(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷との間に配置された負荷制御用スイッチング手段と、
前記負荷制御用スイッチング手段を立ち上げるための操作スイッチを有する立ち上げ用電源手段と、
立ち上げ用電源手段の操作スイッチがオン操作されると所定時間前記負荷制御用スイッチング手段と前記立ち上げ用電源手段をオン状態とさせるタイマー手段と、
を具備し、
前記負荷制御用スイッチング手段は、
交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、
このトライアックの両端に接続された整流回路と、
この整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子と、を具備し、
前記立ち上げ用電源手段は、
前記整流回路の直流出力に接続された操作スイッチとラッチングリレーからなるスイッチ手段と、
このスイッチ手段の操作スイッチがオン操作された際に、前記整流回路からの直流出力の基でラッチングリレーをオンさせ、かつ、低電圧を生成する低電圧電源手段と、
前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と前記ラッチングリレーをオフさせる制御手段とを具備した
ことを特徴とするタイマースイッチ。
【請求項２】
交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端にラッチングリレー接点を介して接続された整流回路と、前記トライアックの両端に接続された操作スイッチとラッチングリレーコイルと、前記整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子とからなる負荷制御用スイッチ手段と、
前記負荷制御用スイッチ手段の整流回路の直流出力の基で、低電圧を生成する低電圧電源手段を有する立ち上げ用電源手段と、
前記立ち上げ用電源手段で生成された低電圧の立ち上げによりタイマー始動を開始するタイマー手段と、
を具備し、前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチのオン操作に応じて、前記ラッチングリレー接点をオン動作させて、前記立ち上げ用電源手段の低電圧電源手段で低電圧の生成と、前記タイマー手段でのタイマー始動の開始と、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子をオン操作させると共に、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記負荷制御用スイッチ手段のラッチングリレー接点と前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子をオフさせることを特徴とするタイマースイッチ。
【請求項３】
前記負荷制御用スイッチ手段のトライアックの両端に接続されたラッチングリレーコイルは、
前記ラッチングリレー接点をオン／オフ操作するセットコイルとリセットコイルを有し、前記セットコイルは前記操作スイッチと直列に配置され、前記リセットコイルは、フォトカプラと直列に配置されており、前記操作スイッチのオン操作により前記セットコイルでリレー接点をオンさせ、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、タイマー手段からの制御信号の基で、前記フォトカプラを介して前記リセットコイルでラッチングリレー接点をオフ制御することを特徴とする請求項２記載のタイマースイッチ。
【請求項４】
交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端に操作スイッチを介して接続された整流回路と、及びこの整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子からなる負荷制御用スイッチ手段と、
前記負荷制御用スイッチ手段の整流回路の直流出力の基で、低電圧を生成する低電圧電源手段を有する立ち上げ用電源手段と、
前記立ち上げ用電源手段で生成された低電圧の立ち上げによりタイマー始動を開始するタイマー手段と、
前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチに並列に接続されたフォトカプラと、このフォトカプラを前記タイマー手段からの制御信号の基で、オン／オフ制御させるフォトカプラ制御手段からなるスイッチ手段と、
を具備し、前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチのオン操作に応じて、前記立ち上げ用電源手段の低電圧電源手段での低電圧生成と、前記タイマー手段でのタイマー始動開始と、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と、及び前記スイッチ手段をオン操作させる共に、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記タイマー手段からの制御信号の基で、前記スイッチ手段とスイッチング素子をオフ操作させることを特徴とするタイマースイッチ。
【請求項５】
前記立ち上げ用電源手段の制御手段は、前記タイマー手段からのタイムアップ信号の基で、前記ラッチングリレーのリセットコイルに供給する励磁電流を制御することで前記ラッチングリレーのオフ操作を行うことを特徴とする請求項１に記載のタイマースイッチ。
【請求項６】
前記負荷制御用スイッチ手段は、前記タイマー手段からのタイムアップ信号の基で、前記ラッチングリレーのリセットコイルに供給する励磁電流を制御することで前記ラッチングリレーのオフ操作を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のタイマースイッチ。
【請求項７】
前記タイマー手段は、汎用のタイマー集積素子で構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１記載のタイマースイッチ。
【請求項８】
