(57)【要約】【課題】周辺の温度変化の影響を受けることなく、被検知物の移送量および移動方向を正確に検出できる位置検出装置を提供する。【解決手段】所定方向へ移動可能な被検知物１に対して連動する位置検知部材１１と、第１の永久磁石１２と、先端部に前記位置検知部材１１を保持し、基端側が第１の永久磁石１２に接続され、先端と基端との間の支点部１５０を中心に回動変移可能に枢支されたアクチュエータ構体１５と、第１の永久磁石１２に対して、磁極が相反する方向でかつ間隔を置いて設置された第２の永久磁石１３と、両永久磁石１２，１３の磁界が相殺される位置に配置されて、磁界変化を検出する磁気センサ１４を備え、磁気センサ１４の出力電圧を監視して被検知物の移動方向および移動量を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向へ移動可能な被検知物に対して同方向へ連動可能に配設された位置検知部材と、
第１の永久磁石と、
先端部に前記位置検知部材を保持し、基端側が第１の永久磁石に接続され、先端と基端との間の支点部を中心に回動変移可能に枢支されたアクチュエータ構体と、
前記第１の永久磁石に対して、磁極が相反する方向でかつ間隔を置いて設置された第２の永久磁石と、
第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で両永久磁石の磁界が相殺される位置に配置され、前記被検知物の移動に伴う磁界変化を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力電圧を監視し、被検知物の移動に伴う磁気センサからの出力電圧の変化から、前記被検知物の移動方向および移動量を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ構体は、支点部と前記位置検知部材との間の距離と、前記支点部と前記第１の永久磁石との間の距離との比が１：Ｎ（ただしＮ＞１）に設定されている請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサとして、ホール素子または磁気抵抗素子が使用されている請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気センサは、初期位置としてそのセンサ面に対して第１の永久磁石と第２の永久磁石の各磁力法線距離が等しい位置に配置されており、この初期位置が原点基準位置として設定されている請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記磁気センサは、初期位置としてそのセンサ面に対して第１の永久磁石と第２の永久磁石の各磁力線密度が等しい位置に配置されており、この初期位置が原点基準位置としてとして設定されている請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記第１の永久磁石の基準位置を補正するためのオフセット調整機能を備えている請求項１〜５のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記オフセット調整機能において、第１の永久磁石の初期位置を仮原点位置として、一定量の増加移動操作を行った時の前記磁気センサの出力電圧値Ａと減少移動操作を行った時の出力電圧値Ｂを検出し、｜Ａ−Ｂ｜÷２の値を示す位置を原点基準位置として設定する請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記オフセット調整機能において、前記第１の永久磁石の初期位置を原点基準位置として設定する請求項６または７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
第２の永久磁石を微調整変移可能な手段を備えており、前記オフセット調整機能において、前記第２の永久磁石を移動させて前記磁気センサの出力電圧が基準電圧Ｖrefになるように原点基準位置を検出する請求項６〜８のいずれかに記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気センサと永久磁石とを使用して所定方向へ移動可能な被検知物の移動量等を検知する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ホール素子等の磁気センサと被検知物に連動する永久磁石とを用いた位置検出装置においては、磁気センサにより永久磁石の移動に伴う磁界変化を検知し、この磁気センサの出力電圧の変化を監視することにより、被検知物が移動した際の位置を検出するようになっていた。
【０００３】
