JPS61159823A

JPS61159823A - 機械要素の位置の検出用の近接スイツチ

Info

Publication number: JPS61159823A
Application number: JP60230043A
Authority: JP
Inventors: ゲルハルト　ゾマー
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1986-07-19
Also published as: DE3438120C2; DE3438120A1; EP0179384A2; EP0179384A3; US4673827A; EP0179384B1

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、機械要素の接近に応答し、それに従って電気
的出力特性を変化させ、漂遊磁界を発生する原因となる
電気的及び／又は磁気的妨害の影響を受ける少なくとも
１つのセンサと、該センサと関連し、センサの変化する
電気的出力特性を近接スイッチの出力信号に変換する回
路とを有する、機械要素の位置を検出するための近接ス
イッチに関する。

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕

近接スイッチの領域で妨害磁界（干渉磁界）が発生し、
誤った出力信号が発生されてしまうような場合を含めて
、様々表目的に近接スイッチを使用することができる。

これは、たとえば、溶接トング又は溶接ロゲットにおい
て利用される空気圧シリンダのピストンの位置を指示す
るために近接スイッチが使用される場合である。電気溶
接トングの給電ケーブルは空気圧シリンダの付近分を通
過して配置されるため、また、溶接プラズマが発生する
ために、強力な磁界が発生し、そのような磁界は近接ス
イッチの領域においても依然として強いので、従来の近
接スイッチにおいては誤った出力信号を発生させ、この
ことは機械要素の存在または不存在を擬似的に示すこと
になる。

従来より知られている曹頭に述べた種類の近接スイッチ
の場合、センサは部分的に遮蔽され、同時に、近接スイ
ッチの反復スイッチング動作、すなわちチャタリングを
阻止するために遅延回路が設けられる。しかしながら、
このような手段では不十分であシ、干渉磁界が所定の磁
界強さを越えると、スイッチは作動状態に移行してしま
う。このために、付加ロッキングモジエールが設ｆｆう
れる。このモジ為−ルはスイッチを溶接前はスイッチン
グ状態に保持し、溶接中はスイッチ全体を非作動状態に
するので、出力信号の誤シは回避される。しかし、この
構成は、溶接中に空気圧シリンダのピストンの位置変化
を検出して、それを制御手段に報知することができない
という欠点を有する。その結果、制御手段は動作モード
によってはピストンの位置に関する情報を失ない、たと
えば、付加的制御手順に先立ってピストンを当初の位置
へ移動することにより改めてピストンの位置を検出しな
ければならない。

従って、本発明の目的は、干渉電界及び干渉磁界によっ
て動作が影響を受けず、そのような干渉によって誤った
出力信号が発生されることのないように前述の種類の近
接スイッチを改良することである。

〔問題点を解決するための手段、および発明の効果〕

本発明によれば、冒頭に述べた種類の近接スイッチにお
いて、この目的は、２つのセンサが互いに離間する関係
で配置され且つセンサのそれぞれの電気的出力特性から
差分信号を発生する差動回路と接続され、それらのセン
サの一方は、機械要素がその検出位置にあるときに他方
のセンサより機械要素に近い位置にあシ、２つのセンサ
は、検出位置にある機械要素により発生される差分信号
が干渉磁界によって発生される差分信号より大きくなる
ように機械要素に対して配置されると共にそのような距
離だけ互いに離間することにより達成される。

本発明による近接スイッチの利点は、干渉磁界に起因す
る磁気的及び／又は電気的妨害が差分信号の発生により
補償され、双方のセンサに同じように影響を与える干渉
磁界がそれによって排除されることＫある。従って、干
渉磁界の有無にかかわらず、近接スイッチは同じ信頼性
をもって動作し、これにより従来の近接スイッチに見ら
れた前述の欠点は全て取除かれる。たとえば、連続溶接
グロセスの間に、本発明による近接スイッチを介して、
誤った出力信号を発生することなく、空気圧シリンダを
制御し、同時に、空気圧シリンダのピストンの位置を検
出することができる。

機械要素は、遠くに位置するセンサより、近くに位置す
るセンサにおいてかなシ大きな信号を発生するので、機
械要素の影響は２つのセンサの間の距離である勾配を描
いて減少する。本発明による近接スイッチのもう１つの
重要な利点は、機械要素により発生される差分信号が干
渉磁界によって発生される差分信号より大きい限シ、空
間的に一定の干渉磁界と、空間的勾配を有する干渉磁界
の双方を補償できることである。これは、そのような近
接スイッチを実際に使用する上で重要である。たとえば
、電流搬送ケーブルは、磁界とケーブル間の距離に対応
する勾配を有する強さの磁界を発生する。しかしながら
、ケーブルが近接スイッチのごく近くを通過して配置さ
れていたとしても、ケーブルによって発生する差分信号
が機械要素により発生される差分信号より小さい限り、
近接スイッチが妨害信号を発生することは全く表い。

