(57)【要約】【課題】単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能とする。【解決手段】近接スイッチ１と、導電性を有し、回転により近接スイッチ１が有する検出面との間の距離が変わる検出体２とを備え、近接スイッチ１は、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル１０１と、発振して検出用コイル１０１に高周波磁界を発生させる発振回路１０４と、発振回路１０４による発振の振幅を検波する検波回路１０５と、検波回路１０５により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路１０６と、比較回路１０６による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路１０５により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路１０７と、比較回路１０６に対する複数の閾値を設定する設定入力部１０９とを有する。【選択図】図１
2020144016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接スイッチと、
導電性を有し、回転により前記近接スイッチが有する検出面との間の距離が変わる検出体とを備え、
前記近接スイッチは、
筐体内において前記検出面に対向配置された検出用コイルと、
発振して前記検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、
前記発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、
前記検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、
前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、
前記比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有する
ことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記比較回路は、前記検波回路により検波された振幅を、第１の閾値と、当該第１の閾値とは異なる値である第２の閾値と、当該第１の閾値と当該第２の閾値との間の値である第３の閾値と、上限値と、それぞれ比較し、
前記出力回路は、前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が、前記第１の閾値と前記第２の閾値から構成される第１の出力範囲内であるかを示す信号と、前記第３の閾値と上限値から構成される第２の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する
ことを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記検出体は、回転軸方向から見た形状が、楕円形状、又は回転軸が中心位置からずれた円形状に構成された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の検出装置。
【請求項４】
前記検出体は、回転軸方向から見た形状が、段差を有する形状に構成された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の検出装置。
【請求項５】
回転動作を行う弁体と、
前記弁体に連結されたステムと、
請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載の検出装置とを備え、
前記検出体は、前記ステムに取付けられた
ことを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、近接スイッチを備えた検出装置及びバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属等のように導電性を有する検出体の存在又は接近を判定する近接スイッチ（近接センサ）が知られている（例えば特許文献１参照）。近接スイッチは、検出部で、検出体の存在又は接近に伴う検出用コイルのインピーダンス又はＱ値等の変化を検出することで、検出体の存在又は接近を判定する。Ｑ値は、電磁誘導作用によるインダクタンス損失を示す値であり、Ｑ値が高い程損失が小さいことを表す。
また、使用目的によっては、近接スイッチは、検出体と近接スイッチにおける基準点との間の距離を検出する。基準点は、例えば、検出部先端のステンレスカバーのうちの、検出体と向き合う面上の点である。
【０００３】
