(57)【要約】【課題】  小型化が可能な変位量検出装置を提供する。【解決手段】  それぞれ軸方向を互いに共通の方向に向けた複数個の検出コイル２１を有し、金属製の被検出体１に対して所定の変位方向に相対的に変位可能に保持されたコイルブロック２を備える。各検出コイル２１は、変位方向Ａ１に交差する幅方向Ａ３に並ぶように相互の位置関係を固定されている。被検出体１は、コイルブロック２に対する相対的な変位に伴っていずれかの検出コイル２１に重なる被検出部１１を、各検出コイル２１についてそれぞれ１個ずつ有する。変位方向Ａ１での被検出部１１の寸法は被検出部１１毎に互いに異なっている。電気的特性が変化するような変位量の範囲が検出コイル２１毎に異なることで、全体として検出可能な変位量の範囲の割にコイルブロック２の寸法を小さくできるから、全体としての小型化が可能である。【選択図】図１
2012255682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の検出コイルを有するコイルブロックと、
被検出体に対して前記コイルブロックを所定の変位方向に相対的に変位可能に保持する保持手段と、
各前記検出コイルの電気的特性の変化に基いて前記コイルブロックに対する前記被検出体の変位量を検出する検出回路とを備え、
前記コイルブロックにおいて、各前記検出コイルは、前記変位方向に直交する所定の幅方向に並ぶように相互の位置関係を固定されていて、
前記被検出体は、それぞれ導電性と磁性との少なくとも一方を有する被検出部を、各前記検出コイルについてそれぞれ少なくとも１個ずつ有し、
各前記検出コイルは、それぞれ、可動範囲の少なくとも一部において、対応する前記被検出部に対し、前記変位方向と前記幅方向とに直交する所定の対向方向から見て重なるものであって、
前記検出コイル毎に、対応する前記被検出部の寸法であって前記変位方向での寸法がそれぞれ異なっていることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項２】
各前記検出コイルは互いに直列又は並列に接続されてい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】
各前記検出コイルについて、それぞれ、前記被検出部は、前記検出コイルを前記対向方向において挟む両側にそれぞれ設けられてい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。
【請求項４】
前記コイルブロックは、前記検出コイルに一対一に対応し前記被検出部を前記対向方向において前記検出コイルとの間に挟む複数個の第２検出コイルを備え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。
【請求項５】
各前記検出コイルはそれぞれ軸方向を前記対向方向に向けた平面コイルであって、前記変位方向に直交する方向に電流が流れる直交部を互いに離間して３個以上有し、前記直交部間の間隔が不均一とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位量検出装置。
【請求項６】
各前記検出コイルはそれぞれ軸方向を前記対向方向に向けた平面コイルであって、前記変位方向に直交する方向での寸法が不均一とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位量検出装置。
【請求項７】
前記被検出体を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に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、金属製の被検出体と、この被検出体に対して相対的に変位する検出コイルとを備え、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。
【０００３】
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、一方に検出コイルが固定され、他方に被検出体が固定される。
【０００４】
また、図９に示すように、被検出体１が、被検出体１から見た検出コイル２１の変位の軌道に対し、該変位の方向（以下、「変位方向」と呼ぶ。）Ａ１に直交する方向（図９の紙面に直交する方向。以下、「対向方向」と呼ぶ。）の一方側にずらして配置された変位量検出装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。検出コイル２１の軸方向は対向方向に向けられる。このような変位量検出装置では、検出コイル２１が発生させる磁束は主に対向方向に発生するから、対向方向から見た被検出体１と検出コイル２１との重なりの大きさの変化に伴って、検出コイル２１のインダクタンスが変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の変位量検出装置では、対向方向から見た被検出体１と検出コイル２１との重なりの大きさが変化しなければ変位量の変化が検出できないことになるから、被検出体１と検出コイル２１との両方について、変位方向Ａ１での寸法を、検出する必要がある変位量の範囲よりも大きくする必要がある。このため、変位量検出装置が大型化しやすかった。
