JPH11183632A

JPH11183632A - 磁性金属センサ

Info

Publication number: JPH11183632A
Application number: JP35370597A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nekado; 康夫根門; Masaaki Kusumi; 雅昭久須美
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Sony Manufacturing Systems Corp
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JP3664289B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ギア等の並列に配置された磁性金属片の検出
及び近接した磁性金属片の検出を行う磁性金属センサを
提供する。【解決手段】磁性金属センサの感磁部には、コイル２
３とコイル２４とが平行に配置され、このコイル２３，
２４が磁性金属の存在の有無を検出する。これらコイル
２３，２４は、駆動検出回路３０により励磁及び出力の
検出がされる。駆動検出回路３０は、コイル２４の励磁
方向を切り換えるスイッチを備えている。ギア等の並列
配置された金属片の数を検出する場合には、コイル２３
とコイル２４との極性が同一となるように、スイッチＳ
１，Ｓ１′、Ｓ２，Ｓ２′が切換えられる。近接した磁
性金属片の検出を行う場合には、コイル２３とコイル２
４との極性が逆となるように、スイッチＳ１，Ｓ１′、
Ｓ２，Ｓ２′が切換えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性金属片の有無
を検出する磁性金属センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁性金属の存在の有無を検出
する磁性金属センサが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような磁性金属セ
ンサは、例えばギアの歯や櫛状の金属の棒等のような並
列に配置された金属片の数を検出をして、この金属片の
移動位置を検出する金属カウンタに適用することが求め
られている。具体的には、この磁性金属センサは、ギヤ
の歯数を検出してギヤの回転速度や回転角度を制御する
工作機械等のシステムや、布や化学繊維等の編み機など
で繊維を編むための櫛状の編み棒の棒数を検出してその
移動位置を制御するシステム等に用いられている。

【０００４】また、このような磁性金属センサは、接近
した金属の検出を行って、この金属の動作や位置の制御
が行われている。例えば、この磁性金属センサは、ロボ
ット等のアームが所定位置に近づいたかどうかを判断し
てそのアームの位置を制御するシステムや、被工作物に
取り付けられるネジのゆるみや締め忘れ等を検出して作
業工程のチェックを行うシステムに用いられている。

【０００５】ところが、例えば、ギヤ歯や櫛歯状金属の
検出用途に設計されたセンサは、ネジ等の締め忘れ、及
び、ロボットアームの位置検出用途に用いることには不
向きであり、また、逆の場合においても同様のことがい
える。従って、これら相反する金属片検出に際して
は、それぞれ個別のセンサを設計、用意せねばならな
い。

【０００６】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、並列に配置された磁性金属片の検出、及
び、近接した磁性金属片の検出を行う磁性金属センサを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る磁性金属センサは、磁界変化に応じ
て検出出力を得る一対の磁電変換手段と、上記一対の磁
電変換手段に対して、磁界を与える磁界発生手段と、上
記一対の磁電変換手段のいずれか一方の極性を切り換え
る切換手段とを備える。

【０００８】この磁性金属センサでは、切換手段の切換
に応じて、複数の金属片が所定の間隔で並列に配置され
た被検出部に対して相対移動してこの磁性金属片の数等
を検出し、また、磁性金属片に対して近接しているかど
うかを検出する。この磁性金属センサは、この切換手段
により磁電変換手段の極性を切り換え、並列に配置され
た磁性金属片の検出、及び、近接した磁性金属片の検出
を行う。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、本発明の磁性金属センサ
を、磁性金属片が所定間隔で並列に配置された被検出体
の移動位置を検出する金属片カウンタに適用した場合に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１０】図１に、金属片カウンタの斜視図を示す。

【００１１】この金属片カウンタは、被検出体１と、セ
ンサ固定台３上に固定された磁性金属センサ２とから構
成される。

【００１２】被検出体１は、所定間隔λで並列に配置さ
れた複数の金属片１１を有している。これら複数の金属
片１１は、鉄、コバルト等の磁性金属からなり、例え
ば、直方体の形状となっている。これら複数の金属片１
１は、それぞれの長手方向の一端部が指示部１２に取り
付けられており、全体として被検出体１を構成してい
る。

【００１３】金属片１１の寸法は、図２（ａ）の平面
図、及び、この図２（ａ）においてＡ方向から見た図２
（ｂ）の側面図に示すように、例えば、長手方向の長さ
ｌ₁，幅ｗ₁，高さｈ₁が、それぞれ５．０ｍｍ，０．５
ｍｍ，２．０ｍｍとなっている。また、金属片１１の並
列配置の間隔λは、１．０ｍｍとなっている。なお、こ
の金属片１１の図２（ａ）に示すＡ方向から見た側面、
すなわち、金属片１１の長手方向の指示部１２が取り付
けられていない他端部の側面を、以下検出面１１ａと呼
ぶ。

【００１４】また、被検出体１の指示部１２の側面に
は、駆動軸１３が取り付けられている。この駆動軸１３
は、図示しない駆動機構に接続されている。この駆動機
構は、例えば、制御回路等の制御に基づき、金属片１１
が並列に配置された方向であるａ₁方向及びａ₂方向に、
被検出体１を平行移動させる。

