JP2011214850A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は位置検出装置に関し、特に磁気スケール及び磁気センサーを用いる位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device, and more particularly to a position detection device using a magnetic scale and a magnetic sensor.
マウンターなどの産業機器には、移動する物体の位置を検出するために、磁気を利用して物体の位置検出を行う位置検出装置を備えるものがある(例えば特許文献1を参照)。 Some industrial equipment such as a mounter includes a position detection device that detects the position of an object using magnetism in order to detect the position of a moving object (see, for example, Patent Document 1).
図12は、本発明の背景技術による位置検出装置10を示す図である。同図に示すように、位置検出装置10は、位置検出対象の物体(不図示)に貼付される磁気センサー20と、物体の移動方向(図示したx方向)に延伸する表面30aを有し、この表面30aにN極とS極とが交互に現れるように着磁した磁気スケール30とを備えている。
FIG. 12 is a diagram showing a
図12に示す矢印付の曲線は、磁気スケール30によって作られる磁界の磁力線を表している。同図に示すように、この磁界は、磁気スケール30の表面30aに形成される各磁極の中央付近に磁気反転領域Iを形成する。位置検出装置10は、磁気センサー20を利用してこの磁気反転領域Iを検出する機能を有しており、物体の移動に伴って検出された磁気反転領域Iの数をカウントすることで、物体の位置(移動距離)を検出する。あるいは、磁気センサー2の出力値からデータテーブルを基に、物体の位置(移動位置)を検出してもよい。ここで、データテーブルは磁気センサー2の移動距離に応じて、磁気センサー2の出力値と位置検出対象(不図示)の移動距離とが離散的に対応するものであってもよい。
A curve with an arrow shown in FIG. 12 represents a magnetic field line of a magnetic field created by the
しかしながら、上記位置検出装置10では、正確な位置検出を行うために、磁気センサー20と磁気スケール30の表面30aとを極めて近接させる必要がある。そのために高精度な組み付けが必要となり、製造コストが高くなってしまっている。
However, in the
したがって、本発明の目的の一つは、磁気センサーと磁気スケール表面との間の距離を拡大できる位置検出装置を提供することにある。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a position detecting device capable of enlarging the distance between the magnetic sensor and the magnetic scale surface.
上記目的を達成するための本発明による位置検出装置は、位置検出対象の物体の移動方向に沿って延伸する表面を有し、該表面に前記移動方向に沿ってN極とS極とが交互に現れるように着磁した磁気スケールと、前記表面に配置された複数の磁性体と、前記物体とともに移動可能に構成され、かつ前記表面に対向して配置された磁気センサーとを備え、前記複数の磁性体は前記表面に現れる磁極ごとに設けられ、それぞれ対応する前記磁極の前記移動方向の中央部に配置されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a position detection apparatus according to the present invention has a surface extending along a moving direction of an object to be position-detected, and N poles and S poles alternate on the surface along the moving direction. A plurality of magnetic scales magnetized so as to appear on the surface, a plurality of magnetic bodies disposed on the surface, and a magnetic sensor configured to be movable together with the object and disposed to face the surface. The magnetic body is provided for each magnetic pole appearing on the surface, and is disposed in the center of the corresponding magnetic pole in the moving direction.
本発明によれば、磁気反転領域が強調されるので、磁気センサーと磁気スケール表面との間の距離を拡大できる。なお、本発明において「移動」とは、位置検出対象の物体と磁気スケールの相対的な移動を意味する。すなわち、例えば地表面を基準として考えると、磁気スケールが地表面に対して固定され、物体が地表面に対して移動することとしてもよいし、物体が地表面に対して固定され、磁気スケールが地表面に対して移動することとしてもよいし、物体・磁気スケールの双方が地表面に対して互いに異なる方向へ移動することとしてもよい。 According to the present invention, since the magnetic inversion region is emphasized, the distance between the magnetic sensor and the magnetic scale surface can be increased. In the present invention, “movement” means relative movement of the position detection target object and the magnetic scale. That is, for example, when the ground surface is considered as a reference, the magnetic scale may be fixed with respect to the ground surface, and the object may move with respect to the ground surface. It may be moved with respect to the ground surface, or both the object and the magnetic scale may be moved in different directions with respect to the ground surface.
