JP2007304015A - ポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 動作信頼性の高い小型ポジションセンサを提供する。
【解決手段】 このセンサは、筒状の検出コイルと、検出コイル内を移動可動なコアと、検出コイルの駆動回路と、検出コイルのインピーダンス変化を電気信号に変換する信号処理回路と、検出コイル内におけるコアの移動をガイドするガイド手段を含む。ガイド手段は、磁性体コアに連結されるガイド部と、ガイド部をスライド可能に保持する保持部とでなり、ガイド部の保持部に対するスライド移動によって磁性体コアが検出コイルの内表面に接触することなく検出コイル内をスムーズに変位できるように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体コアの変位によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を利用したポジションセンサに関するものである。

筒状の検出コイル内における磁性体コアの物理的変位によって生じる検出コイルのインピーダンス変化に基づき、その物理的変位に対応する電気信号を出力するポジションセンサは、内燃機関や発電設備をはじめとする多くの分野で計測制御に利用されている。この種のポジションセンサでは、磁性体コアの変位以外の外的要因によって検出コイルのインピーダンスに変化が生じると、それが検出精度低下の原因になることは想像に難くない。例えば、フェライト等の磁性金属材料でなる磁性体コアが検出コイル内を移動する際、検出コイルの内周面に接触して歪や応力等の外力を受けると磁性体コアの透磁率が変化する。この現象は一般にビラリ現象として知られている。このような透磁率の変化は検出精度の変動を招くので、磁性体コアが歪や応力を受けないような対策を講じることはポジションセンサの動作信頼性の向上にとって重要な課題の１つである。

例えば、磁性体コアをステンレス鋼製パイプでなる金属円筒の内部に同軸上に配置するとともに、磁性体コアの外周と金属円筒との間に緩衝部材として樹脂を充填した差動トランス式ポジションセンサが提案されている（特許文献１参照）。このように、金属円筒を磁性体コアと検出コイルの間に介在させることでコア自体の補強効果を得ることができる。
特開２００２−９０１０６号公報

しかしながら、磁性体コアと検出コイルの内周面との間の距離が増加して、検出コイルから生成される磁束が磁性体コアに届く効率が低下し、結果的にポジションセンサの感度低下を招く恐れがある。また、磁性体コアの径方向寸法が増大することにより、それに応じた検出コイルの設計変更が必要になる。さらに、磁性体コアの検出コイル内への挿入量に対する出力感度の立ち上がりが低下するという問題もある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、磁性体コアや検出コイルの構造に設計変更を施さなくても、磁性体コアが外力を受けることなく検出コイル内をスムーズに変位することのできるポジションセンサを提供することにある。

すなわち、本発明のポジションセンサは、筒状の検出コイルと、検出コイル内を移動可動な磁性体コアと、検出コイルに一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路と、検出コイル内における磁性体コアの移動によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路と、磁性体コアに連結されるガイド部およびこのガイド部をスライド可能に保持する保持部とでなるガイド手段とを含み、ガイド手段は、ガイド部の保持部に対するスライド移動によって磁性体コアが検出コイルの内表面に接触することなく検出コイル内を移動するように形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ガイド部のスライド移動により、磁性体コアの移動方向が検出コイルの中心軸方向のみに規制されるので、磁性体コアが前記中心軸方向以外の方向に移動して検出コイルの内周面に接触することを確実に防ぐことができる。この結果、磁性体コアが歪や応力を受けることがなくなり、ビラリ現象に起因する検出コイルのインピーダンス変化を回避することができる。

本発明の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、ガイド部が磁性体コアの一端に連結される棒状部材を有し、保持部は内表面が棒状部材の外周面とスライド可能に接触するように形成される筒状部材を含み、筒状部材は、筒状部材内に保持された棒状部材の軸方向が検出コイルの軸方向と一致するように配置されることを特徴とする。

また、本発明の別の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、ガイド部が磁性体コアと略平行に延出する少なくとも１つのガイドバーを有し、保持部は検出コイルの一端に設けられ、磁性体コアが挿入される開口と、前記開口の周囲で前記少なくとも１つのガイドバーが挿入されるガイド開口とを有し、ガイド開口に挿入された前記少なくとも１つのガイドバーは、検出コイルの外側で検出コイルの軸方向に移動可能であることを特徴とする。この場合は、磁性体コアの検出コイルへの挿入量が最大の時のポジションセンサ全長を短くできるという長所がある。

