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WO2011024306A1 - 静電容量型近接センサ - Google Patents

静電容量型近接センサ Download PDF

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WO2011024306A1
WO2011024306A1 PCT/JP2009/065184 JP2009065184W WO2011024306A1 WO 2011024306 A1 WO2011024306 A1 WO 2011024306A1 JP 2009065184 W JP2009065184 W JP 2009065184W WO 2011024306 A1 WO2011024306 A1 WO 2011024306A1
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planar
detection
linear
proximity sensor
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慶一 野々垣
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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/96078—Sensor being a wire or a strip, e.g. used in automobile door handles or bumpers

Definitions

  • the present invention relates to a sensor that detects the approach of a detection object such as a human body by a change in capacitance, and more particularly to a capacitance proximity sensor that includes a plurality of electrodes.
  • This type of capacitive proximity sensor has two electrodes in a flat plate shape, and both the flat plate electrodes face each other in parallel. In both electrodes, electric lines of force from one electrode enter another electrode to constitute a capacitor. When the human body or the like of the detection object approaches the electrode, the electric lines of force emitted from the electrode are deformed, and the capacitance between the electrodes changes. The approach of the detection target is detected by a change in capacitance.
  • the capacitive proximity sensor can detect a detection object at a position far from the electrode in the detection region on the front side of the electrode, that is, has a long detectable distance.
  • the detectable distance is short in the region on the opposite side and the rear side of the electrode. It is desirable that there are few malfunctions.
  • Example 1 of the electrode As shown in FIG. 1, the linear electrode 1 is an electric wire, has a diameter of 0.22 mm, and a length of 300 mm.
  • the planar electrode 2 is a belt-shaped or rectangular flat plate having a width of 30 mm and a length of 300 mm.
  • the linear electrode 1 is aligned in parallel with the planar electrode 2 in the length direction, is positioned beside the central position in the width direction of the planar electrode 2, and is spaced 3 mm from the planar electrode 2.
  • the linear electrode 1 On both sides of the linear electrode 1, the linear electrode 1 is not hidden by the planar electrode 2, and the linear electrode 1 and the planar electrode 2 appear. This side is the detection area on the front side. On the side of the planar electrode 2, the linear electrode 1 is hidden by the planar electrode 2. This is the rear area.
  • the linear electrode 1 is the same electric wire as in the electrode example 1.
  • the planar electrode is folded back to the front side by extending the upper and lower sides of the flat plate of the planar electrode 2 in the electrode example 1 vertically.
  • This planar electrode connects the front plate 4 to the upper and lower edges of the rear plate 3 having the same shape and the same size as the planar electrode 2 in the electrode example 1 via the upper plate and the lower plate, respectively.
  • the relative positions of the rear plate 3 and the linear electrode 1 are the same as those of the planar electrode 2 and the linear electrode 1 in the electrode example 1.
  • the two front plates 4 are juxtaposed with the rear plate 3, positioned above and below the linear electrode 1, and spaced by 3 mm from the linear electrode 1.
  • the planar electrodes are the folded plates 3 and 4.
  • the linear electrode 1 side of both electrodes is a detection region on the front side.
  • the rear plate 3 side of the planar electrodes 3 and 4 is a rear region.
  • FIGS. 4 and 5 As the electric circuit, various circuits capable of detecting a change in capacitance can be used, but a series resonance circuit is used.
  • a transmission source E, a coil L, an electrode 6, an electrode 7, and a resistor R are connected in series.
  • the coil L has an interwinding capacitance C1.
  • the electrode 6 and the electrode 7 constitute a capacitor C2.
  • the coil L and the capacitor C2 constitute a series resonance circuit.
  • the inter-winding capacitance C1 and the coil L constitute a parallel resonance circuit.
  • the source E and the resistor R are grounded.
  • the voltage V across the resistor R is detected.
  • the relationship between the detection voltage V and the AC frequency of the transmission source E is indicated by a solid line in the diagram of FIG.
  • the series resonance frequency is lower than the parallel resonance frequency.
  • the capacitance of the capacitor C2 decreases, while the human body constitutes the capacitor C.
  • the capacitor C is connected in parallel to the series-connected capacitor C2 and the resistor R as indicated by a chain line in FIG.
  • the capacitor C by the human body has a capacitance several times that of the capacitance decrease of the capacitor C2.
  • the capacitance of the capacitor C is 2 to 3 pF, and the decrease in the capacitance of the capacitor C2 is about 0.7 pF.
  • the capacitance increases and the series resonant frequency decreases as the human body approaches.
  • the relationship between the detection voltage V and the AC frequency of the transmission source E is such that the characteristic curve of series resonance moves to the lower frequency as shown by the broken line in the diagram of FIG.
  • the transmission source E transmits a sine wave alternating current, sets the transmission frequency slightly higher than the series resonance frequency, and sets the detection voltage V to 8 V in the initial state.
  • the initial state there is no human hand of the detection target in the detectable region.
  • the detection voltage V decreases from the initial setting of 8V.
  • the linear electrode 1 is connected to the resistor R to be the electrode 7, and the planar electrode 2 is connected to the coil L to be the electrode 6.
  • the transmission frequency is 54 kHz and the transmission voltage is 0.5 mV.
