JP2000009412A

JP2000009412A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2000009412A
Application number: JP10173616A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nekado; 康夫根門; Masaaki Kusumi; 雅昭久須美; Kenichi Sato; 謙一佐藤
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Sony Manufacturing Systems Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JP3937372B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度でありかつ小型化した位置検出装置を
提供する。【解決手段】位置検出装置１は、筐体３内に、高周波
励磁された第１のコイル５と、コイル長が第１のコイル
５のコイル長よりも短く高周波励磁された第２のコイル
７と、第１のコイル５の中心軸方向に対して相対移動自
在に、第１のコイル５内に挿入されたコア９と、第１の
コイル５のインピーダンスと第２のコイル７のインピー
ダンスとの差に基づき、コア９と第１のコイル５との相
対移動位置を検出する検出手段とを備えている。第１の
コイル５は、コア９の移動に応じてインピーダンスが変
化し、第２のコイル７は、コア９の移動によりインピー
ダンス変化が生じない位置に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や産業用
ロボット等の可動部分の絶対移動位置を検出する位置検
出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より工作機械や産業用ロボット等の
可動部分の移動量や移動位置を検出する位置検出装置と
して、例えば、差動トランス方式の位置検出装置が知ら
れている。

【０００３】図１４に、この差動トランス方式による従
来の位置検出装置を示す。

【０００４】従来の位置検出装置１００は、励磁コイル
１０１と、この励磁コイル１０１の巻回の中心軸方向
（以下、コイルの巻回の中心軸方向を巻回方向とい
う。）の両端に隣接して設けられた第１と第２の検出コ
イル１０２，１０３とを備えている。

【０００５】第１と第２の検出コイル１０２，１０３
は、励磁コイル１０１に対してその中心軸が一致するよ
うに端部に隣接して設けられ、その巻回方向の長さＬ
（以下、コイルの巻回方向の長さをコイル長という。）
が励磁コイル１０１のコイル長と同一となっている。励
磁コイル１０１は、図示しない駆動回路により例えば２
ｋＨ〜３ｋＨ程度の周波数の信号で励磁される。第１と
第２の検出コイル１０２，１０３は、励磁コイル１０１
と磁気的に結合されており、この励磁コイル１０１から
発生する磁束により電気的な出力が誘起される。

【０００６】また、従来の位置検出装置１００は、丸棒
状の磁性材料からなるコア１０４と、長手方向の一端が
工作機械や産業用ロボット等の可動部１０６に取り付け
られ、他端にコア１０４の長手方向の一端が取り付けら
れたスピンドル１０５とを備えている。コア１０４は、
長手方向の中心軸が励磁コイル１０１の中心軸と一致す
るように、励磁コイル１０１、第１の検出コイル１０２
及び第２の検出コイル１０３内に移動自在に挿入されて
いる。コア１０４は、スピンドル１０５がＸ１方向及び
Ｘ２方向に直線移動する可動部１０６に取り付けられて
いるため、この可動部１０６の移動に応じて、上記励磁
コイル１０１、第１の検出コイル１０２、第２の検出コ
イル１０３内をＸ１方向及びＸ２方向に直線移動する。

【０００７】以上のような構成の従来の位置検出装置１
００では、各検出コイル１０２，１０３のインダクタン
スがコア１０４の挿入量に応じて変化する。そのため、
この従来の位置検出装置１００では、励磁コイル１０１
から発生する磁束により励起される電気的な出力に基づ
き、各検出コイル１０２，１０３のインダクタンスを検
出し、その差動出力を求めることで、コア１０４と各検
出コイル１０２，１０３との相対移動位置を検出するこ
とができる。従って、この位置検出装置１００では、ス
ピンドル１０５を介してコア１０４に取り付けられた上
記可動部の絶対移動位置を検出することができる。

【０００８】図１５に、この従来の位置検出装置１００
の出力特性図を示す。

【０００９】例えば、第１の検出コイル１０２と第２の
検出コイル１０３に対して均等な挿入量となる位置にコ
ア１０４があるときには、第１の検出コイル１０２と第
２の検出コイル１０３の内部の磁束量が同一となる。そ
のため、第１の検出コイル１０２の出力Ｃ１と第２の検
出コイル１０３の出力Ｃ２とは同一となり、その差動出
力（Ｃ２−Ｃ１）は０となる。このときの状態を平衡状
態とする。