また、金属の種別に応じた閾値を用いることで、特定の金属から構成された検出体に対して判定性能の向上を図った近接スイッチも知られている（例えば特許文献２参照）。なお、この近接スイッチでは、用いる閾値は１つであり、実用時には複数の金属のうちの１種類の金属に対して検出可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１６８６３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１３０８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の近接スイッチでは、用いる閾値は１つであるため、検出体の状態を複数区別して検出できない。よって、検出体の状態を複数区別して検出したい場合には、複数の近接スイッチを用いる必要がある。例えば、従来の近接スイッチを用いてボール弁又はバタフライ弁等の弁体の開度を検出したい場合、複数の近接スイッチを用いる必要がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能な検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る検出装置は、近接スイッチと、導電性を有し、回転により近接スイッチが有する検出面との間の距離が変わる検出体とを備え、近接スイッチは、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイルと、発振して検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る検出装置の構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１における近接スイッチの構成例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る検出装置において、出力回路が有する２つの出力端子からの出力と、検出体の向きとの対応関係の一例を示す図である。
【図４】図４Ａは、実施の形態１に係る検出装置において、検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置（０°）の方向を向いた場合を示す図であり、図４Ｂは図４Ａの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
【図５】図５Ａは、実施の形態１に係る検出装置において、検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置に対して約３０°の方向を向いた場合を示す図であり、図５Ｂは図５Ａの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
【図６】図６Ａは、実施の形態１に係る検出装置において、検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置に対して約６０°の方向を向いた場合を示す図であり、図６Ｂは図６Ａの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
【図７】図７Ａは、実施の形態１に係る検出装置において、検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置に対して約９０°の方向を向いた場合を示す図であり、図７Ｂは図７Ａの場合での近接スイッチによる検出値を示す図である。
【図８】実施の形態１における近接スイッチに対する閾値設定を説明するための図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂは実施の形態１における検出体の別の構成例を示す図であり、図９Ａは検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置（０°）の方向を向いた場合を示す図であり、図９Ｂは検出体の基準位置が近接スイッチが有する検出面の中心位置に対して約９０°の方向を向いた場合を示す図である。
【図１０】図１０Ａ、図１０Ｂは実施の形態１に係る検出装置の適用先であるバルブの構成例を示す図であり、図１０Ａはボール弁の構成例を示す図であり、図１０Ｂはバタフライ弁の構成例を示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは実施の形態１に係る検出装置をバルブに適用した場合での検出体の向きと弁体の開度との関係の一例を示す図であり、図１１Ａは開度が全開である場合を示す図であり、図１１Ｂは開度が中間開度である場合を示す図であり、図１１Ｃは開度が全閉である場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る検出装置の構成例を示す図である。
検出装置は、検出体２の向きを検出する。検出装置は、図１に示すように、近接スイッチ１及び検出体２を備えている。
【００１１】
近接スイッチ１は、検出体２の向きを検出可能とする。すなわち、近接スイッチ１は、検出体２の向きにより出力が変わる。近接スイッチ１は、センサヘッドである検出部１１と、一端が検出部１１の入出力端に接続されたケーブル１２と、ケーブル１２の他端に接続された複数の出力ピン１３とを有している。なお、近接スイッチ１では、ＩＯ−Ｌｉｎｋ等のように、出力ピン１３の本数が限られている。また、近接スイッチ１が有する複数の出力ピン１３のうち、信号出力に利用可能な出力ピン１３は２本である。また、近接スイッチ１のより詳細な構成例については後述する。
【００１２】
