JPH05290667A

JPH05290667A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH05290667A
Application number: JP11966592A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshida; 吉田　　隆
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチの動作信号の伝達精度を向上すると
ともに、スイッチの往復動作の方向の判別をも可能にす
る。【構成】押しボタン２に連動した移動子６が往復動作
して、移動子６の磁石７により形成される磁気回路中に
配設された電磁コイル５に起電力が発生する。起電力
は、極性が極性判定回路２４により判別されるととも
に、発振回路２３においてその判別された極性ごとに異
なる周波数の連続的なパルスに変換される。次いで、発
光素子である発光ダイオードＤ６へ送られて光信号に変
換されてから光ファイバー１７へ送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを介して検
出信号を送出する押しボタンスイッチやリミットスイッ
チ等の光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】光スイッチは、耐ノイズ性、耐環境性、
耐絶縁性等の点で優れていることから、近年ではいわゆ
るＦＡ分野における信号伝送、センシング、測定等に広
く用いられている。従来の光スイッチには、光スイッチ
本体に発光機能を有するものとそうでないものとがあ
る。このうち発光機能を有さないものは、光信号の送受
信用に通常２本の光ファイバを備えており、１本の光フ
ァイバには外部から光が送られ、この光をスイッチ本体
の検知動作に応じて遮光または変調を加えて光信号と
し、他の１本から送り出している。

【０００３】一方、発光機能を有するものとしては、ス
イッチに電池を内蔵し、操作入力や検出入力信号に応じ
てこの電池により発光素子を発光させ、光信号を光ファ
イバへ送出するものがある。ここで電池としては、一般
にリチウム電池が用いられるが、他に、太陽電池とコン
デンサを組み合わせて用いることもある。また他には、
電池を用いることなく発光するものとして、スイッチ内
部に磁石と電磁コイルを備えておき、スイッチの操作力
に応じて電磁誘導により電荷を発生させて発光素子を駆
動し光信号を光ファイバへ送出する光スイッチがある。
この光スイッチは、スイッチの押し下げ操作１回に対し
て１個のパルスが発光される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光スイ
ッチのうちで発光機能を有さないものは、必ず２本の光
ファイバを接続しなければならず、そのために配線が煩
わしくなり、配線コストも高くなる。また、発光機能を
有するものは、接続される光ファイバが１本ですむもの
の、消耗した電池をそのつど、または定期的に交換しな
ければならない煩わしさがある。同様に、交換の必要の
ない太陽電池を用いた場合でも、太陽光の確保や、発電
能力の劣化、動作頻度が多い場合の容量不足等の点で必
ずしも充分でない。

【０００５】さらに、電磁誘導を用いたものでは、電荷
の供給がスイッチの操作時に限られるため、そのままで
は操作ごとに単発パルスが発生するだけであり、パルス
とノイズの誤認のおそれや、発光レベルの高出力化が難
しい等の問題がある。本発明は上記問題点を解決するた
めになされたもので、第１の発明では光スイッチに接続
する光ファイバを１本にするとともに発光素子駆動用の
電池を不要にしかつ連続パルスの発光を可能にすること
を目的とし、第２の発明ではスイッチの往復操作方向の
判別を可能にすることを目的とする。また、両発明とも
に小型で安価な光スイッチを提供することをも目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、外圧により出没動作する操作子と、
操作子に連動して往復移動する磁石と、磁石により形成
される磁気回路中に配設された電磁コイルと、発光素子
とを備え、操作子の動作によって電磁コイルに発生した
起電力により発光素子を発光させて光信号を光ファイバ
ーへ送出する光スイッチにおいて、電磁コイルと発光素
子との間に接続され、前記起電力を動作電圧として連続
的なパルスを出力する発振回路を備えたことを特徴とす
る。

【０００７】第２の発明は、第１の発明に係る光スイッ
チにおいて、電磁コイルに発生した起電力の極性を判別
する回路と、前記起電力の極性に応じて相異なる周波数
のパルスを出力する発振回路とを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】第１の発明においては、外圧により操作子が出
没動作すると、連動して磁石が往復移動し、磁石により
形成されている磁気回路中に配設されている電磁コイル
が、磁束の変化を受けて起電力を生じる。この起電力の
充電電圧が発振回路の動作電圧を越えると、発振回路か
ら連続的なパルスが出力されて発光素子へ送られ、光信
号に変換されて光ファイバーへ送られる。

