WO2017187493A1 - スタータ用電磁スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

　起動回路を内蔵しながらも接点磨耗粉によるリーク電流を防止したスタータ用電磁スイッチ装置を提供する。 起動回路（８）を構成し起動抵抗（２０）と接続され一対の起動回路接点（１４）の一方を一端に配置するコネクタＡ（１５）と、起動回路（８）を構成し一対の主固定接点（１８）の一方と接続され一対の起動回路接点（１４）の他方を一端に配置するコネクタＢ（１６）と、コネクタＡ（１５）とコネクタＢ（１６）を主固定鉄心（１２）から電気的に絶縁する絶縁部材（１７）と、接点室１１ａを封止する弾性部材（１９）を備え、 コネクタＡ（１５）とコネクタＢ（１６）は絶縁部材（１７）と弾性部材（１９）を介して端子台（１１）と主固定鉄心（１２）で挟持される。

Description

スタータ用電磁スイッチ装置

　本発明は、例えば自動車などに搭載されるエンジンを始動するスタータに用いられるスタータ用電磁スイッチ装置に関するものである。

　スタータ用電磁スイッチ装置はスタータのピニオンをリングギヤに噛み合わせる機能と、モータ主電気回路の開閉を行う機能を持っている。
スタータ用電磁スイッチ装置はその２つの機能を発生させるために吸引コイル、保持コイルを有している。この吸引コイルの一端はモータ主電気回路に接続している。
このように接続することで吸引コイルは前記機能であるピニオン噛合動作中と、モータ主電気回路閉路動作中の短時間のみ電流を通電することができる。
その結果、吸引コイルは温度上昇が小さく、通電電流に対して低い耐熱性の材料であっても構成可能としている。

　このように構成されたスタータ用電磁スイッチ装置は、吸引コイルに流れる電流の大きさと時間的変化が、前記２つの機能及びモータが回転を始めるタイミング及びモータの角加速度に互いに影響を及ぼす。
この相互作用があるため、吸引コイルと保持コイルの設計において、この４つの機能すべてを最良の状態とすることは困難である。
これを解決するため、吸引コイルを起動回路に変更し、保持コイルを吸引及び保持の機能を持たせた吸引コイルに変更したスタータ用電磁スイッチ装置が知られている（例えば特許文献１）。
この起動回路とは起動抵抗と起動回路接点を有しているものである。

特許第３９９８７３０号

　しかしながら、上記特許文献１の実施例においては、起動回路接点がモータ主回路の接点と同一空間（接点室）内に存在し、起動回路接点がボディアースされた主固定鉄心と近接している。また起動回路接点を固定するためのネジと主固定鉄心も近接している。
この結果、主固定接点、主可動接点、起動回路接点の接点磨耗粉によって、起動回路接点と主固定鉄心の間にリークパスが生成され、リーク電流が流れるという欠点があった。

　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、起動回路を内蔵しながらも接点磨耗粉によるリーク電流を防止したスタータ用電磁スイッチ装置を提供することを目的とする。

　本発明によるスタータ用電磁スイッチ装置は、モータの主電気回路を構成する一対の主固定接点と、前記モータの起動回路を構成する一対の起動回路接点と、前記一対の主固定接点と前記一対の起動回路接点との間に移動可能に配置され、前記一対の主固定接点間を開閉することで前記モータの主電気回路を開閉し、前記一対の起動回路接点間を開閉することで前記モータの起動回路を開閉する主可動接点と、前記起動回路を構成し前記モータの起動電流が流れる起動抵抗と、前記主可動鉄心を前記一対の主固定接点方向に移動させるための磁界を発生する吸引コイルと、前記吸引コイルの磁界により磁力を発生させる磁気回路を構成する主固定鉄心と、前記主固定接点が固定されるとともに前記可動接点が可動する空間となる接点室を備える端子台と、前記起動抵抗回路を構成し前記起動抵抗と接続され前記一対の起動回路接点の一方を一端に配置するコネクタＡと、前記起動抵抗回路を構成し前記一対の主固定接点の一方と接続され前記一対の起動回路接点の一方を一端に配置するコネクタＢと、前記コネクタＡと前記コネクタＢを前記固定鉄心から電気的に絶縁する絶縁部材と、前記接点室を封止する弾性部材を備え、前記コネクタＡと前記コネクタＢは前記絶縁部材と前記弾性部材を介して前記端子台と前記固定鉄心で挟持されている。

