(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リレーのコイルに直列接続されていて前記コイルの給電路の導通遮断切替を行う電路開閉回路と、前記コイル及び前記電路開閉回路に並列接続されていて前記給電路への外部からの給電によって充電され前記外部給電の断絶後の放電は前記コイル及び前記電路開閉回路を介して行う蓄電回路と、前記コイル及び前記電路開閉回路に並列接続されていて前記外部給電にて充電され前記外部給電の断絶後の放電は前記コイル及び前記電路開閉回路を迂回して行う充放電回路とを備えた緩放リレー回路であって、前記電路開閉回路が前記充放電回路の充電電圧の高低に応じて前記給電路の導通遮断を切り替えるものであり、前記蓄電回路の容量が前記充放電回路の容量より大きくて前記外部給電の断絶後の前記リレーの動作保持可能時間が前記外部給電の断絶後の前記給電路の導通状態維持時間より長くなっていることを特徴とする緩放リレー回路。
【請求項２】
前記蓄電回路も前記充放電回路も容量部が充電抵抗を介して充電されるものであり、それら両抵抗の間には前記蓄電回路から前記充放電回路への放電を阻止する逆流阻止部材が介挿接続されていることを特徴とする請求項１記載の緩放リレー回路。
【請求項３】
前記充放電回路の前記充電抵抗には前記充電抵抗を介する放電を阻止する逆流阻止部材が付設されていて、前記充放電回路が前記充電抵抗とは別の放電抵抗を介して放電するようになっていることを特徴とする請求項２記載の緩放リレー回路。
【請求項４】
前記充放電回路の容量部が充電抵抗を介して充電されるものであり、前記充電抵抗には前記充電抵抗を介する放電を阻止する逆流阻止部材が付設されていて、前記充放電回路が前記充電抵抗とは別の放電抵抗を介して放電するようになっていることを特徴とする請求項１記載の緩放リレー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の信号や踏切の制御などに用いられる緩放リレー回路に関し、詳しくは、直流電圧が印加されるとリレーが動作し、直流電圧の印加が絶たれたときには緩放時間の経過後にリレーが復旧する緩放リレー回路に関し、更に詳しくは緩放時間がコンデンサからの放電特性に基づいて決まる緩放リレー回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
緩放リレー回路は（例えば非特許文献１，図５参照）、ＣＲ回路によるコンデンサの放電時間を利用してリレーの緩放時間を決めるタイプの場合、例えば直流電圧２４Ｖで駆動されるリレー５０と、充放電抵抗Ｒ３と大容量コンデンサＣ３とを直列接続した充放電回路Ｃ３，Ｒ３とを、組み合わせた回路からなり、リレー５０のコイルＲと充放電回路Ｃ３，Ｒ３とが並列になる形で、リレー５０のコイルＲの給電路５５に充放電回路Ｃ３，Ｒ３が接続されている。このような緩放リレー回路では、スイッチＳＷがオンして給電線対Ｂ２４，Ｃ２４から直流電圧２４Ｖが印加されると、リレー５０が動作してリレー接点が扛上するとともに、充放電抵抗Ｒ３を介して大容量コンデンサＣ３が充電される。
【０００３】
そして、スイッチＳＷがオフして直流電圧２４Ｖの印加が絶たれると、大容量コンデンサＣ３から充放電抵抗Ｒ３と給電路５５とコイルＲとを介して放電がなされ、その電流が大きいうちはリレー５０の動作が保持されるが、放電電流が小さくなってコイルＲの励磁に足りなくなると、リレー５０が復旧してリレー接点が落下する。すなわち、大容量コンデンサＣ３の放電電圧がリレー５０の復旧電圧を下回ったときにリレー５０が復旧する。