JP3328705B2

JP3328705B2 - 近接スイッチ

Info

Publication number: JP3328705B2
Application number: JP20598592A
Authority: JP
Inventors: 靖松岡
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH0629816A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコイルの断線による異常
検知機能を有する高周波発振型の近接スイッチに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来高周波発振型の近接スイッチは例え
ば図６（ａ）にその断面図を示すように、円筒形のケー
ス１の一端を検出面１ａとしており、検出面内側にフェ
ライトコア２が取付けられる。フェライトコア２の環状
溝内に検出コイル３が取付けられる。そしてこの検出コ
イル３を含む共振回路の共振周波数で発振する発振回路
と、その発振レベルの低下又は周波数の変化を検知する
検知回路部から成る電子回路がプリント基板４上に実装
されて構成されている。ケース１の空隙部には充填樹脂
５が充填される。ここで検出コイル３は被覆された複数
の素線（ 0.1mmφ以下の銅線）が複数本撚り合わせたリ
ッツ線が用いられる。

【０００３】発振振幅を検出する近接スイッチにおいて
は、図７（ａ）に示すように検出コイルの等価回路にお
いて並列共振回路のアドミタンスＹは次式で示される。Ｙ＝（Ｃ・ｒ）／Ｌここでｒはコイル線の導体抵抗にほぼ等しい。金属物体
が接近すればコイルの損失ｒが増加しアドミタンスＹが
増加するため、これによって金属物体の接近が検出でき
る。このアドミタンスの実数部であるコンダクタンスｇ
と物体までの距離の関係は図７（ｂ）の曲線Ａで示され
る。

【０００４】又発振回路の周波数変化によって物体の近
接を検出する近接スイッチも知られている。図８（ａ）
はこの発振回路の一例を示す回路図である。本図におい
てトランジスタＱ１のコレクタと電源端間には発振コイ
ルＬ及びコンデンサＣ１１，Ｃ１２の直列接続体が並列
接続されており、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の中点がト
ランジスタＱ１のエミッタ側にフィードバックされる。
又トランジスタＱ１のベースには抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の
分圧回路が接続され、バイアス電流が供給される。ここ
で検出コイルＬはインダクタンスをＬ１，直流抵抗をｒ
１とする。そして検出コイルに物体が近接したとき図８
（ｂ）に示すように物体が等価的にコイルＬ２と直流抵
抗ｒ２で示すことができる。ここで相互コンダクタンス
をＭとすれば、発振コイルの両端から見たインピーダン
スは図８（ａ）に示すようにＲｘ，Ｌｘを用いて表すこ
とができる。そして検出物体のうち磁性体金属、例えば
鉄が接近した場合には、検出コイルの抵抗とインダクタ
ンスの変化は、Ｒｘ（鉄）＞Ｒｘ，Ｌｘ（鉄）＞Ｌｘと
なり、検出物体なしの状態と比べて発振周波数は低下し
振幅は減少する。又非磁性金属、例えばアルミニウムが
近接した場合には、検出コイルの抵抗，インダクタンス
変化はＲｘ（Ａｌ）≒Ｒｘ，Ｌｘ（Ａｌ）＜Ｌｘとな
る。これによって検出物体がない状態と比べて発振周波
数は上昇し発振振幅は変化しないこととなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに従来の高周波
発振型近接スイッチは、工場の組立搬送ライン等におい
て金属体の到来を検出するために用いられることが多
い。そのため検出物体６の可動領域と検出ヘッドのクリ
アランスが充分確保されていなかったり、検出物体６の
領域がぶれる場合には、検出物体６がケースの検出面に
接近して接触する恐れがある。又アルミニウム切削機に
取付けられている場合には、切削されたアルミニウムの
切粉が近接スイッチの検出面上に堆積していき、検出物
体６の通過毎に切粉が検出面にこすりつけられる。従っ
て図６（ｂ）に示すようにケースの一部が欠落してコイ
ル３が断線することがある。又近接スイッチの使用環境
は過酷であり、例えば周囲温度−25℃〜70℃の程度の広
範囲で使用されることが多い。又熱を持った油が直接近
接スイッチにかかるような場所で使用されることがあ
る。そのため図６に示すように充填樹脂５をケース１内
に充填しているが、この樹脂の膨張，収縮によるストレ
スがコイル巻線部に加わる。従って検出コイル３のリッ
ツ線が部分的に断線することがある。図７（ｂ）の曲線
において、コイル線の１本の素線が断線すれば、曲線Ａ
から例えば曲線Ｂのように変化する。又更に断線本数が
増加すれば、曲線Ｃに示すようにコンダクタンスが徐々
に上昇するように変化する。図７（ｃ）はコイル素線数
に対する導体抵抗の変化を示すグラフである。従ってい
ずれは断線本数の増加により検出物体が接近しなくても
発振が停止し、物体検知信号が連続的に出力されること
となる。

