JP4253198B2 - 誘導電流式位置変換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電流式リニアおよびロータリ位置センサ等の誘導電流式位置変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より種々の誘導電流式位置変換器が知られている。例えば米国特許5,973,494号(特許文献1)には、誘導電流式位置変換器を用いた電子ノギスが開示されている。また、米国特許6,005,387号(特許文献2)には、種々の低オフセット型高精度誘導電流式位置変換器とそれに関連した信号処理技術が開示されている。米国特許6,329,813号(特許文献3)と米国特許出願09/421,497号(特許文献4)には、種々の低オフセット型高精度誘導電流式絶対位置変換器とそれに関連した信号処理技術が開示されている。米国特許RE037490号(特許文献5)および6,049,204号(特許文献6)には、低オフセット型高精度誘導電流式ノギスと、低オフセット型誘導電流式リニアスケール、並びにそれらに関連した信号処理技術が開示されている。
【0003】
低オフセット型誘導電流式位置変換器は、一般に、送信器巻線と、それに対応する受信器巻線と、信号生成処理回路とをリードヘッド上に備えている。低オフセット型誘導電流式位置変換器は、送信器巻線および対応する受信器巻線がリードヘッド上の分離された領域を占めるように構成されている。送信器巻線および対応する受信器巻線は、位置変換器の測定軸を交差する方向に分離されて配置されている。この変換器はまた、少なくとも1つのスケールループを有したスケールを備える。送信器巻線は、スケールループの第1の部分に誘導結合され、このスケールループの第2の部分は、対応する受信器巻線に誘導結合される。
【0004】
信号生成処理回路から発せられる時間的に変化する信号電流が送信器巻線を流れると、一次磁界が発生する。この一次磁界によって、送信器巻線はスケールループの第1の部分に誘導結合される。これによりスケールループの第2の部分は、二次磁界を発生する。この二次磁界によって、受信器巻線はスケールループの第2の部分に誘導結合される。
【0005】
送信器巻線および受信器巻線の少なくとも一方は、これらと結合されたスケールループに対応した長さの周期的パターン、例えば正弦パターンに形成されている。この装置に対する外部からの誘導結合を低減または消去するための種々の巻線構成が従来から知られている。複数の受信器巻線は、リードヘッドに対するスケールの位置に応じて、互いに異なる度合いでスケールループの第2の部分に誘導結合する。
【0006】
米国特許6,011,389号(特許文献7)は、インクリメント型誘導電流式位置変換器を開示している。米国特許5,804,963号(特許文献8)、4,853,684号(特許文献9)および6,259,249号(特許文献10)は、他の種類の誘導電流式位置変換器を開示している。389号,963号,684号および249号特許は、いくつかの実施形態において、周期的に配置されたスケール要素が導電性ループを備えるスケール構成を有している。
【0007】
米国特許出願09/987,400号(特許文献11)は、改良されたスケールループ構造を有する誘導電流式位置変換器を開示している。
【0008】
【特許文献1】
米国特許5,973,494号
【特許文献2】
米国特許6,005,387号
【特許文献3】
米国特許6,329,813号
【特許文献4】
米国特許出願09/421,497号
【特許文献5】
米国特許RE037490号
【特許文献6】
米国特許6,049,204号
【特許文献7】
米国特許6,011,389号
【特許文献8】
米国特許5,804,963号
【特許文献9】
米国特許4,853,684号
【特許文献10】
米国特許6,259,249号
【特許文献11】
米国特許出願09/987,400号
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
誘導電流式位置変換器におけるスケールの目的は、周期的に変化する磁界を生じさせる誘導電流のパターンを伝えることである。磁界および/または誘導電流は、受信器巻線によって検知できる。これは、スケールの近傍に保持された送信器巻線に電流を誘導し、この電流が、スケール位置を決定するために周期的磁界を必要とするスケール領域に、望み通りに流れるように、条件を操作することによって達成される。既知の低オフセット型誘導電流式位置変換器で使用されるスケールは、典型的には、互いに電気的に絶縁された複数の導電性ループにより構成される。このような電気的に絶縁された複数の導電性ループは、回路基板上に導体路を印刷することによって製造される。送信器巻線に近いループの一部に電流が誘導され、その誘導された電流は、ループを流れて、受信器巻線によって測定される磁場を生成する。
【0010】
上述した引用文献のそれぞれは、商用的に適した誘導電流式位置変換器を提供してはいるが、従来の装置の機能をより安価に達成できる装置が常に要求されている。
この発明は、このような点に鑑み、必要な信号利得と許容レベルの位置誤差で動作すると共に、低コストで製造および組立できる低オフセット型の誘導電流式位置変換器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の誘導電流式位置変換器は、測定軸に沿って相対移動可能に配置された第1および第2の部材を備え、前記第1および第2の部材が、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第1および第2の領域で互いに対向し、前記第1の部材が、駆動信号に応答して第1の変化磁束を前記第1の領域に発生する少なくとも1つの磁界発生器と、前記第1の変化磁束に応答して前記第2の部材の前記第2の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記第1および第2の部材の間の相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも1つの磁束検出器とを備え、前記磁界発生器と前記磁束検出器の少なくとも一方が、前記測定軸を横切る電流の向きを前記測定軸に沿って交互に反転させるように空間変調された、前記測定軸に沿って延びるワイヤ状導体を備えて構成され、前記第2の部材が、前記第1の領域に配置される第1の部分と前記第2の領域に配置される第2の部分とをそれぞれ有する複数の開口を、前記測定軸に沿って形成し、前記磁界発生器の駆動信号および前記第1の変化磁束の少なくとも一方と応答し、且つ前記複数の開口によって前記第1および第2の領域での発生パターンが制御された誘導電流を流す少なくとも1つの導体路を有することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の第2の誘導電流式位置変換器は、所望の測定軸に沿って配列された複数の開口が形成された少なくとも1つの導体路を備えたテープスケールと、このテープスケールに対して前記測定軸に沿って相対移動可能に配置された誘導式リードヘッドとを備えた誘導電流式位置変換器であって、前記テープスケールおよび誘導式リードヘッドが、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第1および第2の領域で互いに対向し、前記誘導式リードヘッドの前記第1の領域には、駆動信号に応答して第1の変化磁束を前記第1の領域に発生する少なくとも1つの磁界発生器が配置され、前記誘導式リードヘッドの前記第2の領域には、前記第1の変化磁束に応答して前記テープスケールの前記第2の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記誘導式リードヘッドの前記テープスケールに対する相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも1つの磁束検出器が配置され、前記複数の開口のそれぞれが、前記第1の領域に配置される第1の部分と前記第2の領域に配置される第2の部分とを有し、前記各開口が、前記磁界発生器の駆動信号および前記第1の変化磁束の少なくとも一方と応答して前記導体路に発生する誘導電流の前記第1および第2の領域での発生パターンを制御するものであることを特徴とする。
【0013】
