JPS61199326A - 近接スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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高周波発振型
の近接スイッチに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明による近接スイッチは発振出力の低下により物体
を検知し、物体を検知した後に発振振幅が更に低下すれ
ば発振出力の一部を電流ミラー回路を介して共振回路に
電流帰還することによって、低いレベルで発振を継続さ
せている。従って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ッチとすることが可能で
ある。

〔従来技術とその問題点〕

高周波発振型近接スイッチは検出へ・ノドに検出コイル
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。

近接スイッ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
スイッ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のエミッタはコレク
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ＣＭＩ
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によって電流増幅され、電流ミラー回路ＣＭＩによっ
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
によっ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稠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。従って近接スイッ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
式によって示される。

Ｖｏ−−−一〜−・出力反転レベル Ｖｓ−−・−・−・発振開始時の振幅レベルＣ−−−−
−一共振コンデンサ容量 Δｇ　−−−−−−一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
イズレベルであって、例えば数ｍＶ程度である。そして
検出距離を大きくすると検出コイルのコンダクタンス変
化は小さく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った
。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５８−１３
２７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った。

又抵抗溶接機等の致方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、検出コイルのフェライトコ
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。従ってこのような環境下では高周波発振型の近
接スイッチを使用することができなくなるという問題点
があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の近接スイッチの問題点に鑑み
てなされたものであって、発振開始を速くすることによ
っ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ッチを提供す
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
有する高周波発振型近接スイッチであって、電流帰還型
発振回路は、発振電流が第１のトランジスタに与えられ
該第１のトランジスタとマルチコレクタトランジスタに
よって構成される第１の電流ミラー回路と、ベースが第
１のトランジスタのコレクタに接続されマルチコレクタ
トランジスタの分割されたミラー電流がエミッタに与え
られ該ミラー電流を帰還電流とする第２のｌ・ランジス
タと、ベースが第１のトランジスタのコレクタに接続さ
れマルチコレクタトランジスタの他のコレクタより分割
されたミラー電流がエミッタに与えられた第３のトラン
ジスタと、第３のトランジスタのコレクタよりミラー電
流が与えられた第２の電流ミラー回路と、第２の電流ミ
ラー回路の出力電流をマルチコレクタトランジスタの分
割された帰還電流と共に電流帰還させる電流帰還回路と
、第２の電流ミラー回路を抑制するスイッチング素子と
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１辰出力低下時に前記スイッチング素子
を不動作とする比較手段、を具備し、発振振幅の低下時
に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、近接スイッチ
が物体を検知した後発振出力が更に低下すれば、比較手
段によって検知し、スイッチング素子を不動作として第
２の電流ミラー回路を動作させている。従って電流ミラ
ー回路によって電流帰還量が増加し、低いレベルで発振
を継続させることができる。そしてこの電流帰還量はマ
ルチコレクタトランジスタの帰還用のコレクタ数を適宜
選択することによって容易に変更することが可能となる
。更にミラー電流を受入れる第２のトランジスタのベー
スが第１の電流ミラー回路のトランジスタのコレクタに
接続されている。そのため温度変化に基づく電流増幅率
の変化によっても帰還電流量はほとんど変化せず設定し
た値となる。従って物体が近接している間に安定して発
振を！Ｉ！続させることができる。それ故物体が離れた
場合には発振の再開が迅速となり、応答速度の速い近接
スイッチを構成することが可能となる。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。

従って物体検知出力を与える平滑回路の時定数を大きく
すれば、高磁界下で物体が検出できる耐磁界型の近接ス
イッチを構成することが可能となる。

〔実施例の説明〕

（実施例の構成） 第１図は本発明の近接スイッ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
においてトランジスタ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によって電
流ミラー回路ＣＭ２が形成されている。これらのトラン
ジスタ１０．１１はエミッタ面積が同一であり、トラン
ジスタ１１は４つのコレクタを有するマルチコレクタト
ランジスタとし、その３本のコレクタ１１ａを共通接続
してトランジスタ１０．１１のベース及びトランジスタ
１２のエミッタに接続する。

トランジスタ１２はベースがトランジスタ１０のコレク
タに接続され、コレクタがＬＣ共振回路に接続されてフ
ィードバックするように構成されている。そしてトラン
ジスタ１１の他方のコレクタ１１ｂはトランジスタ１３
のエミッタに接続される。トランジスタ１３はベースが
トランジスタ１０のコレクタに接続され、コレクタがＮ
ＰＮ型トランジスタ１４のコレクタ・ベース共通接続端
子に接続される。トランジスタ１４はトランジスタ１５
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１５のコレクタはマルチコレクタトランジス
タ】６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１６は電流帰還回路を構
成しており、他方のコレクタ端子はＬＣ共振回路に接続
されている。

