Reed switch built-in actuator

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明はリードスイッチ内蔵型アクチュエータに関する。

b.従来の技術 コイルの中に磁性体から成る可動子を設け、コイルに電流が流れた時に発生する磁界により可動子を動かし、可動子が動くことにより電気接点を断続するリレー、あるいは可動子が動くことによりバルブ等を開閉するソレノイドバルブ等のアクチュエータが広く使用されている。

ソレノイドに代表される電気的なアクチュエータは、コイルに流れる電流により発生する磁力を吸引力として用いる。 この吸引力を負荷に対して適当な値とする為には、コイルの巻き数と電流値が重要な値となる。 この積「AT:アンペアターン」が一定の時、吸引力も同じになるので、電源電圧，コイルの寸法，吸引力，およびコイルの発熱温度等の条件からも最適値が選択される。 一般的に吸引力が大きいものは大きい電流値を必要とする。

ところで、小さな電流域での変化を検出して大きな電流を開閉する場合は、大きな力と高い感度が要求される。
従来ではこの両者を単一のもので実現する事が不可能であるので、通常半導体を用いた増幅回路を用いて大きな力のアクチュエータを動かしたり、高い動作感度を有するたとえばリードリレーの様なもので検出し、これによりアクチュエータを駆動していた。

c.発明が解決しようとする課題 半導体回路を用いる場合、電源回路等の付属回路も含め、部品点数が多くなり占有体積も大きくなる傾向にあり、付加できる機能が多い反面、価格を下げる事はむずかしかった。

又、リードリレーは構造が簡単であるが、感度の設定時に、検出側の抵抗を大きくとり感度を上げるとリードリレー自体のコイル抵抗を大きくできなくなり、万一、検出側の短絡というトラブルが発生した時、コイルに印加される電力が過大となる可能性があった。

本発明は小型で高い感度の電流感知機能とアクチュエータとしての十分な駆動力を合わせ持つ高感度なアクチュエータを提供し、これにより各種の保護装置を小型で安価に供給する事を目的とする。

d.課題を解決するための手段 上記課題は、ソレノイドと磁性体で形成されソレノイドのコイルの内部で移動可能なプランジャと、磁性体で形成されソレノイドコイルの内部に固定されたプランジャ受けと、ソレノイドのコイルと直列に接続されプランジャとプランジャ受けの間の間隙部の近傍に設けられた磁気感応型リードスイッチと、ソレノイドのコイルと磁気感応型リードスイッチの接続点から分岐したセンサ端子を備え、センサ端子を介してソレノイドのコイルに電流が流れた時に生じる磁界により磁気感応型リードスイッチの接点が閉じることを特徴とするリードスイッチ内蔵型アクチュエータによって解決された。

e.作用 第６図は本発明に係る高感度アクチュエータを、電源遮断用リレーとて実施する時の電気回路の一実施例である。

本発明の作用をこの電気回路を例として説明する。

電源は端子I1,I2に接続され、負荷は端子O1,O2に接続され、端子I1,I2と端子O1,O2はそれぞれ接点P,Qを介して接続されている。 接点P,Qはそれぞれ端子a1,a2と端子b
1,b2を常時接続し、コイルに電流が流れるとそれぞれ端子a1,a2と端子b1,b2を遮断する。 接点Ｐの負荷側の端子
a2はコイルの一端に接続され、接点Ｑの負荷側の端子b2
は接点Ｒを介して、コイルの他端に接続されている。 接点Ｒはコイルの磁気に高感度で感応するようにプランジャとプランジャ受けの間の間隙の近傍に配置された磁気感応形リードスイッチであり、コイルの磁気に感応すると導通する。 接点Ｒの両側の端子C1,C2からセンサ端子S
1,S2が分岐している。

コイルに電流が流れていない時は、リードスイッチは磁気に感応しないので接点Ｒは開放されている。 従って接点P,Qの接続状態が維持される。

センサ端子S1,S2が例えば水の中に浸漬すると、コイルのインピーダンスと水のインピーダンスの和のインピーダンスで電源電圧を除して得られる電流がコイルに流れる。 コイルに電流が流れるとプランジャとプランジャ受けの間の間隙に漏洩磁場が発生し、リードスイッチがこれに感応し、接点Ｒが閉じ、コイルのインピーダンスで電源電圧を除して得られる電流がコイルに流れる。 これはコイルに流れる電流が増加することを意味する。 この結果、接点P,Qが開き、電源が遮断される。

電源電圧を100V、ソレノイドコイルの抵抗を1000Ω、コイル巻数を10000T、リードスイッチが動作するための最小磁界値である感動値を20ATとすると、リードスイッチが動作する時のコイルの電流は20÷10000、すなわち2mA
である。 コイルの抵抗1000Ωにセンサ電極間の抵抗が直列に接続された時にコイル電流が2mAである時、全抵抗は100V/2mAすなわち50KΩである。 これはセンサー電極間抵抗が49KΩになればリードスイッチが動作することを意味する。