上記位置検出装置において、前記各磁性体の前記移動方向の長さは、対応する前記磁極の前記移動方向の長さの26%以上60%以下であることが好適である。また、前記各磁性体の前記表面の法線方向の長さは、当該磁性体の幅の15%以下であることが好適である。また、前記磁気スケールの前記表面の法線方向の長さは、前記各磁極の幅の30%以上100%以下であることが好適である。 In the position detection device, it is preferable that the length of each magnetic body in the moving direction is not less than 26% and not more than 60% of the length of the corresponding magnetic pole in the moving direction. The length of the surface of each magnetic body in the normal direction is preferably 15% or less of the width of the magnetic body. The length of the surface of the magnetic scale in the normal direction is preferably 30% or more and 100% or less of the width of each magnetic pole.
また、上記位置検出装置において、前記各磁性体は、厚膜印刷によって前記表面に形成された磁性体膜であることとしてもよいし、前記各磁性体は、前記表面に貼り付けられた磁性体個片であることとしてもよい。 Further, in the position detection device, each of the magnetic bodies may be a magnetic film formed on the surface by thick film printing, and each of the magnetic bodies may be a magnetic body attached to the surface. It may be an individual piece.
本発明によれば、磁気反転領域が強調されるので、磁気センサーと磁気スケール表面との間の距離を拡大できる。 According to the present invention, since the magnetic inversion region is emphasized, the distance between the magnetic sensor and the magnetic scale surface can be increased.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態による位置検出装置1の構成を示す図である。同図に示すように、位置検出装置1は、位置検出対象の物体(不図示)に貼付される磁気センサー2と、x方向(物体の移動方向)に延伸する表面3a,3bを有する磁気スケール3と、表面3bに沿って設けられたヨーク部4と、表面3aに配置された複数の磁性体5とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
磁気スケール3は、表面3aにx方向に沿ってN極とS極とが交互に現れるように着磁した強磁性体である。各磁極の幅(x方向の長さ)はd1であり、磁気スケール3の高さ(表面3aの法線方向の長さ)はd2である。磁気スケール3は、具体的には並置された複数の永久磁石によって構成される。各永久磁石は、図1に示すように、一方の磁極面(S極又はN極)が表面3aに露出するよう、配置することが好ましい。また、各永久磁石は、フェライト磁石又はボンド磁石とすることが好ましい。
The
図1に示す矢印付の曲線は、磁気スケール3によって作られる磁界の磁力線を表している。同図に示すように、この磁界は、磁気スケール3の表面3aに形成される各磁極の中央付近に磁気反転領域Iを形成する。
The curve with arrows shown in FIG. 1 represents the magnetic field lines of the magnetic field created by the
磁気センサー2は、位置検出対象の物体とともに移動可能に構成されており、表面3aに対向して配置される。磁気センサー2は、表面3aから距離d3だけ離れた位置に設置される。磁気センサー2は、例えばGMR(giant magnetoresistive)素子やAMR(Anisotropic magnetoresistive)素子などの磁気抵抗素子を含んで構成される。位置検出装置1は、磁気センサー2を利用して磁気反転領域Iを検出する機能を有しており、物体の移動に伴って検出された磁気反転領域Iの数をカウントすることで、物体の位置(移動距離)を検出する。あるいは、磁気センサー2の出力値からデータテーブルを基に、物体の位置(移動位置)を検出してもよい。ここで、データテーブルは磁気センサー2の移動距離に応じて、磁気センサー2の出力値と位置検出対象(不図示)の移動距離とが離散的に対応するものであってもよい。
The
ヨーク部4は、磁気スケール3によって作られる磁界の磁路として機能する部材であり、磁性体によって構成される。
The
磁性体5は、磁気スケール3の表面3aに現れる磁極ごとに配置され、図1に示すように、対応する磁極のx方向の中央部に配置される。個々の磁性体5の幅(x方向の長さ)はd4であり、高さ(表面3aの法線方向の長さ)はd5である。磁性体5の具体的な材料としては、ステンレス(SUS440など)又はスチールを用いることが好適である。
