JP2018190580A

JP2018190580A - 近接センサ

Info

Publication number: JP2018190580A
Application number: JP2017091240A
Authority: JP
Inventors: 史郎続木; Shiro Tsuzuki; 豊田　直樹; Naoki Toyoda; 直樹豊田
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN108801299A; EP3399648A1; US20180314360A1

Abstract

【課題】組み立てを容易に行うことが可能な近接センサを提供する。【解決手段】静電容量に基づいて物体の近接を検知する近接センサ１００は、金属材料を用いて形成された筒状体からなり、筒状体の軸方向一方側の端部に接続端子１１を有する電極部１０と、接続端子１１の位置に応じて形成されたランド２１を有し、筒状体が立設した状態で接続端子１１がランド２１に半田溶着される基板２０と、基板２０に実装され、電極部１０における静電容量の変化に応じて物体の近接を検知する検知部３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量に基づいて物体の近接を検知する近接センサに関する。

従来、物体の近接を検知する近接センサが利用されてきた。このような近接センサとして例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の近接センサは、電極の静電容量に基づいて物体の近接を検出する。この近接センサは、電極部と検知部とを備えて構成される。電極部は、柔軟に変形する樹脂製のシート状の基板に金属箔を用いてベルト状に形成したグランド電極と、当該グランド電極と対をなす電極とを有している。検知部は、電極部の静電容量から物体の近接を判別する。

特開２０１０−２１２１４５号公報

特許文献１に記載の技術は、電極部をシート状の基板に形成し、この基板を支持体の外周面に巻き付けて固定する。このため、近接センサを作製する際に巻き付け作業が発生し、組み立てを容易に行うにあたり改良の余地がある。

そこで、組み立てを容易に行うことが可能な近接センサが求められる。

本発明に係る近接センサの特徴構成は、静電容量に基づいて物体の近接を検知する近接センサであって、金属材料を用いて形成された筒状体からなり、前記筒状体の軸方向一方側の端部に接続端子を有する電極部と、前記接続端子の位置に応じて形成されたランドを有し、前記筒状体が立設した状態で前記接続端子が前記ランドに半田溶着される基板と、前記基板に実装され、前記電極部における静電容量の変化に応じて前記物体の近接を検知する検知部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、検知部を基板へ実装する際に、予め筒状体で形成した電極部も同時に実装することができるので、近接センサの組み立てを容易に行うことが可能となる。また、電極部の内径や高さを変更することで、近接センサの小型化や薄型化を行うことも可能となる。

また、前記電極部は円筒状に形成されていると好適である。

このような構成とすれば、電極部の検知感度を無指向性にすることができる。したがって、全周囲に亘って物体の近接を検知することが可能となる。

また、前記検知部は、前記基板が有する面のうち前記筒状体の軸方向他端側を向く面に実装されていると好適である。

このような構成とすれば、検知部を電極部の径方向内側に配置することにより、筒状体内に内包することが可能となる。したがって、検知部を保護することができ、更には近接センサをコンパクトに構成することが可能となる。

また、前記接続端子は、前記軸方向一方側の端部において前記筒状体の径方向内側に突出して設けられると好適である。

このような構成とすれば、電極部をコンパクトに構成することができる。また、基板のサイズも小型化できる。

近接センサを模式的に示す図である。近接センサを分解した図である。近接センサの応用例である。

本発明に係る近接センサは、静電容量に基づいて物体の近接を検知し、組み立てを容易に行えるように構成される。以下、本実施形態の近接センサ１００について説明する。

図１は、本実施形態の近接センサ１００の構成を模式的に示した図であり、図２は、近接センサ１００を分解した図である。図１及び図２に示されるように、近接センサ１００は、電極部１０、基板２０、検知部３０、ハーネス４０を備えて構成される。

電極部１０は、金属材料を用いて形成された筒状体から構成される。電極部１０は、近接センサ１００の検知対象となる物体の電荷に応じて分極し易いように金属材料を用いて構成される。また、電極部１０は、広範囲に亘って（例えば３６０度）物体の近接を検知できるように、上記金属材料を用いて筒状体で形成される。特に、本実施形態では、電極部１０は円筒状に形成される。これにより、筒状体の外周面が近接センサ１００の検知面として利用される。

