JP5004985B2 - 磁気式位置センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気検出素子を用いて測定対象物の位置を検出する磁気式位置センサに関する。

従来の磁気式位置センサ（例えば、特許文献１参照）は、副エアギャップを挟んで並設された一対の第一強磁性体固定子と、主エアギャップを介して第１の強磁性体固定子に対向する第２の強磁性体可動子とを有している。主エアギャップには、二極着磁された永久磁石が配置されている。永久磁石は可動子と一体化されており、その中央を分岐点とする２つの磁束ループを発生し、主エアギャップに沿って変位可能である。磁石副エアギャップには、磁気検出素子が配置されている。測定対象物の変位により主エアギャップ内で永久磁石および可動子が変位されると、磁束ループの位置が変化し、これが磁気検出素子により検出される。

また、従来の他の磁気式位置センサ（例えば、特許文献２参照）は、副エアギャップを挟んで並設された一対の第１の強磁性体固定子と、主エアギャップを介して第１の強磁性体固定子に対向する第２の強磁性体固定子とを有している。主エアギャップには、二極着磁された永久磁石が配置されている。永久磁石は、その中央を分岐点とする２つの磁束ループを発生し、主エアギャップに沿って変位可能である。磁石副エアギャップには、磁気検出素子が配置されている。測定対象物の変位により主エアギャップ内で永久磁石が変位されると、磁束ループの位置が変化し、これが磁気検出素子により検出される。

特表平５−５０５８８３号公報 特表平７−５００４２１号公報 特開２００４−１７７３９８号公報 特開２００１−７４４０９号公報 特開平８−１７８６９１号公報 特開平３−１０３７１１号公報

上記のような従来の磁気式位置センサでは、可動子の変位方向が変位を測定する方向にのみを想定して設計されているため、測定対象物がリニアに変位する以外、他の方向への可動を考慮していない。そのため測定対象物が、リニア変位方向を軸とした軸回転した場合、位置センサとして機能しないという問題がある。

また、永久磁石と可動子が一体化して移動する場合、可動子と固定子間の距離がごく僅かに変動するだけで、磁気抵抗が大きい空気領域が変化するため、出力変動が起きるという問題がある。

本発明の目的は、測定対象物の変位方向の自由度が高く、より多様で高精度の位置測定が可能になる磁気式位置センサを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る磁気式位置センサは、検出ギャップを挟んで並設された第１および第２の固定コアを含む固定磁性部材と、
原点ギャップを挟んで並設された第１および第２の可動コアを含み、可動コアの並設方向に沿った軸方向に変位可能で、かつ軸回りに回転可能に支持された可動磁性部材と、
第１の固定コアおよび第１の可動コアを通過する第１の磁束ループ、ならびに第２の固定コアおよび第２の可動コアを通過する第２の磁束ループをそれぞれ生成するための磁界発生部材と、
第１の固定コアと第２の固定コアとの間で漏洩する磁束を検出するための磁気検出素子とを備える。

本発明によれば、可動磁性部材は、可動コアの並設方向に沿った軸方向に変位可能で、かつ軸回りに回転可能に支持されている。そのため可動磁性部材を測定対象物と連結した場合、測定対象物は、軸方向の直線変位だけでなく軸回りの回転変位も許容されることになる。その結果、測定対象物の変位自由度を制限することなく、より多様な測定が可能になる。

また、可動磁性部材は、第１可動コアと第２の可動コアの間に原点ギャップを設けている。原点ギャップは磁気抵抗が高いことから、可動コア同士で磁束が通過しにくくなるため、第１の磁束ループと第２の磁束ループの間の分離度が高くなり、各磁束ループの磁束密度も増加する。その結果、原点検出が容易になり、磁気検出素子の感度および位置測定精度が向上する。