すなわち、この発明の例示的な実施形態である低オフセット型誘導電流式位置変換器は、導電性のテープスケールを有する。このテープスケールは、周期的に変化する磁界を誘起する誘導電流のパターンを伝えるという意味では既知のスケールと同じ目的を提供するが、このことを、電流が閉じ込められる電気的に絶縁されたループを使用しないで行うのである。この発明に係るテープスケールは、テープスケール自身の開口を使用することで、この課題を達成する。電流がテープスケールに誘導されると、この電流はテープスケールの表面に沿って流れる。この誘導電流は、テープスケールを形成している導電性シートの全体に存在するが、導電性シートが送信器巻線に最も近づけられた所に集められる。この発明に係るテープスケールのように、テープスケールに開口が加えられると、誘導電流はこの開口の回りを流れなければならない。このため、開口の位置は、送信器によって誘導される電流のパターンを決定する。テープスケールにおける開口の配置とサイズを注意深く構成することによって、電流の位置と方向が予測および制御可能になり、そしてこのテープスケールが低オフセット型誘導電流式位置変換器に使用されるときは、正確な測定値が得られる。
【0014】
本発明の例示的な実施形態では、この発明に係る低オフセット型誘導電流式位置変換器は、第1の部材と、測定軸を有する第2の部材とを備える。第1の部材は、前記測定軸に沿って移動可能である。少なくとも1つの磁界発生器が、前記第1及び第2の部材の一方に配置される。各磁界発生器は、駆動信号に応答して、それぞれの第1の領域に第1の変化磁束を発生する。
【0015】
本発明の例示的な実施形態では、前記第1及び第2の部材の他方は、導電性ストリップに形成された複数の開口を備えている。各開口の第1の部分は、それぞれの第1の領域内に配置され、各開口の第2の部分は、それぞれの第1の領域とは区別されたそれぞれの第2の領域内に配置される。第1の変化磁束に応答して導電性ストリップに誘導電流が生成される。前記誘導電流は、それぞれの第2の領域に流れる誘導電流を含む。開口は、第2の領域内における誘導電流のパターンおよびそれに基づき周期的に変化する磁界を決定する。
【0016】
本発明の例示的な実施形態では、少なくとも1つの磁束検出器が前記第1および第2の部材の一方に配置される。前記少なくとも1つの磁束検出器と、前記少なくとも1つの磁界発生器の、少なくとも一方は、前記測定軸に沿って延びる導電路またはワイヤを有する。前記測定軸と交差するワイヤ状導体の配置は、前記測定軸と交差する第1の向きに電流が流れる導体と、これと逆向きに前記測定軸と交差する第2の向きに電流が流れる導体とが交互となるように、前記測定軸に沿って空間変調されている。各磁束検出器は、それぞれの第2の領域内のそれぞれの第1の磁束領域の外側に配置されて、それぞれの第2の領域内の誘導電流パターン及びこれに基づく周期的に変化する磁界の少なくとも一方を検知する。磁束検出器の交互配置構造と、それぞれの第2の領域における誘導電流およびそれに基づく周期的に変化する磁界のパターンとの間の誘導結合は、磁束検出器が導電性ストリップおよび開口に対して、測定軸に沿って移動するに伴って変化する。各磁束検出器は、磁束検出器と少なくともいくつかの開口との間の相対位置の関数である出力信号を発生する。
【0017】
この発明のこれら及び他の特徴および利点は、この発明に係るシステムおよび方法の種々の例示的な実施形態において説明され、あるいはそれらから明らかとなる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の種々の例示的な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
低オフセット型誘導電流式位置変換器において、周期的に変化する磁界を誘起するパターンの誘導電流を伝えるために、スケールが使用される。この誘導電流のパターンおよび/またはこれに基づく周期的磁界は、受信器巻線(磁束検出器)によって検知される。このことは、送信器巻線(磁界発生器)を使用することによって達成される。この送信器巻線は、スケールの近くに保持されたときに、スケールの領域に電流を誘導する。その領域では、電流および/またはこれに基づく周期的磁界が検知される。従来の低オフセット型誘導電流式位置変換器におけるスケールは、典型的には、電気的に絶縁された導電性ループのアレイとして設計されている。時間的に変化する電流は、送信器に近いループの一部に誘導され、そしてそのループ構成に基づいて、誘導された電流は、送信器巻線から離れた領域に流入して、受信器によって検知される変化する磁場を生成する。この発明に係る誘導電流式位置変換器で使用されるテープスケールは、同じ基本的目的を、電流を閉じ込めるための電気的に絶縁されたループを使用せずに達成する。
【0019】
この発明のテープスケールを流れる電流は、特別なスケール路に閉じ込められることはないが、その電流の位置と方向、即ち、高い電流密度の位置と方向は、いくつかの既知の特性によって制御できる。第1に、変化する磁界は、その変化に対向する電流を誘導する。第2に、導体の1つの領域に流入する電流と、そこから流出する電流は、バランスされなければならない。第3に、高い周波数では、電流は、導体の表面かエッジに沿って流れる傾向がある。
【0020】
図1は、開口112,116を有した例示的なテープスケール110(第2の部材)を備えた低オフセット型誘導電流式位置変換器100の例示的な実施形態を示している。図1に示すように、変換器100のリードヘッド120(第1の部材)は、第1送信器巻線部分123Aおよび第2送信器巻線部分123Bを有した送信器巻線122を備える。第1送信器巻線部分123Aは、リードヘッド120の第1の横方向エッジに設けられている。第2送信器巻線部分123Bは、リードヘッド120の他方の横方向エッジに設けられている。第1および第2の送信器巻線部分123Aおよび123Bはそれぞれ、測定軸300に沿って延びる同一の長い寸法を有する。第1および第2の送信器巻線部分123Aおよび123Bはそれぞれ、測定軸300に直交する方向に距離d1の短い幅を有する。
【0021】
送信器巻線122の端子122A,122Bは、送信器駆動信号発生器150に接続されている。この送信器駆動信号発生器150は、時間的に変化する駆動信号を送信器巻線端子122Aに出力する。このため、時間的に変化する電流は、図1に示されるように、送信器巻線部分122を通して、送信器巻線端子122Aから送信器巻線端子122Bまで流れる。
【0022】
時間的に変化する電流が流れると、第1送信器巻線部分123Aは、第1送信器巻線部分123A内の図1の平面から立ち上がり、そして第1送信器巻線部分123Aにより形成されるループの外の図1の平面に降下する一次磁界を発生する。これに対し、第2送信器巻線部分123Bは、第2送信器巻線部分123Bにより形成されるループの外の図1の平面から立ち上がり、そして第2送信器巻線部分123Bにより形成されるループ中の図1の平面に降下する一次磁界を発生する。時間的に変化する電流およびこれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流がテープスケール110に誘導され、これに基づく変化磁界を生成する。この電流のパターンは、第1および第2の複数の開口112および116によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流およびこれに基づく変化磁界は、第1および第2の受信器巻線124および126によって、後に詳述するように検知される。
【0023】
図1の例示的なテープスケール110は、交互に挿入される第1の複数の開口112および第2の複数の開口116を有する。
第1の複数の開口112はそれぞれ、第1の部分113と第2の部分114とを有する。同様に、第2の複数の開口116はそれぞれ、第1の部分117と第2の部分118とを有する。
【0024】
第1の複数の開口112において、第1の部分113は、スケール100の1つの横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸300に沿って配列されている。第2の部分114は、スケール100の中心に沿って配置され、かつ測定軸300に沿って配列されている。
同様に、第2の複数の開口116において、第1の部分117は、スケール100の第2の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸300に沿って配列されている。第2の部分118は、スケール100の中心に沿い測定軸300に沿って配置され、第1の複数の開口112の第2の部分114の間に交互に挿入されている。
【0025】
