JP4206520B2 - リニア駆動装置 - Google Patents

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恭次 村岸
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向に振動するリニア駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9には、従来の、リニア駆動装置として振動コンベヤ1が示されている。振動コンベヤ1は、振子機構を有した複数の支持部21によって支持された可動体としてのトラフ7と、トラフ7を振動させるための加振源であるリニアモータ16とから構成されている。そして、トラフ7内には複数の図示しない物品が点在しており、図において矢印fに示すように、左方から右方へ移送される。
【0003】
支持部21は振子機構を有しており、トラフ7の左右に対で、複数対配設されている(図においては2対示されている)。この支持部21は、底部22aを有し地上に支持された逆V字形状の支持体22と、一端が支持体22の頂点にピンP’により枢着され、他端がトラフ7の側壁にピンP”によって枢着されて揺動可能に吊下されている揺動板23とから構成されている。
【0004】
図10はリニアモータ16の拡大斜視図を、図11はリニアモータ16の作用を示す模式図を示す。リニアモータ16は、トラフ7の底面に固定されている2次側部材17と、この2次側部材17上に、車輪18aによって支持されている1次側部材18とから構成されている。2次側部材17は、水平部17aとこの両端を支持している支持部17b、17b’とから構成され、上に開口を向けたコの字形状をしている。この水平部17aの上面には、図10に示されるように、その両側部に車輪18aがガイドされて摺動する溝17aa(これはトラフ7の長手方向に延びている)が形成され、その中央には、磁性材からなる複数の歯17abが、物品の移送方向に直角に並んで配設されている。また、1次側部材18の車輪18aは図示しない軸に固定され、水平部17aと所定の空隙を有して配設されている。従って、リニアモータ16は設置面である地上Gから離れた空中に配設されている。更に、1次側部材18は、コイル19a、19b、19cを巻回した3つの極U、V、Wを有し、この極U、V、Wには、図11に示すように、薄板状の永久磁石Mが3枚ずつ、同極が相向くように配設されている。なお、このコイル19a、19b、19cは、それぞれ120度ずつ、異なる3相交流が供給されている。
【0005】
また、1次側部材18には、2次側部材17に対する1次側部材18の相対的位置を検出するために、磁気センサを備えたインクリメンタル型のエンコーダEmが設けられている。そして、2次側部材17には、磁化されたスケールEsが設けられており、1次側部材18が2次側部材17上を移動すると、移動距離に相当するパルス信号が得られ、このパルス信号のカウント数から、1次側部材18の2次側部材17に対する位置の変位量が求められる。更に、1次側部材18の側面中央部には、中央位置検出用のセンサ15が、2次側部材17の水平部17a上の両端部にはリミットセンサ20a、20bがそれぞれ設けられている。
【0006】
従来の振動コンベヤ1は以上のように構成されるが、次にこの作用について説明する。なお、リニアモータ16は高力密度リニアモータであり、この原理は、例えば、神鋼電機技報告の128号vol.36,No2(1991)の第86〜93頁に記載されているので、ここでは、その作用については図11を参照してごく簡単に説明する。
【0007】
例えば、極Uのコイル19aに、図11に示す方向に電流を流すと、この電流によって下向きの磁束が発生する。そのため極Uにおいて、永久磁石Mによって発生している下向きの磁束は強められ、それと逆向きの磁束は打ち消される。このとき、極V、Wは、極Uに対してそれぞれ120度、240度位相がずれているため、コイル19b、19cは図11に示される方向に電流が流れる。そのため、極V、Wにおいては永久磁石Mによって発生している上向きの磁束は強められ、それと逆向きの磁束は打ち消されることになる。従って、極U、V、Wにおいて、図11に示すような磁力線が発生し、すなわち磁気吸引力が2次側部材17の歯17abと1次側部材18の極U、V、Wとの間で発生し、1次側部材18が左方に移動する。
【0008】
