JP6218942B2 - 変位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、変位検出装置に関する。

従来の技術として、磁気検出素子により２つの磁石の間の磁束密度を検出して、２つの磁石の間の磁束を誘引する軟磁性体の位置を検出する変位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された変位検出装置は、２つの磁石間に生じる磁束の方向に検知方向を合わせて配置された磁気検出素子であるＭＲ素子と、２つの磁石間に生じる磁束を誘引する軟磁性体とを有し、軟磁性体をＭＲ素子に近づけた場合にＭＲ素子を透過する磁束密度が減少する特性を利用して、軟磁性体の位置を検出する。

国際公開第２００６／０３５３４２号

しかし、特許文献１に示す変位検出装置は、ＭＲ素子を透過する磁束密度が常に正であり、検出される磁束密度が０となるように設計されていないため、０の磁束密度を検出するものに比べて、同じ軟磁性体の変位量あたりの温度依存特性が顕著となり精度が劣るという問題があった。また、磁束を誘引するために軟磁性体を大きくする必要があり、その結果として軟磁性体の重量が増加するため、軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度が低下するという問題があった。また、軟磁性体を透過する磁束が変動するため、ＭＲ素子に近づける場合と遠ざける場合でヒステレシスが生じるという問題があった。

従って、本発明の目的は、磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上する変位検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の変位検出装置を提供する。

［１］測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
前記軟磁性体の可動域である空間に一方向の一様な磁場を形成する磁石と、
前記磁石が磁場を形成する前記空間に配置され、前記軟磁性体の変位に基づいた磁場の変化を検出するセンサとを有し、
前記軟磁性体は、当該軟磁性体を透過する磁束密度が変化しない範囲で変位し、前記センサが一の検出方向において検出する磁束密度が0となる変位位置を含む範囲で変位する変位検出装置。
［２］前記センサは、複数の検出方向においてそれぞれ磁場の変化を検出し、当該複数の検出結果から一の出力を得る前記［1］に記載の変位検出装置。
［３］前記軟磁性体は開口部を有し、
前記センサは前記軟磁性体の前記開口部の変位に基づいた磁場の変化を検出する前記［１］又は［２］に記載の変位検出装置。

請求項１に係る発明によれば、磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上することができる。
請求項２に係る発明によれば、複数の検出方向における磁場の変化から変位を検出することができる。
請求項３に係る発明によれば、軟磁性体に生じるヒステレシスの影響を抑制することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。 図２Ａは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図２Ｂは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図２Ｃは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図３は、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図４は、第２の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図５Ａは、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図５Ｂは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。 図５Ｃは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。 図６は、第３の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図７Ａは、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図７Ｂは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。 図７Ｃは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。 図８は、第４の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図９は、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図１０は、第５の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１１は、第６の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１２は、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図１３は、第７の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１４は、第８の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１５は、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。 図１６Ａは、第９の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図及び斜視図である。 図１６Ｂは、第９の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図及び斜視図である。 図１７Ａは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 図１７Ｂは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 図１７Ｃは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 図１８Ａは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。 図１８Ｂは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図である。 図１８Ｃは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。

［第１の実施の形態］
（変位検出装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。

変位検出装置１は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２と、バネ６及び接続部材５１に接続されて検出方向Ｄｓｘと平行な変位方向Ｄｄに変位する軟磁性体３と、検出方向Ｄｓｘと直行する着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４と、一例として内部圧力ｐによるラバーメンブレン５０の変位が測定される対象である測定対象５とを有する。なお、図１の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

センサ２は、一例として、ｘ方向に厚みを有する平板状であって、ｙｚ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向Ｄｓｘとするホール素子を有するホールＩＣであり、一対の磁石４の間に配置される。なお、磁気検出素子は検出方向がＤｓｘであればＭＲ素子であってもよいし、検出方向Ｄｓｘを含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ＩＣを用いてもよい。また、センサ２は、磁気検出素子に加え演算回路等を有していてもよい。

軟磁性体３は、ｘ方向に厚みを有する鉄等の軟磁性体材料を用いた平板であり、一対の磁石４の間に配置されるとともに、軟磁性体３が誘引する磁束がセンサ２で検出されるような範囲で変位するものとする。

また、軟磁性体３は、測定対象５の内部圧力ｐが増加してラバーメンブレン５０が変形すると、この変形に伴い接続部材５１を介してｘ方向に変位する。なお、変位量は数ｍｍ程度の微小な変位であるとする。

センサ２と軟磁性体３とは、ラバーメンブレン５０が変形していない状態（以下、「平常状態」という。）においてｘ方向の厚み中心が一致しており、互いに最も接近する。なお、平常状態以外においてｘ方向の厚み中心を一致させるものであってもよい。

一対の磁石４は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石で、少なくとも軟磁性体３の可動域である空間において一様な磁界を形成し、軟磁性体３が誘引する磁束が正負に振れたり、ヒステレシスの影響が出るほどに大幅に数値が変化したりしないものとする。一例として、軟磁性体３が誘引する磁束密度の変化幅は±１０ｍＴ程度とする。

測定対象５は、一例として、車両のスロットルバルブ等であって、その内部の空気圧が測定される対象となる。なお、測定対象５は、内部圧力ｐに限らず、微小な変位が生じるものであって、当該変位が接続部材５１を介して軟磁性体３に伝達可能なものであればその種類は問わない。

バネ６は、平常状態において、測定対象５の圧力ｐによって軟磁性体３に加えられる力と釣り合うようそのバネ長及びばね定数が選択される。なお、反力が不要な場合はバネ６を省略してもよい。

（変位検出装置の動作）
次に、第１の実施の形態の作用を、図１−図３を用いて説明する。

図２Ａ−図２Ｃは、変位検出装置１の動作を説明するための概略図である。

図２Ａに示すように、平常状態においてセンサ２と軟磁性体３とは、ｘ方向の厚み中心のｘ座標が一致しており、互いに最も接近する。この状態においてセンサ２の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、Ｂｘ＝０である。つまり、Ｂ＝Ｂｚである。

次に、測定対象５の内部圧力ｐが増加してラバーメンブレン５０が変形すると、この変形が接続部材５１を介して軟磁性体３に伝達し、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ｘ方向の負の方向にｄ１、ｄ２と変位量が増加するに従ってセンサ２の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが負の方向に増加する。また、図２Ｂ及び図２Ｃには、軟磁性体３がｘ方向の負の方向に変位する場合を示したが、正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｘが正の方向に増加する。これらの軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図３のように表される。

図３は、軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。

上記したように、軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係は、変位が０の付近でリニアな特性となる。一例として、磁石４間の距離が１０ｍｍ、センサ２の検出する磁束密度の最大値が２０ｍＴ、最小値が−２０ｍＴ、センサ２と軟磁性体３の最短距離が０．５ｍｍ、軟磁性体３の厚みが１ｍｍの条件の下で、変位が±１．０ｍｍの範囲でリニアな特性が得られ、この変異の範囲を変位検出装置１の使用範囲とすることができる。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によれば、センサ２において検出される磁束密度が０となる軟磁性体３の位置が存在するため、軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度とがリニアな特性となる。

また、センサ２の磁気検出素子の温度依存特性は検出する磁束密度が増加するほどに顕著となり精度が劣るが、センサ２において検出される磁束密度の範囲が０付近であるため、温度依存特性を抑制することができ、磁束密度の範囲が０付近でない場合に比べて精度が向上する。

また、多くの磁束を誘引する必要がないため、軟磁性体３を大きくする必要がなく、その結果として軟磁性体の重量の増加を抑制することができ、重量増加による軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度の低下を抑制することができる。

また、磁石４間の磁界を一様なものとし、軟磁性体を透過する磁束が大きく変動しない設計としたため、軟磁性体に生じるヒステレシスの影響が少なく、第１の実施の形態の構成を採用しない場合に比べて、精度の低下を抑制することができる。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第２の実施の形態は、センサ２０の検出方向がｘ方向及びｚ方向の２方向になっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、測定対象５及びバネ６の図示を省略しているが、第１の実施の形態と同様に軟磁性体３の変位方向Ｄｄをｘ方向である変位方向Ｄｄｘとするように接続されるものとする。

変位検出装置１０は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘ及びＤｓｚで検出するセンサ２０と、バネ６及び接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄに変位する軟磁性体３と、着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４とを有する。なお、図４の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

また、センサ２０は、磁気検出素子だけでなく演算回路を有しており、後述するように磁気検出素子の検出信号を演算した信号を出力信号とする。

（変位検出装置の動作）
次に、第２の実施の形態の作用を、図４、図５及び図２Ａ−図２Ｃを用いて説明する。なお、図２Ａ−図２Ｃにおいてセンサ２をセンサ２０に置き換えるものとする。

図２Ａに示すように、平常状態においてセンサ２０と軟磁性体３とは、ｘ方向の厚み中心がｘ座標において一致しており、互いに最も接近する。この状態においてセンサ２０の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、Ｂｘ＝０である。また、検出方向Ｄｓｚの磁束密度はＢ＝Ｂｚであって最大値をとる。

次に、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ｘ方向の負の方向にｄ１、ｄ２と変位量が増加するに従ってセンサ２０の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが負の方向に増加するとともに、検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが減少する。また、図２Ｂ及び図２Ｃには、軟磁性体３がｘ方向の負の方向に変位する場合を示したが、正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｘが正の方向に増加するとともに磁束密度Ｂｚが減少する。これらの軟磁性体３の変位とセンサ２０の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図５のように表される。

図５Ａは、軟磁性体３の変位とセンサ２０の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。図５Ｂは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。図５Ｃは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。

図５Ａに示すように、軟磁性体３の変位とセンサ２０の検出する磁束密度との関係は、検出方向Ｄｓｘについて変位が０の付近でリニアな特性となるとともに、検出方向Ｄｓｚについて変位が０において最大値をとり、変位の絶対値が増加するに従って磁束密度が減少する。

ここで、磁束密度Ｂのｘ軸に対する角度をαとすると、arctan(Ｂｚ/Ｂｘ)=αである。角度αに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）が、図５Ｂに示すように、リニアに出力される。

一方、センサ２０と軟磁性体３との位置関係について、図２Ａ−図２Ｃに示すようにセンサ２０と軟磁性体３とのｚ方向の距離をｄｚとすると、ｄｚは軟磁性体の変位に関わらず一定であり、図５Ｃに示すように、変位ｘに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）の関係が図５Ｂに示す角度αに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）の関係と同様になる。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、それぞれ異なる磁気検出素子で検出される磁束密度Ｂｘ及びＢｚの比を用いた演算により角度αを求めているため、磁気検出素子の温度依存特性の影響を打ち消すことができ、温度依存特性の影響がある場合に比べてセンサ２０全体として検出精度が向上する。

［第３の実施の形態］
図６は、第３の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第３の実施の形態は、センサの検出方向がｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の３方向になっている点で第１の実施の形態と異なる。また、軟磁性体の形状が球状となっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５は、軟磁性体３の変位方向をＤｄｘ及びＤｄｙ、つまりｘ方向及びｙ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１１は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘ、Ｄｓｙ及びＤｓｚで検出するセンサ２１と、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙに変位する軟磁性体３０と、円盤状であって着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４０とを有する。なお、図６の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

なお、軟磁性体３０及び磁石４０はｚ軸を中心として対象に形成されており、センサ２１はｚ軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ｄｄｘによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ｄｄｙによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。

（変位検出装置の動作）
次に、第３の実施の形態の作用を、図６及び図７を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２１の中心と軟磁性体３０とは、互いに最も接近する。この状態においてセンサ２１の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）の磁束密度は、Ｂｘ＝０（Ｂｙ＝０）である。また、検出方向Ｄｓｚの磁束密度はＢ＝Ｂｚであって最大値をとる。

次に、ｘ方向（ｙ方向）の負の方向に変位量が増加するに従ってセンサ２１の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）の磁束密度Ｂｘ（Ｂｙ）が負の方向に増加するとともに、検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが減少する。また、軟磁性体３がｘ方向（ｙ方向）の正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｘ（Ｂｙ）が正の方向に増加するとともに磁束密度Ｂｚが減少する。これらの軟磁性体３の変位とセンサ２の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図７のように表される。

図７Ａは、軟磁性体３０の変位とセンサ２１の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。図７Ｂは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。図７Ｃは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。

図７Ａに示すように、軟磁性体３０の変位とセンサ２１の検出する磁束密度との関係は、検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）について変位が０の付近でリニアな特性となるとともに、検出方向Ｄｓｚについて変位が０において最大値をとり、変位の絶対値が増加するに従って磁束密度が減少する。

ここで、磁束密度Ｂのｘ軸（ｙ軸）に対する角度をα（β）とすると、

である。角度αに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）が、図７Ｂに示すように、リニアに出力される。なお、角度βに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（β）も同様にリニアに出力される。

また、変位ｙが０の場合、第２の実施の形態で説明したのと同様に、図７Ｃに示すように、変位ｘに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）の関係が図７Ｂに示す角度αに対するセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（α）の関係と同様になる。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、ｘ方向及びｙ方向の変位を検出することができる。

［第４の実施の形態］
図８は、第４の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第４の実施の形態は、磁石の形状及び配置並びに軟磁性体の形状が第１の実施の形態と異なる。なお、測定対象５の図示を省略しているが、第１の実施の形態と異なり、角度方向Ｄｄθに軟磁性体３１を回転させるように接続されるものとする。

変位検出装置１２は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２２と、角度方向Ｄｄθに回転する軟磁性体３１と、着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４１ａ及び４１ｂとを有する。なお、図８の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

軟磁性体３１は、リング状の磁石４１ｂの外周面上に設けられ、磁石４１ｂとともに角度方向Ｄｄθに回転するに従って、センサ２２に最も近づく部分のｘ座標が変化するように螺旋状に形成される。

（変位検出装置の動作）
次に、第４の実施の形態の作用を、図８及び図９を用いて説明する。

θ＝０の状態においてセンサ２２は、軟磁性体３１の最も接近する部分とｘ方向の中心のｘ座標が一致しているものとする。この状態においてセンサ２０の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、Ｂｘ＝０である。

次に、角度方向Ｄｄθに回転するに従って軟磁性体３１の最も接近する部分のｘ座標が増加するため、センサ２２の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加する。これらの軟磁性体３１の回転角とセンサ２２の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図９のように表される。

図９は、軟磁性体３１の変位とセンサ２２の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。

図９に示すように、軟磁性体３１の回転角とセンサ２２の検出する磁束密度との関係は、リニアな特性となる。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、回転方向の変位角を検出することができる。

［第５の実施の形態］
図１０は、第５の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第５の実施の形態は、センサの検出方向がｘ方向及びｙ方向の２方向になっている点で第１の実施の形態と異なる。また、軟磁性体の形状がリング状となっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５は、軟磁性体３２の変位方向をＤｄｘ及びＤｄｙ、つまりｘ方向及びｙ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１３は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘ及びＤｓｙで検出するセンサ２３と、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙに変位する軟磁性体３２と、円盤状であって着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４０とを有する。なお、図１０の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

なお、軟磁性体３２及び磁石４０はｚ軸を中心として対象に形成されており、センサ２３はｚ軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ｄｄｘによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ｄｄｙによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。

（変位検出装置の動作）
次に、第５の実施の形態の作用を、図１０及び図１２を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２３と軟磁性体３２とは、これらのｘｙ平面における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ２３の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）の磁束密度は、Ｂｘ＝０（Ｂｙ＝０）である。

次に、ｘ方向（ｙ方向）に変位量が増加するに従ってセンサ２３の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）の磁束密度Ｂｘ（Ｂｙ）が負の方向に増加する。また、軟磁性体３２がｘ方向（ｙ方向）の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｘ（Ｂｙ）が正の方向に増加する。これらの軟磁性体３２の変位とセンサ２３の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図１２のように表される。

図１２は、軟磁性体３２の変位とセンサ２３の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。

図１２に示すように、軟磁性体３２の変位とセンサ２３の検出する磁束密度との関係は、検出方向Ｄｓｘ（Ｄｓｙ）について変位が０の付近でリニアな特性となる。

（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［第６の実施の形態］
図１１は、第６の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第６の実施の形態は、第５の実施の形態のセンサの検出方向及び軟磁性体の変位方向をｘ方向のみとしたものである。

変位検出装置１４は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２４と、接続部材５１に接続されて変位方向Ｄｄｘに変位する軟磁性体３３と、着磁方向Ｄｍに着磁された一対の磁石４とを有する。なお、図１１の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

軟磁性体３３は、一対の軟磁性体がそれぞれの間隔を一定に保ったまま変位方向Ｄｄｘに変位する。

（変位検出装置の動作）
次に、第６の実施の形態の作用を、図１１及び図１２を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２４と軟磁性体３３とは、これらのｘ軸上における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ２４の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、Ｂｘ＝０である。

次に、ｘ方向に変位量が増加するに従ってセンサ２４の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが負の方向に増加する。また、軟磁性体３３がｘ方向の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｘが正の方向に増加する。これらの軟磁性体３３の変位とセンサ２４の検出する磁束密度との関係は、上述した図１２のように表される。

（第６の実施の形態の効果）
上記した第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［第７の実施の形態］
図１３は、第７の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第７の実施の形態は、軟磁性体３３を支持する支持体３４の柱部３４ａにコイル７が設けられており、当該コイル７に流す電流を制御することで支持体３４の変位を制御するものである。なお、測定対象５及びバネ６の図示を省略しているが、軟磁性体３３を含む支持体３４の変位方向Ｄｄｚをｚ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１４は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２５と、変位方向Ｄｄｚに変位する軟磁性体３３と、着磁方向Ｄｍに着磁された平板状の磁石４１ａ及びリング状の磁石４１ｂとを有する。なお、図１３の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

支持体３４の柱部３４ａは、リング状の磁石４１ｂの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル７を有する。

センサ２５は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２５の出力電圧を監視する。また、コイル７は制御回路に接続され、制御回路はセンサ２５の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。

（変位検出装置の動作）
次に、第７の実施の形態の作用を、図１３及び図１５を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２５と軟磁性体３３とは、ｚ方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ２５の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝０である。

次に、ｚ方向に変位量が増加するに従ってセンサ２５の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加する。また、負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｚが負の方向に増加する。これらの軟磁性体３３の変位とセンサ２５の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図１５のように表される。

図１５は、軟磁性体３３の変位とセンサ２５の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。

図１５に示すように、軟磁性体３３の変位とセンサ２５の検出する磁束密度との関係は、変位が０の付近でリニアな特性となる。

センサ２５は、上記したように、軟磁性体３３の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ２５の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体３３の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル７に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体３３の変位を０にするように電流をコイル７に流してもよいし、軟磁性体３３の変位を定数倍にするようにしてもよい。

（第７の実施の形態の効果）
上記した第７の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、検出した変位に基づいて変位を抑制又は増幅する等の制御ができる。

［第８の実施の形態］
図１４は、第８の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第８の実施の形態は、第７の実施の形態のコイル及び磁石の数及び配置を変更したものである。なお、測定対象５及びバネ６の図示を省略しているが、軟磁性体３５を含む支持体３６の変位方向Ｄｄｚをｚ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１５は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２６と、変位方向Ｄｄｚに変位する軟磁性体３５と、着磁方向Ｄｍに着磁された平板状の磁石４２ａ及び２つのリング状の磁石４２ｂとを有する。なお、図１４の垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とする。

支持体３６の柱部３６ａは、リング状の磁石４２ｂの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル７を有する。

センサ２６は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２６の出力電圧を監視する。また、コイル７は制御回路に接続され、制御回路はセンサ２６の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。

（変位検出装置の動作）
次に、第８の実施の形態の作用を、図１４及び図１５を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２６と軟磁性体３５とは、ｚ方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ２６の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、Ｂｚ＝０である。

次に、ｚ方向に変位量が増加するに従ってセンサ２６の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの負の方向の磁束密度Ｂｚが増加する。また、負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｚが増加する。これらの軟磁性体３５の変位とセンサ２６の検出する磁束密度との関係は、図１５のグラフの正負を反転したものとなる。

センサ２６は、上記したように、軟磁性体３５の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ２６の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体３５の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル７に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体３５の変位を０にするように電流をコイル７に流してもよいし、軟磁性体３５の変位を定数倍にするようにしてもよい。

（第８の実施の形態の効果）
上記した第８の実施の形態によれば、第７の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［第９の実施の形態］
図１６Ａは、第９の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図である。図１６Ｂは、第９の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。

第９の実施の形態は、第２の実施の形態の変位検出装置１０を応用し、測定対象を羽根型の測定対象５２としたものである。

変位検出装置１６は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２７と、変位方向Ｄｄｚに変位する軟磁性体３７と、着磁方向Ｄｍに着磁された平板状の磁石４３の対とを有する。なお、図１６Ａの垂直方向をｚ軸方向、水平方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向とし、図１６Ｂではこれらの軸を変換して示している。

測定対象５２は、羽根型形状であって、気流Ｆを受けてｚ方向の浮力を得るものである。また、測定対象５２は、接続部材５３を介して軟磁性体３７に接続されている。また、測定対象５２は、図示しないバネ等によりｙ方向に弾性指示されている。

（変位検出装置の動作）
次に、第９の実施の形態の作用を、図１６を用いて説明する。

測定対象５２は、気流Ｆを受けるとｙ方向の浮力を得て、当該浮力により軟磁性体３７は変位方向Ｄｄｙに変位する。軟磁性体３７が変位したことによって変化した磁束密度は、センサ２７により検出される。なお、検出方法は第２の実施の形態と同様である。

（第９の実施の形態の効果）
上記した第９の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、検出した磁束密度から測定対象５２の変位及び気流Ｆの流量を測定することができる。

［第１０の実施の形態］
図１８Ａは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。図１８Ｂは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図である。図１８Ｃは、第１０の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。

第１０の実施の形態は、軟磁性体の形状がくぼみ部を有する円柱状となっている点、磁石の形状がリング状となっている点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５は、軟磁性体３８の変位方向をＤｄｙ、つまりｙ方向とするように接続されるものとする。

変位検出装置１７は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｙで検出するセンサ２８と、くぼみ部３８０を有し測定対称５に接続されて変位方向Ｄｄｙに変位する円柱形状の軟磁性体３８と、着磁方向Ｄｍに着磁されたリング状の磁石４４とを有する。なお、くぼみ部３８０は、軟磁性体３８の全周に渡って形成することで、軟磁性体３８が軸を中心に回転したとしても後述する磁束ｆに変化を及ぼさないようにすることができる。リング状の磁石４４の外縁には磁束密度の増強及び経年耐性強化のための軟磁性体が設けられる。

なお、図１８Ａ−図１８Ｃの垂直方向をｚ軸方向、図１８Ａ及び図１８Ｂの水平方向をｘ軸方向、図１８Ａの奥行き方向及び図１８Ｃの水平方向をｙ軸方向とする。

なお、軟磁性体３８及び磁石４４はｘｙ平面を中心として対称に形成されており、センサ２８はｘｙ平面上にその中心を合わせて配置されている。

（変位検出装置の動作）
次に、第１０の実施の形態の作用を、図１８を用いて説明する。

平常状態においてセンサ２８と軟磁性体３８とは、これらのｘｙ平面における中心が互いに最も接近する。磁束ｆは磁石４４の内壁から軟磁性体３８のくぼみ部３８０の表面に垂直に向かうように形成されるため、この状態においてセンサ２８の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｙの磁束密度は、Ｂｙ＝０である。

次に、ｙ方向に変位量が増加するに従ってセンサ２８の検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｙの磁束密度Ｂｙが負の方向に増加する。また、軟磁性体３８がｙ方向の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Ｂｙが正の方向に増加する。これらの軟磁性体３８の変位とセンサ２８の検出する磁束密度との関係は、図１２と同様に表される。

（第１０の実施の形態の効果）
上記した第１０の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。

上記した第１〜第９の実施の形態のセンサ、軟磁性体、磁石の組み合わせは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。また、軟磁性体は以下に示す形状のものを用いてもよい。

図１７Ａ−図１７Ｃは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。

図１７Ａに示すように、軟磁性体３８ａは奥行き方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ｄｄｘは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体３８ａを用いた場合、ｘ方向及び／又はｚ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

図１７Ｂに示すように、軟磁性体３８ｂは、垂直方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体３８ｂを用いた場合、ｘ方向及び／又はｙ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

図１７Ｃに示すように、軟磁性体３８ｃは、断面をｘｙ平面に垂直にした半球形状であって、変位方向Ｄｄｘ及びＤｄｙは断面の法線に垂直な方向である。軟磁性体３８ｃを用いた場合、ｘ方向、ｙ方向及び／又はｚ方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。

磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。

１ 変位検出装置
２ センサ
３ 軟磁性体
４ 磁石
５ 測定対象
６ バネ
７ コイル
１０−１６ 変位検出装置
２０−２７ センサ
３０−３３ 軟磁性体
３４ 支持体
３４ａ 柱部
３５ 軟磁性体
３６ 支持体
３６ａ 柱部
３７ 軟磁性体
３８ａ−３８ｃ 軟磁性体
４０、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ 磁石
５０ ラバーメンブレン
５１ 接続部材
５２ 測定対象
５３ 接続部材

Claims (3)

1. 測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
   前記軟磁性体の可動域である空間に一方向の一様な磁場を形成する磁石と、
   前記磁石が磁場を形成する前記空間に配置され、前記軟磁性体の変位に基づいた磁場の変化を検出するセンサとを有し、
   前記軟磁性体は、当該軟磁性体を透過する磁束密度が変化しない範囲で変位し、前記センサが一の検出方向において検出する磁束密度が0となる変位位置を含む範囲で変位する変位検出装置。
2. 前記センサは、複数の検出方向においてそれぞれ磁場の変化を検出し、当該複数の検出結果から一の出力を得る請求項1に記載の変位検出装置。
3. 前記軟磁性体は開口部を有し、
   前記センサは前記軟磁性体の前記開口部の変位に基づいた磁場の変化を検出する請求項１又は２に記載の変位検出装置。

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