(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-26
(45)【発行日】2024-12-04
(54)【発明の名称】リレー
(51)【国際特許分類】
H01H 50/12 20060101AFI20241127BHJP
【FI】
H01H50/12 G
(21)【出願番号】P 2021059795
(22)【出願日】2021-03-31
【審査請求日】2024-02-27
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社SUBARU
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】附田 幸広
【審査官】石井 茂
(56)【参考文献】
【文献】実開昭52-098139(JP,U)
【文献】特開昭60-003828(JP,A)
【文献】実開平03-008850(JP,U)
【文献】特開2018-006209(JP,A)
【文献】実開平02-008840(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01H 1/06-1/66
H01H 45/00-45/14
H01H 50/00-50/92
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載される電源と電気負荷との間に接続されるリレーであって、
接点部を有する固定端子と、
前記固定端子の前記接点部に対して近接または離間可能に設けられる接点部を有する可動端子と、
前記固定端子に対して電気的に接続され、前記可動端子の前記接点部に隣接して配置される熱変形部材と、
を備え、
前記熱変形部材の温度が氷点下の第1閾値以上である場合、前記熱変形部材の先端部は、前記可動端子の前記接点部および前記固定端子の前記接点部から離隔した退避位置に配置され、
前記熱変形部材の温度が前記第1閾値未満である場合、前記熱変形部材が変形することにより、前記熱変形部材の前記先端部は、前記可動端子と接触可能な接触可能位置に配置され、さらに、前記可動端子が前記固定端子の前記接点部に近接する方向に移動したとき、当該方向に移動した前記可動端子は、前記接触可能位置に配置された前記熱変形部材の前記先端部と接触する、リレー。
【請求項2】
前記接触可能位置に配置された前記熱変形部材の前記先端部は、前記固定端子から離隔している、請求項1に記載のリレー。
【請求項3】
前記固定端子に接続され、前記熱変形部材を支持するスプリングをさらに備え、
前記熱変形部材は、前記スプリングを介して前記固定端子に対して電気的に接続される、請求項1または2に記載のリレー。
【請求項4】
非導電性材料で形成され、前記熱変形部材を前記可動端子の前記接点部に隣接する位置に保持するスペーサと、
前記スペーサに取り付けられ、前記熱変形部材と前記スプリングを接続するように設けられる金属端子と、
をさらに備え、
前記スプリングは、前記スペーサおよび前記金属端子を介して前記熱変形部材を支持し、
前記熱変形部材は、前記金属端子および前記スプリングを介して前記固定端子に対して電気的に接続される、請求項3に記載のリレー。
【請求項5】
非導電性材料で形成され、前記熱変形部材を前記可動端子の前記接点部に隣接する位置に保持するスペーサと、
前記スペーサに取り付けられ、前記熱変形部材に接続されずに前記スプリングに接続されるように設けられる金属端子と、
前記熱変形部材と前記金属端子を接続するように設けられ、フィン形状を有する導電性の熱交換部材と、
をさらに備え、
前記熱変形部材は、前記熱交換部材、前記金属端子および前記スプリングを介して前記固定端子に対して電気的に接続される、請求項3に記載のリレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載されるリレーに関する。
【背景技術】
【0002】
車両に搭載されるメインリレーは、例えば、車両各部の電気負荷と電源との間に接続され、電気負荷に対する電力の供給と遮断とを切り替えるためのスイッチとして利用される。このようなメインリレーとして、例えば、電磁リレーなどのメカニカルリレーが用いられる。電磁リレーは、励磁コイルの電磁誘導作用により可動端子を固定端子に対して近接または離間する方向に移動させることで、スイッチングを行う(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、従来のリレーでは、極低温環境下(例えば、外気温が-30℃~-10℃)において、リレー内部の可動端子と固定端子との接点部に結露水由来の氷結が発生して、当該接点部が接触不良となる場合がある。その結果、リレーのスイッチングをオンにしたとしても、リレーが通電しないため、車両各部の電気負荷に対して電力が供給されず、車両の始動性不良等の不具合が発生するおそれがある。
【0005】
この点、上記特許文献1には、リレーの凍結を防止するために、コントロールユニットが温度センサの検出値に基づいてリレー内の凍結の有無を判定し、リレーの筐体または凍結発生個所を振動させることで、凍結を解除する方法が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の凍結解除方法では、凍結解除のための振動発生装置とその制御装置が必要であるので、リレーの装置構成が複雑になり、既存車両に対する汎用性に欠け、コスト増にもつながるという問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、制御装置を使用しない簡易な構造を用いて、低温環境下における氷結に起因するリレー端子接点の接触不良を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るリレーは、
車両に搭載される電源と電気負荷との間に接続されるリレーであって、
接点部を有する固定端子と、
前記固定端子の前記接点部に対して近接または離間可能に設けられる接点部を有する可動端子と、
前記固定端子に対して電気的に接続され、前記可動端子の前記接点部に隣接して配置される熱変形部材と、
を備え、
前記熱変形部材の温度が氷点下の第1閾値以上である場合、前記熱変形部材の先端部は、前記可動端子の前記接点部および前記固定端子の前記接点部から離隔した退避位置に配置され、
前記熱変形部材の温度が前記第1閾値未満である場合、前記熱変形部材が変形することにより、前記熱変形部材の前記先端部は、前記可動端子と接触可能な接触可能位置に配置され、さらに、前記可動端子が前記固定端子の前記接点部に近接する方向に移動したとき、当該方向に移動した前記可動端子は、前記接触可能位置に配置された前記熱変形部材の前記先端部と接触する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、制御装置を使用しない簡易な構造を用いて、低温環境下における氷結に起因するリレー端子接点の接触不良を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は、本発明の第1の実施形態に係るメインリレーを備えた車両を示す概略図である。
【
図2】
図2は、同実施形態に係る通常環境下におけるメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図3】
図3は、同実施形態に係る極低温環境下においてリレーオフ時のメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図4】
図4は、同実施形態に係る極低温環境下においてリレーオン時のメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図5】
図5は、本発明の第2の実施形態に係る通常環境下におけるメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図6】
図6は、同実施形態に係る極低温環境下においてリレーオフ時のメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図7】
図7は、同実施形態に係る極低温環境下においてリレーオン時のメインリレーの状態を示す縦断面図である。
【
図8】
図8は、本発明の第3の実施形態に係るメインリレーを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0011】
[1.リレーの用途、設置場所]
まず、
図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係るメインリレーの用途、設置場所について説明する。
図1は、本実施形態に係るメインリレー10を備えた車両1を示す概略図である。
【0012】
図1に示すように、車両1は、例えば、走行用の駆動源としてエンジン4が設けられたエンジン車両である。なお、車両1は、走行用の駆動源としてエンジンとモータとが駆動源として設けられたハイブリッド車両であってもよいし、走行用の駆動源としてモータが設けられた電動車両であってもよい。
【0013】
