(57)【要約】【課題】簡易な構造で、小型化できながら短時間で直流高電圧を遮断できる直流リレーを提供する。【解決手段】入力接点1と、出力接点2と、前記両接点を接続可能とする中間部材とを具える。中間部材は、リレーの通電時に入力接点1から出力接点2へ電流を流すメイン中間部材3と、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2に対して切り離すときに、入力接点1から出力接点2へ電流を流すサブ中間部材4とを具える。サブ中間部材4の電気抵抗値をメイン中間部材3の電気抵抗値よりも大きくしている。【選択図】  図1
2004311390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力接点と、出力接点と、前記両接点を接続可能とする中間部材とを具え、
中間部材は、
リレーの通電時に入力接点から出力接点へ電流を流すメイン中間部材と、
メイン中間部材を入力接点および出力接点に対して切り離すときに、入力接点から出力接点へ電流を流すサブ中間部材とを具え、
サブ中間部材の電気抵抗値をメイン中間部材の電気抵抗値よりも大きくしていることを特徴とする直流リレー。
【請求項２】
メイン中間部材とサブ中間部材とを入力接点及び出力接点に対して導通または遮断される中間接点とし、
リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力接点および出力接点に接続し、
リレーを遮断する時には、メイン中間部材を入力接点および出力接点から切り離した後に、サブ中間部材を入力接点および出力接点から切り離すことを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項３】
メイン中間部材を開閉駆動させるメイン側駆動手段と、サブ中間部材を開閉駆動させるサブ側駆動手段とを具えることを特徴とする請求項２に記載の直流リレー。
【請求項４】
直流リレーの電流量を検出して、検出した電流量に応じてサブ中間部材をサブ側駆動手段により開動作させる制御手段を設けていることを特徴とする請求項３に記載の直流リレー。
【請求項５】
メイン中間部材とサブ中間部材とを時間差をもって開閉駆動させる駆動手段を具えることを特徴とする請求項２に記載の直流リレー。
【請求項６】
駆動手段は、
サブ中間部材をメイン中間部材の一部と入力接点および出力接点との間に介在させて、メイン中間部材とサブ中間部材の間に配設される弾性部材と連結棒とを具え、
弾性部材は、サブ中間部材を入力接点と出力接点に向けて付勢し、
連結棒は、一端側がサブ中間部材に固定され、他端側がサブ中間部材をメイン中間部材に対して移動可能にメイン中間部材に連結され、
メイン中間部材の開閉駆動により、メイン中間部材が入力接点および出力接点に接触しているとき、およびメイン中間部材の開動作開始から所定時間の間は、弾性部材による付勢力でサブ中間部材を入力接点および出力接点に接触させ、
メイン中間部材の開動作開始から所定時間経過後は、サブ中間部材を連結棒を介してメイン中間部材の動作に同期させて入力接点および出力接点から離隔させるようにしていることを特徴とする請求項５に記載の直流リレー。
【請求項７】
入力接点を入力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、出力接点を出力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、メイン中間部材を入力側連結接点及び出力側連結接点と導通または遮断される中間接点として、
リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力側連結接点および出力側連結接点を介して入力接点および出力接点に接続し、
リレーを遮断する時には、入力側連結接点および出力側連結接点とメイン中間部材とを切り離した後に、入力接点と入力側連結接点、出力接点と出力側連結接点を切り離すようにしていることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項８】
入力接点を入力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、出力接点を出力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、メイン中間部材を入力側連結接点及び出力側連結接点と導通または遮断される中間接点として、
リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力側連結接点および出力側連結接点を介して入力接点および出力接点に接続し、リレーを遮断する時には、メイン中間部材、入力接点、出力接点、入力側連結接点、出力側連結接点が全て同時に切り離なすようにしていることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項９】
サブ中間部材が入力側連結接点と出力側連結接点とに固定されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の直流リレー。
【請求項１０】
リレーの通電時には、サブ中間部材を入力側連結接点および出力側連結接点から切り離しておき、
リレーの遮断動作開始の一定時間前に、サブ中間部材を入力側連結接点および出力側連結接点に接続させるようにしていることを特徴とする請求項８に記載の直流リレー。
【請求項１１】
サブ中間部材の駆動に連動して入力側連結接点および出力側連結接点を開閉駆動させる駆動手段を具えることを特徴とする請求項１０に記載の直流リレー。
【請求項１２】
メイン中間部材を、入力接点および出力接点に対して遮断する時、各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石を具えていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の直流リレー。
【請求項１３】
接点の接触部、メイン中間部材の接点との接触部、及びサブ中間部材の接点との接触部は、Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の直流リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流のリレーに関するものである。特に、簡易な構造にて確実に直流電流を遮断できる直流リレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような高電圧（約300V）の自動車が開発されてきている。これらの自動車は、直流高電圧の主電池と高電圧回路からなる制御回路を具えている。
【０００３】
また、主電池は直流高電圧であるので、事故時などには電池を制御回路から切り離す必要があり、電池と制御回路との間にはメカニカル接点の直流リレーを具える。
【０００４】
これらリレーは、直流高電圧を遮断するときに発生するアークが非常に大きくなることから、遮断速度が非常に遅く、短時間で遮断するのは非常に難しい。そこで、従来では、水素などの冷却効果の大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造（例えば特許文献１参照。）が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２０４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アークは、数千℃〜1万℃という高温であり、特許文献１に示すように、気体でアークの発生を抑制する構造とする場合には、気体を完全に密閉できるケース構造を必要とする。この場合、ケースはアークによる耐熱性が必要となって高価なもの（例えばセラミックなど）となる。さらに、アークによる耐熱を考慮しながら、長期間にわたってメンテナンスをせずに気体の密封を維持する構造をとる必要がある。
【０００７】
しかしながら、ガスの密封を維持する構造は非常に難しく、高コストとなってしまう。しかも、気密性および耐熱性を上げるためには、ケースの密閉接合部の面積を大きくとるためにケースの厚みを非常に厚くする必要があることからケースが大型化してしまう。
【０００８】
このように、水素などの気体を封入する場合には、気体が封入された状態を長期間保持するためにケースの大型化が要求され、さらにケース構造も複雑となる。その結果、自動車という限られたスペースに搭載する機器において性能を落とすことなく小型化を実現することは非常に困難であった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、リレー全体が大型化することなく、短時間で直流高電圧を遮断できる直流リレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入力接点と出力接点との間に電気抵抗値が異なる２種類の中間部材を具えるようにして、リレー通電時には、低抵抗値の中間部材を介して入力接点から出力接点に電流を流し、遮断する時には、高抵抗値の中間部材を介して入力接点から出力接点に電流を流した後に、リレーを完全に遮断する。このようにリレーを遮断することにより、遮断時に接点に生じるアークエネルギーを低減させて上記目的を達成する。
