JP6106199B2 - リニアポジションセンサー - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、本明細書で参照されるすべての文献と同様にその内容が参照により組み込まれる２００７年１２月３日に出願された米国仮出願番号第６１／００５，１４７号及び２００８年１月７日に出願された米国仮出願番号第６１／０１０，２３０号の出願日及び開示の利益を主張する。

本発明は、概してポジションセンサー（位置センサー）に関する。より詳細には、本発明は、位置情報を示す信号を生成するアクチュエータとともに使用できるリニアポジションセンサー（線形位置センサー）に関する。

位置の検出は機械的要素の位置又は動きを電子的にモニターするために使用される。ポジションセンサーは、問題の要素の位置が変化するに伴って変化する電気信号を生成する。電気式ポジションセンサーは多くの製品に含まれている。例えば、電気式ポジションセンサーは様々な自動車部品の状態を電子的に監視して制御することを可能にする。

ポジションセンサーは、測定された位置に基づいた適切な電気信号を提供しなければならない点で正確である必要がある。仮に不正確だと、監視される要素の位置の適切な評価及び制御の妨げとなる。

一般には、ポジションセンサーの測定値が適正に正確であることもまた必要である。しかし、位置の測定において必要な正確さは、特定の使用環境に依存して明らかに変化する。ある目的では、位置の大まかな目安、例えば、バルブが殆ど開いているか、殆ど閉じているかの目安、のみが必要である。他の用途では、位置のより正確な位置の指示が必要な場合がある。

ポジションセンサーは、それが配置される環境に対して十分な耐性が必要である。例えば、自動車のバルブに使用されるポジションセンサーは、自動車が稼働している間、殆ど定常的な動きに晒される場合がある。そのようなポジションセンサーは、考えられる機械的振動及び熱的極限状態及び変動に関わらず、その想定寿命の間、センサーが十分に正確で精確であり続けるように適切な機械的及び電気的要素で構成される必要がある。

以前は、ポジションセンサーは典型的には種々の「接触式」のものであった。接触式ポジションセンサーは電気信号を生成するために物理的な接触を必要とする。接触式ポジションセンサーは、典型的には要素の位置に応じて変化する電気信号を生成する電位差計から構成される。接触式ポジションセンサーは、一般には、正確で精確である。残念なことに、動作中の接触による磨耗がその耐久性を制限する。また、接触による摩擦は要素の動作を悪化させる。更に、電位差計式センサーへの水の侵入はセンサーを動作不能にし得る。

センサー技術における１つの進歩は非接触式ポジションセンサーの開発である。非接触式ポジションセンサー（「ＮＰＳ」）は信号発生器と検知要素の間の物理的な接触を必要としない。代わりに、ＮＰＳは位置の関数として変化する磁界を発生させる磁石と監視すべき要素の位置を測定するために変動磁界を検出する装置を使用する。しばしば、ホール効果装置が、装置に付随する磁気フラックスの強度及び極性に依存する電気信号を生成するために使用される。ホール効果装置は、監視すべき要素に物理的に取り付けられることができ、したがって、要素の動きに伴って固定磁石に対して相対的に動く。逆に、ホール効果装置は、監視すべき要素に取り付けられた磁石に対して不動であり得る。どちらの場合でも、監視すべき要素の位置はホール効果装置により生成される電気信号により判断できる。

ＮＰＳの使用は、接触式ポジションセンサーの使用に対して多くの明確な利点を提供する。ＮＰＳは信号生成器と検知要素の間の物理的接触を必要としないため、動作中の物理的磨耗が少なく、これにより、より大きいセンサーの耐久性を生じる。ＮＰＳの使用は、監視されるアイテムとセンサー自体の間の物理的接触が無いことで牽引（ドラッグ）の減少を生じる点でも有利である。

欧州特許出願公開第０７３８８９２号明細書

ＮＰＳの使用は多くの利点を提供するが、多くの用途でＮＰＳが満足のいくポジションセンサーであるために克服しなければならない幾つかの欠点もある。磁気的な不規則性又は不完全性がＮＰＳの正確性、精確性を駄目にする場合がある。ＮＰＳの正確性、精確性は、センサーが晒されると考えられる種々の機械的振動や動揺によっても影響を受け得る。監視すべきアイテムとセンサーの間に物理的接触が無いために、振動や動揺によってこれらの整列が駄目になる可能性がある。整列状態が崩れると、任意の特定の位置で測定される磁界が、元の整列状態のときの測定値のものではなくなり得る。測定された磁界が適正に整列したときのそれと相違し得るため、読み取られた位置が不正確となり得る。磁界強度と結果として得られる信号の線形性も問題である。

従来の磁気式ポジションセンサーは温度による磁界の変化に対応するための特別の電子部品を必要とした。磁石により生じる磁界は温度とともに変化するため、センサーは、温度による変化と位置による変化を区別できる必要がある。

リニアポジションセンサーを提供することが本発明の１つの特徴である。

可動物体の位置を検出するセンサーを提供することが本発明の他の特徴である。センサーは、壁により隔てられた１対のキャビティ又はポケットを有するハウジングを含む。磁石キャリアは一方のキャビティ内に配置され、磁石がこの磁石キャリアに結合する。磁石キャリアは可動物体と結合する。磁気センサーが他方のキャビティ内に配置される。磁気センサーは、可動物体の位置を示す電気信号を生成する。

本発明の追加的な特徴は、アクチュエータハウジングと、このアクチュエータハウジングに結合したセンサーハウジングを含むアクチュエータ及びセンサー装置を提供することである。アクチュエータハウジング及びセンサーハウジングは少なくとも１のチャンバーを規定する。チャンバー内にはピストンが取り付けられる。シャフトがこのピストンに結合し、アクチュエータハウジングから延びる。センサーがセンサーハウジングにより規定されるポケット内に取り付けられる。センサーは、シャフトの位置を検知するように適合している。

