JP5408508B2

JP5408508B2 - 位置検出装置

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Publication number: JP5408508B2
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Inventors: 彰利水谷; 尚明河野
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Filing date: 2011-11-01
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Description

本発明は、被検出体の位置を検出する位置検出装置に関する。

従来より、直線移動可能な被検出体に設けられた磁石と、その磁石に対して相対移動可能な磁気検出素子とを備え、磁気検出素子から出力された信号に基づき被検出体の位置を検出する位置検出装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−１３２７１０号公報

特許文献１に記載の位置検出装置は、図２９に示すように、１個の磁石１００と、その磁石１００の着磁方向に離れた位置に設けられた磁気検出素子１０１とを備えている。図２９の破線に示すように、磁石１００の磁界は、放射状となる。このため、磁石１００または磁気検出素子１０１の取り付け位置が、製造上の公差などにより磁石１００が移動するストローク方向Ｙに垂直なＸ方向へずれた場合、磁気検出素子１０１の出力特性が大きく変化する。したがって、位置検出装置の検出精度が悪化するおそれがある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁界発生手段と磁気検出手段との位置ずれに対するロバスト性に優れた位置検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によると、直線移動可能な被検出体の位置を検出する位置検出装置は、２個の磁界発生手段および磁気検出手段を備える。
被検出体が移動するストローク方向に平行かつ被検出体に垂直な仮想平面を挟んで向き合うように被検出体に設けられた第１磁界発生手段と第２磁界発生手段とは、前記仮想平面に平行、かつ、ストローク方向に垂直、かつ、互いに同一方向に着磁される。
第１磁界発生手段および第２磁界発生手段よりも被検出体から離れた位置で被検出体に対して相対移動可能に設けられた磁気検出手段は、ストローク方向に直交する感磁面を有し、感磁面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する。
これにより、第１磁界発生手段の磁界と第２磁界発生手段の磁界とが互いに反発しあい、被検出体に垂直な方向から見て、磁界の向きがストローク方向に平行となる領域が形成される。この領域に磁気検出手段を設けることで、製造上の公差などにより磁気検出手段がストローク方向に垂直な方向へずれた場合、磁気検出素子の出力特性の変化が抑制される。したがって、磁界発生手段と磁気検出手段との位置ずれに対する位置検出装置のロバスト性を高めることができる。
さらに、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は共に、一方の磁極が被検出体から離れた位置に形成される。しかも、磁気検出手段は、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段よりも被検出体から離れた位置に設けられる。このため、被検出体を磁性体から形成した場合、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の磁界が被検出体に吸引されることが抑制され、その分、磁気検出手段の周囲の領域の磁界強度が大きくなる。したがって、磁気検出手段の感磁面を通過する磁束密度が大きくなり、ＳＮ比が高くなることで、外乱に対する位置検出装置のロバスト性を高め、検出精度を向上することができる。

請求項２に記載の発明によると、磁気検出手段は、第１磁気発生手段からの距離と第２磁気発生手段からの距離とが同一の仮想平面上を被検出体に対して相対移動可能である。
この仮想平面上の領域では、磁界の向きが最も均一にストローク方向と平行になる。このため、製造上の公差などにより磁気検出手段がストローク方向に垂直な方向へずれた場合、磁気検出素子の出力特性の変化を抑制することができる。
なお、「同一」とは、製造上の公差などによる僅かな違いを含む実質的同一をいう。

請求項３に記載の発明によると、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、同一の直方体形状であり、同一の磁気的特性を有する。
これにより、磁気検出手段の設けられる領域において、磁界の向きが均一にストローク方向と平行になる。また、部品管理および組立工程における製造効率が向上する。

請求項４に記載の発明によると、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、ストローク方向における両端部分の体積が、その両端部分の間に位置する中央部分の体積よりも大きい。
第１および第２磁界発生手段の両端部分の体積を大きくすることで、その部分の磁力が大きくなり、第１および第２磁界発生手段の両端からの漏れ磁束分を補うことが可能である。このため、磁気検出手段の出力信号のストローク両端の感度を高め、位置検出装置の検出精度を向上することができる。

請求項５に記載の発明によると、第１磁界発生手段と第２磁界発生手段とを固定するベース板を備える。
これにより、第１磁界発生手段と第２磁界発生手段とを正確に位置決めすることが可能になる。したがって、磁気検出手段の設けられる領域において、磁界の向きを均一にストローク方向と平行にすることができる。

