(57)【要約】【課題】強磁性金属のみならず非磁性金属に対してもその検出距離を十分に長くすることができ、しかも検出特性の安定した高周波発振型近接センサを提供する。【解決手段】一端を互いに接続して縒り合わせた２本のコイル導体の一方を共振回路用コイルとし、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルと、この２糸コイルに並列接続されて共振回路をするコンデンサと、上記共振回路を一定周波数で駆動する駆動回路と、前記２糸コイルのインダクタンスとその内部抵抗との直列回路、およびこの直列回路の一端にそれぞれ接続される前記共振回路用コイルおよび前記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗として示される前記２糸コイルの等価回路における前記各銅抵抗と前記直列回路との接続点を仮想接地する銅抵抗補償回路とを備える。【選択図】図１
2008166055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を互いに接続して縒り合わせた２本のコイル導体の一方を共振回路用コイルとし、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルと、
この２糸コイルに並列接続されて共振回路を形成するコンデンサと、
上記共振回路を一定周波数で駆動する駆動回路と、
前記２糸コイルのインダクタンスとその誘導性の内部抵抗との直列回路、この直列回路の一端にそれぞれ接続される前記共振回路用コイルおよび前記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗として示される前記２糸コイルの等価回路における前記各銅抵抗と前記直列回路との接続点を仮想接地する銅抵抗補償回路と
を具備したことを特徴とする高周波発振型近接センサ。
【請求項２】
前記銅抵抗補償回路は、前記共振回路用コイルおよび銅抵抗補償用コイルの他端に接続され、前記銅抵抗補償用コイルの他端に生じる電圧を反転増幅して前記共振回路用コイルの他端に負帰還する反転増幅器を含む請求項１に記載の高周波発振型近接センサ。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記共振回路の固有振動周波数近傍の該固有振動周波数よりも若干低い一定周波数の電圧を発生する発振器と、この発振器が出力する上記一定周波数の電圧を電流変換して前記共振回路に印加するＶ-Ｉ変換器を含む請求項１に記載の高周波発振型近接センサ。
【請求項４】
前記発振器が出力する電圧と前記共振回路から得られる出力電圧との位相差に応じて前記コンデンサの容量を微調整する調整手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の高周波発振型近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄等の強磁性金属のみならずアルミニウム等の非磁性金属に対しても、例えば一般的なＭ１８サイズの円柱型近接センサにおいて、その検出距離を１０ｍｍ以上とすることが可能な高周波発振型近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波発振型近接センサは、高周波発振回路の一部を構成する検出用コイルに検出対象物が接近したとき、電磁誘導作用により上記検出用コイルのインダクタンスや損失が変化し、これに伴って高周波発振回路の発振周波数や発振振幅が変化することを利用して上記検出対象物の接近を検出するものである。この種の高周波発振型近接センサには、一般的にその検出特性が安定であることのみならず、その検出距離を十分に長く設定し得ること等が要求され、従来より種々の改良が施されている。
【０００３】
そこで本発明者らは先に、近接センサの検出特性が、専ら、検出コイルに含まれる銅抵抗（銅損）の影響を受けることに着目し、一端を互いに接続して縒り合わせた２本のコイル導体の一方を共振回路用コイルとし、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルを検出用コイルとして用いた自励振型の高周波発振型近接センサにおいて、２糸コイルのインダクタンスＬとその誘導性の内部抵抗Ｒiとの直列回路、およびこの直列回路の一端にそれぞれ接続される前記共振回路用コイルおよび前記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗Ｒcuとして示される前記２糸コイルの等価回路における前記各銅抵抗と前記直列回路との接続点を仮想接地することで上記各銅抵抗Ｒcu自体を打ち消し、その検出特性の安定化を図ることを提唱した（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