The
なお、磁性体5は、ステンレスやスチールなどの磁性体材料からなる磁性体膜を厚膜印刷によって表面3aに形成することで作製してもよいし、ステンレスやスチールなどの磁性体個片(幅d4、高さd5の磁性体個片)を表面3aに貼り付けることで作製してもよい。また、磁気スケール3を組み立てる前の段階で永久磁石の表面に形成してもよいし、磁気スケール3の組み立て後の表面3aに形成してもよい。
The
磁性体5を配置したことにより、位置検出装置1では、背景技術による位置検出装置10(図12)に比べて磁気反転領域Iが強調されている。以下、この点について、シミュレーション結果を示しながら具体的に説明する。
By arranging the
図2(a)(b)はそれぞれ、背景技術による位置検出装置10と、本実施の形態による位置検出装置1とについて、図1に示した領域Aに相当する断面の磁界をシミュレートした結果を示す図である。なお、このシミュレーションではd1=5mm、d2=2mm、d4=2mm、d5=0.1mmとし、位置検出装置10に関しても同様とした。また、磁気スケール3及び磁性体5の材料はそれぞれ、フェライト磁石及びSUS440とした。
2 (a) and 2 (b) show results of simulating the magnetic field of the cross section corresponding to the region A shown in FIG. 1 for the
図2(a)(b)を比較すると理解されるように、位置検出装置1では、磁性体5を配置したことによってその上方の磁界が磁性体5に吸い取られ、その結果として磁極中央付近上方の磁界が小さくなっている。これに対し、磁極の端部付近については、両者であまり違いはない。
As can be understood by comparing FIGS. 2A and 2B, in the
磁気反転領域Iの強調度合いは、磁極のx方向の中央部上方の磁界B1と、磁極の端部上方の磁界B2との差分ΔB=B2−B1によって表すことができる。ここでは、表面3aから1mm(磁性体5がある場合には磁性体5の上面から1mm)の位置P1,P2における磁界B1,B2を用いることにすると、図2(a)に示すように、位置検出装置10では、B1,B2はそれぞれ0.2T,0.24Tとなる。したがって、ΔB=0.04Tである。一方、位置検出装置1では、B1,B2はそれぞれ0.15T,0.23Tとなる。したがって、ΔBは0.08Tである。
The degree of emphasis of the magnetic reversal region I can be expressed by the difference ΔB = B2−B1 between the magnetic field B1 above the central portion in the x direction of the magnetic pole and the magnetic field B2 above the end of the magnetic pole. Here, if magnetic fields B1 and B2 at positions P1 and P2 at 1 mm from the
図3は、位置検出装置1,10それぞれのΔBを、棒グラフ化して示した図である。同図から明らかなように、位置検出装置1では、位置検出装置10に比べて磁気反転領域Iが強調されている。したがって、磁気センサーと表面3aとの間の距離d3を、位置検出装置10に比べて拡大することが可能になる。
FIG. 3 is a bar graph showing ΔB of each of the
以下、d2,d4,d5の最適値、並びに磁気スケール3及び磁性体5の最適材料について、シミュレーション結果を参照しながら具体的に説明する。以下のシミュレーション結果において、B1,B2,ΔBの意味は上記と同様である。
Hereinafter, the optimum values of d 2 , d 4 , and d 5 and the optimum materials for the
まず、図4は、d1,d2,d5をそれぞれ5mm、2mm、0.1mmに固定してd4を0mmから5mmまで1mm単位で変更した場合の差分ΔBの変化を示す図である。磁気スケール3及び磁性体5の材料はそれぞれ、フェライト磁石及びSUS440とした。図5は、それぞれのd4の値について、図1に示した領域Aに相当する断面の磁界をシミュレートした結果を示す図である。同図(a)(c)はそれぞれ、図2(a)(b)の再掲である。なお、図5では、磁気スケール3及び磁性体5の描画を省略しており、この点は後掲の各図でも同様である。また、次の表1は、シミュレーションの結果得られるB1,B2,ΔBの値をまとめたものである。
First, FIG. 4 is a diagram showing a change in the difference ΔB when d 1 , d 2 , and d 5 are fixed to 5 mm, 2 mm, and 0.1 mm, respectively, and d 4 is changed from 0 mm to 5 mm in 1 mm units. . The material of the
次に、図6は、d1,d2,d4をそれぞれ5mm、2mm、2mmに固定してd5を0.1mmから2mmまで4段階で変更した場合の差分ΔBの変化を示す図である。磁気スケール3及び磁性体5の材料はそれぞれ、フェライト磁石及びSUS440とした。図7は、それぞれのd5の値について、図1に示した領域Aに相当する断面の磁界をシミュレートした結果を示す図である。同図(a)は、図2(b)の再掲である。また、次の表2は、シミュレーションの結果得られるB1,B2,ΔBの値をまとめたものである。
