KR100254165B1 - 금속구체의검출계수장치 - Google Patents

Abstract

금속구체를 비접촉으로 검출계수하는 금속구체의 검출계수장치에 있어서, 부품 수를 저감하여 신뢰성 및 조립작업성의 향상을 도모함과 동시에, 콤팩트화를 도모한다.

회로기판(3)에 코일과 콘덴서를 사용한 발진회로와 이 발진회로의 발진상태에 의하여, 온·오프하는 스위칭 회로를 설치한과 동시에 금속구체가 통과하는 관통구멍(51)을 형성한다.

회로기판(13)상의 관통구멍(51)의 주위에는, 배선패턴을 형성하고, 이 배선패턴으로 상기 발진회로의 코일을 구성한다.

Description

금속구체의 검출계수장치

도 1은 본 발명의 금속구체의 검출계수장치를 채택한 1 실시예로서의 금속구체의 검출계수장치의 분해 사시도.

도 2는 동 금속구체의 검출계수장치의 조립상태의 사시도

도 3은 동 금속구체의 검출계수장치의 회로도.

도 4는 코일을 구성하는 배선패턴의 다른 상태를 나타낸 평면도.

도 5는 와전류를 사용한 종래의 피검체 검출한 모양을 나타낸 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 금속구체의 검출계수장치 2 : MPU

11 : 위뚜껑 12 : 아래상자

13,60 : 회로기판 21,22 : L자편

23 : T자평 31,32,33,34 : 돌출편

41,42,51 : 관통구멍 52,61 : 배선패턴

PB1 : 입력포트 T1 : 전원단자

T2 : 검출단자 L1 : 코일

Tr1 : 쌍트랜지스터 Tr2 : 트랜지스터

P : 금속구체 CO : 발진회로

SW : 스위칭 회로 RD,R1,R2,R3,R4,R5 : 저항기

D1 : 제어다이오드 Vz : 제너전압

C1,C2,C3 : 콘덴서

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 금속제의 피검출체 또는 금속 피막이 있는 금속구체의 근접을 비접촉으로 검출계수하는 검출계수장치에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 검출장치로서, 와전류의 변화를 이용하여 피검체를 검출하는 것이 알려져 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 수십 KHz의 고주파 발진회로중의 발진코일(L)을 검출로 하고, 피검체(K)가 이 발진코일(L)에서 나온 자계를 받으면, 피검체(K)내에 와전류가 흐른다.

이 와전류의 발생은 전류 손실을 낳고, 고주파 발진 회로의 발진 에너지를 소비하게 되기 때문에, 통상 그 발진은 정지하고, 이 발진 상황으로부터 피검체(K)의 존재를 검출하는 것이다. 그런데, 상기 검출장치에서는 피검체(K)의 통로의 근방에 비교적 칫수가 큰 발진코일(L)을 설치할 필요가 있기 때문에, 장치 전체를 콤팩트하게 설계할 수 없다는 문제가 있었다.

또, 상기 검출장치는, 발진코일(L)과 그 발진코일(L)에 전기적으로 접속되는 회로 기판으로 구성되어 있기 때무에, 부품 수가 많고, 이 때문에, 신뢰성이 낮은 문제가 있었다.

발진코일(L)과 회로 기판과의 사이의 전기적인 접속의 면에서도 신뢰성이 낮다.

또한, 부품 수가 많기 때문에, 조립 작업성이 나쁘다고 하는 문제가 있었다.

특히, 발진코일(L)을 회로 기판에 붙이는 일은 비교적 곤란한 것으로서, 조립작업성이 나빴다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 금속구체(예를 들어, 금속구체)의 검출계수장치는, 이러한 문제를 해결하고, 신뢰성 및 조립 작업성의 향상을 도모하면서도, 장치 전체의 콤팩트화를 가능하게 하는 것을 목적으로 하여 이루어졌으며, 다음의 구성을 채택하였다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명의 금속구체의 검출계수장치는, 검출부와 회로 기판으로 이루어지고, 금속제 또는 금속 피막이 있는 피검출체의 근접을, 비접촉으로 검출계수장치로서, 상기 회로 기판에는, 금속구체가 통과하는 관통 구멍을 형성함과 동시에, 이 관통 구멍의 주위에 배선패턴으로 코일을 형성하고, 상기 코일을 상기 검출출부로 하고, 상기 코일의 인덕턴스 성분을 이용하여 발진하는 발진회로와 이 발진회로의 발진 상황에 따라서, 온 ·오프되는 스위칭 회로를 상기 회로기판 상에 설치한 것을 그 요지로 한다.

