(57)【要約】【課題】簡易な構造で、小型化できながら短時間で直流高電圧を遮断できる直流リレーを提供する。【解決手段】少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点を有する接点対11,21と、前記接点を遮断する時、各接点の間に生じるアーク100を磁界により歪曲させる永久磁石7とを具える。接点対の少なくとも一方の接点に、導電材料からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とを形成する。低導電率部分5を、永久磁石7の磁界によるアーク歪曲側に設ける。【選択図】図１
2004273413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点を有する接点対と、
前記接点を遮断する時、各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石とを具え、
接点対の少なくとも一方の接点に、導電材料からなる通電部分と、この通電部分の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分とを形成し、
低導電率部分を、アーク歪曲側に設けていることを特徴とする直流リレー。
【請求項２】
前記低導電率部分には、その表面側の層が、
Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内である請求項１に記載の直流リレー。
【請求項３】
前記Ag合金が、Sn、Inに加え、さらにSb、Ca、Bi、Ni、Co、ZnおよびPbの群から選ばれた少なくとも1種の元素を含む請求項２に記載の直流リレー。
【請求項４】
前記化学組成が、第一層と第二層で同一である請求項２または請求項３に記載の直流リレー。
【請求項５】
前記第一層中のSnの含有量は、第二層中のSnの含有量と同じか、または、第二層中のSnの含有量より多い請求項１から請求項４の何れかに記載の直流リレー。
【請求項６】
前記第一層および第二層を内部酸化させている請求項２から請求項５の何れかに記載の直流リレー。
【請求項７】
接点は、互いに接触させる接点部を具え、接点部の接触面の一部に低導電率部分を形成していることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項８】
一方の接点部の接触面のみが、通電部分と低導電率部分により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の直流リレー。
【請求項９】
両方の接点部の接触面が、通電部分と低導電率部分により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の直流リレー。
【請求項１０】
接点は接触面を有する接点部と、接点部と導通される接点部固定体とを具え、
接点部固定体における接点部の固定位置よりもアークの歪曲方向側に、アーク歪曲方向に張り出した突出部分を形成し、
接点部固定体の少なくとも一方は、前記突出部分に低導電率部分が形成され、他の部分に通電部分が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項１１】
一方の接点部固定体のみが、通電部分と低導電率部分により形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の直流リレー。
【請求項１２】
両方の接点部固定体が、通電部分と低導電率部分により形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の直流リレー。
【請求項１３】
接点対を複数具え、これら接点対は直列に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の直流リレー。
【請求項１４】
接点対を複数具え、これら接点対は並列に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の直流リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流のリレーに関するものである。特に、簡易な構造にて確実に直流電流を遮断できる直流リレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような高電圧（約300Ｖ）の自動車が開発されてきている。これらの自動車は、直流高電圧の主電池と高電圧回路からなる制御回路を具えている。また、主電池は直流高電圧であるので、事故時などには電池を制御回路から切り離す必要があり、電池と制御回路との間にはメカニカル接点の直流リレーを具える。
【０００３】
これらリレーは、直流高電圧を遮断するときに発生するアークが非常に大きくなることから、遮断速度が非常に遅く、短時間で遮断するのは非常に難しい。
【０００４】
そこで、従来では、アーク発生部に磁石を設置してローレンツ力によりアークを引き伸ばす構造（例えば特許文献1参照。）がある。また、水素などの冷却効果の大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造（例えば特許文献１または特許文献２参照。）もある。さらに、磁石とアークの発生を抑える気体とを併用する場合もある。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０３３６８号公報（請求項１および図１）
【特許文献２】特開平９−３２０４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の直流リレーにおいて、特許文献１に示すように、アーク発生部に磁石を設置して、磁界の作用によりアークを引き伸ばす場合、リレーの即時遮断に必要なアークの引き伸ばし量を確保する必要がある。そのため、アークを引き伸ばす空間を確保するとともに、そのアーク引き伸ばし量に見合った磁力を有する磁石を配置しなければならない。その結果、リレー全体が大型化してしまう問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に示すように、水素などの気体でアークの発生を抑制する構造とする場合には、気体をケース内に完全に密閉できるケース構造を必要とする。この場合、ケースはアークによる耐熱性が必要となって高価なもの（例えばセラミックなど）となる。
【０００８】
耐熱性が得られない場合には、廃車までメンテナンスをせずに気密性を維持することは非常に困難となる。さらに、気密性を上げるためには、ケースの接合部分の面積（接合部のケース厚み）を大きくとる必要があり、ケースの形状が大きくなる問題がある。
【０００９】
このように、水素などの気体を封入する場合には、気体が封入された状態を長期間保持するために大型化が要求され、さらに構造も複雑となる。その結果、自動車という限られたスペースに搭載する機器において性能を落とすことなく小型化を実現することは非常に困難であった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、簡易な構造で、小型化できながら短時間で直流高電圧を遮断できる直流リレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、接点を遮断する際に、接点対における抵抗の大きい部分にアークが発生するように磁石の磁界でアークを所定の方向に歪曲させることにより、アークのエネルギーを短時間で消費させて上記の目的を達成する。
【００１２】
すなわち、本発明直流リレーは、少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点を有する接点対と、前記接点を遮断する時、各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石とを具える。
【００１３】
さらに、接点対の少なくとも一方の接点に、導電材料、即ち、接点通電のために用いられる材質からなる通電部分と、この通電部分の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分とを形成する。そして、低導電率部分を、磁石の磁界によるアーク歪曲側に設ける。
【００１４】
低導電率部分は、接点における互いに接触させる接点部の接触面の一部に形成してもいいし、接点部が固定される接点部固定体を具える場合には、この接点部固定体に設けるようにしてもよい。
【００１５】
また、接点におけるアーク歪曲側に設けるとは、例えば、接点部固定体を具えず、接点部のみを具える場合には、接点部の接触面におけるアーク歪曲方向側端部に低導電率部分を設けることをいう。また、接点部固定体を具える場合は、接点部固定体にアーク歪曲方向に張り出した突出部分を形成し、この突出部分に低導電率部分を設けることをいう。
【００１６】
そして、接点部の接触面の一部に低導電率部分を形成する場合は、接触面におけるアーク歪曲方向側端部に低導電率部分を形成し、他の部分に通電部分を形成する。
【００１７】
また、接点部固定体に低導電率部分を設ける場合には、接点部固定体における接点部の固定位置よりもアークの歪曲方向側に設ける突出部分に低導電率部分を形成し、他の部分に通電部分を形成する。
【００１８】
