JP7355660B2 - 電磁リレー - Google Patents

Description

本開示は、電磁リレーに関する。

特許文献１（実開昭５８－５２７２６号公報）には、リレーが開示されている。特許文献１に記載のリレーは、可動接点と、固定接点とを有している。可動接点は、固定接点に対向配置されている。可動接点の固定接点側の面には、突起が形成されている。固定接点の可動接点側の面には、溝が形成されている。特許文献１のリレーにおいては、可動接点の突起と固定接点の溝とが互いに接触する。

実開昭５８－５２７２６号公報

特許文献１に記載のリレーにおいては、可動接点と固定接点との間の接触抵抗に改善の余地がある。

本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、可動接点と固定接点との間の接触抵抗を低減することが可能な電磁リレーを提供する。

本開示の一態様に係る電磁リレーは、コアと、コアに接続されているとともに、第１可動接点と、第２可動接点とを有する可動端子と、第１可動接点に対向配置されている第１固定接点と、第２可動接点に対向配置されている第２固定接点とを有する固定端子と、励磁コイルを備える。第１可動接点及び第１固定接点の一方には、第１回転曲面を含んでいる第１凸部が形成されている。第２可動接点及び第２固定接点の一方には、第２回転曲面を含んでいる第２凸部が形成されている。第１可動接点及び第１固定接点の他方には、第１凹部が形成されている。第２可動接点及び第２固定接点の他方には、第２凹部が形成されている。第１凹部及び第２凹部の少なくともいずれかは、互いに対向している一対の傾斜面を含んでいる。励磁コイルは、通電されることにより、第１凸部と第１凹部とが互いに接触するとともに、第２凸部と第２凹部とが互いに接触するようにコアを移動させる。

上記の電磁リレーにおいて、一対の傾斜面は、第１固定接点から第２固定接点へと向かう方向と交差する方向において互いに対向していてもよい。上記の電磁リレーにおいて、第１回転曲面は、部分球面であってもよい。

本開示の一態様に係る電磁リレーによると、可動接点と固定接点との間の接触抵抗を低減することができる。

実施形態に係る電磁リレーの平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 図２のＩＩＩにおける拡大図である。 図１のＩＶ－ＩＶにおける拡大断面図である。 可動端子５の図示を省略した実施形態に係る電磁リレーの平面図である。 可動端子５の図示を省略した実施形態の第１変形例に係る電磁リレーの平面図である。 可動端子５の図示を省略した実施形態の第２変形例に係る電磁リレーの平面図である。 可動接点５１が固定接点７１に接触した際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。 可動接点５１に水平方向に沿った位置ずれが生じた際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。 可動接点５１が固定接点７１に対して傾いた際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。

本開示の実施形態を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（実施形態に係る電磁リレーの構成）
以下に、実施形態に係る電磁リレーの構成を説明する。

図１は、実施形態に係る電磁リレーの平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、図２のＩＩＩにおける拡大図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶにおける拡大断面図である。図１～図４に示されるように、実施形態に係る電磁リレーは、ハウジング１と、励磁コイル２と、ベース３と、コア４と、可動端子５と、摺動ガイド６ａ及び摺動ガイド６ｂと、固定端子７と、ばね８と、磁石９とを有している。

ハウジング１は、底壁１１と、上壁１２と、側壁１３とを有している。上壁１２は、底壁１１と間隔を空けて対向する位置に配置されている。側壁１３は、底壁１１及び上壁１２に連なっている。底壁１１、上壁１２及び側壁１３により、ハウジング１の内部空間が画されている。以下においては、底壁１１と上壁１２とが対向している方向を上下方向という。なお、上下方向に交差する方向を水平方向という。

励磁コイル２は、ハウジング１の内部に収納されている。励磁コイル２は、ハウジング１の内部において、底壁１１側に位置している。励磁コイル２は、例えばソレノイドである。すなわち、励磁コイル２は、コイル軸周りの螺旋状に電線を巻き回すことにより形成されている。励磁コイル２のコイル軸は、上下方向に沿っている。図示されていないが、励磁コイル２は、外部電源により通電可能に構成されている。

励磁コイル２は、コイルケース２１内に収納されている。コイルケース２１は、下面２１ａと、上面２１ｂとを有している。下面２１ａは、底壁１１側を向く面である。上面２１ｂは、下面２１ａの反対面である。コイルケース２１には、挿入穴２１ｃが形成されている。挿入穴２１ｃは、上面２１ｂから下面２１ａに向かって延びている。挿入穴２１ｃは、平面視において（上面２１ｂに直交する方向から見て）、励磁コイル２のコイル軸と重なる位置に形成されている。

