JP5727862B2 - 電磁接触器 - Google Patents

Description

本発明は、固定接触子及び可動接触子を接点収納ケース内に配置した電磁接触器に関する。

高電流の直流電源回路に用いられる電磁接触器として、従来、図１２及び図１３に示すように、ハウジング５００に所定間隔を保って配設された一対の固定接点５０１，５０２と、これら一対の固定接点５０１，５０２に対向して接離可能に配設された一対の可動接点５０３，５０４を両端に備えた可動接点担持体５０５と、一対の固定接点５０１，５０２及び一対の可動接点５０３，５０４間の接点ギャップにそれぞれ生じるアークを消弧するための一対の消弧手段５０６、５０７とを備えたプランジャ型電磁継電器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、一対の消弧手段５０６，５０７のそれぞれは、接点ギャップを挟んで対面する磁極面の極性が反対となるようにハウジングに固定された一対の永久磁石で構成されている。
上記従来例のアーク消弧原理を図１３〜図１６を用いて説明する。今、図１３に示すように、可動接点担持体５０５が、固定接点５０１，５０２に可動接点５０３，５０４を接触させて固定接点５０１から可動接点５０３，５０４を通じて固定接点５０２に向かう電流が流れる通電状態から、可動接点担持体５０５を図示しないソレノイド部で可動接点５０３，５０４が固定接点５０１，５０２から上方に離間する方向に可動させて電流遮断状態とすると、固定接点５０１，５０２と可動接点５０３，５０４との間に図１４に示すようにアーク５０８が発生する。

このとき、アーク５０８と直交する方向に一対の消弧手段５０６，５０７が配設されてその磁束φが図２５に示すように、紙面と直交する方向に発生しているので、この磁束φと電流の方向とにからフレミングの左手の法則にしたがってアーク５０８を固定接点５０１，５０２の配列方向の外側に向かうローレンツ力が作用して、アークを図１５に示す固定接点５０１，５０２の配列方向外側に配置された消弧空間５０９側へと引き伸ばして消弧させる。

また、電流の通電方向が固定接点５０２から可動接点５０４，５０３を介して固定接点５０１側に流れる逆方向となる場合には、図１６に示すように、固定接点５０１，５０２及び可動接点５０３，５０４間に発生するアークを固定接点５０１，５０２の配列方向内側に引き伸ばして消弧させる。
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、アークを引き伸ばしてアーク電圧を電源電圧より大きくすることで遮断している。アーク電圧はアーク電界値とアーク長の積で決まるため、より大きな電源電圧を遮断したい場合、アーク電界値を大きくするか、アーク長を長くすることが必要となる。

雰囲気中におけるアーク電界値は、内圧、気体種類で決まっており、アーク電界は一般に気体圧力を上げることや、例えば水素等のアーク電界の大きい気体を使用することで大きくすることができる。しかし、気体圧力が大きい場合には容器の気密や、構造強度の強化が必要となってしまうという未解決の課題がある。また、水素等のアーク電界の大きい気体を使用する場合、絶縁耐圧が劣化するため接点間のギャップを開ける必要があるため、可動接点担持体を進退駆動するソレノイド部のコイルが大きくなる等の未解決の課題がある。

一方、アーク長を長くする場合は、そのアーク長を実現するだけのアークスペースを設ける必要があり、ハウジングが大きくなるという未解決の課題がある。
これらの未解決の課題を解決するために、固定接点の配列方向の外側にそれぞれ消弧用磁石体をそれらの対向面が異極となるように配置して、固定接点の配列方向と直交し、且つ固定接点及び可動接点の開閉方向と直交する方向における消弧用磁石体の両脇に消弧用磁石体の磁束に基づくローレンツ力によってアークを引き伸ばすための消弧空間を配置した電磁継電器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２３５２４８号公報 特開２００８−２２６５４７号公報

ところで、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、固定接点の配列方向外側に消弧用磁石体をそれらの対向面が異極となるように配置するので、消弧用磁石体で発生する磁束φは、図１７に示すように、可動接触子５１０の長手方向の両端側に配置された消弧用磁石５１１及び５１２のそれぞれで、可動接触子５１０の長手方向と直交する幅方向の両端で自極のＮ極から直接自極のＳ極に向かう磁束が主流となり、幅方向の中心部で消弧用磁石体５１２のＮ極から消弧用磁石体５１１のＳ極に向かう磁束が生じる。

