JP5057114B2 - 移動体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁界変化を検出する検出装置に係り、特に、例えば工業用工作機械や自動車のエンジンに用いられる軟磁性体からなるラックや歯車のような直線移動や回転移動する検知対象移動体の移動状態を磁気的に検出する場合等に用いて好適な移動体検出装置に関する。

工業用工作機械や自動車のエンジン等に用いられる軟磁性体のラックや歯車のような直線移動や回転移動する検知対象移動体の移動状態を磁気的に検出するために、永久磁石であるバイアス磁石によりバイアス磁界を加えた感磁素子に軟磁性体が近接することによって感磁素子の出力信号が変化する特性を利用する移動体検出装置がある。

このような移動体検出装置において、感磁素子とバイアス磁石の間に、バイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状のヨークを配置し、感磁素子に印加するバイアス磁界の平滑化を試みたものが知られている(下記特許文献１参照)。

特許３４６９７０７号公報

特許文献１の従来例の場合、感磁素子や、バイアス磁石、ヨークを保持する保持部材（例えばセンサー・パッケージのハウジングシェル）へのそれらの部品の組み付け誤差や、保持部材自体の製品ばらつきにより、感磁素子に印加するバイアス磁界が変動し、移動体検出装置として組み立てたときの製品としての最大検出距離（検知対象移動体の動きを検出できる最大距離）に個体差が生じてしまうという問題があった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、感磁素子、永久磁石及びヨーク相互の位置のばらつきに起因する磁界の変動を抑制し、最大検出距離の製品ばらつきの低減を図ることのできる移動体検出装置を提供することにある。

本発明の第１の態様は、移動体検出装置である。この移動体検出装置は、
感磁素子と、バイアス磁界発生用の永久磁石と、前記感磁素子と前記永久磁石との間に配置されたヨークとを備え、
前記ヨークは、前記永久磁石の磁極面に対面し、かつ前記感磁素子側の面と前記永久磁石側の面が共に全体的に平面であり、
前記永久磁石の磁極面と平行な平面内で相互に直交する２方向をｘ方向及びｙ方向としたとき、前記磁極面のｘ方向の長さよりも、所定のｙ方向範囲における前記ヨークのｘ方向の長さの方が大きく、
前記感磁素子のセンシングポイントのｙ方向位置が前記所定のｙ方向範囲内にある。

本発明の第２の態様は、移動体検出装置である。この移動体検出装置は、
２つの感磁素子と、バイアス磁界発生用の永久磁石と、前記２つの感磁素子と前記永久磁石との間に配置されたヨークとを備え、
前記ヨークは、前記永久磁石の磁極面に対面し、かつ前記感磁素子側の面と前記永久磁石側の面が共に全体的に平面であり、
前記永久磁石の磁極面と平行な平面内で相互に直交する２方向をｘ方向及びｙ方向としたとき、前記２つの感磁素子を結ぶ直線方向がｘ方向と平行であり、前記磁極面のｘ方向の長さよりも、所定のｙ方向範囲における前記ヨークのｘ方向の長さの方が大きく、
前記２つの感磁素子のセンシングポイントのｙ方向位置が前記所定のｙ方向範囲内にある。

前記第１又は第２の態様において、前記所定のｙ方向範囲内における前記ヨークのｘ方向の長さが、前記磁極面のｘ方向の長さの１．２倍以上であるとよい。

前記第１又は第２の態様において、前記感磁素子、前記永久磁石及び前記ヨークを保持する保持部材を備え、前記保持部材は前記永久磁石及び前記ヨークが挿入される挿入穴を有するとよい。

また、前記感磁素子は表面実装型感磁素子であって基板に固着され、前記基板が前記保持部材で保持されているとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る移動体検出装置によれば、軟磁性体のヨーク形状を工夫することで、感磁素子、永久磁石及びヨーク相互の位置のばらつきに起因する感磁素子位置での磁界変動を抑制することができ、ひいては最大検出距離の製品ばらつきの低減を図ることが可能である。

また、使用中に振動や衝撃が加わり、感磁素子、永久磁石及びヨークの相互位置関係が変化してしまっても、感磁素子への印加磁界変動を小さく抑えることが可能であり、その結果、振動や衝撃に起因する誤動作を抑制できる。

