JP2009204345A - ポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ内部に泥水等の異物が侵入するのを防ぐとともに異物がセンサ内部に残留するのを防ぐことのできるポジションセンサを提供する。
【解決手段】検出コイルを有する検出部２と、検出コイルに対して所定の方向に移動可能な被検出部３と、検出部２に対する被検出部３の変位を検出する処理を行う回路ブロック２１と、検出部２及び被検出部３及び回路ブロック２１を収納する筐体１と、筐体１と被検出部３との間に設けられて被検出部３を前記移動方向に摺動自在に支持する軸受３１とを備え、軸受３１に筐体１の内外に連通する通孔３１ａを貫設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出コイルのインピーダンス変化を利用したポジションセンサに関する。

従来から、中空の検出コイルを有する検出部を備え、検出コイルに対する被検出部（例えば、金属材料や磁性材料から成るコア）の物理的変位によって生じる検出コイルのインピーダンス変化に基づいて被検出部の位置を検出する、所謂非接触型のポジションセンサが提案されており、例えば特許文献１には、自動車や自動二輪車等のショックアブソーバにおけるピストン位置を検出するためのポジションセンサが開示されている。以下、上記のようなポジションセンサの従来例について説明する。尚、以下の説明では、図３における下方向を前方向、図３における上方向を後方向と定めるものとする。

この従来例は、図３に示すように、検出コイル（図示せず）を有する検出部２と、検出部２を内部に有する筐体１と、筐体１の内部を前後方向に移動自在な被検出部３とを備える。筐体１は、後面を開口した略箱体の基台部１０と、基台部１０前面から前方に突設された長尺の略円筒状の外筒部１１とから成り、基台部１０の前記開口には、開口を塞ぐための略矩形状のカバー１２が着脱自在に取り付けられるようになっている。また、基台部１０の内底部には、後述する回路ブロック２１が配設され、また、回路ブロック２１と検出コイルとを電気的に接続するための棒状の一対のコイル端子２２が各々貫装される一対の端子孔１０ａが前後方向に貫通して設けられている。

検出部２は、検出コイルと、検出コイルが巻回されるコイルボビン２０とから構成され、検出コイルには、検出コイルのインピーダンス変化に基づいて検出処理を行う回路ブロック２１がコイル端子２２を介して電気的に接続されている。

コイルボビン２０は、例えば絶縁性を有する樹脂材料から成り、検出コイルが外周面に巻回される略円筒状の巻胴部２０ａと、巻胴部２０ａの後端部に設けられた鍔部２０ｂとを一体に備えている。鍔部２０ｂは、巻胴部２０ａよりも外径が大きい略円盤状に形成され、その中心軸は巻胴部２０ａの中心軸と一致している。検出コイルは、コイルボビン２０の巻胴部２０ａに前後方向を巻き軸方向として巻回されており、その両端部は基台部１０に貫装されたコイル端子２２の前端部に絡げられる。コイルボビン２０は、鍔部２０ｂを基台部１０の前面に接合することで、巻胴部２０ａを前方に突出させる形で外筒部１１内に配設される。

コイルボビン２０の巻胴部２０ａには、例えば鉄やフェライト等の磁性材料により丸棒状に形成されたコア２３が挿入されている。このため、検出コイルの巻数が同じであれば空芯の検出コイルよりも磁束を大きくできるから、検出コイルのインピーダンスの変化量を大きくすることができ、検出精度の向上を図っている。

回路ブロック２１は、プリント配線板２１ａに電子部品を実装して構成されたものであって、検出コイルに所定の周波数及び振幅の電流を出力する駆動回路部（図示せず）と、駆動回路部が出力した電流及び検出コイルのインピーダンスにより決まる電圧信号を検出部２に対する被検出部３の位置情報を示す出力信号に変換する信号処理回路部（図示せず）とを有している。

被検出部３は、例えばアルミニウム等の導電性が比較的高い金属材料から略円筒状に形成されている。勿論、アルミニウム以外の金属材料から形成されても構わないが、導電性が低いものよりも高いものの方が検出コイルのインピーダンス変化を大きくできるために好ましい。また、被検出部３は、その外径寸法が外筒部１１の内径寸法よりも小さく、且つ内径寸法がコイルボビン２０の巻胴部２０ａの外径寸法よりも大きく形成されており、外筒部１１とコイルボビン２０との間の空間に挿入されるようになっている。このため、コイルボビン２０は、前後方向における一端から被検出部３の内側に入り込む形に配置される。

