JP2012038684A - 接点装置及びこれを使用した電磁開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】開極時に固定接触子及び可動接触子間に発生するアークを容易に消弧することができる接点装置及びこれを使用した電磁開閉器を提供する。
【解決手段】絶縁容器４の一面に所定間隔を保って固定され少なくとも先端の接触面が当該絶縁容器内に突出された柱状の一対の固定接触子６ａ，６ｂと、該一対の固定接触子６ａ，６ｂに対して接離可能に配設された可動接触子１１とを備え、前記一対の固定接触子６ａ，６ｂの前記可動接触子１１との対向面が中央部に凹部９ａを有する環状周壁９で構成されている。開極時に環状周壁９と可動接触子１１との間に環状アークを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電流路に介挿された固定接触子及び可動接触子を備えた接点装置及びこれを使用した電磁開閉器に関し、固定接触子及び可動接触子の開極時すなわち電流遮断時に発生するアークを容易に消弧するようにしたものである。

電流路の開閉を行う接点装置として、従来、電磁継電器や電磁接触器などでは、固定接触子及び可動接触子が接触している接点機構の閉成状態から電流を遮断して開成状態とするために可動接触子を固定接触子から離間させる開極時に発生するアークを消弧する接点機構が種々提案されている。
例えば、所定距離だけ離間して配設された一対の固定接触子と、これら一対の固定接触子に接離自在に配設された可動接触子と、可動接触子を駆動する電磁石ブロックとを備え、固定接触子と可動接触子との対向位置の両側面側に対向する封止容器の外側にＵ字状の磁性保持部材が配置され、この磁性保持部材の内側に、アークを磁力で引き伸ばしてアークを消弧し易くするための一対の永久磁石が２組配置された構成を有する電磁継電器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、永久磁石の磁力によってアークを引き伸ばして消弧し易くなるものの、アークを確実に消すためには一対の固定接触子と可動接触子との間のギャップを大きくせざるを得ないという問題点がある。また、封止容器の外側にＵ字状の磁性支持部材とこれに支持された一対の永久磁石が二組必要となり、部品点数が増加し、組立工数が多くなると共に、製造コストも嵩むという問題点もある。

このような問題点を解決するために、可動接触子が接触する固定接触子の可動接触子との接触部を半球状とし、その先端に平坦部分を形成するとともに、この平坦部分と垂直又は平行に永久磁石を埋設して、開極時に生じるアークに対して垂直な磁束を形成してアーク放電を消すようにした密閉型リレー装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−１００５７号公報 特許第３７３３６３７号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、開極時に発生するアークを良好に消弧するためには永久磁石が必要となるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、永久磁石を用いることなく、開極時に固定接触子及び可動接触子間に発生するアークを容易に消弧することができる接点装置及びこれを使用した電磁開閉器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る接点装置は、絶縁容器の一面に所定間隔を保って固定され少なくとも先端の接触面が当該絶縁容器内に突出された柱状の一対の固定接触子と、該一対の固定接触子に対して接離可能に配設された可動接触子とを備え、前記一対の固定接触子の前記可動接触子との対向面が中央部に凹部を有する環状周壁で構成されていることを特徴としている。

この構成によると、柱状の固定接触子の可動接触子との対向面が中央部に凹部を有する環状周壁で構成されているので、固定接触子から可動接触子が離間する開極時に発生するアークが環状周壁の可動接触子との対向面と可動接触子との間で環状に発生し、この環状アークが固定接触子を通る電流による磁界によって円周方向に回転されて冷却を促進することができ、永久磁石を用いることなくアークの消弧が可能となる。

また、本発明の他の形態に係る接点装置は、前記凹部に開極時に発生するアークを前記固定接触子の外側に駆動するアーク消弧用永久磁石が装着されていることを特徴としている。
この構成によると、アーク消弧用永久磁石によって、円周方向に回転するアークを外側に駆動するので、より確実にアークを消弧できる。

また、本発明の他の形態に係る接点装置は、前記アーク消弧用環状永久磁石が、前記可動接触子側がＮ極に着磁されていることを特徴としている。
この構成によると、アーク消弧用永久磁石の可動接触子側がＮ極に着磁されているので、このＮ極から永久磁石の外側を通ってＳ極に至る磁力が形成され、開極時に発生する環状アークをアーク消弧用永久磁石の外側に駆動することができる。

