JPH0783698A - 移動量検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、低コスト、高精度な移動量検
出器を提供する。 【構成】 移動路Ｌに沿って棒状の磁性体２を配置す
る。その磁性体２の端部に磁気抵抗素子３を取り付け
る。この移動路Ｌに沿って移動路Ｌと並行な軸を持つリ
ング状の磁石１を移動させると、磁石１と磁性体２とに
より移動路Ｌに沿って磁気回路が形成され、磁石１の移
動量、即ち磁石１と感磁素子３との相対的な距離に応じ
て磁性体２の集束する磁束数が変化する。従って、その
変化を磁気抵抗素子３により検出して移動量を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、検出対象の移動量を
検出する移動量検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】検出対象の移動量を検出する移動量検出
器として、多様なものが提案されている。

【０００３】例えば、特開平２−３０２６１１号公報
に、車のブレーキペダルの移動量を測定する移動距離検
出器が記載されている。この移動距離検出器は、シリン
ダに第一の圧縮バネで支持されるピストンを第二の圧縮
バネを介してブレーキペダルと連結したもので、第一の
圧縮バネの剛性を第二の圧縮バネよりも大きく設定する
ことにより、第二の圧縮バネによってピストンに加えら
れるペダルのストロークを剛性の大きな第一の圧縮バネ
により減少させ、そのストロークを検出器によって検出
するようにして、短いピストンの移動距離から比較的長
いペダルの移動距離を検出できるようにしたものであ
る。

【０００４】ところで、この移動距離検出器では、スト
ロークを減少させたため、移動量の分解能が悪くなると
同時に、バネ圧を用いてストロークを減少させたため、
応答特性も悪くなるという問題がある。

【０００５】また、その精度は、第一の圧縮バネと第二
の圧縮バネの剛性率の比によって決定されるため、再現
性よく調整するのが難しく、さらに、バネの剛性率が経
時変化により変わり、検出誤差を生じることが予想され
る。

【０００６】これらの問題を解決するものとして、例え
ば、実開平２−８２６０４号公報に記載されたサスペン
ションストロークセンサがある。このサスペンションス
トロークセンサは、シリンダ型ショックアブソーバのピ
ストンロッドの外周部に、外周面をテーパ面に形成し、
ピストンロッドの軸線方向に傾斜させた筒状部材を固定
し、その筒状部材のテーパ面に対向させて、シリンダ側
に高周波誘導や静電容量を用いたギャップセンサを設
け、ピストンのストロークに対して筒状部材のテーパ面
とギャップセンサの距離がリニアに変化するように構成
し、この距離からピストンロッドの移動量をギャップセ
ンサにより、直接検出するようにして、応答特性、精
度、再現性、経時変化を改善したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
サスペンションストロークセンサでは、検出精度が筒状
部材の加工精度に依存するので、十分な加工精度を保持
する必要があり、このため、コストの低減が難しいとい
う問題があった。

【０００８】そこで、この発明の課題は、高い検出精度
を有しながら、簡単な構造で、コストの低減を図れ、か
つ、応答特性、精度、再現性、経時変化の良好な移動量
検出器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明では、対向して配置され、移動路に沿って
相対的に位置を変化する磁石と、磁性体の取り付けられ
た感磁素子とからなり、前記磁性体が移動路に沿って形
成された磁石との対向部を有する構成としたのである。

【００１０】このとき、上記磁石の磁極が移動路に対し
て並行に形成され、一方、磁性体を移動路と並行な棒状
とし、その端部に感磁素子が取付けられている構成とし
てもよい。

【００１１】さらに、上記磁石の磁極が移動路に対して
垂直に形成されている構成としたり、磁石が磁性体と磁
石の相対的な移動距離とほぼ等しい長さを有するものと
してもよい。

【００１２】また、このとき、上記磁石の磁極が移動路
に対して並行に形成され、一方、磁性体を磁石との対向
部を下底面とする角錐台とし、その角錐台の上底面に感
磁素子が取付けられている構成としてもよい。

