JP4645659B2 - 電磁継電器 - Google Patents

Description

本発明は、パワー負荷用リレーや電磁開閉器等に好適な電磁継電器に関するものである。

従来から、この種の電磁継電器としては、絶縁材料から形成され励磁巻線が巻装される中空筒状のコイルボビンと、励磁巻線の両端に各々接続されるコイル端子と、コイルボビンの筒内に固定され通電された励磁巻線によって磁化される固定鉄心と、固定鉄心とはコイルボビンの軸方向に対向してコイルボビンの筒内に配置され、励磁巻線の通電の入切に応じて固定鉄心に吸引されてコイルボビンの筒内を軸方向に移動する可動鉄心とを備えた電磁石ブロックと、可動鉄心の移動に連動して開閉する接点を有する接点ブロックとで構成されたものがある（例えば特許文献１参照）。

図７（ａ）、（ｂ）はその構成の一部を示し、コイルボビン６１の軸方向の両端には鍔部６１ａが設けられており、一方の鍔部６１ａからはコイルボビン６１の軸方向へ平板部６１ｂが突出している。また、両端の鍔部６１ａの間には励磁巻線３が巻装されている。平板部６１ｂには、その面に垂直な方向に一対のボビン端子６４が固定されており（図７（ａ）参照）、ボビン端子６４は励磁巻線３の両端部が各々接続され半田付けされた後に、平板部６１ｂの面方向と略平行に折曲される（図７（ｂ）参照）。

以下、図８（ａ）における上下左右を基準とし、左右方向を両端方向として、上下方向と両端方向からなる面に対して垂直になる向きを両側方向とする。
次に、上記のように構成されたコイルボビン６１の一端側がコの字状の継鉄６５内に収納されて電磁石ブロック６０を形成し、コイルボビン６１の他端側に接点ブロック５０が接続することで内器ブロック８０を形成する。さらに、接点ブロック５０の先端には一対の固定端子台５１が設けられている。

上記のような内器ブロック８０は、コイルボビン６１の筒内に固定され通電された励磁巻線３によって磁化される固定鉄心（図示せず）と、固定鉄心とはコイルボビン６１の軸方向に対向してコイルボビン６１の筒内に配置され励磁巻線３の通電の入切に応じて固定鉄心に吸引されてコイルボビン６１の筒内を軸方向に移動する可動鉄心（図示せず）とを備えており、接点ブロック５０は、可動鉄心の移動に連動して一対の固定端子台５１間が導通又は遮断する接点を有している。

そして、内器ブロック８０の下面は、平板状の下ケース７１上に載置される。下ケース７１は、一対の主端子３２と一対のコイル端子６３とが上下方向に挿通しており、下ケース７１の上面側には主端子３２の端子板部３２ｃと、コイル端子６３の端子片６３ａとが突出している。下ケース７１に載置された内器ブロック８０は、各固定端子台５１が各主端子３２の端子板部３２ｃにねじ留めによって固定され、ボビン端子６４から一体に形成された延設部６４ａはコイル端子６３の端子片６３ａに半田付けによって接続される（図８（ｂ）参照）。
（なお、図７、図８において固定端子台５１と主端子３２とコイル端子６３とは片側のみを図示する）
特開２００６−２６１０５６号公報

上記従来例では、励磁巻線３の通電経路を確保するために、励磁巻線３の両端をそれぞれボビン端子６４に半田付けにより接続し、さらにボビン端子６４から一体に形成された延設部６４ａを下ケース７１に挿通するコイル端子６３の端子片６３ａに半田付けによって接続しており、部品点数が増加し加工工数が多くなるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を削減し、加工工数を低減することができる電磁継電器を提供することにある。

