JP2010074499A - リレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、給電路とスイッチング素子との接続部分における接続面積を広くすることで、スイッチング素子への電流集中を緩和して、突入電流に対する破壊を防ぐことができるリレー装置を提案することを目的とする。
【解決手段】電源側端子Ｔ１に交流電源２の一端が接続されて負荷側端子Ｔ２に負荷３の一端が接続されたリレー装置において、電源側端子Ｔ１と負荷側端子Ｔ２との間に、スイッチング素子となるトライアックＳ１を有する開閉回路１２が接続される。このトライアックＳ１において、電源側端子Ｔ１及び負荷側端子Ｔ２のぞれぞれと接続された給電路と第１電極及び第２電極のそれぞれとの接続部分における接続面積が、広く設定される。これにより、トライアックＳ１に大電流が流れるとき、第１電極及び第２電極のそれぞれにおける接続部分への電流集中が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に対して交流電源からの電力供給及び遮断を切り換えるためのリレー装置に関するもので、特に、装置内の回路にスイッチング素子を有するリレー装置に関する。

一般に、照明器具などといった、インバータ制御を行うインバータ回路を備えた負荷などは、この負荷に電力供給を行う交流電源との間に、電力の供給と遮断とを切り換えるリレー装置が設置される。そして、近年の配線器具の電子化に伴い、このようなリレー装置として、例えばサイリスタやトライアックなどの無接点スイッチング素子を交流電源から負荷への給電路に挿入して、負荷開閉部とするものが提供されている。このようなスイッチング素子を負荷開閉部として利用するリレー装置は、外部からの操作に応じて、電子回路を用いてスイッチング素子を電気的に開閉する。

このようにスイッチング素子を給電路に挿入したリレー装置は、電子回路の動作電源を確保する必要がある。そして、この電子回路の動作電源を確保するために、スイッチング素子を備えたリレー装置は、３線又は４線で配線した構成とされていた。しかしながら、配線器具では、その配線数の低減化が要求されているため、このようなリレー装置においても、２線での配線による構成が求められる。この２線で配線する構成としたリレー装置においては、自己の動作電源の確保が問題であった。

このような問題を解決するために、スイッチング素子をＯＦＦ（開）としたときには、スイッチング素子へ駆動信号を与えない程度の電力を確保する構成としたリレー装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１のリレー装置は、２線式のリレー装置であり、スイッチング素子をＯＮ（閉）とするときのみに電力供給を行う第１電源部以外に、この第１電源部とは別の第２電源部を備えた構成としている。そして、スイッチング素子がＯＦＦとなるときは、第２電源部により、スイッチング素子を動作させる駆動信号が流れない程度の電力を電子回路に供給し、動作可能な状態としている。
特開２００７−１７４４０９号公報

一般にインバータ回路を備えた負荷においては、交流電圧を直流電圧に変換するために大容量の平滑コンデンサが付設されており、交流電源から負荷への電源投入時には、この平滑コンデンサに大電流が流れ込むため、負荷への突入電流が発生する。特に、電源電圧が高く、高負荷とされる状況下では、負荷に流れ込む突入電流が大きくなるため、負荷と交流電源との間に接続されるリレー装置においても、この突入電流に基づく大電流が流れることとなる。

よって、上述したスイッチング素子を給電路に設置したリレー装置は、２線式、３線式、４線式のいずれに限らず、スイッチング素子をＯＮとし負荷への電源投入を開始したとき、この電源投入により発生する突入電流が、スイッチング素子を流れる。又、機械式接点スイッチとスイッチング素子とを用いたハイブリッド構成のリレー装置においては、突入電流をスイッチング素子で流し、定常電流になった後に機械式接点スイッチで通電させるため、突入電流耐量や開閉寿命が要求される箇所にスイッチング素子が用いられている。

しかしながら、半導体素子によって構成されるスイッチング素子は、大電流が流れ込むと、ＰＮ接合部分において絶縁破壊が発生し、スイッチング素子としての機能を果たさなくなる。特に、ＯＮ／ＯＦＦの切換が頻繁に行われるリレー装置においては、電源が投入されるたびに過大な電流がスイッチング素子に流れ込むため、その耐性が弱くなり、その寿命が短くなる。特に、スイッチング素子の電極を給電路へ接続する際の接続面積が小さくなった場合、突入電流発生時において、この接続部分への電流集中が影響して、素子が破壊されやすくなる。このため、突入電流耐量を増加させるには定格容量の大きいスイッチング素子を選定することで対応できるが、選定した素子が大型化することにより、強いては素子を搭載するリレー装置が大型化してしまう。

このような問題を鑑みて、本発明は、給電路とスイッチング素子との接続部分における接続面積を広くすることで、スイッチング素子への電流集中を緩和して、突入電流に対する破壊を防ぐことができるリレー装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のリレー装置は、交流電源の一端と接続される電源側端子と、前記交流電源より電源供給される負荷の一端と接続される負荷側端子と、前記電源側端子に接続される第１給電路と、前記負荷側端子に接続される第２給電路と、前記第１及び第２給電路のそれぞれに接続される第１及び第２電極と、該第１及び第２電極の通電を制御する制御信号が入力されるゲート電極とを有するスイッチング素子と、該スイッチング素子のゲート電極に与える前記制御信号を生成する制御部と、該制御部からの前記制御信号が流れる信号線と、を備えたリレー装置であって、前記スイッチング素子の第１電極と前記第１給電路との接続部分及び前記スイッチング素子の第２電極と前記第２給電路との接続部分のそれぞれの接続面積が、前記スイッチング素子のゲート電極と前記信号線との接続部分の接続面積よりも広いことを特徴とする。

