(57)【要約】【課題】突入電流を抑制しつつ耐アーク性の向上を図る。【解決手段】固定接点２は、金属材料(例えば、銅又は銅合金など)によって半ドーム状に形成された接点部20と、接点部20と端子１との間に介在する限流素子21とを有する。限流素子21は、接点部20を形成する金属材料よりも電気抵抗率の高い材料、例えば、炭化ケイ素などの導電性を有するセラミックスで円柱状に形成され、ろう付けなどの適宜の方法で端子１及び接点部20とそれぞれ接合される。限流素子21によってバッテリＢからコンデンサＣに流れる突入電流が抑制(限流)されるとともに、固定接点２の耐アーク性の向上を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電路に接続される端子と、前記端子に設けられる固定接点と、前記固定接点に接離自在に接触する可動接点と、前記可動接点を保持して変位する可動子とを備え、前記固定接点と前記可動接点の少なくとも何れか一方は、相手方の接点に接触する接点部と、限流素子とを有し、前記接点部が金属製の接点材料で形成され、前記限流素子が前記接点材料よりも電気抵抗率の高い材料で形成されることを特徴とする接点装置。
【請求項２】
前記限流素子は、セラミックスで形成されることを特徴とする請求項１記載の接点装置。
【請求項３】
前記限流素子は、金属材料で形成されることを特徴とする請求項１記載の接点装置。
【請求項４】
前記接点部は、前記限流素子と同一のセラミックス又は金属材料で形成されることを特徴とする請求項２又は３記載の接点装置。
【請求項５】
前記限流素子は、前記接点部と、前記端子又は前記可動子との間に介在するように構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項６】
前記固定接点又は前記可動接点は、導電性を有する中間部が前記限流素子と前記接点部との間に介在するように構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項７】
それぞれに前記固定接点が設けられて前記電路に接続される一対の前記端子と、前記各端子に設けられている一対の前記固定接点と各別に接触する一対の前記可動接点と、一対の前記可動接点を保持し且つ導通させる前記可動子とを備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項８】
前記限流素子は、単一の材料で形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項９】
前記限流素子は、外郭を形成する主材と、前記主材と電気抵抗率が異なり且つ前記主材に混合される副材とで形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項１０】
前記限流素子は、互いに電気抵抗率が異なる複数種類の材料が複合されて形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の接点装置。
【請求項１１】
前記限流素子は、電気抵抗率が相対的に低い前記副材を、電気抵抗率が相対的に高い前記主材で囲むように形成されることを特徴とする請求項９記載の接点装置。
【請求項１２】
前記主材は、放熱構造を有するように構成されることを特徴とする請求項１１記載の接点装置。
【請求項１３】
前記限流素子が前記固定接点のみに設けられることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の接点装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁接触器や電磁開閉器などの接点装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例として、特許文献１記載のスタータ用電磁スイッチを例示する。特許文献１記載の従来例は、バッテリからスタータモータに通電される電流を断続する第１接点部と、第１接点部と並列に接続され、且つ第１接点部より先に閉操作されて、スタータモータに流れる電流を制限する第２接点部とを有する。第２接点部は、バッテリ側に接続される固定接点と、スタータモータ側に接続される可動接点とで構成される。第２接点部の固定接点又は可動接点は、カーボンの含有率が低い低抵抗部と、カーボンの含有率が高い高抵抗部とを有するカーボン抵抗体によって形成される。
【０００３】