図１は、本発明に従うリニアポジションセンサーの全体斜視図。 図２は、図１のリニアポジションセンサーの縦方向断面図。 図３は、アクチュエータに取り付けられた図１のリニアポジションセンサーの縦方向断面図。 図４は、磁石キャリアとアクチュエータピストンの磁石キャリアとバルブシャフトの取付を示す拡大断面図。 図５は、アクチュエータハウジングの上方斜視図。 図６は、バルブシャフトが収縮位置にある図３のリニアポジションセンサーの他の縦方向断面図。 図７は、バルブシャフトが中間位置にある図３のリニアポジションセンサーの更なる縦方向断面図。 図８は、バルブシャフトが伸張位置にある図３のリニアポジションセンサーの更に他の縦方向断面図。 図９は、本発明に従うリニアポジションセンサーの他の実施形態の斜視縦方向断面図。 図１０は、アクチュエータに取り付けられた図９のリニアポジションセンサーの縦方向断面図。 図１１は、本発明に従うアクチュエータに取り付けられたリニアポジションセンサーの追加的実施形態の縦方向断面図。

本発明に従うリニアポジションセンサー２０が図１，２に示されている。リニアポジションセンサー２０は直線的に移動する可動物体の位置を検出することができる。リニアポジションセンサー２０は、ハウジング２２、磁石キャリア１００及び磁石キャリア１００をハウジング２２から離間させるように付勢するバネ１５０を含む。

ハウジング又はカバー２２は概略円形のドーム形状で、下方に向かって外周に延びる内側表面２４及び外側表面２５を有する外壁２３を有する。壁２３は内部センサーキャビティ又はチャンバー又はポケット又は区画２６を規定する。

ハウジングは更に丸い頂部又は天井部分２７及び丸い底部又はフランジ部分４２を更に有する。頂部部分２７はキャビティ２６と同軸でこれに開口する孔又はキャビティ２８を規定する。ハウジング２２は、外側円形縁２９と頂部部分２７の壁の間に位置する円形の凹部３０を更に規定する。縁２９は壁２３の頂部から上方に延びている。ボス３２は、壁２３の片側から延び、孔２８と平行な関係でボス３２から外方に延びるチューブ３１を有する。ポート又は通路３３が、チューブ３１とキャビティ２６が流体流通状態となるように、チューブ３１及びボス３２を貫通してこれに規定されている。チューブ３１は空気などの気体性流体源に接続することができる。

丸いショルダー４４が壁２３の頂部部分２３から下方に向けてキャビティ２６内に延びている。キャビティ２６に下向きに面する円形又は円周状の凹部又は溝３４がショルダー４４と壁２３の間に規定されている。細長い壁３６が頂部部分２７の片側からキャビティ２６に向けて下向きに孔２８と平行に、かつ、底部部分４２に向けて延びている。もう１つの細長い反対側に対向する壁３７が壁２３の片側からキャビティ２６に向けて下向きに壁３６と平行に、かつ、底部部分４２に向けて延びている。底部壁又はフロア３８が壁３６及び３７に垂直な関係で壁３６及び３７を接続する。

ハウジング２２の壁３６，３７，３８は内側印刷回路基板キャビティ又はポケット又は区画又はチャンバー４０を規定する。底部部分４２の外周に沿って縁４３が規定される。１実施形態では、ハウジング２２は射出成型プラスチックで形成し得る。

ハウジング２２は更に、頂部部分２７上に取り付けられたコネクタ部５０を有する。コネクタ部５０は、本体５１と、本体５１から孔２８の軸に概略垂直の方向に延びるシュラウド５２を有する。シュラウド５２の内側にはキャビティ５３が形成され、固定タブ５４がシュラウド５２の外側表面に位置する。電気コネクタ（不図示）はシュラウド５２上に取り付けられ、固定タブ５２で保持されるように適合される。電気コネクタはワイヤーハーネスと接続され得る。

コネクタ部５０は、本体５１から下方に延びる円環状のフランジ５６を更に有する。フランジ５６は、ハウジング２２の凹部３０に据え付けられる。コネクタ部５０は、フランジ５６と縁２９を熱かしめ又は超音波溶接することでハウジング２２の凹部３０に取り付けられ得る。本体５１は更に、コネクタ５０のハウジングの頂部部分の上部への取り付けを可能にする丸い内側キャビティ５７を有する。コネクタ部５０は、コネクタ５０がハウジング２２上に取り付けられたときに下方に向けて部分的に印刷回路基板キャビティ４０内に延びる腕５８を更に有する。

いくつかの電気伝導性の概略Ｌ形状の端子８４が本体５１にインサート成形され得る。端子８４は、本体５１及びアーム５８を貫通し、これらに保持される。端子８４はそれぞれ反対側の端部８５及び８６を規定する。端子端部８６は印刷回路基板キャビティ４０内に延び、印刷回路基板８０に圧接、半田付け又はワイヤーボンディングにより取り付けられ、他の端子端部８５はキャビティ５３内に延びている。端子端部８５は、電気コネクタ（不図示）と接続するよう適合されている。

印刷回路基板８０は、印刷回路基板キャビティ又はポケット４０に取り付けられている。印刷回路基板８０は、ＦＲ４材料で形成された通常の印刷回路基板であり得る。センサー８２が印刷回路基板８０に搭載されている。センサー８２はホール効果装置などの磁気センサーであり得る。１実施形態では、センサー８２は集積回路表面に平行な２つの方向又はベクトルの磁界を計測するように適合されたベルギー国リーパーのメレクシスコーポレーション製の集積回路であり、内部ホール効果装置を含むように適合されている。キャパシタ、抵抗器、誘導器及び他の信号調整要素などの他の電子部品もまた印刷回路基板８０に搭載され得る。

１以上の回路配線８３が回路基板４０に位置し、センサー８２を端子端部８６に電気的に接続する。

磁石キャリア１００は内側キャビティ２６及びハウジング２２の孔２８内で可動に取り付けられる。磁石キャリア１００は円周状に延びる環状ベース１０２を有する。ベース１０２は頂部部分又は面１０４と底部部分又は面１０６を有する。環状の凹部１０８が頂部部分１０４に規定され、キャビティ２６に対向している。外周に延びるリップ１１０はベース１０２の頂部部分１０４の外周端から上方に向けて突き出している。

