JP2019049489A

JP2019049489A - 変位検出装置及び変位検出装置の較正方法

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Publication number: JP2019049489A
Application number: JP2017174354A
Authority: JP
Inventors: 司瓶子; Tsukasa Heiji
Original assignee: KYB Corp
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Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-28
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Abstract

【課題】変位検出装置の検出誤差を低減させる。【解決手段】変位検出装置１００は、ロッド部材２２とともに変位する磁石２４と、磁石２４に対向するようにケーシング１２に配置される磁気検出部３２と、を備える。磁気検出部３２は、ホール素子３２ａと、ホール素子３２ａの出力値を補正する補正回路３２ｂと、を有し、補正回路３２ｂは、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づいた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、に基づいて設定された補正マップを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、部材の変位量を検出する変位検出装置及び変位検出装置の較正方法に関するものである。

特許文献１には、計測対象物の変位に応じて移動する磁石と、磁石に対向して設けられる磁気センサと、を備えた変位検出装置が開示されている。この変位検出装置では、計測対象物の変位に応じて磁石の位置が変化し、磁石の位置の変化に伴って磁気センサを通過する磁束の方向や大きさが変化するため、磁気センサの出力値に基づいて計測対象物の変位量を特定することができる。

特開２０１６−１１８３３号公報

一般的に、磁気センサを用いた変位検出装置において、磁気センサを通過する磁束は計測対象物の変位、すなわち磁石の変位に対して非線形的に変化するため、磁気センサの出力も計測対象物の変位に対して非線形的に変化する。したがって、磁気センサの出力値を計測対象物の変位に対して直線的に変化させるには、予め変位検出可能範囲における計測対象物の変位量に対する磁気センサの出力値を把握し、磁気センサの出力値を直線状に補正する補正マップを設定する較正を行わなければならない。

磁気センサの出力値は、磁気センサと磁石との間の距離のわずかな変化に応じて変化するため、特許文献１に記載の変位検出装置において上述の較正を行う場合、径方向における磁気センサと磁石との間隔を常に一定とした状態で磁石を軸方向に移動させることが理想である。しかしながら、特許文献１に記載の変位検出装置では、磁石がケーシングにより片持ち支持される部材に取り付けられているため、構造上、磁石を軸心から一切偏心させずに較正を行うことは困難である。

つまり、実際に較正が行われる際には、磁石は、磁気センサに近づく方向または離れる方向のいずれかにある程度偏心する可能性がある。このように磁石が偏心した状態で設定された補正マップは、磁石が一切偏心しない状態で設定される理想的な補正マップに対してずれを生じる。このため、この補正マップによって補正されることで得られた変位量は実際の変位量に対して誤差を有するおそれがある。例えば、磁石が磁気センサに近づく方向に偏心した状態で較正が行われた後、磁石が磁気センサから離れる方向に偏心した状態で変位量の検出が行われると、補正マップによって補正されることで得られた変位量は実際の変位量に対して比較的大きな誤差を有することになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、変位検出装置の検出誤差を低減させることを目的とする。

第１の発明は、磁気センサの出力値を補正する出力補正部が、磁石と磁気センサとが互いに近づく方向に変位部材が傾いた状態で変位部材を変位方向に変位させたときに計測された磁気センサの第１出力値と、磁石と磁気センサとが互いに離れる方向に変位部材が傾いた状態で変位部材を変位方向に変位させたときに計測された磁気センサの第２出力値と、に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップに基づいて磁気センサの出力値を変位部材の変位量に対して直線的に変化するように補正することを特徴とする。

第１の発明では、変位部材を支持部材に対して傾斜させ、磁石と磁気センサとが近づいた状態と磁石と磁気センサとが離れた状態との相対する２つの状態において測定された磁気センサの出力値に基づいて補正マップの設定が行われる。このようにして設定された補正マップは、磁石が支持部材の軸心上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものとなるため、変位検出装置により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

