JP6373790B2 - 非接触スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、非接触スイッチに関し、特に、自動車、オートバイなどの乗物機械、エアーシリンダー、各種ロボットなどの産業用機械、食材のスライス装置、加工装置包装装置などの食品機械、深絞包装機、ＣＴスキャンなどの医療機器などのように、変位する磁性体が近接した場合にオン／オフが切り替わる非接触スイッチに関する。

従来、誤作動を抑制することができるとともに、検出精度を高めることを可能とした非接触スイッチ及び磁気センサが特許文献１に開示されている。この非接触スイッチは、所定の方向に向いた磁束を検出領域に発生させる磁石と、検出領域に配置されて磁性部材の非接触による磁束の方向の変化を検出する磁気センサと、磁気センサの出力信号に基づいてオン又はオフを判断する判断部とを備え、磁石は、Ｎ極となる第１の面と、Ｓ極となる第２の面とを形成する基準曲面ＣＬに対して、その基準曲面のそれぞれの点において垂直方向に所定の厚みを有して形状が形成され、基準曲面ＣＬのそれぞれの点において垂直方向に着磁されて磁気形成されている。

特開２０１２−２０４２６８号公報

しかし、特許文献１に記載されている非接触スイッチは、典型的には、円筒磁石を用いており、その中央の空洞部分に磁気センサが投資された基板を配置するといったレイアウトを採用しているため、相対的に大きいサイズの基板が存在することから、磁気センサ周辺の空洞部分に無駄なスペースが生じるので、非接触スイッチのサイズを小型にすることは困難である。

そうすると、相対的に大きいサイズの非接触スイッチは、その設置スペースによる制約があるため、用途が限定的であるため、改善が望まれている。

そこで、本発明は、相対的に小型の非接触スイッチを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
磁界を電気信号に変換して出力するホールＩＣと、
前記磁界を発生させる一又は二以上の磁石と、
前記磁石と前記ホールＩＣとを内包しており当該磁石のＳ極とＮ極との境界の延長方向に当該ホールＩＣが位置する態様で位置決めをする樹脂と、
を備える非接触スイッチであって、
前記ホールＩＣは、磁性体が近接した場合に、前記磁石からの磁界の極性が変化することで、出力がオフからオンに切り替わる非接触スイッチである。

すなわち、本発明は、例えば、前記樹脂によって、前記ホールＩＣと前記磁石との位置関係が、前記磁性体が近接する前後で、当該ホールＩＣの出力が切り替わる基準位置に印加される磁極が変わる態様で、前記ホールＩＣと前記磁石との位置決めがされていてもよい。

また、前記樹脂は円筒状又は角筒状であり、円筒状の場合には、円筒面に複数の溝部が形成されているとよく、耐水性、耐油性、耐熱性、耐疲労性、耐衝撃性、耐クリーブ性、又は、耐久性を備えるとよい。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同様の部分には、同一符号を付している。

図１は、本発明の実施形態に係る非接触スイッチ１００の模式的な構成図である。図１には、以下説明する、ホールＩＣ１０と、信号線２０と、磁石３０と、樹脂４０と、ねじ切り部５０とを示している。

ホールＩＣ１０は、磁界を電気信号に変換して出力するものである。ホールＩＣ１０は、非接触スイッチ１００の略円筒状の筐体の先端から、たとえば、本実施形態の条件では、０．５ｍｍ〜０．６ｍｍの位置に配されている。なお、筐体の形状は、略円筒状に限定されず、例えば、略角筒状としてもよい。

ホールＩＣ１０は、図１に示す磁性体２００と磁石３０との相対移動により、磁性体２００が非接触スイッチ１００に対して一定の距離まで近づくと、信号線２０を通る信号を例えばオフからオンに切り替えるものである。ホールＩＣ１０は、例えば、産業機械分野で用いるとなれば、大きさ、感度、耐熱性などを考慮して選択するとよい。