本発明の第１実施形態に係る磁気式位置センサを示す斜視図である。 図１に示す磁気式位置センサの縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。 図４（ａ）は磁気式位置センサの出力特性図であり、図４（ｂ）は高精度化した磁気式位置センサの出力特性図である。 本発明の第３実施形態を示す縦断面図である。 固定コアの形状の一例を示す斜視図である。 磁界発生部材の形状の一例を示す斜視図である。 可動コアの形状の一例を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態を示す部分断面図である。 磁束案内部材の形状の他の例を示す部分断面図である。 本発明の第５実施形態に係る磁気式位置センサを示す斜視図である。 図１１に示す磁気式位置センサの縦断面図である。 高精度化した磁気式位置センサの出力特性図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気式位置センサを示す斜視図である。図２は、図１に示す磁気式位置センサの縦断面図である。磁気式位置センサは、機器の筐体等に固定される固定磁性部材１と、測定方向（Ｘ方向）に変位可能な可動磁性部材２と、磁界発生部材４と、磁気検出素子６と、補正コア３ａ，３ｂなどで構成される。

固定磁性部材１は、検出ギャップ７を挟んでＸ方向に沿って並設された一対の固定コア１ａ，１ｂを含む。固定コア１ａ，１ｂは、強磁性体であり、例えば、直方体形状に形成される。固定磁性部材１は、固定コア１ａ，１ｂを一体化するために樹脂などの非磁性材料で補強してもよく、検出ギャップ７を樹脂などの非磁性材料で充填しても構わない。

可動磁性部材２は、原点ギャップ５を挟んでＸ方向に沿って並設された一対の可動コア２ａ，２ｂを含む。可動コア２ａ，２ｂは、強磁性体であり、例えば、円柱形状に形成される。可動磁性部材２は、可動コア２ａ，２ｂを一体化するために樹脂などの非磁性材料で補強してもよく、原点ギャップ５を樹脂などの非磁性材料で充填しても構わない。可動磁性部材２は、非磁性ベアリング（不図示）によってＸ方向に変位可能で、かつＸ軸回りに回転可能に支持されている。そのため、可動磁性部材２を測定対象物ＯＢＪと連結した場合、可動磁性部材２は測定対象物ＯＢＪの直線変位および角変位に追従して変位することができる。

磁界発生部材４は、永久磁石などで構成され、例えば、直方体形状に形成されており、固定コア１ａ，１ｂの内面に装着されている。磁界発生部材４は、固定コア１ａ，１ｂの内面の法線方向と平行な磁界が発生するように、厚さ方向に二極着磁されている。

本実施形態では、磁界発生部材４について固定コア側の面をＮ極に着磁し、可動磁性部材側の面をＳ極に着磁した例を説明するが、逆に、前者をＳ極に着磁し、後者をＮ極に着磁しても構わない。磁界発生部材４と固定コア１ａ，１ｂとは一体化され、その相対位置関係が変化しないため、固定コア１ａ，１ｂは磁界発生部材４で発生した磁束を流すために必要な形状であればよく、例えば、磁界発生部材４および固定コア１ａ，１ｂは、同程度の幅寸法となるように形成される。

補正コア３ａ，３ｂは、強磁性体であり、例えば、円板形状に形成されており、固定コア１ａ，１ｂの外端面および磁界発生部材４の両端面と接するようにそれぞれ配置される。補正コア３ａ，３ｂの中央には、可動磁性部材２の可動コア２ａ，２ｂが貫通するように貫通孔が設けられる。補正コア３ａは、固定コア１ａと可動コア２ａを磁気的に結合する機能を有し、補正コア３ｂは、固定コア１ｂと可動コア２ｂを磁気的に結合する機能を有する。

磁気検出素子６は、例えば、ホール素子などで構成され、磁束密度を電気信号に変換する機能を有する。本実施形態では、磁気検出素子６は、固定磁性部材１の検出ギャップ７に挿入され、固定コア１ａの端面と固定コア１ｂの端面との間で漏洩する磁束の方向および大きさを検出する。従って、磁気検出素子６として一方向のみに感度を持つ磁気センサであれば足り、その感磁方向は検出ギャップ７を横断する方向に設定される。

検出ギャップ７および原点ギャップ５には、空気や樹脂等の非磁性材料が存在している。また磁気検出素子６も空気等価と考えられる。そのため、強磁性体からなる他の部材と比較して磁気抵抗が非常に高くなり、磁束が通過しにくくなる。