【００１５】図３に、磁性金属センサ２の構造を示す。

【００１６】磁性金属センサ２は、略Ｕ字状の開磁路型
のコア２２にコイル２３及びコイル２４が巻かれた感磁
部２１と、この感磁部２１に磁界を与える磁石２５とを
備えている。

【００１７】感磁部２１のコア２２は、図４（ａ）に示
すように、略直方体の垂直部２２ａ、２２ｂが、所定の
ギャップ幅ｇをもって長手方向が平行となるよう配置さ
れている。この垂直部２２ａ，２２ｂは、その長手方向
の一端部が接続部２２ｃに接続され、全体として略Ｕ字
状のコア２２が一体成形されている。このコア２２は、
例えば、ＮｉＦｅ組成のパーマロイ等やＦｅ，Ｃｏ，Ｓ
ｉ，Ｂ等で構成されたアモルファス材料等の軟磁性を示
す材料からなる。

【００１８】このコア２２の各部位の寸法は、例えば、
垂直部２２ａ，２２ｂの長手方向の長さｌ₂，幅ｗ₂，高
さｈ₂が、それぞれ３．５ｍｍ，０．５ｍｍ，０．０５
ｍｍとなっている。また、この垂直部２２ａ，２２ｂと
の間のギャップ幅ｇが１．０ｍｍとなっており、コア２
２全体の寸法は、長手方向の長さｌ₃，幅ｗ₃，厚さｈ₂
が、それぞれ５．０ｍｍ，２．０ｍｍ，０．０５ｍｍと
なっている。

【００１９】このような形状のコア２２には、図４
（ｂ）に示すように、それぞれ筒状のボビン２９ａ，２
９ｂの外周をガイドにして、垂直部２２ａ及び垂直部２
２ｂに対してコイル２３，２４が巻かれている。これら
コイル２３，２４は、その中心軸が上記垂直部２２ａ，
２２ｂの長手方向に平行となるように巻かれている。こ
のようなコイル２３，２４は、例えば、直径０．０５ｍ
ｍの銅線が、それぞれ５０回ずつ巻かれて構成される。

【００２０】以上のような感磁部２１は、コア２２の垂
直部２２ａ，ｂの長手方向（図４で示すｘ方向）へ平行
に入射する外部磁界に対する感度が非常に高くなってい
る。また、感磁部２１は、このｘ方向に平行入射する外
部磁界に対してインピーダンス変化が生じ、その変化率
が非常に大きくなっている。なお、このコア２２の垂直
部２２ａ，ｂの長手方向すなわち図４で示すｘ方向を、
以下この感磁部２１の感磁方向として説明を行う。

【００２１】また、感磁部２１のコイル２３，２４は、
高周波のパルス電流で励磁される。ここで、この磁性金
属センサ２を金属片カウンタに適用する場合には、コイ
ル２３，２４の巻き線方向と励磁する高周波パルス電流
の電流方向との関係は、その極性が同一である関係にあ
る。つまり、コイル２３に発生する磁界Ｈ１とコイル２
４に発生する磁界Ｈ１′とが、同一の方向となるような
関係にある。例えば、コイル２３とコイル２４との巻き
線方向が同一である場合はそれぞれに同相の高周波パル
ス電流が励磁され、また、コイル２３とコイル２４との
巻き線方向が逆である場合はそれぞれに逆相の高周波パ
ルス電流が励磁される関係となっている。

【００２２】なお、この磁性金属センサ２を近接センサ
として用いる場合には、コイル２３，２４の巻き線方向
と励磁する高周波パルス電流の電流方向との関係は、そ
の極性が逆となる関係になる。つまり、コイル２３に発
生する磁界Ｈ１とコイル２４に発生する磁界Ｈ１′と
が、逆の方向となるような関係にある。例えば、コイル
２３とコイル２４との巻き線方向が同一である場合は互
いに逆の高周波パルス電流が励磁され、また、コイル２
３とコイル２４との巻き線方向が逆である場合は互いに
逆相の高周波パルス電流が励磁される関係となってい
る。

【００２３】従って、この感磁部２１の一方のコイル２
４は、この磁性金属センサ２を近接センサとして適用し
た場合にその極性が逆となるようにするため、後述する
駆動検出回路に切り換えスイッチが設けられている。な
お、この磁性金属センサ２を近接センサとして用いた場
合についての詳細な説明は後述する。

【００２４】このようなコイル２３，２４は、端子台２
６において信号線３１，３２，３３と接続され、この信
号線３１，３２，３３を介して例えばこの磁性金属セン
サ２の外部に設けられた駆動検出回路と接続される。こ
れらコイル２３，２４は、この駆動検出回路から励磁電
流が供給され、この駆動検出回路により出力が検出され
る。

【００２５】図５にこの駆動検出回路の回路図を示す。

【００２６】駆動検出回路３０は、発振回路３４と、発
振回路３４からのパルス信号に基づきコイル２３，２４
の励磁電流をスイッチングするスイッチング回路３５
と、コイル２３，２４の出力電圧を検出して平滑化する
平滑回路３６と、コイル２３，２４のスレッショルドレ
ベルを決定する基準電圧回路３７と、平滑化されたコイ
ル２３，２４の出力とスレッショルドレベルを比較する
比較回路３８とを備えている。

