JPH0534363A - 磁気センサー装置および駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 運動方向に磁気伝導性が異なる交番区域を
有する物体の位置、速度または運動方向を測定する。 【構成】 運動物体に対向する磁極面２０およびその運
動方向４８に交差する軸心１８を有する永久磁石部材１
２を有する。透磁率の高い強磁片２２が、同軸の磁石１
２の表面に取り付けられ、該強磁片２２は物体の運動方
向に沿った長さが運動方向４８に交差する幅より大き
い。一対の磁場センサー２４，２６が、強磁片２２上
に、それぞれ磁石軸心１８の両側部に物体の運動方向４
８に沿って取り付けられる。強磁片２２は磁場センサー
２４，２６のそれぞれの領域内の永久磁石部材１２の磁
場を歪曲するので、各磁場センサー２４，２６の領域内
の磁束線は物体の運動方向４８に交差する方向に誘導さ
れる。これにより、各磁場センサー２４，２６の領域内
の磁場は均一となり金属ダイカスト機のラムの位置設定
がきわめて容易になり、該ラムの位置、速度および方向
を測定することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気センサー装置および
それを使用した駆動装置に関し、詳しくは、運動方向に
磁気伝導性の異なる交番区域を有する運動物体の位置、
速度、および／または方向を測定するためのシステムに
使用する改良型の磁気センサー装置および該磁気センサ
ー装置を使用した駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】運動物体の位置等を測定するために、測
定すべき運動物体に対向する磁極面を有する永久磁石を
具備する磁気センサー装置あるいは運動センサーを配備
することは、当然に良く知られている。この磁極面に
は、該磁極面の軸心と同軸の磁場センサーエレメントが
配置される。このような運動センサー装置は、該磁極面
およびセンサーエレメントが、軸方向に往復運動するロ
ッドや回転歯状ギア等の磁気伝導物質により形成された
物体に対向しており、該物体からエアギャップによって
離れて位置されている。該ロッドは、ランド部と溝部を
交互に形成するように、例えば、周方向に延びる溝また
はネジ山が設けられる。また、ギアの歯は、当然に、周
方向に間隔を置いて配置される。従って、ロッドのラン
ド部と溝部、およびギアに形成される歯部と空間部によ
り、該物体の運動方向に磁気伝導性の異なる交番区域が
提供される。永久磁石の磁場の磁束線は、該物体が磁気
センサーに対して相対的に運動するときにこれらの交番
区域を通過し、これにより磁束変化が起こって、該運動
物体の位置に比例して磁気センサー内に電流を誘導す
る。磁気センサーの出力は、適切な補助電子装置に与え
られて、望ましい機能または表示を提供する。永久磁石
の磁場は、その磁極面の軸心と同軸をなすように該磁極
面の中心に置かれた磁気センサーに関して均一であるこ
とはいうまでもない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような運動センサ
ー装置では、物体の運動方向を測定するために使用され
ることがしばしば望まれる。これは、磁極面における物
体の運動方向に沿った軸心の両側部に、ロッドのランド
部と溝部またはギア歯のピッチに比例する距離だけ間隔
をあけて２つの磁気センサーエレメントを配置すること
により達成される。このような構成では、各磁気センサ
ーに対して磁気伝導性の異なる区域が通過することによ
り、特定の時間における磁束の変化が異なり、その結
果、運動物体に関する方向の情報を提供する補助電子装
置にて、異なる信号を発生させることができる。しか
し、該磁極面上に２つの磁気センサーを取り付けること
は、各磁気センサーからの信号出力に関して問題が生じ
る。即ち、２つの磁気センサーの磁石の中央に対する位
置ずれによって、各磁気センサーの領域に均一でない磁
場が形成され、このために、各センサーの磁石の中央に
最も近い側の磁束は、磁石の中央から最も離れた側の磁
束とは異なった状態になる。さらに詳述すれば、各セン
サーエレメントは、一般的には、正極側端子部と負極側
端子部とを有しており、それぞれがコンパレータまたは
微分装置への出力信号を発生する。これらの端子部は、
物体の運動方向に沿って相互に隣接しており、従って、
磁石の中央からの距離は異なっている。その結果、それ
ら２つの端子部に対する磁場の磁束線のパターンが異な
り、このため出力も互いに異なる。この差異が、物体の
運動に関する正確な情報を得ること、および／または、
高度な情報を得ることに関して問題となる。各センサー
エレメントのそれぞれの端子部に抵抗器を配置して、各
端子部間にわたる磁束線の差異の結果を補正することが
提案されている。このような構成では磁束線の不均衡を
補正するが、この補正は、センサーと運動物体との間の
特定のエアギャップ、および温度感知センサーであれば
特定の温度に関してだけである。従って、エアギャップ
および／または温度に変化があれば、読み取り値に誤差
が発生する。永久磁石の磁極面の中央に対する両側部に
２つのセンサーエレメントを配置する方法におけるもう
１つの問題は、磁石の軸心と同軸の単一のセンサーエレ
メントを配置する場合と比較して、信号−位置ずれ誤差
比がかなり減少することである。この点に関しては、２
個の磁気センサーの位置ずれ誤差のレベルが、単一の中
心配置型センサーに比べて３０倍にもなり、このように
位置ずれ誤差のレベルが高いため、センサーから高度な
出力信号を得るのはきわめて難しくなる。

