JPH0517728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流二線式無接点スイツチに関するも
のである。

〔従来の技術〕

直流二線式無接点スイツチは、高周波発振器に
よる近接センサ回路、光電センサ回路、静電容量
センサ回路等のセンサ回路とスイツチング回路と
を備え、直流電源と負荷とが接続された２個の端
子を通じてセンサ回路とスイツチング回路に電力
を供給すると共に、センサ回路の検出信号に基づ
いてスイツチング回路によりこの２個の端子間を
開閉して負荷への通電を制御するものである。こ
の直流二線式無接点スイツチにおいては、スイツ
チングの前後にセンサ回路に与えられる電圧が変
化するため閾値付近でのスイツチング動作が不安
定になることがあつた。

第５図は高周波発振器を用いた従来の直流二線
式近接スイツチの一例を示す回路図であつて、直
流電源１と負荷２とが端子３，４間に直列続され
ている。端子３，４の左側は近接スイツチ部であ
る。発振回路５は発振コイルＬコンデンＣ１から
成る共振回路を含むハートレー型の発振回路であ
つて、その出力は次段の検波回路６に与えられ
る。検波回路６は発振回路５の出力信号の振幅に
応じた直流信号を発生するものである。発振コイ
ルＬの近傍に金属等の物体があれば出力信号の振
幅は小さくなり、物体がなければ大きくなる。従
つて物体の有無は検波回路６の出力電圧の変化と
なり、その変化の出力はシユミツトトリガ回路７
に与えられる。シユミツトトリガ回路７はトラン
ジスタ８，９を有しており、ヒステリシス特性を
持ち所定のスレツシユホールドレベルで入力信号
を二値信号に波形整形する。シユミツトトリガ回
路７の出力は出力回路部１０に与えられる。出力
回路部１０は端子３，４間に接続されるスイツチ
ング用のトランジスタ１１、シユミツトトリガ回
路７に接続されトランジスタ１１を駆動する駆動
用のトランジスタ１２、及び表示用の発光ダイオ
ード１３を有している。端子３，４間には又サー
ジ電圧を吸収するため、直流電源１より高いツエ
ナダイオードZD１が接続される。端子３にはゲ
ート・ソース間を短絡したFET15から成る定電
流回路１６が接続され、又ツエナダイオードZD
２を含む定電圧回路１７が接続される。１８は電
源リセツト回路であつて、電源投入時にトランジ
スタ１２がオンすることにより生じる誤動作を防
止するものである。

この近接スイツチの近傍に物体があり、徐々に
遠ざかる場合の発振回路５の発振信号波形を第２
図ａに示す。物体が比較的近い位置にある間は振
幅は小さく、従つて検波回路６の出力も小さい。
そのため、シユミツトトリガ回路７の出力はＬレ
ベルであつて出力回路部１０のトランジスタ１２
はオフであり、発光ダイオード１３も点灯しな
い。従つてトランジスタ１１はオフとなり負荷２
には電流は流れない。この場合端子３，４間には
ほぼ直流電源１の電圧に近い電圧が印加されてい
ることになり、定電流回路１６、定電圧回路１７
を通じて発振回路５、検波回路６、シユミツトト
リガ回路７にある電力が供給される。尚この電流
は微小なものであるため負荷２が駆動されること
はない。

第３図は定電流回路１６を構成するFET15の
動作特性を示すもので、縦軸はドレイン電流_D、
横軸はソース・ドレイン間電圧V_DSを示す。ここ
でスイツチングトランジスタ１１がオフであれば
端子３，４間にはほぼ直流電源１の電圧が印加さ
れ、従つて定電流回路１６のFET15のソース・
ドレイン間電圧V_DSはこの電圧とツエナダイオー
ドZD２のツエナ電圧V_Zの差V₁となる。これは
FETの定電流領域にあるためドレイン電流_Dは
₁となる。第４図は定電圧回路１７を構成する
ツエナダイオードダイオードZD２の動作特性を
示すもので、縦軸はツエナ電流_Z、横軸はツエ
ナ電圧V_Zを示す。ここで定電流回路１６より与
えられる電流₁はツエナダイオードZD２と、そ
れ以外の各回路５，６，７に分流する。この電流
₁は微小であるためツエナダイオードZD２に流
れるツエナ電流_Z1も小さく、ツエナダイオード
ZD２の非安定領域を使用せざるを得ない。この
場合のツエナ電圧はV_Z1となる。

