JP4158346B2 - Proximity sensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、金属体(導電体)や磁性体等からなる被検知物体を検知する近接センサとして高周波発振型のものが知られている。この種の近接センサは、LC共振回路を構成する検出コイルに金属体が近接すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて検出コイルの実効抵抗値(インピーダンス)が変化することを利用したものであり、この変化を信号処理回路の出力として取り出すものである。
【0003】
図6は、従来の高周波発振型の近接センサの回路図を示し、従来の高周波発振型の近接センサは、一端を接地した検出コイル7及びコンデンサ8の並列回路からなるLC共振回路14と、LC端子33を介してLC共振回路14の他端にエミッタを接続し、コレクタ−ベース間を短絡して、LC共振回路14から出力される発振電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用のnpn型トランジスタ2と、トランジスタ2のベースに接続してレベルシフトした発振電圧を入力される信号処理回路13と、トランジスタ2のコレクタに接続した定電流源6と、レベルシフトした発振電圧に応じて帰還電流I1をLC共振回路14に正帰還させる発振回路26と、発振回路26が出力する帰還電流I1を調節する帰還抵抗9と、レベルシフトした発振電圧を検波してオン・オフ出力を発生する信号処理回路13とを備える。
【0004】
発振回路26は、電源40と接続される定電圧回路10と、定電圧回路10が出力する定電圧Vccを各エミッタと接続してカレントミラー回路を構成するpnp型のトランジスタ4,5と、ベースをトランジスタ2のベースと接続し、コレクタをトランジスタ5のコレクタと接続し、エミッタを帰還抵抗9と接続してエミッタフォロワを構成するnpn型のトランジスタ3と、トランジスタ3のエミッタから電源ラインに向かって順方向に接続したダイオード11と、定電圧回路10のGNDラインからトランジスタ3のエミッタに向かって順方向に接続したダイオード12とから構成される。
【0005】
トランジスタ2、定電流源6、及び発振回路26は、同一の半導体チップに集積されたIC1を形成し、IC1は、電源40と接続する電源端子30と、GNDレベルと接続するGND端子31と、帰還抵抗9と接続するSET端子32と、LC共振回路14と接続するLC端子33とを備えている。
【0006】
次にこの回路の動作について説明する。
【0007】
LC共振回路14の両端には、検出コイル7のインダクタンス値とコンデンサ8の静電容量値とから決まる周波数の発振電圧が生じ、IC1のトランジスタ4から帰還電流I1を正帰還することによって発振を持続させている。その発振電圧の振幅を、エミッタとベースを短絡してダイオード接続したトランジスタ2のベース−エミッタ間電圧Vbe分シフトしてトランジスタ3のベースに入力すると、トランジスタ3のベースに入力した電流に応じて、トランジスタ3のコレクタ電流は流れ、そのコレクタ電流に応じてトランジスタ4,5からなるカレントミラー回路の作用によって帰還電流I1がLC共振回路14に正帰還される。このとき、トランジスタ3はエミッタフォロワに構成されており、トランジスタ3のエミッタ電位(帰還抵抗9の電位)に応じて、帰還電流I1の電流値は制御される。
【0008】
ここで、検出コイル7に金属体が近接すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて検出コイル7のインピーダンスが変化するために、LC共振回路14の発振電圧が小さくなり、信号処理回路13に入力されるトランジスタ2でレベルシフトした電圧の振幅も小さくなり、信号処理回路13が入力の振幅の大・小に応じて出力を切替えることで、導電体の近接を検出することができる。
【0009】
ダイオード11,12は、ICにおいて一般的に用いられている静電気破壊を防止する静電気保護用の素子であり、静電気等による高電圧がSET端子32に印加されたときに印加電圧の正負に応じてダイオード11,またはダイオード12が導通して、印加電圧をクランプすることによってIC1の破壊を防ぐものである。ダイオード11は、一般的にIC1内の最高電位である電源40の電源電位とSET端子32との間に接続されるが、例えば定電圧回路10の出力電圧Vccが十分に安定しておれば、電圧VccとSET端子32との間に接続することも可能である。
【0010】
しかし、従来例においては、LC端子33にはSET端子32のような静電気保護用のダイオードを設けていない。これは、LC共振回路14と接続しているLC端子33に印加される発振電圧波形が、GND電位基準の正弦波であるので、LC端子33とGND電位間に接続した静電気保護用のダイオードが発振電圧をクランプしてしまい、発振しないか、もしくは非常に小振幅の発振電圧となるためである。
【0011】
上記理由によって、近接センサ用のICでは、一般にLC端子33に静電気保護用のダイオードを設けないで、その代わりに、トランジスタのサイズを大きくするなどの方策によって静電気対策を行うが、チップ面積の増大や、周波数特性の悪化等の弊害が生じてしまう。
【0012】
前記従来の近接センサは、パチンコ台のパチンコ玉検出器に用いられ、図7(a)は、パチンコ玉検出器のパチンコ玉通過通路部の断面を示した図である。
【0013】
パチンコ玉Bが通過する通路孔25の周囲に検出コイル7がコイルボビン23に沿って巻回され、検出コイル7とコイルボビン23とは、合成樹脂のような絶縁材料よりなるケーシング24に収納される。このように、通路孔25の周囲に検出コイル7を巻回するとパチンコ玉Bの通過を高感度で検出することができ、またパチンコ玉Bが通過した通路孔25内の箇所によらず安定した検出を行うことができる。
【0014】
パチンコ玉Bが通路孔25を通過する時に、パチンコ玉Bと検出コイル7との間には金属同士が対向することによる静電容量Cbcが存在する。一般に、この静電容量Cbcは略5pFとなる。検出コイル7の感度を上げようとすれば、コイルボビン23の通路孔25側の厚みを薄くして、検出コイル7とパチンコ玉Bとの距離を短くすればよいが、距離を短くするほどこの静電容量Cbcの値は大きくなる。
【0015】
(b)は、パチンコ玉Bと、静電容量Cbcと、検出コイル7と、コンデンサ8との関係を示す回路図である。ところで、パチンコ玉Bは研磨時の摩擦などの影響で、かなり高い電位(例えば10KV程度)まで帯電する。静電容量Cbcは5pF程度であり、コンデンサ8の静電容量C8は数百pF程度であり、本従来例ではC8=500pFとする。ここで、静電ポテンシャルを10KVとすると、静電容量Cbcと静電容量C8との電圧分割によってLC端子33には、100V程度の電圧が誘導されることになる。そして、LC端子33には静電破壊を防止するための静電気保護用ダイオードを設けておらず、また、この100Vの電圧はIC1を熱破壊するのに十分な電圧である場合が多く、近接センサ故障の原因となっていた。さらに、IC1の完全な破壊にまで至らないまでも、IC1の漏れ電流が少しづつ増加していく等の弊害がでることもある。
