JP3972853B2

JP3972853B2 - 無接点式検知スイッチ

Info

Publication number: JP3972853B2
Application number: JP2003102700A
Authority: JP
Inventors: 聡菅原
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004312337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振形近接スイッチ，光電スイッチなどを実施対象とする無接点式検知スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した無接点式検知スイッチはその出力方式として３線式，２線式があり、各出力方式のスイッチ回路を図４，図５に示す。なお、各図において、１は検出回路（例えば発振形近接スイッチの検出部を構成する発振コイルと発振回路）、２は検出回路１に定電圧を供給する定電圧回路、３は出力トランジスタ、４は負荷（リレー）、５は電源（直流電源）である。
ここで、図４に示す３線式検知スイッチは、電源端子ａ（正側），ｂ（負側）および出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃの三つの端子を備え、電源５は電源端子ａとｂとの間に、また負荷４は電源の正側端子ａと出力トランジスタ３（エミッタ接地形）のコレクタ端子ｃとの間に配線接続されている。
【０００３】
一方、図５に示す２線式では、検知スイッチの端子として電源端子ａ（正側），ｂ（負側）の二つの端子を有し、また出力トランジスタ３のコレクタと電源端子ａとの間には定電圧回路６（この定電圧回路６は、出力トランジスタ３がＯＮになった状態で内部回路を動作させる電圧に保持するためのもの）が接続されており、負荷４は電源端子ａと電源５との間に直列接続されている。
上記構成の無接点式検知スイッチの検知動作は周知の通りであり、検出回路１が物体を検出すると、その出力信号により出力トランジスタ３がＯＮとなって負荷（リレー）４が動作する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した３線式，２線式の検知スイッチについて、３線式の検知スイッチは出力トランジスタ３がＯＮ状態になっても端子ａ，ｂ間の電圧は低下することがないので安定した検出動作が得られるが、検知スイッチを負荷４，電源５に接続する外部配線を３本必要とする。
これに対して２線式の検知スイッチは、外部配線が２本で済むので配線コストが安価になる利点がある反面、使用面で次のような制約がある。すなわち、負荷４が電源５と直列に接続されていることから、検知スイッチの出力ＯＦＦ時ではスイッチ回路を動作させるための漏れ電流が負荷３に流れ、また出力ＯＮ時には回路を動作させるための残留電圧があるので負荷に印加される電圧が低下する。このために、検知スイッチに接続して使用する負荷４のインピーダンスが大きい場合や復帰電圧が低いと検知動作が誤動作するおそれがある。
【０００５】
このような問題から同一な検出性能の製品についても、メーカーでは３線式検出スイッチと２線式検出スイッチの機種とで回路を変えて別々に製作しているのが現状である。しかしながら、機種ごとに回路の仕様を変えて製作するのは、製作コストおよび部品，製品の管理の面からも非能率的であり、この点の改善を図ることが大きな課題となっている。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は２線式と３線式検出スイッチの内部回路，回路基板を共用化して製品の製作コスト，部品調達のための管理コストの低減化が図れるように改良した無接点式検知スイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、物体の有無を検出し、出力トランジスタを駆動して負荷を制御する無接点式検知スイッチにおいて、
検出回路，および検出回路に定電圧を供給する定電圧回路に加えて、検出回路の出力信号により出力トランジスタを駆動する定電流駆動回路と、当該検知スイッチの実使用状態でその電源端子間の電圧が定電圧回路の動作電圧以下に低下した際に前記定電流駆動回路の電流を低減して電源端子間の電圧を所定電圧に維持する出力制御回路と、前記定電流駆動回路の電流入力側端子および出力側端子の接続先を２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を備える（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で構成する。
