JP6276933B2 - 変位センサ - Google Patents

Description

本発明は、変位センサに関する。

特許文献１には、油圧シリンダのピストンロッドの変位量を検出する変位センサが開示されている。変位センサは、ピストンロッドに摺接して設けられ磁界の変化を検出する磁気センサを有するセンサ部を備える。

特開平９−２５７５１５号公報（図２８等）

センサ部は、内部に円柱状の収容室を画成する有底筒状のケースと、収容室の底部に設けられる基板と、基板の一方の面に配設される磁石及びヨークと、基板の他方の面に配設されるＭＲ素子から成る磁気センサと、を備える。

収容室の底部には円柱状の凹部が形成される。基板は、磁気センサが配設される面をセンサ部の底部側に向けて収容室の底部に設けられる。これにより、基板は凹部を覆うように配置され、磁気センサが凹部内に収容される。

この状態で、センサ部の上部開口から収容室内にモールド樹脂が注入され、基板がケースに対して固定される。

しかし、磁気センサが収容される凹部は、基板によって閉塞されているので、モールド樹脂は凹部内には充填されない。これにより、基板の下部にはモールド樹脂のない空間が形成されることになるので、センサ部の周囲の温度変化に応じてモールド樹脂が膨張又は収縮した場合、基板が上下方向に歪む可能性がある。

基板が上下方向に歪むと、磁気センサとセンシング対象である磁気スケールとの距離が変動するので、センサ部の出力信号が変動して変位センサの検出精度が低下する。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、基板の歪みを抑制して変位センサの検出精度の低下を防止することを目的とする。

本発明は、可動体の変位量を検出する変位センサであって、可動体に摺接して設けられ、内部に有底筒状の収容室を画成するとともに収容室の底面に収容室の内径より小径な環状段部を有するケースと、環状段部に当接して収容室の底面との間にボトム室を画成する基板と、基板のボトム室側に配設され、可動体の変位量に応じた信号を出力する検出素子と、収容室内に充填されて基板を環状段部に固定するモールド樹脂をボトム室へ導く導通路と、を備え、導通路は、環状段部に形成された孔又は切欠きであることを特徴とする。

本発明によれば、収容室内に充填されるモールド樹脂が導通路を経由してボトム室にも充填されるので、基板は収容室内のモールド樹脂とボトム室のモールド樹脂とによって挟持される。これにより、温度変化によるモールド樹脂の膨張又は収縮によって基板に加わる荷重が基板の両面で均等になるので、基板の歪みを抑制して変位センサの検出精度の低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係る変位センサが組み込まれたダンパを示す構成図である。 変位センサを拡大して示す拡大図である。 第１実施形態におけるセンサ部の先端部の断面を示す断面図である。 図３Ａの先端部を上方から見た状態を示す上面図である。 第１実施形態におけるセンサ部の先端部にモールド樹脂を充填した状態を示す断面図である。 第２実施形態におけるセンサ部の先端部の断面を示す断面図である。 図５Ａの先端部を上方から見た状態を示す上面図である。 第２実施形態におけるセンサ部の先端部にモールド樹脂を充填した状態を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第１実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における変位センサ１０が組み込まれたダンパ１００を示す構成図である。

ダンパ１００は、作動流体が封入されたシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に収装されたピストン２と、一端がピストン２に結合され他端がシリンダ１の外部へと延在する可動体としてのロッド３と、ロッド３のストローク量（変位量）を検出する変位センサ１０と、を備える。

シリンダ１の開口端には、シリンダ１を封止するシリンダヘッド４が設けられる。シリンダヘッド４は、ロッド３の外周と摺接するベアリング５を内周に有してロッド３を軸支する。

シリンダヘッド４よりロッド３の他端側には、シリンダヘッド４と同軸状にセンサホルダ６が設けられる。センサホルダ６は、内周から外周まで径方向に連通して変位センサ１０のセンサ部１１（図２）が挿入される連通孔７と、連通孔７よりロッド３の他端側の内周に設けられシリンダ１内へのダストの侵入を防止するダストシール８と、を有する。

ロッド３には、多数の磁気スケール９がロッド３の軸方向に沿って一列に所定の間隔をもって埋め込まれる。変位センサ１０のセンサ部１１（図２）は、ロッド３の磁気スケール９に対向するようにセンサホルダ６内に収装される。

