JP2000077993A - 高周波発振型近接スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 包装容器内に収容され、プリント基板に実装
されるチップ部品等の電子部品の部品残量を検出するの
に適した高周波発振型近接スイッチを提供する。 【解決手段】 検出コイルを有する並列共振回路１a
と、並列共振回路１aに接続されて、これを発振させる
発振回路１bと、発振回路１bから得られる発振出力を検
波する検波回路１cと、検波回路１cの出力を所定の閾値
と比較する比較回路１dと、比較回路１dの比較結果によ
って被検出物の有無を検出する出力回路１eとを有し、
発振回路１bの発振周波数を１ＭHz〜１０ＭHz、好まし
くは２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲としてチップ部品等の電
子部品の有無（残量）を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波発振型近接
スイッチに関し、特にプリント基板に実装される電子部
品等の小型部品をバルク状に収容した場合に、その容器
内の部品残量を検出するのに適した高周波発振型近接ス
イッチに関するものである。

【０００２】

【関連する背景技術】被検出物の有無を非接触で検出す
る高周波発振型近接スイッチは、特開昭６３−２４８２
２０号に記載されているように、一般に、検出コイルと
コンデンサからなる並列共振回路と、これに接続されて
共振周波数の高周波を発振させる発振回路、発振回路の
発振信号を検波する検波回路、検波回路の出力を所定の
閾値と比較する比較回路、及び比較回路の比較結果によ
って被検出物の有無を検出する出力回路等から構成され
ている。

【０００３】そして、この高周波発振型近接スイッチ
を、例えば、工作機械の所定位置に取付け、金属板等の
被検出物の有無を検出するのに利用している。尚、上述
の公報に記載された高周波発振型近接スイッチは、その
発振回路の発振周波数を３ＫHz〜３０ＫHzの範囲とする
ことで、金属板の有無を検出している。

【０００４】一方、近年、プリント基板への電子部品の
表面実装技術の向上に伴い、電子部品がプリント基板に
高密度実装されるようになってきた。従って、抵抗やコ
ンデンサ等の電子部品も表面実装し易いようにチップ部
品の形態をとるようになり、且つこれらの電子部品を樹
脂製のケースに多数、ランダムに収容したいわゆるバル
ク包装の形態で表面実装機の部品供給部に装着するよう
になってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の公報に記載され
た高周波発振型近接スイッチは、ある程度の大きさを有
するアルミ板、鉄板等の金属のみを検出するために発振
回路の発振周波数を３ＫHz〜３０ＫHzの範囲に限定して
いる。一方、チップ部品は金属電極部が小さく薄いの
で、このような近接スイッチを用いてバルク包装された
チップ部品の有無（残量）をケース外部から検出しよう
としても、適切に検出することができない。

【０００６】バルク包装されたチップ部品の有無（残
量）を検出するに当たって、リミットスイッチ等の機械
的なスイッチを利用することも考えられるが、このよう
な機械式スイッチは接触式であるため、検出時にチップ
部品を傷付けてしまうおそれがある。又、光電スイッチ
等により、包装ケース外部からチップ部品の有無を光学
的に検出することも可能であるが、検出部付近の塵等の
付着によって光が適切に透過せずに誤検出することもあ
る。

【０００７】本発明の目的は、プリント基板に実装され
る電子部品等の小型部品をバルク状に収容した場合に、
その容器内の部品残量を検出するのに適した高周波発振
型近接スイッチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波発振
型近接スイッチは、検出コイルを有する並列共振回路
と、並列共振回路に接続されてこれを発振させる発振回
路と、発振回路から得られる発振出力を検波する検波回
路と、検波回路の出力を所定の閾値と比較する比較回路
と、比較回路の比較結果によって被検出物の有無を検出
する出力回路とを有する高周波発振型近接スイッチであ
って、前記発振回路の発振周波数を１ＭHz〜１０ＭHz、
好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲としたことを特
徴としている。

【０００９】金属部分が小さい小型部品の集合体を検出
するのに優れる一方、ある程度の大きさを有する鉄板、
アルミ板等を検出しにくいので、ケース内にバルク包装
した、電極部が小さく薄いチップ部品の残量のみをケー
ス外部から検出することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る高周波発振型近接スイッチの実施の形態について説明
する。本発明に係る高周波発振型近接スイッチ１は、図
１に示すように、検出コイルＬ１とコンデンサＣ１から
なる並列共振回路１aと、これに接続されて共振周波数
の１ＭHz〜１０ＭHz、好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHz
の範囲にある高周波を発振させる発振回路１b、発振回
路１bの発振信号を検波する検波回路１c、検波回路１c
の出力を所定の閾値と比較する比較回路１d、及び比較
回路１dの比較結果によって被検出物の有無を検出する
出力回路１e等から構成されている。