而して、特許文献１記載の従来例では、第２接点部の閉操作時にバッテリからスタータモータに流れる突入電流を、固定接点又は可動接点の高抵抗部によって抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の従来例では、接点にカーボンが含有されているため、一般的な金属材料製の接点と比較して耐熱温度が低くなり、接点の開極時に発生するアークの熱で接点が損耗し易いという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、突入電流を抑制しつつ耐アーク性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の接点装置は、電路に接続される端子と、前記端子に設けられる固定接点と、前記固定接点に接離自在に接触する可動接点と、前記可動接点を保持して変位する可動子とを備え、前記固定接点と前記可動接点の少なくとも何れか一方は、相手方の接点に接触する接点部と、限流素子とを有し、前記接点部が金属製の接点材料で形成され、前記限流素子が前記接点材料よりも電気抵抗率の高い材料で形成されることを特徴とする。
【０００８】
この接点装置において、前記限流素子は、セラミックスで形成されることが好ましい。
【０００９】
この接点装置において、前記限流素子は、金属材料で形成されることが好ましい。
【００１０】
この接点装置において、前記接点部は、前記限流素子と同一のセラミックス又は金属材料で形成されることが好ましい。
【００１１】
この接点装置において、前記限流素子は、前記接点部と、前記端子又は前記可動子との間に介在するように構成されることが好ましい。
【００１２】
この接点装置において、前記固定接点又は前記可動接点は、導電性を有する中間部が前記限流素子と前記接点部との間に介在するように構成されることが好ましい。
【００１３】
この接点装置において、それぞれに前記固定接点が設けられて前記電路に接続される一対の前記端子と、前記各端子に設けられている一対の前記固定接点と各別に接触する一対の前記可動接点と、一対の前記可動接点を保持し且つ導通させる前記可動子とを備えることが好ましい。
【００１４】
この接点装置において、前記限流素子は、単一の材料で形成されることが好ましい。
【００１５】
この接点装置において、前記限流素子は、外郭を形成する主材と、前記主材と電気抵抗率が異なり且つ前記主材に混合される副材とで形成されることが好ましい。
【００１６】
この接点装置において、前記限流素子は、互いに電気抵抗率が異なる複数種類の材料が複合されて形成されることが好ましい。
【００１７】
この接点装置において、前記限流素子は、電気抵抗率が相対的に低い前記副材を、電気抵抗率が相対的に高い前記主材で囲むように形成されることが好ましい。
【００１８】
この接点装置において、前記主材は、放熱構造を有するように構成されることが好ましい。
【００１９】
この接点装置において、前記限流素子が前記固定接点のみに設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の接点装置は、固定接点と前記可動接点の少なくとも何れか一方が、相手方の接点に接触する接点部と、限流素子とを有し、前記接点部が金属製の接点材料で形成され、前記限流素子が前記接点材料よりも電気抵抗率の高い材料で形成されるので、突入電流を抑制しつつ耐アーク性の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】(ａ)，(ｂ)は本発明に係る接点装置の実施形態を示す一部省略した断面図である。
【図２】プリチャージ回路を備えた電気自動車の概略回路図である。
【図３】(ａ)，(ｂ)は別の実施形態を示す一部省略した断面図である。
【図４】同上における限流素子を示し、(ａ)は平断面図、(ｂ)は側断面図である。
【図５】同上における限流素子の別の構成を示し、(ａ)は平面図、(ｂ)は側面図である。
【図６】同上における限流素子のさらに別の構成を示し、(ａ)は平面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は平面図、(ｄ)は側面図である。
【図７】同上のさらに別の実施形態を示す一部省略した断面図である。
【図８】(ａ)〜(ｃ)は、さらに別の実施形態を示す一部省略した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、電気自動車のプリチャージ回路を構成する電磁開閉器に本発明の技術思想を適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の技術思想が適用可能な接点装置は、プリチャージ回路を構成する電磁開閉器に限定されるものではない。
【００２３】
