JPH03194818A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は検出対象物体の接近状態を検出するセンサに関
し、特に、検出コイルを備えこれを発振状態とし検出対
象物体が接近したときの発振周波数の変化を検出する高
周波発振式の近接センサに係る。

［従来の技術］ 検出対象物体の有無を無接触で検出する物体検出センサ
の一つとして、検出対象物体が接近してきたと幹の位置
を検出する近接センサが知られており、近接覚センサと
も呼ばれる。また、特定の位置にぎたときにスイッチ動
作するものは近接スイッチと呼ばれ、ロボット分野等に
おいて活用されている。近接センサは動作方式から高周
波発振式、静電容量式、磁気式及び超音波式に区別され
る。この内高周波発振式近接センサは、発振回路の一部
を構成する検出コイルを備え、これを常時発振状態とし
ておき、金属、フェライト等の検出対象物体が接近した
とき電磁誘導作用によって検出対象物体内に誘導電流が
流れ検出コイルのインダクタンスが変化することから、
これに応じた発振周波数の変化に基台検出対象物体の存
在あるいは接近状態を検出するというものである。

上記近接センサにおいては、検出コイルは巻線を巻回し
樹脂モールド等により保持したものであり、これを取付
板等に固着した上で上記発振回路に接続することとして
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 然し乍ら、上記従来の近接センサの検出コイルを製造す
るに当っては、巻線の巻回、モールド、組付等の多くの
工程を要し、製造時間及び製造コストが大である。更に
、例えば複数個の同一コイルを並設してコイルアレイを
形成する場合には、各コイルに特性のバラツキが生じ易
く、隣接するコイル間を一定の微小間隙に調整する二と
も困難である。また、検出対象物体に応じたコイル形状
に形成する場合にはコイル巻回装置の調整が必要であり
、形状変更は容易ではない。

そこで、本発明は製造が容易で、しかも複数のコイルを
容易且つ確実に並設し得る検出コイルを備えた近接セン
サを提供することを目的とする。

［８題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は検出コイル及びコ
ンデンサを含む発振回路を発振状態とし、前記検出コイ
ルに対し検出材敷物体が接近したときに生ずるインダク
タンスの変化に応じて変動する発振周波数に基き前記検
出対象物体の接近状態を検出する近接センサにおいて、
前記、検出コイルを、絶縁基板に付着した所定形状の導
体パターンによって構成したものである。

また、本発明は検出コイル及びコンデンサを含む発振回
路を発振状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体
が接近したときに生ずるインダクタンスの変化に応じて
変動する発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態
を検出する近接センサにおいて、前記検出コイルを、平
板状の絶縁基板の表裏両面に付着する一対の導体パター
ンであって前記検出対象物体の幅と同一の幅を有する矩
形の一対の導体パターンを電気的に接続し、該−対の導
体パターンを前記絶縁基板に複数隣接して付着したもの
とするとよい。

上記絶縁基板の表裏両面に付着した一対の導体パターン
は、絶縁基板に設けたスルーホールを介して連結すると
よい。

また、絶縁基板の少くとも一方の面上に複数のコイルの
導体パターンを重合し、多層に形成することも可能であ
る。

更に、コイルの導体パターンを付着した絶縁基板を複数
枚重合して導体パターン相互を電気的に接続するように
構成してもよい。

［作用］ 上記のように構成された近接センサは、検出対象物体の
移動面に平行な面上に配設され、検出コイルが所定の周
波数で発振状態とされる。而して、検出対象物体が近接
センサの検出コイルに接近するとそのインダクタンスが
変化しこれに応じて変動する発振周波数に基き検出対象
物体の接近状態が検出される。

上記近接センサにおいて、検出コイルは絶縁基板に付着
される所定形状の導体パターンであるので、周知のプリ
ント配線技術により例えば検出対象物体と同一の幅を有
する矩形コイルを容易に形成することができ、また絶縁
基板の表裏両面に形成することもできる。

