JPH11166802A - 磁気式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁界検出部（センサ）１０を挟んだ状態で２
個の磁界発生手段（永久磁石）１５，１６が設けられ、
磁界検出部１０と磁界発生手段１５，１６との絶対変位
量を検出する磁気式変位検出装置において、変位−磁場
特性のリニアリティーを向上させ、高精度の検出を可能
とする。 【解決手段】 ２個の磁界発生手段１５と１６を、高透
磁率材料（例えばパーマロイ）によりなる接続板１９，
２０によって接続した構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械や
精密測定機器等において絶対変位量を検出するために用
いられる磁気式の変位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械や精密測定機器等におい
て絶対変位量を検出するために用いられる磁気式の検出
装置として、図１に示すようなものがある。

【０００３】これは磁気式変位検出装置をゲージ１に組
み込んだ例で、２はその筺体（ケース）を示し、この筺
体２に設けられた軸受部３，４にはスピンドル軸５が軸
方向に摺動可能に挿通支持されている。

【０００４】またスピンドル軸５にはその軸方向と直交
する方向に突出するガイド軸６が筺体２内において設け
られており、このガイド軸６の先端部が、筺体２の側部
にスピンドル軸５の摺動方向と平行に形成されたガイド
長孔７に挿入係合されている。従ってスピンドル軸５
は、このガイド長孔７内をガイド軸６が移動する範囲内
で摺動可能となされている。

【０００５】さらにガイド軸６と筺体２の側部の内面側
に突設された爪片８との間にはスプリング９が張架され
ており、このスプリング９の力によってスピンドル軸５
は常に一方向、即ち軸受部３から突出する方向に偏倚さ
れている。

【０００６】そして本例のゲージ１においては、このス
ピンドル軸５と筺体２との間に磁気式変位検出装置が組
み込まれている。この磁気式変位検出装置は、センサ１
０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１５，１６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２において説明する。

【０００７】磁界検出部のセンサ１０は、閉磁路を形成
した矩形環状のコア１１の対極位置にそれぞれコイル１
２，１３を巻くことにより構成されている。コア１１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３（Ａ）に示す如く外径が縦５ｍｍ、横２
ｍｍ、内径が縦２ｍｍ、横１ｍｍであり、また厚さは５
０μｍである。またコイル１２，１３は直径０．０６ｍ
ｍの銅線を５０回巻いたものであり、実際には図３
（Ｂ）に示すようにボビン１４を介してコア１１に巻か
れるものである。

【０００８】磁界発生手段としての２個の永久磁石１
５，１６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１５，１６は、図２（Ａ）に示す如
く磁化の方向を相互に反対に向けた状態で、センサ１０
との相対移動方向に沿って、センサ１０を挟んで相互に
所定距離だけ離隔して配置されている。

【０００９】一方センサ１０は、上記２個の永久磁石１
５と１６に挟まれ、この永久磁石１５と１６の中心を通
る直線上にコア１１の環の中心が位置し、かつこの環を
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。

【００１０】本例のゲージ１では、図１に示す如くセン
サ１０はセンサホルダ１７を介して筺体２の底部に固定
され、一方永久磁石１５，１６はスケールホルダ１８を
介してスピンドル軸５に固定されており、即ちスピンド
ル軸５が筺体２に対し出し入れ方向に摺動されるとこの
スピンドル軸５と一体に永久磁石１５，１６がセンサ１
０に対し移動される構造となっている。

【００１１】またゲージ１の筺体２の内部には、センサ
１０のコイルを励振駆動するための発振回路と、センサ
１０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２１が取り付けられており、この回路基板２１
と上記センサ１０とが電気的に接続されていると共に、
この回路基板２１から筺体２の外部にケーブル２２が導
出されている。

【００１２】この回路基板２１上の回路構成は、例えば
図４に示すようになっている。即ちこの回路において発
振回路部３１は、マルチバーブレータ回路を応用して構
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１２と１３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同図の抵抗
器Ｒ１とコンデンサＣ１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。

