特開 2023-103745 ストロークセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103745

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】ストロークセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20230720BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20230720BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

G01B7/00 101H

G01D5/14 E

G01D5/12 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004443

(22)【出願日】2022-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】000222934

【氏名又は名称】東洋電装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】岸 昇示

(72)【発明者】

【氏名】吉田 聖哉

(72)【発明者】

【氏名】梶原 孝弘

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063BA30

2F063CA16

2F063GA52

2F077AA46

2F077JJ03

2F077JJ07

2F077JJ23

2F077VV01

2F077VV31

(57)【要約】

【課題】製造コストを抑制する。
【解決手段】筒状のケース２０の軸線Ｃ１方向と平行に移動するシャフト３０と、シャフト３０の外周に固定される環状の磁石４０と、磁石４０の磁界の変化を検出する磁気センサ１４と、を備えるストロークセンサ１００を提供する。磁石４０の外周部に第１の磁極４１があり磁石４０の内周部に第１の磁極４１とは逆極の第２の磁極４２がある。磁気センサ１４は、磁石４０の外周面４０ａに対向する位置に配置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のケースと、
前記ケースの軸線方向と平行に移動するシャフトと、
前記シャフトの外周に固定される環状の磁石と、
前記磁石の磁界の変化を検出する検出部材と、を備え、
前記磁石の外周部に第１の磁極があり前記磁石の内周部に前記第１の磁極とは逆極の第２の磁極があり、
前記検出部材は、前記磁石の外周面に対向する位置に配置される、ストロークセンサ。

【請求項2】

前記シャフトは磁性材料で構成される、請求項１に記載のストロークセンサ。

【請求項3】

前記シャフトの径方向における前記検出部材の外側に、磁性体で構成された遮蔽部が設けられる、請求項２に記載のストロークセンサ。

【請求項4】

前記シャフトの径方向において、前記検出部材と前記磁石との間に磁性材料が存在しない、請求項３に記載のストロークセンサ。

【請求項5】

前記シャフトは、シフトペダルの操作に応じて移動する、請求項４に記載のストロークセンサ。

【請求項6】

筒状のケースと、
前記ケースの軸線方向と平行に移動するシャフトと、
前記シャフトの外周に固定される環状の磁石と、
前記磁石の外周面に対向する位置に配置され、前記磁石の磁界の変化を検出する検出部材と、を備え、
前記軸線方向における前記シャフトの位置を同じとした場合において、前記磁石が発生させる磁束ベクトルが、前記軸線を中心とする円周方向の全位置において一定となるように、前記磁石が着磁されている、ストロークセンサ。

【請求項7】

前記磁石が生じさせる磁束ベクトルには、前記磁石の前記外周面において、前記シャフトの径方向と平行な方向の磁束ベクトルが含まれるように、前記磁石が着磁されている、請求項６に記載のストロークセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、ストロークセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軸方向に移動するシャフトの移動量を磁気的に検出するストロークセンサが知られている。例えば、特許文献１のストロークセンサは、磁石から発生する磁界の変化を検出素子で検出することで、シャフトの移動量を検出する。この磁石においては、軸方向にＮ極とＳ極とが並ぶ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】２０２０－１３９８３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、磁石と検出素子との距離の設定によっては、シャフトの回転により発生する軸ブレに起因して誤検出が生じるおそれがある。特許文献１では、シャフトにＤ形状の切り欠きを設けてシャフトが回転しないようにしている。しかし、シャフトの製造段階で回り止めのための加工を施す工程が必須となると、製造コストの上昇につながる。

【0005】

本技術は、製造コストを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために本技術のストロークセンサは、筒状のケースと、前記ケースの軸線方向と平行に移動するシャフトと、前記シャフトの外周に固定される環状の磁石と、前記磁石の磁界の変化を検出する検出部材と、を備え、前記磁石の外周部に第１の磁極があり前記磁石の内周部に前記第１の磁極とは逆極の第２の磁極があり、前記検出部材は、前記磁石の外周面に対向する位置に配置される。

【発明の効果】

【0007】

本技術によれば、製造コストを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ストロークセンサの斜視図である。

【図2】ストロークセンサの縦断面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図4】磁石の斜視図である。

【図5】磁石を軸線に直交する方向から見た模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本技術の実施の形態を説明する。

