JPH071312B2 - 壁の背後部材検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、合板や石膏ボードからなる壁材や天井材の背
後にあって壁材や天井材を取り付ける胴縁、間柱、野縁
等の支柱や、壁の背後に配設された水道管、電線管等を
検知する壁の背後部材検知装置に関するものである。

［背景技術］ 一般に合板や石膏ボード等の壁材や天井材により壁や天
井が形成されている場合であって、壁に時計や額を取り
付けたり、天井や壁に照明を取り付けたりするときに
は、壁材や天井材を取り付けるために壁材の背部に設け
られた支柱（間柱、胴縁、野縁等）を探し出し、釘やフ
ックを支柱に装着することが必要であり、また空調機等
を取り付けるときには、壁内に埋設された水道管や電線
管を避けて穴をあける必要がある。しかしながら、一般
に壁材の表面は化粧シートを貼着したり塗装を施すこと
によって表面仕上げがなされているから、支柱の位置を
目視によって探し出すのは困難である。

したがって、従来はハンマー等で壁材の表面をたたき、
生じる音が支柱の有無により変化することを利用して支
柱の位置を検知する方法が一般に用いられていた。しか
しながら、石膏ボードでは支柱の有無による音の変化が
少ないものであるから、熟練した人でなければこの方法
による支柱の検知は困難である。

このような問題を解消するために、第11図に示すよう
に、電極板２で誘電率の変化を検出して壁の背後にある
支柱等を検知するとともに、発振トランスＴで周囲に形
成した磁界の変動を検出して壁の背後にある電線管や水
道管等の金属を検出するものが考えられている。すなわ
ち、装置を壁面に密着させて移動し、誘電率の変化およ
び磁界の変動が最大となる位置で発光ダイオードLDが点
灯するように構成し、支柱や電線管等を検知するもので
ある。ここで、第11図に示すように、発振トランスＴは
棒状に形成されており、軸方向の両端が磁極となるよう
に設定されている。また、発振トランスＴはその軸が電
極板２に対して平行となるように配設されている。この
ように形成された発振トランスＴは磁極付近で軸方向に
生じている磁界の磁束密度がもっとも大きく、それ以外
の方向では磁束密度が小さくなるから、上述のように、
発振トランスＴの軸が電極板２に対して平行となるよう
に配設されていると、検知方向での磁束密度が小さくな
り検知深さが浅くなるという問題がある。

そこで、必要な検知深さを得るためには発振トランスＴ
を大型化する必要が生じ、その結果、装置全体が大型化
するという問題が生じる。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、壁や天井の背後に存在する部材を
検知し、かつその部材が金属であるかどうかを同時に検
知でき、しかも感度が高く小型に形成された壁の背後部
材検知装置を提供することにある。

［発明の開示］ （実施例） 第１図に示すように、基本的には金属探知部と、背後部
材の探知部と、電源となる電池Ｂと、電池Ｂの出力を安
定化して各探知部に給電する電源回路９と、電源スイッ
チSWとから構成される。第１図中左半分は金属探知部で
あって、周囲に交番磁界を形成しその磁界の変動により
金属の存在を検知する発振回路１と、電源投入時に基準
値を自動設定するとともに発振回路１の出力レベルが所
定値以下となると接点出力を送出する第１の動作制御回
路10と、第１の動作制御回路10の接点出力に呼応して点
滅する第１の報知手段となる第１の発光ダイオードLD₁
とから構成される。ここで報知手段としては光で報知す
るものの他、音で報知するものであってもよい。

発振回路１はコアに導線を巻回した発振トランスＴを備
え、一次巻線L₁にはコンデンサC₁が並列接続されて共振
回路を形成する。この共振回路はトランジスタQ₁のコレ
クタに接続され、発振トランスＴの二次巻線L₂は帰還巻
線となって一端がトランジスタQ₁のベースに接続され、
他端が電源の両端間に挿入された直列抵抗R₁，R₂の接続
点に接続される。両抵抗R₁，R₂はトランジスタQ₁のベー
スにバイアスを付与するために設けられているものであ
り、電源投入時に発振回路１が起動できるようにすると
ともに、トランジスタQ₁のエミッタ抵抗の変化に対応で
きるようにしているのである。トランジスタQ₁のエミッ
タには一対の可変抵抗VR₁，VR₂が挿入される。発振回路
１の出力はトランジスタQ₁のコレクタと共振回路との接
続点より取り出される。したがって、発振回路１が発振
している状態では発振トランスＴの周囲に交番磁界が発
生し、発振トランスＴの周囲の磁界内に金属が存在し渦
電流損等で磁界が変動すると、発振トランスＴの一次巻
線L₁と二次巻線L₂との間の結合係数が変化し、発振回路
１の出力レベルが低下する。

