JP2016133406A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象の変位に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。【解決手段】変位検出装置１は、間隔を設けて配置され、当該間隔に磁場を形成する一対の磁石４と、一対の磁石４の間に配置され、測定対象５に接続されて変位する軟磁性体３と、一対の磁石４の間に配置され、軟磁性体３の変位方向Ｄｄと直行する検出方向Ｄｓｚで軟磁性体３の変位に伴う磁場の変化を検出するホール素子２０ａ及び２０ｂを対で有するセンサ２と、センサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂの出力の差分を出力する差分増幅回路２１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、変位検出装置に関する。

従来の技術として、磁気検出素子により２つの磁石の間の磁束密度を検出して、２つの磁石の間の磁束を誘引する軟磁性体の位置を検出する変位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された変位検出装置は、２つの磁石間に生じる磁束の方向に検知方向を合わせて配置された磁気検出素子であるＭＲ素子と、２つの磁石間に生じる磁束を誘引する軟磁性体とを有し、軟磁性体をＭＲ素子に近づけた場合にＭＲ素子を透過する磁束密度が減少する特性を利用して、軟磁性体の位置を検出する。

国際公開第２００６／０３５３４２号

しかし、特許文献１に示す変位検出装置は、磁束を誘引するために軟磁性体を大きくする必要があり、その結果として軟磁性体の重量が増加するため、軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度が低下するという問題があった。また、軟磁性体を透過する磁束が変動するため、ＭＲ素子に近づける場合と遠ざける場合でヒステレシスが生じるという問題があった。

従って、本発明の目的は、測定対象の変位に対する感度を向上する変位検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の変位検出装置を提供する。

［１］間隔を設けて配置され、当該間隔に磁場を形成する一対の磁石と、
前記一対の磁石の間に配置され、測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
前記一対の磁石の間に配置され、前記軟磁性体の変位方向と直行する検出方向で前記軟磁性体の変位に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を対で有するセンサと、
前記センサの前記対の磁気検出素子の出力の差分を出力する差分回路とを有する変位検出装置。
［２］前記軟磁性体は、透過する磁束が変化しない範囲で変位する前記［１］に記載の変位検出装置。

請求項１に係る発明によれば、測定対象の変位に対する感度を向上することができる。
請求項２に係る発明によれば、軟磁性体に生じるヒステレシスを抑制することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。 図２は、センサの構造を示す斜視図である。 図３は、変位検出装置の回路構成の一例を示す概略図である。 図４（ａ）−（ｃ）は、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係及び軟磁性体の変位と差動増幅回路の出力との関係を表すグラフ図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図７は、第３の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図８は、軟磁性体の変位と差動増幅回路の出力との関係を表すグラフ図である。 図９は、第４の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１０は、第５の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１１は、第６の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１２は、第７の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１３（ａ）−（ｃ）は、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。

［第１の実施の形態］
（変位検出装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。

変位検出装置１は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２と、バネ６及び接続部材５１に接続されて検出方向Ｄｓｚと直行する変位方向Ｄｄに変位する軟磁性体３と、検出方向Ｄｓｚと平行な着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４と、一例として内部圧力ｐによるラバーメンブレン５０の変位が測定される対象である測定対象５とを有する。なお、図１の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

センサ２は、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状であって、ｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向Ｄｓｚとするホール素子を少なくとも一対有するホールＩＣであり、一対の磁石４の間に配置される。なお、磁気検出素子は検出方向がＤｓｚであればＭＲ素子等の他の種類の素子であってもよいし、検出方向Ｄｓｚを含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ＩＣを用いてもよい。また、センサ２は、磁気検出素子に加え後述する差分増幅回路等を有する。

軟磁性体３は、ｘ方向に厚みを有する鉄等の軟磁性体材料を用いた平板であり、一対の磁石４の間に配置されるとともに、軟磁性体３が誘引する磁束がセンサ２で検出されるような範囲で変位するものとする。

