(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性金属の筐体と、前記筐体内に収容されて、被検出体の前記筐体検出面への近接を検出するコイル部と、前記コイル部を保持する保持部とを備える近接スイッチにおいて、
前記筐体内壁の所定位置で前記保持部を部分的に固定して、当該位置を基点にして前記保持部を膨張収縮可能にする固定部を備え、
前記コイル部は、温度変化に応じて前記被検出体の検出距離が変動する温度特性を有し、
前記固定部は、温度変化に応じた前記筐体及び前記保持部の膨張収縮により変化する前記筐体検出面の内壁と前記コイル部との隙間の変化量が前記コイル部の温度特性を相殺する位置に設けられることを特徴とする近接スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属等の被検出体の近接によるコイルのインピーダンスの変化を検出することによって被検出体の接近を判定する近接スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近接スイッチは、筐体内の一端側にコイルを収容し、他端側から樹脂等の充填材を注入して封止してなる。従来は筐体の検出面をプラスチック、側面を黄銅で構成したが、近年、近接スイッチへの被検出体等の衝突による破壊及び劣化等を防止する目的で、筐体を非磁性ステンレスにより構成する場合がある（例えば、特許文献１参照）。このように構成された近接スイッチは、コイルの発振に伴い筐体検出面の前方に磁界を形成する。この磁界に被検出体が進入すると当該被検出体内にて渦電流損失が発生し、それに伴いコイルのインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化を付属の回路で検出して、被検出体の近接を判定することが可能となる。
【０００３】
近接スイッチは、温度変化に応じてコイルのインピーダンスが変化することに起因して、被検出体ありと判定する当該被検出体から検出面までの距離（以下、検出距離と称す）も温度に依存した特性を示す。図５は、ステンレス筐体の近接スイッチの温度特性を示すグラフであり、縦軸にコイルの共振インピーダンスＺｏｓｃ［ｋΩ］、横軸に検出距離［ｍｍ］を示す。この共振インピーダンスは、Ｚｏｓｃ＝ω2Ｌ2／Ｒで近似的に表されるコイル固有の値である。ここでＬはコイルのインダクタンス、Ｒはコイルの抵抗値、ωは発振周波数である。例えばコイルの共振インピーダンスＺｏｓｃが６．３ｋΩを上回るか否かによって被検出体の検出／非検出を判定するものとすると、周囲温度２５℃では検出距離が７ｍｍになるが、−２５℃になると６ｍｍになり、７０℃になると８ｍｍになる。このため、これら温度条件の違いによらず、広い温度範囲で一定の検出距離を実現するためには、別途、温度補償回路が必要となる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図５では検出面とコイルとの間の隙間を固定した場合の温度特性を示したが、この隙間の変動によっても検出距離が変化する。図６は、ステンレス筐体の近接スイッチの隙間と検出距離の関係を示すグラフであり、縦軸に検出距離［ｍｍ］、横軸に隙間［ｍｍ］を示す。ステンレス製の筐体の場合、検出面とコイルとの間の隙間が小さくなるほど、検出距離が増大する傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４１７６２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９８４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の近接スイッチは上述のように構成されているので、コイルの温度特性を補償するために、特許文献２のような温度補償回路を用いる必要があり、コスト高につながっていた。
【０００７】
また、ステンレス筐体の場合の検出距離の温度特性は、従来のプラスチック筐体の場合と逆の温度特性になるので、特許文献２の補償回路をそのまま流用することができず、高精度の温度補償が困難になるという課題があった。流用するためには、特許文献２の補償回路に含まれるＮＴＣサーミスタ（負の温度係数を有する抵抗素子）をＰＴＣサーミスタ（正の温度係数を有する）に置き換える必要がある。しかし、このＰＴＣサーミスタは種類が少ないため高精度の温度補償が困難となる。
【０００８】
さらに、コイルを筐体内に封止する充填材が温度変化に応じて膨張収縮すると、コイルと筐体検出面との間の隙間が変動するので、温度変化による隙間の変動が検出距離の変動要因になるという課題もあった。
【０００９】