車両1の前部には、フロントパネル2の内部にエンジンルーム3が設けられる。エンジンルーム3には、エンジン4、ラジエータ5、トランスミッション(図示せず。)等の各種装置(駆動装置、冷却装置、空調装置、電源、制御装置、センサ等)が設置される。さらに、エンジンルーム3内には、本実施形態に係るメインリレー10を収容するリレーボックス8も設置される。
図1の例では、リレーボックス8は、エンジンルーム3内の左後方の上部側に配置されているが、エンジンルーム3内の他の場所に配置されてもよい。エンジンルーム3のリレーボックス8内にメインリレー10を設置することにより、水分や粉塵等がメインリレー10に浸入することを抑制できる。
【0014】
本実施形態に係るメインリレー10は、本発明のリレーの一例である。メインリレー10は、電気負荷6と電源7との間に接続されて、電源7から電気負荷6への電力供給のオンとオフ(電力の供給と遮断)を切り替えるスイッチング装置である。メインリレー10は、例えば、エンジン4またはトランスミッション等の各種装置の制御に必要な電力の供給をオンまたはオフするために用いられる。
【0015】
電気負荷6は、例えば、エンジン4の空燃比、点火タイミング、電子制御式スロットルバルブ等を制御する制御装置(ECU:エンジン コントロール ユニット)、トランスミッションを制御する制御装置(TCU:トランスミッション コントロール ユニット)、その他各種の車載装置を制御する制御装置などである。また、電気負荷6は、車両駆動用モータ、その他のモータなどの駆動装置であってもよいし、補機、冷却装置、空調装置、センサ、カーナビゲーション装置、表示装置、音響装置、電動スライドドアなど、電力が必要な各種の車載電装部品であってもよい。
【0016】
電源7は、上記電気負荷6に供給する電力を蓄えるバッテリである。電源7は、車両1に搭載されるバッテリ、例えば、補機用バッテリで構成される。しかし、電源7は、かかる例に限定されず、ハイブリッド車両または電動車両の駆動用モータのためのメインバッテリなど、車両1に搭載される各種のバッテリ、または外部電源などであってもよい。
【0017】
[2.リレーの基本構成]
次に、
図2を参照して、本実施形態に係るメインリレー10の基本構成について説明する。
図2は、本実施形態に係るメインリレー10を示す縦断面図である。
【0018】
図2に示すように、メインリレー10は、例えば、電磁リレーなどのメカニカルリレーで構成される。メカニカルリレーは、機械的に近接または離間する接点を有するリレーである。
図2に示すメインリレー10は、例えば、4つの外部端子を有する4極の電磁リレーで構成される。電磁リレーは、励磁コイル11の電磁誘導作用により、固定端子20の接点部26に対して可動端子30の接点部36を近接または離間する方向に移動させることで、スイッチングを行う。これにより、上記の電源7と電気負荷6との通電の有無が切り替えられて、電源7から電気負荷6に電力が供給(リレーオン)または遮断(リレーオフ)される。
【0019】
メインリレー10は、励磁コイル11と、ヨーク12と、鉄芯13と、一対のコイル用端子14と、ベース15と、スプール16と、カバー17と、ストッパー18と、固定端子20と、可動端子30とを備える。
【0020】
励磁コイル11は、ボビンなどに巻回されている。励磁コイル11に電流が流れると、その巻回中心および周囲に磁束が発生する。ヨーク12は、鉄などの金属材料で形成される部品であり、電磁石の効果を高めるために磁路に設けられる。ヨーク12は、励磁コイル11の外周を覆うように配置されており、励磁コイル11の通電時に磁気回路を形成する。鉄芯13は、励磁コイル11の巻回中心を通るように、ヨーク12の内部に軸方向に挿通されている。励磁コイル11は、ヨーク12および鉄芯13に対して絶縁されている。コイル用端子14は、励磁コイル11に電流を流すための端子である。
図2の紙面垂直方向に並んで一対のコイル用端子14が設けられており、当該一対のコイル用端子14はそれぞれ励磁コイル11の両端に接続されている。
【0021】
これら励磁コイル11と、ヨーク12と、鉄芯13と、コイル用端子14は、導電性を有する金属材料で形成されており、上記電磁誘導作用による磁力を用いて可動端子30を動かすための電磁石として機能する。
【0022】
ベース15およびスプール16は、上記励磁コイル11、ヨーク12、鉄芯13およびコイル用端子14等からなる電磁石を支持する支持部材として機能する。ベース15は、鉄芯13およびスプール16の下側に設けられ、ヨーク12、鉄芯13およびスプール16を下方から支持する。また、ベース15は、カバー17の開口部を閉塞する。スプール16は、励磁コイル11の上側、下側および内周側に沿って配置されており、励磁コイル11を鉄芯13の周囲の所定位置に固定する。
【0023】
これらベース15、スプール16およびカバー17は、導電性を有しない絶縁材料、例えば樹脂等で形成されている。かかる非導電性のベース15、スプール16を用いて、導電性を有する励磁コイル11、ヨーク12、鉄芯13、コイル用端子14、固定端子20および可動端子30などの金属製部品を支持することにより、これら金属製部品間の短絡を防止できる。
【0024】
カバー17は、例えば、メインリレー10の上部側(例えば、ベース15より上側の部分)を覆うキャップであり、メインリレー10内の各種部品を保護する。励磁コイル11、ヨーク12、鉄芯13、ベース15およびスプール16と、固定端子20および可動端子30の上部は、カバー17の内部に収容されている。一方、固定端子20および可動端子30の下部(端子部22、端子部32)と、一対のコイル用端子14は、カバー17の外部に露出している。これら4極の端子は、例えば、リレーボックス8内に設けられるコネクタ(図示せず。)に対して着脱可能に接続されている。ストッパー18は、可動端子30の接点部36の上方に配置され、可動端子30の可動範囲を規制する。
【0025】
固定端子20は、メインリレー10の一側(例えば、
図2の左側)に配置される。可動端子30は、メインリレー10の他側(例えば、
図2の右側)に配置される。固定端子20および可動端子30は、ベース15により支持および固定されている。固定端子20および可動端子30は、導電性を有する材料、例えば、銅、鉄、りん青銅などの金属材料で形成されている。固定端子20および可動端子30は、上記電源7の電力を電気負荷6に供給するための電気回路の一部を構成する。
【0026】
固定端子20は、メインリレー10内に固定的に設置される端子であり、可動部を有していない。図示の例の固定端子20は、例えば、1つの金属部品で一体構成されているが、複数部品を組み合せて構成されてもよい。
【0027】
固定端子20は、ベース部21と、端子部22と、フランジ部23と、接点部26と、台座部27とを備える。
【0028】
ベース部21は、固定端子20の本体を構成する部分である。ベース部21は、メインリレー10内の一側(例えば、
図2の左側)において、上下方向に延設される。ベース部21の下部側には、端子部22が設けられている。端子部22は、ベース部21から下方に延設されて、カバー17の外部に露出する部分であり、上記コネクタ等に接続される。ベース部21の上部側には、接点部26を設置するためのフランジ部23が設けられている。フランジ部23は、例えば、ベース部21の上端部を曲げて水平方向に延びるように設けられる。
【0029】
固定端子20のフランジ部23の上面には、接点部26が設けられている。接点部26は、後述する可動端子30の接点部36に対向する位置に配置される。接点部26は、可動端子30に対する固定端子20の接点となる部分である。台座部27は、ベース部21から側方に張り出すように設けられる。この台座部27は、本実施形態に係る特徴である氷結対策構造50をメインリレー10内に設置するための台座となる部分であるが、詳細は後述する。
【0030】
可動端子30は、ベース部31と、端子部32と、可動部33とを備える。可動部33は、板バネ34と、可動板35と、接点部36と、先端接点部37とからなる。
【0031】
ベース部31は、可動端子30の本体を構成する部分である。ベース部31は、メインリレー10内の他側(固定端子20のベース部21とは反対側。例えば、
図2の右側)において、上下方向に延設される。ベース部31の下部側には、端子部32が設けられている。端子部32は、ベース部31から下方に延設されて、カバー17の外部に露出する部分であり、上記コネクタ等に接続される。ベース部31の上端には、例えば鉤型に湾曲した係止部31aが設けられている。係止部31aは、可動部33の可動板35の一端部を抱え込むようにして係止する。
【0032】
可動部33は、メインリレー10のスイッチを開閉(即ち、リレーオンまたはオフ)するための可動部材である。可動部33は、メインリレー10内の上部において、左右方向に延びるように配置される。可動部33は、例えば、ベース部31の係止部31aを支点として、回動可能に設けられる。
【0033】
可動部33は、板バネ34により可動板35と接点部36と先端接点部37とが連結された構造を有する。板バネ34の基端は、上記ベース部31の係止部31aに固定されている。板バネ34の先端は、自由端であり、固定端子20の接点部26の上方に配置される。板バネ34は、例えば、りん青銅などのように、電気抵抗が小さく、ある程度の剛性を有する金属材料で形成される。