すなわち、リニアモータ16のコイル19a、19b、19cに、それぞれ位相差が120度ずつずれた交流電流を流すと、上述した作用により、極U、V、Wの順番で、代わる代わるに磁気吸引力が、歯17abと極U、V、Wとの間で発生し、これにより1次側部材18が左方に移動する。このとき、1次側部材18は車輪18aを介して2次側部材17上を摺動するため、この1次側部材18の反力を2次側部材17の水平部17aが受ける。従って、2次側部材17は、1次側部材18の移動方向と反対側の右方に力が作用する。すなわち、2次側部材17が取り付けられているトラフ7も、右方へと加速する。なお、このときには、トラフ7がゆっくりと加速するように、すなわちこれに反力を与える1次側部材18がゆっくり加速されるように、コイル19a、19b、19cの電流を調節する。
【0009】
次に、極U、V、Wに与えるコイル19a、19b、19cに、逆向きに電流を与える。すなわち、極W、V、Uの順番で、代わる代わるに磁気吸引力が、2次側部材17の歯17abと1次側部材18の極U、V、Wとの間で発生する。この磁気吸引力により1次側部材18は右方に移動する。このときも、2次側部材17の水平部17aが1次側部材18の反力を受けるため、2次側部材17が取り付けられているトラフ7は、1次側部材18の移動方向と反対側の左方に移動する。このときには、トラフ7を物品の静止摩擦力に打ち勝つ力で左方に加速する(物品に対してトラフ7のみが後退する)よう、1次側部材18を素早く加速できるように、コイル19a、19b、19cの電流を調節する。
【0010】
以上の一連の動作を繰り返すことで、すなわち、トラフ7が物品の移送方向と同じ方向に移動する際には、ゆっくりと、移動方向と反対側に移動する際には、トラフ7のみが後退するようにして、振動コンベア1は振動し、トラフ7上の物品を右方へと移送する。このとき支持部11は、図9において1点鎖線と2点鎖線で示されるように揺動して、トラフ7を支えている。
【0011】
従来の振動コンベヤ1において、1次側部材18の、2次側部材17上における移動の限界は、2次側部材17の水平部17a上の両端部に設けた2つのリミットセンサ20a、20bにより検出している。そして、リニアモータ16の駆動開始時、1次側部材18の初期位置合わせ、つまりトラフ7の振動変位に関して中央位置(トラフ7に固定されている2次側17の中心)Cへのセンタリングは、まず、1次側部材18を左右どちらかの方向にゆっくりと低速で動かす。そして、リミットセンサ20a又は20bにより検知されると、この検知信号により、1次側部材18の駆動方向を逆に変えて中心Cに向かって動かすようにする。そして、1次側部材18が中心Cに至るとセンサ15によってこの位置を検出して、1次側部材18の駆動開始時における位置決めを行なう。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来は、1次側部材18の移動限界と、2次側部材17に対する1次側部材18の中心位置を検出するために、3個のセンサ20a、20b及び15を用いている。このため、センサ3個分の設置スペースを必要とし、更に、コストもかさむ。また、駆動開始時の1次側部材18のセンタリングにおいて、一度、1次側部材18をリミットセンサの方へ動かしてから中心Cへと駆動させており、これはゆっくりと低速で動かすので、センタリングに時間がかかり速やかに行うことができない。
【0013】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より少ないセンサで、1次側と2次側との相対的な位置及び可動限界を検出でき、更に、駆動開始時、1次側又は2次側を速やかに可動体の振動変位に関し中央位置に位置決めすることができるリニア駆動装置を提供することを課題とする。
【0014】
以上の課題は、可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその1次側及び2次側のうちの2次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記1次側の前記2次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記1次側又は2次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、前記1次側に、振動許容範囲dの2分の1の距離をおいて取り付けられた中央位置検出用センサと他の位置センサとからなる2個の位置センサと、前記2次側に、前記振動許容範囲dをおいて取り付けられた一方の被検出部材と他方の被検出部材とからなる2個の被検出部材とを具備し、前記一方の被検出部材は、一端部が前記中央位置検出用センサのストローク中心位置に一致しており、他端部は前記一端部からの距離が少なくとも前記振動許容範囲dの2分の1以上あり、前記他方の被検出部材は、前記一方の被検出部材の一端部と対向する一端部から他端部までの距離が前記振動許容範囲dの2分の1以下であり、前記他の位置センサは、前記一方の被検出部材の一端部が前記中央位置検出用センサと同じ位置にある場合に、当該中央位置検出用センサと前記他方の被検出部材との間に配置されていることを特徴とするリニア駆動装置、によって解決される。
