特開 2017-110981 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-110981(P2017-110981A)

(43)【公開日】2017年6月22日

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/14 20060101AFI20170526BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20170526BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/14 H

   G01B7/00 101H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-244752(P2015-244752)

(22)【出願日】2015年12月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000102511

【氏名又は名称】ＳＭＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(72)【発明者】

【氏名】山岸 健

(72)【発明者】

【氏名】阿木 智彦

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 憲正

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063BA05

2F063BB03

2F063CA11

2F063DD06

2F063GA52

2F063LA20

2F077AA33

2F077CC08

2F077JJ03

2F077JJ08

2F077JJ23

2F077PP12

2F077TT26

2F077TT59

(57)【要約】

【課題】磁石が装着された移動体の位置を速やかに検出して応答性を向上させると共に、装置の小型化や低コスト化も実現する。
【解決手段】位置検出装置１１のｎ個のホール素子２４は、ピストン１４の磁石１６による磁気に応じたアナログ検出信号を出力する。ｎ個のＡＤ変換器３０は、アナログ検出信号をデジタル検出信号にＡＤ変換する。ラダー回路２０は、ｎ個の磁気検出部１８の各々から出力されたデジタル検出信号を、ｎビットのデジタル信号として受け、１つのアナログ出力信号にＤＡ変換する。制御ＩＣ２２は、入力された１つのアナログ出力信号に基づいてピストン１４の概略位置を検出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に装着された磁石による磁気を検出し、該磁気に応じたアナログ検出信号を出力する磁気センサ素子、及び、前記アナログ検出信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換後のデジタル検出信号を出力する第１のＡＤ変換器を有し、前記移動体の移動方向に沿って一定の間隔で設けられたｎ個の磁気検出部と、
前記ｎ個の磁気検出部の各々から出力されたデジタル検出信号を、ｎビットのデジタル信号として受け、前記ｎビットのデジタル信号をＤＡ変換し、ＤＡ変換されたアナログ出力信号を出力するＤＡ変換部と、
前記ＤＡ変換部から入力された前記アナログ出力信号に基づいて前記移動体の位置を検出する位置検出部と、
を有することを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

請求項１記載の位置検出装置において、
前記位置検出部は、入力された前記アナログ出力信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器を備え、ＡＤ変換されたｎビットのデジタル出力信号に基づいて前記磁石の位置を特定することにより、当該磁石を装着した前記移動体の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。

【請求項3】

請求項１又は２記載の位置検出装置において、
前記位置検出部と前記ｎ個の磁気検出部とを接続する信号線をさらに有し、
前記位置検出部は、検出した前記移動体の位置に対して所定の範囲内にある複数の磁気検出部を特定し、特定した複数の磁気検出部の各々から、前記信号線を介して、アナログ検出信号の値を読み出し、読み出した複数の前記アナログ検出信号の値に基づいて前記移動体の詳細な位置を特定することを特徴とする位置検出装置。

【請求項4】

請求項３記載の位置検出装置において、
前記位置検出部は、特定した複数の前記磁気検出部から読み出した複数の前記アナログ検出信号の値を、特定した複数の前記磁気検出部の配置位置に応じてプロットすることで、前記移動方向に対する複数の前記アナログ検出信号の値の変化を示す波形を求め、求めた前記波形が０と交差するゼロクロスポイントを検索することにより、検索した前記ゼロクロスポイントの位置を前記移動体の詳細な位置として特定することを特徴とする位置検出装置。

【請求項5】

請求項３又は４記載の位置検出装置において、
前記位置検出部は、特定した前記移動体の詳細な位置に基づいて、前記移動体の移動速度及び／又は移動距離を算出することを特徴とする位置検出装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置検出装置において、
前記ＤＡ変換部は、Ｒ−２Ｒ型のラダー回路であることを特徴とする位置検出装置。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検出装置において、
前記ｎ個の磁気センサ素子は、ホール素子であり、
前記移動体は、アクチュエータのシリンダチューブ内を前記移動方向に沿って移動するピストンであり、
前記磁石は、前記移動方向に沿った磁極の向きで前記ピストンに装着され、
前記ｎ個の磁気検出部は、前記シリンダチューブの外側で前記移動方向に沿って一列に配置されていることを特徴とする位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体に装着された磁石による磁気を検出することにより、当該移動体の位置を検出する位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、空気圧シリンダ等のアクチュエータの駆動部分（移動体）の位置を計測する位置検出装置として、磁気検出スイッチ、レーザ変位計等がある。磁気検出スイッチは、安価に製作できる一方で、検出対象である磁石を装着した移動体が特定位置に存在するか否かの判別しかできない。レーザ変位計は、移動体の位置を計測できるが、アクチュエータと別体に設置する必要がある上、レーザ光を移動体に照射するための場所を予め確保しておく必要がある。これに対して、磁気式測長センサのような位置検出装置では、移動体の位置検出が容易であると共に、アクチュエータに直接取り付けることができる。