磁石キャリア１００は、ベース１０２の頂部部分１０４からベース１０２に概略垂直の関係で上方に中央で延びる概略円周形状のチューブ１２０を更に有する。チューブは内側表面１２４と外側表面１２６を有する円筒状壁１２１により規定される。内側表面１２４はチューブ１２０内の細長い磁石孔１３０を規定する。円形のカウンタ孔１３２がベース１０２に規定され、底部部分１０６から外方に向き、孔１３２と連通している。カウンタ孔１３２はベースの内側中央壁１３４により規定される。

細長い概略円筒状の磁石１４０が磁石孔１３０に取り付けられ得る。磁石１４０は磁石穴１３０に挿入され、チューブ１２０の一端に位置する熱かしめ１１２により所定の位置に保持される。代替的には、磁石１４０は磁石孔１３０に圧入又はオーバーモールドされ得る。

磁石１４０はＮ極１４１とＳ極１４２を規定するように分極した永久磁石であり得る。磁石１４０は、これらに限られないが、フェライト、サマリウム、コバルト又はネオジウム−鉄−ボロンなどの幾つかの異なる磁性材料で形成し得る。１実施形態では、磁石１４０は、円筒形状のネオジウム−鉄−ボロン磁石であり得る。他のタイプ、形状の磁石も使用し得る。

第１の円形のＵ形状の金属クリップリング１６０がハウジング２２の凹部３４に圧入されており、第２の円形のＵ形状の金属クリップリング１６２が磁石キャリア１００の凹部１０８に圧入されている。コイルバネ１５０がキャビティ２６内のハウジング２２と磁石キャリア１００の間に配置されている。円形のコイルバネ１５０は端部１５２，１５４を有する。端部１５２は金属クリップ１６０に圧入保持され、端部１５４は金属クリップ１６２に圧入保持されている。バネ１５０はチューブ１２０、磁石１４０及びセンサー８２を囲繞する。バネ１５０は更に壁３７及びハウジングポケット４０を囲繞する。このように、ポケット４０は磁石キャリアチューブ１２０とバネ１５０の間に位置する。

バネ１５０は磁石キャリア１００をハウジング２２から遠ざけるように付勢する。バネ１５０は、バネ１５０が磁石キャリア１００の移動軸に沿って圧縮、抑圧されるように方向付けられている。

下部アクチュエータハウジング２１０に取り付けられた前述のリニアポジションセンサー２０を組み込んだ空気圧アクチュエータ装置２００が図３−５に示されている。

下部アクチュエータハウジング２１０は概略円形形状で底部壁又はフロア２１４及び側壁２１６（図４）を含む。壁２１４，２１６は、内側キャビティ２１２を規定する。側壁２１６の上部は、Ｃ形状の断面の円周方向に延びるスリーブ又はクリップ２１８を形成するように上に曲げられている。スリーブ２１８は上方側部又は表面２１９と下方側部又は表面２２０を有する。概略円筒形状のボス２２３が底部壁２１４から下方に延び、内側凹部２２１を規定する。凹部２２１への入口を規定する開口２２２がボス２２３の底部の中央を通して規定されている。

ピストン又はプランジャー２４０がハウジング２１０のキャビティ２１２内に配置されている。ピストン２４０は内側側壁２４３、外側側壁２４４及び底部環状窪み又はフロア２４２を含む円形の側壁２４１を有する。壁２４１，２４２は内部ピストンキャビティ、凹部又はチャンバー２４６を規定する。ピストン２４０はキャビティ２１５，２６内で可動に取り付けられている。凹部２４６はポジションセンサー２０のハウジング２２に面している。中央穴又は開口２４５が底部プランジャー壁２４２に規定されている。ピストン２４０はキャビティ２６，２１２内で可動なように適合されている。

円形プレート２３０が底部壁２４２の下方でこれに隣接して取り付けられている。中央開口２３２がプレート２３０に規定されている。他の円形プレート２３４がブラケット２６０とプレート２３０の間に取り付けられている。プレート２３４は中央開口２３５を規定する。

ブラケット２６０は中央穴又は開口２６１を規定する。ブラケット２６０は自動車エンジン又はターボチャージャーなどのエンジン部品（不図示）に固定することができる。ボス２２３は穴２６１を貫通して延びている。ベアリング２６５が凹部２２１内に位置し、シャフト２７０を支持する。ブラケット２６０は下部アクチュエータハウジング２１０を支持する。下部アクチュエータハウジング２１０は固定部材２６２でブラケットに接続されている。

シャフト２７０は反対側の端部２７２，２７３を規定する。端部２７２には概略マッシュルーム形状のクラウン２７４が規定されている。シャフト２７０は任意のタイプの物体に取り付けられ得る。例えば、シャフト２７０はエンジンに取り付けられるターボチャージャーのバイパス又はウェストゲートバルブに取り付けられ得る。

シャフト２７０は、順次、開口２２２、ベアリング２６５、開口２３５、開口２４３、開口２４５を貫通してカウンタ孔１３２に延び込んでいる。円形の帰属バケット２８０がカウンタ孔１３２に取り付けられている。バケット２８０は、バケット２８０が壁１３４と接触するようにカウンタ孔１３２に圧入されている。シャフト２７０はバケット２８０の開口２８１を通って延びている。クラウン２７４は開口２８１より大きい径を有し、これによりクラウン２７４がバケット２８０に保持される。クラウン２７４は端部２７２のリフォームにより形成され得る。

可撓性ゴムブーツ２５０は円形の形状であり、外側端部２５２、開口２５３、可撓性部２５４（図４）を規定する。可撓性ゴムブーツ２５０は、例えば、ゴム又はプラスチックなどの多様な可撓性又は弾性の材料で形成でき、ピストン２４０を囲繞し、これに結合し、これを支持する。可撓性ゴムブーツ２５０は側壁２４１及び底部壁２４１を包み込み、プレート２３０及び底部壁２４２の間で保持される。外側端部２５２は、壁２１９，２２０の間でスリップ２１８にクリンプ（crimp）され、ピストン２４０がキャビティ２６，２１２（図３）内で動くことを可能にする。

