(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明の実施の形態として、車両に搭載される可動部品、例えば、操作レバーや、アクセルペダル、変速機、吸気スロットルなどの可動部を被検出体とし、その移動量または操作量を検出するストロークセンサに適用したものを例にあげて添付図面に基づいて説明する。
【0013】
本発明のストロークセンサAは、
図1,2に示すように、被検出体に追従して原点位置を中心に往復するシャフト1の移動量を検出するストロークセンサAであって、シャフト1の回転を規制して摺動可能に支持するハウジング2と、シャフト1とハウジング2との間に設けられ移動量を検出して移動した後のシャフト1を原点位置に復帰させる原点復帰手段3と、を備え、シャフト1に設ける磁石4と、ハウジング2を介して磁石4と対向する位置にてシャフト1の移動に伴う磁界の変化から移動量を検出する磁気検出素子5と、を有して構成される。また、シャフト1とハウジング2との間に異物が入らないようにパッキン6が組み付けられている。
【0014】
本実施の形態のシャフト1は、被検出体の移動によって追従する検出媒体であり、例えば、被検出体に連結されて外力が伝達され、軸方向(長手方向)に往復して追従する。
【0015】
シャフト1は、第1シャフト11と、第2シャフト12とで構成され、第1シャフト11と第2シャフト12がねじで連結されている。なお、シャフト1は、
図3に示すように、原点復帰手段3とともにユニット化された後、第2ケース22に組み付けられる。
【0016】
第1シャフト11は、ある程度剛性を有する非磁性金属からなり、代表例としてオーステナイト系のステンレス鋼(SUS;Steel Use Stainless)で形成される。第1シャフト11は、連結部111と、保持部112と、摺動部113と、収容部114とを設けている。
【0017】
連結部111は、第1シャフト11の一端側にねじ山が形成されてなり、第2シャフト12と連結できる。
【0018】
保持部112は、ピストン31やバネ32からなる原点復帰手段3を摺動可能に保持することができ、連結された第2シャフト12の端面121と、この端面121に対向する端面112aとで原点復帰手段3を軸方向に挟み込むようにして保持している。この端面121,112aが、後述する原点復帰手段3のピストン31に接し、シャフト1が押し込まれる場合に、押し込む力をピストン31に伝達する。これにより、ピストン31を介してバネ32による抗力が発生し、シャフト1を原点位置に復帰させることができるようになる。
【0019】
摺動部113は、第1シャフト11の他端側(連結部111の反対側)に形成され、ハウジング(第1ケース21)2内の内壁面に当接して摺動する部分であり、ハウジング2によって精度よく軸支されるとともに、円柱でなく回り止め可能な形状にて形成されている。これにより、端面121,112aに加わるバネ32の荷重によるシャフト1の偏芯を極力抑えることができる。また、摺動部113には、溝部113aが形成されて、潤滑剤を留めることができる。なお、回り止め形状として、第1シャフト11の側面を平坦にカットした切り欠き面が形成されて横断面形状が略D形状に形成し、ハウジング(第1ケース21)2の内壁をこの切り欠き面に当接させることで足りる。ストロークセンサAは、この回り止めによって、シャフト1とともに磁石4が回転しないため、磁石4と磁気検出素子5とが対向する向きを一定に保ち、正確に磁力変化を検出ができる。
【0020】
収容部114は、第1シャフト11の前記他端側の端面に形成された凹形状の箇所であり、磁石4が圧入されて保持される。この場合、磁石4は、回り止め可能な形状にて位置ずれしないように保持され、さらに接着剤を用いて強固に固定している。
【0021】
第2シャフト12は、第1シャフト11と連結されて、一部がハウジング(第2ケース22)2内に収容される。第2シャフト12は、例えば、金属材料が用いられる。第2シャフト12は、第1シャフト11と同様、非磁性材料の方が好ましいが、磁石4や磁気検出素子5との距離を確保してあるため、鋼材等の軟磁性材料であっても磁界への影響度は低く、コストや強度と照らし合わせて適宜材料を選択することが可能である。
