JP2007257893A - 光式無接点スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】チャタリングがなく、遮光板による光伝達の許容、遮断動作を繰り返し行った場合にも長寿命化が図れる光式無接点スイッチを提供する。
【解決手段】出力部１０は、ＭＯＳＦＥＴＱ１で構成され、かつ押釦４は、その押操作が解除されたときには、弾性力を作用させて、遮光板３を、入力部１と受光部２との間の光信号の伝達を許容あるいは遮断させる位置に保持するスプリング復帰バネ５を設けた構造にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光式無接点スイッチの改良に関する。

従来より、自動販売機などの押釦スイッチとして、下記特許文献１に示すような有接点スイッチが使用されている。このような有接点スイッチでは、押釦スイッチを操作することで、切換可動接点を動かして、固定接点間を切り換えるようにしている。しかしながら、このような有接点スイッチは、スイッチ操作が頻繁になされるような環境においては、接点の摩耗により接点の接触抵抗が大きくなり、接点寿命が短くなるという問題があった。

また、切換可動接点が板バネで定位置に復帰するような構成にしているものでは、板バネの振動により切換可動接点がチャタリングを起こし、切換可動接点が固定接点に２回以上の離接を繰り返すという問題もあった。

そこで、このような問題を解決するため、下記特許文献１では、光式無接点スイッチが提案され、このような光式無接点スイッチでは、発光素子と、この発光素子の発光する光を受けて導通する受光素子とを対向させて立設し、これらの間を遮光板を移動させることによって、光信号の伝達を許容、遮断させて受光素子の導通をオン、オフする構成としており、これによって有接点スイッチの接点寿命を延ばしている。
特開昭６２−２８７５２９号公報 特開平５−２９９０９号公報

しかしながら、上記した従来の光式無接点スイッチでは、受光素子としてフォトトランジスタを用いているため、フォトトランジスタのオフセット電圧の影響により、微小負荷電圧の制御ができないという問題があった。

また、得られる出力電流が小さく、そのためアンプによる増幅が必要な上に、ＤＣ専用の出力しか得られなかった。

本発明は、このような問題を考慮して提案されるものであり、チャタリングがなく、遮光板による光伝達の許容、遮断動作を繰り返し行った場合にも長寿命化が図れる光式無接点スイッチを提供することを第１の目的としている。

また、入力部への入力電流が一定以上であればスイッチング動作を確実にし、大きな出力電流を得ることができ、ＤＣ、ＡＣいずれの出力も得ることができ、ゴミや埃による動作不良にも強い光式無接点スイッチを提供することを第２の目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１では、出力部は、ＭＯＳＦＥＴで構成され、かつ押釦は、その押操作が解除されたときには、弾性力を作用させて、遮光板を、入力部と受光部との間の光信号の伝達を許容あるいは遮断させる位置に保持するスプリング復帰バネを設けた構造にしている。

請求項２では、出力部は、複数のＭＯＳＦＥＴを相補接続して構成されている。

請求項３では、押釦は、ハウジングより突出させた部分に、ゴムキャップを被覆させた構造にしていることを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、押釦の操作時にチャタリングを起こさずに、出力部の負荷をオン、オフできる。また、ＭＯＳＦＥＴを用いることにより、発光素子への入力電流が一定以上であればスイッチング動作を確実にして、大きな出力電流を得ることができる。そのため、一般のバイポーラトランジスタのように、オン状態でのオフセット電圧を持たないため、出力信号をひずみなく出力することができ、微小負荷の制御を行うことができる。

また、押釦はスプリング復帰バネを設けているので、遮光板による光伝達の許容、遮断動作を繰り返し行った場合にも長寿命化を図ることができる。

請求項２によれば、複数のＭＯＳＦＥＴをゲート、ソースを共通に接続しており、直流、交流出力のいずれにも対応できる。

請求項３によれば、押釦は、ハウジングより突出した部分にゴムキャップを被覆させているので、押釦の操作部を突出させるためにハウジングに形成した孔部からゴミやホコリが混入することがないので、入力部から受光部への光伝達が混入したホコリなどによって、動作不良を起こすことがなく、信頼性を向上できる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）は本発明の光式無接点スイッチの要部構造を示す概略構成図であり、図１（ｂ）は、押釦のハウジングより突出させた部分の構造を示す図である。また、図２は本発明の光式無接点スイッチの外観構成図である。