Next, FIG. 6 is a diagram showing changes in the difference ΔB when d 1 , d 2 , and d 4 are fixed to 5 mm, 2 mm, and 2 mm, respectively, and d 5 is changed in four steps from 0.1 mm to 2 mm. is there. The material of the
次に、図8は、d1,d4,d5をそれぞれ5mm、2mm、0.1mmに固定してd2を1mmから5mmまで4段階で変更した場合の差分ΔBの変化を示す図である。磁気スケール3及び磁性体5の材料はそれぞれ、フェライト磁石及びSUS440とした。図9は、それぞれのd2の値について、図1に示した領域Aに相当する断面の磁界をシミュレートした結果を示す図である。同図(b)は、図2(b)の再掲である。また、次の表3は、シミュレーションの結果得られるB1,B2,ΔBの値をまとめたものである。
Next, FIG. 8 is a diagram illustrating a change in the difference ΔB when d 1 , d 4 , and d 5 are fixed to 5 mm, 2 mm, and 0.1 mm, respectively, and d 2 is changed in four steps from 1 mm to 5 mm. is there. The material of the
次に、図10は、d1,d2,d4,d5をそれぞれ5mm、2mm、2mm、0.1mmに固定し、磁気スケール3及び磁性体5の材料を変更した場合の差分ΔBの変化を示す図である。また、図11は、磁気スケール3及び磁性体5の材料の組み合わせごとに、図1に示した領域Aに相当する断面の磁界をシミュレートした結果を示す図である。同図(a)は、図2(b)の再掲である。また、次の表4は、シミュレーションの結果得られるB1,B2,ΔBの値をまとめたものである。本シミュレーションでは、次の表4に示す3つの組み合わせについて、ΔBをシミュレートした。
Next, FIG. 10 shows the difference ΔB when d 1 , d 2 , d 4 , and d 5 are fixed to 5 mm, 2 mm, 2 mm, and 0.1 mm, respectively, and the materials of the
図4を参照すると、ΔBが最大値0.08Tとなるのは各磁性体5のx方向の幅d4が2mmであるときであり、ΔBが位置検出装置10のΔB=0.04Tの1.5倍以上(0.06T)となるのは、幅d4が概ね1.3mm以上3mm以下であるときである。
Referring to FIG. 4, ΔB has a maximum value of 0.08T when the width d 4 in the x direction of each
また、図6を参照すると、ΔBが最大値0.08Tとなるのは各磁性体5の高さd5が0.1mmであるときであり、ΔBが位置検出装置10のΔB=0.04Tの1.5倍以上(0.06T)となるのは、高さd5が概ね0.3mm以下であるときである。
Referring to FIG. 6, ΔB has a maximum value of 0.08T when the height d 5 of each magnetic body 5 is 0.1 mm, and ΔB is ΔB = 0.04T of the
また、図8を参照すると、ΔBが最大値0.08Tとなるのは磁気スケール3の高さd2が2mmであるときであり、ΔBが位置検出装置10のΔB=0.04Tの1.5倍以上(0.06T)となるのは、高さd2が概ね1.5mm以上5mm以下であるときである。
Referring to FIG. 8, ΔB has a maximum value of 0.08T when the height d 2 of the
以上の結果から、d2,d4,d5の値としては、それぞれ2mm,2mm,0.1mmが最適であり、1.5≦d2≦5、1.3≦d4≦3、d5≦0.3が満たされるとき、磁気反転領域Iを十分に強調することが可能になると言うことができる。各磁性体5のx方向の幅d4について表面3aに現れる磁極の幅d1(=5mm)との関係で言えば、幅d1の26%以上60%以下とすることが好ましいと言える。また、磁性体5の高さ(法線方向の長さ)d5について磁性体5の幅d4(=2mm)との関係で言えば、幅d4の15%以下とすることが好ましいと言える。また、磁気スケール3の高さ(法線方向の長さ)d2について磁極の幅d1(=5mm)との関係で言えば、幅d1の30%〜100%の間にすることが好ましいと言える。
From the above results, the values of d 2 , d 4 , and d 5 are optimally 2 mm, 2 mm, and 0.1 mm, respectively, and 1.5 ≦ d 2 ≦ 5, 1.3 ≦ d 4 ≦ 3, d It can be said that the magnetic reversal region I can be sufficiently emphasized when 5 ≦ 0.3 is satisfied. In terms of the relation between the width d 4 in the x direction of each