  • the detection voltage V becomes 8V in the initial state.
  • the detection voltage V is measured by placing the human hand of the detection object at each distance from the linear electrode 1 in the front region. In the rear region, a human hand is placed at each distance from the planar electrode 2 and the detection voltage V is measured.
  • the detection voltage V starts to decrease from the initial setting of 8V. Human hands begin to be detected. As the human hand approaches the linear electrode 1, the detection voltage V decreases rapidly. In the rear area, when the human hand approaches a distance of less than 200 mm from the planar electrode 2, the detection voltage V starts to decrease. Human hands begin to be detected. As the human hand approaches the planar electrode 2, the detection voltage V decreases rapidly. The detectable distance is longer in the front region on the linear electrode 1 side than on the rear region on the planar electrode 2 side.
  • the detection voltage V is set to 8V as an initial setting, so that the transmission frequency is 57 kHz and the transmission voltage is 0.4 mV.
  • the experimental results are almost the same as in the above case.
  • the linear electrode 1 is connected to the resistor R to be the electrode 7, and the planar electrodes 3 and 4 are connected to the coil L to be the electrode 6.
  • the transmission frequency is 55 kHz and the transmission voltage is 0.4 mV.
  • the detection voltage V becomes 8V.
  • the experimental result is shown by a thin solid line in FIG.
  • the detection voltage V decreases rapidly.
  • the detectable distance is significantly longer in the front region on the linear electrode 1 side than in the rear region on the planar electrodes 3 and 4 side. Further, the detectable distance in the front region is significantly longer than that in the electrode example 1.
  • one planar electrode 2 is an electrode 7 and the other planar electrode 2 is an electrode 6.
  • the transmission frequency is 63 kHz and the transmission voltage is 0.6 mV.
  • the detection voltage V becomes 8V.
  • the experimental result is shown by a broken line in FIG.
  • the detectable distance between the front region and the rear region is about 160 to 170 mm.
  • the detectable distance in the front region is shorter than that in electrode example 1 and electrode example 2. After all, in electrode example 1 and electrode example 2, the detectable distance of the front detection area is long.
  • shielding electrode (see FIGS. 7 to 9)
  • the detectable distance of the rear region is shorter than that of the front region, but it is not yet sufficient to reduce malfunctions. Therefore, in order to further reduce the detectable distance of the rear region, a shielding electrode is provided.
  • the planar shielding electrodes 8 face each other in parallel with a space behind the planar electrode 2.
  • the shield electrode 8 is a belt-like or rectangular flat plate.
  • the planar shielding electrodes 8 face each other in parallel with a space behind the planar electrodes 3 and 4.
  • the shield electrode 8 is grounded.
  • the linear electrode 1 of the electrode 7 and the planar electrode 2 of the electrode 6 constitute the capacitor C2, while the planar electrode 2 of the electrode 6 and the shielding electrode 8 constitute the capacitor C3.
  • the linear electrode 1 of the electrode 7 and the planar electrodes 3 and 4 of the electrode 6 constitute a capacitor C2, while the planar electrodes 3 and 4 of the electrode 6 and the shielding electrode 8 constitute a capacitor C3.
  • a capacitor C3 is connected in parallel to a capacitor C2 and a resistor R connected in series as shown in FIG.
  • the detectable distance of the rear region is shortened by the shielding electrode 8.
  • the electrode example 3 is a modification of the planar electrode of the electrode example 2.
  • the rear side plate 3, the upper side plate, and the lower side plate in the planar electrode of the electrode example 2 are eliminated.
  • the planar electrode of the electrode example 3 is only the upper and lower front side plates 4.
  • the electrode example 3 is composed of upper and lower front plates 4 which are flat planar electrodes and a linear electrode 1 of an electric wire.
  • the planar electrodes of only the upper and lower front plates 4 are easier to manufacture than the planar electrodes of the folded plate of the electrode example 2.
  • the electrode example 4 is a modification of the planar electrode of the electrode example 3. As shown in FIG. 11, the lower edge of the upper front plate 4 and the upper edge of the lower front plate 4 in the planar electrode of the electrode example 3 are connected by a groove plate 5 having a groove-shaped cross section. The channel plate 5 protrudes to the rear side of the shielding electrode 8 side.
  • the planar electrode of the electrode example 4 is composed of upper and lower front plates 4 and a groove plate 5 and is a bent plate.
  • the electrode example 4 includes the planar electrodes 4 and 5 of the bent plate and the linear electrode 1 of the electric wire.
  • the planar electrodes 4 and 5 of the folded plate are easier to manufacture than the planar electrodes of the folded plate of the electrode example 2.
  • a sensing unit having an electrode built therein is disposed outdoors, and raindrops or the like may adhere near the electrodes 6 and 7 of the sensing unit. Even if raindrops or the like that are not detection objects are attached, it is desired that they do not operate.
  • the initial characteristic curve indicated by the solid line and the characteristic curve at the time of raindrop adhesion indicated by the chain line intersect each other at a transmission frequency slightly higher than the initial series resonance frequency indicated by the solid line.
  • the detection voltage does not change or hardly changes due to adhesion of raindrops.
