JPS61292014A - 位置検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、直線あるいは回転方向の位置検出器に関し、
例えば電子プリンタの印字ヘッドの位置制御システムに
おける印字ヘッドの位置情報の取り出し、あるいは被測
定体にスピンドル先端を押し付けてその変位を検出する
測寸器のスピンドル位置の検出に利用される。

従来の技術 この種の位置制御システムは、ますます高精度化、高速
化、単純化が要求されてとており、それに伴ない位置検
出器にも高い分解能と応答性、構造の単純さが要求され
ている。

このような条件をみたすものには、文献「知りたい測定
の自動化」（発行所ジャパンマシニスト社、昭和４６年
１０月１日）の１３７〜１７６真に開示されるインダク
Ｆシン形や磁気スケール形のいわゆる位相変調方式の位
置検出器がある。

前者は第４図に示すように、長尺のスケール体１０と対
向しながらその技手方向に移動自在にスライダ体２０を
支承し、そのスケール体１０には矩形波状でジグザグ配
列の目盛用コイル１１を形成し、スライダ体２０には前
記目盛用フィル１１と同じピッチで相互は１／４ピツチ
ずれた第１．第２の励磁用フィル２１．２２を形成し、
そのコイル２１．２２に９０度位相差の励磁信号ｓｉｎ
ωｔ、　ｃｏｓωｔ（ω：角周波数、を二時間）を供給
して励磁さぜるよう（こしたものである。これにおいて
ｊ土、目盛用コイル１１と第１、第２の励磁用コイル２
１．２２との対向位置関係に応じて両コイル１１と２１
．１１と２２間の電磁結合度が変化することになり、そ
の結合度は両コイルが完全に重合した状態で最も大、非
重合の状態で最も小、その間はサイン波状１こ変化する
。したがって、いま、上記の完全重合状態を基準にして
そこからのコイル１１１こ対するコイル２１．２２の移
動量χを、コイルピッチＰの移動量を２πとした角度の
次元θ（＝２π・χ／Ｐ）で表わし、そのθを用いてコ
イル１１と２１．１１と２２のそれぞれの開での電磁誘
導によりコイル　１１に誘起される電圧を表わすと、係
数なＡとおけば、それぞれはＡ　ｃｏｓθｓｉｎωＬ、
　Ａ　ｓｉｎ　ｆ９　ｃｏｓωｔとなり、結局、コイル
１１からはその和であるＡ　５ｉｎ（ωを十θ）の出力
が取り出され、この結果、時間２π／ωごとに位置情報
θが求められること【こなる。

また、後者の磁気スケール形は、第５図に示すように磁
束の強さがサイン波状に変化する磁気目盛を微小ピッチ
ごとに配列した磁気スケール体３０と、その磁気目盛の
１／４ピツチだけ相互にずらして第１、第２の磁束応答
形へンド４１．４２を配置したヘッド群４１とを対向さ
せ、その第１、第２の磁束応答形ヘッド４１．４．２の
励磁コイルを９０度位相差の励磁信号によりそれぞれ励
磁し、その各検出コイルから取り出される出力の和を演
算するようにしたものである。これにおいては、磁気目
盛と各ヘッド４．１．４２の位置関係に応じてそれぞれ
の検出コイルから取り出される出力（周波数は前記励磁
信号と同じ）の振幅がサイン波状（ヘッド４１と４２で
は振幅も９０度の位相ずれをもつ）に変化し、したがっ
て、その和は前記インダトシン形と同様に位置に対応し
た位相情報をもつ信号となる。

そして、この種の位置検出器を例えば印字ヘッドの位置
情報の取り出しに用いるに際しては、印字ヘッドの駆動
源であるモータ例えばリニアパルスモークの可動子に前
記位置検出器の対向する一側、例えばスライダ体２０を
固着し、それと対向させてスケール体１０を静止体上【
こ固着し、続いて所定の原点位置の校正を電気的（ある
いは機械的）に行った後、位置検出に供されることにな
る。