　本発明に係るスタータ用電磁スイッチ装置によれば、コネクタＡとコネクタＢを絶縁部材と弾性部材を介して端子台と主固定鉄心で挟持しているため、一対の起動回路接点を固定するためにネジ等の導電部材を使用する必要がない。
またコネクタＡとコネクタＢと起動回路接点と絶縁部材で接点室を主固定接点側と主固定鉄心側に分離している。これにより、主可動接点、一対の主固定接点、一対の起動回路接点から発生する磨耗粉がアース回路である主固定鉄心と電気的に触れることがない。
よってスタータ用電磁スイッチ装置の作動時に電圧が印加される一対の起動回路接点、コネクタＡ、コネクタＢとアース回路である主固定鉄心の間にリークパスが発生せず、リーク電流が流れることがない。

本発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置を搭載した内燃機関始動装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置の外観図である。 図２のスタータ用電磁スイッチ装置を上から見た上面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線におけるスタータ用電磁スイッチ装置の断面図である。 図２のＶ－Ｖ線における接点室周辺の要部断面図である。 図２のＶＩ－ＶＩ線における接点室周辺の要部断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置におけるコネクタＡ、コネクタＢの接続状態を示した斜視図である。 図７から絶縁部材を取り除いた斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスタータ用電磁スイッチ装置におけるコネクタＡ、コネクタＢの接続状態を示した斜視図である。 図９から弾性部材を取り除いた斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るスタータ用電磁スイッチ装置におけるコネクタＡ、コネクタＢの接続状態を示した斜視図である。 図１１から弾性部材を取り除いた斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るスタータ用電磁スイッチ装置における接点室周辺の要部断面図である。

実施の形態１．
　図１～１３において、スタータ１は補助リレー２、スタータ用電磁スイッチ装置３、モータ４を備えている。スタータ１は自力始動できない内燃機関を回転させる装置である。
補助リレー２はスタータ用電磁スイッチ装置３の作動をＯＮ／ＯＦＦする装置である。
スタータ用電磁スイッチ装置３はスタータ１のピニオンと内燃機関のリングギヤを噛み合わせるとともに、モータ４の主電気回路７を開閉する装置である。モータ４は内燃機関を回転させる動力を発生する装置である。
スタータ１はバッテリ５からの電力で作動する。その作動はキースイッチ６で制御される。
スタータ１の電気回路はモータ４の主電気回路７、起動回路８、吸引保持回路９、補助リレー回路１０からなり、主電気回路７のモータ４を除いた回路がスタータ用電磁スイッチ装置３として構成される。

　ここで、主電気回路７は、モータ４と主固定接点１８を含み、起動回路８は、主可動接点１３、起動回路接点１４、コネクタＡ１５、コネクタＢ１６、起動抵抗２０を含み、吸引保持回路９は吸引コイル２１を備えている。
コネクタＡ１５は、起動抵抗２０と一対の起動回路接点１４の一方の間を接続している。コネクタＢ１６は、一対の起動回路接点１４の他方と、一対の主固定接点１８のモータ４が接続される方の間を接続している。

　次にスタータ用電磁スイッチ装置３の構成について説明する。
スタータ用電磁スイッチ装置３の端子台１１は絶縁材料からなり、円柱形状の一部が径方向に突出した形状で、円柱軸方向一端の突出部に開口部があり、その開口部に補助リレー２を内蔵している。その反対側の他端には接点室１１ａが設けられる。
接点室１１ａは補助リレー２を内蔵する開口部とは軸方向反対側に設けられた開口部と主固定鉄心１２で構成される空間であって、主可動接点１３が可動する空間である共に一対の起動回路接点１４、コネクタＡ１５、コネクタＢ１６、絶縁部材１７を設置する空間である。
接点室１１ａの底部には一対の主固定接点１８が設置され、開口部側には起動回路接点１４、コネクタＡ１５、コネクタＢ１６、絶縁部材１７が設置される。
開口部側に設置したこれらの部品によって接点室１１ａを一対の主固定接点側１１ｂと主固定鉄心側１１ｃに分離している（図４）。

　絶縁部材１７は合成樹脂等の絶縁材料からなりコネクタＡ１５とコネクタＢ１６を一体成型している。絶縁部材１７は端子台１１と主固定鉄心１２で挟持されるが、製造上の寸法バラツキを吸収する目的と、接点室１１ａ内への浸水を防止するため接点室１１ａを封止する目的でクロロプレンゴムなどの弾性部材１９を介して端子台１１と主固定鉄心１２で押圧挟持される（図４）。
また絶縁部材１７は起動抵抗２０と吸引コイル２１が巻回される主巻枠２２の口出し部２２ａ、２２ｂ、２２ｃで位置が決められる（図７）。
その状態でコネクタＡ１５と起動抵抗２０の一端および口出しコネクタ２３と主固定鉄心１２および口出しコネクタ２３と吸引コイル２１の一端が溶接される（図８）。

