リニアセンサ

专利摘要:
本発明は、スリーブ（５）と、永久磁石（１）を備えており、直線的に変位できるようにスリーブ（５）内に支持されているピン（７）と、前記スリーブ（５）に取り付けられ、前記永久磁石（１）の変位を検出するために使用される磁界センサ（３）と、を備えているリニアセンサにおいて、前記ピン（７）が、実質的に円筒形のガイド（８）によって案内され、磁石またはピンホルダ（６）を有していることを特徴とするリニアセンサに関する。
公开号:JP2011513715A
申请号:JP2010547946
申请日:2009-02-23
公开日:2011-04-28
发明作者:シュレイダー，ヘイコ；アルノ マルト，；ステファン レオポルド，；クラウス；ヨルゲン ワグナー，
申请人:ボルグワーナー ベルー システムズ ゲーエムベーハー；
IPC主号:G01D5-12

专利说明:

[0001] 本発明は、スリーブと、永久磁石を含んでおり、直線的に変位できるようにスリーブに支持されているピンと、永久磁石の変位を検出するためにスリーブへと取り付けられた磁界センサと、を備えているリニアセンサに関する。]
背景技術

[0002] このようなリニアセンサは、自動車技術において、例えばブレーキペダルの移動量の関数として動作を実行するブレーキ倍力装置を制御するために使用されている。ペダルの移動量が大きくなるにつれ、制御部材に作用するブレーキ圧が高められるが、その移動量を、リニアセンサによって割り出すことができる。他の例は、排気ガスターボ過給器のブースト圧コントローラである。そのような用途においては、一般に、リニアセンサのピンが、制御部材などの可動の測定対象物へとばねの力で押し付けられ、ピンが測定対象物に常に当接し、測定対象物の移動に追従する。]
[0003] 直平行六面体（ｃｕｂｏｉｄ）の永久磁石がハウジングに固定される方法で配置された磁界センサに対して変位するリニアセンサが、独国特許第１９６，２４，２３３Ｃ１号（特許文献１）から知られている。しかしながら、この公知のリニアセンサは、エンジンの動作に起因して生じうる振動に敏感に応答しやすく、摩耗しがちであり、高い製造コストおよび頻繁な調節を必要とするため、自動車技術における用途にはあまり適していない。]
[0004] 独国特許第１９７，５１，５１９Ｃ２号（特許文献２）が、例えばブレーキ倍力装置を制御するために、お互いに対して変位可能な２つの部品の相対位置の関数として電気制御信号を生成するリニアセンサを記載している。このリニアセンサは、磁石を少なくとも１つのホール（Ｈａｌｌ）センサに組み合わせて有しており、磁石およびホールセンサが、お互いに対して変位できるように保持されており、ホールセンサが、磁石に対するセンサの位置に依存する電圧信号をもたらす。磁石は、リニアセンサのハウジングに変位ができないように固定されており、ホールセンサを、ハウジング内の磁石に対して変位させることができる。]
先行技術

[0005] 独国特許第１９６，２４，２３３Ｃ１号
独国特許第１９７，５１，５１９Ｃ２号]
発明が解決しようとする課題

[0006] したがって、本発明の目的は、自動車技術に適しており、費用対効果に優れた製造が可能であり、たとえ運転動作の際に振動が生じる場合でも正確な測定が可能であるリニアセンサを生み出すための方法を提示することにある。]
課題を解決するための手段

