特許 6795849 位置検出装置

(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】6795849

(24)【登録日】2020年11月17日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20201119BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/00 C

   G01B7/00 101Z

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-196517(P2017-196517)

(22)【出願日】2017年10月10日

(65)【公開番号】特開2019-70575(P2019-70575A)

(43)【公開日】2019年5月9日

【審査請求日】2019年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114271

【氏名又は名称】ミヤマ電器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】川井 充一

【審査官】 山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−０１３００５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１７−００９４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３３８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−１４９００４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０７１９１７６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１２−８０４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

７／００−７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺状で内部に中空部が形成され、長手方向に沿って前記中空部から外部に通じる開口部が形成されているケースと、
前記中空部内の一端側に設けられ、受ける圧力の大小により値の異なる検出信号を出力する圧力センサと、
前記中空部内に収納されるコイルスプリングと、
前記圧力センサと前記コイルスプリングとの間に配置され前記コイルスプリングの付勢力を前記圧力センサに伝達する可動子と、
前記コイルスプリングの他端側に設けられ前記ケースの長手方向に移動可能な移動部材と、を備え、
前記移動部材は、前記中空部内を摺動する摺動部と、前記摺動部に連続し前記開口部から外部に張り出す張出部と、を有し、
前記張出部を前記長手方向に沿って移動させることで前記検出信号の出力を変化させることを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

前記コイルスプリングは複数本設けられ、
隣り合う前記コイルスプリング同士の間に中間部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

少なくとも２つの前記コイルスプリングのバネ定数が互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記コイルスプリングに挿通されて当該コイルスプリングをガイドする長尺状のガイド部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項5】

前記コイルスプリング及び前記中間部材に形成された貫通孔に挿通されて当該コイルスプリングをガイドする長尺状のガイド部材を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３の何れかの一項に記載の位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

少なくとも一部の部材が移動する機器等を対象として、当該移動する部材の位置を検出する装置としては、例えば、特許文献１に記載の位置検出センサが知られている。
特許文献１の技術は、ホトインタラプタを３段に重ね合わせて構成され、検出精度に相当する幅のスリットを有するシャッタと当該３段のホトインタラプタとの相対位置と相対的な移動方向とを検出するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２１１４１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記の位置の検出対象となる部材の移動距離が長い場合、多数のホトインタラプタを用いなければならず、また、特許文献１の技術では演算回路を組み込まないと測定することができないので、製造コストが高くなり、装置が複雑化するという不具合がある。
そこで、本発明の課題は、検出対象となる部材等の移動距離が長い場合であっても当該部材等の位置を検出ことができる位置検出装置を簡易かつ低製造コストで提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、長尺状で内部に中空部が形成され、長手方向に沿って前記中空部から外部に通じる開口部が形成されているケースと、前記中空部内の一端側に設けられ、受ける圧力の大小により値の異なる検出信号を出力する圧力センサと、前記中空部内に収納されるコイルスプリングと、前記圧力センサと前記コイルスプリング間に配置され前記コイルスプリングの付勢力を前記圧力センサに伝達する可動子と、前記コイルスプリングの他端側に設けられ前記ケースの長手方向に移動可能な移動部材と、を備え、前記移動部材は、前記中空部内を摺動する摺動部と、前記摺動部に連続し前記開口部から外部に張出す張出部と、を有し、前記張出部を前記長手方向に沿って移動させることで前記検出信号の出力を変化させることを特徴とする。

【0006】

本発明によれば、圧力センサの検出信号の大きさが変動し、当該信号の大きさから部材の位置を検出することができる。この場合、部材の移動距離が長い場合であっても、ケースやコイルスプリングの長さを長くするだけでよく、圧力センサは単体で足りるので、検出対象となる部材の移動距離が長い場合であっても簡易かつ低製造コストな位置検出装置を提供することができる。

【0007】

この場合に、前記コイルスプリングは複数本設けられ、隣り合う前記コイルスプリング同士の間に中間部材が配置されていることを特徴としてもよい。
本発明によれば、検出対象となる部材等の移動距離が長くなるのに伴いケースが長くなっても、複数のコイルスプリングを用いて部材等の位置検出を行うことができる。

【0008】

この場合に、少なくとも２つの前記コイルスプリングのバネ定数が互いに異なるように設定されていることを特徴としてもよい。
本発明によれば、コイルスプリングのバネ定数が互いに異なるようにすることで、移動部材の位置が同じでも圧力センサの検出信号の値を様々に変化させることができる。