［実施例］ 以下、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る近接センサ
の検出部１１を示すもので、金属製の検出対象物体１の
移動面に平行な面上で、図中矢印で示す移動方向に対し
直交する方向に三個の検出コイル１１　ａ、　　１　ｌ
　ｂ、　　１１　ｃを隣接配置した検出部１１を備えて
いる。各検出コイルは検出対象物体１の幅、即ち図中矢
印で示す移動方向に対し直交する方向の検出対象物体１
の幅と同一の幅を有する矩形に形成されており、相互の
間隙を小さくし密接して配置されている。

検出コイルｌｌａは、絶縁基板たるプリント配線基板Ｉ
Ｉｓの表裏面に導体パターン１１ｐ。

１１ｒが付着されて成る。即ち、プリント配線基板ｉｔ
ｓの表面に付着された矩形の導体パターン１１ｐ（第１
図中、実線で示す）と、プリント配線基板ＩＩｓの裏面
に付着された矩形の導体パターン１１ｒ（第１図中、破
線で示す）がスルーホールｌｌｈを介して電気的に接続
され、連続したコイルが構成されている。

第３図はプリント配線基板ＩＩｓの一部と検出コイルｌ
ｌａの導体パターン１１ｐの一例を示すもので、銅等の
導体によりコイル状にパターン形成された導体パターン
ｔｔｐがプリント配線基板１１ｓの表面に付着されてい
る。この導体パターン１１ｐはサブトラクティブ法ある
いはアディティブ法といった周知の手段によって付着形
成され、ソルダレジスト印刷され導体パターン１１ｐ間
が絶縁される。プリント配線基板Ｉｔｓには複数のスル
ーホールが形成されており、導体パターンｌｉｐはプリ
ント配線基板ＩＩｓの裏面に付着された導体パターンと
スルーホールｔｔｈを介して電気的に接続され、これら
の導体パターンがスルーホールｌｌｋ、１１１Ｌ、ｌ１
ｍを介して外部回路に接続される。

而して、第１図及び第２図に示すように導体パターンｌ
ｉｐ、ｌｌｒがプリント配線基板ＩＩｓの表裏面に付着
形成され、両者がスルーホール１１ｈを介して接続され
所定の巻数の検出コイル１１ａが構成されており、検出
コイル１１ｂ。

ｌｉｅについても同様に構成されている。尚、上記実施
例においてはプリント配線基板ＩＩｓの両面に導体パタ
ーンｌｌｐ、ｌｌｒが付着形成されているが、一方の面
のみに形成することとしてもよい。また、プリント配線
基板ｉｔｓの少くとも一方の面上に複数の検出コイルの
導体パターンを重合し、多層に形成することも可能であ
る。更に、検出コイルの導体パターンを付着したプリン
ト配線基板を複数枚重合して導体パターン相互をスルー
ホールを介して接続するように構成してもよい。

第４図は本発明の一実施例に係る近接センサ１０の全体
構成を示すもので、検出コイル１１ａ、ｆｌｂ、ｌｌｃ
の入出力端、即ち検出コイル１１ａで言えば第３図のス
ルーホール１１Ｊ２゜１１ｍには夫々コンデンサ１２ａ
、１２ｂ、１２Ｃが並列に接続され共振回路が構成され
ている。

更に、各コンデンサに並列にスイッチ１３ａ。

１３ｂ、１３ｃを含む短絡用スイッチ回路１３が接続さ
れ、各検出コイルの入出力端は選択用スイッチ回路１４
に接続されている。尚、第４図においては検出コイルｌ
ｔｍ、１１ｂ、１１ｃは模式％式％ 選択用スイッチ回路１４には発振回路１５が接続されて
おり、検出コイルｌｌａ、ｌｌｂ、１１Ｃの何れかに選
択的に接続され、各検出コイルのインダクタンス及び各
コンデンサのキャパシタンスに応じた周波数で発振駆動
する。従って、検出対象物体１の接近によりインダクタ
ンスが変化すると発振周波数が変化する。

発振回路１５は°検出回路１６に接続されており、ここ
で各検出コイルにおける発振周波数がディジタル値とし
て検出され、例えば後述するように各検出周波数信号相
互の比が演算され位置信号として出力される。

