JP4556374B2 - 非接触型位置センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気の変化により被検出物の回転角度または位置を検出する非接触型位置センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の非接触型位置センサとしては、特開平2−240585号公報に開示されたものが知られている。
【0003】
以下、従来の非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0004】
図34は従来の非接触型位置センサの分解斜視図、図35は同非接触型位置センサの側断面図である。
【0005】
従来の非接触型位置センサは、磁石1を固着した第1の磁性体2と、一端部3aが第1の磁性体2の一端部2aと対向する位置に設けられた第2の磁性体3を有する。磁気検出素子4は磁性体3の側面に設けられるとともに、前記磁石1と対向する位置に設けられている。樹脂製のケース5は、磁石1、磁性体2、磁性体3および磁気検出素子4を内側に収納するとともに、コネクタ部6を有する。コネクタ端子7の一端は前記磁気検出素子4から引き出されたリード端子8と電気的に接続されている。樹脂製の蓋9は前記ケース5の開口部を閉塞している。
【0006】
以上のように構成された従来の非接触型位置センサについて、次にその動作を説明する。
【0007】
上記従来の非接触型位置センサは、図35に示す様に磁性体2の一端部2aと磁性体3の一端部3aが対向するギャップ部および磁石1と磁気検出素子4が対向するギャップ部に、磁力線シャッタ10bが挿入されている。磁力線シャッタ10bは被検出物の回動軸(図示せず)に取り付けられ、かつ被検出部材10aと一体に回転する。この磁力線シャッタ10bのラジアル方向への移動により磁気検出素子4に到達する磁石1の磁束密度が変化する。この磁束密度の変化を磁気検出素子4により出力信号として出力し、そしてこの出力信号をリード端子8およびコネクタ端子7を介してコンピュータ等に出力し、被検出部材10aの回転角度を検出するものである。
【0008】
上記従来の構成においては、磁性体2の一端部2aと磁性体3の一端部3aとの間のギャップ部、および磁石1と磁気検出素子4との間のギャップ部に磁力線シャッタ10bが挿入される構成となっている。このため、回動軸が偏芯した場合、回動軸の先端部に取り付けられた磁力線シャッタ10bのギャップ部への挿入度合は大きく変動する。このように挿入度合が大きく変動すると、磁力線シャッタ10bで磁気検出素子4に対する磁束をオン、オフさせる非接触型位置センサでは、回動軸の回転角度の検出が正確に行えないという課題を有していた。
【0009】
また、従来の非接触型位置センサは回動軸の先端部側に垂直方向に磁力線シャッタ10bを取り付けた構成であるため、構成的にも複雑になる。また、非接触型位置センサを被検出物に精度良く組み付けるためには、両者を近接させて組み付けることが必要である。しかし、磁束シャッタの存在により、非接触型位置センサを被検出物の近傍に容易に組み付けることができないという課題を有していた。
【0010】
さらに、上記従来の構成においては磁石1および磁気検出素子4との間に磁力線シャッター10bが挿入され回転する構成となっているため、出力特性にヒステリシスが生じてしまうという課題を有していた。すなわち、磁力線シャッター10bが磁石1の磁力線により電磁誘導され、結果として、図36(a)に示すように、磁力線シャッター10bが正方向に回転する場合には磁力線シャッター10bがN極の磁気を帯びる。逆に、磁力線シャッター10bが逆方向に回転する場合には図36(b)に示すように、磁力線シャッター10bがS極の磁気を帯びる。このため、磁力線シャッター10bの回転方向により磁気検出素子4に加わる磁力線が変化する。これにより、被検出部材10aの正方向への回転と逆方向への回転とでは出力が変化して、出力特性にヒステリシスが生じてしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、被検出物の回動軸が偏芯した場合でも被検出物の回動軸の移動量を微小に抑えることができ、その回転角度の検出が正確に行えるとともに、非接触型位置センサを被検出物の回動軸に組み付ける場合に、両者を近接させて容易に組み付けることができる非接触型位置センサを提供することを目的とするものである。
【0012】
さらに、本発明は、被検出物の正方向および逆方向の回転により出力信号にヒステリシスが生じるということのない特性の向上した非接触型位置センサを提供することを目的とするものである。
【0013】
さらに、本発明は、出力の直線性に優れた非接触型位置センサを提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接触型位置センサは、少なくとも1個の磁石および磁気的に連続した磁性体とから構成された磁気回路と、磁気回路中に配置された少なくとも1個の磁気検出素子と、磁気回路中に配置された被検出物とから構成されたものである。本発明の非接触型位置センサは、磁気回路中に配置された被検出物の回転または移動による磁気検出素子の出力変化を検出し、被検出物の位置を検出するものである。
【0015】
さらに、本発明の他の実施形態の非接触型位置センサは、磁気的に閉回路の磁性体と、閉回路の磁性体の内側に配置された2つの磁石とから構成されている。磁気検出素子は閉回路の磁性体の内側に配置され、被検出物が前記2つの磁石の間に配置されたものである。
【0016】
本発明のさらに他の実施形態の非接触型位置センサは、前記磁気回路が、第1のU字形状の磁性体と、第2のU字形状の磁性体と、2つの磁石とから構成されている。2つの磁石は上下に配置された2つのU字形状の磁性体の間に配置され、磁気検出素子は、2つのU字形状の磁性体の略中央部分の間に配置されている。被検出物は2つのU字形状の磁性体のUの字の内部または、延長されたU字形状の磁性体の間に配置され、直動する。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は本発明の実施の形態1における非接触型位置センサの蓋および回路基板を外した状態の上面図、図2は同非接触型位置センサの側断面図である。
【0019】
図1、図2において、L字形状の第1の磁性体24は磁石21のN極22に当接している。L字形状の第2の磁性体25は磁石21のS極23に当接している。このように磁石21は第1の磁性体24および第2の磁性体25により両側から挟持されている。磁気検出素子26は第2の磁性体25のL字形状の先端部25aと対向するように、第1の磁性体24のL字形状の先端部24aに固着されている。磁気検出素子26には例えばホール素子が使用される。ホール素子以外の磁気検出素子26として、磁気抵抗効果素子(MR素子)や巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子またはCMR素子)も使用できる。これらの磁気抵抗効果素子はホール素子に比較して出力は小さいが、抵抗温度特性に優れている。回路基板27には電子部品からなる処理回路28が設けられている。処理回路28は磁気検出素子26にリード端子26aを介して電気的に接続され、前記磁気検出素子26で生じた出力信号を出力電圧に変換するものである。樹脂製のケース29には孔29aを設けており、かつこの孔29aの上面には、磁性体24の先端部24aおよび磁性体25の先端部25aの端面が露出している。ケース29は磁石21、磁性体24、磁性体25および回路基板27を内側に収納している。ケース29は外側面にコネクタ部30を有し、コネクタ部30にはコネクタ端子31が一体に設けられている。コネクタ端子31は一端を処理回路28と電気的に接続するとともに、他端を外方に向かって突出している。樹脂製の蓋32はケース29の開口部を閉塞している。
【0020】
次に、以上のように構成された非接触型位置センサの組立方法を説明する。
【0021】
まず、予め準備された磁石21のN極およびS極に磁性体24および磁性体25を接着剤等により固着し、磁性体24および磁性体25により磁石21を挟持する。
【0022】
次に、磁性体24のL字形状の先端部24aに磁気検出素子26を貼り付けた後、磁性体24、磁性体25および磁石21を予め孔29aを設けたケース29に収納する。
【0023】
次に、ケース29内の磁性体24、磁性体25および磁石21の上面に予め処理回路28を形成した回路基板27を載置する。
【0024】
次に、磁気検出素子26のリード端子26aと処理回路28とをはんだ付けにより電気的に接続した後、処理回路28とコネクタ端子31とをはんだ付けにより電気的に接続する。
【0025】
最後に、ケース29の開口部を蓋32で閉塞する。
【0026】
以上のように構成され、かつ組み立てられた非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【0027】