【０００４】本発明では、薄厚のフェライトベース上に
シリコン磁気抵抗器を形成した場合の磁場センサーエレ
メントに関連して以下に詳細に述べるが、このタイプの
センサーエレメントは、永久磁石タイプの磁気センサー
装置の製造に関連して、さらに問題を生じさせる。つま
り、シリコン磁気抵抗器はきわめて脆いため、永久磁石
の磁極面に取り付ける場合に多大な注意が必要である。
取付時に、磁石の引力により、この脆いセンサーエレメ
ントを破壊するほどの力で、センサーが極面に引き付け
られることもあり得る。

【０００５】本発明は上記従来の問題を解決するもので
あり、その目的は、磁気伝導性が異なる交番区域を有す
る物体の位置、速度および／または運動方向を測定し得
る、物体の相対運動方向に対して永久磁石の中心の両側
部に磁場センサーを有する、改良型の永久磁石タイプの
磁気センサー装置を提供することにある。

【０００６】本発明の別の目的は、磁場センサーの読み
出しに関して精度が向上した磁気センサー装置を提供す
ることである。

【０００７】さらに本発明の別の目的は、永久磁石から
発生する磁束線が各磁場センサー内で歪曲することによ
り、各センサーエレメント内の磁束線が放射方向から、
物体の相対運動方向に交差する方向へと拘束される磁気
センサー装置を提供することにある。

【０００８】さらに、本発明の別の目的は、磁場センサ
ーは透磁率の高い強磁性の磁束棒上に取り付けられ、次
にこの磁束棒が永久磁石の磁極面に取り付けられること
により、磁束棒が各センサーエレメントの領域内の磁場
を歪曲し、それにより磁場が物体の相対運動方向に沿っ
た各センサーエレメントにわたって磁束の均衡がとれる
ようにした磁気センサー装置を提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の別の目的は、センサーエ
レメントが、エアギャップおよび周囲温度のパラメータ
にて制限されることなく、センサーエレメント近辺の磁
場の形状に比例した正確な出力信号を発生し得る磁気セ
ンサー装置を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明の別の目的は、信号−位置
ずれ誤差比がハイレベルであることにより、センサーの
出力信号の読み出し能力を高めることができる磁気セン
サー装置を提供することにある。

【００１１】さらに、本発明の別の目的は、磁場センサ
ーエレメントは構造的に脆いが、永久磁石への取付けに
際して、センサーエレメントの破損および破壊が少なく
て済む磁気センサー装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の目的は、このような磁気セ
ンサー装置により、位置制御がきわめて容易にできる駆
動装置を提供することにある。

【００１３】本発明の別の目的は、金属ダイカスト機に
好適に使用される駆動装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサー装
置は、磁気伝導性の異なる交番区域を有する物体との相
対運動に応答して電気パルス信号を発生する磁気センサ
ー装置であって、該物体に対向する端面が設けられた軸
心を有する永久磁石手段と、該永久磁石手段の端面にお
ける軸心の両側部に、該端面と物体との間の相対運動方
向に沿って配置されており、該永久磁石手段の磁場を歪
曲する磁場歪曲手段と、該磁場歪曲手段上にそれぞれ配
置されており、それぞれが前記端面の両側部における一
方に軸心からずれて配置された第１および第２磁場セン
サー手段と、を具備してなり、そのことにより上記目的
が達成される。

【００１５】前記磁場歪曲手段は、前記永久磁石手段上
に、該永久磁石手段から独立して取付られる強磁性物質
の棒である。

【００１６】前記永久磁石手段が前記相対運動方向に沿
った所定寸法を有しており、前記磁場歪曲手段のその方
向に沿った長さが永久磁石手段のその寸法にほぼ等し
く、しかも、その方向に交差する方向に沿った幅が永久
磁石手段のその寸法の約半分である。

【００１７】前記磁場歪曲手段の高さは、永久磁石手段
の前記寸法の約４分の１である。

【００１８】前記永久磁石手段はサマリウムコバルト磁
石である。

【００１９】前記第１および第２磁場センサー手段は、
それぞれシリコン磁気抵抗器センサーエレメントを有す
る。

【００２０】前記物体上の磁気伝導性の異なる隣接区域
が所定のピッチ寸法になっており、また、前記第１およ
び第２磁場センサー手段のそれぞれが前記運動方向にお
ける中心を有しており、さらに、該第１および第２磁場
センサー手段の２つの中心が前記軸心からそれぞれ等距
離にあるとともに、これら２つの中心間の距離が該ピッ
チ寸法の１＋1／4倍である。

