JP5806561B2 - 電磁接触器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接点装置がガスで密閉された電磁接触器の製造方法に関する。

従来の電磁接触器のガス密閉型構造（以下、カプセル構造品という）として、図４に示す構造のものが知られている。
図４のカプセル構造品は、セラミック製の消弧室１内部に、固定接点２６、可動接点２７ａを有する可動端子２７、可動軸２８、接触バネ２９等が組み込まれている。キャップ８内には可動軸２８が連結された可動鉄心３０、復帰バネ３１が組み込まれている。消弧室１には、固定端子２及び消弧室１と接続部材３が接合されており、接続部材３は、消弧室１の開口端部１ａに接合した筒部３ａと、フランジ部３ｂとで構成されている。

図４の符号４は、可動軸２８が挿通する開口穴４ａを形成したベース板であり、このベース板４とキャップ８のフランジ部８ａ及びベース板４と接続部材３のフランジ部３ｂが、レーザ溶接により接合されている。
図５は、図４で示したカプセル構造品の接合部分を示したものであり、消弧室１と固定端子２及び消弧室１と接続部材３は、夫々ろう付け（符号５で示す部分）により接合されている。ろう付けを行なう際に重要なことは、接合する材料間の特性上の考慮が必要となる。すなわち、接合する材料間の膨張係数差による残留応力割れを防止することである。

そのため、接合する材料の一方の継手構造部の板厚を薄くしたり、あるいは接合する材料の間に中間リング材を入れて膨張係数差を少なくしたりして、残留応力の緩和を図っていることである。
特に、セラミック製の消弧室１と接続部材３とのろう付け５は、ろう付け長さがより大きいため消弧室１のろう付け部に対して、残留応力をいかに小さくするかの継手設計が重要となっている。

図５の符号６で示す部分は、ろう付け後に行なうシール溶接を行なう部位であり、ベース板４と接続部材３のフランジ部３ａとの間に四角形状のシール溶接６を行うとともに、キャップ８のフランジ部８ａとベース板４との間に円周形状のシール溶接６を行なう。なお、シール溶接法としてはレーザ溶接が行なわれている。
また、図６は、別構造のカプセル構造品を示すものであり、消弧室１とベース板４との間に、段差部を設けた形状として緩衝機能を有する接続部材７が介装されており、この接続部材７及び消弧室１はろう付け５で接合されており、接続部材７及びベース板４はプロジェクション溶接８で接合されている。

ここで、セラミック製の消弧室１は、成形、焼成、研磨などの工程を経るが、片面開きの直方体を製造する場合、特に開き面積に対する奥行き深さの割合が大きくなると成形・焼成の工程で奥行き部に微細割れなどが発生し易いため、最適な成形型を製作するための手直しが必要である。また、セラミック自体は衝撃に弱いので、セラミック製の消弧室１の製作は研磨工程を含め、キズなどを完全に除去しなければならないという問題もある。

また、図７に示すものは、図５及び図６に示したものと異なる構成のカプセル構造品を示すものである（例えば、特許文献１）。
このカプセル構造品は、セラミック板８と、金属製ケース９と、金属枠体１０とを備え、セラミック板８と、このセラミック板８に対して熱膨張率が近い材料（４２アロイ、コバールなど）からなる金属枠体１０とがろう付け１１で接合され、金属枠体１０と金属ケース９とが、四角形周のシール溶接としてプロジエクション溶接１２で接合されている。

これらセラミック板８、金属製ケース９及び金属枠体１０の継手構造（図７の符号１３で示す接合部）における金属枠体の他の形状として、図８（ａ）〜（ｄ）のものがある。セラミック板８と金属ケース９の仲介としての金属枠体１４ａ〜１４ｄは、それぞれセラミック板８に対してはろう付け１５で接合され、金属ケース９に対してはプロジェクション溶接１６で接合されている。

ところで、上記構成のセラミック板８は、図５及び図６で示したセラミック製の消弧室１と比べて、平板形状という構造がシンブルなため割れ発生が起こりにくい。
また、セラミック板８は構造上応力が集中する箇所がないため、製造段階やカプセル構造品の製造段階でも割れが起こりにくい。
しかし、セラミック板８と、金属枠体１０、１４ａ〜１４ｄとのろう付け工程で熱的な反りが発生しやすく、金属枠体１０、１４ａ〜１４ｄと金属ケース９とのプロジェクション溶接工程では、上部電極と下部電極とを挟みこんで加圧抵抗溶接するので、四角形周上のシール溶接部に応力がかかり易くなる。