前記タイマー手段は、ＣＲ充放電回路とオペアンプによるコンパレータ回路から構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１記載のタイマースイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、換気扇及び照明灯等の負荷をオン動作させ所定時間経過後、負荷を自動的にオフさせるタイマースイッチ関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば換気扇及び照明灯等の負荷を予め設定した時間だけオン動作させるタイマースイッチとして、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）を制御素子としたタイマースイッチが実用化されている。例えば換気扇をオン・オフ制御するタイマースイッチの具体的構成と動作について図９を用いて説明する。
【０００３】
図９において、符号７１は、商用交流電源であり、この交流電源７１の一方には、換気扇７２の交流モータを介してタイマースイッチ７３の一方の端子７４が接続され、交流電源７１の他方には、タイマースイッチ７３の他方の端子７５が接続されている。
【０００４】
前記タイマースイッチ７３は、前記一方の端子７４と他方の端子７５との間にバリスタ等のサージ吸引素子７６とコンデンサ７７とが並列に接続されている。さらに、前記一方の端子７４には、ラインノイズ抑制コイル７８及びトライアック８０のゲート抵抗７９の直列接続を介してダイオードブリッジ接続で構成される整流回路８１の一方の交流入力端子に接続されている。前記他方の端子７５は、整流回路８１の他方の交流入力端子に接続されている。前記コイル７８とゲート抵抗７９の接続点と前記他方の端子７５との間には、トライアック８０の主電極Ｔ１−Ｔ２が接続され、トライアック８０のゲートＧはゲート抵抗７９と整流回路８１の一方の交流入力端子との接続点に接続されている。
【０００５】
前記整流回路８１の正極と負極の直流出力端子との間には、抵抗８２，操作スイッチ８３，ダイオード８４及び定電圧ダイオード８５の直列回路が接続されている。前記整流回路８１の正極直流出力端子はフォトカプラ８６の受光側の入力端が接続されている。前記操作スイッチ８３とダイオード８４のアノードとの接続点は、操作スイッチ８３の状態検出するためのトランジスタ９４のベースにベース抵抗９２を介して接続されている。前記ダイオード８４のカソードと定電圧ダイオード８５のカソードとの接続点は、電解コンデンサ８７の＋極が接続され、−極は整流回路８１の負極直流端子に接続されている。電解コンデンサ８７の＋極側は、プラス（＋）電源ラインとなって、マイコン９５の電源端子Ｖｄｄと、抵抗８８を介して前記フォトカプラ８６の受光側の出力端と、前記トランジスタ９４のコレクタに抵抗９３を介して接続されている。トランジスタ９４のコレクタは、マイコン９５の入力端子ｒ８０に接続されている。また、トランジスタ９４のエミッタ及びマイコン９５の電源端子Ｖｓｓは前記整流回路８１の負極直流出力端子に接続されている。前記フォトカプラ８６の発光側入力端子は、プラス（＋）電源ラインに接続され、発光側出力端子は抵抗８９を介して、マイコン９５の出力端子ｒ４０に接続されている。前記マイコン９５の端子ｒ５１〜ｒ５４には時間選択スイッチ９６の異なる時間選択接点Ａ１〜Ａ４が接続され、共通接片ｃは前記整流回路８１の負極直流出力端子に接続された構成となっている。
【０００６】
なお、前記フォトカプラ８６と抵抗８９でスイッチ素子９０を構成し、前記抵抗９２，９３及びトランジスタ９４で操作スイッチ確認回路９１を構成している。
【０００７】
また、前記操作スイッチ８３は、可動片は常時両固定接片と離れたオフ状態となっており、可動片を押圧すると両固定接片を短絡オンする押しボタン形式のスイッチである。
【０００８】
このような構成のタイマスイッチ７３の動作について説明すると、操作スイッチ８３をオンさせない限り、交流電源７１から換気扇７２を介しタイマスイッチ７３に電流が流れないようになっている。操作スイッチ８３をオンさせると、整流回路８１の出力の直流電源は、抵抗８２と操作スイッチ８３及びダイオード８４を介して電解コンデンサー８７に供給されて電解コンデンサ８７を充電する。この電解コンデンサ８７は、定電圧ダイオード８５で規制される電圧に充電され、マイコン９５の電源端子Ｖｄｄに駆動電源を供給してマイコン９５を動作立ち上げる。マイコン９５が立ち上がるとマイコン９５の出力端子ｒ４０はロー（Ｌ）レベルとなり、スイッチ素子９０のフォトカプラ８６をオンさせて、整流回路８１からの直流電源は、操作スイッチ８３がオフとなってもスイッチ素子９０と抵抗８８を介し持続的に電解コンデンサ８７と定電圧ダイオード８５に直流電源が供給される。
【０００９】
一方、整流回路８１の整流動作により、ゲート抵抗７９に電流Ｉが流れ、トライアック８０の端子Ｔ１とゲートＧとの間に接続されたゲート抵抗７９にトライアック８０をオンさせるゲート電圧（電流Ｉ×ゲート抵抗７９の抵抗値Ｒ）得られる。トライアック８０がオンすると交流電源７１から換気扇７２のモータに所定の電流が供給されて換気扇７２が持続的に回転駆動する。
【００１０】
なお、前記トライアック８０と前記スイッチ素子９０は連動してオン・オフされるようになっている。
【００１１】
前記トライアック８０がオンすると、整流回路８１への交流電源入力がなくなり、ゼロクロス近傍点まで電解コンデンサ８７の充電が停止され、ゼロクロス近傍点に到達するとトライアック８０はオフして、再び電解コンデンサ８７への充電が開始される。つまり、電解コンデンサ８７へのスイッチ素子９０を介しての充電は、交流電源のゼロクロス近傍点期間のみで行われ、交流電源の大半の期間は換気扇７２に供給される。
【００１２】
次に、操作スイッチ８３が再びオンされると、操作スイッチ確認回路９１のトランジスタ９４がオンし、コレクタがハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）に変化する。一方、マイコン９５は、内蔵されたプログラムにより、入力端子ｒ８０がローレベル（Ｌ）になったとき、操作スイッチ８３が再オンされたと判断する。前記操作スイッチ８３が再オンされて、前記トランジスタ９４のコレクタのハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）への変化がマイコン９５の入力端子ｒ８０に入力されると、出力端子ｒ４０をハイレベル（Ｈ）にして前記スイッチ素子９０をオフにして、整流回路８１の直流出力側がオープンとなり、ゲート抵抗７９の電圧降下がなくなりトライアック８０がオフとなり換気扇７２は停止する。
