JP7000869B2 - 無線スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、操作者の操作や部材の当接等に応じて操作されるスイッチの操作に関する信号を無線で送信する無線スイッチに関する。

可動部材の動きにより発電する直流発電機と、この直流発電機の発電電力により動作する無線送信機と、を備えることによって、電池等の電源を不要とした動作情報無線送信装置が特許文献１に示されている。

特開２００６－２３７９１１号公報

例えば各種製造現場では、製品の多品種少量化や段取り替えの増加に伴い、より自由で柔軟な生産体制が求められている。このような製造現場において、用いられる各種スイッチに無線スイッチを用いることで、レイアウトの自由度の高い製造ラインが構築できる、スイッチの増設が容易である、スイッチを可動部への取り付けることができる、といった利点がある。

このような無線スイッチは、例えば床に落下したときのように不測の衝撃が加わると、その衝撃により、スイッチの通常の操作時と同様の動作（トリガアクション）が発生し、意図せぬ無線信号が発信されてしまうことがある。つまり、実際にはスイッチの操作部を操作していないにもかかわらず、設備が誤動作する虞がある。

そこで、本発明の目的は、衝撃による無線信号の誤発信を防止した無線スイッチを提供することにある。

本開示の一例としての無線スイッチは、
可動部と、この可動部の変位に伴って発電する発電部と、この発電部による発電に基づいて、信号を無線送信する無線送信部以外に、衝撃を検知して検知信号を出力する衝撃検知部と、この検知信号によって無線送信部の無線送信を無効化する無線送信制御部と、を備える。

この構成によれば、この無線スイッチを例えば誤って床等に落下させてしまった場合でも、衝撃の検知によって検知信号が出力され、この検知信号によって無線送信が無効化される。

また、本開示の一例では、衝撃検知部は、可動部の変位方向の加速度を検知するセンサを備える。

この構成では、衝撃による加速度のうち、無線スイッチが誤動作する方向の成分が検知されるので、無線送信を無効化する実質的な閾値を高精度に定めることができる。

また、本開示の一例では、無線送信制御部は、上記検知信号によって発電部から無線送信部への電圧供給を遮断する電圧供給制御回路である。

この構成によれば、無線送信部の構成が複雑化せず、無線送信部の動作が強制的に抑制される。

また、本開示の一例では、上記衝撃検知部は発電部の発電電圧で動作し、電圧供給制御回路は、発電部から無線送信部へ電圧を供給する電圧供給ラインと、電圧供給ラインに対してシャントに接続されて、導通により、無線送信部への電圧供給を遮断するスイッチ素子と、を含む。そして、スイッチ素子は検知信号を受けて導通する。

この構成によれば、少ない回路素子数で電圧供給制御回路が構成され、低コスト化される。

また、本開示の一例では、上記無線送信部は、発電部からの電圧を受け、無線送信制御部は、検知信号を受けて無線送信部の動作を無効にする。

この構成によれば、衝撃が強くて、発電部から無線送信部へ供給される電圧が高くなっても、無線送信が確実に停止される。

また、本開示の一例としての無線スイッチは、
可動部と、この可動部の変位に伴って発電する発電部と、衝撃を検知する衝撃検知部と、この発電部による発電および衝撃検知部による衝撃の検知に応じた信号を無線送信する無線送信部と、この無線送信部から無線送信された信号を受信し、当該信号が衝撃の検知による信号であるとき、無線送信された信号の受信に基づく制御を無効化する無線受信制御部と、を備える。

