JPWO2004077472A1 - 接点装置 - Google Patents

Abstract

駆動機構に駆動された可動板１４が、可動接点１５が固定接点５に接触するまでの可動接点１５の移動方向に沿って可動接点１５に加える力と、可動板１４をオーバートラベルさせた時に生じる支持片１４ｃの撓みが脚片１４ｂを介して可動接点１５に加える力との合力の方向に、固定接点５と可動接点１５との接触面の法線方向を一致させた。そのため、固定接点５と可動接点１５の接触面に平行となる接触圧の分力がゼロとなり、接点開閉時における可動接点１５の横滑りを防止できる。

Description

本発明は、高負荷用リレーや電磁リレーなどに好適な接点装置に関する。

従来の接点機構が、日本公開特許２０００−３４００８７号公報に開示されている。この接点装置は、固定接点と、前記固定接点に接離する可動接点と、前記可動接点を有する可動板と、前記可動接点が前記固定接点と接離するように前記可動板を駆動する駆動機構と、前記固定接点および前記可動板および前記駆動機構とを収容するハウジングとを備える。可動板は、Ｚ字形であり、可動接点が一面に固定された接点片と、接点片から立ち上がる脚片と、一端が脚片と連結され他端が駆動機構に固定される支持片とからなる。駆動機構が励磁されると、可動板が下方に移動し、可動接点が固定接点に接触する。
この種の接点装置は、可動接点が固定接点に接触した後の可動板のオーバートラベルによって、支持片が撓み、それによって接触圧を得ている。この接触圧は、図１２（ａ）に示すように、可動接点１００が固定接点１１０に接触するまでの可動接点１００の移動方向（図１２（ａ）では下向き）に沿って、可動板１２０が可動接点１００に加える力Ｆ１と、支持片１２０ａの撓みが脚片１２０ｂを介して可動接点１００に加える力Ｆ２（すなわち、支持片１２０が撓むことによって、脚片１２０ｂを外側に開こうとする力）との合力Ｆとなる。従って、図１２（ａ）に示した従来の接点装置では、合力Ｆから可動接点１００と固定接点１１０との接触面に平行な向きの分力Ｆ３が生じて、図１２（ｂ）に示すように、脚片１２０ｂが上端Ｓを中心として回転し、可動接点１００が固定接点１１０に対して横滑りする可能性があった。このような横滑りは、可動接点１００と固定接点１１０との間の接触圧の低下を招き、それによって、接点バウンスの時間が長くなり、接点の溶着や、接点材料の転移量増大による遮断不良や、動作不良が生じることとなる。

本発明は上記の問題点を解決するために為されたものであって、その目的は、接点開閉時における可動接点の横滑りを防ぐことができる接点装置を提供することにある。
本発明にかかる接点装置は、それぞれ固定接点を有する複数の固定端子と、前記固定接点にそれぞれ接離する複数の可動接点を有する可動板と、前記可動接点が前記固定接点と接離するように前記可動板を駆動する駆動機構と、前記固定接点および前記可動板および前記駆動機構を収容するハウジングとを備える。前記可動板は、Ｚ字形であり、前記可動接点が固定された接点片と、前記接点片から立ち上がる脚片と、一端が前記脚片と連結され他端が前記駆動機構に固定される支持片とからなる。
本発明の特徴とするところは、前記駆動機構に駆動された前記可動板が、前記可動接点が前記固定接点に接触するまでの前記可動接点の移動方向に沿って前記可動接点に加える力と、前記可動板をオーバートラベルさせた時に生じる前記支持片の撓みが前記脚片を介して前記可動接点に加える力との合力の方向に、前記固定接点と前記可動接点との接触面の法線方向を一致させた点にある。従って、前記接触面と平行となる前記合力の分力が発生しないので、接点開閉時における可動接点の横滑りを防ぐことができる。
好ましくは、前記複数の可動接点の間となる前記接点片に切り込みを設ける。切り込みを設けることで、接点片の剛性が低下し、接点片の移動方向に対して接点片が撓みやすくなる。従って、複数の可動接点と固定接点との対が、接点距離に差を有していても、接点片の撓みでその差を吸収することができ、それぞれの接点対のアークにさらされる時間のばらつきを小さくできる。よって、接点材料の消耗量や転移量のばらつきが発生せず、何れかの可動接点と固定接点の対が接触しなくなるような動作不良を防止できる。
さらに好ましくは、前記脚片の立ち上がり方向に沿って走る突起を、前記脚部に設ける。前記突起を設けることで、脚片の強度が向上し、脚片の座屈を防止できる。
さらに好ましくは、前記脚片と前記接点片の両面に接する突起を、前記脚片と前記接点片の連結部分に設ける。前記突起を設けることで、前記連結部分の強度が向上し、脚片と接点片とがつくる角度の変化を押さえることができる。前記角度の変化を抑えることで、前記合力と前記接触面の法線方向が一致した状態を維持できる。
また、好ましくは、前記接点片は２つの前記可動接点を有し、前記脚片は、前記２つの可動接点の中心を結ぶ線上から立ち上がる。この場合、接点片と脚片との連結部位から接点片の端縁までの距離が短くなり、脚片と接点片とがつくる角度が変化しても、可動接点の角度変化量が少なくできる。可動接点の角度変化量を抑えることで、前記合力と前記接触面の法線方向が一致した状態を維持できる。
また、好ましくは、前記駆動機構は、コイルを巻回したコイルボビンを有し、前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースを有し、前記ベースと前記コイルボビンは、前記可動接点が前記固定接点から離れる方向への前記可動板の移動を制限するストッパーと、同一の材料により一体成型される。この場合、部品点数を削減でき、組み立て作業の簡略化と、低コスト化が図れる。
或いは、前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースを有し、前記ベースは、前記固定接点および前記可動接点の周囲を囲み固定接点と可動接点との間で発生したアークを抑える消弧箱と、同一の材料により一体成型されるのも好ましい。
或いは、前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースと、前記固定接点および前記可動接点の周囲を囲むと共に前記駆動機構を覆うように前記ベースに取り付けられる消弧カバーとから構成されるのも好ましい。