【００１０】この平衡状態から、コア１０４が第１のコ
イル１０２側に移動すると、第１のコイル１０２の出力
Ｃ１は増加し、第２のコイル１０３の出力Ｃ２は減少す
る。従って、その差動出力（Ｃ２−Ｃ１）は減少する。
また、この平衡状態から、コア１０４が第２のコイル１
０３側に移動すると、第１のコイル１０２の出力Ｃ１は
減少し、第２のコイル１０３の出力Ｃ２は増加する。従
って、その差動出力（Ｃ２−Ｃ１）は増加する。

【００１１】このように、この従来の位置検出装置１０
０では、コア１０４の移動位置に応じて出力が直線的に
変化するため、このコア１０４に接続されている可動部
１０６の移動位置をこの出力に基づき検出することがで
きる。

【００１２】以上のように、従来の位置検出装置１００
では、各検出コイル１０２，１０３のインダクタンス変
化の差動出力を取ることで、ノイズに強く、直線性の良
い位置検出を行うことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、差動トラン
ス方式による従来の位置検出装置１００は、コア１０４
の移動距離と同じ長さ以上のコイル長を持つコイルを３
つ必要としていた。すなわち、従来の位置検出装置１０
０では、全コイルのコイル長の合計の長さが、移動位置
を検出することが可能な有効長に対して３倍以上の長さ
を必要としていた。そのため、この従来の位置検出装置
１００では、コア１０４の移動方向の大きさが、少なく
とも有効長の３倍程度必要となり、装置全体の小型化を
することが困難であった。

【００１４】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、高精度であり、かつ、小型化した位置検
出装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る位置検出装置は、高周波励磁された
第１のコイルと、コイル長が上記第１のコイルのコイル
長よりも短く、中心軸が上記第１のコイルの中心軸と一
致し、高周波励磁された第２のコイルと、上記第１のコ
イルの中心軸方向に対して相対移動自在に、この第１の
コイル内に挿入された磁性材料からなるコアと、上記第
１のコイルのインピーダンスと上記第２のコイルのイン
ピーダンスとの差に基づき、上記コアと上記第１のコイ
ルとの相対移動位置を検出する検出手段とを備え、上記
第２のコイルは、上記コアの移動によりインピーダンス
変化が生じない位置に設けられることを特徴とする。

【００１６】この位置検出装置では、上記コアの移動位
置に応じて変化する高周波励磁された上記第１のコイル
と第２のコイルのインピーダンスの差を検出し、このイ
ンピーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物
体の移動位置を検出する。

【００１７】本発明に係る位置検出装置は、上記コアの
挿入方向の上記第１のコイルの先端部分の近傍に固定さ
れて設けられた高透磁率材料を備えることを特徴とす
る。

【００１８】この位置検出装置では、上記コアの移動位
置に応じて変化する高周波励磁された上記第１のコイル
と第２のコイルのインピーダンスを検出し、このインピ
ーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物体の
移動位置を検出する。また、この位置検出装置では、上
記第１と第２のコイルから生じる磁束が上記高透磁率材
料を通過する。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、直線移動範囲が１０ｍｍで
ある可動部の移動位置を検出する本発明の第１の実施の
形態の位置検出装置について説明する。

【００２０】図１に、本発明を適用した第１の実施の形
態の位置検出装置の断面図を示す。

【００２１】位置検出装置１は、工作機械や産業用ロボ
ットの直線移動部分である可動部２の移動位置を検出す
る。可動部２は、例えば、図中Ｘ１方向又はＸ２方向に
直線移動する。この可動部２の移動量は、１０ｍｍとな
っている。位置検出装置１では、この可動部２の移動を
１０ｍｍの範囲で位置検出することができるように、位
置検出が可能な有効長が１０ｍｍ以上となっている。

【００２２】位置検出装置１は、円筒状の筐体３と、第
１のボビン４に巻回されてこの筐体３内に収納された第
１のコイル５と、第２のボビン６に巻回されてこの筐体
３内に収納された第２のコイル７と、筐体３を閉塞する
蓋体８とを備えている。

【００２３】筐体３は、例えば、直径が８ｍｍ、長手方
向の長さが１２５ｍｍの外形寸法の円筒状の形状を有し
ている。この筐体３は、長手方向が可動部２の移動方向
に平行となり、一方の開口部３ａがこの可動部２に対向
する位置に固定されている。

