(57)【要約】【課題】設置スペースを低減することが可能な距離測定システム及び距離測定方法を提供する。【解決手段】軟磁性体からなる第１部材１１と非磁性体からなる第２部材１２との間の距離を測定する距離測定システム１は、第１部材１１に対して固定された永久磁石２と、第１部材１１に接合され、第１部材１１と永久磁石２との間に介在する非磁性体からなる介在部材３と、第２部材１２に対して固定され、永久磁石２により発生する磁界の強度を検出する磁界センサ４とを備え、永久磁石２は第１部材１１の接合面１１ａに対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように介在部材３に固定される。【選択図】図３
2016145721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性体からなる第１部材と非磁性体からなる第２部材との間の距離を測定する距離測定システムであって、
前記第１部材に対して固定された永久磁石と、
前記第１部材に接合され、前記第１部材と前記永久磁石との間に介在する非磁性体からなる介在部材と、
前記第２部材に対して固定され、前記永久磁石により発生する磁界の強度を検出する磁界センサとを備え、
前記永久磁石は、前記第１部材における前記介在部材との接合面に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように前記介在部材に固定された、
距離測定システム。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記磁極の並び方向における長さよりも前記接合面に垂直な方向の厚さが薄い板状である、
請求項１に記載の距離測定システム。
【請求項３】
軟磁性体からなる第１部材と非磁性体からなる第２部材との間の距離を測定する距離測定方法であって、
前記第１部材に非磁性体からなる介在部材を接合し、
前記第１部材との間に前記介在部材を挟む永久磁石を、前記第１部材における前記介在部材との接合面に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように配置し、
前記永久磁石により発生する磁界の強度を検出する磁界センサを前記第２部材に配置し、
前記磁界センサによって検出される磁界の強度に基づいて前記第１部材及び前記第２部材間の距離を測定する、
距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の接離方向に相対移動可能な第１部材及び第２部材間の距離を測定する距離測定システム及び距離測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象との距離を永久磁石の磁気によって測定可能な非接触型の距離計が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の距離計は、軟磁性体からなる測定対象を通過する磁束を発生させる永久磁石と、永久磁石と測定対象との間に配置された磁気センサと、磁気センサから測定対象までの距離の変化量を磁気センサで検出された磁束密度の変化量から算出する距離算出回路とを備えて構成されている。磁気センサは、円柱状に形成されたコアと、コアに巻装された検出コイルからなり、距離算出回路は、検出コイルの両端出力電圧の正負の波高値に基づいて磁気センサから測定対象までの距離の変化量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２４３８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の距離計では、測定対象における磁気センサとの対向面に対して垂直な方向に沿って、永久磁石及び磁気センサが、それぞれ空間を介して並んで配置される。また、永久磁石は、一対の磁極が磁気センサにおけるコアの中心軸方向に並んでいる。このため、特許文献１に記載の距離計は、測定対象における磁気センサとの対向面に対して垂直な方向に大きなスペースが空いていなければ設置することができず、適用対象箇所の制約が大きかった。
【０００６】
そこで、本発明は、設置スペースを低減することが可能な距離測定システム及び距離測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、軟磁性体からなる第１部材と非磁性体からなる第２部材との間の距離を測定する距離測定システムであって、前記第１部材に対して固定された永久磁石と、前記第１部材に接合され、前記第１部材と前記永久磁石との間に介在する非磁性体からなる介在部材と、前記第２部材に対して固定され、前記永久磁石により発生する磁界の強度を検出する磁界センサとを備え、前記永久磁石は、前記第１部材における前記介在部材との接合面に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように前記介在部材に固定された、距離測定システムを提供する。