このスイッチＳＷがオフしてからリレー５０が復旧するまでの時間が、緩放時間（又は緩放時素）であり、大容量コンデンサＣ３と充放電抵抗Ｒ３とリレー５０のコイルＲとによる放電特性と、リレー５０の復旧電圧とに基づいて決まる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本鉄道電気技術協会編「踏切保安装置  詳説」第２９１〜２９３頁、２００７年５月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような緩放リレーを鉄道信号に用いる場合、緩放時間として数秒から数十秒といった長い時間が要求されるため、時素設定用のコンデンサＣ３には電解コンデンサなど大容量のものが必要であるが、そのような大容量コンデンサＣ３は一般に温度変化や経時変化に係る容量特性が優れない。しかも、大容量コンデンサＣ３の放電電圧によりリレー５０の動作保持を行っているので、大容量コンデンサＣ３の放電経路にリレー５０のコイルＲが含まれているが、リレーによっては復旧電圧のバラツキが大きい。そして、そのようなリレーの復旧電圧とコンデンサの放電電圧カーブとの大小関係によりリレーの復旧動作時間が決まり、その復旧動作時間が緩放時間となるため、リレーの復旧電圧とコンデンサ容量の温度変動などの影響を受けて緩放時間が変動しやすい。
【０００６】
緩放時間が変動するとしても、そして、その変動量が大きいとしても、変動範囲が要求仕様の上下限界内に収まっていれば、緩放リレーは使用することができる。
しかしながら、緩放時間の変動が大きいと、最大変動を見越して初期設定を行わなければならないため、部品選定や出荷前調整などの負担が重い。また、要求仕様の厳格化に応えることが難しく、要求仕様を超える高品質をアピールすることもできない。
そこで、緩放時間が安定するよう緩放リレー回路を改良することが課題となるが、鉄道設備に組み込まれる緩放リレー回路ではフェールセーフ性が欠かせないので、その条件も満たす態様で新たな緩放リレー回路を実現しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の緩放リレー回路は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、リレーのコイルに直列接続されていて前記コイルの給電路の導通遮断切替を行う電路開閉回路と、前記コイル及び前記電路開閉回路に並列接続されていて前記給電路への外部からの給電によって充電され前記外部給電の断絶後の放電は前記コイル及び前記電路開閉回路を介して行う蓄電回路と、前記コイル及び前記電路開閉回路に並列接続されていて前記外部給電にて充電され前記外部給電の断絶後の放電は前記コイル及び前記電路開閉回路を迂回して行う充放電回路とを備えた緩放リレー回路であって、前記電路開閉回路が前記充放電回路の充電電圧の高低に応じて前記給電路の導通遮断を切り替えるものであり、前記蓄電回路の容量が前記充放電回路の容量より大きくて前記外部給電の断絶後の前記リレーの動作保持可能時間が前記外部給電の断絶後の前記給電路の導通状態維持時間より長くなっていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の緩放リレー回路は（解決手段２）、上記解決手段１の緩放リレー回路であって、前記蓄電回路も前記充放電回路も容量部が充電抵抗を介して充電されるものであり、それら両抵抗の間には前記蓄電回路から前記充放電回路への放電を阻止する逆流阻止部材が介挿接続されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の緩放リレー回路は（解決手段３）、上記解決手段１，２の緩放リレー回路であって、前記充放電回路の前記充電抵抗には前記充電抵抗を介する放電を阻止する逆流阻止部材が付設されていて、前記充放電回路が前記充電抵抗とは別の放電抵抗を介して放電するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明の緩放リレー回路にあっては（解決手段１）、リレーの動作状態切替が電路開閉回路に委ねられるとともに、時素制御すなわち緩放時間の長短決定が充放電回路に委ねられて、大容量の蓄電回路はリレーの動作保持に専用化される。