(57)【要約】【課題】  検出コイルの位置の誤差が出力に与える影響を抑えられ、且つ、検出コイルが被検出体の両側に設けられる場合に比べて製造コストの低減が可能な変位量検出装置を提供する。【解決手段】  検出コイル３と被検出体４との位置関係の変化に伴う検出コイル３のインダクタンスの変化に基いて変位量が検出される。検出コイル３に対する被検出体４の変位方向に直交する方向から検出コイル３を挟むように２個の被検出体４を配置した。被検出体４間の隙間の大きさを一定とすれば、検出コイル３において上記直交する方向の位置ずれが生じたとしても、検出コイル３が一方側において被検出体４に近くなった分だけ他方側において被検出体４から離れることで、出力の変動が相殺され抑えられる。また、上記とは逆に被検出体４が検出コイル３に挟まれる配置とする場合に比べ、製造コストの低減が可能である。【選択図】図１
2012185092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体に対する第２の物体の相対的な変位量を検出する変位量検出装置であって、
前記第２の物体には、導電性と磁性との少なくとも一方を有する被検出体が固定されていて、
前記第１の物体に対して固定される検出コイルと、
前記検出コイルの電気的特性の変化に基いて前記変位量を検出する検出回路とを備え、
前記被検出体が、前記第１の物体に対する前記第２の物体の変位方向に交差する方向の両側から前記検出コイルを挟むように配置されていることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項２】
前記被検出体は、前記検出コイルに対する変位方向に向かって断面積が変化する形状であることを特徴とする請求項１記載の変位量検出装置。
【請求項３】
前記被検出体は、前記検出コイルに対する変位方向に向かって前記検出コイルとの間の隙間の幅が変化する形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変位量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、検出コイルと、検出コイルに対して相対的に変位する金属製の被検出体とを備え、上記の変位に伴う検出コイルのインダクタンスの変化に基いて、上記の変位の大きさ（以下、「変位量」と呼ぶ。）を検出する変位量検出装置が提供されている。すなわち、第１の物体に対して検出コイルを固定するとともに、第２の物体に対して被検出体を固定すれば、第１の物体に対する第２の物体の相対的な変位量を検出することができる。上記のような変位量検出装置は、例えば、操作力を受けて本体に対して変位可能なハンドルを有する装置において、本体に対するハンドルの変位量の検出に用いられる。この場合、本体とハンドルとのうち、一方が第１の物体とされ、他方が第２の物体とされる。
【０００３】
変位量検出装置としては、上記のような被検出体に代えて、電磁石装置を用いたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、上記のような被検出体を用いたほうが、電磁石装置を用いる場合に比べ、構造が単純化されることにより製造コストの低減が可能となる。
【０００４】
ここで、被検出体が、被検出体から見た検出コイルの変位の軌道に対し、該変位の方向（以下、「変位方向」と呼ぶ。）に直交する方向の一方側にずらして配置されている場合、上記の軌道と被検出体との距離（つまり、被検出体と検出コイルとの間に形成される隙間の幅）の誤差が出力に影響を与えてしまう。
【０００５】
そこで、検出コイルを、変位方向に直交する方向で被検出体を挟む両側にそれぞれ設けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。つまり、変位方向に直交する方向での位置ずれが被検出体に生じたとしても、被検出体は一方の検出コイルに近付いた分だけ他方の検出コイルから離れることになるから、上記の位置ずれによる影響を相殺するように２個の検出コイルの出力を組み合わせることで、上記の位置ずれが出力に与える影響を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−０７２７０３号公報