【０００６】更に周波数検知型の発振回路においてもコ
イル素線の一部が断線した場合には、コイルの抵抗成分
Ｒｘが元のＲｘより高くなる。従って検出物体がない状
態と比べて発振周波数が上昇し振幅は減少する。このた
め断線が生じることによって検出物体がないにもかかわ
らず発振周波数が上昇し、金属物体を検出した信号が出
力される恐れがある。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、コイル素線が部分的に断線した
場合にその予知信号を得ることができるようにすること
を技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、複数の被覆されたコイル素線を撚り合わせて構成さ
れるコイルを含む発振回路を有し、発振回路の発振出力
の変化に基づいて物体を検出する近接スイッチであっ
て、発振回路の発振を停止させたときにコイルの直流抵
抗の変化に基づいて撚り線の部分断線を検出することを
特徴とするものである。

【０００９】本願の請求項２の発明は、複数の被覆され
たコイル素線を撚り合わせて構成されるコイルを含む発
振回路と、所定の間隔で発振回路を駆動する間欠発振制
御回路と、間欠発振毎に発振回路の出力パルス数を計数
する計数回路と、を有する近接スイッチであって、間欠
発振制御回路の制御信号が与えられ、発振回路の発振停
止時に検出コイルの電圧レベルを検出する断線検出部を
具備し、断線検出部の出力に基づいて発振コイルの部分
断線を検知することを特徴とするものである。

【００１０】本願の請求項３の発明では、発振回路は、
第１の抵抗と第１のコンデンサの直列接続体、第１のコ
ンデンサに並列に接続された検出コイル及び第２のコン
デンサの直列接続体、第２のコンデンサに並列に接続さ
れた第２の抵抗、一方の入力端に発振制御信号が与えら
れ、他方の入力端に検出コイルと第２のコンデンサの接
続点が接続され出力端が第１の抵抗に接続された論理回
路を有し、論理回路の出力側が計数回路の入力端に、検
出コイルの一端が断線検出部の入力端に接続されたこと
を特徴とするものである。