本発明の第１の実施の形態に係る移動体検出装置の要部構成であって、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）はバイアス磁石、ヨーク及び感磁素子としてのホールＩＣを組み付けた後の斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係る移動体検出装置の全体構成を示す側断面図。 ホールＩＣに内蔵されている１つのホール素子の位置（センシングポイント）とこれに対向するバイアス磁石及びヨークの配置であって、（Ａ）はバイアス磁石の磁極面と同面積、同形状のヨークを重ねて配置した従来例の場合の正面図、（Ｂ）は同平面図、（Ｃ）はバイアス磁石の磁極面よりも面積が大きい（又は特定方向において磁極面の長さよりも長い）ヨークを重ねて配置した第１の実施の形態の場合の正面図、（Ｄ）は同平面図。 ホールＩＣに内蔵されている２つのホール素子の位置（センシングポイント）とこれに対向するバイアス磁石及びヨークの配置であって、（Ａ）はバイアス磁石の磁極面と同面積、同形状のヨークを重ねて配置した従来例の場合の正面図、（Ｂ）は同平面図、（Ｃ）はバイアス磁石の磁極面よりも面積が大きい（又は特定方向において磁極面の長さよりも長い）ヨークを重ねて配置した第１の実施の形態の場合の正面図、（Ｄ）は同平面図。 本発明の第２の実施の形態に係る移動体検出装置の要部構成であって、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）はバイアス磁石及びヨークを組み付けた後の斜視図、（Ｃ）はさらにホールＩＣを搭載した基板を組み付けた後の斜視図。 本発明の第２の実施の形態に係る移動体検出装置の全体構成であって、（Ａ）は封止樹脂の充填前で、リード線を省略した平面図、（Ｂ）は側断面図。 バイアス磁石に重ねて配置されるヨーク形状の例示であり、（Ａ−１）はバイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の正方形板状のヨークを用いた従来例（モデル：Ｙ０５）の平面図、（Ａ−２）は同正面図、（Ｂ−１）はｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に帯状（矩形板状）のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを用いたモデル：ＹＭＡ１の平面図、（Ｂ−２）は同正面図、（Ｃ−１）はｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側にさらに長い帯状（矩形板状）のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを用いたモデル：ＹＭＡ２の平面図、（Ｃ−２）は同正面図、（Ｄ−１）はｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に三角形板状のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを用いたモデル：ＹＭＢ１の平面図、（Ｄ−２）は同正面図、（Ｅ−１）はｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に円弧板状のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを用いたモデル：ＹＭＣ１の平面図、（Ｅ−２）は同正面図、（Ｆ−１）はｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さよりも短く、ｘ方向長さが前記磁極面よりも大きい長方形板状のヨークを用いたモデル：ＹＭＤ１の平面図、（Ｆ−２）は同正面図、（Ｇ−１）はバイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の円板形状のヨークを用いた従来例（モデル：ＹＣ０５）の平面図、（Ｇ−２）は同正面図、（Ｈ−１）はバイアス磁石の磁極面よりも大径の円板形状のヨークを用いたモデル：ＹＣ０７）の平面図、（Ｈ−２）は同正面図。 バイアス磁石とヨーク間にセンターずれ（中心位置ずれ）がない状態におけるヨーク形状別シミュレーション結果であって、（Ａ）はシミュレーションモデル概念図、（Ｂ）は各モデルＹ００〜Ｙ１１のヨーク及びバイアス磁石形状、寸法と、素子（センシングポイント）−磁石間隔（Ｙ００の場合）、及び素子−ヨーク間隔（Ｙ０１〜Ｙ１１）の関係を示す表、（Ｃ）は各モデルＹ００〜Ｙ１１についてｘ方向位置とｚ方向磁束密度Ｂｚとの関係を示すヨーク形状別Ｂｚ分布図。 ２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間にセンターずれが存在する場合（バイアス磁石とヨーク間にはずれ無し）であって、（Ａ）は２つの素子位置（２つのセンシングポイント）におけるＢｚの差ΔＢｚの求め方を示す説明図、（Ｂ）は各モデルＹ００〜Ｙ１１のΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を示す表、（Ｃ）はＹ００〜Ｙ１１のｘ方向ヨーク幅とΔＢｚとの関係を示すグラフ。 バイアス磁石とヨーク間にセンターずれが存在する場合の各モデルＹ０１Ｓ〜Ｙ１１Ｓ（Ｙ０１〜Ｙ１１のヨーク中心をバイアス磁石中心に対してｘ方向に０．５ｍｍずらしたもの）についてｘ方向位置とｚ方向磁束密度Ｂｚとの関係を示すヨーク形状別Ｂｚ分布図。 バイアス磁石とヨーク間にセンターずれが存在し、かつ２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間にセンターずれが存在する場合であって、（Ａ）はバイアス磁石、ヨーク及び素子（センシングポイント）の位置ずれの１例を示す正面図、（Ｂ）は同平面図、（Ｃ）は各モデルＹ００Ｓ〜Ｙ１１ＳのΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を、バイアス磁石とヨーク間にずれの無いモデルＹ００〜Ｙ１１と対比して示す表、（Ｄ）はＹ０１Ｓ〜Ｙ１１Ｓのｘ方向ヨーク幅とΔＢｚとの関係を、バイアス磁石とヨーク間にずれの無いモデルＹ００〜Ｙ１１と対比して示すグラフ。 多様な形状のモデルＹ０５，Ｙ０７，ＹＭＡ１，ＹＭＡ２，ＹＭＢ１，ＹＭＣ１，ＹＭＤ１，ＹＣ０５，ＹＣ０７に関して、（Ａ）はｘ方向位置とｚ方向磁束密度Ｂｚとの関係を示すヨーク形状別Ｂｚ分布図、（Ｂ）は２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間にセンターずれが存在する場合の、各モデルについてのΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を示す表。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１（Ａ）,（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る移動体検出装置１００の要部構成構成を、図２は移動体検出装置１００の全体構成をそれぞれ示す。これらの図に示すように、移動体検出装置１００は、ケース２０と、保持部材３０とを備える。ケース２０及び保持部材３０は、例えば絶縁樹脂製である。保持部材３０には、感磁素子としてのホール素子を内蔵したホールＩＣ１０と、バイアス磁界発生用の永久磁石であるバイアス磁石４０と、バイアス磁石４０の磁極面に対面（密着）した軟磁性体のヨーク６０と、基板７０とが保持される。なお、バイアス磁石４０は厚み方向に着磁されており、一方の磁極面がＮ極、他方の磁極面がＳ極である。また、ヨーク６０はバイアス磁石４０の磁極面とは異なる形状（例えば、磁極面よりも大きな面積）であり、磁極面からはみ出した部分を有するが、詳細は後述する。

