(57)【要約】【課題】磁極を有する検出子に隣り合う磁性部材の構造を簡易にするリニアセンサを提供する。【解決手段】リニアセンサ１００は、励磁磁極２２及び検出磁極２１，２３を有するステータ２０と、励磁磁極２２及び検出磁極２１，２３に対向して設けられ且つステータ２０に対して相対的に変位可能なスケール板１０とを備える。スケール板１０は、非磁性材料から形成される基板１１と、基板１１上にスケール板１０の変位方向Ｄ１及びＤ２に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性層１２とを有する。励磁磁極２２は、磁性層１２と対向するように配置され、検出磁極２１，２３は、磁性層１２の縁部１２ａ，１２ｂと対向するように配置される。磁性層１２の縁部１２ａ，１２ｂは、スケール板１０が変位すると、検出磁極２１，２３に対向する部位を変位方向Ｄ１及びＤ２の横断方向に変位させるように形成される。【選択図】図１
2016057174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアセンサにおいて、
励磁磁極及び検出磁極を有する検出子と、
前記励磁磁極及び前記検出磁極に対向して設けられ、前記検出子に対して相対的に変位可能である磁性部材と
を備え、
前記磁性部材は、非磁性材料から形成される基板と、前記基板上に変位方向に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性体とを有し、
前記励磁磁極は、前記磁性体と対向するように配置され、
前記検出磁極は、前記磁性体の縁部と対向するように配置され、
前記磁性体の縁部は、前記磁性部材が変位すると、前記検出磁極に対向する部位を前記変位方向の横断方向に変位させるように形成されるリニアセンサ。
【請求項２】
前記検出子は、前記励磁磁極を挟むようにして複数の前記検出磁極を有し、
前記検出磁極は、前記磁性体における前記変位方向の横断方向に位置する複数の前記縁部それぞれに対向するように配置される請求項１に記載のリニアセンサ。
【請求項３】
前記磁性体は、前記基板上に形成した薄膜である請求項１または２に記載のリニアセンサ。
【請求項４】
前記磁性体は、前記基板上に付着させた磁性シート又は磁性テープである請求項１または２に記載のリニアセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアセンサには、例えば、特許文献１に記載されるように磁気式のリニアセンサがある。このリニアセンサは、ステータ巻線が巻回された複数の磁極を有するステータと、ステータに隣接して直線往復移動自在な可動子とを有している。可動子は、磁性材をプレス加工して形成した複数の板状のコア片を積層した複数のコアを長尺状に連結して形成される。長尺状の可動子の側部は、山部と谷部とが交互に配置された形状を有している。ステータの磁極に山部及び谷部を有する側部を対向させて可動子を直線往復移動させると、磁極と可動子との間の磁気的結合度が変化し、この変化に応じた二相の出力信号がステータ巻線に発生する。この信号を検出することによって、ステータに対する可動子の位置が判別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１における可動子である磁性部材は、その構造が複雑であり、その製造のために、磁性材のプレス加工によるコア片の製造、板状のコア片の積層によるコアの製造、及び複数のコアの連結を必要とし、多くの製造工数を要するため、コスト上昇を招くという問題がある。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、磁極を有する検出子としてのステータに隣り合う磁性部材の構造を簡易にするリニアセンサ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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明に係るリニアセンサは、励磁磁極及び検出磁極を有する検出子と、励磁磁極及び検出磁極に対向して設けられ、検出子に対して相対的に変位可能である磁性部材とを備え、磁性部材は、非磁性材料から形成される基板と、基板上に変位方向に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性体とを有し、励磁磁極は、磁性体と対向するように配置され、検出磁極は、磁性体の縁部と対向するように配置され、磁性体の縁部は、磁性部材が変位すると、検出磁極に対向する部位を変位方向の横断方向に変位させるように形成される。