従って、図２に示すように、磁界発生部材４が固定コア１ａ，１ｂに向けて磁界を発生すると、検出ギャップ７および原点ギャップ５を境界として、固定コア１ａ、補正コア３ａおよび可動コア２ａを通過する第１の磁束ループＬａと、固定コア１ｂ、補正コア３ｂおよび可動コア２ｂを通過する第２の磁束ループＬｂとがそれぞれ生成される。

次に、磁気式位置センサの動作原理を説明する。図２（ａ）に示すように、可動磁性部材２が−Ｘ方向に変位すると、検出ギャップ７を基準として可動コア２ａ，２ｂおよび原点ギャップ５が−Ｘ方向に移動し、磁束ループＬｂの一部が検出ギャップ７を通過するようになる。このとき検出ギャップ７での漏洩磁束は、固定コア１ａから固定コア１ｂへ向けて流れ、その大きさは可動磁性部材２の変位量にほぼ比例することから、磁気検出素子６は、この変位量に応じた負の検出信号を出力する。

一方、図２（ｂ）に示すように、可動磁性部材２が＋Ｘ方向に変位すると、検出ギャップ７を基準として可動コア２ａ，２ｂおよび原点ギャップ５が＋Ｘ方向に移動し、磁束ループＬａの一部が検出ギャップ７を通過するようになる。このとき検出ギャップ７での漏洩磁束は、固定コア１ｂから固定コア１ａへ向けて流れ、その大きさは可動磁性部材２の変位量にほぼ比例することから、磁気検出素子６は、この変位量に応じた正の検出信号を出力する。

なお、原点ギャップ５の位置が検出ギャップ７と一致した場合、磁束ループＬａ，Ｌｂのいずれも検出ギャップ７を通過しなくなるため、検出ギャップ７での漏洩磁束がゼロになる。この状態が磁気式位置センサの原点（Ｘ＝０）として初期設定される。

こうして原点（Ｘ＝０）を基準として可動磁性部材２の変位量にほぼ比例した電気信号が得られるため、測定対象物ＯＢＪの位置を測定することができる。

本実施形態では、可動磁性部材２は、Ｘ方向に変位可能で、かつＸ軸回りに回転可能に支持されているため、測定対象物ＯＢＪは、Ｘ方向の直線変位だけでなくＸ軸回りの回転変位も許容される。その結果、測定対象物ＯＢＪの変位自由度を制限することなく、より多様な測定が可能になる。

また、可動磁性部材２は、可動コア２ａ，２ｂの間に原点ギャップ５を設けているため、磁束ループＬａ，Ｌｂ間の分離度が高くなり、各磁束ループＬａ，Ｌｂの磁束密度も増加する。その結果、ゼロ点検出が容易になり、磁気検出素子６の感度および位置測定精度が向上する。

なお、補正コア３ａと可動コア２ａの間および補正コア３ｂと可動コア２ｂの間は、極力接近している方が好ましく、両者間には空隙または非磁性材料からなる摺動材を設けてもよい。可動コア２ａ，２ｂの設計位置は、補正コア３ａ，３ｂに設けられた貫通孔の中心である。

可動コア２ａ，２ｂの磁気結合部分は、円柱や正多角柱などの軸対称形状であることが好ましく、補正コア３ａ，３ｂに設けられた貫通孔も、円形や正多角形などの軸対称形状であることが好ましい。これにより、もし測定中に可動コア２ａ，２ｂがＸ軸に垂直な方向に偏心して、補正コア３ａ，３ｂと可動コア２ａ，２ｂの間の距離が不均一になった場合でも、両者間の磁気抵抗の変動が抑制され、磁束ループＬａ，Ｌｂの磁束変化が小さくなり、磁気検出素子６の出力変動を低減できる。

さらに、可動コア２ａ，２ｂの磁気結合部分および補正コア３ａ，３ｂの貫通孔が軸対称形状であるため、もし測定中に測定対象物ＯＢＪがＸ軸回りに回転した場合でも、両者間の磁気抵抗は変動しなくなり、磁気検出素子６の検出信号に影響を与えない。なお、可動コア２ａ，２ｂの磁気結合部分は、側面が軸対称形状であればよく、円筒や正多角筒などの中空形状でも構わない。