図１は、本発明の実施形態に係る接点装置を説明する図で、（ａ）は上から見た断面図で、（ｂ）は側面から見た断面図である。
図２は、同上の可動接点および固定接点の取付角度を説明する図である。
図３は、同上の可動接点および固定接点の取付角度の求め方を説明する図である。
図４は、同上の可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図５は、同上の好ましい可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図６は、同上の好ましい可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図７は、同上の好ましい可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図８は、同上の好ましい可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図９は、同上の好ましい可動板の図で（ａ）は平面図で、（ｂ）は側面断面図である。
図１０は、同上のベースと消弧箱を説明する図である。
図１１は、別の実施形態に係る接点装置のベースとコイルボビンを説明する図である。
図１２は、従来の接点装置を説明する図である。
図１３は、従来の接点装置を説明する図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る接点装置を示す。この接点装置のハウジング１は、絶縁性を有する合成樹脂製のベース２とカバー３とで構成される。ベース２の長手方向の一端には、固定端子４がそれぞれ挿入される一対の固定端子孔２ａが、前記長手方向と直交する方向に並んで、ベース２を貫通して設けられている。固定端子４は金属板で、一端がベース２を通ってハウジング１の外に突出し、ハウジング１内の他端に固定接点５が固定されている。この固定接点５の取り付け角度については、後に詳しく説明する。
ベース２の長手方向の他端には、コイルボビン６が、ベース２と同一の合成樹脂により一体成型されている。コイルボビン６は、円筒形の円筒部６ａと、円筒部６ａの両端にフランジ６ｂ，６ｃを有している。円筒部６ａの外周面には、コイル７が巻かれている。コイル７の両端は、２つのコイル端子８にそれぞれ電気的に接続されており、そのコイル端子８は、それぞれコイルボビン６の近くに、ベース２の長手方向と直交する方向に並んで、ベース２を貫通して配置されている。ベース２側のフランジ６ｃとベース２との間には、図１における右側の側面が開口した溝２ｂが設けられ、Ｌ字形のヨーク９の横片９ａが溝２ｂにスライドして挿入されている。横片９ａには、ヨーク９が溝２ｂに挿入されたときにコイルボビン６の円筒部６ａの内部とつながる円形の孔９ｃが設けられており、鉄芯１０の一端が円筒部６ａの内部を通って孔９ｃに圧入されている。鉄芯１０の他端には、円筒部６ａよりも長い径を有する磁極片１０ａが形成され、フランジ６ｂ上に接触している。
ヨーク９の縦片９ｂには、薄板をＬ字形に曲げて形成された復帰ばね１１の一端１１ａが固定されている。復帰ばね１１の他端１１ｂ側には、アーマチュア１２が固定されている。アーマチュア１２は、磁性材料によって平板状に形成されており、中央付近で復帰ばね１１に固定され、一端１２ａがヨーク９の縦片９ｂの上面に接触すると共に他端１２ｂが磁極片１０ａに対向するように配置されている。アーマチュア１２は、復帰ばね１１によって上記一端１２ａを支点として回転自在に支持され、且つ磁極片１０ａから離れる向きに付勢されている。すなわち、アーマチュア１２は、コイル７を励磁しないときは復帰ばね１１のばね力で磁極片１０ａから離れた位置（オフ位置）に位置し、コイル７を励磁するとアーマチュア１２と磁極片１０ａとの間に働く磁気吸引力によって復帰ばね１１のばね力に抗して回転し、一端１２ａが磁極片１０ａに接触する。コイルボビン６とコイル７と鉄芯１０とヨーク９と復帰ばね１１とアーマチュア１２とにより、駆動機構が構成されている。
アーマチュア１２の上面には、固定部材１３を介して可動板１４が固定されている。固定部材１３は合成樹脂製で、可動板１４の一端（支持片１４ｃ）と、復帰ばね１１の他端１１ｂとがインサート成型されている。可動板１４は、ばね性を有する金属製の薄板からＺ字形に作られ、可動接点１５が固定された接点片１４ａと、接点片１４ａから立ち上がる脚片１４ｂと、一端が脚片１４ｂと連結され他端が上記したように固定部材１３にインサート成型される支持片１４ｃとからなる。可動接点１５は、２つの固定接点５とそれぞれ接離するように、ベース２の長手方向と直交する方向に並んで、接点片１４ａに離間して配置されている。固定接点５の取り付け角度については、後に詳しく説明する。
