JPS5916687B2 - ２線式交流開閉無接点スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高周波発振形近接スイッチ回路や光電検出
回路等の直流で動作するセンサ回路を備え、このセンサ
回路が検出動作を行ったときにあたかも有接点スイッチ
のように交流２線間をオンまたはオフする２線式交流開
閉無接点スイッチに関する。

従来のこの種の無接点スイッチは第１図に示すような回
路で構成されており、その外形は第２図Ａ、Ｂに示すよ
うなシリンダ型とすることが多い。

すなわち第１図では端子１，１間には図示しない交流電
源と負荷とが直列接続され、この両端子１゜１に交流電
圧が印加される。

全波整流回路２の入力端子は前記両端子１，１間に接続
され、その出力端子には５ＣＲ１とツェナダイオードｚ
Ｄ１との直列回路が接続される。

センサ回路３は、この図では高周波発振形近接スイッチ
回路がＩＣ化されたものでなり、このＩＣの外付は部品
として検出コイルＬ１、抵抗Ｒ４ｔ Ｒ５？ Ｒ６、コ
ンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５が接続される。

このＩＣ内には前記検出コイルＬ１ を含む発振回路と
、この発振回路の発振状態に応じてオン、オフするスイ
ッチング回路とが形成されており、金属等の物体が検出
コイルＬ１ に近づいたとき、そのＮＣ出力がｒＨＪと
なるように構成されている。

従ってＳ ＣＲ１は通常オフで、このときには抵抗Ｒ１
を介してセンサ回路３に給電が行われる。

物体が検出されると、５ＣＲ１がオンし、このときＺＤ
ｌの両端にツェナ電圧が現われるとともに、発光ダイオ
ードＬＥＤ１が点灯する。

このｚＤｌに現われた電圧はダイオードＤ１をへてセン
サ回路３に供給される。

ところでこの種の無接点スイッチは整流回路やＳＣＲ等
の高耐圧部をハイブリッドＩＣ（以下、単にＨＩＣと称
する）化することは難しく、従来はモールドされた個別
部品によりプリント基板に組み込むようにしていた。

しかしながらこの種の無接点スイッチは近年小型化の要
請が強く、特に第２図Ａ、Ｂに示すシリンダ型のものは
外形が例えば西独のＤＩＮ規格でＭ８×１、Ｍ１２Ｘ１
、Ｍ１８Ｘ１、Ｍ３０Ｘ１．５と決められているように
、極めて小型なものである。

このような小型のものに従来の個別部品によるティスク
リード回路構成で対応することは極めて困難なものであ
る。

また回路構成的にも発熱等の問題がある。

すなわち第１図では開閉容量を２００ｍＡとすると、ｚ
Ｄｌを７Ｖのツェナ電圧とした場合、ｚＤｌにはｌ、４
Ｗの発熱が生じる。

また抵抗Ｒ１の値、は使用する交流電源の電圧を９０〜
２５０Ｖとすると、センサ回路３に必要な電流を例えば
０．９ｍＡとしたとき、最小電源電圧の９０Ｖのとき０
．９ ｍ Ａを確保しなければならなり点からして１０
０にΩとする。

すると電圧が２５０Ｖのときにはこの抵抗Ｒ１には２．
５ ｍ Ａ流れるので、Ｒ１での発熱は０．６２５Ｗと
なる。

すなわち２５０Ｖのとぎ２００ｍＡを開閉するものとす
ると、５ＣＲ１がオフのとき０．６２５Ｗの発熱が生じ
、５ＣＲ１がオンのとき１．４Ｗの発熱が生じることに
なる。

もちろん、この叙述はセンサ回路３のインピーダンスや
負荷のインピーダンスを無視しているので実際はもう少
し発熱が小さくなるとしても、前記のように外形が小型
化する場合にはこの内部の発熱が極めて大きな問題とな
るのである。

特にＨＩＣ化する。

場合には基板は熱伝導度の良いセラミックを用しる場合
が殆んどであるから、前記の発熱が他の部品や素子に与
える影響が大となって問題となる。

そこで、第３図に示すように第１図のｚＤｌの代りに５
ＣＲ２と、ＺＤＩ、Ｒ４でなる位相制御回路を接続する
ことが考えられている。

すなわち、５ＣＲＩがオンのときＺＤＩのツェナー電圧
に達するまで５ＣＲ２はオフであり、ツェナー電圧に達
した以降５ＣＲ２はオンとなる。

５ＣＲＩがオン時には、５ＣＲ２がオフの位相のときに
この５ＣＲ２のアノードに生じた電圧にもとづぎ、ＬＥ
ＤｌおよびＤｌの給電回路を経てセンサ回路３に給電が
なされる。

