JP2004056905A - 非接触スイッチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチボックス11を備え、壁又は柱に取付けて直列接続された電気機器30のオンオフをスイッチ手段によって行う非接触スイッチ10であって、スイッチボックス11の表面側に、受光部27及び投光部28が設けられた反射型の光センサー29と、光センサー29の作動によってオンオフを行う半導体スイッチ素子32と、半導体スイッチ素子32がオフ状態の他、半導体スイッチ素子32がオン状態であっても半導体スイッチ素子32の両端から微小電力を得る電源部34とを有し、電源部34からの電源によって、光センサー29及び半導体スイッチ素子32の制御を行う。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般の照明や換気扇等の電気機器のオンオフを、機械的にスイッチを操作することなく、非接触で行う非接触スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
光センサーや超音波センサー等を用いた非接触スイッチは数多く提案され、これらを用いて電気機器をオンオフすることも一般に行われている。特に、特開2002−100268公報には、装置本体の近傍位置に進入した人体を検知する焦電型の赤外線センサーを用い、特定位置まで進入した人体を検知して、電気機器に直列に配置された接点型の開閉器のオンオフを行う非接触スイッチ装置が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の非接触スイッチ装置においては、以下のような問題があった。
(1)電気機器が長時間オンになっている場合には、開閉器が常時オンとなっているので、その両端に電圧は発生せず、開閉器の両端に接続されている電源部に電力を供給することができない。このため、電気機器はオンの状態を継続するので、充電式の電源部を備えたり、又は特別のオフ装置(例えば、手動操作やタイマー動作のオフ装置)が必要である。
(2)人体検知センサーとして焦電型の赤外線センサーを用いているので、検知範囲が広く誤動作を起こし易く、人がその部分を通過する毎に反応する。勿論、前記公報には、検出範囲を人が意図的に進入しえる狭小な範囲に設定すると記載されているが、感度を落とすと誤動作が生じ易く、その設定は容易ではない。
(3)更に、前記公報においては、操作部を調整して焦電型の赤外線センサーの窓を調整することが記載されているが、焦電型の赤外線センサーは、一般には検出距離の特定が難しく、適正に調整することは難しく手間である。
(4)また、焦電型の赤外線センサーは小型のものは入手困難であり、更には焦電型の赤外線センサーを操作する窓等を設けており、結果として、機器自体の小型化が困難である。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、スイッチ手段がオンの場合でも微小電力が取れるように工夫し、更には動作の安定性がよく機器の小型化もできる非接触スイッチを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第1の発明に係る非接触スイッチは、スイッチボックスを備え、壁又は柱に取付けて直列接続された電気機器のオンオフをスイッチ手段によって行う非接触スイッチであって、前記スイッチボックスの表面側に、受光部及び投光部が設けられた反射型の光センサーと、前記光センサーの作動によってオンオフを行って前記スイッチ手段を構成する半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子がオフ状態の他、前記半導体スイッチ素子がオン状態であっても前記半導体スイッチ素子の瞬時オフ制御を行い、該半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得る電源部とを有し、前記電源部から、前記光センサー及び前記半導体スイッチ素子への電力供給を行っている。
第1の発明においては、半導体スイッチ素子がオンの状態であっても、その両端に小電圧を発生させて微小電力を得るようにしているので、負荷を長時間オンにしても、反射型の光センサーを働かせることができる。そして、反射型の光センサーを作動させる位置の距離設定を行うことによって、光センサーのオンオフの動作を明確にできる。
【0005】
そして、第2の発明に係る非接触スイッチは、第1の発明に係る非接触スイッチにおいて、前記光センサーが対象物を検知する毎に前記半導体スイッチ素子がオンとオフを交互に繰り返す。これによって、例えば、この非接触スイッチの前に手を翳すことによってスイッチが入り、次に手を翳すことによってスイッチが切れる。なお、手等の対象物の場合には反射光が安定しないので、その出力が乱れることが起こりやすく、これを防止して光センサーの動作を安定させるために、光センサーの出力に対して動作遅延のための微小時間(例えば、0.1〜2秒)のタイマー回路等を設けるのが好ましい。これによって、前記した微小時間の間に光センサーの出力が変わってもスイッチをオンオフさせる動作をしないことになる。
