| 【発明の名称】 |
ストロークセンサ |
| 【発明者】 |
【氏名】後藤 忠敏
【氏名】坂元 和也
【氏名】坂本 宏
【氏名】戸澤 祥二
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| 【要約】 |
【課題】小型化が可能で、シンプルな構造を持ち、検出可能ストローク範囲を広くとることもでき、また、高分解能で検出可能にする。
【解決手段】本体２の内部において、該本体の所定端側にて一端が片持ち支持され、他端が本体の空間内に延びているセンサ部材４は、所定の交流信号によって同相励磁される複数のコイル区間を可動体の直線変位方向に沿って順次配列してなるコイル部１０を含む。可動体３の内部において、センサ部材の侵入を許すように内部空間５が設けられ、内部空間５の周壁は磁性体又は導電体の磁気応答物質１１からなる。可動体のストローク位置に応じて磁気応答物質とコイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイル区間のインダクタンスを変化させ、磁気応答物質の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減又は漸増する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 本体の空間内で該本体に対して相対的に直線変位する可動体のストローク位置を検出するためのストロークセンサであって、前記本体の内部において、該本体の所定端側にて一端が片持ち支持され、他端が本体の空間内に延びているセンサ部材と、前記可動体の内部において、前記センサ部材の侵入を許すように設けられた内部空間と、所定の交流信号によって励磁される複数のコイル区間を前記可動体の直線変位方向に沿って順次配列してなるコイル部であって、前記センサ部材または前記可動体の内部空間の周壁の一方に設けられてなるものと、前記コイル部に対して相対的に変位するよう、前記センサ部材または前記可動体の内部空間の周壁の他方に設けられてなる磁気応答物質であって、前記可動体のストローク位置に応じて該磁気応答物質と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイル区間のインダクタンスを変化させ、前記磁気応答物質が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減又は漸増するようにしたものと、を具えたストロークセンサ。
【請求項２】 前記各コイル区間の電圧をそれぞれ取り出し、それらを加算及び／又は減算することにより、前記ストローク位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅を示す交流出力信号を生成するアナログ演算回路を更に備えた請求項１に記載のストロークセンサ。
【請求項３】 前記アナログ演算回路は、前記ストローク位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成するものであり、該複数の各交流出力信号の振幅を規定する前記周期関数特性は所定位相だけ異なる同一特性の周期関数からなる請求項２に記載のストロークセンサ。
【請求項４】 前記生成された複数の交流出力信号を入力し、該交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記所定の周期関数における特定の位相値を検出し、検出した位相値に基づき前記検出対象の位置検出データを生成する振幅位相変換部を更に具えた請求項３に記載のストロークセンサ。
【請求項５】 前記複数の交流出力信号は、検出対象位置に応じてサイン期関数特性に従う振幅を示す交流出力信号と、検出対象位置に応じてコサイン期関数特性に従う振幅を示す交流出力信号とからなる請求項３又は４に記載のストロークセンサ。
【請求項６】 前記コイル部が前記センサ部材の側に設けられ、前記磁気応答物質が前記可動体の内部空間の周壁の側に設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載のストロークセンサ。
【請求項７】 前記センサ部材は、磁性体を含むボビン部を含み、このボビン部に前記コイル部の各コイルが嵌め込まれている請求項６に記載のストロークセンサ。
【請求項８】 前記ボビン部は、非磁性体からなる筒部と、筒部内に収納された１又は複数の磁性体棒とからなる請求項７に記載のストロークセンサ。
【請求項９】 前記ボビン部における磁性体又は磁性体棒は、その表面に導電体被膜が形成されてなることを特徴とする請求項６又は７に記載のストロークセンサ。
【請求項１０】 前記センサ部材は、前記コイル部を嵌め込んでなる芯棒と、隣接する各コイル区間の端部間に介在する磁性体スペーサとを含む請求項６に記載のストロークセンサ。
【請求項１１】 前記可動体の素材それ自体が前記磁気応答物質からなっている請求項６に記載のストロークセンサ。
【請求項１２】 前記磁気応答物質は、磁性体又は導電体の少なくとも一方を含む請求項１乃至１１のいずれかに記載のストロークセンサ。
【請求項１３】 前記コイル部は、前記可動体の直線変位方向に沿って延びた実質的に１つのコイルからなり、この１つのコイルの所定の中間位置から出力端子をそれぞれ導き出すことで、該１つのコイルによって前記複数のコイル区間が形成されてなる請求項１乃至１２のいずれかに記載のストロークセンサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、流体圧シリンダのストローク位置検出やスプール弁のスプール位置検出などの用途に適用することができるストロークセンサに関し、特に、交流励磁されるコイルとこのコイルに対して相対的に変位する磁性体又は導電体とを含んで構成されるものであり、さらに詳しくは、１相の交流で励磁される１次コイルのみを使用して複数相の振幅関数特性を示す出力交流信号をストローク位置に応じて生成するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】流体圧シリンダ等のストローク位置を検出する位置検出装置は、従来より種々の方式のものが知られている。そのうち、電磁コイルを使用した誘導型のシリンダ位置検出装置としては、例えば、実公平２−２６００３号公報等に示されたものが知られている。従来公知のこの種の誘導型のシリンダ位置検出装置は、いずれも、ピストンロッドの表面を凹凸加工したり、ピストンロッドの表面に磁性体又は導電体のパターンを形成し、その上から所要のコーティング処理を施してピストンロッド表面の保護を図ったものである。また、位置検出方式は、複数の１次コイルを互いに電気的位相のずれた複数相の交流信号（例えばsin ωｔとcosωｔ）でそれぞれ励磁し、各１次コイルによる２次側誘導信号を合成して１つの２次出力信号を生成し、励磁用の交流信号に対するこの２次出力信号における電気的位相ずれが検出対象ピストン位置を示すようにした位相シフトタイプからなっている。
【０００３】従来装置のようにピストンロッドの表面に所要の加工・形成を行うものにおいては、ピストンロッドの製造・加工が面倒であり、また、各シリンダロッド毎に特注で製造・加工を行わなければならないため、様々なタイプ・サイズのシリンダにおいて位置検出装置の共用化を図ることができなかった。また、加工済みのピストンロッドの表面に所要のコーティング処理を施したとしても、ピストンロッドの伸縮動作の繰り返しによる摺動摩耗によって、数年の使用によって、表面コーティングが剥がれてしまい、耐久性に乏しいという問題点もあった。
