JPH0548646B2 - - 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。近接スイツチに用いられる電
流帰還型の発振回路としては、例えば第４図に示
すものがある。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、その一端がトランジスタ４
に与えられて電流増幅される。トランジスタ４の
エミツタはコレクタ電流を定める可変抵抗５を介
して接地され、コレクタにはトランジスタ６，７
から成る電流ミラー回路CM１が接続されてい
る。そしてLC共振回路より得られる電流値がト
ランジスタ４によつて電流増幅され、電流ミラー
回路CM１によつてそのコレクタ電流と同一の電
流値がトランジスタ７を通してLC共振回路に電
流帰還される。このようにして電流正帰還がかけ
られるためLC共振回路の共振周波数によつて発
振が開始される。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／△ｇ×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 △ｇ……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 本発明は発振電流の一部を電流帰還回路によつ
て帰還させる電流帰還型発振回路と、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、電流帰還型発振回路は、帰還
電流の一部が与えられた電流ミラー回路と、該電
流ミラー回路の出力電流を電流帰還回路の帰還電
流と共に電流帰還させるトランジスタと、電流ミ
ラー回路を抑制するスイツチング素子とを有する
ものであり、発振回路の発振出力を所定のレベル
で弁別し、発振出力低下時にスイツチング素子を
不動作とする比較手段と、を具備し、発振振幅の
低下時に電流ミラー回路の帰還電流を増加させて
発振を継続させ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
レベルが高ければスイツチング素子が動作し、電
流ミラー回路の動作を抑制する。そして近接スイ
ツチが物体を検知し、更に発振出力が低下すれ
ば、比較手段によつてスイツチング素子を不動作
としている。そのため発振出力の低下時にミラー
回路による帰還電流が増加し、低いレベルで発振
を継続させることができる。従つて物体が離れた
場合の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１図は本発明の近接スイツチ発振回路の一実
施例を示す回路図である。本実施例では第４図に
示した従来例と同一部分は同一符号を用いて示し
ている。さて本実施例は電流ミラー回路の構成を
異ならせることによつて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。即ちトラン
ジスタ４のコレクタはトランジスタ１０に接続さ
れており、トランジスタ１０，１１，１２によつ
て電流ミラー回路CM２が形成されている。ここ
で発振回路を構成するICチツプの形成時にトラ
ンジスタ１０，１１，１２のエミツタ面積を夫々
n₁S，n₂S，n₃Sとなるようにしておくものとす
る。トランジスタ１１は第４図に示した従来例の
トランジスタ７と同様にLC共振回路に帰還電流
を与えており、トランジスタ１２のコレクタは
NPN型トランジスタ１３のコレクタ・ベース共
通接続端に接続される。トランジスタ１３はトラ
ンジスタ１４と共に電流ミラー回路CM３を構成
しており、他方のトランジスタ１４のコレクタは
マルチコレクタトランジスタ１５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１５の他のコレクタ端子はLC共
振回路に接続されている。トランジスタ１３のベ
ース及びコレクタはスイツチング用トランジスタ
１６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１６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するものであつて、電
流ミラー回路CM３の動作を制御するものであ
る。

第２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１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２４，２５には夫々異なるスレツシユホ
ールドレベルを定める基準電圧Vref１、Vref２
（Vref１＞Vref２）が与えられており、入力信号
を方形波に変換するものである。比較回路２４は
基準電圧Vref１以下の信号が与えられたときに
出力を出し、出力回路２６を介して物体検出信号
として外部に出力する。一方比較回路２５は比較
回路２４より低い基準電圧レベルが与えられてお
り、整流回路２１の出力を方形波に変換するもの
でレベルが高くなれば第１図に示す発振回路１の
トランジスタ１６に伝えるものである。

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１
０、トランジスタ４を通つてコレクタ電流が流れ
る。このコレクタ電流によつてトランジスタ１
０，１１の電流ミラー回路により電流帰還が成さ
れ、発振回路１が発振している。

