(57)【要約】【課題】無線信号によってスイッチを制御する無線スイッチ装置において、迅速なスイッチ制御を可能とすることを目的とする。【解決手段】無線信号を受信するアンテナと、アンテナで受信された無線信号から特定の符号パターンで変調された信号を検出し、検出電圧を出力するＳＡＷコリレータと、ＳＡＷコリレータの検出電圧に基づいてスイッチを制御するスイッチ制御部と、を備える無線スイッチ制御装置において、スイッチ制御部は、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチの可動電極および固定電極を備え、ＳＡＷコリレータの検出電圧を可動電極と固定電極との間に印加し、検出電圧によって可動電極と固定電極との間に発生する静電引力によって静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチを駆動することを特徴とする。【選択図】図３
2009077479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信するアンテナと、
アンテナで受信された無線信号から特定の符号パターンで変調された信号を検出し、検出電圧を出力するＳＡＷコリレータと、
ＳＡＷコリレータの検出電圧に基づいてスイッチを制御するスイッチ制御部と、
を備える無線スイッチ制御装置において、
スイッチ制御部は、
静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチの可動電極および固定電極を備え、
ＳＡＷコリレータの検出電圧を可動電極と固定電極との間に印加し、検出電圧によって可動電極と固定電極との間に発生する静電引力によって静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチを駆動することを特徴とする無線スイッチ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線スイッチ制御装置において、
可動電極と固定電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス回路を備えることを特徴とする無線スイッチ制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線スイッチ制御装置において、
静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチがオンとなる位置またはオフとなる位置のいずれかに可動電極が留まるよう駆動電極を導くトグル機構を備えることを特徴とする無線スイッチ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の変調パターンを有する無線信号の検出によってスイッチを制御するスイッチ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度計、電力量計等の測定器を備える複数の無線測定装置と、無線測定装置から測定結果を取得する無線収集装置とを備える測定システムについて研究が行われている。無線測定装置は測定対象物が存在する位置に配置される。無線収集装置は、システム操作者が測定結果を収集するのに適した位置に配置される。
【０００３】
無線収集装置は、複数の無線測定装置のうち測定結果を取得するものを指定し、測定結果を返信すべき旨の指令信号を送信する。指令を受けた無線測定装置は、測定結果を無線収集装置に送信する。このような処理によって、無線収集装置は、指定した無線測定装置から測定結果を取得する。
【０００４】
また、無線測定装置は、無線収集装置による指令を受けていないときは測定結果を送信する必要がない。そこで、各無線測定装置は、指令を受けたときに電源スイッチをオンにして測定を行い、測定結果の送信を終了した後に、再び電源スイッチをオフにする。このような処理によって、無線測定装置は、無線収集装置からの指令を受けていないときに電力を消費しないようにする。
【０００５】
無線収集装置が無線測定装置を指定するため、各無線測定装置には符号パターンが予め割り当てられている。無線収集装置は、指定した無線測定装置の割り当て符号パターンで変調された指令信号を送信する。各無線測定装置は、受信信号の変調パターンと自らの割り当て符号パターンとが一致したときに、電源スイッチをオンにし、温度等の測定および測定結果の送信を行う。
【０００６】
このような処理を実行するため、各無線測定装置は、割り当て符号パターンで変調された入力信号に対し検出電圧を出力するＳＡＷコリレータと、検出電圧に基づいて電源スイッチを制御するスイッチ制御回路とを備える。
【０００７】
無線測定装置の受信信号はＳＡＷコリレータに入力される。ＳＡＷコリレータは、割り当て符号パターンで変調された信号が受信信号に含まれているときは、検出電圧を出力する。スイッチ制御回路は、検出電圧が出力されたときに電源スイッチをオンとする。
【０００８】
このような構成によって、無線測定装置は、自らの割り当て符号パターンで変調された指令信号を受信したときに、電源スイッチをオンにして測定を行い、測定結果を送信する。これによって、無線収集装置は、指定した無線測定装置から測定結果を取得することができる。特許３７１２２９１号公報には、ここで説明したような測定システムについて記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３７１２２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
