JPH089631A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電源と負荷５との間に設けられ負荷への通電
をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチング素子Ｑ２と、こ
のスイッチング素子Ｑ１へ所定周期毎に一定時間の間負
荷への通電をＯＮにする信号を出力する発振回路とを備
えると共に、前記電源は平滑用コンデンサＣ２、リアク
タンスを介して平滑用コンデンサＣ２へ電荷を充電する
第２のスイッチング素子Ｑ１と、平滑用コンデンサＣ２
の端子電圧が所定値に制御されるように前記第２のスイ
ッチング素子Ｑ１を第２のスイッチング素子Ｑ１の電流
容量内でＯＮ／ＯＦＦ制御させる制御部とを備えた。 【効果】 負荷のＯＦＦの間に平滑用コンデンサに充電
すれば良く、第２のスイッチング素子の単位時間当たり
の電流容量を小さくでき、放熱対策や小型化に有効であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はソレノイドを駆動するに
適したスイッチ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチ装置としては、特公昭５
８−２９５３４号公報に記載されたようなものがあっ
た。この公報に記載されたものは、直流電源に接続され
た負荷（ソレノイド）への通電を、トランジスタのＯＮ
／ＯＦＦで制御するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来のスイッチ装置では、定格電圧が１２Ｖ〜３０Ｖ程
度と低い負荷（ソレノイド）を用いる場合、負荷（ソレ
ノイド）の通電時の電流が１２Ａ（２０ｍｓｅｃ通電）
と大きいためトランジスタには比較的大きな電流が流れ
る。そのため直流電源はその大きな電流に耐えうる出力
が必要であり、直流電源の放熱対策や出力電圧の安定化
等を考慮すると小型化が難しいものであった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源と負荷と
の間に設けられ負荷への通電をＯＮ／ＯＦＦする第１の
スイッチング素子と、このスイッチング素子へ所定周期
毎に一定時間の間負荷への通電をＯＮにする信号を出力
する発振回路とを備えると共に、前記電源は平滑用コン
デンサ、リアクタンスを介して平滑用コンデンサへ電荷
を充電する第２のスイッチング素子と、平滑用コンデン
サの端子電圧が所定値に制御されるように前記第２のス
イッチング素子を第２のスイッチング素子の電流容量内
でＯＮ／ＯＦＦ制御させる制御部とを備えたものであ
る。

【０００５】また本発明は、電源と電磁ソレノイドの駆
動用コイルとの間に設けられ前記駆動用コイルへの通電
をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチング素子と、タッチ
スイッチが人体部位のタッチを検知している際このスイ
ッチング素子へ所定周期毎に一定時間の間駆動用コイル
への通電をＯＮにする信号を出力する発振回路とを備え
ると共に、前記電源は前記駆動用コイルへ直接接続され
る平滑用コンデンサと、リアクタンスを介して平滑用コ
ンデンサへ電荷を充電する第２のスイッチング素子と、
平滑用コンデンサの端子電圧が所定値に制御されるよう
に前記第２のスイッチング素子を第２のスイッチング素
子の電流容量内でＯＮ／ＯＦＦ制御させる制御部とを備
えたものである。

【０００６】

【作用】このように構成されたスイッチ装置では、平滑
用コンデンサに充電された電荷を用いて負荷（ソレノイ
ド）への通電を行うことができるので、直流電源の最大
出力を負荷（ソレノイド）の消費電力まで大きくする必
要がなくなる。

【０００７】また、負荷（ソレノイド）への通電は所定
周期毎に一定時間行われるので、負荷（ソレノイド）へ
通電されない時間が必ず生じるので、電源はこの時間の
間に平滑用のコンデンサが充電できる能力を備えればよ
い、すなわち電源の定格出力を小さくすることができる
ものである。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明のスイッチ装置の回路構成を示すブロ
ック図である。この図において１はタッチスイッチ回路
であり、人の手などの人体部位が接触することによって
信号を線Ａを介して発振回路２へ出力する。尚、線Ｂは
電力供給線である。

【０００９】発振回路２はタッチスイッチ回路１から信
号が与えられいる間発振を維持する。発振の周期は６０
０ｍｓｅｃであり、２０ｍｓｅｃ間ＯＮ信号を出力す
る。すなわち、２０ｍｓｅｃの間ＯＮ、５８０ｍｓｅｃ
の間ＯＦＦの周期的な信号を出力する。このＯＮ／ＯＦ
Ｆの出力は線Ｃを介して駆動回路４へ供給される。