【００２４】第１のコイル５は、例えば、直径が０．０
６ｍｍのＣｕ線が第１のボビン４に１層分巻回されるこ
とにより形成されている。この第１のコイル５の巻回の
中心軸方向の長さ（コイル長）は、可動部２の可動範囲
すなわちこの装置の有効長よりも長くなっており、例え
ば、２５ｍｍとなっている。また、この第１のコイル５
のコイル径は例えば４ｍｍとなっている。第１のボビン
４に巻回された第１のコイル５は、その中心軸が円筒状
の筐体３の中心軸に一致するように、この筐体３の内部
に収納されている。

【００２５】第２のコイル７は、例えば、直径が０．０
６ｍｍのＣｕ線が第２のボビン６に１層分巻回されるこ
とにより形成されている。この第２のコイル７のコイル
長は、上記第１のコイル５のコイル長より短く、例え
ば、３ｍｍとなっている。また、この第２のコイル７の
コイル径は、上記第１のコイル５のコイル径と同一で、
例えば４ｍｍとなっている。第２のボビン６に巻回され
た第２のコイル７は、その中心軸が円筒状の筐体３の中
心軸に一致するように、この筐体３の内部に収納されて
いる。

【００２６】ここで、第１のコイル５と第２のコイル７
は、可動部２の移動方向に対して、端部をつきあわせた
形で、隣接した位置に配置されている。例えば、第１の
コイル５は可動部２に対向する筐体３の一方の開口部３
ａ側に配置され、第２のコイル７は可動部２に対向しな
い筐体３の一方の開口部３ｂ側に配置される。

【００２７】このように配置された第１のコイル５及び
第２のコイル７は、筐体３の可動部２に対向しない一方
の開口部３ｂが有底筒状の蓋体８により閉塞されること
により、筐体３内の所定の位置に固定されている。この
第１のコイル５と第２のコイル７は、コイルを構成する
Ｃｕ線の一端どうしが接続され、筐体３内から外部に挿
出された信号線５ａに接続している。また、第１のコイ
ル５のＣｕ線の信号線５ａに接続されていない一端が筐
体３内から外部に挿出された信号線５ｂに接続され、第
２のコイル７のＣｕ線の信号線５ａに接続されていない
一端が筐体３内から外部に挿出された信号線７ａに接続
されている。そして、各コイル５，７は、信号線５ａ，
５ｂ，７ａを介して後述する駆動検出回路に接続し、こ
の駆動検出回路によりそれぞれ高周波励磁されている。

【００２８】また、この位置検出装置１は、第１のコイ
ル５内に挿入された丸棒状のコア９と、このコア９を支
持するスピンドル１０とを備えている。

【００２９】コア９は、例えば、ＳＫ材から構成されて
いる。このコア９は、磁性材料から構成されるものであ
ればどのようなものであってもよく、例えば、Ｆｅ、Ｎ
ｉＦｅ等でもよい。また、コア９は、高透磁率材料であ
るパーマロイや、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂ等により構成さ
れるアモルファス合金を用いてもよい。このコア９は、
長手方向の長さがこの装置の有効長よりも長い長尺状の
形状となっており、例えば、直径が２ｍｍ、長手方向の
長さが２１．５ｍｍの丸棒状の形状を有している。

【００３０】このコア９は、その中心軸が、第１のコイ
ル５の中心軸と一致するように、この第１のコイル５内
に挿入されている。このコア９は、第１のコイル５の中
心軸方向に移動可能とされており、第１のコイル５の中
心軸方向の中心位置ｏを中心として、少なくとも、可動
部２の可動量すなわちこの位置検出装置の有効長である
１０ｍｍの範囲で移動可能となっている。このようなコ
ア９は、可動部２に対向する方向の一端が、スピンドル
１０に取り付けられている。

【００３１】スピンドル１０は、丸棒状の形状を有して
おり、蓋体８が取り付けられていない筐体３の開口部３
ａから、この筐体３内に挿入されている。このスピンド
ル１０は、筐体３の内壁に摺動自在に支持され、長手方
向に移動自在となっている。

【００３２】このスピンドル１０は、筐体３に挿入され
た方向の一端に、丸棒状の中心軸が一致するようにコア
９が取り付けられている。また、このスピンドル１０
は、コア９が取り付けられていない一端が、可動部２に
取り付けられている。

