JPH04301181A - 内燃機関の電気スタータへの電流の供給を制御する電気スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、内燃機関の電気
スタータへの電流の供給を制御するのに使用できる電気
スイッチに関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、２個の固定接点
を支承する支持構造物と、可動接点を支承すると共に、
可動接点が固定接点から離隔した休止位置と可動接点が
、固定接点と当接せしめられて、はりのように弾性変形
して減衰振動を受ける操作位置の間で、支持構造物に対
して移動自在である可動装置と、可動装置を休止位置と
操作位置の間で移動させる制御手段とを備える型式の電
気スイッチに関する。

【０００３】

【従来の技術】公知の装置において、制御手段は、典型
的に、励磁コイル又はソレノイドとこれに連係した可動
鉄心を有する電磁石を備え、ソレノイドが励磁された時
、可動鉄心は、可動装置を上記の操作位置に付勢するこ
とができる。

【０００４】従来製造された装置においては、可動接点
は通常、金属（銅）板で形成され、又、固定接点は通常
、可動装置の軸心に対して対称に配置されている。

【０００５】これらの従来の装置では、ソレノイドが励
磁される時、可動接点は、固定接点に対して付勢されて
、次に、固定接点に対して堅固に停止する前に、数回「
跳ね返る」ことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この跳ね返りにより、
アークが発生して、固定接点及び可動接点の材料が局所
的に溶融する結果、可動接点の一端又は両端が固定接点
に溶接（「固着」）される。これが起きると、可動接点
を休止位置に戻す手段（通常、ばね）は、可動接点を固
定接点から分離できず、この場合、ソレノイドが非励磁
された後でも、内燃機関の電気スタータは作動し続ける
。

【０００７】本発明は、上記の欠点を有しない上記型式
の装置を提供することをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、操作位置において、可動接点が固定接点に衝突し
た後、可動接点が、振動すると共に、可動接点の曲率が
常に同一の符号を有する形状を連続的に占めるように、
可動装置及び／又は制御手段を形成したことを主要な特
徴とする上記型式の電気スイッチによって達成される。

【０００９】

【作用】以下の説明から明らかなように、本発明にかか
る装置においては、可動接点が固定接点に衝突した後の
減衰振動中に、可動接点が固定接点から分離することが
ないので、アークの発生とそれに起因する損傷を効果的
に防止できる。

【００１０】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１において、特に、内燃機関の電気スタータ（不図示
）への電流の供給を制御するのに使用し得る電気スイッ
チは、一般的に参照番号１で示される。電気スイッチ１
は、公知のように、大略カップ状の支持部材２を備え、
更に、電磁石３が支持部材２の頂部に固定されている。 支持部材２は、電磁石３に対向する側に凹部４を有する
。導電性材料、好ましくは銅から成るねじ５が支持部材
２の底壁の穴７を貫通する。

【００１１】図示の実施例において、以下の説明から明
らかになるように、ねじ５は、夫々、固定接点として機
能する六角頭５ａを有する。

【００１２】ねじ５は、そのねじ切りシャンク部が圧入
された座金１１によって、支持部材２に固定される。支
持部材２内の凹部４の底壁は大略円筒状の空所１２を有
する。公知のように、電磁石３は、スプール９によって
支承されたコイル又はソレノイド１３を収容する管状の
ハウジング１４を備える。

【００１３】軸方向穴８ａを設けたストッパ・ガイド部
材８が、支持部材２に対向するスプール９の端部におい
て、スプール９に挿入されている。電磁石３の移動自在
の鉄心１５は、スプール９の軸方向穴内を移動自在であ
る。

【００１４】可動装置１７は、ストッパ・ガイド部材８
の軸方向穴８ａ内を軸方向に移動自在である。可動装置
１７は、支持部材２に対向する端部に頭部１９を設けた
ロッド１８を備える。

