JPH11297177A - 接点開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、駆動手段に必要な駆動力を小さく
し、駆動手段への投入電力を小さくすることを目的とす
るものである。 【解決手段】 クロスバー３５に対して閉成方向への力
を作用させる磁石ユニット３２をベース１４とクロスバ
ー３５との間に設け、クロスバー３５に対して作用する
開成方向への力に磁石ユニット３２による付勢力をほぼ
釣り合わせるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、接点開閉装置に
関し、特に可動接触子を駆動する機構の改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の接点開閉装置の一例の初
期状態を示す断面図、図１２は図１１の可動鉄心の移動
距離と、可動鉄心に作用する吸引力と反抗力との合力と
の関係の概略を示す関係図である。

【０００３】図１１において、１は取付台１ａ、ハウジ
ング１ｂ、上ストッパ１ｃを有するベース、２，３はそ
れぞれベース１内に設けられている励磁コイル及び固定
鉄心、４は固定鉄心３に対向してベース１内に設けられ
ている可動鉄心、５は可動鉄心４に連結されている絶縁
材製のクロスバー、６はクロスバー５の上部の窓５ａに
図の上下方向へ摺動自在に保持されている可動接触子で
あり、この可動接触子６の両端には、可動接点６ａが取
り付けられている。

【０００４】７は可動接触子６に接触圧力を付与する主
接点ばねであり、この主接点ばね７は、圧縮コイルばね
により構成されており、初期状態では予圧をかけて取り
付けられている。８は端子板９に電気的に接続され、か
つ固定されている固定接触子であり、この固定接触子８
の一端には、可動接点６ａが接離する固定接点８ａが取
り付けられている。また、端子板９には、外部回路（図
示せず）を接続するための端子ねじ９ａが設けられてい
る。１０は固定鉄心３と可動鉄心４との間に設けられて
いる引外しばねである。

【０００５】次に、図１２において、Ｘ軸は可動鉄心４
の初期状態からの移動距離、Ｙ軸は吸引力、反抗力、ａ
は引外しばね１０及び主接点ばね７の反抗力の合力、ｂ
は固定鉄心３と可動鉄心４との間に励磁される吸引力、
ｃは可動接点６ａと固定接点８ａとが当接する位置、ｄ
は可動接点６ａと固定接点８ａとの閉成動作が完了する
位置、ｅは初期状態での引外しばね１０の反抗力、ｆは
可動接点６ａと固定接点８ａとが当接した瞬間の引外し
ばね１０の反抗力、ｇはｆの次の瞬間に主接点ばね７の
予圧がかかった瞬間の引外しばね１０及び主接点ばね７
の反抗力の合力、ｈは可動接点６ａと固定接点８ａとの
閉成動作が完了した状態での吸引力である。

【０００６】次に、動作について説明する。可動接点６
ａと固定接点８ａとを閉じるためには、引外しばね１０
の反抗力ｅ以上の吸引力を発生させるだけの電力を、初
期状態の励磁コイル２に印加する必要がある。励磁コイ
ル２にそれだけの電力が印加されると、発生磁束により
固定鉄心３と可動鉄心４との間に吸引力が生じる。この
吸引力によって、可動鉄心４とクロスバー５との結合体
は、引外しばね１０の反抗力ｅに抗して図１１の下方へ
移動する。

【０００７】可動鉄心４とクロスバー５との結合体がｃ
まで移動すると、可動接点６ａと固定接点８ａとが当接
する。当接した瞬間の引外しばね１０の反抗力はｆであ
るが、次の瞬間に主接点ばね７の予圧がかかるため、反
抗力は引外しばね１０及び主接点ばね７の反抗力の合力
ｇになる。

【０００８】図１１の開状態における鉄心間隙は、接点
間隙より大きく構成されているので、可動接点６ａと固
定接点８ａとの接触開始位置よりもさらに下方へクロス
バー５が移動する。その際に主接点ばね７は圧縮され、
その反抗力により可動接触子６が付勢されて、主接点力
が得られる。そして、可動鉄心４がｄまで移動し固定鉄
心３に衝突した時点で、可動接点６ａと固定接点８ａと
の閉成動作が完了し、この状態が保持される。このと
き、吸引力はｈに保持される。

【０００９】一方、励磁コイル２の電力を取り除くと、
可動鉄心４と固定鉄心３との間の磁気吸引力は消滅し、
主接点ばね７及び引外しばね１０の反抗力により、可動
鉄心４とクロスバー５との結合体が図１１の上方へ移動
される。この結合体が図１２のｃまで移動すると接点が
開離する。その後、可動鉄心４とクロスバー５との結合
体は、引外しばね１０の反抗力のみによって移動され、
上ストッパ１ｃに押し付けられて停止する。結合体が停
止した時点で、可動接点６ａと固定接点８ａとの開成動
作は完了する。

【００１０】ここで、図１１の初期状態では、固定鉄心
３と可動鉄心４との距離が最大になっており、当然のこ
とながら可動接点６ａと固定接点８ａとの距離も最大に
なっている。このため、可動接点６ａと固定接点８ａと
を閉じようとすると、励磁コイル２に十分大きな電力を
印加し、可動鉄心４とクロスバー５との結合体を引外し
ばね１０の反抗力ｅに抗して移動させるだけの吸引力を
発生させる必要がある。

【００１１】また、可動接点６ａと固定接点８ａとの閉
成動作が完了した状態ｄでは、主接点ばね７及び引外し
ばね１０の変位が共に最大になるため、発生するばね力
はａに示すように最大になる。しかし、この状態では、
固定鉄心３と可動鉄心４とは衝突して密着しており、両
者の距離＝０となっているので、吸引力は最大になる。
このため、必要な吸引力ｈは、初期状態程度の大きな電
力を励磁コイル２に印加しなくても得ることができる。