図１（Ａ）,（Ｂ）に示すように、ホールＩＣ１０（本実施の形態では、リード端子を有するもの）はホール素子とその出力を増幅する増幅器とを内蔵したものであり、ホール素子を１個又は複数個有する。そして、ホールＩＣ１０は、保持部材３０の有する支持部３１の先端部に形成された凹部３９内に位置し、固定的に保持される。

保持部材３０の支持部３１には、磁石挿入部３６ａとヨーク挿入部３６ｂとからなる挿入穴３６が形成されており、バイアス磁石４０は挿入穴３６の磁石挿入部３６ａ内に挿入保持され、ヨーク６０は、挿入穴３６のヨーク挿入部３６ｂ内に挿入保持されてホールＩＣ１０の近傍に位置し、ホールＩＣ１０にバイアス磁界を加える。なお、挿入穴３６の開口は、図２のようにケース２０を保持部材３０に被せることによって塞がれる。

図２のように、基板７０は、支持部３１の上辺部(ホールＩＣ１０の近傍)に支持固定される。ホールＩＣ１０のリード端子１１は基板７０に接続され、基板７０にはホールＩＣ１０の出力信号を保護(処理)する電子部品(図示せず)が実装(搭載)されて出力信号保護(処理)回路が組み立てられている。

保持部材３０の有する円柱状栓体部３２を貫通してＬ字状に折り曲げ形成(インサート成型)された複数本の導体５０の末端部が基板７０にそれぞれ接続され、導体５０の先端部がコネクタピン５１として保持部材３０の有するコネクタ部３３の内側ハウジング内に突出している。なお、導体５０はホールＩＣ１０により検出された出力信号を外部に導出するためのものである。基板７０は、導体５０(保持部材３０と一体)が貫通して半田固定されることで支持部３１の上辺部に固定支持される。そしてホールＩＣ１０は、端子１１が基板７０に半田固定されることで支持部３１先端部の凹部３９内に固定的に保持される。

ケース２０は、有底円筒状で一端が開口部となっており、保持部材３０と嵌合する構造となっている。保持部材３０の円柱状栓体部３２には、くびれ部３４が形成されており、このくびれ部３４にはゴム等の水密封止用弾性体としてのＯリング３５が装着されている。そして、円柱状栓体部３２の外側にケース２０を被せることで、ケース２０内部が水密封止される。なお、ケース２０にはフランジ部２１が一体に形成され、フランジ部２１の内側にブッシュ２２が嵌合固定されている。また、ケース２０の外周部(フランジ部２１の前側)には移動体検出装置１００を相手側に取り付けるためにＯリング取付け溝４５が形成されており、その周囲にゴム等の水密封止用弾性体としてのＯリング４６が装着されている。