【0034】
可動板35は、例えば、板バネ34よりも厚い平板状の金属板で構成され、板バネ34の下面側に取り付けられる。可動板35の一端部は、ベース部31の係止部31aにより係止される。可動部33が回動したときに板バネ34が撓みすぎないように、可動板35は、板バネ34を補強する機能を有する。
【0035】
可動部33の先端部(例えば、板バネ34の先端部)には、接点部36と先端接点部37が設けられている。このように、本実施形態では、可動部33の先端に2つの接点部(接点部36と先端接点部37)が設けられている。接点部36は、前述の固定端子20の接点部26の上方において、当該接点部26に対向する位置に配置される。接点部36は、固定端子20に対する可動端子30の接点となる部分である。また、先端接点部37は、接点部36よりも可動部33の先端側に設けられる。先端接点部37は、固定端子20の接点部26の上方において、後述する熱変形部材52の先端部52aに隣接する位置に配置される。先端接点部37は、熱変形部材52に対する可動端子30の接点となる部分である。
【0036】
固定端子20の接点部26と、可動端子30の接点部36および先端接点部37は、例えば、銅などの耐熱性を有する金属材料で形成されることが好ましい。これにより、通電時における接点部26、接点部36および先端接点部37の焼き付きを抑制することができる。
【0037】
以上のような構成のメインリレー10によれば、電磁石の磁力により、可動端子30の接点部36を固定端子20の接点部26に対して近接または離間させて、メインリレー10のスイッチを開閉(即ち、リレーオンまたはオフ)することができる。
【0038】
具体的には、励磁コイル11の非通電時(リレーオフ時)には、励磁コイル11の電磁誘導作用が生じず、励磁コイル11、ヨーク12、鉄芯13等からなる電磁石に磁力が発生しない。このため、可動端子30の可動部33は、板バネ34の付勢力により上方に回動した状態となり、可動端子30の接点部36と固定端子20の接点部26とは離間して、非接触状態となる(
図2の実線で示す状態。)。この結果、可動端子30と固定端子20が通電せず、メインリレー10のスイッチがオフの状態となり、電気負荷6と電源7とが電気的に切り離されて、電気負荷6に対する電力供給が遮断される。
【0039】
なお、リレーオフ時に、上方に向けて移動した可動端子30の接点部36は、当該接点部36の上方に配置されたストッパー18に当接する。これにより、当該接点部36の上方への移動量がストッパー18により規制される。
【0040】
一方、励磁コイル11の通電時(リレーオン時)には、励磁コイル11の電磁誘導作用により、上記電磁石は、可動端子30の可動部33を固定端子20に近づける方向の磁力を発生させる。この磁力により、板バネ34の付勢力に抗して、可動端子30の可動部33を下方に回動させる力が作用する。これにより、可動端子30の可動部33が固定端子20に向けて下方に移動して、可動端子30の接点部36と固定端子20の接点部26とが接触する接触状態となる(
図2の二点鎖線で示す状態。)。この結果、可動端子30と固定端子20とが通電して、メインリレー10のスイッチがオンの状態となり、電気負荷6と電源7とが電気的に接続されて、電気負荷6に対して電力が供給される。
【0041】
なお、可動端子30の板バネ34は、ある程度の柔軟性および弾性を有する薄い金属板で形成されている。このため、リレーオン時に、可動端子30の接点部36と固定端子20の接点部26とが接触状態となるとき、板バネ34により接点部36が接点部26に押し付けられる。これにより、両接点部26、36間の寸法差や設置誤差等を吸収して、両接点部26、36同士を安定的に接触させることができる。
【0042】
[3.リレーの氷結対策構造の背景と目的]
次に、本実施形態に係るメインリレー10の特徴である氷結対策構造50の背景と目的について説明する。
【0043】
上述したように、メインリレー10は、励磁コイル11に対する通電が制御されることにより、可動端子30の接点部36を固定端子20の接点部26に対して近接または離間させる方向に移動させて、メインリレー10のスイッチングのオンとオフを切り替える。
【0044】
このようなメインリレー10では、寒冷地または早朝等の低温環境下(例えば、外気温が氷点下)、特に極低温環境下(例えば、外気温が-30℃~-10℃)において、固定端子20の接点部26と可動端子30の接点部36(以下、「リレー端子接点」と総称する場合もある。)に、結露水由来の氷結が発生して、リレー端子接点間の接触不良の問題が生じることがある。例えば、外気温の変化や湿度の変化の激しい極低温環境下では、メインリレー10のカバー17内における空気雰囲気(以下、「リレー内部雰囲気」と称する場合もある。)中の水分などが結露して、固定端子20の接点部26または可動端子30の接点部36に対して付着および氷結する。このため、当該結露水の氷結により接点部26の表面に氷結層60(
図3参照。)が形成されてしまい、接点部26、36が接触不良となることがある。その結果、メインリレー10のスイッチングをオンにしたとしても、氷結層60によりリレー端子接点が通電しないため、エンジン、モータの制御装置等の電気負荷6に対して電力が供給されず、始動性不良等の不具合が発生する場合がある。
【0045】
特に、例えば
図2に示すような構造のメインリレー10では、固定端子20の構成部品数は可動端子30よりも少なく、固定端子20の部品長は可動端子30よりも短い。このため、メインリレー10のカバー17外に露出した端子部22が極低温の外気に晒されると、端子部22からベース部21を通じた冷却熱の伝熱により、固定端子20の接点部26は、可動端子30の接点部36よりも低温になりやすく、氷結の可能性が高くなる。したがって、リレー内部雰囲気よりも低温化した固定端子20の接点部26を覆うようにして、結露水の氷結層60が形成されやすい。この結果、固定端子20の接点部26と可動端子30の接点部36との間に接触不良が生じ、スイッチとしての機能を適切に発揮することが困難になってしまう。
【0046】
ここで、リレー端子接点における氷結形成条件と氷結形成メカニズムの具体例について、より詳細に説明する。
【0047】
例えば、極低温環境下において車両1を初始動し、短時間走行した後に、所定時間ソーク(エンジン停止)した場合、リレー端子接点に氷結層60が形成されて、接触不良が生じやすい。このような極低温環境における走行条件下では、車両1の走行時の走行風により、メインリレー10の固定端子20および可動端子30は、極低温に冷却される。一方、リレー内部雰囲気は、エンジン4の熱により加熱されて、極低温の外気よりも高い温度を有する。このため、上記ソーク中は、リレー端子接点の温度T1よりも、リレー内部雰囲気の温度T2が高くなっており(T2>T1)、リレー端子接点の温度T1とリレー内部雰囲気の温度T2との間に温度差ΔT1(ΔT1=T2-T1)が生じる。例えば、寒冷地では、温度差ΔT1が10℃以上になる場合もある。
【0048】
したがって、上記ソーク中において、当該温度差ΔT1が所定の閾値(例えば、約6℃)以上になった場合、リレー内部雰囲気中の水分が結露してリレー端子接点に付着し、さらに、当該結露水が冷却されて氷結し、リレー端子接点の表面に氷結層60が形成されてしまう。この際、上述したように、可動端子30の構成部品は多く、走行風による冷却熱の伝達を低減しやすい構造であるため、可動端子30の接点部36よりも固定端子20の接点部26の方が氷結しやすい。
【0049】
上記のような氷結形成条件およびメカニズム等によって、極低温環境下において、リレー端子接点に結露水由来の氷結が発生して、リレー端子接点の接触不良の問題が生じることがある。
【0050】
そこで、かかる問題を解決するために、本実施形態に係るメインリレー10は、極低温環境下の熱(冷却熱)を利用した氷結対策構造50を用いて、極低温環境下における氷結に起因するリレー端子接点の接触不良を回避することを目的としている。
【0051】
本実施形態に係るメインリレー10は、制御装置等を使用しない簡易な機械的構造からなる凍結対策構造50を有しており、極低温環境下における冷却熱を利用して、凍結対策構造の熱変形部材52を熱変形させることを特徴とする。即ち、本実施形態に係る氷結対策構造50は、極低温環境下において熱変形部材52が熱変形して、可動端子30と接触可能な位置に配置されることにより、当該熱変形部材52が固定端子20に代わる働きをして、固定端子20の氷結に起因する接触不良を回避する。このように、本実施形態に係る氷結対策構造50は、固定端子20の接点部26が氷結することを前提として、氷結によるリレー端子接点の接触不良の問題を回避する。
【0052】
[4.リレーの氷結対策構造]
次に、
図2~
図4を参照して、本実施形態に係るメインリレー10の氷結対策構造50の構成について説明する。
図2は、本実施形態に係る通常環境下におけるメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
図3は、本実施形態に係る極低温環境下においてリレーオフ時のメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
