JP4487428B2 - 非接触型位置センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気の変化により直動位置を検出する非接触型位置センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の非接触型位置センサとしては、特開平５−２６４３２６号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の非接触型位置センサの斜視図である。
【０００５】
図５において、１は厚さ方向に着磁された磁石である。２は長さ方向の位置によって幅が異なる二等辺三角形状のパーマロイからなる磁性体で、磁石１の上面に載置されている。３は軸で、磁石１を上面に載置するとともに、溝部４を側面に設けている。５は摺動子で、内側面に凸部６を設けており、この凸部６を軸３における溝部４に嵌合させた状態で、軸３に摺動子５を軸３の長手方向に摺動させている。７は磁電変換部で、摺動子５の上面に載置されるとともに、磁性体２の幅にあわせた磁力の変化を検出している。また、磁電変換部７には、リード線８を接続しており、このリード線８を相手側コンピュータ等（図示せず）に接続している。
【０００６】
以上のように構成された従来の非接触型位置センサについて、次に、その動作を説明する。
【０００７】
摺動子５に載置した磁電変換部７に対して軸３が軸３の長手方向に移動すると、軸３の上面に二等辺三角形形状の磁性体２を設けているため、磁電変換部７に対する磁界の強さが変化する。そして、この磁界の強さの変化を磁電変換部７により、電圧の変化に変換し、リード線８を介して相手側コンピュータ等（図示せず）に出力し、摺動子５の変位を検出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成においては、軸３における溝部４に摺動子５における凸部６を嵌合させた状態で、摺動子５を軸３に対して摺動させる構成としたため、非接触型位置センサを長期にわたって使用して、摺動子５に対して軸３を多数回摺動させると、溝部４あるいは凸部６が磨耗することとなり、したがって、磁電変換部７と磁性体２との距離が変動することとなるから、磁電変換部７に対する磁力の強さが変動することとなり、これにより、非接触型位置センサの出力が不安定になってしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、長期にわたって使用しても、磁電変換部に対する磁力の強さが変動することのない出力特性の安定した非接触型位置センサを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部と第２の磁性体における第２の磁気検出部との間に位置して磁気検出素子を設け、さらに前記第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設け、この被検出部材を第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍において第１の磁性体および第２の磁性体の一端側から他端側に向かって直線的に往復動作させるようにしたもので、第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設けたため、被検出部材が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、第１の磁性体および第２の磁性体と被検出部材との距離が摺動磨耗により、変動することがないという作用を有するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、第１の磁性体における一端側の幅を第２の磁性体における一端側の幅と略等しくするとともに、第１の磁性体における他端側の幅を第２の磁性体における他端側の幅と略等しくし、かつ被検出部材の検出可能距離を第１の磁性体における一端側の幅、第１の磁性体における他端側の幅および第１の磁性体の一端側と他端側との間隙との和から被検出部材における被検出部の長さを差し引いた距離としたもので、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側の被検出部材の移動方向の端部に被検出部材における被検出部の一端が位置する部分から、第１の磁性体および第２の磁性体における他端側の被検出部材の移動方向の端部に被検出部材における被検出部の他端が位置する部分まで、被検出部材が移動するため、移動距離の全域にわたって直線性の安定した出力特性が得られるという作用を有するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、被検出部材における被検出部の長さを第１の磁性体および第２の磁性体における一端側および他端側の幅よりも長くしたもので、この構成によれば、被検出部が第１の磁性体あるいは第２の磁性体の近傍に位置する状態においても、被検出部の直線的な微小な位置に対して、第１の磁性体および第２の磁性体を通過する磁界が変化することとなり、出力特性が安定するという作用を有するものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、第１の磁性体および第２の磁性体をコ字形状あるいはＵ字形状としたもので、この構成によれば、第１の磁性体における一端側を第１の磁性体における他端側と幅方向に一直線上に設けるとともに第２の磁性体における一端側を第２の磁性体における他端側と幅方向に一直線上に設けることができるから、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側から第１の磁性体および第２の磁性体における他端側への方向と被検出部材の移動方向を略平行に配置することができることとなり、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側および他端側に近傍させて被検出部材における被検出部を移動させることができるため、非検出位置センサの出力感度が向上するという作用を有するものである。
【００１５】