また、従来、磁気センサに予め逆方向に磁気バイアスをかけておき、被検知物に連動する永久磁石の磁界とバイアス磁界が打ち消し合って磁界強度がゼロになる点を、磁気センサの出力が原点になるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、周辺の温度変化による永久磁石の磁界変化が比較的大きいため、周辺温度が変化した場合、磁気センサで検出する磁界が変化し、該磁気センサの出力電圧が変化するので、被検知物の位置検出の誤差が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
また、前記磁気センサに予め逆方向に磁気バイアスをかけておくようにした先行技術では、温度変化により永久磁石の磁界が変化したときは、それに応じて磁気バイアスを補正する必要があるという欠点がある。
【０００７】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、周辺の温度変化があっても、磁気バイアス等を補正する必要もなく、被検知物の移動量等を正確に検出できる位置検出装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）所定方向へ移動可能な被検知物に対して同方向へ連動可能に配設された位置検知部材と、第１の永久磁石と、先端部に前記位置検知部材を保持し、基端側が第１の永久磁石に接続され、先端と基端との間の支点部を中心に回動変移可能に枢支されたアクチュエータ構体と、前記第１の永久磁石に対して、磁極が相反する方向でかつ間隔を置いて設置された第２の永久磁石と、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で両永久磁石の磁界が相殺される位置に配置され、前記被検知物の移動に伴う磁界変化を検出する磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を監視し、被検知物の移動に伴う磁気センサからの出力電圧の変化から、前記被検知物の移動方向および移動量を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする位置検出装置。
（２）前記アクチュエータ構体は、支点部と前記位置検知部材との間の距離と、前記支点部と前記第１の永久磁石との間の距離との比が１：Ｎ（ただしＮ＞１）に設定されている前項１に記載の位置検出装置。
（３）前記磁気センサとして、ホール素子または磁気抵抗素子が使用されている前項１または２に記載の位置検出装置。
（４）前記磁気センサは、初期位置としてそのセンサ面に対して第１の永久磁石と第２の永久磁石の各磁力法線距離が等しい位置に配置されており、この初期位置が原点基準位置として設定されている前項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置。
（５）前記磁気センサは、初期位置としてそのセンサ面に対して第１の永久磁石と第２の永久磁石の各磁力線密度が等しい位置に配置されており、この初期位置が原点基準位置としてとして設定されている前項１〜３のいずれか一つの項に記載の位置検出装置。
（６）前記第１の永久磁石の基準位置を補正するためのオフセット調整機能を備えている前項１〜５のいずれかに記載の位置検出装置。
（７）前記オフセット調整機能において、第１の永久磁石の初期位置を仮原点位置として、一定量の増加移動操作を行った時の前記磁気センサの出力電圧値Ａと減少移動操作を行った時の出力電圧値Ｂを検出し、｜Ａ−Ｂ｜÷２の値を示す位置を原点基準位置として設定する前項６に記載の位置検出装置。
（８）前記オフセット調整機能において、前記第１の永久磁石の初期位置を原点基準位置として設定する前項６または７に記載の位置検出装置。
（９）第２の永久磁石を微調整変移可能な手段を備えており、前記オフセット調整機能において、前記第２の永久磁石を移動させて前記磁気センサの出力電圧が基準電圧Ｖrefになるように原点基準位置を検出する前項６〜８のいずれかに記載の位置検出装置。
【発明の効果】
【０００９】
前項（１）に記載の発明によれば、被検知物の所定方向への変移に伴って位置検知部材が同方向へ応動すれば、アクチュエータ構体を介して第１の永久磁石が変移する。磁気センサにより、第１の永久磁石の変移による磁界変化が検出され、磁気センサからの出力電圧の変化が検出手段で検出されて、これに基づいて被検知物の移動方向および移動量が検出される。
【００１０】
ここで、初期状態として、第１の永久磁石の磁界と第２の永久磁石の磁界とが相殺されている位置に前記磁気センサが配置されているので、周辺温度の変化によって第１の永久磁石の磁界が変化しても、第２の永久磁石の磁界が第１の永久磁石の磁界変化を打ち消すように変化するから、磁気センサは、磁気バイアス等を補正される必要もなく、温度変化の影響を受けることなく被検出物の移動変移を的確に検出可能となる。
【００１１】
前項（２）に記載の発明によれば、への字形のレバーからなるアクチュエータ構体の支点部から先端までの傾斜角度がθとすれば、被検知物が所定方向へ一定量ｔだけ移動した場合、アクチュエータ構体を介して第１の永久磁石がＮ・ｃｏｓθ×ｔ分、増大して変移し、被検知物の変移量および変移方向の検出精度が高められる。
【００１２】