여기서, 코일을 구성하는 배선패턴은 회로 기판의 표리 양면에 형성하는 구성으로 하여도 좋다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 금속구체의 검출계수장치에서는, 금속제 또는 금속피막이 있는 금속구체가 회로 기판상의 관통 구멍에 존재하지 않는 경우, 발진 회로는 그 관통구멍의 주위에 형성된 배선패턴으로 구성되는 검출부로서의 코일의 인덕턴스 성분을 이용하여 발진한다.

한편, 관통 구멍을 금속구체가 통과하고, 코일이 형성하는 자속이 금속구체를 빠져나가는 상태가 되면, 주로 와전류 손실에 의하여 발진 에너지는 손실되고, 발진 회로의 발진 상태가 변화하여 통상 발진은 정지한다.

스위칭 회로는 이 발진 회로의 발진 상황에 따라서, 온·오프되고, 외부에 금속구체의 유무에 따른 신호를 출력한다.

여기서, 검출부로서의 코일은 회로 기판상의 관통 구멍의 주위의 배선패턴으로 형성되어 있기 때문에, 검출부는 회로 기판과 일체화한 것으로 된다.

더구나, 그 코일을 포함한 장치 전체의 크기는 회로 기판 그 자체의 크기에 제한 될 따름이다.

[실시예]

이상 설명한 본 발명의 구성·작용을 한층 명확하게 하기 위하여, 아래에 본 발명의 검출계수장치의 알맞은 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 금속구체를 금속구체로 한 실시예로서의 금속구체(예를 들어, 빠찡꼬 구슬)의 검출계수장치의 분해 사시도, 도 2는 동 금속구체의 검출계수장치의 조립상태의 사시도, 도 3은 동 금속구체의 검출계수장치의 회로도이다.

본 실시예에서는 금속구체의 검출계수장치(1)는, 입상구로 떨어져 들어간 세이프 구슬이나 빠찡꼬대에서의 배출 구슬 등의 검출에 사용되고, 금속구체의 검출계수장치(1)의 출력 신호를 이용하여 각종 처리를 하는 주지의 마이크로 프로세싱 유니트(이하, MPU라 칭함)(2)의 입력 포트(PB1)에 접속되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 금속구체의 검출계수장치(1)는, 위뚜껑(11)과 아래 상자(12)를 갖추고, 양 부재를 짜맞춘 내부에 회로 기판(13)을 갖춘다.

이 위뚜껑(11)에는, 대락 L자형의 1쌍의 L자편(21, 22)과, 대략 T자형의 1쌍의 T자편(23)(도면 중, 한쪽만을 나타냄)이 형성되어 있고, 아래상자(12)에는, L자편(21, 22)과 각각 걸어 맞춤하는 1쌍의 돌출편(31, 32)과, T자편(23)과 걸어 맞춤하는 1쌍의 돌출편(33, 34)(도면 중, 한쪽만을 나타냄)이 설치되어 있다.

위뚜껑(11) 및 아래 상자(12)는, 각 편이 걸어 맞춤함으로써, 원터치로 짜맞춰져서, 정육면체 형상의 상자체를 형성한다.

또한, 위뚜껑(11) 및 아래상자(12)에는, 금속구체(P)가 관통하는 관통구멍(41, 42)이 각각 형성되어 있다.

회로기판(13)의 한 끝단은, 그 위뚜껑(11) 및 아래상자(12)로 이루어지는 상자체의 밖으로 튀어나와 있고, 외부로의 접속용 단자(T1, T2)로서 사용되고 있다.

회로기판(13)에는, 도 3에 도시한 코일(L1)이나 쌍트랜지스터(Tr1) 등의 전자부품이 조립되어 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 회로기판(13)에는, 위뚜껑(11) 및 아래상자(12)를 짜맞추었을 때에 관통구멍(41), 수직 관통 구멍(42)과 연이어 통하는 위치에 금속구체(P)의 관통구멍(51)이 형성되어 있고, 코일(L1)은, 그 관통구멍(51)의 주위에 형성된 표면과 이면 각각 1턴(turn)의 합계 2 턴의 배선패턴(52)으로 구성되어 있다.

양면 기판의 이면은, 패러디 스크린(Faraday Screen)으로 차단되는 구성으로 되어있고, 노이즈를 막아서, 회로기판(13)의 오동작을 방지하고 있다.

회로기판(13)에는 도 3에 도시한 바와같이, 12볼트가 공급되는 전원단자(T1)와 검출단자(T2)가 있다.

이 검출단자(T2)는, 회로의 그라운드 레벨을 겸하고 있으며, MPU(2) 쪽에서 저항기(RD)를 통하여 접지되어 있다.