図3は実施の形態1の非接触型位置センサの孔に被検出物の回動軸を挿入した状態を示す断面図である。このように本発明の非接触型位置センサは被検出物を直接挿入してその角度、位置などを直接測定することが最大の特徴である。
【0028】
図3において、回動軸33はケース29の孔29aに挿入され、かつ回動軸33の先端部に設けた断面が扇形の扇形状部34は磁性体24の先端部24aと磁性体25の先端部25aとの間に配置されている。
【0029】
回動軸33の回転に伴い、扇形状部34が回転するため、この回転により、先端部24aと先端部25aとの間に形成される空隙内に生じる磁束密度が変化するものである。
【0030】
すなわち、図4(a)に示す回動軸33の扇形状部34の回転角度を0度としたときは、磁束密度は図5に示すように約0.15Tであるが、図4(b)に示すように、回転角度が90度のときは、磁束密度は図5に示すように約0.32Tとなる。
【0031】
本実施の形態では、先端部24aおよび先端部25aは磁石のN−S軸に対して傾斜させているため、先端部24aと先端部25aとの間の磁束密度は磁石21に近づくにしたがって大きくなる。一方で、扇形状部34が先端部24aと先端部25aとの間の空隙内に占める容積の変化速度が回動軸33の回転角度とともに小さくなる。これにより、相手側回動軸33の回転角度に伴う磁気検出素子26を通過する磁束密度の直線性を向上させることができるものである。
【0032】
そして磁束密度の変化を磁気検出素子26により出力信号として検出し、処理回路28により出力電圧に変換し、コネクタ端子31を介してコンピュータ等に出力し、回動軸33の回転角度を検出するものである。
【0033】
上記のように本発明の実施の形態1においては、先端部24aと先端部25aとの間に形成される空隙内に回動軸33を設け、この回動軸33の回転角度により、先端部24a,25a間に形成される空隙内に生じる磁束密度を変化させる構成としている。このため、従来のような磁束シャッタ等の複雑な部材を設けることなく、回動軸33の回転角度を容易に検出することができるものである。
【0034】
また回動軸33が偏芯した場合でも、従来のように回動軸の先端部に磁束シャッタを垂直方向に取り付けた構成ではないため、回動軸33の移動量を微小に抑えることができる。これにより、回動軸33の回転角度の検出も正確に行えるものである。そしてまた非接触型位置センサを被検出物に組み付ける場合に、従来のような磁束シャッタ等の複雑な部材がないため、両者を近接させて容易に組み付けることができるものである。
【0035】
また上記実施の形態1においては、回動軸33の空隙に位置する部分の断面形状を扇形状としているため、回動軸33の回転角度により、先端部24a,25a間に形成される空隙の磁束密度は変化する。これにより、従来のような磁束シャッタ等の複雑な部材を必要とすることなく、相手側回動軸33の回転角度を容易に検出することができるという効果を有するものである。
【0036】
また上記実施の形態1において、非接触型位置センサに強い衝撃が加わった場合を考えてみると、本発明の非接触型位置センサにおいては、先端部24aと先端部25aをそれぞれ略L字形状にするとともに、磁性体24および磁性体25とを磁石21に接するように設けているため、磁石21は磁性体24と磁性体25とにより挟持されている。これにより、非接触型位置センサに強い衝撃が加わった場合でも、磁性体24および磁性体25と磁石21とが強固に固着されているため、非接触型位置センサの耐衝撃性を向上させることができるものである。
【0037】
なお、上記説明においては、回動軸33のセンサ内の断面形状を扇形状としたが、断面形状を半円形状に構成した場合でも、実施の形態1と同様の効果を有するものである。
【0038】
さらに、上記説明においては、磁気検出素子を1個使用する例について記載したが、2個の磁気検出素子を、磁性体の先端部24aおよび、先端部25aに設け、その出力の差を検出すれば、さらに高精度の測定が可能となる。
【0039】
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における非接触型位置センサについて図面を参照しながら説明する。
【0040】
図6は本発明の実施の形態2の非接触型位置センサの蓋および回路基板を外した状態の上面図、図7は同非接触型位置センサの側断面図である。
【0041】
図6、図7において、磁性体44は略中央に磁石41のS極43を固着するとともに、磁性体44の両端の先端部はL字形状になるように構成している。磁気検出素子45は磁性体44の一方の端部44aに貼り付けられている。この磁気検出素子45は磁石41のN極42と端部44aとの間に形成される空隙内に生じた磁束密度を検出する。回路基板46には処理回路47が設けられており、処理回路47は磁気検出素子45にリード端子48を介して電気的に接続され、磁気検出素子45で生じた出力信号を出力電圧に変換する。樹脂製のケース49は内側に磁石41および磁性体44を収納するとともに、底面に孔49aを有する。ケース49は、コネクタ部50を設けており、ケースと一体に設けられたコネクタ端子51から処理回路47に生じる出力電圧を出力する。樹脂製の蓋52は前記ケース49の開口部を閉塞している。
【0042】
以上のように構成された実施の形態2における非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【0043】
まず、予め準備された磁石41のS極43を磁性体44の略中央に接着剤等により固着する。
【0044】
次に、磁性体44の一方の端部44aに磁気検出素子45を貼り付けた後、磁性体44および磁石41を予め孔49aを設けたケース49の内側に収納する。
【0045】
次に、ケース49の内側の磁性体44および磁石41の上面に予め処理回路47を設置した回路基板46を載置する。
【0046】
次に、リード端子48と処理回路47とをはんだ付けにより電気的に接続した後、処理回路47とコネクタ端子51とをはんだ付けにより電気的に接続する。
【0047】
最後に、ケース49の開口部を蓋52で閉塞する。
【0048】
以上のように構成され、かつ組み立てられた実施の形態2における非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【0049】
図8は実施の形態2の非接触型位置センサの孔49aに被検出物の回動軸53を挿入した状態を示す断面図である。
【0050】
図8において、回動軸53は一方の端部44a、他方の端部44bおよび磁石41のN極との間に形成される空隙内に配置されている。そして回動軸53のセンサ内の断面がI形状となっている。本実施の形態においては、I形状部54の回転により磁性体44の先端部44aと磁石41のN極との間に形成される空隙内に生じる磁束密度が変化するものである。
【0051】
すなわち、図9(a)に示すI形状部54の回転角度を0度としたとき、磁束密度は図10に示すように約0.15Tであるが、図9(b)に示すように、回転角度が45度のときは、磁束密度は図10に示すように約0.4Tとなり、また図9(c)に示すように、回転角度が90度のときは、磁束密度は図10に示すように約0.67Tとなるものである。
【0052】
上記実施の形態2においては、先端部44aと磁石41のN極との間に形成される空隙に位置する回動軸53の形状をI形状としている。このため、I形状部54の長手方向の両端部が磁石41および先端部44aの近傍に位置するときには他方の先端部44bの近傍に回動軸53が存在しないことになる。一方、I形状部54の長手方向の両端部が磁石41および他方の先端部44bの近傍に位置するときには一方の先端部44aの近傍に回動軸53が存在しないことになる。このように、一方の先端部44aの磁力が密になると他方の先端部44bの磁力が疎となるため、回動軸53の回転角度に伴う磁気検出素子45を通過する磁束密度の直線性を向上させることができる。
【0053】
このように、磁束密度の変化を磁気検出素子45により出力信号として検出し、この出力信号を処理回路47により出力電圧に変換し、コネクタ端子51を介してコンピュータ等に出力し、相手側回動軸53の回転角度を検出するものである。
【0054】
上記実施の形態2においては、一方の端部44a、他方の端部44bおよび磁石41のN極との間に形成される空隙内に回動軸53を設け、この回動軸53の回転角度により、前記空隙内に生じる磁束密度を変化させる構成としている。このため、従来の同種センサに比して、上記実施の形態1と同様の有利な効果を有する。
【0055】
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0056】
図11は本発明の実施の形態3における非接触型位置センサの分解斜視図、図12は非接触型位置センサの蓋を外した状態の上面図、図13は同非接触型位置センサの側断面図である。