【０００４】このような欠点を除去するために、特開平１０−１５３２０３号公報に示されたようなシリンダストローク位置検出装置が提案されている。それは、ピストンロッドの内部に空間を設け、その内部空間内にセンサ構造を収容できるようにしたことにより、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要を無くし、サイズの異なるシリンダにおいても検出装置各要素の共用化を容易に図ることができるようにし、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダストローク位置検出装置を提供するものである。しかし、ピストンロッドの内部空間内に収容するセンサ構造は、１次コイルと２次コイルを含むものであり、コイル構成の面で改良の余地があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来知られたシリンダストローク位置検出装置に用いられる誘導型位置センサのコイル構成は、１次コイルと２次コイルが必要であるため、部品点数が多くなり、製造コストを低廉にするのに限界があった。また、小型化するにも限界があった。励磁コイルの自己インダクタンスを測定するタイプの位置検出器も知られており、それはそれでコイル数を減らすことができるが、検出対象の変位に応じた移相量が狭い範囲でしか得られないため、実際はその移相量の測定が困難であり、また、検出分解能が悪く、実用化には不向きであった。本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、小型かつシンプルな構造を持つと共に、利用可能な検出可能ストローク範囲を広くとることもでき、また、検出対象の変位が微小でも高分解能での検出が可能なストロークセンサを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、本体の空間内で該本体に対して相対的に直線変位する可動体のストローク位置を検出するためのストロークセンサであって、前記本体の内部において、該本体の所定端側にて一端が片持ち支持され、他端が本体の空間内に延びているセンサ部材と、前記可動体の内部において、前記センサ部材の侵入を許すように設けられた内部空間と、所定の交流信号によって励磁される複数のコイル区間を前記可動体の直線変位方向に沿って順次配列してなるコイル部であって、前記センサ部材または前記可動体の内部空間の周壁の一方に設けられてなるものと、前記コイル部に対して相対的に変位するよう、前記センサ部材または前記可動体の内部空間の周壁の他方に設けられてなる磁気応答物質であって、前記可動体のストローク位置に応じて該磁気応答物質と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイルのインダクタンスを変化させ、前記磁気応答物質が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減又は漸増するようにしたものとを具えている。
【０００７】本発明を流体圧シリンダのストロークセンサに適用した場合、上記本体はシリンダ本体に相当し、上記可動体はピストンおよびピストンロッドに相当する。その場合、センサ部材は、シリンダ本体の内部において、該本体の所定端側にて一端が片持ち支持され、他端が本体の空間内に延びるように設けられる。また、ピストンおよびピストンロッドつまり可動体の内部において、該センサ部材の侵入を許すように内部空間が設けられる。このような構造は、上述の特開平１０−１５３２０３号に示されたものと共通しており、そこで説明されているように、構造の簡単化、耐久性の向上、小型化、共用化、等の種々の利点を享受することができる。ストローク位置検出は、誘導原理に従い、コイル部と該コイル部に対して相対的に変位するように配置された磁気応答物質との相対的位置を、該相対的位置に応じて生じる各コイルのインダクタンス変化に応じた出力電圧に基づき、検出することで、行われる。一方、スプール弁の位置検出装置として適用する場合は、上記可動体はスプールに相当する。
【０００８】一例として、コイル部は上記センサ部材の側に設けられ、その場合は、磁気応答物質は上記可動体の上記内部空間の周壁の側に設けられる。上記可動体の材質そのものが所定の磁気応答物質からなる場合は、可動体の内部空間の周壁そのものが上記磁気応答物質に相当することとなり、それとは別に特別の磁気応答物質を設ける必要はない。上記可動体の材質そのものが所定の磁気応答物質に該当していないならば、可動体の内部空間の周壁の側に、特別に、該所定の磁気応答物質を配置することとなる。コイル部と磁気応答物質の配置は逆でもよいので、別の例としては、コイル部を上記可動体の上記内部空間の周壁の側に設け、所定の磁気応答物質を上記センサ部材の側に設けるようにしてもよい。
【０００９】磁気応答物質は、典型的には、磁性体及び導電体の少なくとも一方を含んでなるものであってよい。磁気応答物質が磁性体からなる場合は、該磁気応答物質の或るコイル区間に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイル区間の自己インダクタンスが増加し、該磁気応答物質の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸増する。コイル部において複数のコイル区間が位置検出対象たる可動体の直線変位方向に沿って順次配列されてなることにより、コイル部に対する磁気応答物質の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、各コイル区間の両端間電圧の漸増（又は漸減）変化が順番に起こる。よって、このコイル端子間電圧の漸増（又は漸減）変化を、所定周期関数の部分的位相範囲での変化に見立ててこれらを組み合わせて利用することにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成することができる。すなわち、各コイル区間の端子間電圧をそれぞれ取り出し、それらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成することができる。
【００１０】例えば、典型的には、磁気応答物質の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間に生じる該コイル区間の両端間電圧の漸増変化カーブは、例えばサイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。また、この漸増変化カーブは、その振幅を負に反転して、所定レベル（オフセットレベル）を加算する電圧シフトを行なえば、所定レベルから漸減する漸減変化カーブに変換することができる。このような漸減変化カーブは、例えばサイン関数における９０度から１８０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。かくして、順番に並んだ４つのコイル区間における、順番に起こる、それらの両端間電圧の漸増変化は、必要に応じて適宜の加算及び／又は減算を施すことにより、サイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化、９０度から１８０度までの範囲の関数値変化、１８０度から２７０度までの範囲の関数値変化、２７０度から３６０度までの範囲の関数値変化、にそれぞれなぞらえることができる。各範囲におけるカーブの傾斜方向や電圧シフトのオフセットレベルは、適切なアナログ演算により、適宜コントロールすることができる。しかして、検出対象位置に応じてサイン関数特性に従う振幅を示す第１の交流出力信号を生成することができ、また、このサイン関数に対して９０度位相ずれた同一特性の周期関数つまりコサイン関数の特性に従う振幅を示す第２の交流出力信号を生成することもできる。
