JP2010027309A - 接点開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アークによる接点溶融や開閉時の接点バウンスを回避するとともに応答性を向上する。
【解決手段】外力が加えられてアクチュエータ部材６が上向きに移動することで収納室３の容積が減少し、収納室３内に充填されている導電性流体ＬＭが流路４を移動して第２接点２の表面へ流出する。そして、第２接点２の表面に流出した導電性流体ＬＭが第１接点１の表面に塗布されている導電性流体ＬＭと接触し、その結果、第１接点１と第２接点２とが導電性流体ＬＭを介して接触導通することになる。故に、第１接点１と第２接点２とが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、従来例と比較して接点開閉の応答性を向上することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接点開閉装置に関するものである。

従来、アークによる接点溶融や開閉時の接点バウンスを回避することができる接点開閉装置として、液体金属などの導電性流体を接点とする接点開閉装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１４２１４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている従来例では、導電性流体の流路内に気体を封入し、ヒータにより気体を加熱膨張させることによって導電性流体を流路内で移動させて接点を開閉する構成となっていたため、気体を加熱するのに比較的に長い時間を要し、応答性が良くないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、アークによる接点溶融や開閉時の接点バウンスを回避するとともに応答性を向上した接点開閉装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、表面に導電性流体が塗布された第１接点と、第１接点との間に所定の絶縁距離を離して対向配置された第２接点と、導電性流体が充填されるとともに外力に応じて容積が増減する収納室と、収納室より第２接点の接触面まで貫通し収納室の容積の増減に応じて導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、外力に応じて収納室の容積が減少すれば収納室内の導電性流体が流路を移動して第２接点の接触面に流出し、流出した導電性流体と第１接点の表面に塗布されている導電性流体とが接触することにより、第１接点と第２接点とが導電性流体を介して接触導通する。また、外力を取り除いて収納室の容積を増加すれば（元に戻せば）、第２接点の接触面に流出していた導電性流体が流路を移動して収納室内に戻ることにり、第１接点と第２接点とが開離して絶縁される。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、表面に導電性流体が塗布された複数の接点と、これら複数の接点との間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体が充填され且つ外力に応じて容積が増減する収納室と、収納室より接点との対向面まで貫通し収納室の容積の増減に応じて導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、外力に応じて収納室の容積が減少すれば収納室内の導電性流体が流路を移動して収納室の接点との対向面に流出し、流出した導電性流体と各接点の表面に塗布されている導電性流体とが接触することにより、複数の接点同士が導電性流体を介して接触導通する。また、外力を取り除いて収納室の容積を増加すれば（元に戻せば）、収納室の対向面に流出していた導電性流体が流路を移動して収納室内に戻ることにり、複数の接点が開離して絶縁される。

請求項３の発明は、上記目的を達成するために、同一面上に所定の絶縁距離を離して並設された複数の接点と、各接点の表面に塗布された導電性流体と、接点表面に塗布されている導電性流体に電界を印加する電界印加手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明によれば、電界印加手段によって電界が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング効果によって各接点の表面に塗布されている導電性流体の濡れ性が変化することにより、複数の接点同士が導電性流体を介して接触導通する。また、電界印加手段による電界の印加を止めれば、導電性流体の濡れ性が逆向きに変化することで複数の接点が開離して絶縁される。

請求項４の発明は、上記目的を達成するために、互いに平行に配置されるとともに異なる向きに電流が流れる一対の導電路と、導電路間に設けられるとともに導電路と絶縁された一対の接点と、両端部で一対の導電路と摺動自在に接触導通するとともに一対の導電路間に位置する部位に導電性流体を保持した移動体とを備えたことを特徴とする。

請求項４の発明によれば、一対の導電路を含む平面と交差する磁界を印加すれば、一対の導電路を介して移動体に流れる荷電粒子にローレンツ力が作用し、当該ローレンツ力によって移動体が移動するため、移動体に保持された導電性流体を介して一対の接点同士が接触導通する。また、磁界を逆向きに印加すれば、逆向きのローレンツ力が作用して移動体が反対向きに移動するため、一対の接点が開離して絶縁される。

