JP2016170861A - 電気回路切替装置及び電気回路切替システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型、軽量及び低コストである電気回路切替装置を提供する。
【解決手段】固定端子１０と、固定端子１０に対して相対的に移動可能な移動端子１２と、固定端子１０又は移動端子１２に設けられたコンタクト１４と、移動端子１２を固定端子１０に接続させる方向に回復力を発生する第１のアクチュエータ１６と、移動端子１２を固定端子１０から解放させる方向に回復力を発生する第２のアクチュエータ１６と、を備える電気回路切替装置１００とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、形状記憶合金を利用した電気回路切替装置及び電気回路切替システムに関する。

電気回路を自動で切り替える、又は、遠隔操作する際に一般的に電磁リレーが用いられている。しかしながら、電磁リレーは電磁石の吸引力により接点を接続・切断する構造のため、状態を維持するためには励磁電力を常に消費することになる。また、基本的に点接触であるため、通電時の接触抵抗が大きく、電力損失が大きく、さらに過大電流が流れた場合に加熱や接点の溶着のおそれがある。また、接点を駆動するための電磁石と復帰用のバネが必要であり、装置が大型化すると共に製造コストも高い。

これに対して、特許文献１には、作用力が対向する２つの形状記憶合金製のコイルバネによって配線用遮断器の開閉ハンドルを遠隔操作する電気切り換え装置が開示されている。また、特許文献２には、スナップアクションバネにより２つの安定で対称的な位置に保持されるトグルスイッチを構成し、形状記憶合金のワイヤーによってスイッチを切り替える双安定電気スイッチが開示されている。

特開昭６３−５１０２２号公報 特開２０１４−５３１１２５号公報

形状記憶合金製のコイルバネを用いた電気切り換え装置では、元々人が操作するための開閉ハンドルを２つの形状記憶合金製のコイルバネで操作するように後付けした構成であるので、人に代わって開閉ハンドルを操作する作用力を発生させるアクチュエータが必要であり、装置が大型であり、製造コストが高くなる。

また、形状記憶合金のワイヤーの形状復帰力を利用した電気回路切り換え装置では、状態を安定化するためのバネに対向して接点を反対側の安定点まで移動させるための作用力が必要であり、アクチュエータである形状記憶合金のワイヤーが大型化し、製造コストが高くなる。

また、いずれの装置においても接点が点接触であるので、電磁リレーと同様に、通電時の接触抵抗が大きく、電力損失が大きく、さらに過大電流が流れた場合に加熱や接点の溶着のおそれがある。また、接点の表面が酸化した場合には、接触抵抗が増加し、さらに電力損失が増大するおそれがある。

本発明の１つの態様は、第１端子と、前記第１端子に対して相対的に移動可能な第２端子と、前記第１端子又は前記第２端子に設けられたコンタクトと、前記第２端子を前記第１端子に接続させる方向に回復力を発生する第１形状記憶合金と、前記第２端子を前記第１端子から解放させる方向に回復力を発生する第２形状記憶合金と、を備え、前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金を加熱することによって、前記第１端子と前記第２端子を電気的に接続又は解放することを特徴とする電気回路切替装置である。

また、さらに第３端子を備え、前記第２端子は、前記第３端子に相対的に移動可能であり、前記第２端子と前記第１端子とが接続された状態において前記第３端子から解放された状態となり、前記第２端子と前記第３端子とが接続された状態において前記第１端子から解放された状態となることが好適である。

ここで、前記第１端子、前記第２端子及び前記第３端子の少なくとも１つは、複数の端子から構成されることが好適である。

また、前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金の少なくとも一方は、流れる電流によって発生する熱を受けて回復力を生ずることが好適である。

また、前記コンタクトは、流れる電流によって溶断されるヒューズとして機能することが好適である。

また、前記第１端子又は第２端子のいずれか一方の端子は他方の端子を挟み込む構造を有し、前記第１端子又は前記第２端子に設けられた前記コンタクトの間に前記他方の端子が挿入されることによって前記第１端子と前記第２端子とが電気的に接続され、前記コンタクトの間に前記他方の端子を挿入するための挿入力は、前記一方の端子によって前記他方の端子が挟み込まれる圧力よりも小さいことが好適である。