【００１１】
即ち、本発明は、入力接点と、出力接点と、前記両接点を接続可能とする中間部材とを具える。中間部材は、電気抵抗値の異なるメイン中間部材とサブ中間部材とを具える。
【００１２】
メイン中間部材は、リレーの通電時に入力接点から出力接点へ電流を流すために用いる。サブ中間部材は、メイン中間部材を入力接点および出力接点に対して切り離すときに、入力接点から出力接点へ電流を流すために用いる。そして、サブ中間部材の電気抵抗値をメイン中間部材の電気抵抗値よりも大きくしている。
【００１３】
さらに、メイン中間部材とサブ中間部材とは、入力接点と出力接点とに直接接続するようにしてもよいし、入力接点を入力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、出力接点を出力側連結接点を介して中間部材に接続可能としてもよい。
【００１４】
さらに、メイン中間部材は、入力接点及び出力接点に対して、または、入力側連結接点及び出力側連結接点に対して導通または遮断される中間接点となる。メイン中間部材は、中間接点となるため、入力接点または入力側連結接点に接触させる接触部と、出力接点または出力側連結接点に接触させる接触部とを有する。
【００１５】
メイン中間部材は、例えば、Ｕ字状または］状に形成することが好ましい。Ｕ字状などにする場合には、Ｕ字または］の両端部が接触部となり、これら接触部の端面を入力接点と出力接点とに、または、入力側連結接点と出力側連結接点とに接触させるようにする。
【００１６】
サブ中間部材は、入力接点及び出力接点に対して、または、入力側連結接点及び出力側連結接点に対して導通または遮断される中間接点としてもよい。また、サブ中間部材の両端部を、入力接点及び出力接点、または、入力側連結接点及び出力側連結接点に固定したり、接触させたままにするようにしてもよい。
【００１７】
サブ中間部材は、例えば、長方形の平板状に形成することができる。平板状とする場合には、平板平面の長手方向一端部を入力接点または入力側連結接点に、長手方向他端部を出力接点または出力側連結接点に接触させる。
【００１８】
入力接点と出力接点には、外部端子が接続される。入力接点と出力接点は、Ｌ字状としたり、柱状とすることができる。メイン中間部材とサブ中間部材とを中間接点とする場合には、それぞれを入力接点と出力接点とに接続させるため、Ｌ字状にすることが好ましい。
【００１９】
また、入力接点と出力接点とを柱状にする場合には、入力接点を入力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、出力接点を出力側連結接点を介して中間部材に接続可能とすることができる。
【００２０】
サブ中間部材の電気抵抗値は、前記したようにメイン中間部材の電気抵抗値よりも大きくしている。しかし、サブ中間部材の電気抵抗値は、メイン中間部材とサブ中間部材の双方を、入力接点と出力接点に接続させた状態で電流を流したとき、サブ中間部材に電流がほとんど流れない電気抵抗値とする場合（高抵抗値の場合）と、電流が流れてしまう電気抵抗値となる場合（低抵抗値の場合）がある。
【００２１】
本発明では、サブ中間部材の電気抵抗値の大きさにより、入力接点および出力接点へのサブ中間部材の接続方法が異なる。
【００２２】
まず、サブ中間部材の電気抵抗値が高抵抗値の場合は、リレーの通電時に、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力接点および出力接点に対して接続しておき、リレーを遮断するときに、メイン中間部材とサブ中間部材と入力接点と出力接点とを切り離すようにする。
【００２３】
具体的には、例えば、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力接点及び出力接点に対して導通または遮断される中間接点とする場合は、リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを入力接点および出力接点に接続する。
【００２４】
このとき、リレー通電時には、サブ中間部材を入力接点および出力接点に接続していても、電流のほとんどがメイン中間部材を流れ、サブ中間部材には電流がほとんど流れない。
【００２５】
そして、リレーを遮断する時には、メイン中間部材を入力接点および出力接点から切り離した後、所定時間経過後にサブ中間部材を入力接点および出力接点から切り離す。
【００２６】
リレーを遮断する時に、メイン中間部材が入力接点および出力接点から切り離なされるとき、入力接点からサブ中間部材を介して出力接点へ電流が流れる。このとき、サブ中間部材により電流は抵抗を受けてエネルギーが消費される。その結果、メイン中間部材と入力接点および出力接点との間に発生するアークは非常に小さくなるか、またはアークはほとんど発生しない。
【００２７】
さらに、サブ中間部材で電流に抵抗を与えてエネルギーを消費させた後に、サブ中間部材を完全に入力接点および出力接点から切り離すので、この切り離しの際には、サブ中間部材と入力接点および出力接点との間に発生するアークも、非常に小さく、または、ほとんど生じないようにすることができる。
【００２８】
また、サブ中間部材の電気抵抗値が低抵抗値の場合、例えば、両中間部材を中間接点とする場合は、リレーの通電時には、メイン中間部材のみを入力接点および出力接点に接続し、サブ中間部材は、入力接点および出力接点から切り離しておく。
【００２９】
リレーを遮断する時には、メイン中間部材を入力接点および出力接点から切り離す直前に、サブ中間部材を入力接点および出力接点に接続しておく。そして、メイン中間部材を入力接点および出力接点から切り離した後、所定時間経過後に、サブ中間部材を入力接点および出力接点から切り離すようにする。
【００３０】
この場合も、メイン中間部材が入力接点および出力接点から切り離なされるときに、電流はサブ中間部材を流れてエネルギーが消費され、アークのエネルギーが低減される。
【００３１】
以上のように本発明では、リレー通電時においては、入力接点、メイン中間部材、出力接点の順に直列に電流を流す。そして、メイン中間部材を入力接点および出力接点に対して切り離すときには、所定の時間だけサブ中間部材を介して入力接点から出力接点へと電流を流してエネルギーを消費させるようにする。
【００３２】
ここで、接点の開閉動作を行うには、種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点を駆動させる。また、直動系駆動源を用いる場合には、直動系駆動源を接点に連結して接点を駆動させる。
【００３３】
メイン中間部材とサブ中間部材とを入力接点及び出力接点に対して導通または遮断される中間接点とする場合は、これら中間部材を可動接点とする。
【００３４】
このとき、メイン中間部材をメイン側駆動手段で開閉駆動させ、サブ中間部材をサブ側駆動手段で開閉駆動させるようにすることができる。
【００３５】
メイン側駆動手段とサブ側駆動手段は、それぞれソレノイドで構成することが好ましい。このように２つの駆動手段を設ける場合、それぞれの駆動手段を制御手段を用いて異なるタイミングで駆動させるようにする。
【００３６】
２つの駆動手段を個別に駆動させるようにしているので、それぞれの開閉駆動のタイミングを細かに設定することが可能となる。さらに、動作させる条件（例えば電流値）によってタイミングを調整することも可能となる。このように、メイン側駆動手段とサブ側駆動手段を設けることにより、リレーの遮断性能をさらに向上させることができる。
【００３７】
メイン側駆動手段とサブ側駆動手段を設ける場合の開閉駆動のタイミングは、抵抗RとコンデンサCを具えるRC回路を用いたり、タイマーを用いて開動作のタイミングを設定することができる。
【００３８】
RC回路を用いる場合は、メイン側駆動手段とサブ側駆動手段との間に抵抗RとコンデンサCを設ける。そして、メイン側駆動手段にまず電流を流してメイン中間部材を開く、同時にサブ側駆動手段にも電流が流れるが、抵抗Rを介してコンデンサCが充電される間、サブ側駆動手段への電流量が抑制される。そのため、結果的にメイン側駆動手段よりもサブ側駆動手段の動作が遅れ、サブ中間部材がメイン中間部材よりも遅れて開くことになる。
【００３９】
また、遮断する直前の直流リレーの電流量を検出して、検出した電流量に応じてサブ中間部材をサブ側駆動手段により開動作させる制御手段を設けて、開動作のタイミングを自由に設定することもできる。
【００４０】