前項（３）に記載の発明によれば、磁気センサがホール素子ないしは磁気抵抗素子であれば、小形であっても比較的大きな検出電圧を得ることが可能となる。
【００１３】
前項（４）に記載の発明によれば、磁気センサが２つの永久磁石の磁力法線距離が等しい位置に初期位置として配置されているので、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で両永久磁石の磁界が確実に相殺される位置に、磁気センサーを配置することができる。
【００１４】
前項（５）に記載の発明によれば、磁気センサが２つの永久磁石の磁力線密度が等しい位置を初期位置となる原点に配置されているので、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で両永久磁石の磁界が確実に相殺される位置に、磁気センサーを配置することができる。
【００１５】
前項（６）に記載の発明によれば、オフセット機能により、第１の永久磁石の原点基準位置を正確に設定することができる。
【００１６】
前項（７）に記載の発明によれば、第１の永久磁石の仮の原点位置から一定量の変移増大操作を行った際の出力電圧値と一定量の変移減少操作を行った際の出力電圧値とから、原点基準値を求めるので、原点基準位置の設定精度が高められる。
【００１７】
前項（８）に記載の発明によれば、第１の永久磁石の初期位置が原点基準位置となるので、オフセット調整が簡単に行える。
【００１８】
前項（９）に記載の発明によれば、第２の永久磁石を変移して磁気センサの出力が基準電圧にすれば、容易に原点基準位置を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態に係る位置検出装置を画像形成装置に適用した例で示す概略構成図である。
【図２】同じく位置検出装置における第１の永久磁石と磁気センサとの間の距離と該磁気センサの出力電圧との関係を示す特性図である。
【図３】第１の永久磁石の基準位置を調整する際のオフセット調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】別のオフセット調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】さらに別のオフセット調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】位置検出装置における第２の永久磁石を微調整変移可能に設定した場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施形態に係る位置検出装置を画像形成装置に適用した例で示す概略構成図である。
【００２２】
図１において、１は被検知物としての中間転写ベルトであり、この中間転写ベルト１は、所定間隔を隔てて配置された２つの駆動ローラ２，３に掛設されており、長手方向へ沿って駆動されるようになっている。
【００２３】
また、この中間転写ベルト１は、主走査方向（幅方向）へも変移可能であり、この転写ベルト１の主走査方向の位置が位置検出装置１０によって検知されるようになっている。
【００２４】
この位置検出装置１０は、中間転写ベルト１の主走査方向の変移に連動可能に配設された位置検知部材１１と、第１の永久磁石１２と、第２の永久磁石１３と、磁気センサ１４と、前記位置検知部材１１と第１の永久磁石１２とを連結するアクチュエータ構体１５と、出力監視手段１６とを備えている。
【００２５】
前記位置検知部材１１は、この実施形態では位置検知ローラからなり、前記中間転写ベルト１の主走査方向（幅方向）の一端縁に転接可能に配設されている。
【００２６】
前記第１の永久磁石１２は、前記中間転写ベルト１の主走査方向へ略沿って変移可能に設置されており、この第１の永久磁石１２に対して磁力法線方向に所定間隔を置いて、磁極方向が第１の永久磁石１２と相反する状態の第２の永久磁石１３が設置されている。
【００２７】
前記磁気センサ１４は、例えば、ホール素子ないしは磁気抵抗素子で構成されるものであり、第１の永久磁石１２と第２の永久磁石１３との間、つまり、第１の永久磁石１２の磁界と第２の永久磁石１３の磁界が相殺される位置に配置されるとともに、そのセンサ面に対して両永久磁石１２，１３の磁力法線距離が等しい位置を初期位置の原点として設定されている。これにより、第１の永久磁石１２と第２の永久磁石１３との間で両永久磁石の磁界が確実に相殺される位置に、磁気センサー１４を配置することができる。なお、磁気センサ１４の位置は、両永久磁石１２，１３の磁力線密度が等しい位置を初期位置の原点として配置してもよく、この場合も、第１の永久磁石１２と第２の永久磁石１３との間で両永久磁石の磁界が確実に相殺される位置に、磁気センサー１４を配置することができる。
【００２８】
前記アクチュエータ構体１５は、例えば先端片部１５１と基端片部１５２とにより略への字形のレバーで構成されており、先端と基端との間における支点部１５０を中心にして中間転写ベルト１と同一平面内で回動変移可能に枢支されている。
