JP2008270128A - 電子式スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電流消費を抑制しつつ、動作表示灯９がオープン故障しても正常な出力が得られるようにする。
【解決手段】出力トランジスタ１０をオンオフ制御する電流経路に、動作表示灯９を設けて、電流経路の電流を、動作表示灯９の駆動に兼用するとともに、動作表示灯９に並列にバイパス回路として定電圧ダイオード１８を接続し、動作表示灯９がオープン故障して電流が流れないときには、定電圧ダイオード１８を介して出力トランジスタ１０に電流を流すようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体の検出等の用途に用いられる近接スイッチや光電スイッチなどの電子式スイッチに関する。

かかる電子式スイッチは、磁界、電界、光などを用いて物体の位置や物体の有無を非接触にて検出するものであり、例えば、加工機、組立て機、搬送装置などの産業用設備に設置されて使用されている。

一般的に、電子式スイッチは、小型化を図るために、専用の集積回路を備えており、かかる集積回路においては、発熱による回路の誤動作および回路の破壊を防ぐために、消費電力が制限されている。

また、電子式スイッチの集積回路には、動作状態を目視確認できるように、物体の検出が行なわれたときに、それを点灯表示する動作表示灯が接続されており、制限された消費電力において、動作表示灯の駆動専用の電力を確保すると、その分だけ、集積回路内の他の回路で消費できる電力が少なくなってしまう。

そこで、本件出願人は、特許文献１において、動作状態を表示する動作表示灯を、検出結果を出力する出力トランジスタのオンオフを制御する電力を用いて駆動する構成を提案した。
特許第３４５１３４６号公報

上記特許文献１では、出力トランジスタの電流経路内に、動作表示灯を設けているために、次のような課題がある。

一般に、動作表示灯としては、少ない電流消費で、十分な輝度が得られる発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられるが、かかる発光ダイオードは、黒色樹脂に比べて、熱膨張係数が大きな透明樹脂によってモールドされており、このため、高温の使用環境では、黒色樹脂によってモールドされている他の回路素子に比べて、熱ストレスによる機械的寿命が短くなり、例えば、接合部が剥がれたり、ボンディングワイヤが断線してオープン故障する場合がある。

かかるオープン故障が生じると、同一の電流経路に設けられている出力トランジスタに対して、該出力トランジスタのオンオフを制御するための電流を流すことができず、出力不良となってしまい、かかる出力に基づいて稼動される設備を停止せざるを得ない場合があるといった難点がある。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、動作表示灯がオープン故障しても正常な出力が得られるようにした電子式スイッチを提供することを目的とする。

（１）本発明の電子式スイッチは、検出対象物の検出結果に応じたオンオフ出力を与える出力部と、該出力部の出力状態を表示する表示部とを備え、前記出力部をオンオフ制御する電流経路に、前記表示部を設けて、前記電流経路の電流を、前記表示部の駆動に兼用する電子式スイッチであって、前記表示部に並列にバイパス回路を設け、前記電流経路の電流が、前記表示部を流れないときに、前記バイパス回路を介して前記出力部に電流を流すものである。

当該電子式スイッチの消費電流は、例えば、数十ｍＡ以下であるのが好ましく、より好ましくは、３０ｍＡ程度以下である。

また、表示部の消費電流は、例えば、数ｍＡ以下以下であるのが好ましい。

本発明の電子式スイッチによると、出力部のオンオフ制御と表示部の駆動とを同じ電流経路の電流によって行うので、消費電流を低減することができる。

しかも、表示部に並列にバイパス回路を設けているので、表示部がオープン故障して電流が流れなくなっても、バイパス回路を介して出力部に電流を流してオンオフ制御を行なうことが可能となり、出力不良となることがない。

(２)本発明の電子式スイッチの一つの実施形態では、前記出力部がトランジスタで構成される一方、前記表示部が発光ダイオードで構成される。

この実施形態によると、発光ダイオードを用いるので、少ない消費電流で十分な輝度を得ることができる。

(３)上記（２）の実施形態では、前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに逆極性並列に接続される定電圧ダイオードで構成される。

この実施形態によると、発光ダイオードが正常であるときには、定電圧ダイオードに電流が流れないので、無駄な電流を消費することがなく、また、発光ダイオードがオープン故障して電流が流れなくなったときには、定電圧ダイオードを介して出力部に電流を流してオンオフ制御を行なうことが可能となり、出力不良となることがない。

(４)上記（２）の実施形態では、前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに同極性並列に接続される複数のダイオードの直列回路で構成されている。