この構成によれば、この無線スイッチを例えば誤って床等に落下させてしまった場合でも、無線信号の受信に基づく制御が無効化される。

本発明によれば、衝撃による無線信号の誤発信を防止した無線スイッチが得られる。

図１は本発明の実施形態に係る無線スイッチ１０１の外観を示す図である。 図２は無線スイッチ１０１の構成を示すブロック図である。 図３は本実施形態の無線スイッチ１０１の回路構成を示す図である。 図４は、本実施形態の無線スイッチ１０１の、より具体的な回路構成を示す図である。 図５は、無線スイッチ１０１の発電部の発電電圧と無線送信部２の消費電流の波形図である。 図６は、無線スイッチ１０１が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。 図７は、図２に示した無線スイッチとは別の無線スイッチ１０２の構成を示すブロック図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）はそれぞれ無線スイッチ１０２の回路構成の例を示す図である。 図９は無線スイッチ１０２が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。 図１０は無線スイッチ１０３の構成を示すブロック図である。 図１１は、無線スイッチ１０３が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。 図１２は無線スイッチ１０３の無線送信部の動作内容を示すフローチャートである。 図１３は無線スイッチ１０３の無線受信部の動作内容を示すフローチャートである。 図１４は、無線スイッチ１０３が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。 図１５は、図１０に示した無線受信部の動作内容を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、幾つかの図を参照して説明する。

・適用例
先ず、図１を参照しながら、本発明が適用される一例について説明する。図１は本発明の実施形態に係る無線スイッチ１０１の外観を示す図である。

本実施形態に係る無線スイッチ１０１は、筐体と、この筐体に可動自在に保持された押しボタン状の操作部１０を備える。この操作部１０をＺ軸方向に沿って押下することでスイッチ操作がなされる。この操作部１０は本発明に係る「可動部」の一例である。

この無線スイッチ１０１は、操作部の操作に伴って発電する発電部と、この発電部による発電に基づいて、信号を無線送信する無線送信部と、衝撃を検知して検知信号を出力する衝撃検知部と、この検知信号によって無線送信部の無線送信を無効化する無線送信制御部と、を備える。

この無線スイッチ１０１を例えば誤って床等に落下させてしまった場合、その衝撃によって発電部で発電される場合がある。しかし、衝撃検知部から出力される検知信号によって誤った無線送信は無効化される。

・構成例
図２は無線スイッチ１０１の構成を示すブロック図である。無線スイッチ１０１は、操作部１０と、操作部１０の操作に伴って発電する発電部１と、発電部１による発電に基づいて、信号を無線送信する無線送信部２と、衝撃を検知して検知信号を出力する衝撃検知部４と、検知信号によって無線送信部２の無線送信を無効化する無線送信制御部３と、を備える。

通常は、操作部１０の操作によって、発電部１で発電された電力（電圧）が無線送信部２に供給されて、無線送信部２から無線信号が送信される。

この無線スイッチ１０１に衝撃が加わることで、操作部１０が押下された場合と同様の発電が発電部でなされる場合でも、衝撃検知部４がその衝撃を検知すれば、検知信号を出力する。無線送信制御部３は上記検知信号があると、無線送信部２の動作を無効化する。

図３は本実施形態の無線スイッチ１０１の回路構成を示す図である。

本実施形態の無線スイッチ１０１は、発電部１、無線送信部２以外に、衝撃検知回路４０、スイッチ素子３２、ダイオードＤ１等を備える。発電部１の作用は既に述べたとおりである。ダイオードＤ１は発電部１から出力される電圧を整流し、無線送信部２等に対して電源電圧を供給する。操作部１０を押下した後、操作部１０がバネ力で戻るときに発電部１が逆極性の電圧を発生する場合に、ダイオードＤ１は逆極性の電圧が電圧供給ライン３１Ｈ，３１Ｌに出力されるのを阻止する。

無線送信部２は、この電源電圧を電源として動作し、信号を無線送信する。衝撃検知回路４０は衝撃を検知すると検知信号をスイッチ素子３２へ出力する。スイッチ素子３２はこの検知信号によってオンする。

上記衝撃検知回路４０は、図２に示した衝撃検知部４に相当し、スイッチ素子３２は、図２に示した無線送信制御部３に相当する。

通常は、スイッチ素子３２はオフ状態であるので、操作部１０が操作されれば、発電部１の発電による電源電圧が無線送信部２に供給されて（図３中に示す通常時電流が流れて）、無線送信部２から無線信号が送信される。