【0022】
第2シャフト12は、原点復帰手段3が通された第1シャフト11の連結部111に螺合して連結され、連結に際しては、補強用接着剤(例えば、シールロック剤)などでねじの緩み防止を行う。また、第2シャフト12は、第1シャフト11の摺動部113と同様の摺動部122を備えており、ハウジング(第2ケース22)2の内壁に当接して摺動する。また、摺動部122には、溝部113aと同様に、潤滑剤を溜め置く溝部122aを備えている。なお、この場合、第2シャフト12は、ハウジング2に対して回り止め加工がなされない。
【0023】
ハウジング2は、第1シャフト11を摺動しながら収容する第1ケース21と、第2シャフト12を摺動しながら収容する第2ケース22とが別体に設けられる。
【0024】
第1ケース21は、非磁性材料で略円筒状に形成されており、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料や、PBT(Poly Butylene Terephthalate )が用いられる。第1ケース21は、
図4に示すように、キャップ状に形成され、連結手段211と、摺動面212と、収容手段(検出部)213と、を設けている。
【0025】
連結手段211は、第2ケース21との連結に際して形成されるものであり、互いに螺合するためのネジ山加工されるネジ部211aと、
図5に示すように、第1ケース21に嵌める際、ネジ部211aが螺合される前に、第2ケース21に当たってガイドする当接部211bが形成されている。この場合、ネジ部211a、当接部21bは、第1ケース21の内壁側に形成される。
【0026】
この当接部211bは、
図5の組み付け状態で、第2ケース22とが同軸になるように軸合わせした状態となるため、ネジ部211aを正しい方向から螺合させることができるため、組み付け性が容易になる。また、第1ケース21と第2ケース22とを組み付けた後も、当接状態を継続するため、ハウジング2の剛性を高めることができる。
【0027】
また、ネジ部211aが当接部211bよりも外側に配置されており、内側の当接部211bに外部影響が届きにくいため、異物の付着や腐食などを防止し、該同軸を保った状態を維持できる。さらに、連結に際して補強用接着剤(例えば、シールロック剤)を用いることで、この作用を高めることができる。
【0028】
摺動面212は、シャフト1の収容空間において連結手段211よりも奥側の内壁に形成され、第1シャフト11の側壁に形成される摺動部113に当たって摺動可能にシャフト1を軸支する。また、摺動面212は、第1シャフト11の切り欠き面の外側面と接触する略D形状の横断面に形成され、シャフト1の回り止めも行う。従って、磁石4と磁気検出素子5との距離精度を一定にでき、検出精度を高めることができる。
【0029】
収容手段213は、磁石4の近傍箇所に磁気検出素子5を保持できる。この場合、収容手段213は、磁気検出素子5を実装し、ケーブルCを介して外部接続するプリント配線基板213aを、第1ケース21の外側から組み付けて凹状の収容手段213内にビス213bを用いて保持される。また、収容手段213は、このプリント配線基板213aやケーブルCとの接続箇所を気密にするための充填部材213cが設けられる。
【0030】
また、第1ケース21には、シャフト1の軸方向における位置を定める端面214が設けられ、ピストン31に当接することによって、シャフト1の可動を規制している。
【0031】
第2ケース22は、例えば、金属材料が用いられる。第2ケース22は、第1ケース21と同様、非磁性材料の方が好ましいが、磁石4や磁気検出素子5との距離を確保してあるため、鋼材等の軟磁性材料であっても磁界への影響度は低く、コストや強度と照らし合わせて適宜材料を選択することが可能である。
【0032】
第2ケース22は、第1ケース21の連結手段に対応する形状の連結手段221が形成される。連結手段221は、この場合、
図3に示すように、第2ケース22の外側に形成されるネジ部221aと当接部221bとが、第1ケース21の連結手段211のネジ部211aと当接部211bとに対応するように設けられる。