【特許文献２】特開２００２−０２２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のように、検出コイルを被検出体の両側に設けた場合、製造コストが比較的に高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、検出コイルの位置の誤差が出力に与える影響を抑えられ、且つ、検出コイルが被検出体の両側に設けられる場合に比べて製造コストの低減が可能な変位量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の変位量検出装置は、第１の物体に対する第２の物体の相対的な変位量を検出する変位量検出装置であって、前記第２の物体には、導電性と磁性との少なくとも一方を有する被検出体が固定されていて、前記第１の物体に対して固定される検出コイルと、前記検出コイルの電気的特性の変化に基いて前記変位量を検出する検出回路とを備え、前記被検出体が、前記第１の物体に対する前記第２の物体の変位方向に交差する方向の両側から前記検出コイルを挟むように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この変位量検出装置において、前記被検出体は、前記検出コイルに対する変位方向に向かって断面積が変化する形状であってもよい。
【００１１】
また、この変位量検出装置において、前記被検出体は、前記検出コイルに対する変位方向に向かって前記検出コイルとの間の隙間の幅が変化する形状であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検出体間の隙間の大きさを一定とすれば、検出コイルにおいて被検出体に挟まれる方向の位置ずれが生じたとしても、検出コイルが一方側において被検出体に近くなった分だけ他方側において被検出体から離れることで、出力の変動が相殺され抑えられる。また、被検出体は検出コイルよりも概して製造コストが低いので、被検出体が検出コイルに挟まれる配置とする場合に比べ、製造コストの低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】同上の変更例の要部を示す斜視図である。
【図３】同上の別の変更例の被検出体を示す斜視図である。
【図４】同上の更に別の変更例の被検出体を示す斜視図である。
【図５】同上の別の変更例の要部を示す斜視図である。
【図６】同上の更に別の変更例の要部を示す平面図である。
【図７】同上の別の変更例の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態の変位量検出装置は、第１の物体（図示せず）に対して相対的に回転変位する第２の物体（図示せず）の回転変位量を検出するものであって、図１に示すように、第１の物体に固定されるハウジング１と、ハウジング１に対して回転可能であって第２の物体に固定されるロータ２とを備える。
【００１６】
ハウジング１内には検出コイル３が収納及び保持され、ロータ２には金属製の被検出体４が２個保持されており、ハウジング１に対してロータ２が回転すると、検出コイル３と各被検出体４との位置関係が変化することで、検出コイル３のインダクタンス等の電気的特性が変化する。本実施形態において、検出コイル３は、プリント配線板５に設けられた例えば渦巻き形状の導電パターンからなる。
【００１７】
以下、上下方向は図１を基準として詳しく説明する。
【００１８】
ハウジング１は、ロータ２とプリント配線板５とがそれぞれ収納される収納凹部１０が設けられたボディ１ａと、ボディ１ａに結合して収納凹部１０を閉塞するカバー１ｂとを備える。ボディ１ａとカバー１ｂとはそれぞれ例えば合成樹脂からなる。
【００１９】
ボディ１ａは、軸方向を上下方向に向けた有底円筒形状であって上面に収納凹部１０が開口した本体部１１を有する。また、本体部１１の径方向の一方側（図１での右上側）には、外部の回路への接続に用いられる接続部１２が突設されている。接続部１２は例えば上記の径方向の外側（図１での右上側）に開口した有底角筒形状である。さらに、ボディ１ａにはそれぞれ金属のような導電材料からなる複数本の導電ピン６が例えばインサート成型により保持されている。各導電ピン６は、それぞれ、一端が収納凹部１０内に露出し、他端が接続部１２内に露出している。そして、各導電ピン６は、それぞれ、例えば上記一端を半田付けされることによりプリント配線板５に電気的に接続される。電線を介して外部の回路に接続された適宜形状のプラグ（図示せず）が接続部１２に挿入接続されると、プリント配線板５は、各導電ピン６と上記のプラグ及び電線とを介して上記の回路に電気的に接続される。