【0006】
第3の発明に係る非接触スイッチは、第1、第2の発明に係る非接触スイッチにおいて、前記半導体スイッチ素子の通電時に、交流電源に非通電期間を短時間設けて、該半導体スイッチ素子の両端に小電圧を発生させ、前記電源部の電源としている。一般に半導体スイッチ素子には、トライアック、サイリスター等のように一旦ゲートに信号が入ると順方向に通電しっぱなしの素子と、トランジスタ等のようにベース電流を流すことによって順方向に通電する素子があり、これらの素子を微小時間のみオフにすれば、その両端に電圧が発生するので、これを利用して微小電力を得ることができる。
この場合、負荷側には少しの電圧降下が生じることになるが、実用上電源電圧の90%以上の電圧が確保できれば、負荷側に問題は生じない。また、光センサーや半導体スイッチ素子を駆動するための制御装置の必要電流は数ミリアンペア程度であるので、短時間半導体スイッチ素子をオフさせることによって得ることができる。
この第3の発明の場合、交流電源の全ての周期に合わせて各サイクル又は各半サイクル毎に半導体スイッチ素子を短時間オフにして電源を得る場合の他、複数サイクル毎に半導体スイッチ素子を短時間非通電にして電源を得る場合もある。
【0007】
第4の発明に係る非接触スイッチは、第3の発明に係る非接触スイッチにおいて、前記半導体スイッチ素子はトライアックであって、前記非通電期間は、交流電源の正負半サイクルの間に行われ、しかも、それぞれ通電位相は0度を超え25度以内の範囲(更に好ましくは、10〜20度の範囲)である。これによって、負荷側の電源電圧の約90%以上を確保でき、負荷側に大きな影響を与えない。
第5の発明に係る非接触スイッチは、第3の発明に係る非接触スイッチにおいて、前記電源部には電荷を蓄積するコンデンサー又は電池からなる充電手段を有し、該充電手段の電荷が不足する場合にのみ、前記半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得る動作をさせている。これによって常時100%の電力を負荷側に供給できる。
【0008】
そして、第6の発明に係る非接触スイッチは、スイッチボックスを備え、壁又は柱に取付けて直列接続された電気機器のオンオフをスイッチ手段によって行う非接触スイッチであって、前記スイッチボックスの表面側に、受光部及び投光部が設けられた反射型の光センサーと、前記光センサーの作動によってオンオフを行う前記スイッチ手段と、前記スイッチ手段がオフの場合には該スイッチ手段の両端から電源を取り、前記スイッチ手段がオンの場合には回路を流れる電流を電流変成器を介して電源を取る電源部とを有し、前記電源部によって、前記光センサー及び前記スイッチ手段の制御を行う電源を供給している。
これによって、スイッチ手段のオンオフの如何に係わらず所定の微小電力を電源側から取り出すことができる。即ち、スイッチ手段がオフの場合にはその両端に発生する電源電圧から、スイッチ手段がオンの場合には負荷を通過する電流を電流変成器によって確保できる。
【0009】
なお、スイッチ手段がオンとなっている場合に、電源側から微小電力を得る他の方法として、回路に直列に小抵抗、リアクトルを入れその両端の電圧降下から電源を得る方法もあるが、小抵抗の場合には負荷を流れる電流が大きくなると、抵抗の発熱が増加するし、リアクトルの場合には機器が大型化する。また、これらのインピーダンス素子を回路に直列に入れた場合には、これらのインピーダンスが大きいと電圧降下が大きくなり、インピーダンスが小さいと小電流の場合目的の電圧が素子間に発生せず、機器の安定性が悪い。
【0010】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1は本発明の一実施の形態に係る非接触スイッチの回路ブロック図、図2は同非接触スイッチの正面図、図3(A)は同非接触スイッチの一部切欠き側面図、図3(B)は同図(A)における矢視A−A図、図4(A)、(B)は同非接触スイッチの動作説明図、図5は同非接触スイッチの使用状態を示す説明図である。
【0011】
図1〜図3に示すように、本発明の一実施の形態に係る非接触スイッチ10は、角形のスイッチボックス11内に収納されている。図2、図3(A)、(B)に示すように、スイッチボックス11は壁(又は柱)内に埋め込まれるボックス本体12と、その正面側に設けられている取付け枠13と、取付け枠13の更に正面側に取付けるられる化粧板14とを有している。金属製(例えば、鉄製)のボックス本体12はプラスチック製の取付け枠13に固定され、取付け枠13の上下に設けられているビス孔15を挿通するビス16を介して取付け枠13を壁板17に固定している。取付け枠13の周囲には4つの係合孔18が設けられ、化粧板14の裏面側には、それぞれの係合孔18に嵌入してその内部で取り外し可能に引っ掛かる掛止部19を備える掛止突起20が設けられ、それぞれの掛止突起20を4つの係合孔18に嵌入させて、化粧板14を取付け枠13に固定している。
