(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界変化に応じて検出出力を得る一対の磁電変換手段と、
上記一対の磁電変換手段に対して、磁界を与える磁界発生手段と、
上記一対の磁電変換手段のいずれか一方の極性を切り換える切換手段と
を備える磁性金属センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性金属片の有無を検出する磁性金属センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、磁性金属の存在の有無を検出する磁性金属センサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁性金属センサは、例えばギアの歯や櫛状の金属の棒等のような並列に配置された金属片の数を検出をして、この金属片の移動位置を検出する金属カウンタに適用することが求められている。具体的には、この磁性金属センサは、ギヤの歯数を検出してギヤの回転速度や回転角度を制御する工作機械等のシステムや、布や化学繊維等の編み機などで繊維を編むための櫛状の編み棒の棒数を検出してその移動位置を制御するシステム等に用いられている。
【０００４】
また、このような磁性金属センサは、接近した金属の検出を行って、この金属の動作や位置の制御が行われている。例えば、この磁性金属センサは、ロボット等のアームが所定位置に近づいたかどうかを判断してそのアームの位置を制御するシステムや、被工作物に取り付けられるネジのゆるみや締め忘れ等を検出して作業工程のチェックを行うシステムに用いられている。
【０００５】
ところが、例えば、ギヤ歯や櫛歯状金属の検出用途に設計されたセンサは、ネジ等の締め忘れ、及び、ロボットアームの位置検出用途に用いることには不向きであり、また、逆の場合においても同様のことがいえる。  従って、これら相反する金属片検出に際しては、それぞれ個別のセンサを設計、用意せねばならない。
【０００６】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、並列に配置された磁性金属片の検出、及び、近接した磁性金属片の検出を行う磁性金属センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る磁性金属センサは、磁界変化に応じて検出出力を得る一対の磁電変換手段と、上記一対の磁電変換手段に対して、磁界を与える磁界発生手段と、上記一対の磁電変換手段のいずれか一方の極性を切り換える切換手段とを備える。
【０００８】
この磁性金属センサでは、切換手段の切換に応じて、複数の金属片が所定の間隔で並列に配置された被検出部に対して相対移動してこの磁性金属片の数等を検出し、また、磁性金属片に対して近接しているかどうかを検出する。この磁性金属センサは、この切換手段により磁電変換手段の極性を切り換え、並列に配置された磁性金属片の検出、及び、近接した磁性金属片の検出を行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の磁性金属センサを、磁性金属片が所定間隔で並列に配置された被検出体の移動位置を検出する金属片カウンタに適用した場合について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１に、金属片カウンタの斜視図を示す。
【００１１】
この金属片カウンタは、被検出体１と、センサ固定台３上に固定された磁性金属センサ２とから構成される。
【００１２】
被検出体１は、所定間隔λで並列に配置された複数の金属片１１を有している。これら複数の金属片１１は、鉄、コバルト等の磁性金属からなり、例えば、直方体の形状となっている。これら複数の金属片１１は、それぞれの長手方向の一端部が指示部１２に取り付けられており、全体として被検出体１を構成している。
【００１３】
金属片１１の寸法は、図２（ａ）の平面図、及び、この図２（ａ）においてＡ方向から見た図２（ｂ）の側面図に示すように、例えば、長手方向の長さｌ1，幅ｗ1，高さｈ1が、それぞれ５．０ｍｍ，０．５ｍｍ，２．０ｍｍとなっている。また、金属片１１の並列配置の間隔λは、１．０ｍｍとなっている。なお、この金属片１１の図２（ａ）に示すＡ方向から見た側面、すなわち、金属片１１の長手方向の指示部１２が取り付けられていない他端部の側面を、以下検出面１１ａと呼ぶ。
【００１４】
また、被検出体１の指示部１２の側面には、駆動軸１３が取り付けられている。この駆動軸１３は、図示しない駆動機構に接続されている。この駆動機構は、例えば、制御回路等の制御に基づき、金属片１１が並列に配置された方向であるａ1方向及びａ2方向に、被検出体１を平行移動させる。
【００１５】