請求項６に記載の発明によると、ベース板は、非磁性体から形成される。
これにより、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の一方の磁極の磁界がベース板に吸引されることがない。したがって、仮に位置決め部材を磁性体から形成した場合と比較して、磁気検出手段の周囲の磁界強度を大きくし、位置検出装置の検出精度を向上することができる。

請求項７に記載の発明によると、ベース板は、板厚方向に通じる孔を有する。これにより、ベース板を被検出体に容易に取り付けることが可能になる。

請求項８に記載の発明によると、位置検出装置は、磁気検出手段が検出した磁束密度が被検出体のストローク量に対して線形に変化するように補正するリニア補正手段を備える。これにより、位置検出装置の検出精度を向上することができる。

請求項９に記載の発明によると、磁気検出手段およびリニア補正手段は、１つの半導体チップとして構成される。これにより、位置検出装置の体格を小型化することができる。
請求項１０に記載の発明によると、磁気検出手段はホール素子である。

請求項１１に記載の発明によると、直線移動可能な被検出体の位置を検出する位置検出装置は、４個の磁界発生手段および磁気検出手段を備える。
被検出体が移動するストローク方向に平行かつ被検出体に垂直な仮想平面を挟んで向き合うように被検出体に設けられた第１磁界発生手段と第２磁界発生手段とは、前記仮想平面に平行、かつ、ストローク方向に垂直、かつ、互いに同一方向に着磁される。
第１磁界発生手段および第２磁界発生手段からストローク方向の一方に所定距離離れて設けられた第３磁界発生手段および第４磁界発生手段は、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段と同一方向に着磁される。所定距離とは、例えば概ねストローク検出範囲を示す。
第１〜第４磁界発生手段よりも被検出体から離れた位置で被検出体に対して相対移動可能に設けられた磁気検出手段は、ストローク方向に直交する感磁面を有し、感磁面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する。
これにより、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
また、請求項１に対して、ストローク検出範囲の両側に磁石を配置することができ、位置検出装置に使用する磁界発生手段の総体積を小さくすることが可能である。したがって、位置検出装置の製造上のコストを低減することができる。

請求項１２〜１９に記載の発明は、それぞれ上述した請求項２、３、５〜１０に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態による位置検出装置の斜視図。図１のＩＩ方向の矢視図。本発明の第１実施形態による位置検出装置が適用されるシステムの構成図。（Ａ）は本発明の第１実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。本発明の第１実施形態による位置検出装置のホールＩＣの回路ブロック図。本発明の第１実施形態によるホール素子の検出する磁束密度の特性図。図６のリニア補正後の特性図。本発明の第２実施形態による位置検出装置の斜視図。図８のＩＸ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第２実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。本発明の第２実施形態によるホール素子の検出する磁束密度の特性図。本発明の第３実施形態による位置検出装置の斜視図。（Ａ）は本発明の第３実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第３実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第４実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第５実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第６実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第７実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。本発明の第７実施形態によるホール素子の検出する磁束密度の特性図。（Ａ）は本発明の第８実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第９実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第１０実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第１１実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。本発明の第１１実施形態によるホール素子の検出する磁束密度の特性図。（Ａ）は本発明の第１２実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は本発明の第１３実施形態による位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。本発明の第１３実施形態によるホール素子の検出する磁束密度の特性図。（Ａ）は本発明の第１４実施形態による位置検出装置の平面図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向の矢視図。（Ａ）は特許文献１に記載の位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向の矢視図。比較例の位置検出装置の磁界の向きを示す説明図。比較例の位置検出装置のホール素子の検出する磁束密度の特性図。

以下、本発明の実施形態による位置検出装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による位置検出装置を図１〜図７に示す。位置検出装置１は、例えば、自動車のトランスミッション、アクセル、ブレーキ等のストローク部に用いられ、被検出体の位置を検出するものである。その一例を図３に示す。被検出体としての可動部２は、アクチュエータ３のストローク部４に接続され、図３の矢印に示すストローク方向に直線移動可能である。可動部２には、第１磁界発生手段としての第１磁石１１と、第２磁界発生手段としての第２磁石１２とが設けられている。
位置検出装置１には、磁気検出手段としてのホールＩＣ５が、可動部２に対して相対移動可能に設置されている。ホールＩＣ５は、感磁面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する。ホールＩＣ５の信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）６へ出力される。ＥＣＵ６は、その信号に基づいて、リニアアクチュエータ３をフィードバック制御する。

