JPS6120163B2

JPS6120163B2 -

Info

Publication number: JPS6120163B2
Application number: JP13105380A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Nodera; Kenji Ueda
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1980-09-20
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1986-05-21
Also published as: JPS5755623A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、発振回路の共振回路をなす検出コ
イルに被検出物体が近づくことにより発振振幅が
変ることに基づき検出動作を行なう近接スイツチ
に関し、特にその発振回路の改善に関する。

近接スイツチは一般に、第１図に示すように、
発振回路１と、検波回路２と、検波出力のレベル
を弁別するシユミツト回路４と、出力回路６等に
より構成されている。第１図は、２個の端子７
１，７２のみを有し、この端子７１，７２に負荷
８と直流電源９とを接続するようにした直流２線
式近接スイツチの従来の実際の回路例を示すもの
である。この図で検波回路２はエミツタホロワ接
続されたトランジスタ２１とカツプリングコンデ
ンサ２２と平滑用コンデンサ２３とから構成さ
れ、発振回路１の出力を検波し、発振振幅に対応
した直流電圧を出力する。この直流電圧レベルは
トランジスタ４１，４２でなるシユミツト回路４
で弁別される。出力回路６は、トランジスタ６１
と発光ダイオード６２と、抵抗６３と、サージ電
圧などの端子７１，７２間に加えられる過大電圧
を吸収し内部回路を保護するための定電圧ダイオ
ード６４とからなつている。そして直流電圧レベ
ルが大でトランジスタ４１がオン、トランジスタ
４２がオフのときにはトランジスタ６１はオフと
なつており、このとき直流電源９の電圧に略近い
電圧が端子７１，７２間にあらわれ、定電流回路
５を通じて、発振回路１や検波回路２等に電流が
流れる。これらの回路は低消費電力化しているた
めこの電流は微少なものであるから、負荷８はオ
フである。これに対し直流電圧レベルが小でトラ
ンジスタ４１がオフ、トランジスタ４２がオンの
とき、発光ダイオード６２に電流が流れて点灯
し、トランジスタ６１がオンになる。このとき端
子７１，７２間はオンとなつたトランジスタ６１
により略短絡状態となり、負荷８がオンになる
が、発光ダイオード６２の順方向降下電圧分とト
ランジスタ６１のベース・エミツタ電圧分の和の
電圧が端子７１，７２間に残ることになる。その
ため定電流回路５を通じての電流供給が引き続き
行なわれる。こうしてトランジスタ６１のオン・
オフに関りなく回路動作に必要な電流が常に供給
される。なお、定電圧回路３は平滑コンデンサ３
１と定電圧ダイオード３２により構成されてお
り、上記のようにトランジスタ６１のオン・オフ
で電圧が大きく異なるのでこれを安定化するため
に設けられている。

この第１図は直流２線式の近接スイツチである
が、直流３線式のものは２個の電源端子と１個の
出力端子とを有し、この出力端子に負荷を接続し
てオン・オフ制御しようとするもので、出力回路
のみが異なる構成を有する。また、交流型では出
力回路に全波整流回路が含まれる。いずれにして
も近接スイツチは、発振回路１の発振振幅をシユ
ミツト回路などの弁別回路で弁別し、さらに出力
回路を持つ構成をとつている。

ところで従来の発振回路１は、第１図に示すご
とくトランジスタ１１とトランジスタ１２のベー
スを共通にしトランジスタ１１のエミツタ側に検
出コイル１４とコンデンサ１３からなる共振回路
を接続してトランジスタ１２のエミツタを抵抗１
６を介して前記共振回路に帰還せしめていた。抵
抗１５はドライブ抵抗である。この場合まず第１
に、次のような問題がある。この回路はケースな
どに収められ、注型用樹脂などにより樹脂固めさ
れたり、ハイブリツドIC化などマイクロ化によ
る回路基板設計などが行なわれるのが一般的であ
る。そのためパターン間隔が狭くなり、トランジ
スタ１１，１２の共通ベースと回路基準電圧（負
側）との間に浮遊容量１９が形成される。

ドライブ抵抗１５は共振回路のコンダクタンス
を増加させるためあまり小さな値にすると、共振
回路のコンデクタンスが大きくなり、金属体が接
近することによる共振回路のコンデクタンスの変
化率が小さくなり発振振巾の変化が小さくなり、
また金属体がないときの発振振巾の成長度合も小
さくなつてしまう。そのため、抵抗１５はトラン
ジスタ１２をドライブし、しかもトランジスタ１
１のベース・エミツタ間順方向電圧によりトラン
ジスタ１２がバイアスされるに足る大き目の抵抗
値としなければならない。