ベース３は、励磁コイル２の上方に配置されている。ベース３は、下面３ａと、上面３ｂとを有している。下面３ａ及び上面３ｂは、ベース３の主面である。下面３ａは、励磁コイル２側に向く面である。上面３ｂは、下面３ａの反対面である。ベース３は、側壁１３に固定されることにより、ハウジング１の内部に支持されている。ベース３には、貫通穴３ｃが形成されている。貫通穴３ｃは、厚さ方向に沿って（下面３ａから上面３ｂに向かう方向に沿って）ベース３を貫通している。

コア４は、上下方向に沿って（励磁コイル２のコイル軸の方向に沿って）延在している棒状の部材である。コア４は、例えば鉄芯である。コア４は、一方端４ａと、他方端４ｂとを有している。一方端４ａ及び他方端４ｂは、コア４の延在方向における両端になっている。他方端４ｂは、一方端４ａの反対側の端である。コア４は、フランジ部４１を有している。フランジ部４１は、コア４の外周面からコア４の径方向に沿って張り出すように形成されている。

コア４は、一方端４ａ側において、挿入穴２１ｃに挿入されている。コア４は、他方端４ｂ側において、貫通穴３ｃに挿通されている。すなわち、他方端４ｂは、ベース３よりも上方に位置している。フランジ部４１は、上面２１ｂと下面３ａとの間に配置されている。

可動端子５は、下面５ａと、上面５ｂとを有している。下面５ａ及び上面５ｂは、可動端子５の主面である。下面５ａは、ベース３側を向く面である。上面５ｂは、下面５ａの反対面である。可動端子５は、下面５ａにおいてコア４の他方端４ｂに固定されている。可動端子５は、導電性の材料で形成されている。

可動端子５は、長手方向に平行な側面５ｃ及び側面５ｄを有している。側面５ｃには突出部５ｃａが形成されており、側面５ｄには突出部５ｄａが形成されている。突出部５ｃａは、側面５ｄから側面５ｃに向かう方向に沿って側面５ｃから突出しており、突出部５ｄａは、側面５ｃから側面５ｄに向かう方向に沿って側面５ｄから突出している。

可動端子５は、可動接点５１と、可動接点５２とを有している。可動接点５１及び可動接点５２は、導電性の材料で形成されている。可動接点５１及び可動接点５２には、それぞれ、凸部５１ａ及び凸部５２ａが形成されている。凸部５１ａ及び凸部５２ａは、下方に向かって突出している。凸部５１ａ及び凸部５２ａは、下面５ａ側に位置している。

凸部５１ａは第１回転曲面を含んでおり、凸部５２ａは第２回転曲面を含んでいる。ここで、「回転曲面」とは、曲線（母曲線）又は直線（母線）を、上下方向に沿う中心軸周りに回転させることで得られる曲面である。第１回転曲面及び第２回転曲面は、部分球面（球面の一部を構成する面）であることが好ましい。

摺動ガイド６ａ及び摺動ガイド６ｂは、平面視において（上面５ｂに直交する方向から見て）、可動端子５を挟み込むように配置されている。摺動ガイド６ａ及び摺動ガイド６ｂは、可動端子５の長手方向に交差する方向において可動端子５を挟み込んでいる。摺動ガイド６ａには溝６ａａが形成されており、摺動ガイド６ｂには溝６ｂａが形成されている。溝６ａａ及び溝６ｂａは、上下方向に沿って延在している。溝６ａａ及び溝６ｂａには、突出部５ｃａ及び突出部５ｄａがそれぞれ挿入されている。これにより、可動端子５及びコア４の上下方向以外の方向への移動が規制される。

固定端子７は、ベース３の上面３ｂ上に配置されている。固定端子７は、下面７ａと、上面７ｂとを有している。下面７ａ及び上面７ｂは、固定端子７の主面である。下面７ａは、ベース３側を向く面である。上面７ｂは、下面７ａの反対面である。固定端子７は、導電性の材料で形成されている。