この無線スイッチ１０１に衝撃が加わると、衝撃検知部４がその衝撃を検知することによって検知信号を出力する。つまり、スイッチ素子３２がオンする。このスイッチ素子３２は電圧供給ライン３１Ｈ，３１Ｌ間にシャントに接続されているので、スイッチ素子３２がオンすると、図３中に示す衝撃検知時電流が流れて、無線送信部２への電源電圧供給が遮断される。このことによって、無線送信部２の動作が無効化される。スイッチ素子３２は本発明に係る「電圧供給制御回路」の一例である。

図４は、本実施形態の無線スイッチ１０１の、より具体的な回路構成を示す図である。衝撃検知回路４０は、ショックセンサ４１、増幅器４２、抵抗素子Ｒ１、キャパシタＣ１等で構成されている。

ショックセンサ４１は、例えばピエゾ効果を利用して、衝撃（加速度）を電気信号に変換する電子部品である。ショックセンサ４１は、特に操作部１０の押下方向の加速度を検知する。

増幅器４２は電荷増幅用のオペアンプであり、この増幅器４２と、その負帰還経路に挿入された抵抗素子Ｒ１およびキャパシタＣ１と、によって増幅回路が構成されている。ショックセンサ４１から負のパルス状電圧が出力されると、増幅器４２から正のパルス電圧が出力されて、スイッチ素子３２がオンする。

図５は、無線スイッチ１０１の発電部の発電電圧と無線送信部２の消費電流の波形図である。波形Ｇは発電部１の発電電圧波形であり、波形Ｃは無線送信部２の消費電流波形である。この例では、時刻ｔ０で発電が開始され、時刻ｔ１で無線送信がなされている。

したがって、衝撃によって発電が開始されてから時刻ｔ１に達するまでに衝撃検知回路４０から検知信号が出力されれば、衝撃に起因する誤った信号が無線送信されることはない。

ショックセンサ４１が例えばMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）によるセンサである場合、センサでの遅延は殆ど無いので、実質的に増幅器４２による増幅回路での遅延が支配的となる。上記ｔ０からｔ１までの遅延時間は例えば数ｍｓである。衝撃検知回路４０から検知信号が出力されるまでの遅延時間を数ｍｓ以内とすることは実現可能である。

図６は、無線スイッチ１０１が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。時刻ｔ０で衝撃があると、発電部は発電するが、時刻ｔ１で衝撃検知部から検知信号が出力される。そのため、無線送信部２にはｔ０からｔ１までの時間しか電源電圧が印加されない。しかも、この期間に無線送信部２に印加される電源電圧は最大値に達するまでの低い電圧である。このことにより、無線送信部２には動作可能な電源電圧が供給されず、無線信号を送信しない。したがって受信機は動作しない。

図７は、図２に示した無線スイッチとは別の無線スイッチ１０２の構成を示すブロック図である。

図７に示す例では、無線送信部２および無線送信制御部３の構成が図２に示したものとは異なる。無線スイッチ１０２においては、無線送信部２は、発電部１からの電圧を直接的に受ける。そして、無線送信制御部３は、衝撃検知部４から出力される検知信号を受けて無線送信部２の動作を無効にする。

上記無線送信部２と無線送信制御部３とで無線部２０が構成される。つまり、通常、無線部２０は、発電部１の発電による電源電圧を受けて無線送信を行うが、衝撃検知部４から検知信号が出力されると、無線送信が行われない。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は無線スイッチ１０２の回路構成の例を示す図である。図８（Ａ）に示す例では、無線スイッチ１０２は、発電部１、無線部２０、衝撃検知回路４０、スイッチ素子３２、抵抗素子Ｒ２、およびダイオードＤ１等を備える。発電部１、ダイオードＤ１、衝撃検知回路４０の作用は既に述べたとおりである。無線部２０は電源電圧を受けて、且つ状態確認信号入力部Ｐ１の電位が“有効”であるとき、無線送信を行う。また、無線部２０は電源電圧を受けても、状態確認信号入力部Ｐ１の電位が“無効”であれば、無線送信を行わない。

