JP2022180735A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】充填剤の収縮に伴ってフェライトコアに生じる応力を低減でき、感度が安定する近接センサを提供する。【解決手段】近接センサの検出部３１は、円筒状の外周部３４及び非開放側面部３５を有するフェライトコア３３と、コイル２０と、キャップ１２とを備える。キャップ１２の内部は充填剤で満たされる。外周部３４と非開放側面部３５との間に、これらが互いに分離する分離用空間が形成されている。分離用空間は、外周部３４の周方向において少なくとも一部に形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、コイルとシールド用のフェライトコアとを備えた近接センサに関する。

従来の近接センサの検出部の構造としては、例えば図１６～図１８に示すように構成されたものがある。図１６に示す近接センサの検出部１は、有底円筒状を呈するフェライトコア部２と、フェライトコア部２の中に収容されたコイル部３と、フェライトコア部２を開放側から覆う外部筐体４とを有している。

フェライトコア部２は、フェライトコアを有底円筒状に成型して形成されている。フェライトコア部２の外周部２ａと底部２ｂ（非開放側面部）とには、二つの切欠き５が形成されている。また、フェライトコア部２の底部２ｂには円柱状の軸２ｃが設けられている。この軸２ｃは、外周部２ａと同一軸線上に位置し、コイル部３の中心部に挿入されている。
コイル部３は、コイルボビン３ａに導線３ｂを巻き付けて形成されている。導線３ｂは、フェライトコア部２の切欠き５に通されている。

外部筐体４は、例えばプラスチック材料によって有底円筒状に形成されている。フェライトコア部２は、開放側の端面６が外部筐体４の内側底面７と対向するように外部筐体４の中に挿入されている。外部筐体４の内部は、充填剤８で満たされている。充填剤８は、フェライトコア部２内およびコイル部３内にも浸入している。このように外部筐体４内に充填剤８が充填されることにより、コイル部３への水分浸入が防止されることになる。

充填剤は、例えばエポキシ樹脂からなるものを使用することがある。この種の充填剤は、フェライトコア部２やコイル部３を構成する材料と線膨張率が異なっており、しかも、加熱されて硬化する際に硬化収縮を起こすことが知られている。
この近接センサの検出部１は、フェライトコア部２の開放された一端側に導電体が接近したときにこれを検出するようになる。

ところで、フェライトコアからなる筒状体の内部にコイル部品が挿入され、充填剤が充填された従来の電子デバイスとして、例えば特許文献１に記載されているトランスがある。特許文献１には、２個のフェライトコアでコイルの全体を覆い、充填剤の線膨張率が異なることにより生じる熱応力を、中央部に隙間を設けることによって緩和する技術が開示されている。

特開平８－３２１４２３

図１６～図１８に示した従来の近接センサの検出部１は、各構成材料の線膨張係数が異なっていることと、充填剤８が加熱硬化する際に硬化収縮することとが原因で各構成部材間に応力が発生する。この応力でフェライトコア部２が変形すると、僅かな変形でもコイル部３の特性が変化し、近接センサの感度が変化してしまう。また、この応力が応力緩和等により経時的に変化すると、それに伴って近接センサの感度も変化してしまう。

フェライトコア部２の変形は、相対的に線膨張係数が大きいコイル部３並びに充填剤８が収縮し、外周部２ａにこれを内側に引き寄せる方向の力が加えられることが原因であると考えられる。フェライトコア部２の外周部２ａの一端側（開放面側）は、底部２ｂ（非開放側面部）に接続されている他端部とは異なり、径方向に対して支えられていない。このため、フェライトコア部２の他端部より一端側（開放面側）が径方向に多く収縮するようになり、外周部２ａと底部２ｂ（非開放側面部）との接続部に大きな応力が発生してしまう。

また、フェライトコア部２の外周部２ａには、コイル部３の導線３ｂを通す二つの切欠き５，５が形成されているために、周方向において二つに分割されている。このため、図１８に示すように、外周部２ａの切欠き５どうしの間に形成された相対的に幅が狭い板状部分９と底部２ｂ（非開放側面部）との接続部１０は、応力がより一層大きく発生する部分になっている。

本発明の目的は、充填剤の収縮に伴ってフェライトコアに生じる応力を低減でき、感度が安定する近接センサを提供することである。

この目的を達成するために本発明に係る近接センサは、円筒状の外周部および前記外周部の一端側をシールドする非開放側面部を有するフェライトコアと、前記外周部の中に収容されたコイルと、前記フェライトコアを前記外周部の他端側から覆うキャップとを備え、前記キャップの内部には、充填剤を備え、前記外周部と前記非開放側面部との間に、これらが互いに分離する分離用空間が形成され、前記分離用空間は、前記外周部の周方向において少なくとも一部に形成されている検出部を有しているものである。

