(57)【要約】【課題】所定範囲内における検出コイルに対するコアの相対変位に対して出力信号を一定値とすることができるポジションセンサを提供することにある。【解決手段】ポジションセンサは、磁性材料からなるコアが巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイル１０を有した位置検出部１と、検出コイル１０の両端間の電圧よりなる検出電圧に基づいて検出コイル１０に対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置２と、位置検出部１の検出コイル１０に位置検出用の電流を供給する電流供給部３とを備え、処理装置２は、出力信号を出力するにあたっては、位置検出部１より得た検出電圧に対応する出力信号の値を、当該出力信号の出力特性が、検出電圧に対して出力信号の値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに、単調増加領域間に検出電圧に対して出力信号の値が一定値となる不変領域を有する値に設定する出力調整処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなるコアが巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイルを有した位置検出部と、検出コイルの両端間の電圧よりなる検出電圧に基づいて検出コイルに対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置とを備え、
処理装置は、出力信号を出力するにあたっては、位置検出部より得た検出電圧に対応する出力信号の値を、当該出力信号の出力特性が、検出電圧に対して出力信号の値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに、単調増加領域間に検出電圧に対して出力信号の値が一定値となる不変領域を有する値に設定する出力調整処理を行うことを特徴とするポジションセンサ。
【請求項２】
処理装置は、上記出力調整処理を実行するＣＰＵからなる演算処理部と、演算処理部で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部の作業領域となる記憶領域を有した記憶部と、上記位置検出部の上記検出電圧を演算処理部に入力する入力部と、上記出力信号を出力する出力部とを少なくとも具備したマイクロコントローラであることを特徴とする請求項１記載のポジションセンサ。
【請求項３】
上記演算処理部は、上記出力調整処理を行うにあたっては、上記記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた上記検出電圧と上記出力信号の値との関係を示す演算式を用いることを特徴とする請求項２記載のポジションセンサ。
【請求項４】
上記演算処理部は、上記出力調整処理を行うにあたっては、上記記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた上記検出電圧と上記出力信号の値との関係を示すデータテーブルを用いることを特徴とする請求項２記載のポジションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型のポジションセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人が手で持つ把持部（例えば、操作レバーや操作ノブ）を有し、把持部の操作内容（例えば操作レバーを傾けた方向や、その傾きの大きさ）に応じた電気信号を出力する操作装置（一例としてはジョイスティック装置）が提供されている。この種の操作装置は、例えば、油圧ショベルやクレーンなどの建設機械を操作するために用いられ、油圧ショベルの場合は、操作装置によって、バケットの掘削／開放や、アームの曲げ／伸ばし、ブームの上げ／下げなどが行われる。
【０００３】
ところで、上記のような油圧ショベルでは、アタッチメントとして、バケットの代わりに、圧砕機（クラッシャ）や、グラップル、リフティングマグネット、カッタなどを利用することができるようになっている。
【０００４】
このようなアタッチメントは、その種類によって、アタッチメント用のアクチュエータ（例えば油圧シリンダやモータ）の数が異なっており、機構が複雑なものでは、把持部による操作だけでは操作することができない。
【０００５】
