WO2024070679A1

WO2024070679A1 - ポジションセンサ

Info

Publication number: WO2024070679A1
Application number: PCT/JP2023/033307
Authority: WO
Inventors: 徹高野; 喬須磨; 大輔佐藤
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-09-13
Publication date: 2024-04-04

Abstract

ポジションセンサは、筒部を有するガイド部材と、筒部を囲うように配置された検出部分を有するフレキシブルプリント基板と、筒部に沿って回転または直線移動する軸部材とを備える。検出部分は、発振コイルと、発振コイルの発生する磁界を受信する受信コイルとを含む。軸部材は、筒部を挟んで検出部分と向い合う側面に、磁性もしくは導電性を有する凹部が形成されている構成を備える。または、軸部材は、筒部を挟んで検出部分と向い合う側面に凹部が形成された軸本体と、軸本体の側面よりも内側に位置するように凹部内に配置された磁性もしくは導電性を有する部材とを有する構成を備える。この部材が磁性を有する場合は軸本体は非磁性材料よりなる。この部材が導電性を有する場合は軸本体は絶縁性を有する。

Description

ポジションセンサ

　本開示は、ポジションセンサに関する。特に、本開示は、磁界を用いて対象物の回転または直線移動を検出するポジションセンサに関する。

　磁界を用いて回転体の回転を検出するポジションセンサとしては、特許文献１が知られている。

　このようなポジションセンサは、回転体の表面に磁性体を設け、回転体を囲うようにフレキシブルプリント基板が配置されている。フレキシブルプリント基板は、磁性体（回転体）との間に間隙を設けて直接回転体と向かい合うように配置されている。フレキシブルプリント基板には、発振コイルおよび受信コイルが形成されており、磁性体の位置による発振コイルの発生させる磁界の変化を受信コイルで検出することで、回転体の位置を検出している。

米国特許出願公開第２０２０／０１１６５２９号

　従来の上記ポジションセンサは、磁性体が回転体の表面から突出している。そのため、フレキシブルプリント基板で直接囲う場合、フレキシブルプリント基板と回転体との間には間隙が形成される。

　また、回転体のぶれによって磁性体とフレキシブルプリント基板との接触が発生し、不具合が生じるおそれがある。そのため、磁性体とフレキシブルプリント基板との接触を避けるために、磁性体とフレキシブル基板との間の間隙を大きく設けたる必要がある。

　そのため、従来のポジションセンサは、不具合の発生を避けるために大型化しやすい傾向がある。

　本開示のポジションセンサは、大型化と不具合の発生とを抑制できる。

　本開示におけるポジションセンサは、筒部を有するガイド部材と、前記筒部を囲うように配置された検出部分を有するフレキシブルプリント基板と、前記筒部に沿って回転または直線移動する軸部材とを備える。前記検出部分は、発振コイルと、前記発振コイルの発生する磁界を受信する受信コイルとを含む。前記軸部材は、前記筒部を挟んで前記検出部分と向い合う側面に、磁性を有する凹部が形成されている構成を備える。または、前記軸部材は、前記筒部を挟んで前記検出部分と向い合う側面に凹部が形成された軸本体と、前記軸本体の側面よりも内側に位置するように前記凹部内に配置された磁性を有する別部材とを有する構成を備える。軸本体は非磁性材料よりなる。

　前記軸部材の凹部は、磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には凹部は磁性と非磁性のいずれを有していてもよく、前記軸本体は絶縁性を有し、別部材は磁性の代わりに導電性を有する。軸本体と別部材は磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

　磁性体または導電性の凹部、または、凹部に配置された別部材によって、受信コイルの受信する磁界が変化する。くわえて、フレキシブルプリント基板の検出部分と軸部材との間には、ガイド部材の筒部が介在している。

　本開示のポジションセンサでは、上述のように構成されているから、フレキシブルプリント基板の検出部分と軸部材とを大きく離す、すなわち検出部分と軸部材との間隙を大きくとることによる大型化を抑制しつつも、不具合の発生を抑制できる。

図１は、本開示におけるポジションセンサの斜視図である。図２は、図１に示すポジションセンサの軸部材の斜視図である。図３は、図１に示すポジションセンサの軸部材の背面図である。図４は、図３に示すポジションセンサの軸部材の線ＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、図１に示すポジションセンサのフレキシブルプリント基板の概略図である。図６は、本開示におけるポジションセンサの背面図である。図７は、図６に示すポジションセンサの線ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。図８は、本開示におけるさらに他のポジションセンサの斜視図である。図９は、図８に示すポジションセンサの軸部材の斜視図である。図１０は、図８に示すポジションセンサのフレキシブルプリント基板の検出部分の概略図である。図１１Ａは、本開示におけるさらに他のポジションセンサの軸部材の斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す軸部材の背面図である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示す軸部材の線ＸＩＣ－ＸＩＣにおける断面図である。図１１Ｄは、図１１Ａに示す軸部材の分解斜視図である。図１２Ａは、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材の斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す軸部材の背面図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに示す軸部材の線ＸＩＩＣ－ＸＩＩＣにおける断面図である。図１２Ｄは、図１２Ａに示す軸部材の別部材の斜視図である。図１３Ａは、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材の斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示す軸部材の背面図である。図１３Ｃは、図１３Ｂに示す軸部材の線ＸＩＩＩＣ－ＸＩＩＩＣにおける断面図である。図１３Ｄは、図１３Ａに示す軸部材の別部材の斜視図である。図１４は、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材の斜視図である。図１５Ａは、本開示におけるさらに他のポジションセンサの斜視図である。図１５Ｂは、図１５Ａに示すポジションセンサの背面図である。図１５Ｃは、図１５Ｂに示すポジションセンサの線ＸＶＣ－ＸＶＣにおける断面図である。図１６は、本開示におけるさらに他のポジションセンサの断面図である。

