(57)【要約】【課題】従来とは異なる検出方式に基づいた、位置検出精度が高い位置検出装置を提供する。【解決手段】導電性および高透磁率を有して直線状に延在する高透磁率磁性体２１〜２６と、高透磁率磁性体２１〜２６から所定の離隔距離Ｇだけ離れ、高透磁率磁性体２１〜２６の延在方向と平行な平行平面上を高透磁率磁性体２１〜２６に対して移動するとともに一定の磁束を発生する可動磁束発生源４と、高透磁率磁性体２１〜２６の延在方向に高周波電流を通電し、高透磁率磁性体２１〜２６の高周波インピーダンスを測定して可動磁束発生源４の位置を検出する位置検出部５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性および高透磁率を有して直線状に延在する高透磁率磁性体と、
前記高透磁率磁性体から所定の離隔距離だけ離れ、前記高透磁率磁性体の延在方向と平行な平行平面上を前記高透磁率磁性体に対して移動するとともに一定の磁束を発生する可動磁束発生源と、
前記高透磁率磁性体の延在方向に高周波電流を通電し、前記高透磁率磁性体の高周波インピーダンスを測定して前記可動磁束発生源の位置を検出する位置検出部と、
を備える位置検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
複数個の高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、
前記位置検出部は、前記測定用磁性体群の直列接続された両端から前記高周波インピーダンスを測定する位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記高透磁率磁性体の少なくとも一部の領域の内部磁化状態が飽和磁化状態を含んで変化する位置検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態を予め前記飽和磁化状態にする飽和磁束発生源をさらに備え、
前記可動磁束発生源は、前記飽和磁束発生源と逆方向の磁束を発生し、前記高透磁率磁性体に接近して対向する領域の前記飽和磁化状態を非飽和磁化状態に変化させる位置検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
複数個の相互に長さの異なる高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、
前記可動磁束発生源が前記測定用磁性体群の前記高透磁率磁性体の延在方向に移動したときに、対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する位置検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記測定用磁性体群と同数個の高透磁率磁性体が前記平面上で前記測定用磁性体群に隣接して平行に列設されるとともに電気的に直列接続された参照用磁性体群をさらに備え、
前記飽和磁束発生源は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群の全領域の内部磁化状態を予め同一方向の飽和磁化状態とし、
前記可動磁束発生源は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群に同時に接近して対向する領域の前記飽和磁化状態を非飽和磁化状態に変化させ、
前記可動磁束発生源が前記高透磁率磁性体の延在方向に移動したときに、前記測定用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化し、前記参照用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さが不変であり、
前記位置検出部は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群の高周波インピーダンスをそれぞれ測定し、前記参照用磁性体群の高周波インピーダンスの変化量に基づき前記測定用磁性体群の高周波インピーダンスを補正して前記可動磁束発生源の位置を検出する位置検出装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態を予め非飽和バイアス磁化状態にするバイアス磁束発生源をさらに備え、
前記可動磁束発生源は、前記バイアス磁束発生源と同方向の磁束を発生し、前記高透磁率磁性体に接近して対向する領域の前記非飽和バイアス磁化状態を飽和磁化状態に変化させる位置検出装置。
【請求項８】
請求項７において、
複数個の相互に長さの等しい高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、
前記可動磁束発生源が前記測定用磁性体群の前記高透磁率磁性体の延在方向または列設方向に移動したときに、対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する位置検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、
平面上の直交２方向にそれぞれ前記高透磁率磁性体または前記測定用磁性体群が配置され、
前記位置検出部は、２個の高透磁率磁性体または２群の前記測定用磁性体群の前記高周波インピーダンスを測定して前記可動磁束発生源の二次元位置を検出する位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に関し、より詳細には、磁界を用いた非接触式の位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出装置あるいは変位検出装置では、使用箇所や検出対象、検出精度などの用途に合わせて各種の検出方式が適宜用いられている。このうち、非接触検出が可能であり、検出精度が高く耐久性に優れた方式として磁界検出方式の装置が用いられており、特許文献１に一技術例が開示されている。
【０００３】