【００１２】このように、固定鉄心３に併設された励磁
コイル２に電力を印加して励磁し、空隙を隔てて配置さ
れた可動鉄心４を吸引する方式では、空隙長が大きくな
ると、固定鉄心３と可動鉄心４との間に働く吸引力が非
線形的に低下するため、初期状態で励磁コイル２に大き
な電力を印加する必要がある。しかし、固定鉄心３と可
動鉄心４とが衝突して密着し、可動接点６ａと固定接点
８ａとの閉成動作が完了した状態では、主接点ばね７と
引外しばね１０との反抗力が最大になるものの、初期状
態に比べれば非常に小さな印加電力で必要な吸引力ｈを
得ることができる。

【００１３】逆に言えば、励磁コイル２に印加する電力
を一定とすると、最も大きな吸引力が必要な初期状態の
電力を常に印加せざるを得ず、閉成動作が完了した状態
では、過大な吸引力が発生していることになる。

【００１４】例えば、従来の接点開閉装置である三菱電
機（株）製の電磁開閉器ＭＳ―Ｋシリーズの技術資料集
に掲載されているＪＩＳ規格Ｃ８３２５−１９７７交流
電磁開閉器で定められたＡＣ３級を満足する電磁開閉器
で、フレームサイズ＝１２５と呼ばれているものでは、
励磁コイル２に印加される電圧がＡＣ２２０Ｖ、６０Ｈ
ｚの場合、初期状態から可動鉄心４とクロスバー５との
結合体を移動させるためには、励磁コイル２に印加され
る初期電力は２７０Ｗ程度が必要である。一方、可動接
点６ａと固定接点８ａとの閉成動作が完了し、保持され
た状態ｄでは、励磁コイル２に印加される電力は２Ｗ程
度で済む。このように、初期状態と、閉成動作が完了し
た状態とでは、励磁コイル２に必要な印加電力には大き
な差がある。

【００１５】このため、従来の接点開閉装置では、主接
点ばね７の変位が最大になる直前、即ち図１２のｄの直
前にリミットスイッチで内蔵回路（共に図示せず）に切
り換え、ＡＣ２２０Ｖを１０％程度に降圧し、さらに全
波整流してＤＣを作り、励磁コイル２に印加される電力
＝２Ｗ程度をＤＣで得るようにしている。ＤＣで保持す
るのは、固定鉄心３と可動鉄心４とが６０Ｈｚで振動、
衝突することによって発生するうなり音をなくすためで
ある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の接点開閉装置においては、初期状態で固定鉄心
３と可動鉄心４との距離が最大になっているため、可動
接点６ａと固定接点８ａとを閉じようとすると、励磁コ
イル２に大きな電力を印加する必要があるという問題点
があった。また、ＤＣで保持するためには、リミットス
イッチや内蔵回路が必要であり、部品点数が増加すると
いう問題点もあった。さらに、リミットスイッチの動作
開始点のばらつきが大きく、リミットスイッチの作動が
早過ぎて、ＤＣ低電力に切り換わるのが早過ぎ、可動接
点６ａと固定接点８ａとの閉成動作が完了できなくなる
恐れもあった。

【００１７】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、可動接点と固
定接点とを閉じる際に必要な電力を低減することがで
き、また部品点数を減少させて構造を簡単にすることが
できる接点開閉装置を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る接
点開閉装置は、ベースと、このベースに設けられ、固定
接点を有している固定接触子と、ベースに往復動可能に
設けられている可動構造体と、この可動構造体の往復動
方向へ往復動可能に可動構造体に設けられ、固定接点に
接離する可動接点を有している可動接触子と、可動構造
体と可動接触子との間に与圧された状態で設けられ、閉
成時に可動接点に主接点力を与える主接点ばねと、ベー
スに設けられ、可動構造体を閉成方向へ移動させる駆動
手段と、ベースと可動構造体との間に設けられ、可動接
点から固定接点を開離させる引外し手段と、ベースと可
動構造体との間に設けられ、可動構造体に対して閉成方
向への力を作用させる付勢手段とを備えたものである。

【００１９】請求項２の発明に係る接点開閉装置は、駆
動手段により往復動されるロッドと、可動接触子及び主
接点ばねが設けられロッドに対して可動構造体の往復動
方向へ変位可能なフレームと、ロッドに設けられ、ロッ
ドに対するフレームの閉成方向への相対変位を規制する
内部力発生ばねストッパと、この内部力発生ばねストッ
パとフレームとの間に設けられ、ロッドとフレームとの
相対変位に対応したばね力を発生する内部力発生ばねと
を有する可動構造体を用いたものである。

【００２０】請求項３の発明に係る接点開閉装置は、フ
レームの閉成方向への移動を規制する閉成ストッパをベ
ースに設けたものである。

【００２１】請求項４の発明に係る接点開閉装置は、ベ
ースと可動構造体との間に設けられ、可動構造体の閉成
方向への変位の途中から可動構造体に対して開成方向へ
のばね力を作用させる釣合ばねを備えたものである。

【００２２】請求項５の発明に係る接点開閉装置は、互
いに異なるタイミングで可動構造体にばね力を作用させ
る複数の釣合ばねを備えたものである。

【００２３】請求項６の発明に係る接点開閉装置は、可
動構造体及びベースのいずれか一方に設けられている永
久磁石と、可動構造体及びベースのいずれか他方に設け
られ、永久磁石の磁力により吸引される吸着部材とを有
する磁石ユニットを、付勢手段として用いたものであ
る。

【００２４】請求項７の発明に係る接点開閉装置は、可
動接点が固定接点に接触した瞬間に可動構造体に作用す
る主接点ばねの予圧をキャンセルするキャンセル力を可
動構造体に作用させるキャンセル機構を備えたものであ
る。

【００２５】請求項８の発明に係る接点開閉装置は、互
いに異なる条件でキャンセル力を作用させる複数のキャ
ンセル機構を備えたものである。

【００２６】請求項９の発明に係る接点開閉装置は、キ
ャンセル力を磁気的に発生するキャンセル機構を用いた
ものである。

【００２７】請求項１０の発明に係る接点開閉装置は、
可動構造体及びベースのいずれか一方に設けられている
永久磁石と、可動構造体及びベースのいずれか他方に設
けられ、永久磁石の磁力により吸引される吸着部材とを
有するキャンセル機構を用いたものである。

