JP2010282890A - 液体金属リレー - Google Patents

Abstract

【課題】接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことのできる液体金属リレーを提供する。
【解決手段】固体金属から成る２つの互いに異なる抵抗値を有する第１の固定接点１ａ，１ｂを備えた第１の固定接点部１と、固体金属から成る２つの互いに異なる抵抗値を有する第２の固定接点２ａ，２ｂを備えた第２の固定接点部２と、各固定接点部１，２と接離する液体金属から成る可動接点３と、可動接点３が両固定接点部１，２と接触導通する位置と可動接点３が両固定接点部から離間する位置との間で可動接点３を進退自在に移動させる駆動素子４とから成り、各固定接点１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを、固定接点部１，２間を開成する際に抵抗値の低い固定接点から順に可動接点３から離れるように配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定金属から成る接点と液体金属から成る接点とを開閉する液体金属リレーに関する。

従来から、各々銀等の固体金属から成る固定接点及び可動接点間を開閉するリレーが知られている。この種のリレーでは、接点間を閉成する場合、及び接点間を開成する場合の何れにおいても接点間にアークが発生する虞がある。例えば、接点間を閉成する場合には、図７（ａ）に示すように、先行アーク（同図ア参照）や、接点バウンスが生じることによるバウンスアーク（同図イ参照）が発生する。また、接点間を開成する場合には、図７（ｂ）に示すように、遮断アーク（同図ウ参照）が発生する。これらアークが原因で接点材料が溶融し、接点間が開成している状態で接点同士が溶着して、接点間を開成することができず遮断不能となる虞がある。また、これらアークが原因で接点材料が溶融又は軟化することで、接点材料の転移や変形が生じる場合がある。この場合、接点間のオーバートラベル量が変化することで接触抵抗が増大し、導通不良や動作不良をきたす虞がある。

上記問題を解決するものとして、１対の固体金属から成る接点間を水銀等から成る液体金属を介して開閉するリレーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この種のリレーの一例を以下説明する。

このリレーは、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、略矩形状の基板１０１及び絶縁性基板１０２から成る本体部１００と、本体部１００内に設けられて導電性流体Ｌが収納される収納室１００ａと、収納室１００ａと連通して導電性流体Ｌの流路となるチャンネル１００ｂと、チャンネル１００ｂ内において露設される１対の接点１０３と、収納室１００ａ内に収納された導電性流体Ｌを移動させて接点との導通状態を切り換える圧電素子から成るアクチュエータ１０４とから構成される。ここで、導電性流体Ｌは、常温常圧（２５℃、１気圧）で液体の金属（例えば、水銀）から成る。また、接点１０３は、導電性金属材料（例えば、半田）を用いためっき層から成る。収納部１００ａの図８（ｂ）における上側の部位は、薄膜状のダイアフラム部となっており、アクチュエータ１０４が駆動した際にアクチュエータ１０４によって押圧されて前記下側に撓むようになっている。

以下、この従来例の動作について説明する。先ず、電圧が印加されていない状態では、アクチュエータ１０４が動作しないためにダイアフラム部が変形しない。この状態では、収納室１００ａに収納されている導電性流体Ｌは一方の接点１０３としか接触しておらず、接点間は開成されている。電圧を印加してアクチュエータ１０４を駆動すると、アクチュエータ１０４によってダイアフラム部が前記下側に撓み、収納室１００ａに収納されている導電性流体Ｌが押し出されてチャンネル１００ｂ内を移動し、導電性流体Ｌと他方の接点１０３とが接触する。すると、両接点１０３間が導電性流体Ｌを介して導通するため、接点間が閉成する。そして、電圧の印加を停止すれば、アクチュエータ１０４によって変形させられていたダイアフラム部が元の状態に復帰するため、導電性流体Ｌも収納室１００ａに戻り、接点間が開成される。

上述のように、１対の接点間を液体金属を介して開閉しているので、液体金属と接点との間でアークが発生した場合でも接点が溶着することがない。また、仮にアークによって液体金属が蒸発したとしても、再び液体に復帰するために液体金属が消耗することもない。

