JP6673959B2 - 磁気式位置検出装置における磁石ユニットおよびそれを用いた磁気式位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の磁気センサを所定間隔で直列に配置したセンサユニットと、移動体に取り付けられて前記センサユニットに対して相対移動する磁石ユニットとを備え、前記センサユニットおよび前記磁石ユニットの位置関係に基づいて前記移動体の位置検出を行う磁気式位置検出装置における磁石ユニット、およびそれを用いた磁気式位置検出装置に関する。

図７には、本件出願人等が特願２０１８−０２８０９６号で提案した磁気式位置検出装置の概略構造が示される。

複数の磁気センサ０１…が所定間隔で直列に配置されたセンサユニット０２と、所定距離Ｌで離間する２個の磁石０３，０４を有する磁石ユニット０５とが相互に平行に配置されており、磁石ユニット０５がセンサユニット０２に対して相対移動すると、センサユニット０２の磁気センサ０１…に対する２個の磁石０３，０４の位置関係が変化することで、センサユニット０２に対する磁石ユニット０５の位置が検出される。

すなわち、磁石ユニット０５が矢印方向に移動してＡ位置からＢ位置に達するまでの間は、センサユニット０２の磁気センサ０１…と磁石ユニット０５の一方の磁石０３との位置関係に基づいて該一方の磁石０３の位置が検出され、その位置が磁石ユニット０５の位置とされる。Ｂ位置で一方の磁石０３がセンサユニット０２の端部に達すると、センサユニット０２が更に矢印方向に移動してＢ位置からＣ位置に達するまでの間は、今度はセンサユニット０２の磁気センサ０１…と磁石ユニット０５の他方の磁石０４との位置関係に基づいてと他方の磁石０４の位置が検出され、その検出位置に一方および他方の磁石０３，０４間の距離Ｌを加算した位置が磁石ユニット０５の位置とされる。

これにより、センサユニット０２の磁気センサ０１…の数（つまりセンサユニット０２の長さＬ）を拡大することなく、位置検出可能な距離（つまり磁石ユニット０５のストローク）を２倍の２Ｌに拡大することができる。

ところで、このような構造の磁気式位置検出装置では、磁石ユニット０５の２個の磁石０３，０４間の距離Ｌが検出精度に直接影響を及ぼすため、２個の磁石０３，０４の取り付け位置を精度良く管理することが必要となる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、磁気式位置検出装置の磁石ユニットの複数の磁石の取り付け位置を精度良く管理することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数の磁気センサを所定間隔で直列に配置したセンサユニットと、移動体に取り付けられて前記センサユニットに対して相対移動する磁石ユニットとを備え、前記センサユニットおよび前記磁石ユニットの位置関係に基づいて前記移動体の位置検出を行う磁気式位置検出装置における磁石ユニットであって、前記磁石ユニットは、有底筒状のケーシングと、前記ケーシングの内周面に圧入される複数個の磁石と、隣接する前記磁石間に挟まれるように前記ケーシングの内周面に圧入されるスペーサロッドとを備え、前記磁石、前記スペーサロッドおよび前記ケーシングの内周面は相互に接着され、前記スペーサロッドの前記磁石に対向する端面には接着剤逃がし通路が開口することを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニットが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記接着剤逃がし通路は前記スペーサロッドを軸方向に貫通する軸方向貫通孔で構成され、前記軸方向貫通孔は、前記スペーサロッドを径方向に貫通する径方向貫通孔に連通することを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニットが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記スペーサロッドの外周面には前記径方向貫通孔に連通する環状溝が形成されることを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニットが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記ケーシングは軸方向に分割された複数のケース分割体からなり、前記ケース分割体の分割部は前記径方向貫通孔の位置に対応することを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニットが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記磁石および前記スペーサロッドの間には弾性部材が圧入され、前記弾性部材には前記スペーサロッドの軸方向貫通孔に連通する軸方向貫通孔が形成されることを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニットが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニットを用いた磁気式位置検出装置であって、前記磁石ユニットは接続部材を介して前記移動体に取り付けられ、前記接続部材は前記磁石ユニットに対して前記移動体の移動方向に締結され、前記接続部材は前記移動体に対して該移動体の移動方向と直交する方向に締結されることを特徴とする磁気式位置検出装置が提案される。

