近接センサ
【課題】磁石のばらつきによる影響を受けない高精度の近接センサとする。
【解決手段】希土類ボンド磁石である磁石１０の射出成形時にＮ、Ｓの磁極面間の中間に第１ヨークをインサート成形して、第１ヨークの突出部２２を磁極面１２に対して垂直な壁面から突出させる。第２ヨーク３０の突起部３２を突出部２２に対向させて本体部３１を磁石１０の壁面に平行に配置し、突出部２２と突起部３２間の空間には当該突出部と突起部を結ぶ方向を磁気感応方向とするホールＩＣ４０を配置する。被検出部材５０が磁極面１２から離間しているときは磁束が磁気感応方向を横切るが、被検出部材５０が磁極面１２に近接すると突起部３２と突出部２２間を磁気感応方向に磁束が流れて、ホールＩＣ４０が磁束密度の変化を高感度で検出する。１個の磁石１０のみを備えるので、複数の磁石ごとのばらつきや取付けのばらつきによる悪影響を受けない。
【解決手段】希土類ボンド磁石である磁石１０の射出成形時にＮ、Ｓの磁極面間の中間に第１ヨークをインサート成形して、第１ヨークの突出部２２を磁極面１２に対して垂直な壁面から突出させる。第２ヨーク３０の突起部３２を突出部２２に対向させて本体部３１を磁石１０の壁面に平行に配置し、突出部２２と突起部３２間の空間には当該突出部と突起部を結ぶ方向を磁気感応方向とするホールＩＣ４０を配置する。被検出部材５０が磁極面１２から離間しているときは磁束が磁気感応方向を横切るが、被検出部材５０が磁極面１２に近接すると突起部３２と突出部２２間を磁気感応方向に磁束が流れて、ホールＩＣ４０が磁束密度の変化を高感度で検出する。１個の磁石１０のみを備えるので、複数の磁石ごとのばらつきや取付けのばらつきによる悪影響を受けない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で被検出体の位置を検出する磁気型の近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の近接センサは、いわゆる接点型のスイッチにおけるような接触による接点劣化がない点で優れたものとして関心が高まっており、例えば車両用にはペダルセンサ、ドア開閉センサ、ボンネット開閉センサ、シートポジションセンサ、あるいはシートベルト装着センサなどへの適用が検討されている。
従来の近接センサとして例えば特許第４０６６７１６号公報に開示されたものがある。これは、少なくとも２つの対向させた永久磁石（以下、単に磁石と言う）の磁極面間に第１のヨークを挟むとともに、第１のヨークには磁石間の中点から垂直方向に延びる突起部を設け、突起部と離間させてさらに第２のヨークを備えて、突起部と第２のヨークとの間隙に磁気検出素子を配置している。そして、２つの磁石の磁極方向は同一としてあり、したがって第１のヨークを挟んで一方の磁石のＮ極が他方の磁石のＳ極と対向する。
【０００３】
これにより、第１のヨークを挟んだ磁石および第２のヨーク等と離間した状態で突起部の突出方向と平行に移動する磁性体の被検出部材の位置を検出するようになっている。
すなわち、２つの磁石の一方の磁力線はＮ極から出て空間を通り、第２のヨークから磁気検出素子、突起部を経てＳ極に戻り、他方の磁石の磁力線はＮ極から出て突起部、磁気検出素子、第２のヨークおよび空間を経てＳ極に戻るので、被検出部材が近接していない場合には、磁気検出素子の領域において２つの磁石の磁束が逆方向で互いに打ち消しあって、磁気検出素子が検出する磁束密度が０（ゼロ）となる。
一方、被検出部材が近接位置に移動してきた場合は、被検出部材が一方の磁石の磁気回路の一部となるため、磁束の多くが被検出部材を通って磁気検出素子に流れるのに対して、他方の磁石の磁気回路には変化がないため、磁気検出素子の領域における磁束の平衡が崩れて磁気検出素子が磁束密度の変化を検出することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０６６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の近接センサでは、少なくとも２つの磁石を互いに対向する磁極を異ならせて第１のヨークに取付けなければならず、製造ラインでの組み付けの際などに磁気汚染物質が付着して被検出部材が近接していないにもかかわらず磁束の平衡が崩れてしまうことがないように厳重な環境および工程管理が必要になる。
【０００６】
また、そもそも永久磁石はそれぞれの個体によって磁力のばらつきが大きいものであるため、製造ラインでの組み付けを厳重に管理したとしても、磁気検出素子の領域において２つの磁石による磁束が狙い通りに平衡あるいは変化するとは限らず、実際には製品ごとに被検出部材の検出位置が大きくばらつくことになるが、これに対して何らの調整手段もないので、いまだ実用には困難を伴う。
【０００７】
したがって本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、磁石のばらつきによる検出精度への影響や製造ラインでの過重な管理の必要をなくして安定した位置検出性能を得られる近接センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明の近接センサは、１個の永久磁石と、該永久磁石の２つの磁極面間の中間に保持されて、磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部を備える第１ヨークと、突出部が突出している永久磁石の壁面に平行な本体部を有して、突出部に対して空間を設けて配置された第２ヨークと、突出部と第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とを有し、永久磁石は相対移動する被検出部材に対して磁極面を平行となるように配置したものとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
さらに、被検出部材との相対移動方向にずらせて、追加の第１ヨークと磁気感応素子の組を磁石と第２ヨークの間に設ければ、被検出部材の位置を複数段階に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例における近接センサの構成を示す図である。
【図２】近接センサの分解斜視図である。
【図３】近接センサと被検出部材の配置関係を示す図である。
【図４】被検出部材が十分に離れている場合の磁気回路を示す図である。
【図５】被検出部材が近接している場合の磁気回路を示す図である。
【図６】第１の実施例の動作特性の測定要領を示す説明図である。
【図７】第１の実施例の動作特性の測定結果を示す図である。
【図８】変形例を示す図である。
【図９】変形例の動作特性の測定結果を示す図である。
【図１０】第２の実施例における近接センサの構成を示す図である。
【図１１】近接センサの分解斜視図である。
【図１２】近接センサと被検出部材の配置関係を示す図である。
【図１３】第２の実施例の動作特性の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は第１の実施例の近接センサの構成を示す図、図２は分解斜視図である。図１において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は上面図である。
近接センサ１は、永久磁石（以下、磁石）１０と、磁石１０に保持された第１ヨーク２０と、磁気感応素子としてのホールＩＣ４０と、第２ヨーク３０とからなる。
磁石１０は、図１の（Ｂ）において、左右両端をＮ極およびＳ極として、各磁極面１２、１３の幅をＷ、高さをＨとする長さＬの直方体をなしている。磁石１０の中央には上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴１１に、第１ヨーク２０が保持されている。
【００１３】
第１ヨーク２０はその固定主部２１が磁石１０の高さＨと同じ高さの板状で、その板面を磁極面１２、１３と平行にしてある。そして、固定主部２１の上端が磁石１０の上面と面一、下端が磁石１０の下面と面一とされ、固定主部２１の下端からは下方に突出部２２が所定量突出している。この突出部２２はその断面を一辺が板厚相当の４角形としてある。固定主部２１の板面は磁極面１２、１３と平行になっている。
