JP4532360B2 - 変位センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象物に取り付けて当該被測定対象物の変位量を検出するのに使用する変位センサに関する。

被測定対象物に取り付けてこの被測定対象物の変位量を検出する変位センサは公知である（例えば、特許文献１参照）。かかる特許文献１に記載された変位センサは、コイルが巻回形成されて交流電流が印加されるコイル部材と、コイル部材との間に所定の間隔を置いて対向配置され、コイルに沿って変位する移動子とを備えている。そして、コイルと移動子との間における実効誘導結合面積の変化によるコイルのインダクタンス変動に基づいて移動子の変位量を検出するようになっている。
特開２００４−１７０２７３号公報（第５−７頁、図１）

特許文献１に記載の変位センサに関しては、そのコスト低減のために各部品単体のある程度の寸法公差を許容したり、変位センサ組み付けの容易性を図るためにある程度の組み付け公差を容認しようとしたりすると、公差の範囲によっては、部品自体の寸法公差や部品同士の取り付け関係の位置ずれの許容範囲が狭くなって精度を向上させなければならないという問題があった。

本発明の目的は、変位センサを構成する部品の各部品の寸法公差や組み付け性向上のための組付け公差をある程度許容しつつも被測定対象物の高精度の変位量測定を常に可能とする変位センサを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明にかかる変位センサは、
測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセンシング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた変位センサにおいて、
前記コア本体には前記励磁コイルが巻回される突出部が形成され、かつ当該突出部の前記センシング部との対向面の少なくとも一部に、前記センシング部の延在方向に沿って傾斜するテーパ部が形成されていることを特徴としている。

センシング部とコア本体のセンシング部対向面との間隔がずれても、このようなテーパ部が形成されていることで、センシング部を横切る磁束が実質的にあまり変化することなく、その結果、センシング部とコア本体のセンシング部対向面との間隔が若干ずれても、検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。

また、請求項２に記載の変位センサは、請求項１に係る変位センサにおいて、
前記コア本体の前記センシング部側対向面がトラック状をなし、前記センシング部が当該コア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられたことを特徴としている。

コア本体のセンシング部側対向面がトラック状をなし、センシング部がコア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられていることで、センシング部がコア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれても、磁束に交差するセンシング部の面積があまり変化することなく、その結果、センシング部がコア本体の長手方向に若干ずれても検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。

また、本発明の請求項３に記載の変位センサは、請求項１に係る変位センサにおいて、
前記コア本体の前記センシング部側対向面が当該センシング部の延在方向と直交する方向を長手方向とする長方形形状をなし、前記センシング部が当該コア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられたことを特徴としている。

コア本体のセンシング部側対向面がセンシング部の延在方向と直交する方向を長手方向とする長方形形状をなし、センシング部がコア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられていることで、センシング部がコア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれても、磁束に交差するセンシング部の面積があまり変化することなく、検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。

本発明によると、変位センサを構成する各部品の寸法公差や組み付け性向上のための組付け公差をある程度許容しつつ被測定対象物の高精度の変位量測定を常に可能とする変位センサを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる変位センサを図面に基いて説明する。なお、本実施形態では変位センサの一形態である回転センサ１を用い、自動車のステアリング装置に関してこの回転センサ１をステアリングシャフトに取り付け、ハンドルの回転角度を検出する場合について説明する。

本発明の一実施形態にかかる回転センサ１は、図１及び図２に示すように、測定すべき回転体であるステアリングシャフトＳ（以下、単に「シャフトＳ」とする）に嵌め込まれかつ外周部に第１歯車１１を備えたロータ１０と、当該ロータ１０の第１歯車１１と噛合する第２歯車１２と、ロータ１０及び第２歯車１２を回転可能に支持する下ケース２１と、下ケース２１と嵌合して箱状のケース２０をなす上ケース２２を備えている。

