JP2005158406A - 磁性体近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体を感知するとＯＦＦ回路となるノーマルクローズタイプの近接センサを提供すると共に、小さく簡単な構造で低コストでの製造も可能な磁性体近接センサのを提供を目的とする。
【解決手段】片面２極着磁した永久磁石１の着磁面１Ａを磁性体検出面とし、非着磁面１Ｂにリードスイッチを配設する。非着磁面１Ｂとリードスイッチとの間にヨーク２を介し、非着磁面１Ｂにリードスイッチが感応する磁界を発生せしめる。永久磁石１に等方性フェライト磁石（主にバリウムフェライト）を使用する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、磁性体を検知するとＯＦＦ回路になる磁性体近接センサに係り、例えば、ピストン検出用センサの他、扉や蓋の開閉検出用センサとして使用するのに好適な磁性体近接センサに関する。

従来この種の磁性体近接センサには、高周波形近接センサや静電容量式近接センサが使用されている。

高周波近接センサは、検出コイルに高周波磁界を発生させ、その発信回路が発信状態か発信停止状態かを判別することにより、磁性体の有無を検出するものであった。

静電容量式近接センサは、センサの磁界の中に存在する検出体との静電誘導による分極現象を応用し、分極の大きさがキャパシタンスの変化となり、そのキャパシタンスの変化を発信状態か発信停止状態であることを判別するものである。

また、リードスイッチ方式では、特許文献１に記載された磁気近接スイッチがある。このスイッチは、片面２極着磁した構造のマグネット部材を使用するもので、着磁面である片面が検出対象である磁性体に当接し得るように配設し、マグネット部材の非着磁面である他面側にリードスイッチを配設した磁気近接スイッチである。このスイッチによると、磁性体の非接近時において、リードスイッチを動作させるだけの磁界がマグネット部材の非着磁面に作用しないので、リードスイッチがＯＦＦ回路となっている。一方、検出対象である磁性体が接近してくると、マグネット部材からの磁界が次第に強くなり、所定の距離まで接近するとリードスイッチが感応してＯＮ回路になるセンサである。
特開平７−２２０５９４号公報

従来の高周波形近接センサや静電容量式近接センサは、次のような課題がある。すなわち、いずれの近接センサにも駆動には発信回路が必要になる。その為、数多くの電子部品や電子回路を組込む必要があり、製造コストが高くなる不都合がある。また、電気ノイズに対して誤作動し易いといった欠点もある。

一方、特許文献１のリードスイッチ方式では、センサを簡単な構造にする為に、片面２極着磁したマグネット部材を使用している。ところが、片面２極着磁した磁石の特性によると、着磁した一方の面に強い磁界が形成され、他方の面には弱い磁力が打ち消し合って磁界は形成されない状態になる。そこで、特許文献１の如く、磁界が形成されない面に沿ってリードスイッチを配設すると、リードスイッチは感応しない状態におかれる為、常にＯＦＦ回路になっている。そこで、磁性体が着磁面側に接近すると、リードスイッチを配設した側に磁界が生じ、リードスイッチがＯＮ回路となるものである。このように、片面２極着磁した磁石を用いる特許文献１では、磁性体を感知するとＯＮ回路となる近接センサ（ノーマルオープンタイプ）に限られるので、例えば、磁性体を感知するとＯＦＦ回路となる近接センサ（ノーマルクローズタイプ）のように、信号線の断線時の異常を検出したいというフェールセーフのニーズに応えることができなかった。

そこで本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、磁性体を感知するとＯＦＦ回路となるノーマルクローズタイプの近接センサを提供すると共に、小さく簡単な構造で低コストの製造も可能な磁性体近接センサの提供を目的とするものである。

上述の目的を達成すべく本発明の第１の手段は、片面２極着磁した永久磁石１の着磁面１Ａを磁性体検出面とし、非着磁面１Ｂにリードスイッチ３を配設した磁性体近接センサにおいて、非着磁面１Ｂとリードスイッチ３との間にヨーク２を介し、非着磁面１Ｂにリードスイッチ３が感応する磁界を発生せしめることにある。

第２の手段において、前記永久磁石１は等方性フェライト磁石（主にバリウムフェライト）を使用する。

第３の手段において、リードスイッチ３に替えて、ホール素子４を使用することにある。

本発明近接センサによると、片面２極着磁された永久磁石１の非着磁面１Ｂにヨーク２を配することで、通常では弱い磁界が打ち消し合って磁場が発生しない非着磁面１Ｂに磁界が生じるものになる。この磁界にリードスイッチが感応することで、ノーマルクローズタイプの近接センサが実現するものである。

