(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体（１０）は、本体枠（１３）と、この本体枠（１３）に内装され永久磁石（１１ａ，１１ｂ）を装着して前記本体枠（１３）内を軸方向に可動するスライダ（１１）と、このスライダ（１１）に近接して取り付け台（１５）に固定された磁電変換部（１２）と、前記スライダ（１１）が軸方向に可動される駆動手段とを備え、
前記スライダ（１１）の駆動手段は、このスライダ（１１）に一端が固定された接続ワイヤ（５）と、この接続ワイヤ（５）の他端が係止された三角板（４）と、前記本体枠（１３）に一端（３ｂ）が装着され前記三角板（４）が係止される圧縮ばね（３）と、前記圧縮ばね（３）の他端（３ａ）が装着されたばね押さえ（８）と、このばね押さえ（８）に固定した軸方向に可動するシャフト（２）とからなり、
前記三角板（４）は、金属板により略三角形に形成され、各頂点の近傍に前記圧縮ばね（３）への係止部（４ａ，４ｂ，４ｃ）を折り曲げて形成し、前記係止部の一つ（４ａ）は先端を円弧状に折り返して前記圧縮ばね（３）の一点に係止固定し、前記係止部の残りの２つ（４ｂ，４ｃ）はその先端をＶ字状に形成して、これが前記圧縮ばね（３）に、前記三角板（４）が軸方向に対して直角になって水平に摺動可能に係止するようになっており、
前記三角板（４）の一つの係止部（４ａ）の前記圧縮ばね（３）の一点への係止固定位置は、前記シャフト（２）で押動される前記圧縮ばね（３）の先端部（３ａ）の伸縮ストロークに対して、ばね受け部（１０ａ）で受け止められた圧縮ばね（３）の後端部（３ｂ）の近傍で伸縮ストロークの小さい位置である、
ことを特徴とする無接触直線変位センサ。
【請求項２】
前記スライダ（１１）は、２個の永久磁石（１１ａ，１１ｂ）を所定寸法離して異極を対局させて装着し、前記本体枠（１３）と平行なガイドピン（１７）に沿って摺動すし、前記２個の永久磁石（１１ａ，１１ｂ）が磁電変換部（１２）に対して対向距離を可変する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無接触直線変位センサ。
【請求項３】
前記磁電変換部（１２）は、内部にホール素子と、温度補償回路と、増幅回路を備え、ＩＣ化されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無接触直線変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホールＩＣを利用した無接触直線変位センサに係り、特に測定精度が高く、小型でしかも安価な簡略化された構成のセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、様々な機器において直線的な変位量を測定するために、図１０に示すようなポテンショメータ５０が使用されていた。
同図において、５０ａは密閉の円筒状の金属カバーで、その内方には断面略長方形の絶縁体の基板５１が止め金具で取り付けられている。この絶縁体の基板５１の上には抵抗体５２と導電体５３が平行に延設されている。５４は金属カバー５０ａ内の中心部に挿入されるシャフトで、摺動接点５５が装着される方形のスライダ５６が取付けられている。
また、このスライダ５６が直線的にスライドするようにガイド棒５７が軸支されており、摺動接点５５が抵抗体５２と導電体５３を各々接触移動する際にスライダ５６と基板５１との間隔を一定に保持している。
【０００３】
このように構成されたポテンショメータは、様々な機器の可動部分に取り付けられ、シャフト５４の先端に図示しない可動部が接続されて、シャフト５４の往復動によりスライダ５６に取付けられている摺動接点５５が抵抗体５２と導電体５３の上を摺動する。この摺動に伴って抵抗体５２の電圧も変化するので、この電圧値を読み取り摺動接点５５の位置、即ち可動部分のストローク位置を判別するものである。