発明が解決しようとする問題点 上記の位置検出器は、位相変調方式であり、分解能、応
答性はほぼ要求を満たしている。

＝４− しかし構造の単純さの面ではまだ要求とは隔たりがある
。すなわち、位置検出器の使用に際しては、前記によう
に移動体にスライダ体あるいはヘッド群を一体的に固着
し、それと対向状態にスケール体を移動体の経路の沿っ
て配置することになるが、これらのスケール体はフィル
や磁気による目盛が形成された特別のものであり、移動
体の駆動源、例えば油圧シリンダのピストン軸やあるい
は　リニアパルスモータの二次側（固定側）に直接設け
ることは構造的にも磁気的ノイズ的にも困難である。こ
のため、二次側と間隔を隔てて並列に配置したり、ある
いは二次側と直列に配置する等の方法がとられることに
なり、システム全体の構成が複雑化や大型化してしまう
問題点があった。

また、このようなスケール体のフィルや磁気目盛は、そ
の形成にあたって特別な装置や技術を必要とし、しかも
それによってでも長尺のものを高い精度で形成すること
は難しいという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、特別
な目盛を必要とせず、それにより製作が簡単であり、ま
た移動経路自体に目盛を形成してそれをスケール体とし
て利用し得る位置検出器を提供しようとするものである
。

問題点を解決するための手段 本発明は、スケール体の目盛として種々のものを検討、
実験した結果、目盛としては一般的な凹凸目盛に対して
それと同一ピッチの矩形状コイルを適宜個ジグザグ状に
結線した検出コイルを対向させ、そのコイルに励磁信号
を供給すると、フィルのインピーダンスが変化し、しか
もその変化は凹凸目盛とコイルとの対向位置に応じて正
弦波状となるとの知見を得て完成したものである。すな
わち、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように凹凸目盛５ｏ
と矩形状コイル６０とを対向させ、励磁信号として正弦
波状に変化する交流電流を供給すると、フィル５０を形
成する線材の内外に磁束が発生する。その結果、凹凸目
盛にはその磁束により渦電流が発生し、この渦電流は前
記交流電流による磁束の発生を妨げる働きをする。

渦電流の天外さば、線材と凹凸目盛の凸部との位置に応
じて変わり、凸部と対向した状態（ａ）で最も大ぎく、
凹部と対向した状態（ｂ）で最も小さい。この結果、線
材と凸部の対向位置関係が（ｂ）の状態から（、）の状
態に変わるに従って磁束の発生を妨げる度合が大となり
、それに応じて磁束が小になる。このように磁束が変わ
ると、それに対応してコイルのインダクタンスも変わり
、結局、コイルのインピーダンスが変わる。そして、こ
のインピーダンスの変化は、凹凸目盛ピッチごとに一定
値を中心に正弦波状変化するものとなる。

本発明は、上記知見に基づいて創案したものであり、ス
ケール体と検出ヘッドを対向させ、両者の相対位置を検
出する位置検出器において、スケール体には等ピッチＰ
で凹凸目盛を形成し、検出ヘッドには前期凹凸目盛と同
一ピッチＰの矩形状コイルを適宜個ジグザグ状に結合し
た第１〜第４の検出フィルを相互に（ｎ＋１／４）Ｐ［
但し、ｎはＯｌｌ、・・・整数］づつずらして配列し、
第１〜第４の検出コイルには相互に９０度位置差の正弦
波状励磁信号を発振部から供給し、第１〜第４の検出コ
イルからインピーダンスに対応して変化する電気信号を
取り出し、その和を演算部により算出させるようにした
ものである。

