JPH09102254A - 静電容量型近接スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量型近接スイッチのセンサ性能を安定
させる。 【解決手段】 コ字状をなす電極板と、これを覆うコ字
状のシールド板とを備えた静電容量型近接スイッチにお
いて、電極板１の側板部１ｄとシールド板２の側板部と
を一定間隔に保つ間隔保持手段としてスペーサ部材３が
設けてある。スペーサ部材３により、電極板、シールド
板の大型化、複雑化による剛性の減少による電極板の側
板部１ｄとシールド板の側板部２とのショートやこれら
の間の間隔が変動するなどの不具合がなくなる。これに
より、電極板やシールド板の大きさや形状に無関係に安
定した静電容量を形成できのでセンサ性能が安定する。
また、電極板の側板部１ｄとシールド板の側板部２とに
係合し、かつ電極板の側板部１ｄとシールド板の側板部
２とを一定間隔に保つ溝または突起をケース５に一体的
に設ければ、特別な部材を必要としないのでコストが減
少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】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
たりす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、つぎのようなものがある。すなわち
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
板の上面に、電極板が電気的・構造的に接続してある。
電極板の側面及び回路基板は、シールド板によって覆わ
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が影響を受けることを低減してい
る。電極板の側面と、シールド板の一部とはある間隔を
置いて対向設置してある。シールド板の下側はエポキシ
材等の封止材によって封止してあり、シールド板の周囲
及び上側はケースによって覆われている。

【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は、電極板の
前面（ケースの前面）に突出する形状の略半球状または
略半楕円球状の範囲の内側となっている。この検出領域
に被検出体が近ずき、その一部が検出領域にかかると、
電極板と被検出体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】上記した従来技術の近
接スイッチにおいて、電極板の側面と、これと対向する
シールド板の部分とが大形化すると、それにともない各
自由端の剛性が減少する。このため、電極板とシールド
板とが互いに接触してショートしたり、互いの間隔を一
定に保てなくなるなどの不具合が生じ、安定した静電容
量を形成できないためにセンサ性能が低下する問題があ
った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では電極板及びシールド板の間隔を一定に保
つ間隔保持手段を設け、電極板及びシールド板の間隔の
変動または振動を抑制して検出性能を高めている。

【０００７】

【発明の実施の形態】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、回路基板に電気的に
接続してある検出用電極板と、この電極板及び回路基板
を覆うシールド板とを備えた静電容量型近接スイッチに
おいて、電極板とシールド板とを一定間隔に保つ間隔保
持手段を設けることによって電極板及びシールド板の先
端部を保持し、互いに接触不能にしてあるところに特徴
がある。

【０００８】上記の間隔保持手段の具体化の１つとし
て、電極板とシールド板との間にスペーサ部材を介挿し
てあり、上記両板の間隔をこのスペーサ部材によって保
持可能にしてある。

【０００９】他の望ましい具体的手段として、間隔保持
手段を電極板とシールド板とを覆うケースに設け、電極
板とシールド板とが係合することにより電極板とシール
ド板とを一定間隔に保つ溝または突起としてある。この
間隔保持手段は、ケースと一体に形成可能とすることに
よって製造コストの低減を実現可能である。

【００１０】さらに他の望ましい手段として、間隔保持
手段を、ケースの内部の先端部から回路基板に接しない
範囲に流動性を有する非導電性物質を充填し、この物質
が固化したものによって構成してある。固化した非導電
物質により電極板とシールド板とを確実に一定間隔に保
持可能である。

【００１１】間隔保持手段は、電極板とシールド板の各
自由端部の振動を抑制する振動抑制手段として機能する
ようにすることが望ましい。

【００１２】正確な物体の接近の検出及び間隔保持手段
の採用を有効とするために、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たものとする
ことが望ましい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施の形態について、図１に
示すようなコ字状をした高周波発振式の静電容量型近接
スイッチについて説明する。図１において、近接スイッ
チ４の開口部４ａに、矢印で示す方向から物体が接近
し、コ字状に形成された検出領域４ｂ内に入ると、後述
の電極板と物体との間の静電容量が増加する。この増加
の有無を検出信号に変換して、物体の近接を検出可能に
したものである。

