JP5807030B2

JP5807030B2 - 流体圧シリンダ用センサ

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Publication number: JP5807030B2
Application number: JP2013029084A
Authority: JP
Inventors: 雅之野村; 将男岩田; 和彦日下
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: JP2014157120A

Description

本発明は、流体圧シリンダ用センサに関する。

従来、エアシリンダ等のような流体圧を利用した流体圧シリンダが知られている。また、流体圧シリンダのピストンの位置を検出するものとして、２線式センサ回路構成の流体圧シリンダ用センサ等がある。このような流体圧シリンダ用センサには、通常、流体圧シリンダ用センサのＯＦＦ時及びＯＮ時に関わらず、プログラマブルコントローラ入力カード等の外部電源から電力供給が行われている。

また、図４に示すように、流体圧シリンダ用センサの一例として、特許文献１に記載の流体圧シリンダ用センサ１００は、磁気抵抗素子１０１ａ，１０１ｂ及び分圧抵抗１０１ｃ，１０１ｄを有するブリッジ回路１０１と、ブリッジ回路１０１からの出力信号が入力される比較器１０２とから構成されたＭＲセンサパッケージ１０３を備えている。また、流体圧シリンダ用センサ１００は、比較器１０２の出力がベース端子に入力される第１トランジスタ１１１と、第１トランジスタ１１１のコレクタ端子にカソード端子が接続された発光ダイオード１１２と、発光ダイオード１１２のアノード端子にベース端子が接続された第２トランジスタ１１３とを備えている。

さらに、流体圧シリンダ用センサ１００は定電流回路１１４を備えている。これにより、外部負荷１２１及び直流の外部電源１２２が接続された状態において定電流回路１１４によってＭＲセンサパッケージ１０３に定電流が供給されるため、消費電力の低減の観点から外部負荷１２１に流れる電流を低くした場合であっても、ＭＲセンサパッケージ１０３の誤動作（例えばＯＦＦ時にＯＮとなること）を抑制することができる。

特開２００７−１３９１３０号公報

ここで、外部電源１２２の電圧が変動すると、ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧が変動し、ＭＲセンサパッケージ１０３の誤動作等が生じるおそれがある。特に、近年、小型化やコストダウンの観点から、ＭＲセンサパッケージ１０３を構成する比較器１０２が安定して動作可能な動作保証電圧範囲が狭くなってきており、例えば動作保証電圧範囲が２〜３Ｖというものも存在する。このため、ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧が比較器１０２の動作保証電圧範囲を外れ易くなっており、上記ＭＲセンサパッケージ１０３の誤動作等が発生し易くなっている。

例えば、図４に示す流体圧シリンダ用センサ１００であっても、外部負荷１２１を流れる電流は、外部電源１２２の電圧に応じて変動し、その結果ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧も変動する。実験結果によれば、外部負荷１２１を流れる電流は、外部電源１２２の電圧が１０Ｖである場合に０．６４ｍＡであり、外部電源１２２の電圧が２４Ｖである場合に０．８ｍＡであった。ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧は、先の電流から比較器１０２で消費される電流を差し引き、その差に対してブリッジ回路１０１の合成抵抗値を乗算した値となる。例えば、比較器１０２を流れる電流を０．２ｍＡと、ブリッジ回路１０１の合成抵抗値を７ｋΩとすると、ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧は、外部電源１２２の電圧が１０Ｖである場合に３．１Ｖ（＝（０．６４−０．２）×７）となり、外部電源１２２の電圧が２４Ｖである場合に４．２Ｖ（＝（０．８−０．２）×７）となる。よって、ＭＲセンサパッケージ１０３に印加される電圧が、上述した比較器１０２の動作保証電圧範囲を外れてしまう。