【０００７】
(1) 出力トランジスタをＮＰＮトランジスタとして、定電流駆動回路の電流入力側端子を正側の電源端子，出力側端子を出力トランジスタのベースにそれぞれ接続した上で、２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を電流入力側端子と出力トランジスタのコレクタとの間に接続する（請求項２）。
(2) 出力トランジスタをＰＮＰトランジスタとして、定電流駆動回路の電流入力側端子を出力トランジスタのベース，出力側端子を負側の電源端子にそれぞれ接続した上で、２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を電流出力側端子と出力トランジスタのコレクタとの間に接続する（請求項３）。
【０００８】
(3) 前項(1),(2) における選択手段として、スイッチ，あるいは選択に応じて導電路を切断するジャンパー線，回路基板の導体パターンを用いて構成する（請求項４）。
上記(2)項の構成において、２線式，３線式の選択手段である前記スイッチを閉，あるいはジャンパー線を接続した上で、出力トランジスタのコレクタ端子と負側の電源端子との間に負荷と電源を直列に接続すれば、２線式検知スイッチとして機能する。また、前記スイッチを開，あるいはジャンパー線を切断した上で、電源を検知スイッチの正側端子と負側端子間に接続し、負荷を電源と出力トランジスタのコレクタ電極との間に接続すれば、３線式検知スイッチとして機能する。
【０００９】
これにより、前記回路を搭載した回路基板を共用部品として、その選択手段を切換えるだけで２線式，３線式の検知スイッチに簡単に対応できる。しかも、出力制御回路の機能により、２線式として用いた場合でも安定した検知動作を確保できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図４，図５に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
〔実施例１〕
図１(a),(b) は出力トランジスタ３としてＮＰＮトランジスタ（エミッタ接地）を用いた本発明の請求項２に対応する実施例の回路ブロック図である。この実施例においては、図４，図５に示した従来の回路と比べて、検出回路１，定電圧回路２，出力トランジスタ３のほかに、出力制御回路６，定電流駆動回路７，および２線式，３線式の選択に合わせて切換えるスイッチ８が追加装備されており、これら回路を装備した回路基板を共用部品として、後記のように２線式，３線式の検知スイッチに対応させるようにしている。
【００１１】
ここで、前記の出力制御回路６は正側端子ａと負側端子ｂとの間に接続されており、詳細を後記するように検知スイッチの実使用状態でその電源端子ａ，ｂ間の電圧が定電圧回路２の動作電圧以下に低下した際に定電流駆動回路７の電流を低減して電源端子ａ，ｂ間の電圧を所定電圧に維持させる。また、定電流駆動回路７は電流入力側端子ｄと出力側端子ｅを有し、その入力側端子ｄを検知スイッチの正側電源端子ａに接続し、出力側端子ｅは出力トランジスタ３のベース電極に接続されている。なお、出力制御回路６，定電流駆動回路７の回路構成については図３で後述する。さらに、２線式，３線式の選択手段であるスイッチ８が、出力トランジスタ３のコレクタと定電流駆動回路７の電流入力側端子ｄとの間に接続されている。
【００１２】
上記の回路構成で、検知スイッチを２線式として使用する場合には、図１(a) で示すように、スイッチ８をＯＮにセットし、かつ正側の電源端子ａをオープン（開放）とし、この状態で出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃと負側の電源端子ｂとの間に負荷４と直流電源５を直列にして接続する。
この接続状態で、出力制御回路６は後述のように定電圧回路２の動作電圧よりも僅かに高い電圧に設定された閾値電圧を有しており、検出動作時に電源端子ａ，ｂ間の電圧が閾値電圧まで低下すると、定電流駆動回路７を制御して出力トランジスタ３のベース電流を低め、電源端子ａ，ｂ間の電圧が定電圧回路２の動作電圧以下に低下しないように維持しする。これにより、２線式として安定した検出動作が確保できる。
