JPS63284487A - 背後部材検知装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、合板や石膏ボードからなる壁材や天井材の背
後にあって壁材や天井材を取り付ける胴縁、間柱、野縁
等の支柱や、壁や天井の背後に配設された水道管、電線
管等を検知する背後部材検知装置に関するものである。

［背景技術ｌ 一般に合板や石膏ボード等の壁材や天井材により壁や天
井が形成されている場合であって、壁に時計や額を取り
付けたり、天井や壁に照明を取り付けたりするときには
、壁材や天井材を取り付けるために壁材の背部に設けら
れた支柱（間柱、胴縁、野縁等）を探し出し、釘やフッ
クを支柱に装着することが必要であり、また空調機等を
取り付けるときには、壁や天井内に埋設された水道管や
電線管を避けて穴をあける必要がある。しかしながら、
一般に壁材や天井材の表面は化粧シートを貼着したり塗
装を施すことによって表面仕上げがなされているから、
支柱や水道管や電線管等の背後部材の位置を目視によっ
て探し出すのは困難である。

したがって、従来はハンマー等で壁材や天井材の表面を
たたき、生じる音が背後部材の有無により変化すること
を利用して背後部材の位置を検知する方法が一般に用い
られていた。しかしながら、石膏ボード等では背後部材
の有無による音の変化が少ないものであるから、熟練し
た人でなければこの方法による背後部材の検知は困難で
ある。

このような問題を解消するために、第４図に示すように
、センサ部として電極板１を設け、この電極板１の周囲
の誘電率の変化を検出することにより壁や天井の背後部
材を検知するようにした装置が考えられている。この装
置は、電極板１により周囲の静電容量を検出して抵抗Ｒ
，，Ｒ，、可変抵抗ＶＲ，とともに時定数回路を形成し
、この時定数に基づいて一対の単安定マルチバイブレー
タ１１．１２を動作させ、両車安定マルチパイプレーク
ｉｌ、１２の出力パルスのパルス幅の差を時間差検出回
路１３により検出した後、時間差検出回路１３の出力を
積分回路１４により積分し、積分回路１４の出力レベル
が所定値に達するとスイッチング回路１５を作動させて
報知手段である発光ダイオードＬＥＤを照灯させるよう
にしたものである。ところで、壁等の材質や厚みに応じ
て電極板１により検出される周囲の静電容量は変化する
から、上記構成の装置においては使用環境に応じて最大
感度で使用でさるように、動作の基準値を自動設定する
基準値設定回路１６が設けられている。すなわち、この
基準値設定回路１６は単安定マルチバイブレータ１２の
時定数回路にバイアス電圧を付与することにより時定数
を使用環境に応じて可変し、使用環境に応じた最大感度
に設定された時点でそのバイアス電圧を保持するように
構成されている。したがって、バイアス電圧により基準
値が設定されるのであり、そのバイアス電圧はコンデン
サＣの端子電圧として得られるようになっている。すな
わち、電源を投入するとスイッチ素子Ｓを導通状態とし
てコンデンサＣを充電し、最大感度に設定されたことが
検出されるとスイッチ素子Ｓを非導通としてコンデンサ
Ｃの充電を停止するのである。また、コンデンサＣの端
子電圧はボルテージ７オロワＶｆを介して抵抗Ｒ，，Ｒ
，の接続点に印加される。ここに、スイッチ素子Ｓおよ
びボルテージ７オロワｖｆとしては小型かつ安価である
点から従来上り０ＭＯ３が用いられており、次のような
問題を有している。すなわち、０ＭＯ８はスレシヨルド
にばらつきがあり、ｔｊＩＪ４図回路のようにスイッチ
素子Ｓの導通時間をコンデンサＣと抵抗Ｒ５との時定数
回路により設定している場合に、第５図に示すように、
コンデンサＣの端子電圧の最大値にばらつきが生じるこ
とになり、ポルテーク７ｔロワＶｆの出力電圧のａｍ範
囲がばらつ（のである、したがって、製品の仕様を一定
にするには、初期状態を設定するバイアス電圧の調節範
囲のもっとも狭いものに合わせることになり、その結果
、装置が適眉できる壁厚の範囲が小さくなるという問題
があった。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、コンデンサを充電する過程でコン
デンサの端子電圧を設定する代わりに、コンデンサを一
旦充電してから放電する過程でコンデンサの端子電圧を
設定するようにし、もって基準値の設定範囲を大きくと
れるようにした背後部材検知装置を提供することにある
。