信号線２０は、ホールＩＣ１０からの電気信号を、図示しない制御装置などに送信するためのものである。信号線２０は、例えば、正極用信号線と負極用信号線とグランド接地用信号線とを含む。これらは、一端がホールＩＣ１０に接続され、他端が図示しない制御装置に接続され、両端を除く部分はシース６０によって被われている。

磁石３０は、希土類磁石などとすることができる。磁石３０は、磁力強度及び大きさについては、非接触スイッチ１００の用途などに基づいて決定すればよいし、形状については円柱状でもよいし、立方体又は直方体でもよい。磁石３０は、非接触スイッチ１００内に、一つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。

磁石３０は、一例としては、サマリウムコバルト磁石を用いることができる。この磁石は、小型でも、磁力が強いという性質を有しているため、小型の非接触スイッチ１００に好適にもといることができる。ここでは、磁石３０は、直径が１．２φ×、長さが２．２ｍｍの円柱状のものを２つ用意し、これらを軸心方向に沿って隣接して配置して、全体として、直径が１．２φ×、長さが４．４ｍｍとしている。

そして、２つの磁石３０の境界の延長方向にホールＩＣ１０に位置するように配置する。こうすると、後述するように、磁性体２００の近接検出を行うことが可能となる。なお、１つの磁石３０を用いる場合にも、結局は、Ｓ極とＮ極との境界の延長方向にホールＩＣ１０が位置するような配置とすればよい。

なお、本実施形態においてサマリウムコバルト磁石を利用する理由は、上記性質に加えて、耐熱性などの各種耐性の幾つかを有しており、周辺温度が上昇してもキューリー温度が６００℃程度あることから磁力の強度が低下しにくいからである。したがって、磁石３０は、サマリウムコバルト磁石に限らず、非接触スイッチ１００の大きさ、用途などに応じて適宜決定すればよい。

樹脂４０は、ホールＩＣ１０と磁石３０とを内包するものである。さらに、樹脂４０は、ホールＩＣ１０と磁石３０とを位置決めするものである。樹脂４０は、信号線２０とホールＩＣ１０との接続部も被っている。なお、樹脂４０の材料、さらに、ホールＩＣ１０と磁石３０との距離は、上記例の磁石３０を用いた場合には、２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度とすればよい。

また、樹脂４０は、例えば、産業機械分野で用いるとなれば、水、アルコール、塩酸・硫酸・硝酸などの酸類、スチームなどの熱・湿度、油、溶剤などに耐えうるものとするとよい。なお、樹脂４０は、これに限定されるものではないが、一例としては、インジェクションにより加工すればよい。

したがって、樹脂４０は、その用途に応じて、耐水性、耐油性、耐熱性、耐疲労性、耐衝撃性、耐クリーブ性、又は、耐久性などを有するものがよい。具体的に一例をあげると、ＰＥＥＫ樹脂（八十島プロシード社製）、ＰＢＫ樹脂（ＴＯＲＡＹ社製）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

ねじ切り部５０は、非接触スイッチ１００の筐体の円筒面に設けられている、螺旋状の溝部である。ねじ切り部５０は、図示しない部材の対応する貫通孔に螺合されるようにしてある。ねじ切り部５０及び非接触スイッチ１００の筐体の径の条件は、例えば、Ｍ８、Ｍ１０などの貫通孔に合致すればよい。

なお、これまで説明した各部材の大きさなどは一例であり、例えば、磁石３０は、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍといった立方体のものを用いてもよいし、非接触スイッチ１００自体のサイズも、Ｍ１２φ程度の大きさにしてもよい。

なお、非接触スイッチ１００の自体のサイズを大きくした場合には、例えば、磁石３０の数を増やして、ホールＩＣ１０との距離を４．０ｍｍ〜５．０ｍｍなどに広げることもできるし、磁力の強いネオジム磁石などを用いてもよい。もっとも、磁力が強すぎる磁石を用いると、磁性体２００の近接時に、後述するような磁力線の変化がでにくいため、非接触スイッチ１００の感度低下にもつながる可能性があるので、注意が必要である。