【０００８】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、軟磁性体からなる第１部材と非磁性体からなる第２部材との間の距離を測定する距離測定方法であって、前記第１部材に非磁性体からなる介在部材を接合し、前記第１部材との間に前記介在部材を挟む永久磁石を、前記第１部材における前記介在部材との接合面に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように配置し、前記永久磁石により発生する磁界の強度を検出する磁界センサを前記第２部材に配置し、前記磁界センサによって検出される磁界の強度に基づいて前記第１部材及び前記第２部材間の距離を測定する、距離測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る距離測定システム及び距離測定方法によれば、設置スペースを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムの構成例を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、この距離測定システムに用いられる磁界センサを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第１部材に対して固定された介在部材及び永久磁石の長手方向の側面から見た構成図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムの動作を説明するために示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る距離測定システムの動作を説明するために示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施の形態］
以下、図１乃至図３を参照し、本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システム、及びこの距離測定システムを用いた距離測定方法について説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る距離測定システムの構成例を示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、この距離測定システムに用いられる磁界センサを示す斜視図である。
【００１３】
この距離測定システム１は、所定の接離方向に相対移動可能な第１部材１１及び第２部材１２を備え、これら第１部材１１と第２部材１２との間の距離を非接触で測定可能である。第１部材１１は軟磁性体からなり、第２部材１２は非磁性体からなる。
【００１４】
本実施の形態では、第２部材１２が図略のフレーム等の固定部材に固定され、第１部材１１が第２部材１２に対して移動する移動体である場合について説明する。また、この距離測定システム１は、例えば第２部材１２に対して第１部材１１が最も接近した最接近位置から２０ｍｍ以内の範囲における第１部材１１の位置を測定する近距離測定に好適に用いることができる。
【００１５】
距離測定システム１は、第１部材１１に対して固定された永久磁石２と、第１部材１１に接合され、第１部材１１と永久磁石２との間に介在する非磁性体からなる介在部材３と、第２部材１２に対して固定され、永久磁石２により発生する磁界の強度を検出する磁界センサ４と、磁界センサ４による磁界の強度の検出結果に基づいて第１部材１１と第２部材１２との間の距離を演算により求める演算部（後述）とを備えて構成される。
【００１６】
第１部材１１は、第２部材１２からの距離の測定対象となる移動体であり、図略の移動力発生機構からの移動力を受けて第２部材１２に対して進退移動する。また、第１部材１１は、例えば鉄系金属や、マルテンサイト系又はフェライト系のステンレスからなる。
【００１７】
永久磁石２としては、例えばフェライト磁石やサマリウムコバルト磁石もしくはネオジム磁石を適用することができる。サマリウムコバルト磁石及びネオジム磁石は、フェライト磁石よりも高い残留磁束密度を得ることができるので、永久磁石２の体積が同じである場合、フェライト磁石を適用した場合に比較して第１部材１１と第２部材１２との間の距離の測定精度を高めることができる。サマリウムコバルト磁石は、サマコバ磁石とも称され、サマリウム（Ｓｍ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする希土類磁石である。ネオジム磁石は、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びホウ素（Ｂ）を主成分とする希土類磁石である。なお、防錆等のため、これらの磁石の表面にニッケル等をメッキしてもよい。
