JP2024087624A - Linear Position and Level Sensors - Google Patents
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Abstract
【課題】検出範囲を広くできるとともに、使用条件が変動しても検出精度にバラツキが生じ難いリニア位置センサ及びレベルセンサを提供する。【解決手段】磁気検出素子18dを内包した磁気センサ18cと、この磁気センサ18cを基板27に取り付けて構成した磁気検出部品18と、磁気検出部品18に端部を臨ませて配置した長尺磁性体12と、長尺磁性体12の両端部間を移動可能なマグネット15と、磁気検出部品18に対して長尺磁性体12を長手方向に移動可能な状態で支持するとともに、マグネット15を内包した枠体20と、を備え、枠体20に弾性部23が設けられ、弾性部23により長尺磁性体12の端部と磁気検出素子18dとが所定間隔を維持するように付勢され、検出範囲を広くして使用条件が変動しても検出精度にバラツキが生じ難いリニア位置センサ及びレベルセンサを提供する。【選択図】 図2[Problem] To provide a linear position sensor and a level sensor that can widen the detection range and are less likely to cause variation in detection accuracy even when the conditions of use change. [Solution] To provide a linear position sensor and a level sensor that can widen the detection range and are less likely to cause variation in detection accuracy even when the conditions of use change, comprising a magnetic sensor 18c containing a magnetic detection element 18d, a magnetic detection component 18 configured by mounting the magnetic sensor 18c on a substrate 27, a long magnetic body 12 arranged with its end facing the magnetic detection component 18, a magnet 15 movable between both ends of the long magnetic body 12, and a frame 20 that supports the long magnetic body 12 in a state where it can move in the longitudinal direction relative to the magnetic detection component 18 and contains the magnet 15, an elastic portion 23 is provided on the frame 20, and the elastic portion 23 biases the end of the long magnetic body 12 and the magnetic detection element 18d to maintain a predetermined distance, thereby providing a linear position sensor and a level sensor that have a wide detection range and are less likely to cause variation in detection accuracy even when the conditions of use change. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、リニア位置センサ及びこれを用いたレベルセンサに関する。 The present invention relates to a linear position sensor and a level sensor using the same.
従来、各種タンクの液面位を検出するためのレベルセンサなどのリニア位置センサとして、ステムに沿って昇降可能なフロートにマグネットを支持させ、磁気的にフロートの位置を検出するものが多数知られている。このようなリニア位置センサでは、ステムの所定位置にリードスイッチを配置し、フロートがステムの所定位置に配置されたときに液面位が所定位置に達したことを検出するものが多数存在する。 Conventionally, many linear position sensors, such as level sensors for detecting the liquid level in various tanks, are known that magnetically detect the position of a float that can rise and fall along a stem, with a magnet supported on the float. Many of these linear position sensors have a reed switch located at a predetermined position on the stem, and detect when the liquid level has reached a predetermined position when the float is located at the predetermined position on the stem.
またステムに磁気収束部材を配置して、磁気収束部材の長手方向の端部に磁電変換素子を配置したレベルセンサも提案されている(特許文献1参照)。このレベルセンサでは、液面位の変化を連続的に検出することができるとされている。 A level sensor has also been proposed in which a magnetic flux concentrator is placed on the stem and a magnetoelectric conversion element is placed on the longitudinal end of the magnetic flux concentrator (see Patent Document 1). This level sensor is said to be able to continuously detect changes in the liquid level.
しかしながら、特許文献1のようなソフトフェライトを用いたレベルセンサでは、液面位を連続的に検出できる範囲が狭く、しかも温度が変化したりする使用条件下では検出精度にバラツキを生じ易いという課題がある。
However, level sensors using soft ferrite such as those in
本発明は、検出範囲を広くして使用条件が変動しても検出精度にバラツキが生じ難いリニア位置センサ及びこれを利用したレベルセンサを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a linear position sensor that has a wide detection range and is less susceptible to variations in detection accuracy even when usage conditions change, and a level sensor that uses the same.
上記課題を解決する本発明のリニア位置センサは、磁気検出素子を内包した磁気センサと、この磁気センサを基板に取り付けて構成した磁気検出部品と、磁気検出部品に端部を臨ませて配置した長尺磁性体と、長尺磁性体の両端部間を移動可能なマグネットと、磁気検出部品に対して長尺磁性体を長手方向に移動可能な状態で支持するとともに、マグネットを内包した枠体と、を備えたリニア位置センサであって、枠体に弾性部が設けられ、弾性部により長尺磁性体の端部と磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されている。 The linear position sensor of the present invention, which solves the above problems, is a linear position sensor that includes a magnetic sensor containing a magnetic detection element, a magnetic detection component formed by mounting the magnetic sensor on a substrate, a long magnetic body arranged with its end facing the magnetic detection component, a magnet that can move between both ends of the long magnetic body, and a frame that supports the long magnetic body in a state where it can move longitudinally relative to the magnetic detection component and contains the magnet, and an elastic part is provided on the frame, and the elastic part biases the end of the long magnetic body and the magnetic detection element to maintain a predetermined distance.
このリニア位置センサは、長尺磁性体の各端部に対向して2つの磁気検出部品を備え、長尺磁性体の両端部を各磁気検出部品に臨ませて配置するとともに、弾性部により長尺磁性体の両端部と各磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されていてもよい。 This linear position sensor may have two magnetic detection components facing each end of the long magnetic body, with both ends of the long magnetic body facing the magnetic detection components, and may be biased by an elastic part to maintain a predetermined distance between both ends of the long magnetic body and each magnetic detection element.
このリニア位置センサは、好ましくは枠体が長尺磁性体の端部を所定位置に支持する受部を有する。このリニア位置センサは、長尺磁性体を収容する長尺パイプを有し、長尺パイプが長尺磁性体とは非接合状態で枠体に固定されているのが好ましい。 This linear position sensor preferably has a frame having a receiving portion that supports the end of the long magnetic body at a predetermined position. This linear position sensor preferably has a long pipe that houses the long magnetic body, and the long pipe is preferably fixed to the frame in a non-jointed state with the long magnetic body.
さらに本発明のリニア位置センサは、好ましくは、長尺磁性体が長尺パイプの内部に収容され、枠体は長尺パイプの端部を固定して支持し、マグネットはスライダに支持されて、スライダが枠体内で長尺パイプに沿って移動可能に配置され、検出対象の移動や増減に伴い、スライダが長尺磁性体の両端部間を移動することで、長尺磁性体により誘導されたマグネットの磁束を磁気検出部品で検出する構成とされ、弾性部の弾性により長尺磁性体の端部と磁気検出素子とが所定の一定間隔を維持するように付勢されている。このリニア位置センサは典型的にはレベルセンサとして利用され得る。 Furthermore, the linear position sensor of the present invention is preferably configured such that the long magnetic body is housed inside a long pipe, the frame fixes and supports the end of the long pipe, the magnet is supported by a slider that is arranged movably along the long pipe within the frame, and the slider moves between both ends of the long magnetic body as the detection target moves or increases or decreases, thereby detecting the magnetic flux of the magnet induced by the long magnetic body with the magnetic detection component, and the elasticity of the elastic part biases the end of the long magnetic body and the magnetic detection element to maintain a predetermined constant distance. This linear position sensor can typically be used as a level sensor.
本発明によれば、磁気検出部品に長尺磁性体の端部を臨ませて配置するとともに、長尺磁性体の両端部間に移動可能にマグネットを配置するので、マグネットの磁束を長尺磁性体により誘導して磁気検出素子で検出でき、長尺磁性体の長さに応じて検出範囲を広くすることができる。 According to the present invention, the end of the long magnetic body is placed facing the magnetic detection component, and a magnet is movably placed between both ends of the long magnetic body, so that the magnetic flux of the magnet can be induced by the long magnetic body and detected by the magnetic detection element, and the detection range can be expanded according to the length of the long magnetic body.
また、長尺磁性体を長くしてもマグネットを内包した枠体により支持されているので、磁気検出部品に対して長尺磁性体を安定して配置できる。従って検出範囲を広くしても磁気検出部品の磁気検出素子により精度よくマグネットの位置を検出できる。 In addition, even if the long magnetic body is long, it is supported by a frame containing a magnet, so the long magnetic body can be stably positioned relative to the magnetic detection component. Therefore, even if the detection range is wide, the position of the magnet can be detected with high accuracy by the magnetic detection element of the magnetic detection component.
