JP2508623B2 - 近接スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は物体検知の応答速度を向上させた高周波発振
型の近接スイッチに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明による近接スイッチは、発振出力がベースに与
えられコレクタが電流帰還用の電流ミラー回路に接続さ
れたエミッタフォロワ型のトランジスタを有し、発振出
力の低下により物体を検知し物体を検知した後に発振振
幅が更に低下すれば、エミッタフォロワ型トランジスタ
のエミッタ抵抗を減じコレクタ電流を上昇させることに
より、電流ミラー回路を介して共振回路に与える帰還電
流を増加させている。こうすれば低いレベルで発振を継
続させることができ、物体が離れた場合に発振の再開が
迅速となり反応速度の速い近接スイッチとすることが可
能である。

〔従来技術とその問題点〕

高周波発振型近接スイッチは検出ヘッドに検出コイル
を有し、検出コイルを発振コイルとして発振回路が構成
され、発振出力の低下に基づいて物体を検知している。
近接スイッチに用いられる電流帰還型の発振回路として
は、例えば第４図に示すものがある。本図において近接
スイッチの前面に設けられた検出コイルＬと並列にコン
デンサＣが接続され共振回路を構成している。そしてこ
のLC共振回路に定電流源２より電源３を介して電流が供
給されており、その一端がトランジスタ４に与えられて
電流増幅される。トランジスタ４のエミッタはコレクタ
電流を定める可変抵抗５を介して接地され、コレクタに
はトランジスタ6,7から成る電流ミラー回路CMが接続さ
れている。そしてLC共振回路より得られる電流値がトラ
ンジスタ４によって電流増幅され、電流ミラー回路CMに
よってそのコレクタ電流と同一の電流値がトランジスタ
７を通してLC共振回路に電流帰還される。このようにし
て電流正帰還がかけられるためLC共振回路の共振周波数
によって発振が開始される。この発振回路は検出コイル
Ｌの形状，巻数値やその他の回路定数を調整することに
より発振停止時の速度が変化する。しかし近接体が接近
し検出コイルのコンダクタンスが大きくなればいずれ発
振は停止する。従って近接スイッチの応答速度は発振の
開始速度と停止速度との合計時間であると考えることが
できる。一般的に発振回路は発振の立上り（開始）速度
は非常に遅いが停止速度は比較的速い。発振が開始し成
長して物体を検知することができる振幅レベルに達する
時間τは次式によって示される。

Vo……出力反転レベル Vs……発振開始時の振幅レベル Ｃ……共振コンデンサ容量 Δｇ……発振開始点からのコンダクタンス変化量 一般的に発振が停止すればその時の振幅レベルVsはノ
イズレベルであって、例えば数mV程度である。そして検
出コイルの形状が大きくなれば応答速度が遅くなり、変
化の速い物体の近接を適確に検知することができないと
いう問題点があった。そこで発振回路に始動信号を与え
るため始動信号発生器を設けた装置が提案されているが
（特開昭58−1327号）、始動信号を発振周波数に合わせ
ておかなければならず回路構成が複雑になるという欠点
があった。

又抵抗溶接機等の数万Ａの大電流が流れ強力な交流磁
界が加わる環境下においては、検出コイルのフェライト
コアが飽和し検出コイルの損失が増加して発振が停止し
てしまう。従ってこのような環境下では高周波発振型の
近接スイッチを使用することができなくなるという問題
点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の近接スイッチの問題点に鑑
みてなされたものであって、発振開始を速くすることに
よって応答速度を向上させ、もしくは強力な交流磁界が
加わる環境下において使用することができるように、耐
磁界型として構成することができる近接スイッチを提供
することを目的とする。

〔発明の構成と効果〕

本発明は、検出コイルを含む共振回路、共振回路の発
振出力がベースに与えられたエミッタフォロワ型トラン
ジスタ、エミッタフォロワ型トランジスタのエミッタ抵
抗値を変化させるスイッチング素子、エミッタフォロワ
型トランジスタのコレクタ出力が第２のトランジスタに
与えられ該第２のトランジスタと第３のトランジスタに
よって構成され、そのミラー電流を共振回路に電流帰還
する電流ミラー回路を有する電流帰還型発振回路と、電
流帰還型発振回路の発振出力の低下を第１の閾値レベル
で弁別し物体検知信号を得る第１の比較回路と、電流帰
還型発振回路の発振出力の低下を第１の閾値レベルより
低い第２の閾値レベルで弁別し電流帰還型発振回路のス
イッチング素子を動作させ、第１の比較回路により検知
されない範囲でエミッタフォロワ型トランジスタのエミ
ッタ電流を増加させる第２の比較回路と、を具備するこ
とを特徴とするものである。