これに対して、上記外部電源１２２の電圧変動に対するＭＲセンサパッケージ１０３の印加電圧の変動を更に抑制するべく、定電流ダイオードや電界効果トランジスタ等を用いることも考えられる。しかしながら、定電流ダイオードはガラス管材でできた部品であるため、近年の超小型半導体素子と比較すると非常に大きな外形寸法であり、小型化の障害となる。また、定電流ダイオードは、素子間の電流のばらつきが大きく、使用の際には素子の選別を行う必要がある。

一方、電界効果トランジスタを用いる構成においては、小型化は可能であるが、同一品種の電界効果トランジスタであってもドレイン電流のばらつき（定電圧のばらつき）が大きいという問題があり、スイッチ構成回路として使用可能な品数が非常に少なく、部品の入手性でネックとなっていた。

また、電界効果トランジスタを用いるとともに、抵抗を介してそのゲートをソースに接続した構成では、抵抗値の調整で電圧のばらつきを抑制することができる。しかしながら、この抵抗値の調整方法としては、抵抗器のレーザカットに代表されるトリミング法や可変トリマの採用が考えられるが、前者は、多額の設備導入が必要不可欠になり、後者は可変トリマが大型部品のために製品の小型化の妨げになるという問題があった。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、市販の部品を用いて、動作保証電圧範囲が狭い比較器を安定動作させることができるとともに、小型化を図ることができる流体圧シリンダ用センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成する流体圧シリンダ用センサは、磁気抵抗素子を含むブリッジ回路と、前記ブリッジ回路からの出力信号が入力される比較器と、信号端子及びコモン端子とを備え、流体圧シリンダのピストンの位置検出に用いられる２線式センサ回路構成の流体圧シリンダ用センサであって、前記比較器の出力がベース端子に入力される第１トランジスタと、前記第１トランジスタのコレクタ端子にカソード端子が接続された発光ダイオードと、前記発光ダイオードのアノード端子にベース端子が接続された第２トランジスタと、コレクタ端子が前記第２トランジスタのエミッタ端子及び前記信号端子に接続され、エミッタ端子が前記第２トランジスタのコレクタ端子に接続された第３トランジスタと、前記第３トランジスタのベース端子にカソード端子が接続され、前記コモン端子にアノード端子が接続されたツェナーダイオードと、前記第３トランジスタの前記コレクタ端子及び前記ベース端子に対して並列に接続された抵抗と、を備えており、前記ブリッジ回路及び前記比較器は１つのパッケージに組み込まれたＭＲセンサパッケージであり、前記ピストンが基準位置に移動して前記ＭＲセンサパッケージからＨｉｇｈの出力信号を出力した時は、前記第１トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧と、前記第２トランジスタのエミッタ−ベース間電圧と、前記発光ダイオードの順方向電圧との総和と同一電圧が前記ＭＲセンサパッケージの駆動電圧として印加され、前記ピストンが基準位置とは異なる位置に移動して前記ＭＲセンサパッケージからＬｏｗの出力信号を出力した時は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記ＭＲセンサパッケージの駆動電圧として印加されることを特徴とする。

かかる構成によれば、比較器からの出力がＬｏｗである場合、第１トランジスタ及び第２トランジスタはＯＦＦ状態となる。この場合、抵抗及びツェナーダイオードを流れる電流によって定電圧が発生しており、当該定電圧がブリッジ回路及び比較器に印加されるとともに、第３トランジスタがＯＮ状態となることによって第３トランジスタのコレクタ電流がブリッジ回路及び比較器に供給される。これにより、比較器に印加される電圧を、当該比較器が安定して動作可能な動作保証電圧範囲内に収めることができる。また、定電圧を実現するための素子であるツェナーダイオード、抵抗及び第３トランジスタは、市販の部品であり、且つ、比較的小型である。よって、市販の部品を用いて、動作保証電圧範囲が狭い比較器を安定して動作させることを可能としつつ、流体圧シリンダ用センサの小型化を図ることができる。