そこで、把持部の先端部に、人が指で操作するスイッチ装置を設けた操作装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１におけるスイッチ装置は、人が操作していないときは中立位置に位置し、人の操作によって中立位置から移動される操作部と、操作部とともに変位する磁石（永久磁石）と、磁石の変位によって生じた磁界の強度変化を検出する磁気センサ（例えば、磁気抵抗素子やホール素子など）とを備えている。このスイッチ装置は、磁石の変位（すなわち操作部の変位）を検出し、その変位に比例した電気信号を出力する、所謂比例制御スイッチである。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような磁気センサを利用したスイッチ装置では、磁気センサが外部磁場や、把持部の操作時の振動の影響を受け易く、外部磁場などを操作部の変位として誤検出するおそれがあり、操作部の変位の検出精度が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、磁気センサの代わりにポジションセンサを用いることが考えられる。この種のポジションセンサとしては、検出コイルにコアを挿入し、検出コイルのインピーダンスの変化を検出して、検出コイルに対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力するポジションセンサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３５８１３３号公報（特に段落〔００３３〕および図３参照）
【特許文献２】特開２００４−２９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したポジションセンサでは、検出コイルに対するコアの位置と出力信号の値とは比例しており、高精度な（検出精度が高い）ものほど微小なコアの変位を検出することができる。そのため、上述した比例制御スイッチの操作性（応答性）を考慮すれば、高精度なポジションセンサを用いるほうがよい。
【００１０】
しかしながら、比例制御スイッチの操作部は、人が操作していなければ中立位置に位置するように設定され、操作部が中立位置に位置しているときは、上述した建設機械などの制御が行われないようになっている。そのため、ポジションセンサとして高精度なものを用いた場合には、人の指が操作部に触れた際などの操作を意図していない微小なコアの変位を検出し、その結果、予期せずに建設機器などの制御が行われてしまうおそれがある。
【００１１】
このような問題を防止するためには、検出精度が低いポジションセンサを用いることが考えられるが、当然ながら、高精度なポジションセンサを用いた場合に比べて比例制御スイッチの操作性が悪くなってしまう。
【００１２】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、所定範囲内における検出コイルに対するコアの相対変位に対して出力信号を一定値とすることができるポジションセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明では、磁性材料からなるコアが巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイルを有した位置検出部と、検出コイルの両端間の電圧よりなる検出電圧に基づいて検出コイルに対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置とを備え、処理装置は、出力信号を出力するにあたっては、位置検出部より得た検出電圧に対応する出力信号の値を、当該出力信号の出力特性が、検出電圧に対して出力信号の値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに、単調増加領域間に検出電圧に対して出力信号の値が一定値となる不変領域を有する値に設定する出力調整処理を行うことを特徴とするポジションセンサ。
【００１４】
請求項１の発明によれば、処理装置は、出力信号を出力するにあたっては、位置検出部より得た検出電圧に対応する出力信号の値を、当該出力信号の出力特性が検出電圧に対して出力信号の値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに単調増加領域間に検出電圧に対して出力信号の値が一定値となる不変領域を有する値に設定するので、出力信号の出力特性は、単調増加領域間に検出電圧に対して出力信号の値が一定値となる不変領域を有することになり、所定範囲内における検出コイルに対するコアの相対変位に対して出力信号を一定値とすることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、処理装置は、上記出力調整処理を実行するＣＰＵからなる演算処理部と、演算処理部で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部の作業領域となる記憶領域を有した記憶部と、上記位置検出部の上記検出電圧を演算処理部に入力する入力部と、上記出力信号を出力する出力部とを少なくとも具備したマイクロコントローラであることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明によれば、ＡＳＩＣを用いて処理装置を構成する場合に比べれば、出力特性の変更を容易に行える。