請求項１の発明は、絶縁材料から形成され励磁巻線が巻装される中空筒状のコイルボビンと、励磁巻線の両端に各々接続されるコイル端子と、コイルボビンの筒内に固定され通電された励磁巻線によって磁化される固定鉄心と、固定鉄心とはコイルボビンの軸方向に対向してコイルボビンの筒内に配置され励磁巻線の通電の入切に応じて固定鉄心に吸引されコイルボビンの筒内を軸方向に移動する可動鉄心とを備えた電磁石ブロックと、可動鉄心の移動に連動して開閉する接点を有する接点ブロックとで構成され、コイルボビンは励磁巻線が巻装される外周面に前記コイル端子が固定される鍔部を備え、各コイル端子は、前記励磁巻線に接続されて前記コイルボビンの軸方向に折曲された突片を有し、前記突片は、前記励磁巻線の接続前において、前記コイルボビンの軸方向に直交する方向へ突出し、前記励磁巻線の接続後に前記コイルボビンの軸方向へ折曲されることを特徴とする。

この発明によれば、鍔部に固定されたコイル端子に励磁巻線及び外部電源を接続することで励磁巻線への通電経路が形成される。したがって、従来は必要であったボビン端子が不要となり、部品点数が削減でき加工工数が低減される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記励磁巻線に接続されるコイル端子は互いに同形状であることを特徴とする。

この発明によれば 励磁巻線の両端に接続されるコイル端子を互いに兼用できることから部品の種類の削減を行うことができる。

以上説明したように、本発明では、部品点数を削減し加工工数を低減できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の電磁継電器は、初期状態において接点オフとなる所謂常開型のものであり（図２（ａ）参照）、励磁巻線３を有した電磁石ブロック１と、接点ブロック２を備えたものである（図１参照）。以下では図２の（ａ）上下左右を上下左右として、図２（ｂ）の左右を前後として説明する。

電磁石ブロック１は、励磁巻線３が巻装される中空円筒状のコイルボビン４と、コイルボビン４に固定され励磁巻線３の両端がそれぞれ接続される一対のコイル端子５と、磁性材料からなりコイルボビン４を包囲する継鉄６と、コイルボビン４の円筒内部に固定され通電された励磁巻線３によって磁化される固定鉄心７と、固定鉄心７とはコイルボビン４の軸方向で対向しコイルボビン４の円筒内に配置される可動鉄心８とを有する、固定鉄心７は円柱状に形成され上端に鍔部７ａが円周方向に突出して設けられている。

本実施形態の継鉄６は、コイルボビン４の上端面に当接する矩形状の継鉄上板９と、コイルボビン４の下端面に当接する矩形状の継鉄下板１０と、継鉄上板９及び継鉄下板１０の左右各端縁同士をそれぞれ連結する一対の継鉄側板１１とで構成されており、前後方向（図１で紙面に直交する方向）に開放されている。継鉄下板１０と一対の継鉄側板１１は一枚の板を折曲することにより連続一体に形成されている。

さらに、電磁石ブロック１は、固定鉄心７及び可動鉄心８とコイルボビン４との間に、磁性材料からなり上面開口の有底円筒状に形成されたプランジャキャップ１２を有する。言い換えると、コイルボビン４の円筒内部に設けられたプランジャキャップ１２内に固定鉄心７と可動鉄心８とが収納されることになる。固定鉄心７はプランジャキャップ１２の開口側に配置される。さらに、固定鉄心７及び可動鉄心８はそれぞれ外径がプランジャキャップ１２の内径と略同径の円柱状に形成されており、可動鉄心７はプランジャキャップ１２の円筒内部を摺動する。可動鉄心７の移動範囲は固定鉄心７から離れた初期位置と、固定鉄心に当接する当接位置との間に設定される。また、固定鉄心７と可動鉄心８の間には、コイルばねからなり可動鉄心８を初期位置に復帰させる向きに付勢する復帰ばね１３が介在する。