  • the sensing unit is configured such that raindrops or the like are not closest between the electrode 6 and the shielding electrode 8.
  • a capacitor is composed of one electrode and another electrode, and when the human body of the detection object approaches the electrode, the capacitance between both electrodes changes, and the detection object is approached by the change in capacitance.
  • One electrode has a linear shape with a small surface area, and the other electrode has a planar shape with a large surface area.
  • the linear electrode and the planar electrode are arranged in parallel with a distance therebetween, and the side where the linear electrode is not hidden by the planar electrode is used as a front detection region.
  • the linear electrode is an electric wire
  • the planar electrode is a flat plate, a folded plate obtained by folding the flat plate, or a folded plate obtained by folding the flat plate.
  • the shield electrodes are arranged to face each other with a space therebetween, and the shield electrode is grounded.
  • a series resonant circuit is formed by connecting a capacitor composed of a linear electrode and a planar electrode, a coil connected to the planar electrode, a resistor and a transmission source, and a voltage flowing across the resistor or a current flowing through the series resonant circuit is detected.
  • the transmission frequency of the transmission source is set higher than the series resonance frequency and the detection target approaches in the detection area on the front side, the series resonance frequency decreases and the detection voltage or detection current decreases.
  • the series resonance frequency is lowered and the impedance is decreased, and the detection voltage or the detection current is not changed or hardly changed.
  • the capacitive proximity sensor has a long detectable distance in the front detection area.
  • the detectable distance is short in the rear area. There are few malfunctions.
  • Example 1 of the electrode of the capacitive proximity sensor of the present invention The perspective view of Example 2 of the same electrode.
  • the perspective view of the comparative example of an electrode The figure of the example of the electric circuit of the electrostatic capacitance type proximity sensor.
  • the diagram which shows the relationship between the detection voltage and the distance of a detection target object in an experiment example The perspective view of Example 1 of the electrode with a shielding electrode of the same capacitive proximity sensor.
  • the perspective view of Example 2 of the electrode with a shielding electrode of the same capacitive proximity sensor The figure of the example of the electric circuit of the electrode with the shielding electrode.
  • FIG. 6 is a diagram similar to FIG. 5, showing an insensitive transmission frequency and malfunction due to raindrop adhesion.
  • FIG. 16 is an enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 15.
  • the sensing unit 11 having a built-in electrode with a shielding electrode is connected to the electric circuit unit 31 with cables of shield wires 19 and 20.
  • the sensing unit 11 includes a shielding electrode 12, an insulating sheet 13, a planar electrode 14, a linear electrode 17, and a coil 18.
  • the shielding electrode 12 is a metal plate which is a belt-like or rectangular flat plate, and an insulating sheet 13 is stacked on one plate surface.
  • the insulating sheet 13 is an electrical insulator, is substantially the same shape and size as the shielding electrode 12, and is aligned with the shielding electrode 12 in the length direction.
  • a planar electrode 14 is superimposed on one surface of the insulating sheet 12.
  • the planar electrode 14 is a metal plate of a folded plate of the form shown in FIG. 8, and has a rear plate 15 on the rear side and front plates 16 on the upper and lower sides of the front side.
  • the rear plate 15 is a strip or rectangular flat plate that is slightly smaller than the shielding electrode 12 and the insulating sheet 13, and is aligned with the insulating sheet 13 in the length direction.
  • the linear electrode 17 is a round metal wire or electric wire, and has the same length as the planar electrode 14 and is located at an equal distance from the front plate 16 and the rear plate 15 on both sides.
  • the shielding electrode 12, the planar electrode 14, and the linear electrode 17 are arranged in parallel at intervals.
  • the coil 18 and cables 19 and 20 are arranged on one end side of the planar electrode 14.
  • the coil 18 has an inductance L and an interwinding capacitance C1.
  • the cables 19 and 20 bundle two shield wires 19 and 20 together.
  • the coil 18 has one end connected to the planar electrode 14 with an electric wire 21 and the other end connected to the core of the shield wire 19.
  • the other shield wire 20 connects the core wire to the linear electrode 17.
  • the shielded mesh wires of both shield wires 19 and 20 are connected to the shield electrode 12.
  • the shield electrode 12, the insulating sheet 13, the planar electrode 14, the linear electrode 17, the coil 18, the electric wire 21, and one ends of the cables 19 and 20 are immersed in the synthetic resin liquid, and the synthetic resin liquid is cured to the case 22. Molding.
  • the case 22 is an electrical insulator of a synthetic resin molded product and has a flat plate shape of a belt shape or a rectangular shape.
  • the linear electrode 17 side of the case 22 is a detection region on the front side where the linear electrode 17 is not hidden by the planar electrode 14. On the shielding electrode 12 side, the linear electrode 17 is hidden behind the planar electrode 14 and is a rear region.
  • the planar electrode 14 and the linear electrode 17 constitute a capacitor C2.
  • the planar electrode 14 and the shielding electrode 12 constitute a capacitor C3.
  • the shielding electrode 12, the planar electrode 14, the linear electrode 17, the coil 18, and the electric wire 21 are buried and fixed in the case 22.
  • the stray capacitance and stray inductance in the vicinity of them are difficult to change. It is difficult for the LC series resonance characteristic to shift due to a change in stray capacitance.