本発明リレーに用いる接点の接点部は、ブロック状、柱状、棒状などの金属体が好ましい。接点部固定体は、ブロック状、板状などの金属体が好ましい。
【００１９】
低導電率の材質とは、高導電率の材料に対し、70％程度までの導電率を有するものをいう。材質としては、通電部分を銅（5.76×107[S/m]）で、低導電率部分を、アルミニウム（3.96×107[S/m]）、銅とタングステンの合金（例えばCu:70重量%(w%),W:30重量%(w%)など）などで形成することができる。
【００２０】
特に、低導電率部分は、その表面側の層がSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有する構成にすることがさらに好ましい。このとき、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内となるようにする。
【００２１】
Snの含有量を1〜9質量％とするのは、1質量％未満では、接点の耐溶着特性が低下し、9質量％を超えると接点の温度特性（温度上昇が少ない）が低下するからである。好ましくは、2〜7質量％である。
【００２２】
ここで、耐溶着特性とは、接点が切れない状態、特に接点がくっついたまま離れない溶着の起こりにくさをいう。また、温度特性とは、通電時の接点の温度上昇の度合いをいい、温度特性が良いとは、通電により接点の温度が上昇しにくく、リレーに接続されるケーブルや機器に熱的な影響を与えにくいことをいう。
【００２３】
また、Inの含有量を1〜9質量％とするのは、この範囲外の含有量の場合には接点の温度特性が低下するからであり、さらに、9質量％を超えると、Snの含有量にもよるが、耐溶着特性が低下するからである。好ましくは、3〜7質量％である。
【００２４】
第一層の硬度（通常5g荷重負荷）をマイクロビッカース硬度で190以上にするのは、このレベル未満になると、耐溶着特性や温度特性が低下するからであり、第二層の硬度をマイクロビッカース硬度で130以下にするのは、このレベルを超えると、接点が脆弱化して耐消耗特性が低下するからである。
【００２５】
第一層の硬度は240以上、第二層のそれは120以下であるのが望ましい。なお、本発明における硬度は、接点の表面に垂直な断面上の第一層および第二層のそれぞれの域内の任意の地点でマイクロビッカース硬度にて確認したものである。本発明における接点では、第一層、第二層のそれぞれの層内に硬度分布があっても構わない。
【００２６】
本発明における接点には、通常第一層から第二層にかけて境目に硬度落差（マイクロビッカース硬度で60以上）があり、この境目には両層の中間の硬度を有する（すなわちその硬度が、第一層の下限硬度未満かつ第二層の上限硬度を超える範囲内にある）領域（以下中間部という。）がある。
【００２７】
この領域の厚みは、主に製造時のAg合金段階で合金成分の層間熱拡散の進展や加工歪みの入り具合がどの程度であるかによって変わる。さらに、本発明における接点では、前記構成の範囲内であれば、両層の境目においても上記のような大きな硬度落差が無く、表面から厚み方向に順次連続的または段階的に低下するものであってもよい。
【００２８】
このような傾斜機能的な組織は、例えば、化学組成の異なるAg合金素材を三層以上積層圧着したり、Ag合金段階での熱処理条件を制御したりすることによって得ることができる。
【００２９】
第一層の厚みは、10〜360μmとする。下限未満では、耐溶着特性や温度特性が低下し、上限を超えると接点が脆弱化して温度特性が低下するからである。好ましくは30〜120μmである。また、第一層と第二層の間に中間部のあるものも含まれるが、その場合の中間部の厚みは200μm以下であるのが望ましい。200μmを超えると接点の耐消耗特性ならびに温度特性が低下しやすくなる。好ましくは100μm以下である。
【００３０】
本発明における接点には、上記基本成分に加え、さらに、Sb、Ca、Bi、Ni、Co、ZnおよびPbの群から選ばれた少なくとも1種の元素が、従成分として含まれていてもよい。通常、これらの成分の大部分は、Agマトリックス中に化合物、特に酸化物の形態で分散される。
【００３１】
但し、個々の成分によって望ましい分散量範囲が異なる。例えば、いずれも元素換算された質量％単位で0.05〜2(Sb)、0.03〜0.3(Ca)、0.01〜1(Bi)、0.02〜1.5(Ni)、0.02〜0.5(Co)、0.02〜8.5(Zn)、0.05〜5(Pb)である。なお、括弧内は対象元素である。以上の各成分種において、その量が上記の範囲外になると、直流リレーの種類によっては温度特性が低下することがあり、特に上限を超えるとリレーの種類によっては同時に耐溶着特性も低下することがある。
【００３２】
通常は、以上の従成分が接点の性能に若干影響を及ぼすが、これ以外の成分としては、例えば以下のものが挙げられる。これらはいずれも使用目的の範囲内で微量に含まれても構わない。なお成分によって望ましい含有量が異なるが、括弧内数値のうち元素記号で表示されたものは、元素換算された質量％単位で、分子式で表示のものは、同分子換算された質量％単位で表したその許容上限値である。Ce(5)、Li(5)、Cr(5)、Sr(5)、Ti(5)、Te(5)、Mn(5)、AlF3(5)、CrF3(5)およびCaF2(5)、Ge(3)およびGa(3)、Si(0.5)、Fe(0.1)およびMg(0.1)。
【００３３】
さらに、前記Ag合金層は、上記の構成の範囲内にあり、第一層と第二層とが同じ化学組成であるものも含まれる。第一層と第二層とを同じ化学組成にする場合、後述する手段により両層の硬度レベルを異なるようにする。
【００３４】
例えば第一層だけを急熱・急冷し、第一層の残留応力を第二層のそれより大きくする方法、表面の第一層だけにショットブラスト加工を施して加工硬化する方法がある。
【００３５】
また、Ag合金板に熱間圧延や冷間圧延に加え熱処理を施す、いわゆるサーモメカニカルプロセッシング（熱加工処理）を行った後、内部酸化を行って、第一層に第二層より微細な針状の酸化物粒子を析出させ、表面の硬度を高める方法がある。また、第一層および第二層のAg合金板を圧延加工や熱間圧着する際に第一層と第二層の鍛錬加工比を変えて行う方法もある。
【００３６】
さらに、前記Ag合金層は、上記の構成の範囲内にあり、しかも第一層中のSnの含有量が第二層のそれと同じか、またはそれよりも多いものも含まれる。これによって、第二層の硬度よりも第一層の硬度の方が、ほぼ確実に高くなる。
【００３７】
また、第一層および第二層を内部酸化させることが好ましい。内部酸化法には、後酸化法と前酸化法とがある。後酸化法とは、合金の状態で最終接点形状に仕上げるか、その近くまで成形した後に、内部酸化する方法である。前酸化法とは、合金の粉末または粒を内部酸化させておいて、これらを成形、圧縮・焼結する方法である。
【００３８】
低導電率部分の製造方法について、前記した二層の耐溶着特性に優れた層を形成する場合について説明する。この表面層を製造するには、溶解・鋳造法や、粉末冶金法などがある。
【００３９】
例えば、溶解・鋳造法では、以下の手順がある。まず第一層および第二層それぞれの化学組成となるように溶解・鋳造されたインゴットを作り、これらを粗く圧延した後、二種の圧延材を熱間圧着する。その際、またはその後、必要により上記した純Agなどの薄い接続層を圧着する。
【００４０】
これをさらに圧延して所定の厚みに形成した後、打ち抜き、またはさらに成形し、最終形状に近いサイズのAg合金素材とし、さらに、この素材を内部酸化（後酸化法）してSn、Inなどの金属成分を酸化物に転換する。
【００４１】
なお、溶解・鋳造に先立ち成分元素の酸化物以外の化合物を含ませることもできる。また、必要に応じて、圧延以降に適宜熱処理や形状を調整する工程などを入れる。この場合、熱処理条件の工夫によって、各層の微細組織を意識的に制御して材料特性やそのレベルなどを変えることができる。
【００４２】
また、粉末冶金法で作る場合は、例えば、予めSnやInなどの粉末とAgの粉末とを二種の所定組成にて配合・混合した後、熱処理して内部酸化（前酸化法）させ、得られた二種の粉末を型内に積層・充填して圧縮成形しプリフォームとする。なお、SnやInなどの粉末とAgの粉末とは、他の化合物も一緒に混合してもよい。
【００４３】
そして、このプリフォームには熱間押し出し、熱間・冷間ロール圧延、熱間鍛造など各種の塑性加工が適用できる。さらに上記した鍛造法と同様に、必要に応じて圧延以降に熱処理や形状を調整する工程などを入れる。熱処理条件の工夫によって各層の所望の特性制御が可能になる。
【００４４】
また、第二層の素材のみを上記に準じた溶解・鋳造法や粉末冶金法の手順で作成した後、第一層は、溶射、CVDなどによる厚膜形成、スクリーン印刷などによる厚膜印刷、塗布後焼付けなど、様々な手段によって形成してもよい。さらに、二つの合金板の接合には、例えば熱間静水圧成形法による拡散接合、熱間押し出しなど種々の手段が適用できる。また、熱処理を施すことによって、各層の微細組織を意識的に制御して、所望の特性を得ることもできる。
【００４５】
前記低導電率部分の割合は、例えば接点部の接触面の全面積に対して15〜30％となるようにすることが好ましい。また、低導電率部分は、例えば接点部をブロック状に形成した場合、接点部のアーク歪曲方向側端部において開閉方向となる軸方向全体を低導電率部分で形成するようにしてもよい。また、低導電率部分は、接点部の軸方向において、接触面から所定の長さ（厚み）だけ形成するようにしてもよい。