さらに、１つの駆動手段により、メイン中間部材とサブ中間部材とを時間差をもって開閉駆動させることもできる。この場合の、両中間部材は同じ方向に開くようにすることが好ましい。逆方向に開くようにする場合は、ギヤやリンク機構を用いる。
【００４１】
例えば、メイン中間部材とサブ中間部材のそれぞれに、開閉方向と直交する方向に突出する突起を設け、ソレノイドの駆動軸にこれら突起に段階的に接触して突起を押圧する係合部を設ける。そして、まず、メイン中間部材の突起に係合部を係合させてメイン中間部材を開動作させた後に、サブ中間部材の突起に他の係合部を係合させてサブ中間部材を開動作させるようにする。
【００４２】
また、１つの駆動手段で両中間部材を開閉駆動させる他の手段としては、サブ中間部材をメイン中間部材の一部と入力接点および出力接点との間に介在させて、メイン中間部材とサブ中間部材の間に弾性部材と連結棒とを配設するものが挙げられる。
【００４３】
この場合、弾性部材によりサブ中間部材を入力接点と出力接点に向けて付勢するようにする。弾性部材としては、コイルバネが好ましい。連結棒は、一端側をサブ中間部材に固定し、他端側はサブ中間部材をメイン中間部材に対して移動可能にメイン中間部材に連結する。連結棒はコイルバネに挿通させるとともに、メイン中間部材に貫通孔を形成して、連結棒をこの孔に遊嵌状に挿通させるようにする。連結棒の端部には、孔からの抜けを防止するストッパーを設ける。
【００４４】
そして、メイン中間部材をソレノイドで開閉駆動させるようにする。メイン中間部材が入力接点および出力接点に接触しているとき、およびメイン中間部材の開動作開始から所定時間の間は、弾性部材による付勢力でサブ中間部材を入力接点および出力接点に接触させておくようにする。メイン中間部材の開動作開始から所定時間経過後は、サブ中間部材を連結棒を介してメイン中間部材の動作に同期させて入力接点および出力接点から離隔させるようにする。
【００４５】
このように、メイン中間部材をソレノイドで駆動させるときに、弾性部材と連結棒により、サブ中間部材は、メイン中間部材の開動作から所定時間経過後に開動作が開始される。以上のように１つの駆動手段でメイン中間部材とサブ中間部材を駆動させることができるので、駆動手段のコンパクト化が可能となる。
【００４６】
さらに、本発明は、入力接点を入力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、出力接点を出力側連結接点を介して中間部材に接続可能とし、メイン中間部材を入力側連結接点及び出力側連結接点と導通または遮断される中間接点とすることができる。
【００４７】
この場合、入力側連結接点と出力側連結接点を挟むようにして、入力接点及び出力接点と、メイン中間部材とを配設する。そして、サブ中間部材を入力側連結接点と出力側連結接点との間に固定または接続して、サブ中間部材、入力側連結接点、出力側連結接点を固定接点とし、入力接点と出力接点とメイン中間部材とを可動接点とすることが好ましい。入力接点と出力接点とは同じ方向に開き、メイン中間部材は逆方向に開くようにする。
【００４８】
そして、リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力側連結接点および出力側連結接点を介して入力接点および出力接点に接続する。リレーを遮断する時には、入力側連結接点および出力側連結接点からメイン中間部材を切り離すようにする。所定時間経過後に、入力接点を入力側連結接点から、出力接点を出力側連結接点から切り離すようにする。
【００４９】
また、入力接点と出力接点を固定接点とし、サブ中間部材に入力側連結接点および出力側連結接点を固定して一体化させ、この一体化したサブ中間部材とメイン中間部材とを可動接点とすることもできる。この場合は、１つの駆動手段で両中間部材を開閉駆動させることができる。
【００５０】
さらに、本発明は、入力接点、入力側連結接点、出力接点、出力側連結接点、中間部材を有する構成とし、メイン中間部材を中間接点とする場合、リレーを遮断する時には、メイン中間部材、入力接点、出力接点、入力側連結接点、出力側連結接点が全て同時に切り離なされるようにすることができる。
【００５１】
即ち、入力側連結接点と出力側連結接点に対して、入力接点と出力接点とメイン中間部材とを同じ側で同じ方向に開くように配設する。そして、サブ中間部材を入力側連結接点と出力側連結接点とに連結するように接続、または、固定する。
【００５２】
この場合、入力接点と出力接点とメイン中間部材とを可動接点とし、入力側連結接点と出力側連結接点とサブ中間部材とを固定接点とすることができる。また、入力接点と出力接点とメイン中間部材とを固定接点とし、入力側連結接点と出力側連結接点とサブ中間部材とを可動接点とすることもできる。
【００５３】
そして、リレーの通電時には、メイン中間部材とサブ中間部材とを、入力側連結接点および出力側連結接点を介して入力接点および出力接点に接続する。リレーを遮断する時には、入力側連結接点および出力側連結接点から入力接点と出力接点とメイン中間部材とを同時に切り離すようにする。
【００５４】
このように構成することにより、入力接点と出力接点とメイン中間部材と一度に駆動させてリレーの遮断を行えながら、サブ中間部材による抵抗で電流のエネルギーを消費させることができる。その結果、リレーの構成を簡単にできながら、各接点の間に生ずるアークをできるだけ小さくすることができる。
【００５５】
また、サブ中間部材を入力側連結接点と出力側連結接点とに固定する場合には、サブ中間部材と入力側連結接点と出力側連結接点とを１つの部材にすることができるので、これら１つの部材で可動接点を構成することができる。その結果、駆動手段の構成も簡単にすることができる。
【００５６】
さらに、このような構成の場合にサブ中間部材の電気抵抗値が低抵抗値であるときは、リレーの通電時には、サブ中間部材を入力側連結接点および出力側連結接点から切り離しておき、リレーの遮断動作開始の一定時間前に、サブ中間部材を入力側連結接点および出力側連結接点に接続させるようにすることが好ましい。このようにすることにより、通電時にサブ中間部材に電流を流さないようにすることができる。
【００５７】
さらにこのとき、サブ中間部材の駆動に連動して入力側連結接点および出力側連結接点を開閉駆動させる駆動手段を具えるようにすることが好ましい。具体的には、サブ中間部材にソレノイドの駆動軸の先端部を固定しておき、ソレノイドの進出状態のときは、サブ中間部材が、入力側連結接点および出力側連結接点に接触しないようにしておく。そして、ソレノイドによる開動作でサブ中間部材が入力側連結接点と出力側連結接点に接触し、そのままサブ中間部材に押されて入力側連結接点と出力側連結接点とが入力接点と出力接点とメイン中間部材から引き離されるようにする。
【００５８】
このように構成することにより、サブ中間部材を駆動させる駆動手段で入力側連結接点と出力側連結接点も開動作させることができる。
【００５９】
また、上記した各構成において、メイン中間部材を入力接点および出力接点に対して遮断する時、各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石を具えるようにすることが好ましい。
【００６０】
本発明では、接点の遮断を行う際、磁石の磁界により接点間に生じるアークを接点の接触面に対して所定の方向に吹き飛ばす。
【００６１】
このように磁石を設けることにより、サブ中間部材で電気エネルギーを消費させながら、磁石によるアークの引き伸ばしでアークエネルギーを消費させるので、アークの電圧をさらに短時間で上昇させて、短時間でリレーを遮断させることが可能となる。
【００６２】
更に、接点の接触面、メイン中間部材の接点との接触面、及びサブ中間部材の接点との接触面は、Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内にあるように形成することが好ましい。
【００６３】
Snの含有量を1〜9質量％とするのは、1質量％未満では、接点の耐溶着特性が低下し、9質量％を超えると接点の温度特性が低下するからである。好ましくは、2〜7質量％である。
【００６４】
ここで、耐溶着特性とは、接点が切れない状態、特に接点がくっついたまま離れない溶着の起こりにくさをいう。また、温度特性とは、通電時の接点の温度上昇の度合いをいい、温度特性が良いとは、通電により接点の温度が上昇しにくく、リレーに接続されるケーブルや機器に熱的な影響を与えにくいことをいう。
【００６５】
Inの含有量を1〜9質量％とするのは、この範囲外の含有量の場合には接点の温度特性が低下するからであり、9質量％を超えると、Snの含有量にもよるが、耐溶着特性が低下するからである。好ましくは、3〜7質量％である。
【００６６】
第一層の硬度（通常5g荷重負荷）をマイクロビッカース硬度で190以上にするのは、このレベル未満になると、耐溶着特性や温度特性が低下するからであり、第二層の硬度をマイクロビッカース硬度で130以下にするのは、このレベルを超えると、接点が脆弱化して耐摩耗性が低下するからである。