テープスケール110とリードヘッド120と第1の複数の開口112と第2の複数の開口116は、測定軸300と平行に並ぶ区画された機能領域またはトラックによって説明することができる。第1の複数の開口112の第1の部分113および第1送信器巻線部分123Aが並んでいるのは、第1の領域151である。第2の複数の開口116の第1の部分117および第2送信器巻線部分123Bが並んでいるのは、第2の領域153である。第1の複数の開口112の第2の部分114、第2の複数の開口116の第2の部分118、および第1および第2受信器巻線部分124,126が並んでいるのは、中央領域152である。中央領域152は、第1の複数の開口112の第2の部分114と、第2の複数の開口116の第2の部分118との間に、それぞれ中央テープスケール部分155および157を有する。
【0026】
図3および4は、導電性シート中の誘導電流の経路を示している。図3は、送信器巻線325の近傍に保持された導電性シート310を示している。変化電流iは、送信器巻線325内を時計方向に流れる。送信器巻線325に流れる変化電流iによって導電性シート310に誘導された電流の経路は、図3の矢印によって示されている。この誘導電流は、電流iが送信器巻線325中を流れる方向とは逆方向に、導電性シート310の表面に沿って流れる。誘導電流は、導電性シート310のどこにでも存在する。しかしながら、誘導電流は、導電性シート310が送信器巻線325に最も近接される場所並びに図3の矢印によって示される他の場所に集中する。
【0027】
図4は、同様に、送信器巻線425の近傍に保持された導電性シート410中の誘導電流の経路を示している。変化電流iは、送信器巻線425内を時計方向に流れる。しかしながら、導電性シート410は、開口450を有する。この開口450は、導電性シート410内に位置しているので、この開口450は、送信器巻線425を流れる変化電流iによって生起される誘導電流の流れのパターンを制御する。この開口450が図4に示すように導電性シート410に形成されている場合、送信器巻線425によって生起される誘導電流は、図4の矢印によって示されるように、開口450の回りを流れることになる。開口450の存在に起因して、誘導電流はまた、矢印430〜432によって示されるように、導電性シート410の送信器巻線425の下にない領域にも流れる。この誘導電流は、米国特許6,005,387号および6,329,813号で説明されているように、導電路(トレース)によって形成されたスケールループの第2のループ部分に存在する誘導電流と同じである。丁度、スケールループの所定のパターンを作成するのに、スケール導電路(トレース)が印刷または組み立てによって形成され得るのと同様に、テープスケールを形成するのに、開口は、導電性シートに生成することができる。しかしながら、開口を有したテープスケールは、一般に、スケールループを印刷または組み立てしたスケールよりも、経済的に、且つ長い長さに製造できる。
【0028】
図4から類推されるように、図1および図2において、開口112,116の近傍でテープスケール110を流れる誘導電流パターンは、送信器ループ123A、123Bのそれぞれの近傍部分を流れる電流の向きと概ね逆向きである。図1に示すように、テープスケールの中央部の第2の部分114,118の隣接するもの同士は、テープスケールの交互に配置された中央テープスケール部分155,157を規定する。図1に示される例示的な実施形態では、中央テープスケール部分155または157から次の部分157または155へと交互に変化する極性を有した中央テープスケール部分155,157に、電流が誘導される。交互に変化する極性を有したこれらの誘導電流は、中央領域152に沿って周期的に分布された逆極性の場部分を有する二次磁界を生成することになる。周期的な二次磁界の波長λは、連続する中央テープスケール部分155または連続する中央テープスケール部分157の中心間距離に等しい。
【0029】
リードヘッド120はまた、第1および第2の受信器巻線124および126を有している。図1に示す例示的な実施形態では、第1および第2の受信器巻線124および126はそれぞれ、複数の正弦状のループセグメント128および129によって形成されている。これらループセグメント128および129は、リードヘッド120を形成する印刷回路基板の絶縁層の互いに反対側に形成されたものである。種々の他の例示的な実施形態では、ループセグメントは、矩形や台形等の他の形状でも良い。ループセグメント128および129は、フィードスルー130を通して接続され、第1および第2の受信器巻線124および126のそれぞれに交互に正極性ループ132および負極性ループ134を形成している。受信器巻線124および126は、第1および第2の送信器巻線部分123Aおよび123B間のリードヘッド120の中央に配置されている。第1および第2の受信器巻線124および126のそれぞれは、測定軸300に直交する方向に距離d2の幅を持つ。第1および第2の受信器巻線124および126は、第1および第2の送信器巻線部分123Aおよび123Bの内側部分から等距離d3だけ離れて配置されている。
【0030】
第1および第2の受信器巻線124および126のそれぞれのループ132および134は、測定軸300に沿ってλ/2に等しい幅を有する。したがって、各隣接するループ132および134の対は、λに等しい幅を有する。これにより、λは、正弦波長、即ち、第1および第2の受信器巻線124および126の空間周期に対応する。さらに、第2の受信器巻線126は、測定軸300に沿って第1の受信器巻線124からλ/4だけオフセットされている。即ち、第1および第2の受信器巻線124および126は、直交関係にある。
【0031】
送信器駆動信号発生器150からの時間的に変化する駆動信号は、送信器巻線に印加される。この結果、電流が、第1の端子122Aから送信器巻線122に流入し、送信器巻線122を通して第2の端子122Bから流出する。これにより、送信器巻線122によって発生される磁界は、第1の送信器巻線部分123A内の図1の平面から立ち上がり、そして第1送信器巻線部分123Aにより形成されるループの外の図1の平面に降下し、また第2送信器巻線部分123Bにより形成されるループの外の図1の平面から立ち上がり、そして第2送信器巻線部分123Bにより形成されるループの中の図1の平面に降下する。従って、送信器巻線122内の変化磁界は、受信器巻線124および126に形成されたループ132および134のそれぞれに誘導起電力(EMF)を発生させる。
【0032】
ループ132および134は、逆の巻線方向を有する。このため、ループ132に誘起されるEMFは、ループ134に誘起されるEMFの極性と逆の極性を有する。ループ132および134は、同じサイズの面積であるため、理論的には同じ量の磁束を囲んでいる。従って、ループ132および134のそれぞれで発生されるEMFの絶対的な大きさは、理論的には等しい。
【0033】
図1に示すように、第1の複数の開口112の第1の部分113のそれぞれは、第1および第2の受信器巻線124および126の波長λに等しいピッチで配列されている。また、第1の複数の開口112の第1の部分113は、測定軸300に直交する方向におよそ距離d1だけ延びている。同様に、第2の複数の開口116の第1の部分117のそれぞれもまた、波長λに等しいピッチで配列されている。また、第2の複数の開口116の第1の部分117もまた、測定軸300に直交する方向におよそ距離d1だけ延びている。
【0034】
図1に示される例示的な実施形態では、第1の複数の開口112の第2の部分114は、波長λに等しいピッチで配列されている。第2の複数の開口116の第2の部分118もまた、波長λに等しいピッチで配列されている。第1および第2の複数の開口112および116の第2の部分114および118は、スケール110の長さ方向に沿って、交互に挿入されている。更に、第2の部分114および118のそれぞれは、測定軸300に直交する方向におよそ距離d2だけ延びている。
【0035】
リードヘッド120がテープスケール110の近傍に配置されると、図1に示すように、第1の送信器巻線部分123Aは、第1の領域151に沿った第1の複数の開口112の第1の部分113と合致する。同様に、第2の送信器巻線部分123Bは、第2の領域153に沿った第2の複数の開口116の第1の部分117と合致する。最後に、第1および第2の受信器巻線124および126は、中央領域152に沿って、第1および第2の複数の開口112および116の第2の部分114および118と合致する。
【0036】
