JP2007087828A - ハイブリッドリレー - Google Patents

Abstract

【課題】 よりコンパクトな構成のハイブリッドリレーを得る。
【解決手段】 機械式スイッチ３と半導体スイッチ４とを並列に備えるハイブリッドリレー１において、機械式スイッチ３の内部の構成要素（５〜１１）と半導体スイッチ４とを、プリント基板２上に実装した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、機械式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。

従来より、インバータ制御によって照明負荷等に電流供給を行う照明器具として、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を搭載したものが知られている。この種の照明器具では、照明負荷に電流供給を開始して点灯する際に、平滑コンデンサに大きな突入電流が流れるため、回路を閉じるスイッチの投入時に、当該スイッチにも大きな突入電流が流れることになる。さらに、一つのスイッチによって複数の照明負荷に電流供給を開始して点灯させる場合には、より一層大きな突入電流が流れることになる。

ここで、このスイッチとして用いられる機械式リレーの接点材料は、近年のＣｄ（カドミウム）レス化に伴って耐溶着性が低下する傾向にある。そこで、従来より、点灯時の突入電流による接点の溶着対策として、既存の機械式スイッチ（機械式リレー）に、電源に対して並列に半導体スイッチ（トライアック）を追加したハイブリッドリレーが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

従来のハイブリッドリレーでは、機械式スイッチの可動接点を電磁石の磁気的吸引力によって駆動する一方、トライアックのゲート電流の通電経路には、フォトトライアックを接続し、さらに、このフォトトライアックを駆動するための発光ダイオードを設けている。そして、照明負荷に電流供給を開始する際には、まず、発光ダイオードを発光させてフォトトライアックを導通状態とし、トライアックのゲートに交流電源からのゲート電流を流して、トライアックを導通状態にする。そして、このように半導体スイッチを導通状態にして電源から照明負荷に電流供給を開始した後に、機械式スイッチを導通状態にする。すなわち、かかるハイブリッドリレーによれば、電源から照明負荷に流れる突入電流を半導体スイッチに流すことで、機械式スイッチに大きな突入電流を流れるのを回避し、以て、機械式スイッチの接点の溶着等による寿命低減を抑制することができる。
特開平１１−２３８４４１号公報 特開平１１−２３８４４２号公報 特開平１１−２１９６４５号公報

しかしながら、上記従来のハイブリッドリレーは、機械式スイッチと半導体スイッチの双方を備える分、機械式スイッチのみで構成される場合に比べて装置構成が大型化する上、部品点数が増大して、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、よりコンパクトな構成のハイブリッドリレーを得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、励磁コイルに通電する励磁電流によって磁気的吸引力を切り替えて可動接点を動作させ、可動接点と固定接点とが導通された導通状態と、可動接点と固定接点とが遮断された遮断状態とを切り替える機械式スイッチと、制御電流によって導通状態と遮断状態とを切り替える半導体スイッチと、を並列に備えるハイブリッドリレーにおいて、機械式スイッチの内部の構成要素と上記半導体スイッチとを、プリント基板上に実装したことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、上記プリント基板の導体パターン上に、上記機械式スイッチの可動接点の基部および固定接点のうち少なくともいずれか一方を半田付けによって固定したことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、上記プリント基板の導体パターンにメッキ処理を施して上記機械式スイッチの固定接点として用いるようにしたことを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、上記機械式スイッチは、可動接点と固定接点との対を複数備え、複数の可動接点を同一の金属薄板から打ち抜き成形したことを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、上記励磁コイルの巻線を、プリント基板上の導体パターンに固着したことを特徴とする。

請求項６の発明にあっては、上記励磁コイルをプリント基板上に半田付けによって固定するとともに、その半田付けによって当該励磁コイルの巻線を導体パターンに固着するようにしたことを特徴とする。