図３に、磁性金属センサ２の構造を示す。
【００１６】
磁性金属センサ２は、略Ｕ字状の開磁路型のコア２２にコイル２３及びコイル２４が巻かれた感磁部２１と、この感磁部２１に磁界を与える磁石２５とを備えている。
【００１７】
感磁部２１のコア２２は、図４（ａ）に示すように、略直方体の垂直部２２ａ、２２ｂが、所定のギャップ幅ｇをもって長手方向が平行となるよう配置されている。この垂直部２２ａ，２２ｂは、その長手方向の一端部が接続部２２ｃに接続され、全体として略Ｕ字状のコア２２が一体成形されている。このコア２２は、例えば、ＮｉＦｅ組成のパーマロイ等やＦｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｂ等で構成されたアモルファス材料等の軟磁性を示す材料からなる。
【００１８】
このコア２２の各部位の寸法は、例えば、垂直部２２ａ，２２ｂの長手方向の長さｌ2，幅ｗ2，高さｈ2が、それぞれ３．５ｍｍ，０．５ｍｍ，０．０５ｍｍとなっている。また、この垂直部２２ａ，２２ｂとの間のギャップ幅ｇが１．０ｍｍとなっており、コア２２全体の寸法は、長手方向の長さｌ3，幅ｗ3，厚さｈ2が、それぞれ５．０ｍｍ，２．０ｍｍ，０．０５ｍｍとなっている。
【００１９】
このような形状のコア２２には、図４（ｂ）に示すように、それぞれ筒状のボビン２９ａ，２９ｂの外周をガイドにして、垂直部２２ａ及び垂直部２２ｂに対してコイル２３，２４が巻かれている。これらコイル２３，２４は、その中心軸が上記垂直部２２ａ，２２ｂの長手方向に平行となるように巻かれている。このようなコイル２３，２４は、例えば、直径０．０５ｍｍの銅線が、それぞれ５０回ずつ巻かれて構成される。
【００２０】
以上のような感磁部２１は、コア２２の垂直部２２ａ，ｂの長手方向（図４で示すｘ方向）へ平行に入射する外部磁界に対する感度が非常に高くなっている。また、感磁部２１は、このｘ方向に平行入射する外部磁界に対してインピーダンス変化が生じ、その変化率が非常に大きくなっている。なお、このコア２２の垂直部２２ａ，ｂの長手方向すなわち図４で示すｘ方向を、以下この感磁部２１の感磁方向として説明を行う。
【００２１】
また、感磁部２１のコイル２３，２４は、高周波のパルス電流で励磁される。ここで、この磁性金属センサ２を金属片カウンタに適用する場合には、コイル２３，２４の巻き線方向と励磁する高周波パルス電流の電流方向との関係は、その極性が同一である関係にある。つまり、コイル２３に発生する磁界Ｈ１とコイル２４に発生する磁界Ｈ１′とが、同一の方向となるような関係にある。例えば、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が同一である場合はそれぞれに同相の高周波パルス電流が励磁され、また、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が逆である場合はそれぞれに逆相の高周波パルス電流が励磁される関係となっている。
【００２２】
なお、この磁性金属センサ２を近接センサとして用いる場合には、コイル２３，２４の巻き線方向と励磁する高周波パルス電流の電流方向との関係は、その極性が逆となる関係になる。つまり、コイル２３に発生する磁界Ｈ１とコイル２４に発生する磁界Ｈ１′とが、逆の方向となるような関係にある。例えば、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が同一である場合は互いに逆の高周波パルス電流が励磁され、また、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が逆である場合は互いに逆相の高周波パルス電流が励磁される関係となっている。
【００２３】
従って、この感磁部２１の一方のコイル２４は、この磁性金属センサ２を近接センサとして適用した場合にその極性が逆となるようにするため、後述する駆動検出回路に切り換えスイッチが設けられている。なお、この磁性金属センサ２を近接センサとして用いた場合についての詳細な説明は後述する。
【００２４】
このようなコイル２３，２４は、端子台２６において信号線３１，３２，３３と接続され、この信号線３１，３２，３３を介して例えばこの磁性金属センサ２の外部に設けられた駆動検出回路と接続される。これらコイル２３，２４は、この駆動検出回路から励磁電流が供給され、この駆動検出回路により出力が検出される。
【００２５】
図５にこの駆動検出回路の回路図を示す。
【００２６】
駆動検出回路３０は、発振回路３４と、発振回路３４からのパルス信号に基づきコイル２３，２４の励磁電流をスイッチングするスイッチング回路３５と、コイル２３，２４の出力電圧を検出して平滑化する平滑回路３６と、コイル２３，２４のスレッショルドレベルを決定する基準電圧回路３７と、平滑化されたコイル２３，２４の出力とスレッショルドレベルを比較する比較回路３８とを備えている。
