WO2022024565A1 - 電磁開閉器の製造方法および電磁開閉器 - Google Patents

Abstract

電磁石（１）の第一固定鉄心（５Ａ）と第二固定鉄心（５Ｂ）に対向した可動鉄心（４）上に非磁性スペーサ（７Ａ）、（７Ｂ）が設けられた電磁開閉器（１００）の製造方法であって、非磁性スペーサ（７Ａ）、（７Ｂ）は位置決め機構（１９）によって可動鉄心（４）の予め定められた位置に設置され、非磁性スペーサ（７Ａ）、（７Ｂ）に設けられた突起（７Ｄ）が、可動鉄心（４）に加圧溶接が行われ、可動鉄心（４）に非磁性スペーサ（７Ａ）、（７Ｂ）を固着させるものである。

Description

電磁開閉器の製造方法および電磁開閉器

　本願は、電磁開閉器の製造方法および電磁開閉器に関するものである。

　従来、コイルの通電ＯＮによって可動鉄心を固定鉄心に吸着させ、通電ＯＦＦにより離間させる電磁石であって、可動鉄心または固定鉄心の一方の接触面上に非磁性体薄板の溶着層を形成し、加熱溶接する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５８－４６４１２号公報

　上記特許文献１には、可動鉄心または固定鉄心の少なくとも一方の接触面上に一面に溶着材層を形成した残留磁気防止用の非磁性体薄板を還元雰囲気の炉中にて加熱し、銀ロウ付けした電磁石が示されている。近年電磁開閉器の大容量化に伴い、電磁石の開閉能力を大きくする要請、すなわち大寸法の鉄心の採用が検討されているが、大寸法の電磁石鉄心に残留磁気防止用の大寸法非磁性体薄板を銀ロウ付けする技術は、銀ロウ材の融点以上に鉄心を加熱するのに要する加熱時間が長くなり、生産性が低下するという点、低融点の銀ロウ材を使用しようとすると価格が高く製品コスト上昇の一因となる点から、上記要請に対して、特許文献１に示された技術を適用するには問題点がある。

　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、生産性の向上、製造コストの削減を可能とした電磁開閉器の製造方法および電磁開閉器を提供することを目的とする。

　本願に開示される電磁開閉器の製造方法は、電磁石の第一固定鉄心と第二固定鉄心に対向した可動鉄心上に非磁性スペーサが設けられた電磁開閉器の製造方法であって、前記非磁性スペーサは位置決め機構によって前記可動鉄心の予め定められた位置に設置され、前記非磁性スペーサに設けられた突起が、前記可動鉄心に加圧溶接が行われ、前記可動鉄心に前記非磁性スペーサを固着させるものである。
　また、本願に開示される電磁開閉器は、電磁石の第一固定鉄心と第二固定鉄心に対向し、可動鉄心上に非磁性スペーサが設けられた電磁開閉器であって、前記非磁性スペーサが非磁性ビス止めで前記可動鉄心に固着されているものである。

　本願に開示される電磁開閉器の製造方法は、上記のような製造方法を採用しているので、生産性が向上した低価格の電磁開閉器となり、また本願に開示される電磁開閉器も同様の効果を奏する。