まず、電気自動車のプリチャージ回路について、図２を参照して簡単に説明する。電気自動車の動力源であるモータＭとコンデンサＣが、コンタクタＭＲとフューズＦと電流センサＳを介してバッテリ(２次電池)Ｂの正極と負極に直列接続されている。また、バッテリＢは、複数の電池が直列接続された組電池からなり、その途中にスイッチＳＷが挿入されている。故に、スイッチＳＷがオフしているときはバッテリＢが給電不可となり、スイッチＳＷがオンしているときにバッテリＢが給電可となる。
【００２４】
コンタクタＭＲは、バッテリＢからモータＭへの電路(往路)と、モータＭからバッテリＢへの電路(復路)とを各別に開閉するように構成される。そして、プリチャージ回路は、コンタクタＭＲの往路側に並列接続された電磁開閉器ＲＹと限流抵抗Ｒの直列回路からなる。
【００２５】
而して、スイッチＳＷがオンされると、コンタクタＭＲがオンする前に、プリチャージ回路の電磁開閉器ＲＹが先にオン(閉成)し、限流抵抗Ｒで限流された電流でコンデンサＣが充電(プリチャージ)される。そして、コンデンサＣの充電電圧がバッテリＢの出力電圧まで上昇すると、コンタクタＭＲがオンするとともに電磁開閉器ＲＹがオフ(開成)する。このようにコンタクタＭＲがオンする前にプリチャージ回路でコンデンサＣを充電しておくことにより、コンタクタＭＲがオンしたときに過大な電流(突入電流)が流れることを防いでいる。
【００２６】
本実施形態の接点装置(電磁開閉器)は、後述するように限流素子を内蔵することにより、外付けの限流抵抗Ｒ無しでプリチャージ回路を構成することができるものである。
【００２７】
本実施形態の接点装置は、図１(ａ)に示すように一対の端子１、一対の固定接点２、一対の可動接点３、可動子４、ホルダ５、接圧ばね６、封止容器７、電磁石装置８などを備える。
【００２８】
封止容器７は、絶縁性を有するセラミックスによって中空の箱状に形成され、天面に設けられた一対の貫通孔70にそれぞれ端子１が挿通され、底面の中央に設けられた貫通孔71に電磁石装置８のプランジャ83が進退自在に挿通されている。
【００２９】
端子１は、銅又は銅合金によって円柱状に形成され、貫通孔70に挿通される側の端部に固定接点２が設けられる。なお、一方の端子１がバッテリＢの正極に接続された電路と接続され、他方の端子１がコンデンサＣ及びモータＭに接続された電路と接続される。
【００３０】
固定接点２は、金属材料(例えば、銅又は銅合金など)によって半ドーム状に形成された接点部20と、接点部20と端子１との間に介在する限流素子21とを有する。限流素子21は、接点部20を形成する金属材料よりも電気抵抗率の高い材料、例えば、炭化ケイ素などの導電性を有するセラミックスで円柱状に形成され、ろう付けなどの適宜の方法で端子１及び接点部20とそれぞれ接合される。ただし、限流素子21の形状は円柱状に限定されず、四角柱などの様々な形状が採用可能である。なお、限流素子21は、導電性アルミナや導電性ジルコニアなどのセラミックスで形成されても良いし、正特性(ＰＴＣ)サーミスタの原料となるチタン酸バリウムなどで形成されても良い。あるいは、接点部20を形成する金属材料よりも電気抵抗率の高い金属材料、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケルおよびその合金等で形成されても良い。また、接点部20が限流素子21と同一の金属材料、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケルおよびその合金等で形成されても構わない。さらに、接点部20が限流素子21と同一のセラミックスで形成されても構わない。
【００３１】
可動子４は、銅又は銅合金によって幅細の矩形板状に形成されている。一対の可動接点３は、金属材料(例えば、銅又は銅合金など)によって半ドーム状に形成された接点部30からなり、可動子４の長手方向両端より固定接点２に近付く方向(図１(ａ)における上方)に突設されている。
【００３２】
ホルダ５は、金属板を加工して角筒状に形成され、可動子４が挿通されるとともに接圧ばね６を内部に収納する。接圧ばね６は、圧縮コイルばねからなり、一端(下端)がホルダ５の内底面に固定され、他端(上端)が可動子４に固定される。つまり、ホルダ５は、接圧ばね６のばね力により、可動接点３が固定接点２に近付く向きに弾性付勢した状態で移動自在に可動子４を保持している。
【００３３】
電磁石装置８は、励磁コイル80、可動鉄心81、固定鉄心82、プランジャ83、復帰ばね84などで構成される。励磁コイル80は、図示しないボビンに巻線が巻回されてなる。可動鉄心81は、磁性材料によって柱状に形成され、励磁コイル80の内側に移動自在に配置される。固定鉄心82は、磁性材料によって筒状に形成され、一端(上端)側で封止容器７の底面中央に固定されている。プランジャ83は、細長い棒状に形成され、下端部において可動鉄心81と結合され、上端部が固定鉄心82及び貫通孔71に挿通されて封止容器７の内部に挿入されている。また、復帰ばね84は、圧縮コイルばねからなり、一端(上端)が封止容器７の底面に固定され、他端(下端)が可動鉄心81に固定されることにより、可動鉄心81を固定鉄心82から離れる向き(図１(ａ)における下向き)に弾性付勢している。