【００２９】
このアクチュエータ構体１５における先端片部１５１は、前記基端片部１５２の仮想延長線に対して角度θだけ傾斜して前記位置検知ローラ１１側まで延びており、その先端に前記位置検知ローラ１１が回転自在に保持されている。また、アクチュエータ構体１５の基端片部１５２の基端が第１の永久磁石１２の側面に接続されており、前記中間転写ベルト１の主走査方向の変移に応動して位置検知ローラ１１が主走査方向に変移すれば、その変移量が第１の永久磁石１２に伝達されるように構成されている。
【００３０】
このアクチュエータ構体１５の支点部１５０から位置検知ローラ１１の軸芯までの距離と前記支点部１５０から第１の永久磁石１２までの間の距離との比は、１：Ｎ（ただしＮ＞１、望ましくは整数）に設定されており、その変移量が増大されて第１の永久磁石１２に伝達されるように構成されている。
【００３１】
このような構成において、前記中間転写ベルト１が主走査方向へ変移した場合、その変移に位置検知ローラ１１に応動して同方向へ変移する。この位置感知ローラ１１の変移により、前記アクチュエータ構体１５を介して第１の永久磁石１２が変移する。
【００３２】
この第１の永久磁石１２の変移により、第１および第２の永久磁石１２，１３の互いに磁界が相殺されていた磁界が変化するので、この磁界変化が磁気センサ１４で検出されて、出力電圧が変化することになる。
【００３３】
この磁気センサ１４の出力電圧が前記出力監視手段１６により監視されており、この出力監視手段１６により、中間転写ベルト１の変移前の出力電圧と変移後の出力電圧とが比較される。これに基づいて、出力監視手段１６は中間転写ベルト１の移動方向と移動量とを検出する。
【００３４】
また、磁気センサ１４の周辺の温度が変化すると、永久磁石１２，１３の磁界も変化するが、磁気センサ１４は、第１の永久磁石１２の磁界と第２の永久磁石１３の磁界が相殺される位置に配置されているから、温度変化に伴う永久磁石１２，１３の磁界変化による磁気センサ１４に対する影響も互いに打ち消される。このため、温度変化に対する磁界変化の影響を受けることなく、中間転写ベルト１の移動方向と移動量とが検出される。
【００３５】
また、この実施形態では、前記アクチュエータ構体１５は、支点部１５０から位置検知ローラ１１の軸芯までの距離と前記支点部１５０から第１の永久磁石１２までの間の距離との比が、１：Ｎ（Ｎ＞整数）に設定されているので、中間転写ベルト１が主走査方向へ変移するに伴って位置検知ローラ１１が主走査方向へ距離ｔだけ移動した場合、このアクチュエータ構体１５を介して第１の永久磁石１２が変移する距離は、Ｎ倍にとなって拡大されることになり、このため、中間転写ベルト１の移動方向と移動量の検出精度が高められる。
【００３６】
図２は、前記第１の永久磁石１２と磁気センサ１４との間の距離と磁気センサ１４の出力電圧との関係を示す特性図である。
【００３７】
図２において、基準電圧Ｖrefは、原点基準位置における磁気センサ１４の出力電圧である。
【００３８】
第１の永久磁石１２が変移して磁気センサ１４に近づくと、この磁気センサ１４の出力電圧はＶrefから低下し、逆に、第１の永久磁石１２が磁気センサ１４が遠ざかると、磁気センサ１４の出力電圧はＶrefから上昇する。
【００３９】
これは、第１の永久磁石１２が変移することにより、磁気センサ１４で検知する磁界が変化するためである。出力監視手段１６により、磁気センサ１４の出力電圧を比較し、変化電圧を算出することにより、被検知物である中間転写ベルト１の変移方向および移動量が検知される。
【００４０】
図３は、第１の永久磁石１２の基準位置をオフセットする調整処理（I）の流れを示すフローチャートである。このオフセット調整は前記出力監視手段１６において制御する。
【００４１】
図３において、ステップＳ１では、初めに初期原点位置における磁気センサ１４の出力電圧Ｚ０と予め設定した一定の移動量Ｙを読み込み、ステップＳ２では、出力電圧Ｚ０に対応する位置情報Ｘを取得する。
【００４２】
ステップＳ３では、アクチュエータ構体１５により、第１の永久磁石１２をＸ−Ｙの位置に移動させ、ステップＳ４では、磁気センサ１４の出力電圧Ａを読み込む。ステップＳ５では、第１の永久磁石１２をＸ＋Ｙの位置に移動させ、ステップＳ６では、磁気センサ１４の出力電圧Ｂを読み込む。
【００４３】
ステップＳ７では、出力監視手段１６において、Ｚ１＝｜Ａ−Ｂ｜÷２を算出し、出力電圧Ｚ１に対応する位置情報Ｘ１を取得する。最後に、ステップＳ８では、磁気センサ１４の出力電圧がＺ１、位置情報がＸ１になるように第１の永久磁石１２をオフセットしてから、終了する。
【００４４】
図４は、別のオフセット調整処理（II）の流れを示すフローチャートである。
【００４５】
図４において、ステップＳ１１では、初めに初期原点位置における磁気センサ１４の出力電圧Ｚ０を読み込み、ステップＳ１２では、出力電圧Ｚ０に対応する位置情報Ｘを取得する。
【００４６】
