JPH0961203A - 外力、磁気、金属等検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塵埃の多いところや防水機能を必要とする環
境で使われている有接点タイプの検出素子や無接点タイ
プの、特にホール素子、磁気抵抗素子、光を利用したフ
ォトインタラプタ等の欠点を補うことのできるような外
力、磁気、金属等検知素子を提供することである。 【解決手段】 検知素子は、固有振動数にて機械的に振
動する振動部を収納した筐体と、振動部を振動させるた
めの駆動回路と、振動部の振動状態を監視して、その所
定の振動状態からの変化を検出したときに検知信号を発
生する検知回路とを備え、振動部の固有振動数での振動
を妨げる外部作用状態の発生を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外力を検知した
り、外部磁気や外部金属の接近を検知するための検知素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外力を検知したり、外部磁気や外部金属
の接近を検知するための検知素子は、種々な産業分野に
て使用されており、特に、製造ラインや各種機器におけ
る自動制御のためのリミットスイッチ等として広い利用
分野を有しているものである。従来、この種の検知素子
としては、種々のものがあるが、大きく分けると、有接
点タイプ検知素子と無接点タイプ検知素子とがある。無
接点タイプ検知素子には、ホール素子、磁気抵抗素子、
光を利用したフォトインタラプタ等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の有接
点タイプ検知素子では、次のようないくつかの問題点が
ある。第一に、作動力に制限があり、ある程度の大きな
作動力にしか応答しないという点で信頼性に欠ける面が
ある。第二に、作動距離（オン／オフする位置）に制限
があり、この点でも信頼性に欠ける面がある。第三に、
作動位置を複数個設定するのが困難であり、一つの素子
にて、異なる方向からの外力を検知できるようにするこ
とが困難であった。第四に、接点を確実に作動させるた
めの作動部分が外部に出るため防水構造や防塵構造が複
雑になっていた。第五に、接点障害が発生し易かった。

【０００４】また、無接点タイプ検知素子のうちホール
素子や磁気抵抗素子等の磁気検知タイプのものでは、バ
イアス磁界が必要で、このための磁石の配置や磁界強度
等に制限があった。フォトインタラプタ等光を利用する
ものでは、発光面や受光面がどうしても塵埃により劣化
してしまい、そのまま長期間使用する場合には信頼性が
なくなってしまう。その上、外乱光による誤動作を防ぐ
手段が必要であり、例えば、電気的な変調をかけたり、
フィルタを利用する等、その構成がかなり複雑になって
しまっている。

【０００５】これらの他、超音波式や近接スイッチ式や
差動コイル式や作動容量式等があるが、これらは、比較
的に高価なものであり、特殊用途にしか使用できない。

【０００６】本発明の目的は、前述したような従来の技
術の問題点に鑑み、塵埃の多いところや防水機能を必要
とする環境で使われている有接点タイプの検出素子や無
接点タイプの、特にホール素子、磁気抵抗素子、光を利
用したフォトインタラプタ等の欠点を補うことのできる
ような外力、磁気、金属等検知素子を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による検知素子
は、固有振動数にて機械的に振動する振動部を収納した
筐体と、前記振動部を振動させるための駆動回路と、前
記振動部の振動状態を監視して、その所定の振動状態か
らの変化を検出したときに検知信号を発生する検知回路
とを備え、前記振動部の固有振動数での振動を妨げる外
部作用状態の発生を検知することを特徴とする。

【０００８】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
振動部は、音叉または音片からなり、前記筐体には、作
動ボタンが設けられており、該作動ボタンが前記振動部
に接触することにより、前記外部作用状態が発生するよ
うに構成することにより、外力検知素子とすることがで
きる。このような実施の形態において、作動ボタンを複
数個設けて、各作動ボタンが前記振動部に対して異なる
方向から接触しうるようにすることにより、多方向外力
検知素子とすることができる。

