(57)【要約】【課題】感度を向上することが可能な渦電流センサを提供すること。【解決手段】パターンコイル２１に銅板が被さっていないときのインダクタンスをｊ５０［Ω］とし、距離０．５ｍｍでパターンコイル２１に銅板が被さっているときのインダクタンスをｊ４８［Ω］とする。また、パターンコンデンサ３０のキャパシタンスを−ｊ１０［Ω］とする。こうした前提のもと、銅板が被さっていないとき、パターンコイル２１のインダクタンスとパターンコンデンサ３０のキャパシタンスとによるインピーダンスはｊ４０［Ω］であり、銅板が被さっているとき、インピーダンスはｊ３８［Ω］である。インピーダンスが前者から後者へ変化したとき、インピーダンスの変化率は５［％］になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルに信号を与えつつ、検知対象が存在するときと存在しないときのインピーダンスの変化を検出する渦電流センサにおいて、
前記コイルは基板に設けられた複数のパターンコイルであって、前記複数のパターンコイルには、前記基板に設けられ、それぞれが共有するパターンコンデンサが接続されている
ことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項２】
前記基板には、前記パターンコイルの周辺に回路部品配置禁止領域が規定され、
前記パターンコンデンサは、前記回路部品配置禁止領域に設定されたベタパターンを含む
請求項１に記載の渦電流センサ。
【請求項３】
前記ベタパターンの一部には、前記パターンコイルに臨む一端側の位置から前記基板の端部に臨む他端側の位置に向かって当該ベタパターンを分断するパターン分断溝が設定される
請求項２に記載の渦電流センサ。
【請求項４】
前記ベタパターンの一部には、前記パターンコイルに臨む一端側の位置から前記基板の端部に臨む他端側の位置の途中まで切れ目が設定される
請求項２又は３に記載の渦電流センサ。
【請求項５】
前記パターンコンデンサは、互いが絶縁された２つの櫛歯状パターンが同一平面上で対向することによって構成される
請求項１に記載の渦電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルに信号を与えつつ、検知対象が存在するときと存在しないときのインピーダンスの変化を検出する渦電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、渦電流センサを用いて検知対象の位置を検出する技術が開示されている。コイルに信号を与えつつ、検知対象を近づけると、コイルのインダクタンスが低下することを利用し、抵抗とコイルの分圧信号を監視することで検知対象の有無を特定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１０５４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
検知対象がコイルから距離が離れる程、検知対象が存在するときと存在しないときのインピーダンスの変化が小さくなり、分圧信号の監視によって検知対象の有無を特定することが困難となる。つまり、センサの感度が低下する。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、感度を向上することが可能な渦電流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】
【０００６】
上記課題を解決する渦電流センサは、コイルに信号を与えつつ、検知対象が存在するときと存在しないときのインピーダンスの変化を検出する渦電流センサにおいて、前記コイルは基板に設けられた複数のパターンコイルであって、前記複数のパターンコイルには、前記基板に設けられ、それぞれが共有するパターンコンデンサが接続されていることをその要旨としている。
【０００７】
この構成によれば、検知対象が存在しないときのパターンコイルのインダクタンスとパターンコンデンサのキャパシタンスとによるインピーダンスを基準インピーダンスと規定する。検知対象が存在するとき、パターンコイルのインダクタンスが低下することに伴い、基準インピーダンスよりも小さなインピーダンスが得られ、これを変化後のインピーダンスと規定する。いずれのときも、パターンコンデンサのキャパシタンスが負に作用するため、基準インピーダンスと変化後のインピーダンスとの差分を求めつつ、基準インピーダンスに対する当該差分の割合を示すインピーダンスの変化率を求めると、この変化率はパターンコンデンサを備えない構成に比べ大きくなる。これにより、検知対象がパターンコイルから距離が離れようとも、インピーダンスの監視によって検知対象の有無を的確に特定できるようになる。つまり、感度を向上することができる。