【0009】

前記の場合に、前記コイルスプリングに挿通されて当該コイルスプリングをガイドする長尺状のガイド部材を備えることを特徴としてもよい。
本発明によれば、コイルスプリングが長くなっても当該コイルスプリングをガイド部材がガイドして座屈するのを抑制することができる。

【0010】

前記の場合に、前記コイルスプリング及び前記中間部材に形成された貫通孔に挿通されて当該コイルスプリングをガイドする長尺状のガイド部材を備えることを特徴としてもよい。
本発明によれば、コイルスプリングが長くなっても当該コイルスプリングをガイド部材がガイドして座屈するのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、検出対象となる部材等の移動距離が長い場合であっても当該部材等の位置を検出ことができる位置検出装置を簡易かつ低製造コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の長手方向断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の圧力センサ側の端部側の断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の圧力センサ及びプリント基板等の斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の圧力センサの一例の原理を示す斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の中間部材の斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の中間部材の位置で切断した位置検出装置の断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の移動部材の斜視図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の移動部材の位置で切断した位置検出装置の断面図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る横軸に張出部の移動量、縦軸に圧力センサに作用する荷重を示したグラフである。

【図12】本発明の一実施形態に係る横軸に張出部の移動量、縦軸に圧力センサに作用する荷重を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る位置検出装置の斜視図、図２は、同分解斜視図である。本実施形態に係る位置検出装置１は、例えば装置等に設けられて移動する部材等に連結されてその位置を検出する装置である。位置検出装置１は、ケース２と、プリント基板１０と、圧力センサ３と、可動子４と、コイルスプリング５１，５２と、中間部材６と、移動部材７と、カバー８と、ガイド部材（ピン）９と、コネクタ１０ｃとから構成されている。

【0014】

ケース２は、長尺状で、径方向断面形状が略矩形状をなしている。図３は、本実施形態に係る位置検出装置の長手方向断面図である。図３に、ケース２の長手方向で切断した断面図で示すように、ケース２内には、長手方向がケース２の長手方向であって、当該ケース２を貫通している中空部２１が形成されている。ケース２の中空部２１は円筒状になっている。ケース２の両端には、それぞれ中空部２１に連通している孔２２，２３が設けられている。ケース２は、平断面が矩形状であるため、その外表面には、長方形状の４つの面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成されている。このうち、面２４ａには、中空部２１から外部に通じていて、ケース２の長手方向に沿って細長い開口部２５が形成されている。

【0015】

図４は、本実施形態に係る位置検出装置の圧力センサ３側の端部側の断面図である。図５は、本実施形態に係る位置検出装置の圧力センサ３及びプリント基板１０等の斜視図である。図４、図５に示すように、ケース２の中空部２１内で、ケース２の一端部２６側の内壁面２２ａには、プリント基板１０が設けられている。そして、中空部２１内でプリント基板１０におけるケース２の他端部２７側（図１）の面１０ａには、圧力センサ３が実装されている。

【0016】

図６は、圧力センサ３の一例の原理を示す斜視図である。圧力センサ（フォースセンサ）３は、Ｓｉ基板にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加工でダイアフラム３１を形成した構造を有している。ダイアフラム３１には４つのピエゾ抵抗３２が配置されており、これらによりダイアフラム３１上でブリッジ回路を構成している。ダイアフラム３１の面上にはスチールボール３３が位置しており、スチールボール３３が圧力を受けて（矢印３５）ダイアフラム３１に荷重が加わると、ダイアフラム３１の変形によりピエゾ抵抗３２に応力を与えその抵抗値が変化する（ピエゾ抵抗効果）。そして、この抵抗値変化によるブリッジ回路の中点電位変動をとらえることで、圧力センサ３にかかる荷重をリニアに検出することができる。符号３４は、ダイアフラム３１に形成された端子である。このような構成により、圧力センサ３は、スチールボール３３が受ける圧力の大小により値の異なる検出信号（電圧信号）を出力する。なお、圧力センサ３は、受ける圧力の大小により値の異なる検出信号を出力する圧力センサであれば、かかる構成のセンサに限定されるものではない。

【0017】

図４、図５に戻り、プリント基板１０における圧力センサ３が実装されている側の面１０ａと反対側の面１０ｂには、プリント基板１０を外部の電子機器と接続するためのコネクタ１０ｃが設けられている。このコネクタ１０ｃは、孔２２から外部に突出していて、その長手方向がケース２の長手方向と同じである。

