(57)【要約】      （修正有）【課題】被検出部とセンサヘッド間の隙間を広くでき、水蒸気とか油の浮遊するような悪環境での使用を可能とし、秒速１０ｍのような高速で移動する物体の、ミクロンオーダの高分解能の位置計測や、５０ｍ以上の長距離計測を行うことが可能な位置検出手段の提供。【解決手段】矩形板状の磁性体１に溝２を空け、この磁性体１に平行に、２または４個の磁石を等ピッチに並べ、磁性体１と磁石５の間隙に、４個の磁気センサ３で出来たブリッジ４を２または４組配置し、このブリッジ４に１頂角より正弦波を入力し、他頂角より出力信号を取り出し、各出力信号７を三角関数の加法定理により組合せ、磁性体１の位置を、入力信号と加法出力信号との位相差を計測するように工夫した、直線または回転位置検出器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形板状の磁性体（１）に、形状の同じ溝（２）を等ピッチで形成し、磁性体（１）面にほぼ平行に磁石（５）を最低２個または４個を等ピッチで配列し、磁性体（１）と磁石（５）の間隙に、４個の磁気センサ（３）で形成されたブリッジ（４）を等ピッチで最低２組または４組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に高周波の正弦波で出来た入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、磁性体（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、ほぼ０ピッチ（＋ｎピッチで、ｎは０〜正の整数：他も同じ）、１／４ピッチ（＋ｎピッチ）、１／２ピッチ（＋ｎピッチ）、３／４ピッチ（＋ｎピッチ）に相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理を用いて電気的に加算して、加法出力信号（８）を形成し、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して矩形板の位置を検出するように構成した直線位置検出器。
【請求項２】
矩形板状の磁性体（１）に、形状の同じ溝（２）を等ピッチで形成し、磁性体（１）面にほぼ平行に磁石（５）を６個、等ピッチで配列し、磁性体（１）と磁石（５）の間隙に、４個の磁気センサ（３）で形成されたブリッジ（４）を軸方向に６組配置し、さらに磁石（５）を磁性体（１）面の垂直方向で各ブリッジ（４）と同軸方向に６個配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に高周波の正弦波で出来た入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、磁性体（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、ほぼ０ピッチ（＋ｎピッチ）、１／６ピッチ（＋ｎピッチ）、１／３ピッチ（＋ｎピッチ）、１／２ピッチ（＋ｎピッチ）、２／３ピッチ（＋ｎピッチ）、５／６ピッチ（＋ｎピッチ）の位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理を用いて電気的に加算して、加法出力信号（８）を形成し、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して矩形板の位置を検出するように構成した直線位置検出器。
【請求項３】
円板状の磁性体（１）の円周方向に、形状の同じ溝（２）を等ピッチで形成し、磁性体（１）面に平行に磁石を最低２個または４個等ピッチで配列し、磁性体（１）と磁石（５）の間隙に、４個の磁気センサ（３）で形成されたブリッジ（４）を円周方向に最低２組または４組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に高周波の正弦波で出来た入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、磁性体（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、０ピッチ（＋ｎピッチ）、１／４ピッチ（＋ｎピッチ）、１／２ピッチ（＋ｎピンチ）、３／４ピッチ（＋ｎピッチ）に相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理を用いて電気的に加算して、加法出力信号（８）を形成し、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して矩形板の円周方向の位置を検出するように構成した回転位置検出器。
【請求項４】
円板状の磁性体（１）の円周方向に、形状の同じ溝（２）を等ピッチで形成し、磁性体（１）面に平行に磁石を６個等ピッチで配列し、磁性体（１）と磁石（５）の間隙に、４個の磁気センサ（３）で形成されたブリッジ（４）を円周方向に６組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に高周波の正弦波で出来た入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、磁性体（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、ほぼ０ピッチ（＋ｎピッチ）、１／６ピッチ（＋ｎピッチ）、１／３ピッチ（＋ｎピッチ）、１／２ピッチ（＋ｎピッチ）、２／３ピッチ（＋ｎピッチ）、５／６ピッチ（＋ｎピッチ）に相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理を用いて電気的に加算して、加法出力信号（８）を形成し、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して矩形板の円周方向の位置を検出するように構成した回転位置検出器。
