JPS5951692B2 - 小型水銀接点リ−ドスイツチの構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、小形の磁気リレーそして好ましくは水銀接
点型の小形磁気リレーに関する。

さらに特別には、他の同じ大きさのリードスイッチより
も優れた特性を備えたリードスイッチに関する。

従来から、磁場が生じていないときには通常開いている
接点を磁気力で閉じる場合、そのために要する磁気力の
大きさを最小にするような接点形状を得る目的で、電気
的接触を受ける極片の端部を軸から横方向にオフセット
するような段部を該極片に設けることがよく行なわれて
いる。

このような構造にすることによっていくつかの改良を得
ることができたけれども、結果は期待された程ではなか
った。

発明の概要 この発明は、リードスイッチを作動させるために要する
エネルギーを最小にし、同時に動作の遅れを嫌・う装置
のためにすばやい動作をする装置に関し、さらに特別に
は新規な幾何学形状によって磁気特性を最大限に利用し
た構造を有するリードスイッチに関する。

そして、さらに特別には、この発明は絶縁支持構造を有
した磁気リードスイッチに関する。

上記絶縁支持構造に支持された第１の磁性導体部材は一
つの固定極を備え、また一方のスイッチ端子も備えてい
る。

この第１磁性導体部材は段状の構造を有しており、かか
る段状構造は、第１磁性導体部材の伸長した磁性導体部
分が残りの部分の軸線から横方向にオフセットし、且つ
上記支持構造から離れたところで上記軸線に対し平行に
伸びるような構造をなしている。

第２の磁性導体部材は、上記絶縁支持構造に支持され且
つ第１磁性導体部材からは離れてはいるが概して軸線の
そろったアーマチャ支持要素を備え、同時に他方のスイ
ッチ端子をも備えている。

この第２の磁性導体部材も段状の構造を有しており、か
かる段状構造は、第１磁性導体部材の伸長部分と同じ側
に軸線から横方向にオフセットする伸長した磁性導体部
分を備えている。

磁気アーマチャ部材は、前記第１及び第２の磁性導体部
材の間で伸長する部材であって、各磁性導体部材の軸方
向伸長部分にオーバラップするような長さと位置を占め
、かつ各磁性導体部材の段部に対し接触することなく嵌
り合っている。

アーマチャ支持要素とアーマチャとは、ばね支持部材で
連結され、磁場がかかつていなくて、このばね支持部材
が応力状態にないときは、このばね支持部材はアーマチ
ャを第１磁性導体部材から引き離したところに位置させ
る。

このばね支持によ・つて、アーマチャはフレキシブルな
連結となり、磁場が印加されたときには前記第１及び第
２磁性導体部材に対して磁気抵抗が最小となるような位
置にまで移動することができる。

軸方向に向って突出する第１磁性導体部材の伸長部分上
で外部磁場による接触が生じたときは、固定極と磁性導
体の伸長部分に対してアーマチャの接近を制限する機械
的な隔離手段とを完全接触させる電気回路が形成される
。

発明の好適な実施例においては、絶縁支持構造は、ガラ
ス又は他の絶縁材からなる外管であってその中には水銀
が注入されており、空気は抜かれてガスが充填され、密
封されている。

アーマチャと、このアーヤチャと協動して導電接触する
接点は水銀でぬれており、アーマチャの接点と反対の領
域にまで水銀を確実に送り込む手段が設けられている。

好適な実施例 本発明をより良く理解するために、添付図面が参照され
る。

第１図は、本発明のスイッチを２つの固定された磁性導
体部材の横方向にオフセットして伸長する部分を示すこ
とのできる側から見た図。

第１ａ図は、アーマ、チャ支持要素の内側部分を第１図
と同様の方向から見た分離詳細図。

第１ｂ図は、第１図のスイッチに用いられている固定極
の透視図。

第２図は、第１図と同様の図であって、アーマチャが作
動されない接点の開状態を示す図。

第３図は、本発明に従う他の実施例の第１図と同様の側
から見た図。

第３ｂ図は、第３図の固定極を示す第１ｂ図同様の透視
図。

第４図は、第３図のスイッチのアーマチャが作動されな
い状態の接点開状態を示す図。

第５図は、従来の小形リードリレーの接触領域を示す図
。

第６図は、アーマチャと固定極の伸長部分との軸線横断
解説図であって、アーマチャのとり得る２つの位置を示
す。

まず、第１図及び第２図を参照すると、小形リードスイ
ッチは磁性導体部材間に絶縁支持構造のあることが必要
で、この場合、絶縁支持構造はガラス又はセラミックの
外管１０であって、この外管は、導体接点１２を有する
固定極となっている磁性導体部材１１を支持している。

