JPH0734512B2 - 固体継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の分野〉 この発明はサイリスタやトライアツクのようなパワー半
導体素子で負荷を開閉制御する固体継電器に関するもの
である。

〈従来技術とその問題点〉 一般に、固体継電器では、入力回路と、トリガ回路と、
トライアツクのような負荷開閉用パワー半導体素子と、
バリスタやコンデンサ等からなるサージ吸収用のアブソ
ーバ回路とに大別して構成される。上記パワー半導体素
子は、短絡事故や温度上昇に対して破壊しやすく、また
アブソーバ回路の素子も経時的な劣化は必至であり、し
たがつて、上記パワー半導体素子の故障時には、この半
導体素子とともに上記アブソーバ回路も交換しておくの
が信頼性強化の点で重要である。

しかし、従来のものは、上記アブソーバ回路が他の入力
回路等と共に、たとえば同一の配線基板に装着されてい
るため、交換しようとすれば入力回路等を含めた全体を
取り換えなければならず、不経済であつた。また、その
取り換え作業においても、配線をすべてはずさなければ
ならない煩わしさがあり、しかもその保修時の再配線作
業にも十分な注意を払わないと、誤配線をしてしまうお
それもある。

〈発明の目的〉 この発明は上記従来のものの不具合を解消するためにな
されたもので、少なくともパワー半導体素子とアブソー
バ回路を有するパワー回路を一体化して交換でき、経済
的で保守時の作業性の良い固体継電器を提供することを
目的としている。

〈発明の構成と効果〉 この発明に係る固体継電器は、フイン部の先端に取付装
置が装着される放熱器の基部前面に、１対の入力端子お
よび負荷端子を有する制御回路ブロツクを装着して該放
熱器とで継電器本体を構成し、上記制御回路で駆動制御
されて負荷を開閉するパワー半導体素子ならびに１対の
負荷端子間に介挿されるアブソーバ回路を少なくとも内
蔵したパワー回路カートリツジを上記継電器本体側に対
して着脱可能、かつ電気的に接続可能に装着したもので
ある。

この発明によれば、少なくともパワー半導体素子ならび
にアブソーバ回路を内蔵したパワー回路カートリツジを
継電器本体側に対して着脱可能な構成であるので、パワ
ー半導体素子が破壊したり、アブソーバ回路の部品の劣
化があれば、上記パワー回路カートリツジを交換すれ
ば、他の回路はそのまま利用でき、経済的であり、しか
も配線作業が不要で保修作業が簡易に行なえる。

〈実施例の説明〉 以下、この発明の一実施例を図面にしたがつて説明す
る。

第１図および第２図はそれぞれこの発明に係る固体継電
器の一例を示す斜視図および電気回路ブロツク図であ
る。

同図において、１は継電器本体、２はパワー回路カート
リツジ、３はフイン部3aを有する放熱器、４はフイン部
3aの先端側に装着される取付装置である。継電器本体１
は、１対の入力端子5₁，5₂および負荷端子6₁，6₂を有
し、入力回路７およびトリガ回路８で構成される制御回
路９を内蔵した制御回路ブロツク10と上記放熱器３とか
らなり、制御回路ブロツク10は放熱器３の基部3bの前面
側に装着されている。パワー回路カートリツジ２は、上
記トリガ回路８で駆動されて負荷（図示せず）を開閉す
るパワー半導体素子、たとえばトライアツク11とサージ
吸収用のアブソーバ回路12をもつたパワー回路13を内蔵
して上記継電器本体１側に着脱可能、かつ電気的接続可
能に装着されるようになつている。

上記固体継電器について以下詳述する。第３図は同固体
継電器の分解斜視図である。

同図において、21は前述の制御回路ブロツク10における
絶縁性合成樹脂製のベースであり、長方形の底壁部21a
の略中央に開口22が形成され、幅方向（左右方向）の一
端には立壁21bが形成され、さらに長手方向（上下方
向）の両端側には、ナツト保持部23₁，24₁および23₂，2
4₂がそれぞれ形成されている。25₁，25₂は上記ナツト保
持部23₁，23₂にそれぞれ嵌入された負荷端子用ナツト，
26₁，26₂は上記ナツト保持部24₁，24₂にそれぞれ嵌入さ
れたカートリツジ用ナツトである。

