JP3326903B2 - 移動量検出器 - Google Patents

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。

【０００４】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してある。

【０００５】そして、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
って検出することで、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。

【０００６】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。
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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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
部の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てある。そして、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。

【００１０】

【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。

【００１１】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、コストの低減が図れ、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。

【００１２】

【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、移動路に沿って相対的に位置を変化
する磁石と磁性体とからなり、前記磁性体は、上底面と
下底面を有する角錐台に形成されるとともに、前記角錐
台の上底面に感磁素子が配置され、下底面が前記磁石と
の対向部をなしている構成としたのである。

【００１３】また、このとき、前記磁石の磁極が移動路
に対して並行に形成されている構成としてもよい。

【００１４】さらに、前記磁石の磁極が、移動路に対し
て垂直に形成され、かつ、その磁極を垂直に形成した前
記磁石が、磁性体と磁石の相対的な移動距離とほぼ等し
い長さを有している構成としてもよい。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】その際、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、感磁素子によっ
て検出することができる。

【００２０】このとき、磁石の磁極が移動路に対して並
行に形成した構成を採用したことにより、例えば、上底
面に取り付けられた感磁素子の磁界の検出方向を移動路
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ことがで
きる。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】また、このとき、前記磁石の磁極が、移動
路に対して垂直に形成され、かつ、前記磁石は、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してい
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。

【００２５】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。

【００２６】

【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。

【００２７】図１に本発明に係る移動量検出器の第一実
施例を示す。

【００２８】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、磁石１との対向面を下底面（縦４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）に感磁素子３を取付けたＳ４５Ｃ鋼からなる磁
性体とで構成されている。

【００２９】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。

【００３０】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を使用している。

【００３１】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。

【００３２】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、磁石１の生じる移動路Ｌ
と並行な磁束は集束される。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】その結果を図２に示す。

【００３６】この場合、検出出力は、非常にリニアなも
のが得られた。

【００３７】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。

【００３８】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１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。

【００３９】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。

【００４０】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２に示すように優れた検出
特性が得られると考えられる。

【００４１】したがって、磁石１と磁性体２との移動量
を精度よく検出することができる。

【００４２】図３に第二実施例を示す。

【００４３】第二実施例は、第一実施例の磁石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。

【００４４】図４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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】次に、第三実施例として、図５に示すよう
に、磁石１を第一実施例と同じリング状とし、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を取り付けたものを準備し
て、第一実施例の角錐台形に形成した磁性体２のとの形
状の違いによる検出出力の差を比較した。

【００４８】その結果を図６に示す。

【００４９】この場合、比較例の出力は、第一実施例の
ものに比べ半分程度に低下した。しかも、リニアリティ
ーも低下した。このため、第一実施例の磁性体２の形状
が有利なことがわかる。

【００５０】このように、本発明を用いれば、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。

【００５１】このため、磁石１を取り付けた対象物と磁
性体２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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】また、実施例では、感磁素子として、磁気
抵抗素子を用いたが、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、例え
ば、ホール素子やその他どのような素子でも応用可能で
ある。

【００５５】さらに、第一実施例のものでは、図２のよ
うに、原理的に中央部で出力が０となり、中央部から離
れる程出力が出力されるため、磁石のＮ・Ｓの極性を判
別する素子を用いなくとも移動量を測定することができ
る。

【００５６】また、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であるならば、感磁方向を
傾けることは可能である。

【００５７】

【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。

【００５８】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。

【００５９】特に、磁石の磁極を移動路と並行なものと
したものでは、磁性体を角錐台としたことにより、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。

【００６０】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。

【００６１】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動路に沿って相対的に位置を変化する
   磁石と磁性体とからなり、 前記磁性体は、上底面と下底面を有する角錐台に形成さ
   れるとともに、前記角錐台の上底面に感磁素子が配置さ
   れ、下底面が前記磁石との対向部をなしている ことを特
   徴とする移動量検出器。
2. 【請求項２】 前記磁石の磁極が移動路に対して並行に
   形成されている請求項１に記載の移動量検出器。
3. 【請求項３】 前記磁石の磁極が、移動路に対して垂直
   に形成され、かつ、その磁極を垂直に形成した前記磁石
   が、磁性体と磁石の相対的な移動距離とほぼ等しい長さ
   を有している請求項１に記載の移動量検出器。