請求項５の発明は、上記目的を達成するために、表面に導電性流体が塗布された複数の接点と、これら複数の接点との間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体が充填された収納室と、収納室内の導電性流体を加熱する加熱手段と、収納室より接点との対向面まで貫通し導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする。

請求項５の発明によれば、加熱手段で加熱されることで導電性流体の体積が増加すれば収納室内の導電性流体が流路を移動して収納室の接点との対向面に流出し、流出した導電性流体と各接点の表面に塗布されている導電性流体とが接触することにより、複数の接点同士が導電性流体を介して接触導通する。また、加熱手段による加熱を止めることで導電性流体の体積が減少すれば（元に戻れば）、収納室の対向面に流出していた導電性流体が流路を移動して収納室内に戻ることにり、複数の接点が開離して絶縁される。

請求項１〜５の発明によれば、アークによる接点溶融や開閉時の接点バウンスを回避するとともに応答性を向上することができる。

（実施形態１）
本実施形態の接点開閉装置は、図１に示すように表面に導電性流体ＬＭが塗布された第１接点１と、第１接点１との間に所定の絶縁距離を離して対向配置された第２接点２と、導電性流体ＬＭが充填されるとともに外力に応じて容積が増減する収納室３と、収納室３より第２接点２の接触面まで貫通し収納室３の容積の増減に応じて導電性流体ＬＭが移動する流路４とを備えている。但し、以下の説明では図１において上下左右を規定している。

収納室３は、ガラスや合成樹脂材料などの絶縁材料によって平板状に形成されたベース部材５と、同じくガラスや合成樹脂材料などの絶縁材料によって平板状に形成され、ベース部材５に対して上下方向に移動可能なアクチュエータ部材６とに囲まれた空間からなる。但し、図１では収納室３の左右両側の端部についての詳細な構造は図示していない。

ベース部材５の上面中央に薄い板状の第２接点２が固着されており、上下方向においてベース部材５と第２接点２を貫通する流路４が設けられている。

而して、アクチュエータ部材６に上向きの外力が加えられていない場合、図１（ａ）に示すように第１接点１の表面（下面）に塗布されている導電性流体ＬＭと第２接点２の表面に存在する導電性流体ＬＭとが接触しないために第１接点１と第２接点２とは導通しない。一方、アクチュエータ部材６に上向きの外力が加えられている場合、図１（ｂ）に示すようにアクチュエータ部材６が外力によって上向きに移動することで収納室３の容積が減少し、収納室３内に充填されている導電性流体ＬＭが流路４を移動して第２接点２の表面へ流出する。そして、第２接点２の表面に流出した導電性流体ＬＭが第１接点１の表面に塗布されている導電性流体ＬＭと接触し、その結果、第１接点１と第２接点２とが導電性流体ＬＭを介して接触導通することになる。尚、アクチュエータ部材６への外力の印加を止めれば、アクチュエータ部材６が下向きに移動することで収納室３の容積が増加し（元に戻り）、第２接点２の表面に流出していた導電性流体ＬＭが流路４を移動して収納室３内に戻るため、第１接点１の表面に塗布されている導電性流体ＬＭと第２接点２の表面に存在する導電性流体ＬＭとが接触しなくなる。その結果、第１接点１と第２接点２とが開離して絶縁される（図１（ａ）参照）。

このように本実施形態の接点開閉装置では、第１接点１と第２接点２とが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、従来例と比較して接点開閉の応答性を向上することができる。