【０００７】
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、小型化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】
【０００８】
本発明の変位量検出装置は、複数個の検出コイルを有するコイルブロックと、被検出体に対して前記コイルブロックを所定の変位方向に相対的に変位可能に保持する保持手段と、各前記検出コイルの電気的特性の変化に基いて前記コイルブロックに対する前記被検出体の変位量を検出する検出回路とを備え、前記コイルブロックにおいて、各前記検出コイルは、前記変位方向に直交する所定の幅方向に並ぶように相互の位置関係を固定されていて、前記被検出体は、それぞれ導電性と磁性との少なくとも一方を有する被検出部を、各前記検出コイルについてそれぞれ少なくとも１個ずつ有し、各前記検出コイルは、それぞれ、可動範囲の少なくとも一部において、対応する前記被検出部に対し、前記変位方向と前記幅方向とに直交する所定の対向方向から見て重なるものであって、前記検出コイル毎に、対応する前記被検出部の寸法であって前記変位方向での寸法がそれぞれ異なっていることを特徴とする。
【０００９】
上記の変位量検出装置において、各前記検出コイルは互いに直列又は並列に接続されていることが望ましい。
【００１０】
また、上記の変位量検出装置において、各前記検出コイルについて、それぞれ、前記被検出部は、前記検出コイルを前記対向方向において挟む両側にそれぞれ設けられていることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記の変位量検出装置において、前記コイルブロックは、前記検出コイルに一対一に対応し前記被検出部を前記対向方向において前記検出コイルとの間に挟む複数個の第２検出コイルを備えていてもよい。
【００１２】
また、上記の変位量検出装置において、各前記検出コイルはそれぞれ軸方向を前記対向方向に向けた平面コイルであって、前記変位方向に直交する方向に電流が流れる直交部を互いに離間して３個以上有し、前記直交部間の間隔が不均一とされていてもよい。
【００１３】
さらに、上記の変位量検出装置において、各前記検出コイルはそれぞれ軸方向を前記対向方向に向けた平面コイルであって、前記変位方向に直交する方向での寸法が不均一とされていてもよい。
【００１４】
また、上記の変位量検出装置において、前記被検出体を備えていていもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、全体として検出可能な変位量の範囲を、変位方向におけるコイルブロックの全長よりも大きくすることができるから、検出可能な変位量の範囲の大きさの割に小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す説明図である。
【図２】同上における各検出コイルの形状を示す説明図である。
【図３】同上における各検出コイルのインダクタンスと変位量との関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上における各検出コイルの形状の変更例を示す説明図である。
【図５】同上の変更例を示す説明図である。
【図６】同上の別の変更例を示す説明図である。
【図７】同上の更に別の変更例を示す説明図である。
【図８】同上の別の変更例を示す説明図である。
【図９】従来例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
本実施形態は、図１に示すように、金属製の被検出体１と、３個の検出コイル２１を有するコイルブロック２とを備える。被検出体１の材料としては例えばアルミや銅を用いることができる。
【００１９】
被検出体１とコイルブロック２とは、適宜の保持手段（図示せず）により、所定の変位方向Ａ１（図１での左右方向）に相対的に変位可能に保持されている。ここで、コイルブロック２の可動範囲は、被検出体１に対し、変位方向Ａ１に直交する所定の対向方向Ａ２（図１の紙面に直交する方向。図５，図６参照）にずれた位置となっている。そして、コイルブロック２の可動範囲には、対向方向Ａ２から見て被検出体１に重なる範囲と重ならない範囲とが含まれている。
【００２０】
