電磁接触器
【課題】複数の永久磁石を使用することなく１つの永久磁石で必要な磁力を確保するとともに、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる電磁接触器を提供する。
【解決手段】所定間隔を保って配置された一対の固定接触子１１１，１１２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１３０と、前記可動接触子１３０を駆動する電磁石ユニット２００とを備えている。電磁石ユニット２００は、プランジャ駆動部を囲む磁気ヨーク２０１，２１０と、先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャ２１５と、該可動プランジャ２１５の突出端側に形成された周鍔部２１６を囲むように固定配置された前記可動プランジャ２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０とを備えている。
【解決手段】所定間隔を保って配置された一対の固定接触子１１１，１１２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１３０と、前記可動接触子１３０を駆動する電磁石ユニット２００とを備えている。電磁石ユニット２００は、プランジャ駆動部を囲む磁気ヨーク２０１，２１０と、先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャ２１５と、該可動プランジャ２１５の突出端側に形成された周鍔部２１６を囲むように固定配置された前記可動プランジャ２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定接触子及びこれに接離可能な可動接触子と、可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備えた電磁接触器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電磁接触器では、固定接触子に対して接離可能に配置された可動接触子を駆動する駆動装置として、永久磁石の吸引力と電磁コイルによる吸引力との合成吸引力により、可動鉄心部分をばねの復帰力に抗して駆動する有極電磁石装置であって、コの字形の固定鉄心の２つの中央片にそれぞれ永久磁石の一方の磁極面を当接させ、他方の磁極面を固定鉄心内で電磁コイルの外側に配置した一対のＬの字形の磁極板の中央片に当接させるようにした有極電磁石装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−９１９０１号公報
【特許文献２】米国特許第５９５９５１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、電磁コイルの外側に一対のＬの字形の磁極板を配置し、これら磁極板の電磁コイルと対向する板部と固定鉄心との間にそれぞれ永久磁石を左右対象に配置するようにしている。したがって、左右２つの永久磁石を必要とするとともに、永久磁石と可動鉄心の吸引力作用部との距離が長く、永久磁石の磁力を効率的に使用することができない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、複数の永久磁石を使用することなく１つの永久磁石で必要な磁力を確保するとともに、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる電磁接触器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、所定間隔を保って配置された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と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備えている。前記電磁石ユニットは、プランジャ駆動部を囲む磁気ヨークと、先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、該可動プランジャの突出端側に形成された周鍔部を囲むように固定配置された前記可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石とを備えている。
【０００６】
この構成によると、可動プランジャの周鍔部を囲むように永久磁石を設けるようにしているので、環状永久磁石の磁力を漏れなく可動プランジャの周鍔部に作用させることができ、環状永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。また、可動プランジャに可動接触子を釈放方向に可動させる吸引力を作用させて、復帰スプリングの付勢力を減少させることができる。このため、励磁コイルの起磁力を減少させて電磁石ユニットを小型化することができる。また、釈放状態で、永久磁石の磁力によって可動プランジャの周鍔部を吸引することができ、釈放時に高い耐誤動作性能を確保することができる。
【０００７】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記磁気ヨークが、上部を開放し励磁コイルを巻装し且つ中央部に前記可動プランジャを可動可能に配置したスプールを支持する断面Ｕ字状の磁気ヨークと、該磁気ヨークの上部開放部に橋架された上部磁気ヨークとで構成されている。そして、前記上部磁気ヨークに前記可動プランジャを挿通する開口が形成され、該開口の周囲に前記環状永久磁石が配置されている。
この構成によると、釈放状態で可動プランジャを環状永久磁石の磁力で吸引し、投入時にはＵ字状の磁気ヨーク及び上部磁気ヨークと可動プランジャとで磁路を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記環状永久磁石が、前記上部磁気ヨークの外面における開口の周囲に配置され、前記上部磁気ヨークとは反対側に前記可動プランジャの前記周鍔部の前記上部磁気ヨークとは反対側に対向する補助ヨークを備えている。
この構成によると、環状永久磁石の磁力が補助ヨークを介して直接可動プランジャの周鍔部に作用するので、漏れ磁束を抑制してより効率よく環状永久磁石の磁力を使用することができる。
【０００９】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記永久磁石の厚みが前記可動プランジャの周鍔部の厚みと当該可動プランジャのストロークとの和に設定されている。
この構成によると、永久磁石の厚みで可動プランジャのストロークを決定することができ、可動プランジャのストロークに影響する累積の部品点数や形状交差を最小限とすることができる。また、環状永久磁石の厚みと可動プランジャの周鍔部の厚みのみで可動プランジャのストロークを決定することができ、ストロークのバラツキを極小化することができる。
【００１０】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、少なくとも前記固定接触子及び可動接触子と、前記可動プランジャとがガス封入容器内に配置されている。