特許文献１の位置検出装置は、基板上に配置された２個の磁気センサからなる磁束検出手段と、磁気センサを結ぶ直線に対して平行方向に移動可能な磁石からなる磁束発生手段と、磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段とを備えている。そして、磁石の移動範囲を３分割し、中央部分については２個の磁気センサの出力の差を用い、両端部分については２個の磁気センサの出力の和を用いて位置検出を行うことを特徴としている。また、実施形態には、汎用品であるホールセンサを磁気センサとして用いることが開示されている。これにより、簡易な構成で小型化を実現できるとともに、広範囲の距離を高精度に検出できる、とされている。なお、位置検出装置の用途は、特許文献１に示される基板上の位置検出に限定されず、汎用の位置センサあるいは変位センサとしての使用が考えられる。
【０００４】
また、特許文献２には、位置検出装置ではないが磁界を検出する磁気センサの一技術例が開示されている。この磁気センサは、高周波電流をキャリアとして印加する際のインピーダンスが外部の磁場により変動する磁性体からなるインピーダンス素子を用いており、インピーダンス素子が板状の磁性薄膜であって、長さ、幅が異なるインピーダンス素子が平行に複数本並べられて直列に繋がれたことを特徴としている。長さおよび幅が異なることで、インピーダンス変化のピーク点を可変しながら線形範囲を広げ、直線性の良い磁気センサを提供できる、とされている。この磁気センサは、磁性体に高周波電流を通電した際に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁界の影響を受けて変化することを利用しているものと推定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２の磁気センサは、微弱な磁界を検出するセンサであって位置を検出するセンサではなく、この技術をそのまま位置検出装置に適用することはできない。また、特許文献１の位置検出装置は、中央部分および両端部分の各領域において、磁気センサと磁石との間のギャップが変動したときの出力変化が大きく、位置検出の精度が低下する。さらに、磁気センサは温度変化の影響を受けやすく、温度変化の要因によっても位置検出の精度が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、従来とは異なる検出方式に基づいた、位置検出精度が高い位置検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する請求項１に係る位置検出装置の発明は、導電性および高透磁率を有して直線状に延在する高透磁率磁性体と、前記高透磁率磁性体から所定の離隔距離だけ離れ、前記高透磁率磁性体の延在方向と平行な平行平面上を前記高透磁率磁性体に対して移動するとともに一定の磁束を発生する可動磁束発生源と、前記高透磁率磁性体の延在方向に高周波電流を通電し、前記高透磁率磁性体の高周波インピーダンスを測定して前記可動磁束発生源の位置を検出する位置検出部と、を備える。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、複数個の高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、前記位置検出部は、前記測定用磁性体群の直列接続された両端から前記高周波インピーダンスを測定する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記高透磁率磁性体の少なくとも一部の領域の内部磁化状態が飽和磁化状態を含んで変化する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態を予め前記飽和磁化状態にする飽和磁束発生源をさらに備え、前記可動磁束発生源は、前記飽和磁束発生源と逆方向の磁束を発生し、前記高透磁率磁性体に接近して対向する領域の前記飽和磁化状態を非飽和磁化状態に変化させる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４において、複数個の相互に長さの異なる高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、前記可動磁束発生源が前記測定用磁性体群の前記高透磁率磁性体の延在方向に移動したときに、対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５において、前記測定用磁性体群と同数個の高透磁率磁性体が前記平面上で前記測定用磁性体群に隣接して平行に列設されるとともに電気的に直列接続された参照用磁性体群をさらに備え、前記飽和磁束発生源は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群の全領域の内部磁化状態を予め同一方向の飽和磁化状態とし、前記可動磁束発生源は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群に同時に接近して対向する領域の前記飽和磁化状態を非飽和磁化状態に変化させ、前記可動磁束発生源が前記高透磁率磁性体の延在方向に移動したときに、前記測定用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化し、前記参照用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さが不変であり、前記位置検出部は、前記測定用磁性体群および前記参照用磁性体群の高周波インピーダンスをそれぞれ測定し、前記参照用磁性体群の高周波インピーダンスの変化量に基づき前記測定用磁性体群の高周波インピーダンスを補正して前記可動磁束発生源の位置を検出する。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項３において、前記高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態を予め非飽和バイアス磁化状態にするバイアス磁束発生源をさらに備え、前記可動磁束発生源は、前記バイアス磁束発生源と同方向の磁束を発生し、前記高透磁率磁性体に接近して対向する領域の前記非飽和バイアス磁化状態を飽和磁化状態に変化させる。