特開２００８−１５９３２２号公報

しかしながら、上記従来例では、依然として接点と液体金属との間でアークが発生する、特に接点間を開成する際にアークが発生する虞がある。このため、アークにより固体金属から成る接点が溶融及び軟化することで、接点材料の変形や消耗が生じるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことのできる液体金属リレーを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、固体金属から成る固定接点部と、固定接点部に接離する液体金属から成る可動接点と、可動接点が固定接点部と接触導通する位置と可動接点が固定接点部から離間する位置との間で可動接点を進退自在に移動させる駆動手段とを備え、固定接点部は、各々互いに異なる抵抗値を有する複数の固定接点から成り、各固定接点は、接点間を開成する際に抵抗値の低い固定接点から順に可動接点から離れるように配設されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、固定接点部は１対であって、駆動手段は、可動接点が両固定接点部と接触導通する位置と可動接点が両固定接点部から離間する若しくは何れか一方の固定接点部とのみ接触導通する位置との間で可動接点を進退自在に移動させ、少なくとも可動接点と接離する方の固定接点部は、各々互いに異なる抵抗値を有する複数の固定接点から成り、各固定接点は、接点間を開成する際に抵抗値の低い固定接点から順に可動接点から離れるように配設されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、可動接点は、駆動手段と対向する一面において少なくとも駆動手段が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケース内に収納され、各固定接点部は、何れも複数の固定接点から成るとともにケースの対向する１対の側面に各々配設され、各固定接点は、可動接点の移動方向に沿ってケースの開口側からケースの底部側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように配設されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、可動接点が移動する流路が、一方の固定接点部に沿った流路と他方の固定接点部に沿った流路とに分岐されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、可動接点は、駆動手段と対向する一面において少なくとも駆動手段が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケース内に収納され、固定接点部は、ケースの対向する１対の側面のうち少なくとも何れか一方の側面に配設され、各固定接点は、可動接点の移動方向に沿ってケースの開口側からケースの底部側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように配設され、駆動手段は、導電性を有する材料から形成され、液体金属とともに可動接点を成すことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、固定接点部は１対であって、各固定接点部は、何れも複数の固定接点から成るとともにケースの対向する１対の側面に各々配設され、可動接点を成す液体金属が移動する流路が、一方の固定接点部に沿った流路と他方の固定接点部に沿った流路とに分岐されることを特徴とする
請求項７の発明は、請求項２の発明において、可動接点は、密閉された箱体から成るケース内に設けられた収納室に収納され、可動接点が接離する方の固定接点部は、収納室と連通して可動接点が移動自在な流路に配設され、各固定接点は、流路内において収納室から離れるにつれて抵抗値が低くなるように配設されることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、駆動手段は、収納室内に設けられて可動接点が全ての固定接点と接触する位置まで可動接点を押圧する位置と可動接点が何れの固定接点とも接触しない位置まで可動接点を押圧する位置との間で移動自在な駆動素子から成ることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項２の発明において、可動接点は、密閉された箱体から成るケース内に設けられた収納室に収納され、可動接点と接離する方の固定接点部は、収納室と連通するとともに可動接点が移動する方向と直交する平面における断面積が互いに異なるように分岐された複数の流路に配設され、各固定接点は、各流路に１つずつ配設されるとともに、低い抵抗値を有する固定接点から順に断面積の大きい流路に配設されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、接点間を開成する際に、低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点が離れるので、抵抗値が徐々に増大して接点間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、固定接点部から可動接点が完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、固定接点部間を開成する際に、可動接点が接離する方の固定接点部においては低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点が接離する方の固定接点部から可動接点が完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、固定接点部間を開成する際に、何れの固定接点部においても可動接点の液面の低下に伴って低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点が両固定接点部から完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

請求項４，６の発明によれば、流路を分岐しない場合と比較して各流路の断面積を小さくすることにより、各固定接点において可動接点が濡れ残るのを防ぐことができる。したがって、低い抵抗値を有する固定接点と高い抵抗値を有する固定接点とが可動接点と離間する順番が逆になるのを防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、固定接点部及び可動接点を成す駆動手段間を開成する際に、低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点を成す液体金属が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部及び可動接点を成す駆動手段間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、固定接点部から可動接点を成す液体金属が完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部及び可動接点を成す駆動手段間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