第２の発明は、補正マップが、第１出力値と第２出力値との平均値である平均出力値と、変位部材の変位量に対して直線的に変化する基準出力値との差分に基づいて設定されることを特徴とする。

第２の発明では、補正マップの設定が、磁石と磁気センサとが互いに近づく方向に変位部材が傾いた状態で計測された磁気センサの出力値と、磁石と磁気センサとが互いに離れる方向に変位部材が傾いた状態で計測された磁気センサの出力値と、の平均値である平均出力値に基づいて行われる。平均出力値は、変位部材の軸心と支持部材の軸心とが一致した状態で計測される磁気センサの出力値にほぼ等しいことから、平均出力値に基づいて設定された補正マップは、磁石が支持部材の軸心上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものとなる。この結果、変位検出装置により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

第３の発明は、磁気センサが、通過する磁束の角度に応じて出力値が変化するホール素子であることを特徴とする。

第３の発明では、磁気センサとして、ホール素子が用いられる。ホール素子の出力値は、磁石の移動に応じて変化する磁束の変化に応じて応答性よく変化するため、ホール素子の出力値に基づいて、変位部材の変位を精度よく検出することができる。

第４の発明は、磁石と磁気センサとが互いに近づく方向に変位部材が傾いた状態において変位部材を変位方向に変位させて磁気センサの第１出力値を測定し、磁石と磁気センサとが互いに離れる方向に変位部材が傾いた状態において変位部材を変位方向に変位させて磁気センサの第２出力値を測定し、磁気センサの出力値を変位部材の変位量に対して直線的に変化するように補正する補正マップを第１出力値及び第２出力値に基づいて設定することを特徴とする。

第４の発明では、変位部材を支持部材に対して傾斜させ、磁石と磁気センサとが近づいた状態と磁石と磁気センサとが離れた状態との相対する２つの状態において測定された磁気センサの出力値に基づいて補正マップの設定が行われる。このようにして設定された補正マップは、磁石が支持部材の軸心上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものとなるため、変位検出装置により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

本発明によれば、変位検出装置の検出誤差を低減させることができる。

本発明の実施形態に係る変位検出装置の断面図である。本発明の実施形態に係る変位検出装置の磁気センサの出力を示すグラフである。本発明の実施形態に係る変位検出装置の磁気センサの出力値を補正する補正値を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係る変位検出装置１００は、スプール弁等の弁体を備える弁装置に取り付けられ、弁体の変位量（ストローク量）を検出するものである。以下、図１を参照し、変位検出装置１００について説明する。

変位検出装置１００は、変位検出対象部材である弁装置の弁体等に追従して変位する変位部材としてのロッド部材２２と、ロッド部材２２の一端側に配置されロッド部材２２とともに変位する磁石２４と、ロッド部材２２を変位方向に往復動自在に支持する支持部材としてのケーシング１２と、ケーシング１２内に配置されロッド部材２２を変位検出対象部材に向けて付勢する付勢部材としてのバネ２７と、磁石２４の変位方向と直交する方向において磁石２４に対向するようにケーシング１２に配置される磁気検出部３２と、を備える。

ケーシング１２は、真鍮等の非磁性材により形成される有底筒状部材であり、筒状の円筒部１２ａと、円筒部１２ａの一端側に設けられる底部１２ｂと、円筒部１２ａの内部に形成される収容部１２ｃと、を有する。円筒部１２ａには、磁気検出部３２が配置され、収容部１２ｃには、磁石２４とともに磁石２４が配置されるロッド部材２２の一部が収容される。また、底部１２ｂには、ロッド部材２２が挿通する貫通孔１２ｄが形成される。

貫通孔１２ｄには、ロッド部材２２を摺動自在に支持するブッシュ１８が軸方向に離間して２カ所に設けられる。ロッド部材２２を支持するブッシュ１８が２カ所に設けられることで、ケーシング１２に片持ち支持されるロッド部材２２の軸心が貫通孔１２ｄの軸心であるケーシング１２の軸心Ｏに対して傾くことをある程度抑制することができる。ブッシュ１８は、１カ所に設けられてもよく、この場合、ケーシング１２の軸方向長さを短縮させることができる。