検出体２は、回転により近接スイッチ１が有する検出面（検出部１１の端面）との間の距離が変わる物体である。検出体２は、金属等のように導電性を有する物体である。検出体２は、回転軸方向から見た形状が、例えば、楕円形状（略楕円形状を含む）、又は回転軸が中心位置からずれた円形状（略円形状を含む）に構成されている。
【００１３】
次に、近接スイッチ１の構成例について、図２を参照しながら説明する。
近接スイッチ１は、図２に示すように、検出用コイル１０１、電源１０２、安定化電源回路１０３、発振回路１０４、検波回路１０５、比較回路１０６、出力回路１０７、２系統のトランジスタ１０８（トランジスタ１０８ａ及びトランジスタ１０８ｂ）、及び設定入力部１０９を備えている。また、近接スイッチ１には、２系統の抵抗３（抵抗３ａ及び抵抗３ｂ）が接続されている。
【００１４】
検出用コイル１０１は、コア（不図示）に対して円筒状に巻線され、検出部１１の筐体内において検出面に対向配置されている。
安定化電源回路１０３は、電源１０２から供給された電力により動作し、発振回路１０４、検波回路１０５及び比較回路１０６に対して所定の電圧の電力を供給する。
【００１５】
発振回路１０４は、発振して検出用コイル１０１に高周波磁界を発生させる。検出用コイル１０１が発生する高周波磁界に検出体２が近づくと、検出体２に誘導電流が流れて熱損失が発生し、検出用コイル１０１のインピーダンス又はＱ値等が変化して発振回路１０４による発振が減衰する。なお、発振回路１０４は、検出体２が最も近づいた場合でも発振を維持し、検出用コイル１０１のインピーダンス又はＱ値等の変化に応じて発振の振幅が変化するように構成されていてもよい。
【００１６】
検波回路１０５は、発振回路１０４による発振の振幅を検波する。すなわち、検波回路１０５は、発振回路１０４による発振の振幅を直流化して整流する。
【００１７】
比較回路１０６は、検波回路１０５により検波された振幅（検出値）を複数の閾値（第１の閾値〜第３の閾値及び上限値）とそれぞれ比較する。第２の閾値は、第１の閾値とは異なる値の閾値である。第３の閾値は、第１の閾値と第２の閾値との間の値の閾値である。なお、各閾値（第１の閾値〜第３の閾値）は設定入力部１０９により設定される。
【００１８】
出力回路１０７は、比較回路１０６による各閾値との比較結果に基づいて、検波回路１０５により検波された振幅が各出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する。各出力範囲は、各閾値から構成される範囲である。
具体的には、出力回路１０７は、検波回路１０５により検波された振幅が第１の出力範囲内である場合に、２つの出力端子のうちの一方からオン信号を出力する。また、出力回路１０７は、検波回路１０５により検波された振幅が第２の出力範囲内である場合に、２つの出力端子のうちの他方からオン信号を出力する。第１の出力範囲は、第１の閾値と第２の閾値から構成される範囲である。また、第２の出力範囲は、第３の閾値と上限値から構成される範囲である。すなわち、第１の出力範囲と第２の出力範囲は互いに一部が重複している。出力回路１０７が有する２つの出力端子からの出力と、検出体２の向きとの対応関係の一例を図３に示す。
【００１９】
図３では、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの一方からの出力（第１の出力）として、オン信号が出力されている状態をＯＮとし、オン信号が出力されていない状態をＯＦＦとしている。また、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの他方からの出力（第２の出力）として、オン信号が出力されている状態をＯＮとし、オン信号が出力されていない状態をＯＦＦとしている。
【００２０】
トランジスタ１０８ａは、ゲート端子が、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの一方に接続され、エミッタ端子が電源１０２のプラス端子に接続されている。トランジスタ１０８ａは、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの一方からのオン信号により駆動する。
【００２１】
トランジスタ１０８ｂは、ゲート端子が、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの他方に接続され、エミッタ端子が電源１０２のプラス端子に接続されている。トランジスタ１０８ｂは、出力回路１０７が有する２つの出力端子のうちの他方からのオン信号により駆動する。
【００２２】
設定入力部１０９は、比較回路１０６に対する各閾値を設定する。設定入力部１０９は、各閾値を、近接スイッチ１が用いられる現場で設定可能である。設定入力部１０９は、トリガ受付部１０９１及び閾値設定部１０９２を有している。
【００２３】
トリガ受付部１０９１は、トリガの入力を受付ける。トリガ受付部１０９１としては、例えば、外部端末からの情報を受信する通信部、又は、押しボタン等の設定用トリガ装置等を用いることができる。
【００２４】
閾値設定部１０９２は、検波回路１０５により検波された振幅の値をトリガ受付部１０９１によりトリガの入力が受付けられる度に検出し、当該検出した各振幅の値に基づいて、比較回路１０６に対する各閾値を設定する。なお、閾値設定部１０９２は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により実現される。