上記したポジションセンサにおいて、少なくとも１つのガイドバーは一対のガイドバーであり、ガイドバーの一方が挿入されるガイド開口は、ガイドバーの他方が挿入されるガイド開口に対して検出コイルの中心軸周りに略９０度離れて位置することが好ましい。また、一対のガイドバーが挿入されるガイド開口は略矩形形状を有し、一方のガイド開口の長手方向は他方のガイド開口の長手方向と略直交関係にあることがさらに好ましい。このような構成とすることで、コアの挿入量が少ない場合でもコアの首振り現象を規制して磁性体コアのストロークの全範囲にわたって安定したガイドを行える。つまり、ガイドバーの遊びを少なくすることで磁性体コアのガイド機能のさらなる向上を図れる。

また、上記したポジションセンサは、ガイド開口に挿入された上記少なくとも１つのガイドバーの先端付近に装着され、上記ガイド開口からのガイドバーの抜け落ちを防止するストッパーを含むことが好ましい。

また、上記したポジションセンサにおいて、少なくとも１つのガイドバーは、磁性体コアと同じ材料で一体に形成されることが好ましい。この場合は、部品点数を減らせて、製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明のさらに別の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、検出コイルが内部に収容され、一端に磁性体コアを挿入可能な開口を有するケースを含み、上記ガイド部は、磁性体コアと略平行に延出する少なくとも１つのガイドバーを有し、前記保持部は、前記ケース内において前記少なくとも１つのガイドバーを検出コイルの外側で検出コイルの軸方向にスライド可能に保持することを特徴とする。この場合において、少なくとも１つのガイドバーは、前記ケースの側壁に検出コイルの軸方向に沿って形成される孔によってスライド自在に保持されることがさらに好ましい。ケースの一部にガイドバーの保持部を設けることで、ポジションセンサ内の空間を有効活用でき、結果としてポジションセンサの小型化を図れるという長所がある。また、ガイド手段を設けるにあたって、検出コイルおよび磁性体コアの設計変更が必要ないという長所もある。さらに、部品点数を減らせて、製造コストの低減を図る上でも好ましい。

上記したポジションセンサにおいて、ケースは、強磁性体材料で形成されることが好ましい。この場合は、磁性体コアを磁束や輻射ノイズ等から防護するシールド機能も得ることができる。

また、本発明の別の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、保持部が、検出コイルの一端に設けられて磁性体コアを挿入可能な開口と、検出コイルの軸方向と略平行方向に突出する少なくとも１つの棒状突起を含み、ガイド部は棒状突起を挿入可能なガイド開口を有することを特徴とする。

上記したポジションセンサは、ガイド開口に挿入された上記少なくとも１つの棒状突起の先端付近に装着され、ガイド開口からの棒状突起の抜け落ちを防止するストッパーをさらに含むことが好ましい。

また、本発明のさらなる好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、ガイド部が、磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、棒状部材に連結されるとともに内部に磁性体コアが収容される外筒部材とを含み、保持部は、内部に上記検出コイルが配置され、外筒部材の内表面が検出コイルの軸方向においてスライド可能に接触する外表面を有する内筒部材を含むことを特徴とする。

上記したポジションセンサにおいて、内筒部材は、強磁性体材料で形成されることが好ましい。この場合は、磁性体コアを磁束や輻射ノイズ等から防護することができる。また、渦電流の発生防止の観点から、内筒部材と外筒部材の一方は、その軸方向におけるある区間において断面略Ｃ字形状を有することが好ましい。

また、本発明の別の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、検出コイルの周囲に配置される筒状のシールド部材を含み、ガイド部は、磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、棒状部材に連結されるとともに内部に磁性体コアが収容される筒状部材とを含み、筒状部材の外表面は検出コイルの軸方向にスライド可能に保持部としてのシールド部材の内表面と接触することを特徴とする。

上記したポジションセンサにおいて、シールド部材と筒状部材の一方は、その軸方向におけるある区間において断面略Ｃ字形状を有することが好ましい。

また、本発明のさらに別の好ましい実施形態にかかるポジションセンサは、ガイド部が、磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、棒状部材に連結されるとともに磁性体コアが内部に収容される筒状部材とを含み、保持部は、内部に検出コイルが配置される内筒と、内筒の周囲に隙間を介して配置される外筒とを含み、筒状部材は、外筒と内筒の間の隙間に検出コイルの軸方向にスライド自在に保持されることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体コアや検出コイルの径方向寸法を増加することなく、検出コイル内における磁性体コアの安定した移動を可能にするガイド手段を設けたことで、検出コイル内表面に磁性体コアが接触してその透磁率が変化するビラリ現象を効果的に防止でき、結果的に動作信頼性の高い小型ポジションセンサを提供することができる。したがって、内燃機関や発電設備をはじめとする広範な技術分野において、本発明のポジションセンサの応用が期待される。

