(57)【要約】【課題】  電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）を持った磁性体を被検出物とする場合にも十分に実用的な感度を得ることが可能な磁性体縁辺位置検出装置を提供する。【解決手段】  磁性体２の位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置である。双方を経由する環状の磁力線１８を協働で生じる第１及び第２の磁力線発生手段１１，１２を備える。第１及び第２の磁力線発生手段１１，１２に対し磁性体２の挿入間隔Ｓを隔てて対向配置され、磁力線の作用で誘導電流を生じる誘導電流発生手段１３，１４を備える。誘導電流の計測値に基づき、挿入間隔Ｓに挿入された磁性体２の位置を演算する演算手段２０を備える。【選択図】    図１
2005114625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体の縁辺位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置において、
双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる第１及び第２の磁力線発生手段と、
前記第１及び第２の磁力線発生手段に対し前記磁性体の挿入間隔を隔てて対向配置され、前記磁力線の作用で誘導電流を生じる誘導電流発生手段と、
を備え、
前記誘導電流に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴とする磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の磁力線発生手段は、交流電流が供給されることにより前記磁力線を生じるコイルによってそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項３】
前記第１の磁力線発生手段と前記第２の磁力線発生手段とでコイルの巻線方向又は通電方向を相互に逆向きに設定したことを特徴とする請求項２に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の磁力線発生手段に対して同じ側に、第１及び第２の前記誘導電流発生手段を備え、
前記第１の誘導電流発生手段は前記第１の磁力線発生手段と対向配置されている一方で、
前記第２の誘導電流発生手段は前記第２の磁力線発生手段と対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項５】
前記誘導電流発生手段は、コイルからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項６】
前記誘導電流発生手段はコイルからなるとともに、
前記第１の誘導電流発生手段と前記第２の誘導電流発生手段とでコイルの巻線方向又は通電方向を相互に逆向きに設定したことを特徴とする請求項４に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の磁力線発生手段の近傍に配されて、前記磁力線の作用で基準誘導電流を生じる基準誘導電流発生手段を更に備え、
前記基準誘導電流を用いて補正した値として、前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項８】
前記基準誘導電流発生手段を前記第１の磁力線発生手段の近傍と前記第２の磁力線発生手段の近傍とにそれぞれ備えることを特徴とする請求項７に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項９】
各基準誘導電流発生手段はコイルからなるとともに、各基準誘導電流発生手段と前記第１及び第２の磁力線発生手段とを同一基板に配したことを特徴とする請求項８に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の磁力線発生手段と、前記誘導電流発生手段と、を備えて構成されるユニットを２つ備えるとともに、
これら２つのユニットの配置は、前記挿入間隔を基準とした対称的配置とし、
当該磁性体縁辺位置検出装置は、更に、
一方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該一方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第１状態と、他方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該他方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段を備え、
前記第１状態時における誘導電流と、前記第２状態時における誘導電流と、をともに用いて、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項１１】
磁性体の位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置において、
第１及び第２のコイルと、
前記第１及び第２のコイルに対し前記磁性体の挿入間隔を隔てて対向配置された第３及び第４のコイルと、
前記第１及び第２のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で前記第３及び第４のコイルが誘導電流を生じる第１状態と、前記第３及び第４のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で前記第１及び第２のコイルが誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段と、
を備え、
前記第１状態時における誘導電流と、前記第２状態時における誘導電流と、をともに用いて、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴とする磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項１２】
前記誘導電流の計測値に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を演算する演算手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【請求項１３】