【００２７】
また、駆動検出回路３０は、コイル２４に流される励磁電流の方向を切り換えて、このコイル２４の極性を反転させるスイッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ２，Ｓ２′を備えている。
【００２８】
感磁部２１のコイル２３は、その一端から電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端が中点Ｍに接続されている。
【００２９】
感磁部２１のコイル２４の一端は、スイッチＳ１を介して上記中点Ｍに接続されるとともに、スイッチＳ２を介してスイッチング回路３５に接続される。また、感磁部２１のコイル２４の他端は、スイッチＳ１′を介してスイッチング回路３５に接続されるとともに、スイッチＳ２′を介して上記中点Ｍに接続される。
このようなスイッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ２，Ｓ２′は、それぞれ連動してオン／オフ動作をし、コイル２４の励磁電流の方向を切り換える。
【００３０】
ここで、この磁性金属センサ２を金属片カウンタに適用した場合には、例えば、スイッチＳ１，Ｓ１′がオンされ、かつスイッチＳ２，Ｓ２′がオフされて、このコイル２３とコイル２４とが直列接続される。このときには、コイル２３とコイル２４との極性が同一となる。
【００３１】
なお、この磁性金属センサ２を詳細を後述する近接センサとして適用した場合には、例えば、スイッチＳ１，Ｓ１′がオフされ、かつ、スイッチＳ２，Ｓ２′がオンされて、このコイル２３とコイル２４とが直列接続される。このときには、コイル２３とコイル２４との極性が反対となる。
【００３２】
発振回路３４は、例えば、周波数１ＭＨｚ，デューティ比１：１０のパルス信号を発生する。スイッチング回路３５は、このパルス信号に基づき、直列接続されたコイル２３，２４に流れる電流をスイッチングする。このことにより、これらコイル２３，２４は、高周波パルス電流で励磁される。
【００３３】
平滑回路３６は、直列接続されたコイル２３，２４の中点Ｍの電圧を検出して平滑化する。基準電圧回路３７は、例えば、電源電圧を所定の値の抵抗で分圧して、基準電圧を発生する。この基準電圧は、比較回路３８に対して、コイル２３，２４の出力のスレッショルドレベルとして与えられる。
【００３４】
ここで、この基準電圧の値は、例えば、磁性金属センサ２に対して何等磁界や金属が近接していない状態における直列接続されたコイル２３，２４の中点Ｍの電圧が設定される。具体的には、コイル２３，２４の与えられた磁界に対する変化率や磁界が与えられていないときの抵抗値が同一であれば、この基準電圧は、電源電圧Ｖｃｃの１／２と設定される。
【００３５】
比較回路３８は、平滑回路３６から供給される平滑化されたコイル２３，２４の中点Ｍの電圧と、基準電圧回路３７から供給されるスレッショルドレベルの基準電圧とを比較して２値化し、その２値化した信号を例えば図示しない制御回路等に供給する。
【００３６】
この図示しない制御回路等が、この比較回路３８により２値化した信号のパルス数をカウントすることにより上記金属片１１の検出数を求めることができ、この検出数から磁性金属センサ２と被検出体１との相対移動位置を検出することができる。
【００３７】
以上のように駆動検出回路３０は、コイル２３，２４に高周波のパルス電流を励磁し、また、コイル２３，２４の出力を検出することができる。
【００３８】
また、磁石２５は、上記感磁部２１に対して感磁方向に平行で一様な磁界を与えるように、位置決め部２５ａにより感磁部２１と所定間隔を保って位置決めされて固定される。この磁石２５は、感磁部２１の接続部２２ｃに対向する位置に設けられ、感磁部２１に対してコア２２の接続部２２ｃ側から感磁方向に平行な磁界を与える。例えば、この磁石２５は、１×１×２ｍｍの直方体のフェライト磁石からなり、１×２ｍｍの面が上記感磁部２１の接続部２２ｃに対向するように配置される。この場合、磁石２５は、この１×２ｍｍの面に垂直となるように、例えば、表面磁束密度が約６００Ｇで着磁される。
【００３９】
また、感磁部２１と磁石２５との間の距離ｌxは、この磁石２５の強さと、この感磁部２１の磁界に対するインピーダンス特性に応じて定められる。具体的には、コイル２３，２４のいずれかのコイルに対して磁石２５による磁界を与え、出力の最大値（すなわち、この磁石２５から与えられた磁界により飽和状態となった場合の出力）及び出力の最小値（すなわち、この磁石２５からの磁界が及んでいない場合の出力）を検出する。そして、これら検出した値の中間の値となるような位置を求め、このときの感磁部２１と磁石２５との間の距離をｌxとして定める。例えば、上述した感磁部２１及び磁石２５の場合では、距離ｌxを２ｍｍと定めることができる。
