(57)【要約】【課題】気密空間に消弧ガスを注入して密封する電磁開閉装置において、空間を密封して製品のコストを下げ、密封の信頼性を高めることのできる、電磁開閉装置の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】電磁開閉装置の製造装置は、外部から密閉される内部空間を有するチャンバと、前記チャンバの内部に消弧ガスを注入するための消弧ガス注入装置と、前記チャンバ内に備えられ、一側にベントホールが備えられる仮組立体を支持する載置部と、前記チャンバの内部に消弧ガスが注入された状態で前記ベントホールを密封する密封手段とを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から密閉される内部空間を有するチャンバと、
前記チャンバの内部に消弧ガスを注入するための消弧ガス注入装置と、
前記チャンバ内に備えられ、一側にベントホールが備えられる仮組立体を支持する載置部と、
前記チャンバの内部に消弧ガスが注入された状態で前記ベントホールを密封する密封手段と、
を含むことを特徴とする電磁開閉装置の製造装置。
【請求項２】
前記密封手段は、
前記ベントホールに接合部材を接触させる部材支持部と、
前記部材支持部を前記ベントホール周囲の母材に溶接する溶接手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉装置の製造装置。
【請求項３】
上側に固定接点が配置され、他側が開放されるハウジングを製造する段階と、
可動接点が中央部に移動可能に取り付けられたプレートを製造する段階と、
前記プレートにベントホールを形成する段階と、
前記ハウジングの開放された端部に前記プレートを結合して、前記ハウジングの内部空間を密封する段階と、
前記ハウジングと前記プレートの仮組立体をチャンバ内に配置した状態で、前記チャンバの内部に消弧ガス雰囲気を形成する段階と、
前記ベントホールを密封する段階と、
を含むことを特徴とする電磁開閉装置の製造方法。
【請求項４】
前記プレートを製造する段階は、
前記プレートに前記可動接点を駆動するコアが内部に取り付けられるシリンダを結合する段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉装置の製造方法。
【請求項５】
前記ベントホールを密封する段階は、
前記ベントホールを閉塞する接合部材を前記ベントホールに密着させる段階と、
前記ベントホール周囲の母材に前記接合部材が密着した状態で前記接合部材と前記母材を溶接結合する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉装置の製造方法。
【請求項６】
前記接合部材と前記母材とは、抵抗溶接法又はプロジェクション溶接法により溶接結合されることを特徴とする請求項５に記載の電磁開閉装置の製造方法。
【請求項７】
前記ハウジングに前記プレートを結合する段階は、
前記ハウジングの内部に金属製の連結体を固定する段階と、
前記連結体の下部に前記プレートを結合する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の電磁開閉装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁開閉装置に関し、特に、電磁開閉装置の気密空間に消弧ガスを注入して密封する電磁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を開閉する電磁開閉装置は、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカート、電動フォークリフトなどの電気自動車において、蓄電池と直流電力変換装置との間に設置され、蓄電池からの直流電力を直流電力変換装置に供給又は遮断する機能を果たす。
また、直流電力を開閉する電磁開閉装置は、太陽光発電システムや風力発電システムなどの環境にやさしい発電システムにおいて、直流発電機と直流発電電力を商用周波数及び電圧の交流電力に変換するインバータとの間に設置され、直流発電電力をインバータに供給又は遮断する機能を果たすこともある。
【０００３】
電磁開閉装置は、固定接点及び可動接点を備え、接点の開閉を制御できるように可動接点を駆動するアクチュエータを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特に、電気自動車に使用される、直流電力を開閉する電磁開閉装置は、可動接点が固定接点から瞬間的に離脱した場合、すなわち接点オフ時、アークが発生することがあり、アークを迅速に消弧するためには、接点が配置された空間を気密空間とし、気密空間内には消弧ガスを充填しなければならない。
【０００５】
一定レベル以上の電子部品としての寿命を維持するとともに信頼性のある機能を維持するためには、気密空間内の消弧ガスを一定レベル以上に維持する必要があり、このためには、消弧ガス密封技術が必要である。
【０００６】
