JP4618192B2 - ポジションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、磁性体コアの変位によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を利用したポジションセンサに関するものである。

筒状の検出コイル内における磁性体コアの物理的変位によって生じる検出コイルのインピーダンス変化に基づき、その物理的変位に対応する電気信号を出力するポジションセンサは、内燃機関や発電設備をはじめとする多くの分野で計測制御に利用されている。この種のポジションセンサは、検出精度の信頼性向上の観点から、磁性体コアの変位に対して検出コイルのインピーダンスが直線的に変化することが望まれるが、実際には、図１５に示すように、磁性体コアの変位量の増大とともに、理想特性からのずれが生じる。インピーダンス変化が直線性を示す磁性体コアの移動範囲だけを使用して安定した検出精度を得ることも考えられるが、ポジションセンサの小型化が重視される場合、理想特性からのずれが生じる磁性体コアの移動範囲を無視することはできない。

例えば、この種のポジションセンサにおけるコイルインピーダンスの直線性を改善するため、磁性体コアの先端部を太く形成したり、コアの先端部を透磁率が高い材料で表面処理したり、あるいは検出コイルの巻層数を端部で多くしたりすることが行われている（特許文献１参照）。
国際公開ＷＯ２００４／０９９７２７号パンフレット

しかしながら、コアの先端を太く形成すると、コアが挿入される検出コイルの直径方向における寸法増加が避けられない。また、先端部の質量が増加することで機械的共振周波数が低くなり、耐振動性が低下する恐れもある。一方、棒状のコアの一部分にのみ磁性めっきを施す場合は、加工性および品質管理の面で製造コストの上昇を招きやすい。さらに、検出コイルの巻層数を変化させる場合は、巻崩れを防ぐためにコイルボビンの構造が複雑化したり、コイルボビンへの巻線作業にかかる時間が長くなって結果的に製造コストの上昇を招く恐れがある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、磁性体コアや検出コイルの構造に設計変更を施さなくても、コイルインピーダンスの直線性を改善できるポジションセンサを提供することにある。

すなわち、本発明のポジションセンサは、筒状の検出コイルと、検出コイル内を移動可動な磁性体コアと、検出コイルに一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路と、検出コイル内における磁性体コアの移動によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路と、検出コイルの周囲に配置されるシールド部材とを含み、前記シールド部材は、検出コイルのインピーダンス直線性を向上するための以下の（ａ）〜（ｃ）の特徴：
（ａ）前記シールド部材は、軸方向におけるある区間がその周方向に関して電気的に不連続に形成される筒状部材である；
（ｂ）前記シールド部材は、前記検出コイルの軸方向のある区間の周囲を囲む第１シールド部と、前記検出コイルの軸方向の別の区間の周囲を囲み、前記第１シールド部とは導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成される第２シールド部とを有する筒状部材である；
（ｃ）前記シールド部材は、前記検出コイルの軸方向のある区間の周囲を囲む第１内表面と、前記検出コイルの軸方向の別の区間の周囲を囲む第２内表面とを有する筒状部材であって、第２内表面と検出コイルの間の距離は第１内表面と検出コイルの間の距離より小さい；
の少なくとも１つを具備してなることを特徴とする。

上記した本発明の特徴（ａ）を備えたシールド部材によれば、筒状のシールド部材の周方向において電気的に不連続に形成されていない部位においては渦電流が流れるため、検出コイルの発生する磁束の一部が打ち消される。しかしながら、シールド部材の周方向が電気的に不連続に形成されている部位においては渦電流が流れないため、検出コイルの発生する磁束は打ち消されない。したがって、シールド部材の適切な区間をその周方向において電気的に不連続に形成することで、磁性体コアの変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変化させてコイルインピーダンスの理想特性からのずれを修正することが可能になる。

また、上記特徴（ｂ）を備えたシールド部材によれば、導電率もしくは透磁率の大きい材料で形成されたシールド部においては磁束密度が高くなり、インダクタンスが大きくなるため、磁性体コアの変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に大きくすることができる。従って、第１シールド部と第２シールド部の形成範囲およびそれらを構成する材料の選択を適切に行うことで、コイルインピーダンスの理想特性からのずれを修正することが可能になる。

