JP7076063B2 - ストロークセンサ - Google Patents

Description

本発明はストロークセンサに関する。

自動車や自動２輪車のレバーなどの移動体の移動量を検出するストロークセンサとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
このストロークセンサは、被検出体の移動に追従し設けた検出シャフトと、検出シャフトの回転を規制して摺動可能に支持するハウジングと、検出シャフトとハウジングとの間に設けられ移動量を検出して移動した後の検出シャフトを原点位置Ｏに復帰させる原点復帰機構と、を備え、検出シャフトに設けられた磁石とハウジングに設けられた磁気検出素子により被検出体が軸方向に往復する移動量を磁界の変化によって検出するものである。

特開２０１７―０１５５４９号公報

しかしながら、特許文献１記載のストロークセンサは、検出シャフトにスプリングを通して支持する原点復帰機構を有するため、検出シャフトの構造が複雑になり、且つ製造に手間がかかるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造を簡素化してコストを低減したストロークセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るストロークセンサは、
被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
径大部を有する前記検出シャフトと、
蓋部を有する円筒状の第一のハウジングと、
前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させる円筒状のスプリングと、
前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
を備え、
前記第一のハウジングの前記蓋部、及び前記検出シャフトの前記径大部は、前記スプリングと接し、
前記第一のハウジングの内径部は、前記スプリングの外径部を支持する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、構造を簡素化してコストを低減したストロークセンサを提供することができる。

本発明のストロークセンサの第一の実施形態を示す斜視図、及び平面図である。 本発明のストロークセンサの第一の実施形態を示すＡ－Ａ断面図である。 本発明のストロークセンサの第二の実施形態を示す平面図、及びＡ－Ａ断面図である。 本発明のストロークセンサの第三の実施形態を示す平面図、及びＡ－Ａ断面図である。 本発明のストロークセンサの第四の実施形態を示すＡ－Ａ断面図である。

以下に、本発明に係るストロークセンサを添付図面に基づいて説明する。

図１、及び図２を参照する。図１（ａ）は、ストロークセンサ１の第一の実施形態の斜視図を示し、図１（ｂ）は、第一の実施形態の平面図を示す。図２（ａ）は、ストロークセンサ１の第一の実施形態の断面図を示す。ストロークセンサ１は、被検出体に追従して原点位置Ｏから移動する検出シャフト１０の移動量Ｓを検出するストロークセンサであって、径大部１１を有する検出シャフト１０と、蓋部２２を有する円筒状の第一のハウジング２０と、検出シャフト１０を支持する第二のハウジング３０と、原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させる円筒状のスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５１と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子５２と、を備える。

第一の実施形態の検出シャフト１０は、被検出体の移動によって追従される検出媒体であり、例えば、被検出体に連結されて外力が伝達され、軸方向に往復して追従する。検出シャフト１０は、ある程度剛性を有する非磁性材料が好ましく、例えばオーステナイト系のステンレス鋼（Steel Use Stainless; SUS）からなる。
検出シャフト１０は、直径の異なる径大部１１、及び径小部１３を有して構成され、径小部１３には円環状の磁石５１、支持部材１４、及び気密部材１５を有して構成される。径大部１１は、第二のハウジング３０内に配置されており、スプリング４０の一端と接し、その直径はスプリング４０よりも大きい。径小部１３は、第二のハウジング３０のシャフト穴３３から外側に突き出しており、図示しない被検出体と接続される。
検出シャフト１０は、磁石５１を径大部１１と支持部材１４の磁石支持部１４ａとの間で支持する。支持部材１４は、ステンレス鋼等の非磁性材料が好ましく、磁石支持部１４ａと気密部材支持部１４ｂを備える。磁石支持部１４ａの直径は磁石５１よりも大きく、気密部材支持部１４ｂの直径は後述する第二のハウジング３０の孔部３２よりも小さい。気密部材支持部１４ｂは、検出シャフト１０の磁石５１と気密部材１５の間に位置し、気密部材１５の気密機能を発揮するために必要な溝構造を満たすように設けられる。
検出シャフト１０は、気密部材１５を気密部材支持部１４ｂと第二のハウジング３０の孔部３２との間で支持する。気密部材１５は、ゴムからなるＯリングであり、ストロークセンサ１の気密を保つために用いられる。