無線測定装置の電源スイッチには、半導体スイッチ、リレースイッチ等が用いられる。ところが、ＳＡＷコリレータの検出電圧による電力供給容量は、これらのスイッチを制御することができる程の大きさを有さない。そこで、特許文献１に記載されている無線測定装置では、ＳＡＷコリレータの検出電圧によってコンデンサを充電し、コンデンサの充電電圧をスイッチ制御電圧として用いる。この構成によれば、割り当て符号パターンで変調された指令信号が受信されている間は、コンデンサの充電電圧が増加する。そのため、ＳＡＷコリレータの電力供給容量が小さい場合であっても、指令信号の継続的な受信によってコンデンサの充電電圧を大きくすることができ、充電電圧を用いて電源スイッチを制御することができる。
【００１１】
しかし、コンデンサの充電電圧を用いる構成では、充電電圧が電源スイッチオンの閾値に達するまで長時間を必要とし、無線測定装置が指令を受けてから電源スイッチをオンとするまでの時間が長くなるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、無線信号によってスイッチを制御する無線スイッチ装置において、迅速なスイッチ制御を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、無線信号を受信するアンテナと、アンテナで受信された無線信号から特定の符号パターンで変調された信号を検出し、検出電圧を出力するＳＡＷコリレータと、ＳＡＷコリレータの検出電圧に基づいてスイッチを制御するスイッチ制御部と、を備える無線スイッチ制御装置において、スイッチ制御部は、  静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチの可動電極および固定電極を備え、ＳＡＷコリレータの検出電圧を可動電極と固定電極との間に印加し、検出電圧によって可動電極と固定電極との間に発生する静電引力によって静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチを駆動することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る無線スイッチ制御装置においては、可動電極と固定電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス回路を備えることが好適である。
【００１５】
また、本発明に係る無線スイッチ制御装置においては、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチがオンとなる位置またはオフとなる位置のいずれかに可動電極が留まるよう駆動電極を導くトグル機構を備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無線信号によってスイッチを制御する無線スイッチ装置において、迅速なスイッチ制御を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明の実施形態に係る測定システムの構成を示す。測定システムは、無線収集装置１０によって、温度、湿度等の測定結果を無線測定装置１２から取得するシステムである。測定システムによれば、無線収集装置１０が無線測定装置１２から測定結果を取得することで、複数箇所の測定結果を一箇所で収集することができる。
【００１８】
測定システムは、例えば、工場の製品倉庫に保管されている複数の製品について、製品ごとに保管状態を監視するために用いることができる。この場合、無線測定装置１２は、製品保管箱の内部等、温度、湿度等を測定する位置に配置される。また、無線収集装置１０は、システム操作者が測定結果を取得するのに適した位置に配置される。その他、測定システムは、各家庭に設けられた電力量計、ガス使用量計等の測定結果を一箇所で取得する、テレメータリングシステム等に用いることもできる。
【００１９】
無線収集装置１０が、複数の無線測定装置１２のうち測定結果を取得するものを指定するため、各無線測定装置１２には符号パターンが割り当てられる。無線収集装置１０は、操作者の操作に応じて無線測定装置１２を指定する。そして、指定した無線測定装置１２の割り当て符号パターンで変調された指令信号を送信する。無線測定装置１２は、受信信号の変調パターンと自らの割り当て符号パターンとが一致したときに、温度等の測定および測定結果の送信を行う。
【００２０】
図２に本発明の実施形態に係る無線測定装置１２の構成を示す。無線測定装置１２は、割り当て符号パターンの検出によってオン駆動される静電引力駆動型ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチ１８を電源スイッチとする。すなわち、無線測定装置１２は、受信信号から割り当て符号パターンが検出されたときに電源スイッチをオンとし、温度測定結果を送信する。これによって、無線収集装置１０からの指令を受けていないときに電力を消費しないようにする。
【００２１】
ここでは、無線測定装置１２は温度計２４を備え、温度測定結果を送信するものとするが、湿度計、電力量計、ガス使用量計等を備え、例示した計器による測定結果を送信するものとしてもよい。
【００２２】
無線測定装置１２が無線収集装置１０の指令を受け、測定結果を送信する処理について説明する。無線収集装置１０から送信されアンテナ１２で受信された信号は、ＳＡＷコリレータ１６に入力される。ＳＡＷコリレータ１６には、搭載無線測定装置の割り当て符号パターンで変調された信号に対して検出電圧Ｖｄが出力されるものを用いる。これによって、割り当て符号パターンで変調された無線信号が無線収集装置１０から送信され、アンテナ１２で受信されたときは、ＳＡＷコリレータ１６から検出電圧Ｖｄが出力される。
【００２３】
静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８は、後述するように、ＳＡＷコリレータ１６から検出電圧Ｖｄが出力されることによってオンとなり、制御部２２からオフ駆動電圧Ｖｆが出力されることによってオフとなる。
【００２４】