図4は、本実施形態に係る極低温環境下においてリレーオン時のメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
【0053】
図2~
図4に示すように、本実施形態に係るメインリレー10は、上記のように極低温環境下においてリレー端子接点が氷結により接触不良になるという問題の対策として、氷結対策構造50を備える。氷結対策構造50は、極低温環境下で熱変形部材52が冷却熱を利用して変形することで、熱変形部材52が固定端子20に代わる働きをして、リレー端子接点の接触不良を回避するためのものである。
【0054】
本実施形態に係るメインリレー10の氷結対策構造50は、熱変形部材52と、スプリング54と、樹脂スペーサ56、57と、金属端子58とを備える。
【0055】
このうち、スプリング54、樹脂スペーサ56、57および金属端子58等の部品は、メインリレー10内の所定位置に熱変形部材52を保持する保持部材として機能する。保持部材のこれら部品は、熱変形部材52をメインリレー10内の所定位置に保持する機能と、熱変形部材52と固定端子20とを電気的に接続する機能とを有する。
【0056】
スプリング54は、樹脂スペーサ56および金属端子58を介して熱変形部材52を下方から支持する。図示の例のスプリング54は、コイルバネで構成されているが、板バネ等の他の弾性部材で構成されてもよい。スプリング54は、導電性と弾力性を有する。スプリング54は、鉄、銅等の金属で形成されるが、金属以外の導電性材料で形成されてもよい。
【0057】
スプリング54は、上記固定端子20の台座部27上に設置されており、スプリング54と固定端子20は、電気的に接続されている。スプリング54の下端部は台座部27に接触し、スプリング54の上端部は金属端子58に接触している。スプリング54は、台座部27と金属端子58との間に、圧縮された状態で設置されている。このため、スプリング54は、樹脂スペーサ57および金属端子58を上方に向けて押圧する弾性力を発揮する。
【0058】
樹脂スペーサ56、57は、非導電性材料で形成されるスペーサ(非導電性スペーサ)の一例である。樹脂スペーサ56、57は、樹脂で形成されるスペーサであり、導電性を有しない。樹脂スペーサ56、57は、熱変形部材52をメインリレー10内の所定位置(固定端子20の接点部26および可動端子30の接点部36に隣接する位置)に保持する機能を有する。
【0059】
上側の樹脂スペーサ56は、熱変形部材52の上側に配置され、熱変形部材52の上面と接触している。下側の樹脂スペーサ57は、熱変形部材52の下側に配置され、熱変形部材52の下面と接触している。このような上下一対の樹脂スペーサ56、57は、上下方向から熱変形部材52を挟持することにより、熱変形部材52を所定位置に保持する。さらに、上記スプリング54の弾性力によって、上下2つの樹脂スペーサ56、57に対して、上下方向に押圧する付勢力が付与される。これにより、当該樹脂スペーサ56、57に挟持された熱変形部材52は、メインリレー10内の所定位置に安定的に保持される。
【0060】
金属端子58は、下側の樹脂スペーサ57に取り付けられ、熱変形部材52とスプリング54を接続するように設けられる。図示の例の金属端子58は、例えば、L字型の断面を有する導電性の端子であり、下側の樹脂スペーサ57の下面と側面に沿って取り付けられている。これにより、L字型の金属端子58の下面がスプリング54と接触し、当該金属端子58の上端が熱変形部材52と接触する。この結果、熱変形部材52とスプリング54とが金属端子58を介して電気的に接続される。しかし、金属端子58の設置形態は、かかる例に限定されず、熱変形部材52とスプリング54とを接続可能な設置形態であれば、例えば、金属端子58が樹脂スペーサ57を上下方向に貫通する形態であってもよいし、金属端子58の形状も適宜変更してもよい。
【0061】
以上の構成により、熱変形部材52は、スプリング54および樹脂スペーサ56、57により、リレー端子接点に隣接する所定位置に保持される。さらに、熱変形部材52は、金属端子58およびスプリング54を介して固定端子20に対して電気的に接続される。
【0062】
熱変形部材52は、極低温環境下において固定端子20の接点部26が氷結により接触不良になったときに、固定端子20の接点部26の替わりに可動端子30と接触する代替接点として機能する。熱変形部材52は、例えば、板状の金属部材で構成される。板状の熱変形部材52は、メインリレー10のカバー17内において、固定端子20の接点部26および可動端子30の接点部36(リレー端子接点)に隣接して配置される。熱変形部材52は、例えば、リレー端子接点の側方において、リレー端子接点から離隔して配置される。熱変形部材52は、スプリング54および金属端子58を介して固定端子20に対して電気的に接続されている。
【0063】
熱変形部材52は、自身の温度Tに応じて自律的に熱変形する部材である。熱変形部材52は、温度Tに応じて熱変形する特性を有する金属材料、例えば、バイメタル、形状記憶合金などで形成される。バイメタルは、熱膨張率が異なる2枚の金属板を貼り合わせた板状の金属部材である。バイメタルは、2枚の金属板の熱膨張の差により、温度変化に応じて所定方向に反るように湾曲する特性を有する。即ち、バイメタルの温度が高くなるにつれ、熱膨張率が大きい方の金属板が熱膨張率が小さい方の金属板より延びる。このため、バイメタルは、熱膨張率が大きい方の金属板が外側、熱膨張率が小さい方の金属板が内側になって反るように、湾曲変形する。また、形状記憶合金は、所定の温度(変態点)以上では、変形を受けても元の形状に回復する性質を有する合金である。
【0064】
このように、熱変形部材52をバイメタルまたは形状記憶合金などで形成することにより、熱変形部材52の温度Tに応じて、熱変形部材52を所定方向に湾曲するように熱変形させることができる。これにより、熱変形部材52の温度Tの所定の閾値TA(第1閾値)を基準として、熱変形部材52の形状を、所定方向に湾曲した湾曲形状、または直線状に延びる直線形状のいずれかに変形させることができる。
【0065】
図2に示すように、通常環境下において、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A以上である場合、熱変形部材52の先端部52aが上方に反るように、熱変形部材52が熱変形する。この結果、熱変形部材52の形状が、上向きに湾曲した湾曲形状になる。これにより、熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の接点部36および先端接点部37、並びに固定端子20の接点部26から離隔した退避位置に配置される。このため、熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の可動部33および固定端子20と非接触状態となる。このように熱変形部材52の先端部52aが退避位置に配置されているときは、仮にリレーがオンとなって、可動端子30の可動部33が固定端子20に向けて下方に移動したとしても(
図2の二点鎖線の状態)、可動端子30の可動部33が熱変形部材52の先端部52aに接触しない。したがって、先端部52aが退避位置に配置された状態の熱変形部材52は、リレーのオンまたはオフに関わらず、リレー端子接点と接触することはない。
【0066】
一方、
図3、
図4に示すように、極低温環境下において、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A未満である場合、熱変形部材52の先端部52aが下向きに移動して略水平方向に真っすぐ延びるように、熱変形部材52が熱変形する。この結果、熱変形部材52の形状が、略水平方向に真っすぐ延びた直線形状になる。これにより、熱変形部材52の先端部52aは、
図3に示すように、可動端子30の先端部(例えば、先端接点部37)と接触可能な接触可能位置に配置される。さらに、
図4に示すように、可動端子30が固定端子20の接点部26に近接する方向に移動したとき(つまり、リレーオンのとき)、当該方向に移動した可動端子30の先端部(例えば、先端接点部37)は、上記接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aと接触する。この結果、可動端子30と熱変形部材52が通電する。
【0067】
なお、上記熱変形部材52の熱変形の基準となる温度Tの閾値TA(第1閾値)は、固定端子20の接点部26に氷結層60が形成され得る氷点下の温度に設定されることが好ましい。閾値TAは、熱変形部材52の材質、形状、変形特性や、熱変形部材52と固定端子20と可動端子30の配置関係、車両1が使用される温度環境等に応じて、適切な温度に適宜調整されてもよい。閾値TAは、0℃未満、-10℃以上の範囲内の所定温度に設定されることが好ましく、例えば、約-6℃に設定することができる。上記のように、リレー端子接点の温度T1とリレー内部雰囲気の温度T2との間の温度差ΔT1が6℃以上になると、リレー端子接点に氷結層60が形成されやすいことを考慮すると、例えば、閾値TAを-6℃程度に設定することが好適である。
【0068】