上記短絡用スイッチ回路１３及び選択用スイッチ回路１
４には選択回路１７が接続されており、これらのスイッ
チ回路に対し制御信号が出力される。この選択回路１７
は時分割により順次、且つ短絡用スイッチ回路１３及び
選択用スイッチ回路１４を同期して断続するもので、例
えば発振回路！５を検出コイル１１ａ＆：接続するＩＩ
ＩＩａｊ信号が出力されたとぎには、短絡用スイッチ回
路１３に対しては、スイッチ１３ａが開放しスイッチ１
３ｂ、１３ｃが閉成するように制御信号が出力される。

同様に、検出コイルｌｌｂが選択されたときにはスイッ
チ１３ｂが開放し、スイッチ１３ａ。

１３ｃが閉成するように短絡用スイッチ回路１３に制御
信号が出力される。尚、第４図中の短緒用スイッチ回路
１３の各スイッチの接点及び選択用スイッチ回路１４の
接点は説明を容易にするために示したものであり、必ず
しも各スイッチ回路が機械的スイッチ手段で構成される
ことを意味するものではなく、種々のスイッチング素子
による電気的スイッチ手段を包含するものである。

上記の構成になる近接センサ１０に関し、先ずその動作
原理を説明する。第５図（ａ）は第４図に記載の検出コ
イルの内中央の検出コイル１ｌｂ−個のみとしたときの
動作状態を示すもので、検出対象物体１が第５図（ａ）
の二点鎖線で示す位置にあって検出コイルｆｌｂに重合
していないと台の検出コイルｌｌｂの発振周波数をｆＯ
とし、検出対象物体１が破線で示す位置となり検出コイ
ルｌｌｂと完全に重合したときの発振周波数をｆｌとす
ると、これらの発振周波数は第５図（ｂ）に示すように
夫々最小値と最大値を示す、′Ｍ５図（ａ）に−点鎖線
で示すように検出対象物体１がこれらの中間に位置する
ときには、発振周波数ｆＯとｆｌの中間の発揚周波数ｆ
ｍを示すところとなる。そして、検出対象物体１は検出
コイル１１ｂと同一の幅であるので、周波数特性は第５
図（ｂ）に示すように発振周波数が検出対象物体１の位
置に応じて連続して変化し、検出コイル１１ｂと完全に
重合する位置を中心に左右対称の特性となっている。即
ち、検出コイルｆｌｂの幅を検出対象物体１の幅（第４
図中矢印で示す移動方向に対し直交する方向の幅）より
大きくし、あるいは小さくすると、検出対象物体１が幅
方向に移動しても発振周波数が変化しない不惑域が形成
されるが、本実施例においては上述のように検出対象物
体１の幅と同一に設定されているので、発振周波数が連
続して変化する左右対称の周波数特性が得られる。

而して、検出コイルｔｉｂにて検出対象物体１の接近状
態に応じて変動する発振周波数を検出することにより、
検出対象物体！の移動方向に対し直交する軸上において
、検出対象物体１が検出コイルｔｔｂの左右端の一部に
重合する範囲内で位置を検出することができるが、検出
コイルｆｌｂの左右何れの側に位置しているかは特定で
きない、これを特定するためには第４図に示すように検
出コイルｔｔｂの左右両側に隣接して検出コイルｌｌａ
、ｌｌｃを配置する必要がある。

第６図（ａ）は検出コイルｌｌａと検出コイルｆｌｂの
関係を示したものであるが、検出対象物体１が破線で示
すように検出コイルｆｌｂの左側にあるときには同時に
検出コイルｌｌａの右側に位置しており、夫々の検出コ
イルの発振周波数を正しく検出できれば検出対象物体１
の位置を特定することができることになる。然し乍ら、
検出コイルＩｌａ、ｆｉｂに跨フて検出対象物体１が存
在するときに、何れかを発振状態として発振周波数を検
出すると、例えば検出コイルｌｌａの周波数特性は第６
図（ｂ）の破線部分を含む特性となり、検出コイルｊｌ
ｂの周波数特性も同様に検出コイルｌｌａ側が破線部分
のようになり、検出誤差を惹起する。これは検出対象物
体１を介して両者間で磁気結合が生じ相互に干渉するこ
とに起因する。

