JPH034138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の関連する技術分野 この発明は検出用電極と大地間の静電容量の変
化によつて近接物体を検出する静電容量形近接ス
イツチに関する。

(b) 従来技術とその欠点 静電容量形近接スイツチは、一般にコンデンサ
の容量変化に伴つて発振周波数の変化する発振回
路を備えている。第１図は従来の典型的な静電容
量形近接スイツチのブロツク図である。

同図において、発振回路１は検出用電極２と大
地との間の静電容量の大きさに基づく周波数の発
振をする。その発振出力は、検波回路３で整流さ
れ、さらに積分回路４で積分されて発振周波数の
大きさに比例する電圧レベルの信号に変えられ
る。その信号はシユミツト回路５で電圧弁別さ
れ、積分後の出力レベルが一定以上であれば出力
回路６を駆動する。定電圧回路７は近接スイツチ
を安定に動作させるために各回路に定電圧を供給
する。

ところで、近接スイツチには通常良好な温度特
性が要求され、しかもその大きさは出来るだけ小
型化する必要がある。しかしながら、上記の構成
の従来の静電容量形近接スイツチは、各回路が総
てデイスクリート部品によつて構成されていたた
めに、素子の数が非常に多くなり小型化しにくい
とともに、検波回路３やシユミツト回路５でのス
レツシヨルドレベルが不安定になりがちで温度補
償が出来にくいという欠点があつた。

(c) 発明の目的 この発明の目的は、構成部品が少なくて、しか
も温度に対して安定性の非常に高い静電容量形近
接スイツチを提供することにある。

(d) 発明の構成 この発明は、入力側に電流バイアスされた入力
トランジスタを有する高周波発振形近接スイツチ
用の集積回路（以下ICという）が実用に供され
ているという点に着目してなされたものである。

この発明は、要約すれば、 検出用電極と大地間との静電容量の大きさに応
じて発振周波数が変化する発振回路と、この発振
回路の出力端子に接続されたコンデンサ、抵抗、
コイルのLCR直列回路と、および電流バイアス
された入力トランジスタを有する上記の高周波発
振形近接スイツチ用のICとを備え、上記LCR直
列回路のコイルの端子電圧を前記ICの入力トラ
ンジスタのベースに与えるようにしたものであ
る。

(e) 実施例の説明 第２図はこの発明の実施例である静電容量形近
接スイツチの回路図である。

同図において、１０は検出用電極、１１は遮蔽
電極であつて、検出用電極１０の検出信号はトラ
ンジスタTR１、トランジスタTR２を含む発振
回路Ａに入力する。発振回路ＡのコンデンサＣ１
は負帰還用のコンデンサ、コンデンサＣ２は正帰
還用のコンデンサである。また、可変抵抗Ｒ７は
検出距離調整用の抵抗であり、トランジスタTR
１への正帰還量を調整する。発振回路Ａの出力、
すなわちトランジスタTR２のエミツタ出力は、
コンデンサＣ３、抵抗Ｒ８、コイルＬ１のLCR
直列回路Ｂに入力する。コンデンサＣ３は直流分
をカツトし、抵抗Ｒ８はコイルＬ１の両端電圧を
適当に設定するために交流分を分圧する。IC１
は上述の高周波発振形近接スイツチ用の集積回路
であつて、その入力端子５にコイルＬ１と抵抗Ｒ
８の接点が接続される。

第３図は上記IC１の内部構成図である。

同図において、端子１は定電圧出力の交流的な
インピーダンスを下げるコンデンサを接続するた
めのものである。第２図においてコンデンサＣ５
がこれに相当する。トランジスタＱ１，Ｑ２はカ
レントミラー回路を構成し、抵抗Ｒ１で決定され
る電流と同じ大きさの電流をトランジスタＱ３に
バイアス電流として与える。端子５とトランジス
タＱ３のベース間に接続される電圧VBは、トラ
ンジスタＱ３，Ｑ４のベース、エミツタ間電圧の
温度補償を兼ねたバイアス電圧である。この電圧
VBは、例えばダイオードの順方向降下電圧で与
えられる。端子５は信号の入力端子で、このIC
回路を一般の高周波発振形近接スイツチに用いる
場合、端子５とグラウンド端子６との間にLC共
振回路を接続する。前記トランジスタＱ３のエミ
ツタにはエミツタ抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の直列回
路が接続され、抵抗Ｒ２とＲ３の接点にトランジ
スタＱ４のベースが接続される。トランジスタＱ
４のエミツタ端子３はグラウンド端子６との間に
動作距離調整用の抵抗Ｒ９を接続するためのもの
である。トランジスタＱ４のコレクタに接続され
るトランジスタＱ５，Ｑ６は、カレントミラー回
路を構成し、トランジスタＱ６のコレクタ端子は
端子４に接続される。