請求項７，８の発明によれば、固定接点部間を開成する際に、可動接点が接離する固定接点部においては可動接点が収納室に戻るのに伴って低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点が最も高い抵抗値を有する固定接点から完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

請求項９の発明によれば、固定接点部間を開成する際に、可動接点が接離する固定接点部においては断面積の大きい流路から順に可動接点が固定接点から離れる、即ち、低い抵抗値を有する固定接点から順に可動接点が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点が最も高い抵抗値を有する固定接点から完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

本発明に係る液体金属リレーの実施形態１を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は接点間が閉成している状態を示す図である。 同上の他の構成を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は接点間が閉成している状態を示す図である。 本発明に係る液体金属リレーの実施形態２を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）は接点間が閉成している状態を示す図で、（ｄ）は（ｃ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図である。 本発明に係る液体金属リレーの実施形態３を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）は接点間が閉成している状態を示す図で、（ｄ）は（ｃ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図である。 本発明に係る液体金属リレーの実施形態４を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）は接点間が閉成している状態を示す図で、（ｄ）は（ｃ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図である。 同上の他の構成を示す概略図で、（ａ）は接点間が開成している状態を示す図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）は接点間が閉成している状態を示す図で、（ｄ）は（ｃ）におけるＡ−Ａ’線断面矢視図である。 従来の何れも固体金属から成る接点間を開閉する際のアークの発生を示す図で、（ａ）は接点間を閉成する場合を示す図で、（ｂ）は接点間を開成する場合を示す図である。 従来の液体金属リレーを示す図で、（ａ）は概略後面図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態１について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１（ａ）における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、固体金属から成る２つの第１の固定接点１ａ，１ｂを有する第１の固定接点部１と、固体金属から成る２つの第２の固定接点２ａ，２ｂを有する第２の固定接点部２と、各固定接点部１，２と接離する液体金属から成る可動接点３と、可動接点３が両固定接点部１，２と接触導通する位置と可動接点３が両固定接点部から離間する位置との間で可動接点３を進退自在に移動させる駆動手段である駆動素子４とから構成され、可動接点３は、上面を開口した箱体から成るケース５に収納される。

第１の固定接点部１の第１の固定接点１ａ，１ｂは、何れも半田等の固体金属から成り、ケース５の一方（右側）の側面に上下方向に沿って配設される。ここで、第１の固定接点１ａ，１ｂは互いに異なる抵抗値を有しており、低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａはケース５の開口側（上側）に配設され、高い抵抗値を有する第２の固定接点１ｂはケース５の底部側（下側）に配設される。また、各第１の固定接点１ａ，１ｂは、外部の電路（図示せず）に対して並列に接続されている。

第２の固定接点部２の第２の固定接点２ａ，２ｂは、何れも半田等の固体金属から成り、ケース５の他方（左側）の側面に上下方向に沿って配設される。ここで、第２の固定接点２ａ，２ｂは互いに異なる抵抗値を有しており、低い抵抗値を有する第２の固定接点２ａはケース５の開口側（上側）に配設され、高い抵抗値を有する第２の固定接点２ｂはケース５の底部側（下側）に配設される。また、各第２の固定接点２ａ，２ｂは、外部の電路（図示せず）に対して並列に接続されている。尚、第１の固定接点１ａ及び第２の固定接点２ａ、並びに第１の固定接点１ｂ及び第２の固定接点２ｂは、それぞれ上下方向において同一平面上に位置する。

可動接点３は、例えば水銀や、ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ）から成る共融合金等の液体金属から成り、駆動素子４が浸漬していない状態において各固定接点部１，２と接触しない程度であって（図１（ａ）参照）、且つ駆動素子４が所定位置まで浸漬した状態において各固定接点部１，２の低い抵抗値を有する固定接点１ａ，２ａと接触導通する程度（図１（ｂ）参照）の量がケース５内に収納されている。

駆動素子４は、例えば絶縁性を有する材料から長尺棒状に形成され、例えば圧電アクチュエータ等の外部の駆動装置（図示せず）によって駆動されることで、上下方向に移動自在となっている。尚、駆動素子４を駆動する駆動装置は、上述の圧電アクチュエータに限定されるものではなく、駆動素子４を上下方向に駆動できるものであればよい。