【請求項５】
請求項１〜５の位置検出器で、磁性体（１）の下面に、非磁性体（２）を敷いた位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は磁気抵抗変化に着目した板状の位置検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の直線用位置センサはフォトカプラとスリットを用いた光学式の位置センサとか、磁気テープにＳ、Ｎの信号を磁化し、磁気テープの進行方向によって発生するＳ、Ｎの数を数えて位置を検出する位置検出器とか、金属ロッドに溝を加工し、ここに渦電流損の大きな金属をメッキし、磁気抵抗の差と渦電流損の差を利用した位置検出器が用いられてきた。【０００３】  回転位置計測に於いても、フォトカプラとスリットを用いた光学式の位置センサとか、磁気テープにＳ、Ｎ信号を磁化し、磁気テープの進行方向に発生するＳ、Ｎの数を数えて位置を検出する位置検出器とか磁気抵抗と渦電流損の差を利用した回転ロータを用いた回転位置検出器が用いられてきた。【０００４】  ５０ｍを越えるような長距離の位置を高分解能で計測する検出器は少なく、例えば、レーザ等を利用した三角計測の原理を用いた位置検出器が用いられて来た。
【特許文献１】特許公開２００７−７８７０７  特許公開平０５−１９６４７８  特許公開昭６１−１３７００１
【非特許文献１】「旭化成エレトロニクス／ホームページ／磁気センサ／ホール素子」  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓａｈｉ−ｋａｓｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ａｋｅ／ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｈａｌｌ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ「リベックス／ホームページ／ラインレゾルバ」  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｖｅｘ．ｃｏ．ｊｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来からフォトカプラとスリットを用いた光学式の位置検出器とか、磁気テープにＳ、Ｎの信号を磁化し、磁気テープの進行方向によって発生するＳ、Ｎの数を数えて位置を検出する位置検出器があったが、悪環境下での使用が困難で、特にセンサヘッド（９）と被検出体との隙間は小さく設定する必要があり、高精度で厳密な管理が求められるので取扱が困難であった。
このような光学式または磁気式の位置検出器では、１ピッチ間の距離を長くした場合は分解能が粗くなり、１ピッチ間の距離を短くした場合は、高速での位置検出が困難であった。
金属ロッドに磁気抵抗と渦電流損の差を利用した位置検出器では、センサヘッド（９）が被検出物全体を覆う構造のためメンテナンスに難点があった。【０００６】  回転位置検出器においても、光学式または磁気式の回転位置検出器は振動、油、水等の存在する悪環境では計測が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  ここでは高速検出性能と高分解と耐環境性に優れた位置検出器を得るため、磁気抵抗の変化を磁性体（１）と溝（２）で構成し、この磁性体（１）と溝（２）の組合せで得られる検出部の長さを粗く構成して高速性能を確保すると共に、この磁気抵抗の変化を計測するセンサヘッド（９）内に、ブリッジを組んだ磁気センサ（３）と磁石（５）を組み合わせて入れ、入力信号（６）に対し加法出力信号（８）が出るように電気回路を構成し、入力信号（６）と加法出力信号（８）の位相差を求めることで、所定の位置検出が得られるように工夫した。【０００８】  図１に示すように、センサヘッド（９）内には、軸方向に４個のブリッジ（４）を組んだ磁気センサと、磁石（５）の組合せを入れるが、磁性体（１）と溝（２）で形成されるピッチ（Ｐ）に対し、この組合せはそれぞれ１／４ピッチ毎に配置し、１番目と３番目のブリッジ（４）にｓｉｎωｔに相当する入力信号を入れ、２番目と４番目のブリッジ（４）に９０°位相したｃｏｓωｔに相当する入力信号を入れる。【０００９】  三角関数の加法定理に則るようにセンサヘッドの位置Ｘに対し、各出力信号を組合せた出力信号Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）を形成し、入力信号ｓｉｎωｔとの位相差２×π×Ｘ／Ｐを計測することで位置を検出するように構成した位置検出器。【００１０】  図１に基本的な構成を示す。