ロータ１０は、強度と成型性に優れた合成樹脂でできており、ロータ１０の周囲所定位置からステー１５ａが延在し、例えば板厚０．５ｍｍ程度の板状のセンシング部１５がこのステー１５ａを介してロータ１０の周囲にリング状に備わっている。なお、センシング部１５は、真鍮、銀、アルミニウム、銅などの導電性部材でできており、本実施形態では周方向に９０度ずつその幅が例えば２ｍｍから５ｍｍまで規則的に変化するようになっている。このように周方向に９０度ずつセンシング部１５の幅を変化させることで、ロータ１０の実際の回転角度に対するコイルコア５０からの検出信号の変化を大きくとるようにしている。

また、上ケース２２と下ケース２１は、強度に優れかつ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材からなる遮蔽材でできており、上ケース２２と下ケース２１とが協働して箱体をなしてロータ１０やセンシング部１５、第２歯車１２を収容するようになっている。また、下ケース２１には、回転センサ１に電力を供給したり、回転センサ１の検出信号を外部に伝達したりするためのコネクタ２５が備わっている。

また、上ケース２２及び下ケース２１には、図１及び図３に示すように、２組のコイルコア５０がロータ１０のセンシング部１５のセンシング面に対して所定間隔隔てて対向配置するように取り付けられている。なお、センシング部１５とコイルコア５０が協働して第１の検出手段を構成している。

この２組のコイルコア５０は、図１に示すように、後述する各位相シフト量の出力値が２２．５度ずれるようにセンシング部１５の周方向に関して所定の角度で取り付けられており、図３及び図４に示すように、各外周縁が図１に示す平面視でいわゆる陸上競技のトラック形状をなしている。なお、コイルコア５０は、プラスチックマグネット（例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）にＭｎ−Ｚｎ系軟磁性フェライトを混入した混合軟磁性材等）などの絶縁性の軟磁性材でできたコア本体５１と、コア本体５１の外周部に沿って形成されたトラック状のコイル収容溝５５に巻回されてコア本体５１内に収容された励磁コイル５２とを備えている。

また、トラック状をなすコイル巻回用のコイル収容溝５５の内側には、図５に示すように、センシング部側から見て外周部が同じくトラック状をなすコイル巻回用突出部５３が形成されている。そして、このコイル巻回用突出部５３の上面、すなわちセンシング部１５との対向面にはセンシング部１５の延在方向に沿って傾斜するテーパ部５３ａが形成されている。このテーパ部５３ａは、コイル巻回用突出部５３の幅方向両端部から幅方向中央部に向かってコイル巻回用突出部５３の上面が凹むように形成されている。すなわち、コイル巻回用突出部５３の長手方向断面で見て深さの浅い断面視Ｖ字状の溝部５４がセンシング部１５の延在方向と直交する方向に形成されている。

また、対向する励磁コイル５２同士は、それぞれ直列に接続され、ケース２０内でここでは図示しない回転角度検出部のプリント基板と電気的に接続されている。そして、対向する励磁コイル５２に交流励磁電流が流されることで周囲に交流磁界を形成し、それぞれ対となっているコア本体５１間でセンシング部１５のセンシング面に対して交流磁界を交差させている。

そして、コイルコア５０から発生した交流磁界によって導電性部材のセンシング部１５には渦電流が発生するが、ロータ１０の回転に応じたセンシング部１５の幅の変化に対応してこの発生した渦電流が変化し、これに基づくインピーダンス変動を検出して各コイルコア５０がロータ１０の回転角度を９０度周期で検出するようになっている。

なお、コイルコア５０が各組ごとにセンシング部１５を挟んで対向配置される理由は、振動等によりロータ１０の位置がシャフトＳの軸方向に変動すると、これに伴い各々のコイルコア５０からの出力も変動するが、一方のコイルコア５０からの出力が増加した分、他方のコイルコア５０からの出力は減少するので、対向する２つのコイルコア５０からの出力を検出すれば各々のコイルコア５０の出力変動を相殺できるからである。

このロータ１０の回転角度検出のための信号処理方法は以下の通りである。なお、各回路構成については図示を省略する。まず、発振回路が分周回路を介して特定周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル５２及びコンデンサからなる位相シフト部に出力する。このとき、センシング部１５における渦電流発生の大きさに応じて各励磁コイル５２のインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位相シフト量検出部へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シフト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値に変換する。