なお、実施の形態の第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４は本発明のケース分割体に対応し、実施の形態の第１磁石１７および第２磁石１８は本発明の磁石に対応し、実施の形態の軸方向貫通孔２０ａおよび径方向貫通溝２０ｂは本発明の接着剤逃がし通路に対応し、実施の形態の第１環状溝２０ｄは本発明の環状溝に対応する。

請求項１の構成によれば、磁気式位置検出装置は、複数の磁気センサを所定間隔で直列に配置したセンサユニットと、移動体に取り付けられてセンサユニットに対して相対移動する磁石ユニットとを備え、センサユニットおよび磁石ユニットの位置関係に基づいて移動体の位置検出を行う。

磁石ユニットは、有底筒状のケーシングと、ケーシングの内周面に圧入される複数個の磁石と、隣接する磁石間に挟まれるようにケーシングの内周面に圧入されるスペーサロッドとを備え、磁石、スペーサロッドおよびケーシングの内周面は相互に接着され、スペーサロッドの磁石に対向する端面には接着剤逃がし通路が開口するので、磁石、スペーサロッドおよびケーシングの内周面間で圧縮された余剰の接着剤を接着剤逃がし通路に逃がすことで、ケーシングに対する磁石およびスペーサロッドの軸方向位置の位置精度を高め、複数個の磁石の間隔を精度良く管理して磁気式位置検出装置の検出精度を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、接着剤逃がし通路はスペーサロッドを軸方向に貫通する軸方向貫通孔で構成され、軸方向貫通孔は、スペーサロッドを径方向に貫通する径方向貫通孔に連通するので、接着面から押し出された余剰の接着剤を軸方向貫通孔および径方向貫通孔を介してケーシングの内周面に逃がすことで、磁石およびスペーサロッドの軸方向の位置精度を高めることができる。

また請求項３の構成によれば、スペーサロッドの外周面には径方向貫通孔に連通する環状溝が形成されるので、径方向貫通孔から溢れた余剰の接着剤を環状溝に逃がすことで、磁石およびスペーサロッドの軸方向の位置精度を更に高めることができる。

また請求項４の構成によれば、ケーシングは軸方向に分割された複数のケース分割体からなり、ケース分割体の分割部は径方向貫通孔の位置に対応するので、磁石やスペーサロッドの圧入時に押し出された空気をケース分割体の分割部から外部に排出することで、磁石およびスペーサロッドの軸方向の位置精度を更に高めることができる。

また請求項５の構成によれば、磁石およびスペーサロッドの間には弾性部材が圧入され、弾性部材にはスペーサロッドの軸方向貫通孔に連通する軸方向貫通孔が形成されるので、圧入時に圧縮された弾性部材の弾発力で磁石およびスペーサロッドを軸方向に付勢することで、それらの軸方向の位置精度を更に高めることができる。しかも磁石および弾性部材の接着面から押し出された余剰の接着剤を、弾性部材の軸方向貫通孔からスペーサロッドの軸方向貫通孔に逃がすことができる。

また請求項６の構成によれば、磁石ユニットは接続部材を介して移動体に取り付けられ、接続部材は磁石ユニットに対して移動体の移動方向に締結され、接続部材は移動体に対して該移動体の移動方向と直交する方向に締結されるので、磁石ユニットを移動体に取り付けたときに、磁石ユニットが移動体の移動方向に対して非平行になるのを防止し、磁気式位置検出装置による移動体の位置検出精度を高めることができる。

磁石ユニットの斜視図および縦断面図である。 磁石ユニットの分解斜視図である。 磁石ユニットの組み立て手順の説明図の第１分図である。 磁石ユニットの組み立て手順の説明図の第２分図である。 磁石ユニットの組み立て手順の説明図の第２分図である。 磁気式位置検出装置の使用状態を示す図である。 既存の磁気式位置検出装置の位置検出原理を説明する図である。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、磁石ユニット１１は、一定直径の円筒状内周面を有して軸方向両端が閉塞されたケーシング１２を備えており、ケーシング１２は第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４に分割される。第１ケース分割体１３は図中左端が底壁１３ａで閉塞された有底円筒状の部材であり、開放している図中右端側に結合フランジ１３ｂが突設される。第２ケース分割体１４は図中右端が底壁１４ａで閉塞された有底円筒状の部材であり、開放している図中左端側に結合フランジ１４ｂが突設される。第１ケース分割体１３の底壁１３ａの中心および第２ケース分割体１４の底壁１４ａの中心には、それらを貫通する貫通孔１３ｃ，１４ｃがそれぞれ形成される。

