JP2005276725A - リードスイッチの自己保持回路およびこれを用いた位置検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 開放状態から動作にいたる磁界および自己保持状態から開放にいたる磁界のマージンに余裕を持たせ、マグネットの移動方向を選択することで接点を閉じたり、開放できるリードスイッチの自己保持回路および位置検出器を提供する。
【解決手段】 電磁石４をリードスイッチ１に直列接続しその一方の接点１ｂのリード片１ｄ側にＮ極の磁界を与え、他方の接点１ａのリード片１ｃ側にＮ極とは逆極性のＳ極の磁界を与え、リードスイッチ１の一方側からマグネット２を接近させるとリードスイッチ１の接点１ａ，１ｂを閉じて自己保持させ、マグネット２を一方側に遠ざけたとき接点１ａ，１ｂの自己保持を持続させ、マグネット２を他方側に遠ざけたとき自己保持を解除させる。マグネット２を移動物体に取付けておけば移動物体の位置を検出できる。
【選択図】 図１

Description

この発明はリードスイッチの自己保持回路およびこれを用いた位置検出器に関し、特に、マグネット（磁石）の接近によってその接点を閉じるリードスイッチを自己保持させる回路およびこれを用いた位置検出器に関する。

物体の位置検出装置として図８に示すように、リードスイッチ１とマグネット２とを用いる方法がある。検出しようとする目的物（図示せず）にマグネット２が取付けられており、マグネット２が一方側から他方側に移動する途中で、マグネット２がリードスイッチ１の検出範囲に接近すると、リードスイッチ１の接点が閉じられることにより、目的物の位置を検出することができる。

マグネット２の移動範囲内の全てでマグネット２の現在位置を検出するときには、図９に示すように、その移動範囲に沿ってそれぞれの検出範囲ＲＳ１ ＯＮ〜ＲＳ７ ＯＮが互いにオーバーラップする間隔を有して複数のリードスイッチ１１〜１７を配置しておく。しかし、リードスイッチ１１〜１７のそれぞれの検出範囲はせいぜい数十ｍｍにすぎず、マグネット２の移動範囲が数メートルに及ぶ場合は、数多くのリードスイッチが必要となる。

マグネット２の位置を数メートルの範囲で数ｍｍから数十ｍｍで検出するアプリケーションも存在するが、多くは検出間隔が数十ｃｍでよく、図９に示した構成では部品点数が増えてしまい、コスト的に高くなってしまう。

そこで、図１０に示すように、各リードスイッチ１１〜１４のそれぞれに自己保持（インターロック）機能を持たせ、検出範囲ＲＳ１ ＯＮ〜ＲＳ４ ＯＮを拡大してリードスイッチ１１〜１４間の検出動作を補間する方法が考案された。これにより検出間隔は粗くなるがリードスイッチの数を大幅に削減することができる。

また、図１１に示すように、自己保持機能を持たせることなく、マグネットの数を増やす方法がある。図１１において、各マグネット２１，２２，２３におけるそれぞれの移動範囲の一方を各リードスイッチ１１，１２，１３のＯＮ域とし、他方をストッパなどによりＯＦＦ域として制限する。このような方法は、マグネットをフロート内に配置した液面検出器に用いられる。この場合、図１１では横向きに配置されているが、マグネット２１〜２３およびリードスイッチ１１〜１３は垂直方向に配置されることが多い。

しかし、図１１に示すようなマグネットを複数個使用する方法においても、マグネットやマグネットを動かすフロートなどの機構部品の数が増すとともに、各検出点の位置を変更する場合、図１０の方式であればリードスイッチ単体の位置変更だけで済むが、図１１の方式では各マグネット２１〜２３の移動範囲の位置調整も併せて必要になる。

さらに、位置合わせに不備があった場合、図１０の方法では、動作位置がずれるにとどまるが、図１１の場合マグネット２１，２２，２３の移動範囲とリードスイッチ１１，１２，１３の動作範囲が合致しなくなった場合に誤動作に至る危険がある。