図２は、変位センサ１０を拡大して示す拡大図である。

変位センサ１０は、ロッド３のストローク量に応じた磁界の変化を電気信号として出力するセンサ部１１と、センサ部１１と配線１２によって接続されセンサ部１１から出力される電気信号を増幅する増幅回路（図示せず）を有する基板１３と、センサ部１１を支持するとともに基板１３を収容する有底筒状のケース１４と、ケース１４の開口部１４ａに覆設されるカバー１５と、を備える。

ケース１４は、センサホルダ６の外周に固定され、側面にセンサホルダ６の連通孔７と連通するセンサ用開口部１４ｂを有する。カバー１５は、ケース１４の開口部１４ａ側のケース１４に固定され、ケース１４内の外部配線１６を外部へと引き出すための孔１５ａを有する。

センサ部１１は、ケース１４のセンサ用開口部１４ｂに支持される基端部１７と、基端部１７に対してセンサ部１１の軸方向に移動可能な先端部１８と、先端部１８と基端部１７との間に介装され先端部１８をロッド３側に付勢するスプリング１９と、を有する。

先端部１８のロッド３側には円環状のベアリング２０が装着され、先端部１８はベアリング２０を介してロッド３と摺接する。ベアリング２０の軸方向の厚みは、スプリング１９によって付勢される先端部１８とロッド３とが所定の間隙を有するように予め設定される。

基板１３は、ケース１４の内面であってロッド３の軸方向に垂直な面に固定される。配線１２は、センサ部１１の基端部１７の背面からロッド３の軸に垂直な方向に延出するとともに、基板１３の表面からロッド３の軸に平行に延出し、途中で屈曲する屈曲部１２ａを有する。

これにより、センサ部１１の基端部１７から延出する配線１２と、基板１３から延出する配線１２との、屈曲部１２ａにおいてなす角度は９０度である。なお、屈曲部１２ａは、直角に折れ曲がっている必要はなく所定の曲率をもって屈曲していればよい。

基板１３は、ボルト２１によって仮止めされた後、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等のモールド樹脂２２によって全周をモールドされる。基板１３のモールドは、屈曲部１２ａがモールド樹脂２２の外側に位置するように、ケース１４内の一部である基板１３付近の一か所においてのみ行われる。すなわち、モールド樹脂２２は基板１３の全周にわたって設けられる一方、配線１２については基板１３から延出する所定長さ分だけがモールドされる。

さらに、基板１３には、増幅回路によって増幅した電気信号をケース１４外へと伝達する外部配線１６が接続される。外部配線１６は、カバー１５の孔１５ａを通して外部へと引き出される。

変位センサ１０は以上のように構成され、ロッド３のストロークによってセンサ部１１の先端部１８に対向する磁気スケール９が移動すると、センサ部１１から出力される電気信号が基板１３の増幅回路に伝達され信号が増幅された後、ケース１４外のコントローラ（図示せず）に送信される。コントローラは変位センサ１０から送信される電気信号を処理することでロッド３のストローク量を導出する。

次に、先端部１８の内部構造について説明する。

図３Ａは、先端部１８をセンサ部１１の軸方向に平行に切断した断面を示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａのセンサ部１１を上方から見た状態を示す上面図である。なお、図３Ａに示される断面は、図３Ｂの一点鎖線に沿った断面に相当する。また、図３Ｂでは後述するセンサ基板３３を取り除いた状態を示している。

先端部１８は、ロッド３に摺接して設けられ、内部に有底筒状の収容室３０を画成するセンサケース３１を備える。センサケース３１の底部３１ａ側がロッド３に摺接する側であり、センサケース３１の底部３１ａはベアリングを介してロッド３と摺接する。

収容室３０の底面３０ａには、収容室３０の内径より小径な内周面を有する環状段部３２が形成される。環状段部３２の上面にはセンサ基板３３が載置され、環状段部３２によってセンサ基板３３の下面の外周部が支持される。これにより、センサ基板３３と環状段部３２と収容室３０の底面３０ａとの間に収容室３０より小径なボトム室３４が画成される。