特に枠体に弾性部が設けられ、この弾性部により長尺磁性体の端部と磁気検出部品の磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されているので、枠部に熱膨張や熱収縮が生じても、長尺磁性体の端部と磁気検出素子との間の距離を一定に保つことができ、検出精度を向上することが可能である。 In particular, an elastic portion is provided in the frame, and this elastic portion biases the end of the long magnetic body and the magnetic detection element of the magnetic detection component to maintain a predetermined distance. Therefore, even if thermal expansion or contraction occurs in the frame, the distance between the end of the long magnetic body and the magnetic detection element can be kept constant, thereby improving detection accuracy.
従って、本発明によれば、検出範囲を広くできるとともに使用条件が変動しても検出精度にバラツキが生じ難く、精度よく安定して検出可能なリニア位置センサ及びレベルセンサを提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a linear position sensor and a level sensor that can widen the detection range, is less susceptible to variations in detection accuracy even when the conditions of use change, and is capable of accurate and stable detection.
この発明のリニア位置センサにおいて、長尺磁性体の各端部に対向して2つの磁気検出部品を備えていて、長尺磁性体の両端部が各磁気検出部品に臨ませて配置されていれば、長尺磁性体の両端部で磁束を検出できるので、より長い長尺磁性体を用いることが可能で、検出範囲をより広くすることができる。 In the linear position sensor of this invention, if two magnetic detection components are provided facing each end of the long magnetic body and both ends of the long magnetic body are positioned facing each magnetic detection component, magnetic flux can be detected at both ends of the long magnetic body, making it possible to use a longer long magnetic body and widening the detection range.
その場合、弾性部により長尺磁性体の両端部と各磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されていれば、長尺磁性体の両端部に磁気検出部品を設けていても、枠部に熱膨張や熱収縮が生じた際に各磁気検出部品の磁気検出素子と長尺磁性体の端部との間の距離を一定に保つことができる。 In this case, if the elastic portion is biased to maintain a predetermined distance between both ends of the long magnetic body and each magnetic detection element, even if magnetic detection components are provided at both ends of the long magnetic body, the distance between the magnetic detection element of each magnetic detection component and the ends of the long magnetic body can be kept constant when thermal expansion or contraction occurs in the frame portion.
この発明のリニア位置センサにおいて、枠体が長尺磁性体の端部を所定位置に支持する受部を有していれば、長尺磁性体の端部が磁気検出部品に対して横方向に位置ズレすることを防止することができる。また長尺磁性体と磁気検出素子の間に間隔を設けることができ、マグネットから磁気検出素子に検出範囲を超えるような磁束が負荷されることも防止でき、安定して精度良く検出することができる。 In the linear position sensor of this invention, if the frame has a receiving portion that supports the end of the long magnetic body at a predetermined position, the end of the long magnetic body can be prevented from shifting sideways relative to the magnetic detection component. In addition, a gap can be provided between the long magnetic body and the magnetic detection element, which prevents the magnetic detection element from being loaded with magnetic flux that exceeds the detection range from the magnet, allowing for stable and accurate detection.
さらにこの発明のリニア位置センサにおいて、長尺磁性体を収容する長尺パイプを有し、長尺パイプを長尺磁性体とは非接合状態で枠体に固定していれば、長尺磁性体が微少変位し易く、枠体に生じる熱変形や振動等が直接伝わることを一層防止できる。 Furthermore, in the linear position sensor of this invention, if a long pipe is provided to house the long magnetic body and the long pipe is fixed to the frame in a non-jointed state with the long magnetic body, the long magnetic body is more likely to undergo slight displacement, and thermal deformation and vibrations that occur in the frame can be further prevented from being directly transmitted.
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。この実施形態はリニア位置センサを、容器内に配設された液面検知用レベルセンサとして説明する。図1及び図2は本実施形態のレベルセンサを示す図である。 The following describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the linear position sensor is described as a level sensor for detecting the liquid level disposed in a container. Figures 1 and 2 show the level sensor of this embodiment.
レベルセンサ10は、基本的には、磁気検出部品18と長尺磁性体12とマグネット15と枠体20とを備えている。磁気検出部品18は、磁気検出素子18dを内包する磁気センサ18cを基板27に取り付けた状態で構成されている。長尺磁性体12は磁気検出部品18の磁気センサ18cに上端部を臨ませて対向配置されている。マグネット15は長尺磁性体12を囲んで配置され長尺磁性体12の両端部間を移動可能に配置されている。枠体20は磁気検出部品18に対して長尺磁性体12を支持するとともにマグネット15を内包している。
枠体20は、具体的には、磁気検出部品18を収容して固定したベース部11と、一端側でベース部11に固定されると共に、他端側で長尺磁性体12の下端側を支持する剛性枠部21と、剛性枠部21の一端側又は他端側に配置され、長尺磁性体12の端部と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとを所定間隔を維持するように付勢する弾性部23と、を有している。
The
Specifically, the
長尺磁性体12は、長尺パイプ29の内部に収容されてステム部13を構成している。長尺磁性体12は、長尺パイプ29に収容された状態で、上端部がベース部11の磁気検出部品18に対向配置され、弾性部23の弾性により付勢されている。
The long
マグネット15は、スライダとしてのフロート16に支持されている。フロート16は剛性枠部21に移動可能に囲まれてステム部13及び長尺磁性体12に沿って移動可能に配置されている。フロート16が検出対象の動きや増減などの移動に伴い長尺磁性体12の両端部間を移動することで、長尺磁性体12により誘導されたマグネット15の磁束が磁気検出部品18により検出される。
The
ベース部11は、図2及び図3(b)に示すように、各種形状に形成された樹脂製のハウジング25を有し、磁気検出部品18がハウジング25内に固定されている。本実施形態のベース部11はハウジング25内に磁気検出部品18が収容されて樹脂封止されている。磁気検出部品18の出力18aが基板27から導線として外部に引き出されている。ベース部11には取付用のフランジ部11aが設けられており、フランジ部11aにステム部13及び剛性枠部21が突出して設けられ、フランジ部11aの外側には基板27から図示しない制御部等に接続するための出力18aがコネクタ18bにより液密に引き出されている。