前記磁性体による磁束短絡に起因した前記誘導電流の変化に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の磁性体縁辺位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体の位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のタイヤにおける主要部は、相互に平行状態かつ所定間隔に配置した多数のスチールコードを被覆ゴムで被覆することによりシート材を得、更に、このシート材を所望の寸法に切断したものを材料として構成される。
【０００３】
このようなタイヤの製造におけるシート材の切断は、端に一番近いスチールコードから所定距離（例えば、０．３ｍｍ）だけ離れた位置を切断端として行う。
【０００４】
このような切断を正確に行うためには、被覆ゴムの縁辺位置（つまり物体の総体としての縁辺位置）ではなく、被覆ゴムの内部に隠れているうちで端に一番近いスチールコードの位置（つまり複数の磁性体（スチールコード）を集合体として捉えた場合におけるその集合体の縁辺位置）を正確に認識する必要がある。
【０００５】
このように、非磁性体（例えば上記のようにゴム）により被覆された磁性体（例えば上記のようにスチールコード）の縁辺（例えば上記のように集合体における縁辺）の位置を検出するための技術としては、以下に説明するように複数種類の技術がある。
【０００６】
その一つには、被覆体としての非磁性体が透明である場合に適用可能となる光学的手法による技術があり、その類似の技術としては、非磁性体が可視光領域で不透明である場合に適用されるＸ線による観察が挙げられる。
【０００７】
しかし光学的手法による場合、被覆体としての非磁性体が不透明の場合には不適である。つまり、例えば自動車用タイヤにはカーボンブラックが混入されていて可視光領域では不透明であるため、このような光学的手法は適用できない。
【０００８】
また、Ｘ線による観察の場合、人の立ち入りを制限したりする必要があるため採用可能な環境が限られるし、撮影周期が比較的長いため、検出の目的が縁辺位置の制御である場合には良好な制御が望めない。
【０００９】
このような問題に鑑み、従来より磁気的に縁辺位置を検出する手法が提案されている。
【００１０】
磁気的に縁辺位置を検出する技術の代表的な例としては、コイルに磁性体が接近した時の磁路の抵抗変化をインダクタンスの変化として検出するバリアブルインダクタンス型の手法がある。
【００１１】
このようなバリアブルインダクタンス型としては、例えば、磁気遮蔽方式や渦電流方式がある。
【００１２】
このうち磁気遮蔽方式の検出装置は、図８に示すように、送信コイル１０１と受信コイル１０２とを間隔を隔てて相互に対向配置させた構成をなし、送信コイル１０１に交流電流（高周波）を流すことにより該送信コイル１０１の周囲に磁界を形成可能となっている一方で、受信コイル１０２に作用する磁界の強さ（磁束の数）の変化量を該受信コイル１０２に接続された電流計により検出可能となっている。従って、送信コイル１０１による磁界を形成した状態で、両コイル１０１，１０２の間隔に被検出物（磁性体）１０４が挿入されると、送信コイル１０１と受信コイル１０２間の磁束の一部が被検出物１０４により短絡され、受信コイル１０２と交差する磁力線の数が変化するので、電流計による計測値が変化し、この変化量に基づいて被検出物の挿入量を求めることができる。
【００１３】
他方、渦電流方式の検出装置は、図１０に示すように、送信コイル１１０と、一対の受信コイル１１１，１１２とを備える。送信コイル１１０には交流発生器１１３が接続され、該交流発生器１１３からの高周波の交流電流が供給される。これにより、送信コイル１１０の周辺には磁界が発生し、この磁界が一対の受信コイル１１１，１１２を交差した状態となる。
【００１４】
一対の受信コイル１１１，１１２は相互に直列接続され、増幅器１１４を介して検波回路に接続されている。被検出物１０４の無い状態では、各受信コイル１１１，１１２に生じる誘導電流は相互に等しく、検波回路１１５では電流検出されないようになっている。
【００１５】
被検出物１０４が図１０のように配されると、送信コイル１１０により形成される磁界を被検出物１０４が交差した状態となる。すると、図１１に示すように、被検出物１０４の表面には磁界を打ち消す方向の渦電流１１７が発生する。この渦電流１１７により、受信コイル１１１及び受信コイル１１２を交差する磁界が変化する。各受信コイル１１１，１１２は被検出物１０４からの距離が相互に異なる。このため、受信コイル１１１及び受信コイル１１２に生じる誘導電流も相互に異なる値となる。よって、被検出物１０４の検出状態では、受信コイル１１１と受信コイル１１２との誘導電流の差分要素が、増幅器１１４による増幅を経て検波回路１１５にて検出される。
【００１６】
このように、検出状態における受信コイル１１１と受信コイル１１２との誘導電流の差分要素を検出することにより、被検出物１０４の距離を求めることができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平４−３８０１号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、これらのバリアブルインダクタンス型の検出方法はいずれも、「被検出物内の磁性体の物性が磁束の軸に対して等方性である」という前提条件を要する。ここでいう物性とは、磁気遮蔽方式の場合には透磁率若しくは誘導される磁気抵抗であり、渦電流方式の場合には渦電流を好適に形成し得るだけの導電率である。このような前提条件が得られないと、磁気遮蔽方式の場合には、磁気的な軸の方向如何によっては必要な感度が得られず、渦電流方式の場合には有効なサイズの渦電流が形成されない結果、やはり実用的な感度が得にくくなる。
【００１８】
例えば、上記のようなシート材は、その内部に多数の磁性体の細線（スチールコード）が間隔をおいて平行配列されるため、その電気磁気的性質に関して大きな方向性を持つ。その様子を被覆体としての被磁性体を図示略として図１２に示す。すなわち、図１２に示すように、シート材はＲｘ方向（各スチールコードの長手方向）には電気磁気抵抗が比較的小さく、Ｒｙ方向（シート材の面内においてＲｘ方向に対し直交方向）には極めて大きい。
【００１９】
このため、このシート材のような被検出物１０４を検出対象とした場合、図８の装置においては図９に示す如く、有効な短絡磁路が形成されない結果、磁気遮蔽効果が得がたく十分な感度が得られない。また、図１０の装置においては、図１１に示すような環状の渦電流が好適に形成されず、本来の原理的な動作モードでは動作しない。このため、この場合にも十分な感度を得られない。
