JPH02201840A - スイッチ機構 - 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） 本発明は電気回路を選択的に閉成（または開成）するス
イッチ機構、とくに長時間にわたる特定の条件のもとて
ワンシミツト装置するばね駆動のスイッチ機構に関する
。

（従来技術） 従来より多くの電気回路用のスイッチ機構か知られてい
る。これらのスイッチ機構の多くは、リレーなどのよう
な電気機械的な性質を有するものである。そしてこの電
気機械的なスイッチ機構はラッチリレーなどのようなワ
ンシミツト装置である。すなわち、制御信号を受けると
、このワンショット・スイッチ機構は起動されて所定の
位置または状態に移行する。代表的には、ラッチリレー
などの場合のように、装置の位置または状態は、異なる
（または次の）制御信号を受けると変化するが、最初の
状態へ戻る。

さらに、別の電気回路用のスイッチ機構もよく知られて
いる。たとえばこれらのスイッチ機構の多くは半導体タ
イプである。同様に、比較的小さな電圧、電流および／
または電力によって動作できる他のタイプのスイッチ機
構も知られている。

結局、これらのスイッチ機構の性能および応用はいくら
か限られたものである。

また、遠く離れた。あるいは人に危害を与える敵対的な
環境を含む状況もあり、この場合、スイッチ機構はこの
遠隔あるいは敵対的な環境下にあってたとえば数年とい
った長時間にわたって信頼できる動作ができなければな
らない、このタイプの装置では、遠隔または敵対的環境
に置かれたスイッチ機構は特定の用途において高い信頼
性をもって使用できるように構成されていなければなら
ない。

遠隔または敵対的環境の例は、極端な温度および圧力を
伴なう宇宙空間、水中、および地下である。これらの場
合、非常に多くの、および／または実質的に冗長な電気
回路を使用することが頻繁に要求される。この場合、あ
る冗長回路を選択的に接続したり切り離したりすること
によって、回路の動作を制御するために、スイッチ機構
を使用することかできる。これにより電力消費を減少さ
せたり、不良回路を削除したり、不良回路を正常な回路
に置き替えたり、または単に回路の構成を変えることも
てきる。

その１つの応用例は、宇宙船内において太陽エネルギー
を電気エネルギーに変換する装置に用いられる回路であ
る、この場合は複数の太陽エネルギーの貯蔵または変換
回路および／または装置か適当な直列および並列回路装
置に接続される。

個々の電気または太陽エネルギーの貯蔵または変換回路
が正しく作動しているかどうか検知および決定すること
か可能である。これは遠隔操作などを介して達成される
。１またはそれ以上の太陽エネルギーの貯蔵または変換
回路（またはセル）か故障したことが示されたときは、
不必要な短絡、負担などを防ぐために、その故障したセ
ルを全体の回路またはパネルから除去することが強く望
まれている。

故障したセルを除去するための簡単で効果的な方法は、
これらのセルを選択的にバイパスするが、またはこれら
のセルを残りのセルから切り離す適当な短絡または切換
回路を設けることである。

（発明が解決しようとする課題） このように上記切換動作を長期間の後高い信頼性をもっ
て実現できるスイッチ機構が強く望まれている。

たとえば、宇宙船またはサテライトではソーラーセルま
たはパネルが故障するまでには多くの年月がかかる。そ
の時、しかもその時だけ、故障したユニットを回路から
取り除くことか望まれる（または必要である）、結局、
スイッチ機構は確実に動作しなければならない。

その上、このスイッチ機構は、回路の短絡（または切断
）を行なった後は、新しき位置にいつまでも留まること
かできることか大切である。そうてないと、もしスイッ
チ機構か初期位置に戻ってしまうと、それによって誤動
作が発生する。

（課題を解決するための手段） 本発明は高い信頼性をもってワンショットスイッチ装置
として作動するように構成されたスイッチ機構またはス
イッチ組立体を提案するものである。このスイッチは小
さな間隙によって隔てられた少なくとも２つの不動の端
子を有している。この小さな間隙はばねにより駆動され
る可動接点によって選択的に接続される。この可動接点
は好ましくは２つの不動の端子に係合するようにＶ字形
に形成され、そして端子間の間隙を橋渡しする。可動接
点を選択的に移動または駆動させるためにばね機構が使
用される。

このばね機構は、典型的には、特定の状態または位置に
曲げられまたは圧縮され、制御端子に取付けられた制止
ワイヤによって、その曲げられたまたは圧縮された状態
か維持される。２つの制御端子に選択信号が与えられる
と、選択（または制御）信号により制止ワイヤが溶かさ
れ、蒸発され、または破壊される。制止ワイヤが破壊さ
れると、曲げられ圧縮されたばね機構か解除され、可動
接点が移動して最初に述べた端子と電気的、機械的に接
触する。ばね機構は可動接点を新たな位置つまり不動の
端子と電気的に接触する位置に保持するための充分な力
を有するように構成され、それにより所望の短絡または
切断動作が実現される。

