JP2005127509A - 検知範囲が拡大されたホール効果変位センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ホール効果センサ及び磁石を用いた変位センサであって、ホール効果センサの移動が磁石の磁極間の軸に対して平行でなく、変位センサの範囲を拡大する変位センサを提供する。
【解決手段】変位センサが、ホール効果センサおよび磁石を利用し、慣用のホール効果変位センサと比較して拡大された検知範囲を有する。センサと磁石との相対移動が、移動路が磁石のＮ極とＳ極の間の軸に対して平行でないように画定されている。したがって、全移動路は先行技術よりも大きい。このセンサの、特に好ましい用途の１つはディスクブレーキであり、ディスクブレーキピストンの位置調節機構の一部として用いられる。変位センサは比較的小型であり、したがって、ディスクブレーキ調節機構の混雑した環境に収容されることができる。しかし、本発明による変位センサは広い検知範囲を有するため、簡単で小型のセンサが、ピストンの変位の十分な測定を行うことができる。
【選択図】 図２Ｂ

Description

本出願は、ホール効果センサおよび磁石を用いた変位センサであって、ホール効果センサの移動が磁石の磁極間の軸に対して平行でなく、変位センサの範囲を拡大する変位センサに関する。

周知のタイプの変位センサの１つは、磁石の付近に配置されたホール効果センサを含む。ホール効果センサと磁石は別々の物体に取り付けられている。２つの物体は互いに対して移動し、ホール効果センサは、磁石の相対位置を検知することにより、物体の相対移動量を決定することができる。

このような変位センサの用途は、測定されることができる距離範囲が一般に限られていることにより、限定されてきた。例として、典型的なホール効果変位センサ製品が測定できる移動は約０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）である。

多くの用途に関し、このホール効果センサと、センサによる０．２５インチの測定範囲は十分でないであろう。一例は、ディスクブレーキにおける摩擦面の摩耗によるピストンの移動量を検知するための変位センサである。知られているように、ブレーキアクチュエータはディスクブレーキにおける１対のピストンを駆動し、ピストンはブレーキパッドを回転要素に押し付け、回転要素の回転を遅くする。ブレーキパッドには通常の摩耗が生じ、典型的に、ディスクブレーキピストンに調節機構が設けられている。従来、調節機構は機械的連結部を有しており、機械的連結部は全移動を検知し、かつ、ピストンをタペットギヤに対して調節することにより間隙を埋める。一般に、望ましい量のピストン移動が行われ、ブレーキパッドが摩耗すると、ピストンは、この望ましい量を超えた量を移動する必要がある。したがって、調節機構は、ピストンの静止位置または開始位置を、ブレーキパッドが摩耗してもピストンが望ましい量だけ移動することが必要であるように変更する。

より最近では、調節機構における機械的連結部を電気モータに替えるために開発が行われている。電気モータは一般にギヤを駆動し、ギヤはタペットギヤを駆動してピストンを調節する。このような電気モータによる調節機構は、必要な調節量のフィードバックにより利益を得るであろう。したがって、ピストンの移動量を検知するための何らかのセンサが必要とされる。現在のホール効果変位センサにより検知される限られた範囲は、この用途に不十分である。一方、ディスクブレーキおよびブレーキピストンの付近の利用可能な空間は限定されている。このため、比較的小型のホール効果センサが非常に望ましい。
（発明の開示）
本発明の開示された実施形態において、ホール効果センサは磁石の付近に、ホール効果センサと磁石の相対移動が磁石の磁極間に引かれた軸に対して平行でない経路に沿って行われるように配置される。これまでは、ホール効果センサの移動は、磁石の磁極間に引かれた軸に対してほぼ平行であった。センサの相対移動路と磁石の磁極間の軸とが平行でないため、検知されることができる移動の総距離または「範囲」は、より大きい距離に拡大する。