【００２０】
さらに、上記のバリアブルインダクタンス型の検出方法はいずれも、送信コイルと受信コイルには、周囲温度変化や電気的外乱に起因するインピーダンス変化が生じないことも要求される。しかしながら、図１０の装置の場合には、実際にはその外乱により送信コイルのインピーダンスが変化し、発生する磁界の強さが変化することで被検出物表面に発生する過電流の量が変化してしまうことや、各受信コイルのインピーダンスが変化した場合には一対の受信コイルの磁気的結合のバランスが変化し、正確な差分要素を抽出することができない。つまり、周囲環境によらず安定的に検出動作を行うことが困難である。また、図８の装置の場合にも、送信コイルにより発生する磁界の強さが変化したり、受信コイルによる誘導電流が変化したりして、やはり、周囲環境によらない安定的な検出動作が困難である。
【００２１】
加えて、上記のバリアブルインダクタンス型の検出方法はいずれも、特定の平面上で動作する被検出物に対してのみ好適な検出が可能となり、挿入量が変化せず各コイルとの距離のみ変化するような外乱がある場合や、被検出物の動作面が変化する場合には、被検出物の挿入量が同じであっても同一の検出値とはならないという問題がある。
【００２２】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）を持った磁性体を被検出物とする場合にも十分に実用的な感度を得ることが可能で、好ましくは、温度変化や電気的外乱のような周囲環境によらない安定的な検出を可能としたり、被検出物の動作面が変化した場合にも好適な検出を可能とする磁性体縁辺位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の磁性体縁辺位置検出装置は、磁性体の縁辺位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置において、双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる第１及び第２の磁力線発生手段と、前記第１及び第２の磁力線発生手段に対し前記磁性体の挿入間隔を隔てて対向配置され、前記磁力線の作用で誘導電流を生じる誘導電流発生手段と、を備え、前記誘導電流に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴としている。
【００２４】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記第１及び第２の磁力線発生手段は、交流電流が供給されることにより前記磁力線を生じるコイルによってそれぞれ構成されていることが好ましい。
【００２５】
この場合、前記第１の磁力線発生手段と前記第２の磁力線発生手段とでコイルの巻線方向又は通電方向を相互に逆向きに設定したことが好ましい。
【００２６】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記第１及び第２の磁力線発生手段に対して同じ側に、第１及び第２の前記誘導電流発生手段を備え、前記第１の誘導電流発生手段は前記第１の磁力線発生手段と対向配置されている一方で、前記第２の誘導電流発生手段は前記第２の磁力線発生手段と対向配置されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記誘導電流発生手段は、コイルからなることが好ましい。
【００２８】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記誘導電流発生手段はコイルからなるとともに、前記第１の誘導電流発生手段と前記第２の誘導電流発生手段とでコイルの巻線方向又は通電方向を相互に逆向きに設定したことも好ましい。
【００２９】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記第１及び第２の磁力線発生手段の近傍に配されて、前記磁力線の作用で基準誘導電流を生じる基準誘導電流発生手段を更に備え、前記基準誘導電流を用いて補正した値として、前記磁性体の縁辺位置を求めることが好ましい。
【００３０】
この場合、前記基準誘導電流発生手段を前記第１の磁力線発生手段の近傍と前記第２の磁力線発生手段の近傍とにそれぞれ備えることが好ましい。
【００３１】
また、この場合、各基準誘導電流発生手段はコイルからなるとともに、各基準誘導電流発生手段と前記第１及び第２の磁力線発生手段とを同一基板に配したことが好ましい。
【００３２】
また、本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記第１及び第２の磁力線発生手段と、前記誘導電流発生手段と、を備えて構成されるユニットを２つ備えるとともに、これら２つのユニットの配置は、前記挿入間隔を基準とした対称的配置とし、当該磁性体縁辺位置検出装置は、更に、一方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該一方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第１状態と、他方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該他方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段を備え、前記第１状態時における誘導電流と、前記第２状態時における誘導電流と、をともに用いて、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることが好ましい。
【００３３】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置は、磁性体の位置を検出するための磁性体縁辺位置検出装置において、第１及び第２のコイルと、前記第１及び第２のコイルに対し前記磁性体の挿入間隔を隔てて対向配置された第３及び第４のコイルと、前記第１及び第２のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で前記第３及び第４のコイルが誘導電流を生じる第１状態と、前記第３及び第４のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で前記第１及び第２のコイルが誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段と、を備え、前記第１状態時における誘導電流と、前記第２状態時における誘導電流と、をともに用いて、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることを特徴としている。