動作において、時間的に変化する駆動信号は、送信器駆動信号発生器150によって送信器巻線端子122Aへ出力される。これにより、第1の送信器巻線部分123Aは、第1の方向を有する第1の変化磁界を発生し、第2の送信器巻線部分123Bは、第1の方向とは反対の第2の方向を有する第2の磁界を発生する。この第2の磁界は、第1の送信器巻線部分123Aによって発生される第1の磁界の磁界強度と等しい磁界強度を有する。
【0037】
第1の送信器巻線部分123Aに重なるテープスケール110の第1の領域151に沿った部分は、第1の送信器巻線部分123Aに誘導結合している。同時に、第2の送信器巻線部分123Bに重なるテープスケール110の第2の領域153に沿った部分は、第2の送信器巻線部分123Bに誘導結合している。図4を参照して説明した電流と同様に、図1に示す例示的な実施形態では、リードヘッド120に重なるテープスケール110に結果として生ずる時間的に変化する誘導電流は、図2の矢印によって示されるパターンで流れる。時間的に変化する誘導電流のパターンはまた、これに基づく時間的に変化する二次(誘導)磁界を生ずる。
【0038】
前述したように、周期的な二次磁界の波長λは、連続する中央テープスケール部分155または連続する中央テープスケール部分157の中心間距離に等しい。より一般的に述べると、テープスケール110に流れる誘導電流のパターンは、それに基づく二次磁界と同様に、連続する第1の開口112または連続する第2の開口116間の測定軸に沿った中心間距離に等しい波長λを有する。
【0039】
従って、第1の受信器巻線124の正極性ループ132が、中央テープスケール部分155または157のいずれかと合致した時は、第1の受信器巻線124の負極性ループ134は、中央テープスケール部分155または157の他方と合致する。このことは又、第2の受信器巻線126の正極性ループ132と負極性ループ134が中央テープスケール部分155または157と合致したときも同様である。中央テープスケール部分155および157によって中央領域152に沿って発生された変化する二次磁界は、第1および第2の受信器巻線124および126の空間変調と同じ波長で空間的に変調されているので、正および負極性ループ132および134のそれぞれが中央テープスケール部分155または157と合致したときに生じたEMFは、正および負極性ループ132および134のそれぞれが中央テープスケール部分155または157の他方と合致したときに生じたEMFと等しく逆向きである。
【0040】
前述した参照文献には、磁界発生器をなす送信器巻線と、磁束検出器をなす受信器巻線とが、スケールに含まれるループと同様に、明確に規定された領域を囲む「ワイヤ」ループを、しばしば備えることが認められる。このため、参照文献では、明確に規定された領域を通して結合された磁束という見地から、変換器の動作を理解することが便利であり、簡単である。
【0041】
しかしながら、上述したように、また図2および4を参照して示したように、この発明に係るテープスケール中の誘導電流パターンは、明確に規定されたループ領域を提供していない。さらには、この発明に係る種々の例示的な実施形態では、受信器巻線は、主として、図2に示すように意味のある誘導電流を伝えるテープスケールの部分、例えば図1および2の中央テープスケール部分155または157と重なっている。
【0042】
また、変換器の動作を、ループおよび磁束結合という点で考慮することに加えて、この発明に係る変換器の動作を、隣接する導体間の相互インダクタンスという点で理解することは、ときには便利である。例えば、相互に重なる受信器巻線124および126と中央テープスケール部分155および157との間の相互インダクタンスについてである。従って、磁界発生器および磁束検出器なる用語は、前述した参照文献との整合性のために、ここでも使用されているが、これらの用語は制限的なものではなく、また、これらの用語によって参照される構造は、相互インダクタンスの原理に従って動作すると理解する必要がある。
【0043】
低オフセット型誘導電流式位置変換器100の動作を理解するのに必要な概念的枠組みに係わりなく、第1の受信器巻線124の純粋な出力と第2の受信器巻線126の純粋な出力はそれぞれ、リードヘッド120がテープスケール110に対して移動するときに、テープスケール110の測定軸300に沿ったリードヘッド120の位置「x」の正弦関数となる。外来結合に起因する出力信号のオフセット成分は、名目上ゼロである。
【0044】
最後に、第1および第2の受信器巻線124および126は、直交関係にある。このため、第1の受信器巻線124によってxの関数として生成され、受信器信号処理回路140に出力された出力信号は、これもまたxの関数として生成され、受信器信号処理回路140に出力された第2の受信器巻線126による出力信号から90°位相がずれている。
【0045】
受信器信号処理回路140と制御部160とで分析回路が構成されている。受信器信号処理回路140は、第1および第2の受信器巻線124および126からの出力信号を入力してサンプリングし、これら信号をデジタル値に変換して制御部160に出力する。制御部160は、これらデジタル出力信号を処理して、リードヘッド120とテープスケール110との間の相対位置xを波長λの範囲内で決定する。
【0046】
第1および第2の受信器巻線124および126からの直交出力の性質に基づいて、制御部160は、リードヘッド120とテープスケール110との間の相対運動の方向を決定することが可能である。制御部160は、前述した参照文献にも開示されている周知の信号処理方法によって、部分的または全体的に「インクリメンタル」な波長λの反転の数をカウントする。制御部160は、そのカウント数と波長λ内における相対位置とに基づいて、リードヘッド120とテープスケール110との間の、設定原点からの相対位置を出力する。
【0047】
制御部160はまた、送信器駆動信号発生器150に制御信号を出力して、時間的に変化する送信器駆動信号を発生する。参照文献に示されている信号発生および処理回路のいずれもが、受信器信号処理回路140と、送信器駆動信号発生器150と、制御部160とを実現するために使用できる。よって、これらの回路は、ここではこれ以上詳細に説明しない。
【0048】
この発明に係るテープスケールは、図1および2に示された開口デザインに限定されるものではない。図5〜13は、この発明に係るテープスケールの種々の形状を有するいくつかの例示的な実施形態を示している。図5〜13に示されたテープスケールは、この発明に係る他のいかなるテープスケールとも同様に、既知のまたは後に開発される手法で、そして誘導電流式位置変換器で使用される既知のまたは後に開発される送信器巻線によって電流が誘導できる材料を使用して形成できる。
【0049】
例えば、テープスケールの開口パターンは、印刷回路基板をエッチングすることにより、あるいは印刷回路基板の導電性領域を直接メッキまたは印刷することにより、あるいは金属製のストリップ、シートまたはブロック等の固体導電性材料を穿孔、打ち抜き、エンボス加工、エッチング、機械加工、もしくはその他で形成することによって、製造することができる。製造方法には係わりなく、この開口は、時間的に変化する誘導電流の主たる搬送体となることが意図された導電性材料の表面と直交する方向に、動作可能な距離だけに延びていれば足りる点が理解されるべきである。即ち、この発明に係る誘導電流リードヘッドが適正に搭載されたときに、テープスケールが使用可能であるように、開口は、テープスケールに誘導電流の動作可能なパターニングを達成するのに十分な深さであるべきである。
【0050】
本発明者は、印刷回路基板型テープスケールの下地の非導電性基板等を通して、開口が延びている必要はないと判断している。本発明者は、導電性材料、例えば、金属製のストリップ、シートまたはブロックに約150μm以上の深さを有する開口は、この発明に係るテープスケールに誘導電流の動作可能なパターニングを与えるに十分であると判断している。そのようなテープスケールは、広範囲の測定応用に使用できる。そのようなスケールでは、開口深さがおよそ500μmに増加されると、信号強度は最大値付近に増加する。このため、テープスケールの開口は、およそ150μmよりも厚いテープスケールの導電性材料全体を貫通して延びている必要はなく、凹部であっても良い。導電性材料がテープスケールの動作可能な表面のおよそ150μm後方に位置するように、より薄い材料もまた、穿孔あるいはエッチングして、搭載できる。より薄い材料はまた、開口に一致する領域で導電性材料をおよそ150μm以上の深さに変位させるために、打ち抜きあるいはエンボス加工することもできる。
【0051】
図5は、テープスケール110が、貫通孔である開口112,116を有する例、図6は、テープスケール110’が、凹部である開口112’,116’を有する例、図7は、テープスケール110”が、凸部112”,116”を有する例である。