具体的には、磁石１０は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石であり、その射出成形の際に第１ヨーク２０の固定主部２１をインサート成形する。この場合、上述の保持穴１１は固定主部２１を囲んでその周面と接する概念上の穴となる。
また、磁石１０は少なくとも第１ヨークを保持したアセンブリ状態とした後で着磁することができる。
【００１４】
第２ヨーク３０は、その本体部３１が磁石１０の高さＨよりも薄い板状で、磁石１０と同じ長さＬと幅Ｗを有している。そして磁石１０に対向する本体部３１の壁面中央からは第１ヨーク２０の突出部２２と同等径の丸棒状の突起部３２が上方に所定量突出して、突出部２２と間隙を挟んで対向している。なお、突起部３２は突出部２２と同様にその断面を一辺が板厚相当の４角形としても良い。本実施例では、作製が容易のため丸棒状にしてある。
そして、第１ヨーク２０の突出部２２と第２ヨーク３０の突起部３２との間隙内にホールＩＣ４０が配置されている。ホールＩＣ４０は磁気感応方向を突出部２２と突起部３２を結ぶ方向に設定してある。
【００１５】
以上のように構成した近接センサ１は、図３に示すように、磁石１０の幅Ｗ方向に沿って相対移動する被検出部材５０に対して磁石１０の磁極面の一方、例えばＮ極の磁極面１２が被検出部材５０の板面と略平行となるように、磁石１０と第２ヨーク３０を被検出部材５０の移動面に対向させて設置する。図において、白抜き矢印が相対移動方向である。
被検出部材５０は例えば一般鉄材の板でよい。
【００１６】
次に近接センサ１の動作について説明する。
図４は被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面から十分に離れている場合に形成される磁気回路を示し、破線の磁束の流れの方向を矢印で示している。
Ｎ極（磁極面１２）から出た磁束は空間を通るループを描きながらＳ極（磁極面１３）に戻る。
この際、第２ヨーク３０から遠い側の一部の磁束は空間のみを通るが、より多くの磁束は第２ヨーク３０を配した側へ向かい、第１ヨーク２０の突出部２２、第２ヨーク３０の本体部３１、突起部３２およびホールＩＣ４０を並列に横切ってから空間へ抜け、その間それぞれ磁石１０の長さＬ方向の壁面とほぼ平行に流れる。
ホールＩＣ４０を横切る磁束は磁気感応方向に対して垂直であるから、感知能の観点からは磁束密度０（ゼロ）であり、ホールＩＣ４０は見かけ上無磁界領域に位置することになり、ＯＦＦ（Ｈｉｇｈ）信号を出力する。
【００１７】
一方、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面に近接している場合には、図５に示す磁気回路が形成される。ここでは被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２と第２ヨーク３０の端面とに対向する位置に来ている。
とくに第２ヨークを配した側へ向かう磁束は、Ｎ極を出て被検出部材５０を通過した後、第２ヨーク３０の本体部３１に入り、その大部分がホールＩＣ４０を通って第１ヨーク２０方向に向かう。第２ヨーク３０の本体部３１に入った磁束のわずかな残部は、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面から十分に離れている場合と同様に、直接空間へ抜けてＳ極に戻る。
この際、第２ヨーク３０からホールＩＣ４０を通って第１ヨーク２０へ流れる磁束は、小断面の突出部２２へ向かって絞られるとともに、さらに第２ヨーク３０側においても突起部３２で絞られて、小面積に集中した磁束として高密度にホールＩＣ４０を通過する。この通過方向はホールＩＣ４０の磁気感応方向に沿っているので、ホールＩＣ４０は磁束密度の変化を高感度で検出してＯＮ（Ｌｏｗ）信号を出力する。
【００１８】
なお、磁石の長さＬが幅Ｗまたは高さＨより大きい場合には、被検出部材５０が磁極面１２に十分に近接したときに第２ヨーク３０の本体部３１から空間へ抜けてＳ極に戻る磁束が増えて、突起部３２から第１ヨーク２０の突出部２２へ向かってホールＩＣ４０に印加される磁束密度が小さくなる。このため、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合の磁束密度の変化量が小さくなるので、磁石１０の長さＬは幅Ｗまたは高さＨの値以下に抑える。
また、第１ヨーク２０についても、磁極面１２、１３と平行にした固定主部２１の板幅を磁石１０の幅Ｗの２０〜４０％にすると、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合との間で磁束密度の大きな変化量を確保できる。
【００１９】
以下に具体例を示す。
ホールＩＣ４０の代わりにガウスメータ用ホールプローブを配置し、図６に示すように、被検出部材５０と磁極面１２の対向間隙を３ｍｍとして、被検出部材５０を磁石１０（および第２ヨーク３０）に対する離間位置と対向位置の間で移動させたときの磁束密度の変化を測定した。ここでは、被検出部材５０の移動方向前端縁が磁石１０の幅方向一端に対向する位置を０ｍｍとして、その手前（−５ｍｍ）から磁石１０の幅方向他端に到達するまでの間を測定している。
測定に供した近接センサ１の設定値は次のとおりである。
磁石１０のサイズ: 長さ（Ｌ）＝８ｍｍ、幅（Ｗ）＝１５ｍｍ、高さ（Ｈ）＝８ｍｍ
第１ヨーク２０の材質： 純鉄粉末の焼結体
固定主部２１のサイズ： 幅＝４ｍｍ、高さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突出部２２のサイズ： 幅＝２ｍｍ、板厚＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
第２ヨーク３０の材質： 純鉄粉末の焼結体
本体部３１のサイズ： 幅＝１５ｍｍ、長さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突起部３２のサイズ： 直径＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
被検出部材５０の材質： 鉄板
【００２０】
図７の測定結果に示されるように、最大磁束密度変化量は５５ｍＴであった。入手容易なホールＩＣ４０の動作磁束密度を１０ｍＴとしたとき、被検出部材５０の先端が磁石１０との対向区間に略２．５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０のＯＮ、ＯＦＦが切り換わる。
この最大磁束密度変化量は動作磁束密度１０ｍＴのホールＩＣにとって十分な変化量であり、車載のペダルセンサその他用として実用性の高いことが示された。
また、本実施例では第１ヨーク２０の固定主部２１の板面を磁極面１２、１３と平行に配置しており、別途の測定によれば、これにより磁極面に対して垂直にした場合と比較して、被検出部材が磁極面に近接した場合にホールＩＣ４０における磁束密度が約１０％大きくなるという利点を有している。
【００２１】
なお、上記測定に加え、変形例として、図８に示すように、磁石１０の被検出部材５０に対向する磁極面と反対側の磁極面１３に当該磁極面と同一形状（すなわちＷ＝１５ｍｍ、Ｈ＝８ｍｍ）で板厚０．５ｍｍの鉄板６０を密着して取り付けた場合についても測定を行った。他の測定条件は同一である。
その結果を図９に示す。
鉄板６０を取り付けなかった場合の（ａ）に対して、鉄板６０を取り付けた場合の（ｂ）の磁束密度曲線は１２ｍＴだけ低減方向にオフセットされた。したがって、動作磁束密度１０ｍＴのホールＩＣ４０を用いたとき、被検出部材５０の先端が磁石１０との対向区間に４．５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０のＯＮ、ＯＦＦが切り換わることになる。
これより、本実施例では、鉄板６０を設けることにより磁束密度曲線をオフセットさせ被検出部材５０の検出位置を調整することができる。オフセット量は鉄板６０の板面サイズや板厚の選択により制御することができる。鉄板６０の代わりに他の磁性材でもよい。
