(57)【要約】    【課題】可動接触子の傾き等による永久磁石の保持力の変化を防止するとともに、接極面積の減少による吸引力の低下を防止して安定した吸引力を得られるようにする。    【解決手段】励磁コイル１０が巻回された巻枠１０ａ内を移動する可動接触子９と、継鉄１２の一面に設けられた固定接触子１８と、引外しばね１３を蓄勢状態に保持するリング状の永久磁石１９とを備えた釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記可動接触子９の先端面と対向する固定接触子１８の接極面を中央に窪み部１８ｂが設けられた球状の接触面１８ａとするようにする。【選択図】        図１
2005340703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる継鉄内に配置された励磁コイルが巻回された巻枠と、前記継鉄の一面に設けられた固定接触子と、前記巻枠内を移動して前記固定接触子と接触、開離する可動接触子と、この可動接触子を引外し方向に付勢する引外しばねと、この引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石とを備え、前記励磁コイルの励磁によって前記永久磁石に反磁界を与えて前記可動接触子を釈放動作させる釈放形電磁ソレノイドにおいて、
前記可動接触子と前記固定接触子の接極面の少なくとも一方を中央に窪み部が形成された球状の接極面としたことを特徴とする釈放形電磁ソレノイド。
【請求項２】
前記永久磁石はリング状の永久磁石であり、リングの軸線方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項３】
前記永久磁石はリング状の永久磁石であり、リングの径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項４】
前記継鉄には、前記可動接触子が挿通される貫通穴が形成され、該貫通穴と可動接触子との間に非磁性体からなる可動接触子ガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項５】
前記可動接触子ガイドを巻枠と一体に形成したことを特徴とする請求項４に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項６】
前記永久磁石の中空部に非磁性体からなる磁石支持ガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項７】
前記磁石支持ガイドを巻枠と一体に形成したことを特徴とする請求項６に記載の釈放形電磁ソレノイド。
【請求項８】
前記可動接触子をその後端側軸部の軸径が可動接触子先端部よりも小径な段付き構造としたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の釈放形電磁ソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線用遮断器、漏電遮断器などの回路遮断器の引外し装置に用いられる釈放形電磁ソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
頭記の回路遮断器には、主回路に過負荷電流や漏電電流等の異常電流が流れた際に、それを検知し、その検知信号に基づいて遮断器の開閉機構部のトリップコロスバーを叩いてラッチを引外し、主回路を開極させる引外し装置が備えられている。また、近年、この引外し装置として釈放形電磁ソレノイドを用いることが増えている。
以下、従来例の回路遮断器及び釈放形電磁ソレノイドについて図面を用いて説明する。
図４は従来の回路遮断器の一例を示す全体構成図であり、図５は図４の引外し装置に適用する従来構造の釈放形電磁ソレノイドである。
図４において、１は下部ケース１ａと上部カバー１ｂからなる２分割構造の遮断器ケース、２は主回路端子に連なる固定接触子、３は可動接触子、４はトグルリンク機構４ａ，開閉スプリング４ｂ、ラッチ４ｃ，トリップクロスバー４ｄからなる開閉機構部、５は操作ハンドル、６は過電流引外し装置、７は遮断器ケース１に内装された漏電引外しユニットであり、この漏電引外しユニット７には図５に示す釈放形電磁ソレノイド８が組み込まれている。
【０００３】
この釈放形電磁ソレノイド８は、常時は内蔵の永久磁石により引外しばねで付勢されたプランジャとしての可動接触子を吸引位置に保持しておき、引外し信号を受けて通電する励磁コイルが永久磁石に反磁界を与えて可動接触子を釈放動作させるようにしたものであり、図５で示すように可動接触子９，励磁コイル１０，永久磁石１１，継鉄１２，引外しばね１３の各部品を組み合わせた構成になる。なお、図示してないが可動接触子９にはバネ受け９ａを含む操作部材を結合し、該操作部材を介して電磁ソレノイドの釈放動作時に回路遮断器の開閉機構部のトリップクロスバーを叩くようにしている。