この機構はハウジング内に取付けすることかでき、この
ハウジングはヘルメット状に密閉することかできる。必
要があれば、不活性ガスなどの適当な気体を封入するこ
とかできる。

（実施例） 次に第１図ないし第４図を共に参照して本発明によるス
イッチ機構の好ましい一実施例について説明する。第１
図ないし第４図において、同じ参照番号は同じ構成部分
を示している。とくに第１図には通常の不作動状態のス
イッチが示されている。そして短絡バー１は制止された
位置にあってブリッジワイヤ（制止ワイヤ）２によって
引込んだ状態に保持されている。

また板ばね３および圧縮ばね（コイルばね）４もブリッ
ジワイヤ２によって曲げられた状態に保持されている。

支持ブラッケット５はベース９に固定されている。この
ベース９は３０４Ｌステンレス鋼の遅延タイプのヘッダ
である。ブリッジワイヤ２はセラミックスプール６の回
りに巻きつけられ、セラミックスブール６は支持ワイヤ
３０の回りで回転目在てあり、支持ワイヤ３０はスプー
ル６を短絡バーｌに取付けている。ブリッジワイヤ２の
両端はそれぞれブリッジワイヤ接地ピン７および駆動信
号ピン８に取付けられている。ピン８は高温ガラスセラ
ミックビートによってベース９から電気的に絶縁されて
いる。このビード１５は電気的な絶縁ばかりでなく、ガ
ラスと金属とを円柱状に封止している。ブリッジワイヤ
接地ビン７はベース９に電気的に接続されている。

通常開状態（実線で示す）で示されている電気回路素子
は接地ピン１１に取付けられて電気的に共通の接点１０
１電気的に絶縁されたピン１３に取付けられた通常開接
点１２．および前述した金メツキされた銀の短絡バー１
である。ピン１１および１３は、実際のところ、このス
イッチ機構の作用によって選択的に短絡されるこの装置
の構成要素である。ピン１１および１３は、代表的には
、比較的大きな直径をもつ銅を核とした合金５２または
ＲＡ　３３３の棒部材てあり、５０アンペアまでの電流
を流せる大きさのものである。ピン１１および１３には
成形された接点１０および１２かそれぞれ溶接され、こ
れらは接触抵抗を最小にするため金メツキされたカンサ
ル（ｃｏｎｓｕｌ）９９５銀合金から成る。これらの２
つの不動の接点は少しのギャップで隔てられている。ピ
ン１３は高温ガラスセラミ・ンクビード１４によって電
気的に絶縁されている。接地ピン１１はベース９に電気
的に接続されている。

図に示す実施例ては、蓋５０はピン１１を通す穴を有し
ている。代表的には、おわん形の蓋５０は適所に押厚さ
れてヘルメット状の密閉された組立体を形成している。

たとえばレーザ溶接などで金属カップ状の蓋５０をベー
ス９に溶接すれば密閉構造ができ、この中に不活性ガス
などの最適なガスまたは混合ガスを勤人することができ
、貯蔵寿命が長くなる。最終の貯蔵過程て蓋５０をベー
ス９およびピン１１に溶接すれば、組立、調整および検
査を完全にすることかできる。

この好ましい実施例において、可動接点すなわち短絡バ
ー１はＶ字形で、金メツキされた銀合金の素子である。

短絡バー１は板ばね３に当接している。板ばね３は好ま
しくは２つの支持ポスト１６の間に支持された平ばねで
あり、その両端３Ａは自由に動くことができる０通常の
スイッチ開状態においては、板ばね３は、板ばね３の中
央および可動接点である短絡バーｌの両方が端子１１Σ
よび１３とそれぞれ結合された不動接点１０および１２
から離れる方向に曲げられている。また圧縮またはコイ
ルばね４は曲げられた板ばね３と支持ブラケット５との
間で圧縮されている。板ばね３は曲げられた状態で保持
され、コイルばね４はニッケルークロム−アルミニウム
から成る制止ワイヤ２の長さにより圧縮された状態で保
持されている。この制止ワイヤ２は圧縮ばね４を通って
可動接点ｌに取付けられたセラミックスブール６の周り
に巻かれ、その両端は接点端子７および８に取付けられ
ている。

ブリッジワイヤ２を構成する合金は非常に低い熱抵抗係
数を有し、これによって小電流状態における熱暴走およ
び不作動を防止する。ブリッジワイヤ２はスイッチ駆動
回路（図示せず）に対して１オームであるように形成さ
れ、これによって電圧を１８ボルト降下させることがで
き、スイッチを確実に作動させる。１アンペアては、ブ
リッジワイヤ２は作動しないようになっており、漏れ電
流や電磁放射による誤動作が起こらないように保障され
ている。