ハウジング２２もまた、スリーブ２１８にクリンプすることで下部アクチュエータハウジング２１０に保持される。縁４３及び外側端部２５２（図３）は、壁２１９，２２０の間でスリーブ２１８にクリンプされて気密封止を形成する。可撓性ゴムブーツ２５０は２つの封止されたそれぞれの上部及び下部キャビティ又はチャンバー２６，２１２を形成する。

本発明によれば、リニアポジションセンサー装置２０は、アクチュエータ装置２００により駆動されるシャフト２７０などの可動物体の位置を確かめるために使用され得る。シャフト２７０は、ターボチャージャーのバイパスやウェストゲートバルブを含む多様な物体に接続され得る。

図６は、シャフト２７０が収縮状態のアクチュエータ装置２００を示す。チューブ３１は、エンジンの吸気マニフォールド又は真空タンク（不図示）などの真空源に接続し得る。チューブ３１を介してキャビティ２６の真空度が高まると、ピストン２４０は直線方向３１０に向けて上方に動くように付勢され、シャフト２７０が収縮する。キャビティ２１２内の気圧は、キャビティ２６内の気圧が上昇したときにピストン２４０がハウジング２２から離れる方向に動くように、比較的一定であるか、減圧状態である。図６では、バネ１５０は圧縮状態である。

チューブ３１を介して与えられる真空度が低くなると、ピストン２４０は図７のように中央又は中間位置に移動する。

図８はシャフト２７０が伸張状態のアクチュエータ装置２００を示す。チューブ３１を介してキャビティ２６の真空度が更に低くなると、ピストン２４０はプレート２３０がプレート２３４（図３）に当接するまで直線方向３１０に向けて下方に移動し続ける。図８では、バネ１５０は伸張位置にある。

チューブ３１を介してキャビティ２６の真空度が高まると、ピストン２４０はその移動方向を反転させ、シャフト２７０を収縮させながら方向３２０に向けて上方に移動する。

ピストン２４０が移動すると同時に、磁石キャリア１００及び磁石１４０もまた、印刷回路基板キャビティ４０内に固定されたホール効果センサー８２に対して孔２８（図２，８）内で移動する。センサー８２は、ハウジング壁３６により磁石１４０から離間、分離されている。磁石１４０が生成する磁界は壁３６を通過し、磁界の強度及び方向がセンサー８２により検知される。磁石１４０が直線的に移動するにつれて、Ｎ極１４１及びＳ極１４２のセンサー８２に対する位置が変化し、磁界の強度及び方向の変化を生じる。磁界の方向及び強度の変化はセンサー８２の２軸の周りで検知され得る。

センサー８２は、磁石１４０の位置、したがって、シャフト２７０の位置に応じて変化する電気信号を生成する。センサー８２により生成された信号は磁石１４０及びピストン２４０の位置を示す。磁石１４０により生成される磁界がシャフトの動きによって変化すると、センサー８２により生成される電気出力信号がそれに従って変化し、シャフト２７０に位置の決定が可能になる。

本発明は幾つもの利点を有する。センサーなどの電子部品から離れた別個のキャビティ又はポケットに可動の機械的要素（磁石キャリア及び磁石）を配置したことで、電子部品を外部環境条件からより良く分離し、保護し、封止することが可能になる。これにより、高温、高湿を含み得るより厳しい用途にセンサーを使用することが可能になる。

第１代替実施形態
本発明に従う他の実施形態のリニアポジションセンサー装置３２０が図９，１０に示されている。リニアポジションセンサー３２０は直線的に移動する可動物体の位置を検知することができる。リニアポジションセンサー３２０は、ハウジング３２２、磁石キャリヤ１００及び磁石キャリア１００をハウジング３２２から離間させるように付勢するバネ１５０を含む。リニアポジションセンサー３２０は空気圧アクチュエータ及びセンサー装置３００（図１０）を形成するアクチュエータハウジング４１０（図１０）を有するアクチュエータ４０５（図１０）に取り付けられるように適合されている。アクチュエータハウジング４１０は内側キャビティ又はチャンバー又は区画又はポケット４２６を規定する。

概略円形のハウジング又はカバー３２２はコネクタ部５０及び底部フランジ部３２４を規定する。１実施形態では、ハウジング３２２は射出成形プラスチックで形成され得る。

底部部分３２４は放射状に延びる縁３２８を有する円形の本体３２６を含む。本体３２６は上方向きの円周状凹部３３０と、下方向きの円周状スロット３３２を規定する。本体３２６と凹部３３０は円周状の外周から上方に延びる縁３３３を規定する。ショルダー３３４は本体から下方に延びる。

本体３２６は内側キャビティ又は孔３３８を規定する内側表面又は壁３３６を有する。ハウジング部３２４は、丸い閉じられた頂部部分又は天井３４０を更に有する。孔３３８は頂部部分３４０の内側に延び込んでいる。

壁３４４は頂部部分３４４から下方に延び、孔３３８の片側を規定する。孔３３８は内側キャビティ４２６と接続し、これと同軸である。壁３４５，３４６は壁３４４と接続し、ハウジング又はカバー３３２内に印刷回路基板キャビティ又はチャンバー又は区画又はポケット３５０を規定する。ハウジング３２２は頂部部分３４０上に取り付けられたコネクタ部５０を更に有する。コネクタ部５０は、本体５１と、本体５１から延びるシュラウド５２を含む。本体５１は内側キャビティ５７を規定する。第２キャビティ５３がシュラウド５２の内側に規定され、固定タブ５４がシュラウド５２の外側表面に位置する。電気コネクタ（不図示）がシュラウド５２上に取り付けられ、固定タブ５４でシュラウド５２に保持されるように適合される。電気コネクタはワイヤーハーネスと接続し得る。

コネクタ部５０は、本体５１から放射状に外側に延びるフランジ５６を更に有する。フランジ５６は、ハウジング３２２の凹部３３０に据え付けられる。コネクタ部５０は、フランジ５６と縁３３３を熱かしめ又は超音波溶接することでハウジング３２２の底部部分３２４に取り付けられ得る。頂部部分３４０はコネクタ５０のキャビティ５７に圧入される。コネクタ部５０は、下方に向けて印刷回路基板ポケット３５０内に延びる腕５８を有する。

