JP3876604B2

JP3876604B2 - Capacitive proximity sensor

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Publication number: JP3876604B2
Application number: JP2000304225A
Authority: JP
Inventors: 道明谷口
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP2002111469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電容量形近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、静電容量形近接センサは、検出対象物と検出電極との間に発生する静電容量が、両者間の距離によって変動することを利用し、係る静電容量に基づく信号を出力することによって、検出対象物が一定の範囲内に近づいていることを検出するようになっている。
【０００３】
そして、従来の静電容量形近接センサは、プレス加工して別途設けた金属板を用いて検出電極を構成したり、特開平７―２９４６７号公報に示されたように、プリント基板に検出電極を設けたものがある。いずれの場合も、検出電極を含むセンシング部と、センシング部で検出した静電容量に基づく信号を出力する信号処理部とは、分離形成され、両者はシールドケーブルで接続されているか、金属板と基板を半田付けにより接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の静電容量形近接センサは、以下に示す問題があった。すなわち、検出電極を金属板で形成した場合には、センサの組み立て固定が増えるとともに、製品間での特性のばらつきが大きく、組み立て後に調整が必要不可欠となり、安価に製造することができない。さらに、プレス加工で金属板を形成し、その金属板と他の回路等とを組み付けることから、小型化が困難となる。
【０００５】
また、プリント基板を設けるタイプの場合、金属板を用いるものに比べると薄型化が図れる。しかし、検出電極の裏面側（検出面と逆側）に静電容量が発生していると、その裏面側の影響により検出感度が低下してしまう。しかも、係る裏面側の静電容量が変化すると、誤検出の要因となる。
【０００６】
そこで、係る問題を解決するため、検出電極の裏面側に遮蔽電極を設け、遮蔽電極の外側（検出電極との非対向面側）に発生する静電容量が、検出電極で検出されるのを抑止するようにしたものがある。そして、そのままでは、遮蔽電極やシールドケーブルと、検出電極の間に発生する静電容量が非常に大きくなる。そこで、遮蔽電極並びにシールドケーブルの双方に対し、検出電極と同位相の電流を印加し、係る遮蔽電極等との間で発生する静電容量を打ち消すようにしている。
【０００７】
ところで、実際に上記した静電容量を打ち消すために同位相の電圧を印加するためには、大きな容量性負荷を駆動可能な高速アンプを用いる必要がある。すると、センサが高価なものとなってしまう。さらに、センシング部と、信号処理部とが離れているため、外来ノイズを受けやすく、また、外部に不要輻射ノイズを出射し、センサ全体が大型化するという問題を有している。
【０００８】
この発明は、外来ノイズに対する安定度が高く、不要輻射ノイズが少なく、薄型化・軽量化を図りつつ、安価に構成することができる静電容量形近接センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による静電容量形近接センサは、第１の絶縁部材の一方の側に形成された検出電極と、前記第１の絶縁部材の他方の面に、前記検出電極と対向するように形成された遮蔽電極と、第２の絶縁部材を介して、前記遮蔽電極と対向するように配置された接地電極とを備えた基板を有し、前記検出電極と前記遮蔽電極に対し、同位相の電流を供給するための増幅回路と、前記検出電極と物体との間の静電容量の変化に応じて発振状態が変化する発振回路を含む信号処理回路を前記基板に一体に形成し、前記信号処理回路は、第３の絶縁部材を介して前記接地電極と対向する位置に形成するように構成した。「発振状態の変化」は、発振周波数の変化や、発振振幅の変化等がある。
【００１０】
検出電極は、主電極という用語を用いて表現することができる。この場合に、遮蔽電極は、補助電極という用語を用いて表現することができる。絶縁部材は、各種の材質のものを適用することができるが、例えば、エポキシ基板や、フレキシブル基板などを用いることもできる。エポキシ基板の場合には、一般のプリント基板（プリント配線板）に用いられるもので、多層プリント基板の製造プロセスを用いて、本発明の静電容量形近接センサを容易に製造することができる。また、フレキシブル基板を用いた場合には、可撓性を有し湾曲させることができるので、取り付け面が曲面その他の平坦でない場合に、その取り付け面の形状に沿って密着させることができる。もちろん、上記例示した２つのもの以外にも各種の絶縁部材を用いることができる。
【００１１】
また、本発明で言うところの「基板」とは、板状のものをさし、各電極や信号処理回路が１つの基板として一体的に形成されていることを特定するために用いている。従って、硬さは問わず、可撓性を有し湾曲などの変形するものでも良い。従って、「○○基板」や、「○○板」等と称されるものはもちろんのこと、「シート」，「フィルム」等と称されるものも、本発明で言う「基板」に含まれる。
【００１２】
さらに、検出電極と、遮蔽電極及び接地電極の寸法形状の関係であるが、好ましくは、検出電極よりも、遮蔽電極及び接地電極の方を大きくすることである。但し、本発明は必ずしも大きくする必要はなく、同一形状でも良いし、大小関係を逆にしてもよい。
【００１３】
この発明によると、検出電極と遮蔽電極との間で、検出電極の裏面側（遮蔽電極側）に発生する静電容量の影響を抑制し、検出電極と物体間の静電容量により発振状態が決定されるようになる。さらに、接地電極を設けることにより、検出電極の裏面側の電界の影響を無くし、ノイズに強くなる。
【００１４】
さらに、信号処理回路も１つの基板に一体的に形成したので、従来必要不可欠であったシールド線も不要となり、外来ノイズの影響，外部への不要輻射の放射が可及的に抑制できる。しかも、増幅回路も、高価な高速アンプを用いる必要が無く、安価にセンサを構成できる。また、一体に形成するため、小型化・薄型化が図れるばかりでなく、組み立てばらつきも小さく、製造後の調整をすることなく所望の精度・特性が得られる。もちろん、調整してより良くすることはかまわない。
【００１５】
この発明によれば、前記信号処理回路は、第３の絶縁部材を介して前記接地電極と対向する位置に形成されるように構成したため、３枚の電極並びに信号処理回路が積層配置されることになり、センサの占有面積が小さくなる。また、信号処理回路で発生するノイズその他も、接地電極によりカットされ、検出電極側に伝わらない。
【００１６】
もっとも、このように４層構造にする必要はなく、例えば、３つの電極を積層した３層構造とし、任意の電極を設けた絶縁部材上に、信号処理回路を構成するようにしても良い。
【００１７】
また、上記した各発明において、信号処理回路を複数層で形成するのも妨げない。さらに、上記した各発明において、電極並び信号処理回路を設けた基板に対し、さらに別の層を一体的に形成することも問わない。
【００１８】
さらに好ましい一実施態様によれば、前記遮蔽電極と、前記増幅回路の出力端子の間に、コンデンサを設けるようにすることである。ここでいう「コンデンサ」は、実施の形態では「減結合コンデンサＣ４」に対応する。遮蔽電極における静電容量が大きくなると、例えば増幅回路で十分な増幅作用が得られず、発振回路の発振が停止するおそれがある。そこで、係るコンデンサを設け、遮蔽電極と増幅回路の結合度合いを減少させ、遮蔽電極に基づく静電容量が増幅回路に与える影響を少なくする。
【００１９】
