JPH01152919A - 電気安全バリヤー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば危険な区域に存在している電気的回路や
装置を保護するために使用される如き並列ダイオードに
よる安全バリヤー（ｂａｒｒｉｅｒｓ　）に関するもの
である。

安全バリヤーはこれ等の回路や装置に到達する電圧と電
流を電気的な欠陥が生じた時に安全な領域に制限するも
のである。

危険区域における欠陥の結果としてその時に生ずるいか
なるスパークもそこに存在するかも知れない全ての可燃
性のガス、液体或いは他の材料を発火しないような程度
に制限される。

本発明はそのようなバリヤーに対する過電圧（ｏｖｅｒ
ｖｏ　１　ｔ　）の保護を提供することに特に関連する
ものである。

［従来の技術］ はとんどの並列ダイオード安全バリヤーはフユーズで保
３ｉ　（ｆｕｓｅ−ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ）されたもので
ある。

第７図の例示的回路に示されているように、それ等はフ
ユーズＦ、並列に接続された２個又は３個の一連のチェ
ナー或いはその他のダイオード、及び終端抵抗（ｔｅｒ
ｍｉｎａｔｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ）　Ｒ或いはその
均等物を含んでいる。

通常の操作においては、バリヤーは望ましい信号を通過
させ、ダイオードは作用しない。

然しなからバリヤーに付加される電圧が非常に高くなっ
た場合、その時、フユーズＦが溶断され（ｂｌｏｗ）ダ
イオードを損害から保護するものである。ダイオードは
バリヤーの出力電圧を制限し、又終端抵抗Ｒは電流を制
限する。

はとんどのバリヤーは両方向に信号を伝達するであろう
。そのいくつかは、一方向のみの伝達のために設計され
ている。

２個或いは３個の単一チャネルのバリヤーは実用上にお
いてしばしばマルチチャネルユニットとして特定の測定
或いは制御への応用のため結合せしめられる。

フユーズを含むバリヤーの部品は、関連当局の保証基準
が要求する条件を満足するキャスト成型物によってカプ
セル封止されている。

従って安全バリヤーは補修が出来′ない。

もしフユーズが溶断した場合には、バリヤーは使用不能
のものとなり他のバリヤーと置換される必要がある。そ
れに加えて、それが測定や制御のループをしてその作業
を停止せしめることになるというコスト上からみた欠点
を有している。

多くの応用において、安全区域において安全バリヤーが
接続される回路は、フユーズを溶断するための電圧及び
電流容量を持っておらず又このような回路における安全
バリヤーが作用不能の状態に置かれることはまれである
。

例えば危険領域のセンサーと接続されている増幅入力回
路、及び危険領域の制限装置と接続する電子制御器は通
常十分な出力を供給することが出来ない。

然しなから、操作中或いは初期の設定段階の間にフユー
ズが意に反して溶断してしまうような応用分野が存在す
る。

かかる応用分野のほとんどの場合には、バリヤーは安全
領域における電力供給源と接続されている。もし出力供
給電圧が不十分な状態で安定化せしめられるか或いはも
し供給が不能となるが誤って調整されるとすれば、それ
が接続されている全てのバリヤーにおけるフユーズを溶
断するかも知れない。

同じような効果が、待機バッテリーが充電状態に置かれ
るか或いは高い誘導負荷がスイッチされるか更にはもし
雷放電（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ）
に近い状態が生した時に供給線上における過電圧により
生じせしめられうる。

初期設定（ｉｎｉｔｉａｌ　１ｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ
）の間、もし電力供給が供給電圧に耐えられるように設
計されていないようなバリヤーチャネルと誤って接続さ
れた場合にはフユーズは溶断せしめられるかも知れない
。

・かかる特性の応用は安全バリヤーを通しての危険領域
におけるソレノイドバルブ、アラーム及び発光ダイオー
ド等の操作を含むものであり又、危険領域に位置せしめ
られているスイッチによって安全バリヤーを通して安全
領域にあるリレー或いはその他の装置を操作することを
含むものである。

これ等全ての例は電力源を必要としている。

かかるバリヤーはそれ故に高い抵抗を有していなければ
ならず又通常の作動電圧において十分な電力を伝達しな
いかも知れないので、多（の場合、高い電圧比率により
安全バリヤーを選択する明６′正な過程を採用すること
は現実的ではない。