（実施形態２）
本実施形態の接点開閉装置は、図２及び図３に示すように表面に導電性流体ＬＭが塗布された複数（図示例では２つ）の接点１０Ａ，１０Ｂと、これら複数の接点１０Ａ，１０Ｂとの間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体ＬＭが充填され且つ外力に応じて容積が増減する収納室３と、収納室３より接点１０Ａ，１０Ｂとの対向面まで貫通し収納室３の容積の増減に応じて導電性流体ＬＭが移動する流路４とを備えている。但し、流路４がベース部材５のみを貫通する点を除いて、収納室３，流路４，ベース部材５，アクチュエータ部材６の構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

一対の接点１０Ａ，１０Ｂは矩形箱状のケース１１における内側上面に固着されており、各接点１０Ａ，１０Ｂにはケース１１の上方へ突出する端子１２，１２がそれぞれ接続されている。ケース１１内にはベース部材５及びアクチュエータ部材６が収納されており、ベース部材５の上面における流路４の開口部位が一対の接点１０Ａ，１０Ｂの中間位置に対向している。

而して、アクチュエータ部材６に上向きの外力が加えられていない場合、図２（ａ）に示すようにベース部材５表面には導電性流体ＬＭが殆ど露出しておらず、一対の接点１０Ａ，１０Ｂの表面（下面）に塗布されている導電性流体ＬＭが接触しないために一対の接点１０Ａ，１０Ｂは導通しない。一方、アクチュエータ部材６に上向きの外力が加えられている場合、図２（ｂ）に示すようにアクチュエータ部材６が外力によって上向きに移動することで収納室３の容積が減少し、収納室３内に充填されている導電性流体ＬＭが流路４を移動してベース部材５の表面へ流出する。そして、ベース部材５の表面に流出した導電性流体ＬＭが一対の接点１０Ａ，１０Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭとそれぞれ接触し、その結果、一対の接点１０Ａ，１０Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触導通することになる。尚、アクチュエータ部材６への外力の印加を止めれば、アクチュエータ部材６が下向きに移動することで収納室３の容積が増加し（元に戻り）、ベース部材５の表面に流出していた導電性流体ＬＭが流路４を移動して収納室３内に戻るため、一対の接点１０Ａ，１０Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭが接触しなくなる。その結果、一対の接点１０Ａ，１０Ｂが開離して絶縁される（図２（ａ）参照）。

このように本実施形態の接点開閉装置においても、一対の接点１０Ａ，１０Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、従来例と比較して接点開閉の応答性を向上することができる。さらに本実施形態の接点開閉装置では、ベース部材５の表面（上面）と接点１０Ａ，１０Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭとの距離（絶縁距離）を小さくすることで一対の接点１０Ａ，１０Ｂ間の距離を大きく採ることができる。

（実施形態３）
本実施形態の接点開閉装置は、図４に示すようにガラスや合成樹脂成形品からなる絶縁基板２０の表面上に所定の絶縁距離を離して並設された複数（図示例では２つ）の接点２１Ａ，２１Ｂと、各接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布された導電性流体ＬＭと、接点２１Ａ，２１Ｂ表面に塗布されている導電性流体ＬＭに電界を印加する電界印加手段とを備えている。

絶縁基板２０には上端側で各接点２１Ａ，２１Ｂと電気的に接続された導電路２２Ａ，２２Ｂが上下方向に貫設されている。

電界印加手段は、負極が接点２１Ａ又は２１Ｂに接続された直流電源２３Ａ，２３Ｂと、直流電源２３Ａ，２３Ｂの正極と接点２１Ａ又は２１Ｂとの間の電路を開閉するスイッチ２４Ａ，２４Ｂとからなる。

而して、スイッチ２４Ａ，２４Ｂをオフして接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭに電界を印加していない場合、図４（ａ）に示すように導電性流体ＬＭの濡れ性が変化しないために接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭが接触せず、一対の接点２１Ａ，２１Ｂは導通しない。一方、スイッチ２４Ａ，２４Ｂをオンして接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭに電界を印加している場合、図４（ｂ）に示すように、いわゆるエレクトロウェッティング効果によって各接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭの濡れ性が変化するために接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭ同士が接触する。その結果、一対の接点２１Ａ，２１Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触導通する。尚、スイッチ２４Ａ，２４Ｂを再度オフして電界の印加を停止すれば、各接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭの濡れ性が逆向きに変化するために接点２１Ａ，２１Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭが接触しなくなり、その結果、一対の接点２１Ａ，２１Ｂが開離して絶縁される（図４（ａ）参照）。