【００１３】
なお、マイコン９５に内蔵されているタイマ機能の時間を時間選択スイッチ９６で選択し、選択した時間経過後前記スイッチ素子９０をオフする信号をマイコン９５の出力端子ｒ４０から供給することで、換気扇２２をオフさせるべく選択した時間経過後自動的に換気扇７２を停止することが可能となっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のタイマースイッチは、トイレルームやバスルーム等に設置される換気扇または照明灯の単独または並設の操作制御用として用いられ、設置工事の簡素化とコストの低減が求められている。前述した従来のタイマースイッチは、換気扇や照明の負荷をオン・オフする操作スイッチの状態把握を高価なマイコンで行い、かつ、タイマ機能もマイコンに持たせている。このため操作スイッチが操作されて、マイコンで負荷をオフする操作と判断された後、マイコンのタイマー機能で数分間（３〜５分程度）負荷を継続駆動させ、その数分間が経過したタイムアップ時に負荷をオフさせるために、数分間のタイマープログラムをマイコンに設定する必要があり、このタイマープログラムの開発に多くの費用が発生し、タイマースイッチのコストが上昇する課題があった。
【００１５】
一方、数分間のタイマー制御は、高価なマイコンを用いることなく、汎用のタイマーＩＣでタイマー制御可能であり、低価格のタイマースイッチの提供が可能である。そこで、本発明は、従来の課題に鑑み、使用者が負荷をオンさせた後、所定時間負荷を継続駆動させ、所定時間のタイムアップ時に負荷をオフさせるタイマースイッチを高価なマイコンを用いることなく、ＣＲ受放電回路とオペアンプの汎用ロジックと汎用タイマーＩＣを用いて安価なタイマースイッチを提供することを目的とする。
【００１６】
本発明のタイマースイッチは、交流電源と負荷との間に配置された負荷制御用スイッチング手段と、前記負荷制御用スイッチング手段を立ち上げるための操作スイッチを有する立ち上げ用電源手段と、立ち上げ用電源手段の操作スイッチがオン操作されると所定時間前記負荷制御用スイッチング手段と前記立ち上げ用電源手段をオン状態とさせるタイマー手段と、を具備し、前記負荷制御用スイッチング手段は、交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端に接続された整流回路と、この整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子と、を具備し、前記立ち上げ用電源手段は、前記整流回路の直流出力に接続された操作スイッチとラッチングリレーからなるスイッチ手段と、このスイッチ手段の操作スイッチがオン操作された際に、前記整流回路からの直流出力の基でラッチングリレーをオンさせ、かつ、低電圧を生成する低電圧電源手段と、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と前記ラッチングリレーをオフさせる制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明のタイマースイッチの負荷制御用スイッチング手段は、交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端に接続された整流回路と、この整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子とを具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明のタイマースイッチの立ち上げ用電源手段は、前記整流回路の直流出力に接続された操作スイッチとラッチングリレーからなるスイッチ手段と、このスイッチ手段の操作スイッチがオン操作された際に、前記整流回路からの直流出力の基でラッチングリレーをオンさせ、かつ、低電圧を生成する低電圧電源手段と、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と前記ラッチングリレーをオフさせる制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
本発明のタイマースイッチの立ち上げ用電源手段は、前記整流回路の直流出力に接続された操作スイッチとこの操作スイッチと並列に配置されたトランジスタスイッチからなるスイッチ手段と、このスイッチ手段の操作スイッチがオン操作された際に、前記整流回路の直流出力の基で前記トランジスタスイッチをオンさせ、かつ、低電圧を生成する低電圧電源手段とを具備し、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と前記トランジスタスイッチをオフ制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明のタイマースイッチは、交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端にラッチングリレー接点を介して接続された整流回路と、前記トライアックの両端に接続された操作スイッチとラッチングリレーコイルと、前記整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子とからなる負荷制御用スイッチ手段と、前記負荷制御用スイッチ手段の整流回路の直流出力の基で、低電圧を生成する低電圧電源手段を有する立ち上げ用電源手段と、前記立ち上げ用電源手段で生成された低電圧の立ち上げによりタイマー始動を開始するタイマー手段とを具備し、前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチのオン操作に応じて、前記ラッチングリレー接点をオン動作させて、前記立ち上げ用電源手段の低電圧電源手段で低電圧の生成と、前記タイマー手段でのタイマー始動の開始と、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子をオン操作させると共に、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記負荷制御用スイッチ手段のラッチングリレー接点と整流回路の直流出力端のスイッチング素子をオフさせることを特徴とする。
