JP2007173123A

JP2007173123A - スイッチ装置

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Publication number: JP2007173123A
Application number: JP2005371070A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okada; 健治岡田; Tsunehiro Kitamura; 常弘北村; Shingo Kanbe; 伸吾神戸
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP4650257B2

Abstract

【課題】安定した動作が行えるスイッチ装置を提供することにある。
【解決手段】スイッチ装置１は、前面が開口した箱状に形成されて、壁面に設置された取付枠６に取り付けられるボディ２と、操作スイッチ、及び当該操作スイッチの操作に応じて制御対象の機器を制御する制御回路を備えてボディ２に収納される回路ブロック３と、該回路ブロック３を覆うようにしてボディ２に揺動自在に取り付けられ、操作スイッチの操作に用いられる操作ハンドル４と、中央部に設けられた開口７ａから操作ハンドル４の前面を露出させた状態で壁面に取り付けられるプレート部７と、操作ハンドル４の前面に露出する受光面を有して操作ハンドル４の後面側に取り付けられ、制御回路に電力供給を行う太陽電池ブロック５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、壁面に設置されるスイッチ装置に関するものである。

従来から、屋内等に設置される照明器具や、空調、換気扇等の制御対象の機器（以下、「負荷」と称する）をオン／オフするために、屋内の壁面に設置されるスイッチ装置が提供されている。

この種のスイッチ装置としては、屋内に設けられたスイッチボックスから引き出した商用電源の２本の屋内配線を用いて、負荷と商用電源とが直列接続される、所謂２線式配線のもの（例えば、特許文献１）や、赤外線通信等の無線通信手段を利用したワイヤレス型のもの等がある。
特開２００１−２２７８０４号公報（第１図及び第７図）

しかしながら、前者の２線式配線のスイッチ装置では、その動作電源は、負荷と商用電源の直列接続の途中から取っているため、負荷に比べてスイッチ装置の消費電流が大きいと、負荷をオンした際でも、負荷への電力供給が不足するおそれがある。

一方、後者のワイヤレス型のスイッチ装置では、配線工事にかかる手間や費用、配線上の都合等による設置場所の制約があることから、電源として商用電源を用いるよりも、スイッチ装置に内蔵した電池を用いることが一般的によく行われている。当然ながら、電源として用いられる電池には寿命があり、一般的には数ヶ月〜１年程度で電池交換が必要になるため、予期せずスイッチ装置が動作できなくなる。

結局、従来から提供されているスイッチ装置では、負荷への電力供給が不足したり、不意にスイッチ装置が動作できなくなるおそれがあるため、安定した動作が行えないという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、安定した動作が行えるスイッチ装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１のスイッチ装置の発明では、壁面に設置されるスイッチ装置であって、操作スイッチ、及び該操作スイッチの操作に応じて制御対象の機器を制御する制御回路が設けられた回路ブロックと、該回路ブロックに覆設され、前記操作スイッチの操作に用いられる操作ハンドルと、中央部に設けられた開口から前記操作ハンドルの前面を露出させた状態で壁面に取り付けられるプレート部と、前記操作ハンドル又は前記プレート部の前面に露出する受光面を有し、前記制御回路に電力供給を行う太陽電池とを備えていることを特徴とする。

請求項２のスイッチ装置の発明では、請求項１の構成に加えて、前記太陽電池は、操作ハンドルに設けられていることを特徴とする。

請求項３のスイッチ装置の発明では、請求項２の構成に加えて、前記回路ブロックは、操作ハンドルに設けられていることを特徴とする。

請求項４のスイッチ装置の発明では、請求項１〜３のいずれか１項の構成に加えて、前記太陽電池は、第１の電極と、該第１の電極の一面側に設けられ色素が吸着された半導体層と、該半導体層における第１の電極と反対の面側に設けられる第２の電極と、前記半導体層と前記第２の電極との間に設けられる電解質層とからなる色素増感型太陽電池であることを特徴とする。

請求項５のスイッチ装置の発明では、請求項４の構成に加えて、前記電解質層は、少なくともＩ⁻とＩ_３ ⁻とを含み、Ｉ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であることを特徴とする。

請求項６のスイッチ装置の発明では、請求項４又は５の構成に加えて、前記太陽電池は、所定のセルサイズの色素増感型太陽電池を複数直列接続することで構成されていることを特徴とする。

請求項７のスイッチ装置の発明では、請求項４〜６のいずれか１項の構成に加えて、前記太陽電池は、可視領域の光に対して透光性を有していることを特徴とする。

請求項８のスイッチ装置の発明では、請求項４〜７のいずれか１項の構成に加えて、前記操作ハンドルには、前記太陽電池の電極の一方が形成されていることを特徴とする。

請求項１のスイッチ装置の発明は、制御回路に十分な電力供給を行うことができるから、制御回路が電力不足に陥ってスイッチ装置が動作できなくなることがなくなり、これにより制御対象の機器（負荷）を制御できなくなるといった不具合を防止できて、安定した動作が行えるという効果を奏する。

請求項２のスイッチ装置の発明は、太陽電池の形状の自由度を向上できるという効果を奏する。

請求項３のスイッチ装置の発明は、太陽電池と回路ブロックとの接続が容易に行えるようになるという効果を奏する。

請求項４のスイッチ装置の発明は、同照度、同セルサイズであれば、従来からよく用いられているアモルファス型太陽電池よりも大きい電力を発電することができる色素増感型太陽電池を用いているので、同じセルサイズのアモルファス型太陽電池を用いる場合に比べて、小型化を図ることができるという効果を奏する。