このため、製造工程に「検出位置調整」工程を設ければ、近接センサの製造歩留まりが飛躍的に向上するし、基本構成および部品の変更なしに検出位置仕様の異なる製品要求に対応することができる。
【００２２】
本実施例では、ホールＩＣ４０が発明における磁気感応素子に該当し、鉄板６０が検出位置調整板に該当する。
【００２３】
本実施例は以上のように構成され、１個の磁石１０と、その２つの磁極面１２、１３間の中間に保持されて、磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部２２を備える第１ヨーク２０と、突出部２２が突出している磁石１０の壁面に平行な本体部３１と突出部２２と対向する突起部３２とを有して、突出部２２に対して空間を設けて配置された第２ヨーク３０と、突出部２２と突起部３２の間の空間に配置されたホールＩＣ４０とを有し、磁石１０は相対移動する被検出部材５０に対して磁極面１２を平行となるように配置するものとしたので、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
そして、被検出部材５０が磁極面１２と対向する方向に近接すると、ホールＩＣ４０には第２ヨーク３０から第１ヨーク２０へ磁気感応方向に磁束が流れ、この磁束が突出部２２とさらには突起部３２とで集中的に絞られるので、磁束密度の変化が高感度で検出される。
【００２４】
また、磁石１０の磁極面１２、１３間の長さＬは、磁極面１２、１３の幅Ｗまたは高さＨと同寸以下とするので、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合のホールＩＣ４０が検知する磁束密度の変化量を大きく確保することができる。
【００２５】
第１ヨーク２０は、磁石１０の外形内に配置された板状の固定主部２１から突出部２２を延ばしており、固定主部２１の板幅は突出部２２よりもサイズが大きいから、磁石１０による保持力が大きいとともに、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合との間で磁束密度の大きな変化量を確保できる。
そして、とくに磁石１０は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石で、その射出成形の際に第１ヨーク２０の固定主部２１がインサート成形により磁石１０内に埋め込まれて、第１ヨーク２０は強固に磁石１０に結合されるので、組み付けにおけるばらつきが極めて小さい。
また、少なくとも第１ヨークを保持したアセンブリ状態で磁石１０を着磁すれば、着磁後に第１ヨークとアセンブリする場合と比べ、例えば製造ラインに浮遊する異物（磁石１０の特性に悪影響を及ぼす磁性粉等）の磁石１０への付着防止のための過度な管理を緩和することができる。
【００２６】
また、検出位置の異なる仕様要求があったり、磁石１０の特性が個体によってばらついたとしても、磁石１０の被検出部材５０に対向する磁極面１２と反対側の磁極面１３に、鉄板６０などの磁性材を取り付けることにより、被検出部材５０の検出位置を容易にきめ細かく調整することができる。
【実施例２】
【００２７】
つぎに、第２の実施例について説明する。
図１０は第２の実施例の近接センサの構成を示す図、図１１は分解斜視図である。図１０において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は上面図である。
第２の実施例の近接センサ１Ａは、磁石１０’と、磁石１０’に保持された２つの第１ヨーク２０ａおよび２０ｂと、２つのホールＩＣ４０ａ、４０ｂと、第２ヨーク３０’とからなる。
磁石１０’は、図１０の（Ｂ）において、左右両端をＮ極およびＳ極として、各磁極面１２’、１３’の幅をＷ、高さをＨとする長さＬの直方体をなしている。ここでは幅（Ｗ）寸法が第１の実施例の磁石よりも長くなっている。
磁石１０’の幅中心線Ｘを挟んだ両側には磁極面１２’、１３’の中間に上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴１１’が設けられ、この保持穴１１’に、当該保持穴１１’と整合する断面を有する第１ヨーク２０ａ、２０ｂが保持されている。
【００２８】
第１ヨーク２０ａ、２０ｂは同一形状で、その固定主部２１ａ、２１ｂが磁石１０’の高さＨと同じ高さの板状で、それぞれの下端からは下方に突出部２２ａ、２２ｂが所定量突出している。そして、固定主部２１ａ、２１ｂの上端が磁石１０’の上面と面一、下端が磁石１０’の下面と面一とされ、突出部２２ａ、２２ｂはそれぞれその断面を一辺が板厚相当の４角形としてある。
本実施例では後述する２つの検出位置を広狭任意に設定できるように、固定主部２１ａ、２１ｂの板面を磁極面１２’、１３’に対して垂直にしてある。
また、前実施例と同様に、磁石１０’は射出成形による希土類ボンド磁石で、その射出成形の際に第１ヨーク２０ａ、２０ｂの各固定主部２１ａ、２１ｂをインサート成形してある。
【００２９】
第２ヨーク３０’は、その本体部３１’が磁石１０’の高さＨよりも薄い板状で、磁石１０’と同じ長さＬと幅Ｗを有して、磁石１０’の突出部２２ａ、２２ｂが突出している壁面に対向させてある。そして本体部３１’の壁面からは第１ヨーク２０ａ、２０ｂの突出部２２ａ、２２ｂと対面するように丸棒状の突起部３２ａ、３２ｂが所定量突出している。突起部３２ａ、３２ｂは、突出部２２ａ、２２ｂと同等径を有し、間隙を挟んで突出部２２ａ、２２ｂと対向している。
そして、第１ヨーク２０ａ、２０ｂの突出部２２ａ、２２ｂと第２ヨーク３０’の突起部３２ａ、３２ｂとの間隙内にホールＩＣ４０ａ、４０ｂがそれぞれ配置されている。ホールＩＣ４０ａは磁気感応方向を突出部２２ａと突起部３２ａを結ぶ方向に設定してあり、ホールＩＣ４０ｂも磁気感応方向を突出部２２ｂと突起部３２ｂを結ぶ方向に設定してある。
その他は第１の実施例と同じである。
【００３０】
近接センサ１Ａは、図１２に示すように、磁石１０’の幅Ｗ方向に沿って相対移動する鉄板の被検出部材５０’に対して磁石１０’の一方の磁極面１２が被検出部材５０’の板面と略平行となるように、磁石１０’と第２ヨーク３０’を被検出部材５０’の移動面に対向させて設置する。
【００３１】
前実施例と同様に、具体例について、被検出部材５０’と磁極面１２’の対向間隙を３ｍｍとして、被検出部材５０’を磁石１０’（および第２ヨーク３０’）の幅方向一端の手前から対向位置までの間を移動させたときの磁束密度の変化を測定した結果を図１３に示す。ここでも、被検出部材５０’の移動方向前端縁が磁石１０’の幅方向一端に対向する位置を０ｍｍとしている。
測定に供した近接センサ１の具体例の設定値は次のとおりである。
磁石１０’のサイズ: 長さ（Ｌ）＝８ｍｍ、幅（Ｗ）＝２６ｍｍ、高さ（Ｈ）＝８ｍｍ
第１ヨーク２０ａ、２０ｂの材質： 純鉄粉末の焼結体
固定主部２１ａ、２１ｂのサイズ： 幅＝４ｍｍ、高さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突出部２２ａ、２２ｂのサイズ： 幅＝２ｍｍ、板厚＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
第２ヨーク３０’の材質： 純鉄粉末の焼結体
本体部３１のサイズ： 幅＝２６ｍｍ、長さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突起部３２のサイズ： 直径＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
被検出部材５０’の材質： 鉄板
【００３２】
図１３に示されるように、突出部２２ａと突起部３２ａ間の間隙（ホールＩＣ４０ａ配置部）における最大磁束密度変化量は５１ｍＴ、突出部２２ｂと突起部３２ｂ間の間隙（ホールＩＣ４０ｂ配置部）における最大磁束密度変化量は４９ｍＴであった。