27は上記ベース21の底壁部21a上に配置されたプリント
配線基板であり、第４図のように前記制御回路９の構成
素子28や動作表示用発光素子29等が装着されており、前
記ベース21側に対応して開口30が形成されている。前記
入力端子5₁，5₂はコ字形の金具からなり、上記プリント
配線基板27の所定位置に半田等で固定されて前記入力回
路７に電気的に接続されている。31₁，31₂はそれぞれ上
記各入力端子5₁，5₂にそれぞれ形成されたねじ孔，3
2₁，32₂は上記ねじ孔31₁，31₂にワツシヤ33₁，33₂に通
して螺入される入力端子用ねじである。上記プリント配
線基板27の長手方向の両端部には、それぞれ負荷ライン
から前述のトライアツク11に対するトリガ信号を得るた
めの１対の金属薄板からなるトリガ信号用端子板34₁，3
4₂を半田付けで電気的に接続固定してあり、各端子板34
₁，34₂は上記負荷端子用ナツト25₁，25₂に対応して孔35
₁，35₂がそれぞれ形成されている。

前記負荷端子6₁，6₂は上記端子板34₁，34₂上に設置され
ており、負荷端子ねじ36₁，36₂の挿通孔37₁，37₂が形成
され、さらに前記トライアツク11のT₁およびT₂端子接続
片38₁，38₂がそれぞれ一体に形成されている。39₁，39₂
は上記負荷端子6₁，6₂に上記ベース１側（後方側）へ向
つて連成されたフツク片であり、前記ナツト保持部2
3₁，23₂の外側面の突起40₁，40₂に係合されるようにな
つている。41₁，41₂は上記各端子接続片38₁，38₂に形成
されたねじ挿通孔42₁，42₂は負荷端子用ワツシヤであ
る。

43₁，43₂はそれぞれ上記入力端子5₁，5₂にリード線4
4₁，44₂を介して電気的に接続された連結端子片であ
り、各基端部に形成された軸孔45₁，45₂を第４図のよう
にそれぞれ前記ベース１の立壁部21bに形成された支持
ピン46₁，46₂に回転可能に嵌合してあり、複数個の固体
継電器を連設して使用する際、制御回路ブロツク10の幅
方向側面から格納可能に突出させて隣接するものの入力
端子に接続できるように構成されている。47は上記トラ
イアツク11のゲート信号用ソケツトであり、上記プリン
ト配線基板27の切欠部48に嵌着されており、一端側に連
成された接続片47aが上記プリント配線基板27側に半田
付けで接続固定されている（第４図参照）。

49は上記ベース１に外嵌する後端開放の合成樹脂製の略
箱形ケースであり、上記開口22,30に対応して中央部
に、前面側から後方側へ連通する中空部50が形成され、
さらに入力端子露出窓51₁，51₂や負荷端子露出窓52₁，5
2₂、さらには動作表示窓53ならびに連結端子片43₁，43₂
の出入孔54₁，54₂（第４図）等が形成されている。ま
た、上記ケース49の幅方向の両側壁49a,49bの各内面に
は、前記放熱器３の基部3bの幅方向の両側面に長手方向
に沿つて形成された係合溝55,55に係合する係合突部56,
56が形成されている。上記両側壁49a,49bの各中央部に
は、第４図〜第６図に示すように前後方向へ沿つた凹欠
部57,57がそれぞれ形成されている。