このリレー装置において、前記スイッチング素子は、一端が前記第１給電部に接続される第１端子と、一端が前記第２給電部に接続する第２端子とを有し、前記第１端子が、前記スイッチング素子を搭載するステムの表面上に形成されるとともに、その他端が前記スイッチング素子における前記第１電極を形成する面と面接続して、前記第１電極と接続し、前記第２端子が、リボン状のワイヤで形成され、その他端が第２電極と面接続する。これにより、前記スイッチング素子の第１電極と前記第１給電路との接続部分及び前記スイッチング素子の第２電極と前記第２給電路との接続部分のそれぞれの接続面積を広くし、突入電流の発生時における前記スイッチング素子の第１及び第２電極での電流集中を防止できる。

このようなリレー装置において、前記電源側端子及び前記負荷側端子の２端子を備えた２線式の構成としてもよいし、又は、前記交流電源の他端と接続する端子、前記負荷の他端と接続する端子を更に備えるものとして、４線式の構成としてもよいし、又は、前記交流電源の他端及び前記負荷の他端のそれぞれと接続する共通の端子を更に備えるものとして、３線式の構成としてもよい。

更に、前記電源側端子及び前記負荷側端子の間において、前記スイッチング素子と並列に接続された機械式接点スイッチを、更に備えるものとして、ハイブリッド構成としてもよい。このとき、前記交流電源から前記負荷へ電源投入する場合において、まずは、前記スイッチング素子をＯＮ（閉）として、その突入電流を前記スイッチング素子で吸収した後に、前記機械式接点スイッチをＯＮ（閉）とし、前記機械式接点スイッチにおける接点溶着などを防止する。

更に、外部から遠隔制御信号が入力されて前記制御部に与える信号入力部を、更に備えるものとして、遠隔制御可能な構成としてもよい。

本発明によると、スイッチング素子の第１及び第２端子それぞれにおける第１及び第２給電路への接続部分の接続面積が広いため、第１及び第２給電路を流れる電流がスイッチング素子の第１及び第２端子の接続部分で集中して流れることを防止できる。そのため、スイッチング素子がＯＮとなって、交流電源より負荷に電源投入されたときに発生する突入電流によるスイッチング素子への影響を抑制でき、スイッチング素子における素子破壊を防げる。

これにより、定格容量の低い小型のスイッチング素子が選定でき、リレー装置を小型化できる。又、スイッチング素子の第２端子を、リボン状のワイヤによって第２給電部と接続することによって、超音波接続配線が可能となり、スイッチング素子を加熱することなく、スイッチング素子を給電路へ配線接続できる。これにより、リレー装置を構成する回路内へスイッチング素子を接続する際において、その配線接続時の加熱によるスイッチング素子の素子破壊を防止できる。

＜第１の実施形態＞
本発明における第１の実施形態となるリレー装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図であり、図２は、図１のリレー装置に搭載されるスイッチング素子となるトライアックの内部構造を示す図である。

図１に示すように、本実施形態のリレー装置１は、交流電源２の両端それぞれと接続される２つの電源側端子Ｔ１，Ｔ３と、交流電源２から電力供給される負荷３の両端それぞれと接続される２つの負荷側端子Ｔ２，Ｔ４とを備えた、４線式のリレー装置である。即ち、交流電源２と負荷３とは直列に接続され、交流電源２から負荷３への給電路上にリレー装置１が設置される。そして、交流電源２は、例えば、１００Ｖの商用電源などとされ、負荷３は、例えば、蛍光灯や白熱球を含む照明器具又は換気扇などとされる。

リレー装置１は、電源側端子Ｔ１，Ｔ３のそれぞれに両端が接続されたサージ吸収素子１１と、電源側端子Ｔ１と負荷側端子Ｔ２との間に接続される開閉回路１２と、交流電源２からの電流量を制限する入力制限回路１３と、入力制限回路１３からの制限された交流電流を整流する整流回路１４と、入力制限回路１３及び整流回路１４により整流された直流電流に基づいて安定化した一定の直流電圧を供給する電源回路１５と、電源回路１５からの直流電圧が供給されて駆動する制御回路１６と、制御回路１６によって駆動制御されて開閉回路１２に制御信号を与えるフォトトライアックカプラ１７と、を備える。尚、制御回路１６とフォトトライアックカプラ１７とによって、［請求の範囲］における「制御部」が構成される。