【００２５】
この際、閾値設定部１０９２は、出力回路１０７の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定する。
又は、閾値設定部１０９２は、出力回路１０７の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定してもよい。
【００２６】
なお、抵抗３ａは、一端がトランジスタ１０８ａのコレクタ端子に接続され、他端が電源１０２のマイナス端子に接続されている。抵抗３ａは、トランジスタ１０８ａが駆動することで電源１０２から電力が供給される。
また、抵抗３ｂは、一端がトランジスタ１０８ｂのコレクタ端子に接続され、他端が電源１０２のマイナス端子に接続されている。抵抗３ｂは、トランジスタ１０８ｂが駆動することで電源１０２から電力が供給される。
抵抗３ａ，３ｂとしては、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）又はリレー等の負荷が挙げられる。
【００２７】
そして、この近接スイッチ１により、抵抗３ａ及び抵抗３ｂに供給される電力から、検出領域に存在する検出体２の向きを検出できる。図１に示すように近接スイッチ１が２つの出力を有する場合、図３に示すように、検出体２の向きが４つの範囲（第１の範囲〜第４の範囲）のうちのどの範囲であるかを検出可能となる。
【００２８】
次に、実施の形態１における設定入力部１０９による各閾値（第１の閾値〜第３の閾値）の設定方法について説明する。図４〜７は、検出体２と近接スイッチ１との間の距離が変化した場合での、近接スイッチ１での検出値の変化の一例を示す図である。図４〜７では、回転軸方向から見た形状が楕円形状である検出体２を用い、この検出体２を図４に示す向きから左側に回転させた場合を示している。図４〜７に示すグラフにおいて、横軸は検出体２の向き（角度）を示し、縦軸は近接スイッチ１での検出値を示している。検出体２の向きは、検出体２の基準位置と回転軸とを結ぶ線分と、検出体２の回転軸と近接スイッチ１が有する検出面の中心位置とを結ぶ線分とが成す角度である。
【００２９】
また以下では、作業者が実際に検出を行いたい向きに検出体２を置いて近接スイッチ１がその際の検出値を得て、閾値設定部１０９２が、出力回路１０７の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各検出値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値（第２の出力範囲を構成する上限値）を除く値である閾値としてそれぞれ設定する場合を示す。
【００３０】
この場合、図４に示すように、まず、作業者は、検出体２の基準位置を、近接スイッチ１が有する検出面の中心位置（０°）の方向に向ける（第１の角度）。そして、作業者は、トリガ受付部１０９１に対してトリガを入力し、近接スイッチ１はその際の発振の振幅の値（符号４０１に示す第１の検出値）を得る。
次いで、図５に示すように、作業者は、検出体２の基準位置を、近接スイッチ１が有する検出面の中心位置に対して約３０°の方向に向ける（第２の角度）。そして、作業者は、トリガ受付部１０９１に対してトリガを入力し、近接スイッチ１はその際の発振の振幅の値（符号５０１に示す第２の検出値）を得る。
その後、図８に示すように、閾値設定部１０９２は、第１の検出値と第２の検出値との間の値を、第１の出力範囲を構成する下限値（符号８０１に示す第１の閾値）として設定する。
【００３１】
次いで、図６に示すように、作業者は、検出体２の基準位置を、近接スイッチ１が有する検出面の中心位置に対して約６０°の方向に向ける（第３の角度）。そして、作業者は、トリガ受付部１０９１に対してトリガを入力し、近接スイッチ１はその際の発振の振幅の値（符号６０１に示す第３の検出値）を得る。
その後、図８に示すように、閾値設定部１０９２は、第２の検出値と第３の検出値との間の値を、第２の出力範囲を構成する下限値（符号８０２に示す第３の閾値）として設定する。
【００３２】
次いで、図７に示すように、作業者は、検出体２の基準位置を、近接スイッチ１が有する検出面の中心位置に対して約９０°の方向に向ける（第４の角度）。そして、作業者は、トリガ受付部１０９１に対してトリガを入力し、近接スイッチ１はその際の発振の振幅の値（符号７０１に示す第４の検出値）を得る。
その後、図８に示すように、閾値設定部１０９２は、第３の検出値と第４の検出値との間の値を、第１の出力範囲を構成する上限値（符号８０３に示す第２の閾値）として設定する。
以上により、設定入力部１０９は、第１の出力範囲及び第２の出力範囲を構成する各閾値を設定できる。
【００３３】
上記では、検出体２を出力範囲を構成する下限値及び上限値の間の向き（すなわち、実際に検出体２の検出を行いたい向き）に置いて閾値を設定する場合を示した。しかしながら、閾値の設定方法はこれに限らず、検出体２を出力範囲を構成する下限値及び上限値の向きにおいて閾値を設定してもよい。
【００３４】
