JPH08339750A - 静電容量型近接スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出精度が高く誤動作を生じない静電容量型
近接スイッチを提供する。 【構成】 回路基板２の上面に検出用電極板１が固着し
てある。電極板１は検出方向を開口部とするコ字状に形
成してあり、底板部及び側板部の外側はシールド板４に
覆われている。これらの各板はケース３によって囲まれ
ており、底板部はシール材８によってシールされてい
る。電極板１の三面から形成される各検出領域が複合し
て、電極板の内側のほぼ全体をカバーする検出領域が形
成される。開口部に向かって矢印に示す方向から被検出
体が接近すると、検出領域のどの位置でもほぼ同じ距離
で検出可能となる。またシールド板によってノイズや誤
動作防止機能も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量型近接スイッ
チに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静電容量型近接スイッチは、検出用電極
板に物体が近接すると静電容量が増加することに着目し
て、物体の接近を検出するために採用されている。被検
出物体は、金属や誘電体等何でもよく、各種金属・プラ
スチック・紙・木材および液体など広汎な物質からなる
物体の検出に用いられている。回路方式としては、高周
波発振回路の一部に検出用電極板を接続して、その静電
容量の変化により発振周波数を変えたり、発振を停止さ
せる高周波発振方式や、遅延回路の一部に検出用電極板
を接続して、その静電容量の変化による遅延時間の変化
を検出する位相比較型など種々提案されている。

【０００３】従来技術における静電容量型近接スイッチ
の構成例としては、図９に示すようなものがある。同図
において、近接スイッチの構成に必要な回路素子を実装
した回路基板８１の上面に電極板８２が電気的・構造的
に接続してある。回路基板８１及び電極板８２は、シー
ルド板８３によって覆われており、電極板の後方や側方
からの物体の近接や、ノイズによって電極板８２が影響
を受けることを低減している。シールド板８３の下側は
エポキシ材等の封止材８４によって封止してあり、シー
ルド板８３の周囲及び上側はケース８５によって覆われ
ている。プリント基板８１上には発光体（ＬＥＤ）８６
が設けてあり、近接スイッチが被検出体を検出すると発
光して、光路棒８７を介して表示可能にしてある。

【０００４】上記した従来技術の近接スイッチが接近す
る物体を検出できる範囲すなわち検出領域９１は、図１
０に示すケース８５の前面に略半円状（実際には略半球
状または略半楕円球状の範囲となるが、近接スイッチの
中央部断面で表すと略半円状または略楕円状となる。以
下このような検出領域を略半円状と記す。）に示された
内側（ハッチング部）となっている。この検出領域９１
に被検出体９２が近ずき、その一部が検出領域にかかる
と、電極板８２と被検出体９２間に働く静電容量が増加
して、この変化が検出回路によって電圧やパルスの位相
の変化量として出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
技術における近接スイッチの検出領域９１は、略半円状
の内側だけであるので、被検出体９２がケース８５の中
心部に近接して来る場合には、半円の頂点すなわち、ケ
ース８５上面からＬ0 の距離で検出可能である。しか
し、被検出体９２が中心からわずかな距離ｘ1 だけずれ
た場合には、ケース８５上面からＬ1 の距離に来るまで
検出されない結果となる。さらに、被検出体が中心から
ｘ2 だけ離れた位置にずれて接近して来る場合には、ケ
ース８５上面からＬ2 の距離に接近するまで検出されな
い結果となる。

【０００６】このように被検出体９２がケース８５の検
出面の中心からずれた位置に接近してくる場合には、図
１０の略半円状の検出領域９１を除いた点々で示す範囲
９３，９３では検出不能となる。よって、この範囲に被
検出体９２が接近したことを検出してこれを止める制御
をするような場合には、対応が間に合わず、被検出体９
２がケース８５に衝突して、これを破損するような事態
を生じる原因となっている。

【０００７】また、物体が接近するときの検出可能範囲
を大きくするために、検出領域を広くすることも行われ
ている。例えば、複数個の近接スイッチが接近した位置
に設ける構成が考えられるがこのような場合には、被検
出体が当該電極板の中心に向って直進してくるような場
合には問題ないが、被検出体が斜めに接近したり、ずれ
た位置に接近したりするような場合には、隣接の近接セ
ンサも動作してしまうなどの問題がある。