このことは、浮遊容量１９の容量値と抵抗１５
の抵抗値による時定数回路がトランジスタ１２の
ベースに生じることになり、発振振巾が小さくて
充分応答する場合や発振周波数が低い場合には悪
い影響を与えないが、発振振巾が大きくなつてき
たり、発振周波数が高い場合に応答しにくくな
り、発振振巾の成長がゆるやかになるという悪結
果を招く、第２図に、この回路における、被検出
物体と検出コイル１４間の距離に対する発振振
巾の変化を示す。この図で実線は浮遊容量１９が
ない場合、一点鎖線はこれがある場合で、いずれ
も帰還抵抗１６を調整して同一動作点としてあ
る。被検出物体が離反するに従つて発振振巾は増
大していくが、発振振巾が大きくなるにしたがつ
て前述のごとく浮遊容量１９のために応答が遅く
なり、つまり発振振巾の変化が小さくなり立上り
がなまつてくる。すると、後段のシユミツト回路
４におけるONレベル、OFFレベルが温度などで
変化しないとしても、ONレベルに対応する距離
（動作距離）_１とOFFレベルに対応する発振回
（復帰距離）_２の差（応差）が大きくなる。実
際にはONレベル、OFFレベルは温度によつて変
化するので、ON、OFFレベルが高くなつてくる
とさらに応差が大きくなつてしまつて近接体が充
分に離反しないと復帰しなくなつて好ましくな
い。

第２に、浮遊容量１９が生じることにより第２
図の２点鎖線で示すように、感度変化が起る。こ
の感度変化は、帰還抵抗１６を一定とした場合に
生じるもので、抵抗１６により感度調整した後樹
脂固めなどして浮遊容量１９が生じたときに、発
生する。そしてこの感度変化は浮遊容量１９の値
により異なり一定していない。そのため、感度調
整時に動作距離を規格内にしても樹脂固め後規格
外となるものも生じ、不安定要因となる。

第３に次のような問題がある。第１図の発振回
路１ではトランジスタ１１のベース・エミツタ間
順方向電圧によりトランジスタ１２をバイアス
し、トランジスタ１１，１２のベース・エミツタ
間電圧がほぼ等しくなるようにしているので、発
振動作は非線形と線形動作の境界近くの動作とな
つている。そのためトランジスタ１１のベース・
エミツタ間電圧がトランジスタ１２のベース・エ
ミツタ間電圧よりも小さいと非線形動作となり、
ヒステリシス現象が生じ、大小関係が逆の場合は
線形動作となつてリニアな変化をする。電源電圧
Ｅが充分に高いときには抵抗１５が大きな値であ
つても充分バイアス電流が流れ、ベース・エミツ
タ間電圧はトランジスタ１１，１２でほぼ等しく
なり極端な非線形動作や線形動作をせずヒステリ
シスが生じてもわずかでありまた振巾変化も急し
ゆんとなる。そのため、後段のシユミツト回路４
におけるONレベルとOFFレベルの差を大きくし
ても結果的には応差が極端に小さくなり金属体の
振動などによつてチヤタリングしやすくなり望ま
しくない。

また第１図に示したような２線式近接スイツチ
などの場合には動作時（トランジスタ６１のオン
時）の近接スイツチ出力端子７１，７２間に残留
する電圧をなるべく低くする必要があり、そのた
めに回路の動作電圧すなわち電源電圧Ｅを低くし
てやると、第３図の実線に示すごとくヒステリシ
ス現象が生じ応差が極端に大きくなつてしまい金
属体が検出コイル１４より充分に離反しないと発
振しなくなつたり、完全に離反しても復帰しなく
なる。この場合は電源電圧Ｅが低く抵抗１５によ
るバイアス電流が少なくなり、トランジスタ１１
のベース・エミツタ電圧がトランジスタ１２のベ
ース・エミツタ電圧よりも低くなり、非線形動作
すなわち硬発振動作を呈していることになる。抵
抗１５を小さくして抵抗１５を流れる電流を大き
くしてやると非線形動作はしなくなるが、共振回
路のコンダクタンスがこの抵抗１５により大きく
なり金属体の接近離反による共振回路のコンダク
タンスの変化率が小さくなつて発振振幅変化が小
さくなり第３図に破線で示したごとくなつてしま
う。