[0007] この目的が、請求項１の特徴を有するリニアセンサによって達成される。本発明の好都合な実施形態が、従属請求項の主題である。]
[0008] 本発明によるリニアセンサにおいては、ピンのきわめて精密な案内が、好ましくはスリーブの狭窄部（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）がガイドを形成することで、きわめて単純な手段を使用して達成される。]
[0009] 測定誤差につながるピンの横移動を、本発明によるリニアセンサにおいては、おおむね排除することができる。したがって、本発明によるリニアセンサを使用する場合には、たとえエンジンの動作によって引き起こされるような振動が生じても、測定対象物の位置を正確に割り出すことができる。]
[0010] ピンおよびスリーブがガイドにおいてのみ互いに接触するため、好都合に小さい摩擦面が生み出される。小さな摩擦面においては、生じる摩擦力が小さいため、摩耗の少ない動作および高い長期安定性が可能になる。]
[0011] 磁界センサが、好ましくは、スリーブの狭窄部を形成している部位へと取り付けられる。この手段は、ピンの移動の方向に垂直に測定される磁界センサとピンとの間の距離が、たとえエンジン関連の振動のもとでも一定のままであり、したがって常に高い精度での測定を行うことができるという利点を有している。]
[0012] ピンは、好ましくは、製造を簡単にし、低摩擦に有利である円形の断面を有する。ピンが、スリーブ内で自身の長手軸を中心にして回転できると、特に好ましい。車両の動作時に、測定対象物の振動または移動により、ピンにトルクが加わる可能性がある。ピンが回転可能であるため、そのようなトルクを、ピンの案内面に応力を加えることなく和らげることができる。]
[0013] 本発明の好都合な改良によれば、ピンおよび／またはスリーブが、グラファイト粒子含有のプラスチックで製作される。この方法では、動作時に不可避である摩耗によって、グラファイト粒子が放出されるために、潤滑材が連続的に供給される。長期の動作の後でも、この方法では摩擦力が小さいことが常に保証されるため、そのように設計されたリニアセンサは、きわめて長い期間にわたって安定に動作することができる。ピンがグラファイト粒子含有のプラスチックで製作されることが特に好ましく、特にスリーブがグラファイト粒子を含まないプラスチックで製作されることが特に好ましい。]
[0014] 本発明の他の好都合な改良によれば、スリーブおよびピンが、随意により存在するグラファイト粒子の添加を除き、同じプラスチックで製作される。この方法では、熱膨張係数がスリーブとピンとの間で一致し、結果として、きわめて広い温度範囲にわたって一貫して精密な案内がもたらされる。熱硬化性材料が、スリーブおよびピン用の好ましい材料である。]
[0015] 本発明のさらなる好都合な改良によれば、ピンの角が、スリーブから突き出している端部において、丸められている。この手段は、ピンを測定対象物へと押し付けるときに、測定の正確さを損ないかねない測定対象物の傾き（ｔｉｌｔｉｎｇ）の恐れが少なくなるという利点を有している。]
[0016] 本発明の別の好都合なさらなる改良によれば、磁石ホルダがドーム状である。磁石ホルダが、振動の発生時に所定の程度まで半径方向への移動を可能にすることで、システムの破損を防止することが好都合である。すなわち、測定対象物２へと剛に接続されている磁石ホルダ６がドーム形状であることにより（図２参照）、もし対象物２とピン７の間に例えば傾きのような振動が起きれば、磁石ホルダ６が弾性変形（ｅｌａｓｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｆｏｒｍｅｄ）することができ、いくらかの小さい半径方向の相殺（オフセット、ｒａｄｉａｌ ｏｆｆｓｅｔｓ）が起きる。] 図２
[0017] 本発明の別の好都合なさらなる発展によれば、磁石ホルダが、少なくとも３つのばね部材を備えている。個々のばねのばねレートを相応に設計することによって、特に磁石ハウジングまたはピンの半径方向の可動性の許容範囲を、当然の振動を免れない自動車において、精密に定めることが可能である。]
[0018] 本発明の好都合なさらなる発展によれば、磁石またはピンホルダが、プラスチックおよび／または金属で製作される。好都合には、この方法では、例えば磁石ホルダに一体化された環状の部材を、プラスチックで製作することができる。磁石ホルダのドーム状の部分またはばね部材は、適切に設計された場合に測定結果への共振の影響を最小化する一方で、同時に高い動作信頼性も達成する減衰付きのばね質量系（ｓｐｒｉｎｇ ｍａｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）が得られるように、金属で製作される。システムの故障が、（すなわち、ピン７の対象物２に対する）特に半径方向の傾き（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ）の補償能力によって防止される。さらには、測定対象物と磁石ホルダとの間の剛な接続、ならびに磁石ホルダと磁石ハウジングとの間のある程度剛な接続が、実際に測定される経路が測定対象物の実際の経路に一致することを保証する。]
[0019] 好ましくは、ピンが、スリーブから突き出している端部にフェース面を有しており、フェース面の直径が、狭窄部におけるスリーブの内径の２０％〜６０％である。ピンの直径に比べて小さくされたフェース面は、測定対象物が傾いた場合に、横力の伝達を少なくする。結果として、スリーブにおけるピンの案内に加わる応力が小さくなり、測定精度を損なう横移動をより容易に防止することができる。さらに、スリーブ内に支持された円柱形のピンの断面の直径の２０％〜６０％の直径を有するフェース面は、測定対象物に当接する接触面の面荷重を、摩耗の少ない動作に適した程度に抑えるために充分に大きい。]
[0020] 本発明のさらなる詳細および利点が、添付の図面を参照して、典型的な実施形態にもとづいて説明される。説明される特徴は、個別または互いに組み合わせられて、請求項の主題となることができる。]
図面の簡単な説明

