JP2023158253A - ストロークセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 構造を簡素化してコストを低減したストロークセンサを提供する。【解決手段】 原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させるスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５０と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子６０と、磁気検出素子６０が配設された基板７５を収容する空間部７４を有するケースとしての第三のハウジング７０と、磁石５０を収容する第一のハウジング２０と、基板７５と第三のハウジング７０と第一のハウジング２０とを固定するネジＴと、空間部７４に充填される封止部材８０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ストロークセンサに関する。

従来より、この種のストロークセンサにあっては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に記載のストロークセンサは、被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサであって、原点位置から移動した後の検出シャフトを原点位置に復帰させるスプリングと、検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から検出シャフトの移動量を検出する磁気検出素子と、磁気検出素子が配設された基板を収容する空間部を有する樹脂製のケースと、磁石や検出シャフトの一部を内部に収容するハウジングとを備え、磁石は検出シャフトに設けられ溝に配置され、ケースとハウジングとを複数個のネジで固定する構成となっている。また、ケースとハウジングとをネジ固定するにあたって、ネジの緩み止めを防止することを目的としてネジロック剤を用いることが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１９ー１００７７９号公報 特開２００８ー２３７１４３号公報

ところで、上述のようにケースとハウジングとを複数個のネジでネジ固定するにあたって、ケースとハウジングとの固定信頼性を高めるべく、特許文献２に記載の前記ネジロック剤を使用することを想定した場合、個々のネジ毎にネジロック剤を使用する必要があることから、組み付け作業が煩雑であり、且つ、ストロークセンサを製造するための費用が嵩み、コストアップとなっていた。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、低コスト化を実現することが可能なストロークセンサを提供することを目的とする。

本発明は、被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサにおいて、前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させるスプリングと、前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子が配設された基板を収容する空間部を有するケースと、前記磁石を収容するハウジングと、前記基板と前記ケースと前記ハウジングとを固定するネジと、前記空間部に充填される封止部材とを備えることを特徴とする。

また本発明は、前記検出シャフトは、径大部と、前記径大部よりも径小となる径小部とを有し、前記磁石は、環状に形成され、前記径小部が貫通する貫通部を備えることを特徴とする。

また本発明は、前記ケースは樹脂材料によって形成され、前記ハウジングは非磁性の金属材料によって形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、所期の目的を達成でき、構造を簡素化し低コスト化を実現することが可能なストロークセンサを提供できる。

本実施形態によるストロークセンサの断面図。 同実施形態による検出シャフト、スプリング、磁石の断面図。 同実施形態による検出シャフトの要部拡大断面図。 同実施形態による第一、第三のハウジングの断面図。 図４中、矢印Ａ方向から見たときのストロークセンサの要部平面図。 図５のＢ－Ｂ断面図。 同実施形態による第二のハウジングの断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１を参照する。本実施形態によるストロークセンサ１は、被検出体に追従して原点位置Ｏから移動する検出シャフト１０の移動量Ｓを検出するストロークセンサであって、検出シャフト１０と、第一のハウジング２０と、第二のハウジング３０と、原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させるスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５０と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子６０と、第三のハウジング７０と、封止部材８０とを備える。

図２、図３を併せて参照する。検出シャフト１０は、被検出体の移動によって追従される検出媒体であり、例えば、被検出体に連結されて外力が伝達され、軸方向に往復して追従する。検出シャフト１０は、ある程度剛性を有する非磁性材料が好ましく、例えばオーステナイト系のステンレス鋼（Steel Use Stainless; SUS）からなる。

検出シャフト１０は、円柱状の直径の異なる径大部１１、径中部１２、及び径小部１３を有し、本実施例では、第一のハウジング２０の方向から径小部１３、径中部１２、径大部１１の並びで構成される。また、この場合、径大部１１は、検出シャフト１０において最も直径が大きい径大部１１ａと、この径大部１１ａよりも若干、直径が小さい径大部１１ｂとからなる。なお、図１中、１７ａ、１７ｂは、検出シャフト１０に取り付けられた第一、第二の座金であり、これら第一、第二の座金１７ａ、１７ｂは、スプリング４０の両端側に位置する。例えば図１に示すように第一の座金１７ａはスプリング４０の左側に位置し、第二の座金１７ｂはスプリング４０の右側に位置する。

