(57)【要約】【課題】封止樹脂部によって結露などによって付着する水滴の内部浸入を防止し、急激な温度変化による熱膨張や熱収縮が繰り返されてもフェライトコアが破損するのを防止することができる金属検知センサを提供することにある。【解決手段】フェライトコア３はコイルボビン２の巻胴部２ａの中心透孔に挿入する円柱状部３ｂと、コイルボビン２の鍔部２ｃの凹平面８内に収納される平板状部３ａとからなる。鍔部２ｃの凹平面８は制御基板４の基板面により閉塞されるためボディ１内部を封止する封止樹脂部の封止封止樹脂５とフェライトコア３とは一体化されることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルに高周波発振出力を接続して検出面側から高周波磁界を発生させるとともに、コイルのインピーダンス変化によって生じる発振出力の変化に基づいて金属物を検知する金属検知センサにおいて、底面が検知面を構成する函状のボディと、巻胴部にコイルを巻回し、巻胴部の一端側をボディ内の底面に対向させて該底面上に配置された合成樹脂製のコイルボビンと、前記巻胴部の他端側に一体に設けた鍔部の外向端面に基板面を対向させて前記鍔部の外向端面上に配置固定して前記ボディ内に収納される制御基板と、前記巻胴部の中心透孔に前記コイルの磁芯となる柱状部が挿入され、該柱状部の一端と一体的に結合され柱状部の軸心に略直交する板面を有する平板状部が前記制御基板と前記鍔部との間に形成された閉塞空所内に配置されるフェライトコアと、前記ボディ内部に充填されてボディ内を封止する封止樹脂部とで構成され、前記コイルを前記制御基板に実装されたセンサ回路に接続していることを特徴とする金属検知センサ。
【請求項２】
前記鍔部には外向端面に平行する方向と、端面に垂直な方向に伸縮する弾性伸縮部を設けていることを特徴とする請求項１記載の金属検知センサ。
【請求項３】
前記ボディの底面には内外に連通する空気抜き用の孔を設けていることを特徴とする請求項１又は２記載の金属検知センサ。
【請求項４】
前記コイルの先端を接続した一対のコイル端子の内のグランド側のコイル端子の一部を前記ボディの検出面側から見えるように設けていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の金属検知センサ。
【請求項５】
前記制御基板の素子実装面とは反対側の基板面にはグランドに接続され且つ該基板面全体を略覆うように形成された導電性金属箔からなる電磁シールド用パターンを設けていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の金属検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物を検知するセンサとしては。検知対象物によってアクチュエータが駆動されて接点が駆動される機械的な有接点スイッチがあるが、接点開離、チャタリング、接点寿命などの点からみて、高い信頼性が要求される場合には適用できなかった。
【０００３】
一方検知対象物によって遮光されたり、或いは反射光が増加することで検知対象物を検知するセンサとしては光電センサがあるが、塵、埃、成形くずなどが浮遊するような環境下では誤動作しやすく、設置環境が制限される。
【０００４】
一方検知対象物が、発振回路に接続されたコイルのインピーダンスが金属物の近接によって変化してその変化によって生じる発振回路の発振レベルの変化から金属物を検知する金属検知（金属識別）センサも提供されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−１４３７０３号公報（図１、段落番号００４１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような特許文献１に示されている金属検知センサは、防水等については配慮されておらずコア部分やコイル部分が曝露されている構成であった。そのため使用環境にあっては水滴等が浸入して動作不良を起こしたり、フェライトなどからなるコアが衝撃を直接受けて破損するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは封止樹脂部によって結露などによって付着する水滴の内部浸入を防止し、封止樹脂部を形成する封止樹脂とフェライトコアとの一体化やコイルボビンとフェライトコアの一体化を防いで、急激な温度変化による熱膨張や熱収縮が繰り返されてもフェライトコアが破損するのを防止することができる金属検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、コイルに高周波発振出力を接続するとともに、コイルのインピーダンス変化によって生じる発振出力の変化に基づいて金属物を検知する金属検知センサにおいて、底面が検知面を構成する函状のボディと、巻胴部にコイルを巻回し、巻胴部の一端側をボディ内の底面に対向させて該底面上に配置された合成樹脂製のコイルボビンと、前記巻胴部の他端側に一体に設けた鍔部の外向端面に基板面を対向させて前記鍔部の外向端面上に配置固定して前記ボディ内に収納される制御基板と、前記巻胴部の中心透孔