また、本実施形態では、可動磁性部材２全体がＸ軸回りに回転可能な構造について説明したが、Ｘ方向変位を伝達しつつＸ軸回り回転を伝達しない連結部品、例えば、スイベルジョイントを用いて、可動磁性部材２と測定対象物ＯＢＪを連結しても構わない。

実施の形態２．
図３は、本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。本実施形態に係る磁気式位置センサは、図１に示したものと同様な構成を有するが、原点ギャップ５に、両側にギャップ５ａ，５ｂを残すように磁界補正コア９を挿入している。

磁界補正コア９は、強磁性体であり、可動コア２ａ，２ｂと同様な形状、例えば、円柱形状に形成される。可動磁性部材２は、可動コア２ａ，２ｂおよび磁界補正コア９を一体化するために樹脂などの非磁性材料で補強してもよく、ギャップ５ａ，５ｂは、空隙でもよく、あるいは樹脂などの非磁性材料を充填してもよい。

図１に示した磁気式位置センサでは、原点検出の際、検出ギャップ７の中心が原点ギャップ５の中心と一致するため、磁気抵抗が高い位置を検出することになる。そのため原点近傍では磁束の変化割合が高くなって測定感度が高くなる。しかし、磁気式位置センサの出力特性（縦軸：センサ出力、横軸：Ｘ変位）は、図４（ａ）に示すように、原点付近で傾きが大きくなるＳ字特性を示し、リニア領域が比較的狭くなる。

本実施形態では、原点ギャップ５に磁界補正コア９を挿入することによって、原点ギャップ５付近の磁界分布を調整している。そのため、原点検出の際、検出ギャップ７の中心と一致する位置での磁気抵抗が小さくなり、図４（ｂ）に示すように、センサ出力特性のリニアリティを改善することができ、高精度化することができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の第３実施形態を示す縦断面図である。磁気式位置センサは、機器の筐体等に固定される固定磁性部材２１と、測定方向（Ｘ方向）に変位可能な可動磁性部材２２と、磁界発生部材２４と、磁気検出素子２６などで構成される。

固定磁性部材２１は、検出ギャップ２７を挟んでＸ方向に沿って並設された一対の固定コア２１ａ，２１ｂを含む。固定コア２１ａ，２１ｂは、強磁性体であり、図６に示すように、円筒形状に形成される。固定磁性部材２１は、固定コア２１ａ，２１ｂを一体化するために樹脂などの非磁性材料で補強してもよく、検出ギャップ２７を樹脂などの非磁性材料で充填しても構わない。

可動磁性部材２２は、原点ギャップ２５を挟んでＸ方向に沿って並設された一対の可動コア２２ａ，２２ｂを含む。可動コア２２ａ，２２ｂは、強磁性体であり、図８に示すように、軸回りに９０°以下の等角度（例えば、９０度ピッチ）で配置された複数の矩形型コアで構成され、強磁性体からなる円板状のベースコア２３ａ，２３ｂにそれぞれ立設される。ベースコア２３ａ，２３ｂの中央には貫通孔がそれぞれ形成されており、各貫通孔を通過するように非磁性材料からなるシャフト２０が固定される。ベースコア２３ａ，２３ｂの外径は固定コア２１ａ，２１ｂの内径より小さく、磁気抵抗の低減のために、ベースコア２３ａ，２３ｂの外周面と固定コア２１ａ，２１ｂの内周面は極力接近していることが好ましい。

可動磁性部材２２は、可動コア２２ａ，２２ｂを一体化するために樹脂などの非磁性材料で補強してもよく、原点ギャップ２５を樹脂などの非磁性材料で充填しても構わない。シャフト２０は、非磁性ベアリング（不図示）によってＸ方向に変位可能で、かつＸ軸回りに回転可能に支持される。そのためシャフト２０を測定対象物ＯＢＪと連結した場合、可動磁性部材２２は測定対象物ＯＢＪの直線変位および角変位に追従して変位することができる。