このリレー装置１の回路構成の詳細について、更に説明する。電源側端子Ｔ１に接続された電路は、交流電源２の一端に接続される給電路（［請求の範囲］における「第１給電路」に相当する。）であり、この電源側端子Ｔ１からの給電路にトライアックＳ１の第１電極が接続される。一方、負荷側端子Ｔ２に接続された電路は、負荷３の一端に接続される給電路（［請求の範囲］における「第２給電路」に相当する。）であり、この負荷側端子Ｔ２からの給電路にトライアックＳ１の第２電極が接続される。そして、このトライアックＳ１のゲート電極及び第２電極の間で並列に接続される抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１と、ゲート電極に制御信号が与えられてＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御されるスイッチング素子となるトライアックＳ１とによって、開閉回路１２が構成される。

電源側端子Ｔ１は、入力制限回路１３の入力側と接続され、入力制限回路１３の出力側と電源側端子Ｔ３とがそれぞれ、整流回路１４を構成するダイオードブリッジの入力側の２接点のそれぞれに接続される。又、整流回路１４を構成するダイオードブリッジの出力側となる残りの２接点は、その一方が電源回路１５の入力側に接続されるとともに、他方が接地される。尚、本実施形態を含めた各実施形態における「接地」は、リレー装置内における基準電位に接続することを意味する。更に、電源回路１５の出力側には、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ２それぞれの一端が接続されるとともに、制御回路１６に接続されて制御回路１６へ直流電圧を与える。

そして、アノード電極が抵抗Ｒ３の他端に接続されるとともにカソード電極が制御回路１６に接続された発光ダイオードＬＤと、抵抗Ｒ２を介して電源側端子Ｔ１に第１電極が接続されるとともに第２電極がトライアックＳ１のゲート電極と接続されるフォトトライアックＳ２とによって、フォトトライアックカプラ１７が構成される。又、リレー装置１内において、整流回路１４に直接接続される電源側端子Ｔ３に、負荷側端子Ｔ４が接続される。即ち、交流電源２と負荷３とは、それぞれの一端が、電源側端子Ｔ１、開閉回路１２及び負荷側端子Ｔ２を介して接続され、それぞれの他端が、電源側端子Ｔ３及び負荷側端子Ｔ４を介して接続されることで、その間に開閉回路１２が設けられた直列接続となる。

このように構成されるリレー装置１の動作について、簡単に説明する。リレー装置１は、電源側端子Ｔ１，Ｔ３を介して、交流電源２から電力供給されると、入力制限回路１３と整流回路１４とによって、交流電源２による交流電圧が整流された後、電源回路１５で安定化される。これにより、電源回路１５からは、交流電源２から供給される電力に基づく一定の直流電圧が出力される。尚、コンデンサＣ２は、電源回路１５から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。この電源回路１５から出力される直流電圧が、制御回路１６に与えられることで、開閉回路１２のＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、制御回路１６が交流電源２からの電力によって常に動作する。更に、サージ吸収素子１１は、交流電源２側からの過電圧を吸収することで、リレー装置１を構成する他の電子部品を保護する。

このように電力供給される制御回路１６に対して、負荷３への電力供給を行うことが指示されると、制御回路１６によって、フォトトライアックカプラ１７を構成する発光ダイオードＬＤに駆動電流が与えられて、発光ダイオードＬＤが発光する。そして、この発光ダイオードＬＤからの光がフォトトライアックＳ２に照射され、発光ダイオードＬＤからの光を受光したフォトトライアックＳ２が、導通状態（ＯＮ）となる。フォトトライアックＳ２の導通により、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路に対して、交流電源２からの交流電流が、抵抗Ｒ２及びフォトトライアックＳ２を介して流れる。これにより、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路が動作して、トライアックＳ１のゲート電極に電流を供給し、トライアックＳ１が導通して、開閉回路１２がＯＮとなる。これによって、負荷３が、開閉回路１２を介して、交流電源２と電気的に接続されるため、負荷３には、交流電源２から電力供給が開始される。

このとき、交流電源２から負荷３に対して突入電流が流れ込むため、導通状態となったトライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２のそれぞれについても、この突入電流に基づく大電流が流れることとなる。尚、フォトトライアックＳ２は、交流電源２から供給される交流電圧がゼロクロスしたときに導通状態となるゼロクロス型とすることで、フォトトライアックＳ２が導通するタイミングにバラツキがなくなる。これにより、フォトトライアックＳ２及びトライアックＳ１それぞれが導通したときに生じる突入電流についても、そのバラツキを抑制できる。

一方、制御回路１６に対して、負荷３への電力供給の遮断が指示されると、制御回路１６によって、フォトトライアックカプラ１７を構成する発光ダイオードＬＤに駆動電流の供給が停止されて、発光ダイオードＬＤが発光を停止する。よって、発光ダイオードＬＤからの光がなくなることにより、フォトトライアックＳ２が、非導通状態（ＯＦＦ）となる。フォトトライアックＳ２の非導通により、トライアックＳ１のゲート電極への電流供給が停止されるため、トライアックＳ１が非導通状態となり、開閉回路１２がＯＦＦとなる。これによって、負荷３が、開閉回路１２によって、交流電源２との接続が遮断されるため、負荷３への交流電源２からの電力供給が停止する。