【００６７】
第一層の硬度は240以上、第二層のそれは120以下であるのが望ましい。なお、本発明において硬度は、接点の表面に垂直な断面上の第一層および第二層のそれぞれの域内における任意の地点でマイクロビッカース硬度にて確認したものである。本発明において接点は、第一層、第二層それぞれの層内に硬度分布があっても構わない。
【００６８】
また、通常第一層から第二層にかけて境目に硬度落差（マイクロビッカース硬度で60以上）があり、この境目には両層の中間の硬度を有する（すなわちその硬度が、第一層の下限硬度未満かつ第二層の上限硬度を超える範囲内にある）領域（以下中間部という）がある。
【００６９】
第一層の厚みは、10〜360μmとする。下限未満では、耐溶着特性や温度特性が低下し、上限を超えると接点の温度特性が低下するからである。好ましくは30〜120μmである。また、第一層と第二層を有する接点部は、中間部のあるものも含まれるが、その場合の中間部の厚みは200μm以下であるのが望ましい。200μmを超えると接点の温度特性が低下しやすくなる。好ましくは100μm以下である。
【００７０】
前記接点部には、上記基本成分に加え、さらに、Sb、Ca、Bi、Ni、Co、ZnおよびPbの群から選ばれた少なくとも1種の元素が、従成分として含まれていてもよい。通常、これらの成分の大部分は、Agマトリックス中に化合物、特に酸化物の形態で分散される。
【００７１】
ただし、個々の成分によって望ましい分散量範囲が異なる。例えば、いずれも元素換算された質量％単位で0.05〜2(Sb)、0.03〜0.3(Ca)、0.01〜1(Bi)、0.02〜1.5(Ni)、0.02〜0.5(Co)、0.02〜8.5(Zn)、0.05〜5(Pb)である。なお、括弧内は対象元素である。以上の各成分種において、その量が上記の範囲外になると、直流リレーの種類によっては温度特性が低下することがあり、特に上限を超えるとリレーの種類によっては同時に耐溶着特性も低下することがある。
【００７２】
通常は、以上の従成分が接点の性能に若干影響を及ぼすが、これ以外の成分としては、例えば以下のものが挙げられる。これらはいずれも本発明の目的の範囲内で微量に含まれても構わない。なお成分によって望ましい含有量が異なるが、括弧内数値のうち元素記号で表示されたものは、元素換算された質量％単位で、分子式で表示のものは、同分子換算された質量％単位で表したその許容上限値である。Ce(5)、Li(5)、Cr(5)、Sr(5)、Ti(5)、Te(5)、Mn(5)、AlF3(5)、CrF3(5)およびCaF2(5)、Ge(3)およびGa(3)、Si(0.5)、Fe(0.1)およびMg(0.1)。
【００７３】
第一層および第二層を有する接点部を作製する方法としては、溶解・鋳造法、粉末冶金法などが挙げられる。
【００７４】
例えば、溶解・鋳造法では、以下の手順がある。まず第一層および第二層それぞれの化学組成となるように溶解・鋳造されたインゴットを作り、これらを粗く圧延した後、二種の圧延材を熱間圧着する。その際、またはその後、必要により上記した純Agなどの薄い接続層を圧着する。
【００７５】
これをさらに圧延して所定の厚みの板状に形成した後、打ち抜き、またはさらに成形し、最終形状に近いサイズのAg合金素材とし、さらに、この素材を内部酸化（後酸化法）してSn、Inなどの金属成分を酸化物に転換する。
【００７６】
なお、溶解・鋳造に先立ち成分元素の酸化物以外の化合物を含ませることもできる。また、必要に応じて、圧延以降に適宜熱処理や形状を調整する工程などを入れる。この場合、熱処理条件の工夫によって、各層の微細組織を意識的に制御して材料特性やそのレベルなどを変えることができる。
【００７７】
また、粉末冶金法で接触面を作る場合は、例えば、予めSnやInなどの粉末とAgの粉末とを二種の所定組成にて配合・混合した後、熱処理して内部酸化（前酸化法）させ、得られた二種の粉末を型内に積層・充填して圧縮成形しプリフォームとする。なお、SnやInなどの粉末とAgの粉末とは、他の化合物も一緒に混合してもよい。
【００７８】
そして、このプリフォームには熱間押し出し、熱間・冷間ロール圧延、熱間鍛造など各種の塑性加工が適用できる。さらに上記した鋳造法と同様に、必要に応じて圧延以降に熱処理や形状を調整する工程などを入れる。熱処理条件の工夫によって各層の所望の特性制御が可能になる。
【００７９】
また、第二層の素材のみを上記に準じた溶解・鋳造法や粉末冶金法の手順で作成した後、第一層を、溶射、CVDなどによる厚膜形成、スクリーン印刷などによる厚膜印刷、塗布後焼付けなど様々な手段によって形成してもよい。さらに、第一層を構成する合金板と第二層を構成する合金板との接合には、例えば熱間静水圧成形法による拡散接合、熱間押し出しなど種々の手段が適用できる。また、熱処理を施すことによって、各層の微細組織を意識的に制御して、所望の特性を得ることもできる。
【００８０】
さらに、本発明リレーでは、接点部を形成するAg合金素材を上記の条件の範囲内にあり、第一層と第二層とが同じ化学組成であるものも含まれる。第一層と第二層とを同じ化学組成にする場合、後述する手段により両層の硬度レベルを異なるようにする。
【００８１】
例えば第一層だけを急熱・急冷し、第一層の残留応力を第二層のそれより大きくする方法、表面の第一層だけにショットブラスト加工を施して加工硬化する方法がある。
【００８２】
また、Ag合金板に熱間圧延や冷間圧延に加え熱処理を施す、いわゆるサーモメカニカルプロセッシング（熱加工処理）を行った後、内部酸化を行って、第一層に第二層より微細な針状の酸化物粒子を析出させ、表面の硬度を高める方法がある。また、第一層および第二層のAg合金板を圧延加工や熱間圧着する際に第一層と第二層の鍛錬加工比を変えて行う方法もある。
【００８３】
さらに、接触面の素材は、上記条件の範囲内にあり、しかも第一層中のSnの含有量が第二層のそれと同じか、またはそれよりも多いものも含まれる。これによって、第二層の硬度よりも第一層の硬度の方が、ほぼ確実に高くなる。
【００８４】
前記接触面は、溶解・鋳造法や、粉末冶金法などにより形成するが、このとき、第一層および第二層を内部酸化させることが好ましい。内部酸化法には、後酸化法と前酸化法とがある。後酸化法とは、合金の状態で最終接点形状に仕上げるか、その近くまで成形した後に、内部酸化をする方法である。前酸化法とは、合金の粉末または粒を内部酸化させておいて、これらを成形、圧縮・焼結する方法である。
【発明の効果】
【００８５】
以上説明したように、本発明直流リレーによれば、次の効果を奏することができる。
【００８６】
本発明では、入力接点と出力接点とを電気抵抗の異なる二つの中間部材に接続可能とし、リレー通電時には、低抵抗値のメイン中間部材に電流を流し、リレーを遮断するときには、メイン中間部材が入力接点および出力接点に対して切り離なされるが、このとき高抵抗値のサブ中間部材にも電流を流すようにしている。
【００８７】
リレーを遮断する時に、電流がサブ中間部材を流れるので、電流はサブ中間部材の抵抗を受けてエネルギーが消費される。電流をサブ中間部材に流すことにより、メイン中間部材と入力接点および出力接点または入力側連結接点および出力側連結接点との間に発生するアークを小さくまたは発生しないようにすることができる。
【００８８】
さらに、サブ中間部材で電流に抵抗を与えてエネルギーを消費させた後に、サブ中間部材と入力接点と出力接点とを切り離すので、切り離しの際の入力接点および出力接点に発生するアークも小さく、または、ほとんど生じないようにすることができる。
【００８９】
このように、本発明によれば、水素などの気体を密封することなく、リレーを遮断するときに発生するアークをできるだけ小さくすることができるので、リレーのケースが大型化することなく、しかも、短時間で直流高電圧を遮断できる。その結果、気密構造が不要となり、安価に直流リレーを製造することができる。
【００９０】
特に、本発明リレーを、ハイブリッド自動車などの高電圧(約300V)の自動車における高電圧回路をON・OFFするためのリレーとして利用する場合、本発明のリレーはコンパクトであるため、限られたスペースの有効利用ができる。
【００９１】
また、小型化が可能となる本発明リレーは、自動車以外の定置型燃料電池などのDC電流を供給するユニット等にも用いることができる。
【００９２】
更に、接点の接触面、メイン中間部材の接点との接触面、サブ中間部材の接点との接触面を耐溶着特性に優れた材料で形成することで、短絡時に大電流が流れても接点が溶着せずに確実に遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかるリレーの基本構成を示す概略構成図であって、リレーの遮断動作を段階的に示している。図２はリレーの可動接点を開閉駆動させる駆動手段の説明図を示す。
【００９４】
