍｍとなる。同様の値を式（Ｅ）の最後の係数２／３を１／２に置き換えた式に入れて計算すると、ＳＲ＝８．４６となる。このように、仮想円の範囲が変わると、曲率半径は変わる。

図１０（Ａ）乃至（Ｄ）は、可動側仮想円がＲａ／３または固定側仮想円がＲｂ／３となるときの曲率半径ＳＲと接点径Ｄとの関係、曲率半径ＳＲと可動接点の傾斜角θとの関係、曲率半径ＳＲと接点高さＨとの関係、曲率半径ＳＲと接点側面傾斜角αとの関係を示す演算式に数値を入れて得たグラフである。可動側仮想円がＲａ／４または固定側仮想円がＲｂ／４となる場合についても、図１０（Ａ）乃至（Ｄ）と同様のグラフを得ることができる。

これらのグラフから、可動側仮想円の大きさが同じであっても、各パラメータは一定ではないので、パラメータに応じて適正な値を選択しなければならないことが判る。ちなみに、θ＝３．２度、α＝１５度、Ｈ＝１．８ｍｍ、Ｄ＝６．０φを上記式（Ｅ）に入れて計算すると、ＳＲ＝３０．３５ｍｍとなる。本実施の形態の考え方によれば、可動側仮想円及び固定側仮想円を考えたとき、ＳＲ＝２２．７６～３０．３５ｍｍとなる。

＜変形例＞
上記の実施の形態では、可動接点及び固定接点が２接点の場合であるが、可動接点及び固定接点が１接点の場合にも本発明が適用できるものは勿論である。また上記実施の形態では、可動接点面及び固定接点面の両方が球面状接点面であるが、可動接点面及び固定接点面のいずれか一方が球面状接点面の場合でも本発明を適用できる。

本発明によれば、接点間のアークの起点を接点間に留めることにより、従来よりも小型の電磁開閉器を提供することができる。

１ 電磁開閉器
３ 絶縁ケース
５ ケース本体
９ 第１の端子部材
１１ 可動接点部材
１２ 爪部
１３ 第２の端子部材
１４ 固定接点部材
１５ コンタクトプレート
１７ 電磁コイル装置
１９ 回動部材
２１ 駆動部分
２２ 底壁部
２３ 周壁部
２５，２７，２９，３１ 第１乃至第４の側壁部
３０ 溝
６５ 可動接点
６６ 可動接点面
６７ スリット
７５ 固定接点
７６ 固定接点面

Claims (4)