図１および図２を参照して、位置検出装置１の構成を説明する。
ストローク方向に直線移動可能な可動部２は、磁性体から形成される。
第１磁石１１および第２磁石１２は、同一の磁気的特性を有し、同一の直方体形状に形成されている。ここで、可動部２が移動するストローク方向に平行、かつ、可動部２の磁石取付面２０に垂直な仮想平面αを定義する。第１磁石１１と第２磁石１２とは、その仮想平面αを挟んで向き合い、直方体の長手方向がストローク方向と平行に設けられている。
ここで、第１磁石１１と第２磁石１２とが向き合う方向に平行な軸をＸ軸とし、ストローク方向に平行な軸をＹ軸とし、Ｘ軸とＹ軸に垂直な軸をＺ軸とする。
第１磁石１１と第２磁石１２とは、仮想平面を挟んで向き合う磁極が同磁極になるようにＺ軸方向に着磁されている。本実施形態では、第１磁石１１および第２磁石１２は共に、Ｎ極が可動部２の反対側に形成され、Ｓ極が可動部側に形成されている。

ホールＩＣ５は、ホール素子と電子回路とが一体に構成された電子部品である。ホールＩＣ５は、第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた位置に設置されている。ホールＩＣ５は、ホール素子の感磁面５１１がＹ軸に対して直交するように設けられている。ホールＩＣ５は、第１磁石１１からの距離と第２磁石１２からの距離とが同一の仮想平面α上を可動部２に対して相対移動可能である。

第１磁石１１と第２磁石１２の磁界の向きについて、図４を参照して説明する。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１磁石１１のＮ極の磁界と第２磁石１２のＮ極の磁界とは互いに反発しあう。第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた空間で、Ｚ軸方向から見て、磁界の向きがＹ軸に平行な領域が形成される。
第１磁石１１のＮ極および第２磁石１２のＮ極は、可動部２からＺ軸方向に離れた位置に設けられているので、図４（Ｃ）に示すように、第１磁石１１と第２磁石１２の磁界が可動部２に吸引されることが抑制される。その分、第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた領域における磁界強度が大きくなる。

ホールＩＣ５は、磁界の向きがＹ軸に平行な領域に設けられている。図５に示すように、ホール素子５１の出力するアナログ信号は、アンプ回路５２によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路５３によりデジタル信号に変換される。そしてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５４によりオフセット補正、振幅補正、リニア補正された後、Ｄ／Ａ変換回路５５によってアナログ値に変換され、ＥＣＵ６に出力される。

図６にホール素子５１の検出する磁束密度の出力特性を示し、図７にリニア補正がされた後のホールＩＣ５の出力特性を示す。
図４、図６および図７に示すように、Ｙ軸において第１磁石１１の中心または第２磁石１２の中心となる位置Ｐ１では、ホール素子５１の感磁面５１１を通過する磁束密度（Ｔ）が最も小さい。そして、図４のＹ方向の磁束ベクトルを＋方向とすると、第１磁石１１及び第２磁石の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。
なお、図４のＹ方向の磁束ベクトルを−方向とした場合には、図６および図７のグラフとは傾きが逆の特性を示すグラフとなる。つまり、第１磁石１１及び第２磁石の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）ホールＩＣ５は、第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた位置で、第１磁石１１および第２磁石１２の磁界の向きが、Ｚ軸方向から見て、Ｙ軸と平行となる領域に設けられる。このため、製造上の公差などによりホールＩＣ５がＹ軸と垂直なＸ方向へ位置ずれした場合、ホールＩＣ５の出力特性の変化が抑制される。したがって、第１磁石１１および第２磁石１２とホールＩＣ５との位置ずれに対し、位置検出装置１のロバスト性を高めることができる。
（２）しかも、第１磁石１１と第２磁石１２とは、共にＮ極が可動部２から離れた位置に形成されている。このため、Ｎ極の磁界が可動部２に吸引されることが抑制され、その分、ホールＩＣ５の周囲の領域の磁界強度が大きくなる。したがって、ホールＩＣ５の有するホール素子５１の感磁面５１１を通過する磁束密度が大きくなり、ＳＮ比が高くなるので、外乱に対する位置検出装置１のロバスト性を高め、検出精度を向上することができる。
（３）磁気検出手段は、第１磁石１１からの距離と第２磁石１２からの距離とが同一の仮想平面α上を可動部２に対して相対移動する。この仮想平面α上の領域では、磁界の向きが最も均一にＹ軸と平行になる。このため、製造上の公差などによりホールＩＣ５がＹ軸と垂直なＸ方向へ位置ずれた場合、ホールＩＣ５の出力特性の変化を抑制することができる。
（４）第１磁石１１および第２磁石１２は、同一の直方体形状であり、同一の磁気的特性を有する。このため、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きがより均一にＹ軸と平行になる。また、部品管理および組立工程における製造効率が向上する。
また、第１磁石１１および第２磁石１２が単純形状であることで、加工および組立工程でのばらつきを抑制することができる。また、単純形状であるため製造コストを低減できる。
（５）ホールＩＣ５は、リニア補正によりホール素子５１の出力を直線化するように補正するので、ホール素子５１の検出する磁束密度に高い直線性を求める必要がなくなり、第１磁石１１及び第２磁石１２の形状、配置を簡素な構成にすることができる。