また、ブリッジ回路及び比較器が独立している場合と比較して、流体圧シリンダ用センサの組立を容易に行うことができるとともに、流体圧シリンダ用センサの更なる小型化を図ることができる。

上記流体圧シリンダ用センサについて、前記第２トランジスタのエミッタ−ベース間の電圧、前記発光ダイオードの順方向電圧、及び前記第１トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧の総和は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低いとよい。かかる構成によれば、比較器からの出力がＨｉｇｈである場合、第１トランジスタ及び第２トランジスタがＯＮ状態となり、第２トランジスタのエミッタ−ベース間、発光ダイオード、及び第１トランジスタのコレクタ−エミッタ間を介して電流が流れる。この場合、これらの電圧の総和はツェナー電圧よりも低いため、第２トランジスタや発光ダイオード等を流れる電流の方が、抵抗等を流れる電流よりも高くなり易い。よって、発光ダイオードに流れる電流を高くすることができ、発光ダイオードの視認性の向上を図ることができる。

上記流体圧シリンダ用センサについて、前記ツェナーダイオードの温度係数は負であるとよい。一般的に、抵抗の温度係数は正である。この点、本構成によれば、ツェナーダイオードの温度係数が負であるため、抵抗の温度変化とツェナーダイオードの温度変化とが互いに相殺される。よって、温度変化に対する定電圧の変動を抑制することができる。

上記流体圧シリンダ用センサについて、前記抵抗の抵抗値は８２ｋΩであり、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は４．７Ｖであるとよい。かかる構成によれば、上記のように抵抗値及びツェナー電圧を設定することにより、好適な定電圧及び温度特性を得ることができる。

この発明によれば、市販の部品を用いて、動作保証電圧範囲が狭い比較器を安定動作させることができるとともに、小型化を図ることができる。

シリンダスイッチの回路図。（ａ）はシリンダとシリンダスイッチとの関係を示す模式図であり、（ｂ）はシリンダの模式斜視図。別例のシリンダスイッチの回路図。従来技術のシリンダスイッチの回路図。

以下、流体圧シリンダ用センサの一実施形態について説明する。
流体圧シリンダ用センサとしてのシリンダスイッチは、流体圧アクチュエータの一種であるエアシリンダのピストンの位置検出に用いられる。図２（ｂ）に示すように、シリンダスイッチ１１は、エアシリンダ１２の外周面にピストンロッド１３ａの移動方向に沿って延びるように形成された取付け溝１４内に設置される。図２（ａ）に示すように、ピストン１３の外周面に形成された収容溝１５には磁石１６が設けられており、シリンダスイッチ１１は、磁石１６がピストン１３と共に所定位置に移動した時に出力信号を発するように構成されている。なお、シリンダスイッチ１１の取付け位置を適宜変更可能とするため、図示しないが、取付け溝１４はエアシリンダ１２の他の面にも設けられている。

図２（ａ）に示すように、シリンダスイッチ１１は各種の電子部品を備えている。これらの電子部品は全て表面実装部品（ＳＭＤ）であって、回路基板１７上に実装されて後述する２線式センサ回路を構成する。回路基板１７には、電子部品としてのＭＲセンサパッケージ１８、発光ダイオード１９及び図示しないトランジスタや抵抗等の電子部品がはんだ付けにより表面実装されている。そして、各種電子部品及び回路基板１７はケース２１内に収容されている。

次に、シリンダスイッチ１１の回路構成を図１に基づいて説明する。図１に示すように、シリンダスイッチ１１を構成する２線式センサ回路２２は、磁気抵抗素子２３ａ，２３ｂを含むブリッジ回路２３と、ブリッジ回路２３からの出力信号が入力される比較器（オペアンプ）２４と、信号端子２５及びコモン端子２６とを備えている。

