JP6221549B2 - 接触検出部を備える磁気装置及び磁気装置のための接触検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、磁気装置での可動部と固定部間の接触検出に関する。

特許文献１（特許4047947）は、検出ヘッドのボビン内を進退するロッドの位置を磁気的に検出することを開示している。ロッドには磁性体から成る磁気マークが設けられ、ボビンには励磁コイルと検出コイルとが設けられている。励磁コイルに電流を流すと、検出コイルには誘導電流が生じ、誘導電流の位相はロッドとボビンとの位置関係により変化する。そこでこの位相を求めることにより、ボビンとロッドとの相対位置を検出できる。

磁気マークとして磁性体の代わりに永久磁石を用いることも知られ、また励磁コイルを検出コイルとして兼用することも知られ、コイルに代えてホール素子等の他の磁気素子を用いることも知られている。さらにロッドとボビンとの組合せに限らず、磁気マークを平板状に配置し、コイルあるいはホール素子等を平板状のベースに配置することも知られている。

特許4047947

検出ヘッドとロッド等の被検出部材は本来は非接触のはずであるが、これらの部材の取り付け具合、熱変形、あるいは経時変化等により、被検出部材が検出ヘッドと接触することがある。すると被検出部材あるいは検出ヘッドが摩耗し、検出性能に影響が生じ、極端な場合故障に至ることがある。

ここでは磁気的な位置検出装置について説明したが、リニアアクチュエータの場合も同様である。リニアアクチュエータは永久磁石と駆動コイルとを備え、これらの一方が固定部、他方が可動部となり、両者は非接触に保たれる。ここで可動部と固定部とが接触すると、摩耗が生じてアクチュエータの動作精度に影響し、極端な場合には故障が生じる。

この発明の課題は、磁気装置での可動部と固定部間の接触を検出することにある。

この発明は、可動部と固定部とを備え、かつ可動部と固定部間の磁気相互作用を用いる磁気装置であって、
前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備え、
前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記ヘッドの前記絶縁体の少なくとも両端に取り付けられている導電性部材と、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
とから成り、
前記接触検出回路は入力の一方に前記導電性部材が、他方に前記棒状部材が接続され、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされていることを特徴とする。

またこの発明は、可動部と固定部とを備え、可動部と固定部間の磁気相互作用を用い、かつ可動部と固定部は非接触に配置されている磁気装置に対して、
前記可動部と前記固定部間の接触を接触検出部により検出する接触検出方法であって、
前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記ヘッドの前記絶縁体の少なくとも両端に取り付けられている導電性部材と、
入力の一方に前記導電性部材が、他方に前記棒状部材が接続されている接触検出回路とから成り、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされ、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流から、前記接触検出回路により、ヘッドと棒状部材の接触を検出する、磁気装置のための接触検出方法にある。

可動部と固定部は、実施例のように丸棒状の部材と円筒状の部材との組合せの他、２枚の対向する板状の部材、あるいは角棒状の部材と角筒状の部材との組合せ等でも良い。接触検出部は、実施例のように電気的な接触を検出するものの他、静電容量式の近接センサにより、可動部と固定部間の静電容量を検出するもの等でも良い。ただしこのようにすると接触検出部が大がかりになる。この発明では、可動部と固定部との接触を検出できるので、両者の接触による摩耗、精度の低下、故障等が無い。この明細書において、磁気装置に関する記載はそのまま磁気装置のための接触検出方法にも当てはまる。

磁気装置は位置センサ、リニアアクチュエータ等であり、
・ ヘッドを、前記棒状部材との相対位置を検出する検出ヘッドとすると、位置センサとなり、
・ ヘッドに、前記棒状部材と相対移動させる駆動コイルを設けると、リニアアクチュエータとなる。

この発明では、前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記絶縁体に取り付けられている導電性部材と、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
とから成り、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされている。

このようにすると、導電性部材と棒状部材間を流れる電流の有無により、簡単に接触を検出できる。また導電性部材は絶縁体に取り付けられ、接触検出回路以外とは電気的に絶縁されているので、導電性部材と棒状部材とが接触しないと、検出回路に電流が流れることはない。なお導電性部材以外の位置での、ヘッドと棒状部材とのクリアランスを、導電性部材と棒状部材間のクリアランスよりも大きくすると、ヘッドと棒状部材とが実際に接触する前に、導電性部材と棒状部材とが接触したことを検出できる。非磁性の絶縁体は例えば合成樹脂である。

より好ましくは、前記絶縁体は円筒状のボビンであり、前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、前記導電性部材は、前記ボビンの両端に設けられている一対の金属リングである。ボビンの両端に金属リングを設けることにより、簡単に接触を検出できる。

またこの発明は、可動部と固定部とを備え、かつ可動部と固定部間の磁気相互作用を用いる磁気装置であって、
前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備え、
前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性で円筒状のボビンである絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る、丸棒状でかつ前記ボビン内に挿通されている棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記ボビンの内面に設けられている非磁性の導電性膜から成る導電性部材と、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
とから成り、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされていることを特徴とする、磁気装置にある。この場合、無電解メッキ等で簡単に導電性膜を成膜できる。また導電性膜は非磁性なので、ヘッドのコイル、ホール素子等と、棒状部材との磁気相互作用を妨げない。非磁性の導電性膜は例えばAl膜、Cu膜等がある。導電性膜はボビンの内面全体に設けても良いが、コイル状、リング状等のパターンとしても良い。

