JP2004069391A - リニア変位センサ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアに変位する被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができると共に、十分に高い耐環境性を有するリニア変位センサを提供すること。
【解決手段】本発明に係るリニア変位センサは、リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサであって、磁場を発生する磁場発生器（２３）を備え、前記被検出体の変位に応じて移動する移動手段（２０）と、前記磁場発生器（２３）を共通の磁場発生源として形成され、前記移動手段（２０）の移動に応じて一方の磁束密度が増加した場合に他方の磁束密度が減少する関係となる第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２と、この第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれの磁束密度を個別に測定する磁束密度測定手段（１４ａ，１４ｂ）とを備えてなるものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのリニア変位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサとして接触抵抗式のものが利用されてきた。この接触抵抗式センサは、抵抗体と、この抵抗体上を接触しながら移動する接触子と、該抵抗体および該接触子を有する電気回路とを備えて構成されている。
【０００３】
接触抵抗式センサは、被検出体の変位に伴って接触子が移動することにより該接触子が接触している抵抗体の分圧電圧値が変化するので、この分圧電圧値の変化から接触子の位置を検出して被検出体の変位位置を検出するためのものである。そのため、接触抵抗式センサは、被検出体の変位位置を十分に高い精度で検出するには、接触子と抵抗体との接触抵抗値が十分に小さいことが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の接触抵抗式センサでは、接触子と抵抗体との接触個所に粉塵等が進入してしまうと次のような問題がある。すなわち、接触個所に絶縁性の粉塵等が進入した場合には、上記の接触抵抗値が過大になってしまい、接触子の位置を良好に検出することができなくなる結果、被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができない、という問題がある。また、接触個所に導電性の粉塵等が進入した場合には、上記の接触抵抗値が進入した粉塵等の量により大きく変動してしまい、接触子の位置を良好に検出することができなくなる結果、被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、リニアに変位する被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができると共に、十分に高い耐環境性を有するリニア変位センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るリニア変位センサは、リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサにおいて、磁場を発生する磁場発生器を備え、前記被検出体の変位に応じて移動する移動手段と、前記磁場発生器を共通の磁場発生源として形成され、前記移動手段の移動に応じて一方の磁束密度が増加した場合に他方の磁束密度が減少する関係となる第１の磁気回路および第２の磁気回路と、前記第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれの磁束密度を個別に測定する磁束密度測定手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るリニア変位センサは、リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサにおいて、磁場を発生する磁場発生器を備え、直線状に移動するスライド部と、前記スライド部を移動可能に支持する略四角形の枠体を成し、前記磁場発生器を共通の磁場発生源として形成される第１の磁気回路および第２の磁気回路を構成するための磁気回路基部と、前記被検出体の変位を前記スライド部に伝達する伝達子と、前記第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれの磁束密度を個別に測定する磁束密度測定手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るリニア変位センサは、上記の請求項２において、前記磁場発生器と前記磁気回路基部との間に、緩衝用ギャップを設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るリニア変位センサの好適な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るリニア変位センサを模式的に示した平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１０】
これら図１および図２において、リニア変位センサは、磁気回路基部１０と、スライド部２０とを有して構成してある。
【００１１】
