(57)【要約】【課題】検出部と変位検出板との傾きがある場合又は検出する変位が大きい場合に、変位を精度良く検出できる変位検出器の提供。【解決手段】固定部１に取付けられた渦電流型変位センサ２と、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａを臨むように可動部３に取付けられ且つ対向面が凹形球面形状を有する変位検出板５と、可動部３である浮上体の水平方向の動きを防止する案内手段６とから構成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に取付けられた非接触変位センサと、
この非接触変位センサの検出部を臨むように可動部に取付けられ且つ対向面が凹形球面形状を有する変位検出板と、
前記可動部の水平方向の動きを防止する案内手段と
を具備することを特徴とする変位検出器。
【請求項２】
前記変位検出板の前記略凹形球面形状は、段差により形成されていることを特徴とする請求項１記載の変位検出器。
【請求項３】
前記変位検出板の前記略凹形球面形状は、多層メッキで形成されている特徴とする請求項１又は２記載の変位検出器。
【請求項４】
前記非接触変位センサの検出部を直線移動させる直線移動手段と、前記直線移動手段の移動距離を測定する移動距離センサと、前記可動部と前記固定部との変位を前記渦電流型変位センサで検出した変位と前記移動距離センサで測定した移動距離とから検出する手段とを更に具備することを特徴とする請求項１記載の変位検出器。
【請求項５】
前記直線移動手段として、油圧シリンダを用いたことを特徴とする請求項４記載の変位検出器。
【請求項６】
前記可動部に階段状に接続した前記変位検出板を設けると共に前記可動部に対向して前記渦電流型変位センサの検出部を配置し、前記可動部と前記固定部との変位を前記渦電流型変位センサで検出した各変位の最小値から検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の変位検出器。
【請求項７】
前記可動部に前記変位検出板を設けると共に、前記変位検出板に対向して複数の前記渦電流型変位センサの検出部を配置し、前記可動部と前記固定部との変位を前記渦電流型変位センサで検出した各変位から計算した平均変位および傾きによる較正を行い検出することを特徴とする請求項１の変位検出器。
【請求項８】
前記案内手段が、磁気浮上的に非接触で前記可動部を案内する装置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の変位検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦電流型変位センサや誘導型変位センサ等の非接触変位センサを用いた変位検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変位検出器として、特許文献１に示されるように検出部と変位検出板との間隔に対応してコイルのインダクタンスが変化することにより変位量を検出する誘導型変位センサや変位検出板に発生する渦電流の変化により検出部と変位検出板との変位（ギャップ）を検出する渦電流型変位センサが知られている。
【０００３】
図７は、従来に係る渦電流型変位センサを用いた変位検出器を示しており、固定部１に取付けた渦電流型変位センサ２の先端の検出部であるセンサヘッド２Ａと、可動部３に配置されセンサヘッド２Ａに対向する変位検出板４との変位を検出する。
【０００４】
変位検出板４は、鉄やステンレス鋼等からなり、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａの数倍の面積を持つ平面の板が用いられている。また、渦電流型変位センサ２は、円周状に巻かれたコイルと、高周波発振源と、抵抗器とが直列に接続して構成され、抵抗器に流れる電流の変化を検出して、変位を検出するものである。
【０００５】
このような渦電流型変位センサ２においては、高周波発振源によってコイルに電流を流し、該電流に基づいてコイルの円周上に直交する方向に磁力線が発生する。このとき、コイルに発生する磁力線に対応する磁界の強さに平衡して抵抗器に流れる電流は一定になる。
【０００６】
この場合、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａに変位検出板３が近接したときは、変位検出板４に生じる渦電流によりコイルに発生する磁力線に対応する磁界が変化して、抵抗器に流れる電流は変化する。
【０００７】