以下に、本発明にかかるポジションセンサを好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
（ポジションセンサの基本構成）
まず、ポジションセンサの基本構成について説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図２に示すように、このポジションセンサは、筒状の検出コイル１と、検出コイル１内を移動可動な磁性体コア２と、検出コイル１に一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路３と、検出コイル１内における磁性体コア２の変位によって生じる検出コイル１のインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路４と、検出コイル１の周囲に配置されるシールド部材５と、シールド部材５が内部に収容されるケース６と、磁性体コア２が検出コイル１の内表面に接触することなく検出コイル１内を移動できるように形成されるガイド手段７とで主として構成される。

検出コイル１は、略円筒形状のコイルボビン１０の外周に導線１２を巻装して形成される。コイルボビン１０は、たとえば熱硬化性樹脂等で形成され、図１（Ｂ）に示すように、両端が開口した長尺円筒状の巻胴部１１と、巻胴部１１の上端側に形成される円環状の第１鍔部１３と、巻胴部の下端側に下端開口を閉塞するように形成される円盤状の第２鍔部１４と、第２鍔部の下端側に設けられる円盤状の台座１５を一体に備える。

一方、磁性体コア２は、フェライト等の磁性材料を用いて長尺の丸棒状に形成される。ここで、巻胴部１１は、軸方向（上下方向）の長さ寸法が磁性体コア２の軸方向（上下方向）の長さ寸法よりも大きく形成されるとともに、内径が磁性体コア２の外径よりも大きく形成されて、磁性体コア２がコイルボビン１０内においてその軸方向に移動（変位）可能となっている。また、台座１５は、第２鍔部１４よりも大きい外径を有しており、この台座１４上にシールド部材５が載置される。

シールド部材５は、所望の磁気シールド効果を得るために、ケース６の内表面と検出コイル１との間に配置される。シールド部材の構造に特に限定はないが、例えば、内側に配置される筒状の第１シールド部５１と、第１シールド部５１の外表面に形成される金属めっき層５３とでなる２層構造に形成される。この場合、第１シールド部５１は、強磁性体である鉄系金属、特にフェライトで形成することが好ましく、金属めっき層５３は、鉄系金属材料よりも高導電率を有する銅、銅ニッケル合金、銀、金等で形成することが好ましい。

ケース６は、上面が開口した有底の長尺円筒形状に絶縁性樹脂を用いて形成される。尚、シールド部材５およびケース６の軸方向長さは、磁性体コア２の可動範囲の長さ以上となるように形成することが好ましい。こうすることで、常に磁性体コア２がシールドされることになり、シールド部材の近傍に外部電線Ｓ等が配置されていたとしても、外部電線Ｓから発生する外部磁界Ｅの磁束はほとんどがシールド部材中を通過することになる。このため、外部磁界Ｅの磁束は検出コイル１と鎖交せず、外部磁界Ｅによって検出コイル１に誘導起電力が生じるのを防止することができる。

本発明の特徴部であるガイド手段７は、磁性体コア２に連結されるガイド部（例えば、７０）およびガイド部をスライド可能に保持する保持部（例えば、７１）とで主として構成され、後述する実施形態の各々においてその詳細な構造および効果を説明する。

駆動回路３は、従来と同様のものを用いることができ限定されない。例えば、図２に示すように、駆動回路３は、検出コイルに所定の周波数及び振幅の定電流を出力する定電流回路であり、所定の振幅の直流電圧に所定の周波数及び振幅の交流電圧を重畳した定電圧を発生する発振回路３１と、発振回路が出力する定電圧を定電流に変換するＶ−Ｉ回路（電圧−電流変換回路）３２とで構成される。

また、信号処理回路４についても、従来と同様のものを用いることができ、特に限定されない。例えば、図２に示すように、信号処理回路４は、駆動回路３が出力する定電流及び検出コイルのインピーダンスにより決まる検出コイルの両端電圧（検出信号）のピーク値Ｖ１に応じて、コアと検出コイルとの位置情報を示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する。この場合、信号処理回路４は、ピークホールド回路４１と、ＡＤ変換回路４２と、レベルシフト部４３、温度補償部４４及び増幅部４５を有するデジタル演算ブロックとで形成される。ピークホールド回路４１では、検出コイルの両端電圧のピーク値Ｖ１を抽出し、ＡＤ変換回路４２では、ピーク値をデジタル信号ＤＶ１に変換する。デジタル演算ブロックでは、デジタル信号演算としてレベルシフト部４３で所定のデジタル量を加算してレベルシフトを行ったデジタル信号ＤＶ２を出力し、温度補償部４４では、温度補償を実行する演算をデジタル信号ＤＶ２に対して行い、増幅部４５では、温度補償部４４が出力するデジタル信号を増幅して出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
（第１実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のガイド部は、図１（Ａ）に示すように、磁性体コア２と略等しい外径を有し、磁性体コア２の上端面に連結されるシャフト７０である。シャフト７０の上端部は、被検出体（図示せず）に連結される。一方、保持部は、内表面がシャフト７０の外周面とスライド可能に接触するように形成される筒状の軸受部材７１と、軸受部材７１をケース６に位置決め固定するためのリング状のカバー７４とでなる。