径大部１１ａは、検出シャフト１０において、最も直径の大きい円板状の部位であり、第二のハウジング３０内に配置され、第二の座金１７ｂを支持する。径大部１１ｂは、第二のハウジング３０の後述するシャフト孔から外側に突き出しており、図示しない被検出体と接続される。また、径大部１１ｂには気密部材１４が取り付けられる。

径中部１２は、径大部１１より径小となる略円柱状の部位である。径中部１２には、径大部１１から離れるに従って、第二の座金１７ｂ、スプリング４０、第一の座金１７ａ、止め輪１５が位置するように組み付けられる。また、径中部１２には、径小部１３に隣接した位置に、磁石５０を受ける段差形状からなる磁石受部１２ａが設けられる。

径小部１３は、径大部１１（径中部１２）より径小となる略円柱状の部位であり、第一のハウジング２０内に配置される。径小部１３には、径中部１２側とは反対側に略円形の端面１３ａが形成される。また、径小部１３の曲面状の外周面１３ｂには、磁石保持部材１６の後述する内縁部が嵌まる溝部１３ｃが設けられている。

気密部材１４は、ゴムによって形成されたＯリングを適用することができ、径大部１１ｂに設けられた溝によって保持される。気密部材１４は、ストロークセンサ１の気密を保持することを目的として設けられたものであり、当該溝は、気密部材１４の気密機能を発揮するために必要な溝構造を満たすように構成される。

止め輪１５は、非磁性材料からなるラジアル方向取り付け式止め輪を適用することができ、径中部１２ｂに設けられた図示しない溝によって保持される。止め輪１５は、第一の座金１７ａを支持する。つまり、本例では止め輪１５と径大部１１との間に第一の座金１７ａとスプリング４０と第二の座金１７ｂとが挟持される構成となる。

磁石保持部材１６は、非磁性材料からなる有端状の止め輪（ラジアル方向取り付け式止め輪）を適用することができ、磁石５０を保持可能に構成される。磁石保持部材１６は、その一部である内縁部１６ａが外周面１３ｂに設けられた溝部１３ｃに配設（保持）されることになる。つまり、このことは磁石保持部材１６が径小部１３に配設されることを意味している。

第一の座金１７ａは、例えば非磁性材料からなるＯ型のワッシャを適用することができ、その直径は止め輪１５よりも大きく、第一のハウジング２０の後述する円筒部の内径よりも小さく構成される。

第二の座金１７ｂは、例えば非磁性材料からなるＯ型のワッシャを適用することができ、その直径は径大部１１ａよりも大きく、第二のハウジング３０の後述する薄肉円筒部分の内径よりも小さく構成される。第一の座金１７ａ、及び第二の座金１７ｂは、検出シャフト１０の移動により、別の部材に接触した際のスラスト荷重に耐えるように設計される。なお、この場合、第一の座金１７ａと第二の座金１７ｂは、大きさが同一のものが用いられている。

図４～図６を併せて参照する。第一のハウジング２０は、第一の座金１７ａを受ける第一の座金支持部２１と、凹部２２と、空洞部２３と、螺合部２４と、雌ネジ部２５とを有して構成される。

第一のハウジング２０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性の金属材料によって形成され、略円筒状の円筒部２０ａと外周部の一部が平坦面形状に形成された非円筒部２０ｂとによって構成されている。なお、第一のハウジング２０は、後述する特許請求の範囲に記載されたハウジングに相当する。

第一の座金支持部２１は、円筒部２０ａの内側に設けられる円環状の面であり、第一の座金１７ａの外縁部分を支持する。

凹部２２は、非円筒部２０ｂの内側に設けられ、検出シャフト１０の径小部１３を支持する略カップ型の窪み部として形成される。凹部２２は、径小部１３の端面１３ａに対応（対向）するように設けられる第一の対応部２２ａと、径小部１３（外周面１３ｂ）を支持可能に構成された軸支持部２２ｂとを有する。