ここで、第１実施形態に対する比較例の位置検出装置を図３０および図３１に示す。
比較例では、第１磁石１１０および第２磁石１２０はＸ軸に平行に着磁され、互いにＮ極同士が向き合うように設けられている。磁性体からなる可動部２００は、図３０の紙面垂直方向なストローク方向（Ｙ軸に平行）に直線移動可能である。ホールＩＣ５００は、第１磁石１１０と第２磁石１２０との間で可動部２００に対して相対移動可能に設けられている。ホールＩＣ５００の感磁面５１１は、Ｙ軸に対して直交するように設けられている。
比較例では、第１磁石１１０および第２磁石１２０のＮ極とＳ極とが共に可動部２００に当接している。このため、図３０の破線に示すように、第１磁石１１０および第２磁石１２０の磁界が可動部２００に吸引される。このため、ホールＩＣ５００周囲の磁界強度が弱まる。したがって、図３１の実線βに示す比較例の位置検出装置のホールＩＣ５００の検出する磁束密度は、図３１の破線γに示す第１実施形態の位置検出装置のホールＩＣ５の検出する磁束密度に対し、感度が大幅に低下している。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８〜図１１に示す。以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、第１磁石１１および第２磁石１２は共に、Ｎ極が可動部側に形成され、Ｓ極が可動部２の反対側に形成されている。
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１磁石１１のＳ極の磁界と第２磁石１２のＳ極の磁界とは互いに反発しあい、第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた空間で、Ｚ軸方向から見て、磁界の向きがＹ軸に平行な領域が形成される。
しかも、第１磁石１１のＳ極および第２磁石１２のＳ極は、可動部２からＺ軸方向に離れた位置に設けられているので、図１０（Ｃ）に示すように、第１磁石１１と第２磁石１２の磁界が可動部２に吸引されることが抑制される。その分、第１磁石１１および第２磁石１２よりも可動部２から離れた領域における磁界強度が大きくなる。

ホールＩＣ５は、磁界の向きがＹ軸に平行な領域に設けられている。そのホール素子５１の検出する磁束密度の出力特性を図１１に示す。
図１０および図１１に示すように、Ｙ軸において第１磁石１１の中心または第２磁石１２の中心となる位置Ｐ１では、ホール素子５１の感磁面５１１を通過する磁束密度が最も小さい。そして、図１０のＹ方向の磁束ベクトルを＋方向とすると、第１磁石１１及び第２磁石１２の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。
なお、図１０のＹ方向の磁束ベクトルを−方向とした場合には、図１１のグラフとは傾きが逆の特性を示すグラフとなる。つまり、第１磁石１１及び第２磁石の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。
第２実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１２〜図１４に示す。第３実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２との間にベース板２１が設けられている。ベース板２１は、例えば金属、樹脂などの非磁性体から形成され、板厚方向に通じる孔２２を有する。また、可動部２には、ベース板２１の孔２２に対応する位置に図示しないねじ穴が設けられている。２本のねじ２４をベース板２１の孔２２に通し、そのねじ２４を可動部２のねじ穴に螺合することでベース板２１と可動部２とが固定される。
ベース板２１のＸ軸方向の一方の端面に第１磁石１１が固定され、他方の端面に第２磁石１２が固定されている。第１磁石１１および第２磁石１２は共に、Ｎ極が可動部２の反対側に形成され、Ｓ極が可動部側に形成されている。