しかしながら、センサにより発生される信号を処理する
電子回路をできる限シ簡単に保たなければならない場合
があシ、安価な近接スイッチを製造するという点から非
常に重要であるのだが、この場合には検出位置にある機
械要素にょシ発生される差分信号が干渉磁界によって発
生される差分信号を少なくとも約１０倍分だけ上回るよ
うに２つのセンサを機械要素に対して配置すると共に、
そのような距離だけ互いに離間させるという方法がとら
れる。このような状況が発生した場合には、空間的勾配
を有する干渉磁界により発生する可能性のある誤シは１
０分の１に減少し、従って大きな影響をもたなくなるの
で、機械要素が検出位置に達したことが原因となって信
号が所定のレベルを越えたとき又はそれより低下したと
きに、機械要素が検出位置にあることを簡単に指示する
ことができる。ただし、スイッチング、すなわち、検出
位置にある機械要素の検出についてより大きな誤差が許
容される場合、又は差分信号を処理する電子回路がより
高価で複雑な構成のものであり、機械要素により発生さ
れる差分信号と干渉磁界によって発生される差分信号間
の非常に小さな差を識別することができる場合には、相
当に大きな勾配を有する干渉磁界を本発明の近接スイッ
チにより検出することは可能である。

上述のような近接スイッチの実施例においては、センサ
が機械要素とどのように作用するかは確定されていない
。この作用を非常に様々な方法で得ることができる。１
つの実施例では、センサを、機械要素に設けられる磁石
に応答する磁界センサとして構成するめが好ましい。す
なわち、磁界に応答する従来のあらゆる近接スイッチの
代わシにこれを使用することができる。たとえば、近接
スイタチを空気圧シリンダにおいて、ピストンの位置を
検出するために使用する場合であって、ピストンが１通
常、標準構成要素として小屋の磁石を有し、そのような
磁石が空気圧シリンダの外側に取付けられる近接スイッ
チに影響を与え、それにより、シリンダ内のピストンの
位置の検出が可能となる場合である。

特に、検出すべき機械要素の位置において磁力線のパタ
ーンがわかっている場合には、各磁界センサが好ましい
磁界感知方向をそれぞれ有し且つその好ましい磁界感知
方向が検出すべき磁界と平行になるようにアラインメン
トされると、より信頼性が高く且つ改善された近接スイ
ッチのスイッチング特性が得られる。このような磁界セ
ンサの配置は機械要素により発生される差分信号をさら
に強めるはかシでなく、一般に、干渉磁界の磁界勾配に
より発生される差分信号を機械要素により発生される差
分信号に対して抑制する効果も有する。

本発明による近接スイッチの非常に簡単且つ確実な実施
例においては、磁界センサは、外部磁界に応答して電気
抵抗を変える材料から形成される。

この場合、センサは磁界によってのみ影響を受け、干渉
磁界だけが差分信号を発生することができる。

感磁近接スイッチの別の実施例においては、センサはホ
ールセンサである。この場合、磁界は干渉磁界として考
慮に入れられるばかりでなく、発生されるホール信号に
影響を与える電界も考慮される。

感磁近接スイッチの特に好ましい実施例においては、磁
界センサのすぐ近くに磁界センサと関連する増幅器が配
置される。この増幅器は高インピーダンス信号を低イン
ピーダンス信号に変換し。

低インピーダンス信号は差動信号に供給される。

この手段により、回路の高インピーダンス部分のみが電
磁浮遊効果による妨害を受けることになるので、回路に
対する妨害はかなり減少される。

前述のように、感磁近接スイッチは本発明による近接ス
イッチの１つの特定の形態であるにすぎない。本発明に
よる近接スイッチのさらに別の変形例においては、セン
サは、金属機械要素がコイルに接近するたびに減衰され
る発振器の発振回路のコイルである。このような近接ス
イッチは、機械要素自体がセンサにより検出しうる磁界
を発生することを要求せず、発振回路のコイルに金属が
接近することＫよってその回路が減衰されるために、金
属に対して非常によく応答する。このような近接スイッ
チは、付加的必要条件を満たす必要なくあらゆる金属物
体の位置を検出するために使用することができるので、
その用途は感磁近接スイッチの場合よりはるかに広い。

この種の誘導近接スイッチの場合、空心コイルと共に動
作することが考えられる。そのような場合、時間依存干
渉磁界、たとえば５０Ｈｚで振動する溶接磁界はコイル
内に、発振器の電圧に対して脈動する電圧を誘導し、そ
の結果、近接スイッチの誤った指示の原因となる。しか
しながら、２つのコイルが互いに離間して配置される本
発明の構成によれば、２つのコイルに等しい電圧が誘導
される。それらの電圧は、続いて、差分信号の発生によ
り除去されるので、時間依存干渉磁界は全く影響を及ぼ
さない。