【００４６】
また、低導電率部分を接点部固定体に形成するときは、低導電率部分は、接点部固定体の接点の開閉方向となる軸方向全体を低導電率部分で形成するようにしてもよいし、接点を固定する面から軸方向に所定の長さだけ形成するようにしてもよい。
【００４７】
本発明によれば、接点の遮断を行う際、磁石の磁界により接点間に生じるアークを所定の方向に吹き飛ばす。このとき、低導電率部分において磁石の磁界により歪曲されてアークが発生するようにしているので、アークが発生したとき、この低導電率部分が抵抗となる。その結果、この低導電率部分の抵抗でアークのエネルギーが消費され、アークの電圧を短時間で上昇させて、短時間でリレーを遮断させることが可能となる。
【００４８】
なお、本発明では、磁石によりアークを引き伸ばすとともに、前記低導電率部分において、低導電率によりアークエネルギーを消費させるようにしている。その結果、従来のように単に磁石を設ける場合に比べて、より短時間でアークの消弧が可能となる。
【００４９】
また、前記低導電率部分においてアークエネルギーを消費させるので、本発明で使用する磁石は、従来のような電圧遮断に必要な所定のアーク引き伸ばし量を確保するための磁力は必要でなくなる。その結果、磁石を従来に比べて小型化できる。
【００５０】
しかも、アークは、低導電率部分においてエネルギーが消費されるので、従来のようなアークの引き伸ばし量を確保する必要もなくなる。その結果、アークの引き伸ばし量を確保する空間も小さくすることができる。
【００５１】
以上のように、磁石を用いるにもかかわらず、接点に通電部分と低導電率部分を形成し、この低導電率部分でアークを消弧させるように構成しているので、アークの長さを従来よりも短くできながら、短時間でアークを消して直流高電圧の遮断を確実に行うことができる。また、気密構造が不要となり、安価に製造することができる。
【００５２】
さらに、接点におけるアークがつながる部分のみ低導電率の材質で形成し、他の部分を通電用の材質で形成しているので、通電時においては、通電部分で通電を行うので発熱を抑えることができる。
【００５３】
ここで、接点の開閉動作を行うには、種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点を駆動させる。また、直動系駆動源を用いる場合には、直動系駆動源を接点に連結して接点を駆動させる。
【００５４】
本発明では、開閉する一対の接点のうち、一方を可動接点、他方を固定接点としても良いし、双方を可動接点として開閉するように構成しても良い。
【００５５】
一方の接点のみを可動接点とする場合には、可動接点の接点部または接点部固定体のみを通電部分と低導電率部分とで形成するようにしてもよいし、固定接点の接点部または接点部固定体のみを通電部分と低導電率部分とで形成するようにしてもよい。また、可動接点と固定接点の双方の接点部または接点部固定体を通電部分と低導電率部分とで形成するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、双方を可動接点とする場合も、一方の接点の接点部または接点部固定体のみを通電部分と低導電率部分とで形成したり、双方の接点の接点部または接点部固定体を通電部分と低導電率部分とで形成することができる。
【００５７】
双方の接点を可動接点とする場合には、双方の駆動を同時に行う必要がある。このタイミングをとる具体的な手段としては、例えば、タイマー手段を用いたものが挙げられる。つまり、タイマーを用いて可動接点を駆動させる駆動信号を出力する。
【００５８】
また、接点は、直列に配置されて接点間の電圧を分圧する複数で構成することが好適である。
さらに、接点は、並列に配置されて電流を分流する複数で構成することも好適である。
【００５９】
なお、本発明では、低導電率部分の表面側の層をSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金から形成するが、接点の接触面となる通電部分の表面層もSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金から形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００６０】
本発明直流リレーによれば、接点対における接点の少なくとも一方を、通電部分と低導電率部分とを有する構成にし、磁石の磁界によりこの低導電率部分にアークを発生させるようにしているので、低導電率部分によりアークに抵抗を与えて、アークのエネルギー消費量を上げ、短時間での電圧の遮断を実現することができる。
【００６１】
接点部を固定する接点部固定体の端部でアークを消弧させる構成とする場合には、接点部のアークによる損傷を軽減できる。
【００６２】
さらに、各接点部を、直列に配置された複数で構成することで、直列複数接点を作り出し、電圧を分圧することでアークの発生を抑制して、短時間での遮断を実現することができる。しかも、接点間にかかる電圧を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができる。
【００６３】
各接点部を、並列に配置された複数で構成することで、電流を分流することができアークの発生を抑制し、短時間で遮断を実現することができる。この場合も、一つの接点に流れる電流を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができる。
【００６４】
さらに、接点の接触部を耐溶着特性に優れた材料で形成することにより、リレーの短絡時に大電流が流れても接点が溶着せずに確実に遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
＜第１実施形態＞
図１および図２は本発明の第１実施形態にかかるリレーの基本構成を示す概略構成図であって、図１は、接点の接点部が非接触の状態を示し、図２は非接触状態の接点部のみを示す。
【００６６】
本発明リレーは、可動接点と固定接点とからなる接点対と図示しないソレノイドとを具え、可動接点は可動接点部11を具え、固定接点は可動接点部11と接触する固定接点部21を具える。ソレノイドにより接点部間を開閉することにより、これら接点部11,21同士を接触または非接触状態とする。両接点部11,21には、円柱金属ブロックを用い、ソレノイドで可動接点部11をその軸方向に往復運動させることで両接点部間を開閉する。
【００６７】
そして、各接点部11,21には直流電源（図示せず）が接続されて電流供給が行われ、各接点部11,21の接触面が接触・離隔することで通電・遮断を行う構成としている。
【００６８】
そして、これら可動接点部11と固定接点部21を上下から挟み込むように一対の永久磁石7を設けて接点部間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石7の磁界により、前記接点部11,21の遮断時、各接点部の間に生じるアーク100は、図１に示すようにローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲する。
【００６９】
さらに、可動接点部11を、通電として用いられる導電率の高い材質（導電材料）からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成する。
【００７０】
通電部分4は銅（5.76×107[S/m]）で、低導電率部分5はアルミニウム（3.96×107[S/m]）または接点材料である銅とタングステンの合金（Cu:70重量%(w%),W:30重量%(w%)）で形成している。
【００７１】
さらに、低導電率部分5の接触面には、Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内となる表面層52を形成することが好ましい。
【００７２】
さらに、低導電率部分5の表面層52となるAg合金部分は、後酸化法により内部酸化させて形成している。
【００７３】
本実施形態および他の実施形態において、低導電率部分5は、低導電率部分5の本体側部分をアルミニウムなどの低コスト材料を用い、表面層52をコスト高となるが耐溶着性能に優れたAg合金を使用している。
【００７４】
低導電率部分5は、可動接点部11における永久磁石7の磁界で歪曲するアーク100の歪曲方向側端部に設けられている。具体的には、図２に示すように、可動接点部11の接触面積に対して約10％を占めるように、円柱状の可動接点部11の軸方向長さ（開閉方向長さ）全長にわたり、断面が円弧状の低導電率部分5を別途形成する。
【００７５】
低導電率部分5を形成する際は、前記表面層52の部分を別途形成しておいて、低導電率部分5の本体部分に接合する。
【００７６】
また、可動接点部11の接触面積に対して約90％を占め、低導電率部分5の平面部51を当接させる当接面41を有する柱状の通電部分4を別途形成する。低導電率部分5の平面部51を通電部分4の当接面41に当接させた状態でネジ50により通電部分4と低導電率部分5とを結合して可動接点部11を形成する。
【００７７】
また、第１実施形態では、固定接点部21から可動接点部11に向けて電流を流している。そして、図１において固定接点部21および可動接点部11を挟むように上下に永久磁石7を配置し、図１において下から上に向かう磁力が生じるようにしている。そのため、フレミングの左手の法則により、ローレンツ力は、図1において手前に向かって生じる。