ロッド部材２２は、ブッシュ１８を介してケーシング１２により摺動自在に支持される軸部２２ａと、軸部２２ａの先端に形成される半球状の接触部２２ｂと、軸部２２ａの基端に形成され収容部１２ｃに収容されるフランジ部２２ｃと、を有する。また、フランジ部２２ｃには、軸部２２ａとは反対側に延びる保持部２２ｄが軸部２２ａと同軸上に設けられる。なお、設計上では、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが同軸上に配置されるように、ロッド部材２２はケーシング１２により支持される。

ロッド部材２２は、ケーシング１２と同様に非磁性材により形成されるが、接触部２２ｂには、スプール弁等の弁体が当接するため、ある程度の硬度を有するオーステナイト系ステンレス鋼等により形成されることが好ましい。なお、フランジ部２２ｃの外径は、ロッド部材２２がケーシング１２に対して傾いた場合であってもフランジ部２２ｃの外縁が円筒部１２ａに接触しないように、収容部１２ｃの内径よりも小さく設定されている。

磁石２４は、筒状に形成され、Ｎ極２４ａとＳ極２４ｂとが保持部２２ｄの軸方向に並ぶように、保持部２２ｄの外周に配置される。また、磁石２４は、軸心がロッド部材２２の軸心と一致するように保持部２２ｄに組み付けられる。つまり、磁石２４の外周面と保持部２２ｄの外周面とは同心状となる。

磁石２４は、保持部２２ｄにＣ字状の止め輪２６が係止されることにより保持部２２ｄに対して固定される。また、磁石２４と止め輪２６との間には弾性変形する部材により形成される緩衝材２５が設けられる。このため、保持部２２ｄに磁石２４が組み付けられる際に緩衝材２５が変形し、磁石２４は、緩衝材２５の復元力によってフランジ部２２ｃに押し付けられた状態となる。したがって、磁石２４は、軸方向に遊びを有することなく、ロッド部材２２に対して所定の位置に固定されることになる。また、組み付け時に磁石２４に作用する力は緩衝材２５によって吸収されるため、磁石２４をロッド部材２２に組み付ける際に磁石２４が破損することを防止することができる。

磁石２４及び磁石２４が組み付けられるロッド部材２２の一部が収容部１２ｃ内に収容された状態で、収容部１２ｃの開口端には、蓋部材１４が挿入固定される。蓋部材１４は、ケーシング１２と同様に真鍮等の非磁性材により形成される。蓋部材１４と収容部１２ｃとの間には図示しないシール部材が設けられ、シール部材により収容部１２ｃの内部と外部との連通が遮断される。蓋部材１４の固定方法としては、圧入や螺合といった一般的な固定方法が用いられる。また、蓋部材１４とは別の部材をケーシング１２に組み付けることにより、蓋部材１４をケーシング１２に対して押付固定してもよい。

バネ２７は、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材で形成されたコイルスプリングであり、フランジ部２２ｃと蓋部材１４との間に圧縮された状態で組み付けられる。このため、接触部２２ｂが変位検出対象部材に当接しているとき、ロッド部材２２は、バネ２７の付勢力により変位検出対象部材に向けて押圧され、接触部２２ｂと変位検出対象部材とが互いに離れることが防止される。つまり、バネ２７が設けられることで、ロッド部材２２は、変位検出対象部材に追従して変位することが可能となる。なお、接触部２２ｂに変位検出対象部材が当接していないときには、ロッド部材２２は、バネ２７の付勢力により押圧され、フランジ部２２ｃが底部１２ｂに当接した状態となる。

磁気検出部３２は、磁石２４の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力する磁気センサとしてのホール素子３２ａと、ホール素子３２ａの出力値を補正する出力補正部としての補正回路３２ｂと、を有する。磁気検出部３２は、基板３４に組み付けられており、基板３４を介して円筒部１２ａに組み付けられる。