に前記コイルの磁芯となる柱状部が挿入され、該柱状部の一端と一体的に結合され柱状部の軸心に略直交する板面を有する平板状部が前記制御基板と前記鍔部との間に形成された閉塞空所内に配置されるフェライトコアと、前記ボディ内部に充填されてボディ内を封止する封止樹脂部とで構成され、前記コイルを前記制御基板に実装されたセンサ回路に接続していることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、ボディ内に配置される制御基板、コイルなどのセンサ構成物の全体を封止することができるため、結露しやすい場所など水滴が付着しやすい使用環境においてもボディ内への水滴浸入を防止することができ、そのため水滴が付着しやすい使用環境でも問題なく水滴による動作不良などの発生を防ぐことができ、しかも封止樹脂部を構成する封止樹脂がフェライトコアに接触しないため、線膨張係数の異なるフェライトコアと封止樹脂とが一体化したり、或いは封止樹脂を介してコイルボビンとフェライトコアとが一体化することがなく、そのため急激な温度変化によって熱膨張と熱収縮が繰り返されることで脆弱なフェライトコアが破損するのを防ぐことができ、またセンサ構成物をコンパクトにまとめることができるから小型化も可能となる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記鍔部には外向端面に平行する方向と、端面に垂直な方向に伸縮する弾性伸縮部を設けていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、金属検知センサを落下させた際の衝撃をコイルボビンの鍔部の弾性伸縮部の伸縮により吸収して、脆弱なフェライトコアの平板状部が衝撃で破損するのを防ぐことができる。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記ボディの底面には内外に連通する空気抜き用の孔を設けていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明によれば、封止樹脂をボディ内に流し込んで封止させる際にボディ内の底面に溜った空気泡を空気抜き用の孔からボディ外へ排出することができ、そのためボディの開口側の封止面に空気泡が噴出するのを防ぐことができ、結果封止樹脂部の封止面に気泡跡が残ることがなく、見た目が美しくなる。
【００１３】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、前記コイルの先端を接続した一対のコイル端子の内のグランド側のコイル端子の一部を前記ボディの検出面側から見えるように設けていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明によれば、帯電した金属物が検出面に近接したときに検出面に見えるように設けたグランド側のコイル端子に対して静電気を放電させることができ、そのためコイルに接続されているセンサ回路部の素子が電磁誘導によって破損するのを防ぐことができる。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項１乃至４の何れかの発明において、前記制御基板の素子実装面とは反対側の基板面にはグランドに接続され且つ該基板面全体を略覆うように形成された導電性金属箔からなる電磁シールド用パターンを設けていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明によれば、コイルにより発生させる高周波磁界の磁束が検出面の反対方向へ漏れるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ボディ内に配置される制御基板、コイルなどのセンサ構成物の全体を封止することができるため、結露しやすい場所など水滴が付着しやすい使用環境においてもボディ内への水滴浸入を防止することができ、そのため水滴が付着しやすい使用環境でも問題なく水滴による動作不良などの発生を防ぐことができ、しかも封止樹脂部を構成する封止樹脂がフェライトコアに接触しないため、線膨張係数の異なるフェライトコアと封止樹脂とが一体化したり、或いは封止樹脂を介してコイルボビンとフェライトコアとが一体化することがなく、そのため急激な温度変化によって熱膨張と熱収縮が繰り返されることで脆弱なフェライトコアが破損するのを防ぐことができ、またセンサ構成物をコンパクトにまとめることができるから小型化も可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を一実施形態により説明する。
【００１９】
本実施形態は図１、図２に示すように扁平で一面が開口し、底面側をセンサの検知面とする樹脂製の函状ボディ１の底部上にコイルボビン２、フェイライトコア３、センサ回路を実装した制御基板４の順で重ねた形で組み付けて構成されたセンサ構成物のブロックを収納した状態で、筒状ボディ１の内部全体をエポキシ樹脂やウレタン樹脂のような封止樹脂５からなる樹脂封止部で封止し、制御基板４の回路パターンに接続したリード線２０を外部に導出したものである。