【００１１】

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、発振
の停止時にコイルの直流抵抗に基づいて断線を検出して
いる。又本願の請求項２の発明では、発振回路を間欠発
振制御回路によって間欠的に発振させている。そしてそ
の発振をしている間のパルス数を計数して物体の有無を
識別している。発振の停止の間には検出コイルに直流電
圧が加わっているだけであり、その電圧レベルは検出コ
イルの直流抵抗によって変化するため、電圧を検出して
断線を検出するようにしている。更に本願の請求項３の
発明では、発振回路は論理回路の出力側にＣＲ素子を接
続し、そのコンデンサに並列に更にＬＣ素子を接続する
ことによって論理回路の入力に与えられる論理レベルに
よって発振を制御している。この場合に発振停止時には
論理回路の出力側のＨレベルとなるため、発振コイルの
一端の電圧を検出することによってその直流抵抗群、即
ち断線の有無を判別できることとなる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例による近接スイッチ
の全体構成を示すブロック図である。本図において電源
端子１０には定電圧回路１１が接続される。定電圧回路
１１は安定化された一定の電圧Ｖｓを各部に供給するも
のである。この電圧は図示のように基準クロック発生回
路１２，間欠パルス発振回路１３，間欠発振制御回路１
４，タイミング信号発生回路１５に与えられる。又この
基準電圧は発振回路１６にも与えられている。基準クロ
ック発生回路１２は一定周期の基準クロックを発生する
ものであり、間欠パルス発振回路１３はこの信号に基づ
いて間欠パルスを発生するものであって、その出力は間
欠発振制御回路１４に与えられる。間欠発振制御回路１
４は発振回路１６での間欠発振を制御するものである。
発振回路１６は発振コイルＬを有し、間欠発振制御に基
づいて間欠的に発振する回路であって、そのデジタル出
力は計数回路１７に与えられる。計数回路１７は間欠発
振制御信号をゲート信号として発振回路１６の発振パル
ス数を計数するものであり、そのゲート信号の間のパル
ス数によって周波数が計測される。そしてその出力は比
較回路１８に与えられる。比較回路１８は所定の閾値で
計数値を弁別するものであって、所定計数値を越える計
数出力が得られた場合にはラッチ回路１９に出力を与え
る。ラッチ回路１９はタイミング信号発生回路の出力に
基づいて信号を保持するものであり、保持信号は出力回
路２０を介して物体検知信号として出力される。

【００１３】さて本実施例では発振回路１６の発振コイ
ルＬにかかる直流電圧が診断検出部２１に与えられる。
診断検出部２１には間欠発振制御回路１４の間欠発振制
御信号を反転した出力が与えられており、この出力が与
えられている間、即ち発振停止中の発振コイルの直流電
圧が比較回路２２の閾値と比較される。そしてこの閾値
を越える信号が得られた場合には、ラッチ回路２３によ
って保持される。ラッチ回路２３の保持信号は断線診断
出力回路２４を介して外部に断線検知信号として出力さ
れる。

【００１４】図２は本実施例の発振回路１６の構成を示
す回路図である。本図においてナンド回路３１は一方の
入力端に間欠発振制御回路１４から間欠発振制御信号が
与えられている。そしてその出力端は抵抗Ｒ１，コンデ
ンサＣ１の直列接続体を介して接地され、その中点が発
振コイルＬとコンデンサＣ２を介して接地される。又コ
ンデンサＣ２に並列に抵抗Ｒ２が接続されている。ここ
でアンド回路３１は発振回路の発振用増幅器であり、増
幅率を「１」以上にしておけば間欠発振制御信号ａがＨ
レベルの時に正弦波で発振する。この発振周波数は発振
コイルＬの近傍に他の金属体があれば、その距離に応じ
て発振周波数が変化するものである。そしてナンド回路
３１の出力側には方形波の発振出力が得られるため、こ
れを計数回路１７に与えており、発振コイルＬと抵抗Ｒ
１の共通接続端には発振コイルＬの直流電圧に対応した
電圧レベルが得られるため、この出力が比較回路２２に
与えられる。

【００１５】次に本実施例の動作について説明する。図
３は本実施例の各部の波形を示すタイムチャートであ
る。この近接スイッチが動作を開始すると、まず基準ク
ロック発生回路１２からの出力によって間欠パルス発振
回路１３より間欠パルスが発振される。従って間欠発振
制御回路１４より図３（ｂ）に示すような間欠発振制御
信号が出力される。この信号は同時に計数回路１７への
基準ゲート信号となっている。そして図３（ａ）に示す
ように物体がなければ発振回路１６は一定の周波数、例
えば図３（ｃ）に示すように５つのパルスを計数してい
るものとする。この計数出力は比較回路１８によって比
較される。ここで閾値を例えば７としておけば計数出力
はこの値以下であるため、ラッチ回路１９にはＬが出力
される。この信号が図３（ｆ）に示すようにラッチタイ
ミング信号によって保持され、その後計数回路１７の計
数値が図３（ｅ）に示すリセット信号によってリセット
される。