ここで、励磁コイル１０は樹脂モールド品になる筒形のコイル巻枠１０ａに巻装されている。また、継鉄１２は磁性の板材（鋼板）を屈曲したＵ字形フレーム１４と、該フレーム１４の上端側脚部の間に架け渡した平形フレーム１５とを組み合わせて励磁コイル１０，永久磁石１１に共通な磁気回路を構成している。そして、上下（厚さ）方向に磁化したブロック状の永久磁石１１が磁極面（Ｓ極）を下側に向けて前記Ｕ字形フレーム１４の底面上に重ね、上面のＮ極の磁極面には固定接触子１６を重ねて励磁コイル１０の下側に介装されている。
【０００４】
また、可動接触子９は強磁性材の円柱体であり、継鉄１２の平形フレーム１５の中央に開口（バーリング加工）した貫通穴１５ａを通して励磁コイル１０のコイル巻枠１０ａの内方に挿通し、継鉄１２から上方に突き出した軸端部に設けた鍔状のばね受け９ａと継鉄上面との間に引外しばね（圧縮スプリング）１３を介挿して可動接触子９を釈放方向（矢印Ｐ）にばね付勢している。なお、１７はコイル巻枠１０ａの内周に嵌め込んだ非磁性材（銅）の可動接触子ガイドであり、該ガイドで可動接触子９を上下スライド可能に案内支持している。
上記の構成で、回路遮断器をリセット操作して可動接触子９を図示の待機位置に押し込むと、引外しばね１３が蓄勢された状態で可動接触子９が永久磁石１１の磁力でこの位置に吸引保持される。この吸引保持状態では永久磁石１１のＮ極から出た磁束φｍが固定接触子１６，可動接触子９，継鉄１２を経由するルートを通ってＳ極に戻る。なお、引外しばね１３のバネ力をＦ１，永久磁石９の磁気吸引力をＦ２として、Ｆ２はＦ１よりも大である（Ｆ２＞Ｆ１）。
【０００５】
一方、この状態で図４に示した回路遮断器の主回路に漏電電流が流れ、これを検知した漏電検出回路からの信号で励磁コイル１０に励磁電流を通電すると、コイルの起磁力（アンペアターン）により永久磁石１１の磁力を打ち消す方向に磁界が生じ、その磁束φｉは継鉄１２，可動接触子９，および永久磁石１１を経由するルートを通って永久磁石１１の磁束φｍと逆方向に流れる。これにより、可動接触子９に作用する磁気吸引力が低下し、可動接触子９は引外しばね１３の蓄勢バネ力により釈放位置に突き出して回路遮断器をトリップ動作させる。
ところで、上記構成の電磁ソレノイドでは、励磁コイル１０の通電による磁束φｉが永久磁石１１（一般に、磁石材料で作られた永久磁石の透磁率は鋼板などの磁心材に比べて非常に小さい）を通ることから、励磁コイル１０から見た磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。このために、励磁コイル１０に要求される起磁力が大となってコイル巻回数が増えることからコイル，ひいては電磁ソレノイドが大形化する。
【０００６】
一方、前記と同様な釈放形の電磁ソレノイドとして、リング状の永久磁石を用いて、このリング状の永久磁石に可動接触子を挿通させるとともに、この可動接触子と対向する継鉄の中央部底面側を固定接触子として、励磁コイルの通電による磁束φｉが永久磁石を経由せずに可動接触子から直接継鉄を通るようにし、また永久磁石には「ポールシュー」と称するポールピースを組み合わせて可動接触子の外周面に対峙させて永久磁石と可動接触子との間の磁気回路を形成するようにした構成のものも知られている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２００１−３５３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述した従来構造の釈放形電磁ソレノイドは、いずれも可動接触子と固定接触子との接触、開離を繰り返すと、可動接触子とコイル巻枠との間、可動接触子と継鉄の平板フレームに開口した貫通穴の遊び隙間等により、可動接触子が固定接触子にかたあたりした状態で傾いたまま吸着されてしまうなど、固定接触子と可動接触子の先端面との間の接極面積の変化により接極力が変化しやすいという欠点がある。
前記可動接触子が傾いて吸着されると、固定接触子と可動接触子の先端面とのかたあたりによる永久磁石の保持力が低下してしまい、安定した吸引力を得ることができず、外部振動等で誤動作してしまうという問題があった。
また、可動接触子の傾きなどによる吸引力の低下を防止するために、コ字状の磁性枠の中央部底面側あるいは可動接触子の端面に球状の突起を形成し、可動接触子が傾いて接触しても常に接触を一点とすることにより、安定した吸引力を得られるようにした釈放形電磁石装置が特開平４−１７７７０９号公報として知られている。
【０００８】
