Electrical switching device having a magnetic displacement element

本発明は請求項１の前提項による電気スイッチ装置に関するものである。

このタイプのスイッチ装置は、ドイツ特許第ＤＥ１０１０３８１４Ａ１号に記載されている。 このスイッチ装置は、具体的には様々なダンピング素子を介して高周波基準線への電流線をオフに切り替える為のものである。 その為に、これは変位素子という手段により、その長手方向に対して横切る方向に可動である矩形のスイッチ素子を持っており、その一端に接触面があり、これにより対応する接触面との接触を随意に解消したり作ったりすることができるものである。 接触配置にあっては、接触面への電流線は、とりわけ接触面及び対向接触面の相互の当接部に依存する。 汚染物質又は粒子は電流線に実質的なダメージを与えることがあり、特には汚染物質又は粒子が非導電体を含む場合にそうである。

界面の無い電流線は、例えば信号発生器又はネットワークアナライザのダンピング調整を行う基準線にとっては、特に重要である。 基準線は例えば、その入出力側に同じ一定の特性波動インピーダンスを持ち、そしてそれぞれに調整可能な、校正されたダンピングを持つ、複数の直列に構成された４極スイッチ装置を持っている。

周知の高周波スイッチ装置が、例えば代表的には高周波基準線に用いられた場合、スイッチ素子の横方向のスイッチング移動は、横方向にスイッチ素子へとぶつかってこれを動かすタペットという手段による外部機械的応力の作用により得られる。 スイッチ素子が実施する枢動と、スイッチ素子の両端にあるタペットの横方向のスラスト移動とに基づくスライド移動は、タペットとスイッチ素子の接触領域中に摩擦による材料磨耗が生じる。 具体的には、スイッチング装置が閉鎖スイッチング空間を持つ場合、摩擦で生じる磨耗材料に起因する接触障害の危険性が高くなるものであり、これは磨耗材料が接触空間中に残留する為である。 しかしながら、開放されたスイッチング空間の場合でも、磨耗材料が接触面間に入り込んで電気接触を損なう危険性は存在する。

本発明の基本的目的は、最初に説明したタイプの電気スイッチ装置における摩擦作用を、そしてその作用から発生する磨耗材料による電気接触ダメージの危険性を排除又は低減するところにある。 具体的には、接触面周辺における磨耗材料の発生を、回避又は少なくとも低減することが目的とされる。 加えて、統合化に都合の良い単純かつ小型の構造を、スイッチ装置のみならず、そのスイッチ装置を受容する保護筐体上又は内部にも、単純かつ経済的な方法で作ることを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴により得ることができる。 本発明の更なる発展形態は、その下位請求項に記載されている。

本発明の根底に存在する知見とは、スイッチ素子のスイッチング移動の原動力が磁力であれば、スイッチ素子及び変位素子間の機械的移動接触の必要性は無く、従って磁力により生じるスイッチ素子のスイッチング移動には、その観点から見たスライド摩擦も、それから生じる磨耗材料も無いという点にある。

本発明に基づくスイッチ装置の場合、スイッチ素子は、少なくとも部分的な磁性材料を含み、そして変位素子は２つの磁石配列により形成されるもので、その磁石配列の一方の磁力、又はこれに加えて磁石配列の他方の磁力、又はこれらをそれぞれに、随意選択により低減又は増大させることが可能となっている。 この結果、スイッチ装置は、横方向に可動式のスイッチ素子が、一方の側に配置された対向接触素子へと移動してそこに維持される、又は他方の側に配置された対抗接触素子へと移動してそこに維持されることになるように、磁力を低減又は増大させることにより切り替えることができる。 この移動の原動力は、接触及び摩擦を生じずに効果を発揮するものであり、当該分野の現状において生じている磨耗材料が回避され、従ってそこから発生するいかなる電気接触障害も回避され、良好な電気接触が保証されるものである。 従って本発明は、単純で小型の構造を特徴とするものであり、これは更に経済的に生産することが可能であり、スイッチ装置自体のみならず、スイッチ装置を取り囲む保護筐体中にも容易に取り込むことができる。

本発明の場合、磁石配列間の磁力差は、一方の横磁石配列、又は両方の磁石配列の磁力を低減する、又は増大させることにより作られるものであり、この差は、より大きい磁力を持つ磁石配列がそれ自体へと、そして同じ側に配置された対向接触素子へとスイッチ素子を引き付け、その上に維持することができる程度に大きい。 次に対向接触素子からの開放は、スイッチ素子を隣接する対向接触素子へと維持する磁石配列の磁力が低減され、反対側に位置する磁石配列の磁力が優勢となり、スイッチ素子を開放してこちら側の対向接触素子と接触することになる程度とすることにより、又は反対側に位置する磁石配列の磁力を増大させて、この磁力がスイッチ素子を開放し、こちら側に移動させてこちら側の対向接触素子へと接触させることになる程度とすることにより、実施されるものである。