取付け枠13の正面側中央には、赤外線は通過するが可視光線は通過させない矩形のアクリル樹脂製の可視光カットフィルター板21が突出状態で設けられ、化粧板14には可視光カットフィルター板21が露出する貫通窓22が正面側に設けられている。なお、化粧板14の厚みは可視光カットフィルター板21の厚みと同一となって、化粧板14の表面と可視光カットフィルター板21の表面が同一平面上に位置している。
【0012】
可視光カットフィルター板21の上部には動作表示灯23の覗き窓24が形成されているが、この動作表示灯23は発光ダイオードからなって、可視光カットフィルター板21の裏面側に設けられたボックス本体12内に取付けられたプリント基板25に固定されている。このプリント基板25には、図1に示す非接触スイッチ10の制御回路26の主要部が収納されている。
この制御回路26は、図1に示すように、受光部27と投光部28を有する反射型の光センサー29と、電気機器の一例である照明器具30等の負荷に直列に接続されたスイッチ回路31と、光センサー29の出力によってスイッチ回路31の半導体スイッチ素子を構成するトライアック(スイッチ手段の一例)32をオンオフするスイッチ制御部33と、これらに電源を供給する電源部34とを有している。
【0013】
光センサー29は周知の構造となって、発光ダイオードを用いた投光部28から発する赤外線パルスを、対象物の一例である人の手35に反射させて、その反射光をフォトトランジスタやフォトダイオードを用いた受光部27によって受光した場合にオンの出力をスイッチ制御部33に送るようになっている。
この発光ダイオードからなる投光部28は、図3に示すように、取付け枠13を貫通して、可視光カットフィルター板21の背部に配置され、フォトトランジスタ等からなる受光部27も取付け枠13を貫通して可視光カットフィルター板21の背部に配置されている。
一方、スイッチ回路31に設けられているトライアック32は、そのゲートに信号が入力されると交流電源に対して、信号が入力された時点から電源の正負が入れ代わる時点まで導通素子であって、光センサー29がオンになった場合、スイッチ制御部33から発する信号によって、オンするようになっている。
【0014】
この場合のトライアック32のオン時期は図4(A)に示すように、交流電源に対して0を超え25度以内の角度位相(φ)で信号を与えて、トライアック32を通電させている。これによって、交流電源に短時間の非通電期間が設けられ、図4(A)にハッチングを入れて示す電圧が照明器具30に対してかかる。例えば、100V交流半波長(交流電源の正負半サイクル)に対してそれぞれ約25度の位相角でトライアック32をオンにすると、実効値が94〜95Vの交流が得られ、実用上差し支えない。また、図4(B)に示すように、トライアック32がオフ時のトライアック32の最高両端電圧は約60Vとなり、この電圧を瞬時にブリッジ回路36で整流して定電圧回路37で所定の直流電圧にして直流電源とする。この場合、トライアック32が完全にオフとなってトライアック32の両端に電源電圧(例えば、交流100V)がかかる場合であっても、常時一定の電圧の直流電源(例えば、5V)を得ることができ、これをスイッチ制御部33、スイッチ回路31及び光センサー29の電源とすることができる。なお、図1の電源部34においては、定電流回路や定電圧回路の詳細については周知の技術であるので示されていない。
【0015】
また、スイッチ制御部33には、反射型の光センサー29が手35等を検知した場合でかつ手35を光センサー29の前に往復動させた場合には、光センサー29が手35を検知するごとにオンオフすることになり、光センサー29の応答性が速すぎる場合があり、不自然であるので、例えば、1〜2秒程度のタイマー回路を設けて、光センサー29がオンになった直後タイマー回路がカウントアップしない場合には、トライアック32がオフにならないようにディレイ回路が設けてある。
また、スイッチ制御部33には、光センサー29がオンになった場合に点灯する動作表示灯23が設けられている。この動作表示灯23は光センサー29がオンになってトライアック32がオンになった場合にのみ点灯するが、この動作表示灯23に2色の発光ダイオードを用いて、光センサー29がオフの場合には緑色(又は黄色)を点灯し、光センサー29がオンの場合には赤色を点灯させるようしてもよい。なお、トライアック32の両端にネオン管を設けてトライアック32のオフ時の表示としてもよい。
【0016】
従って、この実施の形態に係る非接触スイッチ10においては、照明器具30に電源が入っていない状態、即ち、非接触スイッチ10のトライアック32が非導通の場合には、トライアック32の両端に電源電圧がかかるので、これを電源部34で整流して定電圧にし、スイッチ回路31、光センサー29、及びスイッチ制御部33に供給する。そして、図5に示すように、人の手35を反射型の光センサー29が検知して作動した場合には、その出力をスイッチ制御部33に供給して、スイッチ回路31に信号を送り、トライアック32に半波長(180度)に対して15〜20度の位相角で信号を送り、スイッチ回路31をオンにする。