本発明は、電磁開閉装置の接点オフ時に発生するアークを消弧するための消弧ガスを充填する空間を密封することのできる、電磁開閉装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、電磁開閉装置の気密空間を形成する際に副材料を使用することなく空間を密封する方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、外部から密閉される内部空間を有するチャンバと、前記チャンバの内部に消弧ガスを注入するための消弧ガス注入装置と、前記チャンバ内に備えられ、一側にベントホールが備えられる仮組立体を支持する載置部と、前記チャンバの内部に消弧ガスが注入された状態で前記ベントホールを密封する密封手段とを含む、電磁開閉装置の製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の上記態様においては、前記電磁開閉装置のうち少なくとも消弧ガスが密封される密封空間を形成する部材を消弧ガス雰囲気の前記チャンバに配置し、前記チャンバの内部で前記ベントホールを密封することにより、消弧ガスを前記電磁開閉装置の内部に容易に密封できるようにしている。
【００１０】
ここで、前記密封手段は、前記ベントホールに接合部材を接触させる部材支持部と、前記部材支持部を前記ベントホール周囲の母材に溶接する溶接手段とを含んでもよい。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、上側に固定接点が配置され、他側が開放されるハウジングを製造する段階と、可動接点が中央部に移動可能に取り付けられたプレートを製造する段階と、前記プレートにベントホールを形成する段階と、前記ハウジングの開放された端部に前記プレートを結合して、前記ハウジングの内部空間を密封する段階と、前記ハウジングと前記プレートの仮組立体をチャンバ内に配置した状態で、前記チャンバの内部に消弧ガス雰囲気を形成する段階と、前記ベントホールを密封する段階とを含む、電磁開閉装置の製造方法が提供される。
【００１２】
ここで、前記ハウジング及び前記プレートは、前記消弧ガスが密封される密封空間を形成する部材に該当するものであるが、これに限定されるものではなく、電磁開閉装置において消弧ガスが密封される密封空間を形成する任意の構成要素が前記ハウジング及び前記プレートを代替してもよい。
【００１３】
ここで、前記プレートを製造する段階は、前記プレートに前記可動接点を駆動するコアが内部に取り付けられるシリンダを結合する段階を含んでもよい。
【００１４】
また、前記ベントホールを密封する段階は、前記ベントホールを閉塞する接合部材を前記ベントホールに密着させる段階と、前記ベントホール周囲の母材に前記接合部材が密着した状態で前記接合部材と前記母材を溶接結合する段階とを含んでもよい。
【００１５】
また、前記接合部材と前記母材とは、抵抗溶接法又はプロジェクション溶接法により溶接結合してもよい。
【００１６】
また、前記ハウジングに前記プレートを結合する段階は、前記ハウジングの内部に金属製の連結体を固定する段階と、前記連結体の下部に前記プレートを結合する段階とを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、電磁開閉装置の接点オフ時に発生するアークを消弧するための消弧ガスを充填する空間を密封することのできる、電磁開閉装置の製造装置を得ることができる。
【００１８】
また、本発明においては、電磁開閉装置の気密空間を形成する際に副材料を使用することなく空間を密封することにより、製品のコストを下げ、密封の信頼性を高めることのできる、電磁開閉装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による製造装置の一実施形態により製造された電磁開閉装置を示す断面図である。
【図２】図１の電磁開閉装置における固定接点と可動接点とが接触した状態を示す断面図である。
【図３】図１の電磁開閉装置における消弧ガスが注入される気密空間を示す断面図である。
【図４】本発明による製造装置の一実施形態の内部構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明による製造装置の一実施形態により製造された電磁開閉装置を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、電磁開閉装置１００は、消弧部１１０と、駆動部１２０とを含む。
消弧部１１０は、固定接点１１１及び可動接点１１２を備えて、電磁開閉装置１００に接続された外部装置に対するスイッチングを行えるように接点の開閉構造を含む。
【００２３】
駆動部１２０は、電気的信号により接点の開閉を制御できるようにするアクチュエータを含む。通常、電磁開閉装置１００は、前記アクチュエータによる駆動部１２０の上下運動により、電磁開閉装置１００に接続された外部装置をスイッチングする。
【００２４】
駆動部１２０は、電気的信号により磁気力を発生して接点の駆動力を生成する励磁用コイル１２１と、励磁用コイル１２１の内部に固定配置される固定鉄心１２２と、固定鉄心１２２に当接可能に配置される可動鉄心１２３とを備える。
【００２５】