【0003】

特許文献１には、一列に並んだ磁気センサの出力を順次読み取り、読み取った各出力に基づいて移動体である磁石の位置を検出する磁気式測長センサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１７８１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、多数の磁気センサの出力を順番に読み取るので、磁気センサの個数分だけ処理時間がかかり、応答性が悪い。

【0006】

そこで、磁気センサ毎に配線し、各磁気センサの出力を一括して読み取ることも考えられる。この場合、磁気センサの数だけ配線が必要となるので、各配線の引き回しスペースが必要となり、装置の大型化やコストがかかるという問題がある。

【0007】

本発明は、上記の問題を解消するためになされたものであり、磁石が装着された移動体の位置を速やかに検出して応答性を向上させると共に、装置の小型化や低コスト化も実現できる位置検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る位置検出装置は、ｎ個の磁気検出部、ＤＡ変換部及び位置検出部を有する。

【0009】

前記ｎ個の磁気検出部は、移動体に装着された磁石による磁気を検出し、該磁気に応じたアナログ検出信号を出力する磁気センサ素子、及び、前記アナログ検出信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換後のデジタル検出信号を出力する第１のＡＤ変換器を有し、前記移動体の移動方向に沿って一定の間隔で設けられる。

【0010】

前記ＤＡ変換部は、前記ｎ個の磁気検出部の各々から出力されたデジタル検出信号を、ｎビットのデジタル信号として受け、前記ｎビットのデジタル信号をＤＡ変換し、ＤＡ変換されたアナログ出力信号を出力する。

【0011】

前記位置検出部は、前記ＤＡ変換部から入力された前記アナログ出力信号に基づいて前記移動体の位置を検出する。

【0012】

従って、本発明において、前記ＤＡ変換部は、前記ｎ個の磁気検出部の各々から出力されたデジタル検出信号を、前記ｎビットのデジタル信号として受けた後に前記アナログ出力信号にＤＡ変換し、前記位置検出部に出力する。この結果、前記位置検出部は、前記ｎ個のアナログ検出信号又はデジタル検出信号を順次読み出す必要がないので、前記アナログ出力信号に基づき、前記移動体の位置を迅速に検出することができる。

【0013】

また、前記ｎ個の磁気センサ素子は、前記移動体が近接したときに、前記磁石による前記磁気に反応（前記磁気を検出）してハイレベルのアナログ検出信号を出力し、一方で、前記移動体が離間して前記磁気を検出できないときに、ローレベルのアナログ検出信号を出力する。従って、前記位置検出部は、（前記ｎ個のアナログ検出信号に基づく）前記ｎビットのデジタル信号に応じた前記アナログ出力信号の値と、前記ｎ個の磁気センサ素子の配置位置との関係から、前記磁石（を装着した前記移動体）の位置を容易に検出することができる。

【0014】

さらに、前記位置検出部は、前記ＤＡ変換部から前記アナログ出力信号のみ読み出すので、前記位置検出部と前記ＤＡ変換部との間の配線を減らすことができる。これにより、前記位置検出装置では、必要最小限の配線で前記移動体の位置を検出することが可能となる。この結果、前記位置検出装置の大型化を回避して、コストの削減を図ることができる。

【0015】

従って、本発明によれば、前記磁石が装着された前記移動体の位置を速やかに検出して応答性を向上させると共に、前記位置検出装置の小型化や低コスト化も実現することができる。

【0016】

ここで、前記位置検出部は、入力された前記アナログ出力信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器を備え、ＡＤ変換されたｎビットのデジタル出力信号に基づいて前記磁石の位置を特定することにより、当該磁石を装着した前記移動体の位置を検出する。