一実施形態において、経路を、典型的なホール効果センサの経路の３倍より長く、すなわち、０．７５インチ（１．９１ｃｍ）または１．０インチ（２．５４ｃｍ）にすることができる。この拡大された範囲は、ホール効果変位センサを用いてディスクブレーキピストンの全変位をモニタリングするのに十分である。

本発明のホール効果センサのための好ましい用途は、ディスクブレーキにおける変位をモニタリングし、電気モータに、ピストンの位置を調節するためのフィードバックをもたらすことにある。しかし、検知範囲が拡大されたホール効果センサの他の用途は当業者に明らかであろう。

最も好ましい実施形態において、磁石は、ピストンが移動するときに移動する部分に取り付けられる。ホール効果センサは、小さい間隙により、この磁石から間隔を有するように固定されている。ピストンが移動すると、磁石はホール効果センサに対して移動する。ホール効果センサと磁石は互いに対して、この移動路が先に記載したように平行でないように配置される。より好ましくは、移動路は、磁極間の軸に対して平行でなく、また垂直でもない角度に沿って延在する。こうして、検知の全距離が最大化される。

磁石は、１対の磁極を含んでもよく、あるいは、間隔を有する１対の磁極を各々が有する、間隔をあけて配置された１対の磁石部材を含む配置であってもよい。別の実施形態において、磁石は、より小さい別個の磁極ではなく、磁極面を有するバー磁石であり得る。さらに、一実施形態において、磁石とセンサは、単一方向への移動のために互いに沿ってガイドされ、磁石とホール効果センサの間の既知の望ましい間隙を維持する。

本発明のこれらの利点および他の利点は、以下の図面および詳細な説明と共に考察することにより理解されよう。図面の簡単な説明は後に記載する。

図１にディスクブレーキ２０が示されており、知られているようなアクチュエータ２２を有する。ブレーキパッド２４が、ディスクブレーキ２０によりブレーキをかけられる物品（ｉｔｅｍ）に向って駆動される。以下に説明するように、１対のアクチュエータ組立体１２６および１２８がブレーキパッド２４を、ブレーキをかけられる物品に向ってアクチュエータ２２の制御下で駆動する。

知られているように、組立体１２６および１２８の位置は、ブレーキパッド２４に摩耗が生じると、ブレーキをかけられる物品に向って、すなわち、図１における左側に向って調節されるべきである。そこで、調節をもたらすためのギヤ３２およびタペットギヤ３４を有することが知られている。従来、この調節は機械により行われてきた。しかし、より最近では、この調節は電気モータを用いて行われている。電気モータ３０が図１に示されている。このような装置が、例えば米国特許第６，２９３，３７０号に示されている。手動調節機構１３４が、アクチュエータ組立体の一方（ここでは１２８）と関連しているタペットギヤ３４の一方と係合している。この手動調節機構１３４は、ディスクブレーキ２０の操作者がアクチュエータ組立体１２６および１２８を、ブレーキをかけられるべき物品から遠ざけるように手動で調節でき、これによりブレーキパッド２４を交換できるように設けられている。

図２Ａは、モータ３０により駆動されるものとして概略的に示された駆動ギヤ３２、駆動ギヤ３２により駆動されるタペットギヤ３４を示す断面図である。理解されるように、アクチュエータ組立体１２６および１２８は、内周に雌ねじが切られたピストン２６および２８を有し、ピストン２６および２８は、タペットギヤ３４がギヤ３２により回転されるときに駆動される。このようにして、ピストン２６および２８が摩耗を調整するためにブレーキパッド２４に向って前進することができる。ピストン２６および２８は回転しないよう拘束されており、したがって、タペットギヤ３４が回転駆動されると、ねじがピストン２６および２８を前進移動させる。

