WO2017169172A1 - 磁気検出ユニット及びこれを備えるストローク検出装置 - Google Patents

磁気検出ユニット及びこれを備えるストローク検出装置 Download PDF

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Definitions

  • the hall element 56 is housed in the casing 58 together with the first magnet 53 and the second magnet 54 with one end attached to the other end of the positioning member 57 coupled to the yoke 55. As shown in FIG. 2, the Hall element 56 is arranged such that the magnetic flux detection surface 56 a is positioned on the same plane as the axial end surfaces of the first magnet 53 and the second magnet 54. Therefore, the Hall element 56, the first magnet 53, and the second magnet 54 can be brought as close as possible to the piston rod 30.
  • the positioning member 57 and the casing 58 are formed of a nonmagnetic member such as an aluminum alloy. For this reason, no magnetic path is formed in the positioning member 57 and the casing 58.
  • the Hall element 56 may be directly assembled to the casing 58 without using the positioning member 57. In this case, in order to prevent the Hall element 56 from being detached from the casing 58, it is preferable to fill the casing 58 with resin. Further, the hall element 56, the first magnet 53, and the second magnet 54 may be integrated by resin molding without providing the casing 58.
  • the Hall element 56 is arranged such that the magnetic flux detection surface 56a is positioned on the same plane as the axial end surfaces of the first magnet 53 and the second magnet 54.
  • the first magnet 53 and the second magnet 54 can be brought as close as possible to a detection target such as a magnetic body.
  • a detection target such as a magnetic body.
  • the detection target is at a position close to the first magnet 53 and the second magnet 54, that is, at a position where the magnetic field is strong, it is detected at a position away from the first magnet 53 and the second magnet 54 and where the magnetic field is weak.
  • the direction of the magnetic flux in the combined magnetic field changes more significantly following the detection target than when there is a target.
  • the magnetic field becomes very weak in the vicinity of the intermediate position in the axial direction of the first magnet 53 and the second magnet 54 indicated by a two-dot chain line 72 in FIG. 4, and a magnetic substance or the like approaches the first magnet 53 or the second magnet 54. Even so, the direction of the magnetic flux hardly changes.
  • the Hall element 56 is preferably arranged in the parallel region 71 and in a region away from the intermediate position in the axial direction of the first magnet 53 and the second magnet 54.
  • the piston rod 30 may be made of a non-magnetic material.
  • the scale 60 is formed as a magnetic material by melting the piston rod 30 with a laser device and adding Sn or the like.
  • the means for locally heating is not limited to a laser, and any means may be used as long as it can be locally heated, such as an electron beam, high-frequency induction heating, or arc discharge.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the direction of the magnetic flux around the Hall element 56 changes as the position of the scale 60 with respect to the first magnetic detection unit 51 changes when the cylinder 10 extends.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in the outputs of the first magnetic detection unit 51 and the second magnetic detection unit 52 when the piston rod 30 extends from the cylinder 10 to the positions (a) to (e) of FIG. is there.
  • the direction of the magnetic flux from the piston rod 30 toward the first magnet 53 hardly changes during the period from the state shown in FIG. 6A to the state shown in FIG. 6B, while avoiding the scale 60 from the second magnet 54.
  • the gradient of the magnetic flux toward the piston rod 30 increases as the scale 60 gradually faces the second magnet 54.
  • the magnetic flux passing through the Hall element 56 gradually increases in inclination from a state parallel to the magnetic flux detection surface 56a. Therefore, the output value V1 of the first magnetic detection unit 51 from the state (a) to the state (b) gradually decreases as shown by the solid line in FIG.
  • the first magnet 53 and the second magnet 54 face the scale 60.
  • the magnetic flux between the piston rod 30 and the first magnetic detection unit 51 is changed from the second magnet 54 to the first magnet. I will head to 53.
  • the direction of the magnetic flux 74 around the Hall element 56 is also parallel to the magnetic flux detection surface 56a. Therefore, the output value V1 of the first magnetic detection unit 51 becomes zero again as shown in FIG.
  • the first magnet 53 faces the scale 60.
  • the magnetic flux is directed from the second magnet 54 toward the piston rod 30 where the scale 60 is not provided, while the magnetic flux directed from the piston rod 30 toward the first magnet 53 is caused by the scale 60 facing the second magnet 54.
  • the first magnet 53 is directed from a portion that is not provided.
  • the direction of the magnetic flux 74 around the Hall element 56 is directed from the portion parallel to the magnetic flux detection surface 56a to the first magnet 53 from the portion where the scale 60 facing the second magnet 54 is not provided. Changes to a tilted state. For this reason, in the hall element 56, the passage amount and passage direction of the magnetic flux component 74a perpendicular to the magnetic flux detection surface 56a are detected. Therefore, in the state of FIG. 6D, the output of the Hall element 56 becomes larger than the reference voltage, and the output value V1 of the first magnetic detection unit 51 becomes maximum on the plus side as shown in FIG.
  • the calculated value S1 obtained from the above equation (1) is a numerical value from 0 to 1, and the stroke length with one cycle from (a) to (e) in FIG. 6, that is, the width W1 of the scale 60 and the scale 60 are The ratio with respect to the length which added the space
  • the Hall element 56 is positioned at a position where the magnetic flux direction in the combined magnetic field of the first magnetic field of the first magnet 53 and the second magnetic field of the second magnet 54 and the magnetic flux detection surface 56a are parallel. Be placed.