また、軟磁性体３は、測定対象５の内部圧力ｐが増加してラバーメンブレン５０が変形すると、この変形に伴い接続部材５１を介してｘ方向に変位する。なお、変位量は数ｍｍ程度（一例として、±１ｍｍ）の微小な変位であるとする。

センサ２と軟磁性体３とは、ラバーメンブレン５０が変形していない状態（以下、「平常状態」という。）においてｘ方向の厚み中心が一致しており、互いに最も接近する。なお、平常状態以外においてｘ方向の厚み中心を一致させるものであってもよい。

一対の磁石４は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石で、少なくとも軟磁性体３の可動域においては一様な磁界を形成し、軟磁性体３が誘引する磁束が正負に振れたり、ヒステレシスの影響が出るほどに大幅に数値が変化したりしないものとする。一例として、軟磁性体３が誘引する磁束密度の変化幅は±１０ｍＴ程度とする。

測定対象５は、一例として、車両のスロットルバルブ等であって、その内部の空気圧が測定される対象となる。なお、測定対象５は、内部圧力ｐに限らず、微小な変位が生じるものであって、当該変位が接続部材５１を介して軟磁性体３に伝達可能なものであればその種類は問わない。

バネ６は、平常状態において、測定対象５の圧力ｐによって軟磁性体３に加えられる力と釣り合うようそのバネ長及びばね定数が選択される。なお、反力が不要な場合はバネ６を省略してもよい。

図２は、センサ２の構造を示す斜視図である。

センサ２は、ｘｙ面に平行な検出面を有し、当該検出面にｘ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ａ及び２０ｂを有する。ホール素子２０ａ及び２０ｂは、それぞれ検出方向Ｄｓｚの磁束密度に応じた電圧を出力する。なお、間隔ｄｇは、磁束密度の変動が増加又は減少する範囲で適宜設定可能であるが、一例として、１ｍｍのものについて以下説明する。また、ホール素子を１つ有するセンサを２つ用意して構成してもよい。

図３は、変位検出装置１の回路構成の一例を示す概略図である。

センサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂの出力はそれぞれ差動増幅回路２１に接続され、それぞれの出力Ｖａ及びＶｂの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖａ−Ｖｂとして出力される。なお、Ｖａ及びＶｂはホール素子２０ａ及び２０ｂが検出する磁束密度Ｂに比例するものであり、Ｖａ＝ａ・Ｂ及びＶｂ＝ａ・Ｂとなる（ａは定数）。出力は信号処理回路等に接続され、軟磁性体３の変位、圧力ｐ又はこれらをパラメータとして持つ物理量に変換される。

（変位検出装置の動作）
次に、第１の実施の形態の作用を、図１−図５を用いて説明する。

図４（ａ）−（ｃ）は、変位検出装置１の動作を説明するための概略図である。

図４（ａ）に示すように、平常状態においてセンサ２と軟磁性体３とは、ｘ方向の中心座標が一致しており、互いに最も接近する。この状態においてセンサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、測定対象５の内部圧力ｐが減少してラバーメンブレン５０が変形すると、この変形が接続部材５１を介して軟磁性体３に伝達し、図４（ｂ）に示すように、ｘ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、測定対象５の内部圧力ｐが増加してラバーメンブレン５０が変形すると、この変形が接続部材５１を介して軟磁性体３に伝達し、図４（ｃ）に示すように、ｘ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

これらの軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係及び軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係は、以下に説明する図５（ａ）及び（ｂ）のように表される。

図５（ａ）及び（ｂ）は、軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係及び軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係を表すグラフ図である。

上記したように、軟磁性体３の変位とセンサ２のホール素子２０ａの検出する磁束密度との関係は、図５（ａ）に示すように、変位が０の付近でホール素子２０ｂの検出する磁束密度と一致し、変位が正に増加するに従い磁束密度が減少する。また、変位が負に減少するに従い磁束密度は増加して最大値Ｂ０となる。