請求項５のスイッチ装置の発明は、数十ｌｘ程度の低照度下において、例えばＩ_３ ⁻の濃度を０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３とした場合に比べて、曲線因子、短絡電流、及び開放電圧の各値を大きくすることができ、これによりエネルギー変換効率等の出力特性を向上できるという効果を奏する。

請求項６のスイッチ装置の発明は、色素増感型太陽電池を直列接続するようにしているので、所望の電圧値の直流電源を得ることができるという効果を奏し、アモルファス型太陽電池を直列接続した場合とは異なり、最低出力のものに発電電流が引導されることがなくなって、受光面の部分的な汚れや、操作ハンドルの操作時に太陽電池が指等の影になること等による影響（受光照度変動の影響）に対する太陽電池の出力の変動を小さくできるという効果を奏する。

請求項７のスイッチ装置の発明は、太陽電池が設けられた部位を、太陽電池を通して見ることが可能となるため、太陽電池が設けられる部位に、レンガ状の模様や、花等の絵等、美感を起こさせるものを設ければ、デザイン性を向上させることができるという効果を奏し、また、ネームプレートのように機能を表示するものを設ければ、機能性を向上できるという効果を奏する。

請求項８のスイッチ装置の発明は、部品点数を削減でき、これによりスイッチ装置の小型化、及び低コスト化、並びに製造作業の容易化を図ることができるという効果を奏する。

以下に、図１〜図８を用いて、本発明のスイッチ装置の実施形態について説明する。

（実施形態１）
本実施形態のスイッチ装置１は、屋内に設けられたスイッチボックスから引き出した商用電源の２本の屋内配線を用いて、負荷と商用電源とが直列接続される、所謂２線式配線の電子スイッチであって、主に屋内の壁面に設置された状態で使用されるものである。

スイッチ装置１は、ピアノハンドル型のものであって、図１（ａ），（ｂ）に示すように、前面が開口した箱状に形成されて、壁面（図示せず）に設置された取付枠６に取り付けられるボディ２と、操作スイッチＳＷ（図２参照）、及び当該操作スイッチＳＷの操作に応じて負荷を制御する制御回路３ｃ（図２参照）を備えてボディ２に収納される回路ブロック３と、該回路ブロック３を覆うようにしてボディ２に揺動自在に取り付けられ、操作スイッチＳＷの操作に用いられる操作ハンドル４と、中央部に設けられた開口７ａから操作ハンドル４の前面を露出させた状態で壁面に取り付けられるプレート部７と、操作ハンドル４の前面に露出する受光面を有して操作ハンドル４の後面側に取り付けられ、制御回路３ｃに電力供給を行う太陽電池ブロック５とを備えている。

まず、スイッチ装置１を壁面等の施工面に取り付ける際に用いられる取付枠６について簡単に説明する。取付枠６は、ＪＩＳ規格で規格化されている大角形連用配線器具の１連用のものであり、図１（ａ）に示すように、左右方向で互いに並行する長尺状の一対の側片６０，６０の上端部同士及び下端部同士をそれぞれ取付片６１，６１で連続一体に形成することによって、長方形状の窓孔６ａを中央部に備えた縦長の略矩形枠状に形成されている。また、各側片６０には、後方に突出する突片６２が設けられており、突片６２には、配線器具を取り付けるための２個１組の取付孔６２ａが３組ずつ設けられている。一方、取付片６１，６１の中央部には、取付枠６を壁面等の施工面に埋込配置された埋め込みボックス（図示せず）に取り付けるためのボックスねじ（図示せず）が挿通されるボックス用孔６１ａと、プレート部７を取り付けるためのプレートねじ（図示せず）が螺着されるねじ孔６１ｂとが設けてある。

次に、スイッチ装置１を構成するボディ２、回路ブロック３、操作ハンドル４、プレート部７、及び太陽電池ブロック５について説明する。

ボディ２は、図１（ａ）に示すように、例えば、合成樹脂を用いて前面が開口した箱状に形成されており、その外径寸法は、取付枠６に取り付けることができる大きさに設定されている。このボディ２の左右両側面には、取付枠６の取付孔６２ａに対応する取付爪（図示せず）が形成されている。一方、ボディ２の前端側には、上下方向を回転軸として操作ハンドル４を回動自在に枢支するための軸部（図示せず）が設けられている。尚、ボディ２の後面には、ボディ２内に商用電源の２本の屋内配線を引き込むための電線挿入孔（図示せず）が形成され、ボディ２内において上記電線挿入孔と対応する部位には、例えば板ばねと鎖錠ばねとからなる速結端子等の電線接続用の端子（図示せず）が設けられている。

回路ブロック３は、図２に示すような回路を構成する回路部品（但し、太陽電池ブロック５は除く）を、ガラス布基材銅張積層板等のプリント基板に実装されてなり、少なくとも操作スイッチＳＷ（図１（ａ）では省略している）がその前面側に設けられている。この回路ブロック３には、良好な可撓性を有するフラットケーブル等のフレキシブルケーブル（図示せず）を用いて太陽電池ブロック５が電気的に接続される。尚、回路ブロック３のプリント基板としてフレキシブル基板を用いてもよく、この場合、フレキシブル基板に図２に示すような回路を構成する回路部品を全て実装することができ（回路ブロック３と太陽電池ブロック５とを一体化することができ）、フレキシブルケーブルを用いて太陽電池ブロック５を接続する必要がなくなる。