【0016】
実際には前記静電誘導による電圧誘起の他に、帯電したパチンコ玉Bが通過することによる電磁誘導的な電圧誘起もあるが、静電誘導による電圧誘起のほうが支配的であると考えられる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例で説明したように、帯電した導電体が近接することによって誘起した電圧が、LC共振回路の接続端子に印加されることによってICが破壊するという問題がある。
【0018】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯電した導電体が近接することによって発生する誘起電圧に対する保護を講じた近接センサを提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したLC共振回路と、前記LC共振回路の他端にエミッタを接続して前記LC共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記LC共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一IC回路に集積・形成され、前記IC回路は、前記LC共振回路を接続するための接続端子と前記IC回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記IC回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように3段に直列接続されたダイオードであり、前記3段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記LC共振回路から出力される電圧の振幅より大きいことを特徴とする。
【0020】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の2倍未満に制限する振幅制限回路を備えることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
参考例1
図1に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図6に示した従来例と略同じであり、LC端子33に静電気保護用のダイオード15、ダイオード161,162,...,16nの直列回路を設けた点が異なる。なお、従来例と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【0023】
ダイオード15は、LC端子33から電源40の電源ラインに向かって順方向に接続され、ダイオード161,162,...,16nの直列回路は、GNDラインからLC端子33に向かって順方向に接続される。
【0024】
ダイオード15は、LC端子33に印加された電圧の正の振幅が電源電圧とダイオード15の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【0025】
ダイオード161,162,...,16nの直列回路は、LC端子33に印加された電圧の負の振幅がダイオード161,162,...,16nの各順方向電圧の和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【0026】
このように、ダイオード15、ダイオード161,162,...,16nによってLC端子33の印加電圧をクランプすることによって、静電気保護を行うことができる。
【0027】
さらに、ダイオード161,162,...,16nの各順方向電圧の和を、LC共振回路14の発振電圧の振幅よりも大きくすることによって、LC共振回路14の発振電圧をクランプすることがなく、LC共振回路14は正常な発振を行うことができる。
【0028】
実施形態1
図2に本実施形態の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図1に示した参考例と略同じであり、振幅制限回路21を設けた点と、静電気保護用のダイオードを、ダイオード161,162,163の3段接続とした点とが異なる。なお、参考例1と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【0029】
LC共振回路14は正弦波発振を行うが、その発振の振幅が大きくなりレベルシフト用のトランジスタ2のコレクタ電位が、電圧−Vbeを下回ると、IC1のサブストレートからトランジスタ2のコレクタに向かって順方向に存在する寄生ダイオード(図示なし)が導通する。そのため、発振電圧の振幅が2×Vbeを超えると、その負の周期においてトランジスタ2のベース・エミッタ間のpn接合の順方向電圧と、IC1のサブストレートとトランジスタ2のコレクタ間に存在する寄生ダイオードのpn接合の順方向電圧との和を超えることになり、IC1のサブストレートとトランジスタ2のエミッタ間が導通し寄生電流が流れるので、発振がそれ以上成長することはなく、実質的には発振電圧の振幅が2×Vbeを超えることはない。
【0030】
しかし、前記寄生電流が流れると、IC1の消費電流が増大したり、発振波形が歪んだり不安定になったりして、近接センサの動作が不安定になる可能性がある。
【0031】
そこで、本実施形態においては、レベルシフト用トランジスタ2でレベルシフトした電圧の振幅を、2×Vbe未満に制限するための振幅制限回路21を設けている。振幅制限回路21は、電圧VccラインとGNDライン間に抵抗19、npn型のトランジスタ18、及び直流電圧源20の直列回路を接続し、トランジスタ18のベースは、トランジスタ2,3のベースと接続している。そして、電圧Vccラインとトランジスタ3のエミッタ間には、ベースを抵抗19とトランジスタ18との接続中点に接続しているpnp型のトランジスタ17が接続される。
【0032】
次にこの振幅制限回路21の動作について説明する。直流電圧源20の電圧Vlimは、2×Vbe未満の電圧(例えば1.3×Vbe程度)に設定しておき、トランジスタ2のベース電位(LC共振回路14の発振電圧をトランジスタ2でレベルシフトした電圧)が電圧Vlimを超えようとすると、トランジスタ18がオンし、トランジスタ17もオンする。そして、トランジスタ17を介して帰還抵抗9に電流を流すことによって、帰還電流I1を低減させて、LC共振回路14の発振電圧を制限する。
【0033】