  • the electric circuit unit 31 includes a transmission source E, a resistor R, a circuit or device for detecting a change in the voltage V across the resistor R, and the other ends of the cables 19 and 20.
  • the transmission source E has one end connected to one end of the resistor R and the other end connected to the core of the shield wire 19.
  • the other end of the resistor R is connected to the core wire of the shield wire 20.
  • the shielded mesh wires of both shield wires 19 and 20 are connected between the transmission source E and the resistor R.
  • the source E and the resistor R are grounded.
  • a coil 18 having an inductance L and a capacitor C ⁇ b> 2 including a planar electrode 14 and a linear electrode 17 are connected in series. This is the same as the LC series resonance circuit shown in FIG.
  • the transmission frequency of the transmission source E is set to a transmission frequency slightly higher than the series resonance frequency and a transmission frequency insensitive to adhesion of raindrops and the like.
  • the detectable distance is long with respect to the human body of the detection target. It becomes about 200mm. In the area behind the case 22, there is almost no human body detection. Even if rain drops or the like that are not to be detected adhere to the front surface of the case 22, the operation does not occur.
  • the linear electrode 17 has a circular cross section, but is square.
  • the planar electrode 14 is a folded plate, but the folded plate shown in FIG. 11, the two flat plates shown in FIG. 10, or the single plate shown in FIG. Make a flat plate.
  • the present invention is used for preventing the approach and collision between a moving body and a human body, preventing a human body from approaching a dangerous place, preventing a human body from entering a restricted area, and confirming the location of the human body.

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

　静電容量型近接センサにおいて、前側の検出領域では検出可能距離を長くする。誤動作を減らす。　一の電極と他の電極でコンデンサを構成し、電極に検出対象物の人体などが接近すると、両電極間の静電容量が変化し、静電容量の変化で検出対象物の接近を検出するセンサにおいて、一の電極１は、電線のような表面積の少ない線状の形状にし、他の電極２は、平板のような表面積の多い面状の形状にし、線状電極１と面状電極２は、間隔を置いて並列し、線状電極が面状電極に隠れない側を前側の検出領域にした。また、面状電極２の後側には、間隔を置いて面状の遮蔽電極８を並列して対面し、遮蔽電極を接地する構成にした。

Description

静電容量型近接センサ
　本発明は、静電容量の変化で人体などの検出対象物の接近を検出するセンサ、詳しくは複数の電極を備えた静電容量型近接センサに関する。