【0017】

前記ｎビットのデジタル出力信号は、前記ｎ個の磁気検出部の各々から前記ＤＡ変換部に出力される前記デジタル検出信号に対応するデジタル信号である。従って、前記位置検出部は、前記ｎビットのデジタル出力信号の値と前記ｎ個の磁気センサ素子の配置位置との関係から、前記磁石の位置を速やかに特定し、当該磁石を装着した前記移動体の位置を容易に検出することができる。

【0018】

ところで、前記磁石による前記磁気は、一定の広がりを持っている。そのため、前記位置検出部が前記ｎビットのデジタル出力信号に基づき検出した前記移動体の位置は、一定の広がりに応じた概略位置となる可能性がある。

【0019】

そこで、本発明では、前記移動体の詳細な位置を特定するため、下記の構成を具備することが好ましい。すなわち、前記位置検出装置は、前記位置検出部と前記ｎ個の磁気検出部とを接続する信号線をさらに有する。前記位置検出部は、検出した前記移動体の位置に対して所定の範囲内にある複数の磁気検出部を特定し、特定した複数の磁気検出部の各々から、前記信号線を介して、アナログ検出信号の値を読み出し、読み出した複数の前記アナログ検出信号の値に基づいて前記移動体の詳細な位置を特定する。

【0020】

これにより、前記位置検出部は、前記ｎビットのデジタル出力信号を用いて特定された前記移動体の概略位置に基づき、前記所定の範囲内にある複数の磁気検出部からアナログ検出信号の値を読み出すことになる。すなわち、前記位置検出部は、全ての磁気検出部からアナログ検出信号の値を読み出す必要がないので、前記移動体の詳細な位置の特定に係る処理時間を短縮化することができる。従って、本発明では、前記移動体の詳細な位置の特定処理が高速化され、応答性を一層高めることができる。

【0021】

また、前記位置検出部は、特定した複数の前記磁気検出部から読み出した複数の前記アナログ検出信号の値を、特定した複数の前記磁気検出部の配置位置に応じてプロットすることで、前記移動方向に対する複数の前記アナログ検出信号の値の変化を示す波形を求め、求めた前記波形が０と交差するゼロクロスポイントを検索することにより、検索した前記ゼロクロスポイントの位置を前記移動体の詳細な位置として特定することが好ましい。

【0022】

これにより、前記移動体の詳細な位置を高速且つ確実に特定することができる。

【0023】

さらに、前記位置検出部は、特定した前記移動体の詳細な位置に基づいて、前記移動体の移動速度及び／又は移動距離を算出してもよい。

【0024】

なお、本発明において、前記ＤＡ変換部は、Ｒ−２Ｒ型のラダー回路であることが好ましい。

【0025】

また、本発明において、前記ｎ個の磁気センサ素子は、ホール素子であり、前記移動体は、アクチュエータのシリンダチューブ内を前記移動方向に沿って移動するピストンであり、前記磁石は、前記移動方向に沿った磁極の向きで前記ピストンに装着され、前記ｎ個の磁気検出部は、前記シリンダチューブの外側で前記移動方向に沿って一列に配置されている。

【0026】

これにより、前記位置検出装置を前記アクチュエータに適用し、前記シリンダチューブの外側に前記ｎ個の磁気検出部を一列に配置するだけで、前記磁石を装着した前記ピストンの詳細な位置を高速且つ確実に特定することができる。

【0027】

また、前記ｎ個の磁気検出部が前記シリンダチューブの外側で一列に配置されることにより、幅方向（前記シリンダチューブの外周方向）への広がりを抑えることができる。この結果、前記シリンダチューブの長手方向に沿った長方形状のプリント基板に前記ｎ個の磁気検出部を一列に搭載し、該プリント基板を前記シリンダチューブに配置する際（例えば、前記シリンダチューブの長手方向に設けられた溝に前記プリント基板を埋め込み配置する際）、前記プリント基板の配線本数を減らしつつ、前記幅方向の省スペース化を実現することができる。従って、本発明では、前記位置検出装置を前記アクチュエータに適用する場合、従来技術と比較して、フットプリント（設置面積）やコストの面で有利である。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、磁石が装着された移動体の位置を速やかに検出して応答性を向上させると共に、位置検出装置の小型化や低コスト化も実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本実施形態に係る位置検出装置が適用されるアクチュエータの概略構成を示す断面図である。