【0057】
図11〜図13において、第1の磁石61は第2の磁石64と対向するとともに、U字形状に構成された磁性体67の一端部側の内側面にN極62が固着されている。磁性体67の他端部側の内側面には第2の磁石64のS極66が固着されている。本実施の形態においては、磁性体67はU字形状に構成されているため、磁性体67の一端部側に設けられた第1の磁石61と磁性体67の他端部側に設けられた第2の磁石64とが磁力線に対して垂直に配設されることになる。これにより、磁気回路内を流れる磁力線が増加するため、非接触型位置センサの出力感度が向上するという効果を有するものである。
【0058】
なお、本発明で述べるU字形状とは、一辺が欠けた四角形や、C字の形状を含むものであり、必ずしも厳密にU字を意味するものではない。
【0059】
磁気検出素子68は磁性体67の中間部69の内側面に設けている。そして本実施の形態においては、磁性体67の中間部69における磁気検出素子68を設ける部分の厚みを磁気検出素子68を設けない部分の厚みより小さくしている。このため、磁性体67を流れる磁力線は磁気検出素子68を設ける部分で集中されることになり、これにより、磁気検出素子68を通過する磁力線の量がさらに増加する。このように、本実施の形態においては、非接触型位置センサの出力感度が向上するという効果を有するものである。
【0060】
また磁性体67の一端部側と他端部側は補強磁性体70により磁気的に連続して接続されている。このように磁性体67の一端部側と他端部側を接続する補強磁性体70を設けると、一端部側と他端部側との間隙から外部に漏れようとする磁力線をこの補強磁性体70により吸収して磁気回路を構成することができる。このため、磁気検出素子68を通過する磁力線の量は増加することになり、非接触型位置センサの出力感度が向上するという効果を有するものである。
【0061】
回路基板71の上面にはコンデンサ等の電子部品72からなる処理回路を設けており、処理回路は磁気検出素子68にリード端子68aを介して電気的に接続され、磁気検出素子68で生じた出力信号を出力電圧に変換する。樹脂製のケース73は底面から上方に向かってスリット74を設けた円筒部75を有しており、かつこの円筒部75の内側に空隙76が設けられている。空隙76には磁石61のS極63と磁石64のN極65および磁気検出素子68が近接して設けられている。
【0062】
また前記ケース73の外底面には下方へ突出するようにコネクタ端子77が設けられ、コネクタ端子77は一端を回路基板と電気的に接続している。樹脂製の蓋78はケース73の開口部を閉塞している。
【0063】
以上のように構成された実施の形態3の非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【0064】
まず、予め準備された磁石61のN極62を磁性体67の一端部側の内側面に接着剤等により固着した後、同様に磁石64のS極66を磁性体67の他端部側の内側面に接着剤等により固着する。
【0065】
次に、磁性体67の一端部側の先端と他端部側の先端とを、補強磁性体70により接着剤を使用して接続する。
【0066】
次に、回路基板71に磁気検出素子68および電子部品72を実装した後、はんだにより回路基板71に磁気検出素子68および電子部品72を電気的に接続する。
【0067】
次に、予めコネクタ端子77を一体に成形したケース73の内側に、磁石61、磁石64、磁性体67、磁気検出素子68、補強磁性体70および回路基板71を収納する。最後に、ケース73の開口部を蓋78で閉塞する。
【0068】
以上のように構成され、かつ組み立てられた実施の形態3の非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【0069】
図14は実施の形態3における非接触型位置センサの空隙に被検出物の回動軸を挿入した状態を示す斜視図である。
【0070】
図14において、被検出物の回動軸78はケース73の円筒部75に挿入され、かつ先端部に設けた断面が半円形状の半円形状部79を有する。半円形状部79は磁気検出素子68と磁石61および磁石64との間に形成される空隙76内に配置されている。このとき、本実施の形態においては、磁石61および磁石64の横幅を回動軸78の直径に略一致させている。このため、磁石61と磁石64との間を通過する磁力線が回動軸78のない部分を通過することはなくなり、これにより、非接触型位置センサの出力特性が向上するという効果を有する。
【0071】
本実施の形態では、回動軸78が回転すると、回動軸78の半円形状部79が回転するため、空隙76内に生じる磁束密度が変化するものである。
【0072】
すなわち、図15(a)に示す回動軸78の半円形状部79の回転角度を0度としたとき、磁束密度は図16に示すように約−40mTであるが、図15(b)に示す回転角度が45度のときは、磁束密度は約0mT、図15(c)に示す回転角度が90度のときは約30mTとなるものである。
【0073】
また、半円形状部79の回転角度が0度のときは、磁石64から半円形状部79を介して磁気検出素子68に至るまでの間隙が小となるため、図15(a)に示すように、回動軸78側から磁気検出素子68に磁力が流れることになるが、半円形状部79の回転角度が45度のときは、磁石64から半円形状部79を介して第1の磁石61に至るまでの間隙が小となるため、図15(b)に示すように、磁気検出素子68に磁力が流れなくなる。そしてまた、回動軸78における半円形状部79の回転角度が90度のときは、磁気検出素子68から半円形状部79を介して磁石61に至るまでの間隙が小となるため、図15(c)に示すように、磁気検出素子68側から回動軸78側に磁力が流れることになる。
【0074】
そして、前記磁束密度の変化を磁気検出素子68により出力信号として検出し、この出力信号を回路基板71における電子部品72により出力電圧に変換し、コネクタ端子77を介してコンピュータ等に出力し、回動軸78の回転角度を検出する。
【0075】
上記本発明の実施の形態3においては、磁気検出素子68と磁石61および磁石64との間に形成される空隙76内に回動軸78を設け、この回動軸78の回転角度により、空隙76内に生じる磁束密度を変化させる構成としている。このため、従来の同種センサに比して、上記実施の形態1と同様の有利な効果を有する。
【0076】
なお、上記説明においては、回動軸78の空隙76に位置する部分の断面形状を半円形状としたが、断面形状を扇形状に構成した場合でも、同様の効果を有するものである。
【0077】
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0078】
図17は本発明の実施の形態4における非接触型位置センサに被検出物が挿入された状態を示す斜視図である。
【0079】
図17において、U字形状を有する第1の磁性体111は中間部112の上面に第1の磁気検出部113を設けるとともに、この第1の磁気検出部に上方へ向かって突出する第1の凸部114を設けている。磁性体111の一端側111aの上面に、例えばSmCoを主成分とする第1の磁石116のN極117を固着するとともに、磁性体111における他端側111bにSmCoを主成分とする第2の磁石118のS極119を固着している。第2のU字形状を有する磁性体120は一端側120aの下面に磁石116のS極121を固着するとともに、他端側120bの下面に磁石118のN極122を固着し、かつ、中間部123の下面に第1の磁気検出部113と対向するように第2の磁気検出部124を設けている。また、第2の磁気検出部124には下方へ向かって突出する第2の凸部125を設け、さらに凸部125の反対側に凹部126を設けている。同様に第1の凸部114の反対側にも凹部(図示せず)を設けている。磁気検出素子127は第1の磁気検出部113と第2の磁気検出部124との間に配設されている。
【0080】
本実施の形態においては、磁気検出部113に上方に向かって突出する第1の凸部114を設けるとともに、第2の磁気検出部124に下方へ向かって突出する第2の凸部125を設けている。このため、凸部114および凸部125に磁石116および磁石118により発生する磁力線が集中することとなり、結果として、磁気検出素子127から出力される出力の感度が向上し、非接触型位置センサの出力特性が向上する。
【0081】
また、磁気検出素子127には電源端子128、出力端子129およびGND端子130が設けられている。電源端子128は電源(図示せず)に電気的に接続されるとともに、GND端子130はGND(図示せず)に電気的に接続され、さらに出力端子129は、コンピュータ等に電気的に接続されている。
【0082】
以上のように構成された実施の形態4の非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【0083】