また、継鉄上板９の中央部には固定鉄心７が挿通される挿通孔９ａが貫設されており、固定鉄心７は円筒部７ｂを継鉄上板９の上面側から挿通し、固定鉄心７の鍔部７ａを継鉄上板９の上面略中心に設けられた固定鉄心７の鍔部７ａと略同径の凹部９ｂにはめ込むことで抜け止めがなされる。さらに継鉄上板９の上面側には金属製からなるストッパーキャップ１４が設けられており、左右端部は継鉄上板の上面に固定され中央の凸部は継鉄上板９の上面より突出した固定鉄心７の鍔部７ａを収納する空間を形成するように設けられている。ここで、固定鉄心７からの振動がストッパーキャップ１４に直接伝播されないように固定鉄心７とストッパーキャップ１４の間には、ゴム弾性を有する材料（例えば合成ゴム）からなる鉄心ゴム１５が設けられている。鉄心ゴム１５は円盤状に形成されており中央部には後述するシャフト２４が挿通する挿通孔１５ａが貫設される。

プランジャキャップ１２は開口部に円周方向に突出する鍔部１２ａを有し、鍔部１２ａは継鉄上板９の下面における挿通孔９ａの周囲に固着されるとともに、下端底部が継鉄下板１０の中央部に圧入等によって固定された磁性材料からなるブッシュ１６に挿通される。ここで、プランジャキャップ１２の下部に収納された可動鉄心８はブッシュ１６の周部と磁気接合されることになる。

上述した構成によれば、励磁巻線３への通電時には固定鉄心７における可動鉄心８との対向面と継鉄下板１０におけるブッシュ１６との周部とは、一対の磁極部として互いに異極性になり、可動鉄心８は固定鉄心７に吸引されて当接位置に移動する。一方、励磁巻線３への通電を停止すると可動鉄心８は復帰ばね１３により初期位置に復帰する。復帰ばね１３は固定鉄心７の挿通孔７ｃを挿通し上端がストッパーキャップ１４に当接し下端が可動鉄心８に当接している。可動鉄心８が固定鉄心７に当接する位置に来たときには、復帰ばね１３は圧縮され固定鉄心７の挿通孔７ｃ内に収納されるので復帰ばね１３が固定鉄心７への可動鉄心８の当接を妨げることはない。さらに、本実施形態では、プランジャキャップ１２内の底部にゴム弾性を有する材料から可動鉄心８の外径と略同径に形成されたダンパーゴム１７が設けられている。

また電磁石ブロック１の上方には励磁巻線３の通電の入切に応じて接点を開閉する接点ブロック２が設けられている。接点ブロック２は、耐熱性材料により下面が開口する箱状に形成されたベース１８を有する。ベース１８の底部には２箇所の挿通孔１８ａが設けられており、挿通孔１８ａには一対の固定端子台１９が下フランジ２０を挟んで挿通される。固定端子台１９は銅系材料等の導電性材料から円筒形に形成され、下端面には固定接点１９ａが固着され、上端部は円周方向に突出した鍔部１９ｂが形成され、鍔部１９ｂの中心には凸部１９ｃが設けられている。下フランジ２０の上面と固定端子台１９の鍔部１９は銀ろう２１により密閉接合され、下フランジ２０の下面とベース１８の上面の間も銀ろう２２により密閉接合される。

ベース１８内には、一対の固定接点１９ａ間に跨る形で可動接触子２３が配置されており、可動接触子２３の上面において固定接点１９ａに対向する各部位にはそれぞれ可動接点２３ａが設けられる。可動接触子２３の中央部には可動接触子２３を可動鉄心８に連結するシャフト２４の一端部が挿通される挿通孔２３ｂが貫設されている。

