JPH0765685A - 高電圧リレーおよび細動除去器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極少量の時間内に高電圧を切り換え、また高
電圧を確実にかつ一貫して繰返し切り換えるリレー、お
よびこれを用いた細動除去器を提供する。 【構成】 リレー４０は、高電圧信号が加えられる一組
の端子（７４、７６）と、加えられた作動信号に応答し
て開位置と閉位置との間を移動するシャフト（５８）を
有するモータ（４２）と、開位置にあるとき端子に接触
せず、かつ閉位置にあるとき端子を横断して短絡を生ず
るように前記各端子に対向してシャフトに接続されてい
る導体（７８）とからなる。細動除去器は、高電圧リレ
ーを応用したもので、該高電圧リレー、患者コンタクト
パッドと直列に設けられた電荷蓄積手段（Ｃ）等からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に電気機械式リレー
に関し、更に詳細には、切り換え時間の速い高電圧リレ
ーおよびこれを応用した細動除去器に関する。

【０００２】

【技術背景】電気機械式リレーは長い間知られており、
当該分野で使用されている。リレーは、電流をコイル状
に巻かれたワイヤを通過させて磁界を発生することによ
り動作するもので、回路を開閉するのに使用される。し
たがって、リレーは電気機械式スイッチとして働く。

【０００３】図５を参照すると、従来技術のリレー１０
が図示されている。リレー１０は、磁気コア１２、コイ
ル１３、ピボットアーム１４、および導電コンタクトプ
レート１６から構成されている。コンタクトプレート１
６には第１の端と第２の端とがあり、第１の端は蝶番で
動くように取り付けられ、第２の端は図５に示すような
開位置と、端子１８と電気的接触を成す閉位置との間を
移動する。第１の端は開、閉の両位置で端子２０と電気
的接触を成したままである。作動信号が端子２４および
２６を横断して加えられ、プレートを開位置と閉位置と
の間を移動させるピボットアームを作動させる。

【０００４】多様な用途においてリレーは所定時間内で
切り換える必要がある。たとえば、心臓細動除去器（デ
ィフィブリレータ）において蓄積電荷を患者を通して切
り換えまたは分路して正常な心搏を回復するのに一つ以
上のリレーが使用されている。細動除去器は所定時間内
に電荷を加えることができなければならず、そうでなけ
れば患者の心臓を傷つける危険がある。たとえば、治療
ショックを患者に加えるとき電荷はＲ波検出後、所定時
間内に加えられなければならない。

【０００５】全般的に３０で示してある細動除去器の電
気的概略図を図６に図示してある。直列回路は、電荷蓄
積手段として使用されるコンデンサＣ、チョークコイル
（チョークインダクタ）Ｌ、患者に貼付けられる２個の
コンタクトパッド３２および３４、並びに電荷を分路す
るリレーＲ_１およびＲ_２から構成されている。典型的に
は、リレーＲ_１およびＲ_２は、別々のリレーではなく、
実際にはＲ_１およびＲ_２が一斉に動作するように２極双
投（Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｌｅ ＤｏｕｂｌｅＴｈｒｏ
ｗ；ＤＰＤＴ）スイッチリレーである。

【０００６】作動信号の発生から測った、リレーの切り
換え時間は主として、図５に示すように、プレートと端
子との間の距離Ｄ、およびプレートとシャフトとの総合
質量によって決まる。切り換え時間を減らす明らかな解
決法はプレートと端子との間の距離Ｄを小さくすること
である。しかし、プレート１６と端子１８および２０と
の間の最小距離は、下に説明するように、端子１８およ
び２０に加えられる電圧によって制限される。細動除去
器は、速い切り換え時間を必要とするが、また高電圧、
たとえば、５ｋＶを必要とする。したがって、従来のリ
レー１０は細動除去器の用途にはあまり好適ではない。

