JP2006292467A - 位置検出装置 - Google Patents
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Abstract
位置検出装置を提供する。
【解決手段】磁気センサ30に臨む箇所に磁気目盛りが位置していない場合には、比較判定回路54によって検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致しないと判定されるため、比較判定射回路54はドライバ回路56に「L」レベルの判定信号を供給しこれにより発光ダイオード58は赤色で発光した状態となる。磁気センサ30に臨む箇所に磁気目盛りが位置すると、比較判定回路54によって検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致したと判定されるため、比較判定回路54はドライバ回路56に「H」レベルの判定信号を供給しこれにより発光ダイオード58は青色で発光した状態となる。
【選択図】 図2
Description
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、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。
このような磁気スケールでは、磁気センサによって検出される検出信号が最適な大きさとなるように、すなわち、磁気センサが、磁気目盛りが設けられたパイプ材の外面箇所に臨むように、磁気センサに対して前記パイプ材の周方向における位置を調整する作業が必要となっている。
しかしながら、このような調整作業を、磁気センサの位置や磁気目盛りの位置をそれぞれ測定して調整するのでは、作業が繁雑となり、調整作業の効率を高めることができない。
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、磁気センサに対するパイプ材の周方向における位置調整を簡単に行える位置検出装置を提供することにある。
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制御系の構成を示すブロック図である。
図2(A)、(B)は第1の実施の形態の位置検出装置の発光ダイオードの表示を示す説明図である。
図3は第1の実施の形態の位置検出装置の構成図、図4は図3のAA線断面図である。
図5はヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図、図6は図5のA矢視図、図7は図5のB矢視図である。
図8はヘッドホルダおよびヘッドキャリアの正面図、図9は図8のBB線断面図、図10は図9のCC線断面図である。
図11(A)はクランプ部材の平面図、(B)は(A)のB矢視図である。
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り、磁気スケール10はその両端が適宜箇所に固定されて配設される。
図4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。
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。
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9、図10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おり、したがって、磁気センサ30はヘッドホルダ20と一体的に磁気スケール10の長手方向に沿って移動可能に設けられている。
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。
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10、図11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。
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7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。
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5、図8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。
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、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、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、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。
図1に示すように、位置検出装置100は、磁気センサ30に加えて、アンプ50、信号処理回路52、比較判定回路54、ドライバ回路56、発光ダイオード(LED)58などを備えている。
アンプ50は、磁気センサ30から出力される検出信号を増幅するものである。
検出回路52は、アンプ50で増幅された検出信号を処理することにより、磁気ヘッド30(ヘッドホルダ20)の磁気スケール10に対する相対的変位量を検出するものである。
比較判定回路54は、アンプ50で増幅された検出信号の大きさを所定の基準範囲と比較しその検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致するか否かを判定しその判定結果を判定信号として出力するものである。具体的には、検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致しない場合(検出信号の大きさが最適ではない場合)には「L」レベルの判定信号を出力し、検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致する場合(検出信号の大きさが最適である場合)には「H」レベルの判定信号を出力する。
比較判定回路54は、前記検出信号が例えば正弦波状に変換する信号であれば、前記検出信号の振幅を検出信号の大きさとして判定する。
前記所定の基準範囲は、検出回路52が前記相対的変位量の検出動作を正常に行うために必要な前記検出信号の大きさの範囲に基づいて設定される。
本実施の形態では、ドライバ回路56は、前記判定信号が「L」レベルであれば第1の駆動信号を生成し、前記判定信号が「H」レベルであれば第2の駆動信号を生成する。
発光ダイオード58は、互いに異なる少なくとも2種類の表示を選択的に行うことが可能であり、本実施の形態では、互いに色が異なる第1の光と第2の光とを切り換えて発光するように構成されており、具体的には、前記第1の駆動信号が供給されると赤色の光を発光し、前記第2の駆動信号が供給されると青色の光を発光するように構成されている。なお、発光ダイオード58の発光色が赤色あるいは青色以外の色であってもよいことは無論である。
発光ダイオード58は、図7に示すように、外方から見えるケース4002の箇所、例えば、ケース4002の長さ方向の一端に位置する端面に外方に臨ませて設けられている。
本実施の形態では、発光ダイオード58によって特許請求の範囲の報知手段および表示手段が構成され、比較判定回路54およびドライバ回路56によって特許請求の範囲の制御手段が構成されている。
また、図8に示すように、ヘッドキャリア40のケース4002には、プリント基板48が収容されており、このプリント基板48によって、上述したアンプ50、比較判定回路54、ドライバ回路56、発光ダイオード58が構成されている。
また、ケース4002には、プリント基板48と電気的に接続されたコネクタ49が外方に臨ませて設けられており、アンプ50で増幅された検出信号は、コネクタ49を介してケース4002の外部に設けられている信号処理回路52に供給されるように構成されている。