本発明は、前記近接センサの検出部において、前記分離用空間は、前記外周部の周方向において全域に形成され、前記外周部と前記非開放側面部とが分割形成されていてもよい。

本発明は、前記近接センサの検出部において、前記非開放側面部は、前記コイルの軸心部に挿入される第１の軸を有しているとともに、前記コイルの導線を通す配線口を有していてもよい。

本発明は、前記近接センサの検出部において、前記分離用空間は、前記非開放側面部の一部が残るように前記外周部の前記一端側に形成された切欠きによって構成され、前記非開放側面部は、前記外周部とは反対方向に延びる第２の軸と、前記コイルの導線を通す配線口とを有し、同一形状の二つの前記フェライトコアを、前記非開放側面部どうしが重なるとともに前記第２の軸が前記分離用空間を通って他方の前記外周部の内部に挿入されるように互いに組み合わせて一つのフェライトコア組立体が構成されていてもよい。

本発明は、前記近接センサの検出部において、前記切欠きは、前記第２の軸の少なくとも一部を挿入することが可能な幅で前記外周部の軸線方向に他端まで延びていてもよい。

本発明によれば、充填剤の収縮に伴ってフェライトコアに生じる応力を低減でき、感度が安定する近接センサを提供することができる。

図１は、第１の実施の形態による近接センサの検出部の断面図である。 図２は、フェライトコア組立体の分解斜視図である。 図３は、要部を拡大して示す断面図である。 図４は、第２の実施の形態によるフェライトコア組立体の分解斜視図である。 図５は、第３の実施の形態による近接センサの検出部の断面図である。 図６は、第３の実施の形態による近接センサの検出部の分解斜視図である。 図７は、二つのフェライトコアを分離させた状態を示す斜視図である。 図８は、二つのフェライトコアの断面図である。 図９は、フェライトコアを組み合わせる手順を説明するための図である。 図１０は、フェライトコアを組み合わせる手順を説明するための図である。 図１１は、フェライトコアを組み合わせる手順を説明するための側面図である。 図１２は、フェライトコアの斜視断面図である。 図１３は、図１１（Ｃ）におけるXIII－XIII線断面図である。 図１４は、第４の実施の形態による二つのフェライトコアの斜視図である。 図１５は、第４の実施の形態によるフェライトコアの軸の挿入手順を説明するための正面図である。 図１６は、従来の近接センサの検出部の断面図である。 図１７は、従来の近接センサの検出部の分解斜視図である。 図１８は、従来の近接センサの検出部の分解斜視図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る近接センサの一実施の形態を図１～図３を参照して詳細に説明する。この実施の形態による近接センサは、図１に示す検出部１１を有しているものである。
図１に示す近接センサの検出部１１は、有底円筒状に形成されたキャップ１２の内部にフェライトコア組立体１３を組み込み、さらに封止用の充填剤１４を注入、固化させて形成されている。キャップ１２は、例えばプラスチック材料によって形成されており、図示していないセンサボディの先端部に取付けられる。

フェライトコア組立体１３は、図２に示すように、外周部１５と非開放側面部１６とからなるフェライトコア１７と、コイルボビン１８に導線１９を巻き付けて形成されたコイル２０とによって構成されている。
フェライトコア１７の外周部１５は、円筒状に形成されている。外周部１５の中にコイル２０が収容されている。

非開放側面部１６は、外周部１５の一端側（図１においては左側）をシールドするためのもので、円板１６ａと軸１６ｂとによって形成されている。円板１６ａは、外周部１５の一端部１５ａと外径が等しくなるように形成され、外周部１５と軸線方向に並べられている。この実施の形態においては、図３に示すように、外周部１５と非開放側面部１６（円板）との間には、これらが互いに分離する分離用空間Ｓが形成されている。この実施の形態においては、外周部１５と非開放側面部１６とが分割形成されているために、上述した分離用空間Ｓは外周部１５の周方向において全域に形成されている。

軸１６ｂは、円板１６ａの中心部に垂直に立設されており、コイルボビン１８の中空部内に挿入されて外周部１５内を一端部１５ａから他端部１５ｂまで延びている。この実施の形態においては、軸１６ｂが本発明でいう「第１の軸」に相当する。
円板１６ａの軸１６ｂを挟んで径方向の両側には、コイル２０の導線１９を通すために二つの貫通孔２１が形成されている。この実施の形態においては、これらの貫通孔２１が本発明でいう「配線口」に相当する。