［発明の開示］ （１歳） 本発明に係る背後部材検知装置は、周囲の誘電率の変化
を電気信号に変換するセンサ部と、センサ部の出力が予
め設定された基準値に達すると支柱が存在すると判断し
て検知出力が得られる検知手段と、ｌＦ！囲の環境に応
じて上記基準値を設定する基準値設定回路とを備え、基
準値設定回路は、コンデンサを有するとともにコンデン
サの端子電圧に呼応して基準値を設定し、電源投入時に
コンデンサを充電して支柱の有無とは無関係に検知出力
が得られる状態に基準値を設定した後、コンデンサを放
電する放電回路に設けたスイッチ素子を導通状態として
コンデンサを放電し検知出力が得られなくなった直後の
時点でスイッチ素子を非導通状態としてコンデンサの放
電を停止することにより基準値を保持するように設定さ
れて成るものであり、コンデンサの放電過程で基準値の
設定を行なうことにより、他の部品のスレシヨルド等の
ばらつきによる基準値の設定範囲のばらつきを防止した
ものである。

（実施例） 第１図に示すように、１枚の主電極板１ａと、主電極板
１ａの両側に配設された一対の副電極板１　ｂ、　１　
ｃとを備えた電極板１をセンサ部としている。主電極板
１ａは可変抵抗ＶＲ，の一端に接続されて第１の時定数
回路を形成し、また両割電極板１　ｂ、　１　ｃは互い
に接続されるとともに電源を３分する可変抵抗ＶＲ，お
よび抵抗Ｒ＋　＊　Ｒ２のうちの可変抵抗ＶＲ，と抵抗
Ｒ１との接続点に接続されて第２の時定数回路を形成す
る。各時定数回路は、一対の単安定マルチバイブレータ
１１．１２の各時定数をそれぞれ設定するのであって、
一方の単安定マルチバイブレータ１１の反転出力と他方
の単安定マルチバイブレータ１２の非反転出力とは時間
差検出回路１３に入力される０時間差検出回路１３は両
車安定マルチバイブレータ１１．１２からの入力レベル
が共に“Ｌ“である期間に相当する出力パルスを出力し
、この出力パルスは積分回路１４により積分される。積
分回路１４の出力レベルがスイッチング回路１５で設定
された基準レベルに達すると、スイッチング回路１５は
検知出力を出し報知手段である発光ダイオードＬ　Ｅ　
Ｄ　、、ＬＥＤ２を点灯させるようになっている。ここ
に、面発光ダイオードＬＥＤ、、ＬＥＤ２はスイッチン
グ回路１５への入力レベルに応じて点滅する６以上のよ
うにして、時定数回路を含む単安定マルチパイプレーク
１１，１２、時間差検出回路１３、積分回路１４、スイ
ッチング回路１５により検知手段が構成される。

スイッチング回路１５は、積分回路１４の出力を反転増
幅するトランジスタＱと、一対のコンパレータ２１ａ、
２１ｂと、抵抗Ｒ５〜Ｒ１とを備えている。また、トラ
ンジスタＱのコレクタには出力抵抗Ｒ，が接続され、ト
ランジスタＱのエミッタには増幅率を設定するための可
変抵抗ｖＲ２が接続されている。両コンパレータ２１ａ
、２１ｂの出力端間には抵抗Ｒ１と発光ダイオードＬＥ
Ｄ、との直列回路が挿入され、一方のコンパレータ２１
ｂの出力端と電源の負側端との間には抵抗に、と発光ダ
イオードＬＥＤ、との直列回路が挿入されている。

検知動作は第２図の右半分に示すようにして行なわれる
。すなわち、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、電極板
１により検出される静電容量と可変抵抗ＶＲ３および抵
抗Ｒ２−Ｒ３とにより時定数が設定され、第２図（ｃ）
（ｄ）に示すように、その時定数に対応したパルス幅の
パルスが各単安定マルチバイブレータ１１，１２の出力
に得られる。両車安定マルチパイプレーク１１．１２の
出力は時間差検出回路１３に入力され、第２図（ｅ）の
ように、両車安定マルチバイブレータ１１．１２の出力
パルス幅の差に対応した、換言すれば、両車安定マルチ
バイブレータ１１．１２の出力レベルがともに“Ｌ”と
なる期間のパルス幅に相当するパルスが得られる。

時間差検出回路１３の出力は積分回路１４により積分さ
れ、積分回路１４の出力として時間差検出回路１３の出
力パルス幅に応じてレベルが増大する出力が得られる。

したがって、−スイッチング回路１５に設けたトランジ
スタＱの出力レベルは、第２図（ｆ）に示すように、時
間差検出回路１３の出力パルス幅の増大に伴なって減少
することになる。検知動作を行なっているときには、ス
イッチング回路１５のコンパレータ２１ｍ、２１ｂの基
準レベルは一定値に設定されでおり、トランジスタＱの
出力レベルが設定値以下となると、第２図（ｇ）のよう
に、一方のコンパレータ２１ａの出力レベルが′″Ｈ“
となって発光ダイオードＬＥＤ、が点灯し、さらに出力
レベルが低下すると、第２図（ｈ）のように、他方のコ
ンパレータ２１ｂの出力レベルが“Ｈ“どなって発光ダ
イオードＬＥＤ２が点灯するようになっている。しかる
に、壁や天井に背後部材が存在しているときには、主電
極１ａで検出される静電容量が増大して単安定マルチバ
イブレーク１１の時定数が大きくなるから、時間差検出
回路１３の出力パルス幅が増大し、その結果、支柱にあ
る程度近付くと発光ダイオードＬＥＤ。