艷肥 以上のものにおいて、第１〜第４の検出フィルに相互に
９０度位相差の励磁信号ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔ、　−
ｓｉｎωｔ、　−ｃｏｓωｔが供給されると、その検出
コイルと凹凸目盛の対向位置関係に応じてその励磁信号
により発生させられる磁束が減少させられ、その結果、
各検出コイルのインピーダンスが変化する。いま、前記
第３図（ｂ）の状態に第１の検出コイルが位置する状態
、すなわち、検出コイルを形成する線材が凹凸目盛の凹
部と対向した状態を基準位置（尚、′第２〜第４の検出
コイルはその位置から左方に凹凸ピッチの１／４〜３／
４ずらして配置される）とし、その位置から凹凸目盛の
左方への移動量をχとおき、そのχを凹凸目盛ピッチＰ
を２πとした角度の次元によりθ（＝２π・χ／Ｐ）で
表わすと、各検出コイルのインピーダンスはｉ係数をＢ
、Ｃとおくと、それぞれＢ　（Ｃ＋　ｃｏｓθ）ｓｉｒ
＋ωｔ、　Ｂ　（Ｃ＋ｓｉｎθ）ｅＯ３ωｔ、Ｂ（Ｃ−
ｃｏｓθ）（−ｓｉｎωｔ）、Ｂ（Ｃ−ｓｉｎθ）（−
ｃｏｓωｔ）となる。したがって、演算器より算出され
る各検出コイルから取り出されるインピーダンスに対応
した出力の和ｅは、インピーダンスとそれに対応した出
力との変換係数なＫとおくと、 ｅ＝　２　Ｋ　Ｂ　５ｉｎ（ωを十θ）　　　　　　（
１）となり、凹凸目盛と検出ヘッドの検出コイルとの相
対移動位置χは、それに比例した位相情報θとして励磁
信号の周期ごとに算出される。

しかして、凹凸目盛の形成は、一般的な工作機械と技術
だけで行なうことができ、またこの凹凸目盛りは位置を
検出しようとする移動体の経路に沿って形成可能であ１
）、さらにはリニアパルスモークのようにその二次側（
固定側）に凹凸目盛を有する（これは駆動機構の一部で
ある）ものでは、その凹凸目盛をそのままスケール体と
して利用でとることになる。

実施例 以下、本発明を実施例に基づぎ説明する。

第１図において、７０は長尺のスケール体であり、等ピ
ッチＰで矩形の凹凸目盛が長手方向に形成されている。

その凹凸目盛と微少間隔を隔てて対向する検出ヘッド８
０には、凹凸目盛と同一ピッチＰの矩形状コイルを３個
ジグザグ状に結線した形の第１〜第４の検出コイル８１
＝８４か相互１こ（１＋１／４）Ｐづつずらして配列さ
れている。

第２図は、その第１〜第４の検出コイル８１〜８４に励
磁信号を供給する発振部８５とそれによる検出コイル８
１〜８４のインピーダンス変化に対応して変わるコイル
出力を加算する演算部の実施例である。発振部８５の励
磁信号ｓｉｎωｔ、　−ｓｉｎωｔ、　Ｃ０３ω１５、
−　ＱＯ３ωしの出力端は、それぞれ各対応する第１、
第３、第２、第４の検出フィル８１．８３．８２．８４
の入力端と結線され、それぞれのコイル８１．８３．８
２．８４にインピーダンス変化Ｂ（Ｃ＋ｃｏｓθ）ｓｉ
ｎωｔ、Ｂ（Ｃ−ｃｏｓθ）（−ｓｉｎωＩ）、Ｂ　（
Ｃ＋ｓｉｎθ）ｃｏｓωｔ、Ｂ　（Ｃｓｉｎθ）（−ｃ
ｏｓωｔ）を生じさせる。その第１と第３のコイル８１
．８２、第２と第４のコイル８２．８４の対はそれぞれ
加算結線され、各月のインピーダンス変化の和に対応し
た出力が取り出され、その各相の出力はさらに加算器８
６により加算され、前記式（１）に示す出力ｅが算出さ
れる。