動作制御回路10は、発振回路１の出力を増幅する検知増
幅回路11と、検知増幅回路11の出力レベルに対応した電
圧を出力する積分回路12と、積分回路12の出力が所定レ
ベルに達すると接点出力が反転するスイッチング回路13
と、スイッチング回路13の出力に呼応した出力を発生す
る検知回路14と、電源スイッチSWの投入直後では検知増
幅回路11の増幅率を最小としてから次第に増大させ検知
増幅回路11の増幅率が所定値となり検知回路14の出力が
反転した後は検知増幅回路11の増幅率をその値に保持す
るラッチ回路15とにより構成される。検知増幅回路11は
発振回路１の出力のうちの交流成分を増幅し、積分回路
12では検知増幅回路11の出力レベルに呼応した出力電圧
が得られるようになっている。スイッチング回路13は積
分回路12の出力電圧が所定値となると導通して発光ダイ
オードLD₁が点灯するように設定されている。すなわ
ち、検知増幅回路11の出力レベルが所定値以下となると
発光ダイオードLD₁が点灯するのである。検知回路14は
スイッチング回路13の出力に呼応して動作するのであっ
て、ラッチ回路15の動作を制御する。ラッチ回路15は電
源投入時に出力レベルが最大となり、検知増幅回路11の
増幅率を小さくして出力レベルを下げ発光ダイオードLD
₁を点灯状態とする。その後、発光ダイオードLD₁が点灯
している期間は出力レベルを次第に減少させ、検知増幅
回路11の増幅率を次第に増大させて発光ダイオードLD₁
の消灯時点で検知回路14の出力が得られるとその出力レ
ベルを保持する。

したがって、金属探知部は以下のように動作する。すな
わち、まず電源を投入すると、ラッチ回路15は出力レベ
ルを最大とし、検知増幅回路11の増幅率が最小となるか
ら、発振回路１の出力レベルは第２図（ａ）のように一
定であるが、検知増幅回路11の出力レベルは、第２図
（ｂ）に示すように、小さくなっている。したがって、
このときスイッチング回路13の出力レベルは、第２図
（ｃ）に示すように、“L"となり、第２図（ｃ）に示す
ように、発光ダイオードLD₁が点灯する。その後、第２
図（ｄ）のように、ラッチ回路15の出力レベルが次第に
低下すると、検知増幅回路11の増幅率が次第に大きくな
り、検知増幅回路11の出力レベルが増大して積分回路12
の出力電圧が所定値に達すると、スイッチング回路９が
非導通状態となって発光ダイオードLD₁が消灯する。こ
のとき、検知回路14の出力が反転し、ラッチ回路15の出
力レベルが保持される状態となる。したがって、その後
は検知増幅回路11の増幅率が一定値に保たれるのであ
る。その後に発振トランスＴの磁界内に金属が存在する
ようになると、第２図の右半分に示すように、発振回路
１の出力レベルが低下し、発光ダイオードLD₁が点灯す
るのである。このとき、ラッチ回路15の出力レベルは変
動しないようになっている。

背後部材の探知部は、第１図の右半分であって、基本的
には、可変抵抗VR₃と抵抗R₃，R₄とともに時定数回路を
構成する電極板２と、電源投入時に基準値を自動設定し
電極板２により検知される静電容量が基準値に達すると
接点出力が得られる第２の動作制御回路20と、動作制御
回路20の接点出力に呼応して点滅する第２の報知手段で
ある発光ダイオードLD₂〜LD₈とから構成されている。こ
こに、第１の報知手段と同様に第２の報知手段も光で報
知するものではなく、音で報知するものとしてもよい。

電極板２は１枚の主電極板2aと、主電極板2aの両側に配
設された一対の副電極板2b,2cとを備えている。主電極
板2aは可変抵抗VR₃の一端に接続されて可変抵抗VR₃とと
もに時定数回路を形成し、また両副電極板2b,2cは互い
に接続されるとともに、電源を３分する抵抗R₃，R₄、可
変抵抗VR₃のうちの可変抵抗VR₃と抵抗R₃との間の接続点
に接続されて、抵抗R₃，R₄、可変抵抗VR₃とともに基準
時定数回路を形成する。

