JP2018170241A - 電磁継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】接点箇所の接触抵抗を低く維持しつつ、且つ接点接触時の静音化を実現して高性能の電磁継電器を提供する。【解決手段】電磁継電器は、電磁石と、電磁石に引寄せられて移動する接極子とを有する電磁部と、可動接点と固定接点とを備え、接極子の移動に伴って可動接点と固定接点とを電気的に接触又は離間させる接点部とを有し、接点部は、多孔質金属部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁継電器に関する。

電気回路の電気的な接続および切断を行う装置として、電磁継電器が知られている。電磁継電器は、電磁石と、電磁石に対向する接極子と、接極子に連結され、接点を含む電極とを備える可動接点と、可動接点の接点と接触可能な接点を含む固定接点とを有している。電磁継電器は、コイルに通電すると接極子が電磁石に吸引されて移動し、可動接点が固定接点へ移動して接点同士を電気的に接触させたり離したりする。

電磁継電器の性能は、通電から接点接触までの動作時間が早いことが重要である。そのため可動接点を高速で移動させ動作時間を早くしているが、固定接点に大きなエネルギーを持って衝突させることで、接点接触時に衝撃音や振動を発生させてしまう。更に、発生した振動が基板などの外部に伝わって更に大きな振動音を生じさせる要因となってしまう。

近年、自動車には数多くの電磁継電器が利用されているが、自動車の搭載に伴う厳しい要求が課せられている。その一つに静音化の要求がある。

特許文献１の電磁継電器は、可動接点と固定接点を制振材料で形成することにより接点接触時の衝撃及び振動を抑制している。

特開２００４−３１１２９３号公報

可動接点と固定接点が通常使用される貴金属材料とは異なる制振材料で構成されている場合、接点箇所が酸化する可能性がある。接点に酸化物などが存在すると接点箇所の接触抵抗が大きくなり、導通しないなどの不具合が生じる虞がある。そのため、電磁継電器では接点箇所の接触抵抗を低くすることが望まれる。

本発明は、上記課題に鑑み、接点箇所の接触抵抗を低く維持しつつ、且つ接点接触時の静音化を実現して高性能の電磁継電器を提供することにある。

本発明は、
電磁石と、前記電磁石に引寄せられて移動する接極子とを有する電磁部と、
可動接点と固定接点とを備え、前記接極子の移動に伴って前記可動接点と前記固定接点とを電気的に接触又は離間させる接点部とを有し、
前記接点部は、多孔質金属部を有する。

開示の技術によれば、接点箇所の接触抵抗を低く維持しつつ、且つ接点接触時の静音化を実現して高性能の電磁継電器を提供できる。

ケースを取り外した第１の実施形態に係る電磁継電器の概略正面図である。 接点部の接点箇所Ｇの構成を説明する部分拡大図である。 第２の実施形態に係る多孔質金属部を例示する部分拡大説明図である。 第３の実施形態に係る接点部に設けられた孔部の部分拡大説明図である。 第１の実施形態に係る電磁継電器の変形例を説明する部分分解斜視図である。 図５に示す変形例の作成手順を説明する図である。

以下、図面を参照して、実施の形態による電磁継電器について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［第１の実施形態］
第１の実施形態による電磁継電器１は、電磁部２と接点部３とを含む。

電磁部２は、コイルおよび鉄芯が樹脂により覆われた電磁石２１を備え、コイルに通電することにより磁力を発生する。電磁石２１は、コイルの通電を停止することにより磁力の発生を停止する。

電磁継電器１は、電気的な絶縁性を有する樹脂にて形成され、支持部１１を有するベース部材１０を備える。電磁石２１は、ベース部材１０に載置され支持部１１により支持されている。電磁石２１のコイルは、コイル端子４３，４４に接続されている。

電磁部２は、鉄などの磁性材料により板状に形成され、電磁石２１に引き寄せられる接極子２２を有する。接極子２２は、一方の端部が板ばね２３に固定されている。板ばね２３は、ベース部材１０に固定されている。板ばね２３は弾性を有し、接極子２２を電磁石２１から離す方向へ付勢する。

接点部３は、可動接点３１ａを有する可動ばね３１を備える。可動ばね３１は、導電性を有する銅系の材料で板状に形成され、弾性を有する。可動ばね３１は、端部３１ｂがベース部材１０に固定されている。可動ばね３１は、外部の電気回路に接続される可動側端子４２に接続されている。

