(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の他端にエミッタを接続して前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記ＬＣ共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一ＩＣ回路に集積・形成され、前記ＩＣ回路は、前記ＬＣ共振回路を接続するための接続端子と前記ＩＣ回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記ＩＣ回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように３段に直列接続されたダイオードであり、前記３段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅より大きいことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の２倍未満に制限する振幅制限回路を備えることを特徴とする請求項１記載の近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属体（導電体）や磁性体等からなる被検知物体を検知する近接センサとして高周波発振型のものが知られている。この種の近接センサは、ＬＣ共振回路を構成する検出コイルに金属体が近接すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて検出コイルの実効抵抗値（インピーダンス）が変化することを利用したものであり、この変化を信号処理回路の出力として取り出すものである。
【０００３】
図６は、従来の高周波発振型の近接センサの回路図を示し、従来の高周波発振型の近接センサは、一端を接地した検出コイル７及びコンデンサ８の並列回路からなるＬＣ共振回路１４と、ＬＣ端子３３を介してＬＣ共振回路１４の他端にエミッタを接続し、コレクタ−ベース間を短絡して、ＬＣ共振回路１４から出力される発振電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用のｎｐｎ型トランジスタ２と、トランジスタ２のベースに接続してレベルシフトした発振電圧を入力される信号処理回路１３と、トランジスタ２のコレクタに接続した定電流源６と、レベルシフトした発振電圧に応じて帰還電流Ｉ１をＬＣ共振回路１４に正帰還させる発振回路２６と、発振回路２６が出力する帰還電流Ｉ１を調節する帰還抵抗９と、レベルシフトした発振電圧を検波してオン・オフ出力を発生する信号処理回路１３とを備える。
【０００４】
発振回路２６は、電源４０と接続される定電圧回路１０と、定電圧回路１０が出力する定電圧Ｖｃｃを各エミッタと接続してカレントミラー回路を構成するｐｎｐ型のトランジスタ４，５と、ベースをトランジスタ２のベースと接続し、コレクタをトランジスタ５のコレクタと接続し、エミッタを帰還抵抗９と接続してエミッタフォロワを構成するｎｐｎ型のトランジスタ３と、トランジスタ３のエミッタから電源ラインに向かって順方向に接続したダイオード１１と、定電圧回路１０のＧＮＤラインからトランジスタ３のエミッタに向かって順方向に接続したダイオード１２とから構成される。
【０００５】
トランジスタ２、定電流源６、及び発振回路２６は、同一の半導体チップに集積されたＩＣ１を形成し、ＩＣ１は、電源４０と接続する電源端子３０と、ＧＮＤレベルと接続するＧＮＤ端子３１と、帰還抵抗９と接続するＳＥＴ端子３２と、ＬＣ共振回路１４と接続するＬＣ端子３３とを備えている。
【０００６】
次にこの回路の動作について説明する。
【０００７】
ＬＣ共振回路１４の両端には、検出コイル７のインダクタンス値とコンデンサ８の静電容量値とから決まる周波数の発振電圧が生じ、ＩＣ１のトランジスタ４から帰還電流Ｉ１を正帰還することによって発振を持続させている。その発振電圧の振幅を、エミッタとベースを短絡してダイオード接続したトランジスタ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ分シフトしてトランジスタ３のベースに入力すると、トランジスタ３のベースに入力した電流に応じて、トランジスタ３のコレクタ電流は流れ、そのコレクタ電流に応じてトランジスタ４，５からなるカレントミラー回路の作用によって帰還電流Ｉ１がＬＣ共振回路１４に正帰還される。このとき、トランジスタ３はエミッタフォロワに構成されており、トランジスタ３のエミッタ電位（帰還抵抗９の電位）に応じて、帰還電流Ｉ１の電流値は制御される。
【０００８】