58,59および60はそれぞれ前記パワー回路カートリツジ
２における前記トライアツク11のT₁端子、T₂端子および
ゲート端子であり、薄板状に形成されたトライアツク11
は第７図（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記T₁端子58と
T₂端子59との間にサンドイツチ状に挟着されており、半
田等で接合固定されている。T₁およびT₂端子58,59の面
積は、トライアツク11の発熱に対して熱抵抗を下げるた
めに広く設定されている。61は上記T₂端子59の素子設定
面を取り囲んで形成されたロ字状の小溝であり、半田の
不要な流れ出しを防止するためのものである。62は上記
トライアツク11のゲートに半田付けされたゲート線であ
り、前記ゲート端子60に半田付けで接続されている。6
3,64はそれぞれ前記T₁およびT₂端子58,59の各外端部58
a,59aに形成されたねじ挿通孔である。上記T₂端子59に
は、第７図（Ａ）のように前方へ延設された突出片65が
形成されており、この突出片65の先端折曲面には、トラ
イアツク11の温度を表示するサーモラベル66が貼着され
ている。

67はトライアツク11の発熱を前記放熱器３に伝達するた
めに放熱板であり、対角位置の突片部67a,67bにそれぞ
れねじ挿通孔68₁，68₂が形成されている。69は放熱板67
と上記T₂端子59との間に介挿された絶縁板で、上記トラ
イアツク11と放熱板67との間の絶縁を確保するためのも
のであり、上記T₂端子59に対応する領域はメタライズさ
れている。

70はパワー回路カートリツジ２におけるケースであり、
後面側が開放の２分割ケース71a,71bからなり、両分割
ケース71a,71bの突き合せ端部には、第８図のように前
後方向からのスライド操作で嵌合する嵌合突部72および
嵌合溝部73が形成されており、両分割ケース71a,71bの
結合状態で後端側に第９図のように上記放熱板67が接合
されている。上記カートリツジケース70には、上記ねじ
挿通孔68₁，68₂に対応して、カートリツジ取付ねじ7
5₁，75₂の保持孔部76₁，76₂が形成され、さらに上記T₁
およびT₂端子58,59の各外端部58a,59aの臨出空間77₁，7
7₂が形成されている。78₁，78₂は上記放熱器３の基部3b
の前面に形成されて上記取付ねじ75₁，75₂が螺入される
ねじ孔である。上記ゲート信号用ソケツト47に対応して
一方の分割ケース71aには、第８図に示すように前記ゲ
ート端子60に形成されて後方側へ向つて突出するリード
片60aを圧入して貫通させるゲート端子保持部79が形成
されており、上記ソケツト47に対して正確に位置決めさ
せるようになつている。上記カートリツジケース70内に
収容されたトライアツク11は、外気や異物の影響を受け
にくくさせるため、第９図のようにシリコンゴム80で覆
われている。

81はアブソーバ回路設定用のプリント配線基板であり、
高圧のチツプバリスタ82やチツプコンデンサ83等が装着
され、さらに上記T₁およびT₂端子58,59に電気的に接合
される１対のアブソーバ端子84₁，84₂が第10図のように
取り付けられている。85₁，85₂は上記端子84₁，84₂に形
成されたねじ挿通孔、86₁，86₂はそれぞれ上記アブソー
バ端子84,84₂とT₁およびT₂端子58,59を負荷端子側の端
子接続片38₁，38₂に接続するためのアブソーバ側接続ね
じであり、前記カートリツジ用ナツト26₁，26₂に螺合さ
れるようになつている。87₁，87₂はワツシヤである。

88は上記カートリツジケース70の前面側に嵌着される合
成樹脂製のカートリツジカバーであり、上記カートリツ
ジケース70側の係合凹所89に係合する弾性係合片90が突
設され、前面には前記サーモラベル66の透視窓91（第10
図）が形成されている。92は上記カートリツジカバー88
の側面に形成されてカートリツジケース70側の係止突起
93に係合する係合孔部である。94a,94bは上記カートリ
ツジカバー88の幅方向両側に形成されたストツパであ
り、前記ケース49の中空部50に嵌挿された際、ケース49
側に当接するように設定されている。95₁，95₂は上記カ
ートリツジカバー88の前面に形成されたアブソーバ側接
続ねじ86₁，86₂の操作窓である。また、上記カートリツ
ジカバー88の内面には、第10図に示すように端子押圧片
96₁，96₂が後方へ向つて突設してある。