以下、本実施形態の動作について説明する。固定接点部１，２間が開成している状態では、駆動素子４は可動接点３に浸漬しておらず、可動接点３は各固定接点部１，２に接触していない。駆動素子４を駆動して下向きに移動させると、駆動素子４の下端部が可動接点３に浸漬し始める。そして、駆動素子４の下向きへの移動に伴って可動接点３の液面が徐々に上昇し、各固定接点部１，２の下側の固定接点１ｂ，２ｂと接触導通する。更に駆動素子４が下向きに移動して所定位置に達すると、可動接点３が各固定接点部１，２の上側の固定接点１ａ，１ａと接触導通し、固定接点部１，２間が閉成される（図１（ｂ）参照）。

固定接点部１，２間が閉成している状態において駆動素子４を駆動して上向きに移動させると、駆動素子４の上向きへの移動に伴って可動接点３の液面が徐々に下降し、先ず各固定接点部１，２の上側の固定接点１ａ，２ａから可動接点３が離れる。更に駆動素子４が上向きに移動すると、次に各固定接点部１，２の下側の固定接点１ｂ，２ｂから可動接点３が離れ、固定接点部１，２間が開成される（図１（ａ）参照）。

上述のように、固定接点部１，２間を開成する際には、上側の固定接点１ａ，２ａ、即ち、低い抵抗値を有する固定接点１ａ，２ａから可動接点３が離れた後に、下側の固定接点１ｂ，２ｂ、即ち、高い抵抗値を有する固定接点１ｂ，２ｂから可動接点３が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部１，２間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、各固定接点部１，２から可動接点３が完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部１，２間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

尚、図２（ａ），（ｂ）に示すように、可動接点３が移動する流路が、右側の第１の固定接点部１に沿った流路ａ１と、左側の第２の固定接点部２に沿った流路ａ２とに分岐されるように構成しても構わない。具体的には、ケース５の左右方向の略中央部において上面から下方に向かって伸びる略筒状の隔壁部５０をケース５と一体に設け、当該隔壁部５０の内面に沿って駆動素子４を上下方向に移動させている。

この場合、駆動素子４を下向きに移動させると、駆動素子４は可動接点３に浸漬せず、可動接点３の液面を押圧することで可動接点３を各流路ａ１，ａ２に均等に移動させる。そして、前記と同様に、駆動素子４の下向きへの移動に伴って可動接点３の液面が上昇し、各固定接点部１，２の固定接点１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂと接触導通して固定接点部１，２間が閉成される（図２（ｂ）参照）。また、固定接点部１，２間を開成する際には、前記と同様に、駆動素子４を上向きに移動させることで可動接点３の液面が徐々に下降し、上側の固定接点１ａ，２ａ、下側の固定接点１ｂ，２ｂの順に可動接点３が離れて固定接点部１，２間が開成される。

上述のように、流路を分岐しない場合と比較して各流路ａ１，ａ２の断面積を小さくすることにより、各固定接点１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂにおいて可動接点３が濡れ残るのを防ぐことができる。したがって、低い抵抗値を有する固定接点１ａ，２ａと高い抵抗値を有する固定接点１ｂ，２ｂとが可動接点３と離間する順番が逆になるのを防ぐことができる。

ところで、本実施形態では、駆動素子４によって可動接点３の液面を上下させることで固定接点部１，２間を開閉しているが、駆動素子４を導電性を有する材料から形成するとともに、駆動素子４と可動接点（液体金属）３とで可動接点を構成し、可動接点３を介して駆動素子４と固定接点部１，２との間を開閉する構成を採用しても構わない。

以下、上記構成の動作について説明する。駆動素子４と固定接点部１，２との間が開成している状態では、駆動素子４は可動接点３に浸漬しておらず、可動接点３は各固定接点部１，２に接触していない。駆動素子４を駆動して下向きに移動させると、駆動素子４の下端部が可動接点３に浸漬し始める。そして、駆動素子４の下向きへの移動に伴って可動接点３の液面が徐々に上昇し、各固定接点部１，２の下側の固定接点１ｂ，２ｂと駆動素子４とが可動接点３を介して接触導通する。更に駆動素子４が下向きに移動して所定位置に達すると、可動接点３が各固定接点部１，２の上側の固定接点１ａ，１ａと接触導通し、可動接点３を介して駆動素子４と固定接点部１，２との間が閉成される（図１（ｂ）参照）。

