JP4845798B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源および負荷を直列に接続して使用するように構成された、いわゆる２線式の検出スイッチ、特に、漏れ電流および残留電圧を低減した検出スイッチに関する。本発明は、例えば流体圧シリンダのピストン位置検出スイッチとして利用される。

従来より、流体圧シリンダにおいては、そのピストン位置を検出するために、ピストンに設けられた永久磁石の磁界によってオンオフ動作する検出スイッチが取り付けられている。そのような検出スイッチに用いるセンサとして、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、ホール素子、またはリードスイッチなどが用いられる。

また、検出スイッチには、センサのオンオフに応じて点灯する発光ダイオードが設けられ、検出スイッチの動作状態が外部から容易に視認できるようになっている（特許文献１〜２）。
特開昭６４−８９８１５号 特許第３２８８９５５号

従来において、動作確認のための発光ダイオードは、一般に、センサの回路または負荷を含めた全体の回路と直列に接続されるように設けられている。

そのため、検出スイッチがオンしたときに、負荷に加わる電圧は、少なくとも発光ダイオードの両端の電圧の分だけ電源電圧よりも低くなる。発光ダイオードの点灯に必要な電圧は通常２ボルト程度であるから、例えば電源電圧が１２ボルトである場合には、負荷に加わる電圧は１０ボルト以下となってしまう。電源電圧が５ボルトであれば、それが３ボルト以下となってしまう。

したがって、例えば、ＴＴＬレベルの制御回路に検出スイッチを接続した場合には、検出スイッチがオンしても入力電圧が十分に低くならず、２ボルト程度の電圧が残ってしまう。そうすると、制御回路のスレシュホールドレベルによってはオンと見做されなくなるので、このような検出スイッチは使用することができない。

また、複数の流体圧シリンダにそれぞれ取り付けた検出スイッチを直列に接続し、それらの全部がオンとなったときにオン信号がでてシーケンスが進むように制御回路を設計することがしばしばある。そのような場合に、直列に接続する検出スイッチの個数に比例して電圧降下が大きくなるので、従来の検出スイッチでは直列に接続できる個数が少ないという問題がある。

例えば、検出スイッチを４個直列に接続した場合には、電圧降下は８ボルト程度とかなり大きくなるので、電源電圧が１２ボルトであっても制御回路が動作しないことが生じる。

上に述べた特許文献１のスイッチにおいても、発光ダイオード１９はスイッチング回路１８を構成する終段のトランジスタ２４にベース電流を流すように接続されており、発光ダイオード１９およびドライブ用のトランジスタ２１が全体の回路と直列に接続されている。また、発光ダイオード１９およびトランジスタ２１などによる残留電圧を利用して昇圧回路２５が動作するようになっており、そのような残留電圧が存在することを前提として全体の回路が構成されている。

また、センサとしてＭＲ素子やホール素子を用いた場合には、検出スイッチがオフの状態であってもそれらセンサを動作させるための電流が必要である。負荷回路にとってはその電流が漏れ電流となるので、漏れ電流ができるだけ小さいことが好ましい。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、オン状態での電圧降下を従来よりも低くしつオフ状態での漏れ電流をなくすことができ、より多くの個数の検出スイッチを直列に接続して使用することが可能な検出スイッチを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る検出スイッチは、外部の物理量の変化を検出してオンオフ動作を行うセンサがケーシングに内蔵され、電源および負荷を直列に接続して使用するように構成された検出スイッチであって、前記センサに直列に接続され、前記センサがオンしたときに流れる電流によって第１の電圧を発生させる電圧発生回路と、前記電圧発生回路から出力される第１の電圧を昇圧して第２の電圧を出力する昇圧回路と、前記第２の電圧の印加によって発光するように接続された発光ダイオードとを有してなる。

前記電圧発生回路として、例えばダイオードの順方向電圧降下を利用することができる。

また、前記センサは、外部の磁界によって作動するリードスイッチであり、前記電圧発生回路は、第１の電圧として１ボルト程度以下の電圧を出力し、前記昇圧回路は、前記発光ダイオードに電流を流すように第２の電圧を出力するように構成してもよい。

前記昇圧回路として、ＤＣ／ＤＣ変換器を用いてもよい。

本発明によると、オン状態での電圧降下を従来よりも低くしつオフ状態での漏れ電流をなくすことができ、より多くの個数の検出スイッチを直列に接続して使用することが可能となる。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態の検出スイッチ１の構成を示す図である。

図１において、検出スイッチ１は、リードスイッチ１１、電圧発生回路１２、昇圧回路１３、および発光ダイオードＬＥＤなどからなり、これらが図示しない適当なケーシングに収納されている。検出スイッチ１と負荷ＦＫおよび電源ＰＳなどとの接続のために、接続端子Ｔ１〜２が設けられている。接続端子Ｔ１〜２は、ケーシングに直接に取り付けられていてもよいし、ケーシングから引き出されたリード線の先端部に設けられていてもよい。また、リード線の先端部それ自体であってもよい。