【００３４】
外部から励磁コイル80に励磁電流が印加されると、励磁コイル80の内側に発生する磁界によって可動鉄心81と固定鉄心82との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心81が固定鉄心82に近付く向き(図１(ａ)における上向き)に移動する。可動鉄心81が上向きに移動することでプランジャ83が上向きに移動し、プランジャ83の先端に固定されているホルダ５及びホルダ５に保持されている可動子４も上向きに移動する。そして、可動子４が上向きに移動することにより、可動子４の両端に形成されている一対の可動接点３(接点部30)がそれぞれ固定接点２の接点部20と接触する。その結果、一対の端子１間が固定接点２と可動接点３と可動子４を介して導通する。なお、ホルダ５内に収納されている接圧ばね６のばね力により、可動接点３と固定接点２との接触圧が確保されている。
【００３５】
一方、外部から励磁コイル80に励磁電流が印加されなくなると、可動鉄心81と固定鉄心82との間に磁気吸引力が作用しなくなるため、主に復帰ばね84のばね力によって可動鉄心81が固定鉄心82から離れる向き(図１(ａ)における下向き)に移動する。可動鉄心81が下向きに移動することでプランジャ83が下向きに移動し、プランジャ83の先端に固定されているホルダ５及びホルダ５に保持されている可動子４も下向きに移動する。そして、可動子４が下向きに移動することにより、可動接点３(接点部30)がそれぞれ固定接点２の接点部20から離れる。その結果、一対の端子１間が非導通となる。
【００３６】
而して、可動接点３が固定接点２と接触することにより、コンデンサＣを充電する電流が一対の端子１間に流れる。このとき、限流素子21によってバッテリＢからコンデンサＣに流れる突入電流が抑制(限流)される。しかも、可動接点３と接触する接点部20が金属製の接点材料で形成されているため、接点にカーボンが含まれている従来例１に比較して、固定接点２の耐アーク性の向上を図ることができる。また、限流素子21を固定接点２に設けているため、限流素子21で発生する熱(ジュール熱)が端子１を介して効率的に放電される。
【００３７】
ここで、本実施形態では限流素子21をセラミックス(炭化ケイ素)で形成しているため、カーボン抵抗体を用いている特許文献１記載の従来例に比べて、下記(１)〜(４)の利点がある。
(１)カーボン抵抗体の耐熱温度が500〜750℃であるのに対し、炭化ケイ素の耐熱温度は1600℃以上であるため、本実施形態は、アークによる温度上昇に起因した性能劣化が生じ難いという利点がある。
(２)セラミックスは金型成形が可能であるため、カーボン抵抗体に比べて加工がし易いという利点がある。
(３)炭化ケイ素は、焼成温度及び添加剤を用いることによって電気抵抗率を制御することが可能で有り、カーボン抵抗体に比べて抵抗値の調整が容易になるという利点がある。
(４)炭化ケイ素は、ろう付けを含めた種々の接合方法が採用できるという利点がある。
さらに、特許文献１記載の従来例におけるカーボン抵抗体は、電気抵抗率が負の温度特性を有しているために抵抗値の安定性が低く、且つアークによってカーボンの粉末が飛散し易いという問題がある。一方、本実施形態における限流素子21は、炭化ケイ素で形成されているために電気抵抗率の温度特性の調整が可能であり、抵抗値を比較的に安定させ易く、且つカーボン粉末のような飛散物が生じないという利点がある。
【００３８】
なお、上記利点は、限流素子21が導電性セラミックス又はチタン酸バリウムで形成される場合にも得ることができる。また、本実施形態では一対の固定接点２が双方とも限流素子21を有しているが、片方の固定接点２のみが限流素子21を有しても構わない。
【００３９】
ところで、固定接点２に限流素子21を設ける代わりに、図１(ｂ)に示すように可動接点３に限流素子31を設けても構わない。ただし、図１(ｂ)では一対の可動接点３が双方とも限流素子31を有しているが、片方の可動接点３のみが限流素子31を有しても構わない。
【００４０】
また、図３(ａ)に示すように、固定接点２は、導電性を有する中間部22が限流素子21と接点部20との間に介在するように構成されてもよい。なお、中間部22は、例えば、接点部20と同じ材料(銅又は銅合金)で形成されることが好ましい。
【００４１】
