JPS62180288A - 静電磁気センサ - 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】

（産業上の利用分野） 本発明はセンサの置かれた地点近傍の静電的環境ならび
に磁気的環境を測定するためのセンサ゛に関する。この
セン勺はコンデンサ容量ならびにコイルの実質的なイン
ダクタンスの環境による変化を感知するものである。こ
の廿ンＶはある地点の静電的、磁気的環境を測定するこ
とにより、人間の視覚には捕えられない現象を人間に認
識させるうえに有効に利用できる。 （発明の背景） たとえば壁紙で仕上げられた壁面に額縁を掛ける為の釘
を打つ場合、壁面の背後に垂木の存在する箇所を見つけ
なければならない。あるいは電気工事に際してモルタル
壁の中に埋設された配電用ボックスを発見しなければな
らない場合がある。 この場合人間の視覚では感知できないため直接には場所
を特定することができない。しかしながら例えば垂木の
場合には、壁面に電極を接近させた場合に背後に垂木の
存在する場所では垂木の誘電率が空気の誘電率よりも大
ぎいことからその分電極と壁面間に形成されるコンデン
ｔとしての容量が増大することから、この客用変化を感
知することにより背後に垂木の存在する地点を特定する
ことができる。また鉄製ボックス等の磁性材料で構成さ
れている物の場合には、壁面にコイルを接近させた場合
に磁性材料の存在により磁束回路の磁気抵抗が変化しコ
イルの実質的なインダクタンスが変化することから、こ
のインダクタンスの変化を感知することににり背後に磁
性体の存在する場所を特定することができる。 （従来の技術） 壁面と電極間に構成されるコンデンサの容量変化を感知
して垂木の存在する場所を特定する技術は米国特許第４
，０９９，１１８号に開示されている。 コイルを壁面に密着されながら移動させた場合のインダ
クタンスの変化を感知して磁性体の存在する場所を特定
する技術は実際に応用されて市販されている。これは左
右−・対のコイルを同時に壁面に密着させながら移動さ
せた場合のインダクタンス変化を感知するタイプである
。 （発明が解決しようとする問題点） コンデンサの容量変化を利用して壁面の背後の状態を感
知する技術では、測定原理が誘電率の差異に依存するた
め、壁面の背後が空気か物質かを判定することはできて
も、物質が金属か否かを判定することはできない。この
ためコンデンサの容量変化から場所が特定できても、そ
れが金属か否かを判断しようとすると別にコイル式の測
定器具が必要となり、そのうえコイル式測定器具が用意
されていたとしてもコンデンナ式測定器具をコイル式測
定器具に交換するうちに、せっかく特定した場所を見失
うおそれが存在する。 一方コイル式測定器具による場合には、磁性体は発見で
きても垂木などの非磁性体を発見することはでさない。 しからばコンデンサの容量変化とコイルのインダクタン
ス変化を感知する手段を一台の測定器具中に組込もうと
すると、コイルは通常長さを有し、しかも壁面に垂直に
配置されなｉＪればならず、一方コンデンナの電極は面
的広がりを要し、しかも壁面に平行に配置されなければ
ならないことから、測定器具全体が大型化し実用化され
ていない。 そこで本発明は二１ンデン→ノ゛となる面状電極とコイ
ルを一体化して小形化し、一台の測定器具のなかに組込
むのに適したセンサ゛を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための技術的手段）上記課題は面状
電極とコイルを偏平な形状に一体化することにより実現
される。 この場合、面状電極とコイルを一枚の基板上にパターン
化しで形成することもできる。 （作用） 面状電極とコイルを偏平な形状に一体化することにより
、セン１ノは小形化され、一台の測定器具中に容易に組
込むことができる。このため一台の測定器具′ｃ７】ン
デンリの容Ｂ４変化と、コイルのインダクタンス変化の