これにより、遮蔽電極における静電容量を大きくしても、物体が近接したことを検出することが可能となる。つまり、検出電極と、遮蔽電極の距離を短くし、高価な高速アンプを用いることなく薄型化を図ることができる。また、遮蔽電極の面積を大きくすることも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る静電容量型近接センサの第１の実施の形態を示している。同図に示すように、本形態では４層のプリント基板１０を用い、センシング部と信号処理部を一体に形成している。
【００２１】
すなわち、３枚の絶縁体１１により仕切られた４層のプリント配線パターンを、物体検知領域に対向する表面側から順に、第１層，第２層，第３層，第４層のパターンと称すると、第１層のパターンが検出電極１２ａとなり、第２層のパターンが遮蔽電極１２ｂとなり、第３層のパターンが接地電極１２ｃとなり、第４層のパターンが信号処理用配線１２ｄをそれぞれ構成する。そして、それら検出電極１２ａ，遮蔽電極１２ｂ，接地電極１２ｃ並びに信号処理用配線１２ｄは、層状に重なるよう配置される。なお、図示省略するが、プリント基板１０の表面はコーティングされ、絶縁処理されている。つまり、検出電極１２ａが露出することを防止している。
【００２２】
さらに、同図（ｂ）に示すように、検出電極１２ａ，遮蔽電極１２ｂ並びに接地電極１２ｃは、ともに矩形状に形成され、検出電極１２ａのみ一回り小さく設定されている。これにより、検出電極１２ａは、裏面側（検知領域と反対側）が遮蔽電極１２ｂと接地電極１２ｃにより完全に覆われた状態となる。そして、遮蔽電極１２ｂと検出電極１２ａは、同位相の電流が印加されるように構成され、両電極１２ａ，１２ｂ間は、常に一定の電位に保たれ、交流的に見ると両者間に発生する静電容量は無視できる。
【００２３】
また、遮蔽電極１２ｂのさらに裏面側（検出電極１２ａと非対向面側）に、接地電極１２ｃを設けているので、その接地電極１２ｃの裏面側で発生する静電容量は、その接地電極１２ｃで吸収（接地）される。従って、係る裏面側で発生する静電容量は検出電極１２ａには検出されない。また、外来ノイズの影響もカットされる。よって、検出電極１２ａは、その裏面側は遮蔽電極１２ｂ，接地電極１２ｃを積層配置することにより、裏面側に発生する電界の影響を受けなくなり、表面側に存在する物体との間の静電容量を精度良く検知することができるようになる。
【００２４】
さらに、プリント基板１０の他方の表面（検出電極１２ａと反対側の面）には、電子部品１４が実装され、その電子部品１４と信号処理用配線１２ｄとにより、信号処理回路が構成される。
【００２５】
そして、この信号処理回路と、各検出電極１２ａにより、例えば図２に示すような検出回路が構成される。同図に示すように、検出電極１２ａを含む発振回路（ＣＲ発振回路）１５を備え、この発振回路１５は、検出電極１２ａと接地端間に生じる静電容量や、発振回路１５の回路定数等によって決定される発振周波数で発振する。このとき、検出電極１２ａと接地端間に生じる静電容量は、検出電極１２ａの表面側（検出面側）に物体が存在しないときは小さく、物体の近接によって大きくなる。このように静電容量が変化することにより、発振周波数も変動する。
【００２６】
この発振回路１５の出力信号が、次段の周波数弁別部１６に与えられ、その周波数弁別部１６により、出力信号の状態を弁別する。つまり、出力信号の発振周波数がしきい値以上か否かが判断される。これにより、検出電極１２ａに対して一定の距離Ｘより近づいた（接近した）物体を検出する場合に、係る距離Ｘだけ離れた位置に物体が存在した場合の発振回路１５の発振周波数を周波数弁別部１６におけるしきい値に設定すると、物体が近接したか否かの判断が行えることになる。そして、この周波数弁別部１６の出力（弁別結果）が、出力回路１７に与えられる。
【００２７】
出力回路１７は、周波数弁別部１６の弁別状態に従い、外部の機器または回路を制御するものである。つまり、近接したか否かの結果を外部にわかる（利用できる）信号に変換して出力する。
【００２８】
そして、上記した発振回路１５，周波数弁別部１６並びに出力回路１７にて、信号処理回路が構成されている。なお、係る回路の基本的な構成は従来と同様であるので、その詳細な説明を省略する。また、発振回路１５は、検出電極に発生する静電容量値の変化によって発振周波数が変化するものであれば、ＣＲ発振回路に限ることは無く、例えば、ＬＣ発振回路のように、ＣＲ発振回路以外の発振回路でもかまわない。また、周波数弁別部１６における発振周波数計測は、発振周期や発振パルス幅を計測することで代用することもできる。
【００２９】
一方、上記した検出電極１２ａを含む発振回路１５の具体的な回路構成の一例を示すと、図３のようになる。同図に示すように、検出電極１２ａは、トランジスタＱ１のベースに接続され、高インピーダンスとなる。トランジスタＱ１，Ｑ２は増幅器を構成しており、その出力の一部が、抵抗Ｒ２，静電容量Ｃ２を含む帰還回路により帰還されている。この発振回路は物体の近接によって検出電極１２ａと接地端間の静電容量Ｃ２が大きくなると、発振回路１５のループ利得が増大し、発振振幅が大きくなると同時に、検出物体が接近するに従い、発振周波数が低下する。
【００３０】
そして、検出物体がない場合に検出電極１２ａで発生する静電容量の大きさによっては、発振が停止することもある。そこで、抵抗Ｒ５を小さくして、トランジスタＱ２の電流増幅度が大きくなるようにすることにより、検出物体の有無にかかわらず、常時発振させるように設定できる。よって、検出物体までの距離変化を発振周波数変化に変換することができ、上記した図２に示すブロック図を実現できる。また、このときの検出物体までの距離と発振周波数との関係は、図４に示すようになる。このように、発振周波数が変化するように構成すると、発振回路の増幅度調整範囲を広く取ることができ、製造上の調整工程を簡素化できるという利点がある。
【００３１】
もちろん、上記のような抵抗Ｒ５の設定は必須ではなく、検出物体がないときに発振が停止するようになっていても良い。その場合には、発振の有無、或いは一定以上の発振周波数のときに近接したと判断するようになる。
【００３２】
また、遮蔽電極１２ｂには、トランジスタＱ１により、検出電極１２ａと同位相の電流が印加されており、トランジスタＱ１の電流増幅度が十分であると、検出電極１２ａと遮蔽電極１２ｂとの間は、常に一定の電位に保たれ、交流的に見ると、検出電極１２ａと遮蔽電極１２ｂとの間の静電容量は無視できる。なお、本形態では、遮蔽電極１２ｂに検出電極１２ａと同位相の電流を印加するための増幅器は、トランジスタＱ１を用いているが、本発明はこれに限ることは無く、演算増幅器等も使用可能である。
【００３３】
さらに、遮蔽電極１２ｂは、トランジスタＱ１のエミッタに接続されており、出力インピーダンスが小さいので、遮蔽電極１２ｂと接地端間の静電容量Ｃ１の影響を小さく抑えることができる。
【００３４】
そして、上記した発振回路その他の信号処理回路を構成するように、各電極１２ａ〜１２ｃ並びに電子部品１４を結線する。係る結線は、プリント基板１０に形成した配線パターンやスルーホールなどによって構成される。
【００３５】
上記した実施の形態では、発振周波数に基づいて物体の近接の有無を判断するようにしたが、本発明はこれ限ることは無く、例えば、発振回路〜出力される出力信号の振幅に基づいて近接の弁別をするようにしても良い。
【００３６】
すなわち、図５に示すように、検出電極１２ａを含む発振回路（ＣＲ発振回路）１５の出力を検波回路１８に与える。発振回路１５は、上記したように検出電極１２ａと接地端間の静電容量値に応じて発振周波数が変化するとともに、振幅も変化する。そこで、検波回路１８は発振回路１５の発振振幅に応じた直流電圧に変換し、次段の電圧弁別部１９に与える。
【００３７】
電圧弁別部１９は、検波回路１８から与えられる直流電圧と、所定のしきい値を比較して、状態を弁別する。つまり、出力信号の発振振幅に対応する直流電圧がしきい値以上か否かが判断される。これにより、検出電極１２ａに対して一定の距離Ｘより近づいた（接近した）物体を検出する場合に、係る距離Ｘだけ離れた位置に物体が存在した場合の検波回路１８の出力電圧を電圧弁別部１９におけるしきい値に設定すると、物体が近接したか否かの判断が行えることになる。そして、この電圧弁別部１９の出力（弁別結果）が、出力回路１７に与えられる。