図１２は前述の自己保持機能を説明するための図である。リードスイッチ１は図１２（ａ）に示すように、接点１ａと１ｂとが互いに対向し、それぞれのリード片１ｃ，１ｄが逆方向に延びるようにガラス管内に封入されている。マグネット２の磁極Ｓが接近すると、磁極Ｓの向かい合うリード片１ｄの部分がＮ極となり、そのリード片１ｄの接点１ｂがＳ極に、対する接点１ａがＮ極に磁化され、両接点１ａ，１ｂ間に働く吸引力で接点が閉じて電流が流れる。

このとき、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂが閉じるのに必要な磁力の強さが例えば１００であったとすると、一旦閉じた接点１ａ，１ｂが開く状態の磁界の強さは６０というように小さな値になる。この差４０は応差と呼ばれている。

図１２（ｂ）に示すように、リードスイッチ１の一方のリード片１ｄにバイアス用マグネット３を設け、このバイアス用マグネット３によって予め例えば８０の磁界を与えておく。マグネット２が近くになく、その磁界の影響がなければ、バイアスマグネット３の磁界はリードスイッチ１が閉じる磁界の強さ１００に満たないため、リードスイッチ１は、その接点１ａ，１ｂが閉じられることはない。

マグネット２が接近し、その磁界がリードスイッチ１に影響してバイアスマグネット３の磁界に加算され、１００を越えたときにリードスイッチ１は接点１ａ，１ｂを閉じる。次に、この状態でマグネット２がＡ方向に遠ざかると、マグネット２の磁界は弱くなり、最終的にバイアスマグネット３の磁界８０がリードスイッチ１に加わることになるが、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂが開く磁界の強さ６０以上の値があるため、リードスイッチ１は閉じた状態を維持する。

次に、リードスイッチ１が閉じた状態でマグネット２がＢ方向に移動して破線で示す位置に達すると、リードスイッチ１の磁極は反転してリード片１ｃはＮ極になっているので、バイアスマグネット３の磁界とマグネット２の磁界は打消し合い、接点１ａ，１ｂが開く６０以下の磁界となる。したがって、マグネット２がＡ方向へ移動した場合は接点１ａ，１ｂが閉じ続けるが、Ｂ方向へ移動した場合は接点１ａ，１ｂを開放することになる。

しかしながら、図１２に示した自己保持機能では、自己保持状態において開放に至る動作磁界のマージンが２０であり、また、開放状態においても動作に至るまで２０の余裕しかない。このことは振動に影響されやすく。外から磁界が横切ると誤動作し易いという問題がある。さらに、マージンが少ないことは部品の選定や組立時の調整にも注意を払わなければならないことになる。

自己保持機能を持たせたものとして他に、特開平０６−３３１４２４号公報（特許文献１）に記載された液面検出器がある。この液面検出器では、リードスイッチに自己保持コイルを直列接続し、フロートに磁石を取付けておき、液面レベルが低下してフロートが所定位置まで下降すると、リードスイッチをオンさせて自己保持させるものである。
特開平０６−３３１４２４号公報（段落番号００１２、図１）

上記特許文献１に記載された自己保持機能では、マグネットの移動により液面レベルが所定位置まで低下したときにリードスイッチをオンするように自己保持できるが、その後の液面レベルの変化に応じて、リードスイッチをオフすることができず、頻繁に液面レベルが変化する液位検出器として用いることができないという問題がある。

そこで、この発明は、開放状態から動作にいたる磁界および自己保持状態から開放にいたる磁界のマージンに余裕を持たせ、マグネットの移動方向を選択することで接点を閉じたり、開放できるリードスイッチの自己保持回路およびこれを用いた位置検出器を提供することである。

この発明は、それぞれの先端部に接点を有し、逆方向に引出された１対のリード片を含み、磁石からの磁界を与えることによって接点を閉じるリードスイッチにおいて、１対のリード片のいずれか一方に直列接続され、一方側のリード片に第１の磁界を与え、他方側のリード片に第１の磁界とは逆極性の第２の磁界を与える電磁石を含み、一方のリード片側から磁石を接近させて逆極性の磁界を与えることによりリードスイッチの接点を閉じ、磁石を一方のリード片側に遠ざけたとき接点を自己保持させ、磁石を他方のリード片側に遠ざけたとき同極性の磁界を与えることにより自己保持を解除させる。