【００３４】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記誘導電流の計測値に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を演算する演算手段を更に備えることが好ましい。
【００３５】
本発明の磁性体縁辺位置検出装置においては、前記磁性体による磁束短絡に起因した前記誘導電流の変化に基づき、前記挿入間隔に挿入された前記磁性体の縁辺位置を求めることが好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる第１及び第２の磁力線発生手段を備えるので、挿入間隔に挿入される磁性体により好適に磁束短絡を生じさせることが可能となる結果、電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）を持った磁性体を被検出物とする場合にも十分に実用的な感度を得ることができる。
【００３７】
また、本発明によれば、第１及び第２の磁力線発生手段の近傍に配されて、磁力線の作用で基準誘導電流を生じる基準誘導電流発生手段を更に備え、基準誘導電流を用いて補正した値として、磁性体の縁辺位置を求めるので、温度変化や電気的外乱のような周囲環境によらない安定的な検出が可能となる。
【００３８】
また、本発明によれば、第１及び第２の磁力線発生手段と、誘導電流発生手段と、を備えて構成されるユニットを２つ備えるとともに、これら２つのユニットの配置は、挿入間隔を基準とした対称的配置とし、更に、第１状態と第２状態とに切り換える切換手段を備え、第１状態時における誘導電流と第２状態時における誘導電流とをともに用いて、挿入間隔に挿入された磁性体の縁辺位置を演算するので、挿入間隔において被検出物と誘導電流発生手段との距離が変化するような外乱があるような場合（被検出物に振動が発生した場合、或いは、被検出物に磁力線発生手段及び誘導電流発生手段との相対位置変動（例えば、上下位置変動）が生じた場合など）にも好適な検出が可能となる。
【００３９】
また、本発明によれば、第１及び第２のコイルと、前記第１及び第２のコイルに対し前記磁性体の挿入間隔を隔てて対向配置された第３及び第４のコイルと、第１及び第２のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で第３及び第４のコイルが誘導電流を生じる第１状態と、第３及び第４のコイルが双方を経由する環状の磁力線を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で第１及び第２のコイルが誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段と、を備え、第１状態時における誘導電流と、第２状態時における誘導電流と、をともに用いて、挿入間隔に挿入された磁性体の縁辺位置を求めるので、電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）を持った磁性体を被検出物とする場合にも十分に実用的な感度を得ることができるとともに、挿入間隔において被検出物と誘導電流発生手段との距離が変化するような外乱があるような場合にも好適な検出が可能となる。
【００４０】
なお、本発明は、例えば、被検出物としての磁性体が、鋼板のように略二次元的形状（平板状或いはシート状の形状）を有し、特に一方向に極端に長く、しばしば巻き戻し巻き取り工程での耳端制御の対象となるような場合における耳端位置の検出に対して好適に適用可能である。
【００４１】
また、本発明は、磁性体からなるワイヤが流れ方向（挿入方向）と平行な面内において該方向と直交状態で複数本配置されている場合（被検出物としての磁性体が磁性体ワイヤの集合体からなる場合）の耳端位置の検出にも好適に適用可能である。
【００４２】
更に、本発明は、例えば自動車のタイヤにおける主要部のように、磁性体ワイヤ（スチールコードに相当）が所定間隔となるように何らかの結合物（被覆ゴムに相当）で被覆して得られるシート状の物体における磁性体の縁辺位置の検出にも好適に適用可能である。ここで、このようなシート状の物体における磁性体の縁辺位置とは、該シート状物体の総体としての縁辺ではなく、その内部に隠れている複数の磁性体ワイヤの集合体における縁辺位置を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置について説明する。
【００４４】
本実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置は、磁性体の位置（例えば縁辺位置）を検出するための装置である。ここで、磁性体とは、例えば、図１に示すような被検出物１に含まれる（被検出物１に隠れた）磁性体２である。この被検出物１は、例えば、磁性体からなるワイヤ２１を互いに平行かつ所定間隔に配列した状態で、ゴムのような被磁性体の被覆体で被覆することにより構成されたシート状のものである。また、磁性体２とは、ワイヤ２１の集合体を意味し、従って、磁性体２の縁辺位置とは、ワイヤ２１の集合体における縁辺位置となる。
【００４５】
本実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置は、図４に示すように、検出動作を行う検出部４０と、この検出部４０での検出結果に基づいて磁性体２の縁辺位置を演算する演算部２０とを備えている。
【００４６】
このうち検出部４０は、図１に示すように、第１乃至第４のコイル１１、１２、１３、１４を備えている。
【００４７】
このうち第１及び第２のコイル（第１状態の場合における第１及び第２の磁力線発生手段、第２状態の場合における誘導電流発生手段、第１及び第２の誘導電流発生手段）１１，１２は、例えば、相互に略同一面内に位置するように配置されている。なお、これら第１及び第２のコイル１１，１２の巻線方向は、互いに同方向とされているとともに、これら第１及び第２のコイル１１，１２は相互に直列に接続されている。
【００４８】