【００３３】以上のような構成の位置検出装置１では、
可動部２が、図中Ｘ１方向又はＸ２方向に直線移動する
と、スピンドル１０もこの移動にともなって筐体３内を
図中Ｘ１方向又はＸ２方向に直線移動する。このことに
より、コア９が、可動部２の移動にともなって、第１の
コイル５の内部を、この第１のコイル５の中心軸方向に
有効長の範囲で直線移動する。

【００３４】ここで、第１のコイル５は、コア９の挿入
量に応じてインピーダンスが変化する。すなわち、この
第１のコイル５は、コア９との相対位置の関係によっ
て、インピーダンスが変化する。

【００３５】例えば、図２に示すように、第１のコイル
５のコイル長をＬとし、コア９が挿入されていない空心
部分の第１のコイル５の長さをｘとする。このｘが、第
１のコイル５とコア９との相対移動位置を示す。すなわ
ち、ｘ＝０となっているときにコア９が第１のコイル５
内に完全に挿入された状態となり、ｘ＝Ｌとなっている
こときにコア９が第１のコイル５に全く挿入されていな
い状態となる。ここで、コア９が、第１のコイル５内を
距離ｘだけ移動したとする。このときの第１のコイル５
の全体のインピーダンスＺ_allは、コア９が挿入されて
いない空心部分（ｘ）のインピーダンスＺ₁と、コア９
が挿入されている有心部分（Ｌ−ｘ）のインピーダンス
Ｚ₂との総和となり、以下の式（１）で表される。

【００３６】Ｚ_all＝Ｚ₁（ｘ）＋Ｚ₂（Ｌ−ｘ）但しｘ≦Ｌ・・・（１）このように、第１のコイル５の全体のインピーダンスＺ
_allは、第１のコイル５とコア９との相対移動位置ｘの
関数となる。

【００３７】従って、位置検出装置１では、コア９が移
動することによって第１のコイル５のインピーダンスが
変化することから、この第１のコイル５のインピーダン
スを検出することにより、このコア９とスピンドル１０
を介して接続された可動部２の移動位置を検出できる。

【００３８】また、このような第１のコイル５に対し
て、第２のコイル７は、コア９との相対位置の関係によ
ってインピーダンスが変化しない。すなわち、第２のコ
イル７は、上述したように、可動部２に対向しない筐体
３の一方の開口部３ｂ側に、第１のコイル５につきあわ
せたかたちで隣接して配置されていることから、可動部
２が移動しても内部にコア９が常に挿入されず、インピ
ーダンスが変化しない。そのため、位置検出装置１で
は、第１のコイル５のインピーダンスを検出するととも
に、第２のコイル７のインピーダンスを検出し、この差
分を求めることにより、温度変化や電気的なノイズの影
響を除去することができ、高精度な位置検出を行うこと
ができる。

【００３９】このような第１のコイル５のインイーダン
スの変化を検出するため位置検出装置１では、筐体３の
外部に駆動検出回路を備えている。位置検出装置１で
は、この駆動検出回路により、第１のコイル５及び第２
のコイル７を高周波で励磁するとともに、第１のコイル
５のインピーダンスと第２のコイル７のインピーダンス
とをを直流電圧として検出して、その差分に基づき上記
可動部２の移動位置を検出する。

【００４０】図３に位置検出装置１に備えられる駆動検
出回路の回路図を示す。

【００４１】位置検出装置１に備えられる駆動検出回路
１１は、発振回路１２と、発振回路１２からのパルス信
号に基づき第１のコイル５及び第２のコイル７の駆動電
流をスイッチングするスイッチング回路１３と、第１の
コイル５の出力電圧を検出して平滑化する第１の平滑回
路１４と、第１のコイル５と並列に接続された第２のコ
イル７の出力電圧を検出して平滑化する第２の平滑回路
１５と、平滑化された第１のコイル５と第２のコイル７
との出力電圧の差分を増幅する差動増幅回路１６とを備
えている。

【００４２】第１のコイル５と第２のコイル７とは、図
３に示すように、スイッチング回路１３に対して並列接
続されている。第１のコイル５は、一端が抵抗ｒ₁を介
して電源電圧Ｖｃｃが供給され、他端がスイッチング回
路１３を介して接地されている。また、第２のコイル７
は、一端が上記抵抗ｒ₁と同一の抵抗値の抵抗ｒ₂を介し
て電源電圧Ｖｃｃが供給され、他端がスイッチング回路
１３を介して接地されている。この第１のコイル５及び
第２のコイル７は、それぞれ抵抗ｒ₁，ｒ₂との接続点か
ら検出出力が取り出される。