固定端子７は、固定接点７１と、固定接点７２とを有している。固定接点７１及び固定接点７２は、導電性の材料で形成されている。固定接点７１及び固定接点７２には、それぞれ、凹部７１ａ及び凹部７２ａが形成されている。凹部７１ａ及び凹部７２ａは、下方に向かって窪んでいる。凹部７１ａ及び凹部７２ａは、上面７ｂ側に位置している。固定接点７１及び固定接点７２は、それぞれ、可動接点５１及び可動接点５２に対向配置されている。

凹部７１ａは、第３回転曲面を含んでいる。第３回転曲面は、好ましくは、円錐面（円錐の側面をなす曲面）又は部分円錐面である。凹部７１ａは、凸部５１ａと対向する位置に配置されている。

凹部７２ａは、凸部５２ａと対向する位置に配置されている。凹部７２ａは、傾斜面７２ａａと、傾斜面７２ａｂとを有している。傾斜面７２ａａ及び傾斜面７２ａｂは、平面により構成されている。傾斜面７２ａａ及び傾斜面７２ａｂは、互いに対向している。傾斜面７２ａａと傾斜面７２ａｂとの間の間隔は、凹部７２ａの底に近づくにつれて小さくなっている。

図５は、可動端子５の図示を省略した実施形態に係る電磁リレーの平面図である。図５に示されるように、傾斜面７２ａａ及び傾斜面７２ａｂは、第１方向ＤＲ１において互いに対向している。すなわち、凹部７２ａは、第１方向ＤＲ１に直交している方向に沿って延在している溝状の形状を有している。

固定接点７１と固定接点７２とを結んだ仮想直線に沿っている方向を、第２方向ＤＲ２とする。第１方向ＤＲ１は、第２方向ＤＲ２に直交している。このことを別の観点から言えば、凹部７２ａの延在方向は、第２方向ＤＲ２に平行な方向である。

ばね８は、フランジ部４１と上面２１ｂとの間に配置されている。ばね８は、例えばコア４の中心軸周りに巻き回されているコイルばねである。ばね８は、フランジ部４１を上方に向かって付勢することにより、コア４を上方に向かって付勢している。

磁石９は、ベース３の上面３ｂ上において、可動接点５１及び固定接点７１の近傍並びに可動接点５２及び固定接点７２の近傍に配置されている。磁石９から発せられる磁場により、可動接点５１と固定接点７１とが接触した際（可動接点５２及び固定接点７２とが接触した際）に発生するアークの消弧が行われる。

＜第１変形例＞
図６は、可動端子５の図示を省略した実施形態の第１変形例に係る電磁リレーの平面図である。図６に示されるように、第１方向ＤＲ１は、第２方向ＤＲ２と直交しておらず、第２方向ＤＲ２と平行になっていない。すなわち、第１方向ＤＲ１は、第２方向ＤＲ２と交差していればよい（凹部７２ａの延在方向が第２方向ＤＲ２に垂直になっていなければよい）。

＜第２変形例＞
図７は、可動端子５の図示を省略した実施形態の第２変形例に係る電磁リレーの平面図である。図７に示されるように、凹部７１ａは、第３方向ＤＲ３において互いに対向している傾斜面７１ａａ及び傾斜面７１ａｂを有していてもよい。図示されていないが、傾斜面７１ａａと傾斜面７１ａｂとの間の間隔は、凹部７１ａの底に近づくにつれて小さくなっている。第３方向ＤＲ３は、第２方向ＤＲ２に交差している。傾斜面７１ａａ及び傾斜面７１ａｂは、平面により構成されている。

＜第３変形例＞
上記の例においては、可動接点５１に凸部５１ａが形成され、可動接点５２に凸部５２ａが形成され、固定接点７１に凹部７１ａが形成され、固定接点７２に凹部７２ａが形成されるものとして説明を行った。しかしながら、可動接点５１に凹部７１ａが形成され、可動接点５２に凹部７２ａが形成され、固定接点７１に凸部５１ａが形成され、固定接点７２に凸部５２ａが形成されてもよい。

すなわち、可動接点５１及び固定接点７１の一方に凸部５１ａが形成されているとともに、可動接点５１及び固定接点７１の他方に凹部７１ａが形成されていればよく、可動接点５２及び固定接点７２の一方に凸部５２ａが形成されているとともに、可動接点５２及び固定接点７２の他方に凹部７２ａが形成されていればよい。

（実施形態に係る電磁リレーの動作）
以下に、実施形態に係る電磁リレーの動作を説明する。

励磁コイル２に対する通電が行われていない状態においては、ばね８によりコア４が上方に向かって付勢されているため、可動接点５１（凸部５１ａ）と固定接点７１（凹部７１ａ）とが互いに離間されており、可動接点５２（凸部５２ａ）と固定接点７２（凹部７２ａ）とが互いに離間されている。

