JP2010218978A - 接点開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答性が良い接点開閉装置を提供する。
【解決手段】 液体金属５が充填される液体収容部３の内壁３１および該液体収容部３とケース体２の外部とを連通する開口部４の内壁４１に、液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂを設けた。このため、液体金属５が表面部９Ａ，９Ｂに保持されやすくなり、オンからオフに切り換える際には、液体金属５の粘性により可動電極７の移動方向に液体金属５が引き上げられることを抑制して、可動電極７と液体金属５とが速やかに離間されるので、オン／オフを切り換える際の応答性（スイッチング特性）を良くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体金属を介して接点を開閉する接点開閉装置に関する。

従来の接点開閉装置として、水銀が充填された２つの収容部を有する容器と、収容部内において一端が水銀に接触する一対の固定電極と、各水銀に接離可能に設けられた可動電極とを備えた接点開閉装置が知られている（特許文献１〜３参照）。このような接点開閉装置では、水銀に対して可動電極を接触（オン）および離間（オフ）させることで、水銀および可動電極を介して固定電極間の電気接続をオン／オフするようにしている。

特公昭４１−６１３３号公報 実開昭５０−７１７４号公報 実開昭４８−７２４６７号公報

しかしながら、従来の接点開閉装置では、オフする際に液体金属の粘性のため可動電極と液体金属とが速やかに離間せず、オン状態が維持されるので、オンからオフに切り換える際の応答性が悪い。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、応答性が良い接点開閉装置を提供することにある。

請求項１の発明にあっては、液体金属が充填された液体収容部、および該液体収容部とケース外部とを連通する開口部を有するとともに、前記液体収容部および前記開口部のうち少なくともどちらか一方の前記液体金属に接触する面に前記液体金属に濡れやすい表面部が設けられたケース体と、前記液体金属に接触する固定電極と、前記開口部を介して前記液体金属に接離可能に設けられた可動電極とを備え、前記開口部を介して前記可動電極を前記液体金属と接触する位置に移動させ、前記固定電極と前記可動電極とを前記液体金属を介して電気的に接続することを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、前記液体収容部，前記開口部および前記固定電極をそれぞれ複数備え、前記可動電極は棒状部材の両端部を屈曲させてコ字状に形成されており、前記開口部を介して前記可動電極を前記各液体金属と接触する位置に移動させ、前記液体金属および前記可動電極を介して前記固定電極間を電気的に接続することを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁に対し、シリコーン系コーティング加工を施すことによって形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁に対し、鏡面加工を施すことによって形成されていることを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁を金属または金属被膜処理によって形成することにより構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明にあっては、前記ケース体に前記液体収容部とケース外部とを連通する少なくとも１つの第２開口部が設けられていること
を特徴とする。

請求項１の発明によれば、液体収容部および開口部のうち少なくともどちらか一方の液体金属に接触する面に液体金属に濡れやすい表面部を設けたため、液体金属が表面部に保持されやすくなり、可動電極と液体金属とが速やかに離間されるので、オン／オフを切り換える際の応答性を良くすることができる。

請求項２の発明によれば、可動電極と複数の固定電極間を液体金属を介して電気的に接続したり、切断したりすることで、オン／オフするようにしたため、接点開閉装置１の設計自由度を増大できる。

請求項３の発明によれば、液体収容部および開口部の内壁に対し、シリコーン系コーティング加工を施すことによって液体金属に濡れやすい表面部が形成されているため、液体収容部および開口部の液体金属と接触する面を比較的容易に液体金属に濡れやすくすることができる。

請求項４の発明によれば、液体収容部および開口部の内壁に対し、鏡面加工を施すことによって液体金属に濡れやすい表面部が形成されているため、液体収容部および開口部の液体金属と接触する面を比較的容易に液体金属に濡れやすくすることができる。