【0018】

図１〜図３に示すように、ケース２の中空部２１内には、中空部２１の長手方向を長手方向として２本のコイルスプリング５１，５２が直列で収納されている。なお、コイルスプリングは、ケース２の長さに応じて、１本でもよいし、３本以上直列に中空部２１に収納してもよい。また、コイルスプリング５１と５２とは、ばね定数が同じであってもよいし、互いに様々にばね定数を異ならせてもよい。

【0019】

図４に示すように、圧力センサ３とコイルスプリング５１との間には可動子４が配置されている。可動子４は、コイルスプリング５１，５２の付勢力を圧力センサ３に伝達する。可動子４における圧力センサ３側には平面上の押圧面４１が形成され、その反対側には、コイルスプリング５１の一端部を受ける受け凹部４２が形成されている。

【0020】

図７は、中間部材６の斜視図であり、図８は、中間部材６の位置で切断した位置検出装置１の断面図である。図１〜図３、図７、図８に示すように、隣り合うコイルスプリング５１，５２同士の間には中間部材６が配置されている。中間部材６は、中空部２１内を摺動する。中間部材６は、ケース２の長手方向を貫通方向とする貫通孔６１と、当該ケース２の長手方向の両端部にコイルスプリング５１，５２の夫々の一端部を受ける受け凹部６２，６３とが設けられている。

【0021】

図９は、移動部材７の斜視図であり、図１０は、移動部材７の位置で切断した位置検出装置１の断面図である。図１〜図３、図９、図１０に示すように、中空部２１のコイルスプリング５２の他端側には移動部材７が設けられている。移動部材７は、ケース２の長手方向に移動可能である。すなわち、移動部材７は、中空部２１内を摺動する摺動部７１と、摺動部７１に連続し、開口部２５から外部に張り出す張出部７２とを備えている。摺動部７１と張出部７２とは、開口部２５の側壁を摺動する連結部７３により連結されている。摺動部７１の幅は開口部２５の幅より大きいので、摺動部７１が開口部２５を介して外部に脱落することはない。摺動部７１には、ケース２の長手方向を長さ方向とする貫通孔７１ａと、コイルスプリング５２に設けられ、当該コイルスプリング５２の端部を受ける受け凹部７１ｂとが設けられている。張出部７２は、本例ではレバーの形をしているが、位置検出装置１で位置検出する部材に連結される部分であり、様々な形状にすることができる。張出部７２の下面７２ａは、ケース２の面２４ａ上を摺動する。

【0022】

図１〜図３に示すように、ケース２の他端部２７は、カバー８で覆われている。このカバー８で係止されることで、移動部材７は他端部２７からケース２の外部に飛び出すことはない。カバー８の両側、すなわちケース２の他端部２７の面２４ｂ，２４ｃには、夫々、矩形状の突部４５，４５が形成されている。また、カバー８の両側には突部４５，４５に合った矩形状の嵌合孔８１，８１が設けられていて、ケース２の突部４５，４５がカバー８の嵌合孔８１，８１に嵌合することにより、カバー８のケース２からの抜け止め防止が図られている。カバー８には、ケース２の長手方向にカバー８を貫通する貫通孔８２が形成されていて、貫通孔８２の周縁部には、段差上の係合凹部８３が形成されている。

【0023】

図２、図３に示すように、ガイド部材９は、長尺状の円柱形状をした部材である。ガイド部材９の一端には、ガイド部材９より、外側に円板状に張り出した張出部９１が形成されている。

【0024】

図２、図３に示すように、ガイド部材９は、貫通孔８２からケース２内に挿入されていて、コイルスプリング５１，５２及び中間部材６の貫通孔６１に挿通されている。これにより、ガイド部材９は、コイルスプリング５１，５２をガイドする。ガイド部材９の張出部９１は係合凹部８３に合っていて、張出部９１は係合凹部８３に嵌り、張出部９１の上面とカバー８の外板８４の外面とは面一になる。

【0025】

次に、位置検出装置１の作用効果について説明する。
移動する部材の位置を位置検出装置１で検出するためには、張出部７２を位置検出対象となる部材に所定の手段により連結する。位置検出対象となる部材とは、例えばパチンコ機などの一部を構成している動きを伴う部材である。そして、ケース２の長さ方向が当該位置検出対象の部材の移動方向に沿うように位置検出装置１を配置する。