このように構成された近接センサの検出部１１を組立てるためには、先ず、フェライトコア１７の非開放側面部１６と、コイル２０とを外周部１５内に挿入し、フェライトコア組立体１３を形成する。このとき、コイル２０の導線１９を非開放側面部１６の貫通孔２１に通しておく。次に、キャップ１２の中に所定量の充填剤１４を注入し、充填剤１４の中にフェライトコア組立体１３を浸す。このようにキャップ１２の内部にフェライトコア組立体１３を挿入することにより、フェライトコア１７が外周部１５の他端側からキャップ１２によって覆われる。充填剤１４は、例えばエポキシ樹脂からなるものを用いることができる。充填剤１４中にフェライトコア組立体１３を浸すことにより、フェライトコア組立体１３とキャップ１２との間の隙間と、外周部１５と非開放側面部１６との間の分離用空間Ｓと、フェライトコア１７とコイル２０との間の隙間が充填剤１４で満たされる。

しかる後、フェライトコア組立体１３が挿入されたキャップ１２を例えば図示していない加熱炉に投入して加熱し、充填剤１４を硬化させる。
フェライトコア１７と、キャップ１２、充填剤１４およびコイル２０は、それぞれ線膨張率が異なっている。また、充填剤１４は硬化時に収縮する。この実施の形態による近接センサの検出部１１においては、充填剤１４が硬化するときに外周部１５が充填剤１４によって径方向の内側に引かれるようになり、外周部１５に力の方向が径方向となるように応力が生じる。外周部１５と非開放側面部１６との間には分離用空間Ｓが形成されているため、このときに外周部１５の変形が非開放側面部１６によって規制されることはない。

このため、外周部１５は、非開放側面部１６に干渉されることなく軸線方向の全域において均等に変形するようになる。すなわち、充填剤１４の硬化収縮に起因して外周部１５の一端側に生じる応力と、他端側に生じる応力とに差がほとんど無くなる。
したがって、この実施の形態によれば、充填剤の収縮に伴ってフェライトコアに生じる応力を低減でき、感度が安定する近接センサを提供することができる。

この実施の形態においては、外周部１５と非開放側面部１６との間の分離用空間Ｓが外周部１５の周方向において全域に形成され、外周部１５と非開放側面部１６とが分割形成されている。
このため、充填剤１４の硬化収縮に伴って外周部１５の全域が均等に変形するから、設計通りの特性を有する近接センサを実現することができる。

この実施の形態による非開放側面部１６は、コイル２０の軸心部に挿入される軸１６ｂ（第１の軸）を有しているとともに、コイル２０の導線１９を通す貫通孔２１（配線口）を有している。
このため、外周部１５の変形に影響を及ぼすことなくコイル２０の導線１９を導出させることができる。

（第２の実施の形態）
非開放側面部に形成する配線口は図４に示すように構成することができる。図４において、図１～図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を省略する。

図４に示す非開放側面部１６は、径方向の両端にそれぞれ凹部２２が形成されている。凹部２２は、非開放側面部１６の円板１６ａの外周面から円板１６ａの中心に向けて延びるように形成されている。この実施の形態においては、凹部２２が本発明でいう「配線口」に相当する。
このように配線口を凹部２２によって構成することより、コイル２０の導線１９を円板１６ａの径方向の外側から近接させるだけで凹部２２の中に入れることができるから、コイル２０を非開放側面部１６と組み合わせる作業を容易に行うことができる。この実施の形態を採ることにより、導線１９に予め例えばコネクタ（図示せず）が接続されているような場合であっても、導線１９を配線口に通すことが可能になる。

（第３の実施の形態）
本発明に係る近接センサの検出部は図５～図１３に示すように構成することができる。これらの図において、図１～図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図５に示す近接センサの検出部３１のフェライトコア組立体３２は、二つのフェライトコア３３，３３と、一方のフェライトコア３３に組付けられた一つのコイル２０とによって構成されている。コイル２０は、第１および第２の実施の形態を採る場合に用いるものと同等のものである。

この実施の形態による二つのフェライトコア３３は、同一形状のフェライトコア３３を二つ形成し、後述するように互いに組み合わせて一体化されている。
フェライトコア３３は、図７に示すように、円筒状の外周部３４と、外周部３４の一端側をシールドするための非開放側面部３５と、非開放側面部３５から外周部３４とは反対方向に突設された円柱状の軸３６とを備えている。この実施の形態においては、軸３６が本発明でいう「第２の軸」に相当する。