センサ基板３３には、一方の面にＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等から成る検出素子としての磁気センサ３５（ホールＩＣ）が配設され、他方の面にヨーク３６を介して磁石３７が配設される。センサ基板３３は、磁気センサ３５がボトム室３４内に突出する向きで環状段部３２の上面に配置される。

すなわち、図３Ａに示すように、ボトム室３４内には磁気センサ３５のみが収容される。磁気センサ３５は、磁石３７及びヨーク３６によって形成される磁界に応じた信号を出力し、出力値はロッド３に形成される磁気スケール９の移動に伴って変化する。

環状段部３２には、図３Ｂに示すように、２つの切欠き３８が形成される。導通路としての切欠き３８は、センサケース３１の軸を中心に互いに１８０度ずれた位置に配置される。切欠き３８は、環状段部３２の上面からボトム室３４の底面３０ａまで半円柱状に形成される。なお、２つの切欠き３８は、必ずしも１８０度ずれた位置に配置される必要はなく、その他の角度をなすように配置されていてもよい。

これにより、環状段部３２に当接するセンサ基板３３の外周のうち、切欠き３８が形成される周方向の２か所においては、センサ基板３３の外周端と環状段部３２との間に隙間が形成される。この隙間によって収容室３０とボトム室３４とが連通する。

図４は、センサケース３１の収容室３０にセンサ基板３３を収容してから収容室３０にモールド樹脂３９を充填した状態を示す断面図である。

図中の矢印で示すように、収容室３０に注入されたモールド樹脂３９は、２か所の切欠き３８を通ってボトム室３４にも充填される。これにより、センサ基板３３は、モールド樹脂３９によって環状段部３２に固定されるとともに、両面からモールド樹脂３９によって支持されて固定される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

収容室３０内に充填されるモールド樹脂３９が切欠き３８を経由してボトム室３４にも充填されるので、センサ基板３３は収容室３０内のモールド樹脂３９とボトム室３４のモールド樹脂３９とによって挟持される。これにより、温度変化によるモールド樹脂３９の膨張又は収縮によってセンサ基板３３に加わる荷重がセンサ基板３３の両面で均等になるので、センサ基板３３の歪みを抑制して変位センサ１０の検出精度の低下を防止することができる。

さらに、切欠き３８は環状段部３２に形成されるので、センサ基板３３の強度を低下させることなくセンサ基板３３の歪みによる変位センサ１０の検出精度の低下を防止することができる。

さらに、切欠き３８は２か所に形成されるので、収容室３０内に注入されるモールド樹脂３９が、対向する２方向からボトム室３４内に流入する。よって、モールド樹脂３９が充填されない孔空部が生じることを防止してより確実にボトム室３４内にモールド樹脂３９を充填することができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態では、変位センサ１０の基本的な構成は第１実施形態と同様であり、センサ部１１の内部構造のみが異なっている。よって、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。

図５Ａは、本実施形態における変位センサ１０の先端部１８をセンサ部１１の軸方向に平行に切断した断面を示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａのセンサ部１１を上方から見た状態を示す上面図である。なお、図５Ａに示される断面は、図５Ｂの一点鎖線に沿った断面に相当する。また、図５Ｂではモールド樹脂３９を省略している。

本実施形態では、環状段部３２には切欠きが形成されず、代わりにセンサ基板４２の外周に切欠き４０が形成される。切欠き４０は、センサ基板４２の周方向に沿って４か所に形成される。

センサ基板４２は、全体として円板状の部材であり、中心にヨーク３６を介して磁石３７が配設される。センサ基板４２の磁石３７より外周側には、センサ基板４２の一方の面に配設される磁気センサ３５の端子を挿通させる挿通孔４１が周方向に沿って形成される。

切欠き４０は、挿通孔４１が形成されない領域に形成され、切欠き４０の寸法は、切欠き４０が形成される部分のセンサ基板４２の外周端が環状段部３２に当接しない程度に設定される。

これにより、環状段部３２に当接するセンサ基板４２の外周のうち、切欠き４０が形成される周方向の４か所においては、センサ基板４２の外周端と環状段部３２との間に隙間が形成される。この隙間によって収容室３０とボトム室３４とが連通する。なお、センサ基板４２の挿通孔４１は磁気センサ３５の端子が挿通されハンダ付けされるので、挿通孔４１は収容室３０とボトム室３４とを連通しない。

