特許 6122714 変位センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6122714

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】変位センサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20170417BHJP

   G01D 5/249 20060101ALN20170417BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 101H

   !G01D5/249 K

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-140078(P2013-140078)

(22)【出願日】2013年7月3日

(65)【公開番号】特開2015-14479(P2015-14479A)

(43)【公開日】2015年1月22日

【審査請求日】2016年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100137604

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】永井 勇冴

【審査官】 池田 剛志

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６３−０７２５０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−０４２９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３５３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９４１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００− ５／２５２，

５／３９− ５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動体の変位量を検出する変位センサであって、
前記可動体の変位方向に沿って所定の間隔で設けられ、所定の深さを有する溝である浅溝と前記浅溝より深い溝である深溝とから構成される磁気スケールと、
前記可動体の変位によって前記磁気スケールが通過する位置に設けられ、前記磁気スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサの出力値と予め定められた基準値とに基づいて前記磁気センサを通過した前記磁気スケールが前記浅溝であるか前記深溝であるかを判定する判定部と、
前記浅溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値と、前記深溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値と、に基づいて前記基準値を更新する基準値更新部と、
を備えることを特徴とする変位センサ。

【請求項2】

前記判定部は、前記磁気センサの出力値が前記基準値より小さい場合、前記磁気センサを通過した前記磁気スケールが前記浅溝であると判定し、前記磁気センサの出力値が前記基準値より大きい場合、前記磁気センサを通過した前記磁気スケールが前記深溝であると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。

【請求項3】

前記基準値更新部は、前記浅溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値と、前記深溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値と、の中間の値に前記基準値を更新する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位センサ。

【請求項4】

前記基準値更新部は、前記浅溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値の平均値と、前記深溝が通過したと判定された場合の前記磁気センサの出力値の平均値と、の中間の値に前記基準値を更新する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の変位センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変位センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、油圧シリンダのピストンロッドの変位量を検出する変位センサが開示されている。変位センサは、ピストンロッドに形成された磁気スケールに起因する磁界の変化を検出する磁気センサを有するセンサ部と、センサ部を収納するケースと、ケースからセンサ部が進出する方向にセンサ部を付勢するスプリングと、センサ部とピストンロッドとの間に介装されセンサ部とピストンロッドとの間に間隙を形成するベアリングと、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−２５７５１５号公報（図１等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来の技術では、磁気センサとピストンロッドに形成された磁気スケールとの間のギャップをベアリングによって一定に保持している。ピストンロッドが移動すると磁気スケールが磁気センサの前を通過し、磁界の変化に伴って磁気センサの出力値が変化する。この出力値の変化に基づいてピストンロッドのストローク量が演算される。

【0005】

しかし、油圧シリンダの長期使用によってベアリングが摩耗すると、磁気センサと磁気スケールとの間のギャップが小さくなり、磁気スケールが通過した際の磁気センサの出力値が変化する。変化した出力値に基づいてストローク量の演算が行われると、変位センサの検出精度が低下する可能性がある。

【0006】

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、変位センサの検出精度の低下を防止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、可動体の変位量を検出する変位センサであって、可動体の変位方向に沿って所定の間隔で設けられ、所定の深さを有する溝である浅溝と浅溝より深い溝である深溝とから構成される磁気スケールと、可動体の変位によって磁気スケールが通過する位置に設けられ、磁気スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサと、磁気センサの出力値と予め定められた基準値とに基づいて磁気センサを通過した磁気スケールが浅溝であるか深溝であるかを判定する判定部と、浅溝が通過したと判定された場合の磁気センサの出力値と、深溝が通過したと判定された場合の磁気センサの出力値と、に基づいて基準値を更新する基準値更新部と、を備えることを特徴とする変位センサ。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、浅溝が通過したと判定された場合の磁気センサの出力値と、深溝が通過したと判定された場合の磁気センサの出力値と、に基づいて基準値を更新するので、ベアリングの摩耗などによって磁気センサと可動体とのギャップが変化しても、磁気センサを通過した磁気スケールが浅溝であるか深溝であるかを精度よく判定することができる。よって、変位センサの検出精度の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る変位センサが組み込まれたダンパを示す構成図である。

【図2】変位センサを拡大して示す拡大図である。

【図3】ロッドに形成される磁気スケールとセンサ部の出力信号との関係を示す図である。

【図4】コントローラの制御処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0011】

図１は、本実施形態における変位センサ１０が組み込まれたダンパ１００を示す構成図である。

【0012】

ダンパ１００は、作動流体が封入されたシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に収装されたピストン２と、一端がピストン２に結合され他端がシリンダ１の外部へと延在する可動体としてのロッド３と、ロッド３のストローク量（変位量）を検出する変位センサ１０と、を備える。