【００３８】
出力回路１７は、電圧弁別部１８の弁別状態に従い、外部の機器または回路を制御するものである。つまり、近接したか否かの結果を外部にわかる（利用できる）信号に変換して出力する。
【００３９】
係る振幅変化に基づいて近接を検出するタイプにおける発振回路１５としても、回路構成は図３と同様にすることができる。そして、この図３に示す回路において、抵抗Ｒ５を大きくして、トランジスタＱ２の電流増幅度を小さくする。すると、検出物体が接近するにつれて、発振振幅の変化を大きく取り出すことができ、検出精度が上がる。さらに、この場合の検出物体までの距離と発振振幅との関係は、図６に示すようになる。このように、静電容量Ｃ２の変化に伴い発振振幅が変化するような発振回路にしておくと、発振回路の消費電流を小さくでき、外来ノイズに対する安定性を高めることができる。
【００４０】
本形態によれば、検出方式を何れの手法をとったとしても、プリント基板を用いてセンサ部と信号処理回路を一体に形成したため、薄型化が図れる。しかも、４層のプリント基板１０を用い、検出電極１２ａ，遮蔽電極１２ｂ，接地電極１２ｃ並びに信号処理用配線１２ｄが、積層方向に重なるように配置したため、平面形状も小さくなり、小型化・薄型化を図ることができる。
【００４１】
図７は、本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態では、第１の実施の形態を基本として、トランジスタＱ１と遮蔽電極１２ｂ（Ｃ１）との間に減結合コンデンサＣ３を挿入するようにしている。すなわち、遮蔽電極１２ｂはトランジスタＱ１の出力負荷容量となる。従って、あまり大きすぎると、Ｑ１の増幅作用が十分に得られなくなって発振が停止してしまい、検出電極１２ａが検出物体を検知することが困難になる。従って、例えば検出電極１２ａと遮蔽電極１２ｂとの距離を短くしたり、遮蔽電極１２ｂの大きさを大きくすることが難しい。
【００４２】
そこで、本形態では、減結合コンデンサＣ３を直列に挿入することにより、トランジスタＱ１と遮蔽電極１２ｂとの結合度を小さくする。よって、遮蔽電極１２ｂに比較的大きな静電容量が発生していても、発振出力が得られる。その結果、検出電極１２ａと遮蔽電極１２ｂの距離を短くし、さらになる薄型化を図ることができる。もちろん、遮蔽電極１２ｂの面積を大きくし、大型のセンサを大幅にコストを増大させることなく形成することができる。
【００４３】
なお、上記した各実施の形態において、絶縁体１１は、例えば通常のプリント基板で用いられるエポキシ基板により構成することができる。また、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。特に、フレキシブル基板を用いると、取り付け面にあわせて湾曲させて密着させることができる。よって、例えばパイプの中の液面の高さを検出する場合に、パイプの外周部にフレキシブルタイプの静電容量形センサを貼り付けることができ、測定対象物（液体）との距離を近くして、高感度に検出することができる。
【００４４】
また、上記した実施の形態では、４層のプリント基板を用いて構成したが、本発明はこれに限ることは無く、３層のプリント基板を用いて構成することもできる。すなわち、第１層から第３層までは、上記した実施の形態と同様に検出電極，遮蔽電極，接地電極の順に、それぞれが重なるようにして配置する。そして、それら３つの層のいずれかの層に、信号処理用配線をパターン形成する。
【００４５】
係る構成をとると、平面寸法形状が信号処理用配線を設ける分だけ大きくなるものの、３層プリント基板で済むため、設計並びに製造が容易になり、しかも、さらなる薄型化が図れる。従って、薄さと、平面積（占有面積）の小ささのいずれを優先するかなどの仕様に応じて適宜変更実施すると良い。
【００４６】
次に、上記した静電容量形近接センサの具体的な適用例を説明する。まず、図８，図９は、清涼飲料水等の自動販売機に適用した例を示している。すなわち、自動販売機２１は、その前面上方部に商品投入口２２が設けられ、その商品投入口２２から投入された商品２４が通路に沿って下降移動して商品収納庫２３に貯留される。そして、図省略のコイン投入口から所定の金額分の硬貨が投入された後、商品選択ボタンが押下されると、自動販売機２１の下方に設置された排出口２５から商品が排出されるようになっている。
【００４７】
この種の自動販売機では、商品収納庫２３に商品２４が無くなると、商品選択ボタンに「売り切れ」などの警告が点灯されるようになっている。そして、所定のタイミングでその売り切れになった商品を補充すると、再度販売可能となる。しかし、商品収納庫２３に補充した個数が計数できないため、現在各商品がそれぞれ収納庫に何個残っており、何時頃売り切れになるかの予測をすることはできなかった。これは、従来の近接センサなどでは、肉厚が厚く、自動販売機２１内に設置スペースを確保することが困難であったためである。
【００４８】
そこで、図９に示すように、商品投入口２２に続く経路に、本発明に係る静電容量形近接センサ２６を配置し、通過する商品２４を検出することにより、商品収納庫２３へ転がり落ちる商品２４の個数を計数する。一方、販売されて商品収納庫２３から排出された商品の個数も検出できる。従って、それら２つの情報から各商品収納庫２３に残っている商品２４の在庫数を求めることができる。さらに、そのように在庫数を求めることにより、たとえば、係る在庫数が一定の数量以下になった場合に、所定の通信回線を用いて自動販売機２１と離れた位置に設置された配送センタその他の管理局等に連絡すると、売り切れになる前に商品の供給を行うことができる。
【００４９】
本発明の静電容量形近接センサによれば、センサ部と信号処理部とが１枚の基板で構成されているので、非常に薄く、図示するような商品投入口付近の通路に設置することができる。さらに、静電容量形であるので、対象商品の材質が金属以外のガラス瓶やプラスチックなどの商品用の自動販売機に対しても適用できるので好ましい。
【００５０】
また、図１０は、自動販売機等に用いる硬貨収納部３０に本発明に係る静電容量形センサを含むセンサユニット３１を取り付け、その硬貨収納部３０に貯留されている硬貨３２の有無を検出するようにしている。
【００５１】
すなわち、このセンサユニット３１は、図１１に示すように、１枚のプリント基板３３上に、４つのセンサ（図では、４つの検出電極１２ａを示しており、その後ろ側に各電極並びに信号処理部が配置される）を並列配置し、各センサの出力端子をコード３４を介してコネクタ３５に接続する。また、プリント基板３３は、直方体状のケース３６内に収納された構造をとっている。
【００５２】
硬貨収納部３０は、硬貨３２の形に沿って曲面形状（筒状）をしているので、センサの取り付け面となる硬貨収納部３０の下方の外側面に面取り部３０ａを設け、平坦面としている。そして、この面取り部３０ａにセンサユニット３１のケース３６を面接触させて取り付ける。この時、ケース３６内のプリント基板３３に設けた検出電極１２ａは、それぞれ面取り部３０ａに対向するように調整されている。そして、検出システム上位への配線が、コネクタ３５付きのコード３４により、接続できるようにしている。
【００５３】
これにより、面取り部３０ａの裏側に硬貨３２が存在している場合には、その硬貨３２と、対向する検出電極１２ａ間の静電容量が大きくなり、硬貨が近接、つまり硬貨が所定量以上残っていると判断できる。そして、硬貨が無くなると、係る静電容量が小さくなり、釣銭切れを知らせることができる。
【００５４】
この適用例においても、本発明の静電容量形センサは、肉薄にできるので、このセンサユニットを取り付けた硬貨収納部を実装する自動販売機の厚さも薄くできる。
【００５５】
なお、面取り部３０ａは、センサユニット３１の取り付けの容易性を図るとともに、検出電極１２ａと硬貨との距離を接近させるための効果も図るために設けている。従って、必ずしも面取り部を設ける必要はない。
【００５６】