前記第１端子及び前記第２端子の少なくとも一方には圧電素子が設けられ、前記第１端子と前記第２端子との接続時に前記圧電素子によって前記第１端子と前記第２端子とを押し付けあわせることが好適である。

また、前記複数の電気回路切替装置における前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金を加熱する加熱手段がマトリクス状に配置されていることが好適である。

本発明によれば、小型、軽量及び低コストである電気回路切替装置及び電気回路切替システムを提供することができる。

本発明の実施の形態における電気回路切替装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における移動端子及びコンタクトの構成を示す図である。 本発明の実施の形態における電気回路切替装置の接続状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態における電気回路切替装置の接続状態を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるコンタクトの構成例を示す正面図である。 本発明の実施の形態におけるコンタクトの構成例を示す断面図である。 本発明の変形例１における電気回路切替装置の構成を示す図である。 本発明の変形例１における電気回路切替装置の接続状態を説明する図である。 本発明の変形例１における電気回路切替装置の自律的な切断を説明する図である。 本発明の変形例２におけるコンタクトの構成例を示す正面図である。 本発明の変形例２におけるコンタクトの構成例を示す断面図である。 本発明の変形例２におけるコンタクトの作用を説明する図である。 本発明の変形例３におけるコンタクトの構成例を示す正面図である。 本発明の変形例３におけるコンタクトの構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における電気回路切替装置の適用例を示す図である。 本発明の実施の形態における電気回路切替装置の適用例を示す図である。

本発明の実施の形態における電気回路切替装置１００は、図１に示すように、固定端子１０（１０ａ，１０ｂ）、移動端子１２、コンタクト１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）及びアクチュエータ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）を含んで構成される。図１（ａ）は、電気回路切替装置１００の正面図を示し、図１（ｂ）は、電気回路切替装置１００の上面図を示す。

固定端子１０（１０ａ，１０ｂ）は、位置が固定された電気的端子である。本実施の形態では、電気回路切替装置１００を切替スイッチとして機能させるために固定端子１０ａ及び１０ｂの２つが設けられる。固定端子１０ａ，１０ｂは、導電性材料によって構成される。固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂは、それぞれ短冊状とされ、所定の間隔をもって並行に並べて配置される。固定端子１０ａ，１０ｂは、例えば、電気回路切替装置１００の筐体に固定される。

移動端子１２は、固定端子１０（１０ａ，１０ｂ）に対して相対的に移動可能な端子である。移動端子１２の本体は、導電性材料によって構成された電気的端子と絶縁体とにより形成される。移動端子１２には、導電性材料によって構成されたコンタクト１４が設けられる。移動端子１２は、固定端子１０と電気的な接続を形成するコンタクト１４を機械的に支持する。

本実施の形態では、移動端子１２の絶縁体は、図２（ａ）の正面図及び図２（ｂ）の拡大上面図に示すように、２つの楕円形状の板状部材１２ａ及び板状部材１２ｂを向かい合わせ、接続部１２ｅによって所定の隙間をもって接続した構成を有する。接続部１２ｅは、板状部材１２ａ，１２ｂの長軸線上に沿って設けられる。また、板状部材１２ａの外周縁部には、後述するアクチュエータ１６（１６ａ，１６ｂ）が挿入される溝１２ｃ設けられる。また、板状部材１２ｂの外周縁部には、後述するアクチュエータ１６（１６ｃ，１６ｄ）が挿入される溝１２ｄが設けられる。

移動端子１２には、板状部材１２ａと板状部材１２ｂ及び接続部１２ｅによって形成される凹状部分の内面に導電性材料からなる電気的端子１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉが設けられる。電気的端子１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉは、それぞれ板状部材１２ａ及び板状部材１２ｂのいずれかに貼り付け、又は、埋め込むことにより形成される。電気的端子１２ｆと電気的端子１２ｇ、及び、電気的端子１２ｈと電気的端子１２ｉは図示しないが電気的に短絡されており、それらから外部へ接続線が配線されている。電気的端子１２ｆと電気的端子１２ｈは、並行板により構成されているが、Ｕ字型導体により構成してもよい。電気的端子１２ｇと電気的端子１２ｉも同様である。

