JP2017044630A - 直線摺動ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

【課題】限られた測定長を有する磁気センサを用いて、測定長をより長くできる、直線摺動ポテンショメータを提供する。
【解決手段】所定の距離だけ離れた第一の磁石と第二の磁石に対して、磁界の角度を検出する２個のホールＩＣ２０８、２１０を配置する。第一ホールＩＣ２０８に組み込まれている演算器のプログラムに、磁界の角度がリニア検出可能範囲を外れた場合に、飽和電圧を出力する機能を持たせる。コンパレータ４０２は、第一ホールＩＣ２０８の出力信号を定電圧発生回路４０５が出力する参照電圧と比較して、第一ホールＩＣ２０８の出力信号が参照電圧以上になったら、マルチプレクサ４０１を第二ホールＩＣ２１０の出力信号へ切り替える。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁石とホール素子等の直流磁界検出素子を用いて、被駆動体の直線上における絶対位置を電圧信号として出力する、直線摺動ポテンショメータに関する。

ポテンショメータはカーボン抵抗を用いたものが市場に多く見受けられるが、周知のようにカーボン抵抗を用いるポテンショメータは、電気機械的接触部分があるため、摩耗に因る劣化は免れない。そこで出願人は、ポテンショメータに長寿命を求める顧客に対し、長期間において劣化しにくい、非接触式のポテンショメータを開発し、市場に供給している。

特許文献１には、出願人による直線摺動ポテンショメータの技術が開示されている。

特開２００７−１５５５３７号公報

近年、半導体技術の進歩により、マイコンを内蔵した磁気センサが市場に流通している。発明者は、この磁気センサを用いることで、特許文献１に開示される技術を用いなくとも、容易に直線性（リニアリティ）の高い出力信号を得られることを見出した。しかしながら、この直線性は限られた距離であり、市場が要求する測定長を満たせないことも判明した。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、限られた測定長を有する磁気センサを用いて、測定長をより長くできる、直線摺動ポテンショメータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の直線摺動ポテンショメータは、長手方向に摺動する摺動体と、摺動体に固着される第一の磁石と、摺動体の、第一の磁石に対し長手方向に所定の距離だけ離れた位置に固着されて、第一の磁石が発する磁界と反対の磁界を発する第二の磁石とを具備する。更に、第一の磁石と第二の磁石が形成する磁界の角度を出力信号として出力する第一磁気検出装置と、第一磁気検出装置と長手方向に所定の距離だけ離れた位置に設けられ、第一の磁石と第二の磁石が形成する磁界の角度を出力信号として出力する第二磁気検出装置とを具備する。更に、第一磁気検出装置の出力信号と第二磁気検出装置の出力信号を選択的に出力するマルチプレクサと、第一磁気検出装置の出力信号を所定の参照電圧と比較して、その比較結果に応じてマルチプレクサを制御するコンパレータとを具備する。そして、第一磁気検出装置は、摺動体の、第一磁気検出装置に対する長手方向における移動距離と、第一磁気検出装置が出力する出力信号が直線性を維持できるリニア検出可能範囲から、摺動体が離脱したことを検出して、マルチプレクサが第二磁気検出装置の出力信号を選択するべくコンパレータがマルチプレクサを制御するための制御電圧を出力する。

本発明により、限られた測定長を有する磁気センサを用いて、測定長をより長くできる、直線摺動ポテンショメータを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態である、直線摺動ポテンショメータの外観斜視図である。 直線摺動ポテンショメータの分解斜視図である。 直線摺動ポテンショメータの上面図と、上面図のＡ−Ａ方向における横断面図である。 直線摺動ポテンショメータの回路図である。 第一磁石と第二磁石と、ホールＩＣの位置関係を説明する概略図である。 第一磁石と第二磁石と、ホールＩＣの位置関係を説明する概略図である。 第一磁石と第二磁石が形成する磁界と、ホールＩＣが検出する磁界を説明する概略図である。 第一ホールＩＣの出力信号を示すグラフと、第二ホールＩＣの出力信号を示すグラフである。 第一ホールＩＣの出力信号と第二ホールＩＣの出力信号を切り替えて合成させたグラフ ホールＩＣが３個の場合における、直線摺動ポテンショメータの回路図である。 ３個のホールＩＣとリニア検出可能範囲の位置関係を説明する概略図と、第一ホールＩＣの出力信号、第二ホールＩＣの出力信号、第三ホールＩＣの出力信号とそれら３個のホールＩＣの出力信号を切り替えて合成させたグラフである。