磁界発生部材２４は、永久磁石などで構成され、図７に示すように、矩形状に形成されており、可動コア２２ａ，２２ｂの外面にそれぞれ装着されている。磁界発生部材２４は、可動コア２２ａ，２２ｂの外面の法線方向と平行な磁界が発生するように、厚さ方向に二極着磁されている。例えば、磁界発生部材２４について固定コア側の面をＮ極に着磁し、可動磁性部材側の面をＳ極に着磁してもよく、逆に、前者をＳ極に着磁し、後者をＮ極に着磁しても構わない。磁界発生部材２４と可動コア２２ａ，２２ｂとは一体化され、その相対位置関係が変化しないため、可動コア２２ａ，２２ｂは磁界発生部材２４で発生した磁束を流すために必要な形状であればよく、例えば、磁界発生部材２４および可動コア２２ａ，２２ｂは、同程度の幅寸法となるように形成される。

磁気検出素子２６は、例えば、ホール素子などで構成され、磁束密度を電気信号に変換する機能を有する。本実施形態では、磁気検出素子２６は、リング状の検出ギャップ２７に挿入され、固定コア２１ａの端面と固定コア２１ｂの端面との間で漏洩する磁束の方向および大きさを検出する。従って、磁気検出素子２６として一方向のみに感度を持つ磁気センサであれば足り、その感磁方向は検出ギャップ２７を横断する方向に設定される。

検出ギャップ２７および原点ギャップ２５には、空気や樹脂等の非磁性材料が存在している。また磁気検出素子２６も空気等価と考えられる。そのため、強磁性体からなる他の部材と比較して磁気抵抗が非常に高くなり、磁束が通過しにくくなる。

従って、図２と同様に、磁界発生部材２４が固定コア２１ａ，２１ｂに向けて磁界を発生すると、検出ギャップ２７および原点ギャップ２５を境界として、固定コア２１ａ、ベースコア２３ａおよび可動コア２２ａを通過する第１の磁束ループと、固定コア２１ｂ、ベースコア２３ｂおよび可動コア２２ｂを通過する第２の磁束ループとがそれぞれ生成される。

この磁気式位置センサの動作原理は、図２と同様であり、可動磁性部材２２が−Ｘ方向に変位すると、第２の磁束ループの一部が検出ギャップ２７を通過するようになり、磁気検出素子２６は、検出ギャップ２７での漏洩磁束の方向および大きさを検出する。一方、可動磁性部材２２が＋Ｘ方向に変位すると、第１の磁束ループの一部が検出ギャップ２７を通過するようになり、磁気検出素子２６は、検出ギャップ２７での漏洩磁束の方向および大きさを検出する。原点ギャップ２５の位置が検出ギャップ２７と一致した場合、磁束ループのいずれも検出ギャップ２７を通過しなくなるため、検出ギャップ２７での漏洩磁束がゼロになる。この状態が磁気式位置センサの原点（Ｘ＝０）として初期設定される。

本実施形態においても、可動磁性部材２２は、Ｘ方向に変位可能で、かつＸ軸回りに回転可能に支持されているため、測定対象物ＯＢＪは、Ｘ方向の直線変位だけでなくＸ軸回りの回転変位も許容される。その結果、測定対象物ＯＢＪの変位自由度を制限することなく、より多様な測定が可能になる。

また、可動磁性部材２２は、可動コア２２ａ，２２ｂの間に原点ギャップ５を設けているため、磁束ループ間の分離度が高くなり、各磁束ループの磁束密度も増加する。その結果、ゼロ点検出が容易になり、磁気検出素子２６の感度および位置測定精度が向上する。

また、可動コア２２ａ，２２ｂは、軸回りに９０°以下の等角度で配置された複数の矩形型コアで構成し、矩形型磁石をそれぞれ装着することによって、可動磁性部材２２の軸対称性を維持している。従って、固定磁性部材２１、可動磁性部材２２および磁界発生部材２４が同心円状に配置されることになり、もし測定中に測定対象物ＯＢＪがＸ軸回りに回転した場合でも、磁気検出素子２６の検出信号に影響を与えない。