【図2】図１の位置検出装置の概略構成図である。

【図3】１つのホール素子が検出したアナログ検出信号（垂直成分のアナログ信号）の波形を示す図である。

【図4】磁気検出部の数を８個とした場合に、ラダー回路に入力される８ビットのデジタル信号とピストンの概略位置との関係を示すグラフである。

【図5】波形からゼロクロスポイントを特定するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明に係る位置検出装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【0031】

［アクチュエータ及び位置検出装置の概略構成］
図１は、本実施形態に係る位置検出装置１１が適用されるアクチュエータ１０の断面図である。

【0032】

アクチュエータ１０は、シリンダチューブ１２と、シリンダチューブ１２内の空間１３を２つの空間１３ａ、１３ｂに区切ると共に、シリンダチューブ１２内を矢印Ａ方向（移動方向）に移動するピストン１４とを有する。ピストン１４には、ピストンロッド１４ａが接続されている。なお、図１において、矢印Ａ方向のうち右側方向を矢印ａ１方向とし、左側方向を矢印ａ２方向とする。

【0033】

シリンダチューブ１２の矢印Ａ方向の両端部には、空間１３ａ、１３ｂへ空気を流入させると共に、空間１３ａ、１３ｂ内の空気を排出させるためのエアポート１２ａ、１２ｂが設けられている。この場合、エアポート１２ｂから空気が流入され、エアポート１２ａから空気が排出されると、ピストン１４は、空間１３ａ、１３ｂの圧力差によって矢印ａ１方向に移動する。逆に、エアポート１２ａから空気が流入され、エアポート１２ｂから空気が排出されると、ピストン１４は、空間１３ａ、１３ｂの圧力差によって矢印ａ２方向に移動する。

【0034】

ピストン１４には、磁石１６が設けられている。本実施形態に係る位置検出装置１１は、磁石１６による磁気を検出し、検出した磁気に基づいて磁石１６が装着されたピストン１４の位置を検出する磁気式測長センサである。具体的に、アクチュエータ１０のシリンダチューブ１２の外側には、ピストン１４の移動方向（矢印Ａ方向）に沿って、位置検出装置１１を構成する磁気検出部１８が一定の間隔をあけて一列に複数（ｎ個）設けられている。位置検出装置１１では、複数の磁気検出部１８の検出信号に基づいて、ピストン１４の位置を特定することができる。

【0035】

なお、磁石１６の矢印Ａ方向の一方側はＮ極、他方側がＳ極となっている。ここでは、磁石１６の矢印ａ２方向側をＮ極とし、矢印ａ１方向側をＳ極とする。従って、磁石１６の磁極の向きは、ピストン１４の移動方向（矢印Ａ方向）と同じ方向である。また、本実施形態において、シリンダチューブ１２には、長手方向（矢印Ａ方向）に沿って図示しない溝が設けられ、当該溝に埋め込み配置される長方形状のプリント基板にｎ個の磁気検出部１８を一列に配置することが好ましい。

【0036】

［位置検出装置の具体的構成及び作用］
次に、本実施形態に係る位置検出装置１１の具体的構成について、図２の概略構成図を参照しながら説明する。

【0037】

磁気式測長センサとしての位置検出装置１１は、ｎ個の磁気検出部１８、ラダー回路２０（ＤＡ変換部）及び制御ＩＣ２２（位置検出部）を備える。磁気検出部１８は、１個のホール素子２４（磁気センサ素子）及び１個のマイコン２６を有する。つまり、磁気検出部１８は、１個のホール素子２４と１個のマイコン２６とが組み合わされてモジュール化されたものである。ｎ個の磁気検出部１８のホール素子２４には、駆動電位ＶＣＣ及び基準電位ＧＮＤが印加されている。

【0038】

ホール素子２４は、磁石１６による磁気を検出し、検出した磁気に応じたアナログの検出信号（以下、アナログ検出信号という。）をマイコン２６に出力する。この場合、ホール素子２４は、ピストン１４の移動方向（磁石１６の磁極の向き）に直交する磁気の垂直成分に応じたアナログ検出信号（垂直成分のアナログ信号）を出力する。

【0039】

図３は、１個のホール素子２４が検出したアナログ検出信号（垂直成分のアナログ信号）の波形を示す図である。ここで、図３の横軸は、磁石１６の位置を示しており、縦軸は、アナログ検出信号の値（電圧値）を示している。

