(57)【要約】【課題】水分やゴミの影響を受け難い、長寿命で長期信頼性を確保できる検出スイッチを提供する。【解決手段】検出コイル１と、検出コイル１と共振用コンデンサで構成するＬＣ共振器と、該ＬＣ共振器を駆動する発振回路と、検出対象物の変位を伝達するレバー部材４と、レバー部材４に固定されて検出コイル１に対して相対的に変位する金属体５及びコイルばね６を有している。コイルばね６はレバー部材４を付勢するともに、検出コイル１の軸心に沿って伸縮して検出コイル１に相対的に変位し、金属体５と共にＬＣ共振器を発振させたり発振を停止させたりすることにより検出対象物を検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイルと、該検出コイルと共振用コンデンサで構成するＬＣ共振器と、該ＬＣ共振器を駆動する発振回路と、検出対象物に当接してその位置を伝達するレバー部材と、該レバー部材に固定されて前記検出コイルと相対的に変位する金属体と、前記レバー部材に固定されて前記レバー部材を付勢するコイルばねを有し、該コイルばねは前記レバー部材が作動して圧縮された状態で環状電流が流れるようにされていることを特徴とする検出スイッチ。
【請求項２】
前記コイルばねは複数巻きにされていることを特徴とする請求項１記載の検出スイッチ。
【請求項３】
前記コイルばねは扁平な帯板状の金属材料から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の検出スイッチ。
【請求項４】
前記コイルばねの素材表面が金めっきされていることを特徴とする請求項１ないし３記載の検出スイッチ。
【請求項５】
前記コイルばねは前記検出コイルの外周を取り囲んで同軸に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４記載の検出スイッチ。
【請求項６】
前記検出コイルはその軸方向寸法より半径が大きく薄くされていることを特徴とする請求項１ないし４記載の検出スイッチ。
【請求項７】
前記検出コイルがパターンコイルであることを特徴とする請求項１ないし６記載の検出スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出スイッチに関し、より詳細には長期信頼性が確保できて使い勝手のよい検出スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検出用スイッチとして、電極、接点、ばね、レバーを有する機械式といわれるものがある。この検出スイッチではレバーがばねにより動作が規制されて維持され、検出対象物体に接してばねの力に抗して移動し、接点が閉じて電極が導通状態になる。そして、多くの検出スイッチでは、接点が閉じた状態からも、さらに検出対象物体は変位することができるようにされている。この区間はオーバートラベルと称され、検出対象物体の振動吸収や反発吸収、操作感の向上などのメリットがある。
【０００３】
また、共振回路を利用した検出スイッチの１つとして、検出コイルと共振用コンデンサで構成するＬＣ共振器と、このＬＣ共振器を付勢する発振回路とを有する近接スイッチがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この種の近接スイッチにおいては、図４に示すようなコイル５１に金属体５２が接近・離間するときの、距離により変化するコイルのコンダクタンス（Ｇcoil）の関係を利用している。金属体５２が検出コイル５１に接離するときのコイルのコンダクタンスＧcoilは、図５に示すように、検出コイル５１と金属体５２との距離ｄによって変わり、検出コイル５１と金属体５２との距離が増加するにつれて、Ｇcoilは減少する。検出コイル５１から金属体５２が離れていってｄ＝ｄ0の位置でのＧcoilが、発振回路の負性コンダクタンス|Gosc|に対して、Ｇcoil＝|Gosc|となると発振を開始し、検出コイル５１から金属体５２がさらに離れてｄ＞ｄ0であれば、発振を続ける。検出コイル５１に金属体５２が接近し、Ｇcoil＝|Gosc|になると発振を停止する。
【０００５】
通常、金属体と検出コイルとの距離が変わる際のＧcoilの変化を利用する無接点スイッチにおいては、図６に示すように、検出コイル５１に金属体５２が接近するときの発振を停止する距離ｄ1とそのときの発振回路の負性コンダクタンス|Gosc1|と、金属体５２が検出コイル５１から離れていくときの発振を開始する距離ｄ2とそのときの|Gosc2|にはそれぞれにヒステリシス（ずれ）ΔＸ、ΔＧを付けている。
【特許文献１】特開２０００−２３５８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記機械式検出スイッチでは、検出コイルの電極同士が接触して導通するようになっているため、電極同士の導通信頼性は接点の接触信頼性に完全に依存している。従って、（１）接点間に異物や水分が混入した場合に導通又は絶縁不良を起こす可能性がある等の水分やゴミの影響を受けやすい。（２）接点開閉回数が増大した場合に、ばねのへたり等があるので接触不良を起こす可能性があり、長期信頼性に欠ける。