【００７８】
本実施形態では、可動接点部11は、ソレノイドに取り付ける際に、ローレンツ力が生じる側、即ち、永久磁石7の磁界でアーク100が歪曲される側に低導電率部分5がくるように配置される。
【００７９】
次に、接点の通電・遮断について説明する。接点部間を閉じて通電させる場合、可動接点部11を閉動作させて可動接点部11と固定接点部21とを接触させて導通をとる。
【００８０】
また、両接点部11,21間を開いて遮断する場合は、可動接点部11の開動作により、可動接点部11と固定接点部21との間が離隔されて遮断が行われる（図１）。
【００８１】
この遮断時においては、可動接点部11と固定接点部21との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向、即ち、低導電率部分5に向かって歪曲する。歪曲したアーク100は、可動接点部11の低導電率部分5と固定接点部21とで繋がった状態となる。アーク100は可動接点部11の低導電率部分5により抵抗を受けてアークのエネルギーが消費され、電圧が上昇し、短時間で電圧が遮断される。
【００８２】
このように、第１実施形態では、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を大きくとることなく、アーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【００８３】
さらに、可動接点部11の低導電率部分5の接触面に、耐溶着特性および温度特性に優れたAg合金からなる表面層52を形成する場合には、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても接点部同士が溶着しにくい。
【００８４】
また、低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、この表面層52のみをAg合金層で形成し、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【００８５】
＜第２実施形態＞
図３および図４に示す第２実施形態は、固定接点部21のみを、通電として用いられる導電率の高い材質からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成する。なお、図３は、接点部が非接触の状態を示し、図４は非接触状態の接点部のみを示す。
【００８６】
第２実施形態は、低導電率部分5を設けているのが固定接点部21である点を除き、第１実施形態と構成は同じなので、同じ構成部分については説明を省略する。また、通電部分4と低導電率部分5の材質、割合、形状は、第１実施形態の可動接点部11と同じである。
【００８７】
さらに、固定接点部21における低導電率部分5の接触面には、第１実施形態と同じAg合金層で形成される表面層52を形成することが好ましい。
【００８８】
第２実施形態においても、接点の遮断時においては、可動接点部11と固定接点部21との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向、即ち、低導電率部分5に向かって歪曲する。歪曲したアーク100は、可動接点部11と固定接点部21の低導電率部分5とで繋がった状態となる。アーク100は固定接点部21の低導電率部分5により抵抗を受け、アークのエネルギーが消費されて電圧が上昇し、短時間で電圧が遮断される。
【００８９】
このように、第２実施形態においても、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を大きくとることなく、アーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【００９０】
さらに、本実施形態も低導電率部分5に耐溶着特性および温度特性に優れたAg合金からなる表面層52を形成する場合には、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても接点部同士が溶着しにくい。
【００９１】
また、低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、表面層52のみをAg合金層で形成し、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【００９２】
＜第３実施形態＞
図５および図６に示す第３実施形態は、可動接点部11と固定接点部21の双方を、通電として用いられる導電率の高い材質からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成する。なお、図５は接点部が非接触の状態を示し、図６は非接触状態の接点部のみを示す。
【００９３】
第３実施形態は、可動接点部11および固定接点部21を通電部分4と低導電率部分5とで形成している点を除き、第１実施形態と構成は同じなので、同じ構成部分については説明を省略する。
【００９４】
各接点部11,21おける通電部分4と低導電率部分5の材質、割合、形状は、第１実施形態の可動接点部11と同じである。
【００９５】
さらに、可動接点部11と固定接点部21の低導電率部分5の接触面には、第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【００９６】
第３実施形態においても、接点の遮断時においては、可動接点部11と固定接点部21との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向、即ち、低導電率部分5に向かって歪曲する。歪曲したアーク100は、可動接点部11の低導電率部分5と固定接点部21の低導電率部分5との間で繋がった状態となる。
【００９７】
これら低導電率部分5は、可動接点部11と固定接点部21とに設けられているので、アーク100は、可動接点部11の低電導率部分5と固定接点部21の低導電率部分5との２箇所で抵抗を受けることになる。
【００９８】
その結果、第１実施形態および第２実施形態のときよりも、アーク100のエネルギーの消費量が多くなって、電圧の上昇がさらに早くなり、より短時間で電圧が遮断することができる。
【００９９】
このように、第３実施形態においても、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を前記各実施例よりも少なくしてアーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【０１００】
さらに、第３実施形態も、可動接点部11と固定接点部21とに低導電率部分5を形成し、これら低導電率部分5に耐溶着特性および温度特性に優れたAg合金からなる表面層52を形成する場合には、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても接点部同士が溶着せず確実に遮断することができる。
【０１０１】
また、本実施形態の場合も、低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、この表面層52のみをAg合金層で形成し、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１０２】
＜第４実施形態＞
図７に示す第４実施形態は、２つの固定接点部22,23と、これらに接触・離隔する一つの可動接点部12を直列に接続したリレーに関する。第４実施形態は、固定接点部22,23には２つの円柱状ブロックを用い、可動接点部12にはほぼ円盤状のブロックを用いている。
【０１０３】
円柱状ブロックは、２つを並べた状態でその接触面の全面が可動接点部12の接触面と当接できる程度の大きさとしている。なお、図７では、磁石は省略しているが、第４実施形態においても、固定接点部22,23および可動接点部12を挟むように、図７において上下に一対の磁石を設ける。
【０１０４】
第４実施形態では、円盤状のブロックで形成される可動接点部12を通電部分4と低導電率部分5で形成している。可動接点部12には、固定接点部22,23と対向する部分で、かつ、接点を遮断する時に二つの固定接点部22,23で発生するアークが磁石の磁界により歪曲する部分の２箇所に低導電率部分5を形成している。
【０１０５】
可動接点部12の通電部分4と低導電率部分5の材質は、第１実施形態と同じである。さらに、可動接点部12における低導電率部分5の接触面に第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１０６】
このような接点部を用いることで、両接点部を導通した場合の電流流路は、一方の固定接点部22から可動接点部12を通り、他方の固定接点部23を通ることとなる。従って、直列に配置した2つの固定接点部22,23を用いることで電圧を分圧し、遮断特性の向上と接点部の耐久性向上を実現できる。
【０１０７】
さらに、可動接点部12の２箇所に低導電率部分5を設けているので、電圧を分圧すると同時に、それぞれの箇所でアークが抵抗を受けてエネルギーが消費される。その結果、きわめて短時間で遮断することができる。
【０１０８】