【００１７】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記演算処理部は、上記出力調整処理を行うにあたっては、上記記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた上記検出電圧と上記出力信号の値との関係を示す演算式を用いることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明によれば、演算式によって出力信号の出力特性を容易に設定することができ、また記憶部に書き込まれた演算式を書き換えることで、出力特性を容易に変更することができる。
【００１９】
請求項４の発明では、請求項２の発明において、上記演算処理部は、上記出力調整処理を行うにあたっては、上記記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた上記検出電圧と上記出力信号の値との関係を示すデータテーブルを用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明によれば、データテーブルによって出力信号の出力特性を容易に設定することができ、また記憶部に書き込まれたデータテーブルを書き換えることで、出力特性を容易に変更することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、所定範囲内における検出コイルに対するコアの相対変位に対して出力信号を一定値とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の一実施形態のポジションセンサは、操作部の変位に応じた電気信号を出力する比例制御スイッチ（図示せず）に備えられる。このような比例制御スイッチとしては、一面が開口した箱状のケース（図示せず）と、当該ケースの一面開口内に配置されケースに対して正逆方向に回転自在に取り付けられた操作部と、ケース内に収納され操作部の正方向の回転角度および逆方向の回転角度それぞれを検出する回路ブロックとを備えたロッカスイッチ型のものが挙げられる。上記操作部は、人が操作していないときは中立位置に位置し、人の操作によって中立位置から正方向あるいは逆方向に回転される。そして、回路ブロックは操作部の変位（回転角度）に応じた電気信号を出力する。本実施形態のポジションセンサは回路ブロックにおいて操作部の変位を検出するために使用される。
【００２３】
本実施形態のポジションセンサは、図１（ａ）に示すように、検出コイル１０および操作部の変位に応じて検出コイル１０の巻軸方向に進退するコア（図示せず）を有した位置検出部１と、検出コイル１０の両端間の電圧よりなる検出電圧Ｖｉｎに基づいて検出コイル１０に対するコアの位置に対応する値の出力信号Ｖｏｕｔを出力する処理装置２と、位置検出部１の検出コイル１０に位置検出用の電流を供給する電流供給部３とを備える。
【００２４】
位置検出部１は、検出コイル１０およびコアに加えてコイルボビン（図示せず）を備える。コイルボビンは、例えば絶縁性を有する樹脂材料を用いた樹脂成形品であって、円筒状に形成される。当該コイルボビンの外周面にはコイルボビンの中心軸方向に沿って絶縁被覆電線などの導線が巻回され、これによって検出コイル１０が構成される。上記のコアは磁性材料（一例としてはフェライト）により棒状に形成される。当該コアは、操作部が正逆方向に回転した際に、コアの検出コイル１０の内側への挿入量が増減する形に配置される。そのため、検出コイル１０に対するコアの位置は操作部の操作量（変位量）により決定される。
【００２５】
電流供給部３は、図示しない外部電源より供給された電力を元にして所定値の直流電圧に所定の周波数および振幅の交流電圧を重畳してなる定電圧を発生する発振回路（図示せず）と、当該発振回路（図示せず）が発生する定電圧を電流（定電流）に変換して検出コイル１０に出力する電圧−電流（Ｖ／Ｉ）変換回路（図示せず）とを備える。当該電圧−電流変換回路が出力する定電流が位置検出用の電流となる。電流供給部３から検出コイル１０に定電流が供給されると、定電流の大きさと検出コイル１０のインピーダンスの大きさとに応じた電圧が検出コイル１０の両端間に発生する。ここで、検出コイル１０のインピーダンスは、検出コイル１０内へのコアの挿入量に応じて増減するから、検出コイル１０の両端間にはコアの位置（すなわち操作部の回転角度）に応じた電圧（検出電圧）が発生する。なお、この種の電流供給部３に用いる上記発振回路や上記電圧−電流変換回路は従来周知のものを採用できるから詳細な説明は省略する。また電流供給部３は処理装置２に一体に設けてもよい。
【００２６】
処理装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなる演算処理部２０と、書き換え可能な不揮発性メモリ（一例としてはフラッシュメモリ）を備え演算処理部２０で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部２０の作業領域となる記憶領域を有した記憶部２１と、外部インターフェースとなる入出力部２２とを具備するマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ、略称としてマイコン、広義にはＣＰＵとも称される）である。
【００２７】