【００１１】このように、好ましい一実施形態として、検出対象位置に応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号を生成することができる。例えば、検出対象位置を角度θに置き換えて示すと、概ね、サイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｓｉｎθｓｉｎωｔで示すことができるものであり、コサイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｃｏｓθｓｉｎωｔで示すことができるものである。これは、レゾルバといわれる位置検出器の出力信号の形態と同様のものであり、極めて有用なものである。例えば、前記アナログ演算回路で生成された前記２つの交流出力信号を入力し、該２つの交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記サイン及びコサイン関数における位相値を検出し、検出した位相値に基づき前記検出対象の位置検出データを生成する振幅位相変換部を具備するようにするとよい。
【００１２】なお、磁気応答物質として、銅のような良導電体を使用した場合は、渦電流損によってコイルの自己インダクタンスが減少し、磁気応答物質の端部が１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減することになる。この場合も、上記と同様に検出することが可能である。磁気応答物質として、磁性体と導電体を組合わせたハイブリッドタイプのものを用いてもよい。別の実施形態として、磁気応答物質として永久磁石を含み、コイルは磁性体コアを含むようにしてもよい。この場合は、コイルの側の磁性体コアにおいて永久磁石の接近に応じて対応する箇所が磁気飽和又は過飽和となり、該磁気応答物質すなわち永久磁石が１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減することになる。
【００１３】かくして、この発明によれば、１次コイルのみを設ければよく、２次コイルは不要であるため、小型かつシンプルな構造の位置検出装置を提供することができる。また、複数のコイル区間を検出対象の変位方向に沿って順次配列してなり、磁気応答物質の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増（又は漸減）する特性の変化が、各コイル区間毎に順番に起こるので、各コイル区間毎の両端間電圧をそれぞれ取り出してそれらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号（例えばサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号）を容易に生成することができ、利用可能な位相角範囲を広くとることができる。例えば、上記のように、０度から３６０度までのフルの位相角範囲で検出を行うことも可能である。また、これら複数の交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する所定周期関数（例えばサイン及びコサイン関数）における位相値を検出することで、検出対象の変位が微小でも高分解能での位置検出が可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明しよう。図１は、本発明に係るストロークセンサをシリンダ位置検出装置として構成した一実施例を、シリンダ軸方向に沿う断面図で示すものである。このシリンダ位置検出装置が適用されるシリンダ装置１は、油圧又は空気圧シリンダなど、どのようなタイプのシリンダであってもよい。このシリンダ装置１は、通常知られるように、シリンダ本体２と、このシリンダ本体２に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部３とを含んでいる。なお、図１において、シリンダ本体２に関連する油圧又は空気圧回路の図示は省略してある。
【００１５】シリンダ本体２の内部においては、該シリンダ本体２の閉鎖端２ａ側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体２の開口端２ｂの方に延びた、センサ部材４が設けられている。シリンダ本体２の内部にはセンサ部材４が延びて設けられているが故に、シリンダ本体２の内部で図示のｘ方向に前後に直線移動するピストン部３は、この長尺のセンサ部材４を適切に避ける必要がある。そこで、ピストン部３の内部において、このセンサ部材の侵入を許すように、所要の空間５が設けられる。
【００１６】センサ部材４にはコイル部１０が設けられている。このコイル部１０は、所定の１相の交流信号によって励磁される複数のコイル区間（図示例では４個のコイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ）をピストン部３の直線変位方向（図示のｘ方向）に沿って順次配列してなる。詳しくは、センサ部材４において、複数コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤを含むコイル部１０は、ボビン部６に巻設され、その外周を非磁性および非導電性の保護チューブ（若しくはコーテングあるいはモールド）７によってカバーされてなる。保護チューブ７としてはいかなる材質のものを用いてもよいが、例えば、絶縁性樹脂からなる熱収縮チューブを用いると安価である。なお、コイル部１０における各コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、所定の１相の交流信号によって励磁されるものであるため、物理的に別々に分離された個別のコイルからなっている必要はなく、全体が実質的に１つのコイルからなっているものであってよい。すなわち、この１つのコイルを所要の複数の各コイル区間に対応して複数の中間位置で分け、各中間位置から出力端子をそれぞれ導き出すことで、複数の各コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤを形成するようにしてよい。この場合、電気回路的には、各コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが直列接続されて所定の１相の交流信号によって励磁されることになる。勿論、これに限らず、各コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤとして物理的に別々のコイルを使用し、これらを直列接続して所定の１相の交流信号によって一括励磁するか、若しくは所定の１相の交流信号によって別々の励磁回路を介して同相励磁するようにしてもよい。しかし、最初に述べたような１つのコイルを所要の複数の各コイル区間に対応して複数の中間位置で分けて使用する実施形態が最もシンプルである。なお、以下、各コイル区間ＬＡ〜ＬＤを、単に「コイル」という。
【００１７】ボビン部６は、非磁性の中空筒からなり、その内部に１又は複数の磁性体棒８が収納されている。磁性体棒８は、コイル部１０の全長にわたって延びており、該コイル部１０の全長にわたるインダクタンス値を設定する。ボビン部６内に収納する磁性体棒８の太さあるいは数を適宜調節することにより、コイル部１０の全長にわたるインダクタンス値の設定変更を行うことができる。なお、磁性体棒８として、その周囲に銅めっき等を施して導電性被膜を形成したものを用いるとよい。そうすれば、後述するように温度ドリフト特性を低減させることができる。ボビン部６は、非磁性であればよく、金属あるいは樹脂等からなっていてもよい。しかし、適用するシリンダ装置１が大型建設機械等大きな荷重が加わる用途に使用される場合は、十分な強度を確保するために金属を用いるのがよい。例えば、ボビン部６は非磁性のステンレス等を用いて構成する。なお、シリンダ閉鎖端２ａに開閉自在かつ気密および液密に密閉できるキャップ部９を設け、該キャップ部９を開放することでシリンダ内のセンサ部材４の出し入れを行うことにできるようにすれば、センサ部材４のシリンダ内への設置およびメンテナンスが容易に行える。コイル部１０の配線（図示せず）は、シリンダ閉鎖端２ａの適宜箇所（例えばキャップ部９の箇所でもよい）に穿たれた通り道（図示せず）を通って、外部とコンタクトするためのコネクタ（図示せず）に接続される。