さらに、上記特徴（ｃ）を備えたシールド部材によれば、検出コイルとの距離が短い第２内表面を有する領域ではシールド部材に渦電流が多く流れるが、検出コイルとの距離が長い第１内表面を有する領域では逆に渦電流が少なくなる。従って、第１内表面と第２内表面の形成範囲およびそれらと検出コイルとの間の距離を適切に設定することで、磁性体コアの変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変化させてコイルインピーダンスの理想特性からのずれを修正することが可能になる。

これらの理由により、上記した特徴（ａ）、（ｂ）もしくは（ｃ）を備えたシールド部材を使用してポジションセンサのコイルインピーダンスの直線性を改善することができるのである。尚、上記した特徴（ａ）〜（ｃ）をそれぞれ単独で具備するシールド部材のほか、これらの特徴を任意に組み合わせてシールド部材を作製することにより、コイルインピーダンスの直線性の向上を図ることも本発明の技術思想の範疇である。

上記したポジションセンサの特徴（ａ）に関して、シールド部材はその軸方向における所定区間において断面略Ｃ字形状を有することが好ましい。この場合は、筒状部材の側壁にスリットを設けるという比較的シンプルな構成により、シールド部材の周方向に確実に電気的不連続を提供することができる。尚、スリットの幅、長さおよび形状は、ポジションセンサの検出コイルとシールド部材との間の距離、検出コイルと磁性体コアの間の距離、磁性体コアやシールド部材の導電率等の要因に応じて適宜決定される。

上記したポジションセンサの特徴（ｃ）に関して、シールド部材は、外筒と、外筒よりも短い軸方向長さを有するとともに外筒の内側に配置される内筒とで構成されることが好ましい。

上記したポジションセンサにおいて、内筒は、外筒とは導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成されることが好ましい。この場合は、上記した（ｂ）および（ｃ）の特徴の両方を備えたシールド部材によってコイルインピーダンスの直線性を改善することになる。

上記したポジションセンサにおいて、内筒をフェライトで形成することが好ましい。フェライトは導電率が小さく、渦電流がほとんど流れない点で好ましい。

上記したポジションセンサにおいて、シールド部材は、内筒と外筒の間に設けられる電気絶縁層（空気を含む）を有することが好ましい。

また、上記したポジションセンサにおいて、外筒もしくは内筒はその軸方向の所定区間において断面略Ｃ字形状を有することが好ましい。この場合は、上記した（ａ）および（ｃ）の特徴の両方を備えたシールド部材によってコイルインピーダンスの直線性を改善することになる。

上記したポジションセンサにおいて、シールド部材は強磁性体材料で構成され、少なくとも検出コイルと略等しい軸方向長さを有することが好ましく、特に検出コイルの全長および磁性体コアの移動範囲を含む軸方向長さを有することが好ましい。この場合は、検出コイルを磁気シールドし、使用環境による誘導起電力やインピーダンス変化等の影響を低減することができる。

上記したポジションセンサにおいて、シールド部材は、その外表面に高導電率を有する金属材料のめっき層を有することが好ましい。

また、上記したポジションセンサにおいて、シールド部材は、駆動回路および信号処理回路の一方の安定電位点に電気的に接続されることが好ましい。この場合は、輻射ノイズに対してさらに大きなシールド効果を得ることができる。

本発明によれば、断面形状、材質、寸法の少なくとも１つが検出コイルの軸方向（磁性体コアのストローク方向）において一様でないシールド部材内に、磁性体コアと検出コイルとでなる検出部を配置することで、コイルインピーダンスの直線性を改善でき、結果として磁性体コアのストローク範囲において安定した検出精度を有する小型ポジションセンサを提供することができる。したがって、内燃機関や発電設備をはじめとする広範な技術分野において本発明のポジションセンサの応用が期待される。

以下に、本発明にかかるポジションセンサを好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
（基本構成）
まず、ポジションセンサの基本構成について説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図２に示すように、このポジションセンサは、筒状の検出コイル１と、検出コイル１内を移動可動な磁性体コア２と、検出コイル１に一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路３と、検出コイル１内における磁性体コア２の変位によって生じる検出コイル１のインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路４と、検出コイル１の周囲に配置されるシールド部材５と、シールド部材５が内部に収容されるケース６で主として構成される。

検出コイル１は、略円筒形状のコイルボビン１０の外周に導線１２を巻装して形成される。コイルボビン１０は、たとえば熱硬化性樹脂等で形成され、図１（Ｂ）に示すように、両端が開口した長尺円筒状の巻胴部１１と、巻胴部１１の上端側に形成される円環状の第１鍔部１３と、巻胴部の下端側に下端開口を閉塞するように形成される円盤状の第２鍔部１４と、第２鍔部の下端側に設けられる円盤状の台座１５を一体に備える。