上記した適用例では、４つの検出電極（センサ）を１枚のプリント基板に一体に形成した例を示したが、各センサを１枚ずつ形成し、取り付けてももちろん良い。また、各電極を分離するための絶縁体としてエポキシ基板を設けたため、センサ全体も平板状となったが、例えば、絶縁体としてフレキシブル基板を用いることにより、硬貨収納部３０の形状に合わせて湾曲させて取り付けるようにしてもよい。
【００５７】
図１２は、別の利用形態を示している。すなわち、メダル遊技機本体４１の前面の裏側に、遊技媒体（メダル）の補給機４２を取り付けた例を示している。この補給機４２は、上方空間がメダルを貯留しておくホッパー４２ａとなり、メダル遊技機において入賞すると、その賞品としてホッパー４２ａ内に貯留されたメダルから、所定枚数分だけ排出されるようになっている。つまり、補給機４２の下方に設けたモータ４２ｂが回転することにより、搬送機構４２ｃが回転動作し、ホッパー４２ａ内のメダルを搬送し、排出口４２ｄからメダルを１枚ずつ排出する。そして、その排出口４２ｄから排出されたメダル４４は、搬出通路４５内を通ってメダル遊技機本体４１の前面下方に設置された受け皿４６内に至るようになっている。
【００５８】
ところで、補給機４２のホッパー４２ａ内には、ある程度の量のメダルを貯留しておく必要があるものの、必要以上に多く貯留されるとそこで詰まってしまう。そこで、ホッパー４２ａ内のメダルあふれ（オーバーフロー）を防止するため、本例ではホッパー４２ａの天面に、本発明の静電容量形近接センサ４７を取り付けた。これにより、ホッパー４２ａ内にメダルが貯留され続けると、貯留されたメダルの上面位置が上昇し、ホッパー４２ａの天面に近づく。そこで、そのメダルの上面が近接したことを静電容量形近接センサ４７により検出することにより、ホッパー４２ａ内への新たなメダルの供給を停止する。
【００５９】
また、上記のようにメダルの排出に伴いポッパー４２ａ内に貯留されるメダルの上面位置が低下すると、それを静電容量形近接センサ４７で検出（近接する物体がないことを検出）し、それを受けてホッパー４２ａ内への新たなメダルの供給を開始するように制御できる。
【００６０】
なお、静電容量形近接センサ４７の設置位置は、上記したように天面にするものに限ることは無く、例えば図１２中二点鎖線で示すように、側面上方に設置することもできる。さらに、それらとは別にホッパー４２ａの下方位置にも設け、その下方位置に設けた静電容量形近接センサでメダルを検出できなくなった時にポッパー内へのメダルの供給を開始するようにすることもできる。いずれの場合も、センサが１枚の基板で構成されており、小型で薄型なものであるので、設置に場所を取らず、複数個設置することも可能となる。
【００６１】
図１３，図１４は、さらに別の適用例を示している。本形態は、タンク５０内に貯留されている液体５１の液面５１ａを検出するものである。すなわち、タンク５０の上下位置に連通するバイパス管５２を設ける。これにより、バイパス管５２内にも液体５１が流入し、バイパス管５２内の液体５１の液面５１ａは、タンク５０内の液面と等しくなる。従って、バイパス管５２内の液面を検知すべく、そのバイパス管５２の外側面所定位置に、本発明の静電容量形近接センサ５３を取り付けた。
【００６２】
この時、ここで利用する静電容量形近接センサ５３は、絶縁体としてフレキシブル基板を用いているので、センサ取り付け面であるバイパス管５２の外周面に沿って密着させることができる。これにより、測定対象物（液体）との距離を近くすることができ、高感度に検出することができる。
【００６３】
なお、静電容量形近接センサ５３は、上下に配置された結束バンド５４，すべり止めチューブ５５により、所望の高さ位置に固定される。また、符合５３ａは、静電容量形近接センサ５３に対して電源供給する電源コードである。
【００６４】
また、この図示の例では、静電容量形近接センサを１個設け、液面が所定の位置に有るか否かを判断するものに適用した例を説明したが、例えば図１５に示すように、バイパス管５２に対し、２個の静電容量形近接センサ５３′，５３″を上下に所定の間隔をおいて取り付け、「所望の液面にある（静電容量形近接センサ５３″のみＯＮ）」，「所望の液面より高い（２つの静電容量形近接センサ５３′，５３″がＯＮ）」，「所望の液面より低い（２つの静電容量形近接センサ５３′，５３″がＯＦＦ）」の３つの状態を弁別することもできる。
なお、本発明に係る静電容量形近接センサは、上記した利用形態に限ることなく、各種の分野において近接センサとして適用できるのはもちろんである。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、検出電極，遮蔽電極並びに接地電極をその順で層状に配置して１つの基板で構成し、さらに信号処理回路もその基板上に配置したため、センサが１つの基板で構成することができ、外来ノイズに対する安定度が高く、不要輻射ノイズが少なく、薄型化・軽量化を図りつつ、安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電容量形近接センサの好適な第１の実施の形態を示す外観図である。
【図２】本発明に係る静電容量形近接センサの好適な第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】電極と発振回路を示す回路図である。
【図４】図３に示すセンサにおける検出物体までの距離と発振周波数の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る静電容量形近接センサの好適な第１の実施の形態の別の例を示すブロック図である。
【図６】図５に示すセンサにおける検出物体までの距離と発振周波数の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る静電容量形近接センサの好適な第２の実施の形態の要部を示す電極と発振回路を示す回路図である。
【図８】本発明の静電容量形近接センサを自動販売機に適用した例を示す図である。
【図９】本発明の静電容量形近接センサを自動販売機に適用した例を示す図である。
【図１０】本発明の静電容量形近接センサを自動販売機に適用した例を示す図である。
【図１１】本発明の静電容量形近接センサを自動販売機に適用した例を示す図である。
【図１２】本発明の静電容量形近接センサをメダル遊技機に適用した例を示す図である。
【図１３】本発明の静電容量形近接センサを液面検出システムに適用した例を示す図である。
【図１４】本発明の静電容量形近接センサを液面検出システムに適用した例を示す図である。
【図１５】本発明の静電容量形近接センサを液面検出システムに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
１０プリント基板
１１絶縁体（第１〜第３の絶縁部材）
１２ａ検出電極
１２ｂ遮蔽電極
１２ｃ接地電極
１２ｄ信号処理用配線
１４電子部品
１５発振回路
１６周波数弁別部
１７出力回路
１８検波回路
１９電圧弁別部
２６静電容量形近接センサ
３１センサユニット
４７静電容量形近接センサ
５３，５３′，５３″ 静電容量形近接センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitive proximity sensor.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a capacitance-type proximity sensor uses the fact that the capacitance generated between a detection object and a detection electrode varies depending on the distance between the two, so that the capacitance By outputting a signal based on this, it is detected that the detection object is approaching within a certain range.
