JP2005129452A - 導電性ブッシング部を備えたリードリレー及びオフセット電流キャンセル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブッシングと静電シールドパイプとの間に流れる熱刺激電流に起因してリレー端子とブッシングとの間に流れるオフセット電流を減少させるリードリレーを提供する。
【解決手段】コイルボビンから静電シールドパイプに伝わった熱に起因して流れる熱刺激電流に対し、ブッシングを、内側と外側の同心円状の絶縁性ブッシング部とそれらに挟まれた同心円状の導電性ブッシング部に分割し、静電シールドパイプと導電性ブッシング部とを別の導電性部材で接続することにより、外側の絶縁性ブッシングと静電シールドパイプとの間に流れる熱刺激電流を、この別の導電性部材により導電性ブッシング部に還流させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電シールドパイプ内にリードスイッチを設けた微小電流用リードリレーに関する。

微小電流測定においては、測定経路のパターンやストリップラインからの漏れ電流に注意することのほかに、測定経路上のリレーからの漏れ電流を抑える必要がある。微小電流用リードリレーに関しては、特許文献１記載の、熱刺激電流に起因してリードリレーに流れるオフセット電流を抑えるコイルボビンの構造を採用した、フェムトアンペア（ｆＡ；１０^−１５Ａ）オーダーの測定に使用できるリードリレーが知られている。本明細書の図６に特許文献１の図５のリードリレーを示し、その構造を説明する。リードスイッチ５０１は高絶縁材料からなるブッシング５０２ａ、５０２ｂにより静電シールドパイプ５０３内に保持され、この静電シールドパイプ５０３は、コイルボビン５０４の筒状の中空内部に設置される。コイルボビン５０４と静電シールドパイプ５０３の接触部分には、コイルボビン５０４の中空部の開口端部に張り出し５０８ａ、５０８ｂを設けたことにより、空隙５０９がコイルボビン５０４の内壁と静電シールドパイプ５０３の外壁との間に形成されるように構成されている。これにより、コイルボビン５０４に巻装されたコイル５０５で発生したジュール熱は静電シールドパイプ５０３に伝わりにくくなる。その結果、それ以前のリードリレーでは、ジュール熱がブッシング５０２ａ、５０２ｂに伝わることによりブッシング５０２ａ、５０２ｂと静電シールドパイプ５０３間に熱刺激電流が流れ、それに起因してリレー端子５１７ａ、５１７ｂとそれぞれのブッシング５０２ａ、５０２ｂ間に流れるオフセット電流を低減することができる。

しかしながら、測定技術の発展により、より一層微小な電流測定が可能なリードリレーが求められている。

その他の微小電流用リードリレーの技術としては、ブッシングの誘電吸収に関する特許文献２、および、漏れ電流や熱起電力に関する特許文献３がある。

特開２００１−１４９９４号公報 特開平８−２７９３１４号公報 特開平２−６８８２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、微小電流測定において、オフセット電流をさらに低減させたリードリレーを提供することである。

本発明が解決しようとする別の課題は、ブッシングと静電シールドパイプとの間で流れる熱刺激電流に起因して、リードスイッチとブッシングとの間で流れるオフセット電流を減少させるリードリレーを提供することにある。

本発明が解決しようとするさらに別の課題は、リードリレーにおいて、ブッシングから静電シールドパイプへの、熱刺激電流に起因する電荷の移動をキャンセルする構造を提供することである。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるリードリレー及び解決方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

本発明によるリードリレーの第１の態様は、 リードスイッチと、リードスイッチが貫通する静電シールドパイプと、静電シールドパイプ内でリードスイッチを支持する支持部材と、静電シールドパイプが設置される中空部と、コイル巻装部とを備えた、コイルボビンとを有するリードリレーにおいて、支持部材は、リードスイッチに当接する第１の絶縁部材と、静電シールドパイプに当接する第２の絶縁部材と、第１及び第２の絶縁部に挟まれた第１の導電部材を備え、導電性部材と静電シールドパイプを接続する第２の導電部材を有することを主要な特徴とする。