接点部３は、固定接点３２ａを有する固定板としての固定ばね３２を備える。固定ばね３２は、導電性を有する銅系の材料で板状に形成されている。固定ばね３２は、可動ばね３１に対向するようにベース部材１０に固定されている。可動接点３１ａと固定接点３２ａとは、互いに対向するように配置されている。固定ばね３２は、外部の電気回路に接続される固定側端子４１に接続されている。

接点部３は、接極子２２の動作を可動ばね３１に伝達する連結部材としてカード３３を備える。カード３３は、接極子２２および可動ばね３１に係合され、接極子２２の板ばね２３が配置されている一方の端部と反対側の端部に連結されている。カード３３は、ケースの内部において、矢印Ｙ２に示す向きおよびその反対向きに移動可能に形成されている。カード３３は、接極子２２の動作を可動ばね３１に伝達する。

電磁石２１のコイルに通電していない場合には、接極子２２は、板ばね２３の付勢力により電磁石２１から離間している。このときに、可動ばね３１は固定ばね３２から離れた状態になり、可動接点３１ａは固定接点３２ａから離れ電気的に切断された状態になる
電磁石２１のコイルに通電した場合には、電磁石２１の鉄芯の周りに磁界が発生し、矢印Ｙ３に示すように、接極子２２が電磁石２１に引き寄せられる。接極子２２がカード３３を押圧することにより、カード３３は矢印Ｙ２に示す向きに移動し、可動ばね３１が押圧される。カード３３に押圧された可動ばね３１は、矢印Ｙ１に示すように、固定ばね３２に向かって湾曲する。可動接点３１ａは、固定接点３２ａに向かって移動して固定接点３２ａに接触する。この結果、可動接点３１ａと固定接点３２ａとが電気的に導通する。

電磁石２１のコイルの通電を停止すると、板ばね２３の弾性力により接極子２２が電磁石２１から離れる向きに移動し、接極子２２の他方の端部が引き上げられ、カード３３が矢印Ｙ２に示す向きと反対向きに移動する。可動接点３１ａは、固定接点３２ａから離れて電気的に切断される。

可動接点３１ａ及び固定接点３２ａの材質は、金や銀、又は銀と酸化錫、銀とニッケルなどの合金である。

本実施形態に係る電磁継電器１は、接点部３が多孔質金属部５を有していることを特長としている。以下にその点を説明する。

図２を参照しながら、多孔質金属部５について説明する。図２は図１の接点箇所Ｇの部分拡大図である。

多孔質金属部５は、図２に示すように、可動接点３１ａと可動ばね３１との間に設けられる可動側の多孔質金属部５１と、固定接点３２ａと固定ばね３２との間に設けられる固定側の多孔質金属部５２とを有している。多孔質金属部５１と多孔質金属部５２とは基本的に同じ構造と材質を有している。なお、以下特に区別しない場合には多孔質金属部５と総称する。

多孔質金属部５１には電気抵抗率が低い銀又は銅が使用され、可動接点３１ａと略同じ半径を有する円形状に形成されている。また、多孔質金属部５１は、可動接点３１ａ及び可動ばね３１と溶接により固着されている。なお多孔質金属部５２も同様の構成であるため詳細な説明を省略する。

ここで、本発明の多孔質金属部とは、金属によってセル（空孔）の稜や面が構成され、一般に数μｍから数ｃｍの気孔径を多数有する金属を指す。

本実施形態の多孔質金属部は、一般的に多孔質金属（ポーラス金属）と認識されているセル構造を構成する固体がセルの稜部に集中している（セルとセルの境界面が開いている）「貫通気孔型」と、これに対して、セルの境界にも固体がある(セル同士が互いに分離されている)「独立気孔型」の両方を含むものとする。

多孔質金属は、多孔質で比表面積が大きい構造のため、高いエネルギー吸収性能、熱交換容量、断熱特性、吸音特性等を有する機能性材料として近年注目されている。

多孔質金属は、幅広いバネ定数と表層部での大きいポアッソン比が様々な大きさと方向の異なる微振動に対し、比較的薄い層で縦横両方向に変位を吸収し、共振現象を起こさないという効果をもたらす。多孔質金属部の断面においては、疎−密−疎の密度構成が連続的に変化しているため、微振動から重振動に至る幅広い制振性能を発揮することができる。