まず、予めU字形状に形成された第1の磁性体111の中間部に絞り加工により第1の凸部114および凹部(図示せず)を形成する。
【0084】
次に、磁性体111の一端側111aの上面および他端側111bの上面に接着剤を塗布し、一端側111aの上面に磁石116のN極117を固着した後、他端側111bの上面に磁石118のS極119を固着する。
【0085】
次に、予めU字形状に形成された第2の磁性体120の中間部123に第2の凸部125および凹部126を形成する。
【0086】
本実施の形態では、凸部125を絞り加工により設け、凸部125の反対側に凹部126を形成したため、この凹部126に磁石116および磁石118により発生する磁力線が通過しなくなり、結果として、第2の磁気検出部124に磁力線が集中する。このため、磁気検出素子127を通過する磁力線が増加することとなり、磁気検出素子127の出力端子129から出力される出力の感度が向上し、非接触型位置センサの出力特性が向上する。
【0087】
次に、磁石116のS極121に磁性体120の一端側120aを接着剤により固着するとともに、他端側120bを磁石118のN極122に接着剤により固着する。
【0088】
最後に、予め電源端子128、出力端子129およびGND端子130を一体に形成された磁気検出素子127を磁性体111の磁気検出部113と磁性体120の磁気検出部124との間に位置するように別部材(図示せず)により設置する。
【0089】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の実施の形態4の非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【0090】
先ず、磁気検出素子127の電源端子128に電源を接続するとともに、GND端子130をGNDに接地する。そして、半円部131および切欠部132を有する回動軸からなる被検出物133を磁性体111および磁性体120の内側面に挿入した後、被検出物133を回動させる。
【0091】
そして、被検出物133の回転角度が10度の場合には、図18(a)に示すように、被検出物133の半円部131が磁石116の近傍に位置するとともに、切欠部132が磁石118の近傍に位置するように配置する。この場合、磁石116のN極117から生じる磁力線が磁性体111の一端側111aから被検出物133の半円部131、磁性体120の一端側120aを介して磁石116のS極121に戻る。一方、磁石118のN極122から生じる磁力線は、磁性体120の他端側120bを介して第2の磁気検出部124から磁気検出素子127を通過して、磁性体111の第1の磁気検出部113に到達し、さらに磁性体111の他端側111bから磁石118のS極119に戻るものである。この時、磁気検出素子127の出力端子129の出力電圧は図19に示すように、約0.7Vになる。
【0092】
被検出物133の回転角度が50度の場合には、図18(b)に示すように半円部131が、磁石116および磁石118と垂直に向かう方向に位置することとなり、ほとんど被検出物133に磁力線が流れないこととなる。この時、磁石116のN極117から発生する磁力線が磁性体111の一端側111aから他端側111bに伝わり、磁石118のS極119、N極122を介して磁性体120の他端側120bから一端側120aに向かい、磁石116のS極121に戻るようにループする。結果として、磁気検出素子127には磁力線が通過しない状態となっている。この時、磁気検出素子127の出力端子129からの出力電圧は図19に示すように、約2.5Vになる。
【0093】
さらに、被検出物133の回転角度が90度の場合には、図19に示すように、被検出物133が回転して、磁石118の近傍に位置することとなる。
【0094】
この時、磁石118のN極122から発生する磁力線が磁性体120の他端側120bを介して半円部131、さらに磁性体111の他端側111bを介して磁石118におけるS極119に戻る。一方、磁石116のN極117から生じる磁力線は磁性体111の一端側111aから磁気検出部113を介して磁気検出素子127を下方から上方に向かって通過し、磁気検出部124、磁性体120の一端側120aを介して磁石116のS極121に戻る。この時、図19に示すように、出力端子129からの出力電圧は約4.3Vになる。
【0095】
すなわち、半円部131が磁石116の近傍に位置する状態においては磁気検出素子127に対し上方から下方に向かって磁力線が通過するのに対して、半円部131が磁石118の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子127に対し下方から上方に向かって磁力線が通過するものである。従って、被検出物133の回転に伴い、図19に示すように、回転角度に応じた出力信号が出力され、この出力信号をコンピュータ(図示せず)等に入力して、被検出物133の回転角度を検出するものである。
【0096】
ここで、被検出物133が磁石116および磁石118の近傍を通過することにより、被検出物133に電磁誘導による磁力が発生する場合を考える。
【0097】
本実施の形態の非接触型位置センサにおいては、第1の磁気検出部113と第2の磁気検出部124の間に磁気検出素子127を設けたため、磁石116のN極117から磁性体111、磁石118のS極119、磁石118のN極122および磁性体120を介して磁石116のS極121に戻る磁力線の流れが被検出物133に作用する磁力線の流れと独立している。結果として、磁石116および磁石118の電磁誘導により発生する被検出物133の磁化の影響を磁気検出素子127が直接検出することがない。このため、従来の同種のセンサで発生した、被検出物133の正方向および逆方向の回転により出力信号にヒステリシスが生じるという現象を防止できる。このように本実施の形態によれば、従来にない特性の向上した非接触型位置センサを提供できる。
【0098】
また、本実施の形態では磁性体111および磁性体120をU字形状としたため、磁石116と第2の磁石118とが互いに略平行に向き合うことになる。このため、被検出物133の半円部131が最大に磁石116に近づいたときには磁石118側に切欠部132が近づくことになり、磁石118の磁力線が被検出物133を通過しにくくなる。このため、磁気検出素子127に最大の磁力線が通過することとなり、結果として、磁気検出素子127から出力される出力の感度が向上する。
【0099】
また、本実施の形態の非接触型位置センサにおいては、磁石116を固着する一端側と磁石118を固着する他端側との中間部112の略中央に磁気検出部113を設けたが、中間部112の一端側あるいは他端側に偏った位置に磁気検出部を設けても同様の効果を有するものである。
【0100】
さらに、本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、磁性体111の磁気検出部113に上方へ向かって突出する凸部114を設け、磁性体120の磁気検出部124に下方へ向かって突出する凸部125を設けたが、磁気検出部113および磁気検出部124を平面形状としても同様の効果を有するものである。
【0101】
(実施の形態5)
以下、実施の形態5における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0102】
図20は実施の形態5の非接触型位置センサの分解斜視図、図21はその斜視図である。
【0103】
なお、図20、図21に示す非接触型位置センサは、基本的に実施の形態4に示した非接触型位置センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。
【0104】
本実施の形態における非接触型位置センサは、磁性体111の第1の磁気検出部141の上面と第2の磁性体120の第2の磁気検出部142の下面とにより磁気検出素子127を挟持したものである。この構成によれば、磁気検出素子127と磁気検出部141および磁気検出素子127と磁気検出部142とのクリアランスがなくなり、結果として、磁気検出素子127から出力される出力信号の感度が向上するという作用効果を有するものである。
【0105】
また、本実施の形態における非接触型位置センサは、磁性体111の一端側111a、他端側111b、磁性体120の一端側120aおよび他端側120bの内側面を円弧形状にするとともに、磁性体111の一端側111a、他端側111b、磁性体120の一端側120aおよび他端側120bの内側面を被検出物133の外周に沿わせたものである。
【0106】
この構成によれば、磁性体111と被検出物133との間の空隙および磁性体120と被検出物133との間の空隙が少なくなり、磁力線が空気中を通過することによる損失がなくなる。このため、磁気検出素子127から出力される出力信号の感度が向上する。