入出力部２２は、外部機器（例えば位置検出部１など）より入力されたアナログ形式の電気信号をディジタル（デジタル）形式の電気信号に変換して演算処理部２０に出力するＡ／Ｄ変換回路や、演算処理部２０が出力するディジタル形式の電気信号をアナログ形式の電気信号に変換して外部機器（例えば建設機器など）に出力するＤ／Ａ変換回路などを有する。したがって、位置検出部１の検出電圧Ｖｉｎは、入出力部２２のＡ／Ｄ変換回路によってディジタル形式の電気信号に変換されてから演算処理部２０に入力される。また、演算処理部２０が出力する出力信号Ｖｏｕｔは、入出力部２２のＤ／Ａ変換回路によってアナログ形式の電気信号に変換されてから外部へ出力される。したがって本実施形態では、入出力部２２が、位置検出部２の検出電圧Ｖｉｎを演算処理部２０に入力する入力部と、出力信号Ｖｏｕｔを出力する出力部とを兼ねる。
【００２８】
演算処理部２０は、上述したように検出コイル１０の検出電圧Ｖｉｎに基づいて検出コイル１０に対するコアの位置に対応する値の出力信号Ｖｏｕｔを出力する。ここで、電流供給部３が供給する位置検出用の電流は上述したように直流電圧に交流電圧を重畳して得られた定電圧を電流に変換したものであるので、検出コイル１０の両端間の電圧（検出電圧）Ｖｏｕｔは上記所定の周波数で振動する。そのため、本実施形態における演算処理部２０では、入力された検出電圧Ｖｏｕｔのピーク（山ピーク、極大点）時の電圧（ピーク電圧）を用いる。
【００２９】
本実施形態における演算処理部２０は、出力信号Ｖｏｕｔを出力するにあたっては、出力調整処理を行う。この出力調整処理は、図１（ｂ）に示すように、位置検出部１より得た検出電圧Ｖｉｎに対応する出力信号Ｖｏｕｔの値を、当該出力信号Ｖｏｕｔの出力特性が、検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔの値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに、単調増加領域間に検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔの値が一定値ＶＯ（図１（ｂ）に示すグラフでは２．５Ｖ）となる不変領域を有する値に設定する処理である。なお、図１（ｂ）における横軸は操作部の位置Ｐを表し、ＰＯは操作部の中立位置、ＰＮは操作部を正方向へ回転させた際の限界位置、ＰＲは操作部を逆方向へ回転させた際の限界位置である。また、図１（ｂ）におけるＡは出力信号Ｖｏｕｔの値（電圧値）を示し、Ｂは検出電圧Ｖｉｎを示す。
【００３０】
図１（ｂ）に示す出力信号Ｖｏｕｔは、操作部の位置Ｐが中立位置ＰＯより正方向へ所定量だけ回転させた位置ＰＬと、中立位置ＰＯより逆方向へ所定量だけ回転させた位置ＰＨとの間であるときに不感領域となり、操作部の位置Ｐが位置ＰＬより正方向へ回転した位置であるとき、あるいは操作部の位置Ｐが位置ＰＨより逆方向へ回転した位置であるときに単調増加領域となる出力特性を有する。
【００３１】
演算処理部２０は、出力調整処理を行うにあたっては、検出電圧Ｖｉｎと出力信号Ｖｏｕｔの値との関係を示す演算式を用いる。このような演算式は記憶部２１の書き換え可能な記憶領域に記憶される。
【００３２】
上記演算式の一例としては下記の（１）〜（３）に示すものが挙げられる。例えば、検出電圧Ｖｉｎが、限界位置ＰＮにおいてＶＮ（図１（ｂ）に示すグラフでは０．５Ｖ）、位置ＰＬにおいてＶＬ、位置ＰＨにおいてＶＨ、限界位置ＰＲにおいてＶＲ（図１（ｂ）に示すグラフでは４．５Ｖ）であるとき、検出電圧Ｖｉｎが不変領域下限閾値となる、位置ＰＬにおける検出電圧Ｖｉｎの値ＶＬ以上で、かつ不変領域上限閾値となる、位置ＰＨにおける検出電圧Ｖｉｎの値ＶＨ以下である場合には下記の式（１）を用い、検出電圧ＶｉｎがＶＬ未満である場合には下記の式（２）を用い、検出電圧ＶｉｎがＶＨ超過であれば下記の式（３）を用いる。
【００３３】
【数１】
2009180654.tif 000003
【００３４】
上記演算式（１）〜（３）を用いることで、図１（ｂ）に示すように、操作部の位置Ｐが中立位置ＰＯを含む位置ＰＬから位置ＰＨの間の位置であるとき（すなわち不変領域であるとき）は、出力信号Ｖｏｕｔが検出電圧Ｖｉｎの値に関係なく一定値であるＶＯとなり、操作部の位置Ｐが位置ＰＬより正方向に回転した位置であるとき（正方向側の単調増加領域であるとき）は、あるいは操作部の位置Ｐが位置ＰＨより逆方向に回転した位置であるとき（逆方向側の単調増加領域であるとき）は、出力信号Ｖｏｕｔが検出電圧Ｖｉｎに比例して単調増加する。また、上記演算式（１）〜（３）では、単調増加領域と不変領域との境界において、出力信号Ｖｏｕｔが連続するようにしており、単調増加領域と不変領域との間で、出力信号Ｖｏｕｔが急峻に変化しないようにしている。
【００３５】
演算処理部２０は、上述の出力調整処理で求めた値を有する出力信号Ｖｏｕｔを入出力部２２に出力する。そして、入出力部２２はこの出力信号Ｖｏｕｔを、その値に応じた電圧を有する電気信号に変換して外部に出力する。
【００３６】