【０００７】
検出子は、励磁磁極を挟むようにして複数の検出磁極を有し、検出磁極は、磁性体における変位方向の横断方向に位置する複数の縁部それぞれに対向するように配置されてよい。
磁性体は、基板上に形成した薄膜であってよい。
磁性体は、基板上に付着させた磁性シート又は磁性テープであってよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るリニアセンサによれば、磁極を有する検出子に隣り合う磁性部材の構造を簡易にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るリニアセンサの模式的な斜視図である。
【図２】図１のスケール板の模式的な斜視図ある。
【図３】この発明の実施の形態２に係るリニアセンサの模式的な斜視図である。
【図４】図３のスケール板の模式的な斜視図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態に係るリニアセンサについて添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１を参照すると、この発明の実施の形態１に係るリニアセンサ１００は、直線的に往復移動する対象物の変位を検出するものである。リニアセンサ１００は、長手方向である方向Ｄ１及びＤ２に沿って往復移動可能に設けられた磁性部材であるスケール板１０と、スケール板１０の長手方向の相対位置を検出するための不動の検出子であるステータ２０とを備えている。方向Ｄ１と方向Ｄ２とは互いに反対方向である。スケール板１０は、方向Ｄ１及びＤ２へ直線的に往復移動する対象物に固定され、ステータ２０は、移動しないものに固定されている。
【００１１】
ステータ２０は、スケール板１０の上方に間隔をあけて配置されている。ステータ２０は、方向Ｄ１及びＤ２に垂直な方向に沿って並べて配置された３つの磁極２１、２２及び２３を一体に有している。磁極２１、２２及び２３はそれぞれ、磁性材料から形成され且つスケール板１０に向かって突出するように延在するコア２１ａ、２２ａ及び２３ａと、コア２１ａ、２２ａ及び２３ａの周りに延在方向を中心として巻き付けられた巻線２１ｂ、２２ｂ及び２３ｂとを有している。ステータ２０は、コア２１ａ、２２ａ及び２３ａの先端、並びに巻線２１ｂ、２２ｂ及び２３ｂをスケール板１０に対向させるようにして配置されている。さらに、中央に位置する巻線２２ｂは、励磁用の励磁巻線を構成し、巻線２２ｂの両側に位置する巻線２１ｂ及び２３ｂは、信号検出用の検出巻線を構成している。そして、磁極２２は、励磁用の励磁磁極を構成し、磁極２１及び２３は、信号検出用の検出磁極を構成している。
【００１２】
図１及び図２をあわせて参照すると、スケール板１０は、非磁性材料から形成され且つスケール板１０の外形を構成する長方形の平面形状をした基板１１と、磁性材料から形成され且つ基板１１の一方の平坦な表面１１ａ上で基板１１の長手方向全体にわたって直接的に形成された薄層からなる磁性層１２とを有している。ここで、磁性層１２は、磁性体を構成している。
【００１３】
磁性層１２は、基板１１の表面１１ａに対して、磁性材料の塗布法による焼き付け、磁性材料のＣＶＤ（化学蒸着）法、ＰＶＤ（物理蒸着）法等による蒸着、磁性金属含有樹脂を硬化させることによる薄膜形成、磁性シート・磁性テープの接着、溶接、ロウ付け等による付着などによって直接的に形成されることができる。磁性シート・磁性テープとして、パーマロイテープ等の接着剤が付着したものを用いてもよい。
【００１４】