【００１３】また発振回路部３１では、ヒステリシスを
持ったシュミットインバータを用いることにより、チャ
タリングを除去している。尚、パルス波に替えて正弦波
電圧をコイル１２と１３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、パルス波のほうが好適である。

【００１４】この発振回路部３１によりセンサ１０のコ
イル１２，１３が励振駆動されると、外部磁界に対する
コア１１の透磁率が変化することによりコイル１２，１
３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１２，１３から出力される。

【００１５】このコイルからの出力信号を検出する検出
回路部３２は、ブリッジ回路及びＣＲ平滑回路を用い
て、コイル１２からの出力とコイル１３からの出力との
差動を取るように構成されている。このように２個のコ
イル１２と１３の差動出力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。尚、コイル１２，１
３のインピーダンス変化が大きいので、検出回路部３２
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３２の構成が簡単になっている。

【００１６】これらの回路部３１、３２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３２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（センサ１０）と被検出部（永久磁石１５，１
６）との絶対変位量が求められる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図５は上述した如き従
来の磁気式変位検出装置における変位−磁場特性を示し
ている。即ちこれは２個の永久磁石１５と１６の間でセ
ンサ１０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従来は磁場の直
線領域が少なく、即ち充分なリニアリティーが得られて
いない。絶対変位量を高い精度で検出するためにはリニ
アリティーの良い特性が求められており、従って従来の
磁気式変位検出装置では高精度の検出に限界があった。

【００１８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、よりリニアリティーの良い変位−磁場特性が
得られ、高精度の検出を可能とした磁気式変位検出装置
を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、励振駆動することで磁界の強さによりイ
ンピーダンスが変化する高透磁率材料からなるセンサを
有する磁界検出部と、磁界を発生する手段を有する被検
出部と、前記センサを励振駆動するための発振回路部
と、センサから出力信号を取り出すための検出回路部
と、を備え、この出力信号により磁界検出部と被検出部
との絶対変位量を検出するようにした磁気式変位検出装
置において、被検出部に、２個の磁界発生手段が、磁化
の方向を相互に反対に向けた状態で、磁界検出部との相
対移動方向に沿って、センサを挟んで相互に離隔して配
置されていると共に、高透磁率材料によって接続されて
いることを特徴とするものである。

【００２０】上記の如く構成される本発明の磁気式変位
検出装置では、発振回路部によってセンサが励振駆動さ
れると、磁界の強さに応じてセンサのインピーダンスが
変化し、それに応じた信号が検出回路部から出力される
ことにより、磁界検出部と被検出部との絶対変位量が検
出される。そして特に本発明の磁気式変位検出装置で
は、２個の磁界発生手段を高透磁率材料で接続したこと
により、変位−磁場特性のリニアリティーが向上し、そ
の結果高精度の検出が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好適な実施の形態例について詳細に説明する。尚、本
例においても前述した従来例と同様に、磁気式変位検出
装置をゲージに組み込んだ場合を例示して説明する。

【００２２】図６において１は磁気式変位検出装置が組
み込まれるゲージを全体として示し、２はその筺体（ケ
ース）で、この筺体２に設けられた軸受部３，４にはス
ピンドル軸５が軸方向に摺動可能に挿通支持されてい
る。

【００２３】またスピンドル軸５にはその軸方向と直交
する方向に突出するガイド軸６が筺体２内において設け
られており、このガイド軸６の先端部が、筺体２の側部
にスピンドル軸５の摺動方向と平行に形成されたガイド
長孔７に挿入係合されている。従ってスピンドル軸５
は、このガイド長孔７内をガイド軸６が移動する範囲内
で摺動可能となされている。

【００２４】さらにガイド軸６と筺体２の側部の内面側
に突設された爪片８との間にはスプリング９が張架され
ており、このスプリング９の力によってスピンドル軸５
は常に一方向、即ち軸受部３から突出する方向に偏倚さ
れている。