【０００８】本発明の目的は、検出精度が高くかつ誤動
作を生じない静電容量型近接スイッチを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、検出回路を構成する回路素子を実装し
てある回路基板と、回路基板の被検出体側に設けてあ
り、かつ回路基板に電気的に接続してある検出用電極板
とを備えた静電容量型近接スイッチにおいて、電極板は
被検出体の接近方向を開口部とする実質的にコ字状に形
成してあるところに特徴がある。好ましくは、電極板の
側部及び回路基板の被検出体と反対側の部分を覆うシー
ルド板をさらに備えている。

【００１０】

【作用】電極板の形状を被検出体の接近方向を開口部と
するコ字状にしてあるため、電極板の三面の各辺の内側
に略半円状にそれぞれ検出領域が形成される。三面によ
る検出領域が部分的に重複して形成され、電極板の内側
はほぼ全域が検出領域となるため、確実に被検出体を検
出でき、また、被検出体の近接位置の違いによる応答の
ずれをなくすことができる。

【００１１】電極板の側部及び回路基板の被検出体と反
対側の部分を覆うように、シールド板を設ければ、コ字
状に形成された電極板の外側からの影響がなくなって、
誤動作を防止できる。また、電極板に高周波電界がかか
る方式の静電容量型近接スイッチにおいては、高周波電
界が電極板の内側から漏洩せず、隣接のスイッチを誤動
作させない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１，２に示すように、金属板をコ字状
に成形してなる電極板１のはんだ付け部１ｃ（図３参
照）が回路基板２の回路パターン（図示略）にはんだ付
けによって接続してある。電極板１はコ字状に成形され
たプラスチック製のケース３に装着してある。このとき
電極板１及び回路基板２は、ケース３の内部に設けられ
た固定用ボス部（図示略）によって支持されて位置決め
されている。回路基板２には検出回路を構成する回路素
子２ａが実装してあるとともに、回路パターン（図示
略）が形成してある。

【００１３】電極板１及び回路基板２の周囲は、これも
コ字状に成形された金属板からなるシールド板４によっ
て覆われている。回路基板２とシールド板４との間に
は、これら両者間の絶縁性を確保するために、ＰＥＴ、
ＰＯＭなどの絶縁性材料からなるスペーサ５が介在させ
てある。これらの電極板１と回路基板２及びシールド板
４は、上記したケースのボス部に挿入され、かつねじ止
めされることによって位置決めされている。

【００１４】図３に示すように、電極板１は、検出領域
に対応した幅に底板部１ａ及び底板部１ａの両側を立ち
上げてなる側板部１ｂ，１ｂとによってコ字状に形成し
てある。底板部１ａの端面中央部には、前述したはんだ
付け部１ｃが設けてある。

【００１５】図４に示すように、シールド板４は電極板
１及び回路基板２をカバー可能とするコ字状に形成して
ある。シールド板の働きは、第１次的には検出領域に方
向性を持たせ、かつ外部からのノイズの影響を軽減させ
ることにある。本発明では、特に検出領域を電極板１の
コ字状内に画定させるために電極板の端面部１ｄ（図３
参照）をカバーするために、底板部４ａ，側板部４ｂ，
４ｂの各周辺の各端面を内側に屈曲させた曲げ部４ｃ…
をそれぞれ設けてある。曲げ部４ｃは、電極板１の上端
部１ｅ（図３参照）も覆うようにすればよいが、組み立
ての際の障害となることから、シールド板の側板部４
ｂ，４ｂを電極板のそれよりも高く設定することで、ノ
イズの影響や検出領域の不画定を最少限に抑えている
（図１参照）。