そして、そのリレーの動作保持可能時間がリレーのコイルの給電路の導通状態維持時間すなわち緩放時間より長ければ足りるので、蓄電回路は放電精度の要件から解放される。また、リレーは復旧電圧の正確性の要件から解放される。さらに、充放電回路は、容量が小さくて足りるので、部材選択の範囲が広がり、大したコストを掛けなくても、特性の良い部材を用いて回路を構成することができる。これにより緩放時間が安定することとなる。
【００１１】
しかも、外部給電の断絶後にリレーを動作保持する電流が蓄電回路からの放電だけなので、その放電が電路開閉回路によって強制阻止されない限り、蓄電回路の放電に基づくリレーの動作保持可能時間が経過した後には、リレーが必ず復旧する。そのため、回路のどこかが壊れて電路開閉回路が導通したまま遮断しなくなったという故障が発生した場合でも、リレーが必ず復旧するので、鉄道設備で必要なフェールセーフ性が確保される。
したがって、この発明によれば、緩放時間の安定したフェールセーフな緩放リレー回路を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の緩放リレー回路にあっては（解決手段２）、蓄電回路から充放電回路への不所望な影響が及ぶのを簡便に防止することができる。
さらに、本発明の緩放リレー回路にあっては（解決手段３）、充放電回路を簡便なアナログ受動回路で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１について、緩放リレー回路の回路図である。
【図２】オン時の動作説明図である。
【図３】オフ時の動作説明図である。
【図４】本発明の実施例２について、緩放リレー回路の回路図である。
【図５】従来の緩放リレー回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
このような本発明の緩放リレー回路について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段１〜３（出願当初の請求項１〜３）を総て具現化したものであり、図４に示した実施例２は、その変形例である。
【実施例１】
【００１５】
本発明の緩放リレー回路の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、その回路図である。
【００１６】
この緩放リレー回路は、充放電回路１０と蓄電回路２０と電路開閉回路３０とリレー５０とを具えたものである。
リレー５０は、従来回路のものと同じで良く、コイルＲの給電路５５がスイッチＳＷを介して外部給電用の給電線対Ｂ２４，Ｃ２４に接続されている。
【００１７】
電路開閉回路３０は、漏れ電流の少ない例えばＭＯＳ形ＦＥＴであってゲート電圧低下時にドレイン電流の止まるｐチャネルエンハンスメント形のトランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１が開閉部材に採用されており、スイッチング素子Ｑ１のドレインが正側の給電線Ｂ２４及びスイッチＳＷ側に接続され、スイッチング素子Ｑ１のソースが負側の給電線Ｃ２４に接続され、スイッチング素子Ｑ１のゲートが充放電回路１０の放電電圧を受けるために後述の放電抵抗ＶＲ１の可動端子に接続された形で、スイッチング素子Ｑ１が給電路５５に介挿されている。これにより、電路開閉回路３０は、リレー５０のコイルＲに直列接続されていてコイルＲの給電路５５の導通遮断切替を行うものとなっている。
【００１８】