この光式無接点スイッチＳは、ハウジング７内に設けた入力部１と受光部２との間に遮光板３を介在させ、この遮光板３を押釦４で押操作して、入力部１と受光部２との間の光信号の伝達を許容、遮断させて、受光部に接続された出力部で負荷をオン、オフ制御する構成としている。

入力部１と受光部２とは、少なくとも対面する側が透光素材で構成された樹脂でモールドされており、端子部９を下方より突出させた固定台６に、距離ｈの空間を設けて対向して配設している。

押釦４は、操作部４１をハウジング７に形成した孔部７ａより突出させており、操作部４１の上方よりゴムキャップ８を被覆させることで、孔部７ａからハウジング７内にゴミやほこりが侵入することを防止している。

また、押釦４は、操作部４１の下方にスプリング復帰バネ５の頭部を嵌入する基部４２を設け、基部４２には遮光板３を延設させており、スプリング復帰バネ５は、その下端を固定台６に形成した突枠６１に嵌入して固定している。

このような押釦４は、その押操作が解除されたときには、スプリングの弾性力を作用させて、遮光板３を、入力部１と受光部２との間の光信号の伝達を許容あるいは遮断させることができる。

なお、押釦４の押操作と光信号の伝達の許容、遮断の関係については、押釦４を押操作して遮光板３を押し下げた位置で、入力部１と受光部２との間の光信号の伝達を許容してもよいし、逆に、押釦４の押操作を解除した状態で、光信号の伝達を許容してもよい。

これによって、常開型の光式無接点スイッチまたは常閉型の光式無接点スイッチを構成できる。

図３は、本発明の光式無接点スイッチの概略基本構成の一例を示すブロック図である。図４は充放電回路の要部構成の一例を示す図である。

この光式無接点スイッチＳは、発光ダイオードＬＥＤで構成され、電流の入力により発光をする入力部１と、入力部１からの光を受光して電圧を出力する受光部２と、遮光板３と、出力部１０を構成するエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴＱ１とで構成されている。

受光部２は、入力部１からの光を受光して電圧を出力する太陽電池２１と、出力部１０を構成するＭＯＳＦＥＴＱのゲートの電荷を充放電するための充放電回路２２とで構成されている。

充放電回路２２は、図４に示すように、デプレッション型ＭＯＳＦＥＴＱのドレイン側を上記した太陽電池２１の高電位側に接続し、ゲートとソース間に抵抗Ｒ１を介在させ、抵抗Ｒ１と太陽電池２１の低電位側をゲート側に接続した構成とされている。

このような構成によれば、押釦４の操作によって入力部１から受光部２への光が遮断されると、太陽電池２１が非作動なり電圧を発生しないときには、ＭＯＳＦＥＴＱのゲート・ソース間には抵抗Ｒ１による電圧降下が加わらないので、ＭＯＳＦＥＴＱはオンになって、出力部９を構成するＭＯＳＦＥＴＱ１の正電荷を放電させる。そのため、ＭＯＳＦＥＴＱ１は、急速にオフになる。

しかし、押釦４の操作を解除して入力部１から受光部２への光伝達が許容されると、太陽電池２１が作動し、電圧を発生するので、ＭＯＳＦＥＴＱのゲート・ソース間には抵抗Ｒ１による電圧降下が加わった状態でオフにより近いオン、つまりオン抵抗が高い状態での平衡を保持する（抵抗Ｒ１による電圧降下を維持するため、完全なオフにはならない）。従って、このときのＭＯＳＦＥＴＱのオン抵抗による電圧降下によって、出力部１０を構成するＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートに正電荷が充電されるため、ＭＯＳＦＥＴＱ１は急速にオンとなる。

このように、充放電回路２２は、出力部を構成するＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング特性を改善させる効果を発揮する。