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７において、複数個の相互に長さの等しい高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成され、前記可動磁束発生源が前記測定用磁性体群の前記高透磁率磁性体の延在方向または列設方向に移動したときに、対向する高透磁率磁性体の個数および前記対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項において、平面上の直交２方向にそれぞれ前記高透磁率磁性体または前記測定用磁性体群が配置され、前記位置検出部は、２個の高透磁率磁性体または２群の前記測定用磁性体群の前記高周波インピーダンスを測定して前記可動磁束発生源の二次元位置を検出する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る位置検出装置の発明では、高透磁率磁性体に対して可動磁束発生源が相対移動すると、可動磁束発生源の磁束が高透磁率磁性体に及ぼす影響が変化するので、高透磁率磁性体の内部磁化状態が変化し、さらに表皮効果の表皮深さが変化する。このため、位置検出部から高透磁率磁性体の延在方向に高周波電流を通電したときの高周波インピーダンスが変化し、この変化量から可動磁束発生源の位置を検出することができる。したがって、磁界を用いながらも従来のホールセンサとは異なる検出方式に基づいた、位置検出精度が高い位置検出装置を実現できる。
【００１８】
請求項２に係る発明では、複数個の高透磁率磁性体が平面上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群が構成されるので、測定用磁性体群の高周波インピーダンスは単一の高透磁率磁性体の高周波インピーダンスよりも大きくなる。したがって、測定用磁性体群に対して可動磁束発生源が相対移動したときの高周波インピーダンスの変化量が大きくなり、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００１９】
請求項３に係る発明では、高透磁率磁性体の少なくとも一部の領域の内部磁化状態が飽和磁化状態を含んで変化するので、表皮効果の表皮深さが顕著に変化し、高周波インピーダンスの変化量が大きくなって、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００２０】
請求項４に係る発明では、高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態が予め飽和磁化状態とされており、可動磁束発生源の接近に伴い対向する領域の飽和磁化状態が解除される。したがって、飽和磁化状態が解除された領域で表皮効果が顕著に発生し、高周波インピーダンスが顕著に増加して、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００２１】
請求項５に係る発明では、測定用磁性体群の複数個の高透磁率磁性体は相互に長さが異なり、かつ全領域の内部磁化状態が予め飽和磁化状態とされており、可動磁束発生源が測定用磁性体群の高透磁率磁性体の延在方向に移動すると、対向する高透磁率磁性体の個数および対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する。したがって、可動磁束発生源の移動量に比例して磁性体群中で飽和磁化状態が解除される領域が線形に変化し、高周波インピーダンスの増加量も線形に変化して、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００２２】
請求項６に係る発明では、測定用磁性体群に隣接して参照用磁性体群をさらに備え、可動磁束発生源が高透磁率磁性体の延在方向に移動したときに、測定用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および対向する領域の広さの少なくとも一方が変化し、参照用磁性体群では対向する高透磁率磁性体の個数および対向する領域の広さが不変となっている。このため、参照用磁性体群では、通常時には表皮効果は一定となって高周波インピーダンスは変化しないが、可動磁束発生源とのギャップ（離隔距離）が変動した場合や周囲温度が変化した場合には高周波インピーダンスが変化する。したがって、位置検出部は、参照用磁性体群の高周波インピーダンスの変化量に基づき磁性体群の高周波インピーダンスを補正して可動磁束発生源の位置を検出することができる。これにより、ギャップ変動および温度変化が生じている場合にも位置検出精度の低下を抑制でき、ロバスト性が良好になる。
【００２３】
請求項７に係る発明では、高透磁率磁性体の全領域の内部磁化状態が予め非飽和バイアス磁化状態とされており、可動磁束発生源の接近に伴い対向する領域が飽和磁化状態に変化する。したがって、飽和磁化状態に変化した領域で表皮効果が顕著に抑制され、高周波インピーダンスが顕著に減少して、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００２４】
請求項８に係る発明では、測定用磁性体群の複数個の高透磁率磁性体は相互に長さが等しく、かつ磁性体群の全領域の内部磁化状態が予め非飽和バイアス磁化状態とされており、可動磁束発生源が磁性体群の延在方向または列設方向に移動すると、対向する高透磁率磁性体の個数および対向する領域の広さの少なくとも一方が変化する。したがって、可動磁束発生源の移動量に比例して磁性体群中で飽和磁化状態に変化する領域が線形に変化し、高周波インピーダンスの減少量も線形に変化して、位置検出部における位置検出の精度が高くなる。
【００２５】
請求項９に係る発明では、平面上の直交２方向にそれぞれ高透磁率磁性体または磁性体群を配置し、位置検出部で高周波インピーダンスをそれぞれ測定することにより、従来とは異なる検出方式に基づいた、位置検出精度が高い二次元位置検出装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の位置検出装置の装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。
【図２】（１）は高透磁率磁性体の内部磁化特性を定性的に説明する図であり、（２）は高透磁率磁性体の表皮効果特性を定性的に説明する図である。
【図３】第１実施形態の位置検出装置の位置検出作用を説明し、（１）は可動磁束発生源の座標値ｘが高透磁率磁性体の差寸法の６倍よりも大きい場合、（２）は座標値ｘが負値の場合、（３）は座標値ｘが高透磁率磁性体の差寸法の２倍丁度の場合、をそれぞれ示している。
【図４】可動磁束発生源の座標値と磁性体群の高周波インピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】第２実施形態の位置検出装置の装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。