また、磁気センサ30、アンプ50、信号処理回路52、比較判定回路54、ドライバ回路56、発光ダイオード58を動作させるための電源は、ケース4002の外部からコネクタ49を介して供給される。
図2(A)に示すように、磁気センサ30に臨む箇所に磁気スケール10の磁性部材14が位置していない場合、すなわち磁気目盛りが位置していない場合には、磁気センサ30には磁性部材14の磁気目盛りから放射される磁力線(磁束線)が届かないか、ごく僅かしか届かないため、ヘッドホルダ30およびヘッドキャリア40を磁気スケール10に沿って相対的に移動させても、磁気センサ30で検出される検出信号の大きさは小さいものとなる。
この場合、比較判定回路54によって検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致しないと判定されるため、比較判定射回路54はドライバ回路56に「L」レベルの判定信号を供給し、これによりドライバ回路56は第1の駆動信号を発光ダイオード58に供給し発光ダイオード58は赤色で発光した状態となる。
したがって、作業者は、発光ダイオード58の発光色が赤色であることを視認することで、磁気センサ30に臨む箇所に磁気目盛りが位置していないことを知ることができる。
そのため、作業者は、パイプ材12を周方向に回転させ、次いで、ヘッドホルダ30およびヘッドキャリア40を磁気スケール10に沿って移動させて発光ダイオード58の発光色を視認する作業を繰り返す。
やがて、図2(B)に示すように、磁気センサ30に臨む箇所に磁気目盛りが位置すると、磁気センサ30には磁性部材14の磁気目盛りから出力される磁力線が十分に届くため、ヘッドホルダ30およびヘッドキャリア40を磁気スケール10に沿って移動させると、磁気センサ30で検出される検出信号の大きさが大きなものとなる。
この場合、比較判定回路54によって検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致したと判定されるため、比較判定回路54はドライバ回路56に「H」レベルの判定信号を供給し、これによりドライバ回路56は第2の駆動信号を発光ダイオード58に供給し発光ダイオード58は青色で発光した状態となる。
したがって、作業者は、発光ダイオード58の発光色が青色であることを視認することで、磁気センサ30に臨む箇所に磁気目盛りが位置していることを知ることができ、パイプ材12を回転不能に固定し、磁気センサ30に対するパイプ材12の周方向における位置調整を終了する。
また、磁気スケール10あるいは磁気センサ30に何らかの異常が発生して磁気センサ30から出力される検出信号の大きさが低下し、検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致しなくなった場合には、異常が発生したことを発光ダイオード58によって表示できるため、位置検出装置100が正常に動作しているか否かを容易に判断することができ、保守点検作業を簡単に行う上で有利となる。
また、本実施の形態では、報知手段を構成する表示手段として発光ダイオード58を用い、この発光ダイオード58によって互いに異なる色(赤色と青色)を発光させたので、磁気センサ30に対するパイプ材12の周方向における位置調整がなされたか否かを即座に判別でき磁気センサ30に対するパイプ材12の周方向の位置調整時における作業者の負担を軽減する上で有利となる。
例えば、互いに異なる発光色で発光する2つの発光ダイオードを設け、これら2つの発光ダイオードを切り換えて発光させることによって互いに異なる2種類の表示を行わせるようにしてもよい。
また、単一の発光ダイオードの点灯、滅灯によって互いに異なる2種類の表示を行わせるようにしてもよい。
また、前記表示手段は、発光ダイオードに限定されるものではなく、ランプや液晶表示装置など従来公知の様々な表示装置を採用可能であるが、本実施の形態のように発光ダイオードを用いた場合には、消費電力が少なくかつ占有スペースが少なくて済む点で有利である。
また、報知手段は、視認可能な表示手段に限られるものではなく、聴取可能なスピーカーやブザーなどの音声出力手段で構成され、2種類の報知形態が互いに異なる2種類の音声形態であってもよい。
2種類の音声形態としては、例えば、周波数の高い音声と周波数の低い音声、あるいは、継続した音声と断続的な音声、あるいは、調整の完了と未完了を表す言語などを採用することができる。あるいは、音声の有りと無しによって互いに異なる2種類の報知を行わせるようにしてもよい。
また、報知手段の配置箇所は任意であるが、本実施の形態のように報知手段としての発光ダイオード58を、磁気スケール10の近傍に位置するヘッドキャリア40に設けると、発光ダイオード58が、磁気センサ30に対して磁気目盛りが適正な箇所に位置しているか否かの判断用のものであるということを簡単に判別でき有利となる。
また、本実施の形態では、前記制御手段が比較判定回路54およびドライバ回路56で構成されている場合について説明したが、制御手段は、報知手段の構成に応じて変更される。
また、本実施の形態では、磁気センサ30が、パイプ材10に滑動可能に連結されたヘッドホルダ20に設けられている、いわゆる組み込みタイプの位置検出装置の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図12に示すように、磁気センサ30を支持するヘッドホルダ20がパイプ材10によってスライド可能に支持されておらずパイプ材10から分離して設けられる、いわゆるセパレートタイプの位置検出装置にも適用可能であることは無論である。
また、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る。
Claims (6)
- 筒状のパイプ材と、前記パイプ材の内面の周方向における一部に取着されてパイプ材の長手方向に沿って直線状に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、
前記磁気スケールの長手方向に沿って移動可能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、
互いに異なる2種類の報知形態を選択的に行うことが可能な報知手段と、
前記検出センサから出力される前記検出信号の大きさに基づいて前記報知手段の報知形態を切り換える制御手段と、
を設けたことを特徴とする位置検出装置。 - 前記制御手段は、前記検出信号の大きさを所定の基準範囲と比較しその検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致するか否かを判定するとともに、前記報知手段の報知形態の切り換えを前記判定結果に基づいて行うように構成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。
- 前記報知手段は、視認可能な表示手段で構成され、前記2種類の報知形態は、互いに異なる2種類の表示であることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 前記報知手段は、視認可能な表示手段で構成され、前記2種類の報知形態は、互いに異なる2種類の表示であり、前記2種類の表示は、互いに色が異なる第1の光と第2の光であり、前記制御手段は、前記検出信号の大きさが所定の基準範囲に合致しない場合に前記表示手段を前記第1の光で発光させ、かつ、前記検出信号の大きさが前記所定の基準範囲に合致している場合に前記表示手段を前記第2の光で発光させるように構成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。
- 前記表示手段は互いに色が異なる第1の光と第2の光とを切り換えて発光可能な発光ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項4記載の位置検出装置。
- 前記報知手段は、聴取可能な音声出力手段で構成され、前記2種類の報知形態は、互いに異なる2種類の音声形態であることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
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