ここで、検出コイル７に金属体が近接すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて検出コイル７のインピーダンスが変化するために、ＬＣ共振回路１４の発振電圧が小さくなり、信号処理回路１３に入力されるトランジスタ２でレベルシフトした電圧の振幅も小さくなり、信号処理回路１３が入力の振幅の大・小に応じて出力を切替えることで、導電体の近接を検出することができる。
【０００９】
ダイオード１１，１２は、ＩＣにおいて一般的に用いられている静電気破壊を防止する静電気保護用の素子であり、静電気等による高電圧がＳＥＴ端子３２に印加されたときに印加電圧の正負に応じてダイオード１１，またはダイオード１２が導通して、印加電圧をクランプすることによってＩＣ１の破壊を防ぐものである。ダイオード１１は、一般的にＩＣ１内の最高電位である電源４０の電源電位とＳＥＴ端子３２との間に接続されるが、例えば定電圧回路１０の出力電圧Ｖｃｃが十分に安定しておれば、電圧ＶｃｃとＳＥＴ端子３２との間に接続することも可能である。
【００１０】
しかし、従来例においては、ＬＣ端子３３にはＳＥＴ端子３２のような静電気保護用のダイオードを設けていない。これは、ＬＣ共振回路１４と接続しているＬＣ端子３３に印加される発振電圧波形が、ＧＮＤ電位基準の正弦波であるので、ＬＣ端子３３とＧＮＤ電位間に接続した静電気保護用のダイオードが発振電圧をクランプしてしまい、発振しないか、もしくは非常に小振幅の発振電圧となるためである。
【００１１】
上記理由によって、近接センサ用のＩＣでは、一般にＬＣ端子３３に静電気保護用のダイオードを設けないで、その代わりに、トランジスタのサイズを大きくするなどの方策によって静電気対策を行うが、チップ面積の増大や、周波数特性の悪化等の弊害が生じてしまう。
【００１２】
前記従来の近接センサは、パチンコ台のパチンコ玉検出器に用いられ、図７（ａ）は、パチンコ玉検出器のパチンコ玉通過通路部の断面を示した図である。
【００１３】
パチンコ玉Ｂが通過する通路孔２５の周囲に検出コイル７がコイルボビン２３に沿って巻回され、検出コイル７とコイルボビン２３とは、合成樹脂のような絶縁材料よりなるケーシング２４に収納される。このように、通路孔２５の周囲に検出コイル７を巻回するとパチンコ玉Ｂの通過を高感度で検出することができ、またパチンコ玉Ｂが通過した通路孔２５内の箇所によらず安定した検出を行うことができる。
【００１４】
パチンコ玉Ｂが通路孔２５を通過する時に、パチンコ玉Ｂと検出コイル７との間には金属同士が対向することによる静電容量Ｃｂｃが存在する。一般に、この静電容量Ｃｂｃは略５ｐＦとなる。検出コイル７の感度を上げようとすれば、コイルボビン２３の通路孔２５側の厚みを薄くして、検出コイル７とパチンコ玉Ｂとの距離を短くすればよいが、距離を短くするほどこの静電容量Ｃｂｃの値は大きくなる。
【００１５】
図７（ｂ）は、パチンコ玉Ｂと、静電容量Ｃｂｃと、検出コイル７と、コンデンサ８との関係を示す回路図である。ところで、パチンコ玉Ｂは研磨時の摩擦などの影響で、かなり高い電位（例えば１０ＫＶ程度）まで帯電する。静電容量Ｃｂｃは５ｐＦ程度であり、コンデンサ８の静電容量Ｃ８は数百ｐＦ程度であり、本従来例ではＣ８＝５００ｐＦとする。ここで、静電ポテンシャルを１０ＫＶとすると、静電容量Ｃｂｃと静電容量Ｃ８との電圧分割によってＬＣ端子３３には、１００Ｖ程度の電圧が誘導されることになる。そして、ＬＣ端子３３には静電破壊を防止するための静電気保護用ダイオードを設けておらず、また、この１００Ｖの電圧はＩＣ１を熱破壊するのに十分な電圧である場合が多く、近接センサ故障の原因となっていた。さらに、ＩＣ１の完全な破壊にまで至らないまでも、ＩＣ１の漏れ電流が少しづつ増加していく等の弊害がでることもある。
【００１６】
実際には前記静電誘導による電圧誘起の他に、帯電したパチンコ玉Ｂが通過することによる電磁誘導的な電圧誘起もあるが、静電誘導による電圧誘起のほうが支配的であると考えられる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例で説明したように、帯電した導電体が近接することによって誘起した電圧が、ＬＣ共振回路の接続端子に印加されることによってＩＣが破壊するという問題がある。