As shown in Figs. 2 and 3(b), the
ベース部11のハウジング25には、長尺磁性体12の一端部を嵌合して所定位置に支持する受部23bが設けられている。受部23bは、ハウジング25の壁面に凹形状に設けられている。受部23bは長尺磁性体12の端部の形状に対応する形状を有している。受部23bに長尺磁性体12の先端を挿入して嵌合した状態では、長尺磁性体12の先端が受部23bの底部に当接するとともに、横方向、即ち、挿入方向と直交する方向には位置ズレが全く生じない状態で配置される。受部23bは、貫通して開口することで、長尺磁性体12の上端が磁気検出部品18の磁気センサ18cに対して当接して配置されてもよい。また受部23bに底部壁が設けられていてもよく、さらに受部23bの底部壁と磁気検出部品18の磁気センサ18cとの間に空気又は樹脂が存在していてもよい。これにより長尺磁性体12の上端と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとを所定の間隔で対向して配置できる。
The
長尺磁性体12の端部と磁気検出部品18の磁気センサ18cとの間に存在する空気又は樹脂により、磁気検出部品18の磁気センサ18cの表面に長尺磁性体12の先端を直接当接させることなく離間させて配置することで、長尺磁性体12の端部から過剰な応力を受けることを防止して、磁気検出部品18の磁気センサ18cを保護することができる。同時に長尺磁性体12の先端と磁気検出部品18の磁気センサ18cに内包された磁気検出素子18dの間に間隔を設けて一定に保つことで、フロート16のマグネット15が磁気検出部品18の磁気検出素子18dに最接近した際に磁気検出素子18dに検出範囲を超えるような磁束が負荷されることを防止できるとともに、磁気検出部品18により検出される磁束のバラツキを抑えることができる。
By arranging the tip of the long
磁気センサ18cに用いる磁気検出素子18dは電磁変換素子を用いることができ、具体的には、ホール素子が好適に使用できる。リニア位置センサが液面センサ又は液面センサのようなレベルセンサの場合には、磁気検出素子18dを内包した磁気センサ18cとしてリニアホールIC等が好適に使用できる。後述するように、液面のレベルとリニアホールICとの直線性が良好でない場合には、プログラマブルホールICを用いることができる。プログラマブルホールICは、EEPROM素子等を備えたホールICであり、液面のレベルとリニアホールICの出力を直線に補正する機能を有している。本実施形態では、磁束変化を近似式により線形化して出力できるプログラマブルホールICを用いている。
The
ステム部13は、図2及び図3(a)に示すように、長尺パイプ29と長尺磁性体12とを有する。長尺パイプ29は一端部(上端部とも呼ぶ)がベース部11に固定され、他端部(下端部とも呼ぶ)が剛性枠部21に固定されている。長尺磁性体12は長尺パイプ29内に収容された状態でステム部13に沿って配置されていて、長尺パイプ29と非接合状態で支持されている。
As shown in Figures 2 and 3(a), the
ステム部13の長尺パイプ29は、例えば樹脂等により長尺磁性体12と同等の長さに形成され、横断面が略一定の概略円筒形状である。このステム部13にはフロート16が移動可能な少なくとも30mm以上、好ましくは40mm以上の検出領域、特に好ましくは100mm以上の検出領域が設けられている。検出領域を区画するために各端部にストッパ等を配置してもよいが、本実施形態では、フロート16がベース部11と当接する位置と、剛性枠部21の内側端部と当接する位置との間の全長が検出領域となっている。
図2及び図3(c)に示すように、長尺パイプ29の外周面には、軸方向に延びるリブ29aが複数設けられている。これはフロート16と長尺パイプ29とが接触した際に摺動抵抗を少なくするためである。各リブ間は閉塞されていてもよく、内外に貫通した開口であってもよい。
The
2 and 3(c), a plurality of
また長尺パイプ29の内側には、長尺磁性体12を囲むように複数突出して、長尺磁性体12の外周に非接合状態で当接した内部支持片23cが設けられている。内部支持片23cは、長尺パイプ29の内面から内側に、長尺磁性体12を囲む複数位置に、長尺磁性体12の外周に非接合状態で当接するように突出して設けられている。複数の内部支持片23cにより長尺磁性体12が長手方向に移動可能な状態で長尺パイプ29内の中心等の径方向の所定位置に配置されて、径方向に弾性支持されている。
In addition, multiple
フロート16には、環状に形成され中心の貫通孔16aにステム部13が挿通されている。貫通孔16aにステム部13の長尺パイプ29が挿通した状態では、ステム部13に対して径方向に過剰にガタつかない範囲でフロート16がステム部13の軸線方向に滑らかにスライド可能となっている。フロート16の他の形状及び材質などは、マグネット15を支持した状態で、検出対象の液体の液面に浮くものあれば特に限定されない。
The
フロート16に支持されたマグネット15は、ネオジムなどのようにできるだけ強力な磁石が好ましく、両極がフロート16の貫通孔16aの軸方向に沿って配置され、例えば貫通孔16aを囲む環状であってもよく、貫通孔16aの軸方向に沿って延びる1又は複数の塊状又は棒状であってもよい。
The
例えば、フロート16が検出領域における磁気検出部品18の磁気検出素子18dから最も離間した位置に配置された状態で、マグネット15により得られる磁気検出素子18d位置の磁束密度が1mT以上であるのが好適である。
For example, when the
長尺磁性体12は、フロート16に支持されたマグネット15の磁束を磁気検出部品18の磁気検出素子18dに誘導し、例えば飽和磁束密度が0.65T以上、保磁力が12A/m以下であって、磁束密度5~15mTにおける透磁率が3000以上の軟磁性材料からなる。長尺磁性体12の保磁力を12A/m以下とするのは、液面位が上昇する際と下降する際とで検出位置にズレが生じ難くするためであり、長尺磁性体12の飽和磁束密度を0.65T以上とし、かつ、磁束密度5~15mTにおける透磁率を3000以上とするのは、検出範囲を拡大するためである。
The long
検出位置のズレは、長尺磁性体12の保磁力、所謂ヒステリシスに依存し、検出位置のズレを生じ難くするためには、保磁力が12A/m以下、より好ましくは4A/m以下である。保磁力が4A/m以下では、検出範囲が100mm程度の場合に検出位置のズレは殆ど生じない。なお、保磁力が20A/mでは、検出範囲が100mm程度の場合に検出位置のズレは例えば10%程度であり、検出位置のズレが生じるので好ましくない。保磁力が20A/m以上では検出位置のズレはより大きくなるが、検出位置のズレが問題とならない場合、例えば、液位がゼロ、中間、最大のような検知の場合には使用することができる。
The deviation of the detection position depends on the coercive force of the long
レベル位置センサ10の検出範囲を拡大するには、磁気検出部品18の磁気検出素子18dの位置に生ずる磁束密度の量を大きくする必要がある。長尺磁性体12に用いる軟磁性材料を電磁界解析ソフトウェアにより検討した結果、検出範囲の拡大には、長尺磁性体12に用いる軟磁性材料が十分大きな飽和磁束密度を持っていることと、初透磁率が小さくとも磁気検出素子18dで検出できる磁束密度の最小値近辺において十分な透磁率を備えていることが有効であることが判明した。検出範囲を100mm前後としたときに磁気検出素子18dの位置に1~3mT程度が生じるときの長尺磁性体12の端部に生じる表面磁束密度が得られる透磁率を求めた。具体的には、長尺磁性体12の端部に生じる表面磁束密度が5~15mTにおける透磁率を算出した。これにより、検出範囲を拡大するためには、長尺磁性体12に用いる軟磁性材料として、飽和磁束密度を0.65T以上とし、磁束密度5~15mTにおける透磁率は3000以上が必要であることが判明した。この条件を満たす軟磁性材料は、例えばPBパーマロイ、PCパーマロイ、パーメンジュール等である。後述するように、ソフトフェライトでは、検出範囲を100mm程度に拡大するのは困難であった。
To expand the detection range of the
このような長尺磁性体12としては、JISC2531:1999に準拠した直流磁気特性を有する磁気等級06のPBパーマロイ、磁気等級30のPCパーマロイ、これらのパーマロイと同等以上の透磁率及び飽和磁束密度を有して同等以下の保磁力を有する鉄ニッケル磁性材料、センダスト、アモルファス磁性材料、ナノ結晶磁性材料などを挙げることができる。PBパーマロイとしては、Niが42~49質量%、残部がFeの組成が挙げられる。PCパーマロイとしては、Niが75~78質量%,Crが2~3質量%,Cuが4~6質量%,残部がFe、Niが75~80質量%,Cuが1~6質量%,Moが3.5~6質量%,残部がFe、Niが79~82質量%,Moが3.5~6質量%,残部がFeのような組成が挙げられる。
Examples of such long
長尺磁性体12は、円柱形状、角柱形状、板状、帯状など各種のものが使用可能であるが、柱状形状のものを用い断面積を大きくして太くすることで飽和磁束密度を大きくして、磁気検出素子18dに届く磁束密度を大きくできる。
The long
また長尺磁性体12の端部は球面、テーパー面、錐面等の先細り形状を有していてもよい。このようにすれば端部の狭い範囲に磁束が集中するため、磁気検出素子18dに届く磁束密度のピークを大きくできる。
The end of the long
剛性枠部21は、図2及び図3(b)(c)に示すように、一端側がベース部11に固定されフロート16の周囲を囲んで長尺磁性体12に沿って配置された複数本の枠板21aと、複数本の枠板21aの他端側が連結した連結部21bと、を有し、連結部21bによりステム部13の他端側が支持されている。枠板21aはフロート16の周囲の少なくとも2方向、好ましくは3方向以上の位置に配置され、それぞれが長尺パイプ29より剛性の板形状に形成されている。複数の枠板21aはベース部11側で一体に連結されていてもよい。また各枠板21aは、連結部21bを除き、長尺パイプ29から離間した位置に配置されている。特に限定されるものではないが、例えば長尺パイプ29との間の距離が長尺パイプ29の直径の2~6倍となるように配置されてもよい。本実施形態では、枠板21aは、長尺パイプ29の直径より幅広であるとともに長尺パイプ29以上の厚みを有する断面弧形状に形成され、フロート16の周囲の4方向の位置にそれぞれ長尺パイプ29と略平行に配置されて、連結部21bを変位不能に支持している。
