WO2024043290A1

WO2024043290A1 - スイッチ機構及び電源投入方法

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Publication number: WO2024043290A1
Application number: PCT/JP2023/030398
Authority: WO
Inventors: 裕道脇
Original assignee: ＮｅｘｔＩｎｎｏｖａｔｉｏｎ合同会社
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2023-08-23
Publication date: 2024-02-29

Abstract

外部磁界によって第一接点部材及び第二接点部材同士を接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第一の操作及び上記外部磁界によって少なくとも一回以上接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第二の操作を受け付ける磁気スイッチと、上記磁気スイッチに対する操作に応じて動作する制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記磁気センサに対する上記第二の操作を受け付けた時、電源供給先装置を駆動させる。

Description

スイッチ機構及び電源投入方法

　本発明は、各種電気／電子回路等に設けられるスイッチ機構及び電源投入方法に関するものである。

　従来、固定側の端子（以下、「接触端子」と呼ぶ）と可動側の接触片（以下、「可動接片」と呼ぶ）との接触と離隔により、通電状態と遮断状態とを切換えるスイッチが存在する。これは所謂接触式のスイッチであって一般に外部にスイッチを切り替える為の機構が露出している。

　しかしながら、このような所謂接触式のスイッチは、大きな振動等によって勝手にオン／オフしてしまう等の不具合が発生することがある。またスイッチを作動させる部位が外部に露出していると、意図しない接触等によってスイッチが開閉することがある。スイッチの接点の耐候性によっては、漏水、浸水、腐食等が原因で接触不良や意図しない導通を引き起こしてしまうという問題もある。
　そこで、非接触スイッチとしてリードスイッチを用いることが検討されているが、リードスイッチは磁力によりオンオフし、磁石が近づけられることで動作するものである。そのためリードスイッチでは、何等かの外部磁界の影響を受けて意図せずにスイッチがオン／オフされてしまうことがあるので、リードスイッチを具える端末が誤動作してしまう虞があるという問題がある。

　本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、簡易な構造によって、外部に機構が露出することなく配設可能で且つ外部磁界による非接触操作によって電源供給先装置を駆動させながらも、誤動作の発生を確実に防止する手段を提供することを目的とする。

　本発明のスイッチ機構は、外部磁界によって第一接点部材及び第二接点部材同士を接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第一の操作及び上記外部磁界によって少なくとも一回以上接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第二の操作を受け付ける磁気スイッチと、上記磁気スイッチに対する操作に応じて動作する制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記磁気センサに対する上記第二の操作を受け付けた時、対象となる電源供給先装置を駆動させることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記磁気スイッチが前記第一の操作を受け付けた時、前記制御手段及び電源部の間の電路を閉じ、前記制御手段は、上記電源部からの給電により起動することを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記第一の操作の外部磁界が、永久磁石及び／又は電磁石によるものであることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記制御手段が論理回路を含んで構成されることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記制御手段が前記論理回路を具える演算装置を有することを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記制御手段が電気回路を有することを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記制御手段が真空管、リレー、トランジスタ及び／又はＦＥＴを一つ以上有することを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記第二の操作の外部磁界が永久磁石及び／又は電磁石によるものであることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記第二の操作の外部磁界が、時間的及び／又は空間的に変化するものであることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記第二の操作の外部磁界が、時間的及び／又は空間的に変化する信号を成すものであることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記制御手段が、予め信号コードを記憶し、前記第二の操作の外部磁界による時間的及び／又は空間的に変化する信号が、上記信号コードと一致するか否かを判断する信号判断部を有することを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記信号判断部における判断が、前記信号コードと前記信号とが一致する場合、前記電源供給先装置を駆動させる又は駆動させ得ることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、スイッチング素子を具える制御手段と、該スイッチング素子の制御入力端に接続された、物理現象の変化を検知するスイッチとを具え、スイッチは、周囲の物理現象の変化の検知によって動作し、上記制御手段は、上記スイッチの動作に伴って、上記制御入力端に電圧を印加されることで起動し得ることを特徴とする。