同様に、軟磁性体３の変位とセンサ２のホール素子２０ｂの検出する磁束密度との関係は、図５（ａ）に示すように、変位が０の付近でホール素子２０ａの検出する磁束密度と一致し、変位が負に減少するに従い磁束密度は減少する。また、変位が正に増加するに従い磁束密度は増加して最大値Ｂ０となる。

従って、軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係は、図５（ｂ）に示すように原点に対称となる。一例として、磁石４間の距離が１０ｍｍ、センサ２の検出する磁束密度の最大値が２０ｍＴ、最小値が−２０ｍＴ、センサ２と軟磁性体３の最短距離が０．５ｍｍ、軟磁性体３の厚みが１ｍｍの条件の下で、変位が±１．０ｍｍの範囲でおおよそリニアな特性が得られ、この変異の範囲を変位検出装置１の使用範囲とすることができる。なお、おおよそリニアとは、許容できる直線性の範囲で変位に対して一意的に減少する（又は増加）状態をいう。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によれば、センサ２において検出される磁束密度が０となる軟磁性体３の位置が存在するため、軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度とがおおよそリニアな特性となる。

また、多くの磁束を誘引する必要がないため、軟磁性体３を大きくする必要がなく、その結果として軟磁性体の重量の増加を抑制することができ、重量増加による軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度の低下を抑制することができる。

また、磁石４間の磁界を一様なものとし、軟磁性体を透過する磁束が大きく変動しない設計としたため、軟磁性体に生じるヒステレシスの影響が少なく、第１の実施の形態の構成を採用しない場合に比べて、精度の低下を抑制することができる。

［第２の実施の形態］
図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第３の実施の形態は、センサの有するホール素子が４つであり、軟磁性体の形状が球状であり、磁石の形状が円盤状である点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５が、軟磁性体３０の変位方向をＤｄｘ及びＤｄｙ、つまりｘ方向及びｙ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１１は、図６（ａ）に示すように、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２ａと、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙに変位する軟磁性体３０と、円盤状であって着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４０とを有する。なお、図６（ａ）の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

センサ２ａは、図６（ｂ）に示すように、ｘｙ面に平行な検出面を有し、当該検出面にｘ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ａ及び２０ｂを有する。また、ｙ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ｃ及び２０ｄを有する。ホール素子２０ａ及び２０ｂの出力はそれぞれ差動増幅回路２１に接続され、それぞれの出力Ｖａ及びＶｂの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖａ−Ｖｂとして出力される。また、同様にホール素子２０ｃ及び２０ｄの出力はそれぞれ差動増幅回路２１と異なる差動増幅回路２１’（図示せず）に接続され、それぞれの出力Ｖｃ及びＶｄの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖｃ−Ｖｄとして出力される。

なお、軟磁性体３０及び磁石４０はこれらの中心を通る軸がｚ軸に平行になるよう配置されており、センサ２ａも軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ｄｄｘによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ｄｄｙによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。

（変位検出装置の動作）
次に、第２の実施の形態の作用を、図６を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２ａの中心と軟磁性体３０とは、互いに最も接近する。この状態においてセンサ２ａのホール素子２０ａ及び２０ｂ（２０ｃ及び２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、軟磁性体３０がｘ方向（ｙ方向）の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、軟磁性体３０がｘ方向（ｙ方向）の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、ｘ方向及びｙ方向の２方向の変位を検出することができる。

［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第３の実施の形態は、磁石の形状及び配置並びに軟磁性体の形状が第１の実施の形態と異なる。なお、測定対象５の図示を省略しているが、第１の実施の形態と異なり、角度方向Ｄｄθに軟磁性体３１を回転させるように接続されるものとする。

変位検出装置１２は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２と、角度方向Ｄｄθに回転する軟磁性体３１と、着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４１ａ及び４１ｂとを有する。なお、図７の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

軟磁性体３１は、リング状の磁石４１ｂの外周面上に設けられ、磁石４１ｂとともに角度方向Ｄｄθに回転するに従って、センサ２２に最も近づく部分のｘ座標が変化するように螺旋状に形成される。