【０００７】端子に加えられる電圧がコンタクトプレー
トと端子との間の空気のブレークダウン電圧より大きけ
れば、端子とコンタクトプレートとの間にアークが形成
される。ブレークダウン電圧の問題を処理する一つの解
決法は端子およびコンタクトプレートを圧力室内に囲
い、空気をブレークダウン電圧が空気より高い加圧ガス
で置き換えることである。このような解決法の一例はカ
リフォルニヤ州、サンタ・バーバラのＫｉｌｏｖａｃが
製造するリレー、部品番号ＫＭ−１３／Ｓ３１、であ
る。Ｋｉｌｏｖａｃの部品は約３気圧の圧力下にある六
フッ化イオウガスを使用している。しかし、圧力室は上
記した従来のリレーの経費をかなり高くする。

【０００８】このように、高速切り換え時間を有する高
電圧切り換えリレーであって、圧力室を必要としないリ
レーの必要性が依然として存在している。

【０００９】

【発明の目的】それ故、極少量の時間内に高電圧を切り
換えることが本発明の目的である。また、本発明の他の
目的は高電圧を確実にかつ一貫して繰返し切り換えるこ
とである。

【００１０】

【発明の概要】高い電圧を切り換えるリレーを開示す
る。このリレーはそれを横断して高電圧信号が加えられ
る一組の端子を備えている。このリレーはまたモータの
作動に応じて開位置と閉位置との間を移動するシャフト
を有するリニアモータを備えている。コンタクトプレー
トがシャフトに接続されており、シャフトの移動に応じ
て移動する。遠端に二つの接点を有する導体が、開位置
で導体が端子に接触せずかつ閉位置にあるとき導体が端
子を横断して短絡を生ずるように端子に対向してコンタ
クトプレート上に形成されている。本発明によるリレー
はコンタクトプレートを端子に一層近接して設けること
ができるようにし、切り換え時間を一層速くするもので
ある。

【００１１】本発明の長所はリレーの加速および減速の
制御可能性の量が大きくなっていることであり、これに
よって接点のはね返りが減り、それによりリレーの寿命
が長くなる。

【００１２】本発明の前述のおよび他の目的、特徴、お
よび長所は、添付図面を参照して進める本発明の好適実
施例の以下の詳細な説明から更に容易に明らかになるで
あろう。

【００１３】

【実施例】いま、図１および図２を参照すると、高速、
高電圧切り換えリレー４０が図示されている。図１の断
面図は図２の部分断面図に垂直な軸に沿って取ったもの
である。リレー４０はモータ４２を備えているが、この
モータは好適実施例ではリニア形式のモータである。リ
ニアモータは、モータに加えられる作動信号を変化させ
ることにより、それにより発生される力を変えることが
できるため、好適である。リニアモータには他の鉄心形
式のモータより質量が低く、それにより切り換え時間が
速くなるという別の利益がある。

【００１４】モータは２個の永久磁石４４、４６から構
成されている。磁石の極性は図１に示すとおりである。
これらの永久磁石４４、４６は、該永久磁石４４、４６
により磁化される基台５０に対向して取り付けられてい
る。鋼のコア５２が基台５０に取り付けられている。コ
ア５２は基台と同種の材料、好ましくは鉄または鋼のよ
うな軟磁性（ソフトマグネッチック）材料から構成され
ている。部材５４が磁石４４および４６に取り付けられ
ている。部材５４は基台５０とほぼ等しい大きさである
が、ボビン５１にの回りに形成した中心開口を備えてい
る。部材５４は磁石４４、部材５４、コア５２、および
基台５０からなる第１の磁気ループの一部を形成してい
る。同様に、部材５４は磁石４６、部材５４、コア５
２、および基台５０を含む第２の磁気ループの一部を構
成している。

【００１５】磁石４６は非磁性材料から作られた垂直の
長方形部材７３により、磁石４４（図２には図示してな
い）から分離されている。同様に、非磁性材料の垂直
の、長方形部材７５が磁石４４と４６とを分離してい
る。非磁性部材７３および７５はスペーサとして働き、
それ自体ではリレーの動作にとって重要ではない。