本発明リレーは、入力接点1と、出力接点2と、前記両接点を接続可能とするメイン中間部材3とサブ中間部材4とを具える。第１実施形態では、入力接点1と出力接点2とを固定接点とし、メイン中間部材3とサブ中間部材4を可動接点としている。メイン中間部材3とサブ中間部材4は、入力接点1と出力接点2に接触したり、または非接触となる中間接点となる。
【００９５】
入力接点1と出力接点2は、Ｌ字状をしており、メイン中間部材3に接触させる接触部11,21と、サブ中間部材4に接触させる接触部12,22と、外部端子が接続される端子接続部13,23とを具えている。
【００９６】
メイン中間部材3は、Ｕ字状をしており、その端部の一方に入力接点1に接触させる接触部31を、他方の端部に出力接点2に接触させる接触部32を有する。
【００９７】
サブ中間部材4は、長方形の平板状に形成されており、平板平面の長手方向一端部を入力接点1に接触させる接触部41、長手方向他端部を出力接点2に接触させる接触部42としている。
【００９８】
メイン中間部材3とサブ中間部材4は電気抵抗値が異なり、サブ中間部材4の電気抵抗値をメイン中間部材3の電気抵抗値よりも大きくしている。本実施形態では、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを入力接点1と出力接点2に接続させた状態で電流を流したとき、サブ中間部材4に電流がほとんど流れない電気抵抗値（高抵抗値）としている。
【００９９】
メイン中間部材3は、リレーの通電時に入力接点1から出力接点2へ電流を流すために用いる。サブ中間部材4は、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2に対して切り離すときに、入力接点1から出力接点2へ電流を流すために用いる。
【０１００】
そして、本実施形態では、各接触部11、12、21、22、31、32、41、42の接触面をそれぞれ、Snを1〜9質量％含み、Inを1〜9質量％含む化学組成のAg合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が190以上、第二層のマイクロビッカース硬度が130以下であり、第一層の厚みが、10〜360μmの範囲内にある材料で形成している。具体的には、入力接点1において、メイン中間部材3との接触部11、サブ中間部材4との接触部12、出力接点2において、メイン中間部材3との接触部21、サブ中間部材4との接触部22、メイン中間部材3において、入力接点1との接触部31、出力接点2との接触部32、サブ中間部材4において、入力接点1との接触部41、出力接点2との接触部22という各接触部の接触面を上記特有の材料で形成している。各接触部11、12、21、22、31、32、41、42の接触面は、チップ状態で後酸化法により内部酸化させている。例えば、チップを4気圧(405.3kPa)の酸素雰囲気中750℃で170時間保持する。
【０１０１】
なお、以下に示す第2実施形態〜第4実施形態の各接触部の接触面も、第1実施形態と同じ材料で形成している。また、第5実施形態、及び第7実施形態では、入力接点1において連結接点との接触部、出力接点2において連結接点との接触部、メイン中間部材3において連結接点との接触部、連結接点において、入力接点との接触部、出力接点との接触部、メイン中間部材との接触部という各接触部の接触面を第1実施形態と同じ材料で形成している。第6実施形態では、第5実施形態に加え、サブ中間部材4において連結接点との接触部、及び連結接点においてサブ中間部材4との接触部の各接触面も第1実施形態と同じ材料で形成している。
【０１０２】
第１実施形態では、リレーの通電時には、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを入力接点1および出力接点2に接続しておく（図１のａの状態）。そして、リレーを遮断する時には、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2から切り離した後（図１のｂの状態）、所定時間経過後にサブ中間部材4を入力接点1および出力接点2から切り離す（図１のｃの状態）。
【０１０３】
リレー通電時（図１のａの状態）には、サブ中間部材4を入力接点1および出力接点2に接続していても、電流のほとんどがメイン中間部材3を流れ、サブ中間部材4には電流がほとんど流れない。
【０１０４】
リレーを遮断する時は、メイン中間部材3が入力接点1および出力接点2から切り離なされるとき、入力接点1からサブ中間部材4を介して出力接点2へ電流が流れる（図１のｂの状態）。このとき、サブ中間部材4により電流は抵抗を受けてエネルギーが消費される。サブ中間部材4の電気抵抗値がかなり大きい場合には、メイン中間部材3と入力接点1および出力接点2との間に発生するアークは非常に小さくなるか、またはアークが発生しない。
【０１０５】
さらに、サブ中間部材4で電流に抵抗を与えてエネルギーを消費させた後に、サブ中間部材4を入力接点1および出力接点2から切り離すので（図１のｃの状態）、この切り離しの際にサブ中間部材4と入力接点1および出力接点2との間に発生するアークも、非常に小さく、または、ほとんど生じないようにすることができる。
【０１０６】
第１実施形態では、図２に示すように、メイン中間部材3をメイン側駆動手段51で開閉駆動させ、サブ中間部材4をサブ側駆動手段52で開閉駆動させるようにしている。メイン側駆動手段51とサブ側駆動手段52とは制御手段6でそれぞれ個別に開閉動作するように制御している。
【０１０７】
メイン側駆動手段51とサブ側駆動手段52は、それぞれソレノイドで構成している。そして、制御手段6により、メイン側駆動手段51とサブ側駆動手段52とを駆動させるタイミングを図３に示すようにずらしている。
【０１０８】
具体的には、制御手段6は、メイン側駆動手段51を先に駆動させ、それから所定時間経過後にサブ側駆動手段52を駆動させるように制御している。メイン側駆動手段51とサブ側駆動手段52の開閉駆動のタイミングは、抵抗RとコンデンサCを具えるRC回路を用いたり、タイマーを用いて開動作のタイミングを設定することができる。
【０１０９】
本実施形態では、図２に示すように、入力接点1に電流検出器61を設けて、遮断する直前の電流量を検出し、この検出した電流量を制御手段6に出力するようにしている。制御手段6は、検出した電流量に応じてサブ側駆動手段52を開動作させるタイミングを決定するように制御している。
【０１１０】
第１実施形態では、2つの駆動手段を個別に駆動させるようにしているので、それぞれの開閉駆動のタイミングを細かに設定することが可能となる。さらに、電流値によってタイミングを調整することも可能となる。このように、メイン側駆動手段51とサブ側駆動手段52を設けることにより、リレーの遮断性能をさらに向上させることができる。
【０１１１】
さらに、第１実施形態では、入力接点1とメイン中間部材3との間、メイン中間部材3の接触部31,32の間、メイン中間部材3と出力接点2との間に、板状の永久磁石7を具えている。
【０１１２】
さらに永久磁石7は、図１に示すように、一方の極（例えばＮ極）が同じ側に位置するように同一直線上に配置される。これら永久磁石7により、入力接点1とメイン中間部材3との間、出力接点2とメイン中間部材3との間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石7の磁界により、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2から切り離したとき、各接点の間に生じるアークが、ローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲するようになっている。
【０１１３】
また、本実施形態ではリレー通電時において、入力接点1から電流を流し、メイン中間部材3、出力接点2へと直列に電流が流れる。そして、図１に示す状態では、左から右に磁力線が向かうように永久磁石7を配置している。そのため、フレミングの左手の法則により、ローレンツ力は、図１において前に向かう力と後に向かう力とが交互に生じ、接点遮断時に発生したアークは前後に交互に歪曲するようになっている。
【０１１４】
メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2から切り離すとき、各接点の間にアークが発生しても、このアークは、永久磁石7の磁界により前記した方向に歪曲するので、アークの消弧をより早く行え、高速遮断が可能となる。
【０１１５】
また、アークの引き伸ばし方向が、接点配列方向に沿って交互に異なるため、回生エネルギーなどの逆電流が生じても、アーク同士が繋がってしまうことがなくなり、逆電流に対しても高速遮断が可能となる。
【０１１６】
(試験例1)
上記第1実施形態に示す直流リレーについて、各接触部の接触面に表1に示す「化学組成」欄に示す第一層と第二層の二種の化学組成のAg合金を用いたもの作製した。