【００２０】
また、本体部１１を挟んで接続部１２の反対側には、第１の物体に連結される連結部１３が突設されている。連結部１３は上記径方向の外側（図１での左下側）と上下方向とに開放された連結溝１３１を有し、この連結溝１３１に、第１の物体が有する突起（図示せず）などが挿入されることで、第１の物体に対するハウジング１の回転（いわゆる連れ回りなど）が禁止される。
【００２１】
ロータ２は、軸方向を上下方向に向けた円筒形状の軸部２１と、軸部２１の軸方向の中央部から全周にわたって径方向に突設され各被検出体４をそれぞれ保持する円環形状の保持部２２とを有する。軸部２１や保持部２２の材料としてはそれぞれ例えば合成樹脂を用いることができる。軸部２１の上端面には、上方から見てハウジング１に対するロータ２の回転量を確認可能とするための印２１１が付されている。この印２１１は凹部や凸部であってもよいし、印刷であってもよい。各被検出体４は、それぞれ、円弧形状の金属板からなり、厚さ方向を上下方向に向け、被検出体４間に隙間を空ける形で互いに上下に並べて、径方向の中央部においてロータ２の保持部２２に例えばインサート成型により保持されている。ここで、軸部２１と保持部２２とは、一体に成型されていてもよいし、嵌合等の適宜の手段により互いに結合する別部品であってもよい。なお、各被検出体４の材料がフェライト等の磁性体であっても検出コイル３の電気的特性は変化するが、高いＳ／Ｎ比を得るためには、各被検出体４の材料としてはなるべく電気伝導率が高い材料を用いることが望ましい。
【００２２】
さらに、ボディ１ａにおける収納凹部１０の底面の中央にはロータ２の軸部２１の下端部が挿通される挿通穴１４ａが設けられ、カバー１ｂにはロータ２の軸部２１の上端部が挿通される挿通穴１４ｂが設けられている。各挿通穴１４ａ，１４ｂの内径は軸部２１の外形よりも僅かに大きい程度とされている。すなわち、各挿通穴１４ａ，１４ｂの内周面に軸部２１の外周面が当接することで、ハウジング１に対するロータ２の変位であって径方向への変位は禁止される。
【００２３】
また、ボディ１ａにおいて収納凹部１０の底面には、ロータ２の軸部２１の下端部を囲んで保持部２２の下面に当接する円筒形状の筒凸部１５ａが上方に突設され、カバー１ｂの下面にはロータ２の軸部２１の上端部を囲んで保持部２２の上面に当接する円筒形状の筒凸部１５ｂが下方に突設されている。つまり、ロータ２は、保持部２２が上記の筒凸部１５ａ，１５ｂ間に挟まれることで、ハウジング１に対する上下方向への変位を禁止されている。さらに、ハウジング１に対するロータ２のがたつきを抑えて検出の精度を向上するために、ロータ２をハウジング１の内面に弾性的に押し付ける付勢手段を設けてもよい。具体的には例えば、ロータ２の上面とカバー１ｂの下面との間に、付勢手段としての圧縮コイルばね（図示せず）を介装することが考えられる。
【００２４】
また、ロータ２において保持部２２の上面には円弧形状の制限凹部２３が設けられており、カバー１ｂの下面には制限凹部２３内で変位可能な制限凸部１８が下方へ突設されている。つまり、ハウジング１に対するロータ２の可動範囲（回転範囲）は、制限凸部１８が制限凹部２３の一端に当接する位置から、制限凸部１８が制限凹部２３の他端に当接する位置までに制限されている。
【００２５】
プリント配線板５は円弧形状の平板であって厚さ方向を上下方向に向けて収納凹部１０内に収納され、収納凹部１０内に設けられた複数個（例えば３個）の台座凸部１６が下面に当接することで、ハウジング１に対する下方への変位を禁止される。また、カバー１ｂの下面には、プリント配線板５の上面に当接してハウジング１に対する上方へのプリント配線板５の変位を禁止する凸部（図示せず）が設けられている。さらに、プリント配線板５の外周には、それぞれ径方向の外側と上下方向とに開放された複数個（図１では３個）の位置決め凹部５１が設けられている。また、ハウジング１において収納凹部１０の内周面には、それぞれ１個ずつの位置決め凹部５１に係入する複数個の位置決め凸部１７（１個のみ図示）が突設されている。すなわち、各位置決め凹部５１にそれぞれ１個ずつの位置決め凸部１７が係入することで、ハウジング１に対するプリント配線板５の変位であって上下方向に直交する方向への変位が禁止される。
【００２６】