97は上記放熱器３のフイン部3aの先端側を一体に連結す
る連結片部であり、該放熱器３の引き抜き成形により形
成されたものである。上記放熱器３の幅方向両端に位置
して上記連結片部97には、長手方向へ沿つたリブ壁9
9₁，99₂が対向して形成され、両リブ壁99₁，99₂の各対
向面には上記取付基板98の幅方向の両端部98a,98bをそ
れぞれ嵌入させる溝状100₁，100₂が上記放熱器３の引き
抜き成形時に形成されている。

上記取付基板98は略長方形の金属板をプレス成形したも
のであり、長手方向の両端に図示しない制御パネル等に
対してねじ止めする際に使用されるねじ止め用取付片10
1,102を一体に突設してある。103は上記取付基板98の長
手方向の一端に突設されて、上記連結片部97の一端両側
にかしめられる固着片であり、取付基板98の長手方向に
おける一方への抜け止めとして機能している。104は上
記取付基板98の長手方向の他端に前方、すなわち放熱器
３側へ折曲形成された規制片であり、上記連結片部97の
他端面に当接して取付基板98の長手方向における他方へ
のストツパとして機能している。

上記取付基板98の長手方向の一端部98c側に位置して幅
方向両側に上記取付基板面から直立する１対の立壁片10
5₁，105₂がそれぞれ折曲形成され、各立壁片105₁，105₂
には、第５図および第６図に示すようにレール部材106
の一方のレール片部106aが嵌入される嵌入溝107とレー
ル片部106aをリブ壁99₁，99₂から離れるように支持する
支持突部108とが形成されている。

上記取付基板98の長手方向の他端部98d側は段差状に立
ち上り形成されており、段差部98eには、切欠孔109が形
成されている。110は金属板から横断面略コ字形に形成
されたフイクチヤレールであり、上記他端部98dと連結
片部97との間の空間に配設されるとともに、取付基板98
の長手方向へ進退移動可能に設定されており、その一端
側には、上記切欠孔109から突出してレール部材106の他
方のレール片部106bに嵌合する嵌合部110aが一体に形成
されている。

111は上記フイクチヤレール110に形成されて上記規制片
104を貫通させた長孔であり、この長孔111と上記規制片
104とでフイクチヤレール110の移動をガイドするように
なつている。112は上記フイクチヤレール110に折曲形成
されたばね座片113と上記規制片104との間に介在された
コイルばねであり、上記フイクチヤレール110に対して
進出方向（第５図および第６図の矢印ａ方向）へのばね
力を付与している。114は上記フイクチヤレール110の他
端面に折曲された嵌合解除用の操作片、115は上記取付
基板98における切欠孔109の内壁に形成されてレール部
材106の他方のレール片部106bを支持する支持片であ
る。

上記固体継電器の組付手順はつぎのとおりである。

ベース21におけるナツト保持部23₁，23₂に負荷端子用ナ
ツト25₁，25₂を、またナツト保持部24₁，24₂にカートリ
ッジ用ナツト26₁，26₂をそれぞれ挿入保持させた後、制
御回路構成素子28等を装着したプリント配線基板27を上
記ベース21の主面側に配置する（第４図および第５図参
照）。１対の負荷端子6₁，6₂を端子板34₁，34₂上に設置
するとともに、押込操作でフツク片39₁，39₂をナツト保
持部23₁，23₂側の突起40₁，40₂にそれぞれ係止させる。
ついで、連結端子片43₁，43₂をベース21側の支持ピン46
₁，46₂に嵌合させた状態で上記ベース21をケース49の後
端開口側から嵌入させて、１対の入力端子31₁，31₂を露
出窓51₁，51₂に露出させ、さらに１対の負荷端子6₁，6₂
を露出窓52₁，52₂に露出させる。これにより、制御回路
ブロツク10が構成される。（第６図参照）。