しかしながら、この特開平４−１７７７０９号公報に記載された釈放形電磁石装置は、可動接触子と固定接触子との接触が常に一点で接触するために、突起を設けない場合と比較して接極面積が極端に減少することや、通常、突起が形成される接極面の中心部分は吸引力を得るための通過磁束密度が表皮効果等により減少することなどから、吸引力を得ることが難しく、安定した吸引力を得るためには、可動接触子および固定接触子や永久磁石を大きくしなければならないという欠点があった。
そこで、本発明の課題は、可動接触子の傾き等による永久磁石の保持力の変化を防止するとともに、接極面積の減少による吸引力の低下を防止して安定した吸引力を得ることができるようにした釈放形電磁ソレノイドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によれば、磁性体からなる継鉄内に配置された励磁コイルが巻回された巻枠と、前記継鉄の一面に設けられた固定接触子と、前記巻枠内を移動して前記固定接触子と接触、開離する可動接触子と、この可動接触子を引外し方向に付勢する引外しばねと、この引外しばねを蓄勢状態に保持する永久磁石とを備え、前記励磁コイルの励磁によって前記永久磁石に反磁界を与えて前記可動接触子を釈放動作させる釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記可動接触子と前記固定接触子の接極面の少なくとも一方を中央に窪み部が形成された球状の積極面とするようにする。
また、前記釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記永久磁石はリング状の永久磁石とし、リングの軸線方向に着磁されている、あるいは、リングの径方向に着磁されているものを用いるようにする。
【００１０】
更に、前気釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記継鉄に、前記可動接触子が挿通される貫通穴を形成し、該貫通穴と可動接触子との間に非磁性体からなる可動接触子ガイドを設ける、あるいは前記可動接触子ガイドを巻枠と一体に形成するようにしてもよい。
また、前気釈放形電磁ソレノイドにおいて、前記永久磁石の中空部に非磁性体からなる磁石支持ガイドを設ける、あるいは前記磁石支持ガイドを巻枠と一体に形成するようにしてもよい。
更に、前記可動接触子をその後端側軸部の軸径が可動接触子先端部よりも小径な段付き構造とするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、可動接触子と固定接触子の接極面の少なくとも一方を中央に窪み部が形成された球状の接極面とすることにより、可動接触子の傾き等による永久磁石の保持力変化を防止できるとともに、接極面積の減少による吸引力の低下を防止でき、可動接触子および固定接触子や永久磁石を大きくすることなく、安定した吸引力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で、図５に対応する部材には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
図１は本発明の第一の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドであり、（ａ）は釈放形電磁ソレノイドの構成断面図、（ｂ）は（ａ）における固定接触子部分の要部拡大図である。図において、この第一の実施形態の電磁ソレノイドは、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面に図５におけるブロック状の永久磁石１１に代えてリング状の永久磁石１９を配置している。なお、永久磁石１９はその上面がＮ極，下面がＳ極と成るように高さ方向（リング状磁石の軸線方向）に着磁されている。
また、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面の中央に円柱状の固定鉄芯（固定接触子）１８がかしめ等により固定されている。
【００１３】
そして、図示の吸引状態では可動接触子９をリング状の永久磁石１９の中空部に嵌挿し、その先端面を前記固定接触子１８の接極面に突き当ててこの位置に吸引保持するようにしている。なお、２１は可動接触子９と巻枠１０ａとの間に設けた非磁性材の可動接触子ガイドである。
ここで、可動接触子９の傾き等による保持力変化および接触面積の減少による吸引力の低下を防止して安定した吸引力を得るために、可動接触子９と固定接触子１８の接極面の少なくとも一方を中央に窪み部が形成された球状の接極面としている。
本実施例においては、図１（ｂ）に示すように、前記固定接触子１８の前記可動接触子９の先端面と対向する接極面１８ａを該可動接触子９の先端面側にやや中央が突出するなだらかな球状に形成するとともに、該接極面１８ａの略中央に環状からなる窪み部１８ｂが設けられている。
