JP2011119228A - ハイブリッドリレー - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチが高熱となることを防止できるハイブリッドリレーを提供する。
【解決手段】本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチ１２と、この機械式接点スイッチ１２と並列に接続される半導体スイッチ１３とを備え、電源より負荷に供給する給電路として、機械式接点スイッチ１２による第１給電路と、半導体スイッチ１３による第２給電路とを並列接続したハイブリッドリレーであって、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに電路を閉じる安全回路部として例えば温度ヒューズＦ１を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えたハイブリッドリレーに関するものである。

従来、照明器具など、インバータ制御を行うインバータ回路を備えた負荷への電力の供給と遮断とを切り換えるために、機械式接点スイッチと半導体スイッチとを並列に接続した構成のハイブリッドリレーが使用される。ところで、インバータ回路を備えた負荷には、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。このため、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ハイブリッドリレーにおいても、この突入電流に基づく大電流が流れることとなる。

そのため、このような負荷と接続されるハイブリッドリレーにおいては、ＯＮ時と、定常状態とで、半導体スイッチと機械式接点スイッチとの切り替えがなされる。まず、半導体スイッチのみをＯＮ（閉）として、突入電流を半導体スイッチに流した後、負荷に供給される電流が定常状態となったときに、機械式接点スイッチをＯＮ（閉）とする（特許文献１参照）。このように動作させることによって、ハイブリッドリレー内の機械式接点スイッチに大電流が流れるのを抑制できるため、接点対の接触直前におけるアークの発生による接点溶着を回避することができる。このように、ハイブリッドリレーは、機械式接点スイッチにおける接点溶着を防止するために半導体スイッチを備えた構造とされるが、機械式接点スイッチをＯＮとし、半導体スイッチをＯＦＦ（開）として、負荷への電力供給を開始する。

特開平１１−２３８４４１号公報

このように機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えたハイブリッドリレーは、特許文献１のハイブリッドリレーのように、機械式接点スイッチの接点溶着を防止するために、電源供給の場合は、半導体スイッチを先にＯＮとし、電源遮断の場合は、半導体スイッチを後にＯＦＦとする。そのため、ハイブリッドリレーの開閉動作のたびに、半導体スイッチに突入電流が流れるため、機械式接点スイッチに比べて、半導体スイッチの寿命が短くなってしまう。この半導体スイッチが寿命となり短絡した場合、半導体スイッチは常時通電状態となるため、半導体スイッチが高熱となり、発火の原因となる場合がある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、半導体スイッチが高熱となることを防止できるハイブリッドリレーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチと、この機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、機械式接点スイッチによる第１給電路と、半導体スイッチによる第２給電路とを並列接続したハイブリッドリレーであって、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに給電制御を行う安全回路部を具備したことを特徴とする。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、安全回路部が、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに断線する温度ヒューズであるものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、温度ヒューズが、第２給電路上に設けられたものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、安全回路部は、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、駆動部を動作させて機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチであるものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、安全回路部は、半導体スイッチの温度を検出する温度センサと、温度センサで検出された半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、駆動部を動作させて機械式接点スイッチの接点を閉じる制御部とを備えたものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチと、機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、第１の機械式接点スイッチによる第１給電路と、第２の機械式接点スイッチと半導体スイッチとを直列に接続した第２給電路とを、並列に構成したものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに第１の機械式接点スイッチの駆動部を動作させて第１の機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチを設けたものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、安全回路部は、半導体スイッチのパッケージの凸部の上面に設置されたものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、安全回路部は温度ヒューズであり、温度ヒューズのリード端子の一方が半導体スイッチのパッケージの中心に密着して配置されたものを含む。

また本発明は、上記ハイブリッドリレーであって、半導体スイッチが所定温度以上となったときに外部に異常を報知する報知部を、更に備えたものを含む。

上記安全回路部を備えた構成では、半導体スイッチが所定温度以上の異常温度になったときには、給電路が遮断されるので、半導体スイッチが更に加熱されて焼損、発火することがない。

上記安全回路部として温度ヒューズを備えた構成では、半導体スイッチが所定温度以上の異常温度になったときには、温度ヒューズが断線して第２給電路が遮断されるので、半導体スイッチが更に加熱されて焼損、発火することがない。