多孔質金属部５は、例えばパウダースペースホルダーＭＩＭ法、発泡剤摩擦撹拌接合法、高圧ガスによる鋳型鋳造法などにより製作される。

パウダースペースホルダーＭＩＭ法は、バインダと金属粉末を混合して得られるＭＩＭ原料に第３の構成材料として成形温度よりも高融点の気孔形成材を添加し、加熱混練により多孔質原料を調合し、所望の形状に成形した後脱脂及び焼結を経て多孔質金属を得る方法である。

発泡剤摩擦撹拌接合法は、２枚の金属板に発泡剤（Ｔ_iＨ_２）を挟み込み、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）によって２枚の金属を接合させる際に発泡剤と混合させた後、混合した部分を切り出し、これを加熱することで多孔質金属を得る方法である。

高圧ガスによる鋳型鋳造法は、高圧ガスの環境下の坩堝内で金属を高周波加熱することにより溶解した金属中にガスを溶解させ、底面部に冷却した銅板を有する鋳型に鋳込むことで下方から上方に一方向凝固させて多孔質金属を得る方法である。

なお、独立気孔型の方が、電気抵抗率が小さいため好ましい。また、多孔質金属として、導電性のある金属繊維を成形し、電気を流して繊維の接触部分近傍のみを溶着させたものや、微小金属球体粉を融点前後の温度で焼成したものを使用してもよい。

図示例では、多孔質金属部５が可動ばね３１側と固定ばね３２側とに設けられる構成としているが、いずれか一方に設けられる構成であってもよい。

上記した電磁継電器１は直接接触する可動接点３１ａと固定接点３２ａは通常接点に使用される材質と形状を有しているため、接触箇所における低い接触抵抗を保持することができる。一方、可動接点３１ａと可動ばね３１との間に設けられた多孔質金属部５１と、固定接点３２ａと固定ばね３２との間に設けられた多孔質金属部５２により、可動接点３１ａと固定接点３２ａとが大きなエネルギーで衝突した際に接点箇所Ｇで発生する衝突振動や衝突音を吸収できる。特に、接点箇所Ｇで衝突振動を吸収するので、衝突振動が固定側端子４１や可動側端子４２から外部基板などに伝達されて大きな振動音を生じさせることを抑制でき、静音化を実現できる。

［第２の実施形態］
次に、図３を参照しながら第２の実施形態に係る電磁継電器を説明する。図３は、第２の実施形態に係る多孔質金属部を例示する部分拡大説明図である。本実施形態の電磁継電器は、多孔質金属部６以外は第１の実施形態と同じであるため、共通する事項の説明は省略する。

本実施形態の電磁継電器は、固定ばね３２が多孔質金属部６で構成されている。固定ばね３２は特にばね性を必要としない部材であるため、固定ばね３２自体を多孔質金属で構成することができる。

なお、固定接点３２ａは第１の実施形態と同じである。また、本実施形態では、可動ばね３１と可動接点３１ａとの間に多孔質金属部５１が介在していてもよい。

固定接点３２ａは、固定ばね３２の貫通孔３２ｃに挿入される挿入部３２ａａを有しており、図示したように、挿入部３２ａａを貫通孔３２ｃに挿入した後かしめることで固定ばね３２に取付けられる。

本実施形態においても、通常の材質と形状を有する可動接点３１ａと固定接点３２ａにより接点箇所の接触抵抗を低く維持しつつ、多孔質金属で形成された固定ばね３２により接点接触時の静音化を実現して高性能の電磁継電器を実現できる。

［第３の実施形態］
次に、図４を参照しながら第３の実施形態に係る電磁継電器を説明する。図４は、第３の実施形態に係る接点部に設けられた孔を示す説明図である。（Ａ）は固定ばね３２の固定接点３２ａ付近の拡大斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。本実施形態の電磁継電器は、第１の実施形態と同様の技術的思想を有しているため、共通する事項の説明は省略する。

本実施形態の電磁継電器は、固定ばね３２の固定接点３２ａの近傍位置に複数の孔７が設けられている。なお固定接点３２ａは第１の実施形態と同じである。固定接点３２ａは、固定ばね３２の貫通孔３２ｃに挿入される挿入部３２ａａを有しており、図４（Ｂ）に示したように、貫通孔３２ｃに挿入した後かしめることで固定ばね３２に取付けられる。固定接点３２ａは、溶接により固定ばね３２に固着してもよい。