【０００４】
また、建設機械等の油圧シリンダ等の作業環境の厳しい場所には、図１１に示すように、磁気抵抗素子であるＭＲ素子を使用した油圧用の無接触型変位センサ６０が使用されていた。
同図において、６１は円筒状の金属ケースで、ねじ山が形成された取付け部６１ａにより油圧シリンダのプランジャ等に螺着されている。この金属ケース６１には往復動するシャフト６２が挿通され、シャフト６２の先端は油圧シリンダのスプール６３に圧接されており、シャフト６２の後端側はテーパー部６２ａが形成されている。このテーパー部６２ａを挟んでばね性を持つターミナル６４，６５が耐圧コネクタ６６より立設されており、ターミナル６４にはＭＲ素子６６が取り付けられ、ターミナル６５にはＭＲ素子６６に近接するように永久磁石６７が取付けられている。
また、ＭＲ素子６６は基板６８に接続されており、回路部品が取り付けられている基板６８は、基板６８に取り付けられた回路部品６８ａと共に収納台６９に取り付けられている。回路部品６８ａはシリコンゲル等の充填材７０に封入され湿度や機械的な振動から保護されている。
【０００５】
このように構成された無接触型変位センサ６０は、スプール６３の往復動に追随してシャフト６２も往復動するので、シャフト６２のテーパー部６２ａによりターミナル６４，６５が押し広げられてマグネット６７とＭＲ素子６６との相対位置が変化すると、ＭＲ素子６６の磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化による出力電圧の変化を基板６８と回路部品６８ａにより増幅し、この増幅した出力電圧の変化を読み取ることにより、シャフト６２の位置、即ちスプール６３のストローク位置を判別するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のポテンショメータ５０においては、摺動接点５５は測定器の可動部と一緒に動くので、そのストローク分の可動範囲が必要であり、コストの高い抵抗体５２や導電体５３の電極部分はそのストロークの両端側に寸法上の余裕を持たせるため、そのストローク分よりさらに大きくする必要があり、測定器が大型化するとポテンショメータも大型化し、これに必要な高価な抵抗体５２や導電体５３も大型化するので非常なコスト高になるという問題もあった。
また、塵埃や高温多湿あるいは硫化ガス等が発生するような環境の悪い場所で使用された場合は、密閉式の金属カバー５０を使用していても、長期間使用している間に金属カバー５０内に塵埃や湿度、およびガス等が侵入し、抵抗体５２や導電体５３の上にも付着するので摺動接点５５との間で接触不良を発生させ、機器の可動部の位置が正確に検出できなくなるという問題が発生していた。
【０００７】
また、無接触型変位センサ６０においても、シャフト６２は油圧シリンダのスプール６３と一緒に動くので、スプールのストローク分の可動範囲が必要であり、さらに回路部品６８ａ等の部品を取り付けるためのスペースが必要となりストローク寸法よりさらに大型化するので、無接触型変位センサ６０を取り付ける箇所が限定されるという問題があった。
さらに、ＭＲ素子６６の出力を増幅する基板６８と回路部品６８ａには、電源回路、増幅回路、温度補償回路等が必要となり、そのための回路部品が多くなり、基板６８と回路部品６８ａが大きくなるとともに、この基板６８と回路部品６８ａを組み立てるための工数がかかり、結局無接触型変位センサ６０のコストが高くなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、小型で精度が高く、また、油圧シリンダにも使用可能である簡略化された小型の直線変位センサを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、センサ本体（１０）は、本体枠（１３）と、