JPH0510848B2 - - 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。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／Δg×lnVo／Vs …(1) Vo…出力反転レベル Vs…発振開始時の振幅レベル Ｃ …共振コンデンサの容量 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
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、発振回路は、外部からの出力に基づいて発
振利得を向上させる発振回路であり、発振回路の
出力を整流し、所定の時定数で平滑する第１の整
流回路と、発振回路の出力を整流し第１の整流回
路より小さい時定数で平滑し発振回路の発振利得
制御信号を与える第２の整流回路と、第１の整流
回路の出力を基準レベルと比較することによつて
出力低下を検知し物体検知信号とする比較回路
と、を具備し、発振回路は発振利得制御信号に基
づいて利得を向上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
回路の出力を信号検出用と発振低下時の利得調整
用の二つの回路部に分割し、夫々に整流回路を設
けることによつて所定の放電時定数によつて物体
検知信号を得ると共に利得調整を行つている。そ
のため利得調整用の時定数を小さくすることによ
つて発振振幅の変化に対応して迅速に利得調整を
行うことができる。又近接スイツチの使用環境、
例えば耐ノイズ特性や耐磁界特性の要否に応じて
適切な放電時定数を選択して物体検知信号を出力
することができ、使い易い近接スイツチを提供す
ることができる。

実施例の説明 第２図は本発明による近接スイツチ発振回路の
一実施例を示す回路図である。この発振回路は物
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。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、その共通接続端がトランジスタ
４に与えられて電流増幅される。トランジスタ４
のコレクタはPNP型トランジスタ５のコレクタ
に接続され、トランジスタ５，６によつて電流ミ
ラー回路CM１が形成されている。又トランジス
タ４のエミツタはコレクタ電流を定める可変抵抗
器７を介して接地されている。トランジスタ６の
コレクタはトランジスタ８のエミツタに接続され
る。トランジスタ８は図示のように４つのコレク
タを有するマルチコレクタトランジスタであつ
て、その３本のコレクタ端子８ａを共通接続して
LC共振回路にフイードバツクするようにしてい
る。他のコレクタ端子８ｂはNPN型トランジス
タ９のコレクタ・ベース共通端子に接続される。
トランジスタ９はトランジスタ１０と共に電流ミ
ラー回路CM２を構成しており、トランジスタ１
０のエミツタはトランジスタ９のエミツタ面積の
ｎ倍としてICチツプ上に形成されているものと
する。そしてトランジスタ１０のコレクタはマル
チコレクタトランジスタ１１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１１の他のコレクタ端子はLC共振回
路に接続されている。更にトランジスタ９のベー
ス及びコレクタはトランジスタ１２のコレクタ端
子に接続される。トランジスタ１２は発振出力が
上昇した時に与えられる信号によつて動作して、
電流ミラー回路CM２の動作を制御するものであ
る。

第１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２図で
示した発振回路１の発振出力は二つの比較回路２
０，２１に与えられている。比較回路２０，２１
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Vre1，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２
０，２１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が接続されている。比較回
路２０とコンデンサ２２及び比較回路２１とコン
デンサ２３によつて夫々所定レベルの信号を直流
レベルに変換する整流回路が構成されている。比
較回路２０は発振出力の低下を検知するものであ
つて、その出力は更に比較回路２４に与えられ
る。比較回路２４は与えられた比較値信号を所定
のスレツシユホールドレベルで弁別して出力回路
２５を介して物体検知出力を外部に出力する。一
方比較回路２１は発振出力を所定レベルと比較す
るものでその出力端に接続された平滑用コンデン
サ２３の時定数を小さくしておく。そして平滑出
力端は前述した発振回路１のトランジスタ１２に
与えるように構成されている。

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と近接体の距離Ｌ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５，
４を通つてコレクタ電流が流れる。そのため電流
ミラー回路CM１の他方のトランジスタ６にミラ
ー電流が流れ、その電流がトランジスタ８によつ
て分割される。それ故トランジスタ６のコレクタ
電流のほぼ3/4がトランジスタ８のコレクタ端子
８ａを介してLC共振回路に電流帰還されること
となる。そして近接体が遠く離れており発振レベ
ルが高い場合には比較回路２１から出力が得ら
れ、平滑用コンデンサ２３によつて平滑されて、
第３ｃに示すように発振利得制御信号が発振回路
１のトランジスタ１２に与えられる。従つてトラ
ンジスタ１２がオンとなり電流ミラー回路CM２
は動作せずトランジスタ１１を通つてLC共振回
路に電流帰還が成されない。それ故LC共振回路
に帰還される電流値はトランジスタ８のコレクタ
端子８ａの電流のみとなつている。

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。物体が距
離L1まで近接し発振出力が低下して比較回路２
０の出力が基準値レベルVref1以下となれば、比
較回路２０より比較回路２４に信号が与えられな
くなる。従つて比較回路２４はこれを検知して第
３図ｂに示すように物体検知信号を出力回路２５
を介して外部に与える。更に物体が近接して発振
レベルが低下すれば第３図ｃに示すように比較回
路２１の出力も低下し、トランジスタ１２に与え
られる発振利得制御信号が低下する。従つてトラ
ンジスタ９，１０によつて形成される電流ミラー
回路CM２が徐々に能動状態となり、トランジス
タ８のコレクタ端子８ｂのコレクタ電流が電流ミ
ラー回路CM２に流入し、電流ミラー回路CM２
を介してマルチコレクタトランジスタ１１が駆動
される。トランジスタ１２が完全にオフ状態とな
ればトランジスタ１０のエミツタ面積はトランジ
スタ９のエミツタのｎ倍に形成されているので、
トランジスタ８のコレクタ端子８ｂの電流は電流
ミラー回路CM２によつて電流増幅される。そし
てマルチコレクタトランジスタ１１の他方のコレ
クタ電流がLC共振回路に電流帰還される。そう
すれば発振回路１の利得が向上し、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
ても微小レベルで発振を継続させることができ
る。

