【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコイルの断線による異常検知機能を有する高周波発振型の近接スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来高周波発振型の近接スイッチは例えば図６（ａ）にその断面図を示すように、円筒形のケース１の一端を検出面１ａとしており、検出面内側にフェライトコア２が取付けられる。 フェライトコア２の環状溝内に検出コイル３が取付けられる。 そしてこの検出コイル３を含む共振回路の共振周波数で発振する発振回路と、その発振レベルの低下又は周波数の変化を検知する検知回路部から成る電子回路がプリント基板４上に実装されて構成されている。 ケース１の空隙部には充填樹脂５が充填される。 ここで検出コイル３は被覆された複数の素線（ 0.1mmφ以下の銅線）が複数本撚り合わせたリッツ線が用いられる。

【０００３】発振振幅を検出する近接スイッチにおいては、図７（ａ）に示すように検出コイルの等価回路において並列共振回路のアドミタンスＹは次式で示される。 Ｙ＝（Ｃ・ｒ）／Ｌ ここでｒはコイル線の導体抵抗にほぼ等しい。 金属物体が接近すればコイルの損失ｒが増加しアドミタンスＹが増加するため、これによって金属物体の接近が検出できる。 このアドミタンスの実数部であるコンダクタンスｇ
と物体までの距離の関係は図７（ｂ）の曲線Ａで示される。

【０００４】又発振回路の周波数変化によって物体の近接を検出する近接スイッチも知られている。 図８（ａ）
はこの発振回路の一例を示す回路図である。 本図においてトランジスタＱ１のコレクタと電源端間には発振コイルＬ及びコンデンサＣ１１，Ｃ１２の直列接続体が並列接続されており、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の中点がトランジスタＱ１のエミッタ側にフィードバックされる。
又トランジスタＱ１のベースには抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧回路が接続され、バイアス電流が供給される。 ここで検出コイルＬはインダクタンスをＬ１，直流抵抗をｒ
１とする。 そして検出コイルに物体が近接したとき図８
（ｂ）に示すように物体が等価的にコイルＬ２と直流抵抗ｒ２で示すことができる。 ここで相互コンダクタンスをＭとすれば、発振コイルの両端から見たインピーダンスは図８（ａ）に示すようにＲｘ，Ｌｘを用いて表すことができる。 そして検出物体のうち磁性体金属、例えば鉄が接近した場合には、検出コイルの抵抗とインダクタンスの変化は、Ｒｘ（鉄）＞Ｒｘ，Ｌｘ（鉄）＞Ｌｘとなり、検出物体なしの状態と比べて発振周波数は低下し振幅は減少する。 又非磁性金属、例えばアルミニウムが近接した場合には、検出コイルの抵抗，インダクタンス変化はＲｘ（Ａｌ）≒Ｒｘ，Ｌｘ（Ａｌ）＜Ｌｘとなる。 これによって検出物体がない状態と比べて発振周波数は上昇し発振振幅は変化しないこととなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに従来の高周波発振型近接スイッチは、工場の組立搬送ライン等において金属体の到来を検出するために用いられることが多い。 そのため検出物体６の可動領域と検出ヘッドのクリアランスが充分確保されていなかったり、検出物体６の領域がぶれる場合には、検出物体６がケースの検出面に接近して接触する恐れがある。 又アルミニウム切削機に取付けられている場合には、切削されたアルミニウムの切粉が近接スイッチの検出面上に堆積していき、検出物体６の通過毎に切粉が検出面にこすりつけられる。 従って図６（ｂ）に示すようにケースの一部が欠落してコイル３が断線することがある。 又近接スイッチの使用環境は過酷であり、例えば周囲温度−25℃〜70℃の程度の広範囲で使用されることが多い。 又熱を持った油が直接近接スイッチにかかるような場所で使用されることがある。 そのため図６に示すように充填樹脂５をケース１内に充填しているが、この樹脂の膨張，収縮によるストレスがコイル巻線部に加わる。 従って検出コイル３のリッツ線が部分的に断線することがある。 図７（ｂ）の曲線において、コイル線の１本の素線が断線すれば、曲線Ａ
から例えば曲線Ｂのように変化する。 又更に断線本数が増加すれば、曲線Ｃに示すようにコンダクタンスが徐々に上昇するように変化する。 図７（ｃ）はコイル素線数に対する導体抵抗の変化を示すグラフである。 従っていずれは断線本数の増加により検出物体が接近しなくても発振が停止し、物体検知信号が連続的に出力されることとなる。