特に好ましくは、前記接触検出回路は、前記導電性部材と前記棒状部材間の電流により発光するフォトカプラを備えている。このようにすると、導電性部材を他の個所から容易に絶縁しながら、接触を検出できる。

特に好ましくは、前記ボビンの両外側に、空気流により前記ヘッドと前記棒状部材とのクリアランスを保つエアベアリングが設けられている。このようにすると、ヘッドを棒状部材に対し非接触とし、所定のクリアランスで支持できる。

実施例の位置センサの要部断面図 図１の部分拡大断面図 接触検出用の導電性膜を備えるボビンの断面図 実施例のリニアアクチュエータの断面図 平板状の位置センサに関する実施例を模式的に示す図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書とこの分野の周知技術を参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図５に実施例とその変形とを示し、同じ符号は同じものを表す。図１は位置センサ２の実施例を示し、４は検出ヘッドで、６は被検出ロッドで丸棒状をしており、磁気マーク７，８が所定のピッチで交互に設けられている。実施例では、可動の被検出ロッド６（以下「ロッド６」）が、固定の検出ヘッド４（以下「ヘッド４」）に対し、図１のｘ方向に進退するが、ロッド６を固定し、可動のヘッド４の位置を検出しても良い。磁気マーク７，８は永久磁石、あるいは磁性体と非磁性体等で構成する。駆動回路１０はヘッド４を駆動し、接触検出回路１２はヘッド４とロッド６との接触を検出する。

合成樹脂製で非磁性かつ絶縁性の円筒状のボビン１４の外周に、励磁コイル１６と検出コイル１８とが設けられ、ボビン１４の両端には金属リング２０が設けられている。ボビン１４の両外側で、例えば金属リング２０から離れた位置に、一対のエアベアリング２２が設けられて、例えば5-20μｍ程度のクリアランスでロッド６を非接触に支持する。なお金属リング２０とロッド６のクリアランスは、エアベアリング２２とロッド６のクリアランス以下である。また２４はヘッドのハウジングである。エアベアリング２２は多孔質の焼結金属から成る内周部を有し、コンプレッサ、エアポンプ、タンク、空気パイプ等の空気源２６から空気流を供給し、ロッド６とのクリアランスへ向けて、内周部から空気を噴射し、ロッド６を支持する。

駆動回路１０は、励磁回路２８から角周波数ωの交流電流を励磁コイル１６に加え、検出コイル１８を流れる電流を信号処理回路３０により処理し、磁気マーク７，８を基準とする、ヘッド４とロッド６の相対位置を検出し、出力部３２から上位コントローラへ出力する。これらの詳細は例えば特許文献１（特許4047947）に記載されている。なお検出コイル１８を励磁コイル１６に兼用しても良く、またコイル以外に、ホール素子、磁気抵抗素子等の他の磁気素子を用いても良い。

一対の金属リング２０は、並列にフォトカプラ３８の発光ダイオード側に接続され、３４は直流電源で、交流電源でも良く、３６は抵抗である。電源３４〜フォトカプラ３８により接触検出回路１２を構成し、金属リング２０は接触検出回路以外のものから電気的に絶縁されている。そして接触検出回路の他方の入力にロッド６を接続する。金属リング２０は接触検出回路以外のものから電気的に絶縁されているので、フォトカプラ３８に電流が流れるのは、いずれかの金属リング２０がロッド６に接触した場合に限られる。なお図１の左下の鎖線に示すように、ロッド６を例えばアースし、電源３４の負側もアースしても良く、電源３４とロッド６との間を直接配線する必要はない。

ロッド６と、ボビン１４及びリング２０とのクリアランスを図２に示す。C1はロッド６とボビン１４とのクリアランスで、クリアランスが一定でない場合はその最小値である。C2はロッド６とリング２０とのクリアランスで、クリアランスC2をクリアランスC1以下、好ましくはクリアランスC1未満とすることにより、ロッド６がボビン１４に接触する前に、確実に金属リング２０をロッド６に接触させることができる。

図３は、金属リング２０の代わりに導電性膜４０を用いた例を示す。導電性膜４０はCu，Al等の非磁性の金属膜で、例えば無電解メッキにより、ボビン１４の内面に設けられ、同様に接触検出回路１２に接続されて、導電性膜４０とロッドとの接触を検出する。