2 and 3(b)(c), the
弾性部23は、図3(c)に示すように、長尺磁性体12をベース部11に対して弾性力により押圧するものである。本実施形態では、長尺パイプ29がベース部11のハウジング25と剛性枠部21の連結部21bとに設けられた溝や凹部等に嵌合して固定され、この長尺パイプ29内に収容された長尺磁性体12が弾性により押圧されている。本実施形態の弾性部23は、剛性枠部21の連結部21bに設けられて、長尺磁性体12の一端部を磁気検出部品18側に押し付けるようにこの長尺磁性体12の他端部を付勢するバネ部23aを有する。
As shown in FIG. 3(c), the
バネ部23aは、剛性枠部21の連結部21bに設けられた弾性変形可能な片からなる板バネ24aで構成される。バネ部23aは、例えば長尺パイプ29又は剛性枠部21が樹脂製の場合には所望の弾性力が得られるのであれば、一体に形成することも可能である。なおバネ部23aは、図3(c)に示す板バネ24aに特に限定されるものではなく、図4(a)に示すようなコイルバネからなる圧縮バネ24bであってもよい。この圧縮バネ24bは、剛性枠部21の連結部21bと長尺磁性体12の他端部との間に配置されて長尺磁性体12を長手方向に付勢している。また例えば図4(b)に示すように、バネ部23aは弾性を有する樹脂成形体24cにより形成することも可能である。樹脂成形体24cには、剛性枠部21の連結部21bに配置されて長尺磁性体12を付勢する加圧部24dと、長尺磁性体12の他端部が挿入される受部24eと、が一体に設けられている。或いは、コイルバネや皿バネなどであってもよく、弾性を有する樹脂や弾性を有する非磁性の金属材料等の各種材料からなるものも使用可能である。
The
このようなバネ部23aにより、長尺磁性体12を磁気検出部品18側に押し付ける方向に付勢すれば、長尺パイプ29や剛性枠部21に熱膨張や熱収縮が生じても、長尺磁性体12の端部を十分な圧力で磁気検出部品18側に押し付けることができ、長尺磁性体12の端部と磁気検出素子18dとの間の間隔を精度よく一定に保つことができる。
By using such a
以上のようなレベルセンサ10は、フランジ部11aを用いてタンク等の液体貯留部の底壁や蓋壁などに装着され、例えばステム部13が上下方向に配置されて使用される。フランジ部11aにはパッキン等を用いた液密構造を備えていてもよい。
The
この状態で液体貯留部に液体が貯まると、液面位に応じてフロート16が昇降し、フロート16に支持されたマグネット15の磁束が長尺磁性体12に誘導され、長尺磁性体12の端部に配置された磁気検出素子18dにより検出され、磁束に対応した検出信号が基板27から外部に伝達される。このとき長尺磁性体12の検出領域全体でマグネット15の位置に対応した磁束が検出できるため、検出領域全体で液面位を連続的に検出することができる。特に本実施形態では、磁気検出部品18により線形化されて検出されるため、液面位に対応した検出信号が得られ、使い勝手がよい。
When liquid accumulates in the liquid storage section in this state, the
しかも長尺磁性体12は、飽和磁束密度が0.65T以上、保磁力が12A/m以下であって、磁束密度5~15mTにおける透磁率が3000以上の軟磁性材料からなるため、検出領域を長くでき、しかも液面位の上昇時と下降時とでズレが生じることを防止できる。その結果、何れの方向の液面位の変位であっても精度よく広い範囲で連続的に検出することが可能である。ここで、飽和磁束密度、透磁率及び保磁力は、JISC2531:1999鉄ニッケル軟質磁性材料に記載された測定方法によって求めた値である。
The long
この実施形態のレベルセンサ10では、磁気検出部品18がベース部11に固定され、長尺磁性体12を有するステム部13がベース部11から突出して設けられ、そして磁気検出部品18が長尺磁性体12の一端部に配置される。従って、基板27に取り付けられた磁気検出素子18dに長尺磁性体12の端部を臨ませて配置するとともに、長尺磁性体12の両端部間に移動可能にマグネット15が配置されるので、マグネット15の磁束を長尺磁性体12により誘導して磁気検出部品18で検出でき、長尺磁性体12の長さに応じて検出範囲を広くすることができる。
In the
本発明では長尺磁性体12を長くすることができる。これにより、長尺磁性体12がステム部13のベース部11から突出量が大きくなっても、ベース部11に固定されてマグネット15を内包した剛性枠部21によりステム部13の他端部が固定して支持されているので、ベース部11に対してステム部13を強固に支持でき、リニア位置センサに振動や加速度等が作用しても、磁気検出部品18に対して長尺磁性体12を安定して配置できる。そのため、磁気検出部品18に対する長尺磁性体12の角度や位置に変動が生じることを防止でき、磁気検出部品18により精度よくフロート16のマグネット15の位置を検出できる。これによりレベルセンサ10の検出範囲を広くできるとともに、使用条件が変動しても検出精度にバラツキを生じ難くすることが可能である。
In the present invention, the long
このレベルセンサ10では、長尺磁性体12を弾性により支持する弾性部23が設けられ、弾性部23の弾性により長尺磁性体12が剛性枠部21に対して変位可能に支持されている。そのため剛性枠部21に生じる熱変形や振動等が、直接長尺磁性体12に伝わることを防止でき、長尺磁性体12により誘導された磁束を磁気検出部品18により精度よく安定して検出することができる。
In this
本発明では、枠体20に弾性部23が設けられ、弾性部23が長尺磁性体12の一端部と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとが所定間隔を維持するように長尺磁性体12の他端部を付勢している。これにより長尺パイプ29や剛性枠部21に熱膨張や熱収縮が生じても、長尺磁性体12の一端部を適度な圧力で磁気検出部品18側に押圧できるとともに、長尺磁性体12の端部と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとの間の間隔を一定に保って検出精度を向上することができる。
In the present invention, an
またこのレベルセンサ10は、弾性部23が長尺磁性体12の一端部と磁気検出部品18との間に配置された受部23bを有するので、磁気検出部品18の磁気センサ18cの表面に長尺磁性体12が直接当接せずに、近接した位置で安定して離間され得る。そのため長尺磁性体12の端部から過剰な応力を受けることを防止して磁気センサ18cを保護できる。また長尺磁性体12と磁気検出部品18の磁気検出素子18dの間に間隔を設けることで、フロート16のマグネット15が磁気検出部品18に最接近した際に磁気検出素子18dに検出範囲を超えるような磁束が負荷されることを防止でき、安定した検出状態が達せられる。
In addition, this
さらにこのレベルセンサ10は、ステム部13が、長尺磁性体12を収容してフロート16を摺動可能に支持する長尺パイプ29を有し、長尺磁性体12が長尺パイプ29と非接合状態で支持されて枠体20に固定される。そのため長尺磁性体12が微少変位し易く、ベース部11、剛性枠部21、長尺パイプ29等に生じる熱変形や振動等が長尺磁性体12に直接伝わることを一層防止できる。
Furthermore, in this
[第2実施形態]
図5は第2実施形態のレベルセンサ10の一例を示す。このレベルセンサ10は、2つの磁気検出部品18x,18yを備える構成を有し、長尺磁性体12の各端部が各磁気検出部品18x,18yに対向配置される構成を有している。
第2実施形態では、長尺磁性体12の両端に対向して、第1の基板27xに磁気検出センサ18cを取り付けた第1の磁気検出部品18xと、第2の基板27yに磁気検出センサ18cを取り付けた第2の磁気検出部品18yとを備え、フロート16の移動可能範囲が100mm以上とされている。詳細には、レベルセンサ10の一端側及びステム部13は第1実施形態と同様であり、第1の磁気検出部品18xがベース部11のハウジング25内に配置され、長尺パイプ29に長尺磁性体12が収容されている。
またレベルセンサ10の他端側となる剛性枠部21の連結部21bには、樹脂製のハウジング30が設けられている。ハウジング30は剛性枠部21の連結部21bと長尺磁性体12の他端部との間に配置され、連結部21bに配置された弾性部23としての圧縮バネ32により、ハウジング30が長尺磁性体12の他端部側に向けて付勢されている。
[Second embodiment]
5 shows an example of the
In the second embodiment, a first
A
ハウジング30には、レベルセンサ10の一端側と同様に第2の磁気検出部品18yが収容されている。レベルセンサ10の両端側に配置された第1及び第2の基板27x、27y間は、接続ハーネス31により接続されている。そのため長尺磁性体12の両端側で、フロート16のマグネット15の磁束を検出でき、両端側の第1及び第2の磁気検出部品18x,18yの第1及び第2の磁気検出部品18x,18yで検出された検出信号が、一端側のコネクタ18aの出力18bから外部に伝達される。
The
第2の実施形態では、圧縮バネ32の弾性により、ハウジング30を介して長尺磁性体12が一方側のハウジング25側に向けて付勢されている。そのため第2の磁気検出部品18yにおける第2の基板27yは、圧縮バネ32により押圧されて、長尺磁性体12の端部に対して第2の磁気検出部品18yの磁気検出素子18dが所定間隔を維持するように付勢されている。また圧縮バネ32によりハウジング30が付勢されて、第2の磁気検出部品18yにおける第2の基板27yが圧縮バネ32により押圧されることで、長尺磁性体12が付勢され、長尺磁性体12の端部は、第1の磁気検出部品18xの磁気検出素子18dに対して所定間隔を維持するように付勢されている。このようにして、長尺磁性体12の一端部とハウジング25の第1の磁気検出部品18xとの間の間隔を一定に保つと同時に、長尺磁性体12の他端部とハウジング30の第2の磁気検出部品18yとの間の間隔を一定に保つことができ、検出精度が向上する。
In the second embodiment, the long
またハウジング30の長尺磁性体12側の壁面には、長尺磁性体12の端部の形状に対応する形状の受部33が設けられている。受部33に長尺磁性体12を挿入して嵌合した状態では、長尺磁性体12の先端が受部33の底部に当接するとともに、横方向、即ち、挿入方向と直交する方向には位置ズレが全く生じない状態で配置される。
その他は、第1実施形態と同様である。
Furthermore, a receiving
The rest is similar to the first embodiment.