【0052】
図8〜10は、図1および2に示されたテープスケールとデザインが同じ矩形開口を有するテープスケールを示している。図8〜10は、矩形開口型テープスケール1110,1210,1310をそれぞれ示している。図8〜10のテープスケール1110,1210,1310はそれぞれ、図8のテープスケール1110の特徴を全て備え、かつ同様に動作する。例えば、テープスケール1110は、第1および第2の部分1113および1114、並びに1117および1118をそれぞれ有する開口1112および開口1116を備える。テープスケール1210は、第1および第2の部分1213および1214、並びに1217および1218をそれぞれ有する開口1212および開口1216を備える。テープスケール1310は、第1および第2の部分1313および1314、並びに1317および1318をそれぞれ有する開口1312および開口1316を備える。
【0053】
しかしながら、テープスケール1110,1210,1310のそれぞれは、開口1112および1116、並びに1212および1216、並びに1312および1316の幅が、測定軸300に沿う方向に異なっている。図8に示すように、開口1112および1116の幅は、設計上0.33λとし、また中央テープスケール部分1155および1157の幅は、設計上0.17λとすることができる。図9に示すように、開口1212および1216の幅は、設計上0.35λとし、また中央テープスケール部分1255および1257の幅は、設計上0.15λとすることができる。図10に示すように、開口1312および1316の幅は、設計上0.40λとし、また中央テープスケール部分1355および1357の幅は、設計上0.10λとすることができる。
【0054】
開口1112および1116、1212および1216、並びに1312および1316のサイズは、図8〜10に示す手法で変化可能であるが、テープスケール110,1110,1210および/または1310が使用される誘導電流式位置変換器で用いられる受信器巻線の波長は、動作中に受信器巻線の上に重なる開口または開口部分のピッチに対応すべきである点が理解されるべきである。
【0055】
上述した例示的なテープスケールは、矩形開口を有するものに限定されているが、この発明に係るテープスケールにそのような限定は存在しない。図11〜13は、図1に示すリードヘッド120のような低オフセットリードヘッドで使用可能な「可変幅」開口型テープスケールのデザインの種々の例示的な実施形態を示している。図11に示すように、テープスケール1410は、交互に挿入されたピッチλの第1の複数の開口1412と同じピッチλの第2の複数の開口1416とを備える。
【0056】
第1の複数の開口1412のそれぞれは、第1の領域151に概ね一致する第1の部分1413と、中央領域152に概ね一致する第2の部分1414とを備える。同様に、第2の複数の開口1416のそれぞれは、第2の領域153に概ね一致する第1の部分1417と、中央領域152に概ね一致する第2の部分1418とを備える。第1の複数の開口1412において、第1の部分1413は、スケール1410の一方の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸300に沿って配列されている。第2の部分1414は、スケール1410の中心に沿って配置され、また測定軸300に沿って配列されている。同様に、第2の複数の開口1416において、第1の部分1417は、スケール1410の第2の横方向エッジに沿って配置され、かつ測定軸300に沿って配列されている。第2の部分1418は、スケール1410の中心に沿って測定軸300に沿って配置され、第1の複数の開口1412の第2の部分1414と交互に挿入されている。
【0057】
テープスケール部分1451は、第1の複数の開口1412の第1の部分1413の間に存在する。テープスケール部分1453は、第2の複数の開口1416の第1の部分1417相互の間に存在する。中央テープスケール部分1455および1457は、第1の複数の開口1412および第2の複数の開口1416の第2の部分1414および1418の間にそれぞれ存在する。テープスケール部分1451および1453並びに中央テープスケール部分1455および1457の幅は、任意に選択できる。例えば、テープスケール部分1451および1453並びに中央テープスケール部分1455および1457の幅は、0.2λや0.3λ等とすることができる。
【0058】
前述した矩形開口を有するテープスケールとは対照的に、テープスケール1410の第1の複数の開口1412の第1の部分1413と第2の複数の開口1416の第1の部分1417は、測定軸300に平行な寸法が比較的広く作られている点が理解されるべきである。これは、下地の送信器巻線との結合を強化し、かつテープスケール1410によって与えられる信号強度を増加するためである。このことは一般に、送信器巻線が測定軸に沿って周期的な巻線構成を有しないときに許容される。
【0059】
これに対し、第1の複数の開口1412および第2の複数の開口1416の第2の部分1414および1418は、それらがλの1/2の中心間隔で相互に挿入されることを可能にする幅を維持する。この結果、中央領域152に沿った関連する二次磁界は、種々の矩形開口型テープスケールを参照して既に説明したように、下地の受信器巻線の波長と一致するように波長λの周期を維持する。
【0060】
さらには、テープスケール1410が、図1のリードヘッド120のようなリードヘッドと共に動作されるときに、その動作が、図1を参照して説明されたものに似たものとなる点が認められるべきである。この場合、図11の中央テープスケール部分1455および1457に矢印で示された誘導電流の流れは、図1を参照して説明された誘導電流の流れと似たものとなる。テープスケール1410が、図1のリードヘッド120のようなリードヘッドと共に動作されるときに、寸法1461は一般に寸法d1と一致し、また寸法1463は一般に寸法d3と一致し、さらに寸法1462は一般に寸法d2と一致する。
【0061】
図12および図13は、異なる例示的な可変幅テープスケールのデザインを示している。テープスケール1510および1610は、サイズは異なるが、図11によって示されるテープスケール1410の対応する形とほぼ同等な形を有する。従って、それらの詳細は説明しない。テープスケール1510および1610では、そのテープスケールの中央テープスケール部分1555および1557、並びに1655および1657が正弦セグメントを近似するように、第1および第2の複数の開口の第2の部分1514,1518,1614および1618が形成されている。以下で説明されるように、そのような構成は、中央テープスケール部分と下地の正弦状受信器巻線との間の誘導結合を変更または強化するための変形例、および/または、出力信号の調波成分を変位の関数として変更するための変形例を提供する。これらの要因は全て、低オフセット型誘導電流式位置変換器を使用して得られた測定値中の全般的エラーを決定する役割を果たすことができる。
【0062】
図14〜16は、考え得る送信器巻線構成に対する開口の代替構成例である。考え得る送信器巻線構成と、それに関係した受信器巻線構成(図示せず)は、既に前述した特許文献に説明されている。図2および図4と同様に、図14〜16は、例示的なテープスケールのセグメント中の誘導電流のパターンを示している。図14では、テープスケール510は、送信器巻線525の近傍に保持されている。ここでは、電流が、送信器巻線525に沿って、矢印で示される方向に流れる。テープスケール510は、測定軸300に沿って整列された矩形開口550を有する。
【0063】
単一の送信器巻線525は、大きい方の寸法を測定軸300と平行に有するループである。高周波で動作する送信器巻線525によってテープスケール510中に誘導される電流のパターンは、矢印によって示されている。テープスケール510のどこにでも電流は存在するが、この電流は、矢印によって示されるように、テープスケール510が送信器巻線525に最近接する箇所に集められる。前述したように、開口550は、送信器巻線525によって誘導される電流の流れのパターンを決定する。このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認するために、受信器巻線によって測定できる。
【0064】