このことは特に安全バリヤーが水素のような易発火性ガ
スが存在してもよい危険な領域における回路と共に使用
するのに適したものでなければならない場合に相当する
。

よ（採用されるこの問題に対する１つの解決方法は、電
力の供給と直列となる形で付加的フユーズを各バリヤー
の外方部に取り付ける。

然しなからかかる付加的なフユーズは重要な空間を占拠
するものであり又それ等を取りつけるための費用は相当
なものとなる。

更にそれ等は安全バリヤーにおけるフユーズよりも低い
定格（ｒａｔｉｎｇ）を有していなければならないので
、それ等は先に溶断してしまう。

従ってこのことは例えば、もしバリヤーが危険領域にお
いて短絡せしめられた場合に溶断することによりループ
の性能を低下せしめるものである。

これ等の付加的なフユーズは又ループの抵抗を増加させ
る。

選択可能な他の公知の解決方法はバリヤーそのものに第
２の置換可能なフユーズを取り付けることである。この
ことは空間の必要性を少なくし、又使用者側のトラブル
を減少させるが、然しその性能が低下するという同様の
欠点を被るものである。それは又、コストとバリヤーの
寸法を又増加させるものである。

更に、別の公知の解決方法は、各々のバリヤーチャネル
におけるフユーズのみを正しい値にある他のフユーズに
より置換を確実にする“′キーイング゛（ｋｅｙｉｎｇ
）のある形式を伴った置換可能な対象物となすものであ
る。

かかる解決方法はある国における当局の承認を受けうる
ちのであるが、多くの国においては受は入れ難いもので
ある。

これ等３種の公知の解決方法の各々はフユーズが溶断し
た場合にはその測定或いは制御のループがその操作を停
止するという大きな欠点を有している。

以下余白 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は制御されていない電圧の供給の下で使用
されるのに適合せしめられた過電正像３便を有する並列
ダイオード安全バリヤーを提供するものであり、又他の
目的は危険領域にあるスイッチ及びソレノイドに対する
保護を与えるための並列ダイオード安全バリヤーを提供
するものである。

更に本発明の他の目的は１チャネルバリヤー或いは２チ
ャネルバリヤーのいづれにも適用しうる並列ダイオード
安全バリヤーを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、電力供給源と接続されるように配列さ
れた並列ダイオード安全バリヤーであって、 並列ダイオード手段、１個又はそれ以上の溶断可能な部
品、及び該溶断可能な部品或いは少なくともその１つが
、通常の最大作業電圧より大なる印加電圧に対して保護
されるように配置された電流制御回路とを含む並列ダイ
オード安全バリヤーが提供される。

好ましくは、本発明の安全バリヤーは、もし過剰な電圧
が供給され、そして／或いはもし内部欠陥が進展した場
合における過剰加熱からバリヤーの部品を保護するため
の斬贋任手段を伴って提供されてもよい。

この方法は、例えばバリヤー内における相対的に高い電
圧に対する適切なチェナーダイオードで溶断しうる部品
或いは他の部品と関連して作動するチェナーダイオード
を組み込むことにより達成される。

安全バリヤー内における電流制限回路の使用は多くの利
点を持っている。

バリヤーは、バリヤーの作動電圧に達するまでの供給電
圧に基づいて実質的に正しく作動し又信号を伝達するこ
とを可能とする。

加うるに、電流制御回路は通常の最大作動電圧より大な
る印加電圧に対しフユーズを保護する。

これは、電流制限回路は通常は“クランプ゛′されるも
のであり又、小さな電圧降下のみを導入するものである
が然しそれはもしバリヤーに印加された電圧が通常の作
動電圧以上に増加したとしても、フユーズを溶断せしめ
ることのない値に電流を制限するように配置されている
。

更に、別の利点としては、かかる電流制限回路の使用は
、危険な領域における短絡によりフユーズが溶断されな
いということを確実にするという点にある。

又、該電流制限回路は簡単であり又コストも低い。

本発明の好ましい態様によれば、安全バリヤーは可能な
逆電圧の印加に対してフユーズを保護するための手段を
含むものである。

かかる構成はフユーズと直列に接続されるダイオードを
含めることにより達成されうる。

〔実施例〕

本発明をより十分に理解してもらうために、本発明にお
ける安全バリヤーについての幾つかの具体例を添付の図
面を参照しながら実施例の形で以下に説明する。

第１図に示される具体例においては、ソレノイドパルプ
、アラーム、発光ダイオードの列等を含む回路１０が危
険領域（ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ａｒｅａ）内に位置して
おり、そして安全領域に位置せしめられている 一般的には１２として表される並列ダイオード安全バリ
ヤーを通してこれも安全領域に位置しているスイッチ１
３により操作せしめられる。

各種の電気部品に対して図面において与えられている数
字的値は単に実施例として示されたものであり何ら限定
的な意味をもつものではないと理解されるべきである。

安全バリヤーは最大値＋３５Ｖとして表示されている電
力供給源１５と接続されている。

バリヤーは既製の過電圧検ｍ１（ｂｕｉｌｔｉｎ　ｏｖ
ｅｒｖｏｌｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　）を有しているの
で、電力供給源１５は、−船釣なバリヤーに対して必要
とされる厳密に制御された電力の供給を要求することな
しに広範囲の電圧域に関して変化しうる。