この第１磁性導体部材１１から離れたところには、もう
一つの磁性導体部材１３があってアーマチャ支持要素と
なっている。

図示されているように、磁気アーマチャ１５は弾性ばね
部材↑６によって該アーマチャ支持要素に連結されてい
る。

この実施例の場合、アーマチャ支持要素は第１ａ図に示
されるような形の管１３であって、ばね部材１６の実際
の支持は中実平坦面１３ａを横切って細長く伸びた隆起
部又は突起１７によって与えられる。

ガラス管１０は第２磁性導体部材１３でもある管を通し
てガスが充填されており、ガスの充填後は第１図に見ら
れるように内部環境を維持するために管１３はピンチオ
フして溶着して閉鎖される。

しかしながら、ピンチオフをする前に、スイッチに必要
な水銀が管１３を通して注入され、図示の位置にあるよ
うにアーマチャ支持部材の周囲に溜っている。

「第１ａ図及び第１ｂ図は本発明のスイッチに含まれて
いる特殊構造を示す。

」前には触れなかったが、第１図にはガラス管１０によ
ってシールされる管１３の形成方法が示されている。

即ち、ガラス管１０の内部への連通ができる程度に管１
３の中心近くまで横切る切込みが設けられ、両側から磁
性材を圧縮することによって伸長部分１３ａを形成する
ときに、一方側に突起１７が形成され、他方側に伸長部
材１４のための装着域が形成される。

この伸長部材１４は、平担であって、磁性導体部材口。

１３の軸線から横方向にオフセットしているがこの軸線
に対して平行に伸びている。

図で点描されてい徽うに、伸長部材１４の上部１４ａは
水銀１８に容易にぬれないようにコーティングされてい
るが、下部１４ｂは自然状態のままであって水銀で容易
にぬれることができるようになっている。

図示の様に、毛細管現象で水銀はばね部材１６とアーマ
チャ支持部材１３の平行な伸長部分１３ａとの間を上昇
する。

アーマチャは、第１図に示されているように伸長部材１
４と部分１３ａとで形成された肩の間に嵌っており、第
１図の閉接点位置では伸長部材１４とアーマチャ１５と
は互いに接近して水銀が毛細管現象によって両者の間を
上昇する。

好ましくは、アーマチャ１５自身にも毛細管状の溝を設
けて接点１２の領域まで水銀を上昇させて接点への必要
な水銀の供給を行なう。

第１ｂ図に示すように、固定極１１も独特な形状をして
おり、その内端はスウエージ加工で成形されて磁性導体
部材１１と１３とを通る軸からオフセットしているが概
して平行な平坦領域１１ｂとなっている。

この平坦な伸長部分１１ｂもアーマチャ支持要素の伸長
部分１４と同じ側に横方向にオフセットしている。

スウエージ加工では、肩１１ａはできるだけ急な斜面と
なるように角度がつけられる。

図示のように、好ましくは磁性材ではなくて導電材から
成る接点要素１２は、伸長部分１１ｂから軸線方向へ戻
るように突出する水銀ぬれのない棒であって、アーマチ
ャ１５に対するストッパー又はアーマチャ１５と伸長部
分１１ｂとを第１図の状態よりもより接近させなくする
スペーサとして機能する。

アーマチャ１５に面する棒１２の端部のみが水銀でぬれ
るようにしである。

このような構造となっているので、アーマチャを、いず
れの場合でも非常に長い間隙にわたって、各磁性導体部
材１１ 、１３ （部材１１の方は水銀にぬれることが
ない）に対して離れてはいるが接近させることができる
。

アーマチャ１５の両端をそれぞれ磁性導体部材１１．１
３の各肩部分に接近させておくことも本発明の一部であ
る。

このように、小さな間隙を維持することによって、磁気
抵抗を最小にすることができる。

しかし印加されていた磁場が取り除かれたときは、アー
マチャ１５は薄い板はねによって直ちに第２図に示す位
置に戻り、接点を開放する。

板ばねとアーマチャとの一側と、アーマチャ支持部材の
伸長部分１３ａと伸長部分１４とから成るもう一方の側
との間にある水銀は、上記のような移動したアーマチャ
の乱調や振動が続くのを防止するような減衰作用をする
。

しかしながら、溜った水銀がこの実施例の伸長部分１４
の端部まで至らないようにするのが好ましいのであれば
、アーマチャ１５自身を長くすることが重要になる。

アーマチャ１５を長くするのを避けるには、伸長部分１
４の端部１４ａをコーティングを施して水銀で容易にぬ
れないようにし、その一方で伸長部分１４の下部１４ｂ
を水銀でぬれることができるようにしておく。