図15は、同様のテープスケール610を示している。これは、開口650に対して別々に重なった2つの受信器巻線625および630に近接して保持されている。図1に示すように接続された送信器巻線とは対照的に、図15では、巻線は、2つの受信器巻線625および630に流れる電流がスケールの中線を中心として対称にはならないように、接続されている。テープスケール610に誘導された電流の流れのパターンが、矢印によって示されている。このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認にするために、受信器巻線によって測定できる。
【0065】
図16は、図1,2および図8〜13において上述した例示的な実施形態におけるように、交互に挿入された開口750を有するテープスケール710を通して流れる電流を示している。開口750の互いに挿入されていない部分は、開口750に対して別々に重なった2つの受信器巻線725および730に近接して保持されている。図1に示すように接続された送信器巻線と同様に、図16では、巻線は、2つの受信器巻線725および730に流れる電流がスケールの中線を中心として対称になるように、接続されている。しかしながら、図16に示された電流は、図1を参照して説明されたものと比較して逆の極性を有する。テープスケール710に誘導された電流の流れのパターンは、矢印によって示されている。これは、図2に示された電流と比較して逆の極性である。図14および15と同様に、このパターンは周期的であり、その現象は、位置を確認にするために、受信器巻線によって測定できる。
【0066】
図17は、開口252を有する例示的な絶対テープスケール210を備えた低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器200の例示的な実施形態を示している。前述され、前述した813号特許および497号出願で説明されている単一波長「インクリメンタル」低オフセット型誘導電流式位置変換器とは対照的に、低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器は、複数の波長を組み入れたスケールを使用する。複数の波長は、誘導スケールに沿った各位置における唯一の関係を提示する信号を発生することに使用され、813号特許および497号出願で説明されているように、1つの位置を「絶対的に」決定することを可能にする。
【0067】
図17に示すように、変換器200のリードヘッド214は、それぞれが測定軸300を横切る寸法263を有する第1の送信器巻線216と第2の送信器巻線218とを備える。図17に示すように、第1の送信器巻線216は、リードヘッド214の第1の横方向エッジに設けられているのに対して、第2の送信器巻線218は、リードヘッド214の第2の横方向エッジに設けられている。送信器巻線216および218のそれぞれは、測定軸300に沿って延びる同じ長い寸法を有し、またそれぞれは、測定軸300を横切る寸法263を有する。
【0068】
第1の送信器巻線216の端子216Aおよび216Bと、第2の送信器巻線218の端子218Aおよび218Bは、送信器駆動信号発生器220に接続されている。送信器駆動信号発生器220は、時間的に変化する駆動信号を第1の送信器巻線216か第2の送信器巻線218のいずれかに選択的に出力する。このため、時間的に変化する電流が第1の送信器巻線216か第2の送信器巻線218のいずれかに流れる。図17に示すように、第1の送信器巻線216に第1の瞬間に時計回りの電流を流す時間的に変化する駆動信号を印加する送信器駆動信号発生器220に応答して、第1の送信器巻線216は、図17の面内で第1の送信器巻線216中に降下し、そして第1の送信器巻線216によって形成されるループの外の図17の面から立ち上がる一次磁界を発生する。
【0069】
時間的に変化する電流およびそれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流の第1のパターンがテープスケール210中に誘導され、これに基づく変化磁界を発生する。その電流のパターンは、複数の開口252によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流の第1のパターンおよびこれに基づく変化磁界は、以下で更に説明されるように、第1および第2の受信器巻線226Aおよび226Bを含んだ第2の受信器巻線群226によって検知される。
【0070】
同様に、第2の送信器巻線218に第2の瞬間に時計回りの電流を流す時間的に変化する駆動信号を印加する送信器駆動信号発生器220に応答して、第2の送信器巻線218は、図17の面内で第2の送信器巻線218中に降下し、そして第2の送信器巻線218によって形成されるループの外の図17の面から立ち上がる一次磁界を発生する。時間的に変化する電流およびそれに基づく一次磁界に応答して、時間的に変化する誘導電流の第2のパターンがテープスケール210中に誘導され、これに基づく変化磁界を発生する。その電流のパターンは、複数の開口252によって決定される。この電流は、変化する一次磁界を打ち消すように流れる。時間的に変化する誘導電流の第2のパターンおよびこれに基づく一次磁界は、以下で更に説明されるように、第1および第2の受信器巻線224Aおよび224Bを含んだ第1の受信器巻線群224によって検知される。
【0071】
図17に示された例示的なテープスケール210の第1の複数の開口252のそれぞれは、第1の部分253と第2の部分254とを有する。第1の部分253は、スケール210の第1の横方向エッジに沿って配列され、かつ第1の送信器巻線216および第1の受信器巻線群224と一致する領域261に配置されている。第1の部分253は、第1の送信器巻線の寸法263とほぼ同じで、それと合致している寸法を、測定軸300を横切る方向に有している。第2の部分254は、スケール210の第2の横方向エッジに沿って配列され、かつ第2の送信器巻線218および第2の受信器巻線群226と一致する領域262に配置されている。第2の部分は、第2の送信器巻線218の寸法263とほぼ同じで、それと合致している寸法を、測定軸300を横切る方向に有している。開口252の第1の部分253は、図17に示すように、中央部分255によって第2の部分254に接続されている。テープスケール部分257は、開口252相互の間にある。
【0072】
リードヘッド214は、第1および第2の受信器巻線群224および226を備える。第1の受信器巻線群224は、それぞれが関連した波長λ1を有する第1および第2の送信器巻線224Aおよび224Bを有する。第2の受信器巻線群は、それぞれが関連した波長λ2を有する第1および第2の受信器巻線226Aおよび226Bを有する。あるいは、第1および第2の受信器巻線群224および226のそれぞれは、図1の受信器巻線124および126を参照して説明したように構築され、そして第1および第2の瞬間における受信器巻線124および126とほぼ同様に動作する。それ故、受信器巻線群224および226は、ここではこれ以上詳細に説明しない。
【0073】
例示的な絶対テープスケール210では、前述した原理に従うと、第1の部分253のそれぞれは、下地の第1の受信器巻線群224の波長λ1に等しい中心間隔で、測定軸300に沿う方向に配置されている。このため、テープスケール210中の誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、第1の受信器巻線群224によって検知するに適するように、第2の瞬間に、領域261に波長λ1を有する。各第1の部分253は、測定軸300に沿って、波長λ1の約1/2の寸法264を有する。種々の例示的な実施形態では、寸法264は、最良の精度を提供するために、テスト結果に基づいて選択される。
【0074】
同様の原理に従うと、第2の部分254のそれぞれは、下地の第2の受信器巻線群226の波長λ2に等しい中心間隔で、測定軸300に沿う方向に配置されている。このため、テープスケール210中の誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、第2の受信器巻線群222によって検知するに適するように、第1の瞬間に、領域262に波長λ2を有する。各第2の部分254は、測定軸に沿って、波長λ2の約1/2の寸法265を有する。種々の例示的な実施形態では、寸法265は、最良の精度を提供するために、テスト結果に基づいて選択される。
【0075】