　本発明のスイッチ機構は、前記スイッチが磁力、光、熱、音、風及び／又は振動を検知し得ることを特徴とする。

　本発明の電源投入方法は、所定の物理現象が発生した時、スイッチ部が制御手段を起動させる起動工程と、更に物理現象の発生による上記スイッチ部に対する入力をコードとして取得する取得工程と、予め設定された信号コードと上記取得工程で取得した上記コードとが一致するか否かを上記制御手段によって判断する判断工程と、上記コードが上記信号コードと一致している時、上記制御手段が電源供給先装置への給電を制御する給電工程と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、簡易な構造によって、外部に機構が露出することなく配設可能で且つ外部磁界による磁気スイッチの操作によって電源供給先装置を駆動させながらも、誤動作の発生を確実に防止することができる。

本実施形態に係るスイッチ機構を有する処理端末を示すブロック図である。電源投入に伴う制御処理を示すフローチャートである。

　以下に本発明のスイッチ機構としての処理端末の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る処理端末１のシステム構成例を示すブロック図である。処理端末１は、磁気スイッチ２、制御手段４、電気／電子制御スイッチ５、電源部６、電源供給先装置１０等を具える。本発明のスイッチ機構は、磁気スイッチ２、制御手段４、電気／電子制御スイッチ５等によって構成される。

　磁気スイッチ２は、磁界の印加に応じて作動し、制御手段４と電源部６との間の電路の開閉を行う。このような磁気スイッチ２としては、外部磁界によって作動するものであればよい。具体的には、磁性を有する第一の接点部材及び第二の接点部材同士の接触又は非接触の二つの状態の何れかに遷移するものであればよい。これら第一の接点部材と第二の接点部材は、外部からの入力等による誤動作を防ぐ為、保護筐体に内装するのが好ましいが、これに限定されない。保護筐体を用いる場合、それは例えば密閉ガラス容器を採用することも可能であるが、必ずしも密閉されたガラス管を用いる必要はなく、ガラス管以外の素材、例えば石英、セラミックス、樹脂、金属等からなる容器を用いてもよく、容器が無く二つの接触部材のみからなるものであってもよい。

　第一接点部材及び第二接点部材の保護筐体に金属容器を使用する場合、その金属は非磁性、強磁性、反磁性の何れであってもよい。強磁性とする場合には外部磁界の印加によって金属の容器に生じる残留磁気が磁気スイッチ２に悪影響を及ぼさないよう十分な距離を設定する等、対策が必要である。

　磁気スイッチ２の二つの接点部材（第一の接点部材と第二の接点部材）は、双方が磁界の印加によって変位して接触又は非接触の状態に遷移するものであってもよく、或いは一方が固定され、磁界の印加によって他方のみが変位して接触又は非接触の状態に遷移するものであってもよい。
　又、磁気スイッチ２は、磁界の印加前に接点部材同士が接触状態で、磁界の印加によって接点部材同士が離間して非接触状態に遷移するものであってもよい。または磁気スイッチ２は、磁界の印加前に接点部材同士が非接触状態で、磁界の印加によって接点部材同士が接触状態に遷移するものであってもよい。

　制御手段４は、制御手段４と電源部６との間の電路の開閉制御や、磁気スイッチ２に対するオン及びオフのタイミングに基づく電源供給先装置１０のシステム系への給電判断等を行う。その為制御手段４は、マイクロコントローラ及び／又はマイクロコンピュータ及び／又はマイクロプロセッサ等の演算装置を具え、演算装置に論理演算させることができる。更に制御手段４は、給電判断に用いる信号コードを予め記憶しておく為のメモリ等を有することが出来る。

　又、制御手段４は、真空管、ＦＥＴ、リレー、トランジスタ、その他電子制御スイッチ等のスイッチング素子を含んで構成することができる。制御手段４は、当該スイッチング素子によって制御手段４と電源部６との間の通電状態を維持してもよい。

　制御手段４のスイッチング素子は、その制御入力端が直接的又は間接的に磁気スイッチ２に接続されていてもよい。尚、制御入力端とは、ＦＥＴにおけるゲート、トランジスタにおけるベース、真空管におけるグリッド等に相当する部位である。

　磁気スイッチ２と制御入力端とを接続した場合、磁気スイッチ２が動作（第一の接点部材及び第二の接点部材が互いに接触）した時、スイッチング素子の制御入力端に電圧を印加して通電可能となり、制御手段４と電源部６との間の電路を接続することができる。