【００１１】そして、例えば、電極部が小さく薄いチッ
プ部品等からなる被検出物２が検出コイルＬ１の近傍に
接近すると、検出コイルＬ１の損失が増加して発振状態
が変化し、それに伴って、発振振幅も低下する。この出
力を比較回路１dで所定の閾値と比較し、出力がこの閾
値を下回ったとき、被検出物２が存在すると判断する。

【００１２】上述のように、発振回路の発振周波数は、
被検出物を検出したときの発振振幅の減少度合いに影響
を与える重要な要素である。ここで、発振周波数を１Ｍ
Hz〜１０ＭHz、好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲
とした根拠について説明する。まず、本発明に係る高周
波発振型近接スイッチ１の発振周波数とＱ値との関係に
ついて説明する。

【００１３】Ｑ値とは、近接スイッチに用いられる検出
コイルの発振に関する特性を表す要素の１つであり、Ｑ
＝ωＬ／Ｒ（コイルのコンダクタンス１／Ｒ、インダク
タンスＬ、発振の角周波数ω）で求められる。一般的に
Ｑ値は、その値が大きいほど共振回路が発振し易く、発
振振幅が大きくなる。その一方、Ｑ値が小さいと、共振
回路は発振しにくく、発振振幅が小さくなるか、停止し
たりする。

【００１４】そして、一般的な高周波発振型近接スイッ
チは、被検出物が存在しないとき、Ｑ値が高く、被検出
物が検出コイル近傍にあるとき、Ｑ値が低下するように
なっている。このような検出コイルを用いた高周波発振
型近接スイッチが被検出物を確実に検出するためには、
被検出物が接近していないときのＱ値に対して被検出物
が接近しているときのＱ値が十分に小さいこと、言い換
えれば、被検出物が接近しているときのＱ値（Ｑ_e）
の、被検出物が接近していないときのＱ値（Ｑ_n）に対
する比率Ｑ_e ／Ｑ_n （以下、「Ｑ比」という。）を小さ
くすることが必要である。

【００１５】更に、チップ抵抗やチップコンデンサ等の
チップ部品に代表される、金属部が小さい電子部品のみ
を近接スイッチで検出するためには、小部品であるチッ
プ部品を検出するときのＱ比が小さく、アルミ板、鉄板
等の大きい金属を検出するときのＱ比が大きいことが望
ましい。従って、上述のようにＱ比に違いが生じる発振
周波数を選択することが重要となる。

【００１６】ここで、被検出物がない場合、被検出物が
ある程度大きい単体の金属（具体的には、鉄板）の場
合、被検出物が小さい金属部を有する部品（具体的に
は、チップ部品）を多数収容した樹脂ケースの場合のＱ
値やＱ比の関係を、検出コイルの特性を実際に測定して
得られた実験データをもとに説明する。尚、チップ部品
は、例えば、長さ約１．０mm〜６．０mm、幅約０．５mm
〜３mm、厚さ約０．３mm〜０．６mmの外形を有し、外部
電極にはＳｎ／Ｐｂメッキがなされたものであるが、本
実験を行うに当たっては、長さ２．０mm、幅１．２５m
m、厚さ０．６mmのチップ部品を使用した。

【００１７】まず、図２に示すように、発振周波数１０
０ＫHz〜１０ＭHzの全範囲に亘って、被検出物がない場
合のＱ値（Ｑ_n）が、被検出物がある場合のＱ値よりも
大きいことが分かる。そして、発振周波数１００ＫHz〜
１ＭHzの範囲では、被検出物がチップ部品をバルク状に
収容したケースであるときのＱ値（Ｑ_c）の方が、被検
出物が鉄板であるときのＱ値（Ｑ_f）よりも若干大き
く、発振周波数１ＭHz〜１０ＭHzの範囲では、これが逆
転して、被検出物が鉄板であるときのＱ値（Ｑ_f）の方
が、被検出物がチップ部品を収容したケースであるとき
のＱ値（Ｑ_c）より大きくなることが分かる。

【００１８】以上の実験結果をもとに、発振周波数１０
０ＫHz〜１０ＭHzの範囲のＱ比を図３に示す。図３から
明らかなように、発振周波数１００ＫHz〜１ＭHzの範囲
では、被検出物が鉄板である場合のＱ比（Ｑ_f／Ｑ_n）の
方が、被検出物がチップ部品である場合のＱ比（Ｑ_c／
Ｑ_n）より若干小さく、発振周波数１ＭHz〜１０ＭHzの
範囲では、被検出物がチップ部品である場合のＱ比の方
が、被検出物が鉄板である場合のＱ比よりもかなり小さ
いことが分かる。