コンタクト１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、導電性の部材であり、電気的端子１２ｆ、１２ｈ及び電気的端子１２ｇ、１２ｉの間に設けられる。コンタクト１４は、例えば、銅、銀、金等の金属材料又は金属材料をメッキした部材によって構成することが好適である。本実施の形態では、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂは、長軸（接続部１２ｅ）を挟んで線対称に長軸方向に沿って電気的端子１２ｆと電気的端子１２ｇの表面に形成される。コンタクト１４ｃ及びコンタクト１４ｄは、長軸（接続部１２ｅ）を挟んで線対称に長軸方向に沿って電気的端子１２ｈと電気的端子１２ｉの表面に形成される。また、電気的端子１２ｆに形成されたコンタクト１４ａと電気的端子１２ｈに形成されたコンタクト１４ｃが互いに向かい合い、電気的端子１２ｇに形成されたコンタクト１４ｂと電気的端子１２ｉに形成されたコンタクト１４ｄが互いに向かい合うように配置される。コンタクト１４ａとコンタクト１４ｃとの距離は固定端子１０ａが挿入可能な距離とし、コンタクト１４ｂとコンタクト１４ｄとの距離は固定端子１０ｂが挿入可能な距離とする。

アクチュエータ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）は、固定端子１０に対して移動端子１２を相対的に移動させる駆動手段である。本実施の形態では、アクチュエータ１６は、ワイヤー状の形状記憶合金によって構成される。アクチュエータ１６の径は、特に限定されるものではないが、例えば０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下とする。形状記憶合金としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）−チタン（Ｔｉ）合金とすることができる。アクチュエータ１６ａ及びアクチュエータ１６ｂは、移動端子１２の板状部材１２ａに形成された溝１２ｃにその一部が挿入され、その張力によって板状部材１２ａを両側から挟み込む。アクチュエータ１６ｃ及びアクチュエータ１６ｄは、移動端子１２の板状部材１２ｂに形成された溝１２ｄにその一部が挿入され、その張力によって板状部材１２ｂを両側から挟み込む。

固定端子１０と移動端子１２は、移動端子１２の接続部１２ｅが固定端子１０ａ，１０ｂの間に位置し、板状部材１２ａと板状部材１２ｂの間に固定端子１０ａ，１０ｂが位置するように配置される。このような配置とすることによって、アクチュエータ１６ａ及びアクチュエータ１６ｃの回復力と、アクチュエータ１６ｂ及びアクチュエータ１６ｄの回復力と、を対向させたリレーとして機能させる。

アクチュエータ１６ａ，１６ｃに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ａ，１６ｃには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ｂ側へ移動する。このとき、図１及び図３（ａ）の断面図（図１中、ラインＡ−Ａに沿った断面）に示すように、固定端子１０ｂがコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄの隙間に挿入されて、固定端子１０ｂとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄとが電気的に接続される。また、コンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとが接続状態にあるので、固定端子１０ｂと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとが接続状態となる。一方、固定端子１０ａがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃの隙間から外れ、固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ａと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとの間も電気的に切断される。

また、アクチュエータ１６ａ，１６ｃへの電流を止め、アクチュエータ１６ｂ，１６ｄに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ｂ，１６ｄには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ａ側へ移動する。このとき、図４及び図３（ｂ）の断面図（図４中、ラインＡ−Ａに沿った断面）に示すように、固定端子１０ａがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃの隙間に挿入されて、固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃとが電気的に接続される。また、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとが接続状態にあるので、固定端子１０ａと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとの間も接続状態となる。一方、固定端子１０ｂがコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄの隙間から外れ、固定端子１０ｂとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ｂと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとの間も電気的に切断される。

このように、アクチュエータ１６ａ及びアクチュエータ１６ｃ、又は、アクチュエータ１６ｂ及びアクチュエータ１６ｄへの電流を制御することによって、固定端子１０ａと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとの電気的接続と固定端子１０ｂと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとの電気的接続を排他的に切り換えることができる。

