(57)【要約】【課題】  アークによる劣化を抑制することができ、寿命を延ばすことができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】  固定接点１６とインシュレータ１７との境界部において、アークギャップ１９には、両磁石３１，３２が、それぞれＮ極とＳ極とを対峙させて、互いに所定の間隔を空けて配置されている。両磁石３１，３２は、固定接点１６とインシュレータ１７とに切換配置される可動接点１５の摺動方向とほぼ直交する向きに配置されている。【選択図】  図２
2005235518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点とインシュレータとが固定配置され、前記固定接点と前記インシュレータとの配置方向に沿って可動接点を摺動させるとともに前記可動接点を前記固定接点上と前記インシュレータ上とに切換配置することにより両接点間の開閉を行うスイッチ装置において、
前記固定接点と前記インシュレータとの境界部の近傍において、前記可動接点を前記固定接点から開離する際に生じるアークとほぼ直交する向きに磁界を発生する磁界発生手段を設けたことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記磁界発生手段は、その磁界の中心が前記アークを貫くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記磁界発生手段は、その磁界によって、前記アークが前記インシュレータと反対側に曲げられるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記固定接点及び前記可動接点は非磁性金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動接点を備えたスイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機や自動車電装品等の各種スイッチには、摺動接点が用いられているものがある。図１０に示すように、摺動接点を備えたスイッチ装置５０では、固定接点５１と、インシュレータ５２と、可動接点５３とを備えている。スイッチ装置５０において、図示しないノブの操作によって、可動接点５３が摺動して固定接点５１と接触し、スイッチがオンされる一方、可動接点５３が摺動してインシュレータ５２と接触し、スイッチがオフされる。この場合、スイッチのオン・オフが繰り返されるに伴い、可動接点５３と固定接点５１との接触面、及び可動接点５３とインシュレータ５２との接触面において、磨耗や劣化等が大きくなる。そのため、両接点５１，５３の開閉を行う際、チャタリングが生じ易くなり、安定したスイッチの動作特性が得られなくなる。そこで、固定接点５１の表面５１ａ及びインシュレータ５２の表面５２ａには、磨耗や劣化等の発生を抑えるため、潤滑グリース５４が塗布されている。潤滑グリース５４としては、従来より、合成炭化水素油系グリースが使用されている。
【０００３】
ところが、図１０、１１に示すように、高電圧や大電流の存在下では、可動接点５３を固定接点５１から開離する際、アーク５５が発生するため、このアーク５５により潤滑グリース５４の油分が分解され、導電性を有する炭素（Ｃ）５６が生成される。こうして生成された炭素５６が、固定接点５１からインシュレータ５２へと、それらの境界部に設けられたアークギャップ５７を乗り越えて広がり、最終的には、同インシュレータ５２での絶縁性を劣化させてしまう。つまり、スイッチ装置１０において、オフ位置での絶縁性が劣化し、その結果、スイッチとしての機能を果たさなくなるという問題が生じていた。そこで、潤滑グリース５４を使用せずに、固体潤滑剤としてのグラファイトを含む複合金属材料で両接点５１，５３を形成する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記複合金属材料で両接点５１，５３を形成したとしても、高電圧や大電流の存在下では、可動接点５３を固定接点５１から開離する際、両接点５１，５３の表面がアーク５５によって劣化されてしまう。このため、両接点５１，５３の開閉を繰り返すことにより、両接点５１，５３の表面では、アーク５５による摩耗や劣化等が進み、スイッチとしての寿命が短くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アークによる劣化を抑制することができ、寿命を延ばすことができるスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、固定接点とインシュレータとが固定配置され、前記固定接点と前記インシュレータとの配置方向に沿って可動接点を摺動させるとともに前記可動接点を前記固定接点上と前記インシュレータ上とに切換配置することにより両接点間の開閉を行うスイッチ装置において、