なお、本実施形態においても、図３と同様に、原点ギャップ２５に、両側にギャップを残すように磁界補正コアを挿入してもよく、これによりセンサ出力特性のリニアリティを改善できる。

実施の形態４．
図９は、本発明の第４実施形態を示す部分断面図である。本実施形態に係る磁気式位置センサは、図１または図５と同様な構成を有するが、図９に示すように、磁気検出素子６を磁界発生部材４からの磁束が直接到達しないように検出ギャップ７付近に配置し、固定コア１ａ，１ｂの少なくとも一方に、コア内の磁束を磁気検出素子６へ案内するための磁束案内部材３１が設けている。

磁気検出素子６を、ホール素子などの半導体素子で構成した場合、温度ドリフトの影響を受けやすく、温度変化に比例して出力変動が発生する。そのため磁気検出素子６の出力レベルが小さいほど、即ち、ゼロに近いほど、温度ドリフトの絶対値が小さくなり、センサとして温度特性が優れている。

その対策として、磁気検出素子６を、例えば、固定コア１ｂの外面に配置することによって、磁界発生部材４からの磁束が検出ギャップ７を通過した場合でも、磁気検出素子６に直接到達するのを防止できる。

ところが、磁気検出素子６を固定コア１ｂの外面に配置すると、固定コア１ａの端面と固定コア１ｂの端面との間で漏洩する磁束は、磁気検出素子６に到達しなくなる。そこで、反対側の固定コア１ａに、固定コア１ａから磁気検出素子６の検出面付近まで延出する磁束案内部材３１を設けることによって、固定コア１ａと固定コア１ｂとの間で漏洩する磁束は、磁束案内部材３１を介して磁気検出素子６に到達するようになる。

こうした構成により、磁気検出素子６は、感磁方向がＸ軸に垂直であっても、固定コア間の漏洩磁束の方向および大きさを検出することが可能になる。特に、原点ギャップ５の位置が検出ギャップ７と一致した場合、各磁束ループのいずれも磁気検出素子６を通過しなくなるため、原点検出が可能である。

磁束案内部材３１は、固定コア１ａ，１ｂと同様な強磁性体であり、図９では断面Ｌ字状の部材で構成した例を示している。その他の形状として、図５の構成において、図１０に示すように、固定コア２１ａを固定コア２１ｂより厚くして、矩形断面の磁束案内部材３１を固定コア２１ａに設けてもよく、これにより磁束案内部材３１の形状が簡単になる。

また、磁気式位置センサを製作する上で、磁気検出素子６を検出ギャップ７へ挿入する場合、磁気検出素子６を固定する基板（図示せず）は固定コア１ａ，１ｂの表面に装着する必要があり、必然的に、磁気検出素子６を前記基板に垂直に実装する必要がある。これに対し、本実施形態の配置を採用すれば、磁気検出素子６を前記基板と平行に実装することができ、センサの製造が簡易となるため、コスト低減の効果がある。

実施の形態５．
図１１は、本発明の第５実施形態に係る磁気式位置センサを示す斜視図である。図１２は、図１１に示す磁気式位置センサの縦断面図である。

本実施形態に係る磁気式位置センサは、図１に示したものと同様な構成を有するが、実施の形態１との変更点は以下のとおりであり、強磁性体材料からなる補正コア３ａ，３ｂを非磁性体材料からなるフランジ８ａ，８ｂに変更し、可動磁性部材２と測定対象物ＯＢＪとの連結、可動コア２ａ，２ｂの一体化等に用いる部材に非磁性体材料からなるシャフト２０ａ，２０ｂ，２０ｃを用いる点である。ここで、可動コア２ａ，２ｂのＸ方向の寸法をそれぞれ磁界発生部材４よりも短く、かつ２つの可動コア２ａの左端２１ａから可動コア２ｂの右端２１ｂまでのＸ方向の寸法を磁界発生部材４よりも長くしている点である。

可動コア２ａ，２ｂには中空穴を設け、例えば串刺しのようにシャフト２０を貫通させても構わない。各部材の接合方法に関しては、固定されている構造であれば、接合方法は問わない。

