JP2012098190A - 直線変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも検出範囲をロングストローク化できる直線変位検出装置を提供する。
【解決手段】直線変位検出装置１は、表面にＮ極およびＳ極の磁極領域２１、２２、２３を交互に並べて配列した磁石材料２と、磁場を検出する感磁面を有し、感磁面が磁石材料２の表面と一定の離隔距離を有して配置される磁場検出手段３とを備え、磁石材料２と磁場検出手段３とは、離隔距離を保ちつつ磁石材料２のＮ極およびＳ極の磁極領域を分ける領域境界線２４、２５に対して傾斜した変位方向（傾斜角度αの変位路４の方向）に相対直線変位可能とされ、磁場検出手段３が検出した磁場に基づいて磁石材料２と磁場検出手段３との変位方向の相対変位量を求めることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対的な直線変位を検出する直線変位検出装置に関し、より詳細には磁場の変化を検出する方式の直線変位検出装置に関する。

直線変位検出装置としてリニアエンコーダなど各種検出方式の装置が実用化され、用途に応じて使い分けられている。本願出願人は、非接触検出式で高精度かつ良好な温度特性を有する装置として、磁場の変化を検出する方式の直線変位検出装置を特許文献１に開示している。特許文献１の直線変位検出装置は、表面にＮ極およびＳ極の磁極領域を交互に配列した磁石材料と、磁石材料の表面と対面して磁場を検出する感磁面を有する磁場検出手段とを備え、磁石材料と磁場検出手段とが磁極領域の配列方向に沿って平行に相対移動可能になっている。これにより、磁場ベクトルを求めて直線変位を検出することができ、低廉でかつ高精度な直線変位検出装置を提供できる効果が生じる。

特開２００９−１９２２６１号公報

ところで、特許文献１の直線変位検出装置で検出範囲をロングストローク化しようとする場合、Ｎ極およびＳ極の磁極領域の数量を増やすか、あるいは磁極領域の幅を拡げることになる。しかしながら、磁極領域の数量を増やすと、磁場ベクトル変化のサイクルが相対変位方向に繰返して発生するため、相対変位量を求める際にサイクルの繰返し数をカウントする必要が生じて煩雑である。また、直線変位検出装置の作動電源をオフしたときにもサイクルの繰返し数を保持する機能が必要になって、装置コストが増加する。

一方、磁極領域の幅を拡げると、磁極領域の幅中央付近で磁場の強度および方向が均一化され、磁場ベクトルの変化が僅少になって相対変位量の検出精度が低下する。これを解消するために、幅中央付近まで磁場ベクトルが変化するような磁場強度分布を有する磁極領域を形成すると、幅中央付近における磁場強度の絶対値が磁場検出手段の使用可能範囲を超えてしまい使えなくなる。

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、従来よりも検出範囲をロングストローク化できる直線変位検出装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る直線変位検出装置の発明は、表面にＮ極およびＳ極の磁極領域を交互に並べて配列した磁石材料と、磁場を検出する感磁面を有し、前記感磁面が前記磁石材料の前記表面と一定の離隔距離を有して配置される磁場検出手段とを備え、前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記離隔距離を保ちつつ前記磁石材料の前記Ｎ極および前記Ｓ極の前記磁極領域を分ける領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされ、前記磁場検出手段が検出した前記磁場に基づいて前記磁石材料と前記磁場検出手段との前記変位方向の相対変位量を求めることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ前記領域境界線と直交する方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記領域境界線と直交する方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含むことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ相対変位方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記相対変位方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含むことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２または３において、前記磁場検出手段は、前記二つの第１ホール素子を結ぶ線分と直角な方向に離間して前記磁性プレートの別の両端部にそれぞれ配置された二つの第２ホール素子をさらに含み、前記二つの第１ホール素子が検出した磁場の強度の和を２で除することにより、あるいは前記二つの第２ホール素子が検出した磁場の強度の和を２で除することにより、前記磁性プレートの中央部における前記磁石材料の前記表面と直交する方向の垂直磁場強度を求め、前記二つの第１ホール素子が検出した磁場の強度の差を２で除することにより、あるいは前記二つの第２ホール素子が検出した磁場の強度の差を２で除することにより、前記磁性プレートの前記中央部における前記磁石材料の前記表面と平行する方向の水平磁場強度を求め、前記磁石材料と前記磁場検出手段とが相対直線変位したときの前記垂直磁場強度の最大値と前記水平磁場強度の最大値とが等しくなるようにあるいは接近するように、前記二つの第１ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度、あるいは前記二つの第２ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度を調整することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記磁石材料は、前記磁場検出手段が相対直線変位する変位路から一定距離内の前記表面に前記Ｎ極および前記Ｓ極のうちの一方極の磁極領域が前記変位路に傾斜して帯状に配列され、前記一方極の磁極領域の両側にそれぞれ前記Ｎ極および前記Ｓ極のうちの他方極の磁極領域が配列されて構成されていることを特徴とする。

