JP3684687B2

JP3684687B2 - Capacitive proximity sensor

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Publication number: JP3684687B2
Application number: JP18022596A
Authority: JP
Inventors: 隆史大塚; 弘幸中野; 卓司松山; 敏樹木谷
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-07-10
Also published as: JPH0992108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体構造を有する基板を用いた静電容量型近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型近接センサとは、検知物体の近接状態をセンサヘッドの静電容量変化により検出するものである。従来の静電容量型近接センサの構造例を図１５に示す。本図に示すように静電容量型近接センサ全体は筒状のケース１で覆われ、その先端部に主電極２と補助電極３が内設されている。主電極２は円形の導体を片面に有する基板であり、カップ状の補助電極３により囲まれている。補助電極３は例えば黄銅をプレス加工したもので、その内部は電極のキャビティ４ａを構成している。
【０００３】
キャビィティ４ａには制御回路５の一部である発振回路５ａが内蔵されている。図１６は発振回路５ａの構成を示す回路図である。本図に示すように主電極２が初段のトランジスタＱ１のベースに接続され、補助電極３は後段のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、発振の帰還回路が構成されている。この発振回路５ａは円形のプリント基板６ａに形成され、その入力部がジャンパー線を介して主電極２に結合されている。
【０００４】
ケース１の内部後方には制御回路５とプリント基板６とが、充填樹脂８と接続部材１０とにより保持されている。プリント基板６は導体により回路パターンが形成された矩形の基板であり、その後端部にリード線７が半田付けされている。接続部材１０はプリント基板６の前端部を保持すると共に、発振回路５ａの信号端子、電源端子、ＧＮＤ端子と、制御回路５の各端子とを電気的に接続する機能を有している。充填樹脂８はケース１とクランプ部９で遮蔽された制御回路５とプリント基板６とを密閉して耐水性を確保すると共に、環境湿度の変化による特性変化を防止するための樹脂である。
【０００５】
図１７は発振回路５ａを含む制御回路５の構成を示すブロック図である。検波回路１１は発振回路５ａの発振出力を検波する回路である。処理回路１２は検波回路１１の検波出力を弁別し、近接状態の信号を生成する回路である。出力回路１３は処理回路１２の信号により、オン又はオフ等の制御信号を出力する回路である。さらに定電圧回路１４は外部から電源が供給されると、安定化電圧を各部の回路に与える回路である。
【０００６】
次に静電容量変化による物体の検出原理について図１８を用いて簡単に説明する。静電容量型近接センサは、図１８の（ａ）、（ｂ）に示すように検知物体Ｐと主電極２との静電容量Ｃ₀の変化を検出するものである。補助電極３がＧＮＤ側にあるとすると、主電極２と補助電極３との間にリファレンス容量Ｃ_Rが存在する。こうすると主電極２と検知物体Ｐとの静電容量変化を安定に検出できる。電磁誘導式の近接センサと異なり、図１８（ｂ）に示すように検知物体Ｐ２が接地導体のみならず、図１８（ａ）に示すように検知物体Ｐ１が非接地の誘電体であっても検出できる。
【０００７】
図１８（ｃ）に示す平行な導体平面の間において、各導体平面の静電気量をＱ、面積をｓ、電荷密度をｑ_s、平面間隔をｄ、その電位差をＶ、電界強度をＥ、検知物体Ｐの比誘電率をε_rとすると、次の（１）〜（４）式が成り立つ。
ｑ_s＝Ｑ／ｓ・・・（１）
Ｅ＝ｑ_s／ε₀＝Ｑ／ε₀ｓ・・・（２）
Ｖ＝Ｅｄ＝（Ｑ／ε₀ｓ）ｄ・・・（３）
Ｃ＝Ｑ／Ｖ＝ε₀ε_rｓ／ｄ・・・（４）
【０００８】
従って検知物体Ｐの存在によって静電容量Ｃが変化し、発振回路５ａの発振周波数が変化する。このとき図１７の検波回路１１が発振周波数を弁別することにより、検知物体の有無を検知することができる。又図１５に示すように、補助電極３が発振回路５ａに対してシールドの機能を果たし、外乱の影響を受けないようにしている。
【０００９】
以上のような構成の静電容量型近接センサの組み立て方法について図１９を用いて説明する。
（１）プリント基板を円形にカットし、その一方の面にプリント基板外径よりやや小さい導体部をエッチング等により残す。こうすると主電極２ができる。
（２）黄銅等の金属板を絞り加工し、カップ状に仕上げる。この場合カップの外径は、主電極２を構成する基板外径とケース１の内径に対して所定の嵌め合い公差で仕上げなければならない。こうして補助電極３ができる。
（３）補助電極３の内部に発振回路５ａを実装したプリント基板６ａを挿入し、接続部材１０を用いて固定する。又主電極２に対してジャンパー線２ａで発振回路５ａの入力端とを接続する。
（５）制御回路５をプリント基板６に実装する。
（６）接続部材１０の一端をプリント基板６に半田付けする。
（７）クランプ部９をリード線７に挿入し、リード線７の端部をプリント基板６に半田付けする。
（８）以上のような組品をケース１に挿入し、充填樹脂８を注入する。
（９）最後にクランプ部９をケース１の後端部に嵌合させ、回路部品の気密封じを行う。
【００１０】
尚以上の（３）から（９）の工程は一例であり、この順序に限定されるものではない。
【００１１】
図２０は従来の静電容量型近接センサの他の例を示す斜視図である。この例では主電極１を円形の基板によって構成し、薄い金属胴体片を環状に折り曲げて補助電極３とする。そしてプリント基板６に夫々を接続して静電容量型近接センサを構成する。この場合には図示しないケース内にこれらの電極とプリント基板を固定するため、充填材を充填する必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造と組立方法で形成された静電容量型近接センサは、次のような欠点がある。
（ａ）主電極２と発振回路５ａとがキャビティである補助電極３に内蔵されているため、センサヘッドを小型化できない。
（ｂ）主電極２と補助電極３の位置決め精度が高くない。このため両電極間の静電容量Ｃの値がばらつき、製造した各センサヘッド毎に検出距離が異なることがある。
（ｃ）主電極２、補助電極３、ジャンパー線２ａ、プリント基板６ａ等、センサヘッドを構成する部品点数が多い。このため組立工数が多く、製造価格が高くなる。
【００１３】
又ケース内に各部材を保持し耐水性を保つため、ケース内に樹脂を充填することが多い。しかし充填材として用いられるエポキシ樹脂は、主電極，補助電極の充填材としては温度特性等に悪影響を及ぼすため不適当である。従って電極部分にはウレタン樹脂等の他の樹脂を充填し、その他の部分にエポキシ樹脂を充填する必要がある。そのため組立工数が多く、製造価格が上昇するという欠点があった。
【００１４】