また、電極部１０は、筒状体の軸方向一方側の端部に接続端子１１を有している。筒状体の軸方向一方側の端部とは、円筒状に形成された軸方向両側の端部のうちの一方の端部である。したがって、電極部１０は、軸方向一方側にのみ接続端子１１が設けられる。接続端子１１は、電極部１０と一体形成される。このため、接続端子１１も金属材料を用いて構成される。

本実施形態では、接続端子１１は、筒状体の軸方向一方側の端部において筒状体の径方向内側に突出して設けられる。したがって、接続端子１１は、筒状体の軸方向端面から径方向内側に向かって突出する凸状体として形成される。このような接続端子１１は、複数備えて設けることが可能である。本実施形態では、電極部１０は、３つの接続端子１１を備えている。なお、このような接続端子１１は、筒状体の周方向に沿って均等に配置すると好適である。後述するように、接続端子１１は基板２０のランド２１に半田溶着されるので、接続端子１１を均等に配置することにより、基板２０との固着強度が弱い部位をなくすことができる。その結果、仮に電極部１０に外部から応力が作用した場合であっても、電極部１０が基板２０から脱離し難くすることが可能となる。

基板２０は、その外径が筒状体の外径と同じ形状（本実施形態では円形状）であって、接続端子１１の位置に応じて形成されたランド２１を有する。基板２０は、例えば公知のプリント基板を用いて構成すると良い。「接続端子１１の位置に応じて形成される」とは、基板２０に電極部１０を載置した場合に、接続端子１１とランド２１とが一致するようにランド２１が形成されていることをいう。

基板２０は、筒状体が立設した状態で接続端子１１がランド２１に半田溶着される。筒状体が立設した状態とは、筒状体の軸方向一方側の端面が基板２０に対向するように電極部１０が基板２０に載置された状態である。特に、本実施形態では、筒状体の軸方向両側の端面のうち、上述した接続端子１１が設けられた側の軸方向端面が基板２０に対向するように載置される。この状態で、接続端子１１がランド２１に半田付けされる。なお、基板２０に対する電極部１０の半田付け時の位置決めを行うために、電極部１０と基板２０とに位置決め部１２を設け、電極部１０の位置決め部１２と基板２０の位置決め部１２とを一致させることにより位置精度を高めて半田付けすることが可能となる。

検知部３０は、基板２０に実装され、電極部１０における静電容量の変化に応じて物体の近接を検知する。検知部３０は、少なくとも複数のランド２１のうちの１つが抵抗器Ｒ１を介して接続される。本実施形態では、検知部３０は、図１及び図２に示されるように、３つのランド２１のうちの１つが抵抗器Ｒ１を介して接続される。したがって、検知部３０と電極部１０とが電気的に接続される。ここで、抵抗器Ｒ１は、ノイズや静電気放電（ESD : Electro-Static Discharge）を軽減するための所謂ダンピング抵抗である。したがって、ノイズや静電気放電を考慮する必要が無い場合には抵抗器Ｒ１を備えなくても良い。

静電容量型の近接センサの検知原理は公知であるので詳細な説明は省略するが、物体が電極部１０に接近すると、物体が帯びた電荷に応じて電極部１０に分極した電荷が生じる。電極部１０は上述したように抵抗器Ｒ１を介して検知部３０と電気的に接続されているため、正負一対の電荷のうち、上記分極した電荷とは異なる符号を有する電荷が検知部３０側に集まる。検知部３０は、この電荷に応じて静電容量を演算し、物体の近接を検知する。

ハーネス４０は、検知部３０に電源供給を行う電源ハーネス４１と、検知部３０に制御信号を供給する信号ハーネス４２とから構成される。電源ハーネス４１は、正負一対のハーネスで構成される。信号ハーネス４２で供給される制御信号は、検知部３０が物体の検知を行うにあたり必要な信号である。具体的には、例えばクロック信号や検知結果を示す検知信号である。これらのハーネス４０は、基板２０の設けられたスルーホール２３に挿入される。

