JPS60120214A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば油・空圧シリンダのピストンロッド等に
刻んだ磁気スケールを、磁気センサにより読み取り、ピ
ストンロッドの位置を検出づる装置に関する。

従来の磁気スケールとしでは例えば第１図に示すような
ものがあった。この磁気スケール１は強磁性材のロッド
２の外周に環状の溝３が一定のピッチで形成され、この
溝３に非磁性材が充填されて非磁性材！５が形成されて
いる。

第２図に示すように、上記磁気スケール１に対向して設
置される磁気センサ６は略立方体型の永久磁石７と、こ
の永久磁石７の磁気スケール１に対向する端面に貼付け
られた例えばホール素子等の磁気センサ素子８とからな
っている。

この磁気センサ６の永久磁石７のＮ極から発する磁束は
磁気センナ素子８を貫いてＳ極との間で図において点線
で示すような閉磁路を形成する。

磁気センサ６が第２図に示すように強磁性材からなるロ
ッド２の外周面に対向している状態と、第３図に示すよ
うに非磁性材層５に対向している状態とでは、後者の方
が磁路断面積の小さい部分で非磁性層５を通る分だ番ノ
磁気抵抗が大きく、したがって磁気センサ６に対してロ
ッド２が軸方向に移動すると非磁性材層５を通過する度
に磁気ヒンサ素子８を貫く磁束は変化する。

磁気センサ素子８は磁束に比例した出力電圧を生じ、こ
の磁束変化にもとづき、Ｏラド２の変位を検出プる。

しかしながら、この場合、永久磁石７がどの位置にあっ
ても、永久磁石７がつくる閉磁路において常に磁束は非
磁性材５の一部をよぎるため、磁束密度の変化が少なく
、また、磁束は永久磁石７の周囲の空間部を通り、この
空間部が付与する磁気抵抗が大きいため、前記磁気スケ
ール１の非磁性層５の磁気抵抗による磁束の変化率は小
さくなり、この結果磁気ヒンサ６の検出感度が充分に得
られないという問題があった。

一方、磁気スケール１の変位を安定して検出するために
は、非磁性材層５を厚く形成しなｔノればならないが、
口れによりロツ１：１の強度低下を招くばかりてなく、
非磁性材層５の形成に時間かかかり、ロスト高になると
いう問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたちので、磁気ス
ケールの変位を安定して検出できる位置検出装置を提供
することを目的とする。

本発明は、永久磁石の両端面に強磁性材を材質とするヨ
ークを固定し、この一対のヨーク端面の中心間距離を、
非磁性材からなる磁気スケールのビッヂの整数倍とし、
例えば一方のヨーク端面に磁気センサ素子を取付１プる
。

上記構成によれば、永久磁石から発する磁束はヨークに
導かれて、閉磁路を形成し、空隙部を含めた非磁性材部
分が占める磁路長を最小限にするとともに、永久磁石の
位置によって磁束が非磁性材をよぎらないときと、よぎ
るときがある、このため磁気センサ素子が検知する磁束
の変化率を高くでき、検出感度の高い位置検出装置が臂
られる。

以下、添付図面にもとづき本発明の実施例について説明
する。なお、従来例と同一構成部に同一符号を付す。

第４図に示すように、磁気センサ６は永久ｆ４ｉ石７の
両端面７Ｎ、７８に強磁性材を材質とするヨー−り９．
１０をそれぞれ固定する。

この一対のヨーク９，１０は磁気スケール１の外周面に
近接して対向する端面９Ｎ、１０３をそれぞれ形成し、
一方の端面９Ｎに磁気センザ素子８を貼付ける。なお、
磁気センサ素子８の取付は位置はヨーク９．１０と永久
磁石７によってつくられる閉磁路をさえぎるような位置
ならば、必ずしもヨーク端面に限られるわけではない。

そしてそれぞれのヨーク端面９Ｎ、１０８の中心間距離
は後述の磁気スケール１の非磁性材層５のピッチと同一
となるように形成する。

この磁気センサ６は、例えば第５図に示すように油・空
圧シリンダ１２に取付けられて位置検出装置１３を構成
する。

この油・空圧シリンダ１２はピストン１４の両側に供給
される流体圧により、ピストン１４をシリンダ１５内で
摺動させ、ビストンロツド２を直線運動させるものであ
る。

磁気スケール１はピストンロッド２に一定のビッヂ例え
ば２〜５ｍｍで環状溝３を形成し、この環状溝３に非磁
性材層５を形成する。（なｄ５、作図の関係から磁気ス
ケール１のピッチは誇張して書かれている。）非磁性材
層５はピストンロッド２が回り止めされているときは、
必ずしも全周的に形成しなくてもよい。