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、部品点数を少なくすることにより組立工数を削減し、検出感度のばらつきのない静電容量型近接センサを実現することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、平面状の主電極と、記主電極を包むように配置された補助電極と、前記主電極を発振入力端に持つ発振回路と、前記発振回路の信号を処理して検知物体の近接状態を出力する制御回路部とを含む静電容量型のセンサヘッドを用いて、検知物体の遠近時に前記検知物体と前記センサヘッドとの静電容量が変化することにより、前記検知物体の有無を検出する静電容量型近接センサであって、平板状の平板部及び前記平板部と立体交差する第１の交差部材を、めっき不可能な第１の樹脂を用いて一体成形し、前記平板部の一部と前記第１の交差部材の一部とにめっき可能な第２の樹脂を用いて２次成形し、前記第２の樹脂に金属めっきを選択的に行うことにより、少なくとも前記主電極を形成した第１の立体基板と、円筒状のカップ部及び前記カップ部の底面と立体交差する第２の交差部材を、めっき不可能な第１の樹脂を用いて一体成形し、前記カップ部の表面の一部と前記第２の交差部材の一部とにめっき可能な第２の樹脂を用いて２次成形し、前記第２の樹脂に金属めっきを選択的に行うことにより、少なくとも前記補助電極を形成した第２の立体基板と、を具備し、前記第１の交差部材又は前記カップ部の内部に前記発振回路の導体パターンを形成し、前記第１の交差部材又は前記第２の交差部材に前記制御回路部の導体パターンを形成し、前記第２の立体基板のカップ部を前記第１の立体基板の平板部で被うように前記第１，第２の立体基板を結合し、前記主電極、前記補助電極、前記発振回路、前記制御回路部を夫々電気的に接続して構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
このような特徴を有する請求項１の発明では、検知物体が接近すると、第１の立体基板に形成された主電極に電荷が誘起され、発振回路の発振周波数が変化する。制御回路部は発振周波数の変化を検知し、検知物体の近接を報知する。このような発振回路の周波数を変化させるセンサヘッドを組み立てるには、第１の立体基板を第２の立体基板に差し込むだけでよく、電気的にも接続される。又制御回路部も第１の樹脂に対して第２の樹脂によりパターンが形成でき、静電容量型近接センサの構造と組立方法が大幅に簡素化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における静電容量型近接センサの構造と組立方法について図面を参照しつつ説明する。図１は第１の実施の形態の静電容量型近接センサの構造を示す分解斜視図である。尚発振回路と制御回路のブロック構成は従来例と同一であり、それらの図示と説明は省略する。図１に示すようにケース２０の内部に第１の立体基板２１と第２の立体基板２２とを設ける。第１の立体基板２１は主電極２１ａを含む平板部と凹状の第１の係合部２１ｂ（第１の交差部材）とが一体成形された立体の基板である。第２の立体基板２２は矩形の回路実装部２２ａ（第２の交差部材）と、補助電極２２ｂを有するカップ部２２ｄと、凸状の第２の係合部２２ｃとが一体成形された立体の基板である。
【００２１】
ここで立体基板について説明する。立体基板とはめっき不可能な第１の樹脂で３次元の基板を成形し、更にめっき可能な第２の樹脂を用いて導体部となる部分を形成し、第２の樹脂にのみめっきを選択的に行い、導体パターンを形成する基板のことである。
【００２２】
例えば図２（ａ）に示すように説明用として衝立型の立体基板３０を考える。水平基板３１と垂直基板３２とが一体になったものにおいて、基板に埋没した導体部３３ａと基板の表面の導体部３３ｂとを形成する場合、先ず図２（ｂ）に示す形状の基板をめっき不可能な第１の樹脂３４、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いて１次形成する。次に図２（ｃ）に示すように樹脂３４の導体部となる特定部分に対し、めっき可能な第２の樹脂３５、例えばＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）を用いて２次形成する。そして基板を無電界めっきすることにより、第２の樹脂３５の部分に導体部３３ａ、３３ｂを形成することができる。このように導体部のパターンを２次成形の段階で任意に設定することにより、基板の平面部のみならず、エッジに対しても導体部を形成できる。尚、液晶ポリマー等をめっき可能な樹脂及びめっき不可能な樹脂として用いることもできる。さらに図２（ａ）に示すように第１の樹脂の成形時に小穴を設け、この部分の表面に第２の樹脂をコーティングすれば、スルーホール３６も形成できる。以下の説明でこのような工程の説明は省略する。
【００２３】
さて図１において、第１の係合部２１ｂに第２の係合部２２ｃを嵌合させることにより、主電極２１ａと補助電極２２ｂとを位置決めする。これらの組品をケース２０内に挿入し、充填樹脂を注入し、クランプ部２３を後ろから嵌めれば、センサヘッドが組み立てられる。
【００２４】
図３は第１の立体基板２１と第２の立体基板２２とが結合した状態を示す断面図である。第１の立体基板２１として円板状の円板部２１ｃと凹状の歯を有する係合部２１ｂとを第１の樹脂で一体成形する。次に円板部２１ｃの裏面と係合部２１ｂの内側に第２の樹脂を２次成形し、めっきをする。こうすると図４（ａ）のハッチングで示すように主電極２１ａが形成される。係合部２１ｂの一部にスルーホール２１ｄを設けておけば、主電極２１ａの接続部も同時に形成される。これらの導体部の膜厚は無電界めっきの浸漬時間で制御できる。
【００２５】
第２の立体基板２２は、平板状の回路実装部２２ａ、凸状の歯を有する第２の係合部２２ｃ、円筒状のカップ部２２ｄを第１の樹脂を用いて一体成形する。第２の係合部２２ｃの板厚は第１の係合部２１ｂの溝幅よりやや小さくする。又第２の係合部２２ｃの付け根に小穴を設け、回路実装部２２ａの表面に貫通するようにしておく。更にカップ部２２ｄの外径はケース２０の内径よりやや小さくする。カップ部２２ｄにスルーホール２２ｅを設ける。回路実装部２２ａにも回路部品に対応してスルーホールを設けなければならない。これらのスルーホールの開口軸が第２の立体基板の金型の抜き方向と合致しない場合、後加工により形成する。
【００２６】
次に第２の立体基板２２に対して第２の樹脂を２次成形する。この際の成形パターンは、カップ部２２ｄの内側底面及び回路実装部２２ａの表面に対して所定の導体パターンが得られるようにしておく。又カップ部２２ｄの外側底面及び外周部に対しては第２の樹脂を全面にコーティングする。そして２次成形された基板をめっきすれば、所定パターンの導体部が完成する。
【００２７】
この後、図１６に示す発振回路の部品をカップ部２２ｄの内部に取り付け、制御回路の部品を回路実装部２２ａに取り付ける。これらの部品取り付けは例えば面実装法で行える。そして図４（ｃ）に示すように第１の立体基板２１を第２の立体基板２２に挿入すれば、ジャンパー線を用いることなく主電極２１ａを発振回路に接続することができる。又発振回路の出力はスルーホール２１ｄを介して制御回路に接続される。
【００２８】
このような第１の実施の形態の構成と組立方法により、次のような効果が得られる。
（Ａ）主電極と補助電極の嵌合精度が安定するので、センサヘッドにおける検出距離のばらつきを解消できる。
（Ｂ）キャビティ内のジャンパー線が不要となり、発振回路の半田づけ工数が削減される。
（Ｃ）補助電極と発振回路、及び制御回路の接続作業が不要となる。このため微小部品で構成される静電容量型近接センサの製造工程が大幅に簡略化され、近接センサの製造価格を大幅に下げることができる。
【００２９】
