JP4367966B2 - 磁気式変位検出装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、例えば工作機械や精密測定機器等において相対移動する２部材間の絶対変位量を検出するために用いられる磁気式変位検出装置に関する。
背景技術
従来、工作機械や精密測定機器等において相対移動する２部材間の絶対変位量を検出する磁気式の変位検出装置として、以下のような各種のものが存在していた。
（１）アブソリュートスケール方式
これには、例えばスケールにおける相対移動方向上の各位置にそれぞれ所定桁の２値コード（ｂｉｎａｒｙコード又はｇｒａｙコード等）を印しておき、このコードを読み取ることにより絶対位置を検出する方式や、あるいは、相互に波長の異なる複数のスケールを相対移動方向に沿って並置し、それらのスケールの位相差を検出することにより絶対値信号を生成する方式（バーニア方式）がある。
図１は、４桁のｇｒａｙコード（白地部分が論理’０’に相当し、斜線部分が論理’１’に相当する）をスケール１に印し、それぞれの桁に対応した検出部を有するヘッド２を用いてこのｇｒａｙコードを読み取る例を示す。
（２）差動トランス方式
これは、図２に例示するように、相対移動方向に沿って２個のコイル３，４を同一直線上に配置するとともに高透磁率材料からなるコア５をこれらのコイル３，４の内側に相対移動可能に挿入し、コア５の移動に応じてコイル３，４のインダクタンスが変化することに基づき、コイル３，４の差動出力を取ってリニアリティの高い絶対変位量を検出するものである。
（３）抵抗式ポテンショメータ方式
これは、図３に例示するように、相対移動方向に沿って延びた抵抗線７に電流を流すとともにこの抵抗線７に接触子８を相対移動可能に接触させ、接触位置の変化による接触子８と抵抗線７の端部７ａとの間の電圧Ｖｏの変化により絶対変位量を検出するものである。
（４）磁歪線方式
これは、金属磁歪の遅延時間に基づいて絶対変位量を算出するものである。図４に例示するように、相対移動方向に沿って延びた金属線１０の一方の端部１０ａにコイル１１を固定して取り付けるとともに、検出コイル１２を金属線１０に対して相対移動可能に取り付ける。コイル１１にパルス電流を入力すると、金属が磁化されることにより金属線１０に磁歪が発生し、その磁歪パルスが端部１０ａから他方の端部１０ｂに向けて金属線１０を音速で伝搬していく（金属内での音速は金属の材質によって異なる）ので、検出コイル１２も磁歪により誘起される。パルス電流の入力時刻から検出コイル１２が誘起された時刻までの遅延時間を計測し、この遅延時間に基づいて絶対変位量を算出する。
しかし、上記のような従来の絶対変位量の検出方式には、それぞれ次のような問題があった。
（１）アブソリュートスケール方式
検出精度や分解能の面では優れているが、回路構成が複雑になるので検出装置の小型化や低コスト化が困難である。
（２）差動トランス方式
構造が比較的簡単なので低コスト化が可能であるが、絶対移動方向上でのコイル３，４の長さが各々有効長（検出したい絶対変位量の大きさ）以上必要であるとともに、コア５を移動させるためのロッド６の長さもこの有効長以上必要なので、検出装置の全長が有効長の３倍以上になってしまう。したがって、有効長と比較してそれ以外の無効長部分が長くなってしまうとともに装置が大型化してしまう。
（３）抵抗式ポテンショメータ方式
接触子８を抵抗線７に接触させる接触型なので、耐久性が低く、振動の激しい機械等に用いるのには適さない。
（４）磁歪線方式
磁歪の伝搬速度が音速であることや、パルス減衰器１３により磁歪パルスの反射波が減衰するまで次の計測を持たなければならないこと等を原因として、検出に要する時間がかなり長くなってしまう（すなわち応答速度が遅くなってしまう）。また、無効長部分はコイル１１のみで済むが、コイルドライブや時間計測用回路等を必要とするので、回路点数が多くなるとともに回路構成が複雑になり、したがって装置の小型化や低コスト化はやはり困難である。
また、従来より、自動二輪車等では、エンジンの出力や燃費の向上、排気ガスの浄化を図るためにエンジンの点火時期の制御が行われている。例えば、このような自動二輪車等では、エンジンの回転数やスロットルバルブの開度等に基づきエンジンの負荷状態を検出し、エンジンの点火時期が最適となるように制御している。
例えば、直動式のスロットルバルブによる気化器が備えられた自動二輪車では、気化器にスロットルバルブの移動量を回転量に変換するポテンショメータ等を設けて、このポテンショメータの回転量からこのスロットルバルブの開度を検出し、エンジンの点火時期の制御が行われている。
しかしながら、このような気化器が備えられた自動二輪車等でエンジンの点火時期の制御を行う場合には、上述のようにポテンショメータ等を別途設けなければならないため、部品点数が多くなり、コスト高を招いてしまっていた。
そこで、このような問題を解決するために、例えば、特開平７−３１７５７１号公報に開示されているように、磁気センサによりバルブ開度を検出することができる直動式スロットルバルブを備えた気化器の開度検出装置が提案されている。
図５及び図６に、この特開平７−３１７５７１号公報に記載されている従来のスロットバルブの開度検出装置が適用された気化器を示し、以下、この気化器について具体的に説明する。なお、図５は上記従来の気化器の側面図であり、図６は図５のＺ−Ｚ′線断面図である。
従来の気化器２１は、本体部２２と、この本体部２２の燃料導入通路３４と接続され液体燃料が注入されるチャンバ２３とを備えている。
本体部２２は、キャブボディ２４と、このキャブボディ２４内に形成されるバルブ室３２内に挿入され、キャブボディ２４に形成されるベンチュリ通路３１を開閉するピストンバルブ２５と、上記バルブ室３２を閉塞するようにキャブボディ２４の上部開口に装着される蓋２６と、この蓋２６とピストンバルブ２５との間に設けられこのピストンバルブ２５を付勢するバネ２７とを備えている。
キャブボディ２４は、例えば、亜鉛ダイキャスト製のものであり、図５に示すａ方向に吸入空気が流れるベンチュリ通路３１が形成されている。このキャブボディ２４は、上記ベンチュリ通路３１から上方垂直に延び、且つ、上記ベンチュリ通路３１に開口し上記ピストンバルブ２５が挿入されるバルブ室３２を形成するシリンダ部３３が設けられている。このキャブボディ２４には、このシリンダ部３３と同軸をなすようにベンチュリ通路３１から下方垂直に延び、且つ、ピストンバルブ２５に設けられる後述するジェットニードル３６が挿入される燃料導入通路３４が形成されている。また、このキャブボディ２４は、上記燃料導入通路３４に一体とされて上記チャンバ２３内に延びる燃料導入部３５が設けられている。
上記シリンダ部３３に形成されるバルブ室３２には、略楕円形の有底筒状のピストンバルブ２５が、ベンチュリ通路３１に流れる吸入空気の方向に対して直角方向に挿入される。このピストンバルブ２５は、このシリンダ部３３に対して摺動自在となっており、移動軸がずれないようにこのシリンダ部３３に保持されている。このピストンバルブ２５は、バルブ室３２内で上下に移動することにより、ベンチュリ通路３１の通路面積を変化させ、このベンチュリ通路３１に流れる吸入空気の量を調整する。
上記シリンダ部３３の上端開口には、上記シリンダ部３３に対応した形状の有底の筒状の蓋２６が装着され、シリンダ部３３に形成されたバルブ室３２を閉塞している。そして、この蓋２６とピストンバルブ２５との間には、バネ２７が設けられている。このバネ２７は、ベンチュリ通路３１を閉塞する方向にピストンバルブ２５を付勢している。
また、上記シリンダ部３３の上端開口には上記ピストンバルブ２５の閉塞する方向への移動を制限する係合部３３ａが形成され、この係合部３３ａに対応するようにピストンバルブ２５の上端開口にはつば部２５ａが形成されている。このピストンバルブ２５が上記バネ２７によりベンチュリ通路３１を閉塞する方向に付勢されることにより、上記つば部２５ａと上記係合部３３ａが係合する。したがって、ピストンバルブ２５は、ベンチュリ通路３１を開放する方向への力が加わっていない場合においては、ベンチュリ通路３１を最も閉じた位置で維持される。なお、この位置におけるピストンバルブ２５の開度を、アイドリング開度と呼ぶ。
ピストンバルブ２５の底面の外側には、ジェットニードル３６が設けられている。このジェットニードル３６は、ベンチュリ通路３１に対して下方垂直に形成されている燃料導入通路３４に挿入され、ピストンバルブ２５に伴って上下方向の移動を行う。このようなジェットニードル３６は、チャンバ２３からベンチュリ通路３１内に吸引される燃料量を調整するようになっている。
このような構成の従来の気化器２１が例えば自動二輪車等に適用された場合、上記ピストンバルブ２５の底部に図示しないスロットルケーブルの一端が係止され、このスロットケーブルの延長端がアクセルグリップに連結される。そして、このアクセルグリップの操作により、上記ピストンバルブ２５が上下方向に移動して、上記ベンチュリ通路３１の通路面積を全閉から全開の間で変化させ、且つ、このベンチュリ通路３１内に吸引される燃料量を調整する。このことにより、この気化器２１では、燃料を吸入空気に混合してエンジンに供給することができ、そして、このエンジンの回転速度を変化させることができる。
なお、この気化器２１では、ピストンバルブ２５がアイドリング開度となった状態であってもベンチュリ通路３１が完全に閉塞されておらず、そのため、チャンバ２３からこのベンチュリ通路３１内に燃料が所定量吸引される。したがって、この気化器２１では、ピストンバルブ２５がアイドリング開度の状態において、エンジンに対し所定量の燃料が混合された吸入空気を供給することができる。
ところで、この従来の気化器２１には、ピストンバルブ２５の開度を検出する開度検出部が設けられている。
この開度検出部は、ピストンバルブ２５の下縁に設けられた永久磁石４１と、シリンダ部３３の隔壁の外面に設けられ、第１から第３の磁気センサ４３〜４５が備えられた検出ユニット４２とからなる。
上記永久磁石４１は、ベンチュリ通路３１内に流れる吸入空気の方向ａと垂直方向におけるピストンバルブ２５の下縁に配置されている。そして、この永久磁石４１は、ピストンバルブ２５の移動に伴って、このピストンバルブ２５の中心軸と平行に移動する。
検出ユニット４２は、シリンダ部３３の隔壁の外面に当接されている。この検出ユニット４２の内部には、第１から第３の磁気センサ４３〜４５が設けられている。この第１から第３の磁気センサ４３〜４５は、上記ピストンバルブ２５に設けられた永久磁石４１とシリンダ部３３の隔壁を挟んで位置される。そして、この第１から第３の磁気センサ４３〜４５は、永久磁石４１がピストンバルブ２５に伴って上下移動した際に対向するようにピストンバルブ２５の軸方向に平行に一列に配置されている。具体的には、ピストンバルブ２５の開度が、最も閉じられている状態すなわちアイドリング開度より僅かに開いた第１開度、これよりさらに開いた第２開度、第３開度になった場合に、それぞれ永久磁石４１と対向するように、上記第１から第３の磁気センサ４３〜４５が設けられている。
このような開度検出部では、ピストンバルブ２５の開度が変化した場合に、第１開度、第２開度、第３開度のそれぞれで対応する磁気センサが永久磁石４１の磁界を検出する。例えば、永久磁石４１が、第１の開度の近傍にあるときは第１の磁気センサ４３がオンとなり、第２の開度の近傍にあるときは第２の磁気センサ４４がオンとなり、また、第３の開度の近傍にあるときは第３の磁気センサ４５がオンとなる。
このことにより、特開平７−３１７５７１号公報に記載されている従来のスロットバルブの開度検出装置が適用された気化器２１では、ピストンバルブ２５の開度を３段階で検出することができ、この検出出力を制御回路等に供給することによって、例えば、エンジンの点火時期の制御を行うことができる。