【０１１７】
これらのAg合金は、まず、第一層と第二層の二種の化学組成のAg合金を溶解・鋳造してインゴットを作製した。これらをそれぞれ粗加工した後、第一層と第二層のインゴットを重ね合わせ、アルゴン雰囲気中850℃で熱間ロールによって熱間圧着し、二層のAg合金からなる複合素材を作製した。
【０１１８】
得られた複合素材を熱間圧着と同じ条件下で予備加熱した後、最終的に全体の厚みの1/10の厚みとなるように薄い純Ag板を第一層とは反対側の第二層の面に熱間圧着した。その後、さらに冷間圧延してフープ状素材とし、これを打ち抜いて、幅6mm、長さ8mm、厚み2.5mmの複合接点チップを作製した。
【０１１９】
得られたチップを4気圧(405.3kPa)の酸素雰囲気中750℃で170時間保持(内部酸化)して複合接点試片とした。得られた試片の第一層の厚みは、表1の通りであり、Ag層の厚みは、各チップ厚みのほぼ1/10であった。
【０１２０】
上記第一層の厚みは、接点の中心を通り表面に垂直な断面試片を用いて、例えば、以下のようにして確認することができる。まず、表面付近の試片面上で表面に水平な方向に等間隔に5箇所の起点を設定する。次いで、これら各々の点から表面に垂直な(厚み)方向に表面から順次ほぼ等間隔に硬度を確認し、5本の硬度曲線(折れ線グラフ)をつくる。そして、ある起点において、硬度レベルが190である水平線とこの曲線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をその起点での第一層の厚みとする。以下、残り4箇所の起点についてもその起点での第一層の厚みをとり、得られた5つのデータの算術平均値を第一層の厚みとしてもよい。第二層の厚みも同様にして測定することができる。
【０１２１】
このとき、硬度レベルが130である水平線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をある起点における第二層の厚みとするとよい。そして、中間層を具える場合、硬度レベルが190である水平線との交点と、硬度レベルが130である水平線との交点間の水平距離をある起点における中間層の厚みとするとよい。本試験では、上記の手順にて第一層の厚みを測定した。
【０１２２】
【表１】
2004311390.tif 000003
【０１２３】
表1中の試料番号に＊を付したものは比較例である。試料11から試料18のその他の成分Sb、Ni、Biの量は、いずれも0.2質量％である。また、試料19から試料27の第一層・第二層の化学組成は、何れも同じであり、その他の成分とその量は、両層とも質量％単位でSb、Co、Znが何れも0.2である。試料28のその他の成分とその量は、質量％単位でSb、Pb、Ni、Bi、Co、Znが何れも0.1、Caが0.2である。試料29のその他の成分とその量は、質量％単位でSb、Ni、Ca、Bi、Co、Znが何れも0.1、Pbが0.5である。試料30から試料32のその他の成分とその量は、質量％単位でNi、Znが何れも0.2である。なお、第一層・第二層の化学組成は、表に記載された成分以外の残部は、Agおよび不可避的不純物からなる。
【０１２４】
表1において、試料1から試料10は、SnおよびInの量を変化させて各層の硬度を制御した試料群である。試料11から試料18は、SnおよびInの量を変えるとともに、これら以外のその他の成分をさらに添加した試料群である。試料19から試料27は、第一層の厚みを変化させた試料群である。
【０１２５】
試料28から試料34は、第一層・第二層の両層が同じ化学組成のものである。これらのものでは、以下のようにして第一層の硬度を制御した。まず、試料28から試料33は、第一層の圧延加工断面積比を第二層の50％増しとしするとともに、第一層素材の圧延加工途中において同素材を真空中、450℃で30分間焼鈍を行い、さらに、内部酸化後に♯120のアルミナビーズによって第一層表面に投射圧3kgf/cm2(294kPa)で3分間ショットブラスト加工を加えた。
【０１２６】
試料34は、圧延加工途中の焼鈍温度と時間をそれぞれ750℃、5時間とした以外は以上の試料と同じ条件で作製したものである。なお、表1には記載しないが、試料33と試料34ではそれぞれ厚みが190μm、230μmの中間部が形成されていた。
【０１２７】
試料35は、第一層のSnやInの酸化物の量を第二層よりも少なくして、第一層の硬度を第二層の硬度よりも低くしたものであって、表1に記載の化学組成の第一層と第二層のAg合金を溶解鋳造後、熱間圧着・圧延した後、これを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１２８】
試料36は、表1に記載の化学組成の第一層と第二層のAg合金を溶解鋳造後、互いの二層の合わせ面上に水平な一方向に1mmピッチで幅1mm、深さ0.5mmの凹凸を形成して、その部分で凹部と凸部とを互いに噛み合わせた状態で熱間圧着し、その後圧延し、更にそれを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１２９】
以上の方法で作製した各試料の硬度の第一層の厚みは、前述の手順にて確認した。以上の結果を表1に示した。なお、表1には記載されていないが、試料33、試料34以外の試料の中間部の厚みは、何れも100μm未満であった。
【０１３０】
次いで、図1に示す各接触部11、12、21、22、31、32、41、42に複合接点チップを銀ロウ付けして接触面を形成した。
【０１３１】
その後、定格AC30Aフレーム及び50Aフレームの二種の直流リレーに固定した。このようなリレーを各試料番号の複合接点チップ対毎に各5台用意した。まず各試料の全てのアッセンブリーを使って、定格電流を100分間通電してこの通電時の温度を測定することにより初期の温度特性を確認した。
【０１３２】
次に、220V負荷状態で、30Aフレームの場合は、1.5kAの遮断電流で、50Aフレームの場合は5kAの遮断電流で、各々1台ずつのアッセンブリーを使って遮断試験を行い、耐溶着特性を確認した。
【０１３３】
遮断試験後の温度特性は、その後引き続いて定格電流を100分間通電し、この通電時の温度を測定することにより遮断試験後の温度特性を確認した。
【０１３４】
過負荷試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、30Aフレーム、50Aフレームとも同定格電流の5倍の電流を流した状態で5秒間隔で開閉を50回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより過負荷試験後の温度特性を確認した。
【０１３５】
耐久試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、30Aフレーム、50Aフレームとも同定格電流を流した状態で、5秒間隔で開閉を6000回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより耐久試験後の温度特性を確認した。
【０１３６】
なお、これらの一連の試験での評価は、温度特性については30A・50A両フレームの機種別の結果を総合して5段階評価し、耐溶着特性については、溶着するかしないかで評価した。
【０１３７】
温度特性の5段階評価は、通電時の温度上昇が50℃以下を5、50℃超60℃以下を4、60℃超70℃以下を3、70℃超80℃以下を2、80℃以上を1とした。これらの評価は、表1の試料番号に対応させて表2に示した。表2において、比較例の試料番号には＊を付している。
【０１３８】
【表２】
2004311390.tif 000004
【０１３９】
以上の結果から以下のことがわかる。
(1)第一層、第二層ともSnを1〜9質量％、Inを1〜9質量％の範囲内に制御し、第一層のマイクロビッカース硬度を190以上、第二層のマイクロビッカース硬度を130以下とし、さらに、第一層の厚みを10〜360μmの範囲内に制御した接点を用いたリレーは、上記総合評価において十分実用可能な範囲内にある。一方、上記範囲外の接点を用いたリレーは、総合評価において実用レベルに達していない。
【０１４０】
(2)SnおよびInに加えSbやNiなどの成分を少量含んだ場合でも、同様のことが言える。
【０１４１】
(3)比較例となる試料1、試料10、試料18、試料31、試料32、試料35および試料36の接点チップは、硬度レベルが上記範囲外となり、これらの接点チップを組み込んだ直流リレーは、ともに一部の特性を除き総合的に実用レベルの性能が得られなかった。
【０１４２】
(試験例2)
第1実施形態の表1の試料24を用いて接点対を構成した模擬的なリレーを作製し、トランスで昇圧してコンデンサに充電し、サイリスタでコンデンサの容量放出とリレーの接点を開くタイミングを調整して、短時間大電流が流れる間に接点を開くようにしたときの電圧と電流の状態を調べてみた。その結果を図4に示す。このとき、2600Aの大電流が流れても、接点は溶着せず、接点間の電圧は急激に上昇し確実に遮断できた。