【００２５】そして本例のゲージ１においては、このス
ピンドル軸５と筺体２との間に磁気式変位検出装置が組
み込まれている。この磁気式偏倚検出装置は、センサ１
０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１５，１６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７において説明する。

【００２６】磁界検出部のセンサ１０は、閉磁路を形成
した矩形環状のコア１１の対極位置にそれぞれコイル１
２，１３を巻くことにより構成されている。コア１１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３（Ａ）に示す如く外径が縦５ｍｍ、横２
ｍｍ、内径が縦２ｍｍ、横１ｍｍであり、また厚さは５
０μｍである。またコイル１２，１３は直径０．０６ｍ
ｍの銅線を５０回巻いたものであり、実際には図３
（Ｂ）に示すようにボビン１４を介してコア１１に巻か
れるものである。

【００２７】磁界発生手段としての２個の永久磁石１
５，１６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１５，１６は、図７（Ａ）に示す如
く磁化の方向を相互に反対に向けた状態で、センサ１０
との相対移動方向に沿って、センサ１０を挟んで相互に
所定距離だけ離隔して配置されている。

【００２８】一方センサ１０は、上記２個の永久磁石１
５と１６に挟まれ、この永久磁石１５と１６の中心を通
る直線上にコア１１の環の中心が位置し、かつこの環を
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。

【００２９】本例のゲージ１では、図６に示す如くセン
サ１０はセンサホルダ１７を介して筺体２の底部に固定
され、一方永久磁石１５，１６はスケールホルダ１８を
介してスピンドル軸５に固定されており、即ちスピンド
ル軸５が筺体２に対し出し入れ方向に摺動されるとこの
スピンドル軸５と一体に永久磁石１５，１６がセンサ１
０に対し移動される構造となっている。

【００３０】そして特に本例の磁気式変位検出装置にお
いては、２個の永久磁石１５と１６を、対向する２枚の
高透磁率材料によりなる接続板１９，２０によって接続
してある。

【００３１】この接続板１９，２０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１９，２０を、センサ１
０と永久磁石１５，１６との相対移動方向に沿って、セ
ンサ１０を挟む状態で２個の永久磁石１５と１６の間に
ブリッジするように固定してある。

【００３２】またゲージ１の筺体２の内部には、センサ
１０のコイルを励振駆動するための発振回路と、センサ
１０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２１が取り付けられており、この回路基板２１
と上記センサ１０とが電気的に接続されていると共に、
この回路基板２１から筺体２の外部にケーブル２２が導
出されている。

【００３３】この回路基板２１上の回路構成は、例えば
図４に示すようになっている。即ちこの回路において発
振回路３１は、マルチバーブレータ回路を応用して構成
されており、周波数約１ＭＨｚ、ピーク間のレベル差５
Ｖのパルス波電圧をコイル１２と１３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同図の抵抗器
Ｒ１とコンデンサＣ１と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。

【００３４】また発振回路部３１では、ヒステリシスを
持ったシュミットインバータを用いることにより、チャ
タリングを除去している。尚、パルス波に替えて正弦波
電圧をコイル１２と１３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、パルス波のほうが好適である。

【００３５】この発振回路部３１によりセンサ１０のコ
イル１２，１３が励振駆動されると、外部磁界に対する
コア１１の透磁率が変化することによりコイル１２，１
３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１２，１３から出力される。

【００３６】このコイルからの出力信号を検出する検出
回路部３２は、ブリッジ回路及びＣＲ平滑回路を用い
て、コイル１２からの出力とコイル１３からの出力との
差動を取るように構成されている。このように２個のコ
イル１２と１３の差動出力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。尚、コイル１２，１
３のインピーダンス変化が大きいので、検出回路部３２
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３２の構成が簡単になっている。

【００３７】これらの回路部３１，３２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３２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（センサ１０）と被検出部（永久磁石１５，１
６）との絶対変位量が求められる。