請求項７の発明にあっては、上記プリント基板を両面実装基板としたことを特徴とする。

請求項８の発明にあっては、上記半導体スイッチはトライアックを含み、上記トライアックを上記プリント基板上にベア実装したことを特徴とする。

請求項９の発明にあっては、ハイブリッドリレーの出力端子部にスルーホールを形成し、当該出力端子部を半田を用いて外部接続する際に、当該スルーホールに半田を充填するようにしたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、機械式スイッチとしてアセンブリしたものをプリント基板上に実装するのではなく、機械式スイッチの内部の構成要素をプリント基板上に直接的に実装するようにしたため、機械式スイッチをアセンブリするのに用いていた専用の基板が不要となったり、ケーシングをより簡素化できたりする分、ハイブリッドリレーをよりコンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によれば、固定接点または可動接点の基部をプリント基板の導体パターン上に半田付けによって固定するようにしたため、各接点に差込端子等を形成する必要がなく、接点の製造ならびに組み付けをより容易に行うことができるようになる。

請求項３の発明によれば、別途固定接点を取り付ける必要がなくなる分、機械式スイッチの部品点数を減らして、製造コストを低減することができる。

請求項４の発明によれば、同一の金属薄板から複数の可動接点を打ち抜き成形するため、より容易にかつより迅速に可動接点を製造することができて、製造コストを低減することができる。

請求項５の発明によれば、励磁コイルの巻線を導体パターンに接続するためのコイル端子等を設ける必要がない分、ハイブリッドリレーをよりコンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

請求項６の発明によれば、励磁コイルのプリント基板上への固定と励磁コイルの巻線の導体パターンへの固着とを同時に行うことができる分、組付性が向上して、スループットが向上するという利点がある。

請求項７の発明によれば、プリント基板を両面実装基板とした分、よりコンパクトに構成することができ、ハイブリッドリレーをより一層小型化することができる。

請求項８の発明によれば、トライアックをベア実装したため、半導体スイッチ、ひいてはハイブリッドリレーをより一層小型化することができる。

請求項９の発明によれば、半田を充填したスルーホールを設けた分、出力端子部における放熱性を向上させ、温度の上昇を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーの斜視図、図２は、ハイブリッドリレーの分解斜視図、図３は、ハイブリッドリレーに含まれる機械式スイッチの動作を示す説明図である。

本実施形態にかかるハイブリッドリレー１は、プリント基板２上に、機械式スイッチ３と半導体スイッチ４とを実装してなるものである。

このハイブリッドリレー１では、機械式スイッチ３の開閉を励磁コイル５に流す励磁電流によって切り替える一方、半導体スイッチ４では、内蔵されるトライアック（図示せず）のゲート電流の通電経路にフォトトライアック（図示せず）を接続し、さらに、このフォトトライアックを駆動するための発光ダイオード（図示せず）を設け、照明負荷等に電流供給を開始する際には、まず、発光ダイオードを発光させてフォトトライアックを導通状態とし、トライアックのゲートに交流電源からのゲート電流を流して、トライアックを導通状態として電源から照明負荷に電流供給を開始し、その後、機械式スイッチを導通状態にする。すなわち、かかるハイブリッドリレーによれば、電源から照明負荷に流れる突入電流を半導体スイッチに流すことで、機械式スイッチに大きな突入電流を流れるのを回避し、以て、機械式スイッチの接点の溶着等による寿命低減を抑制することができる。

機械式スイッチ３は、励磁コイル５が生じる磁気的吸引力によって可動体６を駆動し、この可動体６によって可動接点７を動作させて、当該可動接点７と固定接点８との接触状態、すなわち機械式スイッチ３の開閉状態を切り替えるようにしている。

具体的には、図３の（ａ）に示す遮断状態（開状態）では、励磁コイル５の巻線５ａには励磁電流を供給せず、可動体６の可動鉄心６ａと支持鉄心５ｃと固定鉄心５ｂ，５ｄとによって磁気回路を形成し、可動体６を、可動枠６ｂが上方となるように傾斜する姿勢で保持する。よって、この状態では、可動接点７は、可動枠６ｂによって押し下げられることなく、可動接点７の弾性力（付勢力）によって固定接点８（接触部８ａ）から離間した姿勢で保持される。