また、図10の結果から、今回シミュレートした磁気スケール3及び磁性体5の材料は、いずれも好適に用いることができるものであると言うことができる。
Moreover, it can be said from the result of FIG. 10 that the materials of the
以上説明したように、本実施の形態による位置検出装置1によれば、磁気反転領域Iが強調される。したがって、磁気センサーと磁気スケール表面との間の距離を拡大できるので、高精度な組み付けが必要なくなり、位置検出装置の製造コストを従来に比べて下げることが可能になる。
As described above, according to the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and this invention can be implemented in various aspects in the range which does not deviate from the summary. Of course.
1 位置検出装置
2 磁気センサー
3 磁気スケール
3a,3b 磁気スケールの表面
4 ヨーク部
5 磁性体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記表面に配置された複数の磁性体と、
前記物体とともに移動可能に構成され、かつ前記表面に対向して配置された磁気センサーとを備え、
前記複数の磁性体は前記表面に現れる磁極ごとに設けられ、それぞれ対応する前記磁極の前記移動方向の中央部に配置される
ことを特徴とする位置検出装置。 A magnetic scale having a surface extending along a moving direction of an object to be position-detected, and magnetized so that N poles and S poles appear alternately along the moving direction on the surface;
A plurality of magnetic bodies disposed on the surface;
A magnetic sensor configured to be movable with the object and disposed opposite the surface;
The plurality of magnetic bodies are provided for each magnetic pole appearing on the surface, and each magnetic body is disposed at a central portion of the corresponding magnetic pole in the moving direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 1, wherein a length of each magnetic body in the movement direction is 26% or more and 60% or less of a length of the corresponding magnetic pole in the movement direction.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 1 or 2, wherein the length of the surface of each magnetic body in the normal direction is 15% or less of the length of the magnetic body in the movement direction.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の位置検出装置。 4. The length of the surface of the magnetic scale in the normal direction is 30% or more and 100% or less of the length of the magnetic poles in the movement direction. 5. The position detection device described.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の位置検出装置。 5. The position detection device according to claim 1, wherein each of the magnetic bodies is a magnetic film formed on the surface by thick film printing.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の位置検出装置。 The position detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the magnetic bodies is a magnetic piece attached to the surface.
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