一方、高周波発振型近接センサは、鉄等の強磁性金属に比較してアルミニウムや銅等の非磁性金属に対する検出感度が悪く、その検出距離は強磁性金属の３０％程度である。そこでコイルとコンデンサとからなる共振回路を一定周波数で駆動することで、強磁性金属のみならず非磁性金属をも高感度に検出し得るようにした、いわゆる他励振型の高周波発振型近接センサが提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９８４０３号公報
【特許文献２】特開平３−２９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前述した特許文献２に示されるような他励振型の高周波発振型近接センサを用いても、非磁性金属に対する検出距離を強磁性金属と同程度に長くし得るだけである。具体的には従来一般的な他励振型の高周波発振型近接センサにおける、強磁性金属および／または非磁性金属からなる検出対象物の検出距離は、例えば一般的なＭ１８サイズの円柱型近接センサにおいて高々７ｍｍ程度であり、実用上十分に長い検出距離が確保されているとは言い難い。これ故、検出対象物との衝突を確実に防ぐ上で、その検出距離を１０ｍｍ以上に設定した高周波発振型近接センサの開発が強く望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、鉄等の強磁性金属のみならずアルミニウム等の非磁性金属に対しても、例えば一般的なＭ１８サイズの円柱型近接センサにおいてその検出距離を１０ｍｍ以上と十分に長くすることができ、しかも検出特性の安定した使い勝手の良い高周波発振型近接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】
上述した目的を達成するべく本発明に係る高周波発振型近接センサは、
<ａ>  一端を互いに接続して縒り合わせた２本のコイル導体の一方を共振回路用コイルとし、他方を銅抵抗補償用コイルとした２糸コイルと、
<ｂ>  この２糸コイルに並列接続されて共振回路を形成するコンデンサと、
<ｃ>  上記共振回路を一定周波数で駆動する駆動回路と、
<ｄ>  前記２糸コイルのインダクタンスとその誘導性の内部抵抗との直列回路、およびこの直列回路の一端にそれぞれ接続される前記共振回路用コイルおよび前記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗として示される前記２糸コイルの等価回路における前記各銅抵抗と前記直列回路との接続点を仮想接地する銅抵抗補償回路と
を備えたことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記銅抵抗補償回路は、前記２糸コイルにおける前記共振回路用コイルおよび銅抵抗補償用コイルの他端に接続され、前記銅抵抗補償用コイルの他端に生じる電圧を反転増幅して前記共振回路用コイルの他端に負帰還する反転増幅器を含んで構成される。また前記駆動回路は、前記共振回路の固有振動周波数近傍の該固有振動周波数よりも若干低い一定周波数の電圧を発生する発振器と、この発振器が出力する上記一定周波数の電圧を電流変換して前記共振回路に印加するＶ-Ｉ変換器を含んで構成される。
【０００９】
更には前記発振器が出力する電圧と前記共振回路から得られる出力電圧との位相差に応じて前記コンデンサの容量を微調整する調整手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上述した構成の高周波発振型近接センサによれば、２糸コイルとコンデンサとにより構成される共振回路を、その外部から一定周波数で駆動する他励振型の構成を採用することで鉄等の強磁性金属のみならずアルミニウム等の非磁性金属に対してもその検出距離を長くすることができる上、上記２糸コイルの銅抵抗（銅損）を補償し、実質的にその銅抵抗自体を打ち消すことにより上記銅抵抗の温度特性に依存する検出特性の変化を抑制すると共に、その共振条件を急峻（シャープ）にすることができる。換言すれば銅抵抗が補償された（打ち消された）前記２糸コイルとコンデンサとにより構成される共振回路の共振条件（Ｑスイッチ特性）を、周波数帯域が狭く、且つそのピークレベルを大きくすることができるので、検出対象物の有無による共振回路の出力の変化を大きくすることができる。この結果、検出対象物が強磁性体であるか、或いは非磁性体であるかに係わらず、その検出距離を十分に長くすることができる。例えば一般的なＭ１８サイズの円柱型近接センサにおいてその検出距離を検出距離を１２ｍｍ程度に設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る高周波発振型近接センサについて説明する。