なお、本実施形態では、各コイルコア５０とセンシング部１５とが協働することで得られる位相シフト量出力信号の位相が２２．５度ずれるようにコイルコア５０をセンシング部１５の周方向に対応させてケース２０に配置しているので、上述のような信号処理によって、図６（ａ）に示す通り、一方のコイルコア５０の位相シフト量出力値ＳＡと他方のコイルコア５０の位相シフト量出力値ＳＢに見られるように、互いに２２．５度位相のずれた９０度周期の位相シフト量の出力値が得られるようになっている。

このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ１０の回転角度を９０度周期で検出する方法は以下の通りである。

図６（ａ）に示すように、各コイルコア５０から得られるロータ１０の回転角度の出力値（ＳＡ，ＳＢ）とこれらをそれぞれ反転させた出力値（ＲＳＡ，ＲＳＢ）とを重畳させる。そして、各位相シフト量検出値の大小関係からロータ１０の回転角度が０度〜２２．５度、２２．５度〜４５度、４５度〜６７．５度、６７．５度〜９０度、のいずれの範囲にあるかを判断する。そして、これら４つの位相シフト量検出値の直線部分を用いるとともに、この直線部分同士をジョイント（結合）処理する。次いで、上述した４つの角度範囲における何れの角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図６（ｂ）に示す９０度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号からロータ１０の回転角度を９０度周期で求めるようになっている。

一方、下ケース２１には、図１及び図２に示すように、第２歯車１２の中心部分に第２歯車１２と一体に回転する磁石６１を備えるとともに、磁石６１に対向する下ケース２１の部分にこの磁石６１の磁束を検出するＭＲ素子（磁束検出素子）６２を備えている。そして、この磁石６１とＭＲ素子６２とが協働して第２の検出手段を構成している。

ＭＲ素子６２は、その検出出力値がｓｉｎ曲線状の検出出力値とｃｏｓ曲線状の検出出力値として得られ、これらの検出出力値をｔａｎ関数の検出出力値に換算して、図７に示すような１９１．２５度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号として出力するようになっている。なお、この信号処理方法は、例えば特開２００４−５３４４４号公報において記載されているように公知である。

ＭＲ素子６２の検出出力値の周期がこのように１９１．２５度となっている理由は、本実施形態の場合、ロータ１０に備わった第１歯車１１の歯数が８０、第２歯車１２の歯数が８５であるので、これらの歯数の関係から、第２歯車１２の回転に応じて検出されるＭＲ素子６２の検出信号の周期が１８０度×８５／８０＝１９１．２５度となっているためである。

このように、本実施形態にかかる回転センサ１では、コイルコア５０とセンシング部１５が協働して構成する第１の検出手段から得られる第１の検出信号がロータ１０の回転に対応して９０度の周期で出力され、かつ磁石６１とＭＲ素子６２が協働して構成する第２の検出手段から得られる第２の検出信号が第２歯車１２の回転に対応して１９１.２５度の周期で出力されるようになるが、本発明にかかる回転センサ１においては、これらの検出信号の周期間で以下の各関係を満たすことが必要とされている。

まず、各検出信号の周期が満たすべき第１の関係として、コイルコア（第１の検出手段）５０の検出信号の周期をＴｃ、ＭＲ素子（第２の検出手段）６２の検出信号の周期をＴｍとした場合、
（Ｔｍ−Ｔｃ×ｉ）×ｎ＝Ｔｍ（ｉ及びｎは正の整数）の関係を満たすようになっている。このような関係を満たすことで、ロータ１０すなわち測定すべきシャフトＳの絶対回転角度検出の分解能を向上させるとともに耐ノイズ性を向上させるようになっている。なお、本実施形態にかかる回転センサ１の場合、
Ｔｃ＝９０度、Ｔｍ＝１９１．２５度として、ｉ＝２、ｎ＝１７とすると、
（１９１．２５−９０×２）×１７＝１９１．２５となり、上述の関係式を満たしている。

