WO2018131248A1 - 直流開閉器のアーク消去装置 - Google Patents

直流開閉器のアーク消去装置 Download PDF

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WO2018131248A1
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semiconductor switch
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arc
power supply
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浩二 大盛
真喜人 森井
大塚　裕之
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オムロン株式会社
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    • H01H2009/544—Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor

Definitions

  • the present invention relates to an arc erasing device for a DC switch that erases an arc generated between contacts of the DC switch.
  • an arc erasing device for erasing an arc generated in a DC switch.
  • the arc erasing device is connected in parallel with the DC switch, and erases an arc generated between the contacts of the DC switch.
  • the arc extinguishing device described in Patent Document 1 includes a DC power supply, a mechanical switch, a semiconductor switch, a power supply circuit, a control circuit, and a time limit circuit.
  • the mechanical switch is connected in series with the DC power supply
  • the semiconductor switch is connected in parallel with the mechanical switch
  • the control circuit turns on and off the semiconductor switch
  • the power supply circuit drives the control circuit.
  • the timed circuit is connected between one contact of the mechanical switch and the power supply circuit, and sets the operating time of the power supply circuit.
  • the arc erasing device uses the arc voltage generated in the mechanical switch to turn on the semiconductor switch to erase the arc.
  • Patent Document 1 when an arc is generated in a mechanical switch and the semiconductor switch is turned on, the following process is followed when the semiconductor switch is turned off. That is, in the process in which the semiconductor switch is turned off, the timing circuit stops its operation, thereby lowering the output voltage of the power supply circuit, the control circuit cannot keep the semiconductor switch on, and the semiconductor switch is turned off.
  • the semiconductor switch gradually changes from a conductive state with a sufficiently low impedance to a non-conductive state with a very high impedance. For this reason, the semiconductor switch has a long transition period when changing from the on state to the off state, thereby increasing the power loss and increasing the heat generation amount. Therefore, the semiconductor switch may fail as a result of the power loss increasing beyond the limit of allowable loss.
  • the arc extinguishing device needs a heat dissipation structure that suppresses the temperature rise of the semiconductor switch. In this case, the structure of the arc erasing device becomes complicated, which becomes an obstacle to downsizing the device.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide an arc erasing device for a DC switch that is highly reliable, small, and inexpensive.
  • An arc extinguishing device is connected to a semiconductor switch connected in parallel to a mechanical first switch connected in series with a DC power source of a load device, and to both contacts of the first switch, A power supply circuit that outputs a voltage for turning on the semiconductor switch by a voltage generated between the two contacts when the first switch is opened; and provided between the power supply circuit and the semiconductor switch, A timer circuit that operates in response to an output voltage of a power supply circuit, cuts off a voltage supply from the power supply circuit to the semiconductor switch, and turns off the semiconductor switch after a predetermined time has elapsed since the semiconductor switch was turned on Yes.
  • the semiconductor switch can transition from the on state to the off state without having a transition period when the semiconductor switch changes from the on state to the off state by the operation of the timer circuit.
  • the semiconductor switch has reduced power loss, reduced heat generation, and no risk of failure due to increased power loss. Therefore, it is not necessary to use an expensive and large element or provide a heat radiating device for the semiconductor switch, and the arc erasing device can be highly reliable, small and inexpensive.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the load device and the arc extinguishing device shown in FIG. 1. It is a circuit diagram which shows the state which connected the arc extinguishing apparatus of other embodiment of this invention to the load apparatus. It is a front view which shows an example of the electric tool which is a load apparatus provided with the arc elimination apparatus of other embodiment of this invention. It is a timing chart which shows operation
  • FIG. 24 is a block diagram illustrating still another embodiment of the present invention and illustrating an application example of the arc erasing apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a state in which the arc extinguishing device of this embodiment is connected to a load device.
  • the load device 1 includes a DC power source E1, a load 11, and a first switch (DC switch) SW1, and these are connected in series so as to form a closed loop.
  • the DC power supply E1 is, for example, a storage battery
  • the load 11 is, for example, a motor
  • the first switch SW1 is a mechanical switch having a contact.
  • the arc erasing device 2 includes a semiconductor switch TR4, a first timer circuit (breaking circuit) 21, a constant voltage circuit 22, a second timer circuit (timer circuit) 23, and a protection circuit 24.
  • the semiconductor switch TR4 is an FET (field effect transistor) in the present embodiment, and has a drain connected to the first current path 25a on the positive side and a source connected to the second current path 25b on the negative side.
  • the first energization path 25a is connected to the positive side connection terminal T1, and the positive side connection terminal T1 is connected to one terminal of the first switch SW1.
  • the second energization path 25b is connected to the negative connection terminal T2, and the negative connection terminal T2 is connected to the other terminal of the first switch SW1.
  • a circuit from the positive side connection terminal T1 to the negative side connection terminal T2 via the semiconductor switch TR4 is a bypass circuit 28 for the first switch SW1, and the semiconductor switch TR4 is connected in parallel with the first switch SW1. .
  • the constant voltage circuit 22 is connected to the first energizing path 25a and the second energizing path 25b.
  • the constant voltage circuit 22 and the first current path 25a are connected via a diode D2 whose forward direction is from the first current path 25a to the constant voltage circuit 22.
  • the constant voltage circuit 22 is a power supply circuit that is supplied with power from the first energization path 25a and the second energization path 25b and outputs a constant voltage to the semiconductor switch TR4.
  • the first timer circuit 21 is provided in the first energization path 25a between the connection between the first energization path 25a and the semiconductor switch TR4 and the connection between the first energization path 25a and the diode D2.
  • the first timer circuit 21 cuts off the first energization path 25a when a certain time has elapsed from the start of the operation of the arc extinguishing device 2, that is, when the charging of the capacitor C1 is completed (when the charge of the capacitor C1 is full).
  • the second timer circuit 23 and the protection circuit 24 are provided between the constant voltage circuit 22 and the semiconductor switch TR4.
  • the second timer circuit 23 is provided at a subsequent stage immediately after the constant voltage circuit 22, and the protection circuit 24 is the second circuit. It is provided in the subsequent stage of the timer circuit 23.
  • the second timer circuit 23 stops operating when a certain time has elapsed from the start of operation, and thereby cuts off the energization from the constant voltage circuit 22 to the semiconductor switch TR4.
  • the protection circuit 24 supplies the voltage supplied from the constant voltage circuit 22 via the second timer circuit 23 to the gate of the semiconductor switch TR4.
  • the protection circuit 24 protects the semiconductor switch TR4 by preventing a voltage exceeding the maximum rating from being applied to the gate of the semiconductor switch TR4.
  • the protection circuit 24 is not essential for the basic operation of the arc erasing device 2 and can be omitted.
  • a diode D1 and a capacitor C2 are provided between the first energizing path 25a and the second energizing path 25b at a position opposite to the semiconductor switch TR4 side with respect to the constant voltage circuit 22.
  • the diode D1 is connected to the first energizing path 25a and the second energizing path 25b with the direction from the second energizing path 25b toward the first energizing path 25a as the forward direction.
  • the diode D1 discharges the charge accumulated in the first timer circuit 21 and resets the first timer circuit 21 by a closed loop formed by the first timer circuit 21, the semiconductor switch TR4, and the diode D1.
  • the capacitor C2 removes noise from the first current path 25a and the second current path 25b, and stabilizes the voltage between the first current path 25a and the second current path 25b.
  • the capacitor C2 is not essential for the basic operation of the arc erasing device 2, and can be omitted.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the load device 1 and the arc extinguishing device 2 shown in FIG.
  • the first timer circuit 21 of the arc extinguishing device 2 includes a capacitor C1 and a resistor R1 connected in series.
  • the capacitance of the capacitor C1 is much larger than the capacitances of the capacitor C3 of the constant voltage circuit 22 and the capacitor C4 of the second timer circuit 23.
  • the resistor R1 is a resistor having a low resistance value and is preferably provided for preventing an excessive current from flowing through the circuit.
  • the resistor R1 is not essential for the basic operation of the arc extinguishing device 2. It can be omitted.
  • the constant voltage circuit 22 includes a transistor TR1, a capacitor C3, resistors R2 and R3, and a Zener diode ZD1.
  • the emitter of the transistor TR1 is connected to the third conduction path 27 from this emitter toward the gate of the semiconductor switch TR4.
  • the capacitor C3 is between the collector of the transistor TR1 and the second conduction path 25b
  • the resistor R2 is between the base and collector of the transistor TR1
  • the Zener diode ZD1 is between the base of the transistor TR1 and the second conduction path 25b.
  • the resistor R3 is provided between the emitter of the transistor TR1 and the second energization path 25b.
  • the cathode of the diode D2 described above is connected to the collector of the transistor TR1.
  • the second timer circuit 23 includes transistors TR2 and TR3, resistors R4 to R9, and a capacitor C4.
  • the emitters of the transistors TR2 and TR3 are connected to the second energizing path 25b.
  • the capacitor C4 and the resistor R4 are connected in series and are provided between the third conduction path 27 and the base of the transistor TR2.
  • the resistor R5 is between the base of the transistor TR2 and the second current path 25b
  • the resistor R6 is between the third current path 27 and the collector of the transistor TR2
  • the resistor R7 is between the collector of the transistor TR2 and the base of the transistor TR3.
  • the resistor R8 is between the connection between the resistor R6 and the collector of the transistor TR3 in the third conduction path 27, and the resistor R9 is between the base of the transistor TR3 and the second conduction path 25b.
  • the protection circuit 24 includes a resistor R10 and a Zener diode ZD2.
  • the resistor R10 is between the connection of the collector of the transistor TR3 and the gate of the semiconductor switch TR4 in the third conduction path 27, and the Zener diode ZD2 is between the gate of the semiconductor switch TR4 and the second conduction path 25b.
  • Each is provided.
  • the resistor 10 is called a gate resistor, and limits the current flowing into the parasitic capacitance between the gate and the source of the FET that is the semiconductor switch TR4.
  • a surge circuit 26 including a diode D3 and a Zener diode ZD3 connected in series is provided between the gate and drain of the semiconductor switch TR4.
  • the surge circuit 26 protects the semiconductor switch TR4 by turning on the semiconductor switch TR4 when an excessive voltage exceeding the withstand voltage is applied to the semiconductor switch TR4.