【００１４】図２，３は、第１の実施形態を示すもの
で、図示してあるように、静電容量型近接スイッチ４に
おいて、図示しない回路基板の上面に金属板をコ字状に
成形して上方が開口している電極板１が固着してある。
回路基板には検出回路を構成する回路素子を実装してあ
るとともに、回路パターンが形成してある。また、回路
基板は電極板１と電気的に接続してある。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る。すなわち
電極板１は、検出領域に対応した幅に底板部１ｃ及びこ
の底板部の両側を立ち上げてなる側板部１ｄ，１ｄとに
よってコ字状に形成してある（図２において一方の側板
部１ｄのみ図示してあり他方の側板部１ｄは図示省
略）。電極板側板部１ｄの外側および回路基板の下面は
シールド板２によって覆われている。シールド板２はコ
字状の電極板１に沿うようにコ字状に成形された金属板
からなる。シールド板２は電極板１と同様に、底板部及
び底板部の両側を立ち上げてなる側板部を有するが、図
２では一方の側板部のみ図示してあり、他方の側板部は
図示を省略してある。シールド板２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１
の端面部をカバーするために、シールド板の底板部，側
板部の各端面を内側に屈曲させた曲げ部２ｂ，２ｃ，２
ｃ（図２においてシールド板２は一方の側板部のみ図示
してあるから、シールド板２の両側板部の端面を内側に
屈曲させた曲げ部２ｃ，２ｃも片方のみ図示してあ
る。）をそれぞれ設けてある。図２では省略してある
が、シールド板２は、さらにコ字状のシールド板２に沿
うようなコ字状の全体形状をなすプラスチック製のケー
ス５によって囲まれている。

【００１５】したがって図２において、電極板１のコ字
型の開口部に上方から、被検出体が接近して静電容量型
近接スイッチ４がこれを検出するが、このとき、後述の
ようにコ字状になった電極板１の内側が検出領域とな
る。

【００１６】図３に従って、コ字状になった電極板１の
側板部１ｄ付近の説明をすると、電極板側板部１ｄとシ
ールド板（の側板部）２とがある間隔をおいて立設して
ある。これらはケース（の側板部）５によって覆われて
いる（図１参照）。保持電極板１の各側板部１ｄ及びシ
ールド板２の各側板部の先端部には、絶縁材料からなる
保持部材８が挿着してある。保持部材８はスペーサ部材
３（間隔保持手段）及び爪部３ａ，爪部３ｂからなり、
爪部３ａと、電極板１に設けてある固定穴１ａにより、
保持部材８は電極板側板部１ｄに固定してある。また保
持部材８は他方の爪部３ｂによりシールド板２に係合
し、このときスペーサ部材３が電極板１とシールド板２
との間に介挿されることにより電極板の側板部１ｄとシ
ールド板２とを一定間隔に保つ構成となっている。こう
して、間隔保持手段３により電極板１とシールド板２と
を一定間隔に保つ構成となっているので、電極板１、シ
ールド板２の大型，複雑化による剛性の減少によるショ
ートや、電極板１とシールド板２との間の間隔が変動す
るなどの不具合がなくなる。また電極板１及びシールド
板２の大きさや形状に無関係に安定した静電容量を形成
できるのでセンサ性能を安定させることが可能になる。

【００１７】次に動作について上記した高周波発振方式
の近接スイッチを例にして説明する。電極板１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１ｃ及び側板部１ｄ，１ｄの三面から高周波電界
が発生する。

【００１８】各電極面１ｃ，１ｄ，１ｄ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５のコ字状に
なった３つの内面に対してそれぞれほぼ半球状（または
略半楕円球状であるが本実施例ではほぼ半球状とす
る。）に突出し、コ字状になったケース５の内側の大部
分は、各電極面１ｃ，１ｄ，１ｄのいずれかの検出領域
によって占められる。すなわち、ケース５のコの字内に
おいて各電極面１ｃ，１ｄ，１ｄから略半球状に形成さ
れた検出領域が部分的に重なりあってケース５のコの字
内の内側全体を占める広い検出領域とすることができ
る。

【００１９】被検出体が、近接スイッチの開口部４ａに
向って接近し、その一部がケース５のコ字状の内側の検
出領域４ｂ内に入ると、電極板１と被検出体間の静電容
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、物体の接近が図示しない発光手段等の表示手段に
よりケース外に表示される。

