(57)【要約】【課題】電磁接触器の操作用電磁石について、吸引動作時の衝撃力を緩和して開閉動作の信頼性向上を図る。【解決手段】固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するするようにした電磁接触器の操作用電磁石において、固定鉄心６，　可動鉄心７に対して、その磁極面の中央面域に凹溝部６ａ，７ａを形成する。これにより、電磁石の吸引動作過程における吸着直前で固定鉄心と可動鉄心の間に働く磁気吸引力が低減し、吸着時における固定／可動鉄心間，および固定／可動接触子間の衝撃力を緩和して不要な主回路接点のチャタリング，および接点損傷の発生を防ぐことができる。【選択図】　　　図１
2004022445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
固定鉄心，　可動鉄心の少なくとも一方の磁極面に対し、その中央面域に凹面となして端部の接極面との間に空隙を形成したことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
【請求項２】
固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
固定鉄心および可動鉄心の磁極面に、電磁石の吸着状態で互い違いに入り組んで接極する凹凸状の接極部を形成したことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
【請求項３】
請求項２　記載の操作用電磁石において、凹凸状の接極部を２脚形電磁石の内周側に形成したことを特徴とする電磁接触器の操作用電磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁接触器に搭載した操作用電磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる電磁接触器の一般的な構成を図５に示す。図において、１は電磁接触器の本体ケース（樹脂ケース）、２は固定接触子、３は橋絡形の可動接触子、４は接触子カバー、５が操作用の電磁石であり、該電磁石５は固定鉄心６および可動鉄心７と、固定鉄心６に設けた隈取コイル８と、操作コイル９と、可動鉄心７を上方に付勢する復帰ばね１０との組立体からなり、可動鉄心７に可動接触子３が接触子ホルダを介して連結されている。なお、１１は操作コイル９の外部接続端子である。ここで、図示の固定鉄心６，可動鉄心７は、“Ｅ形コア”と呼ばれる３脚形鉄心であり、各鉄心の脚部端面（磁極面）が空隙を隔てて対峙し、操作コイル９は中央脚部に嵌挿配備されている。なお、個々の鉄心は珪素鋼板を積層してリベット締めした積層鉄心になり、各脚部の端面は平坦な接極面を呈した形状になる。
【０００３】
また、図６は固定鉄心６，可動鉄心７がコ字形になる２脚形の電磁石を示し、操作用コイル９は固定鉄心６の各脚部に分けて巻装されている。
上記構成の電磁接触器の動作は周知であり、操作コイル９への給電を切ると、可動鉄心７が復帰ばね１０のばね付勢により固定鉄心６から離間して主回路接点はＯＦＦとなる。一方、操作コイル９に電流を流すと電磁石が励磁され、コイルの起磁力により固定鉄心６と可動鉄心７の磁極面間に磁気吸引力が働いて可動鉄心が固定鉄心に吸着されるとともに、可動鉄心７の動きに従動して可動接触子３が固定接触子２に接触して主回路接点がＯＮとなる。
【０００４】
ここで、電磁石の吸引力Ｆは次式で表される。
Ｆ＝μＯ　×ａ（ｎ×Ｉ）２　／　２×δ２　＝ａ×Ｂ２　／２×μＯ　……（１）
但し、μＯ　：真空の透磁率、δ：空隙長、ｎ：コイルのターン数、Ｉ：コイルに流れる電流、ａ：空隙の面積、Ｂ：空隙の有効磁束密度
また、図７は電磁石の固定／可動鉄心間の空隙長に対する磁気吸引力，および負荷（復帰ばね１０のばね力と固定／可動接触子間の接触圧との和）との関係を表す特性図である。すなわち、電磁石は、主回路接点ＯＦＦの位置（空隙が最大）で固定／可動鉄心間に働く吸引力が負荷（復帰ばね力）よりも大きくなるように設計されており、この磁気吸引力で復帰ばねを圧縮して可動鉄心を引き寄せ、接点ＯＮの終端位置では固定／可動接触子間に接触圧Ｐを加えた状態で可動鉄心を吸着保持するようにしている。