この本体枠（１３）に内装され永久磁石（１１ａ，１１ｂ）を装着して前記本体枠（１３）内を軸方向に可動するスライダ（１１）と、このスライダ（１１）に近接して取り付け台（１５）に固定された磁電変換部（１２）と、前記スライダ（１１）が軸方向に可動される駆動手段とを備え、前記スライダ（１１）の駆動手段は、このスライダ（１１）に一端が固定された接続ワイヤ（５）と、この接続ワイヤ（５）の他端が係止された三角板（４）と、前記本体枠（１３）に一端（３ｂ）が装着され前記三角板（４）が係止される圧縮ばね（３）と、前記圧縮ばね（３）の他端（３ａ）が装着されたばね押さえ（８）と、このばね押さえ（８）に固定した軸方向に可動するシャフト（２）とからなり、前記三角板（４）は、金属板により略三角形に形成され、各頂点の近傍に前記圧縮ばね（３）への係止部（４ａ，４ｂ，４ｃ）を折り曲げて形成し、前記係止部の一つ（４ａ）は先端を円弧状に折り返して前記圧縮ばね（３）の一点に係止固定し、前記係止部の残りの２つ（４ｂ，４ｃ）はその先端をＶ字状に形成して、これが前記圧縮ばね（３）に、前記三角板（４）が軸方向に対して直角になって水平に摺動可能に係止するようになっており、前記三角板（４）の一つの係止部（４ａ）の前記圧縮ばね（３）の一点への係止固定位置は、前記シャフト（２）で押動される前記圧縮ばね（３）の先端部（３ａ）の伸縮ストロークに対して、ばね受け部（１０ａ）で受け止められた圧縮ばね（３）の後端部（３ｂ）の近傍で伸縮ストロークの小さい位置である、ことを特徴とする無接触直線変位センサである。
【００１０】
前記スライダ（１１）は、２個の永久磁石（１１ａ，１１ｂ）を所定寸法離して異極を対局させて装着し、前記本体枠（１３）と平行なガイドピン（１７）に沿って摺動すし、前記２個の永久磁石（１１ａ，１１ｂ）が磁電変換部（１２）に対して対向距離を可変する。
また、 前記磁電変換部（１２）は、内部にホール素子と、温度補償回路と、増幅回路を備え、ＩＣ化されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明に係る一般用の無接触直線変位センサを示す斜視図、図２は、図１の無接触直線変位センサの断面図、図３は、図１の無接触直線変位センサのシャフトのストロークと三角板の変位量を示すグラフ、図４は、図１の無接触直線変位センサの三角板の斜視図、図５は、図１の無接触直線変位センサのセンサ本体の断面図、図６は、図１の無接触直線変位センサの磁電変換部を示す模式図、図７は、図１の無接触直線変位センサの特性を示すグラフ、図８は、図１の無接触直線変位センサの動作を示す模式図、図９は本発明に係る油圧用の無接触直線変位センサを示す断面図である。
【００１２】
本発明に係る一般用の無接触直線変位センサＡは、図１、図２に示すように、円筒形のケース１の後端部にセンサ本体１０の本体枠１３が取り付けられており、このケース１の先端部より突出したシャフト２が、図示しない測定物の可動部が往復動して変位するものを、圧縮ばね３で受けることにより減縮して三角板４を変位し、この三角板４の変位を接続ワイヤ５を介してスライダ１１に伝達し、センサ本体１０のスライダ１１を変位させることにより、スライダ１１に装着されている永久磁石１１ａ，１１ｂの位置を磁電変換部１２で検出するものである。
【００１３】
ケース１はアルミ等の非磁性体の円筒形の金属より形成され、先端部には前側板６が取り付けられており、この前側板６の中心部にはシャフト２を摺動自在に貫通させるメタル軸受７が取り付けられている。
また、ケース１の後端部にはセンサ本体１０の本体枠１３が取り付けられ、このセンサ本体１０の後側面には図示しない外部回路へ接続するための接続端子１４が突設され、或いはリード線が引き出されている。
【００１４】