【００２１】前記磁場歪曲手段は前記永久磁石手段と一
体である。

【００２２】前記磁場歪曲手段は、前記永久磁石手段の
端面上に該端面から独立して取付られる。

【００２３】本発明の駆動装置は、流体加圧手段により
シリンダー内で軸方向に往復運動するピストンと、該シ
リンダーから外側に延びるように該ピストンに接続され
ており、軸方向に間隔を開けた溝を有する円周面を有す
るとともに、その表面および溝が非磁気物質で覆われて
滑らかな被覆表面とされた磁気物質のピストンロッド
と、該ピストンロッドの被覆表面近くに配置され、通過
する溝の運動に応答して電気パルス信号を発生する磁気
センサー装置、とを有する駆動装置であって、該磁気セ
ンサー装置が、軸心と、該軸心に交差して該ピストンロ
ッドの被覆表面に対向する端面と、を有する永久磁石手
段と、該永久磁石手段の端面における軸心の両側部に、
ピストンロッドの往復運動方向に沿って設けられてお
り、該永久磁石手段の磁場を歪曲させる磁場湾曲手段
と、該磁場歪曲手段上にそれぞれ配置されており、それ
ぞれが前記端面の各側部における一方にそれぞれ軸心か
らずれて配置された第１および第２磁場センサー手段
と、を有することを特徴としてなり、そのことにより上
記目的が達成される。

【００２４】前記永久磁石手段は、軸心に交差する断面
が円形状であり、前記磁場歪曲手段は、ピストンロッド
の往復運動方向に沿った長さが、該永久磁石手段の直径
にほぼ等しく、その往復運動方向に交差する幅がその直
径の４分の１であり、さらに、前記端面からの高さがそ
の直径の約半分である。

【００２５】

【作用】本発明の磁気センサー装置によれば、永久磁石
手段の磁極面には、該磁極面の軸心の両側に該磁極面と
物体間の相対運動方向に沿ってそれぞれが位置ずれ配置
される一対の磁場センサー手段を有しており、各磁場セ
ンサー手段の領域内の磁場は、各磁場センサー手段と物
体間の相対運動方向に沿った各磁場センサー手段にわた
って該磁場の均衡がとられるように歪曲される。この点
をさらに詳述すれば、永久磁石手段により生成される磁
場内の磁束線の正常な放射状パターンは、各磁場センサ
ー手段の配置区域内で磁場歪曲手段により歪曲され、各
磁場センサー手段と物体間の相対運動方向に交差する方
向に延びる。これにより、各磁場センサー手段におけ
る、磁石軸心と該運動方向に対して放射状的な最内部と
最外部の間の磁場は均衡がとられる。その結果、各磁場
センサー手段から出力される電気信号はさらに均衡がと
られ、位置ずれ誤差レベルは最小限になって、正確な読
み出しを得ることができる。さらに、本発明によれば、
これら利点を実現するために、特定のエアギャップおよ
び／または周囲温度に制限を加えることも、また磁場セ
ンサー手段に対する磁場の不均衡を補正するために抵抗
器を使用することも必要としない。

【００２６】本発明の好適な実施態様によれば、各磁場
センサー手段の領域内の磁場の歪曲、およびこれによる
各磁場センサー手段にわたる磁場の均衡効果は、永久磁
石の磁極面と２つの磁場センサー手段の間に、磁場歪曲
手段として、透磁率の高い強磁磁束棒を配置することで
達成される。該磁束棒は各磁場センサー手段に対する物
体の相対運動方向に沿って延び、好ましくは、幅は該物
体の運動方向に交差す方向に沿った各磁場センサー手段
の寸法に対応する。各磁場センサー手段の両出力端子部
は、該磁束棒の長さ方向に交差する方向に沿っており、
該棒の好適な幅は、磁束線が、各磁場センサー手段の両
出力端子部に関して該磁束棒の長さ方向の端面に交差す
るように、各磁場センサー手段の領域内で磁場の歪曲を
最適にするものである。従って、各磁場センサー手段の
両端子部がもたらす磁場は本質的には同じである。前述
の好適な実施例のさらに有利な点は、各磁場センサー手
段はシリコン磁気抵抗器タイプのものでよく、これは磁
束棒を永久磁石の磁極面に取り付ける前にフェライト基
部を予め該磁束棒に取り付けておくことができるという
ことである。これにより、センサーエレメントを取り付
けるとき、磁場との格闘を避けることができるので、他
の場合のように、永久磁石に装備するときセンサーが破
壊および損傷するのを避けるために必要としたような注
意や特別な道具を使う必要がない。

【００２７】本発明の駆動手段では、このような高精度
でピストンロッド位置を掲出し得る磁気センサー装置を
有しているために、高精度で位置制御することができ
る。

【００２８】

【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。こ
こでは特に図面を参照するが、これら図面は、発明の好
適な実施態様を示すためのものであり、本発明を限定す
ることが目的ではない。