基板２０には、電源ハーネス４１や信号ハーネス４２に応じてバイパスコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が実装される。また、検知部３０が物体の近接に応じて静電容量を演算に用いられる検出用コンデンサＣ４も実装される。更に、抵抗器Ｒ１と当該抵抗器Ｒ１が接続されるランド２１との間の信号線２２とグランド電位との間にＥＳＤ保護用のＥＳＤサプレッサＤ１が設けられる。なお、バイパスコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、検出用コンデンサＣ４、ＥＳＤサプレッサＤ１の夫々が有する端子のうち、グランド電位に接続される端子が半田付けされるランドは、電源ハーネス４１のうちのＧＮＤハーネスが挿入されるスルーホール２３と基板２０の表層を介して電気的に接続される。

ここで、本実施形態では、検知部３０、バイパスコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、検出用コンデンサＣ４、ＥＳＤサプレッサＤ１は、基板２０が有する面のうち筒状体の軸方向他端側を向く面に実装される。本実施形態では、上述したように筒状体の軸方向一方側の端部に接続端子１１が設けられる。したがって、軸方向他端側とは、筒状体において接続端子１１が設けられていない側の軸方向端部である。基板２０のうち、このような軸方向他端側の端部を向く面に上述した各部品が実装されるため、図１に示されるようにこれらの部品は電極部１０の径方向視で軸方向一端側と他端側との間に配置される、すなわち電極部１０により内包されることになる。したがって、部品を電極部１０により保護することが可能になると共に、サイズもコンパクトにすることが可能となる。また、電極部１０を基板２０に半田溶着するだけで良いので、近接センサ１００の組み立てを容易に行うことができる。

なお、基板２０のうち上述した各部品が実装された面と反対側の面は、ハーネス４０のランドになる部分を除く全面をグランド層にしても良い。このグランド層は、電源ハーネス４１のうちのＧＮＤハーネスが挿入されるスルーホール２３と電気的に接続されている。このような構成においては、近接センサ１００は、電極部１０でのみ物体の近接を検知することができ、基板２０では物体の近接を検知することはできない。

上述した近接センサ１００は、例えば図３に示されるような回転スイッチ２００に適用することが可能である。近接センサ１００の電極部１０の外周面を筒状の樹脂ケース２０１で覆い、当該樹脂ケース２０１でダイヤル操作を行うことができるように構成する。これにより、ダイヤル操作をする際に、ユーザがダイヤル（樹脂ケース２０１）に触れたことを検知することが可能となる。このように本近接センサ１００は、タッチセンサ付き回転スイッチに適用することが可能である。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、電極部１０は円筒状に形成されているとして説明したが、電極部１０は角柱状でも良いし、楕円形状であっても良い。

上記実施形態では、検知部３０は、基板２０が有する面のうち筒状体の軸方向他端側を向く面、すなわち接続端子１１が設けられていない側の軸方向端部に実装されているとして説明した。しかしながら、検知部３０は、基板２０が有する面のうち筒状体の軸方向一方側、すなわち検知部３０の軸方向中央から見て接続端子１１が設けられている側の方向と同じ方向を向く面に実装することも可能である。

上記実施形態では、接続端子１１は、軸方向一方側の端部において筒状体の径方向内側に突出して設けられるとして説明したが、接続端子１１は、軸方向一方側の端部において筒状体の径方向外側に突出して設けることも可能である。

本発明は、静電容量に基づいて物体の近接を検知する近接センサに用いることが可能である。

１０：電極部
１１：接続端子
２０：基板
２１：ランド
３０：検知部
１００：近接センサ

Claims

静電容量に基づいて物体の近接を検知する近接センサであって、
金属材料を用いて形成された筒状体からなり、前記筒状体の軸方向一方側の端部に接続端子を有する電極部と、
前記接続端子の位置に応じて形成されたランドを有し、前記筒状体が立設した状態で前記接続端子が前記ランドに半田溶着される基板と、
前記基板に実装され、前記電極部における静電容量の変化に応じて前記物体の近接を検知する検知部と、
を備える近接センサ。
前記電極部は円筒状に形成されている請求項１に記載の近接センサ。
前記検知部は、前記基板が有する面のうち前記筒状体の軸方向他端側を向く面に実装されている請求項１又は２に記載の近接センサ。
前記接続端子は、前記軸方向一方側の端部において前記筒状体の径方向内側に突出して設けられる請求項１から３のいずれか一項に記載の近接センサ。