ここで、可動接触子５１０の消弧用磁石体５１２側の接点部を通る線Ｇ−Ｇにおける磁束分布は、図１８に示すように、消弧用磁石体１１２の幅方向の両端部が最大磁束密度となり、幅方向の中心部で最小磁束密度となる。消弧用磁石体５１１側の接点部についても同様に幅方向中心部で最小磁束密度となる。このため、可動接触子５１０の両端部における固定接触子と接触する接点部を横切る磁束が小さくなり、電流遮断時に固定接触子及び可動接触子間で発生するアークへ作用するローレンツ力を十分に確保することができず、アークが固定接触子及び可動接触子の接点間に留まってしまうおそれがあるという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するためには、保持力の大きな磁石を使用することとなり、大きな磁石を使う必要があるため電磁接触器が大型化してしまう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、接点部に流れる電流の向きにかかわらず十分なアーク消弧機能を確保しながら小型化することが可能な電磁接触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電磁接触器は、一対の固定接触子及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子を接点収納ケース内に収納した接点装置を備え、前記接点収納ケース内における前記可動接触子に沿う内周面にそれぞれ互いの対向磁極面を同一極性に着磁したアーク消弧用永久磁石を前記可動接触子に近接させて配置しているとともに、前記アーク消弧用永久磁石は、前記接点収納ケースの内周面に形成された絶縁部材で覆われていることを特徴としている。

この構成によると、一対の固定接触子間に可動接触子が接触している投入状態から釈放状態とする際に、一対の固定接触子と可動接触子との間にアークが発生する。このとき、可動接触子を挟んで対向するように一対のアーク消弧用永久磁石が接点収納ケースの内周面に可動接触子に近接して配置され、これら消弧用磁石体の対向磁極面が同一極性に着磁されている。

したがって、互いに対向配置されたアーク消弧用永久磁石のＮ極からＳ極に向かう磁束が共に一対の固定接触子と可動接触子との間のアーク発生部に対して可動接触子の長手方向に横切ることになり、十分なローレンツ力を作用することができ、可動接触子の長手方向と直交する方向にアークを引き伸ばして確実に消弧できる。しかも、アーク消弧用永久字磁石間の距離が短くなるので、必要な磁束密度を得るためには磁力の弱いアーク消弧用永久磁石でよく、アーク用永久磁石のコストダウンも可能である。

また、接点収納ケースの内周面に永久磁石を配置することにより、可動接触子の側縁と接点収納ケースの内周面との間の距離を長くすることができ、必要なアーク消弧空間を形成することができる。
さらに、アーク消弧用永久磁石が絶縁部材で覆われているので、アーク消弧用永久磁石の欠片が一対の固定接触子と可動接触子との接極面に介在して接触不良が発生することを確実に防止することができる。

また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記絶縁部材が、前記可動接触子に摺接して当該可動接触子の回動を規制する可動接触子ガイド部材を備えている。
この構成によると、アーク消弧用永久磁石を覆う絶縁部材に設けた可動接触子ガイド部材で可動接触子の回動を確実に規制することができる。

本発明によれば、一対の固定接触子及びこれらに接離可能とされた可動接触子を配置した接点収納ケースの内周面に可動接触子に近接させてアーク消弧用永久磁石を配置したので、一対の固定接触子及び可動接触子間のアーク発生部に対して可動接触子の長手方向に横切る磁束の磁束密度を十分な磁束密度とすることができる。このため、小さな磁力のアーク消弧用永久磁石を適用することができ、アーク消弧用永久磁石のコストダウンを図ることができるという効果が得られる。
しかも、可動接触子と接点収納ケースの内周面との距離をアーク消弧用永久磁石の厚み分大きくすることができ、十分なアーク消弧空間を確保することができるという効果が得られる。

本発明に係る電磁接触器の一実施形態を示す断面図である。 接点収納ケースの分解斜視図である。 接点装置の絶縁カバーを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は装着前の平面図、（ｃ）は装着後の平面図である。 絶縁カバーの装着方法を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。 本発明によるアーク消弧用永久磁石によるアーク消弧の説明に供する説明図である。 アーク消弧用永久磁石を絶縁ケースの外側に配置した場合のアーク消弧の説明に供する説明図である。 本発明に係る電磁接触器の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明の接点装置の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。 本発明の接点装置の他の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。 消弧室を構成する絶縁筒体の他の例を示す斜視図である。 従来例を示す横断面図である。 従来例における通電状態における接点部と消弧手段との関係を示す模式図である。 従来例におけるアークの発生状況を示す説明図である。 従来例における遮断状態におけるアークと電流の向きと消弧手段による磁束の向きとの関係を示す模式図である。 従来例における電流の向きが逆となった状態の図１４と同様の模式図である。 他の従来例における磁界の発生状況を示す平面図である。 図１７のＧ−Ｇ線上の磁束分布を示す特性線図である。