他方、第３及び第４のコイル（第１状態の場合における誘導電流発生手段、第１及び第２の誘導電流発生手段、第２状態の場合における第１及び第２の磁力線発生手段）１３，１４も、例えば、相互に略同一面内に配置されているとともに、これら第３及び第４のコイル１３，１４は、シート材１の挿入間隔Ｓ（図２）を隔てて第１及び第２のコイル１１，１２に対し対向配置されている。なお、第３のコイル１３及び第４のコイル１４の巻線方向は、互いに同方向とされている。さらに、これら第３及び第４のコイル１３，１４は相互に直列に接続されている。また、第３のコイル１３は第１のコイル１１と相互に向き合うように配置され、第４のコイル１４は第２のコイル１２と相互に向き合うように配置されている。
【００４９】
また、検出部４０は、第１及び第２のコイル１１，１２に接続された交流発生器１５を備える。この交流発生器１５は、演算部２０の電流指令値発生器２２（後述）からの電流指令を受けて、第１及び第２のコイル１１，１２へ交流電流を供給し、該第１及び第２のコイル１１，１２を電流駆動させる。ここで、交流発生器１５より供給される交流電流の方向（通電方向）が、第１のコイル１１と第２のコイル１２とでは相互に逆方向となるように、第１及び第２のコイル１１，１２と交流発生器１５とは接続されている。
【００５０】
交流発生器１５から第１及び第２のコイル１１，１２に交流電流が供給（通電）されると、図２に示すように、第１及び第２のコイル１１，１２によりそれぞれ磁界が発生する。特に、第１及び第２のコイル１１，１２の相互間には、これら第１及び第２のコイルの協働により、これら第１及び第２のコイルの双方を経由する環状の磁力線１８が生じる。
【００５１】
他方、第３及び第４のコイル１３，１４は、図２に示すように磁力線１８と交差するような位置設定となっていて、磁力線１８の作用により誘導電流を生じる。第３及び第４のコイル１３，１４には、電流計１６が接続されている。この電流計１６は、例えば、第３及び第４のコイル１３，１４が生じる誘導電流の和を計測する。
【００５２】
なお、本実施形態の場合、交流発生器１５は、第１及び第２のコイル１１，１２に接続されているのと同様に第３及び第４のコイル１３，１４にも接続されている（図１では簡単のため、交流発生器１５が第１及び第２のコイル１１，１２にのみ接続されている様子を示す）。また、電流計１６は、第３及び第４のコイル１３，１４に接続されているのと同様に第１及び第２のコイル１１，１２にも接続されている。
【００５３】
そして、交流発生器１５から第３及び第４のコイル１３，１４に交流電流が供給された際には、これら第３及び第４のコイル１３，１４により磁界を生じ、特に、これら両コイル１３，１４の相互間には、上記磁力線１８と対称的な配置の磁力線（図示略）が生じる。このように第３及び第４のコイル１３，１４により磁力線を生じると、該磁力線の作用により第１及び第２のコイル１１，１２が誘導電流を生じ、この誘導電流の和を電流計１６が計測する。
【００５４】
ここで、第１及び第２のコイル１１，１２が双方を経由する環状の磁力線１８を協働で生じる一方で、該磁力線１８の作用で第３及び第４のコイル１３，１４が生じる誘導電流を計測する状態を第１状態とし、第３及び第４のコイル１３，１４が双方を経由する環状の磁力線（図示略）を協働で生じる一方で、該磁力線の作用で第１及び第２のコイル１１，１２が生じる誘導電流を計測する状態を第２状態とすれば、本実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置は、このように第１状態と第２状態とに相互に切り換えるために、後述する切換手段を備えている。
【００５５】
さらに、検出部４０は、第１〜第４のコイル１１，１２，１３，１４の近傍にそれぞれ配されて、磁力線の作用で基準誘導電流を生じる基準誘導電流発生コイル（基準誘導電流発生手段）を備えている。すなわち、磁性体縁辺位置検出装置は、第１のコイル１１の近傍の第１の基準誘導電流発生コイル１９ａ、第２のコイル１２の近傍の第２の基準誘導電流発生コイル１９ｂ、第３のコイル１３の近傍の第３の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、第４のコイル１４の近傍の第４の基準誘導電流発生コイル１９ｄを備えている。なお、このうち第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂは直列に接続され、同様に、第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄは直列に接続されている。そして、電流計１６は、第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂが生じる基準誘導電流の和、並びに、第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄが生じる基準誘導電流の和、をそれぞれ計測可能となっている。
【００５６】
なお、以上の構成において、例えば、第１のコイル１１、第２のコイル１２、第１の基準誘導電流発生コイル１９ａ及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ｂは、例えば図７に示すように同一基板１９０に配されている。同様に、第３のコイル１３、第４のコイル１４、第３の基準誘導電流発生コイル１９ｃ及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｄも同一基板に配されている。
【００５７】
また、検出部４０の交流発生器１５は、各コイル１１〜１４のインピーダンスが変化してもそこに流れる電流が影響されないように、各コイル１１〜１４に流れる実電流を演算部２０からの電流指令値と一致させる定電流制御方式としている。これは、一般的に、コイルのインピーダンスは周囲温度の変化に影響されるため単に各コイル１１〜１４に交流電流を流すだけではそこから発生する磁界の量も周囲温度変化に影響されるためである。
【００５８】
また、検出部４０は、各コイル１１〜１４の検出信号（電流計１６による誘導電流の計測値）を所定のタイミングで切り換える切換回路４２を備えている。なお、検出部４０の切換回路４２と交流発生器１５（の一部）により切換手段が構成されている。
【００５９】
更に、検出部４０は、切換回路４２により切り換えられた（選択された）各コイル１１〜１４、１９ａ〜１９ｄの検出信号をＡＭ変調して演算部２０に出力するＡＭ変調回路４１を備えている。このＡＭ変調回路４１は、電気的外乱の影響を少なくして正確に各コイル１１〜１４、１９ａ〜１９ｄの検出信号を演算部２０に伝達させるため、交流発生器１５が発生する周波数よりも十分高い周波数の搬送波を用いてＡＭ変調する。
【００６０】