なお、振幅制限回路21を設けるにしても設けないにしても、前記説明した寄生電流によってLC共振回路14の発振電圧は、2×Vbeを超えることはないので、LC端子33とGNDライン間に設ける静電気保護用の直列ダイオードは、ダイオード161,162,163の3段接続とすれば十分であり、これ以上ダイオードの段数を増やしても意味はない。
【0034】
参考例2
図3に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図1に示した参考例1と略同じであり、静電気保護用のダイオードを、ツェナダイオード22とダイオード27との直列回路に置き換えた点が異なる。なお、参考例1と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【0035】
ダイオード15は、LC端子33から電源40の電源ラインに向かって順方向に接続され、ツェナダイオード22は、ICプロセスのツェナダイオードであり、LC端子33に対してGNDラインに正の電圧を発生するように接続され、ダイオード27は、ツェナダイオード22に直列にLC端子33に向かって順方向に接続される。
【0036】
ダイオード15は、LC端子33に印加された電圧の正の振幅が電源電圧とダイオード15の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【0037】
ツェナダイオード22とダイオード27との直列回路は、LC端子33に印加された電圧の負の振幅がツェナダイオード22のツェナ電圧(例えば5.5V程度)とダイオード27の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【0038】
このように、ダイオード15、ツェナダイオード22及びダイオード27の直列回路によってLC端子33の印加電圧をクランプすることによって、静電気保護を行うことができる。
【0039】
さらに、ツェナダイオード22のツェナ電圧を、LC共振回路14の発振電圧の振幅よりも大きくすることによって、LC共振回路14の発振電圧をクランプすることがなく、LC共振回路14は正常な発振を行うことができる。
【0040】
参考例3
図4,5に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図1に示した参考例1と略同じであり、静電気保護用のダイオードを、ダイオード15と、ダイオード161〜16nの直列回路とのうちいずれか一方のみを備えた点が異なる。なお、参考例1と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【0041】
参考例は、パチンコ玉Bが帯電する極性が、はっきりと分かっている場合に有効である。すなわち、金属体であるパチンコ玉Bとプラスチック等との摩擦のによって静電気が発生するのであるが、そのプラスチック等の材質によって発生する電荷の極性は決まっている。例えば、ガラス,ナイロン,ポリカーボネートとパチンコ玉Bとの摩擦であればパチンコ玉Bは負の極性に帯電し、テフロン,塩化ビニル,ポリエチレン,ポリプロピレンとパチンコ玉Bとの摩擦であればパチンコ玉Bは正の極性に帯電する。
【0042】
パチンコ玉Bが正の極性に帯電する場合には、図4に示すように、LC端子33から電源40の電源ラインに向かって順方向に接続されたダイオード15を備えておれば、LC端子33に印加される正の電圧をクランプして、IC1を保護することができる。
【0043】
パチンコ玉Bが負の極性に帯電する場合には、図5に示すように、GNDラインからLC端子33に向かって順方向に接続されたダイオード161,162,...,16nを備えておれば、LC端子33に印加される負の電圧をクランプして、IC1を保護することができる。
【0044】
したがって、本近接センサが特定部位に取り付けられることが予め分かっている場合や、パチンコ台の材料が決まっている場合には、片方の極性に対する静電気保護でも十分であり、片方の極性に対する静電気保護のみを行うことによって、IC1のチップ上に余分な素子を配列させる必要が無くなる。
【0045】
これからICの設計ルールの微細化が進むほど、静電気破壊を防止するための静電気保護は重要となっていく。設計ルールの微細化が進んだICに静電気保護用の素子が備わっていない場合には、帯電したパチンコ玉による電圧誘起とは無関係に、近接センサの組み立て時や取り付け時に人体に帯電している静電気で静電破壊してしまう可能性もある。しかし、実施形態1、および参考例1乃至3で説明したように静電気保護用のダイオードを設けることによって、その危険性をなくすことができる。
【0046】
【発明の効果】
請求項1の発明は、検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したLC共振回路と、前記LC共振回路の他端にエミッタを接続して前記LC共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記LC共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一IC回路に集積・形成され、前記IC回路は、前記LC共振回路を接続するための接続端子と前記IC回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記IC回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように3段に直列接続されたダイオードであり、前記3段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記LC共振回路から出力される電圧の振幅より大きいので、帯電した導電体が近接することによって誘起した電圧、あるいは組み立て、取り付け時に人体の静電気による電圧によるICの破壊を防ぐことができるという効果がある。また、3段に直列接続されたダイオードからなる静電気保護用素子によってLC共振回路から出力される電圧をクランプすることがなく、LC共振回路は正常な発振を行うことができ、当該効果を最も少ない数のダイオードで得ることができるという効果もある。
【0047】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の2倍未満に制限する振幅制限回路を備えるので、レベルシフト用トランジスタの寄生ダイオードが導通することに伴う誤動作を未然に防いで、消費電流の増大や検出器動作の不安定状態を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例1を示す回路図である。
【図2】 本発明の実施形態1を示す回路図である。
【図3】 本発明の参考例2を示す回路図である。
【図4】 本発明の参考例3を示す第1の回路図である。
【図5】 本発明の参考例3を示す第2の回路図である。
【図6】 従来例を示す回路図である。
【図7】 (a)パチンコ玉通過通路部の断面を示した図である。
(b)パチンコ玉とLC共振回路との関係を示す回路図である。