具体的には、円筒部１２ａには、円筒部１２ａの外周面に開口し収容部１２ｃに向かって形成される固定孔１２ｅと、固定孔１２ｅからさらに収容部１２ｃに向かって形成される収容孔１２ｆと、が設けられており、固定孔１２ｅと収容孔１２ｆとを接続する段部に基板３４が固定されることでホール素子３２ａが収容孔１２ｆ内に収容される。なお、磁気検出部３２は、補正回路３２ｂ以外に、ホール素子３２ａの出力値を増幅する増幅回路やホール素子３２ａの出力値をオフセットするオフセット回路等の図示しない出力値処理回路を有する。

ホール素子３２ａは、ホール効果を利用して磁石２４が発生する磁界を検出するものであり、変位検出装置１００では、出力値がホール素子３２ａを通過する磁束の角度に応じて変化する形式のホール素子３２ａが用いられる。ホール素子３２ａを通過する磁束の角度は、磁石２４が軸方向へ移動することに伴って変化するため、ホール素子３２ａの出力値は、磁石２４の移動に応じて応答性よく変化することになる。つまり、ホール素子３２ａの出力値に基づいて、ロッド部材２２の変位、すなわちロッド部材２２に当接する変位検出対象部材の変位を精度よく検出することができる。

ホール素子３２ａとしては、磁束の角度に応じて出力値が変化する形式に限定されず、ホール素子３２ａを所定の方向、例えば、磁石２４の変位方向と直交する方向において通過する磁束の大きさ及び通過方向に応じて出力値が変化する形式のものであってもよい。また、磁気センサとしては、ホール素子３２ａに限定されず、磁石２４の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力可能なものであればどのようなものであってもよく、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やコイルが用いられてもよい。

補正回路３２ｂには、後述の較正方法によって設定される補正マップが格納されており、補正回路３２ｂは、補正マップに基づいてホール素子３２ａの出力値をロッド部材２２の変位量に対して直線的に変化するように補正する。補正された補正出力値は変位検出装置１００の検出値として外部へ出力される。なお、補正回路３２ｂやその他の出力値処理回路は、ホール素子３２ａとともに基板３４上に設けられているが、これに代えて、これらの回路はホール素子３２ａとは別に変位検出装置１００の外に設けられてもよい。また、ホール素子３２ａと補正回路３２ｂとは、１つのチップ上に形成されてもよい。

磁気検出部３２が固定孔１２ｅ内に配置された状態で、円筒部１２ａの外周には、固定孔１２ｅを覆うようにして円筒状の磁気シールド１６が組み付けられる。磁気シールド１６は磁性材により形成され、変位検出装置１００の外部の磁気がホール素子３２ａに影響を及ぼすことを抑制している。また、磁気シールド１６には図示しない切欠部が形成され、この切欠部を通じて変位検出対象部材としての弁体等の作動を制御する図示しないコントローラと磁気検出部３２とを接続する図示しないリード線が配索される。

次に、図１〜図３を参照して、変位検出装置１００の較正方法について説明する。ここで、変位検出装置１００の較正とは、変位検出対象部材の変位量に対するホール素子３２ａの出力値を計測し、計測された出力値と基準出力値とのずれが算出され、計測された出力値を基準出力値に補正するための補正値を設定することを意味する。較正に関連する演算等は、補正回路３２ｂにおいて実行される。

ここで、ホール素子３２ａの出力値は、ホール素子３２ａと磁石２４との間の距離のわずかな変化に応じて変化するため、上記構成の変位検出装置１００において正確な較正を行うためには、径方向におけるホール素子３２ａと磁石２４との間隔を常に一定にした状態で磁石２４をロッド部材２２とともに軸方向に移動させることが理想的である。しかしながら、変位検出装置１００では、磁石２４が取り付けられたロッド部材２２がケーシング１２により片持ち支持されているため、構造上、磁石２４をケーシング１２の軸心Ｏから一切偏心させずに較正を行うことは困難である。

