JPH0749967B2 - 光学的位置検出センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被検出体の位置変位を非接触的に検出可能な
光学的位置検出センサに関するものである。

［従来の技術］ 位置変位を検出するためのセンサには種々な形状構成の
ものが提案されているが、光学的検出センサは機械的あ
るいは電気的接点部分を有しておらず、被検出体とセン
サの間を非接触状態としセンサを密封構成することが可
能であり、摩耗やスパーク発生など誤動作や事故の原因
となる構成部分がないことから、精密機械や外部雰囲気
の悪い施設あるいは火気を嫌う施設などにおいてとくに
有用であり、注目されるようになった。

第５図に示すものは、そのような光学的位置検出センサ
の従来の構成例の一を示す説明断面図である。

図において、１はボディ9^-にベアリング12をもって回転
軸11が取付けられている非磁性材料よりなる回転体であ
り、当該回転体１の外周には磁石又は強磁性体よりなる
スパイラル状の磁性体層２が形成されている。一方、ボ
ディ9^-の外側には被検出体（図示されていない）に固定
された外部磁石３があり、図中の距離Ｌを該外部磁石３
が3^-へと前進しあるいは後退し得る構成を有する。い
ま、外部磁石３が第５図に示す位置にあるとき、スパイ
ラル状磁性体２は当該外部磁石３にもっとも近い部分が
磁力により強く引き付けられて、回転体１は第５図に示
した位置で停止状態にある。外部磁石３が被検出体の移
動に伴い3^-側に移動すると、それに伴い外部磁石３によ
ってスパイラル状磁性体２の引き付けられる位置が変
り、それに応じて回転体１は回転する。

本センサには、別途支持ケース30により支持された一対
の光ファイバ20、20^-（図では一方のみが示されてい
る）が配設されており、コネクタ21により成端部22が接
続され、先端部のコリメートレンズ23により光が出射さ
れ、反射鏡８で反射した光がもう一方のコリメートレン
ズ23^-（図示されていない）を介して入射されるように
構成されている。（具体的には第６図参照）反射鏡８は
回転体１の定められた位置に設置されており、前述のよ
うに外部磁石３が移動しそれに伴い回転体１が回転せし
められると、反射鏡８も回転移動し、それまで反射鏡８
で反射されて受光側光ファイバに入射していた反射光が
オフとなる。この反射光のオフを検知することにより、
被検出体に位置変位が生じたことを検出するものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成されるセンサにおいて、被検出体の移
動範囲が前記検出範囲Ｌ内であれば問題はないが、この
Ｌを越えて移動した場合には、外部磁石３もそれに応じ
て移動し、スパイラル状磁性体２を引き付けることによ
り回転体１の回転を拘束していたものがなくなる。この
ため、センサ部に振動や衝撃が加わると回転体１が勝手
に回転し、任意に前記した光のオン−オフを発信したり
して誤動作するおそれがある。

さらに、上記従来例においては、第６図に示すように光
の反射面を一点で構成しており、この反射面における入
射角に合致させるために、光ファイバ20,20に図に示す
ような角度を持たせ、その角度に強制的に保持させてお
く必要がある。さらに、光ファイバは外力に対する強度
が不十分であり、上記のように保持させたその周囲をさ
らに保護ケース31で２重に保護してやる必要があり、寸
法的にセンサ本体部分よりこの光ファイバ保持部の方が
大きくなってしまって実用上好ましくないという問題も
あった。

本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解
消し、外部磁石が検出範囲を超えて移動してもそれが戻
ってくるまでの間回転体が勝手に動かないようロックし
ておくことが可能であり、また全体の形状を小型化させ
得る光学的位置検出センサを提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、外部磁石とスパイラル状磁性体の間に前記外
部磁石と平行して所定範囲動き得るスライド磁性体を配
置し、当該スライド磁性体の移動範囲の両サイドに該ス
ライド磁性体を磁気的にロックさせ得るロック用磁石を
配置すると共に、回転体にその軸方向に平行な複数の光
路を設け、光路の片側に光ファイバの成端部をそして反
対側に反射鏡を設け、一の光路に出射光を導通させ反射
鏡により反射させた光を他の光路を介して受光端に受光
せしめ得るように構成したものである。