ブリッジ回路２３は、２個の磁気抵抗素子２３ａ，２３ｂと２個の分圧抵抗２３ｃ，２３ｄとにより構成されている。両磁気抵抗素子２３ａ，２３ｂの接続点が比較器２４の反転入力端子に接続されて比較器２４に磁気検出信号が入力され、両分圧抵抗２３ｃ，２３ｄの接続点が比較器２４の非反転入力端子に接続されて比較器２４に基準電圧が入力されるようになっている。比較器２４は、ブリッジ回路２３からの出力信号を比較して、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗの２値化するとともに増幅して出力する。また、ブリッジ回路２３及び比較器２４は、１つのパッケージに組み込まれてＭＲセンサパッケージ１８となっている。

比較器２４の出力端子、すなわちＭＲセンサパッケージ１８の出力端子は抵抗２７を介して第１トランジスタ２８のベース端子に接続されている。すなわち、比較器２４の出力は第１トランジスタ２８のベース端子に入力される。第１トランジスタ２８のエミッタ端子はＭＲセンサパッケージ１８及びコモン端子２６に接続されている。第１トランジスタ２８のコレクタ端子は発光ダイオード１９のカソード端子に接続されており、発光ダイオード１９のアノード端子は第２トランジスタ２９のベース端子に接続されている。また、第２トランジスタ２９のコレクタ端子はＭＲセンサパッケージ１８に接続されており、第２トランジスタ２９のエミッタ端子は信号端子２５に接続されている。なお、第１トランジスタ２８にはＮＰＮトランジスタが使用され、第２トランジスタ２９にはＰＮＰトランジスタが使用されている。

シリンダスイッチ１１の２線式センサ回路２２は、シリンダスイッチ１１のＯＦＦ時においてＭＲセンサパッケージ１８に対して定電圧を印加する定電圧回路３０を備えている。定電圧回路３０は、第３トランジスタ３１、ツェナーダイオード３２及び抵抗３３を備えている。第３トランジスタ３１のコレクタ端子は、第２トランジスタ２９のエミッタ端子及び信号端子２５に接続されており、第３トランジスタ３１のエミッタ端子は、第２トランジスタ２９のコレクタ端子及びＭＲセンサパッケージ１８に接続されている。第３トランジスタ３１にはＮＰＮトランジスタが使用されている。

ツェナーダイオード３２のカソード端子は第３トランジスタ３１のベース端子に接続され、ツェナーダイオード３２のアノード端子はコモン端子２６に接続されている。抵抗３３は、第３トランジスタ３１のコレクタ端子及びベース端子間に並列に接続されている。

さらに、信号端子２５とコモン端子２６との間には、サージ電圧対策用ツェナーダイオード３４と、外部雑音対策用コンデンサ３５とが並列に接続されている。
シリンダスイッチ１１は、エアシリンダ１２の所定位置に取付けられ、例えばピストンロッド１３ａが所定の没入状態（基準位置）となった場合に磁石１６の作用によりＭＲセンサパッケージ１８（比較器２４）からＨｉｇｈの出力信号が出力され、基準位置から移動した状態ではＭＲセンサパッケージ１８からＬｏｗの出力信号が出力される。

詳述すると、図１に示すように、シリンダスイッチ１１は、２線式センサ回路２２の信号端子２５とコモン端子２６との間に外部負荷３６及び直流の外部電源３７が接続された状態で使用される。シリンダスイッチ１１のＯＮ時、すなわちピストンロッド１３ａが基準位置に移動して磁石１６の作用によりＭＲセンサパッケージ１８からＨｉｇｈの出力信号が出力される状態では、第１トランジスタ２８がＯＮ状態となる。そして、第２トランジスタ２９がＯＮ状態となって、信号端子２５から、第２トランジスタ２９、発光ダイオード１９及び第１トランジスタ２８で構成される第１電流経路ＥＬ１を通ってコモン端子２６へと外部負荷３６を動作させる電流が流れる。この場合、発光ダイオード１９が点灯し、シリンダスイッチ１１がＯＮとなったことを目視で確認可能となる。