【図６】可動磁束発生源の座標値ｘと磁性体群の高周波インピーダンスとの関係を示す図である。
【図７】第３実施形態の位置検出装置の装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の第１実施形態の位置検出装置１について、図１〜図４を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の位置検出装置１の装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。図１の（１）の平面図で、紙面左右方向をＸ軸方向、紙面上下方向をＹ軸方向とする。位置検出装置１は、複数個の高透磁率磁性体２１〜２６を含む測定用磁性体群３、可動磁束発生源４、位置検出部５、飽和磁束発生源６、などにより構成され、可動磁束発生源４のＸ軸方向（図１の左右方向）の位置、すなわち座標値ｘを検出する。
【００２８】
飽和磁束発生源６は、Ｘ軸方向に横長な矩形厚板状の永久磁石で構成されており、基台を兼ねている。飽和磁束発生源６のＸ軸方向の一端面６１（図１の左端）にはＮ極が形成され、他端面６２（図１の右端）にはＳ極が形成されている。飽和磁束発生源６の上面は、電気を漏洩させずかつ磁束を透過するように、カプトン粘着テープの電気絶縁シート６５で覆われている。電気絶縁シート６５の材質は特に限定されず、他に樹脂やセラミック、もしくは紙でもよい。
【００２９】
測定用磁性体群３は、６個の高透磁率磁性体２１〜２６が平面状の絶縁シート６５の上面に配置されて構成されている。６個の高透磁率磁性体２１〜２６は、導電性および高い透磁率を有しており、例えば、パーマロイ製の薄帯で形成する。６個の高透磁率磁性体２１〜２６の長さは、図１の（１）でＹ軸方向下向きに進むにつれて、基準寸法Ｌ０に差寸法ｄを順次加算して定められ、最も短い第１高透磁率磁性体２１で長さＬ１＝（Ｌ０＋ｄ）、最も長い第６高透磁率磁性体２６で長さＬ６＝（Ｌ０＋６ｄ）となっている。
【００３０】
図示されるように、６個の高透磁率磁性体２１〜２６は、図中の左端位置がＹ軸方向に並ぶように揃えられＸ軸方向に延在して平行に列設されている。さらに、６個の高透磁率磁性体２１〜２６は、５箇所の電気的配線２７１〜２７５（図中では便宜的に斜線を付して表示）によって直列接続されている。すなわち、第１高透磁率磁性体２１の右端と第２高透磁率磁性体２２の右端とが電気的配線２７１により斜めに接続され、第２高透磁率磁性体２２の左端と第３高透磁率磁性体２３の左端とが電気的配線２７２によりＹ軸方向に接続され、以下、第６高透磁率磁性体２６まで左右端で交互に接続されている。直列接続の一端となる第１高透磁率磁性体２１の左端には電極パッド２８１が設けられ、直列接続の他端となる第６高透磁率磁性体２６の左端にも電極パッド２８２が設けられており、後で詳述する位置検出部５に接続されるようになっている。電気的配線２７１〜２７５および電極パッド２８１、２８２は、導電性が良好でありかつ高い透磁率を有しない常磁性材料、例えば銀や銅などを用いて形成する。
【００３１】
可動磁束発生源４は、箱状の永久磁石で構成されており、図１の（２）に示されるように、Ｘ軸方向に延在するレール部材４３に移動可能に装架されている。可動磁束発生源４は、６個の高透磁率磁性体２１〜２６の上方を横断するとともに所定の離隔距離Ｇだけ離れて配置される。可動磁束発生源４は、図略の駆動機構に駆動されて、高透磁率磁性体２１〜２６と平行な平行平面上をＸ軸方向に移動するようになっている。可動磁束発生源４のＸ軸方向の幅寸法ｄは、高透磁率磁性体２１〜２６の差寸法ｄに一致している。また、可動磁束発生源４のＸ軸方向の一端面４１（図１の左端）にＳ極が形成され、他端面４２（図１の右端）にＮ極が形成されており、一定の磁束を発生する。可動磁束発生源４のＳ極およびＮ極は、飽和磁束発生源６のＮ極およびＳ極に対して逆方向に配置されている。
【００３２】
位置検出部５は、測定用磁性体群３の高透磁率磁性体２１〜２６の延在方向に高周波電流Ｉｈを通電して高周波インピーダンスＺｔ１を測定し、内部磁化状態Ｈの変化によって引き起こされる表皮効果の表皮深さの変化を高周波インピーダンスＺｔ１の変化量として検出し、高周波インピーダンスＺｔ１の変化量から可動磁束発生源４の座標値ｘを検出する手段である。図示されるように、位置検出部５は、高周波電源５１、電流検出部５２、電圧検出部５３、および演算部５４で構成することができる。
【００３３】
高周波電源５１は、測定用磁性体群３の２つの電極パッド２８１、２８２に対して高周波電圧Ｖｈを印加する部位である。高周波電圧Ｖｈの周波数ｆｈは、３０ＭＨｚ以上が望ましく例えば１００ＭＨｚを採用でき、これに限定されない。電流検出部５２は、高周波電圧Ｖｈによって測定用磁性体群３に通電される高周波電流Ｉｈを検出する部位である。電圧検出部５３は、高周波電源５１の高周波電圧Ｖｈを検出する部位である。演算部５４は、高周波電圧Ｖｈおよび高周波電流Ｉｈの情報を受け取り、前者を後者で除算して高周波インピーダンスＺｔ１を演算する（Ｚｔ１＝Ｖｈ／Ｉｈ）。さらに、演算部５４は、後で詳述するように、高周波インピーダンスＺｔ１の変化量から可動磁束発生源４の座標値ｘを検出する。第１実施形態では、図３に示されるように、座標値ｘは可動磁束発生源４の一端面４１（左端）の位置を示している。
【００３４】
なお、高周波電圧Ｖｈの大きさを一定に保つレギュレータ機能を有した高周波電源５１を用いる場合には、電圧検出部５３は必須ではなくなる。この場合、演算部５４は、内部に高周波電圧Ｖｈの大きさを固定値で保持すればよい。
【００３５】
次に、高透磁率磁性体２１〜２６の内部磁化特性および表皮効果特性について説明する。図２の（１）は高透磁率磁性体２１〜２６の内部磁化特性を定性的に説明する図であり、（２）は高透磁率磁性体２１〜２６の表皮効果特性を定性的に説明する図である。図２の（１）で、横軸は外部磁界Ｈｏｕｔ、縦軸は内部磁化状態Ｈを示している。図示されるように、高透磁率磁性体２１〜２６の内部磁化状態Ｈは、自分以外の磁性体からの外部磁界Ｈｏｕｔがゼロから閾値Ｈｓａｔまで増加する範囲内では、概ねリニアに追随してゼロから飽和磁化状態Ｈｍａｘまで増加する。また、外部磁界Ｈｏｕｔが閾値Ｈｓａｔを越えても、飽和磁化状態Ｈｍａｘは殆ど増加しない特性を示す。
【００３６】