そのため、図７及び図８で示したセラミック板８を使用するカプセル構造品は、セラミック板８と金属枠体１０、１４ａ〜１４ｄとのろう付け箇所に割れの発生が起きないように、プロジェクション溶接用上部・下部電極形状、挟みこむ挟み代、金属枠体１０、１４ａ〜１４ｄの継手形状など、技術的なノウハウが必要となるという問題がある。

特開２００１−０６８５７３号公報

以上より、本発明は上記に記載した様々な問題点に鑑みてなされたものであり、セラミック板に割れが生じにくく、信頼性の高いセラミック板、接続部材、金属筐体の接続構造を得ることができる電磁接触器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の実施の形態に係る電磁接触器の製造方法は、開口穴を有するベース板と、このベース板の上部に固定される金属筐体と、この金属筐体の上部に固定される筒形状の接続部材と、この接続部材の上部の開放端面に固定され、且つ固定端子が貫通して固定されるセラミック板と、前記ベース板の下部に固定されるキャップと、を備え、前記接続部材、前記セラミック板及び前記固定端子をろう付けで接合して第１組立て部品を形成し、前記ベース板、前記金属筐体及び前記キャップを溶接で接合して第２組立て部品を形成するとともに、前記第１組立て部品の下部と前記第２組立て部品の上部とにそれぞれ設けた重合部を重ね合わせ、それら重合部の重ね合わせ方向の外方からレーザ光を照射して前記第１組立て部品及び前記第２組立て部品をレーザ溶接により接合することを特徴とする電磁接触器の製造方法である。

また、本発明の第２の実施の形態に係る電磁接触器の製造方法は、前記接続部材は、筒部と、この筒部の下端から筒部軸方向に直交して外方に突出するフランジ部とを備え、前記金属筐体は、筒部と、この筒部の上端から筒部軸方向に直交して外方に突出するフランジ部とを備え、これらフランジ部同士を前記重合部として重ね合わせ、上下方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする電磁接触器の製造方法である。

また、本発明の第３の実施の形態に係る電磁接触器の製造方法は、前記接続部材は、筒部と、この筒部の下端から筒部軸方向に沿って縮径、或いは拡径する傾斜フランジ部とを備え、前記金属筐体は、筒部と、この筒部の上端から筒部軸方向に沿って拡径、或いは縮径する傾斜フランジ部とを備え、これら傾斜フランジ部同士を前記重合部として重ね合わせ、斜め上下方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする電磁接触器の製造方法である。

さらに、本発明の第４の実施の形態に係る電磁接触器の製造方法は、前記接続部材の下端及び前記金属筐体の上端の一方に拡筒部を設け、それら前記接続部材の下端及び前記金属筐体の上端の他方に、前記拡筒部の内側に嵌まり込むことが可能なストレート筒部を設け、前記拡筒部及び前記ストレート筒部を前記重合部として重ね合わせ、水平方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする電磁接触器の製造方法である。
さらにまた、本発明の第５の実施の形態に係る電磁接触器の製造方法は、前記第１組立て部品及び前記第２組立て部品を接合する前記レーザ溶接は、溶接速度が３〜５m/minの高速溶接であることを特徴とする電磁接触器の製造方法である。

本発明に係る電磁接触器の製造方法によれば、接続部材、セラミック板及び固定端子をろう付けで接合して第１組立て部品を形成しているので、セラミック板が割れ等の欠陥が発生するのを抑制することができる。
また、第１組立て部品及び第２組立て部品のそれぞれ設けた重合部を重ね合わせ、物理的な加圧を作用せずにレーザ溶接を行なうことで、正常な重合部の溶接を行なうことができる。