さらに、低導電率部分5に耐溶着特性および温度特性に優れたAg合金からなる表面層52を形成する場合には、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても接点部同士が溶着しにくい。
【０１０９】
なお、本実施形態では、一方を固定接点部としたが、円盤状ブロックも可動接点部としてもよいし、また、２つの可動接点部と１つの固定接点部としてもよい。
【０１１０】
さらに、固定接点部22,23にも、通電部分4と低導電率部分5を形成するようにしてもよい。この場合も、全ての低導電率部分5にAg合金からなる表面層を形成することが好ましい。
【０１１１】
＜第５実施形態＞
次に、並列された2対の接点対を具える第５実施形態にかかる本発明リレーを図８に基づいて説明する。図８は２つの固定接点部24,25と２つの可動接点部13,14を有するリレーの概略図である。ここでは、２枚のほぼ円盤状のブロック（接点部固定体）3の各々に２つの円柱状ブロックを間隔をあけて固定することにより、固定接点部24,25と可動接点部13,14を構成した。接点部固定体3は銅などの導電性の優れた金属材料で形成されている。
【０１１２】
なお、図８では、磁石は省略しているが、第５実施形態においても、固定接点部24,25および可動接点部13,14を挟むように、図８において上下に一対の磁石を設けている。
【０１１３】
そして、２つの可動接点部13,14を通電部分4と低導電率部分5で形成している。可動接点部13,14も第1実施形態と同様に、固定接点部24,25と対向する部分で、かつ、接点を遮断する時に発生するアークが磁石の磁界により歪曲する部分に低導電率部分5を形成している。
【０１１４】
可動接点部13,14の通電部分4と低導電率部分5の材質は、第１実施形態と同じである。さらに、可動接点部13,14における低導電率部分5の接触面に第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１１５】
このような接点部を用いることで、両接点部を導通した場合の電流流路は、一方の可動接点部13から対向する固定接点部24を通る流路と、他方の可動接点部14から対向する固定接点部25を通る流路との2つの流路に分流される。従って、固定接点部24,25と可動接点部13,14の２対の接点対を用いることで電流を分流し、遮断特性の向上と接点部の耐久性向上を実現できる。
【０１１６】
特に、可動接点部13,14に低導電率部分5を形成しているので、この低導電率部分5によりアークのエネルギー消費を上げることができるため、極めて短時間にアークを遮断することができる。
【０１１７】
さらに、低導電率部分5に耐溶着特性および温度特性に優れたAg合金からなる表面層52を形成する場合には、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても接点部同士が溶着しにくい。
【０１１８】
また、固定接点部24,25にも、通電部分4と低導電率部分5を形成するようにしてもよい。この場合は、双方の低導電率部分5にAg合金からなる表面層を形成することが好ましい。なお、本実施形態は、固定接点部と可動接点部とを逆にしてもよい。
【０１１９】
＜第６実施形態＞
図９および図１０は本発明の第６実施形態にかかるリレーの基本構成を示す概略構成図であって、図９は、接点部が非接触の状態を示し、図１０は非接触状態の接点部および接点部固定体を示す。
【０１２０】
本発明リレーは、一対の固定接点部21と可動接点部11と図示しないソレノイドとを具える。固定接点部21は、固定側接点部固定体31に固定されている。可動接点部11は、可動側接点部固定体61に固定されている。各接点部11,21は、各接点部固定体31,61にロウ付けにより固定される。
【０１２１】
そして、ソレノイドにより可動側接点部固定体61を軸方向に往復移動させることにより、接点部間を開閉して、これら接点部11,21同士を接触または非接触状態にする。
【０１２２】
両接点部11,21には、図１０に示すように、接触面が楕円状の円柱金属ブロックを用いている。また、接点部固定体31,61も、接点部11,21が固定される面が楕円状の円柱金属ブロックから形成されている。本実施形態では、図９および図１０に示すように、接点部固定体31,61の楕円の面積を接点部11,21の面積よりも大きく形成している。そして、この面積の大きさの違いにより接点部固定体における接点部の固定位置よりもアークの歪曲方向側に、アーク歪曲方向に張り出した突出部分を形成する。なお、各接点部11,21は、接触面が円状の円柱金属ブロックを用いてもよい。
【０１２３】
そして、各接点部11,21には接点部固定体31,61を介して直流電源（図示せず）が接続されて電流供給が行われ、各接点部11,21が接触・離隔することで通電・遮断を行う構成としている。
【０１２４】
そして、これら固定接点部21、固定側接点部固定体31、可動接点部11、可動側接点部固定体61を上下から挟み込むように一対の永久磁石7を設けて接点部間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石7の磁界により、前記第１実施形態と同様に前記接点部11,21の遮断時、各接点部の間に生じるアーク100が、ローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲するようになっている。
【０１２５】
さらに、固定接点部21および可動接点部11は銀合金（例えば銀とタングステンの合金、銀と錫の合金、銀とインジウムの合金など）で形成されている。固定側接点部固定体31は銅で形成されている。可動側接点部固定体61は、導電材料、即ち、接点通電のために用いられる導電率の高い材質（導電材料）からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成されている。
【０１２６】
例えば、通電部分4は、銅（5.76×107[S/m]）で、低導電率部分5はアルミニウム（3.96×107[S/m]）または銅とタングステンの合金（Cu:70重量%,W:30重量%）で形成している。
【０１２７】
さらに、可動側接点部固定体61における低導電率部分5の接触面に第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１２８】
低導電率部分5は、図１０に示すように、楕円形状の可動側接点部固定体61における楕円長手方向一端部で、接点遮断時に永久磁石7の磁界で歪曲するアーク100の歪曲方向側端部（前記突出部分）に設けられている。第６実施形態の場合、低導電率部分5は、可動側接点部固定体61の軸方向長さ（開閉方向長さ）全長にわたり形成されており、低導電率部分5が通電部分4にロウ付けされている。
【０１２９】
さらに、図１０に示すように、各接点部固定体31,61に、接点部固定位置よりもアークの歪曲方向側に接点部11,21が固定されない前記突出部分が形成されるように、各接点部固定体31,61に各接点部11,21を固定している。
【０１３０】
このとき、可動側接点部固定体61は、通電部分4に可動接点部11を固定し、アーク歪曲側端部に設ける低導電率部分5には可動接点部11が固定されないようにする。
【０１３１】
このように、固定側接点部固定体31のアーク歪曲方向側端部と、可動側接点部固定体61の低導電率部分5を各接点部11,21よりもアーク歪曲方向に突出させた状態にする。
【０１３２】
また、第６実施形態では、固定接点部21から可動接点部11に向けて電流を流し、図９において固定接点部21および可動接点部11を挟むように上下に永久磁石7を下から上に磁力線が向かうように配置している。そのため、この場合も、第１実施形態と同様にフレミングの左手の法則により、ローレンツ力は、図９において手前に向かって生じる。
【０１３３】
本実施形態では、可動側接点部固定体61は、ソレノイドに取り付ける際に、ローレンツ力が生じる側、即ち、永久磁石7の磁界でアーク100が歪曲される側に低導電率部分5を含む接点部固定体31,61の突出部分がくるように配置される。
【０１３４】
次に、接点の通電・遮断について説明する。接点部間を閉じて通電させる場合、可動側接点部固定体61を閉動作させて可動接点部11と固定接点部21とを接触させて導通をとる。
【０１３５】
また、両接点部11,21間を開いて遮断する場合は、可動側接点部固定体61の開動作により、可動接点部11と固定接点部21との間が離隔されて遮断が行われる（図９の状態）。
【０１３６】
この遮断時においては、固定接点部21と可動接点部11との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向に歪曲する。本実施形態の場合、各接点部固定体31,61における接点部11,21が固定されていない突出部分、可動側接点部固定体61については低導電率部分5に向かって歪曲する。歪曲したアーク100は、固定側接点部固定体31の端部と可動側接点部固定体61の低導電率部分5とで繋がった状態となる。アーク100は可動側接点部固定体61の低導電率部分5により抵抗を受けてアークのエネルギーが消費され、電圧が上昇し、短時間で電圧が遮断される。
【０１３７】
このように、第６実施形態においても、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を大きくとることなく、アーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【０１３８】