被検出部３の前端部には、その開口を塞ぐためのキャップ３０が取り付けられている。キャップ３０の後面には、被検出部３の前端部が嵌合する嵌合溝３０ｂが周方向に沿って設けられており、該嵌合溝３０ｂに被検出部３の前端部を嵌合することでキャップ３０が被検出部３に取り付けられる。また、キャップ３０の略中央部には、前後方向に貫通した貫通孔３０ａが設けられており、該貫通孔３０ａにピストンロッド４の先端部を挿入し、該ピストンロッド４の前後方向の移動に伴って被検出部３を前後方向に移動させることで被検出部３の検出部２に対する位置を変化させる。この被検出部３の検出部２に対する位置によって検出コイルのインピーダンスが変化するため、検出部２に対する被検出部３の位置を回路ブロック２１において検出することができる。

また、外筒部１１の後端側の側面には、外筒部１１内部への空気の出入り口の役割を果たす外気孔１１ａが貫設されている。これは、被検出部３の前後方向の移動に伴って外筒部１１内部の空気が圧縮されて圧力が高くなることで被検出部３の後方向への移動が阻害されるのを防ぐためであり、外気孔１１ａを通して空気が移動することで被検出部３の後方向の移動を滑らかにしている。

被検出部３には、被検出部３を前後方向に摺動自在に支持する略円環状の軸受３１が設けられている。軸受３１は、その内径寸法が被検出部３の外径寸法と略同一となっており、外筒部１１の前端部内周面に全周に亘って設けられた凹部１１ｂに嵌合するようになっている。而して、被検出部３を軸受３１に挿入して外筒部１１内に配設することで、被検出部３の移動方向を前後方向のみに規制して被検出部３が傾斜するのを防いでいる。また、被検出部３後端の開口縁には、径方向に突出する突部３ａが形成されている。而して、被検出部３を前方向に移動させた際に、突部３ａが軸受３１に当接することで被検出部３が外筒部１１から抜けるのを防いでいる。

外筒部１１の前端部には、その開口を塞ぐとともに被検出部３との隙間を埋める封止部材５が設けられている。封止部材５は、例えば樹脂材料から有底円筒状に形成され、その内側面が外筒部１１の外側面と密着する寸法となっている。また、封止部材５の底部には、図示しないが被検出部３を挿通させる挿通孔が設けられている。封止部材５の内部における軸受３１と被検出部３とで囲まれる空間には、埃等の異物が外筒部１１内に侵入するのを防ぐためのシール材５０が内装されている。而して、封止部材５及びシール材５０によって外筒部１１と被検出部３との間に隙間が生じることがなく、外筒部１１内部への埃等の異物の侵入を防いでいる。同時に、水等の液体が外筒部１１内部へ浸入するのも防ぐことができ、検出部２及び回路ブロック２１のある検出部側に防水性を与えている。
特開平７−１３９５７２号公報

しかしながら、上記従来例では、外筒部１１の側面に外気孔１１ａが設けられていることから、飛散した泥水等の異物が外気孔１１ａを介して外筒部１１内部に侵入し易く、センサ内部に残留するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、センサ内部に泥水等の異物が侵入するのを防ぐとともに異物がセンサ内部に残留するのを防ぐことのできるポジションセンサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、検出コイルを有する検出部と、検出コイルに対して所定の方向に移動可能な被検出部と、検出コイルに所定の周波数及び振幅の電流を供給する駆動回路部、並びに駆動回路部が出力した電流及び検出コイルのインピーダンスにより決まる電圧信号を検出部に対する被検出部の位置情報を示す出力信号に変換する信号処理回路部を有する回路ブロックと、検出部及び被検出部及び回路ブロックを収納する筐体と、筐体と被検出部との隙間を埋めるとともに被検出部を前記移動方向に摺動自在に支持する軸受とを備え、検出部に対する被検出部の変位を検出するポジションセンサであって、軸受には、筐体の内外に連通する通孔が貫設されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、通孔における筐体内側の周縁には、筐体の外側から内側に向かって径方向に広がるテーパが設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、軸受は前記移動方向に沿って複数設けられ、各軸受の通孔は、前記移動方向から見て互いに重ならないように配設されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、軸受のうち少なくとも筐体外側に最も近い位置に配設された軸受には、筐体の内外に連通する切り欠きが通孔と一体に設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、被検出部の移動方向と重力方向とを一致させるようにポジションセンサを配置した場合に重力方向側に通孔が配置されることから、泥水等の異物がセンサ内部に侵入するのを防ぐことができる。また、仮にセンサ内部に異物が侵入したとしても、侵入した異物が重力方向に移動して通孔を介して外部に排出されるため、センサ内部に異物が残留するのを防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、センサ内部に侵入した異物をテーパによって効率よく通孔に誘い込むことができ、センサ内部に異物が残留するのをより効果的に防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、通孔を通して空気が移動することで被検出部の移動を滑らかにする機能を保ちつつ、外部から異物がセンサ内部に侵入する確率を低減することができる。