従って本発明の範囲においては、磁力の低減又は増大が可能な磁石配列を、両側に設ける必要は必ずしも無い。 本発明の範囲においては、磁力を低減又は増大することができる磁石配列が一方の側にあり、これによりスイッチ素子を反対側にある対向接触素子から開放し、それをこちら側にある対向接触素子へと引き寄せる、又はその逆のことを実施することができれば十分なのである。

磁力の増減は、随意選択によりオン／オフの切り替えができる電磁石が設けられていることにより、又はその磁力を低減可能又は増大可能とすることにより、実施することができる。 しかしながら、求められる磁力変化は、基本的に同軸構成とした電磁石及び永久磁石を組み合わせた場合にも得ることができるもので、ここで永久磁石は電磁石のコアの延長部又は電磁石のコアを形成することができるものである。 本実施の形態は、小型構造を可能とするだけではなく、電磁石と永久磁石の同極又は逆極の配列により、磁力の加算又は減算という意味において永久磁石の磁力を重ね合わせることができるものである。 従って、電磁石を転極するように構成し、磁力の加算及び減算により磁力を変化させることを可能とすることは特に有利なのである。 電磁石が更に、オフに切り替えることもできるように構成可能なものである場合、それぞれの磁力に３倍の変化を得ることができる。

加えて、スイッチ素子が対向接触素子と接触した直後に電磁石を切っても、永久磁石の磁力によりスイッチ素子がその対向接触素子へと維持されることになる程度に大きな磁力を持った永久磁石をそれぞれに１つ設けることも有利である。

特に利点の大きい本発明の発展形態は、望ましくは磁石配列の中心を横断するスイッチ装置の横断面を中心に、相互に対向する２つのスイッチ素子が配置されており、相互に向かって配向されたそれらの接触面が、両側に配置された対向接触素子に向かって横方向に可動なものである。 本実施の形態は、対向配置された両スイッチ素子を、それぞれに一方の磁石配列に対して作動させることが可能である。 この結果、特に基準線に好適な４極スイッチ構成を、単純な方式で得ることができる。

本発明の範囲においては、何等かの方式で一端から他端へと移動させることができるスイッチ素子が基本的に好適である。 特に有利には、ばね舌片により形成されたスイッチ素子が好適であり、このスイッチ素子は固有の弾力性に基づき、その弾性復元力に逆らって横方向に折れ曲がること、そして中央配置にある非作動状態へと自動的に戻ることができ、ここから一方の側又は他方の側へと随意にスイッチングすることができる。

本発明に基づくスイッチ装置を保護筐体中に配置したものを構築する場合においては、電磁石を保護筐体上に横配列に取り付ける、又は組み込むこと、又は保護筐体の底部領域中に一体化することができる一方で、単純かつコンパクトな構造が保証される。

本発明を更に発展させた特徴は、経済的に製造することができ、更には信頼性の高い機能及び接触を作ることができる単純かつコンパクトな構造へと導くものである。

本発明の有利な実施の形態については、幾つかの実施の形態及び添付図を参照しつつ以下により詳細にわたって説明する。

符号１にその全体を示す２スイッチ対の４スイッチ装置は、それぞれにスイッチ３及びスイッチ素子４への電気線２を持ち、スイッチ素子４は電気線２に対して横断する方向に往復可動であり、線２を開閉するように作用する。 スイッチ素子４は、その底辺端部５にて恒久的に線２と接続する矩形の素子で、その他方の端部に接触端６を持っており、これが横断方向に移動すると、相互に間隔を空けて横方向に配置された２つの対向接触素子７ａ、７ｂのうちの一方と接触配置において当接することになる。 開放配置は図示されている中央配置において実現することができ、ここでは接触端６は対向接触素子７ａ、７ｂから横方向に間隔を空けた状態にある。