【００１８】ピストン部３における内部空間５の周壁には所定の磁気応答物質１１が設けられる。なお、図では、ピストン部３の材質と所定の磁気応答物質１１とが区別できるように図示されているが、ピストン部３の材質それ自体が所定の磁気応答物質１１と同じ材質である場合は、ピストン部３における内部空間５の周壁には特別の部材を付加的に設けることなく、該ピストン部３の内壁部分そのものを該所定の磁気応答物質１１として機能させることができる。例えば、所定の磁気応答物質１１として磁性体を用いる場合では、ピストン部３の材質それ自体が鉄等の強磁性体からなる場合は、所定の磁気応答物質１１として特別の部材を付加的に設けることなく、該ピストン部３の内壁部分そのものを該所定の磁気応答物質１１として機能させることができるが、これに対して、ピストン部３の材質がステンレスのような非磁性体からなる場合は、所定の良導電体または強磁性体からなるスリーブをピストン部３における内部空間５の周壁に嵌装し、該所定の磁気応答物質１１として機能させる。その場合、ピストン部３における内部空間５の周壁に銅めっきを施すことにより、良導電体からなる磁気応答物質１１を形成するようにしてもよい。
【００１９】次に、コイル部１０と磁気応答物質１１との相対的位置関係を検出する原理について説明する。図２（Ａ）は、図１におけるコイル部１０と磁気応答物質１１（ピストン部３の内周壁）との配置を抽出して外観略図によって示すもの、同図（Ｂ）はそのコイル軸方向断面略図、同図（Ｃ）は該コイル部１０の電気回路の一例を示す図である。コイル部１０は、巻数、コイル長等の性質が同等の４つのコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤを、ピストン部３の直線変位方向に沿って順次配列してなる。ピストン部３の内周壁を構成する円筒状の磁気応答物質１１は、ピストン部３の収縮方向の動きに伴って、その内部空間５内に棒状のセンサ部材４を飲み込んでいき、センサ部材４に設けられたコイル部１０の各コイルの磁場内に侵入する。図示の例では、ピストン部３の収縮方向の動きに伴って図の右方向に磁気応答物質１１が進行するとき、磁気応答物質１１の先端１１ａが、最初にコイルＬＡの磁場に侵入し、次に、コイルＬＢ，ＬＣ，ＬＤの順にその磁場に侵入していく。２点鎖線１１’は最後のコイルＬＤにまで侵入した磁気応答物質１１を示している。４つのコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに対応する範囲を有効検出範囲とする。すなわち１つのコイルの長さをＫとすると、その４倍の長さ４Ｋが有効検出範囲となる。なお、実際は範囲４Ｋの両端では精度が落ちるため、その部分は使用しないものとし、実際の有効検出範囲は４Ｋよりも少し狭くなる。
【００２０】各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤはその芯部に全長にわたって磁性体棒８が挿入された状態となっており、磁気応答物質１１が近接していない限り、そのインダクタンス値は最大である。磁気応答物質１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが減少し、該磁気応答物質１１の端部１１ａが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減する。すなわち、磁気応答物質１１が磁性体である場合は、磁性体がコイル外周にかぶさる格好になるため、コイル芯部の磁性体コア８にのみ集中していた磁束が外側にかぶさった磁気応答物質１１の方に漏洩し、コイルの自己インダクタンスが減少する。また、磁気応答物質１１が導電体である場合は、導電体がコイル外周にかぶさる格好になり、磁界によるうず電流損が生じ、コイルの自己インダクタンスが減少する。外周の導電体のうず電流損によるインダクタンス減少率の方が、外周の磁性体による磁束漏洩によるインダクタンス減少率よりも大であるので、より好ましい実施態様は磁気応答物質１１として導電体を使用することである。
【００２１】図２（Ｃ）に示すように、各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、交流電源１２から発生される所定の１相の交流信号（仮にｓｉｎωｔで示す）によって定電圧又は定電流で励磁される。各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの両端間電圧をそれぞれＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤで示すと、このそれぞれの電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを取り出すために、端子１４〜１８が設けられている。容易に理解できるように、各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、物理的に切り離された別々のコイルである必要はなく、一連のコイルの全長を４分割する位置に中間端子１４〜１８を設けるだけでよい。すなわち、端子１４，１５間のコイル部分がコイルＬＡとなり、端子１５，１６間のコイル部分がコイルＬＢ、端子１６，１７間のコイル部分がコイルＬＣ、端子１７，１８間のコイル部分がコイルＬＤ、となる。各コイルの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤは、アナログ演算回路２０及び２１に所定の組み合わせで入力され、所定の演算式に従って加算又は減算されることで、各アナログ演算回路２０及び２１から検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号（つまり互に９０度位相のずれた振幅関数特性を持つ２つの交流出力信号）が生成される。例示的に、アナログ演算回路２０の出力信号をｓｉｎθｓｉｎωｔで示し、アナログ演算回路２１の出力信号をｃｏｓθｓｉｎωｔで示す。アナログ演算回路２０及び２１は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２と抵抗回路群ＲＳ１，ＲＳ２とを含んで構成される。
【００２２】上述のように、磁気応答物質１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが減少し、該磁気応答物質１１の端部１１ａが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減する。ここで、複数のコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これらコイルに対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、図３（Ａ）に例示するように、各コイルの両端間電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤの漸減変化が順番に起こる。図３（Ａ）において、或るコイルの出力電圧が傾斜している区間において、当該コイルの一端から他端に向かって磁気応答物質１１の端部１１ａが変位していることになる。典型的には、磁気応答物質１１の端部１１ａが或る１つのコイルの一端から他端まで変位する間に生じる該コイルの両端間電圧の漸減変化カーブは、サイン又はコサイン関数における９０度の範囲の関数値変化になぞらえることができる。そこで、各コイルの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤをそれぞれ適切に組み合わせて加算及び／又は減算することにより、検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００２３】すなわち、アナログ演算回路２０では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（１）のように演算することで、図３（Ｂ）に示すようなサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができ、これは、等価的に「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