が点灯することになる。さらに背後部材の中心に近付く
と発光ダイオードＬＥＤ、の消灯とともに発光ダイオー
ドＬＥＤ２が点灯するのである。

ところで、抵抗Ｒ，，Ｒ２の接続点には基準値設定回路
１６からのバイアス電圧が印加されており、このバイア
ス電圧により単安定マルチバイブレータ１２の時定数が
可変となっている。基準値設定回路１６は、ダイオード
Ｄ、〜Ｄ）、コンデンサＣ。

Ｃ，、Ｃ２、抵抗Ｒ５〜ＲＩ４．０ＭＯ８よりなる一対
のスイッチ素子Ｓ、、Ｓ２．０ＭＯ８よりなるボルテー
ジ７オロワＶｆ、インノず一タ１．／７［Ｍ路ＮＯＲか
らなり、スイッチ素子Ｓ、、Ｓ、およびボルテージ７オ
ロワｖｆは１個の集積回路によりＭＩＩ−成されている
。上記バイアス電圧はコンデンサＣの端子電圧をボルテ
ージ７オａワＶｆにより取り出して付与されるのであり
、ボルテージ７オロワＶｆはコンデンサＣの端子電圧を
反転するように構成されている。すなわち、コンデンサ
Ｃの端子電圧が高くなるほどボルテージ７オロワＶｆの
出力電圧は低下する。この基準値設定回路１６は、電源
投入時にコンデンサＣの端子電圧を変化させることによ
り、単安定マルチバイブレータ１２の時定数を変化させ
、それによって、主電極１ａによって検知可能な静電容
量の最小値を使用環境に応じて自動設定する。　７ 次に、基準値設定回路１６の動作を第２図の左半分を用
いて説明する。まず、電源を投入すると、コンデンサＣ
７が抵抗Ｒ１を介して充電され、コンデンサＣ３の端子
電圧が低い間はスイッチ素子Ｓ１は導通状態であるから
、コンデンサＣが抵抗Ｒ３ｙＲ＊　Ｉ　ＲＩ　Ｏｓダイ
オードＤ５等を介して充電される。

コンデンサＣへの充電時定数は十分に短く設定され、コ
ンデンサＣ１への充電時定数はそれよりも艮（設定され
ている。また、コンデンサＣ２は電源投入と同時に抵抗
ＲＩ４を介して、また抵抗ＲａｔＲ，，Ｒ，２およびダ
イオードＤ　２−　Ｄ　３を介して充電されており、〕
７回路ＮＯＲの一方の入力レベルは電源投入からしばら
くの間はａ　Ｌ　ａとなっている。

また、コンパレータ２１ａの非反転入力端の入力レベル
がＬ′であるからコンパレータ２１ａの出力レベルは“
Ｌ″であって、ノア回路ＮＯＨの出力レベルは、第２図
（ｉ）に示すように、“Ｈ″となっている。！ｌた、第
２図（ｊ）に示すように、インバータ■の出力レベルが
“Ｌ′であるから、フンパレータ２１ｂの非反転入力端
が“Ｌ“で、第２図（ｈ）のようにフンパレータ２１ｂ
の出力レベルが“Ｈ“となり、発光ダイオードＬＥＤ２
が点灯する。ところで、このときスイッチ素子Ｓ２は導
通しており、コンデンサＣは抵抗ＲＩ　１を介して放電
されている。