この実施形態によると、発光ダイオードが正常であるときには、複数のダイオードの直列回路に電流が流れないので、無駄な電流を消費することがなく、また、発光ダイオードがオープン故障して電流が流れなくなったときには、複数のダイオードの直列回路を介して出力部に電流を流してオンオフ制御を行なうことが可能となり、出力不良となることがない。

(５)上記（２）の実施形態では、前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに並列に接続される抵抗で構成される。

この実施形態によると、発光ダイオードがオープン故障して電流が流れなくなったときには、抵抗を介して出力部に電流を流してオンオフ制御を行なうことが可能となり、出力不良となることがない。

(６)本発明の電子式スイッチの他の実施形態では、前記出力部のオンオフ制御を行うとともに、前記表示部の表示制御を行う集積回路を備えている。

この実施形態によると、消費電力が制限される集積回路において、その消費電流の抑制に有効である。

（７）本発明の電子式スイッチの更に他の実施形態では、前記検出対象物の検出領域内に磁界を発生させるものである。

この実施形態によると、誘導形の近接スイッチとして好適である。

本発明によれば、出力部のオンオフ制御と表示部の駆動とを同じ電流経路の電流によって行うので、消費電流を低減することができる。しかも、表示部に並列にバイパス回路を設けているので、表示部がオープン故障して電流が流れなくなっても、バイパス回路を介して出力部に電流を流してオンオフ制御を行なうことが可能となり、出力不良となることがない。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る電子式スイッチとしての近接スイッチのブロック図である。

この実施形態の近接スイッチ１は、検出コイルからなる検出素子２と、この検出素子２に接続された発振回路からなる検出回路部３と、発振信号を検波して積分する積分回路部４と、この積分回路部４の出力に基づいて、検出対象物体の有無を弁別する弁別回路部５と、弁別結果に基づいて、出力を制御する出力制御回路部６と、各回路部３〜６に電源を供給する電源回路部７とを備えており、これら回路部３〜７は、集積回路（ＩＣ）８で構成される。

この集積回路８には、外付け部品として、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる動作表示灯９と、出力トランジスタ１０とが接続される。

すなわち、近接スイッチ１の電源端子Ｔ１と集積回路８の電源端子Ｔ４との電源ラインに、動作表示灯９のアノードが接続されるとともに、動作表示灯９のカソードが集積回路８の接続端子Ｔ５に接続される。この動作表示灯９に並列に、後述の定電圧ダイオード１８を逆極性で接続しており、この定電圧ダイオード１８は、動作表示灯９の電圧降下よりも大きいツェナー電圧となっている。

また、近接スイッチ１の出力端子Ｔ２に、出力トランジスタ１０のコレクタが接続されるとともに、出力トランジスタ１０のベースが、集積回路８の出力端子Ｔ６に接続され、出力トランジスタ１０のエミッタが、近接スイッチ１の電源端子Ｔ３と集積回路８の電源端子Ｔ７との間のグランドラインに接続される。

集積回路８の接続端子Ｔ５および出力端子Ｔ６は、内部の出力制御回路部６に接続されている。

図２は、図１の出力トランジスタ１０、動作表示灯９および出力制御回路部６の要部を示す路図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

出力制御回路部６は、弁別回路５から検出状態に応じた検出出力Ｓがベースに与えられるトランジスタ１２と、定電流回路１１とを備えており、トランジスタ１２のコレクタが接続端子Ｔ５に接続される一方、エミッタが定電流回路１１に接続され、この定電流回路１１が、出力端子Ｔ６に接続される。

この実施形態では、検出対象物体が検出されると、弁別回路部５から出力制御回路部６のトランジスタ１２のベースに、ハイレベルの検出出力Ｓが与えられてトランジスタ１２がオンし、これによって、定電流回路１１を介して、動作表示灯９に定電流Ｉが流れて動作表示灯９が点灯するとともに、出力トランジスタ１０のベースに定電流Ｉが流れて出力トランジスタ１０がオンする。

また、検出対象物体が検出されていない状態では、弁別回路部５から出力制御回路部６のトランジスタ１２のベースに、ローレベルの検出出力Ｓが与えられてトランジスタ１２がオフし、動作表示灯９に電流が流れず、動作表示灯９が非点灯の状態になるとともに、出力トランジスタ１０のベースに電流が流れず、出力トランジスタ１０がオフする。

このように、出力トランジスタ１０のオンオフを制御する電流経路に、動作表示灯９を設けているので、動作表示灯９の駆動専用の電力を確保する必要がなく、その分電流消費を低減することができる。