また、上記安全回路部として温度スイッチを備えた構成では、半導体スイッチが所定温度以上の異常温度になったときには、温度スイッチによって、第１給電路を構成する機械式接点スイッチの接点を強制的に閉じられるので、第２給電路に流れる電流量が減少する。そのため、半導体スイッチが更に加熱されて焼損、発火することがない。

また、上記安全回路部として温度センサと、この温度センサで検出された半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、第１給電路を構成する機械式接点スイッチの接点を閉じる制御部とを備えた構成では、半導体スイッチが所定温度以上の異常温度になったときには、制御部が第１給電路を構成する機械式接点スイッチの接点を強制的に閉じるので、第２給電路に流れる電流量が減少する。そのため、半導体スイッチが更に加熱されて焼損、発火することがない。

また、報知部を備えた構成では、使用者に、半導体スイッチの寿命を通知できる。

本発明の実施の形態１のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 （ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の実施の形態１のハイブリッドリレーの変形例の内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態２のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態３のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 （ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の実施の形態４のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 （ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の実施の形態４のハイブリッドリレーの変形例の内部構成を示す概略回路図 （ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の実施の形態４のハイブリッドリレーの変形例の内部構成を示す概略回路図 （ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の実施の形態５のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態６のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態７のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態８のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図 本発明の実施の形態９のハイブリッドリレーの半導体スイッチのそれぞれに温度ヒューズＦ１を設けたプリント配線基板の上面図 本発明の実施の形態９のハイブリッドリレーの要部を示す図であり、（ａ）は半導体スイッチと温度ヒューズの正面図、（ｂ）は側面図

本発明を実施したハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態の内部構成を示す概略回路図である。

このハイブリッドリレー１は、図１に示すように、機械式接点スイッチ１２による第１給電路と、半導体スイッチ１３による第２給電路とを並列接続し、半導体スイッチ１３の温度が所定温度以上となったときに給電路を閉じる安全回路部として温度ヒューズＦ１を、この第２給電路に備えたことを特徴とするものである。

このハイブリッドリレー１は、直列に接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端である端子１０，１１に接続されることで、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。即ち、交流電源２から負荷３への電源の投入及び遮断が、ハイブリッドリレー１のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）によって決定される。ここに、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または換気扇などである。

すなわち、このハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続される端子１０と、負荷３の他端に接続される端子１１と、端子１０，１１に両端が接続され、互いに並列接続された機械式接点スイッチ１２および半導体スイッチ１３と、信号処理回路１５とを備える。そしてこの機械式接点スイッチ１２は接点部Ｓ１を有する。また、半導体スイッチ１３は、トライアックＳ２を有し、機械式接点スイッチ１２と、端子１０，１１に両端が接続されることで接点部Ｓ１と並列に接続される。そしてこの信号処理回路１５は、機械式接点スイッチ１２と半導体スイッチ１３のそれぞれのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御を行うとを備える。機械式接点スイッチ１２は、接点部Ｓ１と、接点部Ｓ１を開閉させる電磁力を発生する磁気コイルＬ１とによって構成される。磁気コイルＬ１は、一端に電源電位が印加されるとともに、他端にトランジスタＴｒ１のドレインが接続される。トランジスタＴｒ１は、そのベース電極に、信号処理回路１５からの制御信号が入力されるとともに、エミッタ電極が接地される。このように、信号処理回路１５と、これに接続されたトランジスタＴｒ１とにより、駆動部として、機械式接点スイッチ１２の開閉が行われる。

半導体スイッチ１３は、トライアックＳ２と、フォトトライアックカプラ１４とを具備している。このトライアックＳ２は、端子１０に温度ヒューズＦ１を介して電極が接続されるとともに端子１１にもう一方の電極が接続される。フォトトライアックカプラ１４は、ゼロクロス型のフォトトライアックＳ３と、このフォトトライアックＳ３に対して光信号を照射する発光ダイオードＬＤとを有する。ゼロクロス型のフォトトライアックＳ３は、トライアックＳ２のもう一方の電極とゲート電極との間に接続される。そしてこの発光ダイオードＬＤびアノード電極には、電源電位が印加されるとともに、カソード電極には、スイッチング素子であるｎｐｎ型のトランジスタＴｒ２のドレイン電極が接続される。またこのトランジスタＴｒ２のベース電極には、信号処理回路１５からの制御信号が入力されるとともに、エミッタ電極は接地される。