  • the Hall element 56 is arranged in this way, the magnetic flux of the combined magnetic field is not detected on the magnetic flux detection surface 56a, so that the detection value of the Hall element 56 is zero. That is, since the strength of the magnetic field of the first magnet 53 and the strength of the magnetic field of the second magnet 54 do not affect the setting of the maximum detection range of the Hall element 56, the Hall element has a small detection range and high resolution. 56 can be used. As a result, a slight change in the direction of the magnetic flux caused by the detection target passing near the magnetic detection units 51 and 52 can be detected with high accuracy.
  • the first magnet 153 and the second magnet 154 are arranged in the casing 158 so as to be in contact with each other.
  • the hall element 156 is disposed not between the first magnet 153 and the second magnet 154 but on the end surfaces of the first magnet 153 and the second magnet 154 on the piston rod 30 side.
  • the magnetic flux detection surface 156a of the Hall element 156 is positioned away from the axial one end surface of the first magnet 153 and the second magnet 154 outward in the axial direction.
  • the Hall element 156 is arranged such that the magnetic flux detection surface 156 a is positioned away from the axial end surfaces of the first magnet 153 and the second magnet 154 in the axial direction. Is done. For this reason, the Hall element 156 is positioned between the first magnet 153 and the second magnet 154 and the detection target. When the first magnet 153 and the second magnet 154 are at a position away from the detection target, the direction of the magnetic flux in the area between them, that is, the area where the Hall element 156 is provided, is the detection target being the first magnet 153 and the second magnet. It changes greatly by passing near 154.
  • the Hall element 156 arranged between the first magnet 153 and the second magnet 154 and the detection target has a magnetic flux in the combined magnetic field generated when the detection target passes near the first magnet 153 and the second magnet 154. It is possible to reliably detect a change in the direction of. As a result, the magnetic detection unit 151 can reliably detect the movement of the detection target passing near the magnetic detection unit 151.
  • the magnetic detection units 51 and 151 are arranged in parallel with the first magnets 53 and 153 that generate the first magnetic field and the first magnets 53 and 153, and generate the second magnetic field in the direction opposite to the direction of the first magnetic field.
  • Hall elements 56, 156 having second magnets 54, 154 and magnetic flux detection surfaces 56a, 156a and outputting signals corresponding to the magnetic flux density passing through the magnetic flux detection surfaces 56a, 156a.
  • 156 is disposed at a position where the direction of the magnetic flux in the combined magnetic field of the first magnetic field and the second magnetic field is parallel to the magnetic flux detection surfaces 56a and 156a.
  • the direction of the magnetic flux in the combined magnetic field generated by the first magnetic field of the first magnets 53 and 153 and the second magnetic field of the second magnets 54 and 154 is parallel to the magnetic flux detection surfaces 56a and 156a. It is arranged at the position.
  • the Hall elements 56 and 156 are arranged in this way, the magnetic flux of the combined magnetic field is not detected on the magnetic flux detection surfaces 56a and 156a, so that the detection values of the Hall elements 56 and 156 are zero. That is, the strength of the magnetic field of the first magnets 53 and 153 and the strength of the magnetic field of the second magnets 54 and 154 do not affect the setting of the maximum detection range of the Hall elements 56 and 156.
  • Hall elements 56 and 156 having a small and high resolution. As a result, even a slight change in the direction of the magnetic flux caused by the detection target passing near the magnetic detection units 51, 52, 151 can be detected with high accuracy, and the detection accuracy of the magnetic detection units 51, 151 is improved. Can be made.
  • the Hall element 56 is arranged so that the magnetic flux detection surface 56a is positioned on the same plane as the axial end surfaces of the first magnet and the second magnet.
  • the magnetic flux detection surface 56a of the Hall element 56 is located on the same plane as the axial end surfaces of the first magnet 53 and the second magnet 54. For this reason, it becomes possible to make the Hall element 56, the first magnet 53, and the second magnet 54 as close as possible to the detection target.
  • the detection target is at a position close to the first magnet 53 and the second magnet 54, that is, at a position where the magnetic field is strong, it is detected at a position away from the first magnet 53 and the second magnet 54 and where the magnetic field is weak.
  • the direction of the magnetic flux in the combined magnetic field changes more significantly following the detection target than when there is a target.
  • the Hall element 56 is disposed in a region near the magnetic poles of the first magnet 53 and the second magnet 54 and in a region where the magnetic flux density is very high. For this reason, since the magnetic flux density passing through the Hall element 56 is large, even if there is a slight change in the direction of the magnetic flux, the combined magnetic field generated by the detection target passing near the first magnet 53 and the second magnet 54. The change in the direction of the magnetic flux at can be reliably detected by the Hall element 56. As a result, the magnetic detection units 51 and 52 can reliably detect the movement of the detection target passing near the magnetic detection units 51 and 52.
  • the magnetic flux detection surface 156a of the Hall element 156 is positioned away from the axial one end surface of the first magnet 153 and the second magnet 154 outward in the axial direction. For this reason, the Hall element 156 is positioned between the first magnet 153 and the second magnet 154 and the detection target.
  • the direction of the magnetic flux in the area between them that is, in the area where the hall element 156 is provided, is that the detection target is the first magnet 153. And it changes greatly by passing near the 2nd magnet 154.
  • first magnet 153 and the second magnet 154 are arranged in contact with each other along the axial direction.