請求項５記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部に上方へ向かって突出する第１の凸部を設けるとともに、第２の磁性体における第２の磁気検出部に下方へ向かって突出する第２の凸部を設けたもので、この構成によれば、第１の凸部および第２の凸部に第１の磁石および第２の磁石により発生する磁力線が集中するため、磁気検出素子から出力される出力の感度が向上するという作用を有するものである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、第１の磁性体における第１の凸部および第２の磁性体における第２の凸部の内側に凹部を設けたもので、この構成によれば、この凹部に第１の磁石および第２の磁石により発生する磁力線が通過しにくいため、第１の磁気検出部および第２の磁気検出部に磁力線が集中することとなり、磁気検出素子を通過する磁力線がさらに増加するから、磁気検出素子から出力される出力の感度がさらに向上するという作用を有するものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部の上面と第２の磁性体における第２の磁気検出部の下面とにより磁気検出素子を挟持したもので、この構成によれば、磁気検出素子と第１の磁気検出部および磁気検出素子と第２の磁気検出部とのクリアランスがなくなるため、磁気検出素子から出力される出力信号の感度が向上するという作用を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における非接触型位置センサに被検出部材が配設された状態を示す斜視図、図２は同非接触型位置センサを裏側からみた斜視図である。
【００２０】
図１、図２において、１１はＵ字形状の第１の磁性体で、この第１の磁性体１１は中間部１２の上面に第１の磁気検出部１３を設けるとともに、この第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の突部１４を設け、さらにこの第１の凸部１４の内側に間隙１５を設けている。また、この第１の磁性体１１の一端側１１ａの上面に、例えばＳｍＣｏを主成分とする第１の磁石１６におけるＮ極１７を固着するとともに、第１の磁性体１１における他端側１１ｂにＳｍＣｏを主成分とする第２の磁石１８のＳ極１９を固着している。２０はＵ字形状の第２の磁性体で、この第２の磁性体２０は一端側２０ａの下面に第１の磁石１６におけるＳ極２１を固着するとともに、他端側２０ｂの下面に第２の磁石１８におけるＮ極２２を固着し、かつ、中間部２３の下面に第１の磁気検出部１３と対向するように第２の磁気検出部２４を設けている。また、第２の磁気検出部２４には下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設け、さらにこの第２の凸部２５の内側に間隙２６を設けている。２７は例えばホールＩＣからなる磁気検出素子で、第１の磁気検出部１３と第２の磁気検出部２４とにより挟持されている。
【００２１】
そして、第１の磁気検出部１３の上面と第２の磁気検出部２４の下面とにより磁気検出素子２７を挟持したため、磁気検出素子２７と第１の磁気検出部１３および磁気検出素子２７と第２の磁気検出部２４とのクリアランスがなくなり、したがって、磁気検出素子２７から出力される出力信号の感度が向上するという作用効果を有するものである。
【００２２】
また、第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の凸部１４を設けるとともに、第２の磁気検出部２４に下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設けたため、第１の凸部１４および第２の凸部２５に第１の磁石１６および第２の磁石１８により発生する磁力線が集中することとなり、したがって、磁気検出素子２７から出力される出力の感度が向上するため、非接触型位置センサの出力特性が向上するという作用効果を有するものである。
【００２３】
さらに、前記磁気検出素子２７には電源端子２８、出力端子２９およびＧＮＤ端子３０が設けられており、電源端子２８は電源（図示せず）に電気的に接続されるとともに、ＧＮＤ端子３０はＧＮＤ（図示せず）に電気的に接続され、さらに出力端子２９は、相手側コンピュータ等（図示せず）に電気的に接続されている。
【００２４】
３１は軸からなる被検出部材で、中央に外径の大きな被検出部３２を設けており、この被検出部３２の長さを第1の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側および他端側の幅よりも長くする構成としている。
【００２５】
また、第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅を第２の磁性体２０における一端側２０ａの幅と略等しくするとともに、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅を第２の磁性体２０における他端側２０ｂの幅と略等しくし、かつ被検出部材３１の検出可能距離を第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅および第１の磁性体１１の一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙との和から被検出部材３１における被検出部３２の長さを差し引いた距離としたもので、この構成によれば、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側の被検出部材３１の移動方向の端部に被検出部材３１における被検出部３２の一端が位置する部分から、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の被検出部材３１の移動方向の端部に被検出部材３１における被検出部３２の他端が位置する部分まで、被検出部材３１が移動するため、したがって、移動距離の全域にわたって出力特性の直線性が安定するという作用を有するものである。
【００２６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００２７】
まず、予めＵ字形状に形成された第１の磁性体１１の中間部に第１の凸部１４および間隙１５を形成する。
【００２８】
次に、第１の磁性体１１における一端側１１ａの上面および他端側１１ｂの上面に接着剤を塗布し、一端側１１ａの上面に第１の磁石１６のＮ極１７を固着した後、他端側１１ｂの上面に第２の磁石１８におけるＳ極１９を固着する。
【００２９】
次に、予めＵ字形状に形成された第２の磁性体２０の中間部２３に第２の凸部２５および間隙２６を形成する。
【００３０】
このとき、第２の磁性体２０における第２の凸部２５を設け、第２の凸部２５の内側に間隙２６を形成したため、この間隙２６に第１の磁石１６および第２の磁石１８により発生する磁力線が通過しにくくなり、したがって、第２の磁気検出部２４に磁力線が集中するから、磁気検出素子２７を通過する磁力線が増加することとなり、これにより、磁気検出素子２７における出力端子２９から出力される出力の感度が向上するため、非接触位置センサの出力特性が向上するという作用効果を有するものである。
【００３１】
次に、第１の磁石１６におけるＳ極２１に第２の磁性体２０における一端側２０ａを接着剤により固着するとともに、他端側２０ｂを第２の磁石１８におけるＮ極２２に接着剤により固着する。