図示のようにアーマチャは固定の磁気構造内にこしんま
りとまとめることができる。

磁場が印加されると、アーマチャ１５と、伸長部分１１
ｂ及び１４との間には平行で近接した間隙が生じる。

スペーサ又はストッパーとして用いられる接点１２、ば
ね支持１７の位置の設定及びばね自身は、アーマチャ１
５がストッパ１２に接触したとき、アーマチャ１５を各
伸長部分に対し概して平行かつ隙間をもって近接維持す
ることを可能にする。

第３，４図及び第３ｂ図には本発明に従った小形リード
スイッチの他の実施例が示されている。

先の実施例との主たる相違点は固定極の伸長部分の構造
にあって、この実施例の場合、磁性導体部材２１に設け
られた肩が外管１０′のすぐ内側にあって、第３ｂ図に
よく示されているように、平坦な伸長部分２１ｂがこの
肩に溶接で固定されている。

このようにすると、第１，２及び１ｂ図に図示のような
一体構造のものに比べいくつかの点で有利である。

一つには、材料を切り出して磁性導体部材を作るのに必
要な機械加工と組合わせて肩２１ａを直角に切削するこ
とができ、従って、アーマチャ１５′の端部を貫く磁束
にいくらかでもより一様な勾配を与えることができる。

もう一つ重要な利点としては、溶接で固定された別体片
２１ｂが重なる領域と該別体片の厚みとを犠牲にするこ
となく幅広にすることができることと、別体片２１ｂの
端部に１以上の接点棒１２を溶接できることである。

このような多数接点形式にすると、各接点の水銀ぬれの
端部（又は領域）がずっと小さくなるけれども、導体接
点を開くときの動的な水銀ブリッジを切断するためのア
ーマチャの移動をより少なくすることができ、もってス
イッチの磁気感応性と作動安定性を向上することができ
る。

同様に第３図、第４図においても、アーマチャ支持部材
１３ａ′の伸長部分２４はより短く図示されており、１
４ａに相当する水銀ぬれのない領域を備えていない。

もし伸長部分が第１図のように細長く伸びているのであ
れば、接点領域が水銀で浸されるのを防ぐために水銀ぬ
れのない処理をするのが好ましい。

他の点においては、第３図と第４図に示す構造は第１図
と第２図に示す構造と似ており、対応する部品はダッシ
ュを付することによって同一符号で示されている。

概して、本発明のスイッチは、スイッチ部品間の磁気抵
抗を効果的に最小にすることによって低レベルの磁気力
で作動感度を大きくしたものであって、スイッチ部品の
全てが、第２，４図に示すような接点の開又は閉の状態
のいずれにあっても磁気抵抗を小さくするような形状を
していることが理解されるであろう。

本発明は複数の磁気部材をそれらの形状によって互いに
比較的接近した位置に維持しているのみならず、伸長部
分とアーマチャは平坦かつ互いに平行であってさらに磁
気抵抗を小さくするのが好ましい。

磁性導体部材の径は、部品の大きさのうち最大に維持さ
れる。

それに加えて、磁気部材を集液り状の形状にするための
寸法は、アーマチャが常に肩の間に効果的に位置し、接
点開放位置のときでさえも磁路の磁気抵抗を比較的小さ
くする大きさに選択されている。

例えば第６図に図示のようにアーマチャ１５′と、伸長
部分１２′に対するアーマチャ１５′の関係はいくらか
変化するが、どんな位置関係にあってもアーマチャは固
定の磁性導体極片２１と重なり合い、実線で示す接点開
放位置でも破線で示す接点閉鎖位置のいずれであっても
固定の磁性導体極との間隙は非常に小さくなっている。

従来技術との配列と明らかに相違するところは、従来技
術に８ける固定極の径が接点領域では最大のものではな
かったことである。

従来では、伸長部分として特徴づけられるものは磁性部
品の限られた重なり範囲でしかなかった。

このように、固定極片からの了−マチャの隔たりは第５
図にａで示されているように本発明のものよりも実質的
に大きいものであった。

さらに、固定極片とその伸長部分とはある程度の傾斜角
θをもって連結しており、本発明のような集液り状の配
列を適用することが不可能であった。

固定極片の厚みＣ自身は外管による支持を容易にするた
めに最小の厚みにされ、磁気間隙を構成していた接点の
重なり範囲すは比較的小さくなっていた２、このように
従来技術においては、磁気抵抗を最小にするための本発
明の特徴とするところが何ら用いられたり考慮され こ
とがなかった。