前記固定接点と前記インシュレータとの境界部の近傍において、前記可動接点を前記固定接点から開離する際に生じるアークとほぼ直交する向きに磁界を発生する磁界発生手段を設けたことを要旨とする。
【０００７】
この構成にすれば、磁界発生手段は、固定接点とインシュレータとの境界部において、両接点の開離時に生じるアークとほぼ直交する向きに磁界を発生することで、フレミングの左手の法則により、両接点間生じるアークを曲げることができる。このため、アークは、両接点間で引き延ばされ、従来よりも短時間で分断されることから、アーク継続時間を短くすることができる。よって、アークの発生を小さく抑えることができ、アークによる各接点での劣化が抑制される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁界発生手段は、その磁界の中心が前記アークを貫くように配置されていることを要旨とする。
この構成にすれば、磁界発生手段は、磁界の中心が両接点の開離時に生じるアークを貫くように配置されているため、前記磁界を、両接点間を流れる電流に対し効果的に作用させることができる。このため、両接点間の開離時に生じるアークは、磁界によって大きく曲げられることから、アーク継続時間を更に短くすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁界発生手段は、その磁界によって、前記アークが前記インシュレータと反対側に曲げられるように配置されていることを要旨とする。
【００１０】
この構成にすれば、磁界発生手段は、その磁界によって、両接点の開離時に生じるアークを、インシュレータから遠ざけるように曲げることができる。このため、インシュレータは、アークによる炭化が抑制されることから、オフ位置での絶縁性が劣化するのを抑制することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記固定接点及び前記可動接点は非磁性金属により形成されていることを要旨とする。
この構成にすれば、固定接点及び可動接点が非磁性金属により形成されているため、磁界発生手段による磁界が弱められたり、乱されたりするのを抑制することができる。このため、磁界発生手段は、その磁界を、両接点間を流れる電流に対し、より一層効果的に作用させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上詳述したように、本発明によれば、スイッチ装置において、アークによる劣化を抑制することができ、寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化したスイッチ装置の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、スイッチ装置１０は、例えば、パワーウィンドウスイッチに用いられている。スイッチ装置１０は、ユーザが操作する操作ノブ１１と、操作ノブ１１の操作に従い可動する可動部１２と、スイッチ本体１３に固定されたインシュレータ１７とを備えている。
【００１４】
操作ノブ１１は、支持軸１３ａを介して、スイッチ本体１３に揺動可能に支持されている。可動部１２は、バネ１４に付勢された可動接点１５を保持するとともに、操作ノブ１１の下端部により、インシュレータ１７上を移動可能に支持されている。インシュレータ１７の表面には、固定接点１６が形成されている。スイッチ装置１０は、操作ノブ１１が支持軸１３ａを支点として回動することにより、可動接点１５がオン位置である固定接点１６上とオフ位置であるインシュレータ１７上とに切り替えられる。
【００１５】
図２、図３に示すように、固定接点１６及びインシュレータ１７は、それらの表面１６ａ，１７ａがほぼ面一となるように配置されている。固定接点１６とインシュレータ１７との境界部には、略矩形状に形成されたアークギャップ１９が設けられている。このアークギャップ１９は、スイッチの種類や両接点１５，１６間に印加される電圧や電流等に応じて、所定の寸法で形成されている。
【００１６】
可動接点１５は、固定接点１６及びインシュレータ１７と対峙する側が凸状に形成されている。可動接点１５は、その先端部１５ａが固定接点１６の表面１６ａ及びインシュレータ１７の表面１７ａと接する位置で往復移動可能に保持されている。つまり、可動接点１５は、固定接点１６の表面１６ａ及びインシュレータ１７の表面１７ａと摺動可能に保持されている。