この場合、トライアック32の両端には、電源電圧の一部からなる小電圧が発生するので、これを電源部34によって整流して微小電力を得、定電圧の直流に変えてスイッチ回路31、光センサー29、及びスイッチ制御部33に供給する。これによって、仮にスイッチ回路31がオンの状態を継続しても、電源を供給することができる。
なお、図3(A)、(B)に示すように、トライアック32の両側に接続される端子39、40は、金属製のボックス本体12の側部に設けられており、トライアック32の放熱フィン41は、放熱性を確保するため、金属製のボックス本体12に取付けられている。
【0017】
前記実施の形態に係る非接触スイッチ10においては、スイッチ回路31をオンにした場合には、トライアック32を常時位相制御して瞬時オフ制御を行い電源部34の電源を得ているが、電源部34に充電手段の一例であるコンデンサーや場合によっては充電式の電池を用意し、このコンデンサーや電池の両端電圧が一定電圧より下がった場合のみ、トライアック32を位相制御してトライアック32の両端に小電圧を発生させて、電源部34に供給するようにすることも可能である。これによって、常時はドロップしていない電圧即ち100%の電源電圧が負荷にかかることになる。
また、前記実施の形態に係る非接触スイッチ10においては、スイッチ回路31が導通時には、トライアック32を半サイクル毎に位相制御を行ってその両端から電源電圧を拾っているが、例えば、複数サイクル(例えば、2〜5サイクル)に一回毎、あるいは複数サイクル毎の正負(例えば2〜5サイクル後の正のサイクル及びその後の2〜5のサイクルの負のサイクル)にトライアックを位相制御してその両端に電圧を発生させて電源部34の電源とすることもできる。
また、前記実施の形態に係る非接触スイッチ10においては、スイッチ回路31がオンの場合の電源の供給は、トライアック32を位相制御することによって行っている。これによって、負荷側の電圧が少しの範囲で下がるので、これを防止するために、例えば、スイッチ回路31に直列に電流変成器(CT)を配置し、この電流変成器によって発生する電流を整流して直流電源とすることもできる。この場合に取付ける電流変成器42、整流回路42aを図1に2点鎖線で示す。この場合は、トライアック32の代わりに接点式の開閉器を利用できる。
なお、図2に示すように、スイッチボックス11の正面側に手動のスイッチ44を設け、これをトライアック32に直列に接続することもできる。この場合、故障時等にスイッチ44を操作して強制的に回路を遮断することができる。
【0018】
【発明の効果】
請求項1〜6記載の非接触スイッチは、スイッチボックスの表面側に、受光部及び投光部が設けられた反射型の光センサーによって、スイッチを作動させているので、焦電型のセンサーに比較して検知距離や検知範囲を明確に設定することができ、動作の安定性が向上する。
更には、従来の手動スイッチの電気回路にそのまま設置することができるので、新たな電源ラインの配線が不用となる。
特に、請求項1〜5記載の非接触スイッチにおいては、請求項3記載の発明に具体的に特定するように、半導体スイッチ素子がオンの場合であっても、半導体スイッチ素子に短期間のオフ期間を設けて、半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得るようにしているので、負荷をオフにした場合は当然として、負荷を長時間オンし続けた場合でも、電力を確保することができる。
そして、従来の壁や柱等に設けられて負荷に直列に配置するスイッチボックスをそのまま本発明の非接触スイッチに入れ換えることもできる。
従って、この非接触スイッチはスイッチに直接触ることなく、電気機器(例えば、照明灯)のオンオフができるので、極めて衛生的である。例えば、電気機器をトイレの照明灯とした場合には、あらゆる分野で利用できるものであり、更には、病院を始めとし、食品工場、科学バイオ工場、精密機械工場、半導体工場、薬品工場、醸造工場、ホテル等の衛生を最も優先視しなければならない場所から、一般の工場や家庭まで、機器の非接触スイッチとして有効に利用できるものである。
更には、この非接触スイッチを例えば足元に取付けておけば、人が荷物を持ち両手が塞がっている場合であっても、足や膝等でスイッチのオンオフができる。
特に、指や手が不自由な人であっても、車椅子や肩での操作も可能となり、社会に対する貢献度は大きい。
請求項2記載の非接触スイッチにおいては、光センサーが対象物を検知する毎に半導体スイッチ素子がオンとオフを交互に繰り返す。これによって、例えば、この非接触スイッチの前に手を翳すことによってスイッチが入り、次に手を翳すことによってスイッチが切れる。