【０００９】第２の発明においては、電磁コイルに発生
した起電力の極性が判別され、その極性に応じた制御信
号が発振回路に送られて発振周波数が切り換わる。

【００１０】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は第１および第２の発明を押しボタンスイッチ
に適用した場合の実施例で、起電力を発生するための機
構部分を示す断面図である。図１において、ハウジング
１の上部の開口部に操作子であるところの押しボタン２
が挿通される。開口部の中間に形成された大径部にはコ
イルバネ３が装着され、押しボタン２をフランジ部２ａ
を介して上方へ押圧付勢する。

【００１１】ハウジング１の内部には、断面Ｅ字状をし
たコア４が収納されており、コア４の中段には電磁コイ
ル５が巻回されている。コア４の前方部には、断面コ字
状をした移動子６が、上下動自在に配設されている。移
動子６は、磁石７と、磁石７の上下の極面に固定された
磁性体からなる上部片８および下部片９と、磁石７およ
び上下部片８，９を接着により一体的に支持している側
板１１とからなる。移動子６が上方に位置するときは、
図のように上下部片８，９が、それぞれコア４の上段の
部材４ａと中段の部材４ｂに吸着されており、移動子６
が下方に位置するときは、上下部片８，９が、それぞれ
コア４の中、下段の部材４ｂ，４ｃに吸着される。

【００１２】移動子６の上部片８と押しボタン２の下端
面は、コイルバネ３よりもバネ力が弱いコイルバネ１２
により係合されており、押しボタン２が下方へ押圧され
ると、コイルバネ１２を介して移動子６が押圧されて下
方へ移動する。次いで、押しボタン２が上方へ復帰する
と、コイルバネ１２に引き上げられて移動子６は上方へ
移動する。移動子６はこのようにコイルバネ１２を介し
て上下動されるので、移動の開始の際、それまでの安定
した吸着状態を離脱するまではコイルバネ１２が圧縮ま
たは伸長されるが、離脱後はコイルバネ１２の復元力
と、磁石７による相手部材との吸引力により、移動子６
は急激に加速されながら移動し吸着される。

【００１３】このように移動子６が上下動して位置が変
わると、そのたびに、移動子６の磁石７によりコア４に
形成される磁気回路の磁束が変化し方向が反転する。そ
の結果、電磁コイル５には電磁誘導により起電力を発生
する。ここで、電磁コイル５に鎖交する磁束をφとする
と、発生する誘導起電力Ｕは数１のようになる。

【００１４】

【数１】

【００１５】また、変化前の鎖交磁束をφ_oとし、電磁
コイル５からみた負荷抵抗をＲとすると、発生する電荷
Ｑは、数２となる。

【００１６】

【数２】

【００１７】実際の光スイッチの設計に当たっては、こ
れら電荷Ｑ等が後述する発光部において必要な値となる
ように各部の仕様が決定される。この実施例では、押し
ボタン２の位置と移動子６との位置が常に対応している
ため、押しボタン２を押圧したときと復帰させたときに
互いに反対極性の電荷が発生する。

【００１８】なお、この実施例では、押しボタン２と移
動子６とをコイルバネ１２により係合しておくことによ
り、移動子６を押しボタン２と連動させて復帰させてい
たが、コイルバネ１２以外の他の機構を用いて移動子６
を復帰させることも可能である。また、この実施例の機
構とは別に、押しボタン２にロック機構を付設してお
き、再度押しボタン２が押下されたときに復帰動作を行
わせるように構成することも可能である。さらに同様
に、上記の押ボタンスイッチ以外にも、光スイッチの用
途に応じて、リミットスイッチ等の各種スイッチ機構を
用いることも可能である。

【００１９】図２は、実施例の押しボタンスイッチの使
用状態を示す全体構成図である。図において、１５は図
１に示した押しボタンスイッチであり、押圧操作される
と電荷を発生し、発光素子である発光ダイオード１６を
発光させる。発光ダイオード１６で発光された光信号は
光ファイバー１７を介してレシーバ側の受光素子１８へ
送られる。受光素子１８に受信された光信号は電気信号
に変換された後アンプ１９で増幅されて動作検出回路２
０へ送られる。