【００２７】また、駆動検出回路３０は、コイル２４に
流される励磁電流の方向を切り換えて、このコイル２４
の極性を反転させるスイッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ
２，Ｓ２′を備えている。

【００２８】感磁部２１のコイル２３は、その一端から
電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端が中点Ｍに接続されて
いる。

【００２９】感磁部２１のコイル２４の一端は、スイッ
チＳ１を介して上記中点Ｍに接続されるとともに、スイ
ッチＳ２を介してスイッチング回路３５に接続される。
また、感磁部２１のコイル２４の他端は、スイッチＳ
１′を介してスイッチング回路３５に接続されるととも
に、スイッチＳ２′を介して上記中点Ｍに接続される。
このようなスイッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ２，Ｓ
２′は、それぞれ連動してオン／オフ動作をし、コイル
２４の励磁電流の方向を切り換える。

【００３０】ここで、この磁性金属センサ２を金属片カ
ウンタに適用した場合には、例えば、スイッチＳ１，Ｓ
１′がオンされ、かつスイッチＳ２，Ｓ２′がオフされ
て、このコイル２３とコイル２４とが直列接続される。
このときには、コイル２３とコイル２４との極性が同一
となる。

【００３１】なお、この磁性金属センサ２を詳細を後述
する近接センサとして適用した場合には、例えば、スイ
ッチＳ１，Ｓ１′がオフされ、かつ、スイッチＳ２，Ｓ
２′がオンされて、このコイル２３とコイル２４とが直
列接続される。このときには、コイル２３とコイル２４
との極性が反対となる。

【００３２】発振回路３４は、例えば、周波数１ＭＨ
ｚ，デューティ比１：１０のパルス信号を発生する。ス
イッチング回路３５は、このパルス信号に基づき、直列
接続されたコイル２３，２４に流れる電流をスイッチン
グする。このことにより、これらコイル２３，２４は、
高周波パルス電流で励磁される。

【００３３】平滑回路３６は、直列接続されたコイル２
３，２４の中点Ｍの電圧を検出して平滑化する。基準電
圧回路３７は、例えば、電源電圧を所定の値の抵抗で分
圧して、基準電圧を発生する。この基準電圧は、比較回
路３８に対して、コイル２３，２４の出力のスレッショ
ルドレベルとして与えられる。

【００３４】ここで、この基準電圧の値は、例えば、磁
性金属センサ２に対して何等磁界や金属が近接していな
い状態における直列接続されたコイル２３，２４の中点
Ｍの電圧が設定される。具体的には、コイル２３，２４
の与えられた磁界に対する変化率や磁界が与えられてい
ないときの抵抗値が同一であれば、この基準電圧は、電
源電圧Ｖｃｃの１／２と設定される。

【００３５】比較回路３８は、平滑回路３６から供給さ
れる平滑化されたコイル２３，２４の中点Ｍの電圧と、
基準電圧回路３７から供給されるスレッショルドレベル
の基準電圧とを比較して２値化し、その２値化した信号
を例えば図示しない制御回路等に供給する。

【００３６】この図示しない制御回路等が、この比較回
路３８により２値化した信号のパルス数をカウントする
ことにより上記金属片１１の検出数を求めることがで
き、この検出数から磁性金属センサ２と被検出体１との
相対移動位置を検出することができる。

【００３７】以上のように駆動検出回路３０は、コイル
２３，２４に高周波のパルス電流を励磁し、また、コイ
ル２３，２４の出力を検出することができる。

【００３８】また、磁石２５は、上記感磁部２１に対し
て感磁方向に平行で一様な磁界を与えるように、位置決
め部２５ａにより感磁部２１と所定間隔を保って位置決
めされて固定される。この磁石２５は、感磁部２１の接
続部２２ｃに対向する位置に設けられ、感磁部２１に対
してコア２２の接続部２２ｃ側から感磁方向に平行な磁
界を与える。例えば、この磁石２５は、１×１×２ｍｍ
の直方体のフェライト磁石からなり、１×２ｍｍの面が
上記感磁部２１の接続部２２ｃに対向するように配置さ
れる。この場合、磁石２５は、この１×２ｍｍの面に垂
直となるように、例えば、表面磁束密度が約６００Ｇで
着磁される。

【００３９】また、感磁部２１と磁石２５との間の距離
ｌ_xは、この磁石２５の強さと、この感磁部２１の磁界
に対するインピーダンス特性に応じて定められる。具体
的には、コイル２３，２４のいずれかのコイルに対して
磁石２５による磁界を与え、出力の最大値（すなわち、
この磁石２５から与えられた磁界により飽和状態となっ
た場合の出力）及び出力の最小値（すなわち、この磁石
２５からの磁界が及んでいない場合の出力）を検出す
る。そして、これら検出した値の中間の値となるような
位置を求め、このときの感磁部２１と磁石２５との間の
距離をｌ_xとして定める。例えば、上述した感磁部２１
及び磁石２５の場合では、距離ｌ_xを２ｍｍと定めるこ
とができる。