この構成によると、大電流の通電・遮断が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの環状永久磁石で可動プランジャの周鍔部を吸引することができ、部品点数を減少させてコストダウンを図ることができる。
また、環状永久磁石を可動プランジャの周鍔部を囲むように配置するので、吸引力を作用させる位置の近傍に環状永久磁石を配置することができ、環状永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００１２】
さらに、環状永久磁石の吸引力を釈放状態の可動プランジャを吸引するように作用させることができ、この分可動プランジャを釈放状態に復帰させる復帰スプリングの付勢力を抑制することができる。このため、励磁コイルの起磁力を減少させて、電磁石ユニットの高さを低くすることができ、電磁接触器全体を小型化することができる。これと同時に、釈放時に永久磁石で可動プランジャを吸引して振動や衝撃等によって可動接触子が一対の固定接触子に誤接触することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】接点収納ケースの分解斜視図である。
【図３】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。
【図４】絶縁カバーの装着方法を示す説明図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】永久磁石と可動プランジャとの位置関係を示す拡大断面図である。
【図９】永久磁石による可動プランジャ吸引動作を説明する図であって、（ａ）は釈放状態、（ｂ）は投入状態を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の接点装置における消弧室の他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の接点装置における接点機構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。
【図１２】本発明の接点装置における接点機構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。
【図１３】電磁石ユニットの円筒状補助ヨークの変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図１４】電磁石ユニットの円筒状補助ヨークの変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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を収納する消弧室１０２を有する。この消弧室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。
【００１５】
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。
【００１６】
接点機構１０１は、図１に示すように、消弧室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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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に係合する嵌合部１２５とを備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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及び図５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。
【００２３】
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。
【００２４】
この可動接触子１３０は、釈放状態で、両端の接点部と固定接触子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。
【００２５】
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、この絶縁筒体１４０の可動接触子１３０の側面に対向する位置に磁石収納ポケット１４１及び１４２が形成されている。この磁石収納ポッケと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。
【００２６】
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、磁石収納ポケット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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の着磁量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。
【００３１】
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の外側にプランジャ駆動部としてのスプール２０４が配置されている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が対向されている。
ここで、永久磁石２２０の厚みＴは、図８に示すように、可動プランジャ２１５のストロークＬと可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みｔとを加算した値（Ｔ＝Ｌ＋ｔ）に設定されている。したがって、可動プランジャ２１５のストロークＬが永久磁石２２０の厚みＴで規制されている。
【００３６】
このため、可動プランジャ２１５のストロークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。また、可動プランジャ２１５のストロークＬを永久磁石２２０の厚みＴと周鍔部２１６の厚みｔのみで決定することができ、ストロークＬのバラツキを最小化することができる。特に、小型の電磁接触器でストロークが小さい場合により効果的である。
【００３７】
また、永久磁石２２０を環状に形成したので、特許文献１及び２に記載されているように永久磁石を左右対象に２つ配置する場合に比較して、部品点数が少なくなってコストダウンが図れる。また、永久磁石２２０に成形した貫通孔２２１の内周面近傍に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が配置されるため、永久磁石２２０で生じる磁束を通す閉回路に無駄がなく、漏れ磁束が少なくなり、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