外周部３４と非開放側面部３５との間には、非開放側面部３５の一部と軸３６とが残るように切欠き４１が形成されており、外周部３４と非開放側面部３５とが互いに分離する分離用空間Ｓ（図８参照）が形成されている。図７に示すように、外周部３４の軸線方向における切欠き４１の形成幅Ｗ１は、非開放側面部３５の厚み方向の幅Ｗ２より広い。このため、軸３６の基端部３６ａが切欠き４１内に露出するようになる。切欠き４１によって外周部３４と非開放側面部３５との間に形成された分離用空間Ｓは、外周部３４の周方向において約１／２の範囲に形成されている。

非開放側面部３５は、コイル２０の導線１９を通すために二つの凹部４２を有している。これらの凹部４２は、上述した切欠き４１に連なり、分離用空間Ｓに向けて開くように形成されている。この実施の形態においては、これらの凹部４２が本発明でいう「配線口」に相当する。

この実施の形態によるフェライトコア組立体３２を組立てるためには、先ず、一対のフェライトコア３３，３３を互いに組み合わせる。このときは、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、軸３６の先端が他方のフェライトコア３３の切欠き４１に向かうように二つのフェライトコア３３を並べ、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、軸３６が切欠き４１の中に挿入されるようにフェライトコア３３どうしを互いに接近させる。

軸３６の挿入は、図１１（Ａ）～（Ｂ）に示すように、非開放側面部３５が他方のフェライトコア３３の外周部３４に当接するまで行う。その後、一方のフェライトコア３３を他方のフェライトコア３３に対して外周部３４の径方向に移動させる。この径方向への移動は、切欠き４１内に突出している軸３６の基端部３６ａが他方のフェライトコア３３の軸３６の基端部３６ａと軸線方向において重なるように行う。この径方向への移動が行われることにより、外周部３４と非開放側面部３５との間の分離用空間Ｓに他方のフェライトコア３３の非開放側面部３５が挿入される。

この径方向への移動は、図１１（Ｃ）に示すように、一方のフェライトコア３３の切欠き４１と他方のフェライトコア３３の切欠き４１とが重なるまで行われる。このように切欠き４１どうしが重なることにより、二つのフェライトコア３３が一体化される。この一体化した状態においては、図５および図１２に示すように一方のフェライトコア３３の非開放側面部３５と他方のフェライトコア３３の非開放側面部３５とが外周部３４の軸線方向に重なる。このとき、図１３に示すように、両方のフェライトコア３３の非開放側面部３５に形成されている凹部４２どうしが外周部３４の軸線方向に並び、二つの非開放側面部３５を貫通する貫通穴４３が形成される。
また、二つのフェライトコア３３が一体化した状態においては、図６に示すように、一方のフェライトコア３３の外周部３４と他方のフェライトコア３３の外周部３４とが径方向において重なる。

しかる後、一方のフェライトコア３３の外周部３４にコイル２０を挿入することによりフェライトコア組立体３２が完成する。コイル２０の導線１９は、凹部４２によって形成された貫通穴４３と他方の外周部３４の中とを通してフェライトコア組立体３２の外に導出される。

フェライトコア組立体３２は、第１の実施の形態を採るときと同様に、充填剤１４が注入されたキャップ１２の中に挿入される。このときは、コイル２０を有する一方のフェライトコア３３が充填剤１４の中に浸される。その後、加熱工程を経て充填剤１４が硬化することにより、近接センサの検出部３１の組立が終了する。

充填剤１４は、硬化するときに硬化収縮を起こす。この硬化収縮が発生するときには、コイル２０を囲む外周部３４にこれを内側に引っ張るような力が作用する。この外周部３４の他端側（開放側）は径方向内側への変形が規制されていない。一方、この外周部３４の一端側は、非開放側面部３５に接続された一部において径方向内側への変形が規制されるが、その他の部分は径方向内側への変形が規制されることがない。
このため、充填剤１４の硬化収縮に起因して外周部３４の一端側に生じる応力と、他端側に生じる応力との差は、従来のフェライトコアと較べると小さくなる。

この実施の形態においては、外周部３４と非開放側面部３５との間に形成された分離用空間Ｓに他方のフェライトコア３３の非開放側面部３５が挿入されるから、分離用空間Ｓが形成されているにもかかわらず外周部３４の一端側を非開放側面部３５でシールドすることができる。
したがって、この実施の形態においても、充填剤１４の収縮に伴ってフェライトコア３３に生じる応力を低減でき、感度が安定する近接センサを提供することができる。

この実施の形態においては、同一形状の二つのフェライトコア３３を組み合わせて一つのフェライトコア組立体３２が構成されている。このため、フェライトコア３３を作成するために使用する金型は１種類でよいから、この実施の形態を採ることにより、第１の実施の形態を採る場合と較べて製造コストを低く抑えることが可能になる。