そして、図１に示される第１実施形態で、飽和磁束発生源６からの外部磁界Ｈ６は閾値Ｈｓａｔを越えており、高透磁率磁性体２１〜２６の全領域の内部磁化状態は予め飽和磁化状態Ｈｍａｘになっている。ただし、可動磁束発生源４は、飽和磁束発生源６と逆方向の磁束を発生して外部磁界Ｈ６の一部を打ち消す。このため、可動磁束発生源４が移動して高透磁率磁性体２１〜２６に接近すると、高透磁率磁性体２１〜２６の対向する領域には、閾値Ｈｓａｔよりも弱められた外部磁界Ｈ４が作用する。つまり、可動磁束発生源４と飽和磁束発生源６とで挟み込まれた高透磁率磁性体２１〜２６の領域に限り、弱められた外部磁界Ｈ４が作用して非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化する。
【００３７】
また、図２の（２）で、横軸は内部磁化状態Ｈ、縦軸は高透磁率磁性体２１〜２６の単位長あたりの高周波インピーダンスＺｈを示している。図示されるように、高透磁率磁性体２１〜２６の内部磁化状態Ｈが飽和磁化状態Ｈｍａｘであると、高周波インピーダンスＺｈは最小値Ｚｍｉｎになる。なぜなら、飽和磁化状態Ｈｍａｘとなることで高透磁率磁性体２１〜２６の内部の磁気双極子が拘束され、高周波電流Ｉｈによる高周波磁界の形成が抑制されて表皮効果が抑制され、多くの高周波電流Ｉｈが流れるからである。また、内部磁化状態Ｈが非飽和磁化状態Ｈｎｓであると、表皮効果が顕著に生じて、高周波インピーダンスＺｈは最小値Ｚｍｉｎよりも増加した中庸値Ｚｎｓになる。なお、仮に内部磁化状態Ｈがゼロであると、表皮効果が最大となって、高周波インピーダンスＺｈは最大値Ｚｍａｘになる。
【００３８】
次に、第１実施形態の位置検出装置１の位置検出作用について、図３を参考にして説明する。図３で、（１）は可動磁束発生源４の座標値ｘが高透磁率磁性体２１〜２６の差寸法ｄの６倍よりも大きい場合、（２）は座標値ｘが負値の場合、（３）は座標値ｘが高透磁率磁性体２１〜２６の差寸法ｄの２倍丁度の場合、をそれぞれ示している。
【００３９】
図３の（１）に示されるように、高透磁率磁性体２１〜２６の基準寸法Ｌ０に相当する位置にＸ軸方向の座標原点Ｏを設定する。一方、可動磁束発生源４の座標値ｘを表わす基準点として一端面４１（図３の左端）を選択する。図示されるように、座標値ｘが差寸法ｄの６倍よりも大きいと（ｘ＞６ｄ）、可動磁束発生源４は、６個の高透磁率磁性体２１〜２６の右端よりも右方に離れる。このとき、６個の高透磁率磁性体２１〜２６の全領域に飽和磁束発生源６からの外部磁界Ｈ６のみが影響を及ぼし、全領域の内部磁化状態が飽和磁化状態Ｈｍａｘになる。したがって、全領域で表皮効果が抑制され、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１は最小値Ｚｔ１−ｍｉｎになる。
【００４０】
また、図３の（２）に示されるように、可動磁束発生源４の座標値ｘが負値であると（ｘ＜０）、可動磁束発生源４は６個の高透磁率磁性体２１〜２６の全てに接近して上下に重なる。このとき、可動磁束発生源４と飽和磁束発生源６とで挟み込まれた高透磁率磁性体２１〜２６の領域では、弱められた外部磁界Ｈ４が作用して非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化する。つまり、差寸法ｄの６倍の長さ分の領域が非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化して、表皮効果が顕著に発生し、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１は最大値Ｚｔ１−ｍａｘになる。
【００４１】
さらに、図３の（３）に示されるように、可動磁束発生源４の座標値ｘが差寸法ｄの２倍丁度の場合、可動磁束発生源４は第１および第２高透磁率磁性体２１、２２から離れ、第３〜第６高透磁率磁性体２３〜２６に接近して上下に重なる。このとき、差寸法ｄの４倍の長さ分の領域が非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化して、表皮効果が顕著に発生し、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１は中庸値Ｚｔ１−ｍｅｄになる。ここで、可動磁束発生源４がＸ軸の負の方向（図中の左方）に移動すれば、第２高透磁率磁性体２２に接近するので、非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化する領域が増加し、高周波インピーダンスＺｔ１は増加する。また、可動磁束発生源４がＸ軸の正の方向（図中の左方）に移動すれば、第３高透磁率磁性体２３から少しずつ離れるので、非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化する領域が減少し、高周波インピーダンスＺｔ１は減少する。
【００４２】
結局、可動磁束発生源４がＸ軸方向に移動して座標値ｘがゼロから差寸法ｄの６倍まで順次増加すると、測定用磁性体群３中で非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化する領域が線形に減少し、高周波インピーダンスＺｔ１も線形に減少する。この変化の様子は、可動磁束発生源４の座標値ｘと測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１との関係を示す図４に示されている。したがって、位置検出部５は、図４の関係に基づいて、高周波インピーダンスＺｔ１の変化量から可動磁束発生源４の座標値ｘを検出することができる。なお、座標値ｘの測定範囲は、ｘ＝０からｘ＝６ｄまでの間となる。
【００４３】
第１実施形態の位置検出装置１によれば、測定用磁性体群３に対して可動磁束発生源４がＸ軸方向に相対移動すると、可動磁束発生源４の磁束が測定用磁性体群３に及ぼす影響が変化するので、高透磁率磁性体２１〜２６の一部の内部磁化状態Ｈが変化し、さらに表皮効果の表皮深さが変化する。このため、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１が変化し、位置検出部５はこの変化量から可動磁束発生源４の座標値ｘを検出することができる。したがって、磁界を用いながらも従来のホールセンサとは異なる検出方式に基づいた、位置検出精度が高い位置検出装置１を実現できる。
【００４４】