【００１６】ボビン５１はコア５２と滑り係合してボビ
ン５１をコア５２に沿って自由に動けるようにしてい
る。ボビン５１はコア５２と部材５４との間に形成され
る空隙内を移動する。磁気ループは空隙を横断して高磁
界を誘起する。端子４５、４７を有する導体４８がボビ
ン５１の周りに巻かれて導体が空隙内に配置するように
している。

【００１７】モータ４２は従来の仕方で動作する。作動
信号が端子４５、４７を介して加えられ、導体４８を通
して電流を誘起する。電流は空隙内に発生された磁界を
通過し、それによりフレミングの右手の法則により決ま
る方向に力を発生する。

【００１８】シャフト５８がボビン５１に接続されてい
る。シャフト５８は更に、コンタクトプレート６０の反
対端に二つの接点６２、６４（図３にも示されている）
を有するコンタクトプレート６０に接続されている。コ
ンタクトプレート６０は端子７４および７６から距離Ｄ
ＭＩＮ／２だけ離れているが、その目的については下に
更に説明する。二つの接点６２、６４はそれらの間に導
電体７８を備え、接点６２、６４が同電位になるように
している。シャフトの一部はハウジング７０の開口６８
を通してコンタクトプレートから突出し、コンタクトプ
レート６０の移動のための案内柱６６として働くが、こ
の特徴は本発明を実施するのに必要ではない。

【００１９】好適実施例では、偏荷用ばね７２を使用し
て図１に示すようにコンタクトプレートを第１の開位置
に偏荷させている。ばね７２は作動信号が加えられない
ときリレーが確実に開位置に留まるようにするものであ
る。

【００２０】二つの高電圧端子７４、７６はそれぞれ接
点６２、６４に直接対向して設置されている。端子７
４、７６はモータが作動するとコンタクトプレート６０
が閉位置に到達するまで端子７４、７６の方に移動する
ように設置されている。閉位置では、接点６２、６４は
それぞれ端子７４、７６と物理的に接触している。接点
６２、６４は導体７８により電気的に接続されているの
で、リレーが閉位置にあるとき、導体７８は端子７４、
７６の間に短絡を生ずる。

【００２１】案内柱６６は接点６２、６４が確実にそれ
ぞれ端子７４、７６と、ほぼ同時に、物理的接触を行う
ようにするのに役立つ。同時接触が行われると、一つの
接点と端子の対が物理的接触をなし、かつ他の対が分離
されたままであるときに生ずるアーク形成電位が存在し
なくなる。

【００２２】次に図２を参照すると、リレー４０の切取
り斜視図が示されている。この切取り図は中実円筒コア
５２および中空円筒ボビン５１を有するリレー４０の好
適実施例を示している。また、好適実施例では、ボビン
５１は薄いアルミニウムから作られ、質量をできる限り
小さくしている。ボビン５１は上面に穴を形成すること
により上面の一部を除去し、更にボビンの質量を減らす
ようにすることができる。

【００２３】コンタクトプレート６０は、好適実施例で
は、プレートの重量を軽減するように導電性プラスチッ
クで形成された円板である。接点６２、６４はプレート
６０の表面に形成された導体７８を備えている。導体は
たとえば、６０アンペアのような大電流を導通させるた
めの大きさになっていなければならない。導体はその中
点の周りに半円形の突起を備えて案内柱６６を包囲して
いる。代りに、コンタクトプレート６０を共通の印刷回
路板材料から構成することができ、導体７８を従来の回
路板の手法を用いて形成することができる。

【００２４】好適実施例では、リレー４０は、上述のよ
うに、細導除去器に利用するために、２極双投リレー
（ＤＰＤＴ）である。したがって、第２の組の接点がプ
レート６０上に形成されている。図２に示す切取り図は
接点８２と図２には示してない別の接点８６と電気的に
接続されている結合導体８４とを備えている。端子８０
が結合導体８２と対向してハウジング７０に取り付けら
れている。同様に、接点８６は端子８０に対向してハウ
ジングに取り付けられた結合端子（図示してない）を備
えている。二組の接点およびそれらの結合導体の可能な
二つの配置を図３および図４に示してある。