【００１４】
上記の構成において、まず釈放形電磁ソレノイドの動作について説明すると、回路遮断器のリセット操作で可動接触子９を図示の待機位置に押し込むと、リング状永久磁石１９の磁力により可動接触子９が固定接触子１８に吸引保持される。また、この状態では永久磁石１９の磁束φｍはＮ極から出て可動接触子９の周面に入り、その先端面から固定鉄芯１８、継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面を経由して永久磁石１９のＳ極に戻るルートを通る。
この状態で、引外し信号により励磁コイル１０に通電すると、永久磁石１９の磁力を打ち消すように磁束φｉが継鉄１２から固定接触子１８、可動接触子９を経由するルートに流れる。この場合に磁束φｉは、図示のように永久磁石１９を迂回して継鉄１２のＵ字形フレーム１４の底面から固定接触子１８を介して可動接触子９の先端部に入り、継鉄１２の平形フレーム１５に戻るような閉ループのルートを通る。したがって、励磁コイル１０から見た磁束φｉの磁路抵抗は図５の構成（磁束φｉが透磁率の小さな永久磁石１１を通る）と比べて小さくなり、その分だけ励磁コイル１０に要求される起磁力，したがってコイルの巻回数が少なくて済むので小形化できる。
【００１５】
ここで、図1の状態から可動接触子９が矢印Ｐ方向に釈放した後、図示しない復帰機構により再び、図１の状態にリセットした場合、可動接触子９が固定接触子１８にかたあたりした状態で傾いたまま吸着される場合がある。
しかしながら、本実施例においては、前記可動接触子９の先端面と対向する固定接触子１８の接極面を中央に窪み部１８ｂが設けられた球状の接極面１８ａとしたことにより、可動接触子９が傾いたとしても可動接触子９の先端面と固定接触子１８の球状の接極面１８ａとが接触するので、可動接触子の傾き等による固定接触子１８と可動接触子９の接極面の変化が少なく、永久磁石の保持力変化を防止することができる。
また、従来構造の接極面に突起のみを設けた構成では、可動接触子と固定接触子の接極面が一点で接触するために、可動接触子と固定接触子との接触状態での接極面積が小さく、吸引力が低下するおそれがあるが、本実施例では、通常の可動接触子９と固定接触子１８との接触状態では、可動接触子９の先端面と窪み部１８ｂの環状部分が接触するために、従来構造に対して、接極面積を大きくすることができる。よって、固定接触子１８および可動接触子９や永久磁石１９の寸法を大きくすることなく安定した吸引力を得ることができ、信頼性の高い釈放形電磁ソレノイドを提供することができるようになる。
【００１６】
なお、上記実施例では、窪み部１８ｂが設けられた球状の接極面１８ａをＵ字状継鉄１２の底面に固定した固定接触子１８に形成するようにしたが、該接極面１８ａを継鉄１２の中央部底面側に直接形成するようにしてもよく、また、固定接触子側ではなく、可動接触子９の先端面側に形成するようにしてもよい。
更に、接極面１８ａの表面を平ら状として、該接極面１８ａの中央に環状の窪み部を形成し、該接極面１８ａと対向する可動あるいは固定接触子の接極面を球状にするようにしてもよい。
次に本発明の第二の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成を図２に示す。この実施例においては、先記実施例１と比べて巻枠内の可動接触子９１の形状を段付き構造にするとともに、励磁コイル１０の巻枠１０ａに磁石支持ガイド１０ａ-１と可動接触子カイド１０ａ-２を一体に形成するようにしたものである。また、先記実施例１と同じように前記可動接触子９１の先端面と対向する固定接触子１８の接極面の中央に環状の窪み部１８ｂが設けられている。
【００１７】
この実施例によれば、段付き構造の可動接触子を用いた場合でも、可動接触子の傾き等による永久磁石の保持力変化および接極面積の減少による吸引力の低下を防止することができるものである。
図において、可動接触子９１は、その長手方向に大径な先端部９１ｂと小径な後端側の軸部９１ｃを形成した段付き構造になり、小径な軸部９ｃが継鉄１２の上面側に配した平形フレーム１５に穿孔した貫通穴を通して外部に突き出すように構成されている。