また、６個の高透磁率磁性体２１〜２６は相互に差寸法ｄずつ長さが異なり、電気絶縁シート６５上に平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて測定用磁性体群３が構成されている。さらに、高透磁率磁性体２１〜２６の全領域の内部磁化状態Ｈが飽和磁束発生源６よって予め飽和磁化状態Ｈｍａｘとされており、可動磁束発生源４の接近に伴い対向する領域の飽和磁化状態Ｈｍａｘが解除される。したがって、可動磁束発生源４の移動量に比例して、飽和磁化状態Ｈｍａｘの解除される領域が線形に変化し、高周波インピーダンスＺｔ１の増加量も線形に顕著に増加して、位置検出部５における位置検出の精度が高くなる。
【００４５】
なお、第１実施形態において、飽和磁束発生源６および可動磁束発生源４の磁束の方向はともに水平方向（Ｘ軸方向）とされているが、これに限定されない。つまり、可動磁束発生源４の位置に依存して高透磁率磁性体２１〜２６の内部の磁気双極子の拘束状況が変化して表皮効果に影響が生じればよいのであって、磁束の方向はＹ軸方向や垂直方向（図１の紙面表裏方向）でもよい。
【００４６】
次に、第２実施形態の位置検出装置１Ａについて、第１実施形態と異なる点を主に説明する。図５は、第２実施形態の位置検出装置１Ａの装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。図５の（１）の平面図で、紙面左右方向をＸ軸方向、紙面上下方向をＹ軸方向とする。位置検出装置１Ａは、複数個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａを含む測定用磁性体群３Ａ、可動磁束発生源４Ａ、位置検出部５、バイアス磁束発生源７、などにより構成され、可動磁束発生源４ＡのＸ軸方向（図５の左右方向）の位置、すなわち座標値ｘを検出する。
【００４７】
バイアス磁束発生源７は、Ｘ軸方向に横長な矩形厚板状の永久磁石で構成されており、基台を兼ねている。バイアス磁束発生源７のＸ軸方向の一端面７１（図１の左端）にはＮ極が形成され、他端面７２（図１の右端）にはＳ極が形成されている。バイアス磁束発生源７の上面は、電気を漏洩させず、かつ磁束を透過するように電気絶縁シート７５で覆われている。
【００４８】
測定用磁性体群３Ａは、６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａが平面状の絶縁シート７５の上面に配設されて構成されている。６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａは、図示されるように同じ長さＬｅｑであり、図中の左端位置および右端位置がＹ軸方向に並ぶように揃えられ、Ｘ軸方向に延在して平行に列設されている。さらに、６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａは、５箇所の電気的配線２７１〜２７５（図中では便宜的に斜線を付して表示）によって直列接続されている。また、直列接続の一端となる第１高透磁率磁性体２１Ａの左には電極パッド２８３が設けられ、直列接続の他端となる第６高透磁率磁性体２６Ａの左にも電極パッド２８４が設けられており、位置検出部５に接続されるようになっている。
【００４９】
可動磁束発生源４Ａは、Ｘ軸方向に横長な箱状の永久磁石で構成され、図５の（２）に示されるように、Ｘ軸方向に延在するレール部材４６に移動可能に装架されている。可動磁束発生源４Ａは、６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの上方を横断するとともに所定の離隔距離Ｇだけ離れて配置される。可動磁束発生源４Ａは、図略の駆動機構に駆動されて、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａと平行な平行平面上をＸ軸方向に移動するようになっている。可動磁束発生源４のＸ軸方向の幅寸法ｄ２であり、Ｘ軸方向の一端面４４（図１の左端）にＮ極が形成され、他端面４５（図１の右端）にＳ極が形成されている。可動磁束発生源４ＡのＮ極およびＳ極は、バイアス磁束発生源７のＮ極およびＳ極に対して同じ方向に配置されている。
【００５０】
位置検出部５は、測定用磁性体群３Ａの２つの電極パッド２８３、２８４に接続され、その構成および機能は第１実施形態と同様である。
【００５１】
次に、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの内部磁化特性について説明する。バイアス磁束発生源７が発生するバイアス磁界Ｈｂｓは、第１実施形態の飽和磁束発生源６の外部磁界Ｈ６よりも弱く、単独では高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの内部磁化状態Ｈを飽和磁化状態Ｈｍａｘにはしない。ただし、可動磁束発生源４Ａは、バイアス磁束発生源７と同じ方向の磁束を発生しており、バイアス磁界Ｈｂｓと協働して閾値Ｈｓａｔよりも強い外部磁界Ｈｏｕｔを生成する。このため、可動磁束発生源４Ａが移動して高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａに接近すると、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの対向する領域には、閾値Ｈｓａｔを越えた外部磁界Ｈｏｕｔが作用する。
【００５２】
したがって、測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２は、図６に示されるように変化する。図６は、可動磁束発生源４Ａの座標値ｘと測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２との関係を示す図である。図６の横軸は、図５の（２）に示されるように、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの左端をＸ軸の座標原点Ｏとして、可動磁束発生源４Ａの一端面４４（図５の左端）の座標値ｘを示している。また、縦軸は、測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２を示している。
【００５３】