　以下、本発明の実施の形態に係るポジションセンサについて説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべて例示であり、本発明のひとつの実施例に過ぎない。また、当業者の理解を容易にするために、既によく知られた事項等の詳細な説明および実質的に同一の構成についての重複する説明については、省略する場合がある。

　また、以下、実施の形態の理解を容易にするために、上下、左右、前後という表現を用いて方向を示す場合がある。これらの方向については、便宜上用いているに過ぎず、実際の用途によって決まる方向ではない。ここで、上と下とは、左と右および前と後に直交する方向である。また、左と右とは、前と後に直交する方向である。

　（実施の形態の概要）
　図１、図２、図５を参照し、本開示の実施の形態におけるポジションセンサ１００の構成について説明する。ポジションセンサ１００は、ガイド部材１０と、フレキシブルプリント基板２０と、軸部材３０とを有する。

　ガイド部材１０は、筒部１１を有する。筒部１１は上下方向に延びる中心軸Ｃ１１を囲み中心軸Ｃ１１に沿って延びる筒形状を有する。フレキシブルプリント基板２０は、検出部分２１を有する。検出部分２１は、筒部１１を囲うように配置されている。より具体的には、筒部１１に沿って曲げられている。検出部分２１には、発振コイル２１ａと受信コイル２１ｂ、２１ｃとが形成されている。受信コイル２１ｂ、２１ｃは、発振コイル２１ａの発生する磁界（交流磁界）を受信するように構成されている。

　軸部材３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向かい合う側面に凹部３１が形成された磁性体である。軸部材３０は、回転可能に構成されている。

　ここで、磁性体とは、軸部材３０が磁性体のみで構成されている必要はなく、たとえば、軸部材３０は磁性体と非磁性体との混合体または磁性体と非磁性体との接合体で構成されており、少なくとも検出部分２１と向かい合う部分において磁性を有していてもよい。また、回転可能とは、時計回りや反時計回りまたはその両方への回転や、軸部材３０の（筒部１１の）中心軸Ｃ１１を中心とする回転角が３６０度未満となる回転を含む。

　なお、軸部材３０は磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸部材３０は磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。軸部材３０は導電体のみで構成されている必要はなく、たとえば、軸部材３０は導電体と絶縁体との混合体または導電体と絶縁体との接合体で構成されており、少なくとも検出部分２１と向かい合う部分において導電性を有していてもよい。

　ポジションセンサ１００の動作について説明する。軸部材３０の回転により凹部３１も共に回転する。凹部３１が検出部分２１内を移動するとき、受信コイル２１ｂ、２１ｃの受信する発振コイル２１ａの磁界に変化が生じる。つまり、凹部３１が検出部分２１内を移動するとき、受信コイル２１ｂ、２１ｃで生じる電圧に変化が生じる。この電圧の変化から、ポジションセンサ１００は、軸部材３０の回転量（回転角度）や回転速度や回転方向など検出できる。

　このように、ポジションセンサ１００は、受信コイル２１ｂ、２１ｃの受信する磁界を変化させる凹部３１が軸部材３０に形成されている。つまり、軸部材３０の径の変化が抑制されている。くわえて、フレキシブルプリント基板２０の検出部分２１と軸部材３０との間には、ガイド部材１０の筒部１１が介在している。

　そのため、ポジションセンサ１００は、フレキシブルプリント基板２０の検出部分２１と軸部材３０とを大きく離す（検出部分２１と軸部材３０との間隙を大きくとる）ことによる大型化を抑制しつつも、軸部材３０と検出部分２１との接触等による不具合の発生を抑制できるポジションセンサを提供できる。

　なお、少なくとも検出部分２１と向かい合う部分において軸部材３０自体が磁性を有している必要はない。たとえば、軸部材３０は、絶縁性の非磁性材料よりなり、本実施の形態では樹脂で形成された樹脂部材であってもよい。この場合、凹部３１内に磁性を有する別部材を有していてもよい。磁性体や別部材の一例としては、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイドなどが挙げられる。この構成については後述する。

　また、別部材が磁性の代わりに導電性を有する場合には、少なくとも検出部分２１と向かい合う部分において軸部材３０自体が導電性を有している必要はない。たとえば、軸部材３０は、樹脂で形成された樹脂部材であってもよい。この場合、凹部３１内に導電性を有する別部材を有していてもよい。導電体や別部材の一例としては、鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属が挙げられる。この構成については後述する。

　また、軸部材３０の移動を回転移動としたが、軸部材３０は、直線移動であってもよい。ここで、直線移動とは、例えば上下方向に沿った移動や左右方向に沿った移動や前後方向に沿った移動を示す。

　（実施の形態の詳細）
　図１から図５を参照して、より詳細にポジションセンサ１００について説明する。ポジションセンサ１００は、ガイド部材１０と、フレキシブルプリント基板２０と、軸部材３０とを有する。

　ガイド部材１０は、筒部１１と、基部１２とを有する。ガイド部材１０は、樹脂成型品であり、筒部１１と基部１２とは一体に形成されている。筒部１１は、基部１２から上方に向かって突出している。

　筒部１１は、内壁部１１ａと外壁部１１ｂとを有している。内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間には間隙が形成されている。内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間に形成された間隙には、フレキシブルプリント基板２０（後述する検出部分２１）が配置される。内壁部１１ａの上端と外壁部１１ｂの上端とは繋がっている。

　内壁部１１ａは、外壁部１１ｂよりも軸部材３０（凹部３１）の近くに配置されている。内壁部１１ａは、軸部材３０の全周を囲うように環状に形成されている。

　外壁部１１ｂは、内壁部１１ａを囲う（覆う）ように設けられている。また、外壁部１１ｂには上下方向に延びるスリット１３が形成されている。スリット１３からは内壁部１１ａが露出している。