蓄電回路２０は、抵抗値が例えば３９０Ω程度の充放電抵抗Ｒ２と、容量が例えば６７００μＦ程度の大容量アルミ電解コンデンサＣ２と、必須でなく適宜付加されるツェナーダイオードＺ２とを具備したものであり、このような充放電抵抗Ｒ２及び大容量コンデンサＣ２は既述した従来の充放電抵抗Ｒ３及び大容量コンデンサＣ３に概ね匹敵している。そして、充放電抵抗Ｒ２の一端がスイッチＳＷとコイルＲとの間で給電路５５に接続され、充放電抵抗Ｒ２の他端と大容量コンデンサＣ２の一端とが接続され、大容量コンデンサＣ２の他端が給電線Ｃ２４に接続されて、蓄電回路２０がコイルＲ及び電路開閉回路３０に並列接続されたものとなっている。また、ツェナーダイオードＺ２は、カソードが大容量コンデンサＣ２の一端側に接続され、アノードが給電線Ｃ２４に接続されて、大容量コンデンサＣ２の充電電圧を安定させるものとなっている。
【００１９】
充放電回路１０は、抵抗値が例えば１ＫΩ程度の充電抵抗Ｒ１と、充電抵抗Ｒ１を介する放電を阻止する逆流阻止部材として充電抵抗Ｒ１に付設されたダイオードＤ１と、一対の固定端子と一個の可動端子とを有し両固定端子間の抵抗値が例えば５００ＫΩ程度の放電抵抗ＶＲ１と、容量が例えば２０μＦ程度の小容量であって温度変動や経年変化の小さいフィルムコンデンサＣ１と、必須でなく適宜付加されるツェナーダイオードＺ１とを具備している。そして、充電抵抗Ｒ１の一端がスイッチＳＷとコイルＲ及び充放電抵抗Ｒ２との間で給電路５５に接続され、充電抵抗Ｒ１の他端とダイオードＤ１のアノードとが接続され、ダイオードＤ１のカソードと小容量コンデンサＣ１の一端とが接続され、小容量コンデンサＣ１の他端が給電線Ｃ２４に接続されて、充放電回路１０がコイルＲ及び電路開閉回路３０に並列接続されたものとなっている。
【００２０】
また、放電抵抗ＶＲ１の両固定端子の一方が小容量コンデンサＣ１の一端に接続され他方が小容量コンデンサＣ１の他端と共に給電線Ｃ２４に接続されて、充放電回路１０が充電抵抗Ｒ１とは別の放電抵抗ＶＲ１を介して放電するものとなっている。さらに、ツェナーダイオードＺ１は、カソードが小容量コンデンサＣ１の一端側に接続され、アノードが小容量コンデンサＣ１の他端と共に給電線Ｃ２４に接続されて、小容量コンデンサＣ１の充電電圧を安定させるものとなっている。また、放電抵抗ＶＲ１の可動端子が上述したようにスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されているので、電路開閉回路３０が充放電回路１０の充電電圧の高低に応じて給電路５５の導通遮断を切り替えるものとなっているうえ、放電抵抗ＶＲ１の可動端子の操作にて緩放時間を調整しうるものとなっている。
【００２１】
さらに、充放電回路１０と蓄電回路２０との関係については、蓄電回路２０から充放電回路１０への放電を阻止する逆流阻止部材としてダイオードＤ２が充放電抵抗Ｒ２と充電抵抗Ｒ１との間に介挿接続されており、具体的には、ダイオードＤ２のアノードが充電抵抗Ｒ１とスイッチングとの接続点に接続され、ダイオードＤ２のカソードが充放電抵抗Ｒ２とコイルＲとの接続点に接続されている。また、上述したように大容量コンデンサＣ２の容量が小容量コンデンサＣ１の容量より大きいため、給電線対Ｂ２４，Ｃ２４を介する直流電圧２４Ｖの外部給電の断絶後におけるリレー５０の動作保持可能時間が直流電圧２４Ｖの外部給電の断絶後における給電路５５の導通状態維持時間よりも長くなっている。なお、どれだけ長いかは各容量値Ｃ１，Ｃ２と各抵抗値ＶＲ１，Ｒ２，Ｒとに基づいて放電時定数にも依存して決まるものである。
【００２２】
この実施例１の緩放リレー回路について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２はオン時の動作説明図であり、図３はオフ時の動作説明図である。
【００２３】
例えば警報リレーの接点などで構成されるスイッチＳＷがオン状態になって、そこが導通すると（図２参照）、直流電圧２４Ｖが給電線対Ｂ２４，Ｃ２４から充放電回路１０へ直に印加されるとともに、直流電圧２４ＶがダイオードＤ２を介して蓄電回路２０に印加され更にリレー５０のコイルＲとスイッチング素子Ｑ１との直列回路にも印加される。
