JP2013011541A - 近接センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】希土類ボンド磁石である磁石10の射出成形時にN、Sの磁極面間の中間に第1ヨークをインサート成形して、第1ヨークの突出部22を磁極面12に対して垂直な壁面から突出させる。第2ヨーク30の突起部32を突出部22に対向させて本体部31を磁石10の壁面に平行に配置し、突出部22と突起部32間の空間には当該突出部と突起部を結ぶ方向を磁気感応方向とするホールIC40を配置する。被検出部材50が磁極面12から離間しているときは磁束が磁気感応方向を横切るが、被検出部材50が磁極面12に近接すると突起部32と突出部22間を磁気感応方向に磁束が流れて、ホールIC40が磁束密度の変化を高感度で検出する。1個の磁石10のみを備えるので、複数の磁石ごとのばらつきや取付けのばらつきによる悪影響を受けない。
【選択図】図5
Description
従来の近接センサとして例えば特許第4066716号公報に開示されたものがある。これは、少なくとも2つの対向させた永久磁石(以下、単に磁石と言う)の磁極面間に第1のヨークを挟むとともに、第1のヨークには磁石間の中点から垂直方向に延びる突起部を設け、突起部と離間させてさらに第2のヨークを備えて、突起部と第2のヨークとの間隙に磁気検出素子を配置している。そして、2つの磁石の磁極方向は同一としてあり、したがって第1のヨークを挟んで一方の磁石のN極が他方の磁石のS極と対向する。
すなわち、2つの磁石の一方の磁力線はN極から出て空間を通り、第2のヨークから磁気検出素子、突起部を経てS極に戻り、他方の磁石の磁力線はN極から出て突起部、磁気検出素子、第2のヨークおよび空間を経てS極に戻るので、被検出部材が近接していない場合には、磁気検出素子の領域において2つの磁石の磁束が逆方向で互いに打ち消しあって、磁気検出素子が検出する磁束密度が0(ゼロ)となる。
一方、被検出部材が近接位置に移動してきた場合は、被検出部材が一方の磁石の磁気回路の一部となるため、磁束の多くが被検出部材を通って磁気検出素子に流れるのに対して、他方の磁石の磁気回路には変化がないため、磁気検出素子の領域における磁束の平衡が崩れて磁気検出素子が磁束密度の変化を検出することになる。
さらに、被検出部材との相対移動方向にずらせて、追加の第1ヨークと磁気感応素子の組を磁石と第2ヨークの間に設ければ、被検出部材の位置を複数段階に検出することができる。
近接センサ1は、永久磁石(以下、磁石)10と、磁石10に保持された第1ヨーク20と、磁気感応素子としてのホールIC40と、第2ヨーク30とからなる。
磁石10は、図1の(B)において、左右両端をN極およびS極として、各磁極面12、13の幅をW、高さをHとする長さLの直方体をなしている。磁石10の中央には上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴11に、第1ヨーク20が保持されている。
具体的には、磁石10は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石であり、その射出成形の際に第1ヨーク20の固定主部21をインサート成形する。この場合、上述の保持穴11は固定主部21を囲んでその周面と接する概念上の穴となる。
また、磁石10は少なくとも第1ヨークを保持したアセンブリ状態とした後で着磁することができる。
そして、第1ヨーク20の突出部22と第2ヨーク30の突起部32との間隙内にホールIC40が配置されている。ホールIC40は磁気感応方向を突出部22と突起部32を結ぶ方向に設定してある。
被検出部材50は例えば一般鉄材の板でよい。
図4は被検出部材50が磁石10の磁極面12の前面から十分に離れている場合に形成される磁気回路を示し、破線の磁束の流れの方向を矢印で示している。
N極(磁極面12)から出た磁束は空間を通るループを描きながらS極(磁極面13)に戻る。
この際、第2ヨーク30から遠い側の一部の磁束は空間のみを通るが、より多くの磁束は第2ヨーク30を配した側へ向かい、第1ヨーク20の突出部22、第2ヨーク30の本体部31、突起部32およびホールIC40を並列に横切ってから空間へ抜け、その間それぞれ磁石10の長さL方向の壁面とほぼ平行に流れる。
ホールIC40を横切る磁束は磁気感応方向に対して垂直であるから、感知能の観点からは磁束密度0(ゼロ)であり、ホールIC40は見かけ上無磁界領域に位置することになり、OFF(High)信号を出力する。
とくに第2ヨークを配した側へ向かう磁束は、N極を出て被検出部材50を通過した後、第2ヨーク30の本体部31に入り、その大部分がホールIC40を通って第1ヨーク20方向に向かう。第2ヨーク30の本体部31に入った磁束のわずかな残部は、被検出部材50が磁石10の磁極面12の前面から十分に離れている場合と同様に、直接空間へ抜けてS極に戻る。
この際、第2ヨーク30からホールIC40を通って第1ヨーク20へ流れる磁束は、小断面の突出部22へ向かって絞られるとともに、さらに第2ヨーク30側においても突起部32で絞られて、小面積に集中した磁束として高密度にホールIC40を通過する。この通過方向はホールIC40の磁気感応方向に沿っているので、ホールIC40は磁束密度の変化を高感度で検出してON(Low)信号を出力する。