　ガイド部材１０は、内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間にフレキシブルプリント基板２０（検出部分２１）を配置することにより、フレキシブルプリント基板２０（検出部分２１）の動きを規制することができる。また、外壁部１１ｂにスリット１３を設けることにより、容易に内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間にフレキシブルプリント基板２０（検出部分２１）を配置することができる。

　フレキシブルプリント基板２０は、検出部分２１と制御部分２２と接続部分２３とを有する。フレキシブルプリント基板２０は、複数の絶縁層が積層された積層体であり、層間に配線（回路）が形成されている。検出部分２１と制御部分２２と接続部分２３とは、一体となっている。

　検出部分２１は、筒部１１に沿って曲げられ、筒部１１を囲うように配置されている。ここで、検出部分２１は、筒部１１のおおよそ半分程度を囲うように配置されている。言い換えると、検出部分２１は、軸部材３０のおおよそ１８０度の領域を囲むように構成されている。

　検出部分２１には、発振コイル２１ａと受信コイル２１ｂと受信コイル２１ｃとが形成されている。受信コイル２１ｂと受信コイル２１ｃとは、発振コイル２１ａの発生する磁界を受信する。発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃとは絶縁層を介して電気的に絶縁されている。また、受信コイル２１ｂと受信コイル２１ｃとは絶縁層を介して電気的に絶縁されている。上面視において、２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃは、それぞれ発振コイル２１ａよりも内側の領域に配置されている。

　受信コイル２１ｂは、正弦波形状を有する螺旋形状部位２１ｂ１を有している。また、受信コイル２１ｃは、正弦波形状を有する螺旋形状部位２１ｃ１を有している。ここで、螺旋形状部位２１ｂ１と螺旋形状部位２１ｃ１との形状の関係は、おおよそｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係である。なお、上面視において、螺旋形状部位２１ｂ１および螺旋形状部位２１ｃ１はともに、螺旋形状部位２１ｂ１および螺旋形状部位２１ｃ１内で回路が短絡していない。言い換えると、２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃは、絶縁層を貫通するスルーホールを介して複数の絶縁層間にまたがって形成されている。

　送信コイル２１ａに発生する磁界が受信コイル２１ｂ、２１ｃを鎖交する。軸部材３０の回転により凹部３１は受信コイル２１ｂ、２１ｃに対して図５に示す左右方向と前後方向に移動する。凹部３１は局部的に透磁率または導電率が低いので、受信コイル２１ｂ、２１ｃの凹部３１が対向する部分を鎖交する磁界が変わる。このように、ｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係となる螺旋形状部位２１ｂ１、２１ｃ１とを有する２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃを設けることにより、２つの受信コイルの出力から電圧比を得ることができる。鎖交する磁界が変化することでこの電圧比が変化する。ポジションセンサ１００は、高い検出精度でこの電圧比により凹部３１の位置すなわち凹部３１の角度位置を検出することができる。

　また、検出部分２１は、内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間に配置される。より具体的には、検出部分２１は、中央部２１ｄと、左部２１ｅと、右部２１ｆとを有する。左部２１ｅと右部２１ｆとは、内壁部１１ａと外壁部１１ｂとの間に配置される。中央部２１ｄは、スリット１３から露出するように配置される。ここで、左部２１ｅは中央部２１ｄの左方向に位置し、右部２１ｆは中央部２１ｄの右方向に位置している。つまり、左部２１ｅと右部２１ｆとは中央部２１ｄに繋がり、中央部２１ｄを介して繋がっている。

　接続部分２３は、検出部分２１の中央部２１ｄと制御部分２２とを繋げる。接続部分２３の幅（右端と左端との間の距離）は、検出部分２１の幅および制御部分２２の幅よりも狭い（小さい）。接続部分２３には、発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃとを接続される引き回し配線が通っている。引き回し配線２３ａは、中央部２１ｄと右部２１ｆとを通り、発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃと接続される。

　制御部分２２は、制御回路２２ａが設けられている。制御部分２２は、基部１２に配置される。制御回路２２ａは、引き回し配線２３ａと接続されている。つまり、制御回路２２ａを介して、発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃと接続される。制御回路２２ａは、たとえば集積回路（ＩＣ）などが挙げられる。制御回路２２ａは、２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃの出力電圧比からをリニアな電圧に変換して出力する。

　ここで、接続部分２３の幅（右端と左端との間の距離）が、検出部分２１の幅および制御部分２２の幅よりも狭い（小さい）ため、検出部分２１の熱が制御部分２２へと移動することを抑制できる。そのため、制御部分２２に熱に弱い部品（たとえばＩＣなど）を配置することができる。

　軸部材３０は、回転可能に構成されている。軸部材３０は、筒部１１の内壁部１１ａを挟んで検出部分２１と向かい合う側面に２つの凹部３１が形成された磁性体である。２つの凹部３１はそれぞれ、軸部材の中心付近を挟んで向かい合うように形成されている。

　凹部３１は、上下の長さが左右の長さよりも長い。２つの凹部３１間の距離は、螺旋形状部位２１ｂ１に一方の凹部３１が向かい合っているとき、他方の凹部３１が螺旋形状部位２１ｂ１と向い合わないように設定されている。さらに、より好ましくは、２つの凹部３１間の距離は、螺旋形状部位２１ｃ１に一方の凹部３１が向かい合っているとき、他方の凹部３１が螺旋形状部位２１ｃ１と向い合わないように設定されている。

　さらに、より好ましくは、２つの凹部３１間の距離は、螺旋形状部位２１ｂ１および螺旋形状部位２１ｃ１に、１つの凹部３１のみが向かい合うように設定されている。

　なお、凹部３１間の距離とは、軸部材３０の周方向（回転方向）における距離であり、一方の凹部３１の左端と他方の凹部３１の右端との間の距離である。

　このように２つの凹部３１を設けることにより、そして、２つの凹部３１のうちの１つが螺旋形状部位２１ｂ１、２１ｃ１と向かい合うように配置することで、フレキシブルプリント基板２０の検出部分２１の長さを短くすることができる。