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は本発明に係る電磁開閉器の一例を示す断面図、図２は消弧室の分解斜視図である。この図１及び図２において、１０は電磁接触器であり、この電磁接触器１０は接点機構を配置した接点装置１００と、この接点装置１００を駆動する電磁石ユニット２００とで構成されている。
接点装置１００は、図１及び図２から明らかなように、接点機構１０１を収納する接点収納ケース１０２を有する。この接点収納ケース１０２は、図２（ａ）に示すように、金属製の下端部に外方と突出するフランジ部１０３を有する金属角筒体１０４と、この金属角筒体１０４の上端を閉塞する平板状のセラミック絶縁基板で構成される固定接点支持絶縁基板１０５とを備えている。

金属角筒体１０４は、そのフランジ部１０３が後述する電磁石ユニット２００の上部磁気ヨーク２１０にシール接合されて固定されている。
また、固定接点支持絶縁基板１０５には、中央部に後述する一対の固定接触子１１１及び１１２を挿通する貫通孔１０６及び１０７が所定間隔を保って形成されている。この固定接点支持絶縁基板１０５の上面側における貫通孔１０６及び１０７の周囲及び下面側における角筒体１０４に接触する位置にメタライズ処理が施されている。このメタライズ処理を行うには、平面上に複数の固定接点支持絶縁基板１０５を縦横に配列した状態で、貫通孔１０６及び１０７の周囲及び角筒体１０４に接触する位置に銅箔を形成する。

接点機構１０１は、図１に示すように、接点収納ケース１０２の固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通されて固定された一対の固定接触子１１１及び１１２を備えている。これら固定接触子１１１及び１１２のそれぞれは、固定接点支持絶縁基板１０５の貫通孔１０６及び１０７に挿通される上端に外方に突出するフランジ部を有する支持導体部１１４と、この支持導体部１１４に連結されて固定接点支持絶縁基板１０５の下面側に配設され内方側を開放したＣ字状部１１５とを備えている。

Ｃ字状部１１５は、固定接点支持絶縁基板１０５の下面に沿って外側に延長する上板部１１６とこの上板部１１６の外側端部から下方に延長する中間板部１１７と、この中間板部１１７の下端側から上板部１１６と平行に内方側すなわち固定接触子１１１及び１１２の対面方向に延長する下板部１１８とで中間板部１１７及び下板部１１８で形成されるＬ字状に上板部１１６を加えたＣ字状に形成されている。

ここで、支持導体部１１４とＣ字状部１１５とは、支持導体部１１４の下端面に突出形成されたピン１１４ａをＣ字状部１１５の上板部１１６に形成された貫通孔１２０内に挿通した状態で例えばろう付けによって固定されている。なお、支持導体部１１４及びＣ字状部１１５の固定は、ろう付けに限らず、ピン１１４ａを貫通孔１２０に嵌合させたり、ピン１１４ａに雄ねじを形成し、貫通孔１２０に雌ねじを形成して両者を螺合させたりしてもよい。

また、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５における中間板部１１７の内側面を覆うように、平面から見てＣ字状の磁性体板１１９が装着されている。このように、中間板部１１７の内側面を覆うように磁性体板１１９を配置することにより、中間板部１１７を流れる電流によって発生する磁場をシールドすることができる。

このため、後述するように、固定接触子１１１，１１２の接点部１１８ａに可動接触子１３０の接点部１３０ａが接触している状態から可動接触子１３０の接点部１３０ａが上方に離間する際にアークが発生する場合に、中間板部１１７に流れる電流による磁場と固定接触子１１１，１１２の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点部１３０ａ間に発生するアークによる磁場とが干渉することを防止することができる。したがって、両磁場が互いに反発し、この電磁反発力によってアークを可動接触子１３０に沿って内側に移動されてアークの遮断が困難となることを防止できる。この磁性体板１１９は、中間板部１１７の周囲を覆うように形成してもよく、中間板部１１７に流れる電流による磁場をシールドできればよい。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５にそれぞれ、アークの発生を規制する合成樹脂材製の絶縁カバー１２１が装着されている。この絶縁カバー１２１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の内周面を被覆するものである。絶縁カバー１２１は、上板部１１６及び中間板部１１７の内周面に沿うＬ字状板部１２２と、このＬ字状板部１２２の前後端部からそれぞれ上方及び外方に延長してＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の側面を覆う側板部１２３及び１２４と、これら側板部１２３及び１２４の上端から内方側に形成された固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４に形成された小径部１１４ｂに嵌合する嵌合部１２５とを備えている。

