電磁継電器
【課題】 高温加熱後も安定した機密性を確保し、水やコーティング剤、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な動作障害、接点障害のない電磁継電器を提供すること。
【解決手段】 電気接点部を保持した電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、その本体部を覆う成型樹脂カバー２１とで構成され、成型樹脂カバー２１に内圧調整機構部２を有し、内圧調整機構部２は空気抜き用の貫通穴４と、貫通穴４を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部３を備え、貫通穴４は成型樹脂カバー２１に形成された成型樹脂カバー２１の外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、貫通穴４の周辺部に蓋部３の一端を圧入する圧入孔５を有している。蓋部３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通孔４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部３が貫通穴４の上方から圧入孔５に圧入固着されることで貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【解決手段】 電気接点部を保持した電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、その本体部を覆う成型樹脂カバー２１とで構成され、成型樹脂カバー２１に内圧調整機構部２を有し、内圧調整機構部２は空気抜き用の貫通穴４と、貫通穴４を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部３を備え、貫通穴４は成型樹脂カバー２１に形成された成型樹脂カバー２１の外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、貫通穴４の周辺部に蓋部３の一端を圧入する圧入孔５を有している。蓋部３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通孔４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部３が貫通穴４の上方から圧入孔５に圧入固着されることで貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁継電器に関し、特に基板実装時の加熱処理工程による障害を防ぐことができる車載用途の電装部品として好適な電磁継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁駆動による電気接点の開閉機能を有し、車載用に多用されている電磁継電器は、電気接点、電磁駆動部及びそれらを搭載する成型樹脂ベースからなる本体部が成型樹脂カバーで覆われ、その信頼性を確保するため一般的に熱硬化性の封止用樹脂などで気密封止されている。このように電磁継電器が外部から完全密封されている場合、電磁継電器内部の気体の逃げ道を閉ざしている状態にあり、電磁継電器の端子を回路基板に半田付けする場合などのリフロー加熱工程では熱ストレスによって、特に熱膨張係数の異なる金属と樹脂との界面、あるいは、成型樹脂と封止用樹脂との接着部において、気密破壊が起こり易い。気密破壊を起こした電磁継電器は、外部から水、溶剤等の侵入を許し、動作障害、接点接触障害を引き起こす原因となっていた。
【０００３】
図１０は、従来の一般的な電磁継電器の分解斜視図、図１１は図１０に示した電磁継電器の成型樹脂カバーの貫通穴の構造を説明する縦断面図であり、図１１（ａ）はアンシール（非封止）タイプの貫通穴構造、図１１（ｂ）はシール（封止）タイプの貫通穴構造を示す。図１０において、電気接点部と電磁駆動部１３が成型樹脂ベース１２に搭載されて本体部を構成し、その本体部全体が成型された成型樹脂カバー１で覆われている。また、成型樹脂ベース１２と挿入された端子などとの隙間および本体部と成型樹脂カバー１との間隙は封止用樹脂１４で封止されている。
【０００４】
図１０および図１１に示すように、従来の電磁継電器は成型によって成型樹脂カバー１の天面の外側に向かう突出部分に貫通穴４を設けている。従来は貫通状態のままの貫通穴４ａを有するアンシールタイプの電磁継電器と、この貫通穴４の部分を熱かしめにて溶融し塞いだ貫通穴４ｂを有し内部を密封したシールタイプの電磁継電器の２種類の形態の電磁継電器を提供していた。
【０００５】
従来、リフロー加熱工程での熱ストレスを想定した場合は、主に前者のアンシールタイプの電磁継電器を用いていた。一般的に成型樹脂カバー１はシールタイプの電磁継電器にも共通して使用されるため、その天面の貫通穴４は、成型性及び熱かしめの作業性を考慮して要求される形状および穴径の条件を満たさなければならず、このため一定の大きさの開口部が必要となる。そこで電磁継電器外部からこの開口部を通してあらゆる汚染成分が侵入し易い状態にある。特に車載用途としては、リフロー加熱工程によって電磁継電器がプリント基板に搭載された後、そのプリント基板全面にコーティング剤を塗布する場合がある。このとき、望ましくは貫通穴４への塗布を避ける必要があるが、仮に貫通穴４にコーティング剤が塗布された場合、コーティング剤が電磁継電器内部へ侵入する可能性があり、動作障害、接点接触障害の直接原因となる。さらには、半田接続の際のフラックスの残渣を除去するため、搭載された電磁継電器はプリント基板と共に浸漬して丸洗いされる場合があり、このような工程はアンシールタイプの電磁継電器には適用できない。このように電磁継電器が封止されていないアンシールタイプの電磁継電器は、著しく高いリスクを持ち、その使用方法において大きな制限を受けることとなる。
【０００６】
一方、従来の封止タイプの電磁継電器では、リフロー加熱工程での熱ストレスによっても気密破壊が生じないように封止構造を強固にすることが行なわれている。例えば図１０において、封止用樹脂１４をより耐熱性が高く、かつ成型樹脂カバー１や成型樹脂ベース１２とより強固な接着特性を持つ封止用樹脂に変更し、気密性を上げる方法がある。
【０００７】
また、特許文献１には、成型樹脂カバー内壁に補強リブを設け、かつ、その補強リブの嵌合部を封止用樹脂が流入し易い構造とすることで接合強度を上昇せしめ、高温時の膨張破壊に対する限界点を引き上げる技術が示されており、特許文献２では微小な多孔質の空気孔部を有するフィルターを成型樹脂ベースなどの一部に設置することで、高温時の膨張破壊を防止する技術が示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６７４９８号公報
【特許文献２】特開平５−２４２７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実際に行なわれているリフロー加熱工程の条件は多岐にわたるので、前述のような封止用樹脂の耐熱性や接着強度を強くする技術だけでは、それら全てに対し、その気密特性を保持することはできない。高温によって電磁継電器内部が高圧となり、過度の熱膨張により気密破壊を起こす限界点が存在するからである。多岐にわたるリフロー加熱条件では、その気密破壊を起こす限界点を超えている場合が想定しうる。さらには、封止用樹脂は塗布条件や熱硬化条件、あるいは、周囲温度、湿度等の外部条件によって変化を受けやすいため、その接着特性は変化しやすく、製造工程ではその接着強度を完全に一定に保つ制御は困難である。また、気密破壊の限界はその接着封止部分の一番弱い部分で決定される。このような様々な要因によって結果的に気密破壊を起こす限界点が製品によって変動することになる。
【００１０】