このリレー装置１では、上述のように、フォトトライアックＳ２が導通することでトライアックＳ１が導通したとき、開閉回路１２がＯＮとなるため、交流電源２から突入電流が負荷３に流れる。この突入電流によって、交流電源２と負荷３との間を接続する給電路上に配置されるトライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２のそれぞれにも、大電流が流れるため、絶縁破壊などによる素子破壊のおそれがある。それに対して、本実施形態のリレー装置１では、トライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２それぞれの第１及び第２電極において、給電路に対する接続面積を十分に広いものとし、第１及び第２電極に流れる電流を拡散させる構成とし、絶縁破壊を防止する。

このように絶縁破壊を防止するために電流耐性を改善したトライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２の構成について、図２を参照して以下に説明する。尚、以下では、図２に示したトライアックＳ１の内部構造に基づいて、トライアックＳ１の構成について説明するが、ゲート電極の構成以外については、フォトトライアックＳ２についても同様の構成とすることで実現できる。

トライアックＳ１は、表面層に第１電極１０１とゲート電極１０２が設けられるとともに裏面層に第２電極（不図示）が設けられた、双方向制御整流型の半導体チップ１００を備える。この半導体チップ１００は、第２リード端子１０４ａを一部として有するリードフレーム１０４の表面上に第２電極を構成する裏面側全体が当接するようにして、リードフレーム１０４に半田接続される。そして、その表面上に半導体チップ１００の裏面側の第２電極が接続されたリードフレーム１０４は、放熱部１０３ａを兼ねたステム１０３上に半田により接合される。このステム１０３が、放熱部１０３ａに形成された穴１０３ｂを介して他の放熱板（不図示）に固定されることで、電流導通時の半導体チップ１００の裏面（第２電極）側における熱が放熱される。

又、半導体チップ１００は、その表面側において、第１電極１０１には、他端が第１リード端子１０１ａに超音波接続されたリボン状ワイヤ１０１ｂの一端が超音波接続されるとともに、ゲート電極１０２には、他端がゲートリード端子１０２ａに超音波接続されたライン状ワイヤ１０２ｂの一端が超音波接続される。そして、半導体チップ１００の表面側で、第１電極１０１が一つの角部を除去した略矩形状に形成されるとともに、その除去した角部に、第１電極１０１との境界となる外周部分が第１電極１０１と絶縁されたゲート電極１０２が形成される。

このとき、リボン状ワイヤ１０１ｂは、線状ワイヤ１０２ｂに比べて、その断面積が広いため、第１電極１０１におけるリボン状ワイヤ１０１ｂとの接続面積が、ゲート電極１０２における線状ワイヤ１０２ｂとの接続面積に比べて広くなる。又、半導体チップ１００の裏側がリードフレーム１０４と面接続された状態となるため、第２電極（不図示）におけるリードフレーム１０４との接続面積についても、ゲート電極１０２における線状ワイヤ１０２ｂとの接続面積に比べて広くなる。この図２のように内部配線がされたトライアックＳ１は、半導体チップ１００、リボン状ワイヤ１０１ｂ、線状ワイヤ１０２ｂ、リードフレーム１０４、及びステム１０３の基部などが、エポキシ樹脂などの樹脂モールドにより封止される。

このようにトライアックＳ１が構成されるとき、図１の構成のリレー装置１において、第１リード端子１０１ａが、電源側端子Ｔ１に接続された給電路に接続され、第２リード端子１０４ａが、負荷側端子Ｔ２に接続された給電路に接続され、ゲートリード端子１０２ａが、フォトトライアックＳ２の第２電極と接続された信号線に接続される。又、フォトトライアックＳ２を図２と同様の構成とした場合、その第１電極がリボン状ワイヤを介して第１リード端子に接続され、その第２電極がリードフレームを介して第２リード端子に接続された構成となる。

ここで、例えば、図１の構成のリレー装置１に接続する負荷３をインバータ負荷とした場合、負荷３への電力供給開始時には、負荷３内部に搭載されたコンデンサへ充電するための電流が流れて、負荷３の定常電流に対して数十倍〜百倍以上に達する突入電流が発生する。しかしながら、本実施形態のリレー装置１では、開閉回路１２内に設けられたトライアックＳ１を、図２のように、その第１及び第２電極がリボン状ワイヤ１０１ｂ及びリードフレーム１０４を介して第１及び第２リード端子１０１ａ，１０４ａが接続される構成として、第１及び第２電極における内部配線の接合部の面積（接続面積）を広くした。そのため、突入電流がリレー装置１に流れても、トライアックＳ１の第１及び第２電極では、その接合部で電流が分散されるため、局部的な電流集中による絶縁破壊を防止できる。即ち、突入電流発生時におけるトライアックＳ１の素子破壊が回避されるために、突入電流に対する耐量を改善することが可能となる。

尚、図２の構成のように、トライアックＳ１において、第１電極１０１と第１リード端子１０１ａとをリボン状ワイヤ１０１ｂによって接続する構成以外に、第１リード端子１０１ａをリードフレームとして第１電極１０１に直接接続しても同様に突入電流に対する耐量を改善できる。しかしながら、リボン状ワイヤ１０１ｂによって接続する場合と異なり、第１電極１０１と第１リード端子１０１ａとの間を半田などで広い面積で接続させる必要がある。よって、トライアックＳ１の製造工程を大幅に変更し、その製造時間が長くなるだけでなく、半田接続する際に加熱されるため、熱によりトライアックＳ１が素子破壊されてしまうことがある。