【符号の説明】
1 IC
2 レベルシフト用のトランジスタ
14 LC共振回路
15 ダイオード
161,162,...,16n ダイオード
26 発振回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a proximity sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a high-frequency oscillation type is known as a proximity sensor that detects a detected object made of a metal body (conductor), a magnetic body, or the like. This type of proximity sensor is based on the fact that when a metal body comes close to the detection coil constituting the LC resonance circuit, eddy current loss occurs due to electromagnetic induction and the effective resistance (impedance) of the detection coil changes. Yes, this change is taken out as an output of the signal processing circuit.
[0003]
FIG. 6 shows a circuit diagram of a conventional high-frequency oscillation type proximity sensor. The conventional high-frequency oscillation type proximity sensor includes an LC resonance circuit 14 including a parallel circuit of a detection coil 7 and a capacitor 8 grounded at one end, and an LC An npn-type transistor for level shift for level-shifting the amplitude of the oscillation voltage output from the LC resonance circuit 14 by connecting the emitter to the other end of the LC resonance circuit 14 via the terminal 33 and short-circuiting between the collector and the base 2, a signal processing circuit 13 connected to the base of the transistor 2 and inputted with a level-shifted oscillation voltage, a constant current source 6 connected to the collector of the transistor 2, and a feedback current I 1 according to the level-shifted oscillation voltage Is positively fed back to the LC resonance circuit 14 and the feedback resistor 9 for adjusting the feedback current I1 output from the oscillation circuit 26 is level-shifted. The vibration voltage by detecting a signal processing circuit 13 generates an on-off output.
[0004]
The oscillation circuit 26 includes a constant voltage circuit 10 connected to a power supply 40, a pnp type transistors 4 and 5 constituting a current mirror circuit by connecting a constant voltage Vcc output from the constant voltage circuit 10 to each emitter, a base Is connected to the base of the transistor 2, the collector is connected to the collector of the transistor 5, the emitter is connected to the feedback resistor 9, and an npn transistor 3 constituting an emitter follower, and the emitter of the transistor 3 toward the power supply line The diode 11 is connected in the forward direction, and the diode 12 is connected in the forward direction from the GND line of the constant voltage circuit 10 toward the emitter of the transistor 3.
[0005]
The transistor 2, the constant current source 6, and the oscillation circuit 26 form an IC 1 integrated on the same semiconductor chip. The IC 1 includes a power supply terminal 30 connected to the power supply 40, a GND terminal 31 connected to the GND level, A SET terminal 32 connected to the feedback resistor 9 and an LC terminal 33 connected to the LC resonance circuit 14 are provided.