【0107】
(実施の形態6)
以下、本発明の実施の形態6における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0108】
図22は本発明の実施の形態6における非接触型位置センサの斜視図、図23はセンサに被検出物を挿入した状態を示す斜視図である。
【0109】
なお、図22、図23に示す本実施の形態の非接触型位置センサは、基本的に本実施の形態4に示した非接触型位置センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。
【0110】
本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第1の磁性体151および第2の磁性体152を段差形状とし、互いに略平行に設けた第1の磁石116および第2の磁石118が互いに対向しないように異なる平面上に設ける構成としたものである。この構成によれば、磁性体151および磁性体152を介さずに磁石116と磁石118との間の空気中を直接に磁力線が通過してしまうということがなくなる。この結果、磁気検出素子127を通過する磁力線が増加するから、磁気検出素子127から出力される出力信号の感度が向上する。
【0111】
(実施の形態7)
以下、本発明の実施の形態7における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0112】
図24は本発明の実施の形態7における非接触型位置センサの斜視図である。
【0113】
なお、図24に示す本実施の形態における非接触型位置センサは、基本的に本実施の形態4に示した非接触型位置センサと同じ構成であるので、同一構成部分には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。
【0114】
本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、第1の磁性体111の他端側111bに第1の磁石支持部材161を設けるとともに、第2の磁性体120の一端側120aに第2の磁石支持部材162を設けたものである。磁石支持部材161と磁性体120における他端側120bで第2の磁石118を挟持するとともに、磁石支持部材162と磁性体111の一端側111aで第1の磁石116を挟持している。このため、互いに平行に設けた磁石116と磁石118とが互いに対向しないように異なる平面上に設けられている。さらに磁性体111の第1の磁気検出部113に上方に向かって突出する第1の凸部114を設けるとともに、磁性体120の第2の磁気検出部124に下方へ向かって突出する第2の凸部125が設けられている。
【0115】
本実施形態の構成によれば、磁性体111および磁性体120を介さずに磁石116と磁石118との間の空気中を直接に磁力線が通過してしまうということがなくなる。さらに、磁気検出部113に上方に向かって突出する第1の凸部114を設けるとともに、磁気検出部124に下方へ向かって突出する第2の凸部125を設けたため、凸部114および凸部125に磁石116および磁石118により発生する磁力線が集中する。この結果、磁気検出素子127を通過する磁力線が増加するから、磁気検出素子127から出力される出力の感度が向上する。
【0116】
(実施の形態8)
以下、本発明の実施の形態8における非接触型位置センサについて、図面を参照しながら説明する。
【0117】
図25は本発明の実施の形態8における非接触型位置センサに被検出物が挿入された状態を示す斜視図である。
【0118】
本実施の形態の非接触型位置センサは、磁気検出素子支持部212の略中央にセンサの内側に突出するように凸部213が設けられ、かつ、この凸部213の反対側に凹部214が設けられ、さらに、凸部213の先端に磁気検出素子215が設けられている。また、磁気検出素子215には電源端子215a、GND端子215bおよび出力端子215cが設けられ、電源端子215aは電源(図示せず)に電気的に接続されるとともに、GND端子215bはGND(図示せず)に電気的に接続され、さらに出力端子215cは、コンピュータ等(図示せず)に電気的に接続されている。
【0119】
磁気検出素子支持部212の一端には第1の磁石支持部216を設けるとともに、他端に第2の磁石支持部217を設け、磁気検出素子支持部212と合わせた全体としてU字形状になるように構成されている。例えばSmCoを主成分とする第1の磁石218は、第1の磁石支持部216の外側面にN極を固着している。例えばSmCoを主成分とする第2の磁石219は、磁石支持部217の外側面にS極を固着している。U字形状の補強磁性体220は、第1の磁性体211の上方に設けられるとともに、中間部221に孔222を有し、かつ一端部223の内側に磁石218のS極を固着している。補強磁性体220の他端部224の内側には磁石219のN極を固着している。
【0120】
本実施の形態では、補強磁性体220を第1の磁性体211の上方に配設するともに、補強磁性体220に孔222を設け、孔222に被検出物225を貫通させている。このため、磁石218と磁石219を直接的に結合した補強磁性体220を構成したことになり、結果として、磁性体211、磁石219、補強磁性体220および磁石218からなる磁気回路の磁力線の量が大となるから、磁気検出素子215から出力される出力の感度が向上する作用を有する。
【0121】
また、磁気検出素子支持部212の内側に突出する凸部213を設け、この凸部213の先端部に磁気検出素子215を配設したため、この凸部213に磁石218および磁石219が発生する磁力線が集中することとなり、磁気検出素子215から出力される出力信号の感度がさらに向上する。
【0122】
以上のように構成された非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【0123】
まず、予めU字形状に形成された第1の磁性体211の磁気検出素子支持部212の略中央に、絞り加工により内側に突出する凸部213および凹部214を形成する。
【0124】
このとき、凸部213の反対側に凹部214を形成したため、この凹部214に磁石218および磁石219により発生する磁力線が通過しなくなり、凸部213の先端部に磁力線が集中する。このため、磁気検出素子215を通過する磁力線がさらに増加することとなり、磁気検出素子215から出力される出力信号の感度がさらに増加する。
【0125】
次に、磁性体211の一端側の第1の磁石支持部216の外側面および他端側の第2の磁石支持部217の外側面に接着剤を塗布し、磁石支持部216の外側面に第1の磁石218のN極を固着した後、磁石支持部217の外側面に第2の磁石219のS極を固着する。
【0126】
次に、予め孔222が形成された補強磁性体220の一端部223の内側面を、磁石218のS極に固着するとともに、磁石219のN極に補強磁性体220の他端部224の内側面を固着する。この時、補強磁性体220が磁性体211の上方に位置するように、固着する。
【0127】
最後に、予め電源端子215a、GND端子215bおよび出力端子215cを一体に設けた磁気検出素子215を、凸部213の先端に固着する。
【0128】
以上のように構成され、かつ組み立てられた非接触型位置センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【0129】
電源端子215aに電源(図示せず)を接続するとともに、GND端子215bをGND(図示せず)に接続し、5Vの電圧を印加する。そして、半円部228および切欠部229を設けた被検出物225を磁性体211の内側および補強磁性体220の孔222に挿入した後、前記被検出物225を回動させる。
【0130】
そして、図26(a)に示す状態を、被検出物225の回転角度が10度とする。この時、被検出物225の半円部228が磁石218の近傍に位置するとともに、切欠部229が磁石219の近傍に位置することとなる。磁石218のN極から生じる磁力線の一部は被検出物225を介して磁気検出素子215を通過して、凸部213に流れ、磁性体211の他端側の磁石支持部217に到達し、磁石219のS極に到達する。このとき出力端子215cの出力電圧は、図27に示すように約0.7Vになる。また、図26(b)に示すように、被検出物225の回転角度が50度の場合には、半円部228が、磁石支持部216および磁石支持部217の双方に対して垂直に向かう方向に位置することとなる。そして、被検出物225と磁石支持部216および、被検出物225と磁石支持部217との距離が双方ともに小となるため、磁石218のN極から生じる磁力線が被検出物225、磁石支持部217を介して、磁石219のS極に到達する。この結果、磁気検出素子215には磁力線が通過しない状態となる。そして、このとき出力端子215cの出力電圧は、図27に示すように約2.5Vになる。さらに、図26(c)に示すように被検出物225の回転角度が90度の場合には、半円部228が磁石219の近傍に位置するとともに、切欠部229が磁石218の近傍に位置することとなる。この時、磁石218のN極から生じる磁力線の一部が磁石支持部216を介して、凸部213に流れ、磁気検出素子215、被検出物225を介して磁石支持部217に到達し、磁石219のS極に到達する。このとき、出力端子215cの出力電圧は、図27に示すように約4.3Vになる。