【００１５】コイルばね２０は、空所１２の底壁とロッ
ド１８の頭部１９の間で支持部材２の空所１２内に配置
されている。スリーブ２１が、ロッド１８の他端に固定
されていると共に、ストッパ・ガイド部材８の軸方向穴
８ａ内を摺動自在に案内される。

【００１６】大略長方形の形状を有する可動接点２２が
、スリーブ２１とロッド１８の頭部１９の間で、ロッド
１８に装着されている。ロッド１８が、座金２３を介し
て、可動接点２２の中央穴２２ａを貫通する。

【００１７】極めて剛性の高いコイルばね２４が、スリ
ーブ２１と座金２３の間で、ロッド１８に巻装されてい
る。コイルばね２４は、圧縮の予圧を受けていると共に
、可動接点２２を図示の位置の方へ、即ち、力Ｆにより
ロッド１８の頭部１９に対して付勢する。可動接点２２
のアームは、ねじ５の六角頭５ａによって構成される固
定接点に対向する。

【００１８】公知の装置と同様に、操作中のソレノイド
１３の励磁により、鉄心１５が可動装置１７の方へ移動
せしめられる。このようにして、鉄心１５は、可動装置
１７のロッド１８に到達して、ロッド１８を六角頭５ａ
の方へ付勢する。可動接点２２が固定接点に衝突した直
後、ロッド１８は支持部材２の底壁の方へまだ付勢され
続けて、コイルばね２４に更に負荷がかかる。

【００１９】本発明にかかる装置においては、可動接点
２２の固定接点との最初の衝突後の可動接点２２の固定
接点上に跳ね返り又は跳び上がりは、いくつかの理論的
考慮又は、本発明が基づくと共に図２乃至図６を参照し
て説明する前提条件の説明の後に記載する対策によって
、便利に防止される。

【００２０】固定接点５ａに当接する可動接点２２は、
本質的に図２の略図における弾性変形はりとして見做し
得る。固定接点５ａははりの支点を表す。

【００２１】図２乃至図５を参照しての以下の説明にお
いて、「はり」という用語が使われた時は、それは実際
は可動接点を意味し、又、「支点」という用語が使われ
た時は、それは固定接点を意味する。

【００２２】図２において、コイルばね２４の予圧によ
り、固定接点５ａに当接する可動接点２２に対して作用
する力の合力は、Ｆで示されている。力Ｆは集中荷重と
して表されているが、実際は、分布荷重の合力である。

【００２３】はり２２は、力Ｆを受けると、図３に定性
的に表されたように曲がる。図３において、はり２２が
力Ｆで表された静荷重及び固定接点５ａの反力を受ける
時の、はり２２の非変形状態からの静的たわみ（はり２
２の中央で測定）はｘｓｔで示される。力Ｆと静的たわ
みｘｓｔの間の比Ｋは、はり２２の特性値であり、以下
でははりの「弾性定数」として定義する。

【００２４】上述したように、可動接点２２で固定接点
５ａに衝突した後、可動接点２２は弾性変形して、減衰
動的振動を受ける。コイルばね２４の弾性定数は、典型
的に可動接点２２のそれよりも遥かに大きいので、系の
振動モードは、可動接点２２自身のみに基づくと見做し
得る。

【００２５】もしｆ１が可動接点２２の曲げ振動の基本
周波数を示すとすると、振動中の可動接点２２の中央に
おける動的たわみ又は動的変位は次のように表現できる
。

【数１】

【００２６】ここで、Ｖ０は、可動接点２２の弾性反力
がコイルばね２４の予圧荷重Ｆと等しい時の可動接点２
２の速度であり、ｗは、周波数ｆ１（ｗ＝２πｆ１）に
対応する角周波数であり、μは減衰係数であり、ｔは時
間である。