駆動素子４と固定接点部１，２との間が閉成している状態において駆動素子４を駆動して上向きに移動させると、駆動素子４の上向きへの移動に伴って可動接点３の液面が徐々に下降し、先ず各固定接点部１，２の上側の固定接点１ａ，２ａから可動接点３が離れる。更に駆動素子４が上向きに移動すると、次に各固定接点部１，２の下側の固定接点１ｂ，２ｂから可動接点３が離れ、駆動素子４と固定接点部１，２との間が開成される（図１（ａ）参照）。

上述のように、駆動素子４と固定接点部１，２との間を開成する際には、上側の固定接点１ａ，２ａ、即ち、低い抵抗値を有する固定接点１ａ，２ａから可動接点３が離れた後に、下側の固定接点１ｂ，２ｂ、即ち、高い抵抗値を有する固定接点１ｂ，２ｂから可動接点３が離れるので、抵抗値が徐々に増大して駆動素子４と固定接点部１，２との間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、各固定接点部１，２から可動接点３が完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって駆動素子４と固定接点部１，２との間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。尚、上記構成では駆動素子４と固定接点部１，２との間に電流が流れるので、固定接点部１，２の何れか一方のみを設ける構成でも構わない。

また、本実施形態では、各固定接点部１，２が有する固定接点の数が２つずつであるが、これに限定される必要は無く、３つ以上であっても構わない。更に、本実施形態では、ケース５を上面を開口した箱体に形成しているが、ケース５を上面に駆動素子４が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体に形成しても構わない。

（実施形態２）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。また、以下の説明では、図３（ａ）における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、可動接点３が、密閉された箱体から成るケース６内に設けられた収納室６０ａに収納され、第１の固定接点部１の各固定接点１ａ〜１ｃが、収納室６０ａと連通して可動接点３が移動自在な流路６０ｂに配設されている。尚、本実施形態では第２の固定接点部（図示せず）が収納室６０ａ内に露設されており、常に可動接点３と接触導通している。また、第２の固定接点部は、１乃至複数の固定接点を有するものであればよく、実施形態１のように複数の固定接点から構成される必要はない。

ケース６は、上面に収納室６０ａ及び流路６０ｂに対応する凹部が設けられた略直方体状の本体部６０と、本体部６０の上面に結合されて前記凹部を密閉する略平板状の蓋部６１とから成る。流路６０ｂは、その左右方向と直交する平面における断面積が収納室６０ａの断面積よりも小さくなっている。また、流路６０ｂ内の上面には、第１の固定接点部１の各固定接点１ａ〜１ｃが左右方向に沿って露設されている。

本体部６０において収納室６０ａと対向する部位は、他の部位よりも厚みが薄いダイアフラム部（図示せず）に形成されており、当該部位を例えば圧電アクチュエータ等の外部の駆動装置（図示せず）によって押圧することで、収納室６０ａの容積を減少させて可動接点３を流路６０ｂに押し出して移動させるようになっている。尚、駆動装置は上述の圧電アクチュエータに限定されるものではなく、上記ダイアフラム部を押圧できるものであればよい。また、ダイアフラム部を押圧することで可動接点３、即ち液体金属を移動させる技術は従来周知であるので、ここでは詳細な説明及び図示を省略する。

第１の固定接点部１は、互いに異なる抵抗値を有する３つの第１の固定接点１ａ〜１ｃから成り、最も低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａは、流路６０ｂにおいて最も収納室６０ａから離れた側（左側）に配設され、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｃは、流路６０ｂにおいて最も収納室６０ａに近い側（右側）に配設される。また、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂは、前記２つの第１の固定接点１ａ，１ｃの間に配設される。尚、各第１の固定接点１ａ〜１ｃは、外部の電路（図示せず）に対して並列に接続されている。