本発明に係る第１実施形態の電磁接触器のガス密閉型構造を示す要部断面図である。 本発明に係る第２実施形態の電磁接触器のガス密閉型構造を示す要部断面図である。 本発明に係る第３実施形態の電磁接触器のガス密閉型構造を示す要部断面図である。 従来の電磁接触器のガス密閉型構造を示す図である。 従来の他の電磁接触器のガス密閉型構造を示す図である。 従来の他の電磁接触器のガス密閉型構造を示す図である。 従来の他の電磁接触器のガス密閉型構造を示す図である。 図７で示した電磁接触器のガス密閉型構造の接合部の変形例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、電磁接触器のガス密閉型構造（以下、カプセル構造品という）の第１実施形態を示すものである。
本実施形態のカプセル構造品１５は、ベース板１６と、ベース板１６の上面に固定された四角筒状の金属筐体１７と、金属筐体１７の上部に固定された四角筒状の接続部材１８と、接続部材１８の上部開口部を閉塞して固定されたセラミック板１９と、セラミック板１９を貫通して固定した固定端子２０と、ベース板１６の下面に固定されたキャップ２１と、を備えている。ベース板１６、金属筐体１７、接続部材１８及びセラミック板１９で囲まれた空間には、図４で示した可動接点２７ａを有する可動端子２７、可動軸２８、接触バネ２９等が組み込まれている。また、キャップ２１内には、図４で示した可動軸２８が連結された可動鉄心３０、復帰バネ３１が組み込まれている。

金属筐体１７は、筒部１７ａと、筒部１７ａの一端から筒部１７ａに直交して外方に突出する第１フランジ部１７ｂと、筒部１７ａの他端から筒部１７ａに直交して外方に突出する第２フランジ部１７ｃとを備えている。
接続部材１８は、セラミック板１９の膨張係数に近い４２アロイ、或いはコバール等の材料からなり、セラミック板１９に一端が接合した筒部１８ａと、筒部１８ａの他端から筒部１８ａに直交して外方に突出するフランジ部１８ｂとを備えている。

キャップ２１は、有底筒状の円筒部２１ａと、円筒部２１ａの開放端で外方に突出して形成されたフランジ部２１ｂとを備えている。
接続部材１８、セラミック板１９及び固定端子２０は、真空ろう付けで接合されている。すなわち、セラミック板１９に設けた貫通穴１９ａに挿通した固定端子２０が真空ろう付けで接合されているとともに、互いに密着した接続部材１８の筒部１８ａ及びセラミック板１９が真空ろう付けで接合されている。なお、ろう付けで接合した接続部材１８、セラミック板１９及び固定端子２０を、第１組立て部品２２と称する。

また、キャップ２１、ベース板１６及び金属筐体１７は、レーザ溶接で接合されている。すなわち、互いに密着したキャップ２１のフランジ部２１ｂ及びベース板１６がレーザ溶接で接合されているとともに、互いに密着した金属筐体１７の第１フランジ部１７ｂ及びベース板１６がレーザ溶接で接合されている。なお、レーザ溶接で接合したキャップ２１、ベース板１６及び金属筐体１７を、第２組立て部品２３と称する。

そして、第１組立て部品２２の接続部材１８のフランジ部１８ｂと第２組立て部品２３の金属筐体１７の第２フランジ部１７ｃを重ね合わせ、上方からフランジ部１８ｂに向けて入射したレーザ光２４によりフランジ部１８ｂ及び第２フランジ部１７ｃの周方向にレーザ溶接を行なうことで、第１及び第２組立て部品２２，２３が一体化されてカプセル構造品１５が形成される。
ここで、第１及び第２組立て部品２２，２３を一体化する際のレーザ溶接は、溶接速度を３〜５m/minとした高速溶接である。

本実施形態によると、第１組立て部品２２は真空ろう付けで一体化されているので、接続部材１８の筒部１８ａに接合したセラミック板１９には割れ等の欠陥が発生しない。
また、第１組立て部品２２及び第２組立て部品２３を一体化する際には、重ね合わせてレーザ溶接されるフランジ部１８ｂ及び第２フランジ部１７ｃに物理的な加圧が作用しないので、フランジ部１８ｂ及び第２フランジ部１７ｃを正常に溶接することができる。そして、フランジ部１８ｂ及び第２フランジ部１７ｃの溶接の際には、セラミック板１９のろう付け部に対して負荷を与えることがない。

