JPS6135619A - 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。

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ヘッドに検出コイルを
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０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−・−・・−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−・−・・−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Ｖｉ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
という問題点かあっ′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５８−１３２７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
という欠点があった。

又抵抗溶接機等の数百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（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（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電流帰還回路によって帰還さ
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、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、電流ミラー回路を動作させるスイッチング
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
下によって比較回路を動作させ、その出力によって電流
ミラー回路を動作させている。そのため近接スイッチが
物体を検知した後発振レベルが更に低下すれば電流ミラ
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。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
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事情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ッ
チを構成することが可能となる。

実施例の説明 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０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って物体
が近接して発振出力が低下し、物体を検出した後も微小
な振幅によっ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によって電流
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チップの形成時にトランジスタ１０，１１
．Ｆ２のエミッタ面積を夫々ｎｌ　Ｓ　＋　Ｃ２Ｓ　、
　Ｃ８Ｓ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、）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−でいる。マルチコレクタトランジスタ１
５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ッチン
グ用トランジスタ１６のコレクタ端子に接続される。ス
イッ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って断続するものであって、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ンシュホール
ドレベルを定める基準電圧Ｖｒｅｆｌ、　Ｖｒｅｆ２　
（Ｖｒｅｆｌ＞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ＶｒｅＨ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０本図において近接体が充分層れ
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１０，１１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Ｉ。

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１
１．Ｉ２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（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１
６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１
５を通っ、てＬＣ共振回路に電流帰還が成されない、従
ってＬＣ共振回路に帰還される電流値はトランジスタ１
１のコレクタ電流１１のみであり、その電流値■１はト
ランジスタ１０．１１のエミツタ面積比に対応してｎａ
／ｎ＞・Ｉｏとなる。

さて物体が近接すれば第３図（ａｌ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Ｖｒｅ
ｆｌとなるＬｌに達すれば、第３図（ｂｌ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
近接して発振振幅が低下し比較回路２５の基準電圧Ｖｒ
ｅｆ２以下となれば、第３図（Ｃ１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のスイッチング
トランジスタ１６をオフとする。そうすればトランジス
タ１３゜１４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。従っ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のエミッタ面積が等
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１１とマルチコレクタトラ
ンジスタ１５のコレクタ電流１３　　（＝Ｉ２）の和と
なり、次式で示される値となる。

従っ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（ａｌ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。

従って第３図１ａｌ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。

それ故応答速度の速い近接スイッチを得るためにｉ、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って、
応答速度を向上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１２０に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
量を大きくし平滑時定数を太きくし、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で所定のスレッシェ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。

尚本実施例は常にＬＣ典振回路に電流帰還を与える電流
ミラー回路ＣＭ２のエミッタ面積を変え゛　ることによ
って帰還電流値を異ならせているが、電流ミラー回路Ｃ
Ｍ３のトランジスタ１３．１４のエミッタ面積を変える
ことによって帰還電流値を変えるように構成することも
可能である。

【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フチ
の全体構成を示すブロック図、第３図は本実施例による
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図は従来の発振翻身の一例を示す回路図である
。 １−・・・発振回路　　４，６，７．１０〜１６・−一
−−−−−トランジスタ　　２０　、　２１−・−・整
流回路　　２２．２３・−−−−−−−・コンデンサ　
　２４．２５．・−・−曲比較回路　　２６　・−−−
−−出力回路ＣＭ１．ＣＭ２．ＣＭ３−−−−−−−一
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−−−’−−−−−−−−艙１路 １ｏ〜１６−−−−−−トランジスタ ＣＭ２．ＣＭ３−−−−を通・ミラー８３皓Ｌ−−−−
−−−−−＆敷コイル Ｃ−−−−−−−一扶微コンゲンサ 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振電流の一部を電流帰還回路によって帰還させ
   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、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動作させるスイッチン
   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
   手段と、を具備することを特徴とする近接スイッチ。
2. （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項記載の近接スイッチ。