次に本発明の第２の実施の形態における静電容量型近接センサの構造と組立方法について図面を参照しつつ説明する。図５は第２の実施の形態の静電容量型近接センサの構造を示す分解斜視図である。尚、発振回路を含む制御回路のブロック構成は従来例と同一であり、それらの図示と説明は省略する。図５に示すようにケース４０の内部には第１の立体基板４１と第２の立体基板４２とを設ける。第１の立体基板４１は平板部である円板部４１ａ及びこれと垂直な回路実装部４１ｃ（第１の交差部材）とを一体成形した立体の基板である。第２の立体基板４２はカップ部４２ａと係合部４２ｃ（第２の交差部材）とを一体成形した立体基板である。
【００３０】
第１の立体基板４１の円板部４１ａの背面に、第１の実施の形態と同一の手順で導体により円形の主電極４１ｂを形成する。回路実装部４１ｃは各回路部品を結合する導体パターンを形成し、主電極４１ｂに近接する側に発振回路を実装し、主電極４１ｂと隔たる側に制御回路を実装するものである。第２の立体基板４２のカップ部４２ａには、その外周部に補助電極４２ｂを形成し、凸状の係合部４２ｃと接合する部分に開口部４２ｄを形成する。開口部４２ｄは回路実装部４１ｂを貫通させるための横長の開口である。
【００３１】
図６は第１の立体基板４１と第２の立体基板４２とを結合した状態を示す断面図である。第１の立体基板として、先ず円板部４１ａと回路実装部４１ｃとを第１の樹脂で一体成形する。次に円板部４１ａの裏面と回路実装部４１ｃの表面に第２の樹脂を所定の回路パターンとなるよう２次成形し、めっきをする。こうすると図７（ａ）のハッチングで示すような主電極４１ｂが形成され、発振回路に直接接続される。
【００３２】
次に第２の樹脂で形成された回路実装部４１ｃに対し、第１の実施の形態と同様の回路構成を有する発振回路と制御回路の部品を面実装により取り付ける。そして図６に示すように、第１の立体基板４１の円板部４１ａが第２の立体基板４２ａのカップ部を被うように第１の立体基板４１を所定位置まで挿入することにより、主電極４１ｂと補助電極４２ｂとを位置決めする。この際係合部４２ｃの一部に形成した導体部と回路実装部４１ｃの導体部とを半田付けすることにより、主電極４１ｂを補助電極４２ｂに対して定位置で固定することができる。こうすると１回の半田付けで近接センサの組立が完了する。この後、ケース４０を挿入して充填樹脂を注入し、クランプ部４３を嵌めれば、静電容量型近接センサが完成する。
【００３３】
このように第２の実施の形態の構成と組立方法により、次のような効果が得られる。
（Ｄ）主電極と発振回路が１つの成形部材でパターン形成されるので、キャビティ内部に収まり易くなり、近接センサの特性のばらつきが大幅に減少する。
（Ｅ）発振回路のパターン配置の自由度が高くなるので、主電極と補助電極の外径を小さくすることができる。
（Ｆ）第１の実施の形態と同様に構成部材を少なくでき、部品及び材料費、組立工数を削減できる。
（Ｇ）第１の実施の形態と同様に耐水性を確保できる。
【００３４】
図８（ａ），（ｂ）は第３の実施の形態による近接センサの電極部を示す斜視図、図８（ｃ）は切欠き部分から見た側面図である。本実施の形態では円柱状の立体基板５１を用い、円弧状の切欠き部分を形成する。立体基板５１には一面の中央部に主電極５１ａが形成され、その中央にスルーホール５１ｂの一端が設けられ、スルーホール５１ｂの他端は他方の面を介して切欠き部分に接続されるランド部５１ｃが形成されている。そして円柱の周囲には補助電極５１ｄを形成する。又円弧状切欠き部分には周囲の補助電極５１ｄに接続されるランド部５１ｅも設ける。こうして構成された立体基板５１を図９に示すように円筒形のケース５２内に挿入し、開口５２ａよりコード５３を挿入し、コード５３の先端は立体基板１のランド部５１ｃ，５１ｅに接続し、他端は図示しない発振回路及び制御回路を有するアンプ部に接続する。そしてカバー５４を設けて近接センサのヘッド部を構成する。５４ａはカバー５４の切欠き部であり、コード５３の位置に合わせる。そして図９（ｂ）に断面図を示すように、空隙部に樹脂を充填して密閉してヘッド部を構成する。
【００３５】
こうすれば主電極５１ａと補助電極５１ｄとが１つの立体基板で構成されるため、各電極の組立てに要する工数は削減され、位置決めも不要となる。又相対位置が高精度で規定でき、製品間のばらつきが少なくなる。又電極間に樹脂等を充填する必要がなくなる。
【００３６】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は第３の実施の形態による立体基板から成る電極部に発振回路等の回路部を実装する基板を接続したものである。図１０（ａ），（ｂ）は第４の実施の形態の電極部の異なる方向からの斜視図、（ｃ）はその断面図、図１１は電極部に基板を取付ける直前の状態を示す図である。これらの図に示すように立体基板６１は第３の実施の形態と同様に、円弧状の切欠きを有する円柱状の部材であって、その一面には主電極６１ａが形成されており、中心にはスルーホール６１ｂが設けられる。立体基板６１は図１１に示すように主電極と異なる面の中央部に小径の円柱状の突起部６２ａが設けられ、又その周辺にも突起部６２ｂが設けられる。突起部６２ａはスルーホール６１ｂをその内部に貫通させる。立体基板６１の側面及び主電極６１ａと対称な面には図示のように補助電極６１ｃを形成しておく。又立体基板６１と同様に円形の切欠きを有する円形のプリント基板６３を設ける。プリント基板６３は中央部及びその周辺に立体基板６１の突起部６２ａ，６２ｂに応じた貫通孔６３ａ，６３ｂを設けておく。そして中心の貫通孔６３ａの周囲に主電極６１ａに接続するパターンを形成し、他方の貫通孔６３ｂの周辺には補助電極６１ｃに接続するパターンを形成する。又プリント基板６３の面にはこれらのパターンを含む発振回路部のパターンを形成し、発振回路の部品を実装しておく。
【００３７】
図１２はこうして形成されたプリント基板６３を含む立体基板６１をケース６４に収納する状態を示す図である。ケース６４には開口６４ａを介してケーブル６５を導き、ケーブル６５に発振回路に接続されるパターンを接続する。そしてカバー６６を設けて図示のように空隙部にエポキシ樹脂等を充填してヘッド部とする。こうすればノイズの影響を受け易い電極部と発振部との距離を短くすることができ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【００３８】
図１３は本発明の第５の実施の形態による静電容量型近接センサのヘッド部の主要部品を示す斜視図である。本実施の形態では第３，第４の実施の形態と同様に、立体基板７１を用いてその一面に主電極７１ａ、その中央にスルーホール７１ｂを形成する。又円柱状の側面には補助電極７１ｃを形成する。又主電極７１ａの裏面側には、図１３（ｂ）に示すように発振回路部のパターンを形成し、発振回路７２の回路部品を実装している。又スルーホールによって主電極と接続し、更に電極部の側面と連結するランドによって補助電極と接続して発振回路部を構成する。こうすればプリント基板を用いることなく発振回路の部品と電極とを接続して発振回路７２が構成できることとなる。
【００３９】
そして図１４に示すように立体基板７１を第３又は第４の実施の形態と同様に、ケース７３内に収納しケーブル７４と接続し、更にカバー７５で被って密閉することによって近接センサのヘッド部を構成する。
【００４０】