いくつかの電気伝導性の概略Ｌ形状の端子８４が本体５１にインサート成形され得る。端子８４は、本体５１を貫通してこれに保持される。端子８４はそれぞれ反対側の端部８５及び８６を規定する。端子端部８６は基板ポケット３５０内に延び、印刷回路基板８０にボンディングワイヤー８７により取り付けられ得る。ボンディングワイヤー８７の一端は端子端部８６に電気的に接続され、他方の端部は回路基板８０の印刷回路配線８３に電気的に接続され得る。印刷回路基板８０は回路基板の１面から他面への電気接続を形成するメッキされたスルーホールを含み得る。端子端部８５はコネクタキャビティ５３内に延びている。端子端部８５は電気コネクタ（不図示）と接続され得る。

印刷回路基板８０は、印刷回路基板ポケット４０に取り付けられている。印刷回路基板８０は、当業界で知られる印刷回路配線を有する通常の印刷回路基板であり得る。センサー８２が印刷回路基板８０に搭載されている。センサー８２は、図２の実施形態について上記したタイプの磁界センサーであり得る。

磁石キャリア１００はキャビティ４２６及び孔３３８内で可動に取り付けられる。磁石キャリア１００は放射状のベース１０２を有する。ベース１０２は、頂部部分又は面１０４及び底部部分又は面１０６を有する。磁石キャリア１００は、ベース１０２の頂部部分１０４から上方に中央で延びる細長いチューブ１２０を更に有する。チューブは内側表面１２４と外側表面１２６を有する円筒状壁１２２により規定される。チューブ１２０は内側磁石孔１３０を規定する。カウンタ孔１３２がベース１０２に規定され、底部部分１０６から外方に向いている。カウンタ孔１３２は壁１３４により規定される。

磁石１４０が磁石孔１３０に取り付けられ得る。磁石１４０は磁石穴１３０に挿入され、熱かしめ１１２により所定の位置に保持され得る。代替的には、磁石１４０は磁石孔１３０に圧入され得る。

磁石１４０はＮ極１４１とＳ極１４２を規定するように分極した永久磁石であり得る。磁石１４０は、これらに限られないが、フェライト、サマリウム、コバルト又はネオジウム−鉄−ボロンなどの幾つかの異なる磁性材料で形成し得る。１実施形態では、磁石１４０は、円筒形状のネオジウム−鉄−ボロン磁石であり得る。他のタイプ、形状の磁石も使用し得る。

コイルバネ１５０がキャビティ２６内で一端側はアクチュエータハウジング４１０と他端側は磁石キャリア１００の間に配置されている。コイルバネ１５０は端部１５２，１５４を有する。端部１５２は、環状の凹部４２０内の頂部内側ハウジング壁４１７にもたせ掛けられ、端部１５４は磁石キャリア１００の頂部表面１０４上にもたせ掛けられる。バネ１５０は磁石キャリア１００をハウジング４１０から離れる方向に付勢する。バネ１５０はハウジング３２２により規定されるポケット３５０とともに磁石キャリア１００のチューブ１２０を囲繞する。このように、ポケット４０はチャンバー４２６内でチューブ１２０とバネ１５０の間に位置する。

空気圧アクチュエータ装置３００は、アクチュエータハウジング４００に取り付けられたリニアポジションセンサー３２０と、ピストン又はプランジャ４４０を有する。

アクチュエータハウジング４１０は円形形状で、クリンプ４１６で接合された上方ハウジング部４１２と下方ハウジング部４１４を有する。上方ハウジング部４１２及び下方ハウジング部４１４は型打された（stamped）シート状金属で形成し得る。シート状金属の端部はクリンプ４１６を形成するように巻かれ得る。アクチュエータハウジング４１０は、上方チャンバー又はポケット４２６Ａ及び下方チャンバー又はポケット４２６Ｂを含む内側キャビティ又はチャンバー又は区画又はポケット４２６を規定する。

頂部ハウジング部４１２は、キャビティ４２６に向けて下方に折れ曲がってキャビティ４２６内に円形壁４１８を形成する頂部放射壁４１７に向けてクリンプ４１６から上方に延びる外側周辺壁４１５を有する。壁４１５、頂部壁４１７、円形壁４１８は、キャビティ４２６と同軸の凹部又は空間４２０を規定する。

円形金属壁４２２はＬ形状の断面を有し、スポット溶接で頂部壁４１７に取り付けられる。Ｌ形状壁４２２は凹部４２４を規定する。

下部ハウジング部４１４は底部壁４３０を有し、底部壁４３０から樽形状のボスが上方に延びる。ボス４３２は凹部４３４を規定し、開口４３６はボス４３２を通って延びている。

ピストン又はプランジャー２４０はキャビティ４２６Ｂ内に配置されている。ピストン２４０は内側表面２４３、外側表面２４４及び底部放射壁２４２を含む側部周辺壁２４１を有する。底部壁２４２には開口２４５が形成されている。ピストン２４０はキャビティ２４６Ｂ内で可動なように適合されている。

円形プレート２３０が底部壁２４２の下方でこれに隣接して取り付けられている。開口２３２がプレート２３０の中央でこれを貫通するように形成されている。

ブラケット２６０は中央開口２６１を規定する。ブラケット２６０は自動車エンジン（不図示）に取り付けられ得る。ベアリング２６３は凹部４３４に位置し、シャフト２７０を支持する。プレート２６６はブラケット２６０とハウジング４１４の間に取り付けられる。プレート２６６は中央開口２６７を規定する。ブラケット２６０は下方アクチュエータハウジング４１４を支持する。下方アクチュエータハウジング４１４は、スポット溶接や固定部材を用いてプレート２６６及びブラケット２６０に接続され得る。

シャフト２７０は反対側の端部２７２，２７３を規定する。マッシュルーム形状のクラウンが端部２７２に形成される。シャフト２７０は任意のタイプの物体に取り付けられ得る。例えば、シャフト２７０はエンジンに取り付けられるターボチャージャーのバイパス又はウェストゲートバルブに取り付けられ得る。