請求項４の発明によれば、軸受の被検出部を摺動自在に支持する機能を保ちつつ、センサ内部に侵入した異物が残留するのをより効果的に防ぐことができる。

以下、本発明に係るポジションセンサの実施形態について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は従来例と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。また、以下の説明では、図１（ａ）における下方向を前方向、上方向を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、外筒部１１の側面に外気孔１１ａを設ける代わりに、軸受３１の周方向に沿って所定の間隔を空けて断面略円形状の一対の通孔３１ａを前後方向に貫通して設けていることに特徴がある。

通常、本実施形態のようなポジションセンサは、被検出部３の移動方向と重力方向とを一致させる形で使用される。したがって、上記のように軸受３１に通孔３１ａを設けると、軸受３１が重力方向側に配置されることから、従来例のように外筒部１１の側面に外気孔１１ａを設けた場合と比較して、飛散した泥水等の異物が筐体１内部に侵入するのを防ぐことができる。また、たとえ筐体１内部に異物が侵入したとしても、侵入した異物が重力方向に移動して通孔３１ａを介して外部に排出されるので、筐体１内部に異物が残留するのを防ぐことができる。

尚、本実施形態の筐体１の構成も従来例の筐体１の構成とは異なるので、以下で説明する。本実施形態の筐体１は、図１（ａ）に示すように、後面を開口した略箱体の基台部１０と、基台部１０前面から前方に突設された長尺の略円筒状の外筒部１１と、基台部１０の側面に貫設されて回路ブロック２１に接続された信号線（図示せず）や電源線（図示せず）等を外部に導出させる導出部１４とから成り、基台部１０の前記開口には、開口を塞ぐための略矩形状のカバー１２が着脱自在に取り付けられるようになっている。

基台部１０の内底部には、図２に示すように、回路ブロック２１のプリント配線板２１ａの周縁の一部（プリント配線板２１ａの長手方向両端部）が載置される第１の段部１０ｂと、コイルボビン２０の鍔部２０ｂが載置される第２の段部１０ｃとが形成されている。尚、第１の段部１０ｂの内径寸法は、コイルボビン２０の鍔部２０ｂの外径寸法よりも大きく且つ回路ブロック２１の長手方向の長さ寸法よりも小さく形成されており、第２の段部１０ｃの内径寸法はコイルボビン２０の鍔部２０ｂの外径寸法よりも小さく形成されている。

また、本実施形態では、基台部１０の前面に一端部が閉塞された有底円筒状の内筒部１３が前方に突出する形で設けられている。内筒部１３は、その前後方向の長さ寸法がコイルボビン２０の巻胴部２０ａの前後方向の長さ寸法よりも僅かに大きく、且つその内径寸法がコイルボビン２０の巻胴部２０ａの外径寸法よりも僅かに大きく形成されている。また、内筒部１３は、その開口縁が基台部１０と一体に形成され、基台部１０の内部と連通している。而して、コイルボビン２０は、巻胴部２０ａを基台部１０の内部を通して後方から内筒部１３に挿入することで基台部１０及び内筒部１３内に配設される。

コイルボビン２０の鍔部２０ｂには、図１（ａ）に示すように、前後方向に貫通する断面略円形状の２つの取付孔２０ｃが設けられている。また、基台部１０の第２の段部１０ｃには、図２に示すように、該取付孔２０ｃと対応する位置に後方向に突出する一対の突起１０ｄが一体に設けられている。而して、突起１０ｄを取付孔２０ｃに挿入させた状態で突起１０ｄに熱を与えてかしめることで、コイルボビン２０の鍔部２０ｂが第２の段部１０ｃに接合して取り付けられる。