（変位検出装置の動作）
次に、第３の実施の形態の作用を、図７を用いて説明する。

θ＝０の状態においてセンサ２のホール素子２０ａと軟磁性体３１とが最も接近し、ホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが最も離れるものとする。この状態においてホール素子２０ａの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝Ｂ０である。また、ホール素子２０ｂの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝Ｂｍｉｎである。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂｍｉｎ＞０となり、正の値となる。

次に、角度方向Ｄｄθに回転するに従って軟磁性体３１の最も接近する部分のｘ座標が増加し、センサ２のホール素子２０ａの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが減少し、ホール素子２０ｂの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加する。

θ＝０の状態においてセンサ２のホール素子２０ａと軟磁性体３１、ホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが等距離となる。この状態においてホール素子２０ａの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度と、ホール素子２０ｂの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は同値となるため、差動増幅回路２１の出力はＶｏｕｔ＝０となる。

また、θ＝３６０の状態においてセンサ２のホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが最も接近し、ホール素子２０ａと軟磁性体３１とが最も離れるものとする。この状態においてホール素子２０ｂの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝Ｂ０である。また、ホール素子２０ａの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝Ｂｍｉｎである。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂｍｉｎ−ａ・Ｂ０＜０となり、負の値となる。

上記した軟磁性体３１の回転角とセンサ２の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図８のように表される。

図８は、軟磁性体３１の変位と差動増幅回路２１の出力との関係を表すグラフ図である。

図８に示すように、軟磁性体３１の回転角と差動増幅回路２１の出力との関係は、θ＝１８０°の線に対称な特性となる。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、回転方向の変位角を検出することができる。

［第４の実施の形態］
図９は、第４の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第４の実施の形態は、センサの検出方向がｘ方向及びｙ方向の２方向になっている点で第１の実施の形態と異なる。また、軟磁性体の形状がリング状となっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５は、軟磁性体３２の変位方向をＤｄｘ及びＤｄｙ、つまりｘ方向及びｙ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１３は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２ａと、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙに変位する軟磁性体３２と、円盤状であって着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４０とを有する。なお、図９の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

なお、軟磁性体３２及び磁石４０はｚ軸に平行な軸を中心として対象に形成されており、センサ２ａは当該軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ｄｄｘによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ｄｄｙによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。

（変位検出装置の動作）
次に、第４の実施の形態の作用を、図９を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２ａと軟磁性体３２とは、これらのｘｙ平面における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ２ａのホール素子２０ａ及び２０ｂ（２０ｃ及び２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、軟磁性体３２がｘ方向（ｙ方向）の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、軟磁性体３２がｘ方向（ｙ方向）の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［第５の実施の形態］
図１０は、第５の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第５の実施の形態は、第４の実施の形態のセンサの検出方向及び軟磁性体の変位方向をｘ方向のみとしたものである。

変位検出装置１４は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２と、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘに変位する軟磁性体３３と、着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４とを有する。なお、図１０の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

軟磁性体３３は、一対の軟磁性体がそれぞれの間隔を一定に保ったまま変位方向Ｄｄｘに変位する。

（変位検出装置の動作）
次に、第５の実施の形態の作用を、図１０を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２と軟磁性体３３とは、これらのｘｙ平面における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、軟磁性体３３がｘ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、軟磁性体３３がｘ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［第６の実施の形態］
図１１は、第６の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第６の実施の形態は、軟磁性体３５を支持する支持体３４の柱部３４ａにコイル７が設けられており、当該コイル７に流す電流を制御することで支持体３４の変位を制御するものである。なお、測定対象５及びバネ６の図示を省略しているが、軟磁性体３５を含む支持体３４の変位方向Ｄｄｚをｚ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１４は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２と、変位方向Ｄｄｚに変位する軟磁性体３５と、着磁方向Ｄｍに着磁された平板状の磁石４１ａ及びリング状の磁石４１ｂとを有する。なお、図１１の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

支持体３４の柱部３４ａは、リング状の磁石４１ｂの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル７を有する。