【０００５】
次に、従来の電磁石の吸引動作時における固定鉄心／可動鉄心間の磁束密度の分布の推移を図８（ａ），（ｂ）　で説明する。すなわち、固定鉄心６と可動鉄心７が離間している空隙長が大の状態では、鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルとの位置関係から、図８（ａ）　で示すように磁束はコイルに近い磁極面の端部（外周域）に多く集中する。このために、磁束密度の分布は図示のようになり、鉄心の端部における磁束密度の大きさをａとすると、磁極面中央部の磁束密度はｂ（ｂ＜ａ）となり、かつｂはｃ（ａ−ｂ）とが略同じ程度まで低くなる。これに対して、固定鉄心６と可動鉄心７が接近して殆ど接極し合う空隙長が小の状態になると、図８（ｂ）　で表すように磁極面における磁束分布が均等化し（磁束は、起磁力の消費が少なくなるように分布する）、端部および中央部の磁束密度ｄ，ｅは、（ａ）　図における磁束密度ａ，ｂよりも増加し、かつｅに対するｆ（ｄ−ｅ）の比率も小さくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来の電磁石の吸引特性では、電磁接触器の動作上で次記のような問題点がある。
すなわち、図７の特性図において、吸引力と負荷の差が大きいと、この力により可動鉄心，および可動接触子は加速度的に駆動されてその終端で固定鉄心，固定接触子に衝突する。この場合に衝突の衝撃力が固定部側で吸収されないと、可動鉄心，可動接触子はその反動で跳ね返り、可動接触子がチャタリングを引き起こしたり、衝撃力が大きいと主回路接点に損傷を与えるおそれがある。
【０００７】
かかる点、図７に示した電磁石の吸引力特性で、特に可動接触子がＯＮとなる吸引動作の終端（電磁石の空隙長が小）で電磁石の吸引力を低減できれば、前記した衝撃力を緩和して電磁接触器の動作信頼性を改善できる。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は電磁石の鉄心磁極面の形状を若干変えることで、吸引動作時の衝撃力を緩和して開閉動作の信頼性向上が図れるように改良した電磁接触器の操作用電磁石を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
（１）　固定鉄心，　可動鉄心の少なくとも一方の磁極面に対し、その中央面域に凹面となして端部の接極面との間に空隙を形成する（請求項１）。
【０００９】
この構成により、電磁石の吸引動作過程で固定鉄心と可動鉄心とが離間している空隙長の大きい状態では、先記のように磁束が磁極面の端部に多く集中するので中央面域に形成した凹面の影響を殆ど受けずに固定鉄心と可動鉄心の間には従来構成と同等な吸引力が働いて可動鉄心を引き寄せる。
一方、電磁石の吸引動作が進んで固定鉄心と可動鉄心とが殆ど接極する空隙長が小の状態になると、中央面域の凹面による空隙がそのまま鉄心の磁気回路に対する磁気抵抗分として残るために、電磁石全体としての吸引力は従来構造の動作特性に比べて低減し、その結果として固定／可動鉄心，および固定／可動接触子が当接する際の衝撃力が緩和される。
【００１０】
（２）　また、本発明によれば、別な解決手段として、固定鉄心および可動鉄心の磁極面に、電磁石の吸着状態で互い違いに入り組んで接極する凹凸状の接極部を形成する（請求項２）ものとし、その実施態様として、凹凸状の接極部を２脚形電磁石の内周側に形成する（請求項３）。
この構成により、電磁石の吸引動作過程で固定鉄心と可動鉄心とが離間している空隙長の大きい状態では、先記のように磁束が端部に多く集中するので中央面域に形成した凹部の影響を殆ど受けずに固定鉄心と可動鉄心の間には前項（１）　の場合と同等な吸引力が働いて可動鉄心を引き寄せる。
【００１１】