［作用］ 外部磁石が移動するにつれ、スライド磁性体が移動する
から、該スライド磁性体とスパイラル状磁性体との間に
磁気的吸引作用を形成させておけば、外部磁石が検出範
囲を超えて移動してしまっても、スライド磁性体が回転
体を拘束しつづけ、回転体の自由回転は阻止される。ス
ライド磁性体はその位置でロック用磁石によりロックさ
れ、自由移動することがない。また、回転体に平行な光
路を形成すれば、光ファイバを平行に配置でき、支持構
造が簡略化でき、全体に小型化させることができる。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例図面を参照し説明する。

第１図は、本発明に係るセンサ本体部の具体的構成を示
す断面図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図であ
る。

１は例えばアルミのような非磁性でかつ軽量な材料より
なる回転体であり、その回転軸11がベアリング12を介し
ボディ９に回動自在に支持される。２は、当該回転体１
の外周にスパイラル状に巻付けられあるいは埋込まれた
磁石あるいは強磁性体より磁性体層であり、３が前述し
た外部磁石である。

本発明においては、回転体１を収納している非磁性体よ
りなるケース10の外側に同じく非磁性体よりなるカバー
14が取付けられ、前記外部磁石３の検出範囲とほぼ等し
いスライド空間15が外部磁石３の移動方向に平行に形成
されて、当該スライド空間15内を自由に滑動可能なスラ
イド磁性体４が配置される一方、スライド空間15の両端
部にはロック用磁石5,5がインシュレータ16を介し設置
される。

上記のような磁石あるいは磁性体の配置において、基本
的には外部磁石３の磁気的吸引力がスパイラル状磁性体
２に作用し、先の従来例において説明したように、外部
磁石３の移動に応じ回転体１を回転せしめ得る必要があ
る。従って、かかる作用を発揮できる構成となるよう
に、スパイラル状磁性体２を強磁性体で構成するか磁石
とするか、あるいはスライド磁性体４を強磁性体で構成
するか磁石とするか、それぞれ適宜組合せ選択すること
が必要である。

スライド磁性体４は、外部磁石３の吸引力を受け、当該
外部磁石３が移動すれば外部磁石３と共にスライド空間
15内を移動する。外部磁石３が検出範囲を越えて移動し
て行けば、スライド磁性体４はスライド空間15の端部に
突き当り停止すると共に、ロック用磁石５の吸引力によ
りその位置に磁気的にロックされる。このロックされた
磁性体４によりスパイラル状磁性体２を磁気的に吸引し
拘束し得るよう構成しておけば、当該スライド磁性体４
による拘束力を受け、外部磁石３の有無に関係なく回転
体１の自由回転は生じない。外部磁石３が元に復帰し検
出範囲内に戻ってくれば、スライド磁性体４は再び外部
磁石３の吸引力を受け外部磁石３と共に移動するように
なり、スパイラル状磁性体２の吸引位置も移動し、それ
により先に説明したように回転体１が回転する。

故に、スパイラル状磁性体２、スライド磁性体４、ロッ
ク用磁石５のそれぞれの構成を強磁性体とするか磁石と
するかの選択は、上記の動作が適切に行なわれる組合せ
となるような選択でなければならない。スライド磁性体
４を磁石として選択した場合には、ロック用磁石５を強
磁性体により構成しても差支えないことは勿論であり、
ロック用磁石なる表現の中にはかかる態様を含むもので
ある。

一方、本実施例においては、回転体１は第２図に示すう
にコア1aと緑体1bとにより構成され、コア1aには一対の
光路7,7^-が回転体１の軸に平行に形成されており、当該
光路7,7^-の一端側のボディ９には光ファイバ成端部（図
示は省略されている）を取付ける取付部６が、そして他
端側には反射鏡取付け用フレーム13に反射鏡8,8^-が設置
される。

光ファイバ成端部と反射鏡との配置関係は、回転体１が
特定の位置にあるときにそれぞれを光路7,7^-の両側で対
向せしめ得る配置関係に設定され、一方の光ファイバ成
端部よりの出射光40が一の光路７を通過して、第３図
（ａ）に示すように反射鏡８で反射し、反射鏡8^-で再反
射した反射光41は光路7^-を通過して光ファイバの受光側
成端部に入光し得る構成となっている。第３図（ｂ）は
反射鏡8,8^-の取付け状況を正面側よりみた正面見取図で
ある。