あるいは、図３(ｂ)に示すように、可動接点３は、導電性を有する中間部32が限流素子31と接点部30との間に介在するように構成されてもよい。このとき、限流素子31で可動子４を構成しても構わない。なお、中間部32は、例えば、接点部30と同じ材料(銅又は銅合金)で形成されることが好ましい。
【００４２】
上述のように接点部20，30と限流素子21，31との間に中間部22，32を介在させることにより、限流素子21，31で生じる熱が接点部20，30に伝わり難くなるという利点がある。
【００４３】
ところで、限流素子21，31が単一の材料で形成される場合、発熱量が一様になることで局所的な異常発熱が生じ難くなり、且つ複数種類の材料で形成される場合よりも小型化及びコストダウンが図られるという利点がある。
【００４４】
また、限流素子21，31は、図４に示すように外郭を形成する主材210，310と、主材210，310と電気抵抗率が異なり且つ主材210，310に混合される副材211，311とで形成されても構わない。あるいは、限流素子21，31は、図５に示すように互いに電気抵抗率が異なる複数種類(図示例では２種類)の材料212，312、213，313が複合されて形成されても構わない。このように電気抵抗率が異なる材料を混合あるいは複合して限流素子21，31を形成すれば、限流素子21，31の抵抗値の調整が容易になるという利点がある。
【００４５】
また、限流素子21，31は、図６(ａ)に示すように電気抵抗率が相対的に低い副材211，311を、電気抵抗率が相対的に高い主材210，310で囲むように形成されても構わない。このような構成であれば、副材211，311で発生する熱を主材210，310が吸収し且つ放熱することで限流素子21，31の異常発熱を抑制することができる。さらに、図６(ｂ)に示すように、主材２１０，３１０が放熱構造(凹凸)2100，3100を有するように構成されれば、吸収した熱を効率よく放熱することができる。
【００４６】
ところで、本実施形態の接点装置(電磁開閉器)は、これまで説明した２極のプランジャ型に限定されず、図７及び図８(ａ)に示すように２極のヒンジ型であっても構わない。この２極ヒンジ型の接点装置は、封止容器７内に可動子４と電磁石装置８が収納されている。可動子４は、一端部を支点として回動自在に軸支され、その一端部側に可動鉄心81が固定され、さらに、他端部側が二股に分かれて各々の先端部に可動接点３(接点部30)が設けられている。励磁コイル80は、一端側で封止容器７の内底面に固定され、他端側に固定鉄心82が配設されている。また、図示は省略しているが、可動子４は、復帰ばねのばね力によって上向きに弾性付勢されている。ただし、可動子４は、図示しない端子と電気的に接続される。
【００４７】
一対の端子１は、封止容器７の底面に設けられた一対の貫通孔70に各別に挿通されており、それぞれの上端に固定接点２が設けられている。固定接点２は、接点部20と限流素子21で構成されている。
【００４８】
而して、外部から励磁コイル80に励磁電流が印加されると、励磁コイル80の内側に発生する磁界によって可動鉄心81と固定鉄心82との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心81が固定鉄心82に近付く向き(図７及び図８(ａ)における下向き)に可動子４が回動する。可動子４が下上向きに回動することにより、可動子４の二股に分かれた先端に形成されている一対の可動接点３(接点部30)がそれぞれ固定接点２の接点部20と各別に接触する。その結果、一対の端子１同士が導通する。
【００４９】
一方、外部から励磁コイル80に励磁電流が印加されなくなると、可動鉄心81と固定鉄心82との間に磁気吸引力が作用しなくなるため、復帰ばねのばね力によって可動鉄心81が固定鉄心82から離れる向き(図７及び図８(ａ)における上向き)に可動子４が回動する。可動子４が上向きに回動することにより、一対の可動接点３(接点部30)がそれぞれ固定接点２の接点部20から離れる。その結果、一対の端子１間が非導通となる。
【００５０】
上述のように２極ヒンジ型の接点装置(電磁開閉器)においても、限流素子21によって突入電流を抑制することができる。ただし、図８(ｂ)に示すように可動接点３に限流素子31を設けても構わない。また、固定接点２は、図８(ｃ)に示すように導電性を有する中間部22が限流素子21と接点部20との間に介在するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  端子
２  固定接点
３  可動接点
20，30  接点部
21，31  限流素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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