さらに、本発明によるリードリレーは、第１及び第２の絶縁部材と、第１の導電部材とは、同心円状の円環であって、第１の絶縁部材の外周に第１の導電部材の内周が当接し、第１の導電部材の外周に第２の絶縁部材の内周が当接する態様や、第２の導電部材は、該第２の導電部材を通して第１の導電部材に熱が伝わるのを所定量に制限できる程度に細いことを特徴とする態様もとることができる。

さらに、本発明によるリードリレーは、第２の導電部材は、第１の導電部材と静電シールドパイプに半田付けされたリード線である態様や、第１の導電部材は、前記第２の絶縁部材の内周部よりも幅が広く、前記第１の導電部材の沿面に前記第２の導電部材を接続した態様や、第２の導電部材は、静電シールドパイプと第１の絶縁部材の内周との間に挟み込まれたリード線である態様や、第２の導電部材は、第２の絶縁部材表面に貼り付けられた導電性塗料あるいはシールである態様や、導電性塗料はカーボンを含むことを特徴とする態様もとることができる。

さらに、本発明によるリードリレーにおいては、コイルボビンは、静電シールドパイプを支持する機能を兼ね備えた熱伝導阻害手段を備えた態様や、熱伝導阻害手段は、コイルボビンの中空部の長手方向の端部に設けられた円環状の張り出しであって、該張り出しで静電シールドパイプを支持することを特徴とした態様や、支持部材は、前記静電シールドパイプの両端部に備えられた態様も含む。

さらに、本発明によるリードリレーにおけるオフセット電流キャンセル方法は、リードスイッチと、リードスイッチが貫通する静電シールドパイプと、静電シールドパイプ内でリードスイッチを支持する支持部材と、静電シールドパイプが設置される中空部と、コイル巻装部とを備えた、コイルボビンとを有するリードリレーにおいて、静電シールドパイプから支持部材に伝わった熱によって静電シールドパイプと支持部材の当接部に熱刺激電流を流すステップと、支持部材から流れ出た電流すなわち電荷の移動を、支持部材の第１の面と第２の面との間を横断する円環状の第１の導電部材からの電流で補うステップと、第１の導電部材と静電シールドパイプとに接続された第２の導電部材を介して、静電シールドパイプから第１の導電部材に電流を還流させるステップとを有することを主な特徴とする。

本発明のリードリレーは、コイルボビンから静電シールドパイプに伝わった熱に起因して流れる熱刺激電流に対し、ブッシングを同心円状に内側と外側の絶縁性ブッシング部とそれらに挟まれた導電性ブッシング部に分割し、静電シールドパイプと導電性ブッシング部とを別の導電性部材で接続することにより、熱により外側のブッシングから静電シールドパイプに流れ込んだ熱刺激電流を導電性ブッシング部に還流させるので、リレー端子から内側の絶縁性ブッシング部に流れ込むオフセット電流をより一層低減することができるという利点がある。

本発明では、静電シールドパイプからブッシングに伝わったコイルのジュール熱により発生した熱刺激電流がリレー端子からのオフセット電流を誘発するのを妨げる為に、ブッシング内に円環状の第１の導電部材を設け、さらに、この導電部材と静電シールドパイプを、リード線などの熱伝導率は悪いが導電率は良い第２の導電部材で接続することで、静電シールドパイプとブッシングとの間に電流の復路を設けて、静電シールドパイプと導電部材との間で閉回路を形成した。そのため、電荷の移動がこの閉回路内で満足され、それにより、リレー端子とブッシングとの間での電荷の移動を防ぐことができる。図１に本発明によるリードリレーの最良の形態を示し、以下に第１の実施態様として説明する。

図１に示した、本発明によるリードリレーの第１の実施態様によるリードリレー１００は、リードスイッチ１０１を収容する静電シールドパイプ１０３を有するリードリレーである。静電シールドパイプ１０３内では、リードスイッチ１０１は２つのブッシング１２１ａ、１２１ｂによってパイプ内両端部近傍で機械的に保持される。