【００２１】
本発明のタイマースイッチの負荷制御用スイッチ手段のトライアックの両端に接続されたラッチングリレーコイルは、前記ラッチングリレー接点をオン／オフ操作するセットコイルとリセットコイルを有し、前記セットコイルは前記操作スイッチと直列に配置され、前記リセットコイルは、フォトカプラと直列に配置されており、前記操作スイッチのオン操作により前記セットコイルでリレー接点をオンさせ、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、タイマー手段からの制御信号の基で、前記フォトカプラを介して前記リセットコイルでラッチングリレー接点をオフ制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明のタイマースイッチは、交流電源に負荷を介して接続されたトライアックと、このトライアックの両端に操作スイッチを介して接続された整流回路と、及びこの整流回路の直流出力端に接続されたスイッチング素子からなる負荷制御用スイッチ手段と、前記負荷制御用スイッチ手段の整流回路の直流出力の基で、低電圧を生成する低電圧電源手段を有する立ち上げ用電源手段と、前記立ち上げ用電源手段で生成された低電圧の立ち上げによりタイマー始動を開始するタイマー手段と、前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチに並列に接続されたフォトカプラと、このフォトカプラを前記タイマー手段からの制御信号の基で、オン／オフ制御させるフォトカプラ制御手段からなるスイッチ手段とを具備し、前記負荷制御用スイッチ手段の操作スイッチのオン操作に応じて、前記立ち上げ用電源手段の低電圧手段での低電圧生成と、前記タイマー手段でのタイマー始動開始と、前記整流回路の直流出力端のスイッチング素子と、及び前記スイッチ手段をオン操作させる共に、前記タイマー手段で設定された所定時間経過後、前記タイマー手段からの制御信号の基で、前記スイッチ手段とスイッチング素子をオフ操作させることを特徴とする。
【００２３】
本発明のタイマースイッチの負荷制御用スイッチ手段、又は前記立ち上げ用電源手段のいずれかに設けたラッチングリレーのオフ操作は、前記タイマー手段からのタイムアップ信号の基で、前記ラッチングリレーのリセットコイルに供給する励磁電流を制御する制御手段を具備したことを特徴とする。
【００２４】
本発明のタイマースイッチの前記タイマー手段は、汎用のタイマー集積素子で構成されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明のタイマースイッチのタイマー手段は、ＣＲ充放電回路とオペアンプによるコンパレータ回路から構成されたことを特徴とする。
【００２６】
本発明のタイマースイッチにより、操作スイッチをオン操作、又はこの操作スイッチに連動させてラッチングリレーのセットコイルを励磁してリレー接点を閉じる等により、整流回路を動作させ、その整流回路からの直流出力を立ち上げ用電源手段に供給して低電位を生成する。この低電位によって、タイマー手段を動作させると共に、このタイマー手段からの制御信号の基で、整流回路の直流出力側を閉回路とするスイッチ素子をオン制御することで、タイマー手段に設定された所定時間負荷に交流電源が供給され、かつ、立ち上げ用電源手段とタイマー手段も継続動作可能となる。前記タイマー手段に設定されている所定の時間が経過すると、前記タイマー手段からのタイムアップ信号の基で、前記整流回路の直流出力側を閉回路にしているスイッチ素子をオフ操作させると共に、前記ラッチングリレーのリセットコイルを励磁してリレー接点を解放する。この結果、負荷への交流電源供給も停止されると共に、タイマースイッチ自体への駆動電源供給が停止できる廉価で設置場所に応じたタイマースイッチの提供が可能となった。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係るタイマースイッチの第１の実施形態の回路構成を示す接続ブロック図で、図２は図１に示したタイマースイッチの動作を説明する説明図である。なお、図１は、図９と同一部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００２８】
端子７４と７５の間には、図９と同様に商用交流電源７１と換気扇７２が接続されている。なお、端子７５と整流回路８１の交流入力端との間に、コイル７８とゲート抵抗７９を接続配置しているが、実質的に図９と同じである。
【００２９】
この図１の第１の実施形態と前述の図９の従来との相違は、整流回路８１の直流出力の正極端にサイリスタ１１のアノードが直流出力の負極端にサイリスタ１１のカソードが接続されている。サイリスタ１１のゲートは抵抗１２とコンデンサ１３を介して整流回路８１の直流出力の負極端に接続されている。前記整流回路８１の直流出力の正極端と負極端の間には、抵抗１４と操作スイッチ１５と後述するラッチングリレーのリレー接点１６を吸引するラッチングリレーのセットコイル１７の直列回路が接続されている。前記操作スイッチ１５は、可動片は常時両固定接片と離れたオフ状態となっており、可動片を押圧すると両固定接片を短絡オンする押しボタン形式のスイッチである。
【００３０】
前記整流回路８１の直流出力の正極には、リレー接点１６を介してトランジスタ１８のコレクタが接続されている。このトランジスタ１８のコレクタ・ベース間にはコレクタ抵抗１９が接続され、ベースは定電圧ダイオード２０を介して前記整流回路８１の直流出力の負極端に接続されている。また、このトランジスタ１８のエミッタと前記整流回路８１の直流出力の負極端との間には、電解コンデンサ２１と、前記リレー接点１６を解放するリセットコイル２２とトランジスタ２３のコレクタ・エミッタの直列回路が並列に接続されている。
【００３１】