それに対して、図２に示すようにリボン状ワイヤ１０１ｂによって接続した構成とすることで、製造上においても超音波接続機の調整で対応できるため、従来の製造工程を大幅に変更する必要がないだけでなく、素子の熱破壊を防止できる。又、図２に示す構成によりトライアックＳ１を構成した場合、１本のリボン状ワイヤ１０１ｂで接続するため、第１電極１０１と第１リード端子１０１ａとの間を複数本の線状ワイヤにより接続する場合に比べても、その製造時間が短くなる。

又、本実施形態において、リレー装置１を図１に示す４線式のリレー装置としたときの構成を例に挙げて説明したが、図３に示すような構成の３線式のリレー装置１ａとしてもよい。即ち、図３に示す構成のリレー装置１ａは、負荷側端子Ｔ４を電源側端子Ｔ３と共通の端子とすることで、図１の構成から負荷側端子Ｔ４を省いた構成としている。即ち、リレー装置１ａに対して、電源側端子Ｔ１に交流電源２の一端が接続され、負荷側端子Ｔ２に負荷３の一端が接続され、電源側端子Ｔ３に交流電源２の他端と負荷３の他端との接続ノードが接続される。その他の構成については、図１におけるリレー装置１と同様の構成となる。

＜第２の実施形態＞
本発明における第２の実施形態となるリレー装置について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。尚、図４のリレー装置において、図１のリレー装置における構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のリレー装置１ｂは、第１の実施形態のリレー装置１（図１参照）と異なり、交流電源２及び負荷３と接続する端子として、１つの電源側端子Ｔ１と１つの負荷側端子Ｔ２とのみを備える、２線式のリレー装置として構成される。そして、リレー装置１ｂの電源側端子Ｔ１に一端が接続される交流電源２の他端と、リレー装置１ｂの負荷側端子Ｔ２に一端が接続される負荷３の他端とは直接接続される。即ち、第１の実施形態では、開閉回路１２がＯＦＦのときは、電源側端子Ｔ１，Ｔ３に両端が接続された交流電源２から制御部１６に供給するための電力を取得できるものとし、負荷３に電流が流れないものとできる。これに対して、本実施形態では、開閉回路１２がＯＦＦの状態であっても、制御部１６に供給されるための電力を交流電源２から取得するために、負荷３が動作しない程度の電流が負荷３を流れる。

このように２線式の構成となるリレー装置１ｂは、第１の実施形態のリレー装置１の構成に更に、コンデンサＣ３及びインダクタＬ１によるフィルタと、電源回路１５の入力側と整流回路１４との間に接続された電源回路１８，１９と、電源回路１９の入力側及び出力側のそれぞれに接続された補助開閉回路２０及び充電検出回路２１と、電源回路１９の出力側と電源回路１５の入力側との間に接続されたダイオードＤ１及びコンデンサＣ５とを備えた構成とされる。そして、このリレー装置１ｂは、第１の実施形態のリレー装置１の構成から、フォトトライアックカプラ１７及び抵抗Ｒ２，Ｒ３を除いた構成とされる。

このリレー装置１ｂの回路構成の詳細について、リレー装置１（図１参照）と異なる部分を中心に更に説明する。サージ吸収素子１１及びコンデンサＣ３は、それぞれの両端が電源側端子Ｔ１と負荷側端子Ｔ２とに接続されることで、並列に接続され、更に、サージ吸収素子１１及びコンデンサＣ３と負荷側端子Ｔ２とが接続された給電路上にインダクタＬ１が設置される。即ち、サージ吸収素子１１及びコンデンサＣ３と負荷側端子Ｔ２との接続ノードと、開閉回路１２におけるトライアックＳ１の第２電極との間に、インダクタＬ１が接続される。又、整流回路１４を構成するダイオードブリッジの出力側の２接点は、その一方が、第１の実施形態におけるリレー装置１と同様に接地されるとともに、他方が、電源回路１８，１９の入力側と補助開閉回路２０とに接続される。

補助開閉回路２０は、電源回路１８，１９の入力側に一端が接続された抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ４の他端にアノード電極が接続されるとともにカソード電極が接地されたサイリスタＳ３と、サイリスタＳ３のカソード電極及びゲート電極の間に並列に接続された抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ４とによって構成される。そして、電源回路１８，１９それぞれの出力側に、ダイオードＤ１のカソード電極及びアノード電極のそれぞれが接続されるとともに、電源回路１９の出力側とサイリスタＳ３のゲート電極との間に充電検出回路２１が接続される。又、他端が接地されたコンデンサＣ５の一端が、ダイオードＤ１のカソード電極及び電源回路１５の入力側に接続される。更に、電源回路１９は、制御回路１６によってＯＮ／ＯＦＦ制御がなされる。その他の構成については、第１の実施形態のリレー装置１と同様の構成となる。

