JP3418886B2 - 近接スイッチ - Google Patents
近接スイッチInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は交流磁界を利用した高周
波発振型の近接スイッチに関するものである。
波発振型の近接スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来近接スイッチにおいては金属体の接
近による発振回路の発振状態に変化に基づいて金属体を
検出している。図１１は従来の近接スイッチの一例を示
す回路図である。本図においてこの近接スイッチはコン
デンサＣ１，検出コイルＬ１から成る並列共振回路１を
有している。この並列共振回路１の一端は接地され、他
端はダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミッタ
に接続される。トランジスタＱ１のベースには発振トラ
ンジスタＱ２のベースが接続されており、そのエミッタ
が帰還抵抗Ｒ１を介して検出コイルＬ１の中点に接続さ
れる。又トランジスタＱ２のベースには抵抗Ｒ２が接続
され、コレクタには発振を安定化させるための積分コン
デンサＣ２が接地端３との間に接続され、これらが発振
回路を構成している。
近による発振回路の発振状態に変化に基づいて金属体を
検出している。図１１は従来の近接スイッチの一例を示
す回路図である。本図においてこの近接スイッチはコン
デンサＣ１，検出コイルＬ１から成る並列共振回路１を
有している。この並列共振回路１の一端は接地され、他
端はダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミッタ
に接続される。トランジスタＱ１のベースには発振トラ
ンジスタＱ２のベースが接続されており、そのエミッタ
が帰還抵抗Ｒ１を介して検出コイルＬ１の中点に接続さ
れる。又トランジスタＱ２のベースには抵抗Ｒ２が接続
され、コレクタには発振を安定化させるための積分コン
デンサＣ２が接地端３との間に接続され、これらが発振
回路を構成している。
【０００３】更にトランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ
３を介して電源端２に接続され、電源端２とコレクタ端
の間には抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列接続回路とその中点にベ
ースが接続され、エミッタが電源端２に接続された出力
トランジスタＱ３が接続される。トランジスタＱ３はエ
ミッタ・コレクタ間に並列に抵抗値の大きい抵抗Ｒ６が
接続されており、そのコレクタの一端は抵抗Ｒ２に接続
され、又ツェナダイオードＤ１を介して接地される。そ
して電源端２と接地端３間には電源ＶS 及び負荷抵抗Ｒ
L が直列接続される。これらは発振回路の発振の有無に
よって出力電流を制御する出力回路を構成している。
３を介して電源端２に接続され、電源端２とコレクタ端
の間には抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列接続回路とその中点にベ
ースが接続され、エミッタが電源端２に接続された出力
トランジスタＱ３が接続される。トランジスタＱ３はエ
ミッタ・コレクタ間に並列に抵抗値の大きい抵抗Ｒ６が
接続されており、そのコレクタの一端は抵抗Ｒ２に接続
され、又ツェナダイオードＤ１を介して接地される。そ
して電源端２と接地端３間には電源ＶS 及び負荷抵抗Ｒ
L が直列接続される。これらは発振回路の発振の有無に
よって出力電流を制御する出力回路を構成している。
【０００４】この発振回路は検出コイルＬ１とコンデン
サＣ１の共振回路の出力がダイオード接続されたトラン
ジスタＱ１によって持ち上げられ、発振トランジスタＱ
２を介して正帰還され、並列共振回路１の共振周波数で
発振している。発振時にはトランジスタＱ２が半波毎に
オン状態となってコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ３及びこ
れに並列に接続されているトランジスタＱ３、抵抗Ｒ４
の間の抵抗とコンデンサＣ２とから成る積分回路によっ
て積分され、コンデンサＣ２の端子電圧は電源より低く
ほぼ一定の電圧となる。従って抵抗Ｒ４には常に電流が
流れ、トランジスタＱ３はオン状態となる。従って電源
ＶS にはツェナダイオードＤ１と負荷抵抗ＲL の直列回
路が負荷として接続される。従って負荷抵抗ＲL には、
ツェナダイオードＤ１の電圧をＶD1とすると、以下の電
流Ｉ1 が流れる。 Ｉ1 ＝（ＶS −ＶD1）／ＲL
サＣ１の共振回路の出力がダイオード接続されたトラン
ジスタＱ１によって持ち上げられ、発振トランジスタＱ
２を介して正帰還され、並列共振回路１の共振周波数で
発振している。発振時にはトランジスタＱ２が半波毎に
オン状態となってコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ３及びこ
れに並列に接続されているトランジスタＱ３、抵抗Ｒ４
の間の抵抗とコンデンサＣ２とから成る積分回路によっ
て積分され、コンデンサＣ２の端子電圧は電源より低く
ほぼ一定の電圧となる。従って抵抗Ｒ４には常に電流が
流れ、トランジスタＱ３はオン状態となる。従って電源
ＶS にはツェナダイオードＤ１と負荷抵抗ＲL の直列回
路が負荷として接続される。従って負荷抵抗ＲL には、
ツェナダイオードＤ１の電圧をＶD1とすると、以下の電
流Ｉ1 が流れる。 Ｉ1 ＝（ＶS −ＶD1）／ＲL
【０００５】一方検出コイルＬ１に物体が接近すればコ
イルの磁束が金属体を通過し、金属表面で渦電流を生じ
る。従って検出コイルＬ１のコンダクタンスｇが増加
し、発振が停止する。発振が停止すると抵抗Ｒ３には電
流が流れなくなり、トランジスタＱ３に並列に接続され
ている抵抗Ｒ６とツェナダイオードＤ１及び負荷ＲL が
電源ＶS の負荷となり、以下の微小電流Ｉ2 が負荷ＲL