　尚、制御手段４は、電気回路によっても構成し得る。即ち、電源制御を物理的な素子や配線を組み合わせた電気回路によって実現してもよい。
　又、制御手段４は、複数のスイッチング素子、例えば二つのＦＥＴを有することができる。例えば第一のＦＥＴは、磁気スイッチ２が閉じた時に合わせて制御手段４にのみ給電がなされるように制御手段４と電源部６との間の電路を閉状態にする。また第二のＦＥＴは、起動した後の制御手段４への給電の為の電路を閉状態にする。即ち、第二のＦＥＴは、磁気スイッチ２が開いた後でも安定的な給電を実現する為に、制御手段４と電源部６の間の電路を閉状態にする。換言すれば、制御手段４が電源部６と電気的に接続された後、磁気スイッチ２の開閉に関わらず、電源部６からの給電を受け続けることが可能となる。

　電気／電子制御スイッチ５は、電気制御及び／又は電子制御によって動作するスイッチ（リレー回路、半導体スイッチ等）であって、電源部６と電源供給先装置１０との間の電路等の開閉を行う。
　電源部６は、外部電源や、電池（一次電池、二次電池等）等で構成される電源装置であって処理端末１の各部に電力供給を行う。

　ここで電源供給先装置１０は、処理端末１の演算の為のシステム等のメインシステムを有するもの。即ち、処理端末１を動作させる為のハードウェアとして、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリ、ストレージ、通信Ｉ／Ｆ、バス等を有するものである。尚、電源供給先装置１０は、勿論上記のものに限定されず、電気回線、電子回路の他、電気駆動する各種デバイスを対象としてもよい。

　尚、ＣＰＵは、システム全体を制御して演算を実行する。メモリは、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置などで構成することが出来る。

　ストレージは、例えば、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）やＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）などの不揮発性記憶装置などで構成することが出来る。ストレージには、ＣＰＵによる制御プログラムやその他のプログラム、ＣＰＵによる処理結果等のデータが記憶される。

　通信Ｉ／Ｆは、ネットワークに接続する為のインターフェースである。バスは、ＣＰＵ、記憶部、通信Ｉ／Ｆ等を接続し、情報のやり取りを可能にする。又、電源供給先装置１０は、上記構成以外に入出力Ｉ／Ｆ等を有することもできる。

　上記処理端末１に用いる本発明のスイッチ機構は、外部磁界によって第一接点部材及び第二接点部材同士を接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移させる第一の操作及び上記外部磁界によって少なくとも一回以上接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移させる第二の操作を受け付ける磁気スイッチ２と、上記磁気スイッチ２に対する操作に応じた動作を行う制御手段４と、を有し、磁気スイッチ２が第一の操作を受け付けた時、制御手段４が起動し、制御手段４は、磁気スイッチ２が第二の操作を受け付けた時に電源供給先装置１０を駆動させるものである。

　図２は電源投入に伴う制御処理を示すフローチャートである。ここでは処理端末１に電源を投入する第一の操作による電源投入手段として外部磁界の印加による電源投入を行う。第一の操作による電源投入に用いる外部磁界は、永久磁石及び／又は電磁石によるものがあり得る。即ち、永久磁石及び／又は電磁石を具えた電源投入手段を処理端末１の所定部位（磁気スイッチ２の近傍等）に近接させて処理端末１の電源投入を行う。又、第一の操作及び第二の操作は、同一の電源投入手段によって行ってもよいが、ここでは異なる電源投入手段によって行う。

　第二の操作には、外部磁界が時間的及び／又は空間的に変化する第二の操作用電源投入手段を用いる。例えば磁気スイッチ２に対して外部磁界を印加した状態と、外部磁界の印加を停止した状態とを交互に切り替え得るものである。このような第二の操作用電源投入手段によって処理端末１に対して電源を投入させる信号の伝送を行う。この時の信号は、所定のパターンを有する信号であり、この信号のパターンが予め定められた信号コードに相当するものである時、処理端末１全体の電源投入が成される。
　勿論、上記第一の操作においても、外部磁界が時間的及び／又は空間的に変化する電源投入手段を用いたものであってもよい。この場合も磁気スイッチ２に対して外部磁界を印加した状態と、外部磁界の印加を停止した状態とを交互に切り替え得ることで信号の伝送を行うが、伝送される信号は、第二の操作による信号パターンとは異なるパターンとすることが好ましい。