動作制御回路20は、時定数回路および基準時定数回路の
時定数に基づいてそれぞれ動作する一対の単安定マルチ
バイブレータ21,22と、両単安定マルチバイブレータ21,
22の出力パルスのパルス幅の差に相当するパルスを出力
する時間差検出回路23と、時間差検出回路23の出力パル
スを積分する積分回路24と、積分回路24の出力が所定レ
ベルに達すると接点出力が反転する可変抵抗VR₄が直列
に接続されたスイッチング回路25と、スイッチング回路
25の出力に呼応した出力を発生する検知回路26と、電源
スイッチSWの投入直後には出力レベルが最小となり次第
に出力レベルを増大させ基準時定数回路の時定数が所定
値に達すると出力レベルを一定に保持するラッチ回路27
とにより構成される。したがって、第３図（ａ）のよう
に、電極板２により検出される静電容量と抵抗R₂とによ
り時定数が設定され、第３図（ｃ）のように、その時定
数に対応したパルス幅のパルスが単安定マルチバイブレ
ータ21の出力として得られるのである。ここに単安定マ
ルチバイブレータ21の出力は負論理である。また、単安
定マルチバイブレータ22の時定数は第３図（ｂ）に示す
ように基準時定数回路により設定され、第３図（ｄ）の
ように、その時定数に対応したパルス幅のパルスを出力
する。ここに単安定マルチバイブレータ22は正論理であ
る。両単安定マルチバイブレータ21,22の出力は時間差
検出回路23に入力され、第３図（ｅ）のように、単安定
マルチバイブレータ21の出力パルス幅から単安定マルチ
バイブレータ22の出力パルス幅を差し引いたパルス幅の
パルスを出力する。つまり両単安定マルチバイブレータ
21,22の出力レベルがともに“L"となる期間のパルス幅
に相当するパルスを出力する。時間差検出回路23の出力
は第３図（ｆ）のように、積分回路24により積分されて
パルス幅に対応した出力電圧が得られるのである。すな
わち、積分回路24は入力パルス幅が所定値以下であると
出力レベルを“H"とするように設定されている。したが
って、壁に背後部材が存在し電極板11により検出される
静電容量が大きくなると、単安定マルチバイブレータ21
の出力パルス幅が大きくなるから、時間差検出回路23の
出力パルスのパルス幅が大きくなり、積分回路24の出力
レベルが“L"となるのである。積分回路24の出力レベル
が“L"となると、第３図（ｈ）に示すように、スイッチ
ング回路25が導通して発光ダイオードLD₂〜LD₈が順次
（LD₂，LD₃、LD₄，LD₅、LD₆，LD₇、LD₈の順に）点灯す
る。すなわち、時間差検出回路23の出力パルス幅が所定
値以上となると発光ダイオードLD₂〜LD₈が順番に点灯す
るのである。検知回路26はスイッチング回路25の出力に
呼応して動作するのであって、ラッチ回路27の動作を制
御する。ラッチ回路27は電源投入時に出力レベルが最小
となるのであって、基準時定数回路の時定数を最大と
し、このとき、単安定マルチバイブレータ22の出力パル
ス幅が単安定マルチバイブレータ22の出力パルス幅より
も大きくなるから、時間差検出回路23からは出力パルス
が得られない。この時点では積分回路24の出力レベルが
“L"であるから、発光ダイオードLD₈が点灯している。
発光ダイオードLD₈が点灯している期間は、第３図
（ｌ）のように、ラッチ回路27は出力レベルを次第に増
大させて基準時定数回路の時定数を次第に小さくし、発
光ダイオードLD₈の消灯時点で検知回路26の出力が得ら
れるとその出力レベルを保持するのである。

次に電源回路９について説明する。電源回路９は、電池
Ｂの電圧が一定以上であるときに発光ダイオードLD₉を
点灯させ、また金属探知部と背後部材の探知部との基準
電圧を設定する。

以上のようにして、金属探知部と背後部材の探知部とは
それぞれ自動的に感度調節が行なわれ、予め使用環境に
装置を配置して電源を投入すればその環境における最大
感度となるように設定されるのである。すなわち、金属
探知部と背後部材の探知部とはそれぞれ初めに発光ダイ
オードLD₁〜LD₈が点灯状態となるように設定され、その
後感度を次第に下げて発光ダイオードLD₁〜LD₈が消灯し
た直後の時点での感度を保持するから、周囲環境がわず
かに変化しただけで、ただちに発光ダイオードLD₁〜LD₈
が点灯するのであり、使用環境の中で最大感度での検知
が行なえるのである。