本実施の形態においては、スイッチ装置１はいわゆる基準線（reference line）の一部であり、基準線は並列に配置され、随意選択によりスイッチング素子４によって切り替えることができる切替可能基準線部分２ａ、２ｂを持ち、基準線の少なくとも一部はダンプされて減衰線を形成している。 図１においては、相互に対して鏡像を成すように配置された２つのスイッチ３をそれぞれ持つ２スイッチ装置対が描かれており、一つのスイッチ装置対はそれぞれに４極基準線の長手部分を形成している。 これは２つの基準線部分２ａ、２ｂ及び２つのスイッチ素子４で構成されており、２つのスイッチ素子４は相互に同一のもので、且つ、横断面８の両側に相互に対して鏡像となるように配置されていることが望ましく、横断面８は電気線２に対して横断する方向に、そして対向接触素子７ａ、７ｂの間のほぼ中心に延びており、これによりその接触端６が相互に向けられ、それぞれに横方向に間隔を空けた２つの対向接触素子７ａ、７ｂの間に配置され、そして随意選択により対向接触素子７ａ、７ｂの一方又は他方に向かって移動することができる。 図１の左側に配置された本実施の形態において、横断面８の両側に鏡像関係となるように配置されたスイッチ３は実質的に同一のものであることから、横断面８の左側にそのスイッチ３と共に配置されたスイッチ装置１のみに関し、以下に説明するものとする。

スイッチ素子４は、横方向に弾性的に柔軟であることが望ましく、その底辺端部５は基部１１に搭載されたホルダー９上に維持されている。 平らなストリップ形状のばね舌片は、柔軟なスイッチ素子として特に好適なものであり、前記ばね舌片は図１及び図２にその薄い方の側面が見えるように描かれた側面図が示されているもので、対向配置されたその２つの広い方の側面は、対向接触素子７ａ、７ｂに向かって配向されている。 平らなストリップは１０分の１ｍｍ未満、例えばたった数μｍの厚さを持つ薄膜により形成することも可能である。

スイッチ素子４を横方向に対向接触素子７ａ、７ｂのいずれか一方へと移動させるスイッチング手順を実現する為には、スイッチ素子４の両側に、接触端部６を対向接触素子７ａ、７ｂのいずれか一方へと向かって横方向に移動させる為の磁石配列１２ａ、１２ｂが設けられる。

図１の左側の実施の形態においては、磁石配列１２ａはその磁力が随意選択により増減可能である電磁石により、又は永久磁石１３ａ及びコイル１５を含む電磁石１４ａにより形成されており、永久磁石１３ａと電磁石１４ａは一方が他方中に同軸に一体化されていることが望ましく、棒状の永久磁石１３ａが電磁石１４ａのコアを形成している。

図１に基づく実施の形態においては、磁石配列１２ｂはそれぞれに１つの永久磁石１３ｂにより形成されたものである。 ３つの磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ全てを含む磁石配列１２、１２ｂは、スイッチ素子４の横移動領域Ｂの外側に配置され、スイッチ素子４の対応する基板上の側においてそれぞれの作用方向へと向けてられている為、これらはその移動を妨げることはなく、これにより磁性材料から成るスイッチ素子４に磁気効果を持つものである。

永久磁石１３ａ、１３ｂは、同極又は非同極に配置することができる。 本実施の形態においては、永久磁石１３ａ、１３ｂは相互に対し、そしてスイッチ素子４に対し、それぞれのＮ極を向けて配向されている。

永久磁石１３ａ、１３ｂは、従ってスイッチ素子４から離れて配向する基準線部分２ａ、２ｂの側部上に配置されるものであり、例えば接着又ははんだ付けによりそれらの間にそれぞれ固定接触を作ることができる。

電磁石１４ａにより作られる磁力は、極性に応じて永久磁石１３ａの磁力に重ねることができる。 永久磁石１３ａ及び電磁石１４ａが同極構成であった場合、その磁力は加算されるもので、電磁石１４ａがオフの場合、永久磁石１３ａ、即ち磁石配列１２ａの磁力は低い値である。 オンに切り替えられた状態においては、磁力が加算されて高い値となる。

電磁石１４ａ及び永久磁石１３ａが非同極方式で配置されていた場合、磁力は減算されるものであり、オンに切り替えられた状態においては、例えば０にまで達し得る低い値となる。 電磁石１２ａがオフに切り替えられた状態においては、永久磁石１３ａの磁力は低い値となる。

従って、永久磁石１３ｂの磁力と、高い値の磁石配列１２ａの磁力がそれぞれにスイッチ素子４をそれらに対して引き寄せ、対応する対向接触素子７ａ、７ｂへと接触した状態に維持することになるように磁力が設計される。 このことは、永久磁石１３の磁力が有効であったとしても磁石配列１２ａの磁力の高い値に当てはまること、そして永久磁石１３ｂの磁力に当てはまることであり、更に設計によっては磁石配列１２ａの０にまで到達し得る低い値が有効である場合にも言えることである。 磁石配列１２のスイッチング効果から永久磁石１３ｂのスイッチング効果への切り替え、又はその逆は、電磁石１２ａの極性切り替えを生じる電流インパルスによりそれぞれに実施することができる。