一方、磁性体コア２は、フェライト等の磁性材料を用いて長尺の丸棒状に形成される。ここで、巻胴部１１は、軸方向（上下方向）の長さ寸法が磁性体コア２の軸方向（上下方向）の長さ寸法よりも大きく形成されるとともに、内径が磁性体コア２の外径よりも大きく形成されて、磁性体コア２がコイルボビン１０内においてその軸方向に移動（変位）可能となっている。また、台座１５は、第２鍔部１４よりも大きい外径を有しており、この台座１４上にシールド部材５が載置される。

シールド部材５は、上面が開口した有底の長尺円筒状のケース６内に収容される。ケースは絶縁性樹脂で形成され、内径がシールド部材の外径よりわずかに大きく形成されるとともに、軸方向（上下方向）の長さが検出コイル１の軸方向（上下方向）の長さ寸法よりも大きく形成されている。

駆動回路３は、従来と同様のものを用いることができ限定されない。例えば、図２に示すように、駆動回路３は、検出コイルに所定の周波数及び振幅の定電流を出力する定電流回路であり、所定の振幅の直流電圧に所定の周波数及び振幅の交流電圧を重畳した定電圧を発生する発振回路３１と、発振回路が出力する定電圧を定電流に変換するＶ−Ｉ回路（電圧−電流変換回路）３２とで構成される。

また、信号処理回路４についても、従来と同様のものを用いることができ、特に限定されない。例えば、図２に示すように、信号処理回路４は、駆動回路３が出力する定電流及び検出コイルのインピーダンスにより決まる検出コイルの両端電圧（検出信号）のピーク値Ｖ１に応じて、コアと検出コイルとの位置情報を示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する。この場合、信号処理回路４は、ピークホールド回路４１と、ＡＤ変換回路４２と、レベルシフト部４３、温度補償部４４及び増幅部４５を有するデジタル演算ブロックとで形成される。ピークホールド回路４１では、検出コイルの両端電圧のピーク値Ｖ１を抽出し、ＡＤ変換回路４２では、ピーク値をデジタル信号ＤＶ１に変換する。デジタル演算ブロックでは、デジタル信号演算としてレベルシフト部４３で所定のデジタル量を加算してレベルシフトを行ったデジタル信号ＤＶ２を出力し、温度補償部４４では、温度補償を実行する演算をデジタル信号ＤＶ２に対して行い、増幅部４５では、温度補償部４４が出力するデジタル信号を増幅して出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
（第１実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成を備えたシールド部材５を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のシールド部材５は、内部に検出コイル１を収容可能な筒状構造を有し、軸方向における所定区間がその周方向に関して電気的に不連続に形成される。

このようなシールド部材５としては、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、内表面にコイルボビン１０の第１鍔部１３および第２鍔部１４が当接するように形成され、軸方向における所定区間にスリット５１を設けて周方向において電気的に不連続とした筒状部材を例示できる。要するに、図３（Ｂ）に示すように、所定区間において断面略Ｃ字形状を有する筒状部材をシールド部材５として使用できる。本実施形態においては、スリット５１をコイルボビンの下端から所定長さにわたって軸方向に形成してある。尚、このようなシールド部材５は、金属薄板のロール加工や、レーザー加工等によりパイプ材にスリット５１を形成することで容易に製造できるという長所もある。

あるいは、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、軸方向における所定区間にわたってシールド部材５の側壁内に中空部５２を形成した筒状部材をシールド部材５として使用してもよい。本実施形態においては、中空部５２をコイルボビンの第２鍔部１４の上面に対応する位置から所定長さにわたって軸方向に形成してある。シールド部材５は、その製造容易性および必要とされる磁気シールド性能から金属材料、特に強磁性体の金属材料で作製することが好ましい。