したがって、絶縁カバー１２１が、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４の小径部１１４ｂに嵌合部１２５を対向させた状態とし、次いで、図３（ｃ）に示すように、絶縁カバー１２１を押し込むことにより、嵌合部１２５を支持導体部１１４の小径部１１４ｂに係合させる。
実際には、図４（ａ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２を取付けた後の接点収納ケース１０２を、固定接点支持絶縁基板１０５を下側とした状態で、上方の開口部から絶縁カバー１２１を図３（ａ）〜（ｃ）とは上下逆にした状態で、固定接触子１１１及び１１２間に挿入する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、嵌合部１２５を固定接点支持絶縁基板１０５に接触させた状態で、図４（ｃ）に示すように、絶縁カバー１２１を外側に押し込むことにより、嵌合部１２５を固定接触子１１１及び１１２の支持導体部１１４の小径部１１４ｂに嵌合させて固定する。
このように、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５に絶縁カバー１２１を装着することにより、このＣ字状部１１５の内周面では下板部１１８の上面側のみが露出されて接点部１１８ａとされている。

そして、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５内に両端部を配置するように可動接触子１３０が配設されている。この可動接触子１３０は後述する電磁石ユニット２００の可動プランジャ２１５に固定された連結軸１３１に支持されている。この可動接触子１３０は、図１に示すように、中央部の連結軸１３１の近傍が下方に突出する凹部１３２が形成され、この凹部１３２に連結軸１３１を挿通する貫通孔１３３が形成されている。

連結軸１３１は、上端に外方に突出するフランジ部１３１ａが形成されている。この連結軸１３１に下端側から接触スプリング１３４に挿通し、次いで可動接触子１３０の貫通孔１３３を挿通して、接触スプリング１３４の上端をフランジ部１３１ａに当接させこの接触スプリング１３４で所定の付勢力を得るように可動接触子１３０を例えばＣリング１３５によって位置決めする。

この可動接触子１３０は、釈放状態で、両端の接点部１３０ａと固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａとが所定間隔を保って離間した状態となる。また、可動接触子１３０は、投入位置で、両端の接点部が固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の下板部１１８の接点部１１８ａに、接触スプリング１３４による所定の接触圧で接触するように設定されている。

さらに、接点収納ケース１０２の角筒体１０４の内周面には、例えば合成樹脂製の絶縁筒体１４０が配設されている。この絶縁筒体１４０は、角筒体１０４の内周面に配置された角筒部１４０ａとこの角筒部１４０ａの下面側を閉塞する底板部１０４ｂとで構成されている。この絶縁筒体１４０の角筒部１０４ａにおける可動接触子１３０の側面に対向する内周面に、図５に示すように、磁石収納筒体１４１及び１４２が形成されている。この磁石収納筒体１４１及び１４２には、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４が挿通されて固定されている。

このアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４は、厚み方向に互いの対向磁極面が同極例えばＮ極となるように着磁されている。また、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４は、左右方向の両端部がそれぞれ、図５に示すように、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部との対向位置より僅かに内側となるよう設定されている。そして、磁石収納筒体１４１及び１４２の左右方向の外側にそれぞれアーク消弧空間１４５及び１４６が形成されている。

また、磁石収納筒体１４１及び１４２の可動接触子１３０の両端よりの側縁と摺接して可動接触子１３０の回動を規制する可動接触子ガイド部材１４８及び１４９が突出形成されている。
このように、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を絶縁筒体１４０の内周面側に配置することにより、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を可動接触子１３０に近接させることができる。このため、両アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４のＮ極側から出る磁束φが、図６（ａ）に示すように、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの対向部を左右方向に内側から外側に大きな磁束密度で横切ることになる。

したがって、固定接触子１１１を電流供給源に接続し、固定接触子１１２を負荷側に接続するものとすると、投入状態の電流の方向は、図６（ｂ）に示すように、固定接触子１１１から可動接触子１３０を通じて固定接触子１１２に流れることになる。そして、投入状態から可動接触子１３０を固定接触子１１１及び１１２から上方に離間させて釈放状態とする場合に、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間にアークが発生する。

このアークは、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４からの磁束φにより、アーク消弧用永久磁石１４３側のアーク消弧空間１４５側に引き伸ばされる。このとき、アーク消弧空間１４５及び１４６はアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の厚み分広く形成されているので、長いアーク長をとることができ、アークを確実に消弧することができる。
因みに、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁筒体１４０の外側に配置する場合には、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの対向位置までの距離が長くなり、本実施形態と同一の永久磁石を適用した場合に、アークを横切る磁束密度が少なくなる。

このため、投入状態から釈放状態に移行する際に発生するアークに作用するローレンツ力が小さくなり、アークを十分に引き伸ばすことができなくなる。アークの消弧性能を向上させるために、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の磁力を増加させる必要がある。しかも、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０の接点部との距離を短くするためには絶縁筒体１４０の前後方向の奥行きを狭くする必要があり、アークを消弧するための十分なアーク消弧空間を確保することができないという問題点がある。