この場合、ＭＲセンサパッケージ１８への供給電流は、第２トランジスタ２９のコレクタ電流である。第２トランジスタ２９のコレクタ電流は、第２トランジスタ２９のエミッタ−ベース間電圧と、発光ダイオード１９の順方向電圧と、第１トランジスタ２８のコレクタ−エミッタ間電圧の総和Ｖ１を、ＭＲセンサパッケージ１８のインピーダンスで割った値である。そして、ＭＲセンサパッケージ１８には上記電圧の総和Ｖ１と同一電圧が印加される。

ちなみに、上記電圧の総和Ｖ１は、３Ｖ以下となるように構成されている。実験によれば、外部電源３７の電圧を１０〜２６Ｖ、外部負荷３６に流れる電流を２〜１０ｍＡとした場合、上記電圧の総和Ｖ１は２．１〜２．４Ｖとなった。当該電圧の総和Ｖ１の変動範囲は、ＭＲセンサパッケージ１８（比較器２４）の動作保証電圧範囲（例えば２〜３Ｖ）内に収まっている。なお、動作保証電圧範囲とは、例えば動作が保証された最小電圧から耐圧までの範囲である。

シリンダスイッチ１１のＯＦＦ時、すなわちピストンロッド１３ａが基準位置とは異なる位置に移動してＭＲセンサパッケージ１８からＬｏｗの出力信号が出力される状態では、第１トランジスタ２８がＯＦＦ状態となり、それによって第２トランジスタ２９がＯＦＦ状態となる。

この場合、抵抗３３からツェナーダイオード３２へ電流が流れることにより定電圧が発生しており、当該定電圧がＭＲセンサパッケージ１８に印加される。それと同時に、第３トランジスタ３１のベース端子にも電流が流れることによって第３トランジスタ３１がＯＮ状態となり、ＭＲセンサパッケージ１８に電流が供給される。ＭＲセンサパッケージ１８への供給電流は、第３トランジスタ３１のコレクタ電流である。なお、抵抗３３及びツェナーダイオード３２を流れる電流経路を第２電流経路ＥＬ２とする。

ここで、抵抗３３からツェナーダイオード３２へ電流が流れることにより発生する定電圧は外部電源３７の電圧変動に関わらずほぼ一定となる。詳細には、例えば抵抗３３の抵抗値が８２ｋΩで、ツェナーダイオード３２のツェナー電圧Ｖｚが４．７Ｖである場合に、外部電源３７の電圧を１０〜２６Ｖと変動させた場合、ＭＲセンサパッケージ１８に印加される電圧は２．６〜２．９Ｖであった。当該電圧変動範囲は、ＭＲセンサパッケージ１８の動作保証電圧範囲（例えば２〜３Ｖ）内に収まっている。

また、シリンダスイッチ１１のＯＮ時において、第２トランジスタ２９のエミッタ−ベース間電圧、発光ダイオード１９の順方向電圧、及び第１トランジスタ２８のコレクタ−エミッタ間電圧の総和Ｖ１は、ツェナーダイオード３２のツェナー電圧Ｖｚよりも低い。さらに、第３トランジスタ３１のベース−エミッタ間電圧は、第２トランジスタ２９のエミッタ−コレクタ間電圧よりも高い。このため、シリンダスイッチ１１のＯＮ時には、抵抗３３及びツェナーダイオード３２には電流がほとんど流れることなく、外部負荷３６を流れる電流の大部分は発光ダイオード１９を流れることとなる。なお、厳密には、上記電圧の総和Ｖ１は、ツェナー電圧Ｖｚ及び抵抗３３の両端に印加される電圧の総和よりも低く設定されている。