かかる変位検出器においては、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａと変位検出板３との変位による渦電流の変化を測定するので、渦電流型変位センサ２と変位検出板３との傾きがなく且つ変位が小さい場合は、渦電流の変化が大きいため変位を精度良く検出できる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−７４７０６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の変位検出器において、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａと変位検出板３との傾きがある場合、傾きに伴い渦電流が変化するため、精度が充分に得られなくなるという課題があった。
【００１０】
また、従来の変位検出器においては、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａと変位検出板３との変位が大きい場合、渦電流の変化が小さいため、精度が充分に得られなくなるという課題があった。
【００１１】
これら課題は、渦電流型変位センサを用いた変位検出器のみならず、検出部と変位検出板との間隔に対応してコイルのインダクタンスが変化することにより変位量を検出する誘導型変位センサを用いた変位検出器においても、同様にある。
【００１２】
本発明の目的は、検出部と変位検出板との傾きがある場合又は検出する変位が大きい場合に、変位を精度良く検出できる変位検出器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、固定部に取付けられた非接触変位センサと、この非接触変位センサの検出部を臨むように可動部に取付けられ且つ対向面が凹形球面形状を有する変位検出板と、前記可動部の水平方向の動きを防止する案内手段とを具備することを特徴とする変位検出器、である。
【００１４】
本発明によれば、前記案内手段により前記可動部の水平方向の動きを防止することができることから検出部と変位検出板との傾きの発生は抑制され、また前記案内手段に不具合が生じたとしても、前記変位検出板は、非接触変位センサに対する対向面が凹形球面形状を有しているので、傾きの変位へに対する影響は小さくなり、変位を精度良く検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の変位検出器を示し、図７と同一部分には、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１６】
本実施形態の変位検出器は、固定部１に取付けられた非接触変位センサとして渦電流型変位センサ２と、この渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａを臨むように可動部３に取付けられ且つ対向面が凹形球面形状５Ａを有する変位検出板５と、可動部３である浮上体の水平方向の動きを防止する案内手段６とから構成されている。
【００１７】
ここに、可動部３は、例えば磁気浮上装置７での浮上体が接続され、当該浮上体の浮上ギャップが変わると、変位検出板３と渦電流型変位センサ２との変位が変わるものである。磁気浮上装置７では、例えば特開平６−１７８４０９号公報にあるように変位検出板５と渦電流型変位センサ２との変位から浮上ギャップが計算され、磁気浮上が達成される。この浮上ギャップは、安定時は、浮上体にかかる重力と磁気浮上力との釣り合う位置でほぼ一定となっている。
【００１８】
変位検出板５の凹形球面形状５Ａは、渦電流型変位センサ２の検出可能範囲の中心変位で、変位検出板５の傾きの変位への影響が最小となる形状であり、中心変位は可動部３の重力と磁気浮上力との釣り合いの浮上ギャップとなるようになっている。
【００１９】
案内手段５は、固定部１に配置したガイドレール６Ａと、可動部３に配置した３つのローラからなるローラ機構６Ｂで構成されている。可動部３に配置したローラ機構６Ｂの３つのローラによりガイドレール６Ａの両側面を挟み込むことによって、可動部３はガイドレール６Ａに沿って可動するとともに可動部３の水平方向の動きを防止している。
【００２０】
可動部３の水平方向の動きを防止する案内手段としては、案内手段５の他に、可動部３の水平方向にワイヤ等で張力を掛けて案内する装置、磁気浮上的に非接触で案内する装置等を採用することもできる。
【００２１】
このような構成の本実施形態の変位検出器はよれば、次のように作用する。すなわち、案内手段６によって可動部３である浮上体の水平方向の動きは防止され得、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａと変位検出板５との傾きは抑制されるので、渦電流の変化は少なく低下は少ない。
【００２２】
しかし、仮に案内手段６ガイドレール６Ａやローラ機構６Ｂ等にがた等が生じた場合は、渦電流型変位センサ２を配置している固定部１と変位検出板５を配置している可動部３との傾きが変化することがある。
【００２３】