バッテリモニタ回路（図示せず）が故障したバッテリセ
ルを検知すると、それと連絡されたスイッチ駆動回路（
図示せず）が、故障したバッテリセル間に接続されたス
イッチ装置の端子７．８間に適当な信号たとえば直流２
８ボルトを印加する。すると制止ワイヤ２が熱くなって
溶解または蒸発する。この動作は一実施例では２０ミリ
秒以内に起こる。これによって短絡バーｌの制止は解除
され、ばね３，４は共に自由に加速されてくさび形の短
絡バーｌを新たな休止位置（破線で示す）へ移動させ、
短絡バー１を共通接点１０および通常開接点１２と係合
させる。とくにコイルばね４はその圧縮位置から開放さ
れ、板ばね３を押して短絡バーｌを前方へ駆動する。こ
の状態でピン１３と接地ピン１１との間の電気回路か形
成され、この回路は大電流を流すことができる。このス
イッチは５０アンペアのバッテリ電流を流すように小さ
い抵抗を有している。ばねによって駆動されるくさび形
の可動接点である短絡バーｌも同様の構成である。この
接触構造によれば共働する部材か広い接触領域をもって
密に接触するように作動され、駆動ばねの力によってこ
の接触位置に確実に保持される。またこの構造によって
こする作用か与えられ電気的接触か高まる。

さらに制止ワイヤ２は直流２８ボルトのスイッチ駆動回
路への回路をオーブンにし、電流が流れなくなる。した
がってスイッチ駆動回路はスイッチ駆動信号を停止させ
る必要はない。

第２図はスイッチ機構１００の平面図である。

支持ブラケット５は適当な方法でベース９に取付けられ
る。たとえば図に示すように溶接ポスト２０に溶接され
る。溶接ポスト２０は適当な絶縁手段２１によってベー
ス９から電気的に絶縁される。

ブリッジワイヤ２はたとえばエバノーム（Ｅｖａｎｏｈ
■）ワイヤてあり、ピン７および８に巻かれて、たとえ
ば溶接などで取付けられている（第１図および第３図参
照）。ブリッジワイヤ２はセラミックスプール６の周り
に巻かれている。短絡バー１はブリッジワイヤ２か切れ
ていないときは引込んだ位置（実線で示す）にある。

逆に、ブリッジワイヤ２が適当な制御信号の結果破壊さ
れたときは、ばね３および４が作動して短絡バー１を前
方へ押しく破線で示す）、接点層１０および１２と接触
させてその間を電気的に短絡させる。すなわちブリッジ
ワイヤ２が切れたときはコイルばね４によって板ばね３
か前方へ曲げられる。これにより板ばね３の疲労による
万一の変化が避けられる。

容器、絶縁部材、フユーズワイヤ、駆動ばねおよび接点
の材料の選択およびそれらの機械的配置は、広い温度範
囲（−８０″Ｃから６００’Ｃまで）にわたって接触抵
抗か小さく且つ寿命が長くなるように（作動または不作
動状態において）行なわれる。

このスイッチ装置のおおよその寿命は作動または不作動
状態にＳいて２５年またはそれ以上である。実施例の定
格は４５０℃（不燃）において連続電流５０アンペアで
ある。装置の重量の好ましい実施例は１８．５グラムた
けであり、通常開状態または閉状態においてスイッチを
維持するための電力は一切必要とされない、唯一必要な
電力はブリッジワイヤ２に印加するたとえば１８ボルト
の短時間のパルスたけである。

第３図および第４図はスイッチ機構の機械的構智 造の詳細を示している。もちろん、この構成の変形も考
えられる。たとえば板ばね３を支えるボスト１６および
ブラケット５をベース９上に板ばねを受けるように設け
た複数のひもまたはつめによって構成することもできる
。

このユニットの取付装置として様々なものか考えられる
。たとえばバッテリセルの容器またはその近くの構造物
と溶接するためのストラップ（ｓｔｒａρ）を設けるこ
とかできる。大電流端子の１つはケースおよび取付スト
ラップに電気的に接続し、導線を１つ省くこともてきる
。このときの端子は、モリブデン、ニッケル、銀、銅ま
たはアルミニウムから成る導電ストラップを溶接または
半田づけできる適当な耐性を宥している０本装置の好適
な実施例は直径は０．７５インチ（約１．９ｃｍ）、高
さは端子ビンを除いて０．５インチ（約１．３ｃｍ）で
ある。