【０００６】更に周波数検知型の発振回路においてもコイル素線の一部が断線した場合には、コイルの抵抗成分Ｒｘが元のＲｘより高くなる。 従って検出物体がない状態と比べて発振周波数が上昇し振幅は減少する。 このため断線が生じることによって検出物体がないにもかかわらず発振周波数が上昇し、金属物体を検出した信号が出力される恐れがある。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、コイル素線が部分的に断線した場合にその予知信号を得ることができるようにすることを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明は、複数の被覆されたコイル素線を撚り合わせて構成されるコイルを含む発振回路を有し、発振回路の発振出力の変化に基づいて物体を検出する近接スイッチであって、発振回路の発振停止時におけるコイルの直流抵抗の変化に基づいて撚り線の部分断線を検出することを特徴とするものである。

【０００９】本願の請求項２の発明は、複数の被覆されたコイル素線を撚り合わせて構成されるコイルを含む発振回路と、所定の間隔で発振回路を駆動する間欠発振制御回路と、間欠発振毎に発振回路の出力パルス数を計数する計数回路と、を有する近接スイッチであって、間欠発振制御回路の制御信号が与えられ、発振回路の発振停止時に検出コイルの電圧レベルを検出する断線検出部を具備し、断線検出部の出力に基づいて発振コイルの部分断線を検知することを特徴とするものである。

【００１０】本願の請求項３の発明では、発振回路は、
第１の抵抗と第１のコンデンサの直列接続体、第１のコンデンサに並列に接続された検出コイル及び第２のコンデンサの直列接続体、第２のコンデンサに並列に接続された第２の抵抗、一方の入力端に発振制御信号が与えられ、他方の入力端に検出コイルと第２のコンデンサの接続点が接続され出力端が第１の抵抗に接続された論理回路を有し、論理回路の出力側が計数回路の入力端に、検出コイルの一端が断線検出部の入力端に接続されたことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、発振の停止時にコイルの直流抵抗に基づいて断線を検出している。 又本願の請求項２の発明では、発振回路を間欠発振制御回路によって間欠的に発振させている。 そしてその発振をしている間のパルス数を計数して物体の有無を識別している。 発振の停止の間には検出コイルに直流電圧が加わっているだけであり、その電圧レベルは検出コイルの直流抵抗によって変化するため、電圧を検出して断線を検出するようにしている。 更に本願の請求項３の発明では、発振回路は論理回路の出力側にＣＲ素子を接続し、そのコンデンサに並列に更にＬＣ素子を接続することによって論理回路の入力に与えられる論理レベルによって発振を制御している。 この場合に発振停止時には論理回路の出力側のＨレベルとなるため、発振コイルの一端の電圧を検出することによってその直流抵抗群、即ち断線の有無を判別できることとなる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例による近接スイッチの全体構成を示すブロック図である。 本図において電源端子１０には定電圧回路１１が接続される。 定電圧回路１１は安定化された一定の電圧Ｖｓを各部に供給するものである。 この電圧は図示のように基準クロック発生回路１２，間欠パルス発振回路１３，間欠発振制御回路１
４，タイミング信号発生回路１５に与えられる。 又この基準電圧は発振回路１６にも与えられている。 基準クロック発生回路１２は一定周期の基準クロックを発生するものであり、間欠パルス発振回路１３はこの信号に基づいて間欠パルスを発生するものであって、その出力は間欠発振制御回路１４に与えられる。 間欠発振制御回路１
４は発振回路１６での間欠発振を制御するものである。
発振回路１６は発振コイルＬを有し、間欠発振制御に基づいて間欠的に発振する回路であって、そのデジタル出力は計数回路１７に与えられる。 計数回路１７は間欠発振制御信号をゲート信号として発振回路１６の発振パルス数を計数するものであり、そのゲート信号の間のパルス数によって周波数が計測される。 そしてその出力は比較回路１８に与えられる。 比較回路１８は所定の閾値で計数値を弁別するものであって、所定計数値を越える計数出力が得られた場合にはラッチ回路１９に出力を与える。 ラッチ回路１９はタイミング信号発生回路の出力に基づいて信号を保持するものであり、保持信号は出力回路２０を介して物体検知信号として出力される。

