(57)【要約】【課題】アルミの検出距離を長くする。【解決手段】導電性を有する検出対象物７による検出用コイル１０−１のＱ値の変化によって検出対象物７の有無を検出する近接センサ４において、検出用コイル１０−１と検出対象物７との間に配置され、比透磁率が実質的に１であり、かつ、２０℃での体積抵抗率が４５×１０-8（Ω・ｍ）以上の金属からなる部材であるステンレスカバー１と、検出用コイル１０−１とコンデンサ６とを含んで構成される発振回路５とを備え、ステンレスカバー１が、ステンレスカバー１の存在により検出用コイル１０−１のＱ値が低下し発振回路５の発振が停止されると共に、ステンレスカバー１の存在下において、Ｑ値を上げる検出対象物７の相対接近によって発振回路５が発振を開始するという条件を満たす位置に配置されている。【選択図】図１
2010216863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する検出対象物によるコイルのＱ値の変化によって上記検出対象物の有無を検出する近接センサにおいて、
上記コイルと上記検出対象物との間に配置され、比透磁率が実質的に１であり、かつ、２０℃での体積抵抗率が４５×１０-8（Ω・ｍ）以上の金属からなる部材と、
上記コイルとコンデンサとを含んで構成される発振回路と
を備え、
上記部材が、上記部材の存在により上記コイルのＱ値が低下し上記発振回路の発振が停止されると共に、上記部材の存在下において、上記Ｑ値を上げる上記検出対象物の相対接近によって上記発振回路が発振を開始するという条件を満たす位置に配置されている、
ことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
請求項１記載の高周波発振形近接センサにおいて、
前記コイルの一端を共通接続して縒り合わせた２本のコイル導体からなり、その一方を前記発振回路を構成する検出用コイルとすると共に、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルと、
上記２糸コイルのインダクタンスとその誘導性の内部抵抗との直列回路と、この直列回路の一端にそれぞれ接続される上記検出用コイルおよび上記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗として示される上記２糸コイルの等価回路における前記各銅抵抗と上記直列回路との接続点を仮想接地する銅抵抗補償回路とを具備する、
ことを特徴とする高周波発振形近接センサ。
【請求項３】
前記部材は、ステンレス製の部材であることを特徴とする請求項１または２記載の近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物の有無（接近）を非接触で検出する近接センサとして、コイル（以下、「検出用コイル」という。）とコンデンサとを含んで構成される発振回路を備えるものが知られている（特許文献１参照）。この種の近接センサにおいては、検出用コイルに対し、導電性を有する検出対象物（例えば金属）が存在または接近したとき、電磁誘導作用によりこの検出用コイルのインダクタンスや損失を示す値であるＱ値（Ｑ値が高いほど損失が小さい）が変化する。近接センサは、この変化に伴って発振回路の発振周波数や振幅が変化することを利用して検出対象物の存在または接近を検出する。
【０００３】
ここで、Ｑ値とは検出用コイルの自己インダクタンスをＬとし、内部抵抗をＲとし、この検出用コイルと発振用のコンデンサとにより形成されるＬＣ発振回路における発振角周波数をωとしたとき、近似的に「Ｑ＝ωＬ／Ｒ」として与えられるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８０９６３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような原理の近接センサでは、Ｑ値をより大きく変化させる検出対象物であればあるほど検出距離を長くとることができる。例えば、鉄は、検出用コイルに接近するのに伴って渦電流損が発生し易い。このため、鉄側に発生した渦電流損によって検出用コイルの損失も大きくなり、Ｑ値を大きく低下させる。よって、鉄が検出対象物であると検出距離を長くとることができる。例えば、直径が１８ｍｍの近接センサを用いて鉄を検出する場合には、その検出距離を７〜８ｍｍとすることができる。これに対し、渦電流損が発生し難いアルミニュウム（以下では、「アルミ」と略記する。）では、同じ直径１８ｍｍの近接センサを用いても検出距離は３〜４ｍｍほどである。
【０００６】