これにより、極低温環境下で固定端子20の接点部26に、結露水由来の氷結層60(
図3、
図4)が形成され得る場合には、冷却熱により熱変形部材52が熱変形して、熱変形部材52の先端部52aが退避位置から接触可能位置に自律的に移動する。これにより、固定端子20の接点部26に氷結層60が形成されている場合であっても、リレーオン時に可動端子30と熱変形部材52とが接触して通電することができる。
【0069】
以上のように、本実施形態に係る熱変形部材52は、リレー端子接点に氷結層60が形成されない通常環境下では、上向きに湾曲した湾曲板形状を有し、加えてりリレー端子接点と非接触となる退避位置(
図2)に配置される。一方、リレー端子接点に氷結層60が形成され得る極低温環境下では、熱変形部材52は、冷却熱により閾値T
A(第1閾値)未満の温度となったときに、下方に曲がって直線形状になり、リレー端子接点と接触可能な接触可能位置(
図3、
図4)に配置される。
【0070】
このように、本実施形態によれば、極低温環境下にて熱変形部材52が熱変形することによって、熱変形部材52は、固定端子20の接点部26に代わる働きをして、可動端子30と通電可能になる。したがって、固定端子20の接点部26が氷結した場合でも、リレー端子接点の接触不良を回避することができる。また、熱変形部材52が、自身の温度Tに応じて自律的に熱変形して、その先端部52aが退避位置と接触可能位置に自動的に変更される。このため、別途の制御装置等を用いる必要がなく、低コストで簡易な装置構成の氷結対策構造50を提供できる。
【0071】
また、本実施形態によれば、熱変形部材52は、導電性を有するスプリング54により支持されている。スプリング54は、熱変形部材52の支持部材として機能するとともに、熱変形部材52と固定端子20とを接続する電力供給回路の一部としても機能する。
【0072】
さらに、スプリング54は、固定端子20から熱変形部材52に伝わる冷却熱を低減する放熱機能も有する。スプリング54は、金属製コイルスプリングで構成されているため、他の棒状、板状等の金属端子と比べて、大きな表面積を有する。これにより、スプリング54とリレー内部雰囲気との熱交換効率を向上できる。このため、走行風により冷却された低温の固定端子20の台座部27からスプリング54に伝わった冷却熱は、スプリング54の広い表面からリレー内部雰囲気に放熱される。よって、固定端子20からスプリング54および金属端子58を介して熱変形部材52に伝わる冷却熱を低減できる。したがって、熱変形部材52の温度Tとリレー内部雰囲気の温度T2との温度差ΔT(ΔT=T2-T)を低減できるので、熱変形部材52が過度に冷却されて結露および氷結してしまうことを抑制できる。なお、冷却熱の放熱性(リレー内部雰囲気との熱交換性)を高める観点からは、スプリング54に替えて、フィン形状等を有する熱交換部材を用いて、熱変形部材52を支持してもよい。
【0073】
また、スプリング54により、熱変形部材52、樹脂スペーサ56、57および金属端子58等の部品を弾性的に支持することにより、メインリレー10のカバー17内にこれら部品を組み立てて設置する際に、設置しやすいという利点もある。
【0074】
さらに、本実施形態によれば、熱伝導性の低い、非導電性の樹脂スペーサ56、57により、熱変形部材52を保持する。これにより、断熱機能を有する樹脂スペーサ56、57により熱変形部材52を保持できる。したがって、熱変形部材52に対して接触する金属端子58等の金属部材の接触面積を低減できるので、当該金属部材からの冷却熱の伝熱により熱変形部材52が冷却されてしまうことを抑制できる。
【0075】
より詳細には、本実施形態によれば、熱変形部材52が、金属端子58およびスプリング54を介して固定端子20の台座部27に接続されている。このため、固定端子20が極低温に冷えた場合には、固定端子20の冷却熱がスプリング54および金属端子58を通じて熱変形部材52に伝達されて、熱変形部材52が冷却される恐れがある。しかし、本実施形態では、断熱機能を有する樹脂スペーサ56、57により熱変形部材52の大部分を保持するので、熱変形部材52と金属端子58等の金属部材との接触面積を低減して、熱変形部材52に対する冷却熱の伝達量を抑制できる。これにより、熱変形部材52が極低温に冷却されることを抑制でき、熱変形部材52の結露および氷結を抑制できる。
【0076】
なお、冷却熱の放熱性(リレー内部雰囲気との熱交換性)を高める観点からは、樹脂スペーサ56、57に替えて、フィン形状等を有する金属製の熱交換部材を用いて、熱変形部材52を保持してもよい。
【0077】
また、本実施形態によれば、樹脂スペーサ57の隙間に設けられる金属端子58により、スプリング54と熱変形部材52を接続する。これにより、非導電性および断熱性を有する樹脂スペーサ56、57により保持された熱変形部材52を、金属端子58およびスプリング54を通じて固定端子20に好適に接続することができる。
【0078】
以上のように、本実施形態によれば、表面積が大きいスプリング54や、金属部品よりも伝熱しにくい樹脂スペーサ56、57を用いて、熱変形部材52を保持する。これにより、固定端子20から熱変形部材52への冷却熱の伝達を低減して、熱変形部材52の温度Tをリレー内部雰囲気の温度T2に近づけて、熱変形部材52の結露および氷結を抑制できる。例えば、寒冷地等の極低温環境下では、車両1の走行中の固定端子20の温度T1と、リレー内部雰囲気の温度T2との温度差ΔT1が、10°以上になることもある。しかし、本実施形態によれば、固定端子20から熱変形部材52への冷却熱の伝熱を好適に抑制できる。したがって、熱変形部材52の温度Tと、リレー内部雰囲気の温度T2との温度差ΔTを、例えば6°以内に抑えることができるので、熱変形部材52に結露および氷結が生じにくい。よって、極低温環境下においても、熱変形部材52が、固定端子20の接点部26に替わる固定端子側接点として有効に機能するため、リレーオン時に、熱変形部材52と可動端子30とが好適に通電可能になる。
【0079】
[5.リレーの動作]
次に、
図2~
図4を参照して、本実施形態に係るメインリレー10の動作について説明する。
【0080】
(1)通常環境下(熱変形部材52の温度T≧閾値T
A)
まず、
図2を参照して、通常環境下(例えば、外気温が-10℃超)におけるメインリレー10の状態と動作を説明する。
図2は、本実施形態に係る通常環境下におけるメインリレー10の状態を示す縦断面図である。この
図2の状態では、固定端子20の接点部26は氷結しておらず、熱変形部材52の先端部52aは、上方に湾曲して退避位置に配置されている。また、
図2は、リレーオフの状態を示しており、可動端子30の可動部33は、固定端子20の接点部26から上方に離間した離間位置に配置されている。
【0081】
図2に示すように、通常環境下では、外気温およびリレー内部雰囲気の温度T2が比較的高いため、リレー端子接点の温度T1とリレー内部雰囲気の温度T2との間の温度差ΔT1が、所定の閾値(例えば、約6℃)以上である。このため、メインリレー10の内部において、結露水が発生せず、リレー端子接点である固定端子20の接点部26も氷結しない。したがって、特段の氷結対策は不要である。
【0082】
したがって、
図2の通常環境下では、メインリレー10は、一般的なメインリレーと同様に動作して、リレーをオンまたはオフする。具体的には、
図2に示すリレーオフ時には、可動端子30の可動部33は、固定端子20の接点部26から上方に離間した離間位置に配置されており、可動端子30の接点部36と固定端子20の接点部26は非接触状態である。よって、固定端子20と可動端子30は通電せず、電源7から電気負荷6への電力供給が遮断されている。
【0083】
そして、リレーをオンにする時には、励磁コイル11が通電される。すると、電磁石の電磁誘導作用により、可動端子30の可動部33が固定端子20の接点部26に向けて下方に回動して、可動端子30の接点部36が固定端子20の接点部26に近接して接触する。この結果、固定端子20と可動端子30とが通電し、電源7から電気負荷6へ電力が供給される。
【0084】
このような通常環境下におけるリレーオフおよびリレーオンのいずれの場合でも、熱変形部材52の温度Tが閾値TA以上であるので、熱変形部材52の先端部52aは、上方に湾曲して退避位置に配置されている。このため、可動端子30の接点部36および固定端子20の接点部26(リレー端子接点)と接触することはない。つまり、通常環境下では常に、熱変形部材52は、リレー端子接点に対して非接触状態であり、熱変形部材52とリレー端子接点とは通電しない。
【0085】
(2)極低温環境下(熱変形部材52の温度T<閾値T
A)で、リレーオフ時
次に、
図3を参照して、極低温環境下(例えば、外気温が-30°~-10℃)におけるメインリレー10の状態と動作を説明する。
図3は、本実施形態に係る極低温環境下におけるメインリレー10の状態(リレーオフ)を示す縦断面図である。この
図3の状態では、固定端子20の接点部26は氷結して氷結層60が形成されており、熱変形部材52の先端部52aは、下方に湾曲するように変形して、接触可能位置に配置されている。また、