【００２９】図１〜３において、磁気センサー装置１０
は、サマリウムコバルトなどの円柱状永久磁石１２を備
えている。該永久磁石１２は、該磁石１２から放射状に
離れて取り巻く円筒壁１４により規定される軟鋼製のハ
ウジング内に適切に配置される。磁気センサー装置１０
は、また、底板１６を有しており磁石１２を適切に固定
する。永久磁石１２は軸心１８および平坦な磁極面２０
を有しており、磁場歪曲手段として、軟鋼などの透磁率
の高い強磁性の磁束棒２２が、エポキシ接着などにより
磁極面２０に取り付けられている。さらに、一対の磁場
センサーエレメント２４および２６が、エポキシ接着な
どにより磁束棒２２の上面２８に取り付けられている。

【００３０】本実施例においては、センサーエレメント
２４および２６それぞれは、好ましくは、ニュージャー
ジー州イセリンのシーメンズ・コンポーネンツ社（Siem
ensComponents Corp. of Iselin, New Jersey）製、製
品番号 FT-100L60 のシリコン磁気抵抗器タイプのセン
サーエレメントが使用される。センサーエレメント２４
および２６それぞれは、フェライト製の薄膜基部３０を
有しており、その上側には、正極側端子部３２、負極側
端子部３４およびグランド側端子部３６を有する微分シ
リコン抵抗器が配置されている。図２に示すように、各
センサーエレメント２４および２６の端子部３２および
３４は、適切な電子処理装置４２および４４へ出力され
る微分回路３８および４０にそれぞれ接続されている。
これについては後に詳述する。

【００３１】図１〜３から明らかなように、磁気センサ
ー装置１０は、矢印４８で示す相反する軸方向に往復運
動可能になった、軸心４６を有するロッドＲのような磁
気伝導物質の運動物体に対して位置決めされるようにな
っている。さらに、図１〜３から明らかなように、磁束
棒２２は、運動方向４８に沿った長さが、永久磁石１２
の直径にほぼ対応しており、運動方向４８に交差する幅
は、センサーエレメント２４および２６における端子部
３２および３４を横断する方向の長さに実質的に対応し
ている。ロッドＲは、ランド部５０と溝部５２とを交互
に有しており、ランド部５０と溝部５２との間、および
センサーエレメント２４と２６との間のエアギャップが
異なるために、磁気センサー装置１０に対して磁気伝導
性の異なる交番区域が提供される。各ランド部５０と隣
接する溝部５２とは、ロッドＲの運動方向４８に沿って
所定のピッチ寸法Ｐを形成しており、グランド側端子部
３６により示されるセンサーエレメント２４および２６
の各中心は、運動方向４８に沿って距離Ｄだけ離れてい
る。距離Ｄはピッチ寸法Ｐに比例し、好ましくは、ピッ
チＰの1／4、3／4、または（１＋1／4）Ｐ、もしくは他
のP／4の奇数倍である。センサーエレメントを比例した
間隔にすることは、磁気センサー装置１０に対するロッ
ドＲの相対的な運動方向を測定するために必要であり、
これにより、２つのセンサーエレメントから出力される
信号が同一となることを防ぐ。同一であれば、信号を識
別して運動方向を測定することは不可能になる。

【００３２】図１〜３に示す実施態様の操作について述
べる前に、図４について説明する。図４は上述の磁気セ
ンサー装置と同じ構成であるが、磁束棒２２を有さない
点が異なる。この構成では、センサーエレメント２４お
よび２６は、永久磁石１２の磁極面２０に、磁石軸心お
よび物体の運動方向４８に対して上述の場合と同じ位置
に直接配置されている。図４の構成では、永久磁石１２
の磁場内の磁束線は、該磁石１２の周辺では、通常、軸
心１８に対して放射状になる。このため、各センサーエ
レメント２４および２６において、磁束線は、対応する
グランド側端子部３６に関して端子部３２および３４を
異なった態様で横断する。従って、各センサーエレメン
ト２４および２６にとって、それぞれのセンサーエレメ
ントのグランド側端子部３６の両側部で放射状になった
磁束により、各センサーエレメントに対応する各端子部
３２および３４にて検知される磁場が異なってという不
均衡状態になる。その結果、例えばロッドＲにおいて、
センサーエレメントおよび放射状の磁束線に対するロッ
ドのランド部と溝部との間の端面の移動は、各センサー
エレメントの２つの端子部からの出力に不均衡状態をも
たらす結果となる。このため、運動物体に関して求める
位置、速度および／または方向に関する情報を決定する
ための正確な読み出しを得るのは、ほとんど困難にな
る。

