JP6975285B2 - 静電容量型近接センサ - Google Patents

Description

本発明は、検出対象の接近を静電容量に基づいて検出する静電容量型近接センサに関するものである。

従来から、検出対象の接近を電気的な手段によって検出する近接センサが知られている。また、近接センサは、検出原理の異なる複数種類が検討されており、例えば、特開２００３−２０２３８３号公報（特許文献１）に記載された物体検出装置のように、静電容量に基づいて検出する静電容量型近接センサも知られている。静電容量型近接センサは、導電体である人体などの検出対象がセンサ電極に接近する場合に、検出対象とセンサ電極の間の静電容量の変化に基づいて検出対象の接近を検出する。

特開２００３−２０２３８３号公報

ところで、静電容量型近接センサは、検出精度の向上を図るために、センサ電極の電気的な遮蔽として設けられるグラウンド電極、センサ電極とグラウンド電極の間の静電容量を低減するガード電極等を備える場合がある。この場合に、検出装置は、グラウンド電極に対してセンサ電極と反対側に配置され、検出装置からセンサ電極へのノイズがグラウンド電極によって遮断される。また、検出装置からセンサ電極への電圧の印加，センサ電極から検出装置への検知信号の送信などを実行するために、センサ電極と検出装置はセンサ配線によって接続されている。それゆえ、センサ電極から延び出したセンサ配線は、グラウンド電極を迂回するように側方を回り込んで、検出装置に接続されていた。

ところが、グラウンド電極の側方を回り込むようにセンサ配線を設けると、センサ配線の長さが長くなって、センサ配線に入力されるノイズが大きくなり、検出精度に悪影響を及ぼすおそれがあった。

本発明の解決課題は、センサ配線におけるノイズを低減して、検出対象の接近をより高精度に検出することができる、新規な構造の静電容量型近接センサを提供することにある。

以下、本発明を把握するための好ましい態様について記載するが、以下に記載の各態様は、例示的に記載したものであって、適宜に互いに組み合わせて採用され得るだけでなく、各態様に記載の複数の構成要素についても、可能な限り独立して認識及び採用することができ、適宜に別の態様に記載の何れかの構成要素と組み合わせて採用することもできる。それによって、本発明では、以下に記載の態様に限定されることなく、種々の別態様が実現され得る。

第一の態様は、検出対象の接近を該検出対象とセンサ電極の間の静電容量に基づいて検出する静電容量型近接センサであって、前記センサ電極に対して前記検出対象と反対側に配されて接地されるグラウンド電極と、該センサ電極と該グラウンド電極の間に配されて該センサ電極と同電位とされるガード電極と、該グラウンド電極に対して該センサ電極と反対側に配される検出装置と、該センサ電極と該検出装置をつなぐセンサ配線と、該グラウンド電極を貫通する第一配線挿通孔とを、備え、該センサ配線が該第一配線挿通孔を貫通しており、該センサ配線と該グラウンド電極における該第一配線挿通孔の内周面との距離が、該グラウンド電極と該ガード電極との対向面間距離よりも大きくされているものである。

本態様に従う構造とされた静電容量型近接センサによれば、センサ配線がグラウンド電極を貫通する第一配線挿通孔に挿通されていることにより、センサ配線がグラウンド電極の側方を回り込むように延びる場合よりも、センサ配線の長さを短くすることができる。それゆえ、センサ配線を一方の電極とする静電容量が低減されると共に、センサ配線の移動等によるノイズの発生が抑制される。また、センサ配線がグラウンド電極の側方を回り込むように配される場合に比して、静電容量型近接センサ全体の小型化も実現可能となる。

ところで、センサ配線はセンサ電極と導通されていることから、センサ配線がグラウンド電極に対して接近し過ぎると、センサ配線とグラウンド電極の間の静電容量が検出対象の接近の検出精度に影響するおそれがある。そこで、センサ配線の第一配線挿通孔への挿通部分におけるセンサ配線とグラウンド電極の距離が、グラウンド電極とガード電極との対向面間距離よりも大きくされている。これにより、センサ配線とグラウンド電極の間の静電容量が低減されており、センサ配線とグラウンド電極の間の静電容量が検出対象の接近の検出精度に対して影響し難く、検出対象のセンサ電極への接近を高精度に検出することができる。特に、センサ電極に導通されたセンサ配線が、グラウンド電極に対してガード電極よりも近い位置に配されると、センサ電極の静電容量に基づく検出対象の接近検出に対して、グラウンド電極の影響が大きくなる。それゆえ、センサ配線とグラウンド電極の距離がグラウンド電極とガード電極との対向面間距離よりも大きくされることにより、目的とする検出対象の接近検出に対してグラウンド電極の影響を十分に低減することができる。