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Abstract

磁気検出ユニット（５１，５２）は、第１磁界を発生させる第１磁石（５３）と、第１磁石（５３）と並列に配置され、第１磁界の向きと反対の向きの第２磁界を発生させる第２磁石（５４）と、磁束検出面（５６ａ）を有し、磁束検出面（５６ａ）を通過する磁束密度に応じた信号を出力するホール素子（５６）と、を備える。ホール素子（５６）は、第１磁界と第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と磁束検出面（５６ａ）とが平行となる位置に配置される。

Description

磁気検出ユニット及びこれを備えるストローク検出装置
　本発明は、磁気検出ユニット及びこれを備えるストローク検出装置に関するものである。
　従来、シリンダなどの直動部品のストロークを検出するためにストローク検出装置が用いられている。ＪＰ２００４－２８６６６２Ａには、シリンダチューブに設けられた磁気検出部が、ピストンロッドの表面に設けられたスケールを検出することによってシリンダのストロークを検出するストローク検出装置が開示されている。このストローク検出装置の磁気検出ユニットは、スケールに対向して配置される磁気検出素子と、磁気検出素子のスケールに対向する側とは反対側に配設される磁石と、を有する。
　しかしながら、ＪＰ２００４－２８６６６２Ａに記載された磁気検出ユニットでは、磁気検出素子の最大検出範囲は、磁気検出素子を通過する磁界の強さ、すなわち、磁石が発生する磁界の強さに合せて設定される。検出範囲が大きい磁気検出素子では分解能が低くなるため、ストロークの変化量がわずかであり磁界の変化が小さい場合には、磁界の変化を検出することが困難となる。この結果、ストロークの検出精度が低下するおそれがある。
　本発明は、磁界の変化を検出する磁気検出ユニットの検出精度を向上させることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、磁気検出ユニットは、第１磁界を発生させる第１磁界発生部と、前記第１磁界発生部と並列に配置され、前記第１磁界の向きと反対の向きの第２磁界を発生させる第２磁界発生部と、磁束検出面を有し、前記磁束検出面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子は、前記第１磁界と前記第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と前記磁束検出面とが平行となる位置に配置される。
図１は、本発明の実施形態に係る磁気検出ユニットを備えるストローク検出装置の構成図である。 図２は、図１のII－II線に沿う磁気検出ユニットの断面図である。 図３は、図２のIII－III線に沿う磁気検出ユニットの断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る磁気検出ユニットの第１磁界発生部と第２磁界発生部とによる合成磁界を説明するための図である。 図５は、磁気検出ユニットの磁気検出素子における磁束の検出を説明するための図である。 図６は、シリンダの変位による磁気検出ユニット周辺の磁界の変化を説明するための図である。 図７は、本発明の実施形態に係る磁気検出ユニットを備えるストローク検出装置の出力を示すグラフである。 図８は、本発明の実施形態に係る磁気検出ユニットを備えるストローク検出装置の演算結果を示すグラフである。 図９は、本発明の実施形態の変形例に係る磁気検出ユニットの断面図である。 図１０は、図９のＸ－Ｘ線に沿う磁気検出ユニットの断面図である。 図１１は、本発明の実施形態の変形例に係る磁気検出ユニットの第１磁界発生部と第２磁界発生部とによる合成磁界を説明するための図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　図１から図８を参照して、本発明の実施形態に係る磁気検出ユニット５１，５２を備えるストローク検出装置１００について説明する。図１に示されるシリンダ１０は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧シリンダである。ストローク検出装置１００は、このシリンダ１０に設けられる。
　シリンダ１０は、シリンダ１０の本体である第１部材としてのシリンダチューブ２０と、シリンダチューブ２０に対して進退自在に設けられる第２部材としてのピストンロッド３０と、を備える。つまり、シリンダ１０は、シリンダチューブ２０に対してピストンロッド３０が進退運動する直動機構である。
　シリンダチューブ２０は円筒形であり、シリンダチューブ２０の内部には軸方向に摺動自在であるピストン３１が設けられる。また、シリンダチューブ２０の端部には、ピストンロッド３０が摺動自在に挿通するシリンダヘッド２０ａが設けられる。シリンダチューブ２０の内部は、ピストン３１によって二つの油室１１，１２に区画される。
　二つの油室１１，１２は、図示しない切換弁を通じて図示しない油圧ポンプ又はタンクに接続される。二つの油室１１，１２の一方が油圧ポンプに接続された場合には、他方がタンクに接続される。シリンダ１０は、油圧ポンプから二つの油室１１，１２の何れかに作動油が導かれてピストンロッド３０が軸方向に移動することによって伸縮作動する。シリンダ１０は複動式のシリンダであるが、単動式であってもよい。また、シリンダ１０は、油圧式に限定されず、空気式，水圧式または電動機械式等であってもよい。また、シリンダ１０は、アクチュエータとして作動するものに限定されず、緩衝器等として作動するものであってもよい。
　ピストンロッド３０は、基端部３０ａがピストン３１に固定され、先端部３０ｂがシリンダチューブ２０から露出する円柱形の磁性部材である。ピストンロッド３０は、ピストン３１に作用する油圧の力によって作動する。
　次に、シリンダ１０に設けられるストローク検出装置１００について説明する。
　ストローク検出装置１００は、ピストンロッド３０が挿通するシリンダヘッド２０ａに配設される磁気検出ユニットとしての第１磁気検出ユニット５１及び第２磁気検出ユニット５２と、ピストンロッド３０の側面３０ｃにピストンロッド３０の進退方向に沿って形成される複数のスケール６０と、を備える。