【0131】
すなわち、半円部228が磁石218の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子215に対し被検出物225から凸部213に向かって磁力線が通過するのに対して、半円部228が磁石219の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子215に対し、凸部213から被検出物225に向かって磁力線が通過する。従って、被検出物225の回転に伴い、図27に示すような回転角度に応じた出力信号が出力される。この出力信号をコンピュータ(図示せず)等に入力して、被検出物225の回転角度を検出するものである。
【0132】
上記、本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、磁性体211の内側に被検出物225を設けたため、被検出物225の回転角度により、被検出物225と凸部213との間の磁束密度が変化するものである。このため、従来の同種センサに比して、上記実施の形態1と同様の有利な効果を有する。
【0133】
また、本実施の形態では磁性体211をU字形状としたため、磁石支持部216と磁石支持部217が互いに略平行に向き合うため、半円部228が最大に磁石支持部216に近づいたときには、磁石支持部217に切欠部229が近づくこととなる。この結果、磁石218および磁石219より発生する最大の磁力線が磁気検出素子215を通過して、凸部213に流れるから、磁気検出素子215から出力される出力の感度が向上する。
【0134】
また、本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、補強磁性体220を磁性体211の上方に位置して設ける構成としたが、図28に示すように、補強磁性体230を磁性体211と同一の平面上に設けても同様の効果を有するものである。
【0135】
(実施の形態9)
以下、本発明の実施の形態9における非接触型位置センサについて図面を参照しながら説明する。
【0136】
図29は本発明の実施の形態9における非接触型位置センサに被検出物が挿入された状態を示す斜視図である。
【0137】
なお、図29に示す本実施の形態の非接触型位置センサにおいては、実施の形態8に示した図25と同じ構成であるので、同一構成部品には同一番号を付与して詳細な説明は省略する。
【0138】
本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、実施の形態8の補強磁性体のかわりに、一端に第1の磁石218のS極が固着されるとともに他端が第1の磁性体211の第1の磁石支持部216の上方に配設された第2の磁性体231を設けている。また、第2の磁石219のN極と一端が固着されるとともに、他端が磁性体211の第2の磁石支持部217の上方に配設された第3の磁性体232を設けている。そして、磁性体211の内側および磁性体231と磁性体232との間に形成される空隙内に被検出物の回動軸からなる被検出物225を設けている。
【0139】
被検出物225が磁石218および磁石219の近傍を通過することにより、被検出物225に電磁誘導による磁力が発生する場合を考える。本実施形態では、磁性体211の内側に形成される空隙内および磁性体231と磁性体232との間に形成される空隙内に被検出物225を設けている。このため、磁性体211により被検出物225を通過する磁力線の方向と磁性体231および磁性体232により被検出物225に通過する磁力線の方向とが互いに反対となる。このように、被検出物225の回転に伴い、電磁誘導により被検出物225に発生する磁力の方向が互いに反対となるから、被検出物225に発生した磁力が打ち消され、被検出物225を通過する磁力が安定するという作用効果を有するものである。
【0140】
また、磁性体231および磁性体232の被検出物225に接する内側面を円弧形状にするとともに、磁性体231および磁性体232の内側面を被検出物225に沿わせたため、磁性体231と被検出物225との間の空隙および磁性体232と被検出物225との間の空隙が少なくなる。結果として、磁力線が空気中を通過することによる損失が少なくなるため、磁気検出素子215から出力される出力信号の感度が向上するという作用効果を有するものである。
【0141】
(実施の形態10)
図30は本発明の実施の形態10の非接触型位置センサに被検出物が配設された状態を示す斜視図、図31は同じセンサを裏側からみた斜視図である。
【0142】
図30,図31において、U字形状の第1の磁性体311は中間部312の上面に第1の磁気検出部313を設けるとともに、磁気検出部313に上方へ向って突出する第1の凸部314を設け、さらにこの第1の凸部314の反対側に凹部315を設けている。また、磁性体311の一端側311aの上面に、例えばSmCoを主成分とする第1の磁石316のN極317を固着するとともに、磁性体311の他端側311bにSmCoを主成分とする第2の磁石318のS極319を固着している。U字形状の第2の磁性体320は一端側320aの下面に磁石316のS極321を固着するとともに、他端側320bの下面に磁石318のN極322を固着している。磁性体320の中間部323の下面には磁性体311の磁気検出部313と対向するように第2の磁気検出部324を設けている。また、磁性体320の磁気検出部324には下方へ向って突出する第2の凸部325を設け、さらに凸部325の反対側に凹部326を設けている。磁気検出素子327は、磁気検出部313と磁気検出部324とにより挟持されている。
【0143】
本実施の形態では、磁気検出部313の上面と磁気検出部324の下面とにより磁気検出素子327を挟持したため、磁気検出素子327と磁気検出部313および磁気検出素子327と磁気検出部324とのクリアランスがなくなり、磁気検出素子327から出力される出力信号の感度が向上する。
【0144】
また、磁気検出部313に上方へ向かって突出する凸部314を設けるとともに、磁気検出部324に下方へ向かって突出する凸部325を設けたため、凸部314および凸部325に磁石316および磁石318の磁力線が集中する。したがって、磁気検出素子327から出力される出力の感度が向上するため、非接触型位置センサの出力特性が向上する。
【0145】
前記磁気検出素子327には電源端子328、出力端子329およびGND端子330が設けられており、その接続は上記実施の形態と同様である。
【0146】
被検出物331は中央に外径の大きな被検出部332を設け、被検出部332の長さは磁性体311および磁性体320の一端側および他端側の幅よりも長く設定している。また、磁性体311の一端側311aの幅を磁性体320の一端側320aの幅と略等しくするとともに、磁性体311の他端側311bの幅を磁性体320の他端側320bの幅と略等しくしている。
【0147】
かつ、本実施の形態では被検出物331の検出可能距離を、一端側311aの幅と、他端側の幅311bと、一端側311aと他端側311bとの間隙との和から被検出部332の長さを差し引いた距離としている。
【0148】
この構成によれば、磁性体311および磁性体320の一端側の被検出物331の移動方向の端部に被検出部332の一端が位置する部分から、磁性体311および磁性体320の他端側の被検出物331の移動方向の端部に被検出部332の他端が位置する部分まで、被検出物331が移動する。したがって、移動距離の全域にわたって出力特性の直線性が安定するという作用を有するものである。
【0149】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における非接触型位置センサについて、次にその組立方法を説明する。
【0150】
まず、予めU字形状に形成された第1の磁性体311の中間部に第1の凸部314および凹部315を形成する。
【0151】
次に、磁性体311の一端側311aの上面および他端側311bの上面に接着剤を塗布し、一端側311aの上面に第1の磁石316のN極317を固着し、他端側311bの上面に第2の磁石318のS極319を固着する。
【0152】
次に、予めU字形状に形成された第2の磁性体320の中間部323に第2の凸部325および凹部326を形成する。
【0153】