【００１７】
スイッチ装置１０は、可動接点１５が固定接点１６と接触状態にあるとき、両接点１５，１６間で導通し、スイッチがオンされる。一方、可動接点１５がインシュレータ１７と接触状態にあるとき、両接点１５，１６間で絶縁され、スイッチがオフされる。
【００１８】
次に、本実施形態の要部について説明する。
図２、図３に示すように、可動接点１５及び固定接点１６は、金属２１中に固体潤滑剤としてのグラファイト２２が均一に分散された複合金属材料により形成されている。金属２１として、具体的には、導電性を有し、非磁性金属である銀や銅等が挙げられる。可動接点１５及び固定接点１６は、金属粉末とグラファイト２２の粉末とを混合して複合粉末を調整した後、成形、焼成して得られる複合焼結体を、所定の形状に加工することで形成される。一方、インシュレータ１７は、絶縁性の樹脂２３により形成されている。
【００１９】
固定接点１６とインシュレータ１７との境界部において、アークギャップ１９には、磁界発生手段としての永久磁石３１、３２（以下、単に「磁石」という）が設けられている。両磁石３１，３２は、可動接点１５が固定接点１６から開離するアークギャップ１９の開口部１９ａ付近において、可動接点１５の摺動方向とほぼ直交する方向にＮ極とＳ極とを対峙させて配置されている。また、両磁石３１，３２は、それぞれの磁界の中心を通る各軸線Ｃ１,Ｃ２が、ほぼ一致するような位置関係で配置されている。
【００２０】
次に、両接点１５，１６間で発生するアーク３３と、両磁石３１，３２間で形成される磁界３６との位置関係について、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、電流・電圧の存在下では、可動接点１５を固定接点から開離する際、両接点１５，１６間に存在する金属蒸気によってアーク３３が発生する。本実施形態において、アーク３３は、両接点１５，１６間で、可動接点１５から固定接点１６に向かう方向（図４（ａ）,（ｂ）に示すＩ方向）に電流が流れることによって発生することとする。
【００２１】
一方、固定接点１６とインシュレータ１７との境界部には、磁石３１から磁石３２に向かう方向（図４（ｂ）における紙面と垂直方向）に沿って、両接点１５，１６が開離するアークギャップ１９を通過する磁界３６が形成されている。アークギャップ１９において、磁界３６の強度は、両磁石３１，３２の各軸線Ｃ１，Ｃ２上で最も強く、各軸線Ｃ１，Ｃ２から離れるに従い弱くなっている。アークギャップ１９には、両磁石３１，３２の各軸線Ｃ１，Ｃ２を中心に空間的な広がりをもった磁界３６が形成されている。また、磁界３６は、その中心が、両接点１５,１６を電流が流れることによって生じるアーク３３と直交するように形成されている。つまり、両磁石３１，３２は、各軸線Ｃ１，Ｃ２が、前記アーク３３と直交するように配置されている。
【００２２】
続いて、両磁石３１，３２間で形成される磁界３６が、両接点１５，１６間で発生するアーク３３に与える影響について、従来と比較して説明する。ここでは、図５（ａ）に、従来のスイッチ装置５０におけるアーク５５の発生を示し、図５（ｂ）に、本実施形態におけるスイッチ装置１０におけるアーク３３の発生を示している。
【００２３】
図５（ａ）に示すように、従来のスイッチ装置５０において、可動接点５３を固定接点５１から開離する際、両接点５１，５３間ではほぼ直線的にアーク５５が発生する。ここでは、固定接点５１から可動接点５３を開離させた後、アーク５５が消滅するときの両接点５１，５３間の距離をｄ１とする。
【００２４】
図４（ａ）,（ｂ）に示すように、スイッチ装置１０において、磁界３６は、その中心が、両接点１５，１６間で生じるアーク３３と直交するように形成されている。この場合、アーク３３の発生時に、両接点１５,１６を流れる電流と直交する向きに磁界３６が作用する。すると、フレミングの左手の法則によって、アーク３３には、インシュレータ１７と反対方向（図４（ｂ）に示すＰ方向）に力が働く。その結果、図５（ｂ）に示すように、両接点１５，１６間に生じるアーク３３は、インシュレータ１７と反対側に曲げられる。従って、アーク３３は、磁界３６により、インシュレータ１７と反対方向に湾曲することで、その分、実効距離が長くなる。そして、この実効距離がｄ１以上になればアーク３３は消滅する。このとき、両接点５１，５３間の距離は、アーク３３が湾曲しているためにｄ１よりも短い。このため、スイッチ装置１０では、両接点１５，１６間に生じるアーク３３を、従来よりも短時間で消滅させることが可能となる。その結果、スイッチ装置１０では、アーク３３の継続時間が短くなり、アーク３３の発生を小さく抑えることができる。