ここで、コンタクト１４は、多面接触型の接点とすることが好適である。例えば、図５の平面図及び図６の断面図（図５中、ラインＢ−Ｂに沿った断面）に示すように、コンタクト１４は、薄い導体部材からなる複数のルーバー２０をその両端部において連続的に接続したラダー形状とすることが好適である。ルーバー２０の各々は、周辺部から中央部に向かって曲面的に山形となるように加工された凸部領域２２を備える。そして、コンタクト１４ａの凸部領域２２とコンタクト１４ｃの凸部領域２２とが向かい合い、コンタクト１４ｂの凸部領域２２とコンタクト１４ｄの凸部領域２２とが向かい合うように電気的端子１２ｆないし電気的端子１２ｉ上に固定される。このとき、コンタクト１４ａとコンタクト１４ｃの凸部領域２２の間及びコンタクト１４ｂとコンタクト１４ｄの凸部領域２２の間は、それぞれ固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂの厚さよりも僅かに小さくすることが好適である。

固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃとが接触する際には、コンタクト１４ａとコンタクト１４ｃとの間に固定端子１０ａが挿入されることによって、凸部領域２２の頂点側に固定端子１０ａが押し付けられ、部材の弾性力によって凸部領域２２が変形して固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃは面接触する。同時に、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとが押し付けられて面接触する。そのため、固定端子１０ａから電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈまでの間が低接触抵抗の接続状態となる。同様に、固定端子１０ｂとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄとが接触する際には、コンタクト１４ｂとコンタクト１４ｄとの間に固定端子１０ｂが挿入されることによって、凸部領域２２の頂点側に固定端子１０ｂが押し付けられ、部材の弾性力によって凸部領域２２が変形して固定端子１０ｂとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄは面接触する。同時に、コンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとが押し付けられて面接触する。そのため、固定端子１０ｂから電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉまでの間が低接触抵抗の接続状態となる。

接触時には、固定端子１０はコンタクト１４との接触面に一定の力で押し付けられ、部材の弾性力によって接触圧が安定した状態に保持される。したがって、固定端子１０が２つのコンタクト１４の間に一旦挿入されるとアクチュエータ１６からの力を受けなくても固定端子１０は抜けず、アクチュエータ１６への電力供給を停止しても電気的な接続状態を維持することができる。また、振動や衝撃に強い電気回路切替装置１００とすることができる。

また、複数のルーバー２０の各々が独立した接面を形成し、並列に接触することによって接触抵抗は小さくなる。したがって、接面における電圧降下を抑制でき、接面温度の上昇も小さくできる。さらに、ルーバー２０を波形形状とすることにより、固定端子１０に対しても複数の凸領域が存在するよう構成し、より多面接触で低接触抵抗とすることができる。また、挿入時及び抜去時において固定端子１０及びコンタクト１４並びにコンタクト１４及び電気的端子１２ｆないし１２ｉの接触表面の酸化膜等が除去されるセルフクリーニング効果も得られる。

なお、コンタクト１４は、高張力及び高電導性を得るためにベリリウム銅を銀メッキした材料で形成することが好適である。コンタクト１４の表面に銀メッキを施すことにより、銀の低い摩擦係数（０．３２）によって、固定端子１０の挿入圧力を低くすることができる。これにより、固定端子１０の抜き差しに対する耐久性を高めることができ、電気回路切替装置１００を長寿命化することができる。一方で、上記のように、固定端子１０がコンタクト１４の間に挿入されている状態では、コンタクト１４の弾性力によって固定端子１０との接続状態を安定に維持することができる。

また、本実施の形態では、２つのコンタクト１４によって固定端子１０を挟み込むことによって接触させる構成としたが、これに限定されるものではなく、固定端子１０をコンタクト１４に対して押し付ける力が与えられる構成であればよい。

また、本実施の形態では、移動端子１２にコンタクト１４を設ける構成したが、固定端子１０にコンタクト１４を設ける構成としてもよい。すなわち、固定端子１０に対して移動端子１２を相対的に移動させることによって、固定端子１０及び移動端子１２の少なくとも一方に設けられたコンタクト１４によって接面が接続又は解放される構成であればよい。

