JP2008157963A - 変位量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の直線移動方向の変位量を高精度に検出する変位量センサを提供する。
【解決手段】変位量センサ１０のハウジング１２は、取付部１４により支持部材に固定されている。ホールＩＣ３０は柱状部材２０の先端側にインサート成形されている。永久磁石５０は移動体とともに直線移動する。ハウジング１２の線膨張係数をα₁、柱状部材２０の線膨張係数をα₂、ハウジング１２の内側底部１６と取付部１４の取付面１５との距離をＬ₁、ハウジング１２の内側底部１６と２個のホールＩＣ３０の中心との距離をＬ₂、温度がΔＴ上昇するときのハウジング１２のＬ₁部分の伸び量をΔＬ₁、温度がΔＴ上昇するときの柱状部材２０のＬ₂部分の伸び量をΔＬ₂とすると、ΔＬ₁＝Ｌ₁×α₁×ΔＴ、ΔＬ₂＝Ｌ₂×α₂×ΔＴである。ΔＬ₁＝ΔＬ₂であるためには、Ｌ₁／Ｌ₂＝α₂／α₁を満たせばよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、直線移動する移動体の変位量を検出する非接触式の変位量センサに関する。

永久磁石または磁気検出素子の一方が移動体とともに移動することにより永久磁石または磁気検出素子の他方に対して一方が変位し、磁気検出素子が検出する磁束密度の変化により移動体の変位量を検出する変位量センサが知られている。磁気検出素子は樹脂等のハウジングに取り付けられており、ハウジングは、移動体または支持部材に取り付けられている。

しかしながら、周囲温度の変化によりハウジングが膨張または収縮すると、移動体または支持部材に取り付けられているハウジングの取付部とハウジングに取り付けられている磁気検出素子との距離が移動体の直線移動方向に変化することがある。移動体の変位量を検出する磁気検出素子の位置が移動体の直線移動方向にずれるので、磁気検出素子が検出する磁束密度は変化する。したがって、変位量センサは移動体の変位量を高精度に検出できない。

また、磁気検出素子を複数用いる場合、移動体の直線移動方向に沿った永久磁石の中心軸から、磁気検出素子の検出部が永久磁石の中心軸と直交する方向にずれていると、磁気検出素子が検出する磁束密度は変化する。したがって、移動体の変位量を高精度に検出できない。

また、磁気検出素子を複数用いる場合、磁気検出素子の検出部同士の距離が移動体の直線移動方向に離れていると、各検出部で検出する磁束密度に差が生じ、移動体の変位量を高精度に検出できない。
本発明の目的は、移動体の直線移動方向の変位量を高精度に検出する変位量センサを提供することにある。

本発明の請求項１記載の変位量センサによると、磁気検出素子は複数であり、移動体の直線移動方向に沿った永久磁石の中心軸は複数の磁気検出素子の検出部の検出面の中心を貫通している。磁気検出素子が検出する磁束密度が永久磁石の中心軸と直交する方向にばらつかないので、移動体の変位量を高精度に検出できる。

本発明の請求項２または３記載の変位量センサによると、複数の磁気検出素子のうち２個は、検出部の検出面とパッケージの表面との間の肉厚が薄い側のパッケージの面同士を接触している。肉厚が薄い側のパッケージの面同士を接触することにより、移動体の直線移動方向における検出部同士の距離を極力短縮できる。検出部が検出する磁束密度のばらつきを低減できるので、移動体の変位量を高精度に検出できる。
さらに、肉厚が薄い側のパッケージの面同士を接触している２個の磁気検出素子の端子はパッケージから互いに離れる方向に引き出されているので、端子にリード線等を配線することが容易である。

本発明の請求項４記載の変位量センサによると、磁気検出素子の端子はパッケージから１８０°反対方向に引き出されている。したがって、端子にリード線等を配線することが容易である。
本発明の請求項５記載の変位量センサによると、筒孔の磁束密度は、直線移動方向の一方に向けて減少している。筒孔における磁気検出素子の直線移動方向の位置が変化することにより、磁気検出素子が検出する磁束密度が変化するので、永久磁石に対する磁気検出素子の直線移動方向の相対変位量を検出できる。したがって、永久磁石または磁気検出素子の一方が移動体とともに直線移動することにより、移動体の直線移動方向の変位量を検出できる。