したがって、５ＣＲ２がオンの位相のときにはこの５Ｃ
Ｒ２のアノード・カソード間の電圧はほとんど零であり
、５ＣＲ２のオフの位相でセンサ回路３に給電すること
゛になるので第１図のＺＤＩで生じていた発熱がほとん
ど無くなる。

しかし、これら第１図および第２図の回路構成では５Ｃ
Ｒ１がオフのとき漏れ電流が大きくなるという問題があ
る。

すなわち、Ｒ１は使用電源電圧の最小値においてセンサ
回路３に必要な電流を供給すべく前記のように定めなげ
ればならないが、こうすると使用電源電圧の最大値にお
いて抵抗爬を流れる電流が前記のように増え漏れ電流の
増大となる。

特に、負荷としては交流リレーを用いる場合が圧倒的に
多いが最近のリレーは軽負荷化しており、漏れ電流が多
めと得帰しないおそれや、あるいはバイブレーションを
起こすなどの不都合を生じる。

また、交流リレーは１００■の使用時より２００ｖの使
用時の方が得帰電流を小さくする必要があるため第１図
および第２図の回路のように使用電源電圧が高（なるほ
ど漏れ電流が太き（なるのでは極めて不都合である。

本発明は、上記抵抗Ｒ１によって生じていた漏れ電流と
発熱の問題を解決し、発熱を減少し、かつ漏れ電流を極
力少な（するための回路的な改良をなすことを目的とす
るものである。

以下、本発明の実施領例について図面を参照しながら説
明する。

第３図では第１図のＺＤｌのかわりに５ＣＲ２とＺＤｌ
、Ｒ，でなる位相制御方式の給電回路を接続している
。

すなわち、５ＣＲ１がオンのときｚＤｌのツェナー電圧
に達するまで５ＣＲ２はオフであり、ツェナー電圧に達
した以降５ＣＲ２はオンとなる。

５ＣＲ２がオフの位相のときＬＥＤｌおよびＤｌを経て
センサ回路３に給電がなされる。

したがって、５ＣＲ２がオンのときにはＡ−に間の電圧
がほとんどなく、５ＣＲ２がオフのときにはセンサ回路
３に給電するので発熱がほとんどなくなる。

第４図は実施例の回路を示す。

この図で第３図のＲ１にかえてダーリントン接続された
トランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＺＤ３．Ｒｌｏから成る
定電圧回路が接続されている。

この定電圧回路により電源電圧がどのようなものであっ
たとしてもセンサ回路３には常に一定の電圧が供給され
ることになる。

センサ回路３は一定のインピーダンスとなるよう構成さ
れるので常に一定の電流しか流れないことになる。

また、この定電圧ダイオードｚＤ３での発熱に関しては
ＲＩＯを高抵抗、ＺＤ３をツェナー特性の良い９〜１２
Ｖのものとするとダーリントン接続のためベース電流お
よびツェナー電流は少なくてすむので交流電源が２゜Ｖ
から２５０Ｖにおいて最大１．３ｍＡ程度となり、ＺＤ
３のツェナー電圧を１０ｖとすると結局この定電圧回路
における消費電力は３１２ｍＷとなり、格段に発熱量が
減ることがわかる。

なお、この直列制御トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は種々
の理由から耐圧が４５０Ｖ以上のものが必要となるが、
従来この高耐圧のものはメサ型でありチップとしての取
り扱いがむづかしくワイヤボンティング不可能であった
。

ところが最近５ｚｐｏｓトランジスタと呼ばれる高耐圧
トランジスタが出現するにいたった。

このチップはプレーナ型であるので取り扱いも容易であ
り、チップを基板にワイヤボンティングすることも可能
である。

したがって、この５ＩＰＯＳトランジスタを使用するこ
とがＨＩＣ化し小型化するうえでも好ましい。

なお、第４図において、５ＣＲ１がオフのときには直列
制御トランジスタＴＲ１を介してセンサ回路３に給電さ
れ、５ＣＲＩがオンのときには位相制御された５ＣＲ２
から発光ダイオードＬＥＩＤ１およびダイオードＤ１を
介してセンサ回路３に給電される。