一方、図３の（ｂ）に示す導通状態（閉状態）では、巻線５ａに励磁電流を供給して磁界を生じさせ、可動鉄心６ａと支持鉄心５ｃと固定鉄心５ｂ，５ｅとによって磁気回路を形成し、可動体６を、可動枠６ｂが下方となるように傾斜する姿勢で保持する。よって、この状態では、可動接点７（の先端部）は、可動枠６ｂによって押し下げられ、以て、可動接点７が固定接点８（接触部８ａ）に当接した姿勢で保持される。

以上の本実施形態にかかるハイブリッドリレー１において、機械式スイッチ３の各構成要素、すなわち、励磁コイル５、可動体６、可動接点７、固定接点８、可動接点（補助可動接点）９、固定接点（補助固定接点）１０、および励磁コイル５を導体パターン１２に電気的に接続するためのコイル接続ブロック１１等は、機械式スイッチ３単品として一旦アセンブリされるのではなく、半導体スイッチ４とともにハイブリッドリレー１のベースとなるプリント基板２上に実装され、ハイブリッドリレー１としてアセンブリされる。そして、上記各構成要素が実装された領域が矩形箱状のカバー３ａで被覆される。

したがって、従来機械式スイッチをアセンブリするのに用いていた専用の基板が不要となったり、ケーシングをより簡素化できたりする分、ハイブリッドリレー１をよりコンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

（第２実施形態）図４は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板の斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、固定接点の接触部８ａを端子上に設けて当該端子をプリント基板上に固定するのではなく、接触部８ａを、プリント基板２Ａの表面（または裏面）に形成された導体パターン１２上に半田付けして直接的に固定している。

一方、可動接点７については、差込端子部７ａを導体パターン１２およびプリント基板２Ａに形成された差込孔１２ａ内に差し込んで固定している。

なお、かかる可動接点７や固定接点の接触部８ａを実装したプリント基板２Ａは、上記第１実施形態にかかるハイブリッドリレー１中のプリント基板２に替えて用いることができる。

以上の本実施形態によれば、固定接点の接触部８ａをプリント基板２Ａの導体パターン１２上に半田付けによって固定するようにしたため、差込端子等を設けた固定接点を用いる必要がなく、固定接点の製造ならびに組み付けをより容易に行うことができるようになる。

（第３実施形態）図５は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される接点を示す斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、プリント基板２Ｂ上に形成した導体パターン１２Ｂにメッキ処理を施して、当該導体パターン１２Ｂ自体を、固定接点（接触部）として用いるようにしている。すなわち、この場合、固定接点（接触部）は、導体パターン１２Ｂの表面上の領域Ａとなる。

以上の本実施形態によれば、別途固定接点（接触部）を取り付ける必要がなくなる分、機械式スイッチの部品点数を減らして、製造コストを低減することができる。

（第４実施形態）図６は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される接点を示す斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、同一の金属薄板から打ち抜き成形して複数の可動接点７Ｃ，９Ｃを得て、これら可動接点７Ｃ，９Ｃをプリント基板２Ｃ上の導体パターン１２Ｃ上に固定している。

可動接点７Ｃ，９Ｃは、帯状の薄板を所定角度で折り曲げてなるものであり、本実施形態では、その基部７ｂ，９ｂを、導体パターン１２Ｃの表面上に、半田付けによって固定している。

なお、可動接点７Ｃは、回路の導通状態と遮断状態とを切り替える主たる接点をなすものとする一方、可動接点９Ｃは、可動枠６ｂ（図３）によって可動接点７Ｃとともに駆動されて所定の別の回路を開閉する接点をなすものとし、当該別の回路の開閉状態によって可動接点７Ｃの動作を確認できるようにすることができる。