ところが、このような従来の気化器２１では、ピストンバルブ２５の間度を３段階で、段階的にしか検出することができなかった。したがって、ピストンバルブ２５のさらに詳細な開度を検出することはできなかった。また、磁気センサがオンオフの動作をするので、ピストンバルブ２５に振動等が生じた場合、センサ出力のオン及びオフの変化点の近傍では、激しい出力変動が生じてしまっていた。そのため、エンジンの点火時期の制御が不正確となり、出力や燃費の向上の妨げとなってしまっていた。
また、ピストンバルブ２５の開口状態を精度良く検出するには、上述した検出ユニット４２や永久磁石４１の取付け位置の調整機構を設けなければならず、そのため、気化器２１のコストが高くなり、また、気化器２１を製造する場合における作業工程も多くなってしまっていた。
発明の開示
本発明は、上述の如き従来の磁気式変位検出装置の実状に鑑みてなされたもので、従来の各方式における不都合を解消し、回路構成が簡単で小型化や低コスト化が容易であり、無効長と比較して有効長を長くとることができる、磁気式の絶対変位量の検出装置を提供しようとするものである。
すなわち、本発明の目的は、絶対変位量を高い精度で検出することができる磁気式変位検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、センサ・被検出部間のクリアランスを大きくとることができる磁気式変位検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、回路構成が簡単で検出装置全体を小型化・低コスト化することができる磁気式変位検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、有効長を増大させることができるとともに、無効長に比較して有効長が長くなることにより限られたスペースを有効に活かすことができる磁気式変位検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐久性が高く、振動の激しい機械等にも適用することができる磁気式変位検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、応答速度が速い磁気式変位検出装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、センサの出力のリニアリティを向上させることにより絶対変位量を高い精度で検出できるようにした磁気式の変位検出装置を提供しようとするものである。
本発明に係る磁気式変位検出装置は、外部磁界の強さによりインピーダンスが変化する２個の高透磁率材料からなる感磁部を有するインピーダンス変化型の磁気センサからなる磁界検出部と、上記磁界検出部との相対移動方向に沿って連続的に変化する磁界を発生する磁界発生手段を有する被検出部と、上記磁気センサを励振駆動するための発振回路部と、上記磁界発生手段により与えられる外部磁界の強さに応じた上記磁気センサのインピーダンス変化を電気信号に変換した出力信号を取り出す検出回路部とを備え、上記出力信号により上記磁界検出部と上記被検出部との絶対変位量を検出するようにし、上記被検出部の磁界発生手段は、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対である２つの磁極を含むとともに、検出する上記絶対変位量の長さである有効長以上の長さを有しており、上記磁界発生手段の２つの磁極の境界を上記磁界検出部との相対移動方向から所定の角度だけ傾け、且つ、上記相対移動方向上での上記磁界発生手段の長さを上記有効長以上とした状態で、上記磁界検出部と上記被検出部とを相対移動させ、上記磁界検出部は、高透磁率材料からなるコアの回りに巻かれた２個のコイルを備えるインピーダンス変化型の磁気センサからなる上記２個の感磁部が、上記被検出部との相対移動方向に沿って相互に離隔して配置されており、上記検出回路部において上記２個の感磁部のインピーダンス変化を差動検出して出力信号を取り出す。
本発明に係る磁気式変位検出装置において、上記所定の角度は、該所定の角度をθ、上記有効長をＬ、上記２つの磁極の中心間の距離をｗとしたとき、０＜θ≦ｓｉｎ ^-1 （ｗ／Ｌ）の関係を満たす。
また、上記磁界検出部は、例えば、上記２個の感磁部として２本のアモルファス磁性体線を備えるインピーダンス変化型の磁気センサからなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の絶対変位量検出方式の一例を示す図である。
図２は、従来の絶対変位量検出方式の他の例を示す図である。
図３は、従来の絶対変位量検出方式の他の例を示す図である。
図４は、従来の絶対変位量検出方式の他の例を示す図である。
図５は、従来の気化器の開度検出装置の側面図である。
図６は、上記従来の気化器の開度検出装置の断向図である。
図７は、本発明に係る磁気式変位検出装置の一参考例を示す正面図である。
図８は、上記磁気式変位検出装置に用いられる磁気センサの構成の一例を示す正面図である。
図９Ａ及び図９Ｂは、上記磁気式変位検出装置における外部磁界発生手段として用いられる永久磁石の構成の一例を示す図であり、図９Ａは正面図、図９Ｂは側面図である。
図１０は、上記磁気式変位検出装置に用いられる発振回路部と検出回路部の構成の一例を示す回路図である。
図１１は、上記磁気式変位検出装置における変位−出力特性の一例を示す図である。
図１２は、磁界の強さとコイルのインピーダンスとの関係の一例を示す図である。
図１３は、磁気センサの構成の別の例を示す正面図である。
図１４は、磁気センサの構成の別の例を示す正面図である。
図１５は、図７に示した磁気式変位検出装置の変更例を示す正面図である。
図１６は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図１７は、磁界発生手段からの距離と各コイルの出力との関係の一例を示す図である。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、図１６に示した磁気式変位検出装置の変更例を示す図であり、図１８Ａは正面図、図１８Ｂは平面図である。
図１９Ａ及び図１９Ｂは、参考例として示す磁気式変位検出装置における外部磁界発生手段として用いられる永久磁石の構成の別の例を示す図であり、図１９Ａは正面図、図１９Ｂは側面図である。
図２０は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図２１は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す図であり、図２２Ａは斜視図、図２２Ｂは正面図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂは、磁気センサの構成の別の例を示す図であり、図２３Ａは断面図、図２３Ｂは平面図である。
図２４Ａ及び図２４Ｂは、永久磁石の構成の別の例を示す図であり、図２４Ａは正面図、図２４Ｂは側面図である。
図２５は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す斜視図である。
図２６は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す斜視図である。
図２７は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図２８は、図２７に示した磁気式変位検出装置における変位−出力特性の一例を示す図である。
図２９は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図３０は、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す正面図である。
図３１Ａ及び図３１Ｂは、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の参考例を示す図であり、図３１Ａは斜視図、図３１Ｂは正面図である。
図３２は、本発明に係る磁気式変位検出装置に用いられる磁気センサにおけるコイルの配置の変更例を示す正面図である。
図３３Ａ及び図３３Ｂは、本発明に係る磁気式変位検出装置における被検出部の外部磁界発生手段として用いられる磁石の構成の一例を示す図であり、図３３Ａは正面図、図３３Ｂは側面図である。
図３４Ａ及び図３４Ｂは、本発明に係る磁気式変位検出装置の別の実施例における磁界検出部の磁気センサと被検出部の磁石との位置関係を示す図であり、図３４Ａは正面図、図３４Ｂは側面図である。
図３５Ａ及び図３５Ｂは、本発明に係る磁気式変位検出装置に用いられる磁気センサの構成の一例を示す図であり、図３５Ａはコアの正面図、図３５Ｂは磁気センサの正面図である。
図３６は、本発明に係る磁気式変位検出装置に用いられる回路部の構成の一例を示す図である。
図３７は、検出回路部の出力特性の一例を示す図である。
図３８Ａ及び図３８Ｂは、相対移動距離とセンサ出力との関係の実測例を、比較例の磁気式変位検出装置と本発明に係る磁気式変位検出装置とで対比して示す図であり、図３８Ａは比較例の実測結果、図３８Ｂは実施例の実測結果を示す図である。
図３９は、上記図３８Ａ及び図３８Ｂに実測結果を示した各センサ出力のリニアリティ誤差を示す図である。
図４０Ａ及び図４０Ｂは、図３３Ａの本発明に係る磁気式変位検出装置における被検出部の外部磁界発生手段として用いられる磁石の構成の変更例を示す図であり、図４０Ａは正面図、図４０Ｂは側面図である。
図４１Ａ及び図４１Ｂは、図３３Ａの本発明に係る磁気式変位検出装置における被検出部の外部磁界発生手段として用いられる磁石の構成の変更例を示す図であり、図４１Ａは正面図、図４１Ｂは側面図である。
図４２Ａ及び図４２Ｂは、図３３Ａの本発明に係る磁気式変位検出装置における被検出部の外部磁界発生手段として用いられる磁石の構成の変更例を示す図である。図４２Ａは正面図、図４２Ｂは側面図である。
図４３は、上記図３４Ａ及び図３４Ｂに示した本発明に係る磁気式変位検出装置の応用例を示す図である。
図４４は、参考例として示す磁気式変位検出装置が組み込まれたゲージの一部切り欠いた斜視図である。
図４５Ａ及び図４５Ｂは、図４４に示したゲージに組み込んだ磁気式変位検出装置の構成を示す図であり、図４５Ａは正面図、図４５Ｂは側面図である。
図４６Ａ及び図４６Ｂは、上記ゲージに組み込んだ磁気式変位検出装置における磁気センサの構成を示す図であり、図４６Ａはコアの正面図、図４６Ｂは磁気センサの正面図である。
図４７は、上記ゲージに組み込んだ磁気式変位検出装置における変位−磁場特性を示す図である。
図４８は、参考例として示す磁気式変位検出装置が組み込まれたゲージの一部切り欠いた斜視図である。
図４９Ａ及び図４９Ｂは、参考例として示す磁気式変位検出装置の構成を示す図であり、図４９Ａは平面図、図４９Ｂは側面図である。
図５０は、図４８に示したゲージに組み込んだ磁気式変位検出装置における変位−磁場特性を示す図である。
図５１は、参考例として示す磁気式変位検出装置における磁気センサの他の配置例を示す図である。
図５２は、参考例として示す磁気式変位検出装置における磁気センサのコイルの他の巻き例を示す図である。
図５３は、参考例として示す磁気式変位検出装置に用いられる他の磁気センサの一例を説明する図である。
図５４は、参考例を適用した気化器の側面図である。
図５５は、上記気化器の断面図である。
図５６Ａ及び図５６Ｂは、上記気化器で用いられる磁気センサの構成を示す図であり、図５６Ａはコアの正面図、図５６Ｂは磁気センサの正面図である。
図５７は、上記気化器で用いられる磁石の斜視図である。
図５８は、上記気化器に設けられる磁気センサ及び磁石の取付け位置を説明する図である。
図５９は、上記磁気センサと上記磁石の位置関係を説明する図である。
図６０は、上気化器のピストンバルブに対する磁気センサの出力を表す出力特性図である。
図６１Ａ及び図６１Ｂは、上記気化器に設けられる他の磁気センサ及び磁石の取付け位置を説明する図であり、図６１Ａは正面図、図６１Ｂは側面図である。