つまり、実際に較正を行う際には、磁石２４は、ホール素子３２ａに近づく方向または離れる方向にある程度偏心することとなる。このように磁石２４が偏心した状態で設定された補正値は、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動する場合に設定される理想的な補正値に対してずれが生じてしまう。このため、磁石２４が何れかの方向に偏心した状態で設定された補正マップに基づいて算出された変位量は、実際の変位量に対して誤差を有する可能性がある。

また、例えば、磁石２４がホール素子３２ａに近づく方向に偏心した状態で補正値の設定が行われた後、磁石２４がホール素子３２ａから離れる方向に偏心した状態で変位量の検出が行われるような場合には、設定された補正マップは理想的な補正マップに対してずれている上に、補正マップが設定された状態と変位量が検出される状態とでは磁石２４とホール素子３２ａとの間隔が大きく異なることになる。したがって、このように設定された補正マップに基づいて算出された変位量は実際の変位量に対して比較的大きな誤差を有することになる。

そこで本実施形態では、このような誤差を低減させるために、変位検出装置１００の較正を行う際に、ロッド部材２２をケーシング１２に対してあえて傾斜させた状態とし、磁石２４とホール素子３２ａとが最も近づいた状態と磁石２４とホール素子３２ａとが最も離れた状態との相対する２つの状態、すなわち、ホール素子３２ａを通過する磁束の変化が比較的大きい状態と比較的小さい状態とにおいて測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて補正値の設定が行われる。

具体的には、図１に示されるように、変位検出装置１００の較正を行う際には、ロッド部材２２の接触部２２ｂに接触する傾斜面５０ａを先端に有する円柱状の較正治具５０が用いられる。較正治具５０は、基端側が図示しない変位計に接続されており、較正治具５０の変位量は変位計に表示される。

上記形状の較正治具５０を図１の矢印Ａで示される方向、すなわちロッド部材２２の軸方向に沿って移動させることによって変位検出装置１００の較正が行われる。

具体的には、まず、図１に示されるように、較正治具５０の傾斜面５０ａの垂線Ｐがケーシング１２の軸心Ｏよりもホール素子３２ａとは反対側に向いた状態で較正治具５０を矢印Ａで示される方向に移動させる。このとき、ロッド部材２２は、ケーシング１２により支持される部分を支点として、傾斜面５０ａに当接する接触部２２ｂ側が矢印Ｂで示される方向に変位し、磁石２４が設けられる保持部２２ｄ側が矢印Ｃで示される方向に変位した状態、すなわち、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が最も傾いた接近側傾斜状態となる。換言すると、接近側傾斜状態とは、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが一致した状態から一方の方向、すなわち、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が傾斜し、ホール素子３２ａを通過する磁束の変化が比較的大きい状態といえる。

この接近側傾斜状態において、較正治具５０を変位検出装置１００の変位検出可能範囲にわたって変位させ、変位検出対象部材（較正治具５０）の変位量に対するホール素子３２ａの第１出力値としての接近側出力値が計測される。計測された接近側出力値は、図２に示すように、接近側出力線として線状に示される。ホール素子３２ａを通過する磁束の角度は磁石２４の変位に応じて非線形的に変化するため、接近側出力線は、変位検出対象部材の変位に対して非線形的に変化する。

続いて、較正治具５０を１８０°回転し、較正治具５０の傾斜面５０ａの垂線Ｐがケーシング１２の軸心Ｏよりもホール素子３２ａ側に向いた状態で較正治具５０を矢印Ａで示される方向に移動させる。このとき、ロッド部材２２は、ケーシング１２により支持される部分を支点として、傾斜面５０ａに当接する接触部２２ｂ側が矢印Ｂで示される方向とは反対の方向に変位し、磁石２４が設けられる保持部２２ｄ側が矢印Ｃで示される方向とは反対の方向に変位した状態、すなわち、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が最も傾いた離間側傾斜状態となる。換言すると、離間側傾斜状態とは、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが一致した状態から他方の方向、すなわち、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が傾斜し、ホール素子３２ａを通過する磁束の変化が比較的小さい状態といえる。