（ＶＢ−ＶＡ）−（ＶＤ−ＶＣ）−Ｖｏ …式（１）
なお、Ｖｏは最少インダクタンス値（磁気応答物質１１が１つのコイルの全体をカバーしたときのインダクタンス値）に対応する基準電圧であり、０レベルにオフセットするためのものである。
【００２４】また、アナログ演算回路２１では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（２）のように演算することで、図３（Ｂ）に示すようなコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができる。これは等価的に「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
ＶＡ＋（ＶＢ−ＶＣ）＋（Ｖｐ−ＶＤ）−Ｖｏ …式（２）
Ｖｐは最大インダクタンス値（磁気応答物質１１が１つのコイルにまったく近接していないときのインダクタンス値）に対応する基準電圧であり、出力電圧ＶＤをオフセットするためのものである。なお、温度ドリフトを考慮すると、各コイルＬＡ〜ＬＤの温度ドリフトと同等の温度ドリフト特性で各基準電圧Ｖｏ，Ｖｐが生成されるようにするために、適宜のダミーコイルを介在させて各基準電圧Ｖｏ，Ｖｐを生成するのがよい。勿論、他の温度補償手段を用いてもよい。
【００２５】各交流出力信号の振幅成分であるサイン及びコサイン関数における位相角θは、検出対象位置に対応しており、９０度の範囲の位相角θが、１個のコイルの長さＫに対応している。従って、４Ｋの長さの有効検出範囲は、位相角θの０度から３６０度までの範囲に対応している。よって、この位相角θを検出することにより、４Ｋの長さの範囲における検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００２６】ここで、温度特性の補償について説明すると、温度に応じて各コイルのインピーダンスが変化し、その出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤも変動する。例えば、図３（Ａ）で実線のカーブに対して破線で示すように各電圧が一方向に増加または減少変動する。しかし、これらを加減算合成したサイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおいては、図３（Ｂ）で実線のカーブに対して破線で示すように正負両方向の振幅変化として表れる。これを振幅係数Ａを用いて示すと、Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ及びＡｃｏｓθｓｉｎωｔとなり、この振幅係数Ａが周辺環境温度に応じて変化することとなり、この変化は２つの交流出力信号において同じように現われる。ここから明らかなように、温度特性を示す振幅係数Ａは、それぞれのサイン及びコサイン関数における位相角θに対して影響を及ぼさない。従って、この実施形態においては、自動的に温度特性の補償がされていることとなり、精度のよい位置検出が期待できる。さらに、前述のように、コイル部１０の磁性体コアに相当する磁性体棒８の外周に銅めっき等を施して導電体被膜を形成することにより、温度補償を行うことができる。すなわち、この磁性体棒８の表面の導電体被膜はそこに生じるうず電流損によって磁気回路のインダクタンスを減少させるものであるが、例えば温度上昇時に、各コイルのインピーダンスが上昇するとき（これは本来、自己インダクタンスの減少を招くが）、導電体被膜のうず電流損が減少して相対的に磁気回路のインダクタンスを上昇させ、コイルのインダクタンスの温度ドリフトを補償する。同様の理由で、ボビン部６の非磁性金属として多少なりとも導電性を持つものを用いると、同様の温度ドリフト補償効果が期待できる。
【００２７】サイン及びコサイン関数特性の振幅を持つ交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θを、位相検出回路（若しくは振幅位相変換手段）２２で計測することで、検出対象たるストローク位置をアブソリュートで検出することができる。この位相検出回路２２としては、例えば特開平９−１２６８０９号公報に示された技術を用いて構成するとよい。例えば、第１の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを電気的に９０度シフトすることで、交流信号ｓｉｎθｃｏｓωｔを生成し、これと第２の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを加減算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）およびｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じて進相および遅相方向に位相シフトされた２つの交流信号（位相成分θを交流位相ずれに変換した信号）を生成し、その位相θを測定することで、ストローク位置検出データを得ることができる。あるいは、公知のレゾルバ出力を処理するために使用されるＲ−Ｄコンバータを、この位相検出回路２２として使用するようにしてもよい。
【００２８】なお、図３（Ｂ）に示すように、サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅特性は、角度θと検出対象位置ｘとの対応関係が線形性を持つものとすると、真のサイン及びコサイン関数特性を示していない。しかし、位相検出回路２２では、見かけ上、この交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔをそれぞれサイン及びコサイン関数の振幅特性を持つものとして位相検出処理する。その結果、検出した位相角θは、検出対象位置ｘに対して、線形性を示さないことになる。しかし、位置検出にあたっては、そのように、検出出力データ（検出した位相角θ）と実際の検出対象位置との非直線性はあまり重要な問題とはならない。つまり、所定の反復再現性をもって位置検出を行なうことができればよいのである。また、必要とあらば、位相検出回路２２の出力データを適宜のデータ変換テーブルを用いてデータ変換することにより、検出出力データと実際の検出対象位置との間に正確な線形性を持たせることが容易に行なえる。よって、本発明でいうサイン及びコサイン関数の振幅特性を持つ交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔとは、真のサイン及びコサイン関数特性を示していなければならないものではなく、図３（Ｂ）に示されるように、実際は三角波形状のようなものであってよいものであり、要するに、そのような傾向を示していればよい。つまり、サイン等の三角関数に類似した周期関数であればよい。なお、図３（Ｂ）の例では、観点を変えて、その横軸の目盛をθと見立ててその目盛が所要の非線形目盛からなっているとすれば、横軸の目盛をｘと見立てた場合には見かけ上三角波形状に見えるものであっても、θに関してはサイン関数又はコサイン関数ということができる。