　なお、軸部材３０が２つの凹部３１を有する構成を開示したが、軸部材３０は、図６および図７に示される実施の形態における他のポジションセンサ１０１では１つの凹部のみを有する。なお、ポジションセンサ１０１は、ポジションセンサ１００の２つの凹部３１が１つの凹部３１になっていること以外は、ポジションセンサ１００と同一の構成である。フレキシブルプリント基板２０の検出部分２１は、軸部材３０のおおよそ１８０度の領域を囲むように構成されている。そのため、ポジションセンサ１０１は、軸部材３０の回転角が１８０度以下に規制されていることが好ましい。

　また、軸部材３０は、３つ以上の凹部を有していてもよい。この場合、複数の凹部のぞれぞれの間の距離は、螺旋形状部位２１ｂ１および螺旋形状部位２１ｃ１に、３つ以上の凹部のうちの１つの凹部のみが向かい合うように設定されていることが好ましい。

　ポジションセンサ１００の動作について説明する。軸部材３０の回転により２つの凹部３１も共に回転する。２つの凹部３１のうちの１つは、常に検出部分２１の螺旋形状部位２１ｂ１、２１ｃ１と向い合っている。そのため、受信コイル２１ｂ、２１ｃ（螺旋形状部位２１ｂ１、２１ｃ１）の受信する発振コイル２１ａの磁界に変化が生じる。つまり、制御回路２２ａには、凹部３１の位置に応じた受信コイル２１ｂ、２１ｃ（螺旋形状部位２１ｂ１、２１ｃ１）の出力電圧が入力される。

　制御回路２２ａは、受信コイル２１ｂ（螺旋形状部位２１ｂ１）と受信コイル２１ｃ（螺旋形状部位２１ｃ１）の出力電圧比に基づいて、軸部材３０の回転量（回転角度）に対してリニアに変化する電圧を出力する。より好ましくは、制御回路２２ａは、出力電圧（比）の変化速度から回転速度を検出するように構成されていてもよい。また、より好ましくは、制御回路２２ａは、出力電圧（比）の差分（増減）から回転方向を出力するように構成されていてもよい。

　このようにして、ポジションセンサ１００は、軸部材３０の回転量（回転角度）や回転速度や回転方向など検出できる。

　（変形例）
　図８および図９には、先に説明したポジションセンサ１００の変形例として実施の形態におけるさらに他のポジションセンサ２００を示す。ポジションセンサ１００と実質的に同じ構成または機能を持つ部分については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　ガイド部材１０は、筒部１４をさらに有する。筒部１４は、筒部１１の下方に配置されている。筒部１１と基部１２と筒部１４とは一体に形成されている。筒部１４は、基部１２から下方に突出している。

　筒部１４は、内壁部１４ａと外壁部１４ｂとを有している。内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間には間隙が形成されている。内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間に形成された間隙には、フレキシブルプリント基板２０（後述する検出部分２４）が配置される。内壁部１４ａの下端と外壁部１４ｂの下端とは繋がっている。

　内壁部１４ａは、外壁部１４ｂよりも軸部材３０（後述する凹部３２）の近くに配置されている。内壁部１４ａは、軸部材３０の全周を囲うように環状に形成されている。

　外壁部１４ｂは、内壁部１４ａを囲う（覆う）ように設けられている。また、外壁部１４ｂには上下方向に延びるスリット１５が形成されている。スリット１５からは内壁部１４ａが露出している。

　ガイド部材１０は、内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間にフレキシブルプリント基板２０を配置することにより、フレキシブルプリント基板２０の動きを規制することができる。また、外壁部１４ｂにスリット１５を設けることにより、容易に内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間にフレキシブルプリント基板２０を配置することができる。

　フレキシブルプリント基板２０は、検出部分２４と接続部分２６とをさらに有している。検出部分２４は、筒部１４を囲うように配置されている。検出部分２４は、検出部分２１と同様に筒部１４へ配置されている。検出部分２１、２４と制御部分２２と接続部分２３、２６とは、一体となっている。検出部分２４は接続部分２６を介して制御部分２２に接続されて一体となっている。

　検出部分２４は、筒部１４に沿って曲げられ、筒部１４を囲うように配置されている。ここで、検出部分２４は、筒部１４のおおよそ半分程度を囲うように配置されている。言い換えると、検出部分２４は、軸部材３０のおおよそ１８０度の領域を囲むように構成されている。

　図１０は、検出部分２４の概略図である。検出部分２４は、筒部１４の内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間に配置される。より具体的には、検出部分２４は、中央部２４ｄと、左部２４ｅと、右部２４ｆとを有する。左部２４ｅと右部２４ｆとは、内壁部１４ａと外壁部１４ｂとの間に配置される。中央部２４ｄは、スリット１５から露出するように配置される。ここで、左部２４ｅは中央部２４ｄの左方に位置し、右部２４ｆは中央部２４ｄの右方に位置している。つまり、左部２４ｅと右部２４ｆとは中央部２４ｄに繋がり、中央部２４ｄを介して繋がっている。