【００２０】動作検出回路２０は、このようにしてスイ
ッチ動作の検出信号が入力されると、その検出信号を必
要によっては適宜増幅して出力端子から出力する。出力
端子には、検出信号によって動作する負荷が接続されて
いるが、負荷の接続以外にもさらに上位のシステムへ伝
送させることも可能である。

【００２１】なお、この動作検出回路２０は、検出信号
が入力されるとその信号を保持しておき出力端子からの
出力を続け、次の検出信号が入力されるとそれまで保持
していた出力を解除するように構成することも可能であ
る。また、動作検出回路２０は、後述するように連続パ
ルスからなる検出信号の２種類の周波数をフィルタ回路
等により判別して、押圧と復帰の２種類のスイッチ動作
を識別することも可能である。

【００２２】図３は、第１および第２の発明の実施例の
電気的構成を示す回路図である。電磁コイル５は、ダイ
オードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ回路２２に接続され
て、電磁コイル５においてスイッチ操作ごとに発生して
その都度極性が反転する起電力を整流する。整流された
電荷はコンデンサＣ１へ蓄えられた後、抵抗Ｒ１を介し
て、発振器（ＯＳＣ）２３へ供給される。発振器２３に
並列に接続されたツェナーダイオードＤ５は、発振器２
３の保護とピーク出力電圧を安定させるためのものであ
る。

【００２３】コンデンサＣ１には、発光ダイオード１６
とスイッチング用のトランジスタＴ１と抵抗Ｒ２が直列
に接続されており、さらにトランジスタＴ１のベースに
は発振器２３の出力端及び抵抗Ｒ３が接続されている。
ブリッジ回路２２のそれぞれ一方の入出力端の間に極性
判定回路２４が接続されて、電磁コイル５から発生した
起電力の極性を判別して、その判別結果を制御信号（Ｃ
ＯＮＴ）として発振器２３へ送る。この極性判定回路２
４は、コンパレータ等からなる周知の回路技術によって
構成される。

【００２４】発振器２３は、２種類の周波数の出力が可
能であり、入力された制御信号によっていずれか一方の
周波数を出力する。すなわち、電磁コイル５の起電力に
対応する押しボタン２の動作方向を出力される周波数に
よって識別することが可能になる。

【００２５】図４は、ブリッジ回路２２中のダイオード
Ｄ１の両端の電圧を示す図である。ここで、押しボタン
２を押圧時にダイオードＤ１に順方向の電流が流れるも
のとすると、その場合図示のように、ダイオードＤ１に
は順方向ドロップＶ_Fが生じる。また、押しボタン２の
復帰時は、極性が反転するためダイオードＤ１に逆電圧
Ｖ_Rが印加されることになる。極性判定回路２４は、こ
れらダイオードＤ１の両端電圧を取り出して極性を判別
している。

【００２６】図５は、発振器２３の具体的な構成の一例
を示す回路図であり、インバータ２５，２６、コンデン
サーＣ２，抵抗Ｒ４，Ｒ５等から構成され、コンデンサ
ーＣ２の容量、および抵抗Ｒ４，Ｒ５の合成抵抗値から
発振周波数が決定される。図ではスイッチ２７を制御信
号（ＣＯＮＴ）により開閉することで抵抗Ｒ４を断続し
て２種類の出力周波数を切り換えている。

【００２７】図６は、図３の各部における信号の波形を
示す図である。次に、実施例の動作を図３の回路図に基
づき、図６の信号波形図を参照しながら説明する。押し
ボタン２の押圧により電磁コイル５に電磁誘導により起
電力が生じると、ブリッジ回路２２を介して整流され、
発生電荷はコンデンサＣ１に蓄えられる。コンデンサＣ
１の電圧Ｖ_cは図６の上段に示すように変化する。

【００２８】電圧Ｖ_cが上昇していき、この電圧Ｖ_cから
抵抗Ｒ１による電圧降下分Ｖ_R1を差引いた電圧が発振器
２３の動作電圧Ｖ_aを越えた時点で発振器２３は動作を
開始し、図６の中段に示すように連続的なパルスを発生
して、トランジスタＴ１のベースおよび抵抗Ｒ３へ送
る。このパルスの周波数は極性判定回路２４により判別
された起電力の極性により、予め設定されている２種類
の周波数の一方が選ばれる。それにより、パルスが入力
されたトランジスタＴ１がオン・オフ作動して、図６の
下段に示すようにコンデンサＣ１から発光ダイオード１
６に断続的に電流Ｉが流れて発光ダイオード１６を発光
させる。