【0015】
又は、可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその1次側及び2次側のうちの2次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記1次側の前記2次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記1次側又は2次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、前記1次側に、振動許容範囲dの2分の1の距離をおいて取り付けられた中央位置検出用センサと他の位置センサとからなる2個の位置センサと、前記2次側に、一端部を前記中央位置検出用センサのストローク中心位置に一致させて取り付けられた前記振動許容範囲dの長さの被検出部材とを具備し、前記他の位置センサは、前記被検出部材の一端部が前記中央位置検出用センサと同じ位置にある場合に、当該中央位置検出用センサと前記被検出部材の他端部との間に配置されていることを特徴とするリニア駆動装置、によって解決される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明するが、上記従来例と同様な部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0017】
本発明の第1の実施の形態による、リニア駆動装置としての振動コンベヤ11の側面図を図1に、リニアモータ16’の拡大斜視図を図2に示す。なお、図1及び図2は、1次側18が、2次側17の中心Cに位置している状態を示す。振動コンベヤ11は、従来例の振動コンベヤ1と同様に、振子機構を有した複数の支持部21によって支持された可動体としてのトラフ7と、トラフ7を振動させるための加振源であるリニアモータ16’とから構成されている。リニアモータ16’は従来例のリニアモータ16と同じ高力密度リニアモータの駆動原理を有するものでありその作用も同じである。
【0018】
リニアモータ16’において、その1次側18の側面中央部には位置センサ3aが取り付けられている。位置センサ3aは、図3に示すように下向きコ字形状を呈しており、2つの発光素子4a、4bと、これらにそれぞれ対向して2つの受光素子5a、5bとを備えている。更に、1次側18の側面には、位置センサ3aから、1次側18の2次側17上における振動許容範囲dの2分の1の距離をおいて、位置センサ3aと同様の位置センサ3bが取り付けられている。ここで振動許容範囲dの説明をすると、1次側18が2次側17上で動ける範囲は、2次側17の支持部17bから17b’の間の範囲である(この可動範囲をDとする)。しかし、この可動範囲Dで動かすと、1次側18が2次側17の両端の支持部17b、17b’に衝突してしまうので、実際はDよりも小さい範囲内で駆動させるようにする。これが1次側18の振動許容範囲dである。
【0019】
一方、2次側17には、2つの平板状の被検出部材2a、2bが、発光素子4a、4bと受光素子5a、5bとの間に介在させ得るようにして、取り付けられている。被検出部材2aは、一端を2次側17の中心Cに合わせて、振動許容範囲dの2分の1以上の長さを持って、2次側17の左端の支持部17bにまで延在している。被検出部材2bは、被検出部材2aの中心Cに合わせた一端から距離dをおいて、2次側17の右端の支持部17b’にまで延在している。この被検出部材2bの長さはdの2分の1以下となっている。
【0020】
そして、1次側18が、2次側17の中心Cに位置しているときのセンサ3aと被検出部材2aとの位置関係は、図3及び図4に示すように、被検出部材2aが、発光素子4aと受光素子5aとの間のみに介在するような位置関係をとる。
【0021】