ここで、プリント配線板５の上下位置は、上側の被検出体４の下面よりも下側、且つ、下側の被検出体４の上面よりも上側とされている。これにより、検出コイル３は、被検出体４に対する相対的な変位方向Ａ１に直交する方向である上下方向において、被検出体４間に挟まれる。また、ハウジング１に対するロータ２の可動範囲は、検出コイル３で発生した磁束のうち被検出体４を通過する磁束が、ハウジング１に対するロータ２の変位に伴って連続的に変化するような範囲内とされている。上記の可動範囲は、具体的には例えば、上下方向から見て被検出体４と検出コイル３との重なりが生じない範囲の端である位置から、上下方向から見て被検出体４が検出コイル３の全体に重なる位置までである。
【００２７】
さらに、検出コイル３には、検出回路（図示せず）が接続される。検出回路は、検出コイル３の電気的特性の変化に基いて、ハウジング１に対するロータ２の変位量を検出する（つまり、検出された変位量に応じた電気信号を生成および出力する）ものである。このような検出回路は周知技術により実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。検出回路は、プリント配線板５に実装されていてもよいし、ハウジング１外に設けられて導電ピン６を介して検出コイル３に電気的に接続されていてもよい。上記の電気的特性としては、一般的には検出コイル３のインダクタンスが用いられるが、検出コイル３のレジスタンス（すなわちインピーダンスの実数部分）を用いてもよい。
【００２８】
例えば、本体（図示せず）に対して回転するハンドル（図示せず）を有する装置（例えば電動式パチンコ台）において本体に対するハンドルの回転量を検出したい場合、本体とハンドルとの一方にハウジング１を連結して他方にロータ２を連結することで、ハウジング１に対するロータ２の回転量を、本体に対するハンドルの回転量に一致させればよい。この場合、本体とハンドルとのうちハウジング１に連結されたものが第１の物体となり、本体とハンドルとのうちロータ２に連結されたものが第２の物体となる。ハウジング１への物体の連結は、既に説明したように、物体に設けられた突起等をハウジング１の連結部１３の連結溝１３１に挿入することで達成される。また、ロータ２への物体の連結は、例えば軸部２１への嵌合により達成することができる。
【００２９】
ここで、本実施形態では、検出コイル３が被検出体４に挟まれる。且つ、被検出体４が検出コイル３を挟む方向である上下方向（ロータ２の軸部２１の軸方向）は、被検出体４が検出コイル３に対して相対的に変位する方向Ａ１（ロータ２の軸部２１の周方向）に直交する方向である。従って、被検出体４間の隙間の大きさを一定とすれば、検出コイル３において上下方向の位置ずれが生じたとしても、検出コイル３が上下の一方側において被検出体４に近くなった分だけ上下の他方側において被検出体４から離れることで、出力の変動が相殺され抑えられる。また、被検出体４は検出コイル３よりも概して製造コストが低いので、上記とは逆に被検出体４が２個の検出コイル３に挟まれる配置とする場合に比べ、製造コストの低減が可能である。
【００３０】
ところで、検出コイル３のインダクタンスの変化は、検出コイル３が発生させる磁束のうち被検出体４を通過する磁束の変化に起因するものである。さらに、検出コイル３が発生させる磁束の密度は、検出コイル３の軸方向の両側で比較的に高くなる。従って、検出コイル３のインダクタンスの変化を大きくしてＳ／Ｎ比を高くするためには、検出コイル３の軸方向は、被検出体４が検出コイル３を挟む方向に一致させることが望ましい。
【００３１】
本発明者は、検出コイル３と被検出体４とが１個ずつ用いられる場合と、１個の被検出体４が２個の検出コイル３に挟まれる場合と、１個の検出コイル３が２個の被検出体４に挟まれる場合との、３通りの場合について、それぞれ、個々の検出コイル３の寸法形状や、個々の被検出体４の寸法形状や、検出コイル３と被検出体４との間に生じる隙間の大きさや、検出コイル３に対する被検出体４の変位量といった条件を揃えて、検出コイル３のインダクタンスの変化量を計算した。その結果、上記の変化量は、本実施形態のように１個の検出コイル３が２個の被検出体４に挟まれる場合で最も大きくなるという結果が得られた。上記の変化量が大きくなるということは、すなわち、高いＳ／Ｎ比が得られるということを意味する。
【００３２】