【0033】
また、連結手段221には、第1ケース21との対向面の先端側に、当接部211bを第2ケース21の当接部221bに当接する所定位置に導くためのテーパー面221cが形成されている。このテーパー面221cによって、第1ケース21のネジ部211aによって覆われて見えない状態の当接部221b,211bの接触を容易にできる。このため、当接部211bよりもネジ部211aが開口端側に形成される場合、さらに、互いの当接部221b,211b間のクリアランスが極めて小さい場合であっても、容易に第1ケース21と第2ケース22との当接状態(軸合わせ)へ導くことができるため、組み付け性を容易にできる。
【0034】
なお、
図4から
図5の組み付け状態に至るまでに、第1シャフト11の摺動部113と第1ケース21の摺動面212とが当接されるため、この箇所における組み付け状態を意識することなく、ハウジング2同士の螺合接続ができる。
【0035】
また、第2ケース22には、第1ケース21と同様に、摺動面222や端面223が形成されている。摺動面222は、円筒状の第2ケース22の内壁に形成され、第2シャフト12の側壁に形成される摺動部122に当たって摺動可能にシャフト1を軸支する。また、端面223は、ピストン31に当接することによって、シャフト1の可動を規制している。
【0036】
原点復帰手段3は、一対のピストン31,31と、これらピストン31,31間に装着され、互いを引き離すように付勢するバネ32と、で構成される。2つのピストン31は、例えば、金属材料が用いられる。2つのピストン31は、非磁性材料の方が好ましいが、磁石4との距離を確保してあるため、鋼材等の軟磁性材料であっても磁界への影響度は低く、耐久性や強度と照らし合わせて適宜材料を選択することが可能である。
【0037】
2つのピストン31は、底付き円筒状に形成され底部分の中心に第1シャフト11の保持部112に装着するための装着穴が形成されている。2つのピストン31は、底部分を外側にして対向させ、第1シャフト11の保持部112に摺動可能に装着され、2つのピストン31間にコイルばねで構成したバネ32が介装され、第1シャフト11に装着されている。
【0038】
2つのピストン31は、第1ケース21と第2ケース22が連結されて形成されることで、端面214,223間に配置される。なお、2つのピストン31は、ハウジング(第2ケース22)2の内壁面に対してクリアランスを有するように設けられ、このクリアランスによって、ハウジング(第2ケース22)2内にシャフト1を組み付ける際の作業性や、車載後に大きな荷重が加わることでシャフト1に応力が加わったとしても、2つのピストン31が、ハウジング2の内壁面に接触し難くなるため、バネ32、2つのピストン31、及び前記内壁面が傷つくなど操作感に影響を与える要因を防止できる。
【0039】
バネ32は、ステンレス鋼、例えば、SUS304WPBなどの非磁性金属からなるコイルばねが好ましく用いられるが、磁石4との距離があるため、軟磁性材料(例えば、SWBやSWCなど)であっても磁界への影響度は低いことから、耐久性や強度と照らし合わせて適宜材料を選択して良い。この場合、バネ32には、シリコンクロム鋼オイルテンパー線材からなり、その表面にカチオン電着塗装による防錆処理がなされている。また、バネ32の外周から所定量のグリースが塗布されており、バネ32の内周までいきわたる。該グリースによって、振動の抑制や潤滑作用だけでなく、比較的安価な防腐処理であっても、バネ32などの腐食を抑制できる。また、シャフト1がいずれの位置であっても、バネ32によって、2つのピストン31を端面214,223や、端面112a,121に押し当てることができるため、前記内壁面に対してクリアランスを有する2つのピストン31であっても、振動することなく保持できる。このため、シャフト1のストロークに対して一定の操作感を提供できる。また、2つのピストン31の振動を防止することで、磁気検出素子5による検出精度を安定化できる。
【0040】
原点復帰手段3の2つのピストン31は、原点位置では、