本実施の形態による振動コンベヤ11は以上のように構成されるが、次にこの作用について説明する。図5は、1次側18が中心Cにある位置(1点鎖線で示される位置)から右側に2分のd動いて、丁度振動における右側の限界位置にある状態を示す。このとき、位置センサ3bの2対の発光、受光素子(4a、5a)、(4b、5b)は、(4a、5a)の方は光の透過状態にあり、(4b、5b)は被検出部材2bにふさがれて、遮光状態にある。そして、1次側18が更に右に動いて振動許容範囲dを越えると、(4a、5a)、(4b、5b)は両方とも被検出部材2bにふさがれて、遮光状態となり、このとき位置センサ3bは、遮光状態を示す信号、例えば”0”を出力する。そして、この出力信号により、1次側18が振動許容範囲dを越えてオーバーランであると判断して、直ちにリニアモータ16’の駆動を停止させる。これにより、2次側17の支持部17b’との衝突を避けることができ、衝突による損傷や騒音の発生を防ぐことができる。
【0022】
また、駆動開始時、1次側18がこの図5で示される位置にあるとき、位置センサ3aの2対の発光、受光素子(4a、5a)、(4b、5b)は、両方とも光が透過状態にあり、このとき位置センサ3aは、透過状態を示す信号、例えば”1”を出力する。そして、この出力信号により、1次側18は2次側17に対して右側にあると判断して、この判断結果に基づいて、1次側18を左方へ動かしてセンタリングを行い、位置センサ3aの出力信号が切り替わった位置を、1次側18の2次側17に対する中心位置として検出する。これにより、駆動開始時、1次側18をむだな動きをさせることなく短時間でセンタリングできる。
【0023】
図6は、1次側18が中心Cにある位置(1点鎖線で示される位置)から左側に2分のd動いて、丁度振動における左側の限界位置にある状態を示す。このとき、位置センサ3bの2対の発光、受光素子(4a、5a)、(4b、5b)は、(4a、5a)の方は被検出部材2aにふさがれて遮光状態にあり、(4b、5b)は光の透過状態にある。そして、1次側18が更に左に動いて振動許容範囲dを越えると、(4a、5a)、(4b、5b)は両方とも被検出部材2aにふさがれて、遮光状態となり、このとき位置センサ3bは、遮光状態を示す信号、例えば”0”を出力する。そして、この出力信号により、1次側18が振動許容範囲dを越えてオーバーランであると判断して、直ちにリニアモータ16’の駆動を停止させる。これにより、2次側17の支持部17bとの衝突を避けることができ、衝突による損傷や騒音の発生を防ぐことができる。
【0024】
また、駆動開始時、1次側18がこの図6で示される位置にあるとき、位置センサ3aの2対の発光、受光素子(4a、5a)、(4b、5b)は、両方とも被検出部材2aにふさがれて遮光状態にあり、このとき位置センサ3aは、遮光状態を示す信号、例えば”0”を出力する。そして、この出力信号により、1次側18は2次側17に対して左側にあると判断して、この判断結果に基づいて、1次側18を右方へ動かしてセンタリングを行い、位置センサ3aの出力信号が切り替わった位置を、1次側18の2次側17に対する中心位置として検出する。これにより、駆動開始時、1次側18をむだな動きをさせることなく短時間でセンタリングできる。
【0025】
以上述べたことをまとめると表1のようになる。
【0026】
【表1】
Figure 0004206520
【0027】
位置センサ3a、3bの両方が遮光状態であるときには、1次側18は2次側17の中心に対して左側に位置し且つ振動における左側の限界位置(振動許容範囲d)を越えてオーバーランしているということがわかる。位置センサ3aが遮光状態、3bが透過状態であるときには、1次側18は2次側17の中心に対して左側に位置しているが振動許容範囲d内にあるいうことがわかる。位置センサ3a、3bの両方が透過状態であるときには、1次側18は2次側17の中心に対して右側に位置し、振動許容範囲d内にあるいうことがわかる。位置センサ3aが透過状態、3bが遮光状態であるときには、1次側18は2次側17の中心に対して右側に位置し且つ振動における右側の限界位置(振動許容範囲d)を越えてオーバーランしているということがわかる。
【0028】
また、駆動中は位置センサ3aが透過から遮光、遮光から透過のどちらか一方へと切り替わる度に、あるいは両方のときに、エンコーダEmのカウンタ値を、基準値として例えば0にリセットする。これにより、1次側18が2次側17の中央位置を通過する度に、エンコーダEmの位置信号を校正することができ、長時間にわたる駆動中にエンコーダEmの位置信号のノイズ等の影響による1次側18の位置の偏りを防ぐことができる。
【0029】