　処理端末１の使用者は、電源投入手段を処理端末１の磁気スイッチ２に近接させる。これにより外部磁界が印加されて磁気スイッチ２がオンとなり（ステップＳ１）、制御手段４に電源部６から給電がなされて制御手段４が起動する（ステップＳ２）。即ち、制御手段４のＦＥＴ、リレー、トランジスタ又はその他電子制御スイッチ等によって制御手段４と電源部６との間の電路を閉状態とし、電源部６から制御手段４にのみ電源が供給され、制御手段４が動作可能となる。

　制御手段６は、自身の電源ＯＮ状態を固定する（ステップＳ３）。即ち、制御手段６は、上記第二のＦＥＴ等によって電源部６との間の電路を閉じる。これによって電源投入に伴う制御処理中に磁気スイッチ２がオフになっても制御手段４の起動状態が維持される。

　制御手段４は、起動してから磁気スイッチ２を監視することで、外部磁界の状態（磁界状態という）を読み（ステップＳ４）、磁力がオフになったか否かを判断する（ステップＳ５）。

　尚、使用者は電源投入手段を磁気スイッチ２に近接させて離した後、第二の電源投入手段を磁気スイッチ２に近接させる。処理端末１は、最初の電源投入手段を近接させたことをステップＳ１で認識し、近接を認識した電源投入手段が離れたか否かをステップＳ５で判断する。

　従って、電源投入手段が近接している時、制御手段４は、磁力がオンであると判断し（ステップＳ５、Ｎｏ）、再度ステップＳ４～Ｓ５の処理を行って磁界状態を読んで磁力がオフとなったか否かの判断を行う。

　又、電源投入手段が離れた時、制御手段４は、磁力がオフ（ステップＳ５、Ｙｅｓ）であると判断し、磁気スイッチ２を介したコードの受信を開始する（ステップＳ６）。即ち、作業者によって第二の電源投入手段が磁気スイッチ２に近接することで、外部磁界の印加とその停止を交互に切り替えることによる信号が制御手段４に伝送される。従って制御手段４は、磁気スイッチ２を介して伝送されてきた信号を受信する（ステップＳ７）。

　制御手段４は、受信した信号に基づくコードを認識し、当該コードと、メモリに記憶している信号コードとの一致の有無を判断する（ステップＳ８）。この時、制御手段６は、コードと信号コードとが一致しているか否かを判断する為の信号判断部として機能する。

　制御手段４は、信号と信号コードが不一致であると判断した時（ステップＳ８、Ｎｏ）、制御手段４に供給されている電力を遮断して（ステップＳ９）、電源投入処理を終了する。
　一方で、制御手段４は、受信したコードと信号コードとが一致していると判断した時（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、電源供給先装置１０に給電がなされるよう制御を行う。即ち、制御手段４は、電気／電子制御スイッチ５を閉じて電源部６から電源供給先装置１０に電力を供給させる。
　これによって処理端末１は、電源供給先装置１０を含んだ端末各部に電力が供給されて正常起動し（ステップＳ１０）、電源供給先装置１０（システム）が駆動する又は駆動し得る状態となる。これによって電源投入処理が終了して通常の制御処理による各種処理が実行可能となる。

　以上説明したように、磁気スイッチを操作することで処理端末の電源投入を行うことができ、第一の操作と、第二の操作との併用によって磁気スイッチの周囲に発生した意図しない外部磁界によってスイッチ機構が電源供給先装置に誤って電源供給してしまう等の誤動作を防止することができる。即ち、第二の操作では予め定められた信号コードに相当する信号を送ることを要するところ、信号コード自体を細かいパターンや固有パターンにする等によって意図しない外部磁界の影響による誤動作の発生を防止することができる。
　又、外部にスイッチ機構の一部又は全部を露出させることなく配設可能なので、振動や外部からの接触等での誤動作の発生を確実に防止することができる。更に風雨、太陽光、温度変化による劣化や変質の影響を受けないよう、耐候性や耐久性等を向上させることができる。