に流れることとなる。 Ｉ2 ＝（ＶS −ＶD1）／（ＲL ＋Ｒ６） 従って負荷抵抗ＲL に流れる電流値Ｉ1 ，Ｉ2 に基づい
て物体の有無が検出できる。
イルの磁束が金属体を通過し、金属表面で渦電流を生じ
る。従って検出コイルＬ１のコンダクタンスｇが増加
し、発振が停止する。発振が停止すると抵抗Ｒ３には電
流が流れなくなり、トランジスタＱ３に並列に接続され
ている抵抗Ｒ６とツェナダイオードＤ１及び負荷ＲL が
電源ＶS の負荷となり、以下の微小電流Ｉ2 が負荷ＲL
に流れることとなる。 Ｉ2 ＝（ＶS −ＶD1）／（ＲL ＋Ｒ６） 従って負荷抵抗ＲL に流れる電流値Ｉ1 ，Ｉ2 に基づい
て物体の有無が検出できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の近接スイッチでは、金属体の材質によって検出
コイルのコンダクタンスの変化量が異なる。図１２は検
出コイルＬ１と物体までの距離Ｌに対する検出コイルＬ
１のコンダクタンスｇの変化を示すグラフである。本図
において曲線Ａは検出する物体が鉄である場合の曲線で
あり、曲線Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々ＳＵＳ，銅，アルミニウム
での曲線である。発振を停止するコンダクタンスの値を
図１２についてｇ1 とすると、夫々鉄を検出する物体ま
での距離に対し、ＳＵＳでは75％，銅では40％，アルミ
ニウムでは30％と小さくなり、検出距離が材質毎に異な
るという問題点があった。
な従来の近接スイッチでは、金属体の材質によって検出
コイルのコンダクタンスの変化量が異なる。図１２は検
出コイルＬ１と物体までの距離Ｌに対する検出コイルＬ
１のコンダクタンスｇの変化を示すグラフである。本図
において曲線Ａは検出する物体が鉄である場合の曲線で
あり、曲線Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々ＳＵＳ，銅，アルミニウム
での曲線である。発振を停止するコンダクタンスの値を
図１２についてｇ1 とすると、夫々鉄を検出する物体ま
での距離に対し、ＳＵＳでは75％，銅では40％，アルミ
ニウムでは30％と小さくなり、検出距離が材質毎に異な
るという問題点があった。
【０００７】又発振周波数を数ＭHz以上とすれば、高周
波により磁束が検出体内部に通りにくくなる表皮効果が
生じ、表面状態によってコンダクタンスの変化量が異な
る。従って金属体が同一の位置にまで接近した場合に
も、その材質や表面状態によって検出コイルのコンダク
タンスの変化量が異なり、近接スイッチの検出距離も異
なってしまうという問題点があった。
波により磁束が検出体内部に通りにくくなる表皮効果が
生じ、表面状態によってコンダクタンスの変化量が異な
る。従って金属体が同一の位置にまで接近した場合に
も、その材質や表面状態によって検出コイルのコンダク
タンスの変化量が異なり、近接スイッチの検出距離も異
なってしまうという問題点があった。
【０００８】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、金属体の材質や表面状態による
影響を少なくして物体を検出できるようにすることを技
術的課題とする。
なされたものであって、金属体の材質や表面状態による
影響を少なくして物体を検出できるようにすることを技
術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、検出コイルを含む第１の共振回路と、第１の共振回
路の一端が制御端子に接続され、その増幅出力を第１の
共振回路に帰還する発振用増幅素子と、発振用増幅素子
の帰還電流出力端と接地端との間に接続された第２の直
列共振回路と、発振用増幅素子の電流を第１の共振回路
に帰還させる経路に挿入されたコイルと、を具備し、第
２の直列共振回路の共振周波数は、発振周波数より高
く、金属体の接近に基づく発振周波数の上昇によってそ
のインピーダンスが下降する周波数に設定した発振回路
を有することを特徴とするものである。
は、検出コイルを含む第１の共振回路と、第１の共振回
路の一端が制御端子に接続され、その増幅出力を第１の
共振回路に帰還する発振用増幅素子と、発振用増幅素子
の帰還電流出力端と接地端との間に接続された第２の直
列共振回路と、発振用増幅素子の電流を第１の共振回路
に帰還させる経路に挿入されたコイルと、を具備し、第
２の直列共振回路の共振周波数は、発振周波数より高
く、金属体の接近に基づく発振周波数の上昇によってそ
のインピーダンスが下降する周波数に設定した発振回路
を有することを特徴とするものである。
【００１０】本願の請求項２の発明は、請求項１の金属
球検出用の近接スイッチにおいて、検出コイルは、貫通
孔の周囲に形成された検出コイルであり、貫通孔を通過
する金属球を検出することを特徴とするものである。
球検出用の近接スイッチにおいて、検出コイルは、貫通
孔の周囲に形成された検出コイルであり、貫通孔を通過
する金属球を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、発振用増幅素子の帰還電流出力端に帰還電流
を変化させるための第２の直列共振回路を設けており、
この共振周波数を発振周波数より高く設定している。こ
のため物体が近接すれば発振コイルのコンダクタンスが
増大し、これによって発振レベルが低下するが、これと
同時にインダクタンスが低下するため発振周波数が上昇
する。従って第２の直列共振回路のインピーダンスが低
下することとなって帰還電流は減少する。このコンダク
タンスの増大と第２の共振回路のインピーダンスの下降
とによって発振が急速に停止することとなる。又この帰
還電流の経路にコイルを設けているため、発振周波数の
上昇によって帰還電流をより減少させることができ、発
振が急速に停止することとなる。
によれば、発振用増幅素子の帰還電流出力端に帰還電流
を変化させるための第２の直列共振回路を設けており、
この共振周波数を発振周波数より高く設定している。こ