  • a voltage is generated for a moment between the contacts of the first switch SW1.
  • a current flows from the positive connection terminal T1 toward the first timer circuit 21 through the first energization path 25a.
  • This current flows through the first timer circuit 21 and then flows into the capacitor C3 of the constant voltage circuit 22 via the diode D2.
  • a base current flows through the transistor TR1 of the constant voltage circuit 22, and the transistor TR1 is turned on.
  • a base current flows to the transistor TR2 of the second timer circuit 23 via the capacitor C4 and the resistor R4, and the transistor TR2 is turned on.
  • a constant voltage is applied to the base of the transistor TR1 by the operation of the Zener diode ZD1.
  • the transistor TR3 of the second timer circuit 23 is kept off when the transistor TR2 is on. Therefore, the voltage output from the constant voltage circuit 22 is applied to the gate of the semiconductor switch TR4, and the semiconductor switch TR4 is turned on.
  • the bypass circuit 28 changes from the open state to the closed state. Therefore, no current flows between the contacts of the first switch SW1, and all the current flows through the bypass circuit 28, so that arcing at the first switch SW1 is suppressed.
  • the voltage between the contacts of the first switch SW1 (for example, 10V) when the first switch SW1 is opened is the voltage between the contacts of the SW1 when the arc is generated in the first switch SW1 (for example, 12V). ) Is set to be lower. Thereby, the arc extinguishing apparatus 2 can prevent the occurrence of arc itself when the first switch SW1 is opened. This is the same in other embodiments.
  • the second timer circuit 23 cuts off the voltage supply from the constant voltage circuit 22 to the semiconductor switch TR4 and turns off the semiconductor switch TR4. Opened.
  • the constant voltage circuit 22 and the second timer circuit 23 use the charges accumulated in the capacitors C1 and C3. Use to continue operation.
  • the semiconductor switch TR4 When the semiconductor switch TR4 is turned off, the first switch SW1 is in an open state, so the voltage between the contacts of the first switch SW1 returns to the voltage of the DC power supply E1. Thereafter, when charging of the capacitor C1 of the first timer circuit 21 is completed, the first current path 25a is cut off by the first timer circuit 21. Therefore, the arc extinguishing device 2 is in a stable state that is electrically disconnected from the load device 1, that is, the DC power supply E1.
  • the second timer circuit 23 forcibly turns off the semiconductor switch TR4 during the period in which the constant voltage circuit 22 is operating normally.
  • the function of the first timer circuit 21 is to electrically disconnect the arc erasing device 2 from the load device 1 after the semiconductor switch TR4 is turned off and stop the operation of the constant voltage circuit 22.
  • the first timer circuit 21 prevents a situation in which the electric power of the DC power source E1 of the load device 1 is continuously consumed by the arc erasing device 2. Therefore, the arc erasing device 2 is electrically disconnected from the load device 1 after the semiconductor switch TR4 is turned off, instead of the first timer circuit 21 including the resistor R1 and the capacitor C1.
  • a circuit may be provided. This is the same in other embodiments.
  • the second timer circuit 23 arbitrarily sets the conduction time of the semiconductor switch TR4 regardless of the voltage applied to the first switch SW1 and the opening / closing speed of the first switch SW1, and between the contacts of the first switch SW1.
  • the semiconductor switch can be turned on only for the minimum time required for erasing the arc current.
  • the semiconductor switch TR4 can shift from the on-state to the off-state without having a transition period when changing from the on-state to the off-state by the operation of the second timer circuit 23.
  • the semiconductor switch TR4 has a reduced power loss, a reduced amount of heat generation, and no risk of failure due to an increased power loss. Therefore, it is not necessary to use an expensive and large element or provide a heat dissipation device for the semiconductor switch TR4. As a result, the arc erasing device 2 can be configured with high reliability, small size, and low cost.
  • the arc erasing device 2 is also effective for preventing arcs in the first switch SW1 when the first switch SW1 is a trigger switch, for example, and the first switch SW1 is changed from a closed state to an open state by bounce. It is.
  • the arc erasing device 2 includes a constant voltage circuit 22 as a power supply circuit, and outputs a stable and constant DC voltage from the constant voltage circuit 22. Therefore, the second timer circuit 23 can accurately turn off the semiconductor switch TR4 after a lapse of a predetermined time from the on time even when the voltage, load current, or the like of the DC power supply E1 changes. Thereby, the heat loss of the semiconductor switch TR4 can be suppressed to a certain amount, and the semiconductor switch TR4 can be reliably protected.
  • the arc erasing device 2 may include a power supply circuit that simply drives the semiconductor switch TR4 instead of the constant voltage circuit 22.
  • the power supply circuit in this case is obtained by omitting, for example, the transistor TR1, the resistor R2, and the Zener diode ZD1 from the constant voltage circuit 22.
  • the semiconductor switch TR4 as the switching element is an FET
  • the semiconductor switch TR4 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or other power transistor in addition to the FET. This also applies to the other embodiments described below.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a state where the arc extinguishing device of the present embodiment is connected to a load device.
  • FIG. 4 is a front view showing an example of an electric tool which is a load device including the arc erasing device of the present embodiment.
  • the arc extinguishing device 3 of the present embodiment has a configuration in which a protective resistor R11 and a second switch SW2 are added to the arc extinguishing device 2.
  • the configuration of the arc erasing device 3 other than the protective resistor R11 and the second switch SW2 is the same as that of the arc erasing device 2 described above.
  • the arc erasing device 3 may be configured to include only one of the protective resistor R11 and the second switch SW2.
  • the protective resistor R11 is connected in series with the semiconductor switch TR4 in the bypass circuit 28.
  • the position where the protective resistor R11 is provided is not limited to between the semiconductor switch TR4 and the positive connection terminal T1 shown in FIG. 3, and may be between the semiconductor switch TR4 and the negative connection terminal T2.
  • the protective resistor R11 may be provided between the connection part of the semiconductor switch TR4 between the load 11 and the first timer circuit 21 (first conduction path 25a) and the semiconductor switch TR4.
  • the protective resistor R11 is a chip resistor having a small resistance value of, for example, about 1 m ⁇ to 10 m ⁇ , and preferably a chip resistor whose conductive portion is a metal thin film. In this case, in the chip resistor, the metal thin film is formed on a ceramic substrate, for example.
  • the protective resistor R11 prevents the current from continuing to flow through the bypass circuit 28, for example, by fusing and being disconnected.
  • the protection resistor R11 is disconnected when a current flows through the bypass circuit 28 for a time longer than the ON time of the semiconductor switch TR4 (for example, a time of 10 msec or more) set by the second timer circuit 23. It is supposed to be.
  • a commercially available metal foil low resistance chip resistor can be used as the protective resistor R11.
  • the arc extinguishing device 3 has the following advantages due to the provision of the protective resistor R11.
  • a fuse is generally used to protect a circuit when the semiconductor switch TR4 provided in the bypass circuit 28 is short-circuited.
  • a mechanical switch connected between a DC power supply and a load, a semiconductor switch connected in parallel with the mechanical switch, a control circuit for turning on and off the semiconductor switch, and the semiconductor A fuse is connected in series with the switch and the mechanical switch.
  • the fuse has a function of disconnecting the semiconductor switch from the circuit when the semiconductor switch is short-circuited due to overcurrent.
  • fuses generally have a larger component shape as the rated current increases.
  • a fuse capable of energizing a large current even instantaneously has a considerably large part shape.
  • the fuse has a considerably large external dimension (length ⁇ width ⁇ thickness), for example, 6.1 ⁇ 2.5 ⁇ 2.5, and is expensive.
  • the use of a fuse increases the substrate size of the arc erasing apparatus including the fuse, and is an obstacle to miniaturization and cost reduction of the arc erasing apparatus.
  • the chip resistor used for the protective resistor R11 is small and inexpensive.
  • the chip resistor used for the protective resistor R11 is small and inexpensive.
  • the volume ratio is about 1/30. Therefore, if the protective resistor R11 made of a chip resistor is used in place of the fuse, the substrate size can be reduced, that is, the arc erasing device 3 can be reduced and the price can be reduced.
  • the second switch SW2 is provided between the first timer circuit 21 and the connection between the semiconductor switch TR4 and the first current path 25a in the first current path 25a, for example.
  • the electric circuit 25a is opened and closed.
  • the second switch SW2 is a normally open (A contact) switch, for example, a manual operation automatic return contact switch.
  • the first switch SW1 and the second switch SW2 are incorporated in a trigger switch 41 of a portable electric tool that is the load device 1 shown in FIG.
  • the trigger switch 41 when the trigger switch 41 is pushed (or pulled), the second switch SW2 is first closed, and then the first switch SW1 is closed.
  • the first switch SW1 is opened, and then the second switch SW2 is opened.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the operation of each part of the arc erasing apparatus 3.
  • the output voltage of the constant voltage circuit 22 is applied to the gate of the semiconductor switch TR4 via the second timer circuit 23 and the protection circuit 24, the semiconductor switch TR4 is turned on, and the bypass circuit 28 is turned on. Closed.
  • the current flowing through the first current path 25a flows through the first timer circuit 21 and then flows into the capacitor C3 of the constant voltage circuit 22 via the diode D2.
  • a base current flows through the transistor TR1 of the constant voltage circuit 22, and the transistor TR1 is turned on.
  • a base current flows to the transistor TR2 of the second timer circuit 23 via the capacitor C4 and the resistor R4, and the transistor TR2 is turned on.
  • a constant voltage is applied to the base of the transistor TR1 by the operation of the Zener diode ZD1.
  • the transistor TR3 of the second timer circuit 23 is kept off when the transistor TR2 is on. Therefore, the voltage output from the constant voltage circuit 22 is applied to the gate of the semiconductor switch TR4, and the semiconductor switch TR4 is turned on. When the semiconductor switch TR4 is turned on, the bypass circuit 28 changes from the open state to the closed state.
  • the detour circuit 28 When the detour circuit 28 is closed, the impedance between the contacts of the first switch SW1 becomes low. Further, a current flows through the load 11 of the load device 1 through the path of the DC power supply E1, the load 11, the semiconductor switch TR4, and the DC power supply E1. Thereafter, when the second timer circuit 23 operates, the voltage of the gate of the semiconductor switch TR4 is lowered, the semiconductor switch TR4 is turned off at t2, and the bypass circuit 28 is opened. Note that the constant voltage circuit 22 stops operating after t2.