【００１６】さて時刻t₁には非磁性金属であるアルミニ
ウムが検出コイルの近傍に接近していたものとする。そ
うすれば前述したように発振周波数が上昇するため、計
数回路１７に入力されるパルス数は例えば図３（ｃ）に
示すように７又はこれ以上のパルス数が計数される。７
が計数された時点で比較回路１８より比較信号が得られ
る。この信号は図３（ｆ）に示すラッチタイミング信号
によって保持される。従って図３（ｇ），（ｈ）に示す
ようにラッチ回路より保持され、出力回路２０からアル
ミニウムを検知したという物体検知信号が出力されるこ
ととなる。

【００１７】さて時刻t₂以後は非磁性金属が接近せず、
時刻t₃には発振コイルＬの素線が１本断線したものとす
る。この場合には前述したように間欠パルス発振時に発
振回路１６より例えば６個のパルスが計数回路１７に入
力される。このとき比較回路１８の閾値以下であるため
物体検知信号は出力されないが、誤動作状態に近づいて
いる。又時刻t₄にコイル素線が複数本断線した場合に
は、更に発振周波数が高くなる。従って間欠発振の間
に、図３（ｃ）に示すように例えば８つのパルスが計数
されることとなり、比較回路１８より出力が出される。
この場合には図示のように、時刻t₅から誤った物体検知
信号が出力されることとなる。

【００１８】さて図４は発振回路１６及び断線検出部２
１の波形を示すタイムチャートである。本図に示すよう
に間欠発振制御信号ａ及びこれを反転した断線検知制御
信号ｂが間欠発振制御回路１４より出力されている。こ
の制御信号ａが図２に示すナンド回路３１に加わると、
ナンド回路３１はインバータとなって発振回路１６が発
振する。このときナンド回路３１の出力側は図４（ｃ）
に示す方形波の出力が得られるが、発振コイルＬと抵抗
Ｒ１の接続点ｄでは図４（ｄ）に示すように電源電圧Ｖ
ｓを中心とするサイン波の信号が得られる。又間欠発振
制御信号ａによって計数回路１７が動作し、断線検知制
御信号ｂによって比較回路２２が動作する。さて間欠発
振制御信号ａはＬレベルのときに発振が停止し、このと
きナンド回路３１の出力は常にＨレベルとなる。このＨ
レベルが抵抗Ｒ１，発振コイルＬの直流抵抗及び抵抗Ｒ
２によって分圧されることとなる。従って発振停止時に
は、比較回路２２の端子ｄの電圧は図４（ｄ）に示すよ
うにこれらの抵抗値によって定まる一定値に固定され
る。このときの正常の電圧をＶ_A0とする。発振時にのみ
図４（ｅ）に示すように計数回路１７が動作する。

【００１９】さて時刻t₆に発振コイルＬの素線の一部が
断線したものとすれば、その直流抵抗分が増加する。従
って発振停止時の直流電圧レベルが図４（ｄ）に示すよ
うに上昇し、Ｖ_A1となる。この発振停止時にのみ図４
（ｆ），（ｇ）に示すように比較回路２２が動作し、電
圧Ｖ_A1が閾値レベルＶthを越えている場合には比較出力
がラッチ回路２３によって保持される。従って発振コイ
ルＬの直流抵抗の変化に基づいて断線が検知できること
となる。

【００２０】図５は本発明の第２実施例による近接スイ
ッチの全体構成を示すブロック図であり、前述した第１
実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略
する。本実施例では発振回路１６に一定の電流を供給す
る直流電流供給回路４１を設けている。この直流電流供
給回路４１は間欠発振制御信号ｂによって動作し、この
出力がＨレベルの間にのみ定電圧回路１１から発振回路
１６に定電流を供給するものである。そして定電流が供
給されたときに発振コイルＬの直流電圧に対応した電圧
出力が得られる。この電圧出力が前述した診断検出部２
１に与えられる。その他の構成は第１実施例と同様であ
るので詳細な説明を省略する。この場合にも発振コイル
の素線が一部断線したときにその直流抵抗成分が増加す
るため、これによって断線を検知することができる。