また、釈放状態では、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａとの間のギャップｇ２、可動プランジャ２１５の外周面と円筒状補助ヨーク２０３との間のギャップｇ３、可動プランジャ２１５の下面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２の上面とのギャップｇ４と関係が以下のように設定されている。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＜ｇ４
【００４０】
このため、釈放状態で、励磁コイル２０８を励磁したときに、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通り、周鍔部２１６と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１を通って上部磁気ヨーク２１０に達する。この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通って円筒状補助ヨーク２０３を通って可動プランジャ２１５に至る閉磁路が形成される。
このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して下降させる。
【００４１】
したがって、この可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている可動接触子１３０の接点部１３０ａを固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触されて固定接触子１１１から可動接触子１３０を通じて固定接触子１１２に向かう電流路が形成されて投入状態となる。
この投入状態となると、図９（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５の下端面がＵ字状の磁気ヨーク２０１の底板部２０２に近づくので、前述した各ギャップｇ１〜ｇ４が下記のようになる。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＞ｇ４
【００４２】
このため、励磁コイル２０８によって発生される磁束が、図９（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通って直接上部磁気ヨーク２１０に入り、この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通り、その底板部２０２から直接可動プランジャ２１５に戻る閉磁路が形成される。
このため、ギャップｇ１及びギャップｇ４で大きな吸引力が作用して可動プランジャ２１５が下降位置に保持される。このため、可動プランジャ２１５に連結軸２１３を介して連結された可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａへの接触状態が継続される。
【００４３】
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、消弧室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、消弧室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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
このとき、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の底面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２との間のギャップｇ４が大きく、このギャップｇ４を通る磁束は殆どない。しかしながら、可動プランジャ２１５の下部外周面には円筒状補助ヨーク２０３が対向しており、この円筒状補助ヨーク２０３との間のギャップｇ３がギャップｇ４に比較して小さく設定されている。
【００４８】
このため、可動プランジャ２１５及び磁気ヨーク２０１の底板部２０２間には、円筒状ヨーク２０３を通じて磁路が形成される。さらに、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａの内周面との間ギャップｇ２に比較して可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１が小さく設定されている。このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間の磁束密度が大きくなり、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する大きな吸引力が作用する。
【００４９】
したがって、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して速やかに下降する。これにより、可動プランジャ２１５の下降が、図９（ｂ）に示すように、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の接点部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。
【００５７】
このとき、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の対向磁極面が同極の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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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ポケット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。
【００６５】
また、絶縁筒体１４０によって、金属製の接点収納ケース１０２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。
【００６６】
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の高さを短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。
【００６７】
また、接点収納ケース１０２を角筒体１０４とその上面を閉塞し、固定接触子１１１及び１１２をろう付けによって固定保持する平板状の固定接点支持絶縁基板１０５とをろう付けすることにより形成するようにしている。このため、固定接点支持絶縁基板１０５を同一平面上で縦及び横に密着して配列させることができ、一度に複数の固定接点支持絶縁基板１０５のメタライズ処理を行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００６８】
また、固定接点支持絶縁基板１０５に固定接触子１１１及び１１２をろう付け支持してから角筒体１０４にろう付けすることが可能となり、固定接触子１１１及び１１２の固定保持を容易に行うことができ、ろう付け用治具が簡単な構成で済み、組み立て治具のコストダウンを図ることができる。