ここで比較回路２１の出力に接続されるコンデ
ンサ２３の容量は小さく時定数も小さくしている
ので、発振振幅の変動に対応して速やかに利得を
変化させることが可能となる。又比較回路２０の
出力に接続されているコンデンサ２２の容量によ
つて物体検知の応答速度を変えることができる。
即ち前述の式(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
り速度が向上させることとなる。

それ故雑音の少ない場所で使用する場合には比
較回路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。
又耐ノイズ特性を高める必要があれば比較的大き
な値のコンデンサを用いることによつて雑音の影
響を除去することができる。更に抵抗溶接機等の
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。そこで比較
回路２０の出力端のコンデンサ２２の容量を更に
大きくし平滑の時定数を大きくし、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
このバースト発振の有無が検知できるため、耐磁
界型の近接スイツチを構成することができる。

次に第４図は本発明による近接スイツチの他の
実施例を示す全体構成図である。本図において発
振回路１の出力は二つの整流回路３０，３１に与
えられる。整流回路３０は前述した比較回路２０
と同様に発振出力を直流成分に変換するものであ
つて、その出力端には近接スイツチの使用環境に
対応して選択された容量のコンデンサ３２が接続
されている。又整流回路３０の出力は比較回路３
４に与えられて物体検知信号としてスイツチ出力
回路３６を介して出力される。整流回路３１は発
振出力を直流成分に変換するものであつて、その
出力端には前述したコンデンサ２３と同様に小容
量で時定数を小さくした平滑用のコンデンサ３３
が接続される。そしてその出力は低い発振振幅に
基準レベルを有する比較回路３５によつて方形波
に変換され、発振出力の低下に基づいて前述した
発振回路１のトランジスタ１２を動作させる。本
実施例では発振利得制御信号を二値信号とし発振
回路１のトランジスタ１２を断続させて発振回路
１の振幅を制御している。

次に第５図は本発明による近接スイツチ発振回
路の第２の実施例を示す回路図である。本実施例
において第１図と同一部分は同一符号を用いて示
している。本実施例は電流増幅用トランジスタの
前段にエミツタフオロワ回路を設け、帰還電流量
をエミツタ抵抗を変えることによつて変化させる
ようにしたものであ。即ち電源３の一端はトラン
ジスタ４１のベースに与えられる。トランジスタ
４１はエミツタフオロワ型に接続されておりその
コレクタは電源に接続され、エミツタ端に二つの
抵抗４２，４３が直列接続されて接地される。そ
して抵抗４３の両端には抵抗４４とスイツチング
トランジスタ４５の直列接続体が並列接続されて
いる。この共通接続端には前述した電流増幅用ト
ランジスタ４のベースが接続され、そのコレクタ
はトランジスタ５，６から成る電流ミラー回路に
接続される。そして第１図又は第３図の比較回路
２５又は３５の出力がトランジスタ４５のベース
に与えられる。この発振回路においては大振幅時
にはトランジスタ４５が導通し、トランジスタ４
１のエミツタ抵抗は抵抗４２と抵抗４３，４４の
並列抵抗との直列接続体となつている。しかし振
幅が低下し比較回路２５，３５からの出力が停止
すればトランジスタ４５がオフとなり、抵抗４３
に抵抗４４が直列接続された状態となつてトラン
ジスタ４１のエミツタ電圧比を上げることによつ
て電流増幅用トランジスタ４の電流値を増加させ
ることができる。従つてトランジスタ５，６の電
流ミラー回路を介して与えられる帰還電流値が多
くなり、前述した実施例と同様に低いレベルで発
振を継続させ続けることができる。

【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全体構成
を示すブロツク図、第２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３
図は近接体の距離に対する各部の波形を示す波形
図、第４図は本発明による近接回路の他の実施例
の全体構成を示すブロツク図、第５図は本発明に
よる近接スイツチの発振回路の他の実施例を示す
回路図である。 １……発振回路、４〜６，８〜１２，４１，４
５……トランジスタ、２０，２１，２４，３４，
３５……比較回路、２２，２３，３２，３３……
コンデンサ、２５，３６……出力回路、３０，３
１……整流回路、４２〜４４……抵抗、CM１，
CM２……電流ミラー回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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、 前記発振回路は、外部からの出力に基づいて発
   振利得を向上させる発振回路であり、 前記発振回路の出力を整流し、所定の時定数で
   平滑する第１の整流回路と、 前記発振回路の出力を整流し前記第１の整流回
   路より小さい時定数で平滑し前記発振回路の発振
   利得制御信号を与える第２の整流回路と、 前記第１の整流回路の出力を基準レベルと比較
   することによつて出力低下を検知し物体検知信号
   とする比較回路と、を具備し、 前記発振回路は前記発振利得制御信号に基づい
   て利得を向上するものであることを特徴とする近
   接スイツチ。 ２ 前記第２の整流回路は、前記発振回路の出力
   が所定値以上のときに出力を与える比較回路と、
   その比較出力を平滑するコンデンサとを有するも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の近接スイツチ。 ３ 前記発振回路は、帰還電流を制御するスイツ
   チング素子を有し、前記第２の整流回路の出力に
   よつて帰還電流を変化させて発振利得を変化させ
   る電流帰還型発振回路であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の近接スイツチ。 ４ 前記発振回路は帰還電流を定める抵抗分圧回
   路を有し、その分圧の有無によつて発振利得を変
   化させる発振回路であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の近接スイツチ。