図６で、座標値ｘが高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの長さＬｅｑよりも大きいと（ｘ＞Ｌｅｑ）、可動磁束発生源４Ａは６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの右端よりも右方に離れる。このとき、６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの全領域は非飽和磁化状態Ｈｎｓになる。したがって、全領域で表皮効果が顕著に発生し、測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２は最大値Ｚｔ２−ｍａｘになる。
【００５４】
また、座標値ｘが高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの長さＬｅｑから可動磁束発生源４Ａの幅寸法ｄ２を差し引いた値よりも小さいと、（ｘ＜（Ｌｅｑ−ｄ２））、可動磁束発生源４Ａの全体が高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの上方に接近して上下に重なる。このとき、可動磁束発生源４Ａとバイアス磁束発生源７とで挟み込まれた高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの領域では、閾値Ｈｓａｔよりも強い外部磁界Ｈｏｕｔが作用して飽和磁化状態Ｈｍａｘに変化する。これにより、表皮効果が抑制され、測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２は最小値Ｚｔ２−ｍｉｎになる。
【００５５】
さらに、座標値ｘが上記した２ケースの中間で、ｘ＝（Ｌｅｑ−ｄ２）からｘ＝Ｌｅｑまで変化する間、可動磁束発生源４Ａの一部が高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの上方に接近して上下に重なる。このとき、可動磁束発生源４ＡのＸ軸方向の移動量に対応して、バイアス磁束発生源７とで挟み込まれた高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの領域が線形に減少し、飽和磁化状態Ｈｍａｘに変化する領域も線形に減少し、測定用磁性体群３Ａの高周波インピーダンスＺｔ２が線形に増加する。したがって、位置検出部５は、図６の関係に基づいて、高周波インピーダンスＺｔ２の変化量から可動磁束発生源４Ａの座標値ｘを検出することができる。なお、座標値ｘの測定範囲は、ｘ＝（Ｌｅｑ−ｄ２）からｘ＝Ｌｅｑまでの間となる。
【００５６】
第２実施形態の位置検出装置１Ａによれば、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの全領域の内部磁化状態Ｈが予め非飽和バイアス磁化状態Ｈｂｓとされており、可動磁束発生源４Ａの接近に伴い対向する領域が飽和磁化状態Ｈｍａｘに変化する。したがって、飽和磁化状態Ｈｍａｘに変化した領域で表皮効果が顕著に抑制され、高周波インピーダンスＺｔ２が顕著に減少して、位置検出部５における位置検出の精度が高くなる。
【００５７】
次に、第３実施形態の位置検出装置１Ｂについて、第１および第２実施形態と異なる点を主に説明する。図７は、第３実施形態の位置検出装置１Ｂの装置構成を模式的に説明する図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。図７の（１）の平面図で、紙面左右方向をＸ軸方向、紙面上下方向をＹ軸方向とする。第３実施形態の位置検出装置１Ｂは、第１実施形態の位置検出装置１にさらに参照用磁性体群８を備えて構成されている。すなわち、位置検出装置１Ｂは、複数個の高透磁率磁性体２１〜２６を含む測定用磁性体群３、可動磁束発生源４Ｂ、位置検出部５Ｂ、飽和磁束発生源６Ｂ、複数個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａを含む参照用磁性体群８などにより構成され、可動磁束発生源４ＢのＸ軸方向（図７の左右方向）の位置、すなわち座標値ｘを検出する。第３実施形態では、図３に示された第１実施形態と同じＸ軸上の座標値ｘが検出され、その測定範囲は、ｘ＝０からｘ＝５ｄまでの間となる。
【００５８】
飽和磁束発生源６Ｂは、第１実施形態と比較してＹ軸方向に略２倍の大きさを有する永久磁石で構成されており、Ｎ極およびＳ極の配置や電気絶縁シート６５で覆われている点は、第１実施形態と同様である。また、測定用磁性体群３は、第１実施形態と同様に構成されている。
【００５９】
参照用磁性体群８には、第２実施形態の測定用磁性体群３Ａが準用されている。参照用磁性体群８は、測定用磁性体群３と同数の６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａが測定用磁性体群３に隣接して平行に列設されるとともに電気的に直列接続されて構成されている。さらに、６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの長さＬｅｑは同一であり、測定用磁性体群３の最長の第６高透磁率磁性体２６の長さＬ６に一致している。
【００６０】
可動磁束発生源４Ｂは、第１実施形態と比較してＹ軸方向に略２倍の長さを有する永久磁石で構成されており、図７の（２）に示されるように、Ｘ軸方向に延在するレール部材４３に移動可能に装架され、図略の駆動機構に駆動されてＸ軸方向に移動するようになっている。可動磁束発生源４Ｂは、測定用磁性体群３の６個の高透磁率磁性体２１〜２６および参照用磁性体群８の６個の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの上方に所定の離隔距離Ｇのギャップを介して配設されている。可動磁束発生源４Ｂには第１実施形態と同様のＳ極およびＮ極が形成されており、飽和磁束発生源６ＢのＮ極およびＳ極に対して逆方向に配置されている。
【００６１】
位置検出部５Ｂは、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１および参照用磁性体群８の高周波インピーダンスＺｔ２をそれぞれ測定する。位置検出部５Ｂは、第１実施形態の高周波電源５１、電流検出部５２、および電圧検出部５３をそれぞれ２組と、共通の演算部とを備えて構成できる。また、位置検出部５Ｂは、高周波電源５１、電流検出部５２、および電圧検出部５３を１組備えて、演算部で通電対象を測定用磁性体群３および参照用磁性体群８に切替え制御するようにしてもよい。位置検出部５Ｂの演算部は、後で詳述するように、参照用磁性体群８の高周波インピーダンスＺｔ２の変化量に基づき測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１を補正して可動磁束発生源４Ｂの位置を検出する。