【００２５】
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）両磁石３１，３２は、各軸線Ｃ１，Ｃ２が、アーク３３の発生時に両接点１５，１６間を流れる電流と直交するように配置されている。この場合、両磁石３１，３２による磁界３６が、両接点１５，１６間を流れる電流に対し効果的に作用することで、フレミングの左手の法則によって、アーク３３をインシュレータ１７と反対側に曲げることができる。このため、両接点１５，１６間では、アーク３３が引き延ばされるとともに、従来よりも短時間で分断されることから、アーク３３の継続時間を短くすることができる。よって、アーク３３の発生を小さく抑えることができ、アーク３３による各接点１５，１６の劣化が抑制される。また、両磁石３１，３２による磁界３６が、インシュレータ１７と反対方向にアーク３３を曲げるため、アーク３３によるインシュレータ１７への影響を小さく抑えることができる。このため、インシュレータ１７は、アーク３３による炭化を抑制することができ、オフ位置での絶縁性の劣化が抑制される。従って、スイッチ装置１０の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
（２）両磁石３１，３２は、可動接点１５が固定接点１６から開離するアークギャップ１９の開口部１９ａ付近に配置されている。このため、両接点１５,１６が開離するアークギャップ１９の開口部１９ａ付近において、両磁石３１，３２による磁界３６を強くすることができ、両接点１５，１６間で生じるアーク３３を大きく曲げることができる。よって、両接点１５，１６間では、アーク３３が大きく引き延ばされることから、アーク３３の継続時間をより一層短くすることができる。従って、アーク３３の発生を小さく抑えることができ、アーク３３による各接点１５，１６の劣化がより一層抑制される。
【００２７】
（３）可動接点１５及び固定接点１６は、非磁性金属である銀や銅等により形成されているため、両接点１５,１６が開離するアークギャップ１９において、両磁石３１，３２による磁界３６が弱められたり、乱されたりするのを抑制することができる。このため、両接点１５，１６間では、アーク３３がより大きく曲げられ、より大きく引き延ばされることから、アーク３３の継続時間を更に短くすることができる。従って、アーク３３の発生を小さく抑えることができ、アーク３３による各接点１５，１６の劣化が更に抑制される。
【００２８】
（４）磁界発生手段として、安価でかつ入手し易い永久磁石３１、３２が用いられていることから、部品コストの大幅な上昇を招くことも無い。このため、スイッチ装置１０の製造コストを低く抑えることができる。
【００２９】
（５）可動接点１５及び固定接点１６は、金属２１中にグラファイト２２が分散された複合金属材料により形成されている。グラファイト２２は、自己潤滑性に優れていることから、可動接点１５が摺動するときの摩擦抵抗をより一層小さくすることができる。又、グラファイト２２は、金属２１と同等の固有抵抗値を有する導電材料でもあることから、このグラファイト２２を金属２１中に含ませることで、可動接点１５及び固定接点１６の抵抗値が上昇することも無い。このため、可動接点１５及び固定接点１６は、接点としての機能を損なうことが無く、スイッチの動作特性が低下することも無い。
【００３０】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態において、スイッチ装置１０は、可動接点１５から固定接点１６に電流が流れることで生じるアーク３３に対し、アーク低減効果を発揮していたが、固定接点１６から可動接点１５に電流が流れることで生じるアーク３３に対しても、同等の効果を発揮することができる。
【００３１】
・本実施形態において、両磁石３１，３２は、両接点１５,１６が開離するアークギャップ１９の開口部１９ａ付近に配置されていたが、アークギャップ１９の内奥、インシュレータ１７の裏面、アークギャップ１９の周辺等に両磁石３１，３２を配置してもよい。
【００３２】
・本実施形態において、磁界３６を形成するのに２個の磁石３１，３２を用いていたが、１個の磁石を用いて磁界３６を形成してもよく、例えば、図６、図７に示すように、１個の磁石３７をインシュレータ１７の裏面１７ｂに配置してもよい。この場合、図８に示すように、磁石３７は、その磁界３８が、アーク３３発生時に両接点１５，１６間を流れる電流と直交するように配置されている。