このような特徴を有する本発明によれば、検出コイル
に物体が接近すれば電流帰還型発振回路の発振出力が低
下する。第１の閾値レベル以下となれば第１の比較回路
によって弁別された物体検知信号が出力される。更に検
出コイルに物体が近づけば発振レベルが低下し、第２の
閾値レベル以下となれば第２の比較回路によって弁別さ
れて発振回路のエミッタフォロワ型トランジスタのエミ
ッタ電流が増加する。このエミッタ電流の増加によって
も第１の比較手段により検知されないようにして発振を
継続させている。そのため低いレベルで発振が継続する
こととなる。

従って本発明によれば、物体が検出コイルから離れた
場合には発振が短時間で元のレベルに回復することとな
り、応答速度の速い近接スイッチを構成することができ
る。又強力な交流磁界が加わる環境下においても発振開
始速度が速いため交流のゼロクロス点で断続的に発振さ
せることができる。従って物体検知出力を与える平滑回
路の放電時定数を大きくすれば、高磁界下で物体が検出
できる耐磁界型の近接スイッチを構成することが可能と
なる。

〔実施例の説明〕 （実施例の構成） 第１図は本発明の近接スイッチ発振回路の一実施例を
示す回路図である。本実施例では第４図に示した従来例
と同一部分は同一符号を用いて示している。さて本実施
例はトランジスタ４のエミッタ端に可変抵抗５と抵抗11
の直列接続体を介して接地している。そして抵抗11の両
端にはスイッチング用トランジスタ12を並列を接続して
いる。トランジスタ４は前述した従来例と同様にコレク
タが電流ミラー回路CMに接続され、エミッタがコレクタ
電流値調整用の可変抵抗５と抵抗11を介して接地され
る。そしてトランジスタ６と共に電流ミラー回路を構成
するトランジスタ７のコレクタがLC共振回路に接続され
ることは従来例と同様である。スイッチング用トランジ
スタ12は発振出力が変化した時に与えられる信号によっ
て断続するものであって、トランジスタ４のエミット抵
抗を可変するものである。

第２図は本発明による近接スイッチの全体構成を示す
ブロック図である。本図において第１図で示した発振回
路１の発振出力は二つの整流回路20,21に与えられてい
る。整流回路20,21は夫々所定の時定数によって発振出
力を直流に変換するものであって、その出力端には夫々
容量の異なる平滑用のコンデンサ22,23が接続され、更
に比較回路24,25が設けられている。比較回路24,25には
夫々異なるスレッシュホールドレベルを定める基準電圧
Vref1,Vref2（Vref1＞Vref2）が与えられており、入力
信号を矩形波に変換するものである。比較回路24は基準
電圧Vref1以下の信号が与えられたときに出力を出し、
出力回路26を介して物体検出信号として外部に出力す
る。一方比較回路25は比較回路24より低い基準電圧レベ
ルが与えられており、整流回路21の出力を矩形波に変換
するものでレベルが低くなれば第１図に示す発振回路１
のスイッチングトランジスタ12に伝えるものである。

（実施例の動作） 次に本実施例の動作について説明する。第３図は本実
施例による検出コイルＬと近接体の距離に対する各部の
波形を示す波形図である。本図において近接体が充分離
れている場合にはコイルＬはほとんど損失のない状態と
なっている。発振回路１ではLC共振回路の電圧がトラン
ジスタ４に与えられ電流増幅される。そして可変抵抗５
及び抵抗11の抵抗値により定まる電流がトランジスタ４
のコレクタ電流として流れる。このコレクタ電流によっ
てトランジスタ6,7の電流ミラー回路CMにより電流帰還
が成され、発振回路１が発振している。第３図（ａ），
（ｃ）に示すように近接体が遠く離れていれば発振レベ
ルが高く、比較回路25の信号が停止しているためトラン
ジスタ12はオフ状態となっている。従ってトランジスタ
４のエミッタ抵抗は抵抗５及び抵抗11の直列接続体とな
り、このエミッタ抵抗の値によって定まる電流がトラン
ジスタ４のコレクタに流れる。