一方、トライアツク11をT₁端子58とT₂端子59とでサンド
イツチ状に挟着固定する（第７図（Ａ），（Ｂ）参
照）。一方、ゲート線62を介してゲート端子60を接続す
る。２分割ケース71a,71bの突き合せ端部における嵌合
突部72と嵌合溝部73とを前後方向から差し込んで結合す
ることによりカートリツジケース70を構成し、その後端
側に放熱板67を装着し、この放熱板67の内面に上記トラ
イアツク11のブロツクを絶縁板69を介して接合する。一
方の分割ケース71aのゲート端子保持部79にリード片60a
が挿通されたゲート端子60と上記ゲート線62を接続す
る。この後、上記ケース70内にシリコンゴム80を注入し
てトライアツク11等を覆わせる（第９図参照）。アブソ
ーバ回路構成部品82,83等を装着したプリント配線基板8
1を上記カートリツジケース70内に収容するとともに、
アブソーバ端子84₁，84₂をそれぞれ上記T₁およびT₂端子
58,59の各外端部58a、59aに接合させ、アブソーバ側接
続ねじ86₁，86₂をねじ挿通孔85₁（63）および85₂（64）
に挿入する。この状態で、カートリツジカバー88の弾性
係合片90をカートリツジケース70側に差し込んで係合凹
所89に係止させる一方、係合孔部92をカートリツジケー
ス70側の係止突起93に係止させれば、カバー88がカート
リツジケース70に装着され、パワー回路カートリツジ２
が構成される（第10図）。この時、T₂端子59側の突出片
65に貼着されたサーモラベル66が透視窓91に対向して設
定される。

また、フイクチヤレール110をコイルばね112とともに取
付基板98に組み付けた後、放熱器３側の溝条100₁，100₂
間に上記取付基板98を差し込み、固着片103を連結片部9
7にかしめることにより、上記取付基板98を放熱器３に
固定する。

上記制御回路ブロツク10を上記放熱器３の基部3bの前面
側に押し込み操作すれば、ケース49側の係合突部56,56
が上記放熱器３側の係合溝55,55に係止され、上記制御
回路ブロツク10が放熱器３に固定される。この状態で
は、上記ベース21は上記放熱器３の基部3bとケース49と
の間に挟着固定される。

入力端子用ねじ33₁，33₂をそれぞれ入力端子5₁，5₂の各
ねじ孔31₁，31₂に螺着し、負荷端子ねじ36₁，36₂をそれ
ぞれ負荷端子6₁，6₂の各ねじ挿通孔37₁，37₂を通して負
荷端子用ナツト25₁，25₂に螺着する。

最後に、パワー回路カートリツジ２を制御回路ブロツク
10におけるケース49の中空部50に嵌入し、取付ねじ7
5₁，75₂を保持孔部76₁，76₂に挿通して放熱器３側のね
じ孔78₁，78₂にそれぞれ螺合させることにより、上記カ
ートリツジ２が継電器本体１側に装着され、ゲート端子
60のリード片60もゲート信号用ソケツト47に結合され
る。アブソーバ側の接続ねじ86₁，86₂をカートリツジ用
ナツト26₁，26₂に螺合させれば、T₁およびT₂端子58,59
およびアブソーバ端子85₁，85₂が負荷端子6₁，6₂に電気
的に並列接続される（第６図参照）。

上記構成において、使用時の取り付けは、取付装置４を
利用する。図示しないパネル面等に装着する場合は、取
付金具98における取付片101,102を上記パネル面にねじ
止めし、またレール106に装着する場合は、フイクチヤ
レール110の先端側の嵌合部110a,嵌合溝107との間にレ
ール片部106a,106bを差し込めばよい。

１対の負荷端子6₁，6₂に負荷（図示せず）を接続し、１
対の入力端子5₁，5₂間に入力信号を印加すると、発光素
子29が点灯し、これを動作表示窓53から視認することが
できる。入力信号の印加により、入力回路７を介してト
リガ回路８が動作し、トライアツク11が導通し、負荷に
電力が供給される。