ケーシング１２は、第１ケース分割体１３の結合フランジ１３ｂおよび第２ケース分割体１４の結合フランジ１４ｂをボルト１５およびナット１６で締結することで組み立てられる。組み立てられたケーシング１２の内部には、その左端側から右端側に向かって第１磁石１７、弾性部材１９、スペーサロッド２０および第２磁石１８が軸方向に重ね合わされるように収納される。

第１磁石１７および第２磁石１８は短い円柱状の部材であり、第１磁石１７は第１ケース分割体１３の底壁１３ａに当接するように圧入され、第２磁石１８は第２ケース分割体１４の底壁１４ａに当接するように圧入される。第１磁石１７および第２磁石１８は互換可能な同一部材であるが、第１磁石１７はＮ極面が左向きでＳ曲面が右向きとなるように配置され、第２磁石１８はＮ極面が右向きでＳ曲面が左向きとなるように配置される。

ラバー等で短い円柱状に構成された弾性部材１９は中心を貫通する軸方向貫通孔１９ａを有しており、その左端面が第１磁石１７の右端面に当接するように、第１ケース分割体１３の内周面に圧入される。

概略円柱状のスペーサロッド２０は、その中心を軸方向に貫通する軸方向貫通孔２０ａと、その軸方向両端面を径方向に横断する一対の径方向貫通溝２０ｂ，２０ｂと、その軸方向中間部の二カ所を径方向に貫通する一対の径方向貫通孔２０ｃ，２０ｃとを備える。更にスペーサロッド２０の外周面には、一対の径方向貫通孔２０ｃ，２０ｃの径方向外端にそれぞれ連通する一対の第１環状溝２０ｄ，２０ｄと、一対の第１環状溝２０ｄ，２０ｄ間に挟まれた第２環状溝２０ｅとが形成される。

このような形状のスペーサロッド２０を第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４の内部に圧入すると、その左端面は弾性部材１９の右端面に当接し、その右端面は第２磁石１８の左端面に当接する。そして第１環状溝２０ｄ，２０ｄとケーシング１２の内周面との間には環状の空間α，αが形成され、第２環状溝２０ｅとケーシング１２の内周面との間には環状の空間βが形成される。空間α，αは余剰の接着剤を逃がすための空間であり、空間βは単なる軽量化のための肉抜き空間である。磁石ユニット１１を組み立てた状態において、左側の第１環状溝２０ｄの位置は、第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４の分割部である一対の結合フランジ１３ｂ，１４ｂの位置に対応する。

次に、図３〜図５に基づいて磁石ユニット１１の組み立て手順について説明する。

先ず、図３（Ａ）に示すように、第２ケース分割体１４の底部の太線部分に接着剤を塗布した状態で第２磁石１８を圧入する。このとき、余剰の接着剤が第２ケース分割体１４の底壁１４ａの貫通孔１４ｃから溢れた場合には、溢れた接着剤を拭き取っておく。次に、図３（Ｂ）に示すように、第２磁石１８の左端面および第２ケース分割体１４の内周面の太線部分に接着剤を塗布した状態で、スペーサロッド２０を圧入する。このとき、余剰となった接着剤は、スペーサロッド２０の右端面の径方向貫通溝２０ｂから軸方向貫通孔２０ａおよび径方向貫通孔２０ｃを経て右側の第１環状溝２０ｄの空間αに向けて逃がされる。

そして、図４（Ｃ）に示すように、第２ケース分割体１４の左端からのスペーサロッド２０の突出量Ｌ１が所定長さになるように、第２ケース分割体１４の右端およびスペーサロッド２０の左端を万力等でプレスしながら接着剤を硬化させた後、スペーサロッド２０の左端の太線部分に接着剤を塗布した状態で弾性部材１９の右端を接着する。更に、図４（Ｄ）に示すように、弾性部材１９の左端の太線部分に接着剤を塗布した状態で第１磁石１７の右端を接着する。