これらのシールド部材５を用いる場合は、磁性体コア２の変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変更することが可能になり、結果的に全体としてのインピーダンス直線性を改善することが可能になる。尚、シールド部材５に設けるスリット５１や中空部５２の寸法や形状は、検出コイル１とシールド部材５との間の距離、検出コイル１と磁性体コア２の間の距離、磁性体コア２やシールド部材５の導電率等の他の要因を加味して、ポジションセンサのコイルインピーダンスの直線性が向上するように適宜決定される。
（第２実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成を備えたシールド部材５を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のシールド部材５は、内部に検出コイル１を収容可能な筒状構造を有し、軸方向（磁性体コアのストローク方向）において材質が一様でない金属性の筒状部材でなる。具体的には、図５に示すように、内表面にコイルボビン１０の第１鍔部１３および第２鍔部１４が当接するように形成されるとともに、第１鍔部１３との当接部から検出コイル１の軸方向の所定区間の周囲を囲む第１シールド部５３と、第１シールド部５３の下端から第２鍔部１４との当接部に到る区間の検出コイル１の周囲を囲む第２シールド部５４とを有する筒状部材をシールド部材５として使用することができる。第１シールド部５３は、第２シールド部５４とは導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成される。第１シールド部５３を構成する材料としては、鉄系金属材料を例示でき、後述する理由から、フェライトの使用が特に好ましい。また、第２シールド部５４を構成する材料としては、銅、銅−ニッケル合金、金、銀を例示でき、コスト面から銅又は銅合金の使用が好ましい。尚、本実施形態においては、第１シールド部５３と検出コイル１との間の距離が、第２シールド部５４と検出コイル１との間の距離と略等しくなるようにシールド部材５が形成されている。

本実施形態のシールド部材を使用する場合は、第１シールド部５３と第２シールド部５４の形成範囲およびそれらを構成する材料の選択を適切に行うことにより、磁性体コア２の変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変化させて、結果的に全体としてのインピーダンス直線性を改善することが可能になる。尚、本実施形態においては、軸方向に２種類の材質でなるシールド部を設けているが、必要に応じて材質の異なる３種以上のシールド部を軸方向に設けて筒状部材を構成し、コイルインピーダンスの理想特性からのずれをより細かく修正するようにしてもよい。
（第３実施形態）
本実施形態は、上記した基本構成でなるポジションセンサにおいて、以下の構成を備えたシールド部材５を用いる点に特徴がある。すなわち、本実施形態のシールド部材５は、内部に検出コイル１を収容可能な筒状構造を有するとともに、検出コイル１の軸方向のある区間の周囲を囲む第１内表面と、検出コイルの軸方向の別の区間の周囲を囲む第２内表面とを有し、第２内表面と検出コイルの間の距離が第１内表面と検出コイルの間の距離より小さくなるように形成される。

このようなシールド部材５としては、例えば、図６に示すように、内表面にコイルボビン１０の第１鍔部１３および第２鍔部１４が当接するように形成されるとともに、一端側の内径寸法が他端側の内径寸法より小さくなるように形成されるテーパ状（先細り形状）の内表面５５を有する筒状部材を使用できる。本実施形態において、シールド部材５の外形寸法は、その軸方向において略一定である。また、シールド部材５は、第１鍔部１３側の内径が第２鍔部１４側の内径より小さくなるように検出コイル１の周囲に配置されている。テーパ状内表面５５の傾斜角度は、検出コイル１とシールド部材５との間の距離、検出コイル１と磁性体コア２の間の距離、磁性体コア２やシールド部材５の導電率等の他の要因を加味して、ポジションセンサのコイルインピーダンスの直線性が向上するように適宜決定される。

また、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、軸方向の所定領域にわたって一定の肉厚を有する第１筒状部５６と、軸方向の残りの領域にわたって第１筒状部よりも薄い一定の肉厚を有する第２筒状部５７とでなる筒状部材をシールド部材５として使用することができる。この場合は、肉厚の厚い第１筒状部５６が第２筒状部５７よりも検出コイルに近接して位置することになり、これにより磁性体コア２の変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変化させることができる。尚、本実施形態においては、シールド部材５の外形寸法は、その軸方向において略一定である。また、肉厚の異なる２つの筒状部を軸方向に設けたシールド部材５について説明したが、必要に応じて肉厚の異なる３つ以上の筒状部を有するシールド部材５を用いてコイルインピーダンスの直線性を改善してもよい。

あるいは、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、軸方向の所定領域において一定の外径を有する第１筒状部７０と、軸方向の別の領域において第１筒状部と肉厚が一定であるが外径が第１筒状部７０より大きい第２筒状部７１とを有する筒状部材をシールド部材５として使用することができる。このような構造のシールド部材は、金属材料の絞り加工によって容易に製造できる点でも好ましい。尚、本実施形態においては、外径の異なる２つの筒状部を軸方向に設けたシールド部材５について説明したが、必要に応じて外径の異なる３つ以上の筒状部が連結されてなるシールド部材５を用いてコイルインピーダンスの直線性を改善してもよい。