この発明は、樹脂固めやパターンの微細化など
による浮遊容量の影響をなくし、発振振巾が大き
な領域での発振振巾変化をリニアにし、発振振巾
の延びを大きくとり、また応差が極端に大きくな
らないようにするとともに、浮遊容量による感度
変化をなくして安定化するよう発振回路を改善す
ることを目的とする。

以下この発明の一実施例を第４図にもとづいて
説明する。トランジスタ１１と１２のベースを接
続し、トランジスタの１１のエミツタ側にコンデ
ンサ１３、検出コイル１４からなる共振回路を接
続し、さらにトランジスタ１１のベース・エミツ
タと並列にコンデンサ１８を接続するとともに、
トランジスタ１２のエミツタを抵抗１６を通して
前記共振回路に帰還せしめている。抵抗１５はド
ライブ用の抵抗であり、トランジスタ１１のベー
ス・エミツタ間ダイオードに電流を流し、このベ
ース・エミツタ間ダイオードの順方向電圧により
トランジスタ１２はバイアスしさらにトランジス
タ１２をドライブする。そしてトランジスタ１２
のベース・エミツタ間順方向電圧の温度依存性に
よるバイアス点変化をトランジスタ１１のベー
ス・エミツタ間電圧により補償している。さらに
コンデンサ１８によりトランジスタ１１のベー
ス・エミツタ間順方向電圧による直流バイアス分
を交流的にバイアスしている。したがつて注型樹
脂などにより樹脂固めしたり、ハイブリツドIC
などのマイクロ化による回路パターンの微細化な
どにより浮遊容量がトランジスタ１１，１２の共
通ベースと回路基準電圧との間に生じても、この
浮遊容量に比してコンデンサ１８が充分大きけれ
ば共振回路に発生する発振電圧は、浮遊容量のな
い場合の、コンデンサ１８の容量値／コンデンサ１８の容量値＋浮
遊容量〓１（倍）となつてほぼ影響を受けない。したがつて浮遊容
量により発振振巾の大きな領域での発振振巾のな
まりや発振周波数が高い場合の影響がなくなる。
また浮遊容量があるときとないときの感度変化も
なくなり、感度調整後の樹脂注型による感度変化
もなく安定化する。さらに直流バイアス分をコン
デンサ１８によりバイアスすることとなり、この
直流分の影響がなくなり発振振巾が大きい領域で
より線形な動作となり、またこの直流分による発
振振巾の頭打ちがなくなりより大きな発振振巾が
得られる。したがつて特性は第２図の破線のよう
になる。このように浮遊容量の影響がなくなりさ
らに発振振巾の大きい領域でよりリニアな変化を
示すということは、シユミツト回路４における
ONレベル、OFFレベルが温度などによつて変化
しても応差に対する影響がなくなり安定化する。

第５図は他の実施例を示すもので、第４図の発
振回路において、コンデンサ１８と並列になるよ
うにトランジスタ１１のベース・エミツタに直列
に抵抗１７を挿入したものである。ここで説明の
都合上コンデンサ１８を除いた第６図の回路につ
いて述べる。この第６図のように抵抗１７を挿入
すると、抵抗１７によつてトランジスタ１２のバ
イアス分が増加することになり、抵抗１７を挿入
することにより非線形動作をしているものは線形
動作に、線形動作をしているものはより線形動作
になる。したがつて硬発振動作と軟発振動作の境
界近傍の動作をしているものは軟発振動作へと移
行してゆき、第７図に示すごとくR₁₇＝０（R₁₇は
抵抗１７の値）の場合の急しゆんな発振変化が、
R₁₇＝Ｒ_a，R₁₇＝Ｒ_b（Ｒ_a＜Ｒ_b）に従つて少しづ
つ発振変化が少しおだやかな方へ移行してゆく。
すなわちR₁₇を大きくする程応差を少しづつ大き
くすることが可能である。

次に硬発振動作をしてヒステリシスが生じてい
る場合（第３図のような場合）には、抵抗１７に
よりトランジスタ１２のベースバイアス電圧を少
しづつ上げてゆくと、硬発振動作と軟発振動作の
境界の動作へ、さらに軟発振動作へと移行してゆ
き、第８図に示すごとくR₁₇＝０の場合のヒステ
リシス動作から、R₁₇＝Ｒ_c，R₁₇＝Ｒ_d（Ｒ_c＜Ｒ
_d）に従つてヒステリシスのない急しゆんな振幅
変化から少しおだやかな振幅変化へと移行してゆ
く。このことは、電源電圧Ｅが低くても、抵抗１
５を小さくして共振回路に与える損失を大きくせ
ずにヒステリシス現象を生じさせることなく大き
な振幅変化を取らせることが可能となることを意
味する。