次に物体が徐々に遠ざかると発振回路５の出力
信号の振幅は大きくなり、検波回路６の出力レベ
ルも大きくなる。この出力信号が第２図ａに一点
鎖線Ａで示すシユミツトトリガ回路７のオンレベ
ルに達すると、シユミツトトリガ回路７の出力は
Ｈとなり、トランジスタ１２がオンとなる。従つ
て発光ダイオード１３が点灯してトランジスタ１
１もオンとなり、直流電源１より負荷２に電流が
流れる。第２図ｂ，ｄはこの近接スイツチの開閉
を示すものである。この場合端子３，４間にはト
ランジスタ１１のベース・エミツタ間電圧降下
分、発光ダイオード１３の電圧降下分及びトラン
ジスタ１２のコレクタ・エミツタ間電圧降下分の
和の電圧（以下出力残留電圧という）が端子３，
４間に残ることになる。従つて定電流回路１６を
介してひき続き電流が供給される。出力残留電圧
は低く設定されるので、FET15のソース・ドレ
イン間電圧V₂は第３図に示すように低くなり、
定電流領域を脱して電流₂が流出することにな
る。そうすれば第４図に示すように定電圧回路１
７のツエナ電流も_Z2と小さくなり、ツエナ電圧
V_Z2も低下する。一般に発振回路は供給される電
圧の大小に応じて発振出力が変動するので、供給
電圧が小さくなると、発振回路５の出力も第２図
ａに示すように低下する。更に物体が遠ざかると
図示のように振幅値は徐々に大きくなる。

逆に物体が近接スイツチに近づいてくる場合に
は、第２図ｃに示すように発振回路５の出力振幅
は徐々に小さくなる。この振幅値が一点鎖線Ｂで
示すシユミツトトリガ回路７のオフレベルに達す
ると、FET15の出力電流は₂から₁に増加し、
ツエナダイオードZD２のツエナ電圧はV_Z2から
V_Z1に上昇する。従つて発振回路５の出力はスイ
ツチングのあつた直後に大きくなり、更に物体が
近づけば振幅値は第２図ｃに示すように小さくな
る。

近接スイツチ等の無接点スイツチは動作の安定
性を確保するためにシユミツトトリガ回路７のヒ
ステリシス特性を利用し、オンレベルとオフレベ
ルとが異なるようにして無接点スイツチに適当な
応差を設けている。

〔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無接点スイツチ
では、第２図ａ，ｃに示すようにスイツチングの
直後には供給電圧の変化に基づいて発振信号の振
幅が変動するため、シユミツトトリガ回路７のヒ
ステリシスは相対的に小さくなり、応差が小さく
なる。従つて耐雑音特性や相互干渉特性が悪化
し、動作が不安定になる欠点があつた。又スイツ
チング時の振幅値の変化がシユミツトトリガ回路
７のヒステリシスを越える場合には近接スイツチ
は発振状態となり、正常な動作ができないという
欠点もあつた。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであつて、スイツチング直後においても
安定な動作が確保できるようにすることを技術的
課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は負荷と直流電源とが直列に接続される
第１、第２の端子と、センサ回路部と、センサ回
路部の出力が与えられその出力を弁別する比較器
と、比較器の出力に基づいて第１、第２の端子間
を開閉するスイツチング回路部と、を有し、第
１、第２の端子を通じて直流電源の電力をセンサ
回路部、比較器及びスイツチング回路部に供給す
る直流二線式無接点スイツチであつて、比較器の
出力段を構成する第１のトランジスタはコレクタ
に定電圧素子ZD３、エミツタに第１の抵抗Ｒ２
２を接続、該第１のトランジスタのコレクタに第
２の抵抗Ｒ２３介してスイツチング回路部を構成
する第２のトランジスタ１２のベースを接続し、
比較器の第１のトランジスタのオン時及びオフ時
の定電圧素子の両端の電圧を夫々V_Z3，V_Z4とし、
その電流を夫々_Z3，_Z4、トランジスタの順方
向ベース・エミツタ間電圧をV_BE、オン時のコレ
クタ・エミツタ間電圧をV_CE（sat）とするとき、
次式 V_Z3＋V_CE（sat）＋_Z3・R22 ＜V_Z4＋_Z4・R23＋V_BE が成立するように第１、第２の抵抗の抵抗値を選
択したことを特徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本発明によれば、セン
サ回路部の出力が比較器の閾値レベルを越えて上
昇したときに、第１、第２の抵抗の抵抗値を上述
のように選択しておくことによつて比較器の出力
に基づいてセンサ回路部に与える電源電圧を上昇
させている。こうすればセンサ回路部より得られ
る出力レベルがより大きくなる。又センサ回路部
の出力が閾値レベル以下となつたときには、セン
サ回路部に与える電源電圧を下降させることによ
りセンサ回路部の出力を更に低下させるようにし
ている。

