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公開番号2021021598
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210218
出願番号2019137162
出願日20190725
発明の名称近接センサ回路
出願人個人
代理人個人
主分類G01V 3/08 20060101AFI20210122BHJP(測定;試験)
要約【課題】 検出部及び回路が複雑で無く、誤動作が少ない近接センサ回路を提供する。
【解決手段】人体・物体が近づく際の静電容量の変化を検出する近接センサであり、人体の接近を検出する検出部と、該検出部の出力から近接状態を判別する判別部と、判別部からの出力で他の機器を制御する機器制御部とから成り、該検出部は、2枚の金属板と、該金属板に挟まれた誘電体と、検出波形を整流するダイオードと、整流された波形を平滑化するコンデンサとを持つ構成となっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
人体の接近を検出する検出部と、該検出部の出力から近接状態を判別する判別部と、該判別部からの出力で他の機器を制御する機器制御部と、から成り、
該検出部は、表面側金属板と、裏面側金属板と、該両金属板に挟まれた誘電体と、検出波形を整流するダイオードと、整流された波形を平滑化するコンデンサとを持つことを特徴とする近接センサ回路。
続きを表示(約 790 文字)【請求項2】
前記裏面側金属板は、前記表面側金属板よりも、表面積が広いことを特徴とする請求項1に記載の近接センサ回路。
【請求項3】
前記裏面側金属板の表面積は、前記表面側金属板の表面積よりも、2.5倍以上であることを特徴とする請求項2に記載の近接センサ回路。
【請求項4】
前記検出部による検出は、静電容量値によって行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項5】
前記表面側金属板は、人体に近い方の金属板であると共にプラス側電極であり、前記裏面側金属板は、マイナス側電極であると共にグランドに接地されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項6】
前記表面側金属板と前記裏面側金属板からの信号線は、シールド線が用いられ、前記裏面側金属板からの信号がシールド線のシールドと導通していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項7】
前記表面側金属板から、さらに人体に近い位置に第3の金属板を持ち、前記表面側金属板と該第3の金属板の間に誘電体があることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項8】
前記機器制御部は、人体が近接するごとに機器のON/OFFを切り替えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項9】
前記誘電体の材質は、石油系の樹脂であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の近接センサ回路。
【請求項10】
前記機器制御部は、商用電力をON/OFFすることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の近接センサ回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、近接センサの回路構造に関し、詳しくは、静電容量型の近接センサにおける誤動作改善の技術に関する。
続きを表示(約 4,700 文字)【背景技術】
【0002】
静電容量型近接センサは、検出体である人体等とセンサの間に生じる静電容量の変化を近接として検出するもので、検出可能物体として金属、樹脂、水等も含む。赤外方式、超音波方式、光センサ方式等に比べて、特殊な部品が不要であるという特徴を持つ。
【0003】
しかし、静電容量の変化は微小であるし、検出部へのケーブルが長いとノイズの影響を受けやすいため、長いリード線での遠隔センサの設置が難しい。
また、ノイズは、場所によって大小があるため、検出時の反応が強い場合、弱い場合、検出しない場合がある。そのため、検出が不安定になりやすい。
また、温度、湿度の変化の激しい場所では、検出時に、その影響を受けることもあった。
この様なことに対応するために、様々な方式が提案されている。例えば、検出部を複数持ち、差分を比較することで、信頼性を高める技術も提案されている。
【0004】