　ここで、検出部分２４は、図５に示す検出部分２１と同様の構成であり、発振コイル２４ａと２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃが設けられている。検出部分２４の発振コイル２４ａと２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃは、図５に示す検出部分２１の発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃとそれぞれ同様の構成を有するが、９０度回転して重なる。すなわち、もしくは、検出部分２４の発振コイル２４ａと２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃは、図５に示す検出部分２１の発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃと拡大もしくは縮小した上で９０度回転して重なる。受信コイル２４ｂは正弦波形状を有する螺旋形状部位２４ｂ１を有し、受信コイル２４ｃは正弦波形状を有する螺旋形状部位２４ｃ１を有している。螺旋形状部位２４ｂ１と螺旋形状部位２４ｃ１との形状の関係は、おおよそｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係である。なお、上面視において、螺旋形状部位２４ｂ１および螺旋形状部位２４ｃ１はともに、螺旋形状部位２４ｂ１および螺旋形状部位２４ｃ１内で回路が短絡していない。言い換えると、２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃは、絶縁層を貫通するスルーホールを介して複数の絶縁層間にまたがって形成されている。なお、フレキシブルプリント基板２０は、検出部分２４が制御部分２２を介して検出部分２１と繋がり一体となっている。

　送信コイル２４ａに発生する磁界が受信コイル２４ｂ、２４ｃを鎖交する。軸部材３０の上下方向の直線移動により凹部３２は受信コイル２４ｂ、２４ｃに対して図１０に示す上下方向に移動する。凹部３２は局部的に透磁率または導電率が低いので、受信コイル２４ｂ、２４ｃの凹部３２が対向する部分を鎖交する磁界が変わる。このように、ｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係となる螺旋形状部位２４ｂ１、２４ｃ１とを有する２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃを設けることにより、２つの受信コイルの出力から電圧比を得ることができる。鎖交する磁界が変化することでこの電圧比が変化する。ポジションセンサ２００は、高い検出精度でこの電圧比により凹部３２の位置も検出することができる。

　制御部分２２には、制御回路２２ａを含む制御ユニット２５が設けられている。制御ユニット２５は、検出部分２１、２４と電気的に接続されている。より具体的には、制御ユニット２５は、制御回路２２ａと制御回路２２ｂとを有し、制御回路２２ａは検出部分２１と電気的に接続されており、制御回路２２ｂは検出部分２４と電気的に接続されている。

　軸部材３０は、回転移動可能な構成に加え、さらに直線移動可能に構成されている。軸部材３０は、筒部１１内と筒部１４内に配置される。軸部材３０は、筒部１４を挟んで検出部分２４と向かい合う側面に凹部３２がさらに形成された磁性体である。凹部３２は、軸部材３０の周方向に沿って形成されている。つまり、凹部３２の形状は、凹部３１の形状に比べて左右方向に長く、上下方向に短い。すなわち、凹部３１の上下方向の幅は、凹部３２の上下方向の幅より長く、凹部３１の左方向（左右方向）の幅は、凹部３２の左方向（左右方向）の幅より短い。

　軸部材３０が回転移動するとき、検出部分２１に設けられた発振コイル２１ａと２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃで凹部３１の動きによる磁界の変化を検出する。また、軸部材３０が筒部１１の中心軸Ｃ１１に沿って直線移動するとき、検出部分２４に設けられた発振コイルと２つの受信コイルで、凹部３２の動きによる磁界の変化を検出する。

　制御回路２２ａは、検出部分２１の２つの受信コイル２１ｂ、２１ｃからの入力を受けて、軸部材３０の回転量（回転角度）、回転速度、回転方向などに応じた電気信号を出力する。また、制御回路２２ｂは、２つの受信コイル２４ｂ、２４ｃからの入力を受けて、中心軸Ｃ１１に沿った軸部材３０の移動量、移動速度、移動方向などに応じた電気信号の出力を行う。

　このような構成とすることにより、ポジションセンサ２００は、１つのフレキシブルプリント基板２０で軸部材３０の回転と直線移動の両方を検出できる。

　ポジションセンサ２００は、筒部１１と検出部分２１を備えず、軸部材３０は凹部３１を有していなくてもよい。この構成を有するポジションセンサは、軸部材３０の回転を検出できないが、上下方向の直線移動を検出できる。

　なお、少なくとも検出部分２４と向かい合う部分において軸部材３０自体が磁性を有している必要はない。たとえば、軸部材３０は、絶縁性の非磁性材料よりなり、本実施の形態では樹脂で形成された樹脂部材であってもよい。この場合、凹部３２内に磁性を有する別部材を有していてもよい。この構成については後述する。

　また、軸部材３０が磁性の代わりに導電性を有する場合は、少なくとも検出部分２４と向かい合う部分において軸部材３０自体が導電性を有している必要はない。たとえば、軸部材３０は、樹脂で形成された樹脂部材であってもよい。この場合、凹部３２内に導電性を有する別部材を有していてもよい。この構成については後述する。

　また、制御ユニットは、２つの制御回路２２ａと２２ｂとを有している必要はない。制御回路２２ａが、検出部分２１と検出部分２４の双方の発振コイルおよび２つの受信コイルからの入力を受け、それぞれの入力に応じた出力を行うように構成されていてもよい。

　図１１Ａは、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材１３０の斜視図である。図１に示すポジションセンサ１００は図２に示す軸部材３０の代わりに軸部材１３０を備えていてもよい。軸部材１３０は全体として軸部材３０と同じ形状を有する。

　図１１Ｂは軸部材１３０の背面図である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示す軸部材１３０の線ＸＩＣ－ＸＩＣにおける断面図である。図１１Ｄは軸部材１３０の分解斜視図である。軸部材１３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面に凹部１３１が形成された軸本体１３０Ａと、軸本体１３０Ａの側面よりも内側に位置するように凹部１３１内に配置された磁性を有する別部材１３０Ｂとを有する。軸本体１３０Ａは樹脂等の絶縁性の非磁性材料よりなる。別部材１３０Ｂは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイド等の磁性材料よりなる。軸部材１３０は図１と図２に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置を検出できる。

　別部材１３０Ｂは磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸本体１３０Ａは樹脂等の絶縁体よりなり、別部材１３０Ｂは鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属等の導電体よりなる。別部材１３０Ｂと軸本体１３０Ａは磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