【００１３】
一方、３線式として使用する場合には、図１(b) で示すようにスイッチ８をＯＦＦにセットし、この状態で電源５を検知スイッチの電源端子ａ，ｂ間に接続し、負荷４を電源端子ａと出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃの間に接続する。この３線式の接続状態では、検出回路１の出力信号により出力トランジスタ３がＯＮとなっても、電源端子ａ，ｂ間の電圧は低下することがないので安定した検出動作が得られる。
ここで、前記した出力制御回路６および定電流駆動回路７についての具体的な回路例を図２に示す。すなわち、出力制御回路６は、電源端子ａ，ｂ間の電圧が定電圧回路２の動作電圧より高いときに導通するように設定されたバンドギャップ回路９と、該バンドギャップ回路９の出力端子ｆと正側電源端子ａとの間に接続したトランジスタ１０と、バンドギャップ回路９の端子ｇと負側電源端子ｂとの間に接続し、そのベースを検出回路１に接続したトランジスタ１１と、前記トランジスタ１０と電流ミラー回路を形成して定電流駆動回路７に接続し、電源端子ａ，ｂ間の電圧が定電圧回路２の動作電圧より低くなったときに、そのコレクタから定電流駆動回路７への電流を低減させるトランジスタ１２からなる。
【００１４】
また、バンドギャップ回路９は、トランジスタ９ａ，９ｂ，９ｃと、トランジスタ９ａ，９ｂのコレクタ抵抗９ｄ，９ｅおよびトランジスタ９ｂのエミッタ抵抗９ｆを図示のように接続し、前記の抵抗によりトランジスタ９ｃを通じて端子Ｆ，Ｇ間を導通する電圧を調整している。
一方、定電流駆動回路７は、前記トランジスタ１２のコレクタと負側電源端子との間に接続した定電流回路１３と、トランジスタ１４，１５およびトランジスタ１４のエミッタ抵抗１６からなり、トランジスタ１４はそのベースをトランジスタ１２のコレクタに接続し、トランジスタ１５はコレクタをトランジスタ１４のベースに接続し、ベースとエミッタを前記抵抗１６と並列接続している。ここで、トランジスタ１４は、出力制御回路６のトランジスタ１２からの電流を増幅して定電流駆動回路７の電流出力側端子ｅに接続された出力トランジスタ３にベース電流を供給しており、トランジスタ１２から供給される電流が小さくなれば、出力トランジスタ３に流れる電流も小さくなる。また、トランジスタ１４のエミッタ電流はトランジスタ１５と抵抗１６により、一定値以上に大きくならないように制限している。
【００１５】
なお、図２の回路を２線式，あるいは３線式の検知スイッチとして使用するには、スイッチ８を２線式，３線式の仕様選択に合わせてＯＮ，ＯＦＦにセットした上で、図１(a),(b) で述べたように電源端子ａ，ｂおよび出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃに負荷４および電源５を接続する。
〔実施例２〕
次に、出力トランジスタ３としてＰＮＰトランジスタを用いた本発明の請求項３に対応する実施例の回路ブロックを図３(a),(b) に示す。この実施例においては、先記実施例１と同様に検知スイッチの内部回路に出力制御回路６，定電流駆動回路７を備えており、ここで定電流駆動回路７は電流入力側端子ｄを出力トランジスタ３のベースに，電流出力側端子ｅを負側の電源端子ｂに接続し、さらに出力トランジスタ３のエミッタを正側の電源端子ａに接続した上で、２線式，３線式の選択手段であるスイッチ８を出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃと定電流駆動回路７の電流出力側端子ｅとの間に接続している。
【００１６】
そして、２線式検知スイッチとして使用する場合には、図３(a) で示すようにスイッチ８をＯＮにセットし、かつ負側の電源端子ｂをオープン（開放）とし、この状態で出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃと正側の電源端子ａとの間に負荷５と直流電源５を直列にして接続する。
また、３線式検知スイッチとして使用する場合には、図３(b) で示すようにスイッチ８をＯＦＦにセットし、この状態で電源５を検知スイッチの電源端子ａ，ｂ間に接続し、負荷４を電源端子ｂと出力トランジスタ３のコレクタ端子ｃの間に接続する。また、この実施例における出力制御回路６，定電流駆動回路７の動作は図１で述べたと同様である。