しかしながら、上記実施形態によると、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を絶縁筒体１４０の内側に配置するので、上述した絶縁筒体１４０の外側にアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を配置する場合の問題点を全て解決することができる。
電磁石ユニット２００は、図１に示すように、側面から見て扁平なＵ字形状の磁気ヨーク２０１を有し、この磁気ヨーク２０１の底板部２０２の中央部に円筒状補助ヨーク２０３が固定されている。この円筒状補助ヨーク２０３の外側にスプール２０４が配置されている。

このスプール２０４は、円筒状補助ヨーク２０３を挿通する中央円筒部２０５と、この中央円筒部２０５の下端部から半径方向外方に突出する下フランジ部２０６と、中央円筒部２０５の上端より僅かに下側から半径方向外方に突出する上フランジ部２０７とで構成されている。そして、中央円筒部２０５、下フランジ部２０６及び上フランジ部２０７で構成される収納空間に励磁コイル２０８が巻装されている。

そして、磁気ヨーク２０１の開放端となる上端間に上部磁気ヨーク２１０が固定されている。この上部磁気ヨーク２１０は、中央部にスプール２０４の中央円筒部２０５に対向する貫通孔２１０ａが形成されている。
そして、スプール２０４の中央円筒部２０５内に、底部と磁気ヨーク２０１の底板部２０２との間に復帰スプリング２１４を配設した可動プランジャ２１５が上下に摺動可能に配設されている。この可動プランジャ２１５には、上部磁気ヨーク２１０から上方に突出する上端部に半径方向外方に突出する周鍔部２１６が形成されている。

また、上部磁気ヨーク２１０の上面に、環状に形成された永久磁石２２０が可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を囲むように固定されている。この永久磁石２２０は周鍔部２１６を囲む貫通孔２２１を有する。この永久磁石２２０は上下方向すなわち厚み方向に上端側を例えばＮ極とし、下端側をＳ極とするように着磁されている。なお、永久磁石２２０の貫通孔２２１の形状は周鍔部２１６の形状に合わせた形状とし、外周面の形状は円形、方形等の任意の形状とすることができる。

そして、永久磁石２２０の上端面に、永久磁石２２０と同一外形で可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の外径より小さい内径の貫通孔２２４を有する補助ヨーク２２５が固定されている。この補助ヨーク２２５の下面に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が当接されている。
また、可動プランジャ２１５の上端面には可動接触子１３０を支持する連結軸１３１が螺着されている。

そして、釈放状態では、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４によって上方に付勢されて、周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接する釈放位置となる。この状態で、可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に離間して、電流遮断状態となっている。
この釈放状態では、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が永久磁石２２０の磁力によって補助ヨーク２２５に吸引されており、復帰スプリング２１４の付勢力と相まって可動プランジャ２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下方に移動することなく補助ヨーク２２５に当接された状態が確保される。

そして、可動プランジャ２１５が非磁性体製で有底筒状に形成されたキャップ２３０で覆われ、このキャップ２３０の開放端に半径方向外方に延長して形成されたフランジ部２３１が上部磁気ヨーク２１０の下面にシール接合されている。これによって、接点収納ケース１０２及びキャップ２３０が上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａを介して連通される密封容器が形成されている。そして、接点収納ケース１０２及びキャップ２３０で形成される密封容器内に水素ガス、窒素ガス、水素及び窒素の混合ガス、空気、ＳＦ₆等のガスが封入されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、固定接触子１１１が例えば大電流を供給する電力供給源に接続され、固定接触子１１２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２００における励磁コイル２０８が非励磁状態にあって、電磁石ユニット２００で可動プランジャ２１５を下降させる励磁力を発生していない釈放状態にあるものとする。この釈放状態では、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４によって、上部磁気ヨーク２１０から離れる上方向に付勢される。これと同時に、永久磁石２２０の磁力による吸引力が補助ヨーク２２５に作用されて、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が吸引される。このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の上面が補助ヨーク２２５の下面に当接している。

このため、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている接点機構１０１の可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａから上方に所定距離だけ離間している。このため、固定接触子１１１及び１１２間の電流路が遮断状態にあり、接点機構１０１が開極状態となっている。
このように、釈放状態では、可動プランジャ２１５に復帰スプリング２１４による付勢力と環状永久磁石２２０による吸引力との双方が作用しているので、可動プランジャ２１５が外部からの振動や衝撃等によって不用意に下降することがなく、誤動作を確実に防止することができる。