固定接点支持絶縁基板１０５の平面度、反りの抑制や管理も接点収納ケース１０２を桶状に形成する場合に比較して容易となる。さらに、接点収納ケース１０２を纏めて大量に製作することが可能となり、製作コストを低減させることができる。
【００６９】
また、電磁石ユニット２００については、可動プランジャ２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０を上部磁気ヨーク２１０上に配置し、その上面に補助ヨーク２２５を形成したので、１つの環状永久磁石２２０で可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する吸引力を発生することができる。
このため、釈放状態における可動プランジャ２１５の固定を環状永久磁石２２０の磁力と復帰スプリング２１４の付勢力とで行うことができるので、誤動作衝撃に対する保持力を向上させることができる。
【００７０】
また、復帰スプリング２１４の付勢力を低下させることができ、接触スプリング１３４及び復帰スプリング２１４によるトータル負荷を低減させることができる。したがって，トータル負荷の低下分に応じて励磁コイル２０８で発生する吸引力を低下させることが可能となり、励磁コイル２０８の起磁力を減少させることができる。このため、スプール２０４の軸方向長さを短くすることができ、電磁石ユニット２００の可動プランジャ２１５の可動方向の高さを低くすることができる。
【００７１】
このように、接点装置１００及び電磁石ユニット２００の双方で可動プランジャ２１５の可動方向の高さを低くすることができるので、電磁接触器１０の全体構成を大幅に短縮することができ、小型化を図ることができる。
さらに、環状永久磁石２２０の内周面内に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を配置することにより、環状永久磁石２２０から生じる磁束を通す閉磁路に無駄がなく、漏れ磁束を少なくして永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００７２】
また、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を上部磁気ヨーク２１０と環状永久磁石２２０の上面に形成した補助ヨーク２２５との間に配置したので、可動プランジャ２１５のストロークを環状永久磁石２２０の厚みと可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みとで調整することができる。
このため、可動プランジャ２１５のストークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。しかも、可動プランジャ２１５のストローク調整を環状永久磁石２２０の厚み及び可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みのみで行うので、ストロークのバラツキを極小化することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態においては、接点装置１００の消弧室１０２を角筒体１０４及び固定接点支持絶縁基板１０５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、他の構成とすることができる。例えば、図１０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をシール接合して消弧室１０２を形成するようにしてもよい。
【００７４】
また、接点機構１０１も上記実施形態の構成に限定されるものではなく、任意の構成の接点機構を適用することができる。
例えば、図１１（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。
【００７５】
また、図１２（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、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、螺合に限らず、任意の接続方法を適用することができ、さらには可動プランジャ２１５と連結軸１３１とを一体に形成するようにしてもよい。
【００７６】
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。
【００７７】
また、上記実施形態においては、可動プランジャ２１５の下端側に近接させて円筒状補助ヨーク２０３を配置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、磁気ヨーク２０１を、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように有底円筒状に形成し、補助ヨーク２０３を、磁気ヨーク２０１の底板部２０２に沿う円環状板部２０３ａとこの円環状板部２０３ａの内周面から上方に立ち上がる円筒部２０３ｂとで構成するようにしてもよい。
【００７８】
また、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｕ字状の磁気ヨーク２１０の底板部２０２に貫通孔２０２ａを形成し、この貫通孔２０２ａ内に凸状の補助ヨーク２０３を嵌合させ、この補助ヨーク２０３の小径部２０３ｃを可動プランジャ２１５に形成した挿通穴２１７に挿通するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、消弧室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。
【符号の説明】
【００７９】
１０…電磁接触器、１１…外装絶縁容器、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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定接触子及びこれに接離可能な可動接触子と、可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備えた電磁接触器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電磁接触器では、固定接触子に対して接離可能に配置された可動接触子を駆動する駆動装置として、永久磁石の吸引力と電磁コイルによる吸引力との合成吸引力により、可動鉄心部分をばねの復帰力に抗して駆動する有極電磁石装置であって、コの字形の固定鉄心の２つの中央片にそれぞれ永久磁石の一方の磁極面を当接させ、他方の磁極面を固定鉄心内で電磁コイルの外側に配置した一対のＬの字形の磁極板の中央片に当接させるようにした有極電磁石装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−９１９０１号公報
