(57)【要約】【課題】リードスイッチを最小放電電流、最小放電電圧以上で使用した場合に発生するアーク放電現象を抑圧するとともに小型化、材料費の低減する。【解決手段】複数個のリードスイッチを電気的に並列に接続し、少なくとも１つの電気接点にコンデンサを直列に接続し開離動作時に接点が蒸発直後（微小時間Δｔ０秒後）の接点間電圧Ｖｘの値をアーク放電最小電電圧以下となるように、Ｃ≧Δｔ０×Ｉｘ／Ｖｘの値で制御する。コンデンサの直列等価抵抗Ｒｓと遮断する電流Ｉｘの積が、最小アーク放電電圧を超えないような等価直列抵抗の小さなコンデンサを用いる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断する電流Ｉｘが開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点の最小アーク放電電圧Ｖａ以上の電流開閉回路であって、複数個の電気接点を電気的に並列に接続し、少なくても１つの電気接点にコンデンサを直列に接続したことを特徴とする電流開閉回路であって、開離動作時に接点が蒸発直後（微小時間Δｔ０秒後）の接点間電圧Ｖｘの値を最小アーク放電電圧以下となるように、Ｃ≧Δｔ０×Ｉｘ／Ｖｘの値で制御することを特徴とする電流開閉回路
【請求項２】
遮断する電流Ｉｘが開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧Ｖｘが開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、複数個の電気接点を電気的に並列に接続し、開離動作時に接点が蒸発直後（微小時間Δｔ０秒後）の接点間電圧Ｖｘの値を最小アーク放電電圧以下となるように、少なくても１つの電気接点にコンデンサを直列に接続電圧を最小アーク放電電圧以下となるように、コンデンサ値を設定したことを特徴とする電流開閉回路であって、コンデンサの直列等価抵抗Ｒｓと遮断する電流Ｉｘの積が、最小アーク放電電圧を超えないような等価直列抵抗の小さなコンデンサを用いたことを特徴とする電流開閉回路
【請求項３】
遮断する電流が開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、リードスイッチを複数本電気的に並列に組み合わせて、すくなくともそのうちの１本は開離磁気感度を他よりも小さく設定するか磁界の弱い場所に設置してそれにコンデンサを直列に接続したことを特徴とする電流開閉回路
【請求項４】
遮断する電流が開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、リードスイッチを複数（ｎ）本、を電気的に並列に組み合わせて、すくなくともそのうちの１本にコンデンサを直列に接続し、残りのリードスイッチの開離時間に差をつけて最後に通電電流を遮断するスイッチを指定したことを特徴とする電流開閉回路
【請求項５】
第４項の電気接点であって、最後に電流を遮断するスイッチの接点金属に沸点や融点の高い金属を用いたことを特徴とする電流開閉回路
【請求項６】
第４項の電気接点であって、最後に電流を遮断するスイッチの熱容量を大きく設定したことを特徴とする電流開閉回路
【請求項７】
第４項の電気接点であって、コンデンサを入れない電極の数がｎ＝２以上のときに接点の電極材料に正の抵抗温度係数を持つ材料を使用することを特徴とする電流開閉回路
【請求項８】
第３項の電気接点であって、最後に電流を遮断するスイッチには通電時には電流が他より少なく流すために、接触電気抵抗を他より高く設定したことを特徴とする電流開閉回路
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気接点開閉デバイス
【背景技術】
【０００２】
スイッチ、リレー、摺動接点などの機械的に開閉する電気接点開閉デバイスは、半導体方式のスイッチに比べて、開離状態での電気抵抗が大きいこと、閉成時の接触抵抗が小さいこと、制御部と開閉回路部との絶縁に優れていること、製造コストが比較的安いことなどの特徴がある。このため、情報機器、産業技術、自動車、家電などのあらゆる分野で、電源やアクチュエータ、センサーなどを含む回路の開閉に広く用いられている。またこれからも機械的なスイッチやリレーの生産量は増加を続けるといわれている。
特にリードリレーはガラス封入のため外部の塵、気体の影響を受けず、信頼性が高いため需要を伸ばしている。しかし１Ａ以上の大電流用はほとんどないのが現状である。
【０００３】
従来の一般的な電気接点開閉デバイスでは、１つの電気回路の開閉に対し、１対の電気接点を有している。一対の電気接点が通電中に開離されると、各電気接点の接触面積が急激に低下するため、電流集中が生じ、そのポイントの電極が発熱で溶融するブリッジ現象が発生する。さらに電流が集中すると、金属蒸発にいたる。
【０００４】
電気接点デバイスを一個で使用した場合では、開閉する電流が増大し、電源電圧が高くなり、その電流および、電圧が、電気接点材料の種類によって決まる最小アーク放電電流（最小アーク電流）および最小アーク放電電圧（最小アーク電圧）を超えると、必ずアーク放電が発生する。（たとえば、非特許文献１〜４参照）。電気接点間空間のアーク放電は、電極の発熱や接点物質の移動を伴い、特に大電流では問題になる。