【０００７】
また、共振回路を利用した近接スイッチにおいては、上記の機械式検出スイッチのような欠点はないが、チャタリング防止、外来ノイズの影響の低減、製品ばらつきの防止に大きな影響を有するずれ量（マージン（ΔＧ））の考慮が充分でなかった。また、図６に示すように、近接スイッチのオン／オフ位置のヒステリシス（ΔＸ）等、使い勝手をよくするような工夫に欠けていた。
【０００８】
すなわち、共振回路においては、チャタリング防止、ノイズの影響の低減、製品間ばらつきの防止等、発振回路の動作の安定性確保（誤作動防止）のために、ΔＧ（マージン、余裕度）を有することが必要である。
【０００９】
近接スイッチのオン／オフ位置のヒステリシス（ΔＸ）は、ユーザによっては、使い勝手の問題から、オン位置とオフ位置を同程度（無し）にしたいので、ΔＸはできるだけ小さくして欲しいという要請がある。しかし、従来の近接スイッチでは、速やかにオンして、その後オフするまでの距離を小さくすることを必要とするときでも、Ｘ−Ｇcoil曲線の勾配が小さいところで、ΔＸを小さくすることになるので、ΔＧも小さくなってしまった。発振回路の動作の安定性確保（誤作動防止）のためのΔＧは、ある程度大きくしなければならず、そのような場合にはΔＸも大きくなってしまい、使い勝手が悪いことがあった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、水分やゴミの影響を受け難い、長寿命で長期信頼性を確保できる検出スイッチを提供することを目的とする。また、他の目的は当然に長期信頼性を確保してオーバートラベルを可能とした検出スイッチを提供することを目的とする。さらに他の目的は発振回路の安定確保を図りつつ、オン／オフ位置のずれ量を適当に小さくして使い勝手のよい検出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】
【００１１】
請求項１に係る発明の検出スイッチは、上述のような目的を達成するために、検出コイルと、該検出コイルと共振用コンデンサで構成するＬＣ共振器と、該ＬＣ共振器を駆動する発振回路と、検出対象物に当接してその位置を伝達するレバー部材と、該レバー部材に固定されて前記検出コイルと相対的に変位する金属体と、前記レバー部材に固定され前記レバー部材を付勢するコイルばねを有し、該コイルばねは前記レバー部材が作動して圧縮された状態で環状電流が流れるようにされていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検出スイッチにおいて、前記コイルばねは複数巻きにされていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の検出スイッチにおいて、前記コイルばねは扁平な帯板状の金属材料から形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３記載の検出スイッチにおいて、前記コイルばねの素材表面が金めっきされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４記載の検出スイッチにおいて、前記コイルばねは前記検出コイルの外周を取り囲んで同軸に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし４記載の検出スイッチにおいて、前記検出コイルはその軸方向寸法より半径が大きく薄くされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６に記載の検出スイッチにおいて、前記検出コイルがパターンコイルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１に係る検出スイッチによれば、長寿命で長期信頼性が高く、且つオン／オフ位置のずれ量を小さくして発振回路の安定性を確保でき、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。金属体が検出コイルに対して接近すると、金属体に検出コイルの発振によって発生する交流磁界をうち消す方向に交流環状電流が流れ、検出コイルのコンダクタンスＧcoilは増加し、発振を停止する。また、コイルばねにも、コイルばねが開放している状態から徐々に圧縮され、コイルばねの隣接する素材が電気的に接続してループが形成されると、環状電流が流れる。すると、検出コイルの発振によって発生する交流磁界をうち消す方向に金属体及びコイルばねに交流環状電流が流れ、検出コイルのコンダクタンスＧcoilは急激に増加し、発振を停止する。
【００１９】