図６２は、本発明を適用した他の気化器の側面図である。
図６３は、図６２に示した気化器の断面図である。
図６４は、上記気化器で用いられる磁石を説明する図である。
図６５Ａ，図６５Ｂ及び図６５Ｃは、上記気化器に設けられる磁気センサ及び磁石の取付け位置を説明する図であり、図６５Ａは正面図、図６５Ｂは平面図、図６５Ｃは側面図である。
図６６は、上記気化器のピストンバルブに対する磁気センサの出力を表す出力特性図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図７乃至図１２は、本発明に係る磁気式変位検出装置の一参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１００は、例えば図７に示すように、インピーダンス変化型の磁気センサ１０４からなる磁界検出部と、上記磁界検出部との相対移動方向に沿って連続的に変化する磁界を発生する磁界発生手段として機能する永久磁石１０５，１０６を有する被検出部と、上記磁気センサ１０４を励振駆動するための発振回路部１０７と、上記永久磁石１０５，１０６により与えられる外部磁界の強さに応じた上記磁気センサ１０４のインピータンス変化を電気信号に変換した出力信号を取り出す検出回路部１０８とを備える。
磁気センサ１０４は、図８に示すように、閉磁路を形成して円環状のコア１０１の対極位置にそれぞれコイル１０２，１０３を巻くことにより構成されている。コア１０１は、一例として、パーマロイＰＣから成っており、円環の外径，内径がそれぞれ１０ｍｍ，９ｍｍ、コア厚が５０μｍである。コイル１０２，１０３は、一例として、それぞれ直径０．０８ｍｍの銅線を５０回巻いたものである。
また、この磁気式変位検出装置１００では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、厚さ方向に磁化された円柱状の永久磁石（例えばＳｍＣｏ）１０５，１０６により、２個の磁界発生手段が構成されている。永久磁石１０５，１０６の寸法は、一例として、直径，厚さがそれぞれ１０ｍｍ，３ｍｍである。
そして、この磁気式変位検出装置１００では、図７に示すように、永久磁石１０５，１０６は、工作機械又は精密測定機器等において相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、相対移動方向に沿って所定距離だけ離隔し且つ円の中心を相対移動方向上の同一直線状に位置させ、同じ極（図７ではＳ極）同士を向け合った配置状態、換言すれば、磁化の方向を、相対移動方向と平行にし且つ相互に反対に向けた配置状態で取り付けられている。この永久磁石１０５，１０６と、それらを上記部材に取り付けるための周知の手段等により被検出部が構成されているが、永久磁石１０５，１０６以外の図示は省略している。
また、磁気センサ１０４は、上記２部材のうちの残りの一方の部材に、永久磁石１０５，１０６に挟まれ、永久磁石１０５，１０６の円の中心を結ぶ線上にコア１０１の円環の中心が位置し、且つこの円環を含む平面を相対移動方向と平行にした配置状態で取り付けられている。磁気センサ１０４におけるコイル１０２，１０３の配置は、相対移動方向上でのコイル１０２とコイル１０３との位置が等しく、すなわち永久磁石１０５，１０６からコイル１０２までの距離と永久磁石１０５，１０６からコイル１０３までの距離とが等しくなっている。この磁気センサ１０４と、それを上記残りの部材に取り付ける周知の手段やケーシング等により磁界検出部が構成されているが、磁気センサ１０４以外の図示は省略している。
そして、磁気センサ１０４には、コイル１０２，１０３を励振駆動するための発振回路部１０７と、磁気センサ１０４から出力信号を取り出すための検出回路部１０８とが接続されている。
発振回路部１０７及び検出回路部１０８の構成の一例を図１０に示してある。
発振回路部１０７は、マルチバイブレータ回路を応用して抵抗器，コンデンサやスイッチングトランジスタ等とによって構成されており、周波数約１ＭＨｚ、ピーク間のレベル差５Ｖのパルス波電圧をコイル１０２，１０３に供給するようにしている。このパルス波のデューティ比は図１０における抵抗器Ｒ１によって決定されるものであり、ここでは約１／１０に設定されている。また発振回路部１０７では、ヒステリシスを持ったシュミットインバータＩＣを用いることにより、チャタリングを除去している。
なお、パルス波に替えて正弦波電圧をコイル１０２，１０３に供給する構成にしてもよい。しかし、パルス波を供給すればデューティ比を調整することにより消費電流を削減することができ、また正弦波を供給する場合にはＤＣバイアスをかける必要があるので、パルス波の方が好適である。
検出回路部１０８は、磁気センサ１０４のコイル１０２，１０３と抵抗Ｒ４，Ｒ５により構成したブリッジ回路１０８Ａによりコイル１０２，１０３のインピーダンス変化に応じた不平衡電圧出力を得て、このブリッジ回路の不平衡電圧出力をダイオードＤ１，Ｄ２で検波し、その検波出力を抵抗器とコンデンサによるＣＲ平滑回路１０８Ｂで平滑して、コイル１０２のインピーダンス変化による電圧変化とコイル１０３のインピーダンス変化による電圧変化の差動出力Ｖ₀を得るように構成されている。このように２個のコイル１０２，１０３のインピーダンス変化による電圧変化の差動出力Ｖ₀から絶対変位量を検出することにより、外界からのノイズの影響を減少させて高い精度で検出を行うことが可能となる。なお、コイル１０２，１０３のインピーダンス変化が大きいので、検出回路部１０８には出力信号の増幅器は設けられておらず、その分検出回路部１０８の構成が簡単になっている。
これらの発振回路部１０７及び検出回路部１０８の基本的な構成及び原理自体は周知のものなので、その詳細説明は省略する。
検出回路部１０８からの出力は図示しない制御装置に送られ、当該制御装置において周知の方式により磁界検出部と被検出部との絶対変位量が求められる。
このような構成の磁気式変位検出装置では、相対移動方向上での磁気センサ１０４の変位量と検出回路部１０８での差動出力のレベルとの関係（変位−出力特性）の一例を示すと、図１１の通りである。この図１１における変位量１８．０ｍｍの位置は、永久磁石１０５からコア１０１の円環の中心までの距離と永久磁石１０６からコア１０１の円環の中心までの距離とが等しい位置に相当している。この位置では、永久磁石１０５からの外部磁界と永久磁石１０６からの反対向きの外部磁界との大きさが等しいので、コイル１０２からの出力とコイル１０３からの出力とは大きさが等しくなり、したがって差動出力のレベルはゼロとなる。この位置を中心として、差動出力はリニアリティの高い変化をすることが図１１にも表れている。この点からも、絶対変位量を高い精度で検出することが可能となる。
すなわち、この磁気式変位検出装置では、磁化の方向を相互に反対にした２個の永久磁石１０５，１０６が、磁界検出部との相対移動方向に沿って相互に離間して配置されているので、これらの磁界発生手段の間に発生する磁界の分布は、両永久磁石１０５，１０６から等しい距離を中心として左右対称となるとともに、相対移動方向上の位置に応じてリニアリティの高い変化をするものになる。
これらの永久磁石１０５，１０６に挟まれた磁気センサ１０４では、発振回路部１０７によりコイル１０２，１０３が励振駆動されると、外部磁界に対するコア１０１の透磁率が変化することによりコイル１０２，１０３のインピーダンスが変化するので、外部磁界に応じた信号がコイルから出力される。したがって、永久磁石１０５，１０６による外部磁界が上述のような分布となることにより、相対移動方向上の位置に応じてリニアリティの高い変化をする信号が磁気センサ１０４から検出回路部１０８に取り出されるようになる。これにより、磁界検出部と被検出部との絶対変位量が高い精度で検出される。
ここで、コイル式の磁気センサ１０４は非常に感度が高く、地磁気程度の磁界によってもインピーダンスが変化する。図１２は、磁界の強さとコイルのインピーダンスとの関係の一例を示しており、磁界の変化量１エルステッド（Ｏｅ）に対してコイルのインピーダンスが約１０％変化し、磁界が約−１２エルステッドから＋１２エルステッドまで変化する間にはコイルのインピーダンスが約５０％変化することが表されている。このように磁気センサ１０４の感度が高いので、磁界の検出に通常使用されるＭＲ（磁気抵抗）素子やホール素子等では検出不能であった微弱な磁界も検出可能となる。したがって、磁界発生手段から遠く離れた位置においても磁界発生手段が及ぼす磁界を確実に検出でき、その磁界の強さに応じた出力を得ることができる。また、インピーダンスの変化が非常に大きいので、インピーダンスに合わせて適当な値の抵抗器を選んでブリッジ出力を得ることにより、増幅器で増幅する必要のない大きな出力を得ることができる。
これに対し、こうしたコイル式以外の方式では、通常こうした増幅器が必要である。また、上述の磁歪線方式のような複雑な回路を多数必要とすることもない。したがって、回路構成が簡単となり、検出装置全体の小型化・低コスト化が容易となる。
また、上述の差動トランス方式のような長い無効長部分が存在しないので、無効長に比較して有効長を長くとることができる。また、上述の抵抗式ポテンショメータ方式と異なり非接触型なので、耐久性が高く、振動の激しい機械等にも適用することができる。また、上述の磁歪線方式のように応答速度が遅くなることがない。さらに、コイルの駆動周波数を例えば数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高い周波数にした場合には、コイルのインピーダンスを、外部磁界に対するインピーダンス変化特性を変えることなく容易に増加させることができるので、周辺回路に合わせて容易にインピーダンスを調整することができるようになる。しかも、応答速度は駆動周波数に依存する（駆動周波数の約１／１０程度になる）ので、このような高周波数化により、応答速度を一層速めて非常に高速に絶対変位量の検出を行うことができるようになる。
なお、磁界検出部の磁気センサ１０４は、図８に示した構成に替えて、図１３に示すように方形の環状のコア１１１の対向する２辺にコイル１１２，１１３を巻いて構成した磁気センサ１１４や、あるいは図１４に示すように所定距離離隔した平行な２本の棒状のコア１２１Ａ，１２１Ｂにそれぞれコイル１２２，１２３を巻くことによって構成した磁気センサ１２４を用いるようにしてもよい。これらのコア１１１，１２１Ａ，１２１Ｂの材質及びコア厚やコイル１１２，１１３，１２１，１２２の材質及び巻数は、上述の図８に示したコア１０１やコイル１０２，１０３と同じであってよい。
また、被検出部の磁界発生手段としては、永久磁石以外の適宜の手段（例えば電磁石等）を用いるようにしてもよい。また、磁気センサのコアの部材としては、アモルファス等の高透磁率材料を用いるようにしてもよい。
ここで、上述の図７乃至図１２に示した参考例において図１４に示した構成の磁気センサ１２４を用いた変更例を図１５に示す。この図１５に示した変更例の磁気式変位検出装置１２０では、磁界検出部の磁気センサ１２４は、コイル１２２，１２３の巻装された２本の棒状のコア１２１Ａ，１２１Ｂが磁界検出部と被検出部の相対移動方向と平行な状態で互いに所定距離離隔して平行に配されている。