【００４０】なお、この磁石２５は、フェライト磁石に
限られず、例えば、Ｓｍ系やＺｎＭｎ系の永久磁石、又
は、電磁石等を用いても良い。また、磁石２５に電磁石
を用いた場合には、電流量により発生する磁界を制御す
ることができるので、上記距離ｌ_xの調整をこの電流量
に依存させることもできる。

【００４１】以上のような磁石２５は、感磁部２１に対
して感磁方向のバイアス磁界を与えることができ、この
ため、外部磁界に対してインピーダンスの変化が直線的
であり、かつ、インピーダンス変化が急峻な特性を示す
範囲で、この感磁部２１を使用することができる。

【００４２】そして、このような略Ｕ字状の開磁路型の
コア２２にコイル２３及びコイル２４が巻かれた感磁部
２１と、この感磁部２１に感磁方向の磁界を与える磁石
２５等は、例えば、その保護のため、エポキシ樹脂が封
入された状態でアルミケース２７に収容され、全体とし
て磁性金属センサ２を構成する。

【００４３】以上説明したように磁性金属センサ２で
は、開磁路を形成したコア２２を備える感磁部２１を有
し、この感磁部２１に対して磁石２５により感磁方向の
磁界が与えられている。また、この感磁部２１のコア２
２には、並列に配置され、極性が同一のコイル２３及び
コイル２４が設けられている。従って、この磁性金属セ
ンサ２では、感磁部２１に備えられるコア２２に巻かれ
たコイル２３，２４のいずれか一方に磁性金属が接近す
ると、磁石２５により与えられている磁界が変化する。
そのため、この磁性金属センサ２では、この磁界の変化
に応じて生じるインピーダンスの変化を検出回路により
検出することにより、磁性金属が近接したかどうかを検
出することができる。

【００４４】つぎに、上記被検出体１と上記磁性金属セ
ンサ２との配置の関係について説明する。

【００４５】被検出体１が上述したように図示しない駆
動機構により図１中に示したａ₁，ａ₂方向、すなわち、
金属片１１が並列に配置された方向に平行移動するのに
対し、磁性金属センサ２は、センサ固定台３上に固定さ
れて設置される。また、この磁性金属センサ２は、被検
出体１が金属片１１が並列に配置された方向に対して平
行移動した場合おいて、各金属片１１の検出面１１ａ
に、上記感磁部２１のＵ字状のコア２２の開口部が対向
するように設置される。すなわち、この磁性金属センサ
２は、感磁部２１の感磁方向（図４に示すｘ方向）が金
属片１１の長手方向に一致し、上記被検出体１の移動方
向ａ₁，ａ₂に垂直となるように配置される。

【００４６】また、この磁性金属センサ２は、図６に示
すように、被検出体１の移動方向ａ₁，ａ₂におけるコア
２２の垂直部２２ａ及び垂直部２２ｂの幅ｇ′が、金属
片１１が並列に配置された間隔λに対して、（ｎ＋１／
２）λとなるように、所定の角度をもって配置される
（但し、ｎは、０以上の整数。）。すなわち、この磁性
金属センサ２は、コア２２の垂直部２２ａが、１の金属
片１１の検出面１１ａに対向するときに、他方の垂直部
２２ｂがいずれの検出面１１ａとも対向しない位置とな
るように、角度を設定してセンサ固定台３上に配置され
る。

【００４７】例えば、上述したような寸法のコア２２及
び金属片１１であれば、この垂直部２２ａと垂直部２２
ｂとを結ぶ直線と、被検出体１の移動方向ａ₁，ａ₂との
角度θを、以下のように定めることができる。

【００４８】 θ＝ｃｏｓ^-1（（λ／２）／（ｗ₂＋ｇ））＝ｃｏｓ^-1（０．５／１．５）＝７０．５゜以上のように被検出体１と磁性金属センサ２との配置関
係を定めることによって、この被検出体１がａ₁，ａ₂方
向に平行移動した場合、磁性金属センサ２の検出出力が
以下の状態を繰り返すこととなる。すなわち、磁性金属
センサ２の検出出力は、垂直部２２ａが１の金属片１１
の影響により応答して垂直部２２ｂがいずれの金属片１
１の影響によっても応答しない状態と、垂直部２２ｂが
１の金属片１１の影響により応答して垂直部２２ａがい
ずれの金属片１１の影響によっても応答しない状態とを
交互に繰り返すこととなる。

【００４９】従って、この交互に繰り返される検出出力
をカウントすることによって、被検出体１の移動位置を
検出することができる。

【００５０】つぎに、磁性金属センサ２の金属片１１の
検出動作について説明する。

【００５１】まず、１つの金属片１１を、この磁性金属
センサ２のコイル２３からコイル２４にかけて通過させ
た場合の検出出力について図７を用いて説明する。な
お、この図７は、横軸に、１つのみで構成される金属片
１１のコイル２３，２４に対する位置を表し、縦軸に、
図５に示す駆動検出回路３０において検出したコイル２
３とコイル２４を直列接続した場合の中点Ｍの電圧を表
している。また、縦軸のスレッショルドレベルは、上述
したようにこの磁性金属センサ２に何等磁界や金属を近
づけていない場合の中点Ｍの電圧を表している。