また、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、外筒７３と、外筒７３よりも短い軸方向長さを有するとともに外筒の内側に配置される内筒７４とでなる２重筒状構造を有するシールド部材５を使用することも好ましい。本実施形態においては、第１鍔部１３が内筒の内表面に当接し、第２鍔部１４が外筒の内表面に当接するようにシールド部材５が配置されている。内筒７４と外筒７３は同じ材料で形成しても良いし、第２実施形態で述べたように、導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成してもよい。尚、導電率もしくは透磁率の異なる材料で外筒７３と内筒７４を形成する場合は、シールド部材５と検出コイル１との間の距離が軸方向において異なるだけでなく、材質も軸方向において異なるシールド部材とみなせるので、第２実施形態と本実施形態の両方の特徴を兼ね備えていることになる。また、図９（Ａ）に示すシールド部材は２重筒状構造を有するが、必要に応じて３重もしくはそれ以上の筒状構造を有するシールド部材を使用してもよい。この場合は、検出コイルとシールド部材との間の距離が軸方向において少なくとも３箇所で異なることになる。

また、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、上記した２重筒状構造を有するシールド部材５において、内筒７４と外筒７３の間に絶縁層７５を設けても良い。本実施形態においては、内筒７４を検出コイル１の第１鍔部１３で保持し、外筒７３を検出コイル１の第２鍔部１４で保持することで、内筒７４と外筒７３との間に空気でなる絶縁層７５を設けている。尚、絶縁層は空気に限らず、他の電気絶縁材料で構成しても良い。また、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）のシールド部材５において、内筒７４の全長にわたってスリット５１を設けてもよい。この場合は、シールド部材の全長を規定する外筒７３の長さより短い内筒７４にスリット５１を設けたことで、シールド部材５の軸方向における所定区間がその周方向に関して電気的に不連続に形成されることになるので、第１実施形態におけるシールド部材の特徴と等価であるみなせる。したがって、この場合のシールド部材５は、第１〜３実施形態の特徴すべてを兼ね備えていることになる。尚、スリット５１の代わりに、第１実施形態で述べた中空部を内筒に設けてもよい。また、スリットや中空部を内筒７４にではなく、外筒７３の軸方向の所定区間にわたって形成してもよい。

シールド部材５における渦電流の流れ方は、シールド部材の断面形状、断面寸法に応じて変化する。一方、磁性体コア２が単位長さ変位することによって生じるコイルインピーダンスの変化量は渦電流の流れ方によって影響される。従って、本実施形態において例示した各シールド部材の断面形状、断面寸法をその軸方向において適切に設定することにより、磁性体コア２の変位に対するコイルインピーダンスの局所的な増加量を意図的に変化させて、結果的に全体としてのインピーダンス直線性を改善することが可能になる。

また、２重筒状構造のシールド部材５を用いる場合は、磁気シールド効果を得るため、強磁性体である鉄系金属で内筒７４を形成することが好ましく、特に以下の理由からフェライトを用いることが好ましい。すなわち、一般的なポジションセンサは、数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの周波数帯に自己共振周波数を有しているために、数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの周波数帯の輻射ノイズの影響を受けやすいが、フェライトは数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの周波数帯に対して大きなシールド効果を有している。したがって、フェライトを用いることで上記の数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの周波数帯の輻射ノイズの影響を低減することが可能になる。また、フェライトは様々な加工が可能である点も有益な点の１つである。尚、フェライトは錆を発生しやすいので、必要に応じて防錆処理を行うことが望ましい。尚、外筒７３は、内筒に用いられる磁性金属材料よりも高い導電性を有する導電性材料（例えば、銅、銅−ニッケル合金、金、銀等）で形成することが好ましい。