【０００９】本発明の別の実施の形態によれば、前記振
動部は、音叉または音片からなり、該音叉または音片の
振動片の少なくとも一部を、磁性材料にて形成し、前記
筐体に対する外部磁気の接近により前記外部作用状態が
発生するように構成することにより、磁気検知素子とす
ることができる。

【００１０】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記振動部は、音叉または音片からなり、該音叉または
音片の振動片の少なくとも一部を、磁化しておき、前記
筐体に対する外部金属の接近により前記外部作用状態が
発生するように構成することにより、金属検知素子とす
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について、本発明をより詳細に説明す
る。

【００１２】図１は、本発明の一実施例としての多方向
外力検知素子の水平断面図であり、図２は、図１の多方
向外力検知素子の縦断面図である。また、図３は、図１
の多方向外力検知素子の底面図であり、図４は、図１の
多方向外力検知素子の側面図である。これら図に示され
るように、この実施例の多方向外力検知素子は、ベース
１０と、このベース１０上に被せられるケース２０とを
備えている。ベース１０の下面には、位置決めボス１１
が形成されており、べース１０の上面には、支柱１２が
形成されている。このベース１０には、支柱１２に支え
られるようにして、プリント回路基板３０が取り付けら
れており、また、固有振動数にて機械的に振動する振動
部としての音叉４０が取り付けられている。この音叉４
０の振動片の基部には、圧電素子５０が取り付けられて
いる。

【００１３】ケース１０には、図１、図２および図４か
ら分かるように、その両側面および上面の、３個所に、
音叉４０の振動片の先端部近くに作用しうるような作動
ボタン６０、７０および８０が設けられている。図２に
よく示されるように、プリント回路基板３０には、音叉
４０を振動させるための駆動回路、音叉４０の振動状態
を監視して、その所定の振動状態からの変化を検出した
ときに検知信号を発生する検知回路等を含む回路１００
が実装されている。このプリント回路基板３０には、回
路１００に電気的に接続される接続端子３１がベース１
０を貫通して外部へと引き出されるようにして、取り付
けられている。そして、ベース１０の下面には、ベース
１０とケース２０とで包囲された内部空間に対する防水
および防塵を行うために、シール材１３が設けられてい
る。

【００１４】この実施例では、ケース２０に設けられる
作動ボタン６０、７０および８０は、ケース２０と一体
的に形成されたもので、図５に部分拡大断面図にて示す
ように、作動ボタン６０は、外力作用部６１および音叉
接触部６２を可撓性薄肉部６３にてケース２０の主部分
に接続した形とされている。外力作用部６１に外力が作
用していない状態では、図５に示すように、その外力作
用部６１の上面は、ケース２０の表面よりストローク距
離Ｓ分だけ突出した位置に保持されている。図６に示す
ように、外力作用部６１に外力Ｐが作用するときには、
外力作用部６１の上面は、可撓性薄肉部６３の弾性力に
抗して、ストローク距離Ｓだけケース２０内へと押し込
まれる形となり、音叉接触部６２もそれだけケース２０
内へと押し込まれることになる。外力Ｐを解除するとき
には、図５に示したような状態へと、可撓性薄肉部６３
の弾性力によって復帰させられる。作動ボタン７０およ
び８０は、作動ボタン６０と同様の構成で同様の動作を
行うものであるので、繰り返し説明しない。

【００１５】次に、プリント回路基板３０に実装される
回路１００の詳細構成について、特に、図７から図１０
を参照して説明する。図７は、音叉４０に関連して接続
される回路１００の全体構成を示すブロック図である。
図７に示すように、回路１００は、駆動回路１１０と、
フィルタ回路１２０と、発振検知回路１３０とからなっ
ている。図８は、その駆動回路１１０の詳細回路図であ
り、図９は、そのフィルタ回路１２０の詳細回路図であ
り、図１０は、その発振検知回路１３０の詳細回路図で
ある。