1. 一端が固定点に固定された片持ちバネ部材の他端寄りの位置にそれぞれ可動接点面を有する２つの可動接点を備えた可動接点部材と、
   前記可動接点部材の前記２つの可動接点と接触する固定接点面をそれぞれ有する２つの固定接点を備えた固定接点部材と、
   励磁されたときに前記２つの可動接点と前記２つの固定接点とを引き離す力を発生する電磁コイルを備えた可動接点部材駆動機構と、
   前記可動接点部材及び前記固定接点部材を収納する電気絶縁樹脂製のケースを具備して１００Ａ以上の交流電流を遮断する電磁開閉器であって、
   前記２つの可動接点のそれぞれの前記可動接点面と前記２つの固定接点のそれぞれの前記固定接点面が、相手に向かって凸となる球面状接点面からなり、
   前記２つの可動接点の前記可動接点面と前記２つの固定接点の前記固定接点面とが接触している状態から、前記可動接点部材駆動機構が駆動されて前記２つの可動接点の前記可動接点面と前記２つの固定接点の前記固定接点面とが完全に離れる状態になるまでの過程において、前記可動接点面と前記固定接点面との間に仮想できる複数の仮想直線のうち、長さが最小寸法になる最小仮想直線の前記可動接点面上の起点が位置する起点の軌跡と前記最小仮想直線の前記固定接点面上の終点が位置する終点の軌跡が、それぞれ前記可動接点面の中心を含む可動側中央領域内と前記固定接点面の中心を含む固定側中央領域内に位置しており、
   前記可動接点面の前記中心からその外縁までの距離をＲａとしたときに、半径がＲａ／４からＲａ／３の可動側仮想円が、前記可動側中央領域の輪郭となり、前記可動接点部材と前記固定接点部材とが完全に開いたときの前記最小仮想直線の前記起点が、前記可動側仮想円上に位置し、前記固定接点面の前記中心からその外縁までの距離をＲｂとしたときに、半径がＲｂ／４からＲｂ／３の固定側仮想円が、前記固定側中央領域の輪郭となり、前記可動接点部材と前記固定接点部材とが完全に開いたときの前記最小仮想直線の前記終点が、前記固定側仮想円上に位置するように、前記球面状接点面の曲率半径並びに、前記可動接点部材及び前記固定接点部材の構成及び配置位置が定められていることを特徴とする電磁開閉器。
2. 一端が固定点に固定された片持ちバネ部材の他端寄りの位置に可動接点面を有する可動接点を備えた可動接点部材と、
   前記可動接点部材の前記可動接点と接触する固定接点面を有する固定接点を備えた固定接点部材と、
   励磁されたときに前記可動接点と前記固定接点とを引き離す力を発生する電磁コイルを備えた可動接点部材駆動機構と、
   前記可動接点部材及び前記固定接点部材を収納する電気絶縁樹脂製のケースを具備して１００Ａ以上の交流電流を遮断する電磁開閉器であって、
   前記可動接点の前記可動接点面と前記固定接点の前記固定接点面が、の少なくとも一方が他方に向かって凸となる球面状接点面からなり、
   前記可動接点の前記可動接点面と前記固定接点の前記固定接点面とが接触している状態から、前記可動接点部材駆動機構が駆動されて前記可動接点の前記可動接点面と前記固定接点の前記固定接点面とが完全に離れる状態になるまでの過程において、前記可動接点面と前記固定接点面との間に仮想できる複数の仮想直線のうち、長さが最小寸法になる最小仮想直線の前記可動接点面上の起点が位置する起点の軌跡と前記最小仮想直線の前記固定接点面上の終点が位置する終点の軌跡が、それぞれ前記可動接点面の中心を含む可動側中央領域内と前記固定接点面の中心を含む固定側中央領域内に位置しており、
   前記可動接点面の前記中心からその外縁までの距離をＲａとしたときに、半径がＲａ／４からＲａ／３の可動側仮想円が、前記可動側中央領域の輪郭となり、前記可動接点部材と前記固定接点部材とが完全に開いたときの前記最小仮想直線の前記起点が、前記可動側仮想円上に位置し、前記固定接点面の前記中心からその外縁までの距離をＲｂとしたときに、半径がＲｂ／４からＲｂ／３の固定側仮想円が、前記固定側中央領域の輪郭となり、前記可動接点部材と前記固定接点部材とが完全に開いたときの前記最小仮想直線の前記終点が、前記固定側仮想円上に位置するように、前記球面状接点面の曲率半径並びに、前記可動接点部材及び前記固定接点部材の構成及び配置位置が定められていることを特徴とする電磁開閉器。
3. 前記ケースの内壁面と前記可動接点部材と前記固定接点部材との間の間隙の外縁との間の距離が、３．８７ｍｍ以上であり、
   前記可動側中央領域及び前記固定側中央領域の大きさは、実効電流１２０Ａ、力率０．８のときに発生する全てのアークが、前記可動側中央領域と前記固定側中央領域との間の前記間隙内に起点を有し且つ前記アークの外縁が、前記ケースの内壁面を１００００回炙ったときの前記内壁面を沿面とした前記可動接点部材と前記固定接点部材の絶縁抵抗が１０００ＭΩ以上を維持するように定められている請求項１または２に記載の電磁開閉器。
4. 可動接点の傾き角度をθとし、
   前記球面状接点面の曲率半径をＳＲとし、
   前記可動接点面の直径寸法をＤａとし、
   前記固定接点面の直径寸法をＤｂとし、
   前記可動接点面の高さ寸法をＨａとし、
   前記固定接点面の高さ寸法をＨｂとし、
   前記可動接点面の傾斜角をαａとし、
   前記固定接点面の傾斜角をαｂとしたときに、
   θ＝８．３度、Ｄａ＝５．４ｍｍ、Ｄｂ＝５．４ｍｍ、Ｈａ＝１．８ｍｍ、Ｈｂ＝１．８ｍｍ、αａ＝９．０度、αｂ＝９．０度の時、８．５≦ＳＲ≦１１．３ｍｍとなる、請求項１または２に記載の電磁開閉器。

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