【００５２】金属片１１がコイル２３及びコイル２４の
いずれにも接近していない位置Ｐ₁にある場合には、コ
イル２３及びコイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵
抗は変化せず、磁石２５から与えられる磁束の本数に変
化は生じていない。従って、コイル２３及びコイル２４
のいずれのインピーダンスも変化しないので、中点Ｍの
電位は、スレッショルドレベルにある。

【００５３】続いて、金属片１１がコイル２３に接近し
ていくと、金属片１１の透磁率が空気の透磁率よりも大
きいことから、このコイル２３を通る磁束の磁気回路の
磁気抵抗が小さくなっていき、磁石２５から与えられる
磁束の本数が増加する。それに対し、コイル２４は金属
片１１に応答しないため、コイル２４を通る磁束の磁気
回路の磁気抵抗はコイル２３側の磁束が増加する分だけ
減少する。そのため、コイル２３のインピーダンスが小
さくなっていき、それに対して、コイル２４のインピー
ダンスは大きくなっていく。従って、金属片１１がコイ
ル２３に接近するにつれて、中点Ｍの電位は、スレッシ
ョルドレベルから順次高くなっていく。そして、金属片
１１がコイル２３に最も接近した位置Ｐ₂となる場合
に、中点Ｍの電位が最も高くなる。

【００５４】続いて、金属片１１がコイル２３に最も接
近した位置Ｐ₂からコイル２４に接近していくと、コイ
ル２３から金属片１１が離れていくため、コイル２３を
通る磁束の磁気回路の磁気抵抗が大きくなっていき、磁
石２５から与えられる磁束の本数が減少していく。それ
に対して、コイル２４に金属片１１が接近するため、コ
イル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗は小さくなっ
ていく。そのため、コイル２３のインピーダンスが大き
くなっていき、同時に、コイル２４のインピーダンスが
小さくなっていく。従って、金属片１１がコイル２３か
らコイル２４に接近するにつれて、中点Ｍの電位は順次
低くなっていく。そして、金属片１１がコイル２３とコ
イル２４の中間位置Ｐ₃に来ると中点Ｍの電位はスレッ
ショルドレベルとなり、金属片１１がコイル２４に最も
接近した位置Ｐ₄となると中点Ｍの電位が最も低くな
る。

【００５５】続いて、金属片１１がコイル２４に最も接
近した位置Ｐ₄から、コイル２３及びコイル２４のいず
れにも接近していない位置Ｐ₅に移動すると、コイル２
３及びコイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗がい
ずれも金属片１１に応答しなくなる。従って、コイル２
３及びコイル２４のいずれのインピーダンスも変化しな
いので、中点Ｍの電位が、スレッショルドレベルとな
る。

【００５６】以上のように、磁性金属センサ２では、金
属片１１がコイル２３からコイル２４にかけて通過する
と、中点Ｍの電位が、金属片１１が接近していないとき
の電位をスレッショルドレベルとして、プラスマイナス
に振れる。従って、この磁性金属センサ２では、このス
レッショルドレベルを中心に検出出力を比較することに
よって、金属片１１の位置を容易かつ確実に検出するこ
とができる。

【００５７】つぎに、コイル２３とコイル２４の間隔を
λ／２にした磁性金属センサ２を、間隔λで並列に配置
された複数の金属片１１に対して相対的に移動させた場
合の検出出力について図８を用いて説明する。なお、こ
の図８は、横軸に、複数の金属片１１に対する磁性金属
センサ２の位置を表し、縦軸に、図５に示す駆動検出回
路３０においてコイル２３とコイル２４を直列接続した
場合の中点Ｍの電圧を表している。また、縦軸のスレッ
ショルドレベルは、上述したようにこの磁性金属センサ
２に何等磁界や金属を近づけていない場合の中点Ｍの電
圧を表している。

【００５８】この磁性金属センサ２では、コイル２３に
１つの金属片１１が最も接近した位置にあるときには、
コイル２４にはいずれの金属片１１も接近していない。
そのため、コイル２３が金属片１１に応答している状態
において、コイル２４が金属片１１に応答していない。
従って、検出出力となる中点Ｍの電位は、スレッショル
ドレベルよりも大きくなっている。

【００５９】また、この磁性金属センサ２では、コイル
２４に１つの金属片１１が最も接近した位置にあるとき
には、コイル２３にはいずれの金属片１１も接近してい
ない。そのため、コイル２４が金属片１１に応答してい
る状態において、コイル２３が金属片１１に応答してい
ない。従って、検出出力となる中点Ｍの電位は、スレッ
ショルドレベルよりも小さくなる。

【００６０】従って、この磁性金属センサ２では、間隔
λで並列に配置された複数の金属片１１に対して相対的
に移動させた場合、スレッショルドレベルを中心に上下
に振れる信号を検出出力として得ることができる。

【００６１】なお、図９に、一例として、上述した寸法
の磁性金属センサ２と金属片１１を適用した場合の、磁
性金属センサ２と金属片１１の相対移動位置に対する直
列接続したコイル２３とコイル２４の中点Ｍの電位の関
係を表した図を示す。