【００２４】
そして、充放電回路１０では、充電抵抗Ｒ１とダイオードＤ１とに電流Ｉａが流れ、この電流Ｉａが放電抵抗ＶＲ１と小容量コンデンサＣ１との接続点で電流Ｉｂ，Ｉｃに分流し、そのうち電流Ｉｂが小容量コンデンサＣ１に流れ込んで小容量コンデンサＣ１が充電されるとともに、放電抵抗ＶＲ１に電流Ｉｃが流れ、このとき放電抵抗ＶＲ１に掛かる電圧が可動端子からスイッチング素子Ｑ１のゲートに伝達される。こうして、オン時の充放電回路１０では、充放電回路１０の容量部である小容量コンデンサＣ１が充電抵抗Ｒ１を介して給電線Ｂ２４から給電路５５への外部給電によって充電される
【００２５】
また、蓄電回路２０では、充放電抵抗Ｒ２に電流Ｉｄが流れ、この電流Ｉｄが大容量コンデンサＣ２に流れ込んで大容量コンデンサＣ２が充電される。こうして、オン時の蓄電回路２０では、蓄電回路２０の容量部である大容量コンデンサＣ２が充放電抵抗Ｒ２を介して給電線Ｂ２４から給電路５５への外部給電によって充電される。
さらに、電路開閉回路３０では、上述した充放電回路１０の放電抵抗ＶＲ１の可動端子の電圧をゲートに受けているスイッチング素子Ｑ１がオンして、給電路５５が導通状態になる。そのため、リレー５０のコイルＲとスイッチング素子Ｑ１のソースドレイン間とに電流Ｉｅが流れ、この電流Ｉｅによってリレー５０が動作してリレー接点が扛上する。
【００２６】
それから、スイッチＳＷがオン状態からオフ状態に切り替わって、そこが遮断されると（図３参照）、給電線対Ｂ２４，Ｃ２４からの外部給電が絶たれ、その外部給電の断絶後は充放電回路１０でも蓄電回路２０でも放電が行われる。
そして、蓄電回路２０では、大容量コンデンサＣ２から放電がなされるが、その放電電流Ｉｇは、充電電流Ｉｄとは逆向きで充放電抵抗Ｒ２を流れ、充放電抵抗Ｒ２を経由した後、ダイオードＤ２によって充放電回路１０の方へ流れるのは阻止されるので、専らリレー５０のコイルＲとスイッチング素子Ｑ１とを流れる。
【００２７】
また、充放電回路１０では、小容量コンデンサＣ１から放電がなされるが、その放電電流Ｉｆは、ダイオードＤ１によって充電抵抗Ｒ１の方へ流れるのを阻止されるため、その先のコイルＲ及びスイッチング素子Ｑ１を迂回して、専ら放電抵抗ＶＲ１を流れる。そして、この放電電流Ｉｆによって暫くは放電抵抗ＶＲ１の印加電圧が維持される。
さらに、電路開閉回路３０では、放電抵抗ＶＲ１に掛かる電圧がスイッチング素子Ｑ１のオン電圧を上回っている間は、それをゲート電圧とするスイッチング素子Ｑ１がオンし続け、放電抵抗ＶＲ１に掛かる電圧がスイッチング素子Ｑ１のオン電圧を下回った時点でスイッチング素子Ｑ１がオフして給電路５５が遮断される。
【００２８】
そして、上述したように給電線対Ｂ２４，Ｃ２４を介する直流電圧２４Ｖの外部給電の断絶後におけるリレー５０の動作保持可能時間が直流電圧２４Ｖの外部給電の断絶後における給電路５５の導通状態維持時間よりも長くなるよう、充放電回路１０における放電電流Ｉｆの時定数と蓄電回路２０及びリレー５０における放電電流Ｉｇの時定数が予めされているので、放電電流Ｉｇの減少によってリレー５０が復旧する前に、放電電流Ｉｆの減少によってスイッチング素子Ｑ１がオフし、これによって給電路５５が遮断されて放電電流Ｉｇが止められるので、リレー５０が復旧してリレー接点が落下する。
【００２９】
こうして、故障の無い正常状態では、小容量コンデンサＣ１と放電抵抗ＶＲ１とに基づくＣＲ時定数によって緩放時間が決まるので、しかも小容量コンデンサＣ１にはフィルムコンデンサといった特性の良い容量素子が用いられているので、緩放時間が安定する。また、放電抵抗ＶＲ１にゲートが接続されているスイッチング素子Ｑ１には漏れ電流の少ないＦＥＴが採用されているので、その影響は無視できるほど小さい。さらに、小容量コンデンサＣ１にはツェナーダイオードＺ１が付設され、大容量コンデンサＣ２にはツェナーダイオードＺ２が付設されているので、給電線対Ｂ２４，Ｃ２４を介して印加される直流電圧２４Ｖの変動による影響も小さく抑制される。そのため更に緩放時間が安定する。尚、大容量コンデンサＣ２が放電途中の蓄電状態を維持するので以後は充電時間が短い。