【０００５】
電気接点のアーク放電現象を抑圧するために電気接点と並列のスイッチとコンデンサでアーク放電が抑圧できることは公知である（非特許文献５）。しかしコンデンサの値を設定する方法はなかった。またコンデンサの特性にどのようなものを使用するかは定まっていない。
【０００６】
またリードリレー等の電気接点デバイスは小電流用の電気接点と大電流用の電気接点では設計方法が同一ではない。そのため通電する最大電流に対して必要な耐久性を持つような電極材料、サイズで個別に設計、試験されており、設計、試験のコストが高くなっていた。さらに小電流の電気接点を複数個組み合わせて大電流用にすることはアーク放電が発生するために不可能であり、複数並列による大電流化は検討されていなかった。
【０００７】
【非特許文献１】Ｐａｕｌ  Ｇ．  Ｓｌａｄｅ、“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ”、Ｐ５３５〜Ｐ５７２、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ、  Ｉｎｃ．
【非特許文献２】高木相、「電気接点のアーク放電現象」、コロナ社、１９９５年
【非特許文献３】ホルム（Ｒ．Ｈｏｌｍ）、「エレクトリック・コンタクト・セオリー・アンド・アプリケーション（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」，（米国），Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９６７，４ｔｈ  ｅｄ．ｐ２８３，ｐ６０
【非特許文献４】Ｎｏｂｏｒｕ  Ｗｋａｔｓｕｋｉ，  Ｙｕ  Ｙｏｎｅｚａｗａ，  Ｙｕｕｉｃｈ  Ａｋｉｂａ，”Ｔｉｍｅ−ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｒｅｌａｙ  ｆｏｒ  ａｒｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ，  Ｖｏｌ  １０４  Ｎｏ  ３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
リードスイッチを大電流で使用するためには放電を抑圧することが不可欠であって、過渡電流スイッチを用いることで放電が抑圧できることが公知であるが、コンデンサの容量の決定方法がない。また使用するコンデンサの特性によって変わる効果の度合いが知られていない。また、複数個の電気接点を並列接続してもアーク放電現象により接点が破壊されるため、並列接続で大電流化を実現する設計手法はいままでなかった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、アーク放電の発生を防止するとともに、複数個の電気接点スイッチを組み合わせて大電流化し、材料費、設計費の低減および、小型化を図ることができるリードスイッチ回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために図１のように電源１、負荷２、スイッチ３、４の複数個並列接続と少なくともひとつのスイッチに直列にコンデンサ５を接続する。遮断する電流Ｉｘが開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点のアーク放電最小電圧Ｖａ以上で開離動作時に接点が蒸発直後（微小時間Δｔ０秒後）の接点間電圧Ｖｘの値を最小アーク放電電圧以下となるように、図２のようにＣ≧Δｔ０×Ｉｘ／Ｖｘの値で制御する。
【００１１】
遮断する電流Ｉｘが開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧Ｖｘが開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、複数個の電気接点を電気的に並列に接続し、開離動作時に接点が蒸発直後（微小時間Δｔ０秒後）の接点間電圧Ｖｘの値を最小アーク放電電圧以下となるように、少なくても１つの電気接点にコンデンサを直列に接続電圧を最小アーク放電電圧以下となるように、コンデンサ値を設定したことを特徴とする電流開閉回路であって、コンデンサの直列等価抵抗Ｒｓと遮断する電流Ｉｘの積が、最小アーク放電電圧を超えないような等価直列抵抗の小さなコンデンサを用いる
【００１２】
遮断する電流が開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、リードスイッチを複数本電気的に並列に組み合わせて、すくなくともそのうちの１本は開離磁気感度を他よりも小さく設定し、それにコンデンサを直列に接続する
【００１３】
遮断する電流が開閉電気接点の最小アーク放電電流以上であって、接続される電源電圧が開閉電気接点の最小アーク放電電圧以上の電流開閉回路であって、リードスイッチを複数（ｎ）本を電気的に並列に組み合わせて、すくなくともそのうちの１本にコンデンサを直列に接続し、残りのリードスイッチの開離時間に差をつけて最後に通電電流を遮断するスイッチを指定する
【００１４】