第一の対応部２２ａは、端面１３ａ（径小部１３）を受ける受部として機能し、検出シャフト１０の移動量Ｓを制限する機能を有する。検出シャフト１０の移動量Ｓを制限することで、スプリング４０の押し潰される量が小さくなる。これによれば、スプリング４０の負担を軽減し、長寿命化できる。また、軸支持部２２ｂによって径小部１３が支持されることで、検出シャフト１０の軸方向に沿った検出ストロークＳ分の摺動が良好なものとなる。

空洞部２３は、凹部２２に連なるように設けられる。また、ここでの第一のハウジング２０に備えられる空洞部２３は、径小部１３や磁石保持部材１６、磁石５０などを収容する部位として構成される。螺合部２４は、非円筒部２０ｂの外周部の一部に設けられた平坦面２６に備えられる。この螺合部２４は、第三のハウジング７０や後述する基板をネジＴを用いて締結固定するための部位として機能する。つまり、ここでのネジＴは、螺合部２４（第一のハウジング２０）と第三のハウジング７０と前記基板との三者を固定するための固定部品である。

雌ネジ部２５は、円筒部２０ａの内周面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。

図７を併せて参照する。第二のハウジング３０は、検出シャフト１０の径大部１１を収容する空所としての孔部３１と、シャフト孔３２と、第二の座金支持部３３と、雄ネジ部３４とを有して構成される。第二のハウジング３０は、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材料が好ましく、略円筒状に形成されている。

孔部３１は、第二のハウジング３０の内側に設けられる円環状の溝部であり、その開口幅はシャフト孔３２の開口幅よりも大きい。シャフト孔３２は、孔部３１に連なるように設けられ、検出シャフト１０を摺動可能に支持して外部に取り出す。第二の座金支持部３３は、孔部３１の外側周囲に設けられる円環状の面であり、第二の座金１７ｂの外縁部分を支持する。

雄ネジ部３４は、シャフト孔３２と相対する方向となる第二のハウジング３０の薄肉円筒部分３０ａの外周面に備えられ、第一のハウジング２０と第二のハウジング３０を連結するために用いられる。前記連結に際しては、必要に応じて補強用接着剤（例えば、シーロック剤）などでネジの緩み防止を行ってもよい。

また、図７中、３５は径大部１１に対応（対向）するように設けられる第二の対応部であり、この第二の対応部３５は、孔部３１とシャフト孔３２との境界部分に設けられた円環状の面である。第二の対応部３５は、径大部１１を受ける受部として機能し、検出シャフト１０の移動量Ｓを制限する。検出シャフト１０の移動量Ｓを制限することで、スプリング４０の押し潰される量が小さくなる。これによれば、スプリング４０の負担を軽減し、長寿命化できる。

スプリング４０は、図１、図２に示すようにステンレス鋼などの非磁性材料のものが好ましく、例えばＳＵＳ３０４ＷＰＢによる円筒状のコイルばねで構成される。

スプリング４０は、内側に検出シャフト１０の径中部１２を通すように構成され、その両端側において、第一の座金１７ａ、及び第二の座金１７ｂと接している。つまり、スプリング４０は、第一の座金１７ａと第二の座金１７ｂとの間に位置する径中部１２の周囲に装着される

スプリング４０は、原点位置Ｏにある検出シャフト１０が第一のハウジング２０の方向に押し込まれるように移動すると、径大部１１に支持された第二の座金１７ｂがスプリング４０を押し、且つ、第一の座金支持部２１に支持された第一の座金１７ａがスプリング４０を支持することで、スプリング４０が押し潰され、端面１３ａ（径小部１３）が第一の対応部２２ａに当たるまでの移動量Ｓ分だけ移動することができる。そして、検出シャフト１０を押し込む力がなくなると、スプリング４０に蓄積されたばね力で、原点位置Ｏに戻される。

また、スプリング４０は、原点位置Ｏにある検出シャフト１０が第二のハウジング３０の方向に引き込まれるように移動すると、止め輪１５に支持された第一の座金１７ａがスプリング４０を押し、且つ、第二の座金支持部３３に支持された第二の座金１７ｂがスプリング４０を支持することで、スプリング４０が押し潰され、径大部１１が第二の対応部３５に当たるまでの移動量Ｓ分だけ移動することができる。そして、検出シャフト１０を引き込む力がなくなると、スプリング４０に蓄積されたばね力で、原点位置Ｏに戻される。