リードスイッチ１１は、例えばピストンに設けられた永久磁石などの外部の磁界によってオンオフ動作を行う。オフ時には機械的に接点が解放されるので、インピーダンスはほぼ無限大であり、漏れ電流はゼロである。またオン時の抵抗値は極めて低く、リードスイッチ１１自身による残留電圧（電圧降下）はほぼゼロである。

電圧発生回路１２は、リードスイッチ１１に直列に接続されており、リードスイッチ１１がオンしたときに流れる電流によって第１の電圧Ｖ１を発生させるものである。通常、電圧発生回路１２による残留電圧が、そのまま第１の電圧Ｖ１となる。この場合に、第１の電圧Ｖ１は、検出スイッチ１のオン時の残留電圧となるので、低いほど好ましい。例えば１ボルトまたはそれ以下の電圧である。なお、第１の電圧Ｖ１によって昇圧回路１３が動作するので、昇圧回路１３が動作するに必要十分な大きさの電圧である必要がある。

このような電圧発生回路１２として、定電圧ダイオード、定電流ダイオード（ＣＲＤ：Current Regulativ Diode ）、ダイオード、トランジスタ、抵抗器、またはそれらを組み合わせた回路などを、それぞれ使用状況に応じた条件の下で用いることができる。

つまり、例えば、ダイオードの順方向電圧を利用して第１の電圧Ｖ１を発生することができる。また、抵抗器に流れる電流による電圧降下によって第１の電圧Ｖ１を発生することができる。また、定電圧ダイオードまたは定電流ダイオードによって第１の電圧Ｖ１を発生させることができる。

なお、それらの場合に、リードスイッチ１１に流れる電流が多い場合でも所定の低い第１の電圧Ｖ１を発生するように、電圧を発生させる回路とそこに流れる電流を調整するための電流調整回路とを別々に設け、それらの共働によって電圧発生回路１２として機能するように構成してもよい。

昇圧回路１３は、電圧発生回路１２から出力される第１の電圧Ｖ１を昇圧して第２の電圧Ｖ２を出力する。第２の電圧Ｖ２の大きさは、発光ダイオードＬＥＤに電流を流して発光させることができる程度の電圧であればよい。例えば、２ボルト以上の電圧であればよい。また、第２の電圧Ｖ２は、解放時には高い電圧であっても発光ダイオードＬＥＤが接続されたときに電圧が低下して適当な電圧となるようなものでもよい。この場合には、第２の電圧Ｖ２を出力する昇圧回路１３は定電流供給原として動作することになる。

このような昇圧回路１３として、ＤＣ／ＤＣ変換器を用いることができる。ＤＣ／ＤＣ変換器は、入力された直流電圧（第１の電圧Ｖ１）を直流の異なる電圧（第２の電圧Ｖ２）に変換する。その際に、出力として定電流原として動作するように構成されたものであれば、発光ダイオードＬＥＤを発光させるに好都合である。

発光ダイオードＬＥＤは、検出スイッチ１がオンしたことを確認するためのものであり、昇圧回路１３から出力される第２の電圧Ｖ２により流れる電流によって点灯する。

このように構成された検出スイッチ１では、接続端子Ｔ１〜２の間に負荷ＦＫと電源ＰＳとが直列に接続されて使用される。なお、シーケンサなどの多くの制御装置では、負荷ＦＫと電源ＰＳとが一体となっている。

リードスイッチ１１に磁界が作用しないときは、リードスイッチ１１はオフであり、回路に流れる電流はゼロである。発光ダイオードＬＥＤは消灯する。磁界が作用してリードスイッチ１１がオンすると、負荷ＦＫに電流が流れ、所定の制御が行われる。これとともに、電圧発生回路１２によって第１の電圧Ｖ１が発生し、昇圧回路１３が第１の電圧Ｖ１を昇圧して第２の電圧Ｖ２とし、これによって発光ダイオードＬＥＤが点灯する。発光ダイオードＬＥＤの点灯によって、リードスイッチ１１がオンしたことが容易に確認できる。

このとき、電圧発生回路１２によって電圧降下が生じるが、それは１ボルト程度と低い。したがって、ＴＴＬレベルの制御回路に用いた場合にも、誤動作することなく使用することができる。また、多くの個数の検出スイッチ１を直列に接続しても、電圧降下が従来よりも小さいので、より多くの検出スイッチ１を直列に接続して使用することができる。また、検出スイッチ１がオフのときの漏れ電流がゼロであるので、検出スイッチ１がオフのときに制御回路が誤動作することがない。
〔第２の実施形態〕
図２は本発明に係る第２の実施形態の検出スイッチ１Ｂの回路を示す図である。