【００２０】このとき、ケース５のコの字内の内側全体
が検出領域となっているため、被検出体がケース５のコ
の字型開口部４ａのどの部分に進入しても、ケースのコ
の字部の底板部よりほとんど同じ距離で検出できるの
で、被検出体の近接を正確に検出可能である。

【００２１】また、電極板１の底板部１ｃ及び側板部１
ｄ，１ｄの外側及び端面部は、シールド板２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を防止し、誤動作
を防止できる。また、検出領域がケース５のコの字内の
内側に画定される。また、回路基板の下面はシールド板
２に覆われているから、静電容量型近接スイッチ４が周
囲からのノイズによって回路基板が影響を受けることを
防止し、誤動作を防止できる。またシールド板２によっ
て、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
上の近接スイッチを隣接させて設けた場合にも隣接する
近接スイッチが誤動作するおそれがなくなる。

【００２２】次に、本発明の他の具体的な実施の形態に
ついて説明する。なお、以下の実施の形態においては、
図２，３と実質的に同じ部分については同一の符号を付
している。

【００２３】図４に示すように、電極板側板部１ｄとシ
ールド板２とのそれぞれの取付穴１ｂ，２ａに、スペー
サ部材（間隔保持手段）３ｃの突起がそれぞれ嵌合して
おり、スペーサ部材３ｃが電極板の側板部１ｄとシール
ド板２との間に介挿されることにより電極板側板部１ｄ
とシールド板２とを一定間隔に保つ。

【００２４】上記した実施の形態においては、スペーサ
部材により間隔保持手段を構成してあるが、間隔保持手
段は、別部材とせずに回路基板と電極板１とシールド板
２とを覆うケース５に一体的に設けてもよい。本発明の
他の実施例の形態は、図５に示すように、ケース５に溝
（間隔保持手段）６を設け、電極板側板部１ｄとシール
ド板２とがそれぞれこれらの溝に嵌合し、電極板側板部
１ｄとシールド板２との間隔を一定間隔に保つ構成とな
っている。この実施の形態においては間隔保持手段をケ
ースと一体に形成するものであるため、部品点数ならび
に組み立て工数の減少により製造コストの引き下げが可
能になる。

【００２５】同様にして、図６に示すように、ケース５
に突起（間隔保持手段）７を設け、電極板側板部１ｄと
シールド板２とがそれぞれこの突起の側部に当接するよ
うに構成し、電極板側板部とシールド板との間隔を一定
間隔に保つ構成にすることも可能である。このようにケ
ース５に溝や突起を設けることにより、電極板１とシー
ルド板２が互いに接触したり一定間隔が保てなくなるこ
となどを防止可能である。

【００２６】さらに本発明の他の実施の形態における間
隔保持手段を採用した近接スイッチについて説明する。
図７の（ａ），（ｂ）はいずれも、コ字状の近接スイッ
チの開口部４ａを下向きにした断面図であり、ケース５
のコ字先端部（下端部）５ａ，５ａ内に間隔保持手段と
して流動性を有する非導電性物質９が充填してある。非
導電性物質９としては、例えばエポキシ樹脂，エポキシ
系接着剤またはシリコン樹脂が用いられる。非導電性物
質９は予めケース５のコの字先端部５ａ，５ａに充填し
ておき、これが固化する前に電極板１とシールド板２を
含む検出手段をケース５内に挿入し、図示しないケース
のボス部にシールド板と回路基板１０をねじ止め固化す
る。 ここで非導電性物質９の量は、これが固化したと
きに、ケース５のコの字先端部５ａ，５ａと電極板１及
びシールド板２が一体化可能な最少限度量（図（ａ）参
照）から、回路基板１０に接しない範囲である（図
（ｂ）参照）。これは回路基板に非導電性物質が付着
し、あるいはそれ以上の範囲までの量に達すると、この
非導電性物質が固化する際に、回路基板に実装された回
路素子１０ａ等に応力が発生して、これらの回路素子を
破損するおそれがあるので、これを防止するために必要
な範囲である。

【００２７】シールド板２の底板部とカバー５の内面と
の間は、封止剤１１，１１によって封止してあり、これ
によりカバー５の内面とシールド板２の外面との間を密
封してある。そしてシールド板２の底板部のケース５に
よって囲まれた範囲には、エポキシ系樹脂からなる封止
材１２が充填してあり、近接スイッチ４の要素全体をカ
バー内に密封してある。

