(57)【要約】【課題】簡素な構成でリードスイッチの接点寿命を長くすることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】リードスイッチ１は、外部に接続されたプログラマブルコントローラの入力回路８への電力供給ラインに設けられ、ピストンに設けた磁石の磁力により接点が閉路して入力回路８へ電力が供給される。発光ダイオード２は、電力供給ラインに設けられ、リードスイッチ１の接点の閉路に伴い作動する。ツェナーダイオード３は、少なくとも入力回路８を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定されている。リードスイッチ１と発光ダイオード２とツェナーダイオード３とが直列接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に接続された負荷への電力供給ラインに設けられ、被移動検出体に設けた磁石の磁力により接点が閉路して前記負荷へ電力が供給されるリードスイッチと、
少なくとも前記負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加されるツェナーダイオードと、
を直列接続してなることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
外部に接続された負荷への電力供給ラインに設けられ、被移動検出体に設けた磁石の磁力により接点が閉路して前記負荷へ電力が供給されるリードスイッチと、
前記電力供給ラインに設けられ、前記リードスイッチの接点の閉路に伴い作動する発光ダイオードと、
少なくとも前記負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加されるツェナーダイオードと、
を直列接続してなることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
直列接続される前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、１２〜１５ボルトであることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
直列接続される前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記負荷を駆動させるための負荷電源電圧の１／２以下の電圧が前記リードスイッチの端子間に印加されるようにするための電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
流体圧シリンダのピストン位置検出用に使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
電動シリンダの可動部であるシャフト位置検出用に使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置検出装置が特許文献１に開示されている。詳しくは、図４に示すように、位置検出装置１００は、第１分圧手段（分圧抵抗１０１）と第２分圧手段（分圧抵抗１０２）とリードスイッチ１０３とトランジスタ１０４と発光ダイオード１０５と抵抗１０６を備えている。直列接続した両分圧抵抗１０１，１０２の中間点にリードスイッチ１０３の一方の端子を接続し、リードスイッチ１０３の他方の端子にトランジスタ１０４のベースを接続し、トランジスタ１０４のエミッタを分圧抵抗１０２に接続している。そして、リードスイッチ１０３の接点が閉じた時には両分圧抵抗１０１，１０２の中間点からトランジスタ１０４にベース電流が流れて負荷１０７に対して電源１０８から電流が供給され、ピストンが所定位置にあることが検出される。分圧抵抗１０１，１０２を用いて電源電圧を分圧した電圧がリードスイッチ１０３の両接点間に印加される構成とすることにより、小型のリードスイッチ１０３を使用したときでもその寿命が長くなり、耐久性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に開示された回路構成とすると、リードスイッチ１０３、分圧抵抗１０１，１０２、トランジスタ１０４、発光ダイオード１０５、および抵抗１０６が必要となり、装置の小型化を図る場合の妨げとなる。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、簡素な構成でリードスイッチの接点寿命を長くすることができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、外部に接続された負荷への電力供給ラインに設けられ、被移動検出体に設けた磁石の磁力により接点が閉路して前記負荷へ電力が供給されるリードスイッチと、少なくとも前記負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加されるツェナーダイオードと、を直列接続してなることを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、リードスイッチとツェナーダイオードとが直列接続されており、少なくとも位置検出装置に接続された負荷の両端に負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が加わるようにツェナーダイオードが設定される。また、リードスイッチの接点には、負荷を駆動する負荷電圧よりも少なくともツェナーダイオードのツェナー電圧分だけ低い電圧が印加されるので、寿命が長くなる。
【０００８】
その結果、簡素な構成でリードスイッチの接点寿命を長くすることができる。