このようなレベルセンサ10でも、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも長尺磁性体12の両端に第1の磁気検出部品18xと第2の磁気検出部品18yを有するため、フロート16が移動可能範囲におけるどちらの端部付近に移動しても、何れかの磁気検出部品18x,18yにより精度よく検出できる。従って、長尺磁性体12の中間に、何れの端部の磁気検出部品18x,18yでも精度よく検出できない程に長尺磁性体12が長い場合であっても、両端付近、即ち、フロート16の移動可能範囲における下端付近及び上端付近では精度よく検出することができ、使い勝手がよい。
With this
[第3実施形態]
図6aは第3の実施形態のレベルセンサ10である。このレベルセンサ10は、枠体20の構造が異なる他は、第1実施形態と同様である。この枠体20は上下方向、即ち長尺磁性体12の長手方向に2分割されて接続部35で接続されている。詳細には、枠体20は、ベース部11と、一端側でベース部11と連結されると共に他端側で長尺磁性体12の他端側を支持する剛性枠部21と、剛性枠部21の上端側とベース部11とを接続する接続部35と、接続部35に配置された弾性部23と、で構成される。
[Third embodiment]
6a shows a
ベース部11は、第1実施形態と同様に、磁気検出部品18がハウジング25内に収容されて固定されている。剛性枠部21の各枠板21aに対応する複数の位置には、各枠板21aを接続するための接続用突起36が、断面略L字状に内向きに屈曲して設けられている。
As in the first embodiment, the
剛性枠部21は、接続部35を介してベース部11と接続されている。剛性枠部21は、長尺磁性体12に沿って延びる複数本の枠板21aと、各枠板21aの一端側に略L字状に外向きに屈曲してベース部11と接続される接続片21cと、各接続片21cから長尺磁性体12に沿う方向に突出した接続ピン21dと、複数の枠板21aの他端側に設けられて互いに連結する連結部21bと、を一体に有する。
The
接続部35では、ベース部11のハウジング25と接続用突起36との間に剛性枠部21の各枠板21aの接続片21cが配置され、各接続片21cから突出した接続ピン21dが接続用突起36の貫通孔21eに挿通されている。
弾性部23は、各接続ピン21dの周囲にそれぞれ装着された圧縮バネからなり、接続用突起36と枠板21aの接続片21cとを互いに離間させる方向に付勢する。弾性部23により剛性枠部21の各接続片21cがハウジング25側に付勢されることで、剛性枠部21全体がハウジング25側に付勢される。よって剛性枠部21の連結部21bに固定して支持されたステム部13の長尺磁性体12をハウジング25側に押し付けることができる。これにより長尺磁性体12の上端部と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとが所定間隔を維持するように付勢される。
At the
The
このようなレベルセンサ10であっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Even with this type of
[第3実施形態の変形例]
図6bは第3実施形態の変形例を示す。この変形例のレベルセンサ10は、枠体20の構造を異ならせて長尺磁性体12の両端側に第1及び第2の磁気検出部品18x、18yを配置した他は、図6aに示す第3実施形態のレベルセンサ10と同様に構成されている。
即ち、枠体20の一端側には、第1の磁気検出部品18xを収容したベース部11が図6aと同様に設けられ、剛性枠部21の他端側の連結部21bには、第2の磁気検出部品18yの第2の基板27yが固定部材21kにより固定されている。第1及び第2の基板27x、27y間は図示しない接続ハーネスにより接続されていて、両磁気検出部品18x,18yで検出された検出信号がコネクタ18bから伝達可能となっている。
この変形例では、第2の磁気検出部品18yが剛性枠部21に固定されているため、接続部35に配置された弾性部23により剛性枠部21とともに第2の磁気検出部品18yがハウジング25側に付勢されている。これにより長尺磁性体12の両端部と各磁気検出部品18,18yの磁気検出素子18d,18dとが、所定間隔を維持するように付勢されている。
このような変形例であっても、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも第2実施形態と同じく、長尺磁性体12の両端に磁気検出部品18x,18yを有するので、長尺磁性体12の長さを長くしても精度よく検出することが可能である。
[Modification of the third embodiment]
Fig. 6b shows a modification of the third embodiment. The
That is, the
In this modification, since the second
Even with this modification, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Moreover, as in the second embodiment, the
[第4実施形態]
図7に第4の実施形態のレベルセンサ10を示す。このレベルセンサ10も、枠体20の構造が異なる他は、第1実施形態と同様のレベルセンサ10である。この枠体20では、剛性枠部21が上下方向、即ち長尺磁性体12の長手方向に2分割されている。
[Fourth embodiment]
7 shows a
剛性枠部21は、ベース部11のフランジ部11aに一端側で固定されて長尺磁性体12に沿って延びる複数本の枠板21aと、複数本の枠板21aの他端側が連結された連結部21bと、を有する。各枠板21aは、それぞれ分割部21fで分割されていて、ベース部11側の枠片21gと連結部21b側の枠片21gとが、分割部21fの接続部35により接続されている。また接続部35には弾性部23が配置され、枠片21g間が弾性部35を介して接続されている。
The
接続部35では、ベース部11側の枠片21gの端部と連結部21b側の枠片21gの端部とに、断面略L字状に外向きに屈曲した接続片21cが互いに対向するように設けられている。対向する接続片21cの一方には、長尺磁性体12に沿う方向に突出した接続ピン21dが設けられ、他方には、接続ピン21dを挿通可能な貫通孔21eが設けられている。この接続部35では、接続片21c同士を対向させて、接続ピン21dを貫通孔21eに挿通させた状態で接続されている。
In the
弾性部23は、各接続ピン21dの周囲にそれぞれ装着された引張りバネからなり、接続片21c同士を近接させる方向に付勢する。弾性部23により連結部21b側の枠片21gがベース部11側の枠片21gに向けて引張られることで、剛性枠部21の連結部21bがベース部11のハウジング25側に付勢される。これにより、剛性枠部21の連結部21bに固定して支持されたステム部13の長尺磁性体12をハウジング25側に押し付けることができ、長尺磁性体12の端部と磁気検出部品18とを常に当接するか又は所定間隔を維持するように付勢することができる。
The
このようなレベルセンサ10であっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
またこの実施形態でも、第3実施形態の変形例と同様に、長尺磁性体12の両端側に磁気検出部品18を配置することも可能である。
With this
In this embodiment, similarly to the modified example of the third embodiment, it is also possible to dispose the
[第5実施形態]
第5実施形態のレベルセンサ10は、枠体20の構造が異なる他は、第4実施形態と同様のレベルセンサ10である。図8(a),(b)に第5実施形態のレベルセンサ10を示す。この実施形態の枠体20でも、剛性枠部21が上下方向、即ち長尺磁性体12の長手方向に2分割されている。
[Fifth embodiment]
The
剛性枠部21は、ベース部11のフランジ部11aに一端側で固定されて長尺磁性体12に沿って延びる複数本の枠板21aと、複数本の枠板21aの他端側が連結された連結部21bと、を有する。各枠板21aは、それぞれ連結部21b近傍の分割部21fで分割され、ベース部11側の枠片21gと連結部21b側の枠片21gとが、弾性接続部35aにより接続されている。
The
弾性接続部35では、ベース部11側の枠片21gの端部と連結部21b側の枠片21gの端部との一方に、外向きに突出する円柱状突起21hが設けられ、他方には、円柱状突起21hを弾性により挟持するクリップ21iが設けられている。クリップ21iは枠片21gから突出して枠片21gと一体に形成されている。クリップ21iは互いに対向して近接配置された一対の弾性爪21jを有し、弾性爪21j間に円柱状突起21hを弾性力により挟持可能である。
In the
弾性爪21j間に円柱状突起21hが挟持されると、例えば一対の弾性爪21jにおける円柱状突起21hとの当接面の角度や弾性力等により、円柱状突起21hとクリップ21iとの間に引張り方向の弾性力が作用し、連結部21b側の枠片21gがベース部11側の枠片21gに向けて引っ張られ、剛性枠部21の連結部21bがベース部11のハウジング25側に付勢される。これにより、剛性枠部21の連結部21bに支持固定されたステム部13の長尺磁性体12をハウジング25側に押し付けることができ、長尺磁性体12の端部と磁気検出部品18とを常に当接するか又は所定間隔を維持するように付勢する。
When the
このようなレベルセンサ10であっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
またこの実施形態でも、第3実施形態の変形例と同様に、長尺磁性体12の両端側に磁気検出部品18を配置することも可能である。
With this
In this embodiment, similarly to the modified example of the third embodiment, it is also possible to dispose the
なお上記第1実施形態乃至第5実施形態は、本発明の範囲内において、適宜変更可能である。例えば上記実施形態では、ステム部13として長尺パイプ29内に長尺磁性体12を収容した例について説明したが、長尺パイプ29を用いることなく、長尺磁性体12からなるステム部13がベース部11或いは剛性枠部21に支持されていてもよい。上記実施形態は、長尺磁性体12とマグネット15を除き非磁性の材料を用いて構成されることが望ましい。非磁性材料としては、軟質樹脂や非磁性の金属材料等が挙げられる。
The above first to fifth embodiments can be modified as appropriate within the scope of the present invention. For example, in the above embodiments, an example was described in which the long