  • the semiconductor switch TR4 When the semiconductor switch TR4 is turned off, the first switch SW1 is in an open state, so the voltage between the contacts of the first switch SW1 returns to the voltage of the DC power supply E1.
  • the load device 1 behaves unintended by the user, such as temporarily vibrating. However, since this behavior occurs in the process of operating the load device 1 with the intention of the user to move the load device 1, there is no surprise and no problem for the user.
  • the semiconductor switch TR4 Since the constant voltage circuit 22 is operating from when the semiconductor switch TR4 is turned on to when it is turned off, the semiconductor switch TR4 receives a stable voltage from the constant voltage circuit 22 and is accurate after a predetermined time from on. Turned off.
  • the first switch SW1 opens at t3, and a current flows through the load 11 through the path of the DC power supply E1, the load 11, the first switch SW1, and the DC power supply E1, A current flows through the load 11, and the load 11 (load device 1) operates.
  • the first switch SW1 is opened at t4. In this state, the second switch SW2 remains closed.
  • the constant voltage circuit 22 operates by the voltage generated between the contacts, the output voltage of the constant voltage circuit 22 is applied to the gate of the semiconductor switch TR4, and the semiconductor switch TR4 is turned on. Therefore, the detour circuit 28 is closed, and the occurrence of an arc between the contacts of the first switch SW1 is suppressed.
  • a voltage is generated for a moment between the contacts of the first switch SW1.
  • a current flows from the positive connection terminal T1 toward the first timer circuit 21 through the first energization path 25a.
  • This current flows through the first timer circuit 21 and then flows into the capacitor C3 of the constant voltage circuit 22 via the diode D2.
  • a base current flows through the transistor TR1 of the constant voltage circuit 22, and the transistor TR1 is turned on.
  • a base current flows to the transistor TR2 of the second timer circuit 23 via the capacitor C4 and the resistor R4, and the transistor TR2 is turned on.
  • a constant voltage is applied to the base of the transistor TR1 by the operation of the Zener diode ZD1.
  • the transistor TR3 of the second timer circuit 23 is kept off when the transistor TR2 is on. Therefore, the voltage output from the constant voltage circuit 22 is applied to the gate of the semiconductor switch TR4, and the semiconductor switch TR4 is turned on.
  • the bypass circuit 28 changes from the open state to the closed state. Therefore, no current flows between the contacts of the first switch SW1, and all the current flows through the bypass circuit 28. Therefore, generation of an arc in the first switch SW1 is suppressed.
  • bypass circuit 28 is closed, and thus the impedance becomes low. Similarly, a current continuously flows through the load 11 of the load device 1.
  • the constant voltage circuit 22 and the second timer circuit 23 are stored in the capacitors C1 and C3, although the current due to the arc does not flow into the first conduction path 25a. Use the charge to continue operation. Note that the constant voltage circuit 22 stops operating after the elapse of t5.
  • the semiconductor switch TR4 When the semiconductor switch TR4 is turned off, the first switch SW1 is in an open state, so the voltage between the contacts of the first switch SW1 returns to the voltage of the DC power supply E1.
  • the second timer circuit 23 forcibly turns off the semiconductor switch TR4 during the period in which the constant voltage circuit 22 is operating normally.
  • the time during which the semiconductor switch TR4 is on (between t4 and t5) is, for example, 1 msec. Also in this case, since the constant voltage circuit 22 is operating from when the semiconductor switch TR4 is turned on until it is turned off, the semiconductor switch TR4 receives a stable voltage from the constant voltage circuit 22, and from the on state. It turns off accurately after a predetermined time.
  • the arc extinguishing device 2 is in a stable state that is electrically disconnected from the load device 1, that is, the DC power supply E1.
  • the second switch SW2 is opened at t6.
  • the second switch SW2 is in an open state, and the first energization path 25a is cut off. Therefore, even when the user removes the DC power supply E1 (for example, a storage battery) from the power tool and attaches it to the power tool, the load device 1 does not generate a pulse current, the semiconductor switch TR4 does not turn on, and the load 11 However, no pulse current flows. Therefore, the power tool does not cause a behavior unexpected by the user.
  • E1 for example, a storage battery
  • the arrangement position of the second switch SW2 is not limited to the position shown in FIG. (1) Between the connection part of semiconductor switch TR4 and 1st electricity supply path 25a in 1st electricity supply path 25a (bypass circuit 28), and the positive side connection terminal T1 (2) 2nd electricity supply path 25b (bypass circuit 28) Between the semiconductor switch TR4 and the second energization path 25b and the negative side connection terminal T2 in (3) (3) the connection between the semiconductor switch TR4 and the first energization path 25a in the bypass circuit 28, and the semiconductor switch TR4 (4) Between the semiconductor switch TR4 and the second energization path 25b in the bypass circuit 28 and between the semiconductor switch TR4 (5) The connection between the diode D2 and the first energization path 25a in the first energization path 25a And the first timer circuit 21.
  • a connection portion between the second electric path 25b, may be any position between the resistor R3 and the connection between the second electric path 25b.
  • the arrangement of the second switch SW2 as described above is an arrangement in which the bypass switch 28 is cut off and the semiconductor switch TR4 is not turned on by opening the second switch SW2, or the constant voltage circuit 22 is not operated. In this arrangement, the semiconductor switch TR4 is not operated.
  • the second switch SW2 When the second switch SW2 is arranged at the position (1) or (2), it has the following advantages. That is, when performing a withstand voltage test of the second switch SW2, a voltage of 1000 to 2000 V, for example, is applied to the second switch SW2. In this case, since the withstand voltage of the FET that is the semiconductor switch TR4 is low, it is necessary to completely disconnect the semiconductor switch TR4 from the first switch SW1.
  • the semiconductor switch TR4 is disconnected from the first switch SW1 by the second switch SW2.
  • the withstand voltage test can be performed by applying the voltage to both ends of the first switch SW1 (with a test probe or the like). Therefore, when the second switch SW2 is disposed at the position (1) or (2), it is not necessary to separately provide a switch for separating the semiconductor switch TR4 from the first switch SW1, and the first switch SW1 The pressure resistance test can be easily performed.
  • the semiconductor switch TR4 can be isolated from the load device 1 and insulated by the open state of the second switch SW2. Therefore, for example, when the semiconductor switch TR4 is short-circuited, the circuit of the arc erasing device 3 can be protected by blocking the path of the current flowing through the semiconductor switch TR4 due to the open state of the second switch SW2. Thereby, the arc erasing apparatus 3 can improve safety.
  • the semiconductor switch TR4 can be isolated from the bypass circuit 28, that is, the load device 1 and insulated.
  • the circuit of the arc erasing device 3 is protected and the arc erasing device is 3 can increase safety.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an application example of the arc erasing apparatus of the present embodiment.
  • the arc extinguishing devices 2 and 3 shown in the above embodiment have the trigger switch 41, and the trigger switch 41 includes only the first switch SW1 or the first switch SW1 and the second switch SW2. It is applicable to a device (for example, a power tool).
  • the arc extinguishing devices 2 and 3 can be incorporated in a socket 31 connected to a load 11 as shown in FIG. In this case, the arc extinguishing devices 2 and 3 are configured as a unit having a casing.
  • the load 11 is, for example, a vehicle-mounted motor
  • the first switch SW ⁇ b> 1 is, for example, a relay connected to the socket 31.
  • the socket 31 may include connection terminals 31a and 31b for the load 11 and the DC power supply E1, and connection terminals 31c and 31d for the relay (first switch SW1).
  • the second switch SW2 (for example, a relay) may be externally attached to the socket 31, like the first switch SW1.
  • the socket 31 further includes connection terminals 31e and 31f for the second switch SW2.
  • the arc extinguishing devices 2 and 3 prevent the occurrence of an arc between the contact points of the relay, or erase the arc generated between the contact points of the relay, thereby extending the life of the relay.
  • Arc extinguishing devices 2 and 3 can be applied to other industrial equipment having a switch.
  • An arc extinguishing device is connected to a semiconductor switch connected in parallel to a mechanical first switch connected in series with a DC power source of a load device, and to both contacts of the first switch, A power supply circuit that outputs a voltage for turning on the semiconductor switch by a voltage generated between the two contacts when the first switch is opened; and provided between the power supply circuit and the semiconductor switch, A timer circuit that operates in response to an output voltage of a power supply circuit, cuts off a voltage supply from the power supply circuit to the semiconductor switch, and turns off the semiconductor switch after a predetermined time has elapsed since the semiconductor switch was turned on. Yes.
  • the power supply circuit when the first switch is opened, a voltage is generated between both contacts of the first switch, and the power supply circuit outputs a voltage for turning on the semiconductor switch by the voltage, and the semiconductor switch is turned on. It becomes.
  • the semiconductor switch is turned on, current flows through the semiconductor switch bypassing the first switch. Therefore, the arc is eliminated or no arc is generated between the contacts of the first switch.
  • the timer circuit cuts off the voltage supply from the power supply circuit to the semiconductor switch and turns off the semiconductor switch after a predetermined time has elapsed since the semiconductor switch was turned on.
  • the timer circuit can arbitrarily set the conduction time of the semiconductor switch, and can turn on the semiconductor switch for a minimum time necessary for erasing the current between the contacts of the first switch.
  • the semiconductor switch can transition from the on-state to the off-state without having a transition period when changing from the on-state to the off-state by the operation of the timer circuit.
  • the semiconductor switch has reduced power loss, reduced heat generation, and no risk of failure due to increased power loss. Therefore, it is not necessary to use an expensive and large element or provide a heat radiating device for the semiconductor switch, and the arc erasing device can be highly reliable, small and inexpensive.
  • the power supply circuit may be a constant voltage circuit.
  • the timer circuit is supplied with a stable and constant voltage from the constant voltage circuit as the power supply circuit. Therefore, the timer circuit can accurately turn off the semiconductor switch after a lapse of a predetermined time from the ON point even when the voltage of the DC power supply, the load current, or the like changes. Thereby, the heat loss of the semiconductor switch can be suppressed to a certain amount, and the semiconductor switch can be reliably protected.
