JPH03109816A - 近接スイッチ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、磁性体及び非磁性体の何れが検出用コイルに
近接した場合においてもこれを同様に検出できるように
した近接スイッチに関する。

（従来の技術） 一般に、コイルとコンデンサ等からなる共振回路により
発振回路を構成して、その発振状態においてコイルに磁
性体或は非磁性体を近付けると、発振状態は夫々に対し
て次のような変動を呈する。

即ち、磁性体を近付けた場合には共振回路のＱ値が変動
し、非磁性体の場合にはコイルのインダクタンスが変動
することにより発振周波数が変動するのである。近接ス
イッチは、上述のコイルを検出用コイルとし、このよう
な変動を検出することにより磁性体或は非磁性体からな
る近接物体を検出するもので、例えば製造ラインに設置
され、そのライン上を流れる磁性体或は非磁性体からな
る製品を近接物体として検出するものである。

ところで、このような磁性体及び非磁性体の検出を一つ
の近接スイッチで行なうためには、上述したように夫々
の場合で変動要素が異なるので、例えば共振回路を磁性
体検出用及び非磁性体検出用に２個設け、夫々の共振回
路に対応して、電圧比較回路によりＱ値の変動を検出し
、周波数比較回路により周波数の変動を検出する構成が
考えられる。しかし、この場合には、検出用コイルから
同じ距離で磁性体及び非磁性体を同等に検出するために
、その回路定数を調整することが非常に面倒な作業とな
る不具合があった。

そこで、従来では例えば特公昭６２−１８６６１４号公
報に開示されたような近接スイッチが考えられている。

即ち、このものは、共振回路を一つとし、その出力端子
側に電圧比較回路及び周波数比較回路を直列或は並列に
接続して構成したものである。この場合、近接物体が磁
性体のときには主として共振回路のＱ値が低下するので
、これを電圧比較回路により検出し、非磁性体のときに
は主として検出用コイルのインダクタンスが小さくなっ
て発振周波数が大きくなるので、これを周波数比較回路
により検出する。つまり、一つの共振回路でその変動要
素に応じて電圧比較回路或は周波数比較回路の何れがに
より磁性体及び非磁性体の近接状態を検出することがで
き、この場合に比較基準電圧を夫々調整することにより
、磁性体及び非磁性体の両者を同一距離で検出すること
ができるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成のものでは、磁性
体及び非磁性体の両者を一つの共振回路でしかも簡単な
調整により実現できるものの、電圧比較回路及び周波数
比較回路の両者を設けなければならず、全体としてコス
トがかかり、且つ大形化してしまうという不具合があっ
た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、簡単な回路構成で磁性体及び非磁性体の両者を同一
距離で検出することができる近接スイッチを提供するに
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の近接スイッチは、検出用コイルを含んで構成さ
れる共振回路に入力抵抗及び出力抵抗を介して増幅器を
接続して発振回路を構成し、この発振回路の発振周波数
を検出する検出回路を設け、前記入力抵抗及び出力抵抗
の抵抗値を、前記検出用コイルに対して磁性体或は非磁
性体の何れが近接したときにおいても、前記発振回路の
発振周波数が前記検出用コイルとの間の距離に応じて同
様に変動するように設定したところに特徴を有する。

（作用） 本発明の近接スイッチの作用について、第５図及び第６
図に示す原理説明図を用いて説明する。

上述の構成は第５図のように表わされ、これによれば、
検出用コイル１に磁性体或は非磁性体のうち何れが近接
した場合でも、後述するように、発振回路２においては
その発振周波数が変動する。

検出回路３は、この発振回路２の発振周波数を検出し、
変動しているときには磁性体或は非磁性体の近接状態を
検出して出力回路４を介し出力する。

（第５図中、Ａは電源回路で、各回路に電源を与えてい
る。） この場合、発振回路２における発振周波数の変動は、以
下に述べるような原理に基づいて起こる。

つまり、第６図に示すように、検出用コイル１を白んで
構成される共振回路５と反転増幅器６とが入力抵抗７及
び出力抵抗８を介して接続されている構成において、い
ま、共振回路５が、検出用コイル１（インダクタンスＬ
、損失抵抗ｒとする）と２個のコンデンサ９．１０（容
量ＣＩ　、　０２とする）を用いたコルピッツ形の共振
回路を構成している場合を例にとって考える。発振回路
２の発振周波数ｆｏは、上述の回路定数から次式のよう
な関係として求められる。