この離間側傾斜状態においても、接近側傾斜状態と同様に、較正治具５０を変位検出装置１００の変位検出可能範囲にわたって変位させ、変位検出対象部材（較正治具５０）の変位量に対するホール素子３２ａの第２出力値としての離間側出力値が計測される。計測された離間側出力値は、図２に示すように、離間側出力線として線状に示される。離間側出力線は、接近側出力線と同様に、変位検出対象部材の変位に対して非線形的に変化する。

続いて、接近側出力値と離間側出力値との平均値である平均出力値を算出し、平均出力値を基準出力値に補正するための補正値の設定が行われる。

ここで、平均出力値は、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測された接近側出力値と、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測された離間側出力値と、の平均値である。つまり、平均出力値は、ロッド部材２２の傾きが中間の状態、すなわち、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが一致した状態で計測されるホール素子３２ａの出力値にほぼ等しいといえる。したがって、平均出力値に基づいて設定される補正値は、理想的な補正値に近いものとなる。

平均出力値は、図２に示すように、平均出力線として線状に示される。平均出力線は、接近側出力線及び離間側出力線と同様に、変位検出対象部材の変位に対して非線形的に変化する。

基準出力値は、変位検出対象部材の変位に対して直線的に変化する値であり、予め設定された傾斜を有するものであってもよいし、平均出力値の最小値と最大値とを直線的に結んだものであってもよい。基準出力値は、図２に示すように、直線状の基準出力線として示される。

補正値は、同一の変位量に対する基準出力値から平均出力値を差し引くことにより算出される。例えば、図２において、任意の変位量Ｘ１に対して平均出力値がＹ１、基準出力値がＹ２である場合、補正値は、（Ｙ２−Ｙ１）となる。そして、この補正値（Ｙ２−Ｙ１）は、図３に示すように、ホール素子３２ａの出力値がＹ１となったときの補正値となる。

このように算出された補正値は、図３に示すように、ホール素子３２ａの出力値に応じて異なる値となる。このため、補正回路３２ｂには、ホール素子３２ａの出力値毎に設定された補正値が補正マップとして格納される。

補正回路３２ｂに補正マップが格納されることで一連の較正は完了する。較正が完了した後、変位検出装置１００において変位検出対象部材の変位が検出される際には、上述のようにして設定された補正値がホール素子３２ａの出力値に対して加算された値が変位検出装置１００から検出値として出力される。例えば、図３に示すように、ホール素子３２ａの出力値がＹ１であるとき、Ｙ１に補正値（Ｙ２−Ｙ１）が加算された値であるＹ２が、変位検出装置１００から検出値として出力される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

変位検出装置１００では、補正マップの設定が、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、の平均値である平均出力値に基づいて行われる。ここで、平均出力値は、ロッド部材２２の傾きが中間の状態、すなわち、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが一致した状態で計測されるホール素子３２ａの出力値にほぼ等しいといえる。つまり、平均出力値に基づいて設定された補正マップは、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものといえる。

このように変位検出装置１００において設定された補正マップは、磁石２４の偏心方向が不明な状態において測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて設定された補正マップと比較し、理想的な補正マップに近いものとなる。よって、平均出力値に基づいて設定された補正マップによりホール素子３２ａで検出された値を補正し変位量を算出すれば、変位検出装置１００により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

変位検出装置１００は、変位検出対象部材に追従して変位するロッド部材２２と、ロッド部材２２の一端側に配置され、ロッド部材２２とともに変位する磁石２４と、ロッド部材２２を変位方向に往復動自在に支持するケーシング１２と、磁石２４の変位方向と直交する方向において磁石２４に対向するようにケーシング１２に配置される磁気検出部３２と、を備え、磁気検出部３２は、磁石２４の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力するホール素子３２ａと、ホール素子３２ａの出力値を補正する補正回路３２ｂと、を有し、補正回路３２ｂは、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が最も傾いた状態でロッド部材２２を変位方向に変位させたときに計測されたホール素子３２ａの接近側出力値と、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が最も傾いた状態でロッド部材２２を変位方向に変位させたときに計測されたホール素子３２ａの離間側出力値と、に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップに基づいてホール素子３２ａの出力値をロッド部材２２の変位量に対して直線的に変化するように補正することを特徴とする。