シャフト２７０は、順次、開口２６１、開口２６７、ベアリング２６４、開口４３６及び開口２４５を通過してカウンタ孔１３２に部分的に延び込んでいる。クラウン２７４は開口２４５よりも大きい径を有し、これにより、シャフト２７０に対してクラウンピストン又はプランジャ２４０を支持する。

可撓性ゴムブーツ２５０は円形の形状であり、外側端部２５２、中央開口２５３、可撓性部２５４を規定する。可撓性ゴムブーツ２５０は、例えば、ゴム又はプラスチックなどの多様な可撓性又は弾性の材料で形成でき、ピストン２４０に結合し、これを支持する。可撓性ゴムブーツ２５０は側壁２４１及び底部壁２４１を包み込み、プレート２３０及び底部壁２４２の間で保持される。外側端部２５２は、上方ハウジング４１２と下方ハウジング４１４の間でクリンプ４１８に保持される。可撓性ゴムブーツ２５０はピストン２４０がキャビティ４２６内で動くことを可能にし、キャビティ又はチャンバー４２６を２つの封止されたキャビティ又はチャンバー４２６Ａ，４２６Ｂに分割する。キャビティ４２６Ａ，４２６Ｂの一方又は両方が、ピストン２４０とシャフト２７０の動きを生じさせるためにポート又は開口（不図示）を介して真空源などに接続され得る。

リニアポジションセンサー３２０はアクチュエータハウジング４１０に取り付けられる。リニアポジションセンサー３２０は凹部４２４を埋める円形金属壁４２２とキャビティ４２６Ａ内に延びるショルダー３３４内に据え付けられる。Ｏ−リングシール４６９がスロット３３２に据え付けられ、頂部壁４１７に並置される。Ｏ−リングシール４６９を底部ハウジング部３２４と頂部壁４１７の間で圧縮するようにタブ４２８が底部ハウジング部３２４上に曲げられ、これにより、チャンバー４２６Ａが封止される。このように、リニアポジションセンサー３２０はアクチュエータ４０５に保持される。

リニアポジションセンサー装置３２０は、アクチュエータ４０５により駆動されるシャフト２７０などの可動物体の位置を確かめるために使用され得る。シャフト２７０は、ターボチャージャーのバイパスやウェストゲートバルブなどの多様な物体に接続され得る。

図１０は、シャフト２７０が完全に伸張状態のアクチュエータ及びセンサー装置３００を示す。キャビティ４２６Ａ，４２６Ｂは、図３について上記したタイプの真空源に接続され得る。真空度がキャビティ４２６Ｂで低くなり、及び／又は、キャビティ４２６Ａで高くなると、ピストン２４０は方向４８０に上方に向けて移動するように付勢され、バネ１５０を圧縮してシャフト２７０を収縮させる。真空度がキャビティ４２６Ａで低くなり、及び／又は、キャビティ４２６Ｂで高くなると、ピストン２４０は方向４８２に下方に向けて移動するように付勢され、バネ１５０を開放し、シャフト２７０を伸張させる。

ピストン２４０が移動すると同時に、磁石キャリア１００及び磁石１４０もまた、キャビティ４２６Ａ及び孔３３８内で直線的に移動する。磁石１４０は、印刷回路基板ポケット３５０に固定されたホール効果センサー８２に対して直線的に移動する。センサー８２は、ハウジングポケット３５０内に位置し、壁３４４（図９）により磁石１４０から離間、分離されている。センサー８２はハウジングポケット３５０内に位置し、壁３４４（図９）により磁石１４０から離間、分離されている。磁石１４０により生成される磁界は壁３４４を通過し、ここで磁界の強度及び方向がセンサー８２により検知される。磁石１４０が直線的に移動するにつれて、センサー８２に対するＮ極１４１及びＳ極１４２の位置が変化し、磁界の強度及び方向における変化が生じる。磁界の方向及び強度の変化は、センサー８２の２つの軸の周りで検出され得る。

センサー８２は磁石１４０の位置、したがって、シャフト２７０の位置に応じて変化する電気信号を生成する。センサー８２により生成される電気信号は磁石１４０及びピストン２４０の位置を示す。シャフトの動きに伴って磁石１４０により生成される磁界が変化すると、それに従ってセンサー８２により生成される電気出力信号が変化し、これにより、シャフト２７０の位置の決定が可能になる。センサー８２により生成される電気出力信号は印刷回路配線によってボンディングワイヤー８７から端子８４に運ばれ、伝達される。端子８２はコネクタ５０に接続された他の電気ケーブル又はワイヤーハーネス（不図示）にさらに接続され得る。

第２代替実施形態
本発明に従う他の実施形態のアクチュエータ及びセンサー装置６００が図１１に示されている。アクチュエータ及びセンサー装置６００は図３のアクチュエータ及びセンサー装置２００に類似し、したがって、ピストン及びバネ１５０の方向が逆転していることを除いて、その種々の要素についての説明がここに参照により組み込まれる。リニアポジションセンサー２０から離れる方向にピストン２４０を付勢する代わりに、ここでのピストン２４０はリニアポジションセンサー２０に向けて付勢される。

アクチュエータ及びセンサー装置６００は、空気圧アクチュエータ６０５に取り付けられた前述のリニアポジションセンサー２００を有する。アクチュエータ６０５は周辺側壁６１４及び底部放射壁又はフロア６１６を有するアクチュエータハウジング６１０を有する。壁６１４，６１５は内側ハウジングキャビティ又はチャンバー又は区画又はポケット６１２を規定する。チューブ６１６が壁６１６の外部から径方向に離れるように延びる。チューブ６１６は通路又はポート６１８を規定し、ここから空気が注入又は吸引される。

ハウジング又はカバー２２は図３の実施形態に前記した印刷回路基板キャビティ又はポケット又は区画又はチャンバー４０を規定し、スリーブ２１８にクリンプされることでアクチュエータハウジング６１０に保持される。可撓性ゴムブーツ２５０は、壁の間でスリーブ２１８にクリンプされ、それぞれハウジング６１０内の２つの封止された上方及び下方チャンバー又はキャビティ又はポケット又は区画２６，６１２を生成する。