前記操作スイッチ１５がオンされると、整流回路８１の直流出力電流がセットコイル１７を励磁して、前記リレー接点１６を吸引オンされる。このリレー接点１６のオンにより、トランジスタ１８もオンして、前記整流回路８１の直流出力により、電解コンデンサ２１が定電圧ダイオード２０で規制される電位＋Ｖに充電される。この電解コンデンサ２１の充電電位により、＋極側が＋Ｖ電位ラインで、−極側が基準（Ｅ）電位ラインとなる。
【００３２】
前記トランジスタ２３のベースは抵抗２４を介して、アンドゲート回路２５の出力端が接続され、このアンドゲート回路２５の入力端１は、抵抗２６を介して前記＋Ｖ電位ラインと、電解コンデンサ２７を介してＥ電位ラインに接続されている。さらに、このアンドゲート回路２５の入力端子２は、インバータ回路３６の出力端が接続されている。
【００３３】
前記＋Ｖ電位ラインとＥ電位ラインとの間には、タイマー部２８が接続されている。前記タイマー部２８は、汎用のタイマーＩＣ３１、例えばＢＵ２３０２（ローム社製）が用いられている。このタイマーＩＣ３１のＶｄｄ端子は前記＋Ｖ電位ラインに接続され、ＧＮＤ端子はＥ電位ラインに接続されている。前記タイマーＩＣ３１のＯＵＴ端子には、トランジスタ２９のベースが接続され、このトランジスタ２９のエミッタは、前記＋Ｖ電位ラインに接続されると共に、エミッタ・ベース間には抵抗３０が接続されている。さらに、前記タイマーＩＣ３１のＳＥＴ端子はコンデンサ３５を介して、Ｅ電位ラインに接続されている。前記タイマーＩＣ３１のＯＳＣ１端子に抵抗３２，ＯＳＣ２にコンデンサ３３、ＯＳＣ３端子に抵抗３４が接続され、この抵抗３２，３４とコンデンサ３３の一方端は相互に接続されている。前記トランジスタ２９のコレクタは、前記サイリスタ１１のゲートに抵抗３７を介して接続されていると共に、前記インバータ３６の入力端に接続されている。
【００３４】
このような構成のタイマースイッチの動作について図２を併用して説明する。前記操作スイッチ１５をオンすると、整流回路８１で整流された直流出力によりセットコイル１７が励磁され、リレー接点１６が閉じ、前記整流回路８１の直流出力がスイッチング素子であるトランジスタ１８に供給されてオンする。このトランジスタ１８がオンすると電解コンデンサ２１が充電され、＋Ｖ電位ラインが定電圧ダイオード２０で規制される電圧＋Ｖに立ち上がる。
この＋Ｖ電位ラインの電圧立ち上がりによって、前記タイマー部２８のタイマーＩＣ３１のＳＥＴ端子のコンデンサ３５が充電されて、ＳＥＴ端子がハイ（Ｈ）レベルとなりタイマー始動して、タイマーＩＣ３１のＯＵＴ端子は、ロー（Ｌ）レベルとなり、トランジスタ２９がオンして、ゲート抵抗３７を介してサイリスタ１１のゲートをＨレベルにしてオンさせる。
【００３５】
前記サイリスタ１１がオンされると、前記交流電源７１は、端子７４，整流回路８１，サイリスタ１１，整流回路８１，ゲート抵抗７９，コイル７８、端子７５、及び負荷である換気扇７２を介して流れ、ゲート抵抗７９のゲート電圧によりトライアック８０がオンして、換気扇７２を駆動継続されると共に、トライアック８０がゼロクロス近傍でオフするときに、前記電解コンデンサ２１が充電されて＋Ｖ電位が継続生成される。
【００３６】
一方、前記タイマー部２８のトランジスタ２９のオン動作により、出力のコレクタはＨレベルとなっており、この出力はインバータ３６を介して、アンドゲート回路２５の入力端２に入力され、このアンドゲート回路２５の入力端２はＬレベルとなる。このアンドゲート回路２５の入力端１は、前記＋Ｖ電位ラインから抵抗２６を介して＋Ｖ電位が供給され、コンデンサ２７が充電されるまでＬレベルで、コンデンサ２７が充電されるとＨレベルとなる。一方、タイマーＩＣ３１は、コンデンサ３５が充電されて、タイマー始動するまでアンドゲート回路２５は一瞬Ｈレベルとなる。このため、アンドゲート回路２５の出力は論理積Ｌレベルとなり、トランジスタ２３はオフが維持されている。
【００３７】
次に、前記タイマーＩＣ３１のタイマー始動開始から所定の時間が経過すると、タイマーＩＣ３１はＯＵＴ端子をＨレベルにしてトランジスタ２９をオフする。このトランジスタ２９がオフされると、前記サイリスタ１１がオフして、整流回路８１の直流出力側がオープンとなるために、前記トライアック８０もオフし、交流電源７１の供給が停止して、換気扇７２が停止する。
【００３８】
一方、前記タイマー部２８のトランジスタ２９のオフ動作により、コレクタ出力がＬレベルとなり、前記インバータ３６を介して、前記アンドゲート回路２５の入力端２をＨレベルとして、このアンドゲート回路２５の出力が論理積Ｈレベルとなり、トランジスタ２３がオンして、前記ラッチングリレーのリセットコイル２２が励磁されて、前記リレー接点１６を開放する。この結果、タイマースイッチ自体の動作も停止される。
【００３９】
つまり、負荷への交流電源のオン・オフ指示用のスイッチ釦を押すと接点間を接片が接触してオンし、スイッチ釦を離すと接点間を接片が離れてオフとなる操作スイッチ１５を用い、かつ、タイマー部２８に汎用のタイマーＩＣ３１を用いた構成とし、前記操作スイッチ１５をオンさせた際に、ラッチングリレーのセットコイル１７を励磁してリレー接点１６をオン維持させ、このリレー接点１６のオン動作により、スイッチング素子であるトランジスタ１８をオンさせて、電解コンデンサ２１と定電圧ダイオード２０で構成される低電圧電源手段で低電位＋Ｖを生成し、この低電位＋Ｖによりタイマー部２８を駆動させ、このタイマー部２８の出力の基で、サイリスタ１１とトライアック８０をオン制御して、前記操作スイッチ１５がオフ状態にも関わらず、負荷である換気扇７２に対して交流電源７１を継続供給し、かつ、タイマースイッチの駆動が継続維持される。
【００４０】
一方、タイマー部２８に設定されている時間が経過したタイムアップ時には、タイマーＩＣ３１の出力の基で、前記サイリスタ１１をオフにしてトライアック８０をオフ制御して、負荷である換気扇７２への交流電源供給を停止すると共に、前記タイマー部２８の出力のレベルをアンドゲート回路２５で判別して、前記ラッチングリレーのリセットコイル２２を＋Ｖ電位で励磁して、前記リレー接片１６をオフさせて、タイマースイッチの駆動も停止させるものである。
【００４１】