（２πｆｏ）２＝１／ＬＣ３ ・ｌｌ＋ｔ／（ＲｉＲｏＣ４）＋ｒ／Ｃｌ　（Ｃ１／Ｒ
ｏ＋Ｃ２／Ｒｉ）１・・・・・・　（１） 但し、Ｃ３−ＣｌＣ２／Ｃ４ Ｃ４−Ｃ１＋０２ この式（１）によれば、磁性体が近接して検出用コイル
１の損失抵抗ｒが増大すると発振周波数ｆ０は増大し、
同様に非磁性体が近接して検出用コイル−のインダクタ
ンスＬが減少すると発振周波数ｆｏが増大する。尚、一
般的な発振回路においては、入力抵抗及び出力抵抗を十
分大きな値に設定することにより、式（１）におけるｆ
）（括弧）内の第２項、第３項を略零として発振周波数
ｆ。

を略１／ＬＣ３となるようにし、変動が少なくなるよう
に設定されている。

しかして、本発明の近接スイッチにおいては、入力抵抗
７及び出力抵抗８の抵抗値Ｒ１及びｌ？２を、検出用コ
イル１のインダクタンスＩ、及び損失抵抗ｒの変動に応
じて式（１）における発振周波数ｆ。

が変動要素となるような値に設定しているので、磁性体
及び非磁性体の両者の近接に対して同様に発振周波数が
変動することにより近接物体として検出できるのである
。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例について第１図乃至第４図
を参照しながら説明する。

まず、電気的構成を示す第１図において、１１は検出用
コイル（例えばインダクタンスＬ　＝　５０μＨ）で、
この両端子はコンデンサ１２及び］３（例えば容量ＣＩ
、Ｃ２＝　１．０００　ｐ　Ｆ）を夫々介してアースさ
れ、コルピッツ形の共振回路１４が構成されている。１
５は増幅器たるインバータ回路で、その入力端子は入力
抵抗１６（例えば抵抗値Ｒｉ−］ｋΩ）を介してアース
されると共に検出用コイル１１とコンデンサ１２との共
通接続点に接続されており、出力端子は出力抵抗１７（
例えば抵抗値Ｒｏ＝　５６Ω）を介して検出用コイル１
］とコンデンサ１３との共通接続点に接続されている。

そして、以上により発振回路１８が構成されている。１
９は検出回路たるマイクロコンピュータで、その入力ポ
ートエ、は入力回路２０を介してインバータ回路１５の
出力端子に接続され、出力ポート０は出力回路２１を介
して出力端子Ｐに接続されている。２２は温度補償回路
で、発振回路１８の温度変動による発振周波数のずれを
補正するものであり、入力回路２３を介してマイクロコ
ンピュータ１９の入力ポートＩ２に接続されている。

次に、上述の入力抵抗１６及び出力抵抗１７の抵抗値を
決定するにあたり、発明者らが行なった測定のデータに
ついて、第２図乃至第４図を用いて述べる。即ち、検出
用コイル１１に対して、磁性体（例えば鉄）及び非磁性
体（例えばアルミニウム）が近接した場合に、損失抵抗
ｒは第２図に示すように変動し、インダクタンス１．は
第３図に示すように変動した（磁性体を実線、非磁性体
を破線とし、距離は所定の検出距離を１００％とした）
。これにより、磁性体の近接に対しては主として損失抵
抗ｒが増大するように変動し、非磁性体の近接に対して
は主としてインダクタンスＬが減少するように変動する
ことかデータとして得られた。

この結果に基づいて、前述した（作用の項で述べた）式
（１）に従って、発振周波数ｆ。の変動を求め、磁性体
及び非磁性体の両名で同様に変動し得るような入力抵抗
値Ｒｉ及び出力抵抗値Ｒｏを算出し、上述したように人
力抵抗１６の抵抗値Ｒｔ＝１にΩ及び出力抵抗１７の抵
抗値Ｒｏ＝　５６Ωを決定したのである。そして、この
ときの発振周波数ｆ。の変動のしかたは、所定の検出距
離を１００％として、磁性体及び非磁性体の両者に対し
て第４図に示すようになった。尚、このＲ１，Ｉ？ｏの
値は、従来の同タイプの発振回路を備えた近接スイッチ
の場合に比べて桁違いに小さな値である。

上記構成によれば、磁性体及び非磁性体の何れが検出用
コイル］１に近接した場合でも同じ距離で発振回路１８
の発振周波数ｆ。か第４図に示すように増加して行く。

この発振周波数ｆ。は、入力回路２０を介してマイクロ
コンピュータ１９の入力ポート■１に与えられる。マイ
クロコンピュタ１９は、プログラムに従ってその発振周
波数ｆｏと変動する前の発振周波数とを比較し、その結
果所定値を超えたときに近接物体があると判断して出力
回路２１を介して出力端子Ｐに検出出力を与える。