【0013】

シリンダ１の開口端には、シリンダ１を封止するシリンダヘッド４が設けられる。シリンダヘッド４は、ロッド３の外周と摺接するベアリング５を内周に有してロッド３を軸支する。

【0014】

シリンダヘッド４よりロッド３の他端側には、シリンダヘッド４と同軸状にセンサホルダ６が設けられる。センサホルダ６は、内周から外周まで径方向に連通して変位センサ１０のセンサ機構１１（図２）が挿入される連通孔７と、連通孔７よりロッド３の他端側の内周に設けられシリンダ１内へのダストの侵入を防止するダストシール８と、を有する。

【0015】

ロッド３は、鉄等の磁性体によって形成される。ロッド３には、多数の磁気スケール９がロッド３の変位方向である軸方向に沿って一列に所定の間隔をもって形成される。変位センサ１０のセンサ機構１１（図２）は、ロッド３の磁気スケール９に対向するようにセンサホルダ６内に収装される。

【0016】

図２は、変位センサ１０を拡大して示す拡大図である。

【0017】

変位センサ１０は、ロッド３のストローク量に応じた磁界の変化を電気信号として出力するセンサ機構１１と、センサ機構１１と配線１２によって接続されセンサ機構１１から出力される電気信号を増幅する増幅回路（図示せず）を有する基板１３と、センサ機構１１を支持するとともに基板１３を収容する有底筒状のケース１４と、ケース１４の開口部１４ａに覆設されるカバー１５と、基板１３において増幅された電気信号に基づいてロッド３のストローク量を演算するコントローラ３０と、を備える。

【0018】

ケース１４は、センサホルダ６の外周に固定され、側面にセンサホルダ６の連通孔７と連通するセンサ用開口部１４ｂを有する。カバー１５は、ケース１４の開口部１４ａ側のケース１４に固定され、ケース１４内の外部配線１６を外部へと引き出すための孔１５ａを有する。

【0019】

センサ機構１１は、ケース１４のセンサ用開口部１４ｂに支持される基端部１７と、基端部１７に対してセンサ機構１１の軸方向に移動可能な磁気センサとしてのセンサ部１８と、センサ部１８と基端部１７との間に介装されセンサ部１８をロッド３側に付勢するスプリング１９と、を有する。

【0020】

センサ部１８のロッド３側には、円環状のベアリング２０が装着され、センサ部１８はベアリング２０を介してロッド３と摺接する。ベアリング２０は、樹脂等の絶縁材料によって形成される。ベアリング２０の軸方向の厚みは、スプリング１９によって付勢されるセンサ部１８とロッド３とが所定の隙間を有するように予め設定される。

【0021】

センサ部１８は、ロッド３の変位によって磁気スケール９が通過する位置に設けられ、磁気スケール９によって変化する磁界に応じた電気信号を出力する。磁気スケール９は、所定の深さを有する溝である浅溝２３と浅溝２３より深い溝である深溝２４とから構成され、ロッド３の軸方向に所定の間隔を有して形成される。深溝２４は、隣接する深溝２４間の浅溝２３の数がそれぞれ異なるように配設される。

【0022】

センサ部１８の先端中央には、センサＩＣ２５が内蔵されている。センサＩＣ２５は、永久磁石やＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等から構成され、ＭＲ素子に作用する磁界に応じて内部回路の抵抗値を変化させる。センサＩＣ２５は、配線１２を介して一定の電圧が印加され、抵抗値に応じた電圧値を出力信号として配線１２を介して出力する。

【0023】

基板１３は、ケース１４の内面であってロッド３の軸方向に垂直な面に固定される。配線１２は、センサ機構１１の基端部１７の背面からロッド３の軸に垂直な方向に延出するとともに、基板１３の表面からロッド３の軸に平行に延出し、途中で屈曲する屈曲部１２ａを有する。

【0024】

これにより、センサ機構１１の基端部１７から延出する配線１２と、基板１３から延出する配線１２との、屈曲部１２ａにおいてなす角度は９０度である。なお、屈曲部１２ａは、直角に折れ曲がっている必要はなく所定の曲率をもって屈曲していればよい。

【0025】

基板１３は、ボルト２１によって仮止めされた後、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等のモールド樹脂２２によって全周をモールドされる。基板１３のモールドは、屈曲部１２ａがモールド樹脂２２の外側に位置するように、ケース１４内の一部である基板１３付近の一か所においてのみ行われる。すなわち、モールド樹脂２２は基板１３の全周にわたって設けられる一方、配線１２については基板１３から延出する所定長さ分だけがモールドされる。

