JP2013246134A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出軸方向以外の他軸方向の変位による位置検出精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を安価に提供する。
【解決手段】
位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に着磁方向を揃えて配置された永久磁石１，２と、前記永久磁石１，２が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子３と、を備え、前記磁気検出素子３の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置１０において、前記永久磁石１，２の外面のうち前記磁気検出素子３に対向する基準面Ａにおける前記着磁方向Ｘに直交する方向の中央部に、磁束密度低減部Ｑ，Ｒを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホールセンサを用いた位置検出装置に関し、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位によって、検出軸に沿った方向（検出軸方向）の位置検出精度が劣化する現象に耐性のある位置検出装置に関する。

近年、メカトロニクス機械や自動車などに用いられる移動距離などを検出する位置検出装置への期待が高まっている。特に、この種の産業機器の高性能化に伴い、小型で高精度、高信頼性の位置検出装置が要求されている。また、位置検出装置の一種に磁気エンコーダがある。

また、従来と同等の高精度の位置検出機能を維持しつつ、従来よりも磁束検出手段と磁石の間の距離を縮めることが可能で、小型化、薄型化に適した位置検出装置として、複数個のホールセンサを用いるもの（例えば、特許文献１参照。）が知られている。例えば、磁束の変化に対応して位置の変化を検出する磁石と複数の磁束検出手段よりなる位置検出装置において、磁石は磁束検出手段の少なくとも二つを結ぶ線を磁石の磁壁面上に含み、磁石の移動方向は磁壁面上にあるようにするものが提案されている。

そして、図９は、従来技術に係る位置検出装置をカメラモジュールに適用した概略斜視図である。図９に示すカメラモジュール４０は、レンズ２１と、このレンズ２１を支持するレンズ枠２２と、このレンズ枠２２の側面２２ｘ，２２ｙに、それぞれ１個ずつ固定された直方体の永久磁石（以下、単に磁石という）３１ｘ，３１ｙと、これら磁石３１ｘ，３１ｙの着磁方向の中央部付近に、ギャップＧだけ離れて対面するように配置されたホールセンサ３ｘ，３ｙと、これらホールセンサ３ｘ，３ｙを固定する基板１１と、により構成されている。なお、ホールセンサ３ｘ，３ｙに電圧を印加するためのプリント配線等の図示説明は省略する。また、ギャップＧに関しては、後ほど図２を用いて正確に定義するほか、図７において、ギャップＧを「センサ位置（磁石-センサ距離：Ｇａｐ）」ｍｍとも表示している。

レンズ枠２２は、手振れ補正機能を生かすように、基板１１に対し、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、レンズ枠２２のＺ軸方向の動きについては説明を省略する。また、位置検出装置３０ｘは、基板１１に対してレンズ枠２２がＸ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置３０ｘは、基板１１上に固定されたホールセンサ３ｘと、レンズ枠２２の側面２２ｘに固定された磁石３１ｘより構成されており、ホールセンサ３ｘと、磁石３１ｘとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。

同様に、位置検出装置３０ｙは、基板１１に対してレンズ枠２２がＹ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置３０Ｙは、基板１１上に固定されたホールセンサ３ｙと、レンズ枠２２の側面２２ｙに固定された磁石３１ｙより構成されており、ホールセンサ３ｙと、磁石３１ｙとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。

また、図９に示したカメラモジュール４０は、小型カメラにおける光学式手振れ補正システムで使われる磁石３１ｘ，３１ｙの移動による磁束変化から、レンズ２１の位置を検出する。このカメラモジュール４０において、磁石３１ｘ，３１ｙが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する場合、他軸方向の変位により位置検出の精度が劣化する場合があった。この他軸方向の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減するために、位置検出用の磁石の幅Ｗ´´を、その磁石の検出軸方向に対して、移動平面内の垂直な方向、すなわち、他軸方向に大きくする対策が一般的であった。すなわち、磁石３１ｘを、検出軸方向に垂直な他軸方向Ｙ軸方向に、幅広くするとともに、磁石３１ｙを、検出軸方向に垂直な他軸方向Ｘ軸方向に、幅広くする対策である。