【００３８】そして特に本例の磁気式変位検出装置で
は、２個の永久磁石１５と１６を高透磁率材料によりな
る接続板１９，２０で接続したことにより、図８に示す
如く変位−磁場特性のリニアリティーが大幅に向上する
ことが認められた。

【００３９】即ちこの図８は２個の永久磁石１５と１６
の間でセンサ１０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、従来
（図５）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、即ちほぼ完全なリニアリティーが
確保される。

【００４０】従って、センサ１０と永久磁石１５，１６
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。

【００４１】以上、本発明の好適な実施の形態例につい
て説明したが、本発明はこの例に限定されるものではな
い。例えば、磁界検出部のセンサ１０はコア１１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９に示すようにコア１１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１１に
巻かれるコイル１２，１３の位置を図１０のように変更
してもよい。

【００４２】さらに被検出部の磁界発生手段としては、
永久磁石以外にも例えば電磁石等の適宜手段を用いるこ
ともできる。

【００４３】また磁界検出部のセンサにおけるコアの材
料、及び２個の磁界発生手段を接続する接続板の材料と
しては、パーマロイの他にも例えばＦｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，
Ｂ等で構成されたアモルファス等の高透磁率材料を用い
ることができる。

【００４４】また磁界検出部のセンサは所定間隔離した
棒状のコアにコイルを巻くことで構成してもよい。

【００４５】また上記の例ではセンサに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、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。

【００４６】さらにセンサは上記のようなコイル型に限
ることなく、例えばワイヤー型または薄膜型ＭＩセンサ
を用いることもできる（例えば、特開平６−２８１７１
２）。このＭＩセンサは、検出素子としてアモルファス
磁性体線を用い、このアモルファス磁性体線にコイルを
巻くことなく直接高周波電流を流して交番の回転磁界を
発生させておき、このアモルファス磁性体に印加される
外部磁界を検出するようにしたものである。

【００４７】さらにその他各部の構成においても上記の
実施形態例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく
種々の構成を採り得るものであることは言うまでもな
い。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明の磁気式変位
検出装置においては、２個の磁界発生手段を高透磁率材
料で接続したことにより、変位−磁場特性のリニアリテ
ィーが従来に比して大幅に向上し、その結果絶対変位量
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を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の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２】従来の磁気式変位検出装置の説明図で、（Ａ）
は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【図３】センサの説明図で、（Ａ）はコア、（Ｂ）はコ
アにコイルが巻かれた状態である。

【図４】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５】従来の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６】本発明による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７】本発明による磁気式変位検出装置の説明図で、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【図８】本発明による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９】センサの他の配置例の説明図である。

【図１０】コイルの他の巻き例の説明図である。

【符号の説明】

１０‥‥センサ（磁界検出部）、１１‥‥コア、１２，
１３‥‥コイル、１５，１６‥‥永久磁石（磁界発生手
段）、１９，２１‥‥接続板（高透磁率材料）、３１‥
‥発振回路部、３２‥‥検出回路部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久須美 雅昭 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プ レシジョン・テクノロジー株式 会社内 (72)発明者 佐藤 謙一 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 ソ ニー・プ レシジョン・テクノロジー株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励振駆動することで磁界の強さによりイ
   ンピーダンスが変化する高透磁率材料からなるセンサを
   有する磁界検出部と、 磁界を発生する手段を有する被検出部と、 前記センサを励振駆動するための発振回路部と、 前記センサから出力信号を取り出すための検出回路部
   と、 を備え、前記出力信号により前記磁界検出部と前記被検
   出部との絶対変位量を検出するようにした磁気式変位検
   出装置において、 前記被検出部に、２個の磁界発生手段が、磁化の方向を
   相互に反対に向けた状態で、前記磁界検出部との相対移
   動方向に沿って、前記センサを挟んで相互に離隔して配
   置されていると共に、高透磁率材料によって接続されて
   いることを特徴とする磁気式変位検出装置。