好ましくは、電磁石は筒型形状に形成されていて、リードスイッチは筒型の内部に配置されている。

好ましくは、１対のリード片の他方に直列接続される切換回路または点灯回路を含む。

この発明の他の局面は、磁石を有する移動物体の位置を検出する位置検出器であって、移動物体の移動経路に沿って複数配置され、それぞれの先端部に接点を有し、逆方向に引出された１対のリード片を含み、磁石からの磁界を与えることによって前記接点を閉じるリードスイッチと、１対のリード片のいずれか一方に直列接続され、一方側のリード片に第１の磁界を与え、他方側のリード片に第１の磁界とは逆極性の第２の磁界を与える電磁石を含み、一方のリード片側から磁石を接近させて逆極性の磁界を与えることによりリードスイッチの接点を閉じ、磁石を一方のリード片側に遠ざけたとき接点を自己保持させ、磁石を他方のリード片側に遠ざけたとき同極性の磁界を与えることにより自己保持を解除させる自己保持回路と、各１対のリード片の他方に接続される点灯回路とを備える。

好ましくは、移動物体は液面に沿って垂直に移動し、リードスイッチと自己保持回路は垂直方向に複数配置されている。

この発明によれば、リードスイッチに電磁石を直列接続し、一方のリード片側に第１の磁界を与え、他方のリード片側に逆極性の第２の磁界を与え、リード片の一方側から磁石を接近させてリードスイッチの接点を閉じ、磁石を一方側に遠ざけたとき接点を自己保持させ、磁石をリード片の他方側に遠ざけたとき自己保持を解除させるようにしたので、開放状態から動作にいたる磁界および自己保持状態から開放にいたる動作磁界のマージンに余裕を持たせることができ、しかもマグネットの移動方向を選択することで接点を開放することができる。

また、移動する磁石を有する物体の移動経路に沿って、リードスイッチと自己保持回路を複数配置しておき、物体が一方のリード片側へ移動すればリードスイッチの接点を閉じて点灯回路により点灯させ、他方のリード片側へ移動すれば消灯させることで物体の位置を検出できる。

図１はこの発明の一実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。図１において、電磁石４はコイル４１を円筒形に巻回して構成されており、その中空内部にリードスイッチ１が配置されている。リードスイッチ１はそれぞれの先端部に接点１ａ，１ｂを有するリード片１ｃ，１ｄがガラス管から互いに逆方向に引出されている。電磁石４のコイル４１の一端は一方のリード片１ｃに接続されており、コイル４１の他端には＋電位が与えられ、他方のリード片１ｄには−電位が与えられている。

電磁石４は、リードスイッチ１に直列接続されることにより、その一方の接点１ｂのリード片１ｄ側に第１の磁極としてのＮ極の磁界を与え、他方の接点１ａのリード片１ｃ側にＮ極とは逆極性の第２の磁極としてのＳ極の磁界を与える。これにより、リードスイッチ１の一方側（Ａ側）からマグネット２を接近させるとリードスイッチ１の接点１ａ，１ｂを閉じて自己保持させ、マグネット２を一方側に遠ざけたとき接点１ａ，１ｂの自己保持を持続させ、マグネット２を他方側（Ｂ側）に遠ざけたとき自己保持を解除させる。

すなわち、リードスイッチ１が閉じる磁界が例えば１００で開放する磁界が６０であったとする。マグネット２がリードスイッチ１に接近する前は、リードスイッチ１は開放状態にあり、電磁石４に電流が流れないため、磁界は０になっている。マグネット２が接近してマグネット２の磁力１００がリードスイッチ１に加わった時点で接点１ａ，１ｂが閉じられ、電磁石４に電流が流れて電磁石４から１００の磁界が発生する。

この状態でマグネット２の磁界がリードスイッチ１の接点１ａ，１ｂを閉じるように作用し、リードスイッチ１に発生する磁極の向きと、電磁石４がリードスイッチ１に及ぼす磁極の向きが同一になるようにコイル４の巻回方向や電流方向が予め定められている。なお、コイル４の巻回方向が逆の場合は電流方向をそれに合わせることで、調整することができる。