【００３３】上述のように、図４に示す配置におけるこ
のような磁場の不均衡状態は、センサーエレメントの正
側および負側の各端子部に抵抗器を追加することにより
補正することができる。しかし、補正のための改変とし
て抵抗器を利用することは、その抵抗器が温度を感知す
る場合には、特定のエアギャップおよび特定の周囲温度
に制限される。特定の使用条件の下でエアギャップまた
は周囲温度を正確に制御する試みは、実用的でも効率的
でもなく、また望ましいものでもない。その上、磁場の
不均衡状態を抵抗器を使用して訂正しても、特定のエア
ギャップおよび周囲温度の条件から少しでもずれると、
読み出しが不正確になり、前述の信号−位置ずれ誤差比
が増大する。

【００３４】上記の点に留意して、再び図１〜３に言及
すると、永久磁石１２の磁極面とセンサーエレメント２
４および２６との間に磁束棒２２を配置することによ
り、永久磁石１２により生じる磁場に歪みが発生し、そ
の結果、センサーエレメント２４および２６のそれぞれ
の端子部３２および３４の領域内の磁束線が感知対象物
体の運動方向４８に交差する方向に拘束される。これに
より、各センサーエレメント２４および２６の領域内、
さらには、対応するグランド側端子部３６の放射状の各
側部上の端子部３２および３４を越えて、磁場の均衡が
促進され、その結果、センサーからの読み出しの精度が
向上する。上記の方法による磁場の歪みと磁束線の拘束
に関連する最も重要な領域は、方向４８に対して端子部
３２および３４の側方の外側端に非常に近接した領域で
ある。この領域において、望ましい交差方向の磁束線を
得ることは、センサーエレメントの端子部３２および３
４の幅にほぼ対応した幅を横方向に有する磁束棒２２を
配置することにより容易になる。さらに、本発明による
磁気センサー装置は、特定のエアギャップまたは特定の
周囲温度に制限されることがない。

【００３５】上述したように、センサーエレメント２４
および２６それぞれの端子部３２および３４から出力さ
れる信号は、対応する微分回路３８および４０に入力さ
れる。そして該微分回路からの出力信号は、適切な電子
処理装置４２および４４に入力される。電子処理装置４
２は、例えば、デジタルプロセスコントローラー、デジ
タル−アナログ変換コンディショナー、もしくは、デジ
タル−２進化１０進数変換コンディショナーなどの装置
４４へ出力される装置が使用される。装置４４は、例え
ば、カウンター、読み取り器、モニター装置、サーボ制
御器またはマイクロプロセッサなどでよいのは明かであ
ろう。

【００３６】磁束棒２２を使用すると、磁石１２の磁極
面に取り付ける前に、磁場センサーエレメント２４およ
び２６をその磁束棒２２に予め取り付けておくことがで
きる点で有利である。つまり、磁石１２の引力が非常に
強く、これに対して、センサーエレメントが非常に脆い
ために、センサーエレメントを磁石の磁極面に直接取り
付けるには、これまでは非常な注意を払う必要があっ
た。また、引力により、センサーエレメントが壊れるほ
どの力で磁極面に付き当たることもあり得る。最初にセ
ンサーエレメントを磁束棒に取り付けることにより、該
磁束棒はセンサーエレメントを固く支えるので、磁石に
磁束棒を取り付ける間もこの様な被害を受けることはな
い。

【００３７】好ましい実施態様に従って作製された磁気
センサー装置の寸法の代表的な例としては、永久磁石１
２は、直径約0.250インチであり、軸方向高さもほぼ同
じ寸法である。円筒壁１４の内径は約0.500インチ、外
径は約0.625インチである。磁束棒２２の長さは磁石１
２の直径にほぼ対応しており、運動方向に交差する幅
は、約0.120インチ、そして磁石１２の磁極面２０から
上の高さは約0.060インチである。各センサーエレメン
ト２４および２６のフェライト基部３０における方向４
８に交差する幅は約0.200インチであり、各センサーエ
レメントの厚さには、基部３０と、約0.007インチの端
子部３２、３４、３６の材質が含まれる。上述したよう
に、運動方向４８に交差する磁束棒２２の幅は、普通は
センサーエレメントの端子部３２、３４、３６の長さに
対応する。各センサーエレメントの運動方向４８に沿っ
た端子部３２と３４との間の長さは約0.025インチであ
る。センサーエレメント２４および２６は、磁石軸心１
８の両側部に等しい間隔をあけて配置されること、ま
た、その間隔がピッチ寸法Ｐに依存することは、当然
に、明らかであろう。好適な間隔は、ピッチ寸法の１＋
1／4である。前述の実施態様の実用的な最大エアギャッ
プは、約0.030インチであり、最大エアギャップを制限
するのは、磁気センサー装置と物体との間の機械的干渉
だけである。

