JPS61163529A - 非接触近接スイツチ - 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】 ［発明の分野］ この発明はセンサ技術の分野に属し、かつ一方側の発振
器部分および評価用電子回路と他方側の制動部品とを有
する近接スイッチに関する。

［発明の背酸］ 非接触引きはずしを備えるスイッチや近接スイッチの原
理は本質的に、発振器コイルによって発生される電！ｉ
ｍｌへ適当な材料を導入することによって共振回路の性
質を変化させたり発振器の同調ずれを生じさせすること
に基づいている。一般に。

電磁力線を圧縮するフェロマグネティック材料のコイル
コアとともに、交流がそこを流れるコイルが用いられる
。この材料は金属製の制動部品を近づけるとそこに渦電
流を誘起し、この渦電流は、電磁場の主軸方向における
制動部材とコイルとの距離の減少に比例して増加する。

コイル内において渦電流成分によって生じる電磁場の変
化は発振器の減衰として検出される。発ｔ！器への制動
部材の移動は、コイルの主軸の方向またはそれに対し傾
いた方向もしくは直交方向で行なうことができる。

ある特定の相対的な接近速度を越える場合、制動部品し
たがって多かれ少なかれ重い機械部品の電磁場の主軸方
向すなわも発振器の方へ向う接近は、一般に安全上の理
由から避けられる。一般には、自由な幾何学的出口を備
える電磁コイル（発振器）の場に対し制動部品を横方向
すなわち直交方向に対し勾配をもった接近が好まれる。

このような近接スイッチの従来の欠点は、特に高速で横
方向に接近する場合において、切換点のそれらの正確さ
または再現性が位置決めのためには不十分であり、中で
もこのことは高い温度依存性を有しているということで
ある。また、−力方向からの減衰および減衰逆転と反対
方向からの減ｌＩ／減衰逆転との間のヒステリシスを避
けることが可能ではないということである。これは主に
パ電磁気的″および特にそのシステムの力学的慣性によ
るものであり、これはそのシステムに固有のものである
ため受入れなければならないものである。にもかかわら
ず、ａい幾何学的出口度を備えて再現性よくスイッチン
グすることができ、かつその実現が従来の近接スイッチ
と同様の労力および費用を実質的に含むような、精密ス
イッチとして利用可能な近接スイッチを得るのが望まし
い。

この発明の目的はこのようなスイッチを提供することで
ある。

上述の問題は、インダクタンスを形成するコイル＜１１
．Ｌ２）を接近した空間リンク内で実質的に平行に整列
させて、Ｎ磁場の出口側が同一方向を向きかつ同一の制
動部品がいくつかの電磁場と相互作用することができる
ように少なくとも２個の１！磁場生成素子をスイッチ内
に配置して用いることにより解決される。このことは２
周またはそれ以上の切換点を備える新規な近接スイッチ
を構成し、１個の制動部品によって直接に影響を受ける
ことができる。

この発明の特定的な実施例は以下に図面を参照して議論
される。示される実ｍｌｌ１４は発振器を形成するため
の多くの可能性のうらの１つであり、かつすべでの他の
発振器の構成を問題を解決するために用（へることがで
き、たとえばＮＡＭＬＩＲスイッチのような最も変形さ
れた近接スイッチにおいても用いることができる。

［発明の実施例］ 既に上で述べたように、制動部品と発振器との間の慣性
による相互作用により、制動部品の進路軸に関して速度
に依存したヒステリシスがもたらされる。この相互作用
の速度を上げてスイッチを“より速く”反応させるため
の試みは行なわれておらず、事実この発明は一定の（不
変の）環境および以下の原理に基づいている。

Ｎｌａセンサの場が１個の代わりに２個またはそれ以上
のｒ１磁場生成素子またはいくつかの発振器から形成さ
れる場合、スイッチは金属物体（制動部品）の位置を再
現性をもつで、かつ幾何学的に高い分解能を有して検出
しなければならない。輻射場の主軸方向に沿って対称性
を破らずに接近づるという特別の場合を除いて、いくつ
かの電磁場生成素子から形成された全磁場内で金属物体
を横方向または勾配をもって接近させる場合、電磁場生
成素子の各々または各発振器はそれぞれ影響を受ける時
間がずれる。全磁場／制動部品の相互作用間における時
間差は組合わされた発振器の信号パターンに従って評価
される。

第１図に関連して２個の発振器系が特別な実施例として
以下に説明される。直交空間系に関連して、２個の発振
器８１．８２がたとえばＺ軸から同一距離にありかつＸ
平面の同一側に配置されて同一の方向２に伝搬する電磁
センサ場を生成する。