以下、本発明の実施例及び参考例について説明する。
[実施例1]
線材形状が直径0.6mm、長さ150mmで、それぞれPBパーマロイ(日立金属株式会社製、YEP-B 初透磁率:6000 飽和磁束密度:1.4T)、PCパーマロイ(日立金属株式会社製、YEP-C 初透磁率:200000 飽和磁束密度:0.7T)、パーメンジュール(日立金属株式会社製、YEP-2V 初透磁率:840 飽和磁束密度:2.45T)、ソフトフェライト(JFEフェライト株式会社製、MBT2 初透磁率:3300 飽和磁束密度:0.53T)で構成される長尺磁性体12を用いて、磁気検出素子18dの位置における磁束密度を磁気シミュレーションにより算出した。マグネット15は、残留磁束密度395mTの異方性フェライト磁石で、外径が15mm、内径が10mm、厚みが3mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。
Examples and reference examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
The magnetic flux density at the position of the
磁気検出素子18dの位置の磁束密度は、環状のマグネット15の中心に長尺磁性体12を配置して、マグネットと端部の距離に応じて発生する磁束を、株式会社JSOLの電磁界解析ソフトウェア(JMAG)を用いてシミュレートすることにより算出した。
The magnetic flux density at the position of the
実施例1の磁束密度の算出結果を図9に示す。図9の横軸は、長尺磁性体12とマグネット15との距離(mm)であり、縦軸は磁気検出素子18dの位置の磁束密度(mT)である。図9において、PBパーマロイ、PCパーマロイ、パーメンジュールはマグネット距離110mmにおいても1.5mT以上の磁束密度が生じるのに対し、ソフトフェライトは1mT以下と小さい磁束密度となっている。
The calculation results of the magnetic flux density in Example 1 are shown in Figure 9. The horizontal axis of Figure 9 is the distance (mm) between the long
磁気検出素子18dの位置に磁束密度が2mT生じている時のマグネット位置における長尺磁性体12の端部の表面磁束密度を算出すると、10mTであった。その表面磁束密度から各材料の磁化曲線に基づいて透磁率を求めた。
図10は、実施例1で用いた長尺磁性体12の磁化曲線を示す図であり、それぞれ(A)はPBパーマロイ、(B)はPCパーマロイ、(C)はパーメンジュール、(D)はソフトフェライトを示す。図10の磁化曲線から、磁束密度5~15mTにおける透磁率を算出すると、PBパーマロイは6600、PCパーマロイは37000、パーメンジュールは4000、ソフトフェライトは3300であった。
When a magnetic flux density of 2 mT was generated at the position of the
10 is a diagram showing magnetization curves of the long
これらから、磁気検出素子18dの位置に生ずる磁束密度の量を大きくするためには、長尺磁性体12に用いる軟磁性材料が十分大きな飽和磁束密度を有していることと、初透磁率が小さくとも磁気検出素子18dで検出する磁束密度の最小値近辺において十分な透磁率を備えていることが必要であることが判明した。飽和磁束密度が0.65T以上で、かつ磁束密度5~15mTにおける透磁率が3000以上の軟磁性材料としては、PBパーマロイ、PCパーマロイ、パーメンジュールはその条件に当てはまる。
From this, it was found that in order to increase the amount of magnetic flux density generated at the position of the
[実施例2]
線材形状が直径0.6mm、長さ150mmのPCパーマロイ(王子合金株式会社製、型番:78Ni)を、窒素雰囲気下において処理温度850度処理時間6分以上の条件で焼鈍を施した長尺磁性体12を用いてヒステリシスの影響を測定した。実施例2のPCパーマロイの組成は、Niが77.0質量%、Moが4.2質量%、Cuが5.0質量%、Feが13.5質量%であった。マグネット15は、残留磁束密度1.06Tのサマリウムコバルトからなり、外形が12mm、内径が7mm、厚みが3mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。
[Example 2]
The influence of hysteresis was measured using a long
測定は、長尺磁性体12を樹脂パイプに内に収容して固定し、樹脂パイプの端部を、磁気検出部品18となるガウスメータ(Lake Shore社製、型番:425)のプローブに固定するとともに、上記の環状のマグネット15に樹脂パイプを通し、マグネット15を長尺パイプ29に沿ってガウスメータに接近させる方向と離反させる方向とに移動させて、プローブに生じる磁束を測定した。
The measurement was performed by placing the long
[参考例1]
リードスイッチ材料等に使用される52%鉄ニッケル合金(日本ベルパーツ会社製、リードスイッチ用52合金線(Fe-Ni:52%))からなり、実施例1と同様の線材形状を有する他は、実施例1と同様にして、マグネットを長尺パイプ29に沿ってガウスメータに接近させる方向と離反させる方向とに移動させて、プローブに生じる磁束を測定した。52%鉄ニッケル合金は、実施例1のPBパーマロイに近似した飽和磁束密度、磁束密度5~15mTにおける透磁率を有し、保磁力は20A/mである。
[Reference Example 1]
The wire was made of 52% iron-nickel alloy (52 alloy wire for reed switches (Fe-Ni: 52%), manufactured by Nippon Bell Parts Co., Ltd.) used as a reed switch material, and had the same wire shape as in Example 1. In the same manner as in Example 1, the magnet was moved along the
実施例2及び参考例1の磁束測定の結果を図11に示す。図11の横軸は、長尺磁性体12とマグネット15との距離(mm)であり、縦軸はガウスメータで測定した長尺磁性体12の端部の磁束密度(mT)である。図11に示すように、実施例2では、マグネット15をガウスメータに接近させる方向に移動させたときの磁束の変化と、離反させる方向に移動させたときの磁束の変化とが、略一致していた。
The results of the magnetic flux measurements in Example 2 and Reference Example 1 are shown in Figure 11. The horizontal axis of Figure 11 is the distance (mm) between the long
参考例1の52%鉄ニッケル合金は、PCパーマロイに比べ飽和磁束密度が1.4Tと大きいために発生する磁束が大きいものの、保磁力が20A/mと大きいのでヒステリシスの影響が生じており、接近時の磁束と離反時の磁束が顕著に乖離している。磁気検出素子18dの位置において磁束密度2mT発生時のマグネット距離は、接近時に100mmであるのに対して離反時は112mmとなっており、磁気検出素子18dの位置の磁束密度の数値から距離を判別する際に12mmの誤差が生じる。検出範囲を100mmとすると、誤差は約12%である。
The 52% iron-nickel alloy of Reference Example 1 has a larger saturation magnetic flux density of 1.4 T than PC permalloy, and therefore generates a larger magnetic flux, but its large coercive force of 20 A/m causes the effects of hysteresis, resulting in a significant difference between the magnetic flux when approaching and when separating. When a magnetic flux density of 2 mT is generated at the position of
保磁力に起因する別の問題として、52%鉄ニッケル合金の接近時のマグネット距離130mm以上の領域において、磁気検出素子18dの位置における磁束密度の変化は0.2mT以下とごく小さくなっており、磁束密度数値の変化からマグネット位置を判別するのが困難となっている。これに対し、実施例2のPCパーマロイはマグネット距離110mm以上の領域で線形に近い磁気検出素子18dの位置における磁束密度の変化が得られている。
Another problem caused by coercive force is that when the 52% iron-nickel alloy is approached, in the area where the magnet distance is 130 mm or more, the change in magnetic flux density at the position of the
上記により、参考例1の52%鉄ニッケル合金のように保磁力の大きい軟磁性材料は、ヒステリシスを生じるため長尺磁性体12としての適性が低いことがわかる。参考例1以外の保磁力の大きい軟磁性材料として、具体的には、SUY-0(保磁力60A/m以下)のような純鉄や、K-M31(保磁力105A/m以下)のような電磁ステンレス鋼、YEP-2V(保磁力68A/m以下)のようなパーメンジュールが挙げられる。
From the above, it can be seen that soft magnetic materials with high coercivity, such as the 52% iron-nickel alloy of Reference Example 1, are less suitable for use as the long