ピストン又はプランジャー２４０はキャビティ２６，６１２内に配置される。ピストン２４０は周辺側部壁２４１及び底部壁又はフロア２４２を有する。壁２４１，２４２は内側凹部又はキャビティ２４６を規定する。凹部２４６はアクチュエータハウジング６１０の底部壁６１５に対面する。前述のように、シャフト２７０はピストン２４０に取り付けられる。

底部壁６１５はキャビティ６１２内に内側に曲げられて概略円錐形状のテーパーの付いたマンドレル６２０を形成する。マンドレル６２０は中央開口６２２を規定する。コイルバネ１５０がマンドレル６２０上でこれを取り囲むように搭載される。コイルバネ１５０はピストン２４０とハウジング底部壁６１５の間で圧縮される。コイルバネ１５０は端部１５２，１５４を有する。端部１５２はハウジング壁２４２に保持され、端部１５４はハウジング底部壁６１５に保持される。

シート状の金属プレート６３０がスポット溶接でハウジング底部壁６１５に取り付けられる。プレート６３０は中央開口６３１を規定する。シート状の金属外側シェルがスポット溶接によりプレート６３０に取り付けられる。外側シェルの一部がボス２３３を生じるように成形される。シャフト２７０の端部２７３の回転支持のためにベアリング２６５がボス２３３内に取り付けられる。外側シェルは、自動車エンジンやターボチャージャーなどのエンジン要素（不図示）に固定されたブラケット（不図示）に取り付けられ得る。

図１１は、シャフト２７０が完全に収縮した位置にあるアクチュエータ及びセンサー装置６００を示す。ポート６１８は、図６の実施形態について上記したタイプの真空源に接続され得る。ポート６１８を介してキャビティ６１２の真空度が低くなると、ピストン２４０は方向６８０に上方に向けて移動するように付勢され、バネ１５０を伸張させ、シャフト２７０を収縮させる。ポート６１８を介してキャビティ６１２の真空度が高くなると、ピストンは方向６８２に下に向けて移動するよう付勢され、バネ１５０を圧縮させ、シャフト２７０を伸張させる。

ピストン２４０が移動すると同時に、磁石キャリア１００及び磁石１４０もまたキャビティ２６及び孔２８内で直線的に移動する。磁石１４０は、ハウジング２２に規定される印刷回路基板キャビティ４０内に固定されたホール効果センサー８２に対して直線的に移動する。センサー８２は分離されたハウジングポケット４０内に位置し、ハウジング２２の壁３６により磁石１４０から離間し、分離されている。磁石１４０により生成された磁界は壁３６を通過し、ここで磁界の強度及び方向がセンサー８２により検知される。磁石１４０が直線的に移動するにつれて、センサー８２に対してＮ極１４１とＳ極１４２が位置を変化させ、これにより、磁界の強度及び方向における変化が生じる。磁界の方向及び強度の変化はセンサー８２により２つの軸の周りで検出され得る。

センサー８２は磁石１４０の位置、したがって、シャフト２７０の位置に応じて変化する電気信号を生成する。センサー８２により生成される電気信号は磁石１４０及びピストン２４０の位置を示す。シャフトの動きに伴って磁石１４０により生成される磁界が変化すると、それに従ってセンサー８２により生成される電気出力信号が変化し、これにより、シャフト２７０の位置の決定が可能になる。センサー８２により生成される電気出力信号は、端子端８６への接続のために印刷回路配線（不図示）によって運ばれ、伝達される。端部８６は端子８４及び端部８５に接続される。端子端８５はコネクタ５０に接続された他の電気ケーブル又はワイヤーハーネス（不図示）にさらに接続され得る。

実施形態（複数）への特別の参照をもって本発明が教示されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく形態及び詳細についての変更が可能であると当業者が認識するであろうことが理解される。記載された実施形態はすべての側面において記述的であって限定的でないと理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付請求の範囲により示される。請求の範囲の意味及び均等の範囲に含まれるすべての変更が請求の範囲に包含される。
下記は、分割出願の直前の特願２０１０−５３６９１８の特許請求の範囲の写しである。
特許請求の範囲
［請求項１］
可動物体の直線方向の位置を検知するセンサーであって、
縦軸及び第１及び第２キャビティを規定するハウジングと、
前記第１及び第２キャビティを分離する壁と、
前記ハウジングの前記縦軸と概略共直線の関係で前記第１キャビティ内に配置され、前記可動物体の動きに応答して前記第１キャビティ内で直線的な動き及び左右の動きの双方をするように適合された、強さ及び方向を有する磁界を生成する少なくとも１つの磁石と、
前記磁石及び前記ハウジングの前記縦軸から離間した関係で前記第２キャビティ内に配置され、前記磁石により生成される前記磁界の前記強さ及び方向を検知して前記可動物体及び前記磁石の前記直線方向の位置を示す電気信号を生成する少なくとも１つの磁気センサーを有し、前記センサーと前記磁石の間の水平方向の間隔及び距離が前記磁石の左右の動きに応じて変化するセンサー。
［請求項２］
バネが、前記第１キャビティ内に位置し、前記磁気センサー及び前記磁石の双方を取り囲んでおり、前記第１及び第２のキャビティを分離する前記壁が、前記磁石と前記バネの間に延びている請求項１のセンサー。
［請求項３］
前記磁石が磁石キャリアに取り付けられ、前記磁石キャリアが可撓性ブーツ内で支持されている請求項１のセンサー。
［請求項４］
ピストンが前記磁石キャリアをシャフトに結合させ、前記ピストンが前記可撓性ブーツ内で支持されている請求項３のセンサー。
［請求項５］
前記磁気センサーが、２軸の周りの前記磁界の前記強さ及び方向の変化を検知するように適合した集積回路である、請求項１のセンサー。
［請求項６］
可動物体の直線的な動きを検知するセンサーであって、
動くように適合した磁石キャリアと、
前記磁石キャリアに結合し、縦軸に沿う直線的な動き及び前記縦軸を横切る方向の左右の動きの双方に適合し、強さ及び方向を有する磁界を生成する磁石と、
前記磁石に対向し、前記磁石から離間した磁気センサーであって、前記磁石の前記動きに応答して前記磁石により生成される前記磁界の前記強さ及び方向の変化を検知するように適合した磁気センサーを有し、前記センサーと前記磁石の間の水平方向の間隔及び距離が、前記磁石の前記左右の動きに応じて変化する、センサー。
［請求項７］
前記磁石キャリアが可撓性ブーツ内で支持されている請求項６のセンサー。
［請求項８］
前記縦軸を規定するハウジングにより第１、第２キャビティが規定され、前記ハウジングが前記第１、第２キャビティを分離する壁を含み、前記磁石キャリアが前記第１キャビティ内に配置され、前記磁気センサーが前記第２キャビティ内に配置されている、請求項７のセンサー。
［請求項９］
バネが、前記第１キャビティ内に位置し、前記磁気センサー及び前記磁石の双方を取り囲んでおり、前記第１及び第２のキャビティを分ける壁が、前記磁石と前記バネの間に延びている請求項６のセンサー。
［請求項１０］
前記磁石により生成される前記磁界が強さ及び方向を含み、前記磁気センサーが、２軸の周りの前記磁界の前記強さ及び方向の変化を検知するように適合した集積回路である、請求項６のセンサー。

