JP4868159B2 - リニアスケール - Google Patents

Description

本発明は、被検体の直線的な変位を検出することができるリニアスケールに関するものである。

近年、複数のコイルと磁気応答部材（以下、一例として強磁性部材）との相対的な位置に応じた検出信号を各コイルから得ることにより、被検体の直線的な変位を検出するリニアスケールが開発され、様々な用途へ展開が試みられている。

上記リニアスケールは、その動作原理から誘導型とインピーダンス型の２種類に分けられる。さらに、いずれの型においても、複数のコイルが直線状に配列されて、被検体の直線的な変位ｘを検出する直線型と、複数のコイルが円周方向に配列されて、被検体の回転角度変位θを検出する回転型とがある（例えば、特許文献１参照）。

はじめに、本発明の理解のために、インピーダンス型リニアスケールの基本検出原理につき、図７〜図１０を参照して説明する。
図７は、ソレノイド型のコイルを用いたインピーダンス型リニアスケールの基本検出原理を示す図である。図７（ａ）に示すように、この型のリニアスケールは、コイルＬ及びこれに直列接続されたインピーダンス素子Ｒ（例えば、抵抗器）を基本単位としている。

コイルＬのインピーダンスは、コイルＬと、該コイルの巻回中心軸方向に沿って変位する強磁性部材２との相対的な位置関係によって変化し、強磁性部材２がコイルＬの中央に位置する際に最も高くなる。これに対して、インピーダンス素子Ｒのインピーダンスは一定である。
したがって、この基本単位に励磁信号

が入力された状態で強磁性部材２が変位すると、コイルＬの両端からは、コイルＬとインピーダンス素子Ｒのインピーダンス比に応じた出力信号Ｖ_ｏを得ることができる。図７（ｂ）に示すように、出力信号Ｖ_ｏの振幅は、強磁性部材２がコイルＬの中央に位置する際に最も大きくなる。

図８は、このスケールの基本単位を使用したインピーダンス型のリニアスケール２０を示す図である。
リニアスケール２０は、複数のコイル群Ｌ_１〜ｎからなる検出部３、演算部１１、カウンター１２、及びピッチ判定部１３を備えている。一般的なリニアスケールと同様に、このリニアスケール２０は検出可能な最大変位をｎ個の区間（＝ピッチ）に分割して管理しており、被検体がどのピッチに位置しているのか、つまりどのコイル群の近傍に位置しているのかを示す“ピッチ出力”と、各ピッチ内における微小な変位を示す“ピッチ内変位出力”から、被検体の相対的な変位を特定し得るようになっている。

検出部３のコイル群Ｌ_１〜ｎは、直線状に且つ等間隔に並べられた４個のコイルＬ_＊１〜_＊４（上記基本単位のコイルＬに相当）からなり、コイル群Ｌ_１〜ｎ自体も直線上に並べて配置される。結局、検出部３は、４×ｎ個のコイルが直線状に且つ等間隔に並べられたものとなっている。
また、検出部３は、被検体である強磁性部材２の磁気的な影響を受け得る程度に近接して、且つ強磁性部材２の変位方向に沿って配置されている。

このリニアスケール２０において、各基本単位の端子Ｓ_１、Ｓ_２に交流信号ＡＳｉｎωｔが入力されると、各基本単位のコイルＬとインピーダンス素子Ｒのインピーダンス比に応じた出力信号Ｖ_ｏ１〜_４が得られる。また、出力信号Ｖ_ｏ１〜_４は、コイルＬ_１１の中央と強磁性部材２の中央が重なるような位置を初期位置（ｘ＝０）とし、この位置から強磁性部材２が矢印ｘ方向に相対的に変位していくと、その変位量に応じて変化する。

強磁性部材２がコイル群Ｌ_１の近傍で変位した際の出力信号Ｖ_ｏ１〜_４の変化を順に説明すると、まず、図８に示す初期位置では、コイルＬ_１１の出力信号Ｖ_ｏ１が他の出力信号に比べて大きく、強磁性部材２がｘ方向に相対的に変位するにつれて出力信号Ｖ_ｏ１が減少し、出力信号Ｖ_ｏ２が増加していく。そして、強磁性部材２がコイルＬ_１２の中央まで変位すると出力信号Ｖ_ｏ２は最大となる。以下同様に、変位ｘの増加に伴って、出力信号Ｖ_ｏ３及びＶ_ｏ４が順次最大となる。
他のコイル群（例えば、コイル群Ｌ_ｎ）の近傍においても同様に、出力信号Ｖ_ｏ１は、強磁性部材２の中央とコイルＬ_ｎ１の中央が重なる際に最大となり、その後変位ｘの増加に伴って、出力信号Ｖ_ｏ２、Ｖ_ｏ３及びＶ_ｏ４が順次最大となる。