例えば、特許文献１のように成型樹脂カバー内壁に補強リブを設け、かつ、封止用樹脂の流入を促進させる技術は、成型樹脂カバー自体は、より剛直な構造によって膨張破壊に対する限界点は上昇するが、その他の接合部、例えば、封止用樹脂と金属端子界面等へストレスが集中することとなる。
【００１１】
一方、特許文献２に示される多孔質のフィルターを適用する技術では、一般的にフィルター自体の耐熱限界が成型樹脂ベースより低い場合が想定され、例えば、鉛レス半田条件等のより厳しいリフロー加熱条件では、安定した多孔質状態を維持することができない場合がある。また、成型樹脂ベースへのフィルターの固定構造や固定工法など技術的な課題も多く、現状ではその適用は容易ではなく、生産性においても問題がある。
【００１２】
従って、本発明の課題は、前記の問題点に鑑みて、高温加熱工程後も安定した気密性を確保し、水やコーティング剤、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害、接点障害のない電磁継電器を提供することにある。
【００１３】
上記課題の解決により、リフロー加熱工程による基板搭載後の洗浄やコーティング剤塗布を可能とし、さらには、リフロー加熱工程後でも一般的に接点に影響を及ぼし接点障害を招く可能性があるガス雰囲気中においても安定に動作可能な電磁継電器が得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明による電磁継電器は、電気接点部と電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、該本体部を覆う成型樹脂カバーとで構成され、成型樹脂カバーと前記成型樹脂ベースとの間隙および前記成型樹脂ベースと前記電気接点部または前記電磁駆動部の一部を構成する端子との間の間隙が封止用樹脂により封止されてなる電磁継電器において、前記成型樹脂カバーに内圧調整機構部を設け、該内圧調整機構部は空気抜き用の貫通穴と、該貫通穴を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部を備え、前記貫通穴は前記蓋部に圧接され塞がれる。
【００１５】
また、前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、該貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端を圧入する圧入孔を有し、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通穴側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部が前記貫通穴上方から前記圧入孔に圧入固着されることで前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されてもよい。
【００１６】
また、前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、前記貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端をレーザー溶接するための金属板が前記成型樹脂カバーに一体として成型されて埋め込まれ、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通穴側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部を前記貫通穴上方から挿入し前記金属板へレーザー溶接することで、前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されてもよい。さらに、前記蓋部は中央部をくり抜いたバイメタルの板をＵ字状に折り曲げて形成されていてもよい。
【００１７】
上述のように本発明の電磁継電器は内圧を調整する機構を有する。すなわち、高温加熱時は、内圧の上昇を防ぐように通気を確保し、接着界面や成型樹脂の膨張破壊を防ぐ。常温へ戻った時は、再び、気密を保つことで、耐水性を維持し、コーティング剤の侵入や、さらに電磁継電器外部からのガスの侵入を防ぐこともでき、動作障害や接点障害を避けられる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、高温加熱工程後も安定した気密を確保し、水やコーティング剤、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害のない電磁継電器が得られる。
【００１９】
さらに具体的には、リフロー加熱工程による基板搭載後の洗浄やコーティング剤塗布を可能とし、さらには、リフロー加熱工程後でも一般的に接点に影響を及ぼし接点障害を招く可能性があるガス雰囲気中においても安定に動作可能な電磁継電器が得られる。
【００２０】
なお、貫通穴を塞ぐ蓋部の材料として一般的な金属板のばねを用いた場合は、高温加熱時は電磁継電器の内圧上昇により該金属板が押し上げられ、当該温度に相当する自由膨張分の空気が電磁継電器外部へ流出することで、外気圧と等しくなり、その後、前記金属板のばねの弾性力により、再び貫通穴が圧接されることで気密を保持する機構となる。この場合、高温状態でも膨張空気を放出後すぐに密封されるので、温度が降下する際は、気密を保ったままの電磁継電器は、内圧と外圧の差が加熱時とちょうど逆のストレスを受けることとなり、この時も気密破壊を引き起こす原因となる。貫通穴を塞ぐ部分に本発明のようにバイメタルの板を用いると、電磁継電器内部の気密を温度で制御する機構となり、前述の温度降下時のストレスを回避することができる。
【００２１】
また、本発明は、バイメタルの板による蓋部と従来の貫通穴に類似した貫通穴を有する成型樹脂カバーとの組合せにより形成される内圧調整機構を利用するものであり、本発明に使用する成型樹脂カバーは、アンシールタイプの電磁継電器にも共通して使用でき、本発明を用いずに熱かしめにて貫通穴を溶融することで従来のシールタイプの電磁継電器も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明による電磁継電器の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明による電磁継電器の第１の実施例を説明するための図であり、図１（ａ）は本実施例に使用する成型樹脂カバー２１の全体の分解斜視図、図１（ｂ）はその成型樹脂カバー２１に形成された内圧調整機構部２の分解斜視図、図１（ｃ）は内圧調整機構部２の断面図を示す。
【００２４】
本実施例の電磁継電器は、成型樹脂カバー２１に設けた内圧調整機構部２以外の基本的な構造は図１０に示した従来の電磁継電器と同じであり、電気接点部を保持した電磁駆動部１３と成型樹脂ベース１２とを備える本体部と、その本体部を覆う成型樹脂カバー２１とで構成され、成型樹脂ベース１２と前記電気接点部または電磁駆動部１３の一部を構成する端子との間の間隙および本体部と成型樹脂カバー２１との間隙が封止用樹脂１４により封止されている。
【００２５】
本実施例においては、図１に示すように、成型樹脂カバー２１に内圧調整機構部２を有し、内圧調整機構部２は空気抜き用の貫通穴４と、貫通穴４を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部３を備え、貫通穴４は蓋部３が圧接され塞がれる。また、貫通穴４は成型樹脂カバー２１に形成された成型樹脂カバー２１の外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、貫通穴４の周辺部に蓋部３の一端を圧入する圧入孔５を有している。蓋部３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通穴４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部３が貫通穴４の上方から圧入孔５に圧入固着されることで貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【００２６】