請求項１に係る直線変位検出装置の発明では、磁石材料と磁場検出手段とは、離隔距離を保ちつつ磁石材料の領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされている。つまり、領域境界線に直交する変位方向に相対直線変位可能とされていた従来技術に対し、本発明では傾斜した変位方向を用いるので、傾斜角度に応じて検出範囲をロングストローク化できる。例えば、磁石材料の磁極領域の幅寸法を一定とした場合、傾斜角度を４５°にすれば１．４１倍のロングストローク化を達成でき、傾斜角度を３０°にすれば２倍のロングストローク化を達成できる。また、このとき磁石材料の磁極領域の磁場強度分布は従来と同一でよいので、磁場強度の絶対値が磁場検出手段の使用可能範囲を超えてしまうおそれは生じない。また、磁場ベクトルの検出方法や相対変位量の演算アルゴリズムに従来技術を応用することができる。

請求項２に係る発明では、磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ領域境界線と直交する方向に延在する感磁面を有する磁性プレートと、磁性プレートの領域境界線と直交する方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含んでいる。また、請求項３に係る発明では、磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ相対変位方向に延在する感磁面を有する磁性プレートと、磁性プレートの相対変位方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含んでいる。磁性プレートと二つの第１ホール素子を組み合わせることにより、磁場ベクトルの方向すなわち磁場角度を検出することができ、磁場角度に基づいて相対変位量を高精度に求めることができる。

請求項４に係る発明では、二つの第１ホール素子あるいは二つの第２ホール素子が検出した磁場の強度から垂直磁場強度を求め、二つの第１ホール素子が検出した磁場の強度から水平磁場強度を求め、垂直および水平方向の磁場強度の最大値が等しくなるようにあるいは接近するように調整することができる。これにより、磁場角度と相対変位量とのリニアリティが改善され、相対変位量の検出精度が一層向上する。

請求項５に係る発明では、磁石材料は、磁場検出手段が相対直線変位する変位路から一定距離内の表面にＮ極およびＳ極のうちの一方極の磁極領域が変位路に傾斜して帯状に配列され、その両側に他方極の磁極領域が配列されて構成されている。つまり、磁極領域は合計３領域あればよく、また、変位路から一定距離以上離れた位置の磁極領域は、磁場ベクトルの検出精度に影響を及ぼさないので必要でない。これにより、磁石材料を簡素化および小形化することができる。

本発明の第１実施形態の直線変位検出装置を模式的に説明する平面図である。 第１実施形態の直線変位検出装置を模式的に説明する、図１のＰ−Ｑ方向矢視断面図である。 磁場検出手段を構成するホールＩＣチップを説明する斜視図である。 磁場検出手段に垂直方向上向きの磁場が作用している状態を説明する図である。 磁場検出手段に水平方向の磁場が作用している状態を説明する図である。 磁石材料を変位路上で相対直線変位させたときに磁場検出手段が検出する垂直磁場強度および水平磁場強度（磁場ベクトル）をシミュレーションした結果を示す図である。 検出した垂直磁場強度および水平磁場強度から磁場角度を求める方法を説明するベクトル図である。 図６および図７から得られる磁場角度と相対変位量の関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態の直線変位検出装置を模式的に説明する平面図である。 本発明の第３実施形態の直線変位検出装置を模式的に説明する平面図である。