これにより、汎用の廉価なタイマーＩＣを用いて、タイマースイッチを動作させている間は、交流電源の大半の期間は負荷駆動用の電力として用い、前記タイマースイッチはゼロクロス近傍の僅かな期間の電力で駆動させると共に、タイマー部に設定された時間内には、負荷に駆動電力を継続供給される。前記タイマー部で設定された時間が経過したタイムアップ時には、自動的に負荷とタイマースイッチへの駆動電力供給をオフすることが可能となった。なお、前記タイマーＩＣ３１のＯＳＣ１〜ＯＳＣ３に接続されている抵抗３２，３４及びコンデンサ３３の常数を変えることで、タイマーＩＣ３１による前記タイマースイッチの駆動時間を適時変更可能となる。
【００４２】
次に本発明の第１の実施形態の変形例について図３を用いて説明する。図３は前記タイマー部２８に用いている汎用タイマーＩＣ３１に代えて、コンデンサと抵抗による充放電回路と、オペアンプによるコンパレータで構成したタイマー部である。
【００４３】
この変形例のタイマー部は、前記＋Ｖ電位ラインとＥ電位ラインとの間に、コンデンサ４０と抵抗４１の直列回路と、トランジスタ４２のコレクタ・エミッタと抵抗４３とコンデンサ４４の直列回路が並列に接続されている。前記コンデンサ４０と抵抗４１の接続点には前記トランジスタ４２のベースが接続されている。前記トランジスタ４２のエミッタに接続された抵抗４３とコンデンサ４４の接続点は、摺動抵抗４５とトランジスタ４６のコレクタ・エミッタを介して、前記Ｅ電位ラインに接続されていると共に、オペアンプで生成された第１のコンパレータ４８の−入力端子に抵抗４７を介して接続されている。この第１のコンパレータ４８の出力端子には、第２のコンパレータ５０の−入力端子と、抵抗４９を介して前記トランジスタ４６のベースに接続されている。前記第１と第２のコンパレータ４８，５０の＋入力端子には、前記＋Ｖ電位ラインとＥ電位ラインの間に接続された分圧抵抗５１，５２の接続点に接続されている。前記第２のコンパレータ５０の出力端子は、前記タイマー部２８の出力が供給されるゲート抵抗３７と、及びインバータ３６の入力端との接続点イ（図１参照）に接続されている。
【００４４】
次に、この変形例の動作を前述の図１と併用して説明すると、前記操作スイッチ１５を押圧してオンするとリレー接点１６がオンされ＋Ｖ電位ラインが＋Ｖ電位に立ち上がると、トランジスタ４２のベースはコンデンサ４０を介して＋Ｖ電位ラインに接続されているので、コンデンサ４０が充電されるまでの間、トランジスタ４２がオンしてコンデンサ４４が＋Ｖ電位ラインとほぼ同電位に充電される。前記コンデンサ４０が完全に充電されると、トランジスタ４２はオフとなり、コンデンサ４４への充電動作も停止すると共に、このコンデンサ４４に充電された電荷は、摺動抵抗４５を介して放電される。
【００４５】
前記第１と第２のコンパレータ４８，５０の両＋入力端子には電位＋Ｖを抵抗５１と５２で分割した電圧が闇値として供給されている。前記コンデンサ４４の充電電荷により、第１のコンパレータ４８の入力電圧は＋端子＜一端子となりその出力はＬレベルとなる。第２のコンパレータ５０の入力電圧は−端子＜＋端子となりその出力はＨレベルとなる。この第２のコンパレータ５０の出力により、ゲート抵抗３７を介してサイリスタ１１をオンさせて、これに伴いトライアック８０がオンして負荷に持続的に交流電源が供給される。さらに、前記第２のコンパレータ５０のＨレベル出力により、インバータ３６の出力はＬレベルとなり、アンドゲート回路２５の出力はＬレベルを維持する。前記コンデンサ４４の充電電荷が前記第１と第２のコンパレータ４８と５０の閾値を割るまで第２のコンパレータ５０の出力はＨレベルを維持する。つまり、前記負荷である換気扇７２に交流電源を供給し続け、かつ、タイマー部２８を駆動する＋Ｖ電位ラインの電位も維持生成される。
【００４６】
前記コンデンサ４４の充電電荷が摺動抵抗４５を介して放電し、前記第１と第２のコンパレータ４８，５０の＋端子の閾値以下となると、すなわち、第１のコンパレータ４８が−端子＜＋端子となると、その出力はＨレベルとなるために、トランジスタ４６がオンする。このトランジスタ４６のオンにより、コンデンサ４４の両端が短絡されて電荷が一気に放電される。この結果、第２のコンパレータ５０は−端子＞＋端子の関係となり、その出力（タイマー出力）は、Ｌレベルとなり、サイリスタ１１をオフにし、トライアック８０もオフとなり、負荷への電力供給が停止される。
【００４７】
一方、アンドゲート回路２５は、一方の入力端２は、前記第２のコンパレータ５０の出力のＬレベルがインバータ３６によりＨレベルとなり、その出力が論理積Ｈレベルとなり、トランジスタ２３をオンし、リセットコイル２２が励磁されてリレー接点１６を開放する。これにより、タイマースイッチ自体もオフ状態とする。
【００４８】
なお、前記摺動抵抗４５の摺動片による抵抗値選択により、前記コンデンサ４４の放電時定数が可変選定できるために、負荷に供給する交流電源の供給時間の設定ができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について図４を用いて説明する。この第２の実施形態の図４のタイマースイッチと前述の第１の実施形態の図１のタイマースイッチとの相違は、前記操作スイッチ１５とラッチングリレーのセットコイル１７とリセットコイル２２及びリレー接点１６は、整流回路８１の直流出力側に配置していたが、この第２の実施形態では、整流回路の交流入力側に設けてことにある。なお、図１と同一部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００５０】
入力端子である端子７４と、端子７５側のラインノイズ抑制コイル７８とゲート抵抗７９との接続点の間に、前記操作スイッチ１５と同じ操作スイッチ１５ａとラッチングリレーのセットコイル１７ａの直列回路と、フォトカプラ５３の受光側と前記ラッチングリレーのリセットコイル２２ａの直列回路が並列に接続されている。さらに、前記端子７４と整流回路８１の交流入力端子間には、前記ラッチングリレーのリレー接片１６ａが接続されている。これにより、前記整流回路８１の直流出力の正端子は、前記スイッチング素子であるトランジスタ１８のコレクタに直接接続されている。さらに、前記アンドゲート回路２５の出力端は、トランジスタ５４のベースに抵抗５５を介して接続され、このトランジスタ５４のコレクタは前記フォトカプラ５３の発光側の出力端に接続され、エミッタはＥ電位ラインに接続されている。前記フォトカプラ５３の発光側の入力端は、抵抗５６を介して、前記＋Ｖ電位ラインに接続されている。