本発明の請求項１により、片面２極着磁した永久磁石１の非着磁面１Ｂにヨーク２を設置し、リードスイッチ３が感応する磁界を発生させることで、磁性体Ｐを感知するとＯＦＦ回路となるノーマルクローズタイプの近接センサを提供することに成功した。また、リードスイッチ３を使用できるので、本発明近接センサの構成が極めてシンプルな構成になり、低コストでの製造が可能になる。

更に、請求項２により、永久磁石１にバリウムフェライト等の等方性フェライト磁石を使用することで、着磁面１Ａと非着磁面１Ｂとの磁力の発生比率が著しく異なる状態になる為、特に、非着磁面１Ｂに配置したリードスイッチ３が確実に感応する磁界を発生させることができる。

また、請求項３により、リードスイッチ３に替えてホール素子４を選択使用することも可能になり、本発明近接センサの汎用性を高める効果がある。

本発明近接センサによると、片面２極着磁したバリウムフェライト等の等方性フェライト磁石の着磁面１Ａを磁性体検出面とし、非着磁面１Ｂにリードスイッチ３を配設する。非着磁面１Ｂとリードスイッチ３との間にヨーク２を介し、非着磁面１Ｂにリードスイッチ３が感応する磁界を発生せしめるものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の主要構成は、片面２極着磁された永久磁石１と、この永久磁石１の非着磁面１Ｂに配置されるヨーク２とリードスイッチ３とで構成される。

永久磁石が一般的な両面着磁の場合、この磁束は、図１に示す如く、永久磁石の両面でＮ極からＳ極へと磁力線が発生している。ところが、本発明で使用する片面２極着磁の永久磁石１は、図２に示す如く、一方の着磁面１Ａに強い磁界が発生しているが、他方の非着磁面１Ｂでは、弱い磁力線が互いに打ち消し合って磁界を形成していない状態になる。

そこで、図３に示す如く、非着磁面１Ｂにヨーク２を配置すると、弱い磁力線に方向性が生じ、弱いながら磁界が発生する。更にこの状態で、永久磁石１の着磁面１Ａに磁性体Ｐを近付けると、図４に示す如く、非着磁面１Ｂに生じている磁界を打ち消す新たな磁力線が発生し、非着磁面１Ｂの磁界が消滅するものである。

表１は、図３及び図４に示す状態の非着磁面１Ｂにおける磁束密度の変化を示している。すなわち、同表中、「磁性体なし」の変化は、図３の状態を示している。このとき、Ｐ１に示す磁束密度は、約＋1.5mTの値を示し、リードスイッチ３が感応する状態になっている。一方、「磁性体接近」の変化は、図４の状態を示している。このとき、Ｐ２に示す磁束密度は、ほぼ０mTの値を示し、磁力線が打ち消し合って磁界がなくなっている。

本発明近接センサの原理は、図３に示すように磁界に感応するリードスイッチ３を非着磁面１Ｂに配置して、リードスイッチ３をＯＮ回路に保持しておき、着磁面１Ａに磁性体Ｐが近付くと、図４に示すように磁界が消滅すると同時に、リードスイッチ３がＯＦＦ回路に切り替わる原理を利用したものである。

永久磁石１は、特に永久磁石１にバリウムフェライト等の等方性フェライト磁石を使用することで、着磁面１Ａに非着磁面１Ｂの１０倍程度の磁束密度が得られるものになる。したがって、非着磁面１Ｂにヨーク２を設置したときの非着磁面１Ｂの磁界が強くなり、リードスイッチ３が確実に感応するもになる。

ヨーク２は磁性片であり、永久磁石１の非着磁面１Ｂがわ長手中央に設置する。このヨーク２は、例えば長さ20mm、幅10mm、厚み5mmの永久磁石1に対して、5mm角で厚さ0.35mmの金属片を使用する。但しヨーク２のサイズや形状、材質はこの例に限られるものではなく、永久磁石１の形状寸法や磁束密度およびセンサの感度等に伴って任意に変更することができる。