この状態で、マグネット２がＡ方向へ移動してリードスイッチ１がマグネット２の磁界から外れたとしても、電磁石４の磁界によりリードスイッチ１は自己保持状態にあり、接点１ａ，１ｂは閉じ続ける。

次に、マグネット２がＢ方向に移動した場合は、マグネット２が破線位置に達したときに前述のごとくマグネット２が及ぼしリードスイッチ１に生じる磁界が逆転するために、マグネット２のＳ極と電磁石４のＳ極の磁界とで磁界を打消し合うことになる。電磁石４の磁界が１００でマグネット２がリードスイッチ１に及ぼす磁界が反対の１００であった場合に磁界は完全に打消されて０となり、リードスイッチ１は開放状態になる。

したがって、この実施形態では、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂが開放状態でマグネット２が離れている場合は、リードスイッチ１に影響する磁界はなく、また、一旦リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂが閉状態となった場合は、十分な磁力で接点１ａ，１ｂが閉じられ、振動や外部磁界に対して十分なマージンを有することができる。

なお、上述の実施形態では電磁石４は円筒形状に形成したが、角筒形状に形成してもよい。

図２はこの発明の他の実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。この実施形態は、電磁石５を円筒形状ではなく、円柱状に形成し、リードスイッチ１に対して平行に近接して配置したものである。この実施形態においても図１と同様にして、開放状態から動作にいたる磁界および自己保持状態から開放にいたる動作磁界のマージンに余裕を持たせ、マグネット２の移動方向を選択することで接点１ａ，１ｂを開放できる。

図３はこの発明のさらに他の実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。この実施形態はコアー６１の上にコイル６２を巻回して電磁石６を構成し、コアー６１を折り曲げて先端部をリードスイッチ１に近接させたものである。そして、コアー６１の先端部を例えばＮ極とし、コアー６１のコイル６２側をＳ極とする。このように構成しても図１および図２と同様の効果を奏することができる。

図４はリードスイッチの自己保持回路に切換え回路を接続した例を示す図である。なお，この図４ではマグネット２の図示を省略している。図１〜図３に示した実施形態では、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂにコイル４１が直列接続されているので、接点１ａ，１ｂに所望の電流を流して他の機器を制御できない場合がある。そこで、リードスイッチ１の接点１ｂにリレー７のコイル７１を直列接続し、リレー７の接点７２により他の機器を制御する。これにより、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂに流れる電流には関係なくリレー７の接点７２により任意の機器を制御できる。

図５はリードスイッチの自己保持回路に点灯回路を接続した例を示す図である。この実施形態では、リードスイッチ１の接点１ｂに対して発光ダイオード８を直列接続したものである。この例では、リードスイッチ１の接点１ａ，１ｂが閉じられたとき発光ダイオード８を点灯させて、接点１ａ，１ｂが閉じられたことを知らせることができる。

図６はリードスイッチの自己保持回路にホトカプラを接続した例を示す図である。この例は、リードスイッチ１の接点１ｂにホトカプラ９の発光ダイオード９１を直列接続し、ホトトランジスタ９２により他の機器を制御することができる。

図７はこの発明の応用例として、液面検出器を構成したものである。マグネット２は図示しないフロートに設けられている。図１〜図３に示したリードスイッチを含む複数の自己保持回路１０１，１０２，１０３…１０ｎが垂直方向に配置されており、それぞれのリードスイッチには発光ダイオード８１，８２，８３…８ｎが接続されている。これらの発光ダイオード８１，８２，８３…８ｎは、液面レベルをバーグラフとして表示する。

液面レベルに応じてマグネット２が上下し、マグネット２が上昇すれば自己保持回路によりリードスイッチの接点を閉じ続け、マグネット２が下降すれば自己保持回路によるリードスイッチの接点を開放するように、電流の向きおよびマグネット２の磁極を定めておけば、液面レベル以下の発光ダイオードを点灯させ、液面レベル以上の発光ダイオードを消灯させるように制御することができる。