なお、検出コイル３は上記のように導電パターンからなるものに限られず、図２に示すように検出コイル３が巻線で構成されていてもよい。また、図２の例では、検出コイル３が入り込む凹部４０を有するＵ字形状の１個の被検出体４により、検出コイル３を挟んでいる。図２の例では、被検出体４の凹部４０は、検出コイル３が出入りする方向（相対的な変位方向Ａ１の一方側であり、図２での左下方向）の他には、被検出体４が検出コイル３を挟む方向に直交する方向（上下方向）の両側に開放されている。ただし、被検出体４の形状は上記に限られず、例えば、図３に示すように、検出コイル３に対する被検出体４の相対的な変位の方向（以下、単に「変位方向」と呼ぶ。）Ａ１と被検出体４が検出コイル３を挟む方向（図３での左右方向）とに直交する方向の一方側（図３での下側）において凹部４０が閉塞されていてもよい。さらに、図４に示すように、被検出体４を、変位方向Ａ１にのみ開放された凹部４０を有する筒形状又は有底筒形状としてもよい。
【００３３】
ところで、図１〜図４の例のように検出コイル３と各被検出体４とが互いに平行となる場合、検出コイル３のインダクタンスは、検出コイル３の軸方向（図１では上下方向であり、図２〜図４では左右方向）から見て検出コイル３と被検出体４とが重なる範囲の面積にほぼ依存する。したがって、図１〜図４の例のように上記方向から見た検出コイル３の面積を被検出体４の面積よりも小さくする場合、変位量を検出可能な範囲（以下、「検出レンジ」と呼ぶ。）は、検出コイル３の軸方向から見て検出コイル３と被検出体４との重なりが生じ始める位置から、検出コイル３の軸方向から見て検出コイル３の全体が被検出体４に重なる位置までとなる。さらに、図１〜図４の例のように、被検出体４の幅寸法が、変位方向Ａ１での全長にわたって、検出コイル３の幅寸法よりも大きくされている場合、検出レンジの長さは、変位方向Ａ１における検出コイル３の長さと、変位方向Ａ１における被検出体４の長さとのうち、短いものに一致する。つまり、検出レンジを長くするには、検出コイル３と被検出体４との両方を変位方向Ａ１に長くする必要がある。なお、ここでいう幅寸法とは、被検出体４が検出コイル３を挟む方向と変位方向Ａ１との両方に直交する方向（図１では径方向であり、図２〜図４では上下方向）での寸法を指す。
【００３４】
そこで、検出コイル３の小型化を可能とするために、図５に示すように、変位方向Ａ１の一方側に向かって被検出体４の幅寸法を大きくするように被検出体４を傾斜させてもよい。図５の例では、変位方向Ａ１の一方側（図５での右上側）に向かって被検出体４の幅寸法（図５の上下方向での寸法）を大きくするように被検出体４の一側面（図５での上面）を傾斜させるとともに、変位方向Ａ１の他方側（左下側）の端部において被検出体４の幅寸法を検出コイル３の幅寸法よりも小さくしている。すなわち、被検出体４は、変位方向Ａ１の一方側（図５での右上側）に向かって、変位方向Ａ１に直交する断面での断面積が連続的に大きくなっている。
【００３５】
または、図６に示すように、被検出体４の形状を、変位方向Ａ１に向かって検出コイル３との間の隙間の幅Ｗが連続的に変化するような形状としてもよい。図６の例では、被検出体４の凹部４０の内面が変位方向Ａ１に対して傾斜していることにより、変位方向Ａ１の一方側（図６での右側）に向かって検出コイル３との間の隙間の幅Ｗが連続的に小さくなっている。さらに、図５のような傾斜と図６のような傾斜とを組み合わせてもよい。
【００３６】
図５や図６のような構成を採用すれば、検出レンジの長さの割に、変位方向Ａ１についての検出コイル３の寸法を小さくすることができる。さらに、図５のような構成においては、被検出体４の少なくとも一部の幅寸法が検出コイル３の幅寸法よりも小さくなるから、被検出体４の幅寸法を変位方向Ａ１の全長にわたって検出コイル３の幅寸法よりも大きくする場合に比べ、被検出体４が小型化される。
【００３７】
また、２個の検出コイル３を用いるとともに、例えば図７に示すように検出コイル３に一対一に対応する２個の凹部４０を被検出体４に設けることで、２個の検出コイル３をそれぞれ被検出体４で挟む配置とすることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
３  検出コイル
４  被検出体
【図１】
2012185092.tif 000003
【図２】
2012185092.tif 000004
【図３】
2012185092.tif 000005
【図４】
2012185092.tif 000006
【図５】
2012185092.tif 000007
【図６】
2012185092.tif 000008
【図７】
2012185092.tif 000009