本発明の第１実施形態の直線変位検出装置について、図１〜図８を参考にして説明する。図１は、本発明の第１実施形態の直線変位検出装置１を模式的に説明する平面図である。直線変位検出装置１は、磁石材料２、磁場検出手段３などで構成されている。本発明の直線変位検出装置はあらゆる設置姿勢で使用でき、磁石材料２および磁場検出手段３のどちらが動くかも任意である。第１実施形態では説明を簡易にするため、磁石材料２が固定されてその表面が水平配置され、表面から一定の離隔距離Ｇだけ上方で磁場検出手段３が水平方向に直線変位する場合について例示説明する。

磁石材料２は、図示されるように長い矩形であり、その表面に、幅Ｗで３等分され長手方向に帯状に延在する３つの磁極領域２１、２２、２３が配列されて形成されている。中央の磁極領域２２はＮ極領域２２であり、両側の磁極領域２１、２３は第１Ｓ極領域２１および第２Ｓ極領域２３である。また、Ｎ極領域２２と第１Ｓ極領域２１との境界が第１領域境界線２４、Ｎ極領域２２と第２Ｓ極領域２３との境界が第２領域境界線２５である。磁石材料２は、例えば、フェライトなどの磁性材料に着磁することで製作できる。磁石材料２の表面から一定の離隔距離Ｇだけ上方に離れ、第１および第２領域境界線２４、２５に対し傾斜角度αで傾斜した変位方向に、磁場検出手段３が直線変位する変位路４が設定されている。

図２は、第１実施形態の直線変位検出装置１を模式的に説明する、図１のＰ−Ｑ方向矢視断面図である。図中の白抜きの矢印は磁石材料２内における磁場の方向を示し、破線の矢印は磁力線を示し、太い実線の矢印は磁場ベクトルＢ（磁場の方向）を示している。図示されるように、磁石材料２のＮ極領域２２の幅方向中央の上方では、磁場ベクトルＢ１は垂直上方を向いている。以降の説明では、垂直上方を磁場角度θの基準とする（磁場ベクトルＢ１の磁場角度θ＝０°）。

Ｎ極領域２２の幅方向中央から第１領域境界線２４の上方の範囲で、磁場ベクトルＢは図中の左上方に向き、磁場角度θは０°〜−９０°の範囲で変化する。第１領域境界線２４の真上で、磁場ベクトルＢ２は図中の左方に水平に向いて磁場角度θ＝−９０°となる。さらに、第１領域境界線２４を超えて第１Ｓ極領域２１の幅方向中央までの上方の範囲で、磁場ベクトルＢは図中の左下方に向き、磁場角度θは−９０°〜―１８０°の範囲で変化する。同様に、Ｎ極領域２２の幅方向中央から第２領域境界線２４の上方の範囲で、磁場ベクトルＢは図中の右上方に向き、磁場角度θは０°〜９０°の範囲で変化する。第２領域境界線２４の真上で、磁場ベクトルＢ３は図中の右方に水平に向いて磁場角度θ＝９０°となる。さらに、第２領域境界線２５を超えて第２Ｓ極領域２３の幅方向中央までの上方の範囲で、磁場ベクトルＢは図中の右下方に向き、磁場角度θは９０°〜１８０°の範囲で変化する。

磁場検出手段３は、図略のガイド部材に案内されて、磁石材料２との離隔距離Ｇを保ちつつ変位路４上を直線変位し、例えば、図１の位置４１から位置４２を経て位置４３に変位する。参考までに、図１で第１および第２領域境界線２４、２５に直交する変位路４Ｘ、および変位路４Ｘ上の位置４Ｘ１、４Ｘ２、４Ｘ３（図中に破線示）は従来技術における変位方向を示している。