[0006]
Next, the operation of this circuit will be described.
[0007]
An oscillation voltage having a frequency determined by the inductance value of the detection coil 7 and the capacitance value of the capacitor 8 is generated at both ends of the LC resonance circuit 14, and the oscillation is continued by positively feeding back the feedback current I1 from the transistor 4 of the IC1. I am letting. When the amplitude of the oscillation voltage is shifted by the base-emitter voltage Vbe of the transistor 2 that is diode-connected by short-circuiting the emitter and the base, and input to the base of the transistor 3, the amplitude of the oscillation voltage depends on the current input to the base of the transistor 3. The collector current of the transistor 3 flows, and the feedback current I1 is positively fed back to the LC resonance circuit 14 by the action of the current mirror circuit composed of the transistors 4 and 5 according to the collector current. At this time, the transistor 3 is configured as an emitter follower, and the current value of the feedback current I1 is controlled according to the emitter potential of the transistor 3 (the potential of the feedback resistor 9).
[0008]
Here, when a metal body comes close to the detection coil 7, an eddy current loss occurs due to electromagnetic induction action, and the impedance of the detection coil 7 changes, so that the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14 decreases, and the signal processing circuit 13 The amplitude of the voltage level-shifted by the input transistor 2 is also reduced, and the proximity of the conductor can be detected by the signal processing circuit 13 switching the output according to the magnitude of the input amplitude.
[0009]
The diodes 11 and 12 are electrostatic protection elements that are generally used in ICs to prevent electrostatic breakdown. When a high voltage due to static electricity or the like is applied to the SET terminal 32, the diodes 11 and 12 correspond to positive and negative applied voltages. The diode 11 or the diode 12 conducts and the applied voltage is clamped to prevent destruction of the IC 1. The diode 11 is generally connected between the power supply potential of the power supply 40 which is the highest potential in the IC 1 and the SET terminal 32. For example, if the output voltage Vcc of the constant voltage circuit 10 is sufficiently stable, It is also possible to connect between the voltage Vcc and the SET terminal 32.
[0010]
However, in the conventional example, the LC terminal 33 is not provided with a diode for electrostatic protection like the SET terminal 32. This is because the oscillation voltage waveform applied to the LC terminal 33 connected to the LC resonance circuit 14 is a sine wave based on the GND potential, so that an electrostatic protection diode connected between the LC terminal 33 and the GND potential is provided. This is because the oscillation voltage is clamped and does not oscillate or becomes an oscillation voltage with a very small amplitude.
[0011]
For the above reasons, in proximity sensor ICs, a diode for electrostatic protection is generally not provided at the LC terminal 33, and instead, countermeasures against static electricity are taken by measures such as increasing the size of the transistor, but the chip area is increased. In addition, adverse effects such as deterioration of frequency characteristics occur.
[0012]
The conventional proximity sensor is used for a pachinko ball detector on a pachinko machine, and FIG. 7A is a view showing a cross section of a pachinko ball passage passage portion of the pachinko ball detector.
[0013]
The detection coil 7 is wound along the coil bobbin 23 around the passage hole 25 through which the pachinko ball B passes, and the detection coil 7 and the coil bobbin 23 are accommodated in a casing 24 made of an insulating material such as a synthetic resin. In this way, when the detection coil 7 is wound around the passage hole 25, the passage of the pachinko ball B can be detected with high sensitivity, and is stable regardless of the location in the passage hole 25 through which the pachinko ball B has passed. Detection can be performed.
[0014]
When the pachinko ball B passes through the passage hole 25, there is a capacitance Cbc between the pachinko ball B and the detection coil 7 due to the opposing metals. Generally, this capacitance Cbc is approximately 5 pF. In order to increase the sensitivity of the detection coil 7, the thickness of the coil bobbin 23 on the side of the passage hole 25 may be reduced, and the distance between the detection coil 7 and the pachinko ball B may be shortened. The value of the capacitance Cbc increases.
[0015]
7 (b) is a pachinko balls B, a capacitance Cbc, and the detection coil 7 is a circuit diagram showing the relationship between the capacitor 8. By the way, the pachinko ball B is charged to a considerably high potential (for example, about 10 KV) due to the influence of friction during polishing. The capacitance Cbc is about 5 pF, and the capacitance C8 of the capacitor 8 is about several hundred pF. In this conventional example, C8 = 500 pF. Here, if the electrostatic potential is 10 KV, a voltage of about 100 V is induced at the LC terminal 33 by voltage division between the electrostatic capacitance Cbc and the electrostatic capacitance C8. The LC terminal 33 is not provided with an electrostatic protection diode for preventing electrostatic breakdown, and the voltage of 100 V is often sufficient to thermally destroy the IC 1. It was the cause of the failure. Further, even if the IC1 is not completely destroyed, there is a possibility that the leakage current of the IC1 gradually increases.