【００２０】
ボディ１は一つの対角線上にある一対の外隅部を、ボディ１の開口側に形成したフランジ１ａの裏側からボディ１の底部に亘って内側に凹ませた凹部６としており、この凹部６をフランジ１ａに設けた取り付け孔７に挿通する取り付けねじ（図示せず）の逃げ部としている。
【００２１】
コイルボビン２は外周部に検知兼用の高周波磁界発生用のコイル１０を巻装する円筒状巻胴部２ａと巻胴部２ａの両端に一体に形成した外向きの鍔部２ｂ、２ｃとからな樹脂成型品であって、ボディ１の底部側に配置する鍔部２ｂの外形状は、上記凹部６に対応してボディ１内に膨出した内隅部に対しては逃げ、且つ凹部６に対応していない対角線上の一対の内隅部には合致する形状となっており、ボディ１の底部上に鍔部２ｂを載置したときにがたつかないようになっている。また上述の内隅部に合致させる部位は巻胴部２ａの両側に突出しており、その突出部位にはコイル１０の線端を絡げて接続するコイル端子９を夫々巻胴部２ａに並行し且つ鍔部２ｃの側方を通るようにインサート成形により立設してある。コイル端子９は鍔部２ｂのボディ１の底部に対向させる面側にも突出させている。この突出先端を挿入する孔２１を図５に示すようにボディ１の底部に貫通させている。
【００２２】
ボディ１の開口側に配置される鍔部２ｂは外形が円板状であって、ボディ１の開口側の外向端面にはフェライトコア３の円板状の平板状部３ａの外周端面を内周面に沿わせるようにして収納載置する凹平面８を形成している。この凹平面８上には図３（ａ）に示すように同心状に複数条（実施形態では３条）の環状の溝１１（奥部）を形成し、また周囲を囲む周壁８ａの外周面には全周に亘って複数条（実施形態では２条）の環状溝（凹部）１２を図３（ｂ）に示すように上下方向に形成している。凹平面８の溝１１は図４（ｂ）に示すように凹平面８に並行する方向（図３（ａ）ではＸ、Ｙ方向）の力が鍔部７ｃに加わったときに同方向に鍔部７ｃを撓ませ、この方向の衝撃を吸収する弾性伸縮部を構成している。また周壁８ａの溝１２は、図３（ｂ）に示すように周壁８ａの上下方向（図４（ａ）ではＺ方向）に力が加わったときに同方向に周壁８ａを撓ませ、この方向の衝撃を吸収する弾性伸縮部を構成している。尚両溝１１、１２の断面は尚Ｕ字状としている。
【００２３】
フェライトコア３は薄肉の円形状の平板状部３ａと、この平板状部３ａの裏面の中心部に一体に形成した円柱状部３ｂとからなるもので、ボディ１に収納配置する際に底部側の面の中央には凹平面８上に平板状部３ａが載置されたときにコイルボビン２の巻胴部２ａの中心透孔１３に円柱状部３ｂを挿入するようになっており、この円柱状部３ａがコイル１０の磁芯となる。ここで平板状部３ａの肉厚寸法は凹平面８の周壁８ａの高さ寸法より小さく、図１（ｂ）に示すように凹平面８より外へ飛び出さないようになっている。
【００２４】
制御基板４は外形状がボディ１の底部の平面形状に対応したもので、コイルボビン２のコイル１０に高周波信号を加えて高周波電界を発生させる発振回路と金属物が高周波電界内に存在することで、コイル１０のインピーダンス変化に伴う高周波信号の振幅が小さくなったことや発振停止を検出することで金属物の存在を検知する信号処理回路などからなるセンサ回路を構成するＩＣ１４等の素子をボディ１の開口側面に実装し、ボディ１の底面側の面にはコイル１０で発生させる磁束がボディ１の開口側へ漏洩するのを防止する磁気シールド用の導電性金属箔層（例えば銅箔層）のグランドパターン１５を図５に示すように制御基板４の裏面に裏面全体を覆うように形成している。そして裏面側を上記の鍔部２ｃの凹平面８の周壁８ａの端面上に載置して凹平面８を閉塞空所とする。またコイルボビン２の鍔部２ｂから突出させているコイル端子９，９の先端を上記センサ回路内の発振回路（図示せず）の非グランド側出力の接続パターン及びグランドパターン１５に対応したランドの挿通孔１６に挿通させ、表面側に突出するコイル端子の先端を半田付けしてコイルボビン２に機械的に固定させるとともにコイル１０との電気的接続とを同時に行ってセンサ構成物のブロック化を図っている。このようなコイル端子９，９を用いて制御基板４との接続と制御基板４の固定とを行うことで組み立て作業性を向上させ、製造コストの低減を図っている。尚図１５中１７は半田を示す。
【００２５】
次に本実施形態のセンサ装置の組み立て製造について簡単に説明する。
まず予めコイル１０を巻胴部２ａに巻装するとともにコイル端子９にコイル１０の線端を絡めて接続固定した状態のコイルボビン２を準備し、次にこのコイルボビン２の巻胴部２ａの中心透光１３にフェライトコア３の円柱状部３ｂを挿入しながらフェライトコア３の平板状部３ａを鍔部２ｃの凹平面８上に載置する。そしてこの制御基板４を凹平面８の周壁８ａ上に裏面を載せて凹平面８を閉塞するように鍔部２ｃに重ねる。このときコイル端子９，９を制御基板４に設けた挿通孔１６に挿通させて表面側に突出させ、この突出させた部位を制御基板４の表面側に設けたランドに半田付け固定する。これによりコイルボビン２，フェライト３，制御基板４を順次重ねた状態のセンサブロックが得られることになる。このセンサブロックをコイルボビン２の鍔部２ｂをボディ１の底部上に載せるようにボディ１内に収める。このときボディ１側に突出したコイル端子９の突出先端が孔２１内に挿入されることになる。尚ボディ１の底面側の孔２１の開口周縁は図５に示すように上方に突出しており、この突出部２１ａに対応して鍔部２ｂ側には突出部２１ａと凹凸結合してセンサブロックの位置、つまりコイル端子９の突出先端と孔２１との位置関係が変わらないようする凹部２２を設けている。
