JPH0511444B2 - - 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近接
スイツチに関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

高周波発振型近接スイツチは検出ヘツドに検出
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。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。従つて近接スイ
ツ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は次式によつて示される。

τ＝2C／Δg×lnVo／Vs ……(1) 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つて、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つ
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
いう欠点があつた。

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
のフエ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。従つてこのような
環境下では高周波発振型の近接スイツチを使用す
ることができなくなるという問題点があつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の近接スイツチの問題
点に鑑みてなされたものであつて、発振開始を速
くすることによつ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ツチを提供することを目的
とする。

〔発明の構成と効果〕

本発明は発振回路と、発振出力の低下により物
体を検知する検知回路を有する近接スイツチであ
つて、発振回路は、外部からの出力に基づいて発
振利得を向上させる発振回路であり、発振回路の
発振振幅レベルを第１の基準値と比較し物体検知
出力を与える第１の比較回路と、発振回路の発振
振幅レベルを第２の基準値と比較し発振回路に利
得増幅信号を与える第２の比較回路と、抵抗の直
列接続体とその抵抗の一部を帰還抵抗とするトラ
ンジスタ回路により形成され、高基準電圧及び低
基準電圧を夫々第１の比較回路及び第２の比較回
路に基準値信号として与える基準電源回路と、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、発振
出力の低下によつて第１の比較回路より物体検知
出力を得、更に発振レベルが低下すれば第２の比
較回路によつて発振回路に利得増幅信号を得るよ
うにしている。そして第１，第２の比較回路には
基準電圧回路の抵抗の直列接続体により常に第１
の比較回路に第２の比較回路より高い基準電圧が
与えられ、抵抗と温度係数の異なるトランジスタ
回路が用いられているため温度変化があつてもそ
の温度変化を相殺し、電圧変動のない基準電圧を
比較回路に与えることができる。従つて出力がチ
ヤタリングする恐れはなく確実に低い振幅レベル
で発振を継続させることができる。

このように発振を継続させておけば物体が離れ
た場合に発振の再開が迅速となり、応答速度の速
い近接スイツ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。従つ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ツチを
構成することができる。

〔実施例の説明〕

第２図は本発明による近接スイツチ発振回路の
一実施例を示す回路図である。この発振回路は物
体が近接して発振出力が低下し物体を検出した後
も微小な振幅によつて発振を継続させるようにし
ている。本図において、近接スイツチの前面に設
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、その共通接続端がトランジスタ
４に与えられて電流増幅される。トランジスタ４
のコレクタはPNP型トランジスタ５のコレクタ
に接続され、トランジスタ５，６によつて電流ミ
ラー回路CM１が形成されている。又トランジス
タ４のエミツタはコレクタ電流を定める可変抵抗
器７を介して接地されている。トランジスタ６の
コレクタはトランジスタ８のエミツタに接続され
る。トランジスタ８は図示のように４つのコレク
タを有するマルチコレクタトランジスタであつ
て、その３本のコレクタ端子８ａを共通接続して
LC共振回路にフイードバツクするようにしてい
る。他のコレクタ端子８ｂはNPN型トランジス
タ９のコレクタ・ベース共通端子に接続される。
トランジスタ９はトランジスタ１０と共に電流ミ
ラー回路CM２を構成しており、トランジスタ１
０のエミツタはトランジスタ９のエミツタ面積の
ｎ倍としてICチツプ上に形成されているものと
する。そしてトランジスタ１０のコレクタはマル
チコレクタトランジスタ１１のベース・コレクタ
共通接続端に接続されている。マルチコレクタト
ランジスタ１１の他のコレクタ端子はLC共振回
路に接続されている。更にトランジスタ９のベー
ス及びコレクタはスイツチング用トランジスタ１
２のコレクタ端子に接続される。スイツチング用
トランジスタ１２は発振出力が上昇した時に与え
られる信号によつて断続して、電流ミラー回路
CM２の動作を制御するものである。