ハイブリッドリレー１における、交流電源２から負荷３への電源投入及び遮断それぞれを行うときの動作を、以下に簡単に説明する。まず、交流電源２から負荷３へ電源を投入する場合は、信号処理回路１５から制御信号がトランジスタＴｒ２のベース電極に与えられて、トランジスタＴｒ２を導通状態（ＯＮ）とする。これにより、半導体スイッチ１３において、発光ダイオードＬＤからの光信号が、フォトトライアックＳ３に入光し、フォトトライアックＳ３がＯＮとなる。なお、フォトトライアックＳ３は、ゼロクロス機能を備えるため、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったことを検出したときに、フォトトライアックＳ３がＯＮとなる。

このフォトトライアックＳ３の導通により、交流電源２からの交流電流が、フォトトライアックＳ３を介して流れるため、トライアックＳ２のゲート電極に電流を供給し、フォトトライアックＳ３がＯＮとなる。これにより、負荷３が、ハイブリッドリレー１内の半導体スイッチ１３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による電源が投入される。このようにして、半導体スイッチ１３内のトライアックＳ２をＯＮとし、交流電源２からの電源が負荷３へ投入された後、信号処理回路１５は、トランジスタＴｒ１のベース電極に制御信号を与えて、トランジスタＴｒ１をＯＮとし、磁気コイルＬ１に駆動電流を供給させる。よって、磁気コイルＬ１の電磁力が発生し、接点部Ｓ１が閉（ＯＮ）の状態となる。

そして、この機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１を介した交流電源２による負荷３への電力供給が開始されると、半導体スイッチ１３における給電路を遮断するために、信号処理回路１５は、トランジスタＴｒ２を非導通状態（ＯＦＦ）として、発光ダイオードＬＤへの電流供給を停止する。そのため、発光ダイオードＬＤの発光動作が停止し、フォトトライアックＳ３への光信号の照射が停止されるため、フォトトライアックＳ３は、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったときに動作を停止し、ＯＦＦとなる。そして、フォトトライアックＳ３がＯＦＦとなると、トライアックＳ２のゲート電極へ電流供給がなくなるため、トライアックＳ２が非導通状態となり、半導体スイッチ１３がＯＦＦとなる。

一方、交流電源２から付加３へ電源供給を遮断する場合は、信号処理回路１５が制御信号をトランジスタＴｒ２のベース電極に与えて、トランジスタＴｒ２をＯＮとし、発光ダイオードＬＤからの光信号をフォトトライアックＳ３に入光させる。これにより、フォトトライアックＳ３をＯＮとすることで、トライアックＳ２をＯＮとし、機械式接点スイッチ１２を介した給電路（第１の給電路）以外に、半導体スイッチ１３を介した給電路（第２の給電路）を、ハイブリッドリレー１内に形成する。そして、信号処理回路１５は、トランジスタＴｒ１をＯＦＦとして、電磁コイルＬ１への駆動電流の供給を停止し、接点部Ｓ１を開（ＯＦＦ）の状態とする。これにより、主要な給電路となる、機械式接点スイッチ１２を介した給電路（第１の給電路）を遮断することができる。その後、信号処理回路１５は、トランジスタＴｒ２をＯＦＦとし、発光ダイオードＬＤへの電流供給を停止することで、フォトトライアックＳ３をＯＦＦとする。これにより、トライアックＳ２がＯＦＦとなるため、半導体スイッチ１３による給電路が遮断されるため、交流電源２から付加３へ電源供給が遮断される。

温度ヒューズＦ１は、トライアックＳ２の異常温度を検出する温度検出素子として機能させるために、トライアックＳ２の表面または近傍に固定される。この温度ヒューズＦ１は、トライアックＳ２の温度が動作温度以上の異常温度となったとき、例えば、トライアックＳ２に突入電流などが流れる、または、トライアックＳ２が寿命によりショートしたときに断線し、トライアックＳ２、およびフォトトライアックＳ３への電流供給が遮断される。この温度ヒューズＦ１の配置については後述するが、機械的負荷がかからないようにかつ、半導体スイッチ１３に近接して配置される。ここでは温度ヒューズＦ１は半導体スイッチ１３のパッケージの凸部の上面に、温度ヒューズのリード端子の一方が半導体スイッチ１３のパッケージの中心に密着するように配置される。