一方、電磁石の吸引動作が進んで固定鉄心と可動鉄心とが殆ど接極する空隙長が小の状態になると、前記した凹凸部が互い違いに入り組んだ状態で向かい合うようになり、かつこの状態では固定鉄心と可動鉄心の間で対峙する凹部の側面と凸部の側面の間には、主磁束と向きが９０°異なる方向に磁束の一部がバイパスするようになる。しかもこのバイパス磁束は電磁石の可動鉄心を固定鉄心に引き寄せる吸引力としては有効に働かないので、その結果として電磁石の吸引力が減少する。なお、固定鉄心と可動鉄心の磁極面が完全に接触した後の吸着状態では、磁極面の有効面積が凹凸部無しの場合と同じになるので、これにより所定の磁気保持力を確保して主回路接点をＯＮ位置に保持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図７，図８に対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
〔実施例１〕
図１（ａ），（ｂ）　は本発明の請求項１に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、電磁石の固定鉄心６および可動鉄心７の磁極面に対して、その端部を除く中央面域にＵ字状の凹溝部６ａ，７ａを形成し、この凹溝部の底面と端部の接極面との間に空隙を形成するようにしている。
【００１３】
この構成により、図８（ａ），（ｂ）　に対応する磁束密度分布は図１（ａ），（ｂ）　で表すようになる。すなわち、固定鉄心６と可動鉄心７とが離間している（ａ）　図の状態（電磁接触器の接点ＯＦＦの状態）では、端部の磁束密度の大きさａに対して、中央面域に形成した凹溝部６ａ，７ａでの磁束密度ｂは、図８（ａ）　から凹部の空隙に対応する磁束密度の減少分ｇを差し引いた大きさに低下する。しかし、この状態では先記のように磁束が磁極面の端部に多く集中するので、中央面域の磁束密度分布は電磁石の吸引力には殆ど影響を及ぼすことなく、可動鉄心７を引き寄せることができる。
【００１４】
一方、（ｂ）　図のように可動鉄心７が固定鉄心６に接近して磁極面が殆ど接極する状態になると、中央面域には前記した凹溝部６ａ，７ａにおける空隙が磁気回路の磁気抵抗として加わるために、局部的には凹溝部を形成した中央面域に働く磁気吸引力が減少し、トータル的には固定／可動鉄心間に働く磁気吸引力が図８（ｂ）　と比べて低減する。
【００１５】
これにより、電磁石の空隙長に対する吸引力の特性は図２で表すように、主回路接点がＯＮとなる終端側での吸引力が従来特性（点線）と比べてΔＦだけ低下し、固定／可動鉄心および固定／可動接触子が当接する際の衝撃力が緩和されることになる。なお、図示実施例では、固定鉄心６および可動鉄心７の双方に対して磁極面の中央面域に凹面部６ａ，７ａを形成しているが、固定鉄心６，可動鉄心７のいずれか一方の鉄心にのみ凹溝部を形成し、他方の鉄心の磁極面を平坦面として実施することもできる。
【００１６】
〔実施例２〕
図３（ａ）〜（ｃ）　は本発明の請求項２に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、電磁石の吸着状態で互い違いに入り組んで接極し合う凹凸状接極部として、固定鉄心６の磁極面端部には階段状に突出する方形状の凸部６ｂが、この凸部６ｂに対向して可動鉄心７の磁極面端部には方形状の凹部７ｂが形成されている。
【００１７】
上記の構成により、固定鉄心６と可動鉄心７とが離間している（ａ）　図の状態（電磁接触器の接点ＯＦＦの状態）では、凸部６ａ，凹部７ｂが磁束密度分布に与える影響は小さく、固定／可動鉄心間の磁気吸引力は図８（ａ）　の場合とほぼ同じである。これに対して、可動鉄心７が固定鉄心６に接近して空隙長が狭くなった（ｂ）　図の状態になると、前記した凸部６ｂと凹部７ｂの一部が重なり合って凸部の側面６ｂ−１と凹部の側面７ｂ−１とが対峙するようになる。この状態になると、前記側面６ｂ−１と７ｂ−１との間には主磁束とは向きが９０°ずれた方向に磁束がバイパスするようになる。しかも、このバイパス磁束は可動鉄心７を矢印Ａ方向に固定鉄心６へ引き寄せる磁気吸引力としては有効に働かず、これにより、トータル的な磁気吸引力が図８（ｂ）　と比べて低減する。そして、固定鉄心６に可動鉄心７が吸着した（ｃ）　図の状態になれば、固定／可動鉄心間の接極面積は磁極面を平坦として凹凸部を形成しないものとほぼ同じになるので、可動鉄心７を吸着状態に保持する磁気保持力は図８の従来構造と同等である。
【００１８】