一般に、この種の近接スイッチでセンサとして使用され
るコイルはフェライトコアを具備する。

センサが外部干渉磁界に入ると、直ちに干渉磁界はフェ
ライトコアを飽和させる。その結果、関連する発振器は
、機械要素がこの種のセンサに接近するときと全く同じ
ように減衰する。結局、各発振回路の発振器は金属機械
要素がセンサに接近することと、外部干渉磁界の双方に
よって減衰されるのであるが、これら２つの効果は全く
異なるメカニズムに基づいている。機械要素の接近はコ
イルのフェライトコアにより発生される磁界に影響する
が、フェライトコアは外部磁界により予磁化され、従っ
て飽和状態に近くなっている。そこで、コイルの磁界集
中手段としての効果は実質的に低減する。このような構
成の近璧スイッチにおいて差分信号が発生されると、干
渉磁界による２つの発振器の減衰によって出力信号が発
生することはありえず、その影響は排除される。

感度、特に機械要素に最も近い位置にあるコイルの感度
をさらに高めるために、コイルはカップコアを具備する
のが好ましい。このようにすると、コイルの磁界は実質
的にコイルの片側にのみ広がる。機械要素がその磁界に
入ると、そのコイルと関連する発振器は減衰される。

近接スイッチ内に互いに離間する関係で配置されるコイ
ルによって、すなわち、それらのコイルから発生する磁
界の重畳により、発振器は互いに影響し合うので、それ
を阻止するためにコイルの間に遮蔽手段を設けるのが好
ましい。このようにすると、近接スイッチの出力信号の
誤シの原因となる妨害サージ又は発振器間の同様の相互
作用は起こらない。

さらに、コイルは同一構成であると好都合である。この
場合、コイルを互いに同心に配置することも有利である
。この構成はコイルかう発出する磁界の重畳を減少させ
るので、発振器が互いに影響し合うことはなくなる。

上述の本発明による誘導近接スイッチの実施例の全てに
ついて、センサの変化する電気的出力特性から差信号を
発生する方法を詳細に説明しなかった。先行技術におい
て知られている近接スイッチは、機械要素がコイルに接
近することにより減衰される発振器を有し、信号は、こ
の発振器の電圧（振幅）値の変化を測定することＫより
処理される。しかしながら、本発明による近接スイッチ
の２つの発振器で測定される電圧値から差分信号を直接
発生することは、その場合、２つの共振器の周波数がサ
ージ及び同様の欠陥を回避するために厳密に等しくなけ
ればならないという理由により困難であり且つコスト高
でもある。そのため、本発明による近接スイッチの特に
好ましい実施例においては、発振器でタップされる電圧
を整流し、平均値を形成し、その平均値を差動回路に伝
送する整流器回路を設けると有利である。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、全体を１０として示される感磁近接スイッチ
のハウジング１２を詳細に示す。このハウジング１２の
内部には支持板１４が設けられ、２つの同一構造の磁界
センサ１６及び１８は支持板の一方の側に保持される。

これらの磁界センサは、支持板１４のセンサ側に位置す
る垂直面の方向に互いに離間して配置される。全体を２
０として示される電気回路は、支持板１４の磁界センサ
１６及び１８とは反対の側に隣接する。この電気回路は
２つの磁界センサ１６及び１８と接続され、差動回路及
びこの糧の近接スイッチに使用される周知の出力信号発
生回路から構成される。給電ケーブル２２は電気回路２
０に電圧を供給すると共に、出力信号を伝送する。この
ケーブルは近接スイッチ１０をたとえば制御手段などと
接続する。

近接スイッチ１０により検出すべき機械要素２４は、棒
磁石２８が内部に保持される孔２６を有する。この棒磁
石は磁界３０を発生する。

各磁界センサは好ましい磁界感知方向３２を有し、その
方向は使用されるセンサの種類ごとに異なる。磁界セン
サ１６，１８は、それらの好ましい磁界感知方向３２が
互いに平行になり且つそれぞれの好ましい磁界感知方向
３２に対して直角に延在する共通の中心面を有するよう
な相対関係をもって配置される。磁界セ／すの支持板１
４に対する配置は、好ましい磁界感知方向３２が支持板
１４と千行くなるように設定されると有利である。

近接スイッチ１０は、磁界３０の磁束線に対して、磁束
線が磁界センサ１６及び１８の好ましい磁界感知方向３
２と平行になシ且つ磁界センサ１６及び１８を透過する
ように配置されなければならない。近接スイッチを正し
く機能させるためには、少なくとも磁界セ／す１６及び
１８を取巻く領域において磁界３０がハウジング１２を
透過できなければならないことは自明である。

干渉磁界３４は、近接スイッチ１０の近傍に配置される
ケーブル３６から発生される。図示されるように、たと
えば第１図においては、このケーブルは近接スイッチ１
０の下方に配置されている。