リードスイッチが動作すると、1000Ωのコイルに100Vの電源電圧が直接印加される。 この時コイルには100mAの電流が流れ、コイル内には1000ATの磁界が発生する。 すなわち磁界が50倍になる。 この値はリードスイッチの感動値，コイルの巻数を変えることによりさらに向上する。 しかし機械的損失等により、実際の感度は計算値より下がる場合もある。

このように、コイルＣに流れる電流が微弱でそれだけでは接点P,Qを開くことができない場合であっても、その微弱な電流による磁気に感応するリードスイッチを用いることにより、コイルＣに流れる電流を増加させ、接点
P,Qを開くことができる。 すなわち大電流形でありながら高感度なアクチュエータが実現できる。

f.実施例 第１図は本発明に係る高感度アクチュエータの好ましい実施例の断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第１図の上面図、第４図は第１図のIV−IV線断面図、第５図は第１図のＶ−Ｖ線断面図である。

電源に接続される入力側端子I1,I2はそれぞれ固定接点a
1,a2と固定接点b1,可動子接点b2および導体L1,L2を介して、負荷に接続された出力側端子O1,O2に接続されている。

可動子接点a2とb2は弾性を有する可動板のE1,E2の端部に設けられ、可動板E1,E2の突起K1,K2が弾性により移動子Ｍを押圧している。

移動子Ｍは幅の部分m1と狭い部分m2を有し、移動子Ｍが移動して幅の狭い部分m1が突起K1,K2に当接するときは接点a1,a2と接点b1,b2は閉じ、幅の広い部分m2が突起K
1,K2に当接するときは接点a1,a2と接点b1,b2は開く。

一方の出力側端子O1は、第５図に図示するように、印刷回路基板PCB上の導体部O1-dを介してソレノイドのコイルＣの一方の端子ｄに接続され、ソレノイドのコイルＣ
の他方を端子c1は該印刷回路基板PCB上の導体c1−S1を介して一方のセンサ端子S1に接続され、このセンサ端子
S1はさらにリードスイッチＲの一方の端子に接続され、
リードスイッチＲの他方の端子c2は該印刷回路基板PCB
上の導体c2−S1を介して他方のセンサ端子S2に接続されるとともに、他方の出力側端子O2に接続されている。

ソレノイドのコイルＣはコイルボビンＢのまわりに巻回され、コイルＣに電流が流れるとコイルボビンＢの内部に磁場を作る。 コイルボビンＢの内部には磁性体で形成されたプランジャPL1とプランジャ受けPL2が設けられ、
プランジャ受けPL2はスプリングSPによってプランジャP
L1と反対向きに付勢されている。 プランジャPL1とPL2の間には間隙GAPがあり、コイルＣに所定の電流が流れるとプランジャPL1はプランジャ受けの方向に移動することができる。

プランジャPL1と移動子Ｍは互いに結合されている。 したがってプランジャPL1がプランジャ受けPL2の方向に移動すると、移動子Ｍも移動し、移動子Ｍの幅の広い部分
m2が突起K1,K2に当接することとなり、端子a1,a2と端子
b1,b2が開く。

ソレノイドのコイルに電流が流れても、電流が微弱で所定の値に達しない時はプランジャPL1は移動しない。 しかしこの時、プランジャPL1とプランジャ受けPL2の間の間隙GAPに漏洩磁界が発生する。 この漏洩磁界を検出するために、リードスイッチＲの接点がプランジャPL1とプランジャ受けPL2の間の間隙GAPの近傍に位置するように、リードスイッチＲが配置されている。 リードスイッチＲの接点が間隙GAPの近くに配置されているので、プランジャPL1を移動するための所定の値に達しない電流による漏洩磁界をリードスイッチＲが検出することができ、このときリードスイッチＲは閉じる。

この結果、ソレノイドのコイルＣの両端は電源に直接的に接続されることとなる。 従ってソレノイドのコイルに所定の電流が流れ、プランジャPL1はプランジャ受けPL2
の方向に引き寄せられ、これに伴い移動子Ｍも移動し、
端子a1,a2と端子b1,b2が開き、電源が遮断される。

電流が遮断されるとプランジャPL1に作用する力が無くなるので、この状態が維持される。 この状態を強制的に維持するために、第２図に示すように、移動子Ｍの幅の狭い部分m1と幅の広い部分m2の中間に突起mOを設け、移動子Ｍの突起mOとバネE1,E2の突起K1,K2が係合することにより移動子が移動することを防止することも可能である。