【特許文献２】米国特許第５９５９５１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、電磁コイルの外側に一対のＬの字形の磁極板を配置し、これら磁極板の電磁コイルと対向する板部と固定鉄心との間にそれぞれ永久磁石を左右対象に配置するようにしている。したがって、左右２つの永久磁石を必要とするとともに、永久磁石と可動鉄心の吸引力作用部との距離が長く、永久磁石の磁力を効率的に使用することができない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、複数の永久磁石を使用することなく１つの永久磁石で必要な磁力を確保するとともに、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる電磁接触器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、所定間隔を保って配置された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と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備えている。前記電磁石ユニットは、プランジャ駆動部を囲む磁気ヨークと、先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、該可動プランジャの突出端側に形成された周鍔部を囲むように固定配置された前記可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石とを備えている。
【０００６】
この構成によると、可動プランジャの周鍔部を囲むように永久磁石を設けるようにしているので、環状永久磁石の磁力を漏れなく可動プランジャの周鍔部に作用させることができ、環状永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。また、可動プランジャに可動接触子を釈放方向に可動させる吸引力を作用させて、復帰スプリングの付勢力を減少させることができる。このため、励磁コイルの起磁力を減少させて電磁石ユニットを小型化することができる。また、釈放状態で、永久磁石の磁力によって可動プランジャの周鍔部を吸引することができ、釈放時に高い耐誤動作性能を確保することができる。
【０００７】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記磁気ヨークが、上部を開放し励磁コイルを巻装し且つ中央部に前記可動プランジャを可動可能に配置したスプールを支持する断面Ｕ字状の磁気ヨークと、該磁気ヨークの上部開放部に橋架された上部磁気ヨークとで構成されている。そして、前記上部磁気ヨークに前記可動プランジャを挿通する開口が形成され、該開口の周囲に前記環状永久磁石が配置されている。
この構成によると、釈放状態で可動プランジャを環状永久磁石の磁力で吸引し、投入時にはＵ字状の磁気ヨーク及び上部磁気ヨークと可動プランジャとで磁路を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記環状永久磁石が、前記上部磁気ヨークの外面における開口の周囲に配置され、前記上部磁気ヨークとは反対側に前記可動プランジャの前記周鍔部の前記上部磁気ヨークとは反対側に対向する補助ヨークを備えている。
この構成によると、環状永久磁石の磁力が補助ヨークを介して直接可動プランジャの周鍔部に作用するので、漏れ磁束を抑制してより効率よく環状永久磁石の磁力を使用することができる。
【０００９】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、前記永久磁石の厚みが前記可動プランジャの周鍔部の厚みと当該可動プランジャのストロークとの和に設定されている。
この構成によると、永久磁石の厚みで可動プランジャのストロークを決定することができ、可動プランジャのストロークに影響する累積の部品点数や形状交差を最小限とすることができる。また、環状永久磁石の厚みと可動プランジャの周鍔部の厚みのみで可動プランジャのストロークを決定することができ、ストロークのバラツキを極小化することができる。
【００１０】
また、本発明の他の形態に係る電磁接触器は、少なくとも前記固定接触子及び可動接触子と、前記可動プランジャとがガス封入容器内に配置されている。
この構成によると、大電流の通電・遮断が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの環状永久磁石で可動プランジャの周鍔部を吸引することができ、部品点数を減少させてコストダウンを図ることができる。
また、環状永久磁石を可動プランジャの周鍔部を囲むように配置するので、吸引力を作用させる位置の近傍に環状永久磁石を配置することができ、環状永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００１２】
さらに、環状永久磁石の吸引力を釈放状態の可動プランジャを吸引するように作用させることができ、この分可動プランジャを釈放状態に復帰させる復帰スプリングの付勢力を抑制することができる。このため、励磁コイルの起磁力を減少させて、電磁石ユニットの高さを低くすることができ、電磁接触器全体を小型化することができる。これと同時に、釈放時に永久磁石で可動プランジャを吸引して振動や衝撃等によって可動接触子が一対の固定接触子に誤接触することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】接点収納ケースの分解斜視図である。
【図３】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。
【図４】絶縁カバーの装着方法を示す説明図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】永久磁石と可動プランジャとの位置関係を示す拡大断面図である。
【図９】永久磁石による可動プランジャ吸引動作を説明する図であって、（ａ）は釈放状態、（ｂ）は投入状態を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の接点装置における消弧室の他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の接点装置における接点機構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。
【図１２】本発明の接点装置における接点機構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。
【図１３】電磁石ユニットの円筒状補助ヨークの変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図１４】電磁石ユニットの円筒状補助ヨークの変形例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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を収納する消弧室１０２を有する。この消弧室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。
【００１５】