　軸部材３０の回転により凹部３１は受信コイル２１ｂ、２１ｃに対して図５に示す左右方向と前後方向に移動する。凹部３１は局部的に透磁率または導電率が高いので、受信コイル２１ｂ、２１ｃの凹部３１が対向する部分を鎖交する磁界が変わる。これにより凹部３１の位置すなわち凹部３１の角度位置を検出することができる。

　図１２Ａは、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材２３０の斜視図である。図１に示すポジションセンサ１００は図２に示す軸部材３０の代わりに軸部材２３０を備えていてもよい。軸部材２３０は全体として軸部材３０と同じ形状を有する。

　図１２Ｂは軸部材２３０の背面図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに示す軸部材２３０の線ＸＩＩＣ－ＸＩＩＣにおける断面図である。軸部材２３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面を有する軸本体２３０Ａと、軸本体２３０Ａの側面から露出しないように軸本体２３０Ａに埋設された磁性を有する別部材２３０Ｂとを有する。図１２Ｄは別部材２３０Ｂの斜視図である。軸本体２３０Ａは樹脂等の絶縁性の非磁性材料よりなる。別部材２３０Ｂは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイド等の磁性材料よりなる。軸部材２３０は図１と図２に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置を検出できる。

　別部材２３０Ｂは磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸本体２３０Ａは樹脂等の絶縁体よりなり、別部材２３０Ｂは鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属等の導電体よりなる。別部材２３０Ｂと軸本体２３０Ａは磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

　図１３Ａは、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材３３０の斜視図である。図１に示すポジションセンサ１００は図２に示す軸部材３０の代わりに軸部材３３０を備えていてもよい。軸部材３３０は全体として軸部材３０と同じ形状を有する。

　図１３Ｂは軸部材３３０の背面図である。図１３Ｃは、図１３Ｂに示す軸部材３３０の線ＸＩＩＩＣ－ＸＩＩＩＣにおける断面図である。軸部材３３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面に凹部３３１が形成された軸本体３３０Ａと、軸本体３３０Ａの側面よりも内側に位置するように凹部３３１内に配置された磁性を有する別部材３３０Ｂとを有する。図１３Ｄは別部材３３０Ｂの斜視図である。軸本体３３０Ａは樹脂等の絶縁性の非磁性材料よりなる。別部材３３０Ｂは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイド等の磁性材料よりなる。

　別部材３３０Ｂは、中心軸Ｃ１１に沿って延びる基材部１３３０Ｂと、基材部１３３０Ｂから突出する突出部２３３０Ｂとを有する。基材部１３３０Ｂは軸本体３３０Ａの上記側面から露出せず、突出部２３３０Ｂが上記側面から露出する。軸部材３３０は図１と図２に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置を検出できる。

　別部材３３０Ｂは磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸本体３３０Ａは樹脂等の絶縁体よりなり、別部材３３０Ｂは鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属等の導電体よりなる。別部材３３０Ｂと軸本体３３０Ａは磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

　図１４は、本開示におけるポジションセンサのさらに他の軸部材４３０の斜視図である。図８に示すポジションセンサ２００は図９に示す軸部材３０の代わりに軸部材４３０を備えていてもよい。軸部材４３０は全体として軸部材３０と同じ形状を有する。

　軸部材４３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面に設けられた凹部５３１と筒部１１を挟んで検出部分２４と向い合う側面に設けられた凹部５３２とが形成された軸本体５３０Ａと、軸本体５３０Ａの側面よりも内側に位置するように凹部５３１内に配置された磁性を有する別部材５３０Ｂと、軸本体５３０Ａの側面よりも内側に位置するように凹部５３２内に配置された磁性を有する別部材５３０Ｃとを有する。軸本体５３０Ａは樹脂等の絶縁性の非磁性材料よりなる。別部材５３０Ｂ、５３０Ｃは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイド等の磁性材料よりなる。軸部材４３０は図８と図９に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置と直線移動とを検出できる。

　別部材５３０Ｂ、５３０Ｃは磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸本体５３０Ａは樹脂等の絶縁体よりなり、別部材５３０Ｂ、５３０Ｃは鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属等の導電体よりなる。別部材５３０Ｂ、５３０Ｃと軸本体５３０Ａは磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

　図１５Ａは、本開示におけるさらに他のポジションセンサ５００の斜視図である。図１５Ｂは、ポジションセンサ５００の背面図である。図１５Ｃは、図１５Ｂに示すポジションセンサ５００の線ＸＶＣ－ＸＶＣにおける断面図である。図１５Ａから図１５Ｃにおいて、図１から図５に示すポジションセンサ１００と同じ部分には同じ参照番号を付す。

　ポジションセンサ５００は、図１から図５に示すポジションセンサ１００の軸部材３０の代わりに軸部材６３０を備える。図１に示すポジションセンサ１００の軸部材３０は、筒部１１に囲まれ、筒部１１内を回転または直線移動する。ポジションセンサ５００の軸部材６３０は軸部材３０と同じ材料よりなり、筒部１１の外側に配置されて筒部１１に囲まれていないが、軸部材３０と同様に、筒部１１に沿って中心軸Ｃ１１を中心に回転するまたは上下方向に直線移動する。

　軸部材６３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面に磁性を有し、かつ凹部６３１が形成されている。軸部材６３０は図１と図２に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置を検出できる。

　なお、軸部材６３０は磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸部材６３０は磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。軸部材６３０は導電体のみで構成されている必要はなく、たとえば、軸部材６３０は導電体と絶縁体との混合体または導電体と絶縁体との接合体で構成されており、少なくとも検出部分２１と向かい合う部分において導電性を有していてもよい。