以上の本実施形態によれば、同一の金属薄板から複数の可動接点７Ｃ，９Ｃを打ち抜き成形するため、より容易にかつより迅速に可動接点７Ｃ，９Ｃを製造することができて、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、可動接点７Ｃ，９Ｃの基部７ｂ，９ｂをプリント基板２Ｃの導体パターン１２Ｃ上に半田付けによって固定するようにしたため、差込端子等を設ける必要がない分、可動接点７Ｃ，９Ｃの製造ならびに組み付けをより容易に行うことができるようになる。

（第５実施形態）図７は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される励磁コイルの一部を拡大して示した斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、励磁コイル５Ｄの固定脚部（図示せず）を、プリント基板２Ｄ上に形成した差込孔（図示せず）に差し込んで固定する一方、巻線５ａ端部のリード線１３を脚部５ｆに伝わせて当該脚部５ｆと導体パターン１２Ｄとの当接部まで延伸させ、リード線１３の端部を導体パターン１２Ｄに半田付けすることで、それらリード線１３と導体パターン１２Ｄとの導通を確保している。なお、脚部５ｆには、溝５ｇを設け、リード線１３をガイドするようにしている。

以上の本実施形態によれば、励磁コイル５の巻線５ａを導体パターン１２Ｄに接続するためのコイル接続ブロック等を設ける必要がない分、ハイブリッドリレーをよりコンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、巻線１５ａの端部を直接導体パターン１２Ｄに接続するようにしたため、巻線５ａを導体パターンに電気的に接続するためのコイル接続ブロック等を省略できる分、ハイブリッドリレーをより一層コンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

（第６実施形態）図８は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される励磁コイルの一部を拡大して示す斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、励磁コイル５Ｅの脚部５ｈをプリント基板２Ｅ上の導体パターン１２Ｆに開口させた小孔に挿入し、半田付けによって脚部５ｈをプリント基板２Ｅに固定するが、このとき、リード線１３を脚部５ｈに伝わせて脚部５ｈと導体パターン１２Ｅとの接続部まで伸ばしておき、当該リード線１３も脚部５ｈと共に半田付けするようにしている。なお、本実施形態では、リード線１３を脚部５ｈに巻回させている。

以上の本実施形態によれば、励磁コイル５のプリント基板２Ｅ上への固定と、励磁コイル５の巻線５ａ（リード線１３）の導体パターン１２Ｆへの電気的接続とを同時に確立することができる分、組付性が向上して、スループットが向上するという利点がある。

また、本実施形態によっても、励磁コイル５の巻線５ａを導体パターン１２Ｅに接続するためのコイル接続ブロック等を省略できる分、ハイブリッドリレーをよりコンパクトに構成することができ、製造コストを低減することができる。

（第７実施形態）図９は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーの分解斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかる機械式スイッチ３Ｆでは、プリント基板２Ｆを両面実装基板とし、表裏面の双方に部品を実装できるようにしている。よって、本実施形態によれば、プリント基板２Ｆ、ひいては機械式スイッチ３Ｆをよりコンパクトに構成することができ、ハイブリッドリレーをより一層小型化することができる。

（第８実施形態）図１０は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーの一部の斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、半導体スイッチのトライアック（双方向サイリスタ）４Ｇをプリント基板２Ｇ上に、ワイヤボンディング、半田接合、あるいは熱圧着等によってベア実装し、機械式スイッチと当該トライアック４Ｇとをケーシング１４で被覆するとともに、ケーシング１４に設けた開口部１４ａを封止材１５によって封止している。

以上の本実施形態によれば、トライアック４Ｇをベア実装したため、半導体スイッチ、ひいてはハイブリッドリレーをより一層小型化することができる。

（第９実施形態）図１１は、本実施形態にかかるハイブリッドリレーの一部の斜視図である。なお、本実施形態にかかるハイブリッドリレーは、上記実施形態にかかるハイブリッドリレーと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態では、出力端子部として、ハイブリッドリレーのベースとなるプリント基板２Ｈの側面から突出する突出部１９を設けている。この例では、突出部１９の裏面はプリント基板２Ｈの裏面から真っ直ぐに連設する一方、突出部１９の表面はプリント基板２Ｈの側縁で裏面側に折曲させ、突出部１９の尖端側に向けて下降する傾斜面としている。そして、突出部１９の表面および裏面には、プリント基板２Ｈ側と導通する一連の帯状の導体パターン１２Ｈを形成し、当該導体パターン１２Ｈの幅方向の略中央部に、突出部１９の表裏面を貫通するスルーホール１８を設けてある。そして、突出部１９の裏面と外部接続部材１６（導体パターン１７）とを半田付けによって固定するときに、その半田によってスルーホール１８を充填する。