ここで第３〜第５の実施の形態においては、主電極と補助電極との間の材質となる主体基板の材料として液晶ポリマーを用いた場合には、両面プリント基板材料として広く用いられているガラスエポキシ材やセラミック材よりも誘電率が小さいため、プリント基板で電極を構成する場合に比べて温度特性等の検出性能を向上させることができるという効果も得られる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１の発明によれば、主電極と補助電極とを含むセンサヘッドを立体基板を用いて結合するようにしているので、各電極の取り付け精度が向上し、且つ発振回路との接続も自動的に行うことができる。従って検出感度のばらつきが少なくなり、均一な静電容量型近接センサが実現できる。更に組立工数の大幅な削減ができるので、静電容量型近接センサの製造価格が低減する。又請求項２，３の発明では、立体基板を用いて主電極と補助電極とを同時に形成しているため、各電極の組立てに要する工数が削減され、又位置決めも不要となり、相対位置を高精度で実現することができる。従って製品間の検出距離のばらつきを小さくすることができる。又電極間にエポキシ樹脂を充填する必要がなく、低誘電率の充填材を電極部に充填する必要がなくなる。更に請求項３の発明では、電極と発振回路までの距離を短くすることができ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における静電容量型近接センサの構造を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施の形態で用いられる立体基板の説明図である。
【図３】第１の実施の形態における静電容量型近接センサの構造を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態における静電容量型近接センサの要部図面である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における静電容量型近接センサの構造を示す分解斜視図である。
【図６】第２の実施の形態における静電容量型近接センサの構造を示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態における静電容量型近接センサの要部図面である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による静電容量型近接センサのヘッド部の構成を示す斜視図及び側面図である。
【図９】第３の実施の形態による電極部を収納するケースを示す組立構成図及び断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による静電容量型近接センサのヘッド部の構成を示す斜視図及び側面図である。
【図１１】第４の実施の形態のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態による電極部を収納するケースを示す組立構成図及び断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態による静電容量型近接センサのヘッド部の構成を示す斜視図である。
【図１４】第５の実施の形態による電極部を収納するケースを示す組立構成図及び断面図である。
【図１５】従来の静電容量型近接センサの構造例を示す断面図である。
【図１６】静電容量型近接センサに内蔵される発振回路の回路図である。
【図１７】静電容量型近接センサに内蔵される制御回路の回路図である。
【図１８】静電容量型近接センサの動作原理を示す説明図である。
【図１９】従来の静電容量型近接センサの組立手順を示す説明図である。
【図２０】従来の静電容量型近接センサの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２０，４０ケース
２，２１ａ，４１ｂ，５１ａ，６１ａ，７１ａ主電極
２ａジャンパー線
３，２２ｂ，４２ｂ，５１ｄ，６１ｃ，７１ｃ補助電極
４ａキャビティ
５制御回路
５ａ発振回路
６，６ａプリント基板
７リード部
９クランプ部
１０接続部材
１１検波回路
１２処理回路
１３出力回路
１４定電圧回路
２１，４１第１の立体基板
２１ｃ，４１ａ円板部
２１ｂ，２２ｃ，４２ｃ係合部
２１ｄ，２２ｅ，３６，５１ｂ，６１ｂ，７１ｂスルーホール
２２，４２第２の立体基板
２２ａ，４１ｃ回路実装部
２２ｄ，４２ａカップ部
２３，４３クランプ部
３０立体基板
３１水平基板
３２垂直基板
３３ａ，３３ｂ導体部
３４第１の樹脂
３５第２の樹脂
４２ｄ開口部
５１，６１，７１立体基板
６３プリント基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitive proximity sensor using a substrate having a three-dimensional structure.
[0002]
[Prior art]
The capacitive proximity sensor is a sensor that detects a proximity state of a sensing object by a change in capacitance of a sensor head. An example of the structure of a conventional capacitive proximity sensor is shown in FIG. As shown in the figure, the entire capacitive proximity sensor is covered with a cylindrical case 1, and a main electrode 2 and an auxiliary electrode 3 are provided at the front end portion thereof. The main electrode 2 is a substrate having a circular conductor on one side and is surrounded by a cup-shaped auxiliary electrode 3. The auxiliary electrode 3 is formed by pressing brass, for example, and the inside thereof constitutes an electrode cavity 4a.
[0003]
The cavity 4a incorporates an oscillation circuit 5a which is a part of the control circuit 5. FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of the oscillation circuit 5a. As shown in the figure, the main electrode 2 is connected to the base of the first-stage transistor Q1, and the auxiliary electrode 3 is connected to the emitter of the subsequent-stage transistor Q2, thereby forming an oscillation feedback circuit. The oscillation circuit 5a is formed on a circular printed board 6a, and its input part is coupled to the main electrode 2 via a jumper wire.