  • the arc-eliminating device for a DC switch is provided in an energization path between one contact of the first switch and the power supply circuit, and interrupts the energization path after the semiconductor switch is turned off. It is good also as a structure provided with the circuit.
  • the cutoff circuit (for example, another timer circuit) cuts off the energization path between the one contact of the first switch and the power supply circuit after the semiconductor switch is turned off. Therefore, the arc extinguishing device is in a stable state that is electrically disconnected from the DC power source of the load device. Thereby, the situation where the electric power of DC power supply continues being consumed by the arc erasing device can be prevented.
  • a chip resistor that is disconnected by a current flowing through the semiconductor switch may be provided in series.
  • the chip resistor is disconnected when the semiconductor switch is turned on for a time longer than the time set in the timer circuit, for example, due to a short circuit failure of the semiconductor switch.
  • the current flowing through is cut off and the circuit is protected.
  • the chip resistor is smaller and cheaper than the conventionally used fuse, it is possible to realize a smaller and lower price arc-extinguishing device.
  • the chip resistor may be configured such that the conductive portion is a metal thin film.
  • the chip resistor is melted and disconnected when the semiconductor switch is on for a longer time than the time set in the timer circuit because the conductive portion is a metal thin film. Therefore, the circuit is surely protected.
  • the arc switch device for a DC switch includes a normally open second switch provided at a position where the connection between the first switch and the semiconductor switch is cut off or at a position where the operation of the power supply circuit is stopped. It is good also as composition which has.
  • the normally open second switch is provided at a position where the connection between the first switch and the semiconductor switch is cut off or at a position where the operation of the power supply circuit is stopped. Therefore, even if the user removes the DC power supply from the load device and installs it, the pulse current does not flow through the load device due to the provision of the normally open second switch. Therefore, the load device does not cause an unexpected behavior by the user, and the arc extinguishing device can prevent an unnecessary behavior of the load device when the DC power supply is started.
  • the second switch is incorporated in a trigger switch of an electric tool that is a load device together with the first switch.
  • the trigger switch When the trigger switch is pushed in, the second switch is When the trigger switch is returned while the first switch is closed and then the first switch is closed, the first switch may be opened first, and then the second switch may be opened.
  • the arc extinguishing device for a DC switch includes a housing (for example, a socket), a connection portion connected to the first switch of the load device, and the DC power source and the load of the load device. It is good also as a structure in which the connection part connected to is provided.
  • the arc extinguishing device can be configured in such a way that the circuit components are housed in the casing and can be configured as a unit, which makes it easy to apply to various load devices.
  • the load may be a vehicle-mounted motor
  • the first switch may be a relay that turns on and off the vehicle-mounted motor
  • the arc extinguishing device can prevent the wear of the contact point due to the arc for the frequently operating relay and prolong the service life, and can be configured to be suitable for in-vehicle use.

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Abstract

信頼性が高く、かつ小型で安価な装置を提供する。アーク消去装置（２）は、機械式の第１スイッチ（ＳＷ１）に並列接続される半導体スイッチ（ＴＲ４）、第１スイッチ（ＳＷ１）の両接点間に発生する電圧により、半導体スイッチ（ＴＲ４）をオンにする電圧を出力する定電圧回路（２２）、および半導体スイッチ（ＴＲ４）のオンから所定時間経過後に、半導体スイッチ（ＴＲ４）をオフにする第２タイマ回路（２３）を備える。

Description

直流開閉器のアーク消去装置
　本発明は、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する直流開閉器のアーク消去装置に関する。
　従来、直流開閉器に生じるアークを消去するアーク消去装置が知られている。アーク消去装置は、例えば特許文献１に開示されているように、直流開閉器と並列に接続され、直流開閉器の接点間に生じるアークを消去する。
　特許文献１に記載のアーク消去装置は、具体的には、直流電源、機械式スイッチ、半導体スイッチ、電源回路、制御回路および時限回路を備えている。機械式スイッチは直流電源と直列に接続され、半導体スイッチは機械式スイッチと並列に接続され、制御回路は半導体スイッチをオンオフさせ、電源回路は制御回路を駆動する。時限回路は、機械式スイッチの一方の接点と電源回路との間に接続され、電源回路の稼働時間を設定する。このような構成により、上記アーク消去装置は、機械式スイッチに生じるアークの電圧を利用し、半導体スイッチをオンにしてアークを消去する。
　なお、機械式スイッチに生じるアークは、機械式スイッチを閉じる場合および開く場合のいずれの場合にも生じる。しかしながら、機械式スイッチを閉じる場合のアークは小さいのに対し、機械式スイッチを開く場合のアークは大きいので、機械式スイッチに与えるダメージが大きい。
日本国特許公報「特許第３４４１８１３号公報」 日本国公告特許公報「特公平７－６２９７０号公報」
　特許文献１の構成では、機械式スイッチにアークが発生して半導体スイッチがオンになった場合、その後半導体スイッチがオフする場合には次のような過程を辿る。すなわち、半導体スイッチがオフする過程では、時限回路が動作を停止し、これにより電源回路の出力電圧が低下し、やがて制御回路が半導体スイッチのオン状態を維持できなくなり、半導体スイッチがオフする。
　この場合、半導体スイッチは、インピーダンスが十分に低い導通状態からインピーダンスが極めて高い不導通状態に徐々に変化する。このため、半導体スイッチは、オン状態からオフ状態に変化する場合の過渡期間が長くなり、これによって電力損失が増加し、発熱量が多くなる。したがって、半導体スイッチは、電力損失が許容損失の限界を超えて増加する結果、故障する虞がある。
　そこで、半導体スイッチとしては、許容損失に十分余裕のある高価な素子を用いる必要がある。また、半導体スイッチがより大きな電流を遮断する場合、アーク消去装置には半導体スイッチの温度上昇を抑制する放熱構造が必要になる。この場合には、アーク消去装置の構造が複雑になり、装置の小型化の障害となる。
　したがって、本発明の一態様は、信頼性が高く、かつ小型で安価な直流開閉器のアーク消去装置の提供を目的としている。