ホールＩＣ４０ａ、４０ｂの動作磁束密度を１０ｍＴとしたとき、被検出部材５０’の先端が磁石１０’との対向区間に５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０ａのＯＮ、ＯＦＦが切り換わり、被検出部材５０’が１２ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０ｂのＯＮ、ＯＦＦが切り換わる。
これにより、被検出部材５０’の位置を２段階に検出することができ、要すればさらに第１ヨークの突出部と第２ヨークの突起部、およびそれらの間隙に配置するホールＩＣの組を追加することにより多段階の位置検出が可能となる。
【００３３】
本実施例でも、前実施例と同様に、磁石１０’の被検出部材５０’に対向する磁極面と反対側の磁極面１３’に鉄板６０と同様の磁性材等を取り付けることにより、磁束密度曲線をオフセットさせて被検出部材５０’の検出位置を調整することができる。
【００３４】
本実施例では、ホールＩＣ４０ａ、４０ｂが発明における磁気感応素子に該当する。
【００３５】
本実施例は以上のように構成され、１個の磁石１０’と、その２つの磁極面１２’、１３’間の中間に保持されて、それぞれ磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部２２ａ、２２ｂを備える第１ヨーク２０ａ、２０ｂと、突出部２２ａ、２２ｂが突出している磁石１０’の壁面に平行な本体部３１’を有して、突出部２２ａ、２２ｂに対して空間を設けて配置された第２ヨーク３０’と、突出部２２ａ、２２ｂと第２ヨーク３０’の間の空間にそれぞれ配置されたホールＩＣ４０ａ、４０ｂとを有し、磁石１０’は相対移動する被検出部材５０’に対して磁極面１２’を平行となるように配置するものとしたので、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
その他、第１の実施例と同じ効果を有する。
【００３６】
そしてさらに、第１ヨーク２０ａと、その突出部２２ａと第２ヨーク３０’の間の空間に配置されたホールＩＣ４０ａとからなる第１組と、第１ヨーク２０ｂと、その突出部２２ｂと第２ヨーク３０’の間の空間に配置されたホールＩＣ４０ｂとからなる第２組との、２組の磁束密度検出部を備えることにより、磁石をわずか１個に抑えた簡素な構造のままの近接センサ１つで、磁石被検出部材５０’の位置を２段階に検出することができるという特段の効果を奏する。
【００３７】
なお、実施の形態（第１、第２の実施例）およびその測定結果については、被検出部材５０、５０’が磁石の磁極面１２、１２’に対して平行な方向に相対移動させる例について示したが、本発明はこれに限定されず、磁極面１２、１２’に対して垂直な方向に相対移動させる場合に適用しても、磁石の特性ばらつきの影響を受けず高精度に被検出部材の位置を検出することができる。なお、第２の実施例においては、磁極面１２、１２’に対して垂直な方向に相対移動させる場合被検出部材の位置を２個のホールＩＣ４０ａ、４０ｂで検知するため、２重検知することができ信頼性を向上できる。
【００３８】
実施の形態において、磁石１０、１０’は希土類ボンド磁石としたが、他の磁石材を用いたボンド磁石も採用可能である。
また、第１ヨーク２０、２０ａ、２０ｂはその固定主部２１等を、磁石１０、１０’を射出成形する際にインサート成形することにより、磁石に一体結合させるものとしたが、磁石の成形後に第１ヨークを組み付ける場合には、固定主部２１等に磁石の保持穴１１、１１’と整合する断面を持たせて、固定主部の全周４面が保持穴の壁面に密に接するようにするのが好ましい。
また、第１ヨークの固定主部２１、２１ａ、２１ｂは、その高さ寸法を磁石１０、１０’の高さＨと同一にして、突出部２２、２２ａ、２２ｂと反対側の上端が磁石１０の上面と面一となるようにしたが、少なくともＨの５０％以上あればよく、上端が磁石１０の上面に表れなくてもよい。一方、上端が磁石１０の上面より突出することはホールＩＣ４０側を通る磁束密度が小さくなるので好ましくない。
【００３９】
さらに、とくに第１の実施例においては第１ヨーク２０の固定主部２１の板面を磁極面１２、１３と平行に配置して、ホールＩＣ４０の領域に比較的大きな磁束密度を得る利点を有するが、必要に応じて第２の実施例のように固定主部の板面を磁極面に対して垂直に配置することもできる。この逆も同様である。
【００４０】
実施の形態において、第１ヨークの突出部２２、２２ａ、２２ｂの突出量は具体例として２ｍｍを示したが、少なくとも１．０ｍｍ以上あれば、被検出部材が磁極面に近接した場合にホールＩＣ４０、４０ａ、４０ｂにおいて高い磁束密度を確保することができる。また、突出部の断面サイズも具体例では２ｍｍ角としたが、３ｍｍ径相当以下であれば高い磁束密度を確保することができる。ただし、１ｍｍ径相当より細くなると磁束密度は大きくなるが第２ヨークの突起部３２、３２ａ、３２ｂと正確に対向させるのが困難となり組み付けにおけるばらつきが発生しやすい。
第２ヨークの突起部の突出量および断面サイズについても同様である。
【００４１】
磁気感応素子として、ホールＩＣ４０等を用いたが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、その他を適宜採用することができる。また実施の形態におけるホールＩＣ４０は特定の磁気感応方向をもつものとしたが、全方向感応型の磁気感応素子を使用する場合でも通過する磁束量の多少で被検出部材の近接、離間を検出することができる。
なお、本発明は、車載のペダルセンサ、ドア開閉センサ、ボンネット開閉センサ、シートポジションセンサ、あるいはシートベルト装着センサなどに適用してとくに有用であるが、車両用に限定されず、非接触で被検出体の位置を検出する種々の用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ 近接センサ
１０、１０’ 磁石（永久磁石）
１１、１１’ 保持穴
１２、１２’、１３、１３’ 磁極面
２０、２０ａ、２０ｂ 第１ヨーク
２１、２１ａ、２１ｂ 固定主部
２２、２２ａ、２２ｂ 突出部
３０、３０’ 第２ヨーク
３１、３１’ 本体部
３２、３２ａ、３２ｂ 突起部
４０、４０ａ、４０ｂ ホールＩＣ（磁気感応素子）
５０、５０’ 被検出部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で被検出体の位置を検出する磁気型の近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の近接センサは、いわゆる接点型のスイッチにおけるような接触による接点劣化がない点で優れたものとして関心が高まっており、例えば車両用にはペダルセンサ、ドア開閉センサ、ボンネット開閉センサ、シートポジションセンサ、あるいはシートベルト装着センサなどへの適用が検討されている。
従来の近接センサとして例えば特許第４０６６７１６号公報に開示されたものがある。これは、少なくとも２つの対向させた永久磁石（以下、単に磁石と言う）の磁極面間に第１のヨークを挟むとともに、第１のヨークには磁石間の中点から垂直方向に延びる突起部を設け、突起部と離間させてさらに第２のヨークを備えて、突起部と第２のヨークとの間隙に磁気検出素子を配置している。そして、２つの磁石の磁極方向は同一としてあり、したがって第１のヨークを挟んで一方の磁石のＮ極が他方の磁石のＳ極と対向する。
【０００３】
これにより、第１のヨークを挟んだ磁石および第２のヨーク等と離間した状態で突起部の突出方向と平行に移動する磁性体の被検出部材の位置を検出するようになっている。
すなわち、２つの磁石の一方の磁力線はＮ極から出て空間を通り、第２のヨークから磁気検出素子、突起部を経てＳ極に戻り、他方の磁石の磁力線はＮ極から出て突起部、磁気検出素子、第２のヨークおよび空間を経てＳ極に戻るので、被検出部材が近接していない場合には、磁気検出素子の領域において２つの磁石の磁束が逆方向で互いに打ち消しあって、磁気検出素子が検出する磁束密度が０（ゼロ）となる。
