JP2006292414A

JP2006292414A - 位置検出装置

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Publication number: JP2006292414A
Application number: JP2005109754A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nagai; 祐治長井; Osamu Ochiai; 治落合; Masayuki Shibata; 昌幸柴田; Hideo Maejima; 英生前島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: JP4525430B2

Abstract

【課題】製造コストの低減を図りつつ高い位置検出精度を確保する上で有利な位置検出装置を提供する。
【解決手段】ヘッドホルダ２０は、ホルダ本体２２と、連結部２３を備え、ホルダ本体２２は連結部２３により磁気スケール１０の延在方向に往復直線移動可能に配設されている。磁気センサ３０は、ヘッドホルダ２０の長さ方向の中央部で孔２２０２に臨ませて配設されている。クランプ部材２４は、大径孔２２０４に配設されている。クランプ部材２４は、基部２４０２と、２つのアーム部２４０４とを備え、基部２４０４には、パイプ材１２の外面に当接可能な基準面２４０６が形成されている。２つのアーム部２４０４の先端にはパイプ材１２の外面に当接することでパイプ材１２の外面を基準面２４０２に押し付ける方向に付勢する凸部２４０８がそれぞれ設けられている。
【選択図】図８

Description

本発明は位置検出装置に関する。

印字ヘッドが搭載されたヘッドキャリッジを往復移動させつつ印字ヘッドにより記録媒体（用紙）に印字を行うプリンタがある。
このようなプリンタとして、ヘッドキャリッジの移動制御を行うためにヘッドキャリッジの位置検出を行う位置検出装置を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。
すなわち、この位置検出装置は、印字ヘッドをガイドする軸状のガイドシャフトの外周面にガイドシャフトの長手方向に沿って設けた磁気目盛りを備えた磁気スケールと、印字ヘッドと一体的に設けられ磁気目盛りの磁界の変化を検出することで検出信号を出力する磁気センサとを備えている。
そして、この位置検出装置では、前記検出信号に基づいてガイドシャフトの長手方向におけるヘッドキャリッジの位置を得るようにしている。
このような磁気スケールを用いた位置検出装置は、プリンタの他に位置検出が必要な種々の工作機械や自動機械などに広く適用されている。
特開昭６２−２２６００７号公報

そして、このような位置検出装置は、如何にして製造コストを低減しかつ位置検出の精度を向上させるかが問題となっている。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、製造コストの低減を図りつつ高い位置検出精度を確保する上で有利な位置検出装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、筒状のパイプ材と、前記パイプ材の内面に前記パイプ材の長手方向に沿って延在しその延在方向に沿って磁気目盛りが形成された磁性部材とを有する磁気スケールと、前記磁気スケールに滑動可能に連結された連結部を有するヘッドホルダと、前記磁気スケールに臨ませて前記ヘッドホルダに設けられ前記磁気目盛りを検出して検出信号を生成する検出センサとを備える位置検出装置であって、前記連結部は、弾性を有する材料からなり前記ヘッドホルダで前記パイプ材の周方向に回転不能に支持されたクランプ部材を含んで構成され、前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に前記パイプ材の外面に当接可能に設けられた基準面と、前記パイプ材の外面に当接して前記パイプ材の外面を前記基準面に押し付ける方向に付勢する凸部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、検出センサを有するヘッドホルダを、クランプ部材を介して磁気スケールに連結するといった極めて簡素な構造によって、検出センサとパイプ材の外面との間隔、すなわち、検出センサと磁気目盛りとの間隔を一定に保つことができる。
そのため、検出センサから精度良くかつ安定した検出信号を得ることができ、製造コストの低減を図りつつ高い位置検出精度を確保する上で有利となる。

（第１の実施の形態）
次に本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は第１の実施の形態の位置検出装置の構成図、図２は図１のＡＡ線断面図である。
図３はヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図、図４は図３のＡ矢視図、図５は図３のＢ矢視図である。
図６はヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図、図７は図６のＢＢ線断面図、図８は図７のＣＣ線断面図である。
図９（Ａ）はクランプ部材の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図である。