軸受部材７１は、両端が開口した円筒部７２と、円筒部の下端部から外方へ突出した環状のフランジ７３とで一体に形成される。円筒部７２は、内径がシャフト７０の外径よりわずかに大きく形成されており、これによりシャフト７０は円筒部７２によって軸方向（上下方向）にスライド自在に保持される。フランジ部７３は、外径がケース６の上部開口にフィットするように形成される。カバー７４は、絶縁性樹脂等を用いて形成され、リング形状を有するカバー７４の中央開口には軸受部材７１の円筒部７２が挿通される。したがって、軸受部材７１は、円筒部７２内に保持されたシャフト７０の軸方向が検出コイル１の軸方向と一致するようにケース６の上部開口にセットされ、カバー７４によって固定される。

次に、上記したポジションセンサの動作について説明する。図１（Ｂ）にしめすように、磁性体コア２が検出コイル１の最高位置にある状態から、被検出体の移動に伴ってシャフト７０が下方移動すると、シャフト７０に押された磁性体コア２が検出コイル１内に挿入される。このとき、シャフト７０は軸受部材７１によって検出コイル１の中心軸方向に摺動自在に支持されているので、シャフト７０と軸受部材７１とにより磁性体コア２の移動方向が検出コイルの中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止できる。従って、磁性体コア２は検出コイル１の内表面に接触することなく、常に検出コイル１の中心軸上の軌道を安定に往復移動することが可能になるので、ビラリ現象に起因する検出コイル１のインピーダンス変化を回避することができる。また、磁性体コア２に連結されたシャフト７０が軸受部材７１に保持され、磁性体コア２が軸受部材７１に直接接触することはないので、シャフト７０が歪や応力を受けることはあっても磁性体コア２に歪や応力が発生することはない。

本実施形態のポジションセンサの変更例として、例えば、図３に示すように、ケース６の底部で、筒状コイル１の下方にプリント基板８を設置する構成を採用してもよい。図示例では、プリント基板８の下面に駆動回路３及び信号処理回路４が実装され、その上面にグラウンド等の安定電位点用の配線パターンが形成される。シールド部材５の下端には、突出片５５が一体に設けられ、これを介して、シールド部材５がプリント基板８の安定電位点用配線パターンと電気的に接続される。これにより、輻射ノイズに対してさらに大きなシールド効果を得ることができる。尚、プリント基板８の安定電位点に接続される突出片５５の下面に半田めっき又は金めっき等を施しておけば、プリント基板８との接触信頼性を向上できる点で好ましい。また、シールド部材５の第１シールド部５１は、その軸方向における所定区間にスリット５４を設けて周方向において電気的に不連続に形成されており、これにより、コイルインピーダンスの直線性の向上を図っている。図中、符号８２は、プリント基板８に外部電源等の接続線を接続するためにケース６下部に設けられた切欠部である。
（第２実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のガイド部は、図４（Ａ）に示すように、磁性体コア２と略平行に延出する一対の円柱状のガイドバー２０と、磁性体コア２とガイドバー２０を連結する略正方形状の連結板２１と、被検出体との連結に使用される棒状突起２２とを有する。尚、ガイドバー２０をパイプ材等の筒状部材を用いて形成すれば、ガイド部の軽量化を図れる。一方、本実施形態の保持部６０は、検出コイル１のコイルボビン１０の一端に取り付けられ、磁性体コア２を検出コイル１内に挿入するための開口６１と、検出コイル１の中心軸周りに略１８０度離して開口６１の周囲に設けられ、一対のガイドバー２０が挿入されるガイド開口６２とを有する。一対のガイドバー２０は、図４（Ｂ）に示すように、検出コイル１の外側で検出コイルの軸方向にスライド可能となるようにガイド開口６２によって保持される。