また、コイルブロック２は、平板形状であって厚さ方向を対向方向Ａ２に向けたプリント配線板２０を備える。各検出コイル２１は、それぞれ渦巻状の導電パターン（いわゆる平面コイル）として、プリント配線板２０の一面に、変位方向Ａ１と対向方向Ａ２とに直交する所定の幅方向Ａ３に並べて形成されている。すなわち、各検出コイル２１はそれぞれ軸方向を対向方向Ａ２に一致させている。また、各検出コイル２１の寸法形状はすべて共通であって、各検出コイル２１の外形は、それぞれ、図２に示すように、長手方向を変位方向Ａ１に向けて短手方向を幅方向Ａ３に向けた長方形状となっている。
【００２１】
上記の各検出コイル２１は、それぞれ、各検出コイル２１の電気的特性の変化に基いて、被検出体１に対するコイルブロック２の相対的な変位量（以下、単に「変位量」と呼ぶ。）を検出する検出回路（図示せず）に接続される。検出回路は、検出コイル２１同士が互いに電気的に直列又は並列に接続された直列回路や並列回路の電気的特性を検出するものであってもよいし、各検出コイル２１の電気的特性を個別に検出するものであってもよい。ただし、検出回路には検出コイル２１同士が互いに電気的に直列（又は並列）に接続された直列回路（又は並列回路）が接続され、検出回路は上記の直列回路（又は並列回路）の電気的特性を検出するものとしたほうが、検出回路の単純化が可能であるという利点がある。また、上記の電気的特性としては、一般的にはインダクタンスが用いられるが、コンダクタンスを用いてもよい。例えば、本発明者の実験によれば、被検出体１が鉄からなる場合であって各検出コイル２１が互いに並列に接続されて並列回路を構成している場合、この並列回路のコンダクタンスが変位量に対して直線的に変化することが確認されている。上記のいずれの場合にも、得られた電気的特性から変位量を演算するような検出回路は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。
【００２２】
また、被検出体１は、検出コイル２１に一対一に対応し幅方向Ａ３に並んだ３個の被検出部１１を有する。各被検出部１１は、それぞれ変位方向Ａ１での寸法が異なる直方体形状となっており、３個の被検出部１１が全体として１枚の平板形状の被検出体１を構成している。被検出体１において、対向方向Ａ２に向けられた面はそれぞれ対向方向Ａ２に直交する（つまり、検出コイル２１に平行な）平面とされている。
【００２３】
ここで、各被検出部１１において、変位方向Ａ１での一端（図１での右端）の位置は、幅方向Ａ３の一方側（図１での上側）の被検出部１１ほど突出している。また、上側に位置する被検出部１１が下側の被検出部１１に対して変位方向Ａ１に突出する寸法と、変位方向Ａ１における各検出コイル２１の寸法とは、それぞれ等しい寸法ｄとなっている。
【００２４】
図３を用いて本実施形態の動作を説明する。図３において横軸である変位量は、最も突出した被検出部１１の先端（右端）が検出コイル２１の端（左端）に重なり始めた位置での変位量を０とおき、そこから被検出体１とコイルブロック２との重なりが大きくなる方向（つまり、被検出体１の変位としてみれば右方向であり、コイルブロック２の変位としてみれば左方向）の変位量を正にとっている。
【００２５】
変位量が０以上ｄ未満であれば、上段の検出コイル２１のインダクタンスＬｕのみが変位量の増加に応じて徐々に低下し、他の２個の検出コイル２１のインダクタンスＬｍ，Ｌｄは変化しない。また、変位量がｄ以上２ｄ未満であれば、中段の検出コイル２１のインダクタンスＬｍのみが変位量の増加に応じて徐々に低下し、他の２個の検出コイル２１のインダクタンスＬｕ，Ｌｄは変化しない。さらに、変位量が２ｄ以上３ｄ未満であれば、下段の検出コイル２１のインダクタンスＬｄのみが変位量の増加に応じて徐々に低下し、他の２個の検出コイル２１のインダクタンスＬｕ，Ｌｍは変化しない。また、変位量が３ｄ以上の範囲では、いずれの検出コイル２１においても、対向方向Ａ２から見た被検出部１１との重なりの大きさが検出コイル２１の大きさに一致したまま変化しないから、インダクタンスＬｕ，Ｌｍ，Ｌｄは変化しない。以上により、３個の検出コイル２１の合計のインダクタンスＬｔは０から３ｄまでの変位量に対して直線状に変化する。
【００２６】
すなわち、本実施形態によって検出可能な変位量の範囲は検出コイル２１の変位方向Ａ１での寸法ｄの３倍であり、これは、変位方向Ａ１におけるコイルブロック２の寸法よりも大きくすることができる。逆にいえば、検出可能な変位量の範囲の大きさの割にコイルブロック２を小さくすることができるから、小型化が可能である。
【００２７】
なお、変位方向Ａ１についての被検出部１１毎の寸法の差を検出コイル２１の寸法ｄより小さくしたとしても、全ての被検出部１１で寸法を共通とする場合（すなわち、電気的特性が変化するような変位量の範囲が全ての検出コイル２１で共通となる場合）に比べれば、検出可能な変位量の範囲を大きくすることができる。
【００２８】