【００１８】
永久磁石２は、一対の磁極（Ｎ極及びＳ極）を有し、この磁極の並び方向における長さよりも厚さが薄く形成された板状である。本実施の形態では、永久磁石２が正面視において長方形状であり、その長手方向に一対の磁極（Ｎ極及びＳ極）が並んで形成されている。また、永久磁石２は、厚さ方向の一端面が介在部材３に接合する接合面２ａとして形成され、この接合面２ａとは反対側の他端面が第２部材１２に対向する対向面２ｂとして形成されている。第１部材１１と介在部材３、及び介在部材３と永久磁石２は、それぞれ例えば接着剤等による固定手段によって互いに固定されている。
【００１９】
介在部材３は、例えば樹脂やアルミニウム等の非磁性体からなり、第１部材１１と永久磁石２との間に挟まれて配置されている。本実施の形態では、介在部材３が永久磁石２の厚み方向と同方向に厚みを有する板状であり、その正面視における形状が永久磁石２と同様の形状の長方形状である。また、介在部材３は、永久磁石２の接合面２ａに接合される第１接合面３ａと、第１部材１１に接合される第２接合面３ｂとを、その厚み方向の両端部に有している。
【００２０】
介在部材３の第２接合面３ｂが接合される第１部材１１の接合面１１ａは、平坦な面に形成されている。永久磁石２及び介在部材３は、この第１部材１１における介在部材３との接合面１１ａに垂直な方向に厚さ方向を有する平板状である。
【００２１】
本実施の形態では、第２部材１２がモールド樹脂からなり、このモールド樹脂に磁界センサ４がインサート成型されている。また、本実施の形態では、第２部材１２が四角柱状であるが、第２部材１２は、磁界センサ４を固定することが可能な非磁性体であればよく、その材質や形状は、様々なものを用いることが可能である。
【００２２】
本実施の形態では、磁界センサ４がホールＩＣであり、ホール効果を利用して磁界の強度を電気信号に変換するホール素子を樹脂やセラミック等の絶縁体によって封止してなる本体部４０と、本体部４０から導出された第１乃至第３のリード線４１〜４３とを有している。第１のリード線４１は電源線であり、第２のリード線４２は信号線であり、第３のリード線４３はグランド線である。本体部４０は、永久磁石２の一対の磁極の並び方向に沿った磁界の強度を検出可能な位置及び向きに配置されている。磁界センサ４は、磁界の強度に応じた電気信号を第２のリード線４２から出力する。
【００２３】
図２は、第１部材１１に対して固定された介在部材３及び永久磁石２をその長手方向の側面から見た構成図である。
【００２４】
永久磁石２は、図２に示すように、長手方向の一端部２１にＳ極が、他端部２２にＮ極が、それぞれ形成されている。また、永久磁石２は、第１部材１１における介在部材３との接合面１１ａに対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように介在部材３に固定されている。
【００２５】
また、永久磁石２の長手方向における長さ（Ｎ極並びＳ極の並び方向における長さ）をＬ１とし、介在部材３の長手方向における長さをＬ２とすると、永久磁石２の長手方向の長さＬ１と介在部材３の長手方向の長さＬ２とは等しく設定されている（Ｌ１＝Ｌ２）。なお、永久磁石２における長手方向の長さＬ１と、介在部材３における長手方向の長さＬ２との関係はこれに限定されるものではない。つまり、介在部材３が永久磁石２に対して大きいほど永久磁石２の発生する磁界が第１部材１１から受ける影響が低減されるため、長さＬ１と長さＬ２とは等しい（Ｌ１＝Ｌ２）か、あるいは長さＬ２が長さＬ１よりも大きく（Ｌ２＞Ｌ１）設定されるのが望ましい。なお、永久磁石２及び介在部材３の正面視における短手方向の幅についても同様である。
【００２６】
また、本実施の形態では、永久磁石２の厚みをｔ１とし、介在部材３の厚みをｔ２とすると、永久磁石２の厚みｔ１はその長手方向の長さＬ１よりも薄い（ｔ１＜Ｌ１）、介在部材３の厚みｔ２はその長手方向における長さＬ２よりも薄い（ｔ２＜Ｌ２）。これらの寸法構成により、永久磁石２及び介在部材３は、磁極の並び方向における長さよりも接合面１１ａに垂直な方向の厚さが薄い板状に形成されている。
【００２７】
図３（ａ）及び（ｂ）は、距離測定システム１の動作を説明するために示す説明図である。図３（ｂ）では、第１部材１１と第２部材１２との間の距離Ｄ２が、図３（ａ）に示す状態における第１部材１１と第２部材１２との間の距離Ｄ１よりも小さい状態を図示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）では、第２部材１２の内部における磁界センサ４、及び磁界センサ４に接続されるケーブル５を実線で示し、永久磁石２の磁界を示す磁力線を点線で示している。また、磁界センサ４は、ケーブル５によって演算部６に接続されている。
【００２８】