コア４が挿入穴２１ｃに深く挿入されるほど（コア４が下方に移動するほど）通電された際に励磁コイル２から発せられる磁界は強くなる。そのため、励磁コイル２に対する通電が行われることにより、コア４には、コア４を下方に押し下げる力が作用する。その結果、可動接点５１（凸部５１ａ）と固定接点７１（凹部７１ａ）とが互いに接触するとともに、可動接点５２（凸部５２ａ）と固定接点７２（凹部７２ａ）とが互いに接触し、可動端子５と固定端子７との間の通電が行われる。

励磁コイル２への通電が停止されると、励磁コイル２がコア４を下方に押し下げる力が作用しなくなる。その結果、ばね８がコア４を上方へと付勢する力により、可動接点５１（凸部５１ａ）と固定接点７１（凹部７１ａ）とが互いに離間するとともに、可動接点５２（凸部５２ａ）と固定接点７２（凹部７２ａ）とが互いに離間する。このような動作が繰り返されることにより、実施形態に係る電磁リレーが動作する。

（実施形態に係る電磁リレーの効果）
以下に、実施形態に係る電磁リレーの効果を説明する。

図８は、可動接点５１が固定接点７１に接触した際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。図８に示されるように、実施形態に係る電磁リレーにおいては、凸部５１ａ及び凹部７１ａが回転曲面を含んでいるため、凸部５１ａ及び凹部７１ａの接触は円周状の線接触になる。このように、実施形態に係る電磁リレーによると、可動接点５１と固定接点７１との間の接触抵抗を低減することができる。

図９は、可動接点５１に水平方向に沿った位置ずれが生じた際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。図９に示されるように、実施形態に係る電磁リレーにおいては、凸部５１ａと凹部７１ａとが噛み合わさることで、可動接点５１と固定接点７１との間に水平方向における位置ずれが生じても、その位置ずれを補正することが可能である。

可動接点５２が可動接点５１と同様の構造を有しているとともに、固定接点７２が固定接点７１と同様の構造を有している場合、可動接点５１と可動接点５２との間の接点間距離及び固定接点７１と固定接点７２との間の接点間距離のいずれかに誤差が生じれば、可動接点５１と固定接点７１との接触及び可動接点５２と固定接点７２との接触のいずれかにおいて、位置ずれが補正できなくなる。その結果、可動接点５１と固定接点７１との接触及び可動接点５２と固定接点７２との接触のいずれかが１点接触になり、接触抵抗が増加する。

他方で、実施形態に係る電磁リレーにおいては、凹部７２ａが、傾斜面７２ａａ及び傾斜面７２ａｂを有している。そのため、可動接点５１と可動接点５２との間の接点間距離及び固定接点７１と固定接点７２との間の接点間距離のいずれかに誤差が生じており、かつ、可動接点５１と固定接点７１との接触において位置ずれの補正が行われる場合でも、可動接点５２が傾斜面７２ａａ及び傾斜面７２ａｂと接触している状態を保ったまま凹部７２ａの延在方向に沿って移動することにより、可動接点５２と固定接点７２との接触において２点接触を確保することができる。

Ｈｏｌｍの理論式によると、接触抵抗は、接触面積の１／２乗に比例する。可動接点５１と固定接点７１とが円周状に線接触している際には可動接点５１と固定接点７１とが少なくとも３点以上で接触していると見做せるため、可動接点５１と固定接点７１との間の接触抵抗は、１点接触の際の接触抵抗の０．５８倍以下になる。

上記のとおり、可動接点５２が可動接点５１と同様の構造を有しているとともに、固定接点７２が固定接点７１と同様の構造を有している場合、可動接点５１と可動接点５２との間の距離及び固定接点７１と固定接点７２との間の距離のいずれかに誤差が生じれば、可動接点５２と固定接点７２との接触は１点接触になる。その結果、電磁リレー全体での接触抵抗は、各々の接触が１点接触となった場合の１．５８倍となる。

他方で、実施形態に係る電磁リレーでは、可動接点５１と固定接点７１との接触において位置ずれの補正が行われても可動接点５２と固定接点７２との接触において２点接触を確保することができるため、電磁リレー全体での接触抵抗は、各々の接触が１点接触となった場合の１．２９倍（０．５８倍＋０．７１倍）となる。このように、実施形態に係る電磁リレーによると、接点間距離に誤差が生じる場合であっても、接触抵抗を低減することができる。