【００３２】
最後に、予め電源端子２８、出力端子２９およびＧＮＤ端子３０が一体に形成された磁気検出素子２７を第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３と第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４との間に位置するように別部材（図示せず）により支持する。
【００３３】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【００３４】
磁気検出素子２７における電源端子２８に電源（図示せず）を接続するとともに、ＧＮＤ端子３０をＧＮＤ（図示せず）に接地する。そして、被検出部３２を設けた相手側軸からなる被検出部材３１を第１の磁性体１１における一端側１１ａおよび他端側１１ｂと第２の磁性体２０における一端側２０ａおよび他端側２０ｂとの間に配設した後、前記被検出部材３１を直動させる。ここで、図３（ａ）に示すように、第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅をＡ、第１の磁性体１１における一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙の幅をＢ、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅をＣ、被検出部材３１における被検出部３２の長さをＤとする。そして、磁性体１１における一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙の幅Ｂの中点に被検出部材３１における被検出部３２の中点が位置するときを、被検出部材３１の移動位置０ｍｍとする。まず、図３（ａ）に示すように、被検出部材３１の他端側の端部が第１の磁性体１１における他端側１１ｂの端部に位置する場合、すなわち、被検出部材３１の位置が−（Ｃ＋Ｂ／２−Ｄ／２）の状態においては、図３（ａ）に示すように、被検出部材３１における被検出部３２が第２の磁石１８の近傍に位置するとともに、第１の磁石１６から最も遠ざかることとなり第２の磁石１８におけるＮ極２２から生じる磁力線が第２の磁性体２０における他端側２０ｂから被検出部材３１における被検出部３２、第１の磁性体１１における他端側１１ｂを介して第２の磁石１８におけるＳ極１９に戻ることとなり、また、第１の磁石１６におけるＮ極１７から生じる磁力線は、第１の磁性体１１における一端側１１ａを介して第１の磁気検出部１３から磁気検出素子２７を通過して、第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４に到達し、さらに第２の磁性体２０における一端側２０ａから第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻るものである。そして、図４に示すように、磁気抵抗素子２７における出力端子２９の出力電圧は約０．７Ｖとなる。
【００３５】
このとき、被検出部材３１における被検出部３２の長さＤを第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の幅Ｃよりも長くしたため、被検出部３２が第１の磁性体１１あるいは第２の磁性体２０の近傍に位置する状態においても、被検出部３２の直線的な微小な変位に対して、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０を通過する磁界が変化することとなり、したがって、出力特性が安定するという作用効果を有するものである。
【００３６】
また、被検出部材３１が位置０ｍｍの場合には、図３（ｂ）に示すように被検出部材３１における被検出部３２が、第１の磁石１６および第２の磁石１８と等距離に位置することとなり、被検出部３２への磁力線が相殺されることとなり、第１の磁石１６におけるＮ極１７から発生する磁力線が第１の磁性体１１における一端側１１ａから他端側１１ｂ（図示せず）に伝わり、さらに第２の磁石１８におけるＳ極１９、Ｎ極２２を介して第２の磁性体２０における他端側２０ｂから一端側２０ａに向かい、第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻るようにループすることとなっており、したがって、磁気検出素子２７には磁力線が通過しない状態となっている。そして、磁気検出素子２７における出力端子２９からの出力電圧は図４に示すように、約２．５Ｖになるものである。さらに、被検出部材３１が位置（Ａ＋Ｂ／２−Ｄ／２）ｍｍの場合には、図３（ｃ）に示すように、被検出部材３１が第１の磁石１６の近傍に位置することとなり、第１の磁石１６におけるＮ極１７から発生する磁力線が第１の磁性体１１における一端側１１ａを介して被検出部材３１における被検出部３２、さらには第２の磁性体２０における一端側２０ａを介して第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻ることとなる。また、第２の磁石１８におけるＮ極２２から生じる磁力線は第２の磁性体２０の他端側２０ｂから第２の磁気検出部２４を介して磁気検出素子２７を上方から下方に向かって通過し、第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３、第１の磁性体１１における他端側１１ｂを介して第２の磁石１８におけるＳ極１９に戻るものである。そして、磁気検出素子２７における出力端子２９からの出力電圧は図４に示すように、約４．３Ｖになる。すなわち、被検出部材３１における被検出部３２が第２の磁石１８の近傍に位置する状態においては磁気検出素子２７に対し下方から上方に向かって磁力線が通過するのに対して、被検出部材３１における被検出部３２が第１の磁石１６の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子２７に対し上方から下方に向かって磁力線が通過するものである。従って、被検出部材３１の直線的な往復運動に伴い、図３に示すように、磁気検出素子２７における出力端子２９から位置に応じた出力信号が出力され、この出力信号を相手側コンピューター（図示せず）等に入力して、被検出部材３１における被検出部３２の位置を検出するものである。
【００３７】