【0010】

図１は、本技術の一実施の形態に係るストロークセンサの斜視図である。

【0011】

このストロークセンサ１００はセンサカバー１０およびシャフト３０を有する。シャフト３０は、被検出体の操作に応じてＺ方向（＋Ｚ方向、－Ｚ方向）に往復移動する。被検出体の一例として、シフトペダル１５が挙げられる。シフトペダル１５は例えば、自動二輪車のシフトを切り替えるために操作される部材である。なお、シフトペダル１５は二輪車に限らず、バギー等の３輪、４輪車に設けられたものであってもよい。また、被検出体はシフトペダル１５に限定されない。センサカバー１０はコネクタ収容部１１を含む。コネクタ収容部１１から導出された電気コード１６が、車体における制御部（不図示）に電気的に接続される。

【0012】

図２は、ストロークセンサ１００の縦断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【0013】

図２に示すように、ストロークセンサ１００は、主な構成要素として、上述したセンサカバー１０、シャフト３０のほか、ケース２０、キャップ３３、マグネット４０、磁気センサ１４を有する。センサカバー１０の内側に、筒状のケース２０とキャップ３３とが配置される。ケース２０はセンサカバー１０に固定されている。ケース２０の－Ｚ側の端部とキャップ３３とは、螺合等によって互いに固定されている。

【0014】

シャフト３０の軸中心である軸線Ｃ１はＺ方向と平行である。軸線Ｃ１はケース２０の軸線と一致する。シャフト３０は、ケース２０およびキャップ３３の内側に配置され、ケース２０およびキャップ３３によって保持されている。シャフト３０は、ケース２０およびキャップ３３に対して相対的に、軸線Ｃ１方向（Ｚ方向）と平行に移動可能である。また、シャフト３０は、ケース２０およびキャップ３３に対して相対的に、軸線Ｃ１周りに回転可能である。シャフト３０は例えば磁性材料で構成される。

【0015】

図２に示すように、シャフト３０には、Ｅリング３６が取り付けられると共に、Ｅリング３６より－Ｚ側においてＥリング３７が取り付けられている。Ｅリング３６、３７は、シャフト３０に形成された溝部に係止されている。シャフト３０に対する軸線Ｃ１方向におけるＥリング３６およびＥリング３７の位置は固定である。

【0016】

ケース２０の内側でシャフト３０の周囲には第１スプリング２５が配置されている。キャップ３３の内側でシャフト３０の周囲には第２スプリング３５が配置されている。第１スプリング２５はシャフト３０における第１部３０Ａの外周に配置され、第２スプリング３５はシャフト３０における第２部３０Ｂの外周に配置される。第１スプリング２５の＋Ｚ側の端部はワッシャ２３を介してＥリング３６と当接し、第１スプリング２５の－Ｚ側の端部はワッシャ２４を介してＥリング３７と当接する。すなわち、第１スプリング２５は軸線Ｃ１方向におけるワッシャ２３とワッシャ２４との間に位置する。ワッシャ２３、２４は、シャフト３０に対して軸線Ｃ１方向に移動可能である。

【0017】

第２スプリング３５は、Ｅリング３７とキャップ３３の底面３３ａとの間に配置される。Ｅリング３７と第２スプリング３５との間に、シャフト３０に対して軸線Ｃ１方向に移動可能なワッシャが介在する。

【0018】

図２では、シャフト３０が中立位置にある状態を示している。シャフト３０が原点（中立位置）にあるとき、第１スプリング２５および第２スプリング３５はいずれも少し圧縮状態となっている。＋Ｚ方向へのシャフト３０の最大移動量は、シャフト３０の肩部３１がケース２０の突き当て面２１に当接することで規制される。－Ｚ方向へのシャフト３０の最大移動量は、シャフト３０の肩部３２がキャップ３３の底面３３ａに当接することで規制される。

【0019】

図２、図３に示すように、シャフト３０の第３部３０Ｃの外周面３０Ｃａには環状の磁石４０が固定されている。磁石４０は第３部３０Ｃに対して接着により固定される。しかし、圧入や爪による係止など、他の手法によって固定されてもよい。

【0020】

コネクタ収容部１１には、コネクタ１２、遮蔽ヨーク１３（遮蔽部）、磁気センサ１４（検出部材）が配置されている。遮蔽ヨーク１３および磁気センサ１４はコネクタ１２を介してセンサカバー１０に保持される。