尚、上述の近接物体の検出に際して、周囲温度が変動す
る場合には、発振回路１８の発振周波数ｆｏが変動する
が、この変動は温度補償回路２２から入力回路２３を介
して与えられる補正信号に基づいてマイクロコンピュー
タ１９が補正を行なうことにより正確な検出を行なうよ
うになっている。

このような本実施例によれば、共振回路１４とインバー
タ回路１５との間に接続される入力抵抗］６及び出力抵
抗１−７の抵抗値Ｒ１及びＲｏを、磁性０ 体及び非磁性体の何れが近接した場合でも同一距離で発
振回路１８の発振周波数ｆ。が同様に変動するように設
定したので、磁性体及び非磁性体の区別なく発振周波数
ｆ。の変動のみをマイクロコンピュータ１９により検出
することにより近接物体を検出でき、従って、夫々に対
応して検出回路を設ける従来と異なり、簡単な構成で安
価に製作できる。

第７図は本発明の第２の実施例を示し、第１の実施例と
異なるところは、インバータ回路１５に代えて演算増幅
器２４を設けて構成したところで、演算増幅器２４を反
転増幅器として接続構成しているので、第１の実施例に
おけるインバータ回路１５と同様の動作を行わせること
ができ、従って、この場合においても、第１の実施例と
同様の作用効果が得られる。

第８図は本発明の第３の実施例を示し、第２の実施例と
異なるところは、共振回路１４に代えてハートレー形の
共振回路２５を設けて構成したところである。検出用コ
イル１１′には中間タップ１ ｍが設けられ、コンデンサ２６と共にハートレー形の共
振回路２５を構成している。この場合には、式（１）と
異なる発振周波数ｆ。の式が得られるが、原理的には式
（１）の場合と同様に、入力抵抗１６及び出力抵抗１７
の抵抗値Ｒｉ及びＲｏを前述と同様にして決定すること
ができる。従って、第３の実施例によっても第１の実施
例と同様の作用効果が得られる。

尚、上記各実施例において用いた発振回路１８の各回路
定数は、これらの値に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲内で種々の値を設定し得るもの
である。

また、上記各実施例においては、共振回路１４或は２５
としてコルピッツ形成はハートレー形のものを用いた場
合について述べたが、これに限らず、他の一般に知られ
る共振回路を用いて発振回路を構成するようにしても良
い。

さらに、上記各実施例においては、検出回路としてマイ
クロコンピュータ１９を用いたが、これに限らず、他の
ＩＣ等を用いてハードウェアとし２ て構成するようにしても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の近接スイッチによれば、
発振回路の入力抵抗及び出力抵抗を、検出用コイルに磁
性体及び非磁性体の何れが近接した場合にも発振回路の
発振周波数が距離に応じて同様に変動するように抵抗値
を設定したので、近接物体が磁性体及び非磁性体の何れ
であっても検出回路において発振周波数のみを検出する
構成で近接物体を検出でき、従って、簡単な構成で安価
になし得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す電気的構成図、第
２図及び第３図は夫々同検出用コイルの損失抵抗及びイ
ンダクタンスの特性図、第４図は同発振回路の発振周波
数を示す特性図であり、第５図は本発明の作用説明用の
原理的構成図、第６図は同発振回路の構成図である。第
７図及び第８図は本発明の第２及び第３の実施例を示す
発振回路の構成図である。 ３ 図面中、１１及び１１′は検出用コイル、１２゜１３及
び２６はコンデンサ、１４及び２５は共振回路、１５は
インバータ回路（増幅器）、１６は入力抵抗、１７は出
力抵抗、１８は発振回路、］９はマイクロコンピュータ
（検出回路）、２２は温度補償回路、２４は演算増幅器
（増幅器）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、検出用コイルを含んで構成される共振回路に入力抵
   抗及び出力抵抗を介して増幅器を接続して発振回路を構
   成し、この発振回路の発振周波数を検出する検出回路を
   設け、前記入力抵抗及び出力抵抗の抵抗値は、前記検出
   用コイルに対して磁性体或は非磁性体の何れが近接した
   ときにおいても前記発振回路の発振周波数が前記検出用
   コイルとの間の距離に応じて同様に変動するように設定
   されていることを特徴とする近接スイッチ。