他方、図４に示す演算部２０は、電流計１６により計測される誘導電流に基づいて磁性体２の縁辺位置を演算するものであり、磁性体縁辺位置検出装置における各部を同期動作させるためのシステムクロックを生成するシステムクロック生成部２１と、交流発生器１５に各コイル１１〜１４を駆動するための電流指令値を出力する電流指令値発生器２２と、検出部４０のＡＭ変調回路４１によりＡＭ変調及び出力された信号を復調するためのＡＭ復調回路２３と、検出部４０の個体差を校正するための検出部校正用アッテネータ２４と、ＡＭ復調後の検出信号を同期検波することにより該検出信号から交流成分を除去して直流成分を抽出する同期検波部２５と、各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄが生じる基準誘導電流の計測値を用いた補正（後述）を行う基準コイル補正部２６と、被検出物１が挿入領域にない場合（挿入量ゼロの場合）と全挿入状態である場合においてそれぞれの検出値の出力特性への反映のさせ方の設定及び処理を行うほかに、ＤＯＷＮサイクル（第１状態）とＵＰサイクル（第２状態）（何れも後述）での各検出値の有効領域を定めるゲイン調整とバイアス量を定めるバイアス調整とを行うゲイン・バイアス調整部（正規化部）２７と、被検出物１の磁性体２の特性に合わせた上記ゲイン量及びバイアス量を記憶する不揮発性メモリ部２９と、不揮発性メモリ部２９のインタフェイスを含んで構成され上記ゲイン量とバイアス量の該不揮発性メモリ部２９への登録（設定）及び読出を行うゲイン・バイアス設定部３０と、ＤＯＷＮサイクルとＵＰサイクルでの各演算結果（後述）を平均化することにより最終的な演算結果を求める平均部２８と、を備えている。
【００６１】
このうちＡＭ復調回路２３は、ＡＭ変調回路４１によりＡＭ変調及び出力された信号における搬送波の周波数成分のみを選択的に通過するバンドパスフィルタ２３１と、整流回路２３２と、ローパスフィルタ２３３と、を備えている。
【００６２】
次に、図１乃至図３を参照して、本実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置の基本原理を説明する。
【００６３】
先ず、第１及び第２のコイル１１，１２に交流電流を供給した状態（第１状態）では、これら第１及び第２のコイル１１，１２を経由する環状の磁力線１８が発生する（図２）。また、図２に示すように、第３及び第４のコイル１３，１４は第１及び第２のコイル１１，１２と対向配置されているため、これら第３及び第４のコイル１３，１４は磁力線１８を効率的に受けることが可能となっている。この状態で、第３及び第４のコイル１３，１４には、第１及び第２のコイル１１，１２との磁気的な結合により誘導電流が生じる。
【００６４】
次に、図２に示すように、磁性体２を含む被検出物１が挿入間隔Ｓに挿入されると、磁性体２により磁力線１８の一部に短絡Ｔ（磁束短絡）が生じる。すると、第３及び第４のコイル１３，１４に生じる誘導電流は減少する。この減少量を評価することにより磁性体２の縁辺位置を該磁性体２の挿入量として求めることができる。
【００６５】
ここで、第１のコイル１１から発生する磁界の強さをΦ１、第２のコイル１２から発生する磁界の強さをΦ２、第１のコイル１１と第３のコイル１３との間の磁路抵抗をｒ１、第２のコイル１２と第４のコイル１４との間の磁路抵抗をｒ２、被検出物の挿入により発生する磁路抵抗（磁束短絡による磁路抵抗）をｒｍ、第３のコイル１３と第４のコイル１４との間の磁路抵抗をｒｃ、第３及び第４のコイル１３、１４が受ける磁力線の数を表す装置１６０（図３）による計測値（第３及び第４のコイル１３，１４と交差する磁力線数を表す値）をｉｃとすると、図２の状態は図３の等価回路で表すことができる。
【００６６】
また、被検出物１の磁性体２により磁束短絡される磁力線の数をｉｍとすれば、ｉｃ＋ｉｍ＝（ｒ１またはｒ２を通る磁力線の数）の関係が成り立ち、従って、ｉｃ＝（ｒ１またはｒ２を通る磁力線の数）−ｉｍとなる。
【００６７】
よって、被検出物１の挿入間隔Ｓへの挿入量が変化すると（換言すればｒｍ（またはｉｍ）が変化すると）その影響でｉｃが変化するので、ｉｃの変化量を測定することにより挿入量を求めることができる。
【００６８】
次に、本実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置の具体的な検出動作について説明する。
【００６９】
図５のタイムチャートに示すように、磁性体縁辺位置検出装置は、演算部２０のシステムクロックに同期させたタイミング信号で、第１及び第２のコイル１１，１２の駆動中における第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂからの検出信号の処理（ステップＳ１）、第１及び第２のコイル１１，１２の駆動中における第３及び第４のコイル１３，１４からの検出信号の処理（ステップＳ２）、第３及び第４のコイル１３，１４の駆動中における第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄからの検出信号の処理（ステップＳ３）、第３及び第４のコイル１３，１４の駆動中における第１及び第２のコイル１１，１２からの検出信号の処理（ステップＳ４）を、この順に繰り返し行う。
【００７０】
なお、以下では簡単のため、上側に配置された第１及び第２のコイル１１，１２により発生された磁力線１８の作用で下側に配置された第３及び第４のコイル１３，１４に誘導電流を発生させるステップＳ２と、ステップＳ２による検出結果の補正用に行われるステップＳ１と、を含んでＤＯＷＮサイクル（第１状態）という。また、下側に配置された第３及び第４のコイル１３，１４により発生された磁力線の作用で上側に配置された第１及び第２のコイル１１，１２により誘導電流を発生させるステップＳ４と、ステップＳ４による検出結果の補正用に行われるステップＳ３と、を含んでＵＰサイクル（第２状態）という。
【００７１】
ＤＯＷＮサイクルのステップＳ１及びステップＳ２では、交流発生器１５は、電流指令値発生器２２からの電流指令値に基づき、第１及び第２のコイル１１，１２を駆動させ磁力線１８を発生させる。このうちステップＳ１では、切換回路４２は、第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂからの検出信号（誘導電流の計測値）のみを選択的に通過させる。また、ステップＳ２では、切換回路４２は、第３及び第４のコイル１３，１４からの検出信号（誘導電流の計測値）のみを選択的に通過させる。
【００７２】