シャフト２４は、可動鉄心８の移動方向（上下方向）に長い丸棒状に非磁性材料にて形成されたものであって、可動接触子２３から上方に突出した部分に円周方向に突出した鍔部２４ａを有し鍔部２４ａによって可動接触子２３の上方向への抜け止めがなされる。さらに、可動接触子２３とストッパーキャップ１４の間には、絶縁材料から形成されストッッパーキャップ１４を覆う形に形成された絶縁板２５と、シャフト２４が挿通されてコイルばねからなる接圧ばね２６が設けられる。絶縁板２５の中央にはシャフト２４が挿通する挿通孔２５ａが設けられており、絶縁板２５上面側の挿通孔２５ａの周囲には接圧ばね２６がはまり込む凹部２５ｂが設けられている。接圧ばね２６は一端を可動接触子２３の下面に当接し他端は絶縁板２５の凹部２５ｂにはめ込まれている。可動接触子２３は接圧ばね２６によって上方向に付勢されシャフト２４の鍔部２４ａに可動接触子２３の上面が当接される。また、ストッパーキャップ１４の面中央にはシャフト２４が挿通される挿通孔１４ａが設けられ、シャフト２４は上方より挿通孔２３ｂ、接圧ばね２６、挿通孔２５ｂ、挿通孔１４ａ、挿通孔１５ａ、挿通孔７ｃ、復帰ばね１３の順に挿通し、シャフト２４の先端部に設けられたねじ部（図示せず）を可動鉄心８に設けられたねじ穴８ａに固定する。固定鉄心７に設けられた挿通孔７ｃについては、少なくともシャフト２４が固定鉄心７に接触しないようにシャフト２４の外径に比較して大きな内径に設定されている。以上の構成により可動接触子２３が可動鉄心８の移動に連動して上下方向に移動する。

ここにおいて、可動鉄心８が初期位置にあるときは可動接点２３ｂと固定接点１９ａとが互いに離間（つまり接点ブロック２が切）され、一方、可動鉄心８が当接位置にあるときは可動接点２３ｂと固定接点１９ａとが接触（つまり接点ブロック２が入）するように、可動鉄心８と可動接触子２３との位置関係が設定される、要するに、励磁巻線３に通電していない期間には接点装置２が開放されることにより両固定端子台１９間は絶縁され、励磁巻線３に通電している期間には接点ブロック２が入されることにより両固定端子台１９間が導通することになる。可動接点２３ａと固定接点１９ａとの間の接触圧は接圧ばね２６によって確保される。

また、可動接点２３ｂが固定接点１９ａから引き離された際には、可動接点２３ｂと固定接点１９ａ間にアークが発生する。このアークを抑制する為にベース１８内にはガスが封入され、このようなガスとしてはアークが発生する温度領域で最も熱伝導に優れた水素ガスを主体とした混合ガスが用いられる。このガスを封止するために、ベース１８と継鉄上板９との隙間を覆う上フランジ２７を設け、ベース１８下面の開口周縁部と上フランジ２７の上面とを銀ろう２８により気密接合し、上フランジ２７の下面と継鉄上板９の上面とをアーク溶接等で気密接合し、継鉄上板９の下面とプランジャキャップ１２の鍔部１２ａとをアーク溶接等で気密接合することでベース１８内は封止される。

さらに、前記のガスを用いたアークの抑制方法と並行して本実施形態では、カプセルヨーク３１を用いたアークの抑制も行っている。カプセルヨーク３１は磁性部材２９及び一対の永久磁石３０から構成されており、磁性部材２９は鉄等の磁性材料から略コの字上に形成され互いに対抗する一対の側片２９ａと両側片２９ａの基端部を連結する連結片２９ｂを一体に備えている。永久磁石３０は両側片２９ａにそれぞれ対向するように磁性部材２９の両側片２９ａ取り付けられ、ベース２８に可動接点２３ａの固定接点２９ａへの接離方向に略直行する磁場を与えるためのものである。これによってアークは可動接触子２３の移動方向に直交する方向へ引き伸ばされるとともに、ベース１８内に封入されたガスによって冷却され、これによりアーク電圧が急激に上昇しこのアーク電圧が接点間の電圧を上回った時点でアークが遮断される。つまり、本実施形態の電磁継電器では、カプセルヨーク３１による磁気ブローとベース１８内に封入されたガスによる冷却とでアーク対策が講じられており、これによりアークを短時間で遮断することができるようになり、固定接点１９ａ及び可動接点２３ａの消耗が小さくなるようにしている。