　この種の静電容量型近接センサは、２枚の電極を平板状にし、平板状の両電極を並列して対面している。両電極は、片側の電極から出た電気力線が他の電極に入り、コンデンサを構成している。電極に検出対象物の人体などが接近すると、電極から出た電気力線が変形し、両電極間の静電容量が変化する。静電容量の変化で検出対象物の接近を検出する。
特開２００６－７８４２２号公報
　［課　題］
　静電容量型の近接センサは、電極の前側の検出領域では、電極から遠い位置の検出対象物を検出することができる、即ち検出可能距離が長い、ことが望まれる。
　また、電極の反対側、後側の領域では検出可能距離が短いことが望まれる。誤動作が少ないことが望まれる。
　［着　想］
　静電容量型近接センサでは、電極に検出対象物の人体が接近すると、片側の電極から出た電気力線が人体を通って大地に入り、他の電極に入らなくなる。両電極間の静電容量が変化する。このことから、両電極間の電気力線は、遠くに延び、遠い位置での本数が多いと、検出可能距離が長くなるものと推察される。両電極が同形同寸の平板であって対面していると、両電極間の電気力線は、遠い位置での本数が多くなり難いものと推察される。
　そこで、両電極は、一方を表面積の少ない線状の形状にし、他方を表面積の多い面状ないし板状の形状にすることを着想した。
　［実験（図１～図５参照）］
　静電容量型近接センサにおいて、線状の電極と面状の電極を用いて実験した。
１）電極（図１～図３参照）
　電極の例１では、図１に示すように、線状電極１は、電線であり、直径０．２２mmで、長さ３００mmである。面状電極２は、帯状ないし長方形状の平板であり、幅３０mmで、長さ３００mmである。線状電極１は、面状電極２と長さ方向を揃えて並列し、面状電極２の幅方向中央位置の横に位置し、面状電極２との間に間隔３mmを置いている。両電極の線状電極１側は、線状電極１が面状電極２に隠れず、線状電極１と面状電極２が現れる。こちら側は、前側の検出領域にする。面状電極２側は、線状電極１が面状電極２に隠れる。後側の領域である。
　電極の例２では、図２に示すように、線状電極１は、電極例１におけるのと同じ電線である。面状電極は、電極例１における面状電極２の平板の上辺と下辺をそれぞれ上下に延長して前側に折り返している。この面状電極は、電極例１における面状電極２と同形同寸の後側板３の上縁と下縁にそれぞれ上側板と下側板を介して前側板４を連結している。後側板３と線状電極１の相対位置は、電極例１における面状電極２と線状電極１のそれと同じである。２枚の前側板４は、後側板３と並列し、線状電極１の上下に位置し、線状電極１との間に間隔３mmを置いている。面状電極は、折り返し板３、４である。両電極の線状電極１側は、前側の検出領域である。面状電極３、４の後側板３側は、後側の領域である。
　比較例では、図３に示すように、電極例１における面状電極２を２枚並列し、それらの間に間隔３mmを置いている。
２）電気回路（図４、図５参照）
　電気回路は、静電容量の変化を検出することのできる各種の回路が使用可能であるが、直列共振回路を用いた。この回路は、図４に示すように、発信源Ｅ、コイルＬ、電極６と電極７及び抵抗器Ｒを直列に接続している。コイルＬは、巻き線間静電容量Ｃ１を有する。電極６と電極７は、コンデンサＣ２を構成する。コイルＬとコンデンサＣ２で直列共振回路を構成している。巻き線間静電容量Ｃ１とコイルＬで並列共振回路を構成している。発信源Ｅと抵抗器Ｒの間は、接地している。抵抗器Ｒの両端の電圧Ｖを検出する。検出電圧Ｖと発信源Ｅの交流の周波数の関係は、図５の線図に実線で示すようになる。直列共振周波数は、並列共振周波数より低い。
　電極６又は電極７に検出対象物の接地した人体が近づくと、コンデンサＣ２の静電容量が減少する一方、人体がコンデンサＣを構成する。このコンデンサＣは、図４に鎖線で示すように、直列接続のコンデンサＣ２と抵抗器Ｒに並列に接続することになる。人体によるコンデンサＣは、静電容量がコンデンサＣ２の静電容量減少分の数倍である。例えば、コンデンサＣの静電容量は２～３ｐＦで、コンデンサＣ２の静電容量減少分は０．７ｐＦ位である。直列共振回路は、人体の接近で、静電容量が増加し、直列共振周波数が低くなる。検出電圧Ｖと発信源Ｅの交流の周波数の関係は、図５の線図に破線で示すように、直列共振の特性曲線が周波数の低い方に移動する。
　発信源Ｅは、正弦波交流を発信し、発信周波数を直列共振周波数より少し高く設定し、検出電圧Ｖを初期状態で８Ｖに設定する。初期状態では、検出可能領域に検出対象物の人の手がない。電極６又は電極７に人の手が近づくと、検出電圧Ｖが初期設定の８Ｖから減少する。
３）実験方法と実験結果（図６参照）
　電極例１では、線状電極１は抵抗器Ｒに接続して電極７にし、面状電極２はコイルＬに接続して電極６にする。発信周波数は５４ｋＨｚにし、発信電圧は０．５ｍＶにする。すると、初期状態で検出電圧Ｖが８Ｖになる。この初期設定で、前側の領域において、検出対象物の人の手を線状電極１から各距離に配置して、検出電圧Ｖを測定する。また、後側の領域において、人の手を面状電極２から各距離に配置して、検出電圧Ｖを測定する。
　すると、実験結果は、図６に太い実線で示すようになる。前側の領域で、人の手が線状電極１から２００mm強の距離に近づくと、検出電圧Ｖが初期設定の８Ｖから減少し始める。人の手が検出され始める。人の手が線状電極１に近づくに従って検出電圧Ｖが急激に減少する。また、後側の領域で、人の手が面状電極２から２００mm弱の距離に近づくと、検出電圧Ｖが減少し始める。人の手が検出され始める。人の手が面状電極２に近づくに従って検出電圧Ｖが急激に減少する。検出可能距離は、線状電極１側の前側領域の方が面状電極２側の後側領域より長い。