また、ケース１の内部には、図２に示すように、シャフト２の端部にばね押さえ８が取り付けられ、このばね押さえ８に圧縮ばね３の先端部３ａが介装されることにより、シャフト２の移動量に合わせて圧縮ばね３の先端部３ａが一緒に移動できるようになっている。
この圧縮ばね３の後端部３ｂは、センサ本体１０のばね受け部１０ａに嵌入されており、この後端部３ｂに近い中間部には三角板４が取り付けられている。この三角板４は圧縮ばね３のばね性により減縮されるので、図３に示すように、シャフト２の移動量（ストローク）に対して１／１０の移動量で変位するようになっている。
【００１５】
前記三角板４は、図４に示すように、金属板により略三角形に形成され、各頂点の近傍に前記圧縮ばね３への係止部４ａ，４ｂ，４ｃを折り曲げて形成し、前記係止部の一つ４ａは先端を円弧状に折り返して前記圧縮ばね３の一点に係止固定し、前記係止部の残りの２つ４ｂ，４ｃはその先端をＶ字状に形成して、これが前記圧縮ばね３に、前記三角板４が軸方向に対して直角になって水平に摺動可能に係止するようになっており、前記三角板４の一つの係止部４ａの前記圧縮ばね３の一点への係止固定位置は、前記シャフト２で押動される前記圧縮ばね３の先端部３ａの伸縮ストロークに対して、ばね受け部１０ａで受け止められた圧縮ばね３の後端部３ｂの近傍で伸縮ストロークの小さい位置である。
この三角板４は、前記のように形成されて、前記のように圧縮ばね３に係止されているので、圧縮ばね３が圧縮度合いにより三角板４の傾きが変化してストロークに悪影響を与えるのを防止するものである。
また、この三角板４の中心部には、孔４ｄが形成され、この孔４ｄに接続ワイヤ５の一端が挿通され、この接続ワイヤ５の端部に球状のビーズ５ａが取り付けられ、このビーズ５ａは三角板４に形成されたビーズ押さえ４ｅにより押さえられている。さらに、ワイヤ５の他端側は、スライダ１１に取り付けられているフック１８に半田付け等で固定されている。
【００１６】
ケース１の後端に取り付けられたセンサ本体１０は、図５に示すように、センサ本体１０の本体枠１３がケース１の後端にねじ止めで取り付けられ、本体枠１３の内部にはスライダ１１が摺動可能に取り付けられている。
また、このスライダ１１に近接して磁電変換部１２を取り付けるための取り付け台１５が備えられている。
【００１７】
センサ本体１０のスライダ１１は、２個の永久磁石１１ａ，１１ｂを異極同士を対向させ中心部に間隙を設けてモールドでブロック化したもので、センサ本体枠１３の後端に２本のガイドピン１７ａ，１７ｂを固定し、このガイドピン１７ａ，１７ｂに沿ってスライダ１１が摺動するものである。
２個の永久磁石１１ａ，１１ｂを所定の間隔を持って異極同士を対向させることにより、１個の磁石を使用した場合より磁束の中心位置が磁石間の中点位置に来て明確となり測定精度が向上するものである。
このスライダ１１の先端には前記接続ワイヤ５の後端部が固定されており、接続ワイヤ５の移動に追随してスライダ１１が動くように構成されている。
【００１８】
また、スライダ１１の変位を検出する磁電変換部１２は、スライダ１１に近接して、取り付け台１５に固定されている。
この磁電変換部１２は、図６に示すように、内部にホール素子１２ａを備えており、さらに、温度補償回路と増幅回路備えたアンプ１２ｂが組み込まれてＩＣ化されてモールドでパッケージ化されたもので、ホール素子により磁界の強度を電気抵抗に変換することができるようになっている。この磁電変換部１２は永久磁石１１ａ，１１ｂとの距離を磁界の強度で測定できるので、永久磁石１１ａ，１１ｂの軸方向の変位を外界の温度等に左右されず精密に検出することが可能となっている。
【００１９】
また、この磁電変換部１２には、電源供給用端子１２ｃ、出力用端子１２ｄ、アース用端子１２ｅの３本の端子が備えられており、これらの３本の端子は、外部回路の接続端子１４の３本の端子またはリード線と接続されており、磁電変換部１２の出力を図示しない外部回路で読み取れるようになっている。