特開２００８−７６１９３号公報

しかしながら、上述した磁石の寸法を他軸方向に大きくする対策は、製品の小型軽量化およびコストダウンの要求に相反するため、特に携帯電話等に組み込まれる小型軽量のカメラモジュールに組み込まれる光学式手振れ補正システムには、適用することが困難であるという問題があった。本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、位置検出用の磁石を大型化せずに、他軸方向の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減することを可能とする位置検出装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、前記永久磁石の外面のうち前記磁気検出素子に対向する基準面における前記検出軸方向に直交する方向の中央部に、磁束密度低減部を設けたことを特徴とする。

この構成によれば、磁石の外面のうち、磁気検出素子に対面する基準面における検出軸方向に直交する方向の中央部は、磁束密度が高密度で平坦性を欠いていたところを、その中央部の磁束密度低減部を設けることにより、磁気検出素子付近の磁束密度分布が他軸方向に平坦化される作用がある。このように、磁束密度分布が平坦化された磁石の面に平行な面に沿って縦横に移動する磁気検出素子の検出出力と、移動距離との関係は、他軸方向の変位による検出出力の変動を起こすことなく、より広い移動範囲にわたって比例関係（線形）を維持しやすい。したがって、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減することが可能である。

請求項２は、請求項１に記載の発明において、前記永久磁石は、前記検出軸方向にＮ極とＳ極が分布するよう着磁された二本の永久磁石であり、それら二本の永久磁石を同じ極が並ぶように離間して配置した構成を備え、前記磁束密度低減部は、前記二本の永久磁石同士を離間して配置した構成であることを特徴とする。

この構成によれば、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向（他軸方向）に対して、より広範囲に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を、より確実に低減することが可能である。

請求項３は、請求項１に記載の発明において、前記磁束密度低減部は、前記永久磁石の前記基準面の前記中央部に形成された凹部であることを特徴とする。この構成によれば、部品点数の増加もなく、大量生産に好適であり、製品をコストダウンすることが可能である。
請求項４は、請求項３に記載の発明において、前記凹部は、前記検出軸方向に連続した溝であることを特徴とする。この構成によれば、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を、より確実に低減することが可能である。

請求項５は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気検出素子はホールセンサであることを特徴とする。この構成によれば、安価で高性能な位置検出装置を提供できる。
請求項６は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記基準面から前記磁気検出素子の感磁面までの距離Ｇと、前記磁束密度低減部を挟んだ両側の永久磁石部位の中心間距離Ｄと、前記永久磁石の前記基準面における着磁方向に直交する方向の幅Ｗと、前記磁束密度低減部の幅Ｓｐとの関係が、下記（１）〜（４）式を満足することを特徴とする。

０．６ｍｍ＜Ｇ＜２．１ｍｍ …（１）
０．１ｍｍ＜Ｓｐ …（２）
Ｗ≦１．５ｍｍである場合、Ｄ＝（Ｓｐ＋Ｗ）＜０．５×Ｇ＋２ …（３）
１．５ｍｍ＜Ｗである場合、１．６ｍｍ＜Ｄ＜３Ｇ≦２．８ｍｍ …（４）

この構成によれば、大量生産に支障なく、製造容易である。また、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向（他軸方向）に対して、より確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化をより確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。

本発明によれば、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る位置検出装置をカメラモジュールに適用した概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、（ａ）従来未対策例と、（ｂ）従来対策例、（ｃ）本発明と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、（ａ）従来対策例と、（ｂ）本発明と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と、従来例と、の性能対比グラフであり、（ａ）従来対策例と、（ｂ）本発明と、を示している。 図５は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置の各種シミュレーショングラフであり、（ａ）Ｗ＝０．５ｍｍ，Ｇ＝１．３ｍｍ，Ｓｐ＝１．７ｍｍの場合と、（ｂ）Ｗ＝１．５ｍｍ，Ｇ＝１．３ｍｍ，Ｓｐ＝０．８５ｍｍの場合と、（ｃ）設計指標（ＷとＧに適応するＳＰ）と、を示している。 位置検出装置に用いる磁石の幅に対する磁束の関係を示すデータであり、（ａ）磁石幅Ｗ´´別の磁束密度分布のグラフと、（ｂ）磁石幅Ｗ´´別の他軸方向の変位による磁束密度の変化率のグラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の実施形態に係る位置検出装置の設計指標を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る位置検出装置用として、直方体に限定しない磁石の形状を示す断面図である。 従来技術に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。