【００６２】
第３実施形態では、飽和磁束発生源６Ｂにより、測定用磁性体群３および参照用磁性体群８の全領域の内部磁化状態Ｈが予め同一方向の飽和磁化状態Ｈｍａｘとされている。そして、可動磁束発生源４Ｂは、飽和磁束発生源６Ｂと逆方向の磁束を発生し、測定用磁性体群３および参照用磁性体群８に同時に接近して対向する領域の飽和磁化状態Ｈｍａｘを非飽和磁化状態Ｈｎｓに変化させる。ここで、可動磁束発生源４Ｂが参照用磁性体群８の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの長さＬｅｑに収まる範囲内で移動しても、参照用磁性体群８では対向する高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの個数および領域の広さが不変である。したがって、参照用磁性体群８の高周波インピーダンスＺｔ２は通常は変化しない。一方、測定用磁性体群３では、対向する高透磁率磁性体２１〜２６の個数および領域の広さが変化するため、高周波インピーダンスＺｔ１が変化する。
【００６３】
位置検出部５Ｂは、測定用磁性体群３の高周波インピーダンスＺｔ１および参照用磁性体群８の高周波インピーダンスＺｔ２をそれぞれ測定した後、まず、高周波インピーダンスＺｔ２の変化の有無を調べる。通常時に高周波インピーダンスＺｔ２は変化せず、このとき、位置検出部５Ｂは、図４の関係に基づいて高周波インピーダンスＺｔ１の変化量からそのまま可動磁束発生源４Ｂの位置すなわち座標値ｘを検出する。ただし、参照用磁性体群８の高周波インピーダンスＺｔ２が変化しない範囲は０≦ｘ≦５ｄの間であり、５ｄ≦ｘ≦６ｄの間では参照用磁性体群８の端部が影響するため測定範囲にできない。したがって、測定範囲を拡げるためには、参照用磁性体群８の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの長さを測定用磁性体群３よりも図中の右方に延長する必要がある。
【００６４】
また、測定範囲内でありながら高周波インピーダンスＺｔ２が変化した場合に、位置検出部５Ｂは、高周波インピーダンスＺｔ１を補正し、その後に可動磁束発生源４Ｂの位置に換算する。具体的な補正の方法は、予め実験検証やシミュレーションを行って、演算部で自動演算できるようにしておくことが好ましい。定性的には、高周波インピーダンスＺｔ２の増加および減少に対応して、高周波インピーダンスＺｔ１を増加および減少させる補正を行う。高周波インピーダンスＺｔ２が変化する要因としては、参照用磁性体群８と可動磁束発生源４Ｂとのギャップの離隔距離Ｇの変動（ギャップ変動）、および温度変化の影響が考えられる。
【００６５】
ギャップ変動は、例えば、レール部材４７に対する可動磁束発生源４Ｂの装架状態が変化したり、レール部材４７に磨滅や変形が生じたり、レール部材４７がＸ軸方向に対して傾斜したりすると生じ得る。また、周囲温度の変化が大きい場合には、高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの抵抗率の変化などが生じて、高周波インピーダンスＺｔ２に影響する。この２つの要因は、参照用磁性体群８だけでなく測定用磁性体群３に対しても同様に作用するので、高周波インピーダンスＺｔ１を補正することで位置検出の精度を高め、ロバスト性を良好にできる。
【００６６】
なお、第３実施形態において、測定用磁性体群３および参照用磁性体群８がＹ軸方向に並べて配設されているがこれに限定されない。例えば、電気絶縁層を設けて測定用磁性体群３および参照用磁性体群８を垂直方向（図７の紙面表裏方向）に積層配置することもできる。これにより、飽和磁束発生源６Ｂを小形化できる。
【００６７】
また、第３実施形態において、参照用磁性体群８の高透磁率磁性体２１Ａ〜２６Ａの個数および長さＬｅｑを測定用磁性体群３に合わせることで、ギャップ変動や周囲温度の変化に対する補正が容易になっている。したがって、参照用磁性体群８の態様は限定されず、例えば、参照用磁性体群８の高透磁率磁性体の個数を測定用磁性体群３の半数とし、装置の小形化を図るようにしてもよい。
【００６８】
なお、図４および図６に示される高周波インピーダンスＺｔ１、Ｚｔ２は、実際の位置検出を行う以前に較正試験を実施して確認しておくことが好ましい。また、各実施形態において、飽和磁束発生源６、６Ｂ、バイアス磁束発生源７、および可動磁束発生源４、４Ａ、４Ｂに永久磁石を用いているが、これに限定されず、例えば直流励磁された電磁石であってもよい。さらに、高透磁率磁性体２１〜２６、２１Ａ〜２６Ａの少なくとも一部の領域の内部磁化状態が飽和磁化状態を含んで変化することで位置検出の精度が向上するが、飽和磁化状態は必須でなく、表皮効果および高周波インーダンスの変化が生じれば位置検出は可能である。したがって、飽和磁束発生源６、６Ｂやバイアス磁束発生源７は、省略することもできる。本発明は、その他にも様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１Ａ、１Ｂ：位置検出装置
２１〜２６、２１Ａ〜２６Ａ：高透磁率磁性体
２７１〜２７５：電気的配線    ２８１〜２８８電極パッド
３、３Ａ：測定用磁性体群
４、４Ａ、４Ｂ：可動磁束発生源
４１、４４、４７：一端面    ４２、４５、４８：他端面
４３、４６：レール部材    ４９：装架部材
５、５Ｂ：位置検出部
５１：高周波電源    ５２：電流検出部
５３：電圧検出部    ５４：演算部
６、６Ｂ：飽和磁束発生源
６１：一端面    ６２：他端面
６５、６６：電気絶縁シート
７：バイアス磁束発生源
７１：一端面    ７２：他端面
７５：電気絶縁シート
８：参照用磁性体群
Ｇ：離隔距離
【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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【図７】
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