しかも、アークの遮断を接触・非接触の動作を繰り返す接点部ではなく、接点部固定体で行うため、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても、このアークをすぐに接点部固定体間で繋ぐため、接点部の損傷を防止することができる。
【０１３９】
さらに、低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、表面層52をアーク遮断特性に優れたAg合金で形成してアークを短時間で遮断できながら、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１４０】
＜第７実施形態＞
図１１および図１２に示す第７実施形態は、固定側接点部固定体31だけを、導電材料、即ち、接点通電のために用いられる導電率の高い材質からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成する。なお、図１１は、接点部が非接触の状態を示し、図１２は接点部と接点部固定体のみを示す。
【０１４１】
第７実施形態は、低導電率部分5を設けているのが固定側接点部固定体31である点を除き、第６実施形態と構成は同じなので、同じ構成部分については説明を省略する。また、通電部分4と低導電率部分5の材質、割合、形状は、第６実施形態の可動側接点部固定体61と同じである。
【０１４２】
さらに、固定側接点部固定体31における低導電率部分5の接触面を第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52で形成することが好ましい。
【０１４３】
第７実施形態においても、接点部の遮断時においては、固定接点部21と可動接点部11との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向、即ち、低導電率部分5を含む接点部固定体31,61の突出部分に向かって歪曲する。
【０１４４】
歪曲したアーク100は、固定側接点部固定体31の低導電率部分5と可動側接点部固定体61の端部とで繋がった状態となる。アーク100は固定側接点部固定体31の低導電率部分5により抵抗を受け、アークのエネルギーが消費されて電圧が上昇し、短時間で電圧が遮断される。
【０１４５】
このように、第７実施形態においても、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を大きくとることなく、アーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【０１４６】
しかも、この場合も、第６実施形態と同様にアークの遮断を接触・非接触の動作を繰り返す接点部ではなく、接点部固定体で行うため、リレーの短絡時に大電流が流れてアークが発生しても、このアークをすぐに接点部固定体間で繋ぐため、接点部の損傷を防止することができる。
【０１４７】
さらに、低導電率部分5に表面層52を形成する場合は、表面層52をアーク遮断特性に優れたAg合金で形成してアークを短時間で遮断できながら、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１４８】
＜第８実施形態＞
図１３および図１４に示す第８実施形態は、固定側接点部固定体31と可動側接点部固定体61の双方を、導電材料、即ち、接点通電のために用いられる導電率の高い材質からなる通電部分4と、この通電部分4の導電率よりも低い導電率の材質からなる低導電率部分5とから形成する。なお、図１３は接点部が非接触の状態を示し、図１４は接点部と接点部固定体を示す。
【０１４９】
第８実施形態は、固定側接点部固定体31と可動側接点部固定体61を通電部分4と低導電率部分5とで形成している点を除き、第６実施形態と構成は同じなので、同じ構成部分については説明を省略する。
【０１５０】
各接点部固定体31,61における通電部分4と低導電率部分5の材質、割合、形状は、第６実施形態の可動側接点部固定体61と同じである。
【０１５１】
さらに、接点部固定体31,61における低導電率部分5の接触面に第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１５２】
第８実施形態においても、接点の遮断時においては、固定接点部21と可動接点部11との間にアーク100が発生するが、このアーク100は、永久磁石7の磁界により所定の方向、即ち、各接点部固定体31,61の低導電率部分5に向かって歪曲する。歪曲したアーク100は、各接点部11,21の低導電率部分5の間で繋がった状態となる。
【０１５３】
これら低導電率部分5は、固定側接点部固定体31と可動側接点部固定体61とに設けられているので、アーク100は、固定側接点部固定体31の低導電率部分5と可動側接点部固定体61の低導電率部分5との２箇所で抵抗を受けることになる。
【０１５４】
その結果、第６実施形態および第７実施形態のときよりも、アーク100のエネルギーの消費量が多くなって、電圧の上昇がさらに早くなり、より短時間で電圧を遮断することができる。
【０１５５】
このように、第８実施形態においても、接点周辺を気密構造にする必要なく、しかも、アーク100の引き伸ばし量を前記各実施例よりも少なくしてアーク100を消弧させることができるので、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。
【０１５６】
さらに、低導電率部分5に表面層52を形成する場合は、表面層52をアーク遮断特性に優れたAg合金層で形成してアークを短時間で遮断できながら、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１５７】
＜第９実施形態＞
図１５に示す第９実施形態は、２つの固定接点部22,23と、これらに接触・離隔する一つの可動接点部12を直列に配置したリレーに関する。第９実施形態は、固定接点部22,23には２つの円柱状ブロックを用い、可動接点部12には楕円板状のブロックを用いている。
【０１５８】
さらに、固定接点部22,23のそれぞれを、固定接点部22,23よりも面積の大きい円板状の固定側接点部固定体32,33に固定している。また、可動接点部12を、可動接点部12よりも面積の大きい楕円板状の可動側接点部固定体62に固定している。
【０１５９】
固定接点部22,23は、２つを並べた状態でその接触面の全面が可動接点部12の接触面と当接できる程度の大きさとしている。なお、図１５では、磁石は省略しているが、第９実施形態においても、固定接点部22,23、固定側接点部固定体32,33、可動接点部12、可動側接点部固定体62を挟むように、図１５において上下に一対の磁石を設けている。
【０１６０】
第９実施形態では、固定側接点部固定体32,33および可動側接点部固定体62は、アーク歪曲側端部が、各固定接点部22,23、可動接点部12が固定される位置よりもアーク歪曲側に突出するように形成されている。
【０１６１】
さらに、固定側接点部固定体32,33および可動側接点部固定体62を通電部分4と低導電率部分5で形成している。低導電率部分5は、それぞれアーク歪曲側端部に形成している。本実施形態では、各接点部を直列に配設しているので、アークはそれぞれ反対方向２方向に歪曲する。そのため、可動側接点部固定体62については、低導電率部分5を通電部分4を挟むようにして２箇所設けている。
【０１６２】
第９実施形態も固定側接点部固定体32,33および可動側接点部固定体62における通電部分4と低導電率部分5の材質、形状は、第６実施形態の可動側接点部固定体61と同じである。さらに、各接点部固定体32,33,62における低導電率部分5の接触面には第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１６３】
第９実施形態では、両接点部を導通した場合の電流流路は、一方の固定接点部22から可動接点部12を通り、他方の固定接点部23を通ることとなる。従って、直列に配置した2つの固定接点部22,23を用いることで電圧を分圧し、遮断特性の向上と接点部の耐久性向上を実現できる。
【０１６４】
さらに、固定側接点部固定体32,33および可動側接点部固定体62に低導電率部分5を設けているので、電圧を分圧すると同時に、それぞれの箇所でアークが抵抗を受けてエネルギーが消費される。その結果、きわめて短時間で遮断することができる。
【０１６５】
さらに、低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、表面層52をアーク遮断特性に優れたAg合金層で形成してアークを短時間で遮断できながら、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１６６】
なお、固定側接点部固定体32,33にのみ低導電率部分5を設けてもよいし、可動側接点部固定体62にのみ低導電率部分5を設けるようにしてもよい。
【０１６７】
また、本実施形態では、二つの接点部を固定接点としたが、全ての接点部を可動接点としてもよいし、また、２つの接点部を可動接点とし、他の１つの接点部を固定接点としてもよい。
【０１６８】
＜第１０実施形態＞