図３及び図４において、ホールＩＣ１０のセンシングポイント（ホール素子の位置）とバイアス磁石４０及びヨーク６０との相互関係について説明する。

図３は１つのホール素子を内蔵したホールＩＣを用いる場合であって、図３（Ａ）,（Ｂ）は従来例に相当する構成で、バイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の正方形状のヨークを、バイアス磁石の磁極面に重ねたものであり、ヨーク平面のｘ方向及びこれに直交するｙ方向の中心０を通過してｘｙ方向に垂直なｚ方向上にホールＩＣのセンシングポイントを位置させている。

図３（Ｃ）,（Ｄ）は第１の実施の形態に係る場合であり、ｘ方向の長さがバイアス磁石４０の磁極面の同方向長さよりも大きく、ｙ方向の長さは磁極面の同方向長さに等しい長方形状のヨーク６０を、相互の中心が一致するようにバイアス磁石４０の磁極面に重ねたものであり、ヨーク平面の中心０を通過するｚ方向上にホールＩＣ１０のセンシングポイントを位置させている。なお、通常の使用方法では、ｘ方向は、図２に示した軟磁性体歯車１の外周面の移動方向を向いている。

移動体検出装置１００は、図２に示されるように、ホールＩＣ１０が検知対象移動体の例示である軟磁性体歯車１の外周面に対向するように支持された状態で使用される。歯車１の歯は紙面に垂直な方向に移動する。そして、歯車１がセンシングポイントに近いか、遠いかによってセンシングポイントにおける磁界が変化し、これをホール素子で検出する。

図３（Ｃ）,（Ｄ）の構成とすれば、バイアス磁石４０、ヨーク６０及びホールＩＣ１０のｘ方向の相互の位置ずれに起因するセンシングポイントにおけるｚ方向磁束密度の変動が従来例に比較して緩和される。このことは後述のシミュレーションにおいて説明するが、前記位置ずれによる最大検出距離の製品ばらつきの低減に有効である。

図４は２つのホール素子を内蔵した差動型ホールＩＣを用いる場合であって、図４（Ａ）,（Ｂ）は従来例に相当する構成で、バイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の正方形状のヨークを、バイアス磁石の磁極面に重ねたものであり、ヨーク平面のｘ方向及びこれに直交するｙ方向の中心０を通過してｘｙ方向に垂直なｚ方向上にホールＩＣの２つのセンシングポイントの中間点（２分割点）を位置させている。

図４（Ｃ）,（Ｄ）は第１の実施の形態に係る場合であり、ｘ方向の長さがバイアス磁石４０の磁極面の同方向長さよりも大きく、ｙ方向の長さは磁極面の同方向長さに等しい長方形状のヨーク６０を、相互の中心が一致するようにバイアス磁石の磁極面に重ねたものであり、ヨーク平面の中心０を通過するｚ方向上にホールＩＣ１０の２つのセンシングポイントの中間点（２分割点）を位置させている。ｘ方向はホールＩＣ１０の２つのセンシングポイント（２つのホール素子）を結ぶ直線に平行に設定される。また、通常の使用方法では、ｘ方向及び２つのセンシングポイントを結ぶ直線方向は、図２の示した軟磁性体歯車１の外周面の移動方向を向いている。

図４（Ｃ）,（Ｄ）の構成のように、２つのセンシングポイント（２つのホール素子）を結ぶ直線に平行な方向（つまりｘ方向）のヨーク長さをバイアス磁石４０の磁極面の同方向長さよりも大きくすることで、バイアス磁石４０、ヨーク６０及びホールＩＣ１０のｘ方向の相互の位置ずれに起因するセンシングポイントにおけるｚ方向磁束密度の変動が従来例に比較して緩和される。このことは後述するシミュレーションにおいて説明するが、前記位置ずれによる最大検出距離の製品ばらつきの低減に有効である。

図５（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る移動体検出装置２００の要部構成構成を、図６（Ａ）,（Ｂ）は移動体検出装置２００の全体構成をそれぞれ示す。これらの図に示すように、移動体検出装置２００は、保持部材を兼ねたケース２５内に、ホールＩＣ１０（本実施の形態では表面実装型のもの）と、バイアス磁石４０と、バイアス磁石４０の磁極面に対面（密着）したヨーク６０と、基板７０とを収納したものである。なお、軟磁性体のヨーク６０はバイアス磁石４０の磁極面とは異なる形状（例えば、磁極面よりも大きな面積）であり、磁極面からはみ出した部分を有する。