図６は、センサケース３１の収容室３０にセンサ基板４２を収容してから収容室３０にモールド樹脂３９を充填した状態を示す断面図である。

図中の矢印で示すように、収容室３０に注入されたモールド樹脂３９は、４か所の切欠き４０を通ってボトム室３４にも充填される。これにより、センサ基板４２は、モールド樹脂３９によって環状段部３２に固定されるとともに、両面からモールド樹脂３９によって支持されて固定される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

収容室３０内に充填されるモールド樹脂３９が切欠き４０を経由してボトム室３４にも充填されるので、センサ基板４２は収容室３０内のモールド樹脂３９とボトム室３４のモールド樹脂３９とによって挟持される。これにより、温度変化によるモールド樹脂３９の膨張又は収縮によってセンサ基板４２に加わる荷重がセンサ基板４２の両面で均等になるので、センサ基板４２の歪みを抑制して変位センサ１０の検出精度の低下を防止することができる。

さらに、切欠き４０はセンサ基板４２に形成されるので、センサケース３１を加工する必要が無く、既存のセンサケース３１を用いながらセンサ基板４２の歪みによる変位センサ１０の検出精度の低下を防止することができる。

さらに、切欠き４０は４か所に形成されるので、収容室３０内に注入されるモールド樹脂３９が、周方向４か所からボトム室３４内に流入する。よって、モールド樹脂３９が充填されない孔空部が生じることを防止してより確実にボトム室３４内にモールド樹脂３９を充填することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、変位センサ１０がダンパ１００に組み込まれた場合について例示したが、ロッド３が直線運動する構造であればよく、流体圧アクチュエータ等に適用することも可能である。

さらに、上記実施形態では、変位センサ１０が可動体としてのロッド３のストローク量を検出する場合について例示したが、可動体は直線運動するものに限らず回転体であってもよい。

さらに、上記実施形態では、環状段部３２又はセンサ基板３３、４２に形成された切欠き３８、４０によって収容室３０とボトム室３４とを連通させたが、切欠き３８、４０の代わりに環状段部３２又はセンサ基板３３、４２に孔を形成して収容室３０とボトム室３４とを連通させてもよい。

さらに、第１実施形態では環状段部３２に２つの切欠き３８を形成し、第２実施形態ではセンサ基板４２に４つの切欠き４０を形成したが、環状段部３２又はセンサ基板３３、４２に形成される切欠き３８、４０の個数はその他の数であってもよい。また、切欠き３８、４０の形状は上記した形状に限定されることなく、収容室３０とボトム室３４とを連通させる形状であればよい。

さらに、上記実施形態では、環状段部３２及びセンサ基板３３、４２の一方に切欠き３８、４０を形成したが、環状段部３２及びセンサ基板３３、４２の両方に切欠き３８、４０を形成してもよい。

３ ロッド（可動体）
１０ 変位センサ
３０ 収容室
３０ａ 収容室の底面
３１ ケース
３２ 環状段部
３３ センサ基板（基板）
３４ ボトム室
３５ 磁気センサ（検出素子）
３９ モールド樹脂
３８ 切欠き（導通路）
４０ 切欠き（導通路）
４２ センサ基板（基板）

Claims (4)

1. 可動体の変位量を検出する変位センサであって、
   前記可動体に摺接して設けられ、内部に有底筒状の収容室を画成するとともに前記収容室の底面に前記収容室の内径より小径な環状段部を有するケースと、
   前記環状段部に当接して前記収容室の底面との間にボトム室を画成する基板と、
   前記基板の前記ボトム室側に配設され、前記可動体の変位量に応じた信号を出力する検出素子と、
   前記収容室内に充填されて前記基板を前記環状段部に固定するモールド樹脂を前記ボトム室へ導く導通路と、
   を備え、
   前記導通路は、前記環状段部に形成された孔又は切欠きである、
   ことを特徴とする変位センサ。
2. 前記導通路は、前記環状段部及び前記基板の両方に形成された孔又は切欠きである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
3. 前記導通路は２つ以上形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位センサ。
4. ２つ以上の前記切欠きは、互いに同じ形状を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の変位センサ。