さらに、永久磁石が直線移動方向に着磁されているので、直線移動方向に沿った筒孔の中心軸を軸として磁気検出素子に対し永久磁石が相対回動しても、磁気検出素子が検出する磁束密度は変化しない。したがって、回転しながら直線移動する移動体の変位量を検出できる。また、本来回転しない移動体の直線移動方向の変位量を高精度に検出するために必要な移動体の回転を防止する回転防止機構が不要である。部品点数が減少するので、変位量センサの構造が簡単になる。さらに、回転防止機構と摺動することによる移動体の摩耗を防止できる。
また、変位量センサに使用する永久磁石を切削あるいは成形等により１個の永久磁石で形成できるので、部品点数が減少し、変位量センサの組付が容易である。
本発明の請求項６記載の変位量センサによると、永久磁石を切削して形成する場合、永久磁石を直線的に切削すればよいので、永久磁石の加工が容易である。

以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による変位量センサを図１に示す。変位量センサ１０は、例えば自動車のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブに設置される。排ガスの循環量を変化させるＥＧＲバルブのシャフト（以下、「ＥＧＲバルブのシャフト」を移動体という。）に本センサの後述する永久磁石５０を取り付け移動体とともに永久磁石５０を移動させることにより、排ガスの循環量、すなわち移動体の直線移動方向の変位量を検出する。

変位量センサ１０のハウジング１２は樹脂製の有底筒状である。ハウジング１２は、ハウジング１２の円筒部１３の外周側に形成されている取付部１４によりＥＧＲバルブのバルブボディ（以下、「ＥＧＲバルブのバルブボディ」を支持部材という。）等に固定されている。取付部１４の取付面１５は支持部材と接触している。

突出部材である柱状部材２０は樹脂製であり、永久磁石５０に向けてハウジング１２の内側底部１６から突出し、ハウジング１２の内側底部１６に固定されている。磁気検出素子であるホールＩＣ３０は柱状部材２０の先端側にインサート成形されている。ホールＩＣ３０の検出信号を取り出すターミナル１９はハウジング１２のコネクタ部１８にインサート成形されている。

磁気検出素子であるホールＩＣ３０は、図２に示すように、樹脂製のパッケージ３２と、磁束密度を検出するホール素子を用いた検出部３４と、端子３６とを有している。端子３６は、検出部３４に電力を供給する端子３７と、検出部３４から検出信号を取り出す端子３８とを有している。さらにホールＩＣ３０は、検出部３４の検出信号を制御する制御回路をパッケージ３２内に有している。

図３に示すように、２個のホールＩＣ３０は、検出部３４の検出面３５とパッケージ３２の表面との間に形成される肉厚が薄い側の面同士を接触させている。そして、端子３６は互いに離れるようにパッケージ３２から１８０°反対方向に引き出されている。２個のホールＩＣ３０は、検出部３４の検出面３５が移動体の直線移動方向に沿った永久磁石５０の中心軸１１０と直交するように柱状部材２０内に保持されている。

図１に示すように、移動体とともに直線移動する可動部材４０は、樹脂製のカバー４２と、カバー４２にインサート成形されている永久磁石５０とを有している。可動部材４０はハウジング１２の円筒部１３内を図１の矢印Ａ、Ｂが示す直線移動方向に往復移動可能である。可動部材４０は移動体の端部と結合または接触しているので、可動部材４０は移動体とともに直線移動する。
永久磁石５０は、移動体とともに直線移動する矢印Ａ、Ｂ方向に筒孔として貫通孔１００を有している。ホールＩＣ３０をインサート成形している柱状部材２０は、永久磁石５０に対し貫通孔１００を相対的に直線移動可能である。

図４の（Ａ）に示すように、貫通孔１００を形成する永久磁石５０の内周面５１は直線移動方向にほぼ同一径である。永久磁石５０の外周面５２の径は、直線移動方向の一方である矢印Ａ方向に向け直線的に減少している。したがって、永久磁石５０の直線移動方向に沿った貫通孔１００の中心軸１１０と直交する径方向の永久磁石５０の厚さは、矢印Ａ方向に向け直線的に減少している。言い換えると、永久磁石５０は、円錐台状に形成され、中心軸１１０方向に貫通する円柱状の貫通孔１００を有している。つまり、中心軸１１０と直交する永久磁石５０の断面は円環状であり、その断面積は矢印Ａ方向に向け減少している。図４の（Ｂ）に示すように、永久磁石５０は、直線移動方向の一方に向け、厚さが厚い側から薄い側に向けて着磁されている。図５に示すように、貫通孔１００における磁束密度は中心軸１１０上で一番大きく、中心軸１１０から離れると減少する。
磁性板６０は、永久磁石３０の厚さが厚い側の端面５５に接着等で固定されている。端面５５から出る磁束は磁性板６０を通り、ホールＩＣ３０の検出部３４の検出面３５をほぼ垂直に通過する。