【００４３】発振回路１２は、例えば、周波数１ＭＨ
ｚ，パルス幅２００ｎｓのパルス信号を発生する。スイ
ッチング回路１３は、このパルス信号に基づき、並列接
続された第１のコイル５及び第２のコイル７に流れる電
流をスイッチングする。このことにより、第１のコイル
５及び第２のコイル７が高周波パルス電流で励磁され
る。

【００４４】発振回路１２による第１のコイル５及び第
２のコイル７の駆動は、パルス信号に限られず、例え
ば、正弦波信号であってもよい。もっとも、パルス信号
で駆動することにより、回路を安価にすることができ、
さらに、デューティー比を変化させることで消費電力を
抑えつつインピーダンス特性を良好にすることができ
る。

【００４５】また、第１のコイル５は、駆動する信号の
周波数を上げていくことにより、そのインピーダンス特
性の変化の直線性が良好となっていく。さらに、第１の
コイル５及び第２のコイル７は、駆動する信号の周波数
を上げていくことにより、その応答速度が高速となって
いく。従って、発振回路１２による第１のコイル５及び
第２のコイル７の駆動は、良好なインピーダンス特性が
得られて応答速度が高速となる高周波信号であればよ
く、例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の信号で駆動
することができる。また、第１のコイル５の特性によっ
ては、例えば、５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の信号であれ
ば良好な特性を得ることができる。

【００４６】第１の平滑回路１４は、第１のコイル５と
抵抗ｒ₁との接続点の電圧を検出して平滑化する。第２
の平滑回路１５は、第２のコイル７と抵抗ｒ₂との接続
点の電圧を検出して平滑化する。

【００４７】差動増幅回路１６は、第１の平滑回路１４
により平滑化された第１のコイル５の出力電圧と、第２
の平滑回路１５により平滑化された第２のコイル７の出
力電圧との差動電圧を検出して、この差動電圧を増幅し
た信号を生成し、この信号を可動部２の位置信号として
出力する。

【００４８】以上のように駆動検出回路１１は、第１の
コイル５に高周波のパルス電流を励磁することができ
る。また、第２のコイル７は、上述したようにインピー
ダンスの変化が生じないので、第１のコイル５と第２の
コイル７との差分を取ることにより、第１のコイル５の
インピーダンス変化に比例して変化する電圧値を検出し
て、この値を可動部２の位置信号として出力することが
できる。

【００４９】図４に、可動部２の位置（Position）に対
する駆動検出回路１１の出力特性図を示し、図５に、可
動部２の位置に対する出力の直線性誤差（Error）を示
す。

【００５０】図４に示すように、この位置検出装置１で
は、可動部２の移動範囲である有効長１０ｍｍ内で、約
０．６３ボルトから０．２０ボルトの範囲で直線的に電
圧変動する出力を得ることができる。また、図５に示す
ように、この位置検出装置１では、可動部２の移動範囲
である有効長１０ｍｍ内で、直線性誤差を０．５パーセ
ント以下とすることができる。

【００５１】以上のように本発明の第１の実施の形態の
位置検出装置１では、高い精度で可動部２の移動位置を
検出することができる。また、この位置検出装置１で
は、駆動検出回路１１により高周波励磁した第１のコイ
ル５を用いて位置検出を行うので、コイル長に対して位
置検出可能な有効長を長くすることができる。そのた
め、位置検出装置１では、装置全体の小型化を図り、ま
た、回路規模を小さくすることができる。

【００５２】また、この位置検出装置１では、高周波励
磁をした第１のコイル５のインピーダンスを検出をする
ので、応答性に優れ、この第１のコイル５の巻き線数を
少なくすることができる。

【００５３】さらに、この位置検出装置１では、コア９
との相対位置によってもインピーダンス変化が生じない
第２のコイル７との差分を検出して、第１のコイル５の
インピーダンスを検出しているので、温度変化や電気的
なノイズの影響を受けずに、位置検出をすることができ
る。また、第２のコイル７のコイル長は、位置検出可能
な有効長に影響を及ぼさないので、十分短いものとする
ことができ、装置全体を小型化することができる。