　第１磁気検出ユニット５１及び第２磁気検出ユニット５２は、周囲の磁界の変化を検出する検出ユニットであり、第１磁気検出ユニット５１と第２磁気検出ユニット５２とは、ピストンロッド３０の軸方向にずらして配置される。第１磁気検出ユニット５１と第２磁気検出ユニット５２とは構造が同一であるため、以下では、第１磁気検出ユニット５１の構造についてのみ説明する。
　図２に示すように、第１磁気検出ユニット５１は、第１磁界を発生させる第１磁界発生部としての第１磁石５３と、第１磁石５３と並列に配置され、第１磁界の向きと反対の向きの第２磁界を発生させる第２磁界発生部としての第２磁石５４と、第１磁石５３と第２磁石５４とを連結するヨーク５５と、磁束検出面５６ａを通過する磁束密度に応じた信号を出力する磁気検出素子としてのホール素子５６と、これらを収容するケーシング５８と、ケーシング５８内におけるホール素子５６の位置を位置決めする位置決め部材５７と、を備える。
　第１磁石５３及び第２磁石５４は、ネオジム磁石やフェライト磁石といった永久磁石である。第１磁石５３は、Ｓ極がピストンロッド３０側を向くように配置され、第２磁石５４は、Ｎ極がピストンロッド３０側を向くように配置される。つまり、第１磁石５３は矢印５３ａで示される方向に着磁されており、第２磁石５４は矢印５４ａで示される方向に着磁されている。各磁石５３，５４は積層磁石で構成されてもよい。なお、磁界発生部としては、磁石に限定されず、鉄材にコイルを巻き回した電磁石であってもよい。
　第１磁石５３と第２磁石５４とは、ピストンロッド３０側とは反対側においてそれぞれヨーク５５に結合される。ヨーク５５は、第１磁石５３と第２磁石５４との間に磁気回路を形成する鉄系部材である。
　ホール素子５６は、ホール効果を利用して磁界の大きさと方向とを出力する素子である。ホール素子５６は、図２に矢印５６ｂで示すような磁束検出面５６ａに対して垂直に通過する磁束の成分を検出し、基準電圧（例えば２．５Ｖ）を中心に磁束の通過量（磁束密度）及び通過方向に応じた電圧を出力する。換言すると、磁束検出面５６ａに対して磁束が平行に通過する場合は、磁束検出面５６ａに対して垂直方向に通過する磁束がないため、ホール素子５６は基準電圧を出力する。そして、ピストンロッド３０から第１磁気検出ユニット５１に向かう方向の磁束が検出された場合、ホール素子５６の出力は磁束検出面５６ａを通過する磁束密度に応じて基準電圧より大きくなる一方、第１磁気検出ユニット５１からピストンロッド３０に向かう方向の磁束が検出された場合、ホール素子５６の出力は磁束検出面５６ａを通過する磁束密度に応じて基準電圧より小さくなる。ホール素子５６の出力は、図示しないアンプによって増幅されるとともに、基準電圧がゼロとなるようにオフセット処理され、第１磁気検出ユニット５１の出力値として図示しないストローク演算装置に入力される。つまり、第１磁気検出ユニット５１の出力値は、ゼロを中心として、磁束検出面５６ａを通過する磁束の方向に応じて、プラス側またはマイナス側に変化する。なお、ホール素子５６は、ピストンロッド３０から第１磁気検出ユニット５１に向かう方向の磁束が検出されたときに、基準電圧より小さい値を出力し、第１磁気検出ユニット５１からピストンロッド３０に向かう方向の磁束が検出されたときに、基準電圧より大きい値を出力する設定としてもよい。
　ホール素子５６は、一端がヨーク５５に結合される位置決め部材５７の他端に取り付けられた状態で、第１磁石５３及び第２磁石５４とともにケーシング５８内に収容される。図２に示されるように、ホール素子５６は、磁束検出面５６ａが、第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向一端面と同一平面上に位置するように配置される。このため、ホール素子５６，第１磁石５３及び第２磁石５４をピストンロッド３０に対してできるだけ接近させることができる。
　位置決め部材５７とケーシング５８とは、アルミ合金等の非磁性部材により形成される。このため、位置決め部材５７及びケーシング５８に磁路が形成されることはない。なお、位置決め部材５７を用いることなくケーシング５８にホール素子５６を直接組み付けてもよい。この場合、ホール素子５６がケーシング５８から外れることを防止するために、ケーシング５８内に樹脂を充填することが好ましい。また、ケーシング５８を設けることなく、ホール素子５６，第１磁石５３及び第２磁石５４を樹脂モールド成形によって一体化してもよい。
　ケーシング５８のピストンロッド３０と対向する面は、ピストンロッド３０の側面３０ｃの形状に合わせて、凹曲面状に形成される。このため、曲面状の表面を有するピストンロッド３０に対して第１磁気検出ユニット５１をできるだけ接近させることができる。
　次に、第１磁石５３及び第２磁石５４とホール素子５６との位置関係について、図４を参照して説明する。
　着磁方向５３ａ，５４ａが互いに平行となるように配置された第１磁石５３と第２磁石５４との間には、第１磁石５３の磁界と第２磁石５４の磁界とが合成された合成磁界が形成される。図４には、第１磁石５３と第２磁石５４との磁界の強さが同じである場合の合成磁界における磁束の方向が矢印７０で示されている。なお、図４では、説明上、ホール素子５６が配置される第１磁石５３のＳ極と第２磁石５４のＮ極との間の合成磁界のみ示している。
　図４に示されるように、合成磁界における磁束の方向は、概ね放物線状となるが、合成磁界には、第２磁石５４から第１磁石５３へ向かう磁束の方向が第１磁石５３と第２磁石５４とが並ぶ方向と平行となる平行領域７１、すなわち、第２磁石５４から第１磁石５３へ向かう磁束の方向が第１磁石５３及び第２磁石５４の着磁方向５３ａ，５４ａに対して直交する方向となる領域が存在する。第１磁石５３と第２磁石５４との磁力が全く同じであれば、平行領域７１は、第１磁石５３と第２磁石５４とのちょうど中間に、着磁方向５３ａ，５４ａに沿って延在する。本実施形態におけるホール素子５６は、磁束検出面５６ａが合成磁界における磁束の方向と平行となる位置に配置される。つまり、ホール素子５６は、磁束検出面５６ａが合成磁界における磁束の方向と平行となるように、第１磁石５３と第２磁石５４との間の平行領域７１に配置される。