[0016]
Actually, in addition to voltage induction due to electrostatic induction, there is also electromagnetic induction voltage induction due to the passage of a charged pachinko ball B, but it is considered that voltage induction due to electrostatic induction is more dominant.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the prior art, there is a problem that the IC is destroyed when a voltage induced by the proximity of a charged conductor is applied to the connection terminal of the LC resonance circuit.
[0018]
The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a proximity sensor that protects against an induced voltage generated by the proximity of a charged conductor.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is characterized in that an LC resonant circuit having one end of a parallel circuit of a detection coil and a capacitor grounded, and an emitter connected to the other end of the LC resonant circuit, the amplitude of a voltage output from the LC resonant circuit is leveled. A level-shifting transistor that shifts, and an oscillation circuit that positively feeds back a feedback current corresponding to the amplitude of the level-shifted voltage to the LC resonance circuit, and at least the level-shifting transistor and the oscillation circuit are the same IC Integrated and formed in a circuit, and the IC circuit is between a connection terminal for connecting the LC resonance circuit and a power supply potential of the IC circuit, and between the connection terminal and a ground potential of the IC circuit. Ri Na connecting the electrostatic protection element clamps the voltage to at least one, is connected between the ground potential of the connecting terminal and the IC circuit The electrical protection element is a diode connected in series in three stages so as to be forward from the ground potential of the IC circuit toward the connection terminal, and the forward voltage of the diode connected in series in the three stages is The sum is larger than the amplitude of the voltage output from the LC resonance circuit .
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the amplitude limiting circuit according to the first aspect, wherein the amplitude of the voltage level shifted by the level shift transistor is limited to less than twice the base-emitter voltage of the level shift transistor. It is characterized by that.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
( Reference Example 1 )
FIG. 1 shows a circuit diagram of the proximity sensor of this reference example . The basic configuration and basic operation of the proximity sensor are substantially the same as those of the conventional example shown in FIG. 6, and the electrostatic protection diode 15, diodes 161, 162,. . . , 16n series circuit is provided. In addition, about the same structure as a prior art example, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0023]
The diode 15 is connected in the forward direction from the LC terminal 33 toward the power supply line of the power supply 40, and the diodes 161, 162,. . . , 16n are connected in the forward direction from the GND line toward the LC terminal 33.
[0024]
The diode 15 conducts when the positive amplitude of the voltage applied to the LC terminal 33 exceeds the sum of the power supply voltage and the forward voltage of the diode 15 to clamp the applied voltage.
[0025]
Diodes 161, 162,. . . 16n, the negative amplitude of the voltage applied to the LC terminal 33 is such that the diodes 161, 162,. . . , 16n, the applied voltage is clamped by conducting when the sum of forward voltages exceeds 16n.
[0026]
Thus, the diode 15, the diodes 161, 162,. . . , 16n to clamp the voltage applied to the LC terminal 33, electrostatic protection can be performed.
[0027]
Further, the diodes 161, 162,. . . , 16n is made larger than the amplitude of the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14, so that the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14 is not clamped, and the LC resonance circuit 14 performs normal oscillation. It can be carried out.
[0028]
( Embodiment 1 )
FIG. 2 shows a circuit diagram of the proximity sensor of the present embodiment. The basic configuration and basic operation of this proximity sensor are substantially the same as those of the reference example shown in FIG. 1, and the point where the amplitude limiting circuit 21 is provided and the diode for electrostatic protection are connected in three stages of diodes 161, 162 and 163. It is different from the point. In addition, about the same structure as the reference example 1 , the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0029]
The LC resonance circuit 14 performs sinusoidal oscillation. When the amplitude of the oscillation increases and the collector potential of the level shift transistor 2 falls below the voltage −Vbe, the LC resonance circuit 14 advances from the substrate of the IC 1 toward the collector of the transistor 2. A parasitic diode (not shown) existing in the direction is conducted. Therefore, when the amplitude of the oscillation voltage exceeds 2 × Vbe, the forward voltage of the pn junction between the base and the emitter of the transistor 2 and the parasitic diode existing between the substrate of the IC1 and the collector of the transistor 2 in the negative period Since the sum of the pn junction and the forward voltage of the pn junction exceeds the IC1 substrate and the emitter of the transistor 2 and a parasitic current flows, the oscillation does not grow any further and the oscillation is practically performed. The amplitude of the voltage does not exceed 2 × Vbe.
[0030]
However, if the parasitic current flows, the current consumption of the IC 1 may increase, the oscillation waveform may be distorted or unstable, and the operation of the proximity sensor may become unstable.