実施の形態１による電磁開閉器の正面図を示す図である。 実施の形態１による電磁開閉器の電磁石部を示す図である。 実施の形態１による電磁開閉器の電磁石部を示す図である。 実施の形態１による電磁開閉器の電磁石部を示す図である。 実施の形態１による電磁石の可動鉄心とスペーサの加圧溶接前を示す図である。 実施の形態１による電磁石の可動鉄心とスペーサの加圧溶接時の状態を示す図である。 実施の形態１による位置決め機構にスペーサを挿入した状態を示す図である。 実施の形態１による位置決め機構にスペーサを挿入した状態を示す図である。 実施の形態１による他の位置決め機構を示す図である。 図１０Ａおよび図１０Ｂは実施の形態１によるスペーサを示す図である。 実施の形態１による位置決め機構の開口部におけるスペーサとの位置関係を示す図である。 実施の形態１による位置決め機構に位置決めブロックを配置した状態を示す図である。 実施の形態１による位置決めブロックを示す図である。 実施の形態２による位置決めブロックを位置決め機構に配置した状態を示す図である。 実施の形態２による位置決めブロックを示す図である。 実施の形態３による位置決めブロックを位置決め機構に配置した状態を示す図である。 実施の形態３による位置決めブロックを位置決め機構に配置した状態を示す図である。 実施の形態３による位置決めブロックを示す図である。 実施の形態４によるスペーサの固定状態を示す図である。

実施の形態１．
　実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は電磁開閉器１００を示す正面図である。電磁開閉器１００は、主な要素である電磁石１と固定接点２と可動接点３によって構成され、電磁石１の動作によって固定接点２に対して、可動接点３を開閉させる。図２、図３、図４は電磁石１のみを示す図であり、図２は図３のＡ－Ａ矢視、図４は図３のＤ矢視を示す図である。この電磁石１は、可動鉄心４と、第一固定鉄心５Ａおよび第二固定鉄心５Ｂと、第一および第二固定鉄心５Ａ、５Ｂにそれぞれ巻回され、可動鉄心４を第一および第二固定鉄心５Ａ、５Ｂに対して接離可能に駆動するコイル６Ａ、コイル６Ｂとを備える。尚、以下の説明で単に固定鉄心５と記述した場合は、第一固定鉄心５Ａ、第二固定鉄心５Ｂの双方を指し、同様にコイル６はコイル６Ａ、コイル６Ｂの双方を指すものとする。

　可動鉄心４の固定鉄心５に対向する面であって、図３、図４に示すように長手方向であるＺ軸方向に１個のスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂが設けられている。以下、単にスペーサ７と記述した場合は、スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂの双方を指すものである。このスペーサ７は、電磁石１のコイル６への通電がＯＦＦとされた後に、可動鉄心４と固定鉄心５の残留磁気を防止する。図１に示すように、第一固定鉄心５Ａにはコイル６Ａが、第二固定鉄心５Ｂにはコイル６Ｂが設けられたものが２個セットで、ベース板８に設けられる。
　コイル６に通電されると、例えば図１に示すような経路で磁束Φの流れが発生する。このような磁路が形成されると、可動鉄心４が固定鉄心５に吸引される。そして、可動鉄心４と絶縁材よりなる支持機構９に保持された可動接点３が、可動鉄心４の駆動に連動して絶縁材よりなる上ハウジング１０に設けられた固定接点２と接触することで、図示省略した電気回路を閉じる。尚、上記絶縁材の材質はＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ　Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ　Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　Ｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ　Ｂｕｔｙｌｅｎｅ　Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）樹脂、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂等の樹脂が用いられる。

　コイル６への通電がＯＦＦされると、磁束Φが消滅する。スペーサ７が設けられている部分は、磁気回路上ではエアギャップと同等とみなされるので、可動鉄心４、固定鉄心５の保磁力を超えて、前記両鉄心に逆磁界が印加され、残留磁束がほぼゼロとなる。そして、可動鉄心４を固定支持する支持機構９に設けられたバネ１１が、可動鉄心４を上方に押し上げることにより、可動鉄心４、支持機構９を介して一体的に設けられた可動接点３が、固定接点２から離れることになり、電気回路が開かれる。このように、コイル６への通電のＯＮ／ＯＦＦによって、可動鉄心４の動作を介して可動接点３と固定接点２間の回路が開閉される。