（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図であり、図９に示した従来例に、本発明を適用したものであるため、同一機能部には同一符号を付している。

図１に示すカメラモジュール２０は、レンズ２１と、このレンズ２１を支持するレンズ枠２２と、このレンズ枠２２の側面２２ｘ，２２ｙに沿い、それぞれ２個の間隔Ｓｐだけ離間して平行に固定された直方体の磁石１，２と、これら磁石１，２の着磁方向の中央部付近にギャップＧだけ離れて対面するように配置されたホールセンサ３と、これらホールセンサ３を固定する基板１１と、により構成されている。

また、磁石１と、磁石２と、ホールセンサ３と、との位置関係については、後ほど詳しく説明する。なお、図１では磁石２がどこにも支持されずに浮遊しているような誤解を与える虞もあるが、磁石２の固定手段を、単に図から省略しているためである。すなわち、位置検出装置１０，１０ｙの要部が、レンズ枠２２に連動して動く構成である。レンズ枠２２の側面２２ｘ，２２ｙには、それぞれ直近の磁石１と、その磁石１から間隔Ｓｐだけ離間して平行に固定された磁石２とが、固定されている。

また、Ｘ軸方向の位置検出装置１０は、側面２２ｘに沿って配置され、Ｙ軸方向の位置検出装置１０ｙは、側面２２ｙに沿って配置されている。これら、位置検出装置１０と位置検出装置１０ｙとは、位置検出の方向を、Ｘ軸とＹ軸と入れ替えた関係である。したがって、以降は、位置検出装置１０のみについて説明し、位置検出装置１０ｙに関する説明を省略する。一方、レンズ枠２２の角部を削って設けた空間に、位置検出装置１０，１０ｙを、対角線の位置関係に配置した場合も、本実施形態と同一の作用効果が得られる。
なお、本実施形態では、位置検出装置１０と位置検出装置１０ｙの磁石１，２の着磁方向と位置検出の方向（検出軸方向）はほぼ同じであるため、ホールセンサ３は位置検出装置１０と位置検出装置１０ｙの検出軸方向に直交する方向の中央部付近にギャップＧだけ離れて対面するように配置されていることとなる。

レンズ枠２２は、手振れ補正機能を生かすように、基板１１に対し、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、カメラモジュール２０は、手振れ補正機能のほか、オートフォーカス機能のため、図１に示したカメラモジュール２０の全体がＺ軸方向にも動作するが、その説明は省略する。そして、ギャップＧは常時一定であり、位置検出装置１０は、基板１１に対してレンズ枠２２がＸ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置１０は、基板１１上に固定されたホールセンサ３と、レンズ枠２２の側面２２ｘに固定された磁石１，２より構成されており、ホールセンサ３と、磁石１，２との相対移動距離に応じた電圧を検出する。

この構成により、磁束密度が高密度な磁石１，２の幅方向、すなわち検出軸方向以外の方向（他軸方向）のＹ軸方向における中央に、空隙Ｒを設けて磁束密度を低減し、ホールセンサ３付近の検出軸方向以外の方向（他軸方向）の磁束密度分布を平坦化する作用がある。磁束密度分布を平坦化した磁石１，２の基準面Ａに平行な面に沿って縦横に移動するホールセンサ３の検出出力は、より広い移動範囲にわたって線形になる。したがって、検出軸Ｘ方向以外の他軸方向Ｙ方向の変位による検出軸Ｘ方向の位置検出精度の劣化を防止することが可能である。