[0021] リニアセンサの典型的な実施形態を縦断面にて示している。
ドーム状の磁石ホルダを備えるリニアセンサである。]
実施例

[0022] 図１は、円柱形のピン７が直線的に変位できるように配置されたスリーブ５を備えているリニアセンサを開示している。ピン７は、好ましくは棒磁石である永久磁石１を備えており、スリーブ５から突き出している自身の端部４において測定対象物２に当接している。測定対象物２は磁石ホルダ６に積極的及び／又は非積極的に剛に接続され、ピン７は磁石ホルダ６にある程度剛に接続される。積極的接続とは、２つの物の相対的な動きをそれらの物が繋ぎ合わされる如くの形状によって阻止されることをいう。非積極的接続とは、２つの物の相対的な動きを力（例えばばね力又は摩擦力）によって阻止することをいう。] 図１
[0023] 好ましくはホールセンサである磁界センサ３が、スリーブ５へと取り付けられている。永久磁石１を内部に配置して備えているピン７が変位することで、磁界センサ３の部位の磁界に変化が生じる。この変化を評価することによって、永久磁石１の位置、したがって測定対象物２の位置を、割り出すことが可能である。]
[0024] ピン７およびスリーブ５が、軸方向および半径方向の案内の精度をさらに向上させる案内面の領域において、２次元的な（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）又は広範囲な（ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ）方法で互いに接する。磁界センサ３を、スリーブ５のうちの狭窄部を形成している部位に取り付けることが好都合である。なぜならば、そのような部位においては、たとえ振動が生じても、ピン７の磁界センサ３からの距離（ピン７の移動の方向に対して垂直な方向の距離）が、一定のままであるからである。]
[0025] スリーブ５から突き出している端部４において、ピン７は、角が丸められるとともに、平坦なフェース面を有しており、平坦なフェース面の直径は、図示の実施形態においては、スリーブ５の狭窄部における内径の５０％である。この幾何学的設計ゆえに、面荷重が小さくなるような充分に大きい接触面が対象物２に接したピン７の端部４における面により実現されるだけでなく、摩耗の少ない動作も実現される。さらに、接合面が小さくなることで摩擦が最小限になり、測定対象物２について生じうる傾きの際に、横力の伝達が防止される。一般に、フェース面が、狭窄部におけるスリーブ５の内径の約２０〜６０％の直径を有することが好ましい。]
[0026] ピン７は、熱硬化性材料を使用して永久磁石１をインサート成型することによって製造される。スリーブ５も、熱硬化性材料で製作され、好ましくは同じ熱硬化性材料で製作される。このようにして、ピン７およびスリーブ５が類似の熱膨張係数を有することで、広い温度範囲において案内面８の領域における引っかかりおよびすき間が防止される。したがって、図示のリニアセンサを、特に自動車のエンジンルームに設置することが可能であり、動作中に、機能障害を生じることなく１７０℃まで加熱することができる。]
[0027] 摺動特性を向上させるために、ピン７について、グラファイト粒子が追加されてなる熱硬化性材料を使用することが好ましい。追加のグラファイト粒子は、熱硬化性材料の硬さを低下させる。この方法では、動作時の不可避の摩耗が、実質的にもっぱらピン７において生じ、スリーブ５においては生じない。摩耗箇所（ａｂｒａｓｉｏｎ）がグラファイト充てん材を含んでいるため、摩耗粉が案内面８において潤滑材として機能する。この利点は、ピン７に代え、あるいはピン７に加えて、スリーブ５をグラファイト粒子含有のプラスチックから製造することでも利用することができる。]
[0028] しかしながら、ピン７の熱硬化性材料がグラファイト粒子を含むならば、特に好都合である。その場合、フェース面４において生じる摩耗が、摩擦を少なくし、したがって測定対象物２が傾いた際に生じうる横力を小さくする。原理的には、スリーブ５およびピン７の両方にグラファイト粒子含有のプラスチックを使用することも可能である。しかしながら、これは、摩耗が増加するため好ましくない。]
[0029] 図２は、円柱形のピン７が直線的に変位できるように配置されたスリーブ５を備えているリニアセンサを開示している。ピン７が、永久磁石１を備えており、スリーブ５から突き出している自身の端部４において測定対象物に当接している。ホールセンサ３が、スリーブ５に取り付けられている。ピン７が変位することで、センサ３の領域の磁界に変化が生じる。] 図２
[0030] この変化を評価することによって、磁石１の位置、したがって測定対象物２の位置を、割り出すことが可能である。図１の典型的な実施形態と対照的に、磁石ホルダ６が、図２の典型的な実施形態においては、ドーム状の領域１１を有している。] 図１ 図２
[0031] １磁石
２測定対象物
３磁界センサまたはホールセンサ
４センサと測定対象物との間の接触面／端部
５ガイドまたはスリーブ
６磁石ホルダ
７磁石ハウジング／ピン
８ 案内面
９ばね部材
１０環状部材
１１ 磁石ホルダのドーム状の領域]