電磁石１４ａの極性Ｎ１、Ｓ１を切り替え可能とすることが所望された場合、簡略化して描かれている極性切替機構１０が設けられる。

同じ、又は同様の部品に同じ符号が付された図１の右側の実施の形態は、永久磁石１３ａ及び電磁石１２ａのコア１６ａ、更には電磁石１２ｂのコア１６ｂが、実質的に同軸に並べて配置されており、永久磁石１３ａ又は１３ｂが基準線部分２ａ又は２ｂとコア１６ａ又は１６ｂの間に配置されている点が、図１の左側の実施の形態とは異なる。 コア１６ａ又は１６ｂ及び永久磁石１３ａ又は１３ｂは、相互に向かって配向したその側面において、例えば接着又ははんだ付けにより、しっかりと相互に接続することができる。

更に、図１の右側の実施の形態の構成及び機能は、図１の左側の実施の形態のものと対応しており、従って簡略化する為に図１の右側の実施の形態についての更なる説明は省くものとする。

図２の左側及び図２の右側に基づく実施の形態は、磁石配列１２ｂを形成する永久磁石１３ｂにも同様に電磁石１４ｂが設けられている点だけが先に説明した実施の形態と異なっている。 磁石配列１２ａ、１２ｂは、完全に同じものであり、線２を中心に鏡像となるように配置、又は更に構成されており、またそれは鏡像において対応するように作動するようになっていることが望ましい。

図２に基づく実施の形態においては、一方の磁石配列の高い値の磁力と他方の磁石配列の低い値の磁力をオンへと切り替えることにより、磁力差を基本的に２倍に増大させることができるもので、スイッチ装置１は、スイッチ素子４の移動抵抗及びそれぞれに対向して配置された低い値の磁力を実質的に上回る／下回る効果的な磁力で操作されることになることから、このことはスイッチ装置１の機能信頼性に寄与するものである。

更には、それぞれに１つの永久磁石１２ａ又は１２ｂを設けることが有利であり、これは、スイッチ素子４が対応する対向接触素子７ａ又は７ｂと接触した直後に電磁石１４ａ又は１４ｂをオフに切り替えても、永久磁石１３ａ又は１３ｂの磁力によりスイッチ素子４を対向接触素子７ａ又は７ｂ上に維持することができる程度の強さの磁力を持つものである。

線２を中心に相互に対向して配置された永久磁石１３ａ及び１３ｂは、図１に基づく実施の形態のそれぞれ左側及び右側と同じものとすることができる。

いずれの実施の形態においても、スイッチ４はこのように磁気的にそれぞれの接触配置へと転置され、この配置に維持される。 よって圧力と摩擦接触により電気接触面の間に入り込み、電気接触にダメージを及ぼす可能性のある磨耗材料を生じることがあった機械的に作用する変位素子は不要となる。

相互に連携する電気接触面を外部の汚染から守る為には、スイッチ装置１を、少なくとも接触面を持つ部品については、望ましくは封止されたハウジング２２の保護空間２１中に置くことが有利である。

同一又は対応する部品には同じ符号が同様に付されている図３〜図６に示す実施の形態は、そのようなハウジング２２を上から見た斜視図で示しており、その保護空間２１は随意選択によりカバー２２ａで上部を開閉できるようになっている。

これらの構造においては、基部１１は、ハウジングの底部２２ｂ及び対向配置された２枚の側壁２２ｃ、その上に配置することができるカバー２２ａ、そしてハウジング底部２２ｂ及び側壁２２ｃの端部に取り付けられ、ねじ留めされた２枚の対向配置された端壁２２ｄにより構成される。 できれば端壁２２ｄが側壁２２ｃを超えて突出し、それらの間にカバー２２ａも受容して、その上に同様にねじ留めすることができるようになっていることが望ましい。 内部的に平らな隣接する端壁２２ｄの封止を向上させる為に、それらはゴム又はプラスチック材のような弾性的圧縮力を持つ材料を含む密閉リング２３によりそれぞれに封止されており、リングは端壁２２ｄの当接面中にある環状溝２４中に入るように、そしてその当接面から上に若干突出するように設けられていることが望ましい。

端壁２２ｄの中心領域中には、電気線２用にそれぞれ１つの貫通孔２５が、それぞれに１つの軸受け型ケーブルスクリュー接続２６と共に設けられているもので、接続２６は外に向かって突出し、これを通じて電気線２が保護空間２１中へと伸び、封止されて（例えばねじ込まれて）いる。