ここで、非接触型位置センサを長期にわたって使用する場合を考えると、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１における一端側１１ａおよび他端側１１ｂと第２の磁性体２０における一端側２０ａおよび他端側２０ｂとの間もしくは近傍に位置して被検出部材３１を設けたため、被検出部材３１が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、したがって、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０と被検出部材との距離が摺動磨耗により、変動することがないから、長期にわたり高精度に位置検出可能な非接触型位置センサを提供することができるという作用効果を有するものである。
【００３８】
また、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０をＵ字形状としたため、第１の磁性体１１における一端側１１ａを第１の磁性体１１における他端側１１ｂとを互いに幅方向に一直線上に設けるとともに、第２の磁性体２０における一端側２０ａを第２の磁性体２０における他端側２０ｂとを互いに幅方向に一直線上に設けることができるから、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側から第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の方向と被検出部材３１の移動方向を略平行に配置することができることとなり、したがって、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側および他端側に近接させて被検出部材３１における被検出部３２を移動させることができるから、被検出位置センサの出力感度が向上するという作用効果を有するものである。
【００３９】
なお、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０をＵ字形状としたが、コ字形状としても第１の磁石１６と第２の磁石１８とが互いに略平行に向き合うこととなり、同様の効果を有するものである。
【００４０】
また、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁石１６を固着する一端側と第２の磁石１８を固着する他端側との間を中間部１２とし、中間部１２の略中央に第１の磁気検出部１３を設ける構成としたが、中間部１２における一端側あるいは他端側に偏った位置に第１の磁気検出部１３を設けても同様の効果を有するものである。
【００４１】
さらに、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の凸部１４を設けるとともに、第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４に下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設ける構成としたが、第１の磁気検出部１３および第２の磁気検出部２４を平面形状としても同様の効果を有するものである。
【００４２】
さらに、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、相手側軸からなる被検出部材３１における被検出部３２を円筒形状の構成としたが、半円筒形状あるいは角柱形状としても同様の効果を有するものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の非接触型位置センサは中間部の上面に第１の磁気検出部を設けた第１の磁性体と、この第１の磁性体における一端側の上面にＮ極を固着した第１の磁石と、前記第１の磁性体における他端側の上面にＳ極を固着した第２の磁石と、一端側の下面に前記第１の磁石におけるＳ極を固着するとともに他端側の下面に前記第２の磁石におけるＮ極を固着しかつ中間部の下面に前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と対向するように第２の磁気検出部を設けた第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と第２の磁性体における第２の磁気検出部との間に位置して磁気検出素子を設け、さらに前記第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設け、この被検出部材を第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍において第１の磁性体および第２の磁性体の一端側から他端側に向かって直線的に往復動作させるようにしたもので、この構成によれば、第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設けたため、被検出部材が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、したがって、第１の磁性体および第２の磁性体と被検出部材との距離が変動することがないから、長期にわたり高精度に位置検出可能な非接触型位置センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における非接触型位置センサの斜視図
【図２】同裏側から見た斜視図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）同動作状態を示す斜視図
【図４】同要部である被検出部材の位置により出力が変化する状態を示す図
【図５】従来の非接触型位置センサの斜視図
【符号の説明】
１１ 第１の磁性体
１１ａ，２０ａ 一端側
１１ｂ，２０ｂ 他端側
１２，２３ 中間部
１３ 第１の磁気検出部
１４ 第１の凸部
１５，２６ 間隙
１６ 第１の磁石
１７，２２ Ｎ極
１８ 第２の磁石
１９，２１ Ｓ極
２０ 第２の磁性体
２４ 第２の磁気検出部
２５ 第２の凸部
２７ 磁気検出素子
３１ 被検出部材
３２ 被検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気の変化により直動位置を検出する非接触型位置センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の非接触型位置センサとしては、特開平５−２６４３２６号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の非接触型位置センサの斜視図である。
【０００５】
図５において、１は厚さ方向に着磁された磁石である。２は長さ方向の位置によって幅が異なる二等辺三角形状のパーマロイからなる磁性体で、磁石１の上面に載置されている。３は軸で、磁石１を上面に載置するとともに、溝部４を側面に設けている。５は摺動子で、内側面に凸部６を設けており、この凸部６を軸３における溝部４に嵌合させた状態で、軸３に摺動子５を軸３の長手方向に摺動させている。７は磁電変換部で、摺動子５の上面に載置されるとともに、磁性体２の幅にあわせた磁力の変化を検出している。また、磁電変換部７には、リード線８を接続しており、このリード線８を相手側コンピュータ等（図示せず）に接続している。