ツェナーダイオード３２の温度係数は負となっている。詳細には、ツェナーダイオード３２のツェナー電圧Ｖｚは、温度係数が負となる４．７Ｖに設定されている。一方、抵抗３３の温度係数は正であり、その抵抗値は８２ｋΩとなっている。かかる構成において、シリンダスイッチ１１の使用温度を−１０℃〜＋６０℃に変化させた場合、ツェナーダイオード３２の温度変化と抵抗３３の温度変化とが互いに相殺されて、定電圧回路３０からＭＲセンサパッケージ１８に印加される定電圧は、ほぼ一定となった。詳細には、外部電源３７の電圧が１０Ｖである条件下において定電圧回路３０により印加される定電圧は、−１０℃で２．５９Ｖであり、＋２５℃で２．６０Ｖであり、＋６０℃で２．６１Ｖであった。また、外部電源３７の電圧が２６Ｖである条件下において定電圧回路３０により印加される定電圧は、−１０℃で２．８９Ｖであり、＋２５℃で２．９０Ｖであり、＋６０℃で２．９１Ｖであった。

次に本実施形態の作用について説明する。
既に説明した通り、シリンダスイッチ１１のＯＦＦ時には、第３トランジスタ３１、ツェナーダイオード３２及び抵抗３３で構成された定電圧回路３０からの定電圧がＭＲセンサパッケージ１８に印加される。当該定電圧は、外部電源３７の電圧が変動した場合であってもＭＲセンサパッケージ１８の動作保証電圧範囲内に収まっている。

以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
（１）エアシリンダ１２のピストン１３の位置検出に用いられる２線式センサ回路構成のシリンダスイッチ１１は、磁気抵抗素子２３ａ，２３ｂを含むブリッジ回路２３と、当該ブリッジ回路２３からの出力信号が入力される比較器２４と、信号端子２５及びコモン端子２６とを備えている。そして、シリンダスイッチ１１は、比較器２４の出力がベース端子に入力される第１トランジスタ２８と、第１トランジスタ２８のコレクタ端子にカソード端子が接続された発光ダイオード１９と、発光ダイオード１９のアノード端子にベース端子が接続された第２トランジスタ２９を備えている。

かかる構成において、シリンダスイッチ１１に、第３トランジスタ３１、ツェナーダイオード３２及び抵抗３３で構成され、シリンダスイッチ１１のＯＦＦ時にＭＲセンサパッケージ１８に定電圧を印加する定電圧回路３０を設けた。これにより、仮に外部電源３７の電圧が変動した場合であっても、シリンダスイッチ１１のＯＦＦ時においてＭＲセンサパッケージ１８に対してほぼ一定の電圧を印加することができる。よって、動作保証電圧範囲が狭いＭＲセンサパッケージ１８（比較器２４）を安定動作させることができる。また、定電圧を実現する素子数は少なく、且つ、これらの素子は市販の部品であるとともに、定電流ダイオード等といった素子と比較して小型である。これにより、シリンダスイッチ１１の小型化を図ることができる。

（２）シリンダスイッチ１１のＯＮ時には、発光ダイオード１９に電流が流れて発光する。これにより、作業者がシリンダスイッチ１１の動作状況を確認することができる。詳細には、例えばシリンダスイッチ１１のエアシリンダ１２への初期取付けの際の位置調整においては、作業者は、発光ダイオード１９の発光に基づいて取付け位置を確認できる。また、シリンダスイッチ１１の通常の使用時においては、作業者は、発光ダイオード１９の発光に基づいて、エアシリンダ１２が正常に動作しているか否かを確認できる。

特に、シリンダスイッチ１１のＯＮ時（比較器２４からの出力がＨｉｇｈである場合）では、第２トランジスタ２９のエミッタ−ベース間電圧、発光ダイオード１９の順方向電圧及び第１トランジスタ２８のコレクタ−エミッタ間電圧の総和Ｖ１と同一電圧がＭＲセンサパッケージ１８に印加される。つまり、ＭＲセンサパッケージ１８に印加される電圧を決定付けるものの１つとして、発光ダイオード１９の順方向電圧が含まれており、発光ダイオード１９は、ＭＲセンサパッケージ１８に印加する電圧を調整する負荷として動作している。これにより、１の素子で、作業者への報知と、ＭＲセンサパッケージ１８に印加する電圧調整とを実現することができる。