ここで、スイッチ装置１の回路構成について図２を参照して説明する。スイッチ装置１には、商用電源である交流電源ＡＣと、制御対象となる機器である白熱灯や換気扇等の負荷Ｒとの直列回路が外部回路として端子Ｔ１，Ｔ２間に接続される。端子Ｔ１，Ｔ２間には、サージアブソーバＺと、ノイズフィルタ用のコンデンサＣ１とが並列に接続されるとともに、スイッチ要素としての３端子双方向性サイリスタ（トライアック）等の半導体開閉素子３ａとノイズフィルタ用のインダクタＬ１からなる直列回路が接続されている。また、半導体開閉素子３ａの両端には、ダイオードブリッジＤＢの交流入力端子がそれぞれ接続されている。一方、ダイオードブリッジＤＢの直流出力端子には、ダイオードブリッジＤＢの脈流電圧を平滑、安定化等して直流電圧を出力する電源回路３ｂが接続されており、電源回路３ｂの出力端間には、太陽電池ブロック５と平滑用のコンデンサＣ２とが並列に接続されている。コンデンサＣ２の高電位側端子には、太陽電池ブロック５の出力電圧を安定化する３端子レギュレータＲＧの入力端子が接続され、コンデンサＣ２の低電位側端子には、３端子レギュレータＲＧの接地端子が接続されている。３端子レギュレータＲＧの出力端子と接地端子との間には、平滑用のコンデンサＣ３が接続されており、このコンデンサＣ３の両端子間には、タクトスイッチからなる操作スイッチＳＷのオン／オフ操作に応じて半導体開閉素子３ａをオン／オフする制御回路３ｃが接続されている。

操作ハンドル４は、回路ブロック３の操作スイッチＳＷを押し操作するためにボディ２に回動自在に取り付けられるものであり、取付枠６の窓孔６ａを覆う程度の大きさを有する略矩形状に形成されている。また、操作ハンドル４は、後面側に設けられる太陽電池ブロック５の受光面を前面に露出させて、太陽電池ブロック５に光を与えるために、可視領域の光に対して透光性を有する材料を用いて形成されている。さらに、操作ハンドル４の後面側には、ボディ２の前記軸部に対応する軸受け部４ａと、操作ハンドル４の回動時に操作ハンドル４がボディ２から外れることを防止するための抜け止め片（図示せず）とが設けられている。尚、操作ハンドル４としては、全体を可視領域の光に対して透光性を有する材料を用いて形成する必要は無く、少なくとも太陽電池ブロック５が後面に配置される部位を可視領域の光に対して透光性を有する材料を用いて形成すればよい。

プレート部７は、美感を向上させるために取付枠６に取り付けられる合成樹脂製の化粧プレートであって、例えば、取付枠６の窓孔６ａと連通して操作ハンドル４の前面を露出させる開口７ａを中央部に有して取付枠６を覆う略矩形枠状に形成されている。そして、このプレート部７は、前記プレートねじを用いて取付枠６に取り付けられる。

太陽電池ブロック５は、通常３Ｖ〜５Ｖ程度の直流電源を必要とする制御回路３ｃを動作させるために、所定のセルサイズ（１セルあたり約０．７Ｖの開放電圧）の太陽電池５０を複数直列接続することで構成されている。

ここで、太陽電池５０は、酸化還元反応により発電する色素増感型太陽電池（Dye-Sensitized Solar Cell、湿式太陽電池、或いはグレッツェル電池ともいう）であり、図３（ａ）に示すように、透明ガラス基板からなる第１の基板５１と、前面が太陽電池の受光面となる透明ガラス基板５１の後面に形成されるＦＴＯ、ＩＴＯ等の透明電極からなる第１の電極５２と、第１の電極５２における第１の基板５１と反対の面に設けられ、金属錯体色素（例えばルテニウム金属錯体色素）や、有機色素（例えばメチン色素）等の色素（増感色素）が吸着された多孔質のナノサイズのチタニア（ＴｉＯ_２）薄膜からなる半導体層５３と、半導体層５３における第１の電極５２と反対の面側に設けられるＦＴＯ，ＩＴＯ等の透明電極からなる第２の電極５４と、第２の電極５４が形成される透明ガラス基板からなる第２の基板５５と、半導体層５３と第２の電極５４との間に充填される電解質溶液（電解液）からなる電解質層５６と、電解質層５６を封止する封止材５７とを備え、電解質層５６は、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）と、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）とを含んでいる。

以下、色素増感型太陽電池の動作原理について簡単に説明する。太陽電池５０が太陽光を受光すると、半導体層５３に吸着された色素が光のエネルギーを吸収し、これにより色素中の電子が励起されて、色素が電子を放出して陽イオンとなる。色素から放出された電子は、半導体層５３のチタニアを介して速やかに第１の電極５２に移動した後に第２の電極５４に移動し、これにより電解質層５６中のＩ_３ ⁻が第２の電極５４から電子を受け取ってＩ⁻に還元される（Ｉ_３ ⁻＋２ｅ⁻→３Ｉ⁻）。一方で、半導体層５３において陽イオンとなった色素が電解質層５６中のＩ⁻から電子を奪い、これにより電解質層５６中のＩ⁻がＩ_３ ⁻に酸化される（３Ｉ⁻→Ｉ_３ ⁻＋２ｅ⁻）。このような酸化還元反応は、太陽電池５０が太陽光を受光している間繰り返し行われ、これにより太陽電池５０が、第１の電極５２を低電位側、第２の電極５４を高電位側とする電池として作用することになる。

ここで、上記のような太陽電池５０では、従来から、電解質層５６の呈色による透光性の低下等によって、発電電力が小さくなるという問題があったが、本発明者らが鋭意検討した結果、電解質層５６に含まれる酸化物であるＩ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下とすれば、数十ｌｘ程度の低照度下において、従来から良く用いられているＩ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３であるような電解質層５６を用いる場合に比べて、高い出力特性が得られ、本発明の課題を解決するのにふさわしい特性を有する発電素子が得られることを見出した。尚、Ｉ_３ ⁻の濃度の下限値については、特に制限はないが、ヨウ素Ｉ_２等のＩ_３ ⁻の供給源を溶媒等に添加せずに、ヨウ化物等のＩ⁻の供給源のみを溶媒等に添加した場合に、吸光光度法によりＩ_３ ⁻の濃度が１０×１０^−９ｍｏｌ／ｄｍ^３となることがわかっている。