図18は、第1の送信器巻線216が前述した第1の瞬間に駆動されるときに、テープスケール210のセグメントを流れる誘導電流のパターンを示している。図14を参照して先に説明された電流と同様に、図17に示される例示的な実施形態では、第1の瞬間に、リードヘッド214を覆うテープスケール210のセグメントに結果として生じた時間的に変化する誘導電流は、図18の矢印によって示されるパターンで流れる。テープスケール210に流れる誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、領域262における極性を、第2の受信器巻線群226によって検知するに適するように、波長λ2の約1/2で周期的に変化させる。
【0076】
図19は、第2の送信器巻線218が前述した第2の瞬間に駆動されるときに、テープスケール210のセグメントを流れる誘導電流のパターンを示している。図18を参照して先に説明された電流と類似の手法で、図17に示される例示的な実施形態では、第2の瞬間に、リードヘッド214を覆うテープスケール210のセグメントに結果として生じた時間的に変化する誘導電流は、図19の矢印によって示されるパターンで流れる。テープスケール210に流れる誘導電流のパターンは、これに基づく二次磁界と共に、領域261における極性を、第1の受信器巻線群224によって検知するに適するように、波長λ1の約1/2で周期的に変化させる。
【0077】
図17に示される例示的な絶対テープスケール210と例示的な低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器200は、第1および第2の瞬間ではそれぞれ、図1に示された例示的な低オフセット型誘導電流式位置変換器100とほぼ同様に動作する。このため、低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器200の構成および動作は、ここではこれ以上詳細に説明しない。低オフセット型誘導電流式絶対リードヘッド214の構成および動作は、絶対値測定を提供するための制御部244および受信器信号処理器242の動作を含めて、前述した813号特許および497号出願に詳細に説明および教示されている。
【0078】
先の実施形態はリニア変換器として示されたが、そのデザインは、前述した389号特許の適用可能な教示に従って、容易に円筒形および円形ロータリー型の応用に転換できることが理解されるべきである。そのような場合に、開口は、円形ディスクまたは円筒のように形成された導電性シート内に、トラックに沿って、含められるべきである。このトラックは、ここで説明され、図示されたテープスケールと電気的にほぼ等価である。さらには、先の実施形態は、送信器巻線として指定された空間的に均一な巻線と、受信器巻線として指定された空間的に変調された巻線とを伴って示されたが、開示された変換器巻線構成は、送信器巻線と受信器巻線の役割が、適切な信号処理と関連して、「反転」させられても、それらの発明としての利益を全て維持するものであることが当業者には明らかであるものと理解されるべきである。そのような1つの適切な信号処理技術は、前述した389号特許の図21を参照して開示されている。他の適用可能な信号処理技術は、当業者には明らかである。
【0079】
この発明が特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの変形、組み合わせ、修正、および変化が当業者に明らかとなることは明白である。従って、上述したこの発明の好ましい実施形態は、説明することを意図されたものであって、制限的なものではない。この発明の精神と範囲を逸脱することなく、種々の変化をなすことができる。
【0080】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、必要な信号利得と許容レベルの位置エラーで動作すると共に、低コストで製造および組立できる低オフセット型誘導電流式位置変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る低オフセット型誘導電流式位置変換器の例示的な実施形態の説明図であり、テープスケールの例示的な実施形態の平面図を含んでいる。
【図2】 図1のテープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、動作中の図1のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【図3】 開口がない導電性シートに誘導された電流の経路を示す模式図である。
【図4】 開口がある導電性シートに誘導された電流の経路を示す模式図である。
【図5】 この発明に係るテープスケールの貫通孔の開口を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図6】 この発明に係るテープスケールの凹部の開口を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図7】 この発明に係るテープスケールの凸部を有する例示的な実施形態の斜視図である。
【図8】 この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図9】 この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図10】 この発明に係るテープスケールの矩形の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図11】 この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図12】 この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図13】 この発明に係るテープスケールの可変幅の開口を有する例示的な実施形態の平面図である。
【図14】 仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図15】 仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図16】 仮定の送信器巻線構成に対し位置決めされたこの発明に係る例示的なテープスケール中の誘導電流パターンの模式図である。
【図17】 この発明に係る低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器の例示的な実施形態の説明図であり、絶対テープスケールの例示的な実施形態の平面図を含んでいる。
【図18】 図17の絶対テープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、第1の瞬間における動作中の図17のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【図19】 図17の絶対テープスケールを流れる誘導電流のパターンの模式的説明図であり、第2の瞬間における動作中の図17のリードヘッドと重なるテープスケール部分に対するものである。
【符号の説明】
100…低オフセット型誘導電流式位置変換器
110…テープスケール
112,116…開口
120…リードヘッド
122…送信器巻線
124,126…受信器巻線
140…受信器信号処理回路
150…送信器駆動信号発生器
160…制御部
200…低オフセット型誘導電流式絶対位置変換器
210…絶対テープスケール
214…リードヘッド
216…第1の送信器巻線
218…第2の送信器巻線
220…送信器駆動信号発生器
224…第1の受信器巻線群
226…第2の受信器巻線群
242…受信器信号処理回路
244…制御部
252…開口
Claims (24)
- 測定軸に沿って相対移動可能に配置された第1および第2の部材を備え、
前記第1および第2の部材は、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第1および第2の領域で互いに対向し、
前記第1の部材は、
駆動信号に応答して第1の変化磁束を前記第1の領域に発生する少なくとも1つの磁界発生器と、
前記第1の変化磁束に応答して前記第2の部材の前記第2の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記第1および第2の部材の間の相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも1つの磁束検出器とを備え、
前記磁界発生器と前記磁束検出器の少なくとも一方が、前記測定軸を横切る電流の向きを前記測定軸に沿って交互に反転させるように空間変調された、前記測定軸に沿って延びるワイヤ状導体を備えて構成され、
前記第2の部材は、