のため物体が近接すれば発振コイルのコンダクタンスが
増大し、これによって発振レベルが低下するが、これと
同時にインダクタンスが低下するため発振周波数が上昇
する。従って第２の直列共振回路のインピーダンスが低
下することとなって帰還電流は減少する。このコンダク
タンスの増大と第２の共振回路のインピーダンスの下降
とによって発振が急速に停止することとなる。又この帰
還電流の経路にコイルを設けているため、発振周波数の
上昇によって帰還電流をより減少させることができ、発
振が急速に停止することとなる。
【００１５】又請求項２の発明によれば、発振用増幅素
子の帰還電流出力端に帰還電流を変化させるための第２
の直列共振回路を設けており、この共振周波数を発振周
波数より高く設定している。このため物体が近接すれば
発振コイルのコンダクタンスが増大し、これによって発
振レベルが低下するが、これと同時にインダクタンスが
低下するため発振周波数が上昇する。従って第２の直列
共振回路のインピーダンスが低下することとなって帰還
電流は減少する。このコンダクタンスの増大と第２の共
振回路のインピーダンスの下降とによって発振が急速に
停止することとなる。
子の帰還電流出力端に帰還電流を変化させるための第２
の直列共振回路を設けており、この共振周波数を発振周
波数より高く設定している。このため物体が近接すれば
発振コイルのコンダクタンスが増大し、これによって発
振レベルが低下するが、これと同時にインダクタンスが
低下するため発振周波数が上昇する。従って第２の直列
共振回路のインピーダンスが低下することとなって帰還
電流は減少する。このコンダクタンスの増大と第２の共
振回路のインピーダンスの下降とによって発振が急速に
停止することとなる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】又請求項２の発明によれば、この近接スイ
ッチを貫通孔を有する金属球の検出センサとして適用
し、金属体の種類によらずその貫通を検出するようにし
たものである。
ッチを貫通孔を有する金属球の検出センサとして適用
し、金属体の種類によらずその貫通を検出するようにし
たものである。
【００１９】
【実施例】図１は本発明の第１実施例による近接スイッ
チの構成を示す回路図である。本図において前述した従
来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。本実施例においても検出コイルＬ１とコンデンサＣ
１とで第１の並列共振回路１が構成され、そのホットエ
ンドにはダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミ
ッタが接続される。又トランジスタＱ１，Ｑ２はベース
が共通に接続される。トランジスタＱ２はその並列共振
回路１の出力を増幅する発振用の増幅素子であって、そ
の増幅出力を並列共振回路１の中点タップに抵抗Ｒ１を
介して帰還している。発振電流を検出するトランジスタ
Ｑ３と抵抗Ｒ３〜Ｒ６の接続、及びツェナダイオードＤ
１の接続についても従来例と同様である。
チの構成を示す回路図である。本図において前述した従
来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。本実施例においても検出コイルＬ１とコンデンサＣ
１とで第１の並列共振回路１が構成され、そのホットエ
ンドにはダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミ
ッタが接続される。又トランジスタＱ１，Ｑ２はベース
が共通に接続される。トランジスタＱ２はその並列共振
回路１の出力を増幅する発振用の増幅素子であって、そ
の増幅出力を並列共振回路１の中点タップに抵抗Ｒ１を
介して帰還している。発振電流を検出するトランジスタ
Ｑ３と抵抗Ｒ３〜Ｒ６の接続、及びツェナダイオードＤ
１の接続についても従来例と同様である。
【００２０】さて本実施例においては、トランジスタＱ
２の電源入力端であるコレクタ端には共振コイルＬ２と
コンデンサＣ３から成る第２の並列共振回路４の一端が
接続される。この並列共振回路４の他端には積分用コン
デンサＣ２及び抵抗Ｒ３の一端が接続されている。並列
共振回路４は共振回路１よりわずかに高い共振周波数ｆ
T1を有している。この共振周波数は検出コイルＬ１に物
体が近接したときに発振周波数の上昇によって並列共振
回路４のインピーダンスが上昇する周波数に設定してお
くものとする。又並列共振回路４を構成するコイルは任
意のコイル、例えばチップコイルであってもよいが、好
ましくは並列共振回路１を構成するコイルと材料、構造
及び種類を同一とし、コンデンサＣ１，Ｃ３も同一種類
のコンデンサとする。
２の電源入力端であるコレクタ端には共振コイルＬ２と
コンデンサＣ３から成る第２の並列共振回路４の一端が
接続される。この並列共振回路４の他端には積分用コン
デンサＣ２及び抵抗Ｒ３の一端が接続されている。並列
共振回路４は共振回路１よりわずかに高い共振周波数ｆ
T1を有している。この共振周波数は検出コイルＬ１に物
体が近接したときに発振周波数の上昇によって並列共振
回路４のインピーダンスが上昇する周波数に設定してお
くものとする。又並列共振回路４を構成するコイルは任
意のコイル、例えばチップコイルであってもよいが、好
ましくは並列共振回路１を構成するコイルと材料、構造
及び種類を同一とし、コンデンサＣ１，Ｃ３も同一種類
のコンデンサとする。
【００２１】次に本実施例の動作について説明する。図
２は周波数に対する並列共振回路１及び４の夫々のイン
ピーダンスＥ，Ｆを示すグラフである。この発振回路は
検出コイルＬ１に物体が近接しない場合には、並列共振
回路１のインピーダンスを示す曲線Ｅのピークの共振周
波数ｆOSC で発振しているものとする。この場合には並
列共振回路４のインピーダンスは図示のように曲線Ｆで
示されるため、周波数ｆOSC との交点の低い値Ｚ１とな
っている。そして検出コイルＬ１に物体が接近すれば、
従来例と同様に検出コイルＬ１のコンダクタンスｇが増