　なお、線状電極１は電極６に、面状電極２は電極７に入れ替えた場合、検出電圧Ｖを初期設定の８Ｖにするため、発信周波数は５７ｋＨｚにし、発信電圧は０．４ｍＶにするが、実験結果は、上記の場合とほぼ同じである。
　電極例２では、線状電極１は抵抗器Ｒに接続して電極７にし、面状電極３、４はコイルＬに接続して電極６にする。発信周波数は５５ｋＨｚに、発信電圧は０．４ｍＶにする。初期状態で、検出電圧Ｖが８Ｖになる。実験結果は、図６に細い実線で示すようになる。前側の領域で、人の手が線状電極１から３００mm位の距離に近づくと、検出電圧Ｖが減少し始める。人の手が検出され始める。人の手が線状電極１に近づくに従って検出電圧Ｖが急激に減少する。また、後側の領域で、人の手が面状電極２から２００mm位の距離に近づくと、検出電圧Ｖが減少し始める。人の手が面状電極２に近づくに従って検出電圧Ｖが急激に減少する。検出可能距離は、線状電極１側の前側領域の方が面状電極３、４側の後側領域より大幅に長い。また、前側領域での検出可能距離が電極例１におけるそれより大幅に長い。
　なお、線状電極１は電極６に、面状電極３、４は電極７に入れ替えた場合、発信周波数と発信電圧は変わらず、実験結果は同じである。
　比較例では、一方の面状電極２は電極７にし、他方の面状電極２は電極６にする。発信周波数は６３ｋＨｚにし、発信電圧は０．６ｍＶにする。初期状態で、検出電圧Ｖが８Ｖになる。実験結果は、図６に破線で示すようになる。前側領域と後側領域の検出可能距離が１６０～１７０mm位になる。前側領域の検出可能距離は、電極例１、電極例２におけるそれより短い。
　結局、電極例１と電極例２では、前側の検出領域の検出可能距離が長い。
　［遮蔽電極（図７～図９参照）］
　電極例１と電極例２では、後側領域の検出可能距離が前側領域のそれより短いが、誤動作を減らすにはまだ十分ではない。そこで、後側領域の検出可能距離を更に短くするため、遮蔽電極を設けることにした。電極例１では、図７に示すように、面状電極２の後側に間隔を置いて面状の遮蔽電極８を並列して対面する。遮蔽電極８は、帯状ないし長方形状の平板である。電極例２でも、図８に示すように、面状電極３、４の後側に間隔を置いて面状の遮蔽電極８を並列して対面する。遮蔽電極８は、接地する。
　すると、電極例１では、電極７の線状電極１と電極６の面状電極２がコンデンサＣ２を構成する一方、電極６の面状電極２と遮蔽電極８がコンデンサＣ３を構成する。電極例２でも、電極７の線状電極１と電極６の面状電極３、４がコンデンサＣ２を構成する一方、電極６の面状電極３、４と遮蔽電極８がコンデンサＣ３を構成する。図４に示した直列共振回路は、図９に示すように、コンデンサＣ３が直列接続のコンデンサＣ２と抵抗器Ｒに並列に接続することになる。
　遮蔽電極付きの電極例１と電極例２では、遮蔽電極８によって後側領域の検出可能距離が短くなる。
　［他の電極例（図１０、図１１参照）］
　電極例３は、電極例２の面状電極を変形している。電極例２の面状電極における後側板３、上側板と下側板は、なくしている。電極例３の面状電極は、図１０に示すように、上下の前側板４のみにしている。電極例３は、平板の面状電極である上下の前側板４と電線の線状電極１からなる。上下の前側板４のみの面状電極は、電極例２の折り返し板の面状電極より製造し易い。
　また、電極例４は、電極例３の面状電極を変形している。電極例３の面状電極における上側の前側板４の下縁と下側の前側板４の上縁は、図１１に示すように、溝形断面の溝形板５で連結している。溝形板５は、遮蔽電極８側の後側に突出している。電極例４の面状電極は、上下の前側板４と溝形板５からなり、折り曲げ板である。電極例４は、折り曲げ板の面状電極４、５と電線の線状電極１からなる。折り曲げ板の面状電極４、５は、電極例２の折り返し板の面状電極より製造し易い。
　［雨滴による不動作（図１２、図９参照）］
　静電容量型近接センサは、電極を内蔵した感知部が屋外に配置され、感知部の電極６、７付近に雨滴などが付着することがある。検出対象物ではない雨滴などが付着しても、動作しないことが望まれる。
　図９に示した電気回路において、電極６、７に検出対象外の雨滴などが最接近する、例えば１mm以内に近づくと、その雨滴などが両電極６、７間の誘電体として作用し、両電極６、７によるコンデンサＣ２の静電容量が大きく増加する。電極６と遮蔽電極８の間には、雨滴などが最接近しないとすると、コンデンサＣ３の静電容量が変化しない。非接地の雨滴などは、接地した人体とは異なり、コンデンサＣを構成しない。
　即ち、電極６、７に非接地の雨滴などが最接近すると、直列共振回路は、静電容量が増加し、直列共振周波数が低くなる。また、同時に、コンデンサＣ２の静電容量の増加によって、コンデンサＣ２と抵抗器Ｒの直列接続部は、インピーダンスが減少する。コンデンサＣ３の接続部は、インピーダンスが変化しない。すると、コンデンサＣ２と抵抗器Ｒの直列接続部は、電流が増加して、検出電圧Ｖが増加する。結局、検出電圧Ｖと発信源Ｅの交流の周波数の関係は、図１２の線図に鎖線で示すように、直列共振の特性曲線が周波数の低い方に移動すると共に、検出電圧の高い方に移動する。