第二の態様は、第一の態様に記載された静電容量型近接センサにおいて、前記ガード電極を貫通する第二配線挿通孔が設けられて、前記センサ配線が該第二配線挿通孔を貫通しており、該第二配線挿通孔と前記第一配線挿通孔が前記グラウンド電極と該ガード電極の対向方向において相互に重なる位置に配されているものである。

本態様に従う構造とされた静電容量型近接センサによれば、センサ配線がガード電極を貫通する第二配線挿通孔に挿通されていることにより、センサ配線がガード電極の側方を回り込むように延びる場合よりも、センサ配線の長さを短くすることができる。それゆえ、センサ配線を一方の電極とする静電容量が低減されると共に、センサ配線の移動等によるノイズの発生が抑制される。また、センサ配線がガード電極の側方を回り込むように配される場合に比して、静電容量型近接センサ全体の小型化も実現可能となる。

第一配線挿通孔と第二配線挿通孔が相互に重なる位置に配されていることにより、センサ電極とグラウンド電極の第二配線挿通孔を通じた対向面積を低減することができる。それゆえ、ガード電極に第二配線挿通孔を設けたとしても、センサ電極とグラウンド電極がガード電極を外れた位置において対向することによるノイズ等の影響を防ぐことができて、検出対象の接近を精度よく検出することができる。

第三の態様は、第二の態様に記載された静電容量型近接センサにおいて、前記センサ配線と前記ガード電極における前記第二配線挿通孔の内周面との距離が、該センサ配線と前記グラウンド電極における前記第一配線挿通孔の内周面との距離以下とされているものである。

本態様に従う構造とされた静電容量型近接センサによれば、センサ電極とグラウンド電極が、第二配線挿通孔を通じてガード電極を外れた位置において対向するのを回避することができる。それゆえ、ガード電極に第二配線挿通孔を設けたとしても、センサ電極とグラウンド電極の間の静電容量が、検出対象の接近の検出精度に影響するのを回避できる。

第四の態様は、第二または第三の態様に記載された静電容量型近接センサにおいて、前記ガード電極には前記第二配線挿通孔の周縁部から前記グラウンド電極に向けて延び出す筒状部が設けられており、該筒状部が前記第一配線挿通孔を貫通しているものである。

本態様に従う構造とされた静電容量型近接センサによれば、センサ配線の第一配線挿通孔への挿通部分において、センサ配線がガード電極から延び出す筒状部に挿通されていることにより、センサ配線とグラウンド電極の間の静電容量が更に低減される。それゆえ、検出対象の接近検出に対するセンサ配線とグラウンド電極の間の静電容量の影響が一層低減されて、検出対象の接近を精度よく検出することができる。

第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された静電容量型近接センサにおいて、前記第一配線挿通孔の孔断面積は、前記グラウンド電極の面積の半分以下とされているものである。

本態様に従う構造とされた静電容量型近接センサによれば、グラウンド電極によるセンサ電極の遮蔽面積が第一配線挿通孔の形成によって過剰に小さくなるのを防ぐことができる。

本発明によれば、静電容量型近接センサにおいて、センサ配線におけるノイズを低減して、検出対象の接近をより高精度に検出することができる。

本発明の第一の実施形態としての静電容量型近接センサを示す断面図であって、図３のＩ−Ｉ断面に相当する図 図１のＩＩ−ＩＩ断面図 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図 図１のＩＶ−ＩＶ断面図 本発明の第二の実施形態としての静電容量型近接センサの一部を示す断面図 本発明の別の実施形態としての静電容量型近接センサを示す断面図 本発明のまた別の実施形態としての静電容量型近接センサを示す断面図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜４には、本発明の第一の実施形態としての静電容量型近接センサ１０が示されている。静電容量型近接センサ１０は、検出対象Ａの上方からの接近を静電容量に基づいて検出するセンサであって、表層１２と裏層１４と中間層１６とを備えている。以下の説明において、原則として、上下方向とは図１中の上下方向を、左右方向とは図１中の左右方向を、前後方向とは図２中の左右方向を、それぞれ言う。

表層１２は、第一支持体１８にセンサ電極２０が重ね合わされた構造を有している。第一支持体１８は、電気絶縁性の合成樹脂などによって形成されており、本実施形態では四角平板形状とされている。第一支持体１８は、後述する検出対象Ａの検出を有利に実現するために、誘電率の大きな材料によって形成されることが望ましい。センサ電極２０は、銅や銀等の導電性金属或いは導電性金属を含む合金、合成樹脂に導電性フィラーを混合した導電性エラストマーなどによって形成されている。センサ電極２０は、第一支持体１８の下面に対して、略全面を覆うように固着されている。センサ電極２０は、板状や薄膜状であってよく、例えば、第一支持体１８の下面に対して導電性材料が蒸着、メッキ、塗装等によって固着されることにより形成される。また、金属板、導電布、金属箔等によって形成されたセンサ電極２０を第一支持体１８の下面に貼り付けることにより、センサ電極２０を第一支持体１８の下面に設けることもできる。