ケース２５は、例えば絶縁樹脂製であり、有底で一方が開口した構造を持ち、基板挿入穴２６及び磁石・ヨーク挿入穴２７を有している。磁石・ヨーク挿入穴２７は磁石挿入部２７ａ及びヨーク挿入部２７ｂとからなっている。そして、バイアス磁石４０は磁石・ヨーク挿入穴２７の磁石挿入部２７ａ内に挿入保持され、ヨーク６０は、ヨーク挿入部２７ｂ内に挿入保持される。

基板７０にはホールＩＣ１０が表面実装されて固着され、さらにホールＩＣ１０の出力信号を保護(処理)する電子部品(図示せず)が実装(搭載)されて出力信号保護(処理)回路が組み立てられている。また、基板７０の一方の端部には複数本のリード線５５が固定されている。それらのリード線５５は、ホールＩＣ１０により検出された出力信号を外部に導出するためのものである。ホールＩＣ１０や、電子部品、リード線５５等を搭載した基板７０は基板挿入穴２６に挿入保持される。

最後に、図６（Ｂ）のように、封止樹脂２９をケース２５内に充填することで、ケース２５の開口は封止され、ケース２５内のホールＩＣ１０や、バイアス磁石４０、ヨーク６０等は位置決め固定されることになる。ケース内において、バイアス磁石４０及びヨーク６０は、ホールＩＣ１０の近傍に位置し、ホールＩＣ１０にバイアス磁界を印加している。例えば、１つのホール素子を内蔵したホールＩＣを用いる場合には図３（Ｃ）,（Ｄ）の配置とし、２つのホール素子を内蔵したホールＩＣを用いる場合には図４（Ｃ）,（Ｄ）の配置とする。

移動体検出装置２００は、図６（Ｂ）に示されるように、ホールＩＣ１０が検知対象移動体の例示である軟磁性体歯車１の外周面に対向するように支持された状態で使用される。歯車１の歯は紙面に垂直な方向に移動する。

この第２の実施の形態の場合も、第１の実施の形態とはケース構造が異なるが、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

図７は第１及び第２実施の形態で使用できるその他のヨーク形状の例示であり、対比のために従来例に相当する構成も併せて示す。

図７（Ａ−１）,（Ａ−２）は、従来例に相当するモデル：Ｙ０５であり、角柱状のバイアス磁石に対してバイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の正方形板状のヨークを重ねた構成である。

図７（Ｂ−１）,（Ｂ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＭＡ１であり、ｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に帯状（矩形板状）のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを、角柱状のバイアス磁石に重ねた構成である。

図７（Ｃ−１）,（Ｃ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＭＡ２であり、ｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側にさらに長い帯状（矩形板状）のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを、角柱状のバイアス磁石に重ねた構成である。

図７（Ｄ−１）,（Ｄ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＭＢ１であり、ｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に三角形板状のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを、角柱状のバイアス磁石に重ねた構成である。

図７（Ｅ−１）,（Ｅ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＭＣ１であり、ｘｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さと同じ正方形板状部に加えて、ｘ方向の両側に円弧板状のはみ出し部を有することでｘ方向長さが前記磁極面よりも大きくなったヨークを、角柱状のバイアス磁石に重ねた構成である。

図７（Ｆ−１）,（Ｆ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＭＤ１であり、ｙ方向の長さがバイアス磁石の磁極面の長さよりも短く、ｘ方向長さが前記磁極面よりも大きい長方形板状のヨークを、角柱状のバイアス磁石に重ねた構成である。

図７（Ｇ−１）,（Ｇ−２）は従来例に相当するモデル：ＹＣ０５であり、円柱状のバイアス磁石に対してバイアス磁石の磁極面と同面積かつ同形状の円板形状のヨークを重ねた構成である。

図７（Ｈ−１）,（Ｈ−２）は第１及び第２実施の形態で使用できるモデル：ＹＣ０７であり、円柱状のバイアス磁石に対してバイアス磁石の磁極面よりも大径の円板形状のヨークを重ねた構成である。