【００２７】可動接点２２の中央の変位速度は上記の（
１）式から導かれて、次のように表現できる。

【数２】

【００２８】振動中、可動接点２２の中央の速度は、次
のように計算できる連続した時点において零になる。

【数３】

【００２９】従って、可動接点２２の中央の速度は、最
初に、

【数４】 の時点に零になる。

【００３０】図４を参照すると、時間ｔ１において、は
り２２は例えば、２２（ｔ１）で示された形状を取る。 この形状は、はりの最大動的たわみに相当する。

【００３１】可動接点即ちはり２２の速度は、その後、

【数５】 の時点に零になる。時点ｔ２にはり２２が大体占める形
状は図４内に定性的に２２（ｔ２）で表されている。

【００３２】次に、可動接点即ちはり２２の速度は、再
び、

【数６】 の時点に零になり、この時にはり２２が占める形状は図
４に２２（ｔ３）で表されている。

【００３３】可動接点即ちはり２２の動的たわみは、時
点ｔ１よりも時点ｔ３において、より小さい。従って、
時点ｔ１及びｔ３において、はり２２の曲率は、異なる
値を有するが同一の符号を持つ。

【００３４】一般に、はり２２の動的振動のみに起因す
る、従って力Ｆで表される静荷重を考慮に入れない場合
の時点ｔ２におけるはり２２の曲率の符号は、時点ｔ１
及びｔ３（更に、後続の時点ｔ２ｎ＋１）における曲率
の符号と逆である。

【００３５】図１を参照して上述した型式の電気スイッ
チが、その上記した静的たわみｘｓｔが時点ｔ２におけ
る動的たわみｘ（ｔ２）よりも大きいか又は少くとも動
的たわみｘ（ｔ２）と等しいように形成されている場合
、全たわみＸ（ｔ）＝ｘｓｔ＋ｘ（ｔ）は常に同一の符
号を有する。言い換えれば、はり２２が固定接点５ａに
衝突後にこの状態が実際の状況で発生すれば、可動接点
２２は減衰振動を受ける結果、可動接点２２は、図５に
示すように、その曲率が常に同一の符号を有する形状を
連続的に占める。

【００３６】可動接点２２が振動するが同一の側で、即
ち、固定接点に向けてたわみ続けるという事実は、可動
接点２２が振動中に交互に反対の形状を占める場合に起
こるように、可動接点２２が固定接点から立上らないこ
とを意味する。

【００３７】以上の説明から、可動接点２２が常に同一
の側に曲がるのに必要な条件は解析的に次のように表現
できる。

【数７】

【００３８】減衰係数μが零であると単純化された（に
もかかわらず、安全側の）仮定において、前記の条件は
次のように更に単純化される。

【数８】

【００３９】これは次のように書き換えることができる
。

【数９】

【００４０】（９）式は、可動接点２２の跳ね返りを確
実に無くすのに使用できる設計基準を直ちに提供する。

【００４１】このように、図１の型式の装置を設計する
時に、現存の類似の装置の機構部分を採用して、可動接
点２２の寸法だけを単に変更することができる。可動接
点２２の寸法は上記の（９）式を満足するものであるべ
きだ。

【００４２】添付の図６は、（７）式又は更に安全側で
は（９）式が満足される装置の可動接点即ちはりの全た
わみＸ（ｔ）の曲線の一例を示す。図６のグラフにおい
て、静的たわみｘｓｔは、一定であると共に、可動接点
２２の力Ｆと弾性定数Ｋの間の比に等しいとされている
。

【００４３】厳密に言うと、図１に示された型式の装置
において、可動接点２２が固定接点５ａに衝突した後に
僅かではあるが更に負荷を受けるコイルばね２４の作用
も、又、静的たわみｘｓｔの形成に寄与する。しかしな
がら、静的たわみの増加が例えば、図６の破線で示すよ
うに非常に遅い一方、動的部品の振動は極めて高い周波
数で行われるという事実を考慮すると、コイルばね２４
へのこの更なる負荷に基づく静的たわみへの寄与は極め
て小さいことを留意すべきである。