裏層１４は、第二支持体２２にグラウンド電極２４が重ね合わされた構造を有している。第二支持体２２は、電気絶縁性の合成樹脂などによって形成されており、本実施形態では四角平板形状とされている。グラウンド電極２４は、センサ電極２０と同様の導電性材料によって形成されている。グラウンド電極２４は、第二支持体２２の上面に対して、略全面を覆うように固着されている。グラウンド電極２４は、板状や薄膜状であってよく、例えば、センサ電極２０と同様に、第二支持体２２への蒸着、メッキ、塗装等によって、形成と同時に第二支持体２２の上面に固着することができる。また、予め形成された金属板、導電布、金属箔等のグラウンド電極２４が、第二支持体２２の上面に貼り付けられるようにしてもよい。

中間層１６は、第三支持体２６にガード電極２８が重ね合わされた構造を有している。第三支持体２６は、電気絶縁性の合成樹脂などによって形成されており、本実施形態では四角平板形状とされている。第三支持体２６は、ガード電極２８とグラウンド電極２４の間の寄生容量を小さくするために、誘電率の小さな材料によって形成されることが望ましい。ガード電極２８は、センサ電極２０と同様の導電性材料によって形成されている。ガード電極２８は、第三支持体２６の上面に対して、略全面を覆うように固着されている。ガード電極２８は、板状や薄膜状であってよく、例えば、センサ電極２０と同様に、第三支持体２６への蒸着、メッキ、塗装等によって、形成と同時に第三支持体２６の上面に固着することができる。また、予め形成された金属板、導電布、金属箔等のガード電極２８が、第三支持体２６の上面に貼り付けられるようにしてもよい。

表層１２と裏層１４と中間層１６は、上下方向において相互に所定の距離を隔てて略平行に配されている。また、表層１２が裏層１４よりも検出対象Ａ側となる上側に配置されていると共に、中間層１６が表層１２と裏層１４の対向面間に配置されている。表層１２と裏層１４と中間層１６は、左右方向の端部が筐体３０によって支持されている。筐体３０は、合成樹脂等の電気絶縁性の材料によって形成されており、全体として上方へ開口して前後方向に延びる溝形状とされている。より具体的には、本実施形態の筐体３０は、溝形状の底部材３２と、底部材３２の左右両端部の上面に重ね合わされる一対の側壁部材３４，３４とによって構成されている。一対の側壁部材３４，３４は、それぞれ板状とされており、左右方向において相互に対向して配置されている。各側壁部材３４は、左右方向の内側へ向けて突出する２つの凸部３６，３６を備えている。２つの凸部３６，３６は、上下方向に所定の距離だけ離れた位置に設けられており、それぞれ前後方向の全長にわたって連続して延びている。底部材３２と側壁部材３４，３４は、例えば、接着，溶着，機械的な係合等の手段によって相互に固定されている。

そして、表層１２の左右方向の端部が上側の凸部３６の上面に重ね合わされて位置決めされ、裏層１４の左右方向の端部が下側の凸部３６の下面に重ね合わされて位置決めされ、中間層１６の左右方向の端部が上下の凸部３６，３６の間に差し入れられて位置決めされる。これにより、表層１２と裏層１４と中間層１６が筐体３０によって支持されている。そして、表層１２と裏層１４と中間層１６は、筐体３０によって相互に位置決めされており、対向方向である上下方向において所定の距離を隔てて配置されている。なお、表層１２と裏層１４と中間層１６は、少なくとも１つが筐体３０に対して接着等の手段によって固定され得る。

表層１２と中間層１６の間および中間層１６と裏層１４の間は、それぞれ空間とされている。そして、センサ電極２０とガード電極２８の間が、空気を誘電体とする第一誘電層３８とされていると共に、ガード電極２８とグラウンド電極２４の間が、空気と第三支持体２６を誘電体とする第二誘電層４０とされている。

第一誘電層３８の厚さであるセンサ電極２０とガード電極２８の上下方向の対向面間距離Ｔ１は、第二誘電層４０の厚さであるガード電極２８とグラウンド電極２４の上下方向の対向面間距離Ｔ２よりも小さくされている。また、表層１２と中間層１６の上下方向の対向面間距離は、中間層１６と裏層１４の上下方向の対向面間距離と略同じとされている。なお、図中において、表層１２、裏層１４、中間層１６、第一誘電層３８、第二誘電層４０、後述する各配線４４，５０，５４等は、見易さのために厚さや太さが大きく示されている。