【００３８】本発明による磁気センサー装置を使用する
特別な環境の１つは、ポムプラス（Pomplas）による米
国特許第3,956,973号にて開示された種類の金属ダイカ
スト機のピストンまたはラムの位置決めおよび位置、速
度、加速度の監視に関連したものである。この開示は、
本明細書中に参照のため援用されている。図５は、上記
特許の図１に対応するものであり、本発明の磁気センサ
ー装置に関連して以下に簡単に説明する。図５は、シリ
ンダー５６とピストン６０の配置を示しており、ピスト
ン６０を収容するピストン室５８を備えたシリンダー５
６が示されている。ピストン６０はピストンロッド６２
を備えている。ピストンロッド６２は、シリンダー５６
の一端部の開口部、および該シリンダー５６の該端部に
固定されたパッキン押え６４を貫通している。ピストン
ロッド６２は、該ピストンロッド６２の外側の端部か
ら、ピストン６０の方向にそのストロークに対応する距
離だけ軸方向に延びるネジ山６６が設けられている。好
ましくは、該ピストンロッド６２は非磁性物質のスリー
ブ６８を備えており、これを該ピストンロッド６２に締
まりばめして該ネジ山の全長を覆う。これで表面が滑ら
かになり、該ピストンロッド６２がシリンダー５６に対
して行う往復運動が容易になる。該ピストンロッド６２
は磁気伝導物質であり、表面のネジ山６６は、それらの
間の凹部と共に、該ピストンロッド６２に沿って磁気伝
導性の異なる交番区域を形成する。

【００３９】シリンダー５６は、加圧作動液が収容され
るピストン室５８と適切な流量制御弁７２を通じて連通
している流体の入力ライン６８および出力ライン７０を
有している。該弁は適切なサーボ弁ユニット７４により
制御される。加圧作動液が、ピストン６０の両側に交代
に流れることにより、ピストンロッド６８がシリンダー
５６に対して外方およびと内方へと移動すること、およ
びピストンロッド６８の移動速度は弁７２を通じて制御
することができることは、当然に明かであろう。本発明
による磁気センサー装置１０は、パッキン押え６４上に
適切に配置されており、ピストンロッド６８が軸方向の
外方および内方に相対運動するとき、各センサーエレメ
ントは相互に区別される出力信号を発生し、制御器４２
に入力信号として供給される。該制御器４２は、サーボ
弁７４に出力信号を送る。使用時に、ピストンロッド６
２が軸方向に運動するとき、磁気センサー装置１０のセ
ンサーエレメント２４および２６はパルス信号を発生
し、制御器４２に送られる。このパルス信号は、該ピス
トンロッド６２の移動位置、速度および／または方向を
決定するための基礎となる。図５において、制御器４２
は、シリンダー５６のピストン室５８内の作動液圧、従
ってピストンとピストンロッド６２の位置を制御するサ
ーボ弁へ出力する。磁気センサー装置の２つのセンサー
エレメントから発生するパルス信号の列が該ピストンロ
ッドの運動方向を示すこと、およびパルス信号の周波数
がピストンロッドの運動速度を示すことは当然明かであ
ろう。

【００４０】サマリウムコバルトを加工することは困難
であるので、既述のように、永久磁石の平坦な磁極面に
独立の要素として磁束棒を備えることが使用に関連して
好ましい。しかし、磁石の軸心の両側部におけるセンサ
ー領域内に磁石の磁場の望ましい歪曲を得るには、図６
に示すように、永久磁石の磁極面端部に磁束棒の形状を
一体的に形成することにより可能である。この点をさら
に詳述すれば、図６の永久磁石７６は、円形状基部７８
を有しており、該基部７８は、磁石軸心８０と、磁気セ
ンサー装置および感知対象物体の間の相対的運動方向８
４に対する両側面にて内側および上側に放射状に先細り
になった表面８２と、を備えている。磁石７６の上端部
は、垂直側壁８６と、該円形磁石の外面の対応する部分
により規定される端壁８８と、軸心８０に交差する平坦
な磁極面９０とを有する棒構造となっている。構造的に
は上記のセンサーエレメント２４および２６に対応する
磁場センサーエレメント９２および９４が、相対移動方
向８４に対して磁石の軸心８０の両側部である磁極面９
０上に取り付けられている。磁気センサー装置に関し
て、上述の設定した寸法に基づけば、磁石７６の基部７
８は直径約0.250インチ、磁極面９０までの軸方向の高
さが約0.310インチである。そして、棒形状の上端部
は、側壁８６間の幅が約0.120インチ、側壁８６に沿っ
た高さが約0.060インチ、そして、方向８４に沿った長
さが基部７８の直径に対応している。センサー９２およ
び９４の寸法は、センサー２４および２６に関して既に
述べた通りである。使用時には、磁石７６の磁束棒形状
の上端部は、センサー９２および９４の領域内の磁石の
磁場を歪曲するように作用して、磁束線を運動方向８４
に交差する方向に拘束し、これにより各センサーエレメ
ントの両端部にまたがる磁場を均衡させる。