本実施の形態では、第１部材１１が、その接合面１１ａに垂直方向に沿って、第２部材１２に対して接近及び離間する。磁界センサ４の感磁方向は、永久磁石２の一対の磁極の並び方向に対して平行である。
【００２９】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、永久磁石２の長手方向の中心部よりも他端部２２側（Ｎ極側）における対向面２ｂから放射された磁力線は、永久磁石２の長手方向の中心部よりも一端部２１側（Ｓ極側）における対向面２ｂに入射する。また、永久磁石２から放射された磁力線の一部は、磁界センサ４の本体部４０に交差する。
【００３０】
ケーブル５は、第１乃至第３の電線５１〜５３と、第１乃至第３の電線５１〜５３を一括して被覆するシース５０とを有している。第１乃至第３の電線５１〜５３は、それぞれが芯線を絶縁被覆してなる絶縁電線であり、第１の電線５１の芯線が磁界センサ４の第１のリード線４１に、第２の電線５２の芯線が磁界センサ４の第２のリード線４２に、第３の電線５３の芯線が磁界センサ４の第３のリード線４３に、それぞれ接続されている。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、第１部材１１が第２部材１２に接近すると、磁界センサ４によって検出される磁界の強度が強くなり、第１部材１１が第２部材１２から離間すると、磁界センサ４によって検出される磁界の強度が弱くなる。演算部６は、磁界センサ４によって検出される磁界の強度に基づいて、第１部材１１及び第２部材１２間の距離を演算によって測定する。
【００３２】
演算部６は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＲＯＭやＲＡＭ等によって構成される記憶素子と、ケーブル５の第２の電線５２によって伝送される磁界センサ４の出力信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換素子とを有して構成され、記憶素子には、磁界センサ４によって検出される磁界の強度と第１部材１１と第２部材１２との間の距離との関係を示す関係情報が記憶されている。ＣＰＵは、磁界センサ４によって検出され、ＡＤ変換素子でデジタル変換された磁界の強度を示す数値情報に基づいて記憶素子に記憶された関係情報を参照し、第１部材１１及び第２部材１２間の距離を演算によって求める。
【００３３】
ここで、第１部材１１と第２部材１２との間の距離は、第２部材１２に対する第１部材１１の移動量に応じて変化する磁界センサ４で検出される磁界強度の変化幅が大きいほど精度よく求めることができる。本実施の形態では、永久磁石２と第１部材１１との間に非磁性体からなる介在部材３を配置し、永久磁石２の磁束が第１部材１１によって短絡してしまうことを防ぐことにより、永久磁石２の対向面２ｂ側における磁界の強度を高め、磁界センサ４で検出される磁界強度が第２部材１２に対する第１部材１１の移動量に伴って大きく変化するように構成されている。これにより、第１部材１１と第２部材１２との間の距離の精度向上が図られている。
【００３４】
（第１の実施の形態の作用及び効果）
以上説明した第１の実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
【００３５】
（１）永久磁石２は、第１部材１１と共に移動し、その磁力線が第１部材１１を介することなく磁界センサ４の本体部に交差する。これにより、例えば特許文献１に記載された距離計のように磁界センサが永久磁石と測定対象との間に配置された場合に比較して、第１部材１１の移動量に対する磁界センサ４によって検出される磁界強度の変化量を大きくすることができ、距離の測定精度を高めることができる。また、永久磁石２は、第１部材１１における介在部材３との接合面１１ａに対して平行な方向に一対の磁極が並び、かつ磁束の短絡が介在部材３によって防止されているので、距離測定システム１の測定精度を高めながら、設置スペースを低減することができる。
【００３６】
（２）永久磁石２は、一対の磁極の並び方向における長さよりも第１部材１１における介在部材３との接合面１１ａに垂直な方向の厚さが薄い板状であるので、さらに第１部材１１の接合面１１ａからの永久磁石２の突出量を抑えることができ、上記（１）に記載の効果をさらに向上させることができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る距離測定システム１の動作を説明するために示す説明図である。本実施の形態では、第１部材１１が、第２部材１２に対して永久磁石２における一対の磁極の並び方向に平行な方向（図４に示す矢印Ａ方向）に沿って移動する。図４（ｂ）では、図４（ａ）に示した第１部材１１が図４（ｂ）に示す矢印Ａ方向に移動した状態を示している。
【００３８】