　本発明の一態様に係るアーク消去装置は、負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第１スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、前記第１スイッチの両接点に接続され、前記第１スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、前記電源回路と前記半導体スイッチとの間に設けられ、前記電源回路の出力電圧を受けて動作し、前記半導体スイッチのオンから所定時間経過後に、前記電源回路から前記半導体スイッチへの電圧供給を遮断し、前記半導体スイッチをオフにするタイマ回路とを備えている。
　本発明の一態様によれば、半導体スイッチは、タイマ回路の動作により、オン状態からオフ状態へ変化する場合の過渡期間を有することなく、オン状態からオフ状態へ移行することができる。これにより、半導体スイッチは、電力損失が低減し、発熱量が少なくなり、電力損失の増大に起因して故障する虞がない。したがって、半導体スイッチには、高価かつ大型の素子を使用したり、放熱装置を設けたりする必要がなく、アーク消去装置は、信頼性が高く、かつ小型で安価な構成とすることができる。
本発明の実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。 図１に示した負荷装置およびアーク消去装置の回路図である。 本発明の他の実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態のアーク消去装置を備えた負荷装置である電動工具の一例を示す正面図である。 図３に示したアーク消去装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。 本発明のさらに他の実施形態を示すものであって、アーク消去装置の適用例を示すブロック図である。
　〔実施形態１〕
　本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施形態は、一例として、負荷装置が携帯式の電動工具であり、アーク消去装置が上記負荷装置に組み込まれている場合について説明する。図１は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示すブロック図である。
　（負荷装置１の構成）
　図１に示すように、負荷装置１は、直流電源Ｅ１、負荷１１および第１スイッチ（直流開閉器）ＳＷ１を備え、これらが閉ループを構成するように直列に接続されている。直流電源Ｅ１は例えば蓄電池であり、負荷１１は例えばモータであり、第１スイッチＳＷ１は有接点を有する機械式のスイッチである。
　（アーク消去装置２の構成）
　アーク消去装置２は、半導体スイッチＴＲ４、第１タイマ回路（遮断回路）２１、定電圧回路２２、第２タイマ回路（タイマ回路）２３および保護回路２４を備えている。
　半導体スイッチＴＲ４は、本実施形態ではＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、ドレインが正側の第１通電路２５ａと接続され、ソースが負側の第２通電路２５ｂと接続されている。第１通電路２５ａは正側接続端子Ｔ１と接続され、正側接続端子Ｔ１は、第１スイッチＳＷ１の一方の端子と接続されている。また、第２通電路２５ｂは負側接続端子Ｔ２と接続され、負側接続端子Ｔ２は、第１スイッチＳＷ１の他方の端子と接続されている。正側接続端子Ｔ１から半導体スイッチＴＲ４を経て負側接続端子Ｔ２に至る回路は、第１スイッチＳＷ１に対する迂回回路２８となっており、半導体スイッチＴＲ４は、第１スイッチＳＷ１と並列に接続されている。
　定電圧回路２２は、第１通電路２５ａおよび第２通電路２５ｂと接続されている。定電圧回路２２と第１通電路２５ａとの接続は、第１通電路２５ａから定電圧回路２２に向う方向を順方向とするダイオードＤ２を介して行われている。定電圧回路２２は、第１通電路２５ａおよび第２通電路２５ｂから給電されて一定電圧を半導体スイッチＴＲ４へ出力する電源回路である。
　第１タイマ回路２１は、第１通電路２５ａにおける、第１通電路２５ａと半導体スイッチＴＲ４との接続部と第１通電路２５ａとダイオードＤ２との接続部との間に設けられている。第１タイマ回路２１は、アーク消去装置２の動作開始から一定時間が経過すると、すなわちコンデンサＣ１の充電が完了すると（コンデンサＣ１の電荷が満杯になると）、第１通電路２５ａを遮断する。
　第２タイマ回路２３および保護回路２４は、定電圧回路２２と半導体スイッチＴＲ４との間に設けられ、第２タイマ回路２３は定電圧回路２２の直後の後段に設けられ、保護回路２４は第２タイマ回路２３の後段に設けられている。
　第２タイマ回路２３は、動作開始から一定時間が経過すると動作を停止し、これによって定電圧回路２２から半導体スイッチＴＲ４への通電を遮断する。
　保護回路２４は、第２タイマ回路２３を介して定電圧回路２２から供給される電圧を半導体スイッチＴＲ４のゲートに供給する。また、保護回路２４は、半導体スイッチＴＲ４のゲートに最大定格以上の電圧が掛からないようにして、半導体スイッチＴＲ４を保護する。なお、保護回路２４は、アーク消去装置２の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
　また、定電圧回路２２に対する半導体スイッチＴＲ４側とは反対側の位置における、第１通電路２５ａと第２通電路２５ｂとの間には、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ２が設けられている。ダイオードＤ１は、第２通電路２５ｂから第１通電路２５ａへ向う方向を順方向として、第１通電路２５ａおよび第２通電路２５ｂに接続されている。ダイオードＤ１は、第１タイマ回路２１、半導体スイッチＴＲ４およびダイオードＤ１によって形成される閉ループにより、第１タイマ回路２１に蓄積された電荷を放電させ、第１タイマ回路２１をリセットさせる。コンデンサＣ２は、第１通電路２５ａおよび第２通電路２５ｂのノイズを除去し、第１通電路２５ａと第２通電路２５ｂとの間の電圧を安定化する。なお、コンデンサＣ２は、アーク消去装置２の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
　（アーク消去装置２の具体的な回路）
　図２は、図１に示した負荷装置１およびアーク消去装置２の回路図である。図２に示すように、アーク消去装置２の第１タイマ回路２１は、直列接続されたコンデンサＣ１および抵抗Ｒ１を備えている。なお、コンデンサＣ１の静電容量は、定電圧回路２２のコンデンサＣ３および第２タイマ回路２３のコンデンサＣ４の静電容量よりもはるかに大きい。また、抵抗Ｒ１は、抵抗値が低い抵抗であり、回路に過大な電流が流れることを防止する上において設けることが好ましいものの、アーク消去装置２の基本的な動作上、必須のものではなく、省くことができる。
　定電圧回路２２は、トランジスタＴＲ１、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ２，Ｒ３およびツェナーダイオードＺＤ１を備えている。トランジスタＴＲ１のエミッタは、このエミッタから半導体スイッチＴＲ４のゲートに向う第３通電路２７と接続されている。コンデンサＣ３は、トランジスタＴＲ１のコレクタと第２通電路２５ｂとの間、抵抗Ｒ２は、トランジスタＴＲ１のベースとコレクタとの間、ツェナーダイオードＺＤ１は、トランジスタＴＲ１のベースと第２通電路２５ｂとの間、抵抗Ｒ３は、トランジスタＴＲ１のエミッタと第２通電路２５ｂとの間に、それぞれ設けられている。なお、前述したダイオードＤ２のカソードは、トランジスタＴＲ１のコレクタと接続されている。
　第２タイマ回路２３は、トランジスタＴＲ２，ＴＲ３、抵抗Ｒ４～Ｒ９およびコンデンサＣ４を備えている。トランジスタＴＲ２，ＴＲ３のエミッタは第２通電路２５ｂと接続されている。コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４は直列接続されて、第３通電路２７とトランジスタＴＲ２のベースとの間に設けられている。抵抗Ｒ５は、トランジスタＴＲ２のベースと第２通電路２５ｂとの間、抵抗Ｒ６は、第３通電路２７とトランジスタＴＲ２のコレクタとの間、抵抗Ｒ７は、トランジスタＴＲ２のコレクタとトランジスタＴＲ３のベースとの間、抵抗Ｒ８は、第３通電路２７における、抵抗Ｒ６との接続部とトランジスタＴＲ３のコレクタとの接続部との間、抵抗Ｒ９は、トランジスタＴＲ３のベースと第２通電路２５ｂとの間に、それぞれ設けられている。
　保護回路２４は、抵抗Ｒ１０およびツェナーダイオードＺＤ２を備えている。抵抗Ｒ１０は、第３通電路２７における、トランジスタＴＲ３のコレクタとの接続部と半導体スイッチＴＲ４のゲートとの間、ツェナーダイオードＺＤ２は、半導体スイッチＴＲ４のゲートと第２通電路２５ｂとの間に、それぞれ設けられている。抵抗１０は、ゲート抵抗と呼ばれているものであり、半導体スイッチＴＲ４であるＦＥＴのゲートとソースとの間の寄生容量に流れ込む電流を制限している。
　また、半導体スイッチＴＲ４のゲートとドレインとの間には、直列接続されたダイオードＤ３およびツェナーダイオードＺＤ３からなるサージ回路２６が設けられている。サージ回路２６は、半導体スイッチＴＲ４に耐圧を超えるような過大な電圧が加わったときに、半導体スイッチＴＲ４をオンにすることにより、半導体スイッチＴＲ４を保護する。
　（アーク消去装置２の動作）
　上記の構成において、アーク消去装置２の動作を以下に説明する。第１スイッチＳＷ１を開いたときには、第１スイッチＳＷ１の接点間に電圧が発生する。上記接点間に発生した電圧により定電圧回路２２が動作し、定電圧回路２２の出力電圧が半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなり、迂回回路２８が閉状態となり、第１スイッチＳＷ１の接点間のアークの発生が抑制される。
　具体的には、第１スイッチＳＷ１を開いたときには、第１スイッチＳＷ１の接点間に一瞬だけ電圧が発生する。第１スイッチＳＷ１の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子Ｔ１から第１タイマ回路２１に向って第１通電路２５ａに電流が流れる。この電流は、第１タイマ回路２１を経た後、ダイオードＤ２を介して定電圧回路２２のコンデンサＣ３へ流れ込む。これにより、定電圧回路２２のトランジスタＴＲ１にベース電流が流れてトランジスタＴＲ１がオンとなる。さらに、第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ２に、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４を介してベース電流が流れ、トランジスタＴＲ２がオンとなる。なお、トランジスタＴＲ１のベースにはツェナーダイオードＺＤ１の動作により一定の電圧が印加される。
　第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ３は、トランジスタＴＲ２がオンの状態ではオフの状態を維持する。したがって、定電圧回路２２から出力された電圧が半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなる。半導体スイッチＴＲ４がオンになると、迂回回路２８が開状態から閉状態となる。したがって、第１スイッチＳＷ１の接点間には電流が流れず、電流は迂回回路２８に全て流れるため、第１スイッチＳＷ１でのアークの発生が抑制される。
　なお、アーク消去装置２では、第１スイッチＳＷ１を開いたときの第１スイッチＳＷ１の接点間電圧（例えば１０Ｖ）が、第１スイッチＳＷ１においてアークが発生する場合のＳＷ１の接点間電圧（例えば１２Ｖ）よりも低くなるように設定している。これにより、アーク消去装置２は、第１スイッチＳＷ１を開いたときのアークの発生自体を防止することができる。この点は、他の実施形態においても同様である。
　半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後は、所定時間が経過すると、第２タイマ回路２３が定電圧回路２２から半導体スイッチＴＲ４への電圧供給を遮断して半導体スイッチＴＲ４をオフにし、迂回回路２８が開状態となる。
　具体的には、半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後は、電流が第１通電路２５ａに流れ込まないものの、定電圧回路２２および第２タイマ回路２３は、コンデンサＣ１，Ｃ３に蓄積された電荷を使用して動作を継続する。