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、コイルの温度特性を補償する回路等を設けることなく温度補償を行う近接スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る近接スイッチは、非磁性金属の筐体と、筐体内に収容されて、被検出体の筐体検出面への近接を検出するコイル部と、コイル部を保持する保持部と、筐体内壁の所定位置で保持部を部分的に固定し、当該位置を基点にして保持部を膨張収縮可能にする固定部とを備え、コイル部が、温度変化に応じて被検出体の検出距離が変動する温度特性を有し、固定部は、温度変化に応じた筐体及び保持部の膨張収縮により変化する筐体検出面の内壁とコイル部との隙間の変化量がコイル部の温度特性を相殺する位置に設けられたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、非磁性金属の筐体内壁に保持部を部分的に固定し、当該位置を基点にして保持部を膨張収縮可能にしたので、コイル部の温度特性を筐体検出面内壁とコイル部との隙間の変化量で相殺できるようになり、コイル部の温度特性を補償する回路等を設けることなく温度補償を行うことのできる近接スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る近接スイッチの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す近接スイッチの検出距離の温度依存特性を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る近接スイッチの変形例を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る近接スイッチの変形例を示す断面図である。
【図５】ステンレス筐体の近接スイッチの、コイルの温度特性を示すグラフである。
【図６】ステンレス筐体の近接スイッチの、検出面とコイルとの間の隙間と検出距離との関係を示すグラフである。
【図７】図１に示す近接スイッチの筐体の構成例を示す斜視図である。
【図８】図１に示す近接スイッチの筐体の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る近接スイッチ１の構成を示す断面図である。図１において、コイル２がボビン３に巻回され、フェライトコア４の環状の溝に収納され、また、各種の電子部品が実装された基板５がフェライトコア４の裏面に接続されて、コイル部６を構成している。このコイル部６を有底円筒状のキャップ７に収容し、さらに、離型材８を塗布した有底円筒状の筐体９にキャップ７ごとコイル部６を収容して、充填材（保持部）１０を充填する。また、筐体９の開口部にケーブルホルダ１１を冠着し、ケーブルホルダ１１の孔からケーブル１２を引き出す。
【００１４】
図２は、近接スイッチ１の検出距離の温度依存特性を例示したグラフであり、縦軸に検出距離の変化率［％］、横軸に周囲温度［℃］を示す。図中、□プロットは隙間Ａの変動がない場合のコイル部６の温度特性を、検出距離として表す。◇プロットは隙間Ａの変動に応じた検出距離の特性を表す。筐体９をステンレス、充填材１０を熱硬化性の樹脂とした場合、ステンレスと樹脂の線膨張率が異なるので、高温になるにつれ、筐体９の検出面内壁９ａとキャップ７の底面との隙間Ａが小さくなり、検出距離が大きくなる傾向がある（図２の◇プロット）。一方、コイル２の温度特性により、高温になるにつれ検出距離が小さくなる傾向がある（図２の□プロット）。このように、隙間Ａの変動とコイル２の温度特性とが、検出距離の温度依存特性を互いに補償し合う傾向となっている。そこで、本実施の形態１では、筐体９と充填材１０の膨張収縮による隙間Ａの変動を利用してコイル２の温度特性を補償する構成にして、近接スイッチ１の検出距離変化率を温度によらず一定にする（図２の△プロット）。
【００１５】
より具体的には、隙間Ａの変化量がコイル２の温度特性を相殺する位置に、固定部２０を設けて、充填材１０の一部を筐体９へ部分的に固定する。この固定部２０の位置が、コイル部６及び充填材１０等を含む内容物の膨張収縮の基点となる。この基点より検出面内壁９ａ側にある筐体９と充填材１０がそれぞれ膨張収縮して隙間Ａが変化しても（図２の◇プロット）、コイル２の温度特性が相殺を図るので（図２の□プロット）、検出距離の温度依存特性を補償することができる（図２の△プロット）。
【００１６】
次に、基点の位置を決定する方法を説明する。
ここでは近接スイッチ１が図５及び図６のグラフに示す特性を有するものと仮定する。図５に示したグラフによると２５℃から７０℃への温度変化に対し、検出距離は約１ｍｍ増大している。さらに、図６に示したグラフによると検出距離の変動約１ｍｍに対応する隙間Ａの変動は約−０．０５ｍｍである。
【００１７】
ここで、キャップ７の底面から基点までの距離をＢ［ｍｍ］とし、コイル部６とキャップ７とを封止する充填材１０の線膨張率と筐体９の線膨張率の差を５×１０-5ｍｍ／ｍｍ℃とすると、膨張収縮に伴う隙間Ａの変動量Ｃ［ｍｍ］は、下式（１）となる。ただし、充填材１０の線膨張率を６．８×１０-5とし、また、筐体９をＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｕｓｅｄ  Ｓｔｅｅｌ）３０３と仮定してその線膨張率１．８×１０-5を用いる。
Ｃ＝５×１０-5×（７０−２５）×Ｂ      （１）
【００１８】