本発明におけるアーマチャを集液り状にする特徴は採用
不可能であり、接点の■なりは事実上一方端にのみ生じ
ていた。

特に軽量のばね及び非磁性材料によってアーマチャをヒ
ンジ連結する必要のある場合は、本発明に見られるよう
にアーマチャとアーマチャ支持部材の伸長部分とを平行
にすることが磁気抵抗を最小にするには非常に望ましい
ことになる。

伸長部分１４を伸ばしすぎることによって生じる問題は
、伸長部分先端の表面を酸化クロム等で被覆することに
よって伸長部分の磁気特性を失うことなく解決するこさ
ができる。

伸長部分１４とアーマチャ１５との間の間隔を最小にす
ることは、もしアーマチの振りの行程がそれほど大きく
なく且つアーマチャのヴ持とばねを備えた隆起部との寸
法を適正に定めであるようなアーマチャに対しては主と
して機械的支持の問題である。

この種のスイッチの設計にあたっては、伸長部分１４と
アーマチャ１５との間の間隙に進入する水銀を支える力
は相当の力であってばね１６の復帰力の方が大きくては
ならないことを心にとめるべきである。

磁性材料によっていつものように伸長部分１４とアーマ
チャ支持要素１３とを、又６才第３，４図の構造のよう
に伸長部分２１ｂと固定極片２１とを注意深く結合する
ならば、哨合部分の磁気抵抗は事実上無視することがで
き、考慮する必要はない。

結合部分を作るに際し、機械的にも好ましい面を有する
ように相当の重なり部分を与えると、この磁気抵抗の影
響はさらに小さくなる。

アーマチャ１５の自由端は、接点が開いていても固定極
片１１に非常に接近した位置にある。

肩部分１１ａ（又は２１ａ）は、できるだけアーマチャ
の端部に接近して位置させることにより磁束を集中させ
、アーマチャを接点閉成位置に引きつけるに役立つ。

すなわち、肩部分１１ａとアーマチャ１５ａの端部との
間隙は好ましい最小値に抑えられているので、この点に
関しては第３，４図の構造の方が有利である。

ある設計では、第１図の肩部１１ａのように肩部を直角
に形成することは不可能であるかもしれないが、このよ
うな明確な鋭い肩部が得られなくても、与えられた極片
の形に合理的に可能なだけ近接してアーマチャを保持す
れば本発明に従う長所る得られるこ士が理解されるであ
ろう。

これらの特性の全てによって、この小形のスイッチ構造
はこれまでにない低いレベルの磁場強さで作動するこさ
ができる。

しかしながら、この構造にすることによって、長期間に
わたってかつ作動周波数の広い範囲にわたって非常に短
いスイッチ作動時間を一定に保つことができる。

選択された寸法を極めて小さく保ち、スイッチ要素をコ
ンパクトに維持しそして運動部品の質量を非常に小さく
することによって時間的調節は大部分容易に得ることが
できる。