これに対し、本実施例においては第４図に示すように構
成され、各検出コイルｌｌａ、ｌｌｂ。

１、ＩＣの何れか一個の検出コイルが順次選択されて発
振状態とされ、発振状態にない検出コイルは短絡されて
いるので、例えば検出コイルｌｌａは第６図（ｂ）に実
線で示すように検出コイル−個の場合の第５図（ｂ）と
同様の特性が得られる。

即ち、検出コイル１１　ａ、　　１１　ｂ、　　１１　
ｃの各々に対し相互に干渉されない周波数特性が確保さ
れ、全体として各共振回路の個々の周波数特性が時分割
的に重畳された特性が得られる。

而して、例えば検出対象物体１が第７図（ａ）に破線で
示す位置に存在するときには、検出コイルｌｌａに接続
されたとぎの発振回路１５の発振周波数の変化量は検出
対象物体１が存在しないときの発振周波数ｆＯに対して
第７図（ｂ）に示すように△ｆａとなり、検出コイルｌ
ｌｂに接続されたときの発振周波数の変化量は△ｆｂ、
検出コイルｌｌｃに接続されたときの発振周波数の変化
量は△ｆｃ（−０）となり、これらの発振周波数の相互
関係即ち比率から検出対象物体１の位置が特定される。

同様に、第７図（ａ）で検出コイル１１ｂの右側に位置
する場合には、検出コイル１１ａに接続されたときの発
振回路１５の発振周波数の変化量はＯとなり、検出コイ
ル１１ｂと検出コイルｌｌｃに接続されたときの発振周
波数の比率から検出対象物体１の位置が特定される。而
して、検出対象物体１は検出コイルｌｌａの左端に重合
する位置から検出コイルｌｌｃの右端に重合する位置ま
での範囲で位置が検出されることになる。

次に、第４図の近接センサ１０の作動を説明すると、選
択回路１７により短絡用スイッチ回路１３及び選択用ス
イッチ回路１４が第４図に示す状態にあるときには、検
出コイルｌｌａが発振状態で、スイッチ１３ｂ、１３ｃ
が閉成し検出コイル１１ｂ、１１ｃは短絡している。従
って、これらの検出コイル１１ｂ、１１ｃを含む共振回
路は共振回路としての機能はけたさす、フローティング
共振回路とならないため、検出コイルｌｌａ及びコンデ
ンサ１２ａから成る共振回路に対し磁気結合することは
ない、同様に、検出コイル１１ｂ、ｔｉｃの何れかが選
択され発振駆動されるとぎには他の二つの検出コイルが
フローティング共振回路とならず、これらと磁気結合す
ることはない。而して、検出コイル１１　ａ、　　１　
ｌ　ｂ、　　１１　ｃ間の間隙が微小であっても相互干
渉を生ずることはない。

検出対象物体１の接近に伴ない各検出コイルのインダク
タンスが変化すると、これに応じて変動する発振回路１
５の発振周波数が検出回路１６によりディジタル値とし
て検出される。前述のように各検出コイルの発振周波数
の比率が近接センサ１０と検出対象物体１との間の位置
関係によって一義的に定まるので、検出回路１６におい
ては各検出コイルの検出周波数信号相互の比を演算する
ことにより検出対象物体１の位置を高精度に検出するこ
とができる。

尚、上記の実施例においては、選択回路１７により時分
割で切替えるように構成されているが、各検出コイルに
対し短絡用スイッチ回路、発振回路及び検出回路を設け
、これらを制御し個別に発振周波数を検出するように構
成してもよい。

あるいは、上記実施例の検出回路１６において、各検出
コイル毎の検出周波数信号を所定値とレベル判定しオン
オフ信号を出力するように構成し、近接スイッチとする
ことも可能である。