【００１８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯電した導電体が近接することによって発生する誘起電圧に対する保護を講じた近接センサを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の他端にエミッタを接続して前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記ＬＣ共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一ＩＣ回路に集積・形成され、前記ＩＣ回路は、前記ＬＣ共振回路を接続するための接続端子と前記ＩＣ回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記ＩＣ回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように３段に直列接続されたダイオードであり、前記３段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅より大きいことを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の２倍未満に制限する振幅制限回路を備えることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（参考例１）
図１に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図６に示した従来例と略同じであり、ＬＣ端子３３に静電気保護用のダイオード１５、ダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎの直列回路を設けた点が異なる。なお、従来例と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【００２３】
ダイオード１５は、ＬＣ端子３３から電源４０の電源ラインに向かって順方向に接続され、ダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎの直列回路は、ＧＮＤラインからＬＣ端子３３に向かって順方向に接続される。
【００２４】
ダイオード１５は、ＬＣ端子３３に印加された電圧の正の振幅が電源電圧とダイオード１５の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【００２５】
ダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎの直列回路は、ＬＣ端子３３に印加された電圧の負の振幅がダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎの各順方向電圧の和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【００２６】
このように、ダイオード１５、ダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎによってＬＣ端子３３の印加電圧をクランプすることによって、静電気保護を行うことができる。
【００２７】
さらに、ダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎの各順方向電圧の和を、ＬＣ共振回路１４の発振電圧の振幅よりも大きくすることによって、ＬＣ共振回路１４の発振電圧をクランプすることがなく、ＬＣ共振回路１４は正常な発振を行うことができる。
【００２８】
（実施形態１）
図２に本実施形態の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図１に示した参考例と略同じであり、振幅制限回路２１を設けた点と、静電気保護用のダイオードを、ダイオード１６１，１６２，１６３の３段接続とした点とが異なる。なお、参考例１と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【００２９】
ＬＣ共振回路１４は正弦波発振を行うが、その発振の振幅が大きくなりレベルシフト用のトランジスタ２のコレクタ電位が、電圧−Ｖｂｅを下回ると、ＩＣ１のサブストレートからトランジスタ２のコレクタに向かって順方向に存在する寄生ダイオード（図示なし）が導通する。そのため、発振電圧の振幅が２×Ｖｂｅを超えると、その負の周期においてトランジスタ２のベース・エミッタ間のｐｎ接合の順方向電圧と、ＩＣ１のサブストレートとトランジスタ２のコレクタ間に存在する寄生ダイオードのｐｎ接合の順方向電圧との和を超えることになり、ＩＣ１のサブストレートとトランジスタ２のエミッタ間が導通し寄生電流が流れるので、発振がそれ以上成長することはなく、実質的には発振電圧の振幅が２×Ｖｂｅを超えることはない。
【００３０】