【００６２】以上のように、磁性金属センサ２では、間
隔λで並列に配置された複数の金属片１１に対して相対
的に移動させた場合における検出出力を、金属片１１が
コイル２３，２４のいずれにも接近していない位置の中
点Ｍの電位をスレッショルドレベルとして比較すること
により、１の金属片１１の数を容易かつ確実に検出する
ことができる。

【００６３】なお、この磁性金属センサ２を金属片カウ
ンタに適用した場合、被検出体１が平行移動すると説明
したが、本発明では、被検出体１とセンサ２との間で相
対移動すればよいので、磁性金属センサ２側が平行移動
しても良い。

【００６４】また、更に別の磁性金属センサを上記磁性
金属センサ２と（ｍ±１／４）λの距離をもって相対移
動方向にずらして配置することで、上記図８に示した信
号が９０゜の位相差を有する２相の信号として得ること
ができる（ｍは整数）。従って、この２相の信号に基づ
き相対的な移動量を出力する信号をつくることができる
ので、このように配置された磁性金属センサを用いて位
置検出装置を構成することが可能となる。

【００６５】また、被検出体を円形状に構成し、回転数
や角度を測定するようにもできる。つぎに、上述した磁
性金属センサ２を近接センサとして適用した場合につい
て説明する。

【００６６】この磁性金属センサ２を近接センサとして
適用した場合には、例えば、ロボット等のアームが所定
位置に近づいたかどうかを判断してそのアームの位置を
制御するシステムや、被工作物に取り付けられるネジの
ゆるみや締め忘れ等を検出して作業工程のチェックを行
うシステムに用いることが可能である。

【００６７】このような磁性金属センサ２を金属の近接
センサとして用いる場合には、コイル２３，２４の極性
が互いに逆方向となるようにしてその差動出力を検出す
ることによって、その感度を高くすることができる。

【００６８】つまり、この磁性金属センサ２を近接セン
サとして用いる場合には、上述した図５に示す駆動検出
回路３０の各スイッチを、例えば、スイッチＳ１，Ｓ
１′をオフとし、スイッチＳ２，Ｓ２′をオンとして、
コイル２３とコイル２４に流す励磁電流の位相を反転さ
せる。このことにより、コイル２３とコイル２４との巻
き線方向が同一である場合は互いに逆相の高周波パルス
電流により励磁され、コイル２３とコイル２４との巻き
線方向が逆である場合は同相の高周波パルス電流で励磁
される。

【００６９】そして、このように励磁したコイル２３，
２４間の差分値を検出することによって、上記磁性金属
センサ２の金属を高感度な近接センサとして用いること
ができる。

【００７０】このように近接センサとして用いた場合の
磁性金属センサ２の検出動作について、図１０を用いて
説明する。

【００７１】この図１０には、１つの金属片５１を、こ
の磁性金属センサ２のコイル２３からコイル２４にかけ
て通過させた場合の検出出力を示している。なお、この
図１０は、横軸に、１つのみで構成される金属片５１の
コイル２３，２４に対する位置を表し、縦軸に、コイル
２３とコイル２４の差動電圧を示している。

【００７２】金属片５１がこの磁性金属センサ２の感磁
部２１に接近していない場合には、コイル２３とコイル
２４との電圧差は生じず、出力は、０となっている。そ
して、この感磁部２１に金属片５１が接近すると、コイ
ル２３とコイル２４の極性が逆となっているため、コイ
ル２３，２４のいずれか一方のインピーダンスが高くな
り、他方のインピーダンスが低くなる。従って、その差
動電圧は上昇する。

【００７３】そして、金属片５１がコイル２３及びコイ
ル２４の両者に対向する位置に来たときに、その差動電
圧が最大レベルとなる。

【００７４】従って、この磁性金属センサ２では、所定
の電圧のスレッショルドレベルを設定し、検出した差動
電圧をこの設定したスレッショルドレベルで２値化する
ことにより、金属片５１が接近したかどうかを判断する
ことができる。

【００７５】以上のように磁性金属センサ２では、スイ
ッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ２，Ｓ２′によりコイル
２４の極性を切り換えることにより、金属片カウンタ１
１として適用することができるとともに、近接した磁性
金属片の検出を行うことができる。そのため、この両者
の機能を有する磁性金属センサ２を、安価に提供するこ
とができる。

【００７６】なお、上述した駆動検出回路３０では、電
圧比較部３７により発生されるスレッショルドレベルの
電圧と、コイル２３，２４の中点Ｍの電圧とを比較し、
その値を２値化している。従って、この磁性金属センサ
２を、金属片カウンタに適用する場合と、近接センサと
して用いる場合とでスレッショルドレベルが変わるとき
には、この電圧比較部３７の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂の比率を変更
すれば良い。この抵抗Ｒ₁，Ｒ₂の比率の変更は、例え
ば、トリマ等を用いて設定することが可能である。