磁気回路基部１０は、略四角形の枠体であり、相対する二つの長手直線状部分であるガイド部１１ａ，１１ｂと、このガイド部１１ａ，１１ｂの延在方向と直交する方向に延在する二つの直線状部分たる測定領域部１２ａ，１２ｂとを有している。この磁気回路基部１０は、磁界中において磁化されるが、磁界外においてはその磁化された状態が保持されずに消えてしまう、いわゆる軟磁性を示し、かつ比透磁率が例えば１００以上の大きさとなる高透磁率の材料により形成されている。ここに、磁気回路基部１０を形成する材料としては、例えば電磁軟鉄、パーマロイ等が挙げられる。
【００１２】
ガイド部１１ａ，１１ｂは、図２に示すように、それぞれの内側部分に該ガイド部１１ａ，１１ｂの延在方向に沿って通用溝部１３ａ，１３ｂが形成されており、後述するようにその通用溝部１３ａ，１３ｂを通じてスライド部２０を支持する。
【００１３】
測定領域部１２ａ，１２ｂには、それぞれ互いに対応する位置に磁束密度を測定するホール素子１４ａ，１４ｂが設けられている。より詳細には、図３に示すように、測定領域部１２ａ，１２ｂのそれぞれの中間位置に形成された素子用ギャップ部１５ａ，１５ｂにホール素子１４ａ，１４ｂが埋め込まれた態様で設けられている。ここに、素子用ギャップ部１５ａ，１５ｂは、非磁性の材料により形成されており、それぞれの大きさは略同一である。
【００１４】
スライド部２０は、磁気回路基部１０の内方を上記ガイド部１１ａ，１１ｂの延在方向に沿って直線的に移動するものであり、磁場発生部２１とスライド基部２２とを有して構成してある。
【００１５】
磁場発生部２１は、永久磁石２３と、この永久磁石２３を支持する磁性体部２４とにより構成されている。永久磁石２３は、磁場を発生させるものであり、Ｎ極がガイド部１１ａ、Ｓ極がガイド部１１ｂに対向するよう支持されている。磁性体部２４は、磁性を示し、かつ比透磁率が例えば１０００以上の大きさとなる高透磁率の材料により形成されている。ここに、磁性体部２４が示す磁性は、上記ガイド部１１ａ，１１ｂと同様の軟磁性であっても良いし、一旦磁界中において磁化されると磁界外においてもその磁化された状態を維持する、いわゆる硬磁性であっても良い。また、磁性体部２４を形成する材料としては、例えば、鉄等が挙げられる。
【００１６】
スライド基部２２は、磁場発生部２１を支持するものであり、図２に示すように、該スライド基部２２の端部２２ａがガイド部１１ａの通用溝部１３ａ内に配置され、該スライド基部２２の端部２２ｂがガイド部１１ｂの通用溝部１３ｂ内に配置された状態で、それぞれのガイド部１１ａ，１１ｂの延在方向に沿って直線的に移動自在となる態様で該ガイド部１１ａ，１１ｂに支持されている。このスライド基部２２は、例えばプラスチック等の非磁性の材料により形成されている。また、このスライド基部２２には、伝達ピン３０を設けてある。この伝達ピン３０は、図１に示すように矢印方向に変位した場合に、その変位をスライド部２０に伝達してこれを移動させるためのものである。
【００１７】
従って、このような構成を有するスライド部２０は、図１に示すように、矢印方向に移動自在となっている。より詳細には、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、スライド基部２２の左端部分が一の測定領域部１２ａに接する個所から該スライド部２０の右端部分が他の測定領域部１２ｂに接する個所までの範囲で移動自在となっている。ここに、スライド基部２２の左端部分から磁場発生部２１の左端部分までの距離Ｌ１は、スライド部２０が最も左側に位置するときに（図４（ａ）参照）、永久磁石２３のＮ極よりの磁束が短絡して測定領域部１２ａに流れることを防止することができる大きさとなっている。また、スライド基部２２の右端部分から磁場発生部２１の右端部分までの距離Ｌ２についても、同様にスライド部２０が最も右側に位置するときに（図４（ｂ）参照）、永久磁石２３のＮ極よりの磁束が短絡して測定領域部１２ｂに流れることを防止することができる大きさとなっている。
【００１８】
以上のような構成を有するリニア変位センサにおいては、永久磁石２３を共通の磁場発生源として、磁気回路基部１０上に第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２が形成されることになる。
【００１９】
第１の磁気回路Ｋ１は、磁場発生部２１、ガイド部１１ａの一部分、測定領域部１２ａおよびガイド部１１ｂの一部分を含んで構成されており、第２の磁気回路Ｋ２は、磁場発生部２１、ガイド部１１ａの残りの部分、測定領域部１２ｂおよびガイド部１１ｂの残りの部分を含んで構成されている。
【００２０】
この第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２は、スライド部２０の移動量に応じて一方の回路の長さが大きくなると他方の回路の長さが小さくなる関係、すなわち、一方の回路の磁気抵抗が大きくなると他方の回路の磁気抵抗が小さくなる関係にある。このように、回路の長さの大きさと回路の磁気抵抗の大きさとは比例関係にある。そのため、第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２は、スライド部２０の移動量に応じて一方の回路の磁束密度が増加すると他方の回路の磁束密度が減少する関係にある。
【００２１】