以下、本実施形態の動作について説明する。固定接点部間が開成している状態では、可動接点３は全て収納室６０ａに収納されて流路６０ｂには移動しておらず、したがって第１の固定接点部１と可動接点３とは接触導通していない。駆動装置によってダイアフラム部を押圧すると、収納室６０ａの容積が減少して可動接点３が流路６０ｂに押し出され、先ず第１の固定接点１ｃと接触導通する。その後、更にダイアフラム部を押圧すると、収納室６０ａの容積の減少に伴って可動接点３が流路６０ｂを徐々に左向きに移動し、第１の固定接点１ｂ，１ａと順次接触導通して固定接点部間が閉成される（図３（ｃ），（ｄ）参照）。

固定接点部間が閉成されている状態において駆動装置によるダイアフラム部の押圧を停止すると、収納室６０ａの容積の増加に伴って可動接点３が徐々に右向きに移動し、先ず最も抵抗値の低い第１の固定接点１ａから可動接点３が離れる。そして、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂ、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｃと順次可動接点３が離れ、固定接点部間が開成される（図３（ａ），（ｂ）参照）。

上述のように、固定接点部間を開成する際には、可動接点３が収納室６０ａに戻るのに伴って低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａから順に可動接点３が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点３が最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｃから完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

尚、本実施形態では、第１の固定接点部１が有する第１の固定接点の数が３つであるが、これに限定される必要は無く、複数であれば幾つであっても構わない。

（実施形態３）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態２と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。また、以下の説明では、図４（ａ）における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、収納室６０ａの内部において可動接点３を収納室６０ａの上側に閉じ込めるように駆動素子４が収納されている。また、収納室６０ａの上端部及び下端部が各々流路６０ｂの上端部及び下端部に連結されている。

流路６０ｂ内の右面には、第１の固定接点部１の各第１の固定接点１ａ〜１ｄが上下方向に沿って露設されている。第１の固定接点部１は、互いに異なる抵抗値を有する４つの第１の固定接点１ａ〜１ｄから成り、最も低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａは、流路６０ｂにおいて最も可動接点３から離れた側（下側）に配設され、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄは、流路６０ｂにおいて最も可動接点３に近い側（上側）に配設される。また、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂ，１ｃは、前記２つの第１の固定接点１ａ，１ｄの間に配設される。尚、各第１の固定接点１ａ〜１ｄは、外部の電路（図示せず）に対して並列に接続されている。また、第２の固定接点部は、実施形態２と同様に収納室６０ａに露設され、常に可動接点３と接触導通している。

駆動素子４は、例えば磁性体から成り、外部の電磁石装置（図示せず）により収納室６０ａの内面に沿って上下方向に移動自在となっている。具体的には、駆動素子４は、可動接点３が全ての第１の固定接点１ａ〜１ｄと接触する位置まで可動接点３を押圧する位置と、可動接点３が何れの第１の固定接点１ａ〜１ｄとも接触しない位置まで可動接点３を押圧する位置との間で移動自在となっている。尚、駆動素子４を駆動させる手段としては上記の電磁石装置に限定されるものではなく、駆動素子４を収納室６０ａの内面に沿って上下方向に移動自在に制御できるものであれば他の手段であっても構わない。

以下、本実施形態の動作について説明する。固定接点部間が開成している状態では、可動接点３の大部分が収納室６０ａに収納されており、可動接点３と第１の固定接点部１とは接触導通していない。電磁石装置により駆動素子４を上向きに移動させると、駆動素子４の上向きの移動に伴って可動接点３が流路６０ｂに押し出され、先ず第１の固定接点１ｄと接触導通する。その後、更に駆動素子４を上向きに移動させると、可動接点３が流路６０ｂを徐々に下向きに移動し、第１の固定接点１ｃ，１ｂ，１ａと順次接触導通して固定接点部間が閉成される（図４（ｃ），（ｄ）参照）。

固定接点部間が閉成されている状態において電磁石装置により駆動素子４を下向きに移動させると、収納室６０ａ下側に存在する気体（例えば、空気）が押圧されることで可動接点３が徐々に上向きに移動し、先ず最も抵抗値の低い第１の固定接点１ａから可動接点３が離れる。そして、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂ，１ｃ、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄと順次可動接点３が離れ、固定接点部間が開成される（図４（ａ），（ｂ）参照）。