【００３０】
一方、故障時には、この緩放リレー回路が鉄道分野で用いられる場合、何らかの故障によってスイッチング素子Ｑ１がオフしたままオンしなくなった状態では、電流Ｉｄが流れないため、リレー５０が動作せず、リレー接点が扛上しないので、フェールセーフ性が確保されている。
これに対し、故障によってスイッチング素子Ｑ１がオンしたままオフしなくなったときには、これが最悪状態であるが、その状態では、給電路５５が導通し続ける。
【００３１】
そうすると、電路開閉回路３０もその制御用の充放電回路１０もリレー５０の動作に影響しなくなるため、この緩放リレー回路は、充放電抵抗Ｒ２と大容量コンデンサＣ２との直列接続回路をリレー５０に組み合わせただけの回路と等価になる。この等価回路は、従来の緩放リレー回路とそっくりであり、従来品との相違は、大容量コンデンサＣ２からの放電電流Ｉｇによるリレー５０の動作保持時間が、外部給電断絶後のリレー５０の動作保持可能時間になるため、緩放時間が正常時より長くなるだけである。
そのため、この緩放リレー回路では、スイッチング素子Ｑ１がオンしたままオフしなくなった故障状態でも、フェールセーフ性が確保されている。
【００３２】
このように、本発明の緩放リレー回路にあっては、正常時には相対的に精度の良い充放電回路１０が第１緩放時素回路として機能し、故障時には動作の確実な蓄電回路２０が第２緩放時素回路として機能するので、フェールセーフ性が十分に確保されている。
【実施例２】
【００３３】
図４に回路図を示した本発明の緩放リレー回路が上述した実施例１のものと相違するのは、電路開閉回路３０にコンパレータ３４が追加されている点である。
【００３４】
コンパレータ３４がスイッチング素子Ｑ１のゲートラインに介挿接続されており、充放電回路１０の放電電圧と既定の基準電圧とがコンパレータ３４によって比較されて、両電圧の大小に応じてスイッチング素子Ｑ１がオンオフするようになっている。
一般にコンパレータ３４を利用した回路の温度特性の方がスイッチング素子Ｑ１のゲートＯＮ電圧の温度特性よりも優れているので、温度変化に対する緩放時間の変動が抑制されて、時素の精度が向上する。
しかも、コンパレータ３４を使用した回路でもフェールセーフ性が維持されている。
【００３５】
［その他］
放電抵抗ＶＲ１は、上述した可変抵抗に限られる訳でなく、複数抵抗と切替回路とを組み合わせて抵抗値を切り替える回路でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の緩放リレー回路は、特殊信号発光機の制御や踏切遮断機の制御に多用されているが、フェールセーフ性の要求される他の鉄道設備であっても緩放時間の設定可能な範囲内の応用目的であればそれにも使用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０…充放電回路（正常時の第１緩放時素回路）、
Ｒ１…充電抵抗、Ｃ１…小容量コンデンサ、ＶＲ１…放電抵抗、
２０…蓄電回路（故障時の第２緩放時素回路）、
Ｒ２…充放電抵抗、Ｃ２…大容量コンデンサ、
３０…電路開閉回路、３４…コンパレータ、Ｑ１…スイッチング素子、
５０…リレー、５５…給電路、Ｒ…コイル、
Ｒ３…充放電抵抗、Ｃ３…大容量コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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