　ここで、第１磁石５３または第２磁石５４に磁性体等が接近して合成磁界に乱れが生じ、平行領域７１における磁束の方向が変化した場合、磁束検出面５６ａを通過する磁束の方向は、磁束検出面５６ａに対して平行ではなくなる。上述のように、磁束検出面５６ａに対して磁束が平行に通過する場合には、ホール素子５６の出力はゼロとなる。しかし、例えば、図５に示されるように、磁束検出面５６ａに対して平行ではない磁束７４が通過すると、この磁束７４の磁束検出面５６ａに対して垂直な磁束成分７４ａがホール素子５６によって検出され、この磁束成分７４ａの通過量及び通過方向に応じた電圧がホール素子５６から出力される。このように、合成磁界に乱れがない状態において、磁束検出面５６ａが磁束の方向と平行となる位置にホール素子５６を配置しておくことで、合成磁界における磁束の方向の変化、すなわち第１磁石５３または第２磁石５４の近くを磁性体等が通過等したことをホール素子５６により確実に検出することができる。
　また、ホール素子５６は、上述のように、磁束検出面５６ａが、第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向一端面と同一平面上に位置するように配置される。このようにホール素子５６が配置されることで第１磁石５３及び第２磁石５４を磁性体等の検出対象に対してできるだけ接近させることが可能となる。第１磁石５３及び第２磁石５４に近い位置、すなわち磁界が強い位置に検出対象がある場合の方が、第１磁石５３及び第２磁石５４から離れた位置であって磁界が弱い位置に検出対象がある場合よりも合成磁界における磁束の方向は検出対象に追従して大きく変化する。また、ホール素子５６は、第１磁石５３及び第２磁石５４の磁極に近い領域であって、磁束密度が比較的高い領域に配置される。このため、ホール素子５６を通過する磁束密度が大きいことから、磁束の方向の変化がわずかであっても、検出対象が第１磁石５３及び第２磁石５４の近くを通過することで生じる合成磁界における磁束の方向の変化をホール素子５６によって確実に検出することができる。この結果、磁気検出ユニット５１は、磁気検出ユニット５１の近くを通過する検出対象の動きを確実に検出することができる。なお、磁束検出面５６ａは、ピストンロッド３０側のホール素子５６の表面ではなく、ピストンロッド３０とは反対側のホール素子５６の表面や、ホール素子５６の中央の平面上に位置していてもよい。このように磁束検出面５６ａがホール素子５６に対して位置する場合も、磁束検出面５６ａが第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向一端面と同一平面上に位置するようにホール素子５６は磁気検出ユニット５１内に配置される。
　また、図４において二点鎖線７２で示される第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向中間位置付近では磁界が非常に弱くなり、第１磁石５３または第２磁石５４に磁性体等が接近しても磁束の方向はほとんど変化しない。このため、ホール素子５６は、平行領域７１であって、第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向中間位置から離れた領域に配置されることが好ましい。
　第１磁気検出ユニット５１及び第２磁気検出ユニット５２に対向して設けられるスケール６０は、磁性体であるピストンロッド３０の外周に溝状に形成される非磁性体である。スケール６０は、ピストンロッド３０の外周面を局所加熱装置としてのレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにＮｉやＭｎを添加してオーステナイト化することによって形成される。
　なお、ピストンロッド３０は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール６０は、ピストンロッド３０をレーザー装置によって溶融するとともにＳｎ等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱，アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。
　スケール６０は、図２に拡大して示されるように、ピストンロッド３０の進退方向に沿って所定の幅Ｗ１を有し、ピストンロッド３０の進退方向に沿って所定の間隔Ｐ１で設けられる。なお、第１磁気検出ユニット５１は、スケール６０に対して図２に示されるように、第１磁石５３と第２磁石５４とが並ぶ方向がピストンロッド３０の進退方向と平行となるように配置される。換言すると、ピストンロッド３０が進退する際、スケール６０は、第１磁石５３と第２磁石５４とに対して同時ではなく順番に横切ることとなる。また、スケール６０の幅Ｗ１とスケール６０が設けられる間隔Ｐ１の大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　続いて、図６及び図７を参照して、ストローク検出装置１００によってピストンロッド３０のストローク量が検出される過程について説明する。図６は、シリンダ１０が伸張する際に、第１磁気検出ユニット５１に対するスケール６０の位置が変化することによって、ホール素子５６周囲の磁束方向がどのように変化するかを示した図である。図７は、シリンダ１０に対してピストンロッド３０が図６の（ａ）から（ｅ）にかけて伸張したときの第１磁気検出ユニット５１及び第２磁気検出ユニット５２の出力の変化を示したグラフである。
　まず、図６の（ａ）の状態では、第１磁気検出ユニット５１は、第１磁石５３及び第２磁石５４が、スケール６０が設けられていないピストンロッド３０の側面３０ｃに対向した状態となる。ピストンロッド３０は磁性体であるため、ピストンロッド３０には磁気回路が形成される。このとき形成される磁気回路は、第１磁石５３、ヨーク５５、第２磁石５４及びピストンロッド３０を通過して環状に形成される。このとき、ホール素子５６周辺の磁束７４は、磁束検出面５６ａに対して平行に通過する。つまり、磁束検出面５６ａに対して垂直方向に通過する磁束がないため、ホール素子５６の出力は基準電圧となる。このため、アンプを介して出力される第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に示されるようにゼロとなる。