磁石５０は、例えば円環状（リング状）に形成された希土類系磁石（例えばＳｍＣｏやＮｄＦｅＢなどの材料の磁石）を適用することができ、図１中、磁気検出素子６０の直下に位置する。

磁石５０は、径小部１３を包囲するように磁石受部１２ａと磁石保持部材１６との間に位置し、径小部１３が貫通する貫通部５１と、磁石受部１２ａ側に位置する第一の環状面５２と、磁石保持部材１６側に位置する第二の環状面５３とを備える（図３参照）。また、ここでの磁石５０の外形形状は、径中部１２及び磁石保持部材１６の外形形状よりも大きくなっている。

そして、第一のハウジング２０に収容される磁石５０は、磁気検出素子６０に磁界を提供しており、磁石５０が検出シャフト１０とともに移動することで磁気検出素子６０へ与える磁界の向き、及び強さを変え、結果的に磁気検出素子６０が移動量Ｓとして検出する。なお、磁石５０は、製造手法により焼結磁石やプラスチックと混ぜて圧縮もしくは成形されたプラスチック磁石などの何れでもよい。焼結磁石の方が強力な磁力を有する一方、プラスチック磁石の方が大量生産性や耐割れ性が高いなど特性があることから、使用条件や設計要件に応じて適宜選択すればよい。

磁気検出素子６０は、被検出体の位置や移動量などの変化を磁界の向き及び強さにより検出するためのものであり、例えばホール素子などで構成される。磁気検出素子６０は、被検出体の移動などに伴う磁界の変化を電気信号に変換して外部に出力するものである。

第三のハウジング７０は、例えば樹脂材料によって形成された樹脂ケースである。第三のハウジング７０は、図４～図６に示すように非円筒部２０ｂ（第一のハウジング２０）の平坦面２６と当接する当接部７１と、この当接部７１の外周部分から屹立するように設けられる略枠状の周壁部７２と、当接部７１と対向するように設けられる開放部７３と、当接部７１と周壁部７２とで囲まれた領域であって後述する基板を収容する空間部７４とを有する。

当接部７１は、略平板形状に形成され、前記基板の周縁部分を受けるための基板受部７１ａと、ネジＴのネジ部Ｔ１が貫通可能な第一ネジ孔７１ｂとを有する。基板受部７１ａは、当接部７１と周壁部７２との境界部分であって、当接部７１の縁部に設けられる。第一ネジ孔７１ｂは、例えば基板受部７１ａに複数形成される。具体的には、ここでの第一ネジ孔７１ｂは、基板受部７１ａの四隅の付近うち対角関係にある二箇所に設けられている。また、この場合、空間部７４には検出シャフト１０の軸方向に沿うように基板７５が配設される。

基板７５は、ガラスエポキシなどからなるプリント基板を適用することができ、磁石５０側（基板受部７１ａ側）となる基板７５の一方の面Ｐに磁気検出素子６０が実装（配設）される。基板７５には、上述した複数の第一ネジ孔７１ｂに対応する位置に、ネジ部Ｔ１が貫通可能な第二ネジ孔７５ａが各々設けられる。ここで、基板７５及び第三のハウジング７０の螺合部２４への取付例を説明する。取付はネジＴを用いて行われ、まず第一ネジ孔７１ｂ及び第二ネジ孔７５ａの双方が螺合部２４に重なり合うように第三のハウジング７０と基板７５と第一のハウジング２０とを位置合わせし、次に、ネジ部Ｔ１を第二ネジ孔７５ａ、第一ネジ孔７１ｂの順に貫通（挿通）させるとともに第一ネジ孔７１ｂを貫通したネジ部Ｔ１を螺合部２４に螺合させることで、基板７５及び第三のハウジング７０の螺合部２４へのネジ固定が完了する。

また、基板７５に備えられる磁気検出素子６０への電源の取り込みや外部への電気信号の出力は、例えば基板７５に接続される電気コード９０にて行われる。なお、電気コード９０に代えてダイレクトコネクタやカプラーなどを採用してもよい。