図２は本実施例に使用する蓋部３の構成の一例を示す図であり、図２（ａ）は、本実施例に使用する曲げ加工前の蓋部３の平面図、図２（ｂ）は曲げ加工後の蓋部３の斜視図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す。図２（ａ）に示すように、蓋部３は略長方形のバイメタルの板の中央部をくり抜いて開口部８を形成し、それを図２（ｂ）に示すようにＵ字状に上に折り曲げて形成されている。開口部８の内側に貫通穴４が挿入され、上に折り曲げられた部分に形成されたエンボス加工部６の下面凸部で塞がれる。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、蓋部３の一端には圧入孔５に挿入される圧入部７を有し、圧入部７は、圧入孔５（図１）に圧入するために直角に下に曲げ加工され、圧入部７の先端には、圧入孔５との圧入強度を保つために返し部７１を備えている。圧入孔５への圧入時は、開口部８と圧入部７の間の部分を上方から押さえ込み挿入する組付け方法を取ることで押込み時に均一な加圧を実現でき、さらにこの部分は、圧入時の蓋部３のねじれ、破損を防止する役目を果たす。
【００２８】
図１（ｃ）は、蓋部３が貫通穴４を閉塞している状態を示している。蓋部３を成型樹脂カバー２１へ圧入固着することで貫通穴４を覆い、かつ貫通穴４がエンボス加工部６に圧接されて気密を保つ。
【００２９】
本実施例において、貫通穴４を塞ぐ蓋部３は、図２（ｃ）に示すようにＵ字型の内側に高膨張側金属９、外側に低膨張側金属１０となるように配したバイメタルの板を用いる。蓋部３は温度が上昇すると熱膨張率の差により全体が一様な曲率で湾曲し、その結果としてＵ字型の先が開くように動作する。リフロー加熱工程時に加わる最高温度が２５０〜３００℃であるため、バイメタルに用いる材質はこの温度に耐えうる材質を用いる。例えば、低膨張側金属にＦｅ−Ｎｉ、高膨張側金属には、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒといった金属の組合せがある。ここで、蓋部３が所定の温度で貫通穴４との圧接を開放し、気密を開放させるべく、そのときの温度でＵ字型の先が開くように変位する変位量をＤFとすると、蓋部３は、上に折り曲げられた部分が下の部分と平行になる位置よりさらに内側にその変位量ＤFと等しい撓み量ＤP分をフォロー分として曲げておく。
【００３０】
図３は、内圧調整機構の動作原理を示す断面図であり、図３（ａ）は貫通穴４の閉塞時、図３（ｂ）は開放時を示す。常温時においては、図３（ａ）に示すようにエンボス加工部６は貫通穴４を塞ぐ形で圧接しており、撓み量ＤP分に相当する弾性荷重がフォロー分として貫通穴４にかかるように蓋部３のＵ字に曲げられた上の部分が下の部分と平行になるように圧着されており、その荷重Ｆ1（Ｎ）は撓み量ＤPとバイメタルの材質のヤング率によって決定される。電磁継電器がリフロー工程などで加熱された場合、蓋部３はＵ字の先端が開くように変位する。この変位量ＤFが撓み量ＤPと等しくなる温度をＴ1（℃）とすると、温度Ｔ1（℃）のとき上記荷重Ｆ1（Ｎ）は０となり、エンボス加工部６は圧接していた貫通穴４から離れはじめ、さらに温度Ｔ1（℃）を上回れば図３（ｂ）に示すように貫通穴４が完全に開放されることとなる。再び温度が下がると、エンボス加工部６は貫通穴４を覆う方向に変位し、前述の温度Ｔ1（℃）を下回った瞬間に貫通穴４に圧接され、当初の気密を保つ。
【００３１】
図４に、一端を固定したＵ字型の蓋部３の基本構造を示す。加熱した場合、高膨張側金属を内側としたＵ字型のバイメタルは温度の上昇に比例して湾曲し、Ｕ字型の先が開くように変位する。バイメタルの板の厚さｈ（ｍｍ）、幅ｂ（ｍｍ）、Ｕ字の下側の部分、上側の部分の長さをそれぞれｌ1、ｌ2、Ｕ字の曲げ半径をｒとすると、作動長ＬはＬ＝ｌ1＋ｌ2＋πｒ（ｍｍ）となり、湾曲係数をＫ（／℃）、弾性係数をＥ（Ｎ／ｍｍ2）とし、常温を２３（℃）とした時、このＵ字型のバイメタルの温度Ｔ（℃）での変位量ＤF（ｍｍ）は、式（１）となる。
【００３２】
ＤF＝Ｋ（Ｔ−２３）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）／ｈ・・・・（１）
【００３３】
本実施例の蓋部３は、変位量ＤF（ｍｍ）を式（１）から求めることができる。温度Ｔ1（℃）以上で蓋部３が貫通穴４を開放するためには、温度Ｔ1の変位量ＤF（ｍｍ）と、常温時の撓み量ＤP（ｍｍ）が等しくなるように、蓋部３の曲げ加工を調整すればよい。
【００３４】
図５は、貫通穴４がエンボス加工部６によって圧接されている時の力の関係を示す断面図である。貫通穴４の閉塞時には、温度の上昇に応じて電磁継電器に密封された空気の膨張による内圧により貫通穴４から蓋部３を押し上げる方向のＦ2（Ｎ）の力がかかる。貫通穴４にかかるバイメタルの押付け力Ｆ（Ｎ）は、撓み量ＤP（ｍｍ）によって発生する弾性荷重Ｆ1（Ｎ）と、上記のＦ1とは逆方向の内圧上昇による力Ｆ2（Ｎ）に分離でき、Ｆ＝Ｆ1−Ｆ2の関係となる。
【００３５】
荷重Ｆ1（Ｎ）は、電磁継電器の温度Ｔ（℃）が上昇にするに従って減少していく。このとき、温度Ｔ≦Ｔ1（℃）の時には、荷重Ｆ1（Ｎ）は式（２）となる。
【００３６】
Ｆ1＝（ＤP−ＤF）Ｅｂｈ3／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝
＝｛Ｋ（Ｔ1−Ｔ）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）／ｈ｝Ｅｂｈ3／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝
＝ＫＥｂｈ2（Ｔ1−Ｔ）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）
／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝・・・（２）
【００３７】
一方、温度Ｔ＞Ｔ1（℃）になると変移量ＤF＞撓み量ＤPとなるため、Ｆ1は貫通穴４を塞ぐ方向と逆方向の力になる。
【００３８】
貫通穴４が閉塞時の温度Ｔ（℃）での単位面積あたりの電磁継電器の内圧Ｐ（Ｎ／ｍ2）は、常温を２３（℃）とすると式（３）となる。
【００３９】
Ｐ＝１０１３２５・（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２３）・・・（３）
【００４０】
この時、貫通穴４の断面積をＳ（ｍ2）とすると、Ｆ2（Ｎ）は、式（４）となる。
【００４１】
Ｆ2＝１０１３２５・Ｓ｛（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２３）−１｝・・・（４）
【００４２】
Ｆ2（Ｎ）は、電磁継電器の温度Ｔ（℃）が上昇にするに従って増加していき、温度Ｔ≦Ｔ1（℃）の範囲では、貫通穴４にかかる蓋部３の押付け力Ｆに影響する。さらに温度が上昇し、温度Ｔ＞Ｔ1（℃）では、Ｆ1＜０（Ｎ）、また電磁継電器の気密が失われるためＦ2＝０（Ｎ）となり、全体の力Ｆが貫通穴４を塞ぐ方向に力を与えなくなることで、エンボス加工部６による密封状態は消失する。
【００４３】