さらに、フランジ部１８ｂ及び第２フランジ部１７ｃのレーザ溶接は高速溶接で行なっているので、溶接部の周辺が高温度で加熱されて変形することもない。
次に、図２に示すものは、第２実施形態のカプセル構造品を示すものである。なお、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のカプセル構造品２５は、図１で示したカプセル構造品１５に対して金属筐体１７及び接続部材１８が異なっている。

金属筐体１７は、筒部１７ａと、筒部１７ａの一端から筒部１７ａに直交して外方に突出する第１フランジ部１７ｂと、筒部１７ａの他端に形成された傾斜フランジ部１７ｄとで構成されている。
傾斜フランジ部１７ｄは、筒部１７ａの他端から軸方向に離間するに従い徐々に拡径した形状を有している。
また、接続部材１８は、セラミック板１９の膨張係数に近い４２アロイ、或いはコバール等の材料からなり、セラミック板１９に一端が接合した筒部１８ａと、筒部１８ａの他端に形成した傾斜フランジ部１８ｃとで構成されている。
傾斜フランジ部１８ｃは、筒部１８ａの他端から軸方向に離間するに従い徐々に縮径した形状を有している。

本実施形態は、第１組立て部品２２の接続部材１８の傾斜フランジ部１８ｃと、第２組立て部品２３の金属筐体１７の傾斜フランジ部１７ｄを重ね合わせ、斜め下方から傾斜フランジ部１７ｄに向けて入射したレーザ光２６により傾斜フランジ部１８ｃ及び傾斜フランジ部１７ｄの周方向にレーザ溶接を行なうことで、第１及び第２組立て部品２２，２３が一体化されてカプセル構造品２５が形成される。

本実施形態も、第１及び第２組立て部品２２，２３を一体化する際のレーザ溶接は、溶接速度を３〜５m/minとした高速溶接である。
本実施形態も、第１実施形態と同様に、第１組立て部品２２及び第２組立て部品２３を一体化する際には、重ね合わせてレーザ溶接される傾斜フランジ部１８ｃ及び傾斜フランジ部１７ｄに物理的な加圧が作用しないので、傾斜フランジ部１８ｃ及び傾斜フランジ部１７ｄを正常に溶接することができる。そして、傾斜フランジ部１８ｃ及び傾斜フランジ部１７ｄの溶接の際には、セラミック板１９のろう付け部に対して負荷を与えることがない。

さらに、傾斜フランジ部１８ｃ及び傾斜フランジ部１７ｄのレーザ溶接は高速溶接で行なっているので、溶接部の周辺が高温度で加熱されて変形することもない。
さらに、図３に示すものは、第３実施形態のカプセル構造品を示すものである。なお、本実施形態も、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のカプセル構造品３２は、図１で示したカプセル構造品１５に対して金属筐体１７及び接続部材１８が異なっている。
金属筐体１７は、筒部１７ａと、筒部１７ａの一端から筒部１７ａに直交して外方に突出する第１フランジ部１７ｂとで構成されている。
また、接続部材１８は、セラミック板１９の膨張係数に近い４２アロイ、或いはコバール等の材料からなり、セラミック板１９に一端が接合した筒部１８ａと、筒部１８ａの他端に形成した拡筒部１８ｄとで構成されている。

拡筒部１８ｄは、筒部１８ａの外径より大きな内径を有した筒状部であり、この拡筒部１８ｄに、金属筐体１７の筒部１７ａの他端部が内側から嵌まり込むようになっている。
本実施形態は、第１組立て部品２２の接続部材１８に形成した拡筒部１８ｄに、第２組立て部品２３の金属筐体１７の筒部１７ａを内側から嵌め込んで重ね合わせ、水平方向から拡筒部１８ｄに向けて入射したレーザ光３３により拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａの周方向にレーザ溶接を行なうことで、第１及び第２組立て部品２２，２３が一体化されてカプセル構造品３２が形成される。

本実施形態も、第１及び第２組立て部品２２，２３を一体化する際のレーザ溶接は、溶接速度を３〜５m/minとした高速溶接である。
本実施形態も、第１実施形態と同様に、第１組立て部品２２及び第２組立て部品２３を一体化する際には、重ね合わせてレーザ溶接される拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａに物理的な加圧が作用しないので、拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａを正常に溶接することができる。そして、拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａの溶接の際には、セラミック板１９のろう付け部に対して負荷を与えることがない。

