JPH0528893A - 小形リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】８０ｍＷ程度の低電力で良好動作をする高感度
な片バイアス式小形リレーを提供する。 【構成】中央部１ｃの長手方向の長さがＬであり、該中
央部１ｃと第１、第２の脚部１ｂ、１ｄの厚さをあわせ
た全体の長手方向の長さがＫであるコア１と、コイル２
と、永久磁石３と、ヨーク４と、その一端の下面におい
て前記第１の脚部１ｂの自由端面１ａと対向する第１の
対向面５ａａを有し、他端の下面において前記第２の脚
部１ｄの自由端面１ｅと対向する第３の対向面５ｃを有
するアーマチュア５と、接触子６ａ，６ｂを備えたバネ
部材６とを含む小形リレーにおいて、前記長さＬとＫの
比をＬ／Ｋ≦０．７２とし、かつ、前記第３の対向面５
ｃの面積Ｓ３と前記第１の対向面５ａａの面積Ｓ１との
比を１．５≦（Ｓ３／Ｓ１）≦３．５とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石による電磁力
がアーマチュアを常にブレイク側に吸引している片バイ
アス式で、実装高さ十ミリメートル以下の小形リレーに
関し、特に磁気回路の重要な部分であるコア中央部の長
さＬとコア全体の長さＫとギャップ部分の対向面積Ｓ
１、Ｓ３を最適設計した高感度な小形リレーに係るもの
である。

【０００２】

【従来の技術】代表的な従来技術の例として従来の片バ
イアス式の小形リレー（特願昭63-190264 号）の構成を
図７に示す。この図は、磁気回路の構成を簡潔に示した
図である。図７において、図１と同一箇所には、同一符
号が付してある。

【０００３】図中実線矢印は永久磁石３より発生した磁
束の流れを示し、磁束がコア１の第２の脚部１ｄ、中央
部１ｃ、第１の脚部１ｂ、アーマチュア５、ヨーク４を
通過して永久磁石３に戻る磁路がわかる。このような磁
路が形成されるため、永久磁石による無励磁電磁力は、
アーマチュアの傾き（アーマチュアトラベル）にかかわ
らず、常にアーマチュアを上方（ブレイク側）に吸引し
ている。アーマチュア５は図７ではブレイク側に位置し
ているが、コイルの励磁電流により下方（メイク側）に
移動する。

【０００４】図中破線は、コアの中央部１ｃに巻回され
たコイル２（図ではコイル断面を示す）の中の励磁電力
により発生した磁束の流れを示す。この磁束が、コアの
第２の脚部１ｄ、アーマチュア５、コアの第１の脚部１
ｂを通過して元の中央部１ｃに戻る磁路がわかる。コイ
ル電流による磁束はアーマチュア５を下方（メイク側）
に吸引し、永久磁石による磁束と合成されて真の励磁吸
引力となる。以上の構成であるから片バイアス式リレー
は構成が簡単で小形化に適するという特徴を有する。

【０００５】従来は、最適化の解析が困難であり、製造
上作り易いこともあって、磁路の各点の断面積をなるべ
く一定にする設計がなされていた。すなわち、前記中央
部の長さによらず、前記コアの第２の脚部の自由端面に
対向するアーマチュアの第３の対向面の面積Ｓ３と、前
記コアの第１の脚部の自由端面に対向するアーマチュア
の第１の対向面の面積Ｓ１は同じであることが必須であ
るとして設計が行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の片バイアス式の
小形リレーの吸引力特性を磁界解析により算定した結果
を図６に示す。図の横軸は、アーマチュアトラベルで、
ブレイクの時に0.0mm としたアーマチュア先端部の位置
を表わす。図中に破線で示されるバネ負荷は、小形リレ
ーの全体寸法などの必然的技術制約より導出された代表
的数値である。バネ負荷は生産時のばらつきを考慮して
２本の破線で示している。

【０００７】リレーの良好動作のために、無励磁の吸引
力特性カーブは２本のバネ負荷カーブの上に在り、かつ
感動電力での励磁の吸引力特性カーブは２本のバネ負荷
カーブの下に在ることが必須である。

【０００８】図６より、従来形の特性は、アーマチュア
トラベル 0.15mm において感動電力80mWで励磁（励磁吸
引力Ｆ２）した場合、動作余裕を得ることができない励
磁特性であることが分かる。原因は、全体寸法が小形で
あるためコアにおけるコイル励磁力が小さく、必然的に
吸引力幅（図中Ｆ2 −Ｆ1 の値）が小さくなるためであ
る。ここで、Ｆ1 はアーマチュアトラベル 0.15mm にお
ける無励磁吸引力である。