【００５１】
このような構成のタイマースイッチの動作について、図５を併用して説明する。操作スイッチ１５ａをオンさせると、前記セットコイル１７ａは交流電源により励磁されて、リレー接点１６ａがオン維持されて、交流電源が負荷を介して整流回路８１に供給される。この整流回路８１で整流された直流出力により、トランジスタ１８がオンをして、電解コンデンサ２１が定電圧ダイオード２０で規制される電位＋Ｖに充電されて、＋Ｖ電位ラインが立ち上がる。この＋Ｖ電位ラインに立ち上がりにより、前述したようにタイマー部２８が動作し、タイマーの始動が開始されると共に、前記サイリスタ１１がオンされ、このサイリスタ１１のオンにより整流回路８１の直流出力回路が閉回路となり、トライアック８０もオンして、操作スイッチ１５ａがオフ状態であっても負荷に交流電源が継続供給される。
【００５２】
次にタイマー部２８のタイマーカウントが終了するタイムアップ時には、タイマーＩＣ３１のＯＵＴ端子からの制御により、トランジスタ２９がオフされて、前記サイリスタ１１がオフされる。このサイリスタ１１のオフにより、トライアック８０もオフされて負荷に対する交流電源の供給が停止される。一方、前記タイマー部２８の出力により、前記アンドゲート回路２５の入力端２がＨレベルとなり出力が論理積Ｈレベルにより前記トランジスタ５４がオンする。このトランジスタ５４がオンされると、前記フォトカプラ５３もオンして、リセットコイル２２が交流電源によって、励磁されて、前記リレー接点１６ａを開放オフする。これにより、負荷に対する交流電源の供給とタイマースイッチ自体の駆動も停止される。
【００５３】
なお、この第２の実施形態のタイマー部２８を図３に示した抵抗・コンデンサ及びオペアンプ等の汎用ロジックを用いたコンパレータからなるタイマー部に置き換えることも可能である。
【００５４】
次に本発明の第３の実施形態について、図６を用いて説明する。この第３の実施形態の図６のタイマースイッチと図１に示したタイマースイッチとの相違は、前述の第１の実施形態の前記ラッチングリレーに代えて、操作スイッチとトランジスタから構成したスイッチング部５７を設けたことにある。なお、図１と同一部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００５５】
このスイッチング部５７は、前記整流回路８１の直流出力の正端子と＋Ｖ電位ラインとの間には、抵抗５８を介して、前記操作スイッチ１５と同じ形式の操作スイッチ５９が直列に接続され、前記抵抗５８の入力端と前記操作スイッチ５９の出力端との間には、トランジスタ６０のエミッタ・コレクタが接続されている。このトランジスタ６０のエミッタ・ベース間には抵抗６１が接続され、ベースは抵抗６２とトランジスタ６３のコレクタ・エミッタを介して、前記Ｅ電位ラインに接続されている。前記＋Ｖ電位ラインとＥ電位ラインとの間には、前記定電圧ダイオード２０と電解コンデンサ２１が並列に接続されている。前記トランジスタ６３のベースは、抵抗６４を介して、前記タイマー部２８のトランジスタ２９の出力コレクタに接続されている。
【００５６】
次にこの第３の実施形態のタイマースイッチの動作を図７を併用して説明する。前記操作スイッチ５９をオンすると、前記整流回路８１の直流出力は、抵抗５８と操作スイッチ５９を介して、電解コンデンサ２１を充電する。この電解コンデンサ２１は定電圧ダイオード２０で規制される電位＋Ｖに充電されて、＋Ｖ電位ラインに電位＋Ｖを立ち上げる。この＋Ｖ電位ラインの立ち上げにより、前記タイマー部２８が駆動すると共に、タイマーの始動を開始する。このタイマー部２８の駆動により、タイマーＩＣ３１の制御の基で、トランジスタ２９がオンして、コレクタ出力はＨレベルとなり、前記ゲート抵抗３７を介してサイリスタ１１をオンすると共に、前記スイッチング部５７のトランジスタ６３のベースが抵抗６４を介してＨレベルとなりオンされる。このサイリスタ１１のオン動作により、前記整流回路８１は交流電源からの供給される交流入力の基で整流動作を行い、ゲート抵抗７９にゲート電流が流れトライアック８０をオンさせて、負荷に対する交流電源供給が維持継続されると共に、前記スイッチング部５７は、前記トランジスタ６３のオン動作により、トランジスタ６０もオンして、前記操作スイッチ５９がオフ状態にも関わらず、電解コンデンサ２１に整流回路８１からの直流出力が継続供給されて、＋Ｖ電位ラインへの電位＋Ｖの生成を継続維持する。
【００５７】
次に、前記タイマー部２８のタイマーＩＣ３１でタイムカウントを行い、所定の時間が経過したタイムアップ時には、ＯＵＴ端子がＨレベルとなり、トランジスタ２９がオフとなり、このトランジスタ２９のコレクタ出力がＬレベルとなる。これにより、前記サイリスタ１１がオフして、前記トライアック８０をオフすると共に、前記スイッチング部５７のトランジスタ６３のベースもＬレベルとなり、このトランジスタ６３がオフされ、かつ、トランジスタ６０もオフされて、電解コンデンサ２１に供給されていた整流回路８１からの直流出力の供給が停止される。この結果、前記交流電源に接続されている負荷のタイマースイッチの動作が停止される。
【００５８】
なお、この第３の実施形態のタイマー部３８を図３で示した抵抗・コンデンサおよぴオペアンプ等の汎用ロジックで構成したコンパレータからなるタイマー部に置き換えることも可能である。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態について図８を用いて説明する。前述した第２の実施形態と同様に、整流出力回路８１の交流入力側に操作スイッチを設けて、ラッチングリレーに代えてフォトカプラを用いている。なお、図１乃至図６と同じ部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００６０】
前記交流電源に接続された端子７４と整流回路８１の交流入力端との間には、前記スイッチ５９と同じ形式の操作スイッチ６５を接続し、この操作スイッチ６５の両端子間には、フォトカプラ６６の受光側の両端が接続されている。このフォトカプラ６６の発光側の入力端子には、＋Ｖ電位ラインが抵抗６７を介して接続され、この発光側の出力端子は、トランジスタ６８のコレクタ・エミッタを介して前記Ｅ電位ラインに接続されている。このトランジスタ６８のベースは、抵抗６９を介して前記タイマー部２８のトランジスタ２９のコレクタに接続されている。