【０００６】
以上のように構成された従来の非接触型位置センサについて、次に、その動作を説明する。
【０００７】
摺動子５に載置した磁電変換部７に対して軸３が軸３の長手方向に移動すると、軸３の上面に二等辺三角形形状の磁性体２を設けているため、磁電変換部７に対する磁界の強さが変化する。そして、この磁界の強さの変化を磁電変換部７により、電圧の変化に変換し、リード線８を介して相手側コンピュータ等（図示せず）に出力し、摺動子５の変位を検出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成においては、軸３における溝部４に摺動子５における凸部６を嵌合させた状態で、摺動子５を軸３に対して摺動させる構成としたため、非接触型位置センサを長期にわたって使用して、摺動子５に対して軸３を多数回摺動させると、溝部４あるいは凸部６が磨耗することとなり、したがって、磁電変換部７と磁性体２との距離が変動することとなるから、磁電変換部７に対する磁力の強さが変動することとなり、これにより、非接触型位置センサの出力が不安定になってしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、長期にわたって使用しても、磁電変換部に対する磁力の強さが変動することのない出力特性の安定した非接触型位置センサを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部と第２の磁性体における第２の磁気検出部との間に位置して磁気検出素子を設け、さらに前記第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設け、この被検出部材を第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍において第１の磁性体および第２の磁性体の一端側から他端側に向かって直線的に往復動作させるようにしたもので、第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設けたため、被検出部材が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、第１の磁性体および第２の磁性体と被検出部材との距離が摺動磨耗により、変動することがないという作用を有するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、第１の磁性体における一端側の幅を第２の磁性体における一端側の幅と略等しくするとともに、第１の磁性体における他端側の幅を第２の磁性体における他端側の幅と略等しくし、かつ被検出部材の検出可能距離を第１の磁性体における一端側の幅、第１の磁性体における他端側の幅および第１の磁性体の一端側と他端側との間隙との和から被検出部材における被検出部の長さを差し引いた距離としたもので、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側の被検出部材の移動方向の端部に被検出部材における被検出部の一端が位置する部分から、第１の磁性体および第２の磁性体における他端側の被検出部材の移動方向の端部に被検出部材における被検出部の他端が位置する部分まで、被検出部材が移動するため、移動距離の全域にわたって直線性の安定した出力特性が得られるという作用を有するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、被検出部材における被検出部の長さを第１の磁性体および第２の磁性体における一端側および他端側の幅よりも長くしたもので、この構成によれば、被検出部が第１の磁性体あるいは第２の磁性体の近傍に位置する状態においても、被検出部の直線的な微小な位置に対して、第１の磁性体および第２の磁性体を通過する磁界が変化することとなり、出力特性が安定するという作用を有するものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、第１の磁性体および第２の磁性体をコ字形状あるいはＵ字形状としたもので、この構成によれば、第１の磁性体における一端側を第１の磁性体における他端側と幅方向に一直線上に設けるとともに第２の磁性体における一端側を第２の磁性体における他端側と幅方向に一直線上に設けることができるから、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側から第１の磁性体および第２の磁性体における他端側への方向と被検出部材の移動方向を略平行に配置することができることとなり、第１の磁性体および第２の磁性体における一端側および他端側に近傍させて被検出部材における被検出部を移動させることができるため、非検出位置センサの出力感度が向上するという作用を有するものである。
【００１５】
請求項５記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部に上方へ向かって突出する第１の凸部を設けるとともに、第２の磁性体における第２の磁気検出部に下方へ向かって突出する第２の凸部を設けたもので、この構成によれば、第１の凸部および第２の凸部に第１の磁石および第２の磁石により発生する磁力線が集中するため、磁気検出素子から出力される出力の感度が向上するという作用を有するものである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、第１の磁性体における第１の凸部および第２の磁性体における第２の凸部の内側に凹部を設けたもので、この構成によれば、この凹部に第１の磁石および第２の磁石により発生する磁力線が通過しにくいため、第１の磁気検出部および第２の磁気検出部に磁力線が集中することとなり、磁気検出素子を通過する磁力線がさらに増加するから、磁気検出素子から出力される出力の感度がさらに向上するという作用を有するものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、第１の磁性体における第１の磁気検出部の上面と第２の磁性体における第２の磁気検出部の下面とにより磁気検出素子を挟持したもので、この構成によれば、磁気検出素子と第１の磁気検出部および磁気検出素子と第２の磁気検出部とのクリアランスがなくなるため、磁気検出素子から出力される出力信号の感度が向上するという作用を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における非接触型位置センサに被検出部材が配設された状態を示す斜視図、図２は同非接触型位置センサを裏側からみた斜視図である。
【００２０】