このリレー装置１ｂにおいて、スイッチング素子であるトライアックＳ１について、第１の実施形態のリレー装置１と同様、図２に示す構成のものとし、第１電極及び第２電極それぞれにおける接続面積を広くする。同じく、スイッチング素子であるサイリスタＳ３についても、アノード電極及びカソード電極それぞれにおける接続面積を広くするようにしてもよい。これらによって、トライアックＳ１やサイリスタＳ３に大電流が流れたときであっても、第１電極及び第２電極又はアノード電極及びカソード電極において、その接続面積が広くなるため、電流集中を抑制して、素子破壊を防ぐことができる。

このように構成されるリレー装置１ｂの動作について、以下に簡単に説明する。トライアックＳ１がＯＦＦ（開）のとき、交流電源２から負荷３への電力供給が不十分なものであるため、負荷３は動作しないが、リレー装置１ｂ内の制御回路１６を駆動するためのわずかな電流が流れる。このとき、制御回路１６によって、電源回路１９がＯＦＦとされるため、交流電源２により供給される交流電流が整流回路１４によって整流された直流電流が、電源回路１８のみに供給される。電源回路１８では、一定の電圧となるように安定化された直流電圧を生成して電源回路１５に出力する。

この電源回路１５に入力される直流電圧は、コンデンサＣ５によりリップル電圧が除去されて平滑化される。更に、電源回路１８からの直流電圧は、電源回路１５で降圧された後に、コンデンサＣ２で安定化されて制御回路１６に供給され、制御回路１６が、電源回路１５からの直流電圧により駆動する。このとき、電源回路１８の出力側には、ダイオードＤ１のカソードが接続されるため、このダイオードＤ１によって、電源回路１９の出力側に対して電流が流れ込むことが防がれる。このようにすることで、電源回路１８が、交流電源２より、制御回路１６を駆動するために必要な電力を取得し、負荷３の動作を停止させた状態で、リレー装置１ｂ内の制御回路１６を駆動させることができる。

そして、開閉回路１２をＯＮとして負荷３に電力供給を行う場合は、まず、制御回路１６が電源回路１９に制御信号を与えて、電源回路１９をＯＮとし、電源回路１９による電力の取得を開始させる。即ち、電源回路１９が、整流回路１４を介して取得した交流電源２からの電力より、直流電圧を生成して、電源回路１５への供給を開始する。その後、電源回路１５の入力側に接続されたコンデンサＣ５が充電され、その充電電圧が所定値を超えたことを充電検出回路２１が検出すると、充電検出回路２１から補助開閉部２０におけるサイリスタＳ３のゲート電極に信号が与えられる。

これにより、サイリスタＳ３がＯＮ（閉）となり、整流回路１４を構成するダイオードブリッジの出力側の２接点が補助開閉部２０を介して導通することとなる。この補助開閉部２０及び整流回路１４によって、交流電源２からの交流電圧が整流されて、開閉回路１２を構成するトライアックＳ１のゲート電極に直流電圧（制御信号）が供給され、トライアックＳ１がＯＮとなり、交流電源２からの交流電流が開閉回路１２を介して負荷３に供給されて、負荷３が動作する。尚、本実施形態では、制御回路１６と電源回路１９と補助開閉部２０と充電検出回路２１とコンデンサＣ５とによって、［請求の範囲］における「制御部」が構成される。

尚、第１の実施形態において、４線式及び３線式のリレー装置の１例として、図１及び図３に示すような構成を例に挙げ、第２の実施形態において、２線式のリレー装置の１例として、図２に示すような構成を例に挙げたが、給電路と接続する電極における接続面積が広くなるスイッチング素子を備えるものであれば、図１、図３、図４に示す回路構成によるリレー装置に限定するものではない。

＜第３の実施形態＞
本発明における第３の実施形態となるリレー装置について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。尚、図５のリレー装置において、図１のリレー装置における構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のリレー装置１ｃは、第１の実施形態のリレー装置１（図１参照）と異なり、スイッチング素子となるトライアックＳ１と、機械式接点スイッチ２２とで構成される開閉回路１２ａを備えた、ハイブリッド方式による構成とされる。その他の構成については、第１の実施形態のリレー装置１と同様である。又、本実施形態のリレー装置１ｃにおいても、第１の実施形態におけるリレー装置１と同様、トライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２として、図２のように、第１電極及び第２電極における接続面積が広い構成となるスイッチング素子を使用する。よって、以下では、その構成の異なる開閉回路１２ａを中心に、リレー装置１ｃの構成及び動作について説明する。

開閉回路１２ａは、トライアックＳ１と抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とによって構成される開閉回路１２（図１参照）に更に、機械式接点スイッチ２２を備えた構成となる。そして、機械式接点スイッチ２２は、両端が電源側端子Ｔ１及び負荷側端子Ｔ２に接続されてトライアックＳ１と並列に接続されるリレースイッチ部Ｓ４と、制御回路１６によって制御信号となる電流が供給される磁気コイル部Ｌとによって構成される。このように構成されることで、突入電流発生時において、トライアックＳ１のみをＯＮとすることで、機械式接点スイッチ２２のリレースイッチ部Ｓ４へ突入電流が流れることを回避して、リレースイッチ部Ｓ４における接点溶着が防止される。