　なお、スタータ１がアースフロートタイプの場合、口出しコネクタ２３と主固定鉄心１２は溶接されず、必要とされる空間距離と沿面距離を保つように構成される。
また絶縁部材１７は主可動接点１３が衝突した際の荷重および主可動接点１３と一対の起動回路接点１４が引き剥がされる際の荷重を受けられる材料・形状によって製作されるものである。
そして弾性部材１９は浸水を防止するための接触面圧を発生可能な材料・形状によって製作されるものである。
この絶縁部材１７と弾性部材１９は同一金型内で異なる材料を成形（いわゆる２色成型）した一体化された部品でもよい。
よってコネクタＡ１５とコネクタＢ１６は、絶縁部材１７と弾性部材１９のどちらか一方に一体成型すると限られるものではなく、絶縁部材１７と弾性部材１９の中間に成形されるものであっても良い。

　主固定鉄心１２は磁性材料であって、起動抵抗２０と吸引コイル２１の磁界により磁力を発生する磁気回路を構成する。また吸引コイル２１のアース回路でもあり、バッテリ５のマイナス側と電気的に接続される。
主固定鉄心１２には雌ネジ１２ａが設けられ端子台１１をネジ２４を使って固定する（図６）。
なお、スタータ１がアースフロートタイプの場合、主固定鉄心１２は吸引コイル２１のアース回路とはならず、吸引コイル２１とは必要とされる空間距離と沿面距離を保つように構成される。

　一対の起動回路接点１４は同一材料、同一形状の部品を２個使用している。起動回路接点１４の材料は導電材料であって形状は中空リベット形状である。
起動回路接点１４の頭部は主可動接点１３との接触部で、その反対側は中空形状である。この中空部を塑性変形させることで一方はコネクタＡ１５、他方はコネクタＢ１６に固定している（図７，８）。
コネクタＡ１５は導電材料であって起動抵抗２０と一対の起動回路接点１４の一方の間を接続している。
コネクタＢ１６は導電材料であって一対の起動回路接点１４の他方と一対の主固定接点１８のモータ４が接続される方と接続している。

　口出しコネクタ２３は導電材料であって一端が主固定鉄心１２に溶接され、他端が副コイル２５と電気的に接合され、中間部で吸引コイル２１が溶接固定される（図７，８）。
このように接続することで吸引コイル２１の一端と副コイル２５の一端をバッテリ５のマイナス側と電気的に接続している。
なお、可能であれば吸引コイル２１を直接主固定鉄心１２に溶接したり、副コイル２５と溶接すればよく、口出しコネクタ２３を使用しない構成も可能である。
またスタータ１がアースフロートタイプの場合、口出しコネクタ２３と主固定鉄心１２は溶接されず、必要とされる空間距離と沿面距離を保つように構成される。

　起動抵抗２０は導電材料である。必要とされる電気抵抗値と磁界の強さが得られるように鉄鋼材料、非鉄金属材料、電気抵抗材料等から材料を選択し、主巻枠２２に必要とされる巻回回数を巻回する。
起動抵抗２０の一端は一対の副固定接点２８の一方と電気的に接続され、他端は一対の起動回路接点１４の一方と電気的に接続される。

　吸引コイル２１は導電材料であり主巻枠２２に巻回されている。吸引コイル２１の一端は一対の副固定接点２８の一方と電気的に接続され、他端はバッテリ５のマイナス側と電気的に接続される。
副コイル２５は導電材料であり副巻枠２６に巻回される（図５）。副コイル２５の一端はキースイッチ６と電気的に接続され、他端はバッテリ５のマイナス側と電気的に接続される。

　次にスタータ用電磁スイッチ装置３の動作について説明する。
スタータ１はキースイッチ６がＯＮになると補助リレー２の副コイル２５に電流が流れ、その磁力により副可動接点２７が一対の副固定接点２８方向に移動し、一対の副固定接点２８間が副可動接点２７で短絡され、起動回路８と吸引保持回路９にバッテリ５から電流が流れる。

　起動抵抗２０と吸引コイル２１との磁力により主可動接点１３が一対の主固定接点１８方向に移動し始める。
同時にスタータ１のピニオンが内燃機関のリングギヤと噛合い動作を始め、モータ４も起動抵抗２０からの電流で緩やかに回転を始める。