以下、図８〜図１２でヨーク形状別シミュレーション結果の比較、検討を行う。

図８は、角柱状バイアス磁石と長方形板状のヨーク間にセンターずれがない状態におけるヨーク形状別シミュレーション結果を示す。図８（Ａ）はシミュレーションモデル概念図であり、モデルＹ０１〜Ｙ１１の場合は、角柱状バイアス磁石（磁極面のｘ方向寸法：５ｍｍ、ｙ方向寸法：５ｍｍ、ｚ方向の磁石厚み：３ｍｍ）を用い、その磁極面に密着させて長方形板状のヨーク（感磁素子（実施の形態の場合にはホール素子）に対向する平面のｘ方向寸法：１〜１５ｍｍ、ｙ方向寸法：５ｍｍ＝一定、ｚ方向の磁石厚み：１ｍｍ＝一定）を配置した場合である。素子（センシングポイント）と対面するヨーク平面との間隔ｄｚは、ホールＩＣのパッケージ肉厚、保持部材（ケース）、基板等の厚みを考慮して２．１ｍｍと仮定してｚ方向磁束密度Ｂｚを計算する。また、モデルＹ００はヨークの無い場合であって、同じ形状寸法のバイアス磁石の磁極面と素子（センシングポイント）との間隔ｄzmgは３．１ｍｍと仮定してＢｚを計算する。

図８（Ｂ）は同図（Ａ）のシミュレーションモデル概念図のように、ヨーク表面からｄｚ離れた高さのｘ＝−２．５〜＋２．５ｍｍ、ｙ＝０でのＢｚの分布を各モデルについて計算した結果を示す表である。ホールＩＣのパッケージ肉厚、保持部材（ケース）、基板等の厚みを考慮してｄｚ＝２．１ｍｍとした。ヨークの無いモデルＹ００の場合、バイアス磁石の磁極面からｄzmg（＝３．１ｍｍ）離れた高さとした。

図８（Ｃ）は同図（Ｂ）の計算結果をグラフ表示としたものであり、モデルＹ００〜Ｙ０５までは山形カーブであり、ヨーク幅（ｘ方向）を磁極面幅（ｘ方向）よりも大きくなるように広げていくと、Ｂｚはｘ方向位置にかかわらず均一に近づいていく。ヨークｘ方向長さがバイアス磁石よりも大きなモデルＹ０６〜Ｙ１１では、ヨークｘ方向長さがバイアス磁石と同じモデルＹ０５よりもかなり平坦に近くなっていることがわかる。換言すれば、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．２倍以上のヨーク幅とすることが有効であると言える。

従って、ヨーク幅（ｘ方向）をバイアス磁石の磁極面幅（ｘ方向）よりも大きくすることによって、バイアス磁石及びヨークに対するホールＩＣ等の感磁素子の配置がｘ方向にずれても、感磁素子位置でのバイアス磁界の変動が少なく、製品ばらつきの発生抑制に寄与できる。

なお、ホールＩＣのパッケージにヨークを接するように配置する場合を考慮し、素子に対向するヨーク平面からｄｚ＝１．０ｍｍ離れた位置でのｚ方向磁束密度Ｂｚ分布も計算したが、図８とほぼ同様の結果が得られた。

図９は２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間にセンターずれが存在する場合（バイアス磁石とヨーク間にはずれ無し）の２つの素子位置（２つのセンシングポイント）におけるＢｚの差ΔＢｚを考察したものである。図９（Ａ）は２つの素子位置（２つのセンシングポイント）におけるＢｚの差ΔＢｚの求め方を示しており、２つの素子とヨーク間にセンターずれが存在しないときは２つの素子位置の中間点（２分割点）がｘ方向位置の０．０に合致している。ここでは、ｄｚ＝２．１ｍｍのとき、素子間隔２ｍｍに対してｘ方向に組み付け誤差０．２ｍｍが発生した場合を考察しており、２つの素子位置の中間点（２分割点）がｘ方向位置０．０から０．２ｍｍずれる。従って、２つの素子はｘ＝１．２ｍｍとｘ＝−０．８ｍｍの位置となる。そして、図８（Ｃ）で求めた各モデルのＢｚの分布曲線から２つの素子位置でのＢｚの差ΔＢｚが求まる。図９（Ａ）ではモデルＹ０５とＹ０６を例示しており、モデルＹ０５（従来例）では２つの素子位置でのＢｚの差ΔＢｚは、Ｂｚ分布が山形の曲線であるため大きな値となるのに比べ、モデルＹ０６ではＢｚ分布が平坦に近づくため小さな値となっているのがわかる。

図９（Ｂ）はモデルＹ００〜Ｙ１１についてΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を計算した表である。また図９（Ｃ）はモデルＹ００〜Ｙ１１のｘ方向ヨーク幅とΔＢｚとの関係をグラフで表したものである。これらの結果から、モデルＹ０６以上のｘ方向ヨーク幅になると、ΔＢｚが急減することがわかる。換言すれば、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さ５ｍｍに対してｘ方向ヨーク幅６ｍｍ以上（つまり、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．２倍以上のｘ方向ヨーク幅）とすることで、ΔＢｚを大幅に低減できる。さらに、モデルＹ０７以上のｘ方向ヨーク幅（バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．４倍以上のｘ方向ヨーク幅）とすれば、ΔＢｚをゼロ近傍に抑制可能である。