この金属体とコイルばねのそれぞれのコンダクタンスＧcoilを適宜に組み合わせることによって、Ｇcoilの変化を緩やかなものから急峻なものに変化する距離を任意に選択することができる。また、Ｇcoilが急峻になる結果、発振回路のコンダクタンスGoscのヒステリシスΔGが多少大きくても（小さすぎると回路が不安定になる）変位のヒステリシス（オン点、オフ点の距離）を小さくし得る。従って、Ｇcoilの急峻な変化を得ることができ、発振、発振停止のばらつきを小さくすることができると共に、金属体を検出コイルに対して変位させるので、ヒステリシスもある程度任意に持たせることができ、両者のかね合いを容易に選択できる。コイルばね圧縮時のばね素材間の電気的接続はコイルばねの１点でもよいので、検出精度の信頼性が高い。
【００２０】
更に、発振、発振停止のばらつきが小さくできることから、発振回路の安定性を確保でき、ヒステリシスもある程度任意に持たせることができ、オン／オフ位置のずれ量を適宜に選んで、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。また、発振回路は専用ＩＣを用いることが多く、その専用ＩＣの中でGoscのヒステリシスは固定値に決められていることが多いものであるが、本発明によれば、Ｇcoilの変位に対する変化を自由に設定することができるので、Goscのヒステリシスが固定値であっても自由に変位としてのヒステリシスを設けることができる。そのため、異なる品種の検出スイッチで単一種類の専用ＩＣを共用することも可能となる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、スイッチがオンしてからのオーバートラベルを容易に設定することができ、一層使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、コイルばねが環状電流を流す信頼性を増すことができる。よって、コイルばねが電気的なループを形成してからのＸ−Ｇcoil曲線のＧの変化を急峻にすることができ、オン／オフ位置の距離的なずれ量を小さくしても、チャタリング防止、ノイズの低減、製品のばらつきによる影響の防止を達成することができ、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、コイルばねが環状電流を流す信頼性を増すことができる。さらに、導通性がよくなることでループを形成してからのＸ−Ｇcoil曲線のＧの変化を急峻にすることができ、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、コイルばねがループを形成してからのＸ−Ｇcoil曲線のＧの変化を急峻にすることができ、容易に細長い検出スイッチを得ることができる。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、容易に薄型の検出スイッチを得ることができる。
【００２６】
請求項７に係る発明によれば、請求項１記載の検出スイッチの効果に加え、容易に安価に薄型の検出スイッチを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る検出スイッチの実施例を示す要部断面図、図２は本発明に係る検出スイッチのブロック図であり、図３はそのＸ−Ｇcoil曲線である。
【００２９】
本実施例の検出スイッチは、図１および図２に示すように、検出コイル１と、検出コイル１と共振用コンデンサ２で構成するＬＣ共振器と、このＬＣ共振器を駆動する発振回路３ａと、検出対象物の変位を伝達するレバー部材４と、レバー部材４に固定されて検出コイル１に対して相対的に変位する金属体５と、レバー部材４を検出コイル１から離れる方向に付勢するコイルばね６とを備える。また、検出スイッチは発振の状態を検出する信号処理回路３ｂを有しており、この信号処理回路３ｂからの信号に基づきＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する出力回路７を備えている。検出コイル１とレバー部材４と金属体５とコイルばね６とケース８とはスイッチ本体１１を構成している。
【００３０】
検出コイル１は、コイルボビン９に絶縁された導線が複数ターン巻回されて形成され、ケース８に収容され、ケース８の外部には露出しないようにされている。検出コイル１と共振用コンデンサ２とでＬＣ共振器を構成し、ＬＣ共振器は発振回路３ａにより付勢されている。発振回路３ａは、検出対象物（図示していない）の動きに対応した金属体５の接近・離間及びコイルばね６の接触・離間により変化する検出コイル１のコンダクタンス変化で発振状態か発振停止状態かのいずれかとなる。そして、信号処理回路３ｂは、発振の有無をＬＣ共振器の振幅や周波数を検出することで判定し、所定の信号を出力回路７に出力する。出力回路７は信号処理回路３ｂからの信号に基づき、所定のＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。このＯＮ／ＯＦＦ出力信号により、所定の位置に検出対象物があるか否かの検出がされる。