本実施の形態では、磁性体320に凹部326を形成したため、凹部326に磁石316および磁石318の磁力線が通過しにくくなり、したがって、第2の磁気検出部324に磁力線が集中する。これにより、磁気検出素子327を通過する磁力線が増加することとなり、磁気検出素子327の出力端子329から出力される出力の感度が向上するため、非接触位置センサの出力特性が向上する。
【0154】
次に、磁石316のS極321に磁性体320の一端側320aを接着剤により固着するとともに、他端側320bを磁石318のN極322に接着剤により固着する。
【0155】
最後に、予め電源端子328、出力端子329およびGND端子330が一体に形成された磁気検出素子327を磁気検出部313と磁気検出部324との間に位置するように別部材(図示せず)により支持する。
【0156】
以上のように構成され、かつ組み立てられた非接触型位置センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。
【0157】
先ず、電源端子328に電源(図示せず)を接続するとともに、GND端子330をGND(図示せず)に接地する。そして、被検出部332を設けた被検出物331を一端側311aおよび他端側311bと一端側320aおよび他端側320bとの間に配設した後、前記被検出物331を矢印方向に直動させる。
【0158】
この時、図32(a)に示すように、一端側311aの幅をA、一端側311aと他端側311bとの間隙の幅をB、他端側311bの幅をC、被検出部332の長さをDとする。そして、一端側311aと他端側311bとの間隙の中点に被検出部332の中点が位置するときを、被検出物331の移動位置0mmとする。
【0159】
まず、図32(a)に示すように、被検出部332の他端側の端部が他端側311bの端部に位置する場合、すなわち、被検出部332の位置が−(C+B/2−D/2)mmの状態においては、被検出部332が磁石318の近傍に位置するとともに、磁石316から最も遠ざかる。この時、磁石318のN極322から生じる磁力線が磁性体320の他端側320bから被検出部332、他端側311bを介して磁石318のS極319に戻る。また、磁石316のN極317から生じる磁力線は、一端側311aを介して磁気検出部313から磁気検出素子327を通過して、磁気検出部324に到達し、さらに一端側320aから磁石316のS極321に戻るものである。この時、図33に示すように、磁気検出素子327の出力端子329の出力電圧は約0.7Vとなる。
【0160】
本実施の形態では、被検出部332の長さDを磁性体311および磁性体320の他端側の幅Cよりも長くしたため、被検出部332が磁性体311あるいは磁性体320の近傍に位置する状態においても、被検出部332の直線的な微小な変位に対して、磁性体311および磁性体320を通過する磁界が変化することとなり、したがって、出力特性が安定するという作用効果を有するものである。
【0161】
また、被検出部332が位置0mmの場合には、図32(b)に示すように被検出部332が、磁石316および磁石318と等距離に位置することとなり、被検出部332への磁力線が相殺される。この時、磁石316のN極317から発生する磁力線が一端側311aから他端側311b(図示せず)に伝わり、さらに磁石318のS極319、N極322を介して他端側320bから一端側320aに向かい、磁石316のS極321に戻るようにループする。この時、磁気検出素子327には磁力線が通過しない状態となっている。そして、出力端子329からの出力電圧は図33に示すように、約2.5Vになる。さらに、被検出部332の位置が(A+B/2−D/2)mmの場合には、図32(c)に示すように、被検出部332が磁石316の近傍に位置することとなる。この時、磁石316のN極317から発生する磁力線が一端側311aを介して被検出部332、さらには一端側320aを介して磁石316のS極321に戻ることとなる。また、磁石318のN極322から生じる磁力線は他端側320bから磁気検出部324を介して磁気検出素子327を上方から下方に向かって通過し、磁気検出部313、他端側311bを介して磁石318のS極319に戻るものである。この時、出力端子329からの出力電圧は図33に示すように、約4.3Vになる。すなわち、被検出部332が磁石318の近傍に位置する状態においては磁気検出素子327に対し下方から上方に向かって磁力線が通過するのに対して、被検出部332が磁石316の近傍に位置する状態においては、磁気検出素子327に対し上方から下方に向かって磁力線が通過するものである。従って、被検出部332の直線的な往復運動に伴い、図33に示すように、出力端子29から被検出物の位置に応じた出力信号が出力される。この出力信号をコンピューター(図示せず)等に入力して、被検出部332の位置を検出するものである。
【0162】
ここで、非接触型位置センサを長期にわたって使用する場合を考えると、本実施の形態の非接触型位置センサにおいては、一端側311aおよび他端側311bと一端側320aおよび他端側320bとの間、または近傍に位置して被検出物331を設けている。このため、被検出物331が非接触型位置センサに対して全く摺接しない。したがって、磁性体311および磁性体320と被検出物331との距離が摺動磨耗により、変動することがない。このため、長期にわたり高精度に位置検出可能な非接触型位置センサを提供することができる。
【0163】
また、磁性体311および磁性体320をU字形状としたため、一端側311aを他端側311bとを互いに幅方向に一直線上に設けるとともに、一端側320aを他端側320bとを互いに幅方向に一直線上に設けることができる。このため、磁性体の一端側から他端側の方向と被検出物331の移動方向を略平行に配置することができる。したがって、磁性体の一端側および他端側に近接させて被検出部332を移動させることができるから、非検出位置センサの出力感度が向上する。
【0164】
また、本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、磁石316を固着する一端側と磁石318を固着する他端側との間を中間部312とし、中間部312の略中央に磁気検出部313を設ける構成としたが、中間部312の一端側あるいは他端側に偏った位置に磁気検出部313を設けても同様の効果を有するものである。
【0165】
さらに、本実施の形態における非接触型位置センサにおいては、磁気検出部313に上方へ向かって突出する凸部314を設けるとともに、磁気検出部324に下方へ向かって突出する凸部325を設ける構成としたが、磁気検出部313および磁気検出部324を平面形状としても同様の効果を有するものである。
【0166】
さらに、本実施の形態の非接触型位置センサにおいては、被検出部332を円筒形状の構成としたが、半円筒形状あるいは角柱形状としても同様の効果を有するものである。
【0167】
【発明の効果】
以上のように本発明の構成によれば、被測定物自体の回転または直動により、位置センサの磁束度密度が変化するため、従来のような磁束シャッタ等の複雑な部材を設けることなく、被測定物の回転角度や移動速度を容易に検出することができる。また被測定物の回動軸が偏芯した場合でも、従来のように回動軸の先端部側に磁束シャッタを垂直方向に取り付けた構成ではないため、回動軸の回転角度の検出も正確に行うことができる。さらに非接触型位置センサを相手側回動軸に組み付ける場合においても、従来のような磁束シャッタ等の複雑な部材がないため、被測定物と、位置センサとを近接させて組み付けることができる。
【0168】
このため、本発明の非接触型位置センサは長期信頼性を必要とする各種回転角度検出、位置検出などの用途に、広く使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1における非接触型位置センサの蓋および回路基板を外した状態の上面図
【図2】 図1の非接触型位置センサの側断面図
【図3】 本発明の実施の形態1の非接触型位置センサに被検出物の回動軸を挿入した状態を示す断面図
【図4】 (a)、(b)は非接触型位置センサの動作状態を示す説明図
【図5】 被検出物の回転角度と磁束密度の関係を示す特性図
【図6】 本発明の実施の形態2の非接触型位置センサの上面図
【図7】 本発明の実施の形態2の非接触型位置センサの側断面図
【図8】 本発明の実施の形態2の非接触型位置センサに被検出物の回動軸を挿入した状態を示す断面図
【図9】 (a)、(b)、(c)は非接触型位置センサの動作状態を示す説明図
【図10】 被検出物の回転角度と磁束密度の関係を示す特性図
【図11】 本発明の実施の形態3の非接触型位置センサの分解斜視図
【図12】 本発明の実施の形態3の非接触型位置センサの上面図
【図13】 本発明の実施の形態3の非接触型位置センサの側断面図
