JP2019100779A - ストロークセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの強度を保ちつつ、検出精度を上げたストロークセンサを提供する。【解決手段】被検出体に追従して原点位置Ｏから移動する検出シャフト１０の移動量Ｓを検出するストロークセンサであって、切り欠き面１６と略Ｄ形状の端面１７を有する検出シャフト１０と、軸支持部２２と凹部２５を有する第一のハウジング２０と、検出シャフト１０を支持する第二のハウジング３０と、原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させるスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５１と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子５２と、を備え、検出シャフト１０の切り欠き面１６と軸支持部２２の平面部２２ａは、互いに対向するように配置される。【選択図】図２

Description

本発明はストロークセンサに関する。

自動車や自動２輪車のレバーなどの移動体の移動量を検出するストロークセンサとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
このストロークセンサは、シフトペダルに直接または間接的に連結され、前記シフト操作に対応して長手方向に移動可能な棒状のロッド本体と、前記ロッド本体における一端側と前記ロッド本体における他端側との間に付勢力を有した状態で配置される弾性部材と、前記弾性部材から前記一端側への付勢力を受ける第１片開きワッシャと、前記弾性部材から前記他端側への付勢力を受ける第２片開きワッシャと、前記ロッド本体における他端側と、前記弾性部材と、前記第１片開きワッシャと、前記第２片開きワッシャとを収容するカバー部材とを備え、ロッド本体に設けられた磁石とカバー部材に設けられたホールＩＣによりロッド本体が軸方向に往復する移動量を磁界の変化によって検出するものである。

特開２０１７−１５９７１２号公報

しかしながら、特許文献１記載のストロークセンサは、磁界の検出精度を上げるためホールＩＣを磁石に近づけようとしたときに、カバー部材の厚みを削る必要があり、ハウジングの強度が下がってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハウジングの強度を保ちつつ、検出精度を上げたストロークセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るストロークセンサは、
被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
前記検出シャフトと、
軸支持部を有する第一のハウジングと、
前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させるスプリングと、
前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
を備え、
前記検出シャフトは、前記検出シャフトの側面を切り欠いた切り欠き面と、前記側面の横断面が略Ｄ形状である端面を有し、
前記第一のハウジングは、前記第一のハウジングの表面を掘り下げた凹部を有し、
前記軸支持部は、前記凹部により形成された平面部を有し、
前記切り欠き面と前記平面部は、互いに対向するように配置される、
ことを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングの強度を保ちつつ、検出精度を上げたストロークセンサを提供することができる。

本発明のストロークセンサの実施例を示す平面図である。 本発明のストロークセンサの実施例を示すＡ−Ａ断面図である。 本発明のストロークセンサの実施例の検出シャフト、第一のハウジング、及び第二のハウジングを示すＡ−Ａ断面図である。 本発明のストロークセンサの実施例の検出シャフト、軸支持部、及び凹部を示す斜視図である。

以下に、本発明に係るストロークセンサを添付図面に基づいて説明する。

図１、及び図２を参照する。図１は、ストロークセンサ１の実施例の平面図を示す。図２は、ストロークセンサ１の実施例の断面図を示す。ストロークセンサ１は、被検出体に追従して原点位置Ｏから移動する検出シャフト１０の移動量Ｓを検出するストロークセンサであって、切り欠き面１６と略Ｄ形状の端面１７を有する検出シャフト１０と、軸支持部２２と凹部２５を有する第一のハウジング２０と、検出シャフト１０を支持する第二のハウジング３０と、原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させるスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５１と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子５２と、を備える。

図３（ａ）、及び図４を併せて参照する。図３（ａ）は、ストロークセンサ１の実施例の検出シャフト１０の断面図を、図４は、ストロークセンサ１の実施例の検出シャフト１０の斜視図を示す。検出シャフト１０は、被検出体の移動によって追従される検出媒体であり、例えば、被検出体に連結されて外力が伝達され、軸方向に往復して追従する。検出シャフト１０は、ある程度剛性を有する非磁性材料が好ましく、例えばオーステナイト系のステンレス鋼（Steel Use Stainless; SUS）からなる。

検出シャフト１０は、円柱状の直径の異なる径大部１１、径中部１２、及び径小部１３を有し、本実施例では、第一のハウジング２０の方向から径中部１２ａ、径大部１１、径中部１２ｂ、径小部１３の並びで構成される。

径大部１１は、第一のハウジング２０内に配置され、第一の座金１８ａを支持する。

径中部１２ａは、第一のハウジング２０内に配置され、検出シャフト１０の側面を平坦に切り欠いた切り欠き面１６と前記側面の横断面が略Ｄ形状である端面１７が形成される。さらに、径中部１２ａは、磁石５１を収納する磁石収納部１９を有している。