一方、被検出部材が近接位置に移動してきた場合は、被検出部材が一方の磁石の磁気回路の一部となるため、磁束の多くが被検出部材を通って磁気検出素子に流れるのに対して、他方の磁石の磁気回路には変化がないため、磁気検出素子の領域における磁束の平衡が崩れて磁気検出素子が磁束密度の変化を検出することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０６６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の近接センサでは、少なくとも２つの磁石を互いに対向する磁極を異ならせて第１のヨークに取付けなければならず、製造ラインでの組み付けの際などに磁気汚染物質が付着して被検出部材が近接していないにもかかわらず磁束の平衡が崩れてしまうことがないように厳重な環境および工程管理が必要になる。
【０００６】
また、そもそも永久磁石はそれぞれの個体によって磁力のばらつきが大きいものであるため、製造ラインでの組み付けを厳重に管理したとしても、磁気検出素子の領域において２つの磁石による磁束が狙い通りに平衡あるいは変化するとは限らず、実際には製品ごとに被検出部材の検出位置が大きくばらつくことになるが、これに対して何らの調整手段もないので、いまだ実用には困難を伴う。
【０００７】
したがって本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、磁石のばらつきによる検出精度への影響や製造ラインでの過重な管理の必要をなくして安定した位置検出性能を得られる近接センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明の近接センサは、１個の永久磁石と、該永久磁石の２つの磁極面間の中間に保持されて、磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部を備える第１ヨークと、突出部が突出している永久磁石の壁面に平行な本体部を有して、突出部に対して空間を設けて配置された第２ヨークと、突出部と第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とを有し、永久磁石は相対移動する被検出部材に対して磁極面を平行となるように配置したものとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
さらに、被検出部材との相対移動方向にずらせて、追加の第１ヨークと磁気感応素子の組を磁石と第２ヨークの間に設ければ、被検出部材の位置を複数段階に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例における近接センサの構成を示す図である。
【図２】近接センサの分解斜視図である。
【図３】近接センサと被検出部材の配置関係を示す図である。
【図４】被検出部材が十分に離れている場合の磁気回路を示す図である。
【図５】被検出部材が近接している場合の磁気回路を示す図である。
【図６】第１の実施例の動作特性の測定要領を示す説明図である。
【図７】第１の実施例の動作特性の測定結果を示す図である。
【図８】変形例を示す図である。
【図９】変形例の動作特性の測定結果を示す図である。
【図１０】第２の実施例における近接センサの構成を示す図である。
【図１１】近接センサの分解斜視図である。
【図１２】近接センサと被検出部材の配置関係を示す図である。
【図１３】第２の実施例の動作特性の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は第１の実施例の近接センサの構成を示す図、図２は分解斜視図である。図１において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は上面図である。
近接センサ１は、永久磁石（以下、磁石）１０と、磁石１０に保持された第１ヨーク２０と、磁気感応素子としてのホールＩＣ４０と、第２ヨーク３０とからなる。
磁石１０は、図１の（Ｂ）において、左右両端をＮ極およびＳ極として、各磁極面１２、１３の幅をＷ、高さをＨとする長さＬの直方体をなしている。磁石１０の中央には上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴１１に、第１ヨーク２０が保持されている。
【００１３】
第１ヨーク２０はその固定主部２１が磁石１０の高さＨと同じ高さの板状で、その板面を磁極面１２、１３と平行にしてある。そして、固定主部２１の上端が磁石１０の上面と面一、下端が磁石１０の下面と面一とされ、固定主部２１の下端からは下方に突出部２２が所定量突出している。この突出部２２はその断面を一辺が板厚相当の４角形としてある。固定主部２１の板面は磁極面１２、１３と平行になっている。
具体的には、磁石１０は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石であり、その射出成形の際に第１ヨーク２０の固定主部２１をインサート成形する。この場合、上述の保持穴１１は固定主部２１を囲んでその周面と接する概念上の穴となる。
また、磁石１０は少なくとも第１ヨークを保持したアセンブリ状態とした後で着磁することができる。
【００１４】
第２ヨーク３０は、その本体部３１が磁石１０の高さＨよりも薄い板状で、磁石１０と同じ長さＬと幅Ｗを有している。そして磁石１０に対向する本体部３１の壁面中央からは第１ヨーク２０の突出部２２と同等径の丸棒状の突起部３２が上方に所定量突出して、突出部２２と間隙を挟んで対向している。なお、突起部３２は突出部２２と同様にその断面を一辺が板厚相当の４角形としても良い。本実施例では、作製が容易のため丸棒状にしてある。
そして、第１ヨーク２０の突出部２２と第２ヨーク３０の突起部３２との間隙内にホールＩＣ４０が配置されている。ホールＩＣ４０は磁気感応方向を突出部２２と突起部３２を結ぶ方向に設定してある。
【００１５】
以上のように構成した近接センサ１は、図３に示すように、磁石１０の幅Ｗ方向に沿って相対移動する被検出部材５０に対して磁石１０の磁極面の一方、例えばＮ極の磁極面１２が被検出部材５０の板面と略平行となるように、磁石１０と第２ヨーク３０を被検出部材５０の移動面に対向させて設置する。図において、白抜き矢印が相対移動方向である。
被検出部材５０は例えば一般鉄材の板でよい。
【００１６】
次に近接センサ１の動作について説明する。
図４は被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面から十分に離れている場合に形成される磁気回路を示し、破線の磁束の流れの方向を矢印で示している。
Ｎ極（磁極面１２）から出た磁束は空間を通るループを描きながらＳ極（磁極面１３）に戻る。
この際、第２ヨーク３０から遠い側の一部の磁束は空間のみを通るが、より多くの磁束は第２ヨーク３０を配した側へ向かい、第１ヨーク２０の突出部２２、第２ヨーク３０の本体部３１、突起部３２およびホールＩＣ４０を並列に横切ってから空間へ抜け、その間それぞれ磁石１０の長さＬ方向の壁面とほぼ平行に流れる。
ホールＩＣ４０を横切る磁束は磁気感応方向に対して垂直であるから、感知能の観点からは磁束密度０（ゼロ）であり、ホールＩＣ４０は見かけ上無磁界領域に位置することになり、ＯＦＦ（Ｈｉｇｈ）信号を出力する。
【００１７】
一方、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面に近接している場合には、図５に示す磁気回路が形成される。ここでは被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２と第２ヨーク３０の端面とに対向する位置に来ている。
とくに第２ヨークを配した側へ向かう磁束は、Ｎ極を出て被検出部材５０を通過した後、第２ヨーク３０の本体部３１に入り、その大部分がホールＩＣ４０を通って第１ヨーク２０方向に向かう。第２ヨーク３０の本体部３１に入った磁束のわずかな残部は、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２の前面から十分に離れている場合と同様に、直接空間へ抜けてＳ極に戻る。