請求項２に記載の発明では、外部に接続された負荷への電力供給ラインに設けられ、被移動検出体に設けた磁石の磁力により接点が閉路して前記負荷へ電力が供給されるリードスイッチと、前記電力供給ラインに設けられ、前記リードスイッチの接点の閉路に伴い作動する発光ダイオードと、少なくとも前記負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加されるツェナーダイオードと、を直列接続してなることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、リードスイッチと発光ダイオードとツェナーダイオードとが直列接続されており、少なくとも位置検出装置に接続された負荷の両端に負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が加わるようにツェナーダイオードが設定される。また、リードスイッチの接点には、負荷を駆動する負荷電圧よりも少なくともツェナーダイオードのツェナー電圧分だけ低い電圧が印加されるので、寿命が長くなる。
【００１０】
そして、リードスイッチの接点が閉じると、発光ダイオードにより目視確認することができる。
その結果、簡素な構成でリードスイッチの接点寿命を長くすることができる。
【００１１】
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の位置検出装置において、直列接続される前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、１２〜１５ボルトであると、実用上好ましい。
【００１２】
請求項４に記載のように、請求項１または２に記載の位置検出装置において、直列接続される前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記負荷を駆動させるための負荷電源電圧の１／２以下の電圧が前記リードスイッチの端子間に印加されるようにするための電圧であると、実用上好ましい。
【００１３】
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置検出装置において、流体圧シリンダのピストン位置検出用に使用することができる。
請求項６に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置検出装置において、電動シリンダの可動部であるシャフト位置検出用に使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成でリードスイッチの接点寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における位置検出装置の電気的構成を示す回路図。
【図２】（ａ）はシリンダと位置検出装置との関係を示す模式図、（ｂ）はシリンダの模式斜視図。
【図３】（ａ），（ｂ）は位置検出装置の回路図。
【図４】従来の位置検出装置における回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態においては、位置検出装置を流体圧シリンダに搭載しており、流体圧シリンダのピストン位置検出用の位置検出装置となっている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、位置検出装置１１は、エアシリンダ１２の外周面にピストンロッド１３ａの移動方向に沿って延びるように形成された取付け溝１４内に設置される。
図２（ａ）に示すように、被移動検出体としてのピストン１３の外周面に形成された収容溝１５には磁石１６が設けられるとともに、位置検出装置１１は磁石（マグネット）１６がピストン１３と共に所定位置に移動した時に作動するように構成されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、位置検出装置１１は各種の電子部品を備えており、これら電子部品は回路基板１７に実装されている。回路基板１７にはリードスイッチ１、発光ダイオード２、ツェナーダイオード３及び図示しないトランジスタや抵抗等の各種の電子部品が実装されている。そして、各種電子部品及び回路基板１７はケース１８内に収容されている。
【００１９】
次に、位置検出装置１１の回路構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、位置検出装置１１の内部回路である位置検出回路４は、リードスイッチ１と発光ダイオード２とツェナーダイオード３を具備している。リードスイッチ１は超小型リードスイッチであり、より詳しくは、ガラス管長が７ｍｍしかない極超小型タイプである。
【００２０】
プログラマブルコントローラの入力回路８は、位置検出装置１１に接続された負荷である。位置検出回路４と入力回路８と負荷電源９が直列に接続されている。プログラマブルコントローラの入力回路８は、フォトカプラ６と抵抗器５とブリーダ抵抗器７を具備している。フォトカプラ６は、発光素子（発光ダイオード）６ａと受光素子（フォトトランジスタ）６ｂにより構成されている。
【００２１】
負荷電源９は、プログラマブルコントローラの入力回路８を駆動させるための電源であり、負荷電源９のマイナス端子は、位置検出回路４のリードスイッチ１の一方の端子と接続されている。位置検出回路４において、リードスイッチ１の他方の端子は、発光ダイオード２のカソードと接続されている。発光ダイオード２のアノードはツェナーダイオード３のアノードと接続されている。
【００２２】