前記第1の領域に配置される第1の部分と前記第2の領域に配置される第2の部分とをそれぞれ有する複数の開口が、前記測定軸に沿って形成され、前記磁界発生器の駆動信号および前記第1の変化磁束の少なくとも一方と応答し、且つ前記開口の測定軸を横切る方向に延びるエッジが前記磁界発生器と交差することによって前記複数の開口によって前記第1および第2の領域での発生パターンが制御された誘導電流を流す少なくとも1つの導体路を有する
ことを特徴とする誘導電流式位置変換器。 - 前記開口の前記第2の部分は、第1の波長で周期的に前記測定軸に沿って配置されている請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記導体路は、印刷配線基板材上の導体路、金属シート内の導体路、金属ブロック内の導体路および金属ストリップ内の導体路のうちの1つである請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記ワイヤ状導体は、交番極性領域のパターンの境界を形成する請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記交番極性領域のパターンは、前記第1の部材の表面上に、前記測定軸に沿って繰り返し配置されている請求項4記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記第1の部材は、印刷回路基板であって、前記磁界発生器および磁束検出器の少なくとも一方は、印刷回路基板処理によって製造されている請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記磁界発生器へ駆動信号を出力する駆動信号発生器と、
前記磁束検出器からの出力信号を入力し、前記第2の部材に対する前記第1の部材の位置を決定し、前記第2の部材に対する前記第1の部材の前記位置を示す位置信号を第1レベルの解像度で出力する分析回路と
を更に備える請求項1記載の誘導電流式位置変換器。 - 前記ワイヤ状導体の配置は、1つの波長で空間変調されている請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記複数の開口は、前記波長と等しいピッチで前記測定軸に沿って配列された第1の複数の開口を含む請求項8記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記複数の開口は、前記第1の複数の開口から前記波長の1/2だけオフセットされ、かつ前記波長と等しいピッチで前記測定軸に沿って配列された第2の複数の開口を含み、
前記第1の複数の開口と前記第2の複数の開口は、前記第2の領域内で、前記測定軸に沿って交互に配置されている請求項9記載の誘導電流式位置変換器。 - 前記複数の開口の前記第1の部分は、前記測定軸に平行な幅を有し、この幅は、前記複数の開口の前記第2の部分の前記測定軸に平行な幅とは異なる請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記測定軸は、リニアである請求項1記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記測定軸は、円形である請求項1記載の誘導電流式位置検出器。
- 所望の測定軸に沿って配列された複数の開口が形成された少なくとも1つの導体路を備えたテープスケールと、
このテープスケールに対して前記測定軸に沿って相対移動可能に配置された誘導式リードヘッドと
を備えた誘導電流式位置変換器であって、
前記テープスケールおよび誘導式リードヘッドは、前記測定軸と直交する方向に分離された前記測定軸と平行に延びる第1および第2の領域で互いに対向し、
前記誘導式リードヘッドの前記第1の領域には、駆動信号に応答して第1の変化磁束を前記第1の領域に発生する少なくとも1つの磁界発生器が配置され、
前記誘導式リードヘッドの前記第2の領域には、前記第1の変化磁束に応答して前記テープスケールの前記第2の領域に発生する誘導電流およびそれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を検出して前記誘導式リードヘッドの前記テープスケールに対する相対位置の関数である出力信号を出力する少なくとも1つの磁束検出器が配置され、
前記複数の開口のそれぞれは、前記第1の領域に配置される第1の部分と前記第2の領域に配置される第2の部分とを有し、前記各開口は、測定軸を横切る方向に延びるエッジが前記磁界発生器と交差することによって前記磁界発生器の駆動信号および前記第1の変化磁束の少なくとも一方と応答して前記導体路に発生する誘導電流の前記第1および第2の領域での発生パターンを制御する
ものであることを特徴とする誘導電流式位置変換器。 - 前記誘導式リードヘッドはさらに、前記テープスケールに対する前記誘導式リードヘッドの前記測定軸に沿った位置を、前記磁束検出器の出力の少なくとも一部に基づいて決定するものであり、
前記出力は、前記第2の領域で検知された誘導電流および第2の変化磁束の少なくとも一方に基づいている請求項14記載の誘導電流式位置変換器。 - 前記開口の前記第2の部分は、第1の波長で周期的に前記測定軸に沿って配置されている請求項14記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記開口の各第2の部分は、前記測定軸に平行な前記波長の1/2以下の幅を有し、前記開口の前記第1の部分は、前記測定軸に平行な前記第2の部分の幅以上の幅を有する請求項16記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記導体路は、印刷配線基材上の導体路、金属シート材内の導体路、金属ブロック材内の導体路および金属ストリップ材内の導体路の1つである請求項14記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記開口は、前記テープスケールに形成された貫通孔であることを特徴とする請求項14記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記テープスケールには、前記開口に代えてに凸部が形成されていることを特徴とする請求項14記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記開口は、前記テープスケールに形成された凹部であり、前記開口の内部の領域を構成する導体材料は、前記テープスケールの表面からそれに垂直な方向に150μm以上後方に配置され、前記誘導式リードヘッドから離れている請求項18記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記導体路は、リニア路、面内のアーク、面内の円、円筒回りのアーク、円筒回りの円の1つである請求項16記載の誘導電流式位置変換器。
- 前記第1の領域と第2の領域とは、第1の期間と第2の期間とで交互に入れ替わり、
前記誘導式リードヘッドの前記第1の期間で第1および第2の領域となる部分に、第1の磁界発生器および第1の磁束検出器が配置され、前記誘導式リードヘッドの前記第2の期間で第1および第2の領域となる部分に、第2の磁界発生器および第2の磁束検出器がそれぞれ配置され、
前記第1の期間では、前記第1の磁界発生器への駆動信号およびこれに基づく第1の変化磁束の少なくとも一方によって前記テープスケールに発生した誘導電流およびこれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を前記第1の磁束検出器によって検出し、
前記第2の期間では、前記第2の磁界発生器への駆動信号およびこれに基づく第1の変化磁束の少なくとも一方によって前記テープスケールに発生した誘導電流およびこれに基づく第2の変化磁束の少なくとも一方を前記第2の磁束検出器によって検出する
ことを特徴とする請求項14記載の誘導電流式位置変換器。 - 前記複数の開口の前記第1の期間で前記第1の領域に含まれる第1の部分は、第1の周期で前記測定軸に沿って配列され、
前記複数の開口の前記第1の期間で前記第2の領域に含まれる第2の部分は、前記第1の周期とは異なる第2の周期で前記測定軸に沿って配列され、
前記第1の期間に得られる前記第1の磁束検出器の出力と、前記第2の期間に得られる前記第2の磁束検出器の出力とに基づいて、前記テープスケールに対する前記誘導式リードヘッドの絶対的な位置を検出する
ことを特徴とする請求項23記載の誘導電流式位置変換器。
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