上述のように、固定接点部間を開成する際には、可動接点３が収納室６０ａに戻るのに伴って低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａから順に可動接点３が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点３が最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄから完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

尚、本実施形態では、第１の固定接点部１が有する第１の固定接点の数が４つであるが、これに限定される必要は無く、複数であれば幾つであっても構わない。

（実施形態４）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、可動接点３が、密閉された箱体から成るケース７内に設けられた平面視略円形状の収納室７０ａに収納され、第１の固定接点部１の各第１の固定接点１ａ〜１ｄが、収納室７０ａと連通して可動接点３が移動自在な流路７０ｂに配設されている。尚、本実施形態では第２の固定接点部（図示せず）が収納室７０ａ内に露設されており、常に可動接点３と接触導通している。また、第２の固定接点部は、１乃至複数の固定接点を有するものであればよく、実施形態１のように複数の固定接点から構成される必要はない。

ケース７は、上面に収納室７０ａ及び流路７０ｂに対応する凹部が設けられた略直方体状の本体部７０と、本体部７０の上面に結合されて前記凹部を密閉する略平板状の蓋部７１とから成る。流路７０ｂは、可動接点３が移動する方向と直交する方向における断面積が互いに異なるように流路ｂ１〜ｂ４に放射状に分岐されており、流路ｂ１が最も断面積が小さく、流路ｂ４が最も断面積が大きくなるように設けられている。尚、各流路ｂ１〜ｂ４の断面形状は互いに相似形となっている。

本体部７１において収納室７０ａと対向する部位は、実施形態２と同様に、他の部位よりも厚みが薄いダイアフラム部（図示せず）に形成されており、当該部位を例えば圧電アクチュエータ等の外部の駆動装置（図示せず）によって押圧することで、収納室７０ａの容積を減少させて可動接点３を各流路ｂ１〜ｂ４に押し出して移動させるようになっている。

第１の固定接点部１は、互いに異なる抵抗値を有する４つの第１の固定接点１ａ〜１ｄから成り、それぞれ流路ｂ１〜ｂ４内の奥側端部に露設されている。最も低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａは最も断面積の大きい流路ｂ４に、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄは最も断面積の小さい流路ｂ１に配設され、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂ，１ｃは、各々流路ｂ３，ｂ２に配設される。尚、各第１の固定接点１ａ〜１ｄは、外部の電路（図示せず）に対して並列に接続されている。

以下、本実施形態の動作について説明する。固定接点部間が開成している状態では、可動接点３は全て収納室７０ａに収納されて各流路ｂ１〜ｂ４には移動しておらず、したがって第１の固定接点部１と可動接点３とは接触導通していない。駆動装置によってダイアフラム部を押圧すると、収納室７０ａの容積が減少して可動接点３が各流路ｂ１〜ｂ４に押し出される。ここで、断面積の大きい流路の方が流動抵抗が小さく、可動接点３が流れ易いため、先ず流路ｂ４に配設された第１の固定接点１ａと可動接点３とが接触導通する。その後、更にダイアフラム部を押圧すると、収納室７０ａの容積の減少に伴って可動接点３が各流路ｂ１〜ｂ４に押し出され、第１の固定接点１ｂ，１ｃ，１ｄと順次接触導通して固定接点部間が閉成される（図５（ｃ），（ｄ）参照）。

固定接点部間が閉成されている状態において駆動装置によるダイアフラム部の押圧を停止すると、収納室７０ａの容積の増加に伴って可動接点３が徐々に収納室７０ａに戻り、先ず最も抵抗値の低い第１の固定接点１ａから可動接点３が離れる。そして、中間の抵抗値を有する第１の固定接点１ｂ，１ｃ、最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄと順次可動接点３が離れ、固定接点部間が開成される（図５（ａ），（ｂ）参照）。

上述のように、固定接点部間を開成する際には、断面積の大きい流路から順に可動接点３が各固定接点から離れる、即ち、低い抵抗値を有する第１の固定接点１ａから順に可動接点３が離れるので、抵抗値が徐々に増大して固定接点部間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点３が最も高い抵抗値を有する第１の固定接点１ｄから完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって固定接点部間、即ち、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。