次に、図１６は、参考例として示す磁気式変位検出装置の別の参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１３０において、磁気センサ１０４は、工作機械又は精密測定機器等において相対移動する２部材（図示せず）一方の部材に、永久磁石１０５，１０６に挟まれ、永久磁石１０５，１０６の円の中心を結ぶ線上にコア１０１の円環の中心が位置し、且つこの円環を含む平面を相対移動方向と平行にした配置状態で取り付けられている。磁気センサ１０４におけるコイル１０２，１０３の配置は、コイル１０２とコイル１０３とが、相対移動方向に沿って相互に離隔し、相対移動方向に直交する方向上では同一の位置にある状態になっている。この磁気センサ１０４と、それを上記残りの部材に取り付ける周知の手段やケーシング等により磁界検出部が構成されているが、磁気センサ１０４以外の図示は省略している。その他の箇所の構成は図７乃至図１２に示した参考例と全く同様であってよいので、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このような構成の磁気式変位検出装置１３０においても、相対移動方向上での磁気センサ１０４の変位量と、検出回路部１０８での差動出力のレベルとの関係（変位−出力特性）は、上述の参考例と同様に図１１のようになる。すなわち、永久磁石１０５からコア１０１の円環の中心までの距離と永久磁石１０６からコア１０１の円環の中心までの距離とが等しい位置に相当する変位量１８．０ｍｍの位置では、永久磁石１０５，１０６からコイル１０２に及ぼされる外部磁界とコイル１０３に及ぼされる外部磁界とは大きさが等しく向きが反対になるので、コイル１０２からの出力とコイル１０３からの出力とは大きさが等しくなり、したがって差動出力のレベルはゼロとなる。この位置を中心として、差動出力はリニアリティの高い変化をする。これにより、絶対変位量を高い精度で検出できるようになる。
すなわち、この磁気式変位検出装置１３０では、発振回路部１０７により磁気センサ１０４のコイル１０２，１０３が励振駆動されると、外部磁界に対するコア１０１の透磁率が変化することによりコイル１０２，１０３のインピーダンスが変化するので、外部磁界に応じた信号が出力される。そして、２個のコイル１０２，１０３が、被検出部との相対移動方向に沿って相互に離隔して配置されているので、磁界発生手段からこれらのコイル１０２，１０３に及ぼされる磁界の強さは、磁界発生手段から遠い方のコイルでは、磁界発生手段に近い方のコイルよりも弱くなる。これにより、磁気センサ１０４が磁界発生手段に接近することにより磁界発生手段に近い方のコイルの出力が飽和した位置においても、磁界発生手段から遠い方のコイルの出力は飽和しなくなる。したがって、このように磁界発生手段に接近した位置においても、これらのコイルの差動出力から絶対変位量を検出することができるので、有効長を増大させることができるようになる。
さらに、磁界発生手段からの磁界の強さは磁界発生手段との距離に応じて曲線的に変化するので、各コイル１０２，１０３の出力も、その特性を図１７におおまかに示すように、磁界発生手段との距離に応じて曲線的に変化する。したがって、これらのコイル１０２，１０３の差動出力（例えば図１７において一定の間隔Ａに対応する差動出力Δ）は、相対移動方向上での磁気センサ１０４の位置に応じてリニアリティの高い変化をする。これにより、磁界検出部と被検出部との絶対変位量が高い精度で検出されるようになる。
ここで、上述の図１６に示した参考例において図１４に示した構成の磁気センサ１２４を用いた変更例を図１８Ａ及び図１８Ｂに示す。この変更例の磁気式変位検出装置１４０では、磁界検出部の磁気センサ１２４は、コイル１２２，１２３の巻装された２本の棒状のコア１２１Ａ，１２１Ｂが磁界検出部と被検出部の相対移動方向と直交する状態で互いに所定距離離隔して平行に配されている。
次に、図１９Ａ，図１９Ｂ及び図２０は、参考例として示す磁気式変位検出装置の別の参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１５０では、図１９Ａ，図１９Ｂに示すように、厚さ方向に磁化された平板状の永久磁石１１５，１１６により、２個の磁界発生手段がそれぞれ構成されている。永久磁石１１５，１１６の寸法は、一例として縦，横，厚さがそれぞれ１０ｍｍ，５ｍｍ，３ｍｍである。
この永久磁石１１５，１１６は、磁化の方向を図１の永久磁石１０５，１０６とは異なる方向に向けて配置されている。すなわち、永久磁石１１５，１１６は、図２０に示すように、磁化の方向を、相互に反対にし且つ相対移動方向と直交させて配置されている。これにより、磁気センサ１０４のコイル１０２，１０３の長手方向と永久磁石１１５，１１６による磁界の方向とは直交するようになっている。その他の箇所の構成は図７乃至図１２に示した参考例と全く同様であってよいので、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このようにコイル１０２，１０３の長手方向と磁界の方向とを直交させたことにより、磁気センサ１０４が永久磁石１１５，１１６に接近した位置に置いて、コイル１０２，１０３の長手方向に入り込む磁束量が図７に示した参考例の場合よりもはるかに少なくなる。その結果、図７の場合にはコイル１０２，１０３の出力が飽和してインピーダンス変化が起こらなくなる位置でも飽和が抑制されてインピーダンス変化が起こるようになるので、図７の場合よりも有効長すなわち検出可能な絶対変位量の大きさを増大させることができるようになる。
次に、図２１は、参考例として示す磁気式変位検出装置のさらに別の参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１６０では、永久磁石１１５，１１６が、磁化の方向を、相互に反対にし且つ相対移動方向と直交させて配置されている。そして、磁気センサ１０４におけるコイル１０２とコイル１０３とが、相対移動方向に沿って相互に離隔し、相対移動方向に直交する方向上では同一の位置にある状態になっている。この磁気センサ１０４と、それを上記残りの部材に取り付ける周知の手段やケーシング等により磁界検出部が構成されているが、磁気センサ１０４以外の図示は省略している。その他の箇所の構成は図１９及び図２０に示した参考例と全く同様であってよいので、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
次に、図２２Ａ及び図２２Ｂは、参考例として示す磁気式変位検出装置のさらに別の参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１７０では、磁気センサ１０４の配置が図７や図２０に示した参考例とは異なっている。すなわち、磁気センサ１０４は、円環を含む平向を相対移動方向に直交させて配置されている。永久磁石１１５，１１６は、図２０に示した参考例と同じ状態で配置されている。その他の箇所の構成は、図７乃至図１２に示した参考例と全く同様であってよいので重複説明を省略する。なお、発振回路部及び検出回路部の図示も省略している。
次に、図２３乃至図２５は、参考例として示す磁気式変位検出装置のさらに別の一参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置１８０では、図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、基板１３１上で、細長い薄板状の高透磁率材１３２（コアに相当するもの）が絶縁膜１３３と絶縁膜１３４とに挟まれている。絶縁膜１３３の上側には、複数本の細長い薄板状の上部電極１３５が、高透磁率材１３２と直交するようにして所定間隔おきに設けられている。絶縁膜１３４の下側には、複数本の細長い薄板状の下部電極１３６が、両端が隣り合う２本の上部電極１３５の端部に重ね合わさるように、高透磁率材１３２と斜交して設けられている。そして、上部電極１３５の各端部と下部電極１３６の各端部とが接続されることにより、高透磁率材１３２の周囲に薄型のコイル１３７が形成されている。コイル１３７の上側には、保護膜１３８が成膜されている。
このようにコイル１３７を巻いた高透磁率材１３２が基板１３１上に２本平行に配置されることにより、図２５に示すように、薄型の磁気センサ１３９が構成されている。
また、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように板面に平行な方向に磁化された平板状の永久磁石１２５，１２６により、２個の磁界発生手段がそれぞれ構成されている。
そして、永久磁石１２５，１２６は、図２５に示すように、相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、相対移動方向に沿って所定距離だけ離隔し、板面を相互に平行にし且つ同じ極（図２５ではＳ極）同士を向け合った配置状態で取り付けられている。また磁気センサ１３９は、上記２部材のうちの残りの一方の部材に、基板１３１の板面が永久磁石１２５．１２６の板面と平行になり且つ高透磁率材１３２の長手方向と相対移動方向とが平行になるような配置状態で取り付けられている。磁気センサ１３９と発振回路部及び検出回路部（図示せず）とは、薄型のフレキシブルプリントケーブルＦＰＣを介して接続されている。その他の箇所の構成は図７乃至図１２に示した参考例と全く同様であってよい。
この参考例によれば、図２５に示したように磁気センサ１３９を有する磁界検出部が薄型化しており、相対移動方向に直交する平面での磁気式変位検出装置１８０の大きさはこの磁界検出部の寸法によって決定されることから、装置全体の薄型化が図られている。したがって、磁気式変位検出装置を一層小型化することが可能となる。
ここで、磁気センサ１３９は、図２６に示す磁気式変位検出装置１９０ように、上記２部材のうちの残りの一方の部材に、基板１３１の板面が永久磁石１２５，１２６の板面と平行になり且つ高透磁率材１３２の長手方向と相対移動方向とが直交するような配置状態で取り付けるようにしてもよい。
ここまでは、いずれも被検出部に２個の磁界発生手段を設けた参考例を挙げてきたが、以下では、被検出部に１個の磁界発生手段のみを設けた参考例を幾つか列挙する。
図２７は、図７に示した参考例において磁界発生手段の数を１個にした場合に相当する参考例を示す。
すなわち、図２７に示す参考例の磁気式変位検出装置２００では、１個の永久磁石１０５（図９Ａ及び図９Ｂに示した構成のもの）が、相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、磁化の方向を相対移動方向と平行に向けた配置状態で取り付けられている。また磁気センサ１０４（図８に示した構成のもの）が、永久磁石１０５の円の中心とコア１０１の円環の中心が相対移動方向上で同一直線状に位置し、且つこの円環を含む平面と相対移動方向とが平行となる配置状態で、上記２部材のうちの残りの一方の部材に取り付けられている。
磁気センサ１０４におけるコイル１０２，１０３の配置は、相対移動方向上でのコイル１０２とコイル１０３との位置が等しい状態、すなわち永久磁石１０５からコイル１０２までの距離と永久磁石１０５からコイル１０３までの距離とが等しい状態になっている。磁気センサ１０４には、コイル１０２，１０３を励振駆動するための発振回路部１０７と、磁気センサ１０４から出力信号を取り出すための検出回路部１０８とが接続されている。これらの発振回路部１０７及び検出回路部１０８の構成は、図１０に例示した通りである。
このような構成の磁気式変位検出装置２００において、相対移動方向上での磁気センサ１０４の変位量と検出回路部１０８での差動出力のレベルとの関係（変位−出力特性）の一例を示すと、図２８の通りである。磁界発生手段の数を１個にした場合でも、差動出力はある程度リニアリティの高い変化をすることが図２８に表れている。
次に、上述の図１６に示した参考例において磁界発生手段の数を１個にした場合に相当する参考例を図２９に示す。
この参考例の磁気式変位検出装置２１０では、図２９に具体的に示すように、工作機械や精密測定機器等において相対移動する２部材のうちの一方の部材に、相対移動方向に延びたロッド１２１が取り付けられており、このロッド１２１の先端に永久磁石１０５が取り付けられている。すなわち、永久磁石１０５及びロッド２１１を有する被検出部が当該部材に取り付けられている。永久磁石１０５の配置は、磁化の方向が相対移動方向と平行になる状態になっている。また、上記２部材のうちの残りの一方の部材に、軸受け２１２を介してロッド２１１を長手方向に移動可能に挿入したケース２１３が取り付けられている。磁気センサ１０４は、このケース２１３の内部に、永久磁石１０５の円の中心とコア１０１の円環の中心とが相対移動方向上の同一線上に位置し且つこの円環を含む平面と相対移動方向とが平行になる配置状態で取り付けられている。すなわち、磁気センサ１０４，軸受け２１２及びケース２１３を有する磁界検出部が当該残りの部材に取り付けられている。