このような場合でも、本実施形態においては、センサヘッド２Ａに対向する変位検出板３の対向面が、凹形球面形状５Ａを有している。この形状は、好ましくは、渦電流型変位センサ２の検出可能範囲の中心変位で、変位検出板５の傾きの変位への影響が最小となる形状であって、中心変位は可動部３である浮上体の重力と磁気浮上力との釣り合いの浮上ギャップとなるように設定している。センサヘッド２Ａに対向する変位検出板５の対向面が凹形球面形状５Ａを有していることで、傾きの変位へに対する影響は小さくなり、変位を精度良く検出することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る変位検出器の第２の実施形態についいて説明する。
【００２５】
本実施形態は、図１における変位検出板５に代えて、図２の変位検出板８を用いている。すなわち、第１の実施形態における変位検出板５は凹形球面形状５Ａを有しているが、この形状は球面の滑らかさを何ら限定するものではなく、図２に示すように変位検出板８のセンサヘッド２Ａの対向面が、表面に凹形球面形状として段差８Ａを有している。この場合、曲率の大きな凹形球面形状が必要とする場合に製作が容易であるという利点を有する。
【００２６】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る変位検出器の第３の実施形態についいて説明する。
【００２７】
本実施形態は、図１，図２における変位検出板５，８に代えて、図３の変位検出板９を用いている。すなわち、図３に示すように変位検出板９のセンサヘッド２Ａの対向面が、表面の凹形球面形状段差として多層メッキ９Ａで形成している。この場合、曲率の小さな凹形球面形状が必要とする場合に製作が容易であるという利点を有する。
【００２８】
（第４の実施形態）
図４は、本実施形態の変位検出器を示し、図１と同一部分には、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２９】
本実施形態の変位検出器は、磁気浮上装置７における固定部１に直線移動手段として油圧シリンダ１０の固定部を配置し、油圧シリンダ１０の一の移動部に渦電流型変位センサ２が取付けられている。また、油圧シリンダ１０の他の移動部に移動距離センサ１１が取付けられている。渦電流型変位センサ２及び移動距離センサ１１の出力は、ギャップ検出器１２に取込まれる。また、渦電流型変位センサ２の出力は油圧シリンダ１０に与えられ、油圧シリンダ１０では、検出された変位が基準変位と一致するように油圧シリンダ１０の移動部を移動させるようになっている。
【００３０】
かかる構成においては、渦電流型変位センサ２で、渦電流型変位センサ２と変位検出板５との変位を検出し、検出された変位を油圧シリンダ１０に出力する。油圧シリンダ１０では、検出された変位が基準変位と一致するように油圧シリンダ１０の移動部を移動させる。ここで、基準変位としては例えば渦電流型変位センサ２の検出可能範囲での中心変位とする。移動距離センサ１１は、例えば精密スケールを光学式または磁気式で検出するセンサ等で、直線移動した油圧シリンダ１０の距離を測定する。
【００３１】
ギャップ検出器１２は、可動部３と固定部１とのギャップを渦電流型変位センサ２で検出した変位と移動距離センサ１１で検出した移動距離から、以下のように計算する。
【００３２】
ギャップ＝変位−基準変位＋移動距離
このように本実施形態によれば、渦電流型変位センサ２で検出した変位が基準変位になるように渦電流型変位センサ２を油圧シリンダ１０にて直線移動するようにし、可動部３と固定部１との変位を渦電流型変位センサ２で検出した変位と移動距離センサ９で測定した移動距離とから検出したことにより、検出しようとするギャップが大きい場合でも、渦電流型変位センサ２と変位検出板弧５との変位が小さいので、変位を精度良く検出することができる。
【００３３】
なお、変位検出板５に代えて図２に示す変位検出板８及び図３に示す変位検出板９を用いることができる。
【００３４】
（第５の実施形態）
図５は、本実施形態の変位検出器を示し、図１と同一部分には、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
本実施形態の変位検出器は、連結板１３で階段状に接続した変位検出板５，５′を磁気浮上装置７における可動部３に取付け、この変位検出板５に対向して渦電流型変位センサ２を磁気浮上装置７における可動部３に取付け、変位検出板５′に対向して渦電流型変位センサ２′を可動部３′に取付けている。変位検出板５は凹形球面形状５Ａを有し、変位検出板５′は凹形球面形状５′Ａを有する。
【００３６】
ここで、渦電流型変位センサ２と渦電流型変位センサ２′とのセンサ間距離と、変位検出板５と変位検出板５′との検出板間距離は、以下のような関係になるようにしている。
【００３７】
検出板間距離＜渦電流型変位センサ２，２′の検出可能範囲
センサ間距離＜検出板間距離＋渦電流型変位センサ２，２′の検出可能範囲このように配置した渦電流型変位センサ２で、渦電流型変位センサ２と変位検出板５との変位１を検出し、渦電流型変位センサ２′で、渦電流型変位センサ２′と変位検出板５′との変位２を検出する。