しかし、前記寄生電流が流れると、ＩＣ１の消費電流が増大したり、発振波形が歪んだり不安定になったりして、近接センサの動作が不安定になる可能性がある。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、レベルシフト用トランジスタ２でレベルシフトした電圧の振幅を、２×Ｖｂｅ未満に制限するための振幅制限回路２１を設けている。振幅制限回路２１は、電圧ＶｃｃラインとＧＮＤライン間に抵抗１９、ｎｐｎ型のトランジスタ１８、及び直流電圧源２０の直列回路を接続し、トランジスタ１８のベースは、トランジスタ２，３のベースと接続している。そして、電圧Ｖｃｃラインとトランジスタ３のエミッタ間には、ベースを抵抗１９とトランジスタ１８との接続中点に接続しているｐｎｐ型のトランジスタ１７が接続される。
【００３２】
次にこの振幅制限回路２１の動作について説明する。直流電圧源２０の電圧Ｖｌｉｍは、２×Ｖｂｅ未満の電圧（例えば１．３×Ｖｂｅ程度）に設定しておき、トランジスタ２のベース電位（ＬＣ共振回路１４の発振電圧をトランジスタ２でレベルシフトした電圧）が電圧Ｖｌｉｍを超えようとすると、トランジスタ１８がオンし、トランジスタ１７もオンする。そして、トランジスタ１７を介して帰還抵抗９に電流を流すことによって、帰還電流Ｉ１を低減させて、ＬＣ共振回路１４の発振電圧を制限する。
【００３３】
なお、振幅制限回路２１を設けるにしても設けないにしても、前記説明した寄生電流によってＬＣ共振回路１４の発振電圧は、２×Ｖｂｅを超えることはないので、ＬＣ端子３３とＧＮＤライン間に設ける静電気保護用の直列ダイオードは、ダイオード１６１，１６２，１６３の３段接続とすれば十分であり、これ以上ダイオードの段数を増やしても意味はない。
【００３４】
（参考例２）
図３に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図１に示した参考例１と略同じであり、静電気保護用のダイオードを、ツェナダイオード２２とダイオード２７との直列回路に置き換えた点が異なる。なお、参考例１と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【００３５】
ダイオード１５は、ＬＣ端子３３から電源４０の電源ラインに向かって順方向に接続され、ツェナダイオード２２は、ＩＣプロセスのツェナダイオードであり、ＬＣ端子３３に対してＧＮＤラインに正の電圧を発生するように接続され、ダイオード２７は、ツェナダイオード２２に直列にＬＣ端子３３に向かって順方向に接続される。
【００３６】
ダイオード１５は、ＬＣ端子３３に印加された電圧の正の振幅が電源電圧とダイオード１５の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【００３７】
ツェナダイオード２２とダイオード２７との直列回路は、ＬＣ端子３３に印加された電圧の負の振幅がツェナダイオード２２のツェナ電圧（例えば５．５Ｖ程度）とダイオード２７の順方向電圧との和を超えると導通することで印加電圧をクランプする。
【００３８】
このように、ダイオード１５、ツェナダイオード２２及びダイオード２７の直列回路によってＬＣ端子３３の印加電圧をクランプすることによって、静電気保護を行うことができる。
【００３９】
さらに、ツェナダイオード２２のツェナ電圧を、ＬＣ共振回路１４の発振電圧の振幅よりも大きくすることによって、ＬＣ共振回路１４の発振電圧をクランプすることがなく、ＬＣ共振回路１４は正常な発振を行うことができる。
【００４０】
（参考例３）
図４，５に本参考例の近接センサの回路図を示す。本近接センサの基本構成及び基本動作は図１に示した参考例１と略同じであり、静電気保護用のダイオードを、ダイオード１５と、ダイオード１６１〜１６ｎの直列回路とのうちいずれか一方のみを備えた点が異なる。なお、参考例１と同じ構成については同一の符号を付して説明は省略する。
【００４１】
本参考例は、パチンコ玉Ｂが帯電する極性が、はっきりと分かっている場合に有効である。すなわち、金属体であるパチンコ玉Ｂとプラスチック等との摩擦のによって静電気が発生するのであるが、そのプラスチック等の材質によって発生する電荷の極性は決まっている。例えば、ガラス，ナイロン，ポリカーボネートとパチンコ玉Ｂとの摩擦であればパチンコ玉Ｂは負の極性に帯電し、テフロン，塩化ビニル，ポリエチレン，ポリプロピレンとパチンコ玉Ｂとの摩擦であればパチンコ玉Ｂは正の極性に帯電する。
【００４２】
パチンコ玉Ｂが正の極性に帯電する場合には、図４に示すように、ＬＣ端子３３から電源４０の電源ラインに向かって順方向に接続されたダイオード１５を備えておれば、ＬＣ端子３３に印加される正の電圧をクランプして、ＩＣ１を保護することができる。