また、図示することは省略したが、可動ばね３１の可動接点３１ａの近傍位置に複数の孔７を設けていてよい。

更に、孔７と多孔質金属部５との組み合わせ、例えば可動ばね３１または固定ばね３２の一方に孔７を設け、他方に多孔質金属部５を設ける構成でもよい。

孔７は、図示例では貫通していない形状であるが、固定ばね３２あるいは可動ばね３１を貫通していてもよく、接点接触時の衝突振動および接触音を吸収可能な形状を有していればよい。

本実施形態においても、通常の材質と形状を有する可動接点３１ａと固定接点３２ａにより接点箇所の接触抵抗を低く維持しつつ、固定ばね３２（可動ばね３１）に形成された孔７により接点接触時の静音化を実現して高性能の電磁継電器を実現できる。

（変形例）
次に、図５を参照しながら第１の実施形態に係る電磁継電器の変形例を説明する。図５は、電磁継電器の変形例を説明する部分分解斜視図である。図５はで説明の関係上、固定ばね３２側に配置される多孔質金属部８のみを例示した。

図５に示す変形例の電磁継電器は、固定ばね３２と固定接点３２ａとの間に介在される多孔質金属部８が、貫通孔を有するはとめ形状（グロメット形状）に形成されている。

多孔質金属部８は、貫通孔８０と、固定ばね３２の貫通孔３２ｃに挿通可能な外径と、接点３２ａの挿入部３２ａａを収納可能な内径を有する筒状部８１と、筒状部８１の上縁部に形成された円形状のフランジ部８２を有している。

図６（Ａ）に示すように、貫通孔８０内に接点３２ａの挿入部３２ａａが挿通される。挿入部３２ａａは、多孔質金属部８の下端面から突出する長さに形成されている。

多孔質金属部８は、筒状部８１が貫通孔３２ｃに貫入され、図６（Ｂ）に示すように固定ばね３２の裏面に突き出た挿入部３２ａａの下端部をかしめることで、固定ばね３２に取付けられる。この際、挿入部３２ａａと固定ばね３２の間に多孔質金属部８が有り、挿入部３２ａａと固定ばね３２が直接接触しないことが望ましい。

また、図６（Ｂ）に示すように、多孔質金属部８は、固定ばね３２の上面に位置する接点３２ａとの間に位置する領域Ｊ１と、固定ばね３２の下面に位置する挿入部３２ａａのかしめ箇所Ｈとの間の位置する領域Ｊ２を有している。したがって、挿入部３２ａａのかしめ箇所Ｈの部分を可動ばねの接点部として形成すれば、トランスファータイプの接点構造として使用可能となる。

なお、上記した変形例では、可動ばね３１側にも同様の多孔質金属部８を配置する構成としても良い。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。また、第１〜第４の実施形態及び変形例は、適宜自由に組み合わせを変更して実施可能である。

１ 電磁継電器
３ 接点部
３１ 可動ばね
３１ａ 可動接点
３２ 固定ばね
３２ａ 固定接点
５、６、８ 多孔質金属部
７ 孔

Claims (4)

1. 電磁石と、前記電磁石に引寄せられて移動する接極子とを有する電磁部と、
   可動接点と固定接点とを備え、前記接極子の移動に伴って前記可動接点と前記固定接点とを電気的に接触又は離間させる接点部とを有し、
   前記接点部は、多孔質金属部を有することを特徴とする電磁継電器。
2. 前記接点部は、
   前記可動接点を備えた導通性の可動ばねと、
   前記固定接点を備えた導通性の固定ばねと、
   を有しており、
   前記可動接点と前記可動ばねとの間、及び前記固定接点と前記固定ばねとの間の少なくともいずれか一方に前記多孔質金属部を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
3. 前記接点部は、
   前記可動接点を備えた導通性の可動ばねと、
   前記固定接点を備えた導通性の固定ばねと、
   を有しており、
   前記固定ばねは、前記多孔質金属部であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁継電器。
4. 電磁石と、前記電磁石に引寄せられて移動する接極子とを備えた電磁部と、
   可動接点を備えた導通性の可動ばねと、固定接点を備えた導通性の固定ばねとを備えた接点部を有し、
   前記接点部は、
   前記可動ばねの前記可動接点の近傍位置、及び前記固定ばねの前記固定接点の近傍位置の少なくともいずれか一方に複数の孔が設けられていることを特徴とする電磁継電器。

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