衝撃を検知しない状態では、衝撃検知回路４０の出力電圧は０Ｖであるので、スイッチ素子３２はオフである。これにより、無線部２０の状態確認信号入力部Ｐ１の電位はハイレベル（“有効”）になる。衝撃検知回路４０が衝撃を検知すると正電圧を出力し、スイッチ素子３２をオンする。これにより、無線部２０の状態確認信号入力部Ｐ１の電位がローレベル（“無効”）になる。

図８（Ｂ）に示す例では、無線スイッチ１０２は、発電部１、無線部２０、衝撃検知回路４０等を備える。発電部１、ダイオードＤ１、衝撃検知回路４０の作用は既に述べたとおりである。

衝撃を検知しない状態では、衝撃検知回路４０の出力電圧は０Ｖであるので、無線部２０の状態確認信号入力部Ｐ１の電位はローレベル（“有効”）になる。衝撃検知回路４０が衝撃を検知すると正電圧を出力し、無線部２０の状態確認信号入力部Ｐ１の電位はハイレベル（“無効”）になる。

無線部２０の、状態確認信号入力部の状態と動作の、“有効”、“無効” の関係は、図８（Ａ）、と図８（Ｂ）とで逆である。

図９は無線スイッチ１０２が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。時刻ｔ０で衝撃があると、発電部は発電するが、時刻ｔ１で衝撃検知部から検知信号が出力される。ことにより、無線送信部２は無線信号を送信せず、受信機は動作しない。

図１０は、これまでに説明した無線スイッチとは構成が更に異なる無線スイッチ１０３の構成を示すブロック図である。この無線スイッチ１０３は、無線信号を送信する送信部と無線信号を受信する受信部とで構成される。

送信部は、発電部１、ダイオードＤ１、衝撃検知回路４０、および無線部２０を含む。受信部は、無線受信部５および制御部６で構成される。

衝撃検知回路４０の構成は図４に示した衝撃検知回路４０と同じである。衝撃検知回路４０は衝撃を検知して、無線部２０の状態確認信号入力部Ｐ１へ検知信号を出力する。無線部２０は、状態確認信号入力部Ｐ１の状態を示す信号を無線送信する。

無線受信部５は、受信信号から、上記状態確認信号入力部Ｐ１の状態を示す信号を検知する。無線受信部５は、この状態確認信号入力部Ｐ１の状態を示す信号に応じて制御部６を制御する。

無線スイッチ１０３は、操作部が操作されると、発電部１の発電による電源電圧が無線部２０に供給されるので、無線部２０は通常の無線信号を送信する。無線受信部５がこの信号を受信すると、制御部６を通常の制御を行う。

図１１は無線スイッチ１０３が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。時刻ｔ０で衝撃があると、発電部１は発電し、無線部２０は通常の無線信号を送信するが、時刻ｔ１で衝撃検知部から検知信号が出力されることにより、無線部２０は衝撃検知信号を無線送信する。図１０に示した無線受信部５がこの衝撃検知信号を受信すると、上記通常の制御を行わない。つまり、衝撃による誤動作が防止される。

図１２は無線スイッチ１０３の無線送信部の動作内容を示すフローチャートであり、図１３は無線スイッチ１０３の無線受信部の動作内容を示すフローチャートである。

図１２に示すように、無線送信部は、起動すると無線信号を送信する（Ｓ１１）、その後、衝撃検知部から検知信号が出力されていれば、衝撃検知信号を無線送信する（Ｓ１２→Ｓ１３）。

