(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と、レバー部材４を付勢するばね６とを備える。金属体５は検出コイル１の軸心に沿って移動してＬＣ共振器を発振させたり発振を停止させたりするように設けられた。【選択図】        図５
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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、検出対象物の変位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に対して相対的に変位する金属体と、前記レバー部材を付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする検出スイッチ。
【請求項２】
前記金属体は前記検出コイルの軸心に沿って移動し、前記レバー部材が固定位置に達した位置において前記検出コイルの一方の面から内部に入り込んで位置するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の検出スイッチ。
【請求項３】
前記金属体を筒状に形成し、且つ前記検出コイルの外周部を包囲するように設けたことを特徴とする請求項１または２記載の検出スイッチ。
【請求項４】
前記金属体を真鍮で形成したことを特徴とする請求項３記載の検出スイッチ。
【請求項５】
前記金属体の外周面を包囲するシールド部材を前記金属体の運動方向に沿って設けた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。
【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共振式スイッチがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この種の共振スイッチにおいては、図９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１０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１１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共振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１１に示すように、共振スイッチのオン／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】
共振式スイッチのオン／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、従来の共振式スイッチでは、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には、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も大きくしなければならず、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、検出対象物の変位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に対して相対的に変位する金属体と、前記レバー部材を付勢する付勢手段とを備え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、前記金属体は前記検出コイルの軸心に沿って移動し、前記レバー部材が固定位置に達した位置において前記検出コイルの一方の面から内部に入り込んで位置するように設けたことを特徴とする。
【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、前記金属体を筒状に形成し、且つ前記検出コイルの外周部を包囲するように設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の検出スイッチにおいて、前記金属体を真鍮で形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４に記載の検出スイッチにおいて、前記金属体の外周面を包囲するシールド部材を前記金属体の運動方向に沿って設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
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の高い検出スイッチを得ることができる。
【００１７】
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所要の値に設定することが容易にでき、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、請求項２記載の検出スイッチの効果に加え、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。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、請求項２記載の検出スイッチの効果に加え、さらに、Ｘ−Ｇcoil曲線のＧの変化を急峻にすることができ、オン／オフ位置のずれ量を小さくすることができ、使い勝手のよい検出スイッチを得ることができる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、請求項４記載の検出スイッチの効果に加え、周囲金属が検出位置に及ぼす影響をきわめて小さくでき、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る検出スイッチの第１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。
【００２３】
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３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に対して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、検出対象物が離れているときにレバー部材４を検出コイル１から離れる方向に押しつける付勢手段であるばね６とを備える。また、検出スイッチはＦ／Ｖ変換器７、比較器８等を備える信号処理回路を有している。検出コイル１とレバー部材４と金属体５とばね６とケース９とはスイッチ本体１０を構成している。
【００２４】