請求項５の発明によれば、液体収容部および開口部の内壁を金属または金属被膜処理によって形成することで液体金属に濡れやすい表面部が構成されているため、液体収容部および開口部の液体金属と接触する面を比較的容易に液体金属に濡れやすくすることができる。また、液体金属に接触する面を金属または金属被膜処理によって形成しているため、液体金属に接触する面を絶縁性の材料で形成する場合と比べて、導通安定性を向上させることができる。

請求項６の発明によれば、液体収容部とケース外部とを連通する少なくとも１つの第２開口部をケース体に設けたため、液体金属が熱膨張した際、第２開口部において液面の上昇は許容され、液体金属に濡れやすい表面部を有する開口部において液面の上昇を抑えることができるので、可動電極と液体金属との間隙（接点ギャップ）が変化することを抑制できる。

本発明の実施例１にかかる接点開閉装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１にかかる接点開閉装置の動作を説明するための部分断面図である。 本発明の実施例２にかかる接点開閉装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例２にかかる接点開閉装置の概略構成を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳述する。なお、以下の複数の実施例には、同様の構成要素が含まれている。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与し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施例１にかかる接点開閉装置の概略構成を示す斜視図、図２は、本発明の実施例１にかかる接点開閉装置の動作を説明するための部分断面図である。

先ず、図１を参照して、本発明の実施例１にかかる接点開閉装置１の構成を説明する。

本実施例にかかる接点開閉装置１は、ガラスやプラスチック等の絶縁性を有する材料で形成されたケース体２と、ケース体２内に設けられた複数（本実施例では２つ）の液体収容部３，３と、液体収容部３，３とケース体２の外部とを連通する開口部４，４と、液体収容部３，３に充填された液体金属５，５と、液体金属５，５に接触する複数（本実施例では２つ）の固定電極６，６と、開口部４，４を介して液体金属５，５に接離可能に設けられた可動電極７と、を備えている。

ケース体２は、略長方形の箱状に形成されており、その内部にはケース体２の長手方向（以下、長手方向と称す）に離間して２つの液体収容部３が設けられている。

液体収容部３は、長手方向に沿う略円筒状に形成されており、その上部３ａには、液体収容部３とケース体２の外部とを連通する開口部４が設けられている。開口部４は、ケース体２の表面部２ａに上方視線で長手方向に沿う略長方形に開口している。液体収容部３には、開口部４を介して常温・常圧（２５℃・１気圧）で液化状態にある液体金属５が充填されている。液体金属５としては、例えば、ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）およびスズ（Ｓｎ）からなる共融合金等を用いることができる。

液体収容部３の下部３ｂには、固定電極６が設けられている。固定電極６は、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ）等の導電性を有する金属材料により形成された丸棒部材によって構成されている。固定電極６の一端部６ａ（図２参照）は液体金属５に接触させて液体収容部３側に固定され、固定電極６の他端部６ｂはケース体２の外部に延出され、図示しない各種電気部品に接続される。

可動電極７は、固定電極６と同種類の金属材料により形成された丸棒部材によって構成されている。可動電極７は、丸棒部材の両端部を直角に屈曲させたコ字状に形成されている。可動電極７の両端部７１，７１は、開口部４，４に対向して配置され、可動電極７の上下移動により両端部７１，７１が開口部４，４に挿入される。可動電極７の略中央部は、プラスチック等の絶縁性を有する材料で形成された絶縁部材８を介して図示しないアクチュエータに連結される。なお、駆動力を発生するアクチュエータとしては、電磁力，油圧等を用いた様々なものを採用することができる。

次に、図２を参照して、上記接点開閉装置１の動作を説明する。

本実施例にかかる接点開閉装置１では、オフのときは、図２（ａ）に示すように、可動電極７と液体金属５とは離間した位置にあり固定電極６，６間は電気的に切断されている。そして、オフからオンに切り換える際には、図２（ｂ）に示すように、アクチュエータによって可動電極７を下方に向けて移動させ、可動電極７の両端部７１，７１が各液体収容部３，３の液体金属５，５に接触することで、固定電極６，６間は液体金属５，５および可動電極７を介して電気的に接続し、通電される。また、オンからオフに切り換える際には、上記とは逆の動作が行われる。

本実施例では、液体収容部３および開口部４の液体金属５に接触する面に、液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂが設けられている。

表面部９Ａは、液体収容部３の内壁３１に設けられている。表面部９Ｂは、開口部４の内壁４１に設けられている。表面部９Ａ，９Ｂは、シリコーン系コーティング加工，あるいは鏡面加工等の化学的または機械的な表面処理によって液体金属５に濡れやすくなっている。すなわち、表面部９Ａ，９Ｂでは、液体金属５に対する濡れ性が高くなっている。また、表面部９Ａ，９Ｂは、金属またはめっきや蒸着等の金属被膜処理によって構成することで液体金属５に濡れやすくすることもできる。被膜に採用する金属としては、液体金属５に対して耐食性等に優れた材質を用いるのが望ましく、例えば、ニッケル（Ｎｉ），ロジウム（Ｒｈ），タングステン（Ｗ）等が好適である。なお、表面部９Ａ，９Ｂは、他のコーティング加工等の様々な方法で液体金属５に濡れやすくできる。

以上説明したように、本実施例にかかる接点開閉装置１では、ケース体２の液体金属５との接触する面である液体収容部３の内壁３１および開口部４の内壁４１に、液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂを設けた。このため、液体金属５が表面部９Ａ，９Ｂに保持されやすくなり、液体金属５の粘性により可動電極７の移動方向に液体金属５が引き上げられることを抑制して、可動電極７と液体金属５とが速やかに離間されるので、オン／オフを切り換える際の応答性（スイッチング特性）を良くすることができる。また、液体収容部３および開口部４に液体金属５が保持されやすくなっているため、液体収容部３から開口部４を介して液体金属５が流出することを抑制できる。

また、本実施例にかかる接点開閉装置１では、可動電極７によって一対の固定電極６，６間の電気接続をオン／オフするようにしたため、アクチュエータ等の可動機構に連結される可動電極７と各種電機部品に接続される固定電極６，６とを分離して設けることができるので、接点開閉装置１の設計自由度を増大できる。

また、本実施例にかかる接点開閉装置１では、液体収容部３の内壁３１および開口部４の内壁４１に対し、シリコーン系コーティング加工，あるいは鏡面加工を施すことによって液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂを形成したため、液体収容部３および開口部４の液体金属５と接触する面を比較的容易に液体金属に濡れやすくすることができる。

また、本実施例にかかる接点開閉装置１では、液体収容部３の内壁３１および開口部４の内壁４１を金属またはめっきや蒸着等の金属被膜処理によって形成することで液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂを構成することもできるため、液体収容部３および開口部４の液体金属５と接触する面を比較的容易に液体金属５に濡れやすくすることができる。また、表面部９Ａ，９Ｂを導電性を有する金属または金属被膜処理によって形成しているため、表面部９Ａ，９Ｂを絶縁性を有する材料で形成する場合と比べて、導通安定性を向上させることができる。また、開口部４の表面部９Ｂを金属または金属被膜処理によって形成しているため、オフするときに、可動電極７と液面５ａとの間にアークが発生した場合、アークを開口部４に形成した表面部９Ｂに導くことができるので、アークによる液体金属５の損傷を抑制することができる。

図３は、本発明の実施例２にかかる接点開閉装置の概略構成を示す斜視図、図４は、実施例２にかかる接点開閉装置の動作を説明するための部分断面図である。

本実施例にかかる接点開閉装置１Ａでは、開口部４と、液体収容部３Ａとケース体２Ａの外部とを連通する第２開口部４Ａとがケース体２Ａに併設されている。

第２開口部４Ａは、開口部４と同様に、上方視線で長手方向に沿う略長方形に開口している。なお、第２開口部４Ａの液体金属５に接触する面には液体金属５に濡れやすい表面部を設けていない。

以上の構成によれば、本実施例にかかる接点開閉装置１Ａでは、図４（ａ）に示すように、液体金属５が熱膨張した場合、第２開口部４Ａにおける液面５ｂの上昇は許容されるのに対して、液体金属５に濡れやすい表面部９Ｂを有する開口部４では、液体金属５が表面部９Ｂに保持されやすくなるため液面５ａの上昇は抑制される。

以上本実施例によっても、液体金属５と接触する液体収容部３および開口部４の内壁３１，４１に液体金属５に濡れやすい表面部９Ａ，９Ｂを有するので、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例にかかる接点開閉装置１Ａでは、液体収容部３とケース体２Ａの外部とを連通する第２開口部４Ａをケース体２Ａに設けたため、液体金属５が熱膨張した際、第２開口部４Ａの液面５ｂが上昇して液体金属５の熱膨張による体積増加分を吸収できるので、開口部４の液面５ａの上昇を抑えることができ、可動電極７と液体金属５との間隙（接点ギャップ）が変化することを抑制できる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ケース体，液体収容部，開口部，固定電極，可動電極の形状等は種々のものを採用できる。また、上記実施例では、単一のケース体に複数の液体収容部を設けているが、複数のケース体にそれぞれ液体収容部を設けるようにしてもよい。また、上記実施例では、アクチュエータを可動電極に連結し、可動電極を移動させるようにしているが、アクチュエータをケース体に連結し、ケース体を移動させるようにしてもよい。また、上記実施例では、表面部を液体収容部および開口部の双方に形成しているが、どちらか一方に形成してもよい。このように、上記実施例に基づいて当業者によりなされる他の実施例、実施の形態および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１，１Ａ 接点開閉装置
２，２Ａ ケース体
３ 液体収容部
４ 開口部
４Ａ 第２開口部
５ 液体金属
６ 固定電極
７ 可動電極
８ 絶縁部材
９Ａ，９Ｂ 表面部
３１，４１ 内壁

Claims (6)

1. 液体金属が充填された液体収容部、および該液体収容部とケース外部とを連通する開口部を有するとともに、前記液体収容部および前記開口部のうち少なくともどちらか一方の前記液体金属に接触する面に前記液体金属に濡れやすい表面部が設けられたケース体と、
   前記液体金属に接触する固定電極と、
   前記開口部を介して前記液体金属に接離可能に設けられた可動電極とを備え、
   前記開口部を介して前記可動電極を前記液体金属と接触する位置に移動させ、前記固定電極と前記可動電極とを前記液体金属を介して電気的に接続すること
   を特徴とする接点開閉装置。
2. 請求項１に記載の接点開閉装置において、
   前記液体収容部，前記開口部および前記固定電極をそれぞれ複数備え、
   前記可動電極は棒状部材の両端部を屈曲させてコ字状に形成されており、
   前記開口部を介して前記可動電極を前記各液体金属と接触する位置に移動させ、前記液体金属および前記可動電極を介して前記固定電極間を電気的に接続すること
   を特徴とする接点開閉装置。
3. 請求項１または２に記載の接点開閉装置において、
   前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁に対し、シリコーン系コーティング加工を施すことによって形成されていること
   を特徴とする接点開閉装置。
4. 請求項１または２に記載の接点開閉装置において、
   前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁に対し、鏡面加工を施すことによって形成されていること
   を特徴とする接点開閉装置。
5. 請求項１または２に記載の接点開閉装置において、
   前記表面部が前記液体収容部および前記開口部の内壁を金属または金属被膜処理によって形成することにより構成されていること
   を特徴とする接点開閉装置。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の接点開閉装置において、
   前記ケース体に液体収容部とケース外部とを連通する少なくとも１つの第２開口部が設けられていること
   を特徴とする接点開閉装置。

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