変位量センサ１０の周囲温度が変化すると、ハウジング１２および柱状部材２０は膨張または収縮する。ここで、図６に示すハウジング１２の線膨張係数をα₁、柱状部材２０の線膨張係数をα₂とする。また、移動体の直線移動方向において、温度Ｔにおけるハウジング１２の内側底部１６と取付面１５との距離をＬ₁、ハウジング１２の内側底部１６と２個のホールＩＣ３０の中心との距離をＬ₂、温度Ｔから温度がΔＴ上昇するときのハウジング１２のＬ₁部分の伸び量をΔＬ₁、温度Ｔから温度がΔＴ上昇するときの柱状部材２０のＬ₂部分の伸び量をΔＬ₂とする。ΔＬ₁＝Ｌ₁×α₁×ΔＴ、ΔＬ₂＝Ｌ₂×α₂×ΔＴである。ここで２個のホールＩＣ３０の中心とは、２個の検出部３４同士の中間を意味している。

ハウジング１２および柱状部材２０が膨張または収縮しても、取付面１５と２個の磁気検出素子３０の中心との距離を一定にするためには、次式（１）を満たせばよい。
ΔＬ₁＝ΔＬ₂
Ｌ₁×α₁×ΔＴ＝Ｌ₂×α₂×ΔＴ
Ｌ₁／Ｌ₂＝α₂／α₁ ・・・（１）
つまり、距離Ｌ₁と距離Ｌ₂との比が、ハウジング１２の線膨張係数α₁と柱状部材２０の線膨張係数α₂との比の逆数になっていればよい。式（１）を満たすことにより、周囲温度が変化しても取付面１５と２個のホールＩＣ３０の中心との距離は変化しない。つまり、同じ位置の移動体に対しホールＩＣ３０の位置は変化しない。周囲温度が変化しハウジング１２および柱状部材２０が膨張または収縮しても、同じ位置の移動体に対しホールＩＣ３０が検出する磁束密度は変化しないので、移動体の変位量を高精度に検出できる。

また、２個のホールＩＣ３０は、検出部３４の検出面３５の中心を永久磁石５０の中心軸１１０が貫通するように柱状部材２０内に設置されているので、検出部３４が検出する磁束密度が中心軸１１０と直交する方向にばらつかない。したがって、移動体の変位量を高精度に検出できる。

また、２個のホールＩＣ３０は、検出部３４の検出面３５とパッケージ３２の表面との間に形成される肉厚が薄い側の面同士を接触させている。したがって、永久磁石５０の中心軸１１０方向に形成する２個の検出部３４の距離を極力短縮できる。２個の検出部３４が検出する磁束密度が中心軸１１０方向にばらつかないので、移動体の変位量を高精度に検出できる。

本発明としては、式（１）を満たしていれば、２個のホール１Ｃ３０の位置は中心軸１１０からずれていてもよい。また本発明としては、式（１）を満たしていれば、検出部３４の検出面３５とパッケージ３２の表面との間に形成される肉厚が薄い側の面と厚い側の面、あるいは肉厚の厚い側の面同士を接触させてもよい。

永久磁石５０の中心軸１１０方向において、取付面１５とホールＩＣ３０とが同じ位置にあれば、ハウジング１２と柱状部材２０とを同じ樹脂材で一体成形することも可能である。本実施例ではハウジング１２および柱状部材２０を樹脂材で形成したが、他の非磁性材、例えばセラミックで形成してもよい。
本実施例では、２個のホールＩＣ３０の互いの端子３６はパッケージ３２から１８０°反対方向に引き出されるように柱状部材２０内に設置されているので、端子３６をターミナル１９とを接続する配線が干渉せず配線が容易である。２個のホールＩＣ３０の端子３６が互いに離れる方向にパッケージ３２から引き出されているのであれば、端子３６が離れる方向は１８０°に限るものではなく、例えば９０°の方向に端子３６を引き出してもよい。

本実施例では、検出部３４と、検出部３４の検出信号を制御する図示しない制御回路とをパッケージ３２内に保持するホールＩＣ３０を特許請求の範囲に記載した磁気検出素子として用いている。これに対し、検出部３４を制御回路と分離し、検出部３４だけを柱状部材２０にインサート成形してもよい。磁気検出素子としてＭＲＥ素子または磁気抵抗素子を用いてもよい。また、ホールＩＣ３０の数は２個に限らず、１個または３個以上でもよい。