上記トライアツク11の動作により、該トライアツク11が
発熱すると、放熱板67を介して放熱器３で放熱される。
一方、上記発熱による温度上昇があれば、サーモラベル
66が色変化し、これはカートリツジ側カバー88の透視窓
91で視認できるため、トライアツク11の発熱状態を容易
に把握することができる。

仮に、上記トライアツク11が短絡事故や異常発熱等で破
壊した場合は、上記パワー回路カートリツジ２を交換す
ればよい。すなわち、アブソーバ側接続ねじ86₁，86₂を
ねじ戻し、取付ねじ75₁，75₂を螺脱して、パワー回路カ
ートリツジ２が継電器本体１側から取りはずし、新しい
パワー回路カートリツジ２を装着すればよい。この場
合、パワー回路カートリツジ２が取付ねじ75₁，75₂で着
脱できるため、交換作業も迅速に行なえる。

このパワー回路カートリツジ２の交換により、劣化しや
すいアブソーバ回路部品も同時に交換できるため、長寿
命化が図れ、信頼性の高いものとなる。

さらに、負荷端子6₁，6₂の接続状態はそのままでよいた
め、上記交換作業の迅速化に寄与できるとともに、保修
時に誤配線を起こすおそれ等もなくなるものである。

ところで、第12図に示すように複数の固体継電器M₁，M₂
を連設して使用する場合、固体継電器M₁の１対の連結端
子片43₁，43₂を各出入孔54₁，54₂から回動操作で引き出
して側方へ突出させるとともに、隣接する固体継電器M₂
の１対の入力端子用ねじ32₁，32₂でねじ止めすることに
より、上記固体継電器M₁の入力端子5₁，5₂が上記連結端
子片43₁，43₂を介して隣接する固体継電器M₂の入力端子
5₁，5₂に電気的に並列接続される。

なお、上記の例では、パワー回路カートリツジ２を継電
器本体１側に対して取付ねじ75₁，75₂で取り付けて着脱
できるようにしたものであるが、この着脱構造は上記ね
じ止めのものに限定されるものではない。

また、上記パワー回路カートリツジ２側と制御回路ブロ
ツク10との電気接続関係も上述のねじ86₁，86₂等を用い
るものに限らず、種々の変形手段が採用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれこの発明に係る固体継電
器の一例をパワー回路カートリツジ脱挿状態で示す斜視
図および電気回路ブロツク図、第３図は同固体継電器全
体の分解斜視図、第４図は同固体継電器をパワー回路カ
ートリツジ脱挿状態で示す一部破断前面図、第５図は同
固体継電器を制御回路ブロツク側ケース脱挿状態で示す
一部破断断面図、第６図は固体継電器をパワー回路カー
トリツジ装着状態で示す一部破断側面図、第７図
（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同パワーカートリツジにおけ
るトライアツクおよびその周辺部分を示す側面図および
前面図、第８図および第９図はそれぞれ同パワーカート
リツジをアブソーバ回路組込前の状態で示す前面図およ
び一部破断側面図、第10図は同パワーカートリツジの側
面断面図、第11図は同パワーカートリツジをカバーを破
断して示す前面図、第12図は同固体継電器を複数個連設
して使用する場合の説明図である。 １……継電器本体、２……パワー回路カートリツジ、３
……放熱器、3a……フイン部、3b……基部、４……取付
装置、5₁，5₂……入力端子、6₁，6₂……負荷端子、10…
…制御回路ブロツク、11……パワー半導体素子、12……
アブソーバ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フイン部の先端側に取付装置が装着される
   放熱器と、１対の入力端子および負荷端子を有し、上記
   放熱器の基部前面側に装着されて該放熱器とで継電器本
   体を構成する制御回路ブロツクと、上記制御回路で駆動
   制御されて負荷を開閉するパワー半導体素子ならびに１
   対の負荷端子間に介挿されるアブソーバ回路を少なくと
   も内蔵し、上記継電器本体側に対して着脱可能、かつ電
   気的接続可能に装着されるパワー回路カートリツジとを
   具備したことを特徴とする固体継電器。