また、第1ヨーク20についても、磁極面12、13と平行にした固定主部21の板幅を磁石10の幅Wの20〜40%にすると、被検出部材50が磁石10の磁極面12から離れている場合と十分に近接した場合との間で磁束密度の大きな変化量を確保できる。
ホールIC40の代わりにガウスメータ用ホールプローブを配置し、図6に示すように、被検出部材50と磁極面12の対向間隙を3mmとして、被検出部材50を磁石10(および第2ヨーク30)に対する離間位置と対向位置の間で移動させたときの磁束密度の変化を測定した。ここでは、被検出部材50の移動方向前端縁が磁石10の幅方向一端に対向する位置を0mmとして、その手前(−5mm)から磁石10の幅方向他端に到達するまでの間を測定している。
測定に供した近接センサ1の設定値は次のとおりである。
磁石10のサイズ: 長さ(L)=8mm、幅(W)=15mm、高さ(H)=8mm
第1ヨーク20の材質: 純鉄粉末の焼結体
固定主部21のサイズ: 幅=4mm、高さ=8mm、板厚=2mm
突出部22のサイズ: 幅=2mm、板厚=2mm、突出量2mm
第2ヨーク30の材質: 純鉄粉末の焼結体
本体部31のサイズ: 幅=15mm、長さ=8mm、板厚=2mm
突起部32のサイズ: 直径=2mm、突出量2mm
被検出部材50の材質: 鉄板
この最大磁束密度変化量は動作磁束密度10mTのホールICにとって十分な変化量であり、車載のペダルセンサその他用として実用性の高いことが示された。
また、本実施例では第1ヨーク20の固定主部21の板面を磁極面12、13と平行に配置しており、別途の測定によれば、これにより磁極面に対して垂直にした場合と比較して、被検出部材が磁極面に近接した場合にホールIC40における磁束密度が約10%大きくなるという利点を有している。
その結果を図9に示す。
鉄板60を取り付けなかった場合の(a)に対して、鉄板60を取り付けた場合の(b)の磁束密度曲線は12mTだけ低減方向にオフセットされた。したがって、動作磁束密度10mTのホールIC40を用いたとき、被検出部材50の先端が磁石10との対向区間に4.5mm入った位置でホールIC40のON、OFFが切り換わることになる。
これより、本実施例では、鉄板60を設けることにより磁束密度曲線をオフセットさせ被検出部材50の検出位置を調整することができる。オフセット量は鉄板60の板面サイズや板厚の選択により制御することができる。鉄板60の代わりに他の磁性材でもよい。
このため、製造工程に「検出位置調整」工程を設ければ、近接センサの製造歩留まりが飛躍的に向上するし、基本構成および部品の変更なしに検出位置仕様の異なる製品要求に対応することができる。
そして、被検出部材50が磁極面12と対向する方向に近接すると、ホールIC40には第2ヨーク30から第1ヨーク20へ磁気感応方向に磁束が流れ、この磁束が突出部22とさらには突起部32とで集中的に絞られるので、磁束密度の変化が高感度で検出される。
そして、とくに磁石10は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石で、その射出成形の際に第1ヨーク20の固定主部21がインサート成形により磁石10内に埋め込まれて、第1ヨーク20は強固に磁石10に結合されるので、組み付けにおけるばらつきが極めて小さい。
また、少なくとも第1ヨークを保持したアセンブリ状態で磁石10を着磁すれば、着磁後に第1ヨークとアセンブリする場合と比べ、例えば製造ラインに浮遊する異物(磁石10の特性に悪影響を及ぼす磁性粉等)の磁石10への付着防止のための過度な管理を緩和することができる。
図10は第2の実施例の近接センサの構成を示す図、図11は分解斜視図である。図10において、(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は上面図である。
第2の実施例の近接センサ1Aは、磁石10’と、磁石10’に保持された2つの第1ヨーク20aおよび20bと、2つのホールIC40a、40bと、第2ヨーク30’とからなる。
磁石10’は、図10の(B)において、左右両端をN極およびS極として、各磁極面12’、13’の幅をW、高さをHとする長さLの直方体をなしている。ここでは幅(W)寸法が第1の実施例の磁石よりも長くなっている。
磁石10’の幅中心線Xを挟んだ両側には磁極面12’、13’の中間に上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴11’が設けられ、この保持穴11’に、当該保持穴11’と整合する断面を有する第1ヨーク20a、20bが保持されている。
本実施例では後述する2つの検出位置を広狭任意に設定できるように、固定主部21a、21bの板面を磁極面12’、13’に対して垂直にしてある。
また、前実施例と同様に、磁石10’は射出成形による希土類ボンド磁石で、その射出成形の際に第1ヨーク20a、20bの各固定主部21a、21bをインサート成形してある。
そして、第1ヨーク20a、20bの突出部22a、22bと第2ヨーク30’の突起部32a、32bとの間隙内にホールIC40a、40bがそれぞれ配置されている。ホールIC40aは磁気感応方向を突出部22aと突起部32aを結ぶ方向に設定してあり、ホールIC40bも磁気感応方向を突出部22bと突起部32bを結ぶ方向に設定してある。
その他は第1の実施例と同じである。
測定に供した近接センサ1の具体例の設定値は次のとおりである。
磁石10’のサイズ: 長さ(L)=8mm、幅(W)=26mm、高さ(H)=8mm
第1ヨーク20a、20bの材質: 純鉄粉末の焼結体
固定主部21a、21bのサイズ: 幅=4mm、高さ=8mm、板厚=2mm
突出部22a、22bのサイズ: 幅=2mm、板厚=2mm、突出量2mm
第2ヨーク30’の材質: 純鉄粉末の焼結体
本体部31のサイズ: 幅=26mm、長さ=8mm、板厚=2mm
突起部32のサイズ: 直径=2mm、突出量2mm
被検出部材50’の材質: 鉄板
ホールIC40a、40bの動作磁束密度を10mTとしたとき、被検出部材50’の先端が磁石10’との対向区間に5mm入った位置でホールIC40aのON、OFFが切り換わり、被検出部材50’が12mm入った位置でホールIC40bのON、OFFが切り換わる。
これにより、被検出部材50’の位置を2段階に検出することができ、要すればさらに第1ヨークの突出部と第2ヨークの突起部、およびそれらの間隙に配置するホールICの組を追加することにより多段階の位置検出が可能となる。
その他、第1の実施例と同じ効果を有する。
また、第1ヨーク20、20a、20bはその固定主部21等を、磁石10、10’を射出成形する際にインサート成形することにより、磁石に一体結合させるものとしたが、磁石の成形後に第1ヨークを組み付ける場合には、固定主部21等に磁石の保持穴11、11’と整合する断面を持たせて、固定主部の全周4面が保持穴の壁面に密に接するようにするのが好ましい。
また、第1ヨークの固定主部21、21a、21bは、その高さ寸法を磁石10、10’の高さHと同一にして、突出部22、22a、22bと反対側の上端が磁石10の上面と面一となるようにしたが、少なくともHの50%以上あればよく、上端が磁石10の上面に表れなくてもよい。一方、上端が磁石10の上面より突出することはホールIC40側を通る磁束密度が小さくなるので好ましくない。
第2ヨークの突起部の突出量および断面サイズについても同様である。
なお、本発明は、車載のペダルセンサ、ドア開閉センサ、ボンネット開閉センサ、シートポジションセンサ、あるいはシートベルト装着センサなどに適用してとくに有用であるが、車両用に限定されず、非接触で被検出体の位置を検出する種々の用途に適用可能である。
10、10’ 磁石(永久磁石)
11、11’ 保持穴
12、12’、13、13’ 磁極面
20、20a、20b 第1ヨーク
21、21a、21b 固定主部
22、22a、22b 突出部
30、30’ 第2ヨーク
31、31’ 本体部
32、32a、32b 突起部
40、40a、40b ホールIC(磁気感応素子)
50、50’ 被検出部材
Claims (8)
- 1個の永久磁石と、
該永久磁石の2つの磁極面間の中間に保持されて、前記磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部を備える第1ヨークと、
前記突出部が突出している前記永久磁石の壁面に平行な本体部を有して、前記突出部に対して空間を設けて配置された第2ヨークと、
前記突出部と第2ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とを有し、
前記永久磁石は相対移動する被検出部材に対して磁極面を平行となるように配置したことを特徴とする近接センサ。 - 前記永久磁石の磁極面間の長さが、磁極面の幅または高さと同寸以下であることを特徴とする請求項1に記載の近接センサ。
- 前記第1ヨークは、前記永久磁石の外形内に配置された板状の固定主部から前記突出部を延ばしており、前記突出部は前記固定主部の板幅よりも細いことを特徴とする請求項1または2に記載の近接センサ。
- 前記第2ヨークは、前記本体部からさらに前記第1ヨークの突出部に対向して延びる突起部を備え、
前記磁気感応素子が前記突出部と突起部の間の空間に配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の近接センサ。 - 前記永久磁石の前記被検出部材に対向する磁極面と反対側の磁極面に磁性材からなる検出位置調整板を取り付けたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1に記載の近接センサ。
- 前記突出部を備える第1ヨークと、前記突出部と前記第2ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とからなる組が複数設けられて、
前記被検出部材の複数の位置を検出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1に記載の近接センサ。 - 前記永久磁石は射出成形により形成され、
前記第1ヨークは前記永久磁石の射出成形時にインサート成形されるものであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1に記載の近接センサ。 - 前記永久磁石は少なくとも前記第1ヨークを保持した状態で着磁されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1に記載の近接センサ。
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