アクチュエータ２２がブレーキをかけるように作動されるとき、ピストン２６および２８とタペットギヤ３４との両方を含むアクチュエータ組立体１２６および１２８の全体が、図２Ａに示されているように下方に向って移動し、ブレーキパッド２４を、ブレーキをかけられるべき物品１２５に向って押し付ける。同時に、周知の機械的配置により、第２のブレーキパッド１２４が物品１２５の反対側の面に向って移動される。ブレーキパッド２４および１２４が摩耗すると、このブレーキ位置に向って移動する量が増すことになる。この間隙を埋めるために、モータ３０を用いて、ピストン２６および２８を図２Ａにおける下方に前進させる。

好ましくは、モータ３０のための制御部３１に、ピストン２６および２８をどれだけ前進させるかに関する情報が提供されるべきである。図２Ｂは、ホール効果センサ７０および磁石７２を含むセンサ装置６８を示す。このようなセンサ装置６８を用いて、ピストンの移動量のフィードバックをもたらし、したがって、モータ３０のための制御部３１に、どのくらいの調節が必要であるかを示すことができる。この実施形態において、磁石７２が、手動調節機構１３４上に配置された要素１５０と共に移動するように取り付けられている。この要素１５０は、ブレーキのフルストロークにわたりアクチュエータ組立体１２６および１２８と共に移動する。ここで、ピストン２６および２８がアクチュエータ２２を介して駆動されると、磁石７２は要素１５０と共に移動する。ブレーキがこのように作動されるとき、ピストン２６，２８の移動量は磁石７２の移動量に関連することになる。

ホール効果センサ７０は固定されたハウジング部２７に取り付けられている。したがって、磁石７２が移動してもホール効果センサ７０は不動状態を維持し、磁石７２がホール効果センサ７０に対して移動する。図示されているように、磁石７２とホール効果センサ７０の間に間隙６９が維持される。

図３は、磁石７２の磁極に対するホール効果センサ７０の相対移動路５０を示す。理解されるように、移動路５０は、磁石７２の磁極間に引かれた線に対して平行でない。さらに、磁極間の線に対して垂直に引かれた別の線、すなわち、線Ｙも経路５０に対して角度を成している。こうして、移動路５０の長さは、磁極間の許容距離内にありながら最大であるように設計されることができる。すなわち、移動路５０の範囲は移動路Ｙの範囲よりも大きく、また、磁石７２のＮ極とＳ極の間に引かれた線の範囲よりもかなり大きい。このようにして、センサ装置６８が相対移動を検知できる距離が増大される。これもまた図３に示されているように、ホール効果センサ７０は、Ｎ極とＳ極の間の経路上に位置する中央点４６にある。

図４に示されているように、センサの出力電圧は、センサがこの位置４６から離れると、より高く、また低くもなる。このように、出力電圧は移動の量を示す。さらに理解されるように、このような簡単なセンサを用いて、１インチ（２．５４ｃｍ）までもの移動距離が検知され得る。

図５Ａに示されているように、別の実施形態は、磁石１７０を受ける磁石ハウジング１６８を有する。センサ１７２はセンサのためのハウジング１７４に受けられている。理解されるように、間隙１７８が磁石１７０とセンサ１７２の間に維持される。これもまた理解されるように、１対の角度付き側部１８０が設けられ、側部１８０は、ハウジング１６８がハウジング１７４上で密接にガイドされるように内側に傾斜している。このようにして、磁石１７０のセンサ１７２に対する移動は、ブレーキ作動時のピストンの移動方向に沿った方向以外は行われないように制限される。こうして、間隙１７８の範囲は予測可能であり、厳密に維持される。

図５Ｂは、図５Ａの実施形態の移動を幾分概略的に示す。この実施形態において、磁石１７０は対向する磁極面１９２と１９４を有するバー磁石である。この場合も、磁石１７０に対するセンサ１７２の相対移動の移動路１９０は、これらの磁極面間に引かれた線に対して平行でなく、また、磁極面間に引かれた線に垂直な線に対しても平行でない。また、これにより、本発明のホール効果変位センサによりもたらされる移動および検知距離が増大する。