次に、接点部が並列に配置された２対の接点対を具える第１０実施形態にかかる本発明リレーを図１６に基づいて説明する。図１６は２つの固定接点部24,25と２つの可動接点部14,15を有するリレーの概略図である。ここでは、円板状の固定側接点部固定体34に２つの円柱状ブロックからなる固定接点部24,25を間隔をあけて固定し、円板状の可動側接点部固定体64に２つの円柱状ブロックからなる可動接点部14,15を間隔をあけて固定している。
【０１６９】
なお、図１６では、磁石は省略しているが、第１０実施形態においても、固定接点部24,25および可動接点部14,15を挟むように、図１６において上下に一対の磁石を設ける。
【０１７０】
さらに、固定側接点部固定体34および可動側接点部固定体64は、固定接点部24,25および可動接点部14,15を固定したときに、アーク歪曲側が接点部固定位置から突出するように形成している。
【０１７１】
そして、固定側接点部固定体34と可動側接点部固定体64に通電部分4と低導電率部分5を形成する。低導電率部分5は、第６実施形態と同様に、接点部固定体のアーク歪曲側端部に形成している。
【０１７２】
第１０実施形態も固定側接点部固定体34および可動側接点部固定体64における通電部分4と低導電率部分5の材質、形状は、第６実施形態の可動側接点部固定体61と同じである。さらに、各接点部固定体34,64における低導電率部分5の接触面には第１実施形態と同じAg合金からなる表面層52を形成することが好ましい。
【０１７３】
第１０実施形態では、両接点部を導通した場合の電流流路は、一方の固定接点部24から対向する可動接点部14を通る流路と、他方の固定接点部25から対向する可動接点部15を通る流路との2つの流路に分流される。従って、固定接点部24,25と可動接点部14,15の２対の接点対を用いることで電流を分流し、遮断特性の向上と接点部の耐久性向上を実現できる。
【０１７４】
特に、固定側接点部固定体34と可動側接点部固定体64に低導電率部分5を形成しているので、この低導電率部分5によりアークのエネルギー消費を上げることができるため、極めて短時間にアークを遮断することができる。
【０１７５】
第１０実施形態においても低導電率部分5に表面層52を形成する場合には、表面層52をアーク遮断特性に優れたAg合金層で形成してアークを短時間で遮断できながら、本体部分をアルミニウムなどの低コストの低導電率材料で形成できるので、全体として低導電率部分5を形成する材料費を低廉化できる。
【０１７６】
なお、本実施形態は、固定接点と可動接点とを逆にしてもよい。さらに、固定側接点部固定体34にのみ低導電率部分5を形成してもよいし、可動側接点部固定体64にのみ低導電率部分5を形成するようにしてもよい。
【０１７７】
また、前記した各実施形態では、低導電率部分にのみ、その表面側の層をSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金から形成したが、例えば、図１７に示す第１１実施形態や図１８に示す第１２実施形態のように、接点の接触面となる通電部分の表面層もSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金から形成することが好ましい。
【０１７８】
第１１実施形態は、第１実施形態の構成において、可動接点部11の接触面と固定接点部21の接触面にSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内となる表面層11a,21aを形成したものである。
【０１７９】
第１２実施形態は、第６実施形態の構成において、可動接点部11の接触面と固定接点部21の接触面にSnを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内となる表面層11a,21aを形成したものである。
【０１８０】
このように、接点部の接触面全体を前記した耐溶着特性に優れた材料Ag合金で形成することにより、リレーの短絡時に大電流が流れても接点の接触部全体が溶着しなくなるので、さらに確実にリレーを遮断することができる。
【実施例１】
【０１８１】
さらに、前記した第１実施形態に係る構造の直流リレーについて、各接点の接触部に表１に示す「化学組成」欄に示す第一層と第二層の二種の化学組成のAg合金を用いたものを作製して耐溶着特性および温度特性を調べてみた。
【０１８２】
これらのAg合金は、まず、第一層と第二層の二種の化学組成のAg合金を溶解・鋳造してインゴットを作製した。これらをそれぞれ粗加工した後、第一層と第二層のインゴットを重ね合わせ、アルゴン雰囲気中850℃で熱間ロールによって熱間圧着し、二層のAg合金からなる複合素材を作製した。
【０１８３】
得られた複合素材を熱間圧着と同じ条件下で予備加熱した後、最終的に全体の厚みの1/10の厚みとなるように薄い純Ag板を第一層とは反対側の第二層の面に熱間圧着した。その後、さらに冷間圧延してフープ状素材とし、これを打ち抜いて、幅6mm、長さ8mm、厚み2.5mmの複合接点チップを作製した。
【０１８４】
得られたチップを4気圧(405.3kPa)の酸素雰囲気中750℃で170時間保持(内部酸化)して複合接点試片とした。得られた試片の第一層の厚みは表１の通りであり、Ag層の厚みは、各チップ厚みのほぼ1/10であった。
【０１８５】
上記第一層の厚みは、接点の中心を通り表面に垂直な断面試片を用いて、例えば、以下のようにして確認することができる。まず、表面付近の試片面上で表面に水平な方向に等間隔に5箇所の起点を設定する。次いで、これら各々の点から表面に垂直な(厚み)方向に表面から順次ほぼ等間隔に硬度を確認し、5本の硬度曲線(折れ線グラフ)をつくる。
そして、ある起点において、硬度レベルが190である水平線とこの曲線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をその起点での第一層の厚みとする。以下、残り4箇所の起点についてもその起点での第一層の厚みをとり、得られた5つのデータの算術平均値を第一層の厚みとしてもよい。第二層の厚みも同様にして測定することができる。
【０１８６】
このとき、硬度レベルが130である水平線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をある起点における第二層の厚みとするとよい。そして、中間層を具える場合、硬度レベルが190である水平線との交点と、硬度レベルが130である水平線との交点間の水平距離をある起点における中間層の厚みとするとよい。本例では、上記の手順にて第一層の厚みを測定した。
【０１８７】
【表１】
2004273413.tif 000003
【０１８８】
なお、表中の試料番号に＊を付したものは比較例である。試料11から試料18のその他の成分Sb、Ni、Biの量は、何れも0.2質量％である。また、試料19から試料27の第一層・第二層の化学組成は、何れも同じであり、その他の成分とその量は、両層とも質量％単位でSb、Co、Znが何れも0.2である。
【０１８９】
試料28のその他の成分とその量は、質量％単位でSb、Pb、Ni、Bi、Co、Znが何れも0.1、Caが0.2である。試料29のその他の成分とその量は、質量％単位でSb、Ni、Ca、Bi、Co、Znが何れも0.1、Pbが0.5である。試料30から試料32のその他の成分とその量は、質量％単位でNi、Znが何れも0.2である。なお、第一層・第二層の化学組成は、表に記載された成分以外の残部は、Agおよび不可避的不純物からなる。
【０１９０】
なお、表１で試料1から試料10は、SnおよびInの量を変化させて各層の硬度を制御した試料群である。試料11から試料18は、SnおよびInの量を変えるとともに、これら以外のその他の成分をさらに添加した試料群である。試料19から試料27は、第一層の厚みを変化させた試料群である。
【０１９１】
また試料28から試料34は、第一層・第二層の両層が同じ化学組成のものである。これらのものでは、以下のようにして第一層の硬度を制御した。まず試料28から試料33は、第一層の圧延加工断面積比を第二層の50％増しとするとともに、第一層素材の圧延加工途中において同素材を真空中、450℃で30分間焼鈍を行い、さらに、内部酸化後に♯１２０のアルミナビーズによって第一層表面に投射圧3kgf/cm2(294kPa)で3分間ショットブラスト加工を加えた。
【０１９２】
試料34は、圧延加工途中の焼鈍温度と時間をそれぞれ750℃、5時間とした以外は以上の試料と同じ条件で作製したものである。なお、表１には記載しないが、試料33と試料34ではそれぞれ厚みが190μm、230μmの中間部が形成されていた。
【０１９３】
なお、試料35は、第一層のSnやInの酸化物の量を第二層よりも少なくして、第一層の硬度を第二層の硬度よりも低くしたものであって、表１に記載の化学組成の第一層と第二層のAg合金を溶解鋳造後、熱間圧着・圧延した後、これを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１９４】
また、試料36は、表１に記載の化学組成の第一層と第二層のAg合金を溶解鋳造後、互いの二層の合わせ面上に水平な一方向に１mmピッチで幅１mm、深さ0.5mmの凹凸を形成して、その部分で凹部と凸部とを互いに噛み合わせた状態で熱間圧着し、その後圧延し、さらにそれを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１９５】