即ち、交流電源２と負荷３とを接続するとき、制御回路１６は、まず、発光ダイオードＬＤに駆動電流を与えて、発光ダイオードＬＤを発光させて、フォトトライアックＳ２をＯＮとし、トライアックＳ１をＯＮとする。これにより、負荷３へ突入電流が流れることにより、大電流がトライアックＳ１に流れ込む。このとき、リレースイッチ部Ｓ４はＯＦＦ（閉）の状態であるため、リレースイッチ部Ｓ４には電流が流れることがなく、接点溶着が防止される。又、トライアックＳ１は、第１及び第２電極の接続面積が広いため、大電流による電流集中が抑制されて、絶縁破壊の発生が防止される。

その後、制御回路１６は、機械式接点スイッチ２２に対して、磁気コイル部Ｌに駆動電流を流すことにより、リレースイッチ部Ｓ４をＯＮとする。これにより、機械式接点スイッチ２２のリレースイッチ部Ｓ４により、交流電源２と負荷３とを閉回路することができる。このとき、トライアックＳ１は、制御回路１６によってＯＮとされ続けてもよいし、発光ダイオードＬＤへの駆動電流を停止してＯＦＦとされるものとしてもよい。

一方、交流電源２と負荷３との接続を遮断するときは、制御回路１６は、発光ダイオードＬＤに駆動電流を与えて、フォトトライアックＳ２をＯＮとした状態で、まず、機械式接点スイッチ２２に対して、磁気コイル部Ｌに供給している駆動電流を停止することにより、リレースイッチ部Ｓ４をＯＦＦとする。その後、制御回路１６は、発光ダイオードＬＤに与えている駆動電流を停止して、フォトトライアックＳ２をＯＦＦとするとともに、トライアックＳ１をＯＦＦとし、負荷３への電力供給を停止させる。

尚、本実施形態において、図５のリレー装置１ｃのように、４線式の構成となるリレー装置に基づいて説明したが、図３のリレー装置１ａにおける３線式のものや図４のリレー装置１ｂにおける２線式のものについても、その装置内に、開閉回路１２の代わりに開閉回路１２ａを設置することで、ハイブリッド方式のリレー装置とすることができる。又、機械式接点スイッチ２２をラッチ式の構成とすることで、機械式接点スイッチ２２を構成する磁気コイル部Ｌに対して、リレースイッチ部Ｓ４をＯＮ／ＯＦＦするタイミングのみに駆動電流を与える構成としてもよい。

＜第４の実施形態＞
本発明における第４の実施形態となるリレー装置について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。尚、図６のリレー装置において、図１のリレー装置における構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のリレー装置１ｄは、第１の実施形態のリレー装置１（図１参照）と異なり、遠隔制御信号が信号発生源４より供給されて、制御回路１６が開閉回路１２のＯＮ／ＯＦＦを制御する、遠隔制御可能なリレー装置として構成される。本実施形態のリレー装置１ｄは、制御回路１６に供給する電力が、信号発生源４から供給される遠隔制御信号から生成される構成となり、リレー装置１の構成における、電源側端子Ｔ３及び負荷側端子Ｔ４と整流回路１４との代わりに、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６及び整流回路１４ａが設置された構成となる。

即ち、リレー装置１ｄは、信号発生源４の両端に接続される信号入力端子Ｔ５，Ｔ６を備えるとともに、整流回路１４ａを構成するダイオードブリッジの入力側となる２接点のそれぞれが、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６のそれぞれと接続された構成となる。そして、整流回路１４ａを構成する残りの２接点については、第１の実施形態のリレー装置１と同様、その一方が電源回路１５の入力側に接続され、他方が設置される。又、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６と整流回路１４ａとの間に接続された信号線のいずれか一方において、信号発生源４からの遠隔制御信号を抽出する信号抽出部２３が設けられる。尚、このような構成において、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６及び信号抽出部２３によって、［請求の範囲］における「信号入力部」が構成される。そして、

本実施形態におけるリレー装置１ｄにおけるその他の構成については、第１の実施形態のリレー装置１と同様である。又、本実施形態のリレー装置１ｄにおいても、第１の実施形態におけるリレー装置１と同様、トライアックＳ１及びフォトトライアックＳ２として、図２のように、第１電極及び第２電極における接続面積が広い構成となるスイッチング素子を使用する。よって、以下では、制御回路１４ａ及び信号抽出部２３を中心に、その動作の詳細について説明する。

信号発生源４から送信される遠隔制御信号は、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６を通じて整流回路１４ａに与えられると、整流回路１４ａで整流されて電源回路１５に供給され、制御回路１６を駆動するための直流電圧が生成される。又、信号抽出部２３は、例えば、信号入力端子Ｔ５，Ｔ６と接続される信号線側に発光ダイオードが設置されたフォトカプラによって構成される場合、フォトカプラを構成するフォトトランジスタがＯＮ／ＯＦＦすることで、信号発生源４からの遠隔制御信号が抽出されて、制御回路１６に与えられる。これにより、制御回路１６では、信号抽出部２３より与えられる遠隔制御信号に基づいて、フォトトライアックカプラ１７における発光ダイオードＬＤのＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、開閉回路１２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