図６に、式（２）および式（４）から求めた、温度Ｔ（℃）と貫通穴４に加わる撓みによる荷重Ｆ1および内圧上昇による力Ｆ2、およびエンボス加工部６の押し付け力Ｆの関係を示す。この時、バイメタルの寸法は、図４において、ｈ＝０．１（ｍｍ）、ｂ＝０．３×２（ｍｍ）、ｌ1＝１．１（ｍｍ）、ｌ2＝０．６５（ｍｍ）、ｒ＝０．１（ｍｍ）、湾曲係数Ｋ＝１１．８（×１０-6／℃）、弾性係数Ｅ＝１６６．７（×１０3Ｎ／ｍｍ2）、貫通穴４の開放温度Ｔ1＝１５０℃、および貫通穴４はφ０．４（ｍｍ）とする。貫通穴４にかかるエンボス加工部６の押付け力Ｆは、図６に示したような関係を有しており、設定した開放温度で電磁継電器の通気を確保すべく制御するパラメーターは撓み量ＤPである。
【００４４】
一方、エンボス加工部６に力Ｆ（Ｎ）が加わっている場合、蓋部３には内部応力σ（Ｎ／ｍｍ2）が発生する。蓋部３に再現性を持たせるためには、蓋部３に発生する内部応力を、常に使用しているバイメタルの材質の内部応力の許容値以下にする必要がある。図４のＵ字型構造の蓋部３の内部応力σは、式（５）となる。
σ＝Ｆ｛ｌ2／ｒ＋６（ｒ＋ｌ2）／ｈ｝／ｂｈ・・・（５）
【００４５】
図７に、式（５）から求められた温度Ｔ（℃）と応力σ（Ｎ／ｍｍ2）の関係を示す。この時のバイメタルの寸法などは、図６と場合と同一条件とし、材質は、Ｆｅ−Ｎｉ−ＭｎとＦｅ−Ｎｉの接合材を例とした。この場合、内部応力σは、図中の温度範囲内では、常に許容応力内であるため、蓋部３は安定した再現性を示す。
【実施例２】
【００４６】
図８は、本発明による電磁継電器の第２の実施例を説明するための図であり、図８（ａ）は本実施例を構成する成型樹脂カバー３１に形成された内圧調整機構部４２の分解斜視図、図８（ｂ）は内圧調整機構部４２の断面図を示す。
【００４７】
本実施例の電磁継電器は、成型樹脂カバー３１に設けた内圧調整機構部４２以外の構成は実施例１と同じであり、さらに内圧調整機構部４２の基本的な動作原理も実施例１と同じである。但し、本実施例においては、貫通穴４の周辺部に蓋部５３の一端をレーザー溶接するための金属板１１が成型樹脂カバー３１に一体として成型されて埋め込まれ、蓋部５３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通穴４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部５３を貫通穴４の上方から挿入しその一端を金属板１１へレーザー溶接することで、貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【００４８】
図９は、本実施例に使用する蓋部５３の構成の一例を示す図であり、図９（ａ）は、本実施例に使用する曲げ加工前の蓋部５３の平面図、図９（ｂ）は曲げ加工後の蓋部５３の斜視図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す。図９（ａ）に示すように、蓋部５３は実施例1の蓋部３と同様に略長方形のバイメタルの板の中央部をくり抜いて開口部８を形成し、それを図９（ｂ）に示すようにＵ字状に上に折り曲げて形成されている。開口部８の内側に貫通穴４が挿入され、上に折り曲げられた部分に形成されたエンボス加工部６で塞がれる。
【００４９】
本実施例において、蓋部５３は、図９に示すように図２のバイメタルの曲げ加工された圧入部７を省いた形状であり、蓋部３と同様に、あらかじめ撓み量ＤP分だけ内側に曲げ加工された形状とし、材質やその動作特性は、蓋部３と同じである。
【００５０】
本実施例では、実施例１と同じ機能、同じ動作原理を有する内圧調整機構部４２が得られ、組付け時は、レーザー溶接を用いることで、さらに蓋部５３の位置決め精度が高くなる。
【００５１】
以上のように、本発明により、高温加熱工程後も安定した気密性を確保し、水やコーティング材、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害、接点障害のない電磁継電器が得られる。
【００５２】
本発明に用いる内圧調整機構部の構造および設置位置は上述の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。貫通穴、蓋部、圧入孔、金属板などの形状、材質は本発明の動作原理を達成できるものであればよく、様々な変更が可能である。たとえば蓋部の形状は室温時に貫通穴にばねによる弾性力が加わる構造であればよく、Ｕ字型形状以外にもＬ字型、Ｖ字型、Ｓ字型なども可能である。
【００５３】
本発明の電磁継電器を用いることにより、主に自動車部品や電装部品の信頼性を高めることが可能となる。さらに、その他産業分野では、計測器用途の電磁継電器に用いることで、接点接触信頼性を高めることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電磁継電器の第１の実施例を説明するための図、図１（ａ）は成型樹脂カバーの全体の分解斜視図、図１（ｂ）は成型樹脂カバーに形成された内圧調整機構部の分解斜視図、図１（ｃ）は内圧調整機構部の断面図。
【図２】第１の実施例における蓋部の構造を説明するための図、図２（ａ）は、曲げ加工前の蓋部の平面図、図２（ｂ）は曲げ加工後の蓋部の斜視図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】第１の実施例の内圧調整機構部の動作原理を示す断面図。図３（ａ）は貫通穴の閉塞時、図３（ｂ）は開放時を示す図。
【図４】一端を固定したＵ字型の蓋部の基本構造を示す図。
【図５】貫通穴がエンボス加工部によって圧接されている時の力の関係を示す断面図。
【図６】温度Ｔと貫通穴に加わる撓みによる荷重Ｆ1および内圧上昇による力Ｆ2、およびエンボス加工部の押し付け力Ｆの関係を示す図。
【図７】温度Ｔとバイメタルに加わる応力σの関係を示す図。
【図８】本発明による電磁継電器の第２の実施例を説明するための図、図８（ａ）は成型樹脂カバーに形成された内圧調整機構部の分解斜視図、図８（ｂ）は内圧調整機構部の断面図。
【図９】第２の実施例に使用する蓋部の構成の一例を示す図、図９（ａ）は曲げ加工前の蓋部の平面図、図９（ｂ）は曲げ加工後の蓋部の斜視図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図。
【図１０】従来の一般的な電磁継電器の分解斜視図。
【図１１】従来の成型樹脂カバーの貫通穴部の構造を示す縦断面図、図１１（ａ）はアンシール（非封止）タイプの貫通穴構造、図１１（ｂ）はシール（封止）タイプの貫通穴構造を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１，２１，３１ 成型樹脂カバー
２，４２ 内圧調整機構部
３，５３ 蓋部
４ 貫通穴
５ 圧入孔
６ エンボス加工部
７ 圧入部
７１ 返し部
８ 開口部
９ 高膨張側金属
１０ 低膨張側金属
１１ 金属板
１２ 成型樹脂ベース
１３ 電磁駆動部
１４ 封止用樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁継電器に関し、特に基板実装時の加熱処理工程による障害を防ぐことができる車載用途の電装部品として好適な電磁継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁駆動による電気接点の開閉機能を有し、車載用に多用されている電磁継電器は、電気接点、電磁駆動部及びそれらを搭載する成型樹脂ベースからなる本体部が成型樹脂カバーで覆われ、その信頼性を確保するため一般的に熱硬化性の封止用樹脂などで気密封止されている。このように電磁継電器が外部から完全密封されている場合、電磁継電器内部の気体の逃げ道を閉ざしている状態にあり、電磁継電器の端子を回路基板に半田付けする場合などのリフロー加熱工程では熱ストレスによって、特に熱膨張係数の異なる金属と樹脂との界面、あるいは、成型樹脂と封止用樹脂との接着部において、気密破壊が起こり易い。気密破壊を起こした電磁継電器は、外部から水、溶剤等の侵入を許し、動作障害、接点接触障害を引き起こす原因となっていた。
【０００３】