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。
【００１６】
接点機構１０１は、図１に示すように、消弧室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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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に係合する嵌合部１２５とを備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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及び図５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。
【００２３】
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。
【００２４】
この可動接触子１３０は、釈放状態で、両端の接点部と固定接触子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。
【００２５】
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、この絶縁筒体１４０の可動接触子１３０の側面に対向する位置に磁石収納ポケット１４１及び１４２が形成されている。この磁石収納ポッケと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。
【００２６】
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、磁石収納ポケット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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の着磁量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。
【００３１】
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の外側にプランジャ駆動部としてのスプール２０４が配置されている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が対向されている。
ここで、永久磁石２２０の厚みＴは、図８に示すように、可動プランジャ２１５のストロークＬと可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みｔとを加算した値（Ｔ＝Ｌ＋ｔ）に設定されている。したがって、可動プランジャ２１５のストロークＬが永久磁石２２０の厚みＴで規制されている。
【００３６】
このため、可動プランジャ２１５のストロークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。また、可動プランジャ２１５のストロークＬを永久磁石２２０の厚みＴと周鍔部２１６の厚みｔのみで決定することができ、ストロークＬのバラツキを最小化することができる。特に、小型の電磁接触器でストロークが小さい場合により効果的である。
【００３７】
また、永久磁石２２０を環状に形成したので、特許文献１及び２に記載されているように永久磁石を左右対象に２つ配置する場合に比較して、部品点数が少なくなってコストダウンが図れる。また、永久磁石２２０に成形した貫通孔２２１の内周面近傍に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６が配置されるため、永久磁石２２０で生じる磁束を通す閉回路に無駄がなく、漏れ磁束が少なくなり、永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
また、釈放状態では、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａとの間のギャップｇ２、可動プランジャ２１５の外周面と円筒状補助ヨーク２０３との間のギャップｇ３、可動プランジャ２１５の下面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２の上面とのギャップｇ４と関係が以下のように設定されている。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＜ｇ４
【００４０】
このため、釈放状態で、励磁コイル２０８を励磁したときに、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通り、周鍔部２１６と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１を通って上部磁気ヨーク２１０に達する。この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通って円筒状補助ヨーク２０３を通って可動プランジャ２１５に至る閉磁路が形成される。
このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間のギャップｇ１の磁束密度を高めることができ、より大きな吸引力を発生して、可動プランジャ２１５を復帰スプリング２１４の付勢力及び永久磁石２２０の吸引力に抗して下降させる。
【００４１】
したがって、この可動プランジャ２１５に連結軸１３１を介して連結されている可動接触子１３０の接点部１３０ａを固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａに接触されて固定接触子１１１から可動接触子１３０を通じて固定接触子１１２に向かう電流路が形成されて投入状態となる。
この投入状態となると、図９（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５の下端面がＵ字状の磁気ヨーク２０１の底板部２０２に近づくので、前述した各ギャップｇ１〜ｇ４が下記のようになる。
ｇ１＜ｇ２ 且つ ｇ３＞ｇ４
【００４２】
このため、励磁コイル２０８によって発生される磁束が、図９（ｂ）に示すように、可動プランジャ２１５から周鍔部２１６を通って直接上部磁気ヨーク２１０に入り、この上部磁気ヨーク２１０からＵ字状の磁気ヨーク２０１を通り、その底板部２０２から直接可動プランジャ２１５に戻る閉磁路が形成される。
このため、ギャップｇ１及びギャップｇ４で大きな吸引力が作用して可動プランジャ２１５が下降位置に保持される。このため、可動プランジャ２１５に連結軸２１３を介して連結された可動接触子１３０の接点部１３０ａが固定接触子１１１及び１１２の接点部１１８ａへの接触状態が継続される。
【００４３】
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、消弧室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、消弧室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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