図１乃至図８に示すように、位置検出装置１００は、磁気スケール１０と、ヘッドホルダ２０と、磁気センサ３０（特許請求の範囲の検出センサに相当）と、ヘッドキャリア４０とを備えている。
なお、位置検出装置１００は、例えば、工作機械においてベッド上におけるテーブルの位置を検出する場合や、あるいは、プリンタにおける印字ヘッドの位置を検出する場合など、様々な分野における移動部材の位置検出として用いられ、磁気スケール１０が前記移動部材の移動方向に沿って設けられ、ヘッドホルダ２０が前記移動部材に取着され、あるいは、前記移動部材の一部として形成されるものである。
図２に示すように、磁気スケール１０は、パイプ材１２と、磁性部材１４とを備えている。
パイプ材１２は断面が円筒の筒状に形成され、磁性部材１４の磁力に磁性的に影響を与えない材料で形成されている。
本実施の形態では、パイプ材１２の材料は、非磁性材料であるステンレスＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）が用いられる。なお、パイプ材１２の材料としては磁性部材１４の磁力に磁性的に影響を与えなければ弱い磁性を有するものであってもよい。

磁性部材１４は、パイプ材１２の内面１２０２に該内面１２０２に密着しつつパイプ材１２の長手方向に沿って延在して設けられている。
磁性部材１４は円弧の帯板状に形成され、磁性部材１４はパイプ材１２の内面１２０２に密着される外面１４０２と、パイプ材１２の内部空間に臨む内面１４０４とを有している。
本実施の形態では、磁性部材１４は、パイプ材１２の内面１２０２の周方向における一部に取着されてパイプ材１２の長手方向に沿って直線状に延在している。
磁性部材１４は、着磁可能であり、その延在方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に一定のピッチで着磁されることによって磁気目盛りが形成されている。言い換えると、磁性部材１４には、その延在方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に変化する周期的信号を含む磁気目盛りが形成されている。さらに言い換えると、磁性部材１４には、その延在方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に変化する周期的な磁気パターンが記録されている。
磁性部材１４は、本実施の形態では弾性材料としてのゴム磁石で形成されている。
パイプ材１２の内面１２０２に対する磁性部材１４の取着は、パイプ材１２の内面１２０２と磁性部材１４の磁性部材１４の外面１４０２とが両面粘着テープや接着剤などで接着されることでなされ、磁性部材１４の外面１４０２がパイプ材１２の内面１２０２に密着している。

磁性部材１４に対する着磁、すなわち磁気目盛りの形成は、専用の着磁装置を用いてなされる。
着磁装置は、磁気ヘッドと、磁気ヘッドに駆動電流を供給することで磁気ヘッドから磁界を発生させる駆動回路とを有している。
前記着磁装置は、前記磁気ヘッドを磁性部材１４に臨ませた状態で、磁気ヘッドを磁性部材１４の長手方向に沿って相対的に移動させつつ、磁気ヘッドから磁性部材１４に磁界を与えることで磁性部材１４に一定ピッチのＮ極とＳ極を着磁し磁気目盛りを形成する。
なお、磁性部材１４に対する磁気目盛りの形成は、磁性部材１４をパイプ材１２のパイプ材１２の内面１２０２に取着した後、パイプ材１２のパイプ材１２の外面に磁気ヘッドを臨ませ、パイプ材１２を通して前記磁界を与えることによって行ってもよいし、磁性部材１４をパイプ材１２に取着する前に磁性部材１４単体に磁気ヘッドを直接臨ませて行っても良い。
ただし、磁性部材１４をパイプ材１２のパイプ材１２の内面１２０２に取着してから磁気目盛りを形成した場合には、磁性部材１４の内面１２０２に対する取り付け誤差や、パイプ材１２の変形が磁性部材１４のＮ極とＳ極のピッチに与える影響を除くことができるため、磁性部材１４を単体で着磁して磁気目盛りを形成する場合に比較して、磁気目盛りの精度を確保でき磁気センサ３０によって検出信号を精度よく検出する上で有利である。