図１０は、従来の一般的な電磁継電器の分解斜視図、図１１は図１０に示した電磁継電器の成型樹脂カバーの貫通穴の構造を説明する縦断面図であり、図１１（ａ）はアンシール（非封止）タイプの貫通穴構造、図１１（ｂ）はシール（封止）タイプの貫通穴構造を示す。図１０において、電気接点部と電磁駆動部１３が成型樹脂ベース１２に搭載されて本体部を構成し、その本体部全体が成型された成型樹脂カバー１で覆われている。また、成型樹脂ベース１２と挿入された端子などとの隙間および本体部と成型樹脂カバー１との間隙は封止用樹脂１４で封止されている。
【０００４】
図１０および図１１に示すように、従来の電磁継電器は成型によって成型樹脂カバー１の天面の外側に向かう突出部分に貫通穴４を設けている。従来は貫通状態のままの貫通穴４ａを有するアンシールタイプの電磁継電器と、この貫通穴４の部分を熱かしめにて溶融し塞いだ貫通穴４ｂを有し内部を密封したシールタイプの電磁継電器の２種類の形態の電磁継電器を提供していた。
【０００５】
従来、リフロー加熱工程での熱ストレスを想定した場合は、主に前者のアンシールタイプの電磁継電器を用いていた。一般的に成型樹脂カバー１はシールタイプの電磁継電器にも共通して使用されるため、その天面の貫通穴４は、成型性及び熱かしめの作業性を考慮して要求される形状および穴径の条件を満たさなければならず、このため一定の大きさの開口部が必要となる。そこで電磁継電器外部からこの開口部を通してあらゆる汚染成分が侵入し易い状態にある。特に車載用途としては、リフロー加熱工程によって電磁継電器がプリント基板に搭載された後、そのプリント基板全面にコーティング剤を塗布する場合がある。このとき、望ましくは貫通穴４への塗布を避ける必要があるが、仮に貫通穴４にコーティング剤が塗布された場合、コーティング剤が電磁継電器内部へ侵入する可能性があり、動作障害、接点接触障害の直接原因となる。さらには、半田接続の際のフラックスの残渣を除去するため、搭載された電磁継電器はプリント基板と共に浸漬して丸洗いされる場合があり、このような工程はアンシールタイプの電磁継電器には適用できない。このように電磁継電器が封止されていないアンシールタイプの電磁継電器は、著しく高いリスクを持ち、その使用方法において大きな制限を受けることとなる。
【０００６】
一方、従来の封止タイプの電磁継電器では、リフロー加熱工程での熱ストレスによっても気密破壊が生じないように封止構造を強固にすることが行なわれている。例えば図１０において、封止用樹脂１４をより耐熱性が高く、かつ成型樹脂カバー１や成型樹脂ベース１２とより強固な接着特性を持つ封止用樹脂に変更し、気密性を上げる方法がある。
【０００７】
また、特許文献１には、成型樹脂カバー内壁に補強リブを設け、かつ、その補強リブの嵌合部を封止用樹脂が流入し易い構造とすることで接合強度を上昇せしめ、高温時の膨張破壊に対する限界点を引き上げる技術が示されており、特許文献２では微小な多孔質の空気孔部を有するフィルターを成型樹脂ベースなどの一部に設置することで、高温時の膨張破壊を防止する技術が示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６７４９８号公報
【特許文献２】特開平５−２４２７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実際に行なわれているリフロー加熱工程の条件は多岐にわたるので、前述のような封止用樹脂の耐熱性や接着強度を強くする技術だけでは、それら全てに対し、その気密特性を保持することはできない。高温によって電磁継電器内部が高圧となり、過度の熱膨張により気密破壊を起こす限界点が存在するからである。多岐にわたるリフロー加熱条件では、その気密破壊を起こす限界点を超えている場合が想定しうる。さらには、封止用樹脂は塗布条件や熱硬化条件、あるいは、周囲温度、湿度等の外部条件によって変化を受けやすいため、その接着特性は変化しやすく、製造工程ではその接着強度を完全に一定に保つ制御は困難である。また、気密破壊の限界はその接着封止部分の一番弱い部分で決定される。このような様々な要因によって結果的に気密破壊を起こす限界点が製品によって変動することになる。
【００１０】
例えば、特許文献１のように成型樹脂カバー内壁に補強リブを設け、かつ、封止用樹脂の流入を促進させる技術は、成型樹脂カバー自体は、より剛直な構造によって膨張破壊に対する限界点は上昇するが、その他の接合部、例えば、封止用樹脂と金属端子界面等へストレスが集中することとなる。
【００１１】
一方、特許文献２に示される多孔質のフィルターを適用する技術では、一般的にフィルター自体の耐熱限界が成型樹脂ベースより低い場合が想定され、例えば、鉛レス半田条件等のより厳しいリフロー加熱条件では、安定した多孔質状態を維持することができない場合がある。また、成型樹脂ベースへのフィルターの固定構造や固定工法など技術的な課題も多く、現状ではその適用は容易ではなく、生産性においても問題がある。
【００１２】
従って、本発明の課題は、前記の問題点に鑑みて、高温加熱工程後も安定した気密性を確保し、水やコーティング剤、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害、接点障害のない電磁継電器を提供することにある。
【００１３】
上記課題の解決により、リフロー加熱工程による基板搭載後の洗浄やコーティング剤塗布を可能とし、さらには、リフロー加熱工程後でも一般的に接点に影響を及ぼし接点障害を招く可能性があるガス雰囲気中においても安定に動作可能な電磁継電器が得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明による電磁継電器は、電気接点部と電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、該本体部を覆う成型樹脂カバーとで構成され、成型樹脂カバーと前記成型樹脂ベースとの間隙および前記成型樹脂ベースと前記電気接点部または前記電磁駆動部の一部を構成する端子との間の間隙が封止用樹脂により封止されてなる電磁継電器において、前記成型樹脂カバーに内圧調整機構部を設け、該内圧調整機構部は空気抜き用の貫通穴と、該貫通穴を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部を備え、前記貫通穴は前記蓋部に圧接され塞がれる。
【００１５】
また、前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、該貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端を圧入する圧入孔を有し、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通穴側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部が前記貫通穴上方から前記圧入孔に圧入固着されることで前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されてもよい。
【００１６】
また、前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、前記貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端をレーザー溶接するための金属板が前記成型樹脂カバーに一体として成型されて埋め込まれ、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通穴側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部を前記貫通穴上方から挿入し前記金属板へレーザー溶接することで、前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されてもよい。さらに、前記蓋部は中央部をくり抜いたバイメタルの板をＵ字状に折り曲げて形成されていてもよい。