ところで、本実施形態の電磁継電器においては可動鉄心８はプランジャキャップ１２によって移動方向（上下方向）に案内されているので移動方向に直行する平面での位置が規制されている。したがって、可動鉄心８と接続されたシャフト２４においても可動鉄心８の移動方向に直行する平面内での位置が規制されることになる。さらに、本実施形態ではストッパーキャップ１４においても挿通孔１４ａにシャフト２４が挿通されることにより可動鉄心８の移動方向に直行する平面内でのシャフト２４の位置を規制している。つまりストッパーキャップ１４の挿通孔１４ａはシャフト２４の外径と同程度に形成されており、シャフト２４の前後左右への移動を規制しつつ、シャフトが２４が上下方向へ移動する程度の径に設定されている。

この構成によれば、シャフト２４はプランジャキャップ１２とストッパーキャップ１４の２箇所で可動鉄心８の移動方向に対する傾きが規制されることになる。つまり可動鉄心８の移動方向に対してシャフト２４が傾きかけても、可動鉄心８の移動方向に直行する平面内でのシャフト２４の位置が可動鉄心８の下端とストッパーキャップ１４の上端の２箇所で規制されシャフト２４の傾きが規制されることになる。よってシャフト２４の直進性が確保されシャフト２４はほとんど傾くことがなく、シャフト２４が傾くことによって生じる不具合、つまり可動接点２３ａと固定接点１９ａとの間に位置ずれが生じて接点ブロック２が正常に開閉しなくなったり、シャフト２４が他部材（ここでは固定鉄心７の挿通孔７ｃの内周面）に接触し所謂かじこみが発生して可動鉄心８の移動が妨げられたりする不具合を防止することができる。

本実施形態の電磁継電器では、一対のコイル端子５を介して励磁巻線３が通電することで電磁石ブロック１を駆動し、接点ブロック２の固定接点１９ａと可動接点２３ａとで構成される接点が開閉されて、一対の固定端子台１９間の導通、非導通が切り替えられる。

そして、コイルボビン４は円筒部の上下両端に円周方向へ突出した略円形の鍔部４ａを有し、上下の鍔部４ａの間には励磁巻線３が巻回される巻胴部４ｂを有し、巻胴部４ｂの軸方向略中央には鍔部４ｃを有する（図３（ａ）参照）。鍔部４ｃは前後２辺が長辺、左右２辺が短辺の略矩形状に形成され、後辺の端面には凹部４ｄが左右両側に各々設けられている。

コイル端子５は銅などの導電性材料を用いて平板状に形成されており、板状の端子部５ａの前端には、端子部５ａの幅よりも狭い挿入部５ｂが一体に設けられており、端子部５ａの前端から側方（右側のコイル端子５では右側、左側のコイル端子５では左側）には棒状の突片５ｃが一体に設けられている。各コイル端子５は、挿入部５ｂをコイルボビン４の凹部４ｄに挿入して、圧入または接着等で凹部４ｄに固定される。そして、励磁巻線３の両端部が、それぞれ各コイル端子５の突片５ｃに巻回された後に半田付けがなされ、半田３６により固定される。その後、突片５ｃは下方に折り曲げられる（図３（ａ）参照）。（なお、本実施形態ではコイル端子５をコイルボビン４の鍔部４ｃに固定する際に圧入、または接着を用いたが、かしめ等の周知の方法を用いてコイル端子５を鍔部４ｃに固定しても同じものとする）。

このように、一対のコイル端子５がコイルボビン４の鍔部４ｃに直接固定され、励磁巻線３がコイル端子５に直接接続されることで励磁巻線３への通電経路は、一方のコイル端子５（プラス極）→半田３６→励磁巻線３→半田３６→他方のコイル端子５（マイナス極）となり、従来用いられているボビン端子が不要となって部品点数が削減されて、半田付け処理の工数低減が図られる。また、一対のコイル端子５の形状は互いに同形状となっているため部品の種類を削減することができる。

また、固定端子台１９には、外部負荷等に接続される一対の主端子３２が取り付けられる。主端子３２は、導電性材料を用いて平板状に形成され、前後方向中間部が階段状に曲げられている（Ｚ曲げ）。主端子３２は、前端に固定端子台１９の凸部１９ｃが挿通する挿通穴３２ａを有し、この挿通穴３２ａを挿通した凸部１９ｃがスピンカシメ加工されることで主端子３２が固定端子台１９に固定される。