そして、磁気センサ１０４におけるコイル１０２，１０３の配置は、コイル１０２とコイル１０３が、相対移動方向に沿って相互に離隔し、相対移動方向に直交する方向上では同一の位置にある状態になっている。すなわち、コイル１０２，１０３の長手方向が相対移動方向に直交する状態になっている。これにより、コイル１０２，１０３の長手方向と永久磁石１０５による磁界の方向とが直交するようになっている。
次に、図３０は、図１９及び図２０に示した参考例において磁界発生手段の数を１個にした場合に相当する参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置２２０では、１側の永久磁石１１５（図１９Ａ及び図１９Ｂに示した構成のもの）が、磁化の方向を図２７に示した参考例における永久磁石１０５とは異なる方向に向けて配置されている。すなわち、永久磁石１１５は、磁化の方向を、相対移動方向と直交させて配置されている。これにより、磁気センサ１０４のコイル１０２，１０３の長手方向と永久磁石１１５による磁界の方向とは直交するようになっている。その他の箇所の構成は図２７に示した参考例と全く同様であってよいので、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このようにコイル１０２，１０３の長手方向と磁界の方向とを直交させたことにより、磁気センサ１０４が永久磁石１１５に接近した位置において、コイル１０２，１０３の長手方向に入り込む磁束量が図２７の場合よりもはるかに少なくなる。その結果、図２７の場合にはコイル１０２，１０３の出力が飽和してインピーダンス変化が起こらなくなる位置でも飽和が抑制されてインピーダンス変化が起こるようになるので、図２７の場合よりも有効長を増大させることができるようになる。
次に、図３１は、図２２に示した参考例において磁界発生手段の数を１個にした場合に相当する参考例を示す。
この参考例の磁気式変位検出装置２３０では、磁気センサ１０４の配置が図２７や図３０とは異なっている。すなわち、磁気センサ１０４は、円環を含む平面を磁界検出部と被検出部との相対移動方向に直交させて配置されている。永久磁石１１５は、図３０に示した参考例と同じ状態で配置されている。その他の箇所の構成は、図２７に示した参考例と全く同様であってよいので重複説明を省略する。なお、発振回路部及び検出回路部の図示も省略している。
他の参考例においても、同様にして磁界発生手段の数を１個にするようにしてよい。また、磁気センサ１０４における２個のコイル１０２，１０３の配置を、相対移動方向に沿った方向上だけでなくこれに直交する方向上でも離隔する状態、例えば、図３２に示すように、コイル１０２，１０３の長手方向が相対移動方向に対して４５度傾いた状態で配置するようにしてもよい。
次に、磁気センサの出力のリニアリティをさらに向上させることにより絶対変位量を高い精度で検出できるようにした磁気式変位検出装置の実施例について説明する。
図３３乃至図３９は、本発明に係る磁気式変位検出装置の実施例を示す。
この実施例の磁気式変位検出装置３００では、図３３Ａ及び図３３Ｂに示すような構成の磁界発生手段が用いられる。すなわち、図３３Ａ及び図３３Ｂは、この磁気式変位検出装置３００の被検出部に設けられる磁界発生手段の一例を示すものであり、図３３Ａは平面図、図３３Ｂは側面図である。この磁界発生手段は、磁気式変位検出装置における絶対変位量の検出の有効長（使用者が必要とする長さ）Ｌ以上の長さの薄板状の磁石３０１（例えばゴム磁石，フェライト磁石，合金磁石等の永久磁石）からなっており、その長さ方向上の中心線を境にして板面の左半分と右半分とが、互いの磁極面の極性が反対となるように着磁されている。これにより、磁石３０１には、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対となる２つの磁極が含まれている。
この磁石３０１は、検出対象の工作機械等において相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、長さ方向を相対移動軸Ｘから角度θだけ傾け、且つ、相対移動軸Ｘ上での磁石３０１の長さが有効長Ｌ以上となる状態で取り付けられている。ただし、ここでは有効長Ｌは、使用者が検出したいと所望する絶対変位量の長さである。また、θは、この２つの磁極の幅方向上での中心間の距離をｗとして、０＜θ≦ｓｉｎ^-1（ｗ／Ｌ）の範囲内で設定した角度である。
この磁石３０１と、それを上記部材に取り付けるための周知の手段等により被検出部が構成されているが、磁石３０１以外の図示は省略している。
磁界検出部の磁気センサ３０２は、図３３Ａ及び図３３Ｂに示す磁石３０１との相対移動軸Ｘに平行で且つ図面に垂直な平面上に位置している。図３４Ａ及び図３４Ｂは、この磁気センサ３０２と磁石３０１との位置関係を別の視点から示すものであり、図３４Ａは正面図、図３４Ｂは側面図である。上記工作機械等において相対移動する２部材のうちの残りの部材に、磁石３０１との間に距離ｋのクリアランスをあけるようにして、磁気センサ３０２が取り付けられている。
この磁気センサ３０２と、それを上記残りの部材に取り付ける周知の手段やケーシング等により磁界検出部が構成されているが、磁気センサ３０２以外の図示は省略している。
磁気センサ３０２の構成の具体例を示すと、図３５Ａ及び図３５Ｂの通りである。すなわち、図３５Ａに示すような閉磁路を形成した方形の環状のコア３０３（例えばパーマロイ等の磁性材料からなり、縦方向の外径，内径がそれぞれ５ｍｍ，２ｍｍ、横方向の外径，内径がそれぞれ２ｍｍ，１ｍｍ、コア厚が５０μｍのもの）の対極位置に、図３５Ｂに示すように、ボビン３０４を用いてコイル３０５，３０６を所定回数（例えば５０回）巻装することにより、コア型の磁気センサ３０２が構成されている。こうしたコア型の磁気センサ３０２は、ＭＲ素子やＦＧ素子やホール素子等を用いた他の磁気センサよりも、安価であるとともに簡単な構造のものである。
なお、磁気センサ３０２にコイルを２つ巻装したのは、後述の検出回路部において両コイルからの信号の差動をとるためであり、電気的なノイズの影響をキャンセルして、より高精度の出力を得るためである。
磁気センサ３０２のコアの形状は、このように２つのコイルを巻装できるものであればよいので、図３５Ａ及び図３５Ｂに示したような方形の環状のものに限らず、例えば円環状のものや、あるいは所定距離離隔した平行な２本の棒状のコアにそれぞれコイルを巻くようにしたものであってもよい。
図３６は、磁気センサ３０２のコイル３０５，３０６を励振駆動するための発振回路部３０７と、磁気センサ３０２から出力信号を取り出すための検出回路部３０８とからなる回路部３０９の構成の具体例を示す。発振回路部３０７は、マルチバイブレータ回路を応用したものであり、例えばピーク間のレベル差１２Ｖ、周波数約１ＭＨｚ、デューティ比１／１０のパルス波電圧を発生してコイル３０５，３０６に供給する。検出回路部３０８は、ブリッジ回路を用いたものであり、コイル３０５，３０６からの信号をそれぞれ整流した直流出力の差動をとるように構成されている。
これらの発振回路部３０７及び検出回路部３０８の基本的な構成及び原理自体は周知のものなので、その詳細説明は省略する。検出回路部からの出力は図示しない制御装置に送られ、当該制御装置において周知の方式により磁界検出部と被検出部との絶対変位量が求められる。
磁気センサ３０２のコイル３０５，３０６をこの回路部３０９の発振回路部３０７で励振駆動した際の検出回路部３０８の出力特性（外部磁界の強さと出力電圧との関係）の一例を示すと図３７の通りである。
図３３に示した磁極の中心間距離ｗよりも有効長Ｌがかなり長い場合には、前述の０＜θ≦ｓｉｎ ^-1 （ｗ／Ｌ）という関係から角度θはかなり小さくなり、また、磁界の変化の直線性は磁極の中心付近よりも磁極の変化点（２つの磁極の境界）付近の方が高くなる。したがって、磁界検出部に設ける磁気センサには、磁極の変化点における微少な磁界変化を検出することが要求される。図３７に示すように、磁気センサ３０２は、コイル３０５，３０６の長手方向（図３３におけるＸ方向）に入射する磁界成分のみを検出し、且つ、地磁気程度の弱い磁界中でもインピーダンス変化を示すので、こうした磁極の変化点における微少な磁界変化を十分に検出できる高感度なものとなっている。
この磁気式変位検出装置３００によれば、磁石３０１に含まれる２つの磁極が互いに近接しているので、これらの磁極間における磁界変化の直線性が非常に高い。
そして、磁界検出部と被検出部との相対移動に伴い、相対移動軸Ｘ上での長さが有効長Ｌ以上の磁石３０１の２つの磁極のうちの一方から残りの一方にかけて高い直線性をもって変化する磁界が、磁気センサ３０２により検出される。
これにより、有効長Ｌの全域に亘ってリニアリティの高い出力信号が磁気センサ３０２から取り出されるので、検出回路部３０８の出力もリニアリティの高いものとなる。
なお、磁石３０１と磁気センサ３０２との間のクリアランスｋを狭くした場合には、出力のリニアリティは向上するが、磁石３０１から磁気センサ３０２に及ぶ磁界が強くなり磁気センサ３０２が飽和しやすくなるので、有効長Ｌを長くとることができなくなる。他方、クリアランスｋを広くした場合には、出力のリニアリティは低下してしまうが、磁石３０１から磁気センサ３０２に及ぶ磁界が弱くなり磁気センサ３０２が飽和しにくくなるので、有効長Ｌを長くとることができるようになる。
そこで、クリアランスｋの大きさは、磁石３０１の磁界の強さと磁気センサ３０２の感度とに応じて適切に設定することが好ましい。一例として、磁石３０１に長さ，幅，厚さそれぞれ５０ｍｍ，１０ｍｍ，０．７ｍｍのゴム磁石を用い、有効長Ｌ＝３０ｍｍ以上という条件のもとでクリアランスｋの大きさを変化させつつ実測を行った結果、ｋ＝１０±２ｍｍ、角度θ＝２度に設定したとき、出力のリニアリティを最も向上させることができた。
図３８Ａは上述の図７に示した構成の比較例における相対移動距離とセンサ出力との関係を示し、図３８Ｂはこの実施例における相対移動距離とセンサ出力との関係をそれぞれ示す。また、図３９はそれらにおけるリニアリティ誤差を比較して示す。図３９から明らかなように、比較例ではリニアリティ誤差が２％程度存在するのに対し、この実施例ではリニアリティ誤差は１％未満に抑えられている。したがって、この実施例の磁気式変位検出装置３００によれば、出力のリニアリティを向上させることができる。
なお、図３４では、磁気センサ３０２は、コアの閉磁路を含む平面を相対移動軸Ｘと平行にした配置状態にあるが、これに限らず、例えばこの閉磁路を含む平面を相対移動軸Ｘに直交させた状態に磁気センサ３０２を配置するようにしてもよい。
次に、被検出部に設けられる磁石の構成の変更例を、図４０乃至図４３に示す。
図４０Ａ及び図４０Ｂに示す変更例では、有効長Ｌ以上の長さの薄板形状の１個の磁石３１１が、その長さ方向上から角度θだけ傾けた線を境にして板面の左半分と右半分とが、互いの磁極面の極性が反対となるように着磁されている。これにより、磁石３１１にも、磁石３０１と同様、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対となる２つの磁極が含まれている。そして、この磁石３１１が、相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、長さ方向を相対移動軸Ｘに平行にした状態で取り付けられている。したがって、相対移動軸Ｘ上での磁石３１１の長さはやはり有効長Ｌ以上になっている。
この磁石３１１を用いた場合にも、磁界検出部と被検出部との相対移動に伴い、磁石３１１の２つの磁極のうちの一方から残りの一方にかけて高い直線性をもって変化する磁界が、有効長Ｌの全域に亘って磁気センサ３０２により検出される。