さて物体が近接すれば第３図（ａ）に示すように発振
回路１の発振出力は急激に低下する。発振出力の低下に
よって整流回路20の出力が比較回路24の基準電圧Vref1
となる距離L1に達すれば、第３図（ｂ）に示すように比
較回路24より物体検知出力が出される。更に物体が近接
して発振振幅が低下し比較回路25の基準電圧Vref2以下
となれば、第３図（ｃ）に示すように比較回路25より比
較出力が与えられて発振回路１のスイッチングトランジ
スタ12をオンとする。そうすればトランジスタ４のエミ
ッタ抵抗は可変抵抗５のみとなり、トランジスタ４のコ
レクタ電流が増加し、電流ミラー回路6,7を介してLC共
振回路に与えられる帰還電流も大幅に増加することとな
る。そのため発振回路１の利得が向上し、第３図（ａ）
に示すように近接体がそれ以上近接スイッチに近づいて
も発振を継続することとなる。

ここで可変抵抗５と抵抗11の直列抵抗値によって物体
検知出力が出る距離L1が定まり、可変抵抗５及び抵抗11
の抵抗値の比によって物体が近接したときに継続する発
振振幅レベルが定まる。

前述の式（１）に示したように発振開始応答時間τは
初期状態の振幅に依存し、初期振幅レベルVsが高ければ
発振立上がり時間が大幅に短縮される。従って第３図
（ａ）に示すように近接体が近づき物体検知出力を出し
た以後も発振を低いレベルで継続させるようにすること
によって、発振の立上り速度が向上することとなる。

それ故応答速度の速い近接スイッチを得るためには、
整流回路20の出力端に設けられているコンデンサ22の容
量を小さく平滑の時定数を小さくすることによって、応
答速度を向上することが可能である。又抵抗溶接機等の
大電流が流れ強力な交流磁界が加わる環境下において近
接スイッチを使用することも可能である。この場合には
交流磁界のゼロクロス点に近づけば発振し易い状態とな
っているため発振が急激に開始する。例えば60Hzの交流
磁界が加わっている場合には、発振回路１からその倍の
120Hzで発振を継続するバースト波形が得られる。従っ
て整流回路20の出力コンデンサの容量を大きくし平滑時
定数を大きくし、このバースト発振の有無を長い時定数
を有する整流回路によって検知し、比較回路24で所定の
スレッシュホールドレベルと比較すれば耐磁界型の近接
スイッチを構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による近接スイッチの発振回路の一実施
例を示す回路図、第２図は本実施例による近接スイッチ
の全体構成を示すブロック図、第３図は本実施例による
発振回路の近接体の距離に対する各部の波形を示す波形
図、第４図は従来の発振回路の一例を示す回路図であ
る。 １……発振回路、4,6,7,12……トランジスタ、５……可
変抵抗、11……抵抗、20,21……整流回路、22,23……コ
ンデンサ、24,25……比較回路、26……出力回路、CM…
…電流ミラー回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検出コイルを含む共振回路、前記共振回路
   の発振出力がベースに与えられたエミッタフォロワ型ト
   ランジスタ、前記エミッタフォロワ型トランジスタのエ
   ミッタ抵抗値を変化させるスイッチング素子、前記エミ
   ッタフォロワ型トランジスタのコレクタ出力が第２のト
   ランジスタに与えられ該第２のトランジスタと第３のト
   ランジスタによって構成され、そのミラー電流を前記共
   振回路に電流帰還する電流ミラー回路を有する電流帰還
   型発振回路と、 前記電流帰還型発振回路の発振出力の低下を第１の閾値
   レベルで弁別し物体検知信号を得る第１の比較回路と、 前記電流帰還型発振回路の発振出力の低下を前記第１の
   閾値レベルより低い第２の閾値レベルで弁別し、前記電
   流帰還型発振回路のスイッチング素子を動作させ、前記
   第１の比較回路により検知されない範囲で前記エミッタ
   フォロワ型トランジスタのエミッタ電流を増加させる第
   ２の比較回路と、を具備することを特徴とする近接スイ
   ッチ。