なお、この発明は上述の液面検出器に限らず、移動する物体にマグネットを取付けておき、物体の移動経路に沿って自己保持回路を有するリードスイッチを配置しておけば、その移動する物体の位置を検出する位置検出器としても適用可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、リードスイッチに電磁石を直列接続し、一方のリード片側に磁界を与え、他方のリード片側に逆極性の磁界を与え、リードスイッチの一方側から磁石を接近させてリードスイッチの接点を閉じ、磁石を一方側に遠ざけたとき接点を自己保持させ、他方側に遠ざけたとき自己保持を解除させることができるので、液面検出器などの位置検出器に利用できる。

この発明の一実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。 この発明の他の実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるリードスイッチの自己保持回路を示す図である。 リードスイッチの自己保持回路に切換え回路を接続した例を示す図である。 リードスイッチの自己保持回路に点灯回路を接蔵した例を示す図である。 リードスイッチの自己保持回路にホトカプラを接続した例を示す図である。 この発明の応用例として、複数のリードスイッチの自己保持回路を用いてバーグラフとして表示する位置検出器の例を示す図である。 リードスイッチとマグネットとを用いた物体の位置検出器を示す図である。 マグネットの移動範囲内の全てでマグネットの現在位置を検出する位置検出器を示す図である。 自己保持機能を持たせたリードスイッチを配置した例を示す図である。 自己保持機能を持たせることなく、マグネットの数を増やす例を示す図である。 自己保持機能を持たせたリードスイッチの例を示す図である。

符号の説明

１ リードスイッチ、１ａ，１ｂ 接点、１ｃ，１ｄ リード片、２ マグネット、４，５，６ 電磁石、７ リレー、８，９，８１〜８ｎ 発光ダイオード、９ ホトカプラ、４１，６２，７１ コイル、６１ コアー、９２ ホトトランジスタ、７２ リレー接点、１０１〜１０ｎ リードスイッチを含む自己保持回路。

Claims (5)

1. それぞれの先端部に接点を有し、逆方向に引出された１対のリード片を含み、磁石からの磁界を与えることによって前記接点を閉じるリードスイッチにおいて、
   前記１対のリード片のいずれか一方に直列接続され、一方側のリード片に第１の磁界を与え、他方側のリード片に前記第１の磁界とは逆極性の第２の磁界を与える電磁石を含み、
   前記一方のリード片側から前記磁石を接近させて逆極性の磁界を与えることにより前記リードスイッチの接点を閉じ、前記磁石を前記一方のリード片側に遠ざけたとき前記接点を自己保持させ、前記磁石を他方のリード片側に遠ざけたとき同極性の磁界を与えることにより自己保持を解除させる、リードスイッチの自己保持回路。
2. 前記電磁石は、筒型形状に形成されていて、前記リードスイッチは前記筒型の内部に配置されている、請求項１に記載のリードスイッチの自己保持回路。
3. 前記１対のリード片の他方に直列接続される切換回路または点灯回路を含む、請求項１または２に記載のリードスイッチの自己保持回路。
4. 磁石を有する移動物体の位置を検出する位置検出器であって、
   前記移動物体の移動経路に沿って複数配置され、それぞれの先端部に接点を有し、逆方向に引出された１対のリード片を含み、前記磁石からの磁界を与えることによって前記接点を閉じるリードスイッチと、
   前記１対のリード片のいずれか一方に直列接続され、一方側のリード片に第１の磁界を与え、他方側のリード片に前記第１の磁界とは逆極性の第２の磁界を与える電磁石を含み、前記一方のリード片側から前記磁石を接近させて逆極性の磁界を与えることにより前記リードスイッチの接点を閉じ、前記磁石を前記一方のリード片側に遠ざけたとき前記接点を自己保持させ、前記磁石を他方のリード片側に遠ざけたとき同極性の磁界を与えることにより自己保持を解除させる自己保持回路と、
   前記各１対のリード片の他方に接続される点灯回路とを備えた、位置検出器。
5. 前記移動物体は、液面に沿って垂直に移動し、
   前記リードスイッチと前記自己保持回路は垂直方向に複数配置されている、請求項４に記載の位置検出器。

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