[0004]
A control circuit 5 and a printed circuit board 6 are held by a filling resin 8 and a connection member 10 at the back of the inside of the case 1. The printed board 6 is a rectangular board on which a circuit pattern is formed by a conductor, and a lead wire 7 is soldered to the rear end thereof. The connection member 10 holds the front end of the printed circuit board 6 and has a function of electrically connecting the signal terminal, the power supply terminal, and the GND terminal of the oscillation circuit 5 a and each terminal of the control circuit 5. The filling resin 8 is a resin for sealing the control circuit 5 and the printed circuit board 6 shielded by the case 1 and the clamp portion 9 to ensure water resistance and preventing characteristic changes due to changes in environmental humidity.
[0005]
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of the control circuit 5 including the oscillation circuit 5a. The detection circuit 11 is a circuit that detects the oscillation output of the oscillation circuit 5a. The processing circuit 12 is a circuit that discriminates the detection output of the detection circuit 11 and generates a proximity signal. The output circuit 13 is a circuit that outputs a control signal such as on or off in accordance with a signal from the processing circuit 12. Further, the constant voltage circuit 14 is a circuit that applies a stabilized voltage to the circuits of each part when power is supplied from the outside.
[0006]
Next, the principle of detecting an object by changing the capacitance will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIGS. 18A and 18B, the capacitive proximity sensor has a capacitance C between the sensing object P and the main electrode 2. ₀ The change of is detected. Assuming that the auxiliary electrode 3 is on the GND side, a reference capacitor C is provided between the main electrode 2 and the auxiliary electrode 3. _R Exists. In this way, it is possible to stably detect the capacitance change between the main electrode 2 and the sensing object P. Unlike the electromagnetic induction type proximity sensor, the sensing object P2 is not only a grounded conductor as shown in FIG. 18B, but the sensing object P1 is a non-grounded dielectric as shown in FIG. 18A. It can be detected.
[0007]
Between the parallel conductor planes shown in FIG. 18 (c), the electrostatic quantity of each conductor plane is Q, the area is s, and the charge density is q. _s The distance between planes is d, the potential difference is V, the electric field strength is E, and the relative dielectric constant of the sensing object P is ε _r Then, the following equations (1) to (4) are established.
q _s = Q / s (1)
E = q _s / Ε ₀ = Q / ε ₀ s ... (2)
V = Ed = (Q / ε ₀ s) d (3)
C = Q / V = ε ₀ ε _r s / d (4)
[0008]
Accordingly, the capacitance C changes due to the presence of the sensing object P, and the oscillation frequency of the oscillation circuit 5a changes. At this time, the detection circuit 11 of FIG. 17 discriminates the oscillation frequency, so that the presence or absence of the detection object can be detected. Further, as shown in FIG. 15, the auxiliary electrode 3 functions as a shield for the oscillation circuit 5a so as not to be affected by disturbance.
[0009]
A method for assembling the capacitive proximity sensor configured as described above will be described with reference to FIG.
(1) The printed board is cut into a circular shape, and a conductor portion slightly smaller than the outer diameter of the printed board is left on one surface by etching or the like. In this way, the main electrode 2 is formed.
(2) A metal plate such as brass is drawn and finished into a cup shape. In this case, the outer diameter of the cup must be finished with a predetermined fitting tolerance with respect to the outer diameter of the substrate constituting the main electrode 2 and the inner diameter of the case 1. Thus, the auxiliary electrode 3 is formed.
(3) The printed circuit board 6 a on which the oscillation circuit 5 a is mounted is inserted into the auxiliary electrode 3 and fixed using the connection member 10. The main electrode 2 is connected to the input terminal of the oscillation circuit 5a by a jumper wire 2a.
(5) The control circuit 5 is mounted on the printed circuit board 6.
(6) One end of the connection member 10 is soldered to the printed circuit board 6.
(7) Insert the clamp portion 9 into the lead wire 7 and solder the end of the lead wire 7 to the printed circuit board 6.
(8) The assembly as described above is inserted into the case 1 and the filling resin 8 is injected.
(9) Finally, the clamp portion 9 is fitted to the rear end portion of the case 1 to hermetically seal the circuit components.
[0010]
The above steps (3) to (9) are merely examples, and are not limited to this order.
[0011]
FIG. 20 is a perspective view showing another example of a conventional capacitive proximity sensor. In this example, the main electrode 1 is formed of a circular substrate, and a thin metal body piece is bent into an annular shape to form the auxiliary electrode 3. And each is connected to the printed circuit board 6, and a capacitive proximity sensor is comprised. In this case, in order to fix these electrodes and the printed board in a case (not shown), it is necessary to fill with a filler.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The capacitive proximity sensor formed by such a structure and assembly method has the following drawbacks.
(A) Since the main electrode 2 and the oscillation circuit 5a are built in the auxiliary electrode 3 that is a cavity, the sensor head cannot be reduced in size.
(B) The positioning accuracy of the main electrode 2 and the auxiliary electrode 3 is not high. For this reason, the value of the electrostatic capacitance C between both electrodes varies, and the detection distance may be different for each manufactured sensor head.
(C) The number of parts constituting the sensor head, such as the main electrode 2, the auxiliary electrode 3, the jumper wire 2a, and the printed circuit board 6a, is large. For this reason, the number of assembling steps is large and the manufacturing price is high.
[0013]
In addition, in order to keep each member in the case and maintain water resistance, the case is often filled with resin. However, the epoxy resin used as a filler is unsuitable as a filler for the main electrode and auxiliary electrode because it adversely affects temperature characteristics and the like. Therefore, it is necessary to fill the electrode part with other resin such as urethane resin and fill the other part with epoxy resin. For this reason, there are drawbacks in that the number of assembly steps is large and the manufacturing price increases.