【０１４３】
図4のグラフは、遮断電圧が200Vに達したときに遮断が完了したと判断して、電力供給をやめるようにしているため、電力供給がなくなった時点で、電圧がゼロになっている。このことから、上記特定の材料を接点材料に用いたリレーは、耐溶着性に優れ、高速で遮断できると推測される。
【０１４４】
これに対し、試料27を用いて接点対を構成した場合は、図5に示すように1500Aの大電流が流れたとき、接点が瞬時に溶着してしまい、コンデンサは自然放電し、接点間の電圧の挙動は1msの間しか起こらずしかも10V程度しか変動しないことがわかる。
【０１４５】
（第２実施形態）
第２実施形態は、両中間部材が中間接点となり、サブ中間部材4の電気抵抗値が第１実施形態の場合より低い場合である。
【０１４６】
サブ中間部材4の電気抵抗値が、メイン中間部材3の抵抗値より高いが、両中間部材を入力接点1と出力接点2に接続させた状態で電流を流したとき、サブ中間部材4にも電流が流れてしまう電気抵抗値となる場合（低抵抗値の場合）がある。
【０１４７】
その場合には、図6に示すように、リレーの通電時には、メイン中間部材3のみを入力接点1および出力接点2に接続し、サブ中間部材4は、入力接点1および出力接点2から切り離しておく。
【０１４８】
このように、リレー通電時には、サブ中間部材4を入力接点1および出力接点2から切り離しておくことにより、メイン中間部材3にのみ電流を流すことができる。
【０１４９】
そして、リレーを遮断する時には、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2から切り離す直前に、サブ中間部材4を入力接点1および出力接点2に接続しておく。そして、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2から切り離した後、所定時間経過後に、サブ中間部材4を入力接点1および出力接点2から切り離すようにする。
【０１５０】
この場合も、メイン中間部材3が入力接点1および出力接点2から切り離なされるときに、電流はサブ中間部材4を流れてエネルギーが消費され、アークのエネルギーが低減される。
【０１５１】
（第３実施形態）
第３実施形態は、両中間部材3,4を可動接点とし、これら中間部材3,4を１つの駆動手段53により、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを時間差をもって開閉駆動させるものである。
【０１５２】
第３実施形態は、図7に示すように、入力接点1と出力接点2とは、Ｌ字状をした固定接点としている。そして、図7において、入力接点1と出力接点2の下方にメイン中間部材3とサブ中間部材4を配設している。
【０１５３】
メイン中間部材3は、Ｕ字状をしており、このＵ字の中央凹部33にサブ中間部材4を配設している。メイン中間部材3とサブ中間部材4とは、同じ方向に開くようにしている。具体的には、サブ中間部材4をメイン中間部材3の中央凹部33と入力接点1および出力接点2との間に介在させる。
【０１５４】
そして、メイン中間部材3とサブ中間部材4の間に弾性部材53aと連結棒53bとを配設している。弾性部材53aは、コイルバネにより形成されており、サブ中間部材4を入力接点1と出力接点2に向けて付勢するようになっている。
【０１５５】
連結棒53bは、サブ中間部材4の中央部に設ける貫通孔34とコイルバネ53aに遊嵌状に挿通され、一端側がサブ中間部材4に固定され、他端側には、貫通孔34からの抜けを防止するストッパー53cが取り付けられている。連結棒53bの長さは、コイルバネ53aが伸びきった直後において、端部に設けたストッパー53cがメイン中間部材3に当接しない長さとしている。
【０１５６】
本実施形態では、図示していないが、メイン中間部材3をソレノイドで開閉駆動させるようにしている。メイン中間部材3の底部にソレノイドの駆動軸53dを固定する。そして、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2に接触させているとき、およびメイン中間部材3の開動作開始から所定時間の間は、コイルバネ53aによる付勢力でサブ中間部材4を入力接点1および出力接点2に接触させておく。
【０１５７】
メイン中間部材3の開動作開始から所定時間経過後は、コイルバネ53aが伸びきり、ソレノイドによるメイン中間部材3の開動作で連結棒53bの端部に設けたストッパー53cがメイン中間部材3に当接する。そして、サブ中間部材4が連結棒53bを介してメイン中間部材3の開動作に同期して入力接点1および出力接点2から離隔する。
【０１５８】
このように、メイン中間部材3をソレノイドで駆動させるときに、弾性部材53aの付勢と連結棒53bにより、サブ中間部材4は、メイン中間部材3の開動作開始から所定時間経過に開動作が開始される。
【０１５９】
第３実施形態では、１つの駆動手段でメイン中間部材3とサブ中間部材4を駆動させることができるので、駆動手段のコンパクト化が可能となる。
【０１６０】
さらに、第３実施形態においても、メイン中間部材3を入力接点1および出力接点2に対して遮断する時、各接点の間にアークが生じても、このアークを磁界により歪曲させる磁石を具えるようにしている。
【０１６１】
第３実施形態では、メイン中間部材3、入力接点1、出力接点2の接触部近くで、図7において前後に一対の磁石7を二対設けている。この場合、図7において奥から手前に向けて磁力線が延びるように磁石7を配設している。
【０１６２】
第３実施形態では、磁石7の磁界によりアークが図7において横方向外方に向けて歪曲される。第３実施形態においても、磁石7を設けることによりアークの遮断をより早く行える。
【０１６３】
（第４実施形態）
さらに、第３実施形態のように、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを一つの駆動手段で開閉駆動させる場合の他の実施形態（第４実施形態）を図8に示す。
【０１６４】
第４実施形態は、メイン中間部材3とサブ中間部材4のそれぞれに、開閉方向と直交する方向に突出する突起54a,54bを取り付ける。駆動手段としてはソレノイドを用い、ソレノイドの駆動軸54cにこれら突起54a,54bに段階的に接触して突起を押圧する二つの係合部54d,54eを設ける。
【０１６５】
そして、メイン中間部材3の突起54aに係合部54dを係合させてメイン中間部材3を開動作させた後に、サブ中間部材4の突起54bに他の係合部54eを係合させてサブ中間部材4を開動作させるようにする。
【０１６６】
このとき、メイン中間部材3とサブ中間部材4とは、コイルバネ54ｆにより開閉方向の閉方向に常時付勢されており、このコイルバネ54ｆの付勢に抗してソレノイドの開動作を行う。このように、第４実施形態においても、一つの駆動手段でメイン中間部材3とサブ中間部材4とを時間差で開閉駆動させることができる。
【０１６７】
（第５実施形態）
さらに、図9に示す第５実施形態では、入力接点1を入力側連結接点81を介して中間部材3,4に接続可能とし、出力接点2を出力側連結接点82を介して中間部材3,4に接続可能としている。しかも、メイン中間部材3を入力側連結接点81及び出力側連結接点82と導通または遮断される中間接点としている。
【０１６８】
入力接点1と出力接点2とは、円柱状をしている。さらに、入力側連結接点81と出力側連結接点82とは、長尺な平板形状をしている。メイン中間部材3は、Ｕ字状をしている。サブ中間部材4は入力側連結接点81と出力側連結接点82との間に固定している。
【０１６９】
第５実施形態では、入力側連結接点81と出力側連結接点82を挟むようにして、入力接点1及び出力接点2と、メイン中間部材3とを配設している。さらに、第５実施形態では、サブ中間部材4、入力側連結接点81、出力側連結接点82を固定接点とし、入力接点1と出力接点2とメイン中間部材3とを可動接点としている。
【０１７０】
入力接点1と出力接点2とは同じ方向（図9において上方向）に開き、メイン中間部材3は逆方向（図9において下方向）に開くようにしている。第５実施形態では、サブ中間部材4の電気抵抗値を高抵抗値としている。
【０１７１】
そして、リレーの通電時には、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを、入力側連結接点81および出力側連結接点82を介して入力接点1および出力接点2に接続する。このとき、サブ中間部材4は、高抵抗値のものを使用しているので、サブ中間部材4には電流は流れず、メイン中間部材3にのみ電流が流れる。
【０１７２】