本実施例では、永久磁石５０の厚さの厚い側から薄い側に向けて直線移動方向に永久磁石５０を着磁した。これに対し、永久磁石５０の厚さの薄い側から厚い側に向けて直線移動方向に永久磁石５０を着磁してもよい。この場合、移動体の変位量と磁束密度の関係は反転したものになる。

本実施例では、永久磁石５０を筒状に形成したが、移動体が直線移動方向することによりホールＩＣ３０が検出する磁束密度が変化するのであれば、永久磁石の形状はどのような形状も可能である。
本実施例では、移動体とともに永久磁石が直線移動し、磁気検出素子としてのホールＩＣ３０が静止している。これに対し移動体とともにホールＩＣ３０が直線移動し、永久磁石が静止している構成も可能である。

本発明の一実施例による変位量センサを示す断面図である。 （Ａ）は本実施例のホールＩＣを示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 本実施例の２個のホールＩＣの接触状態を示す説明図である。 （Ａ）は本実施例による変位量センサの永久磁石を示す断面図であり、（Ｂ）は永久磁石の着磁方向を示す説明図である。 ホールＩＣの磁石軸からの距離と磁束密度の変化率との関係を示す特性図である。 （Ａ）はハウジングの膨張を示す説明図であり、（Ｂ）は柱状部材の膨張を示す説明図である。

符号の説明

１０：変位量センサ、１２：ハウジング、１４：取付部、１５：取付面、２０：柱状部材（突出部材）、３０：ホールＩＣ（磁気検出素子）、３２：パッケージ、３４：検出部、３５：検出面、３６：端子、５０：永久磁石、５１：内周面、５２：外周面、１００：貫通孔（筒孔）、１１０：中心軸

Claims (7)

1. 磁気検出素子および永久磁石を備え、前記磁気検出素子または前記永久磁石の一方は支持部材に取り付けられ、前記磁気検出素子または前記永久磁石の他方が移動体とともに直線移動することにより、前記磁気検出素子が前記移動体の直線移動方向の変位量を検出する変位量センサであって、
   前記磁気検出素子は複数であり、前記移動体の直線移動方向に沿った前記永久磁石の中心軸は前記複数の磁気検出素子の検出部の検出面の中心を貫通していることを特徴とする変位量センサ。
2. 前記磁気検出素子は、検出部と、前記検出部を収容するパッケージと、前記検出部と電気的に接続している端子とを有し、複数の前記磁気検出素子のうち２個は、前記検出部の検出面と前記パッケージの表面との間の肉厚が薄い側の前記パッケージの面同士を接触し、前記２個の磁気検出素子の前記端子は前記パッケージから互いに離れる方向に引き出されていることを特徴とする請求項１記載の変位量センサ。
3. 磁気検出素子および永久磁石を備え、前記磁気検出素子または前記永久磁石の一方は支持部材に取り付けられ、前記磁気検出素子または前記永久磁石の他方が移動体とともに直線移動することにより、前記磁気検出素子が前記移動体の直線移動方向の変位量を検出する変位量センサであって、
   前記磁気検出素子は、検出部と、前記検出部を収容するパッケージと、前記検出部と電気的に接続している端子とを有し、複数の前記磁気検出素子のうち２個は、前記検出部の検出面と前記パッケージの表面との間の肉厚が薄い側の前記パッケージの面同士を接触し、前記２個の磁気検出素子の前記端子は前記パッケージから互いに離れる方向に引き出されていることを特徴とする変位量センサ。
4. 前記２個の磁気検出素子の前記端子は、前記パッケージから１８０°反対方向に引き出されていることを特徴とする請求項２または３記載の変位量センサ。
5. 前記永久磁石は、前記移動体が直線移動する方向の少なくとも一方が開口し、前記永久磁石に対し直線移動方向に相対的に前記磁気検出素子が往復移動可能な筒孔を有し、直線移動方向に沿った前記筒孔の中心軸と直交する径方向の前記永久磁石の厚さは直線移動方向の一方に向けて減少し、前記永久磁石は直線移動方向に着磁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の変位量センサ。
6. 前記筒孔を形成する前記永久磁石の内周面の径はほぼ同一であり、前記永久磁石の外周面の径は直線移動方向の一方に向けて減少していることを特徴とする請求項５記載の変位量センサ。
7. 前記磁気検出素子はホールＩＣであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の変位量センサ。

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