【００１３】さらに、上記磁石の磁極が移動路に対して
垂直に形成され、かつ、磁石が磁石と磁性体の相対的な
移動距離とほぼ等しい長さを有する構成としてもよい。

【００１４】

【作用】このように構成される移動量検出器では、対向
させた磁性体と磁石とにより、磁気回路が形成され、磁
石の磁束は磁性体によって集束される。

【００１５】このとき、磁性体が集束する磁石の磁束数
は、感磁素子と磁石との相対的な距離に応じて変化する
ことから、磁性体に取付けた感磁素子によって、磁性体
と磁石の位置関係が検出できる。

【００１６】また、磁性体は、移動路に沿って形成され
た磁石との対向部を有することとし、磁気回路を移動路
に沿って形成したことにより、感磁素子の感度分布を移
動路に沿って向上させることができる。

【００１７】このため、移動路に沿って相対的に移動す
る磁束を磁性体によって集束できるので、感磁素子の感
度アップが図れ、分解能の向上を図ることができる。

【００１８】上記磁石の磁極が移動路に対して並行に形
成され、一方、磁性体を移動路と並行な棒状とし、その
端部に感磁素子が取付けられている構成としたもので
は、磁石は、移動路に並行な磁束を生じる。

【００１９】このとき、移動路と並行な棒状の磁性体
は、磁石の生じる移動路と並行な磁束の中に置かれるこ
ととなるため、自己減磁力により、磁石の磁束は棒状の
磁性体の中に集束され、磁束密度が高くなる。

【００２０】このため、端部に取り付けられた感磁素子
は、磁束が集束し、磁束密度の高くなる磁性体の界面で
あるところの端部の磁束密度を測定することになり、感
度アップが図れ、移動量の分解能の向上が図れる。

【００２１】同様に、上記磁石の磁極が移動路に対して
垂直に形成されている構成としたものによっても、移動
量を測定することができる。

【００２２】このとき、磁石が磁性体と磁石の相対的な
移動距離とほぼ等しい長さを有するものとしたもので
は、磁性体と重なった部分の磁石の磁束は磁性体により
集束されて、感磁素子によって検出されるため、その検
出値は、磁石と磁性体の重なった面積、即ち、磁石と磁
性体の移動量に比例して変化する。このため、両者の移
動量を高分解能で検出できる。

【００２３】上記磁石の磁極が移動路と並行に形成さ
れ、一方、磁性体を磁石との対向部を下底面とする角錐
台とし、その角錐台の上底面に感磁素子が取付けられて
いる構成としたものでは、磁性体の形状を角錐台とした
ことにより、下底面で集束された磁石の磁束は、上底の
端面へ導かれる。

【００２４】このとき、上底面に取り付けられた感磁素
子の磁界の検出方向を例えば、移動路に対して垂直方向
とすれば、感磁素子は、磁石がＮ極からＳ極へ向けて生
じる磁束の垂直方向の成分、即ち、磁石のＮ極から磁性
体側へ向けての磁束と、その磁束が磁性体側からＳ極方
向へ向けての磁束を検出する。

【００２５】このため、感磁素子は、磁石が磁性体の下
底面の中央に在る場合、向きが反対で、同数の磁束を検
出することとなり、両者は打ち消し合い、検出出力を出
力しない。

【００２６】一方、磁石が下底面の両端に在る場合、磁
性体は、いづれか一方の磁束しか集束できないので一方
の磁束に対応した出力を出力する。

【００２７】また、磁石が両端と中央との間に在る場
合、磁性体が集束する両磁束の差に対応した出力を出力
する。

【００２８】また、上記磁石の磁極が移動路と垂直に形
成され、移動路に移動距離とほぼ等しい長さを有する構
成としたものでは、磁石の磁極が移動路と垂直に形成さ
れているため、Ｎ極からＳ極へ向かう一方向の磁束を検
出する。

【００２９】即ち、磁性体の下底面と重なった磁石の磁
束が感磁素子により検出されるため、磁石と磁性体の重
なった面積、即ち、磁石と磁性体の移動量に応じて変化
する磁束密度を検出することができるので、両者の移動
量を検出できる。

【００３０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００３１】図１に本発明に係る移動量検出器の第一実
施例を示す。