以上の本実施形態によれば、半田を充填したスルーホール１８を設けた分、出力端子部としての突出部における放熱性を向上させ、温度の上昇を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記実施形態は、あくまで一例として示したものである。すなわち、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

本発明の第１実施形態にかかるハイブリッドリレーの斜視図。 本発明の第１実施形態にかかるハイブリッドリレーの分解斜視図。 本発明の第１実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれる機械式スイッチの動作を示す説明図であって、（ａ）は遮断状態、（ｂ）は導通状態を示す図。 本発明の第２実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される接点を示す斜視図。 本発明の第３実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される接点を示す斜視図。 本発明の第４実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される接点を示す斜視図。 本発明の第５実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される励磁コイルの一部を拡大して示す斜視図。 本発明の第６実施形態にかかるハイブリッドリレーに含まれるプリント基板上に実装される励磁コイルの一部を拡大して示す斜視図。 本発明の第７実施形態にかかるハイブリッドリレーの分解斜視図。 本発明の第８実施形態にかかるハイブリッドリレーの一部の斜視図。 本発明の第９実施形態にかかるハイブリッドリレーの一部の斜視図。

符号の説明

１ ハイブリッドリレー
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ プリント基板
３，３Ｆ 機械式スイッチ
４ 半導体スイッチ
４Ｇ トライアック
５，５Ｄ，５Ｅ 励磁コイル
５ａ 巻線
７，７Ｃ，９，９Ｃ 可動接点
７ｂ，９ｂ 基部
８，１０ 固定接点
８ａ 接触部（固定接点）
１２，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｈ 導体パターン
１２Ｂ 導体パターン（固定接点）
１３ リード線（巻線）
１８ スルーホール
１９ 突出部（出力端子部）

Claims (9)

1. 励磁コイルに通電する励磁電流によって磁気的吸引力を切り替えて可動接点を動作させ、可動接点と固定接点とが導通された導通状態と、可動接点と固定接点とが遮断された遮断状態とを切り替える機械式スイッチと、制御電流によって導通状態と遮断状態とを切り替える半導体スイッチと、を並列に備えるハイブリッドリレーにおいて、
   機械式スイッチの内部の構成要素と前記半導体スイッチとを、プリント基板上に実装したことを特徴とするハイブリッドリレー。
2. 前記プリント基板の導体パターン上に、前記機械式スイッチの可動接点の基部および固定接点のうち少なくともいずれか一方を半田付けによって固定したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドリレー。
3. 前記プリント基板の導体パターンにメッキ処理を施して前記機械式スイッチの固定接点として用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドリレー。
4. 前記機械式スイッチは、可動接点と固定接点との対を複数備え、複数の可動接点を同一の金属薄板から打ち抜き成形したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドリレー。
5. 前記励磁コイルの巻線を、プリント基板上の導体パターンに固着したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドリレー。
6. 前記励磁コイルをプリント基板上に半田付けによって固定するとともに、その半田付けによって当該励磁コイルの巻線を導体パターンに固着するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッドリレー。
7. 前記プリント基板を両面実装基板としたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一つに記載のハイブリッドリレー。
8. 前記半導体スイッチはトライアックを含み、
   前記トライアックを前記プリント基板上にベア実装したことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一つに記載のハイブリッドリレー。
9. ハイブリッドリレーの出力端子部にスルーホールを形成し、当該出力端子部を半田を用いて外部接続する際に、当該スルーホールに半田を充填するようにしたことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一つに記載のハイブリッドリレー。

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