【0019】
請求項4記載の非接触スイッチは、半導体スイッチ素子はトライアックであって、非通電期間は、交流電源の正負半サイクルの間に行われ、しかも、それぞれ0度を超え25度以内の範囲である。これによって、負荷側の電源電圧の約90%以上を確保でき、負荷側に大きな影響を与えない。
請求項5記載の非接触スイッチは、電源部には電荷を蓄積するコンデンサー又は電池からなる充電手段を有し、充電手段の電荷が不足する場合にのみ、半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得る動作をさせている。これによって常時100%の電力を負荷側に供給できる。
そして、請求項6記載の非接触スイッチは、スイッチ手段がオフの場合にはスイッチ手段の両端から電源を取り、スイッチ手段がオンの場合には回路を流れる電流を電流変成器を介して電源を取る電源部を有しているので、スイッチ手段のオンオフの如何に係わらず所定の微小電力を電源側から取り出すことができ、しかも負荷側に与える影響が少ないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る非接触スイッチの回路ブロック図である。
【図2】同非接触スイッチの正面図である。
【図3】(A)は同非接触スイッチの一部切欠き側面図、(B)は図(A)における矢視A−A図である。
【図4】(A)、(B)はそれぞれ同非接触スイッチの動作説明図である。
【図5】同非接触スイッチの使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
10:非接触スイッチ、11:スイッチボックス、12:ボックス本体、13:取付け枠、14:化粧板、15:ビス孔、16:ビス、17:壁板、18:係合孔、19:掛止部、20:掛止突起、21:可視光カットフィルター板、22:貫通窓、23:動作表示灯、24:覗き窓、25:プリント基板、26:制御回路、27:受光部、28:投光部、29:光センサー、30:照明器具(負荷)、31:スイッチ回路、32:トライアック、33:スイッチ制御部、34:電源部、35:人の手、36:ブリッジ回路、37:定電圧回路、39、40:端子、41:放熱フィン、42:電流変成器、42a:整流回路、44:手動のスイッチ
Claims (6)
- スイッチボックスを備え、壁又は柱に取付けて直列接続された電気機器のオンオフをスイッチ手段によって行う非接触スイッチであって、
前記スイッチボックスの表面側に、受光部及び投光部が設けられた反射型の光センサーと、
前記光センサーの作動によってオンオフを行って前記スイッチ手段を構成する半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子がオフ状態の他、前記半導体スイッチ素子がオン状態であっても前記半導体スイッチ素子の瞬時オフ制御を行い、該半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得る電源部とを有し、
前記電源部から、前記光センサー及び前記半導体スイッチ素子への電力供給を行うことを特徴とする非接触スイッチ。 - 請求項1記載の非接触スイッチにおいて、前記光センサーが対象物を検知する毎に前記半導体スイッチ素子がオンとオフを交互に繰り返すことを特徴とする非接触スイッチ。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の非接触スイッチにおいて、前記半導体スイッチ素子の通電時に、交流電源に非通電期間を短時間設けて、該半導体スイッチ素子の両端に小電圧を発生させ、前記電源部の電源としていることを特徴とする非接触スイッチ。
- 請求項3記載の非接触スイッチにおいて、前記半導体スイッチ素子はトライアックであって、前記非通電期間は、交流電源の正負半サイクルの間に行われ、しかも、それぞれ通電位相が0度を超え25度以内の範囲であることを特徴とする非接触スイッチ。
- 請求項3記載の非接触スイッチにおいて、前記電源部は電荷を蓄積するコンデンサー又は電池からなる充電手段を有し、該充電手段の電荷が不足する場合にのみ、前記半導体スイッチ素子の両端から微小電力を得る動作をすることを特徴とする非接触スイッチ。
- スイッチボックスを備え、壁又は柱に取付けて直列接続された電気機器のオンオフをスイッチ手段によって行う非接触スイッチであって、
前記スイッチボックスの表面側に、受光部及び投光部が設けられた反射型の光センサーと、
前記光センサーの作動によってオンオフを行う前記スイッチ手段と、
前記スイッチ手段がオフの場合には該スイッチ手段の両端から電源を取り、前記スイッチ手段がオンの場合には回路を流れる電流を電流変成器を介して電源を取る電源部とを有し、
前記電源部によって、前記光センサー及び前記スイッチ手段の制御を行う電源を供給することを特徴とする非接触スイッチ。
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