(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束発生源となる第１のコイルと、その磁束の影響で誘導出力を発生する第２のコイルとを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第２のコイルの誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、
前記第１のコイルを含んでＬＣ並列共振回路を構成し、
該ＬＣ並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、
該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第１のコイルの励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、
前記第１のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定した
金属板検知センサ
【請求項２】
磁束発生源となる第１のコイルと、その磁束の影響で誘導出力を発生する第２のコイルとを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第２のコイルの誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、
前記第１のコイルを含んでＬＣ並列共振回路を構成し、
該ＬＣ並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、
該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第１のコイルの励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、
前記第１のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の周期、又は該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の周期の整数倍＋半周期の時間幅に設定した
金属板検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、メダルやコインのように金属で板状に形成された金属板の存在を検知する場合に有効な金属板検知センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
上述の金属板の検知センサを構成するに、光電センサのように光を使用することが不適当と判断されたとき、２個のコイル間での金属の有無を検知する方式がある。
【０００３】
この２個のコイルを用いた検知センサの方式には、例えば、一般的な高周波発振形近接スイッチのコイルの１対を対向して配置した第１の方式や、コイル間の相互インダクタンスが、金属の接近で変化することを利用して検知する第２の方式や、定常発振させた一方のコイルの磁束を他方のコイルで受信し、金属がコイル間の磁束の送受を遮蔽する位置に存在したときに、受信コイルに発生する伝送（誘導）出力が変化することを利用し検知する第３の方式が挙げられる。
【０００４】
しかし、金属板の検知距離を拡大したい場合、上述の第１および第２の方式では、コイルのインピーダンス変化を利用して検知しているので、検知の対象となる金属に対して、その変化が最も効果的に得られる発振周波数や電流を特定の値に設定する必要があり、そのため、これらを変更するようなコイルの仕様の変更や電流の増加では、容易に検知距離を拡大することができない。
【０００５】
また、前述の第３の方式では、送信側のコイルの発生磁束を増大させれば、理論としては可能であるが、しかし、実質的には消費電力の増大につながり、現実に使用する装置に適応させることができず、実施不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、２個のコイルを用いた検知センサを構成する場合、受信感度が向上して検知距離の拡大が容易になし得る金属板検知センサの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、磁束発生源となる第１のコイル（送信コイル）と、その磁束の影響で誘導出力を発生する第２のコイル（受信コイル）とを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第２のコイル（受信コイル）の誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、前記第１のコイル（送信コイル）を含んでＬＣ並列共振回路を構成し、該ＬＣ並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第１のコイル（送信コイル）の励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、前記第１のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定したことを特徴とする。
【０００８】