干渉磁界３４も磁界センサ１６及び１８を透過するので
、これらのセンサは磁界３０と干渉磁界３４の双方の影
響を受けることになる。

第２図の回路図は２つの磁界センサ１６及び１８を示す
。各磁界センサは、パーマロイから製造され且つホイー
トストンブリッジを形成するように互いに接続される４
個の抵抗器から構成される。それらの抵抗器は、一般に
、シリコンチッグなどの共通の支持基板の上に蛇行形層
として蒸着される。使用されるセ／すはＶａｌｖｏ、５
ｏｎｙ又はＳｌｅｍｅｎ＋ｓ　　などから一般に市販さ
れているパーマロイセンサである。各センサは４つの接
続点ａ。

ｂ、ｃ及びｄを有し、この場合、接続点ａとす。

及びＣとｄはホイートストンブリッジの対向するタップ
に相当する。

定電圧調整器Ｋから供給される電圧Ｕはそれぞれの磁界
センサ１６及び１８の接続点すに印加され、磁界センサ
１６，１８の接続点ａは接地点Ｍに接続される。それぞ
れの磁界センサ１６及び１８のホイートストンブリッジ
回路の対向する中心タラ７’ｃ及びｄは演算増幅器ＯＰ
２つの入力端子に接続される。この接続は、たとえば、
磁界センサ１８の接続点Ｃと磁界センサ１６の接続点ｄ
が演算増幅器ＯＰの非反転入力端子子に接続され、磁界
センサ１８の接続点ｄと磁界センサ１６の接続点Ｃは演
算増幅器ＯＰの反転入力端子−に接続されるように行な
われる。それぞれの磁界センサ１６及び１８の接続点Ｃ
及びｄと、演算増幅器ＯＰのそれぞれの入力端子との間
に配置される抵抗器Ｒ１は従来のように抵抗器Ｒ２と共
に動作点を調節すると共に、演算増幅器ＯＰをブースト
する。抵抗器Ｒ２のうち一方は非反転入力端子と接地点
との間に配置され、他方の抵抗器Ｒ２は演算増幅器ＯＰ
の反転入力端子と出力端子との間に配置される。演算増
幅器ＯＰの出力信号ＳＩ）は、単なるブロック３８とし
て図示されている回路に供給され、出力信号Ａに変換さ
れる。ブロック３８は公知の磁界スイッチにおいて通常
使用される伊成要素である低域フィルタ、正電界に対す
るトリガ段、負電界に対するトリガ段、必要に応じてパ
ルス保持段、及び出力信号Ａを供給する演算指示を含む
出力段などを含む。

このように、磁界セ／す１６及び１８は互いに逆方向に
接続される。すなわち、演算増幅器ｏｐは増幅器として
動作するのみならず、同時に差動回路３７としても機能
し、磁界に基づいて発生する磁界センサ１６及び１８の
抵抗の変化についてその差を求める。たとえば、接続点
ｄの電位を上げ、接続点Ｃの電位を下げるような磁界は
、電位の変化が２つの磁界センサに関して等しければ、
演算増幅器ｏｐの２つの入力端子の間に電位の変化を生
じさせない。一方の磁界センサの接続点ｄにおける電位
上昇は、他方の磁界センサの接続点Ｃにおける電位降下
により補償される。２つの磁界センサ１６及び１８の接
続点Ｃ及びｄの電位が異なる度合で上昇又は低下される
まで、演算増幅器の２つの入力端子の電位変化は起こら
ない。変化が起こると、演算増幅器は差信号ＳＤを供給
し、この信号はブロック３８の回路により出力信号Ａに
変換される。

次に、第１図及び第２図に示される近接スイッチの動作
を第３図の略図に基づいて説明する。磁界センサ１６及
び１８、及びケーブル３６に対する棒磁石２８の位置関
係が概略的に図示されている。幾何学的配列を最も明瞭
にする丸め、棒磁石２８の軸は図面の平面に位置し且つ
同様に図面の平面にある磁界センサ１６及び１８の好ま
しい磁界感知方向３２と平行であるものとする。磁界セ
ンサ１６．１８の棒磁石２８とは反対の側に、磁界セン
サから離間して配置されるケーブル３６は図面の平面に
対して垂直の方向に延出し、好ましい磁界感知方向３２
に対して垂直に延在する磁界センサ１６，１８の中心平
面にある。この配置について第３図に示されるように、
棒磁石２８と、電流搬送ケーブル３６の磁束線は磁界セ
ンサ１６及び１８の位置において互いに平行に走シ、ま
た、磁界センサの好ましい磁界感知方向３２に対しても
平行である。

上方のグラフは、干渉磁界３４の強さの低下と、干渉磁
界の電流搬送ケーブル３６からの半径方向距離との関係
を示す特性曲線である。ケーブル３６に対して離間する
関係にある磁界センサ１６及び１８のそれぞれの位置を
指示する２本の破線と、干渉磁界３４の強さを示す曲線
との交点かられかるように、磁界センサ１８の位置にお
ける強さは磁界センサ１６の位置における強さにごくわ
ずかにまさっているにすぎない。