このとき、図９（ａ）に示すように、可動プランジャ２１５の底面と磁気ヨーク２０１の底板部２０２との間のギャップｇ４が大きく、このギャップｇ４を通る磁束は殆どない。しかしながら、可動プランジャ２１５の下部外周面には円筒状補助ヨーク２０３が対向しており、この円筒状補助ヨーク２０３との間のギャップｇ３がギャップｇ４に比較して小さく設定されている。
【００４８】
このため、可動プランジャ２１５及び磁気ヨーク２０１の底板部２０２間には、円筒状ヨーク２０３を通じて磁路が形成される。さらに、可動プランジャ２１５の外周面と上部磁気ヨーク２１０の貫通孔２１０ａの内周面との間ギャップｇ２に比較して可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０との間のギャップｇ１が小さく設定されている。このため、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の下面と上部磁気ヨーク２１０の上面との間の磁束密度が大きくなり、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する大きな吸引力が作用する。
【００４９】
したがって、可動プランジャ２１５が復帰スプリング２１４の付勢力及び環状永久磁石２２０の吸引力に抗して速やかに下降する。これにより、可動プランジャ２１５の下降が、図９（ｂ）に示すように、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の接点部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。
【００５７】
このとき、アーク消弧用永久磁石１４３及び１４４の対向磁極面が同極の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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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ポケット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。
【００６５】
また、絶縁筒体１４０によって、金属製の接点収納ケース１０２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。
【００６６】
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の高さを短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。
【００６７】
また、接点収納ケース１０２を角筒体１０４とその上面を閉塞し、固定接触子１１１及び１１２をろう付けによって固定保持する平板状の固定接点支持絶縁基板１０５とをろう付けすることにより形成するようにしている。このため、固定接点支持絶縁基板１０５を同一平面上で縦及び横に密着して配列させることができ、一度に複数の固定接点支持絶縁基板１０５のメタライズ処理を行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００６８】
また、固定接点支持絶縁基板１０５に固定接触子１１１及び１１２をろう付け支持してから角筒体１０４にろう付けすることが可能となり、固定接触子１１１及び１１２の固定保持を容易に行うことができ、ろう付け用治具が簡単な構成で済み、組み立て治具のコストダウンを図ることができる。
固定接点支持絶縁基板１０５の平面度、反りの抑制や管理も接点収納ケース１０２を桶状に形成する場合に比較して容易となる。さらに、接点収納ケース１０２を纏めて大量に製作することが可能となり、製作コストを低減させることができる。
【００６９】
また、電磁石ユニット２００については、可動プランジャ２１５の可動方向に着磁された環状永久磁石２２０を上部磁気ヨーク２１０上に配置し、その上面に補助ヨーク２２５を形成したので、１つの環状永久磁石２２０で可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を吸引する吸引力を発生することができる。
このため、釈放状態における可動プランジャ２１５の固定を環状永久磁石２２０の磁力と復帰スプリング２１４の付勢力とで行うことができるので、誤動作衝撃に対する保持力を向上させることができる。
【００７０】
また、復帰スプリング２１４の付勢力を低下させることができ、接触スプリング１３４及び復帰スプリング２１４によるトータル負荷を低減させることができる。したがって，トータル負荷の低下分に応じて励磁コイル２０８で発生する吸引力を低下させることが可能となり、励磁コイル２０８の起磁力を減少させることができる。このため、スプール２０４の軸方向長さを短くすることができ、電磁石ユニット２００の可動プランジャ２１５の可動方向の高さを低くすることができる。
【００７１】
このように、接点装置１００及び電磁石ユニット２００の双方で可動プランジャ２１５の可動方向の高さを低くすることができるので、電磁接触器１０の全体構成を大幅に短縮することができ、小型化を図ることができる。
さらに、環状永久磁石２２０の内周面内に可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を配置することにより、環状永久磁石２２０から生じる磁束を通す閉磁路に無駄がなく、漏れ磁束を少なくして永久磁石の磁力を効率的に使用することができる。
【００７２】
また、可動プランジャ２１５の周鍔部２１６を上部磁気ヨーク２１０と環状永久磁石２２０の上面に形成した補助ヨーク２２５との間に配置したので、可動プランジャ２１５のストロークを環状永久磁石２２０の厚みと可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みとで調整することができる。
このため、可動プランジャ２１５のストークに影響する累積の部品数や形状公差を最小限とすることができる。しかも、可動プランジャ２１５のストローク調整を環状永久磁石２２０の厚み及び可動プランジャ２１５の周鍔部２１６の厚みのみで行うので、ストロークのバラツキを極小化することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態においては、接点装置１００の消弧室１０２を角筒体１０４及び固定接点支持絶縁基板１０５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、他の構成とすることができる。例えば、図１０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をシール接合して消弧室１０２を形成するようにしてもよい。
【００７４】
また、接点機構１０１も上記実施形態の構成に限定されるものではなく、任意の構成の接点機構を適用することができる。