本実施形態の概要を説明する。
本実施形態に係る直線摺動ポテンショメータは、演算器を内蔵する二つのホールＩＣを摺動体の摺動方向に並べて、１個のホールＩＣが検出可能な摺動体の位置の直線検出可能な距離を合成する。
２個のホールＩＣの出力信号を合成するために、第一ホールＩＣは、合成させる位置で基準圧発生回路の参照電圧以上の出力電圧になるようにする。コンパレータは第一ホールＩＣの出力信号が基準圧発生回路の参照電圧以上になったら、コンパレータの出力信号がLowからHighに切り替わる。マルチプレクサは、コンパレータの出力信号を受けて第二ホールＩＣの出力信号へ切り替わる。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態である、直線摺動ポテンショメータ１０１の外観斜視図である。
直線摺動ポテンショメータ１０１は、いわゆるスライドボリュームに似た形状の筐体１０２を有する。筐体１０２の上面にはレール１０３が設けられており、レール１０３には摺動体１０４が取り付けられている。直線摺動ポテンショメータ１０１は、レール１０３上における摺動体１０４の長手方向における絶対位置を、アナログ電圧信号として出力する。

図２は、直線摺動ポテンショメータ１０１の分解斜視図である。
図３Ａは、直線摺動ポテンショメータ１０１の上面図である。
図３Ｂは、直線摺動ポテンショメータ１０１の、図３ＡのＡ−Ａ方向における横断面図である。
下ケース２０１の凹部２０１ａには、遮蔽板２０２を介して固定基板２０３が装着される。下ケース２０１の上面には、レール１０３がネジ止めにて装着される。レール１０３には摺動体１０４が長手方向に摺動可能に装着される。
摺動体１０４にはプラスチック等の非磁性体よりなるホルダ２０４がネジ止めされる。ホルダ２０４には第一磁石２０５と第二磁石２０６が装着される。第一磁石２０５と第二磁石２０６は平面に対して垂直方向に磁極面が設けられ、その磁極の方向は互いに逆である。

固定基板２０３には二つの基板がネジ止めされる。第一基板２０７には第一ホールＩＣ２０８が組み付けられている。第二基板２０９には第二ホールＩＣ２１０が組み付けられている。尚、第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０を直接固定基板２０３に実装してもよい。
第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０は同一のホールＩＣを採用しており、ホールＩＣに記憶されるプログラムのみが異なる。

図３Ｂを見て判るように、ホルダ２０４に装着されている第一磁石２０５と第二磁石２０６と、固定基板２０３によって固定されている第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０とは、高さ方向に一定の距離を保ちながら、長手方向に相対的距離が変化する。

［直線摺動ポテンショメータ１０１の回路］
図４は、直線摺動ポテンショメータ１０１の回路図である。
第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０は、ホール素子と演算器を内蔵する、プログラムによって所望の機能を実現する磁気センサである。
第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０の出力端子は、それぞれマルチプレクサ４０１の入力端子に接続される。
更に、第一ホールＩＣ２０８の出力端子には、コンパレータ４０２のプラス側入力端子が接続される。コンパレータ４０２のマイナス側入力端子には、例えば抵抗Ｒ４０３とツェナーダイオードＤ４０４よりなるような基準電圧発生回路４０５が接続されている。この基準電圧発生回路４０５は＋２．５Ｖを出力する。コンパレータ４０２の出力信号は、マルチプレクサ４０１の制御端子に接続される。
マルチプレクサ４０１の出力端子には、周知のボルテージフォロワよりなるバッファ４０６が接続される。

第一ホールＩＣ２０８の出力信号が＋２．５Ｖを超えると、コンパレータ４０２の出力信号はLowからHighに切り替わる。マルチプレクサ４０１は、コンパレータ４０２の出力信号を受けて、第一ホールＩＣ２０８の出力信号が＋２．５Ｖを超えたことに呼応して、出力信号を第一ホールＩＣ２０８から第二ホールＩＣ２１０へ切り替わる。