【００５４】つぎに、直線移動範囲が１０ｍｍである可
動部の移動位置を検出する本発明の第２の実施の形態の
位置検出装置について説明する。なお、この第２の実施
の形態の位置検出装置を説明するのにあたり、上記第１
の実施の形態の位置検出装置１と同一の構成要素につい
ては、図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省
略する。

【００５５】図６に、本発明を適用した第２の実施の形
態の位置検出装置の断面図を示す。

【００５６】この第２の実施の形態の位置検出装置２０
では、可動部２の移動を１０ｍｍの範囲で位置検出する
ことができるように、位置検出が可能な有効長が１０ｍ
ｍ以上となっている。

【００５７】位置検出装置２０は、円筒状の筐体３と、
第３のボビン２１に巻回されてこの筐体３内に収納され
た第３のコイル２２と、筐体３を閉塞する蓋体８と、第
３のコイル２２の内部に設けられた高透磁率材料である
パーマロイ２３とを備えている。

【００５８】第３のコイル２２は、例えば、直径が０．
０６ｍｍのＣｕ線が第３のボビン２１に１層分巻回され
ることにより形成されている。この第３のコイル２２の
コイル長は、可動部２の可動範囲すなわちこの装置の有
効長よりも長くなっており、また、上記第１の実施の形
態の第１のコイル５のコイル長よりも短く、例えば、２
０ｍｍとなっている。また、この第３のコイル２２のコ
イル径は例えば４ｍｍとなっている。第３のボビン２１
に巻回された第３のコイル２２は、その中心軸が円筒状
の筐体３の中心軸に一致するように、この筐体３の内部
に収納されている。

【００５９】ここで、第３のコイル２２と第２のコイル
７は、可動部２の移動方向に対して端部をつきあわせた
かたちで隣接した位置に配置されている。例えば、第３
のコイル２２は可動部２に対向する筐体３の一方の開口
部３ａ側に配置され、第２のコイル７は可動部２に対向
しない筐体３の一方の開口部３ｂ側に配置される。

【００６０】この第３のコイル２２と第２のコイル７
は、筐体３の可動部２に対向しない一方の開口部３ｂが
有底筒状の蓋体８により閉塞されることにより、筐体３
内の所定の位置に固定されている。

【００６１】また、第３のコイル２２には、可動部２に
対向しない一方の筐体３の開口部３ｂに近接した端部
に、すなわち、コア２４の挿入方向の先端部に、高透磁
率材料であるパーマロイ２３が設けられている。パーマ
ロイ２３は、例えば、直径が２ｍｍで、高さが３ｍｍの
円柱状の形状を有している。

【００６２】ここで、第３のコイル２２にパーマロイ２
３を設けていない場合、励磁駆動した第３のコイル２２
が発生する磁束は、図７（ａ）に示すように、コイル端
部において拡散した状態となる。これに対して、第３の
コイル２２にパーマロイ２３を設けた場合、励磁駆動し
た第３のコイル２２の磁束は、図７（ｂ）に示すよう
に、コイル端部において理想的な平行状態となる。すな
わち、第３のコイル２２の端部にパーマロイ２３を設け
ることにより、第３のコイル２２の内部を通過する磁束
がパーマロイ２３に集束する。そのため、この第３のコ
イル２２では、磁束量の変化に対するインピーダンスの
変化のリニアリティーが改善される。

【００６３】また、パーマロイ２３を設ける位置は、コ
ア７の挿入方向の先端部の近傍であれば、上記図７
（ｂ）に示すような全体が完全に第３のコイル２２の内
部に挿入されている位置に限られない。例えば、図８
（ａ）に示すように、パーマロイ２３の一部が第３のコ
イル２２の外部に突出し、一部が内部に挿入されている
位置に設けても良い。また、図８（ｂ）に示すように、
パーマロイ２３を第３のコイル２２の外部に隣接した位
置に設けても良い。また、図８（ｃ）に示すように、パ
ーマロイ２３を第３のコイル２２の端部から離れた外部
に設けても良い。

【００６４】なお、この位置検出装置２０では、パーマ
ロイ２３に変えて、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｂ等の
高透磁率材料を第３のコイル２２に設けても良い。