【0040】

ホール素子２４に磁石１６のＮ極が近づくと、アナログ検出信号の値は正となり、Ｎ極が最も近づくとアナログ検出信号の値は最も高くなる。逆に、ホール素子２４に磁石１６のＳ極が近づくと、アナログ検出信号の値は負となり、Ｓ極が最も近づくとアナログ検出信号の値は最も低くなる。磁石１６のＮ極とＳ極との境目がホール素子２４に最も近づいた状態では、アナログ検出信号は０［Ｖ］となる。

【0041】

例えば、図２の配置において、左から２番目（矢印ａ２方向側から数えて２番目）の磁気検出部１８に着目した場合、磁石１６が矢印ａ１方向から矢印ａ２方向（Ｎ極側の方向）に向かって一定の速度で当該磁気検出部１８のホール素子２４に近づくと、アナログ検出信号の値は、０［Ｖ］から徐々に高くなって正のピークを迎えた後、徐々に低くなり、その後０［Ｖ］になる。そして、磁石１６が矢印ａ２方向に向かってさらに移動すると、アナログ検出信号の値は、さらに低くなって負のピークを迎えた後、徐々に高くなり、その後０［Ｖ］になる。

【0042】

一方、図２の配置において、例えば、最も右側（矢印ａ１方向側）の磁気検出部１８に着目した場合、磁石１６が矢印ａ２方向から矢印ａ１方向（Ｓ極側の方向）に向かって一定の速度で当該磁気検出部１８のホール素子２４に近づくと、アナログ検出信号の値は、０［Ｖ］から徐々に低くなり負のピークを迎えた後、徐々に高くなり、その後０［Ｖ］になる。そして、磁石１６が矢印ａ１方向に向かってさらに移動すると、アナログ検出信号の値は、さらに高くなり正のピークを迎えた後、徐々に低くなり、その後０［Ｖ］になる。

【0043】

ここで、図３の波形において、アナログ検出信号が０［Ｖ］と交差（クロス）するポイントをゼロクロスポイントＰと呼ぶ。

【0044】

図２に戻り、マイコン２６は、ＡＤ変換器３０（第１のＡＤ変換器）、Ｉ／Ｏポート３２及び通信部３４を少なくとも有する。ＡＤ変換器３０は、一定の周期でホール素子２４が検出したアナログ検出信号を、１ビットのデジタル信号（以下、「デジタル検出信号」と呼ぶ。）に変換して、Ｉ／Ｏポート３２に出力する。

【0045】

すなわち、ＡＤ変換器３０は、ホール素子２４が検出したアナログ検出信号の絶対値が閾値より高い場合は、「１」のデジタル検出信号をＩ／Ｏポート３２に出力し、一方で、アナログ検出信号の絶対値が閾値より低い場合は、「０」のデジタル検出信号をＩ／Ｏポート３２に出力する。なお、図３では、ＡＤ変換器３０によってデジタル検出信号が「１」となるアナログ検出信号の領域を斜線で示している。

【0046】

Ｉ／Ｏポート３２は、ＡＤ変換器３０から送られてきた１ビットのデジタル検出信号をラダー回路２０に出力する。従って、ラダー回路２０には、ｎ個の磁気検出部１８の各々から１ビットのデジタル検出信号が入力される。そのため、ラダー回路２０は、ｎ個の磁気検出部１８の各々から出力されたデジタル検出信号を、磁気検出部１８の数ｎ分のビット数を有するデジタル信号（ｎビットのデジタル信号）として受ける。例えば、磁気検出部１８の数を８個とすると、８個の磁気検出部１８の各々から１ビットのデジタル検出信号がラダー回路２０に出力されるので、ラダー回路２０には、８ビットのデジタル信号が入力されることになる。

【0047】

磁気検出部１８の数ｎは、測長距離等によって任意に変更可能である。図２に示すｎ個の磁気検出部１８から出力される１ビットのデジタル検出信号は、矢印Ａ方向に沿って一番右からから順に、ｎビットのデジタル信号の１桁目、２桁目、・・・、ｎ桁目に対応する。このｎビットのデジタル信号は、ピストン１４（磁石１６）の位置（概略位置）を示すものである。図４は、磁気検出部１８の数を８個とした場合に、ラダー回路２０に入力される８ビットのデジタル信号とピストン１４（磁石１６）の位置（概略位置）との関係を示すグラフである。なお、図４においては、ラダー回路２０に入力される８ビットのデジタル信号の値（出力値）を１０進法で示している。