以上の方法で作製した各試料の硬度の第一層の厚みは、前述の手順にて確認した。以上の結果を表１に示した。なお、表には記載されていないが、試料33、試料34以外の試料の中間部の厚みは、何れも100μm未満であった。
【０１９６】
次いで複合接点チップを図１に示す可動接点と固定接点の本体部に銀ロウ付けして接触部を形成した。その後、定格AC30Aフレームおよび50Aフレームの二種の直流リレーに固定した。このようなリレーを各試料番号の複合接点チップ対毎に各5台用意した。まず各試料の全てのアッセンブリーを使って、定格電流を100分間通電してこの通電時の温度を測定することにより初期の温度特性を確認した。
【０１９７】
次に、220V負荷状態で、30Aフレームの場合は、1.5kAの遮断電流で、50Aフレームの場合は5kAの遮断電流で、各々1台ずつのアッセンブリーを使って遮断試験を行い、耐溶着特性を確認した。
【０１９８】
遮断試験後の温度特性は、その後引き続いて定格電流を100分間通電し、この通電時の温度を測定することにより遮断試験後の温度特性を確認した。過負荷試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、30Aフレーム、50Aフレームとも同定格電流の5倍の電流を流した状態で5秒間隔で開閉を50回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより過負荷試験後の温度特性を確認した。
【０１９９】
耐久試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、30Aフレーム、50Aフレームとも同定格電流を流した状態で、5秒間隔で開閉を6000回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより耐久試験後の温度特性を確認した。
【０２００】
なお、これらの一連の試験での評価は、温度特性については30A・50A両フレームの機種別の結果を総合して5段階評価し、耐溶着特性については、溶着するかしないかで評価した。
【０２０１】
温度特性の5段階評価は、通電時の温度上昇が50℃以下を5、50℃超60℃以下を4、60℃超70℃以下を3、70℃超80℃以下を2、80℃以上を1とした。これらの評価は、表１の試料番号に対応させて表２に示した。なお、表２において、比較例の試料番号には＊を付している。
【０２０２】
【表２】
2004273413.tif 000004
【０２０３】
以上の結果から以下のことがわかる。
(1)第一層、第二層ともSnを1〜9質量％、Inを1〜9質量％の範囲内に制御し、第一層のマイクロビッカース硬度を190以上、第二層のマイクロビッカース硬度を130以下とし、さらに、第一層の厚みを10〜360μmの範囲内に制御した接点を用いたリレーは、上記総合評価において十分実用可能な範囲内にある。一方、上記範囲外の接点を用いたリレーは、総合評価において実用レベルに達していない。
【０２０４】
(2)SnおよびInに加えSbやNiなどの成分を少量含んだ場合でも、同様のことが言える。
(3)比較例となる試料1、試料10、試料18、試料31、試料32、試料35および試料36の接点チップは、硬度レベルが上記範囲外となり、これらの接点チップを組み込んだ直流リレーは、ともに一部の特性を除き総合的に実用レベルの性能が得られなかった。
【実施例２】
【０２０５】
前記実施例１における表１の試料24を用いて接点対を構成した模擬的なリレーを作製し、トランスで昇圧してコンデンサを充電し、サイリスタでコンデンサの容量放出とリレーの接点を開くタイミングを調整して、短時間に大電流が流れる間に接点を開くようにしたときの電圧と電流の状態を図１９に示す。このとき、2600Aの大電流が流れても、接点は溶着せず、接点間の電圧は急激に上昇し確実に遮断できた。
【０２０６】
なお、図１９のグラフは、遮断電圧が200Vに達したときに遮断が完了したと判断して、電力供給をやめるようにしているため、電力供給がなくなった時点で、電圧がゼロになっている。このことから、上記特定の材料を接点材料に用いたリレーは、耐溶着性に優れ、高速で遮断できると推測される。
【０２０７】
これに対し、試料27を用いて接点対を構成した場合は、図２０に示すように1500Aの大電流が流れたとき、接点が瞬時に溶着してしまい、コンデンサは自然放電し、接点間の電圧の挙動は1msの間しか起こらずしかも10V程度しか変動しないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０２０８】
本発明リレーは、ハイブリッド自動車などの高電圧(約300V)の自動車における高電圧回路をON・OFFするためのリレーとして利用する場合、本発明のリレーはコンパクトであるため、限られたスペースの有効利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０９】
【図１】本発明リレーの第１実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図２】第１実施形態に係るリレーの可動接点部と固定接点部を示す概略構成図である。
【図３】本発明リレーの第２実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図４】第２実施形態に係るリレーの可動接点部と固定接点部を示す概略構成図である。
【図５】本発明リレーの第３実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図６】第３実施形態に係るリレーの可動接点部と固定接点部を示す概略構成図である。
【図７】一つの可動接点部と、これらに接触・離隔する２つの固定接点部を具える第４実施形態にかかるリレーの概略図である。
【図８】対向する固定接点部と可動接点部を２つずつとした第５実施形態にかかるリレーの概略図である。
【図９】本発明リレーの第６実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図１０】第６実施形態に係るリレーの可動接点部、可動側接点部固定体、固定接点部、固定側接点部固定体を示す概略構成図である。
【図１１】本発明リレーの第７実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図１２】第７実施形態に係るリレーの可動接点部、可動側接点部固定体、固定接点部、固定側接点部固定体を示す概略構成図である。
【図１３】本発明リレーの第８実施形態を示す概略構成図で遮断時の状態を示す。
【図１４】第８実施形態に係るリレーの可動接点部、可動側接点部固定体、固定接点部、固定側接点部固定体を示す概略構成図である。
【図１５】一つの可動接点部と、これらに接触・離隔する２つの固定接点部を具え、それぞれの接点部を接点部固定体に固定した第９実施形態にかかるリレーの概略図である。
【図１６】対向する固定接点部と可動接点部を２つずつ具え、接点部を２つずつ接点部固定体に固定した第１０実施形態にかかるリレーの概略図である。
【図１７】第１１実施形態に係るリレーの可動接点部と固定接点部を示す概略構成図である。
【図１８】第１２実施形態に係るリレーの可動接点部と固定接点部を示す概略構成図である。
【図１９】表1の試料24の接点材料を用いたリレー構成の遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【図２０】表１の試料27の接点材料を用いたリレー構成の遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２１０】
11,12,13,14,15  可動接点部
21,22,23,24,25  固定接点部
11a,21a  表面層
31,32,33,34  固定側接点部固定体
61,62,64  可動側接点部固定体
4  通電部分
41  当接面
5  低導電率部分
50  ネジ
51  平面部
52  表面層
7  磁石
100  アーク
【図１】
2004273413.tif 000005
【図２】
2004273413.tif 000006
【図３】
2004273413.tif 000007
【図４】
2004273413.tif 000008
【図５】
2004273413.tif 000009
【図６】
2004273413.tif 000010
【図７】
2004273413.tif 000011
【図８】
2004273413.tif 000012
【図９】
2004273413.tif 000013
【図１０】
2004273413.tif 000014
【図１１】
2004273413.tif 000015
【図１２】
2004273413.tif 000016
【図１３】
2004273413.tif 000017
【図１４】
2004273413.tif 000018
【図１５】
2004273413.tif 000019
【図１６】
2004273413.tif 000020
【図１７】
2004273413.tif 000021
【図１８】
2004273413.tif 000022
【図１９】
2004273413.tif 000023
【図２０】
2004273413.tif 000024