励磁用コイル１２１と固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３との間には、励磁用コイル１２１が巻回されるコイルボビン１２４が備えられ、コイルボビン１２４の軸方向に沿って上下方向に固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３が配置される。固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３は、励磁用コイル１２１により発生する磁束が通過する磁路を形成する。励磁用コイル１２１により発生する磁束は、可動鉄心１２３が上下方向に運動するように駆動力を与える。
【００２６】
コイルボビン１２４と固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３との間には、非磁性材料からなり、消弧部１１０側の一面は開口して他面は有底の円筒状に形成されるプランジャキャップ又はシリンダ１２５が備えられる。
【００２７】
プランジャキャップ又はシリンダ１２５は、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３が収納される容器のような形状を有し、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３は、それぞれプランジャキャップ１２５の内径と同程度の外径を有する円筒状に形成される。可動鉄心１２３は、プランジャキャップ１２５の軸方向に移動可能である。
【００２８】
可動鉄心１２３の移動範囲は、固定鉄心１２２に当接する当接位置と、プランジャキャップ１２５の底面に位置する初期位置との間になる。可動鉄心１２３が固定鉄心１２２に当接する当接力は、励磁用コイル１２１による電磁吸引力により提供され、可動鉄心１２３が初期位置に復帰する方向の付勢力は、復帰ばね１２６により提供される。
【００２９】
駆動部１２０の中央部には、固定鉄心１２２が挿入されて貫通する挿通孔１２７が設けられており、固定鉄心１２２は、挿通孔１２７に挿入されて貫通した状態で駆動部１２０に固定される。
【００３０】
駆動部１２０の中央部には、固定鉄心１２２に対して接離する可動鉄心１２３が備えられる。中央部のコアボビン１２４の内側には、可動鉄心１２３の移動をガイドするガイドが備えられてもよい。
【００３１】
また、固定鉄心１２２及び可動鉄心１２３の中央部には、軸方向に消弧部１１０及び駆動部１２０を貫通して連結するシャフト１３０が設置される貫通口１２８が備えられる。シャフト１３０が貫通口１２８を貫通して軸方向に配置されており、シャフト１３０は、上端に可動接点１１２が結合され、下端に可動鉄心１２３が結合されており、可動鉄心１２３の上下運動を可動接点１１２に伝達する。
【００３２】
駆動部１２０の上方には、下部が開口した箱状に形成されるハウジング１１４が載置されて設置され、ハウジング１１４の上部には、固定接点１１１及び固定端子１１５が挿入される端子孔（符号なし）が備えられる。
【００３３】
ハウジング１１４の内部空間には、固定接点１１１に接離する可動接点１１２が配置される。可動接点１１２は、固定接点１１１の下方でシャフト１３０に結合される。
【００３４】
可動接点１１２の下部には、可動接点１１２が固定接点１１１に接触する際に付勢力を与える接圧ばね１１３が備えられる。接圧ばね１１３により、可動接点１１２が固定接点１１１に所定以上の圧力で接触した状態を維持することができる。また、接圧ばね１１３は、可動接点１１２が固定接点１１１から分離される際に、可動鉄心１２３及びシャフト１３０の移動速度を減少させることにより、可動鉄心１２３がプランジャキャップ１２５に接触する際の衝撃力を緩和して騒音、振動の発生を抑制することができる。
【００３５】
図２は、図１の電磁開閉装置における固定接点と可動接点とが接触した状態を示す断面図である。
【００３６】
前述したように、励磁用コイル１２１が通電すると、励磁用コイル１２１の周辺に磁束が発生する。その磁束により、固定鉄心１２２と可動鉄心１２３とは異なる極性となり、可動鉄心１２３が固定鉄心１２２側に吸引され、可動鉄心１２３と固定鉄心１２２とが接触する。このような可動鉄心１２３と固定鉄心１２２との当接位置では、固定接点１１１と可動接点１１２とが接触する。固定接点１１１と可動接点１１２とが接触すると、外部装置に電力が供給され、この状態が図２の状態である。
【００３７】
また、励磁用コイル１２１が短絡すると、励磁用コイル１２１の磁気力の発生が停止され、可動鉄心１２３の駆動力が喪失し、可動鉄心１２３は、復帰ばね１２６の付勢力により初期位置に復帰する。可動鉄心１２３が初期位置に復帰すると共にシャフト１３０が移動し、可動接点１１２が固定接点１１１から分離される。
【００３８】
ここで、復帰ばね１２６は、固定鉄心１２２に設けられたばね収納溝２０１内に収納設置されるが、図２の状態（可動鉄心１２３が当接位置に移動した状態）では、復帰ばね１２６が圧縮されて復帰ばね１２６全体がばね収納溝２０１内に収納されるため、復帰ばね１２６が可動鉄心１２３と固定鉄心１２２との結合を妨げない。それに対して、可動鉄心１２３が初期位置に復帰すると、外部装置への電力供給が中断され、この状態が図１の状態である。
【００３９】
電磁開閉装置１００は、図２の閉状態と図１の開状態を切り替えることにより、外部装置をスイッチングする。