磁場検出手段３は、基板３１上にホールＩＣチップ（ホール素子を組み込んだ集積回路部品）３２が実装されて構成されている。図３は、磁場検出手段３を構成するホールＩＣチップ３２を説明する斜視図である。図示されるように、ホールＩＣチップ３２は、軟磁性プレート３３と、４個のホール素子３４、３５、３６、３７を有している。軟磁性プレート３３は、円板状の軟磁性材料で形成された磁性プレートであり、図３においてホールＩＣチップ３２のチップ本体部３２１の上面に配置されている。軟磁性プレート３３のチップ本体部３２１とは反対側の面（図３では上側の面）が感磁面３３１になっている。

軟磁性プレート３３の周囲の端部とチップ本体部３２１との間には、９０°ピッチで４個のホール素子３４、３５、３６、３７が埋設されている。このうち、２個の向かい合うホール素子３４、３６が二つの第１ホール素子３４、３６に相当し、残る２個の向かい合うホール素子３５、３７が二つの第２ホール素子３５、３７に相当する。ここで、二つの第１ホール素子３４、３６を結ぶ方向を主検出方向（Ｘ方向）とし、二つの第２ホール素子３５、３７を結ぶ方向を主検出方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向とし、ＸＹ平面に直交する方向をＺ方向とする。本実施形態では、二つの第１ホール素子３４、３６を結ぶ主検出方向（Ｘ方向）は、図１に示されるように、第１および第２領域境界線２４、２５と直交配置される。また、４個のホール素子３４、３５、３６、３７は、垂直方向（Ｚ方向）の磁場に感度を有し、磁場の強さに応じた信号を出力する。

ホールＩＣチップ３２は、チップ本体部３２１の内部にディジタルシグナルプロセッサを有し、ホール素子３４、３５、３６、３７の出力信号に対して後述する演算処理を行って相対変位量を求めるようになっている。ホールＩＣチップ３２は、チップ本体部３２１から出ている８本のリード３２２が基板３１にはんだ付けされて実装される。図２に示されるように、ホールＩＣチップ３２は、軟磁性プレート３３の感磁面３３１が磁石材料２の表面に平行して対面するように実装される。またこれにより、ホール素子３４、３５、３６、３７と磁石材料２との間が一定の離隔距離Ｇを保つようになっている。なお、８本のリード３２２により、各ホール素子３４、３５、３６、３７およびディジタルシグナルプロセッサへの電源供給と、相対変位量の演算結果の出力が行われる。

次に、磁場検出手段３による磁場ベクトルＢの検出の原理について説明する。図４は、磁場検出手段３に垂直方向上向きの磁場（垂直磁場強度ＢＶ０）が作用している状態を説明する図である。軟磁性プレート３３は周りの空間やチップ本体部３２１よりも透磁率が高いので磁力線を引き込む作用があり、破線の磁力線に示されるようにわずかに平行磁場が変形する。二つの第１ホール素子３４、３６には、概ね垂直方向上向きの磁場ベクトルＢ４、Ｂ５が作用する。そして、二つの第１ホール素子３４、３６は磁場ベクトルＢ４、Ｂ５の垂直成分を検出して同符号の信号を出力する。また、信号の大きさは、垂直方向上向きの磁場の強さ（垂直磁場強度ＢＶ０）に概ね比例する。２つの同符号の信号の和を求めて２で除して求めた平均値は、軟磁性プレート３３の中央部における垂直方向の磁場の強さを意味することになる。

また、図５は、磁場検出手段３に水平方向の磁場（水平磁場強度ＢＨ０）が作用している状態を説明する図である。軟磁性プレート３３が磁力線を引き込む作用により、破線の磁力線に示されるように大きく平行磁場が変形する（軟磁性プレート３３内部の磁力線は省略）。これにより、二つの第１ホール素子３４、３６には斜め方向の磁場ベクトルＢ６、Ｂ７が作用する。そして、二つの第１ホール素子３４、３６は斜め方向の磁場ベクトルＢ６、Ｂ７の垂直成分（垂直磁場強度Ｂ６Ｖ、Ｂ７Ｖ）を検出し、方向が異なるため異符号の信号を出力する。また、信号の絶対値の大きさは、水平方向右向きの磁場の強さ（水平磁場強度ＢＨ０）に概ね比例する。したがって、２つの異符号の信号の差を求めて２で除した値は、軟磁性プレート３３の中央部における水平方向の磁場の強さを意味することになる。