説明を簡単にするために、本発明のブッシング１２１ａと静電シールドパイプ１０３の主要構成部分の構造を説明する図を図２に示す。本発明のブッシング１２１ａは、リードスイッチ１０１のリレー端子１１７ａに接する部分から外周に向けて、同心円状に、第１の絶縁性ブッシング部１２６ａ、導電性ブッシング部１２４ａ、第２の絶縁性ブッシング部１２２ａの環状部材を備える。ここで、第２の絶縁性ブッシング部１２２ａの外周は静電シールドパイプ１０３に接している。言い換えると、第１と第２の絶縁性ブッシング部１２６ａ、１２２ａの間には導電性ブッシング部１２４ａが円環状に挟まれており、第１と第２の絶縁性ブッシング部１２６ａ、１２２ａが隣り合わせに接する部分は存在しない。

第１と第２の絶縁性ブッシング部１２６ａ、１２２ａは、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）やＦＥＰ（fluorinated ethylene propylene copolymer）などの極めて導電率の低い材質でできている。導電性ブッシング部１２４ａは、鉄などの金属、あるいは、カーボン素材、あるいは、導電性プラスチックなどの導電率の高い材質でできている。あるいは、導電性ブッシング部１２４ａは、絶縁部材表面に導電性塗料を塗布したもの、あるいは、絶縁部材表面に導電性メッキを施したものでも良い。ブッシング１２１ａを製造する際には、一例としては、導電材料のパイプを切断するなどして、導電性ブッシング部とし、第１と第２の絶縁性ブッシング部に組み込むか、接着剤や熱による融着を利用して組み立てることができる。一例として、導電性塗料としては、藤倉化成社製ドータイト(商標)(http://www.fkkasei.co.jp/japanese/business/product/dotite.pdf)、あるいは、モリテックス社製ＥＭＣコーティング材(http://www.moritex.co.jp/zigyo/pdf/d/zigyo_d027.pdf)などの各種導電性塗料を使用することができ、これは、本発明の以下の実施例の説明に関しても同様である。

導電性ブッシング部１２４ａの表面と静電シールドパイプ１０３の表面は、リード線などの導電性接続部材１２８ａで接続されている。この導電性接続部材１２８ａには、導電性ブッシング部１２４ａと第１の絶縁性ブッシング部１２６ａとの間での熱刺激電流の発生を抑えるために、導電性が良く熱伝導性が悪い部材が適しており、細い金属リード線などの導電性の部材が用いられる。好適には、導電性接続部材は半田付け、または、導電性接着剤により、導電性ブッシング部１２４ａ表面や静電シールドパイプ１０３表面で接続される。

静電シールドパイプ１０３は、図１のように、コイル１０５を巻装したコイルボビン１０４の中空円筒内に保持される。好適にはコイル１０５には樹脂１０６が充填され磁気シールドケース１０７に収められる。

コイルボビン１０４は中空円筒内両端に厚さｈの張り出し１０８ａ、１０８ｂを備えて静電シールドパイプ１０３を機械的に保持すると共に、静電シールドパイプ１０３の外周とコイルボビン１０４内壁との間に空隙１０９を形成し、コイルボビン１０４からの熱が静電シールドパイプ１０３に伝わるのを阻害している。一例として、厚さｈは２ｍｍ程度である。

