(57)【要約】【課題】検出距離を長距離化した近接スイッチを提供する。【解決手段】コア４の他端面４ｂの取付面９側の半面と、側周面４ｃのうちの取付面９側の半周面とを囲う磁界遮断部３０を設けて磁界の指向性を持たせ、取付用金属板２０の影響を小さくすることにより、検出距離を長距離化する。【選択図】図１
2011216255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に収容されて当該筐体検出面の方向へ磁界を出すコイル部を備え、当該磁界の変化に基づいて被検出体の前記筐体検出面への近接を検出する近接スイッチにおいて、
前記コイル部から出る磁界の一部を遮断する磁界遮断部を備えることを特徴とする近接スイッチ。
【請求項２】
磁界遮断部は、筐体の検出面を除いた領域のうちの所定領域の方向に出る磁界を遮断することを特徴とする請求項１記載の近接スイッチ。
【請求項３】
コイル部は、柱状であってその一端面を筐体検出面側に向けて当該筐体内に収容され、
磁界遮断部は、前記コイル部の全側面のうちの少なくとも一部を囲う形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の近接スイッチ。
【請求項４】
コイル部は、柱状であってその一端面を筐体検出面側に向けて当該筐体内に収容され、
磁界遮断部は、前記コイル部の他端面の少なくとも一部を囲う形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の近接スイッチ。
【請求項５】
磁界遮断部は、銅又はアルミニウムで構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の近接スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁誘導を利用して金属体（被検出体）に渦電流を発生させ、被検出体の有無又は位置を検出する近接スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の近接スイッチは、樹脂等の非金属で構成した筐体内に磁界を発生させるコイルが収容されてなる（例えば、特許文献１参照）。図８（ａ）は、従来の近接スイッチ１の構成を示す部分断面図である。図８（ａ）において、コイル２がボビン３に巻回され、コア４の環状の溝に収納され、コイル部５を構成している。また、コイル２の両端部分はコア４から引き出して回路基板上の回路に接続し、回路端子をケーブル６に接続する。筐体７はプラスチック等の樹脂で直方体状に形成され、その一面が検出面８となる。また、検出面８と直交する一面を取付面９とする。
【０００３】
金属体（被検出体）に渦電流を発生させるためには、金属体と鎖交する交流磁界を発生させなければならない。近接スイッチは磁界を発生させるためのコイルを備えている。ここで、コイルとコンデンサの並列共振回路のインピーダンスＺは以下の式（１）のように近似できる。
Ｚ≒（ωＬ）２／Ｒ      （１）
ここで、Ｌはコイルのインダクタンスであり、Ｒは抵抗である。この抵抗Ｒは、主として、コイル自身の損失、又は、被検出体若しくは周囲金属等における渦電流損に起因するものである。Ｃは共振用コンデンサ、ωは共振角振動数であり、ω＝２πｆ（ｆ：共振周波数）である。
【０００４】
被検出体が近づくと、コイルの出す磁界が被検出体と鎖交し、被検出体で渦電流が発生する。渦電流は損失を発生させ、また磁界を変化させるので、Ｒ及びＬが変化する。Ｒ及びＬの変化に起因し、インピーダンスＺが変化するので、被検出体の近接を判断することができる。
【０００５】
また、近接スイッチ１に予めこのインピーダンスＺと検出面８から被検出体１０までの距離との対応関係の情報を設定しておけば、インピーダンスＺに基づいて被検出体１０と近接スイッチ１との距離を判定可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平０７−０１３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の近接スイッチは以上のように構成されているので、金属板に取り付けて使用する場合に、コイルの出す磁界が金属板と鎖交し、インピーダンスＺを変化させてしまう。図８（ｂ）に、近接スイッチ１の取付面９を取付用金属板２０に取り付けた場合の磁界を示す。なお、説明のため磁界の一部が取付用金属板２０と鎖交したうえ、金属板内を曲線的に伝達するよう記載しているが、実際には取付用金属板２０と鎖交して金属板内に侵入しようとする磁界は、金属板の表面近傍を通るように略直線状に磁界が変形するものである。図のように、近接スイッチ１の周囲に被検出体１０以外の金属部材が存在すると、近接スイッチ１の磁界がその金属部材と鎖交するよう位置づけられ、取付用金属板２０の方向へ出た磁束が変形する。この変形が近接スイッチ１の検出特性に及ぼす影響を、図９を用いて説明する。