なお、図１に示した位置検出装置１０，１０Ｙは、それぞれ直交するＸ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、により規定される三次元空間において、Ｘ軸とＹ軸との２軸を含むＸＹ平面、すなわち基準面Ａに対し、検出軸方向と、他軸方向との関係が、Ｘ軸とＹ軸とのみによる場合に、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減させる効果を発揮するものである。

図２は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、（ａ）従来未対策例と、（ｂ）従来対策例と、（ｃ）本発明とを、それぞれ図２の上半分に斜視図、図２の下半分に側面図を示している。図２において、ホールセンサ３が、磁石１，２，４，５が相対的に変位することによって位置を検出する方向、すなわち、検出軸方向をＸ軸、検出軸方向以外の方向（他軸方向）をＹ軸と定めている。また、図２では、磁石１，２，４，５およびホールセンサ３を拡大して明示している。そして、磁石１，２，４，５のＹ軸方向の幅Ｗ，Ｗ´，Ｗ´´と、磁石が各装置で１個か２個か、２個ならそれらの間隔Ｓｐと、磁石１，２，４，５と、ホールセンサ３と、の間隔Ｇを明確にしている。なお、磁石１，２，４，５は、Ｘ軸方向の長さは、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）で、全て同一である。

図２（ａ）に示す位置検出装置３９において、角棒状の磁石４は長手方向に着磁され、図の手前側がＮ極、図の奥側がＳ極である。図２（ａ）下部の側面図で明示するように、磁石４の上面から間隔Ｇを空けてホールセンサ３が配置されている。なお、図２に示す位置検出装置３９，３０ｘ，１０は、図１と図９に示した位置検出装置１０，３０ｘにおける、磁石１，２，３１ｘと、ホールセンサ３との上下関係を逆にした配置であるが、相対位置を検出する機能に変わりはない。

すなわち、位置検出装置３９は、磁石４の上面に間隔Ｇを空けて配置されているホールセンサ３がＸ軸方向に移動する距離を測定する。なお、位置検出装置３９は、ホールセンサ３に対して磁石４が相対的に移動する距離を検出する。また、どちらか一方が固定され、他方のみが移動するような説明であっても、固定側と移動側との説明が実際とは逆のこともあるが、その点については、本発明と無関係であり問題にしない。

図２（ａ）に示す位置検出装置３９の磁石４の上面において、ホールセンサ３は、Ｘ軸方向に移動するばかりでなく、Ｙ軸方向にも移動するので、Ｙ軸方向に移動したことにより、すなわち、他軸方向に変位することで、Ｘ軸方向に対する位置検出精度が悪化する。そこで、図２（ｂ）に示す位置検出装置３０ｘが、従来の対策として用いられていた。図２（ａ）に示す位置検出装置３９の磁石４の幅Ｗ´に対し、図２（ｂ）に示す位置検出装置３０ｘの磁石５の幅Ｗ´´は、約３倍に拡幅されている。このことにより、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を低減させる効果低減できることは、後ほど図６に示すデータに基づいて説明する。

図２（ｃ）に示す位置検出装置１０の磁石１，２は、角棒状で同一の２本が、幅Ｗ方向に間隔Ｓｐで離間され、Ｘ軸とＹ軸とを含む基準面Ａに沿って、それぞれの各一面を、面一に揃えて配置されている。また、位置検出装置１０は、角棒状の磁石１，２の着磁方向の中央部付近、かつ、幅Ｗ方向に間隔Ｓｐを有する空隙Ｒの中央寄りで、基準面ＡからギャップＧの距離だけ離れて対面するように配置されたホールセンサ３を備えて構成される。なお、角棒状とは直方体の一形状である。

また、磁石１と磁石２とホールセンサ３との位置関係は、下式（１）〜（４）で示した設計指標により最良の形態を開示する。なお、ホールセンサ３の感磁面は、実際の製品において、モールドパッケージの外面から規定された深さの中心部に配置されている。ただし、図２をはじめとする各図面において、ホールセンサ３の感磁面は、ホールセンサ３が磁石と対面する表面に位置するものとみなすことにより、図解説明を簡略にしている。