上記回路は、第５図に示すように、プリント基板４上に
実装され、電源となる電池Ｂ、発振トランスＴ、電極板
２とともにケーシング３内に納装される。

ケーシング３は、第４図ないし第７図に示すように、一
対の半割体3a,3bを組み合わせて形成される。ケーシン
グ３の一端部は手で持つグリップ部31となり、他端部に
は表示部32が形成されている。表示部32はグリップ部31
に比較して広幅（第７図中l₁＞l₂）に形成されており、
グリップ部31を手で持ち表示部32を上にした状態でケー
シング３を壁面等に当接させているときに、手が滑った
りしても、表示部32がグリップ部31よりも突出している
ことにより表示部32が手に引掛かるから、ケーシング３
を落下させることがないのである。グリップ部31の背面
には着脱自在な電池カバー33が装着され、ケーシング３
内に納装された電池Ｂの交換が行なえるようになってい
る。またグリップ部31には両半割体3a,3b間に挟持され
た軸34により取り付けられたつりひも35が設けられてい
る。両半割体3a,3bは組立ねじ36により結合される。表
示部32には上述した各発光ダイオードLD₁〜LD₉の光をそ
れぞれ透過させる複数の透孔37と、各可変抵抗VR₁〜VR₄
をそれぞれ調節するための透孔38とが形成され、それら
の透孔37,38は表示板39により覆われる。表示板39には
発光ダイオードLD₁〜LD₉の光を透過させる各透孔37に対
応する部位に光を透過させる半透明部39aが形成されて
いる。透孔37および半透明部39aはＶ形に配置される。

プリント基板４には、発光ダイオードLD₁〜LD₉、および
可変抵抗VR₁〜VR₄を含めて上述の回路部分が実装されて
おり、発光ダイオードLD₁〜LD₉は各透孔37に対応してＶ
形に配列され、可変抵抗VR₁〜VR₄は透孔38に対応して配
置される。こごに、背後部材からもっとも遠い位置で点
灯する発光ダイオードLD₂，LD₃が両端に配置され、背後
部材にもっとも近い位置で点灯する発光ダイオードLD₈
が中央に配置される。また、プリント基板４には電源ス
イッチSWおよびスイッチング回路13,25のしきい値を切
り換える切換スイッチSW_sが実装されている。電源スイ
ッチSWはグリップ部31の側面に露出したスイッチハンド
ル41により操作され、復帰ばね42のばね力に抗してスイ
ッチハンドル41を押圧している期間のみ電源スイッチSW
がオンとなるように設定されている。また、感度切換ス
イッチSW_sはグリップ部31の前面に露出するスライド自
在な切換ハンドル43により操作されるようになってい
る。

以上の構成により、第８図に示すように、プリント基板
４上に実装された可変抵抗VR₁〜VR₄をケーシング３の前
面に形成された透孔38を通して挿入されるドライバ等の
治具７によって調節することができる。したがって、ケ
ーシング３を組み立てた後に感度調節を行ない、その後
に透孔38を表示板39で覆うようにすれば、感度調節後に
ケーシング３の誘電率の影響を受けることが防止できる
のである。すなわち、感度調節後にケーシング３内に電
極板２等を納装すれば、ケーシング３により周囲の誘電
率が変化するから、感度が変化することになるが、予め
ケーシング３に電極板２等を納装して測定条件に近い状
態で感度調節を行なうから、感度の変化がなく感度調節
が容易になるのである。また、ケーシング３を分解せず
に、感度調節が行なえる利点がある。

プリント基板４には接続線を介して電池Ｂを接続する電
池スナップＳ、電極板２、および発振トランスＴが接続
される。ケーシング３内では電池Ｂと発振トランスＴと
はプリント基板４を挟んで反対側に配設され、また電極
板２はプリント基板４と厚み方向において重複して配設
される。電極板２はプリント基板４とは別のプリント基
板で形成され、導電パターンにより主電極板2aを挟んで
副電極板2b,2cが左右対称に配設された形状となってい
る。

発振トランスＴは合成樹脂成型品よりなるホルダ６を介
してプリント基板４に取着される。ホルダ６は一端部に
トランス保持部6aを有し他端部にフック部6bを有してい
る。フック部6bは、第７図に示すように、プリント基板
４を厚み方向の両側から挟持する形状に形成されてお
り、プリント基板４の一面側にはプリント基板４に向か
って係止突起6cが突設されている。一方、プリント基板
４の周部には透孔4aが形成されており、この透孔4aに係
止突起6cを挿入するようにしてフック部6bをプリント基
板４に取着するのである。発振トランスＴは棒状に形成
されており、周面に巻線が巻回されている。ホルダ６の
トランス保持部6aは、発振トランスＴをその軸方向がプ
リント基板４に直交するようにして保持する。また、発
振トランスＴは、第７図に示すように、電極板２の中心
線の延長上に配設される。したがって、ケーシング３に
おける電極板２と発振トランスＴを囲む部分の周縁を円
弧状に形成することができるのであり、ケーシング３の
小型化につながるものである。