第３図の下方のグラフは、棒磁石２８の軸に対して垂直
な方向の磁界３０の強さと、その棒磁石からの距離との
関係を示す。磁束ノターンを示す曲線と、磁界センサ１
６及び１８の位置を指示する破線との交点かられかるよ
うに、この場合には磁界センサ１６の位置に、磁界セン
サ１８の位置より強い磁界が存在する。しかしながら、
重大な要因となるのは、磁界センサ１６及び１８を含む
第２図の回路が磁界の絶対値を測定するのではなく、こ
れら２グの磁界の差を直ちに測定し、従って、それぞれ
の磁界センサ１６及び１８に現われている磁界の差のみ
が考慮されるという点である。

そのため、第３図では磁界３０の強さと同じ大きさを有
するが、２つの磁界センサ１６及び１８の位置でごくわ
ずかな強さの差しか示さない干渉磁界３４の絶対値は全
く問題にされない。従って、干渉磁界３４は２つのセン
サの位置においては磁界３０に重畳されるほぼ一定の磁
界であシ、差をとることによってほとんど除去されてし
まう。

干渉磁界をできる限り大きく抑制するために、２つの磁
界センサ１６及び１８は、磁界３０の中でも、２つの磁
界センサ１６及び１８の離間方向にできる限り大きな勾
配が得られる領域に配置されるように、検出すべき機械
要素２４の位置にできる限り近接して配置される。磁界
３０のこの磁界勾配により、２つの磁界センサ１６及び
１８を最小限の間隔で配列し、しかも、識別しうる差信
号を得ることができる。通常、２つの磁界センサが干渉
磁界の中心から相当に遠く離間され、また、磁界強さ曲
線において磁界センサ１６及び１８の離間方向にごくわ
ずかな勾配しか示さない領域に配置されることは利点と
みなすべきである。さらに、２つの磁界センサ１６及び
１８の離間距離はごくわずかで・ある。すなわち、磁界
センサ１６及び１８の位置における干渉磁界３４の磁界
強さの差も同様に非常に小さく、そのため、干渉磁界３
４により発生される差分信号は磁界３０から得られる差
信号より実質的に小さい。従って、より一般的にいえば
、２つの磁界センサ１６及び１８を磁界３０の中の得ら
れる勾配ができる限シ急である領域に配置しなければな
らないということになる。

このようにすれば、磁界センサを互いにごく近接して配
置して、しかも適切な差分信号を発生することができ、
従って、干渉磁界の抑制は最適の状態で行なわれること
になる。

第１図及び第３図に示される２つの磁界センサ１６及び
１８の配置は、２つのセンサの好ましい磁界感知方向３
２が互いに平行であることを前提としている。しかしな
がら、本発明の範囲内において、磁界センサ１６の好ま
しい磁界感知方向３２が磁界センサ１６の位置に存在す
る磁界３０と平行でｌ）、一方、磁界センサ１８の好ま
しい磁界感知方向３２はその位置で磁界３０の方向に対
して傾斜しているということも十分に考えられる。

この場合、磁界３０は、磁界センサ１６及び１８が互い
に平行な好ましい磁界感知方向を有しているときより大
きな差分信号ＳＤを発生する。大きな差分信号ＳＤが得
られることから、この構成は場合によっては有利であろ
う。しかし、干渉磁界３４が磁界センサ１８の位置でこ
のセンサの好ましい磁界感知方向３２と平行であり、従
って、磁界センサ１６の位置ではこのセンサの好ましい
磁界感知方向３２と平行ではないような向きになること
Ｋよっても大きな差分信号ＳＤが発生されてしまい、全
体として干渉磁界の抑制を改善できないことは欠点とい
えよう。この理由により、大量生産される汎用近接スイ
ッチについては、２つの磁界センサ１６及び１８の好ま
しい磁界感知方向３２が互いに平行であるのが好ましい
。

さらに、第１図から第３図に示される実施例のパーマロ
イセンサの代わＦ）ＶＣｌ、４−マロイセンサと同様に
磁気を感知するホールセンサを使用しても良い、そのよ
うなホールセンサはＨｏｎ＠ｙｖｓｌｌ。

Ｓｐｒａｇｕ・及び引・ｍ＠ｎａなどから一般に市販さ
れている。ホールセンサも好ましい磁界感知方向を有し
、原則として、第１図及び第３図に示されるのと同じよ
うに配置することができる。さらに、ホールセンサを第
２図の回路図に示されるようなホイートストンプリッソ
構成で使用することができる。この場合、定電圧調整器
にはホールセンサを流れる一定の電流を供給し、第２図
の２つのホイートストンブリッジの場合と同様に、逆極
性によって互いに切替えられる２つのホールセンサにお
いてタッグされるそれぞれのホール電圧は演算増幅器Ｏ
Ｐの入力端子に接続されることになる。このとき、定電
圧Ｕと抵抗器Ｒ１及びＲ２を使用されるホールセンサ及
び演算増幅器ＯＰのそれぞれの仕様に適合させなければ
ならないことは自明である。