【００１９】上述の通り、Ｑ比が小さい場合の方が、被
検出物の有無に応じた発振振幅の違いが大きくなり、被
検出物の有無を検出するのに適する。その為、図３から
分かるように、発振回路の発振周波数が１ＭHz〜１０Ｍ
Hzの範囲であれば、鉄板よりもチップ部品を優先的に検
出できる。又、図３より明らかなように、３ＭHz近傍の
発振周波数（２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲）において、チ
ップ部品のＱ比が最も小さくなり、且つチップ部品のＱ
比と鉄板のＱ比との差が最も大きくなる。高周波発振型
近接スイッチの発振周波数を３ＭHz近傍（２．５ＭHz〜
４ＭHzの範囲）とすることで、チップ部品などの小さい
金属部を有する部品の存在を検出したときのみ、発振振
幅が極端に小さくなるので、チップ部品の有無の検出に
最も適するようにすることができる。

【００２０】従って、１ＭHz〜１０ＭHz、好ましくは、
２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲の発振周波数であれば、比較
回路１dの閾値を適切な値に設定すると、チップ部品な
どの小さい金属部を有する部品の存在を検出したときの
み発振振幅が小さくなるので、チップ部品の有無のみを
検出して鉄板などのある程度大きい金属の有無を検出し
ないようにすることができる。

【００２１】以上の理由により、本発明に係る高周波発
振型近接スイッチ１は、発振回路の発振周波数を１ＭHz
〜１０ＭHz、好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲と
してチップ部品などの小さい金属部を有する部品の有無
を適切に検出できるようにした。次に、チップ部品を多
数収容したケースを、発振周波数が７００ＫHzの近接ス
イッチの検出コイルに近づけていった場合と、本発明に
係る、発振周波数が３ＭHzの近接スイッチの検出コイル
に近づけていった場合のＱ比の変化について、図４に示
す実験データに基づいて説明する。

【００２２】図４から明らかなように、ケースと近接ス
イッチとの距離が同一の場合では、発振周波数が３ＭHz
の近接スイッチの方が、発振周波数が７００ＫHzの近接
スイッチよりもＱ比が小さく、ケース内に収容したチッ
プ部品を検出し易いことが分かる。又、Ｑ比が９０％に
変化したときに近接スイッチがチップ部品検出信号を出
力するように設定したとすれば、本発明に係る近接スイ
ッチの方が、従来の近接スイッチよりも、被測定物体か
ら２倍以上離れた距離でも同じ感度で被測定物体の有無
を検出できることが分かる。

【００２３】上述の実験結果から、従来の近接スイッチ
は、鉄板などの比較的大きい金属物を検出するのに適し
たものであり、又、近接スイッチの設置位置が鉄板の移
動経路の近傍にあること、即ち、被検出物と近接スイッ
チとの距離が小さいことが適切に動作するための条件で
あることが分かる。一方、包装ケース内に収容されたチ
ップ部品の有無（残量）をケース外部から近接スイッチ
で検出する場合、ケースが一定の厚さを有するために被
検出物と近接スイッチとの距離を一定の距離より小さく
することができないので、本発明に係る近接スイッチは
このようなバルク包装されたチップ部品の有無を検出す
るのに適することが分かる。

【００２４】次に、本発明に係る高周波発振型近接スイ
ッチ１の使用状態の一例について説明する。本発明に係
る高周波発振型近接スイッチ１は、例えば、図５に示す
ように、バルク包装されたチップ部品１０ａのケース外
部の所定位置に、図示しない接着テープやボルト等でし
っかりと取り付けられる。ケース１０は、樹脂製であ
り、ケース内部のチップ部品１０ａは、ケース下部から
１つづつ取り出され、図示しないハンドによって表面実
装機上のプリント基板の所定位置に実装される。ケース
内に収容されたチップ部品１０ａが徐々に減り、近接ス
イッチ取付部近傍におけるチップ部品１０ａの残量が所
定値以下になると、近接スイッチ１は、チップ部品１０
ａがケース内になくなりつつあることを確実に検出する
ことができる。これによって、チップ部品の欠品に伴う
表面実装機のダウンタイムを小さくすることができる。