双方を測定できることになり、垂木等の下地材（磁性体
であるか否かを問わない）を発見し、さらにこれが磁性
体であるか否かを一台゛の器具で判別することができる
こととなる。 （実施例） 以下図面を参照していくつかの実施例について具体的に
説明する。 （第１実施例） 第１実施例のセンサ平面図が第１図（イ）に示され、そ
の（ロ）−（１線で切断された端面が第１図（ロ）に示
されている。 全体は２枚の基板１３と１４とから構成され、基板１３
の上面には金属１１１ｉ１１１がプリントされて面状電
極が構成されている。２枚の基板はスペーサ１５ａ−ｃ
により所定の距離隔てられ、また他の１頂点は導電性の
かしめビン１８でかしめられている。かしめビン１８の
下側は電極１１のためのはｌυだ付は用ランド１１ｈと
なっている。かしめビン１８は２枚のλ（板１３．１４
の分離を防ぐ機能も営んでいる。 スペー’Ｊ−１５ａ〜Ｃとかしめビン１８のまわりには
エナメル線が巻き回されてコイル１６が形成されている
。コイルは（＋：ｉ　）に示されるように２枚の基板間
に収容され、全体は偏平な形状に仕上げられている。な
おコイルの端子は基板１４に聞けられた小孔を介して下
側に引出され、はんだ付は用ランド１６ａ、ｂとなって
いる。 このセンサはコイルの断面積が充分にとれ、その分だけ
巻数を節約することができる。 なおこの実施例において、基板を一枚とすることもでき
る。このためには］コイル６を収容するための溝を一枚
の基板の側面に設けておけばよい。 （第２実施例） 第２図には第２実施例が示されている。これは基板２３
の上面に２つの面状電極２１と２２が設

【ノられている
点を省けば他は第１実施例と同様である。ただし第１実
施例のスペーサ１５ａに代わってかしめピン２８ａが設
りられている。これは面状電極２２の電気的接続に利用
される。 本実施例では２枚の面状電極が用いられている。 電極が１枚の場合には面状′７ｉｉ極と壁面との間でコ
ンデンナが形成される。この場合コンデンサ容量を計測
する電源回路のマイナス電位が壁面と同電位であれば、
通常のコンデンサ容ｆｆｉ　ｉ？ｆ測回路で電極と壁面
間で構成されるコンデンサ容量が測定される。通常人間
が手で測定器具を掴んで測定すれば、器具が作業者を介
して接地されてこの条件を満すことができる。 電極が２枚の場合には電極間にもコンデンサが構成され
る。この場合電極間には壁面およびその背後を経由する
電束が形成されることから、電極間のコンデンサ容量は
壁面とその背後の誘電率によって影響されることになる
。この場合には器具が接地されなくてもコンデン１す容
量が測定され、壁面とその背後の誘電率が感知される。 （第３実施例） 第３図に第３実施例が示されている。この実施例では２
枚の基板３３．３４が４つのスペーサ°３５ａ〜ｄで所
定距離離れるように配置され、基板３３の上面には３枚
の面状電極３１．３２ａ、３２ｈがプリントされ構成さ
れている。電極３２８には導電性のかしめピン３２ｂが
、電極３２ｈには導電性のかしめピン３２　ｏ　ｈ＜基
板３３．３４を貫通して設けられ、かつその下側端部間
にはリード線３２ｃがはんだ付けられ、電極３２ａと３
２ｈの電気的接続が保たれている。電極３１にはおなじ
くかしめピン３１ａが配置されている。電極３２ａには
かしめピン３２ｄが設けられ、基板３４の下面側に配線
パターン３２ｅがプリン１〜されはんだ付は用ランド３
２ｆと接続されている。各かしめピンは２枚の基板３３
．３４の分離を防ぐ機能も営ｌυでいる。 スペーサ３５ａ−ｄのまわりにはエナメル線が巻き回さ
れてコイル３６が形成され、コイルの端子は基板３４に
設けられた２つのスルーホールを介してはんだ付は用ラ
ンド３６ａ、ｂと接続され゛〔いる。 （第４実施例）　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・第４図参照この実施例はヒンリが１枚の基板４