【００１６】駆動回路１１０は、この実施例では、音叉
４０の振動片の基部に取り付けられた圧電素子５０を付
勢して、音叉４０をその固有振動数にて機械的に振動さ
せるためのもので、それら圧電素子５０の間の帰還回路
に接続されたフィルタ部１１１と反転増幅器１１２とを
含んでいる。外部の駆動源からの駆動信号が接続端子３
１のうちの一つを通して一方の圧電素子５０に加えられ
ると、音叉４０の対応する振動片が振動し、その振動が
反対側の振動片を共振させて、その振動がそこに取り付
けられたもう一方の圧電素子５０からフィルタ部１１１
および反転増幅器１１２を通して一方の圧電素子５０へ
と帰還させられて、音叉４０がその固有振動数にて機械
的に振動させられることになる。このような構成および
動作については、通常の音叉発振器と同じであるので、
これ以上詳述しない。

【００１７】フィルタ回路１２０は、必ずしも設けられ
なくてもよいものであるが、音叉発振器の振動状態の変
化を安定に検知するために設けるのが好ましく、例え
ば、図９に示すような回路構成をとるものでよい。

【００１８】発振検知回路１３０は、図１０に示すよう
に、図８の駆動回路１１０から駆動信号を受けて、ダイ
オード１３１によってそれを検波し、その検波信号を積
分回路１３２にて積分する。この積分出力は、音叉４０
がその固有振動数にて振動させられている限り、所定の
−Ｅボルトの信号となり、スイッチングトランジスタ１
３３をオフ状態とし続ける。したがって、検知出力は、
発生されない。

【００１９】ここで、図１において、作動ボタン６０の
外力作用部６１に外力が作用して、作動ボタン６０がケ
ース２０内へと押し込まれて、その音叉接触部６２が音
叉４０の振動片の先端部に接触させられたとする。する
と、それまで固有振動数にて振動を続けていた音叉４０
の振動が妨げられることになり、発振が停止させられ
て、図１０の発振検知回路１３０の積分回路１３２の積
分出力は、その所定の−Ｅボルトから０ボルトへと上昇
することになる。これにより、それまでオフ状態であっ
たスイッチングトランジスタ１３３がオン状態とさせら
れて、所定の検知出力が発生させられる。この検知出力
の発生により、作動ボタン６０に外力が加えられたこと
を知ることができる。これは、作動ボタン７０または８
０に外力が加えられた場合にも同様である。したがっ
て、この実施例の検知素子によれば、３方向からの外力
を検知することができる。なお、図１０の回路構成は、
トランジスタ、積分回路等からなるものであったが、こ
れらに代えて、ＯＰアンプ等にて構成してもよい。

【００２０】前述した実施例は、作動ボタンを３つ設け
ることにより、３方向からの外力を検知できるものとし
たのであるが、本発明は、これに限らず、作動ボタン
は、１つまたは２つ以上の任意の数を設ける場合も含む
ものである。また、前述した実施例では、音叉を使用し
たのであるが、音叉に代えて、音片を使用することもで
きる。さらにまた、駆動手段として、圧電素子を使用し
たのであるが、これに代えて、電磁コイルを用いること
もできる。

【００２１】また、前述した実施例は、外力検知素子で
あったが、本発明は、同様の構成を利用することによ
り、磁気検知素子や金属検知素子とすることもできる。
例えば、磁気検知素子とする場合には、前述の実施例に
おいて、作動ボタン６０、７０および８０をケース２０
に設ける代わりに、音叉４０の振動片の少なくとも一部
は、磁性材料にて形成しておけばよい。こうする場合に
は、ケース２０に磁石等の外部磁気が接近することによ
り、音叉の固有振動数での振動が妨げられ、その発振が
停止させられることにより、検知出力が発生させられる
ので、外部磁気の存在を検知することができる。

【００２２】また、金属検知素子とする場合には、前述
の実施例において、作動ボタン６０、７０および８０を
ケース２０に設ける代わりに、音叉４０の振動片の少な
くとも一部を、磁化しておけばよい。こうする場合に
は、ケース２０に外部金属が接近することにより、音叉
の固有振動数での振動が妨げられ、その発振が停止させ
られることにより、検知出力が発生させられるので、外
部金属の存在を検知することができる。