［ホールＩＣ］
第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０は、例えばＭｅｌｅｘｉｓ社のＭＬＸ９０３６０であるが、他の同等機能を有するホールＩＣであってもよい。ＭＬＸ９０３６０は三次元方向の磁場を検出可能であるが、本実施形態においてはＹ軸方向とＺ軸方向の信号のみ扱う。第一ホールＩＣ２０８と第二ホールＩＣ２１０は、ホール素子、Ａ／Ｄ変換器、そして演算器を内蔵し、演算器にプログラムを設定することで、Ｙ軸方向とＺ軸方向の磁界の角度に応じた検出電圧を出力する。

［動作原理］
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図６Ｅは、第一磁石２０５と第二磁石２０６と、ホールＩＣ５０１の位置関係を説明する概略図である。
図７Ａ及び図７Ｂは、第一磁石２０５と第二磁石２０６が形成する磁界と、ホールＩＣ５０１が検出する磁界を説明する概略図である。
先ず、図５Ａにおいて、ホールＩＣ５０１は、第一磁石２０５と第二磁石２０６が形成する磁界を検出することで、第一磁石２０５と第二磁石２０６の絶対位置を検出する。このために、図５Ｂに示すように、ホールＩＣ５０１は、磁界のＹ軸方向（長手方向）とＺ軸方向（深さ方向）を検出する。

図７Ａにおいて、第一磁石２０５と第二磁石２０６が形成する磁界の中に、ホールＩＣ５０１を位置Ｐ７０１からＰ７０６まで移動する。すると、ホールＩＣ５０１を通過する磁界の角度は、第一磁石２０５と第二磁石２０６が形成する磁界におけるホールＩＣ５０１の位置によって変化する。
磁界の角度を単位ベクトルにて書き直すと、図７Ｂのようになる。
図７Ｂにおいて、ベクトルＶ７１１は、ホールＩＣ５０１が図７Ａの位置Ｐ７０１で検出した磁界の単位ベクトルである。ベクトルＶ７１２は、ホールＩＣ５０１が図７Ａの位置Ｐ７０２で検出した磁界の単位ベクトルである。以下同様に、ベクトルＶ７１３は、図７Ａの位置Ｐ７０３に、ベクトルＶ７１４は、図７Ａの位置Ｐ７０４に、ベクトルＶ７１５は、図７Ａの位置Ｐ７０５に、ベクトルＶ７１６は、図７Ａの位置Ｐ７０６に、それぞれ対応する。
このように、ホールＩＣ５０１は磁界の長手方向成分と深さ方向成分の強度を測定して、磁界の角度を算出することで、ホールＩＣ５０１に対する第一磁石２０５と第二磁石２０６の長手方向の絶対位置を取得できる。

再び図５Ａに戻って、説明を続ける。
図５Ａにおいて、ホールＩＣ５０１に対する第一磁石２０５と第二磁石２０６の直線上の位置を、直線性（リニアリティ）を維持して検出できる範囲は、概ね第一磁石２０５の中心から第二磁石２０６の中心までの範囲である。これ以降、ホールＩＣ５０１が第一磁石２０５と第二磁石２０６の直線性を維持して検出できる範囲を、リニア検出可能範囲と呼ぶ。第一磁石２０５と第二磁石２０６の中心位置がリニア検出可能範囲を外れると、第一磁石２０５と第二磁石２０６の移動距離に対する磁界の角度の変化が減少するため、直線性が損なわれる。
つまり、１個のホールＩＣ５０１に対して第一磁石２０５と第二磁石２０６の位置を、直線性を維持して検出できる範囲は、図５Ｃに示すような位置関係になる。

図５Ｃにおけるリニア検出可能範囲を連結することができれば、リニア検出可能範囲を拡大することが可能になる。そこで、図５Ｄに示すように、第一磁石２０５と第二磁石２０６の移動方向にホールＩＣ５０１を２個並べて、リニア検出可能範囲を繋げる構成を考える。
第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ２０８のリニア検出可能範囲内に存在する時は、第一ホールＩＣ２０８の出力信号を選択する。そして、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第二ホールＩＣ２１０のリニア検出可能範囲内に存在する時は、第二ホールＩＣ２１０の出力信号を選択する。
この時、第一ホールＩＣ２０８の出力信号と、第二ホールＩＣ２１０の出力信号のどちらを選択するのか、何らかの方法で検出しなければならない。例えば、図６Ｅに示すように、第一ホールＩＣ２０８から見て、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ２０８のリニア検出可能範囲外にあることを検出可能にする必要がある。この位置は、図７ＡにおけるホールＩＣ５０１の位置Ｐ７０６であり、図７ＢにおけるベクトルＶ７１６である。