３に実装された例を示す。基板の中央には丸穴が開けら
れ、ここにコイルが固定される。コイルは上下に鍔４９
ａ、ｃのある偏平円ｌＦ２Ｉ４９ｂのまわりにエナメル
線４６が巻き回されて形成される。偏平円ｎ４９の中心
には鉄心４７が固定されインダクタンスの増大が計られ
ている。コイルは基板の中央の丸穴に挿入され、上下の
鍔により脱落が防止される。 コイルの端子４６ａ、ｈは基板４３の下面で配線パター
ン４６ｃ、ｄに４６ｅ、ｆではんだ付けされ、はんだ用
ランド４６ａ、ｂと接続されている。 基板４３の上面には３枚の面状電極４２ａ、４１．４２
ｈがプリントされ、電極４２ａと４２ｈはパターン４２
ｅと４２ｉを介してはんだ用ランド／１２ｆとそれぞれ
接続され−Ｃいる。 本実施例ではコイルの断面積が充分得られないが、その
分を鉄心４７を挿入することによりおぎなっている。こ
のセンサは位置精度よく磁性体の存在箇所を特定するの
に適している。 （第５実施例）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・第５図参照本実施例は基板の形状を円にし
た外は基本的に第３実施例と同じである。ただし第３実
施例ではリード線３２ｃによっていたところをこの例で
はパターン５２ｅ、ｉにかえた点相違している。あと随
所に導電性かしめピン５２ｄ、ａ、５１ａを利用してい
る点基本的に第３実施例と同様である。 （第６実施例）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・第６図参照この例は・一枚のｉ板６３上に面状電
極６１とコイル６６の両者を共にプリント基板作成の要
領でパターン形成したものである。具体的な！１造工程
はエツチングによろうと導電ペーストを塗布する方法に
Ｊ：ろうといずれでもよい。６１は面状電極である。６
６１ま］イルひあり、１木の配線パターンが渦巻き状に
連続しており、ランド６６ａ、ｂにはｌυだイ」けされ
て使用される。６１ａは導電性ピンであり、面状電極６
１ａの接続が裏面側から【ｒ能にしている。 この実施例によるとセンサを極めて薄く仕上げることが
Ｃき、しかも安価に製造しうる。 （第７実施例）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・第７図参照この実施例は１枚の基板７３上に３枚
の面状電４ｆｉ７２ａ、７１．７２ｈと中央部にｍｌ　
−ｉ’　ルア　６をパターン形成した例である。作成手
段は第６実施例と同様であり、コイルと面状電極の特徴
は第４実施例と類似しでいる。 次に本センサの利用方法の一例を説明する。第８図は本
センサに適した検出回路の一例を示す。 １００は電源回路で、スイッチ１０１を１０１ａの側に
セットした時コイルのインダンタンス変化を感知する回
路１２０の電源線がオンする。この場合電池１０３の電
圧は定電圧トランジスタ１１１により一定電圧化される
。この場合発光ダイオード１０６がダイオード１０８を
介して点灯してパイロットランプとなる。 １２０はコイルのインダクタンスの変化を感知する回路
で１トランジスタ１２９で発振するように構成され−Ｃ
いる。発振周波数ならびに波高値はコンデンサ１２２，
１２５，１２６．１２７の容量、抵抗１２３．１３０の
抵抗値の他、本センＩすのコイル１２４の実質的インダ
クタンス（自己イ。 ンダクタンスから周囲の磁性体と相互作用する力変化し
ている）および可変抵抗１２１．１２８によって変化す
る。この場合コイル１２４に磁性体を接近させた状態で
、発振周波数ならびに波高値が充分の値となるように可
変抵抗１２１．１２８は予め調整されている。 １ｑられた信号は抵抗１３３とコンデンサ１３４で平滑
化し、信号電圧とする。 この信号電圧はコンパレータ１３２の−ｈの端子に入力
する。コンパレータ１３２の他方の端子には基準電圧を
入力する。基準電圧は可変抵抗１３１によって調整され
る。この基準電圧は壁面の材質、厚さ等が変化しても誤