さらに、磁場検出手段３に斜め方向の磁場が作用している場合、すなわち垂直磁場強度ＢＶ０と水平磁場強度ＢＨ０とが重畳している場合にも、上述したように２つの信号の和および差を求めることで、磁場の強さを垂直方向および水平方向に分解して求めることができる。つまり、二つの第１ホール素子３４、３６のそれぞれは垂直方向の磁場しか検出できないが、上述した軟磁性プレート３３の作用と２つの信号の和および差の演算とを組み合わせることにより磁場ベクトルＢ、すなわち垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＶＨを検出できる。垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＶＨに基づいて、ディジタルシグナルプロセッサは後述するように相対変位量を求める。なお、二つの第２ホール素子３５、３７を用いることにより、磁場ベクトルＢを垂直Ｚ方向および水平Ｙ方向に分解して検出できる。

次に、第１実施形態の直線変位検出装置１の作用について説明する。本実施形態では、第１Ｓ極領域２１の幅方向中央からＮ極領域２２を経て第２Ｓ極領域２３の幅方向中央までの間を有効な検出範囲とする。この間では、磁場ベクトルが有する磁場角度θが一回転するので、磁場角度θを得ることで正確な相対変位量を求めることができるからである。図１で、本実施形態の変位路４上の位置４１、４２、４３を第１および第２領域境界線２４、２５に沿って平行移動すると、従来技術の変位路４Ｘ上の位置４Ｘ１、４Ｘ２、４Ｘ３に重なる。また、磁場検出手段３が変位路４上の位置４２で検出する磁場ベクトルＢは、変位路４Ｘ上の位置４Ｘ２で検出する磁場ベクトルＢに一致する。したがって、磁場検出手段３が変位路４上の任意の位置で検出する磁場ベクトルＢは、従来の変位路４Ｘ上の位置で検出する磁場ベクトルＢに置き換えることができる。このとき、変位路４上の相対変位量に傾斜角度αのサイン関数値（ｓｉｎα）を乗じれば、変位路４Ｘ上の相対変位量に換算することができる。

これは、第１実施形態において、磁石材料２の磁極領域２１、２２、２３における磁極強度分布を従来と同一にしても、従来と同等の磁場検出精度が得られることを意味している。つまり、フェライトなどの磁性材料に着磁して磁石材料２を製作する際に、従来と同一の製法を用いることができる。

図６は、磁石材料２を変位路４上で相対直線変位させたときに磁場検出手段３が検出する垂直磁場強度および水平磁場強度（磁場ベクトル）をシミュレーションした結果を示す図である。図中の横軸は変位路４上の相対変位量であり、原点はＮ極領域２２の幅方向中央としてある。したがって、有効な検出範囲は、（−Ｗ／ｓｉｎα）〜（Ｗ／ｓｉｎα）となる。また、縦軸は磁場強度を示している。図示されるように、磁場検出手段３が検出する磁場ベクトルＢの垂直成分である垂直磁場強度ＢＶは、原点を中心に左右対称な概ねコサイン関数波形となり、水平成分である水平磁場強度ＢＨは、原点を中心に回転対称な概ねサイン関数波形となっている。また、垂直磁場強度ＢＶの最大値ＢＶｍａｘは、水平磁場強度ＢＨの最大値ＢＨｍａｘよりも大きくなっている。

次に、垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＢＨから磁場角度θを求めるが、その際に補正を行う。図７は、検出した垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＢＨから磁場角度θを求める方法を説明するベクトル図である。補正に用いる補正係数Ｋは次式により求められる。