実施例2で用いた、保磁力が4A/m以下と小さいPCパーマロイのような軟磁性材料を用いることで、ヒステリシスにより生じるセンサの検出誤差を抑制することが可能である。検出誤差が問題とならない用途の場合、保磁力が12A/m以下であるが飽和磁束密度が1.4T以上と大きいPBパーマロイを用いることで、弱い磁力のマグネットや低感度な磁気検出部品18の磁気センサ18cを利用してリニア位置センサを構成することが可能である。
By using a soft magnetic material such as PC permalloy, which has a small coercive force of 4 A/m or less, as used in Example 2, it is possible to suppress the detection error of the sensor caused by hysteresis. For applications in which detection errors are not an issue, it is possible to configure a linear position sensor using a magnet with weak magnetic force or the
[実施例3]
長尺磁性体12として、線材形状が直径2mmである以外は実施例1と同じで、長さ150mmのPCパーマロイからなり、窒素雰囲気下において処理温度850度、処理時間6分以上の条件で焼鈍を施していないものを使用した。マグネットとして、残留磁束密度410mTの異方性フェライト磁石で、外形が12.5mm、内径が5.3mm、厚みが6mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した他は、実施例1と同様にして、ガウスメータのプローブに生じる磁束を測定した。
[Example 3]
The long
実施例3の結果を図12に示す。図12から明らかなように、焼鈍しない長尺磁性体12を使用した実施例3では、マグネット15をガウスメータに接近させる方向に移動させたときと離反させる方向に移動させたときとで、長尺磁性体12の中間部分で得られる磁束に顕著なズレが生じている。これは長尺磁性体12に加工歪による保磁力の増大が生じているためであり、実施例1のように焼鈍して本来の保磁力に戻して使用することで、両方向における磁束を一致させることができる。
The results of Example 3 are shown in Figure 12. As is clear from Figure 12, in Example 3, which used a long
[実施例4~実施例6]
長尺磁性体12として、線材形状が長さ150mmで、直径が0.6mm(実施例4)、0.8mm(実施例5)、2mm(実施例6)のPCパーマロイを、窒素雰囲気下において処理温度850度、処理時間6分以上の条件で焼鈍を施して使用した。線径以外は実施例1と同じPCパーマロイを用いた。マグネット15として、残留磁束密度1.35Tのネオジム磁石で、外形が12mm、内径が8mm、厚みが3mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した他は、実施例1と同様にしてガウスメータのプローブに生じる磁束を測定した。
結果を図13に示す。図13から明らかなように、焼鈍した長尺磁性体12の太さがいずれであっても、マグネット15の接近させる方向と離反させる方向の両方向における磁束が一致していた。しかも太い磁性体ほどマグネット15が中間部に位置した際の磁束密度を大きくできた。
[Examples 4 to 6]
As the long
The results are shown in Figure 13. As is clear from Figure 13, regardless of the thickness of the annealed long
[実施例7]
実施例7では、実施例1のPCパーマロイからなる長尺磁性体12(線材形状が直径0.6mm、長さ50mmのPCパーマロイ)と磁気検出部品18の磁気センサ18cとしてプログラマブルホールICを用い、図1に示すレベルセンサ10を試作した。プログラマブルホールICは、TDK-Micronas社製、型番HAL2425を用いた。
図14は実施例7のレベルセンサ10の磁束密度を示す図である。図の横軸はフロート位置(mm)であり、縦軸は磁束密度(mT)である。磁束密度は、プログラマブルホールICにおいて、直線性の補正をしないリニアホールICの出力電圧から測定した磁束密度である。図14から、実施例7のレベルセンサ10では、フロート位置に従って磁束密度は変化するが、直線ではなく曲線となっていることが分かる。このフロート位置に対する磁束密度を、プログラマブルホールICの機能により直線化を図った。
[Example 7]
In Example 7, the
Fig. 14 is a diagram showing the magnetic flux density of the
図15は、実施例7のレベルセンサ10の出力電圧を示す図である。図の横軸はフロート位置(mm)であり、縦軸はプログラマブルホールICで直線補正をした出力電圧(V)である。図15に示すように、フロート位置が0mm~40mmのときに、出力電圧が0.5Vから4.5V迄変化し、フロート位置が1cm変化すると、出力電圧が1V変化し、直線性が良好であり、液面の変位として40mmを測定できることが分かる。
Figure 15 is a diagram showing the output voltage of the
[実施例8]
実施例8においては、実施例1の長尺磁性体12(線材形状が直径0.6mm、長さ110mmのPCパーマロイ)と磁気検出部品18に実施例7と同じプログラマブルホールICを用い、図1に示すレベルセンサ10を試作した。長尺磁性体12の長さを変えた以外は、実施例7と同様である。
[Example 8]
In Example 8, the
図16は、実施例8のレベルセンサ10の出力電圧を示す図である。図の横軸はフロート位置(mm)であり、縦軸はプログラマブルホールICで直線補正をした出力電圧(V)である。図16に示すように、フロート位置が0mm~100mmのときに、出力電圧が0.5Vから4.5V迄変化し、フロート位置が2cm変化すると出力電圧が0.8V変化し、直線性が良好であり、液面の変位として100mmを測定できることが分かる。
Figure 16 is a diagram showing the output voltage of the
[参考例2]
長尺磁性体12の一端部の先端と磁気検出部品18の磁気検出素子18dとの間の距離を長尺磁性体12の軸方向に変化させたときの磁束密度の変化を磁気シミュレーションにより算出した。
線材形状が直径2mm、長さ80mmで、PCパーマロイ(日立金属株式会社製、YEP-C 初透磁率:200000 飽和磁束密度:0.7T)で構成される長尺磁性体12を用いた。マグネット15は、残留磁束密度1200mTのネオジム磁石で、外径が11mm、内径が9mm、厚みが5mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。
[Reference Example 2]
The change in magnetic flux density when the distance between the tip of one end of the long
The long
磁気検出素子18dの位置の磁束密度は、環状のマグネット15の中心に長尺磁性体12を配置して、マグネットと端部の距離に応じて発生する磁束を、株式会社JSOLの電磁界解析ソフトウェア(JMAG)を用いてシミュレートすることにより算出した。長尺磁性体12の先端と磁気検出素子18dとの間の距離は、1.4mmを基準として、±0.6mm範囲で0.3mm毎に変化させた状態で、マグネット距離に対する磁気検出素子18dの位置における磁束密度を、磁気シミュレーションにより算出した。
The magnetic flux density at the position of the
参考例2の磁束密度の算出結果を図17に示す。図17の横軸は、マグネット距離、即ち、長尺磁性体12の端部とマグネット15との距離(mm)であり、縦軸は磁気検出素子18dの位置における磁束密度(mT)である。図17から明らかなように、同じマグネット距離でも磁気検出素子18dと長尺磁性体12の先端との距離が近いほど磁束が増加し、離れるほど磁束が減少している。
The calculation results of the magnetic flux density for Reference Example 2 are shown in Figure 17. The horizontal axis of Figure 17 is the magnet distance, i.e., the distance (mm) between the end of the long
例えば使用温度が20℃から60℃に変化する場合を想定すると、長尺磁性体12に用いたPCパーマロイの線膨張係数は13×10―6/℃であり、長さが80mmなので、20℃から60℃の温度変化で長さは0.0416mm伸長する。ステム部13の材質が線膨張係数100×10―6/℃のポリプロピレンで、長さが80mmであった場合、20℃から60℃の温度変化で長さは0.352mm伸長する。
上記の長尺磁性体12とステム部13の組み合わせとすると、20℃から60℃の温度変化で、長尺磁性体12とステム部13とでおよそ0.31mmの長さの差が生じ、長尺磁性体12の端部の位置が長手方向に最大で0.31mm変動しうる。
For example, assuming that the operating temperature changes from 20°C to 60°C, the linear expansion coefficient of the PC permalloy used in the long
In the above-mentioned combination of the long
ステム部13にポリプロピレンを用いて、磁気検出素子18dの位置と長尺磁性体12の先端との間の距離が20℃の時に1.4mmとすると、60℃のときには1.7mmとなる。図17によれば、磁気検出素子18dの位置で磁束密度が10mT生じているときに、磁気検出素子18dと長尺磁性体12の先端との間の距離が1.4mmの場合には、マグネット15の距離が28mmと検出されるのに対して、1.7mmの場合には、マグネット15の距離が22mmである。従って、使用温度が20℃から60℃に変化したときに磁気検出素子18dの位置で検出される磁束密度の数値からマグネット15の距離を判別すると、6mmの誤差が生じる。
このように、長尺磁性体12の先端と磁気検出素子18dの位置との間の距離が僅かでも変動すると、磁気検出部品18の出力が変動して、検出されるマグネット15の距離に大きな誤差が生じるため、本発明では機構的に距離の変動を抑制している。
If polypropylene is used for the