すなわち、第一ホールＩＣ２０８は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の磁界強度を検出し、磁界の角度を算出したら、その角度データを所定の閾値と比較する。所定の閾値を超えた角度データについては、基準電圧発生回路の参照電圧以上の一定の出力電圧になるようにプログラミングする。コンパレータ４０２の出力信号は第一ホールＩＣ２０８の出力電圧が基準圧発生回路の参照電圧以上になったら、LowからHighに切り替わる。マルチプレクサ４０１は、コンパレータ４０２の出力信号を受けて第二ホールＩＣの側へ切り替わる。

図８Ａは、第一ホールＩＣ２０８の出力信号を示すグラフである。図８Ｂは、第二ホールＩＣ２１０の出力信号を示すグラフである。
図９は、第一ホールＩＣの出力信号と第二ホールＩＣの出力信号を切り替えて合成させたグラフである。
何れのグラフも、横軸は摺動体１０４の絶対位置であり、縦軸は電圧である。
図８Ａにおいて、摺動体１０４の位置が０ｍｍの時（位置Ｐ８０１）、第一ホールＩＣ２０８は０．５Ｖを出力する。そして、摺動体１０４の位置が５０ｍｍの時点（位置Ｐ８０２）で２．５Ｖを出力するまで、第一ホールＩＣ２０８は出力電圧を０．５Ｖから２．５Ｖまでリニアに変化させる。このリニアな変化は、（２．５＋α）Ｖまで続く（位置Ｐ８０３）、そして、第一ホールＩＣ２０８は位置Ｐ８０４まで（２．５＋α）Ｖを維持し続ける（位置Ｐ８０４）。更に摺動体１０４を移動させると、第一ホールＩＣ２０８の出力電圧は５Ｖに上昇し、摺動体１０４の位置が最終位置である１００ｍｍに至るまで、第一ホールＩＣ２０８は出力電圧を５Ｖに維持する（位置Ｐ８０５）。
なお、位置Ｐ８０３から位置Ｐ８０４に至るまでの間、第一ホールＩＣ２０８は摺動体１０４の位置にかかわらず、一定の出力信号を（２．５＋α）Ｖに維持し続ける。これは、組立作業において第一ホールＩＣ２０８のリニア検出可能範囲を出力信号で確認するための処置であり、特に設定しなくても構わない。

図８Ｂにおいて、摺動体１０４の位置が０ｍｍの時（位置Ｐ８１１）、第二ホールＩＣ２１０は５Ｖを出力する。そして、摺動体１０４の位置が５０ｍｍの少し手前の時点（位置Ｐ８１２）で、第二ホールＩＣ２１０の出力電圧は（２．５−α）Ｖに下がる。そして、第二ホールＩＣ２１０は位置Ｐ８１３まで（２．５−α）Ｖを維持し続ける。位置Ｐ８１３を過ぎると、第二ホールＩＣ２１０は摺動体１０４の位置に応じて出力電圧を上昇させ、摺動体１０４の位置が５０ｍｍの時点（位置Ｐ８１３）で２．５Ｖを出力する。そして、摺動体１０４の位置が１００ｍｍに至る（位置Ｐ８１４）まで、第二ホールＩＣ２１０は出力電圧を２．５Ｖから４．５Ｖまでリニアに変化させる。
なお、位置Ｐ８１２から位置Ｐ８１３に至るまでの間、第二ホールＩＣ２１０は（２．５−α）Ｖを維持し続ける。
この処理も、前述の第一ホールＩＣ２０８における、位置Ｐ８０３から位置Ｐ８０４に至るまでの間と同様、組立作業において第一ホールＩＣ２１０のリニア検出可能範囲を出力信号で確認するための処置であり、特に設定しなくても構わない。