【００２９】サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θの変化範囲は、上記実施例のような０度から３６０度までのほぼフル範囲での変化に限らず、それよりも狭い限られた角度範囲での変化であってもよい。その場合は、コイルの構成を簡略化することができる。有効検出範囲が狭くてもよいような場合には、検出可能位相範囲は３６０度未満の適宜の範囲であってよい。その他、検出目的に応じて、検出可能位相範囲が３６０度未満の適宜の範囲であってよい場合が種々あるので、そのような場合に適宜応用可能である。
【００３０】図４は、磁気応答物質１１の配置の変形例を示す断面図である。ピストン部３の内部空間５の径がその出口に近づくにつれて徐々に広がるような形状をなしており、結果的に該内部空間５の周壁に形成される磁気応答物質１１の寸法がその先端１１ａに近づくほど、センサ部材４つまりコイル部１０からのラジアル方向距離が広がるように傾斜をなしている。この磁気応答物質１１の傾斜範囲は、例えば、ほぼＫぐらいの長さにわたっていてよい。この磁気応答物質１１の傾斜に応じてコイルに対する磁気応答物質１１のギャップ距離が変化し、コイルに滑らかな若しくは非線形的なインダクタンス変化をもたらす。すなわち、磁気応答物質１１の先端１１ａの移動にともなうコイルのインダクタンス変化を滑らかな若しくは非線形的な漸減特性とすることができる。
【００３１】図５は、本発明に係るストロークセンサの別の実施例を示す断面図である。この実施例では、ピストン部３側の磁気応答物質１１がセンサ部材４のコイル部１０に侵入していくにつれて、コイルのインダクタンスが漸増するようになっている。すなわち、コイル部１０のボビン６０は非磁性体からなっており、ピストン部３の内部空間５の周壁に設けられた磁気応答物質１１は強磁性体からなる。これにより、ピストン部３の収縮ストロークによって磁気応答物質１１のコイル部１０の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが増加し、該磁気応答物質１１の端部が１つのコイルの一端から入り込んで他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増する。ピストン部３の伸長ストローク時はその逆である。
【００３２】また、図５の例では、コイル部１０において、有効検出範囲に対応するコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの前後に補助コイルＬα，Ｌβが更に設けられている。すなわち、コイル部１０は、巻数、コイル長等の性質が同等の６つのコイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβを、ピストン部３の直線変位方向に沿って順次配列してなる構成である。補助コイルＬα，Ｌβは、コサイン関数特性を忠実に得ることができるようにするために設けたものであり、精度をそれほど追及しない場合は、省略可能である。
【００３３】ピストン部３のストローク変化に応じた、コイル部１０と磁気応答物質１１との相対的位置関係の変化は、図１の実施例と同様である。すなわち、ピストン部３の内周壁を構成する円筒状の磁気応答物質１１は、ピストン部３の収縮方向の動きに伴って、その内部空間５内に棒状のセンサ部材４を飲み込んでいき、センサ部材４に設けられたコイル部１０の各コイルの磁場内に侵入する。図示の例では、ピストン部３の収縮方向の動きに伴って図の右方向に磁気応答物質１１が進行するとき、磁気応答物質１１の先端が、最初にコイルＬαの磁場に侵入し、次に、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの順にその磁場に侵入していき、最後にコイルＬβの磁場に侵入する。ただし、この実施例では、コイル部１０のボビン６０は非磁性体からなっていて磁性体を含まず、一方、ピストン部３の内部空間５の周壁に設けられた磁気応答物質１１は強磁性体からなるので、磁気応答物質１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが増加し、該磁気応答物質１１の端部が１つのコイルの一端から入り込んで他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増する。
【００３４】図６は図５の実施例におけるコイル部１０の接続例を示す。各コイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβは、交流電源１２から発生される所定の１相の交流信号（ｓｉｎωｔ）によって定電圧又は定電流で励磁される。各コイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβの両端間電圧をそれぞれＶα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβで示すと、このそれぞれの電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβを取り出すために、端子１３〜１９が設けられている。前述と同様に、各コイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβは、物理的に切り離された別々のコイルである必要はなく、一連のコイルの全長を６分割する位置に端子１３〜１９を設けるだけでよい。各コイルの出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβは、アナログ演算回路２０及び２１に所定の組み合わせで入力され、所定の演算式に従って加算又は減算されることで、各アナログ演算回路２０及び２１から検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔおよびｃｏｓθｓｉｎωｔが生成される。
【００３５】以上の構成により、磁気応答物質１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが増加し、該部材の端部が１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増する。複数のコイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβが検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これらコイルに対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、図７（Ａ）に例示するように、各コイルの両端間電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβの漸増変化が順番に起こる。図７（Ａ）において、或るコイルの出力電圧が傾斜している区間において、当該コイルの一端から他端に向かって磁気応答物質１１の端部１１ａが変位していることになる。典型的には、磁気応答物質１１の端部１１ａが或る１つのコイルの一端から他端まで変位する間に生じる該コイルの両端間電圧の漸増変化カーブは、サイン又はコサイン関数における９０度の範囲の関数値変化になぞらえることができる。そこで、各コイルの出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβをそれぞれ適切に組み合わせて加算及び／又は減算することにより、検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００３６】すなわち、図６のアナログ演算回路２０では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（３）のように演算することで、図３（Ｂ）に示すようなサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができ、これは、等価的に「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