次に、図４（Ｅ）に示すように、第１ケース分割体１３の底部の太線部分に接着剤を塗布した状態で、その第１ケース分割体１３を第１磁石１７、弾性部材１９およびスペーサロッド２０の外周面に圧入する。このとき、余剰となった接着剤は弾性部材１９の軸方向貫通孔１９ａ、スペーサロッド２０の左端面の径方向貫通溝２０ｂ、スペーサロッド２０の軸方向貫通孔２０ａ、スペーサロッド２０の径方向貫通孔２０ｃを経て左側の第１環状溝２０ｄの空間αに逃がされる。また他の余剰となった接着剤が第１ケース分割体１３の底壁１３ａの貫通孔１３ｃから溢れた場合には、溢れた接着剤を拭き取っておく。

次に、図５（Ｆ）に示すように、第１ケース分割体１３の結合フランジ１３ｂおよび第２ケース分割体１４の結合フランジ１４ｂをボルト１５およびナット１６で締結する。そして、図５（Ｇ）に示すように、第１ケース分割体１３の左端面および第２ケース分割体１４の右端面間の距離が所定距離Ｌ２になるように万力等でプレスしながら接着剤を硬化させることで、磁石ユニット１１が完成する。

図６には、上記構造の磁石ユニット１１を備える磁気式位置検出装置が示される。

ハウジング２１の内部に収納されて矢印方向Ａ１に移動する移動体２５には、前記磁石ユニット１１が接続部材２２を介して取り付けられる。移動体２５に取り付けられた状態で、磁石ユニット１１の軸線の方向（矢印Ａ２方向）は移動体２５の移動方向（矢印Ａ１方向）と平行である。接続部材２２は、磁石ユニット１１の軸線の方向である矢印Ａ２方向と平行に配置されたボルト２３で移動体２５に締結される。また磁石ユニット１１は、その軸線の方向である矢印Ａ２方向と直交する方向に配置されたボルト２４，２４で接続部材２２に締結される。

ケーシング１２内に複数の磁気センサ２６…を所定間隔で直列に配置したセンサユニット２７が、ハウジング２１の外部に設けたブラケット２１ａにボルト２８を介して取り付けられる。センサユニット２７の配置方向は、移動体２５の移動方向Ａ１および磁石ユニット１１の軸線方向Ａ２と平行であり、磁石ユニット１１はセンサユニット２７に所定距離を介して対向する。

上記構成を備えた本実施の形態の磁気式位置検出装置における磁石ユニットによれば、ケーシング１２の内部に第１磁石１７、弾性部材１９、スペーサロッド２０および第２磁石１８を圧入して接着剤で固定するので、ケーシング１２に対して第１磁石１７および第２磁石１８を強固に固定し、第１磁石１７および第２磁石１８の位置ずれを防止することができる。

第１磁石１７および弾性部材１９の接着面は、弾性部材１９の軸方向貫通孔１９ａを介して弾性部材１９およびスペーサロッド２０の左端面の径方向貫通溝２０ｂに連通し、弾性部材１９およびスペーサロッド２０の接着面は、スペーサロッド２０の軸方向貫通孔２０ａおよび径方向貫通孔２０ｃ，２０ｃを介して第１環状溝２０ｄ，２０ｄの空間α，αに連通する。また第２磁石１８およびスペーサロッド２０の接着面は、スペーサロッド２０の軸方向貫通孔２０ａおよび径方向貫通孔２０ｃ，２０ｃを介して第１環状溝２０ｄ，２０ｄの空間α，αに連通する。

これにより、第１磁石１７、第２磁石１８、弾性部材１９およびケーシング１２の内周面間で圧縮された余剰の接着剤を空間α，αに向けて逃がすことで、ケーシング１２に対する第１磁石１７および第２磁石１８の軸方向位置の位置精度を高め、第１磁石１７および第２磁石１８の間隔を精度良く管理して磁気式位置検出装置の検出精度を高めることができる。このとき、第１磁石１７およびスペーサロッド２０の間に配置されて圧縮された弾性部材２０の弾発力で第１磁石１７およびスペーサロッド２０を軸方向両側に付勢することで、第１磁石１７および第２磁石１８を第１ケース分割体１３の底壁１３ａおよび第２ケース分割体１４の底壁１４ａにそれぞれ押し付け、第１磁石１７および第２磁石１８の軸方向の位置精度を更に高めることができる。