【００４４】一般に、（７）式又は（９）式で表される
条件に合致するために、設計者は、（基本振動周波数ｆ
１、従って角周波数ｗ＝２πｆ１が依存する）可動接点
２２の質量、可動接点のたわみ弾性定数Ｋ、コイルばね
２４の弾性定数、コイルばね２４の予圧及び可動接点が
固定接点に衝突する時の可動接点の速度を変更できる。 この最後のパラメータは、次に、ソレノイド１３の大き
さ、鉄心１５の質量等の一連の要因に依存する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明にかかる電気スイッチの部分断面図
である。

【図２】　　本発明が基づく理論を説明する略図である
。

【図３】　　同上

【図４】　　同上

【図５】　　同上

【図６】　　横座標に取った時間ｔに対してプロットし
た本発明にかかる電気スイッチの可動接点のたわみを示
すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　　　電気スイッチ　　　　　　　　　　２　
　　　　　支持部材３　　　　　　電磁石　　　　　　
　　　　　　　　　　４　　　　　　凹部５　　　　　
　ねじ　　　　　　　　　　　　　　　　　　８　　　
　　　ストッパ・ガイド部材 ９　　　　　　スプール　　　　　　　　　　　　１３
　　　　　　ソレノイド１５　　　　　　鉄心　　　　
　　　　　　　　　　　　１７　　　　　　可動装置１
８　　　　　　ロッド　　　　　　　　　　　　　　２
２　　　　　　可動接点２４　　　　　　コイルばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　特に、内燃機関の電気スタータへの電
   流の供給を制御する電気スイッチにおいて、２個の固定
   接点（５）を支承する支持構造物（２）と、可動接点（
   ２２）を支承すると共に、可動接点（２２）が固定接点
   （５）から離隔した休止位置と可動接点（２２）が、固
   定接点（５）と当接せしめられて、はりのように弾性変
   形して減衰振動を受ける操作位置の間で、支持構造物（
   ２）に対して移動自在である装置（１７）と、装置（１
   ７）を休止位置と操作位置の間で移動させる制御手段（
   １３，１５）とを備え、更に、操作位置において、可動
   接点（２２）が固定接点（５）に衝突した後、可動接点
   （２２）が、振動すると共に、可動接点（２２）の変形
   又はたわみ（Ｘ）が常に同一の符号（図６）を維持する
   形状（図５）を連続的に占めるように、装置（１７，２
   ２，２４）及び／又は制御手段（１３，１５）を形成し
   た電気スイッチ。
2. 【請求項２】　　可動接点（２２）が固定接点（５）に
   衝突した後、可動接点（２２）は静荷重（Ｆ）と減衰振
   動の組合せの影響を受け、更に、静荷重（Ｆ）と減衰振
   動は、大略一定の静的たわみ成分（ｘｓｔ）と減衰振動
   成分（ｘ（ｔ））を有する弾性たわみ（Ｘ（ｔ））を可
   動接点（２２）に発生し、且つ、後続の時間間隔におい
   て、減衰振動成分（ｘ（ｔ））は静的たわみ成分（ｘｓ
   ｔ）の符号と同一及び反対の符号を交互に有し、又、可
   動接点（２２）の静的たわみ成分（ｘｓｔ）が、静的た
   わみ成分（ｘｓｔ）の符号と反対の符号の減衰振動成分
   （ｘ（ｔ））の最大値（ｘ（ｔ２））以上であるように
   、電気スイッチの寸法を設定した請求項１に記載の電気
   スイッチ。
3. 【請求項３】　　Ｆがコイルばね（２４）の予圧荷重を
   示し、Ｖ０が、可動接点（２２）の弾性反力が予圧荷重
   （Ｆ）と等しい時の可動接点（２２）の速度を示し、更
   に、ｗが、可動接点（２２）の曲げ振動の基本周波数（
   ｆ１）に対応する角周波数（ｗ＝２πｆ１）を示す時、
   予圧荷重（Ｆ）と静的たわみ成分（ｘｓｔ）の比である
   可動接点（２２）の弾性定数（Ｋ）は（ｗ・Ｆ／Ｖ０）
   以下である請求項１又は２に記載の電気スイッチ。