　次に、可動鉄心４の面上にスペーサ７を設けるための加圧溶接方法について述べる。図５は専用工具を用い可動鉄心４にスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを設置した加圧溶接前の状態を示す図である。図６は、加圧溶接時の状態を示す図である。図５、図６において上部電極１３、与圧バネ１４、可動電極１５、下部電極１６、荷重受け１８、上プラテン２０、下プラテン２１は、溶接機構をなす専用工具である。スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂは、図５で後述する位置決め機構１９に挿入、保持されて、可動鉄心４の面上の予め定められた位置になるよう下部電極１６上に配置されている。尚、図５、図６では、スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを２個並べて同時に加圧溶接する状態を示しているが、２個同時でなく図９に示す１個のスペーサすなわちスペーサ７Ａまたはスペーサ７Ｂを保持する位置決め機構１９Ｎを用い、例えばスペーサ７Ａの加圧溶接後にスペーサ７Ｂの加圧溶接を行ってもよい。

　以下、スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを２個並べた状態を例として、スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂの加圧溶接方法を説明する。図７は図６のＢ－Ｂ矢視図であり、位置決め機構１９に２個のスペーサ７すなわちスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを挿入、配置した状態を示す図である。図８は図７のＣ－Ｃ断面を示す図である。図９は、１個分のスペーサを挿入、配置する位置決め機構１９Ｎを示す図である。図７、図８に示すように、位置決め機構１９には、円形状のスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを所定の位置に保持する半円状の溝壁１９Ａと、この溝壁１９Ａにつながるテーパ１９Ｂによって開口部１９Ｃが設けられている。非磁性材で薄板円形状のスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂは、図７、図８、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように押し出して形成された突起７Ｄが、スペーサ７Ａおよび７Ｂの中心の回りに９０°毎に４箇所設けられている。この箇所数は、１箇所以上任意の複数個でもよい。前述した可動鉄心４はスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂ上に接触して配置される。これにより、図５に示す加圧溶接前の状態となる。尚、図１０Ｂは図１０ＡのＦ－Ｆ断面を示す。

　図５において図示省略した空圧シリンダの加圧力を伝達する上プラテン２０の下部に、上部電極１３が設けられている。この上部電極１３の下部に与圧バネ１４を介して可動電極１５が設けられている。尚、可動電極１５は上部電極１３と電気的に接続されている。上部電極１３に固定されたネジ（図示省略）により可動電極１５と与圧バネ１４を締め付け、与圧バネ１４に与圧を与えている。可動電極１５の下部に下部電極１６が対向して設けられ、下部電極１６の上面には絶縁材の荷重受け１８、位置決め機構１９が取り付けられている。図６に示すように、上部電極１３と下部電極１６に図示省略した電源から可動電極１５に通電するとともに、図示省略した空圧シリンダを介し、加圧を行う。この加圧、通電によりスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂの突起７Ｄには通電に伴う加熱が集中し、突起７Ｄおよび接触する可動鉄心４の一部分を溶融することで溶接がなされる。尚、加圧は空圧シリンダの例を示したが、油圧、電磁他の加圧源を用いてもよい。

　図１１は、図７のＥ矢視による位置決め機構１９の開口部１９Ｃを示す概念図であり、スペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂは、その両側面および上面が所定のクリアランスＣを有して開口部１９Ｃに挿入され、図７、図８に示すテーパ１９Ｂに案内されて予め定められた位置の溝壁１９Ａに配置されるので、スペーサ７の挿入誤りを防止するとともに作業性を向上させている。尚、図８は図７のＥ矢視図である。