[0003]
In the conventional capacitive proximity sensor, the detection electrode is configured by using a metal plate separately formed by pressing, or the detection electrode is formed on a printed circuit board as disclosed in JP-A-7-29467. There is something that provided. In either case, the sensing unit including the detection electrode and the signal processing unit that outputs a signal based on the capacitance detected by the sensing unit are separately formed and both are connected by a shielded cable or a metal plate The boards are connected by soldering.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional capacitive proximity sensor has the following problems. That is, when the detection electrode is formed of a metal plate, the assembly and fixing of the sensor are increased, and the variation in characteristics between products is large, so that adjustment after assembly is indispensable and cannot be manufactured at low cost. Furthermore, since a metal plate is formed by press working and the metal plate and other circuits are assembled, miniaturization becomes difficult.
[0005]
Further, in the case of a type in which a printed board is provided, the thickness can be reduced as compared with a type using a metal plate. However, if a capacitance is generated on the back side of the detection electrode (opposite to the detection surface), the detection sensitivity is lowered due to the influence of the back side. In addition, if the capacitance on the back side changes, it becomes a cause of erroneous detection.
[0006]
Therefore, in order to solve such a problem, a shield electrode is provided on the back surface side of the detection electrode, and the capacitance generated on the outside of the shield electrode (on the surface not facing the detection electrode) is detected by the detection electrode. There is something that has been made to deter. As it is, the capacitance generated between the shield electrode or shield cable and the detection electrode becomes very large. Therefore, a current having the same phase as that of the detection electrode is applied to both the shield electrode and the shield cable so as to cancel the capacitance generated between the shield electrode and the like.
[0007]
By the way, in order to actually apply the voltage of the same phase in order to cancel the above-described capacitance, it is necessary to use a high-speed amplifier capable of driving a large capacitive load. Then, the sensor becomes expensive. Further, since the sensing unit and the signal processing unit are separated from each other, there is a problem that external noise is easily received, and unnecessary radiation noise is emitted to the outside, and the entire sensor is increased in size.
[0008]
It is an object of the present invention to provide a capacitive proximity sensor that is highly stable against external noise, has little unwanted radiation noise, and can be configured at low cost while being thin and light.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The capacitance type proximity sensor according to the present invention is formed on one side of the first insulating member and on the other surface of the first insulating member so as to face the detection electrode. A substrate having a shield electrode and a ground electrode disposed so as to face the shield electrode with a second insulating member interposed therebetween, and current in phase with respect to the detection electrode and the shield electrode A signal processing circuit is integrally formed on the substrate, including an amplifier circuit for supplying a voltage and an oscillation circuit whose oscillation state changes in response to a change in capacitance between the detection electrode and the object The signal processing circuit is formed at a position facing the ground electrode via a third insulating member. “Change in oscillation state” includes a change in oscillation frequency, a change in oscillation amplitude, and the like.
[0010]
The detection electrode can be expressed using the term main electrode. In this case, the shielding electrode can be expressed using the term auxiliary electrode. As the insulating member, various materials can be used. For example, an epoxy substrate, a flexible substrate, or the like can be used. In the case of an epoxy substrate, it is used for a general printed circuit board (printed wiring board), and the capacitive proximity sensor of the present invention can be easily manufactured using a manufacturing process of a multilayer printed circuit board. Further, when a flexible substrate is used, the flexible substrate can be curved and flexible, so that when the mounting surface is not curved or otherwise flat, it can be closely attached along the shape of the mounting surface. Of course, various insulating members other than the two exemplified above can be used.
[0011]
The “substrate” referred to in the present invention means a plate-like material, and is used to specify that each electrode and signal processing circuit are integrally formed as one substrate. Therefore, it may be flexible and deformed, such as curved, regardless of hardness. Accordingly, not only “XX substrate”, “XX plate”, etc., but also “sheet”, “film”, etc. are also included in the “substrate” in the present invention. .
[0012]
Further, the relationship between the size of the detection electrode and the shielding electrode and the ground electrode is preferably set such that the shielding electrode and the ground electrode are larger than the detection electrode. However, the present invention does not necessarily need to be enlarged, the same shape may be used, and the magnitude relationship may be reversed.
[0013]
According to the present invention, the influence of the electrostatic capacitance generated on the back surface side (shielding electrode side) of the detection electrode is suppressed between the detection electrode and the shielding electrode, and the oscillation state is caused by the electrostatic capacitance between the detection electrode and the object. To be determined. Furthermore, by providing the ground electrode, the influence of the electric field on the back surface side of the detection electrode is eliminated, and it becomes strong against noise.
[0014]
Further, since the signal processing circuit is integrally formed on one substrate, the shield wire that has been indispensable in the past is not required, and the influence of external noise and the radiation of unnecessary radiation to the outside can be suppressed as much as possible. Moreover, the amplifier circuit does not need to use an expensive high-speed amplifier, and the sensor can be configured at a low cost. In addition, since they are integrally formed, not only can the size and thickness be reduced, but also variations in assembly are small, and desired accuracy and characteristics can be obtained without adjustment after manufacture. Of course, you can adjust it to make it better.
[0015]
This departure Clearly According to the present invention, the signal processing circuit is formed at a position facing the ground electrode via the third insulating member. 3 configured The electrode and the signal processing circuit are laminated and the area occupied by the sensor is reduced. Further, noise generated in the signal processing circuit is also cut by the ground electrode and is not transmitted to the detection electrode side.
[0016]
However, it is not necessary to have a four-layer structure in this way. For example, a three-layer structure in which three electrodes are stacked may be used, and a signal processing circuit may be configured on an insulating member provided with an arbitrary electrode.
[0017]
In each of the above-described inventions, it is not hindered to form the signal processing circuit with a plurality of layers. Furthermore, in each of the above-described inventions, it does not matter whether another layer is integrally formed on the substrate provided with the electrode arrangement signal processing circuit.
[0018]
According to a further preferred embodiment, a capacitor is provided between the shielding electrode and the output terminal of the amplifier circuit. The “capacitor” here corresponds to “decoupling capacitor C4” in the embodiment. When the electrostatic capacitance in the shielding electrode is increased, for example, the amplification circuit cannot obtain a sufficient amplification action, and there is a possibility that the oscillation of the oscillation circuit stops. Therefore, such a capacitor is provided to reduce the degree of coupling between the shield electrode and the amplifier circuit, thereby reducing the influence of the capacitance based on the shield electrode on the amplifier circuit.
[0019]
As a result, even when the electrostatic capacitance of the shielding electrode is increased, it is possible to detect that the object is close. That is, the distance between the detection electrode and the shielding electrode can be shortened, and the thickness can be reduced without using an expensive high-speed amplifier. It is also possible to increase the area of the shielding electrode.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first embodiment of a capacitive proximity sensor according to the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, a four-layer printed circuit board 10 is used, and the sensing unit and the signal processing unit are integrally formed.