第１図は本発明による近接スイツチの全体構成
を示すブロツク図である。本図において第２図で
示した発振回路１の発振出力は二つの整流回路２
０，２１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つて発振出力を直流に変
換するものであつて、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はこの高周波発振型近接スイツチの
発振出力が所定レベルにまで低下したときに方形
波信号を出力するものであつて、その出力を出力
回路２６を介して外部に与える。又比較回路２５
は整流回路２１の整流出力を基準値レベルと比較
して発振回路１の発振利得を増加させるものであ
る。即ち第１図に示すように定電流源２７の一端
には電源端との間に抵抗２８〜３２が直列接続さ
れている。そして抵抗２９，３０に並列にトラン
ジスタ３３のベース・コレクタ間が並列接続さ
れ、抵抗３１に並列にトランジスタ３３のベー
ス・エミツタが接続されて抵抗２８〜３２と共に
基準電源回路３４を構成している。この基準電圧
回路３４の抵抗２８の一端から比較回路２４に基
準電圧Vref1が与えられており、抵抗２９，３０
の共通接続点が比較回路２５に基準電圧Vref2と
して与えられている。そしてこれらの抵抗の抵抗
値を適宜調整することによつて比較回路２４，２
５に与える基準値レベルVref1，Vref2を調整し
ている。

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つている。そして発
振回路１ではLC共振回路の電圧がトランジスタ
４に与えられて電流増幅され、トランジスタ５，
４を通つてコレクタ電流が流れる。そのため電流
ミラー回路CM１の他方のトランジスタ６にミラ
ー電流が流れ、その電流がトランジスタ８によつ
て分割される。それ故トランジスタ６のコレクタ
電流のほぼ3/4がトランジスタ８のコレクタ端子
８ａを介してLC共振回路に電流帰還されること
となる。そして近接体が遠く離れており発振レベ
ルが高い場合には整流回路２１からの高いレベル
の信号が与えられるので、比較回路２５の出力に
より発振回路のトランジスタ１２がオンとなつて
いる。従つて電流ミラー回路CM２は動作せずト
ランジスタ１１を通つてLC共振回路に電流帰還
が成されない。それ故LC共振回路に帰還される
電流値はトランジスタ８のコレクタ電流のみとな
つている。

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。物体が距
離Ｌ１まで近接し発振出力が低下して整流回路２
０の出力が比較回路２４の基準値レベルVref1と
なれば、第３図ｂに示すように比較回路２４はオ
ン状態となり出力回路２６より物体検知出力が与
えられる。更に物体が近接して発振レベルが低下
し比較回路２５の基準値レベルVref2以下となれ
ば、第３図ｃに示すように比較回路２５の出力が
オフとなり発振回路１のスイツチングトランジス
タ１２をオフとする。従つてトランジスタ９，１
０によつて形成される電流ミラー回路CM２が能
動状態となり、第３図ｄに示すようにトランジス
タ８のコレクタ端子８ｂのコレクタ電流が電流ミ
ラー回路CM２に流入し、電流ミラー回路CM２
を介してマルチコレクタトランジスタ１１が駆動
される。ここでトランジスタ１０のエミツタ面積
はトランジスタ９のｎ倍に形成されているので、
トランジスタ８のコレクタ電流は電流ミラー回路
CM２によつて電流増幅される。そしてマルチコ
レクタトランジスタ１１の他方のコレクタ電流が
LC共振回路に電流帰還される。そうすれば発振
回路１の利得が向上し、第３図ａに示すように近
接体が以上近接スイツチに近づいても微小レベル
で発振を継続させることができる。ここで第１図
に示すようにトランジスタ３３は、コレクタから
抵抗２９，３０を介してベースに電流帰還がかけ
られておりコレクタ電圧が一定に保たれている。
そして抵抗２８〜３２の抵抗値を夫々Ｒ２８〜Ｒ
３２として示しトランジスタ３３のベース電流を
無視すれば、抵抗２９から抵抗３１を流れる電流
の電流値はVbe／R31であり、トランジスタ３３
のコレクタ・エミツタ間電圧Vceは次の値とな
る。

Vce＝R29＋R30＋R31／R31・Vbe ……(2) 従つて比較回路２４に供給される基準電圧
Vref1は、定電流源２７の定電流をIsとすると次
式で示される。

Vref1＝Is（R28＋R32）＋Vce ……(3) 又基準電圧Vref2は次式で示される。

Vref2＝Is・R32＋R0＋R31／R31・Vbe ……(4) となる。このスイツチの電子回路部は全てIC化
されているとするとICの抵抗体は数1000ppm／
℃程度の正の温度係数を有しており、比較回路２
４，２５に与えられる基準電圧Vref1，Vref2は
(3)，(4)式より明らかなように共に第１項が正の温
度係数を有している。しかし第２項はトランジス
タ３３のベース・エミツタ間電圧Vbeが−
6mV／℃程度の負の温度係数を有しているため、
第１項，第２項を相殺させることが可能である。
従つて比較回路２４に与える基準電圧は常に比較
回路２５に与える基準電圧よりも高く保つことが
できると共に、温度補償によつてその絶対値をほ
ぼ一定に保つことが可能となり、基準値レベルが
逆転してチヤタリングや動作不安定になるといつ
た恐れがなく、確実な動作を可能にすることがで
きる。