これにより、トライアックＳ２およびフォトトライアックＳ３を熱破壊から保護することができ、火災の発生などを防ぐことができる。ここで、温度ヒューズＦ１で遮断される給電路は、半導体スイッチ１３による給電路（第２の給電路）のみであり、主接点である機械式接点スイッチ１２による給電路（第１の給電路）については、開閉可能であるため、温度ヒューズが断線した後でも、機械式接点スイッチ１２の開閉を制御することで、負荷３への電源供給及び遮断を実行できる。

なお、上記実施の形態では、トライアックＳ２とフォトトライアックＳ３との接続ノードと端子１０との間に、温度ヒューズＦ１を接続した構成を説明したが、変形例として、図２（ａ）のように、トライアックＳ２の異常温度を検出する温度ヒューズＦ２を、トライアックＳ２の一方の電極と端子１０との間に接続するものとしてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、フォトトライアックＳ３の一方の電極とトライアックＳ２の一方の電極との間に、トライアックＳ２の異常温度を検出する温度ヒューズＦ３を接続するものとしてもよい。更に、図１、図２（ａ）または、（ｂ）のように構成するとき、温度ヒューズＦ１，Ｆ２によって、トライアックＳ２だけでなくフォトトライアックＳ３の異常温度をも検出できるように配置位置を調整してもよい。

（実施の形態２）
次いで、本発明の実施の形態２について、図面を参照して説明する。図３は、実施の形態２のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。なお、図１に示した実施の形態１のハイブリッドリレー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。

このハイブリッドリレーは、図３に示すように、図１に示した実施の形態１の構成から温度ヒューズＦ１を除き、トランジスタＴｒ１のエミッタ・コレクタ間に接続した温度スイッチＳ４を設けた構成である。よって、図１に示した実施の形態１のリレースイッチとは、温度スイッチＳ４に基づく動作が異なるだけで、その他の構成や動作については、図１の実施の形態と同様であるため、その詳細については省略する。以下、温度スイッチＳ４に基づく動作について説明する。

温度スイッチＳ４は、バイメタルスイッチなどのように、検出した温度に反応して開閉動作を行うスイッチで構成され、図１の実施の形態１のハイブリッドリレーと同様、半導体スイッチ１３におけるトライアックＳ２の温度を検出するべく、トライアックＳ２の表面または近傍に固定される。

トライアックＳ２が規定温度内であれば、温度スイッチＳ４はＯＦＦ（開）の状態であり、磁気コイルＬ１の駆動電流の供給／遮断は、トランジスタＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦによって制御される。一方、トライアックＳ２の温度が規定温度よりも高温になれば、温度スイッチＳ４はＯＮ（閉）の状態となり、磁気コイルＬ１に対して、強制的に駆動電流を供給する。これにより、磁気コイルＬ１による電磁力が発生して、機械式接点スイッチ１２の接点Ｓ１が強制的にＯＮとされるため、この機械式接点スイッチ１２による給電路が主要な給電路として形成され、その結果、半導体スイッチ１３による給電路に流れる電流量が抑制される。従って、半導体スイッチ１３を構成するトライアックＳ２及びフォトトライアックＳ３それぞれに流れる電流量が低減されるため、半導体スイッチ１３による高熱の発生を防止できる。

更に、他の実施の形態について、図面を参照して説明する。図４は、他の実施の形態の内部構成を示す概略回路図である。なお、図１の実施の形態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。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３のハイブリッドリレーについて説明する。この例では、図４に示すように、図１に示した実施の形態１のハイブリッドリレーから温度ヒューズＦ１を除き、半導体スイッチ１３の温度を測定する温度センサＴ１と、半導体スイッチ１３の温度が異常温度となったときに外部に報知する報知部１６と、を設けた構成となる。よって、図１の実施の形態のハイブリッドリレーと共通する構成については同一の参照符号を付けて説明を省略し、以下では、温度センサについて説明する。

温度センサＴ１は、サーミスタなどのような感温素子によって構成され、図１の実施の形態のハイブリッドリレーにおける温度ヒューズＦ１と同様、半導体スイッチ１３におけるトライアックＳ２の温度を検出するべく、トライアックＳ２の表面または近傍に固定される。そして、温度センサＴ１は、所定の測定タイミング毎に、測定した半導体スイッチ１３の温度を、信号処理部１５に通知する。