【００４０】
なお、この磁石２５は、フェライト磁石に限られず、例えば、Ｓｍ系やＺｎＭｎ系の永久磁石、又は、電磁石等を用いても良い。また、磁石２５に電磁石を用いた場合には、電流量により発生する磁界を制御することができるので、上記距離ｌxの調整をこの電流量に依存させることもできる。
【００４１】
以上のような磁石２５は、感磁部２１に対して感磁方向のバイアス磁界を与えることができ、このため、外部磁界に対してインピーダンスの変化が直線的であり、かつ、インピーダンス変化が急峻な特性を示す範囲で、この感磁部２１を使用することができる。
【００４２】
そして、このような略Ｕ字状の開磁路型のコア２２にコイル２３及びコイル２４が巻かれた感磁部２１と、この感磁部２１に感磁方向の磁界を与える磁石２５等は、例えば、その保護のため、エポキシ樹脂が封入された状態でアルミケース２７に収容され、全体として磁性金属センサ２を構成する。
【００４３】
以上説明したように磁性金属センサ２では、開磁路を形成したコア２２を備える感磁部２１を有し、この感磁部２１に対して磁石２５により感磁方向の磁界が与えられている。また、この感磁部２１のコア２２には、並列に配置され、極性が同一のコイル２３及びコイル２４が設けられている。従って、この磁性金属センサ２では、感磁部２１に備えられるコア２２に巻かれたコイル２３，２４のいずれか一方に磁性金属が接近すると、磁石２５により与えられている磁界が変化する。そのため、この磁性金属センサ２では、この磁界の変化に応じて生じるインピーダンスの変化を検出回路により検出することにより、磁性金属が近接したかどうかを検出することができる。
【００４４】
つぎに、上記被検出体１と上記磁性金属センサ２との配置の関係について説明する。
【００４５】
被検出体１が上述したように図示しない駆動機構により図１中に示したａ1，ａ2方向、すなわち、金属片１１が並列に配置された方向に平行移動するのに対し、磁性金属センサ２は、センサ固定台３上に固定されて設置される。また、この磁性金属センサ２は、被検出体１が金属片１１が並列に配置された方向に対して平行移動した場合おいて、各金属片１１の検出面１１ａに、上記感磁部２１のＵ字状のコア２２の開口部が対向するように設置される。すなわち、この磁性金属センサ２は、感磁部２１の感磁方向（図４に示すｘ方向）が金属片１１の長手方向に一致し、上記被検出体１の移動方向ａ1，ａ2に垂直となるように配置される。
【００４６】
また、この磁性金属センサ２は、図６に示すように、被検出体１の移動方向ａ1，ａ2におけるコア２２の垂直部２２ａ及び垂直部２２ｂの幅ｇ′が、金属片１１が並列に配置された間隔λに対して、（ｎ＋１／２）λとなるように、所定の角度をもって配置される（但し、ｎは、０以上の整数。）。すなわち、この磁性金属センサ２は、コア２２の垂直部２２ａが、１の金属片１１の検出面１１ａに対向するときに、他方の垂直部２２ｂがいずれの検出面１１ａとも対向しない位置となるように、角度を設定してセンサ固定台３上に配置される。
【００４７】
例えば、上述したような寸法のコア２２及び金属片１１であれば、この垂直部２２ａと垂直部２２ｂとを結ぶ直線と、被検出体１の移動方向ａ1，ａ2との角度θを、以下のように定めることができる。
【００４８】
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以上のように被検出体１と磁性金属センサ２との配置関係を定めることによって、この被検出体１がａ1，ａ2方向に平行移動した場合、磁性金属センサ２の検出出力が以下の状態を繰り返すこととなる。すなわち、磁性金属センサ２の検出出力は、垂直部２２ａが１の金属片１１の影響により応答して垂直部２２ｂがいずれの金属片１１の影響によっても応答しない状態と、垂直部２２ｂが１の金属片１１の影響により応答して垂直部２２ａがいずれの金属片１１の影響によっても応答しない状態とを交互に繰り返すこととなる。
【００４９】
従って、この交互に繰り返される検出出力をカウントすることによって、被検出体１の移動位置を検出することができる。
【００５０】
つぎに、磁性金属センサ２の金属片１１の検出動作について説明する。
【００５１】
まず、１つの金属片１１を、この磁性金属センサ２のコイル２３からコイル２４にかけて通過させた場合の検出出力について図７を用いて説明する。なお、この図７は、横軸に、１つのみで構成される金属片１１のコイル２３，２４に対する位置を表し、縦軸に、図５に示す駆動検出回路３０において検出したコイル２３とコイル２４を直列接続した場合の中点Ｍの電圧を表している。また、縦軸のスレッショルドレベルは、上述したようにこの磁性金属センサ２に何等磁界や金属を近づけていない場合の中点Ｍの電圧を表している。