したがって、ＳＡＷコリレータ１６から検出電圧Ｖｄが出力されることで、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８がオンとなる。これによって、電力供給部２０は、制御部２２、温度計２４および送信部２６に電力を供給する。温度計２４は温度を測定し、測定結果を送信部２６に出力する。送信部２６は、測定結果をアンテナ１２から送信すると共に、送信を終了した旨の送信終了情報を制御部２２に出力する。
【００２５】
制御部２２は、送信部２６から送信終了情報が出力されると、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８にオフ駆動電圧Ｖｆを出力する。これによって、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８がオフとなり、電力供給部２０は、制御部２２、温度計２４および送信部２６への電力供給を遮断する。
【００２６】
このような処理によれば、無線測定装置１２は、自らの割り当て符号パターンで変調された指令信号を受信したときに、温度測定を行い、測定結果を送信する。これによって、無線収集装置１０は、指定した無線測定装置１２から測定結果を取得することができる。
【００２７】
さらに、無線測定装置１２は、指令を受けたときに静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８をオンにし、測定結果の送信を終了した後に静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８をオフにする。これによって、無線収集装置１０からの指令を受けていないときに電力を消費しないようにすることができ、無駄な電力消費をなくすことができる。
【００２８】
次に、無線測定装置１２に用いられる静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８について図３を参照して説明する。静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８は、電力供給部２０の電源スイッチとして用いる内部スイッチ２８を備える。内部スイッチ２８のスイッチ切片３０およびスイッチ電極３２は、それぞれ、電力供給部２０の電源スイッチ接続端子３４ａおよび３４ｂに接続される。
【００２９】
スイッチ切片３０は、上下方向を長手方向とし上下方向に可動であるスイッチ駆動棒３６に取り付けられる。スイッチ駆動棒３６が下方にあるときは、スイッチ切片３０はスイッチ電極３２に接触し、内部スイッチ２８がオンになる。一方、スイッチ駆動棒３６が上方にあるときは、スイッチ切片３０はスイッチ電極３２から離れ、内部スイッチ２８がオフになる。
【００３０】
スイッチ駆動棒３６を静電引力によって下方向に駆動するため、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８は、櫛歯型のオン固定電極４０およびオン可動電極４６を備える。
【００３１】
オン固定電極４０およびオン可動電極４６は、ベース板４２と、互いに平行に配置され、ベース板４２に垂直に接する複数の櫛歯板４４によって形成される。
【００３２】
オン固定電極４０は、歯先を上に向けてＭＥＭＳ筐体３８に固定される。オン可動電極４６は、歯先を下に向け、各櫛歯板４４がオン固定電極４０の櫛歯板４４の間に入り込むようスイッチ駆動棒３６に取り付けられる。
【００３３】
オン可動電極４６およびオン固定電極４０は、それぞれ、ＳＡＷコリレータ１６の検出電圧出力端子４８ａおよび４８ｂに接続される。これによって、ＳＡＷコリレータ１６から検出電圧Ｖｄが出力されたときは、オン可動電極４６とオン固定電極４０との間に静電引力が発生し、スイッチ駆動棒３６に下方向の力が与えられる。
【００３４】
スイッチ駆動棒３６を静電引力によって上方向に駆動するため、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８は、櫛歯型のオフ固定電極５０およびオフ可動電極５２を備える。オフ固定電極５０およびオフ可動電極５２は、それぞれ、オン固定電極４０およびオン可動電極４６と同様の構成を有する。
【００３５】
オフ固定電極５０は、歯先を下に向けてＭＥＭＳ筐体３８に固定される。オフ可動電極５２は、歯先を上に向け、各櫛歯板４４がオフ固定電極５０の櫛歯板４４の間に入り込むよう、スイッチ駆動棒３６の上端に取り付けられる。
【００３６】
オフ可動電極５２およびオフ固定電極５０は、それぞれ、制御部２２のオフ電圧出力端子５４ａおよび５４ｂに接続される。これによって、制御部２２からオフ駆動電圧Ｖｆが出力されたときは、オフ可動電極５２とオフ固定電極５０との間に静電引力が発生し、スイッチ駆動棒３６に上方向の力が与えられる。
【００３７】
スイッチ駆動棒３６をＭＥＭＳ筐体３８内で支持し、内部スイッチ２８の状態をオンまたはオフのいずれかの状態に安定させるため、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８は帯状トグルバネ５６を備える。帯状トグルバネ５６の両端はＭＥＭＳ筐体３８に固定される。帯状トグルバネ５６は、スイッチ駆動棒３６を貫通させる貫通穴５８を有し、貫通穴５８の位置でスイッチ駆動棒３６を支持する。
【００３８】
帯状トグルバネ５６は、下に凸または上に凸のいずれかの安定状態をとりうる。上に凸の状態となっているときに、スイッチ駆動棒３６によって下方向に力を与えると、帯状トグルバネ５６は自らの弾性力によって下に凸の状態となる。これによってスイッチ駆動棒３６は下方に留まり、内部スイッチ２８がオンとなる。一方、下に凸の状態となっているときに、スイッチ駆動棒３６によって上方向に力を与えると、帯状トグルバネ５６は自らの弾性力によって上に凸の状態となる。これによってスイッチ駆動棒３６は上方に留まり、内部スイッチ２８がオフとなる。帯状トグルバネ５６には、凸方向を変化させるのに要する力が、内部スイッチ駆動のための静電引力より小さいものを用いる。