【００２５】次に図３および図４を参照すると、コンタ
クトプレート６０の二つの実施例が示されている。第１
の実施例８８は円板の反対側に設置された接点６２、６
４を備えており、導体７８がそれらの間を通っている。
同様に、第２の組の接点８２、８６はコンタクトプレー
トの反対側に設置され、導体８４がそれらの間を通って
いる。第１の組の接点および第２の組の接点はプレート
上で互いに９０度だけ変位している。導体７８、８４は
多層印刷回路板の別々の層に好適に形成され、導体間の
分離を行っている。

【００２６】図４にコンタクトプレート９０の第２の実
施例を示してある。第２の実施例では、接点６２、６４
は導体７８が直接それらの間を走っている状態でコンタ
クトプレート９０の同じ半部に設置されている。コンタ
クトプレート９０の反対側に、接点８２、８６が形成さ
れ、導体８４がそれらを直接接続している。第２の実施
例９０は、導体７８、８４が交差しないので印刷回路板
の単一層を使用することを考えている。

【００２７】図３および図４において、すべての接点は
最小距離Ｄ_ＭＩＮにより分離され、それらの間にアーク
が形成されないようにしなければならない。したがっ
て、最小距離Ｄ_ＭＩＮはコンタクトプレートの大きさに
関する限界を確定する。たとえば、最悪条件下で空気の
ブレークダウン電圧は３ｍｍ／ＫＶの分離を必要とす
る。したがって、細動除去器の代表的な電圧である５．
３ＫＶの信号に対して、Ｄ_ＭＩＮは約０．６２６インチ
に等しい。

【００２８】この最小距離Ｄ_ＭＩＮは図５の従来技術の
リレーにおいて端子からのコンタクトプレートの分離を
も決定する。従来技術では、上述のように、この距離は
リレーの切り換え時間に関する基本的限界を設定する。
しかし、本発明によれば、コンタクトプレートおよびし
たがって導体は端子からＤ_ＭＩＮの半分、すなわち、Ｄ
_ＭＩＮ／２だけ離れているに過ぎない。端子７４、７６
と導体７８との間の分離は、空気が端子７４と接点６２
との間および端子７６と接点６４との間の双方でブレー
クダウンしなければならないので、小さくすることがで
きる。したがって、本発明にはブレークダウン電圧を計
算する目的で２倍の有効分離距離がある。したがって、
リレー４０は、導体はリレーを閉じるのに少い距離を走
行すればよいから、加圧室を必要とせずに、高電圧に対
する切り換え時間が速い。更に、ここに述べるリレーの
質量は現存する高電圧リレーより小さく、これにより切
り換え時間は更に少くなる。

【００２９】動作中、作動信号はコンタクトプレート６
０の加速および減速を精密に制御するよう変化する。リ
ニアモータにより発生される力は作動信号の振幅に比例
する。加えて、リニアモータは第１の極性の作動信号お
よび第２の、反対極性の作動信号に応じて、それぞれ反
撥力および吸引力を生ずる。コンタクトプレート６０の
加速度は下の例に示すように、作動信号の振幅および符
号の双方を変えることにより精密に制御される。

【００３０】最初に、閉位置にあるリレーで、第１の極
性と所定の最大振幅とを有する作動信号が加えられる。
これにより最大初期反撥力が、したがって、最大加速度
が生ずる。しかし、コンタクトプレートが端子７４およ
び７６に近付くにつれて、第２の、反対極性を有する第
２の作動信号が加えられる。第２の作動信号はコンタク
トプレート６０を減速させる吸引力を生ずる。最後に、
リレーを閉じさせかつリレーを閉位置に維持する第１の
極性を有する第３の作動信号が加えられる。記述した作
動信号の順序はここに説明した高電圧リレーの制御可能
性を例示するものである。接触する前にコンタクトプレ
ートを減速するという能力により接点のはね返りが減少
し、接点の寿命が増大する。