保護空間２１においては、保護空間２１の端部領域にスイッチ素子４用のホルダー９が設けられていることが望ましい。 ホルダー９はそれぞれ、その間で対応するスイッチ素子４を締め付けることが可能な締め付け金具を持つ締め付け装置により形成される。

加えて、図３〜図６に基づく実施の形態は以下の具体的特徴を持っている。 図１の左側又は右側の実施の形態に対応する図３に基づく構造においては、電磁石１４ａは、そのコイル１５と共にハウジング２２に横に取り付けられている。 ハウジング３１は、電磁石１４ａを配置するという、その目的を果たすものであり、ハウジング２２の対応側面に、例えばネジ接続により電磁石と共に搭載される。 ハウジング２１は好ましくは底面及び上面が開放されており、これにより材料及び重量が節約されるばかりではなく、自然対流の法則に準じて作用する独立的に効果のある空気冷却が得られている。 このようなハウジング３１は外側延長壁３１ａ、２枚の横壁３１ｂ及び奥壁３１ｃを持つものとすることができ、それらの間に電磁石１４ａが、例えば永久磁石１３ａに対して同軸となるように配置、固定される。

永久磁石１３ａ、１３ｂは、上部横溝２２ｅ中に座ぐりして配置することが望ましく、永久磁石１３ａ、１３ｂがハウジング２２の上面から突出することになるように、横溝２２ｅの深さは永久磁石１３ａ、１３ｂの高さよりも小さくなっている。 この場合、カバー２３の下部に適合する横溝２２ｆが設けられ、この横溝中へと永久磁石１３ａ、１３ｂの突出部が入る。 永久磁石の長さは、従ってハウジング２２の幅に適合したものとすることができ、図３に示したように、磁石の外側端部がハウジング２２の外側と実質的に同じに終端するようになっている。

図４の実施の形態においては、電磁石１４ａはコイル１５と共にハウジング２２に組み込まれており、該電磁石はスイッチ装置１の下に位置しており、例えば底部及び側部が開放されたハウジング窪み３２に配置及び固定されている。

この実施の形態においては、横型で、例えばＵ字形のコア部品１６ｂが設けられ、これが永久磁石１３ａ、１３ｂのコアを符号１６ａ又は１６ｂで示される電磁石１４ａのコアへと接続して環状に閉鎖された共通コアが、スイッチ装置１の領域まで形成される。

本発明の範囲において、少なくとも一方の永久磁石１３ａ、１３ｂをハウジング２２の内部ではなく、カバー２２ａ中に設けることが可能である。 図５は、そのような実施の形態を示すものであり、ここでは例えば、少なくとも底面が開放されていることにより、底面側に位置する永久磁石１３ｂをカバー２２ａ中に配置する為の縦に連通する窪み３３が設けられており、永久磁石はこの窪み３３中に符号のみで示されている。

カバー２２ａ中の１つの永久磁石の代わりに、複数の永久磁石をその中に配置しても良く、図６に一例として示したように、２つの永久磁石１３ｂが対応するスイッチ装置１、３に隣接するようにカバー２２ａの対応する窪み３３中に設けられ、その中に位置決めされている。 図５及び図６の実施の形態においては、線部分２ｂは、永久磁石１３ｂと磁性作動が可能なように接続された永久磁石部１３ｃ上に配置されている。

本発明の範囲において、ハウジング２２の保護空間２１中に複数のスイッチ装置１を線２の長手方向に並べて配置させるように設けてもよい。

本発明に基づく２つの電気スイッチ装置対の概略図であり、右側のスイッチ装置対を示す図の右半分は、異なる実施の形態を示している。

本発明に基づく２つの電気スイッチ装置対の更に異なる実施の形態の概略図である。

更に異なる実施の形態における本発明に基づくスイッチ装置対を含むハウジングである。

更に異なる実施の形態における本発明に基づくスイッチ装置対を含むハウジングである。

更に異なる実施の形態における本発明に基づくスイッチ装置対を含むハウジングである。

更に異なる実施の形態における本発明に基づくスイッチ装置を含むハウジングである。

符号の説明

１：電気スイッチ装置 ４：電気スイッチ素子 ６：接触端 ７ａ、７ｂ：対向接触素子 ８：横断面 １２ａ、１２ｂ：磁石配列 １３ａ、１３ｂ：永久磁石 １４ａ、１４ｂ：電磁石 ２１：保護空間 ２２：ハウジング ２２ａ：ハウジングカバー ２２ｂ：ハウジング底部 ３２：ハウジングの窪み ３３：カバーの窪み