しかも第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４の分割部である結合フランジ１３ｂ，１４ｂはスペーサロッド２０の左側の径方向貫通孔２０ｃの位置に対応するので、第１磁石１７、第２磁石１８、弾性部材１９およびスペーサロッド２０の圧入時に押し出された空気を第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４の分割部から外部に排出することで、第１磁石１７および第２磁石１８の軸方向の位置精度を更に高めることができる。

さらに磁石ユニット１１を移動体２５に取り付ける接続部材２２は、磁石ユニット１１に対して移動体２５の移動方向にボルト２３で締結され、かつ接続部材２２は移動体２５に対して移動体２５の移動方向と直交する方向にボルト２４で締結されるので、磁石ユニット１１を移動体２５に取り付けたときに、磁石ユニット１１を移動体２５の移動方向に対して平行にすることができる。これにより、磁石ユニット１１がセンサユニット２７に対して平行状態を維持しながら平行移動することを保証し、磁気式位置検出装置による移動体２５の位置検出精度を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態の磁石ユニット１１は第１磁石１７および第２磁石１８を備えているが、磁石の数は３個以上であっても良い。

また実施の形態のケーシング１２は第１ケース分割体１３および第２ケース分割体１４に２分割されているが、それを３分割以上に分割しても良い。

１１ 磁石ユニット
１２ ケーシング
１３ 第１ケース分割体（ケース分割体）
１４ 第２ケース分割体（ケース分割体）
１７ 第１磁石（磁石）
１８ 第２磁石（磁石）
１９ 弾性部材
１９ａ 軸方向貫通孔
２０ スペーサロッド
２０ａ 軸方向貫通孔（接着剤逃がし通路）
２０ｂ 径方向貫通溝（接着剤逃がし通路）
２０ｃ 径方向貫通孔
２０ｄ 第１環状溝（環状溝）
２２ 接続部材
２５ 移動体
２６ 磁気センサ
２７ センサユニット

Claims (6)

1. 複数の磁気センサ（２６）を所定間隔で直列に配置したセンサユニット（２７）と、移動体（２５）に取り付けられて前記センサユニット（２７）に対して相対移動する磁石ユニット（１１）とを備え、前記センサユニット（２７）および前記磁石ユニット（１１）の位置関係に基づいて前記移動体（２５）の位置検出を行う磁気式位置検出装置における磁石ユニットであって、
   前記磁石ユニット（１１）は、有底筒状のケーシング（１２）と、前記ケーシング（１２）の内周面に圧入される複数個の磁石（１７，１８）と、隣接する前記磁石（１７，１８）間に挟まれるように前記ケーシング（１２）の内周面に圧入されるスペーサロッド（２０）とを備え、前記磁石（１７，１８）、前記スペーサロッド（２０）および前記ケーシング（１２）の内周面は相互に接着され、前記スペーサロッド（２０）の前記磁石（１７，１８）に対向する端面には接着剤逃がし通路（２０ａ，２０ｂ）が開口することを特徴とする磁気式位置検出装置における磁石ユニット。
2. 前記接着剤逃がし通路は前記スペーサロッド（２０）を軸方向に貫通する軸方向貫通孔（２０ａ）で構成され、前記軸方向貫通孔（２０ａ）は、前記スペーサロッド（２０）を径方向に貫通する径方向貫通孔（２０ｃ）に連通することを特徴とする、請求項１に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニット。
3. 前記スペーサロッド（２０）の外周面には前記径方向貫通孔（２０ｃ）に連通する環状溝（２０ｄ）が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニット。
4. 前記ケーシング（１２）は軸方向に分割された複数のケース分割体（１３，１４）からなり、前記ケース分割体（１３，１４）の分割部は前記径方向貫通孔（２０ｃ）の位置に対応することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニット。
5. 前記磁石（１７，１８）および前記スペーサロッド（２０）の間には弾性部材（１９）が圧入され、前記弾性部材（１９）には前記スペーサロッド（２０）の軸方向貫通孔（２０ａ）に連通する軸方向貫通孔（１９ａ）が形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニット。
6. 前記磁石ユニット（１１）は接続部材（２２）を介して前記移動体（２５）に取り付けられ、前記接続部材（２２）は前記磁石ユニット（１１）に対して前記移動体（２５）の移動方向に締結され、前記接続部材（２２）は前記移動体（２５）に対して該移動体（２５）の移動方向と直交する方向に締結されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の磁気式位置検出装置における磁石ユニットを用いた磁気式位置検出装置。

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