そして、図４（ａ）（ｂ）に示すように電磁石ブロック１と接点ブロック２とが組み付けられた内器ブロック４０は、下ケース３４に載置される。下ケース３４は、絶縁性材料を用いて平板状に形成され、左右方向に並設された一対のコイル端子５の端子部５ａが挿通する一対の挿通穴３４ａと、一対の主端子３２が挿通する一対の挿通孔３４ｂとが設けられている（図１参照）。なお、挿通孔３４ａはコイル端子５の端子部５ａの断面形状と略同形状であり、挿通穴３４ｂは主端子３２の端子部３２ｂの断面形状と略同形状となっている。

また、本実施形態では継鉄上板９の下面と継鉄下板１０の上面との間隔が、コイルボビン４の軸方向の長さよりもＬ１だけ長く、コイルボビン４は、上下方向にクリアランスＬ１の範囲内で移動することができる（図５（ａ）参照）。そのため内器ブロック４０を下ケース３４に組み込む際に、コイルボビン４を上下方向に移動させることで、コイル端子５と主端子３２の端子間隔Ｌ２を、下ケース３４に設けられた挿通孔３４ａと挿通孔３４ｂの挿通孔間隔Ｌ３に合わせることができる（図５（ｂ）参照）。したがって、コイル端子５と主端子３２の端子間隔Ｌ２を調整することで、無理な力をコイル端子５と主端子３２とにかけることなく下ケース３４の挿通孔３４ａ、３４ｂにコイル端子５、主端子３２をそれぞれ挿入することができる。

そして、内器ブロック４０が載置された下ケース３４の縁部に設けられた段部３４ｃに、絶縁材料から形成されて後面が開口した箱状の上ケース３５の開口縁部が嵌合し接着剤で固定されることでケース３３が構成され、図６（ａ）（ｂ）に示すケース３３に内器ブロック４０が収納される。

本発明の実施形態における分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は同上における断面図を示し、（ａ）は前面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上におけるコイルボビンの周辺部を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上における内器ブロックを下ケースに組み込む際の位置関係を示し、（ａ）は内器ブロック組付け前、（ｂ）は内器ブロックは組付け後である。 （ａ）、は同上におけるコイルボビンと継鉄との関係を示し、（ｂ）は下ケースの挿通穴位置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は後面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上における外形図を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）、（ｂ）従来例におけるコイルボビンの周辺部を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は前面図である。 （ａ）、（ｂ）は従来例において内器ブロックを下ケースに組み込む際の位置関係を示し、（ａ）は内器ブロック組み付け前、（ｂ）は内器ブロック組み付け後を示す。

符号の説明

１ 電磁石ブロック
２ 接点ブロック
４ コイルボビン
４ｃ 鍔部
５ コイル端子
３２ 主端子
３４ 下ケース
４０ 内器ブロック

Claims (2)

1. 絶縁材料から形成され励磁巻線が巻装される中空筒状のコイルボビンと、励磁巻線の両端に各々接続されるコイル端子と、コイルボビンの筒内に固定され通電された励磁巻線によって磁化される固定鉄心と、固定鉄心とはコイルボビンの軸方向に対向してコイルボビンの筒内に配置され、励磁巻線の通電の入切に応じて固定鉄心に吸引されてコイルボビンの筒内を軸方向に移動する可動鉄心とを備えた電磁石ブロックと、可動鉄心の移動に連動して開閉する接点を有する接点ブロックとで構成され、コイルボビンは励磁巻線が巻装される外周面に前記コイル端子が固定される鍔部を備え、各コイル端子は、前記励磁巻線に接続されて前記コイルボビンの軸方向に折曲された突片を有し、
   前記突片は、前記励磁巻線の接続前において、前記コイルボビンの軸方向に直交する方向へ突出し、前記励磁巻線の接続後に前記コイルボビンの軸方向へ折曲されることを特徴とする電磁継電器。
2. 前記励磁巻線の両端に各々接続されるコイル端子は、互いに同形状であることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。

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