第３実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２とがベース板２１によって、可動部２に正確に位置決めされる。これにより、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きがより均一にＹ軸と平行になる。したがって、第１磁石１１および第２磁石１２とホールＩＣ５との位置ずれに対し、位置検出装置のロバスト性を高めることができる。
しかも第３実施形態では、ベース板２１を非磁性体から形成しているので、第１磁石１１および第２磁石１２の磁界がベース板２１に吸引されることがない。このため、仮に磁性体からなる位置決め部材に第１磁石１１および第２磁石１２を取り付けた場合と比較して、ホールＩＣ５の周囲の磁界強度が大きくなる。したがって、外乱に対する位置検出装置のロバスト性を高め、検出精度を向上することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１５に示す。
第４実施形態では、第１磁石１１および第２磁石１２は共に、Ｎ極が可動部側に形成され、Ｓ極が可動部２の反対側に形成されている。そして第１磁石１１と第２磁石１２とは、金属、樹脂などの非磁性体からなるベース板２１により位置決めされている。
第４実施形態は、第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１６に示す。
第５実施形態では、樹脂からなるベース板２１が可動部２から離れた位置で、第１磁石１１および第２磁石１２を固定している。この構成においても、第１磁石１１と第２磁石１２とは、ベース板２１によって位置決めされている。
第５実施形態では、可動部２の磁石取付面２０に凹凸などがある場合でも、第１磁石１１と第２磁石１２とを可動部２に正確に位置決めすることが可能である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１７に示す。
第６実施形態では、第１磁石１１および第２磁石１２と可動部２との間に金属、樹脂などの非磁性体からなるベース板２１が設けられている。第１磁石１１と第２磁石１２とは、ベース板２１によって位置決めされ、固定されている。
第６実施形態では、第１磁石１１および第２磁石１２と可動部２との距離が遠くなる。このため、位置検出装置のＺ軸方向の大型化が許容される場合、第１磁石１１および第２磁石１２の磁界が可動部２に吸引されることを抑制し、ホールＩＣ５の周囲の領域の磁界強度を大きくすることができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１８および図１９に示す。
第７実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２は、Ｙ軸方向における両端部分１３、１４の体積が中央部分１５の体積よりも大きい。具体的に、第１磁石１１と第２磁石１２の両端部分１３、１４は、中央部分１５よりもＺ軸方向に大きく形成されている。そして第１磁石１１と第２磁石１２の両端部分１３、１４は、中央部分１５よりも可動部２の反対側に突出している。
第１磁石１１および第２磁石１２の両端部分１３、１４の体積を大きくするとその部分の磁力が大きくなり、両端から外側へ漏れる漏れ磁束分を補うことが可能である。これにより、図１９に示すように、第７実施形態のホール素子５１の検出する磁束密度の変化δは、第１実施形態の位置検出装置のホール素子５１の検出する磁束密度の変化γに対し、両端側で感度を向上することができる。
第７実施形態では、ホールＩＣ５の出力信号のストローク両端側の感度を高めることで、位置検出装置の検出精度を高めることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図２０に示す。
第８実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２の両端部分１３、１４は、中央部分１５よりもＸ軸方向に大きく形成されている。そして第１磁石１１と第２磁石１２の両端部分１３、１４は、中央部分１５よりもホールＩＣ５の反対側に突出している。
第８実施形態は、第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、位置検出装置のＺ軸方向の体格の制限またはＸ軸方向の体格の制限に応じて、第７実施形態の構成と第８実施形態の構成とを選択または組み合わせることが可能である。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態を図２１に示す。
第９実施形態は、第３実施形態と第７実施形態とを組み合わせたものである。
第９実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２とをベース板２１によって位置決めすることで、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きがより均一にＹ軸と平行になる。このため、ホールＩＣ５の位置ずれに対する位置検出装置のロバスト性を高めることができる。さらに、ホール素子５１の検出する磁束密度の変化の直線性を高めることができる。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態を図２２に示す。
第１０実施形態は、第３実施形態と第８実施形態とを組み合わせたものである。
第１０実施形態では、第１磁石１１と第２磁石１２とをベース板２１によって位置決めすることで、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きがより均一にＹ軸と平行になる。このため、ホールＩＣ５の位置ずれに対する位置検出装置のロバスト性を高めることができる。さらに、ホール素子５１の検出する磁束密度の変化の直線性を高めることができる。