すなわち、図８Ａに示すように、第一磁石２０５と第二磁石２０６の位置が第一ホールＩＣ２０８のリニア検出可能範囲にある時は、第一ホールＩＣ２０８は０．５Ｖから２．５Ｖまでの範囲で、第一磁石２０５と第二磁石２０６の位置に対応する電圧を出力する。
そして、図８Ｂに示すように、第一磁石２０５と第二磁石２０６の位置が第一ホールＩＣ２０８のリニア検出可能範囲から外れ、第二ホールＩＣ２１０のリニア検出可能範囲にある時は、第二ホールＩＣ２１０は２．５Ｖから４．５Ｖまでの範囲で、第一磁石２０５と第二磁石２０６の位置に対応する電圧を出力する。
最終的に、図９に示すように、第一ホールＩＣ２０８の出力信号と、第二ホールＩＣ２１０の出力信号とを、コンパレータ４０２とマルチプレクサ４０１を用いて切り替えることにより、ホールＩＣ５０１のリニア検出可能範囲をほぼ２倍近くまで増大することができる。

本実施形態は、以下の様な応用が可能である。
（１）上述の実施形態では、２個のホールＩＣ５０１を組み合わせて、リニア検出可能範囲をほぼ２倍にする直線摺動ポテンショメータ１０１を開示したが、ホールＩＣ５０１を組み合わせる個数は２個に限らず、３個以上でも可能である。
図１０は、ホールＩＣ５０１が３個の場合における、直線摺動ポテンショメータ１００１の回路図である。
第一ホールＩＣ１００２と第二ホールＩＣ１００３は、第一マルチプレクサ１００４に接続される。
第一コンパレータ１００５は、第一ホールＩＣ１００２の出力信号を第一電圧源１００６の電位と比較し、その判定信号を第一マルチプレクサ１００４に供給する。
第一マルチプレクサ１００４の出力信号と第三ホールＩＣ１００７は、第二マルチプレクサ１００８に接続される。
第二コンパレータ１００９は、第一マルチプレクサ１００４の出力信号を第二電圧源１０１０の電位と比較し、その判定信号を第二マルチプレクサ１００８に供給する。
第二マルチプレクサ１００８の出力信号はバッファ４０６によって電流増幅される。

図１１（Ａ）は、３個のホールＩＣ５０１とリニア検出可能範囲の位置関係を説明する概略図である。
図１１（Ｂ）は、第一ホールＩＣ１００２の出力信号のグラフである。
図１１（Ｃ）は、第二ホールＩＣ１００３の出力信号のグラフである。
図１１（Ｄ）は、第三ホールＩＣ１００７の出力信号のグラフである。
図１１（Ｅ）は、３個のホールＩＣの出力信号を切り替えて合成させたグラフである。
図１１（Ａ）に示す３個のホールＩＣ５０１とリニア検出可能範囲の位置関係と、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ）及び図１１（Ｅ）の横軸（摺動体１０４の位置）は等しい。
なお、説明の都合上、第一ホールＩＣ１００２は、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第三ホールＩＣ１００７のリニア検出可能範囲内にある時、第一磁石２０５と第二磁石２０６の磁気を検出できなくなるものとする。また、第三ホールＩＣ１００７は、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲内にある時、第一磁石２０５と第二磁石２０６の磁気を検出できなくなるものとする。

第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲内にある時、第一ホールＩＣ１００２は図１１（Ｂ）に示すように、摺動体１０４の位置に応じた出力信号を出力する（Ｐ１１０１からＰ１１０２まで）。
第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲から外れると、先ず、第一ホールＩＣ１００２は図１１（Ｂ）に示すように、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１０２から位置Ｐ１１０３まではリニアな電圧を出力する。

次に、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１０３から位置Ｐ１１０４までは、図８Ａの位置Ｐ８０３から位置Ｐ８０４と同様に、位置Ｐ１１０３における一定の出力電圧を維持する。この時点の、第一ホールＩＣ１００２の出力電圧は、図８Ａの位置Ｐ８０３と同様、第一電圧源１００６の電圧より高い。更に摺動体１０４を移動させると、第一ホールＩＣ１００２は、図８Ａの位置Ｐ８０４と同様、飽和電圧を出力する。そして、第一ホールＩＣ１００２は第一磁石２０５と第二磁石２０６の磁気を検出できなくなっても（Ｐ１１０５以降）、飽和電圧を維持する（Ｐ１１０６）。

第一コンパレータ１００５は、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１０２にある時点における第一ホールＩＣ１００２の出力信号を受けて、第一マルチプレクサ１００４に切り替え信号を出力する。第一マルチプレクサ１００４は出力信号を受けて、出力を第二ホールＩＣ１００３の出力信号に切り替える。
一方、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲から外れ、第二ホールＩＣ１００３のリニア検出可能範囲内にある時、第二ホールＩＣ１００３は図１１（Ｃ）に示すように、摺動体１０４の位置に応じた出力信号を出力する（Ｐ１１０７からＰ１１０８まで）。