[0014]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to reduce the number of parts by reducing the number of parts and to realize a capacitive proximity sensor without variation in detection sensitivity. It is intended.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 of the present application includes a planar main electrode and , An auxiliary electrode arranged to wrap the main electrode; An oscillation circuit having the main electrode at an oscillation input terminal; and a control circuit unit that processes a signal of the oscillation circuit and outputs a proximity state of a sensing object; A capacitive proximity sensor that detects the presence or absence of the sensing object by changing the capacitance between the sensing object and the sensor head when the sensing object is in the distance The flat plate portion and the first cross member that crosses the flat plate portion are integrally formed using a first resin that cannot be plated, and a part of the flat plate portion and the first cross member are formed. A first three-dimensional substrate on which at least the main electrode is formed by secondary molding using a second resin that can be plated on a part of the cross member and selectively performing metal plating on the second resin. And a cylindrical cup part and a second intersecting member that three-dimensionally intersects with the bottom surface of the cup part using a first resin that cannot be plated, and a part of the surface of the cup part and the first Use a second resin that can be plated on part of two cross members Te and secondary molding, by performing metal plating selectively in the second resin, comprising a second three-dimensional substrate formed with at least the auxiliary electrode, A conductor pattern of the oscillation circuit is formed inside the first cross member or the cup portion, and the first cross member or the second cross member is formed on the first cross member or the cup portion. Forming a conductor pattern of the control circuit unit, coupling the first and second three-dimensional boards so that the cup part of the second three-dimensional board is covered with the flat plate part of the first three-dimensional board; The electrode, the auxiliary electrode, the oscillation circuit, and the control circuit unit are electrically connected to each other.
[0016]
In the first aspect of the invention having such characteristics, when the sensing object approaches, an electric charge is induced in the main electrode formed on the first three-dimensional substrate, and the oscillation frequency of the oscillation circuit changes. The control circuit unit detects a change in the oscillation frequency and notifies the proximity of the detected object. In order to assemble a sensor head for changing the frequency of such an oscillation circuit, it is only necessary to insert the first three-dimensional board into the second three-dimensional board, and it is electrically connected. Further, the control circuit portion can also form a pattern with the second resin with respect to the first resin, and the structure and assembly method of the capacitive proximity sensor are greatly simplified.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The structure and assembly method of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment. Oscillation circuit When The block configuration of the control circuit is the same as that of the conventional example, and illustration and description thereof are omitted. As shown in FIG. 1, a first three-dimensional board 21 and a second three-dimensional board 22 are provided inside the case 20. The first three-dimensional substrate 21 is a three-dimensional substrate in which a flat plate portion including the main electrode 21a and a concave first engagement portion 21b (first cross member) are integrally formed. The second three-dimensional board 22 has a three-dimensional shape in which a rectangular circuit mounting portion 22a (second intersecting member), a cup portion 22d having an auxiliary electrode 22b, and a convex second engaging portion 22c are integrally formed. It is a substrate.
[0021]
Here, the three-dimensional substrate will be described. A three-dimensional substrate is formed from a first resin that cannot be plated with a three-dimensional substrate, and a portion that becomes a conductor is formed using a second resin that can be plated, and plating is selected only for the second resin. It is a substrate on which a conductive pattern is formed.
[0022]
For example, as shown in FIG. 2A, a partition type three-dimensional board 30 is considered for explanation. In the case where the horizontal substrate 31 and the vertical substrate 32 are integrated, when forming the conductor portion 33a buried in the substrate and the conductor portion 33b on the surface of the substrate, first, the substrate having the shape shown in FIG. Primary formation is performed using an impossible first resin 34 such as PPS (polyphenylene sulfide). Next, as shown in FIG. 2C, a second portion of the resin 34, for example, PES (polyether sulfone) that can be plated is secondarily formed on a specific portion that becomes a conductor portion of the resin 34. And conductor parts 33a and 33b can be formed in the portion of the second resin 35 by electroless plating of the substrate. Thus, by arbitrarily setting the pattern of the conductor part at the stage of secondary molding, the conductor part can be formed not only on the flat part of the substrate but also on the edge. Note that a liquid crystal polymer or the like can be used as a resin that can be plated and a resin that cannot be plated. Further, as shown in FIG. 2A, if a small hole is provided at the time of molding the first resin, and the surface of this portion is coated with the second resin, the through hole 36 can also be formed. In the following description, description of such steps is omitted.
[0023]
Now, in FIG. 1, the main electrode 21a and the auxiliary electrode 22b are positioned by fitting the second engagement portion 22c to the first engagement portion 21b. If these assemblies are inserted into the case 20, filled resin is injected, and the clamp portion 23 is fitted from behind, the sensor head is assembled.
[0024]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the first three-dimensional substrate 21 and the second three-dimensional substrate 22 are coupled. As the first three-dimensional substrate 21, a disc-shaped disc portion 21c and an engaging portion 21b having concave teeth are integrally formed with a first resin. Next, the second resin is secondarily formed on the back surface of the disc portion 21c and the inside of the engaging portion 21b and plated. Thus, the main electrode 21a is formed as shown by hatching in FIG. If the through hole 21d is provided in a part of the engaging portion 21b, the connecting portion of the main electrode 21a is formed at the same time. The film thickness of these conductor parts can be controlled by the immersion time of electroless plating.
[0025]
The second three-dimensional board 22 is formed by integrally forming a flat circuit mounting portion 22a, a second engaging portion 22c having convex teeth, and a cylindrical cup portion 22d using a first resin. The plate thickness of the second engaging portion 22c is slightly smaller than the groove width of the first engaging portion 21b. A small hole is provided at the base of the second engaging portion 22c so as to penetrate the surface of the circuit mounting portion 22a. Furthermore, the outer diameter of the cup portion 22d is made slightly smaller than the inner diameter of the case 20. Cup part 22d Is provided with a through hole 22e. The circuit mounting portion 22a must also be provided with a through hole corresponding to the circuit component. When the opening axis of these through holes does not coincide with the mold drawing direction of the second three-dimensional substrate, it is formed by post-processing.
[0026]
Next, the second resin is secondarily molded on the second three-dimensional substrate 22. The molding pattern at this time is such that a predetermined conductor pattern is obtained on the inner bottom surface of the cup portion 22d and the surface of the circuit mounting portion 22a. Further, the second resin is coated on the entire outer bottom surface and outer peripheral portion of the cup portion 22d. Then, if the secondary molded substrate is plated, a conductor portion having a predetermined pattern is completed.
[0027]
Thereafter, the components of the oscillation circuit shown in FIG. 16 are attached to the inside of the cup portion 22d. Control circuit The component is attached to the circuit mounting portion 22a. These parts can be attached by surface mounting, for example. If the first three-dimensional substrate 21 is inserted into the second three-dimensional substrate 22 as shown in FIG. 4C, the main electrode 21a can be connected to the oscillation circuit without using jumper wires. The output of the oscillation circuit is connected to the control circuit through the through hole 21d.
[0028]
The following effects can be obtained by the configuration and assembly method of the first embodiment.
(A) Since the fitting accuracy between the main electrode and the auxiliary electrode is stabilized, variations in the detection distance in the sensor head can be eliminated.
(B) A jumper wire in the cavity is not required, and the number of soldering steps of the oscillation circuit is reduced.
(C) The connection work between the auxiliary electrode, the oscillation circuit, and the control circuit becomes unnecessary. For this reason, the manufacturing process of the capacitive proximity sensor composed of minute parts is greatly simplified, and the manufacturing price of the proximity sensor can be greatly reduced.