【図14】 本発明の実施の形態3の非接触型位置センサに被検出物の回動軸を挿入した状態を示す斜視図
【図15】 (a)、(b)、(c)は非接触型位置センサの動作状態を示す説明図
【図16】 被検出物の回転角度と磁束密度の関係を示す特性図
【図17】 本発明の実施の形態4の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を示す斜視図
【図18】 非接触型位置センサの動作状態を示す図
【図19】 被検出物の回転角度と出力電圧の関係を示す特性図
【図20】 本発明の実施の形態5の非接触型位置センサの分解斜視図
【図21】 本発明の実施の形態5の非接触型位置センサの斜視図
【図22】 本発明の実施の形態6の非接触型位置センサの斜視図
【図23】 本発明の実施の形態6の非接触型位置センサに被検出物が挿通された状態を示す斜視図
【図24】 本発明の実施の形態7の非接触型位置センサの斜視図
【図25】 本発明の実施の形態8の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を示す斜視図
【図26】 非接触型位置センサの動作状態を示す図
【図27】 被検出物の回転角度と出力電圧との関係を示す図
【図28】 本発明の実施の形態8の他の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を示す斜視図
【図29】 本発明の実施の形態9の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を示す斜視図
【図30】 本発明の実施の形態10の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を示す斜視図
【図31】 本発明の実施の形態10の非接触型位置センサに被検出物を挿通した状態を背面から示す斜視図
【図32】 非接触型位置センサの動作状態を示す図
【図33】 被検出物の移動距離と出力電圧との関係を示す図
【図34】 従来の非接触型位置センサの分解斜視図
【図35】 従来の非接触型位置センサの側断面図
【図36】 (a)、(b)は従来の非接触型位置センサの磁気シャッターが着磁された状態を示す模式図
【符号の説明】
21,41 磁石
22,42,62,65 N極
23,43,63,66 S極
24,25,44,67 磁性体
24a,25a,44a,44b 先端部
26,45,68 磁気検出素子
33,53 相手側回動軸
34 扇形状部
54 I形状部
61 第1の磁石
64 第2の磁石
69 中間部
70 補強磁性体
76 空隙
111,151 第1の磁性体
111a,120a 一端側
111b,120b 他端側
112,123 中間部
113,141 第1の磁気検出部
114 第1の凸部
116 第1の磁石
117,122 N極
118 第2の磁石
119,121 S極
120,152 第2の磁性体
124,142 第2の磁気検出部
125 第2の凸部
126 凹部
127 磁気検出素子
133 被検出部材
161,162 磁石支持部材
211 第1の磁性体
212 磁気検出素子支持部
213 凸部
214 凹部
215 磁気検出素子
216 第1の磁石支持部
217 第2の磁石支持部
218 第1の磁石
219 第2の磁石
220 補強磁性体
222 孔
225 被検出部材
231 第2の磁性体
232 第3の磁性体
311 第1の磁性体
311a,320a 一端側
311b,320b 他端側
312,323 中間部
313 第1の磁気検出部
314 第1の凸部
315,326 凹部
316 第1の磁石
317,322 N極
318 第2の磁石
319,321 S極
320 第2の磁性体
324 第2の磁気検出部
325 第2の凸部
327 磁気検出素子
331 被検出部材
332 被検出部
Claims (20)
- 2個の磁石および磁気的に連続した磁性体とから構成された磁気回路と、前記磁気回路中に配置された少なくとも1個の磁気検出素子と、前記磁気回路中に配置された被検出物とを備え、前記磁気回路は、磁気的に閉回路の磁性体と前記閉回路の磁性体の内側に配置された2つの磁石とから構成され、前記磁気検出素子は前記閉回路の磁性体の内側に配置され、前記被検出物が前記2つの磁石の間に配置される非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記磁性体の厚みが前記磁性体の他の部分の厚みより小さい請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記磁性体が前記磁性体の他の部分と段差を有する請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記2つの磁石の横幅が前記被検出物の直径に略一致している請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気回路は、第1のU字形状の磁性体と、第2のU字形状の磁性体と、2つの磁石とから構成されるとともに、前記2つの磁石は上下に配置された前記2つのU字形状の磁性体の間に配置され、前記磁気検出素子は、前記2つのU字形状の磁性体の略中央部分の間に配置され、前記被検出物は前記2つのU字形状の磁性体のUの字の内部に配置されてなる請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記U字形状の磁性体が前記U字形状の磁性体の他の部分と段差を有する請求項5記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記第1および第2のU字形状の磁性体が前記磁気検出素子を介して相接している請求項6記載の非接触型位置センサ。
- 前記2つのU字形状の磁性体の少なくとも一つは、前記被検出物の外形に接する形状を有する請求項5記載の非接触型位置センサ。
- 前記2つのU字形状の磁性体は段差を有し、前記2つの磁石が段差を持って対向する請求項5記載の非接触型位置センサ。
- 前記2つのU字形状の磁性体はさらに磁石支持部分を有し、前記2つの磁石が段差を持って対向する請求項5記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気回路は、第1のU字形状の磁性体と、前記第1のU字形状の磁性体よりも大きな第2のU字形状の磁性体と、2つの磁石とから構成されるとともに、前記2つの磁石は前記2つのU字形状の磁性体の間に配置され、前記磁気検出素子は、前記第1のU字形状の磁性体のUの字の内側に配置された請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記第1のU字形状の磁性体と前記第2のU字形状の磁性体とが同一平面上に配置された請求項11記載の非接触型位置センサ。
- 前記第1のU字形状の磁性体と前記第2のU字形状の磁性体とが略直角に配置された請求項11記載の非接触型位置センサ。
- 前記第2のU字形状の磁性体の略中央に前記被検出物を挿入する孔を有する請求項13記載の非接触型位置センサ。
- 前記第2のU字形状の磁性体が2つの部分から構成され、前記2つの部分の接合部分に前記被検出物を挿入する部分を有する請求項13記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気回路は、第1のU字形状の磁性体と、第2のU字形状の磁性体と、2つの磁石とから構成されるとともに、前記2つの磁石は上下に配置された前記第1と第2のU字形状の磁性体の間に配置され、前記磁気検出素子は、前記第1と第2のU字形状の磁性体の略中央部分の間に配置され、前記被検出物は、前記第1のU字形状の磁性体の両端部と前記第2のU字形状の磁性体の両端部の間に直動可能なように配置されてなる請求項1記載の非接触型位置センサ。
- 前記第1のU字形状磁性体の一端側の幅を前記第2のU字形状の磁性体の一端側の幅と略等しくするとともに、前記第1のU字形状の磁性体の他端側の幅を前記第2のU字形状の磁性体の他端側の幅と略等しくし、かつ前記被検出物の検出可能距離を、前記一端側の幅と、前記他端側の幅と、前記一端側と前記他端側との間隙との和から、前記被検出物の被検出部の長さを差し引いた距離とした請求項16記載の非接触型位置センサ。
- 前記被検出部の長さを前記一端側の幅および前記他端側の幅よりも長くした請求項17記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記第1又は第2のU字形状の磁性体の一部が前記第1又は第2のU字形状の磁性体の他の部分と段差を有する請求項16記載の非接触型位置センサ。
- 前記磁気検出素子を配置する部分の前記第1又は第2のU字形状の磁性体が前記磁気検出素子を介して相接している請求項19記載の非接触型位置センサ。
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