信号処理部１５には、スピーカまたはブザーなどの発音体や、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）または液晶ディスプレイなどの表示装置によって構成される報知部１６が接続されており、半導体スイッチ１３の異常発生が外部に通知される。

すなわち、温度センサＴ１によって半導体スイッチ１３の温度を検出して、異常温度であれば、報知部１６を駆動して、その異常発生を外部に通知する。

信号処理部１５は、このとき、トランジスタＴｒ１のベース電極に制御信号を与えて、トランジスタＴｒ１をＯＮにして、機械式接点スイッチ１２を閉にする構成としてもよい。このようにすれば、機械式接点スイッチ１２による給電路が主要な給電路として強制的に形成されて、半導体スイッチ１３による給電路に流れる電流量を抑制できる。よって、半導体スイッチ１３を構成するトライアックＳ２及びフォトトライアックＳ３それぞれに流れる電流量が低減されて、半導体スイッチ１３による高熱の発生を防止できる。また、報知部１６による報知動作を実行することにより、外部に対して、半導体スイッチ１３が異常温度である旨を通知でき、使用者に、半導体スイッチ１３の寿命を早急に知らせることができる。
なおこの場合、実施の形態１の温度ヒューズＦ１と併用してもよい。またこのとき、温度センサＴ１により報知部１６を駆動する温度に比べて温度ヒューズＦ１の溶断する温度を高く設定しておくことで、早めに高熱発生を報知することができる。

（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４のハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図５は、実施の形態４のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。なお、図１に示した実施の形態１のハイブリッドリレ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。

本発明の実施の形態４のハイブリッドリレーは、図５（ａ）に示すように、図１に示した実施の形態１のハイブリッドリレー１の基本的な構成に、第２の機械式接点スイッチ１７を加えたものである。
すなわち、この実施の形態は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続される端子１０と、負荷３の他端に接続される端子１１と、端子１０，１１に両端が接続される接点部Ｓ１を有する第１の機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ５を有する第２の機械式接点スイッチ１７と、接点部Ｓ５の他端に一方の電極が接続され、端子１１に他方の電極が接続されたフォトトライアックＳ３を有する半導体スイッチ１３と、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１７と半導体スイッチ１３のそれぞれのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御を行う信号処理回路１５とを備える。以下、２つの機械式接点スイッチを有する回路においては、第１および第２の機械式接点スイッチ１２，１７とするが、第１の機械式接点スイッチ１２は前記実施の形態で用いた機械式接点スイッチ１２と同様であり、同一符号を付すものとする。

図５（ａ）に示す第１の機械式接点スイッチ１２、第２の機械式接点スイッチ１７の構成は、図１に示した機械式接点スイッチ１２と同様である。また、図５における半導体スイッチ１３の構成は、図１における半導体スイッチ１３と同様であるが、フォトトライアックＳ３の一方の電極は、温度ヒューズＦ１を介して、第２の機械式接点スイッチ１７の接点部Ｓ５の他端に接続されている。

すなわち、この実施の形態のハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチ１２、１７と、該第２の機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチ１３とを備え、交流電源２より負荷３に供給する給電路として、第１の機械式接点スイッチ１２による第１給電路と、第２の機械式接点スイッチ１７と半導体スイッチ１３とを直列に構成した第２給電路とを、並列に備えたハイブリッドリレーであり、半導体スイッチ１３の温度が所定温度以上となったときには断線する温度ヒューズＦ１が、第２給電路上に設けられている。温度ヒューズＦ１の作用、効果は、図１に示した本発明の実施の形態１のハイブリッドリレーと同様である。

図５（ｂ）に示すハイブリッドリレーは、図５（ａ）に示すハイブリッドリレーの変形例で、第１の機械式接点スイッチ１２、第２の機械式接点スイッチ１７、半導体スイッチ１３の構成が異なっている。

すなわち、第１の機械式接点スイッチ１２は、ラッチング型の機械式接点スイッチで、接点部Ｓ１をＯＮ（閉）に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ３と、接点部Ｓ１をＯＦＦ（開）に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ４とを備える。磁気コイルＬ３の一端は、逆流防止用のダイオードＤ１を介して信号処理回路１５に接続され、他端は接地されている。一方、磁気コイルＬ４の一端は、逆流防止用のダイオードＤ３を介して信号処理回路１５に接続され、他端は接地されている。磁気コイルＬ３に並列に接続されたダイオードＤ２、磁気コイルＬ４に並列に接続されたダイオードＤ４は、バイパス用のダイオードである。