【００６５】また、この位置検出装置２０は、第３のコ
イル２２内に挿入された丸棒状のコア２４と、このコア
２４を支持するスピンドル１０とを備えている。

【００６６】コア２４は、材質等は、上記第１の実施の
形態のコア９と同一であるが、長手方向の長さがコア９
よりも短く１６．５ｍｍの丸棒状の形状を有している。

【００６７】以上のような構成の位置検出装置２０で
は、可動部２が、図中Ｘ１方向又はＸ２方向に直線移動
すると、スピンドル１０もこの移動にともなって筐体３
内を図中Ｘ１方向又はＸ２方向に直線移動する。このこ
とにより、コア２４が、可動部２の移動にともなって、
第３のコイル２２の内部を、この第２のコイル２２の中
心軸方向に有効長の範囲で直線移動する。

【００６８】図９に、可動部２の位置（Position）に対
する駆動検出回路１１の出力特性図を示し、図１０に、
可動部２の位置に対する出力の直線性誤差（Error）を
示す。

【００６９】図９に示すように、この位置検出装置２０
では、可動部２の移動範囲である有効長１０ｍｍ内で、
約１．００ボルトから０．４８ボルトの範囲で直線的に
電圧変動する出力を得ることができる。また、図１０に
示すように、この位置検出装置１では、可動部２の移動
範囲である有効長１０ｍｍ内で、直線性誤差を０．５パ
ーセント以下とすることができる。

【００７０】以上のように本発明の第２の実施の形態の
位置検出装置２０では、高い精度で可動部２の移動位置
を検出することができる。また、この位置検出装置２０
では、駆動検出回路１１により高周波励磁した第３のコ
イル２２を用いて位置検出を行うので、コイル長に対し
て位置検出可能な有効長を長くすることができる。その
ため、位置検出装置２０では、装置全体の小型化を図
り、また、回路規模を小さくすることができる。

【００７１】また、この位置検出装置２０では、高周波
励磁をした第３のコイル２２のインピーダンスを検出を
するので、応答性に優れ、この第３のコイル２２の巻き
線数を少なくすることができる。

【００７２】また、この位置検出装置２０では、コア２
４との相対位置によってもインピーダンス変化が生じな
い第２のコイル７との差分を検出して、第３のコイル２
２のインピーダンスを検出しているので、温度変化や電
気的なノイズの影響を受けずに、位置検出をすることが
できる。また、第３のコイル２２のコイル長は、位置検
出可能な有効長に影響を及ぼさないので、十分短いもの
とすることができ、装置全体を小型化することができ
る。

【００７３】さらに、この位置検出装置２０では、コア
２４の挿入方向の第３のコイル２２の先端部分に固定し
たパーマロイ２３を備えることにより、第３のコイル２
２内の磁束を平行とすることができ、第３のコイル２２
のコイル長に対してさらに有効長を長くすることができ
る。

【００７４】なお、以上説明した実施の形態では、第２
のコイル７を、第１のコイル５又は第３のコイル２２に
対して、可動部２に対向しない筐体３の一方の開口部３
ｂ側につきあわせたかたちで隣接して配置しているが、
本発明では、コア９或いはコア２４との相対位置の関係
によってインピーダンスが変化しない位置であれば、ど
のような位置に第２のコイル７を配置しても良い。

【００７５】例えば、図１１に示す位置検出装置３０の
ように、第２のコイル７を、第３のコイル２２に対し
て、可動部２に対向した筐体３の一方の開口部３ａ側に
つきあわせたかたちで隣接して配置してもよい。この位
置検出装置３０では、コア９が移動した場合であって
も、第２のコイル７の内部に常にコア９が挿入された状
態となっているため、第２のコイル７のインピーダンス
は変化しない。

【００７６】また、例えば、図１２に示す位置検出装置
４０のように、可動部２に対向した筐体３の一方の開口
部３ａ側の第１のコイル２２の端部の外周に、第２のコ
イル７を巻回しても良い。この位置検出装置４０では、
コア２４が移動した場合であっても、第２のコイル７の
内部に常にコア２４が挿入された状態となっているた
め、第２のコイル７のインピーダンスは変化しない。

【００７７】また、例えば、図１３に示す位置検出装置
５０のように、可動部２に対向していない筐体３の一方
の開口部３ｂ側の第１のコイル２２の端部の外周に、第
２のコイル７を巻回しても良い。この位置検出装置５０
では、コア２４が移動した場合であっても、第２のコイ
ル７の内部に常にコア２４が挿入されていない状態とな
っているため、第２のコイル７のインピーダンスは変化
しない。