図１、図２において、１１はＵ字形状の第１の磁性体で、この第１の磁性体１１は中間部１２の上面に第１の磁気検出部１３を設けるとともに、この第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の突部１４を設け、さらにこの第１の凸部１４の内側に間隙１５を設けている。また、この第１の磁性体１１の一端側１１ａの上面に、例えばＳｍＣｏを主成分とする第１の磁石１６におけるＮ極１７を固着するとともに、第１の磁性体１１における他端側１１ｂにＳｍＣｏを主成分とする第２の磁石１８のＳ極１９を固着している。２０はＵ字形状の第２の磁性体で、この第２の磁性体２０は一端側２０ａの下面に第１の磁石１６におけるＳ極２１を固着するとともに、他端側２０ｂの下面に第２の磁石１８におけるＮ極２２を固着し、かつ、中間部２３の下面に第１の磁気検出部１３と対向するように第２の磁気検出部２４を設けている。また、第２の磁気検出部２４には下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設け、さらにこの第２の凸部２５の内側に間隙２６を設けている。２７は例えばホールＩＣからなる磁気検出素子で、第１の磁気検出部１３と第２の磁気検出部２４とにより挟持されている。
【００２１】
そして、第１の磁気検出部１３の上面と第２の磁気検出部２４の下面とにより磁気検出素子２７を挟持したため、磁気検出素子２７と第１の磁気検出部１３および磁気検出素子２７と第２の磁気検出部２４とのクリアランスがなくなり、したがって、磁気検出素子２７から出力される出力信号の感度が向上するという作用効果を有するものである。
【００２２】
また、第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の凸部１４を設けるとともに、第２の磁気検出部２４に下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設けたため、第１の凸部１４および第２の凸部２５に第１の磁石１６および第２の磁石１８により発生する磁力線が集中することとなり、したがって、磁気検出素子２７から出力される出力の感度が向上するため、非接触型位置センサの出力特性が向上するという作用効果を有するものである。
【００２３】
さらに、前記磁気検出素子２７には電源端子２８、出力端子２９およびＧＮＤ端子３０が設けられており、電源端子２８は電源（図示せず）に電気的に接続されるとともに、ＧＮＤ端子３０はＧＮＤ（図示せず）に電気的に接続され、さらに出力端子２９は、相手側コンピュータ等（図示せず）に電気的に接続されている。
【００２４】
３１は軸からなる被検出部材で、中央に外径の大きな被検出部３２を設けており、この被検出部３２の長さを第1の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側および他端側の幅よりも長くする構成としている。
【００２５】
また、第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅を第２の磁性体２０における一端側２０ａの幅と略等しくするとともに、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅を第２の磁性体２０における他端側２０ｂの幅と略等しくし、かつ被検出部材３１の検出可能距離を第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅および第１の磁性体１１の一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙との和から被検出部材３１における被検出部３２の長さを差し引いた距離としたもので、この構成によれば、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側の被検出部材３１の移動方向の端部に被検出部材３１における被検出部３２の一端が位置する部分から、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の被検出部材３１の移動方向の端部に被検出部材３１における被検出部３２の他端が位置する部分まで、被検出部材３１が移動するため、したがって、移動距離の全域にわたって出力特性の直線性が安定するという作用を有するものである。
【００２６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００２７】
まず、予めＵ字形状に形成された第１の磁性体１１の中間部に第１の凸部１４および間隙１５を形成する。
【００２８】
次に、第１の磁性体１１における一端側１１ａの上面および他端側１１ｂの上面に接着剤を塗布し、一端側１１ａの上面に第１の磁石１６のＮ極１７を固着した後、他端側１１ｂの上面に第２の磁石１８におけるＳ極１９を固着する。
【００２９】
次に、予めＵ字形状に形成された第２の磁性体２０の中間部２３に第２の凸部２５および間隙２６を形成する。
【００３０】
このとき、第２の磁性体２０における第２の凸部２５を設け、第２の凸部２５の内側に間隙２６を形成したため、この間隙２６に第１の磁石１６および第２の磁石１８により発生する磁力線が通過しにくくなり、したがって、第２の磁気検出部２４に磁力線が集中するから、磁気検出素子２７を通過する磁力線が増加することとなり、これにより、磁気検出素子２７における出力端子２９から出力される出力の感度が向上するため、非接触位置センサの出力特性が向上するという作用効果を有するものである。
【００３１】
次に、第１の磁石１６におけるＳ極２１に第２の磁性体２０における一端側２０ａを接着剤により固着するとともに、他端側２０ｂを第２の磁石１８におけるＮ極２２に接着剤により固着する。
【００３２】
最後に、予め電源端子２８、出力端子２９およびＧＮＤ端子３０が一体に形成された磁気検出素子２７を第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３と第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４との間に位置するように別部材（図示せず）により支持する。
【００３３】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【００３４】