すなわち、電解質層５６におけるＩ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であるような太陽電池５０によれば、Ｉ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３であるような電解質層５６を用いた太陽電池５０に比較して、数十ｌｘ程度の低照度下において大きい曲線因子（fill factor、F,F）を得ることができる。これは、低照度下のように、流れる電流が小さい状況では、上記の０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３というＩ_３ ⁻の濃度が過剰であり、このような過剰なＩ_３ ⁻が酸化還元反応（電荷の輸送）に悪影響を及ぼして、太陽電池の内部抵抗を大きくする方向に作用し、これにより曲線因子に悪影響を及ぼしていた（曲線因子を低下させていた）点が、Ｉ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下のように低くすることで解消されたからである。

さらに、電解質層５６におけるＩ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下としたことによって、Ｉ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３である場合に比べて電解質溶液の呈色が抑制されるので、電解質層５６で吸収されていた光を色素に与えることができるようになり、これにより色素から放出される電子の数を増やして、短絡電流Ｉｓｃをより大きくすることができる。

その上、Ｉ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下と、０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３に比べて低くすることで、色素から第２の電極５４に移動した電子を受け取るＩ_３ ⁻の量が少なくなるので、第２の電極５４に移動した電子が電解質層５６を介して半導体層５３の色素へ移動することを抑制でき、これにより開放電圧（半導体層５３の電位（フェルミ準位）と第２の電極５４の電位との間の電位差）Ｖｏｃを高くすることができる。

したがって、電解質層５６に含まれる酸化物であるＩ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下とすれば、数十ｌｘ程度の低照度下において、例えばＩ_３ ⁻の濃度を０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３とした場合に比べて、曲線因子、短絡電流、及び開放電圧の各値を大きくすることができ、これによりエネルギー変換効率等の出力特性を向上できる。ここで、曲線因子、短絡電流、及び開放電圧の各値を大きくすることができるのは、数十ｌｘ程度の低照度下に限らず、室内の明るさ、例えば照度が５０００ｌｘ以下であればよく、好ましくは照度が２００ｌｘ以下であればよい。

以上述べた部材によりスイッチ装置１は構成されており、次に、スイッチ装置１の組立方法について説明する。まず、ボディ２には、回路ブロック３が、操作スイッチＳＷを前面側に向けるとともに、回路ブロック３の端子Ｔ１，Ｔ２をボディ２に設けられた電源接続用の端子（図示せず）にそれぞれ電気的に接続した状態で収納される。そして、太陽電池ブロック５が後面側に取り付けられた操作ハンドル４の軸受け部にボディ２の軸部を嵌め込むことで、操作ハンドル４がボディ２に回動自在に枢支され、これにより操作ハンドル４の押圧によって回路ブロック３の操作スイッチＳＷを押し操作することができるようになっている。

このようにして組み立てられたスイッチ装置１は、ボディ２に設けられた取付爪（図示せず）を取付枠６の取付孔６２ａに嵌め込むことで取付枠６に取り付けられ、この後に、プレート部７が開口７ａから操作ハンドル４の前面を露出させた状態で取付枠６に取り付けられる。これによりスイッチ装置１は壁面等の施工面に設置され、使用に供される。

次に、スイッチ装置１の動作について説明する。尚、初期状態では、操作スイッチＳＷがオフとなっているものとする。

初期状態から操作ハンドル４を押圧すると、操作ハンドル４によって操作スイッチＳＷが押されてオンとなり、これに伴って制御回路３ｃが半導体開閉素子３ａに制御信号を送って半導体開閉素子３ａをオンさせて、負荷Ｒの動作が開始される。この後に、再度操作ハンドル４を押圧すると、操作ハンドル４によって操作スイッチＳＷが押されてオフとなり、これに伴って制御回路３ｃが半導体開閉素子３ａに制御信号を送って半導体開閉素子３ａをオフして、負荷Ｒの動作が停止される。したがって、本実施形態のスイッチ装置１では、操作ハンドル４の押し操作によって、負荷Ｒの動作をオン／オフすることができるようになっている。

以上述べた本実施形態のスイッチ装置１は、制御回路３ｃに電力供給を行う太陽電池ブロック５を備えていることを特徴としているが、このような太陽電池ブロック５を備えていない従来のスイッチ装置では、次のような問題が生じていた。

すなわち、従来のスイッチ装置では、制御回路３ｃ（すなわちスイッチ装置）の消費電流が大きいと、半導体開閉素子３ａがオンとなっているにも関わらず、商用電源ＡＣの電力が制御回路３ｃに奪われ、その結果、負荷Ｒへの電力供給が不足して、負荷Ｒが白熱灯等の照明負荷であれば、ゆらぎやちらつき等が生じるおそれがあった。また、従来のスイッチ装置では、負荷Ｒの消費電流が制御回路３ｃよりも過大であると、制御回路３ｃへの電力供給が不足してしまい、これによりスイッチ装置１の動作に支障をきたすおそれがあった。そのため、従来のスイッチ装置では、スイッチ装置に接続する負荷をその消費電流によって制限しなければならず、負荷選択の自由度が非常に低いという問題も生じていた。