このように構成することで、信号発生源４からの遠隔制御信号から得られる電力を利用して制御回路１６の電源を確保して、遠隔制御信号に重畳されるアドレスにより自機器の開閉が指示されたか否かを制御回路１６で認識できる。よって、リレー装置１ｄは、例えば、ビルなどの非住宅で複数の照明器具を制御するためのリレー装置として利用できる。このような非住宅用のリレー装置においては、住宅用のリレー装置に比べて、負荷３として接続される照明器具の灯数が多くなるため、突入電流に対する耐量が多く要求される。ここで、第１の実施形態と同様、図２に示す構成となるトライアックＳ１を搭載したリレー装置１ｄとすることで、より多くの突入電流に対して耐量をもつことができる。

尚、本実施形態のリレー装置を、第１の実施形態のリレー装置１と同様、フォトトライアックカプラを備えた構成としたが、第２の実施形態のリレー装置１ｂのように、フォトトライアックカプラの代わりに補助開閉部を備えた構成としてもよい。又、遠隔制御信号から得られる電力を利用できるものであれば、遠隔制御信号については有線及び無線のいずれの信号線によるものであってもよい。更に、第３の実施形態におけるリレー装置１ｃのように、開閉回路１２の代わりに、機械式接点スイッチ２２を備えた開閉回路１２ａを設けた構成とした、ハイブリッド方式としてもよい。

そして、ハイブリッド方式のリレー装置として構成する場合、開閉回路１２ａをＯＮとする遠隔制御信号が入力された際に、その信号の電力を利用してトライアックＳ１を先に導通させた後に機械式接点スイッチ２２のリレースイッチ部Ｓ４をＯＮとすることで、遠隔制御信号がなくなっても、開閉回路１２ａが導通状態を維持し、負荷３に電力を供給し続けることができる。又、機械式接点スイッチ２２をラッチ式のものとした場合も同様に、遠隔制御信号がなくなっても、開閉回路１２ａが導通状態を維持できる。そして、開閉回路１２ａをＯＦＦとする遠隔制御信号が入力されたとき、トライアックＳ１を導通状態にして、機械式接点スイッチ２２のリレースイッチ部Ｓ４をＯＦＦとした後にトライアックＳ１をＯＦＦとすればよい。

は、本発明の第１の実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。 は、リレー装置に搭載されるトライアックの内部構造を示す図である。 は、本発明の第１の実施形態のリレー装置を３線式としたときの構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第２の実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第３の実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第４の実施形態のリレー装置の内部構成を示す概略回路図である。

符号の説明

１ リレー装置
２ 交流電源
３ 負荷
４ 信号発生源
１１ サージ吸収素子
１２，１２ａ 開閉回路
１３ 入力制限回路
１４，１４ａ 整流回路
１５，１８，１９ 電源回路
１６ 制御回路
１７ フォトトライアック
２０ 補助開閉回路
２１ 充電検出回路
２２ 機械式接点スイッチ
２３ 信号抽出部
Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ
Ｌ 磁気コイル部
Ｌ１ インダクタ
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｓ１ トライアック
Ｓ２ フォトトライアック
Ｓ３ サイリスタ
Ｓ４ リレースイッチ部
Ｔ１，Ｔ３ 電源側端子
Ｔ２，Ｔ４ 負荷側端子
Ｔ５，Ｔ６ 信号入力端子

Claims (6)

1. 交流電源の一端と接続される電源側端子と、前記交流電源より電源供給される負荷の一端と接続される負荷側端子と、前記電源側端子に接続される第１給電路と、前記負荷側端子に接続される第２給電路と、前記第１及び第２給電路のそれぞれに接続される第１及び第２電極と、該第１及び第２電極の通電を制御する制御信号が入力されるゲート電極とを有するスイッチング素子と、該スイッチング素子のゲート電極に与える前記制御信号を生成する制御部と、該制御部からの前記制御信号が流れる信号線と、を備えたリレー装置であって、
   前記スイッチング素子の第１電極と前記第１給電路との接続部分及び前記スイッチング素子の第２電極と前記第２給電路との接続部分のそれぞれの接続面積が、前記スイッチング素子のゲート電極と前記信号線との接続部分の接続面積よりも広いことを特徴とするリレー装置。
2. 請求項１において、
   前記スイッチング素子は、一端が前記第１給電部に接続される第１端子と、一端が前記第２給電部に接続する第２端子とを有し、
   前記第１端子が、前記スイッチング素子を搭載するステムの表面上に形成されるとともに、その他端が前記スイッチング素子における前記第１電極を形成する面と面接続して、前記第１電極と接続し、
   前記第２端子が、リボン状のワイヤで形成され、その他端が第２電極と面接続することを特徴とするリレー装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記交流電源の他端と接続する端子、前記負荷の他端と接続する端子を更に備えて、４線式の構成としたことを特徴とするリレー装置。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記交流電源の他端及び前記負荷の他端のそれぞれと接続する共通の端子を更に備えて、３線式の構成としたことを特徴とするリレー装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記電源側端子及び前記負荷側端子の間において、前記スイッチング素子と並列に接続された機械式接点スイッチを、更に備えて、ハイブリッド構成としたことを特徴とするリレー装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   外部から遠隔制御信号が入力されて前記制御部に与える信号入力部を、更に備えて、遠隔制御可能な構成としたことを特徴とするリレー装置。

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