　また、図１２に示すように、位置決め機構１９の溝壁１９Ａには、図１３に示すような位置決めブロック１７を配置可能とする構成を有してもよい。
　図１２において、位置決め機構１９の溝壁１９Ａは、位置決め機構１９の水平面の一点Ｏを中心として約１８０度に渡って円弧状に形成されている。そして、位置決めブロック１７は、Ｌ字形状の断面を有し、溝壁１９Ａの円弧中心Ｏを中心として前記Ｌ字形状の断面を約１８０度に渡って水平面上を回転させて形成される形状となっている。すなわち、位置決めブロック１７は、側面が溝壁１９Ａに接する半円弧状の溝壁側半円弧部１７Ａと、溝壁側半円弧部１７Ａの溝壁１９Ａとは反対側の内径側の面から内径側に突出して、その鉛直方向高さが溝壁側半円弧部１７Ａよりも小さいスペーサ側半円弧部１７Ｂとを有する。
　溝壁側半円弧部１７Ａが溝壁１９Ａと接し、スペーサ側半円弧部１７Ｂの内径側の面が、スペーサ７の側面と接することによって、スペーサ７が位置決め機構１９に対して位置決めされる。また、溝壁側半円弧部１７Ａの底面と、スペーサ側半円弧部１７Ｂの底面とは、同一の面となっており、下部電極１６の水平面に接するようになっている。位置決めブロック１７の溝壁側半円弧部１７Ａの内周側の側面の内径は、位置決め機構１９の溝壁１９Ａの内径より小さく、また、位置決めブロック１７のスペーサ側半円弧部１７Ｂの高さは、スペーサ７の高さより小さくなっている。
　これらの構成によって、可動鉄心４が加圧されて可動鉄心４が位置決めブロック１７の溝壁側半円弧部１７Ａの上面よりも下方に移動した際に位置決めブロック１７と可動鉄心４が接触せず、可動鉄心４とスペーサ７が所定の位置で、すなわち位置決め機構１９に対して可動鉄心４とスペーサ７とが位置決めされ、加圧密着される効果が得られる。
　位置決めブロック１７は、絶縁材、例えばガラスエポキシ材とする。このような構成は、スペーサ７の材質、寸法、電極の面積が異なるような場合であっても位置決め機構１９あるいは位置決めブロック１７の変更のみで対応可となり、余分な専用工具の準備を必要としない。

　尚、スペーサ７の材質は、ステンレス、銅、黄銅、アルミ等のいずれの非磁性材であってもよく、また平面形状は円形以外に矩形、長方形等であってもよい。

　このように、スペーサ７が位置決め機構１９によって可動鉄心４の面上の予め定められた位置に容易に配置されて加圧溶接されるので、スペーサ７または可動鉄心４に特別の位置決め用の加工を施す必要がなく、製造コストを抑制できるという効果がある。

実施の形態２．
　次に、実施の形態２による電磁開閉器１００の製造方法を図に基づいて説明する。図１４はスペーサ７の位置決め機構１９に断面形状逆Ｌ字形の位置決めブロック１７Ｍを配置したものである。また、図１５はスペーサ７の位置決め機構１９に位置決めブロック１７Ｍ、絶縁位置決めブロック１７Ｓを配置した状態を示す図である。位置決めブロック１７Ｍは、前記図１３に示した位置決めブロック１７と同様の形状を有する。一方、絶縁位置決めブロック１７Ｓは例えばガラスエポキシ等の絶縁材で、平面形状は後述する図１８と同様の断面形状方形である。このような位置決めブロック１７Ｍを採用することで耐摩耗性が向上する。尚、絶縁位置決めブロック１７Ｓは下部電極１６に設けられた溝１６Ａに挿入されており、加圧溶接時、下部電極１６への電流の漏れを防止する機能を有している。

実施の形態３．
　実施の形態３による電磁開閉器１００の製造方法を図に基づいて説明する。図１６は、位置決め機構１９に位置決めブロック１７Ｍと、下部電極１６に溝１６Ａを設けるとともに圧縮バネ２３を配置したものである。尚、図１６は加圧溶接前の状態、図１７は加圧溶接時の状態を示す図である。位置決めブロック１７Ｍは、図１８に示す如く断面寸法がほぼ正方形状であり、この形状によってスペーサ７との接触面が大きい。従って、スペーサ７の面内に歪みを有している場合であっても、図１６の状態から図１７に示す圧縮バネ２３が圧縮された加圧溶接時に到るまでスペーサ７を予め定められた位置に保持可能である。