補正係数Ｋ＝（ＢＶｍａｘ／ＢＨｍａｘ）
この補正係数Ｋを用いて、磁場角度θは逆正接関数を用いた次式により求められる。

磁場角度θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｋ・ＢＨ／ＢＶ）
補正係数Ｋを用いることにより、図６に示された垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場密度ＢＨの最大値を等価的に揃える作用が生じる。これにより、相対変位量を求める際のリニアリティが向上する。図８は、図６および図７から得られる磁場角度θと相対変位量の関係を示したグラフである。グラフは、原点を通る右上がりの概ね直線となっており、高いリニアリティ精度が得られる。このグラフを用いて、磁場ベクトルＢの検出結果から得られた磁場角度θを相対変位量に換算できる。なお、図６の場合には、補正係数Ｋは１よりも大きくなるが、垂直磁場強度ＢＶの最大値ＢＶｍａｘが水平磁場強度ＢＨの最大値ＢＨｍａｘよりも小さい場合には、補正係数Ｋは１よりも小さくなる。

以上説明したように、第１実施形態の直線変位検出装置１によれば、磁場検出手段３が検出した垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＢＨから磁場角度θを求め、磁場角度θに基づいて相対変位量を高精度に求めることができる。また、変位路４と第１および第２領域境界線２４、２５とが成す傾斜角度αに応じて、検出範囲を（１／ｓｉｎα）倍にロングストローク化できる。例えば、傾斜角度α＝４５°で１．４１倍、傾斜角度α＝３０°で２倍のロングストローク化ができる。また、磁石材料２の各磁極領域２１、２２，２３の磁場強度分布は従来と同一でよいので同一の製法を用いることができ、加えて相対変位量の演算アルゴリズムに従来技術を適用できる。

次に、第２実施形態の直線変位検出装置１０について説明する。図９は、本発明の第２実施形態の直線変位検出装置１０を模式的に説明する平面図である。直線変位検出装置１０の磁石材料２、磁場検出手段３０、および演算処理部の構成および機能は第１実施形態と同じであり、磁場検出手段３０の向きが異なっている。図９に示されるように、第２実施形態では、磁場検出手段３０の主検出方向（Ｘ方向）が磁場検出手段３の変位方向、すなわち変位路４の方向と一致している。第２実施形態においても、垂直磁場強度ＢＶおよび水平磁場強度ＢＨを検出し磁場角度θを求め相対変位量を求めるアルゴリズムは第１実施形態と同様であり、効果も同様である。

また、第２実施形態で、磁場検出手段３０が検出する垂直磁場強度ＢＶは第１実施形態と概ね等しくなる。一方、主検出方向（Ｘ方向）が第１および第２領域境界線２４、２５と直交していないので、磁場検出手段３０が検出する水平磁場強度ＢＨは第１実施形態よりも小さくなる。ここで、垂直磁場強度ＢＶの最大値ＢＶｍａｘと水平磁場強度ＢＨの最大値ＢＨｍａｘとが一致しない場合、補正係数Ｋを用いる補正演算方法に代えて、磁場検出手段３０の向きを調整する方法を用いることもできる。具体的には、図９で磁場検出手段３０を回転させることで、主検出方向（Ｘ方向）と変位路４とが成す角度を調整することができる。これにより、水平磁場強度ＢＨの最大値ＢＨｍａｘが変化し、一方垂直磁場強度ＢＶの最大値ＢＶｍａｘは略一定であるため、両者を等しくしあるいは接近させることができるので、相対変位量を求めるときに高いリニアリティ精度が得られる。

次に、第３実施形態の直線変位検出装置１００について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態の直線変位検出装置１００を模式的に説明する平面図である。第３実施形態では、第１実施形態と比較して、磁石材料２０が小形化されている。詳述すると、磁石材料２０のうち、変位路４から一定距離Ｄを超える範囲が省略され、磁石材料２０の幅が２Ｄに低減されている。変位路４から離れた磁極領域は変位路４上の磁場強度分布にほとんど影響しないので、磁石材料２０を小形化しても相対変位量の検出精度は低下しない。