すなわち、電源投入時には充電と放電とが同時になされ
ているが、放電時定数は充電時定数に比較して十分に大
きく設定されているから、コンデンサＣの端子電圧はス
イッチ素子ＳＩが導通しでいる間はすぐに上昇する。コ
ンデンサＣ３の端子電圧が上昇してスイッチ素子Ｓ、が
非導通状態となると、コンデンサＣは第２図（ｋ）に示
すように放電のみ行なうのであり、それに伴なって抵抗
Ｒ＋ｔＲ２の接続点の電位は第２図（１）に示すように
次第に上昇する。すなわち、第２図（ｂ）に示すように
、単安定マルチパイプレーク１２に接続された時定数回
路の時定数が徐々に減少し、第２図（ｄ）に示すように
、単安定マルチバイブレータ１２′の出力パルス幅が徐
々に小さくなる。こうして両車安定マルチパイプレーク
１１．１２の出力パルス幅が略等しくなると、第２図（
ｅ）に示すように、それまで無出力であった時間差検出
回路１３から微少パルスが得られ、積分回路１４の出力
レベルが若干上昇して第２図（、ｆ）のようにトランジ
スタＱのコレクタの電位が若干下がる。この時点で、第
２図（ｇ）のようにコンパレータ２１ｍの出力レベルが
Ｈ“となり、ノア回路ＮＯＨの抵抗Ｒ１３側の入力レベ
ルがＨ″となるから、第２図（ｉ）のようにノア回路Ｎ
ＯＨの出力レベルが′Ｌ″となり、インバータ■の出力
レベルがＨ″となって、スイッチ素子Ｓ２が非導通状態
となり、コンデンサＣの放電が停止する。また、第２図
（ｈ）のように発光ダイオードＬＥＤ、は消灯する。こ
の瞬間にコンパレータ２１ａ＊２１ｂの非反転入力端の
基準電圧は抵抗Ｒｓ　−Ｒ＊で電源電圧を分圧した値と
なるから、両コンパレータ２１ａ、２１ｂの非反転入力
端への印加電圧が下がり、面発光ダイオードＬ　Ｅ　Ｄ
　、、ＬＥＤ２はともに消灯する。つまり、発光ダイオ
ードＬＥＤ２が消灯した後、発光ダイオードＬＥＤ。

が−瞬点灯し、すぐに消灯する。以後はコンデンサＣの
端子電圧は一定に保たれるのであり、時定数回路へのバ
イアス電圧の初期値が設定されることになる。このバイ
アス電圧の設定により、時間差検出回路１３から極めて
小さい幅の出力パルス得られる状態となるから、背後部
材を検出するとすぐに時間差検出回路１３から幅の広い
パルスが得られるようになり、高い感度での検知動作が
行なえるのである。

以上のようにして、コンデンサＣを一旦充電した後、そ
の放電過程でバイアス電圧の設定を行なうから、第３図
に示すように、スイッチ素子Ｓ１゜Ｓ２やボルテージ７
オａワＶｆを構成するＣＭＯ８の特性にばらつきがあっ
ても、電圧調節範囲には影響がなくなり、その結果、使
用できる壁の厚みの範囲が製品ごとにばらつくというこ
とがなくなるのである。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、周囲の誘電率の変化を電気信号
に変換するセンサ部と、センサ部の出力が予め設定され
た基準値に達すると支柱が存在すると判断して検知出力
が得られる検知手段と、周囲の環境に応じて上記基準値
を設定する基準値設定回路とを備え、基準値設定回路は
、コンデンサを有するとともにコンデンサの端子電圧に
呼応して基準値を設定し、電源投入時にコンデンサを充
電して支柱の有無とは無関係に検知出力が得られる状態
に基準値を設定した後、コンデンサを放電する放電回路
に設けたスイッチ素子を導通状態としてコンデンサを放
電し検知出力が得られなくなった直後の時点でスイッチ
素子を非導通状態としてコンデンサの放電を停止するこ
とにより基準値を保持するように設定されて成るもので
あり、コンデンサの放電過程で基準値の設定を行なうか
ら、他の部品のスレシ１ルド等のばらつきによる基準値
の設定範囲のばらつきが防止されるという利点を有する
のである。その結果、適用できる壁厚の範囲を大きくし
ながらも各製品の性能を一定にすることができるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

ｔｊＳ１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２
図は第１図中の対応する各部の信号を示すタイムチャー
ト、第３図は同上の要部の動作説明図、第４図は従来例
を示すブロック図、第５図は同上の動作説明図である。 １は電極板、１１．１２は単安定マルチパイプレーク、
１３は時間差検出回路、１４は積分回路、１５はスイッ
チング回路、１６は基準値設定回路、Ｃはコンデンサ、
Ｓ、、Ｓ２はスイッチ素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）周囲の誘電率の変化を電気信号に変換するセンサ
   部と、センサ部の出力が予め設定された基準値に達する
   と支柱が存在すると判断して検知出力が得られる検知手
   段と、周囲の環境に応じて上記基準値を設定する基準値
   設定回路とを備え、基準値設定回路は、コンデンサを有
   するとともにコンデンサの端子電圧に呼応して基準値を
   設定し、電源投入時にコンデンサを充電して支柱の有無
   とは無関係に検知出力が得られる状態に基準値を設定し
   た後、コンデンサを放電する放電回路に設けたスイッチ
   素子を導通状態としてコンデンサを放電し検知出力が得
   られなくなった直後の時点でスイッチ素子を非導通状態
   としてコンデンサの放電を停止することにより基準値を
   保持するように設定されて成ることを特徴とする背後部
   材検知装置。