【0026】

そして、位置検出対象の部材が移動すると、それに連動して張出部７２もケース２の長手方向に移動する。移動する張出部７２に連動して、摺動部７１が中空部２１内を移動するので、摺動部７１がコネクタ１０ｃ側に移動すると、摺動部７１によりコイルスプリング５１，５２が圧縮されて可動子４をコネクタ１０ｃ側に移動させ、可動子４によって圧力センサ３が押圧される。前記した圧力センサ３は、受ける圧力が大きいほど高い電圧を出力するもので、移動部材７がコイルスプリング５１，５２の付勢力に抗して圧力センサ３に近づくほど大きな圧力が圧力センサ３に加えられ、コネクタ１０ｃから高電圧を取り出すことができる。よって、圧力センサ３の出力電圧の大小（出力電圧はリニアに変化する）により、ケース２の長手方向における張出部７２の位置、ひいては位置検出対象となる部材の位置を検出することができる。

【0027】

位置検出対象となる部材の移動距離は、様々であり、短い場合もあれば、かなり長い場合もある。この移動距離が短い場合は、位置検出装置１に用いるコイルスプリングは１本でもよい。この場合は、中間部材６は不要である。一方、移動距離が長い場合は、その移動距離に対応した長いコイルスプリングを製造することは困難が伴う。そこで、その場合には、本実施形態に示すように、通常サイズのコイルスプリング５１，５２を直列に配置し、その間に中間部材６を介装させることで、実質的に長いコイルスプリングを実現することができる。本実施形態で示す位置検出装置１が対象とするよりも更に長い移動距離となる場合は、コイルスプリングを３本以上直列に配置し、隣接する各コイルスプリング間に中間部材６を配置するようにして、相当長い移動距離にも対応できるようにすることが可能である。中間部材６は、このように簡易な手段によりコイルスプリングを長くするための手段として用いる。

【0028】

なお、このような手段により、実質的にコイルスプリングを長くすればするほど、コイルスプリングが圧縮される際に座屈する可能性が高まる。そこで、コイルスプリング５１，５２及び中間部材６の全体にガイド部材９を挿入して、コイルスプリング５１，５２が圧縮及び伸長する際に、その動きをガイド部材９でガイドするようにすることで、コイルスプリング５１，５２の座屈を抑制することができる。コイルスプリングを３個以上使用する場合も、全てのコイルスプリング及び中間部材６を挿通するガイド部材を用いることで、コイルスプリングの座屈を抑制することができる。

【0029】

図１１、図１２は、何れも横軸に張出部７２の移動量、縦軸に圧力センサ３にかかる荷重を示したグラフである。図１１の例は、コイルスプリング５１，５２ともばね定数が比較的小さな場合の例を示しており、横軸に張出部７２の移動量が大きくなる（右側になる）ほど縦軸の圧力センサ３に作用する荷重は増大するが、その増大の程度は緩やかである。符号１０１がコイルスプリング５１，５２を圧縮する場合、符号１０２が伸長する場合の値を示しているが、この両者で値が相違するのは、コイルスプリング５１，５２がヒステリシスを有しているからである。

【0030】

図１２の例は、図１１の例と異なり、コイルスプリング５１，５２のうちの一方のばね定数を大きくしている。図１２の例は、図１１の例と比較すると、符号１１１のコイルスプリング５１，５２を圧縮する場合も、符号１１２の伸長する場合も、圧力センサ３に作用する荷重は増大のピッチが大きく、特にコイルスプリング５１，５２を圧縮の程度がある程度以上に増大すると、圧力センサ３に作用する荷重は増大のピッチは急増する。このように、コイルスプリング５１と５２のばね定数を互いに異なるように様々に設定することで、圧力センサ３の検出電圧値の変化を様々に変動させることができる。そして、これを利用して、位置検出対象となる部材の特性に応じて、コイルスプリング５１，５２のばね定数を様々に設定することができる。これは、使用するコイルスプリングが３個以上の場合であっても同様である。

【符号の説明】

【0031】

１ 位置検出装置
２ ケース
２１ 中空部
２５ 開口部
２７ 一端
３ 圧力センサ
４ 可動子
５１，５２ コイルスプリング
６ 中間部材
６１ 貫通孔
７ 移動部材
７１ 摺動部
７２ 張出部
９ ガイド部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】