可動接点１５および固定接点５の周囲には、可動接点１５と固定接点５との間で発生したアークを消弧する消弧箱１６が設けられている。消弧箱１６は、絶縁性を有しアークの消弧性に優れた合成樹脂により、ベース１側の面および駆動機構側の面が開口した箱状に形成されている。
以上のように構成された本実施形態の接点機構は、以下のように動作する。
コイル端子８に通電してコイル７を励磁すると、磁気吸引力によってアーマチュア１２が復帰ばね１１のばね力に抗して鉄芯１０の磁極片１０ａに吸引される。そしてアーマチュア１２に固定された可動板１４が回転し、可動接点１５が固定接点５に接触する。その後、さらにアーマチュア１２が磁極片１０ａの方へオーバートラベルすると、可動板１４の支持片１４ｃが撓み、支持片１４ｃの撓みによって接触圧が得られる。コイル端子８への通電を停止すると、磁気吸引力がなくなり、復帰ばね１１の力でアーマチュア１２が磁極片１０ａから離れ、可動接点１５が固定接点５から離れる。アーマチュア１２の回転は、コイルボビン６のフランジ６ｂの上方に設けられたストッパー１７に可動板１４の支持片１４ｃが当たることによって規制される。
ここで、固定接点５および可動接点１５の取り付け角度について、詳細に説明する。
可動接点１５と固定接点５との接触圧Ｆは、可動接点１５と固定接点５とが接触するまでの可動板１４の移動方向に沿って駆動機構に駆動された可動板１４が可動接点１５に加える力と、可動接点１５と固定接点５とが接触した後にさらに可動板１４を移動させる（すなわち、可動板をオーバートラベルさせる）ことによって生じる支持片１４ｃの撓みが脚片１４ｂを介して可動接点に加える力（すなわち、支持片１４ｃが撓むことによって、脚片１４ｂを外側に開こうとする力）との合力となる。よって本実施形態の接点装置においては、図２に示すように、固定接点５と可動接点１５の接触面の法線方向が接触圧Ｆの方向と一致するように、固定接点５および可動接点１５の取り付け角度θを設定している。これにより、固定接点５と可動接点１５の接触面に平行となる接触圧Ｆの分力がゼロとなり、可動接点１５が固定接点５に対して横滑りすることがなくなる。
具体的には取り付け角度θは、例えば図３に示すように、まず、接触圧Ｆの垂直方向の分力Ｆｙと水平方向の分力Ｆｘとの大きさを測定し（あるいは、シミュレーションによって求め）、次に分力Ｆｙ，Ｆｘを下記の式に代入することによって求めることができる。
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｆｘ／Ｆｙ）
以上のように構成された接点装置は、横滑りすることがないので、接点バウンスの時間が短くなって、接点の溶着や遮断不良・動作不良が防止され、接点装置の信頼性が向上できる。
図４に可動板１４の平面図および側面断面図を示す。支持片１４ｃは、略５角形であり、後端部の両隅には、固定部材１３へのインサート成形後に可動板１４が固定部材１３から脱落するのを防止するために丸孔１４ｄが形成されている。脚片１４ｂは細長の矩形状であり、支持片１４ｃの先端から垂下して、支持片１４ｃと接点片１４ａとを連結している。接点片１４ａは細長の矩形状であり、電流の遮断特性を向上させるために、長手方向の両端を湾曲させて、立ち上げ片１４ｅが形成されている。
好ましくは、図５に示すように、２つの可動接点１５の間となる接点片１４に切り込み１４ｆが設けられる。一般に、直流の高電圧を接点装置で開閉する場合、アークをできるだけ短時間で消弧させるためにアーク電圧を接点間電圧以上にまで高める必要がある。そのために、本実施形態では、固定接点５と可動接点１５を２組設けて、アーク電圧を高めている。しかしながら、部品寸法や取り付け精度のばらつきなどが原因で２組の固定接点５と可動接点１５との接点ギャップが異なり、図１３に示すように、一方の接点対のみが接触して他方の接点対が接触しない状態が生じる恐れがある。そのため、各々の接点対がアークにさらされる時間が異なり、接点材料の消耗量や転移量にばらつきが生じて、動作不良となる可能性がある。よって、切り込み１４ｆを設けることで、接点片１４ａの剛性が低下し、可動板１４の移動方向に対して接点片１４ａが撓みやすくなり、従って、上述のように２組の接点対の接点ギャップに差がある場合でも、接点片１４ａの撓みによって、接点ギャップの差を吸収することができる。なお、本実施形態の切り込み１４ｆの寸法は、接点片１４ａの長手方向の中心において、長手方向と直交する方向の一端から中央に達するまでの寸法としている。