【０００８】
上記渦電流センサについて、前記基板には、前記パターンコイルの周辺に回路部品配置禁止領域が規定され、前記パターンコンデンサは、前記回路部品配置禁止領域に設定されたベタパターンを含むこととしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、いわゆるデッドスペースを活用することができる。
上記渦電流センサについて、前記ベタパターンの一部には、前記パターンコイルに臨む一端側の位置から前記基板の端部に臨む他端側の位置に向かって当該ベタパターンを分断するパターン分断溝が設定されることとしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、パターンコイルの全周がベタパターンに取り囲まれた閉ループの構成ではなく、パターン分断溝によって開ループの構成が得られる。これにより、パターンコンデンサには渦電流が流れ難くなる。したがって、インピーダンスに与える影響を抑制することができる。
【００１１】
上記渦電流センサについて、前記ベタパターンの一部には、前記パターンコイルに臨む一端側の位置から前記基板の端部に臨む他端側の位置の途中まで切れ目が設定されることとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、パターンコイルに臨む位置から切れ目を設定することによって、パターンコンデンサには渦電流が流れ難くなる。したがって、インピーダンスに与える影響を抑制することができる。
【００１３】
上記渦電流センサについて、前記パターンコンデンサは、互いが絶縁された２つの櫛歯状パターンが同一平面上で対向することによって構成されることとしてもよい。
この構成によれば、パターンコンデンサの性能が安定するため、インピーダンスのバラツキを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態の渦電流センサの構成を示す電気回路図。
【図２】インピーダンスの変化率を比較例と共に示す等価回路図。
【図３】第２の実施の形態の渦電流センサを示す基板の平面図。
【図４】第３の実施の形態の渦電流センサを示す基板の平面図。
【図５】第４の実施の形態の渦電流センサを示すパターンコンデンサの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、渦電流センサの第１の実施の形態について説明する。
図１に示すように、渦電流センサ１は、基板２の第一層に３つのパターンコイル２１〜２３が設けられている。基板２には、パターンコイル２１〜２３の周辺に回路部品配置禁止領域２０が規定されている。基板２の第一層のうち回路部品配置禁止領域２０に対応する部分には、ベタパターン２５が設定されている。ベタパターン２５は、パターンコイル２１〜２３と同様、例えば銅箔よりなる。ベタパターン２５は、パターンコイル２１の全周を取り囲みつつ、パターンコイル２２の全周を取り囲み、さらにパターンコイル２３の全周を取り囲んでいる。このベタパターン２５と基板２の第一層に対向する第二層（図示略）の銅箔によるベタパターンとによって、パターンコンデンサ３０が構成されている。パターンコンデンサ３０は、パターンコイル２１〜２３が共有する単一のパターンコンデンサとして規定される。
【００１７】
パターンコイル２１に対応して電気スイッチ１１が設けられつつ、パターンコイル２２に対応して電気スイッチ１２が設けられ、さらにパターンコイル２３に対応して電気スイッチ１３が設けられている。電気スイッチ１１〜１３はＣＰＵ（Central Processing Unit ）１０によって個別にＯＮ／ＯＦＦ制御される。電気スイッチ１１〜１３は、それぞれの上流側がコモン接続され、コモンラインには電気抵抗１４が電気的に接続されている。電気スイッチ１１の下流側にはパターンコイル２１の一端が電気的に接続され、パターンコイル２１の他端はベタパターン２５に電気的に接続されている。電気スイッチ１２の下流側にはパターンコイル２２の一端が電気的に接続され、パターンコイル２２の他端はベタパターン２５に電気的に接続されている。電気スイッチ１３の下流側にはパターンコイル２３の一端が電気的に接続され、パターンコイル２３の他端はベタパターン２５に電気的に接続されている。パターンコンデンサ３０を構成する第二層のベタパターン（図示略）は接地されている。
【００１８】