図５に示す概念図では、リードスイッチ３を用いた状態を示している。すなわち、長ブロック状を成した永久磁石１において、非着磁面１Ｂの長手中央にヨーク２を設け、このヨーク２がリードスイッチ３の長手中央に位置するように配置している。このリードスイッチ３では、長手方向に沿って検出エリアがあり、非着磁面１Ｂにおける磁力の総和として回路がＯＮ、ＯＦＦとなる。

非着磁面1Ｂに磁性体Ｐが接近していない場合のリードスイッチ３は、表１に示す「−9mm」及び「＋9mm」の位置の同相ベクトルがリードスイッチ３をＯＮ回路にしている。そこへ、磁性体Ｐを接近させると、両側「＋−9mm」の位置の同相ベクトルと「0mm」付近では著しい磁束変化が発生し、逆方向の磁界がリードスイッチ３内で打ち消しあってＯＦＦ回路に切り替わることになる。そこで、非着磁面１Ｂにヨーク２を設置することで、磁力のピークを内側に寄せることが可能になり、特に大きな永久磁石１に小型のリードスイッチ３を設置して使用する際に、このヨーク２で磁気調整を容易に行うことができる。

また、このリードスイッチ３に替え、ホール素子４を使用することも可能である（図６参照）。図示のホール素子４は、ホール素子４の検知面４Ａが長ブロック状を成した永久磁石１の磁力線に略直交するように配している。ホール素子４では、非着磁面１Ｂ上の、あるポイントの磁力変化があればセンサとして確実に作動させることができる。尚、図中符号４Ｂはセンサ出力で、符号４Ｃは電源を示している。また、リードスイッチ３に替る磁電変換素子としては、この外、ＭＲ素子やＭＩ素子などの使用が可能である。

図７及び図８は、リードスイッチ３を使用した近接センサの実施例を示している。永久磁石１は、プラスチック製のケース１０に収納固定されており、ケース１０の開口部がわに位置する非着磁面１Ｂにヨーク２を接合し、このヨーク２の上にリードスイッチ３を装着している。更に、ケース１０の長手一端部からケース１０の内部に一対の電極５を挿入し、リードスイッチ３の長手両端部に各電極５の端部を配したものである。また、図示していないが、ケース１０の内部空間にポリウレタン樹脂を充填し、各設置物を固定して使用することで、安定した使用が可能になる。

本発明近接センサの使用例として、例えば、油圧シリンダーの鉄製ピストンをシリンダー外部から検出したり、あるいは蓋やドア開閉のセンサとして使用することができる。この場合、図８に示す如く、ケース１０から延長された取付片１３の取付孔１１を利用してシリンダーの外部や、容器の開口部等に固定する。そして、検出面１２にピストンや蓋、あるいは扉などの磁性体Ｐ、あるいはこれらに装着された磁性体Ｐが近付くとリードスイッチ３がＯＮ回路からＯＦＦ回路に変化するものである。このように作動することにより、信号線の断線時の異常を検出するフェールセーフのニーズにも応えることができる。

尚、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内における種々の設計変更は自由に行えるものである。

一般の永久磁石における磁界の磁力線を示す概略図である。 本発明の永久磁石における磁界の磁力線を示す概略図である。 本発明における永久磁石にヨークを設置したときの磁界の磁力線を示す概略図である。 本発明に磁性体を近付けたときの磁界の磁力線を示す概略図である。 本発明の一実施例を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施例を示す概略斜視図である。 本発明の一実施例を示す斜視図である。 本発明の装着状態を示す斜視図である。

符号の説明

Ｐ 磁性体
１ 永久磁石 １Ａ 着磁面
１Ｂ 非着磁面
２ ヨーク
３ リードスイッチ
４ ホール素子 ４Ａ 検知面
４Ｂ センサ出力
４Ｃ 電源
５ 電極
１０ ケース
１１ 取付孔
１２ 検出面
１３ 取付片

Claims (3)

1. 片面２極着磁した永久磁石の着磁面を磁性体検出面とし、非着磁面にリードスイッチを配設した磁性体近接センサにおいて、非着磁面とリードスイッチとの間にヨークを介し、非着磁面にリードスイッチが感応する磁界を発生せしめることを特徴とする磁性体近接センサ。
2. 前記永久磁石は等方性フェライト磁石（主にバリウムフェライト）を使用した請求項１記載の磁性体近接センサ。
3. 前記リードスイッチに替えて、ホール素子を使用した請求項１記載の磁性体近接センサ。
   

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