個々の電磁場は好ましくは１次結合として関連づけられ
る。個々の電磁場の重ね合わせによって形成された全電
磁場の物理的特性についてここでは詳細に述べない７゜ 制動部品ΔがＸ方向に沿って発振器の電磁場に対し横方
向に接近する場合、この場合実質的にはＺ軸に対し直角
であるが、最初に発振器Ｂ１が影響を受ける。しかし発
振器Ｂ２はその振舞いは変化しない。続いて時間遅延ｘ
ｐの侵１両方の発振器は制動部品によって影響を受けか
つ対称点Ｘ。

において実質的にその影響は均一となり、最後に発振器
Ｂ２のみが制動部品Ａと相互作用する。Ｙ方向以外のＸ
Ｙ平面における制動部品の運動により、時間に依存しか
つ方向に依存した発振器の等しくない振舞いがもたらさ
れるが、一方、明らかに見ることのできる対称条件をＮ
ちながらＺ方向に運動させると発振器は実質的に共に同
じように振舞い、かつこのことはまたＹ方向に関しても
成立する。Ｚ軸に対し角度αで勾配をもって接近させる
場合、２つの発振器における位相関係Ｘｐは。

Ｘｐ　＝ｔｒｉａ、　ｆ　　（α）で表わされる。一般
に、制動部品は、全電磁場の仏殿方向または主軸方向に
対し直角に移動する。

制動部品を全電磁場を完全に通過させた場合の個々の信
号パターンのシミュレーション結果が第２図に示される
。この結果は、図示しない制動部品の２個の発振器Ｂ１
．Ｂ２に対する位置の関数として個々の発振器の電圧Ｕ
Ｂ１およびＵＢ２を示し、かつ２個の発振器を有する特
定的な実施例の議論のための基礎として用いられる。

進路−電圧関係図の方向（ｘ、ｘｙ、Ｙ方向）に沿って
制動部品が２個の発Ｍ器Ｂ１．Ｂ２に接近する場合、上
記物体は最初は制動部品に渦電流を形成するために必要
なエネルギーを除去することにより発振器Ｂ１の発振を
減衰させる。発振器Ｂ１の電圧は連続的に減少し、一方
、空間的に離れた発振器Ｂ２はまだそれの影響を受けな
い。発振器場の２つの主軸の間において、制動部品が発
振器Ｂ１から遠ざかり始めるとともに発振器Ｂ２に接近
し、そしてＲ漫に制動部品は２ｍの発振器Ｂ１、Ｂ２か
ら遠ざかる。このことにより、発振器の間に正確に位置
する明瞭な交差点を備える重ね合わせられた減衰および
減衰逆転曲線が得られるが、しかしこれは最小の距離内
にある２個の発振器が共に同一の発振器／制動部品の距
離に対して同一の急峻な減衰および減衰逆転曲線を有す
る場合のみである。この図はまた交差点を発振器と制動
部品との最小距離の関数として示すが、これは急峻度の
変化として表わされる。明確に表示するために、これは
２個の発振器Ｂ１．８２が最小距離すなわち垂直距離△
＝ａ　、　Ｂ＝ｂ　、ｔ５よびＣ−ｃで接近する固定さ
れた制動部品に基づいている。

曲線対Ａ、ａまたはＢ、ｂもしくはＣ，ｃの示された交
差点は、制動部品と発振器との間の７方向に沿った距離
に関する上記交差点の相対的な鈍感さを明らかにしてい
る。２個の発振器の距離がＸＹ平而面ら等しくない場合
、異なった急峻度を有する曲線が得られる。これは制動
部品の運動方向に関しＣ交差点をセットまたは変位させ
るために用いることができる。歪んだ対称性が得られた
結果、歪に対応して２方向における変位に対する感度が
増大する。

以上のように、減衰および減衰逆転曲線の急峻度はまた
発振器（電磁場出口点）と制動部品との間の距離の関数
である。最大の減衰と完全な減衰逆転との間の実寅的に
Ｓ字型のパターンは、精確に検出できる交差点ＳＡａ　
、ＳＢｂおよびＳＣＣのグループに対し自然なＩＩＪ限
を与える。このことは曲線ＣＣによって表わされ、また
発振器の分離距離の逆数の影響を表わしている。

第３図は電圧−進路特性図において実験的に決定された
曲線のグループｚ１ないしｚ４を示している。発振器Ｂ
１およびＢ２の各々は個別に測定され、かつその電源電
圧がプロットされている。