特許文献1に記載の技術では、接地電位から独立した第1検出電極と第2検出電極12を持ち、2つの電極の検出距離を変えることで、雨などの環境の変化による検出量のズレを排除しつつ、人体の検出精度を向上させることができる。また、別の技術として、車のロック装置等で、誤動作を防ぐために、ロック用センサと解除用センサを別の場所に設置する場合もある。
【0005】
しかしながら、このような従来技術では、検出部を含む回路全体が大規模になり、複雑化してしまうという問題があった。
そこで、検出部及び回路が複雑で無く、誤動作が少ない近接センサにおける回路構造が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
国際公開WO2004/059343号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、近接センサにおいて、誤動作が多く、また、近接センサの回路規模が大きくなってしまうという問題点に鑑み、該問題点を解決することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明に係る近接センサは、人体の接近を検出する検出部と、該検出部の出力から近接状態を判別する判別部と、判別部からの出力で他の機器を制御する機器制御部と、から成り、該検出部は、表面側金属板と、裏面側金属板と、該両金属板に挟まれた誘電体と、検出波形を整流するダイオードと、整流された波形を平滑化するコンデンサとを持つことを手段とする。
【0009】
また、本発明は、前記裏面側金属板は、前記表面側金属板よりも、表面積が広いことを手段とする。
【0010】
また、本発明は、前記裏面側金属板の表面積は、前記表面側金属板の表面積よりも、2.5倍以上であることを手段とする。
【0011】
また、本発明は、前記検出部における検出について、静電容量値により行うことを手段とする。
【0012】
さらに、本発明は、前記表面側金属板が、人体に近い方の金属板であると共にプラス側電極であり、前記裏面側金属板が、マイナス側電極であると共にグランドに接地されていることを手段とする。
【0013】
さらに、前記表面側金属板と前記裏面側金属板からの信号線は、シールド線が用いられ、前記裏面側金属板からの信号がシールド線のシールドと導通していることを手段とする。
【0014】
またさらに、本発明は、前記表面側金属板から、さらに人体に近い位置に第3の金属板を持ち、前記表面側金属板と該第3の金属板の間に誘電体があることを手段とする。
【0015】
さらにまた、本発明は、前記機器制御部が、人体が近接するごとに機器のON/OFFを切り替えることを手段とする。
【0016】
そしてまた、本発明は、前記誘電体の材質について、石油系の樹脂であることを手段とする。
【0017】
そしてさらに、本発明は、前記機器制御部が商用電力をON/OFFすることを手段とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る近接センサによれば、人体の検出を行う検出部及び近接センサ全体の回路をシンプルにすることができ、且つ、誤動作を少なくすることができる、といった優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【0019】
本発明に係る近接センサの実施例を示すブロック図である。
本発明に係る近接センサの回路図である。
本発明に係る近接センサの動作を示す模式図である。
本発明に係る近接センサの入力部を示す構成図である。
本発明に係る近接センサの信号を示す波形図である。
本発明に係る近接センサの検知範囲を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明に係る近接センサは、検出部に誘電体、コンデンサ、ダイオードを用いることによって、誤動作や回路の複雑化を解消することができることを最大の特徴とする。
以下、本発明に係る近接センサの実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0021】
なお、本発明に係る近接センサの全体形状及び各部の形状は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状や寸法等の範囲内で適宜変更することができるものである。
【実施例】
【0022】
図1から図6に沿って、本発明を説明する。図1は、本発明に係る近接センサの実施例を示すブロック図である。図2は、本発明に係る近接センサの回路図である。図3(a)は、本発明に係る近接センサの動作を示す模式図である。図3(b)、図3(c)は、検出部に金属板を追加した端子部を示す模式図である。図4は、本発明に係る近接センサの入力部を示す構成図である。図5は、本発明に係る近接センサの信号を示す波形図である。図6は、本発明に係る近接センサの検知範囲を示す模式図である。
【0023】