一方、第２機械式接点スイッチ１７は、磁気コイルＬ５を備える。磁気コイルＬ５の一端は、逆流防止用のダイオードＤ５を介して信号処理回路１６に接続され、他端は接地されている。磁気コイルＬ５に並列に接続されたダイオードＤ６は、バイパス用のダイオードである。

半導体スイッチ１３は、トライアックＳ２と、トライアックＳ２の一方の電極とゲート電極との間に並列に接続された抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１と、トライアックＳ２のもう一方の電極に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端に一方の電極が接続されたフォトトライアックＳ３を備えたフォトトライアックカプラ１４とによって構成される。フォトトライアックカプラ１４は、抵抗Ｒ３を介して、信号処理回路１５に接続された発光ダイオードＬＤを更に備え、フォトトライアックＳ３に、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光される構造である。なお、フォトトライアックＳ３は、ゼロクロス機能を備えた半導体スイッチング素子であり、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光されたとき、一方の電極側に交流電源２による交流電圧の中心電圧（基準電圧）を検出して初めて導通（ＯＮ）する。

温度ヒューズＦ１は、フォトトライアックＳ３の温度検出素子として機能させるために、フォトトライアックＳ３の表面または近傍に固定されている。なお実施の形態１０で後述するように、フォトトライアックＳ３のパッケージの凸部の上面に温度ヒューズＦ１の本体部が設置されるようにすることで、より効率よく機能する。

なお、本実施の形態において、図５（ａ）に示したように、半導体スイッチ１３の温度が所定温度以上となったときには断線する温度ヒューズＦ１が、第２給電路上であって第２の機械式接点スイッチ１７と半導体スイッチ１３の間に設けられているが、この位置に限定されるものではない。例えば、図６（ａ）に示すように、この温度ヒューズＦ１が、第２給電路と第１の給電路の接続ノードに近い側で、第２給電路上に設けられていても良い。また、図６（ｂ）に示すように、この温度ヒューズＦ１が、交流電源２と第１の機械式接点スイッチ１２との間すなわち、第１の給電路上に設けられていても良い。

また、図５（ｂ）に示したように、第１の機械式接点スイッチ１２をラッチング型の機械式接点スイッチとし、第２の機械式接点スイッチ１７を磁気コイルＬ５を加えたもので構成した場合にも同様に温度ヒューズＦ１の位置を変えることも可能である。例えば、図７（ａ）に示すように、この温度ヒューズＦ１が、第２給電路と第１の給電路の接続ノードに近い側で、第２給電路上に設けられていても良い。また、図７（ｂ）に示すように、この温度ヒューズＦ１が、交流電源２と第１の機械式接点スイッチ１２との間すなわち、第１の給電路上に設けられていても良い。

（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５のハイブリッドリレーについて説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）示したハイブリッドリレーはいずれも、図５（ａ）に示した実施の形態４のハイブリッドリレーの変形例である。図８（ａ）では、トライアックＳ２の異常温度を検出する温度ヒューズＦ２を、トライアックＳ２の一方の電極と、第２の機械式接点スイッチ１７との間に設けている。また、図８（ｂ）では、温度ヒューズＦ３を、フォトトライアックＳ３の一方の電極と、第２の機械式接点スイッチ１７との間に設けている。このようにしても、図５（ａ）に示す実施の形態のハイブリッドリレーと同様の効果が得られる。

（実施の形態６）
次に本発明の実施の形態６のハイブリッドリレーについて説明する。図９は実施の形態６のハイブリッドリレーの内部構成を示す図である。この例では、図５（ａ）に示した実施の形態４のハイブリッドリレーから温度ヒューズＦ１を除き、トランジスタＴｒ１のエミッタ・コレクタ間に接続した温度スイッチＳ４を設けた構成となる。温度スイッチＳ４の作用、効果は、図３に示した実施の形態２と同様である。

（実施の形態７）
次に本発明の実施の形態３のハイブリッドリレーについて説明する。図１０は実施の形態７のハイブリッドリレーの内部構成を示す図である。この例では、図５（ａ）の実施の形態４のハイブリッドリレーから温度ヒューズＦ１を除き、半導体スイッチ１３の温度を測定する温度センサＴ１と、半導体スイッチ１３の温度が異常温度となったときに外部に報知する報知部１６とを設けた構成となる。温度センサＴ１、報知部１６の作用、効果は、図４に示した実施の形態３のリレースイッチと同様である。