[0021]
That is, a four-layer printed wiring pattern partitioned by three insulators 11 is referred to as a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer pattern in order from the surface facing the object detection region. Then, the first layer pattern becomes the detection electrode 12a, the second layer pattern becomes the shielding electrode 12b, the third layer pattern becomes the ground electrode 12c, and the fourth layer pattern constitutes the signal processing wiring 12d. . The detection electrode 12a, the shielding electrode 12b, the ground electrode 12c, and the signal processing wiring 12d are arranged so as to overlap in a layered manner. Although not shown, the surface of the printed circuit board 10 is coated and insulated. That is, the detection electrode 12a is prevented from being exposed.
[0022]
Further, as shown in FIG. 5B, the detection electrode 12a, the shielding electrode 12b, and the ground electrode 12c are all formed in a rectangular shape, and only the detection electrode 12a is set to be slightly smaller. Thereby, the detection electrode 12a is in a state where the back side (the side opposite to the detection region) is completely covered by the shielding electrode 12b and the ground electrode 12c. The shield electrode 12b and the detection electrode 12a are configured so that currents in the same phase are applied, and the electrodes 12a and 12b are always kept at a constant potential, and are generated between the two when viewed in an alternating manner. Capacitance is negligible.
[0023]
Further, since the ground electrode 12c is provided on the back surface side (the surface not facing the detection electrode 12a) of the shielding electrode 12b, the capacitance generated on the back surface side of the ground electrode 12c is the ground electrode 12c. Absorbed (grounded). Therefore, the capacitance generated on the back side is not detected by the detection electrode 12a. Also, the influence of external noise is cut off. Therefore, the detection electrode 12a is not affected by the electric field generated on the back surface side by stacking the shielding electrode 12b and the ground electrode 12c on the back surface side, and the capacitance between the detection electrode 12a and the object existing on the front surface side. Can be accurately detected.
[0024]
Furthermore, an electronic component 14 is mounted on the other surface of the printed board 10 (the surface opposite to the detection electrode 12a), and the electronic component 14 and the signal processing wiring 12d constitute a signal processing circuit.
[0025]
The signal processing circuit and each detection electrode 12a constitute, for example, a detection circuit as shown in FIG. As shown in the figure, an oscillation circuit (CR oscillation circuit) 15 including a detection electrode 12a is provided. This oscillation circuit 15 has a capacitance generated between the detection electrode 12a and a ground terminal, a circuit constant of the oscillation circuit 15, and the like. It oscillates at the oscillation frequency determined by At this time, the electrostatic capacitance generated between the detection electrode 12a and the ground terminal is small when no object is present on the surface side (detection surface side) of the detection electrode 12a, and is increased by the proximity of the object. As the capacitance changes in this way, the oscillation frequency also varies.
[0026]
The output signal of the oscillation circuit 15 is given to the frequency discrimination unit 16 at the next stage, and the frequency discrimination unit 16 discriminates the state of the output signal. That is, it is determined whether or not the oscillation frequency of the output signal is equal to or higher than the threshold value. As a result, when detecting an object that is closer (closer) to the detection electrode 12a than the certain distance X, the oscillation frequency of the oscillation circuit 15 when the object is present at a position separated by the distance X is frequency discriminated. When the threshold value is set in the unit 16, it can be determined whether or not the object is close. The output (discrimination result) of the frequency discriminating unit 16 is given to the output circuit 17.
[0027]
The output circuit 17 controls an external device or circuit according to the discrimination state of the frequency discriminating unit 16. That is, the result of whether or not they are close to each other is converted into a signal that can be seen (utilized) and output.
[0028]
The oscillation circuit 15, the frequency discriminator 16 and the output circuit 17 constitute a signal processing circuit. Since the basic configuration of such a circuit is the same as that of the prior art, detailed description thereof is omitted. The oscillation circuit 15 is not limited to the CR oscillation circuit as long as the oscillation frequency is changed by the change in the capacitance value generated in the detection electrode. For example, the oscillation circuit 15 is a CR oscillation circuit such as an LC oscillation circuit. Other oscillation circuits may be used. The oscillation frequency measurement in the frequency discriminating unit 16 can be substituted by measuring the oscillation period and the oscillation pulse width.
[0029]
On the other hand, an example of a specific circuit configuration of the oscillation circuit 15 including the above-described detection electrode 12a is shown in FIG. As shown in the figure, the detection electrode 12a is connected to the base of the transistor Q1 and has a high impedance. The transistors Q1 and Q2 constitute an amplifier, and a part of the output is fed back by a feedback circuit including a resistor R2 and a capacitance C2. In this oscillation circuit, when the capacitance C2 between the detection electrode 12a and the ground terminal increases due to the proximity of the object, the loop gain of the oscillation circuit 15 increases, the oscillation amplitude increases, and at the same time, the oscillation frequency increases as the detection object approaches. Decreases.
[0030]
The oscillation may stop depending on the capacitance generated by the detection electrode 12a when there is no detection object. Therefore, by reducing the resistance R5 and increasing the current amplification factor of the transistor Q2, it can be set to always oscillate regardless of the presence or absence of the detection object. Therefore, a change in distance to the detection object can be converted into a change in oscillation frequency, and the block diagram shown in FIG. 2 described above can be realized. Further, the relationship between the distance to the detection object and the oscillation frequency at this time is as shown in FIG. As described above, when the oscillation frequency is changed, there is an advantage that the adjustment range of the oscillation circuit can be widened and the adjustment process in manufacturing can be simplified.
[0031]
Of course, the setting of the resistor R5 as described above is not essential, and oscillation may be stopped when there is no detection object. In such a case, it is determined that there is proximity when there is oscillation or when the oscillation frequency is above a certain level.
[0032]
In addition, a current having the same phase as that of the detection electrode 12a is applied to the shielding electrode 12b by the transistor Q1, and if the current amplification factor of the transistor Q1 is sufficient, the gap between the detection electrode 12a and the shielding electrode 12b is The electrostatic potential between the detection electrode 12a and the shielding electrode 12b is negligible when always kept at a constant potential and viewed in an alternating manner. In this embodiment, the transistor Q1 is used as the amplifier for applying the current in phase with the detection electrode 12a to the shielding electrode 12b. However, the present invention is not limited to this, and an operational amplifier or the like can be used. It is.
[0033]
Furthermore, since the shield electrode 12b is connected to the emitter of the transistor Q1 and has a low output impedance, the influence of the capacitance C1 between the shield electrode 12b and the ground terminal can be suppressed to a low level.
[0034]
Then, the electrodes 12a to 12c and the electronic component 14 are connected so as to constitute the above-described oscillation circuit and other signal processing circuits. Such connection is constituted by a wiring pattern, a through hole, or the like formed on the printed circuit board 10.
[0035]
In the above-described embodiment, the presence / absence of the proximity of the object is determined based on the oscillation frequency. However, the present invention is not limited to this, for example, the proximity based on the amplitude of the output signal output from the oscillation circuit. You may make it discriminate.
[0036]
That is, as shown in FIG. 5, the output of the oscillation circuit (CR oscillation circuit) 15 including the detection electrode 12a is given to the detection circuit 18. As described above, the oscillation circuit 15 changes its oscillation frequency and amplitude according to the capacitance value between the detection electrode 12a and the ground terminal. Therefore, the detection circuit 18 converts the voltage into a DC voltage corresponding to the oscillation amplitude of the oscillation circuit 15 and supplies it to the voltage discrimination unit 19 at the next stage.