また、上記実施例の短絡用スイッチ回路１３に替えて、
各検出コイルとコンデンサ間を適宜開放する開放用スイ
ッチ回路を設けることとしてもよい。

更に、上記近接センサ１０を構成する発振回路１５等の
回路素子を第１図のプリント配線基板１１ｓに実装する
こととしてもよく、これによりＳ／Ｎ比が。向上すると
共に一層の小型化が可能となる。

上記近接センサ１０は種々の用途に供することができ、
例えば第８図に示すような無人搬送車２に搭載し、軌道
上に敷設した金属板のレール１ａを第１図及び第４図に
おける検出対象物体１とし検出回路１６の出力に応じて
自動的に操舵しながらレール２に沿って移動できるよう
に制御する装置に供し得る。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成したので以下の効果を奏する
。

即ち、本発明の近接センサによれば、検出コイルは絶縁
基板に付着した導体パターンから成りプリント配線技術
により容易に形成することができる。特に、パターンレ
イアウトによって所望のコイル形状に形成することがで
き、検出対象物体の形状に適合する検出コイルを容易且
つ確実に構成することができると共に、特性のバラツキ
が小さい安価な検出コイルを量産することができる。ま
た、複数のコイルを同一絶縁基板上に形成することがで
き、特に同一形状のコイルを相互の微小間隙を一定に保
ちつつ並置することができるので、製造時に生じ得る個
々のコイル間の特性のバラツキが小さく、温度変化に対
する特性のバラツキも小さく抑えられる。

更に、絶縁基板の表裏両面に検出対象物体と同−幅の矩
形の一対の導体パターンを付着し、これらを電気的に接
続したものを複数隣接配置した検出コイルにあっては、
検出対象物体の平面移動に対し広範囲の検出領域を確保
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の近接センサの一実施例における検出部
及び検出対象物体の平面図、第２図は同、検出部及び検
出対象物体の正面図、第３図は第１図の検出部における
検出コイルｌｌａの拡大平面図、′！Ｊ４図は本発明の
近接センサの一実施例のブロック図、′！Ｊ５図は本発
明の近接センサの動作原理を説明するための図で、第５
図（ａ）は検出コイルｌｌｂと検出対象物体１の位置関
係を示す平面図、第５図（ｂ）は検出コイルｌｌｂの周
波数特性を示すグラフ、′！Ｊ６図は本発明の近接セン
サの動作原理を説明するための図で、第６図（ａ）は検
出コイル１１ａ、１１ｂと検出対象物体１の位置関係を
示す平面図、第６図（ｂ）は検出コイルｌｌａの周波数
特性を示すグラフ、第７図（ａ）は第４図の実施例の近
接センサｌＯと検出対象物体１の位置関係を示す平面図
、第、７図（ｂ）は第４図の実施例の出力周波数特性を
示すグラフ、第８図は本発明の近接センサの用途例を示
す無人搬送車の平面図である。 ・・・検出対象物体、　　　１０・・・近接センサ。 ｌａ、ｌｌｂ、１ｌｃ−検出コイル。 １・・・検出部。 ＩＳ・・・プリント配線基板（絶縁基板）。 Ｉｐ、Ｉｌｒ・・・導体パターン。 １ｈ、ｌｌｋ、１１４！、ｌｌｍ−スルーホール３・・
・短絡用スイッチ回路。 ４・・・選択用スイッチ回路、１５−・・発振回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出コイル及びコンデンサを含む発振回路を発振
   状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体が接近し
   たときに生ずるインダクタンスの変化に応じて変動する
   発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態を検出す
   る近接センサにおいて、前記検出コイルが、絶縁基板に
   付着した所定形状の導体パターンから成ることを特徴と
   する近接センサ。
2. （２）検出コイル及びコンデンサを含む発振回路を発振
   状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体が接近し
   たときに生ずるインダクタンスの変化に応じて変動する
   発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態を検出す
   る近接センサにおいて、前記検出コイルが、平板状の絶
   縁基板の表裏両面に付着する一対の導体パターンであっ
   て前記検出対象物体の幅と同一の幅を有する矩形の一対
   の導体パターンを電気的に接続し、該一対の導体パター
   ンを前記絶縁基板に複数隣接して付着して成ることを特
   徴とする近接センサ。