【００２８】請求項１１の発明に係る接点開閉装置は、
ベースと、このベースに設けられ、固定接点を有してい
る固定接触子と、ベースに往復動可能に設けられている
可動構造体と、この可動構造体の往復動方向へ往復動可
能に可動構造体に設けられ、固定接点に接離する可動接
点を有している可動接触子と、可動構造体と可動接触子
との間に与圧された状態で設けられ、閉成時に可動接点
に主接点力を与える主接点ばねと、ベースに設けられ、
可動構造体を閉成方向へ移動させる駆動手段と、ベース
と可動構造体との間に設けられ、可動接点から固定接点
を開離させる引外し手段と、可動接点が固定接点に接触
した瞬間に可動構造体に作用する主接点ばねの予圧をキ
ャンセルするキャンセル力を可動構造体に作用させるキ
ャンセル機構とを備えたものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。図１はこの発明の実施の形態の一例
による接点開閉装置の初期状態の断面図、図２は図１の
ＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断
面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、
図１は図２のＩ−Ｉ線断面図に相当するものである。

【００３０】図において、１１は閉成ストッパ１１ａが
設けられている取付台、１２は取付台１１上に固定され
ているハウジング、１３はハウジング１２内に固定され
ている開成ストッパ、１４は取付台１１、ハウジング１
２及び開成ストッパ１３を有するベースである。１５は
開成ストッパ１３に固定されている複数の端子板、１６
は各端子板１５にそれぞれ電気的に接続され、かつ固定
されている固定接触子であり、これらの固定接触子１６
には、それぞれ固定接点１６ａが設けられている。

【００３１】１７はベース１４の上方に固定されている
駆動手段であり、この駆動手段１７としては、ＤＣリニ
アモータが使用されている。１８は駆動手段１７を貫通
し駆動手段１７により図１の上下方向へ往復摺動される
２本のロッドであり、これらのロッド１８の下端部は、
ベース１４内に挿入されている。また、駆動手段１７内
には、ロッド１８を案内する軸受機構（図示せず）が設
けられている。

【００３２】１９は図２の上下方向へ往復動可能にベー
ス１４内に設けられ、閉成ストッパ１１ａ及び開成スト
ッパ１３に接離するフレームであり、このフレーム１９
には、図１の左右方向へ貫通したばね収容部１９ａ及び
３つの窓１９ｂが設けられている。２０はばね収容部１
９ａ内でロッド１８の下端部に固定されている内部力発
生ばねストッパ、２１は内部力発生ばねストッパ２０と
フレーム１９との間に設けられ、ロッド１８に対してフ
レーム１９を図２の下方へ付勢しフレーム１９を内部力
発生ばねストッパ２０の上面に当接させる複数の内部力
発生ばねであり、これらの内部力発生ばね２１には、初
期状態で撓みが発生しない程度の予圧が与えられてい
る。

【００３３】２２は取付台１１とフレーム１９との間に
設けられ、フレーム１９を上方へ付勢してフレーム１９
を開成ストッパ１３に当接させる引外し手段としての複
数の引外しばね、２３はフレーム１９の窓１９ｂにそれ
ぞれ図２の上下方向へ摺動可能に設けられている複数の
可動接触子であり、これらの可動接触子２３の両端部に
は、固定接点１６ａに接離する可動接点２３ａがそれぞ
れ設けられている。２４は窓１９ｂ内にそれぞれ設けら
れ、可動接触子２３に主接点力を与える主接点ばねであ
り、これらの主接点ばね２４は、予圧された状態で窓１
９ｂ内に設けられている。

【００３４】２５はベース１４に固定されている小形永
久磁石、２６はロッド１８に固定され、小形永久磁石２
５により吸引される小形吸着部材、２７Ａ，２７Ｂは小
形永久磁石２５及び小形吸着部材２６を有するキャンセ
ル機構である。

【００３５】２８は内部力発生ばねストッパ２０に連結
されており、ロッド１８と一体に図２の上下方向へ往復
動する釣合ばねストッパ、２９は釣合ばねストッパ２８
に固定されている永久磁石、３０は永久磁石２９の両端
部に固定されている磁性体製のヨーク、３１は取付台１
１内の底部に固定されている磁性体製の吸着部材、３２
は永久磁石２９、ヨーク３０及び吸着部材３１を有する
付勢手段としての磁石ユニットである。

【００３６】３３，３４は取付台１１内の底部にそれぞ
れ立設されている第１及び第２釣合ばねであり、これら
第１及び第２釣合ばね３３は、ケーシング３３ａ，３４
ａ、このケーシング３３ａ，３４ａの端部に出没可能に
設けられ、釣合ばねストッパ２８が当接する当接部材３
３ｂ，３４ｂ、及びケーシング３３ａ，３４ａ内に設け
られ、当接部材３３ｂ，３４ｂを突出方向へ付勢するば
ね本体３３ｃ，３４ｃをそれぞれ有している。また、図
４に示すように、初期状態では、第１釣合ばね３３の当
接部材３３ｂの高さが、第２釣合ばね３４の当接部材３
４ｂの高さよりも高くなっている。

【００３７】なお、この実施の形態の可動構造体である
クロスバー３５は、ロッド１８、フレーム１９、内部力
発生ばねストッパ２０及び内部力発生ばね２１から構成
されている。

【００３８】次に、動作について説明する。初期状態で
は、クロスバー３５は、従来のものと同様に引外しばね
２２の反抗力によって開成ストッパ１３に押し付けられ
静止している。しかし、この実施の形態では、磁石ユニ
ット３２で構成された磁石ユニット３２が設けられてい
るので、初期状態でも、永久磁石２９と吸着部材３１と
の間にはヨーク３０を介して磁気吸引力が作用してい
る。このため、従来の図１２の引外しばね１０の反抗力
ｅに相当する力は、磁石ユニット３２の磁気吸引力Ｆｍ
と自重（図１の上下方向を天地として使用する場合）と
の和に打ち勝ってクロスバー３５を開成ストッパ１３に
押し付けるだけの大きさである。