【０００９】従来寸法のコア中央部の長さＬとコア全体
の長さＫとギャップ部分の対向面積Ｓ１、Ｓ３を用いる
限り動作余裕を改善することができないことが、後で詳
しく述べるように発明者等による磁界解析および実験に
より明らかになった。従来の片バイアス式小形リレー
は、吸引力特性の余裕度が小さいため、150mW以上の大
きな感動電力の投入によらなければ良好な動作をせず、
低電力では良好動作が期待できない低感度な小形リレー
であった。

【００１０】本発明の目的は、上に述べた従来の片バイ
アス式小形リレーの問題点を解決し、全体寸法が小形で
ありながら吸引力特性の余裕度を最大限に実現した、80
mW程度の低電力で良好動作する高感度な小形リレーを提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者等は磁界解析と実
験を行い、その結果に基づいて、特に磁気回路中のコア
中央部の長さＬとコア全体の長さＫとギャップ部分の対
向面積Ｓ１、Ｓ３に着目し、最適設計を行った。本発明
の小形リレーは、コア中央部の長さＬとコア全体の長さ
Ｋとギャップ部分の対向面積Ｓ１、Ｓ３について、今ま
での小形リレーに無い特徴を備えることで、上に述べた
目的を達成している。

【００１２】後に図５及び図６を用いて、詳しく説明す
るところであるが、小形リレーで形成される磁路の中
で、基本的に重要な部分としてコアとギャップ部分があ
り、その中に本発明で取り上げたコア中央部の長さＬ、
コア全体の長さＫ、ギャップ部の対向面積としてコアの
第１の脚部の自由端面と対抗するアーマチュアの第１の
対抗面５ａａの面積Ｓ１、コアの第２の脚部の自由端面
と対抗するアーマチュアの第３の対抗面５ｃの面積Ｓ３
がある。従来の技術では、本発明のようなＬ／ＫとＳ３
／Ｓ１との最適化という技術思想がなかったために、製
造上の作り易さ等からＬ／ＫによらずＳ１とＳ３は同じ
値にするものとされていた。

【００１３】この発明では、前記コア中央部の長さＬと
コア全体の長さＫとギャップ部分の対抗面積Ｓ１、Ｓ３
について、解析・検討をした結果、特許請求の範囲に限
定記載したような特徴ある最適化数値を得たものであ
る。

【００１４】本発明の構成を図１を用いて述べる。本発
明の小形リレーは、細長い中央部１ｃと、該中央部の
長手方向両端に形成され、該中央部に対して同方向に直
角に延びる第１、第２の脚部１ｂ，１ｄとを有し、該中
央部の長さがＬであり、該中央部と該第１、第２の脚部
の厚さを合わせた全体の長さがＫであるコア１、前記
中央部に巻回されたコイル２、第１極３ａが前記第２
の脚部に接触している永久磁石３、前記永久磁石の第
２極３ｂと接触し、かつ、前記第２の脚部の自由端面１
ｅに対向する面４ａを有する位置まで延びるヨーク４、
その一端５ａを前記コアの第１の脚部の自由端１ａと
当接した支点として回動し、該一端の下面において前記
第１の脚部の自由端面と対向する第１の対向面５ａａを
有し、かつ、他端の下面において前記第２の脚部の自由
端面と対向する第３の対向面５ｃを有するアーマチュア
５、前記アーマチュアによって往復運動され、かつ、
接触子６ａ，６ｂを備えたバネ部材６を含む小形リレー
において、前記コアの中央部の長さＬと前記コアの全体
の長さＫの比Ｌ／ＫがＬ／Ｋ≦0.72で、かつ、前記第３
の対向面５ｃの面積Ｓ３と前記第１の対向面５ａａの面
積Ｓ１との比Ｓ３／Ｓ１が1.5 ≦（Ｓ３／Ｓ１）≦ 3.5
であることを特徴とする小形リレーである。なお、図に
は、バネ部材の接触子と対向する端子７ａ，７ｂも参考
のために示してある。

【００１５】

【作用】本発明の作用について説明する。一般に、距離
ｘを隔てたギャップを磁束が通過している場合に、ギャ
ップ部に作用する吸引力Ｆは起電力Ｕの二乗に比例し、
ギャップの磁気抵抗Ｒと距離ｘとに反比例する。