さらに、この発明は、磁束発生源となる第１のコイル（送信コイル）と、その磁束の影響で誘導出力を発生する第２のコイル（受信コイル）とを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第２のコイル（受信コイル）の誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、前記第１のコイル（送信コイル）を含んでＬＣ並列共振回路を構成し、該ＬＣ並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第１のコイル（送信コイル）の励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、前記第１のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の周期、又は間欠信号の立ち下がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の周期の整数倍に半周期を加算した時間幅に設定したことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、第１のコイル（送信コイル）が間欠駆動されて励磁発振する磁束を第２のコイル（受信コイル）が直接受信したときの誘導出力を金属板無しの比較基準としたとき、金属板が磁束を遮断し、この遮断状態時の第２のコイル（受信コイル）の誘導出力が前述の比較基準の誘導出力より変化（例えば、小さい方向に変化）したときをもって金属板の存在が検知される。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、磁束発生源の第１のコイル（送信コイル）の励磁を間欠駆動すると、該コイルの励磁発振の立ち上がりおよび立ち下がりにおいて、急峻変化が発生し、第２のコイル（受信コイル）の誘導出力において、励磁発振の立ち上がりに対する誘導出力の立ち上がり、および励磁発振の立ち下がりに対する誘導出力の立ち上がりが、それぞれ大きくなり、これは第１および第２のコイル間に金属板が無いときの受信感度が上がって、磁束の送受信の余裕度が向上したことになり、その受信感度が上がって磁束の送受信の余裕度が向上した分、検出距離（＝コイル間距離）を拡大することができる。
【００１１】
さらに、磁束発生源の第１のコイル（送信コイル）の駆動は間欠駆動、すなわち間欠信号（パルス信号）が立ち上がっているときのみ電流が供給されて、定常発振のように常時電流を供給して駆動していないので、センサとして消費電流が少なくて済む。
【００１２】
さらに、第１のコイル（送信コイル）を間欠駆動する電気的エネルギー供給源を定電流源にすることにより、発振振幅の最大値を電源電圧の影響によらず、大きく変化させることができ、この大きな変化によって、受信側の第２のコイル（受信コイル）の受信感度が上がって磁束の送受信の余裕度が向上する。
【００１３】
また、定電流源の電流値を調整操作するので、容易に発振振幅を調整することができ、検知の感度や検出距離の調整が容易になし得る。
【００１４】
さらに、前記第１のコイルを間欠駆動する間欠信号幅（パルス幅）を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第２のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定すると、例えば、周期の整数倍に半周期を加算した時間に設定すると、第２のコイル（受信コイル）では、上述の間欠信号（パルス信号）の立ち上がりで生じる受信波形と、該間欠信号（パルス信号）の立ち下がりで生じる受信波形との位相が一致するので、重畳合成された合成波（合成誘導出力）は最大の振幅をもち、この最大の振幅によって、受信側の第２のコイル（受信コイル）の受信感度が一層上がって磁束の送受信の余裕度が向上し、検出距離の長距離化が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例を以下図面と共に説明する。
【００１６】
図面は金属板検知センサを示し、図１において、金属板検知センサ１０は、合成樹脂でコの字形に形成されたホルダ１１の相対向する２辺の突出辺１２，１２内のそれぞれに、所定間隔を隔てて相対向するように送信コイル１３と、受信コイル１４とを収納し、これら両コイル１３，１４の間に被検知物の金属板であるコイン１５が通過し得るように構成している。
【００１７】
上述の送信コイル１３は間欠的に励磁発振して、その磁束を受信コイル１４が受信するように対向し、前述のコイン１５がこの磁束を遮断することにより、コイン１５の存在を検知するように構成している。
【００１８】
図２は、金属板検知センサ１０の回路ブロック図を示し、送信回路部２１は詳細を後述するが、送信コイル１３を所定の時間幅のパルス信号で間欠駆動し、受信回路部２２は、送信コイル１３の磁束の影響で受信コイル１４に発生した誘導出力を取出し、積分回路部２３は前段の誘導出力を検波積分し、比較回路部２４はコイン（金属板）１５の存在有無を判定するために予め設定した電圧レベルと、前段の積分電圧値とを比較し、比較の結果コイン１５の存在を判定したときは出力回路部２５からコイン検知信号を出力する。
【００１９】
なお、上述の比較判定は、送信コイル１３側が間欠送信であるため、その間欠周期の出力に対応して（同期して）実行する。また、１個のコイン１５の通過を検知するに当たっては、間欠周期の１回または複数回の判定処理の結果で行う。
【００２０】
図３は、前述の送信回路部２１を示し、該送信回路部２１は送信コイル１３に電源電圧を印加する直流電源３１と、定電流を供給する定電流源（定電流電源）３２と、これらの直流電源３１および定電流源３２の供給を間欠的に駆動するスイッチングトランジスタ３３と、該トランジスタ３３を間欠的に駆動するために所定の幅で所定の周期で間欠波（パルス信号）を発生する間欠波発生器３４とで構成している。図中、Ｒは抵抗、Ｃはコンデンサである。
【００２１】
このように構成した送信回路部２１は、間欠波発生器３４で発生した間欠波信号、すなわち、パルス信号でトランジスタ３３を所定の周期でスイッチング駆動（電気的に接続・非接続の駆動）すると、送信コイル１３は間欠して励磁発振して、間欠した磁束を発生する。
【００２２】
前述のスイッチングトランジスタ３３がスイッチング動作することにより次ぎの動作が生じる。
【００２３】
すなわち、図４に示すように、送信コイル１３が間欠駆動したときの１つのパルス信号（間欠波信号）で駆動されて励磁発振したとき、受信コイル１４では、パルス信号で励磁された磁束の影響で誘導出力が発生するが、この出力は、励磁した磁束の立ち上がり、および立ち下がりの変化点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４で急峻変化が生じて、その変化点で大きな誘導出力が発生する（大きなピーク値をもった振幅の発生）。