【００３９】この状態で、駆動手段１７が引外しばね２
２の反抗力ｅ以上の駆動力を発生すると、クロスバー３
５は、図１及び図２の下方へ移動する。駆動手段１７
は、ＤＣリニアモータであるので、投入電力が一定なら
ば発生する駆動力は可動接点２３ａと固定接点１６ａと
の距離に依存することなく常に一定である。

【００４０】しかし、可動接点２３ａと固定接点１６ａ
との閉成動作を完了させるためには、駆動手段１７は、
主接点ばね２４及び引外しばね２２の反抗力に打ち勝つ
駆動力を発生しなければならない。従来の接点開閉装置
では、閉成動作完了時の主接点ばね７及び引外しばね１
０の反抗力の合計は、７．６ｋｇｆ＝７４．５Ｎであ
る。

【００４１】ここで、リニアモータにより１Ｗ当たり得
られる推力は、非常に効率が高いものでも５Ｎ／Ｗ程
度、通常の効率のものではその半分以下である。つま
り、仮にこの高効率リニアモータを用いたとしても必要
な投入電力は１５Ｗ程度となってしまい、従来例と比較
すると、初期状態の投入電力は６％程度に削減される
が、閉成動作完了時の投入電力は逆に７倍程度に増加し
悪化してしまう。

【００４２】これに対し、駆動手段１７への投入電力
を、従来例の閉成動作完了時の励磁コイル２に印加され
る電力＝２Ｗ程度に抑えるためには、主接点ばね２４及
び引外しばね２２の反抗力を低下させるのが最も容易な
方法である。しかし、主接点ばね２４のばね力を低下さ
せると、可動接点２３ａと固定接点１６ａとの接触時に
両者の間に生ずる電磁反発力によってハンチングが起
き、アークが発生し、その熱によって接点の摩耗を異常
に早めてしまう。また、最悪の場合には、可動接点２３
ａ及び固定接点１６ａが溶着して離れなくなり、開成動
作を行うことができなくなる。

【００４３】また、引外しばね２２のばね力を低下させ
ると、クロスバー３５をその自重に打ち勝って初期状態
に戻すことができなくなり、やはり開成動作を行うこと
ができなくなってしまう。従って、主接点ばね２４及び
引外しばね２２の反抗力を低下させることは難しい。

【００４４】そこで、主接点ばね２４及び引外しばね２
２の反抗力を従来並に確保しながら、従来例の閉成動作
完了時並の投入電力を達成するには、主接点ばね２４及
び引外しばね２２の反抗力とほぼ同じ大きさの力を反対
方向へ向けて加え、クロスバー３５に作用する力を、ほ
ぼ釣り合わせるようなかたちで小さくすればよい。この
場合、クロスバー３５には、合力としては小さな力しか
加わっていないので、駆動手段１７への投入電力を、従
来の閉成動作完了時の投入電力並にすることができる。

【００４５】このように、クロスバー３５にかかる力を
ほぼ釣り合わせるため、この実施の形態では、キャンセ
ル機構２７Ａ，２７Ｂ、磁石ユニット３２、第１釣合ば
ね３３及び第２釣合ばね３４が用られている。

【００４６】力が発生する方向を見ると、磁石ユニット
３２は常に閉成方向、即ち図２の下向きに力を発生す
る。第１釣合ばね３３及び第２釣合ばね３４は、開成方
向、即ち図２の上向きに力を発生する。キャンセル機構
２７Ａ，２７Ｂについては、小形吸着部材２６が小形永
久磁石２５と正対するまでは、閉成方向、即ち図２の下
向きの吸引力を発生する。この下向きの吸引力は、小形
吸着部材２６が小形永久磁石２５の上端面付近にあると
きに最大になり、その後徐々に減少してゆき、小形吸着
部材２６が小形永久磁石２５と正対するときに０にな
る。

【００４７】この後、小形吸着部材２６が小形永久磁石
２５の下端面付近に進むに従って、今度は開成方向、即
ち図２の上向きの吸引力が発生する。この上向きの吸引
力は、小形吸着部材２６が小形永久磁石２５の下端面付
近にあるときに最大になり、その後徐々に減少してゆ
く。

【００４８】また、フレーム１９が閉成ストッパ１１ａ
に当たって停止するまでは、内部力発生ばね２１は殆ど
縮むことがないため、ロッド１８及びフレーム１９は、
概ね一体となって移動する。この後、フレーム１９が閉
成ストッパ１１ａに当たって停止した後は、ロッド１８
だけが移動するため、内部力発生ばね２１にはロッド１
８の変位に応じた大きなばね力が発生する。この大きな
ばね力は、内部力発生ばねストッパ２０を介して磁石ユ
ニット３２の駆動力と釣り合うため、ロッド１８に大き
なばね力が反力として加わることはない。このため、駆
動手段１７が、ロッド１８をベース１４に向かって移動
させるのに必要な駆動力は、閉成ストッパ１１ａに当た
って停止するまでと同じになる。

【００４９】一方、内部力発生ばね２１に発生した大き
なばね力は、反力としてフレーム１９にも伝わる。フレ
ーム１９は静止して動けないため、この力によって、フ
レーム１９は閉成ストッパ１１ａに強く押しつけられる
ことになる。その結果、衝撃力のような突発的な外乱が
加わっても、フレーム１９が動くことがなく、従って主
接点力が変化せず、可動接点２３ａの固定接点１６ａか
らの開離が防止される。また、閉成方向へのフレーム１
９の変位を閉成ストッパ１１ａにより規制しているた
め、主接点ばね２４の変位を一定にすることができ、主
接点力を安定させることができる。

【００５０】次に、図５〜図１０はそれぞれ図１の接点
開閉装置のロッド１８の移動距離に対する変化の解析結
果を示したグラフであり、図５はロッド１８上端に作用
する力、図６は主接点ばね２４のばね力、図７はキャン
セル機構２７Ａ，２７Ｂが発生するキャンセル力、図８
は第１釣合ばね３３のばね力、図９は第２釣合ばね３４
のばね力、図１０は閉成ストッパ１１ａにかかる内部力
発生ばね２１のばね力に対する反力である。