この釈放状態から、電磁石ユニット２００の励磁コイル２０８を励磁すると、この電磁石ユニット２００で励磁力を発生させて、可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して下方に押し下げる。そして、可動プランジャ２１５の下降が、周鍔部２１６の下面が上部磁気ヨーク２１０の上面に当接することにより停止される。

このように、可動プランジャ２１５が下降することにより、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている可動接触子１３０も下降し、その接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａ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が固定接触子１１１、可動接触子１３０、及び固定接触子１１２を通じて負荷に供給される閉極状態となる。
このとき、固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との間に可動接触子１３０を開極させる方向の電磁反発力が発生する。

しかしながら、固定接触子１１１及び１１２は、図１に示すように、上板部１１６、中間板部１１７及び下板部１１８によってＣ字状部１１５が形成されているので、上板部１１６及び下板部１１８とこれに対向する可動接触子１３０とで逆方向の電流が流れることになる。このため、固定接触子１１１及び１１２の下板部１１８が形成する磁界と可動接触子１３０に流れる電流の関係からフレミング左手の法則により可動接触子１３０を固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに押し付けるローレンツ力を発生することができる。

このローレンツ力によって、固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａ間に発生する開極方向の電磁反発力に抗することが可能となり、可動接触子１３０の接点部１３０ａが開極することを確実に防止することができる。このため、可動接触子１３０を支持する接触スプリング１３４の押圧力を小さくすることができ、これに応じて励磁コイル２０８で発生する推力も小さくすることができ、電磁接触器全体の構成を小型化することができる。

この接点機構１０１の閉極状態から、負荷への電流供給を遮断する場合には、電磁石ユニット２００の励磁コイル２０８の励磁を停止する。
これによって、電磁石ユニット２００で可動プランジャ２１５を下方に移動させる励磁力がなくなることにより、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４の付勢力によって上昇し、周鍔部２１６が補助ヨーク２２５に近づくに従って環状永久磁石２２０の吸引力が増加する。

この可動プランジャ２１５が上昇することにより、連結軸１３１を介して連結された可動接触子１３０が上昇する。これに応じて接触スプリング１３４で接触圧を与えている間は可動接触子１３０が固定接触子１１１及び１１２に接触している。その後、接触スプリング１３４の接触圧がなくなった時点で可動接触子１３０が固定接触子１１１及び１１２から上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１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間にアークが発生し、このアークによって電流の通電状態が継続される。このとき、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７を覆う絶縁カバー１２１が装着されているので、アークが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間のみに発生させることができる。このため、アークの発生状態を安定させることができ、消弧性能を向上させることができる。

また、Ｃ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７が絶縁カバー１２１で覆われているので、可動接触子１３０の両端部とＣ字状部１１５の上板部１１６及び中間板部１１７の間の絶縁カバー１２１によって絶縁距離を確保することができ、可動接触子１３０の可動方向の高さを短縮することができる。したがって、接点装置１００を小型化することができる。

さらに、固定接触子１１１，１１２の中間板部１１７の内側面には磁性体板１１９によって覆われているので、この中間板部１１７を流れる電流によって発生する磁場が磁性体板１１９によってシールドされる。このため、固定接触子１１１，１１２の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点１３０ａ間に発生するアークによる磁場と中間板部１１７を流れる電流によって発生する磁場とが干渉することはなく、中間板部１１７を流れる電流によって発生する磁場にアークが影響されることを防止できる。

一方、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の対向磁極面がＮ極であり、その外側がＳ極であるので、このＮ極が出た磁束が、平面から見て図６（ａ）に示すように、各アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４固定接触子１１１の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの対向部のアーク発生部を可動接触子１３０の長手方向に内側から外側に横切ってＳ極に達して磁界が形成される。同様に、固定接触子１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａのアーク発生部を可動接触子１３０の長手方向に内側から外側に横切ってＳ極に達して磁界が形成される。

したがって、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の磁束がともに固定接触子１１１の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点部１３０ａ間と、固定接触子１１２の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点部１３０ａ間を可動接触子１３０の長手方向で互いに逆方向に横切ることになる。
このため、固定接触子１１１の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間では、図６（ｂ）に示すように、電流Ｉが固定接触子１１１側から可動接触子１３０側に流れるとともに、磁束Φの向きが内側から外側に向かう方向となる。このため、フレミングの左手の法則によって、図６（ｃ）に示すように、可動接触子１３０の長手方向と直交し且つ固定接触子１１１の接点部１１８ａと可動接触子１３０との開閉方向と直交してアーク消弧空間１４５側に向かう大きなローレンツ力Ｆが作用する。