【００２４】
すなわち、第１の特徴として、送信コイル１３の間欠駆動で、受信コイル１４側に磁束の立ち上がりおよび立ち下がりの変化点に対応して、大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる。
【００２５】
さらに、図４におけるパルスの変化点Ｔ３，Ｔ４において、変化点Ｔ３によって発生した誘導出力の出力残存部に変化点Ｔ４によって発生した誘導出力が重畳されると、さらに大きな誘導出力を得ることができる（大きなピーク値を持った振幅の発生）。
【００２６】
すなわち、図５にも示すように、パルスＯＮで立ち上がった変化点ではプラス（＋）の方向に誘導出力が発生する（図５，ａ，ｂ）。また、パルスＯＦＦで立ち下がった変化点てはマイナス（−）の方向に誘導出力が発生し（図５，ｃ，ｄ）、１８０度の位相（周期）のずれを持っていることを利用して、パルスの立ち上がりによって発生した誘導出力の波形がマイナス（−）の方向に変化するタイミングでパルスを立ち下げて、立ち下がりにより発生する誘導出力を、立ち上がりにより発生した誘導出力に重畳させることにより、より大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる（図５，ｅ，ｆ）。
【００２７】
勿論、上述のパルス信号幅は、受信コイル１４の特性と共振容量で決定される発振周期の０．５倍、１．５倍，２．５倍のように、発振周期の整数倍に半周期を加算（整数倍＋半周期）した時間に設定してもよく、また、正確に半周期をずらさなくとも、振幅が増加する方向に重畳する幅に設定してもよい。
【００２８】
すなわち、第２の特徴として、送信コイル１３を間欠駆動するパルス信号幅を、受信コイル１４側の発振周期の振幅が増加する方向に重畳合成する信号幅に設定することによって、より大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる。
【００２９】
図６は、前述の図３で説明した送信コイル１３側と受信コイル１４側の出力波形を示し、間欠波発生器３４のパルス信号（間欠信号波）の幅は、前述したように、受信側の発振波形の位相（周期）に１８０度（半周期）ずれが発生する幅（時間幅）に設定して、所定の周期で発振しており（図６，ａ）、該パルス信号でトランジスタをスイッチング動作して送信コイル１３を励磁発振させると、この発振信号波形は、重畳合成波となって（図６，ｂ）、極めて高いピーク値を持った振幅で発振する。
【００３０】
このような励磁発振された磁束を受信する受信コイル１４側では、上述の極めて高いピーク値をもった誘導出力波形を得ることができ（図６，ｃ）、このことは送信側の励磁発振を感度よく受信していることになり、その結果、受信感度が必要最小限の感度から最高感度までの感度範囲が拡大できて、受信範囲の余裕度が向上して受信範囲の拡大が可能となり、よって、送信コイル１３と受信コイル１４との距離を拡大することができる。
【００３１】
さらに、前述の定電流源３２の設定電流値を高くすると、直流電源３１の電源電圧の影響によらず、受信コイル１４の誘導出力のピーク値を高くすることができ、受信コイル１４の受信感度を上げることができ、これによっても、受信範囲の余裕度が向上し、検出距離を拡大することができるようになる。
【００３２】
次ぎに実験例を説明する。
【００３３】
被検知金属板として、１０mm×１０mm×１mmの大きさの鉄片を、コイル径φ４mmのコイルを使用して検知した実験例であって、
この発明の第１の実験例は、定電流源３２を使用しないで送信コイル１３を間欠駆動した場合、
この発明の第２の実験例は、定電流源３２を使用して送信コイル１３を間欠駆動した場合、
従来技術１は、送信コイルを正弦波の交番信号で駆動して定常発振させた場合、
従来技術２は、周知の近接センサで構成した場合を示す。
【００３４】
これらの実験例において、第１の実験例、第２の実験例、および従来技術１はコイルに流れる回路電流を同等に設定している。また、近接センサでは、上述の被検知金属板の鉄片を、コイル径φ４mmのコイルで検知するに最も適応した発振周波数および回路電流に設定している。
【００３５】
その結果、下記の検出距離を確認することができた。
【００３６】
この発明の第１の実験例の場合、２〜３mm
この発明の第２の実験例の場合、４〜５mm
従来技術１、                  １mm以下
従来技術２、                  １．５〜２mm
である。
【００３７】
上述の実験例で明らかなように、第１の実施例である送信コイル１３を定電流源３２を用いることなく間欠波で励磁発振させた例でも、従来技術１の定常発振例の２倍から３倍の検出距離が得られ、また、従来技術２の近接センサ例よりも２倍の検出距離が得られ、定電流源３２を用いなくても効果のあることが確認できた。
【００３８】
さらに、第２のｄ実施例である定電流源３２を用いて間欠波で励磁発振させた例では、従来技術１の定常発振例の４倍から５倍の検出距離が得られ、また、従来技術２の近接センサ例よりも３倍の検出距離が得られ、定電流源３２を用いることによって、顕著な効果があることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金属板検知センサの斜視図。
【図２】  金属板検知センサの回路ブロック図。
【図３】  送信側の回路ブロック図。
【図４】  発振波形の説明図。
【図５】  パルスと発振波形との関係を示す説明図。
【図６】  送信回路部および受信回路部の出力波形の説明図。
【符号の説明】
１０…金属板検知センサ
１３…送信コイル
１４…受信コイル
１５…コイン
２１…送信回路部
２２…受信回路部
３２…定電流源
３３…スイッチングトランジスタ
３４…間欠波発生器
【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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