図２（ｂ）を併せて参照する。図２（ｂ）は、第一の実施形態の第一のハウジング２０の断面図を示す。第一のハウジング２０は、検出シャフト１０を受ける第一の受部２１と、蓋部２２と、スプリング４０を支持する内径部２３と、雄ねじ部２９を有して構成される。
第一のハウジング２０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材料が好ましく、円筒状に形成されている。
第一の受部２１は、蓋部２２と反対方向に設けられ、検出シャフト１０の径大部１１と接し、検出シャフト１０の移動量Ｓを制限する。原点位置Ｏから第一の受部２１までの長さは、スプリング４０の最大たわみ量より小さくなるように構成される。
蓋部２２は、スプリング４０の別の一端と接する。蓋部２２と検出シャフト１０の径大部１１は、検出シャフト１０の移動に伴いスプリング４０を弾性変形させる。
内径部２３は、第一のハウジング２０の内側に設けられ、後述するスプリング４０の外径部４１を支持する。
雄ねじ部２９は、蓋部２２と反対方向の外径面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。

図２（ｃ）を併せて参照する。図２（ｃ）は、第一の実施形態の第二のハウジング３０の断面図を示す。第二のハウジング３０は、検出シャフト１０を受ける第二の受部３１と、孔部３２と、シャフト穴３３と、雌ねじ部３９を有して構成される。
第二のハウジング３０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材料が好ましく、円筒状に形成されている。第二のハウジング３０の内径は、第一のハウジング２０の外径と略一致する。
第二の受部３１は、孔部３２と同じ方向に設けられ、検出シャフト１０を第一のハウジング２０方向へ押し込む力がなくなったときに検出シャフト１０の径大部１１、又は磁石支持部１４ａを受け、検出シャフト１０の戻りを原点位置Ｏに制限する。
孔部３２は、検出シャフト１０が原点位置Ｏにある場合に、支持部材１４の気密部材支持部１４ｂ、及び気密部材１５を収めるように形成される。磁石支持部１４ａが孔部３２よりも小さい場合は、磁石支持部１４ａをさらに収めるように形成されてもよい。
シャフト穴３３は、孔部３２に設けられ、検出シャフト１０を支持して外部に取り出す。
雌ねじ部３９は、孔部３２と反対方向の内径面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。前記連結に際しては、補強用接着剤（例えば、シーロック剤）などでねじの緩み防止をさらに行ってもよい。

スプリング４０は、ステンレス鋼などの非磁性材料のものが好ましく、例えばＳＵＳ３０４ＷＰＢによる円筒状のコイルばねで構成され、その外径は第一のハウジング２０の内径と略一致する。
スプリング４０は、外径部４１を有して構成される。
スプリング４０は、検出シャフト１０の径大部１１、及び第一のハウジング２０の蓋部２２と接し、原点位置Ｏにある検出シャフト１０が第一のハウジング２０の方向に押し込まれるように移動すると、スプリング４０が押し潰され、検出シャフト１０の径大部１１が第一のハウジング２０の第一の受部２１に当たるまでの移動量Ｓ分だけ移動することができる。そして、検出シャフト１０を押し込む力がなくなると、スプリング４０に蓄積されたばね力で、検出シャフト１０の径大部１１、又は磁石支持部１４ａが第二のハウジング３０の第二の受部３１に当たるまで移動することにより原点位置Ｏに戻される。
外径部４１は、スプリング４０の外径面に設けられ、第一のハウジング２０の内径部２３によって支持される。

磁石５１は、円環状に形成された希土類系磁石（例えば、ＳｍＣｏやＮｄＦｅＢなどの材料の磁石）からなり、検出シャフト１０の径小部１３に取り付けられる。
磁石５１は、磁気検出素子５２に磁界を提供しており、磁石５１が検出シャフト１０とともに移動することで磁気検出素子５２へ与える磁界の向き、及び強さを変え、結果的に磁気検出素子５２が移動量Ｓとして検出する。磁石５１は、製造手法により焼結磁石やプラスチックと混ぜて圧縮もしくは成形されたプラスチック磁石などのいずれでも良い。焼結磁石の方が強力な磁力を有する一方、プラスチック磁石の方が大量生産性や耐割れ性が高いなど特性があることから、使用条件や設計要件に応じて適宜選択すれば良い。