【００１７】
なお、図示実施例では、２線式，３線式の選択手段としてスイッチ８を用いたが、このスイッチ８の代わりに回路基板上にジャンパー線，あるいは回路パターンを設け、これを３線式として使用する場合にはレーザー照射などの手段でジャンパー線，あるいは回路パターンを切断することも可能であり、かつこれによりスイッチ８が不要となるので低コストで実現できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、物体の有無を検出し、出力トランジスタを駆動して負荷を制御する無接点式検知スイッチにおいて、検出回路，および検出回路に定電圧を供給する定電圧回路に加えて、検出回路の出力信号により出力トランジスタを駆動する定電流駆動回路と、当該検知スイッチの実使用状態でその電源端子間の電圧が定電圧回路の動作電圧以下に低下した際に前記定電流駆動回路の電流を低減して電源端子間の電圧を所定電圧に維持する出力制御回路と、前記定電流駆動回路の電流入力側端子および出力側端子の接続先を２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を備えて構成したことにより、
従来では回路の仕様を変えて別々に製作していた２線式，３線式の検知スイッチを、同じ回路を搭載して製作した回路基板を共用部品として、その選択手段を切換えることで簡単に２線式，３線式に対応できる。これにより、製品の大幅なコストダウン，および部品調達のための管理コストの削減化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応する無接点式検知スイッチのブロック回路図で、(a),(b) はそれぞれ２線式，３線式検知スイッチとしての使用状態を表す図
【図２】図１における出力制御回路，定電流駆動回路の詳細な回路構成を表す図
【図３】本発明の実施例２に対応する無接点式検知スイッチのブロック回路図で、(a), (b) はそれぞれ２線式，３線式検知スイッチとしての使用状態を表す図
【図４】従来における３線式の無接点式検知スイッチのブロック回路図
【図５】従来における２線式の無接点式検知スイッチのブロック回路図
【符号の説明】
１検出回路
２定電圧回路
３出力トランジスタ
４負荷
５電源
６出力制御回路
７定電流駆動回路
８スイッチ（２線式，３線式の選択手段）
ａ正側の電源端子
ｂ負側の電源端子
ｃ出力トランジスタのコレクタ端子
ｄ定電流駆動回路の電流入力側端子
ｅ定電流駆動回路の電流出力側端子

Claims

物体の有無を検出し、出力トランジスタを駆動して負荷を制御する無接点式検知スイッチであって、検出回路と、検出回路に定電圧を供給する定電圧回路と、検出回路の出力信号により出力トランジスタを駆動する定電流駆動回路と、当該検知スイッチの実使用状態でその電源端子間の電圧が定電圧回路の動作電圧以下に低下した際に前記定電流駆動回路の電流を低減して電源端子間の電圧を所定電圧に維持する出力制御回路と、前記定電流駆動回路の電流入力側ないし出力側端子の接続先を２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を備えたことを特徴とする無接点式検知スイッチ。
請求項１記載の検知スイッチにおいて、出力トランジスタをＮＰＮトランジスタとして、定電流駆動回路の電流入力側端子を正側の電源端子，出力側端子を出力トランジスタのベースにそれぞれ接続した上で、２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を電流入力側端子と出力トランジスタのコレクタとの間に接続したことを特徴とする無接点式検知スイッチ。
請求項１記載の検知スイッチにおいて、出力トランジスタをＰＮＰトランジスタとして、定電流駆動回路の電流入力側端子を出力トランジスタのベース，出力側端子を負側の電源端子にそれぞれ接続した上で、２線式，３線式の仕様に応じて切換える選択手段を電流出力側端子と出力トランジスタのコレクタとの間に接続したことを特徴とする無接点式検知スイッチ。
請求項２または３に記載の検知スイッチにおいて、選択手段がスイッチ、もしくは仕様の選択に応じて導電路を断路するジャンパー線，回路基板の導体パターンであることを特徴とする無接点式検知スイッチ。