該安全バリヤー１２はフユーズＦＩ、チェナーダイオー
ド或いは他のダイオードから成る１つのチエイン又は複
数のチエイン及び終端抵抗Ｒ，を含んでいる。

該フユーズＦ１とダイオードのチエイン１４との間に一
般的に１６として表わされている電流制限回路１６が接
続されている。

ダイオードＤ１は、フユーズを可能性がある逆電圧の印
加から保護するためにフユーズと該電流制限回路１６と
の間で該フユーズＦ１と直列に接続されている。

これは安全バリヤーにおける任意的な態様である。電流
制限回路１６のような安全バリヤー内における電子回路
に関連して、もし過剰な電圧が印加された場合の過熱か
らバリヤーの部品を保護することが必要である。

これはフユーズＦ１と電流制限回路１６との間における
安全バリヤー内の相対的に高い電圧に対する適切な断熱
型（ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）チェナ−
ダイオードＤ２を設けることによって達成される。

電流制限回路１６は通常は゛クランプ′°されておりそ
して僅かな電圧降下のみを導入しているがもしバリヤー
１２に対して印加される電圧が通常時の最大作動電圧を
こえて増加せしめられた場合、電流をフユーズＦ１が溶
断しないような値にまで制限するように配慮されている
。該電流制御回路１６が安全フユーズＦ、と該安全バリ
ヤーの並列ダイオード要素の間に位置せしめられている
こと、即ち安全バリヤーの安全領域側に設けられている
ことは本発明の安全バリヤーにとって重要な特徴である
。

第１図に示される安全バリヤーの修正態様においては、
第２のフユーズが含まれうることであり、該第２のフユ
ーズは該電流制限回路１６と並列ダイオード１４との間
で該電流制限回路の危険領域側において該回路１６と直
列に接続されている。

かかる配列において、断熱型フユーズＦ、はそれ単独で
チェナーダイオードＤ２を保護するために使用され、文
筆２のフユーズはチェナーダイオード１４を保護する。

ある許認可を行う官庁はフユーズＦ、とダイオードＤ２
が取り付けられていなくてもこの修正態様を許可するで
あろう。

第２図はスイッチ２０が危険領域内に設けられており又
それが安全バリヤーを介して安全領域内にある例えばリ
レーのような負荷２２を操作するために配置されている
第２の具体例を示している。

危険領域のスイッチはしばしば処理工程が安全であるこ
とを確認する監視システムの一部となっている。

従って、その主要な要求は、その等を含む回路は危険領
域において接地不良が生じたような時には、“°フェイ
ルセーフ”　（ｆａｉｌ　５ａｆｅ）であるべきである
。即ちスイッチのオープン（開放）により負荷が非励起
状態となるべきであるということである。

このことは２つのバリヤーチャネルを必要とする。

第２図及び第３図に示される具体例は過剰電圧に対する
保護をもった２チャネルバリヤーである。

１つのチャネルは電力供給源（＋３５Ｖ−最大）に接続
されていて第１図に示されるように、上述した第２のフ
ユーズＦ２を有しているが、一方第２図に示すように第
２のチャネルは抵抗Ｒ２、並列に接続された２個或いは
３個の低電力チェナーダイオード２４、及びフユーズＦ
、とを含んでいる。

一連の２個或いは３個の通常のダイオードＤ３が並列ダ
イオード２４とフユーズＦ３との間に、ダイオードによ
る逆電圧バリヤー（ｄｉｏｄｌ−ｒｅｔｕｒｎｂａｒｒ
ｉｅｒ）として作動するために設けられている。