第４図は１本発明による近接スイッチの第２の実施例を
示す。これは公知の誘導近接スイッチの原理に基づくも
のである。全体を４０として示される近接スイッチはハ
ウジング４２を有し、コイル４８を有するカップコア４
６は、ハウジング内の検出すべき機械要素４４と対向す
る領域に保持される。これにより、カップコア４６は、
コイル４８により発生される磁界５０を発生するカップ
コア４６の側面が機械要素４４と対向するようにアライ
ンメントされる。

コイル５４を支持し、第１のカップコア４６と同一形状
である第２のカップコア５２は、カップコア４６の、機
械要素４４とは反対の側に、カップコア４６と同心に且
つそれから離間して配置される。さらに、カップコア５
２は、このカップコアから発生する磁界５６が第１のカ
ップコア４６に向かうようにハウジング内に配置される
。これら２つのカップコアの間に、２つのカップコア４
６及び５２並びにコイル４８及び５４を分離するための
遮蔽手段５８が設けられる。遮蔽手段５８はカップコア
４６のカップコア５２に対向する面に直接当接し、概し
て、カップコア４６と同じ直径を有する金属薄板から形
成される。

ハウジング４２内において、カップコア５２のカップコ
ア４６とは反対の側に電気回路６０が設けられる。この
電気回路は、第５図のブロック線図により示されるよう
に、発振回路を有する発振器６２を含み１発振器のコイ
ルはコイル４８である。発振器６２の電圧（振幅）値は
測定され、整流器６４で整流される。整流器６４は差動
回路６６に信号レベルＰ、を供給し、この信号レベルは
発振器６２の最大電圧値に比例する。さらに、電気回路
６６は発振回路を有する発振器６８を含み、この発振器
のコイルはコイル５４である。この発振器の電圧値本同
様に測定され、整流器７０で整流され、信号レベルＰ２
として差動回路６６に供給される。そこで、差動回路６
６はこれら２つの信号から差分信号ＳＤを発生し、これ
を回路７２に供給する。回路７２は増幅回路、周波数フ
ィルタ、正の差分信号に対するトリガ段、負の差分信号
に対するトリガ段、必要に応じてパルス保持部、及び近
接スイッチの出力信号Ａを供給する出力段などから構成
される。

第４図に示されるように、近接スイッチ４０は。

たとえば近接スイッチ４０の下方に延出する電流搬送ケ
ーブル７４により発生される干渉磁界７６の中に位置す
る。この干渉磁界は少なくともカップコア４６及び５２
を取巻く領域でハウジング４２を透過する。

まず、干渉磁界７６の影響及び機械要素４４の影響を共
に受けないときの近接スイッチ４０の動作を説明する。

この状態では、近接スイッチ４００２つの発振器６２及
び６８はそれぞれの固有周波数で発振し、２つの発振器
の最大電圧値が測定される。次に、電圧値は整流器６４
及び７０により一定の信号レベルＰ１又はＰ２にそれぞ
れ変換される。これら２つの信号レベルＰ４．Ｐ２は、
互いに等しいか又は自由に設定できる差を有するように
選択されれば良い。差動回路６６によυ発生される差分
信号ＳＤは、信号レベルｐ１．ｐ２が等しいときにはゼ
ロであシ、２つの信号レベルに差があるときにはその所
定の差に対応する一定の値を有する。

しかしながら、これは、機械要素４４が検出すべき位置
にないことを示す信号として後続する回路７２に受信さ
れ、そこで、この位置に対応する出力信号Ａが回路７２
の出力端子に現われる。

機械要素４４が検出位置に達すると、直ちに、コイル４
８により発生され、カップコア４６から発生する磁界５
０は妨害されるので、発振器６２の減衰、すなわち電圧
値の減少が起こる（第６図）。

その結果、整流器６４が発生する信号レベルＰ。

は低下する。差動回路６６により発生される差分信号Ｓ
Ｄは変化し、回路７２は、検出すべき機械要素４４の位
置に対応する出力信号Ａを発生する。

冒頭でも既に述べたように、干渉磁界７６は２つのカッ
プコア４６及び５２を予磁化し、従って飽和に近い状態
にするという効果を有する。これにより、カップコア４
６及び５２のフェライトの効果は予磁化のために実質的
に低減するので、発振器６２及び６８は共に減衰される
。第６図は、２つの発振器６２及び６８のこの減衰を示
す。第６図の場合、機械要素４４は検出位置になく、従
って、その影響はない。この減衰によって２つの発振器
６２及び６８の電圧値も減少するので、整流器６４及び
７０により発生される２つの信号レベルＰ１及びＰ２も
低下する。しかしながら、２つの信号レベルＰ１．Ｐ２
は同じ量だけ低下するので、差動回路６６により発生さ
れる差分信号ＳＤは変化しない。