以上のように、発振トランスＴをホルダ６を介してプリ
ント基板４に取着しているから、発振トランスＴのプリ
ント基板４に対する位置が固定され、発振トランスＴと
プリント基板４に実装された回路部分との間の接続線に
負担がかからず、接続線の断線が防止できるのである。
また、発振トランスＴが両磁極間を結ぶ方向をプリント
基板４に直交させるように配設されており、一方の磁極
を壁面に近接させて金属の探知を行なうことになるか
ら、同じ大きさの発振トランスＴでは探知深さをより深
くすることができ、探知深さが同じであれば発振トラン
スＴを小型化でき、ケーシング２を小型化できるのであ
る。また、ホルダ６を介して発振トランスＴをプリント
基板４に取着していることにより、電極板２およびプリ
ント基板４に対して発振トランスＴを離間して配設して
いるから、発振トランスＴの周囲に生じている磁界が電
極板２やプリント基板４の金属部分による影響を受けに
くく、この構成によっても探知深さを大きくすることが
できる。さらに、発振トランスＴが棒状に形成され、そ
の一方の磁極を壁面に対面させるから、探知幅が狭く、
測定対象の位置検出制度が高くなる利点がある。

以上のように構成された装置を使用するには、第10図に
示すように、壁面５（天井面でもよい）にケーシング３
の背面を密着させ、スイッチハンドル41を押圧し、発光
ダイオードLD₁〜LD₈が消灯したらケーシング３を壁や天
井に沿って移動させる。壁の背後に支柱等の部材が存在
すると、第９図に示すように、まず両端の発光ダイオー
ドLD₂，LD₃が点灯し（第９図に黒塗りで示している）、
背後部材に接近するにしたがって中央寄りの発光ダイオ
ードが順次点灯し、背後部材の略中央位置に達すると、
中央の発光ダイオードLD₈が点灯するのである。すなわ
ち、背後部材に次第に接近するイメージが捉らえやすく
なる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、周囲に形成した磁界の変動を電
気信号に変換する発振トランスと、周囲の誘電率に対応
した電気信号が得られる電極板とを備え、発振トランス
は棒状に形成されるとともに軸方向の両端を磁極とし、
発振トランスの軸が電極板に対して直交する形で配設さ
れて成るものであり、発振トランスの磁極となる軸方向
の一端を検知方向に向けているから、発振トランスの周
囲に生じる磁界のうちでもっとも磁束密度の高い部分で
金属の検知が行なえることになり、その結果、感度を高
めることができるという利点を有するのである。すなわ
ち、同じ大きさの発振トランスでは検知深さがより深く
なり、検知深さが同じであれば発振トランスを小型化す
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示すブロック図、第２図お
よび第３図は同上の動作説明図、第４図は同上の外観斜
視図、第５図は同上の分解斜視図、第６図は同上の一部
切欠斜視図、第７図（ａ）は同上の背面図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）中のＸ−Ｘ線断面図、第７図
（ｃ）は第７図（ａ）中のＹ−Ｙ線断面図、第８図は同
上の使用例を示す動作説明図、第９図は同上の動作説明
図、第10図は同上の使用状態を示す斜視図、第11図は従
来例を示す分解斜視図である。 ２は電極板、Ｔは発振トランスである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲に形成した磁界の変動を電気信号に変
   換する発振トランスと、周囲の誘電率に対応した電気信
   号が得られる電極板とを備え、発振トランスは棒状に形
   成されるとともに軸方向の両端を磁極とし、発振トラン
   スの軸が電極板に対して直交する形で配設されて成るこ
   とを特徴とする壁の背後部材検知装置。
2. 【請求項２】電極板の中心線の延長上に発振トランスが
   配設されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の壁の背後部材検知装置。
3. 【請求項３】発振トランスが回路基板に保持されて成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の壁の背
   後部材検知装置。
4. 【請求項４】発振トランスと電池とが電極板を挟んで反
   対側に配設され、発振トランスと電極板とが離間して配
   設されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の壁の背後部材検知装置。