また、この周期Ｔｍ及び周期Ｔｃに互いに異なる正の整数をかけたそれぞれの倍数において、共通で最小のものをＴｘとすると、Ｔｘ≧１４４０度の関係を満たすようになっている。このような関係を満たすことで、測定範囲の±７２０度の範囲内で、第１の検出手段をなすコイルコア５０と第２の検出手段をなすＭＲ素子６２によって得られる２つの出力値の組み合わせに対応するロータ１０すなわちシャフトＳの絶対回転角度の解が複数発生してしまうのを回避し、コイルコア５０の出力値とＭＲ素子６２の出力値とから確実かつ一義的にロータ１０すなわちシャフトＳの絶対回転角度を求めることができるようになる。

続いて、上述した回転センサ１を用いたシャフトＳの絶対回転角度の測定方法について説明する。本実施形態にかかる回転センサ１は、上述したようにコイルコア５０の検出信号の周期と第２歯車１２の検出信号の周期が特別の関係を満たすので、ロータ１０の回転に対応するコイルコア５０の出力信号の周期と第２歯車１２に備わったＭＲ素子６２の出力信号の周期との対応関係は測定すべき絶対回転角度内で互いに幅広くかつ等間隔に分布した検量線（ここでは図示せず）に限定された関係になる。これに伴って、図７に示すようにコイルコア５０とセンシング部１５によるロータ１０の回転信号検出値が−７５０度から＋７５０度にわたって９０度ごとに鋸歯状の波形で交互に連続的に出力されるとともに、ＭＲ素子６２と磁石６１による第２歯車１２の回転角度検出出力値の周期が１９１．２５度ごとに鋸歯状の波形で交互に連続的に出力される。

従って、コイルコア５０とセンシング部１５から検出された周期とＭＲ素子６２と磁石６１から検出された周期を比較して、これらの比較結果からロータ１０と一体となって回転するシャフトＳの絶対回転角度を一義的にかつ高分解能で精度良く求めることができる。

なお、本実施形態にかかる回転センサ１は、上述したようにコイルコア５０のコア本体５１のセンシング部側対向面がトラック状をなし、センシング部１５が当該コア本体５１のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられている。

これによって、センシング部１５がコイルコア５０に対してセンシング部１５の延在方向と直交するセンシング部１５の径方向（以下、この方向を「Ｘ軸方向」とする）に若干ずれても、センシング部１５のコイルコア５０に対する投影面積が殆んど変化することが無い。その結果、センシング部１５がＸ軸方向に若干ずれても、センシング部に交差する磁束が実質的に変化することが殆んど無く、検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差をある程度許容しても、これら公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。また、例えば変位センサが、自動車等振動が加わる箇所に搭載された場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対位置変化の影響を低減することができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検出部との間の相対位置が変化したとしても、この影響を低減させることができる。

また、コア本体５１には励磁コイル５２が巻回されるコイル巻回用突出部５３が形成され、かつ当該コイル巻回用突出部５３のセンシング部１５との対向面の少なくとも一部に、センシング部１５の延在方向に沿って傾斜するテーパ部５３ａが形成されている。

このようなテーパ部５３ａが形成されていることで、センシング部１５とコア本体５１のセンシング部対向面との間隔がずれても、センシング部１５を横切る磁束が実質的に殆んど変化することなく、その結果、センシング部１５がコイルコア５０に対してセンシング面と垂直方向すなわちロータ１０の軸線方向（以下、この方向を「Ｚ軸方向」とする）に若干ずれても、検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。また、例えば変位センサが、自動車等振動が加わる箇所に搭載された場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対位置変化の影響を低減することができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検出部との間の相対位置が変化したとしても、この影響を低減させることができる。

なお、コイルコアの形状は、上述したコイルコア５０のように、各外周縁が平面視でいわゆる陸上競技のトラック形状をなしている代わりに、図８の変形例に示すコイルコア７０のような形状であっても良い。すなわち、同図に示すコイルコア７０のコア本体７１のセンシング部側対向面がセンシング部１５の延在方向と直交する方向を長手方向とする長方形形状をなし、センシング部１５が当該コア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられていても良い。