機械要素４４が検出位置に来るまで、差分信号ＳＤの変
化は発生しない。この場合、差分信号ｓ二の絶対値は、
カップコア４６．５２の予磁化によって、干渉磁界が存
在しないときより小さくなる（第６図）。

コイル４８及び５４の離間方向に勾配をもつ干渉磁界７
６の場合、フィル４８及び５４の離間距離は、干渉磁界
により発生される差分信号ＳＤができる限シ小さくなる
ように、従って、機械要素により発生される差分信号Ｓ
Ｄに対して無視できるほど小さくなるようにできる限シ
狭く設定されるのが好ましい。

発振器６２及び６８が干渉磁界７６により完全に減衰さ
れない限シ、また、機械要素４４が発振器６２を大幅に
減衰しない限シ、時間の経過にかかわらず一定である干
渉磁界であっても、経時変化する干渉磁界であっても、
磁界センサは効率良く動作する。

しかしながら、干渉磁界７６が２つの発振器６２及び６
８をほぼ完全に減衰し且つ検出位置に達した機械要素４
４も発振器６２をほぼ完全に減衰してしまうような場合
には、少なくとも時間の経過にかかわらず一定である干
渉磁界７６に対して近接スイッチ４０は機能しなくなる
。これは、干渉磁界７６によりほぼ完全に減衰される発
振器６２が機械要素４４により発生される付加的減衰を
記鎌しなくなるためである。逆に、検出位置にある機械
要素４４により発振器６２がほぼ完全に減衰されると、
発振器６２及び発振器６８を同様にほぼ完全に減衰する
干渉磁界７６によって発生する差分信号ＳＤは元の値の
逆値であシ、通常であれば検出位置にある機械要素４４
について示すべき値をもたなくなる。しかしながら、通
常のように使用するときには、干渉磁界は時間につれて
変化するのが普通であるので、このような問題は起こら
ない。たとえば、溶接の場合、主に使用されるのは交流
電流であり、従って、干渉磁界は時間に対して交流と同
じ依存性を有する。２つの発振器６２及び６８は干渉磁
界と同じ周波数によって減衰されるので、非減衰状態と
減衰状態とが絶えず交互に起こる。これを利用して、干
渉磁界の影響のない差のみを対応する電気回路により測
定すること、すなわち、１回の測定に関して、干渉磁界
により短時間で非常に強く減衰される状態を対応するパ
ルス保持部によって排除することができる。

前述の実施例における誘導近接スイッチのもう１つの利
点は、会知の発振器が全て非常に大きな温度ドリフトの
影響を受けることの中に見られる。

機械要素４４が検出位置に達したことを示す信号レベル
Ｐ、は非常に大きく変動する。このため、それぞれの発
振器が温度ドリア）Ｋ起因する変動を超える範囲まで減
衰された場合に限って、機械要素４４が検出位置に達し
たという指示が得られるものと考えられる。必然的に強
いそれぞれの発振器のこのような減衰は、スイッチング
信号を発生するために、スイッチング距離の短縮、すな
わち、検出すべき機械要素とコイルとの間隔の短縮を要
求する。しかしながら、第２の発振器６８を基準として
使用し、続いて差分信号を発生することにより、温度変
動を相当な程度まで補償することができる。この点に関
して、本発明による近接スイッチは干渉磁界に影響され
ないばかりでなく、発振器６８の電圧振幅の温度依存変
動との比較により発振器６２の電圧振幅の温度依存変動
を補償できるので、かなシ大きなスイッチング距離をと
ることも容易にカる。従りて、機械要素４４により発振
器６２の減衰が相当減少されても、スイッチング信号、
すカわち、機械要素４４が検出位置に達し九ことを示す
信号を十分に発生することができる。従って、スイッチ
ング信号を発生するために必要な機械要素４４、及びコ
イル４８又はカップコア４６の間隔をかなり大きくとる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ケーブルの干渉磁界に位置する感磁近接スイ
ッチ及び検出すべき機械要素を示す切欠き断面図、第２図は、第１図の近接スイッチの回路図、第３図は、
磁石、センサ及びケーブルの空間的配置、及びこの配置
に対応する磁界及び干渉磁界の空間的減少を示す略図、第４図は、ケーブルの干渉磁界に位置する誘導近接スイ
ッチ及び検出すべき機械要素を示す切欠き断面図、第５図は第４図の近接スイッチのブロック線図、及び第６図は、様々な減衰段階における発振器の信号レベル
の変化及び差分信号を示す略図である。１０・・・感磁近接スイッチ、１６．１８・・・磁界セ
ンサ、２４・・・機械要素、２８・・・棒磁石、３０・
・・磁界、３２・・・好ましい磁界感知方向、３４・・
・干渉磁界、３７・・・差動回路、４０・・・誘導近接
スイッチ、４４・・・機械要素、４６・・・カップコア
、４８・・・コイル、５０・・・磁界、５２・・・カッ
プコア、５４・・・コイル、５６・・・磁界、５８・・
・遮蔽手段、６２・・・発振器、６４・・・整流器、６
６・・・差動回路、６８・・・発振器、７０・・・整流
器、７６・・・干渉磁界。図面の浄さく内容に変更なし）く塚鞭酢９熾キΔ′（→ 手続補正書Ｃ方式）％式％１、事件の表示昭和６０年　特許願　　第２３００４３号２６発明の名
称機械要素の位置の検出用の近接スイッチ３、補正をする
者事件との関係　　特許出願人名　称　ゲプハルト　パル７７アブリクフフインメヒヤ
ニシ々−エルツォイグニツセフェルパルツングスゲゼル
シャフトミット　ペシ島しンクテル　ハフラング４、代理人６、補正の対象（１）原書の「出願人の代表者」の欄（２）委任状（３）　　明細書（４）図面７、補正の内容（１）（２）　　別紙の通シ（３）　　明細書の浄書（内容に変更なし）（４）　　
　図面の浄書（内容に変更なし）８、添附書類の目録（１）訂正願書　　　　　　　　　　　　　１通（２）
委任状及び訳文　　　　　　　　　各１通（（至）浄書
明細書　　　　　　　　　　　　１通（４）浄書図面　
　　　　　　　　　　　　１通手続補正書（自発）昭和６傷年１月ＩＱ日