また、筐体３０の底部材３２には、検出装置としての検出基板４２が取り付けられている。検出基板４２は、合成樹脂などの電気絶縁性の基板上に、後述するセンサ電極２０と検出対象Ａとの接近に伴う静電容量を検出する検出回路が設けられた構造を有している。検出回路は、例えば、センサ電極２０およびガード電極２８への電圧の印加、センサ電極２０と検出対象Ａとの接近によって生じる静電容量に応じた出力信号の受信等を実行する回路とされる。検出基板４２は、グラウンド電極２４を有する裏層１４に対して、センサ電極２０を有する表層１２と反対側である下方に配されており、グラウンド電極２４に対して下方に離れた位置において底部材３２によって支持されている。検出基板４２とセンサ電極２０とグラウンド電極２４は、上下方向の投影において重なっており、センサ電極２０がグラウンド電極２４によって検出基板４２から遮蔽されている。

センサ電極２０は、検出基板４２の検出回路に対して、センサ配線４４を介して接続されている。センサ配線４４は、導電性材料によって形成されており、一方の端部においてセンサ電極２０に導通されていると共に、他方の端部において検出基板４２の検出回路に導通されている。センサ配線４４は、センサ電極２０からグラウンド電極２４およびガード電極２８へ向けて下向きに延び出している。センサ配線４４は、長さを短くするために直線的に延びていることが望ましいが、必要に応じて屈曲していてもよい。センサ配線４４は、センサ電極２０と一体形成されていてもよいが、例えば、センサ電極２０とは別体のバスバーによって構成することも可能である。この場合には、例えば、バスバーの上端部分が、第一支持体１８によって支持されると共に、センサ電極２０に接触して導通される。

センサ配線４４によって検出基板４２の検出回路に接続されたセンサ電極２０には、検出回路から所定の検出用電圧が印加される。

センサ配線４４は、グラウンド電極２４を貫通している。即ち、グラウンド電極２４には、厚さ方向である上下方向に貫通する第一配線挿通孔４６が形成されており、センサ配線４４が第一配線挿通孔４６を貫通して配されている。第一配線挿通孔４６は、円形孔であって、センサ配線４４よりも大径とされている。これにより、センサ配線４４は、第一配線挿通孔４６への挿通部分において、グラウンド電極２４から離隔している。センサ配線４４は、第一配線挿通孔４６の略中央を貫通しており、センサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離が全周にわたって略一定とされている。要するに、センサ配線４４は、第一配線挿通孔４６の内周面に対して、周方向の一部において局所的に接近することなく配されている。なお、グラウンド電極２４を支持する第二支持体２２には、第一配線挿通孔４６と同じ位置に第一配線挿通孔４６と同一断面を有する孔が形成されている。

センサ配線４４の第一配線挿通孔４６への挿通部分におけるセンサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１、換言すれば、センサ配線４４とグラウンド電極２４との距離Ｄ１は、ガード電極２８とグラウンド電極２４との上下方向の対向面間の距離Ｔ２よりも大きくされている。なお、センサ電極２０とガード電極２８との上下方向の対向面間の距離Ｔ１がＴ２よりも大きい場合には、Ｄ１はＴ１よりも大きいことが望ましい。

また、第一配線挿通孔４６の面積ｓ１は、グラウンド電極２４の面積Ｓ１の１／２倍以下とされている。これにより、グラウンド電極２４の面積が第一配線挿通孔４６の形成によって過剰に小さくなるのが防止されて、グラウンド電極２４によるセンサ電極２０の遮蔽が十分に確保される。第一配線挿通孔４６の直径は、グラウンド電極２４によるセンサ電極２０の遮蔽を有利に確保するために、上述のＤ１＞Ｔ２を実現可能な範囲において、できるだけ小さくされていることが望ましい。

センサ配線４４は、ガード電極２８を貫通している。即ち、ガード電極２８には、厚さ方向である上下方向に貫通する第二配線挿通孔４８が形成されており、センサ配線４４が第二配線挿通孔４８を貫通して配されている。第二配線挿通孔４８は、円形孔であって、センサ配線４４よりも大径とされている。これにより、センサ配線４４は、第二配線挿通孔４８への挿通部分において、ガード電極２８から離隔している。センサ配線４４は、第二配線挿通孔４８の略中央を貫通しており、センサ配線４４と第二配線挿通孔４８の内周面との距離が全周にわたって略一定とされている。要するに、センサ配線４４は、第二配線挿通孔４８の内周面に対して、周方向の一部において局所的に接近することなく配されている。ガード電極２８を支持する第三支持体２６には、第二配線挿通孔４８と同じ位置に第二配線挿通孔４８と同一断面を有する孔が形成されている。