【００３１】
検出対象物の変位を伝達するレバー部材４には、金属体５及びコイルばね６が固定されている。レバー部材４の一端部４ａは棒状に形成され、他端部４ｂは盤状に形成され、スイッチ本体１１の軸方向に沿って動くようにされている。一端部４ａの先端部はケース８の外部に突出し、他端部はコイルばね６を固定してケース８内に水密に収容されている。レバー部材４は、コイルばね６によって検出コイル１から離れる方向に付勢されている。また、レバー部材４はコイルボビン９の下死点の固定部９ａに当接して移動を規制（停止）される。
【００３２】
金属体５は、検出コイル１の軸心部の空洞に入り込めるように空洞断面と断面が相似形に形成され、検出コイル１に対して相対的に変位できるようにレバー部材４に固定されている。検出コイル１が発振を停止した後も金属体５がコイル軸心に入り込んで移動することで、オーバートラベルさせることができる。金属体５の材料は特に限定されないが、導電性を有する銅、真鍮、純鉄、ステンレス等が使用される。
【００３３】
コイルばね６は、複数巻にされ、材料は特に限定されないが、導電性を有する銅、真鍮、鋼、ステンレス等が使用される。コイルばね６の素材の断面形状を扁平な帯板状（矩形）に形成すると、コイルの隣接する素材が１点ででも接触した場合の接触面積が大きくなり、コイルばね６が環状電流を流す信頼性を増すことができる。よって、コイルばね６に電気的ループを形成してからのＸ−Ｇcoil曲線のＧの変化が急峻になるので、信頼性を高くできる。その結果、発振のオン／オフ位置の距離的なずれ量を小さくしても、チャタリング防止、ノイズの低減、製品のばらつきによる影響の防止を高信頼性で達成することができ、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。その他、コイルばね６の素材の断面形状を楕円形、多角形としても、コイルばね６の接触の確実性が増して環状電流を流す信頼性を増すことができる。
【００３４】
また、コイルばね６の表面に金メッキ等導電性に優れた膜を形成することによっても、コイルばね６の接触の確実性が増して、Ｘ−Ｇcoil曲線のＧの変化を急峻にするように確実に調節することができ、使い勝手のよい検出スイッチを容易に設計できる。
【００３５】
ケース８は初めは分割されていて、検出コイル１を取り付け、コイルばね６を取り付けてレバー部材４を取り付けた後、底部ケース８ａと蓋部ケース８ｂを組み立てて一体化される。コイルボビン９は軸心部に金属体５、又はコイルばね６を軸心部に設ける場合はその巻外径より大きく形成された空洞が検出コイル１と同軸に設けられている。
【００３６】
上記のように構成した本実施例の検出スイッチの作動について、図により説明する。
【００３７】
先ず、検出対象物が検出スイッチに接近するとき、即ちＸが大きくなる変化をするとき（検出対象物が検出コイル１に近づく方向にＸをとっている（以下同じ））について説明する。
【００３８】
図示していない検出対象物がレバー部材４に当たり（Ｘ＝０）、コイルばね６の付勢力に逆らって図１の下方に移動して、レバー部材４がＸ＝XA2に移動したとすると、検出コイル１のコンダクタンスＧ値は、図３に示すＸ−Ｇcoil曲線に沿って、変化し、|Gosc2|となる。この場合、Ｇcoilの値は金属体５が検出コイル１に接近する値で変化するように金属体５とコイルばね６を設けている。さらにレバー部材４が移動してコイルばね６のいずれかの素材が隣接する素材に１点においてでも接触すると、ループが形成されてコイルばね６には環状電流が流れる。このようにコイルばね６が接触状態になると、交流環状電流が流れ、検出コイル１のコンダクタンスは急峻に増加する。このとき、ヒステリシスを設けているので、ＬＣ共振器は発振を続けている。さらに、レバー部材４が移動してＸ＝XA1に達したとすると、Ｇ値は|Gosc1|となり、ＬＣ共振器は発振を停止し、検出スイッチは所定の作動をする。本実施例においてＸ−Ｇcoil曲線を急峻に変化するようにしているので、|Gosc1|−|Gosc2|の値（ΔG）を大きくとっても、XA2−XA1の値（ΔＸ）は小さくて良い。これらコンダクタンス変化で発振回路３ａは発振状態か発振停止状態かのいずれかとなり、信号処理回路３ｂが発振の有無をＬＣ共振器の振幅や周波数を検出することで判定し、所定の信号を出力回路７に出力する。出力回路７は信号処理回路３ｂからの信号に基づき、所定のＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。さらに、レバー部材４がオーバートラベルで移動してその他端部４ｂの端面が下死点のボビンの端面９ａに当接して止まる。
【００３９】
次に、レバー部材４が下死点から移動してＸ＝０の位置にもどる場合、即ち検出対象物が検出スイッチから離れる方向に移動する場合について説明する。
【００４０】