この磁電変換部１２で読み取った永久磁石１１ａ，１１ｂとの距離（ストローク）と出力電圧の関係を示したものが図７に示すグラフである。
このグラフによれば、使用範囲であるストロークが−１．０〜＋１．０ｍｍの間では直線的に変化するので、磁電変換部１２から出力される電圧を読取ることで微細な変位が検出でき、精度の高い測定が可能となっている。
【００２０】
このように構成された無接触直線変位センサＡは、シャフト２が図示しない機器の可動部分に取り付けられ、そのストローク位置の検出に使用される。その検出動作を図７、図８に基づいて説明する。
先ず、図８の（ａ）に示すように、シャフト２は圧縮ばね３により伸長されるので、圧縮ばね３の後端部３ｂ側に取り付けられた三角板４も変位するのでワイヤ５を引っ張り、ワイヤ５に接続されているスライダ１１もガイドピン１７ａ，１７ｂに沿って移動するので、スライダ１１に装着された永久磁石１１ａ，１１ｂが変位して、所定の位置（例えば、図７におけるＰ1 ）に相当する電圧１．０Ｖが発生するので、ストロークの位置が特定される。
【００２１】
次いで、図８の（ｂ）に示すように、シャフト２は図示しない機器の可動部分にに押されると、圧縮ばね３の先端部３ａはケース１の中心部付近まで押されるので、圧縮ばね３の後端部３ｂ側に三角板４を介して固定されたワイヤ５が押されて、このワイヤ５に接続されているスライダ１１もガイドピン１７ａ，１７ｂに沿って移動し、スライダ１１に装着された永久磁石１１ａ，１１ｂが変位して、図７におけるＰ2 の位置に相当する電圧４．０Ｖを発生するので、ストロークの＋１．０ｍｍの位置を特定することができる。
【００２２】
上述したように、本発明の実施の形態によれば、シャフト２の移動量を、圧縮ばね３により１／１０に減縮して三角板４に伝えるので、センサ本体１０のスライダ１１の変位量が１／１０で済み、無接触直線変位センサＡの小型化が可能となる。
また、スライダ１１の変位を検出する磁電変換部１２は無接触のセンサであるホールＩＣを使用しているので、長寿命の高精度の簡略化された直線変位センサとすることが可能となる。
【００２３】
次に、建設機械等の油圧シンダに使用される油圧用の無接触直線変位センサＢを、図９に基づいて説明する。
この油圧用の無接触直線変位センサＢは、前記無接触直線変位センサＡのセンサ本体１０を耐圧コネクタ２０を使用して、油圧シリンダ等のプランジャに直接取り付けられたもので、耐圧コネクタ２０には油漏れ防止のためＯリング２１が挿入されている。
圧縮ばね３の先端部３ａは、直接プランジャシャフトのスプール２２に圧接されて、スプール２２に追随して動作することにより、圧縮ばね３に取付けられた三角板４は、圧縮ばね３の先端部３ａの１／１０のストロークで動作するようになっている。
また、三角板４に一端がとりつけられたワイヤ５によりスライダ１１が変位し、スライダ１１に取り付けてある２個の永久磁石１１ａ，１１ｂにより、磁電変換部１２から出力電圧が発生し接続端子１４より出力するものである。
【００２４】
このように構成された油圧用の無接触直線変位センサＢは、ケースが不要になるとともに、磁電変換部１２がＩＣ化されているのでセンサ本体１０が従来に比べて大幅に小型化しており、プランジャ部より突出する寸法も極めて少ないので、油圧用センサとして有効に活用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、センサ本体は、本体枠と、この本体枠に内装され永久磁石を装着して前記本体枠内を軸方向に可動するスライダと、このスライダに近接して取り付け台に固定された磁電変換部と、前記スライダが軸方向に可動される駆動手段とを備え、前記スライダの駆動手段は、このスライダに一端が固定された接続ワイヤと、この接続ワイヤの他端が係止された三角板と、前記本体枠に一端が装着され前記三角板が係止される圧縮ばねと、前記圧縮ばねの他端が装着されたばね押さえと、このばね押さえに固定した軸方向に可動するシャフトとからなり、前記三角板は、金属板により略三角形に形成され、各頂点の近傍に前記圧縮ばねへの係止部を折り曲げて形成し、前記係止部の一つは先端を円弧状に折り返して前記圧縮ばねの一点に係止固定し、前記係止部の残りの２つはその先端をＶ字状に形成して、これが前記圧縮ばねに、前記三角板が軸方向に対して直角になって水平に摺動可能に係止するようになっており、前記三角板の一つの係止部の前記圧縮ばねの一点への係止固定位置は、前記シャフトで押動される前記圧縮ばねの先端部の伸縮ストロークに対して、ばね受け部で受け止められた圧縮ばねの後端部の近傍で伸縮ストロークの小さい位置である、ので、被測定物の変位量に対してセンサ本体の永久磁石の変位量は１／１０で済むので簡略で小型化した無接触直線変位センサを提供することができる。
また、高価な抵抗体や導電体を使用しないので、安価にできる。
また、密閉したケースに内装したセンサ本体が無接触なので、信頼性の高い長寿命の無接触直線変位センサを提供することができる。
また、前記スライダは、２個の永久磁石を所定寸法離して異極を対局させてあることにより、測定する中心位置が明確化され、高い精度の測定ができる。
また、磁電変換部は、内部にホール素子と、温度補償回路と、増幅回路を備え、ＩＣ化されていることにより、センサ本体が小型化されるので、無接触直線変位センサ全体を簡略にして小型化することができると共に回路部品を組み立てる手間が不要となるので、コストを低減することができる。
さらに、前記三角板は、金属板により略三角形に形成し、各頂点の近傍に前記圧縮ばねの係止部を形成して折り曲げ、前記係止部の一つの先端を円弧状に折り返して前記圧縮ばねの中間部を係止固定するようになし、前記係止部の残りの２つの先端をＶ字状に形成して、これで前記三角板が軸方向に対して直角になって水平に摺動可能に係止するようになっており、前記三角板が圧縮ばねに安定して装着でき、圧縮ばねの圧縮度合いによる三角板の傾きを吸収できるので、測定の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一般用の無接触直線変位センサを示す斜視図である。
【図２】図１の無接触直線変位センサの断面図である。
【図３】図１の無接触直線変位センサのシャフトのストロークと三角板の変位量を示すグラフである。
【図４】図１の無接触直線変位センサの三角板の斜視図である。
【図５】図１の無接触直線変位センサのセンサ本体の断面図である。
【図６】図１の無接触直線変位センサの磁電変換部を示す模式図である。
【図７】図１の無接触直線変位センサの特性を示すグラフである。
【図８】図１の無接触直線変位センサの動作を示す模式図である。
【図９】本発明に係る油圧用の無接触直線変位センサを示す断面図である。
【図１０】従来のポテンショメータを示す一部破断の斜視図である。
【図１１】従来の油圧用の無接触直線変位センサを示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ 一般用の無接触直線変位センサ
Ｂ 油圧用の無接触直線変位センサ
１ ケース
２ シャフト
３ 圧縮ばね
３ａ 先端部
３ｂ 後端部
４ 三角板
４ａ ばね押さえ
４ｂ ばね支え
４ｃ ばね支え
４ｄ 孔
４ｅ ビーズ押さえ
５ 接続ワイヤ
５ａ ビーズ
６ 前側板
７ メタル軸受
８ ばね押さえ
１０ センサ本体
１１ スライダ
１１ａ 永久磁石
１１ｂ 永久磁石
１２ 磁電変換部
１３ 本体枠
１４ 接続端子
１５ 取り付け台
１７ ガイドピン
１８ フック
２０ 耐圧コネクタ
２１ Ｏリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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