封止部材８０は、例えばエポキシ樹脂などが用いられる。封止部材８０は、上述したネジ固定後に空間部７４に注入（充填）され硬化することで、磁気検出素子６０、基板７５、及びネジＴを気密に封止する。なお、図６では、封止部材８０の図示を省略してある。また、図５において、１００はグロメットを示している。グロメット１００は、ニトリルゴム等の公知の弾性体からなり、周壁部７２に設けた凸状の嵌合部７２ａに嵌るように取り付けられる。グロメット１００には、電気コード９０を通す挿通孔（図示省略）が形成されている。グロメット１００は、周壁部７２に設けた嵌合部７２ａに対応する凹部を有し、これらの凹凸形状を利用して周壁部７２に嵌め込まれている。グロメット１００と周壁部７２との嵌合機構により、グロメット１００の周壁部７２に対する位置決めを容易に行うことができる。

以上のように本実施形態では、原点位置Ｏから移動した後の検出シャフト１０を原点位置Ｏに復帰させるスプリング４０と、検出シャフト１０の移動に伴って磁界を変化させるための磁石５０と、検出シャフト１０の移動に伴う磁界の変化から検出シャフト１０の移動量Ｓを検出する磁気検出素子６０と、磁気検出素子６０が配設された基板７５を収容する空間部７４を有するケースとしての第三のハウジング７０と、磁石５０を収容する第一のハウジング２０と、基板７５と第三のハウジング７０と第一のハウジング２０とを固定するネジＴと、空間部７４に充填される封止部材８０とを備えるものである。

従って、第三のハウジング７０と第一のハウジング２０と（基板７５と）をネジ固定するにあたって、従来のようにネジロック剤を用いた煩雑な作業を行うことが不要となり、さらにネジ固定後のネジＴを不動状態とすべくネジ固定後に空間部７４に封止部材８０を充填したことで、組み付け作業が容易となり、第三のハウジング７０と第一のハウジング２０と（基板７５と）の固定信頼性を高めつつ低コスト化を実現することが可能なストロークセンサを提供することができる。

本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

例えば上述した実施形態では、第三のハウジング７０が樹脂材料によって形成され、第一のハウジング２０が非磁性の金属材料によって形成されていたが、第三のハウジング７０と第一のハウジング２０との双方をともに樹脂材料もしくは非磁性の金属材料により形成してもよいし、第一のハウジング２０を樹脂材料によって形成するとともに第三のハウジング７０を非磁性の金属材料によって形成してもよい。

また、磁石５０は磁石保持部材１６と磁石受部１２ａとの間に配置されていればよく、必要に応じて磁石保持部材１６と磁石受部１２ａとの間の間隔は、第一の環状面５２と第二の環状面５３との間の間隔よりも大きくしてもよい。

なお、以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１ ストロークセンサ
１０ 検出シャフト
１１ 径大部
１２ 径中部
１３ 径小部
１６ 磁石保持部材
２０ 第一のハウジング（ハウジング）
２０ａ 円筒部
２０ｂ 非円筒部
２４ 螺合部
２６ 平坦面
３０ 第二のハウジング
４０ スプリング
５０ 磁石
５１ 貫通部
６０ 磁気検出素子
７０ 第三のハウジング（ケース）
７１ 当接部
７２ 周壁部
７３ 開放部
７４ 空間部
７５ 基板
８０ 封止部材
Ｏ 原点位置
Ｓ 移動量
Ｔ ネジ

Claims (3)

1. 被検出体に追従して原点位置から移動する検出シャフトの移動量を検出するストロークセンサにおいて、
   前記原点位置から移動した後の前記検出シャフトを前記原点位置に復帰させるスプリングと、
   前記検出シャフトの移動に伴って磁界を変化させるための磁石と、
   前記検出シャフトの移動に伴う磁界の変化から前記検出シャフトの前記移動量を検出する磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子が配設された基板を収容する空間部を有するケースと、
   前記磁石を収容するハウジングと、
   前記基板と前記ケースと前記ハウジングとを固定するネジと、
   前記空間部に充填される封止部材とを備えることを特徴とするストロークセンサ。
2. 前記検出シャフトは、径大部と、前記径大部よりも径小となる径小部とを有し、
   前記磁石は、環状に形成され、前記径小部が貫通する貫通部を備えることを特徴とする請求項１記載のストロークセンサ。
3. 前記ケースは樹脂材料によって形成され、前記ハウジングは非磁性の金属材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のストロークセンサ。

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