磁石１と磁石２とホールセンサ３との位置関係は、基準面Ａからホールセンサ３の感磁面までの距離（ギャップともいう）をＧ、空隙Ｒ（磁束密度低減部）を挟んだ両側の磁石１と磁石２の中心同士を結んだ線分を前記基準面Ａに投影した線分を中心間距離Ｄ、磁石１と磁石２の前記基準面Ａにおける着磁方向に直交する方向の幅をＷ、磁石１と磁石２との基準面Ａにおける間隔（磁束密度低減部である空隙Ｒの幅）をＳｐ、とした時に、下式(１)〜(４)を満足することが好ましい。

０．６ｍｍ＜Ｇ＜２．１ｍｍ …（１）
０．１ｍｍ＜Ｓｐ …（２）
Ｗ≦１．５ｍｍである場合、Ｄ＝（Ｓｐ＋Ｗ）＜０．５×Ｇ＋２ …（３）
１．５ｍｍ＜Ｗである場合、１．６ｍｍ＜Ｄ＜３Ｇ≦２．８ｍｍ …（４）

なお、上式(１)〜(４)により数値限定する根拠は、後ほど図３〜図７に沿って説明するように、シミュレーション検証を伴う試行錯誤の実験結果等に基づいて、最良の設計指標を見出した結果である。例えば、上式（１）は、ホールセンサ３の感度良好な実用領域を見出した結果である。一方、上式（２）は、実験結果というよりは、隙間管理など大量生産する際の生産技術上の制約条件を示している。

図３は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、（ａ）従来対策例と、（ｂ）本発明と、を示している。図３において、横軸は磁石１，２，５の幅方向である非測定軸方向（他軸方向又はＹ軸方向ともいう）に沿った位置を示している。図３（ａ）に示す、直方体の磁石５における前後方向の中心部が、磁極ＮＳの境界部であり模式的に境界線を示している。同様に、図３（ｂ）に示す、角棒状の磁石１，２における長手方向の中心部が、磁極ＮＳの境界部であり模式的に境界線を示している。また、磁石の幅Ｗ´´の中間点、あるいは、磁石１，２の幅Ｗと磁石１，２の間隔Ｓｐの合計値（２×Ｗ＋Ｓｐ）の中間点を基準点０として、そこから他軸方向に変位した位置を図３に示すグラフの横軸に示している。

また、図３（ａ），（ｂ）の縦軸は、磁束密度を示している。ただし、図３に示すグラフは、磁束密度の特性が、他軸方向に対して、山形か平坦かをシミュレーション検証するものである。したがって、図３に示すグラフの曲線形状が、検証結果であり、それぞれの数値は、磁束密度をＴ（テスラ）の単位で表記したものである。図３（ａ）のグラフでは、磁束密度が山形に変化しているので、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化が大きいことが示されている。すなわち、磁石の幅Ｗ´´＝３ｍｍの条件では、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を避けられないことが示されている。なお、図３（ａ）のグラフは、後ほど説明する図６（ａ）に記載された曲線のうち、Ｗ´´＝３ｍｍの条件で示す１本である。

一方、図３（ｂ）は、最良の実施形態として開示する位置検出装置１０、およびそのシミュレーション結果のグラフである。位置検出装置１０は、磁石幅Ｗ＝１．０ｍｍの角棒状の磁石１，２を２本備え、これら磁石１，２の間隔Ｓｐ＝１．１ｍｍとする条件である。グラフで示すように、磁束密度の特性曲線が台形で、その上部は、他軸方向の変位±１ｍｍの範囲において、ほぼ平坦な特性である。したがって、図３（ｂ）に開示する位置検出装置１０は、他軸方向の変位±１ｍｍの範囲において、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を低減できる根拠が証明された。