【００３３】
・また、図９に示すように、磁石３９の両端部に鉄等の線材４０,４１を取り付け、両線材４０，４１を、各先端部４０ａ，４１ａが近接するように屈曲することで、磁界発生手段を構成してもよい。このようにすることで、線材４０，４１の各先端部４０ａ、４１ａ間の狭い範囲で形成される磁界４４によって、両接点１５，１６間で生じるアーク３３を効率良く、確実に消滅させることができる。
【００３４】
・本実施形態において、磁界３６を形成する磁界発生手段として、永久磁石３１，３２が用いられていたが、例えば、電磁石、コイル等を用いてもよい。
・本実施形態において、金属２１中にグラファイト２２が分散された複合金属材料により、可動接点１５と固定接点１６とが形成されていたが、固定接点１６のみを前記複合金属材料により形成してもよい。また、可動接点１５のみを前記複合金属材料により形成してもよい。
【００３５】
・本実施形態において、可動接点１５及び固定接点１６は、金属粉末とグラファイト２２の粉末とを混合した後、成形、焼成して得られる複合焼結体により形成されていたが、これ以外の方法により形成してもよい。例えば、可動接点１５及び固定接点１６の表面にのみ、グラファイト２２が分散された金属めっき層を形成してもよい。このようにすれば、脆性材料である複合焼結体と比較して、加工コストを低減することができる。また、可動接点１５及び固定接点１６の表面に、前記複合焼結体を所定の厚みに加工したものを貼着してもよい。
【００３６】
・本実施形態において、スイッチ装置１０は、固定側に固定接点１６とインシュレータ１７とを備え、可動側に可動接点１５を備えていたが、固定側に固定接点１６のみを備え、可動側にインシュレータ１７と可動接点１５とを備えた構成であってもよい。
【００３７】
・本実施形態において、スイッチ装置１０は、パワーウィンドウスイッチに具体化されていたが、自動車等の電動ミラー用スイッチやレバーコンビネーションスイッチ等に具体化してもよい。また、自動車電装品等の各種スイッチ以外にも、例えば、工場や家庭等で用いられるブレーカーやリレー等、任意のスイッチに具体化してもよい。
【００３８】
次に、上記実施形態及び別例によって把握される技術的思想を以下に記載する。
（１）前記磁界発生手段は永久磁石であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【００３９】
（２）前記固定接点と前記インシュレータとの間に隙間が設けられ、この隙間に前記磁界発生手段を配置したことを特徴とする請求項１〜５及び技術的思想（１）のうちいずれか１つに記載のスイッチ装置。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態におけるスイッチ装置の断面図。
【図２】同じくスイッチ装置の要部を示す上面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）はアークギャップ近傍の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図５】（ａ）,（ｂ）はスイッチ装置におけるアーク低減効果を説明するための図。
【図６】別例のスイッチ装置の要部を示す上面図。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図。
【図９】別例のスイッチ装置の要部を示す断面図。
【図１０】従来のスイッチ装置の要部を示す断面図。
【図１１】同じくスイッチ装置において潤滑グリースが炭化した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１０…スイッチ装置、１５…可動接点、１６…固定接点、１７…インシュレータ、２１…金属、２２…グラファイト（固体潤滑剤）、２４…樹脂、３３…アーク、３１，３２…永久磁石（磁界発生手段）、３６…磁界。
【図１】
2005235518.tif 000003
【図２】
2005235518.tif 000004
【図３】
2005235518.tif 000005
【図４】
2005235518.tif 000006
【図５】
2005235518.tif 000007
【図６】
2005235518.tif 000008
【図７】
2005235518.tif 000009
【図８】
2005235518.tif 000010
【図９】
2005235518.tif 000011
【図１０】
2005235518.tif 000012
【図１１】
2005235518.tif 000013