【００５２】
金属片１１がコイル２３及びコイル２４のいずれにも接近していない位置Ｐ1にある場合には、コイル２３及びコイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗は変化せず、磁石２５から与えられる磁束の本数に変化は生じていない。従って、コイル２３及びコイル２４のいずれのインピーダンスも変化しないので、中点Ｍの電位は、スレッショルドレベルにある。
【００５３】
続いて、金属片１１がコイル２３に接近していくと、金属片１１の透磁率が空気の透磁率よりも大きいことから、このコイル２３を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗が小さくなっていき、磁石２５から与えられる磁束の本数が増加する。それに対し、コイル２４は金属片１１に応答しないため、コイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗はコイル２３側の磁束が増加する分だけ減少する。そのため、コイル２３のインピーダンスが小さくなっていき、それに対して、コイル２４のインピーダンスは大きくなっていく。従って、金属片１１がコイル２３に接近するにつれて、中点Ｍの電位は、スレッショルドレベルから順次高くなっていく。そして、金属片１１がコイル２３に最も接近した位置Ｐ2となる場合に、中点Ｍの電位が最も高くなる。
【００５４】
続いて、金属片１１がコイル２３に最も接近した位置Ｐ2からコイル２４に接近していくと、コイル２３から金属片１１が離れていくため、コイル２３を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗が大きくなっていき、磁石２５から与えられる磁束の本数が減少していく。それに対して、コイル２４に金属片１１が接近するため、コイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗は小さくなっていく。そのため、コイル２３のインピーダンスが大きくなっていき、同時に、コイル２４のインピーダンスが小さくなっていく。従って、金属片１１がコイル２３からコイル２４に接近するにつれて、中点Ｍの電位は順次低くなっていく。そして、金属片１１がコイル２３とコイル２４の中間位置Ｐ3に来ると中点Ｍの電位はスレッショルドレベルとなり、金属片１１がコイル２４に最も接近した位置Ｐ4となると中点Ｍの電位が最も低くなる。
【００５５】
続いて、金属片１１がコイル２４に最も接近した位置Ｐ4から、コイル２３及びコイル２４のいずれにも接近していない位置Ｐ5に移動すると、コイル２３及びコイル２４を通る磁束の磁気回路の磁気抵抗がいずれも金属片１１に応答しなくなる。従って、コイル２３及びコイル２４のいずれのインピーダンスも変化しないので、中点Ｍの電位が、スレッショルドレベルとなる。
【００５６】
以上のように、磁性金属センサ２では、金属片１１がコイル２３からコイル２４にかけて通過すると、中点Ｍの電位が、金属片１１が接近していないときの電位をスレッショルドレベルとして、プラスマイナスに振れる。従って、この磁性金属センサ２では、このスレッショルドレベルを中心に検出出力を比較することによって、金属片１１の位置を容易かつ確実に検出することができる。
【００５７】
つぎに、コイル２３とコイル２４の間隔をλ／２にした磁性金属センサ２を、間隔λで並列に配置された複数の金属片１１に対して相対的に移動させた場合の検出出力について図８を用いて説明する。なお、この図８は、横軸に、複数の金属片１１に対する磁性金属センサ２の位置を表し、縦軸に、図５に示す駆動検出回路３０においてコイル２３とコイル２４を直列接続した場合の中点Ｍの電圧を表している。また、縦軸のスレッショルドレベルは、上述したようにこの磁性金属センサ２に何等磁界や金属を近づけていない場合の中点Ｍの電圧を表している。
【００５８】
この磁性金属センサ２では、コイル２３に１つの金属片１１が最も接近した位置にあるときには、コイル２４にはいずれの金属片１１も接近していない。そのため、コイル２３が金属片１１に応答している状態において、コイル２４が金属片１１に応答していない。従って、検出出力となる中点Ｍの電位は、スレッショルドレベルよりも大きくなっている。
【００５９】
また、この磁性金属センサ２では、コイル２４に１つの金属片１１が最も接近した位置にあるときには、コイル２３にはいずれの金属片１１も接近していない。そのため、コイル２４が金属片１１に応答している状態において、コイル２３が金属片１１に応答していない。従って、検出出力となる中点Ｍの電位は、スレッショルドレベルよりも小さくなる。
【００６０】
従って、この磁性金属センサ２では、間隔λで並列に配置された複数の金属片１１に対して相対的に移動させた場合、スレッショルドレベルを中心に上下に振れる信号を検出出力として得ることができる。