また、本発明の他の形態に係る接点装置は、前記絶縁容器は密閉容器であり、内部にガスが封入されていることを特徴としている。
この構成によると、固定接点及び可動接点がガスを封入した密閉容器内に配置されるので、アークの消去をより確実に行うことができる。
また、本発明の一の形態に係る電磁開閉器は、上記各形態の何れか１つの形態の接点装置を備え、前記可動接触子が操作用電磁石の可動鉄心に連結され、前記固定接触子が外部接続端子に接続されていることを特徴としている。
この構成によると、簡単な構成で開極時に発生するアークを消弧することができる電磁開閉器を提供することができる。

本発明によれば、可動接触子との対向面が中央部に凹部を有する環状周壁で構成されているので、固定接触子から可動接触子が離間する開極時に発生するアークが環状周壁の可動接触子との対向面と可動接触子との間で環状に発生し、この環状アークが固定接触子を通る電流による磁界によって円周方向に回転されて冷却を促進することができ、永久磁石を用いることなくアークを消弧することができるという効果が得られる。
また、凹部内にアークを外側に駆動するアーク消弧用環状永久磁石を配置することにより、より確実にアークの消弧を行うことができる。
また、上記効果を有する接点装置を電磁開閉器に適用することにより、簡易な構成で開極時に発生するアークを消弧することができる電磁接触器、電磁継電器等の電磁開閉器を提供することができる。

本発明を電磁接触器に適用した場合の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明の接点装置を拡大して示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線上の断面図である。 本発明による電磁接触器の分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の接点装置を電磁開閉器としての電磁接触器に適用した場合の一例を示す断面図である。この図１において、１は例えば合成樹脂製の外装ケースである。この外装ケース１は、下端面が開放された有底筒体１ａと、この有底筒体１ａの下端面を閉塞する底板１ｂとで構成されている。
外装ケース１内には、接点機構を配置した接点装置２と、この接点装置２を駆動する電磁石装置としての電磁石ユニット３とが電磁石ユニット３を底板１ｂ上に配置した関係で収納されている。

接点装置２は、図２及び図３とともに参照して明らかなように、略直方体状の下端を開放した上部ケース４ａと下部ケース４ｂとの２分割構造を有する絶縁密閉容器４を有する。この絶縁密閉容器４の上面には、長手方向に所定間隔を保って断面円形の貫通孔５ａ，５ｂが設けられ、これら貫通孔５ａ，５ｂ内に例えば銅製の一対の固定接触子６ａ，６ｂが挿通されて接着剤等によって固定されている。

この固定接触子６ａ，６ｂのそれぞれは、図２（ａ）に示すように、上部側の大径頭部７とこの大径頭部７と同軸的に連接された下部側の小径円柱部８とで構成されている。そして、小径円柱部８の下端面すなわち後述する可動接触子１１との対向面が中央部に断面円形の凹部９ａが形成された環状周壁９で構成されている。そして、環状周壁９を形成する凹部９ａ内に円柱状のアーク消弧用環状永久磁石１０が装着され、接着剤等で固定されている。このアーク消弧用環状永久磁石１０は、後述する可動接触子１１側の下面側がＮ極となり、大径頭部７側がＳ極となるように軸方向に着磁されている。

ここで、アーク消弧用環状永久磁石１０の下端面は、固定接触子６ａ，６ｂの小径円柱部８の下端面より上方側に位置するように配置されているが、小径円柱部８の下面と面一とするようにしてもよく、要は後述するように開極時に発生するアークを環状周壁９の外側に駆動できればよいものであり、下端面の高さ位置が限定されるものではない。
これら固定接触子６ａ，６ｂが小径円柱部８を上部ケース４ａの貫通孔５ａ，５ｂ内に挿通した状態で上部ケース４ａに接着材等によって貫通孔５ａ，５ｂを密封するように固定されている。

また、接点装置２は、固定接触子６ａ，６ｂの小径円柱部８の下端面に短い所定のギャップを隔てて平板状の可動接触子１１が接離可能に対向配置されている。この可動接触子１１は接触子ホルダ１２に接触スプリング１３によって上方に付勢されて装着されている。
接触子ホルダ１２は、下部ケース４ｂに形成された挿通孔１４に挿通されて上下方向に案内され、後述する電磁石ユニット３の可動鉄心に連結されて上下方向に駆動される。
そして、上部ケース４ａ及び下部ケース４ｂで構成される絶縁密閉容器４内にガスが封入されている。
さらに、固定接触子６ａ，６ｂの大径頭部７には外部接続端子板１５ａ，１５ｂがビス止めされている。