大する。これと同時にコイルＬ１のインダクタンスが小
さくなり、発振周波数は例えば図２に曲線Ｅ１で示すよ
うに高い周波数ｆOSC1となる。そうすれば並列共振回路
４のインピーダンスは図の曲線Ｆに示すものであるた
め、周波数ｆOSC1との交点から並列共振回路４のインピ
ーダンスはＺ１より高くＺ２となる。このためインピー
ダンスはΔＺ（＝Ｚ２−Ｚ１）分だけ増加することとな
り、発振用のトランジスタＱ２の抵抗として働く。この
ため検出コイルＬ１のコンダクタンスの増大とインピー
ダンスの上昇とが同時に作用するため、物体の近接によ
って発振が急速に停止することとなる。
２は周波数に対する並列共振回路１及び４の夫々のイン
ピーダンスＥ，Ｆを示すグラフである。この発振回路は
検出コイルＬ１に物体が近接しない場合には、並列共振
回路１のインピーダンスを示す曲線Ｅのピークの共振周
波数ｆOSC で発振しているものとする。この場合には並
列共振回路４のインピーダンスは図示のように曲線Ｆで
示されるため、周波数ｆOSC との交点の低い値Ｚ１とな
っている。そして検出コイルＬ１に物体が接近すれば、
従来例と同様に検出コイルＬ１のコンダクタンスｇが増
大する。これと同時にコイルＬ１のインダクタンスが小
さくなり、発振周波数は例えば図２に曲線Ｅ１で示すよ
うに高い周波数ｆOSC1となる。そうすれば並列共振回路
４のインピーダンスは図の曲線Ｆに示すものであるた
め、周波数ｆOSC1との交点から並列共振回路４のインピ
ーダンスはＺ１より高くＺ２となる。このためインピー
ダンスはΔＺ（＝Ｚ２−Ｚ１）分だけ増加することとな
り、発振用のトランジスタＱ２の抵抗として働く。この
ため検出コイルＬ１のコンダクタンスの増大とインピー
ダンスの上昇とが同時に作用するため、物体の近接によ
って発振が急速に停止することとなる。
【００２２】図３は異なった材質の物体と検出コイルＬ
１との距離に対する検出コイルＬ１のインダクタンスの
変化を示すグラフである。本図において曲線Ａは鉄、曲
線ＢはＳＵＳ、曲線Ｃは銅、曲線Ｄはアルミニウムを示
す曲線である。このように検出コイルのインダクタンス
は材質によって異なるため、高域側へ発振周波数がシフ
トするシフト量はコイルと金属体との距離Ｌにも対応し
て変化するが、インダクタンスの変化により接近する材
質によって異なる。即ちアルミニウムでは発振周波数ｆ
OSC1が高くなり、鉄では発振周波数はあまり高くならな
い。
１との距離に対する検出コイルＬ１のインダクタンスの
変化を示すグラフである。本図において曲線Ａは鉄、曲
線ＢはＳＵＳ、曲線Ｃは銅、曲線Ｄはアルミニウムを示
す曲線である。このように検出コイルのインダクタンス
は材質によって異なるため、高域側へ発振周波数がシフ
トするシフト量はコイルと金属体との距離Ｌにも対応し
て変化するが、インダクタンスの変化により接近する材
質によって異なる。即ちアルミニウムでは発振周波数ｆ
OSC1が高くなり、鉄では発振周波数はあまり高くならな
い。
【００２３】特に金属体がアルミニウム等の非磁性体の
場合にはコンダクタンスの増加量は磁性体金属に比べて
少ないが、インダクタンスの低下分が大きい。従って発
振周波数の上昇が大きく、トランジスタのコレクタ抵抗
が大きくなることとなって、発振を急速に停止させるこ
とができる。このように従来の検出コイルＬ１のコンダ
クタンスの変化のみで物体を検出することから、検出コ
イルＬ１のコンダクタンスとインダクタンスの２つの変
化に基づいて発振が急速に停止することとなるため、接
近する金属体の材質や表面状態等に影響されにくくな
り、検出距離の変化を少なくすることができるという効
果が得られる。更に２つの並列共振回路１，４はコイル
及びコンデンサの構成を同一とすれば、温度変化による
ドリフトは同一の特性を有するため、温度補償する必要
がなくなるという効果が得られる。
場合にはコンダクタンスの増加量は磁性体金属に比べて
少ないが、インダクタンスの低下分が大きい。従って発
振周波数の上昇が大きく、トランジスタのコレクタ抵抗
が大きくなることとなって、発振を急速に停止させるこ
とができる。このように従来の検出コイルＬ１のコンダ
クタンスの変化のみで物体を検出することから、検出コ
イルＬ１のコンダクタンスとインダクタンスの２つの変
化に基づいて発振が急速に停止することとなるため、接
近する金属体の材質や表面状態等に影響されにくくな
り、検出距離の変化を少なくすることができるという効
果が得られる。更に２つの並列共振回路１，４はコイル
及びコンデンサの構成を同一とすれば、温度変化による
ドリフトは同一の特性を有するため、温度補償する必要
がなくなるという効果が得られる。
【００２４】次に本実施例の近接スイッチの構造につい
て説明する。図４は金属球体を検出するための近接スイ
ッチの構成を示す組立構成図であり、図５（ａ）はその
プリント基板のプリントパターンを示す表面図、図５
（ｂ）は裏面図である。図４に示すようにこの近接スイ
ッチは平たい上面が開放されたケース１１を有してお
り、その中央よりいずれか一方に偏った位置に周囲の枠
状部と同一の高さを有する八角柱１１ａの壁面が設けら
れ、この内部が開口されている。又ケース１１の側壁に
は対称な位置に１対の開口１１ｂ，１１ｃが形成され
る。そしてこのケース１１内にはプリント基板１２が設
けられる。プリント基板１２は図４にそのパターンを示
すように、八角形状の開口部とその一端の平板状部分と
が一体に形成されたものであって、八角形状の部分を取
り囲んで前述した検出コイルＬ１が構成される。又この
プリント基板１２上の中央部には共振用のコイルＬ２が
検出コイルＬ１と同様にプリント基板１２上のパターン
として形成されている。又プリント基板１２の裏面は検
出コイルＬ１のパターンが形成され、中央部には他の回
路部品が実装される。そしてこのプリント基板をケース
１１内に収納した状態で図４に示すようにカバー１３が
被せられる。カバー１３は図示のように下面には外脇に
爪を有する弾性部１３ａ及び図示しない弾性部１３ｂが