また、リレーを遮断する時には、まず、入力側連結接点81および出力側連結接点82からメイン中間部材3を切り離す。このとき、サブ中間部材4にも電流が流れ、サブ中間部材4の抵抗により電流のエネルギーが消費されて、メイン中間部材3と、入力側連結接点81および出力側連結接点82との間に発生するアークを小さく、または、発生しないようにすることができる。
【０１７３】
そして、所定時間経過後に、入力接点1を入力側連結接点81から、出力接点2を出力側連結接点82から切り離す。このときも、サブ中間部材4で電流のエネルギーが消費されているので、入力接点1と入力側連結接点81との間、出力接点2と出力側連結接点82との間に発生するアークをほとんど生じないようにすることができる。
【０１７４】
（第６実施形態）
さらに、第６実施形態も、図10に示すように、入力接点1、入力側連結接点81、出力接点2、出力側連結接点82、メイン中間部材3、サブ中間部材4を有する構成としている。第６実施形態では、入力接点1、中間接点となるメイン中間部材3、出力接点2を可動接点としており、サブ中間部材4、入力側連結接点81、出力側連結接点82を固定接点としている。
【０１７５】
第６実施形態では、入力側連結接点81と出力側連結接点82に対して、入力接点1と出力接点2とメイン中間部材3とを同じ側に配置し、同じ方向に開くようにしている。そして、サブ中間部材4を入力側連結接点81と出力側連結接点82とを連結するようにこれら連結接点に固定している。
【０１７６】
リレーの通電時には、メイン中間部材3とサブ中間部材4とを、入力側連結接点81および出力側連結接点82を介して入力接点1および出力接点2に接続する。このとき、サブ中間部材4は、高抵抗値のものを使用しているので、サブ中間部材4には電流は流れず、メイン中間部材3にのみ電流が流れる。
【０１７７】
リレーを遮断する時には、入力接点1、メイン中間部材3、出力接点2を、入力側連結接点81と出力側連結接点82とに対して全て同時に切り離す。リレーを遮断する時に、サブ中間部材4を電流が流れるので、メイン中間部材3と入力側連結接点81および出力側連結接点82との間にアークはほとんど発生せず、また、入力接点1と入力側連結接点81との間に発生するアークを小さくでき、出力接点2と出力側連結接点82との間に発生するアークは、入力接点1側よりも小さくすることができる。
【０１７８】
第６実施形態によれば、第１実施形態から第５実施形態に比べて入力接点などに耐アーク性が要求されるが、入力接点1と出力接点2とメイン中間部材3とを一度に駆動させてリレーの遮断を行えるので、リレーの構成を簡単にできる。
【０１７９】
この場合、入力接点1と出力接点2とメイン中間部材3とを固定接点とし、入力側連結接点81と出力側連結接点82とサブ中間部材4とを一つの部材とした可動接点とすることもできる。サブ中間部材4を可動接点とすれば、よりリレーの構成を簡単にすることができる。
【０１８０】
さらに、第６実施形態においても、第１実施形態と同様の永久磁石7を配設している。第６実施形態も第１実施形態と同じ方向にアークが歪曲し、逆電流が流れてもアークの干渉は起こらず、アークの消弧をより早く行えるようになる。
【０１８１】
（第７実施形態）
また、図11の第７実施形態は、入力接点1、入力側連結接点81、出力接点2、出力側連結接点82、メイン中間部材3、サブ中間部材4を有し、入力接点1とメイン中間部材3と出力接点2とを各連結接点から同時に切り離す場合で、サブ中間部材4の電気抵抗値が高抵抗値のものである。
【０１８２】
第７実施形態では、入力接点1、中間接点となるメイン中間部材3、出力接点2を固定接点としており、サブ中間部材4、入力側連結接点81、出力側連結接点82を可動接点としている。
【０１８３】
第７実施形態では、入力側連結接点81と出力側連結接点82のメイン中間部材3との対向側に、サブ中間部材4が嵌め合わされる段部81a,82aを形成する。サブ中間部材4は、これら段部81a,82aとメイン中間部材3とで囲まれるように配置され、サブ中間部材4の中央部に、ソレノイドの駆動軸55の先端部が固定される。
【０１８４】
第７実施形態は、リレーの通電時には、サブ中間部材4を、ソレノイドの駆動軸55により、メイン中間部材3、入力側連結接点81、出力側連結接点82に対して非接触の状態を維持する。即ち、サブ中間部材4を入力側連結接点81および出力側連結接点82から切り離しておく。このようにすることにより、通電時にサブ中間部材4に電流を流さないようにすることができる。
【０１８５】
また、リレーの遮断動作開始の一定時間前に、駆動軸55を駆動させてサブ中間部材4を入力側連結接点81および出力側連結接点82に接続させる。即ち、リレーの遮断を行い始めるとき、ソレノイドの駆動軸55を開方向に駆動させて、まず、サブ中間部材4を入力側連結接点81と出力側連結接点82の段部81a,82aに接触させる。このサブ中間部材4の各連結接点への接触により、入力接点1からサブ中間部材4を介して出力接点2に電流が流れてエネルギーが消費される。
【０１８６】
次に、サブ中間部材4が各連結接点に接続してから一定時間経過後に、サブ中間部材4をこれら連結接点に接続させたまま、入力側連結接点81を入力接点1から引き離し、出力側連結接点82を出力接点2から引き離す。
【０１８７】
即ち、ソレノイドの駆動軸55をさらに開方向に駆動させることにより、サブ中間部材4に押されて入力側連結接点81と出力側連結接点82が開方向に移動し、入力側連結接点81と出力側連結接点82とが入力接点1、出力接点2、メイン中間部材3から同時に切り離される。
【０１８８】
このとき、サブ中間部材4を流れてエネルギーが消費された電流を遮断することになるので、各接点の間に発生するアークを小さくすることができる。第７実施形態では、サブ中間部材4を駆動させる駆動手段（ソレノイド）で入力側連結接点81と出力側連結接点82も開閉動作させることができる。
【０１８９】
なお、前記した実施形態のうち、磁石を設けていない実施形態においても、メイン中間部材を入力接点および出力接点に対して遮断する時、各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石を具えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明リレーの第１実施形態を示す概略構成図で、リレーの通電時の状態からリレーを遮断するときの状態を段階的に示す。
【図２】第１実施形態の各中間部材を開閉駆動させる駆動手段と制御手段との関係を示す説明図である。
【図３】第１実施形態の各駆動手段の開動作のタイミングを示す説明図である。
【図４】表1の試料24の接点材料を用いたリレーにおいて、遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【図５】表1の試料27の接点材料を用いたリレーにおいて、遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【図６】本発明リレーの第２実施形態を示すリレーの概略構成図である。
【図７】本発明リレーの第３実施形態を示す概略構成図で、リレーの通電時の状態からリレーを遮断するときの状態を段階的に示す。
【図８】本発明リレーの第４実施形態を示す概略構成図で、リレーの縦断面図である。
【図９】本発明リレーの第５実施形態を示す概略構成図で、リレーの通電時の状態からリレーを遮断するときの状態を段階的に示す。
【図１０】本発明リレーの第６実施形態を示す概略構成図で、リレーの通電時の状態からリレーを遮断するときの状態を段階的に示す。
【図１１】本発明リレーの第７実施形態を示すリレーの概略構成図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１  入力接点    ２  出力接点    ３  メイン中間部材
33  凹部    34  貫通孔
４  サブ中間部材
51  メイン側駆動手段    52  サブ側駆動手段    53  駆動手段
53a  弾性部材    53b  連結棒    53c  ストッパー    53d  駆動軸
54a,54b  突起    54c  駆動軸    54d,54e  係合部    54f  コイルバネ
55  駆動軸    ６  制御手段    61  電流検出器
７  永久磁石    81  入力側連結接点    82  出力側連結接点
【図１】
2004311390.tif 000005
【図２】
2004311390.tif 000006
【図３】
2004311390.tif 000007
【図４】
2004311390.tif 000008
【図５】
2004311390.tif 000009
【図６】
2004311390.tif 000010
【図７】
2004311390.tif 000011
【図８】
2004311390.tif 000012
【図９】
2004311390.tif 000013
【図１０】
2004311390.tif 000014
【図１１】
2004311390.tif 000015