第二配線挿通孔４８は、第一配線挿通孔４６に対して、上下方向において対応する位置に設けられており、上下方向において重なって配置されている。また、センサ配線４４の第二配線挿通孔４８への挿通部分におけるセンサ配線４４と第二配線挿通孔４８の内周面との距離Ｄ２、換言すれば、センサ配線４４とガード電極２８との距離Ｄ２は、センサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１以下とされている。本実施形態において、Ｄ２はＤ１と略同じとされており、第一配線挿通孔４６と第二配線挿通孔４８が互いに略同じ大きさおよび形状とされている。そして、第一配線挿通孔４６と第二配線挿通孔４８は、相互に略全体が重なり合っている。もっとも、第二配線挿通孔４８が第一配線挿通孔４６よりも小さくされていてもよい。その場合には、例えば、上下方向投影において、第二配線挿通孔４８の全体が第一配線挿通孔４６に重なると共に、第一配線挿通孔４６の外周部分が第二配線挿通孔４８よりも外周に位置する。

センサ配線４４とガード電極２８との距離Ｄ２は、好適には、センサ電極２０とガード電極２８の上下方向における対向面間距離Ｔ１以上とされている。また、Ｄ２は、ガード電極２８とグラウンド電極２４の上下方向における対向面間距離Ｔ２以下とされていることが望ましい。

また、第二配線挿通孔４８の面積ｓ２は、ガード電極２８の面積Ｓ２の１／２倍以下とされている。これにより、ガード電極２８によるセンサ電極２０の遮蔽が十分に確保される。第二配線挿通孔４８の直径は、ガード電極２８によるセンサ電極２０の遮蔽を有利に確保するために、上述のＤ１＞Ｄ２を実現可能な範囲において、できるだけ小さくされていることが望ましい。

ガード電極２８は、図２に示すように、検出基板４２の検出回路に対して、ガード配線５０を介して接続されている。ガード配線５０は、導電性材料によって形成されており、一方の端部においてガード電極２８に導通されていると共に、他方の端部において検出基板４２の検出回路に導通されている。ガード配線５０は、ガード電極２８からグラウンド電極２４へ向けて下向きに延び出している。ガード配線５０は、ガード電極２８と一体形成されていてもよいが、センサ配線４４と同様に、ガード電極２８とは別体のバスバー等によって構成されていてもよい。ガード配線５０は、長さを短くするために直線的に延びていることが望ましいが、必要に応じて屈曲していてもよい。

ガード配線５０によって検出基板４２の検出回路に接続されたガード電極２８は、検出回路から電圧が印加されて、センサ電極２０と同電位に保たれるアクティブガード電極とされる。なお、センサ電極２０とガード電極２８は、実質的に同電位とされて、浮遊容量等による検知精度の低下を抑え得る電位が与えられるものであればよく、多少の電位の違いがあってもよい。

ガード配線５０は、センサ配線４４とは異なる位置において、グラウンド電極２４を貫通している。即ち、グラウンド電極２４には、厚さ方向である上下方向に貫通する第三配線挿通孔５２が第一配線挿通孔４６とは異なる位置に形成されており、ガード配線５０が第三配線挿通孔５２を貫通して配されている。第三配線挿通孔５２は、円形孔であって、ガード配線５０よりも大径とされている。これにより、ガード配線５０は、第三配線挿通孔５２への挿通部分において、グラウンド電極２４から離隔している。なお、ガード配線５０は、第三配線挿通孔５２の略中央を貫通しており、ガード配線５０と第三配線挿通孔５２の内周面との距離が全周にわたって略一定とされている。要するに、ガード配線５０は、第三配線挿通孔５２の内周面に対して、周方向の一部において局所的に接近することなく配されている。なお、グラウンド電極２４を支持する第二支持体２２には、第三配線挿通孔５２と同じ位置に第三配線挿通孔５２と同一断面の孔が形成されている。

ガード配線５０の第三配線挿通孔５２への挿通部分におけるガード配線５０と第三配線挿通孔５２の内周面との距離Ｄ３、換言すれば、ガード配線５０とグラウンド電極２４との距離Ｄ３は、ガード電極２８とグラウンド電極２４との上下方向の対向面間距離Ｔ２よりも大きくされていることが望ましい。これにより、検出対象Ａの接近検出に際して、ガード配線５０とグラウンド電極２４が相互に近い位置に配されることによる悪影響が防止される。