この際、第２ヨーク３０からホールＩＣ４０を通って第１ヨーク２０へ流れる磁束は、小断面の突出部２２へ向かって絞られるとともに、さらに第２ヨーク３０側においても突起部３２で絞られて、小面積に集中した磁束として高密度にホールＩＣ４０を通過する。この通過方向はホールＩＣ４０の磁気感応方向に沿っているので、ホールＩＣ４０は磁束密度の変化を高感度で検出してＯＮ（Ｌｏｗ）信号を出力する。
【００１８】
なお、磁石の長さＬが幅Ｗまたは高さＨより大きい場合には、被検出部材５０が磁極面１２に十分に近接したときに第２ヨーク３０の本体部３１から空間へ抜けてＳ極に戻る磁束が増えて、突起部３２から第１ヨーク２０の突出部２２へ向かってホールＩＣ４０に印加される磁束密度が小さくなる。このため、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合の磁束密度の変化量が小さくなるので、磁石１０の長さＬは幅Ｗまたは高さＨの値以下に抑える。
また、第１ヨーク２０についても、磁極面１２、１３と平行にした固定主部２１の板幅を磁石１０の幅Ｗの２０〜４０％にすると、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合との間で磁束密度の大きな変化量を確保できる。
【００１９】
以下に具体例を示す。
ホールＩＣ４０の代わりにガウスメータ用ホールプローブを配置し、図６に示すように、被検出部材５０と磁極面１２の対向間隙を３ｍｍとして、被検出部材５０を磁石１０（および第２ヨーク３０）に対する離間位置と対向位置の間で移動させたときの磁束密度の変化を測定した。ここでは、被検出部材５０の移動方向前端縁が磁石１０の幅方向一端に対向する位置を０ｍｍとして、その手前（−５ｍｍ）から磁石１０の幅方向他端に到達するまでの間を測定している。
測定に供した近接センサ１の設定値は次のとおりである。
磁石１０のサイズ: 長さ（Ｌ）＝８ｍｍ、幅（Ｗ）＝１５ｍｍ、高さ（Ｈ）＝８ｍｍ
第１ヨーク２０の材質： 純鉄粉末の焼結体
固定主部２１のサイズ： 幅＝４ｍｍ、高さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突出部２２のサイズ： 幅＝２ｍｍ、板厚＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
第２ヨーク３０の材質： 純鉄粉末の焼結体
本体部３１のサイズ： 幅＝１５ｍｍ、長さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突起部３２のサイズ： 直径＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
被検出部材５０の材質： 鉄板
【００２０】
図７の測定結果に示されるように、最大磁束密度変化量は５５ｍＴであった。入手容易なホールＩＣ４０の動作磁束密度を１０ｍＴとしたとき、被検出部材５０の先端が磁石１０との対向区間に略２．５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０のＯＮ、ＯＦＦが切り換わる。
この最大磁束密度変化量は動作磁束密度１０ｍＴのホールＩＣにとって十分な変化量であり、車載のペダルセンサその他用として実用性の高いことが示された。
また、本実施例では第１ヨーク２０の固定主部２１の板面を磁極面１２、１３と平行に配置しており、別途の測定によれば、これにより磁極面に対して垂直にした場合と比較して、被検出部材が磁極面に近接した場合にホールＩＣ４０における磁束密度が約１０％大きくなるという利点を有している。
【００２１】
なお、上記測定に加え、変形例として、図８に示すように、磁石１０の被検出部材５０に対向する磁極面と反対側の磁極面１３に当該磁極面と同一形状（すなわちＷ＝１５ｍｍ、Ｈ＝８ｍｍ）で板厚０．５ｍｍの鉄板６０を密着して取り付けた場合についても測定を行った。他の測定条件は同一である。
その結果を図９に示す。
鉄板６０を取り付けなかった場合の（ａ）に対して、鉄板６０を取り付けた場合の（ｂ）の磁束密度曲線は１２ｍＴだけ低減方向にオフセットされた。したがって、動作磁束密度１０ｍＴのホールＩＣ４０を用いたとき、被検出部材５０の先端が磁石１０との対向区間に４．５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０のＯＮ、ＯＦＦが切り換わることになる。
これより、本実施例では、鉄板６０を設けることにより磁束密度曲線をオフセットさせ被検出部材５０の検出位置を調整することができる。オフセット量は鉄板６０の板面サイズや板厚の選択により制御することができる。鉄板６０の代わりに他の磁性材でもよい。
このため、製造工程に「検出位置調整」工程を設ければ、近接センサの製造歩留まりが飛躍的に向上するし、基本構成および部品の変更なしに検出位置仕様の異なる製品要求に対応することができる。
【００２２】
本実施例では、ホールＩＣ４０が発明における磁気感応素子に該当し、鉄板６０が検出位置調整板に該当する。
【００２３】
本実施例は以上のように構成され、１個の磁石１０と、その２つの磁極面１２、１３間の中間に保持されて、磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部２２を備える第１ヨーク２０と、突出部２２が突出している磁石１０の壁面に平行な本体部３１と突出部２２と対向する突起部３２とを有して、突出部２２に対して空間を設けて配置された第２ヨーク３０と、突出部２２と突起部３２の間の空間に配置されたホールＩＣ４０とを有し、磁石１０は相対移動する被検出部材５０に対して磁極面１２を平行となるように配置するものとしたので、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
そして、被検出部材５０が磁極面１２と対向する方向に近接すると、ホールＩＣ４０には第２ヨーク３０から第１ヨーク２０へ磁気感応方向に磁束が流れ、この磁束が突出部２２とさらには突起部３２とで集中的に絞られるので、磁束密度の変化が高感度で検出される。
【００２４】
また、磁石１０の磁極面１２、１３間の長さＬは、磁極面１２、１３の幅Ｗまたは高さＨと同寸以下とするので、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合のホールＩＣ４０が検知する磁束密度の変化量を大きく確保することができる。
【００２５】
第１ヨーク２０は、磁石１０の外形内に配置された板状の固定主部２１から突出部２２を延ばしており、固定主部２１の板幅は突出部２２よりもサイズが大きいから、磁石１０による保持力が大きいとともに、被検出部材５０が磁石１０の磁極面１２から離れている場合と十分に近接した場合との間で磁束密度の大きな変化量を確保できる。
そして、とくに磁石１０は希土類系磁石粉から射出成形されたボンド磁石で、その射出成形の際に第１ヨーク２０の固定主部２１がインサート成形により磁石１０内に埋め込まれて、第１ヨーク２０は強固に磁石１０に結合されるので、組み付けにおけるばらつきが極めて小さい。
また、少なくとも第１ヨークを保持したアセンブリ状態で磁石１０を着磁すれば、着磁後に第１ヨークとアセンブリする場合と比べ、例えば製造ラインに浮遊する異物（磁石１０の特性に悪影響を及ぼす磁性粉等）の磁石１０への付着防止のための過度な管理を緩和することができる。
【００２６】
また、検出位置の異なる仕様要求があったり、磁石１０の特性が個体によってばらついたとしても、磁石１０の被検出部材５０に対向する磁極面１２と反対側の磁極面１３に、鉄板６０などの磁性材を取り付けることにより、被検出部材５０の検出位置を容易にきめ細かく調整することができる。
【実施例２】
【００２７】
つぎに、第２の実施例について説明する。
図１０は第２の実施例の近接センサの構成を示す図、図１１は分解斜視図である。図１０において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は上面図である。
第２の実施例の近接センサ１Ａは、磁石１０’と、磁石１０’に保持された２つの第１ヨーク２０ａおよび２０ｂと、２つのホールＩＣ４０ａ、４０ｂと、第２ヨーク３０’とからなる。