また、非接触スイッチ１００は、ねじ切り部５０を設けることが必須ではなく、これに代えて、螺旋状の溝ではなく、筐体の円筒面に連続した円状の溝部を形成して、ねじ切り加工がされていない貫通孔に対して、圧入により取り付けられるようにしてもよい。また、溝部自体を形成することなく、セットスクリューなどを通じて、取付対象に対して取り付けてもよい。

本実施形態の非接触スイッチ１００は、小型の磁気センサであるホールＩＣと、同じく小型の磁石３０とを備え、かつ、これらを近接配置させている。しかも、磁石３０は、小型であるほど磁力が強いという性質と、各主体性を有しているサマリウムコバルト磁石を用いることで、小型の非接触スイッチ１００を実現できる。

図２は、図１に示す非接触スイッチ１００の動作原理図である。図２（ａ）には、非接触スイッチ１００と磁性体２００とが相対的に遠い位置にある状態を示している。図２（ｂ）には、非接触スイッチ１００と磁性体２００とが相対的に近い位置にある状態を示している。

図２（ａ）、図２（ｂ）には、２つの磁石３０の境界からの磁力線も示している。ここでは、０ガウスの磁力線「０」と、Ｓ極側の磁力線「Ｓ」（例えば３ガウス）と、Ｎ極側の磁力線「Ｎ」（例えば３ガウス）と、を示している。

図２（ａ）に示すように、非接触スイッチ１００に対して磁性体２００が相対的に遠い位置にある場合には、磁石３０と磁性体２００との相互干渉が生じないため、０ガウスの磁力線「０」は、２つの磁石３０の境界の延長上に向かって、まっすぐ伸びている。また、Ｓ極側の磁力線「Ｓ」とＮ極側の磁力線「Ｎ」は、同じガウスのものを想定しており、これらも対照的な形状となる。

これに対して、図２（ｂ）に示すように、非接触スイッチ１００に対して磁性体２００が相対的に近い位置にある場合には、磁石３０と磁性体２００との相互干渉が生じるため、０ガウスの磁力線「０」は、２つの磁石３０の境界の延長上よりも、磁性体２００側に湾曲することになる。また、Ｓ極側の磁力線「Ｓ」もより磁性体２００に向けて湾曲し、Ｎ極側の磁力線「Ｎ」も磁性体２００に向けて湾曲することとなる。

理解容易のため、０ガウスの磁力線「０」に着目して説明すると、この磁力線「０」は、ホールＩＣ１０との関係では、図２（ａ）の状態では、ホールＩＣ１０の例えば中間位置よりも、図面右側に位置する。これに対して、図２（ｂ）の状態では、ホールＩＣ１０の例えば中間位置よりも、図面左側に位置する。

換言すると、ホールＩＣ１０の例えば中間位置は、図２（ａ）の状態では、Ｓ極側の磁力線「Ｓ」による影響を受けているが、図２（ｂ）の状態では、Ｎ極側の磁力線「Ｎ」による影響を受けることになる。

より詳細には、図２（ａ）の状態では、Ｓ極側の磁力線「Ｓ」と０ガウスの磁力線「０」との間の領域はＳ極の磁力線が通っているので、ホールＩＣ１０の例えば中間位置は、Ｓ極の影響を受けていることになる。同様に、図２（ｂ）の状態では、Ｎ極側の磁力線「Ｎ」と０ガウスの磁力線「０」との間の領域はＮ極の磁力線が通っているので、ホールＩＣ１０の例えば中間位置は、Ｎ極の影響を受けていることになる。