また、第三配線挿通孔５２の面積ｓ３は、グラウンド電極２４の面積Ｓ１の１／２倍以下となるように設定されている。これにより、グラウンド電極２４によるセンサ電極２０の遮蔽が十分に確保される。第一配線挿通孔４６の直径は、グラウンド電極２４によるセンサ電極２０の遮蔽を有利に確保するために、Ｄ３＞Ｔ２を実現可能な範囲において、できるだけ小さくされていることが望ましい。

本実施形態において、ガード配線５０は、センサ配線４４と略同じ断面形状を有している。また、第三配線挿通孔５２は、第一配線挿通孔４６と略同じ孔断面形状を有しており、第一配線挿通孔４６と同じ断面積で形成されている。したがって、ガード配線５０と第三配線挿通孔５２の内周面との距離Ｄ３は、センサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１と等しい。

グラウンド電極２４は、図２に示すように、検出基板４２の検出回路に対して、グラウンド配線５４を介して接続されている。グラウンド配線５４は、導電性材料によって形成されており、一方の端部においてグラウンド電極２４に導通されていると共に、他方の端部において検出基板４２の検出回路の接地端子に導通されている。これにより、グラウンド電極２４は、基準電位に保たれている。グラウンド電極２４が接地されて基準電極に保たれることにより、後述する検出対象Ａの接近検知に際して、検出基板４２や周辺環境からセンサ電極２０に対して及ぼされるノイズが、グラウンド電極２４によって遮断されて低減される。グラウンド配線５４は、グラウンド電極２４から検出基板４２へ向けて下向きに延び出している。グラウンド配線５４は、長さを短くするために直線的に延びていることが望ましいが、必要に応じて屈曲していてもよい。グラウンド配線５４は、グラウンド電極２４と一体形成されていてもよいが、例えば、センサ配線４４やガード配線５０と同様に、グラウンド電極２４とは別体のバスバー等によって構成されていてもよい。

このような本実施形態に従う構造とされた静電容量型近接センサ１０は、例えば、筐体３０が図示しない装着対象に固定されることにより、装着対象に対して取り付けられる。装着対象は、特に限定されないが、検出対象Ａの接近や衝突を防ぐべき対象であって、例えば、産業用のロボットアーム、ロボット車両などとされ得る。

図１に二点鎖線で仮想的に示した人体等の検出対象Ａが上方から静電容量型近接センサ１０に接近すると、導電体である検出対象Ａとセンサ電極２０との間にコンデンサが構成される。そして、静電容量型近接センサ１０は、検出対象Ａとセンサ電極２０の間の静電容量に基づいて、検出対象Ａのセンサ電極２０に対する接近を検出する。

この際、検出による電気信号がセンサ電極２０から検出基板４２の検出回路へセンサ配線４４を通じて送信されるが、センサ配線４４は、中間層１６と裏層１４を貫通して上下方向に直線的に延びており、長さが短くされている。それゆえ、センサ配線４４において外乱によるノイズが低減されて、検出信号が検出基板４２の検出回路によって精度よく検出され、検出対象Ａのセンサ電極２０への接近が高精度に検出される。また、センサ配線４４が中間層１６と裏層１４の側方を回り込むように延びる場合に比して、静電容量型近接センサ１０の小型化も図られる。

センサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１は、グラウンド電極２４とガード電極２８の対向面間距離Ｔ２よりも大きくされている。これにより、センサ配線４４とグラウンド電極２４の干渉によるノイズが低減されて、検出対象Ａの接近を精度よく検出することができる。

なお、実験の結果、ガード電極２８とグラウンド電極２４の対向面間距離Ｔ２が大きくなるほど、検出対象Ａの検出によるセンサ電極２０の検出信号レベルが小さくなり、Ｔ２が小さくなるほど、検出対象Ａの検出によるセンサ電極２０の検出信号レベルが大きくなることが分かった。したがって、センサ配線４４とグラウンド電極２４の距離Ｄ１が小さいと、グラウンド電極２４の影響によるノイズが大きくなること考えられるが、その場合には、Ｄ１＞Ｔ２の関係に基づいてＴ２が小さくなることから、センサ電極２０からの検出信号レベルが大きく得られて、ノイズを抑えることができる。一方、Ｔ２が大きくされてセンサ電極２０からの検出信号レベルが小さい場合には、Ｄ１＞Ｔ２の関係に基づいてＤ１が大きくなることから、グラウンド電極２４によるノイズが低減される。このように、センサ配線４４とグラウンド電極２４の距離Ｄ１が、ガード電極２８とグラウンド電極２４の対向面間距離Ｔ２よりも大きくされることによって、優れた検出精度を安定して実現することができる。

センサ配線４４と第二配線挿通孔４８の内周面との距離Ｄ２は、センサ配線４４と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１以下とされている。これにより、センサ電極２０とグラウンド電極２４が第二配線挿通孔４８を通じてガード電極２８を外れた位置において対向するのを防ぐことができる。それゆえ、ガード電極２８に第二配線挿通孔４８が設けられていても、センサ電極２０とグラウンド電極２４の間の静電容量によって検出対象Ａの接近の検出精度が低下するのを防ぐことができる。