したがって、やはり有効長Ｌの全域に亘ってリニアリティの高い出力信号が磁気センサ３０２から取り出されるようになる。
図４１Ａ及び図４１Ｂに示す変更例では、それぞれ有効長Ｌよりも長い細長形状の２個の磁石３１２，３１３が、互いの磁極面の極性が反対となるように着磁されている。これにより、磁石３１２，３１３にも、磁石３０１と同様、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対となる２つの磁極が含まれている。そして、これらの磁石３１２，３１３が、相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、長さ方向を相対移動軸Ｘからそれぞれ角度θだけ傾け、且つ、相対移動軸Ｘ上での磁石３１２，３１３の長さが有効長Ｌ以上となる状態で、互いに所定距離ａ（一例として２ｍｍ）だけ離隔させて取り付けられている。
この磁石３１２，３１３を用いた場合にも、磁界検出部と被検出部との相対移動に伴い、磁石３１２の磁極と磁石３１３の磁極とのうちの一方から残りの一方にかけて高い直線性をもって変化する磁界が、有効長Ｌの全域に亘って磁気センサ３０２により検出されるので、やはり有効長Ｌの全域に亘ってリニアリティの高い出力信号が磁気センサ３０２から取り出されるようになる。
しかも、このように別々の磁石３１２，３１３の磁極を利用することにより、図３３Ａ及び図３３Ｂに示した磁石３０１や図４０Ａ及び図４０Ｂに示した磁石３１１のように１個の磁石を互いの磁極面の極性が反対となるように着磁する場合よりも、磁極の境界が明確になる。したがって、出力のリニアリティを一層向上させることができるようになる。
なお、図４１Ａ及び図４１Ｂに示した変更例では磁石３１２と磁石３１３とを離隔しているが、これらを接触させるようにしてもよい。
図４２に示す変更例では、有効長Ｌよりも長い薄板形状の１個の磁石３１４が、その幅方向上の中心線を境にして板面の左半分と右半分とが、互いの磁極面の極性が反対となるように着磁されている。これにより、磁石３１４にも、磁石３０１と同様、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対となる２つの磁極が含まれている。そして、この磁石３１４が、相対移動する２部材（図示せず）のうちの一方の部材に、長さ方向を磁気センサ３０２に対する相対移動軸Ｘからそれぞれ角度θだけ傾け、且つ、相対移動軸Ｘ上での磁石３１４の長さが有効長Ｌ以上となる状態で取り付けられている。
この磁石３１４を用いた場合にも、磁界検出部と被検出部との相対移動に伴い、磁石３１４の２つの磁極のうちの一方から残りの一方にかけて高い直線性をもって変化する磁界が、有効長Ｌの全域に亘って磁気センサ３０２により検出されるので、やはり有効長Ｌの全域に亘ってリニアリティの高い出力信号が磁気センサ３０２から取り出されるようになる。
さらに、本発明に係る磁気式変位検出装置の応用例を、図４３に示す。
この応用例では、以上の実施例に示したような磁石３１５，３１６と、それに対応して、図４３に示す相対移動軸Ｘ１，Ｘ２に平行で且つ図面に垂直な平面上に位置する磁気センサ（図示せず）とが、２組設けられている。そして、検出回路部（図示せず）では、各組の磁気センサから取り出した出力信号の差動をとるようにしている。なお、図４３では、磁石３１５，３１６としては図３３Ａ，図３３Ｂに示した磁石３０１と同様な構成のものを用いているが、図４０乃至図４２に示したのと同様な構成のものを用いてもよいことはもちろんである。
実際に工作機械等の検出対象に変位検出装置を設置する場合には、スペースの都合等により、回動可能な部材の回動中心軸から離隔した位置に磁石又は磁気センサの一方を取り付けなければならない場合がある。そうした場合に、その部材が回動すると、磁石と磁気センサとの間のクリアランスが変化するので、磁気センサの出力信号が変化してしまい、これによって検出精度が悪化してしまう。
そこで、この応用例のように２組の磁石及び磁気センサを設け、それらを回動中心軸を挟んで対称な位置に取り付けるようにする。各磁気センサの出力信号の差動信号に対して、回動がない状態での出力を基準とすれば、回動が発生した場合、この基準出力からのずれが生じるので、これをオフセット信号として基準値となるように信号処理すれば、検出精度の悪化を防止することができるようになる。
なお、以上の実施例では、被検出部の磁界発生手段として永久磁石を用いているが、磁界発生手段として例えば電磁石等を用いるようにしてもよい。また、以上の実施例では、磁気センサのコアの材料としてパーマロイを用いているが、コアの材料として例えばアモルファス等の高透磁率材料を用いるようにしてもよい。
また、以上の実施例では磁気センサに２個のコイルを設けてそれらのコイルの差動出力に基づいて絶対変位量を検出するようにしているが、磁気センサにコイルを１個だけ設けてそのコイルの出力自体に基づいて絶対変位量を検出するようにしてもよい。その場合には、検出回路部に差動をとるための回路を設ける必要がないことはもちろんである。
次に、参考例として示した磁気式変位検出装置をゲージ４０１に組み込んだ具体例を図４４乃至図４７に示す。
この具体例では、図４４に示すように、ゲージ４０１の筐体４０２に設けられた軸受部４０３，４０４にはスピンドル軸４０５が軸方向に摺動可能に挿通支持されている。
またスピンドル軸４０５にはその軸方向と直交する方向に突出するガイド軸４０６が筐体４０２内において設けられており、このガイド軸４０６の先端部が、筐体４０２の側部にスピンドル軸４０５の摺動方向と平行に形成されたガイド長孔４０７に挿入係合されている。したがってスピンドル軸４０５は、このガイド長孔４０７内をガイド軸４０６が移動する範囲内で摺動可能となされている。
さらにガイド軸４０６と筐体４０２の側部の内面側に突設された爪片４０８との間にはスプリング４０９が張架されており、このスプリング４０９の力によってスピンドル軸４０５は常に一方向、すなわち軸受部４０３から突出する方向に偏倚されている。
そして、このゲージ４０１においては、このスピンドル軸４０５と筐体４０２との間に磁気式変位検出装置４００が組み込まれている。
この磁気式変位検出装置４００は、磁気センサ４１０を有する磁界検出部と、磁界発生手段として２個の永久磁石４１５，４１６を有する被検出部とを備えてなるものであり、その詳細な構成を図４５Ａ及び図４５Ｂに示す。
磁界検出部の磁気センサ４１０は、閉磁路を形成した短形環状のコア４１１の対極位置にそれぞれコイル４１２，４１３を巻くことにより構成されている。
コア４１１は高透磁率材料例えばパーマロイによりなり、その寸法は一例として図４６Ａに示す如く外径が縦５ｍｍ、横２ｍｍ、内径が縦２ｍｍ、横１ｍｍであり、また厚さは５０μｍである。またコイル４１２，４１３は直径０．０６ｍｍの導線を５０回巻いたものであり、実際には図４６Ｂに示すようにボビン４１４を介してコア４１１に巻かれるものである。
磁界発生手段としての２個の永久磁石４１５，４１６は例えばＳｍＣｏによりなり、その寸法は一例として縦７ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ１ｍｍである。そしてこの２個の永久磁石４１５，４１６は、図４５Ａに示す如く磁化の方向を相互に反対に向けた状態で、磁気センサ４１０との相対移動方向に沿って、磁気センサ４１０を挟んで相互に所定距離だけ離隔して配置されている。
一方、磁気センサ４１０は、上記２個の永久磁石４１５，４１６に挾まれ、この永久磁石４１５，４１６の中心を通る直線状にコア４１１の環の中心が位置し、且つこの環を含む平面が相対移動方向と直交する状態に配置されている。
このゲージ４０１では、図４４に示す如く磁気センサ４１０はセンサホルダ４１７を介して筐体２の底部に固定され、一方永久磁石４１５，４１６はスケールホルダ４１８を介してスピンドル軸４０５に固定されており、すなわちスピンドル軸４０５が筐体４０２に対し出し入れ方向に摺動されるとこのスピンドル軸４０５と一体に永久磁石４１５，４１６が磁気センサ４１０に対し移動される構造となっている。
またゲージ４０１の筐体４０２の内部には、磁気センサ４１０のコイルを励振駆動するための発振回路と、磁気センサ４１０から出力信号を取り出すための検出回路とを有する回路基板４２１が取り付けられており、この回路基板４２１と上記磁気センサ４１０とが電気的に接続されていると共に、この回路基板４２１から筐体４０２の外部にケーブル４２２が導出されている。
この回路基板４２１上は、上述の図１０に示した発振回路部１０７と検出回路部１０８が設けられている。
検出回路部１０８からの出力は図示しない制御装置に送られ、当該制御装置において周知の方式により磁界検出部の磁気センサ４１０と被検出部の永久磁石４１５，４１６との絶対変位量が求められる。
この磁気式変位検出装置４００における２個の永久磁石４１５，４１６の間で磁気センサ４１０が受ける磁場の強さを変位位置ごとに実際に測定して得られた変位−磁場特性を図４７に示す。
さらに、参考例として示した磁気式変位検出装置をゲージ４０１に組み込んだ他の具体例を図４８乃至図５０に示す。
この具体例の磁気式変位検出装置４５０は、上述の図４４乃至図４７に示した具体例を改良したもので、この具体例では、上述の具体例における２個の永久磁石４１５，４１６を、図４９Ａ及び図４９Ｂに示すように、対向する２枚の高透磁率材料によりなる接続板４１９，４２０によって接続してある。
この接続板４１９，４２０の高透磁率材料としては、例えばパーマロイが好適に用いられ、その寸法は一例として縦５ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。本例ではこの２枚の接続板４１９，２０を、磁気センサ４１０と永久磁石４１５，４１６との相対移動方向に沿って、磁気センサ４１０を挟む状態で２個の永久磁石４１５，４１６の間にブリッジするように固定してある。
この具体例におけるその他の箇所の構成は、上述の具体例と全く同様であってよいので、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この具体例の磁気式変位検出装置４５０では、２個の永久磁石４１５，４１６を高透磁率材料によりなる接続板４１９，４２０で接続したことにより、図５０に示す如く変位−磁場特性のリニアリティが大幅に向上することが認められた。
すなわちこの図５０は、２個の永久磁石４１５，４１６の間で磁気センサ４１０が受ける磁場の強さを変位位置ごとに測定したもので、この特性図から明らかなように、図４４に示した改良前の具体例と比べて磁場の強さは減少するものの、磁場の直線領域は広くなり、すなわちほぼ完全なリニアリティが確保される。したがって、磁気センサ４１０と永久磁石４１５，４１６との絶対変位量をより高い精度で検出することが可能となり、磁気式変位検出装置の高性能化に大きな効果が得られるものである。
なお、磁界検出部の磁気センサ４１０はコア４１１の平面が相対移動方向と直交した状態で取り付けられているが、図５１に示す磁気式変位検出装置４６０のようにコア４１１の平面が相対移動方向と平行になる状態で取り付けてもよい。
また、コア４１１に巻かれるコイル４１２，４１３の位置を図５２に示す磁気式変位検出装置４７０のように変更してもよい。
ここで、上述の各参考例では、参考例として示した磁気式変位検出装置における磁気検出部の磁気センサとして、高周波パルスにより駆動され、外部磁界に対してインピーダンスが変化するコイル式の磁気センサを用いたが、上記磁気検出部の磁気センサは、外部磁界の強さによりインピーダンスが変化する２個の感磁部を有するインピーダンス変化型の磁気センサであればよく、例えば、特開平６−２８１７１２号公報で提案されているようないわゆる磁気インピーダンス効果（ＭＩ）素子を用いてもよい。このＭＩ素子は、材質がＦｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｂ等で構成されたアモルファス合金からなる。このＭＩ素子は、図５３に示すように、略ワイヤ形状となっている。このＭＩ素子は、長手方向に対して高周波通電すると、この長手方向に入射する外部磁界に対してインピーダンス変化が生じる。