電磁石ユニット３は、図１及び図３に示すように、側面から見てＵ字形状の磁気ヨーク２１を有し、この磁気ヨーク２１の底板部２１ａの中央部に下端を開放した円筒部２１ｂが形成されている。この磁気ヨーク２１の上面側が上面磁気ヨーク２２によって連接されている。
磁気ヨーク２１の円筒部２１ｂの外周面には励磁コイル２３を巻装したコイルホルダ２４が装着され、円筒部２１ｂの内周面には可動鉄心２５を摺動可能に内装した有底円筒状のキャップ２６が配設されている。このキャップ２６の底面には、可動鉄心２５の底面と接触して可動鉄心２５の下降時の衝撃を吸収するゴム座２７が配設されている。

可動鉄心２５には、中心部に連結軸２８が嵌合され、この連結軸２８の頭部が上面磁気ヨーク２２に形成された貫通孔２９を通じて上方に延長され、接触子ホルダ１２に連結されている。
また、可動鉄心２５の連結軸２８の周囲にスプリング挿通孔３０が形成され、このスプリング挿通孔３０と上面磁気ヨーク２２との間に可動鉄心２５を下方に付勢する復帰スプリング３１が装着されている。
また、絶縁密閉容器４と上面磁気ヨーク２２とが接合部材３２によって接合されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、外部接続端子板１５ａが例えば大電流を供給する電力供給源に接続し、外部接続端子板１５ｂが負荷に接続されているものとする。
この状態で、電磁石ユニット３における励磁コイル２３が非通電状態にあって、電磁石ユニット３で可動鉄心２５を可動させる励磁力を発生していないものとする。この状態では、可動鉄心２５が復帰スプリング３１によって、上面磁気ヨーク２２から離れる下方向に付勢されて、ゴム座２７に当接した状態となる。このため、可動鉄心２５に連結軸２８を介して連結された接触子ホルダ１２に支持された可動接触子１１は、固定接触子６ａ，６ｂの小径円柱部８の下端面から所定の短いギャップを挟んで対向しており、接点装置２が開成状態となっている。

この接点装置２の開成状態から、電磁石ユニット３の励磁コイル２３に電圧を印加すると、この電磁石ユニット３で励磁力を発生させて、可動鉄心２５を復帰スプリング３１に抗して上方に押し上げる。これに応じて、可動鉄心２５に連結軸２８を介して連結されている接触子ホルダ１２が上方に移動し、可動接触子１１が固定接触子６ａ，６ｂの小径円柱部８の底面に接触スプリング１３の接触圧で接触する。
このため、外部電力供給源の大電流ｉが外部接続端子板１５ａ、固定接触子６ａ、可動接触子１１、固定接触子６ｂ及び外部接続端子板１５ｂを通じて負荷に供給される閉成状態となる。
この接点装置２の閉成状態から、負荷への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット３の励磁コイル２３への電圧印加を停止する。

これによって、電磁石ユニット３で可動鉄心２５を上方に移動させる励磁力がなくなることにより、可動鉄心２５が復帰スプリング３１の付勢力によって下降する。この可動鉄心２５が下降することにより、連結軸２８を介して連結された接触子ホルダ１２が下降し、これに応じて接触スプリング１３で接触圧を与えている間は可動接触子１１が固定接触子６ａ，６ｂに接触している。その後、接触スプリング１３の接触圧がなくなった時点で可動接触子１１が固定接触子６ａ，６ｂから下方に離間する開極開始状態となる。

この開極開始状態となると、固定接触子６ａ，６ｂと可動接触子１１との間にアークが発生する。このとき、固定接触子６ａ，６ｂの可動接触子１１との接触面が中央部に凹部９ａを形成した環状周壁９で構成されているので、開極時に形成されるアークが環状に形成される。さらに、固定接触子６ａには、下向きに大電流が流れているので、自己電流経路の磁界によって、図２（ｂ）に示すように、反時計方向の磁束φ１が発生し、この磁束φ１によってアークが円周方向に回転されて冷却（エネルギの吸収）が促進される。

しかも、固定接触子６ａ，６ｂの可動接触子１１との対向面に形成された凹部９ａ内に円柱状のアーク消弧用永久磁石１０が固定され、このアーク消弧用永久磁石１０は、可動接触子１１側となる下端側がＮ極に、上端側がＳ極に着磁されている。このため、図２（ａ）に示すように、アーク消弧用永久磁石１０の下端のＮ極からアーク消弧用永久磁石１０の外側を通って上端のＳ極に至る磁束φ２が形成されている。したがって、アークは、アーク消弧用永久磁石１０の磁束φ２と固定接触子６ａ，６ｂを流れる電流とによって、フレミングの左手の法則にしたがってアーク消弧用永久磁石１０の外側に駆動されることになり、アークの消弧をより短時間で確実に行うことができる。