図６は、さらに別の実施形態６０を示す。実施形態６０において、磁石６２および６４が間隔をあけて配置されている。この場合も、センサ６８の経路６６は、磁石６２の磁極の組の間、または磁石６４の磁極の組の間に引かれた線に対して平行でなく、そしてまた、磁石６２の磁極の組の間の軸および磁石６４の磁極の組の間の軸に対して垂直に引かれた線Ｙに対して角度を成す。

要約すれば、独特なホール効果センサは、センサの磁石に対する相対移動経路が磁石の磁極間に引かれた線に対して平行でないため、より広い検知範囲を有する。

本発明の好ましい実施形態、および、このセンサのための好ましい用途を開示してきたが、当業者は、本発明の範囲内で変更が行われ得ることを理解するであろう。したがって、本発明の真の範囲および内容を決定するために特許請求の範囲が考察されるべきである。

図１は、電気的に調節されるディスクブレーキを示す。 図２Ａは、図１のディスクブレーキの断面図である。 図２Ｂは、本発明のセンサおよび磁石の取り付けを示す。 図３は、第１実施形態のセンサの移動の特徴を概略的に示す。 図４は、図３の実施形態に関する出力電圧対移動距離を示すグラフである。 図５Ａは、磁石の別の実施形態を示し、図５Ｂは、図５Ａの磁石のセンサに対する移動を示す。 図６は、第３の実施形態を示す。

Claims (20)