　図１２の線図において、実線で示す初期設定の直列共振周波数より少し高い発信周波数のところで、実線で示す初期設定の特性曲線と鎖線で示す雨滴付着時の特性曲線が交差する。その発信周波数付近では、雨滴の付着で検出電圧が変化しない、又は、ほとんど変化しない。雨滴などの付着に対して無感の発信周波数が存在する。発信周波数を無感の発信周波数に設定すると、雨滴などの付着で誤動作しない。
　なお、雨滴などによる誤動作を防止する場合には、感知部は、電極６と遮蔽電極８の間に雨滴などが最接近しない構成にする。
　［他の電気回路（図１３参照）］
　他の電気回路は、図１３に示すように、図９に示した電気回路における「巻き線間静電容量Ｃ１を有するコイルＬ」と「電極６と電極７で構成されるコンデンサＣ２」を入れ替えている。コイルＬとコンデンサＣ２を直列接続した直列共振回路は、図９に示した電気回路におけるそれと同様である。
　１）一の電極と他の電極でコンデンサを構成し、電極に検出対象物の人体などが接近すると、両電極間の静電容量が変化し、静電容量の変化で検出対象物の接近を検出する静電容量型近接センサにおいて、
　一の電極は、表面積の少ない線状の形状にし、他の電極は、表面積の多い面状の形状にし、
　線状電極と面状電極は、間隔を置いて並列し、線状電極が面状電極に隠れない側を前側の検出領域にしたことを特徴とする。
　２）上記の静電容量型近接センサにおいて、
　線状電極は、電線にし、
　面状電極は、平板、又は、平板を折り返した折り返し板、若しくは、平板を折り曲げた折り曲げ板にしたことを特徴とする。
　３）上記の静電容量型近接センサにおいて、
　面状電極の後側には、間隔を置いて遮蔽電極を並列して対面し、遮蔽電極を接地する構成にしたことを特徴とする。
　４）上記の静電容量型近接センサにおいて、
　線状電極と面状電極によるコンデンサを含む電気回路を構成し、電気回路の特定個所の電圧又は電流を検出する構成にし、前側の検出領域で検出対象物が接近すると、検出電圧又は検出電流が変化する構成にしたことを特徴とする。
　５）上記の静電容量型近接センサにおいて、
　線状電極と面状電極によるコンデンサ、面状電極に接続したコイル、抵抗器と発信源を接続して直列共振回路を構成し、抵抗器の両端の電圧又は直列共振回路を流れる電流を検出する構成にし、
　発信源の発信周波数を直列共振周波数より高く設定し、前側の検出領域で検出対象物が接近すると、直列共振周波数が低くなって検出電圧又は検出電流が減少し、検出対象物ではない雨滴などが最接近すると、直列共振周波数が低くなると共にインピーダンスが減少し、検出電圧又は検出電流が変化しない、又は、ほとんど変化しない構成にしたことを特徴とする。
　静電容量型近接センサは、前側の検出領域で検出可能距離が長い。後側の領域では検出可能距離が短い。誤動作が少ない。
本発明の静電容量型近接センサの電極の例１の斜視図。 同電極の例２の斜視図。 電極の比較例の斜視図。 同静電容量型近接センサの電気回路の例の図。 同電気回路における検出電圧と発信源の周波数の関係を示す線図。 実験例における検出電圧と検出対象物の距離の関係を示す線図。 同静電容量型近接センサの遮蔽電極付き電極の例１の斜視図。 同静電容量型近接センサの遮蔽電極付き電極の例２の斜視図。 同遮蔽電極付き電極の電気回路の例の図。 同遮蔽電極付き電極の他の例の斜視図。 同遮蔽電極付き電極の更に他の例の斜視図。 図５と同様な線図で、無感の発信周波数、雨滴の付着による不動作を示す図。 同遮蔽電極付き電極の電気回路の他の例の図。 本発明の実施形態の静電容量型近接センサの模式図。 同静電容量型近接センサの感知部のケース破断正面図。 図１５のＡ－Ａ線断面拡大図。 同静電容量型近接センサの電気回路図。
　実施形態の静電容量型近接センサは、図１４に示すように、遮蔽電極付き電極を内蔵した感知部１１をシールド線１９、２０のケーブルで電気回路部３１に接続している。
　感知部１１は、図１４～図１６に示すように、遮蔽電極１２、絶縁シート１３、面状電極１４と線状電極１７及びコイル１８を内蔵している。
　遮蔽電極１２は、金属板で帯状ないし長方形状の平板であり、片側の板面に絶縁シート１３を重ねている。絶縁シート１３は、電気絶縁体であり、遮蔽電極１２とほぼ同形同寸で、遮蔽電極１２と長さ方向を揃えている。絶縁シート１２の片側の面には、面状電極１４を重ねている。面状電極１４は、図８に示した形態の折り返し板の金属板であり、後側に後側板１５を、前側の上下の両側に前側板１６を有している。後側板１５は、遮蔽電極１２や絶縁シート１３より一回り小さい帯状ないし長方形状の平板であり、絶縁シート１３と長さ方向を揃えている。遮蔽電極１２と面状電極１４の後側板１５の間には、絶縁シート１３を挟んでいる。両側の前側板１６の間には、線状電極１７を前側板１６と長さ方向を揃えて配置している。線状電極１７は、丸棒の金属線、電線であり、面状電極１４とほぼ同じ長さで、両側の前側板１６と後側板１５から等距離に位置している。遮蔽電極１２、面状電極１４と線状電極１７は、間隔を置いて並列している。
　面状電極１４の片端側には、コイル１８とケーブル１９、２０の一端を配置している。コイル１８は、インダクタンスＬと巻き線間静電容量Ｃ１を有する。ケーブル１９、２０は、２本のシールド線１９、２０を束ねている。コイル１８は、一端を面状電極１４に電線２１で接続し、他端をシールド線１９の心線に接続している。他のシールド線２０は、心線を線状電極１７に接続している。両シールド線１９、２０の被覆網線は、遮蔽電極１２に接続している。