このローレンツ力Ｆによって、固定接触子１１１の接点部１１８ａと可動接触子１３０の接点部１３０ａとの間に発生したアークが、固定接触子１１１の接点部１１８ａの側面からアーク消弧空間１４５内を通って可動接触子１３０の上面側に達するように大きく引き伸ばされて消弧される。
また、アーク消弧空間１４５では、その下方側及び上方側で、固定接触子１１１の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点部１３０ａ間の磁束の向きに対して下方側に及び上方側に磁束が傾くことになる。このため、傾いた磁束によってアーク消弧空間１４５に引き伸ばされたアークがアーク消弧空間１４５の隅の方向へさらに引き伸ばされ、アーク長を長くすることができ、良好な遮断性能を得ることができる。

一方、固定接触子１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０との間では、図６（ｂ）に示すように、電流Ｉが可動接触子１３０側から固定接触子１１２側に流れるとともに、磁束Φの向きが内側から外側に向かう右方向となる。このため、フレミングの左手の法則によって、可動接触子１３０の長手方向と直交し且つ固定接触子１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０との開閉方向と直交してアーク消弧空間１４５側に向かう大きなローレンツ力Ｆが作用する。

このローレンツ力Ｆによって、固定接触子１１２の接点部１１８ａと可動接触子１３０との間に発生したアークが、可動接触子１３０の上面側からアーク消弧空間１４５内を通って固定接触子１１２の側面側に達するように大きく引き伸ばされて消弧される。
また、アーク消弧空間１４５では、上述したように、その下方側及び上方側で、固定接触子１１２の接点部１１８ａ及び可動接触子１３０の接点部１３０ａ間の磁束の向きに対して下方側及び上方側に磁束が傾くことになる。このため、傾いた磁束によってアーク消弧空間１４５に引き伸ばされたアークがアーク消弧空間１４５の隅の方向へさらに引き伸ばされ、アーク長を長くすることができ、良好な遮断性能を得ることができる。

一方、電磁接触器１０の投入状態で、負荷側から直流電源側に回生電流が流れている状態で、釈放状態とする場合には、前述した図６（ｂ）における電流の方向が逆となることから、ローレンツ力Ｆがアーク消弧空間１４６側に作用し、アークがアーク消弧空間１４６側に引き伸ばされることを除いては同様の消弧機能が発揮される。
このとき、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４は絶縁筒体１４０に形成された磁石収納筒体１４１及び１４２内に配置されているので、アークが直接アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４に接触することがない。このため、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の磁気特性を安定して維持することができ、遮断性能を安定化させることができる。

また、絶縁筒体１４０によって、金属製の角筒体１０４の内周面を覆って絶縁できるので、電流遮断時のアークの短絡がなく、確実に電流遮断を行うことができる。
さらに、絶縁機能、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の位置決め機能及びアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４のアークからの保護機能を１つの絶縁筒体１４０で行うことができるので、製造コストを低減させることができる。

このように、上記実施形態によると、接点装置１００では、固定接触子１１１及び１１２のＣ字状部１１５と可動接触子１３０の接触圧を付与する接触スプリング１３４とが並列に配置されているので、固定接触子、可動接触子及び接触スプリング直列に配置する場合に比較して接点機構１０１の高さを低くすることができる。このため、接点装置１００を小型化することができる。

また、接点収納ケース１０２を構成する絶縁筒体１４０の可動接触子１３０の側縁に対向する内周面にアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を配置したので、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を一対の固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との接極面に近接させることができ、アークを可動接触子１３０の延長方向で内側から外側に向かう磁束の磁束密度を高めることができ、必要な磁束密度を得るためのアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の磁力を低減することができ、アーク消弧用磁石のコストダウンを行うことができる。

また、可動接触子１３０の側縁と、絶縁ケース１４０の内周面との距離をアーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の厚み分、長くすることができるので、十分なアーク消弧空間１４５６及び１４６を設けることができ、アークの消弧を確実に行うことができる。
さらに、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を収納する磁石収納筒体１４１及び１４２の可動接触子１３０と対向する位置に可動接触子の側縁に摺接する可動接触子ガイド部材１４８及び１４９が突出形成されているので、可動接触子１３０の回動を確実に防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図８について説明する。
この第２の実施形態では、消弧室の構成を変更したものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図８及び図２（ｂ）に示すように、セラミックスや合成樹脂材によって角筒部３０１とその上端を閉塞する天面板部３０２とを一体成形して桶状体３０３を形成し、この桶状体３０３の開放端面側にメタライズ処理して金属箔を形成し、この金属箔に金属製の接続部材３０４をシール接合して接点収納ケース１０２を構成している。