　尚、上記実施形態における、スイッチ機構は、外部磁界を利用した第一の操作及び第二の操作を磁気スイッチによって受け付けるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、磁気以外の物理現象によって第一の操作又は第二の操作が可能な構成であってもよい。磁気以外の物理現象としては、例えば光、熱、音、風、振動等があり得、物理現象を適切に検知し得るように磁気スイッチ以外のスイッチ部を用いるものとする。即ち、光を用いる場合には光のＯＮ／ＯＦＦのパターンを信号として受信し得る受光素子を具えた受信スイッチ、熱を用いる場合には例えば温度の上昇と下降のパターンを信号として検知し得るバイメタルや形状記憶合金等をはじめとする温度検知スイッチ、音を用いる場合には発音の有無のパターンを信号として受信し得るトランデューサやマイク等をはじめとする音スイッチ（又は音センサ）、風を用いる場合には空気の流れを検知し風速の変化によってＯＮ／ＯＦＦを検知し得る風速スイッチ、振動を用いる場合には振動を感知して振動の有無や変化等によってＯＮ／ＯＦＦする振動感知スイッチ等を用いることができる。
　熱を用いる場合にはゼーベック効果を利用し、電力を得ることができ、その電力で制御手段を起動させることもできる。

　尚、電源部６と制御手段４との間の電路の開閉は、電源供給先装置等の外部からの指示信号によって制御することも可能であって、制御手段４に供給される電力を遮断することで本発明のスイッチ機構に係る電力消費を最小にすることができる。

　１…処理端末、２…磁気スイッチ、４…制御手段、５…電気／電子制御スイッチ、６…電源部、１０…電源供給先装置。

Claims

　外部磁界によって第一接点部材及び第二接点部材同士を接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第一の操作及び上記外部磁界によって少なくとも一回以上接触状態から非接触状態、或いは非接触状態から接触状態へと遷移し得る第二の操作を受け付ける磁気スイッチと、
　上記磁気スイッチに対する操作に応じて動作する制御手段と、を有し、
　上記制御手段は、上記磁気センサに対する上記第二の操作を受け付けた時、電源供給先装置を駆動させることを特徴とするスイッチ機構。
　前記磁気スイッチは、前記第一の操作を受け付けた時、前記制御手段及び電源部の間の電路を閉じ、
　前記制御手段は、上記電源部からの給電により起動することを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記第一の操作の外部磁界が、永久磁石及び／又は電磁石によるものであることを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、論理回路を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、前記論理回路を具える演算装置を有することを特徴とする請求項４記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、電気回路を有することを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、真空管、リレー、トランジスタ及び／又はＦＥＴを一つ以上有することを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記第二の操作の外部磁界が、永久磁石及び／又は電磁石によるものであることを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記第二の操作の外部磁界が、時間的及び／又は空間的に変化するものであることを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記第二の操作の外部磁界が、時間的及び／又は空間的に変化する信号を成すものであることを特徴とする請求項１記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、予め信号コードを記憶し、前記第二の操作の外部磁界による時間的及び／又は空間的に変化する信号が、上記信号コードと一致するか否かを判断する信号判断部を有することを特徴とする請求項１０記載のスイッチ機構。
　前記信号判断部における判断が、前記信号コードと前記信号とが一致する場合、前記電源供給先装置を駆動させる又は駆動させ得ることを特徴とする請求項１１記載のスイッチ機構。
　スイッチング素子を具える制御手段と、該スイッチング素子の制御入力端に接続された、物理現象の変化を検知するスイッチとを具え、
　上記スイッチは、周囲の物理現象の変化の検知によって動作し、
　上記制御手段は、上記スイッチの動作に伴って、上記制御入力端に電圧を印加されることで起動し得ることを特徴とするスイッチ機構。
　前記スイッチは、磁力、光、熱、音、風及び／又は振動を検知し得ることを特徴とする請求項１３記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、論理回路を含んで構成されることを特徴とする請求項１３記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、前記論理回路を具える演算装置を有することを特徴とする請求項１５記載のスイッチ機構。
　前記制御手段は、電気回路を有することを特徴とする請求項１３記載のスイッチ機構。
　所定の物理現象が発生した時、スイッチ部が制御手段を起動させる起動工程と、
　更に物理現象の発生による上記スイッチ部に対する入力をコードとして取得する取得工程と、
　予め設定された信号コードと上記取得工程で取得した上記コードとが一致するか否かを上記制御手段によって判断する判断工程と、
　上記コードが上記信号コードと一致している時、上記制御手段が電源供給先装置への給電を制御する給電工程と、を有することを特徴とする電源投入方法。