切り込み１４ｆを設ける代わりに、図６に示すように、接点板１４ａを２つ設け、それぞれの接点板１４ａが脚片１４ｂを介して支持片１４ｃに連結されるようにしても、接点ギャップの差を吸収することができる。
また、好ましくは、図７に示すように、脚片１４ｂの立ち上がり方向（長手方向）に沿って走る細長い突起１４ｇが、脚片１４ｂに設けられる。突起１４ｇを設けることで、脚片１４ｂの強度が向上し、脚片１４ｂに過度の力が加えられても脚片１４ｂが座屈することがなくなる。
あるいは、図８に示すように、脚片１４ｂと接点片１４ａの両面に接する突起１４ｈを、脚片１４ｂと接点片１４ａの連結部分に設けるのも好ましい。突起１４ｈを設けることで接点片１４ａの脚片１４ｂに対する角度変化を抑えることができる。可動板１４をオーバートラベルさせるときに、接点片１４ａの脚片１４ｂに対する角度が変化すると、接触圧Ｆの方向が固定接点５と可動接点１５の接触面の法線方向からずれてしまう。したがって、突起１４ｈを設けて角度変化を抑えることで、接触圧Ｆの方向と接触面の法線方向がずれなくなり、可動接点１５の横滑りを確実に防止できる。
あるいは、図９に示すように、脚片１４ｂが、２つの可動接点１５の中心を結ぶ線上から立ち上がるようにするのも好ましい。この場合、可動板１４をオーバートラベルさせるときに、接点片１４ａの脚片１４ｂに対する角度が変化しても、可動接点１５の角度の変化量は少なくなる。したがって、接触圧Ｆの方向と接触面の法線方向がずれが少なくなり、可動接点１５の横滑りを確実に防止できる。
図１０に示すように、本実施形態の接点装置は、ベース２とコイルボビン６とストッパー１７とを、同一の材料（絶縁性を有する合成樹脂）により一体成型している。ストッパー１７は、Ｌ字形であり、ベース２の長手方向と直行する方向のフランジ６ｂの両端において、フランジ６ｂの上面からコイルボビン６の軸方向に立ち上がっる縦片１７ａと、縦片１７ａの先端から互いに近づく向きに延びる横片１７ｂとからなる。可動板１４の回転動作は、支持片１４ｃが横片１７ｂの下面に接触することで制限される。ベース２とコイルボビン６とストッパー１７とを一体成型することで、部品点数が削減でき、組立作業の簡略化と、低コスト化が図れる。
また、ベース２には、図１０（ｂ）の左側の側面および上面が開口した凹所２ｃが形成されており、凹所２ｃに消弧箱１６を左側からスライドさせて取り付けることができる。凹所２ｃの底面には２つの突部２ｄが形成されており、また、消弧箱１６の外底面には２つの凹部１６ａが形成されており、突部２ｄと凹部１６ａがそれぞれ凹凸嵌合することで、ベース１に対する消弧箱１６の位置決めが容易に行えるようになっている。
なお、消弧箱１６の高さ、および固定端子４の長さは、固定接点５が消弧箱１６の高さの中心に位置するように設定されている。よって、固定接点５と可動接点１５とが接触した時に、消弧箱１６内の高さ方向のスペースが等しくなり、接点開閉時に発生したアークを引き伸ばすスペースを均等に配分することができる。
本実施形態では、ベース２とコイルボビン６とストッパー１７とを、一体成型したが、図１１に示すように、ベース２と消弧箱１６とを同一の材料（絶縁性を有し且つアークの消弧性に優れた合成樹脂）により一体成型しても良い。この場合、ベース２に図１１（ｂ）の右側の側面および上面が開口した凹所２ｅを形成し、コイルボビン６とストッパー１７との一体成型品を、凹所２ｅにスライドして取り付け、接着剤により固定する。この実施形態でも、部品点数が削減でき、組立作業の簡略化と、低コスト化が図れる。
また別の実施形態として、消弧箱１６およびカバー３の替わりに、固定接点５と可動接点１５の周囲を囲むと共に、駆動機構を覆うようにベースに取り付けられる消弧カバーを設けることもできる。すなわち、ハウジング１を、ベース２と消弧カバーとで構成し、消弧カバーが、消弧箱１６とカバー３とを兼用する。消弧カバーは、絶縁性を有し且つアークの消弧性に優れた合成樹脂により形成される。この実施形態でも、部品点数が削減でき、組立作業の簡略化と、低コスト化が図れる。