図４は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置と、従来例と、の性能対比グラフであり、（ａ）従来対策例と、（ｂ）本発明とを示している。図４における横軸は、位置検出装置３０ｘ，１０の検出軸方向であるＸ軸の移動距離（ストロークともいう）である。また、図４における縦軸は、位置検出装置３０ｘ，１０の検出出力に対する増幅前の電圧Ｖである。なお、図４に示すグラフは、ストローク対検出出力の特性が線形であるか否かをシミュレーション検証することが目的であり、縦軸の単位は問題でないため、数値は実測値でなく変化の目安である。また、実際の検出電圧は増幅回路の設定により、いかようにも変えることができるので、縦軸の数値大小については特に意味を持たない。また、図１〜図４において、磁石の着磁方向は、検出軸方向に平行にＮ極及びＳ極が着磁された、いわゆる、２極磁石を基に説明してきたが、磁石の厚さ方向（図１のＺ軸方向）にＮ極とＳ極が着磁され検出軸方向の中心部を境に着磁方向が反転する、いわゆる、４極着磁磁石を用いても本発明の効果は変わらない。

図４（ａ）に示すように、位置検出装置３０ｘにおいて、Ｘ軸のストロークが０〜０．５ｍｍの領域における、他軸方向の変位０ｍｍ、すなわち、他軸方向の変位がない場合の検出出力電圧と、他軸方向の変位が０．５ｍｍの場合の検出出力電圧とを比較すると、異なっている。すなわち、この位置検出装置３０ｘは、他軸方向の変位により、位置検出の精度が劣化する。

図４（ｂ）に示すように、位置検出装置１０において、他軸方向の変位０ｍｍ、すなわち、他軸方向の変位のない場合と、他軸方向の変位０．５ｍｍの場合と、他軸方向の変位１．０ｍｍの場合と、を比較する。その結果、Ｘ軸のストローク約３ｍｍに亘って、他軸方向の変位の値に関わらず、検出出力電圧はストロークに対して同様の変化をしており、各ストロークにおける検出出力電圧がほぼ等しい結果が得られている。すなわち、この位置検出装置１０は、ストローク約３ｍｍに亘って、検出出力電圧は、±１ｍｍの他軸方向の変位が生じても、位置検出精度に劣化がないことを証明できた。

（他の実施形態）
図５は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置の各種シミュレーショングラフであり、（ａ）Ｗ＝０．５ｍｍ，Ｇ＝１．３ｍｍ，Ｓｐ＝１．７ｍｍの場合と、（ｂ）Ｗ＝１．５ｍｍ，Ｇ＝１．３ｍｍ，Ｓｐ＝０．８５ｍｍの場合と、（ｃ）設計指標（ＷとＧに適応するＳＰ）と、を示している。上述したように、図３（ｂ）により位置検出装置１０の最良と考えられる条件を示した。しかし、磁石１と、磁石２と、ホールセンサ３との位置関係を、別の条件に変えたＷ値とＧ値に対応する最適なＳＰ値を設計指標として模索する。図５において横軸は他軸方向の位置ｍｍ、縦軸は磁束密度Ｔを示している。図５（ａ）には、磁石幅Ｗ＝０．５ｍｍ、磁石１，２間の離間距離Ｓｐ＝１．７ｍｍの条件による磁束密度の特性が、やや平坦であることを示している。

また、図５（ｂ）には、磁石幅Ｗ＝１．５ｍｍ、磁石１，２間の離間距離Ｓｐ＝０．８５ｍｍの条件による磁束密度の特性が、他軸方向の変位約３ｍｍに亘って、磁束密度が高原状態でほぼ平坦な特性であり、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化を低減できる根拠が証明された。さらに、図５（ｃ）に示す表は、図２（ｃ）に示した位置検出装置１０において、磁石幅Ｗと、基準面Ａからホールセンサ３の感磁面までのギャップＧと、磁石１，２間の離間距離Ｓｐと、の関係を最適化したものである。すなわち、そのＷ値およびＧ値に対する最適なＳｐ値を、試行錯誤で究明した設計指標である。