（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態を図２３および図２４に示す。
第１１実施形態では、第１磁石３１のＹ軸方向の一方に所定距離離れて第３磁石３３が設けられている。また、第２磁石３２のＹ軸方向の一方に所定距離離れて第４磁石３４が設けられている。所定距離とは、例えば概ねストローク検出範囲を示す。第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４は、同一の直方体形状であり、同一の磁気的特性を有する。第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４は共に、Ｎ極が可動部２の反対側に形成され、Ｓ極が可動部側に形成されている。
ホールＩＣ５は、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４からの距離が同一の仮想平面α上を可動部２に対して相対移動可能に設けられている。

第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４の磁界の向きについて説明する。
図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４のＮ極の磁界同士は互いに反発しあう。このため、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４よりも可動部２から離れた空間で、Ｚ軸方向から見て、磁界の向きがＹ軸に平行な領域が形成される。
第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４のＮ極は、可動部２からＺ軸方向に離れた位置に設けられているので、図２３（Ｃ）に示すように、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４の磁界が可動部２に吸引されることが抑制される。その分、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４よりも可動部２から離れた領域における磁界強度が大きくなる。

図２３および図２４に示すように、Ｙ軸において第１磁石３１と第３磁石３３との中心、または第２磁石３２と第４磁石３４との中心となる位置Ｐ１では、ホール素子５１の感磁面５１１を通過する磁束密度が最も小さい。そして、図２３のＹ方向の磁束ベクトルを＋方向とすると、位置Ｐ１よりも第３磁石３３及び第４磁石側である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。一方、位置Ｐ１よりも第１磁石３１及び第２磁石側である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。
なお、図２３のＹ方向の磁束ベクトルを−方向とした場合には、図２４のグラフとは傾きが逆の特性を示すグラフとなる。つまり、第１磁石１１及び第２磁石の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。

第１１実施形態では、第１〜第１０実施形態と比較して、ストローク検出範囲の両側に磁石を配置することができるため位置検出装置に使用する磁石の総体積を小さくすることが可能である。したがって、位置検出装置の製造上のコストを低減することができる。
また、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４の配置を調節することで、ホール素子５１の検出する磁束密度の変化の直線性を高めることができる。

（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態を図２５に示す。
第１２実施形態では、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４と樹脂からなる第２ベース板２５が固定している。これにより、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４が可動部２に正確に位置決めされる。これにより、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きをより均一にＹ軸と平行にすることができる。したがって、位置検出装置のロバスト性を高め、検出精度を向上することができる。

（第１３実施形態）
本発明の第１３実施形態を図２６および図２７に示す。
第１３実施形態では、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４は共に、Ｎ極が可動部側に形成され、Ｓ極が可動部２の反対側に形成されている。
図２６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４のＳ極の磁界同士は互いに反発しあう。このため、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４よりも可動部２から離れた空間で、Ｚ軸方向から見て、磁界の向きがＹ軸に平行な領域が形成される。
第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４のＳ極は、可動部２からＺ軸方向に離れた位置に設けられているので、図２６（Ｃ）に示すように、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４の磁界が可動部２に吸引されることが抑制される。その分、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４よりも可動部２から離れた領域における磁界強度が大きくなる。

図２６および図２７に示すように、Ｙ軸において第１磁石３１と第３磁石３３との中心、または第２磁石３２と第４磁石との中心となる位置Ｐ１では、ホール素子５１の感磁面５１１を通過する磁束密度が最も小さい。そして、図２６のＹ方向の磁束ベクトルを＋方向とすると、位置Ｐ１よりも第３磁石３３及び第４磁石側である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。一方、位置Ｐ１よりも第１磁石３１及び第２磁石側である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。
なお、図２６のＹ方向の磁束ベクトルを−方向とした場合には、図２７のグラフとは傾きが逆の特性を示すグラフとなる。つまり、第１磁石１１及び第２磁石の右側端部である位置Ｐ２にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（−）側に絶対値として大きくなる。一方、第１磁石１１及び第２磁石１２の左側端部である位置Ｐ３にホール素子５１が相対移動した場合、磁束密度が（＋）側に大きくなる。
第１３実施形態は、第１１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第１４実施形態）
本発明の第１４実施形態を図２８に示す。
第１４実施形態では、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４と金属、樹脂などの非磁性体からなる第２ベース板２５が固定している。第２ベース板２５は、板厚方向に通じる孔２２を有する。２本のねじを第２ベース板２５の孔２２に通し、そのねじを可動部２のねじ穴に螺合することで第２ベース板２５と可動部２とが固定される。これにより、第１〜第４磁石３１，３２，３３，３４が可動部２に正確に位置決めされる。これにより、ホールＩＣ５の設けられる領域において、磁界の向きをより均一にＹ軸と平行にすることができる。したがって、位置検出装置のロバスト性を高め、検出精度を向上することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、磁界発生手段として直方体形状の単一磁石を使用した。これに対し、他の実施形態では、同種の磁極を隣接させた分割磁石群により磁界発生手段を構成してもよい。また、磁界発生手段の形状は直方体に限定されない。
上述した複数の実施形態では、磁気検出手段としてのホールＩＣを使用した。これに対し、他の実施形態では、磁気検出手段として磁気抵抗効果素子などを使用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