図１２は、可動磁性部材２の移動に伴って変化する２つの磁束ループＬａ，Ｌｂを説明したものであって，第１の磁束ループＬａは検出ギャップ７および原点ギャップ５を境界として固定コア１ａ、可動コア２ａを通過するループであり、第２の磁束ループＬｂは検出ギャップ７および原点ギャップ５を境界として固定コア１ｂおよび可動コア２ｂを通過するループである。

次に、磁気式位置センサの動作原理を説明する。図１２（ａ）に示すように、可動磁性部材２が−Ｘ方向に変位すると、検出ギャップ７を基準として可動コア２ａ，２ｂおよび原点ギャップ５が−Ｘ方向に移動し、磁束ループＬｂの一部が検出ギャップ７を通過するようになる。このとき検出ギャップ７での漏洩磁束は、固定コア１ａから固定コア１ｂへ向けて流れ、その大きさは可動磁性部材２の変位量にほぼ比例することから、磁気検出素子６は、この変位量に応じた負の検出信号を出力する。

一方、図１２（ｃ）に示すように、可動磁性部材２が＋Ｘ方向に変位すると、検出ギャップ７を基準として可動コア２ａ，２ｂおよび原点ギャップ５が＋Ｘ方向に移動し、磁束ループＬａの一部が検出ギャップ７を通過するようになる。このとき検出ギャップ７での漏洩磁束は、固定コア１ｂから固定コア１ａへ向けて流れ、その大きさは可動磁性部材２の変位量にほぼ比例することから、磁気検出素子６は、この変位量に応じた正の検出信号を出力する。

なお、図１２（ｂ）に示すように、原点ギャップ５の位置が検出ギャップ７と一致した場合、磁束ループＬａ，Ｌｂのいずれも検出ギャップ７を通過しなくなるため、検出ギャップ７での漏洩磁束がゼロになる。この状態が磁気式位置センサの原点（Ｘ＝０）として初期設定される。

こうして原点（Ｘ＝０）を基準として可動磁性部材２の変位量にほぼ比例した電気信号が得られるため、測定対象物ＯＢＪの位置を測定することができる。

本実施形態では、可動磁性部材２は、Ｘ方向に変位可能で、かつＸ軸回りに回転可能に支持されているため、測定対象物ＯＢＪは、Ｘ方向の直線変位だけでなくＸ軸回りの回転変位も許容される。その結果、測定対象物ＯＢＪの変位自由度を制限することなく、より多様な測定が可能になる。

第２実施形態にも記述したように、図１に示した磁気式位置センサでは、原点検出の際、検出ギャップ７の中心が原点ギャップ５の中心と一致するため、磁気抵抗が高い位置を検出することになる。そのため原点近傍では磁束の変化割合が高くなって測定感度が高くなる。しかし、磁気式位置センサの出力特性（縦軸：センサ出力、横軸：Ｘ変位）は、図４（ａ）に示すように、原点付近で傾きが大きくなるＳ字特性を示すため、リニア領域が比較的狭くなる。

本実施形態では、補正コア３ａ，３ｂの材質を、非磁性体材料からなるフランジ８ａ，８ｂに変更することによって、固定コア１ａと可動コア２ａ間及び固定コア１ｂと可動コア２ｂ間の磁気抵抗を高くし、検出ギャップ７及び原点ギャップ５の磁気抵抗を含めた磁束ループＬａ，Ｌｂ全体の磁気抵抗を高くする。これにより、各磁束ループＬａ，Ｌｂの磁束量は減少するものの、原点検出の際、検出ギャップ７の中心と一致する位置での磁気抵抗の磁束ループＬａ，Ｌｂ全体に対する割合を小さくできるため、原点近傍の磁束の変化割合が小さくなる。

図１３は、補正コア３ａ，３ｂの材質を、非磁性体材料からなるフランジ８ａ，８ｂに変更する前後での磁気式位置センサの出力特性（縦軸：センサ出力、横軸：Ｘ変位）を比較したものであり、補正コア３ａ，３ｂの材質を、非磁性体材料からなるフランジ８ａ，８ｂに変更することで、図示するように磁気式位置センサの出力特性における線形性（リニアリティ）を改善することができ、高精度化することができる。