そしてこの種の位置検出器を例えば文献［リニアモータ
とその応用」（電気学会、昭和５９年３月３０日発行）
の第９８〜ｌｏｔ頁に開示されたようなリニアパルスモ
ータの実装された電子プリンタの印字ヘッドの位置情報
の取り出しに用いるに際しては、第６図に示すように印
字ヘッドの駆動源であるリニアパルスモータ９０の可動
子９１から可動方向に突出させた取付部材９２に前記位
置検出器の検出ヘッド８０を固着し、それとリニアパル
スモータ９０の固定子と兼用のスケール体７０と対向さ
せる。

そして所定の原点位置の校正を電気的（あるいは機械的
）に行なった後、位置検出に供される。

尚、リニアパルスモータの二次側（固定側）とは別にス
ケール体７０を配置し、それと検出ヘッド８０を対向さ
せても同様である。

また、測寸器に利用するに際しては、スピン−１２＝ ドルに凹凸目盛を形成してスピンドル自体をスケール体
７０とし、検出ヘッドはスピンドルを支承する筐体に固
着して両者を対向させることになる。

一例として、スケール体７０の凹凸目盛ピッチ８ｍｍ５
高さ４ｍｎ＋、材料低炭素鋼、検出ヘッド８０の検出フ
ィルのピッチ数２４、線径０．３＋ｎｍ、前記凹凸目盛
とフィルとの間隙０．５ｍｍ、励磁信号の電圧２０■ｐ
−ｐ（直列抵抗１にΩ）、周波数１０ＭＨｚのときの一
つのコイルのインピーダンス変化による出力の変化量は
２２．５ｍ　Ｖ　ｐ　−ｐあり、十分な大とさを有して
いる。

尚、上記実施例においては、凹凸目盛に矩形状のものを
用いた場合を例示したが、台形あるいは三角形状の場合
でも略正弦波状のインピーダンス変化が得られるので、
この形状を採用してもよい。また、」１記実施例におい
ては、第１〜第４のコイルを３個の矩形状フィルのジグ
ザグ結線により形成した場合を例示したが、適宜の数を
選定してよく、また、第１〜第４の検出コイルは、直列
に配列する代わりに積層構成にして検出ヘッドの長さを
小にしてもよい。

また、上記実施例は直線位置検出用のものにつき例示し
たが、スケール体を円板としてその端面あるいは周面に
等ピッチ角の凹凸目盛を形成し、それと検出ヘッドとを
対向させ、回動位置検出用のものを構成してもよい。

発明の効果 以上のとおりであり、本発明は、スケール体の目盛に一
般的な凹凸を用いて構成するので、その製作は簡単であ
り、しかも設置に対する制約がなく、直接被検出対象の
移動経路に設置することができ、構成が単純化でき、か
つ全体に小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機構部分の実施例を示す斜視図、第２
図は本発明の励磁信号の供給と信号の処理部分を示すブ
ロック線図、第３図は本発明の原理説明のためのモデル
図、第４゜５図は従来技術を示すそれぞれ斜視図、正面
図である。 ７０ニスケ一ル体　　　　　８０：検出ヘッド８１〜８
４：検出コイル　　８５：発振部８６：加算機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、スケール体と検出ヘッドを対向させ、両者の相対位
   置を検出する位置検出器において、スケール体には等ピ
   ッチＰで凹凸目盛を形成し、検出ヘッドには前記凹凸目
   盛と同一ピッチＰの矩形状コイルを適宜個ジグザグ状に
   結合した第１〜第４の検出コイルを相互に（ｎ＋１／４
   ）Ｐ［但し、ｎは０、１、・・・整数］づつずらして配
   列、固着し、第１〜第４の検出コイルには相互に９０度
   位相差の正弦波状励磁信号を発振部から供給し、第１〜
   第４の検出コイルのインピーダンスに対応した出力の和
   を演算部により算出させるところの位置検出器。