これに対して、本実施形態のスイッチ装置１では、制御回路３ｃに電力供給を行う太陽電池ブロック５を備えているので、制御回路３ｃの消費電流が大きい場合でも、太陽電池ブロック５からの電力供給により商用電源ＡＣの電力が制御回路３ｃに奪われることを抑制でき、これにより商用電源ＡＣから負荷Ｒに十分な電力供給を行うことができる。また、負荷Ｒの消費電流が制御回路３ｃよりも過大である場合でも、太陽電池ブロック５の電力供給によって制御回路３ｃを動作させることが可能であるため、スイッチ装置１の動作に支障をきたすことを防止できる。そのため、本実施形態のスイッチ装置１では、スイッチ装置１に接続する負荷Ｒをその消費電流等によって制限する必要がなくなり、負荷選択の自由度が向上するのである。

つまり、本実施形態のスイッチ装置１によれば、スイッチ装置１に接続する負荷Ｒによって負荷Ｒや制御回路３ｃが電力不足に陥ることがなくなり、これにより常に安定した動作を行えるという効果を奏する。加えて、本実施形態のスイッチ装置１によれば、制御回路３ｃの電源として１次電池等を用いる場合に比べてメンテナンスフリーになるという効果を奏し、また制御回路３ｃの電源として１次電池を用いた場合であっても１次電池の寿命が長くなるから、これにより１次電池の電池交換頻度を低くできるという効果を奏する。

さらに、本実施形態のスイッチ装置１では、太陽電池ブロック５として従来から用いられているアモルファス型太陽電池に代えて、色素増感型太陽電池を用いたことに特徴があり、このような色素増感型電池を用いたことによる利点について、以下に説明する。

色素増感型太陽電池は、図３（ｂ）に示すように、同じ照度下であれば、アモルファス型太陽電池に比べて発電される電力が大きいため、低照度下においてもアモルファス型太陽電池と同程度の電力を得ることが可能となる。尚、図３（ｂ）は、各太陽電池の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示すグラフであり、Ｓ_Ｄが色素増感型太陽電池を、Ｓ_Ａがアモルファス型太陽電池を示している。

つまり、色素増感型太陽電池は、同照度、同セルサイズであれば、アモルファス型太陽電池よりも大きい電力を発電することができるから、太陽電池ブロック５として色素増感型太陽電池を用いることにより、アモルファス型太陽電池を用いる場合に比べて、セルサイズやセルの数を少なくすることができる。さらに、低照度でも、制御回路３ｃを最低限動作させるのに必要な電力（動作限界消費電力）を得ることができるので、低照度の場所にスイッチ装置１を設置した場合でも十分な動作電力を供給することができる。

また、本実施形態では、通常３Ｖ〜５Ｖ程度の直流電源を必要とする制御回路３ｃを動作させるために、１セルあたり約０．７Ｖの開放電圧を有する太陽電池５０を複数直列接続しているが、このように太陽電池５０を直列接続する際でも、下記の点で色素増感型太陽電池の方がアモルファス型太陽電池に比べて有利である。これは、アモルファス型太陽電池と色素増感型太陽電池の動作原理に起因する。すなわち、アモルファス型太陽電池は、ＰＮ接合面を持つ半導体の接合領域に禁止帯幅よりも大きなエネルギーの光が照射されることによって電子と正孔が発生し、接合領域に形成されている内部電場によって電子がＮ型半導体側に、正孔がＰ型半導体側に移動することによって起電力を発生するから、このようなアモルファス型太陽電池を直列接続した際には、最低出力のものに発電電流が引導されることになる。そのため、アモルファス型太陽電池を用いた際には、受光面の部分的な汚れや、操作ハンドル４の操作時に太陽電池ブロック５が指等の影になることによって、発電電流が極端に低下してしまう。これに対して、色素増感型太陽電池は、酸化還元反応を利用して発電を行うものであるから、このような色素増感型太陽電池を直列接続した際でも、最低出力のものに発電電流が引導されることがなくなる。これにより受光面の部分的な汚れや、操作ハンドル４の操作時に太陽電池ブロック５が指等の影になることによる影響（受光照度変動の影響）に対する太陽電池の出力の変動を小さくできるのである。

ところで、上記の例では、操作ハンドル４の後面側に太陽電池ブロック５を設けているが、操作ハンドル４の前面側に太陽電池ブロック５を設けて、太陽電池ブロック５の受光面を操作ハンドル４の前面に露出させるようにしても構わない。このようにすれば、太陽電池ブロック５の形状の自由度を向上できる。

このとき、太陽電池ブロック５から制御回路３ｃに十分な電力供給が行える場合には、太陽電池ブロック５を、可視領域の光（例えば、赤色光や、緑色光、青色光等）に対して透光性を有する、言い換えれば、太陽電池５０を構成する部材のうち、第１の基板５１と、第１の電極５２と、半導体層５３と、第２の電極５４と、第２の基板５５と、電解質層５６とを可視領域の光に対して透光性を有する材料から形成するようにしてもよい。尚、封止材５７は、透光性を有する材料であってもよいし、透光性を有していない材料であってもよい。

このようにすれば、操作ハンドル４の前面において太陽電池ブロック５が設けられた部位を、太陽電池ブロック５を通して見ることが可能となる。そのため、操作ハンドル４の前面において太陽電池ブロック５が設けられる部位に、図４（ａ），（ｂ）に示すようなレンガ状の模様や、花等の絵等、美感を起こさせるものを設ければ、デザイン的に優れたスイッチ装置１を提供することができる。或いは、ネームプレートのように機能を表示するものを設ければ、機能的に優れたスイッチ装置１を提供することが可能となる。

また、上記の太陽電池５０は、第１の基板５１と第２の基板５５をともに硬質の透明ガラス基板としたものであるが、このような透明ガラス基板の代わりに、可撓性を有するＰＥＴフィルム基板等を第１の基板５１及び第２の基板５５として用いてフィルム状としてもよい。このようにすれば、操作ハンドル４の形状の自由度を向上することができ、例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、操作ハンドル４の前面を湾曲形状としたり、また、使用者が操作しやすい形状とすることができ、これにより操作ハンドル４の操作性を向上でき、さらには、ユニバーサルデザインのスイッチ装置１を提供することも可能となる。