次に第４図は本発明による近接スイツチ発振回
路の第２の実施例を示す回路図である。本実施例
において第１図と同一部分は同一符号を用いて示
している。本実施例は電流増幅用トランジスタの
前段にエミツタフオロワ回路を設け、帰還電流量
をエミツタ抵抗を変えることによつて変化させる
ようにしたものであ。即ち電源３の一端はトラン
ジスタ４１のベースに与えられる。トランジスタ
４１はエミツタフオロワ型に接続されておりその
コレクタは電源に接続され、エミツタ端に二つの
抵抗４２，４３が直列接続されて接地される。そ
して抵抗４３の両端には抵抗４４とスイツチング
トランジスタ４５の直列接続体が並列接続されて
いる。この共通接続端には前述した電流増幅用ト
ランジスタ４のベースが接続され、そのコレクタ
はトランジスタ５，６から成る電流ミラー回路に
接続される。そして第１図の比較回路２５の出力
がトランジスタ４５のベースに与えられる。この
発振回路においては大振幅時にはトランジスタ４
５が導通し、トランジスタ４１のエミツタ抵抗は
抵抗４２と４３，４４の並列抵抗との直列接続体
となつている。しかし振幅が低下し比較回路２５
からの出力が停止すればトランジスタ４５がオフ
となり、抵抗４２に抵抗４３が直列接続された状
態となつてトランジスタ４１のエミツタ電圧比を
上げることによつて電流増幅用トランジスタ４の
電流値を増加させることができる。従つてトラン
ジスタ５，６の電流ミラー回路を介して与えられ
る帰還電流値が多くなり、前述した実施例と同様
に低いレベルで発振を継続させ続けることが可能
である。

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。従つて第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つて、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ツチを得るため
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
くすることによつて、応答速度を向上することが
できる。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ツチを使
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つ
ているため発振が急激に開始する。例えば60Hzの
交流磁界が加わつている場合には、発振回路１か
らその倍の120Hzで発振を断続するバースト波形
が得られる。従つて整流回路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
路によつて検知し、比較回路２４で所定のスレツ
シユホールドレベルと比較すれば耐磁界型の近接
スイツチを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による近接スイツチの全体構成
を示すブロツク図、第２図は本発明による近接ス
イツチの発振回路の一実施例を示す回路図、第３
図は近接体の距離に対する各部の波形を示す波形
図、第４図は本発明の近接スイツチ発振回路の他
の実施例を示す回路図である。 １……発振回路、４〜６，８〜１２，３３，４
１，４５……トランジスタ、２０，２１……整流
回路、２２，２３……コンデンサ、２４，２５…
…比較回路、２６……出力回路、２７……定電流
源、２８〜３２，４２〜４４……抵抗、３４……
基準電圧回路、CM１〜Ｃ２……電流ミラー回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振回路と、発振出力の低下により物体を検
   知する検知回路を有する近接スイツチにおいて、 前記発振回路は、外部からの出力に基づいて発
   振利得を向上させる発振回路であり、 前記発振回路の発振振幅レベルを第１の基準値
   と比較し物体検知出力を与える第１の比較回路
   と、 前記発振回路の発振振幅レベルを第２の基準値
   と比較し前記発振回路に利得増幅信号を与える第
   ２の比較回路と、 抵抗の直列接続体とその抵抗の一部を帰還抵抗
   とするトランジスタ回路により形成され、高基準
   電圧及び低基準電圧を夫々前記第１の比較回路及
   び第２の比較回路に基準値信号として与える基準
   電源回路と、を具備することを特徴とする近接ス
   イツチ。 ２ 前記発振回路は、帰還電流を制御するスイツ
   チング素子を有し、前記第２の比較回路からの出
   力によつて帰還電流を変化させて発振利得を変化
   させる電流帰還型発振回路であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の近接スイツチ。 ３ 前記発振回路は帰還電流を定める抵抗分圧回
   路を有し、その分圧の有無によつて発振利得を変
   化させる発振回路であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の近接スイツチ。