なお、静電容量型近接センサ１０において検出対象Ａの接近が検出された場合の応答は、特に限定されるものではないが、例えば、装着対象の移動を停止させる停止信号を発するなどして、検出対象Ａと装着対象の衝突を回避するようにしてもよい。また、警告音や警告灯の点灯等の手段によって、周囲に接近の検出を報知するようにしてもよい。

図５には、本発明の第二の実施形態としての静電容量型近接センサ６０の一部が示されている。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付して説明を省略する。

静電容量型近接センサ６０では、グラウンド電極２４に第一配線挿通孔４６が形成されていると共に、ガード電極２８に第二配線挿通孔４８が形成されており、センサ配線４４が第一配線挿通孔４６と第二配線挿通孔４８を貫通している。そして、センサ配線４４とグラウンド電極２４の第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ１と、センサ配線４４とガード電極２８の第二配線挿通孔４８の内周面との距離Ｄ２とが、互いに異なっている。具体的には、Ｄ２がＤ１よりも小さくされており、第二配線挿通孔４８が第一配線挿通孔４６よりも小径とされている。

また、ガード電極２８は、筒状部６２を備えている。筒状部６２は、円筒形状とされており、ガード電極２８における第二配線挿通孔４８の周縁部からグラウンド電極２４に向けて下向きに延び出して設けられている。筒状部６２は、導電体とされており、例えばガード電極２８と一体的に設けられていてもよいし、ガード電極２８とは別部品とされてガード電極２８に導通状態で接続されていてもよい。ガード電極２８と筒状部６２が導通されていることにより、筒状部６２はガード電極２８に対して電気的に一体として設けられており、第二配線挿通孔４８の内周面が筒状部６２の内周面とされている。したがって、本実施形態におけるセンサ配線４４と第二配線挿通孔４８の内周面との距離Ｄ２は、センサ配線４４と筒状部６２の内周面との距離とされる。

筒状部６２は、グラウンド電極２４の第一配線挿通孔４６に挿通されており、グラウンド電極２４を貫通している。筒状部６２は、第一配線挿通孔４６の内周面から離れた位置に挿通されている。そして、筒状部６２は、上端部がガード電極２８に導通されていると共に、下端部が検出基板４２の検出回路に導通されており、ガード電極２８と検出基板４２が筒状部６２を介して電気的に接続されている。このように、筒状部６２は、前記第一の実施形態のガード配線５０の機能も有している。

筒状部６２には、センサ配線４４が挿通されている。センサ配線４４は、筒状部６２の中央を貫通しており、筒状部６２の内周面から離れている。センサ配線４４と筒状部６２の内周面との距離Ｄ２、換言すれば、センサ配線４４と第二配線挿通孔４８の内周面と距離Ｄ２は、筒状部６２の外周面と第一配線挿通孔４６の内周面との距離Ｄ４よりも大きいことが望ましい。また、好適には、Ｄ４は、グラウンド電極２４とガード電極２８の対向面間距離Ｔ２以上とされている。

このような本実施形態に従う構造とされた静電容量型近接センサ６０によれば、センサ配線４４における第一配線挿通孔４６への挿通部分が、周囲を筒状部６２によって囲まれている。これにより、センサ配線４４とグラウンド電極２４における第一配線挿通孔４６の内周面との間には、ガード電極２８に導通された筒状部６２が介在している。これにより、センサ配線４４は、グラウンド電極２４における第一配線挿通孔４６の内周面に対して、ガード電極２８と同電位の筒状部６２によって遮蔽されている。それゆえ、検出対象Ａの接近検出において、センサ配線４４とグラウンド電極２４の間の静電容量が及ぼす影響を低減することができる。

また、センサ配線４４と筒状部６２の距離Ｄ２が、筒状部６２とグラウンド電極２４の距離Ｄ４よりも大きいことにより、センサ配線４４に対するグラウンド電極２４の影響が、ガード電極２８と同電位の筒状部６２によって効果的に低減される。

また、筒状部６２とグラウンド電極２４の距離Ｄ４が、グラウンド電極２４とガード電極２８の対向面間距離Ｔ２以上とされていることにより、筒状部６２がグラウンド電極２４に接近しすぎることによるノイズを防ぐことができる。