磁石１０’は、図１０の（Ｂ）において、左右両端をＮ極およびＳ極として、各磁極面１２’、１３’の幅をＷ、高さをＨとする長さＬの直方体をなしている。ここでは幅（Ｗ）寸法が第１の実施例の磁石よりも長くなっている。
磁石１０’の幅中心線Ｘを挟んだ両側には磁極面１２’、１３’の中間に上面から下面まで貫通する横断面矩形の保持穴１１’が設けられ、この保持穴１１’に、当該保持穴１１’と整合する断面を有する第１ヨーク２０ａ、２０ｂが保持されている。
【００２８】
第１ヨーク２０ａ、２０ｂは同一形状で、その固定主部２１ａ、２１ｂが磁石１０’の高さＨと同じ高さの板状で、それぞれの下端からは下方に突出部２２ａ、２２ｂが所定量突出している。そして、固定主部２１ａ、２１ｂの上端が磁石１０’の上面と面一、下端が磁石１０’の下面と面一とされ、突出部２２ａ、２２ｂはそれぞれその断面を一辺が板厚相当の４角形としてある。
本実施例では後述する２つの検出位置を広狭任意に設定できるように、固定主部２１ａ、２１ｂの板面を磁極面１２’、１３’に対して垂直にしてある。
また、前実施例と同様に、磁石１０’は射出成形による希土類ボンド磁石で、その射出成形の際に第１ヨーク２０ａ、２０ｂの各固定主部２１ａ、２１ｂをインサート成形してある。
【００２９】
第２ヨーク３０’は、その本体部３１’が磁石１０’の高さＨよりも薄い板状で、磁石１０’と同じ長さＬと幅Ｗを有して、磁石１０’の突出部２２ａ、２２ｂが突出している壁面に対向させてある。そして本体部３１’の壁面からは第１ヨーク２０ａ、２０ｂの突出部２２ａ、２２ｂと対面するように丸棒状の突起部３２ａ、３２ｂが所定量突出している。突起部３２ａ、３２ｂは、突出部２２ａ、２２ｂと同等径を有し、間隙を挟んで突出部２２ａ、２２ｂと対向している。
そして、第１ヨーク２０ａ、２０ｂの突出部２２ａ、２２ｂと第２ヨーク３０’の突起部３２ａ、３２ｂとの間隙内にホールＩＣ４０ａ、４０ｂがそれぞれ配置されている。ホールＩＣ４０ａは磁気感応方向を突出部２２ａと突起部３２ａを結ぶ方向に設定してあり、ホールＩＣ４０ｂも磁気感応方向を突出部２２ｂと突起部３２ｂを結ぶ方向に設定してある。
その他は第１の実施例と同じである。
【００３０】
近接センサ１Ａは、図１２に示すように、磁石１０’の幅Ｗ方向に沿って相対移動する鉄板の被検出部材５０’に対して磁石１０’の一方の磁極面１２が被検出部材５０’の板面と略平行となるように、磁石１０’と第２ヨーク３０’を被検出部材５０’の移動面に対向させて設置する。
【００３１】
前実施例と同様に、具体例について、被検出部材５０’と磁極面１２’の対向間隙を３ｍｍとして、被検出部材５０’を磁石１０’（および第２ヨーク３０’）の幅方向一端の手前から対向位置までの間を移動させたときの磁束密度の変化を測定した結果を図１３に示す。ここでも、被検出部材５０’の移動方向前端縁が磁石１０’の幅方向一端に対向する位置を０ｍｍとしている。
測定に供した近接センサ１の具体例の設定値は次のとおりである。
磁石１０’のサイズ: 長さ（Ｌ）＝８ｍｍ、幅（Ｗ）＝２６ｍｍ、高さ（Ｈ）＝８ｍｍ
第１ヨーク２０ａ、２０ｂの材質： 純鉄粉末の焼結体
固定主部２１ａ、２１ｂのサイズ： 幅＝４ｍｍ、高さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突出部２２ａ、２２ｂのサイズ： 幅＝２ｍｍ、板厚＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
第２ヨーク３０’の材質： 純鉄粉末の焼結体
本体部３１のサイズ： 幅＝２６ｍｍ、長さ＝８ｍｍ、板厚＝２ｍｍ
突起部３２のサイズ： 直径＝２ｍｍ、突出量２ｍｍ
被検出部材５０’の材質： 鉄板
【００３２】
図１３に示されるように、突出部２２ａと突起部３２ａ間の間隙（ホールＩＣ４０ａ配置部）における最大磁束密度変化量は５１ｍＴ、突出部２２ｂと突起部３２ｂ間の間隙（ホールＩＣ４０ｂ配置部）における最大磁束密度変化量は４９ｍＴであった。
ホールＩＣ４０ａ、４０ｂの動作磁束密度を１０ｍＴとしたとき、被検出部材５０’の先端が磁石１０’との対向区間に５ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０ａのＯＮ、ＯＦＦが切り換わり、被検出部材５０’が１２ｍｍ入った位置でホールＩＣ４０ｂのＯＮ、ＯＦＦが切り換わる。
これにより、被検出部材５０’の位置を２段階に検出することができ、要すればさらに第１ヨークの突出部と第２ヨークの突起部、およびそれらの間隙に配置するホールＩＣの組を追加することにより多段階の位置検出が可能となる。
【００３３】
本実施例でも、前実施例と同様に、磁石１０’の被検出部材５０’に対向する磁極面と反対側の磁極面１３’に鉄板６０と同様の磁性材等を取り付けることにより、磁束密度曲線をオフセットさせて被検出部材５０’の検出位置を調整することができる。
【００３４】
本実施例では、ホールＩＣ４０ａ、４０ｂが発明における磁気感応素子に該当する。
【００３５】
本実施例は以上のように構成され、１個の磁石１０’と、その２つの磁極面１２’、１３’間の中間に保持されて、それぞれ磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部２２ａ、２２ｂを備える第１ヨーク２０ａ、２０ｂと、突出部２２ａ、２２ｂが突出している磁石１０’の壁面に平行な本体部３１’を有して、突出部２２ａ、２２ｂに対して空間を設けて配置された第２ヨーク３０’と、突出部２２ａ、２２ｂと第２ヨーク３０’の間の空間にそれぞれ配置されたホールＩＣ４０ａ、４０ｂとを有し、磁石１０’は相対移動する被検出部材５０’に対して磁極面１２’を平行となるように配置するものとしたので、磁石を１個として構成部品の少ない簡単構造にでき、またこれによって複数の磁石を要するときに避けることのできない磁石の特性ばらつきの問題から解放されて高精度を実現できる。
その他、第１の実施例と同じ効果を有する。
【００３６】
そしてさらに、第１ヨーク２０ａと、その突出部２２ａと第２ヨーク３０’の間の空間に配置されたホールＩＣ４０ａとからなる第１組と、第１ヨーク２０ｂと、その突出部２２ｂと第２ヨーク３０’の間の空間に配置されたホールＩＣ４０ｂとからなる第２組との、２組の磁束密度検出部を備えることにより、磁石をわずか１個に抑えた簡素な構造のままの近接センサ１つで、磁石被検出部材５０’の位置を２段階に検出することができるという特段の効果を奏する。
【００３７】
なお、実施の形態（第１、第２の実施例）およびその測定結果については、被検出部材５０、５０’が磁石の磁極面１２、１２’に対して平行な方向に相対移動させる例について示したが、本発明はこれに限定されず、磁極面１２、１２’に対して垂直な方向に相対移動させる場合に適用しても、磁石の特性ばらつきの影響を受けず高精度に被検出部材の位置を検出することができる。なお、第２の実施例においては、磁極面１２、１２’に対して垂直な方向に相対移動させる場合被検出部材の位置を２個のホールＩＣ４０ａ、４０ｂで検知するため、２重検知することができ信頼性を向上できる。
【００３８】
実施の形態において、磁石１０、１０’は希土類ボンド磁石としたが、他の磁石材を用いたボンド磁石も採用可能である。
また、第１ヨーク２０、２０ａ、２０ｂはその固定主部２１等を、磁石１０、１０’を射出成形する際にインサート成形することにより、磁石に一体結合させるものとしたが、磁石の成形後に第１ヨークを組み付ける場合には、固定主部２１等に磁石の保持穴１１、１１’と整合する断面を持たせて、固定主部の全周４面が保持穴の壁面に密に接するようにするのが好ましい。
また、第１ヨークの固定主部２１、２１ａ、２１ｂは、その高さ寸法を磁石１０、１０’の高さＨと同一にして、突出部２２、２２ａ、２２ｂと反対側の上端が磁石１０の上面と面一となるようにしたが、少なくともＨの５０％以上あればよく、上端が磁石１０の上面に表れなくてもよい。一方、上端が磁石１０の上面より突出することはホールＩＣ４０側を通る磁束密度が小さくなるので好ましくない。
【００３９】