なお、補正コア３ａ，３ｂの材質を、非磁性体材料からなるフランジ８ａ，８ｂに変更することによって生じる各磁束ループＬａ，Ｌｂにおける磁束量の減少は、例えば磁界発生部材４の磁界発生強度を強めることにより減少分を補う、もしくは増加させることが可能である。また、磁気検出素子の出力（振幅）は、高感度素子を用いることにより増大が可能である。

可動コア２ａ，２ｂ、固定コア１ａ，１ｂ、磁界発生部材４の寸法を調節することにより、磁気式位置センサのストローク（測定範囲）を調節することが可能であることから、所望の出力（振幅）およびストロークが得られ、かつ、高精度な磁気式位置センサを提供することができる。

１，２１ 固定磁性部材、 １ａ，１ｂ，２１ａ，２１ｂ 固定コア、
２，２２ 可動磁性部材、 ２ａ，２ｂ，２２ａ，２２ｂ 可動コア、
３ａ，３ｂ 補正コア、 ４，２４ 磁界発生部材、 ５，２５ 原点ギャップ、
６，２６ 磁気検出素子、 ７，２７ 検出ギャップ、 ８ａ，８ｂ フランジ、
９ 磁界補正コア、 ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ シャフト、
２１ａ，２１ｂ 可動コアの端面 ２３ａ，２３ｂ ベースコア、
３１ 磁束案内部材。

Claims (7)

1. 検出ギャップを挟んで並設された第１および第２の固定コアを含む固定磁性部材と、
   原点ギャップを挟んで並設された第１および第２の可動コアを含み、可動コアの並設方向に沿った軸方向に変位可能で、かつ軸回りに回転可能に支持された可動磁性部材と、
   第１の固定コアおよび第１の可動コアを通過する第１の磁束ループ、ならびに第２の固定コアおよび第２の可動コアを通過する第２の磁束ループをそれぞれ生成するための磁界発生部材と、
   第１の固定コアと第２の固定コアとの間で漏洩する磁束を検出するための磁気検出素子とを備えることを特徴とする磁気式位置センサ。
2. 第１の固定コアおよび第１の可動コアを磁気的に結合するための第１の補正コアと、
   第２の固定コアおよび第２の可動コアを磁気的に結合するための第２の補正コアとをさらに備え、
   第１および第２の可動コアには、軸対称形状の磁気結合部分が設けられ、
   第１および第２の補正コアには、軸対称形状の貫通孔が設けられ、該貫通孔に可動コアの磁気結合部分が貫通していることを特徴とする請求項１記載の磁気式位置センサ。
3. 原点ギャップには、両側にギャップを残すように磁界補正コアが挿入されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気式位置センサ。
4. 固定磁性部材は、円筒形状の第１および第２の固定コアを含み、
   可動磁性部材は、軸回りに９０°以下の等角度で配置された複数の矩形型コアからなる第１および第２の可動コアを含み、
   磁界発生部材は、原点ギャップを挟んで並設された一対の矩形型コアにそれぞれ装着された複数の矩形型磁石を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気式位置センサ。
5. 磁気検出素子は、磁界発生部材からの磁束が直接到達しないように検出ギャップ付近に配置され、
   第１および第２の固定コアの少なくとも一方に、コア内の磁束を磁気検出素子へ案内するための磁束案内部材が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気式位置センサ。
6. 第１および第２の可動コアの並設方向の寸法はそれぞれ磁界発生部材よりも短く、
   原点ギャップを挟んで並設された第１および第２の可動コアを含む可動磁性部材の並設方向の寸法は、磁界発生部材よりも長いことを特徴とする請求項１記載の磁気式位置センサ。
7. 可動磁性部材を支持するための第１および第２の支持部材が、第１および第２の固定コアにそれぞれ取り付けられ、
   第１および第２の支持部材は、非磁性体材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の磁気式位置センサ。