[0031]
Therefore, in the present embodiment, an amplitude limiting circuit 21 for limiting the amplitude of the voltage level-shifted by the level-shifting transistor 2 to less than 2 × Vbe is provided. The amplitude limiting circuit 21 connects a series circuit of a resistor 19, an npn transistor 18 and a DC voltage source 20 between the voltage Vcc line and the GND line. The base of the transistor 18 is connected to the bases of the transistors 2 and 3. ing. Between the voltage Vcc line and the emitter of the transistor 3 is connected a pnp type transistor 17 whose base is connected to the midpoint of connection between the resistor 19 and the transistor 18.
[0032]
Next, the operation of the amplitude limiting circuit 21 will be described. The voltage Vlim of the DC voltage source 20 is set to a voltage less than 2 × Vbe (for example, about 1.3 × Vbe), and the base potential of the transistor 2 (the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14 is level-shifted by the transistor 2). When the voltage) exceeds the voltage Vlim, the transistor 18 is turned on and the transistor 17 is also turned on. A current is passed through the feedback resistor 9 via the transistor 17 to reduce the feedback current I1 and limit the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14.
[0033]
Even if the amplitude limiting circuit 21 is provided or not provided, the oscillation voltage of the LC resonant circuit 14 does not exceed 2 × Vbe due to the parasitic current described above, so that the LC terminal 33 and the GND line are not connected. It is sufficient that the series diode for electrostatic protection to be provided is a three-stage connection of the diodes 161, 162, and 163. There is no point in increasing the number of diodes beyond this.
[0034]
( Reference Example 2 )
FIG. 3 shows a circuit diagram of the proximity sensor of this reference example . The basic configuration and basic operation of this proximity sensor are substantially the same as those of Reference Example 1 shown in FIG. 1 except that the electrostatic protection diode is replaced with a series circuit of a Zener diode 22 and a diode 27. In addition, about the same structure as the reference example 1 , the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0035]
The diode 15 is connected in a forward direction from the LC terminal 33 toward the power supply line of the power supply 40, and the Zener diode 22 is a Zener diode of an IC process, and generates a positive voltage on the GND line with respect to the LC terminal 33. The diode 27 is connected in the forward direction toward the LC terminal 33 in series with the Zener diode 22.
[0036]
The diode 15 conducts when the positive amplitude of the voltage applied to the LC terminal 33 exceeds the sum of the power supply voltage and the forward voltage of the diode 15 to clamp the applied voltage.
[0037]
In the series circuit of the Zener diode 22 and the diode 27, the negative amplitude of the voltage applied to the LC terminal 33 exceeds the sum of the Zener voltage (for example, about 5.5V) of the Zener diode 22 and the forward voltage of the diode 27. And the applied voltage is clamped.
[0038]
Thus, electrostatic protection can be performed by clamping the voltage applied to the LC terminal 33 by the series circuit of the diode 15, the Zener diode 22 and the diode 27.
[0039]
Furthermore, by making the Zener voltage of the Zener diode 22 larger than the amplitude of the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14, the LC resonance circuit 14 performs normal oscillation without clamping the oscillation voltage of the LC resonance circuit 14. be able to.
[0040]
( Reference Example 3 )
4 and 5 show circuit diagrams of the proximity sensor of this reference example . The basic configuration and basic operation of this proximity sensor are substantially the same as those of Reference Example 1 shown in FIG. 1, and only one of a diode 15 and a series circuit of diodes 161 to 16n is used as an electrostatic protection diode. The prepared point is different. In addition, about the same structure as the reference example 1 , the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0041]
This reference example is effective when the polarity with which the pachinko ball B is charged is clearly known. That is, static electricity is generated due to friction between the pachinko ball B, which is a metal body, and plastic, but the polarity of electric charges generated by the material such as plastic is determined. For example, if it is a friction between glass, nylon, polycarbonate and pachinko ball B, pachinko ball B is charged with a negative polarity, and if it is a friction between Teflon, vinyl chloride, polyethylene, polypropylene and pachinko ball B, pachinko ball B is Charge to positive polarity.
[0042]
When the pachinko ball B is charged with a positive polarity, as shown in FIG. 4, if the diode 15 connected in the forward direction from the LC terminal 33 toward the power supply line of the power supply 40 is provided, the LC terminal 33 is provided. The positive voltage applied to can be clamped to protect IC1.
[0043]
When the pachinko ball B is negatively charged, the diodes 161, 162,... Connected in the forward direction from the GND line toward the LC terminal 33 as shown in FIG. . . , 16n, the negative voltage applied to the LC terminal 33 can be clamped to protect the IC1.
[0044]
Therefore, if it is known in advance that this proximity sensor can be attached to a specific part, or if the material of the pachinko machine is decided, electrostatic protection for one polarity is sufficient, and only electrostatic protection for one polarity is possible. This eliminates the need to arrange extra elements on the chip of IC1.