感知しないように、測定器具の感知感度を調整する機能
を有し、測定詩作業者が可変抵抗１３１を調整して設定
する。 コンパレータに入力される信号電圧が基準電圧以上であ
れば、コンパレータの出力はハイとなりトランジスタ１
３７．１３８で増幅されて発光ダイオード１４０が点灯
する。 前記したように、コンパレータ１３２に入力さメ れる信号電圧はコイル１２６に磁性体が接近した状態で
大きくなるように設定されているから、発光ダイオード
１４０が点灯した状態はコイル１２４の近傍に磁性体が
存在しＣいることを知らせる。 次のコンデンサ゛の容Ｍ変化を感知する回路１５０につ
い°Ｃ説明する。 スイッチ１０１が”ｌ０１ｂの側にセットされ、かつス
イッチ１０２がオンされると回路１５０の電源線がオン
する。この場合ツェナーダイオード１１０によって電源
電圧の一定化が図られる。またこの状態ではダイオード
１０５を介して発光ダイオード１０６が点灯する。スイ
ッチ１０１が１０１ｂの側にセットされ、スイッチ１０
２がオフの時電源回路がオフとなる。スイッチ７０１に
Ｊ：す、１２０と１５０の回路に同時に通電されること
はない。 回路１５０ではＩＣ１５１と１５２（たとえばＣ−ＭＯ
ＳのＴＣ７４００が利用できる）、抵抗１５３，１５４
、コンデンサ１５５でマルチバイブレータ回路を構成し
、本実施例では、Ａ点の電圧変化を示す第９図Ａのよう
に、約１００　ｋ　Ｈｚのパルスを発生させている。 コンデンサ１５６は抵抗１５７を介して電源のプラス線
に接続されており、Ａ点の電圧がハイからＬｌ−に切り
変わった瞬間放電してローレベルに落ち、ついで抵抗１
５７を介して充電される。この変化の様子はＢ点の電圧
変化を図示する第９図Ｂに示される。 Ｂ点の電圧が指数関数的に上昇する過程で、ＩＣ１５８
のスレッシュホールド電圧を越え、その瞬間から０点の
電位は１．．１−レベルとなり次にコンデン゛す１５６
が放電するまで１コーレベルが維持される。 ０点のパルス電圧によっＣ本願のセンサに設けられた２
枚の面状電極１６０．１６１間に形成されたコンデンサ
が充電される。１枚の面状電極しかないセンサーを利用
している場合は、通常測定器具が作業者の体を介して壁
面と等電位となることから１に示づ゛ように面状電極１
６０が接地され（すなわち１６０が壁面にあたる）、ざ
らにＪに示すようにマイナス線が接地された状態と電気
的には同現象となり、面状電極１６１に電荷が帯電する
。 ０点の電圧がｌ」−レベルに変化した瞬間から面状’ａ
ＮＵ１６０．１６１とで構成されるコンデンサ′は抵抗
１６２を介して放電を開始する。この際１６０と１６１
で構成されるコンデン１丈の容量が大きいほど、電圧の
低１・速度はゆるやかである。コンデン勺容Ｍが小さい
ときのＤ点の電圧変化を第９図のＤ−１に、大きいとき
の変化をＤ−’２に示す。 ゲートＩＣ１６３には第９図りの電圧変化が入力される
。ここで、Ｅ点の電圧はＤ点の電圧がスレッシ」ホール
ド重圧を越えて変化するたびに反転して第９図Ｆに示す
ようなパルス波形となる。 Ｅ−１はコンデンザ容む１が小さい状態に対応し、Ｅ−
２は大きい状態に対応しＣいる。 Ｅ点のパルス信）〕はＴ】ンデンサ１６７と抵抗１６８
ｒ：平滑され、電圧信号に変換される。すなわち面状ａ
ｆ極１６０，１６１間で構成されるコンノ゛ンサーの客
用が小さいほど］ンデンサ１６７が充電される時間は良
く、Ｆ点の信号電圧はｉ’１％　くなる。 信号電圧はオペアンプ１６９の一方の端子に入力される
。オ°ペアンブの他方の端子には基準電圧が入力される
。この基準電圧は可変抵抗１６５によって調整可能であ
り、前記したコイルのインダクタンスを感知する場合と
同様に感知感度の調整が可能となっている。オペアンプ
１６９では信号電圧と基準電圧との差に応じて増幅し、
増幅された信号電圧がＧ点に生じる。 この増幅された信号電圧は３つのコンパレータ１７５．
１７６．１７７の一方の端子に各入力される。他ブＪの