したがつて、第５図のように、コンデンサ１８
を挿入した（第４図）うえでさらに抵抗１７を挿
入する（第６図）ことにより、第９図（硬発振動
作と軟発振動作の境界近傍の動作をしている場
合）及び第１０図（硬発振動作をしてヒステリシ
スが生じている場合）の点線で示すような特性が
生じている場合）の点線で示すような特性が得ら
れる（実線は第６図の回路の特性を比較のために
描いたもの）。すなわち、浮遊容量の影響による
振巾の大きな領域でのなまりや感度変化、さらに
ONレベル、OFFレベルの温度変化による応差の
変化がなくなり、直流バイアス分の影響もなくな
り振巾の大きい領域での振巾の延びをよりリニア
にしより大きな発振振巾とするとができる。また
第６図について説明したように、硬発振状態のも
のを軟発振状態と軟発振状態の境界の動作へ、さ
らに軟発振状態へと移行させることができ、急し
ゆんな変化を少しなめらかに、ヒステリシスの生
じているものをなくしたりすることが可能で、安
定に応差を少し設けることが可能となり、さらに
電源電圧Ｅが低くても安定な動作をする。

上記の実施例はいずれもNPNトランジスタを
用いた実施例であるが、トランジスタ１１，１２
にPNPトランジスタを使用することは勿論可能で
ある。また後段への出力の取り方としては図に示
すように共振回路から取り出すだけでなく、トラ
ンジスタ１２のコレクタ側に抵抗を挿入してトラ
ンジスタ１２の電源変化として取り出す方法、あ
るいは、発振回路と直列に電源間に抵抗を挿入し
て発振回路の電流変化として取り出す方法、ある
いはトランジスタ１２のエミツタから発振振幅変
化として取り出す方法が例としてあげられる。

また抵抗１７はトランジスタ１１のベース側に
接続しても勿論かまわない。

以上説明したようにこの発明によればコンデン
サを１個挿入するだけのきわめて簡単な構成で、
浮遊容量の影響、直流バイアス分の影響をなくす
ことができ、発振振巾の大きな領域における振巾
変化のなまりをなくし、リニアでより大きな振巾
とすることができ、感度変化もなく温度による応
差の変化もなくすことができる。

さらに抵抗を１個挿入することにより、より大
きな応差を安定に設けることができ、チヤツタリ
ングを防ぎ安定な動作をもたらし、さらに電流電
圧が低くてもヒステリシスを生じさせることなく
安定に用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図及び第３図は
被検出物体と検出コイル間の距離と第１図の発振
回路の発振振幅との関係を表わすグラフ、第４図
は本発明の一実施例の回路図、第５図は本発明の
他の実施例の発振回路のみを示す回路図、第６図
は説明の便宜のため第５図の回路からコンデンサ
１８を除いた発振回路を示す回路図、第７図及び
第８図は被検出物体と検出コイル間の距離と第６
図の発振回路の発振振巾との関係を示すグラフ、
第９図及び第１０は被検出物体と検出コイル間の
距離と第５図の発振回路の発振振巾との関係との
関係を示すグラフである。１……発振回路、２……検波回路、３……定電
圧回路、４……シユミツト回路、５……定電流回
路、６……出力回路、８……負荷、９……直流電
源。

Claims

【特許請求の範囲】１検出コイルを含む共振回路を有してなる発振
回路と、この発振回路の発振振幅を弁別する弁別
回路と、この弁別回路の出力に応じて動作する出
力回路とを備える近接スイツチにおいて、前記発
振回路と、第１のトランジスタのベースと第２の
トランジスタのベースを接続し、前記第１のトラ
ンジスタのエミツタ側に前記共振回路を接続し、
前記第２のトランジスタのエミツタを第１の抵抗
を介して前記共振回路に帰還せしめ、且つ前記第
１のトランジスタのベース・エミツタと並列にコ
ンデンサを挿入して構成したことを特徴とする近
接スイツチ。２前記コンデンサと並列になるように、前記第
１のトランジスタのベース・エミツタと直列に第
２の抵抗を挿入した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。