このように本実施形態の接点開閉装置においても、一対の接点２１Ａ，２１Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、従来例と比較して接点開閉の応答性を向上することができる。

（実施形態４）
本実施形態の接点開閉装置は、図５に示すようにガラスや合成樹脂成形品からなる絶縁基板３０の表面上に互いに平行に配置されるとともに異なる向きに電流が流れる一対の導電路３１Ａ，３１Ｂと、絶縁基板３０の表面上における導電路３１Ａ，３１Ｂ間に設けられた一対の接点３２Ａ，３２Ｂと、両端部で一対の導電路３１Ａ，３１Ｂと摺動自在（転動自在）に接触導通するとともに一対の導電路３１Ａ，３１Ｂ間に位置する部位に導電性流体ＬＭを保持した移動体３３とを備えている。

移動体３３は、円柱状の金属からなり、その軸方向における中央部分に全周にわたって導電性流体ＬＭが塗布されている。

一方の導電路３１Ａが直流電源３４の正極に接続され，他方の導電路３１Ｂが直流電源３４の負極に接続されており、これによって一対の導電路３１Ａ，３１Ｂには移動体３３を介して互いに逆向きの電流が流れることになる。

而して、図５（ａ）に示す状態において絶縁基板３０の表面から裏面に向かう向き（図５においては紙面の表から裏に向かう向き）に磁界を印加すれば、一対の導電路３１Ａ，３１Ｂを介して移動体３３に流れる荷電粒子に図中上向きのローレンツ力が作用し、当該ローレンツ力によって移動体３３が上向きに移動（転動）する。そして、移動体３３が一対の接点３２Ａ，３２Ｂと重なる位置まで移動すれば、移動体３３に保持（塗布）された導電性流体ＬＭを介して一対の接点３２Ａ，３２Ｂ同士が接触導通することになる。一方、図５（ｂ）に示す状態において、絶縁基板３０の裏面から表面に向かう向き（図５においては紙面の裏から表に向かう向き）に磁界を印加すれば、一対の導電路３１Ａ，３１Ｂを介して移動体３３に流れる荷電粒子に図中下向きのローレンツ力が作用し、当該ローレンツ力によって移動体３３が下向きに移動（転動）する。そして、移動体３３が一対の接点３２Ａ，３２Ｂと重なる位置から移動すれば、一対の接点３２Ａ，３２Ｂ同士が開離して絶縁されることになる（図５（ａ）参照）。

このように本実施形態の接点開閉装置においても、一対の接点３２Ａ，３２Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、従来例と比較して接点開閉の応答性を向上することができる。

（実施形態５）
本実施形態の接点開閉装置は、図６に示すように表面に導電性流体ＬＭが塗布された複数（図示例では２つ）の接点４０Ａ，４０Ｂと、これら複数の接点４０Ａ，４０Ｂとの間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体ＬＭが充填された収納室４１と、収納室４１より接点４０Ａ，４０Ｂとの対向面まで貫通して導電性流体ＬＭが移動する流路４２と、収納室４１内の導電性流体ＬＭを加熱する加熱手段たるヒータ４３とを備えている。

収納室４１は、ガラスや合成樹脂材料などの絶縁材料によって平板状に形成されたベース部材４４と、高抵抗の材料によって平板状に形成されたヒータ４３とに囲まれた空間からなる。但し、図６では収納室４１の左右両側の端部についての詳細な構造は図示していない。