【００６１】
このような構成のタイマースイッチの動作を図７と併用して説明する。前記操作スイッチ６５をオンすると、交流電源から整流回路８１に交流入力が供給され整流動作を行う。この整流回路８１の直流出力は、トランジスタ１８をオン動作させて、電解コンデンサ２１を定電圧ダイオード２０で規制される電位＋Ｖに充電されて、＋Ｖ電位ラインに電位＋Ｖが立ち上がる。この＋Ｖ電位ラインの立ち上げにより、前記タイマー部２８が動作開始すると共に、タイマーＩＣ３１がタイマー始動開始し、ＯＵＴ端子をＬレベルとする。このＯＵＴ端子のＬレベルによりトランジスタ２９がオン動作して、ゲート抵抗３７を介してサイリスタ１１をオン動作させると共に、トランジスタ６８のベースもＨレベルとなり、このトランジスタ６８をオン動作される。このトランジスタ６８のオンにより前記フォトカプラ６６の発光側に前記＋Ｖ電位ラインから動作電源が供給されて、フォトカプラ６６もオン動作される。これにより、交流電源からフォトカプラ６６，整流回路８１、サイリスタ１１，整流回路８１、ゲート抵抗７９，及びコイル７８を介して負荷へと供給されて、トライアック８０がオンして負荷が継続駆動される。さらに、前記トランジスタ１８もオン動作を維持して、＋Ｖ電位ラインに電位＋Ｖが生成維持される。
【００６２】
次に、前記タイマー部２８のタイマーＩＣ３１のタイマーカウントが終了したタイムアップ時には、タイマーＩＣ３１のＯＵＴ端子がＨレベルとなり、トランジスタ２９がオフされる。このトランジスタ２９がオフされると、コレクタ出力はＬレベルとなり、ゲート抵抗３７と抵抗６９を介してサイリスタ１１のゲートとトランジスタ６８のベースがＬレベルとなり、サイリスタ１１とトランジスタ６８が共にオフとなり、前記フォトカプラ６６とトライアック８０が共にオフとなり、前記負荷に対する交流電源供給が停止され、かつ、タイマースイッチの動作も停止する。
【００６３】
なお、この第４の実施形態において、前記タイマー部２８は、図３を用いて説明した抵抗・コンデンサ及びオペアンプ等の汎用ロジックを用いてコンパレータからなるタイマー部に置き換えられることは可能である。
【００６４】
又、前述の本発明の各実施形態において、交流電源に接続された負荷として換気扇を例に用いているが、照明灯に置き換えることも可能である。
【００６５】
以上、前述したように本発明のタイマースイッチは、スイッチ釦を押圧するとスイッチ接点がオンし、スイッチ釦の押圧が解除されるとスイッチ接点がオフとなる操作スイッチを用い、交流電源に接続された負荷を駆動後、所定の時間経過するまで負荷の駆動を継続させ、タイムアップ後負荷への交流電源供給を停止すると共に、タイマースイッチの駆動も停止可能としたもので、タイマースイッチのタイマー部は、汎用のタイマーＩＣまたはロジック回路で構成可能で廉価で確実に負荷駆動のタイマー管理が可能となった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、駆動源から負荷への駆動力供給制御と、負荷の駆動時間を制御するタイマースイッチにおいて、前記タイマースイッチのタイマー部を汎用のタイマーＩＣまたはロジック回路を用いたコンパレータで構成可能で、前記負荷への駆動力供給指示用としてスイッチ釦を押圧時のみオンする操作スイッチを用いことが可能となる。
【００６７】
又、操作スイッチは、交流電源と負荷の接続側に配置したり、又は、タイマースイッチの駆動源を生成する整流直流回路内に配置することが可能としたことにより、負荷の設置場所に応じて、操作スイッチとタイマースイッチの配置選定が可能となった。
【００６８】
これにより、タイマースイッチのタイマープログラム開発を不要とし、かつ、汎用の電子部品を用いることで、コスト低減とタイマースイッチ非駆動時の消費電力の零化が実現できる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタイマースイッチの第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明する説明図。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例を示すブロック図。
【図４】本発明に係るタイマースイッチの第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施形態の動作を説明する説明図。
【図６】本発明に係るタイマースイッチの第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第３の実施形態の動作を説明する説明図。
【図８】本発明に係るタイマースイッチの第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】従来のタイマースイッチの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…サイリスタ
１２、１４、１９，２４，２６，３０，３２，３４，３７，７９…抵抗
１３、３３，３５，７７…コンデンサ
１５…操作スイッチ
１６…ラッチングリレー用のリレー接点
１７…ラッチングリレー用のセットコイル
１８、２３，２９…トランジスタ
２０…定電圧ダイオード、
２１、２７…電解コンデンサ
２２…ラッチングリレー用リセットコイル
２５…アンドゲート回路
２８…タイマー部
３１…タイマーＩＣ
７６…サージ吸引素子
７８…ラインノイズ抑制コイル
８０…トライアック
８１…整流回路
【図１】
0004326656.tif 000002
【図２】
0004326656.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004326656.tif 000006
【図６】
0004326656.tif 000007
【図７】
0004326656.tif 000008
【図８】
0004326656.tif 000009
【図９】
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