実施の形態４．
　実施の形態１～実施の形態３の加圧溶接に代替し、スペーサ７を可動鉄心４の面に固着させるのに、図１９に示すように非磁性のネジ２２でスペーサ７Ａ、スペーサ７Ｂを可動鉄心４に固着したものである。このような構成を採用することで低コストの電磁開閉器１００を提供できるという効果がある。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１　電磁石、４　可動鉄心、５　固定鉄心、５Ａ　第一固定鉄心、５Ｂ　第二固定鉄心、７，７Ａ，７Ｂ　スペーサ、１３　上部電極、１５　可動電極、１６　下部電極、１７　位置決めブロック、１９　位置決め機構、２２　止めネジ、１００　電磁開閉器。

Claims (14)

1. 電磁石の第一固定鉄心と第二固定鉄心に対向した可動鉄心上に非磁性スペーサが設けられた電磁開閉器の製造方法であって、前記非磁性スペーサは位置決め機構によって前記可動鉄心の予め定められた位置に設置され、前記非磁性スペーサに設けられた突起が、前記可動鉄心に加圧溶接が行われ、前記可動鉄心に前記非磁性スペーサを固着させる電磁開閉器の製造方法。
2. 前記非磁性スペーサの突起は、複数個設けられている請求項１に記載の電磁開閉器の製造方法。
3. 前記非磁性スペーサは、前記可動鉄心の長手方向に１個設けられている請求項１または請求項２に記載の電磁開閉器の製造方法。
4. 前記非磁性スペーサは、前記可動鉄心の長手方向に複数個設けられている請求項１または請求項２に記載の電磁開閉器の製造方法。
5. 前記加圧溶接は、前記第一固定鉄心および前記第二固定鉄心に対向する前記非磁性スペーサ毎に行われる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁開閉器の製造方法。
6. 前記加圧溶接は、前記複数個の前記非磁性スペーサに対して同時に行われる請求項４に記載の電磁開閉器の製造方法。
7. 前記加圧溶接は、下部電極上に前記非磁性スペーサ、前記可動鉄心の順に重ねて配置し、前記可動鉄心に対向して配置されて、与圧バネ、上部電極を介して設置された上プラテンを介して前記可動鉄心を加圧するとともに、前記上部電極および前記下部電極間に通電することによって行われる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電磁開閉器の製造方法。
8. 前記位置決め機構に設けられた溝壁と、前記非磁性スペーサとの間に、位置決めブロックが設けられて前記加圧溶接が行われる請求項１に記載の電磁開閉器の製造方法。
9. 前記位置決めブロックは、断面形状が逆Ｌ字状をなし、前記非磁性スペーサと接するようにして行われる請求項８に記載の電磁開閉器の製造方法。
10. 前記位置決めブロックの下部に配置された絶縁位置決めブロックが、前記位置決めブロックの下部に設けられた溝に挿入されて前記加圧溶接が行われる請求項８に記載の電磁開閉器の製造方法。
11. 前記位置決めブロックは、断面形状が方形状であるとともに、前記位置決めブロックの下部に設けられた溝に挿入された圧縮バネに接して配置され前記加圧溶接が行われる請求項８に記載の電磁開閉器の製造方法。
12. 前記非磁性スペーサは、ステンレス、銅、黄銅、アルミのいずれかとする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電磁開閉器の製造方法。
13. 電磁石の第一固定鉄心と第二固定鉄心に対向し、可動鉄心上に非磁性スペーサが設けられた電磁開閉器であって、前記非磁性スペーサが非磁性のネジで前記可動鉄心に固着されている電磁開閉器。
14. 前記非磁性スペーサは、ステンレス、銅、黄銅、アルミのいずれかとする請求項１３に記載の電磁開閉器。

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