図１はこの実施形態に係る高周波発振型近接センサの概略構成図であり、１は２本のコイル導体の一端を互いに接続して縒り合わせた２糸コイルである。この高周波発振型近接センサは上記２糸コイル１にコンデンサ２を並列接続し、２本のコイル導体の一方を共振回路用コイルとし、他方を銅抵抗補償用コイルとする共振回路３を構築し、この共振回路３を外部から一定周波数で駆動するように構成される。ちなみに前記２糸コイル１は、例えば一端を共通に接続した２本の高周波リッツ線を互いに縒り合わせたコイルＬ１,Ｌ２を樹脂製のボビンに巻装し、該ボビンにフェライトコアを挿入したものからなる。
【００１２】
上述した２糸コイル１とコンデンサ２とからなる共振回路３を駆動する駆動回路は、水晶発振器からなり、一定周波数のパルス信号（電圧）を発振出力する発振器４と、この発振器４の出力を分周することで前記共振回路３の共振周波数の近傍であって、且つ該共振周波数よりも若干低い周波数の信号を生成する分周器５と、この分周器５の出力（電圧）を電流変換して前記共振回路３に印加するＶ-Ｉ変換器６とからなる。このような駆動回路にて前記共振回路３を駆動することにより他励振型の高周波発振型近接センサが構成されている。そして基本的には前記２糸コイル１への検出対象物Ｍの接近に伴って変化する前記共振回路３の出力（振幅）の変化をレベル検出器７にて判定することで、検出対象物Ｍの近接（存在）を検出するものとなっている。
【００１３】
このような他励振型の高周波発振型近接センサにおいて、本発明においては更に前記２糸コイル１の銅抵抗を打ち消して、その検出特性の安定化を図る銅抵抗補償回路８を備えている。この銅抵抗補償回路８は、例えば前記２糸コイル１における前記銅抵抗補償用コイルＬ２の他端に生じる電圧を反転増幅し、その出力を前記共振回路用コイルＬ１の他端に負帰還する反転増幅器９として実現される。
【００１４】
尚、このような銅抵抗補償回路８は、基本的には図２に示すように２糸コイル１のインダクタンスＬ（＝Ｌ１＝Ｌ２）とその誘導性の内部抵抗Ｒiとの直列回路、およびこの直列回路の一端にそれぞれ接続される前記共振回路用コイルおよび前記銅抵抗補償用コイルの各銅抵抗Ｒcuとする等価回路として示したとき、その等価回路における前記各銅抵抗と前記直列回路との接続点Ｄを仮想接地する役割を担う。そして上記接続点Ｄの仮想接地により銅抵抗Ｒcuの存在自体を打ち消すことで、共振回路３における銅抵抗Ｒcuに起因する検出特性の不安定化を防止するものである。このような役割を果たす銅抵抗補償回路８については、前述した特許文献１に詳述される通りである。
【００１５】
ところで上述した如くして２糸コイル１における銅抵抗を補償した場合、銅抵抗Ｒcuを打ち消した分、前記共振回路３の共振特性を、その共振周波数の幅が狭く、且つそのピークレベルが大きい急峻（シャープ）なものとすることができる。即ち、図３に前述した共振回路３における２糸コイル１の銅抵抗を補償しない場合の共振特性（ｘ,ｙ,ｚ）と、銅抵抗を補償した場合の共振特性（Ｘ,Ｙ,Ｚ）とを対比して示すように、銅抵抗補償によってその共振特性を急峻（シャープ）にすることができる。尚、特性（ｘ,Ｘ）は検出対象物Ｍが存在しないときの共振特性を示しており、特性（ｙ,Ｙ）は検出対象物Ｍが鉄等の強磁性体であるときの共振特性、そして特性（ｚ,Ｚ）は検出対象物Ｍがアルミニウムや銅等の非磁性体であるときの共振特性を示している。
【００１６】
より具体的には銅抵抗補償回路８によって２糸コイル１の銅抵抗Ｒcuを打ち消すことによって上記２糸コイル１とコンデンサ２とにより構成される共振回路３のＱ値が高くなる。そして２糸コイル１の実質的な抵抗成分が小さくなる分、その共振周波数における振幅（レベル）が大きくなり、また上記共振周波数からのずれに対してその振幅（レベル）が急激に小さくなる。つまり銅抵抗補償により共振回路３の共振特性をよりシャープにすることが可能となる。