図２、図８に示すように、ヘッドホルダ２０は、ホルダ本体２２と、ホルダ本体２２に設けられ磁気スケール１０に滑動可能に連結された連結部２３を備え、ホルダ本体２２は連結部２３により磁気スケール１０の延在方向に往復直線移動可能に配設されている。
連結部２３は、クランプ部材２４、環状部材２６などを含んで構成されている。
図７、図８に示すように、ホルダ本体２２には、その長さ方向にパイプ材１２を挿通するためのパイプ材挿通孔が設けられ、このパイプ材挿通孔は、パイプ材１２よりも大きい寸法の内径を有する孔２２０２と、孔２２０２の長さ方向の両端寄りの箇所にそれぞれ形成された大径孔２２０４とで構成されている。
磁気センサ３０は、ヘッドホルダ２０の長さ方向の中央部で孔２２０２に臨ませて配設されている。
孔２２０２の周方向において磁気センサ３０が位置する箇所と同一の位相の大径孔２２０４の箇所に、大径孔２２０４に連通するようにホルダ本体２２の長さ方向に嵌合溝２２０６が形成されている。

クランプ部材２４は２つ設けられ、それぞれ大径孔２２０４の内面に配設されている。
本実施の形態では、クランプ部材２４は、弾性を有ししかも摺動性がよく（摩擦係数が小さく）さらに耐摩耗性の高い材料が好ましく、例えば、ＰＯＭ、フッ素系合成樹脂などの合成樹脂材料によって形成されている。
図８、図９に示すように、クランプ部材２４は、基部２４０２と、基部２４０２からパイプ材１２の外面の周方向に沿って互いに逆向きに延在する一対のアーム部２４０４とを備えている。
基部２４０２は嵌合溝２２０６に係合し、これによりクランプ部材２４は大径孔２２０４の内部に回転不能に配設されている。
基部２４０４には、パイプ材１２の外面に当接可能な基準面２４０６が形成されている。基部２４０２は嵌合溝２２０６に係合することから、基準面２４０６は、孔２２０２の周方向において磁気センサ３０が位置する箇所と同一の位相の箇所に設けられることになる。
２つのアーム部２４０４の先端には、パイプ材１２の外面に当接することでパイプ材１２の外面を基準面２４０２に押し付ける方向に付勢する凸部２４０８がそれぞれ設けられている。

図８に示すように、環状部材２６は、２つのクランプ部材２４が互いに向かい合う内側端面とは反対に位置する各クランプ部材２４の外側端面２４１０に臨ませて配設されている。
環状部材２６は弾性を有する材料からなり、潤滑油が含浸されており、このような材料として例えばフェルトなどのクッション材を用いることができる。
環状部材２６はパイプ材１２の長手方向に沿った厚さを有してパイプ材１２の外面の周方向に接触しつつ延在する環状を呈している。
環状部材２６がクランプ部材２４の外側端面２４１０に臨む内側端面２６０２は、クランプ部材２４の外側端面２４１０に接触している。
環状部材２６は、その外周面が大径孔２２０４の内面に接触した状態で配設され、大径孔２２０４の半径方向に移動不能に配設されている。
図５に示すように、ホルダ本体２２の長さ方向の両端にはパイプ材１２の外径よりもやや大きい寸法の孔２８０２が形成された環板状の押さえ板２８がねじ２８０４で取着されている。
内側端面２６０２とは反対側に位置する環状部材２６の外側端面２６０４は、押さえ板２８によってパイプ材１２の長手方向で外側端面２４１０から離れる方向に移動不能にホルダ本体２２に組み付けられている。

上述のように、磁気センサ３０はヘッドホルダ２０の長さ方向の中央部で孔２２０２に臨ませて配設され（図８参照）、磁気センサ３０は、磁性部材１４に形成された磁界目盛りによる磁界を検出して磁界の強度に応じた検出信号を出力するものであり、本実施の形態では磁気抵抗素子（ＭＲセンサ）が用いられている。磁気抵抗素子は、その磁気抵抗素子に与えられる磁界の変化に応じて電気抵抗が変化するものである。
本実施の形態では、磁気センサ３０は、ヘッドホルダ２０が磁気スケール１０に沿って往復直線移動すると、前記磁気目盛りを検出して周期的に増減する（例えば正弦波状に変換する）検出信号を出力する。