図７は、検出対象物が鉄の場合とアルミの場合とで検出用コイルにおけるＱ値の変化を示す図である。図７は、横軸に接近距離をとり、縦軸にＱ値をとる。図７における実線の四角のプロットは鉄の場合であり、破線の菱形のプロットはアルミの場合である。また、発振回路の発振周波数は１０ＫＨｚとしている。図７からわかるように、検出対象物が鉄の場合には、接近距離が７ｍｍよりも短くなったときに、Ｑ値の低下が見られるのに対し、検出対象物がアルミの場合には、接近距離が４ｍｍよりも短くなったところでないと、Ｑ値の低下は見られない。すなわち、鉄の場合は、検出距離は７ｍｍで、アルミの場合は、検出距離は３〜４ｍｍとなる。
【０００７】
近接センサにおいて、検出距離が長いことは、近接センサを用いた設備における近接センサの設置位置などの設計の自由度や検出精度などにおいて有利である。このため、検出距離が鉄などと同様の距離を有するアルミ検出用の近接センサが望まれている。しかしながら鉄などのように近接センサの検出用コイルに接近させることにより検出用コイルのＱ値を低下させる金属と、アルミなどのように近接センサの検出用コイルに接近させることにより検出用コイルのＱ値を上昇させる金属との双方に対し、特許文献１記載のような近接センサによって同様の検出距離を達成することは至難の技となっている。
【０００８】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、アルミの検出距離を長くすることができる近接センサを提供することを目的とする。
【０００９】
なお、本明細書では、説明をわかりやすくするために、鉄とアルミとを用いて説明を行うが、電気的あるいは磁気的な性質が鉄やアルミに類似した物質であれば、それらの類似物質にも本発明の近接センサを適用することができる。よって、本明細書の説明内容により本発明の適用対象が鉄およびアルミに限定されるものではない。例えば、鉄に類似した物質としてはクロム系ステンレスが挙げられる。また、アルミに類似した物質としてはアルミ合金が挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、導電性を有する検出対象物によるコイルのＱ値の変化によって検出対象物の有無を検出する近接センサにおいて、コイルと検出対象物との間に配置され、比透磁率が実質的に１であり、かつ、２０℃での体積抵抗率が４５×１０-8（Ω・ｍ）以上の金属からなる部材と、コイルとコンデンサとを含んで構成される発振回路とを備え、（１）部材の存在によりコイルのＱ値が低下し発振回路の発振が停止される、（２）部材の存在下において、検出対象物（Ｑ値を上げるもの）の相対接近によって発振回路が発振を開始する、という二つの条件を満たす位置に部材が配置されているものである。
【００１１】
この構成を採用するとアルミの検出距離を長くすることができる。例えば、アルミを鉄とほぼ同じ検出距離で検出できることとなる。
【００１２】
また、コイルの一端を共通接続して縒り合わせた２本のコイル導体からなり、その一方を発振回路を構成する検出用コイルとすると共に、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルと、２糸コイルのインダクタンスとその誘導性の内部抵抗との直列回路と、この直列回路の一端にそれぞれ接続される検出用コイルおよび銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗として示される２糸コイルの等価回路における各銅抵抗と直列回路との接続点を仮想接地する銅抵抗補償回路とを具備することができる。
【００１３】
これによれば、コイルの銅抵抗成分を実質的に無くすことができるため、銅抵抗成分を有する場合と比較して検出距離を延ばすことができる。
【００１４】
また、近接センサの部材は、ステンレス製の部材とするのが好ましい。ステンレス製の部材とするとアルミの検出距離を従来に比べてかなり長くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アルミの検出距離を従来と比べて長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る近接センサの内部構成の概念図である。
【図２】図１に示す近接センサのセンサ本体にステンレスカバーを装着した状態を示す図である。
【図３】図１に示す近接センサの外観図である。
【図４】図１に示す近接センサにおける検出対象物の接近距離とＱ値との関係を示す図である。
【図５】図１に示す近接センサの発振回路の要部概略構成図である。
【図６】図１に示す近接センサにおけるコイルの等価回路を示す図である。
【図７】従来の近接センサを用いたときの検出対象物が鉄の場合とアルミの場合とで検出用コイルにおけるＱ値の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態における近接センサ４を図１から図６を参照して説明する。図１は、近接センサ４の内部構成の概念図である。図２は、センサ本体２にステンレスカバー１を装着した状態を示す図である。図３は、近接センサ４の外観図である。図４は、検出対象物７の接近距離とＱ値との関係を示す図であり、横軸に接近距離をとり、縦軸にＱ値をとる。なお、図４は発振回路５の発振周波数が２０ＫＨｚの場合の例で、実線の四角は鉄を示し、破線の菱形はアルミを示す。