【００１６】再び図１，２の説明に戻って、ケース３の
下部外周部に設けられたケーブル導入口３ａには、電源
供給及び信号送信用のケーブル６が接続してある。ケー
ブルのリード部６ａはシールド板４の底面部４ａに設け
られた穴部４ｂを通って、回路基板１の下面にはんだ付
けしてある。穴部４ｂの周囲にはケーブルのリード部及
びはんだがシールド板４に接触しないように絶縁性のシ
ール剤７によって封止してある。さらにシールド板４の
底面部には、耐油性や耐水性を確保するために例えばエ
ポキシ系樹脂等の封止剤８によって封止されている。封
止剤８は、充填の際のシールド板の内側への流入を防止
するために、上記したシール材７によって、穴部やねじ
止め部を封止してから、その上に充填するようにしてあ
る。

【００１７】回路基板２の上面には、被検出体を検出し
たときに、発光可能なＬＥＤ９及びこのＬＥＤ９が発光
したときの光をケース外へ導いて表示する光路棒１０が
設けてある。ケース３の下端部には取り付けられるべき
装置等への取り付け部３ｂが設けてあり、装置本体等へ
ねじ等によって固定可能にしてある。

【００１８】図５は本実施例の完成品の外観を示すもの
で、取り付け部３ｂ，３ｂを介して装置本体に固定し、
ケース３の開口部３ｄに矢印方向から、被検出体が接近
するのに対しコ字状になったケースの内側が検出領域と
なる。

【００１９】次に動作について高周波発振方式を例にし
て説明する。電極板２に図示しない高周波発振器から高
周波を出力すると、電極板１の底板部１ａ及び側板部１
ｂ，１ｂの三面から高周波電界が発生する。

【００２０】図６に示すように、各電極面１ａ，１ｂ，
１ｂからの高周波電界によって形成される検出領域は、
ケース３の内面３ｃ、３ｄ、３ｄに対して断面がそれぞ
れほぼ半円状となり、コ字状になったケース３の内側の
大部分は、いずれかの検出領域１１（１１ａ、１１ｂ、
１１ｂ）によって占められる。すなわち、ケース３の中
央部に被検出体１２が接近して来るときには、検出開始
位置Ｌ０は電極面１ａによって形成される検出領域１１
ａの頂点よりも上方に位置している。さらに中心からｘ
1 だけ離れた位置に被検出体が接近するときの検出開始
位置は検出領域１１ｂによってＬ1 となり、ケース３の
中央部の検出開始位置よりもわずかに上方になってい
る。同様にして、中央部からｘ2 だけ離れた距離、すな
わち側板部の近くに被検出体が接近するような場合に
は、検出開始位置Ｌ２はＬ1 よりもわずかに上方であ
り、検出開始位置Ｌ1 よりもわずかに上方の位置から検
出可能となる。このようにして、中央部からの距離ｘに
よって、検出開始距離は若干変化するがその差はわずか
であり殆ど一定となるので、被検出体１２を検出して出
力される信号に基づいて種々の制御を行うまでの時間に
十分余裕が取れ、従来技術で説明したような被検出体の
衝突による近接センサーの破損などを防止できる。ま
た、電極板１の底板部１ａ及び側板部１ｂ，１ｂの外側
及び端面部１ｃ…は、シールド板４によって覆われてい
るので、電極板１の後方や側方からの物体の近接やノイ
ズによって影響を受けることが防止し、また、電極板１
から発生した高周波電界が外方へ漏洩しない。したがっ
てノイズ発生を防止するとともに、２つ以上の近接セン
サを隣接させて設けた場合にも隣接センサが誤動作する
おそれがなくなる。

【００２１】被検出体１２が図１，６に矢印で示してあ
るように、近接スイッチの開口部に向って接近し、その
一部が検出領域１１に入ると、電極板１と被検出体１２
間の静電容量が増加する。この静電容量の変化が基準値
を越えると検出回路から所定の信号が出力され、この近
接スイッチが装着される装置の各種の制御手段に信号を
送る。このときＬＥＤ９が発光し、物体の接近が光路棒
１０によってケース外に表示される。