このように、位置検出回路４は、外部に接続された負荷としての入力回路８への電力供給ラインにおいて、リードスイッチ１と、発光ダイオード２と、ツェナーダイオード３とを直列接続して構成されている。リードスイッチ１は磁石１６の磁力により接点が閉路してプログラマブルコントローラの入力回路８へ電力が供給される。発光ダイオード２は、動作表示を目的として設けられたものである。即ち、リードスイッチ１が動作したことを目視確認できることを目的に付加されたものであり、発光ダイオード２は、リードスイッチ１の接点の閉路に伴い作動する。
【００２３】
プログラマブルコントローラの入力回路８は、抵抗器５とフォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａが直列接続され、発光素子（発光ダイオード）６ａにブリーダ抵抗器７が並列接続されている。フォトカプラ６の受光素子（フォトトランジスタ）６ｂのコレクタおよびエミッタはプログラマブルコントローラのＣＰＵに接続されている。
【００２４】
位置検出回路４におけるツェナーダイオード３のカソードは、プログラマブルコントローラの入力回路８のフォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａのカソードと接続されている。抵抗器５の他端は負荷電源９のプラス端子と接続されている。
【００２５】
ここで、ツェナーダイオード３は、リードスイッチ１の接点間に加わる電圧値を下げる目的で設けたものであり、少なくともプログラマブルコントローラの入力回路８を駆動可能とした最小負荷電圧が入力回路８の両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加される。
【００２６】
詳しくは、入力回路８の最小負荷電圧は例えば１ボルトであり、負荷電源電圧が２４ボルトである。よって、直列接続されるツェナーダイオード３のツェナー電圧は、２３ボルト以下であり、詳しくは１２〜１５ボルトである。よって、ツェナーダイオード３により負荷電源電圧のおおよそ１／２以下の電圧しかリードスイッチ１の接点間に印加されないようになっている。
【００２７】
次に、このように構成した位置検出装置１１（位置検出回路４）の作用を説明する。
流体圧シリンダにおけるピストン１３に装着された磁石１６が位置検出装置１１に近づくと、リードスイッチ１の接点が閉じる。リードスイッチ１の接点が閉じると、負荷電源９のプラス端子側から電流がプログラマブルコントローラの入力回路８における抵抗器５、フォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａを通り、さらに、位置検出回路４のツェナーダイオード３、発光ダイオード２、リードスイッチ１を通過し、負荷電源９のマイナス端子側に戻る。発光ダイオード２により目視確認することができる。
【００２８】
この電流の流れによってフォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａが発光し、受光素子（フォトトランジスタ）６ｂがオン状態となる。このプログラマブルコントローラの入力回路８が動作した旨の情報をプログラマブルコントローラのＣＰＵに伝達し、予めプログラムされた内容に従い、次の作業指令を他の機器へ出して所望の動作が行われる。
【００２９】
前述のリードスイッチ１がオン、即ち、接点が閉じる際に、同接点に加わる電圧は、ツェナーダイオード３がない場合は、負荷電源９の電圧からフォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａと発光ダイオード２での電圧降下分を差し引いた残り分となる。
【００３０】
具体的に説明する。負荷電源９の電圧がＤＣ２４ボルトの場合、フォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａで約１ボルト、発光ダイオード２で約２ボルトの電圧低下が発生するのであれば、リードスイッチ１の接点に加わる電圧は、２１（＝２４−１−２）ボルトとなる。
【００３１】
接点容量の非常に小さいリードスイッチ１の接点にこのような電圧が加わると、通過電流を数ｍＡと非常に低く設定しても接点動作時にグロー放電が発生し、これにより発生するジュール熱で金属接点の表面が溶解し、接点は早期に溶着し乖離不能となってしまう。
【００３２】
実験結果によると、図１の回路において抵抗器５の定数を２．２ｋΩ、ツェナーダイオード３がなく、負荷電源電圧をＤＣ２４ボルトとした場合、動作回数１万回ほどでリードスイッチ１が乖離不能となってしまっている。
【００３３】
これに対し、本実施形態においてはツェナーダイオード３を直列接続することにより、負荷電源９から流れ込む電流によって電圧降下を発生させ、リードスイッチ１の接点間に加わる電圧を低くすることができる。これにより接点が溶解するほどのグロー放電の発生を防止することができる。
【００３４】
なお、ツェナーダイオード３のツェナー電圧値は、負荷が駆動できるための電流を確保でき、かつ、リードスイッチ１でのグロー放電の発生防止の観点から、できる限りツェナー電圧の大きな素子を選択することが望ましい。つまり、負荷である入力回路のフォトカプラの発光素子（発光ダイオード）６ａが作動する電圧を確保すべくツェナー電圧は少なくとも電源電圧から負荷最低作動電圧（例えば１ボルト）を差し引いた値よりも小さく、かつ、負荷が駆動できるための電流を確保することができる程度のツェナー電圧値を有する素子を選択する。
【００３５】
これを考慮して、抵抗器５（負荷抵抗）の定数が２．２ｋΩの場合（一般的なプログラマブルコントローラ入力カード（入力ユニット）に使われている定数）は、計算上、図１の回路では、ツェナー電圧が１３ボルトタイプが望ましい。
【００３６】
このようなことから負荷電源電圧値の１／２程度のツェナー電圧値を持った素子を選択するとよい。即ち、ツェナーダイオード３のツェナー電圧は、負荷を駆動させるための負荷電源電圧の１／２以下の電圧がリードスイッチ１の端子間に印加されるように選択する。