図４は実施例のリニアアクチュエータ４１を示し、永久磁石４３，４４がロッド４２に交互に配列されている。ボビン１４の内面に導電性膜４０が設けられているが、金属リング２０をボビン１４の両端に設けても良い。４５は駆動コイル、４６は駆動回路で、空気源２６あるいは空気パイプを備え、これらをヘッド４１として、ヘッド４１の両端のエアベアリング２２で支持する。ロッド４２は支柱４８，４８に固定され、ヘッド４７はエアベアリング２２により非接触でロッド４２により支持されて移動し、ロッド４２とヘッド４７の接触を、導電性膜４０により検出する。ヘッド４７には図示しないハンド等の部材を取り付け、駆動コイル４５により所望の位置まで移動する。他の点では、図１〜図３の各実施例と同様で、同じ符号は同じものを表す。

図５は平板状の位置センサ５０を示し、５１は絶縁体のベースで平板状であり、検出コイル１８と励磁コイル５２とが取り付けられている。永久磁石５６が直線上に配列されて、平板状の磁石列５４を構成し、励磁コイル５２と検出コイル１８とにより、磁石列５４に対するベース５１の位置を検出する。なお磁石列が棒状部材に対応し、ベース５１と磁石列５４の一方が可動で、他方が固定である。ベース５１と磁石列５４との接触を、導電性膜４０と接触検出回路１２とで検出するが、導電性膜４０に代えて、ベース５０の両端等に、金属部材を設けて磁石列との接触を検出しても良い。この場合、金属部材と磁石列５４とのクリアランスを、ベース５１と磁石列５４とのクリアランス以下とする。

実施例には以下の特徴がある。
・ ヘッド４等とロッド６等の接触を未然に検出でき、位置センサ２の摩耗と性能の低下及び故障を防止できる。
・ 金属リング２０あるいは導電性膜４０を設けることにより、簡単かつ正確にヘッド４等とロッド６等の接触を検出できる。
・ エアベアリング２２を用いることにより、ヘッド４等とロッド６等を非接触で支持できる。
・ フォトカプラ３８を用いることにより、ヘッド４等とロッド６等の接触による電流を正確に検出できる。

２ 位置センサ
４ 検出ヘッド
６ 被検出ロッド
７，８ 磁気マーク
１０ 駆動回路
１２ 接触検出回路
１４ ボビン
１６ 励磁コイル
１８ 検出コイル
２０ 金属リング
２２ エアベアリング
２４ ハウジング
２６ 空気源
２８ 励磁回路
３０ 信号処理回路
３２ 出力部
３４ 直流電源
３６ 抵抗
３８ フォトカプラ
４０ 導電性膜
４１ リニアアクチュエータ
４２ ロッド
４３，４４ 永久磁石
４５ 駆動コイル
４６ 駆動回路
４７ ヘッド
４８ 支柱
５０ 位置センサ
５１ ベース
５２ 励磁コイル
５４ 磁石列
５６ 永久磁石

C1，C2 クリアランス

Claims (8)

1. 可動部と固定部とを備え、かつ可動部と固定部間の磁気相互作用を用いる磁気装置であって、
   前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
   前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備え、
   前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
   前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
   前記接触検出部は、
   前記ヘッドの前記絶縁体の少なくとも両端に取り付けられている導電性部材と、
   前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
   とから成り、
   前記接触検出回路は入力の一方に前記導電性部材が、他方に前記棒状部材が接続され、
   前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
   かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされていることを特徴とする、磁気装置。
2. 前記絶縁体は円筒状のボビンであり、
   前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、
   前記導電性部材は、前記ボビンの両端に設けられている金属リングである、ことを特徴とする、請求項１の磁気装置。
3. 可動部と固定部とを備え、かつ可動部と固定部間の磁気相互作用を用いる磁気装置であって、
   前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
   前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備え、
   前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性で円筒状のボビンである絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
   前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る、丸棒状でかつ前記ボビン内に挿通されている棒状部材であり、
   前記接触検出部は、
   前記ボビンの内面に設けられている非磁性の導電性膜から成る導電性部材と、
   前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
   とから成り、
   前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
   かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされていることを特徴とする、磁気装置。
4. 前記接触検出回路は、前記導電性部材と前記棒状部材間の電流により発光するフォトカプラを備えている、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの磁気装置。
5. 前記ボビンの両外側に、空気流により前記ヘッドと前記棒状部材とのクリアランスを保つエアベアリングが設けられている、ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの磁気装置。
6. 前記ヘッドは、前記棒状部材に対するヘッドの位置を検出する検出ヘッドで、
   磁気装置は位置センサである、ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの磁気装置。
7. 前記ヘッドは、ヘッドと前記棒状部材とを相対移動させる駆動コイルを備え、
   磁気装置はリニアアクチュエータである、ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの磁気装置。
8. 可動部と固定部とを備え、可動部と固定部間の磁気相互作用を用い、かつ可動部と固定部は非接触に配置されている磁気装置に対して、
   前記可動部と前記固定部間の接触を接触検出部により検出する接触検出方法であって、
   前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
   前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
   前記接触検出部は、
   前記ヘッドの前記絶縁体の少なくとも両端に取り付けられている導電性部材と、
   入力の一方に前記導電性部材が、他方に前記棒状部材が接続されている接触検出回路とから成り、
   前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
   かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされ、
   前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流から、前記接触検出回路により、ヘッドと棒状部材の接触を検出することを特徴とする、磁気装置のための接触検出方法。

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