【０００８】
図９は、従来の近接スイッチ１の検出特性を示すグラフであり、横軸に検出面８から被検出体１０までの距離Ａを示し、縦軸に金属板及び被検出体１０がない時のインピーダンスＺを１００［％］とした場合に対する、金属板の有無および距離Ａを変えた場合のインピーダンスＺ［％］の比（Ｚ比）を示す。縦軸に示すＺ比は、近接スイッチの検出距離を決定する指標の一つであり、構造上の制約等による限界閾値ＺＴＨ以下に、検出距離を決める閾値ＺＳｎ（不図示）を設けることが好ましい。
【０００９】
図９のグラフ中、実線は取付用金属板２０がない時（図８（ａ））の近接スイッチ１のＺ比である。破線は取付用金属板２０がある時（図８（ｂ））の近接スイッチ１のＺ比である。ここで、ＺＳｎ＝Ｚ２とした場合の検出距離、即ちＺ２のＺ比が得られる被検出体１０までの距離Ａは、取付用金属板２０がない場合は１５ｍｍだが、取付用金属板２０がある場合は磁界が取付用金属板２０の影響を受けて１８．５ｍｍとなり、取付用金属板２０がない時に比して約２３％変化してしまう。これにより、取付用金属板２０の有無によって、本来の検出距離（１５ｍｍ）とは異なる検出距離（１８．５ｍｍ）に被検出体１０が位置するものとして誤検出してしまうような事態が生じることとなる。そこで、この誤検出を防止するために、変化量が小さくなるようにＺＳｎ＝Ｚ３へ閾値を下げることが考えられるが、これは近接スイッチ１の感度を落とすこととなる。即ち、仮に取付用金属板２０がない時に対する取付用金属板２０がある時の検出距離の変化量を５％以下に抑える必要があるとすれば、変化量が小さくなるようにＺＳｎをＺ３以下に下げて、検出距離を１１ｍｍ以下にする必要がある。
【００１０】
このように、従来の近接スイッチ１は、磁界が取付用金属板２０の影響を受けることにより誤検出の恐れがある。そのため、誤検出を防止するためにあえてＺＴＨを下げる必要があり、また、ＺＴＨを下げることは即ち感度を落とすこととなり、検出距離も短くなってしまうという課題があった。
【００１１】
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、意図的に感度を落とす必要が無く、結果、検出距離を長距離化できる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】
【００１２】
この発明の請求項１に係る近接スイッチは、筐体内に収容されて当該筐体検出面の方向へ磁界を出すコイル部と、コイル部から出る磁界の一部を遮断する磁界遮断部とを備えるものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る近接スイッチは、磁界遮断部が、筐体の検出面を除いた領域のうちの所定領域の方向に出る磁界を遮断するようにしたものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る近接スイッチは、コイル部が、柱状であってその一端面を筐体検出面側に向けて当該筐体内に収容され、磁界遮断部は、コイル部の全側面のうちの少なくとも一部を囲う形状にしたものである。
【００１５】
この発明の請求項４に係る近接スイッチは、コイル部が、柱状であってその一端面を筐体検出面側に向けて当該筐体内に収容され、磁界遮断部は、コイル部の他端面の少なくとも一部を囲う形状にしたものである。
【００１６】
この発明の請求項５に係る近接スイッチは、磁界遮断部を銅又はアルミニウムで構成したものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、コイル部から出る磁界の一部を遮断する磁界遮断部を設け、近接スイッチを金属板に取り付けて使用する場合にコイル部の金属板側の面を囲うようにして、コイル部から金属板の方向へ出る磁界を遮断するようにしたので、磁界が金属板の影響を受けにくくなり、検出距離を長距離化した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】
【００１８】
【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部分断面図である。
【図２】実施の形態１に係る磁界遮断部のコアに組み付いた状態を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は背面図である。
【図３】実施の形態１に係る近接スイッチと従来の近接スイッチの検出特性を比較するグラフである。