次に、ＵＰサイクルのステップＳ３及びステップＳ４では、交流発生器１５は、電流指令値発生器２２からの電流指令値に基づき、第３及び第４のコイル１３，１４を駆動させ磁力線（図示略）を発生させる。このうちステップＳ３では、切換回路４２は、第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄからの検出信号（誘導電流の計測値）のみを選択的に通過させる。また、ステップＳ４では、切換回路４２は、第１及び第２のコイル１１，１２からの検出信号（誘導電流の計測値）のみを選択的に通過させる。
【００７３】
各ステップＳ１〜Ｓ４での検出信号は、それぞれＡＭ変調回路４１でのＡＭ変調を経て検出部４０から演算部２０に入力される。
【００７４】
演算部２０では、各ステップＳ１〜Ｓ４毎に入力される検出信号を、先ず、ＡＭ復調回路２３にてＡＭ復調する。この際に、初段のバンドパスフィルタ２３１では、検出部４０のＡＭ変調回路４１によりＡＭ変調された信号における搬送波の周波数成分のみが通過する。この処理により、該搬送波以外の周波数成分をもつ電気的外乱は除去される。続いて、整流回路２３２及びローパスフィルタ２３３の処理によりＡＭ復調され、ＡＭ変調される前の検出信号の形態に戻る。
【００７５】
このようにＡＭ復調された検出信号は、続いて、検出部校正用アッテネータ２４にて校正される。ここで、検出部校正用アッテネータ２４には、各ステップＳ１〜Ｓ４毎の検出信号に対してそれぞれ個別のゲインが設定されていて、これら各検出信号がそれぞれが所定の振幅に校正され、これにより検出部４０の個体差が校正されるようになっている。
【００７６】
続いて、同期検波部２５では交流成分が除去され、各検出信号中の検出レベル成分（各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄにおける検出レベルと各コイル１１〜１４における磁性体２の挿入量の成分を含んだ検出レベル）が直流分として抽出される。ここで、演算部２０で生成しているシステムクロックに同期された検出部４０への電流指令値を用いて各ステップＳ１〜Ｓ４の切り換え（図５に示す指令信号の立ち上がり及び立ち下がり）を行っていることから、各ステップＳ１〜Ｓ４での検出信号も当然システムクロックに同期している。このため、これら検出信号を順番に同期検波させることは容易であるとともに、正確に検出信号中の検出レベル成分を直流分として抽出することが可能である。
【００７７】
また、基準コイル補正部２６では、ＤＯＷＮ、ＵＰそれぞれのサイクルで、
ＤＯＷＮサイクルでの検出値＝第３及び第４のコイル１３，１４からの検出値／第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂからの検出値・・・（ａ）
ＵＰサイクルでの検出値＝第１及び第２のコイル１１，１２からの検出値／第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄからの検出値・・・（ｂ）
の演算がなされる。
【００７８】
ここで、第１〜第４の基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄは、それぞれ第１〜第４のコイル１１〜１４に近接した配置とされている。各コイル１１〜１４から発生した磁界において、磁束の一部が直接各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄと交差するため、各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄから得られる誘導電流は、被検出物１の挿入量の影響をほとんど受けない。
【００７９】
ところで、各コイル１１〜１４並びに各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄは、周囲温度変化や電気的外乱に影響されるが、それは、各コイル１１〜１４並びに各基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄに等しく働く。
【００８０】
このような事情に対し、上記のように（ａ）、（ｂ）のような演算を行うことにより、各サイクルにて、第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂ或いは第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄからの検出値による補正（温度補正）がなされる。また、これらの演算では、第１及び第２のコイル１１，１２からの検出値と第３及び第４の基準誘導電流発生コイル１９ｃ、１９ｄからの検出値との比率、或いは、第３及び第４のコイル１３，１４からの検出値と第１及び第２の基準誘導電流発生コイル１９ａ、１９ｂからの検出値との比率を求めているため、演算結果は相対値として算出される。このため、周囲温度変化のほか各コイルに等しく影響を与える電気的外乱を除去する効果を奏する。
【００８１】
次に、ゲイン・バイアス調整部（正規化部）２７では、被検出物１の磁性体２が挿入間隔Ｓにない場合（挿入量ゼロの場合）と全挿入状態である場合において、それぞれの検出値の出力特性への反映のさせ方が設定及び処理されるとともに、ＤＯＷＮサイクルとＵＰサイクルでの各検出値の有効領域を定めるゲイン調整と、バイアス量を定めるバイアス調整がなされる。
【００８２】
なお、被検出物１の磁性体２の交流磁気特性が異なる場合、各サイクルにおける検出値も異なる特性を示すが、被検出物１の種類毎に求めた上記ゲイン量とバイアス量を不揮発性メモリ２９に登録及び読出を行うことにより、交流磁気特性が異なる被検出物１を検出する場合でも、その挿入量と検出値出力の特性が変わらないようにしている。
【００８３】
また、平均部２８では、ＵＰサイクルとＤＯＷＮサイクルの各演算結果（上記（ａ）及び（ｂ）の演算結果）が平均化される。この平均化処理を行うことにより、被検出物１が挿入間隔Ｓにおいて、挿入量が変化せず各コイルとの距離のみ変化するような外乱がある場合（被検出物に振動が発生した場合、或いは、被検出物に磁力線発生手段及び誘導電流発生手段との相対位置変動（例えば、上下位置変動）が生じた場合など）でも、検出値への影響が軽減される。
【００８４】
このことについて、図６を参照して説明する。
【００８５】
図６において、横軸は被検出物とコイル（ステップＳ２、Ｓ４にてそれぞれ誘導電流を生じるコイル１１〜１４）との距離、縦軸は検出値を表す。また、上記（ａ）及び（ｂ）の演算結果をそれぞれ曲線ａ、ｂで表し、上記平均化により得られる演算結果を曲線ｃで表している。
【００８６】