コイルコアがこのような形状を有する場合、上述の実施形態と同様に、センシング部１５がコイルコア７０に対してセンシング部１５の延在方向と直交するセンシング部１５の径方向（Ｘ軸方向）に若干ずれても、センシング部１５のコイルコア７０に対する投影面積が殆んど変化することが無い。その結果、センシング部１５がＸ軸方向に若干ずれても、センシング部に交差する磁束が実質的に変化することが殆んど無く、検出される変位量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差をある程度許容しても、これら公差の影響を受けず変位量の安定した検出を行うことが可能となる。また、例えば変位センサが、自動車等振動が加わる箇所に搭載された場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対位置変化の影響を低減することができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検出部との間の相対位置が変化したとしても、この影響を低減させることができる。

続いて、以下に本発明にかかる変位センサの一例として回転センサ１を用い、該回転センサ１のコイルコア５０を上述のような特別な形状にしたことによる優位性を、センシング部１５との対向面が円形をなす従来のコイルコア１５０と比較して確認したので、以下に実施例として記載する。

なお、本実施例においては、本発明にかかる回転センサ１に使用したコイルコア５０を本実施例とし、図９に示すセンシング部１５のセンシング面と対向するコア本体１５１の対向面外周部が円形をなすコイルコア１５０を比較例とした。

そして、実施例１として、センシング部１５がコイルコア５０，１５０に対して正規の位置関係にある状態と、コイルコア５０，１５０に対してセンシング部１５をＸ軸方向（センシング部１５の延在方向と垂直方向であってセンシング部１５の径方向）に僅かにずらした場合の本実施例と比較例の検出出力値の誤差について比較した。

また、実施例２として、コイルコア同士の間にセンシング部１５が正規の間隔で配置されている場合の検出出力値と、センシング部１５をＺ軸方向（センシング部１５のセンシング面に対して垂直方向であってロータ１０の径方向）に僅かにずらすことによって得られる検出出力値に基づき、センシング部１５がセンシング面に対して垂直方向に僅かにずれた場合の出力誤差について本実施例と比較例を比較した。
（実施例１）
図１０は、比較例である丸型のコイルコア１５０を用いてセンシング部１５がコイルコア１５０の正規の位置関係（シールド中心移動量０ｍｍ）からＸ軸方向（センシング部１５の延在方向と垂直方向すなわちセンシング部１５の径方向）にずれた場合を横軸とし、そのずれた各位置において測定された検出出力値であるインダクタンスを縦軸に示した測定図である。この場合、プロットした黒丸はセンシング部１５の幅が２ｍｍの部分でセンシング部１５をずらしたときの検出出力値であり、プロットした白丸はセンシング部１５の幅が５ｍｍの位置でこのセンシング部１５をずらしたときの検出出力値を示している。

この測定結果から明らかなように、センシング部１５の幅が２ｍｍの場合、センシング部１５をコイルコア１５０に対してＸ軸方向にずらすことによっても出力誤差が生じるが、特にセンシング部の幅が５ｍｍの場合、このセンシング部をコイルコアに対してＸ軸方向にずらすことによってこの出力誤差が顕著に大きくなることが分かった。

図１１は、図１０に対応する測定結果であり、本実施例であるトラック型のコイルコア５０を用いてセンシング部１５がコイルコア５０の正規の位置関係（シールド中心移動量０ｍｍ）からＸ軸方向（センシング部１５の延在方向と垂直方向すなわちセンシング部１５の径方向）にずれた場合を横軸とし、そのずれた各位置において測定された検出出力値であるインダクタンスを縦軸に示した測定図である。この場合、プロットした黒丸はセンシング部１５の幅が２ｍｍの部分でセンシング部１５をずらしたときの検出出力値であり、プロットした白丸はセンシング部１５の幅が５ｍｍの位置でこのセンシング部１５をずらしたときの検出出力値を示している。

この測定結果から明らかなように、センシング部１５の幅が２ｍｍの場合、センシング部１５をコイルコア５０に対してＸ軸方向にかなりずらさなければ出力誤差が生じす、また、センシング部１５の幅が５ｍｍの場合、センシング部１５をコイルコア５０に対してＸ軸方向にある程度ずらしただけでは出力誤差が殆んど生じないことが分かった。