【００３８】
キャップ検出器１２′で、渦電流型変位センサ２のセンサヘッド２Ａと可動部３の中央とのギャップを、渦電流型変位センサ２，２′で検知した各変位から以下のように計算する。
【００３９】
ギャップ＝変位１と（センサ間距離−変位２）との最小値＋検出板間距離／２すなわち、ギャップの計算は、ギャップが小さく渦電流型変位センサ２で検出できないが、渦電流型変位センサ２で検出できる範囲は渦電流型変位センサ２で変位１を用い、ギャップが大きく、渦電流型変位センサ２で検出できないが、渦電流型変位センサ２′で検出できる範囲は渦電流型変位センサ２′での変位２を用いている。
【００４０】
第５の実施の形態によれば、可動部３と固定部１，１′との変位を階段状に接続した変位検出板５，５′の各段に対向した渦電流型変位センサ２，２′で検出した変位の最小値から検出したことにより、可動部３と固定部１，１′の変位が大きい場合でも、検出に用いる渦電流型変位センサ２，２′で変位検出板５，５′と変位が小さいので、変位を精度良く検出することができる。
【００４１】
（第６の実施形態）
図６は、本実施形態の変位検出器を示し、図１と同一部分には、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
本実施形態の変位検出器は、磁気浮上装置７における可動部３に、凹形球面形状５′′Ａ，５′′Ｂを有する変位検出板５′′を取付け、この変位検出板５′′に対向し且つ凹形球面形状５′′Ａ，５′′Ｂに臨んで渦電流型変位センサ２，２′を磁気浮上装置７における固定部１に取付けている。
【００４３】
この構成で、渦電流型変位センサ２で、渦電流型変位センサ２と変位検出板５′′の凹形球面形状５′′Ａとの変位１を検出し、渦電流型変位センサ２′で、渦電流型変位センサ２′と変位検出板５′′の凹形球面形状５′′Ｂとの変位２を検出する。
【００４４】
ギャップ検出器１２′では、まず、渦電流型変位センサ２，２′で検出した変位１と変位２とから、以下のように可動部３と固定部１との平均変位と、傾きを計算する。
【００４５】
平均変位＝（変位１＋変位２）／２
傾き＝（変位１−変位２）／センサ間距離
次に、渦電流型変位センサの変位と傾きによる較正関数を用いて、以下のように変位１と変位２を較正する。
【００４６】
較正後変位１＝変位１＋較正関数［平均変位、傾き］
較正後変位２＝変位２＋較正関数［平均変位、傾き］
ここで、較正関数は渦電流型変位センサ２，２′と高精度な接触変位センサとの検出値との差を、変位と傾きにより較正する関数として予め求めている。
【００４７】
そして、可動部３と固定部１との変位を、較正後変位１と較正後変位２から、以下のように計算する。
【００４８】
変位＝（較正後変位１＋較正後変位２）／２
第６の実施の形態によれば、可動部３と固定部１との変位を複数の渦電流型変位センサ２，２′で検出した各変位から計算した平均変位および傾きによる較正を行い検出したので、可動部３と固定部１とに傾きがある場合でも、変位を精度良く検出することができる。
【００４９】
上記の各実施形態においては、非接触変位センサとして渦電流型変位センサ２を用いたが、誘導型変位センサを用いることができる。
【００５０】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、検出部と変位検出板との傾きがある場合又は検出する変位が大きい場合に、変位を精度良く検出することが可能な変位検出器を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変位検出器の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る変位検出器の第２の実施形態の変位検出板の構成図。
【図３】本発明に係る変位検出器の第３の実施形態の変位検出板の構成図。
【図４】本発明に係る変位検出器の第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明に係る変位検出器の第５の実施形態を示す構成図。
【図６】本発明に係る変位検出器の第６の実施形態を示す構成図。
【図７】従来の変位検出器の構成図。
【符号の説明】
１，１′…固定部、２，２′…渦電流型変位センサ、２Ａ，２′Ａ…検出部（センサヘッド）、３…可動部、５，５′，８，９…変位検出板、６…案内手段、７…磁気浮上装置、１０…油圧シリンダ、１１…移動距離センサ、１２，１２′，１２′′…ギャップ検出器、連結板。
【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】
2004361141.tif 000007
【図６】
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【図７】
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