典型的には、１つのスイッチ装置が高温バッテリの格セ
ルに接続され、セルが満足に動作しないときにはそのセ
ルを短絡させる。各セルの状態は別の装置によってモニ
タされ、この装置は必要なときに直流２８ボルトの信号
を出力して該当するスイッチ装置を作動させる。１アン
ペア以下の電流はブリッジワイヤ２には何ら影響かない
ので、最終的にはフユーズワイヤを作動させるのに用い
られる同じ回路（図示せず）をその前に用いてセルの状
態をモニタすることかできる。この動作は熱の浸透を最
小にし、結局熱損失を減少させて全体の効率を高める。

駆動信号は瞬間的なパルスであり、閉状態においてはス
イッチを維持するための電力は不要である。

スイッチは、バッテリ動作のために必要な３５０℃から
４５０℃の温度に連続してさらされるので、スイッチは
この温度に影響されない材料によって製造されることが
好ましい。この温度に有機物材料を長詩間さらすと接点
の表面に有機残留物か堆積され、構造的な劣化も生じる
ので、有機物材料は一切使用してはならない。また全て
非有機物材料を使ったとしても、強い接触領域、バッテ
リ電流に対する小さい抵抗路を確保するため、接触力は
できるだけ大きくすべきである。

このように、以上説明したスイッチでは、理想的に選択
された材料の非類の組合せおよび望ましい機械的配列を
行ない、非常に高い温度の下で長期間の信頼性をもって
大電流を切換えるコンパクトな装置を提供する。この機
械的配列は機械部材に与えるストレスが小さく、そのた
め長期間にわたり高い温度に対する信頼性か得られる。

さらにスイッチ構成の機械的配列は比較的簡単な組立体
を提供し、同様に上述したように信頼性を向上させる。

以上好ましい実施例を説明したが、これらの変形か当業
者によって考えられることは明らかである。しかし、以
上の記述の範囲に該当するいかなる変形も同様にこれら
の中に含まれるべきである。すなわち、以上の記述は単
に説明のためだけのものであり、発明を制限することを
意図したものではない。本発明の範囲は別記した特許請
求の範囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に本発明によるスイッチ機構の一実施例
の斜視図、第２図は本発明による装置の平面図であり、
制止された位置（実線）および解除位置（破線）におけ
る可動接点を示す。第３図は制止された位置におけるス
イッチ機構の側面図、第４図は制止された状態における
スイッチ機構の端面図である。 １・・・短絡バー、２・・・ブリッジワイヤ（制止ワイ
ヤ）、３・・・板ばね、４・・・圧縮ばね（コイルばね
）、７・・・ブリッジワイヤ接地ビン、８・・・駆動信
号ビン、１１．１２−・・ビン

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに離して設けられた第１の１対の導電性端子
   と、互いに離して設けられ且つ前記第１の１対の導電性
   端子からも離して設けられた第２の１対の導電性端子と
   、前記第１の１対の導電性端子と選択的に電気的に接触
   し、前記第１の１対の導電性端子間を電気的に接続する
   接触手段と、前記接触手段に選択的に力を加えて前記接
   触手段を移動させるばね手段と、前記第２の１対の導電
   性端子間に接続され、前記ばね手段を制止して前記接触
   手段を前記第１の１対の導電性端子から離れた位置に保
   持するフュージブルリンクとを有することを特徴とする
   ばね駆動のスイッチ機構。
2. （２）前記フュージブルリンクは、制御信号が前記第２
   の１対の導電性端子を介して印加されると破壊されるよ
   うに構成された請求項１に記載のスイッチ機構。
3. （３）前記ばね手段が板ばねを有し、この板ばねが曲げ
   られて前記接触手段を移動させる力を与える請求項２に
   記載のスイッチ機構。
4. （４）前記ばね手段がコイルばねを有し、このコイルば
   ねが曲げられて前記板ばねを移動させる力を与える請求
   項３に記載のスイッチ機構。
5. （５）前記コイルばねが前記板ばねに力を加えるように
   取付けられた請求項４に記載のスイッチ機構。
6. （６）前記ばね手段を支持する支持手段を有する請求項
   １に記載のスイッチ機構。
7. （７）前記第１の１対の導電性端子が、それらに接合さ
   れた触接面を有する請求項１に記載のスイッチ機構。
8. （８）前記第１の１対の導電性端子が、５０アンペアま
   での電流を流すことができる請求項７に記載のスイッ機
   構。
9. （９）前記スイッチ機構を囲むハウジングを有する請求
   項１に記載のスイッチ機構。
10. （１０）前記ハウジング内に不活性ガスを有する請求項
    ９に記載のスイッチ機構。
11. （１１）前記接触手段が、前記第１の１対の導電性端子
    と選択的に接触するためのＶ字形の部分を有する請求項
    ２に記載のスイッチ機構。