【0048】

ところで、磁石１６による磁気は、一定の広がりを持っている。そのため、「１」のデジタル検出信号を出力する磁気検出部１８は、複数存在する。また、ゼロクロスポイントＰ付近に位置する磁気検出部１８が出力するデジタル検出信号は、「０」となる（図３参照）。従って、ピストン１４（磁石１６）の位置から所定の範囲内にある複数の磁気検出部１８（例えば、６個の磁気検出部１８とする）の各々から出力されるデジタル検出信号のデータ列は、ａ１方向に沿って、例えば、「１１００１１」となる。そのため、図４に示すようなグラフを用いれば、ｎビットのデジタル信号から磁石１６の位置を特定することは可能であるが、特定される磁石１６の位置は、概略位置になることに留意する。

【0049】

図２に戻り、ラダー回路２０は、抵抗Ｒ、２Ｒ（抵抗２Ｒの抵抗値は、抵抗Ｒの２倍）で構成されるＲ−２Ｒ型のラダー回路である。すなわち、ラダー回路２０の出力端子は、制御ＩＣ２２に接続され、制御ＩＣ２２とグランドとの間には、複数の抵抗Ｒと１個の抵抗２Ｒとが直列接続されている。また、ラダー回路２０の複数の入力端子は、各マイコン２６に接続され、抵抗２Ｒを介して、直列接続された各抵抗Ｒ、２Ｒ間にそれぞれ接続されている。

【0050】

この場合、ラダー回路２０は、ｎ個のマイコン２６から入力されたｎビットのデジタル信号を１つのアナログ信号（アナログ出力信号）に変換して制御ＩＣ２２に出力する。なお、ラダー回路２０には、一定の周期でｎ個のマイコン２６から新しいｎビットのデジタル信号が送られてくる。そのため、ピストン１４が移動している場合には、ラダー回路２０が制御ＩＣ２２に出力する１つのアナログ信号も一定の周期で変化する。

【0051】

制御ＩＣ２２は、ＡＤ変換器４０（第２のＡＤ変換器）、制御部４２及び通信部４４を少なくとも備える。ラダー回路２０からの１つのアナログ出力信号は、制御ＩＣ２２のＡＤ変換器４０に入力される。ＡＤ変換器４０は、入力されたアナログ出力信号を一定の周期でｎビットのデジタル信号（デジタル出力信号）に変換して、制御部４２に出力する。

【0052】

制御部４２は、入力されたｎビットのデジタル出力信号に基づいて、ピストン１４（磁石１６）の概略位置を決定する。制御部４２は、図４に示すようなテーブルを有し、入力されたｎビットのデジタル信号に基づいて、ピストン１４（磁石１６）の概略位置を決定する。これにより、即座にピストン１４（磁石１６）の概略位置を決定することができる。

【0053】

すなわち、一定の周期でｎ個の磁気検出部１８から送られてくるｎビットのデジタル信号をラダー回路２０でＤＡ変換し、ＤＡ変換された１つのアナログ出力信号が制御ＩＣ２２に入力される。そのため、制御ＩＣ２２は、全ての磁気検出部１８からの信号を、１つのアナログ出力信号の形で一括して取得することができるので、全ての磁気検出部１８のアナログ検出信号を順次読み出す必要がなく、迅速にピストン１４（磁石１６）の位置を検出することができる。

【0054】

なお、制御部４２は、一定の周期で求めたピストン１４（磁石１６）の概略位置に基づいて、ピストン１４（磁石１６）の移動速度及び／又は移動距離を算出してもよい。

【0055】

通信部４４とｎ個のマイコン２６とは、信号線５０を介して接続されている。ピストン１４（磁石１６）の概略位置を決定した場合、制御部４２は、決定したピストン１４（磁石１６）の概略位置に基づき、信号線５０を介して、アナログ検出信号を読み出すべき磁気検出部１８を複数特定する。