また、磁場発生部２１の磁性体部２４とガイド部１１ａ，１１ｂとの間には、スライド基部２２の存在により緩衝用ギャップＧが設けられている。この緩衝用ギャップＧの大きさは、スライド部２０の移動に伴う該移動方向と例えば直交する方向等の異なる方向への変動量（以下、異方向変動量ともいう）の大きさと、相対するガイド部１１ａ，１１ｂにおける平行度の誤差の大きさとを考慮して定められている。つまり、異方向変動量等の大きさが第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれで測定される磁束密度に影響を与えない大きさに設定してあり、上記異方向変動量の最大値の例えば１０倍以上の大きさである。
【００２２】
上記のような構成を有するリニア変位センサは、次のようにして被検出体の変位位置の検出に供することができる。
【００２３】
まず、伝達ピン３０を被検出体（図示せず）に直接的、あるいは間接的に接触させる。その状態から被検出体の変位に伴って伝達ピン３０が変位すると、スライド部２０が被検出体の変位量分だけ移動する。このスライド部２０の移動量に応じて第１の磁気回路Ｋ１の回路の長さと、第２の磁気回路Ｋ２の回路の長さとが変化する。すなわち、第１の磁気回路Ｋ１の回路の長さが大きくなると、第２の磁気回路Ｋ２の回路の長さが小さくなり、逆に、第１の磁気回路Ｋ１の回路の長さが小さくなると、第２の磁気回路Ｋ２の回路の長さが大きくなる。そして、上述のように回路の長さの大きさと回路の磁気抵抗の大きさとは比例関係にあるから、永久磁石２３より分岐して第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれに流れる磁束の磁束密度が変化する。つまり、図４（ａ）に示すように、第１の磁気回路Ｋ１の方が第２の磁気回路Ｋ２に比して回路の長さが小さい場合には、第１の磁気回路Ｋ１よりも第２の磁気回路Ｋ２の方が磁気抵抗が大きくなるので、第１の磁気回路Ｋ１の磁束密度の方が第２の磁気回路Ｋ２のものより大きくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、第１の磁気回路Ｋ１の方が第２の磁気回路Ｋ２に比して回路の長さが大きい場合には、第１の磁気回路Ｋ１よりも第２の磁気回路Ｋ２の方が磁気抵抗が小さくなるので、第２の磁気回路Ｋ２の磁束密度の方が第１の磁気回路Ｋ１のものより大きくなる。
【００２４】
次に、第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれのホール素子１４ａ，１４ｂが各回路の磁束密度を測定する。ホール素子１４ａ，１４ｂにより測定された磁束密度の数値は、該ホール素子１４ａ，１４ｂと電気的に接続された外部の検出装置（図示せず）に送出される。そして、この検出装置において、第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２の磁束密度の相対的な割合によりスライド部２０の変位位置を検出することにより、被検出体の変位位置を検出することに供することができる。
【００２５】
以上のような構成を有するリニア変位センサによれば、被検出体の変位位置の検出に第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２を利用するので、粉塵等の影響を受けにくい。また、被検出体の変位位置の検出に第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれにおける磁束密度の大きさの割合を用いるので、磁場発生源である永久磁石２３が経時的に劣化することにより、あるいは温度変化により第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれにおける磁束密度が小さくなった場合においても、第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれにおける磁束密度の大きさの比例関係が維持されている結果、そのような環境の変化においても被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができる。従って、被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができると共に、十分に高い耐環境性を有することができる。
【００２６】
また、上記のリニア変位センサによれば、磁場発生部２１とガイド部１１ａ，１１ｂとの間には、緩衝用ギャップＧが設けられているので、異方向変動量の変化や、相対するガイド部１１ａ，１１ｂにおける平行度の誤差の大きさにより、第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２のそれぞれにおける磁束密度の大きさが変動する割合を十分に小さくすることができ、これにより、両磁気回路Ｋ１，Ｋ２を流れる磁束密度の大きさの比例関係は良好に維持されることなり、その結果、被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができる。
【００２７】
更に、上記のリニア変位センサによれば、スライド基部２２は、端部２２ａ，２２ｂのそれぞれがガイド部１１ａ，１１ｂの通用溝部１３ａ，１３ｂ内に配置した状態で移動するので、永久磁石２３よりの磁束を有効に第１の磁気回路Ｋ１および第２の磁気回路Ｋ２に伝達することができ、漏れ磁束の発生を十分に抑制することができる。