以上の構成によつて、調整抵抗Ｒ９によつて決
まるトランジスタＱ４のコレクタ電流をトランジ
スタＱ５が検出し、その電流と同じ大きさの電流
を端子４に流し出す。この場合、端子５と端子６
間にLC共振回路が接続され、また端子４と端子
５が接続されていれば、上記トランジスタＱ１〜
Ｑ６によつて電流帰還によるLC発振が行われる。
発振出力はトランジスタＱ３のエミツタから取り
出され、コンパレータ回路１２で波形整形され、
さらに積分回路１３で発振周波数の大きさに比例
して高くなる電圧レベルに変換し、その電圧レベ
ルの信号をコンパレータ回路１４で電圧弁別して
出力回路１５へと出力する。端子２は上記積分回
路１３の積分用のコンデンサを接続するためのも
のである。出力回路１５はコンプリメンタリ出力
端子８，９を有し、端子８は発振時常に「ロー」、
端子９は発振時常に「ハイ」となつている。定電
圧回路１６は各回路に定電圧を供給し、電源リセ
ツト回路１７は電源投入後一定時間コンプリメン
タリ構成の出力回路１５をオフして端子８，９を
無電圧状態にする。端子７はこの電源リセツト回
路の電源リセツト時間を決定するタイマ用のコン
デンサを接続するためのものである。トランジス
タＱ７はコンパレータ回路１４によつて駆動さ
れ、コンパレータ回路１４の出力に応じて抵抗Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４の分圧比を変える。すなわち、電
圧弁別の結果に応じてトランジスタＱ４のバイア
スを変え、発振回路での帰還電流の大きさを調整
してヒステリシス動作を行わせるためのものであ
る。

以上の回路構成からなる高周波発振形近接スイ
ツチ用のIC１を第２図に示すように接続する。
すなわち、端子５にはコイルＬ１と抵抗Ｒ８の接
点を接続し、端子４はグラウンドに接続し、端子
２とグラウンド間には積分用のコンデンサＣ４を
接続し、端子３とグラウンド間には動作距離調整
用の抵抗Ｒ９を接続する。また、端子１とグラウ
ンド間には定電圧回路１６のインピーダンス低下
のためのコンデンサＣ５を接続し、端子７と端子
６（グランド端子）間には電源リセツト期間設定
用のコンデンサＣ６を接続する。なお、端子８の
出力信号は、LED１を駆動し、トランジスタTR
３で増幅されて出力端子ｂに導かれる。ダイオー
ドＤ１は逆接防止用に、またツエナーダイオード
ZD１，ZD２は素子の保護用に接続されている。

次に以上の構成からなる静電容量形近接スイツ
チの動作を説明する。

電源端子ａ，ｃ間に電源電圧が供給されると、
発振回路Ａが発振する。そのときの発振周波数は
検出用電極１０と大地間の静電容量によつて決ま
る。発振出力はトランジスタTR２のエミツタか
らLCR直列回路Ｂに供給される。発振信号はコ
ンデンサＣ３によつて直流分がカツトされ、交流
分だけが抵抗Ｒ８とコイルＬ１のインダクタンス
分によつて分圧され、IC１の端子５に導かれる。
端子５に入力した発振電圧は、トランジスタＱ３
のベースに与えられ、エミツタフオロワーにてコ
ンパレータ回路１２へ供給される。コンパレータ
回路１２で波形整形された信号は、積分回路１３
で積分レベルに変換され、さらにコンパレータ回
路１４において電圧弁別され、出力回路１５へと
導かれる。そして積分レベルが一定以上である場
合は、コンパレータ回路１４が出力回路１５を駆
動して端子８を「ハイ」にする。そうでないとき
は端子８を「ロー」に維持したままである。すな
わち発振回路Ａでの発振周波数が一定の大きさ以
上であれば、端子８が「ハイ」となる。端子８が
「ハイ」であるときLED１が発光し、トランジス
タTR３が駆動されて出力端子ｂを「ロー」に設
定する。こうして物体が検出用電極１に接近して
静電容量が大きくなつたとき、出力端子ｂが「ロ
ー」になり、物体が検出電極１から遠ざかつたと
き出力端子ｂが「ハイ」になる。近接スイツチの
端子ｂに接続する図示しない制御回路は、この端
子ｂのレベルが「ロー」になつたときを検出して
検出用電極１に物体が接近したことを知ることが
出来る。