径中部１２ｂは、径大部１１側に第一の座金１８ａ、スプリング４０、第二の座金１８ｂを通し、径小部１３側に止め輪１４と気密部材１５が取り付けられる。

径小部１３は、第二のハウジング３０のシャフト穴３３から外側に突き出しており、図示しない被検出体と接続される。

止め輪１４は、非磁性材料からなるラジアル方向取り付け式止め輪であり、径中部１２ｂに設けられた図示しない溝によって保持される。止め輪１４は、第二の座金１８ｂを支持する。

気密部材１５は、ゴムからなるＯリングであり、径中部１２ｂに設けられた溝によって保持される。気密部材１５は、ストロークセンサ１の気密を保つために用いられ、前記溝は、気密部材１５の気密機能を発揮するために必要な溝構造を満たすように構成される。

切り欠き面１６は、検出シャフト１０の側面の切り欠きにより形成された平坦な面であり、第一のハウジング２０の軸支持部２２よりも短い軸方向の長さを有している。この切り欠き面１６によって検出シャフト１０の回転が、後述する軸支持部２２の平面部２２ａと協働して、規制される。

端面１７は、検出シャフト１０の側面の切り欠きにより形成された横断面であり、略Ｄ形状を有する。切り欠き面１６から端面１７の頂点までの高さは、後述する凹部２５の掘り下げた高さと略一致する。

第一の座金１８ａは、非磁性材料からなるＯ型のワッシャであり、その直径は径大部１１、第二のハウジング３０の内径、及びスプリング４０よりも大きく、後述する第一のハウジング２０の円筒部２０ａの内径よりも小さく構成される。
第二の座金１８ｂは、非磁性材料からなるＯ型のワッシャであり、その直径は後述する第二のハウジング３０の孔部３２、及びスプリング４０よりも大きく、第二のハウジング３０の内径より小さく構成される。
第一の座金１８ａ、及び第二の座金１８ｂは、検出シャフト１０の移動により、別の部材に接触した際のスラスト荷重に耐えるように設計される。

磁石収納部１９は、例えば検出シャフト１０の内部をくりぬいて形成され、磁石５１を収納し接着剤などで固定して保持する。

図３（ｂ）、及び図４を併せて参照する。図３（ｂ）は、ストロークセンサ１の実施例の第一のハウジング２０の断面図を、図４はストロークセンサ１の実施例の軸支持部、及び凹部の斜視図を示す。第一のハウジング２０は、検出シャフト１０の径大部１１を受ける第一の受部２１と、軸支持部２２と、第一の座金支持部２３と、取り付け部２４と、凹部２５と、雌ねじ部２９を有して構成される。

第一のハウジング２０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材料が好ましく、略円筒状の円筒部２０ａと平板状の平板部２０ｂによって形成されている。

第一の受部２１は、円筒部２０ａの内側に設けられる円環状の面であり、検出シャフト１０の径大部１１と接し、検出シャフト１０の移動量Ｓを制限する。原点位置Ｏから第一の受部２１までの長さは、スプリング４０の最大たわみ量より小さくなるように構成される。

軸支持部２２は、平板部２０ｂの内側に設けられ、検出シャフト１０の径中部１２ａを支持する溝として形成される。軸支持部２２は、検出シャフト１０の切り欠き面１６に対向する平面部２２ａを有する。平面部２２ａと検出シャフト１０の切り欠き面１６によって、中心軸回りの回転が規制され、しかも軸方向には、検出ストロークＳ分の摺動が高精度になされるように支持される。

第一の座金支持部２３は、円筒部２０ａの内側に設けられる円環状の面であり、その直径は検出シャフト１０の径大部１１より大きく、第一の座金１８ａよりも小さい。

取り付け部２４は、平板部２０ｂの外側に設けられ、後述する第三のハウジング６０を取り付けるためのねじ穴が設けられる。

凹部２５は、取り付け部２４の表面を掘り下げて構成されており、後述する磁気検出素子５２を検出シャフト１０に近づけて配置するために用いられる。凹部２５の前記掘り下げられた高さの分だけ内側にハウジングが変位し、軸支持部２２に平面部２２ａが形成される。凹部２５の前記掘り下げられた高さは、検出シャフト１０の切り欠き面１６から端面１７の頂点までの高さと略一致する。この略一致は、物理的な一致、及び技術常識から一致とみなされる略一致を含んでいる。
凹部２５のハウジングの厚みは、平面部２２ａから凹部２５までの高さとなる。凹部２５のハウジングの厚みは、検出シャフト１０を挟んだ反対側、すなわち検出シャフト１０を軸とした線対称の位置にあるハウジングの厚みと略一致することが好ましい。この略一致は、物理的な一致、及び技術常識から一致とみなされる略一致を含んでいる。