次に図３を参照して、説明の簡略化のために、ブッシング１２１ａ、静電シールドパイプ１０３、導電性接続部材１２８ａにだけ着目して、これらの作用を説明する。わずかにコイルボビン１０４から静電シールドパイプ１０３に伝わった熱Ｈ（矢印３０２）に起因して、熱刺激電流による電荷の移動（矢印３１２）が第２の絶縁性ブッシング部１２２ａから静電シールドパイプ１０３に向けて起こり、それにより電荷が欠乏した第２の絶縁性ブッシング部１２２ａには、導電性ブッシング部１２４ａから電荷の移動（矢印３１４）が起こる。従来では、導電性接続部材１２８ａと導電性ブッシング部１２４ａがなく、第１と第２の絶縁性ブッシング部１２６ａと１２２ａが一体であったために、この一体化された絶縁ブッシング部材での電荷の欠乏を満たすためにリレー端子１１７ａからの電荷の移動が誘発されオフセット電流となっていた。しかしながら、本発明では、絶縁性部材よりも電荷の移動が容易な導電性接続部材１２８ａが静電シールドパイプ１０３に接続されているので、静電シールドパイプ１０３から導電性ブッシング部１２４ａへと電荷が移動して、第２の絶縁性ブッシング部１２２ａの電荷の欠乏は補償される。すなわち本発明では、静電シールドパイプ１０３−導電性接続部材１２８ａ−導電性ブッシング部１２４ａ−静電シールドパイプ１０３の経路で閉回路が形成され、電荷の移動が満足されるので、リレー端子１１７ａから第１の絶縁性ブッシング部１２６ａへの電荷の移動を抑制することができる。

従って、本発明によれば、静電シールドパイプとブッシングとの間での熱刺激電流の発生があったとしても、リードスイッチに流れるオフセット電流を抑制することができる。

また、導電性接続部材１２８ａ、１２８ｂは、図１では、それぞれ静電シールドパイプ１０３の端面と導電性ブッシング部１２４ａ、１２４ｂの端面に接続されているが、本発明は、この接続方法に限定されるものではなく、両部材のどのような部分を接続するものも本発明の意図するものである。

さらに、導電性接続部材１２８ａ、１２８ｂは、静電シールドパイプ１０３からの熱伝導に注意すれば、ブッシング１２１ａ、１２１ｂの各々につき、複数本設けることもできる。

次に、図７を参照して、本発明による第２の実施例のリードリレー７００を説明する。なお、図７では、リードリレー７００はブッシング７０６の周辺部分以外は図１と同じなので、片方のブッシング７０６の周辺だけを示し、他は省略している。また、図７では、説明を簡単にするために、図１に対応する部材がある場合にはその参照番号を付しているが、枝番号は省略している。

リードリレー７００は図１のリードリレー１００と比べると、導電性ブッシング部７０２が、第２の絶縁性ブッシング部の内周部の幅よりも幅の広い導電部材で構成されている。好ましくは、導電性ブッシング部７０２は、金属パイプ、あるいは、絶縁性パイプ表面に導電性塗料を塗布したもの、あるいは、絶縁性パイプに導電性メッキを施したものが用いられる。ここで、導電性ブッシング部７０２が第１及び第２の絶縁性ブッシング部に取り付け終わった状態では、導電性ブッシング部の端部がブッシング７０６の表面から、静電シールドパイプ１０３の長手方向に突き出ていることに注意されたい。なお、この導電性ブッシング部７０２の突き出しは、静電シールドパイプ１０３の開口部側だけとしてもよい。

静電シールドパイプ１０３と導電性ブッシング部７０２を電気的に接続する導電性接続部材７０４は、両部材の沿面、あるいは両部材それぞれの端面と沿面にまたがって、半田付け、導電性接着剤、あるいは融着により接続される。導電性接続部材７０４には、導電性が良く熱伝導性が悪い部材が適しており、リード線などの線状の部材あるいは細い部材が用いられる。

すなわち、本実施例によれば、導電性接続部材７０４は、特に導電性ブッシング部７０２の端面だけに接続されるのではないため、広い面積を接続作業に利用することができ、作業が容易である。

次に、図４を参照して、本発明による第３の実施例のリ−ドリレー４００を説明する。なお、図４では、リードリレー４００はブッシング４０４の周辺部分以外は図１と同じなので、片方のブッシング４０４の周辺だけを示し、他は省略している。また、図４では、説明を簡単にするために、図１に対応する部材がある場合にはその参照番号を付しているが、枝番号は省略している。