　図６の（ａ）の状態からピストンロッド３０がわずかに伸張し、図６の（ｂ）の状態となると、第２磁石５４がスケール６０に対向した状態となる。この状態では、第２磁石５４からピストンロッド３０に向かう磁束は、非磁性体であるスケール６０を避けて、第１磁石５３に対向するスケール６０が設けられていないピストンロッド３０に向かうことになる。この影響を受けて、ホール素子５６周辺の磁束７４の方向は、磁束検出面５６ａに対して平行な状態からピストンロッド３０に向かって傾いた状態へと変化する。このため、ホール素子５６では、磁束検出面５６ａに対して垂直な磁束成分７４ａの通過量及び通過方向が検出される。したがって、図６の（ｂ）の状態においてホール素子５６の出力は基準電圧よりも小さくなり、第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に示されるようにマイナス側に最大となる。
　なお、図６の（ａ）の状態から（ｂ）の状態になるまでの間、ピストンロッド３０から第１磁石５３に向かう磁束の方向はほとんど変化しない一方、第２磁石５４からスケール６０を避けてピストンロッド３０に向かう磁束の傾きは、スケール６０が第２磁石５４に徐々に対向するにつれて大きくなる。この傾きの変化に併せて、ホール素子５６を通過する磁束は、磁束検出面５６ａに対して平行な状態から徐々に傾きが大きくなる。このため、（ａ）の状態から（ｂ）の状態となるまでの間の第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に実線で示されるように徐々に減少する。
　さらにピストンロッド３０がわずかに伸張し、図６の（ｃ）の状態となると、第１磁石５３及び第２磁石５４がスケール６０に対向した状態となる。このように、第１磁石５３及び第２磁石５４が非磁性体であるスケール６０に対向すると、ピストンロッド３０と第１磁気検出ユニット５１との間において磁束は、第２磁石５４から第１磁石５３へと向かうことになる。このため、ホール素子５６周辺の磁束７４の方向も磁束検出面５６ａに対して平行となる。したがって、第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に示されるように再びゼロとなる。
　そして、図６の（ｄ）の状態となると、第１磁石５３がスケール６０に対向した状態となる。この状態では、第２磁石５４からスケール６０が設けられていないピストンロッド３０に向かって磁束が向かう一方、ピストンロッド３０から第１磁石５３に向かう磁束は、第２磁石５４に対向するスケール６０が設けられていない部分から第１磁石５３に向かうことになる。この影響を受けて、ホール素子５６周辺の磁束７４の方向は、磁束検出面５６ａに対して平行な状態から第２磁石５４に対向するスケール６０が設けられていない部分から第１磁石５３に向かって傾いた状態へと変化する。このため、ホール素子５６では、磁束検出面５６ａに対して垂直な磁束成分７４ａの通過量及び通過方向が検出される。したがって、図６の（ｄ）の状態においてホール素子５６の出力は基準電圧よりも大きくなり、第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に示されるようにプラス側に最大となる。
　図６の（ｅ）の状態は、（ａ）の状態と同じであり、第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１はゼロとなる。第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１は、図７に実線で示されるように、ピストンロッド３０のストローク量に応じて正弦波状に変化する。
　第１磁気検出ユニット５１と同様に出力が変化する第２磁気検出ユニット５２は、その出力値Ｖ２が第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１に対して、４分の１周期だけずれるようにシリンダヘッド２０ａに取り付けられる。このため、第２磁気検出ユニット５２の出力値Ｖ２は、図７に破線で示されるように、余弦波状に変化する。
　図７に示される第１磁気検出ユニット５１の出力値Ｖ１と第２磁気検出ユニット５２の出力値Ｖ２とから、図８に示されるストローク量に比例した演算値Ｓ１が演算される。演算値Ｓ１は、下記（１）式から求められる。
　[数１]
　　　Ｓ１＝｛ａｔａｎ２（Ｖ２，Ｖ１）+π｝／２π　　・・・（１）

　ａｔａｎ２（ｘ，ｙ）：原点を始点とし、座標（ｘ，ｙ）を終点とするベクトルとｘ軸との成す角度（－π～π）を算出する関数（アークタンジェント関数）
　Ｖ１：第１磁気検出ユニット５１の出力値
　Ｖ２：第２磁気検出ユニット５２の出力値
　上記（１）式から求められる演算値Ｓ１は０から１の数値であり、図６の（ａ）から（ｅ）までを１周期とするストローク長、すなわち、スケール６０の幅Ｗ１とスケール６０が設けられる間隔Ｐ１とを足し合わせた長さに対する比率を示している。このため、演算値Ｓ１に１周期のストローク長を乗ずるとともに、演算値Ｓ１が１から０に切り換わった数をカウントすることで、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の絶対的なストローク量を演算することができる。
　以上の実施形態によれば、以下に示すような効果を奏する。
　磁気検出ユニット５１，５２では、ホール素子５６が、第１磁石５３の第１磁界と第２磁石５４の第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と磁束検出面５６ａとが平行となる位置に配置される。このようにホール素子５６が配置される場合、合成磁界の磁束は磁束検出面５６ａにおいて検出されないため、ホール素子５６の検出値はゼロとなる。つまり、第１磁石５３の磁界の強さ及び第２磁石５４の磁界の強さが、ホール素子５６の最大検出範囲の設定に影響を及ぼすことがないため、検出範囲が小さく分解能が高いホール素子５６を利用することが可能となる。この結果、検出対象が磁気検出ユニット５１，５２の近くを通過することで生じるわずかな磁束の方向の変化も精度よく検出することができる。