したがって、これらは回路結合された発振器の電圧パタ
ーンではない。パラメータ２は発振器コイルと制動部品
との間の２方向における主軸、すなわち幾度も述べてい
るように発振器の電磁場の主伝搬方向上の距離を表わし
ている。対をなす信号パターンの交差点は、期待される
通り、２方向に沿って直線的に分布している。この場合
、制動部品を通過する際に減衰逆転−減衰−減衰逆転と
い°）発振器Ｂ２の逆方向進路を見ることは可能である
。図面を？！雑にしないために、発振器Ｂ１に対する曲
線は部分的にのみ示されている。

第４図は制動部品を通過する距離のｒＩＡ数として発振
器Ｂ１．Ｂ２の重ね合わせられた信号ｔなわち重ね合わ
せられた電磁場を実験的に決定した結果を示す図である
。交差点に対応する最小の信号はまたＺ方向に沿って直
線的に分布し、既に述べたように同一の条件が成立して
いる。

第４図の曲線をいくつかの異なった方法で評価すること
は可能であるが、以下に好ましい手続について説明する
。既に述べたように、装置の固有の慣性力は不変に保た
れている。今、スイッチがより速く反応するかまたはよ
り高速で動作を開始しようとしているならば、そのとき
、たとえば左側から接近する場合、Ｂ１における信号パ
ターンは接近速度を低減させるかまたは予備的に停止さ
せるために用いられる。したがって、そのスイッチは条
件付けられる。この発明のアイデアは、１個以上の発ｉ
ｓを近接スイッチに用い、かつ同一の制動部品と相互作
用する少なくとも２個の発振器の重ね合わせられた電磁
場を生成して評価することにある。したがってこのよう
なスイッチは共通の制動部品によって影響を直接に受け
るいくつかの切換点を有する。

第５図は、２個の発振器Ｂ１およびＢ２．それらの共通
の評価回路、すなわち、比較器Ｃおよび直列接続された
増幅器Ｖとを有する精密スイッチの実施例のブロック図
の極めて一般的な形態を示を図である。比較器の特性に
したがって、出力信号はどちらの発振器がより強＜　＆
ｌＩ　Ｉ１１部品によって影響を受けているかを示す。

比較器および直列接続された増幅器は既存のスイッチン
グダイヤグラムに従って実現される。第６図は、この場
合は鏡映対象的に示される２調の発振器Ｂ１およびＢ２
の実施例の詳細な回路構成を示す図である。共振回路Ｌ
　１　／ＣＩおよびＬ２／Ｃ２とともに出力端子Ａ１お
よびＡ２を児ることができる。すべての発振器はたとえ
ばハートレー型、コルピッツ型およびそれらの変形のよ
うな適当なものであり、好ましくは選択された対として
用いられる。

第７図において、発振器またはそれらのインダクタンス
コイルＬ１およびＬ２を近接した空間位置に配置すると
いうこの発明の配置が示され、かつ以下に大雑把にその
寸法が述べられる。発ｆｆ！器Ｂ１およびＢ２のコイル
は直径約６１１＋１の円筒型コアに巻回される。２つの
このような円筒型コアは８１−８２の分離距離が約３１
１１１となるように配置され、両方のコアの開いたコア
側壁は可能な限り精確に平面を形成する。発振器の電磁
場は両方のコイルに対し同一方向に伝搬する。精密スイ
ッチの発振器部品８１／Ｂ２の完全直径は約１８ないし
２０ｇｍである。原則として、全発振器回路は比較器と
ともにかつ場合によっては出力増幅器とともに共通のハ
ウジングＳ内に格納され、それにより１ｇＩのスイッチ
ング信号（２値レベル）が検出器点から導出される。第
７図に従うと、ハウジングＳは長さ約３０１１−である
。

平行電磁場は実施例およびコイル配置の関数として互い
に変位可能および／または回動可能にされる。それによ
り選択的にかつ幾何学的に電磁°場特性を補償すること
ができる。これにより、たとえばプロセスが急速に生じ
る場合、スイッチの“条件付け”が可能になる。

したがって、好ましい実施例を以下のようにまとめとし
て説明することができる。一方側に発振器部分（Ｂ）と
評価用電子回路を備えかつ他方側に制動部品を備える非
接触近接スイッチは、少なくとも２個の電磁場生成素子
（Ｌ１、Ｌ２）を備え、優者によって放出される１１１
１１ｉ場が空間的に互いに接近するように配置され、か
つＮ１１場のための素子の出口点が、１個の制動部品（
Ａ）がいくつかのコイル（Ｌ１、Ｌ２）と相互作用する
ことができるように向けられるという配置をとる。発条
器コイルは円筒型コア−フェライト体内に配置される。