【００４１】ここでは、好適な実施態様の構成と構成部
分間の構造的な関係を特に強調したが、本発明の他の実
施態様も作製することは可能であり、また、ここで述べ
た実施態様に対して、本発明の原則から離れることなく
変更することは可能である。例えば、ホール素子を磁場
感知装置に使用することができるが、この場合は、好適
なシリコン磁気抵抗器タイプのセンサーに比べ、ワイヤ
数の追加が必要である点で基本的に不利である。他の例
としては、永久磁石を円形状ではなく、角形状にするこ
とがある。角形状の磁石は、磁石軸心の両側におけるセ
ンサーエレメントの領域内にて磁束線の方向を改善する
傾向を幾分有しているが、磁気センサー装置と感知対象
物体の間の相対運動方向に沿った各センサーエレメント
の全長にわたって均衡のとれた磁場を得るためには、本
発明による磁束棒の配置が依然として必要である。ま
た、永久磁石は好適なサマリウムコバルト以外の物質か
らも作製することが出来ること、そして磁石、磁束棒お
よびハウジングの配置と寸法は、好適な実施例に関連し
て上述したもの以外でもよいのは明かであろう。さら
に、磁気センサー装置はギアなどの棒形状以外の運動物
体、あるいは感知方向に磁気伝導性の異なる交番区域を
有するか、あるいは備えられた他の物体と関連して使用
することができるのも明かであろう。本発明の上記のま
たは他の変更、あるいは他の実施態様は、同業者が既述
の好適な実施態様の説明を読めば類推されるかまたは明
かであろう。ゆえに、本明細書に既述した事柄は、本発
明を制限するものではなく、本発明を単に説明するもの
であると解釈されることは明瞭に理解されることであ
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明の磁気センサー装置は、このよう
に、運動物体の運動方向への磁束線広がりを抑制するこ
とができて、きわめて精度よく運動物体に関する情報を
捉えることができる。また、このような磁気センサーを
使用する本発明の駆動装置は、ピストンロッドの位置を
きわめて高精度に制御でき、例えば、金属ダイカスト機
の駆動装置としてきわめて好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気センサー装置の部分断面立面図で
あり、該磁気センサー装置と往復運動物体との関係を示
す。

【図２】図１の２−２線に沿った該磁気センサー装置の
平面図であり、センサーエレメントからの出力の接続状
態を示す。

【図３】図１の線３ー３に沿った該磁気センサー装置の
断面立面図である。

【図４】従来の磁気センサー装置の平面図である。

【図５】本発明による磁気センサー装置を、金属ダイカ
スト機の駆動装置に適用した状態を示す部分断面略図で
ある。

【図６】本発明による磁気センサー装置の別の実施例の
斜視図である。

【符号の説明】

１０ 磁気センサー装置 １２ 永久磁石 １４ 円筒壁 １６ 底板 １８ 磁石軸心 ２０ 磁極面 ２２ 磁束棒 ２４、２６ センサーエレメント ３０ 薄膜基部 ３２ 正極側端子部 ３４ 負極側端子部 ３６ グランド側端子部 ３８、４０ 微分回路 ４２、４４ 電子処理装置