【００６１】
なお、図９に、一例として、上述した寸法の磁性金属センサ２と金属片１１を適用した場合の、磁性金属センサ２と金属片１１の相対移動位置に対する直列接続したコイル２３とコイル２４の中点Ｍの電位の関係を表した図を示す。
【００６２】
以上のように、磁性金属センサ２では、間隔λで並列に配置された複数の金属片１１に対して相対的に移動させた場合における検出出力を、金属片１１がコイル２３，２４のいずれにも接近していない位置の中点Ｍの電位をスレッショルドレベルとして比較することにより、１の金属片１１の数を容易かつ確実に検出することができる。
【００６３】
なお、この磁性金属センサ２を金属片カウンタに適用した場合、被検出体１が平行移動すると説明したが、本発明では、被検出体１とセンサ２との間で相対移動すればよいので、磁性金属センサ２側が平行移動しても良い。
【００６４】
また、更に別の磁性金属センサを上記磁性金属センサ２と（ｍ±１／４）λの距離をもって相対移動方向にずらして配置することで、上記図８に示した信号が９０゜の位相差を有する２相の信号として得ることができる（ｍは整数）。従って、この２相の信号に基づき相対的な移動量を出力する信号をつくることができるので、このように配置された磁性金属センサを用いて位置検出装置を構成することが可能となる。
【００６５】
また、被検出体を円形状に構成し、回転数や角度を測定するようにもできる。つぎに、上述した磁性金属センサ２を近接センサとして適用した場合について説明する。
【００６６】
この磁性金属センサ２を近接センサとして適用した場合には、例えば、ロボット等のアームが所定位置に近づいたかどうかを判断してそのアームの位置を制御するシステムや、被工作物に取り付けられるネジのゆるみや締め忘れ等を検出して作業工程のチェックを行うシステムに用いることが可能である。
【００６７】
このような磁性金属センサ２を金属の近接センサとして用いる場合には、コイル２３，２４の極性が互いに逆方向となるようにしてその差動出力を検出することによって、その感度を高くすることができる。
【００６８】
つまり、この磁性金属センサ２を近接センサとして用いる場合には、上述した図５に示す駆動検出回路３０の各スイッチを、例えば、スイッチＳ１，Ｓ１′をオフとし、スイッチＳ２，Ｓ２′をオンとして、コイル２３とコイル２４に流す励磁電流の位相を反転させる。このことにより、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が同一である場合は互いに逆相の高周波パルス電流により励磁され、コイル２３とコイル２４との巻き線方向が逆である場合は同相の高周波パルス電流で励磁される。
【００６９】
そして、このように励磁したコイル２３，２４間の差分値を検出することによって、上記磁性金属センサ２の金属を高感度な近接センサとして用いることができる。
【００７０】
このように近接センサとして用いた場合の磁性金属センサ２の検出動作について、図１０を用いて説明する。
【００７１】
この図１０には、１つの金属片５１を、この磁性金属センサ２のコイル２３からコイル２４にかけて通過させた場合の検出出力を示している。なお、この図１０は、横軸に、１つのみで構成される金属片５１のコイル２３，２４に対する位置を表し、縦軸に、コイル２３とコイル２４の差動電圧を示している。
【００７２】
金属片５１がこの磁性金属センサ２の感磁部２１に接近していない場合には、コイル２３とコイル２４との電圧差は生じず、出力は、０となっている。そして、この感磁部２１に金属片５１が接近すると、コイル２３とコイル２４の極性が逆となっているため、コイル２３，２４のいずれか一方のインピーダンスが高くなり、他方のインピーダンスが低くなる。従って、その差動電圧は上昇する。
【００７３】
そして、金属片５１がコイル２３及びコイル２４の両者に対向する位置に来たときに、その差動電圧が最大レベルとなる。
【００７４】
従って、この磁性金属センサ２では、所定の電圧のスレッショルドレベルを設定し、検出した差動電圧をこの設定したスレッショルドレベルで２値化することにより、金属片５１が接近したかどうかを判断することができる。
【００７５】
以上のように磁性金属センサ２では、スイッチＳ１，Ｓ１′、スイッチＳ２，Ｓ２′によりコイル２４の極性を切り換えることにより、金属片カウンタ１１として適用することができるとともに、近接した磁性金属片の検出を行うことができる。そのため、この両者の機能を有する磁性金属センサ２を、安価に提供することができる。
【００７６】