プランジャ受けPL2はバネSPにより常にプランジャPL1と反対向きに付勢されているが、プランジャ受けPL2はリセットボタンＮを外部から押すことによりプランジャPL
1の方向に移動させることができる。 プランジャPL1がプランジャPL2の方向に移動して、プランジャ受けPL2に接触している時に、リセットボタンＮを押すとプランジャ
PL1はプランジャ受けPL2に押されて移動する。 この結果、移動子Ｍも移動し、移動子の狭い部分m1と突起K1,K
2が当接することとなり、端子a1,a2と端子b1,b2がそれぞれ閉じ、入力側端子I1,I2と出力側端子O1,O2が電気的に接続される。

なおリセットボタンは可撓性合成樹脂等から成るカバーに覆われ、アクチュエータ全体も、入力側端子I1,I2、
出力側端子O1,O2、センサ端子S1,S2の部分を除いて、絶縁物質から成るケーシングによって水密に覆われている。

プランジャが吸引され、プランジャとプランジャ受けの間の間隙GAPが無くなると、リードスイッチの接点間の磁界が弱くなり、あるいは無くなり、リードスイッチは
OFF（開）の状態となる。 従ってソレノイドコイルを流れる電流も元の値に戻る。 そしてソレノイドが動作したことによりリードスイッチを動作させる要因が無くなると、電流はさらに減小する。 すなわちソレノイドには一瞬しか電流が流れない瞬時動作である。 このように動作を維持する電流が不用であるので、コイルの発熱もなく、安全でしかもエネルギ消費が少い。

第７図は本発明の変形例の回路図である。

ソレノイドのコイルは直列に接続された２つのコイルC
1,C2から成り、両コイルはリードスイッチＲで接続され、リードスイッチＲは第１図と同じようにプランジャとプランジャ受けの中間の間隙GAPの近傍に設けられている。 リードスイッチＲの両端はダイオードD1,D2のアノードに接続され、ダイオードD1,D2のカソードは互いに接続され、さらにセンサー端子Ｓに接続されている。

待機中にはコイルに電流が流れない。 しかしセンサ端子Ｓとグランド線Ｇまたは電源線Ｖの間の抵抗値が下がると（例えば水が入って絶縁が低下した時）、半波電流がコイルに流れる。 半波電流による漏洩磁場をリードスイッチＲで検知してリードスイッチを導通させるとソレノイドコイルに電源電圧が直接印加される。 この回路の場合センサー電極Ｓとグランド線の間の抵抗が少なくなっても、センサー電極Ｓと電源線の間の抵抗が減少しても動作するという特徴がある。

なおダイオードのアノードとカソードの配置は逆にすることもできる。

第８図は本発明の他の変形例の回路図である。

この場合もコイルは直列に接続された２つのコイルC1,C
2からなり、両コイルC1,C2の間はリードスイッチＲで接続され、リードスイッチはプランジャとプランジャ受けの中間の間隙GAPの近傍に設けられている。

リードスイッチＲの一端はダイオードのＤのアノードに接続され、他端はコンデンサCaの一端に接続され、ダイオードＤのカソードとコンデンサCaの他端は互いに接続され、さらにセンサ端子Ｓに接続されている。

待機中はコイルに電流は流れない。 しかしセンサ端子Ｓ
とグランド線Ｇの間または電源線Ｖの間の抵抗が減小すると、電流がダイオードまたはコンデンサを介して流れ始める。 その結果、第１図または第７図と同様にリードスイッチが漏洩磁場を検出して、リードスイッチが導通する。

この形式の場合センサー端子が１本で充分であるので、
取付けが容易である。

g.発明の効果 １）微小な電流によって、大電流を抑制することができる。

２）浸水時に電流を検出して電源を遮断するソレノイドリレーとして使用できる。

３）検出電極間の温度に対応する抵抗による電流の変化を検出して、ソレノイドを駆動する温度スイッチとして使用できる。

４）検出電極間の温度に対応する抵抗による電流の変化を検出して、ソレノイドを駆動する温度スイッチとして使用できる。

５）検出電極間にCdS等の光センサを接続し、光量によりソレノイドを制御する光量スイッチとして使用できる。

６）検出電極間に温度に応じて抵抗が変化するサーミスタ等の温度センサーを接続し、温度変化に応じて液体または気体のためのバルブ等を操作する感熱型のアクチュエータとして使用できる。

７）検出電極間に光量に応じて抵抗が変化するCdSのような光センサーを接続し、煙の量による光量変化を検出して液体または気体のためのバルブ等を制御する感煙型アクチュエータとして使用できる。

８）検出電極間に温度に応じて抵抗が変化するサーミスタ等の温度センサを接続し、温度により液体または気体のためのバルブを制御する感熱型の電磁弁として使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高感度アクチュエータの好ましい実施例の断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第１図の上面図、第４図は第１図のIV−IV線断面図、第５図は第１図のＶ−Ｖ線断面図、第６図は本発明に係る高感度アクチュエータを、電源遮断用リレーとして実施する時の電気回路の一例、第７図、第８図は本発明の変形例の回路図である。