（実施の形態８）
次に本発明の実施の形態９のハイブリッドリレーについて説明する。以上説明してきた実施の形態では、温度ヒューズなどの安全回路部は半導体スイッチによる第２給電路に設けているが、温度ヒューズなどの安全回路部を機械式スイッチによる第１給電路に設けてもよい。その一例を図１１に示す。この例では、実施の形態１のハイブリッドリレーの構成において、温度ヒューズＦ１を第１給電路すなわち、機械式スイッチによる給電路に設けている。この構成によれば、機械式スイッチが誤動作により、発熱したような場合にも、給電路が遮断され、安全に維持することができる。ただしこの場合は給電路が遮断され、負荷への電流供給が停止してしまうという不都合がある。
このように、温度ヒューズＦ１を第１給電路に設けたが、第１及び第２の給電路の両方に設けるようにしてもよい。この場合、温度ヒューズの溶断温度を第１の給電路側の方が高くなるようにしてもよい。すなわち、安全制御温度を機械式スイッチ側で半導体スイッチ側よりも高くすることで、機械式スイッチが所定温度となったら、いかなる場合も第１の給電路を閉じ、負荷への電流供給を遮断するようにしてもよい。
なお、以上の、実施の形態１乃至３または実施の形態４乃至９において、温度ヒューズＦ１，Ｆ２，Ｆ３，あるいは温度センサ、温度スイッチを併用してもよい。その場合、設定温度を変え、段階的に安全制御を行うことができるように構成することで、より効率的な安全制御が可能となる。

（実施の形態９）
次に、本発明の実施の形態９として、このハイブリッドリレーの回路配置について説明する。
図１２は４個のハイブリッドリレーの半導体スイッチのそれぞれに温度ヒューズＦ１を設けたプリント配線基板１００の上面図である。図１３（ａ）および（ｂ）は半導体スイッチと温度ヒューズの正面図および側面図である。この例では、半導体スイッチ１３を構成するフォトトライアックＳ３のパッケージ２０１の凸部２０２の上面に温度ヒューズＦ１の本体部３０１が設置されている。そして、温度ヒューズＦ１のリード端子３０２，３０３の一方のリード端子３０２がフォトトライアックＳ３のパッケージ２０１の中心に密着して配置されている。温度ヒューズＦ１とフォトトライアックＳ３の実装幅Ｗ_２は温度ヒューズＦ１のリード端子間距離Ｗ_１としたとき、Ｗ_２＞Ｗ_１となるようにリード端子３０２は折り曲げられている。温度ヒューズＦ１の中心の高さをＨ_１，本体部の高さをＨ_２とした。
この構成によれば、上方からの応力に対してフォトトライアックＳ３のパッケージ２０１の凸部２０２に温度ヒューズＦ１の本体部３０１が当接することで、温度ヒューズＦ１の位置を固定することができる。また、この位置を確保していることで、リード端子３０２，３０３と他の部品との絶縁距離を確保することができ、負荷に強いハイブリッドリレーを提供することが可能となる。
また温度ヒューズＦ１のリード端子３０２，３０３のうち一方をフォトトライアックＳ３のパッケージ２０１の中心に密着して配置することで、フォトトライアックＳ３により、温度ヒューズＦ１が倒れるのを防ぐことができる。また、フォトトライアックＳ３も温度ヒューズＦ１側に倒れるのを防ぐことができる。このようにして、温度ヒューズＦ１とフォトトライアックＳ３とが相互に支え合うことになり、基板面に対する角度を維持することができる。この結果、温度ヒューズＦ１とフォトトライアックＳ３はいうまでもなくこれらと、他の部品との絶縁距離を確保し、さらに信頼性を高めることが可能となる。

以上説明してきたように、本発明のハイブリッドリレーは以下の構成を備えるものを含む。
本発明のハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、この機械式接点スイッチによる第１給電路と、半導体スイッチによる第２給電路とを並列に構成したハイブリッドリレーであって、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに断線する温度ヒューズを、第２給電路上に設けたことを特徴とする。