以上述べたように本実施の形態によれば、1次側18の移動限界の検出と、2次側17に対する位置の検出を2個の位置センサ3a、3bでできるので、従来に比べて、コストを低減させることができ、更に設置スペースもコンパクトにできる。
【0030】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明するが、上記第1の実施の形態と同様な部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0031】
本実施の形態においては、図7に示すように、振動許容範囲dの長さを有する被検出部材2’を、一端部を中心Cに合わせて2次側17に取りつけている。すなわち、図4に示される第1の実施の形態とは、被検出部材のある場所、ない場所が逆になったものである。従って、1次側18の位置とこれに対応する透過、遮光の判断が表1とは逆になる。これを表2に示す。
【0032】
【表2】
Figure 0004206520
【0033】
従って、本第2の実施の形態においても、上記第1の実施の形態と同様な作用効果を得ることができるが、本実施の形態の方が、被検出部材は1個だけしか用いていないので、構造をより簡単なものとすることができ、設置スペースも小とすることができる。
【0034】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【0035】
例えば、以上の各実施の形態では、リニアモータとして高力密度リニアモータの駆動原理を有するリニアモータ16’を使用したが、他のリニアモータ、例えば公知のリニアインダクションモータやリニアパルスモータ(例えば特許1495069号)などを用いてもよい。また、上記各実施の形態では、2次側17をトラフ7に固定して、1次側18を2次側17に係合させて空中に配設したが、この配置関係を逆にしてもよい。更に、1次側及び2次側の一方をトラフに固定させ、他方を空中に配設するのではなく、他方を地上に配設してもよい。
【0036】
また、上記各実施の形態では、位置センサ3a及び3bは、2個の発光素子4a、4bと2個の受光素子5a、5bとを備えているとしたが、図8に示すように、1個の発光素子6と1個の受光素子8との組み合わせによる位置センサとしてもよい。この場合には、透過状態か遮光状態かの判断は、光の透過強度によって区別する。
【0037】
また、上記各実施の形態では、発光素子と受光素子とからなる位置センサと、平板状の被検出部材との組み合わせとしたが、位置センサを、例えばホール素子等の磁気センサとし、被検出部材を磁性体としても上記実施の形態と同様な作用を得ることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリニア駆動装置によれば、2個の位置センサのみで、1次側と2次側との相対的な振動範囲における限界と、相対的な位置関係を検出できるので、コストを低減でき、更にコンパクトな構成とすることができる。また、駆動開始時の1次側と2次側との相対的な位置決めも短時間で速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による振動コンベヤの側面図である。
【図2】図1におけるリニアモータ部分の拡大斜視図である。
【図3】図2における要部の拡大斜視図である。
【図4】図1における要部の拡大図である。
【図5】1次側が2次側上での振動における右側の限界位置にある状態を示す図である。
【図6】1次側が2次側上での振動における左側の限界位置にある状態を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態による振動コンベヤのリニアモータ部分の拡大側面図である。
【図8】位置センサの変形例を示す図である。
【図9】従来例の振動コンベヤの側面図である。
【図10】図9におけるリニアモータ部分の拡大斜視図である。
【図11】図10に示したリニアモータの作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
2a 被検出部材
2b 被検出部材
3a 位置センサ
3b 位置センサ
4a 発光素子
4b 発光素子
5a 受光素子
5b 受光素子
7 トラフ
11 振動コンベヤ
16’ リニアモータ
17 2次側
18 1次側

Claims (8)