ステップＳ１３では、磁気センサ１４の出力電圧がＺ０、位置情報がＸになるようにオフセットしてから、終了する。
【００４７】
図５は、さらに別のオフセット処理（III）の流れを示すフローチャートである。
【００４８】
図５において、ステップＳ２１では、初めに初期原点位置における磁気センサ１４の出力電圧Ｚ０と、予め設定した第２の永久磁石１３の微移動量Δを読み込み、ステップＳ２２では、出力電圧Ｚ０に対応する位置情報Ｘを取得する。
【００４９】
ステップＳ２３では、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しいか否かを判断し、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しければ（ステップＳ２３でＹＥＳ）、既にオフセット調整はできていることになるので、オフセット調整を終了する。
【００５０】
出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しくなければ（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ２４では、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefより大きい（Ｚ０＞Ｖref）か否かを判断する。
【００５１】
出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefより大きければ（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２５では、第２の永久磁石を１３を微移動量Δだけ磁気センサ１４に近づけ、ステップＳ２６では、その時の出力電圧Ｚ１を取得し、Ｚ０に代入してから、ステップＳ２７に進む。
【００５２】
出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefより小さければ（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２８では、第２の永久磁石１３を微移動量Δだけ磁気センサ１４から遠ざけたのち、ステップＳ２６を経てステップＳ２７に進む。
【００５３】
ステップＳ２７では、再度、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しいか否かを判断し、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しければ（ステップＳ２７でＹＥＳ）、そのまま終了し、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しくなければ（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ２４に戻る。つまり、出力電圧Ｚ０が基準電圧Ｖrefに等しくなければ、再度、前記ステップＳ２４，ステップＳ２５，ステップＳ２８，ステップＳ２６を繰り返して、オフセット調整を行う。
【００５４】
上述のオフセット調整処理（I）〜（III）の選定は、出力監視手段１６内において自動的に選定される。
【００５５】
優先順位は、オフセット調整処理（I）、オフセット調整処理（II）、オフセット調整処理（III）の順とする。
【００５６】
オフセット調整処理（I）は、画像形成装置の電源投入時の初回動作時に実施され、オフセット調整処理（II）は、画像形成装置の動作開始時に毎回実施され、オフセット調整処理（III）は、１週間に１回等、定期的に実施される。
【００５７】
図６は、第２の永久磁石１３を微移動可能に設定した場合の例を示す構成図である。
【００５８】
図６において、第２の永久磁石１３を微移動量Δだけ磁気センサ１４に近づけたり、遠ざけたりする移動手段２０を備えてある。具体的には、第２の永久磁石１３を可動台座１７に保持し、この台座１７に対向してモータ１９を設け、このモータ１９の回転軸に連結されたねじ体１８の先端部側を前記台座１７に設けた雌孔部（図示せず）に螺合してある。
【００５９】
これにより、前記モータ１９を駆動してねじ１８を回転させることにより、台座１７と一緒に前記第２の永久磁石１３を微移動させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１    転写ベルト
１０  位置検出装置
１１  検知ローラ
１２  第１の永久磁石
１３  第２の永久磁石
１４  磁気センサ
１５  アクチュエータ構体
１６  出力監視手段
２０  微移動手段
１５０  アクチュエータ構体の支点部
１５１  アクチュエータ構体の先端片部
１５２  アクチュエータ構体の基端片部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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