第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲内にある時は、第二ホールＩＣ１００３のリニア検出可能範囲外である。この時、第二ホールＩＣ１００３は図１１（Ｃ）に示すように、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１０９では図８Ｂの位置Ｐ８１０と同様、飽和電圧を出力する。
摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１０から位置Ｐ１１１１までは、第二ホールＩＣ１００３は、図８Ｂの位置Ｐ８１２から位置Ｐ８１３と同様に、第一電圧源１００６の電圧より低い電圧を維持する。

摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１１に至ったら、第二ホールＩＣ１００３は、図８Ｂの位置Ｐ８１３から位置Ｐ８１５と同様、リニア検出可能範囲である位置Ｐ１１０７から位置Ｐ１１０８を含む、位置Ｐ１１１２まで、摺動体１０４の位置に応じた出力信号を出力する。
摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１２から位置Ｐ１１１３までは、第二ホールＩＣ１００３は、図８Ａの位置Ｐ８０３から位置Ｐ８０４と同様に、位置Ｐ１１１２における出力電圧を維持する。この時点の、第二ホールＩＣ１００３の出力電圧は、図８Ａの位置Ｐ８０３と同様、第二電圧源１０１０の電圧より高い。更に摺動体１０４を移動させると、第二ホールＩＣ１００３は、図８Ａの位置Ｐ８０４と同様、飽和電圧を出力する。

前述の通り、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第二ホールＩＣ１００３のリニア検出可能範囲から外れ、第三ホールＩＣ１００７のリニア検出可能範囲内にある時、第二ホールＩＣ１００３は図１１（Ｃ）に示すように、位置Ｐ１１１２における出力電圧を維持した後（Ｐ１１１２からＰ１１１３まで）、更に摺動体１０４を移動させると、飽和電圧を出力する（Ｐ１１１４）。第二コンパレータ１００９は、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１０８にある時点における第二ホールＩＣ１００３の電圧信号を受けて、第二マルチプレクサ１００８に出力信号を出力する。第二マルチプレクサ１００８は出力信号を受けて、出力を第三ホールＩＣ１００７の電圧信号に切り替える。
一方、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第二ホールＩＣ１００３のリニア検出可能範囲から外れ、第三ホールＩＣ１００７のリニア検出可能範囲内にある時、第三ホールＩＣ１００７は図１１（Ｄ）に示すように、摺動体１０４の位置に応じた出力信号を出力する（Ｐ１１１５からＰ１１１６まで）。

第一磁石２０５と第二磁石２０６が第一ホールＩＣ１００２のリニア検出可能範囲内にある時は、第三ホールＩＣ１００７のリニア検出可能範囲外であると共に、第三ホールＩＣ１００７は第一磁石２０５と第二磁石２０６の磁気を検出できない。この時、第三ホールＩＣ１００７は図１１（Ｄ）に示すように、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１７から位置Ｐ１１１８までは図８Ｂの位置Ｐ８１０と同様、飽和電圧を出力する。
また、第一磁石２０５と第二磁石２０６が第二ホールＩＣ１００３のリニア検出可能範囲内にある時は、第三ホールＩＣ１００７のリニア検出可能範囲外である。この時、第三ホールＩＣ１００７は図１１（Ｄ）に示すように、摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１８では図８Ｂの位置Ｐ８１０と同様、飽和電圧を出力する。

摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１９から位置Ｐ１１２０までは、第三ホールＩＣ１００７は、図８Ｂの位置Ｐ８１２から位置Ｐ８１３と同様に、第二電圧源１０１０の電圧より低い電圧を維持する。
摺動体１０４の位置が位置Ｐ１１１５に至ったら、第三ホールＩＣ１００７は、図８Ｂの位置Ｐ８１３から位置Ｐ８１５と同様、リニア検出可能範囲である位置Ｐ１１１５から位置Ｐ１１１６まで、摺動体１０４の位置に応じた出力信号を出力する。

図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）及び図１１（Ｄ）の、各々のリニア検出可能範囲における信号を第一マルチプレクサ１００４及び第二マルチプレクサ１００８で合成することによって、図１１（Ｅ）に示すように３倍のリニア検出可能範囲を実現できる。