【図４】実施の形態１に係る近接スイッチにおいて、磁界遮断部の変形例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る近接スイッチにおいて、磁界遮断部の変形例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る近接スイッチにおいて、磁界遮断部の変形例を示す図である。
【図７】図４及び図５に示す磁界遮断部を備える近接スイッチの検出特性を示すグラフである。
【図８】従来の近接スイッチの構成を示す部分断面図である。
【図９】従来の近接スイッチの検出特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１に係る近接スイッチ１ａの構成を示す部分断面図であり、先立って説明した図８と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態１において、コア４は、例えばフェライト製の丸型ポット形状とし、コイル２を巻回したボビン３を収納して開磁路を構成する。また、開磁路側の一端面４ａを検出面８に向けるようにして、コイル部５を筐体７の内部に収容する。また、近接スイッチ１ａは従来と同様に、コイル部５から検出面８の方向へ出る磁界の変化に基づいて、検出面８前方の検出距離内に被検出体１０があるか否かを判定することになる。この判定を行う手段は、筐体７内に収容する構成であってもよいし、筐体７外に別途設ける構成であってもよく、図示例ではケーブル６の先に別途設ける構成（不図示）とする。
【００２０】
本実施の形態１に係る近接スイッチ１ａは、磁界遮断部３０を備える。この磁界遮断部３０は、コア４の他端面４ｂの少なくとも一部と、側周面４ｃの少なくとも一部とを囲って、コア４から出る磁界の一部を遮断する。磁界遮断部３０を構成する材料としては、比透磁率が実質的に１であり、かつ、体積抵抗率の低い材質のものが好ましい。一例としては銅、アルミニウム、金、銀等により形成された薄板を用いることができる。また、本発明の趣旨を損ねない限り上述の金属のうちいずれかを用いた合金を用いてもよいし、他の金属を用いても構わない。
【００２１】
図２はコア４に組み付けた状態の磁界遮断部３０の構成を示す図であり、一端面４ａ側を正面とした正面図を図２（ａ）に、側面図を図２（ｂ）に、背面図を図２（ｃ）に示す。図示例では、コア４の他端面４ｂのうち、取付面９側の半面を磁界遮断部３０で被覆すると共に、側周面４ｃのうち、取付面９側の半周面を磁界遮断部３０で被覆する。
【００２２】
磁界遮断部３０をコイル部５に組み付けて、磁界の一部を遮断することにより、取付面９に取付用金属板２０がある場合にその取付用金属板２０に鎖交し、検出距離に影響を及ぼす磁束を、影響が小さくなるように指向性を持たせることができる。また、取付用金属板２０に鎖交しない磁束は、磁界遮断部３０で変形させずにそのままにしておくことができる。
なお、図１では取付面９が開口しているが、筐体７のその他の面と同様に樹脂で閉塞してもよい。
【００２３】
図３は、本実施の形態１に係る近接スイッチ１ａと従来の近接スイッチ１（図８）の検出特性を比較するグラフであり、横軸に検出面８から被検出体１０までの距離Ａ［ｍｍ］を示し、縦軸に金属板および被検出体１０がない時のインピーダンスＺを１００［％］とした場合に対する、金属板の有無及び距離Ａを変えた場合のインピーダンスＺ［％］の比（Ｚ比）を示す。グラフ中、太実線は取付用金属板２０がない時（図１（ａ））の近接スイッチ１ａのＺ比であり、太破線は取付用金属板２０がある時（図１（ｂ））の近接スイッチ１ａのＺ比である。なお、図３において図９と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
【００２４】
図３のグラフより、近接スイッチ１ａは、磁界遮断部３０により磁界に指向性を形成して取付用金属板２０の影響を受けにくい構成にしたので、仮にシフト量を５％とする場合であれば、ＺＳｎをＺ１まで上げることができる。Ｚ１のＺ比が得られる被検出体１０の距離Ａは取付用金属板２０がない場合に１５ｍｍ、取付用金属板２０がある場合でも１５．５ｍｍとなり、変化量は０．５ｍｍと十分に小さい。従って、近接スイッチ１ａの検出距離を１５ｍｍにすることができ、先立って説明した従来の近接スイッチ１の検出距離１１ｍｍより長距離化できる。
【００２５】