図2に示すように、ピストン31aがハウジング2の端面214,223、及び、シャフト1の端面112a,121に当接することで、離間距離が規制される。そして、この状態(原点位置)での2つのピストン31,31の円筒部の離間距離(間隔)がシャフト1の検出ストロークとなる。
【0041】
原点復帰手段3では、原点位置にあるシャフト1がハウジング2内に押し込まれるように変位すると、ピストン31が、ハウジング(第1ケース21)2の端面214及び、シャフト(第2シャフト12)の端面121に当接しながら、ハウジング(第2ケース22)2の端面223と、シャフト(第1シャフト11)1の端面112aとから離れて移動し、バネ32に抗して2つのピストン31の円筒部が当たるまでの検出ストローク分だけ移動できる。そして、シャフト1を押し込む力がなくなると、バネ32に蓄積されたばね力で、シャフト1が原点位置に戻される。
【0042】
また、原点復帰手段3では、原点位置にあるシャフト1がハウジング2から引き出されるように変位する場合には、ピストン31が、ハウジング(第2ケース22)2の端面223及び、シャフト(第1シャフト11)の端面112aに当接しながら、ハウジング(第1ケース21)2の端面214と、シャフト(第2シャフト12)1の端面121とから離れて移動し、バネ32に抗して2つのピストン31の円筒部が当たるまでの検出ストローク分だけ移動できる。そして、シャフト1を押し込む力がなくなると、バネ32に蓄積されたばね力で、シャフト1が原点位置に戻される。なお、ピストン31が収容されるピストン収容部において、ピストン31の外周面にあってもグリースなどの潤滑剤がいきわたり、第1シャフト11に対して長期的に安定した摺動を確保できる。
【0043】
磁石4は、四角柱形状もしくは円柱形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)で構成される。本実施例では、磁石4は、SmCo焼結磁石を用いた円柱形状とされており、シャフト1の軸方向(長手方向)に2極が着磁されている。磁石4は、シャフト1の第1シャフト11の収容部114内に収容され、接着剤などで固定される。
【0044】
磁石4は、第1ケース21の磁石4に対向する磁気検出素子5に磁界を提供しており、磁石4がシャフト1とともに変位することで、磁気検出素子5へ与える磁界の向き(磁力)を変え、結果的に磁気検出素子5が移動量として検出する。磁石4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いずれでも良い。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良い。
【0045】
磁気検出素子5は、被検出体の移動量などの変位を検出するものであり、例えば、ホール素子などで構成され、被検出体の移動などの変位に伴う磁力の変化を電気信号に変換して外部に出力する。例えば、磁気検出素子5は、回路基板に複数のホール素子が実装されて磁気検出パッケージとして構成される。
【0046】
ここでは、磁気検出素子5の検出面は、磁石4の着磁方向に垂直な方向に配置してある。磁気検出素子5を備える磁気検出パッケージは、プリント配線基板213aの磁石4側の面に実装され、ハウジング2(第1ケース21)の収容手段213に収容され、位置決めピンやビス213bで仮固定した後、ポッティング剤(充填部材)によって気密にされる。また、図示しないパッキンや蓋にて気密に保持することもできる。こうすることで、磁石4とのギャップを極力小さくして高精度に磁界の変化を検出できるようにしている。
【0047】
磁気検出素子5への電源の取り込みや外部への出力は、ダイレクトコネクタもしくはコードにて行われる。なお、磁気検出素子5は、ワイヤーフレーム等に実装して磁気検出パッケージとして構成しても良い。
【0048】
上述の磁気検出素子5を用いたストロークの検出は、複数のホール素子で、磁石4の成す磁界の磁気検出素子5の磁気検出面に対し垂直方向の磁界と水平方向の磁界を検出する。得られた垂直方向及び水平方向の二方向の磁界を処理回路(例えば、ASIC;Application Specific Integrated Circuit)にて三角関数(ATAN)により角度換算して、角度情報として出力される。なお、出力された角度情報とシャフト1の移動量(ストローク)は比例しており、結果的にシャフト1の移動量を検出できる。