このように、実施の形態１に係る検出装置では、回転により近接スイッチ１が有する検出面との間の距離が変わる検出体２を用い、この検出体２との間で複数角度でチューニングを行う（例えば検出値の中間値を自動的に閾値に設定する）。これにより、実施の形態１に係る検出装置では、単一の近接スイッチ１で、検出体２の向きを複数の範囲で区別して検出可能となり、従来の複数の近接スイッチを用いた場合と同等の機能が得られる。
【００３５】
なお、検出体２は、回転により近接スイッチ１が有する検出面との間の距離が連続的に変化する形状（回転軸方向から見た形状が、楕円形状、又は回転軸が中心位置からずれた円形状等）に構成されていることが好ましい。
しかしながら、これに限らず、チューニングの見通しがある場合等には、例えば図９に示すように、検出体２は、回転により近接スイッチ１が有する検出面との間の距離が段階的（不連続）に変化する形状（回転軸方向から見た形状が段差を有する形状）に構成されていてもよい。図９では、検出体２の上記段差が２段である場合を示している。一方、検出体２の上記段差の段数を増加させることで、実質的に近接スイッチ１が有する検出面との距離が連続的に変化する形状に近づく。
【００３６】
次に、実施の形態１に係る検出装置の適用例について示す。
実施の形態１に係る検出装置は、例えば図１０に示すように、回転動作を行う弁体５１を有するバルブ５に適用可能である。このバルブ５としては、例えば図１０Ａに示すボール弁５ａ又は図１０Ｂに示すバタフライ弁５ｂが挙げられる。
【００３７】
ボール弁５ａは、図１０Ａに示すように、回転動作を行う弁体５１ａと、弁体５１ａに連結された回転軸であるステム５２ａとを有している。そして、検出体２はステム５２ａに取付けられる。
同様に、バタフライ弁５ｂは、図１０Ｂに示すように、回転動作を行う弁体５１ｂと、弁体５１ｂに連結された回転軸であるステム５２ｂとを有している。そして、検出体２はステム５２ｂに取付けられる。
【００３８】
このように、実施の形態１に係る検出装置が、回転動作を行う弁体５１を有するバルブ５に適用されることで、検出体２が取付けられるステム５２は弁体５１の開度に応じて回転するため、検出装置は弁体５１の開度を検出可能となる。
【００３９】
すなわち、例えば図１１Ａに示すように、検出体２の基準位置が近接スイッチ１が有する検出面の中心位置の方向を向いている場合には弁体５１の開度が全開であると判定できる。また、例えば図１１Ｂに示すように、検出体２の基準位置が近接スイッチ１が有する検出面の中心位置に対して約４５°の方向を向いている場合には弁体５１の開度が中間開度であると判定できる。また、例えば図１１Ｃに示すように、検出体２の基準位置が近接スイッチ１の中心位置に対して約９０°の方向を向いている場合には弁体５１の開度が全閉であると判定できる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態１によれば、検出装置は、近接スイッチ１と、導電性を有し、回転により近接スイッチ１が有する検出面との間の距離が変わる検出体２とを備え、近接スイッチ１は、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル１０１と、発振して検出用コイル１０１に高周波磁界を発生させる発振回路１０４と、発振回路１０４による発振の振幅を検波する検波回路１０５と、検波回路１０５により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路１０６と、比較回路１０６による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路１０５により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路１０７と、比較回路１０６に対する複数の閾値を設定する設定入力部１０９とを有する。これにより、実施の形態１に係る検出装置は、単一の近接スイッチ１で、検出体２の状態を複数区別して検出可能となる。
【００４１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  近接スイッチ
２  検出体
３，３ａ，３ｂ  抵抗
５  バルブ
５ａ  ボール弁
５ｂ  バタフライ弁
１１  検出部
１２  ケーブル
１３  出力ピン
５１，５１ａ，５１ｂ  弁体
５２，５２ａ，５２ｂ  ステム
１０１  検出用コイル
１０２  電源
１０３  安定化電源回路
１０４  発振回路
１０５  検波回路
１０６  比較回路
１０７  出力回路
１０８，１０８ａ，１０８ｂ  トランジスタ
１０９  設定入力部
１０９１  トリガ受付部
１０９２  閾値設定部
【図１】
2020144016.tif 000003
【図２】
2020144016.tif 000004
【図３】
2020144016.tif 000005
【図４】
2020144016.tif 000006
【図５】
2020144016.tif 000007
【図６】
2020144016.tif 000008
【図７】
2020144016.tif 000009
【図８】
2020144016.tif 000010
【図９】
2020144016.tif 000011
【図１０】
2020144016.tif 000012
【図１１】
2020144016.tif 000013