磁性層１２は、基板１１における長手方向に沿った一方の側部１１ｂと側部１１ｂに隣り合う磁性層１２の長手方向に沿った直線状の縁部１２ａとの間隔が、方向Ｄ１に沿って次第に広くなるように形成されている。つまり、縁部１２ａは、側部１１ｂ及び方向Ｄ１に対して一定の角度を有している。さらに、磁性層１２は、基板１１における長手方向に沿った他方の側部１１ｃと側部１１ｃに隣り合う磁性層１２の長手方向に沿った直線状の縁部１２ｂとの間隔が、方向Ｄ１に沿って次第に狭くなるように形成されている。つまり、縁部１２ｂは、側部１１ｃ及び方向Ｄ１に対して一定の角度を有している。よって、磁性層１２は、平行四辺形の平面形状を有している。
【００１５】
ステータ２０は、スケール板１０を方向Ｄ１及びＤ２に沿って移動させたとき、励磁磁極２２のコア２２ａの全体が常に磁性層１２に対向し、検出磁極２１のコア２１ａが磁性層１２の縁部１２ａに対向し、検出磁極２３のコア２３ａが磁性層１２の縁部１２ｂに対向するように配置構成されている。コア２２ａを磁性層１２に投影したとき、コア２２ａの全体が磁性層１２内に含まれ、コア２１ａ及び２３ａを磁性層１２に投影したとき、コア２１ａ及び２３ａそれぞれが、縁部１２ａ及び１２ｂ上に位置する。
励磁巻線２２ｂは、交流信号の発生源に接続されている。検出巻線２１ｂ及び２３ｂは、電気信号を位置データとして変換して出力するＲ／Ｄ変換器等の変換装置に接続されている。
【００１６】
リニアセンサ１００によってステータ２０に対するスケール板１０の相対位置を検出する際、ステータ２０の励磁巻線２２ｂに交流信号が供給される。これにより、励磁巻線２２ｂの周りを回りコア２２ａを通る磁束が発生し、この磁束がスケール板１０の磁性層１２に侵入して内部に磁束を形成する。磁性層１２内部の磁束は、磁性層１２からコア２１ａ及び２３ａのそれぞれの中に延びる磁束を形成する。
【００１７】
スケール板１０が方向Ｄ１に移動したとき、コア２１ａにおける磁性層１２と対向する部位が増加するため、コア２１ａ内の磁束が増加し、それにより、検出巻線２１ｂに出力信号としての誘導電流が発生する。また、コア２３ａにおける磁性層１２と対向する部位が減少するため、コア２３ａ内の磁束が減少し、それにより、検出巻線２３ｂに、検出巻線２１ｂと異なる位相をした出力信号としての誘導電流が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線２１ｂ及び２３ｂの出力信号から、コア２１ａ及び２３ａと磁性層１２の縁部１２ａ及び１２ｂとのそれぞれの間における方向Ｄ１に垂直な方向での位置関係を検出し、それにより、コア２１ａ及び２３ａに対する基板１１及び磁性層１２の長手方向の変位を検出する。
【００１８】
一方、スケール板１０が方向Ｄ２に移動したとき、コア２１ａ内の磁束が減少し且つコア２３ａの磁束が増加するため、検出巻線２１ｂ及び２３ｂに互いに位相が異なる出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線２１ｂ及び２３ｂの出力信号から、コア２１ａ及び２３ａに対する基板１１及び磁性層１２の長手方向の変位を検出する。
よって、リニアセンサ１００は、ステータ２０における検出磁極２１及び２３のコア２１ａ及び２３ａと磁性層１２との間における方向Ｄ１及びＤ２に垂直な横断方向での位置関係を、検出巻線２１ｂ及び２３ｂの出力信号から検出することによって、ステータ２０に対するスケール板１０の長手方向の変位を検出する。
【００１９】
このように、この発明の実施の形態１に係るリニアセンサ１００は、巻線２１ｂ，２２ｂ，２３ｂをもつ励磁磁極２２及び検出磁極２１，２３を有するステータ２０と、励磁磁極２２及び検出磁極２１，２３に対向して設けられ且つステータ２０に対して相対的に変位可能であるスケール板１０とを備える。スケール板１０は、非磁性材料から形成される基板１１と、基板１１上にスケール板１０の変位方向Ｄ１及びＤ２に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性層１２とを有する。励磁磁極２２は、磁性層１２と対向するように配置され、検出磁極２１，２３はそれぞれ、磁性層１２の縁部１２ａ，１２ｂと対向するように配置される。磁性層１２の縁部１２ａ，１２ｂはそれぞれ、スケール板１０が変位すると、検出磁極２１，２３に対向する部位を変位方向Ｄ１及びＤ２の横断方向に変位させるように形成される。
【００２０】