ここでトランジスタ１０のコレクタ電流をIoと
しトランジスタ１０と共に電流ミラー回路CM２
を構成するトランジスタ１１，１２のコレクタ電
流を夫々１１，１２とする。このときには第３図
ａ、ｃに示すように近接体が遠く離れており発振
レベルは高く比較回路２５より信号が与えられる
ためトランジスタ１６はオン状態となつている。
従つて電流ミラー回路CM３が動作せずトランジ
スタ１５を通つてLC共振回路に電流帰還が成さ
れない。従つてLC共振回路に帰還される電流値
はトランジスタ１１のコレクタ電流Ｉ１のみであ
り、その電流値Ｉ１はトランジスタ１０，１１の
エミツタ面積比に対応してn₂／n₁・Ioとなる。

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。発振出力
の低下により整流回路２０の出力が比較回路２４
の基準電圧Vref１となるＬ１に達すれば、第３
図ｂに示すように比較回路２４より物体検知出力
が出される。更に物体が近接しで発振振幅が低下
し比較回路２５の基準電圧Vref２以下となれば、
第３図ｃに示すように比較回路２５より比較出力
が停止し発振回路１のスイツチングトランジスタ
１６をオフとする。そうすればトランジスタ１
３，１４によつて形成される電流ミラー回路CM
３が能動状態となり、トランジスタ１２のコレク
タ電流が電流ミラー回路CM３を介してマルチコ
レクタトランジスタ１５が駆動される。従つてマ
ルチコレクタトランジスタ１５の他方のコレクタ
電流がLC共振回路に電流帰還される。トランジ
スタ１３，１４のエミツタ面積が等しければトラ
ンジスタ１５のコレクタ電流Ｉ３はＩ２に等し
く、LC共振回路に流れ込む帰還電流値Ifはトラ
ンジスタ１１のコレクタ電流Ｉ１とマルチコレク
タトランジスタ１５のコレクタ電流Ｉ３（＝Ｉ
２）の和となり、次式で示される値となる。

If＝Ｉ１＋n₂S＋n₃S／n₁SIo ……(2) 従つて帰還電流は大幅に増加し発振回路１の利
得を向上させることができる。このようにすれば
第３図ａに示すように近接体がそれ以上近接スイ
ツチに近づいても発振が継続することとなる。

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
用することもできる。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。従つて例えば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。

尚本実施例は常にLC共振回路に電流帰還を与
える電流ミラー回路CM２のエミツタ面積を変え
ることによつて帰還電流値を異ならせているが、
電流ミラー回路CM３のトランジスタ１３，１４
のエミツタ面積を変えることによつて帰還電流値
を変えるように構成することもできる。

【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発振回路
の一実施例を示す回路図、第２図は本実施例によ
る近接スイツチの全体構成を示すブロツク図、第
３図は本実施例による発振回路の近接体の距離に
対する各部の波形を示す波形図、第４図は従来の
発振回路の一例を示す回路図である。 １……発振回路、４，６，７，１０〜１６……
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、CM１，CM２，CM３……
電流ミラー回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振電流の一部を電流帰還回路によつて帰還
   させる電流帰還型発振回路と、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、 前記電流帰還型発振回路は、帰還電流の一部が
   与えられた電流ミラー回路と、該電流ミラー回路
   の出力電流を前記電流帰還回路の帰還電流と共に
   電流帰還させるトランジスタと、前記電流ミラー
   回路を抑制するスイツチング素子とを有するもの
   であり、 前記発振回路の発振出力を所定のレベルで弁別
   し、発振出力低下時に前記スイツチング素子を不
   動作とする比較手段と、を具備し、 前記発振振幅の低下時に前記電流ミラー回路の
   帰還電流を増加させて発振を継続させることを特
   徴とする近接スイツチ。 ２ 前記電流帰還回路は第２の電流ミラー回路で
   あり、該第２の電流ミラー回路のミラー電流の一
   部が前記電流ミラー回路に与えられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の近接スイ
   ツチ。