磁気検出素子５２は、被検出体の移動量などの変化を磁界の向き、及び強さにより検出するものであり、例えば、ホール素子などで構成され、被検出体の移動などに伴う磁界の変化を電気信号に変換して外部に出力するものである。
磁気検出素子５２による検出シャフト１０の移動量Ｓの検出は、検出シャフト１０に備えられた磁石５１が発する磁界の向き、及び強さの変化を検出し、前記磁界に応じた電気信号に変換して外部に出力する。

基板５０は、ガラスエポキシ等からなるプリント基板（Printed Circuit Board; PCB）であり、磁気検出素子５２を備える。
基板５０は、磁気検出素子５２を検出シャフト１０に近い位置に配置することが好ましい。また、基板５０の磁気検出素子５２への電源の取り込みや外部への電気信号の出力は、ダイレクトコネクタもしくはコードにて行われる。

第三のハウジング６０は、エポキシ樹脂等の樹脂材料からなり、第一のハウジング２０、及び第二のハウジング３０と接着剤によって結合される。
第三のハウジング６０は、基板５０を収納する収納部７０を備える。

図３を参照する。図３（ａ）は、ストロークセンサ１の第二の実施形態の平面図を示し、図３（ｂ）は、第二の実施形態の断面図を示す。第二の実施形態において、基板５０は磁石５１を備え、検出シャフト１０は径大部１１を軟磁性材料とし、径中部１２をさらに備え、支持部材１４が無くなっている。上述の点で、第二の実施形態は、第一の実施形態と異なり、他の部分では第一の実施形態と同様である。

検出シャフト１０の径大部１１は、鋼材等の軟磁性材料からなる。検出シャフト１０の径中部１２、及び径小部１３の材料は、ステンレス鋼等の非磁性材料の方が好ましいが、磁気検出素子５２との距離を確保してあるため、鋼材等の軟磁性材料であっても磁界への影響度は低く、耐久性や強度、価格と照らし合わせて適宜材料を選択することが可能である。
検出シャフト１０の径中部１２は、検出シャフト１０の径大部１１と気密部材１５の間に位置し、気密部材１５の気密機能を発揮するために必要な溝構造を満たすように設けられる。
検出シャフト１０の支持部材１４は、磁石５１が基板５０に備えられたため不要となり、無くなっている。

第二のハウジング３０の孔部３２は、検出シャフト１０が原点位置Ｏにある場合に、検出シャフト１０の径中部１２と気密部材１５を収めるように構成される。

磁石５１は、基板５０に備えられ、特に磁気検出素子５２の背面に配置される。その形状は、例えば直方体や円盤状である。磁気検出素子５２による検出シャフト１０の移動量Ｓの検出は、軟磁性材料である径大部１１の移動による磁石５１の成す磁界の変化を検出し、電気信号に変換して外部に出力する。

図４を参照する。図４（ａ）は、ストロークセンサ１の第三の実施形態の平面図を示し、図４（ｂ）は、第三の実施形態の断面図を示す。第三の実施形態において、第一のハウジング２０、及び第二のハウジング３０はエポキシ樹脂等の樹脂材料からなり、第二のハウジング３０は収納部７０を備え、第三のハウジング６０が無くなっている。上述の点で、第三の実施形態は、第二の実施形態と異なり、他の部分では第二の実施形態と同様である。

第一のハウジング２０、及び第二のハウジング３０は、樹脂材料からなり、材料変更による強度確保のため第一、第二の実施形態より肉厚に形成されてもよい。
第二のハウジング３０は、収納部７０を一体的に備えている。
第三のハウジング６０は、収納部７０が第二のハウジング３０に備えられたため不要となり、無くなっている。

図５を参照する。図５は、第四の実施形態における断面図を示している。第四の実施形態において、検出シャフト１０は、径大部１１に凹部１１ａを有し、第一のハウジング２０は、開口部２４とテーパー部２５を有する。上述の点で、第四の実施形態は、第三の実施形態と異なり、他の部分では第三の実施形態と同様である。

凹部１１ａは、径大部１１のスプリング４０と接する面に設けられた凹みであり、その円周はスプリング４０の外径部４１と略一致する。これにより、スプリング４０が径大部１１と接する位置がずれることを抑制できる。

第一のハウジング２０は、スプリング４０の外径部４１より広い開口部２４と、開口部２４から蓋部２２の方向に向かって狭くなるテーパー部２５を有する。これにより、検出シャフト１０が第一のハウジング２０の方向に押し込まれるように移動した際に、スプリング４０が径大部１１と接する位置がずれ、径大部１１と第一の受部２１に挟まれてスプリング４０が損傷することを抑制できる。