近接センサ1は、人体・物体が近づく際の静電容量の変化を検出する近接センサであり、検出部10と判別部30と機器制御部60から構成されている。反応物としては、人体のほかに、金属、ガラス、樹脂、陶磁器、繊維、紙、木、水などがある。
検出部10は、人体等が近づいた際に、静電容量の変化による電気信号の変化を検出する部分であり、本発明の要部である。判別部30は、検出部10で検出された信号の変化を増幅し、近接の有無をパルスのHIGH/LOWの2値に変換する部分である。機器制御部60は、判別部30で判別された値に従って、接続された機器80を制御する部分である。本実施例では、人物の近接が発生するごとに、機器のON/OFF状態を切り替える動作を行う。
【0024】
検出部10は、端子部20と波形整形部11から成る。端子部20に手等を近付けた際に発生する電圧を、波形整形部11でノイズ除去、直流化を行い、信頼性の高い信号とする部分である。
【0025】
端子部20は、表面側金属板21と誘電体22と裏面側金属板23とから成る。図4に示すように、表面側金属板21と裏面側金属板23で誘電体22を挟む構造である。表面側金属板21が、人体に近い方(人又は物が近接する側)に配置され、裏面側金属板23は、対向する向きに配置される。表面側金属板21、裏面側金属板23は、平板状の金属であり、平板部分の面積は1〜30平方センチメートル程度である。厚さは、例えば、0.05〜0.3ミリメートル程度である。表面側金属板21と裏面側金属板23の材質はアルミ、銅板等が考えられる。
【0026】
誘電体22は、検出部10の静電容量を高めるためのものである。平板状であり、平板部分の形状は表面側金属板21、裏面側金属板23とほぼ同じである。厚さは、例えば2〜10ミリメートル程度である。材質は、ポリプルピレン、塩化ビニール、スチレン系、石油系樹脂等のマイナス側に帯電する部材を用いる。表面側金属板21は、波形整形部11の入力に接続され、裏面側金属板23は、グランド(−極)に接続される。人体が接近すると、誘電体22の人体側がマイナスになり、その面に接する表面側金属板21がプラス電位となる。この電圧を検出することで、近接を検知する。
【0027】
端子部20から波形整形部11への信号は、シールド線27によって接続される。裏面側金属板23からの信号は、シールド線27のシールドと導通させる。このような構成とすることで、端子部20を長く引き回してもノイズの影響を軽減することは出来る。
【0028】
また、端子部20については、裏面側金属板23の表面積を、表面側金属板21に比べて広くすることで、裏面側金属板23が、下方向の電気的変動の表面側金属板21への回り込みを抑えることになり、表面側金属板21についての裏面側金属板23方向のノイズを軽減することが出来る。裏面側金属板23の表面積は表面側金属板21の表面積の2.5〜3.0倍とすると好適である。この構成により、設置場所によって静電容量の量が異なる場合も、安定して検出を行うことが出来る。また、温度、湿度の変化による影響を大幅に軽減することが出来る。また、70cm以上の長いリード線の使用も可能である(図3(a))。
【0029】
また、端子部20については、さらに誘電体と金属板を追加することで、発生電圧を大きくすることができる。表面側金属板21、誘電体22、裏面側金属板23の組み合わせに対して、表面側金属板21側に、もう一つの誘電体22を配置し、その上に第3の金属板25を配置する。断面的には、第3の金属板25、誘電体22、表面側金属板21、誘電体22、裏面側金属板23の順に重ねた構造である。第3の金属板25は、電気的に未接続状態である(図3(b))。
【0030】
また、端子部20については、さらに誘電体と金属板を追加することで、発生電圧を大きくすることができる。表面側金属板21、誘電体22、裏面側金属板23の組み合わせに対して、裏面側金属板23の下にに新たな誘電体22を配置し、その下に第3の金属板25を配置し、さらに、誘電体22、第4の金属板26を配置する。裏面側金属板23より下の誘電体22、第3の金属板25、第4の金属板26の表面積は、裏面側金属板23よりも広く、例えば、2.5〜3倍程度である。裏面側金属板23と、第3の金属板25と、第4の金属板26とは、通電体29によって電気的に接続されている(図3(c))。言い換えれば、裏側金属板側に同様の層を追加する構成であり、裏側金属板の機能を増大させることが出来る。
このような構成をとることで、温度、湿度等の環境の変化を影響を軽減させることが出来る。設置場所による静電容量の変化によるセンシングの変動を軽減出来る。また、ノイズの影響を軽減出来るので、長いリード線での遠隔での設置が出来る。
(【0031】以降は省略されています)

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