これらΔＢｚの大きさが、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣのアナログ信号のオフセット分となる。これを小さくすることで、ホールＩＣ出力のハイレベルとローレベルの切り替わりの閾値に対する余裕度が大きくなり、製品ばらつきを考慮したときの最大検出距離を伸ばすことができる。

図１０は角柱状バイアス磁石と長方形板状のヨーク間にセンターずれが存在する場合の各モデルＹ０１Ｓ〜Ｙ１１Ｓ（Ｙ０１〜Ｙ１１のヨーク中心をバイアス磁石中心に対してｘ方向に０．５ｍｍずらしたもの）についてｘ方向位置とｚ方向磁束密度Ｂｚとの関係を示すヨーク形状別Ｂｚ分布図である。モデルＹ０６Ｓ以上のｘ方向ヨーク幅の場合、Ｂｚ分布が均一化されるので、ｘ方向の位置ずれの影響は抑制されることがわかる。

図１１は角柱状バイアス磁石と長方形板状のヨーク間にセンターずれが存在し、かつ２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間にセンターずれが存在する場合を考察したものであって、同図（Ａ）,（Ｂ）はバイアス磁石、ヨーク及び２つの素子の位置ずれの１例を示している。なお、ヨークのｘ方向長さが、バイアス磁石の磁極面の同方向長さよりもある程度以上大きい場合には、磁極面はヨークで覆われることになる。

図１１（Ｃ）は上記位置ずれのある各モデルＹ００Ｓ〜Ｙ１１Ｓ（それぞれヨークに対して磁石がｘ方向に−０．５ｍｍずれ、かつヨークに対して２つの素子がｘ方向に＋０．２ｍｍずれている）のΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を、バイアス磁石とヨーク間にずれの無いモデルＹ００〜Ｙ１１（但し、ヨークに対して２つの素子がｘ方向に＋０．２ｍｍずれている）と対比して示す表であり、同図（Ｄ）はＹ０１Ｓ〜Ｙ１１Ｓのｘ方向ヨーク幅とΔＢｚとの関係を、バイアス磁石とヨーク間にずれの無いモデルＹ００〜Ｙ１１と対比して示すグラフである。

図１１（Ｄ）からバイアス磁石とヨーク間にセンターずれが存在し、かつ２つの素子とヨーク間にセンターずれが存在する場合には、バイアス磁石とヨーク間にセンターずれが存在しない場合に比較してΔＢｚは大きくなるが、Ｙ０６Ｓ（ｘ方向ヨーク幅６ｍｍ）以上のヨーク幅のモデルに関してはΔＢｚの大きさの差はかなり減少している。換言すれば、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さ５ｍｍに対してｘ方向ヨーク幅６ｍｍ以上（つまり、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．２倍以上のｘ方向ヨーク幅）とすることで、ΔＢｚを大幅に低減できる。とくにＹ０７Ｓ（ｘ方向ヨーク幅７ｍｍ、つまりバイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．４倍）以上のヨーク幅のモデルの場合には殆どΔＢｚの大きさに差異はなくなっていることがわかる。

図１２はヨーク形状を長方形板状以外にした場合であっても、バイアス磁石の磁極面の特定方向（例えばｘ方向）の長さよりも、ヨークの同方向の長さの方が大きい場合には
ΔＢｚを低減可能であることを示す。図１２（Ａ）は、図７において例示した多様な形状のモデルを含むＹ０５，Ｙ０７，ＹＭＡ１，ＹＭＡ２，ＹＭＢ１，ＹＭＣ１，ＹＭＤ１，ＹＣ０５，ＹＣ０７に関して、ｘ方向位置とｚ方向磁束密度Ｂｚとの関係を示すヨーク形状別Ｂｚ分布図であり、従来例に相当するモデルＹ０５，ＹＣ０５に比べて、他のモデルはＢｚ分布が均一化されていることがわかる。

図１２（Ｂ）は２つの素子（例えば、２つのホール素子を内蔵するホールＩＣ）とヨーク間に図９（Ａ）で説明したセンターずれ（０．２ｍｍ）が存在する場合のΔＢｚ及び｜ΔＢｚ｜を示す表であり、従来例に相当するモデルＹ０５，ＹＣ０５に比べて、他のモデルのΔＢｚは小さくなっている。