第５図は第４図の回路をＨＩＣ化する場合の実装上の様
子を示す概略的な外観図である。

特に、整流回路２を構成する４個の高耐圧ダイオードは
パシベーションを施こした（メサ型のため）ハンダ付チ
ップのタイプを用いる。

ＳＣＲやセンサ回路３をなすＩＣはチップを用いてワイ
ヤボンティングにより接続するものとする。

なお、センサ回路３のＩＣ７／′ｉフラツトパツクのミ
ニモールドでハンダ付するようにしてもよい。

コンデンサはハンダ付チップのものを用いる。

ここでハンダ付チップのタイプのコンデンサやダイオー
ドやミニモールド部品は予めセラミック印刷抵抗基板４
にハンダ取り付けまたは導電性樹脂により取り付けてお
く。

そして、ハンダの軟化温度以下または導電性樹脂の加熱
可能な温度においてサーモン二ツタ法によるワイヤボン
ティングによりチップを取り付ける。

すなわち、加熱法と超音波法によるワイヤボンティング
を用いることによりハンダの軟化を防ぎあるいは導電性
樹脂の保護を行って予め取り付けたハンダ付チップ部品
やミニモールド部品の位置ずれ防止するとともにワイヤ
ボンティングの信頼性を保つようにしているのである。

そしてチップとワイヤ部とは後に保護のための部分ボン
デイングを行うことが好ましい。

なお、第５図に示すようにＺＤ２とＬＥＤｌとはパツケ
ージンダタイプのものを使い（ＺＤ２は高耐圧が必要で
ありＬＥＤｌは引き出す必要があるから）、これらと検
出コイルＬ１ とリード線５とをそれぞれ接続して回路
の実装が終る。

ここで特に整流回路２を構成する４個の高耐圧ダイオー
ドをハンダ付チップのタイプを用いたことによりＨＩＣ
化が容易となり、かつ小型化できる点に着目すべきであ
る。

このように、セラミック印刷抵抗基板４上に形成された
ＨＩＣ回路は第６図および第７図に示すようにシリンダ
ケース６内に収められる。

なお、ＬＥＤｌは表示窓付近に配置し、また検出コイル
Ｌ、はシリンダケース６の前端付近に取り付けられたコ
ア７内に収める必要がある。

以上実施例について説明したように、この発明によれば
、第３図の抵抗Ｒ１に代えて、直列制御トランジスタＴ
ＲＩとツェナダイオードＺＤ３と抵抗ＲＩＯとにより構
成される定電圧回路を接続して５ＣＲＩがオフのときこ
の定電圧回路を介してセンサ回路に給電するようにして
いるため、使用する交流電源の広い電圧範囲においてオ
フ時の漏れ電流を減少させるとともに発熱も減少させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路を示す回路図、第２図Ａ。 Ｂはシリンダ型無接点スイッチの外観を示すもので第２
図Ａは正面図、第２図Ｂは側面図、第３図は従来の他の
回路を示す回路図、第４図は本発明の実施例を示す回路
図、第５図は第４図の回路をＨＩＣ化して実装した場合
の外観を示す斜視図、第６図は第５図に示した回路を収
納したケースの縦断面図、第７図は第６図の■−■線で
切断した断面図である。 １．１・・一端子、２・・・全波整流回路、計・・セン
サ回路、４・・・セラミック印刷抵抗基板、５・・・リ
ード線、６・・・ケース、７・・・コア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源と負荷とが直列に接続されるべき２個の端
   子と、この２個の端子にそれぞれ接続されている２個の
   入力端子と２個の出力端子とを有する整流回路と、この
   整流回路の２個の出力端子間に接続されてこれらの間を
   短絡するスイッチング回路と、その２個の電源供給端子
   が上記整流回路の２個の出力端子のそれぞれに接続され
   ており、検出動作に応じて上記スイッチング回路をオン
   またはオフにするセンサ回路と、上記整流回路の一方の
   出力端子からスイッチング回路を経て他方の出力端子に
   至る経路において該スイッチング回路に直列に接続され
   るＳＣＲおよび上記スイッチング回路がオンのとき該ス
   イッチング回路を経て与えられる電圧を検出してこのＳ
   ＣＲをオンさせる定電圧素子を含む位相制御回路と、こ
   の位相制御回路のＳＣＲの一端と上記センサ回路の一方
   の電源供給端子との間に接続され、上記スイッチング回
   路がオンのときに上記ＳＣＲがオフの位相で該ＳＣＲの
   一端に生じる電圧にもとづき上記センサ回路に給電する
   給電回路とを備えてなる２線式交流開閉無接点スイッチ
   において、上記整流回路の一方の出力端子と上記センサ
   回路の一方の電源供給端子との間にエミッタ・コレクタ
   通路が接続されるトランジスタと、このトランジスタの
   ベースと上記整流回路の他方の出力端子との間に接続さ
   れる定電圧素子と、上記トランジスタのベースと上記整
   流回路の上記一方の出力端子との間に接続される抵抗と
   を有し、上記スイッチング回路のオフ時に上記トランジ
   スタのエミッタ・コレクタ通路を経て定電圧化された電
   力が上記センサ回路に供給されるよう構成される定電圧
   回路を備えることを特徴とする２練武交流開閉無接点ス
   イッチ。