つまり、図２（ａ）の状態から、非接触スイッチ１００に対して磁性体２００が近づくにつれて、全ての磁力線は、磁性体２００との相互干渉により、磁性体２００側に向き始める。そして、非接触スイッチ１００に対して磁性体２００がある距離までくると、ホールＩＣ１０の例えば中間位置は、Ｎ側の磁力線「Ｎ」による影響を受けることになる。

そうすると、ホールＩＣ１０の信号線２０の出力が瞬時にオフからオンに変わることになるので、非接触スイッチ１００により、磁性体２００の近接検出が可能となる。なお、本実施形態では、ホールＩＣ１０の例えば中間位置が、ホールＩＣ１０の信号線２０の出力の変位のための基準位置であることを例に説明したが、この基準位置は、ホールＩＣ１０の種別等にもよって異なるものであり、必ずしもホールＩＣ１０の中間位置となるわけではない点に留意されたい。

以上をまとめると、樹脂４０によって、ホールＩＣ１０と磁石３０との位置関係が、磁性体２００が非接触スイッチ１００に近接する前後で、ホールＩＣ１０の出力が切り替わる基準位置に印加される磁極が変わる態様で、ホールＩＣ１０と磁石３０との位置決めがされている。

本実施形態の非接触スイッチ１００は、概ね、磁性体２００が非接触スイッチ１００の端面に対して、約２．０ｍｍ〜３．０ｍｍの位置に到来すると、ホールＩＣ１０の信号線２０の出力がオフからオンに変わる。

もっとも、どの程度の位置まで到来したときに、ホールＩＣ１０の信号線２０の出力のオフ／オンを変更させたいかにより、磁石３０の磁力の強さ、ホールＩＣ１０と磁石３０との距離、これらと非接触スイッチ１００の筐体端面までの距離を変更すればよい。

非接触スイッチ１００は、磁性体２００がクランク運動又はピストン運動などする場合に好適に、それを検出することができる。具体的には、非接触スイッチ１００は、例えば、自動車、オートバイなどのアルミニウム製などのエンジンケースに取り付けて、磁性体２００である鉄部品に動きがあればそれを検知することができる。同様に、非接触スイッチ１００は、各種加工機械などを含めた自動機、エアーシリンダー或いはリンク装置の位置制御なども行うことができる。

以上説明したように、非接触スイッチ１００は、小型でありながら、高い動作信頼性のもとで、スタティックなセンシングが可能となり、磁性体２００が存在する環境下であれば、公的に用いることが可能となる。

本発明の実施形態に係る非接触スイッチ１００の模式的な構成図である。 図１に示す非接触スイッチ１００の動作原理図である。

１０ ホールＩＣ
２０ 信号線
３０ 磁石
４０ 樹脂
５０ ねじ切り部
６０ シース
１００ 非接触スイッチ
２００ 磁性体

Claims (4)

1. 磁界を電気信号に変換して出力するホールＩＣと、
   前記磁界を発生させる一又は二以上の磁石と、
   前記磁石と前記ホールＩＣとを内包しており当該磁石のＳ極とＮ極との境界の延長方向に当該ホールＩＣが位置する態様で位置決めをする樹脂と、
   を備える非接触スイッチであって、
   前記ホールＩＣは、磁性体が近接した場合に、前記磁石からの磁界の極性が変化することで、出力がオフからオンに切り替わる非接触スイッチ。
2. 前記樹脂によって、前記ホールＩＣと前記磁石との位置関係が、前記磁性体が近接する前後で、当該ホールＩＣの出力が切り替わる基準位置に印加される磁極が変わる態様で、前記ホールＩＣと前記磁石との位置決めがされている、請求項１記載の非接触スイッチ。
3. 前記樹脂は円筒状であり、その円筒面に複数の溝部が形成されている、請求項１記載の非接触スイッチ。
4. 前記樹脂は、耐水性、耐油性、耐熱性、耐疲労性、耐衝撃性、耐クリーブ性、又は、耐久性を備える、請求項１記載の非接触スイッチ。