【００１７】
上述のように本発明の電磁継電器は内圧を調整する機構を有する。すなわち、高温加熱時は、内圧の上昇を防ぐように通気を確保し、接着界面や成型樹脂の膨張破壊を防ぐ。常温へ戻った時は、再び、気密を保つことで、耐水性を維持し、コーティング剤の侵入や、さらに電磁継電器外部からのガスの侵入を防ぐこともでき、動作障害や接点障害を避けられる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、高温加熱工程後も安定した気密を確保し、水やコーティング剤、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害のない電磁継電器が得られる。
【００１９】
さらに具体的には、リフロー加熱工程による基板搭載後の洗浄やコーティング剤塗布を可能とし、さらには、リフロー加熱工程後でも一般的に接点に影響を及ぼし接点障害を招く可能性があるガス雰囲気中においても安定に動作可能な電磁継電器が得られる。
【００２０】
なお、貫通穴を塞ぐ蓋部の材料として一般的な金属板のばねを用いた場合は、高温加熱時は電磁継電器の内圧上昇により該金属板が押し上げられ、当該温度に相当する自由膨張分の空気が電磁継電器外部へ流出することで、外気圧と等しくなり、その後、前記金属板のばねの弾性力により、再び貫通穴が圧接されることで気密を保持する機構となる。この場合、高温状態でも膨張空気を放出後すぐに密封されるので、温度が降下する際は、気密を保ったままの電磁継電器は、内圧と外圧の差が加熱時とちょうど逆のストレスを受けることとなり、この時も気密破壊を引き起こす原因となる。貫通穴を塞ぐ部分に本発明のようにバイメタルの板を用いると、電磁継電器内部の気密を温度で制御する機構となり、前述の温度降下時のストレスを回避することができる。
【００２１】
また、本発明は、バイメタルの板による蓋部と従来の貫通穴に類似した貫通穴を有する成型樹脂カバーとの組合せにより形成される内圧調整機構を利用するものであり、本発明に使用する成型樹脂カバーは、アンシールタイプの電磁継電器にも共通して使用でき、本発明を用いずに熱かしめにて貫通穴を溶融することで従来のシールタイプの電磁継電器も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明による電磁継電器の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明による電磁継電器の第１の実施例を説明するための図であり、図１（ａ）は本実施例に使用する成型樹脂カバー２１の全体の分解斜視図、図１（ｂ）はその成型樹脂カバー２１に形成された内圧調整機構部２の分解斜視図、図１（ｃ）は内圧調整機構部２の断面図を示す。
【００２４】
本実施例の電磁継電器は、成型樹脂カバー２１に設けた内圧調整機構部２以外の基本的な構造は図１０に示した従来の電磁継電器と同じであり、電気接点部を保持した電磁駆動部１３と成型樹脂ベース１２とを備える本体部と、その本体部を覆う成型樹脂カバー２１とで構成され、成型樹脂ベース１２と前記電気接点部または電磁駆動部１３の一部を構成する端子との間の間隙および本体部と成型樹脂カバー２１との間隙が封止用樹脂１４により封止されている。
【００２５】
本実施例においては、図１に示すように、成型樹脂カバー２１に内圧調整機構部２を有し、内圧調整機構部２は空気抜き用の貫通穴４と、貫通穴４を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部３を備え、貫通穴４は蓋部３が圧接され塞がれる。また、貫通穴４は成型樹脂カバー２１に形成された成型樹脂カバー２１の外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、貫通穴４の周辺部に蓋部３の一端を圧入する圧入孔５を有している。蓋部３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通穴４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部３が貫通穴４の上方から圧入孔５に圧入固着されることで貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【００２６】
図２は本実施例に使用する蓋部３の構成の一例を示す図であり、図２（ａ）は、本実施例に使用する曲げ加工前の蓋部３の平面図、図２（ｂ）は曲げ加工後の蓋部３の斜視図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す。図２（ａ）に示すように、蓋部３は略長方形のバイメタルの板の中央部をくり抜いて開口部８を形成し、それを図２（ｂ）に示すようにＵ字状に上に折り曲げて形成されている。開口部８の内側に貫通穴４が挿入され、上に折り曲げられた部分に形成されたエンボス加工部６の下面凸部で塞がれる。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、蓋部３の一端には圧入孔５に挿入される圧入部７を有し、圧入部７は、圧入孔５（図１）に圧入するために直角に下に曲げ加工され、圧入部７の先端には、圧入孔５との圧入強度を保つために返し部７１を備えている。圧入孔５への圧入時は、開口部８と圧入部７の間の部分を上方から押さえ込み挿入する組付け方法を取ることで押込み時に均一な加圧を実現でき、さらにこの部分は、圧入時の蓋部３のねじれ、破損を防止する役目を果たす。
【００２８】
図１（ｃ）は、蓋部３が貫通穴４を閉塞している状態を示している。蓋部３を成型樹脂カバー２１へ圧入固着することで貫通穴４を覆い、かつ貫通穴４がエンボス加工部６に圧接されて気密を保つ。
【００２９】
本実施例において、貫通穴４を塞ぐ蓋部３は、図２（ｃ）に示すようにＵ字型の内側に高膨張側金属９、外側に低膨張側金属１０となるように配したバイメタルの板を用いる。蓋部３は温度が上昇すると熱膨張率の差により全体が一様な曲率で湾曲し、その結果としてＵ字型の先が開くように動作する。リフロー加熱工程時に加わる最高温度が２５０〜３００℃であるため、バイメタルに用いる材質はこの温度に耐えうる材質を用いる。例えば、低膨張側金属にＦｅ−Ｎｉ、高膨張側金属には、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒといった金属の組合せがある。ここで、蓋部３が所定の温度で貫通穴４との圧接を開放し、気密を開放させるべく、そのときの温度でＵ字型の先が開くように変位する変位量をＤFとすると、蓋部３は、上に折り曲げられた部分が下の部分と平行になる位置よりさらに内側にその変位量ＤFと等しい撓み量ＤP分をフォロー分として曲げておく。
【００３０】
図３は、内圧調整機構の動作原理を示す断面図であり、図３（ａ）は貫通穴４の閉塞時、図３（ｂ）は開放時を示す。常温時においては、図３（ａ）に示すようにエンボス加工部６は貫通穴４を塞ぐ形で圧接しており、撓み量ＤP分に相当する弾性荷重がフォロー分として貫通穴４にかかるように蓋部３のＵ字に曲げられた上の部分が下の部分と平行になるように圧着されており、その荷重Ｆ1（Ｎ）は撓み量ＤPとバイメタルの材質のヤング率によって決定される。電磁継電器がリフロー工程などで加熱された場合、蓋部３はＵ字の先端が開くように変位する。この変位量ＤFが撓み量ＤPと等しくなる温度をＴ1（℃）とすると、温度Ｔ1（℃）のとき上記荷重Ｆ1（Ｎ）は０となり、エンボス加工部６は圧接していた貫通穴４から離れはじめ、さらに温度Ｔ1（℃）を上回れば図３（ｂ）に示すように貫通穴４が完全に開放されることとなる。再び温度が下がると、エンボス加工部６は貫通穴４を覆う方向に変位し、前述の温度Ｔ1（℃）を下回った瞬間に貫通穴４に圧接され、当初の気密を保つ。