　図１６は、本開示におけるさらに他のポジションセンサ６００の断面図である。図１６において、図１５Ａから図１５Ｃに示すポジションセンサ５００と同じ部分には同じ参照番号を付す。

　ポジションセンサ６００は、図１から図５に示すポジションセンサ１００の軸部材３０の代わりに軸部材６３０を備える。図１に示すポジションセンサ１００の軸部材３０は、筒部１１に囲まれ、筒部１１内を回転または直線移動する。ポジションセンサ６００の軸部材６３０は軸部材３０と同じ材料よりなり、筒部１１の外側に配置されて筒部１１に囲まれていないが、軸部材３０と同様に、筒部１１に沿って中心軸Ｃ１１を中心に回転するまたは上下方向に直線移動する。

　軸部材６３０は、筒部１１を挟んで検出部分２１と向い合う側面に凹部６３１が形成された軸本体６３０Ａと、軸本体６３０Ａの側面よりも内側に位置するように凹部６３１内に配置された磁性を有する別部材６３０Ｂとを有する。軸本体６３０Ａは樹脂等の絶縁性の非磁性材料よりなる。別部材６３０Ｂは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、オキサイド等の磁性材料よりなる。軸部材６３０は図１と図２に示す軸部材３０と同様に動作して、その角度位置を検出できる。

　別部材６３０Ｂは磁性の代わりに導電性を有していてもよい。この場合には軸本体６３０Ａは樹脂等の絶縁体よりなり、別部材６３０Ｂは鉄やアルミ、銅、ＳＵＳ等の金属等の導電体よりなる。別部材６３０Ｂと軸本体６３０Ａは磁性と非磁性のいずれを有していてもよい。

１０　　ガイド部材
１１　　筒部（第１の筒部）
１１ａ　　内壁部
１１ｂ　　外壁部
１２　　基部
１３　　スリット
１４　　筒部（第２の筒部）
２０　　フレキシブルプリント基板
２１　　検出部分（第１の検出部分）
２１ｄ　　中央部
２１ｅ　　左部
２１ｆ　　右部
２１ａ　　発振コイル（第１の発振コイル）
２１ｂ　　受信コイル（第１の受信コイル）
２１ｃ　　受信コイル（第２の受信コイル）
２１ｂ１　　螺旋形状部位（第１の螺旋形状部位）
２１ｃ１　　螺旋形状部位（第２の螺旋形状部位）
２２　　制御部分
２２ａ　　制御回路（第１の制御回路）
２２ｂ　　制御回路（第２の制御回路）
２３　　接続部分
２３ａ　　引き回し配線
２４　　第２の検出部分
２５　　制御ユニット
３０　　軸部材
３１　　凹部（第１の凹部）
３２　　凹部（第２の凹部）
１００　　ポジションセンサ
１０１　　ポジションセンサ
２００　　ポジションセンサ