【００４０】
図３は、図１の電磁開閉装置における消弧ガスが注入される気密空間を示す断面図である。
【００４１】
図３を参照すると、電磁開閉装置の消弧部（図１の符号１１０を参照）と固定鉄心（図１の符号１２２を参照）及び可動鉄心（図１の符号１２３を参照）が気密空間に収納されるように、ハウジング１１４、連結体３０１、上板３０２、及びプランジャキャップ（図１の符号１２５を参照）を設置して気密接合することにより、ハウジング１１４、連結体３０１、上板３０２、及びプランジャキャップに囲まれる空間を気密空間にする。
【００４２】
ハウジング１１４は、セラミックなどの耐熱性材料で箱状に形成される。ハウジング１１４の下部には、開口３１０が形成されており、ハウジング１１４の上部３２０には、２つの端子孔３２１、３２２が形成されている。
【００４３】
連結体３０１は、金属材料などで形成され、ハウジング１１４の開口３１０に気密接合されることにより連結体３０１の下部に開口部３３０が形成され、溶接などの接合方法により連結体３０１の開口部３３０と上板３０２が気密接合される。
【００４４】
ハウジング１１４は、連結体３０１と上板３０２が気密接合されることにより、固定接点１１１及び可動接点１１２を収容する気密空間３４０を形成する。気密空間３４０には、水素を主成分とする絶縁性ガスが密封されている。
【００４５】
気密空間３４０内に挿入される各固定端子３５０は、銅系材料などからなる円筒状の導電体で形成され、下端に固定接点を備え、上端に外部装置が接続できるように接続部を備える。可動接触子３６０は、銅系材料などからなる平板状の導電体で形成され、上面に可動接点が形成される。可動接点は、可動接触子３６０に一体に形成される。
【００４６】
図４は、本発明による製造装置の一実施形態の内部構造を概略的に示す断面図である。
【００４７】
図４を参照すると、接点密封構造においては、セラミック材質などで製作されたハウジング４０３、連結体４０４、及びプレート４０５を結合した空間内に、固定接点４０１及び可動接点４０２が配置される。
【００４８】
可動接点４０２は、シャフト４１０に連結されており、シャフト４１０は、連結体４０４、プレート４０５、及びプレート４０５の下部に固定された固定鉄心４２０を貫通し、可動鉄心４３０に結合されている。
【００４９】
シリンダ４４０は、プレート４０５の下部に結合された固定鉄心４２０及び可動鉄心４３０を収容し、プレート４０５に結合されて固定される。
【００５０】
その結果、ハウジング４０３、連結体４０４、プレート４０５、及びシリンダ４４０が結合され、密封構造（結合体）を形成する。
【００５１】
このような密封構造（結合体）をプレート４０５の一部分に給排気用ベントホール４０６が形成された状態で真空チャンバ４００内に配置する。
【００５２】
この状態で、ガスポンプ４５０を利用して真空チャンバ４００内に絶縁性ガスを注入する。絶縁性ガスとしては、水素（Ｈ2）ガスが主に用いられ、水素（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）の混合ガスなどを用いてもよい。絶縁性ガスは、結合体の内部空間に注入しやすくするために、所定以上の圧力（通常、約２気圧）で注入してもよく、真空チャンバ４００内に絶縁性ガスが注入される前に、真空排気を行ってもよい。絶縁性ガスとして混合ガスを用いる場合は、混合したガスを真空チャンバ４００内に注入してもよく、各ガスを真空チャンバ４００内に順次注入することで真空チャンバ４００内に混合ガスが注入されるようにしてもよい。
【００５３】
真空チャンバ４００内に絶縁性ガス雰囲気が形成されると、プレート４０５のベントホール４０６から絶縁性ガスが給気され、結合体の内部空間に絶縁性ガスが注入される。
【００５４】
結合体の内部空間に絶縁性ガスが注入される程度の所定時間経過後、プレート４０５のベントホール４０６部分を接合して結合体を密封する。結合体を密封する際には、真空チャンバ４００内に設置された治具を用いて、ベントホール４０６にベントホール４０６を接合する接合部材を密着させ、ベントホール４０６に密着した接合部材をプロジェクション溶接などにより気密溶接する。すなわち、ベントホール４０６の周囲に接合部材を溶融して隙間を気密溶接することにより、結合体を密封包装する。
【００５５】
気密空間内に絶縁性ガスが充填され、密封包装された結合体にアクチュエータが含まれる駆動部を結合することにより、電磁開閉装置を完成する。このような電磁開閉装置は、直流電流を供給又は遮断する機能を果たす直流電力変換装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
４００    真空チャンバ
４０１    固定接点
４０２    可動接点
４０３    ハウジング
４０４    連結体
４０５    プレート
４０６    ベントホール
４２０    固定鉄心
４３０    可動鉄心
４４０    シリンダ
４５０    ガスポンプ
【図１】
2012089488.tif 000003
【図２】
2012089488.tif 000004
【図３】
2012089488.tif 000005
【図４】
2012089488.tif 000006