本実施の形態に係る距離測定システム１は、第１の実施の形態に係る距離測定システム１と、第２部材１２に対する第１部材１１の移動方向、及び磁界センサ４の向きが異なることを除いて、その他の構成については第１の実施の形態と同様であるため、第２の実施の形態において第１の実施の形態について説明したものと共通する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態では、磁界センサ４の感磁方向が、第１部材１１の接合面１１ａに対して垂直、すなわち永久磁石２における一対の磁極の並び方向に対して垂直である。これにより、永久磁石２の一対の磁極の並び方向において、図４（ａ）に示すように磁界センサ４の本体部４０が永久磁石２の長手方向の両端部の間の中央部に対応する位置にある場合には、磁界センサ４の感磁方向と磁力線の向きとが直交するので、磁界センサ４で検出される磁界強度の大きさが最小となる。そして、この状態から図４（ｂ）に示すように第１部材１１が矢印Ａ方向に移動すると、磁界センサ４の感磁方向と永久磁石２の磁力線の向きとが平行に近くなり、磁界センサ４で検出される磁界強度が大きくなる。
【００４０】
演算部６は、この磁界の強度の変化に基づいて、第１部材１１の移動距離を演算によって測定する。これにより、第１部材１１が第２部材１２に対して一対の磁極の並び方向に沿って移動した場合における第１部材１１と第２部材１２との距離を測定することができる。
【００４１】
このように構成された本実施の形態に係る距離測定システム１によれば、第１の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４２】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００４３】
［１］軟磁性体からなる第１部材（１１）と非磁性体からなる第２部材（１２）との間の距離を測定する距離測定システム（１）であって、前記第１部材（１１）に対して固定された永久磁石（２）と、前記第１部材（１１）に接合され、前記第１部材（１１）と前記永久磁石（２）との間に介在する非磁性体からなる介在部材（３）と、前記第２部材（１２）に対して固定され、前記永久磁石（２）により発生する磁界の強度を検出する磁界センサ（４）とを備え、前記永久磁石（２）は、前記第１部材（１１）における前記介在部材（３）との接合面（１１ａ）に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように前記介在部材（３）に固定された、距離測定システム（１）。
【００４４】
［２］前記永久磁石（２）は、前記磁極の並び方向における長さよりも前記接合面（１１ａ）に垂直な方向の厚さが薄い板状である、［１］に記載の距離測定システム（１）。
【００４５】
［３］軟磁性体からなる第１部材（１１）と非磁性体からなる第２部材（１２）との間の距離を測定する距離測定方法（１）であって、前記第１部材（１１）に非磁性体からなる介在部材（３）を接合し、前記第１部材（１１）との間に前記介在部材（３）を挟む永久磁石（２）を、前記第１部材（１１）における前記介在部材（３）との接合面（１１ａ）に対して平行な方向に一対の磁極が並ぶように配置し、前記永久磁石（２）により発生する磁界の強度を検出する磁界センサ（４）を前記第２部材（１２）に配置し、前記磁界センサ（４）によって検出される磁界の強度に基づいて前記第１部材（１１）及び前記第２部材（１２）間の距離を測定する、距離測定方法。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００４７】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第２部材１２が固定され、第１部材１１が第２部材１２に対して移動する場合について説明したが、これに限らず、第１部材１１が機器のフレーム等の固定部材に固定され、第２部材１２が第１部材１１に対して移動するように距離測定システムを構成してもよい。
【００４８】
またさらに、上記実施の形態では、第１部材１１に１つの永久磁石２が固定された場合について説明したが、これに限らず、第１部材１１と第２部材１２との相対移動方向に沿って、複数の永久磁石２を配列してもよい。このように永久磁石２を配列することにより、１つの永久磁石２のみを第１部材１１に固定した場合に比較して、第１部材１１と第２部材１２との相対移動距離を長い距離に亘って測定することができる。なお、この場合、それぞれの永久磁石２は、配列方向に沿ってＮ極とＳ極とが並ぶように配置される。
【符号の説明】
【００４９】
１…距離測定システム
１１…第１部材
１１ａ…接合面
１２…第２部材
２…永久磁石
３…介在部材
４…磁界センサ
【図１】
2016145721.tif 000003
【図２】
2016145721.tif 000004
【図３】
2016145721.tif 000005
【図４】
2016145721.tif 000006