検出コイル１は、ボビン１１に複数ターン巻回されて形成され、ケース９に収容され、ケース９の外部には露出しないようにされている。そして、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、検出コイル１に接近、離間する金属体５により検出コイル１の損出抵抗およびインダクタンスが変化し、ＬＣ共振器の発振周波数を変化させる。
【００２５】
発振回路３は、ＬＣ共振器を駆動し、ＬＣ共振器の発振の有無を振幅や周波数を検出して判定し、所定の出力信号をＦ／Ｖ変換器７に出力する。そして、Ｆ／Ｖ変換器７で変換された信号は、比較器８に出力され、比較器８において基準値と比較される。比較器８から基準値との比較により、ＯＮ／ＯＦＦの出力信号が出力され、このＯＮ／ＯＦＦの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。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が固定されている。
【００２６】
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１０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９の外部に突出し、他端部は金属体５を固定してケース９内に水密に収容されている。レバー部材４の他端部４ｂにばね６の一端が設けられ、ばね６によってレバー部材４は検出コイル１から離れる方向に付勢されている。また、レバー部材４はボビン１１の固定部１１ａに当接して移動を規制（停止）されるようにされている。
【００２７】
金属体５は、本実施例においては、導電性を有する銅、真鍮、純鉄、ステンレス等が使用され、特に限定されない。ケース９は初めは分割されていて、組み立てられて一体化する。
【００２８】
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。
【００２９】
先ず、検出対象物が検出スイッチ１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。図示していない検出対象物がレバー部材４に当たり、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＝０からＸ＝XA2に移動したとすると、検出コイル１の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、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する。これら振動の変化および振動停止を発振回路３で受けて、その変化の信号をＦ／Ｖ変換器７に出力する。発振回路３からの信号はＦ／Ｖ変換器７で変換されて比較器８に出力され、比較器８で基準値Ｂ1又はＢ2と比較され、基準値に適合したと判定されると、所定のＯＮ又はＯＦＦの信号が比較器８から出力される。さらに、レバー部材４が移動して固定部であるボビンの端面１１ａにまで移動して止まる（以下、このレバー部材４が固定位置に達した位置を下死点という）。
【００３０】
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。レバー部材４がＸ＝XA1に移動して、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Ｘ＝XA2に達すると、Ｇ値はＧosc2となり、発振を開始する。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。これら振動の開始および振動の変化を発振回路３、Ｆ／Ｖ変換器７、比較器８等の信号処理回路に出力される。これらの信号処理回路で最終的に基準値と比較され、基準値に適合したと判定されると、所定のＯＮ又はＯＦＦの信号が出力される。
【００３１】
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。
【００３２】
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、コイルの移動を規制する方法としては、係止部材を設ける等により移動を止めるようにしてもよい。また、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、信号処理回路等のスイッチ本体以外の構成も上記実施例に限られず、検出コイルと金属体と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。
【００３３】
図４は、本発明に係る検出スイッチの第２の実施例を示す要部断面図である。本実施例の検出スイッチはオーバートラベルを確実に取ることができるようにした。
【００３４】
本実施例の検出スイッチにおいて、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
本実施例の検出コイル１の軸心部は金属体５が入り込めるように、少なくとも一端部（図４では上部）は空洞にされている。金属体１２は、少なくともその先端部が検出コイル１の内部に入り込めるように、その横断面が検出コイル１の空洞部の横断面より小さく形成され、検出コイル１と同軸に設けられている。また、ばね６としては、コイルばねが用いられ、その直径は金属体１２が中心部を挿通できる大きさとされ、検出コイル１と同軸に設けられている。そして、レバー部材４が移動してＸ＝XA1に達してＬＣ共振器が発振を停止した後も、オーバートラベルとしてレバー部材４は移動し、レバー部材４の下死点を決めるボビンの端面１１ａ又はばね６の圧縮できる限界等の固定点まで移動して止まるようにされている。この下死点においても、金属体１２は、少なくともその先端部は検出コイル１の空洞部に進入した状態でも検出コイル１部分には接触しないようにされている。このように、金属体１２は検出コイル１の軸心に沿って検出コイル１内部まで入り込んで、金属体１２の先端部以外の部分が固定部に当接してレバー部材４の移動が止められるまで、オーバートラベル状態で移動するようにされている。
【００３６】
本実施例のように構成すると、発振が停止し、検出対象物を検知してからも、レバー部材４および金属体１２は移動、即ちオーバートラベルすることができ、使い勝手がよくなる。
【００３７】
図５および図６は、本発明に係る検出スイッチの第３の実施例を説明するための図で、図５はその要部断面図、図６はそのＸ−Ｇcoil特性を示す図である。
【００３８】
本実施例の検出スイッチにおいて、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