【0021】

磁気センサ１４は、磁石４０の外周面４０ａ（図３）に対向する位置に配置され、磁石４０の磁界の変化を検出する。磁気センサ１４は、例えばホール素子などで構成され、磁界の向きや強さなどの磁界の変化を電気信号に変換して出力する。磁気センサ１４の端子は電気コード１６（図１）に電気的に接続されている。

【0022】

遮蔽ヨーク１３は磁性体で構成され、シャフト３０の径方向における磁気センサ１４の外側に配置される。従って、磁石４０の外周面４０ａと遮蔽ヨーク１３との間に磁気センサ１４が位置する。

【0023】

図４は、磁石４０の斜視図である。磁石４０のうち、外周側に第１の磁極４１があり内周側に第２の磁極４２がある。すなわち、磁石４０の外周部が第１の磁極４１となっていて、磁石４０の内周部が第２の磁極４２となっている。第２の磁極４２は第１の磁極とは逆極であり、例えば、第１の磁極４１がＮ極で第２の磁極４２がＳ極である。磁石４０の内周面４０ｂは、シャフト３０の第３部３０Ｃの外周面３０Ｃａと係合している。なお、磁石４０はシャフト３０と一体に形成されてもよい。

【0024】

図５は、磁石４０を軸線Ｃ１に直交する方向から見た模式図である。図５では、磁石４０から生じる磁束ベクトル分布が示されている。

【0025】

磁石４０の外周部がＮ極、磁石４０の内周部がＳ極に着磁されているので、磁石４０が生じさせる磁束ベクトルＶは、第１の磁極４１から出て第２の磁極４２へ入る。つまり、磁石４０の主に外周面４０ａから出て主に内周面４０ｂへ向かう磁力線が形成される。磁束ベクトルＶは、軸線Ｃ１に直交するいずれの方向から見ても同じである。言い換えると、軸線Ｃ１方向におけるシャフト３０の位置を同じとした場合において、磁石４０が発生させる磁束ベクトルＶが、軸線Ｃ１を中心とする円周方向の全位置において一定となるように、磁石４０が着磁されている。外周面４０ａから出る磁束ベクトルＶには、シャフト３０の径方向と平行な方向の磁束ベクトルＶ１が含まれている。

【0026】

ここで、遮蔽ヨーク１３は、外磁を遮蔽することで磁気センサ１４への影響を抑制する機能を果たす。それだけでなく、遮蔽ヨーク１３に届く磁束ベクトルＶは、遮蔽ヨーク１３内を通り遮蔽ヨーク１３の両端部を経てシャフト３０の径方向内側に返るので、磁気センサ１４に集まる磁束密度が高まる。これらのことから、遮蔽ヨーク１３は、磁気センサ１４による検出精度の向上に寄与する。

【0027】

軸線Ｃ１方向に磁石４０が移動すると、磁気センサ１４を通る磁束の向きや大きさが変化する。例えば、シフトペダル１５がＲ１方向（図１）に押し込まれると、シャフト３０と共に磁石４０は－Ｚ方向へ移動する。シャフト３０が原点から－Ｚ方向へ移動する際、Ｅリング３６がワッシャ２３を－Ｚ方向へ押す（図２）。一方、ワッシャ２４の位置はキャップ３３によって規制され変化しないので、第１スプリング２５がより圧縮される。それと共に、第２スプリング３５はＥリング３７によって－Ｚ方向へ押されてより圧縮される。

【0028】

磁石４０が－Ｚ方向へ移動したとき、磁気センサ１４により検出される磁界の変化が、シャフト３０が原点から－Ｚ方向へ一定量移動したことを示すと、車体における制御部（不図示）により、現在のシフト位置から１段階シフトダウンするよう制御される。その後、運転者がシフトペダル１５から足を離すと、スプリング２５、３５からの付勢力によってシャフト３０は原点に復帰する。

【0029】

一方、シフトペダル１５がＲ２方向（図１）に突き上げられると、シャフト３０と共に磁石４０は＋Ｚ方向へ移動する。シャフト３０が原点から＋Ｚ方向へ移動する際、Ｅリング３７がワッシャ２４を＋Ｚ方向へ押す。一方、ワッシャ２３の位置はケース２０によって規制され変化しないので、第１スプリング２５がより圧縮される。それと共に、Ｅリング３７が移動した分だけ第２スプリング３５の圧縮状態が緩和される。