（１）ホールＩＣ５０１のデジタルデータを直接取得することができるなら、図４のコンパレータ４０２とマルチプレクサ４０１をデジタル信号処理で実現できる。ホールＩＣ５０１の、Ｄ／Ａ変換器５１１を介してアナログ電圧信号を取得する前の段階で、デジタルデータをそのまま取得し、デジタルデータのまま値を比較し（コンパレータ４０２の代替）、比較結果に応じてホールＩＣ５０１の出力データを選択し（マルチプレクサ４０１の代替）、最後にＤ／Ａ変換器５１１によってアナログ電圧信号を出力する構成にしてもよい。

（２）２個のホールＩＣ５０１のリニア検出可能範囲は、互いに一部がオーバーラップしていてもよい。
（３）ホールＩＣは直流磁界を検出できるセンサとしてホール素子を使用しているが、直流磁界を検出できるセンサはホール素子に限られない。磁気抵抗素子等、他の直流磁界を検出できるセンサを利用可能である。ホール素子を使用しない場合、ホールＩＣという呼称の代わりに直流磁界検出装置と呼ぶことができる。第一ホールＩＣ２０８は第一磁気検出装置と、第二ホールＩＣ２１０は第二磁気検出装置と読み替えることとなる。

（４）上述の実施形態では、第一ホールＩＣ２０８にコンパレータ４０２を接続して電圧比較を行っていたが、第二ホールＩＣ２１０にコンパレータ４０２を接続する構成にしてもよい。この場合、第二ホールＩＣ２１０は第一磁石２０５と第二磁石２０６が第二ホールＩＣ２１０のリニア検出可能範囲を外れたことを検出したら０Ｖを出力する構成にし、コンパレータ４０２は第二ホールＩＣ２１０の出力信号が＋２．５Ｖを下回ったことを受けて、マルチプレクサを第一ホールＩＣ２０８の側へ切り替える。
このように、第一磁石２０５と第二磁石２０６がホールＩＣ５０１のリニア検出可能範囲を外れたことを検出したことを受けて、ホールＩＣ５０１がコンパレータ４０２へ出力する、飽和電圧又は０Ｖ等、コンパレータ４０２に印加される参照電圧に対して明確に異なる電圧を、コンパレータ４０２のための制御電圧と呼ぶことができる。また、この制御電圧を出力するためにソフトウェア機能にて設けられた、デジタルスイッチ６０６、デジタルコンパレータ６０７、飽和値データ６０８及び閾値データ６０９を、制御電圧出力部と呼ぶことができる。

本実施形態においては、直線摺動ポテンショメータ１０１を開示した。
磁界の角度を検出するホールＩＣ５０１のリニア検出可能範囲を並べた位置に、２個のホールＩＣ５０１を配置する。そして、第一ホールＩＣ２０８には、組み込まれている演算器のプログラムに、磁界の角度がリニア検出可能範囲を外れた場合に、飽和電圧を出力する機能を持たせる。コンパレータ４０２は、第一ホールＩＣ２０８の出力信号を定電圧発生回路が出力する参照電圧と比較して、第一ホールＩＣ２０８の出力信号が参照電圧以上になったら、マルチプレクサ４０１を第二ホールＩＣ２１０の側へ切り替える。このように、ホールＩＣ５０１のプログラムと、コンパレータ４０２とマルチプレクサ４０１を組み合わせることで、リニア検出可能範囲を拡大することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
また、本実施形態では磁石を2個使っているが、1個又は3個以上使った構成でもよい。
また、本実施形態では測定長１００mmになっているが、測定長は１００mmに限定されない。
また、本実施形態ではリニアアナログ出力になっているが、Ｓｉｎ出力、Ｃｏｓ出力などの関数出力であってもよい。