【0049】
また、磁気検出素子5を備える磁気検出パッケージからの出力方式は、どのような方式であっても良く、検出結果を利用するコントロールユニット(ECU;Engine Control Unit)などに応じて選択すれば良い(例えば、アナログ、PWM(Pulse Width Modulation)、SENT(Single Edge Nibble Transmission)など)。
【0050】
パッキン6は、シャフト(第2シャフト12)1とハウジング(第2ケース22)2との隙間を塞ぐ、円筒状の蛇腹付きのゴムパッキンを適用できる。パッキン6は、一端の開口をシャフト1に嵌め込み、他端の開口を別の金属部材61がハウジング2に圧入保持されることによって、パッキン6の開口端が挟み込まれるようにして固定される。また、パッキン6の中間の蛇腹部分によって、ストローク量の変位を吸収しながらハウジング2の内部の気密を保つことができる。なお、パッキン6は、ハウジング2同士の螺合接続によって、第2ケース22に対して第2シャフト12が回転するため、この螺合接続後に組み付けられることが好ましい。
【0051】
斯かるストロークセンサAによれば、ハウジング2と、ハウジング2内に一部が収容され被検出体に追従して原点位置を中心に往復移動するシャフト1と、シャフト1に設けられる磁石4と、シャフト1の移動量に伴って変化する磁石4からの磁力を検出する磁気検出素子5と、を備えるストロークセンサAであって、ハウジング2は、金属材からなる複数のケース21,22からなり、互いに螺合して連結される前及び後に、ケース21,22同士の位置関係をガイドする当接部211b、221bを設ける。
【0052】
従って、当接部211b、221bによるガイドによってハウジング2同士の組み付けが容易であり、また、組み付け後においても螺合箇所(ネジ部211a,221a)の他に設けられる当接部211b、221bによって、ハウジング2の軸精度を高く維持できるため、磁石4と磁気検出素子5との距離を所望にでき検出精度の高いストロークセンサとなる。また、ストロークセンサAは、軸精度が高いことによって、シャフト1を滑らかに移動できるため、余計な摩耗や操作感の不定を防止できる。
【0053】
また、複数のケース21,22は、シャフト1
の摺動部113,122
に当接する摺動面212,222を設けることによって、ハウジング2に対してシャフト1の軸ずれが生じにくく精度の高いストローク検出が可能となる。
【0054】
また、ハウジング2は、複数のケース21,22が互いに対向する端部において、少なくとも一方の端部に、誘い込み用のテーパー面221cが設けられる
ことによって、寸法精度が高く当接部211b、221b間のクリアランスが小さい場合であっても、組み付け作業が容易なハウジング2となる。
【0055】
また、複数のケース21,22のうち、一方のケース21に、磁気検出素子5を保持する収容手段213を設け、他方のケース22に、シャフト1が前記原点位置に復帰するための原点復帰手段3を収容することによって、ピストン31やバネ32に磁性体からなる金属を適用しても、磁石4や磁気検出素子5を含む磁気検出エリアへの影響を低減できるため、材料の選択範囲が大きく、検出精度の高いストロークセンサAとなる。
【0056】
なお、本発明のストロークセンサを上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。例えば、ハウジング2同士の螺合関係について、雄ネジ、雌ネジの関係が上述した実施形態と異なる場合も考えられる。
【0057】
また、磁石4をシャフト1に保持させる構造を示したが、移動するシャフト1に磁性体を適用し、磁気検出素子の背面側(検出面と反対側)に磁石を設けて生成される、所謂、バイアス磁界の変化を検出する構成にすることもでき、上述実施の形態と同様に、シャフト1(該磁性体)の移動量を精度よく検出できる。