【００１０】また、この発振回路２は制御回路３と線
Ｈ、Ｉで接続され制御回路３から電力が供給される。

【００１１】制御回路３は駆動回路４内で整流し安定化
された直流電力を線Ｄを介して得た後、線Ｅを介して得
られる制御電圧（ソレノイド５の駆動用電圧を分圧した
電圧）が所定値になるように制御されたＯＮ／ＯＦＦ信
号を線Ｆに出力する。駆動回路４内の第２のスイッチン
グ素子は線Ｆを介してこのＯＮ／ＯＦＦが供給される。
尚、線Ｇは電力供給線である。

【００１２】図２は図１に示した駆動回路４の電気回路
図である。この図においてＴ１、Ｔ２は端子であり、ソ
レノイド（負荷）５が接続される。Ｄ３はダイオードで
あり、ソレノイド５のキックバック電流の吸収用であ
る。

【００１３】Ｑ２は第１のスイッチング素子（ＦＥＴ）
であり、平滑用コンデンサＣ２からの直流電力がソレノ
イド５に供給されるのをＯＮ／ＯＦＦ制御する。尚、こ
のスイッチング素子Ｑ２は発振回路２から線Ｃを介して
供給される前記周期的なＯＮ／ＯＦＦ信号でＯＮ／ＯＦ
Ｆが制御される。

【００１４】コンデンサＣ２は第２のスイッチング素子
（スイッチング用トランジスタ）Ｑ１がＯＮの時リアク
タンスＬ１を介して電荷が充電される。

【００１５】このコンデンサＣ２の端子電圧（ソレノイ
ド５に印加される電圧）は補助可変抵抗ＶＲ１、抵抗Ｒ
２、可変抵抗ＶＲ２、抵抗Ｒ３を介してアース電位に接
続され、可変抵抗ＶＲ２を調節することによって制御回
路３に線Ｅを介して供給される電圧を調整することがで
きる。

【００１６】ＤＢ１は全波整流用のダイオードブリッジ
であり、端子ＡＣ間に供給される交流電力（ＡＣ２４
Ｖ）を整流する。この整流出力は抵抗Ｒ１、コンデンサ
Ｃ１で平滑され線Ｄを介して制御回路３へ供給される。

【００１７】尚、スイッチング素子Ｑ１は線Ｆを介して
制御回路３から供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて
ＯＮ／ＯＦＦが制御され、スイッチング素子Ｑ１には線
Ｇを介して電力が制御回路３から供給される。尚、Ｄ
１、Ｄ２はダイオードである。

【００１８】図３は図２に示した制御回路の電気回路図
である。この図において、ＩＣ１はスイッチング電源用
のＩＣ（モトローラ社製ＭＣ３４０６３）であり、端子
に印加される電圧（線Ｅを介し、可変抵抗ＶＲ２の調
節で得られる電圧）が端子に印加されている電圧にな
るようにスイッチング素子Ｑ１のＯＮ時間を調節する信
号を端子から出力する。この端子は線Ｆを介して前
記スイッチング素子Ｑ１に接続されている。尚、端子
に印加される電圧は抵抗Ｒ６とツェナーダイオードＺＤ
１とによって定電圧化されている。

【００１９】また抵抗Ｒ４を介して駆動回路４のスイッ
チング素子Ｑ１に電力を供給するので、スイッチング素
子Ｑ１がＯＮの時の通電電流の上限はこの抵抗Ｒ４によ
って規制されている。本実施例では、スイッチング素子
Ｑ１の電流容量、及びコンデンサＣ２の充電時間を考慮
して通電電流の上限は０．２Ａに設定している。

【００２０】従って、駆動回路４の可変抵抗ＶＲ２を左
に調節して端子に印加される電圧を下げると端子か
ら出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ時間が長くなり、
駆動回路４のコンデンサＣ２の端子電圧が高くなる。逆
に可変抵抗ＶＲ２を調節してスイッチング電源用ＩＣＩ
Ｃ１の端子に印加される電圧を下げるとコンデンサＣ
２の端子電圧が低くなる。

【００２１】尚、コンデンサＣ２の端子電圧が高ければ
スイッチング素子Ｑ２がＯＮの時にソレノイド５に印加
される動作電圧が高くなり、ソレノイド５の出力が強く
なる。例えば、このソレノイド５でパチンコの玉を弾く
ように構成すれば、玉の弾かれる力が強くなる。

【００２２】抵抗Ｒ５、コンデンサＣ４、Ｃ５はスイッ
チング電源の動作設定用の電子部品である。

【００２３】図４は図２に示した発振回路の電気回路図
である。この図において、ＩＣ２、ＩＣ３は夫々汎用の
タイマーＩＣ（三洋電機製タイマーＩＣ５５５）であ
り、夫々のＩＣの定数を設定して図５に示すような周期
的な信号を出力する。すなわち０．６秒周期で２０ｍｓ
ｅｃ間ＯＮ信号が出力される信号である。