【００２８】なお、上記実施例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。

【００２９】なお、上述の電極板のコ字状には、Ｕ字状
も含むことは言うまでもないことである。

【００３０】また、本発明は上記実施の形態に限られる
ものではなく種々の変更が可能である。例えば電極板ま
たはシールド板はコ字状でなくてもよくこれ以外の別形
状でもよい。また電極板またはシールド板を覆うケース
の形状もコ字状でなくてもよい。要するに互いに対向す
る電極板とシールド板との部分が互いに一定間隔を保つ
ように間隔保持手段を設けてあればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、間隔保持手段により電極板と
シールド板とを一定間隔に保つ構成となっているので、
電極板及びシールド板の大型化、複雑化による剛性の減
少によるショートや電極板とシールド板との間の間隔が
変動するなどの不具合がなくなる。このため電極板及び
シールド板の大きさや形状に無関係に安定した静電容量
を形成でき、センサ性能を安定化することができる。

【００３２】また、間隔保持手段を、ケースに一体的に
設けてあり、電極板とシールド板とに係合し、かつ電極
板とシールド板とを一定間隔に保つ溝または突起により
構成すれば、特別な部材を必要とせずにセンサ性能を安
定させることができコストを減少させることができる。

【００３３】また、間隔保持手段として、ケースの内部
に流動性を有する非導電性物質を、回路基板に接しない
範囲で充填し、これを固化させたものを採用すれば、動
作中に間隔保持手段と電極板またはシールド板との係合
が外れたりするようなことがなくなるので確実な間隔保
持が可能になる。

【００３４】間隔保持手段を電極板とシールド板の各自
由端部の振動を抑制する振動抑制手段として機能させる
ようにすれば、電極板およびシールド板の振動を防止
し、これらの破損等を防止し、電極板と回路基板との間
の電気的接続が切断されるのを防止し、また検出領域を
安定化させセンサ性能をさらに安定化することができ
る。

【００３５】さらに、電極板が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れば、電極板の
コの字内において電極板の三方から略半球状に形成され
た検出領域が部分的に重なりあって電極板のコの字内の
内側全体を占める広い検出領域を形成でき、被検出体の
接近を確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における静電容量型近接スイッチの外観
を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態の内部を示す一部切欠斜視
図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図４】同上の他の実施の形態の要部の断面図である。

【図５】同上のさらに他の実施の形態の要部の断面図で
ある。

【図６】同上のさらに他の実施の形態の要部の断面図で
ある。

【図７】図１Ｂ−Ｂ線の断面図であり、同図（ａ）は非
導電性物質をケース内のコ字状部の先端に充填してある
状態を示し、同図（ｂ）は同じく非導電性物質を回路基
板に接しない範囲で充填してある状態を示す。

【符号の説明】

１ 電極板 ２ シールド板 ３，３ｃ，６，７，９ 間隔保持手段 ４ａ 開口部 ５ ケース １０ 回路基板

Claims (6)

【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、上記回路基板に電気的に接続してある
   検出用電極板と、上記電極板及び上記回路基板を覆うシ
   ールド板とを備えた静電容量型近接スイッチにおいて、 上記電極板と上記シールド板とを覆うケース内にこれら
   の両板を一定間隔に保つ間隔保持手段が設けてあること
   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、上記間隔保持手段
   は、上記電極板と上記シールド板との間に介挿してある
   スペーサ部材であることを特徴とする静電容量型近接ス
   イッチ。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記間隔保持手段
   は、上記ケースの内面に設けてあり、上記電極板と上記
   シールド板とに係合し、かつ上記電極板と上記シールド
   板とを一定間隔に保つ溝または突起であることを特徴と
   する静電容量型近接スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項１において、上記間隔保持手段
   は、上記ケースの内部の先端部から上記回路基板に接し
   ない範囲に流動性を有する非導電性物質を充填し、上記
   物質が固化することによって上記電極板と上記シールド
   板とを一定間隔に保持するようにしたものであることを
   特徴とする静電容量型近接スイッチ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   上記間隔保持手段は、上記電極板と上記シールド板の各
   自由端部の振動を抑制する振動抑制手段として機能する
   ようにしてあることを特徴とする静電容量型近接スイッ
   チ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   上記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ことを特徴とする静電容量型近
   接スイッチ。