センサ２は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２の出力電圧を監視する。また、コイル７は制御回路に接続され、制御回路はセンサ２の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。

（変位検出装置の動作）
次に、第６の実施の形態の作用を、図１１を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２と軟磁性体３５とは、それぞれのｚ方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、ともにＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、軟磁性体３５がｚ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、軟磁性体３５がｚ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

センサ２は、上記したように、軟磁性体３５の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ２の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体３５の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル７に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体３５の変位を０にするように電流をコイル７に流してもよいし、軟磁性体３５の変位を定数倍にするようにしてもよい。

（第６の実施の形態の効果）
上記した第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、検出した変位に基づいて変位を抑制又は増幅する等の制御ができる。

［第７の実施の形態］
図１２は、第７の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第７の実施の形態は、第６の実施の形態のコイル及び磁石の数及び配置を変更したものである。なお、測定対象５及びバネ６の図示を省略しているが、軟磁性体３７を含む支持体３６の変位方向Ｄｄｚをｚ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１５は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２と、変位方向Ｄｄｚに変位する軟磁性体３７と、着磁方向Ｄｍに着磁された平板状の磁石４２ａ及び２つのリング状の磁石４２ｂとを有する。なお、図１２の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

支持体３６の柱部３６ａは、リング状の磁石４２ｂの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル７を有する。

センサ２は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２の出力電圧を監視する。また、コイル７は制御回路に接続され、制御回路はセンサ２の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。

（変位検出装置の動作）
次に、第７の実施の形態の作用を、図１２を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２と軟磁性体３７とは、それぞれのｚ方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、ともにＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。

次に、軟磁性体３７がｚ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１−ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα_１−１）＜０となり、負の値となる。

また、軟磁性体３７がｚ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα_３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０−ａ・Ｂ０・ｓｉｎα_１＝ａ・Ｂ０・（１−ｓｉｎα_１）＞０となり、正の値となる。

センサ２は、上記したように、軟磁性体３７の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ２の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体３７の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル７に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体３７の変位を０にするように電流をコイル７に流してもよいし、軟磁性体３７の変位を定数倍にするようにしてもよい。

（第７の実施の形態の効果）
上記した第７の実施の形態によれば、第７の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。

上記した第１〜第７の実施の形態のセンサ、軟磁性体、磁石の組み合わせは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。また、軟磁性体は以下に示す形状のものを用いてもよい。

図１３（ａ）−（ｃ）は、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。

図１３（ａ）に示すように、軟磁性体３８ａは奥行き方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ｄｄｘは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体３８ａを用いた場合、ｚ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

図１３（ｂ）に示すように、軟磁性体３８ｂは、垂直方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体３８ｂを用いた場合、ｚ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

図１３（ｃ）に示すように、軟磁性体３８ｃは、断面をｘｙ平面に垂直にした半球形状であって、変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙは断面の法線に垂直な方向である。軟磁性体３８ｃを用いた場合、ｚ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

１ 変位検出装置
２、２ａ センサ
３ 軟磁性体
４ 磁石
５ 測定対象
６ バネ
７ コイル
１１−１５ 変位検出装置
２０ａ−２０ｄ ホール素子
２１ 差動増幅回路
２２ センサ
３０−３３ 軟磁性体
３４ 支持体
３４ａ 柱部
３５ 軟磁性体
３６ 支持体
３６ａ 柱部
３７ 軟磁性体
３８ａ−３８ｃ 軟磁性体
４０、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ 磁石
５０ ラバーメンブレン
５１ 接続部材

Claims (2)

1. 間隔を設けて配置され、当該間隔に磁場を形成する一対の磁石と、
   前記一対の磁石の間に配置され、測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
   前記一対の磁石の間に配置され、前記軟磁性体の変位方向と直行する検出方向で前記軟磁性体の変位に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を対で有するセンサと、
   前記センサの前記対の磁気検出素子の出力の差分を出力する差分回路とを有する変位検出装置。
2. 前記軟磁性体は、透過する磁束が変化しない範囲で変位する請求項１に記載の変位検出装置。
   

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