（ＶＡ−ＶＢ）＋（ＶＤ−ＶＣ） …式（３）
【００３７】また、図６のアナログ演算回路２１では、コイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβの出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβを下記式（４）のように演算することで、図７（Ｂ）に示すようなコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができる。なお、図７（Ｂ）に示すコサイン関数特性の振幅カーブは、実際はマイナス・コサイン関数特性つまり「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」であるが、サイン関数特性に対して９０度のずれを示すものであるからコサイン関数特性に相当するものである。従って、これをコサイン関数特性の交流出力信号といい、以下、等価的に「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」で示す。
（ＶＡ−Ｖα）＋（ＶＢ−ＶＣ）＋（Ｖβ−ＶＤ） …式（４）
なお、式（４）の演算に代えて、下記の式（４'）の演算を行なってもよい。
（ＶＡ−Ｖα）＋（ＶＢ−ＶＣ）−ＶＤ …式（４'）
【００３８】なお、式（４）で求めたマイナス・コサイン関数特性の交流出力信号「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」を電気的に１８０度位相反転処理することで、実際に、ｃｏｓθｓｉｎωｔで示される信号を生成し、これをコサイン関数特性の交流出力信号としてもよい。しかし、後段の位相検出回路（振幅位相変換回路）２２で、例えば、コサイン関数特性の交流出力信号を「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」の形で減算演算に使用するような場合は、マイナス・コサイン関数特性の交流出力信号「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」のままで使用すればよい。なお、式（４）の演算に代えて、下記の式（４''）の演算を行なえば、実際にコサイン関数特性の交流出力信号「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」を生成することができる。
（Ｖα−ＶＡ）＋（ＶＣ−ＶＢ）＋（ＶＤ−Ｖβ） …式（４''）
【００３９】各交流出力信号の振幅成分であるサイン及びコサイン関数における位相角θは、検出対象位置に対応しており、９０度の範囲の位相角θが、１個のコイルの長さＫに対応している。従って、４Ｋの長さの有効検出範囲は、位相角θの０度から３６０度までの範囲に対応している。よって、この位相角θを検出することにより、４Ｋの長さの範囲における検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００４０】図５の構成も、図１の場合と同様に、温度ドリフト補償可能である。温度ドリフト特性は、図７（Ａ）で実線のカーブに対して破線で示すようであり、各電圧が一方向に増加または減少変動する。しかし、これらを加減算合成したサイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおいては、図７（Ｂ）で実線のカーブに対して破線で示すように正負両方向の振幅変化として表れる。これを振幅係数Ａを用いて示すと、Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ及びＡｃｏｓθｓｉｎωｔとなり、この振幅係数Ａが周辺環境温度に応じて変化することとなり、この変化は２つの交流出力信号において同じように現われる。ここから明らかなように、温度特性を示す振幅係数Ａは、それぞれのサイン及びコサイン関数における位相角θに対して影響を及ぼさない。従って、この実施形態においては、自動的に温度特性の補償がされていることとなり、精度のよい位置検出が期待できる。
【００４１】サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θを、前述と同様に、位相検出回路（若しくは振幅位相変換手段）２２で計測することで、検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００４２】図８は、コイル部１０及び磁気応答物質１１の別の構成例を示す側面及び断面図である。この場合、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの相互の配置間隔は、図５等の例と同様に、Ｋであるが、各コイルの長さが短くなっている。すなわち、隣接する各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβは図１や図５のように密接している必要はなく、適宜離隔していてもよい。ピストン部３の内部空間５の径がその出口に近づくにつれて徐々に広がるような形状をなしており、結果的に該内部空間５の周壁に形成される磁気応答物質１１の寸法がその先端１１ａに近づくほど、センサ部材４つまりコイル部１０からのラジアル方向距離が広がるように傾斜をなしている。この磁気応答物質１１の傾斜範囲は、例えば、ほぼＫぐらいの長さにわたっている。この磁気応答物質１１の傾斜に応じてコイルに対する磁気応答物質１１のギャップ距離が変化し、コイルに滑らかなインダクタンス変化をもたらす。すなわち、磁気応答物質１１の先端１１ａの移動にともなうコイルのインダクタンス変化を滑らかな漸増（若しくは漸減）変化特性とすることができる。勿論、図１や図５のように各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβが密接して配置されている場合も、ピストン部３の内部空間５の周壁に設けられた磁気応答物質１１がその先端１１ａから所定の範囲で図８図示のような傾斜をなすように形成してよいことは、図４で既に述べた。また、図１及び図５のようにピストン部３の内部空間５の周壁に設けられた磁気応答物質１１に特段の傾斜を設けない場合でも、図８のように各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβを適宜分離して配置することも可能である。
【００４３】更に別の例として、コイル部１０の各コイルは、分離配置された複数のコイル部分からなっていてもよい。図９は、その一例として、１個のコイルＬＡについて、その分離配置例を示している。図９においては、分離配置された４つのコイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４によって、Ｋの範囲をカバーする１個のコイルＬＡが構成されている。各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４は直列接続され、コイルＬＡの端子間電圧ＶＡが出力される。この場合、各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４の巻数は、共通していてもよいし、適宜異なっていてもよい。また、各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４の配置の離隔間隔は均等であってもよいし、適宜異なっていてもよい。これら、コイル巻数や離隔間隔などを不均一（非線形）にすることにより、サイン関数またはコサイン関数のカーブにより近い特性の自己インピーダンス変化を引き起こすことができる。そうすれば、前述した検出位相角θと実際の検出対象距離（位置）との関係の非線形性を改善することができる。同様に、図１や図５のように隣接するコイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβを密接して配置する場合も、１つのコイルの全長Ｋの範囲でその巻数を均一にせずに、位置に応じて不均一にしてもよい。これによっても、サイン関数またはコサイン関数のカーブにより近い特性の自己インピーダンス変化を引き起こすことができ、前述した検出位相角θと実際の検出対象距離（位置）との関係の非線形性を改善することができる。