　遮蔽電極１２、絶縁シート１３、面状電極１４、線状電極１７、コイル１８、電線２１と、ケーブル１９、２０の一端は、合成樹脂液に没入し、合成樹脂液を硬化してケース２２に成形している。ケース２２は、合成樹脂成形品の電気絶縁体であり、帯状ないし長方形状の平板形状である。ケース２２の線状電極１７側は、線状電極１７が面状電極１４に隠れず、前側の検出領域である。遮蔽電極１２側は、線状電極１７が面状電極１４に隠れ、後側の領域である。
　面状電極１４と線状電極１７は、コンデンサＣ２を構成している。面状電極１４と遮蔽電極１２は、コンデンサＣ３を構成している。遮蔽電極１２、面状電極１４、線状電極１７とコイル１８及び電線２１は、ケース２２に埋没し、固定されている。それら付近の漂遊容量や漂遊インダクタンスが変化し難い。漂遊容量などの変化によるＬＣ直列共振特性のずれが生じ難い。
　電気回路部３１は、発信源Ｅ、抵抗器Ｒ、抵抗器Ｒの両端の電圧Ｖの変化を検出する回路又は機器とケーブル１９、２０の他端を内蔵している。発信源Ｅは、一端を抵抗器Ｒの一端に、他端をシールド線１９の心線に接続している。抵抗器Ｒの他端は、シールド線２０の心線に接続している。両シールド線１９、２０の被覆網線は、発信源Ｅと抵抗器Ｒの間に接続している。発信源Ｅと抵抗器Ｒの間は、接地している。電気回路は、図１７に示すように、インダクタンスＬのコイル１８と、面状電極１４と線状電極１７によるコンデンサＣ２を直列接続している。図９に示したＬＣ直列共振回路と同様である。発信源Ｅの発信周波数は、直列共振周波数より少し高い発信周波数、雨滴などの付着に対して無感の発信周波数に設定している。
　ケース２２の前側の検出領域では、検出対象物の人体に対して検出可能距離が長い。２００mm位になる。ケース２２の後側の領域では、人体の検出がほとんどない。ケース２２の前面に検出対象外の雨滴などが付着しても、動作しない。
　［変形例］
　１）上記の実施形態において、線状電極１７は、断面形状が円形であるが、角形にする。
　２）上記の実施形態において、面状電極１４は、形態が折り返し板であるが、図１１に示した折り曲げ板、図１０に示した２枚の平板、又は、図７に示した１枚の平板にする。
　本発明は、移動体と人体の接近や衝突の防止、危険個所への人体の接近の防止、立入禁止区域への人体の侵入の防止や、人体の所在確認などに利用される。
１　線状電極、電線
２　面状電極、平板、金属板
３、４　面状電極、折り返し板、金属板
３　面状電極の後側板
４　面状電極の前側板、面状電極
４、５　面状電極、折り曲げ板、金属板
５　面状電極の溝形板
６　電極
７　電極
８　遮蔽電極、平板、金属板
１１　感知部
１２　遮蔽電極、平板、金属板
１３　絶縁シート、電気絶縁体
１４　面状電極、折り返し板、金属板
１５　面状電極の後側板
１６　面状電極の前側板
１７　線状電極、丸棒の金属線、電線
１８　コイル
１９、２０　ケーブル、ケーブルのシールド線
１９　シールド線
２０　シールド線
２１　電線
２２　ケース、合成樹脂成形品の電気絶縁体
３１　電気回路部
Ｅ　発信源
Ｌ　コイル、インダクタンス
Ｃ１　コイルの巻き線間静電容量
Ｃ２　電極によるコンデンサ
Ｃ３　遮蔽電極によるコンデンサ
Ｃ　人体によるコンデンサ
Ｒ　抵抗器
Ｖ　電圧、検出電圧

Claims (5)

  1. 　一の電極と他の電極でコンデンサを構成し、電極に検出対象物の人体などが接近すると、両電極間の静電容量が変化し、静電容量の変化で検出対象物の接近を検出するセンサにおいて、
    　一の電極は、表面積の少ない線状の形状にし、他の電極は、表面積の多い面状の形状にし、
    　線状電極と面状電極は、間隔を置いて並列し、線状電極が面状電極に隠れない側を前側の検出領域にしたことを特徴とする静電容量型近接センサ。
  2. 　線状電極は、電線にし、
    　面状電極は、平板、又は、平板を折り返した折り返し板、若しくは、平板を折り曲げた折り曲げ板にしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型近接センサ。
  3. 　面状電極の後側には、間隔を置いて遮蔽電極を並列して対面し、遮蔽電極を接地する構成にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型近接センサ。
  4. 　線状電極と面状電極によるコンデンサを含む電気回路を構成し、電気回路の特定個所の電圧又は電流を検出する構成にし、前側の検出領域で検出対象物が接近すると、検出電圧又は検出電流が変化する構成にしたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の静電容量型近接センサ。
  5. 　線状電極と面状電極によるコンデンサ、面状電極に接続したコイル、抵抗器と発信源を接続して直列共振回路を構成し、抵抗器の両端の電圧又は直列共振回路を流れる電流を検出する構成にし、
    　発信源の発信周波数を直列共振周波数より高く設定し、前側の検出領域で検出対象物が接近すると、直列共振周波数が低くなって検出電圧又は検出電流が減少し、検出対象物ではない雨滴などが最接近すると、直列共振周波数が低くなると共にインピーダンスが減少し、検出電圧又は検出電流が変化しない、又は、ほとんど変化しない構成にしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の静電容量型近接センサ。
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