【００５１】まず、駆動手段１７により初期状態のクロ
スバー３５が図１及び図２の下方へ移動される。このと
き、必要な駆動力は、例えば図１１に示した従来の接点
開閉装置における引外しばね１０の初期状態での反抗力
＝２ｋｇｆ＝１９．６Ｎである。仮に、高効率リニアモ
ータを用いるとすれば、必要な投入電力は４Ｗ程度であ
り、従来例の閉成動作完了時並の投入電力を達成してい
る。

【００５２】ここで、図５の実線は、第１釣合ばね３
３、第２釣合ばね３４及びキャンセル機構２７Ａ，２７
Ｂによる力の釣合わせを一切行わない無補正の場合を示
している。図５のグラフの縦軸は、ロッド１８上端での
力の釣合の結果を示しており、０では磁気吸引力とばね
力とがちょうど釣り合っており、プラス方向では磁気吸
引力、即ち図２の下向きの力が強く、マイナス方向では
ばね力、即ち図２の上向きの力が強いことを示してい
る。無補正の場合は、磁石ユニット３２の磁気吸引力
と、自重と、主接点ばね２４、引外しばね２２及び内部
力発生ばね２１のばね力との釣合の結果を示しているこ
とになる。

【００５３】図５のｉからｊまでは、可動接点２３ａと
固定接点１６ａとが接触するまでである。ここでは、引
外しばね２２の変位が増加し、図２の上方向にばね力が
線形的に徐々に増加してゆく。また、磁石ユニット３２
については、ロッド１８の移動に伴って永久磁石２９及
びヨーク３０が吸着部材３１に近づくので、図２の下方
向に磁気吸引力が非線形的に徐々に増加してゆく。

【００５４】この状態での磁石ユニット３２の磁気吸引
力は、その増加量が小さいので、ほぼ線形的に増加す
る。このため、ばね力と磁気吸引力とは、図５のｉから
ｊに示すようにほぼ釣り合う。従って、駆動手段１７へ
の投入電力は、従来例の閉成動作完了時並でよいことに
なる。なお、フレーム１９が閉成ストッパ１１ａに当接
して停止するｍまでは、内部力発生ばね２１は殆ど縮む
ことがなく、クロスバー３５のフレーム１９とロッド１
８とは、概ね一体となって移動する。

【００５５】図５のｊでは、可動接点２３ａと固定接点
１６ａとの接触が開始される。このため、ｊからｋで
は、主接点ばね２４の予圧が急激に立ち上がり、釣合を
示す線はマイナス側に急激に振れる。この後、ｋからｌ
の区間の前半では、引外しばね２２及び主接点ばね２４
のばね力の増加分と、磁石ユニット３２の磁気吸引力の
増加分とがほぼ釣り合うため、釣合を示す線はほぼ水平
な直線となる。しかし、ｋからｌの区間の後半になる
と、磁石ユニット３２の磁気吸引力が非線形的に急速に
増加するため、釣り合いを示す線は徐々にプラス側に振
れる。また、ｌからｍの区間については、ｋからｌの区
間の後半と同様である。

【００５６】図５のｍにおいてフレーム１９が閉成スト
ッパ１１ａに当接して停止すると、ここから先はロッド
１８だけが移動し続ける。また、この時点で引外しばね
２２及び主接点ばね２４の変位量も増加しなくなるの
で、ここから先の引外しばね２２及び主接点ばね２４の
ばね力は一定である。ｍからロッド１８が停止するまで
は、内部力発生ばね２１のばね力と磁石ユニット３２の
磁気吸引力との釣合になるが、やはり磁石ユニット３２
の磁気吸引力が非線形的に急速に増加するため、釣合を
示す線はプラス側に振れる。

【００５７】この区間では、内部力発生ばね２１に発生
したばね力は、反力としてフレーム１９にも伝わり、こ
の力によって、フレーム１９はベース１４の閉成ストッ
パ１１ａに強く押し付けられる。この力は、衝撃力のよ
うな突発的な外乱に対抗してフレーム１９を保持するよ
うに働くので、可動接点２３ａと固定接点１６ａとの開
離を防ぐことができる。

【００５８】このように、第１釣合ばね３３、第２釣合
ばね３４及びキャンセル機構２７Ａ，２７Ｂによる力の
釣合わせを一切行わなければ、ロッド１８が停止したと
きには、磁気吸引力の方が１６ｋｇｆ＝１５７Ｎ程度大
きくなっている。このため、可動接点２３ａと固定接点
１６ａとを開離させるために駆動手段１７に必要な投入
電力は３１Ｗ程度になってしまい、従来例の閉成動作完
了時並の投入電力では開成動作を行うことができない。

【００５９】そこで、実施の形態に示す接点開閉装置で
は、第１釣合ばね３３、第２釣合ばね３４及びキャンセ
ル機構２７Ａ，２７Ｂを用い、ｊ以降の力の釣合をと
り、従来例の閉成動作完了時並の投入電力で開閉動作を
行えるようにした。以下では、力の釣合をとったときの
動作について説明する。

【００６０】上述したように、図５及び図６のｊからｋ
の区間では、可動接点２３ａと固定接点１６ａとが接触
を開始するため、主接点ばね２４の予圧が急激に立ち上
がる。この部分で力の釣合をとるためには、キャンセル
機構２７Ａ，２７Ｂが用いられる。即ち、図２の下向き
に急速に立ち上がるキャンセル力（磁気吸引力）がロッ
ド１８に加えられる。

【００６１】この実施の形態では、条件の異なる２組の
キャンセル機構２７Ａ，２７Ｂが用いられている。そし
て、これらのキャンセル機構２７Ａ，２７Ｂは、大きさ
の異なる（ロッド１８の変位量に対して作用する範囲の
異なる）キャンセル力、即ちｎａｒｒｏｗ、ｗｉｄｅで
示す２通りのキャンセル力を同時に発生する。これら２
通りのキャンセル力は、図７のｊからｋ、さらに先の区
間で同時に加えられ、これにより主接点ばね２４の予圧
による急激な立ち上がり部分だけではなく、その後の水
平部分の力の釣合も同時にとることが可能となる。な
お、キャンセル力を加える時間、キャンセル力の大きさ
等の条件は、キャンセル機構２７Ａ，２７Ｂの小形吸着
部材２６及び小形永久磁石２５の厚さ、長さ、ギャップ
の大きさ、磁石の種類等を変化させることによって最適
化を図ることができる。