動作表示灯９は、５ｍＡ程度の少ない消費電流で高い輝度が得られるので、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いているが、このＬＥＤは、高温の使用環境では、黒色樹脂によってモールドされている他の回路素子に比べて、熱ストレスによる機械的寿命が短くなり、オープン故障する場合がある。

そこで、この実施形態では、上述のように、動作表示灯９に並列にバイパス回路を構成する定電圧ダイオード１８を逆極性で接続している。

このように動作表示灯９に並列に定電圧ダイオード１８を設けているので、動作表示灯がオープン故障した場合に、検出対象物体が検出されて、出力回路制御部６のトランジスタ１２がオンしたときには、定電圧ダイオード１８の両端電圧がツェナー電圧以上となって定電圧ダイオード１８が導通し、これによって、出力トランジスタ１０のベースに電流が流れて、出力トランジスタ１０がオンすることになり、正常な出力が得られることになる。

したがって、この実施形態によれば、従来のように、動作表示灯９がオープ故障した場合に、出力トランジスタの出力が不良となって、設備を停止させざるを得ないといったこともない。

また、動作表示灯９が正常に動作しているときには、定電圧ダイオード１８には、電流が流れず、無駄な電流消費がない。

（実施形態２）
図３は、本発明の他の実施形態の図２に対応する要部の回路図である。

この実施形態では、バイパス回路を、定電圧ダイオード１８に代えて、動作表示灯９の電圧降下よりも大きな電圧特性を有する２個のダイオード１９，２０の直列回路としている。

この実施形態においても、動作表示灯９がオープン故障した場合に、検出対象物体が検出されたときには、ダイオード１９，２０が導通し、これによって、出力トランジスタ１０のベースに電流が流れて、出力トランジスタ１０がオンすることになり、正常な出力が得られることになる。

また、動作表示灯９が正常に動作しているときには、ダイオード１９，２０には、電流が流れず、無駄な電流消費がない。

（実施形態３）
図４は、本発明の更に他の実施形態の要部の回路図である。

この実施形態では、バイパス回路を、抵抗２１によって構成している。

この実施形態においても、動作表示灯９がオープン故障して電流が、動作表示灯９を流れなくなっても、抵抗２１を介して出力トランジスタ１０のベースに駆動電流を流すことができる。

（その他の実施形態）
本発明の他の実施形態として、図５〜図７に示すように、動作表示灯９およびバイパス回路を、集積回路８の出力端子Ｔ６と出力トランジスタ１０との間に設けてもよい。

また、上述の各実施形態では、ＮＰＮ型のトランジスタを用いた例を示したけれども、本発明の他の実施形態として、ＰＮＰ型のトランジスタを用いてもよい。

上述の実施形態では、近接スイッチに適用して説明したけれども、本発明の他の実施形態として、光電スイッチに適用してもよい。

本発明は、近接スイッチや光電スイッチなどに有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る近接スイッチの構成を示すブロック図である。 図１の要部の回路図である。 本発明の他の実施形態の図２に対応するブロック図である。 本発明の更に他の実施形態の図２に対応するブロック図である。 本発明の他の実施形態の図１に対応する構成図である。 本発明の他の実施形態の図５に対応する構成図である。 本発明の更に他の実施形態の図５に対応する構成図である。

符号の説明

１ 近接スイッチ
９ 動作表示灯
１０ 出力トランジスタ
１８ 定電圧ダイオード
１９，２０ ダイオード
２１ 抵抗

Claims (7)

1. 検出対象物の検出結果に応じたオンオフ出力を与える出力部と、該出力部の出力状態を表示する表示部とを備え、前記出力部をオンオフ制御する電流経路に、前記表示部を設けて、前記電流経路の電流を、前記表示部の駆動に兼用する電子式スイッチであって、
   前記表示部に並列にバイパス回路を設け、前記電流経路の電流が、前記表示部を流れないときに、前記バイパス回路を介して前記出力部に電流を流すことを特徴とする電子式スイッチ。
2. 前記出力部がトランジスタで構成される一方、前記表示部が発光ダイオードで構成される請求項１に記載の電子式スイッチ。
3. 前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに逆極性並列に接続される定電圧ダイオードで構成される請求項２に記載の電子式スイッチ。
4. 前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに同極性並列に接続される複数のダイオードの直列回路で構成される請求項２に記載の電子式スイッチ。
5. 前記バイパス回路が、前記発光ダイオードに並列に接続される抵抗で構成される請求項２に記載の電子式スイッチ。
6. 前記出力部のオンオフ制御を行うとともに、前記表示部の表示制御を行う集積回路を備える請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電子式スイッチ。
7. 前記検出対象物の検出領域内に磁界を発生させる請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電子式スイッチ。

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