最後に電流を遮断するスイッチの接点金属に沸点や融点の高い金属を用いる
【００１５】
最後に電流を遮断するスイッチの熱容量を大きく設定する
【００１６】
最後に電流を遮断するスイッチには通電時には電流が他より少なく流すために、接触電気抵抗を他より高く設定する
【発明の効果】
【００１７】
本発明によればアーク放電の発生を抑圧し、リードスイッチの大電流化、材料費の低減、小型化を図ることができる。また、磁気感度の異なるリードスイッチを組み合わせることで容易にアーク放電抑圧回路を構成でき、材料費の低減、駆動回路の小型化を図ることができる。
【００１８】
本発明によれば、ある電流値のリードスイッチをｎ本並列に組み合わせることでｎ倍の電流容量で使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図３は本発明を実施するための第一の最良の形態を示す。スイッチ３、スイッチ４が並列に接続されており、スイッチ４には直列にコンデンサ５が挿入されている。スイッチ３、スイッチ４はリードスイッチを使用する。リードスイッチ３、４には動作磁気感度の異なるものが使用される。コンデンサ５には並列に抵抗７が接続されている。スイッチ３、スイッチ４はコイル６が巻かれている。コイル６は駆動信号源８が接続される。電源１、負荷抵抗２との直列で閉回路が構成される。スイッチ３、スイッチ４は複数個あってもよい。
【００２０】
図３は本発明の複数個のスイッチによる大電流化を実施するための最良の形態を示す。電源１、負荷２、複数個スイッチの並列９とスイッチ４とコンデンサ５を直列にしたものとの並列接続である。複数個スイッチの並列９の個別のスイッチの電極材料に正の抵抗温度特性を持つ材料を使用する。また複数個のスイッチの動作に時間差を設ける。最後に離れるスイッチの電極材料に沸点や融点の高い材料を使用する。さらに最後に離れるスイッチの熱容量を大きく設定する。
【実施例１】
【００２１】
図５はリードスイッチの放電を抑圧する実施例の回路図である。リードスイッチの時間制御を異なる磁気感度のリードスイッチを用いて行った。スイッチ回路は電源１と負荷抵抗２の直列接続とリードスイッチ３、リードスイッチ４、リードスイッチ４と直列のコンデンサ５、ダイオード１１、コンデンサと並列の抵抗１０から構成される。リードスイッチの駆動はコイルに接続された駆動信号源１４でおこなわれる。リードスイッチ４の磁気感度はリードスイッチ３の磁気感度より高い。
図６はリードスイッチ３オフ時の回路電流とリードスイッチ３の両端電圧である。電圧は急激に上昇しないため放電が発生しない。このときΔｔは４．７μｓであり、電圧上昇の時間制御ができていることが確認できる。図７はリードスイッチ３の電流である。電流は瞬時に遮断される。２．５Ａがアーク放電なしに遮断される。
【実施例２】
【００２２】
図８はリードスイッチの放電を抑圧する実施例の回路図である。リードスイッチの時間制御を駆動コイルと電気的遅延回路の組み合わせで行った。スイッチ回路は電源１と負荷抵抗２の直列接続とリードスイッチ３、リードスイッチ４、リードスイッチ４と直列のコンデンサ５、コンデンサと並列の抵抗１５から構成される。スイッチの駆動回路は駆動コイル１６と直列の抵抗２１、駆動コイル１７と直列のダイオード２０、抵抗１９、駆動コイル１７と並列のコンデンサ１８の組み合わせにより構成される。駆動信号１４からのパルスに対してコンデンサ１８によりコイル１７の電圧が遅延する。
図９は図８の回路で２４Ｖ／１５Ａを遮断したときのスイッチ３の電流、電圧波形である。電流は瞬時に遮断されて、電圧が遅れて上昇する。このときΔｔは０．０２ｍｓであり、電圧上昇の時間制御ができていることが確認できる。１５Ａがアーク放電なしに遮断される。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
スイッチのオフ時に発生する放電が抑圧できるため、リードスイッチが最小放電電流以上の条件で使用できるようになる。塵や、周囲の気体の影響が問題となる条件でかつ大電流のオン・オフが必要な用途から利用されるであろう。大電流をリードスイッチ以上の信頼性で扱えることが想定されるのでプログラマブルシーケンサ、防爆スイッチなどその用途は広い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の基本回路構成図
【図２】スイッチ遮断時の電圧Ｖｘのコンデンサによる制御の説明図
【図３】本発明の第一の最良の形態の説明図
【図４】本発明の第二の最良の形態の説明図
【図５】リードスイッチを利用した実施例の回路図（磁気感度のことなるリードリレーによる時間制御）
【図６】リードスイッチを利用した実施例のスイッチの電流、電圧特性
【図７】リードスイッチを利用した実施例のスイッチの電流
【図８】リードスイッチを利用した実施例の回路図（電気的遅延駆動回路を用いた時間制御）
【図９】リードスイッチを利用した実施例のスイッチの電流電圧特性
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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