（３）ブリッジ回路２３及び比較器２４は、ＭＲセンサパッケージ１８として１つのパッケージに組み込まれている。これにより、ブリッジ回路２３及び比較器２４が独立している場合と比較して、シリンダスイッチ１１の組立の容易化を図ることができるとともに、シリンダスイッチ１１の更なる小型化を図ることができる。

（４）シリンダスイッチ１１のＯＮ時における上記電圧の総和Ｖ１は、ツェナーダイオード３２のツェナー電圧Ｖｚよりも低い。これにより、シリンダスイッチ１１のＯＮ時には、外部負荷３６を流れる電流は、抵抗３３及びツェナーダイオード３２で構成される第２電流経路ＥＬ２ではなく、発光ダイオード１９が設けられている第１電流経路ＥＬ１を流れる。よって、発光ダイオード１９の視認性の向上を図ることができ、外部負荷３６を流れる電流が低い場合であっても発光ダイオード１９の視認性を確保することができる。

詳述すると、外部負荷３６を流れる電流は、ＭＲセンサパッケージ１８と、第１電流経路ＥＬ１と、第２電流経路ＥＬ２とに分かれる。この場合、第２電流経路ＥＬ２を流れる電流が高くなると、第１電流経路ＥＬ１を流れる電流が低くなり、発光ダイオード１９の輝度が低下するおそれがある。特に、消費電力を低減する観点から、外部負荷３６を流れる電流を低くすると、上記問題が生じ易い。

これに対して、本実施形態では、上記電圧の総和Ｖ１がツェナー電圧Ｖｚよりも低く設定されているため、電流は、第２電流経路ＥＬ２ではなく、第１電流経路ＥＬ１を流れる。これにより、外部負荷３６を流れる電流が低い場合（例えば２ｍＡ）であっても、発光ダイオード１９の視認性を確保することができる。

特に、シリンダスイッチ１１のＯＮ時において、第２トランジスタ２９のエミッタ−コレクタ間電圧は、第３トランジスタ３１のベース−エミッタ間電圧よりも低い。これにより、シリンダスイッチ１１のＯＮ時において定電圧回路３０に流れる電流を、より好適に制限することができる。

（５）ツェナーダイオード３２の温度係数は負となっている。この場合、抵抗３３の温度係数は正であるため、ツェナーダイオード３２の温度変化と抵抗３３の温度変化とが互いに相殺される。これにより、温度変化に対するＭＲセンサパッケージ１８に印加される定電圧の変動を抑制することができる。よって、外部電源３７の電圧変動に加えて、使用温度が変化した場合であっても、ＭＲセンサパッケージ１８に印加される電圧を動作保証電圧範囲内に収めることができる。

（６）抵抗３３の抵抗値は８２ｋΩであり、ツェナーダイオード３２のツェナー電圧Ｖｚは４．７Ｖである。これにより、外部電源３７の電圧変動及び温度変化に関わらず、ＭＲセンサパッケージ１８の動作保証電圧範囲内に収まる電圧特性を得ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、第３トランジスタ３１、ツェナーダイオード３２及び抵抗３３により構成された定電圧回路３０を用いたが、これに限られない。例えば、図３に示すように、入力される電圧に関わらず定電圧を出力する電圧レギュレータＩＣ４０を設ける構成であってもよい。この場合、電圧レギュレータＩＣ４０は、その入力端子４０ａが信号端子２５に接続され、出力端子４０ｂが第２トランジスタ２９のコレクタ端子に接続され、グランド端子４０ｃがコモン端子２６に接続されている。なお、図示は省略するが、電圧レギュレータＩＣ４０を設ける構成においては、当該電圧レギュレータＩＣ４０を駆動させるための周辺部品が設けられている。この場合であっても、ＭＲセンサパッケージ１８に対して一定の電圧を印加することができる。