회로기판(13)에는 발진회로(CO)와 발진회로(CO)의 발진상태에 의거하여, 스위칭 회로(SW)에는 전원단자(T1)로부터 12V 전압이 가하여지고 있으나, 검출단자(T2)가 저항기(RD)(본 실시예에서는, 저항치 680Ω)에 의하여 접지되어 있기 때문에, 스위칭 회로(SW)의 전원전압은 스위칭 회로(SW)의 쌍트랜지스터(Tr2)의 온.오프상태에 의하여 변화한다.

한편, 발진회로(CO)에는 전원단자(T1)와 검출단자(T2)와의 사이에 설치된 저항기(R1)(본 실시예에서는 저항치 27KΩ)와 제너다이오드(D1)에 의하여 안정화된 제너전압(Vz)(본 실시예에서는 약 5.5볼트)이 공급된다.

발진회로(CO)는, 특성이 동일한 2개의 쌍트랜지스터(Tr1)의 한쪽의 에미터와 그라운드 라인과의 사이에 설치된 콘덴서(C1)및 코일(L1)과, 쌍트랜지스터(Tr1)의 다른 편의 에미터와 코일(L1)의 중간탭과의 사이에 설치된 저항기(R3) 및 콘덴서(C2)에 의하여, 콜피츠형의 고주파 발진회로로서 구성되어 있다. 또한, 쌍트랜지스터(Tr1)의 베이스는, 저항기(R2)를 통하여 전원라인에 접속되어 있다. 이 발진회로(CO)의 발진주파수는 코일(L1)의 인덕턴스와 콘덴서(C1,C2)의 용량으로 결정되고, 본 실시예에서는 약 300KHz로 되어 있다.

쌍트랜지스터(Tr1)의 콜렉터의 한편은 사용되고 있지 않으나 다른편은 스위칭 회로(SW)의 트랜지스터(Tr2)의 베이스 단자에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tr2)의 베이스 단자에는 그라운드 라인과의 사이에 콘덴서(C3)가 접속되어 있고, 또 전원라인과의 사이에 저항기(R4)가 접속되어 있다. 콜렉터 단자에는 저항기(R5)(본 실시예에서는 220Ω)가 접속되어 있다.

또, 트랜지스터(Tr2)의 에미터 단자는, 전원라인에 접속되어 있다. 발진회로(CO)가 발진하고 있는 상태에서는, 쌍트랜지스터(Tr1)는 약 300KHz로 온.오프를 되풀이하고 있으며, 쌍트랜지스터(Tr1)가 온인 때에는, 그 콜렉터 전류는 스위칭 회로(SW)의 트랜지스터(Tr2)의 베이스로부터 흘러들어 트랜지스터(Tr2)를 턴온한다.

한편, 발진회로(CO)의 발진에 의하여 쌍트랜지스터(Tr1)가 근소한 시간오프로 되는 동안은, 트랜지스터(Tr2)의 베이스 전류는 콘덴서(C3)의 충방전에 의하여 계속되고, 트랜지스터(Tr2)는 온상태로 유지된다.

발진회로(CO)가 발진하고 있는 상태에서, 회로기판(13)의 관통구멍(51)을 금속제의 피검체인 금속구체(P)가 통과하면, 코일(L1)의 자속의 금속구체(P)가 빠져나가는 것으로 되고, 금속구체(P)내에는 와전류가 흘러서 전류 손실을 낳는다. 금속구체(P)는 통상 금속제이지만, 금속구체가 금속 이외의 재료로 만들어지고, 표면에 도금을 하고 있는 경우에도 도금 등의 박막으로는 단면적이 작기때문에 꽤 큰 와전류 손실로 된다. 와전류의 발생은 발진회로(CO)의 발진 에너지를 소비하게 되기 때문에, 그 고주파 발진은 현저하게 감쇄하여 거의 정지한다.