【0056】

すなわち、前述のように、磁石１６による磁気が一定の広がりを持つことにより、ｎビットのデジタル出力信号から特定される磁石１６の位置は、概略位置となる。そこで、磁石１６の詳細な位置（詳細位置）を特定すべく、制御部４２は、ゼロクロスポイントＰを検索するため、決定したピストン１４（磁石１６）の概略位置から所定の範囲内、つまり、決定したピストン１４の概略位置から矢印ａ１方向及び矢印ａ２方向に向かってそれぞれ所定個目までの磁気検出部１８を、アナログ検出信号を読み出すべき磁気検出部１８として特定する。なお、このアナログ検出信号を読み出すべきものと特定される磁気検出部１８の数は、シリンダチューブ１２の外側に配置される全ての磁気検出部１８の数ｎよりはるかに少ない。

【0057】

この場合、制御部４２（制御ＩＣ２２）は、信号線５０を介して、特定した複数の磁気検出部１８のマイコン２６に制御信号を順次送る。制御信号を受け取った磁気検出部１８のマイコン２６は、ホール素子２４が検出したアナログ検出信号を、信号線５０を介して制御ＩＣ２２（制御部４２）に送る。これにより、制御部４２（制御ＩＣ２２）は、特定した複数の磁気検出部１８のマイコン２６からのアナログ検出信号を、信号線５０を介して順次取得することができる。

【0058】

なお、上述の信号線５０を介したアナログ検出信号の送信は、マイコン２６と制御ＩＣ２２とのシリアル通信により、通信部３４及び通信部４４を介して行われる。この場合、当該シリアル通信は、ＩＩＣ（Ｉ２Ｃ）バス（ＩＩＣ及びＩ２Ｃは登録商標）、ＳＰＩバス等によって行われる。

【0059】

制御部４２は、複数の磁気検出部１８から受け取ったアナログ検出信号に基づいて、ピストン１４（磁石１６）の正確な位置を特定する。具体的には、制御部４２は、複数の磁気検出部１８から受け取ったアナログ検出信号の値（電圧値）を、磁気検出部１８の配置位置に応じてプロットすることで、図５に示すような波形を求め、ゼロクロスポイントＰを特定する。そして、制御部４２は、特定したゼロクロスポイントＰの位置をピストン１４（磁石１６）の詳細位置として特定する。

【0060】

このように、全て（ｎ個）の磁気検出部１８からのアナログ検出信号を順次取得する必要がないので、ピストン１４（磁石１６）の詳細位置を迅速且つ正確に特定することができる。なお、制御部４２は、特定したピストン１４（磁石１６）の詳細位置に基づいて、ピストン１４（磁石１６）の移動速度及び／又は移動距離を算出してもよい。

【0061】

［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る位置検出装置１１では、ＤＡ変換部としてのラダー回路２０は、ｎ個の磁気検出部１８の各々から出力されたデジタル検出信号を、ｎビットのデジタル信号として受けた後に１つのアナログ出力信号にＤＡ変換し、制御ＩＣ２２に出力する。この結果、制御ＩＣ２２は、ｎ個のアナログ検出信号又はデジタル検出信号を順次読み出す必要がないので、１つのアナログ出力信号に基づき、磁石１６が装着されたピストン１４の位置を迅速に検出することができる。

【0062】

また、ｎ個のホール素子２４は、ピストン１４が近接したときに、磁石１６による磁気に反応（磁気を検出）してハイレベルのアナログ検出信号を出力し、一方で、ピストン１４が離間して磁気を検出できないときに、ローレベルのアナログ検出信号を出力する。従って、制御ＩＣ２２は、（ｎ個のアナログ検出信号に基づく）ｎビットのデジタル信号に応じた１つのアナログ出力信号の値と、ｎ個のホール素子２４の配置位置との関係から、磁石１６（を装着したピストン１４）の概略位置を容易に検出することができる。

【0063】

さらに、制御ＩＣ２２は、ラダー回路２０から１つのアナログ出力信号のみ読み出すので、制御ＩＣ２２とラダー回路２０との間の配線を減らすことができる。これにより、制御ＩＣ２２では、必要最小限の配線でピストン１４の概略位置を検出することが可能となる。この結果、位置検出装置１１の大型化を回避して、コストの削減を図ることができる。

【0064】

従って、本実施形態による位置検出装置１１によれば、磁石１６が装着されたピストン１４の概略位置を速やかに検出して応答性を向上させると共に、位置検出装置１１の小型化や低コスト化も実現することができる。