但し、周辺部品を含めて部品点数が増加する点及び電圧レギュレータＩＣ４０自体の形状が大きい点と、電圧レギュレータＩＣ４０の内部抵抗が不明であることに起因して発光ダイオード１９を流れる電流が不明となり、発光ダイオード１９の視認性に支障が生じ得る点に着目すれば、定電圧回路３０の方が好ましい。

○ エアシリンダ１２に対するシリンダスイッチ１１の取付け位置は、ピストンロッド１３ａが没入した状態におけるピストン１３を検出する位置に限られない。例えば、ピストンロッド１３ａが突出した状態におけるピストン１３を検出する位置でもよいし、ピストンロッド１３ａが所定の中間位置まで突出した状態におけるピストン１３を検出する位置でもよい。

○ また、１つのエアシリンダ１２に対して複数のシリンダスイッチ１１を取付けてもよい。
○ 流体圧シリンダは、エアシリンダ１２に限られず、作動油で動作する油圧シリンダであってもよい。

○ 直動型の流体圧シリンダに限られず、ロータリシリンダに適用して、ロータリシリンダの軸の回転方向の位置検出に用いる構成としてもよい。

１１…シリンダスイッチ（流体圧シリンダ用センサ）、１８…ＭＲセンサパッケージ、１９…発光ダイオード、２３…ブリッジ回路、２３ａ，２３ｂ…磁気抵抗素子、２４…比較器、２８…第１トランジスタ、２９…第２トランジスタ、３０…定電圧回路、３１…第３トランジスタ、３２…ツェナーダイオード、３３…抵抗。

Claims

磁気抵抗素子を含むブリッジ回路と、前記ブリッジ回路からの出力信号が入力される比較器と、信号端子及びコモン端子とを備え、流体圧シリンダのピストンの位置検出に用いられる２線式センサ回路構成の流体圧シリンダ用センサであって、
前記比較器の出力がベース端子に入力される第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのコレクタ端子にカソード端子が接続された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードのアノード端子にベース端子が接続された第２トランジスタと、
コレクタ端子が前記第２トランジスタのエミッタ端子及び前記信号端子に接続され、エミッタ端子が前記第２トランジスタのコレクタ端子に接続された第３トランジスタと、
前記第３トランジスタのベース端子にカソード端子が接続され、前記コモン端子にアノード端子が接続されたツェナーダイオードと、
前記第３トランジスタの前記コレクタ端子及び前記ベース端子に対して並列に接続された抵抗と、
を備えており、
前記ブリッジ回路及び前記比較器は１つのパッケージに組み込まれたＭＲセンサパッケージであり、前記ピストンが基準位置に移動して前記ＭＲセンサパッケージからＨｉｇｈの出力信号を出力した時は、前記第１トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧と、前記第２トランジスタのエミッタ−ベース間電圧と、前記発光ダイオードの順方向電圧との総和と同一電圧が前記ＭＲセンサパッケージの駆動電圧として印加され、前記ピストンが基準位置とは異なる位置に移動して前記ＭＲセンサパッケージからＬｏｗの出力信号を出力した時は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記ＭＲセンサパッケージの駆動電圧として印加されることを特徴とする流体圧シリンダ用センサ。
前記第２トランジスタのエミッタ−ベース間の電圧、前記発光ダイオードの順方向電圧、及び前記第１トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧の総和は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低い請求項１に記載の流体圧シリンダ用センサ。
前記ツェナーダイオードの温度係数は負である請求項１又は請求項２に記載の流体圧シリンダ用センサ。
前記抵抗の抵抗値は８２ｋΩであり、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は４．７Ｖである請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の流体圧シリンダ用センサ。