望ましくはテーパー部２５は、テーパー角度が２°以上１０°以下である。これは、金型の抜き勾配と一致し、第一のハウジング２０を射出成形で製造した際に、成形品を金型から離型することを容易にする。なお、図５におけるテーパー角度は、分かり易く理解できるよう誇張して表現されている。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

第一のハウジング２０の内径部２３でスプリング４０の外径部４１を支持することで、検出シャフト１０をスプリング４０の内部に通す必要がなくなる。検出シャフト１０は、シャフト構造が簡素になり材料費を低減、及び組み立てが容易になり加工費を低減できる。

なお、上記の第一、第二の実施形態において、第一のハウジング２０、及び第二のハウジング３０を非磁性材料で構成したが、第一のハウジング２０、及び第二のハウジング３０の片方、あるいは両方を樹脂で構成してもよい。

なお、上記の第一、第二の実施形態において、第一のハウジング２０、第二のハウジング３０、及びスプリング４０を円筒状に構成したが、角筒状であってもよい。

なお、第四の実施形態において、第三の実施形態を例に用いたが、第一、第二の実施形態にも適用可能である。

本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

１ ストロークセンサ
１０ 検出シャフト
１１ 径大部
１１ａ 凹部
１２ 径中部
１３ 径小部
１４ 支持部材
１５ 気密部材
２０ 第一のハウジング
２１ 第一の受部
２２ 蓋部
２３ 内径部
２４ 開口部
２５ テーパー部
３０ 第二のハウジング
３１ 第二の受部
３２ 孔部
４０ スプリング
４１ 外径部
５０ 基板
５１ 磁石
５２ 磁気検出素子
６０ 第三のハウジング
７０ 収納部
Ｏ 原点位置
Ｓ 移動量

Claims (5)

1. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
   径大部を有する前記検出シャフトと、
   蓋部を有する円筒状の第一のハウジングと、
   前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させる円筒状のスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   を備え、
   前記第一のハウジングの前記蓋部、及び前記検出シャフトの前記径大部は、前記スプリングと接し、
   前記第一のハウジングの内径部は、前記スプリングの外径部を支持し、
   前記ストロークセンサは、第三のハウジングをさらに備え、
   前記第三のハウジングは、前記磁石、及び前記磁気検出素子を有した基板を収納する収納部を備え、
   前記検出シャフトの前記径大部は、軟磁性材料からなる、
   ことを特徴とするストロークセンサ。
2. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
   径大部を有する前記検出シャフトと、
   蓋部を有する円筒状の第一のハウジングと、
   前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させる円筒状のスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   を備え、
   前記第一のハウジングの前記蓋部、及び前記検出シャフトの前記径大部は、前記スプリングと接し、
   前記第一のハウジングの内径部は、前記スプリングの外径部を支持し、
   前記第二のハウジングは、前記磁石、及び前記磁気検出素子を有した基板を収納する収納部を備え、
   前記検出シャフトの前記径大部は、軟磁性材料からなる、
   ことを特徴とするストロークセンサ。
3. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
   径大部を有する前記検出シャフトと、
   蓋部を有する円筒状の第一のハウジングと、
   前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させる円筒状のスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   を備え、
   前記第一のハウジングの前記蓋部、及び前記検出シャフトの前記径大部は、前記スプリングと接し、
   前記第一のハウジングの内径部は、前記スプリングの外径部を支持し、
   前記検出シャフトは、前記径大部に凹部を有する、
   ことを特徴とするストロークセンサ。
4. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、
   径大部を有する前記検出シャフトと、
   蓋部を有する円筒状の第一のハウジングと、
   前記検出シャフトを支持する第二のハウジングと、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させる円筒状のスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   を備え、
   前記第一のハウジングの前記蓋部、及び前記検出シャフトの前記径大部は、前記スプリングと接し、
   前記第一のハウジングの内径部は、前記スプリングの外径部を支持し、
   前記第一のハウジングは、前記スプリングの前記外径部より広い開口部と、前記開口部から前記蓋部の方向に向かって狭くなるテーパー部を有する、
   ことを特徴とするストロークセンサ。
5. 前記テーパー部は、テーパー角度が２°以上１０°以下である、
   ことを特徴とする請求項４に記載のストロークセンサ。

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