ガイド開口６２内に挿入されたガイドバー２０を検出コイル１の軸方向にスライド移動させることで、磁性体コア２の移動方向が検出コイル１の中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止できる。従って、磁性体コア２は検出コイル１の内表面に接触することなく、常に検出コイル１の中心軸上の軌道を安定に往復移動することが可能になるので、ビラリ現象に起因する検出コイル１のインピーダンス変化を防止することができる。また、ガイドバー２０は検出コイル１の外部でスライド可能に保持されるので、検出コイル１の内径を大きく設計し直す必要がない。さらに、磁性体コア２の検出コイル１内への挿入量が最大の場合におけるポジションセンサの全長を短くできるという長所もある。尚、ガイド開口６２からのガイドバー２０の抜け落ちを防止するため、図４（Ｂ）に示すように、ガイド開口６２に挿入された各ガイドバー２０の先端付近にストッパー２３を装着することが好ましい。

上記説明では、一対のガイドバー２０を備えたガイド手段について説明したが、ガイドバーの数は１本であってもよい。例えば、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、磁性体コア２と略平行に延出する断面矩形形状の単一のガイドバー２０が、磁性体コア２に連結部２４を介して一体に形成されてもよい。この場合は、ガイドバー２０を磁性体コア２と同じ材料で一体成形することで部品点数の削減を図れる。一方、保持部６０は、検出コイル１のコイルボビン１０の一端に取り付けられ、磁性体コア２を検出コイル１内に挿入するための円形の開口６１と、開口６１に隣接して設けられ、ガイドバー２０が挿入される単一のガイド開口６２とを有する。ガイドバー２０は、検出コイル１の外側で検出コイルの軸方向にスライド可能となるようにガイド開口６２によって保持されるので、この構成によっても上記と同様に、磁性体コア２のガイド効果を得ることができる。尚、ガイドバーの数は３本以上であってもよい。特に精度の高いガイド機能が求められる場合は、検出コイルの中心軸周りに９０度づつ離して４本のガイドバーを設けることが好ましい。これにより、磁性体コアの移動方向のぶれを検出コイル１の中心軸周りにおいてより均等に防止することができる。

また、本実施形態の好ましい変更例として、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すガイド部と保持部とでなるガイド手段を採用することも好ましい。すなわち、このガイド手段は、ガイド部としての１対のガイドバー（２０ａ、２０ｂ）がそれぞれ略矩形断面を有し、一方のガイドバー２０ａが挿入される矩形開口６２ａは、他方のガイドバー２０ｂが挿入される矩形開口６２ｂに対して検出コイル１の中心軸周りに略９０度離して設けられる。また、一方の矩形開口６２ａの長手方向は他方の矩形開口６２ｂの長手方向と略直交関係にあり、各矩形開口は、ガイドバーを挿入した時にぐらつきが生じない程度にガイドバーの矩形断面よりわずかに大きく形成されている。この場合は、保持部６０の矩形開口どうし（６２ａ、６２ｂ）が略直交関係に配置されているので、一対の矩形開口が検出コイル１の中心軸周りに略１８０度離してその長手方向が互いに平行になるように配置される場合に比して、磁性体コア２の移動方向のぶれ（遊び）を小さくできるという長所がある。要するに、少ない本数のガイドバーの使用にもかかわらず、磁性体コアの移動方向のぶれを検出コイル１の中心軸周りにおいてより効果的に防止することができるのである。尚、部品数低減の観点から、ガイドバー２０を、連結部２４を介して磁性体コア２と同じ材料で一体に形成することが好ましい。
（第３実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態の保持部６０は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、検出コイル１の一端に設けられ、磁性体コア２を挿入可能な開口６１と、検出コイル１の中心軸周りに略１８０度離して設けられ、検出コイル１の軸方向と略平行方向に突出する一対の円柱突起６３とを有する。一方、ガイド部は、磁性体コア２が連結され、円柱突起６３を挿入可能なガイド開口２５を有する略正方形状の連結板２１と、被検出体との連結に使用される棒状突起２２とを有する。一対の円柱突起６３は、検出コイル１の外側で検出コイルの軸方向にスライド可能となるようにガイド開口２５によって保持される。この場合は、第２実施形態の場合と同様に、円柱突起６３がガイド開口２５内をスライド移動することによって、磁性体コア２の移動方向が検出コイル１の中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止できる。また、本実施形態に固有の長所として、磁性体コア２に連結されるガイド部を軽量化できるので、被検出物への力学的負荷が小さい点が挙げられる。尚、第２実施形態と同様に、ガイド開口２５からの円柱突起６３の抜け落ちを防止するため、ガイド開口２５に挿入された円柱突起６３の先端付近にストッパー２３を装着することが好ましい。
（第４実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段７およびケース６を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のケース６は、図８（Ａ）に示すように、２分割可能な略直方体ケース（８５、８６）でなり、内部に検出コイル１を収容でき、一端に磁性体コア２を挿入可能な開口８４が設けられている。ガイド部は、第２実施形態と同様に、磁性体コア２と略平行に延出する一対の円柱状のガイドバー２０と、磁性体コア２とガイドバー２０を連結する略正方形状の連結板２１と、被検出体との連結に使用される棒状突起２２とを有する。一対のガイドバー２０は、図８（Ｂ）に示すように、直方体ケースの一対の側壁内に保持部として設けられるガイド孔６５にスライド自在に保持される。本実施形態においては、略直方体ケースをベース８５とケースカバー８６とに２分割した状態において、これらの連結面にそれぞれ円弧状の細長溝（６５ａ、６５ｂ）を設けてあり、ベース８５とケースカバー８６を一体化した時に前記したガイド孔６５が形成されるようになっている。このような構成とすることで、ガイド孔６５内にゴミや埃が入っても容易に清掃することができる。また、ガイド孔６５を略直方体ケースの側壁内に設けたことで、ケース６自体を小型化できるとともに、必要に応じて、略直方体ケースの内表面と検出コイルの間の空間にシールド部材５を配置することもできる。あるいは、ケース６本体にシールド性能を持たせる場合は、強磁性体材料でケース６を形成することも好ましい。