このとき、スケール板１０の変位時に、縁部１２ａ，１２ｂにおける検出磁極２１，２３に対向する部位が変位方向Ｄ１及びＤ２の横断方向に変位することによって、励磁磁極２２が磁性層１２を介して検出磁極２１及び２３に形成する磁束が変化する。この磁束の変化によって検出磁極２１及び２３の巻線２１ｂ及び２３ｂに出力信号が発生し、この出力信号からステータ２０に対するスケール板１０の変位が検出される。スケール板１０は、非磁性材料から形成される基板１１上に磁性材料から形成される層状の磁性層１２を設けただけの構造であるため、その構造が簡易であり、且つ磁性層１２の縁部１２ａ及び１２ｂを上述のように構成することも容易である。これにより、スケール板１０は、構造及び製造の簡易化、薄型化、小型化、軽量化及びコスト低減を可能にする。
【００２１】
また、リニアセンサ１００において、ステータ２０は、励磁磁極２２を挟むようにして検出磁極２１及び２３を有し、検出磁極２１及び２３は、磁性層１２における変位方向Ｄ１及びＤ２の横断方向に位置する２つの縁部１２ａ及び１２ｂそれぞれに対向するように配置される。これにより、リニアセンサ１００は、２つの縁部１２ａ及び１２ｂと検出磁極２１及び２３との相対位置からスケール板１０のステータ２０に対する変位を検出する。よって、スケール板１０の変位の検出精度が向上する。
【００２２】
また、リニアセンサ１００において、磁性層１２は、基板１１上に形成した薄膜である。又は、磁性層１２は、基板１１上に付着させた磁性シート若しくは磁性テープである。これにより、基板１１への磁性層１２の形成が容易になる。さらに、磁性層１２の平面形状を自在な形状とすることができるため、基板１１が湾曲した平面形状を有している場合や屈折した平面形状を有している場合などの基板１１の形状に関係なく磁性層１２を形成することができる。この結果、リニアセンサ１００は、スケール板１０が直線に沿って変位するものだけでなく、曲線、円周、折れ線等に沿って変位するものでも、スケール板の変位を検出することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るリニアセンサ２００は、実施の形態１に係るリニアセンサ１００に対して、スケール板１０に形成された磁性層１２の平面形状を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図３及び図４をあわせて参照すると、リニアセンサ２００は、方向Ｄ１及びＤ２に沿って往復移動可能なスケール板２１０と、ステータ２０とを備えている。
【００２４】
スケール板２１０は、非磁性材料から形成された長方形の平面形状をした基板１１と、実施の形態１と同様の方法で磁性材料から形成され且つ基板１１の表面１１ａ上に形成された磁性層２１２、２１３及び２１４とを有している。
【００２５】
磁性層２１２、２１３及び２１４は、互いに間隔をあけて隣り合い且つ基板１１の長手方向全体にわたって形成されている。磁性層２１３は、長方形の平面形状を有している。互いに隣り合う磁性層２１２の長手方向縁部２１２ａ及び磁性層２１３の長手方向縁部２１３ａの間の間隔ｇ１は、方向Ｄ１に沿って次第に広くなる。互いに隣り合う磁性層２１３の長手方向縁部２１３ｂ及び磁性層２１４の長手方向縁部２１４ａの間の間隔ｇ２は、方向Ｄ１に沿って次第に狭くなる。縁部２１２ａ及び２１４ａはそれぞれ、縁部２１３ａ及び２１３ｂ並びに方向Ｄ１に対して一定の角度を有している。
【００２６】
ステータ２０は、スケール板２１０を方向Ｄ１及びＤ２に沿って移動させたとき、励磁磁極２２のコア２２ａの全体が常に磁性層２１３に対向し、検出磁極２１のコア２１ａが磁性層２１２の縁部２１２ａに対向し、検出磁極２３のコア２３ａが磁性層２１４の縁部２１４ａに対向するように構成されている。コア２２ａを磁性層２１３に投影したとき、その全体が磁性層２１３内に含まれ、コア２１ａを磁性層２１２に投影したとき、コア２１ａが縁部２１２ａ上に位置し、コア２３ａを磁性層２１４に投影したとき、コア２３ａが縁部２１４ａ上に位置する。
【００２７】
よって、ステータ２０の励磁巻線２２ｂに交流信号が供給されると、コア２２ａを通る磁束が発生し、この磁束がスケール板２１０の磁性層２１３に侵入して内部に磁束を形成する。磁性層２１３内部の磁束は、磁性層２１３から両側の磁性層２１２及び２１４それぞれの中に延びる磁束を形成する。磁性層２１２及び２１４内の磁束はさらに、対向するコア２１ａ及び２３ａのそれぞれの内部に延びる磁束を形成する。