また、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、収納室６０ａを平面視略矩形状に形成するとともに、各流路ｂ１〜ｂ４を互いに平行となるように設けても構わない。この場合でも、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

尚、本実施形態では、第１の固定接点部１が有する第１の固定接点の数が４つであるが、これに限定される必要は無く、複数であれば幾つであっても構わない。この場合、第１の固定接点の数に応じて収納室７０ａから分岐する流路の数を増減する必要がある。

１ 第１の固定接点部
１ａ，１ｂ 第１の固定接点
２ 第２の固定接点部
２ａ，２ｂ 第２の固定接点
３ 可動接点
４ 駆動素子（駆動手段）

Claims (9)

1. 固体金属から成る固定接点部と、固定接点部に接離する液体金属から成る可動接点と、可動接点が固定接点部と接触導通する位置と可動接点が固定接点部から離間する位置との間で可動接点を進退自在に移動させる駆動手段とを備え、固定接点部は、各々互いに異なる抵抗値を有する複数の固定接点から成り、各固定接点は、接点間を開成する際に抵抗値の低い固定接点から順に可動接点から離れるように配設されることを特徴とする液体金属リレー。
2. 前記固定接点部は１対であって、駆動手段は、可動接点が両固定接点部と接触導通する位置と可動接点が両固定接点部から離間する若しくは何れか一方の固定接点部とのみ接触導通する位置との間で可動接点を進退自在に移動させ、少なくとも可動接点と接離する方の固定接点部は、各々互いに異なる抵抗値を有する複数の固定接点から成り、各固定接点は、接点間を開成する際に抵抗値の低い固定接点から順に可動接点から離れるように配設されることを特徴とする請求項１記載の液体金属リレー。
3. 前記可動接点は、駆動手段と対向する一面において少なくとも駆動手段が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケース内に収納され、各固定接点部は、何れも複数の固定接点から成るとともにケースの対向する１対の側面に各々配設され、各固定接点は、可動接点の移動方向に沿ってケースの開口側からケースの底部側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように配設されることを特徴とする請求項２記載の液体金属リレー。
4. 前記可動接点が移動する流路が、一方の固定接点部に沿った流路と他方の固定接点部に沿った流路とに分岐されることを特徴とする請求項３記載の液体金属リレー。
5. 前記可動接点は、駆動手段と対向する一面において少なくとも駆動手段が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケース内に収納され、固定接点部は、ケースの対向する１対の側面のうち少なくとも何れか一方の側面に配設され、各固定接点は、可動接点の移動方向に沿ってケースの開口側からケースの底部側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように配設され、駆動手段は、導電性を有する材料から形成され、液体金属とともに可動接点を成すことを特徴とする請求項１記載の液体金属リレー。
6. 前記固定接点部は１対であって、各固定接点部は、何れも複数の固定接点から成るとともにケースの対向する１対の側面に各々配設され、可動接点を成す液体金属が移動する流路が、一方の固定接点部に沿った流路と他方の固定接点部に沿った流路とに分岐されることを特徴とする請求項５記載の液体金属リレー。
7. 前記可動接点は、密閉された箱体から成るケース内に設けられた収納室に収納され、可動接点が接離する方の固定接点部は、収納室と連通して可動接点が移動自在な流路に配設され、各固定接点は、流路内において収納室から離れるにつれて抵抗値が低くなるように配設されることを特徴とする請求項２記載の液体金属リレー。
8. 前記駆動手段は、収納室内に設けられて可動接点が全ての固定接点と接触する位置まで可動接点を押圧する位置と可動接点が何れの固定接点とも接触しない位置まで可動接点を押圧する位置との間で移動自在な駆動素子から成ることを特徴とする請求項７記載の液体金属リレー。
9. 前記可動接点は、密閉された箱体から成るケース内に設けられた収納室に収納され、可動接点と接離する方の固定接点部は、収納室と連通するとともに可動接点が移動する方向と直交する平面における断面積が互いに異なるように分岐された複数の流路に配設され、各固定接点は、各流路に１つずつ配設されるとともに、低い抵抗値を有する固定接点から順に断面積の大きい流路に配設されることを特徴とする請求項２記載の液体金属リレー。

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