図１２は、比較例を示した図１０におけるセンシング部１５の各ずれ量においてセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部の幅５ｍｍの場合の検出出力値の差をとった出力差（ひし形のプロット）と、本実施例を示した図１１におけるセンシング部１５の各ずれ量においてセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部の幅５ｍｍの場合の検出出力値の差をとった出力差（黒丸のプロット）を比較して示したものである。

この図においてはその特性上、センシング部１５のＸ軸方向へのずれ量が大きくなっても、各ずれ量においてセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部１５の幅５ｍｍの場合の検出出力値との出力差が大きい方が正確な回転角度を検出可能なことを示している。この図から明らかなように、黒丸のプロットで示した本実施例は、センシング部１５がある程度ずれてもこの各検出出力値の出力差が高い値を維持していることが分る。その一方、比較例は、センシング部１５の幅が少しでもずれると、その各検出出力値の出力差が急激に小さくなることが分かる。

以上の比較結果から、本実施例のコイルコア５０は、センシング部１５がコイルコア５０に対してＸ軸方向すなわちセンシング部１５の延在方向と直交するセンシング部１５の径方向にずれても、その検出出力値が本比較例のコイルコア１５０に較べて極めて安定していることが分かった。その結果、回転センサ１の部品公差や組み付け公差の関係からコイルコア５０とセンシング部１５との間で正規の取り付け位置関係からＸ軸方向へのずれが生じたとしても、本実施例は本比較例に較べて安定した変位の検出が可能であることが分かった。

なお、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に延在させ、かつ、延在方向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して設ければ、長手方向の移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。さらに、周方向あるいは長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が変化することで変位量を測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化することで変位量を測定するものであっても良い。
（実施例２）
図１３は、本実施例であるコイル巻回用突出部上面がトラック状をなすコイルコア５０を用いてセンシング部１５がコイルコア５０の正規の位置関係（シールド中心移動量０ｍｍ）からセンシング部１５がＺ軸方向（センシング部１５のセンシング面と垂直方向すなわちコイルコア間において何れかのコイルコア方向）にずれた場合を横軸とし、そのずれた各位置において測定された検出出力値であるインダクタンスを縦軸に示した測定図である。この場合、プロットした黒い正方形は実施例２の比較例に相当し、コイルコア５０のコイル巻回用突出部の上面に凹みをなすテーパ部５３ａすなわち溝部５４が無い場合におけるＺ軸方向のセンシング部１５のずれ量と検出出力値のインダクタンスを示している。

また、プロットした白いひし形は実施例２の本実施例に相当し、コイルコア５０のコイル巻回用突出部５３の上面に若干の凹みをなすテーパ部５３ａすなわち深さ０．２ｍｍの溝部５４を有する場合のＺ軸方向におけるセンシング部１５のずれ量と検出出力値のインダクタンスとの関係を示している。

また、プロットした黒い３角も実施例２の本実施例に相当し、コイルコア５０のコイル巻回用突出部５３の上面に中程度の凹みすなわち深さ０．３ｍｍの溝部５４を有する場合のＺ軸方向におけるセンシング部１５のずれ量と検出出力値のインダクタンスを示している。

また、プロットした白丸も実施例２の本実施例に相当し、コイルコア５０のコイル巻回用突出部５３の上面にこれらより深く窪んだ凹みすなわち深さ５ｍｍの溝部５４を有する場合のＺ軸方向におけるセンシング部１５のずれ量と検出出力値のインダクタンスを示している。

この測定結果から分かるように、コイルコア５０のコイル巻回用突出部５３のセンシング部１５と対向する上面に本実施形態のようなセンシング部１５の延在方向に沿って傾斜するテーパ部５３ａを設けることによって、このようなテーパ部５３ａが無いコイルコアを用いた場合に比べてセンシング部１５のＺ軸方向のズレに対する検出出力値のインダクタンスの誤差が少なくなることが分かった。また、テーパ部５３ａによって形成される溝部５４の深さが０．２ｍｍよりも０．５ｍｍの方がセンシング部１５のＺ軸方向のズレに対する検出出力値のインダクタンスの誤差が小さいことが分かった。