図3は、リレーオフの状態を示しており、可動端子30の可動部33は、固定端子20の接点部26から上方に離間した離間位置に配置されている。
【0086】
図3に示すように、極低温環境下においては、リレー端子接点の温度T1とリレー内部雰囲気の温度T2との間の温度差ΔT1が、所定の閾値(例えば、約6℃)未満となる場合がある。この場合、当該温度差ΔT1により、メインリレー10の内部で結露水が発生して、固定端子20の接点部26が氷結し、氷結層60が形成されることがある。このように固定端子20の接点部26が氷結してしまうと、仮にリレーオン時に可動端子30の可動部33が下方に回動したとしても、可動端子30の接点部36と固定端子20の接点部26との間に氷結層60が介在するため、両接点部26、36は通電できない。したがって、この場合には、本実施形態に係る氷結対策構造50の熱変形部材52が、氷結した固定端子20の接点部26の代替接点として機能することが求められる。
【0087】
本実施形態に係る氷結対策構造50では、上記の極低温環境下において、熱変形部材52に冷却熱が伝達されて、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A以上未満になると、熱変形部材52が自律的に変形する。この結果、熱変形部材52の先端部52aは、下方に湾曲して接触可能位置に配置される。熱変形部材52の先端部52aが接触可能位置に配置されているときは、熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の接点部36および固定端子20の接点部26の双方と接触していない。つまり、極低温環境下においてリレーオフのときには、熱変形部材52は、リレー端子接点に対して非接触状態である。しかし、このリレーオフの状態(
図3)からリレーオンの状態(
図4)になったときには、接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の接点部36と接触可能である。
【0088】
(3)極低温環境下(熱変形部材52の温度T<閾値T
A)で、リレーオン時
次に、
図4を参照して、極低温環境下におけるメインリレー10の状態と動作を説明する。
図4は、本実施形態に係る極低温環境下におけるメインリレー10の状態(リレーオン)を示す縦断面図である。この
図4の状態では、固定端子20の接点部26は氷結して氷結層60が形成されており、熱変形部材52の先端部52aは、下方に湾曲するように変形して、接触可能位置に配置されている。また、
図4は、リレーオンの状態を示しており、可動端子30の可動部33は、固定端子20の接点部26に向けて下方に移動した近接位置に配置されている。
【0089】
上記
図3の状態で、リレーがオンされると、
図4に示すように、可動端子30の可動部33を下方に回動させる方向の磁力が発生し、可動端子30の可動部33が固定端子20の接点部26に近接する方向に移動する。すると、当該方向に移動した可動部33の先端接点部37は、上記接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aと接触して、可動端子30と熱変形部材52が通電する。このとき、熱変形部材52は、氷結した固定端子20とは非接触であるので、固定端子20から伝達される冷却熱により熱変形部材52が冷却されることはない。よって、熱変形部材52は氷結せずに、可動端子30と好適に通電可能である。
【0090】
このように、本実施形態によれば、極低温環境下において固定端子20の接点部26が氷結した場合であっても、リレーオン時に、固定端子20に電気的に接続された熱変形部材52が可動端子30と接触するので、熱変形部材52が固定端子20の代替接点として有効に機能する。よって、氷結した固定端子20と可動端子30の接触不良を回避でき、熱変形部材52を介して可動端子30と固定端子20とが通電することができる。
【0091】
なお、極低温環境下において、
図4に示すように極低温環境下において固定端子20の接点部26に氷結層60が形成されている場合には、可動端子30の可動部33は、熱変形部材52と接触するが、固定端子20の接点部26とは接触しない。一方、図示はしないが、仮に極低温環境下であっても固定端子20の接点部26に氷結層60が形成されていない場合には、可動端子30の可動部33は、熱変形部材52および固定端子20の接点部26の双方に接触することが好ましい。これにより、可動端子30の接触面積を大きくできるので、リレー端子接点を安定化することができる。
【0092】
以上説明したように、本実施形態に係るメインリレー10によれば、固定端子20の接点部26が氷結した状態では、熱変形部材52が固定端子20接点部26の代替の働きをすることで、リレー端子接点の接触不良を回避することができる。
【0093】
一方、通常環境(極低温環境以外)下では、一般的なメカニカルリレーの端子接点構造を用いることで、安定的な接点状態を実現でき、電源7から電気負荷6への電力供給を安定的に供給または遮断することができる。つまり、極低温環境下において臨時的に熱変形部材52を代替接点として使用する場合、接点状態は通常環境下での一般的なメカニカルリレーの端子接点構造よりも劣るおそれがある。そこで、本実施形態によれば、極低温環境下においてのみ、熱変形部材52を代替接点として臨時使用することで、極低温環境下でも通常環境下でも、より安定的な接点状態を継続的に維持することができる。
【0094】
[6.第2の実施形態に係るリレー]
次に、
図5~
図7を参照して、第2の実施形態に係るメインリレー10の構成について説明する。
図5は、第2の実施形態に係る通常環境下におけるメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
図6は、第2の実施形態に係る極低温環境下においてリレーオフ時のメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
図7は、第2の実施形態に係る極低温環境下においてリレーオン時のメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
【0095】
図5~
図7に示すように、第2の実施形態に係るメインリレー10は、上記第1の実施形態と比べて、熱変形部材52が湾曲変形する方向が相違し、また、可動端子30の可動部33の先端に先端接点部37が設けられていない点で相違する。第2の実施形態に係るその他の機能構成は、上記第1の実施形態の場合と実質的に同一であるので、その詳細説明は省略する。
【0096】
上述した第1の実施形態に係るメインリレー10では、極低温環境下において熱変形部材52の温度Tが閾値T
A未満となったときに、熱変形部材52の先端部52aが下方に湾曲するように変形して、退避位置(
図2)から接触可能位置(
図3)に配置変更されていた。これに対し、第2の実施形態に係るメインリレー10では、極低温環境下において熱変形部材52の温度Tが閾値T
A未満となったときに、熱変形部材52の先端部52aが上方に湾曲するように変形して、退避位置(
図5)から接触可能位置(
図6)に配置変更される。
【0097】
第2の実施形態でも、熱変形部材52は、例えば、バイメタルまたは形状記憶合金などで形成されている。これにより、熱変形部材52の温度Tに応じて、熱変形部材52を所定方向に湾曲するように熱変形させることができる。熱変形部材52が湾曲変形する方向を変えるためには、熱変形部材52を形成するバイメタルや形状記憶合金等の変形特性を変更すればよい。これにより、熱変形部材52の温度Tの所定の閾値T
A(第1閾値)を基準として、熱変形部材52の形状を、直線状に延びる直線形状(
図5:退避位置)、または、上方向に湾曲した湾曲形状(
図6、
図7:接触可能位置)のいずれかに変形させることができる。
【0098】
例えば、
図5に示すように、通常環境下において、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A以上である場合、熱変形部材52の先端部52aが略水平方向に真っすぐ伸びるように熱変形部材52を熱変形させて、熱変形部材52の形状を直線形状にすることができる。これにより、熱変形部材52の先端部52aは、
図5に示すように、可動端子30の接点部36および固定端子20の接点部26から離隔した退避位置に配置される。このため、熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の可動部33および固定端子20に対して非接触状態となる。このように熱変形部材52の先端部52aが退避位置に配置されているときは、仮にリレーがオンとなって、可動端子30の可動部33が固定端子20に向けて下方に移動したとしても、可動端子30の可動部33が熱変形部材52の先端部52aに接触しない。したがって、先端部52aが退避位置に配置された状態の熱変形部材52は、リレーのオンまたはオフに関わらず、リレー端子接点と接触することはない。
【0099】
一方、
図6、
図7に示すように、極低温環境下において、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A未満である場合、熱変形部材52の先端部52aが上方に反るように熱変形部材52を変形させて、熱変形部材52の形状を湾曲形状にすることができる。このように、極低温環境下において温度Tが閾値T