　主可動接点１３が移動し始め、スタータ１のピニオンと内燃機関のリングギヤが噛合い動作を完了させるタイミングの前後で、一対の起動回路接点１４間が開離する。
その結果、起動回路８に電流が流れなくなるが、吸引コイル２１の磁力で主可動接点１３は移動し続ける。
最終的に一対の主固定接点１８間が主可動接点１３で短絡され、モータ４にバッテリ５からの電力が供給されてモータ４が全力で回転し内燃機関を回転させる。

　内燃機関の始動完了等でモータ４の回転を停止させる時は、キースイッチ６をＯＦＦにする。
これにより副コイル２５に電流が流れなくなるので、副可動接点２７は一対の副固定接点２８から離れる方向に移動する。
そして一対の副固定接点２８間の短絡が解除され、吸引コイル２１に電流が流れなくなる。その結果、主可動接点１３は一対の主固定接点１８から離れる方向に移動し、一対の主固定接点１８間の短絡が解除されることで、モータ４に電流が流れなくなる。
また吸引コイル２１に電流が流れなくなると、スタータ１のピニオンと内燃機関のリングギヤの噛合いも外れるので、モータ４、ピニオンともに動作前の静止状態に戻る。

　本発明の実施の形態１に係るスタータ用電磁スイッチ装置は、
モータ４の主電気回路７を構成する一対の主固定接点１８と、
モータ４の起動回路８を構成する一対の起動回路接点１４と、
一対の主固定接点１８と一対の起動回路接点１４との間に移動可能に配置され、一対の主固定接点１８を開閉することでモータ４の主電気回路７を開閉すると共に、
一対の起動回路接点１４間を開閉することでモータ４の起動回路８を開閉する主可動接点１３と、
起動回路８を構成しモータ４の起動電流が流れる起動抵抗２０と、
主可動鉄心を一対の主固定接点方向に移動させるための磁界を発生する吸引コイル２１と、
吸引コイル２１の磁界により磁力を発生させる磁気回路を構成する主固定鉄心１２と、
主固定接点１８が固定されると共に主可動接点１３が可動する空間となる接点室１１ａを備えた端子台１１と、
起動回路８を構成し起動抵抗２０と接続され一対の起動回路接点１４の一方を一端に配置するコネクタＡ１５と、
起動回路８を構成し一対の主固定接点１８の一方と接続され一対の起動回路接点１４の他方を一端に配置するコネクタＢ１６と、
コネクタＡ１５とコネクタＢ１６を主固定鉄心１２から電気的に絶縁する絶縁部材１７と、
接点室１１ａを封止する弾性部材１９を備え、
コネクタＡ１５とコネクタＢ１６は絶縁部材１７と弾性部材１９を介して端子台１１と主固定鉄心１２で挟持されるように構成されている。

　このように構成されたスタータ用電磁スイッチ装置３によれば、コネクタＡ１５とコネクタＢ１６を絶縁部材１７と弾性部材１９を介して端子台１１と主固定鉄心１２で押圧挟持しているため、一対の起動回路接点１４を固定するためにネジ等の導電部材を使用する必要がない。
またコネクタＡ１５とコネクタＢ１６と起動回路接点１４と絶縁部材１７で接点室１１ａを主固定接点側１１ｂと主固定鉄心側１１ｃに分離している。これにより主可動接点１３、一対の主固定接点１８、一対の起動回路接点１４から発生する磨耗粉がアース回路である主固定鉄心１２と電気的に触れることがない。
よってスタータ用電磁スイッチ装置３の作動時に電圧が印加される一対の起動回路接点１４、コネクタＡ１５、コネクタＢ１６とアース回路である主固定鉄心１２の間にリークパスが発生せず、リーク電流が流れることがない。

　また絶縁部材１７とコネクタＡ１５とコネクタＢ１６と口出しコネクタ２３を一体成型することでスタータ用電磁スイッチ装置の組み立て工程数を減らすことが可能になるので製造コストを低減することが可能である。
また補助リレー２を端子台１１に内蔵することで、スタータ１が小型化が可能である。
また補助リレー２とスタータ用電磁スイッチ装置３を電気的に接続する配線もスタータ用電磁スイッチ装置３に内蔵することが可能になるので、スタータ１の小型化が可能である。

実施の形態２．
　次に、実施の形態２によるスタータ用電磁スイッチ装置の構成について説明する。
実施の形態２においては、図９，１０に示すように、実施の形態１で絶縁部材１７と一体成型していたコネクタＡ１５、コネクタＢ１６、口出しコネクタ２３が弾性部材１９を貫通するように構成した。