权利要求:

請求項1
スリーブ（５）と、永久磁石（１）を備えており、直線的に変位できるようにスリーブ（５）内に支持されているピン（７）と、前記スリーブ（５）に取り付けられ、前記永久磁石（１）の変位を検出するために使用される磁界センサ（３）とを備えているリニアセンサにおいて、前記ピン（７）が、実質的に円筒形のガイド（８）によって案内され、磁石またはピンホルダ（６）を有していることを特徴とするリニアセンサ。
請求項2
前記ピン（７）の前記ガイド（８）が、前記ピン（７）が前記スリーブ（５）に接触する前記スリーブ（５）の狭窄部によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアセンサ。
請求項3
前記磁石および／またはピンのホルダ（６）が、特に積極的および／または非積極的に、測定対象物（２）へと剛に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のリニアセンサ。
請求項4
前記磁石および／またはピンのホルダ（６）が、ドーム状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項5
前記磁石またはピンのホルダ（６）が、少なくとも３つのばね部材（９）を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載のリニアセンサ。
請求項6
前記ばね部材（９）が、前記磁界センサ（３）に面する側において、実質的に環状の部材（１０）に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のリニアセンサ。
請求項7
前記ピン（７）が、前記磁界センサ（３）から遠ざかる方を向いている端部（４）に、太くされた部分を有していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項8
前記端部（４）が、前記太くされた部分によって前記環状の部材（１０）に当接していることを特徴とする請求項６に記載のリニアセンサ。
請求項9
前記ピン（７）および／または前記スリーブ（５）が、グラファイト粒子含有のプラスチックで作られていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項10
前記ピン（７）が、グラファイト粒子含有のプラスチックで作られていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項11
前記スリーブ（５）が、熱硬化性材料で作られていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項12
前記ピン（７）が、熱硬化性材料で作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項13
前記スリーブ（５）および前記ピン（７）が、追加されてもよいグラファイト粒子を除き、同じ熱硬化性材料で作られていることを特徴とする請求項１１に記載のリニアセンサ。
請求項14
前記ピン（７）が、前記永久磁石（１）をインサート成型することによって製造されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項15
前記ピン（７）が、円形の断面を有していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項16
前記ピン（７）が、前記スリーブ（５）から突き出している端部（４）において、角が丸められていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項17
前記ピン（７）が、前記スリーブ（５）から突き出している端部（４）に、フェース面を有しており、該フェース面の直径が、前記狭窄部における前記スリーブ（５）の内径の２０％〜６０％であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項18
前記磁界センサ（３）が、前記スリーブ（５）の前記狭窄部を形成している部位に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項19
前記ピン（７）を、前記スリーブ（５）内で回転させることができることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
請求項20
前記磁石および／またはピンホルダ（６）が、プラスチックおよび／または金属で作られていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載のリニアセンサ。