(57)【要約】【課題】接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる磁気消弧式スイッチ装置及び磁気消弧方法を提供する。【解決手段】固定接点２０（陽極接点）と可動接点３０（陰極接点）とを互いに接離可能に設けるとともに、両接点が開離時に両接点間に生ずるアークを磁気消弧するスイッチ装置１０（磁気消弧式スイッチ装置）とする。そして、アークに対して８５ｍＴの磁束密度で印加する磁石４０を備える。この結果、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる。可動接点３０のアークによる消耗を防止できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極接点と陰極接点とを互いに接離可能に設けるとともに、前記両接点が開離時に両接点間に生ずるアークを磁気消弧する磁気消弧式スイッチ装置において、
前記アークに対して８５ｍＴ以上の磁束密度で印加する磁石を備えたことを特徴とする磁気消弧式スイッチ装置。
【請求項２】
前記磁石は、前記アークに対して垂直に磁界がかかるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁気消弧式スイッチ装置。
【請求項３】
前記陽極接点を固定接点とし、前記陰極接点を可動接点とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気消弧式スイッチ装置。
【請求項４】
前記陰極接点は、メッキ接点であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の磁気消弧式スイッチ装置。
【請求項５】
互いに接離可能に設けられた陽極接点と陰極接点とが開離する際に、両接点間に生ずるアークに対して８５ｍＴ以上の磁束密度の磁界を形成することを特徴とする磁気消弧方法。
【請求項６】
前記陽極接点を固定接点とし、前記陰極接点を可動接点とすることを特徴とする請求項５に記載の磁気消弧方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気消弧式スイッチ装置及び磁気消弧方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、高電圧（４２Ｖ）、大電流負荷をスイッチで遮断する場合、接点開離時に持続性のあるアークが発生する。このアークは、接点開離を途中で止めると、アークが維持され、接点の消耗が激しくなり、スイッチ寿命が低下する。
【０００３】
前記のような電気接点の開離時に生じるアークは、開離直後は電極からの金属蒸気によって維持される金属相アークとなり、コンタクトギャップの増大につれて金属蒸気の密度が低下し、あるギャップ長で周囲気体イオンがアーク維持に役割を果たすガス相アークに移行することが知られている。
【０００４】
そして、接点の消耗は、前記金属相アークの場合は陽極接点消耗であり、ガス相アークの場合は陰極接点消耗となることも知られている（非特許文献１）。
【０００５】
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌  Ｃ−ＩＩ  Ｖｏｌ．Ｊ７９−Ｃ−ＩＩ  Ｎｏ．７  ｐｐ．３４９−３５７  １９９６年７月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように接点の消耗は、アークが生ずることにより避けられないものではあるが、この接点の消耗を軽減することが要望されている。
【０００７】
特に、開離直後は電極からの金属蒸気によって維持される金属相アークが発生するのは避けられないとしても、金属相アークからガス相アークに移行させない段階で、アークを消滅すれば、接点の消耗は陽極消耗だけですみ、陰極接点消耗が生じないため好ましい。
【０００８】
本発明の目的は、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる磁気消弧式スイッチ装置及び磁気消弧方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、陽極接点と陰極接点とを互いに接離可能に設けるとともに、前記両接点が開離時に両接点間に生ずるアークを磁気消弧する磁気消弧式スイッチ装置において、前記アークに対して８５ｍＴ以上の磁束密度で印加する磁石を備えたことを特徴とする磁気消弧式スイッチ装置を要旨とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記磁石は、前記アークに対して垂直に磁界がかかるように配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記陽極接点を固定接点とし、前記陰極接点を可動接点とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記陰極接点は、メッキ接点であることを特徴とする。
請求項５の発明は、互いに接離可能に設けられた陽極接点と陰極接点とが開離する際に、両接点間に生ずるアークに対して８５ｍＴ以上の磁束密度の磁界を形成することを特徴とする磁気消弧方法を要旨とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５において、前記陽極接点を固定接点とし、前記陰極接点を可動接点とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を軽負荷の磁気消弧式スイッチ装置に具体化した一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００１４】
なお、ここでいう軽負荷の磁気消弧式スイッチ装置とは、例えば、車載バッテリ等の電圧（１２〜４２Ｖの電圧）の元で駆動される電気負荷に使用するスイッチ装置のことである。