一対の接点４０Ａ，４０Ｂは、ベース部材４４の上面における流路４２の開口部位が接点４０Ａ，４０Ｂの中間位置に対向する位置に配置されている。

而して、ヒータ４３に通電されていない場合、図６（ａ）に示すようにベース部材５表面には僅かな導電性流体ＬＭしか存在しておらず、一対の接点４０Ａ，４０Ｂの表面（下面）に塗布されている導電性流体ＬＭが接触しないために一対の接点４０Ａ，４０Ｂは導通しない。一方、ヒータ４３に通電されている場合、図６（ｂ）に示すようにヒータ４３から発する熱によって導電性流体ＬＭが膨張し、収納室４１内に充填されている導電性流体ＬＭが流路４２を移動してベース部材４４の表面へ流出する。そして、ベース部材４４の表面に流出した導電性流体ＬＭが一対の接点４０Ａ，４０Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭとそれぞれ接触し、その結果、一対の接点４０Ａ，４０Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触導通することになる。尚、ヒータ４３への通電を停止すれば導電性流体ＬＭの温度が直ちに低下し、ベース部材４４の表面に流出していた導電性流体ＬＭが流路４２を移動して収納室４１内に戻るため、一対の接点４０Ａ，４０Ｂの表面に塗布されている導電性流体ＬＭが接触しなくなる。その結果、一対の接点４０Ａ，４０Ｂが開離して絶縁される（図６（ａ）参照）。

このように本実施形態の接点開閉装置においても、一対の接点４０Ａ，４０Ｂが導電性流体ＬＭを介して接触・開離するためにアークによる接点溶融や接点バウンスを回避することができ、しかも、気体を加熱膨張する従来例と比較して導電性流体ＬＭを加熱膨張することで接点開閉の応答性を向上することができる。

実施形態１を示し、（ａ）は接点が開離した状態の断面図、（ｂ）は接点が接触導通した状態の断面図である。 実施形態２を示し、（ａ）は接点が開離した状態の断面図、（ｂ）は接点が接触導通した状態の断面図である。 同上の平面図である。 実施形態３を示し、（ａ）は接点が開離した状態の断面図、（ｂ）は接点が接触導通した状態の断面図である。 実施形態４を示し、（ａ）は接点が開離した状態の断面図、（ｂ）は接点が接触導通した状態の断面図である。 実施形態５を示し、（ａ）は接点が開離した状態の断面図、（ｂ）は接点が接触導通した状態の断面図である。

符号の説明

１ 第１接点
２ 第２接点
３ 収納室
４ 流路
５ ベース部材
６ アクチュエータ部材
ＬＭ 導電性流体

Claims (5)

1. 表面に導電性流体が塗布された第１接点と、第１接点との間に所定の絶縁距離を離して対向配置された第２接点と、導電性流体が充填されるとともに外力に応じて容積が増減する収納室と、収納室より第２接点の接触面まで貫通し収納室の容積の増減に応じて導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする接点開閉装置。
2. 表面に導電性流体が塗布された複数の接点と、これら複数の接点との間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体が充填され且つ外力に応じて容積が増減する収納室と、収納室より接点との対向面まで貫通し収納室の容積の増減に応じて導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする接点開閉装置。
3. 同一面上に所定の絶縁距離を離して並設された複数の接点と、各接点の表面に塗布された導電性流体と、接点表面に塗布されている導電性流体に電界を印加する電界印加手段とを備えたことを特徴とする接点開閉装置。
4. 互いに平行に配置されるとともに異なる向きに電流が流れる一対の導電路と、導電路間に設けられるとともに導電路と絶縁された一対の接点と、両端部で一対の導電路と摺動自在に接触導通するとともに一対の導電路間に位置する部位に導電性流体を保持した移動体とを備えたことを特徴とする接点開閉装置。
5. 表面に導電性流体が塗布された複数の接点と、これら複数の接点との間に所定距離を離して対向配置されるとともに導電性流体が充填された収納室と、収納室内の導電性流体を加熱する加熱手段と、収納室より接点との対向面まで貫通し導電性流体が移動する流路とを備えたことを特徴とする接点開閉装置。

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