Claims (7)

1. 可動物体の直線方向の位置を検知するセンサーであって、
   中央軸及び第１及び第２キャビティを規定するハウジングと、
   前記第１及び第２キャビティを分離し、前記ハウジングの前記中央軸と離間した平行の関係で配置された壁であって、前記第２キャビティが前記ハウジングに規定された開口を通してアクセス可能である、前記壁と、
   前記ハウジングの前記中央軸と概略共直線の関係で前記第１キャビティ内に配置され、前記可動物体の動きに応答する前記第１キャビティ内での直線的な動き及び角度のある左右の動きの双方に適合された、強さ及び方向を有する磁界を生成する少なくとも１つの磁石と、
   印刷回路基板及び前記印刷回路基板に取り付けられた集積回路磁界センサーを含むコネクタであって、前記コネクタは、前記ハウジングと別体であり、前記コネクタは、前記印刷回路基板及び前記集積回路磁界センサーが前記ハウジングの前記開口を通って前記第２キャビティに延びる関係をもって前記ハウジングと結合して前記ハウジングの前記開口を通って前記第２キャビティ内に延びており、前記印刷回路基板及び前記集積回路磁界センサーは、前記磁石から離間し、前記第１及び第２キャビティを分離する前記壁及び前記ハウジングの前記中央軸から離間した平行の関係で前記第２キャビティ内に配置された、該コネクタを有し、
   前記集積回路磁界センサーは、前記磁石により生成される前記磁界の強さ及び方向を検知して前記磁石及び前記可動物体の前記直線方向の位置を示す電気信号を生成し、前記集積回路磁界センサーと前記磁石の間の水平方向の間隔及び距離が前記磁石の角度のある左右の動きに応じて変化するセンサー。
2. バネが、前記第１キャビティ内に位置し、前記集積回路磁界センサー及び前記磁石の双方を取り囲んでおり、前記第１及び第２キャビティを分離する前記壁が、前記磁石と前記バネの間に延びている請求項１のセンサー。
3. 前記磁石が磁石キャリアに取り付けられ、前記磁石キャリアが可撓性ブーツ内で支持されている請求項１のセンサー。
4. ピストンが前記磁石キャリアをシャフトに結合させ、前記ピストンが前記可撓性ブーツ内で支持されている請求項３のセンサー。
5. 可動物体の直線的な動きを検知するセンサーであって、
   センサーハウジングであって、中央軸を規定し、前記中央軸とオフセットした平行の関係で配置され、前記センサーハウジングの壁に規定された開口を通してアクセス可能なポケットを規定する前記壁を含むセンサーハウジングと、
   前記ポケットを規定する前記壁及び前記中央軸と離間した平行の関係で前記センサーハウジングの前記ポケット内に延びる印刷回路基板と、
   前記センサーハウジングと結合したアクチュエータハウジングと、
   前記アクチュエータハウジング内での動きに適合し、前記センサーハウジングと前記アクチュエータハウジングの間のクリンプで保持される外側端部を含む可撓性ブーツと、
   前記可撓性ブーツ内に支持され、前記可撓性ブーツの動きに応じて動くように適合した磁石キャリアと、
   前記アクチュエータハウジングを通って延び、前記中央軸に沿う直線的な動き及び前記中央軸に対する左右の角度のある動きの双方に適合したシャフトと、
   前記磁石キャリアに結合し、前記シャフトの直線的な動き及び左右の角度のある動きに応じた、前記中央軸に沿う直線的な動き及び前記中央軸に対する左右の角度のある動きの双方に適合し、強さ及び方向を有する磁界を生成する磁石と、
   前記印刷回路基板に取り付けられ、前記磁石に対向し、前記磁石から離間した関係で前記センサーハウジングの前記ポケット内に位置する磁界センサーであって、前記磁石の動きに応じて前記磁石により生成される前記磁界の強さ及び方向の変化を検知するように適合した磁界センサーを有し、
   前記センサーハウジングの前記壁が、前記磁石と前記磁界センサーの間に位置し、前記磁界センサーと前記磁石の間の水平方向の間隔及び距離が、前記磁石の前記左右の角度のある動きに応じて変化する、センサー。
6. バネが、前記第１キャビティ内に位置し、前記磁界センサー及び前記磁石の双方を取り囲んでおり、前記第１及び第２キャビティを分ける前記壁が、前記磁石と前記バネの間に延びている請求項５のセンサー。
7. 前記磁石により生成される前記磁界が強さ及び方向を含み、前記磁界センサーが、２軸の周りの前記磁界の前記強さ及び方向の変化を検知するように適合した集積回路センサーである、請求項５のセンサー。
   

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