また、本実施の形態では、アクチュエータ１６に電流を直接流すことによって加熱したが、アクチュエータ１６の近傍にヒータ等の別途加熱手段を設けてもよい。

＜変形例１＞
本発明の変形例１に係る電気回路切替装置１０２は、図７に示すように、移動端子１２の長軸に沿って一対のコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂ並びに電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇのみを備える。なお、図７（ａ）は、電気回路切替装置１０２の正面図であり、図７（ｂ）は、ラインＣ−Ｃに沿った断面図である。

アクチュエータ１６ａ，１６ｃに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ａ，１６ｃには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ｂ側へ移動する。このとき、図７に示すように、固定端子１０ｂがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂの隙間に挿入されて、固定端子１０ｂとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが電気的に接続される。また、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとが接続状態にあるので、固定端子１０ｂと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとが接続状態となる。一方、固定端子１０ａがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂの隙間から外れ、固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ａと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとの間は電気的に切断される。また、アクチュエータ１６ａ，１６ｃへの電流を止め、アクチュエータ１６ｂ，１６ｄに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ｂ，１６ｄには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ａ側へ移動する。このとき、図８に示すように、固定端子１０ａがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂの隙間に挿入されて、固定端子１０ａとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが電気的に接続される。上記のとおり、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとが接続状態にあるので、固定端子１０ａと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとが接続状態となる。一方、固定端子１０ｂがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂの隙間から外れ、固定端子１０ｂとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ｂと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとの間は電気的に切断される。

このように、アクチュエータ１６ａ及びアクチュエータ１６ｃ、又は、アクチュエータ１６ｂ及びアクチュエータ１６ｄへの電流を制御することによって、固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｇとの電気的接続を排他的に切り換えることができる。

ここで、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂが固定端子１０ａ又は固定端子１０ｂと接続されている状態において、これらの接面に流れる電流によって生ずるジュール熱がアクチュエータ１６に伝わり易い構成とする。例えば、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂが固定端子１０ａ又は固定端子１０ｂと接続されている状態において、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂがアクチュエータ１６の近傍に位置するような配置、形状及び大きさとすることが好適である。

このような構成とすることによって、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂと固定端子１０ａ又は固定端子１０ｂとの接面に過電流が流れ、接面が過熱された場合、その熱がアクチュエータ１６に伝達されることによってアクチュエータ１６に回復力が生じて自律的に接面が解放される。

例えば、図７に示すように、固定端子１０ｂとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが接続されている状態において過電流が流れた場合、接面に生じた熱がアクチュエータ１６ｂ及びアクチュエータ１６ｄに伝わり、アクチュエータ１６ｂ，１６ｄには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ａ側へ移動する。これによって、図９に示すように、固定端子１０ｂがコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂの隙間から外れ、固定端子１０ｂとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｂとが自律的に切断される。

＜変形例２＞
本発明の変形例２では、コンタクト１４にヒューズ機能が設けられる。本変形例では、図１０の正面図及び図１１の断面図（図１０中、ラインＤ−Ｄに沿った断面図）に示すように、コンタクト１４にヒューズ部２４を設ける。ヒューズ部２４は、ルーバー２０の両側に設けられ、図１０に示すように、その最小幅Ｗｆがルーバー２０の最小幅Ｗｌよりも狭くされた領域である。ヒューズ部２４は、図１１に示すように、移動端子１２の表面に対して凸状に形成され、端部は移動端子１２の絶縁体（１２ａ，１２ｂ）のみと接触している。なお、ヒューズ部２４の高さは、凸部領域２２の高さと同程度とし、互いに向かい合う２つのコンタクト１４の隙間は固定端子１０の厚さよりも僅かに小さくすることが好適である。

固定端子１０とコンタクト１４とが接触する際には、図１２に示すように、まず固定端子１０とヒューズ部２４とが接触する。このとき、接触面に溶断閾値を超える過大電流が流れると、幅が狭く形成されているヒューズ部２４が溶断する。また、固定端子１０とコンタクト１４とが切断する際には、逆に、最終的に固定端子１０とヒューズ部２４とが接触した状態となる。このとき、接触面に溶断閾値を超える過大電流が流れると、幅が狭く形成されているヒューズ部２４が溶断する。これによって、過大電流によるアークの発生等が抑制されて、速やかに絶縁状態が確保されて装置が保護される。