トランジスタ１４のベース及びコレクタはスイッチング
用トランジスタ１７のコレクタ端子に接続される。スイ
ッチング用トランジスタ１７は発振出力が上昇した時に
与えられる信号によって断続して、電流ミラー回路ＣＭ
３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ッチの全体構成を示すブ
ロック図である。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２０．２１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って
発振出力を直流に変換するものであって、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ッシュホールド
レベルを定める基準電圧Ｖｒｅｆｌ、　　Ｖｒｅｆ２　
（ＶｒｅＨ＞　Ｖ　ｒｅｆ２）が与えられており、入力
信号を矩形波に変換するものである。比較回路２４は基
準電圧Ｖｒｅｆｌを越える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Ｖｒｅｆ２が与えられており、整流回路
２１の出力を矩形波に変換するものでレベルが高くなれ
ば信号を第１図に示す発振回路１のトランジスタ１７に
伝えるものである。

（実施例の動作） 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。さて近接体が充分離れている場
合にはコイルしはほとんど損失のない状態となっている
。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１０．
トランジスタ４を通ってコレクタ電流が流れる。このコ
レクタ電流によってトランジスタ１１にミラー電流が流
れ、ミラー電流が４分割されその３／４が帰還電流とし
てトランジスタ１２を介してＬＣ共振回路に電流帰還さ
れて発振回路１が発振する。

ここでトランジスタ４のコレクタ電流をＩＯとしトラン
ジスタ１０．１１のエミッタ電流を夫々■ｅｌ、　　Ｔ
ｅ２、電流増幅率を夫々ｈｆｅ１．　ｈｆｅ２、トラン
ジスタ１２．１３の電流増幅率を夫々ｈｆｅ３．　ｈｆ
ｅ４とすると、電流１ｏは次式で示される。

１　　＋ｈｆｅ３ Ｉ　ｅ２ｈｆｅ２ １　　＋ｈｆｅ４ そしてトランジスタ１０．１１のベース・エミッタ間電
圧が等しいのでＩ　ｅｌ＝　Ｉ　ｅ２　（＝Ｉｅ）であ
り、又トランジスタ１０〜１３の電流増幅率を等しくｈ
　ｆ　ｅ　とすると、 となる。又トランジスタ１２のコレクタ電流をＴａとす
ると、Ｔａは次式で示される。

従ってＩａとＩＯとの比は式（２）　、　（３１より次
のように表すことができる。

このように電流ミラー回路１０．１１のミラー電流を分
割し、分割したミラー電流を流すトランジスタ１２．１
３のベースをトランジスタ１０のコレクタに接続してお
くことにより、温度変化に基づいてトランジスタの電流
増幅率が変化しても電流ＩａとＩｏとの比はほとんど変
化しなくなる。このときには第３図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１７はオン状態となっ
ている。従って電流ミラー回路ＣＭ３が動作せずトラン
ジスタ１６を通ってＬＣ共振回路に電流帰還が成されな
い。従ってＬ　Ｃ共振回路に帰還される電流値は、トラ
ンジスタ１１の３本のコレクタ１１ａの電流を帰還する
トランジスタ１２のコレクタ電流、即ちＩａのみとなる
。

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。整流回路２０の出力
が比較回路２４の基準値レベルＶｒｅｆｌとなるＬｌに
達すれば、出力回路２６より物体検知出力が出される。

更に物体が近接して発振振幅が低下し比較回路２５の基
準値レベルＶｒｅｆ２以下となれば、比較回路２５より
比較出力が停止し発振回路１のスイッチングトランジス
タ１７をオフとする。そうすればトランジスタ１４．１
５によって形成される電流ミラー回路ＣＭ３が能動状態
となり、トランジスタ１１の一方のコレクタ電流を受入
れるトランジスタ１３のコレクタ電流ｉｂが電流ミラー
回路ＣＭ３に流入し、トランジスタ１５によってマルチ
コレクタトランジスタ１６が駆動される。従ってマルチ
コレクタトランジスタ１６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１４．１５の
エミッタ面積が等しければトランジスタ１Ｇのコレクタ
電流ＴｃはＩｂにほぼ等しく、ＬＣ共振回路に流れ込む
電流値はトランジスタ１１の３つのコレクタ電流１ａと
Ｉｃの和となる。従って帰還電流Ｉｆが増加し発振回路
１の利得を向上させることができる。このようにマルチ
コレクタトランジスタ１６により電流帰還させている。