【００７７】また、この抵抗比率を変更することができ
ない場合には、比較回路３８を差動増幅器に置き換え、
差動電圧を直接システムコントローラ等に供給し、この
システムコントローラでＡ／Ｄ変換をしてデータを収集
することにより、この磁性金属センサ２を金属片カウン
タや近接センサの両者に適用することができる。

【００７８】つぎに、磁性金属センサ２の感磁部２１に
磁気インピーダンス効果素子を適用した場合について説
明する。

【００７９】これまで、略Ｕ字型のコア２２の垂直部２
２ａ，２２ｂにコイル２３，２４を巻いた感磁部２１を
備える磁性金属センサ２について説明したが、本発明に
係る磁性金属センサでは、例えば、特開平６−２８１７
１２号公報で提案されているようないわゆる磁気インピ
ーダンス効果（ＭＩ）素子４１，４２を感磁部２１に適
用することも可能である。

【００８０】このＭＩ素子４１，４２は、材質がＦｅ、
Ｓｉ、Ｃｏ、Ｂ等で構成されたアモルファス合金からな
る。このＭＩ素子４１，４２は、図１１に示すように、
略ワイヤ形状となっている。このＭＩ素子４１，４２
は、長手方向（感磁方向）に対して高周波通電すると、
この長手方向に入射する外部磁界に対してインピーダン
ス変化が生じる。

【００８１】このＭＩ素子４１，４２を備えた磁性金属
センサ２を、金属片カウンタに適用した場合の配置関係
を図１２に示す。

【００８２】このＭＩ素子４１，４２は、所定のギャッ
プ幅ｇをもって長手方向が平行となるよう配置され、そ
の配置位置が上述した垂直部２２ａ，２２ｂに対応する
位置となっている。また、このＭＩ素子４１，４２は、
磁石２５により長手方向に平行な磁界が与えられ、この
方向に入射する外部磁界に対する感度が非常に高くなっ
ている。また、このＭＩ素子４１，４２は、この方向の
外部磁界に対してインピーダンス変化が生じ、その変化
率が非常に大きくなっている。

【００８３】また、ＭＩ素子４１，４２は、高周波のパ
ルス電流で励磁される。ここで、ＭＩ素子４１，４２
は、この磁性金属センサ２が金属片カウンタに適用され
る場合には、感磁方向が同一となるような同相の高周波
パルス電流で励磁され、その極性が同一となっている。

【００８４】なお、このＭＩ素子４１，４２を適用した
磁性金属センサ２を近接センサとして用いる場合には、
上述したコイル２３，２４をコア２２に巻回した場合と
同様に、その極性が逆となる関係とする。この切り換え
は、後述する駆動検出回路に設けられたスイッチにより
行われる。

【００８５】このようなＭＩ素子４１，４２は、信号線
を介してこの磁性金属センサ２の外部に設けられた駆動
検出回路と接続される。これらＭＩ素子４１，４２は、
この駆動検出回路から励磁電流が供給され、この駆動検
出回路により出力が検出される。

【００８６】図１３にこのＭＩ素子４１，４２の駆動検
出回路４０の回路図を示す。

【００８７】駆動検出回路４０は、発振回路３４と、発
振回路３４からのパルス信号に基づきＭＩ素子４１，４
２の励磁電流をスイッチングするスイッチング回路３５
と、ＭＩ素子４１の出力電圧を検出して平滑化する平滑
回路３６ａと、ＭＩ素子４２の出力電圧を検出して平滑
化する平滑回路３６ｂと、平滑化されたＭＩ素子４１，
４２の出力どうしを比較する比較回路３８とを備えてい
る。

【００８８】また、この駆動検出回路４０はＭＩ素子４
１の励磁電流の方向を切り換えるスイッチＳ３、スイッ
チＳ４とを備えている。

【００８９】ＭＩ素子４２は、一端が抵抗Ｒ₂を介して
電源電圧Ｖｃｃが供給され、他端がスイッチング回路３
５を介して接地されている。

【００９０】ＭＩ素子４１は、一端が上記抵抗Ｒ₂と同
一の抵抗値の抵抗Ｒ₁に接続され、他端がスイッチＳ３
と接続されている。このスイッチＳ３は、端子ａ側に切
り換えられるとこのＭＩ素子４１の他端をスイッチング
回路３５に接続し、端子ｂ側に切り換えられるとＭＩ素
子４１の他端を電源に接続する。

【００９１】また、抵抗Ｒ₁は、一端が上記ＭＩ素子４
１と接続され、他端がスイッチＳ４と接続されている。
このスイッチＳ４は、端子ａ側に切り換えられるとこの
抵抗Ｒ₁の他端を電源Ｖｃｃに接続し、端子ｂ側に切り
換えられるとこの抵抗Ｒの他端をスイッチング回路３５
に接続する。

【００９２】このようなスイッチＳ３、スイッチＳ４
は、互いに連動して端子ａ側又は端子ｂ側に切り換えら
れる。

【００９３】すなわち、磁性金属センサ２が金属片カウ
ンタに適用され、金属片１１が並列に配置された被検出
体１の移動位置の検出を行う場合には、スイッチＳ３，
Ｓ４がともに端子ａ側に切り換えられ、ＭＩ素子４１と
ＭＩ素子４２との極性が同一とされ、また、抵抗Ｒ₁と
ＭＩ素子４１、抵抗Ｒ₂とＭＩ素子４２の接続が、電源
Ｖｃｃとスイッチング回路３５との間で並列な関係とな
る。