【００６２】また、磁気吸引力を用いたキャンセル機構
２７Ａ，２７Ｂでは、原理的に小形吸着部材２６が、小
形永久磁石２５と正対した後に、反対方向、即ち図２の
上方向の吸引力を発生する。しかし、最適化されたｎａ
ｒｒｏｗ、ｗｉｄｅの２通りのキャンセル力が同時に加
えられ合成されることにより、ｎａｒｒｏｗの反対方向
の吸引力の影響が低減される。また、図７のｌ以降には
ｗｉｄｅの反対方向の吸引力がそのまま残るが、この区
間は磁石ユニット３２の磁気吸引力の非線形的な増加が
急速に大きくなってくる区間であり、しかもｗｉｄｅの
反対方向の吸引力が磁石ユニット３２の磁気吸引力をキ
ャンセルする方向に働くので、ロッド１８上端での力の
釣合をとるためには好ましい。

【００６３】このように、キャンセル機構２７Ａ，２７
Ｂを用いて力の釣合をとることによって、ｊからｌの区
間ではばね力の方が少なくとも１ｋｇｆ＝９．８Ｎ程度
大きい状態にすることができる。このとき、駆動手段１
７に必要な投入電力は２Ｗ程度であり、従来例の閉成動
作完了時並の投入電力で閉成動作を行うことができる。

【００６４】次に、図５のｌからｍは、磁石ユニット３
２の磁気吸引力が非線形的に急速に大きくなる区間であ
る。この区間で力の釣合をとるためには、図８に示すよ
うな特性を持った第１釣合ばね３３のばね力を図２の上
向きにロッド１８に加え、磁石ユニット３２の磁気吸引
力をキャンセルすればよい。

【００６５】このように、第１釣合ばね３３のばね力を
用いて力の釣合をとることにより、ｌからｍの区間では
ばね力の方が少なくとも０．５ｋｇｆ＝４．９Ｎ程度大
きい状態にすることができる。このとき、駆動手段１７
に必要な投入電力は１Ｗ程度であり、従来例の閉成動作
完了時並の投入電力で閉成動作を行うことができる。

【００６６】次に、図５のｍからロッド１８が停止する
までの区間は、内部力発生ばね２１のばね力と、磁石ユ
ニット３２の磁気吸引力との釣合になるが、やはり磁石
ユニット３２の磁気吸引力の非線形的な増加がに急速に
大きくなる区間である。この区間で力の釣合をとるため
には、図９に示すような特性を持った第２釣合ばね３４
のばね力を図２の上向きにロッド１８に加え、磁石ユニ
ット３２の磁気吸引力をキャンセルすればよい。

【００６７】このように、第２釣合ばね３４のばね力を
用いて力の釣合をとることにより、ｍからロッド１８が
停止するまでの区間ではばね力の方が少なくとも０．１
ｋｇｆ＝１Ｎ程度大きい状態にすることができる。この
とき、駆動手段１７に必要な投入電力は０．２Ｗ程度で
あり、従来例の閉成動作完了時並の投入電力で閉成動作
を行うことができる。

【００６８】この場合でも、第２釣合ばね３４のばね力
をロッド１８に加えているので、内部力発生ばね２１に
発生したばね力の一部は、第２釣合ばね３４のばね力の
分だけキャンセルされる。しかし、内部力発生ばね２１
に発生したばね力の残りは、図１０に示すように反力と
してフレーム１９に伝わり、この力によってフレーム１
９は閉成ストッパ１１ａに強く押し付けられる。この力
は、衝撃力のような突発的な外乱に対抗してフレーム１
９を保持するように働くので、可動接点２３ａの固定接
点１６ａからの開離を防ぐことができる。

【００６９】以上のように、磁石ユニット３２、第１釣
合ばね３３、第２釣合ばね３４及びキャンセル機構２７
Ａ，２７Ｂを用い、クロスバー３５に作用する力をほぼ
釣り合わせることによって、従来例の閉成動作完了時並
の投入電力、即ち２Ｗ程度の電力を駆動手段１７に投入
するだけで、可動接点２３ａ及び固定接点１６ａの閉成
動作を行うことが可能になる。

【００７０】なお、上記実施の形態では、第１及び第２
釣合ばね３３，３４として圧縮ばねを用いたものを示し
たが、これに限定されるものではなく、例えば板ばねを
組み合わせたもの、非線形特性を示す円錐ばね、竹の子
ばね、又はこれらの組み合わせなどであってもよい。

【００７１】また、上記実施の形態では、図２の左側が
Ｎ極、右側がＳ極に着磁された永久磁石２９を磁石ユニ
ット３２に用いたが、所定の磁気吸引力が得られるなら
ば、着磁状態はこれに限定されるものではなく、例えば
図２の上がＮ極、下がＳ極に着磁されていてもよい。さ
らに、ヨーク３０の形状、寸法、材料及び取付位置等に
ついても、所定の磁気吸引力が得られる範囲で変更が可
能である。

【００７２】さらに、上記実施の形態では、ロッド１８
側の可動部材を磁石２９及びヨーク３０とし、ベース１
４側の固定部材を吸着部材３１としたが、逆に配置して
もよく、可動部を軽量化して動作特性を改善することが
できる。

【００７３】さらにまた、上記実施の形態では、急激に
立ち上がる１つの力と釣り合わせるために２組のキャン
セル機構２７Ａ，２７Ｂを設けたが、１つのキャンセル
機構で複数の急激に立ち上がる力と釣り合わせてもよ
く、力を釣り合わせることが可能であるならば、キャン
セル機構をどのように組み合せてもよい。