【００３２】第一実施例の移動量検出器は、移動路Ｌに
沿って移動し、移動路Ｌと並行な軸を持つリング状の磁
石１と、移動する磁石１の軌跡と並行に、移動路Ｌに沿
って配置した棒状の磁性体２の取り付けられた感磁素子
３とからなり、前記感磁素子３は磁性体２の一端に取り
付けられている。

【００３３】前記磁石１は、内径９ミリ、外径１６ミ
リ、厚さ２ミリのＳｍＣｏ製で、磁極Ｎ・Ｓは、移動路
Ｌと並行に着磁されている。

【００３４】また、磁性体３は、外径４ミリ、長さ３０
ミリのＳ４５Ｃ鋼からなっている。

【００３５】感磁素子３は、本実施例の場合、内部でフ
ルブリッジを形成した磁気抵抗素子３を使用し、検出面
を磁性体２の端面に接するように取付けてある。

【００３６】このため、磁気抵抗素子３の磁界の検出方
向は移動路Ｌと並行な向きとなる。

【００３７】この実施例は、以上のように構成されてお
り、移動量検出器は、対向させた磁性体２と磁石１とに
よって、磁気回路が形成され、棒状の磁性体２により、
磁石１の生じる移動路Ｌと並行な磁束は集束される。

【００３８】このとき、磁性体２が集束する磁石の磁束
数は、磁気抵抗素子３と磁石１との相対的な距離に応じ
て変化する。

【００３９】このため、実際の検出感度及び分解能特性
を見るため、磁気抵抗素子３に５Ｖの定電圧を供給し、
磁石１を磁性体２と並行に移動させ、その際の磁石１の
移動量に対する磁気抵抗素子３の出力電圧を、磁性体２
と磁石１とのギャップを４〜１４ミリの間で変化させて
測定した。

【００４０】その結果を図２に示す。

【００４１】図２の出力電圧特性から、磁石１が磁気抵
抗素子３に近づくにつれ、出力電圧がギャップ幅に無関
係にリニアに増加することがわかる。

【００４２】また、ギャップの距離に反比例してグラフ
の傾きが大きくなり、出力電圧が大きくなるため、ギャ
ップ幅を適宜選択することにより、高い分解能を得るこ
とが可能であることがわかる。

【００４３】これらのことから、磁性体２と磁石１の移
動方向と移動量とが検出できることがわかる。

【００４４】ここで、出力にマイナス電圧があるのは、
磁気抵抗素子３がブリッジ接続となっており、磁界の向
きにより、極性が反転するためである。

【００４５】図３に第二実施例を示す。

【００４６】第二実施例は、第一実施例の棒状の磁性体
２の両端に磁気抵抗素子３を取付け、その抵抗素子３の
出力を差動出力としたものである。

【００４７】図４に、第一実施例と同じ測定条件で測定
した結果を示す。

【００４８】この場合、出力電圧は、差動出力としたた
め、第一実施例の場合の約２倍となり、リニアリティー
が非常に改善されることがわかる。

【００４９】図５に第三実施例を示す。

【００５０】第三実施例は、第一実施例の磁石１を直径
４ミリの円柱状の磁石１とし、かつ、磁石１の磁極を移
動路Ｌに対して垂直に着磁し、磁性体２に直角に磁束が
加わるようにしたものである。

【００５１】また、この場合、感磁素子３にホール素子
３を用いてその検出面を磁性体２の端面に接するように
し、直線性の改善と感度アップとを図った。

【００５２】そして第一実施例と同じ測定条件により、
測定を行なった。

【００５３】その結果を図６に示す。

【００５４】この場合、磁石１の磁極を移動路Ｌと垂直
としたため、磁性体２が集束できる移動路Ｌに並行な磁
束が少ないので、ギャップが大きいと出力電圧の変化は
ほとんど出力されずフラットな特性となるが、ギャップ
を小さくして、磁石１を磁性体３へ接近させると、出力
変化が大きくなる。

【００５５】このため、ギャップを適宜選択することに
よって移動量検出器として使用可能である。

【００５６】図７に第四実施例を示す。

【００５７】第四実施例は、移動路Ｌに対して垂直に着
磁された第三実施例の磁石１を、磁石１の移動距離と同
じ長さ（長さ３０ミリ、幅９ミリ、厚さ２ミリ）とした
ものである。