１・・・位置検出装置
２・・・可動部（被検出体）
５・・・ホールＩＣ（磁気検出手段）
１１、３１・・・第１磁石（第１磁界発生手段）
１２、３２・・・第２磁石（第２磁界発生手段）
１３、１４・・・両端部分
１５・・・中央部分
２１・・・ベース板
２５・・・第２ベース板
３３・・・第３磁石（第３磁界発生手段）
３４・・・第４磁石（第４磁界発生手段）
５１１・・・感磁面

Claims

直線移動可能な被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記被検出体が移動するストローク方向に平行かつ前記被検出体に垂直な仮想平面を挟んで向き合うように前記被検出体に設けられ、前記仮想平面に平行、かつ、前記ストローク方向に垂直、かつ、互いに同一方向に着磁された第１磁界発生手段および第２磁界発生手段と、
前記第１磁界発生手段および前記第２磁界発生手段よりも前記被検出体から離れた位置で前記被検出体に対して相対移動可能に設けられ、前記ストローク方向に直交する感磁面を有し、前記感磁面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する磁気検出手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
前記磁気検出手段は、前記第１磁気発生手段からの距離と前記第２磁気発生手段からの距離とが同一の前記仮想平面上を前記被検出体に対して相対移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記第１磁界発生手段および前記第２磁界発生手段は、同一の直方体形状であり、同一の磁気的特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
前記第１磁界発生手段および前記第２磁界発生手段は、前記ストローク方向における両端部分の体積が、その両端部分の間に位置する中央部分の体積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
前記第１磁界発生手段と前記第２磁界発生手段とを固定するベース板を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記ベース板は、非磁性体から形成されることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
前記ベース板は、板厚方向に通じる孔を有することを特徴とする請求項５または６に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段が検出した磁束密度が前記被検出体のストローク量に対して線形に変化するように補正するリニア補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段および前記リニア補正手段は、１つの半導体チップとして構成されることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段はホール素子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の位置検出装置。
直線移動可能な被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記被検出体が移動するストローク方向に平行かつ前記被検出体に垂直な仮想平面を挟んで向き合うように前記被検出体に設けられ、前記仮想平面に平行、かつ、前記ストローク方向に垂直、かつ、互いに同一方向に着磁された第１磁界発生手段および第２磁界発生手段と、
前記第１磁界発生手段および前記第２磁界発生手段から前記ストローク方向の一方に所定距離離れて設けられ、前記第１磁界発生手段および前記第２磁界発生手段と同一方向に着磁された第３磁界発生手段および第４磁界発生手段と、
前記第１〜第４磁界発生手段よりも前記被検出体から離れた位置で前記被検出体に対して相対移動可能に設けられ、前記ストローク方向に直交する感磁面を有し、前記感磁面を通過する磁束密度に応じた信号を出力する磁気検出手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
前記磁気検出手段は、前記第１〜第４磁気発生手段からの距離が同一の前記仮想平面上を前記被検出体に対して相対移動可能であることを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。
前記第１〜第４磁界発生手段は、同一の直方体形状であり、同一の磁気的特性を有することを特徴とする１１または１２に記載の位置検出装置。
前記第１〜第４磁界発生手段を固定する第２ベース板を備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記第２ベース板は、非磁性体から形成されることを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
前記第２ベース板は、板厚方向に通じる孔を有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段が検出した磁束密度が前記検出対象のストローク量に対して線形に変化するように補正するリニア補正手段を備えることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段および前記リニア補正手段は、１つの半導体チップとして構成されることを特徴とする請求項１７に記載の位置検出装置。
前記磁気検出手段はホール素子であることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の位置検出装置。