【００４４】図１０は、図５におけるコイル部１０の各コイルの配置の変形例であり、隣接コイル間でのクロストークを防いで検出精度を向上させることができるようにしたものである。図１０（Ａ）においては、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの間に磁性体スペーサ３１が配置されている。これにより、個々のコイルで発生した磁束の通り道が拡散されずに、個々のコイルの内部から直近端部（磁性体スペーサ３１の箇所）を通り、外周を通り、直近端部（磁性体スペーサ３１の箇所）を通り、内部に戻るという、図示のΦに示すようなルートを通ることになる。よって、クロストークを防ぎ、各コイルの外周に対して近接する磁気応答物質１１の存在に対する個々のコイルの応答性（インピーダンス変化）を極めて良好にし、検出精度を向上させることができる。図１０（Ａ）では隣接コイル間に設ける磁性体スペーサ３１は１個であるが、図１０（Ｂ）のように、隣接コイル間に２個の磁性体スペーサ３１ａ，３１ｂを幾分分離させて配置するようにしてもよい。この場合、非磁性体からなるボビン６０の芯に細い針金のような磁性体を挿入しておき、磁束の通りを良くするようにしてもよい。図１０に示された変形は、図１の例においても適用可能である。
【００４５】上記各実施例において、磁気応答物質１１の構成は、磁性体又は導電体の一方に限らず、両方を逆特性でハイブリッドに組み合わせたものであってもよい。また、磁気応答物質１１として永久磁石を含むものを使用し、コイル部１０の各コイルには鉄心コア含むようにしてもよい。例えば、図１のようにボビン部６に磁性体棒８を具備する構成を採用し、磁気応答物質１１として永久磁石は、少なくともコイル長Ｋに相当する長さを持つリング状磁石を用いるとよい。その場合では、ピストン部３の動きに応じて、磁気応答物質１１たる永久磁石が、いずれかのコイルに接近するとその近接箇所に対応する鉄心コアが部分的に磁気飽和ないし過飽和状態となり、該コイルの端子間電圧が低下する。このように、磁気応答部材１１として永久磁石を使用する場合も、非磁性良導電体を用いる場合と同様に、磁気応答部材１１つまり永久磁石が１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧の漸減変化を引き起こさせることができる。
【００４６】更に、上記各実施例においては、サイン及びコサイン関数の振幅特性を持つ２つの出力交流信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成する例（いわばレゾルバタイプの２相出力を生ずる例）について説明したが、これに限らず、所定位相ずれを示す３以上の三角関数の振幅特性を持つ３以上の出力交流信号（例えば、ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ、ｓｉｎ（θ−１２０°）・ｓｉｎωｔ及びｓｉｎ（θ−２４０°）・ｓｉｎωｔ）を出力するように構成してもよい。
【００４７】なお、上記各実施例において、配置するコイルＬＡ〜ＬＤの数は、２又は３であってもよいし、４以上であってもよい。出力交流信号における振幅関数の位相θの変化範囲として、３６０度フルにとらずに、９０度程度あるいは１８０度程度の範囲でよい場合は、２又は３個のコイルでも済ますことができる。
【００４８】変形例として、公知の位相シフト型位置検出原理に従う検出装置のように、２相交流信号（例えばｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）を用いて複数相でコイルを励磁し、ストローク位置に対応する位相角θだけ位相シフトした出力交流信号（例えばｓｉｎ（ωｔ＋θ））を得るようにすることも可能である。そのためには、例えば、２つのコイルグループを並列配置し、各グループ毎に位相の異なる交流信号（例えばｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）によってそれぞれ該グループ内のコイルを共通に励磁し、一方のコイルグループの出力をアナログ演算することでｃｏｓθｓｉｎωｔを形成し、他方のコイルグループの出力をアナログ演算することでｓｉｎθｃｏｓωｔを形成するようにし、両出力を加算又は減算すれば、位相シフトした出力交流信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）を得ることができる。
【００４９】上記各実施例において、コイル部１０と磁気応答物質１１との関係を逆にし、コイル部１０を可動体つまりピストン部３の内部空間５内に配置し、磁気応答物質１１をセンサ部材４の側に固定するようにしてもよい。上記各実施例に係る本発明のストロークセンサは、流体圧シリンダのストローク位置検出装置に限らず、スプール弁のスプール位置検出装置など、その他適宜の可動体ストローク位置検出装置に適用することができる。また、センサのサイズも、適用する装置のサイズに合わせて、大型の堅牢な検出装置として構成することもできるし、小型の精密ストローク位置検出装置として構成することもできる。
【００５０】
【発明の効果】以上のとおり、この発明によれば、１次コイルのみを設ければよく、２次コイルは不要であるため、小型化の容易な、かつシンプルで安価な構造のストロークセンサを提供することができる。また、複数のコイル区間を検出対象の変位方向に沿って順次配列してなり、磁気応答物質の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減（又は漸増）する特性の変化が、各コイル区間毎に順番に起こるので、各コイル区間毎の両端間電圧をそれぞれ取り出してそれらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号（例えばサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号）を容易に生成することができ、利用可能な位相角範囲を広くとることができる。例えば、上記のように、０度から３６０度までのフルの位相角範囲で検出を行うことも可能である。また、これら複数の交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する所定周期関数（例えばサイン及びコサイン関数）における位相値を検出することで、検出対象の変位が微小でも高分解能での位置検出が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９７１５６９７１
【氏名又は名称】株式会社アミテック
【識別番号】０００１９０２９７
【氏名又は名称】新キャタピラー三菱株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月３日（１９９９．９．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５３９
【弁理士】
【氏名又は名称】飯塚 義仁
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７４００６（Ｐ２００１−７４００６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４９７６８ |
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