下方に形成され、ケース１１と同一位置に八角形の開口
１３ｃを有している。こうしてプリント基板１２をケー
ス１１内に収納した状態でカバー１３の弾性部１３ａ，
１３ｂをケース１１の側壁の開口１１ｂ，１１ｃに合わ
せて嵌め合わせることによって、近接スイッチが形成さ
れることとなる。
て説明する。図４は金属球体を検出するための近接スイ
ッチの構成を示す組立構成図であり、図５（ａ）はその
プリント基板のプリントパターンを示す表面図、図５
（ｂ）は裏面図である。図４に示すようにこの近接スイ
ッチは平たい上面が開放されたケース１１を有してお
り、その中央よりいずれか一方に偏った位置に周囲の枠
状部と同一の高さを有する八角柱１１ａの壁面が設けら
れ、この内部が開口されている。又ケース１１の側壁に
は対称な位置に１対の開口１１ｂ，１１ｃが形成され
る。そしてこのケース１１内にはプリント基板１２が設
けられる。プリント基板１２は図４にそのパターンを示
すように、八角形状の開口部とその一端の平板状部分と
が一体に形成されたものであって、八角形状の部分を取
り囲んで前述した検出コイルＬ１が構成される。又この
プリント基板１２上の中央部には共振用のコイルＬ２が
検出コイルＬ１と同様にプリント基板１２上のパターン
として形成されている。又プリント基板１２の裏面は検
出コイルＬ１のパターンが形成され、中央部には他の回
路部品が実装される。そしてこのプリント基板をケース
１１内に収納した状態で図４に示すようにカバー１３が
被せられる。カバー１３は図示のように下面には外脇に
爪を有する弾性部１３ａ及び図示しない弾性部１３ｂが
下方に形成され、ケース１１と同一位置に八角形の開口
１３ｃを有している。こうしてプリント基板１２をケー
ス１１内に収納した状態でカバー１３の弾性部１３ａ，
１３ｂをケース１１の側壁の開口１１ｂ，１１ｃに合わ
せて嵌め合わせることによって、近接スイッチが形成さ
れることとなる。
【００２５】尚図４，図５では金属球を検出するための
近接スイッチについて説明しているが、本発明は他の種
々の形状，用途の近接スイッチに適用することができる
ことはいうまでもない。
近接スイッチについて説明しているが、本発明は他の種
々の形状，用途の近接スイッチに適用することができる
ことはいうまでもない。
【００２６】次に本発明の第２実施例による近接スイッ
チについて説明する。図６は第２実施例の近接スイッチ
を示す回路図である。本図において前述した第１実施例
と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施例においても検出コイルＬ１とコンデンサＣ１と
で第１の並列共振回路１が構成され、そのホットエンド
にはダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミッタ
が接続される。又トランジスタＱ１，Ｑ２はベースが共
通に接続される。トランジスタＱ２はその並列共振回路
１の出力を増幅する発振用の増幅素子であって、その増
幅出力を並列共振回路１の中点タップに抵抗Ｒ１を介し
て帰還している。発振電流を検出するトランジスタＱ３
と抵抗Ｒ３〜Ｒ６の接続、及びツェナダイオードＤ１の
接続についても第１実施例と同様である。
チについて説明する。図６は第２実施例の近接スイッチ
を示す回路図である。本図において前述した第１実施例
と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施例においても検出コイルＬ１とコンデンサＣ１と
で第１の並列共振回路１が構成され、そのホットエンド
にはダイオード接続されたトランジスタＱ１のエミッタ
が接続される。又トランジスタＱ１，Ｑ２はベースが共
通に接続される。トランジスタＱ２はその並列共振回路
１の出力を増幅する発振用の増幅素子であって、その増
幅出力を並列共振回路１の中点タップに抵抗Ｒ１を介し
て帰還している。発振電流を検出するトランジスタＱ３
と抵抗Ｒ３〜Ｒ６の接続、及びツェナダイオードＤ１の
接続についても第１実施例と同様である。
【００２７】さて本実施例においてはトランジスタＱ２
のエミッタと接地端との間に、更にコイルＬ３，コンデ
ンサＣ４から直列共振回路５が接続されている。この直
列共振回路５は共振回路１の共振周波数ｆOSC よりわず
かに高い共振周波数ｆT2を有している。この共振周波数
ｆT2は図７に直列共振回路５のインピーダンスを示すよ
うに検出コイルＬ１に物体が近接したときに発振周波数
の上昇によって直列共振回路５のインピーダンスが下降
する周波数に設定しておくものとする。又直列共振回路
５を構成するコイルは任意のコイル、例えばチップコイ
ルであってもよいが、好ましくは並列共振回路１を構成
するコイルと材料、構造及び種類を同一とし、コンデン
サＣ１，Ｃ４も同一種類のコンデンサとする。
のエミッタと接地端との間に、更にコイルＬ３，コンデ
ンサＣ４から直列共振回路５が接続されている。この直
列共振回路５は共振回路１の共振周波数ｆOSC よりわず
かに高い共振周波数ｆT2を有している。この共振周波数
ｆT2は図７に直列共振回路５のインピーダンスを示すよ
うに検出コイルＬ１に物体が近接したときに発振周波数
の上昇によって直列共振回路５のインピーダンスが下降
する周波数に設定しておくものとする。又直列共振回路
５を構成するコイルは任意のコイル、例えばチップコイ
ルであってもよいが、好ましくは並列共振回路１を構成
するコイルと材料、構造及び種類を同一とし、コンデン
サＣ１，Ｃ４も同一種類のコンデンサとする。
【００２８】次に本実施例の動作について説明する。図
７は周波数に対する並列共振回路１及び直列共振回路５
の夫々のインピーダンスＥ，Ｇを示すグラフである。こ
の発振回路は検出コイルＬ１に物体が近接しない場合に
は、並列共振回路１のインピーダンスを示す曲線Ｅのピ
ークの共振周波数ｆOSC で発振しているものとする。こ
の場合には直列共振回路５のインピーダンスは図示のよ
うに曲線Ｇで示されるため、周波数ｆOSC との交点の高
い値Ｚ３となっている。そして検出コイルＬ１に物体が