さらに、とくに第１の実施例においては第１ヨーク２０の固定主部２１の板面を磁極面１２、１３と平行に配置して、ホールＩＣ４０の領域に比較的大きな磁束密度を得る利点を有するが、必要に応じて第２の実施例のように固定主部の板面を磁極面に対して垂直に配置することもできる。この逆も同様である。
【００４０】
実施の形態において、第１ヨークの突出部２２、２２ａ、２２ｂの突出量は具体例として２ｍｍを示したが、少なくとも１．０ｍｍ以上あれば、被検出部材が磁極面に近接した場合にホールＩＣ４０、４０ａ、４０ｂにおいて高い磁束密度を確保することができる。また、突出部の断面サイズも具体例では２ｍｍ角としたが、３ｍｍ径相当以下であれば高い磁束密度を確保することができる。ただし、１ｍｍ径相当より細くなると磁束密度は大きくなるが第２ヨークの突起部３２、３２ａ、３２ｂと正確に対向させるのが困難となり組み付けにおけるばらつきが発生しやすい。
第２ヨークの突起部の突出量および断面サイズについても同様である。
【００４１】
磁気感応素子として、ホールＩＣ４０等を用いたが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、その他を適宜採用することができる。また実施の形態におけるホールＩＣ４０は特定の磁気感応方向をもつものとしたが、全方向感応型の磁気感応素子を使用する場合でも通過する磁束量の多少で被検出部材の近接、離間を検出することができる。
なお、本発明は、車載のペダルセンサ、ドア開閉センサ、ボンネット開閉センサ、シートポジションセンサ、あるいはシートベルト装着センサなどに適用してとくに有用であるが、車両用に限定されず、非接触で被検出体の位置を検出する種々の用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ 近接センサ
１０、１０’ 磁石（永久磁石）
１１、１１’ 保持穴
１２、１２’、１３、１３’ 磁極面
２０、２０ａ、２０ｂ 第１ヨーク
２１、２１ａ、２１ｂ 固定主部
２２、２２ａ、２２ｂ 突出部
３０、３０’ 第２ヨーク
３１、３１’ 本体部
３２、３２ａ、３２ｂ 突起部
４０、４０ａ、４０ｂ ホールＩＣ（磁気感応素子）
５０、５０’ 被検出部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の永久磁石と、
該永久磁石の２つの磁極面間の中間に保持されて、前記磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部を備える第１ヨークと、
前記突出部が突出している前記永久磁石の壁面に平行な本体部を有して、前記突出部に対して空間を設けて配置された第２ヨークと、
前記突出部と第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とを有し、
前記永久磁石は相対移動する被検出部材に対して磁極面を平行となるように配置したことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
前記永久磁石の磁極面間の長さが、磁極面の幅または高さと同寸以下であることを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記第１ヨークは、前記永久磁石の外形内に配置された板状の固定主部から前記突出部を延ばしており、前記突出部は前記固定主部の板幅よりも細いことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記第２ヨークは、前記本体部からさらに前記第１ヨークの突出部に対向して延びる突起部を備え、
前記磁気感応素子が前記突出部と突起部の間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記永久磁石の前記被検出部材に対向する磁極面と反対側の磁極面に磁性材からなる検出位置調整板を取り付けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記突出部を備える第１ヨークと、前記突出部と前記第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とからなる組が複数設けられて、
前記被検出部材の複数の位置を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項７】
前記永久磁石は射出成形により形成され、
前記第１ヨークは前記永久磁石の射出成形時にインサート成形されるものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項８】
前記永久磁石は少なくとも前記第１ヨークを保持した状態で着磁されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項１】
１個の永久磁石と、
該永久磁石の２つの磁極面間の中間に保持されて、前記磁極面に対して垂直な壁面から突出する突出部を備える第１ヨークと、
前記突出部が突出している前記永久磁石の壁面に平行な本体部を有して、前記突出部に対して空間を設けて配置された第２ヨークと、
前記突出部と第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とを有し、
前記永久磁石は相対移動する被検出部材に対して磁極面を平行となるように配置したことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
前記永久磁石の磁極面間の長さが、磁極面の幅または高さと同寸以下であることを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記第１ヨークは、前記永久磁石の外形内に配置された板状の固定主部から前記突出部を延ばしており、前記突出部は前記固定主部の板幅よりも細いことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記第２ヨークは、前記本体部からさらに前記第１ヨークの突出部に対向して延びる突起部を備え、
前記磁気感応素子が前記突出部と突起部の間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記永久磁石の前記被検出部材に対向する磁極面と反対側の磁極面に磁性材からなる検出位置調整板を取り付けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記突出部を備える第１ヨークと、前記突出部と前記第２ヨークの間の空間に配置された磁気感応素子とからなる組が複数設けられて、
前記被検出部材の複数の位置を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項７】
前記永久磁石は射出成形により形成され、
前記第１ヨークは前記永久磁石の射出成形時にインサート成形されるものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の近接センサ。
【請求項８】
前記永久磁石は少なくとも前記第１ヨークを保持した状態で着磁されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の近接センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１５４１（Ｐ２０１３−１１５４１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５１７５（Ｐ２０１１−１４５１７５）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（３９０００１２３６）ナイルス株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（３９０００１２３６）ナイルス株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
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