雌ねじ部２９は、円筒部２０ａの内径面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。

図３（ｃ）を併せて参照する。図３（ｃ）は、ストロークセンサ１の実施例の第二のハウジング３０の断面図を示す。第二のハウジング３０は、検出シャフト１０の第一の座金１８ａを受ける第二の受部３１と、孔部３２と、シャフト穴３３と、第二の座金支持部３４と、雄ねじ部３９を有して構成される。

第二のハウジング３０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材料が好ましく、略円筒状に形成されている。

第二の受部３１は、第二のハウジング３０の縁に設けられる円環状の面であり、検出シャフト１０の第一の座金１８ａを受け、検出シャフト１０の移動量Ｓを制限する。原点位置Ｏから第二の受部３１までの長さは、スプリング４０の最大たわみ量より小さくなるように構成される。

孔部３２は、第二の受部３１と反対方向の第二のハウジング３０の内側に設けられ、その直径は止め輪１４よりも大きく、第二の座金１８ｂよりも小さく構成される。孔部３２の深さは、移動量Ｓより少し長く設けられ、止め輪１４が第二のハウジング３０とスラスト方向に接しないように構成されている。

シャフト穴３３は、孔部３２に設けられ、検出シャフト１０を摺動可能に支持して外部に取り出す。

第二の座金支持部３４は、孔部３２の外周に設けられる円環状の面であり、その直径は孔部３２より大きく、第二の座金１８ｂよりも小さく構成される。

雄ねじ部３９は、孔部３２と反対方向の第二のハウジング３０の外径面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。前記連結に際しては、補強用接着剤（例えば、シーロック剤）などでねじの緩み防止をさらに行ってもよい。

スプリング４０は、ステンレス鋼などの非磁性材料のものが好ましく、例えばＳＵＳ３０４ＷＰＢによる円筒状のコイルばねで構成される。

スプリング４０は、内側に検出シャフト１０を通すように構成され、検出シャフト１０の第一の座金１８ａ、及び第二の座金１８ｂと接している。

スプリング４０は、原点位置Ｏにある検出シャフト１０が第一のハウジング２０の方向に押し込まれるように移動すると、止め輪１４に支持された第二の座金１８ｂがスプリング４０を押し、且つ、第一の座金支持部２３に支持された第一の座金１８ａがスプリング４０を支持することで、スプリング４０が押し潰され、検出シャフト１０の径大部１１が第一のハウジング２０の第一の受部２１に当たるまでの移動量Ｓ分だけ移動することができる。そして、検出シャフト１０を押し込む力がなくなると、スプリング４０に蓄積されたばね力で、原点位置Ｏに戻される。

また、スプリング４０は、原点位置Ｏにある検出シャフト１０が第二のハウジング３０の方向に引き込まれるように移動すると、径大部１１に支持された第一の座金１８ａがスプリング４０を押し、且つ、第二の座金支持部３４に支持された第二の座金１８ｂがスプリング４０を支持することで、スプリング４０が押し潰され、検出シャフト１０の径大部１１によって支持された第一の座金１８ａが第二のハウジング３０の第二の受部３１に当たるまでの移動量Ｓ分だけ移動することができる。そして、検出シャフト１０を引き込む力がなくなると、スプリング４０に蓄積されたばね力で、原点位置Ｏに戻される。

磁石５１は、円柱状に形成された希土類系磁石（例えば、ＳｍＣｏやＮｄＦｅＢなどの材料の磁石）からなり、検出シャフト１０の磁石収納部１９に取り付けられる。

磁石５１は、磁気検出素子５２に磁界を提供しており、磁石５１が検出シャフト１０とともに移動することで磁気検出素子５２へ与える磁界の向き、及び強さを変え、結果的に磁気検出素子５２が移動量Ｓとして検出する。磁石５１は、製造手法により焼結磁石やプラスチックと混ぜて圧縮もしくは成形されたプラスチック磁石などのいずれでもよい。焼結磁石の方が強力な磁力を有する一方、プラスチック磁石の方が大量生産性や耐割れ性が高いなど特性があることから、使用条件や設計要件に応じて適宜選択すればよい。

磁気検出素子５２は、被検出体の移動量などの変化を磁界の向き、及び強さにより検出するものであり、例えば、ホール素子などで構成され、被検出体の移動などに伴う磁界の変化を電気信号に変換して外部に出力するものである。