【００３１】
図４に、一端を固定したＵ字型の蓋部３の基本構造を示す。加熱した場合、高膨張側金属を内側としたＵ字型のバイメタルは温度の上昇に比例して湾曲し、Ｕ字型の先が開くように変位する。バイメタルの板の厚さｈ（ｍｍ）、幅ｂ（ｍｍ）、Ｕ字の下側の部分、上側の部分の長さをそれぞれｌ1、ｌ2、Ｕ字の曲げ半径をｒとすると、作動長ＬはＬ＝ｌ1＋ｌ2＋πｒ（ｍｍ）となり、湾曲係数をＫ（／℃）、弾性係数をＥ（Ｎ／ｍｍ2）とし、常温を２３（℃）とした時、このＵ字型のバイメタルの温度Ｔ（℃）での変位量ＤF（ｍｍ）は、式（１）となる。
【００３２】
ＤF＝Ｋ（Ｔ−２３）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）／ｈ・・・・（１）
【００３３】
本実施例の蓋部３は、変位量ＤF（ｍｍ）を式（１）から求めることができる。温度Ｔ1（℃）以上で蓋部３が貫通穴４を開放するためには、温度Ｔ1の変位量ＤF（ｍｍ）と、常温時の撓み量ＤP（ｍｍ）が等しくなるように、蓋部３の曲げ加工を調整すればよい。
【００３４】
図５は、貫通穴４がエンボス加工部６によって圧接されている時の力の関係を示す断面図である。貫通穴４の閉塞時には、温度の上昇に応じて電磁継電器に密封された空気の膨張による内圧により貫通穴４から蓋部３を押し上げる方向のＦ2（Ｎ）の力がかかる。貫通穴４にかかるバイメタルの押付け力Ｆ（Ｎ）は、撓み量ＤP（ｍｍ）によって発生する弾性荷重Ｆ1（Ｎ）と、上記のＦ1とは逆方向の内圧上昇による力Ｆ2（Ｎ）に分離でき、Ｆ＝Ｆ1−Ｆ2の関係となる。
【００３５】
荷重Ｆ1（Ｎ）は、電磁継電器の温度Ｔ（℃）が上昇にするに従って減少していく。このとき、温度Ｔ≦Ｔ1（℃）の時には、荷重Ｆ1（Ｎ）は式（２）となる。
【００３６】
Ｆ1＝（ＤP−ＤF）Ｅｂｈ3／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝
＝｛Ｋ（Ｔ1−Ｔ）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）／ｈ｝Ｅｂｈ3／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝
＝ＫＥｂｈ2（Ｔ1−Ｔ）（ｌ22−ｌ12＋４ｒ2＋２ｌ1ｌ2＋２πｒｌ2）
／２｛（ｌ1−ｌ2）3＋２ｌ23＋３ｒｌ2（４ｒ＋πｌ2）＋（２πｒ3／３）｝・・・（２）
【００３７】
一方、温度Ｔ＞Ｔ1（℃）になると変移量ＤF＞撓み量ＤPとなるため、Ｆ1は貫通穴４を塞ぐ方向と逆方向の力になる。
【００３８】
貫通穴４が閉塞時の温度Ｔ（℃）での単位面積あたりの電磁継電器の内圧Ｐ（Ｎ／ｍ2）は、常温を２３（℃）とすると式（３）となる。
【００３９】
Ｐ＝１０１３２５・（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２３）・・・（３）
【００４０】
この時、貫通穴４の断面積をＳ（ｍ2）とすると、Ｆ2（Ｎ）は、式（４）となる。
【００４１】
Ｆ2＝１０１３２５・Ｓ｛（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２３）−１｝・・・（４）
【００４２】
Ｆ2（Ｎ）は、電磁継電器の温度Ｔ（℃）が上昇にするに従って増加していき、温度Ｔ≦Ｔ1（℃）の範囲では、貫通穴４にかかる蓋部３の押付け力Ｆに影響する。さらに温度が上昇し、温度Ｔ＞Ｔ1（℃）では、Ｆ1＜０（Ｎ）、また電磁継電器の気密が失われるためＦ2＝０（Ｎ）となり、全体の力Ｆが貫通穴４を塞ぐ方向に力を与えなくなることで、エンボス加工部６による密封状態は消失する。
【００４３】
図６に、式（２）および式（４）から求めた、温度Ｔ（℃）と貫通穴４に加わる撓みによる荷重Ｆ1および内圧上昇による力Ｆ2、およびエンボス加工部６の押し付け力Ｆの関係を示す。この時、バイメタルの寸法は、図４において、ｈ＝０．１（ｍｍ）、ｂ＝０．３×２（ｍｍ）、ｌ1＝１．１（ｍｍ）、ｌ2＝０．６５（ｍｍ）、ｒ＝０．１（ｍｍ）、湾曲係数Ｋ＝１１．８（×１０-6／℃）、弾性係数Ｅ＝１６６．７（×１０3Ｎ／ｍｍ2）、貫通穴４の開放温度Ｔ1＝１５０℃、および貫通穴４はφ０．４（ｍｍ）とする。貫通穴４にかかるエンボス加工部６の押付け力Ｆは、図６に示したような関係を有しており、設定した開放温度で電磁継電器の通気を確保すべく制御するパラメーターは撓み量ＤPである。
【００４４】
一方、エンボス加工部６に力Ｆ（Ｎ）が加わっている場合、蓋部３には内部応力σ（Ｎ／ｍｍ2）が発生する。蓋部３に再現性を持たせるためには、蓋部３に発生する内部応力を、常に使用しているバイメタルの材質の内部応力の許容値以下にする必要がある。図４のＵ字型構造の蓋部３の内部応力σは、式（５）となる。
σ＝Ｆ｛ｌ2／ｒ＋６（ｒ＋ｌ2）／ｈ｝／ｂｈ・・・（５）
【００４５】
図７に、式（５）から求められた温度Ｔ（℃）と応力σ（Ｎ／ｍｍ2）の関係を示す。この時のバイメタルの寸法などは、図６と場合と同一条件とし、材質は、Ｆｅ−Ｎｉ−ＭｎとＦｅ−Ｎｉの接合材を例とした。この場合、内部応力σは、図中の温度範囲内では、常に許容応力内であるため、蓋部３は安定した再現性を示す。
【実施例２】
【００４６】
図８は、本発明による電磁継電器の第２の実施例を説明するための図であり、図８（ａ）は本実施例を構成する成型樹脂カバー３１に形成された内圧調整機構部４２の分解斜視図、図８（ｂ）は内圧調整機構部４２の断面図を示す。
【００４７】
本実施例の電磁継電器は、成型樹脂カバー３１に設けた内圧調整機構部４２以外の構成は実施例１と同じであり、さらに内圧調整機構部４２の基本的な動作原理も実施例１と同じである。但し、本実施例においては、貫通穴４の周辺部に蓋部５３の一端をレーザー溶接するための金属板１１が成型樹脂カバー３１に一体として成型されて埋め込まれ、蓋部５３は貫通穴４を塞ぐ部分に貫通穴４側に突出したエンボス加工部６を有し、蓋部５３を貫通穴４の上方から挿入しその一端を金属板１１へレーザー溶接することで、貫通穴４がエンボス加工部６に圧接される。
【００４８】
図９は、本実施例に使用する蓋部５３の構成の一例を示す図であり、図９（ａ）は、本実施例に使用する曲げ加工前の蓋部５３の平面図、図９（ｂ）は曲げ加工後の蓋部５３の斜視図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す。図９（ａ）に示すように、蓋部５３は実施例1の蓋部３と同様に略長方形のバイメタルの板の中央部をくり抜いて開口部８を形成し、それを図９（ｂ）に示すようにＵ字状に上に折り曲げて形成されている。開口部８の内側に貫通穴４が挿入され、上に折り曲げられた部分に形成されたエンボス加工部６で塞がれる。
【００４９】
本実施例において、蓋部５３は、図９に示すように図２のバイメタルの曲げ加工された圧入部７を省いた形状であり、蓋部３と同様に、あらかじめ撓み量ＤP分だけ内側に曲げ加工された形状とし、材質やその動作特性は、蓋部３と同じである。
【００５０】
本実施例では、実施例１と同じ機能、同じ動作原理を有する内圧調整機構部４２が得られ、組付け時は、レーザー溶接を用いることで、さらに蓋部５３の位置決め精度が高くなる。
【００５１】
以上のように、本発明により、高温加熱工程後も安定した気密性を確保し、水やコーティング材、さらには、汚染ガスの電磁継電器内部への侵入を防ぐことが可能な、動作障害、接点障害のない電磁継電器が得られる。
【００５２】
本発明に用いる内圧調整機構部の構造および設置位置は上述の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。貫通穴、蓋部、圧入孔、金属板などの形状、材質は本発明の動作原理を達成できるものであればよく、様々な変更が可能である。たとえば蓋部の形状は室温時に貫通穴にばねによる弾性力が加わる構造であればよく、Ｕ字型形状以外にもＬ字型、Ｖ字型、Ｓ字型なども可能である。