図１４は、図１３に示したような本実施例のコイルコア５０と同様に比較例である丸型のコイルコア１５０を用いるとともに、このコイルコア１５０のコイル巻回用突出部の上面に特別に凹みをなすテーパ部１６３ａを設けた場合（図１５参照）と単なる比較例のようにコイル巻回用突出部の上面に凹みを有さない場合を比較した比較結果である。

この比較結果からも明らかなように、本比較例において図１５に示すようにコイルコア１６０のセンシング部１５の延在方向に沿って傾斜するテーパ部１６３ａによって形成された断面視でＶ字型の溝部１６４を有することによって、このようなテーパ部１６３ａを全く有さない場合（図１４における黒い正方形でプロットした検出出力値のインダクタンス）に較べてセンシング部１５がＺ軸方向に若干ずれても検出出力値の出力誤差が殆んど生じないことが分かった。なお、この場合、テーパ部１６３ａによって形成される溝部１６４の深さはあまり深くなく例えば深さ０．２ｍｍ又は深さ０．３ｍｍ程度がセンシング部１５のＺ軸方向のズレに対する検出出力値のインダクタンスの出力誤差が生じにくいことが分かった。

以上説明したテーパ部は、コイルコアのコイル巻回用突出部の上面全体にわたって形成されている必要はなく、少なくとも一部に形成されていれば良い。

なお、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に延在させ、かつ、延在方向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して設ければ、長手方向の移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。さらに、周方向あるいは長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が変化することで変位量を測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化することで変位量を測定するものであっても良い。
（実施例３）
図１６は、図１２に示した比較結果に加えて、図８に示した変形例のコイルコア７０に対するセンシング部のずれ位置に対応してこのずれ位置におけるセンシング部１５の幅２ｍｍと幅５ｍｍの検出出力値の出力差を算出して加えた比較結果である。具体的には、比較例（図１０参照）におけるセンシング部１５の各ずれ量においてセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部の幅５ｍｍの場合の検出出力値の差をとった出力差を図１６において×印のプロットとし、実施例（図１１参照）におけるセンシング部１５の各ずれ量においてセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部の幅５ｍｍの場合の検出出力値の差をとった出力差を図１６において黒丸のプロットとし、これらに相当する本変形例に関するセンシング部１５の幅２ｍｍの場合の検出出力値とセンシング部の幅５ｍｍの場合の検出出力値の差をとった出力差を図１６において白丸のプロットとしてこれらを比較した。

図１２と同様に図１６からも、白丸のプロットで示した本変形例は、黒丸のプロットで示した本実施例と同様に、センシング部１５がある程度ずれてもこの各検出出力値の出力差が高い値を維持していることが分る。その一方、本比較例は、センシング部１５の幅が少しでもずれると、その各検出出力値の出力差が急激に小さくなることが分かる。

以上の比較結果から、本変形例のコイルコア７０は、センシング部１５がコイルコア７０に対してＸ軸方向すなわちセンシング部１５の延在方向と直交するセンシング部１５の径方向にずれても、その検出出力値が本比較例のコイルコア１５０に較べて極めて安定していることが分かった。その結果、回転センサ１の部品公差や組み付け公差の関係からコイルコア７０とセンシング部１５との間で正規の取り付け位置関係からＸ軸方向へのずれが生じたとしても、本変形例は本比較例に較べて安定した変位の検出が可能であることが分かった。

なお、本変形例においても、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に延在させ、かつ、延在方向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して設ければ、長手方向の移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。さらに、周方向あるいは長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が変化することで変位量を測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化することで変位量を測定するものであっても良い。

本発明にかかる変位センサは、自動車のステアリング装置の回転角度検出に適している。しかしながら、本発明にかかる変位センサは、例えば、ロボットアームのように互いに回転する回転軸間の相対回転角度や回転トルクあるいは長手方向の移動距離等を求めるものであれば、どのようなものにも適用可能である。