[0029]
Next, the structure and assembly method of the capacitive proximity sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the structure of the capacitive proximity sensor according to the second embodiment. The block configuration of the control circuit including the oscillation circuit is the same as that of the conventional example, and illustration and description thereof are omitted. As shown in FIG. 5, a first three-dimensional board 41 and a second three-dimensional board 42 are provided inside the case 40. The first three-dimensional substrate 41 is a three-dimensional substrate in which a disc portion 41a, which is a flat plate portion, and a circuit mounting portion 41c (first cross member) perpendicular thereto are integrally formed. The second three-dimensional substrate 42 is a three-dimensional substrate in which a cup portion 42a and an engaging portion 42c (second cross member) are integrally formed.
[0030]
A circular main electrode 41b is formed of a conductor on the back surface of the disc portion 41a of the first three-dimensional substrate 41 by the same procedure as in the first embodiment. The circuit mounting portion 41c forms a conductor pattern for connecting each circuit component, mounts an oscillation circuit on the side close to the main electrode 41b, and mounts a control circuit on the side separated from the main electrode 41b. In the cup part 42a of the second three-dimensional substrate 42, an auxiliary electrode 42b is formed on the outer peripheral part thereof, and an opening 42d is formed in a part where the convex engaging part 42c is joined. The opening 42d is a horizontally long opening for penetrating the circuit mounting portion 41b.
[0031]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the first three-dimensional substrate 41 and the second three-dimensional substrate 42 are combined. As the first three-dimensional substrate, first, the disc portion 41a and the circuit mounting portion 41c are integrally formed with a first resin. Next, the second resin is secondarily formed on the back surface of the disc portion 41a and the surface of the circuit mounting portion 41c so as to form a predetermined circuit pattern, and then plated. Thus, the main electrode 41b as shown by hatching in FIG. 7A is formed and directly connected to the oscillation circuit.
[0032]
Next, components of the oscillation circuit and the control circuit having the same circuit configuration as those of the first embodiment are attached to the circuit mounting portion 41c formed of the second resin by surface mounting. Then, as shown in FIG. 6, by inserting the first three-dimensional board 41 to a predetermined position so that the disc part 41a of the first three-dimensional board 41 covers the cup part of the second three-dimensional board 42a, The electrode 41b and the auxiliary electrode 42b are positioned. At this time, the main electrode 41b can be fixed at a fixed position with respect to the auxiliary electrode 42b by soldering the conductor portion formed in a part of the engaging portion 42c and the conductor portion of the circuit mounting portion 41c. In this way, the assembly of the proximity sensor is completed with one soldering. Thereafter, when the case 40 is inserted, the filling resin is injected, and the clamp portion 43 is fitted, the capacitive proximity sensor is completed.
[0033]
Thus, the following effects are acquired by the structure and assembly method of 2nd Embodiment.
(D) Since the main electrode and the oscillation circuit are pattern-formed by one molding member, the main electrode and the oscillation circuit are easily accommodated in the cavity, and the variation in the characteristics of the proximity sensor is greatly reduced.
(E) Since the degree of freedom in the pattern arrangement of the oscillation circuit is increased, the outer diameters of the main electrode and the auxiliary electrode can be reduced.
(F) As in the first embodiment, the number of constituent members can be reduced, and the parts, material costs, and assembly man-hours can be reduced.
(G) Water resistance can be ensured as in the first embodiment.
[0034]
FIGS. 8A and 8B are perspective views showing electrode portions of the proximity sensor according to the third embodiment, and FIG. 8C is a side view seen from the cutout portion. In this embodiment, a cylindrical three-dimensional substrate 51 is used to form an arc-shaped cutout portion. A main electrode 51a is formed at the center of one surface of the three-dimensional substrate 51, one end of a through hole 51b is provided at the center, and the other end of the through hole 51b is connected to a notch portion through the other surface. A portion 51c is formed. An auxiliary electrode 51d is formed around the cylinder. The arc-shaped cutout portion is also provided with a land portion 51e connected to the surrounding auxiliary electrode 51d. The three-dimensional board 51 thus configured is inserted into a cylindrical case 52 as shown in FIG. 9, and a cord 53 is inserted through the opening 52a. The other end is connected to an amplifier unit having an oscillation circuit and a control circuit (not shown). Then, a cover 54 is provided to constitute the head portion of the proximity sensor. Reference numeral 54 a denotes a cutout portion of the cover 54, which is aligned with the position of the cord 53. Then, as shown in the cross-sectional view of FIG. 9B, the gap portion is filled with resin and sealed to form the head portion.
[0035]
In this way, the main electrode 51a and the auxiliary electrode 51d are formed of a single three-dimensional substrate, so that the number of steps required for assembling each electrode is reduced and positioning is not required. In addition, the relative position can be defined with high accuracy, and variations between products are reduced. Further, it is not necessary to fill the resin between the electrodes.
[0036]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, a substrate on which a circuit unit such as an oscillation circuit is mounted is connected to an electrode unit made of a three-dimensional substrate according to the third embodiment. FIGS. 10A and 10B are perspective views from different directions of the electrode portion of the fourth embodiment, FIG. 10C is a cross-sectional view thereof, and FIG. 11 is a diagram showing a state immediately before the substrate is attached to the electrode portion. It is. As shown in these drawings, the three-dimensional substrate 61 is a cylindrical member having an arc-shaped notch, as in the third embodiment, and a main electrode 61a is formed on one surface of the three-dimensional substrate 61. Is provided with a through hole 61b. As shown in FIG. 11, the three-dimensional substrate 61 is provided with a small-diameter columnar projection 62a at the center of a different surface from the main electrode, and a projection 62b is also provided in the vicinity thereof. The protrusion 62a allows the through hole 61b to penetrate therethrough. An auxiliary electrode 61c is formed on the side surface of the three-dimensional substrate 61 and a surface symmetrical to the main electrode 61a as shown in the figure. Similarly to the three-dimensional board 61, a circular printed board 63 having a circular notch is provided. The printed circuit board 63 is provided with through holes 63a and 63b corresponding to the protrusions 62a and 62b of the three-dimensional substrate 61 at the center and the periphery thereof. A pattern connected to the main electrode 61a is formed around the central through hole 63a, and a pattern connected to the auxiliary electrode 61c is formed around the other through hole 63b. In addition, an oscillation circuit pattern including these patterns is formed on the surface of the printed circuit board 63, and components of the oscillation circuit are mounted.