少なくとも１個の発振器（８１またはＢ２）または少な
くとも１１１Ｍの電磁場生成コイル（ＬｌまたはＬ２＞
はその電磁場の主軸方向に沿って変位可能おにび、／ま
たは回動可能にされる。

このことは、たとえば調整可能なマウン（〜として構成
されかつ止めねじを用いて調整することができるマウン
１−の１つに関係付けられる。たとえば２個のコイルコ
アを鋳込むことによって“一体化”に設計されている場
合には、整列はただ１１１だけ実行することができ次に
固定される。発振器のために比較ＦＪ　（Ｃ）を備える
共通の計画用回路を設けることや、あるいは２ＷＡの電
磁場生成素子（Ｌ１、Ｌ２）が並列に同一の発振器（Ｂ
）に接続されることは有効である。

【図面の簡単な説明】

第１Δ図および第１Ｂ図は精密スイッチとして利用可能
な近接スイッチの本質的な構成部品すなわち２ＷＡの発
１翳器を備える発振器部分Ｂ１、Ｂ２と制動部分△のこ
の発明の配置をＹＪ５よびＺ方向に沿って幾何学的に示
す図である。 第２図は、１Ｉ１１１動部品Ａの進路の関数としての発
振器の信号パターンＬＪＢ１およびＵＢ２を示す図であ
る。 第３図は２個の重ね合わせられた信号パターンを実験的
に求めた結果を示す図である。 第４図はスイッチｉ、ＩＩ　ＩＩＩのための有用な信号
として用いることができる、２個の発振器の重ね合わせ
られた信号を実験的に求めた信号パターンを示す図であ
る。 第５図は比較的少ない労力で精密スイッチを実現するこ
とができる一例のブロック図である。 第６図はこの発明の一実施例である精密スイッチの第５
図に関連する回路の詳細を示す図である。 第７図は近似的な形状寸法の詳細を有する電磁場生成用
構成部品の並列配置の概略図である。 図において、Ａは制動部品、Ｂは発振器部品、Ｌ１、Ｌ
２はｌ！磁場生成部品、Ｂ１，８２は１０発振器、ｌ−
１，１２はＷ！磁場生成用コイル、Ｃは比較器である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方側に発振器部分（Ｂ）および評価用電子回路
   ならびに他方側に制動部分を備える非接触近接スイッチ
   であって、 電磁場生成部品（Ｌ１、Ｌ２）によって放出される電磁
   場が互いに空間的に接近し、かつ１個の制動部品（Ａ）
   がいくつかの電磁場と相互作用することができるように
   前記電磁場生成部品の電磁場に対する出口点が整列する
   ように少なくとも２個の電磁場生成素子が配置されてい
   ることを特徴とする、非接触近接スイッチ。
2. （２）電磁場生成コイル（Ｌ１、Ｌ２）が空間的に近接
   した位置関係にありかつ実質的に平行に整列され、かつ
   それらの電磁場の出口点が同一方向に向けられかつ前記
   制動部品（Ａ）が複数個の発振器（Ｂ１、Ｂ２）と相互
   作用することができるように少なくとも２個のＬＣ発振
   器が配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項記載の非接触近接スイッチ。
3. （３）電磁場生成コイル（Ｌ１、Ｌ２）が空間的に近接
   した位置関係にありかつ互いに実質的に平行に整列され
   、それらの電磁場の出口点が同一方向に向けられかつ前
   記制動部品がいくつかの電磁場生成用コイル（Ｌ１、Ｌ
   ２）と相互作用するように、少なくとも２個の電磁場生
   成素子が配列されていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項記載の非接触近接スイッチ。
4. （４）前記発振器コイルは円筒型コア−フェライト体内
   に配置されることを特徴とする、特許請求の範囲第２項
   または第３項記載の非接触近接スイッチ。
5. （５）前記発振器の少なくとも１個または前記電磁場生
   成コイルの少なくとも１個がその電磁場の主軸方向に変
   位および／または回動可能であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれかに記載の非
   接触近接スイッチ。
6. （６）前記発振器に対し比較器（Ｃ）を備える１個の共
   通の評価回路が設けられることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の非接触近
   接スイッチ。
7. （７）電磁場生成素子（Ｌ１、Ｌ２）は並列に同一の発
   振器（Ｂ）に接続されることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の非接触近接
   スイッチ。