Claims (8)

1. 以下の構成を備えた接点装置：
   複数の固定端子、この固定端子はそれぞれ固定接点を有する；
   可動板、この可動板は前記固定接点にそれぞれ接離する複数の可動接点を有する；
   駆動機構、この駆動機構は前記可動接点が前記固定接点と接離するように前記可動板を駆動する；
   ハウジング、このハウジングは前記固定接点および前記可動板および前記駆動機構を収容する；
   前記可動板は、Ｚ字形であり、前記可動接点が固定された接点片と、前記接点片から立ち上がる脚片と、一端が前記脚片と連結され他端が前記駆動機構に固定される支持片とからなり、
   前記駆動機構に駆動された前記可動板が、前記可動接点が前記固定接点に接触するまでの前記可動接点の移動方向に沿って前記可動接点に加える力と、前記可動板をオーバートラベルさせた時に生じる前記支持片の撓みが前記脚片を介して前記可動接点に加える力との合力の方向に、前記固定接点と前記可動接点との接触面の法線方向を一致させた。
2. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記複数の可動接点の間となる前記接点片に切り込みを設けた。
3. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記脚片の立ち上がり方向に沿って走る突起を、前記脚片に設けた。
4. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記脚片と前記接点片の両面に接する突起を、前記脚片と前記接点片の連結部分に設けた。
5. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記接点片は２つの前記可動接点を有し、前記脚片は、前記２つの可動接点の中心を結ぶ線上から立ち上がる。
6. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記駆動機構は、コイルを巻回したコイルボビンを有し、
   前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースを有し、
   前記ベースと前記コイルボビンは、前記可動接点が前記固定接点から離れる方向への前記可動板の移動を制限するストッパーと、同一の材料により一体成型される。
7. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースを有し、
   前記ベースは、前記固定接点および前記可動接点の周囲を囲み固定接点と可動接点との間で発生したアークを抑える消弧箱と、同一の材料により一体成型される。
8. 請求項１に記載の接点装置において、
   前記ハウジングは、前記固定端子が貫通したベースと、
   前記固定接点および前記可動接点の周囲を囲み固定接点と可動接点との間で発生したアークを抑えると共に、前記駆動機構を覆うように前記ベースに取り付けられる消弧カバーとから構成される。

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