【００２８】
このため、スケール板２１０が方向Ｄ１に移動したとき、コア２１ａにおける磁性層２１２と対向する部位が増加するため、コア２１ａ内の磁束が増加する。また、コア２３ａにおける磁性層２１４と対向する部位が減少するため、コア２３ａ内の磁束が減少する。これにより、検出巻線２１ｂ及び２３ｂに互いに異なる位相をした出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線２１ｂ及び２３ｂの出力信号から、コア２１ａ及び２３ａに対する基板１１並びに磁性層２１２及び２１４の長手方向の変位を検出する。
【００２９】
一方、スケール板２１０が方向Ｄ２に移動したとき、コア２１ａ内の磁束が減少し且つコア２３ａの磁束が増加するため、検出巻線２１ｂ及び２３ｂに互いに位相が異なる出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線２１ｂ及び２３ｂの出力信号から、コア２１ａ及び２３ａに対する基板１１並びに磁性層２１２及び２１４の長手方向の変位を検出する。
【００３０】
また、この発明の実施の形態２に係るリニアセンサ２００のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
そして、実施の形態２におけるリニアセンサ２００によれば、上記実施の形態１のリニアセンサ１００と同様な効果が得られる。
【００３１】
また、実施の形態１及び２のリニアセンサ１００及び２００のスケール板１０及び２１０において、磁性層１２の縁部１２ａ，１２ｂ、磁性層２１２の縁部２１２ａ及び磁性層２１４の縁部２１４ａは、直線状であったがこれに限定されるものでない。縁部１２ａ，１２ｂ，２１２ａ，２１４ａは、方向Ｄ１及びＤ２に平行でなければよく、折れ線、曲線等であってもよい。
【００３２】
また、実施の形態１及び２のリニアセンサ１００及び２００では、スケール板１０及び２１０の磁性層１２及び２１２に対して、ステータ２０のコア２２ａの全体が対向するように構成されていたが、これに限定されるものでない。コア２２ａは、スケール板１０及び２１０が移動したときに、磁性層１２及び２１２に対向する面積つまり磁性層１２及び２１２上への投影面積が変化しなければよい。これにより、スケール板１０及び２１０が移動しても磁性層１２及び２１２に形成される磁束が変化しない。
【００３３】
また、実施の形態１及び２のリニアセンサ１００及び２００のスケール板１０及び２１０において、磁性層１２の２つの縁部１２ａ，１２ｂ、又は磁性層２１２の縁部２１２ａ及び磁性層２１４の縁部２１４ａに対向するように２つの検出磁極２１及び２３が設けられていたが、これに限定されるものでない。３つ以上の検出磁極を設け、各検出磁極に対向する磁性層の縁部をそれぞれ形成してもよい。あるいは、検出磁極は１つであってもよい。
【００３４】
また、実施の形態１及び２のリニアセンサ１００及び２００では、ステータ２０が固定され、スケール板１０及び２１０が移動可能であるように構成されていたが、これに限定されるものでなく、ステータ２０がスケール板１０及び２１０の長手方向に沿って移動可能であり、スケール板１０及び２１０が固定されるように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０，２１０  スケール板（磁性部材）、１１  基板、１２，２１２，２１３，２１４  磁性層（磁性体）、１２ａ，１２ｂ，２１２ａ，２１４ａ  縁部、２０  ステータ（検出子）、２１，２３  検出磁極、２１ａ，２２ａ，２３ａｂ  コア、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ  巻線、２２  励磁磁極、１００，２００  リニアセンサ、Ｄ１，Ｄ２  移動方向（変位方向）。
【図１】
2016057174.tif 000003
【図２】
2016057174.tif 000004
【図３】
2016057174.tif 000005
【図４】
2016057174.tif 000006