次に、シールド部材を配置することによるインピーダンスの変動量の低減効果を以下の試験結果に基づいて説明する。

すなわち、試験条件１として、図１２（Ａ）に示すように、検出コイルから所定距離ｄ２によって離れた位置に金属板Ｍ１を配置した場合の検出コイルＬのインピーダンスと、金属板Ｍ１を配置しない場合における検出コイルのインピーダンス変化を測定し、その変動量を求めた。次に、試験条件２として、図１２（Ｂ）に示すように、検出コイル１と金属板Ｍ１との間で、検出コイル１から所定距離ｄ１によって離れた位置に鉄製のシールド部材Ｓ１を配置した場合についてインピーダンスを測定し、試験条件１と同様にその変動量を求めた。さらに、試験条件３として、図１２（Ｃ）に示すように、検出コイル１と金属板Ｍ１との間で、検出コイルから所定距離ｄ１によって離れた位置に鉄製のシールド部材Ｓ１とその外側に設けた銅めっき層でなるシールド部材Ｓ２を設けた２層構造のシールド部材を配置した場合についてインピーダンスを測定し、試験条件１と同様にその変動量を求めた。金属板Ｍ１としては、板厚が同じ鉄、アルミ、真鍮製の３種類の金属板を用いて、それぞれ同じ条件にて試験を繰り返した。コアの挿入量、インピーダンスの測定周波数等の他の条件は固定としている。結果を表１に示す。

上記結果から明らかなように、シールド部材(Ｓ１)を配置することにより、特に２層構造のシールド部材(Ｓ１、Ｓ２)を配置することによりコイルインピーダンスの変化を最も低減できることがわかる。

上記実施形態の各ポジションセンサにおいては、例えば、図１３に示すように、シールド部材５の軸方向長さを、磁性体コア２の可動範囲の長さ以上となるように形成することが好ましい。こうすることで、常に磁性体コア２がシールドされることになり、シールド部材の近傍に外部電線Ｓ等が配置されていたとしても、外部電線Ｓから発生する外部磁界Ｅの磁束はほとんどがシールド部材中を通過することになる。このため、外部磁界Ｅの磁束は検出コイル１と鎖交せず、外部磁界Ｅによって検出コイル１に誘導起電力が生じるのを防止することができる。また、シールド部材の外表面には高導電率を有する金属材料のめっき層を設けることがさらなるシールド効果の向上を図る観点から好ましい。

次に、本発明のシールド部材の使用によるインピーダンス直線性の改善効果を具体例に基づいて説明する。インピーダンス評価試験で使用した本発明のシールド部材５Ａは、図１４（Ａ）に示すように、上記した第３実施形態のうちの１つである図８（Ａ）のシールド部材５と同型である。このシールド部材５Ａは、ステンレス鋼（SUS304）で形成され、直径の小さい第１筒状部７０と直径の大きい第２筒状部７１とで構成される。第１筒状部７０の外径φ１は１２ｍｍであり、第２筒状部７１の外径φ２は１６ｍｍである。シールド部材の肉厚Ｔは、第１筒状部７０および第２筒状部７１ともに０．５ｍｍで一定である。また、第２筒状部７１の軸方向長さＳは５ｍｍである。一方、比較例として用いたシールド部材５Ｂはステンレス鋼（SUS304）で形成され、図１４（Ｂ）に示すように、直径が一定（φ１＝１２ｍｍ）の円筒形状を有し、軸方向長さおよび肉厚Ｔは図１４（Ａ）のシールド部材５Ａと同じである。尚、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）において、各シールド部材の右端が変位（Ｘ）＝１００ｍｍの位置に対応し、左端は変位（Ｘ）＝０よりもわずかに長く形成されている。

これらのシールド部材（５Ａ、５Ｂ）の内部に検出コイル１を配置し、磁性体コア２の変位に対する検出コイル１のインピーダンス変化をプロットした結果を図１４（Ｃ）に示す。シールド部材５Ｂを使用した場合は、変位が９０ｍｍを超えると、インピーダンスの増加量が徐々に減少し、図１５で示した理想特性からのずれを生じているのが分かる。一方、本発明のシールド部材５Ａを使用した場合は、変位が９５ｍｍを過ぎてもインピーダンスの直線性が維持されており、理想特性からのずれが第２筒状部７１の形成によって修正されていることがわかる。尚、図１４（Ｄ）は、本評価試験の結果について変位―コイルインピーダンスの直線性誤差の関係を示したものである。

上記した実施形態においては、シールド部材が円筒形状を有している場合について主として説明したが、角筒形状としても同等のコイルインピーダンスの直線性の改善効果が得られる。また、上記した実施形態のポジションセンサは、磁性体コアが直線軸上を移動する直線型（直線運動タイプ）であるが、本発明のシールド部材は、このような直線型以外のタイプ、例えば、磁性体コアが曲線軸上を移動する回転型（曲線運動タイプ）のポジションセンサにも等しく適用することができる。