【００２２】なお、上記では高周波発振式の近接スイッ
チについて説明したが、その他の回路方式を用いた近接
スイッチにおいても動作は同様である。

【００２３】次に、本発明の他の実施例について図７を
参照しながら説明する。上記したコ字状に形成した近接
スイッチは、複数個並べて構成してもよい。図７は同一
検出方向のものを２つ並べて実質的にコ字状に形成した
ものによって構成してある例を示している。電極板７
１、シールド板７４及び、回路素子７２ａを実装してあ
る回路基板７２は、上記実施例と同様のものを隣接位置
にかつ検出方向を同一にして配置してあり、これら２組
の検出要素に共通のケース７３を被せたものである。２
枚の回路基板７２，７２同士は、リード線７６によって
接続し、各回路基板との接続は、はんだ付してシール材
７７によって封止してある。シールド板７４の底面部に
は、耐油性及び耐水性を付与するためにエポキシ系樹脂
等の封止剤７８が充填してある。この構成は隣接する２
つの被検出体を検出可能とするもので、互いにシールド
板７４によって仕切られているため、隣接の検出領域へ
の被検出体の接近によって誤動作するおそれを生じな
い。

【００２４】次に、本発明のさらに他の実施例について
図８を参照しながら説明する。図１と相違する点は、ス
ペーサ５とシールド板４がない点で、その他の実質的に
同一の部品には同じ符号を付している。また回路基板２
の底面部には、耐油性や耐水性を確保するために封止剤
８によって封止されている。封止剤８は、充填の際のケ
ース３の内側への流入を防止するために、上記したシー
ル材７によって、ケース３と回路基板２との間を封止し
てから、その上に充填するようにしてある。本実施例で
は、シールド板４がないため検出領域に指向性がなくな
りコの字内だけでなく電極板１の周囲は全て検出領域と
なる。しかしコの字内において電極板１のコ字形の三方
から略半円状に形成された検出領域が部分的に重なり合
って、コ字状に形成された電極板の内側全体を占める広
い検出領域とすることができ、被検出体が開口部のどの
部分に進入しても、ケース底板部より殆んど同じ距離で
検出可能となる点は図１と同様である。

【００２５】なお図７では各開口部は同方向に開口して
いるが各開口方向を直交させるようにしたり、各開口部
を段違いになるように構成することも可能である。ま
た、２つのセンサの回路部を１枚の基板上に構成するこ
とも可能である。

【００２６】さらに、電極板のコ字状とは、Ｕ字状も含
むことは言うまでもないことである。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、電極板を被検出体の接近方向
を開口部とする実質的にコ字状に形成してあるので、三
方から略半円状に形成された検出領域が部分的に重なり
合って、コ字状に形成された電極板の内側全体をを占め
る広い検出領域とすることができる。このため、被検出
体が開口部のどの部分に進入しても、ケース底板部より
殆んど同じ距離で検出可能となるので被検出体の近接を
確実に検出でき、誤動作を防止できる。

【００２８】また、コ字状に形成された電極板の外側を
それぞれシールド板で覆うようにすれば、検出領域がコ
字形の内側に画定され、外来ノイズによる誤動作や隣接
する近接スイッチの誤動作の防止が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の正面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】同上の電極板の斜視図である。

【図４】同上のシールド板の斜視図である。

【図５】同上の完成品の斜視図である。

【図６】同上の検出領域と被検出体との関係を示す説明
図である。

【図７】本発明の他の実施例の正面断面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す正面断面図で
ある。

【図９】従来技術の正面断面図である。

【図１０】同上の検出領域と被検出体との関係を示す説
明図である。

【符号の説明】

１，７１ 電極板 ２，７２ 回路基板 ２ａ，７２ａ 回路素子 ４，７４ シールド板 １２ 被検出体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出回路を構成する回路素子を実装して
   ある回路基板と、上記回路基板の被検出体側に設けてあ
   り、かつ上記回路基板に電気的に接続してある検出用電
   極板とを備えた静電容量型近接スイッチにおいて、 上記電極板は上記被検出体の接近方向を開口部とする実
   質的にコ字状に形成してあることを特徴とする静電容量
   型近接スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記電極板の側部及
   び上記回路基板の上記被検出体と反対側の部分を覆うシ
   ールド板をさらに備えていることを特徴とする静電容量
   型近接スイッチ。