このＭＩ素子を用いた磁気センサ４８０は、図５３に示すように、差動出力をとるように２つの素子４８１，４８２で構成される。このＭＩ素子を用いた磁気センサ４８０は、上述の図１０や図３６に示した構成の発振回路及び検出回路部を用いて、駆動及び信号検出をすることができる。
このようなＭＩ素子を用いた磁気センサ４８０は、コストが安くまた特性がよいので、磁気式変位検出装置の検出精度を向上することができ、また、コストを安くすることができる。
次に、本発明を適用した気化器について説明する。
参考例として示す気化器の側面図を図５４に示し、この図５４に示した気化器のＸ−Ｘ′線断面図を図５５に示す。
気化器５０１は、いわゆる直動式のバルブを備えたものであって、本体部５０２と、この本体部５０２の燃料導入通路５１４と接続され液体燃料が注入されるチャンバ５０３とを備えている。
本体部５０２は、キャブボディ５０４と、このキャブボディ５０４内に形成されるバルブ室５１２内に挿入され、キャブボディ５０４に形成されるベンチュリ通路５１１を開閉する直動式のピストンバルブ５０５と、上記バルブ室５１２を閉塞するようにキャブボディ５０４の上部開口に装着される蓋５０６と、この蓋５０６とピストンバルブ５０５との間に設けられこのピストンバルブ５０５を付勢するバネ５０７とを備えている。
キャブボディ５０４は、例えば、亜鉛ダイキャスト製のものであり、図５４に矢印を付して示すａ方向に吸入空気が流れるベンチュリ通路５１１が形成されている。このキャブボディ５０４は、上記ベンチュリ通路５１１から上方垂直に延び、且つ、上記ベンチュリ通路５１１に開口し上記ピストンバルブ５０５が挿入されるバルブ室５１２を形成するシリンダ部５１３が設けられている。このキャブボディ５０４には、このシリンダ部５１３と同軸をなすようにベンチュリ通路５１１から下方垂直に延び、且つ、ピストンバルブ５０５に設けられる後述するジェットニードル５１６が挿入される燃料導入通路５１４が形成されている。また、このキャブボディ５０４は、上記燃料導入通路５１４に一体とされて上記チャンバ５０３内に延びる燃料導入部５１５が設けられている。
上記シリンダ部５１３に形成されるバルブ室５１２には、略楕円形の有底筒状のピストンバルブ５０５が、ベンチュリ通路５１１に流れる吸入空気の方向に対して直角方向に挿入される。このピストンバルブ５０５は、このシリンダ部５１３に対して摺動自在となっており、上下動の移動軸がずれないようにこのシリンダ部５１３に保持されている。このピストンバルブ５０５は、バルブ室５１２内で上下に移動することにより、ベンチュリ通路５１１の通路面積を変化させ、このベンチュリ通路５１１に流れる吸入空気の量を調整する。
上記シリンダ部５１３の上端開口には、上記シリンダ部５１３に対応した形状の有底の筒状の蓋５０６が装着され、シリンダ部５１３に形成されたバルブ室５１２を閉塞している。そして、この蓋５０６とピストンバルブ５０５との間には、バネ５０７が設けられている。このバネ５０７は、ベンチュリ通路５１１を閉塞する方向にピストンバルブ５０５を付勢している。
また、上記シリンダ部５１３の上端開口には上記ピストンバルブ５０５の閉塞する方向への移動を制限する係合部５１３ａが形成され、この係合部５１３ａに対応するようにピストンバルブ５０５の上端開口にはつば部５０５ａが形成されている。このピストンバルブ５０５が上記バネ５０７によりベンチュリ通路５１１を閉塞する方向に付勢されることにより、上記つば部５０５ａと上記係合部５１３ａが係合する。したがって、ピストンバルブ５０５は、ベンチュリ通路５１１を開放する方向への力が加わっていない場合においては、ベンチュリ通路５１１を最も閉じた位置で維持される。なお、この位置におけるピストンバルブ５０５の開度を、アイドリング開度と呼ぶ。
ピストンバルブ５０５の底面の外側には、ジェットニードル５１６が設けられている。このジェットニードル５１６は、ベンチュリ通路５１１に対して下方垂直に形成されている燃料導入通路５１４に挿入され、ピストンバルブ５０５に伴って上下方向の移動を行う。このようなジェットニードル５１６は、チャンバ５０３からベンチュリ通路５１１内に吸引される燃料量を調整するようになっている。
このような構成の気化器５０１が例えば自動二輪車等に適用された場合、上記ピストンバルブ５０５の底部に図示しないスロットルケーブルの一端が係止され、このスロットケーブルの延長端がアクセルグリップに連結される。そして、このアクセルグリップの操作により、上記ピストンバルブ５０５が上下方向に移動して、上記ベンチュリ通路５１１の通路面積を全閉から全開の間で変化させ、且つ、このベンチュリ通路５１１内に吸引される燃料量を調整する。このことにより、この気化器５０１では、燃料を吸入空気に混合してエンジンに供給することができ、そして、このエンジンの回転速度を変化させることができる。
なお、この気化器５０１では、ピストンバルブ５０５がアイドリング開度になった状態となった場合であっても、ベンチュリ通路５１１が完全に閉塞されておらず、そのため、チャンバ５０３からこのベンチュリ通路５１１内に燃料が所定量吸引される。したがって、この気化器５０１では、ピストンバルブ５０５がアイドリング開度となっている状態において、エンジンに対し所定量の燃料が混合された吸入空気を供給することができる。
以上のように構成される気化器５０１には、ピストンバルブ５０５の開度を検出する開度検出部が設けられている。
この開度検出部は、ピストンバルブ５０５の下縁に埋め込まれた第１の磁石５２１と、この第１の磁石５２１からピストンバルブ５０５の移動可能な距離の範囲以上離れた位置に埋め込まれた第２の磁石５２２と、シリンダ部５１３の隔壁の外面に設けられる磁気センサ５２３と、この磁気センサ５２３の検出信号を取得し電気的な処理を行う検出回路５２４とからなる。
なお、ここで、アイドリング開度におけるピストンバルブ５０５の位置と、ベンチュリ通路５１１を最も開放した開度におけるピストンバルブ５０５の位置との間の距離、すなわち、ピストンバルブ５０５の上下動作の移動可能距離を最大開口長Ｌと呼ぶ。
上記第１及び第２の磁石５２１，５２２は、例えば、バリウムフェライト製で、表面磁束密度が約１０００Ｇの永久磁石である。なお、これら第１及び第２の磁石５２１，５２２は、パリウムフェライト製に限らず、例えば、ＳｍＣｏ等の焼結、プラスチック、ゴム等の永久磁石であってもよいし、また、電磁石等を用いてもよい。例えば、電磁石を用いれば、永久磁石に見られるような発生する磁界のばらつきを解消することができる。
上記第１の磁石５２１は、ピストンバルブ５０５の下縁であって、ベンチュリ通路５１１内に流れる吸入空気の方向ａに対して垂直方向に配置されている。そして、この磁石５２１は、ピストンバルブ５０５の移動に伴って、このピストンバルブ５０５の中心軸と平行に移動する。また、上記第２の磁石５２２は、この第１の磁石５２１から最大開口長Ｌ以上の距離をおいた垂直上方のピストンバルブ５０５の縁に配置されている。そして、この第２の磁石５２２も、ピストンバルブ５０５の移動に伴って、上記第１の磁石５２１と同様にピストンバルブ５０５の中心軸に平行に移動する。
すなわち、この第１の磁石５２１と第２の磁石５２２とは、その移動軌跡がピストンバルブ５０５の中心軸と平行であって、その延長線が互いに重なり合うように配置される。そして、この第１の磁石５２１と第２の磁石５２２とを結ぶ直線が、吸入空気の方向ａに対して垂直となるように配置される。
また、上記第１の磁石５２１と第２の磁石５２２は、それぞれ、ピストンバルブ５０５の移動方向に対して垂直に磁界を発生させるように設けられ、磁気センサ５２３に対して互いに逆方向の磁界を発生するように着磁されている。
このように、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２を配置することにより、この第１の磁石５２１と第２の磁石５２２の間に空間的に閉磁路が形成される。したがって、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２の間を結ぶ直線に平行な直線上、すなわち、ピストンバルブ５０５の移動軸に対して平行な直線上では、所定方向の磁界の強さの変化が直線的となる。
磁気センサ５２３は、上記第１の磁石５２１及び第２の磁石５２２から与えられる所定方向の磁界の強さを検出して、検出した磁界の強さを電気信号に変換するものである。この磁気センサ５２３は、例えば、磁気抵抗（ＭＲ）素子、ホール素子等からなる。この磁気センサ５２３は、上記ピストンバルブ５０５に設けられた第１の磁石５２１と第２の磁石５２２に対して隔壁を挟んでシリンダ部５１３の外面側に配置され、且つ、上記第１の磁石５２１と第２の磁石５２２を結ぶ直線とピストンバルブ５０５の中心軸とを結ぶ直線上に配置される。さらに、この磁気センサ５２３は、ピストンバルブ５０５がアイドリング開度となった場合に第２の磁石５２２の位置より低い位置とし、そして、ピストンバルブ５０５がベンチュリ通路５１１を最も開放した位置となった場合に第１の磁石５２１の位置より高い位置として配置される。
このような磁気センサ５２３は、ピストンバルブ５０５の開度が変化した場合に、上記第１の磁石５２１及び第２の磁石５２２から与えられる磁界の強さを検出し、この磁界の強さに応じた信号を検出回路５２４に供給する。
検出回路５２４は、上記磁気センサ５２３を駆動するための回路や、磁気センサ５２３が出力する信号を検出する回路から構成される。この検出回路５２４は、磁気センサ５２３が検出した信号を、例えば、エンジンの点火時期を制御する制御回路に供給する。
以上のような開度検出部では、磁気センサ５２３が、ピストンバルブ５０５に設けられた第１の磁石５２１と第２の磁石５２２から与えられる磁界を検出し、このピストンバルブ５０５の開度を検出することができる。また、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２の間を結ぶ直線に対して平行な直線上では、所定方向の磁界の強さの変化が直線的となるため、この直線上に設けられた磁気センサ５２３は、ピストンバルブ５０５の開度を直線的に検出することが可能となる。
次に、上記気化器５０１に設けられる磁気センサ５２３等の一例を具体的に説明する。
磁気センサ５２３は、例えば、図５６Ａに示すように、閉磁路を形成した方形の環状のコア５３１と、このコア５３１の長手方向の相対する２辺に巻かれたコイル５３２，５３３と、コイル５３２，５３３のガイドとなるボビン５３４とにより構成されている。コア５３１は、図５６Ｂに示すような、外形寸法が５．０ｍｍ×２．０ｍｍ、内形寸法が２．０ｍｍ×１．０ｍｍ、厚さが５０μｍの方形環状に成形されている。このコア５３１は、例えば、パーマロイを使用し、上記の形状にエッチングした後に、熱処理がされ作成される。そして、磁気センサ５２３は、このコア５３１にナイロン製のボビン５３４が装着し、外形寸法が５．０ｍｍの長手方向の平行した２辺にφ０．０６ｍｍのＣｕ線を左右５０同ずつ巻きつけて形成する。さらに、この磁気センサ５２３は、保護のため及び方向を定めるために、２ｍｍ×５ｍｍ×１２ｍｍのアルミケースをかぶせ、エポキシ樹脂で封入している。なお、コア５３１に巻いたコイル５３２，５３３は、互いに逆方向に磁界が発生するように、高周波のパルス電流Ｉが流される。
このような磁気センサ５２３は、例えば、高周波のパルス電流で、コア５３１の長手方向（図５６Ｂに示すｘ方向）へ入射する外部磁界に対する感度が非常に高く、加えて、外部磁界に対するインピーダンス変化が大きい。また、この磁気センサ５２３では、コア５３１を環状に構成し、２つのコイルを巻いているので、差動出力をとることによって電気的にノイズをキャンセルすることができる。
また、このような磁気センサ５２３は、上述の図１０や図３６に示した構成の発振回路部と検出回路部とからなる検出回路５２４によりダイナミックレンジの大きい出力を得ることができる。