以上説明したように、第１又は第２の実施の形態に係る移動体検出装置１００，２００の構成によれば、以下の効果を奏することができる。

（１） ヨーク６０の特定方向（例えばｘ方向）長さをバイアス磁石４０の同方向の長さよりも大きくすることで、感磁素子、永久磁石及びヨーク相互の特定方向位置のばらつきに起因する感磁素子位置での磁界変動を抑制することができ、ひいては最大検出距離の製品ばらつきの低減を図ることが可能である。

（２） とくに、図９（Ｃ）や図１１（Ｄ）のヨーク幅と２素子間磁束密度差ΔＢｚの関係から、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さ５ｍｍに対してｘ方向ヨーク幅６ｍｍ以上、つまり、バイアス磁石の磁極面のｘ方向長さの１．２倍以上のｘ方向ヨーク幅とすることで、ΔＢｚを大幅に低減でき、素子、バイアス磁石、ヨーク相互間に位置ずれがあっても、従来例と同等以上の磁気検出特性が得られる。

（３） また、移動体検出装置１００，２００の使用中に振動や衝撃が加わり、感磁素子、バイアス磁石４０及びヨーク６０の相互位置関係が変化してしまっても、感磁素子への印加磁界変動を小さく抑えることが可能であり、その結果、振動や衝撃に起因する誤動作を抑制できる効果がある。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

上記の説明では、バイアス磁石は角柱状や円柱状を例示したが、この形状に限定されるものではない。また、ヨーク形状も図７に例示したものに限られず、バイアス磁石の磁極面の特定方向の長さよりも、前記ヨークの同方向の長さの方が大きければ、前記特定方向の磁石、ヨーク、素子相互間の位置ずれに対して有効である。さらに、感磁素子としてホール素子の場合に言及したが、磁気抵抗効果素子等を使用してもよいことは明らかである。ヨークはバイアス磁石に密着している場合を例示したが、両者間に隙間があってもよい。

１ 軟磁性体歯車
１０ ホールＩＣ
２０，２５ ケース
２６ 基板挿入穴
２７ 磁石・ヨーク挿入穴
３０ 保持部材
３１ 支持部
３２ 円柱状栓体部
３３ コネクタ部
３６ 挿入穴
４０ バイアス磁石
５０ 導体
５１ コネクタピン
５５ リード線
６０ ヨーク
７０ 基板
１００，２００ 移動体検出装置

Claims (5)

1. 感磁素子と、バイアス磁界発生用の永久磁石と、前記感磁素子と前記永久磁石との間に配置されたヨークとを備え、
   前記ヨークは、前記永久磁石の磁極面に対面し、かつ前記感磁素子側の面と前記永久磁石側の面が共に全体的に平面であり、
   前記永久磁石の磁極面と平行な平面内で相互に直交する２方向をｘ方向及びｙ方向としたとき、前記磁極面のｘ方向の長さよりも、所定のｙ方向範囲における前記ヨークのｘ方向の長さの方が大きく、
   前記感磁素子のセンシングポイントのｙ方向位置が前記所定のｙ方向範囲内にある、移動体検出装置。
2. ２つの感磁素子と、バイアス磁界発生用の永久磁石と、前記２つの感磁素子と前記永久磁石との間に配置されたヨークとを備え、
   前記ヨークは、前記永久磁石の磁極面に対面し、かつ前記感磁素子側の面と前記永久磁石側の面が共に全体的に平面であり、
   前記永久磁石の磁極面と平行な平面内で相互に直交する２方向をｘ方向及びｙ方向としたとき、前記２つの感磁素子を結ぶ直線方向がｘ方向と平行であり、前記磁極面のｘ方向の長さよりも、所定のｙ方向範囲における前記ヨークのｘ方向の長さの方が大きく、
   前記２つの感磁素子のセンシングポイントのｙ方向位置が前記所定のｙ方向範囲内にある、移動体検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の移動体検出装置において、前記所定のｙ方向範囲内における前記ヨークのｘ方向の長さが、前記磁極面のｘ方向の長さの１．２倍以上である、移動体検出装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の移動体検出装置において、前記感磁素子、前記永久磁石及び前記ヨークを保持する保持部材を備え、前記保持部材は前記永久磁石及び前記ヨークが挿入される挿入穴を有する、移動体検出装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の移動体検出装置において、前記感磁素子は表面実装型感磁素子であって基板に固着され、前記基板が前記保持部材で保持されている、移動体検出装置。