【００９４】また、磁性金属センサ２が近接した磁性金
属片の検出を行う場合には、スイッチＳ３，Ｓ４がとも
に端子ｂ側に切り換えられ、ＭＩ素子４１とＭＩ素子４
２との極性が反対にされ、また、抵抗Ｒ₁とＭＩ素子４
１、抵抗Ｒ₂とＭＩ素子４２の接続が、電源Ｖｃｃとス
イッチング回路３５との間で逆となるブリッジ回路が構
成される。

【００９５】発振回路３４は、例えば、周波数１ＭＨ
ｚ，デューティ比１：１０のパルス信号を発生する。ス
イッチング回路３５は、このパルス信号に基づき、並列
接続されたＭＩ素子４１，４２に流れる電流をスイッチ
ングする。このことにより、これらＭＩ素子４１，４２
は、高周波パルス電流で励磁される。

【００９６】平滑回路３６ａは、ＭＩ素子４１と抵抗Ｒ
₁との接続点の電圧を検出して平滑化する。平滑回路３
６ｂは、ＭＩ素子４２と抵抗Ｒ₂との接続点の電圧を検
出して平滑化する。

【００９７】比較回路３８は、平滑回路３６ａにより平
滑化されたＭＩ素子４１の出力電圧と、平滑回路３６ｂ
により平滑化されたＭＩ素子４２の出力電圧とを比較
し、その差動電圧を例えば図示しない制御回路等に供給
する。

【００９８】そして、この磁性金属センサ２が金属片カ
ウンタに適用されていた場合には、この図示しない制御
回路等が、この比較回路３８からの差動電圧を所定のス
レッショルドレベルで２値化して、そのパルス数をカウ
ントすることにより上記金属片１１の検出数を求めるこ
とができ、この検出数から磁性金属センサ２と被検出体
１との相対移動位置を検出することができる。

【００９９】また、この磁性金属センサ２が近接センサ
に適用されていた場合には、この図示しない制御回路等
が、この比較回路３８からの差動電圧を検出してその差
動電圧を所定のスレッショルドレベルと比較することに
より、磁性金属片５１が近接したか否か検出することが
できる。

【０１００】以上のような磁性金属センサ２では、スイ
ッチＳ３、スイッチＳ４によりＭＩ素子４１の極性を切
り換えることにより、金属片カウンタ１１として適用す
ることができるとともに、近接した磁性金属片の検出を
行うことができる。そのため、この両者の機能を有する
磁性金属センサ２を、安価に提供することができる。ま
た、この磁性金属センサ２では、ＭＩ素子を用いること
ができるため、コストが安くまた特性を良好にすること
ができる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明に係る磁性金属センサは、切換手
段により磁電変換手段の極性を切り換えることにより、
並列に配置された磁性金属片の検出、及び、近接した磁
性金属片の検出を行うことができる。そのため、本発明
では、この両者の機能を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の金属片カウンタの斜視図
である。

【図２】上記金属片カウンタの被検出体の要部の平面
図、及び、この被検出体の金属片の側面図である。

【図３】上記金属片カウンタの磁性金属センサの部分断
面図である。

【図４】上記磁性金属センサに設けられた感磁部及びこ
の感磁部のコアを示す図である。

【図５】上記磁性金属センサの駆動検出回路を示す回路
図である。

【図６】上記被検出体と上記磁性金属センサの配置関係
を示す図である。

【図７】上記磁性金属センサの検出動作を説明する図で
ある。

【図８】上記磁性金属センサの検出動作を説明する図で
ある。

【図９】上記磁性金属センサと被検出体の相対移動位置
に対する駆動検出回路の出力電圧を表す図である。

【図１０】上記磁性金属センサを近接センサとして用い
た場合の検出動作を説明する図である。

【図１１】ＭＩ素子を説明する図である。

【図１２】上記ＭＩ素子を適用した場合の本発明の実施
の形態の金属片カウンタの磁性金属センサの配置関係を
説明する図である。

【図１３】上記ＭＩ素子を適用した磁性金属センサの駆
動検出回路の回路図である。

【符号の説明】

１被検出体、２磁性金属センサ、３センサ固定
台、１１金属片、１１ａ検出面、１２指示部、２
１感磁部、２２コア、２２ａ，２２ｂ垂直部、２
２ｃ接続部、２３，２４コイル、２５磁石、３
０，４０駆動検出回路、３４発振回路、３５スイ
ッチング回路、３６，３６ａ，３６ｂ平滑回路、３７
基準電圧回路、３８比較回路、Ｓ１，Ｓ１′，Ｓ
２，Ｓ２′，Ｓ３，Ｓ４スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界変化に応じて検出出力を得る一対の
磁電変換手段と、上記一対の磁電変換手段に対して、磁界を与える磁界発
生手段と、上記一対の磁電変換手段のいずれか一方の極性を切り換
える切換手段とを備える磁性金属センサ。