接近すれば、従来例と同様に検出コイルＬ１のコンダク
タンスｇが増大する。これと同時に検出コイルＬ１のイ
ンダクタンスが小さくなり、発振周波数は例えば図６に
曲線Ｅ１で示すように高い周波数ｆOSC1となる。そうす
れば直列共振回路５のインピーダンスは図の曲線Ｇに示
すものであるため、ｆOSC1周波数との交点から直列共振
回路５のインピーダンスはＺ３より低くＺ４となる。こ
のためインピーダンスはΔＺ（＝Ｚ３−Ｚ４）分だけ減
少することとなり、帰還電流が接地側にバイパスされ発
振条件が崩れる方向に働く。このように検出コイルＬ１
のコンダクタンスの増大とインピーダンスの低下とが同
時に作用するため、物体の近接によって発振が急速に停
止することとなる。
７は周波数に対する並列共振回路１及び直列共振回路５
の夫々のインピーダンスＥ，Ｇを示すグラフである。こ
の発振回路は検出コイルＬ１に物体が近接しない場合に
は、並列共振回路１のインピーダンスを示す曲線Ｅのピ
ークの共振周波数ｆOSC で発振しているものとする。こ
の場合には直列共振回路５のインピーダンスは図示のよ
うに曲線Ｇで示されるため、周波数ｆOSC との交点の高
い値Ｚ３となっている。そして検出コイルＬ１に物体が
接近すれば、従来例と同様に検出コイルＬ１のコンダク
タンスｇが増大する。これと同時に検出コイルＬ１のイ
ンダクタンスが小さくなり、発振周波数は例えば図６に
曲線Ｅ１で示すように高い周波数ｆOSC1となる。そうす
れば直列共振回路５のインピーダンスは図の曲線Ｇに示
すものであるため、ｆOSC1周波数との交点から直列共振
回路５のインピーダンスはＺ３より低くＺ４となる。こ
のためインピーダンスはΔＺ（＝Ｚ３−Ｚ４）分だけ減
少することとなり、帰還電流が接地側にバイパスされ発
振条件が崩れる方向に働く。このように検出コイルＬ１
のコンダクタンスの増大とインピーダンスの低下とが同
時に作用するため、物体の近接によって発振が急速に停
止することとなる。
【００２９】従って金属体が接近することで発振コイル
のコンダクタンスの変化による減衰と、インダクタンス
の変化による発振周波数の減衰とが相互に働くこととな
り、一定条件を越えたところで発振が停止し、近接スイ
ッチは物体検知信号を出力する。ここでコイルのコンダ
クタンス（ｇ）、インダクタンス（Ｌ）は夫々物体の材
質により変化量が異なり、変化量の傾向は相反してい
る。特に金属体がアルミニウム等の非磁性体の場合には
コンダクタンスの増加量は磁性体金属に比べて少ない
が、インダクタンスの低下分が大きいため発振のトラン
ジスタのコレクタ抵抗が大きくなることとなって発振を
急速に停止させることができる。従ってその特性を利用
して帰還抵抗Ｒ１とＬＣ共振回路の共振周波数を最適値
に設定することにより、検出物体の材質によらず同一の
感度で検出することができる。このように従来の検出コ
イルＬ１のコンダクタンスの変化のみで物体を検出する
ことから、検出コイルＬ１のコンダクタンスとインダク
タンスの２つの変化に基づいて発振が急速に停止するこ
ととなるため、接近する金属体の材質や表面状態等に影
響されにくくなり、検出距離の変化を少なくすることが
できるという効果が得られる。
のコンダクタンスの変化による減衰と、インダクタンス
の変化による発振周波数の減衰とが相互に働くこととな
り、一定条件を越えたところで発振が停止し、近接スイ
ッチは物体検知信号を出力する。ここでコイルのコンダ
クタンス（ｇ）、インダクタンス（Ｌ）は夫々物体の材
質により変化量が異なり、変化量の傾向は相反してい
る。特に金属体がアルミニウム等の非磁性体の場合には
コンダクタンスの増加量は磁性体金属に比べて少ない
が、インダクタンスの低下分が大きいため発振のトラン
ジスタのコレクタ抵抗が大きくなることとなって発振を
急速に停止させることができる。従ってその特性を利用
して帰還抵抗Ｒ１とＬＣ共振回路の共振周波数を最適値
に設定することにより、検出物体の材質によらず同一の
感度で検出することができる。このように従来の検出コ
イルＬ１のコンダクタンスの変化のみで物体を検出する
ことから、検出コイルＬ１のコンダクタンスとインダク
タンスの２つの変化に基づいて発振が急速に停止するこ
ととなるため、接近する金属体の材質や表面状態等に影
響されにくくなり、検出距離の変化を少なくすることが
できるという効果が得られる。
【００３０】例えば次の表１に示すように従来の近接ス
イッチと第２実施例による近接スイッチとの検出距離は
以下に示すものとなる。
イッチと第２実施例による近接スイッチとの検出距離は
以下に示すものとなる。
【表１】
このように各材質での検出距離をほとんど同一とするこ
とができ、物体のメッキ等の表面状態の影響をなくする
ことも可能となる。
とができ、物体のメッキ等の表面状態の影響をなくする
ことも可能となる。
【００３１】次に本発明の第３実施例の近接スイッチに
ついて図８を参照しつつ説明する。本実施例においても
第３実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例は抵抗Ｒ１と接地端との間にコイル
Ｌ４，コンデンサＣ５から成る並列共振回路６を接続し
たものである。そしてこの並列共振回路６の共振周波数
ｆT3は、物体が接近しないときの発振周波数ｆOSC より
もわずかに低域側に設定しておく。図９はこの並列共振
回路６のインピーダンスＺと発振周波数との関係を示す
図である。本図に示すように物体の接近によって発振周
波数がｆOSC1と高域側にシフトするため、並列共振回路
のインピーダンスが図示のようにΔＺだけ低下し、帰還
電流が減少することとなって発振が急激に低下する。こ
のため前述した第１，第２実施例と同様に共振周波数ｆ
T3と抵抗値Ｒ１を適宜設定しておくことによって、接近
する物体の材質によらず一定感度の特性を得ることがで
きる。
ついて図８を参照しつつ説明する。本実施例においても
第３実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例は抵抗Ｒ１と接地端との間にコイル