＜変形例３＞
本発明の変形例３では、図１３の正面図及び図１４の上面図に示すように、Ｕ字型の固定端子１０と板状の移動端子１２とを組み合わせた電気回路切替装置１０４とする。

固定端子１０ａは、上面からみてＵ字型の絶縁部材と、絶縁部材の内側内面に互いに向き合うように配置された電気的端子３０ａ，３０ｃを備える。また、固定端子１０ｂは、同様に、上面からみてＵ字型の絶縁体と、絶縁部材の内側内面に互いに向き合うように配置された電気的端子３０ｂ，３０ｄを備える。固定端子１０ａと固定端子１０ｂは、Ｕ字型の開口部が互いに向かい合うように配置される。電気的端子３０ａと電気的端子３０ｃは電気的に短絡されて、外部配線に繋がれる。電気的端子３０ｂと電気的端子３０ｄは電気的に短絡されて、外部配線に繋がれる。

移動端子１２は、板状の絶縁体の両面端部に電気的端子１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ及びコンタクト１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを備える。上記実施形態の電気回路切替装置１００と同様に、電気的端子１２ｆと電気的端子１２ｇ、及び、電気的端子１２ｈと電気的端子１２ｉは電気的に短絡されており、それらから外部へ接続線が配線されている。コンタクト１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、それぞれ電気的端子１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ上に設けられる。

移動端子１２に形成された溝には、アクチュエータ１６ａ及びアクチュエータ１６ｂが挿入され、その張力によって移動端子１２を両側から挟み込む。

アクチュエータ１６ａに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ａには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ｂ側へ移動する。このとき、図１３及び図１４に示すように、移動端子１２に設けられたコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄが固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄの隙間に挿入されて、固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄとが電気的に接続される。また、コンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとが接続状態にあるので、固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとが接続状態となる。一方、移動端子１２のコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃが固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃの隙間から外れ、固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとの間も電気的に切断される。

また、アクチュエータ１６ａへの電流を止め、アクチュエータ１６ｂに電流を通電して加熱することによって、アクチュエータ１６ｂには収縮回復力が生じて移動端子１２が固定端子１０ａ側へ移動する。このとき、移動端子１２に設けられたコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃが固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃの隙間に挿入されて、固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃとコンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃとが電気的に接続される。また、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとが接続状態にあるので、固定端子１０ａの電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃと電気的端子１２ｆ及び電気的端子１２ｈとが接続状態となる。一方、移動端子１２のコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄが固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄの隙間から外れ、固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄとコンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄとが電気的に切断される。そのため、固定端子１０ｂの電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄと電気的端子１２ｇ及び電気的端子１２ｉとの間も電気的に切断される。

このように、アクチュエータ１６ａ又はアクチュエータ１６ｂへの電流を制御することによって、電気的接続を排他的に切り換えることができる。

ここで、固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂに圧電素子３２ａ，３２ｂを設けることが好適である。圧電素子３２ａ，３２ｂは、例えば、圧電セラミックスとすることができる。圧電素子３２ａ，３２ｂに電圧を印加することによって、固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂに機械的な力を与えて変形させることができる。本変形例では、圧電素子３２ａ，３０ｂによって、Ｕ字型の固定端子１０ａ及び固定端子１０ｂの絶縁体の隙間を狭めたり、広げたりできるように圧電素子３２ａ，３０ｂを設ける。

圧電素子３２ａ，３２ｂを設けることによって、移動端子１２を固定端子１０ａ又は固定端子１０ｂに挿入する際には、Ｕ字型の開口部を広げて挿入がスムーズに行われるようにすることができる。一方、移動端子１２の挿入後は、固定端子１０ａ又は固定端子１０ｂのＵ字型の開口部を狭めて、コンタクト１４ａ及びコンタクト１４ｃと電気的端子３０ａ及び電気的端子３０ｃ、又は、コンタクト１４ｂ及びコンタクト１４ｄと電気的端子３０ｂ及び電気的端子３０ｄの押し付け圧力が高くなるようにすることができる。