（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかるポジションセンサの分解斜視図および断面図である。 同ポジションセンサの駆動回路及び信号処理回路の一例を示すブロック図である。 （Ａ）は同ポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＤ―Ｄ線における水平断面図である。 （Ａ）は第１実施形態の変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＥ―Ｅ線における水平断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるポジションセンサの要部断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるポジションセンサの要部断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の第１変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＦ―Ｆ線における水平断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＧ―Ｇ線における水平断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の第２変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＨ―Ｈ線における水平断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＪ―Ｊ線における水平断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の第３変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＫ―Ｋ線における水平断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＬ―Ｌ線における水平断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の第４変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＭ―Ｍ線における水平断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＮ―Ｎ線における水平断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の第５変更例にかかるポジションセンサの要部断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＰ―Ｐ線における水平断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、シールド部材のシールド効果を評価するための試験条件を示す概略図である。 コアの全動作範囲においてシールド性能を有する本発明の好ましい実施形態にかかるポジションセンサの断面図である。 （Ａ）は本発明のシールド部材の一例の断面図であり、（Ｂ）は従来のシールド部材の断面図であり、（Ｃ）はこれらのシールド部材を使用した場合における変位―コイルインピーダンスの関係を示すグラフであり、（Ｄ）はこれらのシールド部材を使用した場合における変位―コイルインピーダンスの直線性誤差の関係を示すグラフである。 コアの変位量に対する検出コイルのインピーダンス変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 検出コイル
２ 磁性体コア
３ 駆動回路
４ 信号処理回路
５ シールド部材
６ ケース
１０ コイルボビン
１１ 巻胴部
１２ 導線
１３ 第１鍔部
１４ 第２鍔部
１５ 台座
５１ スリット

Claims (12)

1. 筒状の検出コイルと、前記検出コイル内を移動可動な磁性体コアと、前記検出コイルに一定交流電流もしくは一定交流電圧を提供する駆動回路と、前記検出コイル内における磁性体コアの移動によって生じる検出コイルのインピーダンス変化を所定の電気信号に変換する信号処理回路と、前記検出コイルの周囲に配置されるシールド部材とを含み、前記シールド部材は、検出コイルのインピーダンス直線性を向上するための以下の（ａ）〜（ｃ）の特徴：
   （ａ）前記シールド部材は、軸方向におけるある区間がその周方向に関して電気的に不連続に形成される筒状部材である；
   （ｂ）前記シールド部材は、前記検出コイルの軸方向のある区間の周囲を囲む第１シールド部と、前記検出コイルの軸方向の別の区間の周囲を囲み、前記第１シールド部とは導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成される第２シールド部とを有する筒状部材である；
   （ｃ）前記シールド部材は、前記検出コイルの軸方向のある区間の周囲を囲む第１内表面と、前記検出コイルの軸方向の別の区間の周囲を囲む第２内表面とを有する筒状部材であって、第２内表面と検出コイルの間の距離は第１内表面と検出コイルの間の距離より小さい；
   の少なくとも１つを具備してなることを特徴とするポジションセンサ。
2. 上記シールド部材の軸方向における前記区間は、断面略Ｃ字形状を有することを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 上記シールド部材は、外筒と、外筒よりも短い軸方向長さを有するとともに外筒の内側に配置される内筒とを含むことを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
4. 上記内筒は、外筒とは導電率もしくは透磁率の異なる材料で形成されることを特徴とする請求項３に記載のポジションセンサ。
5. 上記内筒はフェライトで形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載のポジションセンサ。
6. 上記シールド部材は、内筒と外筒の間に設けられる電気絶縁層を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
7. 上記外筒の軸方向のある区間は、断面略Ｃ字形状を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
8. 上記内筒の軸方向のある区間は、断面略Ｃ字形状を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
9. 上記シールド部材は強磁性体材料で形成され、少なくとも検出コイルと略等しい軸方向長さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のポジションセンサ。
10. 上記シールド部材は、検出コイルの全長および磁性体コアの移動範囲を含む軸方向長さを有することを特徴とする請求項９に記載のポジションセンサ。
11. 上記シールド部材は、その外表面に高導電率を有する金属材料のめっき層を有することを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
12. 上記シールド部材は、上記駆動回路および信号処理回路の一方の安定電位点に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。

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