このように可動接触子を段付き構造とすることにより、電磁ソレノイドのリセット，釈放動作に伴って可動接触子９１が前記コイル巻枠１０ａと継鉄１２で囲まれた空間内で移動する際には、前記空間内の気体容積の変化が図５に示した円柱形の可動接触子と比べて小さくなる。すなわち、電磁ソレノイドの釈放動作により可動接触子９１が図示の待機位置から突き出し移動する場合を考えると、可動接触子９１の小径な軸部９１ｃとその移動空間を包囲するコイル巻枠１０ａとの間の空隙を満たしていた気体（空気）が可動接触子９１の上昇移動に伴って継鉄１２の底面と可動接触子９１の先端部９１ｂとの間に生じる空隙側に回り込むので、トータル的に前記の気体容積変化は小さい。これにより、周囲から前記空間内に吸い込まれて継鉄１２の底面上に堆積する異物（遮断器の電流遮断に伴うアークによって発生，拡散した塵状の生成異物）の量が少なくなるので、長期使用にも係わらず永久磁石１９の磁力で可動接触子９１を図示の待機位置に安定よく吸引保持できる。同様に継鉄１２の平形フレーム１５の貫通穴を通して外部に引き出した可動接触子の軸部９１ｃの軸径が小さいので、前記貫通穴の隙間長も小さくなって外部から異物が侵入し難くなる。この結果、周囲から空間内に侵入する塵状異物が原因となる不測な釈放誤動作を防いで電磁ソレノイドの信頼性が向上する。
【００１８】
また、磁石支持ガイド１０ａ-1及び可動接触子ガイド１０ａ-２は、非磁性材からなる部品としてコイル巻枠１０ａとは別部品で形成するようにしてもよいが、図２に示すように、励磁コイル１０の巻枠１０ａに磁石支持ガイド１０ａ-１と可動接触子カイド１０ａ-２を一体に形成すると、部品点数及び組立工数を削減することができる。
図において、励磁コイル１０のコイル巻枠（樹脂モールド品）１０ａには、その下端部から下方に延在するスペーサとしての円筒状の磁石支持ガイド１０ａ-１が一体形成されており、該磁石支持ガイド１０ａ-1の外周側に前記永久磁石１９を嵌挿して定位置に保持するようにしている。
また、巻枠１０ａの上端側から上方に延在して可動接触子９１の軸部９１ｃと継鉄１２の平形フレーム１５に開口した貫通穴との間の隙間に嵌入する筒状の可動接触子ガイド１０ａ-２が一体に形成されており、この可動接触子ガイド１０ａ-２を介して継鉄の貫通穴に通した可動接触子９１の軸部９１ｃをスライド可能に案内支持するようにしている。
【００１９】
このような電磁ソレノイドの組立工程は、励磁コイル１０を巻装したコイル巻枠１０ａの磁石支持ガイド１０ａ-１にリング状の永久磁石１９を嵌挿保持するとともに、コイル巻枠１０ａに可動接触子９１の軸部９１ｃを下側から通し、この組立体を継鉄１２のＵ形フレーム１４の中に嵌め込むようにする。そして、前記可動接触子９１の軸部９１ｃを平形フレーム１５に嵌挿した上で、その上面側でばね受け９１ａ，引外しばね１３を組付ける。そして、この組立体の平形フレーム１５を前記組立体のＵ形フレーム１４の上端に重ね合わせてねじ止めする。
上記巻枠の構成によれば、樹脂モールド品になるコイル巻枠１０ａを基体としてリング状永久磁石１９および可動接触子ガイド１０ａ-２を一体化できるので、部品点数の削減化が図れるとともに、少ない組立工数で電磁ソレノイドを組み立てることができる。
【００２０】
次に本発明の第三の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成を図３に示す。この実施例においては、先記実施例２と比べてリング状の永久磁石１９は、その内周，外周面がＮ極，Ｓ極となるようにリングの半径方向に着磁されている。また、先記実施例２と同じように可動接触子９１の先端部９１ｂの先端面と対向する固定接触子１８の接極面の中央に環状の窪み部１８ｂが設けられている。
その他の構成は、先記実施例２と同じであるので、同一符合を付して、その詳細な説明は省略する。
上記構成によれば、永久磁石としてリングの半径方向に着磁されているものを使用した場合でも、可動接触子の傾き等による永久磁石の保持力変化および接触面積の減少による吸引力の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドであり、（ａ）は釈放形電磁ソレノイドの構成断面図、（ｂ）は（ａ）の固定接触子部分の要部拡大図
【図２】本発明の第二の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図
【図３】本発明の第三の実施形態を示す釈放形電磁ソレノイドの構成断面図
【図４】引外し用電磁ソレノイドを搭載した回路遮断器の全体構成図
【図５】図４の回路遮断器に装備した引外し用電磁ソレノイドの従来構成の断面図
【符号の説明】
【００２２】
９      可動接触子
１０    励磁コイル
１０ａ  巻枠
１０ａ-１  磁石支持ガイド
１２    継鉄
１３    引外しばね
１８    固定鉄芯（固定接触子）
１８ａ  接触面
１８ｂ  窪み部
１９    永久磁石
２１    可動接触子ガイド
【図１】
2005340703.tif 000003
【図２】
2005340703.tif 000004
【図３】
2005340703.tif 000005
【図４】
2005340703.tif 000006
【図５】
2005340703.tif 000007