尚、本実施形態において、太陽電池ブロック５の前面に、蒸着処理等によって光反射防止膜を形成しておけば、太陽電池５０の変換効率を向上させることができる。また尚、太陽電池ブロック５を可視領域の光に対して透光性を有するようにした場合には、太陽電池ブロック５の後面に、蒸着処理等によって光反射膜を形成する、或いは光反射部材を設けることで、太陽電池５０の変換効率を向上させることができる。

また尚、上記の例では、所定のセルサイズの太陽電池５０を複数直列接続することで太陽電池ブロック５を構成しているが、所定のセルサイズの太陽電池５０を複数直列接続する代わりに、前記所定のセルサイズよりも大きいセルサイズの太陽電池５０と、該太陽電池５０の出力電圧を所定の電圧に昇圧する昇圧回路（図示せず）とで構成するようにしてもよい。このようにセルサイズが大きい太陽電池５０を１セル用いる場合、セルサイズが小さい太陽電池５０を複数セル用いる場合とは異なり、太陽電池５０間の隙間が生じることがないから、太陽電池ブロック５の有効面積を向上することが可能となる。しかも、使用する太陽電池５０の数を減らすことができるとともに、太陽電池５０間を接続するための配線が不要となるので、製造コストの低減を図ることができる。さらに、太陽電池５０の受光面に部分的な汚れが生じたり、操作ハンドル４の操作時に太陽電池５０の受光面に指等の影が生じて、太陽電池５０の出力電圧が低下した際でも、太陽電池ブロック５の出力電圧は、昇圧回路により所定の電圧まで昇圧された値となるから、太陽電池５０の受光面の汚れ等の影響をほとんど受けなくなる。

尚、上記の例では、太陽電池ブロック５を操作ハンドル４に設けて、その受光面を操作ハンドル４の前面に露出するようにしているが、太陽電池ブロック５をプレート部７に設けて、その受光面をプレート部７の前面に露出するようにしてもよい。この点は、後述する実施形態２においても同様である。

（実施形態２）
上記実施形態１のスイッチ装置１では、２線式配線のスイッチ装置としたが、本実施形態では、ワイヤレス型のスイッチ装置としたことに特徴がある。

すなわち、本実施形態のスイッチ装置１０は、ピアノハンドル型のものであって、図６（ａ），（ｂ）に示すように、壁面（図示せず）に設置され、中央部に開口８ａを有する矩形枠状のプレート部８と、プレート部８の開口８ａから前面を露出させるとともに、プレート部８に揺動自在に取り付けられる操作ハンドル４０と、操作ハンドル４０により操作される操作スイッチＳＷ（図７参照）、及び当該操作スイッチＳＷの操作に応じて負荷を制御する制御回路３０（図７参照）を備えて、操作ハンドル４０の後面に設けられる回路ブロック（図示せず）と、操作ハンドル４０の前面に取り付けられ、制御回路３０に電力供給を行う太陽電池ブロック５とを備えている。尚、太陽電池ブロック５については、上記実施形態１と同様のものであるから、本実施形態では説明を省略する。

プレート部８は、図６（ａ）に示すように、ともに合成樹脂材料からなるプレート枠８０と、化粧プレート８５とで構成されている。

ここで、プレート枠８０は、左右方向で互いに並行する長尺状の一対の側片８１，８１の上端部同士及び下端部同士をそれぞれ取付片８２，８２で連続一体に形成することによって、長方形状の窓孔８０ａを中央部に備えた縦長の略矩形枠状に形成されている。各側片８１には、化粧プレート８５を取り付けるための取付孔８１ａが各々３箇所設けられている。また、一方の側片８１には、窓孔８０ａ内に突出して操作スイッチＳＷと対向する押圧片８３が設けられ、他方の側片８１には、上下方向を回転軸として操作ハンドル４０を回動自在に枢支するための軸部８４が設けられている。尚、各取付片８３の中央部には、プレート部８を、壁面等の施工面に取り付けるための取付ねじ（図示せず）を挿通する挿通孔８２ａが設けられている。

化粧プレート８５は、美感を向上させるためにプレート枠８０に取り付けられるものであって、例えば、プレート枠８０の窓孔８０ａと連通して操作ハンドル４０の前面を露出させる開口８ａを構成する窓孔８５ａを中央部に有してプレート枠８０を覆う略矩形枠状に形成されている。この化粧プレート８５の後面側には、前記のプレート枠８０の取付孔８１ａにそれぞれ取り付けられる取付爪（図示せず）が突設されている。

回路ブロック（図示せず）は、図７に示すような回路を構成する回路部品（太陽電池ブロック５を除く）を、ガラス布基材銅張積層板等のプリント基板に実装するとともに、リード線等を用いて太陽電池ブロック５を電気的に接続することで構成されている。

ここで、スイッチ装置１０の回路構成について図７を参照して説明する。太陽電池ブロック５の両端間には、平滑用のコンデンサＣ２が接続されている。コンデンサＣ２の高電位側端子には、太陽電池ブロック５の出力電圧を安定化する３端子レギュレータＲＧの入力端子が接続され、コンデンサＣ２の低電位側端子には、３端子レギュレータＲＧの接地端子が接続されている。３端子レギュレータＲＧの出力端子と接地端子との間には、平滑用のコンデンサＣ３が接続されており、このコンデンサＣ３の両端子間には、タクトスイッチからなる操作スイッチＳＷのオン／オフ操作に応じて半導体開閉素子３ａをオン／オフする制御回路３０が接続されている。また、制御回路３０には、無線通信によって負荷に制御信号を送信する無線通信部３１が接続されている。