また、筒状部６２が第一の実施形態におけるガード配線５０としての機能を兼ねることから、本実施形態では、第一の実施形態のような第三配線挿通孔５２が不要になる。その結果、グラウンド電極２４による遮蔽をより広い範囲にわたって得ることができて、ノイズの影響を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、センサ配線４４が挿通される第一配線挿通孔の具体的な形状は、前記実施形態に例示した円形断面の貫通孔に限定されない。具体的には、例えば、図６に示す静電容量型近接センサ７０のように、グラウンド電極２４の外周端面において開放された切欠孔によって第一配線挿通孔７２を構成することもできる。また、例えば、図７に示す静電容量型近接センサ８０のように、四角板状のグラウンド電極２４の角部を切り欠くように形成された切欠孔によって、第一配線挿通孔８２を構成することもできる。何れの場合にも、センサ配線４４は、第一配線挿通孔７２（８２）を貫通しており、貫通部分において第一配線挿通孔７２（８２）からはみ出すことなく第一配線挿通孔７２（８２）に収容されている。なお、図６，７に示すように、ガード配線５０は第一配線挿通孔７２（８２）に挿通されていてもよく、第一の実施形態のようなガード配線５０が挿通される第三配線挿通孔５２は省略することができる。

第一誘電層３８と第二誘電層４０は、空気以外の絶縁体によって構成することもできる。具体的には、例えば、第一誘電層３８と第二誘電層４０は、合成樹脂やゴムなどの固体によって形成されていてもよい。この場合には、第一誘電層３８と第二誘電層４０にセンサ電極２０とグラウンド電極２４とガード電極２８を固着することにより、それら電極２０，２４，２８を保持する支持体１８，２２，２６や筐体３０を省略することもできる。

グラウンド電極２４における第一配線挿通孔４６の周縁部から延び出す筒状延出部が、グラウンド電極２４と導通状態で設けられており、筒状延出部が検出基板４２の検出回路に接続されて、筒状延出部がグラウンド配線５４の機能を兼ねるようにしてもよい。このような筒状延出部を設けることにより、筒状延出部に挿通されたセンサ配線４４が筒状延出部によって遮蔽されて、外乱によるノイズの影響を低減することができる。

１０ 静電容量型近接センサ（第一の実施形態）
１２ 表層
１４ 裏層
１６ 中間層
１８ 第一支持体
２０ センサ電極
２２ 第二支持体
２４ グラウンド電極
２６ 第三支持体
２８ ガード電極
３０ 筐体
３２ 底部材
３４ 側壁部材
３６ 凸部
３８ 第一誘電層
４０ 第二誘電層
４２ 検出基板（検出装置）
４４ センサ配線
４６ 第一配線挿通孔
４８ 第二配線挿通孔
５０ ガード配線
５２ 第三配線挿通孔
５４ グラウンド配線
６０ 静電容量型近接センサ（第二の実施形態）
６２ 筒状部
７０ 静電容量型近接センサ（別実施形態）
７２ 第一配線挿通孔
８０ 静電容量型近接センサ（別実施形態）
８２ 第一配線挿通孔
Ａ 検出対象

Claims (5)

1. 検出対象の接近を該検出対象とセンサ電極の間の静電容量に基づいて検出する静電容量型近接センサであって、
   前記センサ電極に対して前記検出対象と反対側に配されて接地されるグラウンド電極と、
   該センサ電極と該グラウンド電極の間に配されて該センサ電極と同電位とされるガード電極と、
   該グラウンド電極に対して該センサ電極と反対側に配される検出装置と、
   該センサ電極と該検出装置をつなぐセンサ配線と、
   該グラウンド電極を貫通する第一配線挿通孔と
   を、備え、
   該センサ配線が該第一配線挿通孔を貫通しており、
   該センサ配線と該グラウンド電極における該第一配線挿通孔の内周面との距離が、該グラウンド電極と該ガード電極との対向面間距離よりも大きくされている静電容量型近接センサ。
2. 前記ガード電極を貫通する第二配線挿通孔が設けられて、前記センサ配線が該第二配線挿通孔を貫通しており、
   該第二配線挿通孔と前記第一配線挿通孔が前記グラウンド電極と該ガード電極の対向方向において相互に重なる位置に配されている請求項１に記載の静電容量型近接センサ。
3. 前記センサ配線と前記ガード電極における前記第二配線挿通孔の内周面との距離が、該センサ配線と前記グラウンド電極における前記第一配線挿通孔の内周面との距離以下とされている請求項２に記載の静電容量型近接センサ。
4. 前記ガード電極には前記第二配線挿通孔の周縁部から前記グラウンド電極に向けて延び出す筒状部が設けられており、該筒状部が前記第一配線挿通孔を貫通している請求項２又は３に記載の静電容量型近接センサ。
5. 前記第一配線挿通孔の孔断面積は、前記グラウンド電極の面積の半分以下とされている請求項１〜４の何れか一項に記載の静電容量型近接センサ。

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