図２において、電圧発生回路１２としてダイオードＤ１が用いられ、昇圧回路１３としてＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣが用いられている。

ダイオードＤ１は、リードスイッチ１１がオンしたときに流れる電流によって、０．８ボルト程度の電圧（順方向電圧降下）を発生する。

ＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣは、入力端子ＳＨＤＮと共通端子ＧＮＤとの間に印加される電圧（第１の電圧Ｖ１）によって動作し、出力端子ＳＷと出力端子ＬＥＤとの間に電圧（第２の電圧Ｖ２）を出力し、それらの間に接続された発光ダイオードＬＥＤ１に一定の電流を流す。

ダイオードＤ２は、発光ダイオードＬＥＤ１に直流を流すためのものである。コンデンサＣ１，Ｃ２、チョークコイルＣＨ１、抵抗Ｒ１などは、ＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣの動作に必要な回路部品である。

このようなＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣとして、「ＬＥＤドライバ」などの名称で市販されている公知のものを用いることが可能である。

検出スイッチ１Ｂでは、リードスイッチ１１がオンすると、負荷ＦＫ１に電流が流れ、所定の制御が行われる。これとともに、ダイオードＤ１によって第１の電圧Ｖ１が発生し、ＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣがそれを昇圧して第２の電圧Ｖ２とし、これによって発光ダイオードＬＥＤ１に電流が流れて点灯する。

このとき、ダイオードＤ１による電圧降下は１ボルト程度と低く、多くの個数の検出スイッチ１Ｂを直列に接続して使用することが可能である。また、検出スイッチ１Ｂがオフのときの漏れ電流がゼロであり、制御回路が誤動作することがない。

図３は６個の検出スイッチ１ａ〜ｆを直列に接続した状態を示す図である。

図３に示すように、６個の検出スイッチ１ａ〜ｆを直列に接続した場合に、それによる電圧降下は６ボルト（１ボルト×６）程度である。したがって、負荷ＦＫ２に加わる電圧ＶＦは、電源ＰＳ２の電圧ＶＰから６ボルトを引いた電圧であり、例えば２４ボルトを使用する市販のシーケンサでは十分に使用可能である。また、全部の検出スイッチ１ａ〜ｆがオンしたときには、それぞれに設けられた発光ダイオードが点灯し、それらの動作を容易に確認できる。

上に述べた実施形態において、ダイオードＤ１に代えて、種々のトランジスタや抵抗などの組み合わせ回路を用いてもよい。接続端子Ｔ１〜２の回路にダイオードによるブリッジ回路などを挿入することにより、交流用の検出スイッチとすることも可能である。ＤＣ／ＤＣ変換器ＤＤＣとして、種々の構造、回路構成、電圧のものを用いることができる。発光ダイオードＬＥＤを２個以上直列にまたは並列に接続するようにしてもよい。

その他、検出スイッチ１，１Ｂの回路構成、回路素子の種類および値、構造、形状、寸法、個数などは、本発明の趣旨に沿って種々変更することができる。

本発明に係る第１の実施形態の検出スイッチの構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施形態の検出スイッチの回路を示す図である。 ６個の検出スイッチを直列に接続した状態を示す図である。

符号の説明

１，１Ｂ 検出スイッチ
１１ リードスイッチ（センサ）
１２ 電圧発生回路
１３ 昇圧回路
Ｄ１ ダイオード
ＤＤＣ ＤＣ／ＤＣ変換器
ＬＥＤ 発光ダイオード

Claims (4)

1. 外部の物理量の変化を検出してオンオフ動作を行うセンサがケーシングに内蔵され、電源および負荷を直列に接続して使用するように構成された検出スイッチであって、
   前記センサに直列に接続され、前記センサがオンしたときに流れる電流によって第１の電圧を発生させる電圧発生回路と、
   前記電圧発生回路から出力される第１の電圧を昇圧して第２の電圧を出力する昇圧回路と、
   前記第２の電圧の印加によって発光するように接続された発光ダイオードと、
   を有してなることを特徴とする検出スイッチ。
2. 前記電圧発生回路には、ダイオードが用いられてなる、
   請求項１記載の検出スイッチ。
3. 前記センサは、外部の磁界によって作動するリードスイッチであり、
   前記電圧発生回路は、第１の電圧として１ボルト程度以下の電圧を出力し、
   前記昇圧回路は、前記発光ダイオードに電流を流すように第２の電圧を出力する、
   請求項１または２記載の検出スイッチ。
4. 前記昇圧回路は、ＤＣ／ＤＣ変換器である、
   請求項３記載の検出スイッチ。

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