本発明の一実施形態にかかる回転センサを、上ケースを透過した状態で示した平面図である。 図１に対応する回転センサの内部構成を一部透過した状態で示す側面図である。 図１に示した回転センサのコイルコアとセンシング部との関係を拡大して示した斜視図である。 図３に示したコイルコアの一方のコイルコアのみを拡大して示した斜視図である。 図４に示したコイルコアから励磁コイルを取り除いた状態を示した斜視図である。 図３に示したコイルコアとセンシング部との組み合わせからロータの回転角度を検出する方法を図６（ａ）から図６（ｂ）の順番に示した説明図である。 測定すべき回転体の絶対回転角度とコイルコア検出出力値の周期に対する割合及びＭＲ素子検出出力値の周期に対する割合を示した図である。 本発明の変形例にかかるコイルコアを円環状のセンシング部とともに示した斜視図である。 本発明の比較例であるコイルコアのセンシング部との対向面周縁が丸型のコイルコアのセンシング部との取り付け位置関係を示した斜視図である。 比較例のコイルコアに対してセンシング部をＸ軸方向すなわちセンシング部の延在面と直交するセンシング部の径方向にずらした場合のセンシング幅２ｍｍとセンシング幅５ｍｍの部分における検出出力値を示した測定図である。 実施例のコイルコアに対してセンシング部をＸ軸方向すなわちセンシング部の延在面と直交するセンシング部の径方向にずらした場合のセンシング幅２ｍｍとセンシング幅５ｍｍの部分における検出出力値を示した測定図である。 実施例と比較例の各コイルコアに対するセンシング部のずれ位置に対応してこのずれ位置におけるセンシング部の幅２ｍｍと幅５ｍｍの検出出力値の出力差を実施例のコイルコアと比較例のコイルコアごとに算出した比較結果である。 本実施例のコイルコアのコイル巻回用突出部に凹み部が形成されていない場合と深さ０．２ｍｍの溝部をなす凹み部、深さ０．３ｍｍの溝部をなす凹み部、及び深さ０．５ｍｍの溝部をなす凹み部が形成された場合において、センシング部をＺ軸方向すなわちセンシング部のセンシング面と直交する方向にすらした場合の各検出出力値を測定した測定図である。 比較例のコイルコアのコイル巻回用突出部に凹み部が形成されていない場合と深さ０．２ｍｍの溝部をなす凹み部、深さ０．３ｍｍの溝部をなす凹み部、及び深さ０．５ｍｍの溝部をなす凹み部が形成された場合のセンシング部をＺ軸方向すなわちセンシング部のセンシング面と直交する方向にすらした場合の各検出出力値を測定した測定図である。 比較例のコイルコアに関連するコイルコアであって、コイル巻回用突出部のセンシング部と対向する上面にセンシング部の延在方向に沿ってテーパ部が形成されたコイルコアを示す斜視図である。 実施例と比較例及び変形例の各コイルコアに対するセンシング部のずれ位置に対応してこのずれ位置におけるセンシング部の幅２ｍｍと幅５ｍｍの検出出力値の出力差を実施例及び変形例のコイルコアと比較例のコイルコアごとに算出した比較結果である。

符号の説明

１ 回転センサ
１０ ロータ
１１ 第１歯車
１２ 第２歯車
１５ センシング部
１５ａ ステー
２０ ケース
２１ 下ケース
２２ 上ケース
２５ コネクタ
５０ コイルコア
５１ コア本体
５２ 励磁コイル
５３ コイル巻回用突出部
５３ａ テーパ部
５４ 溝部
５５ コイル収容溝
６１ 磁石
６２ ＭＲ素子（磁束検出素子）
７０ コイルコア
７１ コア本体
１５０ コイルコア
１５１ コア本体
１６０ コイルコア
１６３ａ テーパ部
１６４ 溝部
Ｓ シャフト

Claims (3)

1. 測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセンシング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた変位センサにおいて、
   前記コア本体には前記励磁コイルが巻回される突出部が形成され、かつ当該突出部の前記センシング部との対向面の少なくとも一部に、前記センシング部の延在方向に沿って傾斜するテーパ部が形成されていることを特徴とする変位センサ。
2. 前記コア本体の前記センシング部側対向面がトラック状をなし、前記センシング部が当該コア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられたことを特徴とする、請求項１に記載の変位センサ。
3. 前記コア本体の前記センシング部側対向面が当該センシング部の延在方向と直交する方向を長手方向とする長方形形状をなし、前記センシング部が当該コア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられたことを特徴とする、請求項１に記載の変位センサ。

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