また、突起１０ｄを取付孔２０ｃに挿入することでコイルボビン２０を筐体１に取り付けるので、振動等によってコイルボビン２０が揺れるのを防ぐことができる。更に、回路ブロック２１のプリント配線板２１ａの周縁を第１の段部１０ｂで固定するので、振動等によってプリント配線板２１ａにかかる応力を低減でき、半田の剥がれを防止することができる。

ここで、上述のように、内筒部１３の後端の開口縁は基台部１０と一体に形成されている。このため、内筒部１３の内側、即ち検出部２及び回路ブロック２１が収納される側の空間と、内筒部１３の外側、即ち被検出部３が収納される空間とが内筒部１３によって物理的に隔てられている。而して、外筒部１１の前端部から内部に水が浸入したとしても検出部２及び回路ブロック２１側の空間に水が浸入することがなく、検出部２及び回路ブロック２１に防水性を与えている。

ところで、図２（ａ）に示すように、軸受３１の通孔３１ａにおける後側（即ち、筐体１内側）の周縁に前側から後側に向かって径方向に広がるテーパ３１ｂを設けても構わない。この場合、筐体１内部に侵入した異物をテーパ３１ｂによって効率よく通孔３１ａに誘い込むことができ、したがって筐体１内部に異物が残留するのをより効果的に防ぐことができる。

また、図２（ｂ）に示すように、複数（図示では２つ）の軸受３１を前後方向に沿って所定の間隔を空けて配設し、各軸受３１の通孔３１ａを前後方向から見て互いに重ならないように配設しても構わない。この場合、仮に前側の軸受３１の通孔３１ａを通って外部から異物が侵入したとしても、後側の軸受３１の通孔３１ａの位置が前側の軸受３１の通孔３１ａの位置とずれているので、侵入した異物が後側の軸受３１の通孔３１ａを通り難くなるため、外部から異物が筐体１内部に侵入する確率を低減することができる。勿論、この場合でも、通孔３１ａを通して筐体１の内外に空気が移動することで被検出部３の移動を滑らかにする機能を保つことができるのは言うまでもない。

更に、図２（ｃ）に示すように、複数（図示では１つ）の軸受３１を前後方向に沿って所定の間隔を空けて配設し、前側に配設された、即ち、筐体１外側に最も近い位置に配設された軸受３１に、筐体１の内外に連通する切り欠き３１ｃを通孔３１ａと一体に設けても構わない。この場合、軸受３１の被検出部３を摺動自在に支持する機能を保ちつつ、筐体１内部に侵入した異物が残留するのをより効果的に防ぐことができる。

本発明に係るポジションセンサの実施形態を示す図で、（ａ）は断面図で、（ｂ）は被検出部及び軸受の斜視図である。 同上の軸受の他の形態を示す図で、（ａ）はテーパを設けた場合の斜視図で、（ｂ）は複数の軸受を設けた場合の斜視図で、（ｃ）は切り欠きを設けた場合の斜視図である。 従来のポジションセンサを示す断面図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 検出部
２１ 回路ブロック
３ 被検出部
３１ 軸受
３１ａ 通孔

Claims (4)

1. 検出コイルを有する検出部と、検出コイルに対して所定の方向に移動可能な被検出部と、検出コイルに所定の周波数及び振幅の電流を供給する駆動回路部、並びに駆動回路部が出力した電流及び検出コイルのインピーダンスにより決まる電圧信号を検出部に対する被検出部の位置情報を示す出力信号に変換する信号処理回路部を有する回路ブロックと、検出部及び被検出部及び回路ブロックを収納する筐体と、筐体と被検出部との隙間を埋めるとともに被検出部を前記移動方向に摺動自在に支持する軸受とを備え、検出部に対する被検出部の変位を検出するポジションセンサであって、軸受には、筐体の内外に連通する通孔が貫設されたことを特徴とするポジションセンサ。
2. 前記通孔における筐体内側の周縁には、筐体の外側から内側に向かって径方向に広がるテーパが設けられたことを特徴とする請求項１記載のポジションセンサ。
3. 前記軸受は前記移動方向に沿って複数設けられ、各軸受の通孔は、前記移動方向から見て互いに重ならないように配設されたことを特徴とする請求項１記載のポジションセンサ。
4. 前記軸受のうち少なくとも筐体外側に最も近い位置に配設された軸受には、筐体の内外に連通する切り欠きが通孔と一体に設けられたことを特徴とする請求項３記載のポジションセンサ。

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