これにより、電磁石の空隙長に対する吸引力の特性は図４で表すように、主回路接点がＯＮとなる終端側での吸引力が従来特性（点線）と比べて低減し、固定／可動鉄心および固定／可動接触子が当接する際の衝撃力を緩和するとともに、吸着後の状態では十分な磁気保持力を確保して主回路接点をＯＮ位置に保持することができる。
【００１９】
ここで、前記の凸部６ｂと凹部７ｂを組合せた凹凸状接極部は、図６に示した２脚形電磁石に対して、鉄心の内周側端部に形成するのがよい。すなわち、２脚形電磁石では、固定鉄心６と可動鉄心７を通る磁気回路の長さは鉄心の内周側が外周側に比べて短く、磁路断面における磁束密度分布は外周側に比べて内周側が大である。
【００２０】
また、電磁石の吸引動作過程で図３（ｂ）　の状態になると、凸部６ｂの側面６ｂ−１と凹部７ｂの側面７ｂ−１とが重なり合うので磁気抵抗が低減し、これにより鉄心全体としての磁束が増加するようになるが、磁束は磁気抵抗の小さい部分を通過するので、この磁束増加分は凹凸部の側面部分に多く集中して主磁束と９０°ずれた方向にバイパスする。
【００２１】
このことから、凹凸状接極部を２脚形鉄心の内周側端部に形成することにより、図３（ｂ）　で述べたバイパス磁束による吸引力の低減効果が高くなる。
なお、前述の各実施例で、珪素鋼板の積層鉄心になる固定鉄心６，可動鉄心７の磁極面に形成した凹面部６ａ，７ａ、および凸部６ｂおよび凹部７ｂは、珪素鋼板をプレスする際に同時に打ち抜き加工することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固定鉄心，　可動鉄心，　および固定鉄心の脚部に嵌挿した操作用コイルからなる脚形電磁石の可動鉄心に可動接触子を連繋し、電磁石の吸引動作で接触子を開閉操作するようにした電磁接触器の操作用電磁石において、
（１）　固定鉄心，　可動鉄心の少なくとも一方の磁極面に対し、その中央面域に凹面となして端部の接極面との間に空隙を形成する。
【００２３】
（２）　固定鉄心および可動鉄心の磁極面に、電磁石の吸着状態で互い違いに入り組んで接極する凹凸状の接極部を形成し、さらにこの凹凸状の接極部を２脚形電磁石の内周側に形成するよう構成したことにより、
電磁石の吸引動作過程で固定鉄心と可動鉄心の間に働く磁気吸引力特性を、電磁接触器の負荷特性に整合させるように、吸着時における固定／可動鉄心間，および固定／可動接触子間の衝撃力を緩和して不要な主回路接点のチャタリング，および接点損傷の発生を防ぐことができ、これにより電磁接触器の信頼性向上化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応する操作用電磁石の磁極面形状，およびその磁束密度の分布図であり、（ａ），（ｂ）　はそれぞれ電磁石の吸引動作過程における固定／可動鉄心間の空隙長が大，および小の各状態を表す図
【図２】図１の電磁石による空隙長と吸引力および負荷との関係を表す特性線図
【図３】本発明の実施例２に対応する操作用電磁石の磁極面形状，およびその磁束密度の分布図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）　はそれぞれ電磁石の吸引動作過程における固定／可動鉄心間の空隙長が大，小，および吸着の各状態を表す図
【図４】図３の電磁石による空隙長と吸引力および負荷との関係を表す特性線図
【図５】操作用電磁石に３脚形電磁石を採用した従来における電磁接触器の一般的な構成断面図
【図６】電磁接触器の操作用電磁石に採用する２脚形電磁石の略示構成図
【図７】電磁石の固定／可動鉄心間の空隙長に対する磁気吸引力，および負荷（復帰ばねのばね力と固定／可動接触子間の接触圧との和）との関係を表す特性図
【図８】従来の電磁石の吸引動作時における固定鉄心／可動鉄心間の磁束密度分布を表す図で、（ａ），（ｂ）　はそれぞれ空隙長が大，小の状態の磁束密度分布図
【符号の説明】
２　　固定接触子
３　　可動接触子
５　　操作用電磁石
６　　固定鉄心
７　　可動鉄心
６ａ，７ａ　凹溝部
６ｂ　凸部
７ｂ　凹部
９　　操作コイル
１０　　復帰ばね（負荷）
【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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