In this way, if the distance between the tip of the long
[参考例3]
長尺磁性体12の一端部の先端と磁気検出素子18dとの間の距離を、長尺磁性体12の軸方向に対して直交方向に変化させたときの磁束密度の変化を磁気シミュレーションにより算出した。
線材形状が直径2mm、長さ80mmで、PCパーマロイ(日立金属株式会社製、YEP-C 初透磁率:200000 飽和磁束密度:0.7T)で構成される長尺磁性体12を用いた。マグネット15は、残留磁束密度1200mTのネオジム磁石で、外径が11mm、内径が9mm、厚みが5mmのリング状を有し、厚み方向に着磁したものを使用した。
[Reference Example 3]
The change in magnetic flux density when the distance between the tip of one end of the long
The long
磁気検出素子18dの位置の磁束密度は、環状のマグネット15の中心に長尺磁性体12を配置して、マグネットと端部の距離に応じて発生する磁束を、株式会社JSOLの電磁界解析ソフトウェア(JMAG)を用いてシミュレートすることにより算出した。
長尺磁性体12の先端と磁気検出素子18dとの間の直交方向の距離は、磁気検出素子18dに対し長尺磁性体12が直交方向に1.2mmの範囲内でずれた状態で、マグネット距離に対する磁気検出素子18dの位置における磁束密度を、磁気シミュレーションにより算出した。
The magnetic flux density at the position of the
The perpendicular distance between the tip of the long
参考例3の磁束密度の算出結果を図18に示す。図18の横軸は長尺磁性体12とマグネット15との距離(mm)であり、縦軸は磁気検出素子18dの位置の磁束密度(mT)である。
The calculation results of the magnetic flux density for Reference Example 3 are shown in Figure 18. The horizontal axis of Figure 18 is the distance (mm) between the long
図18から明らかなように、同じマグネット距離でも磁気検出素子18dから長尺磁性体12の先端が直交方向にずれると磁束密度の変動が生じている。磁気検出素子18dの位置において磁束密度10mT発生時、長尺磁性体12のずれが0mmの場合はマグネット距離が28mmであるのに対して、長尺磁性体12のずれが0.4mmの場合はマグネット距離が26mmである。この場合、磁気検出素子18dの素子位置の磁束密度の数値から距離を判別する際に2mmの誤差が生じる。
このように長尺磁性体12の先端と磁気検出素子18dとの直交方向のずれが大きくなると、センサ出力の誤差が生じるため、機構的に直交方向のずれを抑制できることが望ましい。
As is clear from Fig. 18, even with the same magnet distance, fluctuations in magnetic flux density occur when the tip of the long
If the deviation in the orthogonal direction between the tip of the long
なお、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得る。
例えば、上述した実施形態においては、プログラマブルホールICの出力は電圧で示したが、これに限らず、別途液晶や有機EL等を備えた表示装置で、液面の位置や、液面の目盛り等を表示したり、有線及び無線による通信を介して外部装置への液面位置情報を出力してもよいことは明らかである。また上記実施形態では、磁気検出部品18の出力をコネクタ18bを用いて出力しているが、絶縁被覆した導線による引き出し線やワイヤーハーネスを用いてもよい。
The present invention can be embodied in various forms without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the output of the programmable Hall IC is shown as a voltage, but it is not limited to this, and it is clear that the liquid level and the liquid level scale may be displayed on a separate display device equipped with a liquid crystal or an organic EL, or the liquid level information may be output to an external device via wired or wireless communication. Also, in the above embodiment, the output of the
10 レベルセンサ
11 ベース部
11a フランジ部
12 長尺磁性体
13 ステム部
15 マグネット
16 フロート(スライダ)
16a 貫通孔
18、18x、18y 磁気検出部品
18a 出力
18b コネクタ
18c 磁気センサ
18d 磁気検出素子
20 枠体
21 剛性枠部
21a 枠板
21b 連結部
21c 接続片
21d 接続ピン
21e 貫通孔
21f 分割部
21g 枠片
21h 円柱状突起
21i クリップ
21j 弾性爪
21k 固定部材
23 弾性部
23a バネ部
23b 受部
23c 内部支持片
24a 板バネ
24b 圧縮バネ
24c 樹脂成形体
24d 加圧部
24e 受部
25 ハウジング
27,27x,27y 基板
29 長尺パイプ
29a リブ
30 ハウジング
31 接続ハーネス
32 圧縮バネ
33 受部
35 接続部
35a 弾性接続部
36 接続用突起
10
Claims (6)
前記磁気検出部品に端部を臨ませて配置した長尺磁性体と、
前記長尺磁性体の両端部間を移動可能なマグネットと、
前記磁気検出部品に対して前記長尺磁性体を長手方向に移動可能な状態で支持するとともに、前記マグネットを内包した枠体と、
を備えたリニア位置センサであって、
前記枠体に弾性部が設けられ、
前記弾性部により前記長尺磁性体の端部と前記磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されている、前記リニア位置センサ。 A magnetic sensor including a magnetic detection element, and a magnetic detection component configured by mounting the magnetic sensor on a substrate;
a long magnetic body arranged with an end facing the magnetic detection component;
a magnet movable between both ends of the long magnetic body;
a frame that supports the elongated magnetic body in a state in which the elongated magnetic body can move in a longitudinal direction relative to the magnetic detection component and that contains the magnet;
A linear position sensor comprising:
The frame body is provided with an elastic portion,
The linear position sensor in which the elastic portion is biased so as to maintain a predetermined distance between the end of the long magnetic body and the magnetic detection element.
前記枠体は、前記長尺パイプの端部を固定して支持し、
前記マグネットはスライダに支持されて、該スライダが前記枠体内で前記長尺パイプに沿って移動可能に配置され、
検出対象の移動に伴い、前記スライダが前記長尺磁性体の両端部間を移動することで、前記長尺磁性体により誘導された前記マグネットの磁束を前記磁気検出部品により検出するリニア位置センサであって、
前記弾性部の弾性により前記長尺磁性体の端部と前記磁気検出素子とが所定間隔を維持するように付勢されている、請求項1又は2に記載のリニア位置センサ。 The long magnetic body is accommodated inside a long pipe,
The frame fixes and supports the end of the long pipe,
the magnet is supported by a slider, and the slider is disposed within the frame so as to be movable along the long pipe;
A linear position sensor in which the slider moves between both ends of the long magnetic body in accordance with the movement of a detection target, and the magnetic detection component detects the magnetic flux of the magnet induced by the long magnetic body,
3. The linear position sensor according to claim 1, wherein the elastic portion is urged to maintain a predetermined distance between the end of the long magnetic body and the magnetic detection element.
6. The linear position sensor according to claim 5, which is used as a level sensor for detecting a liquid level.
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