このような構成でなるガイド手段によれば、ガイド孔６５内に挿入したガイドバー２０を検出コイル１の軸方向にスライド移動させることで、磁性体コア２の移動方向が検出コイル１の中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止できる。従って、磁性体コア２は検出コイル１の内表面に接触することなく、常に検出コイル１の中心軸上の軌道を安定に往復移動することが可能になり、ビラリ現象に起因する検出コイル１のインピーダンス変化を確実に防止することができる。また、ガイドバー２０はケース６によって可動に保持されるので、ケース内部に収容される検出コイル１に設計変更の必要がない。さらに、第２実施形態の場合と同様に、磁性体コア２の検出コイル１内への挿入量が最大の場合におけるポジションセンサの全長を短くできるという長所がある。
（第５実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のガイド部は、図９に示すように、磁性体コア２の一端に連結されるシャフト７０と、シャフト７０が連結され、内部に磁性体コアを収容可能な円筒状の外筒部材２６とで構成される。外筒部材２６は下端が開口しており、その内径は後述するケース６上部の外径よりわずかに大きく設計される。また、外筒部材２６の上端には、シャフト７０用の挿通孔を有する上板２７が外周壁と一体に形成されている。したがって、シャフト７０の下端と磁性体コア２の上端の連結箇所は外筒部材２６の内側に位置し、シャフト７０の上端と被検出体との連結箇所（図示せず）は外筒部材２６の外側に位置する。尚、外筒部材２６は、非磁性材料で形成してもよいが、シールド部材５と同様に鉄等の強磁性体金属を用いて形成すれば、磁性体コア２を磁束や輻射ノイズ等から防護することができる。

一方、本実施形態の保持部は、外筒部材２６の内周面２８が検出コイル１の軸方向にスライド可能に接触するケース６の外周面６７によって提供される。ケース６の下部は、外筒部材２６が接触する外周面６７よりも大きな外径を有し、これらの境界部の段差は、磁性体コア２の検出コイル１への挿入量が最大であるときに外筒部材２６の下端が接触するストッパー壁６９として機能する。尚、外筒部材２６とケース６の各々が円筒形状であり、これらの中心軸が一致するようにすれば、外筒部材２６をケース６の軸周りに回転させることが可能になる。また、本実施形態のシールド部材５は、図３の場合と同様に、その軸方向の所定区間にスリット５４を設けてその周方向が電気的不連続に形成されており、これによりコイルインピーダンスの直線性の向上を図っている。

このような構成でなるガイド手段によれば、外筒部材２６をケースの外周面６７に沿って検出コイル１の軸方向にスライド移動させることで、磁性体コア２の移動方向が検出コイル１の中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止でき、他の実施形態と同様に、ビラリ現象に起因する検出コイル１のインピーダンス変化を防止することができる。また、外筒部材２６はケース６によって可動に保持されるので、ケース６内部に収容される検出コイル１に設計変更の必要はない。さらに、第２実施形態の場合と同様に、磁性体コア２の検出コイル１内への挿入量が最大の時におけるポジションセンサの全長を短くできるという長所がある。
（第６実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成のガイド部と保持部とでなるガイド手段を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のガイド部は、図１０に示すように、磁性体コア２の一端に連結されるシャフト７０と、シャフト７０が連結され、内部に磁性体コアを収容可能な円筒状の内筒部材２９とで構成される。内筒部材２９は下端が開口しており、その外径は後述するシールド部材５の内径よりわずかに小さく形成される。また、内筒部材２９の上端には、シャフト７０用の挿通孔を有する上板が側壁と一体に形成されている。したがって、シャフト７０の下端と磁性体コア２の上端の連結箇所は内筒部材２９の内側に位置し、シャフト７０の上端と被検出体との連結箇所（図示せず）は内筒部材２９の外側に位置する。尚、内筒部材２９の軸方向の所定区間にシールド部材５と同様にスリットを形成し、その周方向において電気的に不連続な構造とすれば、内筒部材２９における渦電流の発生を防止できる点で好ましい。