　また、磁気検出ユニット５１，５２を備えるストローク検出装置１００では、ピストンロッド３０に設けられたスケール６０が磁気検出ユニット５１，５２の近くを通過することで生じるわずかな磁束の方向の変化もホール素子５６によって検出される。この結果、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量を精度よく検出することができる。
　次に、上記実施形態に係る磁気検出ユニット５１，５２の変形例について説明する。
　上記実施形態では、ホール素子５６は、第１磁石５３と第２磁石５４との間に配置される。これに代えて、ホール素子１５６は、図９及び図１０に示されるように、第１磁石１５３及び第２磁石１５４の一端面側に配置されてもよい。
　このようにホール素子１５６が配置される場合であっても、上記実施形態と同様に、第１磁石１５３と第２磁石１５４との合成磁界における磁束の方向と、磁束検出面１５６ａと、は平行となる。
　具体的には、図９及び図１０に示されるように、磁気検出ユニット１５１では、第１磁石１５３と第２磁石１５４とが互いに接するようにケーシング１５８内に配置される。そして、ホール素子１５６は、第１磁石１５３と第２磁石１５４との間ではなく、第１磁石１５３及び第２磁石１５４のピストンロッド３０側の端面に配置される。つまり、ホール素子１５６の磁束検出面１５６ａは、第１磁石１５３及び第２磁石１５４の軸方向一端面から軸方向外側に離れて位置する。
　この場合、第１磁石１５３と第２磁石１５４との合成磁界における磁束の方向は、図１１に示される状態となる。このように、第１磁石１５３と第２磁石１５４とが接触した状態における合成磁界においても、上記実施形態と同様に、平行領域１７１の磁束のように、第２磁石１５４から第１磁石１５３へ向かう磁束の方向が第１磁石１５３と第２磁石１５４とが並ぶ方向と平行となる領域が存在する。つまり、図１１に示される平行領域１７１にホール素子１５６を配置することで、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
　具体的には、ホール素子１５６は、図９に示されるように、磁束検出面１５６ａが、第１磁石１５３及び第２磁石１５４の軸方向一端面から軸方向外側に離れて位置するように配置される。このため、ホール素子１５６は、第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象との間に位置することになる。第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象とが離れた位置にあると、その間の領域、すなわちホール素子１５６が設けられる領域における磁束の方向は、検出対象が第１磁石１５３及び第２磁石１５４の近くを通過することで大きく変化する。したがって、第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象との間に配置されるホール素子１５６は、検出対象が第１磁石１５３及び第２磁石１５４の近くを通過することで生じる合成磁界における磁束の方向の変化を確実に検出することができる。この結果、磁気検出ユニット１５１は、磁気検出ユニット１５１の近くを通過する検出対象の動きを確実に検出することができる。
　また、図１０に示されるように、ピストンロッド３０の進退方向における磁気検出ユニット１５１の長さは上記実施形態の磁気検出ユニット５１，５２の長さと比較して短くなるため、取付スペースが制限される場合であっても容易に設置することが可能となる。
　次に、上記実施形態に係る磁気検出ユニット５１，５２を備えるストローク検出装置１００の変形例について説明する。
　上記実施形態においてスケール６０は、進退方向に沿って複数形成される。これに代えてスケール６０は、ピストンロッド３０の軸方向に沿って螺旋状に設けられてもよい。この場合、各磁気検出ユニット５１，５２は、第１磁石５３と第２磁石５４とが並ぶ方向がピストンロッド３０の進退方向と直交するように配置されるとともに、ピストンロッド３０のストローク量に応じて周方向に変位するスケール６０に対向するように配置される。この場合も上記実施形態と同様に、各磁気検出ユニット５１，５２の出力値に基づいて、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の絶対的なストローク量を演算することができる。
　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
　磁気検出ユニット５１，１５１は、第１磁界を発生させる第１磁石５３，１５３と、第１磁石５３，１５３と並列に配置され、第１磁界の向きと反対の向きの第２磁界を発生させる第２磁石５４，１５４と、磁束検出面５６ａ，１５６ａを有し、磁束検出面５６ａ，１５６ａを通過する磁束密度に応じた信号を出力するホール素子５６，１５６と、を備え、ホール素子５６，１５６は、第１磁界と第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と磁束検出面５６ａ，１５６ａとが平行となる位置に配置される。
　この構成では、ホール素子５６，１５６が、第１磁石５３，１５３の第１磁界と第２磁石５４，１５４の第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と磁束検出面５６ａ，１５６ａとが平行となる位置に配置される。このようにホール素子５６，１５６が配置される場合、合成磁界の磁束は磁束検出面５６ａ，１５６ａにおいて検出されないため、ホール素子５６，１５６の検出値はゼロとなる。つまり、第１磁石５３，１５３の磁界の強さ及び第２磁石５４，１５４の磁界の強さが、ホール素子５６，１５６の最大検出範囲の設定に影響を及ぼすことがないため、検出範囲が小さく分解能が高いホール素子５６，１５６を利用することが可能となる。この結果、検出対象が磁気検出ユニット５１，５２，１５１の近くを通過することで生じるわずかな磁束の方向の変化も精度よく検出することが可能となり、磁気検出ユニット５１，１５１の検出精度を向上させることができる。
　また、ホール素子５６は、磁束検出面５６ａが、第１磁石及び第２磁石の軸方向一端面と同一平面上に位置するように配置される。