なお、各実施形態では磁石材料２、２０が固定されて磁場検出手段３、３０が変位するものとして説明したが、逆に、磁場検出手段３、３０が固定され磁石材料２、２０が変位する構成であってもよい。また、軟磁性プレート３３および４個のホール素子３４、３５、３６、３７を有する磁場検出手段３、３０を例示したが、これに限定されない。磁場検出手段は磁場ベクトルＢを検出できればよく、例えば、独立した２個のホール素子で磁場の垂直成分および水平成分をそれぞれ検出するようにしてもよい。本発明は、その他様々な応用が可能である。

１、１０、１００：直線変位検出装置
２、２０：磁石材料
２１：第１Ｓ極領域（磁性領域） ２２：Ｎ極領域（磁性領域）
２３：第２Ｓ極領域（磁性領域）
２４：第１領域境界線（領域境界線） ２５：第２領域境界線（領域境界線）
３、３０：磁場検出手段
３１：基板
３２：ホールＩＣチップ ３２１；チップ本体部 ３２２：リード
３３：軟磁性プレート（磁性プレート） ３３１：感磁面
３４、３６：第１ホール素子
３５、３７：第２ホール素子
４：変位路 ４Ｘ：従来の変位路
Ｗ：磁極領域の幅 Ｇ：離隔距離 α：傾斜角度 Ｄ：一定距離
Ｂ、Ｂ１〜Ｂ７：磁場ベクトル
ＢＶ、ＢＶ０、Ｂ６Ｖ、Ｂ７Ｖ：垂直磁場強度 ＢＨ、ＢＨ０：水平磁場強度
Ｋ：補正係数 θ：磁場角度

Claims (5)

1. 表面にＮ極およびＳ極の磁極領域を交互に並べて配列した磁石材料と、
   磁場を検出する感磁面を有し、前記感磁面が前記磁石材料の前記表面と一定の離隔距離を有して配置される磁場検出手段とを備え、
   前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記離隔距離を保ちつつ前記磁石材料の前記Ｎ極および前記Ｓ極の前記磁極領域を分ける領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされ、
   前記磁場検出手段が検出した前記磁場に基づいて前記磁石材料と前記磁場検出手段との前記変位方向の相対変位量を求めることを特徴とする直線変位検出装置。
2. 請求項１において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ前記領域境界線と直交する方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記領域境界線と直交する方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含むことを特徴とする直線変位検出装置。
3. 請求項１において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ相対変位方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記相対変位方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第１ホール素子とを含むことを特徴とする直線変位検出装置。
4. 請求項２または３において、
   前記磁場検出手段は、前記二つの第１ホール素子を結ぶ線分と直角な方向に離間して前記磁性プレートの別の両端部にそれぞれ配置された二つの第２ホール素子をさらに含み、
   前記二つの第１ホール素子が検出した磁場の強度の和を２で除することにより、あるいは前記二つの第２ホール素子が検出した磁場の強度の和を２で除することにより、前記磁性プレートの中央部における前記磁石材料の前記表面と直交する方向の垂直磁場強度を求め、
   前記二つの第１ホール素子が検出した磁場の強度の差を２で除することにより、あるいは前記二つの第２ホール素子が検出した磁場の強度の差を２で除することにより、前記磁性プレートの前記中央部における前記磁石材料の前記表面と平行する方向の水平磁場強度を求め、
   前記磁石材料と前記磁場検出手段とが相対直線変位したときの前記垂直磁場強度の最大値と前記水平磁場強度の最大値とが等しくなるようにあるいは接近するように、前記二つの第１ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度、あるいは前記二つの第２ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度を調整することを特徴とする直線変位検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記磁石材料は、前記磁場検出手段が相対直線変位する変位路から一定距離内の前記表面に前記Ｎ極および前記Ｓ極のうちの一方極の磁極領域が前記変位路に傾斜して帯状に配列され、前記一方極の磁極領域の両側にそれぞれ前記Ｎ極および前記Ｓ極のうちの他方極の磁極領域が配列されて構成されていることを特徴とする直線変位検出装置。

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