一方、本実施形態の保持部は、内筒部材２９の外周面が検出コイル１の軸方向にスライド可能に接触するシールド部材５の内周面によって提供される。本実施形態のシールド部材５は、筒状の第１シールド部５１と、第１シールド部５１の外表面に形成され、第１シールド部５１を構成する金属材料よりも高導電率を有する金属めっき層５３との２層構造でなるので、内筒部材２９の外周面は、第１シールド部５１の内周面に摺動可能に接触することになる。また、磁性体コア２の検出コイル１への挿入量が最大であるとき、内筒部材２９の下端は、コイルボビン１０の台座１５の上面に接触する。したがって、コイルボビンの台座１５をガイド手段のストッパーとして使用できる。

このような構成でなるガイド手段によれば、内筒部材２９をシールド部材５の内周面に沿って検出コイル１の軸方向にスライド移動させることで、磁性体コア２の移動方向が検出コイル１の中心軸方向のみに規制され、検出コイル１内における磁性体コア２の移動方向がずれたり、傾いたりするのを防止でき、他の実施形態と同様に、ビラリ現象に起因する検出コイル１のインピーダンス変化を防止することができる。

また、図１１に示すように、シールド部材５を内側に配置される筒状の第１シールド部５１と、第１シールド部の外側に所定距離はなして配置される筒状の第２シールド部５７とで形成し、上記した内筒部材２９を、第１シールド部５１と第２シールド部５７の間の隙間５９によってその軸方向にスライド可能に保持しても、上記実施形態と同様に、磁性体コア２のガイド機能を得ることができる。

また、検出コイル１の内径の若干の増加を伴う設計変形が必要になるが、図１２に示すように、上記した内筒部材２９の外径をできるだけ小さく設計し、その外周面が検出コイル１の内周面にスライド可能に接触するような構造とすれば、上記と同様に、磁性体コア２のガイド機能を得ることも可能である。

上記した実施形態においてケースやシールド部材は円筒形状を有しているが、角筒形状に形成してもよい。また、上記実施形態のポジションセンサは磁性体コアが直線軸上を移動する直線型（直線運動タイプ）であるが、本発明のガイド手段は、このような直線型以外のタイプ、例えば、磁性体コアが曲線軸上を移動する回転型（曲線運動タイプ）のポジションセンサにも等しく適用することができる。

（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかるポジションセンサの分解斜視図および断面図である。 同ポジションセンサの駆動回路及び信号処理回路の一例を示すブロック図である。 第１実施形態の変更例にかかるポジションセンサの断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第２実施形態にかかるポジションセンサのガイド手段の分解斜視図および完成斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の変更例にかかるガイド手段の分解斜視図および完成斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の別の変更例にかかるガイド手段の分解斜視図および完成斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第３実施形態にかかるポジションセンサのガイド手段の分解斜視図および完成斜視図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第４実施形態にかかるポジションセンサのガイド手段の分解斜視図および完成斜視図である。 本発明の第５実施形態にかかるポジションセンサの断面図である。 本発明の第６実施形態にかかるポジションセンサの断面図である。 第６実施形態の変更例にかかるポジションセンサの断面図である。 第６実施形態の別の変更例にかかるポジションセンサの断面図である。

符号の説明

１ 検出コイル
２ 磁性体コア
３ 駆動回路
４ 信号処理回路
５ シールド部材
６ ケース
７ ガイド手段
１０ コイルボビン
１１ 巻胴部
１２ 導線
１３ 第１鍔部
１４ 第２鍔部
１５ 台座
５１ 第１シールド部
５３ 金属めっき層
７０ シャフト
７１ 軸受部材
７２ 円筒部
７３ フランジ
７４ カバー

Claims (18)