[0037]
The voltage discriminating unit 19 compares the DC voltage supplied from the detection circuit 18 with a predetermined threshold value to discriminate the state. That is, it is determined whether or not the DC voltage corresponding to the oscillation amplitude of the output signal is greater than or equal to the threshold value. As a result, when detecting an object that is approaching (approaching) a certain distance X with respect to the detection electrode 12a, the output voltage of the detection circuit 18 when the object exists at a position separated by the distance X is voltage-discriminated. When the threshold value is set in the unit 19, it can be determined whether or not the object is close. The output (discrimination result) of the voltage discriminating unit 19 is given to the output circuit 17.
[0038]
The output circuit 17 controls an external device or circuit according to the discrimination state of the voltage discriminating unit 18. That is, the result of whether or not they are close to each other is converted into a signal that can be seen (utilized) and output.
[0039]
The circuit configuration of the oscillation circuit 15 of the type that detects proximity based on the amplitude change can be the same as that shown in FIG. In the circuit shown in FIG. 3, the resistor R5 is increased to reduce the current amplification factor of the transistor Q2. Then, as the detection object approaches, the change in the oscillation amplitude can be greatly extracted, and the detection accuracy increases. Furthermore, the relationship between the distance to the detection object and the oscillation amplitude in this case is as shown in FIG. As described above, when an oscillation circuit whose oscillation amplitude changes with the change in the capacitance C2 is used, the current consumption of the oscillation circuit can be reduced and the stability against external noise can be improved.
[0040]
According to this embodiment, regardless of the detection method, the sensor unit and the signal processing circuit are integrally formed using a printed circuit board, so that the thickness can be reduced. In addition, since the four-layer printed circuit board 10 is used and the detection electrode 12a, the shielding electrode 12b, the ground electrode 12c, and the signal processing wiring 12d are arranged so as to overlap in the stacking direction, the planar shape is also reduced, and the size and thickness are reduced. Can be achieved.
[0041]
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the decoupling capacitor C3 is inserted between the transistor Q1 and the shielding electrode 12b (C1) based on the first embodiment. That is, the shielding electrode 12b becomes an output load capacity of the transistor Q1. Therefore, if it is too large, the amplification effect of Q1 cannot be sufficiently obtained and the oscillation stops, and it becomes difficult for the detection electrode 12a to detect the detection object. Therefore, for example, it is difficult to shorten the distance between the detection electrode 12a and the shielding electrode 12b or increase the size of the shielding electrode 12b.
[0042]
Therefore, in this embodiment, the degree of coupling between the transistor Q1 and the shielding electrode 12b is reduced by inserting the decoupling capacitor C3 in series. Therefore, an oscillation output can be obtained even if a relatively large capacitance is generated in the shielding electrode 12b. As a result, the distance between the detection electrode 12a and the shielding electrode 12b can be shortened and further thinning can be achieved. Of course, the area of the shielding electrode 12b can be increased, and a large sensor can be formed without significantly increasing the cost.
[0043]
In each of the above-described embodiments, the insulator 11 can be composed of, for example, an epoxy substrate used for a normal printed board. Further, a flexible substrate having flexibility may be used. In particular, when a flexible substrate is used, it can be bent and closely adhered to the mounting surface. Therefore, for example, when detecting the height of the liquid level in the pipe, a flexible capacitive sensor can be attached to the outer periphery of the pipe, and the distance from the measurement object (liquid) can be reduced. Therefore, it can be detected with high sensitivity.
[0044]
In the above-described embodiment, the four-layer printed board is used. However, the present invention is not limited to this, and the three-layer printed board can also be used. That is, from the first layer to the third layer, the detection electrode, the shielding electrode, and the ground electrode are arranged so as to overlap each other in the same manner as in the above-described embodiment. Then, signal processing wiring is pattern-formed on any one of these three layers.
[0045]
With such a configuration, although the planar dimension and shape are increased by providing the signal processing wiring, a three-layer printed circuit board is sufficient, so that design and manufacturing are facilitated, and further reduction in thickness can be achieved. Accordingly, it is preferable to appropriately change according to the specifications such as whether to give priority to the thinness or the small flat area (occupied area).
[0046]
Next, a specific application example of the above-described capacitive proximity sensor will be described. First, FIG. 8, FIG. 9 has shown the example applied to vending machines, such as a soft drink. That is, the vending machine 21 is provided with a product insertion port 22 in the upper front portion thereof, and the product 24 input from the product input port 22 moves down along the passage and is stored in the product storage 23. When a predetermined amount of coins is inserted from a coin insertion slot (not shown) and then the product selection button is pressed, the product is discharged from the discharge opening 25 installed below the vending machine 21. It has become.
[0047]
In this type of vending machine, when there is no product 24 in the product storage 23, a warning such as “sold out” is lit on the product selection button. Then, when the sold-out product is replenished at a predetermined timing, it can be sold again. However, since the number of items replenished in the product storage 23 cannot be counted, it was impossible to predict how many of each product are currently left in the storage and when the product will be sold out. This is because a conventional proximity sensor or the like is thick and it is difficult to secure an installation space in the vending machine 21.
[0048]
Therefore, as shown in FIG. 9, the capacitive proximity sensor 26 according to the present invention is arranged in the path following the product insertion slot 22, and the product 24 passing through is detected, thereby rolling down to the product storage 23. The number of products 24 is counted. On the other hand, the number of products sold and discharged from the product storage 23 can also be detected. Therefore, the stock quantity of the product 24 remaining in each product storage 23 can be obtained from these two pieces of information. Further, by obtaining the stock quantity in this way, for example, when the stock quantity falls below a certain quantity, a delivery center or the like installed at a position away from the vending machine 21 using a predetermined communication line. If you contact the management office, you can supply goods before they are sold out.
[0049]
According to the capacitive proximity sensor of the present invention, since the sensor unit and the signal processing unit are configured by a single substrate, it is very thin and should be installed in the passage near the product inlet as shown in the figure. Can do. Furthermore, since it is an electrostatic capacity type, it can be applied to vending machines for products such as glass bottles and plastics other than metals, which is preferable.
[0050]
FIG. 10 shows a sensor unit 31 including a capacitive sensor according to the present invention attached to a coin storage unit 30 used in a vending machine or the like, and detects the presence or absence of coins 32 stored in the coin storage unit 30. Like to do.
[0051]
That is, as shown in FIG. 11, this sensor unit 31 has four sensors (in the figure, four detection electrodes 12a are shown on one printed circuit board 33, and each electrode and signal processing are shown on the rear side thereof. Are arranged in parallel, and the output terminal of each sensor is connected to the connector 35 via the cord 34. The printed circuit board 33 has a structure housed in a rectangular parallelepiped case 36.
[0052]
Since the coin storage unit 30 has a curved surface shape (cylindrical shape) along the shape of the coin 32, a chamfered portion 30a is provided on the outer surface below the coin storage unit 30 serving as a mounting surface of the sensor as a flat surface. Yes. The case 36 of the sensor unit 31 is attached to the chamfered portion 30a in surface contact. At this time, the detection electrodes 12a provided on the printed circuit board 33 in the case 36 are adjusted so as to face the chamfered portions 30a, respectively. The upper wiring of the detection system can be connected by a cord 34 with a connector 35.
[0053]
Thereby, when the coin 32 exists in the back side of the chamfered part 30a, the electrostatic capacity between the coin 32 and the detection electrode 12a which opposes becomes large, a coin adjoins, ie, a coin remains more than predetermined amount. Can be judged. And when a coin is lost, the electrostatic capacity concerned becomes small and can notify that a change has run out.