ここで、磁石には永久磁石とか電磁石等があり、磁気センサには磁気抵抗素子とかホール素子等がある。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は被検出部を磁性体のみで製作し、取扱が容易で高分解能を保ちながら高速計測が可能な位置検出器を可能にするものである。
一般に入手が容易な鋼板とかフェライト系のＳＵＳ板に等ピッチの溝を設けるだけで、軸方向の位置計測を行うことが可能になった。【００１２】  磁気センサ（３）でブリッジ（４）を組むことで、外乱の影響も少なくなり、センサヘッド部の温度変化に対しても温度特性が大幅に改善できる。【００１３】  磁性体（１）の下面に、非磁性体（２）を敷設することで、磁性体（１）と非磁性体（２）との磁気抵抗の差が明確となり、磁性体（１）とセンサヘッド（９）間との隙間を４ｍｍ以上大きく離すことが出来る。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明は材質を問わず、一般的な構造物の上に板状の磁性体（１）板を敷くだけで、軸方向の位置計測を行うことが可能になった。
【００１５】  被検出体（３）を磁性体（１）の板で構成することで、板厚は０．２ｍｍ程度でも計測が可能である。
円盤状の構造物の外周に、板状の位置検出器のセンサ部を貼り付けて、回転方向の位置検出も可能で、機械強度も優れているため、悪環境で大径の回転体の回転位置とか速度の位置計測が可能となった。
【００１６】  磁性体（１）板表面の平滑性とか、面のシール性が要求される用途では、磁性体（１）の表面を平滑な非磁性体（２）で覆うことで目的を満たすことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】磁性体（１）板に、等ピッチの溝（２）を形成し、４個の磁石（５）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を軸線方向に配置した位置検出器
【図２】磁性体（１）板上に、４組の磁石（６）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を配置した上面模式図
【図３】磁性体（１）板に、等ピッチの溝（２）を形成し、６個の磁石（５）と、６組の磁気センサのブリッジ（４）を軸線方向に配置した位置検出器
【図４】磁性体（１）板上に、６組の磁石（６）と、６組の磁気センサのブリッジ（４）を配置した上面模式図
【図５】磁性体（１）とセンサヘッド（２）の位置関係を示した模式図
【図６】磁性体（１）と非矩形の溝（２）で構成された被検出部とセンサヘッド（２）の位置関係を示した模式図
【図７】円板状の磁性体（１）に等ピッチの非磁性体の溝（２）を形成し、この溝に垂直方向にセンサヘッド（９）を配置した例
【図８】直線軸受機構に本特許の直線位置検出器を貼付した例
【図９】４個の磁石（６）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【図１０】６個の磁石（６）と、６組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【符号の説明】
【００１８】  １    磁性体
２    溝（非磁性体）
３    磁気センサ
４    ブリッジ
５    磁石
６    入力信号
７    出力信号
８    加算出力信号
９    センサヘッド
【技術計算】
参考図：図９
近似式：
ｅ１：Ａ相  ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ２：Ｂ相  ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ３：Ｃ相  ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ４：Ｄ相  ２次側磁気センサ出力電圧
Ｅ＝（ｅ１−ｅ３）＋（ｅ２−ｅ４）
＝φ０×（１＋ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０（１−ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０×（１＋ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｃｏｓωｔ
＋φ０×（１−ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｃｏｓωｔ
＝２×ａ×φ０×Ｉ×（ｓｉｎωｔ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ）−ｃｏｓωｔ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））
＝Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）
ここで、
Ｅ：出力電圧
ｅ：各相出力電圧
【図１】
2009186451.tif 000003
【図２】
2009186451.tif 000004
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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