【0065】

また、制御ＩＣ２２のＡＤ変換器４０は、入力された１つのアナログ出力信号をｎビットのデジタル出力信号にＡＤ変換し、制御部４２は、ｎビットのデジタル出力信号に基づいて磁石１６の概略位置を特定することにより、磁石１６を装着したピストン１４の位置を検出する。すなわち、ｎビットのデジタル出力信号は、ｎ個の磁気検出部１８の各々からラダー回路２０に出力されるデジタル検出信号に対応するデジタル信号である。そのため、制御部４２は、ｎビットのデジタル出力信号の値とｎ個のホール素子２４の配置位置との関係（図４参照）から、ピストン１４の概略位置を容易に検出することができる。

【0066】

なお、上記の説明では、磁石１６による磁気を検出する磁気センサ素子がホール素子２４である場合について説明した。本実施形態では、ホール素子２４に限定されることはなく、磁気を検出できるのであれば、他の磁気センサ素子を用いてもよい。例えば、ホール素子２４に代えて、コイル又はＭＲセンサを採用してもよい。

【0067】

また、制御部４２は、ｎビットのデジタル出力信号を用いて特定されたピストン１４の概略位置に基づき、所定の範囲内にある複数のマイコン２６から、信号線５０を介して、アナログ検出信号の値を読み出す。すなわち、制御部４２は、全てのマイコン２６からアナログ検出信号の値を読み出す必要がないので、ピストン１４の詳細位置の特定に係る処理時間を短縮化することができる。従って、本実施形態に係る位置検出装置１１では、ピストン１４の詳細位置の特定処理が高速化され、応答性を一層高めることができる。

【0068】

また、制御部４２は、特定した複数のマイコン２６から読み出した複数のアナログ検出信号の値を、特定した複数の磁気検出部１８の配置位置に応じてプロットすることで、矢印Ａ方向に対する複数のアナログ検出信号の値の変化を示す図５の波形を求め、求めた波形が０と交差するゼロクロスポイントＰを検索することにより、検索したゼロクロスポイントＰの位置をピストン１４の詳細位置として特定する。これにより、ピストン１４の詳細位置を高速且つ確実に特定することができる。また、ピストン１４の詳細位置が特定されることで、特定したピストン１４の詳細位置に基づいて、ピストン１４の移動速度及び／又は移動距離を算出することもできる。

【0069】

そして、本実施形態に係る位置検出装置１１において、磁石１６は、ピストン１４の移動方向に沿った磁極の向きでピストン１４に装着され、ｎ個の磁気検出部１８は、シリンダチューブ１２の外側で当該移動方向に沿って一列に配置されている。これにより、位置検出装置１１をアクチュエータ１０に適用し、シリンダチューブ１２の外側にｎ個の磁気検出部１８を一列に配置するだけで、磁石１６を装着したピストン１４の詳細位置を高速且つ確実に特定することができる。

【0070】

また、ｎ個の磁気検出部１８がシリンダチューブ１２の外側で一列に配置されることにより、幅方向（シリンダチューブ１２の外周方向）への広がりを抑えることができる。この結果、シリンダチューブ１２の長手方向（矢印Ａ方向）に沿った長方形状のプリント基板にｎ個の磁気検出部１８を一列に搭載し、該プリント基板をシリンダチューブ１２に配置する際（例えば、シリンダチューブ１２の長手方向に設けられた溝にプリント基板を埋め込み配置する際）、プリント基板の配線本数を減らしつつ、幅方向の省スペース化を実現することができる。従って、本実施形態では、位置検出装置１１をアクチュエータ１０に適用する場合、従来技術と比較して、フットプリント（設置面積）やコストの面で有利である。

【0071】

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0072】

１０…アクチュエータ １１…位置検出装置
１２…シリンダチューブ １４…ピストン
１６…磁石 １８…磁気検出部
２０…ラダー回路 ２２…制御ＩＣ（位置検出部）
２４…ホール素子（磁気センサ素子） ２６…マイコン
３０、４０…ＡＤ変換器（第１のＡＤ変換器、第２のＡＤ変換器）
３２…Ｉ／Ｏポート ３４、４４…通信部
４２…制御部 ５０…信号線
Ｐ…ゼロクロスポイント Ｒ、２Ｒ…抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】