図８に示すように、ヘッドホルダ２０にヘッドキャリア４０が連結されている。本実施の形態では、連結機構４２を介してヘッドホルダ２０にヘッドキャリア４０が連結されている。言い換えると、パイプ材１２の延在方向に移動不能にかつ磁気センサ３０がパイプ材１２の外面に対して離間接近する方向に移動可能にヘッドホルダ２０がヘッドキャリア４０に支持されている。
図３、図６に示すように、ヘッドキャリア４０は、扁平な矩形板状に形成されたケース４００２と、ケース４００２に形成された矩形状の開口を閉塞する蓋体４００４とを有している。
ケース４００２には、ホルダ本体２２の基部が収容される凹部４００５が形成されている。
連結機構４２は、ホルダ本体２２の基部の長さ方向の両端に設けられた２つの平面チップ４４と、凹部４００５の側面に設けられた２つの押しピン４６とを有している。
２つの平面チップ４４には、前記長さ方向において互いに反対方向に臨む平坦面４４０２がそれぞれ形成されている。
２つの押しピン４６は同軸上でその延在方向がパイプ材２０の長手方向と平行をなすように設けられ、一方の押しピン４６は延在方向に移動不能にヘッドキャリア４０に取着され、他方の押しピン４６は平坦面４４０２に対して離間接近する方向に移動可能にヘッドキャリア４０に取着され、コイルばね４６０２などによって平坦面４４０２に向かって突出する方向に常時付勢されている。
そして、２つの押しピン４６の先端４６０４によって各平面チップ４４の平坦面４４０２を弾性的に挟み込んで保持することで、パイプ材１２の外面に対して離間接近する方向に移動可能にヘッドホルダ２０がヘッドキャリア４０に支持されている。
このような連結機構４２を用いてヘッドホルダ２０とヘッドキャリア４０を連結すると、ヘッドホルダ２０がパイプ材１２の長手方向に沿って移動した場合に、パイプ材１２の長手方向と直交する方向におけるパイプ材１２とヘッドキャリア４０との間に生じる変位（位置ずれ）を吸収することができ、ヘッドホルダ２０とヘッドキャリア４０の間に無理な力が作用することを防止することができることから、ヘッドホルダ２０とヘッドキャリア４０の耐久性を向上させる上で有利となる。
また、図６に示すように、ヘッドキャリア４０には、磁気センサ３０から出力される検出信号を増幅する増幅回路が構成されたプリント基板４８がケース４００２に収容されるとともに、図５に示すように、前記増幅回路で増幅された検出信号を外部の信号処理回路に伝達するためのコネクタ４９がケース４００２の外方に臨ませて設けられている。

本実施の形態によれば、パイプ材１２の外面に当接可能な基準面２４０６と、パイプ材１２の外面に当接することでパイプ材１２を基準面２４０６に押し付ける方向に付勢する凸部２４０８とを有するクランプ部材２４により、ヘッドホルダ２０を磁気スケール１０に連結するといった極めて簡素な構造により、ヘッドホルダ２０に設けられた磁気センサ３０とパイプ材１２の外面との間隔、すなわち、磁気センサ３０と磁性部材１４との間隔を一定に保つことができる。
したがって、磁気センサ３０から精度良くかつ安定した検出信号を得ることができ、製造コストの低減を図りつつ高い位置検出精度を確保する上で有利となる。
また、本実施の形態では、磁気目盛りが形成された磁性部材１４がパイプ材１２の内部に設けられているので、磁性部材１４をパイプ材１２によって保護でき、磁性部材１４に物が当たるなどして磁性部材１４が損傷したり、あるいは、磁性部材１４に切削油などが付着して劣化したり、あるいは、磁性部材１４に塵埃が付着したりするなどして、磁気センサ３０による磁気目盛りの検出動作が影響を受けるなどの不具合がなく、位置検出装置１００の動作の安定性を高める上で有利となる。
また、本実施の形態では、磁性材料２４がパイプ材１２の内面１２０２に密着して設けられているため、磁性部材１４によって発生される磁束を効率的にパイプ材１２の外面に向けて放射させ該外面おける表面磁束密度を高めることができるため、磁気センサ３６で検出する検出信号の電圧レベルを確保する上で有利となる。
また、本実施の形態では、２つのクランプ部材２４の外面に、それぞれ潤滑油を含浸させた環状部材２６を配設したので、環状部材２６がパイプ材１２の外面に潤滑油を供給するとともにパイプ材１２の外面に付着した塵埃を除去させることができ、クランプ部材２４をパイプ材１２に対して円滑に摺動させる上で有利となる。
また、パイプ材１２の外面の変形などによりヘッドホルダ２０がパイプ材１２に対して傾斜した場合に、環状部材２６がクランプ部材２４によって押圧され変形することにより環状部材２６の弾性によりクランプ部材２４がパイプ材１２の外面の変形に倣うように変位される。これによりクランプ部材２４がパイプ材１２に食い付くことを防止できることから、クランプ部材２４をパイプ材１２に対して円滑に摺動させる上でより有利となる。