本発明に係るセンサは、上記のように構成されており、
外部磁石３が特定の位置例えば第１図の右端側にあると
き、その位置に対応してスパイラル状磁性体２の特定位
置が吸引され、回転体１の回転が特定位置で拘束停止せ
しめられる。いま、その状況下で前記光路7,7^-内におけ
る入・反射光の導通が行なわれる配置関係にあると仮定
する。被検出体が移動し外部磁石３がそれに伴って移動
すれば、スパイラル状磁性体２の吸引位置が変り、それ
に応じて回転体１が回転して、それまでの光路7,7^-内の
光の導通が遮断され、それまでオンであった入射光はオ
フになる。これにより被検出体に位置変位の生じたこと
を検知することができる。

光路については、上記のように２本に限定されるもので
はなく、任意のｎ本に形成してもよい。

第４図は、光路7₁〜7₆までの６本の光路を60度ごとに配
置したものである。7₁が出射光の通路となり7₂が反射光
の通路となる状態でスタートし、回転体１が60度回転す
ればつぎに7₂が出射通路で7₃が反射通路となる。以下60
度回転ごとに出・反射の通路が順送りに変るから、これ
をパルス数で表示してやれば、外部磁石３すなわち被検
出体のより細かな移動情報を入手することができる。

具体例として、上記における回転体上のスパイラル状磁
性体の巻付けピッチが30mmであったとし、パルス数が
「２」であったとする。回転体は60度×２＝120度回転
したことになり、120/360すなわち1/3回転となって、30
×1/3＝10すなわち、被検出体は10mm移動したことが検
出される。

同様にして、光路数を増やし巻付け磁性体のピッチを適
当に調整してやることで、検出距離および精度の向上を
図ることができるものである。

本発明においては、外部磁石の移動が大きくても回転体
が自由に回転してしまうおそれのないことは先に説明し
た通りであるが、出・反射光の光路を平行とし、反射鏡
を光路の反対側に設置したことにより、光ファイバ成端
部に角度をもたせる必要がなく、全体的にコンパクトに
取付けることができる結果、センサ全体の形状を従来よ
り大巾に小型化し得るもう一つの特徴を有する。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明に係る位置検出センサによればつぎ
のようなすぐれた効果を発揮させることができる。

（１）スライド磁性体とロック用磁石の配置により外部
磁石が検出範囲を逸脱しても、誤動作の生ずるおそれが
ない。

（２）非接触的に変位検出ができ、メカニカルな摩耗な
ど誤動作につながる部分が存在しないから、故障しにく
く、大巾に信頼性を高め得る。

（３）光による方法である上光通路部を密封できるの
で、外部ノイズの入る心配がなく、電気接点のように火
花を発することもないから防爆上からみてきわめて安全
である。

（４）１台のセンサにより数点の位置検出をすることも
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例を示す断面図、第２図は１
図のＡ−Ａ断面図、第３図（ａ）は反射鏡の配置状況を
示す説明図、同図（ｂ）はその正面見取図、第４図は光
路の別な形成例を示す説明図、第５図は従来例を示す断
面図、第６図は従来例における光の反射部分の構成を示
す説明図である。 1:回転体、2:スパイラル状磁性体層、3:外部磁石、4:ス
ライド磁性体、5:ロック用磁石、7,7^-，7₁〜7₆：光路、
8,8^-：反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性材料よりなる円柱状回転体の外周に
   強磁性体あるいは磁石よりなるスパイラル状の磁性体層
   を形成し、被検出体側に設けられた外部磁石が前記回転
   体の軸方向に移動することにより前記スパイラル状磁性
   体層を引き付け、それにより回転体に回転を生じさせて
   その回転を光学的通路のオン−オフに利用し被検出体の
   位置変位を光学的に検出する位置検出センサにおいて、
   前記スパイラル状磁性体と外部磁石との間に外部磁石と
   平行に動き得る磁石あるいは強磁性体よりなるスライド
   磁性体を設置し、当該スライド磁性体のスライド域の両
   側に該スライド磁性体を磁気的にロック可能なロック用
   磁石を配置する一方、回転体には当該回転体の軸方向に
   平行な複数の光路を形成し、光路の一方側には光ファイ
   バの発光および発光端を、これら発・受光端に相対する
   光路の反対側には一の光路よりの出射光を他の光路に具
   合よく反射させ得る反射鏡が設けられてなる光学的位置
   検出センサ。