図５及び図６より隙間Ａの変動量Ｃを−０．０５ｍｍとして上式（１）を解くとＢ＝２２．２２ｍｍとなり、キャップ７の底面から約２２ｍｍの位置を基点にして固定部２０を設ける。
【００１９】
次に、固定部２０の構成例を説明する。
図１に示す構成例では、筐体９の内周面の基点位置に溝２１を形成し、この溝２１に充填材１０の凸部２２を係合することによって固定部２０とする。筐体９の内周面とコイル部６及び充填材１０の外周面の間には離型材８の層が形成されているため、充填材１０は、凸部２２が固定端、コイル部６固着側が開放端となって、検出面内壁９ａの方向へ膨張収縮し、コイル２の温度特性を補償する。
なお、充填材１０に溝２１を、筐体９に凸部２２を形成してもよい。
【００２０】
また、固定部２０を図３に示す構成にしてもよい。図３に示す近接スイッチ１ａの構成例では、筐体９の内周面の基点位置に凹状段差２３を形成し、この段差２３に充填材１０の凸状段差２４を係合することによって固定部２０ａとする。離型材８は基点より検出面内壁９ａ側にのみ設けるようにして、凹状段差２３と凸状段差２４とを固着させる。
なお、充填材１０に凹状段差２３を、筐体９に凸状段差２４を形成してもよい。また、凹状段差２３と凸状段差２４の対向面を螺刻して、互いにネジ止めして固定してもよい。
【００２１】
また、固定部２０を図４に示す構成にしてもよい。図４に示す近接スイッチ１ｂの構成例では、キャップ７の開口周縁にフランジ２５を形成し、このフランジ２５を筐体９の内周面の基点位置に形成した凹状段差２３に係合することによって固定部２０ｂとする。この構成の場合には、筐体９とキャップ７（保持部に相当する）の膨張収縮の差に応じて隙間Ａが定まるため、キャップ７の素材に応じた線膨張率を用いて上式（１）より基点の距離Ｂを決定する。
【００２２】
以上より、実施の形態１によれば、非磁性のステンレスで構成した筐体９と、筐体９内に収容されて、被検出体の検出面への近接を検出するコイル部６と、コイル部６を保持する充填材１０とを備える近接スイッチ１において、温度変化に応じた筐体９及び充填材１０の膨張収縮により変化する検出面内壁９ａとコイル部６との隙間Ａの変化量がコイル部６の温度特性を相殺する位置で、充填材１０を筐体９内壁に部分的に固定して、この位置を基点にして充填材１０を膨張収縮可能にする固定部２０を備える構成にした。このため、温度変化に応じた隙間Ａの変化により、コイル部６の検出距離の温度依存特性を補償できるようになり、従来のような温度補償回路等を設けることなく温度補償を行うことができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態１では、コイル部６をコイル２、ボビン３、フェライトコア４及び基板５から構成するようにしたが、コイル部６は少なくとも磁界を発生させるためのコイル２を備える構成であればよく、必要に応じてその他の部材を省略してもよい。
また、フェライトコア４はフェライト製であるが、これ以外の材質で構成したコアを用いてもよい。
さらに、コイル部６を絶縁用のキャップ７に収容したが、このキャップ７を省略してもよい。
【００２４】
また、上記実施の形態１では、筐体９の素材として特にＳＵＳ３０３を例に用いたが、これに限定されるものではなく、非磁性のステンレスであればよい。あるいは、一般的な非磁性ステンレスの特性である、比透磁率（同一電界強度での物質の透磁率と真空の透磁率の比）が実質的に１であって、２０℃のときの体積抵抗率が４５×１０-8［Ωｍ］以上の特性を有する、ステンレス以外の金属（チタン等）を用いてもよい。
【００２５】
また、固定部２０，２０ａ，２０ｂは、筐体９内壁の全周に亘って設けるようにしてもよいし、内壁全周のうち所定の角度毎に複数設けることで形成されるものであってもよい。即ち、固定部２０，２０ａ，２０ｂは、充填材１０を適切に固定することができ、かつ、検出面内壁９ａとそれに対向するキャップ７の底面とがなす角度（一般的には平行）が、温度変化に伴う充填材１０の伸縮に係わらず、許容される程度の精度で一定に保たれる形状であればよい。
【００２６】
具体例を図７及び図８に示す。図７及び図８は、図１に示す筐体９の斜視図に相当し、この筐体９の内壁に設けた溝２１に、不図示の充填材１０の凸部２２を係合することによって、不図示の固定部２０となる。図７の例では、一点鎖線で示す基点位置に、筐体９内壁の全周に亘って溝２１を設けるのに対し、図８の例では、同じく一点鎖線で示す基点位置に、６０°毎に３箇所の溝２１を設ける。
【符号の説明】
【００２７】
１，１ａ，１ｂ  近接スイッチ
２  コイル
３  ボビン
４  フェライトコア
５  基板
６  コイル部
７  キャップ（保持部）
８  離型材
９  筐体
９ａ  検出面内壁
１０  充填材（保持部）
１１  ケーブルホルダ
１２  ケーブル
２０，２０ａ，２０ｂ  固定部
２１  溝
２２  凸部
【図１】
0005506503.tif 000002
【図２】
0005506503.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005506503.tif 000007
【図７】
0005506503.tif 000008
【図８】
0005506503.tif 000009