【００２４】この図において、Ｃ３は電源安定化用のコ
ンデンサであり、タイマーＩＣＩＣ２、ＩＣ３に電圧の
安定化された直流電力を供給すると共に、線Ｂを介して
タッチスイッチ回路１へこの電力を供給している。

【００２５】Ｒ７〜Ｒ１３は抵抗、Ｃ６〜Ｃ９はコンデ
ンサであり、図５に示したような周期的な出力がタイマ
ーＩＣＩＣ３の端子から得られるように接続され、こ
の出力は線Ｃに出力される。タイマーＩＣＩＣ２の端子
には、この端子とアース電位間に抵抗Ｒ９、ダイオー
ドＤ４、スイッチＳＷ１が直列に接続されていると共
に、前記抵抗Ｒ９、線Ａを介してタッチスイッチ回路に
接続されている。

【００２６】従って、タッチスイッチ回路１からの信号
がないとき（信号がアースレベルの電位もしくはＬＯＷ
レベルの電位の時）、もしくはスイッチＳＷ１が閉じら
れたときにこの発振回路２は発振を停止する。すなわ
ち、タイマーＩＣＩＣ３の出力がＬＯＷレベルのままに
なって駆動回路４のスイッチング素子Ｑ２がＯＦＦ状態
を維持する。

【００２７】図６は図２に示したタッチスイッチ回路１
の電気回路図である。この図において、６は金属製のタ
ッチ電極であり、この電極６を人（抵抗とコンデンサと
の直列回路で等価的に表せられる）がさわることによっ
て比較器用ＩＣ（演算増幅器を２個内蔵したＩＣであ
り、三洋電機製ＬＡ６３５８Ｎ）ＩＣ４の端子の出力
がＨＩＧＨＴレベルの電圧に変わるように抵抗Ｒ１４〜
Ｒ２１、コンデンサＣ１０〜１４、ダイオードＤ５、Ｄ
６、ツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。尚、
図７はＩＣＩＣ４の内部結線図である。

【００２８】比較器用ＩＣＩＣ４の端子（反転入力端
子）とタッチ電極６との間には、コンデンサＣ１３、Ｃ
１４及びツェナーダイオードＺＤ２とからなる入力回路
が設けられている。この入力回路でタッチ電極の入力イ
ンピーダンスを高くしている。

【００２９】またこの反転入力端子には抵抗Ｒ１７とコ
ンデンサＣ１２とが接続されており、抵抗Ｒ１７とコン
デンサＣ１２の直列回路にはこの比較器用ＩＣＩＣ４の
端子（比較出力）の出力電圧が印加されている。

【００３０】比較器用ＩＣＩＣ４の端子（非反転入力
端子）には端子の出力電圧を抵抗Ｒ１８と抵抗Ｒ１９
とで分圧した電圧が印加される。

【００３１】従って、この比較器用ＩＣＩＣ４の端子
（比較出力）の出力は抵抗Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、コ
ンデンサＣ１２によって反転入力端子及び非反転入力端
子に正帰還されるので、発信部が構成される。この発信
部の発信周波数はコンデンサＣ１２の充放電時間によっ
て決まる。タッチ電極６に身体部位が接触すると身体に
誘起している電圧がこのタッチ電極６を介して比較器用
ＩＣＩＣ４の端子（非反転入力端子）に印加されてコ
ンデンサの端子電圧が高くなって発信部の発信周波数が
高くなる。

【００３２】この発信部（比較器用ＩＣＩＣ４の端子
の出力）の発信出力はダイオードＤ６を介して半波整流
された後比較器用ＩＣＩＣ４の端子（非反転入力端
子）に与えられる。この端子にはコンデンサＣ１０、
抵抗Ｒ１５が接続されて平滑部を構成している。

【００３３】従って、発信部の発信周波数が高いとコン
デンサＣ１０の端子電圧、すなわち、端子（非反転入
力端子）に印加される電圧が高くなる。また、比較器用
ＩＣＩＣ４の端子（反転入力端子）には抵抗Ｒ１４、
抵抗Ｒ１６による分圧電圧（基準電圧）が印加されてい
る。よって、コンデンサＣ１０の端子電圧がこの基準電
圧以上になれば、比較器用ＩＣＩＣ４の端子の出力が
Ｈレベル電圧に上昇し、この出力は線Ａを介して発振回
路２へ供給される。

【００３４】以上のように構成されたスイッチ装置で
は、タッチ電極６を人がさわっている間、発振回路２が
図４に示すような周期的な発振を持続し、この発振回路
２のＯＮ信号に応答して駆動回路４のスイッチング素子
Ｑ２がＯＮになり、ソレノイド５が周期的に駆動され
る。