【００７８】また、以上本発明の実施の形態を説明する
にあたり、固定配置されたコイル内をコアが移動する位
置検出装置を示したが、コイルとコアとの相対位置に応
じてコイルのインピーダンスが変化するので、固定配置
されたコアに対してコイルを移動させ、すなわち、筐体
を可動部に取り付けて、位置検出をしてもよい。

【００７９】また、本発明の実施の形態を説明するにあ
たり、筐体、コア、コイル、スピンドルの形状を、円筒
状或いは丸棒状とした位置検出装置を示したが、本発明
では、その形状は限られず、例えば、矩形筒状の筐体、
板状のコア，スピンドル、矩形に巻回されたコイル等を
用いても良い。

【００８０】さらに、本発明の実施の形態を説明するに
あたり、直線移動をする可動部の移動位置を検出する位
置検出装置について示したが、本発明では、直線移動に
限られず、例えば、中心軸が円弧状となったコイルに、
このコイルの中心軸の形状と同一のコアを挿入して、円
移動する可動部の回転位置を検出しても良い。

【００８１】

【発明の効果】本発明に係る位置検出装置では、コアの
移動位置に応じて変化する高周波励磁された第１及び第
２のコイルのインピーダンスの差を検出し、このインピ
ーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物体の
移動位置を検出する。このことにより、この位置検出装
置では、コイル長に対して位置検出可能な有効長を長く
することができ、そのため、装置全体の小型化を図るこ
とができる。また、この位置検出装置では、第１と第２
のコイルのインピーダンスの差を検出することから、外
乱に対する影響が少なく、高精度な位置検出を行うこと
ができる。また、この位置検出装置では、高周波励磁を
した第１のコイルと第２のコイルのインピーダンスを検
出をするので、応答性に優れ、コイルの巻き線数を少な
くすることができる。

【００８２】また、本発明に係る位置検出装置では、コ
アの挿入方向の第１のコイルの先端部分の近傍に固定し
た高透磁率材料を備えることにより、第１のコイル内の
磁束を平行とすることができ、さらに、高精度な位置検
出をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の断
面図である。

【図２】上記位置検出装置に備えられるコイルとコアと
の相対位置に対するインピーダンスの変化を説明するた
めの図である。

【図３】上記位置検出装置の駆動検出回路の回路図であ
る。

【図４】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動
検出回路の出力特性図である。

【図５】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動
検出回路の出力の直線性誤差を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の断
面図である。

【図７】コイル内の磁束の状態を説明するための図であ
る。

【図８】コイルの端部に設けられパーマロイの位置を説
明するための図である。

【図９】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動
検出回路の出力特性図である。

【図１０】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆
動検出回路の出力の直線性誤差を示す図である。

【図１１】第２のコイルの配置位置を変えた位置検出装
置の断面図である。

【図１２】第２のコイルの配置位置を変えた他の位置検
出装置の断面図である。

【図１３】第２のコイルの配置位置を変えた他の位置検
出装置の断面図である。

【図１４】従来の位置検出装置を示す図である。

【図１５】従来の位置検出装置の出力特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，２０，３０，４０，５０位置検出装置、２可動
部、３筐体、４第１のボビン、５第１のコイル、
６第２のボビン、７第２のコイル、８蓋体、９，
２４コア、１０スピンドル、１１駆動検出回路、
２１第３のボビン、２２第３のコイル、２３パー
マロイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久須美雅昭東京都品川区西五反田３丁目９番17号ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社内 (72)発明者佐藤謙一東京都品川区西五反田３丁目９番17号ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA21 BA22 CA34 DA05 GA04 GA13 GA33 GA36 GA45 LA11 2F077 AA18 CC02 FF04 FF12 TT06 VV02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波励磁された第１のコイルと、コイル長が上記第１のコイルのコイル長よりも短く、中
心軸が上記第１のコイルの中心軸と一致し、高周波励磁
された第２のコイルと、上記第１のコイルの中心軸方向に対して相対移動自在
に、この第１のコイル内に挿入された磁性材料からなる
コアと、上記第１のコイルのインピーダンスと上記第２のコイル
のインピーダンスとの差に基づき、上記コアと上記第１
のコイルとの相対移動位置を検出する検出手段とを備
え、上記第２のコイルは、上記コアの移動によりインピーダ
ンス変化が生じない位置に設けられることを特徴とする
位置検出装置。
【請求項２】上記コアの挿入方向の上記第１のコイル
の先端部分の近傍に固定されて設けられた高透磁率材料
を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装
置。