1. 筒状の検出コイルと、前記検出コイル内を移動可動な磁性体コアと、前記検出コイルに一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路と、前記検出コイル内における磁性体コアの移動によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路と、前記磁性体コアに連結されるガイド部および前記ガイド部をスライド可能に保持する保持部とでなるガイド手段とを含み、前記ガイド手段は、前記ガイド部の保持部に対するスライド移動によって前記磁性体コアが検出コイルの内表面に接触することなく検出コイル内を移動するように形成されることを特徴とするポジションセンサ。
2. 上記ガイド部は、磁性体コアの一端に連結される棒状部材を有し、前記保持部は、内表面が前記棒状部材の外周面とスライド可能に接触するように形成される筒状部材を含み、前記筒状部材内に保持された前記棒状部材の軸方向が上記検出コイルの軸方向と一致するように前記筒状部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 上記ガイド部は、磁性体コアと略平行に延出する少なくとも１つのガイドバーを有し、前記保持部は、前記検出コイルの一端に設けられ、磁性体コアが挿入される開口と、前記開口の周囲で前記少なくとも１つのガイドバーが挿入されるガイド開口とを有し、前記ガイド開口に挿入された前記少なくとも１つのガイドバーは、検出コイルの外側で検出コイルの軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
4. 上記少なくとも１つのガイドバーは一対のガイドバーであり、前記ガイドバーの一方が挿入されるガイド開口は、前記ガイドバーの他方が挿入されるガイド開口に対して検出コイルの中心軸周りに略９０度離れて位置することを特徴とする請求項３に記載のポジションセンサ。
5. 上記一対のガイドバーが挿入されるガイド開口は略矩形形状を有し、一方のガイド開口の長手方向は他方のガイド開口の長手方向と略直交関係にあることを特徴とする請求項４に記載のポジションセンサ。
6. 上記ガイド開口に挿入された上記少なくとも１つのガイドバーの先端付近に装着され、上記ガイド開口からのガイドバーの抜け落ちを防止するストッパーをさらに含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
7. 上記少なくとも１つのガイドバーは、磁性体コアと同じ材料で一体に形成されることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
8. 上記検出コイルが内部に収容され、一端に磁性体コアを挿入可能な開口を有するケースを含み、上記ガイド部は、磁性体コアと略平行に延出する少なくとも１つのガイドバーを有し、前記保持部は、前記ケース内において前記少なくとも１つのガイドバーを検出コイルの外側で検出コイルの軸方向にスライド可能に保持することを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
9. 上記少なくとも１つのガイドバーは、前記ケースの側壁に検出コイルの軸方向に沿って形成される孔によってスライド自在に保持されることを特徴とする請求項８に記載のポジションセンサ。
10. 上記ケースは、強磁性体材料で形成されることを特徴とする請求項８又は９に記載のポジションセンサ。
11. 上記保持部は、検出コイルの一端に設けられ、磁性体コアを挿入可能な開口と、検出コイルの軸方向と略平行方向に突出する少なくとも１つの棒状突起を含み、上記ガイド部は前記棒状突起を挿入可能なガイド開口を有することを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
12. 上記ガイド開口に挿入された上記少なくとも１つの棒状突起の先端付近に装着され、ガイド開口からの棒状突起の抜け落ちを防止するストッパーをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のポジションセンサ。
13. 上記ガイド部は、磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、前記棒状部材に連結されるとともに内部に磁性体コアが収容される外筒部材とを含み、上記保持部は、内部に上記検出コイルが配置され、前記外筒部材の内表面が上記検出コイルの軸方向においてスライド可能に接触する外表面を有する内筒部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
14. 上記内筒部材は、強磁性体材料で形成されることを特徴とする請求項１３に記載のポジションセンサ。
15. 上記内筒部材と外筒部材の一方は、その軸方向におけるある区間において断面略Ｃ字形状を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のポジションセンサ。
16. 上記検出コイルの周囲に配置される筒状のシールド部材を含み、上記ガイド部は、磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、前記棒状部材に連結されるとともに内部に磁性体コアが収容される筒状部材とを含み、前記筒状部材の外表面は検出コイルの軸方向にスライド可能に上記保持部としての前記シールド部材の内表面と接触することを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
17. 上記シールド部材と筒状部材の一方は、その軸方向におけるある区間において断面略Ｃ字形状を有することを特徴とする請求項１６に記載のポジションセンサ。
18. 上記ガイド部は、上記磁性体コアの一端に連結される棒状部材と、前記棒状部材に連結されるとともに磁性体コアが内部に収容される筒状部材とを含み、上記保持部は、内部に検出コイルが配置される内筒と、前記内筒の周囲に隙間を介して配置される外筒とを含み、前記筒状部材は、外筒と内筒の間の前記隙間に上記検出コイルの軸方向にスライド自在に保持されることを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。

Images