さらに、拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａのレーザ溶接は高速溶接で行なっているので、溶接部の周辺が高温度で加熱されて変形することもない。
さらにまた、本実施形態の拡筒部１８ｄ及び筒部１７ａは嵌め合い状態となっているので、第１組立て部品２２及び第２組立て部品２３をセットした際の位置決めを容易に行なうことができる。

なお、レーザの種類としては、ビーム品質が極めて良いファイバーレーザ、あるいはディスクレーザなどが良い。これらのレーザは、ビーム品質が極めて高い（Ｍ２値＝１．１：光の回折限界に近い値）ためである。長焦点距離のレンズ（Ｆ＝３００〜５５０ｍｍ）を使用しても集光ビーム径を小さく確保できるだけでなく。ビームの集光角が小さくできるので、狭小幅で深い溝の底までレーザ光が届くという特徴（途中の壁に光が干渉しない）があるからである。もちろん従来のＹＡＧレーザやＣ０２レーザでも構わないが、ビーム品質の点で上記のような狭小幅で深い溝の底に対応できるかが難しい点であることに注意が必要である。

１５…カプセル構造品、１６…ベース板、１７…金属筐体、１７ａ…筒部、１７ｂ…第１フランジ部、１７ｃ…第２フランジ部、１７ｄ…傾斜フランジ部、１８…接続部材、１８ａ…筒部、１８ｂ…フランジ部、１８ｃ…傾斜フランジ部、１８ｄ…拡筒部、１９…セラミック板、１９ａ…貫通穴、２０…固定端子、２１…キャップ、２１ａ…円筒部、２１ｂ…フランジ部、２２…第１組立て部品、２３…第２組立て部品、２４…レーザ光、２５…カプセル構造品、２６…レーザ光、２７…可動端子、２７ａ…可動接点、２８…可動軸、２９…接触バネ、３０…可動鉄心、３１…復帰バネ、３２…カプセル構造品、３３…レーザ光

Claims (5)

1. 開口穴を有するベース板と、
   このベース板の上部に固定される金属筐体と、
   この金属筐体の上部に固定される筒形状の接続部材と、
   この接続部材の上部の開放端面に固定され、且つ固定端子が貫通して固定されるセラミック板と、
   前記ベース板の下部に固定されるキャップと、を備え、
   前記接続部材、前記セラミック板及び前記固定端子をろう付けで接合して第１組立て部品を形成し、
   前記ベース板、前記金属筐体及び前記キャップを溶接で接合して第２組立て部品を形成するとともに、
   前記第１組立て部品の下部と前記第２組立て部品の上部とにそれぞれ設けた重合部を重ね合わせ、それら重合部の重ね合わせ方向の外方からレーザ光を照射して前記第１組立て部品及び前記第２組立て部品をレーザ溶接により接合することを特徴とする電磁接触器の製造方法。
2. 前記接続部材は、筒部と、この筒部の下端から筒部軸方向に直交して外方に突出するフランジ部とを備え、
   前記金属筐体は、筒部と、この筒部の上端から筒部軸方向に直交して外方に突出するフランジ部とを備え、
   これらフランジ部同士を前記重合部として重ね合わせ、上下方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁接触器の製造方法。
3. 前記接続部材は、筒部と、この筒部の下端から筒部軸方向に沿って縮径、或いは拡径する傾斜フランジ部とを備え、
   前記金属筐体は、筒部と、この筒部の上端から筒部軸方向に沿って拡径、或いは縮径する傾斜フランジ部とを備え、
   これら傾斜フランジ部同士を前記重合部として重ね合わせ、斜め上下方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁接触器の製造方法。
4. 前記接続部材の下端及び前記金属筐体の上端の一方に拡筒部を設け、それら前記接続部材の下端及び前記金属筐体の上端の他方に、前記拡筒部の内側に嵌まり込むことが可能なストレート筒部を設け、
   前記拡筒部及び前記ストレート筒部を前記重合部として重ね合わせ、水平方向から前記レーザ光を照射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁接触器の製造方法。
5. 前記第１組立て部品及び前記第２組立て部品を接合する前記レーザ溶接は、溶接速度が３〜５m/minの高速溶接であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電磁接触器の製造方法。

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