１０１…直線摺動ポテンショメータ、１０２…筐体、１０３…レール、１０４…摺動体、２０１…下ケース、２０２…遮蔽板、２０３…固定基板、２０４…ホルダ、２０５…第一磁石、２０６…第二磁石、２０７…第一基板、２０８…第一ホールＩＣ、２０９…第二基板、２１０…第二ホールＩＣ、４０１…マルチプレクサ、４０２…コンパレータ、４０５…基準電圧発生回路、４０６…バッファ、５０１…ホールＩＣ、５０２…第一ホール素子、５０３…第二ホール素子、５０５…Ａ／Ｄ変換器、５１１…Ｄ／Ａ変換器、６０６…デジタルスイッチ、６０７…デジタルコンパレータ、６０８…飽和値データ、６０９…閾値データ、１００１…直線摺動ポテンショメータ、１００２…第一ホールＩＣ、１００３…第二ホールＩＣ、１００４…第一マルチプレクサ、１００５…第一コンパレータ、１００６…第一電圧源、１００７…第三ホールＩＣ、１００８…第二マルチプレクサ、１００９…第二コンパレータ、１０１０…第二電圧源

上記課題を解決するために、本発明の直線摺動ポテンショメータは、長手方向に摺動する摺動体と、摺動体に固着される第一の磁石と、摺動体の、第一の磁石に対し長手方向に所定の距離だけ離れた位置に固着されて、第一の磁石が発する磁界と反対の磁界を発する第二の磁石とを具備する。更に、第一の磁石と第二の磁石が形成する磁界の角度を検出し、出力信号として出力する第一磁気検出装置と、第一磁気検出装置と長手方向に所定の距離だけ離れた位置に設けられ、第一の磁石と第二の磁石が形成する磁界の角度を検出し、出力信号として出力する第二磁気検出装置とを具備する。更に、第一磁気検出装置の出力信号と第二磁気検出装置の出力信号を選択的に出力するマルチプレクサと、第一磁気検出装置の出力信号を所定の参照電圧と比較して、その比較結果に応じてマルチプレクサを制御するコンパレータとを具備する。そして、第一磁気検出装置は、摺動体の、第一磁気検出装置に対する長手方向における移動距離と、第一磁気検出装置が出力する出力信号が直線性を維持できるリニア検出可能範囲から、摺動体が離脱したことを検出して、マルチプレクサが第二磁気検出装置の出力信号を選択するべくコンパレータがマルチプレクサを制御するための制御電圧を出力する。また、第一磁気検出装置は、磁界の角度が所定の閾値を越えた際に、摺動体の移動にかかわらず、参照電圧以上の一定の電圧信号を出力する。そして、第一磁気検出装置は、リニア検出可能範囲から摺動体が離脱し、かつ参照電圧以上の一定の電圧信号を出力する手前で摺動体の移動にかかわらず、一定の電圧信号を出力し、その後参照電圧以上の一定の電圧信号を出力するようにプログラミングされている。

Claims (2)

1. 長手方向に摺動する摺動体と、
   前記摺動体に固着される第一の磁石と、
   前記摺動体の、前記第一の磁石に対し前記長手方向に所定の距離だけ離れた位置に固着されて、前記第一の磁石が発する磁界と反対の磁界を発する第二の磁石と、
   前記第一の磁石と前記第二の磁石が形成する磁界の角度を電圧信号として出力する第一磁気検出装置と、
   前記第一磁気検出装置と前記長手方向に所定の距離だけ離れた位置に設けられ、前記第一の磁石と前記第二の磁石が形成する磁界の角度を電圧信号として出力する第二磁気検出装置と、
   前記第一磁気検出装置の出力信号と前記第二磁気検出装置の出力信号を選択的に出力するマルチプレクサと、
   前記第一磁気検出装置の出力信号を所定の参照電圧と比較して、その比較結果に応じて前記マルチプレクサを制御するコンパレータと
   を具備する直線摺動ポテンショメータであって、
   前記第一磁気検出装置は、前記摺動体の、前記第一磁気検出装置に対する前記長手方向における移動距離と、前記第一磁気検出装置が出力する電圧信号が直線性を維持するリニア検出可能範囲から、前記摺動体が離脱したことを検出して、前記マルチプレクサが前記第二磁気検出装置の出力信号を選択するべく前記コンパレータが前記マルチプレクサを制御するための制御電圧を出力する、
   直線摺動ポテンショメータ。
2. 前記第一磁気検出装置は、前記摺動体の、前記第一磁気検出装置に対する前記長手方向における移動距離と、前記第一磁気検出装置が出力する電圧が直線性を維持するリニア検出可能範囲から、前記摺動体が離脱した際、前記摺動体の移動にかかわらず前記参照電圧を超える所定の電圧を維持する移動範囲を経て、前記制御電圧を出力する、
   請求項１に記載の直線摺動ポテンショメータ。
   

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