以上より、実施の形態１によれば、樹脂製の筐体７と、筐体７内に収容されて検出面８の方向へ磁界を出すコイル部５とを備え、当該磁界の変化に基づいて被検出体１０の検出面８への近接を検出する近接スイッチ１ａにおいて、コイル部５の外面を構成する丸型ポット形状のコア４がその一端面４ａを検出面８側に向けて筐体７内に収容され、磁界遮断部３０は、コア４の他端面４ｂの取付面９側の半面と、側周面４ｃのうちの取付面９側の半周面とを囲う形状に構成した。このため、コイル部５から出る磁界が取付用金属板２０の影響を受けにくくなるので、検出の閾値ＺＳｎを上げて、検出距離を長距離化することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、コア４を丸型ポット形状にしたが、形状はこれに限定されるものではなく、その他にも例えば角柱状であってもよい。角柱状のコア４であっても、取付用金属板２０の方向に出る磁界を磁界遮断部３０で遮断する構成にすれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２７】
また、上記実施の形態１では、磁界遮断部３０を図２に示す形状にしたが、これに限定されるものではなく、筐体検出面８を除いた筐体７の領域のうちの取付面９の方向に出る磁界を遮断する構成にすればよい。磁界遮断部３０の変形例を図４〜図６に示す。図４は、コア４の側周面４ｃのみを全周面囲う形状の磁界遮断部４０を示し、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は背面図である。また、図５は、コア４の他端面４ｂ及び側周面４ｃを全て囲う形状の磁界遮断部５０を示し、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は背面図である。さらに、図６は、コア４の他端面４ｂのうちの取付面９側の半面と側周面４ｃのうちの取付面９側の半面を囲う形状の磁界遮断部６０を示し、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は背面図である。図示例より、磁界遮断部は磁界を遮断できる位置に設ければよく、コア４に密着させても密着させなくてもよい。また、側周面４ｃを部分的に被覆する場合に、被覆する面積は図示例に限定されるものではなく、所望の効果が得られる面積に変更してもよい。
【００２８】
図７は、図４及び図５に示す磁界遮断部４０，５０を備えた近接スイッチ１ａの検出特性を示すグラフであり、横軸に検出面８から被検出体１０までの距離Ａ［ｍｍ］を示し、縦軸に金属板および被検出体１０がない時のインピーダンスＺを１００［％］とした場合に対する、金属板の有無及び距離Ａを変えた場合のインピーダンスＺ［％］の比（Ｚ比）を示す。グラフ中、実線は取付用金属板２０がない時の磁界遮断部４０を有する近接スイッチ１ａのＺ比であり、破線は取付用金属板２０がある時の磁界遮断部４０を有する近接スイッチ１ａのＺ比である。また、太実線は取付用金属板２０がない時の磁界遮断部５０を有する近接スイッチ１ａのＺ比であり、太破線は取付用金属板２０がある時の磁界遮断部５０を有する近接スイッチ１ａのＺ比である。
【００２９】
図７のグラフより、側周面４ｃのみ囲う磁界遮断部４０の場合（実線及び破線）、従来の近接スイッチ１のように磁界遮断部がない場合と比べて変化量が小さくなるので、例えば変化量を５％以下と摺る場合、検出距離を１３ｍｍにすることができる。
また、他端面４ｂ及び側周面４ｃを囲う磁界遮断部５０の場合（太実線及び太破線）も、従来の近接スイッチ１のように磁界遮断部がない構成と比べてほとんど変化しないので、例えば限界閾値ＺＴＨの１３ｍｍを検出距離にすることができる。
【００３０】
このように、磁界遮断部は、一端面４ａ以外の領域であって取付面９側の領域であればコア４のどの領域を囲う構成にしても検出距離を長くできる効果があり、特に図２に示す磁界遮断部３０のような形状にした場合に効果が大きい。
【００３１】
なお、コイル部５をコイル２、ボビン３及びコア４から構成するようにしたが、コイル部５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、ボビン３及びコア４は省略してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１，１ａ  近接スイッチ
２  コイル
３  ボビン
４  コア
４ａ  一端面
４ｂ  他端面
４ｃ  側周面
５  コイル部
６  ケーブル
７  筐体
８  検出面
９  取付面
１０  被検出体
２０  取付用金属板
３０，４０，５０，６０  磁界遮断部
Ａ  検出面８から被検出体１０までの距離
【図１】
2011216255.tif 000003
【図２】
2011216255.tif 000004
【図３】
2011216255.tif 000005
【図４】
2011216255.tif 000006
【図５】
2011216255.tif 000007
【図６】
2011216255.tif 000008
【図７】
2011216255.tif 000009
【図８】
2011216255.tif 000010
【図９】
2011216255.tif 000011