図５は、本発明の光式無接点スイッチの概略基本構成の他例を示すブロック図である。

この光式無接点スイッチＳ’では、出力部１０を構成する２つのエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴＱ２，ＭＯＳＦＥＴＱ３のソースとゲートのそれぞれを共通に接続している。

すなわち、ＭＯＳＦＥＴＱ２、ＭＯＳＦＥＴＱ３のソースを共通に接続して充放電回路２２の低電位側に接続するとともに、ＭＯＳＦＥＴＱ２、ＭＯＳＦＥＴＱ３のゲートを共通に接続して、充放電回路２２の高電位側に接続している。

このような構成によれば、太陽電池２１が非作動時は電圧を出力しないので、充放電回路２２に設けたデプレッション型ＭＯＳＦＥＴＱがオンとなり、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３をオフにするが、太陽電池２１が作動時には電圧を出力するので、充放電回路２２に設けたデプレッション型ＭＯＳＦＥＴＱは、前述したようにオフにより近いオン状態で平衡して、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３をオンにする。出力部１０には、直流負荷、交流負荷のいずれもが適用できることはいうまでもない。

なお、その他の基本動作は、前述の光式無接点スイッチＳと同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

上記の実施例では、出力部１０をエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３で構成した例を示しているが、デプレッション型のＭＯＳＦＥＴを用いて構成してもよい。

図６はこの回路例を示している。この回路図では、デプレッション型の２つのＭＯＳＦＥＴＱ２´，Ｑ３´のゲートを共通に接続して充放電回路２２の低電位側に接続し、ソースを共通に接続して高電位側に接続している。
このような回路構成では、太陽電池２１が作動せず、電圧を出力しないときには、充放電回路２２のＭＯＳＦＥＴＱはオンとなるので、出力部１０を構成するデプレッション型のＭＯＳＦＥＴＱ２´，Ｑ３´がオンとなる一方、太陽電池２１が作動し、電圧が発生したときには、充放電回路２２のＭＯＳＦＥＴＱは、前述したように、オフにより近いオンでの平衡状態となるので、出力部１０を構成するデプレッション型のＭＯＳＦＥＴＱ２´，Ｑ３´のゲートには負電荷が充電され、双方がオフとなる。

（ａ）は本発明の要部構造を示す押釦部分の縦断面構造図であり、（ｂ）は、ハウジングの除いた内部構造を示す概略斜視図を示している。 本発明の光式無接点スイッチの一例を示す外観構成図 本発明の光式無接点スイッチの要部構成の一例を示す回路図 受光部の構成の一例を示す回路図 本発明の光式無接点スイッチの概略基本構成の他例を示す回路図 本発明の光式無接点スイッチの概略基本構成の更に他例を示す回路図

符号の説明

Ｓ，Ｓ’ 光式無接点スイッチ
１ 入力部
２ 受光部
３ 遮光板
４ 押釦
５ スプリング復帰バネ
７ ハウジング
７ａ 孔部
８ ゴムキャップ
１０ 出力部
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２´，Ｑ３´ ＭＯＳＦＥＴ

Claims (3)

1. ハウジング内に設けた入力部と受光部との間に遮光板を介在させ、この遮光板を押釦で押操作して、上記入力部と上記受光部との間の光信号の伝達を許容、遮断させて、上記受光部に接続された出力部で負荷をオン、オフ制御する光式無接点スイッチにおいて、
   上記出力部は、ＭＯＳＦＥＴで構成され、かつ
   上記押釦は、その押操作が解除されたときには、弾性力を作用させて、上記遮光板を、上記入力部と受光部との間の光信号の伝達を許容あるいは遮断させる位置に保持するスプリング復帰バネを設けた構造にしている光式無接点スイッチ。
2. 請求項１において、
   上記出力部は、複数のＭＯＳＦＥＴのゲート、ソースのそれぞれを共通に接続して構成されている光式無接点スイッチ。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記押釦は、ハウジングより突出させた部分に、ゴムキャップを被覆させた構造にしていることを特徴とする光式無接点スイッチ。

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