【００１５】
図１は、磁気消弧式スイッチ装置（以下、スイッチ装置１０という）の概略図である。
スイッチ装置１０は、揺動型スイッチであって、固定接点２０と、同固定接点に対して接離可能に配置された可動接点３０と、両接点近傍に配置した磁石４０とを備えている。可動接点３０は略中央部を折れ曲げた金属片から形成され、その金属片の一端側が、固定接点２０側に伸びている。そして、可動接点３０の一端側の側面に接点部３０ａが形成されている。可動接点３０は一端側において、前記中央部寄りの部位で支点部材５０を支点として係合され、図１に示すようにその接点部３０ａが、固定接点２０に対して接離可能に対向配置されている。
【００１６】
そして、図示しない押圧子を介して可動接点３０の一端の上方から押圧することにより、可動接点３０が支点部材５０を支点として揺動して固定接点２０に対して接触するようにされている。又、前記押圧子の押圧を解除することにより、図示しないバネ等の付勢力により、可動接点３０は、図１に示すように接点部３０ａが固定接点２０から開離するようにされている。
【００１７】
接点部３０ａは、Ａｇや銀合金等の金属がメッキされたメッキ接点とされている。従って、可動接点３０の接点部３０ａをムク材にて形成する場合よりも、コストの低減が図られている。
【００１８】
それに対して、固定接点２０はＡｇや銀合金や金合金等の金属のムク材から形成されている。
本実施形態では、固定接点２０が陽極接点とされ、可動接点３０が陰極接点とされている。
【００１９】
磁石４０は、本実施形態では、永久磁石にて形成され、前記両接点に近接して図示しない取り付け部材に対して固定されている。そして、磁石４０は、接点部３０ａが固定接点２０から開離した際に形成される接点部３０ａと固定接点間の空隙に対して、８５ｍＴ以上の磁束密度となる磁界を形成するように着磁されている。すなわち、接点開離時に生ずるアーク６０に対して、磁界が垂直にかかるようにされるとともに８５ｍＴ以上の磁束密度となるように磁石４０は着磁されている。
【００２０】
（実施形態の作用）
図２は、磁界によるアーク低減効果を確認した試験例から得られた特性図である。同図において、縦軸はアークエネルギーの強さを示し、横軸はアークに働いた磁束密度を示している。
【００２１】
なお、試験例に使用したスイッチ装置は、本実施形態のスイッチ装置１０の両接点と同じ構成を備え、開離した接点部３０ａと固定接点２０間の空隙に対する磁束密度を異ならせるように磁石を交換して磁界の強さを変えられるようにしたものである。そして、試験では、同スイッチ装置を電気負荷に対して電気的に接続した回路（試験回路）において、スイッチ装置１０をオンオフすることにより行った。
【００２２】
図２中、抵抗３Ａ、抵抗７Ａ、抵抗１０Ａは、電気負荷を抵抗負荷とし、この試験回路に負荷電流が３Ａ、７Ａ及び１０Ａをそれぞれ流した場合の例である。又、図２中、Ｐ／Ｗモータは、電気負荷としてパワーウインドウに使用するパワーウインドウ駆動用モータを使用した例、すなわち、誘導負荷の例であり、負荷電流が６．５Ａ流れた場合を示している。
【００２３】
図２に示すように、磁束密度が高くなるほどアークエネルギーは低下していることが分かる。すなわち、スイッチ装置１０の可動接点３０を固定接点２０から開離したときに発生するアークには、垂直に磁界が働くため、フレミングの法則によって、アークが湾曲させられる。この結果、コンタクトギャップが急速に広がっていくのと同じような効果があることにより、短時間にアークが消滅する。又、図２から、磁束密度が弱くても、アーク低減効果があることが分かる。
【００２４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれ磁束密度が互いに異なるようにして、前記試験回路のスイッチ装置をオフ作動させた場合の、アーク発生中における試験回路に流れる電流と、両接点間の電圧の変化を示したものである。
【００２５】
図３（ａ）は、抵抗７Ａの試験例であって、図２中、αで示す磁束密度が０の場合の例である。図３（ａ）に示すように磁束密度が０の場合、すなわち、アークに対して磁界がかからない場合には、金属相アークが発生した後の、ガス相アークの発生継続時間が金属相アークの発生継続時間よりも長時間であることが分かる。従って、ガス相アークが長時間発生していることによって、陰極消耗（この例では、可動接点側の電極消耗）の問題がある。
【００２６】
なお、図３（ａ）は、抵抗７Ａの試験例であるが、抵抗３Ａ、抵抗１０Ａ、Ｐ／Ｗモータの例においても、同様のことがいえる。
図３（ｂ）は、同じく抵抗７Ａの試験例であって、図２中、βで示す磁束密度が４７ｍＴの場合の例である。図３（ｂ）に示すように磁束密度が４７ｍＴの場合、図３（ａ）よりは、金属相アークが発生した後のガス相アークの発生継続時間が短くなっていることが分かる。
【００２７】
しかし、この場合にも、ガス相アークが発生していることによって、陰極消耗（この例では、可動接点側の電極消耗）の問題がある。
なお、図３（ｂ）は、抵抗７Ａの試験例であるが、抵抗３Ａ、抵抗１０Ａ、Ｐ／Ｗモータの例においても、同様のことがいえる。
【００２８】
図３（ｃ）は、図２中、同じく抵抗７Ａの試験例であって、図２中、γで示す磁束密度が８５ｍＴの場合の例である。図３（ｃ）に示すように磁束密度が８５ｍＴの場合、金属相アークが発生後、ガス相アークが生ぜず消滅していることが分かる。
【００２９】
この場合には、金属相アークが発生している最中に、垂直に磁界が働き、フレミングの法則によって、アークが湾曲させられて、コンタクトギャップが急速に広がっていき、ガス相アークに移行する前に短時間にアークが消滅しているものと思われる。
【００３０】
なお、図３（ｃ）は、抵抗７Ａの試験例であるが、抵抗３Ａ、抵抗１０Ａ、Ｐ／Ｗモータの例においても、同様のことがいえる。