【００３５】また、ソレノイド５の駆動電力は駆動回路
４のコンデンサＣ２から供給され、このコンデンサＣ２
はソレノイド５が停止している間（発振回路２の出力が
ＯＦＦ信号の間）にスイッチング素子Ｑ１で電荷が充電
される。

【００３６】すなわち、コンデンサＣ２はソレノイド５
が停止している間に電荷が充電されれば良いので、コン
デンサＣ２を充電するためのスイッチング素子Ｑ１に
は、電流容量が小さいものを用いることができる。

【００３７】例えば、スイッチング素子Ｑ１の電流容量
としては、５８０ｍｓｅｃ（＝６００ｍｓｅｃ−２０ｍ
ｓｅｃ）間でコンデンサＣ２の端子電圧を２４Ｖまであ
げるに必要な単位時間当たりの電荷を満たす容量であれ
ばよい。

【００３８】さらに、制御回路３、スイッチング素子Ｑ
１等で構成されるスイッチング電源回路のスイッチング
周波数を考慮すると、スイッチング素子Ｑ１の電流容量
はさらに小さくすることができる。同時にスイッチング
電源自体の出力も小さくすることができる。

【００３９】本実施例では、ソレノイドに２０ｍｓｅｃ
間の通電を行う場合、スイッチング電源のスイッチング
周波数を３０ｋＨｚ、ＯＮデューティーを０〜５０とし
た場合、スイッチング素子Ｑ２には電流容量が１Ａのも
のを無放熱板で用いることができた。

【００４０】尚、通常の３端子電源を用いた場合は、ス
イッチング素子Ｑ１には電流容量が３Ａ程度のものが熱
板付きで必要となり、スイッチング素子Ｑ１の放熱対策
や空間距離対策が必要となりスイッチ装置の小型化は難
しいものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明のスイッチ装置は、負荷への通電
を第１のスイッチング素子で所定周期毎に一定時間行う
と共に、負荷へ電流を供給する電源として平滑用コンデ
ンサを用い、このコンデンサの充電は第２のスイッチン
グ素子を介して負荷の通電を行っていないときに行うの
で、コンデンサの充電時間には余裕がありこの時間内に
コンデンサの充電が行われるため、第２スイッチング素
子で制御されるコンデンサの単位時間あたりの充電電流
を小さくすることができる。

【００４２】従って、スイッチング素子の放熱が小さく
なりスイッチ装置全体の小型化が可能になる。また、発
熱が小さくなる分スイッチ装置の信頼性が長期間にわた
って向上するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチ装置の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示した駆動回路４の電気回路図である。

【図３】図２に示した制御回路の電気回路図である。

【図４】図２に示した発振回路の電気回路図である。

【図５】図４に示した発振回路から出力される信号の波
形図である。

【図６】図２に示したタッチスイッチ回路の電気回路図
である。

【図７】図６に示した比較器用ＩＣの内部結線図であ
る。

【符号の説明】

１ タッチスイッチ回路 ２ 発振回路 ３ 制御回路 ４ 駆動回路 ５ ソレノイド ６ タッチ電極 Ｑ２ 第１のスイッチング素子 Ｑ１ 第２のスイッチング素子 Ｃ２ 平滑用コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と負荷との間に設けられ負荷への通
   電をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチング素子と、この
   スイッチング素子へ所定周期毎に一定時間の間負荷への
   通電をＯＮにする信号を出力する発振回路とを備えると
   共に、前記電源は平滑用コンデンサ、リアクタンスを介
   して平滑用コンデンサへ電荷を充電する第２のスイッチ
   ング素子と、平滑用コンデンサの端子電圧が所定値に制
   御されるように前記第２のスイッチング素子を第２のス
   イッチング素子の電流容量内でＯＮ／ＯＦＦ制御させる
   制御部とを備えたことを特徴とするスイッチ装置。
2. 【請求項２】 電源と電磁ソレノイドの駆動用コイルと
   の間に設けられ前記駆動用コイルへの通電をＯＮ／ＯＦ
   Ｆする第１のスイッチング素子と、タッチスイッチが人
   体部位のタッチを検知している際このスイッチング素子
   へ所定周期毎に一定時間の間駆動用コイルへの通電をＯ
   Ｎにする信号を出力する発振回路とを備えると共に、前
   記電源は前記駆動用コイルへ直接接続される平滑用コン
   デンサと、リアクタンスを介して平滑用コンデンサへ電
   荷を充電する第２のスイッチング素子と、平滑用コンデ
   ンサの端子電圧が所定値に制御されるように前記第２の
   スイッチング素子を第２のスイッチング素子の電流容量
   内でＯＮ／ＯＦＦ制御させる制御部とを備えたことを特
   徴とするスイッチ装置。