【００５３】
本発明の電磁継電器を用いることにより、主に自動車部品や電装部品の信頼性を高めることが可能となる。さらに、その他産業分野では、計測器用途の電磁継電器に用いることで、接点接触信頼性を高めることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電磁継電器の第１の実施例を説明するための図、図１（ａ）は成型樹脂カバーの全体の分解斜視図、図１（ｂ）は成型樹脂カバーに形成された内圧調整機構部の分解斜視図、図１（ｃ）は内圧調整機構部の断面図。
【図２】第１の実施例における蓋部の構造を説明するための図、図２（ａ）は、曲げ加工前の蓋部の平面図、図２（ｂ）は曲げ加工後の蓋部の斜視図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】第１の実施例の内圧調整機構部の動作原理を示す断面図。図３（ａ）は貫通穴の閉塞時、図３（ｂ）は開放時を示す図。
【図４】一端を固定したＵ字型の蓋部の基本構造を示す図。
【図５】貫通穴がエンボス加工部によって圧接されている時の力の関係を示す断面図。
【図６】温度Ｔと貫通穴に加わる撓みによる荷重Ｆ1および内圧上昇による力Ｆ2、およびエンボス加工部の押し付け力Ｆの関係を示す図。
【図７】温度Ｔとバイメタルに加わる応力σの関係を示す図。
【図８】本発明による電磁継電器の第２の実施例を説明するための図、図８（ａ）は成型樹脂カバーに形成された内圧調整機構部の分解斜視図、図８（ｂ）は内圧調整機構部の断面図。
【図９】第２の実施例に使用する蓋部の構成の一例を示す図、図９（ａ）は曲げ加工前の蓋部の平面図、図９（ｂ）は曲げ加工後の蓋部の斜視図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図。
【図１０】従来の一般的な電磁継電器の分解斜視図。
【図１１】従来の成型樹脂カバーの貫通穴部の構造を示す縦断面図、図１１（ａ）はアンシール（非封止）タイプの貫通穴構造、図１１（ｂ）はシール（封止）タイプの貫通穴構造を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１，２１，３１ 成型樹脂カバー
２，４２ 内圧調整機構部
３，５３ 蓋部
４ 貫通穴
５ 圧入孔
６ エンボス加工部
７ 圧入部
７１ 返し部
８ 開口部
９ 高膨張側金属
１０ 低膨張側金属
１１ 金属板
１２ 成型樹脂ベース
１３ 電磁駆動部
１４ 封止用樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気接点部と電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、該本体部を覆う成型樹脂カバーとで構成され、前記成型樹脂カバーと前記成型樹脂ベースとの間隙および前記成型樹脂ベースと前記電気接点部または前記電磁駆動部の一部を構成する端子との間の間隙が封止用樹脂により封止されてなる電磁継電器において、前記成型樹脂カバーに内圧調整機構部を設け、該内圧調整機構部は空気抜き用の貫通穴と、該貫通穴を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部を備え、前記貫通穴は前記蓋部に圧接され塞がれることを特徴とする電磁継電器。
【請求項２】
前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、該貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端を圧入する圧入孔を有し、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通孔側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部が前記貫通穴上方から前記圧入孔に圧入固着されることで前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
【請求項３】
前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、前記貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端をレーザー溶接するための金属板が前記成型樹脂カバーに一体として成型されて埋め込まれ、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通孔側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部を前記貫通穴上方から挿入し前記金属板へレーザー溶接することで、前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
【請求項４】
前記蓋部は中央部をくり抜いたバイメタルの板をＵ字状に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁継電器。
【請求項１】
電気接点部と電磁駆動部と成型樹脂ベースとを備える本体部と、該本体部を覆う成型樹脂カバーとで構成され、前記成型樹脂カバーと前記成型樹脂ベースとの間隙および前記成型樹脂ベースと前記電気接点部または前記電磁駆動部の一部を構成する端子との間の間隙が封止用樹脂により封止されてなる電磁継電器において、前記成型樹脂カバーに内圧調整機構部を設け、該内圧調整機構部は空気抜き用の貫通穴と、該貫通穴を覆うばね状に加工されたバイメタルの板からなる蓋部を備え、前記貫通穴は前記蓋部に圧接され塞がれることを特徴とする電磁継電器。
【請求項２】
前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、該貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端を圧入する圧入孔を有し、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通孔側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部が前記貫通穴上方から前記圧入孔に圧入固着されることで前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
【請求項３】
前記貫通穴は前記成型樹脂カバーに形成された前記成型樹脂カバーの外側に向かう突出部分に設けられた穴であり、前記貫通穴の周辺部に前記蓋部の一端をレーザー溶接するための金属板が前記成型樹脂カバーに一体として成型されて埋め込まれ、前記蓋部は前記貫通穴を塞ぐ部分に該貫通孔側に突出したエンボス加工部を有し、前記蓋部を前記貫通穴上方から挿入し前記金属板へレーザー溶接することで、前記貫通穴が前記エンボス加工部に圧接されることを特徴とする請求項１記載の電磁継電器。
【請求項４】
前記蓋部は中央部をくり抜いたバイメタルの板をＵ字状に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁継電器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１２３７８１（Ｐ２００８−１２３７８１Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０５０６５（Ｐ２００６−３０５０６５）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
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