磁気検出素子２７における電源端子２８に電源（図示せず）を接続するとともに、ＧＮＤ端子３０をＧＮＤ（図示せず）に接地する。そして、被検出部３２を設けた相手側軸からなる被検出部材３１を第１の磁性体１１における一端側１１ａおよび他端側１１ｂと第２の磁性体２０における一端側２０ａおよび他端側２０ｂとの間に配設した後、前記被検出部材３１を直動させる。ここで、図３（ａ）に示すように、第１の磁性体１１における一端側１１ａの幅をＡ、第１の磁性体１１における一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙の幅をＢ、第１の磁性体１１における他端側１１ｂの幅をＣ、被検出部材３１における被検出部３２の長さをＤとする。そして、磁性体１１における一端側１１ａと他端側１１ｂとの間隙の幅Ｂの中点に被検出部材３１における被検出部３２の中点が位置するときを、被検出部材３１の移動位置０ｍｍとする。まず、図３（ａ）に示すように、被検出部材３１の他端側の端部が第１の磁性体１１における他端側１１ｂの端部に位置する場合、すなわち、被検出部材３１の位置が−（Ｃ＋Ｂ／２−Ｄ／２）の状態においては、図３（ａ）に示すように、被検出部材３１における被検出部３２が第２の磁石１８の近傍に位置するとともに、第１の磁石１６から最も遠ざかることとなり第２の磁石１８におけるＮ極２２から生じる磁力線が第２の磁性体２０における他端側２０ｂから被検出部材３１における被検出部３２、第１の磁性体１１における他端側１１ｂを介して第２の磁石１８におけるＳ極１９に戻ることとなり、また、第１の磁石１６におけるＮ極１７から生じる磁力線は、第１の磁性体１１における一端側１１ａを介して第１の磁気検出部１３から磁気検出素子２７を通過して、第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４に到達し、さらに第２の磁性体２０における一端側２０ａから第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻るものである。そして、図４に示すように、磁気抵抗素子２７における出力端子２９の出力電圧は約０．７Ｖとなる。
【００３５】
このとき、被検出部材３１における被検出部３２の長さＤを第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の幅Ｃよりも長くしたため、被検出部３２が第１の磁性体１１あるいは第２の磁性体２０の近傍に位置する状態においても、被検出部３２の直線的な微小な変位に対して、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０を通過する磁界が変化することとなり、したがって、出力特性が安定するという作用効果を有するものである。
【００３６】
また、被検出部材３１が位置０ｍｍの場合には、図３（ｂ）に示すように被検出部材３１における被検出部３２が、第１の磁石１６および第２の磁石１８と等距離に位置することとなり、被検出部３２への磁力線が相殺されることとなり、第１の磁石１６におけるＮ極１７から発生する磁力線が第１の磁性体１１における一端側１１ａから他端側１１ｂ（図示せず）に伝わり、さらに第２の磁石１８におけるＳ極１９、Ｎ極２２を介して第２の磁性体２０における他端側２０ｂから一端側２０ａに向かい、第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻るようにループすることとなっており、したがって、磁気検出素子２７には磁力線が通過しない状態となっている。そして、磁気検出素子２７における出力端子２９からの出力電圧は図４に示すように、約２．５Ｖになるものである。さらに、被検出部材３１が位置（Ａ＋Ｂ／２−Ｄ／２）ｍｍの場合には、図３（ｃ）に示すように、被検出部材３１が第１の磁石１６の近傍に位置することとなり、第１の磁石１６におけるＮ極１７から発生する磁力線が第１の磁性体１１における一端側１１ａを介して被検出部材３１における被検出部３２、さらには第２の磁性体２０における一端側２０ａを介して第１の磁石１６におけるＳ極２１に戻ることとなる。また、第２の磁石１８におけるＮ極２２から生じる磁力線は第２の磁性体２０の他端側２０ｂから第２の磁気検出部２４を介して磁気検出素子２７を上方から下方に向かって通過し、第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３、第１の磁性体１１における他端側１１ｂを介して第２の磁石１８におけるＳ極１９に戻るものである。そして、磁気検出素子２７における出力端子２９からの出力電圧は図４に示すように、約４．３Ｖになる。すなわち、被検出部材３１における被検出部３２が第２の磁石１８の近傍に位置する状態においては磁気検出素子２７に対し下方から上方に向かって磁力線が通過するのに対して、被検出部材３１における被検出部３２が第１の磁石１６の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子２７に対し上方から下方に向かって磁力線が通過するものである。従って、被検出部材３１の直線的な往復運動に伴い、図３に示すように、磁気検出素子２７における出力端子２９から位置に応じた出力信号が出力され、この出力信号を相手側コンピューター（図示せず）等に入力して、被検出部材３１における被検出部３２の位置を検出するものである。
【００３７】
ここで、非接触型位置センサを長期にわたって使用する場合を考えると、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１における一端側１１ａおよび他端側１１ｂと第２の磁性体２０における一端側２０ａおよび他端側２０ｂとの間もしくは近傍に位置して被検出部材３１を設けたため、被検出部材３１が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、したがって、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０と被検出部材との距離が摺動磨耗により、変動することがないから、長期にわたり高精度に位置検出可能な非接触型位置センサを提供することができるという作用効果を有するものである。
【００３８】
また、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０をＵ字形状としたため、第１の磁性体１１における一端側１１ａを第１の磁性体１１における他端側１１ｂとを互いに幅方向に一直線上に設けるとともに、第２の磁性体２０における一端側２０ａを第２の磁性体２０における他端側２０ｂとを互いに幅方向に一直線上に設けることができるから、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側から第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における他端側の方向と被検出部材３１の移動方向を略平行に配置することができることとなり、したがって、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０における一端側および他端側に近接させて被検出部材３１における被検出部３２を移動させることができるから、被検出位置センサの出力感度が向上するという作用効果を有するものである。