以上述べたように本実施形態のポジションセンサによれば、処理装置２は、出力信号Ｖｏｕｔを出力するにあたっては、位置検出部１より得た検出電圧Ｖｉｎに対応する出力信号Ｖｏｕｔの値を、当該出力信号Ｖｏｕｔの出力特性が検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔの値が単調増加する単調増加領域を両端に有するとともに単調増加領域間に検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔの値が一定値ＶＯとなる不変領域を有する値に設定するので、不変領域においては所定範囲内における検出コイル１０に対するコアの相対変位（上記の例の場合にあっては位置ＰＬと位置ＰＨとの間における操作部の変位）に対して出力信号Ｖｏｕｔを一定値とすることができる。
【００３７】
そのため、本実施形態のポジションセンサを用いた上記の比例制御スイッチでは、操作部が中立位置に位置しているときに、誤って人の手が操作部に触れて操作部が変位してしまっても、操作部の位置Ｐが位置ＰＬと位置ＰＨとの間であれば（不変領域であれば）、出力信号Ｖｏｕｔが一定値ＶＯとなるから、このような予期せぬ操作部の操作によって建設機器などの制御が行われてしまうことがなく、安全性を高めることができる。しかも、操作部の位置Ｐが位置ＰＬより正方向へ回転した位置であるとき、あるいは操作部の位置Ｐが位置ＰＨより逆方向へ回転した位置であるとき、すなわち単調増加領域であるときには、出力信号Ｖｏｕｔの値は検出電圧Ｖｉｎに応じて単調増加するから、応答性よく建設機器などの制御が可能となる。
【００３８】
また、処理装置２では、上述したように、検出電圧Ｖｉｎと出力信号Ｖｏｕｔとの関係を示す演算式を用いて出力調整処理を行うようにしているから、演算式によって出力信号の出力特性を容易に設定することができる。しかも、上記演算式は記憶部２１における書き換え可能な記憶領域に書き込まれているから、記憶部２１に書き込まれた演算式を書き換えることで、出力特性を容易に変更することができる。
【００３９】
このように本実施形態のポジションセンサでは、マイクロコントローラを用いて処理装置２を構成しているので、ＣＰＵである演算処理部２０で実行するプログラムを書き換えることができるから、特定の用途に限定して製作され、容易にその処理内容（動作）などを変更することができないＡＳＩＣを用いて処理装置２を構成する場合に比べれば、出力特性の変更を容易に行える。
【００４０】
ところで、上記演算式（２），（３）は、単調増加領域における検出電圧Ｖｉｎを表す式と傾きだけが異なるものであるが、上記演算式としては切片のみを異ならせたものや、傾きと切片との両方を異ならせたものを用いることができる。また、単調増加領域における出力信号Ｖｏｕｔの変化は必ずしも傾きが変化しない直線的ものである必要はなく、単調増加さえしていれば（操作部の位置Ｐに対して出力信号Ｖｏｕｔの位置が一義に定まるものであれば）、曲線的（非直線的）なものであってもよいし、傾きが変化する直線的なもの（傾きが途中で変化する直線）であってもよい。また、単調増加領域の代わりに、検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔの値が単調減少する単調減少域を採用してもよい。
【００４１】
上記の出力調整処理では、検出電圧Ｖｉｎと出力信号Ｖｏｕｔの値との関係を示す演算式を用いているが、このような演算式を用いる代わりに、検出電圧Ｖｉｎと出力信号Ｖｏｕｔの値との関係を示すデータテーブルを用いてもよい。このようにすれば、演算式を用いた場合と同様にデータテーブルによって出力信号の出力特性を容易に設定することができる。このとき、データテーブルを記憶部２１の書き換え可能な記憶領域に書き込んでおけば、記憶部２１の書き込んだデータテーブルを書き換えることで、出力特性を容易に変更することができる。
【００４２】
なお、本実施形態のポジションセンサは、あくまでも本発明の一実施形態に過ぎないものであって、本発明の技術的範囲を本実施形態のポジションセンサ１に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更は当然に行える。例えば、上記の例では出力信号の出力特性に不変領域を１つだけ設けているが、不変領域を複数設けるようにしてもよく、この場合、不変領域間には、検出電圧Ｖｉｎに対して出力信号Ｖｏｕｔが単調増加する単調増加領域を持たせればよい。また、本実施形態の位置検出部１では、コアが直線上を移動するようになっているが、コアは曲線上を移動するものであってもよい。また、本実施形態のポジションセンサを使用する例として、比例制御スイッチを例示しているが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態のポジションセンサのブロック図、（ｂ）は同上のポジションセンサの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１    位置検出部
２    処理装置
３    電流供給部
１０    検出コイル
２０    演算処理部
２１    記憶部
２２    入出力部（入力部、出力部）
【図１】
2009180654.tif 000004