【００１３】さて本実施例では発振回路１６の発振コイルＬにかかる直流電圧が診断検出部２１に与えられる。
診断検出部２１には間欠発振制御回路１４の間欠発振制御信号を反転した出力が与えられており、この出力が与えられている間、即ち発振停止中の発振コイルの直流電圧が比較回路２２の閾値と比較される。 そしてこの閾値を越える信号が得られた場合には、ラッチ回路２３によって保持される。 ラッチ回路２３の保持信号は断線診断出力回路２４を介して外部に断線検知信号として出力される。

【００１４】図２は本実施例の発振回路１６の構成を示す回路図である。 本図においてナンド回路３１は一方の入力端に間欠発振制御回路１４から間欠発振制御信号が与えられている。 そしてその出力端は抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１の直列接続体を介して接地され、その中点が発振コイルＬとコンデンサＣ２を介して接地される。 又コンデンサＣ２に並列に抵抗Ｒ２が接続されている。 ここでアンド回路３１は発振回路の発振用増幅器であり、増幅率を「１」以上にしておけば間欠発振制御信号ａがＨ
レベルの時に正弦波で発振する。 この発振周波数は発振コイルＬの近傍に他の金属体があれば、その距離に応じて発振周波数が変化するものである。 そしてナンド回路３１の出力側には方形波の発振出力が得られるため、これを計数回路１７に与えており、発振コイルＬと抵抗Ｒ
１の共通接続端には発振コイルＬの直流電圧に対応した電圧レベルが得られるため、この出力が比較回路２２に与えられる。

【００１５】次に本実施例の動作について説明する。 図３は本実施例の各部の波形を示すタイムチャートである。 この近接スイッチが動作を開始すると、まず基準クロック発生回路１２からの出力によって間欠パルス発振回路１３より間欠パルスが発振される。 従って間欠発振制御回路１４より図３（ｂ）に示すような間欠発振制御信号が出力される。 この信号は同時に計数回路１７への基準ゲート信号となっている。 そして図３（ａ）に示すように物体がなければ発振回路１６は一定の周波数、例えば図３（ｃ）に示すように５つのパルスを計数しているものとする。 この計数出力は比較回路１８によって比較される。 ここで閾値を例えば７としておけば計数出力はこの値以下であるため、ラッチ回路１９にはＬが出力される。 この信号が図３（ｆ）に示すようにラッチタイミング信号によって保持され、その後計数回路１７の計数値が図３（ｅ）に示すリセット信号によってリセットされる。

【００１６】さて時刻t ₁には非磁性金属であるアルミニウムが検出コイルの近傍に接近していたものとする。 そうすれば前述したように発振周波数が上昇するため、計数回路１７に入力されるパルス数は例えば図３（ｃ）に示すように７又はこれ以上のパルス数が計数される。 ７
が計数された時点で比較回路１８より比較信号が得られる。 この信号は図３（ｆ）に示すラッチタイミング信号によって保持される。 従って図３（ｇ），（ｈ）に示すようにラッチ回路より保持され、出力回路２０からアルミニウムを検知したという物体検知信号が出力されることとなる。

【００１７】さて時刻t ₂以後は非磁性金属が接近せず、
時刻t ₃には発振コイルＬの素線が１本断線したものとする。 この場合には前述したように間欠パルス発振時に発振回路１６より例えば６個のパルスが計数回路１７に入力される。 このとき比較回路１８の閾値以下であるため物体検知信号は出力されないが、誤動作状態に近づいている。 又時刻t ₄にコイル素線が複数本断線した場合には、更に発振周波数が高くなる。 従って間欠発振の間に、図３（ｃ）に示すように例えば８つのパルスが計数されることとなり、比較回路１８より出力が出される。
この場合には図示のように、時刻t ₅から誤った物体検知信号が出力されることとなる。