[0045]
From now on, as IC design rules become finer, electrostatic protection for preventing electrostatic breakdown becomes more important. If ICs with advanced design rules are not equipped with electrostatic protection elements, the static electricity that is charged to the human body when assembling or installing the proximity sensor, regardless of voltage induction by charged pachinko balls May cause electrostatic breakdown. However, the danger can be eliminated by providing a diode for electrostatic protection as described in Embodiment 1 and Reference Examples 1 to 3 .
[0046]
【The invention's effect】
The invention according to claim 1 is characterized in that an LC resonant circuit having one end of a parallel circuit of a detection coil and a capacitor grounded, and an emitter connected to the other end of the LC resonant circuit, the amplitude of a voltage output from the LC resonant circuit is leveled. A level-shifting transistor that shifts, and an oscillation circuit that positively feeds back a feedback current corresponding to the amplitude of the level-shifted voltage to the LC resonance circuit, and at least the level-shifting transistor and the oscillation circuit are the same IC Integrated and formed in a circuit, and the IC circuit is between a connection terminal for connecting the LC resonance circuit and a power supply potential of the IC circuit, and between the connection terminal and a ground potential of the IC circuit. Ri Na connecting the electrostatic protection element clamps the voltage to at least one, is connected between the ground potential of the connecting terminal and the IC circuit The electrical protection element is a diode connected in series in three stages so as to be forward from the ground potential of the IC circuit toward the connection terminal, and the forward voltage of the diode connected in series in the three stages is Since the sum is larger than the amplitude of the voltage output from the LC resonance circuit, it is possible to prevent the destruction of the IC due to the voltage induced by the proximity of the charged conductor, or the voltage due to the static electricity of the human body during assembly and attachment. effective. In addition, the voltage output from the LC resonance circuit is not clamped by an electrostatic protection element composed of diodes connected in series in three stages, and the LC resonance circuit can oscillate normally and has the least effect. There is also an effect that it can be obtained with a number of diodes.
[0047]
The invention of claim 2 is the invention of claim 1, comprising an amplitude limiting circuit for limiting the amplitude of the voltage level shifted by the level shift transistors, to less than twice the base-emitter voltage of the level shift transistor Therefore, there is an effect that it is possible to prevent malfunction caused by conduction of the parasitic diode of the level shift transistor, and to prevent increase in current consumption and unstable operation of the detector.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing Reference Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing Reference Example 2 of the present invention.
FIG. 4 is a first circuit diagram showing Reference Example 3 of the present invention.
FIG. 5 is a second circuit diagram showing Reference Example 3 of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional example.
FIG. 7A is a view showing a cross section of a pachinko ball passage passage portion;
(B) It is a circuit diagram which shows the relationship between the pachinko ball and the LC resonance circuit.
[Explanation of symbols]
1 IC
2 Transistor for level shift 14 LC resonance circuit 15 Diode 161, 162,. . . , 16n Diode 26 Oscillator circuit

Claims (2)

検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したLC共振回路と、前記LC共振回路の他端にエミッタを接続して前記LC共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記LC共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一IC回路に集積・形成され、前記IC回路は、前記LC共振回路を接続するための接続端子と前記IC回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記IC回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記IC回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように3段に直列接続されたダイオードであり、前記3段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記LC共振回路から出力される電圧の振幅より大きいことを特徴とする近接センサ。An LC resonance circuit having one end of a parallel circuit of a detection coil and a capacitor grounded, and a level shift transistor for connecting the emitter to the other end of the LC resonance circuit and level-shifting the amplitude of the voltage output from the LC resonance circuit; An oscillation circuit that positively feeds back a feedback current according to the amplitude of the level shifted voltage to the LC resonance circuit, and at least the level shift transistor and the oscillation circuit are integrated and formed in the same IC circuit, The IC circuit applies a voltage to at least one of a connection terminal for connecting the LC resonance circuit and a power supply potential of the IC circuit, and a connection potential between the connection terminal and the ground potential of the IC circuit. Ri Na connecting the electrostatic protection element which clamps, electrostatic protection element connected between the ground potential of the connecting terminal and the IC circuit A diode connected in series in three stages so as to be forward from the ground potential of the IC circuit toward the connection terminal, and the sum of forward voltages of the diodes connected in series in the three stages is the LC resonance circuit A proximity sensor characterized in that it is larger than the amplitude of the voltage output from . 前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の2倍未満に制限する振幅制限回路を備えることを特徴とする請求項1記載の近接センサ。2. The proximity sensor according to claim 1, further comprising an amplitude limiting circuit that limits an amplitude of a voltage level-shifted by the level-shifting transistor to less than twice a base-emitter voltage of the level-shifting transistor.
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