リードリレー４００は図１のリードリレー１００と比べると、導電性ブッシング部１２４と静電シールドパイプ１０３とを接続する導電性接続部材４０２を、半田付けではなく、はめ込みによって接続したものである。すなわち、導電性接続部材４０２の一端を第２の絶縁性ブッシング部１２２と導電性ブッシング部１２４の間にはさみこんで組み立て、次に、導電性接続部材４０２の他端を第２の絶縁性ブッシング部１２２の外周と静電シールドパイプ１０３の内壁の間に挟み込むように、先ほど組み立てたブッシング４０４を静電シールドパイプ１０３内に挿入し、余ってはみ出た導電性接続部材４０２を切り取って除去する。導電性接続部材４０２には、導電性が良く熱伝導性が悪い部材が適しており、リード線などの線状の部材あるいは薄い部材などが用いられる。

このようにすることで、図１の導電性接続部材１２８の半田付けにかかる手間を軽減することができる。

次に、図５を参照して、本発明による第４の実施例のリードリレー４５０を説明する。なお、図５では、リードリレー４５０はブッシング４５４の周辺部分以外は図１と同じなので、片方のブッシング４５４の周辺だけを示し、他は省略している。また、図５では、説明を簡単にするために、図１に対応する部材がある場合にはその参照番号を付しているが、枝番号は省略している。

リードリレー４５０は、図１のリードリレー１００の導電性接続部材１２８を用いず、導電性接続部材４５２として、導電性塗料あるいは導電性メッキを用いたものである。すなわち、導電性接続部材４５２として、導電性塗料を用いる場合は、ブッシング４５４を静電シールドパイプ１０３にはめ込んだ後に、カーボンあるいは金属粉を含んだ導電性塗料を導電性ブッシング部１２４と静電シールドパイプ１０３間に塗布する。また、導電性接続部材４５２として、導電性メッキを用いる場合は、予めブッシング４５４の導電性ブッシング部１２４と第２の絶縁性ブッシング部１２２の外周にかけてメッキを施した後に、ブッシング４５４を静電シールドパイプ１０３にはめ込む。なお、導電性塗料の塗布あるいは導電性メッキの実施に当たっては、静電シールドパイプ１０３からの熱伝導を考慮して塗料またはメッキの形状を細長くする、あるいは、厚みを薄くする、あるいは、塗料またはメッキの本数を１本または複数本にするなどの考慮が必要である。なお、導電性塗料として導電性のシールを用いることもできる。導電性接続部材４５２には、導電性が良く熱伝導性が悪い形状が適しており、線状などの形状が用いられる。

このようにすることで、静電シールドパイプ１０３と導電性ブッシング部１２４の接続の手間を軽減することができる。

以上のように、ブッシングに工夫を凝らして、熱刺激電流に起因するオフセット電流を抑制したリードリレーについて説明してきた。なお、本発明で説明したコイルボビンでは張り出し１０８を備えて熱が静電シールドパイプに伝わるのを妨げているが、既存の様々な技術をコイルボビンに用いたものと置き換えることも可能である。一例としては、張り出し１０８は一枚の円環に限らず、複数枚としたり、張り出しの形状についても様々なものを採用することもできる。また、コイルボビンの張り出し１０８と置き換えて、または組み合わせて、コイルボビンにヒートシンクあるいはペルチェ素子などを組み合わせることも可能である。

なお、本発明は、筐体内に１本のリードスイッチだけを収容した単装のリードリレーに適用できるだけでなく、２本以上の複数のリードスイッチをその筐体収容したリードリレーに適用できる。また、複数のリードスイッチを収容したリードリレーの場合、そのスイッチングの動作も、複数本のリードスイッチが全て同時にメイクあるいはブレーク動作するもの、あるいは、一部がメイクし残りがブレイクするリードリレーにも適用することもできる。

本発明によるリードリレーの構造を示す断面図である。（実施例１） 図１のリードリレーのブッシング近傍の構造を示した構造図である。 図１のリードリレーのブッシング近傍での電荷の動作を示す概念図である。 本発明によるリードリレーのブッシング近傍の構造を示す断面図である。（実施例３） 本発明によるリードリレーのブッシング近傍の構造を示す断面図である。（実施例４） 従来のリードリレーの構造を示す断面図である。 本発明によるリードリレーのブッシング近傍の構造を示す断面図である。（実施例２）