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気伝導性の異なる交番区域を有する物
   体との相対運動に応答して電気パルス信号を発生する磁
   気センサー装置であって、 該物体に対向する端面が設けられた軸心を有する永久磁
   石手段と、 該永久磁石手段の端面における軸心の両側部に、該端面
   と物体との間の相対運動方向に沿って配置されており、
   該永久磁石手段の磁場を歪曲する磁場歪曲手段と、 該磁場歪曲手段上にそれぞれ配置されており、それぞれ
   が前記端面の両側部における一方に軸心からずれて配置
   された第１および第２磁場センサー手段と、 を具備する磁気センサー装置。
2. 【請求項２】 前記磁場歪曲手段は、前記永久磁石手段
   上に、該永久磁石手段から独立して取付られる強磁性物
   質の棒である請求項１に記載の磁気センサー装置。
3. 【請求項３】 前記永久磁石手段が前記相対運動方向に
   沿った所定寸法を有しており、前記磁場歪曲手段のその
   方向に沿った長さが永久磁石手段のその寸法にほぼ等し
   く、しかも、その方向に交差する方向に沿った幅が永久
   磁石手段のその寸法の約半分である請求項１に記載の磁
   気センサー装置。
4. 【請求項４】 前記磁場歪曲手段の高さは、永久磁石手
   段の前記寸法の約４分の１である請求項３に記載の磁気
   センサー装置。
5. 【請求項５】 前記永久磁石手段はサマリウムコバルト
   磁石である請求項１に記載の磁気センサー装置。
6. 【請求項６】 前記第１および第２磁場センサー手段
   は、それぞれシリコン磁気抵抗器センサーエレメントを
   有する請求項１に記載の磁気センサー装置。
7. 【請求項７】 前記物体上の磁気伝導性の異なる隣接区
   域が所定のピッチ寸法になっており、また、前記第１お
   よび第２磁場センサー手段のそれぞれが前記運動方向に
   おける中心を有しており、さらに、該第１および第２磁
   場センサー手段の２つの中心が前記軸心からそれぞれ等
   距離にあるとともに、これら２つの中心間の距離が該ピ
   ッチ寸法の１＋1／4倍である請求項１に記載の磁気セン
   サー装置。
8. 【請求項８】 前記磁場歪曲手段は前記永久磁石手段と
   一体である請求項１に記載の磁気センサー装置。
9. 【請求項９】 前記磁場歪曲手段は、前記永久磁石手段
   の端面上に該端面から独立して取付られる強磁性物質の
   棒であって、また前記永久磁石手段が前記相対運動方向
   に沿った所定寸法を有しており、その寸法に上記棒のそ
   の方向に沿った長さがほぼ等しく、その方向に交差する
   方向に沿った幅が永久磁石手段のその寸法の約半分であ
   る請求項１に記載の磁気センサー装置。
10. 【請求項１０】 前記棒の高さは前記永久磁石手段の寸
    法の約４分の１である請求項９に記載の磁気センサー装
    置。
11. 【請求項１１】 前記永久磁石手段はサマリウムコバル
    ト磁石である請求項１０に記載の磁気センサー装置。
12. 【請求項１２】 前記第１および第２磁場センサー手段
    は、それぞれ、シリコン磁気抵抗器センサーエレメント
    を有する請求項１１に記載の磁気センサー装置。
13. 【請求項１３】 前記物体上の磁気伝導性の異なる隣接
    区域は所定のピッチ寸法になっており、また、前記第１
    および第２磁場センサー手段のそれぞれが前記運動方向
    における中心を有しており、さらに、該第１および第２
    磁場センサー手段の２つの中心は前記軸心からそれぞれ
    等距離にあるとともに、これら２つの中心間の距離が該
    ピッチ寸法の１＋1／4倍である請求項１２に記載の磁気
    センサー装置。
14. 【請求項１４】 前記永久磁石手段が前記相対運動方向
    に沿った所定寸法を有するとともに、前記磁場歪曲手段
    が該永久磁石手段と一体となった部分であり、該磁場歪
    曲手段の該方向に沿った長さが永久磁石手段のその寸法
    に等しく、しかも、その方向に交差する方向に沿った幅
    が永久磁石手段のその寸法の約半分である請求項１に記
    載の磁気センサー装置。
15. 【請求項１５】 前記磁場歪曲手段の高さが永久磁石手
    段の前記寸法の約４分の１である請求項１４に記載の磁
    気センサー装置。
16. 【請求項１６】 前記永久磁石手段はサマリウムコバル
    ト磁石である請求項１５に記載の磁気センサー装置。
17. 【請求項１７】 前記第１および第２磁場センサー手段
    は、それぞれ、シリコン磁気抵抗器センサーエレメント
    を有する請求項１６に記載の磁気センサー装置。
18. 【請求項１８】 前記物体上の磁気伝導性の異なる隣接
    区域は所定のピッチ寸法になっており、また、前記第１
    および第２磁場センサー手段のそれぞれが前記運動方向
    における中心を有しており、さらに、該第１および第２
    磁場センサー手段の２つの中心が前記軸心からそれぞれ
    等距離にあるとともに、これら２つの中心間の距離が該
    ピッチ寸法の１＋1／4倍である請求項１７に記載の磁気
    センサー装置。
19. 【請求項１９】 流体加圧手段によりシリンダー内で軸
    方向に往復運動するピストンと、 該シリンダーから外側に延びるように該ピストンに接続
    されており、軸方向に間隔を開けた溝を有する円周面を
    有するとともに、その表面および溝が非磁気物質で覆わ
    れて滑らかな被覆表面とされた磁気物質のピストンロッ
    ドと、 該ピストンロッドの被覆表面近くに配置され、通過する
    溝の運動に応答して電気パルス信号を発生する磁気セン
    サー装置、とを有する駆動装置であって、 該磁気センサー装置が、 軸心と、該軸心に交差して該ピストンロッドの被覆表面
    に対向する端面と、を有する永久磁石手段と、 該永久磁石手段の端面における軸心の両側部に、ピスト
    ンロッドの往復運動方向に沿って設けられており、該永
    久磁石手段の磁場を歪曲させる磁場湾曲手段と、 該磁場歪曲手段上にそれぞれ配置されており、それぞれ
    が前記端面の各側部における一方にそれぞれ軸心からず
    れて配置された第１および第２磁場センサー手段と、を
    有することを特徴とする駆動装置。
20. 【請求項２０】 前記永久磁石手段は、軸心に交差する
    断面が円形状であり、前記磁場歪曲手段は、ピストンロ
    ッドの往復運動方向に沿った長さが、該永久磁石手段の
    直径にほぼ等しく、その往復運動方向に交差する幅がそ
    の直径の４分の１であり、さらに、前記端面からの高さ
    がその直径の約半分である請求項１９に記載の駆動手
    段。