【００３１】本発明の原理をその好適実施例により説明
しかつ図解してきたが、本発明をこのような原理から逸
脱することなく配列および細部に関して修正し得ること
が明らかなはずである。たとえば、別の数の接点を導体
に追加して更に有効分離距離を大きくし、それにより導
体をＤＭＩＮを接点数で割っただけ端子から分離するよ
うにすることができる。「特許請求の範囲」の精神およ
び範囲の中に入るすべての修正案および変形例を特許請
求するものである。

【００３２】たとえば、本発明の高電圧リレーは、 〔１〕高電圧信号を切り換えるリレーにおいて、それを
横断して高電圧信号が加えられる一組の端子（７４、７
６、以下「第１の組の端子」とも言う）と、モータに加
えられる作動信号に応答して開位置と閉位置との間を移
動するシャフト（５８）を有するモータ（４２）と、開
位置で導体が端子に接触せずかつ閉位置にあるとき導体
が端子を横断して短絡を生ずるように端子に対向してシ
ャフトに接続されている導体（７８、以下「第１の導
体」とも言う）と、から構成されてなることを特徴とす
るものであり、以下のような実施態様が挙げられる。

【００３３】〔２〕前記導体はシャフトに接続されてい
るコンタクトプレート（６０）に取り付けられている
〔１〕に記載の高電圧リレー。

【００３４】〔３〕コンタクトプレート（６０）は円板
である〔２〕に記載の高電圧リレー。

【００３５】〔４〕導体（７８）はコンタクトプレート
の上面に沿って全般的に直線状に走っている〔２〕また
は〔３〕に記載の高電圧リレー。

【００３６】〔５〕更に、第２の組の端子（一対の端子
からなるが、図１では符合８０のみを示す）と、開位置
で第２の導体が第２の組の端子と接触せずかつ閉位置に
あるとき第２の導体が第２の組の端子を横断して短絡を
生ずるようにコンタクトプレートに、第２の組の端子に
対向して取り付けられている第２の導体（８４）と、を
備えている〔２〕〜〔４〕に記載の高電圧リレー。

【００３７】〔６〕第１の導体は全般的に第２の導体に
垂直である〔５〕に記載の高電圧リレー。

【００３８】〔７〕第１の導体（７８）は第２の導体に
実質的に平行である〔５〕に記載の高電圧リレー。

【００３９】〔８〕更に、組み合わせの第１の端子に対
向して導体の第１の遠端に設けた第１の接点（６２）
と、組み合わせの第２の端子に対向して導体の第２の遠
端に第２の接点（６４）と、を備えている〔１〕〜
〔８〕に記載の高電圧リレー。

【００４０】

〔９〕モータ（４２）はリニアモータであ
る〔１〕〜〔８〕に記載の高電圧リレー。

【００４１】〔１０〕モータは、基台（５０）と、基台
に取り付けられた第１の磁気手段（４４）と、第１の磁
気手段に対向して基台に取り付けられた第２の磁気手段
（４６）と、第１の磁気手段と第２の磁気手段との間に
設置されて開位置と閉位置との間を移動するボビン（５
１）と、モータ導体を通過する電流がボビン上に力を生
ずるようにボビンの周りに巻かれたモータ導体（４８）
と、を備えている〔１〕〜

〔９〕に記載の高電圧リレ
ー。

【００４２】〔１１〕ボビン（５１）はアルミニウムか
ら作られ、その上面に形成された複数の開口を備えてボ
ビンの質量を極力小さくしている〔１０〕に記載の高電
圧リレー。

【００４３】また、本発明の細動除去器は、 〔１２〕第１および第２の患者コンタクトパッド（３
２、３４）と、パッドと直列に電荷蓄積手段（Ｃ）と、
電荷蓄積手段と直列に接続された一組の端子（７４、７
６）を有する高電圧切り換えリレー（４０）と、モータ
に加えられる作動信号に応じて開位置と閉位置との間を
移動するシャフト（６８）を備えているモータ（４２）
と、シャフトに接続されているコンタクトプレート（６
０）と、閉位置で導体が端子に接触せずかつ閉位置にあ
るとき導体が端子を横断して短絡を生ずるように端子に
対向してコンタクトプレートに取り付けられている導体
（７８）と、から構成されてなることを特徴とするもの
であり、以下のような実施態様が挙げられる。