【００２１】尚前述した各実施例では、発振回路の検出
コイルの直流電圧を検知する比較回路として一定の閾値
を有する比較回路を用いているが、この閾値を複数設定
するようにしてもよい。こうすればその閾値を選択して
おくことによって検出コイルのコイル素線の断線本数を
検出することも可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、コイル直流抵抗群に基づいてコイル素線の一部の断
線を検出することができる。従って断線数が多くなって
検出不能に至るまでの間に警報出力を出すことができ
る。そのため近接スイッチの信頼性を向上させることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による近接スイッチの全体
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例による発振回路の構成を示す回
路図である。

【図３】本発明の第１実施例の近接スイッチの動作を示
すタイムチャートである。

【図４】本実施例の発振回路及び断線検出部の動作を示
すタイムチャートである。

【図５】本発明の第２実施例による近接スイッチの全体
構成を示すブロック図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は従来の近接スイッチの一例を
示す断面図である。

【図７】（ａ）は従来の近接スイッチの共振回路の等価
回路、（ｂ）は物体までの距離に対するコイルのコンダ
クタンス変化を示すグラフ、（ｃ）は発振コイルの撚り
線数に対する導体抵抗の変化を示すグラフである。

【図８】（ａ）は従来の近接スイッチの発振回路の一例
を示す回路図、（ｂ）は検出コイルの等価回路を示す図
である。

【符号の説明】

１１定電圧回路１２基準クロック発生回路１３間欠パルス発振回路１４間欠発振制御回路１６発振回路１８，２２比較回路１９，２３ラッチ回路２１断線検出部２４断線診断出力回路４１直流電流供給回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被覆されたコイル素線を撚り合わ
せて構成されるコイルを含む発振回路を有し、前記発振回路の発振出力の変化に基づいて物体を検出す
る近接スイッチであって、前記発振回路の発振を停止させたときにコイルの直流抵
抗の変化に基づいて撚り線の部分断線を検出することを
特徴とする近接スイッチ。
【請求項２】複数の被覆されたコイル素線を撚り合わ
せて構成されるコイルを含む発振回路と、所定の間隔で前記発振回路を駆動する間欠発振制御回路
と、前記間欠発振毎に前記発振回路の出力パルス数を計数す
る計数回路と、を有する近接スイッチにおいて、前記間欠発振制御回路の制御信号が与えられ、前記発振
回路の発振停止時に前記検出コイルの電圧レベルを検出
する断線検出部を具備し、前記断線検出部の出力に基づ
いて前記発振コイルの部分断線を検知することを特徴と
する近接スイッチ。
【請求項３】前記発振回路は、第１の抵抗と第１のコ
ンデンサの直列接続体、前記第１のコンデンサに並列に
接続された検出コイル及び第２のコンデンサの直列接続
体、前記第２のコンデンサに並列に接続された第２の抵
抗、一方の入力端に発振制御信号が与えられ、他方の入
力端に前記検出コイルと前記第２のコンデンサの接続点
が接続され出力端が第１の抵抗に接続された論理回路を
有し、前記論理回路の出力側が前記計数回路の入力端に、前記
検出コイルの一端が前記断線検出部の入力端に接続され
たものであることを特徴とする請求項２記載の近接スイ
ッチ。
【請求項４】発振の停止時に前記発振回路の発振コイ
ルに直流電流を供給する直流電流供給回路を含むもので
あることを特徴とする請求項２記載の近接スイッチ。
【請求項５】前記断線検出部は、前記検出コイルに加
わる電圧レベルを検知する比較回路と、前記比較回路の
出力を間欠発振毎に保持するラッチ回路とを含むもので
あることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記
載の近接スイッチ。
【請求項６】前記比較回路は、複数の閾値を有し前記
検出コイルのコイル素線の断線本数を識別するものであ
ることを特徴とする請求項５記載の近接スイッチ。