電気スイッチ１１がＯＮ制御されていることを前提に、信号源１５から信号が与えられると、電気抵抗１４とパターンコイル２１との間に分圧信号が生じる。一方、電気スイッチ１２がＯＮ制御されていることを前提に、信号源１５から信号が与えられると、電気抵抗１４とパターンコイル２２との間に分圧信号が生じる。他方、電気スイッチ１３がＯＮ制御されていることを前提に、信号源１５から信号が与えられると、電気抵抗１４とパターンコイル２３との間に分圧信号が生じる。これらの分圧信号は、増幅・検波回路１６によって電気的に処理されつつＣＰＵ１０に入力される。
【００１９】
上記分圧信号は、対象となるパターンコイルのインダクタンスとパターンコンデンサ３０のキャパシタンスとによるインピーダンスによって規定される。また、上記インダクタンスは、対象となるパターンコイルに検知対象である例えば銅板が被さっているときと被さっていないときとで異なる。ＣＰＵ１０は、分圧信号を監視して、パターンコイル２１に検知対象が被さっているか否か、また、パターンコイル２２に検知対象が被さっているか否か、さらにパターンコイル２３に検知対象が被さっているか否かを特定する。
【００２０】
次に、渦電流センサ１の作用について説明する。
図２に示すように、パターンコイル２１に銅板が被さっていないときのインダクタンスをｊ５０［Ω］とし、距離０．５ｍｍでパターンコイル２１に銅板が被さっているときのインダクタンスをｊ４８［Ω］とする。また、パターンコンデンサ３０のキャパシタンスを−ｊ１０［Ω］とする。
【００２１】
こうした前提のもと、銅板が被さっていないとき、パターンコイル２１のインダクタンスとパターンコンデンサ３０のキャパシタンスとによるインピーダンスはｊ４０［Ω］であり、銅板が被さっているとき、インピーダンスはｊ３８［Ω］である。インピーダンスが前者から後者へ変化したとき、インピーダンスの変化率は５［％］になる。
【００２２】
比較例として、パターンコンデンサ３０を備えない構成では、銅板が被さっていないときのインピーダンスはｊ５０［Ω］であり、銅板が被さっているときのインピーダンスはｊ４８［Ω］である。インピーダンスが前者から後者へ変化したとき、インピーダンスの変化率は４［％］になる。
【００２３】
よって、パターンコンデンサ３０を備えた本例では、インピーダンスの変化率が比較例に比べ大きいことが理解される。パターンコイル２１に代えてパターンコイル２２やパターンコイル２３が対象となる場合も同様である。
【００２４】
尚、−ｊ１０［Ω］に代えて−ｊ４０［Ω］のパターンコンデンサ３０を採用することを前提に、銅板が被さっていないときのインピーダンスはｊ１０［Ω］であり、銅板が被さっているときのインピーダンスはｊ８［Ω］である。インピーダンスが前者から後者へ変化したとき、インピーダンスの変化率は２０［％］になる。これは比較例の５倍である。
【００２５】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）パターンコイル２１〜２３には、それぞれが共有するパターンコンデンサ３０が接続されている。この構成によれば、インピーダンスの変化率はパターンコンデンサ３０を備えない構成に比べ大きくなる。これにより、検知対象が基板２から距離が離れようとも、インピーダンスの監視によって検知対象の有無を的確に特定できるようになる。つまり、感度を向上することができる。
【００２６】
（２）基板２には、パターンコイル２１〜２３が共有する単一のパターンコンデンサ３０が設定される。これにより、パターンコイル２１〜２３のいずれが対象となる場合も、パターンコンデンサ３０に由来する同一のキャパシタンスによってインピーダンスが規定される。したがって、インピーダンスのバラツキを抑制することができる。
【００２７】
（３）パターンコイル２１〜２３とパターンコンデンサ３０との接続にワイヤハーネスが用いられない。これにより、ワイヤハーネスに由来するインダクタンスがインピーダンスに影響を与えることが回避される。
【００２８】
（４）パターンコンデンサ３０は、パターンコイル２１〜２３の周辺の回路部品配置禁止領域２０に設定されたベタパターン２５を含む。この構成によれば、いわゆるデッドスペースを活用することができる。
【００２９】
（５）電気スイッチ１１〜１３は、それぞれ同時にＯＮされないよう制御されるため、パターンコイル２１〜２３の相互結合によりインピーダンス変化が生じることが回避される。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に、渦電流センサの第２の実施の形態について説明する。基板２のうち、パターンコイル２１〜２３の設けられた第一層の構成が上記第１の実施の形態とは異なる。
【００３１】