被検出物１が誘導電流を生じるコイル１１〜１４に接近している方が感度が高いため曲線ａ及びｂは直線とはならないが、これらを平均すると浅い逆かまぼこ型（曲線ｃ）となる。曲線ｃにおいて、特に中央部は直線に近いため、許容範囲を定めて使用することにより、挿入量が変化せず各コイルとの距離のみ変化するような上記外乱がある場合でも検出値への影響を低減することができる。
【００８７】
よって、平均部２８による平均化後の値を用いて被検出物１の磁性体２の挿入量を求めることにより、挿入量が変化せず各コイルとの距離のみ変化するような外乱がある場合にも好適な検出が可能となる。
【００８８】
以上のような実施形態によれば、第１及び第２のコイル１１，１２の協働により環状の磁力線１８を発生した状態（第１状態）と、第３及び第４のコイル１３，１４の協働により環状の磁力線を発生した状態（第２状態）と、の検出値を用いて磁性体２の位置検出を行うため、すなわち、磁性体２による磁路短絡Ｔを好適に発生させた状態での検出値を用いて磁性体２の位置検出を行うため、電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）を持った磁性体２の場合にも十分に実用的な感度を得ることが可能となる。
【００８９】
また、第１〜第４のコイル１１〜１４の近傍に配されて、磁力線の作用で基準誘導電流を生じる基準誘導電流発生コイル１９ａ〜１９ｄを更に備え、演算部２０は、基準誘導電流の計測値を用いて補正した値として、磁性体２の位置を演算するので、温度変化や電気的外乱のような周囲環境によらない安定的な検出が可能となる。
【００９０】
更に、第１状態時における検出値と、第２状態時における検出値と、を平均化して、磁性体２の位置を演算するので、挿入量が変化せず各コイルとの距離のみ変化するような外乱がある場合や、挿入間隔Ｓにおける被検出物の動作面が変化する（図２における上下方向に変化する）場合にも好適な検出が可能となる。
【００９１】
なお、上記の実施形態では、誘導電流発生手段が２つ（第１状態では第３及び第４のコイル１３，１４、第２状態では第１及び第２のコイル１１，１２）の例を説明したが、本発明はこの例に限らず、誘導電流発生手段は１つでも良い。
【００９２】
また、第１のコイル１１と第２のコイル１２（並びに第３のコイル１３と第４のコイル１４）で通電方向を逆方向に設定することにより環状の磁力線を発生する例を示したが、巻線方向を逆とすることにより環状の磁力線を発生するようにしても良い。
【００９３】
また、第１状態と第２状態とで磁力線発生手段と誘導電流発生手段が交替するような構成を説明したが、磁力線発生手段と誘導電流発生手段とからなるユニットを２つ備えることにより磁力線発生手段と誘導電流発生手段との機能を固定とするような以下の構成としても良い。
【００９４】
すなわち、第１及び第２の磁力線発生手段と、誘導電流発生手段と、を備えて構成されるユニットを２つ備えるとともに、これら２つのユニットの配置は、磁性体の挿入間隔Ｓを基準とした対称的配置とし、磁性体縁辺位置検出装置は、更に、一方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該一方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第１状態と、他方のユニットの磁力線発生手段が生じる磁力線の作用で該他方のユニットの誘導電流発生手段が誘導電流を生じる第２状態と、に切り換える切換手段を備え、演算手段は、第１状態時における誘導電流の計測値と、第２状態時における誘導電流の計測値と、をともに用いて、挿入間隔Ｓに挿入された前記磁性体の位置を演算するようになっていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置の基本構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１に示す基本構成における検出動作を説明するための模式的な側断面図である。
【図３】図１に示す基本構成における動作原理を説明するための、磁束においての等価回路図である。
【図４】本発明の実施形態に係る磁性体縁辺位置検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】切換手段による切換動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】第１状態及び第２状態での計測値を用いた磁性体位置演算を説明するためのグラフである。
【図７】第１及び第２のコイル（又は第３及び第４のコイル）と基準誘導電流発生コイルとを備える基板を示す平面図である。
【図８】従来の磁性体縁辺位置検出装置の一例を示す模式的な側断面図である。
【図９】図８の磁性体縁辺位置検出装置の不具合を説明するための模式的な側断面図である。
【図１０】従来の磁性体縁辺位置検出装置の他の一例を示す模式図である。
【図１１】図１０の磁性体縁辺位置検出装置による検出において、被検出物の電気磁気的性質に大きな方向性（非等方性）がある場合に、理想の渦電流を発生させにくいことを示した模式的な平面図である。
【図１２】被検出物を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
２      磁性体
１１    第１のコイル（第１状態の場合における第１の磁力線発生手段、第２状態の場合における誘導電流発生手段及び第１の誘導電流発生手段、第１のコイル）
１２    第２のコイル（第１状態の場合における第２の磁力線発生手段、第２状態の場合における誘導電流発生手段及び第２の誘導電流発生手段、第２のコイル）
１３    第３のコイル（第１状態の場合における誘導電流発生手段及び第１の誘導電流発生手段、第２状態の場合における第１の磁力線発生手段、第３のコイル）
１４    第４のコイル（第１状態の場合における誘導電流発生手段及び第２の誘導電流発生手段、第２状態の場合における第２の磁力線発生手段、第４のコイル）
１８    環状の磁力線
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  基準誘導電流発生コイル（基準誘導電流発生手段）
１９０  基板
２０    演算部（演算手段）
１５    交流発生器（切換手段）
４２    切換回路（切換手段）
【図１】
2005114625.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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