なお、上述した駆動検出回路３０では、電圧比較部３７により発生されるスレッショルドレベルの電圧と、コイル２３，２４の中点Ｍの電圧とを比較し、その値を２値化している。従って、この磁性金属センサ２を、金属片カウンタに適用する場合と、近接センサとして用いる場合とでスレッショルドレベルが変わるときには、この電圧比較部３７の抵抗Ｒ1，Ｒ2の比率を変更すれば良い。この抵抗Ｒ1，Ｒ2の比率の変更は、例えば、トリマ等を用いて設定することが可能である。
【００７７】
また、この抵抗比率を変更することができない場合には、比較回路３８を差動増幅器に置き換え、差動電圧を直接システムコントローラ等に供給し、このシステムコントローラでＡ／Ｄ変換をしてデータを収集することにより、この磁性金属センサ２を金属片カウンタや近接センサの両者に適用することができる。
【００７８】
つぎに、磁性金属センサ２の感磁部２１に磁気インピーダンス効果素子を適用した場合について説明する。
【００７９】
これまで、略Ｕ字型のコア２２の垂直部２２ａ，２２ｂにコイル２３，２４を巻いた感磁部２１を備える磁性金属センサ２について説明したが、本発明に係る磁性金属センサでは、例えば、特開平６−２８１７１２号公報で提案されているようないわゆる磁気インピーダンス効果（ＭＩ）素子４１，４２を感磁部２１に適用することも可能である。
【００８０】
このＭＩ素子４１，４２は、材質がＦｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｂ等で構成されたアモルファス合金からなる。このＭＩ素子４１，４２は、図１１に示すように、略ワイヤ形状となっている。このＭＩ素子４１，４２は、長手方向（感磁方向）に対して高周波通電すると、この長手方向に入射する外部磁界に対してインピーダンス変化が生じる。
【００８１】
このＭＩ素子４１，４２を備えた磁性金属センサ２を、金属片カウンタに適用した場合の配置関係を図１２に示す。
【００８２】
このＭＩ素子４１，４２は、所定のギャップ幅ｇをもって長手方向が平行となるよう配置され、その配置位置が上述した垂直部２２ａ，２２ｂに対応する位置となっている。また、このＭＩ素子４１，４２は、磁石２５により長手方向に平行な磁界が与えられ、この方向に入射する外部磁界に対する感度が非常に高くなっている。また、このＭＩ素子４１，４２は、この方向の外部磁界に対してインピーダンス変化が生じ、その変化率が非常に大きくなっている。
【００８３】
また、ＭＩ素子４１，４２は、高周波のパルス電流で励磁される。ここで、ＭＩ素子４１，４２は、この磁性金属センサ２が金属片カウンタに適用される場合には、感磁方向が同一となるような同相の高周波パルス電流で励磁され、その極性が同一となっている。
【００８４】
なお、このＭＩ素子４１，４２を適用した磁性金属センサ２を近接センサとして用いる場合には、上述したコイル２３，２４をコア２２に巻回した場合と同様に、その極性が逆となる関係とする。この切り換えは、後述する駆動検出回路に設けられたスイッチにより行われる。
【００８５】
このようなＭＩ素子４１，４２は、信号線を介してこの磁性金属センサ２の外部に設けられた駆動検出回路と接続される。これらＭＩ素子４１，４２は、この駆動検出回路から励磁電流が供給され、この駆動検出回路により出力が検出される。
【００８６】
図１３にこのＭＩ素子４１，４２の駆動検出回路４０の回路図を示す。
【００８７】
駆動検出回路４０は、発振回路３４と、発振回路３４からのパルス信号に基づきＭＩ素子４１，４２の励磁電流をスイッチングするスイッチング回路３５と、ＭＩ素子４１の出力電圧を検出して平滑化する平滑回路３６ａと、ＭＩ素子４２の出力電圧を検出して平滑化する平滑回路３６ｂと、平滑化されたＭＩ素子４１，４２の出力どうしを比較する比較回路３８とを備えている。
【００８８】
また、この駆動検出回路４０はＭＩ素子４１の励磁電流の方向を切り換えるスイッチＳ３、スイッチＳ４とを備えている。
【００８９】
ＭＩ素子４２は、一端が抵抗Ｒ2を介して電源電圧Ｖｃｃが供給され、他端がスイッチング回路３５を介して接地されている。
【００９０】
ＭＩ素子４１は、一端が上記抵抗Ｒ2と同一の抵抗値の抵抗Ｒ1に接続され、他端がスイッチＳ３と接続されている。このスイッチＳ３は、端子ａ側に切り換えられるとこのＭＩ素子４１の他端をスイッチング回路３５に接続し、端子ｂ側に切り換えられるとＭＩ素子４１の他端を電源に接続する。
【００９１】
また、抵抗Ｒ1は、一端が上記ＭＩ素子４１と接続され、他端がスイッチＳ４と接続されている。このスイッチＳ４は、端子ａ側に切り換えられるとこの抵抗Ｒ1の他端を電源Ｖｃｃに接続し、端子ｂ側に切り換えられるとこの抵抗Ｒの他端をスイッチング回路３５に接続する。
【００９２】
このようなスイッチＳ３、スイッチＳ４は、互いに連動して端子ａ側又は端子ｂ側に切り換えられる。
【００９３】