Claims

　上下方向に延びる中心軸を囲み前記中心軸に沿って延びる筒形状を有する第１の筒部を有するガイド部材と、
　前記第１の筒部を囲うように配置された第１の検出部分を有するフレキシブルプリント基板と、
　前記第１の筒部に沿って前記中心軸を中心に回転するまたは前記上下方向に直線移動する軸部材と、
を備え、
　前記第１の検出部分は、
　　　　第１の発振コイルと、
　　　　前記第１の発振コイルの発生する磁界を受信する第１の受信コイルと、
　を含み、
　前記軸部材は、
　　　　前記第１の筒部を挟んで前記第１の検出部分と向い合う側面に磁性を有し、かつ第１の凹部が形成されている、
　　　　または、
　　　　　　　前記第１の筒部を挟んで前記第１の検出部分と向い合う側面に第１の凹部が形成された非磁性の軸本体と、
　　　　　　　前記軸本体の側面よりも内側に位置するように前記第１の凹部内に配置された磁性を有する第１の別部材と、
　　　　を有する、
　構成を備えた、
ポジションセンサ。
　前記軸部材は、前記第１の筒部に囲まれ、前記第１の筒部内を回転または直線移動する、
請求項１に記載のポジションセンサ。
　前記第１の検出部分は、前記第１の受信コイルと絶縁された第２の受信コイルをさらに含み、
　前記第１の受信コイルは、第１の螺旋形状部位を有し、
　前記第２の受信コイルは、第２の螺旋形状部位を有し、
　前記第１の螺旋形状部位と前記第２の螺旋形状部位との関係は、ｓｉｎ波とｃｏｓ波の関係である、
請求項１または２に記載のポジションセンサ。
　前記フレキシブルプリント基板は、
　　　　前記第１の検出部分からの入力を受ける制御部分と、
　　　　前記制御部分と前記第１の検出部分とを繋ぎ、前記制御部分および前記第１の検出部分よりも幅の狭い接続部分と、
　を有し、
　前記制御部分は、第１の制御回路を含み、
　前記接続部分は、前記第１の制御回路と前記第１の発振コイルと前記第１のコイルとを繋ぐ引き回し配線を含む、
請求項１から３のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
　前記第１の筒部は、
　　　　前記軸部材を囲む内壁部と、
　　　　前記内壁部を囲む外壁部と、
　を含み、
　前記第１の検出部分は、前記内壁部と前記外壁部との間に配置されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
　前記外壁部にはスリットが設けられており、
　前記第１の検出部分は、
　　　前記スリットから露出する中央部と、
　　　前記中央部から前記上下方向に直角の左方向に位置して前記中央部に繋がっており、かつ前記外壁部と前記内壁部との間に配置される左部と、
　　　前記中央部から右方向に位置して前記中央部に繋がっており、かつ前記外壁部と前記内壁部との間に配置される右部と、
　を有する、
請求項５に記載のポジションセンサ。
　前記ガイド部材は、前記第１の筒部の下方に位置する第２の筒部をさらに有し、
　前記フレキシブルプリント基板は、前記第２の筒部を囲うように配置され、第２の発振コイルと前記第２の発振コイルの発生する磁界を受信する第２の受信コイルとを含む第２の検出部分をさらに有し、
　前記制御部分は、前記第１の検出部分および前記第２の検出部分と電気的に接続されて前記第１の制御回路を含む制御ユニットを有し、
　前記軸部材は、
　　　　前記第２の筒部を挟んで前記第２の検出部分と向い合う側面に磁性を有し、かつ第２の凹部が形成されている、
　　　　または、
　　　　　　　前記軸本体の前記第２の筒部を挟んで前記第２の検出部分と向い合う側面に第２の凹部が形成されており、
　　　　　　　前記軸本体の側面よりも内側に位置するように前記第２の凹部内に配置された磁性を有する第２の別部材をさらに有する、
　構成を備え、
　前記第１の凹部の前記上下方向の幅は、前記第２の凹部の前記上下方向の幅より長く、
　前記第１の凹部の前記左方向の幅は、前記第１の凹部の前記左方向の幅より長く、
　前記軸部材は、回転および前記上下方向に移動する、
請求項４に記載のポジションセンサ。
　前記制御ユニットは、前記第２の検出部分からの入力を受ける第２の制御回路をさらに含む、
請求項７に記載のポジションセンサ。
　上下方向に延びる中心軸を囲み前記中心軸に沿って延びる筒形状を有する第１の筒部を有するガイド部材と、
　前記第１の筒部を囲うように配置された第１の検出部分を有するフレキシブルプリント基板と、
　前記第１の筒部に沿って前記中心軸を中心に回転するまたは前記上下方向に直線移動する軸部材と、
を備え、
　前記第１の検出部分は、
　　　　第１の発振コイルと、
　　　　前記第１の発振コイルの発生する磁界を受信する第１の受信コイルと、
　を含み、
　前記軸部材は、
　　　　前記第１の筒部を挟んで前記第１の検出部分と向い合う側面に導電性を有し、かつ第１の凹部が形成されている、
　　　　または、
　　　　　　　前記第１の筒部を挟んで前記第１の検出部分と向い合う側面に第１の凹部が形成された絶縁性を有する軸本体と、
　　　　　　　前記第１の軸本体の側面よりも内側に位置するように前記第１の凹部内に配置された導電性を有する第１の別部材と、
　　　　を有する、
　構成を備えた、
ポジションセンサ。
　前記軸部材は、前記第１の筒部に囲まれ、前記第１の筒部内を回転または直線移動する、
請求項９に記載のポジションセンサ。
　前記第１の検出部分は、前記第１の受信コイルと絶縁された第２の受信コイルをさらに含み、
　前記第１の受信コイルは、第１の螺旋形状部位を有し、
　前記第２の受信コイルは、第２の螺旋形状部位を有し、
　前記第１の螺旋形状部位と前記第２の螺旋形状部位との関係は、ｓｉｎ波とｃｏｓ波の関係である、
請求項９または１０に記載のポジションセンサ。
　前記フレキシブルプリント基板は、
　　　　前記第１の検出部分からの入力を受ける制御部分と、
　　　　前記制御部分と前記第１の検出部分とを繋ぎ、前記制御部分および前記第１の検出部分よりも幅の狭い接続部分と、
　を有し、
　前記制御部分は、第１の制御回路を含み、
　前記接続部分は、前記第１の制御回路と前記第１の発振コイルと前記第１のコイルとを繋ぐ引き回し配線を含む、
請求項９から１１のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
　前記第１の筒部は、
　　　　前記軸部材を囲む内壁部と、
　　　　前記内壁部を囲む外壁部と、
　を含み、
　前記第１の検出部分は、前記内壁部と前記外壁部との間に配置されている、
請求項９から１２のいずれか一項に記載のポジションセンサ。
　前記外壁部にはスリットが設けられており、
　前記第１の検出部分は、
　　　前記スリットから露出する中央部と、
　　　前記中央部から前記上下方向に直角の左方向に位置して前記中央部に繋がっており、かつ前記外壁部と前記内壁部との間に配置される左部と、
　　　前記中央部から右方向に位置して前記中央部に繋がっており、かつ前記外壁部と前記内壁部との間に配置される右部と、
　を有する、
請求項１３に記載のポジションセンサ。
　前記ガイド部材は、前記第１の筒部の下方に位置する第２の筒部をさらに有し、
　前記フレキシブルプリント基板は、前記第２の筒部を囲うように配置され、第２の発振コイルと前記第２の発振コイルの発生する磁界を受信する第２の受信コイルとを含む第２の検出部分をさらに有し、
　前記制御部分は、前記第１の検出部分および前記第２の検出部分と電気的に接続されて前記第１の制御回路を含む制御ユニットを有し、
　前記軸部材は、
　　　　前記第２の筒部を挟んで前記第２の検出部分と向い合う側面に磁性を有し、かつ第２の凹部が形成されている、
　　　　または、
　　　　　　　前記軸本体の前記第２の筒部を挟んで前記第２の検出部分と向い合う側面に第２の凹部が形成されており、
　　　　　　　前記軸本体の側面よりも内側に位置するように前記第２の凹部内に配置された導電性を有する第２の別部材をさらに有する、
　構成を備え、
　前記第１の凹部の前記上下方向の幅は、前記第２の凹部の前記上下方向の幅より長く、
　前記第２の凹部前記第１の凹部の前記左方向の幅は、前記第１の凹部の前記左方向の幅より長く、
　前記軸部材は、回転および前記上下方向に移動する、
請求項１２に記載のポジションセンサ。
　前記制御ユニットは、前記第２の検出部分からの入力を受ける第２の制御回路をさらに含む、
請求項１５に記載のポジションセンサ。