【００２３】さらにまた、前述した実施例においては、
外力や外部磁気の接近や外部金属の接近によって、音叉
または音片の振動が完全に停止されるものとして説明し
たのであるが、本発明は、これに限らず、外力や外部磁
気の接近や外部金属の接近によって、音叉または音片の
振動周波数が変化させられることを検知するように構成
することもできる。この場合は、図９に示したバンドパ
スフィルタ回路１２０が有効である。

【００２４】また、前述した実施例では、駆動回路や発
振検知回路もケース内に組み込んでいるが、これら回路
は、ケースの外部に設けるようにすることもできる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の検知素子の効果を列挙すれば次
の通りである。 （１）作動力は、音叉または音片の振動を抑えるために
のみ使うので制限が少ない。 （２）同様に作動距離も制限が少なくなる。 （３）音叉または音片の振動を抑えるだけの作動力と作
動距離があればよいので、防水構造が簡単になる。 （４）接点障害が発生しない。 （５）操作部分（音叉または音片の振動を止める機構）
を複数個設定できる。 （６）バイアス磁界の配置などの制限を受けない（ホー
ル素子はバイアス磁界の方向と強度を選ぶ必要があ
る）。 （７）塵埃による影響は受けない。 （８）外力検知部分の位置設定に自由度がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての多方向外力検知素子
の水平断面図である。

【図２】図１の多方向外力検知素子の縦断面図である。

【図３】図１の多方向外力検知素子の底面図である。

【図４】図１の多方向外力検知素子の側面図である。

【図５】図１の多方向外力検知素子の作動ボタンの詳細
構造を示す部分拡大断面図である。

【図６】図５に示した作動ボタンの押し込み状態を示す
部分拡大断面図である。

【図７】図１の多方向外力検知素子の音叉に関連して接
続される回路の全体構成を示すブロック図である。

【図８】図７の回路のうちの駆動回路の詳細回路図であ
る。

【図９】図７の回路のうちのフィルタ回路の詳細回路図
である。

【図１０】図７の回路のうちの発振検知回路の詳細回路
図である。

【符号の説明】

１０ ベース ２０ ケース ３０ プリント回路基板 ４０ 音叉 ５０ 圧電素子 ６０ 作動ボタン ７０ 作動ボタン ８０ 作動ボタン １００ 回路 １１０ 駆動回路 １２０ フィルタ回路 １３０ 発振検知回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固有振動数にて機械的に振動する振動部
   を収納した筐体と、前記振動部を振動させるための駆動
   回路と、前記振動部の振動状態を監視して、その所定の
   振動状態からの変化を検出したときに検知信号を発生す
   る検知回路とを備えており、前記振動部の固有振動数で
   の振動を妨げる外部作用状態の発生を検知することを特
   徴とする検知素子。
2. 【請求項２】 前記振動部は、音叉または音片からなる
   請求項１記載の検知素子。
3. 【請求項３】 前記筐体には、作動ボタンが設けられて
   おり、該作動ボタンが前記振動部に接触することによ
   り、前記外部作用状態が発生する請求項１または２記載
   の検知素子。
4. 【請求項４】 前記作動ボタンは、複数個設けられてお
   り、各作動ボタンは、前記振動部に対して異なる方向か
   ら接触しうるようなものとされた請求項３記載の検知素
   子。
5. 【請求項５】 前記音叉または音片の振動片の少なくと
   も一部は、磁性材料にて形成されており、前記筐体に対
   する外部磁気の接近により前記外部作用状態が発生する
   請求項２記載の検知素子。
6. 【請求項６】 前記音叉または音片の振動片の少なくと
   も一部は、磁化されており、前記筐体に対する外部金属
   の接近により前記外部作用状態が発生する請求項２記載
   の検知素子。