すなわち、磁性金属センサ２が金属片カウンタに適用され、金属片１１が並列に配置された被検出体１の移動位置の検出を行う場合には、スイッチＳ３，Ｓ４がともに端子ａ側に切り換えられ、ＭＩ素子４１とＭＩ素子４２との極性が同一とされ、また、抵抗Ｒ1とＭＩ素子４１、抵抗Ｒ2とＭＩ素子４２の接続が、電源Ｖｃｃとスイッチング回路３５との間で並列な関係となる。
【００９４】
また、磁性金属センサ２が近接した磁性金属片の検出を行う場合には、スイッチＳ３，Ｓ４がともに端子ｂ側に切り換えられ、ＭＩ素子４１とＭＩ素子４２との極性が反対にされ、また、抵抗Ｒ1とＭＩ素子４１、抵抗Ｒ2とＭＩ素子４２の接続が、電源Ｖｃｃとスイッチング回路３５との間で逆となるブリッジ回路が構成される。
【００９５】
発振回路３４は、例えば、周波数１ＭＨｚ，デューティ比１：１０のパルス信号を発生する。スイッチング回路３５は、このパルス信号に基づき、並列接続されたＭＩ素子４１，４２に流れる電流をスイッチングする。このことにより、これらＭＩ素子４１，４２は、高周波パルス電流で励磁される。
【００９６】
平滑回路３６ａは、ＭＩ素子４１と抵抗Ｒ1との接続点の電圧を検出して平滑化する。平滑回路３６ｂは、ＭＩ素子４２と抵抗Ｒ2との接続点の電圧を検出して平滑化する。
【００９７】
比較回路３８は、平滑回路３６ａにより平滑化されたＭＩ素子４１の出力電圧と、平滑回路３６ｂにより平滑化されたＭＩ素子４２の出力電圧とを比較し、その差動電圧を例えば図示しない制御回路等に供給する。
【００９８】
そして、この磁性金属センサ２が金属片カウンタに適用されていた場合には、この図示しない制御回路等が、この比較回路３８からの差動電圧を所定のスレッショルドレベルで２値化して、そのパルス数をカウントすることにより上記金属片１１の検出数を求めることができ、この検出数から磁性金属センサ２と被検出体１との相対移動位置を検出することができる。
【００９９】
また、この磁性金属センサ２が近接センサに適用されていた場合には、この図示しない制御回路等が、この比較回路３８からの差動電圧を検出してその差動電圧を所定のスレッショルドレベルと比較することにより、磁性金属片５１が近接したか否か検出することができる。
【０１００】
以上のような磁性金属センサ２では、スイッチＳ３、スイッチＳ４によりＭＩ素子４１の極性を切り換えることにより、金属片カウンタ１１として適用することができるとともに、近接した磁性金属片の検出を行うことができる。そのため、この両者の機能を有する磁性金属センサ２を、安価に提供することができる。また、この磁性金属センサ２では、ＭＩ素子を用いることができるため、コストが安くまた特性を良好にすることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明に係る磁性金属センサは、切換手段により磁電変換手段の極性を切り換えることにより、並列に配置された磁性金属片の検出、及び、近接した磁性金属片の検出を行うことができる。そのため、本発明では、この両者の機能を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の金属片カウンタの斜視図である。
【図２】上記金属片カウンタの被検出体の要部の平面図、及び、この被検出体の金属片の側面図である。
【図３】上記金属片カウンタの磁性金属センサの部分断面図である。
【図４】上記磁性金属センサに設けられた感磁部及びこの感磁部のコアを示す図である。
【図５】上記磁性金属センサの駆動検出回路を示す回路図である。
【図６】上記被検出体と上記磁性金属センサの配置関係を示す図である。
【図７】上記磁性金属センサの検出動作を説明する図である。
【図８】上記磁性金属センサの検出動作を説明する図である。
【図９】上記磁性金属センサと被検出体の相対移動位置に対する駆動検出回路の出力電圧を表す図である。
【図１０】上記磁性金属センサを近接センサとして用いた場合の検出動作を説明する図である。
【図１１】ＭＩ素子を説明する図である。
【図１２】上記ＭＩ素子を適用した場合の本発明の実施の形態の金属片カウンタの磁性金属センサの配置関係を説明する図である。
【図１３】上記ＭＩ素子を適用した磁性金属センサの駆動検出回路の回路図である。
【符号の説明】
１  被検出体、２  磁性金属センサ、３  センサ固定台、１１  金属片、１１ａ  検出面、１２  指示部、２１  感磁部、２２  コア、２２ａ，２２ｂ  垂直部、２２ｃ  接続部、２３，２４  コイル、２５  磁石、３０，４０  駆動検出回路、３４  発振回路、３５  スイッチング回路、３６，３６ａ，３６ｂ  平滑回路、３７  基準電圧回路、３８  比較回路、Ｓ１，Ｓ１′，Ｓ２，Ｓ２′，Ｓ３，Ｓ４  スイッチ
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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