図６は、従来の位置検出装置に用いる磁石の幅に対する磁束密度の関係を示すデータであり、（ａ）磁石幅Ｗ´´別の磁束密度分布のグラフと、（ｂ）磁石幅Ｗ´´別の磁束密度の変化率のグラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。なお、従来の位置検出装置３０ｘは、図２（ｂ）と、図３（ａ）とに示した形状であり、本実施形態の位置検出装置１０は、図２（ｃ）と、図３（ｂ）とに示した形状である。

図６（ａ）の横軸は、磁石５の幅方向である検出軸方向以外の方向、すなわち、他軸方向であるＹ方向に沿った位置、すなわち他軸方向位置を示している。なお、直方体の磁石５の幅Ｗ´´の中間点からの他軸方向のＹ方向の変位を図６（ａ）の横軸に示している。また、図６（ａ）の縦軸は、磁束密度Ｔを示している。図６（ａ）において、曲率の異なる７本の概ね山形の曲線は、磁石の幅Ｗ´及びＷ´´を１，３，５，６，７，１０ｍｍ、その他に変えてシミュレーションした結果を示している。なお、図６（ａ）に記載された７本の曲線のうち、Ｗ´´＝３ｍｍの条件で示す１本を、図３（ａ）のグラフに抽出して説明したとおりである。

図６（ａ）において、磁石幅Ｗ´＝１ｍｍの場合、磁束密度は低い山形に変化するが、磁石幅Ｗ´´＝１０ｍｍの場合、磁束密度は高い値を保って、ほぼ平坦な特性である。このように、他軸方向の変位に対して、磁束密度が、ほぼ平坦な特性であれば、位置検出装置の他軸方向の変位による位置検出精度の劣化がなくなるので、磁石幅Ｗ´は、狭い１ｍｍよりも広い１０ｍｍの方が、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくしやすいことが検証された。すなわち、他軸方向に対して、磁石幅Ｗ´を広げる程、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくす対策として有効であることが示されている。

また、図６（ｂ）の横軸も、磁石の幅方向である非測定軸方向に沿った距離を示している。そして、図６（ｂ）の縦軸には、測定原点である磁石中心部の磁束密度と、測定点での磁束密度との差を示している。図６（ｂ）において、曲率の異なる７本の概ね谷形の曲線は、磁石の幅Ｗ´及びＷ´´を１，３，５，６，７，１０ｍｍ、その他に変えてシミュレーションした結果を示している。図６（ｂ）において、磁石幅Ｗ´＝１ｍｍの場合、磁束密度の差は深い谷形に変化するが、磁石幅Ｗ´´＝１０ｍｍの場合、磁束密度の変化率は僅かであり、ほぼ平坦な特性である。このように、他軸方向に対して、磁束密度の変化率が平坦な特性であることは、上述したとおり、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくす対策として有効であることが示されている。

図６（ｃ）に示す表は、図６（ｂ）に示すグラフにおいて、１ｍｍだけ他軸方向に変位した時、磁石の幅Ｗ´またはＷ´´の中間点、すなわち、他軸方向の変位が０ｍｍの時の磁束密度を基準とした場合の磁束密度の変化率をＷ´´別に読み取っている。これによれば、従来の位置検出装置３０ｘにおいて、磁石幅Ｗ´´＝９ｍｍという大型の磁石５を用いて得られる高い他軸方向の変位による位置検出精度を、本実施形態において、小型の磁石１，２により、Ｗ＝１ｍｍ，Ｓｐ＝１．３ｍｍという条件の位置検出装置１０により、実現できたことを示している。なお、磁石幅Ｗ´´＝９ｍｍの条件における磁束密度差のデータは、図６（ｂ）にプロットしていない。

図７は、本発明の実施形態に係る位置検出装置の設計指標を示すグラフである。図７の横軸は、基準面Ａからホールセンサ３の感磁面までの距離（ギャップ）Ｇｍｍを示している。すなわち、図２（ｃ）に沿って説明したギャップＧを、図７の横軸では、基準面から感磁面までの距離Ｇｍｍと表示している。図７の縦軸は、直方体で一対の磁石の中心間距離Ｄ＝（磁石幅Ｗ＋磁石間距離Ｓｐ）ｍｍを表示している。