[0054]
Also in this application example, since the capacitance type sensor of the present invention can be made thin, the thickness of the vending machine on which the coin storage unit to which the sensor unit is attached can be reduced.
[0055]
The chamfered portion 30a is provided for the purpose of facilitating the attachment of the sensor unit 31 and also for the effect of bringing the distance between the detection electrode 12a and the coin closer. Therefore, it is not always necessary to provide a chamfered portion.
[0056]
In the application example described above, an example is shown in which four detection electrodes (sensors) are integrally formed on one printed circuit board, but each sensor may be formed and attached one by one. In addition, since the epoxy substrate is provided as an insulator for separating each electrode, the entire sensor is also flat. For example, by using a flexible substrate as the insulator, the sensor is curved in accordance with the shape of the coin storage unit 30. You may make it attach.
[0057]
FIG. 12 shows another usage pattern. That is, an example in which a game medium (medal) supply machine 42 is attached to the back side of the front surface of the medal gaming machine main body 41 is shown. In this replenishing machine 42, the upper space becomes a hopper 42a for storing medals, and when a prize is won in the medal gaming machine, a predetermined number of medals are discharged from the medals stored in the hopper 42a as a prize. Yes. That is, when the motor 42b provided below the replenisher 42 rotates, the transport mechanism 42c rotates, transports medals in the hopper 42a, and discharges medals one by one from the discharge port 42d. And the medal 44 discharged | emitted from the discharge port 42d reaches the inside of the receiving tray 46 installed in the front lower side of the medal game machine main body 41 through the carrying-out channel | path 45. FIG.
[0058]
By the way, although it is necessary to store a certain amount of medals in the hopper 42a of the replenishing machine 42, the hopper 42a is clogged when it is stored more than necessary. Therefore, in order to prevent overflow of medals in the hopper 42a, the capacitive proximity sensor 47 of the present invention is attached to the top surface of the hopper 42a in this example. Accordingly, when medals continue to be stored in the hopper 42a, the upper surface position of the stored medals rises and approaches the top surface of the hopper 42a. Therefore, the supply of a new medal into the hopper 42a is stopped by detecting the proximity of the upper surface of the medal by the capacitive proximity sensor 47.
[0059]
Further, when the upper surface position of the medal stored in the popper 42a is lowered as the medal is discharged as described above, it is detected by the capacitive proximity sensor 47 (detects that there is no object close to it), In response to this, it is possible to control to start supplying a new medal into the hopper 42a.
[0060]
Note that the installation position of the capacitive proximity sensor 47 is not limited to the top surface as described above, and may be installed above the side surface as indicated by a two-dot chain line in FIG. 12, for example. In addition, a medal may be provided at a lower position of the hopper 42a, and supply of the medal into the popper may be started when a medal cannot be detected by the capacitive proximity sensor provided at the lower position. it can. In either case, since the sensor is composed of a single substrate and is small and thin, a plurality of sensors can be installed without taking up space.
[0061]
13 and 14 show still another application example. In this embodiment, the liquid level 51a of the liquid 51 stored in the tank 50 is detected. That is, a bypass pipe 52 communicating with the upper and lower positions of the tank 50 is provided. Thereby, the liquid 51 also flows into the bypass pipe 52, and the liquid level 51 a of the liquid 51 in the bypass pipe 52 becomes equal to the liquid level in the tank 50. Therefore, in order to detect the liquid level in the bypass pipe 52, the capacitive proximity sensor 53 of the present invention is attached to a predetermined position on the outer surface of the bypass pipe 52.
[0062]
At this time, since the capacitive proximity sensor 53 used here uses a flexible substrate as an insulator, it can be brought into close contact with the outer peripheral surface of the bypass pipe 52 which is a sensor mounting surface. Thereby, the distance with a measurement object (liquid) can be shortened, and it can detect with high sensitivity.
[0063]
The capacitive proximity sensor 53 is fixed at a desired height position by a binding band 54 and a non-slip tube 55 arranged above and below. Reference numeral 53 a is a power cord that supplies power to the capacitive proximity sensor 53.
[0064]
In the illustrated example, an example is described in which one capacitive proximity sensor is provided and applied to determine whether or not the liquid level is at a predetermined position. For example, as shown in FIG. , Two electrostatic capacity type proximity sensors 53 'and 53 "are attached to the bypass pipe 52 at a predetermined interval above and below, and" the desired liquid level (only the electrostatic capacity type proximity sensor 53 "is ON). ) ”,“ Higher than desired liquid level (two capacitive proximity sensors 53 ′, 53 ″ are ON) ”,“ Lower than desired liquid level (two capacitive proximity sensors 53 ′, 53 ″) Can be distinguished from each other.
Of course, the capacitive proximity sensor according to the present invention is not limited to the above-described usage mode, and can be applied as a proximity sensor in various fields.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the detection electrode, the shield electrode, and the ground electrode are arranged in that order in the form of a single substrate, and the signal processing circuit is also disposed on the substrate. It has a high stability against external noise, has a small amount of unnecessary radiation noise, and can be constructed at low cost while achieving a reduction in thickness and weight.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing a first preferred embodiment of a capacitive proximity sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a first preferred embodiment of a capacitive proximity sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrode and an oscillation circuit.
4 is a graph showing a relationship between a distance to a detection object and an oscillation frequency in the sensor shown in FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the preferred first embodiment of the capacitive proximity sensor according to the present invention.
6 is a graph showing a relationship between a distance to a detection object and an oscillation frequency in the sensor shown in FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an electrode and an oscillation circuit showing the main part of a second preferred embodiment of a capacitive proximity sensor according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a vending machine.
FIG. 9 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a vending machine.
FIG. 10 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a vending machine.
FIG. 11 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a vending machine.
FIG. 12 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a medal gaming machine.
FIG. 13 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a liquid level detection system.
FIG. 14 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a liquid level detection system.
FIG. 15 is a diagram showing an example in which the capacitive proximity sensor of the present invention is applied to a liquid level detection system.
[Explanation of symbols]
10 Printed circuit board
11 Insulator (first to third insulating members)
12a Detection electrode
12b Shielding electrode
12c Ground electrode
12d Signal processing wiring
14 Electronic components
15 Oscillator circuit
16 Frequency discrimination part
17 Output circuit
18 Detection circuit
19 Voltage discriminator
26 Capacitive proximity sensor
31 Sensor unit
47 Capacitive proximity sensor
53, 53 ', 53 "Capacitive proximity sensor

Claims

A detection electrode formed on one side of the first insulating member;
A shielding electrode formed on the other surface of the first insulating member so as to face the detection electrode;
A substrate including a ground electrode disposed so as to face the shielding electrode via a second insulating member;
A signal including an amplifier circuit for supplying current of the same phase to the detection electrode and the shielding electrode, and an oscillation circuit whose oscillation state changes according to a change in capacitance between the detection electrode and the object Forming a processing circuit integrally with the substrate ;
The capacitance-type proximity sensor , wherein the signal processing circuit is formed at a position facing the ground electrode through a third insulating member .

2. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein each of the insulating members is made of an epoxy substrate.

2. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein each of the insulating members is formed of a flexible substrate.

4. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein a capacitor is provided between the shielding electrode and an output terminal of the amplifier circuit.

The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the change in the oscillation state is a change in an oscillation frequency.

The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the change in the oscillation state is a change in oscillation amplitude.