〔実施例〕

第１図は本発明を適用した近接スイツチの一実
施例を示す回路図である。本図において、前述し
た従来例と同じく直流電源１と負荷２とが端子
３，４間に直列に接続されており、ブロツクで示
す発振回路５、検波回路６は従来例のものと同様
のものであつて、センサ回路部を構成している。
検波回路６の出力はトランジスタ８，９により構
成されるシユミツトトリガ回路２１に与えられ
る。抵抗Ｒ２２（第１の抵抗）はシユミツトトリ
ガ回路２１のエミツタ抵抗である。本実施例にお
いてはトランジスタ９の負荷としてツエナダイオ
ードZD３が挿入され、そのコレクタは抵抗Ｒ２
３（第２の抵抗）を介してスイツチング回路部を
構成する出力回路部１０のトランジスタ１２のベ
ースに接続される。ここでツエナダイオードZD
３とトランジスタ９、抵抗Ｒ２２の直列回路又は
ツエナダイオードZD３と抵抗Ｒ２３、トランジ
スタ１２の直列回路は電圧制御部を構成してい
る。出力回路部１０は従来のものと同様であつ
て、端子３，４間にスイツチング用のトランジス
タ１１が接続され、そのベースとトランジスタ１
２のコレクタ間に発光ダイオード１３が接続され
る。ツエナダイオードZD１、定電流回路１６は
従来例のものと同様である。定電流回路１６の出
力側に接続されたコンデンサＣ２５は平滑用のコ
ンデンサであつて、出力電圧を平滑するために設
けられている。

次に第６図の波形図を参照しつつ本実施例の動
作について説明する。まず物体が近接スイツチの
近くにある場合には発振回路５の振幅は小さく、
検波回路６の出力も小さい。従つてシユミツトト
リガ回路２１のトランジスタ８はオフ、トランジ
スタ９はオンとなる。そのためトランジスタ１２
はオフであり、抵抗Ｒ２３にはほとんど電流は流
れない。このときツエナダイオードZD３を流れ
る電流を_Z3、そのときツエナ電圧をV_Z3とする
と、電圧制御部の出力電圧（ツエナダイオード
ZD３のカソード端電圧）V_C1は次式で表される。

V_C1＝V_Z3＋V_CE9（sat）＋_Z3・R22 ……(1) 但しV_CE9（sat）はトランジスタ９のコレクタ・
エミツタ間の飽和電圧であり、この式においては
トランジスタ９のベース電流による抵抗Ｒ２２の
電圧降下は無視している。又この場合抵抗Ｒ２２
の直流値は次式 V_CE9（sat）＋_Z3・R22＜V_BE12 ……(2) （V_BE12はトランジスタ１２のベース・エミツ
タ間電圧）を満たすように選ばれるものとする。
トランジスタ１２はオフであるため、スイツチン
グ用のトランジスタ１１もオフとなり、負荷２に
は電流は流れない。

次に物体が近接スイツチから徐々に遠ざかると
第６図ａに示すように発振回路５の発振出力はし
だいに大きくなり、一点鎖線Ａで示すシユミツト
トリガ回路２１のオンレベルに達する。そのとき
シユミツトトリガ回路２１のトランジスタ８はオ
ン、トランジスタ９はオフとなり、出力回路部１
０のトランジスタ１２はオンとなる。ここでツエ
ナダイオードZD３には抵抗Ｒ２３、トランジス
タ１２のベースを通るツエナ電流V_Z4が流れる。
このときのツエナ電圧をV_Z4とすると、電圧制御
部の出力電圧はV_C2は次式で表される。

V_C2＝V_Z4＋_Z4・R23＋V_BE12 ……(3) トランジスタ１２がオンとなれば、スイツチン
グ用のトランジスタ１１もオンとなり、発光ダイ
オード１３が点灯して負荷２に電流が流れる。