【００４３】
パチンコ玉Ｂが負の極性に帯電する場合には、図５に示すように、ＧＮＤラインからＬＣ端子３３に向かって順方向に接続されたダイオード１６１，１６２，．．．，１６ｎを備えておれば、ＬＣ端子３３に印加される負の電圧をクランプして、ＩＣ１を保護することができる。
【００４４】
したがって、本近接センサが特定部位に取り付けられることが予め分かっている場合や、パチンコ台の材料が決まっている場合には、片方の極性に対する静電気保護でも十分であり、片方の極性に対する静電気保護のみを行うことによって、ＩＣ１のチップ上に余分な素子を配列させる必要が無くなる。
【００４５】
これからＩＣの設計ルールの微細化が進むほど、静電気破壊を防止するための静電気保護は重要となっていく。設計ルールの微細化が進んだＩＣに静電気保護用の素子が備わっていない場合には、帯電したパチンコ玉による電圧誘起とは無関係に、近接センサの組み立て時や取り付け時に人体に帯電している静電気で静電破壊してしまう可能性もある。しかし、実施形態１、および参考例１乃至３で説明したように静電気保護用のダイオードを設けることによって、その危険性をなくすことができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、検出コイル及びコンデンサの並列回路の一端を接地したＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の他端にエミッタを接続して前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅をレベルシフトするレベルシフト用トランジスタと、前記レベルシフトした電圧の振幅に応じた帰還電流を前記ＬＣ共振回路に正帰還する発振回路とを備え、少なくとも前記レベルシフト用トランジスタと、前記発振回路とは同一ＩＣ回路に集積・形成され、前記ＩＣ回路は、前記ＬＣ共振回路を接続するための接続端子と前記ＩＣ回路の電源電位との間、及び前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間のうち少なくともいずれか一方に電圧をクランプする静電気保護用素子を接続してなり、前記接続端子と前記ＩＣ回路の接地電位との間に接続された静電気保護用素子は、前記ＩＣ回路の接地電位から前記接続端子に向かって順方向となるように３段に直列接続されたダイオードであり、前記３段に直列接続されたダイオードの順方向電圧の和は前記ＬＣ共振回路から出力される電圧の振幅より大きいので、帯電した導電体が近接することによって誘起した電圧、あるいは組み立て、取り付け時に人体の静電気による電圧によるＩＣの破壊を防ぐことができるという効果がある。また、３段に直列接続されたダイオードからなる静電気保護用素子によってＬＣ共振回路から出力される電圧をクランプすることがなく、ＬＣ共振回路は正常な発振を行うことができ、当該効果を最も少ない数のダイオードで得ることができるという効果もある。
【００４７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レベルシフト用トランジスタでレベルシフトした電圧の振幅を、前記レベルシフト用トランジスタのベースエミッタ間電圧の２倍未満に制限する振幅制限回路を備えるので、レベルシフト用トランジスタの寄生ダイオードが導通することに伴う誤動作を未然に防いで、消費電流の増大や検出器動作の不安定状態を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１を示す回路図である。
【図２】  本発明の実施形態１を示す回路図である。
【図３】  本発明の参考例２を示す回路図である。
【図４】  本発明の参考例３を示す第１の回路図である。
【図５】  本発明の参考例３を示す第２の回路図である。
【図６】  従来例を示す回路図である。
【図７】  （ａ）パチンコ玉通過通路部の断面を示した図である。
（ｂ）パチンコ玉とＬＣ共振回路との関係を示す回路図である。
【符号の説明】
１  ＩＣ
２  レベルシフト用のトランジスタ
１４  ＬＣ共振回路
１５  ダイオード
１６１，１６２，．．．，１６ｎ  ダイオード
２６  発振回路
【図１】
0004158346.tif 000002
【図２】
0004158346.tif 000003
【図３】
0004158346.tif 000004
【図４】
0004158346.tif 000005
【図５】
0004158346.tif 000006
【図６】
0004158346.tif 000007
【図７】
0004158346.tif 000008