そして、桶状体３０３の底面側の内周面には例えば合成樹脂で形成された前述した第１の実施形態における底板部１０４ｂに対応する底板部３０５が配置されている。
また、天面板部３０２には、前述した固定接点支持絶縁基板１０５と同様に、固定接触子１１１及び１１２を挿通する挿通孔３０６及び３０７が形成され、これら挿通孔３０６及び３０７に固定接触子１１１及び１１２が前述した第１の実施形態と同様に支持されている。

その他の構成は前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第２の実施形態によると、絶縁材で一体成形された桶状体３０３で消弧室１０２を構成しているので、気密性のある消弧室１０２を少ない工数で容易に形成することができるとともに、部品点数を減少させることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の対向磁極面をＮ極と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、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の対向磁極面をＳ極とするようにしても、磁束のアーク横切り方向及びローレンツ力の方向が逆方向となることを除いては上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、固定接触子１１１及び１１２にＣ字状部１１５を形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、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持導体部１１４にＣ字状部１１５における上板部１１６を省略した形状となるＬ字状部１６０を連結するようにしてもよい。
この場合でも、固定接触子１１１及び１１２に可動接触子１３０を接触させた閉極状態で、Ｌ字状部１６０の垂直板部を流れる電流によって生じる磁束を固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との接触部に作用させることができる。このため、固定接触子１１１及び１１２と可動接触子１３０との接触部における磁束密度を高めて電磁反発力に抗するローレンツ力を発生させることができる。

また、上記実施形態においては、可動接触子１３０が中央部に凹部１３２を有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、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹部１３２を省略して平板状に形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４を保持する絶縁筒体１４０を一体成形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い。

すなわち、図１１に示すように、ベース部材２５１の磁石収納部２５２を形成した底板部２５３に、前後及び左右端部に側壁を構成する４枚の側板部２５６〜２５９を組み合わせて配置し、これら側板部２５６〜２５９を連結することよって絶縁筒体１４０を形成するようにしてもよい。この場合には、側壁部を４枚の側板部２５６〜２５９に分割するので、全体を一体形成する場合に比較して製造が容易となる。さらには、４枚の側板部２５６〜２５９を一体化した角筒体を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、可動プランジャ２１５に連結軸１３１を螺合させる場合について説明したが、可動プランジャ２１５と連結軸１３１とを一体に形成するようにしてもよい。

また、連結軸１３１と可動接触子１３０との連結が、連結軸１３１の先端部にフランジ部１３１ａを形成し、接触スプリング１３４及び可動接触子１３０を挿通してから可動接触子１３０の下端をＣリングで固定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い。すなわち、連結軸１３１のＣリング位置に半径方向に突出する位置決め大径部を形成し、これに可動接触子１３０を当接させてから接触スプリング１３４を配置し、この接触スプリング１３４の上端をＣリングによって固定するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、接点収納ケース１０２及びキャップ２３０で密封容器を構成し、この密封容器内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、遮断する電流が低い場合にはガス封入を省略するようにしてもよい。

１０…電磁接触器、１００…接点装置、１０１…接点機構、１０２…接点収納ケース、１０４…角筒体、１０５…固定接点支持絶縁基板、１１１，１１２…固定接触子、１１４…支持導体部、１１５…Ｃ字状部、１１６…上板部、１１７…中間板部、１１８…下板部、１１８ａ…接点部、１２１…絶縁カバー、１２２…Ｌ字状板部、１２３，１２４…側板部、１２５…嵌合部、１３０…可動接触子、１３０ａ…接点部、１３１…連結軸、１３２…凹部、１３４…接触スプリング、１４０…絶縁筒体、１４１，１４２…磁石収納ポケット、１４３，１４４…アーク消弧用永久磁石、１４５，１４６…アーク消弧空間、１６０…Ｌ字状部、２００…電磁石ユニット、２０１…磁気ヨーク、２０３…円筒状補助ヨーク、２０４…スプール、２０８…励磁コイル、２１０…上部磁気ヨーク、２１４…復帰スプリング、２１５…可動プランジャ、２１６…周鍔部、２２０…永久磁石、２２５…補助ヨーク、３０１…角筒部、３０２…天面板部、３０３…桶状体、３０４…接続部材、３０５…底板部

Claims (2)

1. 一対の固定接触子及び当該一対の固定接触子に対して接離自在に配設された可動接触子を接点収納ケース内に収納した接点装置を備え、前記接点収納ケース内における前記可動接触子に沿う内周面にそれぞれ互いの対向磁極面を同一極性に着磁したアーク消弧用永久磁石を前記可動接触子に近接させて配置しているとともに、
   前記アーク消弧用永久磁石は、前記接点収納ケースの内周面に形成された絶縁部材で覆われていることを特徴とする電磁接触器。
2. 前記絶縁部材は、前記可動接触子に摺接して当該可動接触子の回動を規制する可動接触子ガイド部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁接触器。

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