【００１７】
このような駆動条件下における共振回路３の特性Ｘに対して２糸コイル１に鉄等の強磁性体が近付くと２糸コイル１のインピーダンスが低下し、図３に特性Ｙとして示すように振幅自体が小さくなるので、上記共振周波数の変化をモニタすることで強磁性体の存在を高感度に検出することができる。また２糸コイル１にアルミ等の非磁性体が近付くと、非磁性体に生じる渦電流によって磁束が打ち消され、２糸コイル１のインダクタンスが低下するので、図３に特性Ｚとして示すようにその共振点（共振周波数）が変化する。従ってそのときの共振周波数での振幅ではなく、前述した駆動周波数での振幅をモニタすることで非磁性体の存在を高感度に検出することが可能となる。
【００１８】
従って上述した如く共振回路３をその共振周波数近傍の一定周波数で駆動し、この駆動周波数における共振回路３の出力（振幅）をモニタすることによって、検出対象物Ｍが強磁性体であっても、或いは非磁性体であってもその近接（存在）を高感度に検出することが可能となる。ちなみに本発明者らの実験によれば、例えば一般的なＭ１８サイズの円柱型近接センサにおいて、強磁性体である鉄に対する検出距離を７ｍｍから１２ｍｍと長く設定することが可能となり、また非磁性体であるに銅やアルミニウムに対する検出距離を２ｍｍから１２ｍｍと長く設定することが可能となった。
【００１９】
ところで上述ように他励振型の高周波発振型近接センサを構成した場合、その共振特性（Ｑスイッチ特性）がシャープになることは前述した通りであるが、このシャープな共振特性を活かして検出対象物Ｍの近接を検出するには、共振回路３の駆動周波数と該共振回路３の共振周波数とを精度良く合わせ込む必要がある。その調整法としては、例えば発振器４の発振周波数自体を調整したり、或いは分周器５による分周比を調整しても良いが、一般的にはコンデンサ２の容量を微調整することか実用的である。
【００２０】
この場合には、例えば代表的なサンプルを用い、調整器９にて強磁性金属と非磁性金属とを長距離で、且つ等距離で検出し得るような前記分周器５の出力と共振器３の出力との位相差φの最適値を予め求めておく。そして量産品においては、前記分周器５の出力と共振器３の出力との位相差φが上記位相差の最適値となるように前記コンデンサ２の容量を微調整するようにすれば良い。即ち、共振回路３の駆動周波数と該共振回路３の共振周波数にずれがあると、上記駆動周波数における共振回路３のインピーダンスの虚数成分に依存して、図４(ａ)に示すように分周回路５の出力（矩形波）Ｖ１と共振回路３の出力（正弦波）Ｖ２との間に位相のずれφが生じる。このずれ、即ち位相差φには、正確にはＶ-Ｉ変換器での位相回転の影響も含まれる。そのため、上記位相差φの最適値は回路構成ごとに異なる値となる。しかしこの位相差φを参照することによって、前記コンデンサ２の容量の調整を容易に、且つ正確に行うことが可能となる。
【００２１】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば２糸コイル１の銅抵抗補償については、共振回路３の出力を位相制御して銅抵抗補償用コイルに負帰還することの可能である。また実施形態においては分周器５を用いて発振器４の出力を分周して共振回路３を駆動する一定周波数の電圧信号を生成したが、ＶＣＯ（周波数可変制御型発振器）を用いて一定周波数の電圧信号を発生させたり、或いはＰＬＬ回路（フェーズ・ロック・ループ回路）を用いて一定周波数の電圧信号を発生させることも可能である。更には共振回路３に対する共振条件の微調整手段も実施形態に特定されないことは言うまでもない。要は本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波発振型近接センサの概略構成図。
【図２】２糸コイルの等価回路を示す図。
【図３】図１に示す高周波発振型近接センサの共振特性を示す図。
【図４】共振回路の駆動信号とその出力の関係を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
１  ２糸コイル
２  コンデンサ
３  共振回路
４  発振器
５  分周器
６  Ｖ-Ｉ変換器
７  レベル検出器
８  銅抵抗補償回路
９  調整器（共振周波数調整）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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