1. ブレーキシステムであって、
   ブレーキをかけられるべき物品に向けて摩擦面を運ぶように駆動される第１の部材と、
   少なくとも第１組のＮ極とＳ極を有する磁石と、ホール効果センサと、を含み、前記磁石および前記ホール効果センサの一方が、前記第１部材が摩擦面を移動させてブレーキ動作を作動させるときに前記第１部材と共に移動可能であるように取り付けられており、前記磁石および前記ホール効果センサの他方が、前記第１部材との相対移動が可能な物品上に取り付けられ、前記磁石と前記ホール効果センサの相対移動が第１の経路に沿って行われ、前記磁石の前記少なくとも第１のＮ極とＳ極の組の間に軸が画成されており、前記軸と前記第１経路とが平行でない、ブレーキシステム。
2. 前記第１部材が、ブレーキパッドを移動させ、ブレーキをかけられるべき物品と係合させるためのピストンである、請求項１に記載のブレーキ。
3. 前記磁石が前記ピストンと共に移動するように固定されており、前記ホール効果センサがブレーキシステムのためのハウジング内に固定されている、請求項２に記載のブレーキ。
4. 前記ホール効果センサが、前記ピストンのために必要な調節量のフィードバックをもたらす、請求項３に記載のブレーキ。
5. 前記フィードバックが電気モータに、前記ピストンの調節を行うためにもたらされる、請求項４に記載のブレーキ。
6. 前記ピストンが、間隔をあけて配置された１対のピストンを含み、前記ピストンの各々が調節のために駆動される、請求項５に記載のブレーキ。
7. 前記磁石が、手動調節機構に取り付けられた要素と共に移動するように固定され、前記要素が、前記ピストンが駆動されてブレーキパッドを移動させ、それによりブレーキ動作を作動させるときに移動可能である、請求項３に記載のブレーキ。
8. 前記磁石が間隔を有する１対の磁極を含み、前記第１経路が前記軸を横断し、前記磁石が前記軸の各側における移動の可能性を含む、請求項１に記載のブレーキ。
9. 前記磁石が、移動の端部を画定する、間隔を有して配置された１対のＮ極とＳ極の組を含み、前記経路が、間隔を有して配置されたＮ極とＳ極の組の前記対の間に横方向に延在する、請求項１に記載のブレーキ。
10. 前記磁石が、Ｎ極面およびＳ極面を有するバー磁石である、請求項１に記載のブレーキ。
11. 前記第１経路が、前記磁石が前記ホール効果センサに対して、前記第１部材がブレーキ動作を作動させるために移動する方向に沿って移動可能であることにより画成され、前記磁石が、前記ホール効果センサに対して他の方向に移動しないように拘束されている、請求項１に記載のブレーキ。
12. 前記磁石および前記ホール効果センサがオーバーモールドされたプラスチックハウジングを有し、前記プラスチックハウジングが互いに沿ってガイドされて、前記磁石と前記ホール効果センサとを、互いに対して、前記第１部材の前記移動方向に沿ってのみ相対移動するように拘束する、請求項１１に記載のブレーキ。
13. 距離センサであって、
    少なくとも第１組のＮ極とＳ極を有し、前記Ｎ極とＳ極の間に軸が画成される磁石と、
    ホール効果センサと、を含み、前記ホール効果センサと前記磁石が、経路に沿って互いに対して移動するように取り付けられており、前記経路が前記軸に対して平行でない距離センサ。
14. 前記磁石が、間隔を有する１対のＮ極とＳ極を含み、前記第１経路が前記軸を横切り、前記磁石が前記軸の各側における移動の可能性を含む、請求項１３に記載のセンサ。
15. 前記磁石が、移動の端部を画定する、横方向に間隔を有して配置された１対のＮ極とＳ極の組を含み、前記経路が、間隔を有して配置されたＮ極とＳ極の組の前記対の間に横方向に延在する、請求項１３に記載のセンサ。
16. 前記磁石が、Ｎ極面およびＳ極面を有するバー磁石である、請求項１３に記載のセンサ。
17. 前記第１経路が、前記磁石が前記ホール効果センサに対して第１の方向に沿って移動可能であることにより画成され、前記磁石が前記ホール効果センサに対してその他の方向に移動しないように拘束されている、請求項１３に記載のセンサ。
18. 前記磁石および前記ホール効果センサがオーバーモールドされたプラスチックハウジングを有し、前記プラスチックハウジングが互いに沿ってガイドされて、前記磁石と前記ホール効果センサとを、互いに対して前記第１の方向に沿ってのみ相対移動させる請求項１７に記載のセンサ。
19. ディスクブレーキアクチュエータであって、
    １対のピストンであって、各々が駆動されてブレーキパッドを駆動し、ブレーキパッドを、ブレーキをかけられるべき物品と係合させる１対のピストンと、
    前記ピストンのための調節機構であって、各ピストンと関連し、かつねじ付きタペットを駆動するように駆動されるタペットギヤを含み、前記ねじ付タペットが前記ピストンを駆動し、前記ピストンは回転しないように拘束されており、したがって、前記タペットギヤが駆動されて回転するときに、前記タペットギヤと前記ピストンとのねじ連結が前記ピストンを直線的に移動させ、かつ前記ブレーキパッドの摩耗を補償する調節機構と、
    前記タペットギヤを駆動するための電気モータと、
    ブレーキ動作中の前記ピストンの少なくとも一方の移動を検知するための変位センサと、を含み、前記変位センサが前記電気モータのための制御部にフィードバックをもたらし、前記制御部が前記電気モータを制御してタペットギヤを駆動し、かつ、前記変位センサにより検知された移動量に基づいて適切な調節をもたらし、前記変位センサが少なくとも１組のＮ極とＳ極を有する磁石を含み、前記Ｎ極とＳ極の間に軸が画成され、ホール効果センサが前記磁石に対して相対移動可能であり、前記ホール効果センサと前記磁石の間の移動路が、前記移動路が前記軸に対して平行でないように画成されている、ディスクブレーキアクチュエータ。
20. 前記磁石が、前記ピストンが移動するときに移動するように固定されており、前記ホール効果センサがハウジング内に固定されている、請求項１９に記載のブレーキ。
    

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