【００２６】
さてこのようにセンサブロックをボディ１内に収納後、次にエポキシ樹脂又はウレタン樹脂のような封止樹脂５をボディ１の開口側から注入充填し、熱硬化させボディ１内部を封止する。封止により防水構造仕様となる。尚封止時に制御基板４に接続しているリード線２０をボディ１外へ導出するのは勿論である。
【００２７】
ところでボディ１の底部側に封止樹脂５が十分に行き届かず空間が生じると、熱硬化時点に気泡が封止面に噴出し、その状態にて硬化した場合、ボディ１の開口部側に露出する封止面に気泡跡が残って見た目が悪くなるが、本実施形態ではボディ１の底面に孔２１を設けてあるため、封止樹脂５が行き届かなかったことで形成された空間内の空気が孔２１を介してボディ１外に排出させることができ、そのため封止面（ボディ１の開口側面）に気泡跡が残らない樹脂封止ができるのである。つまり孔２１が空気抜き用孔となる。
【００２８】
また本実施形態では、フェライトコア３は凹平面８内に収められ、制御基板４で凹平面８が閉塞された状態にあるため、封止樹脂５がフェライトコア３側に流れ込まず、そのため互いの線膨張係数が異なるフェライトコア３と封止樹脂５或いはフェライトコア３とコイルボビン２の一体化が起こらず、急激な温度変化によって熱膨張と収縮とが繰り返されるような環境にあってもフェライトコア３が破損するのを防止することができるのである。
【００２９】
以上のようにして樹脂封止が完了することで本実施形態のセンサ装置が完成することになる。
【００３０】
そして本実施形態のセンサ装置では、使用中や取り付け作業中にあって、外部から多少の衝撃が加わった場合にあっても、コイルボビン２に形成した溝１１，１２によって吸収することができるため、凹平面８内に収納したフェライトコア３に衝撃が伝わらず、フェライトコア３の破損を防止することができる。
【００３１】
また図６に示すように実際に金属物Ｍの検出中に於いて、金属物Ｍが帯電していても、孔２１を介して検出面側に臨んだグランド側のコイル端子９を通じて静電気を放電し、コイル１０に接続されているＩＣ１４が電磁誘導により破壊されるのを防止するようになっている。つまり孔２１が放電用孔を兼ねる。
【００３２】
尚図６中αはコイ１０から発生する高周波の磁束を、βはこの磁束αが鎖交して金属物Ｍの表面に流れる渦電流を夫々模式的に示しており、本実施形態のセンサ装置は、この渦電流βの発生によってコイル１０の磁束αが減少してコイル１０のインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって発振停止やコイル１０に与える高周波信号の振幅低減が起きたことを検出することで金属物Ｍを検知するのである。
【００３３】
尚衝撃吸収のために本実施形態では凹平面８に環状の溝１１を形成しているが、図７（ａ）のように円周上に所定間隔で形成した複数の円弧状の溝（凹部）１１’であっても、また図７（ｂ）で示すように円周上に所定間隔で形成した丸型の複数の凹部１１”であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は一実施形態の一部破断する斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’拡大断面図である。
【図２】（ａ）は一実施形態の斜視図、（ｂ）は一実施形態の分解斜視図、（ｃ）はフェライトコアの斜視図である。
【図３】（ａ）は一実施形態に用いるコイルボビンの拡大平面図、（ｂ）は一実施形態に用いるコイルボビンの拡大側面図である。
【図４】（ａ）は一実施形態に用いるコイルボビンの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’拡大断面図である。
【図５】図１（ａ）のＤ−Ｄ’拡大断面図である。
【図６】一実施形態の使用状態の拡大斜視図である。
【図７】（ａ）は一実施形態に用いるコイルボビンの別の例の平面図、（ｂ）は一実施形態に用いるコイルボビンの他の例の平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ボディ
１ａ  フランジ
２  コイルボビン
２ａ  巻胴部
２ｂ，２ｃ  鍔部
３  フェライトコア
３ａ  平板状部
３ｂ  円柱状部
４  制御基板
５  樹脂
６  取り付け孔
７  凹部
８  凹平面
８ａ  周壁
９  コイル端子
１０  コイル
１１、１２  溝
１３  中心透孔
１４  ＩＣ
【図１】
2006133034.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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