この構成では、ロッド部材２２をケーシング１２に対してあえて傾斜させた状態とし、磁石２４とホール素子３２ａとが最も近づいた状態と磁石２４とホール素子３２ａとが最も離れた状態との相対する２つの状態、すなわち、ホール素子３２ａを通過する磁束の変化が比較的大きい状態と比較的小さい状態とにおいて測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて補正マップの設定が行われる。

このように相対する２つの状態で測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて設定された補正マップは、磁石２４の偏心方向が不明な状態において測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて設定された補正マップと比較し、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものとなる。よって、相対する２つの状態で測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて設定された補正マップによりホール素子３２ａで検出された値を補正し変位量を算出すれば、変位検出装置１００により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

また、変位検出装置１００による変位量の検出が、磁石２４がホール素子３２ａに近づく方向またはホール素子３２ａから離れる方向に偏心した状態で行われる場合であっても、変位検出装置１００において設定された補正マップは、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものである。このため、設定された補正マップによりホール素子３２ａで検出された値を補正し変位量を算出すれば、変位検出装置１００により検出された変位量と実際の変位量との誤差を抑制することができる。

また、この構成では、たった２回の計測で得られたホール素子３２ａの出力値に基づいて補正マップが設定される。よって、補正マップを設定するためにホール素子３２ａの出力値を何度も測定する必要がないため、較正に費やされる時間を短縮させることができる。

また、補正マップは、接近側出力値と離間側出力値との平均値である平均出力値と、ロッド部材２２の変位量に対して直線的に変化する基準出力値との差分に基づいて設定されることを特徴とする。

この構成では、補正マップの設定が、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が傾いた状態で計測されたホール素子３２ａの出力値と、の平均値である平均出力値に基づいて行われる。

平均出力値は、ロッド部材２２の傾きが中間の状態、すなわち、ロッド部材２２の軸心とケーシング１２の軸心Ｏとが一致した状態で計測されるホール素子３２ａの出力値にほぼ等しいといえる。つまり、平均出力値に基づいて設定された補正マップは、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものといえる。

このように平均出力値に基づいて設定された補正マップは、磁石２４の偏心方向が不明な状態において測定されたホール素子３２ａの出力値に基づいて設定された補正マップと比較し、磁石２４がケーシング１２の軸心Ｏ上を移動した場合に設定される理想的な補正マップに近いものとなる。よって、平均出力値に基づいて設定された補正マップによりホール素子３２ａで検出された値を補正し変位量を算出すれば、変位検出装置１００により検出された変位量と実際の変位量との誤差を低減させることができる。

また、磁気センサとしては、ホール素子３２ａが用いられ、ホール素子３２ａは、出力値がホール素子３２ａを通過する磁束の角度に応じて変化することを特徴とする。

この構成では、磁気センサとして、ホール素子３２ａが用いられる。ホール素子３２ａの出力値は、磁石２４の移動に応じて変化する磁界の変化に応じて応答性よく変化する。このため、ホール素子３２ａの出力値に基づいて、ロッド部材２２の変位、すなわちロッド部材２２に当接する変位検出対象部材の変位を精度よく検出することができる。

また、ホール素子３２ａとして、出力値がホール素子３２ａを通過する磁束の角度に応じて変化するものを採用した場合、ホール素子３２ａを通過する磁束の角度は、磁石２４が軸方向へ移動することに伴って変化するため、ホール素子３２ａの出力値は、磁石２４の移動に応じてさらに応答性よく変化することになる。したがって、ホール素子３２ａの出力値に基づいて、ロッド部材２２の変位、すなわちロッド部材２２に当接する変位検出対象部材の変位をさらに精度よく検出することができる。