【００１８】さて図４は発振回路１６及び断線検出部２
１の波形を示すタイムチャートである。 本図に示すように間欠発振制御信号ａ及びこれを反転した断線検知制御信号ｂが間欠発振制御回路１４より出力されている。 この制御信号ａが図２に示すナンド回路３１に加わると、
ナンド回路３１はインバータとなって発振回路１６が発振する。 このときナンド回路３１の出力側は図４（ｃ）
に示す方形波の出力が得られるが、発振コイルＬと抵抗Ｒ１の接続点ｄでは図４（ｄ）に示すように電源電圧Ｖ
ｓを中心とするサイン波の信号が得られる。 又間欠発振制御信号ａによって計数回路１７が動作し、断線検知制御信号ｂによって比較回路２２が動作する。 さて間欠発振制御信号ａはＬレベルのときに発振が停止し、このときナンド回路３１の出力は常にＨレベルとなる。 このＨ
レベルが抵抗Ｒ１，発振コイルＬの直流抵抗及び抵抗Ｒ
２によって分圧されることとなる。 従って発振停止時には、比較回路２２の端子ｄの電圧は図４（ｄ）に示すようにこれらの抵抗値によって定まる一定値に固定される。 このときの正常の電圧をＶ _A0とする。 発振時にのみ図４（ｅ）に示すように計数回路１７が動作する。

【００１９】さて時刻t ₆に発振コイルＬの素線の一部が断線したものとすれば、その直流抵抗分が増加する。 従って発振停止時の直流電圧レベルが図４（ｄ）に示すように上昇し、Ｖ _A1となる。 この発振停止時にのみ図４
（ｆ），（ｇ）に示すように比較回路２２が動作し、電圧Ｖ _A1が閾値レベルＶthを越えている場合には比較出力がラッチ回路２３によって保持される。 従って発振コイルＬの直流抵抗の変化に基づいて断線が検知できることとなる。

【００２０】図５は本発明の第２実施例による近接スイッチの全体構成を示すブロック図であり、前述した第１
実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。 本実施例では発振回路１６に一定の電流を供給する直流電流供給回路４１を設けている。 この直流電流供給回路４１は間欠発振制御信号ｂによって動作し、この出力がＨレベルの間にのみ定電圧回路１１から発振回路１６に定電流を供給するものである。 そして定電流が供給されたときに発振コイルＬの直流電圧に対応した電圧出力が得られる。 この電圧出力が前述した診断検出部２
１に与えられる。 その他の構成は第１実施例と同様であるので詳細な説明を省略する。 この場合にも発振コイルの素線が一部断線したときにその直流抵抗成分が増加するため、これによって断線を検知することができる。

【００２１】尚前述した各実施例では、発振回路の検出コイルの直流電圧を検知する比較回路として一定の閾値を有する比較回路を用いているが、この閾値を複数設定するようにしてもよい。 こうすればその閾値を選択しておくことによって検出コイルのコイル素線の断線本数を検出することも可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれば、コイル直流抵抗群に基づいてコイル素線の一部の断線を検出することができる。 従って断線数が多くなって検出不能に至るまでの間に警報出力を出すことができる。 そのため近接スイッチの信頼性を向上させることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による近接スイッチの全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例による発振回路の構成を示す回路図である。

【図３】本発明の第１実施例の近接スイッチの動作を示すタイムチャートである。

【図４】本実施例の発振回路及び断線検出部の動作を示すタイムチャートである。

【図５】本発明の第２実施例による近接スイッチの全体構成を示すブロック図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は従来の近接スイッチの一例を示す断面図である。

【図７】（ａ）は従来の近接スイッチの共振回路の等価回路、（ｂ）は物体までの距離に対するコイルのコンダクタンス変化を示すグラフ、（ｃ）は発振コイルの撚り線数に対する導体抵抗の変化を示すグラフである。

【図８】（ａ）は従来の近接スイッチの発振回路の一例を示す回路図、（ｂ）は検出コイルの等価回路を示す図である。

【符号の説明】

１１ 定電圧回路 １２ 基準クロック発生回路 １３ 間欠パルス発振回路 １４ 間欠発振制御回路 １６ 発振回路 １８，２２ 比較回路 １９，２３ ラッチ回路 ２１ 断線検出部 ２４ 断線診断出力回路 ４１ 直流電流供給回路