[0037]
FIG. 12 is a view showing a state in which the three-dimensional board 61 including the printed board 63 formed in this way is housed in the case 64. A cable 65 is guided to the case 64 through the opening 64a, and a pattern connected to the oscillation circuit is connected to the cable 65. Then, a cover 66 is provided, and the gap portion is filled with an epoxy resin or the like as shown in the drawing to form a head portion. In this way, the distance between the electrode portion and the oscillation portion that are easily affected by noise can be shortened, and noise resistance can be improved.
[0038]
FIG. 13 is a perspective view showing main components of the head portion of the capacitive proximity sensor according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, as in the third and fourth embodiments, a three-dimensional substrate 71 is used to form a main electrode 71a on one surface and a through hole 71b on the center thereof. An auxiliary electrode 71c is formed on the cylindrical side surface. On the back side of the main electrode 71a, the pattern of the oscillation circuit portion is formed as shown in FIG. 13B, and the circuit components of the oscillation circuit 72 are mounted. Further, the oscillation circuit unit is configured by connecting to the main electrode through a through hole and further connecting to the auxiliary electrode through a land connected to the side surface of the electrode unit. In this way, the oscillation circuit 72 can be configured by connecting the components of the oscillation circuit and the electrodes without using a printed circuit board.
[0039]
Then, as shown in FIG. 14, the three-dimensional board 71 is housed in the case 73, connected to the cable 74, and covered with a cover 75 and sealed in the same manner as in the third or fourth embodiment. Parts.
[0040]
Here, in the third to fifth embodiments, when a liquid crystal polymer is used as the material of the main substrate which is a material between the main electrode and the auxiliary electrode, it is widely used as a double-sided printed circuit board material. Since the dielectric constant is smaller than that of the glass epoxy material or the ceramic material, an effect that the detection performance such as temperature characteristics can be improved as compared with the case where the electrode is constituted by a printed board is also obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention of claim 1 of the present application, the sensor head including the main electrode and the auxiliary electrode is coupled using the three-dimensional substrate, so that the mounting accuracy of each electrode is improved. In addition, the connection with the oscillation circuit can be automatically performed. Accordingly, variation in detection sensitivity is reduced, and a uniform capacitive proximity sensor can be realized. Furthermore, since the number of assembly steps can be greatly reduced, the manufacturing cost of the capacitive proximity sensor is reduced. In the inventions of claims 2 and 3, since the main electrode and the auxiliary electrode are formed simultaneously using the three-dimensional substrate, the man-hour required for assembling each electrode is reduced, positioning is not required, and the relative position is increased. It can be realized with accuracy. Therefore, variation in the detection distance between products can be reduced. Moreover, it is not necessary to fill the epoxy resin between the electrodes, and it is not necessary to fill the electrode portion with a low dielectric constant filler. Furthermore, in the invention of claim 3, the distance between the electrode and the oscillation circuit can be shortened, and the noise resistance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of a capacitive proximity sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a three-dimensional substrate used in the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a main part drawing of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a structure of a capacitive proximity sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a capacitive proximity sensor according to a second embodiment.
FIG. 7 is a main part drawing of a capacitive proximity sensor according to a second embodiment.
FIGS. 8A and 8B are a perspective view and a side view showing a configuration of a head portion of a capacitive proximity sensor according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 9A and 9B are an assembly configuration diagram and a cross-sectional view illustrating a case for housing an electrode unit according to a third embodiment. FIGS.
FIGS. 10A and 10B are a perspective view and a side view showing a configuration of a head portion of a capacitive proximity sensor according to a fourth embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a head unit according to a fourth embodiment.
FIGS. 12A and 12B are an assembly configuration diagram and a cross-sectional view illustrating a case for housing an electrode unit according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a head portion of a capacitive proximity sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIGS. 14A and 14B are an assembly configuration diagram and a cross-sectional view showing a case for housing an electrode portion according to a fifth embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structural example of a conventional capacitive proximity sensor.
FIG. 16 is a circuit diagram of an oscillation circuit built in a capacitive proximity sensor.
FIG. 17 is a circuit diagram of a control circuit built in a capacitive proximity sensor.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the operation principle of a capacitive proximity sensor.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an assembly procedure of a conventional capacitive proximity sensor.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing another example of a conventional capacitive proximity sensor.
[Explanation of symbols]
1,20,40 cases
2, 21a, 41b, 51a, 61a, 71a Main electrode
2a Jumper wire
3, 22b, 42b, 51d , 61c, 71c Auxiliary electrode
4a cavity
5 Control circuit
5a Oscillator circuit
6,6a Printed circuit board
7 Lead part
9 Clamp part
10 connecting members
11 Detection circuit
12 Processing circuit
13 Output circuit
14 Constant voltage circuit
21, 41 First three-dimensional substrate
21c, 41a Disc part
21b, 22c, 42c engaging part
21d, 22e, 36, 51b, 61b, 71b Through hole
22, 42 Second solid substrate
22a, 41c Circuit mounting part
22d, 42a Cup part
23, 43 Clamp part
30 Solid board
31 Horizontal board
32 Vertical substrate
33a, 33b Conductor part
34 First resin
35 Second resin
42d opening
51, 61, 71 3D substrate
63 Printed circuit board

Claims

A planar main electrode , an auxiliary electrode arranged so as to wrap the main electrode, an oscillation circuit having the main electrode at the oscillation input end, and a signal of the oscillation circuit are processed to output a proximity state of the sensing object An electrostatic capacitance type sensor head that includes a control circuit unit, and detects the presence or absence of the sensing object by changing the capacitance between the sensing object and the sensor head when the sensing object is in the distance. A capacitive proximity sensor,
The flat plate portion and the first cross member that three-dimensionally intersects with the flat plate portion are integrally formed using a first resin that cannot be plated, and a part of the flat plate portion and one of the first cross members are formed. A second three-dimensional substrate using a second resin that can be plated, and by selectively performing metal plating on the second resin, at least a first three-dimensional substrate on which the main electrode is formed;
A cylindrical cup part and a second cross member that three-dimensionally intersects with the bottom surface of the cup part are integrally formed using a first resin that cannot be plated, and a part of the surface of the cup part and the second part are formed. A second three-dimensional substrate on which at least the auxiliary electrode is formed by secondary molding using a second resin that can be plated on a part of the cross member and selectively performing metal plating on the second resin. And comprising
Forming a conductor pattern of the oscillation circuit inside the first cross member or the cup portion, forming a conductor pattern of the control circuit portion on the first cross member or the second cross member, and The main electrode, the auxiliary electrode, the oscillation circuit, and the control circuit are connected to the first and second three-dimensional substrates so that the cup portion of the two three-dimensional substrates is covered with the flat plate portion of the first three-dimensional substrate A capacitive proximity sensor characterized in that the respective parts are electrically connected to each other.