図３に示すように、ベタパターン２５の一部には、パターンコイル２１に臨む一端側の位置から基板２の端部に臨む他端側の位置に向かって当該ベタパターン２５を分断するパターン分断溝３１が設定されている。同様に、パターンコイル２２に対しパターン分断溝３２が設定されるとともに、パターンコイル２３に対しパターン分断溝３３が設定されている。
【００３２】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態による（１）〜（５）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（６）パターンコイル２１の全周がベタパターン２５に取り囲まれた閉ループの構成ではなく、パターン分断溝３１によって開ループの構成が得られる。同様に、パターン分断溝３２によってパターンコイル２２の周囲に開ループの構成が得られるとともに、パターン分断溝３３によってパターンコイル２３の周囲に開ループの構成が得られる。これにより、パターンコンデンサ３０には渦電流が流れ難くなる。したがって、インピーダンスに与える影響を抑制することができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
次に、渦電流センサの第３の実施の形態について説明する。基板２のうち、パターンコイル２１〜２３の設けられた第一層の構成が上記第１の実施の形態とは異なる。
【００３４】
図４に示すように、ベタパターン２５の一部には、パターンコイル２１に臨む一端側の位置から基板２の端部に臨む他端側の位置の途中まで切れ目４１が設定されている。複数の切れ目４１がパターンコイル２１の周囲に設定されている。同様に、パターンコイル２２に対し複数の切れ目４２が設定されるとともに、パターンコイル２３に対し複数の切れ目４３が設定されている。
【００３５】
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態による（１）〜（５）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（７）パターンコイル２１に臨む位置から切れ目４１を設定しつつ、パターンコイル２２に臨む位置から切れ目４２を設定し、さらにパターンコイル２３に臨む位置から切れ目４３を設定することによって、パターンコンデンサ３０には渦電流が流れ難くなる。したがって、インピーダンスに与える影響を抑制することができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
次に、渦電流センサの第４の実施の形態について説明する。パターンコンデンサ３０が一平面上に構成される点で上記各実施の形態とは異なる。
【００３７】
図５に示すように、パターンコンデンサ３０は、互いが絶縁された２つの櫛歯状パターン５１、５２が同一平面上で対向することによって構成されている。
以上説明したように、第４の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態による（１）〜（３）及び（５）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
【００３８】
（８）パターンコンデンサ３０が一平面上に構成されている。この構成によれば、パターンコンデンサ３０のインピーダンスが基板２の厚みに依存しなくなるため、パターンコンデンサ３０の性能が安定し、インピーダンスのバラツキを抑制することができる。
【００３９】
（９）基板２を薄型にできる。
尚、上記各実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・第２の実施の形態によるパターン分断溝の設定された構成と、第３の実施の形態による切れ目の設定された構成と、第４の実施の形態による櫛歯状パターン５１、５２とを組み合わせてもよい。
【００４０】
・パターンコイルとパターンコンデンサとを直列接続する構成に代えて、並列接続する構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…渦電流センサ、２…基板、１０…ＣＰＵ、１１〜１３…電気スイッチ、１４…電気抵抗、１５…信号源、１６…増幅・検波回路、２０…回路部品配置禁止領域、２１〜２３…パターンコイル、２５…ベタパターン、３０…パターンコンデンサ、３１〜３３…パターン分断溝、４１〜４３…切れ目、５１，５２…櫛歯状パターン。
【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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