また、本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、前記機械式接点スイッチによる第１給電路と、半導体スイッチによる第２給電路とを並列に構成したハイブリッドリレーであって、半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、駆動部を動作させて機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチを設けたことを特徴とする。

また本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、前記機械式接点スイッチによる第１給電路と、前記半導体スイッチによる第２給電路とを並列に構成したハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出された前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、前記駆動部を動作させて前記機械式接点スイッチの接点を閉じる制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、前記第１の機械式接点スイッチによる第１給電路と、前記第２の機械式接点スイッチと前記半導体スイッチとを直列に構成した第２給電路とを、並列に備えたハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには断線する温度ヒューズを、前記第２給電路上に設けたことを特徴とする。

また、本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、前記第１の機械式接点スイッチによる第１給電路と、前記第２の機械式接点スイッチと前記半導体スイッチとを直列に接続した第２給電路とを、並列に構成したハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに前記第１の機械式接点スイッチの駆動部を動作させて前記第１の機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチを設けたことを特徴とする。

また、本発明によるハイブリッドリレーは、駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチと、該機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、電源より負荷に供給する給電路として、前記第１の機械式接点スイッチによる第１給電路と、前記第２の機械式接点スイッチと前記半導体スイッチとを直列に接続した第２給電路とを並列に構成したハイブリッドリレーであって、前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出された前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、前記第１の機械式接点スイッチの駆動部を動作させて前記第１の機械式接点スイッチの接点を閉じる制御部とを備えたことを特徴とする。

なお、上記ハイブリッドリレーは、前記半導体スイッチが所定温度以上となったときに外部に異常を報知する報知部を、更に備えてもよい。

１ ハイブリッドリレー
２ 交流電源
３ 負荷
１０，１１ 端子
１２ 機械式接点スイッチ（第１の機械式接点スイッチ）
１３ 半導体スイッチ
１４ フォトトライアックカプラ
１５ 信号処理回路
１６ 報知部
Ｆ１〜Ｆ３ 温度ヒューズ
Ｓ２ トライアック
Ｓ３ フォトトライアック
Ｓ４ 温度スイッチ
Ｓ５ 接点部
Ｔ１ 温度センサ
２０１ パッケージ
２０２ 凸部
３０１ 本体部
３０２，３０３ リード端子

Claims (10)

1. 駆動部により接点が開閉される機械式接点スイッチと、
   前記機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、
   電源より負荷に供給する給電路として、前記機械式接点スイッチによる第１給電路と、
   前記半導体スイッチによる第２給電路とを並列接続したハイブリッドリレーであって、
   前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに給電制御を行う安全回路部を具備したハイブリッドリレー。
2. 請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記安全回路部は、
   前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに断線する温度ヒューズであるハイブリッドリレー。
3. 請求項２に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記温度ヒューズが、前記第２給電路上に設けられたハイブリッドリレー。
4. 請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記安全回路部は、
   前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、前記駆動部を動作させて
   前記機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチであるハイブリッドリレー。
5. 請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記安全回路部は、
   前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出された前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときには、前記駆動部を動作させて前記機械式接点スイッチの接点を閉じる制御部とを備えたハイブリッドリレー。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のハイブリッドリレーであって、
   駆動部により接点が開閉される第１、第２の機械式接点スイッチと、
   前記機械式接点スイッチと並列に接続される半導体スイッチとを備え、
   電源より負荷に供給する給電路として、前記第１の機械式接点スイッチによる第１給電路と、前記第２の機械式接点スイッチと前記半導体スイッチとを直列に接続した第２給電路とを、並列に構成したハイブリッドリレー。
7. 請求項６に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記半導体スイッチの温度が所定温度以上となったときに前記第１の機械式接点スイッチの駆動部を動作させて前記第１の機械式接点スイッチの接点を閉じる温度スイッチを設けたことを特徴とするハイブリッドリレー。
8. 請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記安全回路部は、前記半導体スイッチのパッケージの凸部の上面に設置されたハイブリッドリレー。
9. 請求項８に記載のハイブリッドリレーであって、
   前記安全回路部は温度ヒューズであり、前記温度ヒューズのリード端子の一方が前記半導体スイッチのパッケージの中心に密着して配置されたハイブリッドリレー。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項において、
    前記半導体スイッチが所定温度以上となったときに外部に異常を報知する報知部を、更
    に備えたことを特徴とするハイブリッドリレー。

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