なお、前記実施形態では、８５ｍＴとしたが、好ましくは、９０ｍＴの磁束密度以上にすると、ガス相アークが生ぜずかつ、さらに短時間でアークが早期に消滅することが期待できる。
【００３１】
したがって、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）  本実施形態では、固定接点２０（陽極接点）と可動接点３０（陰極接点）とを互いに接離可能に設けるとともに、両接点が開離時に両接点間に生ずるアークを磁気消弧するスイッチ装置１０（磁気消弧式スイッチ装置）とした。
【００３２】
そして、アークに対して８５ｍＴの磁束密度で印加する磁石４０を備えるようにした。
この結果、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減するｓことができる。可動接点３０のアークによる消耗を防止できる。
【００３３】
（２）  本実施形態では、磁石４０は、アークに対して垂直に磁界がかかるように配置した。
この結果、アークに対して効率的に磁界を付与でき、効率的に磁気消弧を行うことができる。
【００３４】
（３）  本実施形態では、陽極接点を固定接点２０とし、前記陰極接点を可動接点３０とした。
この結果、可動接点３０のアークによる消耗がなくなるため、可動接点３０、特に接点部３０ａをコストがかかるムク材の金属材料にて形成する必要がなくなる。
【００３５】
（４）  本実施形態では、可動接点３０の接点部３０ａを、メッキ接点にした。
この結果、可動接点側はアークによる消耗が防止されているため、接点部３０ａをコストがかからないメッキ接点とすることにより安価に形成することができる。
【００３６】
（５）  本実施形態では、互いに接離可能に設けられた固定接点２０（陽極接点）と可動接点３０（陰極接点）とが開離する際に、両接点間に生ずるアークに対して８５ｍＴの磁束密度の磁界を形成するようにした。
【００３７】
この結果、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる。可動接点３０のアークによる消耗を防止できる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
○  前記実施形態では揺動型のスイッチに具体化したが、揺動式に限定するものではなく、プッシュスイッチや、他の形式のスイッチに具体化してもよい。
○  前記実施形態では、磁石４０は永久磁石で形成したが、電磁石にて構成してもよい。
【００３９】
○  前記実施形態では、固定接点を陽極接点とし、可動接点を陰極接点としたが、固定接点を陰極接点とし、可動接点を陽極接点としてもよい。
この場合には、可動接点３０を少なくとも銀合金や金合金等の金属からなるムク材にて形成する。
【００４０】
○  前記実施形態では、可動接点３０をメッキ接点としたが、メッキ接点でなく、銀合金や金合金等からなるムク材にて形成してもよい。この場合においても、陰極接点となる可動接点の消耗を防止できる。
【００４１】
○  前記実施形態の構成を例えば、車両に搭載されるパワーウインドウの駆動モータに供給する電力をオンオフするスイッチ装置に具体化してもよい。
又、このようなスイッチ装置１０を他の車載電装品のスイッチ装置に適用してもよい。
【００４２】
すなわち、前記実施形態のように、車載電装品のスイッチ装置は、負荷電流の大きさが多くても数十Ａ程度のものである。このような軽負荷電流のスイッチ装置において、８５ｍＴ以上、好ましくは９０ｍＴ以上の磁束密度をアークにかかるようにすれば、軽負荷電流のスイッチ装置においては、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる。
【００４３】
そして、可動接点を陰極接点とすれば、可動接点の製造コストの低減を大いに図ることができ、部品コスト低減の効果が大きい。
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想を下記に記載する。
【００４４】
（１）  車載電装用のスイッチ装置としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気消弧式スイッチ装置。
（２）  請求項５又は請求項６において、陰極接点と陽極接点は、車載電装用のスイッチ装置の陰極接点と陽極接点であることを特徴とする磁気消弧方法。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項４の発明によれば、接点の消耗が陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる磁気消弧斜板スイッチ装置とすることができる。
【００４６】
又、請求項５及び請求項６の発明によれば、接点の消耗を陽極接点消耗だけですみ、陰極接点の消耗を軽減することができる磁気消弧方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した実施形態に関するスイッチ装置の概略図。
【図２】磁界によるアーク低減効果を確認した試験例から得られた特性図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、試験回路のスイッチ装置をオフ作動させた場合のアーク発生中における試験回路に流れる電流と、両接点間の電圧の変化を示す説明図。
【符号の説明】
１０…スイッチ装置（磁気消弧式スイッチ装置）
２０…固定接点（陽極接点）
３０…可動接点（陰極接点）
３０ａ…接点部
４０…磁石
６０…アーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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