本実施例の金属体１３は、筒状に形成され、検出コイル１の外周面を包囲して移動できるように検出コイル１と同軸に、外周面を囲んで設けられている。レバー部材４の一端部４ａは棒状に形成され、その先端部はケース９の外部に突出し、他端部４ｂは有底筒状に形成されている。他端部４ｂは金属体５を固定してケース９内に水密に収容され、ばね６の一端に接してばね６によって検出コイル１から一端部４ａが離れる方向に付勢されている。そして、検出対象物が一端部４ａに当接して移動する動きに連れてスイッチ本体１０の軸方向に沿って動くようにされている。また、ばね６は検出コイル１の周りにこれと同軸に配置されている。金属体１３は、ボビン１１の端面１１ａ又はストッパ部材にレバー部材４又は金属体１３自身が当接して移動が規制されるようにされている。
【００４０】
本実施例のように金属体１３が検出コイル１の周囲を囲んで移動するように構成すると、図６に示すように、金属体１３の移動距離Ｘが小さい位置においても、Ｘ−Ｇcoil曲線を急峻にすることができる。即ち、ΔＸが小さい範囲でΔＧ＝Ｇosc1−Ｇosc2を大きくすることができる。このように構成した本実施例の検出スイッチは、レバー部材４＝金属体１３がＸ＝０から移動してＸ＝XA2に達してＧcoil＝Ｇosc2になってもＬＣ共振器は発振を停止しない。さらに、レバー部材４が移動してＸ＝XA1に達してＧcoil＝Ｇosc1になってＬＣ共振器が発振を停止し、さらにレバー部材４は移動して下死点で移動を止められる。
【００４１】
逆にレバー部材４が下死点から離れる方向、検出対称物が検出コイル１から離れる方向、に移動する場合、レバー部材４が移動してＸ＝XA1に達してもＬＣ共振器は発振を開始せず停止した状態を維持する。さらに、レバー部材４が離れる方向に移動してＸ＝XA2に達してＧcoil＝Ｇosc2になってＬＣ共振器が発振を開始する。
【００４２】
このように、本実施例の検出スイッチによれば、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、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。
【００４３】
なお、金属体１３は、図５においては有底の例で示しているが、本発明ではこの図の例に限られず、底のない形状であってもよい。
【００４４】
また、金属体１３として各種の材料で形成してＧcoilの値を測定し、Ｇcoilの急峻さを表すＧmax／Ｇminを求めた。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2007005204.tif 000003
【００４６】
表１から明らかなように、金属体を真鍮とすることがＧmax／Ｇminが大きく取れるので好ましい。通常なれば、電気抵抗の小さい材料ほど渦電流が多く流れ、結果的にＧcoilが大きくなるため、銅系材料の方が鉄系材料よりもＧmax／Ｇminが大きくなるものと考えられる。この考えからすると、ＳＵＳ４３０、純鉄、真鍮、銅では、この順にＧmax／Ｇminが大きくなるものと予測されるが、表１に示すように、真鍮の方が銅よりもＧmax／Ｇminが大きくなることが実験的に見出されたものである。
【００４７】
図７および図８は、本発明に係る検出スイッチの第４の実施例を説明するための図で、図７はその要部断面図、図８はその分解斜視図である。
【００４８】
本実施例の検出スイッチにおいて、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
本実施例の金属体１４は、検出コイル１とばね６の外周を取り囲んで軸方向に移動できるよう筒状に形成されている。金属体１４の材質としては、上記第３の実施例と同様に真鍮とすることが特に好ましい。
【００５０】
レバー部材４は、特に限定されないが、その他端部４ｂが筒状の形状をなし、その一端側の解放端部の内周に金属体５を嵌め込んだように固着している。
【００５１】
ばね６は、金属体１４の内部で金属体１４と同軸に、検出コイル１の端部に一端部が当接して配置されている。また、金属体１４の外周にはシール部材１５が設けられている。
【００５２】
シール部材１５は、ケース９の内壁に沿って設けられている。ケース９は覆い部９ａと底部９ｂに分割され、覆い部９ａの露出開口からレバー歩の一端部を突出させるようにしている。シール部材１５としては、電気伝導度の高い銅、銀等等の金属が用いられ、筒状に形成され、金属体１４の外周面を包囲するように設けられている。
【００５３】
本実施例のように構成した検出スイッチによれば、検出スイッチ周囲の金属が検出位置に及ぼす影響を極めて小さくすることができ、電磁界ノイズに対して検出スイッチを強くしてその影響をなくすことができる。また、本実施例のように構成した検出スイッチによれば、金属体１４とシール部材１５の配置の位置を適当に選択することによって、上述した実施例の動作と異なった、レバー部材４がＸ＝０において発振を停止した状態から移動して発振を始めるような設定とすることができる。
【００５４】
なお、上記各実施例では、レバー部材４を押し込んだ際に金属体５と検出コイル１とが近接するものであったが、本発明においては、レバー部材４に固定された金属体５が検出コイル１に対して相対的に変位すればよいものであり、例えば、前記とは逆に、フリー状態で金属体５と検出コイル１とが近接するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る検出スイッチの第１の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】本発明に係る検出スイッチの第２の実施例の要部断面図である。
【図５】本発明に係る検出スイッチの第３の実施例の要部断面図である。
【図６】そのＸ−Ｇcoilの関係を示す図である。
【図７】本発明に係る検出スイッチの第４の実施例の要部断面図である。
【図８】その分解斜視図である。
【図９】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１０】そのｄ−Ｇcoilの関係を示す図である。
【図１１】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】
【００５６】
１  検出コイル
２  共振用コンデンサ
３  発振回路
４  レバー部材
５  金属体
６  ばね
９  ケース
１０  スイッチ本体
１１  ボビン
１２、１３，１４  金属体
１５  シール部材
【図１】
2007005204.tif 000004
【図２】
2007005204.tif 000005
【図３】
2007005204.tif 000006
【図４】
2007005204.tif 000007
【図５】
2007005204.tif 000008
【図６】
2007005204.tif 000009
【図７】
2007005204.tif 000010
【図８】
2007005204.tif 000011
【図９】
2007005204.tif 000012
【図１０】
2007005204.tif 000013
【図１１】
2007005204.tif 000014