図１３に示すように、無線受信部は先ず無線信号受信する（Ｓ２１）、その後、衝撃検知信号の受信の有無を判定し、衝撃検知信号を受信しなければ所定の制御を行う（Ｓ２２→Ｓ２３）。もし衝撃検知信号を受信すれば、そのまま処理を終了する（Ｓ２２→END）。

図１１、図１２、図１３に示した例では、通常の無線信号と衝撃検知信号とを分離して送信する例であったが、これを単一の無線信号として送信し、受信部側で受信信号の内容に応じて制御の有効／無効を切り替えてもよい。図１４，図１５はその場合の例である。

図１４は、無線スイッチ１０３が衝撃を受けたときの動作を示す波形図である。時刻ｔ０で衝撃があると、発電部１は発電し、無線部２０は無線信号を送信する。この無線信号は、衝撃検知部から出力される検知信号の有無に応じた信号である。

図１５は、図１０に示した無線受信部５の動作内容を示すフローチャートである。無線受信部５は受信した信号が衝撃検知信号であるか否かを判定する（Ｓ３１→Ｓ３２）。受信信号が衝撃検知信号でなければ通常の制御を行う（Ｓ３２→Ｓ３３）。受信信号が衝撃検知信号であれば、上記通常の制御は行わない（Ｓ３２→END）。これにより、衝撃による誤動作が防止される。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。

例えば、図１では、操作者が操作する押しボタン型の操作部を有する無線スイッチについて示したが、その他に、例えばリミットスイッチ用ドッグの当接によって可動部が変位する無線スイッチ等にも同様に適用できる。

また、加速度を検知するセンサとしては、ピエゾ効果を利用したもの以外に、例えば静電容量の変化を検出するものであってもよい。

Ｃ１…キャパシタ
Ｄ１…ダイオード
Ｐ１…状態確認信号入力部
Ｒ１，Ｒ２…抵抗素子
１…発電部
２…無線送信部
３…無線送信制御部
４…衝撃検知部
５…無線受信部
６…制御部
１０…操作部
２０…無線部
３１Ｈ，３１Ｌ…電圧供給ライン
３２…スイッチ素子
４０…衝撃検知回路
４１…ショックセンサ
４２…増幅器
１０１，１０２，１０３…無線スイッチ

Claims (6)

1. 可動部と、
   前記可動部の変位に伴って発電する発電部と、
   前記発電部からの電圧供給に基づいて、信号を無線送信する無線送信部と、
   前記発電部の発電電圧によって動作し、衝撃を検知して検知信号を出力する衝撃検知部と、
   前記検知信号によって前記無線送信部の前記無線送信を無効化する無線送信制御部と、
   を備える無線スイッチ。
2. 前記衝撃検知部は、前記可動部の変位方向の加速度を検知するセンサを備える、請求項１に記載の無線スイッチ。
3. 前記無線送信制御部は、前記検知信号によって前記発電部から前記無線送信部への電圧供給を遮断する電圧供給制御回路である、
   請求項１または２に記載の無線スイッチ。
4. 前記電圧供給制御回路は、
   前記発電部から前記無線送信部へ電圧を供給する電圧供給ラインと、
   前記電圧供給ラインに対してシャントに接続され、導通により、前記無線送信部への電圧供給を遮断するスイッチ素子と、を含み、
   前記スイッチ素子は前記検知信号を受けて導通する、
   請求項３に記載の無線スイッチ。
5. 前記無線送信部は前記発電部からの電圧を受け、
   前記無線送信制御部は、前記検知信号を受けて前記無線送信部の動作を無効にする、
   請求項１または２に記載の無線スイッチ。
6. 可動部と、
   前記可動部の変位に伴って発電する発電部と、
   衝撃を検知する衝撃検知部と、
   前記発電部による発電および前記衝撃検知部による衝撃の検知に応じた信号を無線送信する無線送信部と、
   前記無線送信部から無線送信された信号を受信し、当該信号が前記衝撃の検知による信号であるとき、前記無線送信された信号の受信に基づく制御を無効化する無線受信制御部と、
   を備える無線スイッチ。

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