＜電気回路切替システム＞
以下、本発明の実施の形態における電気回路切替装置１００を適用した電気回路切替システムについて説明する。

図１５の例では、複数の電気回路切替装置１００をマトリクス状に配置して、それぞれ行制御用トランジスタＴｒｒ１，Ｔｒｒ２・・・、及び列制御用トランジスタＴｒｃ１，Ｔｒｃ２・・・によってアクチュエータ１６に流れる電流を制御する構成としている。行制御用トランジスタＴｒｒ１，Ｔｒｒ２・・・のいずれか１つと、列制御用トランジスタＴｒｃ１，Ｔｒｃ２・・・のいずれか１つをオン状態とし、残りをオフ状態とすることによって、マトリクス状に配置された複数の電気回路切替装置１００のうち１つを選択して接続を切り換えることができる。

図１６の例では、複数の電気回路切替装置１０２を直列に配置して、各々のアクチュエータ１６に独立に電流を流せるようにスイッチング制御回路２００に接続した構成としている。これによって、インバータ２０２等に接続されるバッテリの故障部分を切り離したり、バッテリの数を変更し、電源電圧を制御することができる。

なお、本発明に係る電気回路切替装置の適用範囲は上記例に限定されるものではなく、様々な電気回路に適用することができる。

１０（１０ａ，１０ｂ） 固定端子、１２ 移動端子、１２ａ，１２ｂ 板状部材、１２ｃ，１２ｄ 溝、１２ｅ 接続部、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ） コンタクト、１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ） アクチュエータ、２０ ルーバー、２２ 凸部領域、２４ ヒューズ部、３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ） 電気的端子、３２（３２ａ，３２ｂ） 圧電素子、１００，１０２ 電気回路切替装置、２００ スイッチング制御回路、２０２ インバータ。

Claims (8)

1. 第１端子と、
   前記第１端子に対して相対的に移動可能な第２端子と、
   前記第１端子又は前記第２端子に設けられたコンタクトと、
   前記第２端子を前記第１端子に接続させる方向に回復力を発生する第１形状記憶合金と、
   前記第２端子を前記第１端子から解放させる方向に回復力を発生する第２形状記憶合金と、
   を備え、
   前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金を加熱することによって、前記第１端子と前記第２端子を電気的に接続又は解放することを特徴とする電気回路切替装置。
2. 請求項１に記載の電気回路切替装置であって、
   さらに第３端子を備え、
   前記第２端子は、前記第３端子に相対的に移動可能であり、前記第２端子と前記第１端子とが接続された状態において前記第３端子から解放された状態となり、前記第２端子と前記第３端子とが接続された状態において前記第１端子から解放された状態となることを特徴とする電気回路切替装置。
3. 請求項２に記載の電気回路切替装置であって、
   前記第１端子、前記第２端子及び前記第３端子の少なくとも１つは、複数の端子から構成されることを特徴とする電気回路切替装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気回路切替装置であって、
   前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金の少なくとも一方は、流れる電流によって発生する熱を受けて回復力を生ずることを特徴とする電気回路切替装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気回路切替装置であって、
   前記コンタクトは、流れる電流によって溶断されるヒューズとして機能することを特徴とする電気回路切替装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気回路切替装置であって、
   前記第１端子又は第２端子のいずれか一方の端子は他方の端子を挟み込む構造を有し、
   前記第１端子又は前記第２端子に設けられた前記コンタクトの間に前記他方の端子が挿入されることによって前記第１端子と前記第２端子とが電気的に接続され、
   前記コンタクトの間に前記他方の端子を挿入するための挿入力は、前記一方の端子によって前記他方の端子が挟み込まれる圧力よりも小さいことを特徴とする電気回路切替装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気回路切替装置であって、
   前記第１端子及び前記第２端子の少なくとも一方には圧電素子が設けられ、前記第１端子と前記第２端子との接続時に前記圧電素子によって前記第１端子と前記第２端子とを押し付けあわせることを特徴とする電気回路切替装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気回路切替装置を複数備え、
   前記複数の電気回路切替装置における前記第１形状記憶合金及び前記第２形状記憶合金を加熱する加熱手段がマトリクス状に配置されていることを特徴とする電気回路切替システム。
   

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