なお、実施の形態では、磁性部材１４としてゴム磁石を用いた場合について説明したが、磁性部材はこれに限定されるものではなく、例えば、プラスチック磁石、磁性体塗布材、希土類系磁性体、フェライト系磁性体など着磁可能なものであればよい。
また、磁性部材１４の配設は、粉状の磁性材料をパイプ材１２内部の空間に流し込んで所望の形状に成形することで行ってもよいことは無論である。
また、実施の形態では、パイプ材１２の断面が円筒の場合について説明したが、パイプ材１２の断面として矩形枠や多角形枠など様々な中空断面形状を採用可能であり、このようなパイプ材１２の形状の変化に応じてクランプ部材２４の形状も変化する。

第１の実施の形態の位置検出装置の構成図である。図１のＡＡ線断面図である。ヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図である。図３のＡ矢視図である。図３のＢ矢視図である。ヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図である。図６のＢＢ線断面図である。図７のＣＣ線断面図である。（Ａ）はクランプ部材の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図である。

符号の説明

１０……磁気スケール、１２……パイプ材、１４……磁性部材、２０……ヘッドホルダ、２３……連結部、２４……クランプ部材、２４０６……基準面、２４０８……凸部、３０……磁気センサ、１００……位置検出装置。

Claims

筒状のパイプ材と、前記パイプ材の内面に前記パイプ材の長手方向に沿って延在しその延在方向に沿って磁気目盛りが形成された磁性部材とを有する磁気スケールと、
前記磁気スケールに滑動可能に連結された連結部を有するヘッドホルダと、
前記磁気スケールに臨ませて前記ヘッドホルダに設けられ前記磁気目盛りを検出して検出信号を生成する検出センサとを備える位置検出装置であって、
前記連結部は、弾性を有する材料からなり前記ヘッドホルダで前記パイプ材の周方向に回転不能に支持されたクランプ部材を含んで構成され、
前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に前記パイプ材の外面に当接可能に設けられた基準面と、前記パイプ材の外面に当接して前記パイプ材の外面を前記基準面に押し付ける方向に付勢する凸部とを備えている、
ことを特徴とする位置検出装置。
前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に設けられた基部を有し、前記基準面は前記基部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に設けられた基部を有し、前記基準面は前記基部に設けられ、前記基部は、前記ヘッドホルダに前記パイプ材の周方向に回転不能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に設けられた基部と、前記基部から前記パイプ材の外面の周方向に沿って延在するアーム部とを備え、前記基準面は前記基部に設けられ、前記凸部は前記アームの先部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記クランプ部材は、前記パイプ材の外面の周方向において前記検出センサが設けられた箇所と同一の位相の箇所に設けられた基部と、前記基部から前記パイプ材の外面の周方向に沿って互いに逆向きに延在する一対のアーム部とを備え、前記基準面は前記基部に設けられ、前記凸部は前記各アームの先部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記ヘッドホルダには前記パイプ材が挿通されるパイプ材挿通孔が設けられ、前記クランプ部材は前記パイプ材挿通孔の内周面に配設されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記クランプ部材は、前記パイプ材の長手方向に間隔をおいて複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記連結部は、弾性を有する材料からなり前記パイプ材の外面に接触しつつ前記パイプ材の外面の全周に延在し潤滑油が含浸された２つの環状部材を有し、前記クランプ部材は、前記パイプ材の長手方向に間隔をおいて２つ設けられ、前記各環状部材は、前記２つのクランプ部材が互いに向かい合う内側端面とは反対に位置する各クランプ部材の外側端面に接触して前記パイプ材の長手方向で前記外側端面から離れる方向に移動不能に組み付けられていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。