また、変位検出対象部材に追従して変位するロッド部材２２と、ロッド部材２２の一端側に配置される磁石２４と、ロッド部材２２を変位方向に往復動自在に支持するケーシング１２と、磁石２４の変位方向と直交する方向において磁石２４に対向するようにケーシング１２に配置され磁石２４の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力するホール素子３２ａと、ホール素子３２ａの出力値を補正マップに基づいて補正する補正回路３２ｂと、を備える変位検出装置１００の較正方法は、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに近づく方向にロッド部材２２が最も傾いた状態においてロッド部材２２を変位方向に変位させてホール素子３２ａの接近側出力値を測定し、磁石２４とホール素子３２ａとが互いに離れる方向にロッド部材２２が最も傾いた状態においてロッド部材２２を変位方向に変位させてホール素子３２ａの離間側出力値を測定し、ホール素子３２ａの出力値をロッド部材２２の変位量に対して直線的に変化するように補正する補正マップを接近側出力値及び離間側出力値に基づいて設定することを特徴とする。

また、変位検出装置１００の較正方法は、接近側出力値と離間側出力値とを平均して平均出力値を算出し、平均出力値と、ロッド部材２２の変位量に対して直線的に変化する基準出力値と、の差分に基づいて補正マップを設定することを特徴とする。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００・・・変位検出装置、１２・・・ケーシング（支持部材）、２２・・・ロッド部材（変位部材）、２４・・・磁石、２７・・・バネ、３２・・・磁気検出部、３２ａ・・・ホール素子（磁気センサ）、３２ｂ・・・補正回路（出力補正部）、５０・・・較正治具

Claims

変位検出対象部材に追従して変位する変位部材と、
前記変位部材の一端側に配置され、前記変位部材とともに変位する磁石と、
前記変位部材を変位方向に往復動自在に支持する支持部材と、
前記磁石に対向するように前記支持部材に配置される磁気検出部と、を備え、
前記磁気検出部は、前記磁石の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力する磁気センサと、前記磁気センサの前記出力値を補正する出力補正部と、を有し、
前記出力補正部は、前記磁石と前記磁気センサとが互いに近づく方向に前記変位部材が傾いた状態で前記変位部材を前記変位方向に変位させたときに計測された前記磁気センサの第１出力値と、前記磁石と前記磁気センサとが互いに離れる方向に前記変位部材が傾いた状態で前記変位部材を前記変位方向に変位させたときに計測された前記磁気センサの第２出力値と、に基づいて設定された補正マップを有し、前記補正マップに基づいて前記磁気センサの前記出力値を前記変位部材の変位量に対して直線的に変化するように補正することを特徴とする変位検出装置。
前記補正マップは、前記第１出力値と前記第２出力値との平均値である平均出力値と、前記変位部材の変位量に対して直線的に変化する基準出力値との差分に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
前記磁気センサは、通過する磁束の角度に応じて前記出力値が変化するホール素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の変位検出装置。
変位検出対象部材に追従して変位する変位部材と、前記変位部材の一端側に配置される磁石と、前記変位部材を変位方向に往復動自在に支持する支持部材と、前記磁石に対向するように前記支持部材に配置され前記磁石の変位に伴う磁界の変化に応じた出力値を出力する磁気センサと、前記磁気センサの前記出力値を補正マップに基づいて補正する出力補正部と、を備える変位検出装置の較正方法であって、
前記磁石と前記磁気センサとが互いに近づく方向に前記変位部材が傾いた状態において前記変位部材を前記変位方向に変位させて前記磁気センサの第１出力値を測定し、
前記磁石と前記磁気センサとが互いに離れる方向に前記変位部材が傾いた状態において前記変位部材を前記変位方向に変位させて前記磁気センサの第２出力値を測定し、
前記磁気センサの前記出力値を前記変位部材の変位量に対して直線的に変化するように補正する前記補正マップを前記第１出力値及び前記第２出力値に基づいて設定することを特徴とする変位検出装置の較正方法。