Ｌ４，コンデンサＣ５から成る並列共振回路６を接続し
たものである。そしてこの並列共振回路６の共振周波数
ｆT3は、物体が接近しないときの発振周波数ｆOSC より
もわずかに低域側に設定しておく。図９はこの並列共振
回路６のインピーダンスＺと発振周波数との関係を示す
図である。本図に示すように物体の接近によって発振周
波数がｆOSC1と高域側にシフトするため、並列共振回路
のインピーダンスが図示のようにΔＺだけ低下し、帰還
電流が減少することとなって発振が急激に低下する。こ
のため前述した第１，第２実施例と同様に共振周波数ｆ
T3と抵抗値Ｒ１を適宜設定しておくことによって、接近
する物体の材質によらず一定感度の特性を得ることがで
きる。
【００３２】図１０は更に他の発振回路の回路例を示す
図である。本図では第１の並列共振回路１と発振用トラ
ンジスタＱ１のエミッタ側部分のみを示し、その他の部
分は図１と同一であるので省略している。図１０（ａ）
において、トランジスタＱ２のエミッタ側には抵抗Ｒ１
を介して検出コイルＬ１が接続されており、又エミッタ
と接地端間にコイルＬ５，コンデンサＣ６から成る直列
共振回路７を接続する。この直列共振回路７の共振周波
数ｆT4は、図７と同様に発振周波数ｆOSC よりやや高い
周波数となるように選択する。そして抵抗Ｒ１とこの周
波数ｆT4を適宜設定しておくことによって、全ての金属
体に対して同一の特性を得ることができる。
図である。本図では第１の並列共振回路１と発振用トラ
ンジスタＱ１のエミッタ側部分のみを示し、その他の部
分は図１と同一であるので省略している。図１０（ａ）
において、トランジスタＱ２のエミッタ側には抵抗Ｒ１
を介して検出コイルＬ１が接続されており、又エミッタ
と接地端間にコイルＬ５，コンデンサＣ６から成る直列
共振回路７を接続する。この直列共振回路７の共振周波
数ｆT4は、図７と同様に発振周波数ｆOSC よりやや高い
周波数となるように選択する。そして抵抗Ｒ１とこの周
波数ｆT4を適宜設定しておくことによって、全ての金属
体に対して同一の特性を得ることができる。
【００３３】又図１０（ｂ）は発振回路の同一部分を示
しており、トランジスタＱ２のエミッタと接地端間にコ
イルＬ６，コンデンサＣ７から成る並列共振回路８を接
続する。この並列共振回路８の共振周波数ｆT5は、図９
と同様に発振周波数ｆOSC よりやや低い周波数に設定し
ておく。そして抵抗Ｒ１とこの周波数ｆT5を適宜設定し
ておくことによって、全ての金属体に対して同一の特性
を得ることができる。
しており、トランジスタＱ２のエミッタと接地端間にコ
イルＬ６，コンデンサＣ７から成る並列共振回路８を接
続する。この並列共振回路８の共振周波数ｆT5は、図９
と同様に発振周波数ｆOSC よりやや低い周波数に設定し
ておく。そして抵抗Ｒ１とこの周波数ｆT5を適宜設定し
ておくことによって、全ての金属体に対して同一の特性
を得ることができる。
【００３４】又同様にして図１０（ｃ）に示すようにト
ランジスタＱ２のエミッタに抵抗Ｒ１とコイルＬ８，コ
ンデンサＣ９から成る直列共振回路９を接続し、更に抵
抗Ｒ１とコイルＬ８の共通接続点と検出コイルＬ１の中
点にコイルＬ９を接続する。この場合にも同様にして直
列共振回路の共振周波数ｆT6は、図７と同様に発振周波
数ｆOSC よりやや高い値に設定し、抵抗Ｒ１を適宜選択
しておく。そして発振周波数が高くなればコイルＬ９の
作用により帰還電流がより小さくなるため、これらの間
を直接接続する第２実施例より容易に、急速に発振を減
衰させることができる。
ランジスタＱ２のエミッタに抵抗Ｒ１とコイルＬ８，コ
ンデンサＣ９から成る直列共振回路９を接続し、更に抵
抗Ｒ１とコイルＬ８の共通接続点と検出コイルＬ１の中
点にコイルＬ９を接続する。この場合にも同様にして直
列共振回路の共振周波数ｆT6は、図７と同様に発振周波
数ｆOSC よりやや高い値に設定し、抵抗Ｒ１を適宜選択
しておく。そして発振周波数が高くなればコイルＬ９の
作用により帰還電流がより小さくなるため、これらの間
を直接接続する第２実施例より容易に、急速に発振を減
衰させることができる。
【００３５】尚前述した第１実施例においては金属球を
検出するための近接スイッチについて説明しているが、
本発明は他の種々の形状，用途の近接スイッチに適用す
ることができることはいうまでもない。又図４，図５に
第１実施例の近接スイッチを金属球検出用の近接スイッ
チに適用した例を示しているが、他の実施例の近接スイ
ッチも同様にして金属球検出用として適用できることは
いうまでもない。
検出するための近接スイッチについて説明しているが、
本発明は他の種々の形状，用途の近接スイッチに適用す
ることができることはいうまでもない。又図４，図５に
第１実施例の近接スイッチを金属球検出用の近接スイッ
チに適用した例を示しているが、他の実施例の近接スイ
ッチも同様にして金属球検出用として適用できることは
いうまでもない。
【００３６】更に前述した各実施例において、２つの並
列共振回路１と４，５，６，７，８，９はコイル及びコ
ンデンサの構成を同一とすれば、温度変化によるドリフ
トは同一の特性を有するため、温度補償する必要がなく
なるという効果が得られる。
列共振回路１と４，５，６，７，８，９はコイル及びコ
ンデンサの構成を同一とすれば、温度変化によるドリフ
トは同一の特性を有するため、温度補償する必要がなく
なるという効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、接近する金属体の材質や表面状態等の影響をほとん
ど受けることなく、物体の材質にかかわらずほぼ同一感
度で物体を検出することができるという効果が得られ
る。
ば、接近する金属体の材質や表面状態等の影響をほとん
ど受けることなく、物体の材質にかかわらずほぼ同一感
度で物体を検出することができるという効果が得られ
る。
【図１】本発明の第１実施例による近接スイッチの構成