　半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４の値によって決まる所定時間が経過すると、第２タイマ回路２３のコンデンサＣ４の充電が完了する。これにより、トランジスタＴＲ２にベース電流が流れなくなり、トランジスタＴＲ２がオフとなる。
　トランジスタＴＲ２がオフになると、抵抗Ｒ６，Ｒ７を介してトランジスタＴＲ３にベース電流が流れ、トランジスタＴＲ３がオンとなり、トランジスタＴＲ３によって第３通電路２７が第１通電路２５ａと接続される。これにより、半導体スイッチＴＲ４のゲート電圧が０Ｖとなって半導体スイッチＴＲ４がオフとなり、迂回回路２８が開状態となる。
　半導体スイッチＴＲ４がオフになった場合、第１スイッチＳＷ１は開状態であるので、第１スイッチＳＷ１の接点間電圧は、直流電源Ｅ１の電圧に戻る。その後、第１タイマ回路２１のコンデンサＣ１の充電が完了すると、第１タイマ回路２１によって第１通電路２５ａが遮断される。したがって、アーク消去装置２は、負荷装置１すなわち直流電源Ｅ１から電気的に切り離された安定な状態となる。
　このように、アーク消去装置２では、定電圧回路２２が正常に動作している期間内に、第２タイマ回路２３が半導体スイッチＴＲ４を強制的にオフにする。
　また、第１タイマ回路２１の機能は、上記のように、半導体スイッチＴＲ４のオフ後にアーク消去装置２を負荷装置１から電気的に切り離して、定電圧回路２２の動作を停止させることである。これにより、第１タイマ回路２１は、負荷装置１の直流電源Ｅ１の電力がアーク消去装置２によって消費され続ける事態を阻止している。したがって、アーク消去装置２は、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１からなる第１タイマ回路２１に代えて、半導体スイッチＴＲ４のオフ後にアーク消去装置２（特に定電圧回路２２）を負荷装置１から電気的に切り離す回路を備えていてもよい。この点は、他の実施形態においても同様である。
　（アーク消去装置２の利点）
　アーク消去装置２では、第１スイッチＳＷ１を開いたときに、半導体スイッチＴＲ４がオンとなり、その後、所定時間が経過すると、第２タイマ回路２３が定電圧回路２２から半導体スイッチＴＲ４への電圧供給を遮断して半導体スイッチＴＲ４をオフにし、半導体スイッチＴＲ４による迂回回路２８が開状態となる。
　この場合、第２タイマ回路２３は、第１スイッチＳＷ１への印加電圧および第１スイッチＳＷ１の開閉速度に関係なく、半導体スイッチＴＲ４の導通時間を任意に設定し、第１スイッチＳＷ１の接点間でのアーク電流の消去に必要な最小時間だけ、半導体スイッチをオンさせることができる。
　すなわち、半導体スイッチＴＲ４は、第２タイマ回路２３の動作により、オン状態からオフ状態へ変化する場合の過渡期間を有することなく、オン状態からオフ状態へ移行することができる。
　これにより、半導体スイッチＴＲ４は、電力損失が低減し、発熱量が少なくなり、電力損失の増大に起因して故障する虞がない。したがって、半導体スイッチＴＲ４には、高価かつ大型の素子を使用したり、放熱装置を設けたりする必要がない。この結果、アーク消去装置２は、信頼性が高く、かつ小型で安価な構成とすることができる。
　なお、アーク消去装置２は、第１スイッチＳＷ１が例えばトリガスイッチである場合に、バウンスによって第１スイッチＳＷ１が閉状態から開状態に変化した場合の第１スイッチＳＷ１でのアークの防止にも有効である。
　また、アーク消去装置２は、電源回路として定電圧回路２２を備え、定電圧回路２２から安定した一定の直流電圧を出力する。したがって、第２タイマ回路２３は、直流電源Ｅ１の電圧や負荷電流等が変化した場合であっても、半導体スイッチＴＲ４を、オン時点からの所定時間の経過後に正確にオフにさせることができる。これにより、半導体スイッチＴＲ４の熱損失を一定量に抑制し、半導体スイッチＴＲ４を確実に保護することができる。
　なお、アーク消去装置２は、定電圧回路２２に代えて、単に半導体スイッチＴＲ４を駆動する電源回路を備えていてもよい。この場合の電源回路は、定電圧回路２２から例えばトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ２およびツェナーダイオードＺＤ１を省いたものとなる。
　また、本実施形態では、スイッチング素子としての半導体スイッチＴＲ４がＦＥＴである場合を例に説明した。しかしながら、半導体スイッチＴＲ４は、ＦＥＴの他、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やその他のパワートランジスタであってもよい。この点は、以下に示すその他の実施形態においても同様である。
　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　図３は、本実施形態のアーク消去装置を負荷装置に接続した状態を示す回路図である。図４は、本実施形態のアーク消去装置を備えた負荷装置である電動工具の一例を示す正面図である。
　本実施形態のアーク消去装置３は、前記アーク消去装置２に対して、保護抵抗Ｒ１１および第２スイッチＳＷ２を追加した構成である。保護抵抗Ｒ１１および第２スイッチＳＷ２以外のアーク消去装置３の構成は、前述したアーク消去装置２と同様である。なお、アーク消去装置３は、保護抵抗Ｒ１１または第２スイッチＳＷ２のいずれか一方のみを備えている構成であってもよい。
　（保護抵抗Ｒ１１の構成）
　保護抵抗Ｒ１１は、迂回回路２８において半導体スイッチＴＲ４と直列に接続されている。なお、保護抵抗Ｒ１１を設ける位置は、図３に示した半導体スイッチＴＲ４と正側接続端子Ｔ１との間に限定されず、半導体スイッチＴＲ４と負側接続端子Ｔ２との間であってもよい。例えば、保護抵抗Ｒ１１は、負荷１１と第１タイマ回路２１との間（第１通電路２５ａ）の半導体スイッチＴＲ４の接続部と、半導体スイッチＴＲ４との間に設けられてもよい。
　保護抵抗Ｒ１１は、抵抗値が例えば１ｍΩ～１０ｍΩ程度の小さい値のチップ抵抗器であり、好ましくは導電部分が金属薄膜であるチップ抵抗器である。この場合、チップ抵抗器において、金属薄膜は例えばセラミックス基板上に形成されている。保護抵抗Ｒ１１は、半導体スイッチＴＲ４が故障により短絡した場合に、例えば溶断して断線状態となり、迂回回路２８に電流が流れ続けることを防止する。
　具体的には、保護抵抗Ｒ１１は、第２タイマ回路２３により設定される、半導体スイッチＴＲ４のオン時間よりも長い時間（例えば１０ｍｓｅｃ以上の時間）、迂回回路２８に電流が流れた場合に、断線するようになっている。保護抵抗Ｒ１１には、市販品の金属箔低抵抗チップ抵抗器を使用することができる。
　（保護抵抗Ｒ１１を備えることによる利点）
　アーク消去装置３は、保護抵抗Ｒ１１を備えていることにより、次のような利点を有する。
　迂回回路２８に設けられた半導体スイッチＴＲ４が短絡した場合の回路の保護には、従来、ヒューズを用いるのが一般的である。例えば、特許文献２に記載の構成では、直流電源と負荷との間に接続された機械式スイッチ、前記機械式スイッチと並列接続された半導体スイッチ、前記半導体スイッチをオンオフする制御回路、および前記半導体スイッチと前記機械式スイッチとに直列に接続されたヒューズを備えている。ヒューズは、過電流により半導体スイッチが短絡故障したときに、半導体スイッチを回路から切り離す機能を有する。
　しかしながら、ヒューズは一般に定格電流が大きくなると、それに伴い部品形状が大きくなる。例えば、瞬時であっても大電流を通電できるヒューズは、相当に大きな部品形状となる。ヒューズは、例えば１ｍｓｅｃの間だけ１５０Ａを通電する必要がある場合、少なくとも定格電流１７Ａ以上のものを使用する必要がある。この場合、ヒューズは、外形寸法（長さ×幅×厚さ）が例えば６．１×２．５×２．５とかなり大きく、かつ高価になる。このため、ヒューズを使用することは、ヒューズを備えるアーク消去装置の基板サイズを大きくし、アーク消去装置の小型化および低価格化の障害になっている。
　これに対し、保護抵抗Ｒ１１に使用するチップ抵抗器は小型かつ安価である。例えば１ｍｓｅｃの間だけ１５０Ａを通電する上記チップ抵抗器の場合、外形寸法（長さ×幅×厚さ）が、１．２５×２．０×０．５のものがあり、同等の溶断特性のヒューズと比較して、体積比が約１／３０である。したがって、ヒューズに代えて、チップ抵抗器からなる保護抵抗Ｒ１１を使用すれば、基板サイズの小型化すなわちアーク消去装置３の小型化、および低価格化を実現することができる。
　（第２スイッチＳＷ２の構成）
　図３に示すように、第２スイッチＳＷ２は、例えば第１通電路２５ａにおいて、半導体スイッチＴＲ４と第１通電路２５ａとの接続部と第１タイマ回路２１との間に設けられ、第１通電路２５ａを開閉するようになっている。第２スイッチＳＷ２は、ノーマルオープン（Ａ接点）のスイッチであり、例えば手動操作自動復帰接点のスイッチである。
　本実施形態において、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、図４に示す負荷装置１である携帯式の電動工具のトリガスイッチ４１に組み込まれている。この場合、トリガスイッチ４１を押し込む（あるいは引く）と、まず第２スイッチＳＷ２が閉じ、その後、第１スイッチＳＷ１が閉じる。トリガスイッチ４１を戻す場合は、逆に、第１スイッチＳＷ１が開き、次に、第２スイッチＳＷ２が開く。
　（アーク消去装置３の動作）
　アーク消去装置３の保護抵抗Ｒ１１を備えることによる動作は上述した通りであり、それ以外の動作について、以下に説明する。図５は、アーク消去装置３の各部の動作を示すタイミングチャートである。
　　（第２スイッチＳＷ２および第１スイッチＳＷ１が順次閉じる場合）
　負荷装置１およびアーク消去装置３の停止状態では、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が開いている。したがって、第１スイッチＳＷ１の接点間には、直流電源Ｅ１による電圧が生じている。
　上記の状態から、ユーザがトリガスイッチ４１を押し込んでいく場合の動作について説明する。負荷装置１のユーザがトリガスイッチ４１を押し込んでいくと、まずｔ１にて第２スイッチＳＷ２が閉じ、負荷装置１の直流電源Ｅ１から、第１通電路２５ａを通じて定電圧回路２２へ電流が流れる。これにより、定電圧回路２２が動作を開始する。なお、この状態では第１スイッチＳＷ１は開いたままである。
　定電圧回路２２が動作を開始すると、定電圧回路２２の出力電圧が第２タイマ回路２３および保護回路２４を介して半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなり、迂回回路２８が閉状態となる。
　具体的には、第１通電路２５ａを流れる電流は、第１タイマ回路２１を経た後、ダイオードＤ２を介して定電圧回路２２のコンデンサＣ３へ流れ込む。これにより、定電圧回路２２のトランジスタＴＲ１にベース電流が流れてトランジスタＴＲ１がオンとなる。さらに、第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ２に、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４を介してベース電流が流れ、トランジスタＴＲ２がオンとなる。なお、トランジスタＴＲ１のベースにはツェナーダイオードＺＤ１の動作により一定の電圧が印加される。
　第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ３は、トランジスタＴＲ２がオンの状態ではオフの状態を維持する。したがって、定電圧回路２２から出力された電圧が半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなる。半導体スイッチＴＲ４がオンになると、迂回回路２８が開状態から閉状態となる。
　迂回回路２８が閉状態になると、第１スイッチＳＷ１の接点間は低インピーダンスとなる。また、直流電源Ｅ１、負荷１１、半導体スイッチＴＲ４および直流電源Ｅ１の経路にて、負荷装置１の負荷１１に電流が流れる。その後、第２タイマ回路２３が動作すると、半導体スイッチＴＲ４のゲートの電圧が立ち下げられ、ｔ２にて半導体スイッチＴＲ４がオフとなり、迂回回路２８が開状態となる。なお、ｔ２経過後には、定電圧回路２２が動作を停止する。
　具体的には、半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後は、直流電源Ｅ１から、半導体スイッチＴＲ４よりもインピーダンスが高い第１通電路２５ａ側へは電流が流れ込まない。しかしながら、定電圧回路２２および第２タイマ回路２３は、コンデンサＣ１，Ｃ３に蓄積された電荷を使用して動作を継続する。
　半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４の値によって決まる所定時間が経過すると、第２タイマ回路２３のコンデンサＣ４の充電が完了する。これにより、トランジスタＴＲ２にベース電流が流れなくなり、トランジスタＴＲ２がオフとなる。
　トランジスタＴＲ２がオフになると、抵抗Ｒ６，Ｒ７を介してトランジスタＴＲ３にベース電流が流れ、トランジスタＴＲ３がオンとなり、トランジスタＴＲ３によって第３通電路２７が第１通電路２５ａと接続される。これにより、半導体スイッチＴＲ４のゲート電圧が０Ｖとなって半導体スイッチＴＲ４がオフとなり、迂回回路２８が開状態となる。
　半導体スイッチＴＲ４がオフになった場合、第１スイッチＳＷ１は開状態であるので、第１スイッチＳＷ１の接点間電圧は、直流電源Ｅ１の電圧に戻る。
　上記のように、半導体スイッチＴＲ４がオンになり、その間、負荷１１に電流が流れると、負荷装置１は、一時的に振動するなど、ユーザが意図しない挙動を行う。しかしながら、この挙動は、ユーザが負荷装置１を動かそうとする意志を持って負荷装置１を操作する過程で生じるものであるから、ユーザにとって驚きがなく、問題がない。
　なお、半導体スイッチＴＲ４がオンになってからオフするまでの間、定電圧回路２２は動作しているので、半導体スイッチＴＲ４は定電圧回路２２から安定した電圧を受けて、オンから所定時間後に正確にオフとなる。
　その後、ユーザがトリガスイッチ４１をさらに押し込んで行くと、ｔ３にて第１スイッチＳＷ１が開き、直流電源Ｅ１、負荷１１、第１スイッチＳＷ１および直流電源Ｅ１の経路にて負荷１１に電流が流れ、負荷１１に電流が流れ、負荷１１（負荷装置１）が動作する。
　　（第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が順次開く場合）
　次に、ユーザがトリガスイッチ４１を押し切って第２スイッチＳＷ２および第１スイッチＳＷ１が閉じている状態から、トリガスイッチ４１を戻していく場合の動作について説明する。
　ユーザがトリガスイッチ４１を戻していくと、まずｔ４にて第１スイッチＳＷ１が開く。この状態では、第２スイッチＳＷ２は閉じたままである。
　第１スイッチＳＷ１が開くと、第１スイッチＳＷ１の接点間に電圧が発生する。上記接点間に発生した電圧により定電圧回路２２が動作し、定電圧回路２２の出力電圧が半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなる。したがって、迂回回路２８が閉状態となり、第１スイッチＳＷ１の接点間でのアークの発生が抑制される。
　具体的には、第１スイッチＳＷ１が開くと、第１スイッチＳＷ１の接点間に一瞬だけ電圧が発生する。第１スイッチＳＷ１の接点間に電圧が発生すると、正側接続端子Ｔ１から第１タイマ回路２１に向って第１通電路２５ａに電流が流れる。この電流は、第１タイマ回路２１を経た後、ダイオードＤ２を介して定電圧回路２２のコンデンサＣ３へ流れ込む。これにより、定電圧回路２２のトランジスタＴＲ１にベース電流が流れてトランジスタＴＲ１がオンとなる。さらに、第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ２に、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４を介してベース電流が流れ、トランジスタＴＲ２がオンとなる。なお、トランジスタＴＲ１のベースにはツェナーダイオードＺＤ１の動作により一定の電圧が印加される。
　第２タイマ回路２３のトランジスタＴＲ３は、トランジスタＴＲ２がオンの状態ではオフの状態を維持する。したがって、定電圧回路２２から出力された電圧が半導体スイッチＴＲ４のゲートに印加され、半導体スイッチＴＲ４がオンとなる。半導体スイッチＴＲ４がオンになると、迂回回路２８が開状態から閉状態となる。したがって、第１スイッチＳＷ１の接点間には電流が流れず、迂回回路２８に全て流れるため、第１スイッチＳＷ１でのアークの発生が抑制される。
　また、第１スイッチＳＷ１の接点間は、迂回回路２８が閉状態になることにより、低インピーダンスとなる。負荷装置１の負荷１１にも同様に電流が継続して流れる。
　その後、第２タイマ回路２３が動作すると、半導体スイッチＴＲ４のゲートの電圧が立ち下げられ、ｔ５にて半導体スイッチＴＲ４がオフとなり、迂回回路２８が開状態となる。この場合には、負荷１１を流れる電流が遮断され、第１スイッチＳＷ１の接点間の電圧が復活する。
　具体的には、半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後は、アークによる電流が第１通電路２５ａに流れ込まないものの、定電圧回路２２および第２タイマ回路２３は、コンデンサＣ１，Ｃ３に蓄積された電荷を使用して動作を継続する。なお、ｔ５経過後には、定電圧回路２２が動作を停止する。
　半導体スイッチＴＲ４がオンとなった後、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ４の値によって決まる所定時間が経過すると、第２タイマ回路２３のコンデンサＣ４の充電が完了する。これにより、トランジスタＴＲ２にベース電流が流れなくなり、トランジスタＴＲ２がオフとなる。
　トランジスタＴＲ２がオフになると、抵抗Ｒ６，Ｒ７を介してトランジスタＴＲ３にベース電流が流れ、トランジスタＴＲ３がオンとなり、トランジスタＴＲ３によって第３通電路２７が第１通電路２５ａと接続される。これにより、半導体スイッチＴＲ４のゲート電圧が閾値以下となって半導体スイッチＴＲ４がオフとなり、迂回回路２８が開状態となる。
　半導体スイッチＴＲ４がオフになった場合、第１スイッチＳＷ１は開状態であるので、第１スイッチＳＷ１の接点間電圧は、直流電源Ｅ１の電圧に戻る。
　このように、アーク消去装置２では、定電圧回路２２が正常に動作している期間内に、第２タイマ回路２３が半導体スイッチＴＲ４を強制的にオフにする。
　なお、半導体スイッチＴＲ４がオンとなっている時間（ｔ４－ｔ５の間）は、例えば１ｍｓｅｃである。また、この場合にも半導体スイッチＴＲ４がオンになってからオフするまでの間、定電圧回路２２は動作しているので、半導体スイッチＴＲ４は定電圧回路２２から安定した電圧を受けて、オンから所定時間後に正確にオフとなる。
　その後、第１タイマ回路２１のコンデンサＣ１の充電が完了すると、第１タイマ回路２１によって第１通電路２５ａが遮断される。したがって、アーク消去装置２は、負荷装置１すなわち直流電源Ｅ１から電気的に切り離された安定な状態となる。
　また、トリガスイッチ４１をさらに戻して行くと、ｔ６にて第２スイッチＳＷ２が開く。
　ここで、ユーザが負荷装置１である電動工具のトリガスイッチ４１を操作していない状態では、第２スイッチＳＷ２は開状態であり、第１通電路２５ａは遮断されている。したがって、ユーザが電動工具に対して直流電源Ｅ１（例えば蓄電池）を取り外した後、取り付けた場合であっても、負荷装置１はパルス電流を発生せず、半導体スイッチＴＲ４がオンせず、負荷１１にパルス電流は流れない。したがって、電動工具は、ユーザが予期しない挙動を生じることがない。
　（第２スイッチＳＷ２を備えることによる利点）
　上記のように、ユーザが負荷装置１である電動工具のトリガスイッチ４１を操作していない状態では、第２スイッチＳＷ２により第１通電路２５ａが遮断されているので、ユーザが電動工具に対して直流電源Ｅ１を取り外した後、取り付けた場合であっても、負荷１１にパルス電流が流れることはない。したがって、電動工具はユーザが予期しない挙動を生じることがなく、アーク消去装置３は、電源（直流電源Ｅ１）の起動時における負荷装置１の不要な挙動を防止することができる。
　（第２スイッチＳＷ２のその他の配置）
　なお、第２スイッチＳＷ２の配置位置は、図３に示した位置に限定されず、
　（１）第１通電路２５ａ（迂回回路２８）における半導体スイッチＴＲ４と第１通電路２５ａとの接続部と、正側接続端子Ｔ１との間
　（２）第２通電路２５ｂ（迂回回路２８）における半導体スイッチＴＲ４と第２通電路２５ｂとの接続と、負側接続端子Ｔ２との間
　（３）迂回回路２８における半導体スイッチＴＲ４と第１通電路２５ａとの接続部と、半導体スイッチＴＲ４との間
　（４）迂回回路２８における半導体スイッチＴＲ４と第２通電路２５ｂとの接続部と、半導体スイッチＴＲ４との間
　（５）第１通電路２５ａにおけるダイオードＤ２と第１通電路２５ａとの接続部と、第１タイマ回路２１との間
　（６）コンデンサＣ３と第２通電路２５ｂとの接続部と、コンデンサＣ３との間
　（７）第２通電路２５ｂにおけるコンデンサＣ３と第２通電路２５ｂとの接続部と、抵抗Ｒ３と第２通電路２５ｂとの接続部との間
のいずれかの位置であってもよい。
　以上のような第２スイッチＳＷ２の配置は、第２スイッチＳＷ２が開くことによって、迂回回路２８を遮断し、かつ半導体スイッチＴＲ４をオンにさせない配置、または、定電圧回路２２を動作させず、かつ半導体スイッチＴＲ４を動作させない配置である。
　第２スイッチＳＷ２を上記（１）または上記（２）の位置に配置した場合には、次の利点を有する。すなわち、第２スイッチＳＷ２の耐圧試験を行う際には、第２スイッチＳＷ２に例えば１０００～２０００Ｖの電圧を印加する。この場合には、半導体スイッチＴＲ４であるＦＥＴの耐圧が低いため、半導体スイッチＴＲ４を第１スイッチＳＷ１から完全に切り離す必要がある。
　この場合、第２スイッチＳＷ２を上記（１）または上記（２）の位置に配置すれば、半導体スイッチＴＲ４は第２スイッチＳＷ２によって第１スイッチＳＷ１から切り離なされる。これにより、半導体スイッチＴＲ４の耐圧が低くても、例えば、第１スイッチＳＷ１の両端に（試験用プローブ等で）上記電圧を加えて耐圧試験をすることができる。したがって、第２スイッチＳＷ２を上記（１）または上記（２）の位置に配置した場合には、半導体スイッチＴＲ４を第１スイッチＳＷ１から切り離すためのスイッチを別途設ける必要がなく、第１スイッチＳＷ１の耐圧試験を容易に行うことができる。
　また、第２スイッチＳＷ２の開状態によって半導体スイッチＴＲ４を負荷装置１から切り離して絶縁することができる。したがって、例えば半導体スイッチＴＲ４が短絡故障した場合に、第２スイッチＳＷ２の開状態によって半導体スイッチＴＲ４に流れる電流の経路を遮断し、アーク消去装置３の回路を保護することができる。これにより、アーク消去装置３は安全性を高めることができる。
　第２スイッチＳＷ２を上記（３）または上記（４）の位置に配置した場合には、半導体スイッチＴＲ４を迂回回路２８すなわち負荷装置１から切り離して絶縁することができる。これにより、第２スイッチＳＷ２を上記（１）または上記（２）の位置に配置した場合と同様、例えば半導体スイッチＴＲ４が短絡故障した場合に、アーク消去装置３の回路を保護し、アーク消去装置３は安全性を高めることができる。
　〔実施形態３〕
　本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　図６は、本実施形態のアーク消去装置の適用例を示すブロック図である。上記の実施形態に示したアーク消去装置２，３は、前述したように、トリガスイッチ４１を有し、トリガスイッチ４１に第１スイッチＳＷ１のみ、または第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を組み込んだ装置（例えば電動工具）に適用可能である。その他の適用例として、アーク消去装置２，３は、図６に示すように、負荷１１に接続されるソケット３１に組み込むことができる。この場合、アーク消去装置２，３は、筐体を有するユニットとして構成される。