　このように構成されたスタータ用電磁スイッチ装置３によれば、実施の形態１とまったく同じ効果が得られるが、スタータ用電磁スイッチ装置の組み立てにおいて、弾性部材１９にコネクタＡ１５、コネクタＢ１６、口出しコネクタ２３を組み付ける作業が必要である。
一方、実施の形態１の場合は絶縁部材１７の成形金型内にコネクタＡ１５、コネクタＢ１６をセットする作業が必要である。
実施の形態１，２のどちらが最良の形態であるかは、生産数等の条件によって変わるので、実施の形態２によって選択肢が増え、最良の形態を得ることが可能である。

実施の形態３．
　次に、実施の形態３によるスタータ用電磁スイッチ装置の構成について説明する。
実施の形態３においては、図１１～１３に示すように、実施の形態１でコネクタＡ１５、コネクタＢ１６に固定していた一対の起動回路接点１４をコネクタＡ１５、コネクタＢ１６と同一部材で形成したものである。
コネクタＡ１５、コネクタＢ１６の材料形状は板状であって曲げ、打抜といった板金加工で製作する。
この板金加工時に同じ板金加工機械（順送プレス機）を用いて絞り加工、張出し加工といった加工方法により一対の起動回路接点１４を形成したものである。
なお、ここでは板状の材料、板金加工を使用したが、材料形状は棒材や角材等、加工方法は鍛造加工等、任意の形状、方法を選択可能である。

　このように構成されたスタータ用電磁スイッチ装置３によれば、一対の起動回路接点１４を別工程で製作する必要が無く、一対の起動回路接点１４をコネクタＡ１５、コネクタＢ１６に固定する作業が不要になるため製造コストの低減が可能である。

　なお、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

　１：スタータ、２：補助リレー、３：スタータ用電磁スイッチ装置、４：モータ、５：バッテリ、６：キースイッチ、７：主電気回路、８：起動回路、９：吸引保持回路、１０：補助リレー回路、１１：端子台、１１ａ：接点室、１１ｂ：主固定接点側、１１ｃ：主固定鉄心側、１２：主固定鉄心、１２ａ：雌ネジ、１３：主可動接点、１４：一対の起動回路接点、１５：コネクタＡ、１６：コネクタＢ、１７：絶縁部材、１８：一対の主固定接点、１９：弾性部材、２０：起動抵抗、２１：吸引コイル、２２：主巻枠、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：口出し部、２３：口出しコネクタ、２４：ネジ、２５：副コイル、２６：副巻枠、２７：副可動接点、２８：一対の副固定接点。
　
　

Claims (6)

1. 　モータの主電気回路を構成する一対の主固定接点と、
   前記モータの起動回路を構成する一対の起動回路接点と、
   前記一対の主固定接点と前記一対の起動回路接点との間に移動可能に配置され、前記一対の主固定接点間を開閉することで前記主電気回路を開閉すると共に、前記一対の起動回路接点間を開閉することで前記起動回路を開閉する主可動接点と、
   前記起動回路を構成し前記モータの起動電流が流れる起動抵抗と、
   主可動鉄心を前記一対の主固定接点方向に移動させるための磁界を発生する吸引コイルと、
   前記吸引コイルの磁界により磁力を発生させる磁気回路を構成する主固定鉄心と、
   前記一対の主固定接点が固定されるとともに主可動接点が可動する空間となる接点室を備える端子台と、
   前記起動抵抗回路を構成し前記起動抵抗と接続され前記一対の起動回路接点の一方を一端に配置するコネクタＡと、
   前記起動抵抗回路を構成し前記一対の主固定接点の一方と接続され前記一対の起動回路接点の一方を一端に配置するコネクタＢと、
   前記コネクタＡと前記コネクタＢを主固定鉄心から電気的に絶縁する絶縁部材と、
   前記接点室を封止する弾性部材を備え、
   前記コネクタＡと前記コネクタＢは前記絶縁部材と前記弾性部材を介して前記端子台と前記主固定鉄心で挟持されている
   ことを特徴とするスタータ用電磁スイッチ装置。
2. 　前記コネクタＡと前記コネクタＢの少なくとも一方は、前記絶縁部材と前記弾性部材の少なくとも一方と一体化して構成されたことを特徴とする請求項１に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
3. 　前記コネクタＡと前記コネクタＢの少なくとも一方が、前記弾性部材を貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
4. 　前記起動回路と前記吸引コイルの電流を通電・遮断する補助リレーが前記端子台に内蔵されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
5. 　前記起動回路接点の一方は前記コネクタＡと、前記起動回路接点の他方は前記コネクタＢと同一部材から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。
6. 　前記接点室は、前記コネクタＡと前記コネクタＢと前記起動回路接点と前記絶縁部材で前記主固定接点側と前記主固定鉄心側に分離されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスタータ用電磁スイッチ装置。

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