【００７４】また、上記実施の形態では、ロッド１８、
第１及び第２釣合ばね３３，３４、及び内部力ばね２１
の材料について特に限定していないが、磁石ユニット３
２やキャンセル機構２７Ａ，２７Ｂの磁気回路に悪影響
を及ぼさないものであれば、どのような材料を用いても
よく、必ずしも非磁性材料を用いる必要はない。

【００７５】さらに、上記実施の形態では、磁石ユニッ
ト３２のヨーク３０と吸着部材３１とが直接吸着する
が、ヨーク３０及び吸着部材３１の少なくともいずれか
一方の吸着面に、例えば非磁性体のシート等を貼り付け
てもよく、これにより着磁ばらつきや表面粗さのばらつ
き等による磁気吸引力のばらつきの影響を低減すること
ができる。

【００７６】さらにまた、上記実施の形態では、ベース
１４内に固定した釣合ばね３３，３４により釣合ばねス
トッパ２８を受けるようにしたが、釣合ばねのうちの少
なくとも１つを釣合ばねストッパ２８側に固定してベー
ス１４に接離させるようにしてもよい。

【００７７】また、上記実施の形態では、ベース１４と
釣合ばねストッパ２８との間に釣合ばね３３，３４を設
けたが、釣合ばねのうちの少なくとも１つをフレーム１
９とベース１４との間に設けてもよい。この場合、釣合
ばねは、ベース１４側に固定してもフレーム１９側に固
定してもよい。また、釣合ばねのうちの少なくとも１つ
を内部力発生ばねストッパ２０とベース１４との間に設
けてもよい。この場合、釣合ばねは、ベース１４側に固
定しても内部力発生ばねストッパ２０側に固定してもよ
い。

【００７８】さらに、上記実施の形態では、全ての内部
力発生ばね２４に与圧をかけて配置したが、少なくとも
１つの内部力発生ばねを与圧をかけずに配置してもよ
い。この場合、与圧をかけない内部力発生ばねは、ロッ
ド１８側に固定してもフレーム１９側に固定してもよ
い。

【００７９】さらにまた、上記実施の形態では、駆動手
段１７としてＤＣリニアモータを用いたが、所定の性能
が得られ、寸法的制約、コスト等を満足するものであれ
ば、例えばプランジャなど、他のどのようなものを用い
てもよい。また、変位拡大機構や減速機構等を併用して
もよい。

【００８０】また、上記実施の形態では、磁気回路を用
いた方式のキャンセル機構２７Ａ，２７Ｂを示したが、
所定のキャンセル力が得られるものであれば、他のどの
ような方式を用いてもよい。さらに、付勢手段も磁石ユ
ニット３２に限定されるものではない。さらにまた、可
動構造体はクロスバー３５に限定されるものではない。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
接点開閉装置は、可動構造体に対して閉成方向への力を
作用させる付勢手段をベースと可動構造体との間に設け
たので、可動構造体に対して作用する開成方向への力に
付勢手段による付勢力をほぼ釣り合わせて、駆動手段に
必要な駆動力を小さくすることができ、駆動手段への投
入電力を小さくすることができる。

【００８２】請求項２の発明の接点開閉装置は、ロッ
ド、フレーム、内部力発生ばねストッパ及び内部力発生
ばねにより可動構造体を構成したので、ロッドとフレー
ムとの相対変位に対応して発生したばね力を内部力とし
て内部力発生ばねに蓄えることができ、これにより衝撃
力のような突発的な外乱に対してフレームを強固に保持
することができ、可動接点と固定接点との開離を防ぐこ
とができる。

【００８３】請求項３の発明の接点開閉装置は、フレー
ムの閉成方向への移動を規制する閉成ストッパをベース
に設けたので、主接点ばねの変位を一定にでき、一定の
主接点力を得ることができる。

【００８４】請求項４の発明の接点開閉装置は、可動構
造体の閉成方向への変位の途中から可動構造体に対して
開成方向へのばね力を作用させる釣合ばねをベースと可
動構造体との間に設けたので、付勢手段による付勢力が
非線形的に変化する場合にも、可動構造体に作用する合
力を安定させることができ、駆動手段への投入電力を小
さく保つことができる。

【００８５】請求項５の発明の接点開閉装置は、ばね力
の作用タイミングの異なる複数の釣合ばねを設けたの
で、付勢手段による付勢力の非線形的な変化に対して、
より確実に対応することができる。

【００８６】請求項６の発明の接点開閉装置は、永久磁
石と吸着部材とを有する磁石ユニットを付勢手段として
用いたので、電力を消費せずに非線形的な付勢力を可動
構造体に作用させることができる。また、電気配線等が
不要であるため、部品点数が少なく、信頼性に優れ、コ
ストも低減できる。

【００８７】請求項７の発明の接点開閉装置は、可動接
点が固定接点に接触した瞬間に可動構造体に作用する主
接点ばねの予圧をキャンセルするキャンセル力を可動構
造体に作用させるキャンセル機構を設けたので、駆動手
段に必要な駆動力を小さくすることができ、駆動手段へ
の投入電力を小さくすることができる。

【００８８】請求項８の発明の接点開閉装置は、互いに
異なる条件でキャンセル力を作用させる複数のキャンセ
ル機構を用いたので、駆動手段に必要な駆動力を小さく
することができ、駆動手段への投入電力を小さくするこ
とができる。

【００８９】請求項９の発明の接点開閉装置は、キャン
セル力を磁気的に発生するキャンセル機構を用いたの
で、電力を消費せずにキャンセル力を得ることができ
る。また、電気配線等が不要であるため、部品点数が少
なく、信頼性に優れ、コストも低減できる。

【００９０】請求項１０の発明の接点開閉装置は、永久
磁石と吸着部材とを有するキャンセル機構を用いたの
で、簡単な構造でより確実にキャンセル力を発生させる
ことができる。

【００９１】請求項１１の発明の接点開閉装置は、可動
接点が固定接点に接触した瞬間に可動構造体に作用する
主接点ばねの予圧をキャンセルするキャンセル力を可動
構造体に作用させるキャンセル機構を設けたので、駆動
手段に必要な駆動力を小さくすることができ、駆動手段
への投入電力を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態の一例による接点開閉
装置の初期状態の断面図である。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】 図１のロッドの変位量とロッド上端に作用す
る力との関係を示す関係図である。