レバー部材４が移動してＸ＝XA1になると、検出コイル１のＧ値は|Gosc1|となるが、ヒステリシスを設けているので、ＬＣ共振器は発振しない。さらに、レバー部材４が移動してコイルばね６のループが離れるが、金属体５による影響で発振は停止したままである。さらにバー部材４が移動してＸ＝XA2に達すると、Ｇ値は|Gosc2|となり、発振を開始し、検出スイッチが所定の作動をする。さらに、レバー部材４は移動して図１の上限の移動限界、Ｘ＝０に達して停止する。
【００４１】
つまり、先ず、Ｘが大きくなる変化をするとき、ＧcoilはＸの増加とともに少しずつ増加するが、コイルばね６が閉じるＸで飛躍的に増加する（環状電流がコイルばね６に流れるため）。次に、レバー部材４が下死点から移動してＸ＝０の位置にもどるときも、コイルばね６が開くＸでＧcoilは飛躍的に減少する。Ｇcoilが|Gosc1|、|Gosc2|になるＸの値をXA1、XA2と定義すると、XA1は発振が停止する変位、XA2は発振が開始する変位になる。XA1-XA2の値（ΔＸ）が距離のヒステリシスになるが、Ｇcoilの飛躍的な変化のため、ΔＸは非常に小さな値となる。
【００４２】
このように本実施例のように構成された検出スイッチによれば、機械式のように接点の接触によりＯＮ／ＯＦＦするものでないから、水分やゴミの影響を受け難くすることができ、長寿命で長期信頼性を高くすることができる。また、ヒステリシスを設けることにより、周囲ノイズの影響を受けにくくでき、一層正確に位置検出ができる検出スイッチを得ることができる。
【００４３】
なお、本発明においては、上述の例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、共振用コンデンサはボビン等のスイッチ本体を構成する部分に形成してもよいし、レバーの移動を規制する下死点は、係止部材を設ける等により定めてもよい。また、コイルばねの付勢方向は離れる方向に限られず、引っ張る方向に設けたものであってもよい。また、信号を出力する処理等のスイッチ本体以外の構成も上記実施例に限られず、検出コイルとコイルばねの素材の接触からの位置関係に基づく発振信号・振動信号を取り出して処理を行える信号処理回路で構成してもよい。
【００４４】
また、コイルばねを検出コイルの外周を取り囲んで同軸に配置してもよい。この場合、コイル線（検出コイル）と金属体（コイルばね）との距離を極めて小さく（原理的にはゼロまでにして、コイルボビンの巻部肉厚の制限を受けない）設計をし得るので、金属体とコイル線との磁気的結合が強くなり、金属体に大きな渦電流を流し得る。そのため、Ｇcoilの変化が急峻となる。また、このように、検出スイッチを構成すると、オーバートラベルを確実確保することができると共に、周囲のノイズの影響を減らすことができる。また、容易に細長い検出スイッチを得ることができる。
【００４５】
また、検出コイルの長さに対する外径の割合を大きくして薄い形状の検出スイッチとしてもよい。このような薄い形状の検出スイッチにしても、確実にＸ−Ｇcoil曲線を急峻にできるので、スイッチのオン／オフ位置のずれ量（ΔＸ）を小さくすることができる。したがって、小さいΔＸ間でもΔＧを大きくでき、周囲ノイズの影響を受けにくくでき、一層正確に位置検出ができる使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００４６】
また、検出コイルをプリント配線基板に形成されたパターンコイルとしてもよい。このような検出コイルを使用すると、検出コイルとコイルばねの距離を小さくできるので、大きいＧcoilの変化を得ることができるとともに、構成が簡単で安価にできる。この場合、コイル線（検出コイル）と金属体（コイルばね）との距離が極めて小さい（プリント配線基板のレジストの厚みまで小さくて、コイルボビンの鍔部肉厚の制限を受けなくなる）ので、金属体とコイル線との磁気的結合が強くなり、金属体に大きな渦電流を流し得る。そのため、Ｇcoilの変化が急峻となる。また、薄型の検出スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る検出スイッチの１実施例の要部断面図である。
【図２】そのブロック図である。
【図３】そのＸ−Ｇcoilの関係を示す図である。
【図４】従来例の検出スイッチの原理を説明する断面図である。
【図５】そのｄ−Ｇcoilの関係を示す図である。
【図６】従来例の検出スイッチのｄ−Ｇcoilの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  検出コイル
２  共振用コンデンサ
３ａ  発振回路
３ｂ  信号処理回路
４  レバー部材
５  金属体
６  コイルばね
７  出力回路
８  ケース
９  ボビン
１１  スイッチ本体
【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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