【００１６】課題を解決するための手段の欄で述べたよ
うに、本発明の小形リレーでは、Ｌ／Ｋ≦0.72、かつ、
1.5 ≦（Ｓ３／Ｓ１）≦ 3.5と、Ｓ１に比べＳ３の大き
な構成となっているため、Ｓ３の部分（アーマチュアと
コアの第２の脚部の自由端面の対向面部分）での磁気抵
抗Ｒが小さくなり、アーマチュアからコアへの磁束の量
が増加する。従って、特にアーマチュアが下方（メイク
位置）にある時にアーマチュアとコアの距離ｘが小さい
から強い励磁吸引力が得られる。同時に磁気回路での総
磁束量は変わらないため、アーマチュアからヨークへの
磁束の量が減少し、無励磁吸引力は低下する。

【００１７】このような吸引力の増減作用は、ブレイク
位置ではアーマチュアとコアの距離があるため認められ
ないが、アーマチュアがメイク位置に近づくにつれて顕
著になる。従って、従来の小形リレーの吸引力特性で問
題を生じていたアーマチュアトラベル0.15mmのときの励
磁吸引力Ｆ2 における動作余裕度が非常に改善される。

【００１８】ただし、現実にはＳ３を大にすれば限られ
た全体寸法の中でコア中央部の長さＬを小にせざるをえ
ず、該中央部に巻回されるコイルの巻き数は小となるか
ら、コイルが発生する起磁力Ｕは小さくなる。この起磁
力Ｕの減少により吸引力Ｆの低下の害が生じる。従っ
て、Ｓ３とＬの数値は総合的な吸引力作用の算定によっ
て慎重に決定せねばならない。

【００１９】従来、本発明のような小さなＬと大きなＳ
３の採用は全くかえりみられていなかったし、このよう
な総合的な吸引力の作用を数値的に評価することは困難
とされていた。しかし、発明者等は、有限要素法を用い
た三次元磁界解析プログラムによれば、従来は理論解析
が困難とされていた小形リレーの如き実用形状の電磁力
計算が可能であることに着目し、上記の小さなＬと大き
なＳ３を備えた小形リレーの特性を多数の形状について
系統的に数値解析して比較検討した。

【００２０】その結果、片バイアス式小形リレーの最適
形状としてＬ／Ｋ≦0.72、かつ、1.5 ≦（Ｓ３／Ｓ１）
≦ 3.5を得るに到った。代表例としてＬ／Ｋ＝0.68、Ｓ
３／Ｓ１＝2.0 の小形リレーの吸引力特性の解析結果を
図５に示す。この特性と従来形の特性（図６）とを比較
して明らかなように、従来形の問題点であったアーマチ
ュアトラベル0.15mm付近における励磁吸引力がバネ負荷
カーブから離れて大きな動作余裕度を実現している。

【００２１】さらに詳しくアーマチュアトラベル0.15mm
のときのＬ／Ｋと無励磁吸引力Ｆ１、励磁吸引力Ｆ2 の
関係を解析した結果を図３に、Ｓ３／Ｓ１と無励磁吸引
力Ｆ１、励磁吸引力Ｆ2 の関係を解析した結果を図４に
示す。図中破線で示すのがバネ負荷であり、Ｆ1 は２本
のバネ負荷線の上に、Ｆ2 は２本のバネ負荷線の下にな
ければならない。図より、Ｌ／Ｋ≦0.72、かつ、1.5 ≦
（Ｓ３／Ｓ１）≦ 3.5が最適設計の条件であることがわ
かる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図２は小形リレーの分解構成図である。
図中図１と同一箇所には同一符号が付してある。同図に
おいて１はコアであり、３は永久磁石、４はヨーク、５
はアーマチュア、６はバネである。コア１は棒状の中央
部１ｃと、この中央部１ｃの両端側に設けられた第１，
第２の脚部１ｂ，１ｄから形成されている。そして、こ
のコア１の両脚部１ｂ，１ｄにはコア補助体１１ａ，１
１ｂがモールドにより成型されるとともにコイルターミ
ナル１２，１２の各挿入溝１１ｃ，１１ｃがモールド成
型される。しかして、各挿入溝１１ｃ，１１ｃにそれぞ
れコイルターミナル１２，１２が挿入されてコイルボビ
ン１１が形成され、該コイルボビン１１にコイル２が巻
回されてコイル組立１３が形成される。