ところで、本実施形態のように検出コイル２１が渦巻状の平面コイルからなる場合、検出コイル２１が発生させる磁束密度は、検出コイル２１の内周側ほど（つまり、より多くの導電パターンに囲まれた位置ほど）高くなる。このような磁束密度の分布のため、実際にはインダクタンスの変化は図３のような直線状とはならない。インダクタンスの変化を直線状とするためには、各検出コイル２１の形状をそれぞれ図４（ａ）（ｂ）のようにすることが考えられる。
【００２９】
図４（ａ）の例では、各検出コイル２１の最外周以外において、延長方向（すなわち電流が流れる方向）が幅方向Ａ３となっている部位である直交部２２間の間隔を、最内周に対して変位方向Ａ１の一方側と他方側とで異ならせている。具体的には、先に被検出部１１に重なる一方側（図４（ａ）での左側）では他方側（図４（ａ）での右側）よりも上記の間隔を短くしている。本発明者の実験によれば、各検出コイル２１の形状を図４（ａ）のようにすることで、各検出コイル２１の形状が図２のようにされる場合に比べ、変位量とインダクタンスとの関係が直線に近くなることが確認されている。
【００３０】
図４（ｂ）の例では、各検出コイル２１において、変位方向Ａ１（長手方向）の一端であって先に被検出部１１に重なる一端（図４（ｂ）での左端）から他端（図４（ｂ）での右端）に向かって、幅方向Ａ３（短手方向）での寸法が徐々に小さくされている。このような検出コイル２１であっても、検出コイル２１の形状が図２のようにされる場合に比べ、変位量とインダクタンスとの関係が直線に近くなると考えられる。
【００３１】
また、図５に示すように、各検出コイル２１についてそれぞれ被検出部１１が対向方向Ａ２での両側に設けられていてもよい。この構成を採用すれば、変位量の変化に対する電気的特性の変化の割合を大きくすることができる。また、対向方向Ａ２について被検出体１とコイルブロック２との間で相対的な位置ずれが発生した場合、対向方向Ａ２の一方側での距離の変化による寄与と他方側での距離の変化による寄与とが互いに相殺されるから、上記の位置ずれに起因する誤差が抑えられる。
【００３２】
または、図６に示すように、コイルブロック２において、各被検出部１１についてそれぞれ被検出部１１を対向方向Ａ２の両側から挟む形で２個ずつの検出コイル２１を設けてもよい。この構成においては、例えば、被検出部１１を挟む２個の検出コイル２１の電気的特性の平均値を変位量の演算に用いることで、対向方向Ａ２についての相対的な位置ずれに起因する誤差が抑えられる。図６の例では、コイルブロック２は、被検出体１を挟む２個のプリント配線板２０を対向方向Ａ２から見て３組の検出コイル２１同士が互いに重なった状態に維持して互いに連動させる適宜の連結手段（図示せず）を有する。
【００３３】
また、図７に示すように複数個の被検出部１１をそれぞれ別部品で構成してもよい。図７の例では、３個の被検出部１１は別部品からなる連結部１２を介して互いに連結されている。この場合において、連結部１２は必ずしも導電性や磁性を有している必要はない。また、図７の例では、各被検出部１１の先端面（変位方向Ａ１での端面であって先に検出コイル２１に重なる側の端面）は、幅方向Ａ３での一方側であって最も突出した被検出部１１の側（図７での上側）に向かって変位方向Ａ１での寸法を大きくするように傾斜している。このように、各被検出部１１の先端面は、必ずしも変位方向Ａ１に直交していなくともよい。
【００３４】
さらに、図８に示すように、各検出コイル２１をそれぞれ巻線コイルで構成してもよい。図８の例では、各検出コイル２１の軸方向はそれぞれ変位方向Ａ１に向けられ、各被検出部１１はそれぞれ対応する検出コイル２１の内側に挿入されるものとなっている。
【００３５】
なお、変位方向Ａ１を所定の円弧に沿った方向としてもよい。その場合、被検出部１１と検出コイル２１とはそれぞれ円弧形状とされ、上記円弧の径方向と軸方向とのうち一方が対向方向Ａ２とされて他方が幅方向Ａ３とされる。
【００３６】
また、各検出コイル２１の寸法形状や巻数については、互いに共通とする代わりに、検出コイル２１毎に異ならせてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  被検出体
２  コイルブロック
１１  被検出部
２１  検出コイル
２２  直交部
【図１】
2012255682.tif 000003
【図２】
2012255682.tif 000004
【図３】
2012255682.tif 000005
【図４】
2012255682.tif 000006
【図５】
2012255682.tif 000007
【図６】
2012255682.tif 000008
【図７】
2012255682.tif 000009
【図８】
2012255682.tif 000010
【図９】
2012255682.tif 000011