選択的には、第２のチャネルは第３図に示されているよ
うなものでもよい。

ここで第２のチャネルは抵抗Ｒ７，２個或いは３個の並
列に接続された一連のチェナーダイオード２４及びフユ
ーズＦ３を含んでいる。

２個或いは３個の一連の通常のダイオード或いはシゴッ
トキーダイオードＤｆｆが該第２のチャネルの危険な領
域側に設けられている。

第４図乃至第６図は第１〜３図における回路１６として
使用されることの出来る電流制限回路の３つの例を示し
ている。

各々の図において、断熱チェナーダイオードＤ２がフユ
ーズＦ、と共に又示されているが、然しなからいづれの
部品も電流制限回路それ自身の部分ではない。

第４図に示される電流制限回路は第１と第２のトランジ
スターＴ、とＴ２、トランジスターＴ。

のベースと直列に接続された抵抗Ｒ１、及びトランジス
ターＴ１のエミッターとフユーズＦ、との間に接続され
ている抵抗Ｒ４を含んでいる。

この回路はクランプされている時は低い直列電圧降下を
有している。それは殆どの応用においては重要ではない
並列状態での僅かな電流を引き出す。

第５図に示す回路はトランジスターＴ３とＴ４及びそれ
に組み合わされた抵抗Ｒ５とＲｈを含んでいる。

この回路は並列電流は引き出さないが大きな直列電圧陣
下を持っている。

第６図に示される回路は電圧制御を付加的に設けており
それによって電流は供給電圧がバリヤーの通常の作動電
圧を越えた時に制限値迄突然上昇することはない。

このことは多くのバリヤーを持っているシステムにとっ
て電力供給に関する要求を緩和する。

電流制限回路は、もしバリヤーの出力が減った時にのみ
実際的に作動状態となる。

かかる回路は３個のトランジスターＴＳ、Ｔ＆及びＴ、
とこれと組み合わされる抵抗Ｒ１〜ＲＩＧ及びトランジ
・スターＴ、のエミッターに接続されるチェナーダイオ
ードＤ４とを含んでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における安全バリヤーに関する第１の具
体例における概略回路ダイアグラムである。 第２図は本発明における安全バリヤーに関する第２の具
体例における概略回路ダイヤグラムである。 第３図は本発明における安全バリヤーに関する第３の具
体例における概略回路ダイアグラムである。 第４図は第１図、第２図、第３図における安全バリヤー
に使用されるために適した電流制限回路の１例を示す図
である。 第５図は電流制限回路に関する第２の実施例を示す図で
ある。 第６図は好ましい電流制限回路に関する第３の実施例を
示す図である。 第７図は公知の並列ダイオード安全バリヤーについての
概略回路ダイアグラムである。 １０・・・ソレノイドバルブ、アラームＬＥＤ等を含む
回路、 １２・・・安全バリヤー、１３・・・スイッチ、１４・
・・ダイオード、　　１５・・・電力供給源、１６・・
・電流制限回路、２０・・・スイッチ、２２・・・負荷
、 ２４・・・チェナーダイオード。 １＾× ← 一　　　　　　−−〒・−ｍ−・−−，１゜「 手続補正書（方式） 平成１年１月７２日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 事件との関係　　　特許出願人　　　゛名称　メジャメ
ントテクノロジーリミティド４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号静光
虎ノ門ビル　電話５０４−０７２１氏名　弁理士（６５
７９）青　木　　　朗（外４名） ５、補正命令の日付 昭和６３年１２月２０日（発送日） ６、補正の対象 図　　　面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 浄書図面　　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力供給源と接続されるように配列された並列ダイ
   オード安全バリヤーであって、 並列ダイオード手段、１個又はそれ以上の溶断可能な部
   品、及び該溶断可能な部品或いは少なくともその１つが
   、通常の最大作業電圧より大なる印加電圧に対して保護
   されるように配置された電流制御回路とを含むことを特
   徴とする並列ダイオード安全バリヤー。 ２、単一のフューズを有し、かつ該フューズは電流制限
   回路と電力供給源との間に接続されていることを特徴と
   する請求項１記載の安全バリヤー。 ３、該電流制限回路は該単一フューズと並列ダイオード
   手段との間に接続されていることを特徴とする請求項２
   記載の安全バリヤー。 ４、２個のフューズを有しかつそのうちの１つは電流制
   限回路と電力供給源との間に接続されており又他のフュ
   ーズは電流制限回路と並列ダイオード手段との間に接続
   されているものであることを特徴とする請求項１記載の
   安全バリヤー。 ５、過熱からバリヤーの部品を保護するための断熱手段
   を含んでいることを特徴とする前述した請求項のいづれ
   か１つに記載された安全バリヤー。 ６、該断熱手段はバリヤー内にチェナーダイオードを含
   んでいることを特徴とする請求項５記載の安全バリヤー
   。 ７、危険領域内におけるソレノイド、アラーム或いは発
   光ダイオードと接続されるべく配置された１チャネルバ
   リヤーであることを特徴とする前述した請求項のいづれ
   か１つに記載された安全バリヤー。 ８、危険領域内におけるスイッチに接続されるべく配置
   された２チャネルバリヤーであることを特徴とする請求
   項１乃至６記載の安全バリヤー。 ９、電力供給源と接続するための一方のチャネルは電流
   制限回路を含んでおり、 他のチャネルは更に並列ダイオード手段、少なくとも１
   つのフューズ及び該フューズと危険領域内のスイッチと
   の間において該少なくとも１つのフューズと直列に接続
   されたダイオード手段とを含むことを特徴とする請求項
   ８記載の安全バリヤー。 １０、逆電圧の印加に対して少なくとも１つの溶断可能
   な部品を保護するための手段を含むことを特徴とする前
   述した請求項のいづれか１つに記載された安全バリヤー
   。 １１、電力供給源は制御されていない電圧供給源である
   ことを特徴とする前述した請求項のいづれか１つに記載
   された安全バリヤー。