【００２９】ここで発光ダイオード１６に流れる電流Ｉ
のピーク値は、トランジスタＴ１がエミッタフォロワ接
続されているので、発振器２３の出力電圧に応じた一定
のピーク値となる。以後、図示しないが、コンデンサＣ
１の電荷が放電されて電圧Ｖ_cが低下し、発振器２３に
加わる電圧がＶ_a以下になった時点で発振器２３の出力
が停止され、発光ダイオード１６の発光も止む。通常１
回の操作により発生するパルスは数回から数十回であ
る。

【００３０】また、押しボタン２を復帰させる場合も同
様に作動するが、この場合は極性判定回路２４により上
述した押圧の場合と反対の極性であることが判別される
ので、発振器２３の出力および発光ダイオード１６の発
光が、図６に示される場合とは異なる周波数となる。

【００３１】このようにして発光ダイオード１６から
は、押しボタン２の押圧または復帰の動作のたびにパル
ス状の発光が行われ、しかも押圧または復帰ではそれぞ
れ異なった周波数のパルスであることから、発光ダイオ
ード１６から光ファイバー１７を介して光信号を受信す
るレシーバ側では、ノイズとの誤認が防止されるととも
に、スイッチの２種類の動作を識別することも可能にな
る。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように第１の発明によれば、
外圧により操作子が出没動作して発生した起電力が、発
振回路により連続的なパルスに変換されてから発光素子
へ送られ、さらに光信号に変換されて光ファイバーへ送
られる。それにより、光スイッチに接続される光ファイ
バは１本で足りることになる。また、光ファイバを１本
にしたにもかかわらず電池等の電源が不要となる。その
結果、保守および取扱が安全、容易となり、しかも小型
で安価な光スイッチを得ることができる。さらには、光
信号をパルス発光としたことで、その分発光レベルを高
くすることができる。さらに、レシーバ側では、入力さ
れるパルスが一定周期であるため、ノイズとパルスの誤
認を確実に防止できる。

【００３３】第２の発明によれば、極性判別回路が起電
力の極性を判別して異なる周波数でパルス発光すること
により、レシーバ側では、操作子の動作方向の判別が可
能となり、スイッチ操作についての伝達情報が２種類に
なってスイッチ機能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１および第２の発明の実施例の機構部分を示
す断面図である。

【図２】実施例の使用状態を示す全体構成図である。

【図３】第１および第２の発明の実施例の電気的構成を
示す回路図である。

【図４】図３の回路中におけるダイオードの両端電圧の
変化を示す図である。

【図５】図３の回路中の発振器の具体的な構成の一例を
示す回路図である。

【図６】図３の各部における信号の波形を示す図であ
る。

【符号の説明】

２押しボタン３コイルバネ４コア５電磁コイル６移動子７磁石１２コイルバネ１５押しボタンスイッチ１６発光ダイオード１７光ファイバー２２ブリッジ回路２３発振器（ＯＳＣ）２４極性判定回路Ｃ１コンデンサＤ１〜Ｄ４ダイオードＲ１抵抗Ｒ２抵抗Ｒ３抵抗Ｔ１トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外圧により出没動作する操作子と、操作
子に連動して往復移動する磁石と、磁石により形成され
る磁気回路中に配設された電磁コイルと、発光素子とを
備え、操作子の動作によって電磁コイルに発生した起電
力により発光素子を発光させて光信号を光ファイバーへ
送出する光スイッチにおいて、電磁コイルと発光素子と
の間に接続され、前記起電力を動作電圧として連続的な
パルスを出力する発振回路を備えたことを特徴とする光
スイッチ。
【請求項２】請求項１記載の光スイッチにおいて、電
磁コイルに発生した起電力の極性を弁別する回路と、前
記起電力の極性に応じて相異なる周波数のパルスを出力
する発振回路とを備えたことを特徴とする光スイッチ。