例えば、図１１（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。
【００７５】
また、図１２（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、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、螺合に限らず、任意の接続方法を適用することができ、さらには可動プランジャ２１５と連結軸１３１とを一体に形成するようにしてもよい。
【００７６】
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。
【００７７】
また、上記実施形態においては、可動プランジャ２１５の下端側に近接させて円筒状補助ヨーク２０３を配置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、磁気ヨーク２０１を、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように有底円筒状に形成し、補助ヨーク２０３を、磁気ヨーク２０１の底板部２０２に沿う円環状板部２０３ａとこの円環状板部２０３ａの内周面から上方に立ち上がる円筒部２０３ｂとで構成するようにしてもよい。
【００７８】
また、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｕ字状の磁気ヨーク２１０の底板部２０２に貫通孔２０２ａを形成し、この貫通孔２０２ａ内に凸状の補助ヨーク２０３を嵌合させ、この補助ヨーク２０３の小径部２０３ｃを可動プランジャ２１５に形成した挿通穴２１７に挿通するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、消弧室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。
【符号の説明】
【００７９】
１０…電磁接触器、１１…外装絶縁容器、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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を保って配置された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と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備え、
前記電磁石ユニットは、
プランジャ駆動部を囲む磁気ヨークと、
先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、
該可動プランジャの突出端側に形成された周鍔部を囲むように固定配置された前記可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石と
を備えていること特徴とする電磁接触器。
【請求項２】
前記磁気ヨークは、上部を開放し励磁コイルを巻装し且つ中央部に前記可動プランジャを可動可能に配置したスプールを支持する断面Ｕ字状の磁気ヨークと、該磁気ヨークの上部開放部に橋架された上部磁気ヨークとで構成され、前記上部磁気ヨークに前記可動プランジャを挿通する開口が形成され、該開口の周囲に前記環状永久磁石が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁接触器。
【請求項３】
前記環状永久磁石は、前記上部磁気ヨークの外面における開口の周囲に配置され、前記上部磁気ヨークとは反対側に前記可動プランジャの前記周鍔部の前記上部磁気ヨークとは反対側に対向する補助ヨークを備えていることを特徴とする請求項２に記載の電磁接触器。
【請求項４】
前記永久磁石の厚みが前記可動プランジャの周鍔部の厚みと当該可動プランジャのストロークとの和に設定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項に記載の電磁接触器。
【請求項５】
少なくとも前記固定接触子及び可動接触子と、前記可動プランジャとがガス封入容器内に配置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項に記載の電磁接触器。
【請求項１】
所定間隔を保って配置された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と、前記可動接触子を駆動する電磁石ユニットとを備え、
前記電磁石ユニットは、
プランジャ駆動部を囲む磁気ヨークと、
先端が前記磁気ヨークに形成された開口を通じて突出され且つ復帰スプリングで付勢された可動プランジャと、
該可動プランジャの突出端側に形成された周鍔部を囲むように固定配置された前記可動プランジャの可動方向に着磁された環状永久磁石と
を備えていること特徴とする電磁接触器。
【請求項２】
前記磁気ヨークは、上部を開放し励磁コイルを巻装し且つ中央部に前記可動プランジャを可動可能に配置したスプールを支持する断面Ｕ字状の磁気ヨークと、該磁気ヨークの上部開放部に橋架された上部磁気ヨークとで構成され、前記上部磁気ヨークに前記可動プランジャを挿通する開口が形成され、該開口の周囲に前記環状永久磁石が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁接触器。
【請求項３】
前記環状永久磁石は、前記上部磁気ヨークの外面における開口の周囲に配置され、前記上部磁気ヨークとは反対側に前記可動プランジャの前記周鍔部の前記上部磁気ヨークとは反対側に対向する補助ヨークを備えていることを特徴とする請求項２に記載の電磁接触器。
【請求項４】
前記永久磁石の厚みが前記可動プランジャの周鍔部の厚みと当該可動プランジャのストロークとの和に設定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項に記載の電磁接触器。
【請求項５】
少なくとも前記固定接触子及び可動接触子と、前記可動プランジャとがガス封入容器内に配置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項に記載の電磁接触器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２４３５８３（Ｐ２０１２−２４３５８３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２９０６（Ｐ２０１１−１１２９０６）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５０８２９６７３８）富士電機機器制御株式会社 (299)
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５０８２９６７３８）富士電機機器制御株式会社 (299)
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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