無線通信部３１は、超広帯域無線方式（Ultra Wide Band、超広帯域無線通信ともいう）により負荷と通信を行うように構成されている。この超広帯域無線方式は、無線通信の方式のひとつで、データを数ＧＨｚ程度の極めて広い周波数帯に拡散して送受信を行なうものであり、例えばＵＷＢ−ＩＲ（Impulse Radio）方式のものが提供されている。次にＵＷＢ−ＩＲ方式について簡単に説明すると、ＵＷＢ−ＩＲ方式は、送信データを用いてパルスを変調することで無線信号を生成し、直接送信するものであり、ここで生成される無線信号は従来の搬送波を用いた通信（例えば、Bluetooth（登録商標）や無線ＬＡＮ等）とは異なり、搬送波を持たないベースバンド信号の形式となっている。また、ＵＷＢ−ＩＲ方式における占有帯域幅は、パルスの形状によって決定され、代表的なパルスの形状としては数百ｐｓのパルス幅を有するインパルス波形が用いられているため、数ＧＨｚの極めて広い周波数帯域を占有している。

上述の超広帯域無線方式は、搬送波を用いずに送信データを直接数百ｐｓのパルス幅のパルス列によって伝搬するから、送信時の瞬間的な電力しか必要とせず、そのため超広帯域無線方式を用いることにより、スイッチ装置１０全体での消費電流を抑えることができる。

操作ハンドル４０は、回路ブロックの操作スイッチＳＷを押し操作するためにプレート部８に回動自在に取り付けられるものであり、プレート８部の開口８ａに収まる程度の大きさの略矩形状に形成されている。また、操作ハンドル４０の後面（背面）には、上記のプレート部８の軸部８４に対応する軸受け部（図示せず）が設けられている。尚、このような軸受け部は、操作ハンドル４０の側面に設けるようにしてもよい。

以上述べた部材によりスイッチ装置１０は構成されており、次に、スイッチ装置１０の組立方法について説明する。まず、操作ハンドル４０の後面側には、回路ブロックが、操作スイッチＳＷを後面側に向けた状態で固定される。そして、操作ハンドル４０の前面には、太陽電池ブロック５が固定され、太陽電池ブロック５は、リード線（図示せず）等を用いて回路ブロックに電気的に接続される。

操作ハンドル４０は、軸受け部（図示せず）にプレート部８の軸部８４を嵌め込むことで、開口８ａ内で回動自在となるようにプレート部８に枢支される。このように操作ハンドル４０をプレート部８に取り付けた際には、回路ブロックの操作スイッチＳＷとプレート部８の押圧片８３とが対向配置されるようにしてあり、これにより操作ハンドル４０の押圧によって回路ブロックの操作スイッチＳＷを押し操作することができるようになっている。そして、スイッチ装置１０は、プレート部８を用いて壁面等の施工面に設置されて、使用に供される。

次に、スイッチ装置１０の動作について説明する。尚、初期状態では、操作スイッチＳＷがオフとなっているものとする。

初期状態から操作ハンドル４０を押圧すると、押圧片８３によって操作スイッチＳＷが押し操作されてオンとなり、これに伴って制御回路３０が無線通信部３１を制御して負荷に制御用の無線信号を送り、負荷の動作が開始される。この後に、再度操作ハンドル４０を押圧すると、押圧片８３によって再度操作スイッチＳＷが押し操作されてオフとなり、これに伴って制御回路３０が無線通信部３１を制御して負荷に制御用の無線信号を送り、負荷の動作が停止される。したがって、本実施形態のスイッチ装置１０では、操作ハンドル４０の押し操作によって、負荷の動作をオン／オフすることが可能となる。

以上述べた本実施形態のスイッチ装置１０によれば、制御回路３０に電力供給を行う太陽電池ブロック５を備えているので、電力不足に陥ることがなくなって、常に安定した動作を行えるという効果を奏し、加えて制御回路３０の電源として１次電池を用いる場合に比べてメンテナンスフリーになるという効果を奏する。また、制御回路３０の電源として１次電池を用いた場合であっても、１次電池の寿命が長くなるから、これにより１次電池の電池交換頻度を低くできる。

さらに、本実施形態のスイッチ装置１０では、上記の実施形態１と同様に、太陽電池ブロック５として従来から用いられているアモルファス型太陽電池に代えて、色素増感型太陽電池を用いているので、上記実施形態１で述べた効果と同様の効果を奏する。

また、無線通信部３１の無線方式として、従来の無線通信方式よりも低電力で通信を行える超広帯域無線通信方式を採用して、これにより外部へ出力を送信するようにしてあるので、さらなる省エネルギー化を図ることができる。

ところで、太陽電池５０は、上記実施形態１で述べたように色素増感型太陽電池であり、このような色素増感型太陽電池は、アモルファス型太陽電池に比べて同照度下での発電電力が大きく、低照度で曲線因子が大きくなるというＩ―Ｖ特性を有し、この傾向は低照度になればなるほど強まることがわかっている（特に１００ｌｘ以下のような低照度下で、色素増感型太陽電池の曲線因子がアモルファス型太陽電池の曲線因子に比べて顕著に大きくなることがわかっている）。

そのため、太陽電池５０を低照度下（数十ルクス程度）で用いる際には、太陽電池５０の発電電流を、発電電力が最大となる電流値以下で使用するようにすれば（言い換えれば、制御回路３０の消費電流が上記の最大となる電流値以下となるようにすれば）、太陽電池５０の発電電圧を略一定に保つことが可能となる。