【００３９】
このような構成によれば、内部スイッチオフ状態でＳＡＷコリレータ１６から検出電圧Ｖｄが出力されたときは、静電引力によってオン可動電極４６がオン固定電極４０に引き寄せられ、スイッチ駆動棒３６に下方向の力が与えられる。これによって、帯状トグルバネ５６は下に凸の状態となり、スイッチ駆動棒３６は下方に留まり、内部スイッチ２８がオンとなる。
【００４０】
また、内部スイッチオン状態で制御部２２からオフ駆動電圧Ｖｆが出力されたときは、静電引力によってオフ可動電極５２がオフ固定電極５０に引き寄せられ、スイッチ駆動棒３６に上方向の力が与えられる。これによって、帯状トグルバネ５６が上に凸の状態となり、スイッチ駆動棒３６は上方に留まり、内部スイッチ２８がオフとなる。
【００４１】
本発明の実施形態に係る無線測定装置１２では、ＳＡＷコリレータ１６の検出電圧Ｖｄによって静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８を駆動する。静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８では、オン可動電極４６、オフ可動電極５２、スイッチ駆動棒３６およびスイッチ切片３０を軽量化することで、内部スイッチ２８の駆動に必要な静電引力を小さくすることができる。
【００４２】
さらに、帯状トグルバネ５６の弾性力を、内部スイッチ２８の状態を安定化させる必要最小限の大きさとすることで、内部スイッチ２８の駆動に必要な静電引力を小さくすることができる。
【００４３】
これによって、ＳＡＷコリレータ１６から静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８に供給される必要電力量を小さくすることができ、電力供給による駆動遅延時間を短くし、無線測定装置１２が指令を受けてから内部スイッチ２８をオンとするまでの時間を短くすることができる。
【００４４】
また、帯状トグルバネ５６の凸方向が変化するときの弾性力は内部スイッチ２８の駆動力となる。これによって、内部スイッチ２８を迅速にオンにすることができ、無線測定装置１２が指令を受けてから静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８をオンとするまでの時間を短くすることができる。
【００４５】
ここで説明した測定システムでは、無線収集装置１０と無線測定装置１２との間の距離が大きい場合、ＳＡＷコリレータ１６の検出電圧Ｖｄの大きさが不十分となり、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８を駆動するのが困難となることがある。このような場合、図４に示すようにバイアス電圧源６０を設け、オン可動電極４６とオン固定電極４０との間にバイアス電圧を印加する構成とすることが好ましい。
【００４６】
バイアス電圧源６０の負極端子はオン固定電極４０に接続される。また、バイアス電圧源６０の正極端子は、ＳＡＷコリレータ１６の検出電圧出力端子４８ｂに接続される。これによって、オン可動電極４６とオン固定電極４０との間には、検出電圧Ｖｄによる静電引力に加えて、バイアス電圧による静電引力が発生する。したがって、ＳＡＷコリレータ１６の検出電圧Ｖｄが小さい場合であっても、オン可動電極４６とオン固定電極４０との間に十分な大きさの静電引力を発生させることができる。
【００４７】
なお、上述の構成では、静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ１８を駆動するための電極として櫛歯型のものを用いた。電極の形状としては、その他、平板型のものを用いてもよい。櫛歯電極を用いた場合、そのベース板と面積が等しい平板電極を用いた場合に比べて、大きい静電引力を発生させることができる。さらに、同一電圧での電極の可動範囲を大きくすることができる。しかし、必要な静電引力および可動範囲が確保できるのであれば、構造が簡単な平板電極を櫛歯電極に代えて用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る測定システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る無線測定装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に実施形態に係る静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチの構成を示す図である。
【図４】バイアス電圧源を設けた係る静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  無線収集装置、１２  無線測定装置、１４  アンテナ、１６  ＳＡＷコリレータ、１８  静電引力駆動型ＭＥＭＳスイッチ、２０  電力供給部、２２  制御部、２４  温度計、２６  送信部、２８  内部スイッチ、３０  スイッチ切片、３２  スイッチ電極、３４ａ，３４ｂ  電源スイッチ接続端子、３６  スイッチ駆動棒、３８  ＭＥＭＳ筐体、４０  オン固定電極、４２  ベース板、４４  櫛歯板、４６  オン可動電極、４８ａ，４８ｂ  検出電圧出力端子、５０  オフ固定電極、５２  オフ可動電極、５４ａ，５４ｂ  オフ電圧出力端子、５６  帯状トグルバネ、５８  貫通穴、６０  バイアス電圧源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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