このように、上記実施形態によると、固定接触子６ａ，６ｂの可動接触子１１との対向面に中央部に凹部９ａを形成した環状周壁９を形成したので、固定接触子６ａ，６ｂから可動接触子１１が離れる開極時に発生するアークが環状となり、この環状アークが固定接触子６ａ，６ｂを通る電流による磁束φ１によって円周方向に回転されるので、アークの冷却（エネルギ吸収）を促進して、アーク消弧用永久磁石１０を設けなくてもアークの消弧を確実に行うことができる。

さらに、凹部９ａ内にアーク消弧用永久磁石１０を配置することにより、アークの消弧をより短時間で確実に行うことができる。この場合、アーク消弧用永久磁石１０を凹部９ａ内に配置して接着剤等で固定するだけでよく、固定接触子６ａ，６ｂへのアーク消弧用永久磁石１０の装着を容易に行うことができる。また、凹部９ａ自体を例えば切削によって固定接触子６ａ，６ｂの中心軸と同軸的に形成することができるので、アーク消弧用永久磁石１０も固定接触子６ａ，６ｂの中心軸と同軸的に正確に配置することができる。

さらに、アークの消弧が的確に行われることにより、固定接触子６ａ，６ｂと可動接触子１１との間のギャップを狭くすることが可能となり、電流を遮断する開極時間を短縮することができる。
なお、上記実施形態においては、固定接触子６ａ，６ｂを大径頭部７と小径円柱部８とで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、固定接触子６ａ，６ｂの全体を円柱状に形成するようにしてもよい。

また、固定接触子６ａ，６ｂの小径円柱部８の断面形状は円形に限定されるものではなく、楕円形、方形等の任意の断面形状とすることができ、これに応じて凹部９ａやアーク消弧用永久磁石１０の断面形状も同一形状に変更するようにすればよい。
さらに、上記実施形態においては、固定接触子６ａ，６ｂの凹部９ａ内にアーク消弧用永久磁石１０を配置した場合について説明したか、このアーク消弧用永久磁石１０を省略するようにしても、十分なアーク消弧性能を得ることができる。

さらに、上記実施形態においては、消弧室となる絶縁密閉容器４にガスを封入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ガスの封入を省略するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、可動接触子１１の形状が平板状に形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、可動接触子１１の固定接触子６ａ，６ｂに対向する接点部間の中央部を凹状又は凸状に形成するようにしてもよい。
さらに、電磁石ユニット３の構成も上記実施形態に限定されるものではなく、接触子ホルダ１２を電磁力で可動させることができれば任意の構成を適用することができる。
さらに、上記実施形態においては、本発明の接点装置２を電磁接触器に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電磁継電器や他の電磁開閉器を含む任意の開閉器に適用することができる。

１…外装ケース、２…接点装置、３…電磁石ユニット、４…絶縁密閉容器、４ａ…上部ケース、４ｂ…下部ケース、６ａ，６ｂ…固定接触子、７…大径頭部、８…小径円柱部、９ａ…凹部、１０…アーク消弧用永久磁石、１１…可動接触子、１２…接触子ホルダ、１３…接触スプリング、１５ａ，１５ｂ…外部接続端子板、２１…磁気ヨーク、２２…上面磁気ヨーク、２３…励磁コイル、２４…コイルホルダ、２５…可動鉄心、２６…キャップ、２８…連結軸、３１…復帰スプリング

Claims (5)

1. 絶縁容器の一面に所定間隔を保って固定され少なくとも先端の接触面が当該絶縁容器内に突出された柱状の一対の固定接触子と、
   該一対の固定接触子に対して接離可能に配設された可動接触子とを備え、
   前記一対の固定接触子の前記可動接触子との対向面が中央部に凹部を有する環状周壁で構成されていることを特徴とする接点装置。
2. 前記凹部に開極時に発生するアークを前記固定接触子の外側に駆動するアーク消弧用永久磁石が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の接点装置。
3. 前記アーク消弧用永久磁石は、前記可動接触子側がＮ極に着磁されていることを特徴とする請求項２に記載の接点装置。
4. 前記絶縁容器は密閉容器であり、内部にガスが封入されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の接点装置。
5. 前記請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の接点装置を備え、前記可動接触子が電磁石装置の可動鉄心に連結され、前記固定接触子が外部接続端子に接続されていることを特徴とする電磁開閉器。

Images