（第４の実施の形態）
同一形状の二つのフェライトコアを組み合わせて使用する場合のフェライトコアは、図１４および図１５に示すように構成することができる。図１４および図１５において、図１～図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１４に示すフェライトコア５１は、図５～図１３に示すフェライトコア３３とは３箇所で異なり、その他は同一となるように形成されている。３箇所の相違点のうち、第１の相違点は、軸３６の外径である。この実施の形態による軸３６は、図５～図１３に示した軸３６より太くなるように形成されている。

第２の相違点は、外周部３４と非開放側面部３５とを分断する切欠き４１の形状である。この切欠き４１は、外周部３４の軸線方向に外周部３４の他端まで延びている。以下においては、切欠き４１の外周部３４を軸線方向に延びる部分を延長部４１ａという。この延長部４１ａの幅（外周部３４の周方向の幅）は、図１５に示すように、軸３６の径方向の一部を挿入することが可能な幅である。なお、この幅は、軸３６の径方向の全体を挿入できるように形成することができる。すなわち、この幅は、軸３６の少なくとも一部を挿入することが可能な幅である。

この第２の相違点の構成を採ることにより、外周部３４の内径を拡げることなく、軸３６の外径を太くすることができる。第３の実施の形態を採る場合、軸３６の外径は、軸３６を切欠き４１から外周部３４内に挿入するために、外周部３４の内径の１／３より細くする必要があった。しかし、この実施の形態においては、外周部３４の内径を変えることなく（外周部３４が大型化することなく）、太い軸３６を切欠き４１から外周部３４内に挿入することができる。軸３６を太く形成することができると、コイル２０の磁束を増やすことが可能になり、近接センサの性能向上を図ることが可能になる。

第３の相違点は、上述した切欠き４１の延長部４１ａとは軸３６を挟んで径方向の反対側に形成された切欠き４４である。切欠き４４は、外周部３４の他端から非開放側面部３５の近傍まで一定の幅で延びるように形成されている。
外周部３４は、この切欠き４４と、切欠き４１の延長部４１ａとによって、周方向において二つに分割されている。このため、外周部３４に切欠き４１の延長部４１ａが形成されているにもかかわらず、外周部３４の周方向において応力の発生状況に偏りが生じることがなくなるから、近接センサの感度を高く保つことができる。

１１，３１…近接センサの検出部、１２…キャップ、１３，３２…フェライトコア組立体、１４…充填剤、１５，３４…外周部、１６，３５…非開放側面部、１６ｂ…軸（第１の軸）、１７，３３，５１…フェライトコア、２０…コイル、３６…軸（第２の軸）、４１…切欠き、４１ａ…延長部、４２…凹部（配線口）、Ｓ…分離用空間。

Claims (5)

1. 円筒状の外周部および前記外周部の一端側をシールドする非開放側面部を有するフェライトコアと、
   前記外周部の中に収容されたコイルと、
   前記フェライトコアを前記外周部の他端側から覆うキャップとを備え、
   前記キャップの内部には、充填剤を備え、
   前記外周部と前記非開放側面部との間に、これらが互いに分離する分離用空間が形成され、
   前記分離用空間は、前記外周部の周方向において少なくとも一部に形成されていることを特徴とする検出部を有する近接センサ。
2. 請求項１記載の近接センサの検出部において、
   前記分離用空間は、前記外周部の周方向において全域に形成され、前記外周部と前記非開放側面部とが分割形成されていることを特徴とする近接センサ。
3. 請求項２記載の近接センサの検出部において、
   前記非開放側面部は、前記コイルの軸心部に挿入される第１の軸を有しているとともに、前記コイルの導線を通す配線口を有していることを特徴とする近接センサ。
4. 請求項１記載の近接センサの検出部において、
   前記分離用空間は、前記非開放側面部の一部が残るように前記外周部の前記一端側に形成された切欠きによって構成され、
   前記非開放側面部は、前記外周部とは反対方向に延びる第２の軸と、前記コイルの導線を通す配線口とを有し、
   同一形状の二つの前記フェライトコアを、前記非開放側面部どうしが重なるとともに前記第２の軸が前記分離用空間を通って他方の前記外周部の内部に挿入されるように互いに組み合わせて一つのフェライトコア組立体が構成されていることを特徴とする近接センサ。
5. 請求項４記載の近接センサの検出部において、
   前記切欠きは、前記第２の軸の少なくとも一部を挿入することが可能な幅で前記外周部の軸線方向に他端まで延びていることを特徴とする近接センサ。

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