【0026】

さらに、基板１３には、増幅回路によって増幅した電気信号をケース１４外へと伝達する外部配線１６が接続される。外部配線１６は、カバー１５の孔１５ａを通して外部へと引き出される。

【0027】

変位センサ１０は以上のように構成され、ロッド３のストロークによってセンサ機構１１のセンサ部１８に対向する磁気スケール９が移動すると、センサ機構１１から出力される電気信号が基板１３の増幅回路に伝達されて信号が増幅された後、ケース１４外のコントローラ３０に送信される。コントローラ３０は、変位センサ１０から送信される電気信号を処理することでロッド３のストローク量を導出する。

【0028】

図３は、ロッド３に形成された磁気スケール９と、この磁気スケール９が通過した際のセンサＩＣ２５の出力信号と、の関係を示す図である。

【0029】

センサＩＣ２５の出力信号としての電圧値は、溝がない場合に最低となり、溝の深さが深いほど高くなる。浅溝２３は所定の間隔をあけて形成されているので、ロッド３が変位すると、浅溝２３が断続的にセンサＩＣ２５の前を通過する。これに伴って、センサＩＣ２５の出力信号は、溝のない領域に対応する電圧を谷とし、浅溝２３のある領域に対応する電圧を山とする正弦波として出力される。

【0030】

さらに、深溝２４がセンサＩＣ２５の前を通過すると、センサＩＣ２５とロッド３の表面とのギャップがさらに大きくなるので、電圧値は浅溝２３の場合よりも高くなる。

【0031】

コントローラ３０は、上記のようにセンサＩＣ２５の出力信号を解析することで、ロッド３の変位の有無、変位量、変位方向などを演算することができる。また、隣接する深溝２４間の浅溝２３の数は、それぞれ異なる個数に設定されるので、隣接する深溝２４及び当該深溝２４間の浅溝２３を検出することで、コントローラ３０はロッド３の絶対位置を演算することができる。

【0032】

図４は、コントローラ３０の制御処理を示すフローチャートである。本制御処理は、変位センサ１０又は変位センサ１０が組み込まれたダンパ１００の起動時に実行される。なお、実行のタイミングは、当該ダンパ１００が搭載された車両のシステム起動時であってもよいし、システム起動後にダンパ１００が初めてストロークする時であってもよい。また、上記制御処理は、システム起動後に常時実行されていてもよい。

【0033】

ステップＳ１においてコントローラ３０は、センサ部１８から基板１３を介して出力される信号を読み込む。センサ部１８からの出力信号は電圧値であり、ロッド３のストローク量にかかわらず所定のサンプリング周期で出力される。

【0034】

ステップＳ２においてコントローラ３０は、読み込んだ出力信号がピーク値であるか否かを判定する。出力信号がピーク値であると判定されると処理がステップＳ３へ進み、ピーク値でないと判定されると処理がステップＳ１へ戻る。

【0035】

出力信号である電圧値は、図３に示すように、ロッド３のストロークに応じて上下に変動して正弦波となる。この正弦波の山に相当する値が出力された時、出力信号がピーク値であると判定される。例えば、処理がステップＳ１及びステップＳ２（条件不成立）を所定の周期で繰り返している場合に、出力信号が上昇から下降に転じた時、正弦波の山に相当する値が出力されたと判定され、この時の出力信号をピーク値であると判断する。

【0036】

ステップＳ３において判定部としてのコントローラ３０は、ピーク値が基準値以下であるか否かを判定する。ピーク値が基準値以下であると判定されると処理がステップＳ４へ進み、基準値より大きいと判定されると処理がステップＳ５へ進む。

【0037】

基準値は、図３に示すように、センサＩＣ２５が浅溝２３を通過した場合に出力される電圧値のピーク値と深溝２４を通過した場合に出力される電圧値のピーク値との中間の値であり、予め設定される。

【0038】

ステップＳ４においてコントローラ３０は、センサＩＣ２５の前を浅溝２３が通過したと判定し、ステップＳ１において読み込まれた電圧値を記憶する。

【0039】

ステップＳ５においてコントローラ３０は、センサＩＣ２５の前を深溝２４が通過したと判定し、ステップＳ１において読み込まれた電圧値を記憶する。

【0040】

ステップＳ６においてコントローラ３０は、浅溝２３が通過したと判定された回数が所定回数以上であるか否かを判定する。所定回数以上であると判定されると処理がステップＳ７へ進み、所定回数未満であると判定されると処理がステップＳ１へ戻る。所定回数は、浅溝２３が通過した場合に出力される電圧値のばらつきを平均化できる程度の回数に予め設定される。