磁気検出素子５２による検出シャフト１０の移動量Ｓの検出は、検出シャフト１０に備えられた磁石５１が発する磁界の向き、及び強さの変化を検出し、前記磁界に応じた電気信号に変換して外部に出力する。

基板５０は、ガラスエポキシ等からなるプリント基板（Printed Circuit Board; PCB）であり、磁気検出素子５２を備える。

基板５０の磁気検出素子５２への電源の取り込みや外部への電気信号の出力は、ダイレクトコネクタもしくはコードにて行われる。

第三のハウジング６０は、エポキシ樹脂等の樹脂材料からなり、第一のハウジング２０の取り付け部２４とねじによって結合される。

第三のハウジング６０は、基板収納部６１と、引き出し口６２を備える。

基板収納部６１は、第三のハウジング６０に基板５０を保持し、磁気検出素子５２を第一のハウジング２０の凹部２５に近づけて配置するように構成される。

引き出し口６２は、基板５０のダイレクトコネクタもしくはコードを外部へ引き出す。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

第一のハウジング２０の凹部２５によって掘り下げられた高さと検出シャフト１０の側面を平坦に切り欠いた高さ（切り欠き面１６から端面１７の頂点までの高さ）を略一致させることで、ハウジングの厚みを確保でき、且つ磁石５１と磁気検出素子５２の距離を近づけることができる。これによれば、ハウジングの強度を保ちつつ、検出精度を上げることができる。

第一のハウジング２０の凹部２５のハウジングの厚み（平面部２２ａから凹部２５までの高さ）は、検出シャフト１０を軸とした線対称の位置にあるハウジングの厚みと略一致するように構成することができる。これによれば、凹部２５においてもハウジングの厚みを確保でき、ハウジングの強度を保つことができる。

検出シャフト１０の切り欠き面１６と第一のハウジング２０の平面部２２ａを対向させることで、部材の追加なしに、検出シャフト１０の回転を規制することができる。

なお、上記の実施例において、磁石収納部１９を検出シャフト１０の中心よりも凹部２５に近づけて設ける、あるいは、磁石収納部１９を切り欠き面１６に設けてもよい。これによれば、磁石５１と磁気検出素子５２の距離をより近づけることができる。

なお、上記の実施例において、第一のハウジング２０の取り付け部２４、及び凹部２５を対称構造にして、第三のハウジング６０の取り付け方向を選択可能にしてもよい。これによれば、ハウジングの強度を保ちつつ、ダイレクトコネクタもしくはコードの引き出し方向が異なる仕様を満足することができる。

本発明は、以上の実施例及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

１ ストロークセンサ
１０ 検出シャフト
１１ 径大部
１２ 径中部
１３ 径小部
１４ 止め輪
１５ 気密部材
１６ 切り欠き面
１７ 端面
１８ａ 第一の座金
１８ｂ 第二の座金
２０ 第一のハウジング
２０ａ 円筒部
２０ｂ 平板部
２１ 第一の受部
２２ 軸支持部
２２ａ 平面部
２５ 凹部
３０ 第二のハウジング
３１ 第二の受部
３２ 孔部
４０ スプリング
５０ 基板
５１ 磁石
５２ 磁気検出素子
６０ 第三のハウジング
Ｏ 原点位置
Ｓ 移動量

Claims (5)

1. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
   前記検出シャフトと、
   軸支持部を有する第一のハウジングと、
   前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させるスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   を備え、
   前記検出シャフトは、前記検出シャフトの側面を切り欠いた切り欠き面と、前記側面の横断面が略Ｄ形状である端面を有し、
   前記第一のハウジングは、前記第一のハウジングの表面を掘り下げた凹部を有し、
   前記軸支持部は、前記凹部より形成された平面部を有し、
   前記切り欠き面と前記平面部は、互いに対向するように配置される、
   ことを特徴とするストロークセンサ。
2. 前記凹部の掘り下げられた高さは、前記切り欠き面から前記端面の頂点までの高さと略一致する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のストロークセンサ。
3. 前記凹部と前記平面部の間のハウジングの厚みは、前記検出シャフトを軸とした線対称の位置にあるハウジングの厚みと略一致する、
   ことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１つに記載のストロークセンサ。
4. 前記切り欠き面と前記平面部は、前記検出シャフトの回転を規制する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のストロークセンサ。
5. 前記ストロークセンサは、第三のハウジングをさらに備え、
   前記検出シャフトは、前記磁石を有し、
   前記第三のハウジングは、前記磁気検出素子を有した基板を収納する収納部を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のストロークセンサ。

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