　この構成では、ホール素子５６の磁束検出面５６ａは、第１磁石５３及び第２磁石５４の軸方向一端面と同一平面上に位置する。このため、ホール素子５６，第１磁石５３及び第２磁石５４を検出対象に対してできるだけ接近させることが可能となる。第１磁石５３及び第２磁石５４に近い位置、すなわち磁界が強い位置に検出対象がある場合の方が、第１磁石５３及び第２磁石５４から離れた位置であって磁界が弱い位置に検出対象がある場合よりも合成磁界における磁束の方向は検出対象に追従して大きく変化する。また、ホール素子５６は、第１磁石５３及び第２磁石５４の磁極に近い領域であって、磁束密度が非常に高い領域に配置される。このため、ホール素子５６を通過する磁束密度が大きいことから、磁束の方向の変化がわずかであっても、検出対象が第１磁石５３及び第２磁石５４の近くを通過することで生じる合成磁界における磁束の方向の変化をホール素子５６によって確実に検出することができる。この結果、磁気検出ユニット５１，５２は、磁気検出ユニット５１，５２の近くを通過する検出対象の動きを確実に検出することができる。
　また、ホール素子１５６は、磁束検出面１５６ａが、第１磁石１５３及び第２磁石１５４の軸方向一端面から軸方向外側に離れて位置するように配置される。
　この構成では、ホール素子１５６の磁束検出面１５６ａが、第１磁石１５３及び第２磁石１５４の軸方向一端面から軸方向外側に離れて位置する。このため、ホール素子１５６は第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象との間に位置することになる。このように、第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象とが離れた位置にあると、その間の領域、すなわちホール素子１５６が設けられる領域における磁束の方向は、検出対象が第１磁石１５３及び第２磁石１５４の近くを通過することで大きく変化する。したがって、第１磁石１５３及び第２磁石１５４と検出対象との間に配置されるホール素子１５６は、検出対象が第１磁石１５３及び第２磁石１５４の近くを通過することで生じる合成磁界における磁束の方向の変化を確実に検出することができる。この結果、磁気検出ユニット１５１は、磁気検出ユニット１５１の近くを通過する検出対象の動きを確実に検出することができる。
　また、第１磁石１５３と第２磁石１５４とは、軸方向に沿って接触して配置される。
　この構成では、第１磁石１５３と第２磁石１５４とが、軸方向に沿って接触して配置される。このため、第１磁石１５３と第２磁石１５４との間にホール素子１５６が配置される場合と比較して、磁気検出ユニット１５１はコンパクト化される。したがって、磁気検出ユニット１５１が取り付けられるスペースが制限される場合であっても容易に設置することができる。
　また、ストローク検出装置１００は、シリンダチューブ２０に対して進退自在に設けられるピストンロッド３０の表面に、ピストンロッド３０の進退方向に沿って設けられるスケール６０と、スケール６０に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、スケール６０によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニット５１，５２，１５１と、を備える。
　この構成では、ピストンロッド３０に設けられたスケール６０が磁気検出ユニット５１，５２，１５１の近くを通過することで生じるわずかな磁束の方向の変化もホール素子５６，１５６によって検出される。この結果、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量を精度よく検出することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、磁気検出ユニット５１，５２，１５１は、シリンダ１０のストローク量を検出するものに限定されず、磁気検出ユニット５１，５２，１５１のホール素子５６，１５６の検出方向に対して直交する方向に移動する磁性体の接近や接近方向を検知するセンサとして用いられてもよい。
　本願は２０１６年３月３０日に日本国特許庁に出願された特願２０１６－６８２６９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 　磁気検出ユニットであって、
    　第１磁界を発生させる第１磁界発生部と、
    　前記第１磁界発生部と並列に配置され、前記第１磁界の向きと反対の向きの第２磁界を発生させる第２磁界発生部と、
    　磁束検出面を有し、前記磁束検出面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する磁気検出素子と、を備え、
    　前記磁気検出素子は、前記第１磁界と前記第２磁界とによる合成磁界における磁束の方向と前記磁束検出面とが平行となる位置に配置される磁気検出ユニット。
  2. 　請求項１に記載の磁気検出ユニットであって、
    　前記磁気検出素子は、前記磁束検出面が、前記第１磁界発生部及び前記第２磁界発生部の軸方向一端面と同一平面上に位置するように配置される磁気検出ユニット。
  3. 　請求項１に記載の磁気検出ユニットであって、
    　前記磁気検出素子は、前記磁束検出面が、前記第１磁界発生部及び前記第２磁界発生部の軸方向一端面から軸方向外側に離れて位置するように配置される磁気検出ユニット。
  4. 　請求項３に記載の磁気検出ユニットであって、
    　前記第１磁界発生部と前記第２磁界発生部とは、軸方向に沿って接触して配置される磁気検出ユニット。
  5. 　請求項１に記載の磁気検出ユニットを備えるストローク検出装置であって、
    　第１部材に対して進退自在に設けられる第２部材の表面に、前記第２部材の進退方向に沿って設けられるスケールと、
    　前記スケールに対向するように前記第１部材に設けられ、前記スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する前記磁気検出ユニットと、を備えるストローク検出装置。
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