【００５８】図８に、第一実施例と同じ測定条件によ
り、測定を行なった結果を示す。

【００５９】この場合、磁石１と磁性体２の重なった面
積に応じて磁性体２が集束する磁束数が増減することか
ら、磁石１の移動量に応じて出力電圧が変化する。

【００６０】このため、第三実施例のものに比べて、検
出される磁束密度の変化が大きくなり、大きな出力が得
られた。このような特性から、磁石１との接近の有無を
検出するＯＮ・ＯＦＦセンサとして用いることが考えら
れる。

【００６１】図９に第五実施例を示す。

【００６２】第五実施例は、磁石１を第一実施例と同じ
リング状のものとする一方、磁性体２を磁石１との対向
面を下底面（縦３ミリ、横３０ミリ）とする角錐台と
し、その角錐台の上底面（縦・横４ミリ）に磁気抵抗素
子３を取付けたものである。

【００６３】このため、磁気抵抗素子３の磁界の検出方
向は、移動路Ｌに対して垂直方向となる。

【００６４】図１０に、第一実施例と同じ測定条件によ
り測定を行なった結果を示す。

【００６５】この場合、検出出力は、他の実施例に比
べ、非常にリニアなものが得られた。

【００６６】これは、磁性体２を角錐台としたことによ
り、下底面で集束された磁石１の磁束は、上底面へ導か
れ、磁気抵抗素子３により検出される。

【００６７】このとき、磁気抵抗素子３は、移動路Ｌに
対して垂直方向の磁束を検出することから、磁石１が磁
性体２の下底面の端部に在る場合、図９の鎖線に示すよ
うに、一方向の磁束に対する検出出力を出力する。

【００６８】また、中央部では両方向の磁束を検出する
ため、両者は打ち消し合い出力はゼロとなる。

【００６９】さらに、中央部と端部間では、両方向の磁
束の差が出力されるため、図１０に示すように優れた検
出特性が得られると考えられる。

【００７０】したがって、磁石と磁性体との移動量を精
度よく検出することができる。

【００７１】図１１に第六実施例を示す。

【００７２】第六実施例は、第五実施例の磁石１を磁極
が移動路ｌに対して垂直に着磁され、長さが移動距離と
等しい板状の磁石１（幅９ミリ、長さ３０ミリ、厚さ２
ミリ）としたものである。図１２に、第一実施例と同じ
測定条件により、磁石１の移動量に対する磁気抵抗素子
３の出力変化の様子を示す。この場合、磁石１が磁性体
２の端部と重なる移動位置から出力がリニアに増加する
ことがわかる。

【００７３】これは、磁性体２と重なった部分の磁石１
の磁束が磁性体３により集束され、磁性抵抗素子３によ
って検出されるためで、磁石１と磁性体２の重なった面
積、即ち、磁石１と磁性体２の移動量に応じて磁性抵抗
素子３の検出する磁束密度が変化するためであると考え
られる。

【００７４】図１３に第七実施例を示す。

【００７５】第七実施例は、磁石１を第五実施例と同じ
リング状とする一方、磁性体２を棒状として、その磁性
体２の磁石１との対向面の反対側の中央に、磁気抵抗素
子３を取り付け、第五実施例の角錐台形に形成した磁性
体２と本実施例の棒状に形成した磁性体２との形状の違
いによる検出出力の差を比較するため、測定条件を第一
実施例と同じにして、測定した。

【００７６】その測定結果を図１４に示す。

【００７７】この場合、出力は、第五実施例のものに比
べ半分程度に低下し、しかも、リニアリティーも低下し
た。このため、第五実施例の磁性体３の形状が有利なこ
とがわかる。

【００７８】このように、本発明を用いれば、例えば棒
状や角錐台状などの単純な形状に形成した磁性体２と磁
石１とを用いることにより、両者の位置関係を高分解能
で検出できる。

【００７９】このため、磁石１を取り付けた対象物と磁
性体３を取り付けた対象物との位置関係を精度よく検出
することができるので、低コストで高精度の移動量検出
器を容易に構成できる。