A未満になったとき、熱変形部材52の先端部52aが上向きに湾曲するように熱変形することにより、熱変形部材52は、先端部52aが上向きに湾曲した湾曲形状を有するようになる。これにより、熱変形部材52の先端部52aは、
図6に示すように、可動端子30の先端部(例えば、板バネ34の先端)と接触可能な接触可能位置に配置される。さらに、
図7に示すように、可動端子30が固定端子20の接点部26に近接する方向に移動したとき(つまり、リレーオンのとき)、当該方向に移動した可動端子30の可動部33の先端部(例えば、板バネ34の先端)は、上記接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aと接触する。この結果、可動端子30と熱変形部材52が通電する。
【0100】
これにより、極低温環境下で固定端子20の接点部26に、結露水由来の氷結層60(
図5、
図7)が形成され得る場合には、冷却熱により熱変形部材52が熱変形して、熱変形部材52の先端部52aが退避位置から接触可能位置に自動的に移動する。これにより、固定端子20の接点部26に氷結層60が形成された場合であっても、リレーオン時に可動端子30と熱変形部材52とが接触して通電することができる。
【0101】
続いて、
図5~
図7を参照して、第2の実施形態に係るメインリレー10の動作について説明する。
【0102】
(1)通常環境下(熱変形部材52の温度T≧閾値T
A)
まず、
図5を参照して、通常環境下(例えば、外気温が-10℃超)において、リレーオフ時のメインリレー10の状態と動作を説明する。なお、第2の実施形態に係る通常環境下の動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、概略を説明する。
【0103】
図5に示すように、通常環境下では、メインリレー10の内部において、結露水が発生せず、リレー端子接点である固定端子20の接点部26も氷結しない。したがって、
図5の通常環境下では、メインリレー10は、一般的なメインリレーと同様に動作して、リレーをオンまたはオフする。
【0104】
このような通常環境下におけるリレーオフおよびリレーオンのどちらの時でも、熱変形部材52の温度Tが閾値TA以上であるので、熱変形部材52は、略水平方向に真っ直ぐに延びる直線形状となり、熱変形部材52の先端部52aは、退避位置に配置されている。このため、熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の接点部36および固定端子20の接点部26(リレー端子接点)と接触することはない。つまり、通常環境下では常に、熱変形部材52は、リレー端子接点に対して非接触状態であり、熱変形部材52とリレー端子接点とは通電しない。
【0105】
(2)極低温環境下(熱変形部材52の温度T<閾値T
A)で、リレーオフ時
次に、
図6を参照して、極低温環境下(例えば、外気温が-30°~-10℃)におけるメインリレー10の状態と動作を説明する。
【0106】
図6に示すように、極低温環境下においては、リレー端子接点の温度T1とリレー内部雰囲気の温度T2との間の温度差ΔT1が所定の閾値(例えば、約6℃)未満となる場合、固定端子20の接点部26が氷結し、氷結層60が形成されることがある。この場合、熱変形部材52に冷却熱が伝達されて、熱変形部材52の温度Tが閾値T
A以上未満になると、熱変形部材52が自律的に変形する。この結果、熱変形部材52の先端部52aは、上方に湾曲して接触可能位置に配置され、熱変形部材52は、先端部52aが上向きに湾曲した湾曲形状を有するようになる。このように接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aは、可動端子30の接点部36および固定端子20の接点部26の双方と接触していない。つまり、極低温環境下においてリレーオフのときには、熱変形部材52は、リレー端子接点に対して非接触状態である。
【0107】
(3)極低温環境下(熱変形部材52の温度T<閾値T
A)で、リレーオン時
次に、
図7を参照して、極低温環境下において、リレーオン時のメインリレー10の状態と動作を説明する。
【0108】
上記
図6の状態で、リレーがオンされると、
図7に示すように、可動端子30の可動部33を下方に回動させる方向の磁力が発生し、可動端子30の可動部33が固定端子20の接点部26に近接する方向に移動する。すると、当該方向に移動した可動部33の板バネ34の先端は、上記接触可能位置に配置された熱変形部材52の先端部52aと接触して、可動端子30と熱変形部材52が通電する。このとき、熱変形部材52は、氷結した固定端子20とは非接触であるので、固定端子20から伝達される冷却熱により熱変形部材52が冷却されることはない。よって、熱変形部材52は氷結せずに、可動端子30と好適に通電可能である。
【0109】
このように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、極低温環境下において固定端子20の接点部26が氷結した場合であっても、リレーオン時に、固定端子20に電気的に接続された熱変形部材52が可動端子30と接触するので、熱変形部材52が固定端子20の代替接点として機能する。よって、氷結した固定端子20と可動端子30の接触不良を回避して、熱変形部材52を介して可動端子30と固定端子20を通電させることができる。また、第2の実施形態でも、上述した第1の実施形態と同様、その他の作用効果も奏する。
【0110】
[7.第3の実施形態に係るリレー]
次に、
図8を参照して、第3の実施形態に係るメインリレー10の構成について説明する。
図8は、第3の実施形態に係る通常環境下におけるメインリレー10の状態を示す縦断面図である。
【0111】
図8に示すように、第3の実施形態に係るメインリレー10は、上記第1、2の実施形態と比べて、熱変形部材52を保持する保持部材の構成が相違しており、その他の機能構成は、上記第1、2の実施形態の場合と実質的に同一であるので、その詳細説明は省略する。
【0112】
図8に示すように、第3の実施形態に係るメインリレー10の氷結対策構造50は、熱変形部材52と、スプリング54と、樹脂スペーサ57と、金属端子58と、金属製の熱交換部材59とを備える。このように、第3の実施形態に係る氷結対策構造50では、第1、2の実施形態に係る上側の樹脂スペーサ56(
図2等参照)の代わりに、熱交換部材59(
図8参照)が設けられている。
【0113】
第3の実施形態に係る氷結対策構造50のスプリング54、樹脂スペーサ57、金属端子58および熱交換部材59等の部品は、メインリレー10内の所定位置に熱変形部材52を保持する保持部材として機能する。保持部材のこれら部品は、熱変形部材52をメインリレー10内の所定位置に保持する機能と、熱変形部材52と固定端子20とを電気的に接続する機能とを有する。
【0114】
スプリング54は、例えば、ばね用銅線をコイル状に巻くことで構成されるコイルバネであり、樹脂スペーサ56および金属端子58を介して熱変形部材52を下方から支持する。熱変形部材52の下側の樹脂スペーサ57は、非導電性材料で形成されるスペーサ(非導電性スペーサ)の一例である。樹脂スペーサ57は、樹脂で形成されるスペーサであり、導電性を有しない。樹脂スペーサ57は、熱変形部材52の下側に配置され、熱変形部材52の下面と接触している。熱交換部材59は、熱変形部材52の上側に配置され、熱変形部材52の上面と接触している。
【0115】
このような下側の樹脂スペーサ57と上側の熱交換部材59は、熱変形部材52をメインリレー10内の所定位置(固定端子20の接点部26および可動端子30の接点部36に隣接する位置)に保持する機能を有する。詳細には、樹脂スペーサ57と熱交換部材59は、上下方向から熱変形部材52を挟持することにより、熱変形部材52を所定位置に保持する。さらに、上記スプリング54の弾性力によって、樹脂スペーサ57と熱交換部材59に対して、上下方向に押圧する付勢力が付与される。これにより、当該樹脂スペーサ57と熱交換部材59により挟持された熱変形部材52は、メインリレー10内の所定位置に安定的に保持される。
【0116】
熱交換部材59は、熱変形部材52と金属端子58を接続するように設けられる。熱交換部材59は、例えば、金属等の導電性材料で形成されており、導電性を有する。熱交換部材59は、上下に突出する複数のフィン(放熱板)を有するフィン形状を有する。例えば、
図8の例の熱交換部材59は、フィン形状を有する金属部品で構成されている。
【0117】
これにより、熱交換部材59は、リレー内部雰囲気の空気と、効率良く熱交換可能な形状を有することができる。熱交換部材59は、リレー内部雰囲気の空気と熱交換することにより、熱交換部材59自体の温度をリレー内部雰囲気の温度T2に近づける機能を有する。かかる熱交換部材59の熱交換機能により、金属端子58から熱交換部材59に伝達された冷却熱が、熱変形部材52に伝達することを抑制でき、熱交換部材59が極低温に冷却されないようにすることができる。
【0118】