【００２３】一方、アーマチュア５は各角部に凸部のあ
るほぼ長方形に形成されていて、カード組立１５に組み
込まれる。また、７ａ，７ａはそれぞれメーク接点ター
ミナルであり、７ｂ，７ｂはブレイク接点ターミナル、
７ｃ，７ｃは固定ターミナルである。一方、１４はベー
スであって、このベース１４には各ターミナルの挿入溝
１４ａ〜１４ｃ，１４ａ〜１４ｃが形成されている。そ
して、永久磁石３、ヨーク４がコイル組立１３に組み込
まれ、それとカード組立１５、バネ６，６、各ターミナ
ル７ａ〜７ｃ，７ａ〜７ｃがベース１４に組み込まれて
リレー半組立１６となり、ケース１７が被せられてリレ
ーが組み上がる。

【００２４】この実施例においては、前記コアの中央部
の長手方向の長さＬと、前記コアの中央部と第１、第２
の脚部の厚さをあわせた全体の長手方向の長さＫの比Ｌ
／Ｋは0.68、前記第３の対向面の面積Ｓ３と第１の対向
面の面積Ｓ１との比Ｓ３／Ｓ１は 2.0である。なお、本
発明の実施においては、上述の実施例に限定されず種々
の変形が考えられる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の小形リレー
では、磁界解析と実験に基づき最適設計したコアの中央
部の長手方向の長さＬとコア全体の長手方向の長さＫ、
ギャップ部分の対向面積Ｓ１とＳ３を有するので、全体
寸法が小形でありながら吸引力特性の余裕度を最大限に
実現し、低電力で良好動作する高感度な小形リレーを実
現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る小形リレーの磁気回路の全体構成
を示す図。

【図２】本発明の一実施例の分解構成図。

【図３】Ｌ／Ｋと無励磁吸引力Ｆ１、励磁吸引力Ｆ２と
の関係の解析結果を示す図。

【図４】Ｓ３／Ｓ１と無励磁吸引力Ｆ１、励磁吸引力Ｆ
２との関係の解析結果を示す図。

【図５】本発明に係る小形リレーの吸引力特性の解析結
果を示す図。

【図６】従来技術に係る小形リレーの吸引力特性の解析
結果を示す図。

【図７】従来技術に係る小形リレーの磁気回路の全体構
成を示す図。

【符号の説明】

１ コア １ｂ 第１の脚部 １ｃ 中央部 １ｄ 第２の脚部 ２ コイル ３ 永久磁石 ４ ヨーク ５ アーマチュア ６ バネ部材（バネ）

フロントページの続き (72)発明者 多田 学 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 花田 要 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 細長い中央部（１ｃ）と、該中央部の長
   手方向両端に形成され、該中央部に対して同方向に直角
   に延びる第１、第２の脚部（１ｂ，１ｄ）とを有し、該
   中央部の長手方向の長さがＬであり、該中央部と該第
   １、第２の脚部の厚さをあわせた全体の長手方向の長さ
   がＫであるコア（１）と、 前記中央部に巻回されたコイル（２）と、 第１極（３ａ）が前記第２の脚部に接触している永久磁
   石（３）と、 前記永久磁石の第２極（３ｂ）と接触し、かつ、前記第
   ２の脚部の自由端面（１ｅ）に対向する面（４ａ）を有
   する位置まで延びるヨーク（４）と、 その一端（５ａ）を前記コアの第１の脚部の自由端面
   （１ａ）と当接した支点として回動し、前記一端の下面
   において前記第１の脚部の自由端面と対向する第１の対
   向面（５ａａ）を有し、他端の上面において前記ヨーク
   の前記対向する面に対向する第２の対向面（５ｂ）を有
   し、かつ、他端の下面において前記第２の脚部の自由端
   面と対向する第３の対向面（５ｃ）を有するアーマチュ
   ア（５）と、 前記アーマチュアによって往復運動され、かつ、接触子
   を備えたバネ部材（６）とを含む小形リレーにおいて、 前記コアの中央部の長手方向の長さＬと前記コアの中央
   部と第１、第２の脚部の厚さをあわせた全体の長手方向
   の長さＫの比Ｌ／Ｋが、Ｌ／Ｋ≦0.72で、かつ、前記第
   ３の対向面の面積Ｓ３と、前記第１の対向面の面積Ｓ１
   との比Ｓ３／Ｓ１が1.5 ≦（Ｓ３／Ｓ１）≦ 3.5である
   ことを特徴とする小形リレー。