【0030】

磁石４０が＋Ｚ方向へ移動したとき、磁気センサ１４により検出される磁界の変化が、シャフト３０が原点から＋Ｚ方向へ一定量移動したことを示すと、車体における制御部により、現在のシフト位置から１段階シフトアップするよう制御される。その後、運転者がシフトペダル１５から足を離すと、第１スプリング２５からの付勢力によってシャフト３０は原点に復帰する。なお、シフトペダル１５の操作方向とシフトダウン／アップとの対応関係は、例示したものとは逆でもよい。

【0031】

本実施の形態によれば、シャフト３０の外周に環状の磁石４０が固定される。磁石４０は、その外周部に第１の磁極４１があり内周部に第２の磁極４２があるように着磁される。磁気センサ１４は、磁石４０の外周面４０ａに対向する位置に配置される。これにより、まず、磁石４０がシャフト３０の外周に固定されることで、磁石４０と磁気センサ１４との距離を近づける設計が容易となる。仮に、特許文献１のように、シャフトの軸線方向における磁石の端面から磁束ベクトルが入出する構成を採用すると、軸線から径方向へ離れるにつれて磁束密度が大きく低くなるので、磁気センサを磁石になるべく近い位置に配置する必要がある。しかし、磁気センサを磁石に近づけるには設計上の制約があって容易でない。これと比べると、本実施の形態では、磁石４０と磁気センサ１４とを近づけることで、磁気センサ１４を通る磁束密度を高めることが容易となる。

【0032】

さらに、磁石４０の外周部にＮ極、内周部にＳ極があるので、外周面４０ａから径方向外側に出る磁束ベクトルＶが多く存在する。このことからも、磁気センサ１４を通る磁束ベクトルを多くすることが容易となる。しかも、軸線Ｃ１方向におけるシャフト３０の位置を同じとした場合において、磁束ベクトルＶは、軸線Ｃ１を中心とする円周方向の全位置においてほぼ一定となるので、シャフト３０が回転したとしても、磁気センサ１４が検出する磁界の変化は小さい。従って、磁気センサ１４が検出する磁界に関して、軸線Ｃ１方向への磁石４０の移動に起因する磁界の変化と比べて、シャフト３０の回転に起因する磁界の変化は極めて小さい。

【0033】

このように、磁気センサ１４を通る磁束ベクトルが多く、且つ、円周方向の全位置において磁束ベクトルＶがほぼ一定であることから、シャフト３０が回転し且つ回転ブレを生じさせたしても、検出精度への影響は小さく、誤検出のおそれは小さい。従って、シャフト３０の回転を規制する必要がないので、シャフト３０の周り止め加工の工程を不要にすることができる。よって、製造コストを抑制することができる。

【0034】

特に、磁石４０が生じさせる磁束には、磁石４０の外周面４０ａにおいて、シャフト３０の径方向と平行な方向の磁束（磁束ベクトルＶ１）が含まれるので、磁気センサ１４に集まる磁束密度が高まる。特に、遮蔽ヨーク１３に届く磁束ベクトルＶ（磁束ベクトルＶ１を含む）が遮蔽ヨーク１３内を経由してシャフト３０に返ることから、磁気センサ１４に集まる磁束密度が効果的に高まる。よって、検出精度を向上させることができる。

【0035】

また、シャフト３０は磁性材料で構成されるのでシャフト３０は磁石４０に対するヨークとしての機能を果たし、磁束密度を高めて検出精度を向上させることができる。なお、シャフト３０が磁性材料で構成されることは必須でない。

【0036】

また、シャフト３０の径方向における磁気センサ１４の外側に、磁性体で構成された遮蔽ヨーク１３が設けられる。これにより、外磁の影響を抑制すると共に、磁気センサ１４に集まる磁束密度を高めて検出精度を向上させることができる。

【0037】

また、シャフト３０の径方向において、磁気センサ１４と磁石４０との間に磁性材料や磁性部材が存在しない。これにより、磁気センサ１４に集まる磁束密度を高めて検出精度を向上させることができる。

【0038】

また、シャフト３０は、シフトペダル１５の操作に応じて移動するので、シフト操作の検出にストロークセンサ１００を使用することができる。

【0039】

なお、第１の磁極４１をＳ極、第２の磁極４２をＮ極としてもよい。

【0040】

以上、本技術をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本技術はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この技術の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本技術に含まれる。

【符号の説明】

【0041】

１４ 磁気センサ、 ２０ ケース、 ３０ シャフト、 ４０ 磁石、 ４１ 第１の磁極、 ４２ 第２の磁極、 １００ ストロークセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】