　図６に記載の構成では、負荷１１は例えば車載用モータであり、第１スイッチＳＷ１は、ソケット３１に接続される例えばリレーである。この場合、ソケット３１は、負荷１１および直流電源Ｅ１との接続端子３１ａ，３１ｂ、およびリレー（第１スイッチＳＷ１）との接続端子３１ｃ，３１ｄを備えていてもよい。また、ソケット３１にアーク消去装置３を組み込む場合、第２スイッチＳＷ２（例えばリレー）は、第１スイッチＳＷ１と同様、ソケット３１に対して外付けされる構成であってもよい。この場合、ソケット３１は、さらに第２スイッチＳＷ２との接続端子３１ｅ，３１ｆを備えた構成となる。
　上記のような構成では、アーク消去装置２，３は、リレーの接点間でのアークの発生を防止し、あるいはリレーの接点間に発生したアークを消去し、リレーの寿命を長くする。
　アーク消去装置２，３は、その他、スイッチを有する産業機器に適用可能である。
　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係るアーク消去装置は、負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第１スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、前記第１スイッチの両接点に接続され、前記第１スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、前記電源回路と前記半導体スイッチとの間に設けられ、前記電源回路の出力電圧を受けて動作し、前記半導体スイッチのオンから所定時間経過後に、前記電源回路から前記半導体スイッチへの電圧供給を遮断し、前記半導体スイッチをオフにするタイマ回路とを備えている。
　上記の構成によれば、第１スイッチを開くと、第１スイッチの両接点間に電圧が発生し、電源回路は、その電圧により、半導体スイッチをオンにする電圧を出力し、半導体スイッチはオンとなる。半導体スイッチがオンになると、電流は第１スイッチを迂回して半導体スイッチに流れる。したがって、第１スイッチの接点間では、アークが解消し、あるいはアークが発生しない。
　一方、タイマ回路は、半導体スイッチのオンから所定時間経過後に、電源回路から半導体スイッチへの電圧供給を遮断し、半導体スイッチをオフにする。この場合、タイマ回路は、半導体スイッチの導通時間を任意に設定し、第１スイッチの接点間での電流の消去に必要な最小時間だけ、半導体スイッチをオンさせることができる。
　すなわち、半導体スイッチは、タイマ回路の動作により、オン状態からオフ状態へ変化する場合の過渡期間を有することなく、オン状態からオフ状態へ移行することができる。これにより、半導体スイッチは、電力損失が低減し、発熱量が少なくなり、電力損失の増大に起因して故障する虞がない。したがって、半導体スイッチには、高価かつ大型の素子を使用したり、放熱装置を設けたりする必要がなく、アーク消去装置は、信頼性が高く、かつ小型で安価な構成とすることができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記電源回路は、定電圧回路である構成としてもよい。
　上記の構成によれば、タイマ回路には、電源回路としての定電圧回路から、安定した一定の電圧が供給される。したがって、タイマ回路は、直流電源の電圧や負荷電流等が変化した場合であっても、半導体スイッチを、オン時点からの所定時間の経過後に正確にオフにさせることができる。これにより、半導体スイッチの熱損失を一定量に抑制し、半導体スイッチを確実に保護することができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置は、前記第１スイッチの一方の接点と前記電源回路との間の通電路に設けられ、前記半導体スイッチがオフとなった後に、前記通電路を遮断する遮断回路を備えている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、遮断回路（例えば他のタイマ回路）は、半導体スイッチがオフとなった後に、第１スイッチの一方の接点と電源回路との間の通電路を遮断する。したがって、アーク消去装置は、負荷装置の直流電源から電気的に切り離された安定な状態となる。これにより、直流電源の電力がアーク消去装置によって消費され続ける事態を阻止することができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置は、前記第１スイッチと前記半導体スイッチとの間に、前記タイマ回路にて設定されている時間よりも長い時間、前記半導体スイッチがオンになっている場合に、前記半導体スイッチを流れる電流によって断線するチップ抵抗器が直列に設けられている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、チップ抵抗器は、例えば半導体スイッチの短絡故障により、タイマ回路にて設定されている時間よりも長い時間、半導体スイッチがオンになっている場合に、断線して半導体スイッチを流れる電流を遮断し、回路を保護する。
　ここで、チップ抵抗器は、従来使用されているヒューズよりも、小型かつ安価であるので、アーク消去装置の小型化および低価格化を実現することができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記チップ抵抗器は、導電部分が金属薄膜である構成としてもよい。
　上記の構成によれば、チップ抵抗器は、導電部分が金属薄膜であるので、タイマ回路にて設定されている時間よりも長い時間、半導体スイッチがオンになっている場合に、溶断して断線するので、回路を確実に保護する。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置は、前記第１スイッチと前記半導体スイッチとの接続を遮断する位置、あるいは前記電源回路の動作を停止させる位置に設けられたノーマルオープンの第２スイッチを備えている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、第１スイッチと半導体スイッチとの接続を遮断する位置、あるいは電源回路の動作を停止させる位置にノーマルオープンの第２スイッチが設けられている。したがって、ユーザが負荷装置に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合であっても、ノーマルオープンの第２スイッチが設けられていることにより、負荷装置にパルス電流が流れることはない。したがって、負荷装置はユーザが予期しない挙動を生じることがなく、アーク消去装置は、直流電源の起動時における負荷装置の不要な挙動を防止することができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記第２スイッチは、前記第１スイッチとともに、負荷装置である電動工具のトリガスイッチに組み込まれ、前記トリガスイッチを押し込むときには、先に前記第２スイッチが閉じ、その後、前記第１スイッチが閉じる一方、前記トリガスイッチを戻すときには、先に前記第１スイッチが開き、その後、前記第２スイッチが開くようになっている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、トリガスイッチを有する電動工具において、トリガスイッチに対するユーザの操作による、第１スイッチを閉じる場合および開く場合に発生するアークを消去することができる。また、ユーザがトリガスイッチを操作していない場合において、ユーザが電動工具に対して直流電源を取り外した後、取り付けた場合の電動工具のユーザが予期しない挙動を防止することができる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置は、筐体（例えばソケット）を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第１スイッチと接続する接続部、並びに前記負荷装置の前記直流電源および負荷と接続する接続部が設けられている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、アーク消去装置は、回路の構成要素を筐体内に収容し、ユニット化した構成とすることができるので、各種負荷装置への適用が容易となる。
　上記の直流開閉器のアーク消去装置において、前記負荷は車載用モータであり、前記第１スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーである構成としてもよい。
　上記の構成によれば、アーク消去装置は、頻繁に動作するリレーに対してアークによる接点の摩耗を防止して長寿命化し、車載用に適した構成とすることができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　　１　　負荷装置
２～３　　アーク消去装置
　１１　　負荷
　２１　　第１タイマ回路（遮断回路）
　２２　　定電圧回路
　２３　　第２タイマ回路（タイマ回路）
　２４　　保護回路
　２５ａ　第１通電路
　２５ｂ　第２通電路
　２７　　第３通電路
　２８　　迂回回路
　３１　　ソケット
　４１　　トリガスイッチ
　Ｅ１　　直流電源
　Ｔ１　　正側接続端子
　Ｔ２　　負側接続端子
ＳＷ１　　第１スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２　　第２スイッチ
ＴＲ４　　半導体スイッチ

Claims (9)

  1. 　負荷装置の直流電源と直列に接続された機械式の第１スイッチに並列に接続される半導体スイッチと、
    　前記第１スイッチの両接点に接続され、前記第１スイッチを開いたときに前記両接点の間に発生する電圧により、前記半導体スイッチをオンにする電圧を出力する電源回路と、
    　前記電源回路と前記半導体スイッチとの間に設けられ、前記電源回路の出力電圧を受けて動作し、前記半導体スイッチのオンから所定時間経過後に、前記電源回路から前記半導体スイッチへの電圧供給を遮断し、前記半導体スイッチをオフにするタイマ回路とを備えていることを特徴とする直流開閉器のアーク消去装置。
  2. 　前記電源回路は、定電圧回路であることを特徴とする請求項１に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  3. 　前記第１スイッチの一方の接点と前記電源回路との間の通電路に設けられ、前記半導体スイッチがオフとなった後に、前記通電路を遮断する遮断回路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  4. 　前記第１スイッチと前記半導体スイッチとの間に、前記タイマ回路にて設定されている時間よりも長い時間、前記半導体スイッチがオンになっている場合に、前記半導体スイッチを流れる電流によって断線するチップ抵抗器が直列に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  5. 　前記チップ抵抗器は、導電部分が金属薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  6. 　前記第１スイッチと前記半導体スイッチとの接続を遮断する位置、あるいは前記電源回路の動作を停止させる位置に設けられたノーマルオープンの第２スイッチを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  7. 　前記第２スイッチは、前記第１スイッチとともに、負荷装置である電動工具のトリガスイッチに組み込まれ、
    　前記トリガスイッチを押し込むときには、先に前記第２スイッチが閉じ、その後、前記第１スイッチが閉じる一方、前記トリガスイッチを戻すときには、先に前記第１スイッチが開き、その後、前記第２スイッチが開くようになっていることを特徴とする請求項６に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  8. 　筐体を有し、前記筐体に、前記負荷装置の前記第１スイッチを接続する接続部、並びに前記負荷装置の前記直流電源および負荷を接続する接続部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
  9. 　前記負荷は車載用モータであり、前記第１スイッチは前記車載用モータをオンオフさせるリレーであることを特徴とする請求項８に記載の直流開閉器のアーク消去装置。
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