磁気センサ６はピストンロッド２を貫通さ「るサポート
部材１７を介してシリンダ１５側に固定し、それぞれの
ヨーク端面９Ｎ、１０８をピストンロッド２の外周面に
近接して対向するように配設する。

磁気センサ素子８の出力電圧は、磁気センナ素子８を貫
く磁束密度に応じて変化し、油・空圧シリンダ１２を伸
縮作動させた場合、磁気センサ素子８に対向しながら直
線運動する磁気スケール１の非磁性材層５の付与する磁
気抵抗により変化りる。

磁気センサ６には例えば第６図に示１ような信号処理回
路を配設する。磁気センサ素子８の磁束に比例した出力
電圧は増幅器２０で増幅され、比較器２１で設定器２２
から送られてくる基準電圧と比較され、矩形波状の出力
として得られる。これを計数器２３でカウントしてピス
トンロッド１６のストローク位置を検出する。

第４図に点線で示すように、永久磁石７のＮ極から発す
る磁束はヨーク９に導かれ、磁性材からなるロッド２を
通り、そして他方のヨーク１０に導かれてＳ極にはいる
という閉磁路をつくる。

磁束の変化率は磁路抵抗の変化率に対応し、また磁路抵
抗の変化率は磁路の磁性材部分の磁気抵抗が充分に小さ
いとすると、空隙部を含めた磁路の非磁性材部分の磁路
長の変化率に近似的に等しくなる。これを式で示すと下
記の様になる。

φ：磁束 ｄφ／φ：磁束変化率 Ｒｍ：磁路抵抗 ｄ脹／Ｆ楠：磁路抵抗の変化率 δ：非磁性材部磁路長 ｄδ／δ：磁路長変化率 １ｄφ／φ１＝ｌｄｌ茄／　Ｒｍｌ　＝　ｌ　ｄδ／δ
１次に磁気センサ６に対して磁気スケール１が相対変位
したとき、磁路の非磁性材部分の磁路長が変化覆る様子
を第４図と第７図にもとづいて説明する。

第４図に示すように、両ヨーク端面９Ｎ、１０Ｓが磁性
材からなるロッド２の外周面に対向している状態では、
永久磁石７がヨーク９，１０に尋かれてつくる閉磁路に
おいて、非磁性材部分は両ヨーク端面９Ｎと１０８とロ
ッド２の外周面との間の空隙部分のみとなる。

これに対して、第７図に示すように、両ヨーク端面９Ｎ
、１０Ｓが非磁性材層５に対向している状態では、磁束
はヨーク９．１０に導かれて磁気スケール１に配設され
ている２個の非磁性材層５を貫通するため、空隙部分を
含めた非磁性材部分の磁路長さは第４図の状態に比べて
大幅に増加する。

このように磁気スケール１の変位に対して非磁性材部分
の磁路長さの変化率は大きくなるため、磁気センサ素子
８を貫通づる磁束の変化率は大きくなり、磁気センサ６
の検出感度は飛躍的に向上する。

以上要するに、本発明は強磁性材からなるヨークを介し
て非磁性材層を貫く閉磁路を形成し、この途中に磁気セ
ンサ素子を介在させるようにし、かつヨークの間隔を非
磁性材のピッチの整数倍に設定したため、磁気スケール
の検出感度を飛躍的に向上させることができ、また検出
感度が向上した分、磁気スケールの溝を浅くすることが
できるので、０７１２強度を損なうことなく、かつ非磁
性層も容易に形成でき、コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気スケールを示す一部断面図である。 第２図は従来の位置検出装置を示す断面図、第３図は同
じく磁気スケールが相対変位した状態の断面図である。 第４図は本発明の実施例の位置検出装置を示づ断面図、
第５図はこの位置検出装置を装着した油・空圧シリンダ
の断面図、第６図は磁気センνの信号処理回路であり、
第７図は磁気スケールが相対変位した状態の断面図であ
る。 １・・・磁気スウール、２・・・０ツド、３・・・溝、
５・・・非磁性材層６・・・磁気センサ、７・・・永久
磁石、８・・・磁気センサ素子、９，１０・・・ヨーク
、９Ｎ、１０Ｓ・・・ヨーク端面、１３・・・位置検出
装置。 特許出願人　萱場工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性材からなる０ツドに帯状の非磁性材層を一定のピッ
   チで形成した磁気スケールと、この磁気スケールを検出
   する磁気センケとを備える位置検出装置において、永久
   磁石の両端面に強磁性材を材質とする一対のヨークを固
   定し、このヨークに磁気スケールに対向する端面を形成
   し、この一対のヨーク端面の中心間距離を磁気スケール
   のピッチの整数イ６とし、両ヨークと永久磁石で形成さ
   れる閉磁路の途中に磁気ヒンサ累子を介在させたことを
   特徴とづる位置検出装置。