【００１８】
本発明の実施形態に係る近接センサ４は、図１に示すように、検出用コイル１０−１とコンデンサ６とを含んで構成される発振回路５を備えている。そして、近接センサ４は、導電性を有する検出対象物７の存在または接近による検出用コイル１０−１のＱ値の変化に基づいて検出対象物７の存在または接近を検出部８の働きによって検出する。また、使用目的によっては、近接センサ４は、検出対象物７と近接センサ４上の基準点Ｐとの間の距離を検出する。ここで、基準点Ｐとは、例えば、図３に示すように、ステンレスカバー１の検出対象物と向き合う面上の点である。接近としては、検出対象物７が近接センサ４に近づく場合と、逆に、近接センサ４が検出対象物７に近づく場合とが存在する。これら２つの場合を含めて「相対接近」という語句を使用する。
【００１９】
ここで、この近接センサ４の特徴とするところは、次の２点である。第一は、図２、図３に示すように、センサ本体２の筐体としてステンレス製部材であるステンレスカバー１を設けた点である。この結果、筐体の少なくとも検出対象物７が相対接近してくる部分にステンレス製部材であるステンレスカバー１が配置されることになる。第二は、このステンレスカバー１と検出用コイル１０−１との間の距離ｍ（図１参照）を、検出用コイル１０−１のＱ値が、ステンレスカバー１の電磁誘導の影響により、ステンレスカバー１が無い状態において発振していた発振回路５の発振が停止する値となると共に、Ｑ値を上げる検出対象物７の相対接近によって発振を開始できる値となる距離としている点である。すなわち、この距離ｍは、通常、数ｍｍ以下となるように設定される。
【００２０】
なお、近接センサ４は、図２、図３に示すように、ステンレスカバー１がセンサ本体２の筐体外部の大部分を覆うようにされている。しかしながら、ステンレスカバー１が検出用コイル１０−１に対して影響を及ぼす部位は、検出用コイル１０−１に最も接近している部分である。検出対象物７を検出するために、通常、検出用コイル１０−１は検出対象物７に近づくように配置される。このため、図３に示す近接センサ４は、図１に図示した状態（検出用コイル１０−１と検出対象物７との間にステンレスカバー１が介在する状態）と等価になる。
【００２１】
上述した二つの特徴を有する近接センサ４は、ステンレスカバー１の作用により検出用コイル１０−１のＱ値が低いものとなる。このように検出用コイル１０−１のＱ値を低くした状態において、アルミである検出対象物７が検出用コイル１０−１に接近すると、検出用コイル１０−１の磁束の配列が変化し、結果的にステンレスカバー１による損失が減少して図４に示すようにＱ値が上昇する。このような現象は、発明者による度重なる実験によって確認されている。また、図５によれば、横軸の接近距離が７ｍｍよりも短くなったところからアルミのＱ値が上昇していることがわかる。これによれば、検出距離が７ｍｍであり、アルミを検出可能な近接センサ４を実現できることがわかる。
【００２２】
ところで、このような高周波発振型近接センサには、一般的にその検出特性が安定であることのみならず、その検出距離を十分に長く設定し得ること等が要求される。特開２００３―２９８４０３に開示された構成によれば、検出用コイルの銅抵抗成分を仮想的に短絡して検出用コイルのＱ値およびＱ比を改善し、検出感度の向上を図ることができると共に、銅抵抗に起因する温度依存性を除去することができる。また、反転増幅器を用いた簡単な構成で銅抵抗を仮想的に短絡することができる。そこで、このような構成を適用して、検出距離のいっそうの長距離化を図ることが可能である。
【００２３】
このような原理に基づき鉄であってもアルミであっても検出可能な近接センサ４の発振回路５の具体的な実施の形態を図５、図６を参照して説明する。図５は、この実施の形態に係る近接センサ４の発振回路５の要部概略構成図である。この近接センサ４の発振回路５は、例えば一端（図６のＴ１）を共通に接続した２本の高周波リッツ線を互いに縒り合わせた２糸コイル（１０−１、１０−２）を樹脂製のボビンに巻装し、このボビンにフェライトコアを挿入して形成されたコイル１０を備えたものである。そのコイル１０は、並列に接続されたコンデンサ１５との間でＬＣ並列発振器を形成している。すなわち、コンデンサ１５の一端は共通端子Ｔ１に接続され、他端は後述の反転増幅器１３の非反転入力端子と共に接地されている。このような２糸で形成されたコイル１０のうち銅抵抗補償用コイル１０−２の他端（図６のＴ３）は反転増幅器１３の反転入力端子に接続され、検出用コイル１０−１の他端（図６のＴ２）は反転増幅器１３の出力端子に接続されて銅抵抗補償回路を形成している。すなわち、反転増幅器１３は、銅抵抗補償用コイル１０−２ の他端に生じる電圧を反転増幅し、その出力を検出用コイル１０−１の他端に負帰還することで、コイル１０の銅抵抗を打ち消すように作用する。