本願発明者は、実験により、磁石幅Ｗ＝０．５ｍｍと、Ｗ＝１．０ｍｍと、Ｗ＝１．５ｍｍと、の場合、それぞれの磁石幅Ｗ値に対応付けた特定の条件において、位置検出装置１０が高性能を得られることを確認した。そして、位置検出装置１０が高性能を得られる特定の条件を、設計指標として図７に示すグラフにプロットするとともに、図２（ｃ）に示した最良の形態として上式(１)〜(４)により数値限定したとおりである。

この構成によれば、大量生産に都合良く、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向（他軸方向）により確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の他軸方向の変位による位置検出精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。

図８は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置用として、直方体に限定しない磁石の形状を示す断面図である。ただし、基本構成として、図８（ａ）には、上述した角棒状で１対構成の磁石１，２およびホールセンサ３を示している。そして、図８（ｂ）〜（ｄ），（ｉ），（ｋ）に示すように、直方体に代えた棒状の磁石による１対構成も考えられる。これら棒状で１対構成された磁石の間には、間隔Ｓｐに相当する空隙Ｒを有する。また、図８（ｅ）〜（ｈ），（ｊ），（ｌ）に示すように、一体形成による磁石において、その磁石の外面のうちホールセンサ３に対面する基準面Ａのほぼ中央に凹部Ｑを設けてもよい。なお、図８（ｅ）〜（ｈ），（ｊ），（ｌ）に示す一体形成による磁石のように、凹部Ｑのない側の平面は、磁力の低下も少ない。したがって、手振れ補正機能を構成する不図示のアクチュエータ用の駆動コイルが対面して駆動力を発生させた場合の効率も良好である。

この構成によれば、磁束密度が高密度な磁石の中央に、凹部または空隙を設けて磁束密度を低減し、磁気検出素子付近の検出軸方向以外の方向（他軸方向）の磁束密度分布を平坦化する作用がある。他軸方向の磁束密度分布を平坦化した磁石の面に平行な面に沿って縦横に相対移動する磁気検出素子の検出出力は、検出軸方向以外の他軸方向の変位による前記検出軸方向の位置検出精度の劣化を防止することが可能である。

１，２，４，５ 磁石
３，３ｘ，３ｙ ホールセンサ
１０，３０ｘ，１０ｙ，３９ 位置検出装置
Ａ 基準面
Ｄ 中心間距離
Ｇ ギャップ
Ｑ 凹部（磁束密度低減部）
Ｒ 空隙（磁束密度低減部）
Ｓｐ 間隔
Ｗ 磁石幅

Claims (6)

1. 位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、
   前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、
   前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
   前記永久磁石の外面のうち前記磁気検出素子に対向する基準面における前記検出軸方向に直交する方向の中央部に、磁束密度低減部を設けたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記永久磁石は、前記検出軸方向にＮ極とＳ極が分布するように着磁された二本の永久磁石であり、それら二本の永久磁石を同じ極が並ぶように離間して配置した構成を備え、
   前記磁束密度低減部は、前記二本の永久磁石同士を離間して配置した構成であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記磁束密度低減部は、前記永久磁石の前記基準面の前記中央部に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記凹部は、前記検出軸方向に連続した溝であることを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記磁気検出素子はホールセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
6. 前記基準面から前記磁気検出素子の感磁面までの距離Ｇと、前記磁束密度低減部を挟んだ両側の永久磁石部位の中心間距離Ｄと、前記永久磁石の前記基準面における着磁方向に直交する方向の幅Ｗと、前記磁束密度低減部の幅Ｓｐとの関係が、下記（１）〜（４）式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
   ０．６ｍｍ＜Ｇ＜２．１ｍｍ …（１）
   ０．１ｍｍ＜Ｓｐ …（２）
   Ｗ≦１．５ｍｍである場合、Ｄ＝（Ｓｐ＋Ｗ）＜０．５×Ｇ＋２ …（３）
   １．５ｍｍ＜Ｗである場合、１．６ｍｍ＜Ｄ＜３Ｇ≦２．８ｍｍ …（４）

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