【００３７】
ちなみに、図１の回路においてリードスイッチ１の接点に印加される電圧値は、上述したように計算上、２４Ｖ−（１３Ｖ＋１Ｖ＋２Ｖ）から８ボルトとなり、この条件でのリードスイッチの寿命試験を行ったところ、動作回数１０００万回にて接点乖離不能の発生は見られず、良好な結果が得られた。
【００３８】
また、接点容量の非常に小さいリードスイッチの接点寿命を延ばす手法として、特許文献１の場合には内部回路を構成する部品点数が「６」と比較的多い。そのため、例えば、位置検出装置を今まで以上に小型化したい時や一つのケースの中に２つ以上の同じ回路を収納したい場合には、この部品点数が障害となり実用化に至らない場合が出てくる可能性がある。
【００３９】
これに対し、図１に示す本実施形態では位置検出装置１１の内部回路構成（位置検出回路４）は、使用部品の点数がリードスイッチ１と発光ダイオード２とツェナーダイオード３の「３」となる。また、図４の分圧抵抗１０１，１０２やトランジスタ１０４も不要とすることができる。よって、簡易でコンパクトなものになり、小型化、コストダウンを図ることができる。
【００４０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）位置検出装置の構成として、リードスイッチ１と、リードスイッチ１が動作したことを目視確認できることを目的に付加される発光ダイオード２と、少なくとも位置検出装置に接続された負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定したツェナーダイオード３と、を直列接続した。よって、リードスイッチ１の接点には、位置検出装置に接続された負荷を駆動する負荷電圧よりも少なくともツェナーダイオード３のツェナー電圧分だけ低い電圧が印加されるので、寿命が長くなる。その結果、簡素な構成でリードスイッチ１の接点寿命を長くすることができる。
【００４１】
（２）直列接続されるツェナーダイオード３のツェナー電圧は、１２〜１５ボルトであるので、実用上好ましい。
（３）直列接続されるツェナーダイオード３のツェナー電圧は、負荷を駆動させるための負荷電源電圧の１／２以下の電圧がリードスイッチ１の端子間に印加されるようにするための電圧であるので、実用上好ましい。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図３（ａ）に示すように位置検出回路４は、リードスイッチ１と発光ダイオード２とツェナーダイオード３とを直列接続して構成したが、これに代わり、図３（ｂ）に示すように位置検出回路４（位置検出装置）は、リードスイッチ１とツェナーダイオード３とを直列接続して構成してもよい。つまり、負荷への電力供給ラインに設けられ、ピストン１３に設けた磁石１６の磁力により接点が閉路して負荷へ電力が供給されるリードスイッチ１と、少なくとも負荷を駆動可能とした最小負荷電圧が負荷両端に加わるように設定され、逆方向電圧が印加されるツェナーダイオード３と、を直列接続する。
【００４３】
図１の負荷電源９の電圧がＤＣ２４ボルト、フォトカプラ６の発光素子（発光ダイオード）６ａで約１ボルトの電圧低下が発生する場合、ツェナーダイオード３がないとリードスイッチ１の接点に加わる電圧は、２３ボルトとなる。
【００４４】
このとき、ツェナーダイオード３でのツェナー電圧値は、負荷が駆動できるための電流を確保でき、かつ、リードスイッチ１でのグロー放電の発生防止の観点から、できる限りツェナー電圧の大きな素子を選択することが望ましい。具体的には、抵抗器５（負荷抵抗）の定数が２．２ｋΩの場合（一般的なプログラマブルコントローラ入力カード（入力ユニット）に使われている定数）は、計算上、ツェナー電圧が１５タイプが望ましい。
【００４５】
このようなことから負荷電源電圧値の１／２程度のツェナー電圧値を持った素子を選択するとよい。
ちなみに、図３（ｂ）の回路においてリードスイッチ１の接点に印加される電圧値は、計算上、２４Ｖ−（１５Ｖ＋１Ｖ）から８ボルトとなり、この条件でのリードスイッチ１の寿命試験を行ったところ、動作回数１０００万回にて接点乖離不能の発生は見られず、良好な結果が得られた。
【００４６】
このようにすることにより、リードスイッチ１の接点には、位置検出装置に接続された負荷を駆動する負荷電圧よりも少なくともツェナーダイオード３のツェナー電圧分だけ低い電圧が印加されるので、寿命が長くなる。その結果、簡素な構成でリードスイッチ１の接点寿命を長くすることができる。
【００４７】
この場合（図３（ａ）に代わり図３（ｂ）の構成とした場合）においても、直列接続されるツェナーダイオード３のツェナー電圧は、１２〜１５ボルトであると、実用上好ましい。また、直列接続されるツェナーダイオード３のツェナー電圧は、負荷を駆動させるための負荷電源電圧の１／２以下の電圧がリードスイッチ１の端子間に印加されるようにするための電圧であると、実用上好ましい。
【００４８】
・ツェナーダイオードは１つ接続したが、複数個のツェナーダイオードを直列接続して構成してもよい。
・流体圧シリンダのピストン位置検出用に使用したが、これに限ることなく、他にも例えば電動シリンダの可動部であるシャフト位置検出用に使用してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…リードスイッチ、２…発光ダイオード、３…ツェナーダイオード、８…入力回路、１１…位置検出装置、１３…ピストン、１６…磁石。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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