実施形態に係る電磁リレーにおいては、凸部５１ａ及び凸部５２ａが回転曲面を有しているため、第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２との関係に拠らず、接点間距離の誤差を補正しつつ、可動接点５２と固定接点７２との間の２点接触を確保できる。

第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２とが平行である場合、可動接点５１と可動接点５２との間の距離が固定接点７１と固定接点７２との間の距離よりも短くなった際に、接点間距離の誤差を補正することができなくなる。しかしながら、第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２とが交差している場合、可動接点５１と可動接点５２との間の距離が固定接点７１と固定接点７２との間の距離よりも短くても、接点間距離の誤差を補正しつつ、可動接点５２と固定接点７２との間の２点接触を確保できる。

なお、凹部７１ａが傾斜面７１ａａ及び傾斜面７１ａｂを有している場合、接点間距離の誤差が生じても、可動接点５１と固定接点７１との接触及び可動接点５２と固定接点７２との接触の双方において、２点接触を確保できる。その結果、電磁リレー全体での接触抵抗は各々の接触が１点接触となった場合の１．４２倍（０．７１倍＋０．７１倍）となるため、凹部７１ａが傾斜面７１ａａ及び傾斜面７１ａｂを有していても、接点間距離に誤差が生じる場合に接触抵抗を低減することができる。

図１０は、可動接点５１が固定接点７１に対して傾いた際の実施形態に係る電磁リレーの可動接点５１及び固定接点７１近傍における拡大断面図である。図１０に示されるように、実施形態に係る電磁リレーにおいて、第１回転曲面が部分球面である場合、可動接点５１が固定接点７１に対して傾いているか否かに関わらず、線接触している部分の径が一定となるため、可動接点５１と固定接点７１との間の接触抵抗を安定化する。

以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

１ ハウジング、１１ 底壁、１２ 上壁、１３ 側壁、２ 励磁コイル、２１ コイルケース、２１ａ 下面、２１ｂ 上面、２１ｃ 挿入穴、３ ベース、３ａ 下面、３ｂ 上面、３ｃ 貫通穴、４ コア、４ａ 端、４ｂ 他方端、４１ フランジ部、５ 可動端子、５ａ 下面、５ｂ 上面、５ｃ，５ｄ 側面、５ｃａ，５ｄａ 突出部、５１，５２ 可動接点、５１ａ，５２ａ 凸部、６ａ，６ｂ 摺動ガイド、６ａａ，６ｂａ 溝、７ 固定端子、７ａ 下面、７ｂ 上面、７１ 固定接点、７１ａ 凹部、７１ａａ，７１ａｂ 傾斜面、７２ 固定接点、７２ａ 凹部、７２ａａ，７２ａｂ 傾斜面、８ ばね、９ 磁石、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、ＤＲ３ 第３方向。

Claims (3)

1. コアと、
   前記コアに接続されているとともに、第１可動接点と、第２可動接点とを有する可動端子と、
   前記第１可動接点に対向配置されている第１固定接点と、前記第２可動接点に対向配置されている第２固定接点とを有する固定端子と、
   励磁コイルを備え、
   前記第１可動接点及び前記第１固定接点の一方には、第１回転曲面を含んでいる第１凸部が形成されており、
   前記第２可動接点及び前記第２固定接点の一方には、第２回転曲面を含んでいる第２凸部が形成されており、
   前記第１可動接点及び前記第１固定接点の他方には、第１凹部が形成されており、
   前記第２可動接点及び前記第２固定接点の他方には、第２凹部が形成されており、
   前記第１凹部及び前記第２凹部の少なくともいずれかは、互いに対向している一対の傾斜面を含んでおり、
   前記一対の傾斜面は、平面で構成されており、
   前記励磁コイルは、通電されることにより、前記第１凸部と前記第１凹部とが互いに接触するとともに、前記第２凸部と前記第２凹部とが互いに接触するように前記コアを移動させる、電磁リレー。
2. 前記一対の傾斜面は、前記第１固定接点から前記第２固定接点へと向かう方向と交差する方向において互いに対向している、請求項１に記載の電磁リレー。
3. 前記第１回転曲面は、部分球面である、請求項１又は請求項２に記載の電磁リレー。