【００２８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上記の実施の形態においては、ホール素子１４ａ，１４ｂの位置を各測定領域部１２ａ，１２ｂの中間位置に設けたが、ホール素子の配置個所はこれに限定されず、第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれの回路内に配置しても構わない。また、上記の実施の形態においては、スライド部２０と、ガイド部１１ａ，１１ｂとを摺動させることにより、該スライド部２０を移動させたが、本発明はこれに限定されず別個に摺動部を設けてスライド部２０を直線的に移動させてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、被検出体の変位位置の検出に磁気回路を利用するので、粉塵等の影響を受けにくい。また、被検出体の変位位置の検出に第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度の大きさの割合を用いるので、磁場発生源である磁場発生器が経時的に劣化することにより、あるいは温度変化により第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度が小さくなった場合においても、第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度の大きさの比例関係は維持される。従って、環境の変化においても被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができ、十分に高い耐環境性を有するものとなる。
【００３０】
また、請求項２に記載の発明によれば、第１の磁気回路と第２の磁気回路とは、一方の回路の長さが大きくなる場合に他方の回路の長さが小さくなるので、一方の磁束密度が増加した場合に他方の磁束密度が減少する関係となる。従って、被検出体の変位位置の検出に第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度の大きさの割合を用いるので、磁場発生源である磁場発生器が経時的に劣化することにより、あるいは温度変化により第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度が小さくなった場合においても、第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度の大きさの比例関係は維持されている結果、そのような環境の変化においても被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができ、十分に高い耐環境性を有するものとなる。
【００３１】
また、請求項３に記載の発明によれば、磁場発生器と磁気回路基部との間には緩衝用ギャップが設けられているので、異方向変動量の変化や、相対する磁気回路基部における平行度の誤差の大きさにより、第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれにおける磁束密度の大きさが変動する割合を十分に小さくすることができ、これにより、両磁気回路における磁束密度の大きさの比例関係は良好に維持されることなり、その結果、被検出体の変位位置を良好に検出することに供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るリニア変位センサを模式的に示した平面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、図１における測定領域部の要部を拡大して示した拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るリニア変位センサを模式的に示したものであり、（ａ）はスライド部が左端にある状態を示した平面図であり、（ｂ）はスライド部が右端にある状態を示した平面図である。
【符号の説明】
１０　　　磁気回路基部
１１ａ，１１ｂ　　　ガイド部
１２ａ，１２ｂ　　　測定領域部
１３ａ，１３ｂ　　　通用溝部
１４ａ，１４ｂ　　　ホール素子
１５ａ，１５ｂ　　　素子用ギャップ部
２０　　　スライド部
２１　　　磁場発生部
２２　　　スライド基部
２３　　　永久磁石
２４　　　磁性体部
３０　　　伝達ピン
Ｋ１　　　第１の磁気回路
Ｋ２　　　第２の磁気回路
Ｇ　　　　緩衝用ギャップ

Claims (3)

1. リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサにおいて、
   磁場を発生する磁場発生器を備え、前記被検出体の変位に応じて移動する移動手段と、
   前記磁場発生器を共通の磁場発生源として形成され、前記移動手段の移動に応じて一方の磁束密度が増加した場合に他方の磁束密度が減少する関係となる第１の磁気回路および第２の磁気回路と、
   前記第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれの磁束密度を個別に測定する磁束密度測定手段と
   を備えてなることを特徴とするリニア変位センサ。
2. リニアに変位する被検出体の変位位置を検出するためのセンサにおいて、
   磁場を発生する磁場発生器を備え、直線状に移動するスライド部と、
   前記スライド部を移動可能に支持する略四角形の枠体を成し、前記磁場発生器を共通の磁場発生源として形成される第１の磁気回路および第２の磁気回路を構成するための磁気回路基部と、
   前記被検出体の変位を前記スライド部に伝達する伝達子と、
   前記第１の磁気回路および第２の磁気回路のそれぞれの磁束密度を個別に測定する磁束密度測定手段と
   を備えてなることを特徴とするリニア変位センサ。
3. 前記磁場発生器と前記磁気回路基部との間に、緩衝用ギャップを設けたことを特徴とする請求項２に記載のリニア変位センサ。

Images