一方、第１及び第２の磁石５２１，５２２は、図５７に示すように、図５７に矢印で示す方向に磁化された２．０ｍｍ×４．０ｍｍ×１．５ｍｍの直方体となっている。
以上のような磁気センサ５２３及び第１及び第２の磁石５２１，５２２は、図５８及び図５９に示すように、気化器５０１上に配置される。
例えばピストンバルブ５０５の最大開口長Ｌが３０ｍｍであるとした場合、図５８に示すように、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２を、その間隔（磁極間距離Ｄ）を５０ｍｍとしてこのピストンバルブ５０５の側面に配置する。このとき、その磁化方向を磁気センサ５２３の感磁方向に対して平行に且つ互いに逆方向を向けて配置する。なお、この第１の磁石５２１と第２の磁石５２２は、例えば、ピストンバルブ５０５の側面から内部に挿入し、樹脂等で接着している。
磁気センサ５２３は、キャブボディ５０４のシリンダ部５１３の外面に、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２を結ぶ直線に対して対向するように配置する。この磁気センサ５２３は、ピストンバルブ５０５がアイドリング開度となっている状態において、第２の磁石５２２が配置されている位置から下方１０ｍｍの位置に配置する。また、この磁気センサ５２３は、第１及び第２の磁石５２１，５２２とのクリアランスｌを例えば１０ｍｍとするように、横幅２．２ｍｍ×縦幅５．２ｍｍ×深さ５ｍｍの溝をシリンダ部５１３の外面に作り、この溝の中に挿入する。
また、磁気センサ５２３は、磁石５２１，５２２に対する感度を最大とするため、図５９に示すように、コイル５３２，５３３による磁界発生方向と、磁石５２１，５２２の磁化方向とを平行とするように配置する。また、この磁気センサ５２３は、この２つのコイル５３２，５３３に対して同じ量の磁束が流入するように、幅方向（図５６Ｂに示すｙ方向）とバルブの移動方向とを垂直に配置する。
以上のように磁気センサ５２３及び各磁石５２１，５２２を気化器５０１に配置することによって、この磁気センサ５２３は、ピストンバルブ５０５が、最大開口長Ｌの範囲内で上下に移動した場合、両磁石から１０ｍｍの部分を無効部分として検出せず、中央部分の３０ｍｍの間の磁界を検出することとなる。
なお、磁気センサ５２３と、第１及び第２の磁石５２１，５２２とのクリアランスｌは、取り付ける気化器５０１の構造とピストンバルブ５０５の構造及び位置関係に応じて定められるものである。したがって、上記磁極間距離Ｄは、このクリアランスｌ、磁気センサ５２３の感度、第１及び第２の磁石５２１，５２２の磁界の強さに基づいて決定する。なお、この磁極間距離Ｄは、磁石の近傍の磁界の無効部分を考慮して、最大開口長Ｌ以上にとると良好な感度を得ることができる。
図６０に、ピストンバルブ５０５が最大開口長Ｌの範囲で移動した場合の、磁気センサ５２３の出力特性図を示す。磁気センサ５２３は、この特性図に示すように、ピストンバルブ５０５の移動に伴い出力が直線的に増加、減少する。したがって、この気化器５０１では、磁気センサ５２３の出力信号を検出することによって、ピストンバルブ５０５の開度をリニアに検出することができる。
ところで、この参考例の気化器５０１では、高周波パルスにより駆動され、外部磁界に対してインピーダンスが変化するコイル式の磁気センサ５２３を用いた例を説明したが、例えば磁気インピーダンス効果（ＭＩ）素子を磁気センサとして用いてもよい。
ＭＩ素子は、材質がＦｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｂ等で構成されたアモルファス合金からなり、上述の図５３に示したように、略ワイヤ形状となっている。このＭＩ素子は、長手方向に対して高周波通電すると、この長手方向に入射する外部磁界に対してインピーダンス変化が生じる。
このＭＩ素子を用いた磁気センサは、上述の図１０や図３６に示した構成の発振回路部及び検出回路部からなる検出回路５２４を用いて、駆動及び信号検出をすることができる。
このようなＭＩ素子を用いた磁気センサ５２３は、コストが安くまた特性がよいので、ピストンバルブ５０５の開度を高い精度で検出し、また、コストを安くすることができる。
このＭＩ素子を用いた磁気センサ５２３を備える本発明に係る磁気式変位検出装置を上記気化器５０１に適用した場合の配置関係を図６１Ａ及び図６１Ｂに示す。
以上のように、参考例として示す気化器５０１では、第１の磁石５２１と第２の磁石５２２により与えられる磁界を磁気センサ５２３により検出するため、ピストンバルブ５０５の開度を、このピストンバルブ５０５の移動範囲の全領域に亘って直線的に且つ正確に検出することができる。したがって、この気化器５０１では、エンジンの点火時期の制御を正確に行うことができ、また、エンジンの出力や燃費の向上を図ることができる。また、この気化器５０１では、ピストンバルブ５０５の開度を直線的に検出するので、磁気センサ５２３の配置の調整機構や製造工程における微調整を必要としない。さらに、磁気センサ５２３やその検出回路５２４の大型化を招くことがない。
次に、本発明を適用した気化器の実施例について説明する。
本発明を適用した気化器の側面図を図６２に示し、この図６２で示した気化器のＹ−Ｙ′線断面図を図６３に示す。
なお、この実施例の気化器を説明するに当たり、上述の気化器５０１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
すなわち、この実施例の気化器５４１では、図６２及び図６３に示すように、上記第１の磁石５２１及び第２の磁石５２２に代えて、磁石５４２をこのピストンバルブ５０５の側面に設けている。
この磁石５４２は、図６４に示すように、材質がフェライト系ゴム等からなり、例えば５０ｍｍ×９ｍｍの主面５４３をもった全体略板状の形状を有している。この磁石５４２は、この主面５４３に対して垂直に磁化されており、互いに逆極性の着磁面５４４ａ，５４４ｂを有している。着磁面５４４ａと着磁面５４４ｂとの境界は、直線で区切られ、境界線ｍを形成している。この境界線ｍは、主面５４３の長手方向の中心線ｎ（以下、単に中心線ｎとする。）に対して、この主面５４３の中心ｏで交差している。この交差角θは、例えば２°である。
このような磁石５４２は、図６５Ａ乃至図６５Ｃに示すように、気化器５４１上に配置される。
すなわち、磁石５４２は、図６５Ａに示すように、中心線ｎをピストンバルブ５０５の中心軸と平行に、このピストンバルブ５０５の側面に配置される。また、磁石５４２は、例えばピストンバルブ５０５の最大開口長Ｌが３０ｍｍであるとした場合、ピストンバルブ５０５がアイドリング開度となっている状態において、その上端が、磁気センサ５２３の上方１０ｍｍの位置となるように配置される。このように磁石５４２を配置して、ピストンバルブ５０５が最大開口長Ｌの範囲内で上下に移動した場合、磁気センサ５２３が、上下１０ｍｍの部分の磁界を無効部分とし検出せず、中央部分の３０ｍｍの間の磁界を検出することとなる。
また、この磁石５４２は、図６５Ｂに示すように、ピストンバルブ５０５が上下に移動した場合、磁気センサ５２３の相対位置が、主面５４３の中心線ｎ上にくるように配置する。このように磁石５４２を配置することによって、ピストンバルブ５０５が上下に移動した場合、磁気センサ５２３が、この磁石５４２の主面５４３の中心線状を通ることとなる。
また、磁石５４２は、磁気センサ５２３の感度を最大とするため、図６５Ｃに示すように、コイル５３２，５３３による磁界発生方向と、磁石５４２の磁化方向を平行にするように配置する。
図６６に、上記気化器５４１のピストンバルブ５０５が最大開口長Ｌの範囲で移動した場合の、磁気センサ５２３の出力特性図を示す。磁気センサ５２３は、この特性図に示すように、ピストンバルブ５０５の移動に伴い出力が直線的に増加・減少する。したがって、この気化器５４１では、磁気センサ５２３の出力をピストンバルブ５０５の開度を示す信号として検出することができる。
なお、この気化器５４１では、以上のような磁石５４２を用いることによって、より高い精度で、ピストンバルブ５０５の開口度を検出することができる。
すなわち、極性の異なる２つの着磁面を近づけていくと、２つの着磁面から発生される磁界が互いに影響を及ぼし合い、この２つの着磁面の中心部分の磁界変化が急峻となる。したがって、磁石５４２を用いることによって磁界変化が急峻となった部分を使用することができるので、より高い精度で、ピストンバルブ５０５の開口度を検出することができる。
以上のように、この気化器５４１では、磁石５４２により与えられる磁界を磁気センサ５２３により検出するため、ピストンバルブ５０５の開度を、このピストンバルブ５０５の移動範囲の全領域に亘って連続的（好ましくは直線的）に且つ正確に検出することができる。したがって、この気化器５４１では、エンジンの点火時期の制御を正確に行うことができ、また、エンジンの出力や燃費の向上を図ることができる。
また、この気化器５４１では、ピストンバルブ５０５の開度を直線的に検出するので、磁気センサ５２３の配置の調整機構や製造工程における微調整を必要としない。さらに、磁気センサ５２３や検出回路５２４の大型化を招くことがない。
なお、以上、実施例ではピストンバルブ５０５が上下に移動するとして説明したが、本発明では、バルブの移動方向が上下動に限られず限定されるものではない。例えば、パルブの移動方向は、左右方向等であってもよい。
また、磁石５４２の２つの着磁面５４４ａ，５４４ｂの境界線ｍと、中心線ｎとの交差角θは、特に限定されるものではなく、最大開口長Ｌや磁気センサ５２３のクリアランスｌ又は磁気センサ５２３の形状等に応じて変わるものである。例えば、この交差角θは、０°＜θ＜１０°といった値をとる。
なお、本発明は、以上の実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。

Claims (3)

1. 外部磁界の強さによりインピーダンスが変化する２個の高透磁率材料からなる感磁部を有するインピーダンス変化型の磁気センサからなる磁界検出部と、
   上記磁界検出部との相対移動方向に沿って連続的に変化する磁界を発生する磁界発生手段を有する被検出部と、
   上記磁気センサを励振駆動するための発振回路部と、
   上記磁界発生手段により与えられる外部磁界の強さに応じた上記磁気センサのインピーダンス変化を電気信号に変換した出力信号を取り出す検出回路部とを備え、
   上記出力信号により上記磁界検出部と上記被検出部との絶対変位量を検出するようにし、
   上記被検出部の磁界発生手段は、互いに近接し且つ互いの磁極面の極性が反対である２つの磁極を含むとともに、検出する上記絶対変位量の長さである有効長以上の長さを有しており、
   上記磁界発生手段の２つの磁極の境界を上記磁界検出部との相対移動方向から所定の角度だけ傾け、且つ、上記相対移動方向上での上記磁界発生手段の長さを上記有効長以上とした状態で、上記磁界検出部と上記被検出部とを相対移動させ、
   上記磁界検出部は、高透磁率材料からなるコアの回りに巻かれた２個のコイルを備えるインピーダンス変化型の磁気センサからなる上記２個の感磁部が、上記被検出部との相対移動方向に沿って相互に離隔して配置されており、上記検出回路部において上記２個の感磁部のインピーダンス変化を差動検出して出力信号を取り出す磁気式変位検出装置。
2. 上記所定の角度は、該所定の角度をθ、上記有効長をＬ、上記２つの磁極の中心間の距離をｗとしたとき、０＜θ≦ｓｉｎ ^-1 （ｗ／Ｌ）の関係を満たす請求の範囲第１項記載の磁気式変位検出装置。
3. 上記磁界検出部は、上記２個の感磁部として２本のアモルファス磁性体線を備えるインピーダンス変化型の磁気センサからなる請求の範囲第１項記載の磁気式変位検出装置。

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