【0041】

ステップＳ７においてコントローラ３０は、深溝２４が通過したと判定された回数が所定回数以上であるか否かを判定する。所定回数以上であると判定されると処理がステップＳ８へ進み、所定回数未満であると判定されると処理がステップＳ１へ戻る。所定回数は、深溝２４が通過した場合に出力される電圧値のばらつきを平均化できる程度の回数に予め設定される。

【0042】

ステップＳ８において基準値更新部としてのコントローラ３０は、ステップＳ３において用いる基準値を更新する。基準値は、ステップＳ４において記憶された浅溝２３が通過した場合の電圧値の平均値と、ステップＳ５において記憶された深溝２４が通過した場合の電圧値の平均値と、の中間の値に更新される。例えば、ステップＳ４において記憶された浅溝２３が通過した場合の電圧値の平均値が６０Ｖであり、ステップＳ５において記憶された深溝２４が通過した場合の電圧値の平均値が１００Ｖである場合、基準値は、６０Ｖと１００Ｖとの中間値である８０Ｖに更新される。

【0043】

これにより、変位センサ１０が搭載されたダンパ１００の次回起動時には、更新された基準値に基づいて浅溝２３及び深溝２４の通過が判定される。したがって、ダンパ１００の長期使用によってロッド３に摺接するベアリング２０が摩耗してセンサＩＣ２５とロッド３とのギャップが変化しても、この変化に応じて浅溝２３及び深溝２４を判定する基準値が更新されるので、浅溝２３及び深溝２４の通過判定を精度よく行うことができる。

【0044】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0045】

浅溝２３が通過したと判定された場合の電圧値と、深溝２４が通過したと判定された場合の電圧値と、に基づいて基準値を更新するので、ベアリング２０の摩耗などによってセンサＩＣ２５とロッド３とのギャップが変化しても、センサＩＣ２５を通過した磁気スケール９が浅溝２３であるか深溝２４であるかを精度よく判定することができる。よって、変位センサ１０の検出精度の低下を防止することができる。

【0046】

さらに、コントローラ３０は、ピーク値が基準値以下である場合、センサＩＣ２５の前を浅溝２３が通過したと判定し、ピーク値が基準値より大きい場合、センサＩＣ２５の前を深溝２４が通過したと判定するので、基準値に基づいて浅溝２３と深溝２４とを精度よく判別することができる。

【0047】

さらに、コントローラ３０は、浅溝２３が通過した場合の電圧値と深溝２４が通過した場合の電圧値との中間の値に基準値を更新するので、ベアリング２０の摩耗などによってセンサＩＣ２５とロッド３とのギャップが変化した場合に、当該変化に応じて基準値を更新することができる。よって、センサＩＣ２５を通過した磁気スケール９が浅溝２３であるか深溝２４であるかを精度よく判定することができる。

【0048】

さらに、コントローラ３０は、浅溝２３が通過した場合の電圧値の平均値と深溝２４が通過した場合の電圧値の平均値との中間の値に基準値を更新するので、各電圧値のばらつきを平均化して、基準値を浅溝２３が通過した場合の電圧値と深溝２４が通過した場合の電圧値との中間の値により精度よく設定することができる。よって、センサＩＣ２５を通過した磁気スケール９が浅溝２３であるか深溝２４であるかを精度よく判定することができる。

【0049】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0050】

例えば、上記実施形態では、磁気スケール９が浅溝２３と深溝２４との２種類の溝を有する場合について例示したが、３種類以上の溝を磁気スケール９として形成してもよい。この場合、基準値を複数設定することで各溝を判定することができる。

【0051】

さらに、上記実施形態では、基準値を浅溝２３が通過した場合の電圧値と深溝２４が通過した場合の電圧値との中間の値に更新したが、中間値でなくてもよい。また、基準値を、浅溝２３が通過した場合の電圧値より小さい値又は深溝２４が通過した場合の電圧値より大きい値に設定し、出力された電圧値との差や比率などに基づいて溝の種類を判定してもよい。

【0052】

さらに、上記実施形態では、変位センサ１０がダンパ１００に組み込まれた場合について例示したが、ロッド３が直線運動する構造であればよく、流体圧アクチュエータ等に適用することも可能である。

【0053】

さらに、上記実施形態では、変位センサ１０が可動体としてのロッド３のストローク量を検出する場合について例示したが、可動体は直線運動するものに限らず回転体であってもよい。

【符号の説明】

【0054】

３ ロッド（可動体）
９ 磁気スケール
１０ 変位センサ
１８ センサ部（磁気センサ）
２３ 浅溝
２４ 深溝
３０ コントローラ（判定部、基準値更新部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】