このような太陽電池５０の特性に鑑みれば、低照度下で使用するならば、図７に示すスイッチ装置１０の回路構成において、太陽電池ブロック５の出力電圧を安定化する３端子レギュレータＲＧを省いてもよい。これにより、３端子レギュレータＲＧの消費電力分だけ、省エネルギー化を図ることが可能となる。

一方、本実施形態のスイッチ装置１０によれば、操作ハンドル４０に、太陽電池ブロック５と回路ブロックとを設けてあり、これにより太陽電池ブロック５と回路ブロックとの接続が容易に行えるようになるという効果を奏する。また、このとき太陽電池ブロック５を回路ブロックとを一体とすれば、両者が別体である場合に必要なリード線やフレキシブルケーブル等の配線が不要となり、組立性や、接続信頼性を向上できる。このような構成は、前述の実施形態１及び後述の実施形態３においても採用することができる。

尚、本実施形態においても上記実施形態１と同様に、太陽電池ブロック５を、可視領域の光に対して透光性を有するものとし、操作ハンドル４０の前面において太陽電池ブロック５が設けられた部位にレンガ状の模様や、花等の絵等、美感を起こさせるもの、或いはネームプレートのように機能を表示するものを設けるようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態のスイッチ装置は、上記実施形態１において、操作ハンドル４と太陽電池ブロック５とを用いる代わりに、太陽電池を一体に備えた一体型ハンドル９を用いたことに特徴がある。尚、その他の構成については、上記実施形態１と同様の構成を用いることができるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

この一体型ハンドル９は、図８に示すように、透明ガラス基板等の透明材料を用いて形成された操作ハンドル４と、前面が太陽電池の受光面となる操作ハンドル４の後面に形成されるＦＴＯ、ＩＴＯ等の透明電極からなる第１の電極５２と、第１の電極５２における操作ハンドル４と反対の面に設けられ、金属錯体色素（例えばルテニウム金属錯体色素）や、有機色素（例えばメチン色素）等の色素（増感色素）が吸着された多孔質のナノサイズのチタニア（ＴｉＯ_２）薄膜からなる半導体層５３と、半導体層５３における第１の電極５２と反対の面側に設けられるＦＴＯ，ＩＴＯ等の透明電極からなる第２の電極５４と、第２の電極５４が形成される透明ガラス基板からなる第２の基板５５と、半導体層５３と第２の電極５４との間に充填される電解質溶液（電解液）からなる電解質層５６と、電解質層５６を封止する封止材５７とを備え、電解質層５６は、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）と、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）とを含んでいる。

つまり、本実施形態のスイッチ装置では、操作ハンドル４に太陽電池の電極５２を形成することによって、操作ハンドル４を太陽電池の第１の基板５１として用いている。

したがって、本実施形態のスイッチ装置によれば、部品点数を削減でき、これによりスイッチ装置の小型化、及び低コスト化、並びに製造作業の容易化を図ることができる。しかも、上記実施形態１に比べて第１の基板５１の厚み分だけ、太陽電池５０の半導体層５３と、操作ハンドル４の前面との間の距離が短くなっているから、半導体層５３に入射されるまでに反射吸収される光の量を減少させることができて、発電効率を向上することができる。

尚、図８に示す例では、操作ハンドル４を太陽電池５０の第１の基板５１として用いる例を示しているが、操作ハンドル４を太陽電池５０の第２の基板５５として用いてもよく、つまるところ、操作ハンドル４に、太陽電池５０の電極５２，５４の一方が形成されていればよい。

（ａ）は、本発明の実施形態１のスイッチ装置の分解斜視図であり、（ｂ）は、斜視図である。実施形態１のスイッチ装置の回路ブロック図である。（ａ）は、太陽電池を示す概略断面図であり、（ｂ）は、太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。（ａ）は、他のスイッチ装置の前面図であり、（ｂ）は、同上のスイッチ装置の要部の概略断面図である。（ａ）は、さらに他のスイッチ装置の前面図であり、（ｂ）は、同上のスイッチ装置の要部の概略断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態２のスイッチ装置の分解斜視図であり、（ｂ）は、斜視図である。実施形態２のスイッチ装置の回路ブロック図である。実施形態３のスイッチ装置の要部の斜視図である。

符号の説明

１スイッチ装置
２ボディ
３回路ブロック
４操作ハンドル
５太陽電池ブロック
６取付枠
７プレート部
７ａ開口

Claims

壁面に設置されるスイッチ装置であって、操作スイッチ、及び該操作スイッチの操作に応じて制御対象の機器を制御する制御回路が設けられた回路ブロックと、該回路ブロックに覆設され、前記操作スイッチの操作に用いられる操作ハンドルと、中央部に設けられた開口から前記操作ハンドルの前面を露出させた状態で壁面に取り付けられるプレート部と、前記操作ハンドル又は前記プレート部の前面に露出する受光面を有し、前記制御回路に電力供給を行う太陽電池とを備えていることを特徴とするスイッチ装置。
前記太陽電池は、操作ハンドルに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
前記回路ブロックは、操作ハンドルに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
前記太陽電池は、第１の電極と、該第１の電極の一面側に設けられ色素が吸着された半導体層と、該半導体層における第１の電極と反対の面側に設けられる第２の電極と、前記半導体層と前記第２の電極との間に設けられる電解質層とからなる色素増感型太陽電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
前記電解質層は、少なくともＩ⁻とＩ_３ ⁻とを含み、Ｉ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチ装置。
前記太陽電池は、所定のセルサイズの色素増感型太陽電池を複数直列接続することで構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のスイッチ装置。
前記太陽電池は、可視領域の光に対して透光性を有していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
前記操作ハンドルには、前記太陽電池の電極の一方が形成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。