Claims

【特許請求の範囲】

１．　機械要素の接近に応答しそれに従って電気的出力
特性を変化させ妨害電界及び／又は妨害磁界の影響を受
ける少なくとも１個のセンサと、該センサと関連し該セ
ンサの変化する電気的出力特性を近接スイッチの出力信
号に変換する回路とを有する、機械要素の位置を検出す
るための近接スイッチにおいて、２つのセンサ（１６，１８；４８，５４）が互いに離間
する関係で配置され、且つセンサ（１６，１８；４８，
５４）のそれぞれの電気的出力特性から差分信号（Ｓ＿
Ｄ）を発生する差動回路（３７；６６）と接続され、該
機械要素（２４；４４）がその検出位置に達したとき、
該センサ（１６，１８；４８，５４）の一方は他方のセ
ンサより該機械要素に近い位置にあり、２つのセンサ（
１６，１８；４８，５４）は、検出位置にある機械要素
（２４，４４）により発生される差分信号（Ｓ＿Ｄ）が
妨害電磁界（３４；７６）によって発生される差分信号
（Ｓ＿Ｄ）より大きくなるように機械要素（２４；４４
）に対して配置されると共に、そのような距離だけ互い
に離間することを特徴とする近接スイッチ。
２．　該２つのセンサ（１６，１８；４８，５４）は、
検出位置にある機械要素（２４；４４）により発生され
る差分信号（Ｓ＿Ｄ）が妨害電磁界（３４；７６）によ
って発生される差分信号（Ｓ＿Ｄ）の少なくとも約１０
倍であるように機械要素（２４；４４）に対して配置さ
れると共に、そのような距離だけ互いに離間することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の近接スイッチ。
３．　該センサ（１６，１８）は機械要素（２４）に設
けられる磁石（２８）に応答する磁界センサとして構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載の近接スイッチ。
４．　該センサ（１６，１８）は好ましい磁界感知方向
（３２）をそれぞれ有し、その好ましい磁界感知方向が
検出すべき磁界（３０）と平行に拡がるように調節され
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の近接ス
イッチ。
５．　該センサ（１６，１８）は、外部磁界（３０）に
応答して電気抵抗を変化させる材料から形成されること
を特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項記載の近
接スイッチ。
６．　該センサ（１６，１８）はホールセンサであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項記載の
近接スイッチ。
７．　該センサは、金属機械要素（４４）がコイル（４
８，５４）に接近するたびに減衰される発振器（６２，
６８）の発振回路のコイル（４８，５４）であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の近接
スイッチ。
８．　該コイル（４８，５４）はカップコア（４６，５
２）を具備することを特徴とする特許請求の範囲第７項
記載の近接スイッチ。
９．　該コイル（４８，５４）の間に遮蔽手段（５８）
が設けられることを特徴とする特許請求の範囲第７項又
は第８項記載の近接スイッチ。
１０．　該コイル（４８，５４）は同一の設計であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第７項から第９項までの
いずれか１項に記載の近接スイッチ。
１１．　該コイル（４８，５４）は互いに同心に配置さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第７項から第１０
項までのいずれか１項に記載の近接スイッチ。
１２．　該整流器回路（６４，７０）が各発振器（６２
，６８）と関連し、各整流器回路は発振器（６２，６８
）でタップされる電圧を整流し、平均値を形成し、該平
均値を差動回路（６６）に伝送することを特徴とする特
許請求の範囲第７項から第１１項までのいずれか１項に
記載の近接スイッチ。