【００８０】また、その検出も磁石１の磁極の向きを工
夫すればギャップの幅に関係なく検出できるので、別段
組み立て精度を必要としない。

【００８１】なお、本方式によって得られる出力は、磁
石と磁性体の相対的な位置関係であり、磁性体を可動部
分に取付けた場合でも同様な結果が得られる。

【００８２】また、実施例では、感磁素子として、磁気
抵抗素子とホール素子とを用いたが、検出原理から見て
磁界の強度に対して連続的に出力を変化できる素子であ
るならば、どのようなものでも応用可能である。

【００８３】ただし、第五実施例に示すもののみ、磁石
のＮ・Ｓの極性を判別する素子を必要とするが、他の場
合は、その必要がない。さらに、素子の感磁方向は、各
方式で示した方向が望ましいが、目的に応じて、出力低
下や検出可能移動量の低下が許容される範囲内であるな
らば感磁方向を傾けることは可能である。

【００８４】

【効果】この発明は、以上のように構成し、移動路に沿
って形成された磁石との対向部を有する磁性体と磁石と
を用いることによって、移動量を検出するようにした。

【００８５】このため、簡単な構造で、劣化部品がない
ため経時変化が少なく、高分解能、高精度の移動量検出
器を低コストに提供できる。

【００８６】特に、磁性体を棒状としたものでは、感磁
素子が磁性体の界面である端部の磁束を測定することが
できるので、感度アップが図れ、高分解能の出力が得ら
れる。

【００８７】また、上記磁石を移動量と同じ長さを有す
るものとしたものでは、磁石と磁性体の重なった面積に
比例した出力が得られるので、リニアリティーの良い検
出出力が得られる。

【００８８】さらに、磁性体を角錐台とし、磁石の磁極
を移動路と並行なものとしたものでは、磁石の発生する
磁束の向きを検出して移動量を検出し、直線性が良く再
現性の良い検出出力を得られるので、絶対位置の測定も
可能である。

【００８９】このとき、磁石を移動量と同じ長さを有す
るものとし、かつ、その磁極を移動路と垂直としたもの
では、磁石と磁性体の移動量に応じて比例した検出出力
が出力されるので、分解能の高い検出出力を得ることが
できる。

【００９０】これらのことから、本発明の移動量検出器
は、例えば安価で、高精度、さらに、耐久性も要求され
る自動車用のセンサとして用いるのに最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例を示す模式図

【図２】第一実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性図

【図３】第二実施例を示す模式図

【図４】第二実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性図

【図５】第三実施例を示す模式図

【図６】第三実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性図

【図７】第四実施例を示す模式図

【図８】第四実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性図

【図９】第五実施例を示す模式図

【図１０】第五実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性
図

【図１１】第六実施例を示す模式図

【図１２】第六実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性
図

【図１３】第七実施例を示す模式図

【図１４】第七実施例の磁石の移動量対出力電圧の特性
図

【符号の説明】

１ 磁石 ２ 磁性体 ３ 感磁素子 Ｌ 移動路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して配置され、移動路に沿って相対
   的に位置を変化する磁石と、磁性体の取り付けられた感
   磁素子とからなり、前記磁性体が移動路に沿って形成さ
   れた磁石との対向部を有することを特徴とする移動量検
   出器。
2. 【請求項２】 上記磁石の磁極が移動路に対して並行に
   形成され、一方、磁性体を移動路と並行な棒状とし、そ
   の端部に感磁素子が取付けられていることを特徴とする
   請求項１記載の移動量検出器。
3. 【請求項３】 上記磁石の磁極が移動路に対して垂直に
   形成されていることを特徴とする請求項２記載の移動量
   検出器。
4. 【請求項４】 上記磁石が磁性体と磁石の相対的な移動
   距離とほぼ等しい長さを有することを特徴とする請求項
   ３記載の移動量検出器。
5. 【請求項５】 上記磁石の磁極が移動路に対して並行に
   形成され、一方、磁性体を磁石との対向部を下底面とす
   る角錐台とし、その角錐台の上底面に感磁素子が取付け
   られていることを特徴とする請求項１記載の移動量検出
   器。
6. 【請求項６】 上記磁石の磁極が移動路に対して垂直に
   形成され、かつ、磁石が磁性体と磁石の相対的な移動距
   離とほぼ等しい長さを有することを特徴とする請求項５
   記載の移動量検出器。