【００２５】尚、本発明に係る高周波発振型近接スイッ
チ１は、チップ部品１０ａなどの小さい金属部を有する
部品の集合体のみを迅速かつ確実に検出するので、この
近接スイッチ近傍に、鉄板などの比較的大きい単体金属
物が近づいてもチップ部品１０ａとして誤って検出する
ことはない。又、高周波発振型近接スイッチ１をケース
外部に取り付けるに当たって、ケース１０の厚みなどに
より、近接スイッチ１とチップ部品１０ａとの間に距離
がかなりあっても、本発明に係る高周波発振型近接スイ
ッチ１は、チップ部品１０ａの有無を感度良く検出する
ことができる。

【００２６】更に又、従来の機械式スイッチのように、
ケースへの取付位置を制限されることなく、本発明に係
る高周波発振型近接スイッチ１をケースの任意の位置に
取り付けることが可能となり、チップ部品を収納したケ
ースの交換に伴う表面実装機のダウンタイム短縮に貢献
することができる。又、機械式スイッチの検出部がチッ
プ部品と接触することによるチップ部品の破損等を生じ
なくて済む。

【００２７】又、幾つかの高周波発振型近接スイッチ１
を、ケース外部の上下方向に段階的に取り付けることに
よって、ケース内に収容されたチップ部品１０ａの残量
を段階的に検出することが可能となり、チップ部品１０
ａの減少量を予測することができる。尚、上述の実施形
態は、表面実装機において、ケース内にバルク包装され
たチップ部品１０ａの有無をケース外部から検出するの
に高周波発振型近接スイッチ１を使用した場合について
説明したが、本発明に係る高周波発振型近接スイッチ１
は、チップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品１０
ａに限らず、例えば、ネジ等の小さい金属部品の集合体
であればいかなるものであってもその有無を検出するの
に適することは言うまでもない。

【００２８】又、本発明に係る高周波発振型近接スイッ
チ１を、パーツフィーダ等の部品供給装置の供給経路途
上に設けて、部品供給状態を監視することも可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高周
波発振型近接スイッチは、検出コイルを有する並列共振
回路と、並列共振回路に接続されてこれを発振させる発
振回路と、発振回路から得られる発振出力を検波する検
波回路と、検波回路の出力を所定の閾値と比較する比較
回路と、比較回路の比較結果によって被検出物の有無を
検出する出力回路とを有する高周波発振型近接スイッチ
であって、前記発振回路の発振周波数を１ＭHz〜１０Ｍ
Hz、好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲としたこと
を特徴としている。

【００３０】発振回路の発振周波数を１ＭHz〜１０ＭH
z、好ましくは、２．５ＭHz〜４ＭHzの範囲とすること
で、鉄板やアルミ板などの、比較的大きい単体の被検出
物を検出することなく、金属部分が小さい被検出物の集
合体のみを確実に検出することができる。従って、表面
実装機の部品供給部に装着されたチップ部品供給用のケ
ースの適当な位置にこの高周波発振型近接スイッチを取
り付けるだけでケース内に収容されたチップ部品の有無
（残量）を非接触で検出することができる。

【００３１】その為、従来の接触式の機械的近接スイッ
チを用いた場合に較べ、部品を収容したケースの交換に
伴う装置のダウンタイムを短縮することができる。又、
従来の光電式近接スイッチのように、検出部の定期的な
清掃等のメンテナンスを必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波発振型近接スイッチの構成を示
すブロック図である。

【図２】高周波発振型近接スイッチの発振周波数とＱ値
との関係を示す実験結果を示した特性図である。

【図３】図２に示す実験結果に基づき、高周波発振型近
接スイッチの発振周波数とＱ比との関係を示す特性図で
ある。

【図４】本発明に係る高周波発振型近接スイッチと被測
定物間の距離とＱ比との関係を従来例と比較して示す特
性図である。

【図５】本発明に係る高周波発振型近接スイッチの使用
状態の一例を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１，５ 高周波発振型近接スイッチ １a 並列共振回路 １b 発振回路 １c 検波回路 １d 比較回路 １e 出力回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出コイルを有する並列共振回路と、 前記並列共振回路に接続されて前記並列共振回路を発振
   させる発振回路と、 前記発振回路から得られる発振出力を検波する検波回路
   と、 前記検波回路の出力を所定の閾値と比較する比較回路
   と、 前記比較回路の比較結果によって被検出物の有無を検出
   する出力回路とを有する高周波発振型近接スイッチであ
   って、 前記発振回路の発振周波数を１ＭHz〜１０ＭHzの範囲と
   したことを特徴とする高周波発振型近接スイッチ。
2. 【請求項２】 前記発振回路の発振周波数を２．５ＭHz
   〜４ＭHzの範囲としたことを特徴とする、請求項１記載
   の高周波発振型近接スイッチ。