금속구체(P)가 관통구멍(51)을 통과하지 않고 코일(L1)에 접근하고 있지않은 상태, 즉 발진회로(CO)가 발진하고 있는 상태에서는 트랜지스터(Tr2)는 온상태로 되어 있고, 한편 발진회로(CO)의 발진이 거의 정지상태가 되면, 스위칭 회로(SW)의 트랜지스터(Tr2)는 턴오프한다. 저항기(R5)는 저항기 (R1)보다 저항치가 작기 때문에(본 실시예에서는 220Ω : 27KΩ), 트랜지스터(Tr2)가 온상태로 되면, 전원단자(T1)로부터 트랜지스터(Tr2), 저항기 (R5)를 통하여 제너다이오드(D1)로 흐르는 전류는, 저항기(R1)를 통하여 흐르는 전류보다 증대한다(본 실시예에서는 대략 약 130배로 됨). 이 전류는 최종적으로는 검출단자(T2)에 접속된 저항기(RD)를 통하여 접지쪽으로 흘러 들어가기 때문에, 저항기(RD)의 양끝단 전압, 즉 MPU(2)의 입력포트(PB1)의 전압은, 트랜지스터(Tr2)가 오프상태에서 약0.2볼트, 온상태에서 약 4.9볼트로 된다. 따라서, MPU(2)는 입력포트(PB1)의 상태를 감시하는 것으로, 금속구체의 검출계수장치(1)가 금속구체(P)를 검출하고 있는 상태(로우레벨), 검출하고 있지 않은 상태(하이레벨)를 용이하게 알 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 실시예의 금속구체의 검출계수장치(1)에 의하면, 금속구체(P)를 비접촉으로 확실하게 검출할 수 있다.

더구나, 이 금속구체의 검출계수장치(1)에서는, 검출부로서의 코일(L1)을 회로기판(13)에 형성된 배선패턴(52)에 의하여 구성하고 있기 때문에, 검출부는 회로기판(13)과 일체화되고 부품수가 저감된다. 이 때문에, 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다. 또, 부품수가 저감되기 때문에, 조립 작업성이 뛰어나고, 특히 코일(L1)을 회로기판(13)에 붙이는 일은 불필요하게 된다. 더구나, 이 금속구체의 검출계수장치(1)의 크기는, 회로기판(13) 그 자체의 크기에 제한될 뿐이고, 두께가 얇은 콤팩트한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 위뚜껑(11)과 아래상자로 이루어진 케이스는 다른 것과의 호환성을 고려하여 비교적 두께가 있는 것인데, 실제는 보다 얇게 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 회로기판(13)의 기초제로서 수지제의 통상의 프린트 기판을 사용하고 있으나, 이 대신, 가요성이 높은 필름형상의 것을 사용하는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하여, 전체를 더욱 얇게 함과 동시에, 관통구멍(51)부위의 부분이 파손하기 어려운 회로기판을 제공할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 코일(L1)을 구성하는 배선패턴(52)은, 표면과 이면에 각각 1턴의 합계 2턴으로 구성되어 있으나, 이 대신 도 4에 나타낸 바와같이, 회로기판(60)상의 코일(L1)을 구성하는 배선패턴(61)을 표면과 이면 각각에 2턴씩 형성하며, 합계 4턴으로 구성하여도 좋다. 또, 표면과 이면 각각 3턴씩으로 하여도 좋다.

이상 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 예컨대 회로기판(13)을 케이스내에 수납하지 않고 그대로 사용하는 구성, 관통구멍을 1회로 기판상에 복수 설치하고, 어느 관통구멍을 금속구체가 통과한 경우에 이것을 검출하는 구성, 회로기판(13)을 여러장 평행으로 나란히 놓고 연속해서 금속구체(P)를 검출하는 구성 등, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명은 코일이 형성하는 자속이 금속물내에서 와전류를 발생하여 발진회로의 발진에너지를 소비하는 것에 착안하여서 하게 된 것이며, 피검체로서의 금속물은, 금속구체 이외의 예컨대, 메탈, 경화(硬貨)부품, 물류품(物流品)일지라도 지장은 없다.

이 경우, 관통구멍은 피검체에 따른 형상을 취할 필요가 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 검출계수장치에서는 금속구체를 비접촉으로 검출할 수 있고, 더구나 장치의 부품수를 저감하여 신뢰성 및 조립작업성의 향상을 도모할 수 있음과 동시에 장치 전체를 콤팩트하게 수납할 수 있다.

Claims (1)

1. 검출부와 회로기판(13)으로 이루어지고, 금속제 또는 금속 피막이 있는 금속구체(P)의 근접을 비접촉으로 검출계수하는 검출계수장치로서, 상기 회로기판(13)에는 금속구체(P)가 통과하는 관통구멍(51)을 형성함과 동시에, 이 관토구멍(51)의 주위에 배선패턴(52)으로 코일(L1)을 형성하고, 상기 코일(L1)을 상기 검출부로 하고, 상기 코일(L1)의 인덕턴스 성분을 이용하여 발진하는 발진회로(CO)와, 이 발진회로(CO)의 발진상황에 따라서 온.오프되는 스위칭 회로(SW)를 상히 회로기판(13)상에 설치한 것을 특징으로 하는 금속구체의 검출계수장치.