符号の説明

１００ リードリレー
１０１ リードスイッチ
１０３ 静電シールドパイプ
１０４ コイルボビン
１０５ コイル
１０６ 樹脂
１０７ 磁気シールドケース
１０８ａ、１０８ｂ 張り出し
１０９ 空隙
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ リレー端子
１２１ａ、１２１ｂ ブッシング
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ 第２の絶縁性ブッシング部
１２４ａ、１２４ｂ、１２４ 導電性ブッシング部
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ 第１の絶縁性ブッシング部
１２８ａ、１２８ｂ 導電性接続部材
４００、４５０、７００ リードリレー
４０２、４５２、７０４ 導電性接続部材
４０４、４５４、７０６ ブッシング

Claims (12)

1. リードスイッチと、
   前記リードスイッチが貫通する静電シールドパイプと、
   前記静電シールドパイプ内で前記リードスイッチを支持する支持部材と、
   前記静電シールドパイプが設置される中空部と、コイル巻装部とを備えた、コイルボビンとを有するリードリレーにおいて、
   前記支持部材は、前記リードスイッチに当接する第１の絶縁部材と、前記静電シールドパイプに当接する第２の絶縁部材と、前記第１及び第２の絶縁部に挟まれた第１の導電部材を備え、
   前記導電性部材と前記静電シールドパイプを接続する第２の導電部材を有するリードリレー。
2. 前記第１及び第２の絶縁部材と、前記第１の導電部材とは、同心円状の円環であって、第１の絶縁部材の外周に第１の導電部材の内周が当接し、第１の導電部材の外周に第２の絶縁部材の内周が当接することを特徴とする請求項１に記載のリードリレー。
3. 前記第２の導電部材は、該第２の導電部材を通して前記第１の導電部材に熱が伝わるのを所定量に制限できる程度に細いことを特徴とする請求項１又は２に記載のリードリレー。
4. 前記第２の導電部材は、前記第１の導電部材と前記静電シールドパイプに半田付けされたリード線であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のリードリレー。
5. 前記第１の導電部材は、前記第２の絶縁部材の内周部よりも幅が広く、前記第１の導電部材の沿面に前記第２の導電部材を接続したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のリードリレー。
6. 前記第２の導電部材は、前記静電シールドパイプと前記第１の絶縁部材の内周との間に挟み込まれたリード線であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のリードリレー。
7. 前記第２の導電部材は、前記第２の絶縁部材表面に貼り付けられた導電性塗料あるいは導電性シールあるいは導電性メッキであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のリードリレー。
8. 前記導電性塗料はカーボンあるいは金属粉を含むことを特徴とする請求項７に記載のリードリレー。
9. 前記コイルボビンは、前記静電シールドパイプを支持する機能を兼ね備えた熱伝導阻害手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のリードリレー。
10. 前記熱伝導阻害手段は、前記コイルボビンの中空部の長手方向の端部に設けられた円環状の張り出しであって、該張り出しで前記静電シールドパイプを支持することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のリードリレー。
11. 前記支持部材は、前記静電シールドパイプの両端部に備えられたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のリードリレー。
12. リードスイッチと、
    前記リードスイッチが貫通する静電シールドパイプと、
    前記静電シールドパイプ内で前記リードスイッチを支持する支持部材と、
    前記静電シールドパイプが設置される中空部と、コイル巻装部とを備えた、コイルボビンとを有するリードリレーにおいて、
    前記静電シールドパイプから前記支持部材に伝わった熱によって前記静電シールドパイプと前記支持部材の当接部に熱刺激電流を流すステップと、
    前記支持部材から流れ出た電流を、前記支持部材の第１の面と第２の面との間を横断する円環状の第１の導電部材からの電流で補うステップと、
    前記第１の導電部材と前記静電シールドパイプとに接続された第２の導電部材を介して、前記静電シールドパイプから前記第１の導電部材に電流を還流させるステップとを有するリードリレーにおけるオフセット電流キャンセル方法。
    
    

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