このように近接スイツチの開閉に基づいて電圧
制御部の出力電圧V_C1，V_C2が切換えられる。

ここで式(1)、(3)において次式 V_C1＜V_C2 即ち V_Z3＋V_CE9（sat）＋_Z3・R22 ＜V_Z4＋_Z4・R23＋V_BE12 ……(4) が成り立つように抵抗Ｒ２２，Ｒ２３の値を選定
する。そうすれば第６図ａ，ｂに示すようにセン
サ回路部の出力がシユミツトトリガ回路を含む比
較器の閾値を越えて上昇し、近接スイツチが閉と
なつたとき供給電圧を上昇させる。そのため発振
回路５に供給される電圧が大きくなり、発振出力
も増大する。そのため従来例と異なりスイツチン
グの直後も安定に動作させることができる。

一方物体が遠方にあり、近接スイツチが閉状態
にあれば発振回路５にはV_C2の電圧が与えられて
いる。ここで物体が徐々に近接スイツチに近づく
場合には第６図ｃ，ｄに示すように発振回路５の
出力が次第に小さくなる。そして一点鎖線Ｂで示
すシユミツトトリガ回路２１のオフレベルを越え
ると、発振回路５に与えられる電圧はV_C1に低下
する。従つてスイツチング後発振出力は更に小さ
くなり動作が安定する方向に変化する。

又電源投入時にはツエナダイオードZD３より
トランジスタ８の負荷抵抗Ｒ２５に早く電流が流
れるため、トランジスタ９はトランジスタ１２よ
りも早くオンとなる。従つて従来例のように電源
リセツト回路を特別に設ける必要はなくなる。

尚本実施例では高周波発振型の近接スイツチに
ついて説明したが、本発明は他の種々のセンサ回
路を有する直流二線式無接点スイツチに適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、検
波回路の出力が閾値を越えたときにセンサ回路部
に与える電源電圧を上昇させ、閾値を越えて低下
したときに電源電圧を下降させるようにしてい
る。そうすればスイツチング直後においても応差
を大きくすることが可能であり、耐雑音特性、相
互干渉特性が向上しスイツチング動作が安定にな
るという効果が得られる。又電源リセツト回路も
不要となり回路構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による直流二線式近
接スイツチの一実施例を示す回路図、第２図は従
来の近接スイツチの動作を示す波形図、第３図は
FET15、第４図はツエナダイオードZD２の動作
特性図、第５図は従来の直流二線式近接スイツチ
の一例を示す回路図、第６図は本実施例の近接ス
イツチの動作を示す波形図である。 １……直流電源、２……負荷、３，４……端
子、５……発振回路、６……検波回路、７，２１
……シユミツトトリガ回路、８，９，１１，１２
……トランジスタ、１０……出力回路部、１６…
…定電流回路、１８……定電圧回路、Ｒ２２，Ｒ
２３，Ｒ２４，Ｒ２５……抵抗、ZD１，ZD２，
ZD３……ツエナダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷と直流電源とが直列に接続される第１、
   第２の端子と、 センサ回路部と、 前記センサ回路部の出力が与えられその出力を
   弁別する比較器と、 前記比較器の出力に基づいて前記第１、第２の
   端子間を開閉するスイツチング回路部と、を有
   し、前記第１、第２の端子を通じて直流電源の電
   力を前記センサ回路部、前記比較器及び前記スイ
   ツチング回路部に供給する直流二線式無接点スイ
   ツチにおいて、 前記比較器の出力段を構成する第１のトランジ
   スタはコレクタに定電圧素子ZD３、エミツタに
   第１の抵抗Ｒ２２を接続し、該第１のトランジス
   タのコレクタに第２の抵抗Ｒ２３介して前記スイ
   ツチング回路部を構成する第２のトランジスタ１
   ２のベースを接続し、前記比較器の第１のトラン
   ジスタのオン時及びオフ時の前記定電圧素子の両
   端の電圧を夫々V_Z3，V_Z4とし、その電流を夫々
   _Z3，_Z4、トランジスタの順方向ベース・エミ
   ツタ間電圧をV_BE、オン時のコレクタ・エミツタ
   間電圧をV_CE（sat）とするとき、次式 V_Z3＋V_CE（sat）＋_Z3・R22 ＜V_Z4＋_Z4・R23＋V_BE が成立するように前記第１、第２の抵抗の抵抗値
   を選択したことを特徴とする直流二線式無接点ス
   イツチ。