端子には基準電圧が入力されるが、各コンパレータに入
力される基準電圧は抵抗１７１．１７２，１７３．１７
４によってそれぞれ異なるように調整されている。 Ｇ点の信号電圧が最も高い状態（これは面状電極１６０
．１６１間で構成されるコンデンサ客足が最も小ざい状
態に対応する）では、二】ンパレータ１７５のみが導通
して発光ダイオード１７８゜１７９が点灯する。 が少し増加した状態に対応する）では、コンパレータ１
７５と１７６が導通ずるが、１７５と１７６は同電位の
為、発光ダイオード１８０．１８１のみが点灯する。 が最も増加した状態に対応する）では、すべての］ンパ
レータが導通ずるが、各コンパレータの出力線は同電位
の為、発光ダイオード１８２のみが点灯する。なおこの
場合には圧電ブ’ｆ−１８９にＩＣ１８４，１８６等で
発振されたパルスが印加され、鳴動するようになってい
る。 本回路が組込まれた測定器具を実際に使用する場合には
壁面に密着させた状態で可変抵抗１６５を調整して発光
ダイード１７８，１７９が点灯状態かららようと消灯状
態になるようにしておいで、壁面に沿って移動させれば
、背後に空気以外の物が存在する箇所では面状電極１６
０．１６１間に構成されるコンパレ−タ４が増大して発
光ダイオードが点灯しはじめ、発光ダイオード１８２が
点灯することにより、下地材の存在する箇所に最も近接
した事が感知され同時にブリ′−音でも判別可能になっ
ている。 この状態でスイッチ１０１を切り替えてコイルのインダ
クタンスの変化を感知することにより、発見した下地材
が磁性体か否かを判断することができる。 （効果） 本発明により周囲の１ｍ率を感知するための面状電極と
、周囲の透磁率を感知するためのコイルが一体化されて
しかも小形化できる。誘電率は静電現象に、透磁率は磁
気的現象に木質的型費を及ぼＪ性質であることから、本
発明のセンサは小型一体化された静電磁気センサと言え
る。本センサｔよ上記したように壁面の下地材の探知器
具などに応用でき、従来別々の器具を必要としていたと
ころをひとつの器具で達成可能にするなどきわめて実用
性の高い発明となっている。本センナは上記の例に限ら
ず多様な応用に供しえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図の各（イ）は本発明の各種実施例に係
わるセンナの平面図を丞し、第１図、第２図、第４図、
第６図、第７図の各（ロ）は各（イ）の（Ｌｌ）−（ロ
）１１断面図を示し、第３図と第５図の各（口〉は各セ
ンサの側面図を示し、第４図くハ）はコイル部分の斜視
図を示している。 第８図は本センサの利用に適した回路の一例を示す図で
あり、第９図は第８図の回路における各所の電圧の変化
を示す図である。 １１．２１，３１，４１，５１，６１．７１　　　　面
状電極２２．３２，４２，５２．　７２　　　　面状電
極１６、２６．３６．４６．５Ｇ、　６６、７６　　　
　］イル１３．２３，３３．／１３，５３，６３．７３
　　　　基板１４．２４，３４．　５４　　　　　　　
基板出願人　　　　　礒　井　誠　二　部 代理人　　　　　岡田英彦（外２名） 町＼ 第　６　　図（イ） ニア６ｂ 第　７　　図（イ） Ｄ−２−ｍ＝ｒ＼く；ニ二二二Ｉ「１１＼〈＝ゴニニ］
ニスレ、／２本−ｊレト（１６３）第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）面状電極とコイルが偏平な形状に一体化されたこ
   とを特徴とする静電磁気センサ。
2. （２）面状電極が複数枚組込まれたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の静電磁気センサ。
3. （３）面状電極とコイルが一枚の基板上にパターン化さ
   れて形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第２項記載の静電磁気センサ。