【００３９】
なお、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１および第２の磁性体２０をＵ字形状としたが、コ字形状としても第１の磁石１６と第２の磁石１８とが互いに略平行に向き合うこととなり、同様の効果を有するものである。
【００４０】
また、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁石１６を固着する一端側と第２の磁石１８を固着する他端側との間を中間部１２とし、中間部１２の略中央に第１の磁気検出部１３を設ける構成としたが、中間部１２における一端側あるいは他端側に偏った位置に第１の磁気検出部１３を設けても同様の効果を有するものである。
【００４１】
さらに、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第１の磁性体１１における第１の磁気検出部１３に上方へ向かって突出する第１の凸部１４を設けるとともに、第２の磁性体２０における第２の磁気検出部２４に下方へ向かって突出する第２の凸部２５を設ける構成としたが、第１の磁気検出部１３および第２の磁気検出部２４を平面形状としても同様の効果を有するものである。
【００４２】
さらに、本発明の一実施の形態における非接触型位置センサにおいては、相手側軸からなる被検出部材３１における被検出部３２を円筒形状の構成としたが、半円筒形状あるいは角柱形状としても同様の効果を有するものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の非接触型位置センサは中間部の上面に第１の磁気検出部を設けた第１の磁性体と、この第１の磁性体における一端側の上面にＮ極を固着した第１の磁石と、前記第１の磁性体における他端側の上面にＳ極を固着した第２の磁石と、一端側の下面に前記第１の磁石におけるＳ極を固着するとともに他端側の下面に前記第２の磁石におけるＮ極を固着しかつ中間部の下面に前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と対向するように第２の磁気検出部を設けた第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と第２の磁性体における第２の磁気検出部との間に位置して磁気検出素子を設け、さらに前記第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設け、この被検出部材を第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍において第１の磁性体および第２の磁性体の一端側から他端側に向かって直線的に往復動作させるようにしたもので、この構成によれば、第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設けたため、被検出部材が非接触型位置センサに対して全く摺接しないこととなり、したがって、第１の磁性体および第２の磁性体と被検出部材との距離が変動することがないから、長期にわたり高精度に位置検出可能な非接触型位置センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における非接触型位置センサの斜視図
【図２】同裏側から見た斜視図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）同動作状態を示す斜視図
【図４】同要部である被検出部材の位置により出力が変化する状態を示す図
【図５】従来の非接触型位置センサの斜視図
【符号の説明】
１１ 第１の磁性体
１１ａ，２０ａ 一端側
１１ｂ，２０ｂ 他端側
１２，２３ 中間部
１３ 第１の磁気検出部
１４ 第１の凸部
１５，２６ 間隙
１６ 第１の磁石
１７，２２ Ｎ極
１８ 第２の磁石
１９，２１ Ｓ極
２０ 第２の磁性体
２４ 第２の磁気検出部
２５ 第２の凸部
２７ 磁気検出素子
３１ 被検出部材
３２ 被検出部
Claims (7)
- 中間部の上面に第１の磁気検出部を設けた第１の磁性体と、この第１の磁性体における一端側の上面にＮ極を固着した第１の磁石と、前記第１の磁性体における他端側の上面にＳ極を固着した第２の磁石と、一端側の下面に前記第１の磁石におけるＳ極を固着するとともに他端側の下面に前記第２の磁石におけるＮ極を固着しかつ中間部の下面に前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と対向するように第２の磁気検出部を設けた第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体における第１の磁気検出部と第２の磁性体における第２の磁気検出部との間に位置して磁気検出素子を設け、さらに前記第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍に位置して被検出部材を設け、この被検出部材を第１の磁性体における一端側および他端側と第２の磁性体における一端側および他端側との間もしくは近傍において第１の磁性体および第２の磁性体の一端側から他端側に向かって直線的に往復動作させるようにした非接触型位置センサ。
- 第１の磁性体における一端側の幅を第２の磁性体における一端側の幅と略等しくするとともに、第１の磁性体における他端側の幅を第２の磁性体における他端側の幅と略等しくし、かつ被検出部材の検出可能距離を第１の磁性体における一端側の幅、第１の磁性体における他端側の幅および第１の磁性体の一端側と他端側との間隙との和から被検出部材における被検出部の長さを差し引いた距離とした請求項１記載の非接触型位置センサ。
- 被検出部材における被検出部の長さを第１の磁性体および第２の磁性体における一端側および他端側の幅よりも長くした請求項２記載の非接触型位置センサ。
- 第１の磁性体および第２の磁性体をコ字形状あるいはＵ字形状とした請求項１記載の非接触型位置センサ。
- 第１の磁性体における第１の磁気検出部に上方へ向かって突出する第１の凸部を設けるとともに、第２の磁性体における第２の磁気検出部に下方へ向かって突出する第２の凸部を設けた請求項１記載の非接触型位置センサ。
- 第１の磁性体における第１の凸部および第２の磁性体における第２の凸部の内側に凹部を設けた請求項５記載の非接触型位置センサ。
- 第１の磁性体における第１の磁気検出部の上面と第２の磁性体における第２の磁気検出部の下面とにより磁気検出素子を挟持した請求項１記載の非接触型位置センサ。
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