【００２４】
このような銅抵抗補償回路は、基本的には図６（Ａ） に示すように２糸で構成されたコイル１０のインダクタンスＬ（＝Ｌ１＝Ｌ２）とその誘導性の内部抵抗Ｒiとの直列回路およびこの直列回路の一端Ｔ１にそれぞれ接続される検出用コイル１０−１および銅抵抗補償用コイル１０−２の各銅抵抗をＲcuとした場合に、図６（Ｂ）に示す等価回路として表すことができる。銅抵抗補償回路は、この等価回路における各銅抵抗Ｒcuと直列回路との接続点Ｄを仮想接地する役割を担う。そして接続点Ｄの仮想接地により銅抵抗Ｒcuの存在自体を打ち消すことで、発振回路５における銅抵抗Ｒcuに起因する検出特性の不安定化を防止するものである。
【００２５】
増幅器１２は、基本的にはコイル１０に生起された電圧を入力して増幅し、その増幅出力電圧を抵抗器１４を介して電流変換してコイル１０に出力することでコイル１０を発振駆動する。
【００２６】
なお、本発明の実施形態においては、検出用コイル１０−１のＱ値を低下させるためにステンレスカバー１を用いた。これは検出用コイル１０−１における磁束の配列の変化が必須要件である。よって、単に発振回路５の諸元の設定によってＱ値が低い状態を作り出しても上述した原理は成立しない。
【００２７】
また、センサ本体２を保護する目的で、既にステンレスカバー１が被覆された近接センサが実用化されている。これにより、既存のステンレスカバーを備えた近接センサを本実施形態の近接センサ４に改造することは容易である。
【００２８】
また、検出用コイル１０−１のＱ値を低下させることができれば、カバーは必ずしもステンレス製でなくてよい。よって、近接センサ４のカバーをステンレス製のカバーに限定するものではない。ただし、比透磁率が実質的に１であり、かつ、体積抵抗率が４５×１０-8（Ω・ｍ）以上の金属を用いる必要がある。
【００２９】
以上の実施形態では、銅抵抗消去回路付きの検出用コイル１０−１を用いる例を説明した。これにより、所望する検出距離（７〜８ｍｍ）をアルミについて確保することができる。しかしながら、アルミを検出可能な近接センサを実現する上で、銅抵抗消去回路は必須ではない。このため、本発明の適用範囲を銅抵抗消去回路付きの検出用コイル１０−１を有する近接センサに限定するものではない。
【００３０】
なお、図４に示したデータは、発振回路５における発振周波数を２０ｋＨｚとした場合のデータである。このように、発振回路５の発振周波数は、２０ｋＨｚという比較的低い周波数である。このような状況下では、検出対象物７の検出用コイル１０−１への接近に伴い変化する交流性の抵抗よりも銅抵抗の方が支配的となる。このため、銅抵抗消去回路の有効性は高い。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々に変更できる。例えば、比誘電率が実質的に１であり、２０℃での体積抵抗率が４５×１０-8（Ω・ｍ）以上のものとして、ステンレスを示したが、ステンレスの場合は、ほとんどのものがこの値を満足する。例えば、ＳＵＳ４１０はこの値を満足する（６２×１０-8（Ω・ｍ））。また、ＳＵＳ３０３も満足する。ステンレス以外には、マンガン、ニクロム、チタンがこの値を満足する。２０℃での体積抵抗率が２０×１０-8（Ω・ｍ）未満であると、検出用コイル１０−１に近づけてもＱ値の低下は僅かであり、上述した現象を利用するには困難を伴う。好ましいのは４５×１０-8（Ω・ｍ）以上であり、さらに好ましいのはＳＵＳ３０３（２０℃での値が７２×１０-8（Ω・ｍ））の値以上である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、アルミなどコイルのＱ値を上げる検出対象物を検出する全ての近接センサに適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ステンレスカバー（部材）
２  センサ本体
３  取付ナット
４  近接センサ
５  発振回路
６、１３、１５、２０  コンデンサ
７  検出対象物
８  検出部
１０  コイル
１０−１  検出用コイル（コイルの一部）
１０−２  銅抵抗補償用コイル（コイルの一部）
１２  増幅器
【図１】
2010216863.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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