金属端子58は、下側の樹脂スペーサ57に取り付けられ、熱変形部材52に接続されずに、スプリング54および熱交換部材59に接続されるように設けられる。図示の例の金属端子58は、例えば、L字型の断面を有する導電性の端子であり、下側の樹脂スペーサ57の下面と側面に沿って取り付けられている。これにより、L字型の金属端子58の下面がスプリング54と接触し、当該金属端子58の上端が熱交換部材59と接触している。そして、金属端子58と熱変形部材52の間には樹脂スペーサ57が介在しており、金属端子58と熱変形部材52とは直接的に接続されていない。金属端子58と熱交換部材59は直接的に接続されている。なお、金属端子58の設置形態は、かかる例に限定されず、熱交換部材59とスプリング54とを接続可能な設置形態であれば、例えば、金属端子58が樹脂スペーサ57を上下方向に貫通する形態であってもよいし、金属端子58の形状も適宜変更してもよい。
【0119】
以上の構成により、熱変形部材52は、スプリング54、樹脂スペーサ57、熱交換部材59により、リレー端子接点に隣接する所定位置に保持される。さらに、熱変形部材52は、熱交換部材59、金属端子58およびスプリング54を介して固定端子20に対して電気的に接続される。
【0120】
このように、第3の実施形態によれば、熱変形部材52と固定端子20とを電気的に接続するための電気回路を、熱交換部材59、金属端子58およびスプリング54という複数の導電性部品からなる迂回回路で構成している。そして、熱変形部材52と金属端子58との間は、樹脂スペーサ57により絶縁している。かかる構成により、熱変形部材52と固定端子20の間の冷却熱の伝達経路を長くすることができる。
【0121】
さらに、表面積が大きなコイル状のスプリング54を用いることで、当該スプリング54とリレー内部雰囲気との熱交換効率を向上できる。加えて、熱変形部材52に接触する熱交換部材59を設けることで、表面積が大きな熱交換部材59とリレー内部雰囲気との熱交換効率も向上できる。
【0122】
これらの相乗効果により、車両1の走行風により冷却された固定端子20からの冷却熱が、熱変形部材52に伝達することを抑制できるので、当該冷却熱の伝達による熱変形部材52の温度Tの低下を抑制できる。したがって、熱変形部材52の温度Tとリレー内部雰囲気の温度T2との間の温度差ΔTを低減できるので、極低温環境下において熱変形部材52が結露および氷結することを、より確実に抑制できる。
【0123】
このように第3の実施形態に係るメインリレー10は、上述した第1、第2の実施形態の作用効果に加えて、熱変形部材52の結露および氷結を、より一層抑制できるという作用効果も奏する。よって、極低温環境下において固定端子20の接点部26が凍結したとしても、熱変形部材52は凍結しにくい。この結果、リレーオン時に、氷結した固定端子20と可動端子30の接触不良を回避して、熱変形部材52を介して可動端子30と固定端子20を、より確実に通電させることができる。
【0124】
[8.まとめ]
以上説明したように、本実施形態によれば、
車両1に搭載される電源7と電気負荷6との間に接続されるリレー(メインリレー10)であって、
接点部26を有する固定端子20と、
前記固定端子20の前記接点部26に対して近接または離間可能に設けられる接点部36を有する可動端子30と、
前記固定端子20に対して電気的に接続され、前記可動端子30の前記接点部36に隣接して配置される熱変形部材52と、
を備え、
前記熱変形部材52の温度Tが氷点下の第1閾値T
A以上である場合(例えば、通常環境下の場合)、前記熱変形部材52の先端部52aは、前記可動端子30の前記接点部36および前記固定端子20の前記接点部26から離隔した退避位置に配置され(
図2、
図5参照。)、
前記熱変形部材52の温度Tが前記第1閾値T
A未満である場合(例えば、極低温環境下でリレーオフのとき)、前記熱変形部材52が変形することにより、前記熱変形部材52の前記先端部52aは、前記可動端子30と接触可能な接触可能位置に配置され(
図3、
図6参照。)、さらに、前記可動端子30が前記固定端子20の前記接点部26に近接する方向に移動したとき(例えば、極低温環境下でリレーオンのとき)、当該方向に移動した前記可動端子30は、前記接触可能位置に配置された前記熱変形部材52の前記先端部52aと接触する(
図4、
図7参照。)、リレー(メインリレー10)が提供される。
【0125】
これにより、極低温環境下において、固定端子20の接点部26が氷結した場合であっても、冷却熱により熱変形部材52が自律的に変形することで、熱変形部材52が固定端子20の接点部26に代わる働きをして、固定端子20と可動端子30の接触不良を回避することができる。よって、制御装置を使用しない簡易な氷結対策構造50を用いて、極低温環境下における氷結に起因するリレー端子接点の接触不良を回避することができる。
【0126】
前記接触可能位置に配置された前記熱変形部材52の前記先端部52aは、前記固定端子20から離隔しているようにしてもよい。
【0127】
これにより、熱変形部材52の先端部52aと固定端子20とが非接触になるので、低温の固定端子20から熱変形部材52の先端部52aに冷却熱が伝達されない。したがって、熱変形部材52が冷却されにくいので、極低温環境下であっても、熱変形部材52の先端部52aが結露および氷結しにくい。
【0128】
前記固定端子20に接続され、前記熱変形部材52を支持するスプリング54をさらに備え、
前記熱変形部材52は、前記スプリング54を介して前記固定端子20に対して電気的に接続されるようにしてもよい。
【0129】
これにより、表面積が大きなスプリング54を介して熱変形部材52と固定端子20を電気的に接続することができる。したがって、スプリング54とリレー内部雰囲気との熱交換効率を向上できるので、熱変形部材52の温度Tとリレー内部雰囲気の温度T2と間の温度差ΔTを低減できる。よって、熱変形部材52が結露および氷結することを抑制できる。また、熱変形部材52等の氷結対策構造50の部品をスプリング54により弾性的に支持することで、メインリレー10内における氷結対策構造50の各部品の組み立てが容易になる。
【0130】
非導電性材料で形成され、前記熱変形部材52を前記可動端子30の前記接点部36に隣接する位置に保持するスペーサ(樹脂スペーサ57)と、
前記スペーサ(樹脂スペーサ57)に取り付けられ、前記熱変形部材52と前記スプリング54を接続するように設けられる金属端子58と、
をさらに備え、
前記スプリング54は、前記スペーサ(樹脂スペーサ57)および前記金属端子58を介して前記熱変形部材52を支持し、
前記熱変形部材52は、前記金属端子58および前記スプリング54を介して前記固定端子20に対して電気的に接続されるようにしてもよい。
【0131】
これにより、断熱機能を有するスペーサ(樹脂スペーサ56、57)により熱変形部材52の大部分を保持することにより、熱変形部材52に対して接触する金属端子58等の金属部材の接触面積を小さくできる。したがって、熱変形部材52への冷却熱の伝達を抑制できるので、熱変形部材52が冷却されることを抑制できる。よって、熱変形部材52が結露および氷結することを、より確実に抑制できる。
【0132】
非導電性材料で形成され、前記熱変形部材52を前記可動端子30の前記接点部36に隣接する位置に保持するスペーサ(樹脂スペーサ57)と、
前記スペーサ(樹脂スペーサ57)に取り付けられ、前記熱変形部材52に接続されずに前記スプリング54に接続されるように設けられる金属端子58と、
前記熱変形部材52と前記金属端子58を接続するように設けられ、フィン形状を有する導電性の熱交換部材59と、
をさらに備え、
前記熱変形部材52は、前記熱交換部材59、前記金属端子58および前記スプリング54を介して前記固定端子20に対して電気的に接続されるようにしてもよい。
【0133】
これにより、熱変形部材52に接触している熱交換部材59と、リレー内部雰囲気との熱交換効率を向上できる。したがって、熱変形部材52の冷却を抑制して、熱変形部材52の温度Tとリレー内部雰囲気の温度T2と間の温度差ΔTを低減できる。よって、熱変形部材52が結露および氷結することを抑制できる。
【0134】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0135】
例えば、上記実施形態では、車両1に搭載される各種装置の制御装置に対する電力供給をオンまたはオフするためのメインリレー10に適用する例について説明したが、かかる例に限定されない。本発明のリレーは、上記メインリレー10の例以外にも、エンジンルーム3内に設置される各種のリレーに好適に適用可能であり、エンジンルーム3以外にも、車両1の各場所(例えば、車室、トランクルーム、フロア下など)に設置される他のリレーにも適用されうる。
【符号の説明】
【0136】
1 車両
6 電気負荷
7 電源
8 リレーボックス
10 メインリレー
20 固定端子
26 接点部
30 可動端子
33 可動部
34 板バネ
35 可動板
36 接点部
37 先端接点部
50 氷結対策構造
52 熱変形部材
54 スプリング
56、57 樹脂スペーサ
58 金属端子
59 熱交換部材
60 氷結層