ここでトランジスタ１１のコレクタの接続数は任意に変
更することができる。トランジスタ１１のコレクタから
電流ミラー回路ＣＭ３に与える電流値を増加させれば帰
還電流値を増加させることが可能となる。更にトランジ
スタ１４．１５のエミッタ面積を夫々ｎｌ、　ｎ４とす
れば電流ミラー回路ＣＭａ自体で電流増幅することが可
能である。即ちこの場合には帰還電流Ｉｆは次式で示さ
れる。

Ｉ　ｆ　−Ｉ　ａ　＋　−Ｉ　ｂ　　−−−−−−−（
５）このようにすれば電流ミラー回路ＣＭ３によって帰
還電流を増幅することが可能であり、第３図に示すよう
に近接体がそれ以上近接スイッチに近づいても発振を継
続させることができる。

又トランジスタ１４．１５のコレクタ面積を同一とし、
トランジスタ１６のマルチコレクタのコレクタ面積を夫
々ｎｌ、　＋１２としてトランジスタ１６で電流増幅す
ることも可能である。更にトランジスタ１６をトランジ
スタ１４．１５と同様な電流ミラー回路ＣＭ４として構
成することもでき、その場合にそれらのトランジスタの
エミッタ面積を変えて電流増幅することも可能である。

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
発振立上り時間が大幅に短縮される。

従って第３図（ａｌ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
うにすることによって、発振の立上り速度が向上するこ
ととなる。

それ故整流回路２０の出力端に設けられているコンデン
サの容量を小さく平滑の時定数を小さくすることによっ
て、応答速度の速い近接スイッチとすることが可能であ
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ッ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っているため発振が急激に開始す
る。従って例えば６０Ｈｚの交流磁界が加わっている場
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。従って整流回路２０の
出力コンデンサの容量を大きくし放電時定数を大きくし
、このバースト発振の有無を長い時定数を有する整流回
路によって検知し、比較回路２４で所定のスレッシュホ
ールドレベルと比較すれば耐磁界型の近接スイッチを構
成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による近接スイッ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ッチ
の全体構成を示すブロック図、第３図は本実施例による
近接スイッチ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．．６，７．１０〜１７
−−−−−−トランジスタ　　２０　、　２１−一−−
−−整流回路　　２２．２３−・−コンデンサ　　２４
　、　２５−−−−−−一比較回路　　２６−−−−−
−出力回路ＣＭＩ、ＣＭ２．ＣＭ３−−−−−電流ミラ
ー回路 特許出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本宜喜（他１名） 第１図 １−−−−−−−−−−−＃撮回路 １０〜１７−−−−−−一トランジ゛スプＣＭ２．ＣＭ
３−−−−−　ｔシ良ミラー回路、Ｌ−−−−−−−−
−一検巴コイル Ｃ−−−−−−−−−宍キ灰コンデンサ第２図 第３図 ム 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振電流の一部を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
   する高周波発振型近接スイッチにおいて、 前記電流帰還型発振回路は、発振電流が第１のトランジ
   スタに与えられ該第１のトランジスタとマルチコレクタ
   トランジスタによって構成される第１の電流ミラー回路
   と、ベースが前記第１のトランジスタのコレクタに接続
   され前記マルチコレクタトランジスタの分割されたミラ
   ー電流がエミッタに与えられ該ミラー電流を帰還電流と
   する第２のトランジスタと、ベースが前記第１のトラン
   ジスタのコレクタに接続され前記マルチコレクタトラン
   ジスタの他のコレクタより分割されたミラー電流がエミ
   ッタに与えられた第３のトランジスタと、前記第３のト
   ランジスタのコレクタよりミラー電流が与えられた第２
   の電流ミラー回路と、前記第２の電流ミラー回路の出力
   電流を前記マルチコレクタトランジスタの分割された帰
   還電流と共に電流帰還させる電流帰還回路と、前記第２
   の電流ミラー回路を抑制するスイッ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ッチング素子を不動作とする比較
   手段、を具備し、 発振振幅の低下時に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高周波発振型の近接スイッチ。
2. （２）前記電流帰還型発振回路の電流帰還回路は、ベー
   スと接続された一方のコレクタが前記第２の電流ミラー
   回路に接続され、他方のコレクタが共振回路に接続され
   たマルチコレクタトランジスタであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の近接スイッチ。
3. （３）前記電流帰還型発振回路の電流帰還回路は、前記
   第２の電流ミラー回路のミラー電流が与えられ、それに
   対応するミラー電流を帰還させる第３の電流ミラー回路
   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
   接スイッチ。