ところで、この近接スイツチでは発振出力の交
流分を抵抗Ｒ８とコイルＬ１のインダクタンス分
によつて分圧して、IC１の端子５に入力してい
るが、このように構成することにより、端子５の
直流的なインピーダンスを小さく出来、且つ交流
的なインピーダンスを高くすることが出来る。す
なわち、トランジスタＱ３のバイアス電流が端子
５側へ流れることによつて不必要なバイアス電圧
の発生を防ぐことが出来る。発振出力の分圧のた
めに単に抵抗の直列回路を用いるのでは（つまり
コイルＬ１の代わりに抵抗を接続する）、トラン
ジスタＱ３のバイアス電流によつて端子５に不必
要なバイアス電圧が印加され、それによつてトラ
ンジスタＱ３がオン状態にロツクしてしまうこと
になる。またその状態を回避するために、端子５
に接続する抵抗を小さくすると、今度は発振回路
Ａの出力インピーダンスが低下して発振しなくな
つてしまう不都合が生じる。それ故、このような
電流バイアスされた入力トランジスタを有する
ICを発振回路に接続する場合、端子５にコイル
Ｌ１を接続することにより、上記の不都合を完全
に解決出来ることになる。

以上のように、高周波発振形のIC回路と発振
回路Ａとの間にLCRの直列回路を接続すること
により、適性な動作を行う静電容量形近接スイツ
チを構成することが出来る。第２図から明らかな
ように、この近接スイツチでは部品点数が大幅に
少なくなり、また波形処理部にはIC１を用いて
いるために温度に対し安定性が高まり温度補償も
簡単に行うことが可能である。したがつて、スレ
ツシヨルドレベルも上下動することがなく、長期
に渡つて安定した動作を行わせることが出来る。
また、従来の波形処理部にはデイスクリート部品
を使つていたために比較的大容量のコンデンサを
必要としたが、このようにICを使用することに
よりコンデンサを小さくすることも出来る。

(f) 発明の効果 この発明によれば、従来に比較して外形の非常
に小さな静電容量形近接スイツチを構成すること
が出来、且つ動作の安定性も極めてよくなるた
め、スイツチの適用範囲を広くすることが可能に
なるとともに信頼性を大幅に向上する利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の典型的な静電容量形近接スイツ
チのブロツク図である。第２図はこの発明の実施
例である静電容量形近接スイツチの回路図であ
る。第３図は上記実施例に用いるIC１の内部構
成図である。 １０……検出用電極、１２……コンパレータ
（波形整形用）、１３……積分回路、１４……コン
パレータ（電圧弁別用）、Ｑ３……（電流バイア
スされた）入力トランジスタ、Ａ……発振回路、
Ｂ……LCR直列回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検出用電極と大地間との静電容量に応じて発
   振周波数が変化する発振回路と、この発振回路の
   出力端子に接続されたコンデンサ、抵抗、コイル
   のLCR直列回路と、前記コイルの端子電圧がベ
   ースに与えられ電流バイアスされた入力トランジ
   スタおよびこの入力トランジスタの出力信号の周
   波数に応じて所定の出力をする波形処理回路を含
   む集積回路と、を有してなる静電容量形近接スイ
   ツチ。 ２ 前記波形処理回路は、前記入力トランジスタ
   の出力信号を波形整形する波形整形回路と、この
   波形整形回路の出力を積分する積分回路と、この
   積分回路の出力を電圧弁別する電圧弁別回路とで
   構成される特許請求の範囲第１項記載の静電容量
   形近接スイツチ。