【００４４】〔１３〕リレーは更に、第２の組の端子
（８０）と、開位置で第２の導体が第２の組の端子に接
触せずかつ閉位置にあるとき第２の導体が第２の組の端
子を横断して短絡を生ずるように第２の組の端子に対向
してコンタクトプレートに取り付けられている第２の導
体（８４）と、を備えている〔１２〕に記載の細動除去
器。

【００４５】〔１４〕第２の組の端子（８０）は第１の
組の端子（７４、７６）に直列に接続されている〔１
２〕または〔１３〕に記載の細動除去器。

【００４６】〔１５〕モータ（４２）はリニアモータで
ある〔１２〕〜〔１４〕に記載の細動除去器。

【００４７】〔１６〕作動信号は、コンタクトプレート
が加速するように第１の極性を有する第１の作動信号
と、コンタクトプレートが減速するように第２の、反対
極性を有する第２の作動信号と、からなる〔１２〕〜
〔１５〕に記載の細動除去器。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、以
下のような効果を奏することができる。高い電圧を切り
換えるリレーでありながら、開閉のための端子を一層近
接して設けることができ、切り換え時間を一層速くする
ことが可能となる。また、リレーの加速および減速の制
御可能性の量が大きくなっており、これによって接点の
はね返りが減り、それによりリレーの長寿命化が可能と
なる。

【図面の簡単の説明】

【図１】本発明に従って構成された高速、高電圧切り換
えリレーの断面図である。

【図２】図１に示すリレーの部分断面斜視図である。

【図３】本発明により図１および図２のコンタクトプレ
ート（円板）の第１の実施例の上面図である。

【図４】本発明によりコンタクトプレートの他の実施例
の上面図である。

【図５】従来技術のリレーの概略図である。

【図６】本発明の、または従来の細動除去器の簡略電気
概要図である。

【符号の説明】

１０ リレー １２ 磁気コア １３ コイル １４ ピボットアーム １６ 導電コンタクトプレート １８、２０、２４、２６ 端子 ３０ 細動除去器 ３２、３４ コンタクトパッド ４０ 高電圧リレー ４２ モータ ４４、４６ 永久磁石 ４５、４７ 端子 ４８ 導体 ５０ 基台 ５１ ボビン ５２ コア ５８ シャフト ６０ コンタクトプレート ６２、６４ 接点 ７２ 偏荷用ばね ７４、７６ 端子 ７８ 導体 ８０ 端子 ８２、８６ 接点 ８４ 導体 ９０ コンタクトプレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電圧信号を切り換えるリレーにおい
   て、 高電圧信号が加えられる一組の端子（７４、７６）と、 加えられた作動信号に応答して開位置と閉位置との間を
   移動するシャフト（５８）を有するモータ（４２）と、 開位置にあるとき端子に接触せず、かつ閉位置にあると
   き端子を横断して短絡を生ずるように前記各端子に対向
   してシャフトに接続されている導体（７８）と、からな
   ることを特徴とする高電圧リレー。
2. 【請求項２】 第１および第２の患者コンタクトパッド
   （３２、３４）と、 前記患者コンタクトパッドと直列に設けられた電荷蓄積
   手段（Ｃ）と、 前記電荷蓄積手段と直列に接続された一組の端子（７
   ４、７６）を有する高電圧切り換えリレー（４０）と、 加えられる作動信号に応じて開位置と閉位置との間を移
   動するシャフト（６８）を備えたモータ（４２）と、 シャフトに接続されているコンタクトプレート（６０）
   と、 閉位置で導体が端子に接触せずかつ閉位置にあるとき導
   体が端子を横断して短絡を生ずるように端子に対向して
   コンタクトプレートに取り付けられている導体（７８）
   と、からなることを特徴とする細動除去器。