  1. 可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその1次側及び2次側のうちの2次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記1次側の前記2次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記1次側又は2次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、
    前記1次側に、振動許容範囲dの2分の1の距離をおいて取り付けられた中央位置検出用センサと他の位置センサとからなる2個の位置センサと、
    前記2次側に、前記振動許容範囲dをおいて取り付けられた一方の被検出部材と他方の被検出部材とからなる2個の被検出部材と
    を具備し、
    前記一方の被検出部材は、一端部が前記中央位置検出用センサのストローク中心位置に一致しており、他端部は前記一端部からの距離が少なくとも前記振動許容範囲dの2分の1以上あり、
    前記他方の被検出部材は、前記一方の被検出部材の一端部と対向する一端部から他端部までの距離が前記振動許容範囲dの2分の1以下であり、
    前記他の位置センサは、前記一方の被検出部材の一端部が前記中央位置検出用センサと同じ位置にある場合に、当該中央位置検出用センサと前記他方の被検出部材との間に配置されていることを特徴とするリニア駆動装置。
  2. 可動体と、該可動体を水平方向に振動可能に支持する支持体と、前記可動体にその1次側及び2次側のうちの2次側が固定され前記可動体を加振するリニアモータとからなり、駆動開始時に、前記1次側の前記2次側に対する相対的位置を、前記可動体の振動変位に関し、中央位置に駆動させるように前記1次側又は2次側の一方に備えられたコイルに流す電流を制御するようにしたリニア駆動装置において、
    前記1次側に、振動許容範囲dの2分の1の距離をおいて取り付けられた中央位置検出用センサと他の位置センサとからなる2個の位置センサと、
    前記2次側に、一端部を前記中央位置検出用センサのストローク中心位置に一致させて取り付けられた前記振動許容範囲dの長さの被検出部材と
    を具備し、
    前記他の位置センサは、前記被検出部材の一端部が前記中央位置検出用センサと同じ位置にある場合に、当該中央位置検出用センサと前記被検出部材の他端部との間に配置されていることを特徴とするリニア駆動装置。
  3. 請求項1に記載のリニア駆動装置であって、
    前記1次側又は前記2次側に取り付けられたエンコーダをさらに具備し、
    前記中央位置検出用センサは、前記一方の被検出部材側に位置しており、
    前記中央位置検出用センサが前記ストローク中心位置を検出した際に、前記エンコーダのカウンタ値を0又は所定の値に校正するようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
  4. 請求項2に記載のリニア駆動装置であって、
    前記1次側又は前記2次側に取り付けられたエンコーダをさらに具備し、
    前記中央位置検出用センサは、前記被検出部材の前記一端部側に位置しており、
    前記中央位置検出用センサが前記ストローク中心位置を検出した際に、前記エンコーダのカウンタ値を0又は所定の値に校正するようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
  5. 請求項1から請求項4のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
    前記2個の位置センサは、一対の発光素子と受光素子とからなり、
    前記被検出部材は、平板状であり、前記発光素子と前記受光素子との間に介在させ得るようにしたことを特徴とするリニア駆動装置。
  6. 請求項1から請求項4のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
    前記2個の位置センサは、磁気センサであり、
    前記被検出部材は、磁性体であることを特徴とするリニア駆動装置。
  7. 請求項1から請求項6のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
    前記1次側は、前記2次側に対し移動自在に設けられていることを特徴とするリニア駆動装置。
  8. 請求項1から請求項6のうちのいずれか一項に記載のリニア駆動装置であって、
    前記1次側は、地上に配設されていることを特徴とするリニア駆動装置。
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