実際にスイッチ内に水銀を使用すれば、かなり好ましい
減衰効界があってかつ決して減衰過剰にならないという
非常にすぐれた利点がある。

本発明の構成に種々の変形がこの明細書による発明の開
示の中に示唆されている。

他の変形も当業者であれば可能である。

そのような変形が特許請求の範囲内のものであるなら、
それらは、本発明の精神と範囲内にあるものとすべきで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁支持構造と；該絶縁支持構造に支持された固定
   極を備え、一方のスイッチ端子を支持し、磁性導体の伸
   長部分が該伸長部分を除く他の部分に関し軸線から横方
   向にオフセットしてはいるが軸方向とは平行して伸びて
   いるような階段構造を有した第１磁性導体部材と二上記
   絶縁支持構造に支持され、第１磁性導体部材とは離れて
   はいるが概して軸線が一致しているアーマチャ支持要素
   を備え、他方のスイッチ端子を備え、さらに第１磁性導
   体部材の伸長部分と同じ側に軸線から横方向にオフセッ
   トした磁性導体の伸長部分を備えた階段構造を有する第
   ２磁性導体部材と二上記第１と第２の磁性導体部材の間
   で伸長し、上記第１と第２の磁性導体部材の軸線方向伸
   長部分と重なり合いかつ上記階段構造とは接触しないよ
   うに内側で嵌り合うような長さと位置を占める磁気アー
   マチャ部材と：上記アーマチャ支持要素と上記磁気アー
   マチャ部材とを連結し、磁場が印加されていないときは
   無応力の状態で上記第１磁性導体部材から離隔した位置
   に該磁気アーマチャ部材を支持し、そして磁場が印加さ
   れたときは該磁気アーマチャ部材を上記第１及び第２の
   磁性導体部材に対して磁気抵抗を最小にする位置へと配
   置改善を行なう柔軟連結を与えるばね支持部材と二上記
   固定された第１磁性導体部材の伸長部分上にあって軸心
   に向って突出し、上記磁気アーマチャ部材を該第１磁性
   導体部材の伸長部分へ接近するのを制限する機械的離隔
   手段と上記固定極とに対して接触を完成して電気回路を
   形成する導体接点とから成る小形り−・ドスイッチ。 ２ 絶縁支持構造は磁気アーマチャ部材を収容するが、
   第１及び第２の磁性導体部材が貫いて伸長する絶縁外管
   であって、接点閉成時には該絶縁外管内に保持された伝
   導性の液体を介して電気回路が形成されると共に該伝導
   性の液体を接点領域まで供給する手段を備えることを特
   徴とする請求の範囲第１項記載の小形リードスイッチ。 ３′第１及び第２の磁性導体部材は、磁気アーマチャ部
   材を密接して閉じ込める領域の端部境界を定める伸長部
   分のところで略直角に階段状になっていることを特徴と
   する請求の範囲第２項記載の小形リードスイッチ。 ４ ばね支持部材は磁気アーマチャ部材を第１磁性導体
   部材の階段縁部に隣接する位置に付勢し、それによって
   磁気アーマチャ部材が常に固定極片に近接離隔している
   ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の小形リードス
   イッチ。 ５ 伝導性の液体は少なくとも大部分が水銀であり、絶
   縁外管は少なくとも部分的に抜気されガスが逆に充填さ
   れ、磁性導体部材の一方は内部環境の交換を行う管を密
   封したものであることを特徴とする請求の範囲第２項記
   載の小形リードスイッチ。 ６ 第１磁性導体部材の伸長部分が一体片で形成されて
   いることを特徴とする請求の範囲第２項記載の小形リー
   ドスイッチ。 ７ 第１磁性導体部材の伸長部分が第１磁性導体部材の
   主要部に対し磁気抵抗を最小になるように結合された分
   離片から成ることを特徴とする請求の範囲第２項記載の
   小形リードスイッチ。 ８ 固定の第１磁性導体部材の伸長部分上の導体接点は
   伸長部分端部に固定された部材であることを特徴とする
   請求の範囲第２項記載の小形リードスイッチ。 ９ 伸長部分の面上に固定された接点は、概して軸心を
   横切る方向にあって伸長部分の端部と重なりかつ伸長す
   ることを特徴とする請求の範囲第８項記載の小形リード
   スイッチ。 １０接点は磁気アーマチャ部材への接近を、該磁気アー
   マチャ部材が伸長部材と略平行になる位置までに制限し
   たことを特徴とする請求の範囲第８項記載の小形リード
   スイッチ。 １１ 磁気アーマチャ部材のためのばね支持部材はアー
   マチャ支持要素の中央部分近くに固定され、磁気アーマ
   チャ部材が常に階段部分に近接離隔しかつ接点閉成位置
   において第２磁性導体部材の伸長部分と略平行となるこ
   とを保証する位置にあることを特徴とする請求の範囲第
   １０項記載の小形リードスイッチ。 １２ アーマチャ支持要素には、はね支持部材との間の
   通路が伸長部分と磁気アーマチャ部材との間の空間へ至
   る毛細管現象を与えるような構造が設けられ、この構造
   によって水銀が接点領域へ送られるべく磁気アーマチャ
   部材へ供給されることを特徴とする請求の範囲第３項記
   載の小形リードスイッチ。 １３アーマチヤ支持要素への伸長部分は好ましくは水銀
   の表面張力及び可能なポンプ作用の限界レベルを越える
   位置まで磁気アーマチャ部材上を伸びており、水銀がね
   れることのない材料で被覆されていることを特徴とする
   請求の範囲第１２項記載の小形リードスイッチ。 １４ アーマチャ支持構造は、空気が抜かれた管であっ
   て、肢管は軸方向の階段部における伸長部分に平行な概
   略点径にまでおしつぶされており、磁気アーマチャ部材
   は、該アーマチャ部材を支持部材から離れた位置で狭い
   支持を介して上記支持構造に支持され、該アーマチャ部
   材はばねに連結されて上記階段部のちょうど上のばねの
   伸長側に位置し、該アーマチャ部材とアーマチャ支持要
   素との間に狭い空間を形成して該アーマチャの移動の余
   地を残したことを特徴とする請求の範囲第２項記載の小
   形リードスイッチ。 小形水銀接点リードスイッチの構造