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図２】本実施例の周波数に対する共振回路のインピー
ダンスの変化を示すグラフである。
ダンスの変化を示すグラフである。
【図３】検出コイルの距離に対するコンダクタンスの変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図４】本実施例の近接スイッチを示す組立構成図であ
る。
る。
【図５】本実施例のプリント基板のプリントパターンを
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明の第２実施例による近接スイッチの構成
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図７】本実施例の周波数に対する共振回路のインピー
ダンスの変化を示すグラフである。
ダンスの変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第３実施例による近接スイッチの構成
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図９】本実施例の周波数に対する共振回路のインピー
ダンスの変化を示すグラフである。
ダンスの変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の更に他の実施例による発振回路の一
例を示す部分回路図である。
例を示す部分回路図である。
【図１１】従来の近接スイッチの構成を示す回路図であ
る。
る。
【図１２】従来の近接スイッチの異なる材質の近接物体
に対する感度の変化を示すグラフである。
に対する感度の変化を示すグラフである。
１，４，６，８ 並列共振回路
２ 電源端
３ 接地端
５，７，９ 直列共振回路
１１ ケース
１２ プリント基板
１３ カバー
Ｌ１ 検出コイル
Ｌ２〜Ｌ８ 共振コイル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 林 裕介
京都府京都市右京区花園土堂町10番地
オムロン株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−48423（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−87418（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03K 17/95
H01H 36/00
Claims (2)
- 【請求項１】 検出コイルを含む第１の共振回路と、前
記第１の共振回路の一端が制御端子に接続され、その増
幅出力を前記第１の共振回路に帰還する発振用増幅素子
と、前記発振用増幅素子の帰還電流出力端と接地端との
間に接続された第２の直列共振回路と、 前記発振用増幅
素子の電流を前記第１の共振回路に帰還させる経路に挿
入されたコイルと、を具備し、前記第２の直列共振回路
の共振周波数は、発振周波数より高く、金属体の接近に
基づく発振周波数の上昇によってそのインピーダンスが
下降する周波数に設定した発振回路を有することを特徴
とする近接スイッチ。 - 【請求項２】 前記検出コイルは、貫通孔の周囲に形成
された検出コイルであり、前記貫通孔を通過する金属球
を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の
金属球検出用の近接スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24697794A JP3418886B2 (ja) | 1993-10-05 | 1994-09-14 | 近接スイッチ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27487693 | 1993-10-05 | ||
| JP5-274876 | 1993-10-05 | ||
| JP24697794A JP3418886B2 (ja) | 1993-10-05 | 1994-09-14 | 近接スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07154227A JPH07154227A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3418886B2 true JP3418886B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=26538003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24697794A Expired - Fee Related JP3418886B2 (ja) | 1993-10-05 | 1994-09-14 | 近接スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3418886B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100344063B1 (ko) * | 2000-07-26 | 2002-07-24 | 주식회사 대영초음파 | 터치 스위치 |
| JP6380173B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2018-08-29 | オムロン株式会社 | 近接センサ及び遊技機 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP24697794A patent/JP3418886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07154227A (ja) | 1995-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |