(57)【要約】【課題】より小型化に適した構造の位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置は、磁石と第１の磁気ヨークとを含む磁気部材および保持部材を有する磁気ユニットと、センサとを備える。磁石は、軸方向に延在すると共に軸方向と直交する断面積が軸方向において実質的に一定であり、軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する。第１の磁気ヨークは、軸方向において磁石に隣接配置されて径方向において第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する。保持部材は、軸方向に延在すると共に磁気部材を保持する。センサは、軸方向に沿った磁気ユニットの移動に伴って変化する磁場を検知する。【選択図】図１Ａ
2020122685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気部材と、
軸方向に延在すると共に前記磁気部材を保持する保持部材と
を有し、
前記磁気部材は、
前記軸方向に延在すると共に、前記軸方向と直交する断面積が前記軸方向において実質的に一定であり、前記軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する磁石と、
前記軸方向において前記磁石に隣接配置され、前記径方向において前記第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する第１の磁気ヨークと
を含む
磁気ユニット。
【請求項２】
前記磁気部材は、
前記磁石から見て前記第１の磁気ヨークと反対側において前記磁石と隣接して配置され、前記径方向において前記第１の最大外径よりも大きい第３の最大外径を有する第２の磁気ヨークをさらに含む
請求項１記載の磁気ユニット。
【請求項３】
前記磁石、前記第１の磁気ヨークおよび前記第２の磁気ヨークは、それぞれ、前記軸方向を高さ方向とする円柱状もしくは円筒状の外観を有する
請求項２記載の磁気ユニット。
【請求項４】
前記磁石における前記軸方向の第１の厚さは、前記第１の磁気ヨークにおける前記軸方向の第２の厚さおよび前記第２の磁気ヨークにおける前記軸方向の第３の厚さの双方よりも厚い
請求項２または請求項３に記載の磁気ユニット。
【請求項５】
軸方向に延在すると共に前記軸方向と直交する断面積が前記軸方向において実質的に一定であり、前記軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する磁石と、前記軸方向において前記磁石に隣接配置されて前記径方向において前記第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する第１の磁気ヨークとを含む磁気部材、および前記軸方向に延在すると共に前記磁気部材を保持する保持部材、を有する磁気ユニットと、
前記軸方向に沿った前記磁気ユニットの移動に伴って変化する磁場を検知するセンサと
を備える位置検出装置。
【請求項６】
前記センサは、前記磁場の向きおよび前記磁場の強度のうちの少なくとも一方を検知する
請求項５記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記センサが検知する前記磁場に基づいて前記センサに対する前記磁気ユニットの位置を検出する演算部をさらに備える
請求項５または請求項６記載の位置検出装置。
【請求項８】
軸方向に延在すると共に、前記軸方向と直交する断面積が前記軸方向において実質的に一定であり、前記軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する磁石と、
前記軸方向において前記磁石と隣接配置され、前記径方向において前記第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する磁気ヨークと
を含む
磁気部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ユニット、位置検出装置、ならびに磁気部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の部材について、その位置を検出する位置検出装置として、検出対象とする特定の部材に例えば永久磁石を取り付け、その永久磁石の位置変化に伴う磁場変化を磁気抵抗効果素子などの磁気センサにより検出するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８３５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような位置検出装置に対しては、より小型化であることが望まれる。したがって、より小型化に適した構造の位置検出装置、ならびにそのような位置検出装置に搭載され得る磁気部材および磁気ユニットを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施の形態としての磁気ユニットは、磁気部材と、軸方向に延在すると共にその磁気部材を保持する保持部材とを有する。ここで磁気部材は、磁石と、第１の磁気ヨークとを含む。磁石は、軸方向に延在すると共に、軸方向と直交する断面積が軸方向において実質的に一定であり、軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する。第１の磁気ヨークは、軸方向において磁石に隣接配置され、径方向において第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する。
【０００６】
本発明の一実施の形態としての磁気ユニットでは、保持部材が延在する軸方向において互いに隣り合う磁石および第１の磁気ヨークを備え、径方向において磁石よりも第１の磁気ヨークのほうが突出している。したがって、第１の磁気ヨーク近傍での径方向における磁場強度が向上する。
【０００７】
本発明の一実施の形態としての位置検出装置は、磁気ユニットと、センサとを備える。磁気ユニットは、軸方向に延在すると共に軸方向と直交する断面積が軸方向において実質的に一定であり、軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する磁石と、軸方向において磁石に隣接配置されて径方向において第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する第１の磁気ヨークとを含む磁気部材、および軸方向に延在すると共に磁気部材を保持する保持部材、とを有する。センサは、軸方向に沿った磁気ユニットの移動に伴って変化する磁場を検知する。
【０００８】
本発明の一実施の形態としての位置検出装置では、保持部材が延在する軸方向において互いに隣り合う磁石および第１のヨークを含み、径方向において磁石よりも第１のヨークのほうが突出している。したがって、径方向における磁場強度が向上し、センサは、磁石からより離れた位置であっても磁石により発生する磁場分布の変化を検出できる。また、センサと磁石との距離を近づけることなく、磁石の小型化が可能となる。
【０００９】
本発明の一実施の形態としての磁気部材は、磁石と、磁気ヨークとを含む。磁石は、軸方向に延在すると共に、軸方向と直交する断面積が軸方向において実質的に一定であり、軸方向と直交する径方向において第１の最大外径を有する。磁気ヨークは、軸方向において磁石と隣接配置され、径方向において第１の最大外径よりも大きい第２の最大外径を有する。
【００１０】
本発明の一実施の形態としての磁気部材では、軸方向において互いに隣り合う磁石および磁気ヨークのうち、磁気ヨークのほうが径方向において突出している。したがって、磁気ヨーク近傍での径方向における磁場強度が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施の形態としての磁気ユニットおよび位置検出装置によれば、位置検出を可能としつつ、より小型化に適した構造が実現できる。また、本発明の一実施の形態としての磁気部材によれば、上述の磁気ユニットおよび位置検出装置に適用できる。
なお、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態としての位置検出装置の全体構成を表す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した位置検出装置の全体構成を表す正面図である。
【図２】図１Ａに示した磁気部材の正面図である。
【図３Ａ】図１Ａに示した磁気部材の周囲に形成される磁場分布を表す説明図である。
【図３Ｂ】参考例としての単体磁石の周囲に形成される磁場分布を表す説明図である。
【図４Ａ】図３Ａに示した磁気部材の端部近傍に形成される磁場分布を拡大して表す説明図である。
【図４Ｂ】図３Ｂに示した参考例としての単体磁石の周囲に形成される磁場分布を拡大して表す説明図である。
【図５Ａ】図３Ａに示した磁気部材における、軸方向に沿った磁場強度分布を表す特性図である。
【図５Ｂ】図３Ａに示した磁気部材における、磁石を小型化したときの軸方向の磁場強度分布を表す特性図である。
【図６】図１に示した位置検出装置における、軸方向に沿った磁気部材の位置と磁気センサユニットからのセンサ出力との関係を表す特性図である。
【図７Ａ】本発明の第１変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図７Ｂ】本発明の第２変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図７Ｃ】本発明の第３変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図７Ｄ】本発明の第４変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図７Ｅ】本発明の第５変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図７Ｆ】本発明の第６変形例としての磁気部材の全体構成を表す正面図である。
【図８】図７Ｆに示した磁気部材における軸方向の磁場強度分布を表す特性図である。
【図９】本発明の第７変形例としての磁気部材の構成を表す部分破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．一実施の形態（磁石の両端に一対の磁気ヨークを隣接配置するようにした例。）
２．変形例
【００１４】
＜１．一実施の形態＞
［位置検出装置１の構成］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置１の全体構成例を表す斜視図である。図１Ｂは、位置検出装置１を正面から眺めた正面図である。図１Ａおよび図１Ｂでは、外観には現れない内部構造を破線で示している。位置検出装置１は、例えば磁気ユニット２と、磁気センサユニット３とを備えている。この位置検出装置１では、磁気ユニット２が、例えばＺ軸方向（図１Ａなど参照）に沿って磁気センサユニット３に対し相対的に移動可能に設けられている。具体的には、図１Ａおよび図１Ｂに示したように、磁気ユニット２が＋Ｚ方向および−Ｚ方向に可逆的に移動可能に設けられている。位置検出装置１は、磁気センサユニット３により、磁気ユニット２の中心軸２Ｚに沿ったＺ軸方向の移動量を検出可能に構成されている。あるいは、位置検出装置１は、磁気センサユニット３により、Ｚ軸方向における、例えば磁気センサユニット３の位置を基準とした磁気ユニット２の相対位置を検出可能に構成されている。
【００１５】
［磁気ユニット２の構成］
磁気ユニット２は、Ｚ軸に沿って延びる中心軸２Ｚを有すると共に、その中心軸２Ｚ上に順に並ぶシャフト１０、ホルダ１１および磁気部材１２を有する。磁気ユニット２は、本発明の「磁気ユニット」に対応する一具体例である。
【００１６】
（シャフト１０）
シャフト１０は、例えばＺ軸方向を高さ方向とする略円柱状もしくは円筒状の部材であり、中心軸２Ｚにおいてホルダ１１と隣接するように配置されている。
【００１７】
（ホルダ１１）
ホルダ１１は、Ｚ軸方向における一端がシャフト１０と接続された部材であり、その内部に、Ｚ軸方向を高さ方向とする円柱状の空間１１Ｖを有している。その空間１１Ｖには磁気部材１２が収容されている。ホルダ１１は、本発明の「保持部材」に対応する一具体例である。
【００１８】
（磁気部材１２）
図２は、図１Ａに示した磁気部材１２の正面図である。磁気部材１２は、永久磁石２１と、２つの磁気ヨーク３１，３２とを有している。永久磁石２１および２つの磁気ヨーク３１，３２は、ホルダ１１およびシャフト１０と一体となって＋Ｚ方向および−Ｚ方向に可逆的に移動可能となっている。
【００１９】
永久磁石２１は、中心軸２Ｚに沿って延在すると共に、Ｚ軸方向と直交するＸＹ断面の断面積がＺ軸方向において実質的に一定である。永久磁石２１は、例えばＺ軸方向を高さ方向とする円柱状もしくは円筒状の外観を有し、図２に示したように例えばＺ軸方向において厚さＴ２１を有すると共にＺ軸方向と直交するＸＹ断面に沿った径方向において最大外径Ｄ２１を有する。永久磁石２１は、例えばフェライトや希土類元素を含有する硬質強磁性体を含み、自らの周囲に磁場分布（後出の図３Ａなど参照）を形成する。また、本実施の形態では、永久磁石２１は、Ｎ極部分２１ＮとＳ極部分２１ＳとがＺ軸方向に沿って並ぶように、ホルダ１１に保持されている。
【００２０】
ここで、永久磁石２１は本発明の「磁石」に対応する一具体例であり、最大外径Ｄ２１は、本発明の「第１の最大外径」に対応する一具体例である。
【００２１】
磁気ヨーク３１は、Ｚ軸方向において永久磁石２１に隣接配置され、ＸＹ断面に沿った径方向において最大外径Ｄ２１よりも大きい最大外径Ｄ３１を有する。また、磁気ヨーク３２は、永久磁石２１から見て磁気ヨーク３１と反対側において永久磁石２１と隣接して配置され、ＸＹ断面に沿った径方向において最大外径Ｄ２１よりも大きい最大外径Ｄ３２を有する。磁気ヨーク３１および磁気ヨーク３２は、いずれも、例えばニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの高飽和磁束密度を有する軟磁性金属材料により構成された軟磁性体である。磁気ヨーク３１の構成材料と磁気ヨーク３２の構成材料とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。磁気ヨーク３１，３２は、いずれも例えばＺ軸方向を高さ方向とする円柱状もしくは円筒状の外観を有し、図２に示したように例えばＺ軸方向において厚さＴ３１，Ｔ３２をそれぞれ有すると共にＺ軸方向と直交するＸＹ断面に沿った径方向において最大外径Ｄ３１，Ｄ３２をそれぞれ有する。なお、図２などにおいては、厚さＴ３１と厚さＴ３２とが等しく、最大外径Ｄ３１と最大外径Ｄ３２とが等しい場合を例示している。また、本実施の形態では、永久磁石２１における厚さＴ２１は、磁気ヨーク３１における厚さＴ３１および磁気ヨーク３２における厚さＴ３２の双方よりも厚い場合を例示している。
【００２２】
ここで、磁気ヨーク３１および磁気ヨーク３２は本発明の「第１の磁気ヨーク」および「第２の磁気ヨーク」にそれぞれ対応する一具体例であり、最大外径Ｄ３１および最大外径Ｄ３２は、本発明の「第２の最大外径」および「第３の最大外径」にそれぞれ対応する一具体例である。また、厚さＴ２１が本発明の「第１の厚さ」に対応する一具体例であり、厚さＴ３１が本発明の「第２の厚さ」に対応する一具体例であり、厚さＴ３２が本発明の「第３の厚さ」に対応する一具体例である。
【００２３】
［磁気センサユニット３の構成］
磁気センサユニット３は、Ｚ軸方向に沿った磁気ユニット２の移動に伴って変化する磁場を検知する。すなわち、磁気センサユニット３は、磁気ユニット２における磁気部材１２の永久磁石２１が形成する磁場分布におけるＹＺ平面に投影された磁場の強度および向き（図３Ａ参照）を検知するものであり、例えばＹ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚを含むセンサパッケージ３Ｐ（図１Ａ，図１Ｂなど参照）を有している。磁気センサユニット３は、本発明の「センサ」に対応する一具体例である。Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚは、いずれも、例えば磁気抵抗効果膜を含む薄膜デバイスである。Ｙ軸方向センサ素子３Ｙは主にＹ軸方向の磁場強度を検出し、Ｚ軸方向センサ素子３Ｚは主にＺ軸方向の磁場強度を検出する。Ｙ軸方向センサ素子３Ｙが磁気抵抗効果膜を含む場合、その磁気抵抗効果膜は、例えばＺ軸方向に沿って固着された磁化を有するピンド層を含むと共にＹＺ面内において回転可能な磁化を有するフリー層とを含む。一方、Ｚ軸方向センサ素子３Ｚが磁気抵抗効果膜を含む場合、その磁気抵抗効果膜は、例えばＹ軸方向に沿って固着された磁化を有するピンド層を含むと共にＹＺ面内において回転可能な磁化を有するフリー層とを含む。センサパッケージ３Ｐは、例えば共通の基板上にＹ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚや配線等が設けられ、樹脂等により封止されたチップ状の電子デバイスである。磁気センサユニット３は、図１Ｂに示したように、例えばマイクロコントローラ（マイクロプロセッサ）を含む演算部４をさらに有している。演算部４は、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚにより検知される磁場の強度および磁場の変化のうちの少なくとも一方に基づいて磁気センサユニット３に対する磁気ユニット２の位置を検出する。
【００２４】
［位置検出装置１の作用および効果］
本実施の形態の位置検出装置１では、上述したように、磁気ユニット２が、例えば中心軸２Ｚに沿って磁気センサユニット３に対し相対的に移動可能に設けられている。位置検出装置１は、磁気センサユニット３を用いて、磁気ユニット２の中心軸２Ｚに沿ったＺ軸方向の移動量や、中心軸２Ｚに沿った方向における、例えば磁気センサユニット３の位置を基準とした磁気ユニット２の相対位置を検出することができる。
【００２５】
より具体的には、位置検出装置１では、例えば図３Ａに示したように、磁気センサユニット３に内蔵されるセンサパッケージ３Ｐが、磁気部材１２の永久磁石２１の形成する磁場分布が及ぶ範囲に設置され、磁力線ＭＬ１がセンサパッケージ３Ｐを通過するようになっている。なお、図３Ａは、位置検出装置１の作用を説明するための模式図である。図３Ａでは、永久磁石２１および磁気ヨーク３１，３２を有する磁気部材１２と、その磁気部材１２の周囲に現れる磁場分布および磁力線ＭＬ１とが描かれている。図３Ａに示したように、Ｚ軸方向に沿って、例えば紙面右方向へ磁気ユニット２が移動することにより相対的にセンサパッケージ３Ｐが破線で示した位置Ｐ３Ａから破線で示した位置Ｐ３Ｃを経て、実線で示した位置Ｐ３Ｂに紙面左方向へ移動するとする。その際、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚは、磁気ユニット２の移動に伴い発生する、自らに及ぶ磁場の強度変化を検出することとなる。Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚが磁気抵抗効果膜を含む場合、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚに付与される磁場の強度変化は抵抗値の変化として検出される。位置Ｐ３Ａでの抵抗値と、位置Ｐ３Ｃでの抵抗値と、位置Ｐ３Ｂでの抵抗値との比較により、センサパッケージ３Ｐに対する磁気ユニット２の相対位置（移動量）を算出できる。なお、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚが磁気抵抗効果膜を含む場合、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚにそれぞれ付与される磁場の強度とＹ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚの各抵抗値との関係はそれぞれ既知であるとする。
【００２６】
図３Ａにおいて、位置Ｐ３Ａは永久磁石２１と磁気ヨーク３２との境界近傍に対応する位置であり、位置Ｐ３ＣはＺ軸方向における永久磁石２１の中央に対応する位置であり、位置Ｐ３Ｂは永久磁石２１と磁気ヨーク３１との境界近傍に対応する位置である。センサパッケージ３Ｐに及ぶ磁場は、位置Ｐ３Ａから位置Ｐ３Ｃに至る手前までは−Ｙ方向の成分および＋Ｚ方向の成分を含み、位置Ｐ３Ｃにおいてほぼ＋Ｚ方向の成分のみとなり、位置Ｐ３Ｃを超えて位置Ｐ３Ｂに至るまでは＋Ｙ方向の成分および＋Ｚ方向の成分を含むこととなる。そのため、センサパッケージ３Ｐに及ぶ＋Ｙ方向の磁場強度は、図３Ａの下部の表に示したように、位置Ｐ３Ａから位置Ｐ３Ｃに至る手前までは負となり、位置Ｐ３Ｃにおいてほぼ０（零）となり、位置Ｐ３Ｃを超えて位置Ｐ３Ｂに至るまでは正となる。また、センサパッケージ３Ｐに及ぶ＋Ｚ方向の磁場強度は、図３Ａの下部の表に示したように、位置Ｐ３Ａから位置Ｐ３Ｃに至る手前までは弱となり、位置Ｐ３Ｃにおいて強（極大）となり、位置Ｐ３Ｃを超えて位置Ｐ３Ｂに至るまでは弱となる。センサパッケージ３Ｐにおいては、Ｙ軸方向センサ素子３Ｙが主にＹ軸方向の磁場強度を検出し、Ｚ軸方向センサ素子３Ｚが主にＺ軸方向の磁場強度を検出する。センサパッケージ３Ｐにおいては、Ｙ軸方向の磁場強度に応じたＹ軸方向センサ素子３Ｙの抵抗値と、Ｚ軸方向の磁場強度に応じたＺ軸方向センサ素子３Ｚの抵抗値とに基づき、センサパッケージ３Ｐにおよぶ磁場の向きを検出し、Ｚ軸方向における磁気ユニット２の相対位置（移動量）を検出する。
【００２７】
なお、ここではＹ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚの双方を用いて磁気ユニット２の相対位置（移動量）を検出するようにしたが、Ｙ軸方向センサ素子３Ｙのみ、またはＺ軸方向センサ素子３Ｚのみを用いてセンサパッケージ３Ｐに対する磁気ユニット２の相対位置（移動量）を検出するようにしてもよい。但し、Ｙ軸方向センサ素子３ＹおよびＺ軸方向センサ素子３Ｚの双方を用いたほうが、検出精度および検出範囲の点において有利である。
【００２８】
ここで、本実施の形態の磁気ユニット２では、Ｚ軸方向において永久磁石２１の両側に隣接配置された磁気ヨーク３１および磁気ヨーク３２を有するようにした。さらに、磁気ヨーク３１の最大外径Ｄ３１および磁気ヨーク３２の最大外径Ｄ３２を、永久磁石２１の最大外径Ｄ２１よりも大きくするようにした。そのため、永久磁石２１の径方向において永久磁石２１よりも磁気ヨーク３１，３２のほうが突出している。したがって、本実施の形態の磁気部材１２では径方向における磁場強度が向上し、例えば図３Ｂに示した参考例のように単体の永久磁石１２１を配置した場合と比較して、センサ素子３Ｓに対しより強度の高い磁場が付与されることとなる。なお、図３Ｂでは、参考例として、単体の永久磁石１２１と、その永久磁石１２１の周囲に現れる磁場分布および磁力線ＭＬ１０１とが描かれている。図３Ｂの参考例では、センサ素子３Ｓに対し、図３Ａに示した磁力線ＭＬ１と同じ強度の磁力線ＭＬ１０１が届いていない様子を表している。
【００２９】
図３Ａに示した磁場分布と図３Ｂに示した磁場分布との差異は、次のように解釈できる。図４Ａは、図３Ａに示した磁気部材１２の端部近傍に形成される磁場分布を拡大して表す説明図である。図４Ａに示したように、本実施の形態の磁気部材１２では、永久磁石２１の端面Ｓ２１から出る磁力線の向きが、磁気ヨーク３１においてＺ軸方向から磁気ヨーク３１の突出方向、すなわちＺ軸方向と直交する永久磁石２１の径方向へ大きく変化している。このため、本実施の形態の磁気部材１２では、Ｚ軸方向と直交する径方向における磁場強度が向上すると考えられる。
【００３０】
これに対し、参考例としての単体の永久磁石１２１のみを配置した場合には、永久磁石１２１の端面Ｓ１２１から外部へ出る磁力線はＺ軸方向を向いた状態であり、その後、緩やかに永久磁石１２１の径方向へ変化している。したがって、本実施の形態の磁気部材１２と比較して、Ｚ軸方向と直交する径方向における磁場強度が低下すると考えられる。
【００３１】
次に、図５Ａに、磁気部材１２のＺ軸方向の位置と、磁気センサユニット３に付与される合成磁場強度との関係を示す。図５Ａでは、横軸が磁気部材１２のＺ軸方向の位置を表し、縦軸が磁気センサユニット３に付与される合成磁場強度を表す。合成磁場強度とは、Ｙ軸方向の磁場強度とＺ軸方向の磁場強度とを合成したものである。また、符号ＨＬ付した２点鎖線は、磁気センサユニット３において検出可能な最低磁場強度を表している。また、符号Ｃ１を付した実線が本実施の形態の磁気部材１２における磁場強度分布に対応し、符号Ｃ２を付した破線が永久磁石２１のみによる磁場強度分布に対応している。図５Ａに示したように、永久磁石２１のみの場合、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの範囲において最低磁場強度ＨＬが確保されるところ（曲線Ｃ２）、磁気部材１２の場合、位置Ｐ１Ａから位置Ｐ２Ａまでのより広い範囲において最低磁場強度ＨＬが確保される（曲線Ｃ１）。したがって、永久磁石２１に磁気ヨーク３１，３２を追加することにより、より広い移動範囲において磁気ユニット２の位置を検出することができる。
【００３２】
次に、図５Ｂに、曲線Ｃ１Ａとして、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの範囲において最低磁場強度ＨＬが確保されるように永久磁石２１の体積を縮小させた場合の磁気部材１２について、Ｚ軸方向の位置と磁気センサユニット３に付与される合成磁場強度との関係を示す。図５Ｂに示した曲線Ｃ２は、図５Ａに示したものと同じである。ここで、曲線Ｃ１Ａの磁場強度分布を示す永久磁石２１の体積は、曲線Ｃ２の磁場強度分布を示す永久磁石２１の体積の４／５程度である。よって、本実施の形態の磁気部材１２によれば、小型化および軽量化に有利である。
【００３３】
また、本実施の形態の磁気部材１２は、磁気ヨーク３１，３２を永久磁石２１に付加するようにしたので、磁気ヨーク３１，３２の最大外径Ｄ３１，Ｄ３２や厚さＴ３１，Ｔ３２などの寸法を調整したり、磁気ヨーク３１，３２の構成材料を変更したりすることにより、磁気ユニット２のＺ軸方向の位置に対する磁気センサユニット３からの出力電圧の変化をリニアにより近づけることができる。すなわち、設計自由度が広がる。図６は、磁気ユニット２のＺ軸方向の位置と、磁気センサユニット３からの出力電圧との関係を表す特性図である。図６では、横軸が磁気ユニット２のＺ軸方向の位置を表し、縦軸が磁気センサユニット３からの出力電圧（センサ出力）を表している。図６において、実線は本実施の形態の磁気部材１２の特性を表し、破線は本実施の形態の磁気部材１２から磁気ヨーク３１，３２を取り除いた場合の特性を表している。図６に示したように、破線よりも実線のほうがより直線に近似していることがわかる。
【００３４】
なお、先に挙げた特許文献１では、所定数の磁石と所定数の軟磁性体とが被位置検出部材の直線移動方向に直線状に接合された磁界発生部材を備えた位置検出センサが記載されている。しかしながら、特許文献１の位置検出センサでは、直線移動方向に直交する面に平行な寸法は、磁石と軟磁性体とにおいて実質的に等しい。したがって、上記実施の形態の磁気ユニット２における磁気部材１２の作用効果は得られない。
【００３５】
＜２．変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、１つの永久磁石２１の両隣に、永久磁石２１の最大外径Ｄ２１よりも大きな最大外径Ｄ３１，Ｄ４１を有する磁気ヨーク３１，３２を設けるようにした磁気部材１２を例示したが、本発明の磁気部材はこれに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、本発明の磁気部材は、図７Ａ〜図７Ｆにそれぞれ示した、本発明の第１〜第６の変形例としての磁気部材１２Ａ〜１２Ｆであってもよい。
【００３７】
図７Ａの磁気部材１２Ａは、上記実施の形態の磁気部材１２から磁気ヨーク３２を除去した構造を有している。
【００３８】
図７Ｂの磁気部材１２Ｂでは、磁気ヨーク３２の最大外径Ｄ３２が永久磁石２１の最大外径Ｄ２１と実質的に等しい構造を有する。
【００３９】
図７Ｃの磁気部材１２Ｃは、上記実施の形態の磁気部材１２に、さらに永久磁石２２および磁気ヨーク３３を追加したものである。
【００４０】
図７Ｄの磁気部材１２Ｄは、図７Ｃの磁気部材１２Ｃにおける磁気ヨーク３２の厚さＴ３２をより拡大したものである。
【００４１】
図７Ｅの磁気部材１２Ｅは、図７Ｃの磁気部材１２Ｃにおける永久磁石２１の厚さＴ２１および磁気ヨーク３１の厚さＴ３１をそれぞれ縮小すると共に磁気ヨーク３１の最大外径Ｄ３１を縮小したものである。
【００４２】
図７Ｆの磁気部材１２Ｆは、上記実施の形態の磁気部材１２に、永久磁石２２をさらに追加した構造を有している。但し、永久磁石２２の最大外径Ｄ２２は、最大外径Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ３２よりも小さい。図７Ｆに示した磁気部材１２Ｆは、Ｚ軸方向と直交するＸＹ平面を対称面とする左右対称の磁場分布ではなく、特定の偏りのある分布を得たい場合に好適である。図７Ｆに示した磁気部材１２Ｆの場合、例えば図８に示したように、Ｚ軸方向における中心位置ＣＬよりも左側における磁場強度のほうが中心位置ＣＬよりも右側における磁場強度よりも高くなるような磁場強度分布を呈する。磁気部材１２Ｆの場合、中心位置ＣＬよりも左側における磁気ボリュームが中心位置ＣＬよりも右側における磁気ボリュームよりも大きいからである。
【００４３】
このように、本発明の磁気部材においては、永久磁石の数、寸法および形状と、磁気ヨークの数、寸法および形状とを任意に設定することにより、用途に応じた磁場の強度分布を得ることができる。
【００４４】
また、上記実施の形態およびいくつかの変形例では、永久磁石２１および磁気ヨーク３１，３２などを、それぞれ円柱状（円板状）としたが、本発明の磁石および磁気ヨークの形状はそれに限定されず、移動方向と直交する断面形状が例えば矩形や楕円などであってもよい。また、本発明の磁気部材は、例えば図９に示した磁気部材１２Ｇのように、円筒状の永久磁石２１Ａおよび円環状の磁気ヨーク３１Ａ，３１Ｂを含むものであってもよい。なお、図９は、磁気部材１２ＧをＺ軸方向に沿って半分に切断した状態を表す部分破断斜視図である。
【００４５】
また、上記実施の形態では、演算部４を磁気センサユニット３におけるセンサパッケージ３Ｐの内部に設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、磁気センサユニット３のうち、センサパッケージ３Ｐ以外の部分に演算部４を設けるようにしてもよいし、磁気センサユニット３の外部に演算部４を設けるようにしてもよい。あるいは、位置検出装置１の外部の構成要素として演算部を設けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の位置検出装置は、例えば自動車などの車両に搭載される手動変速機に設置され、シフトレバーの操作位置の検出に適用される可能性を有する。
【符号の説明】
【００４７】
１…位置検出装置、２…磁気ユニット、２Ｚ…中心軸、３…磁気センサユニット、３Ｐ…センサパッケージ、３Ｙ…Ｙ軸方向センサ素子、３Ｚ…Ｚ軸方向センサ素子、４…演算部、１０…シャフト、１１…ホルダ、１１Ｖ…空間、１２，１２Ａ〜１２Ｇ…磁気部材、２１，２１Ａ…永久磁石、３１，３２…磁気ヨーク、Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ３２…最大外径、Ｔ２１，Ｔ３１，Ｔ３２…厚さ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月13日(2020.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
ここで、本実施の形態の磁気ユニット２では、Ｚ軸方向において永久磁石２１の両側に隣接配置された磁気ヨーク３１および磁気ヨーク３２を有するようにした。さらに、磁気ヨーク３１の最大外径Ｄ３１および磁気ヨーク３２の最大外径Ｄ３２を、永久磁石２１の最大外径Ｄ２１よりも大きくするようにした。そのため、永久磁石２１の径方向において永久磁石２１よりも磁気ヨーク３１，３２のほうが突出している。したがって、本実施の形態の磁気部材１２では径方向における磁場強度が向上し、例えば図３Ｂに示した参考例のように単体の永久磁石１２１を配置した場合と比較して、センサパッケージ３Ｐに対しより強度の高い磁場が付与されることとなる。なお、図３Ｂでは、参考例として、単体の永久磁石１２１と、その永久磁石１２１の周囲に現れる磁場分布および磁力線ＭＬ１０１とが描かれている。図３Ｂの参考例では、センサパッケージ３Ｐに対し、図３Ａに示した磁力線ＭＬ１と同じ強度の磁力線ＭＬ１０１が届いていない様子を表している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
＜２．変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、１つの永久磁石２１の両隣に、永久磁石２１の最大外径Ｄ２１よりも大きな最大外径Ｄ３１，Ｄ３２を有する磁気ヨーク３１，３２を設けるようにした磁気部材１２を例示したが、本発明の磁気部材はこれに限定されるものではない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
また、上記実施の形態およびいくつかの変形例では、永久磁石２１および磁気ヨーク３
１，３２などを、それぞれ円柱状（円板状）としたが、本発明の磁石および磁気ヨークの形状はそれに限定されず、移動方向と直交する断面形状が例えば矩形や楕円などであってもよい。また、本発明の磁気部材は、例えば図９に示した磁気部材１２Ｇのように、円筒状の永久磁石２１Ａおよび円環状の磁気ヨーク３１Ａ，３２Ａを含むものであってもよい。なお、図９は、磁気部材１２ＧをＺ軸方向に沿って半分に切断した状態を表す部分破断斜視図である。