【図６】 図１のロッドの変位量と主接点ばねのばね力
との関係を示す関係図である。

【図７】 図１のロッドの変位量とキャンセル機構が発
生するキャンセル力との関係を示す関係図である。

【図８】 図１のロッドの変位量と第１釣合ばねのばね
力との関係を示す関係図である。

【図９】 図１のロッドの変位量と第２釣合ばねのばね
力との関係を示す関係図である。

【図１０】 図１のロッドの変位量と閉成ストッパにか
かる内部力発生ばねのばね力に対する反力との関係を示
す関係図である。

【図１１】 従来の接点開閉装置の一例の初期状態を示
す断面図である。

【図１２】 図１１の可動鉄心の移動距離と、可動鉄心
に作用する吸引力と反抗力との合力との関係の概略を示
す関係図である。

【符号の説明】

１１ａ 閉成ストッパ、１４ ベース、１６ 固定接触
子、１６ａ 固定接点、１７ 駆動手段、１８ ロッ
ド、１９ フレーム、２０ 内部力発生ばねストッパ、
２１ 内部力発生ばね、２２ 引外しばね（引外し手
段）、２３ 可動接触子、２３ａ 可動接点、２４ 主
接点ばね、２５ 小形永久磁石、２６ 小形吸着部材、
２７Ａ，２７Ｂ キャンセル機構、２９ 永久磁石、３
１ 吸着部材、３２ 磁石ユニット（付勢手段）、３３
第１釣合ばね、３４ 第２釣合ばね、３５ クロスバ
ー（可動構造体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 高明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースと、 このベースに設けられ、固定接点を有している固定接触
   子と、 上記ベースに往復動可能に設けられている可動構造体
   と、 この可動構造体の往復動方向へ往復動可能に上記可動構
   造体に設けられ、上記固定接点に接離する可動接点を有
   している可動接触子と、 上記可動構造体と上記可動接触子との間に与圧された状
   態で設けられ、閉成時に上記可動接点に主接点力を与え
   る主接点ばねと、 上記ベースに設けられ、上記可動構造体を閉成方向へ移
   動させる駆動手段と、 上記ベースと上記可動構造体との間に設けられ、上記可
   動接点から上記固定接点を開離させる引外し手段と、 上記ベースと上記可動構造体との間に設けられ、上記可
   動構造体に対して閉成方向への力を作用させる付勢手段
   とを備えていることを特徴とする接点開閉装置。
2. 【請求項２】 可動構造体は、駆動手段により往復動さ
   れるロッドと、可動接触子及び主接点ばねが設けられ上
   記ロッドに対して上記可動構造体の往復動方向へ変位可
   能なフレームと、上記ロッドに設けられ、上記ロッドに
   対する上記フレームの閉成方向への相対変位を規制する
   内部力発生ばねストッパと、この内部力発生ばねストッ
   パと上記フレームとの間に設けられ、上記ロッドと上記
   フレームとの相対変位に対応したばね力を発生する内部
   力発生ばねとを有していることを特徴とする請求項１記
   載の接点開閉装置。
3. 【請求項３】 ベースには、フレームの閉成方向への移
   動を規制する閉成ストッパが設けられている請求項２記
   載の接点開閉装置。
4. 【請求項４】 ベースと可動構造体との間に設けられ、
   上記可動構造体の閉成方向への変位の途中から上記可動
   構造体に対して開成方向へのばね力を作用させる釣合ば
   ねを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３のいずれかに記載の接点開閉装置。
5. 【請求項５】 互いに異なるタイミングで可動構造体に
   ばね力を作用させる複数の釣合ばねを備えていることを
   特徴とする請求項４記載の接点開閉装置。
6. 【請求項６】 可動構造体及びベースのいずれか一方に
   設けられている永久磁石と、上記可動構造体及び上記ベ
   ースのいずれか他方に設けられ、上記永久磁石の磁力に
   より吸引される吸着部材とを有する磁石ユニットが付勢
   手段として用いられていることを特徴とする請求項１な
   いし請求項５のいずれかに記載の接点開閉装置。
7. 【請求項７】 可動接点が固定接点に接触した瞬間に可
   動構造体に作用する主接点ばねの予圧をキャンセルする
   キャンセル力を上記可動構造体に作用させるキャンセル
   機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求
   項６のいずれかに記載の接点開閉装置。
8. 【請求項８】 互いに異なる条件でキャンセル力を作用
   させる複数のキャンセル機構を備えていることを特徴と
   する請求項７記載の接点開閉装置。
9. 【請求項９】 キャンセル力を磁気的に発生するキャン
   セル機構を用いたことを特徴とする請求項７又は請求項
   ８に記載の接点開閉装置。
10. 【請求項１０】 キャンセル機構は、可動構造体及びベ
    ースのいずれか一方に設けられている永久磁石と、上記
    可動構造体及び上記ベースのいずれか他方に設けられ、
    上記永久磁石の磁力により吸引される吸着部材とを有し
    ていることを特徴とする請求項９記載の接点開閉装置。
11. 【請求項１１】 ベースと、 このベースに設けられ、固定接点を有している固定接触
    子と、 上記ベースに往復動可能に設けられている可動構造体
    と、 この可動構造体の往復動方向へ往復動可能に上記可動構
    造体に設けられ、上記固定接点に接離する可動接点を有
    している可動接触子と、 上記可動構造体と上記可動接触子との間に与圧された状
    態で設けられ、閉成時に上記可動接点に主接点力を与え
    る主接点ばねと、 上記ベースに設けられ、上記可動構造体を閉成方向へ移
    動させる駆動手段と、 上記ベースと上記可動構造体との間に設けられ、上記可
    動接点から上記固定接点を開離させる引外し手段と、 上記可動接点が上記固定接点に接触した瞬間に上記可動
    構造体に作用する上記主接点ばねの予圧をキャンセルす
    るキャンセル力を上記可動構造体に作用させるキャンセ
    ル機構とを備えていることを特徴とする接点開閉装置。