このように、強磁性部材２が検出部３に沿って矢印ｘ方向に変位すると、出力信号Ｖ_ｏ１とＶ_ｏ３の差動出力からは、入力される励磁信号ＡＳｉｎωｔに、強磁性部材２と当該コイル群の相対的な変位に応じた係数ａＣｏｓｘを乗じた値、すなわち、

が得られる。ここで、ａは任意の定数である。
同様に、出力信号Ｖ_ｏ２とＶ_ｏ４の差動出力からは、入力される励磁信号ＡＳｉｎωｔに、強磁性部材２と当該コイル群の相対的な変位に応じた係数ａＳｉｎｘを乗じた値、すなわち、

が得られる。ここで、ａは任意の定数である。

各コイル群Ｌ_１〜ｎにおける初期位置（例えば、コイル群Ｌ_１における図８の状態）から、強磁性部材２を矢印ｘ方向に相対的に変位させていくと、式（２）（３）中のＣｏｓｘ及びＳｉｎｘは、それぞれ、強磁性部材２が当該コイル群の巻回中心軸方向の全長（＝１ピッチ）にわたって変位する度に、周期的に−１〜＋１の範囲で変化する。
すなわち、リニアスケール２０は、各コイル群Ｌ_１〜ｎ内における強磁性部材２の直線的な１ピッチの変位を、正弦関数、余弦関数において変数ｘが２π変化することに対応させて取り扱うことができる。

式（２）（３）の信号は、式（１）の励磁信号と比較可能な信号に変換される。この変換手順としては、まず、演算部１１において、式（３）の信号が９０°（＝π／２）シフトされて、

が得られる。そして、この式（４）と（２）が加法定理に基づいて合成され、最終的に、

が得られる。

式（２）（３）（５）で表される信号波形、及びこれらの信号から変位ｘを算出する手順を示したのが図９である。
図９（ａ）は、上から、入力された励磁信号波形（＝ＡＳｉｎωｔ）、式（３）で表される信号波形（＝β）、式（２）で表される信号波形（＝α）を示す。各信号波形の横軸は変位ｘであり、１ピッチの変位ｘ（＝２π、３６０°）を一周期として、式（２）（３）で表される信号波形は、それぞれ、周期的に変化する。

カウンター１２には、演算部１１で得られた式（５）で表される信号と、各コイル群Ｌ_１〜ｎに入力されたものと同じ励磁信号（＝ＡＳｉｎωｔ）が入力される。
図９（ｂ）の上側のグラフに示すように、式（５）の信号ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）は、元々の励磁信号ＡＳｉｎωｔに対して、位相がｘずれた信号として表される。したがって、励磁信号ＡＳｉｎωｔのゼロクロス点から、式（５）の信号ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）のゼロクロス点までの時間を測定することで、変位ｘを求めることができる。

これを実現するために、カウンター１２は、励磁信号ＡＳｉｎωｔのゼロクロス点をきっかけとして出力をリセットするとともに、カウントをスタートさせる。そして、式（５）の信号ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）のゼロクロス点をきっかけとして、カウントをストップさせ、その値を保持（ラッチ）する。
結局、カウンター１２は、励磁信号ＡＳｉｎωｔと式（５）の信号ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）とを比較することによって変位ｘを離散的なディジタル値に変換し、これを“ピッチ内変位出力”として出力する。

例えば、カウンター１２が４ビットで処理を行う場合、変位ｘ＝０ピッチ（変位なし）における２進数表記のピッチ内変位出力は“００００”で、その状態から変位ｘが増加して１ピッチに近づくにつれて、この出力は“０００１”→“００１０”→“００１１”→“０１００”…というように変化し、変位ｘ＝１ピッチ（変位最大）になると、ピッチ内変位出力は“１１１１”となる。
なお、２進数表記のピッチ内変位出力が“ａｂｃｄ”の場合、１０進数表記のピッチ内変位出力はａ×２^３＋ｂ×２^２＋ｃ×２^１＋ｄ×２^０で計算できる。例えば、２進数表記のピッチ内変位出力が最小の“００００”の場合、１０進数表記のピッチ内変位出力は０＋０＋０＋０＝０となり、最大の“１１１１”の場合は８＋４＋２＋１＝１５となる。
以上のように、リニアスケール２０は、励磁信号ＡＳｉｎωｔと式（５）の信号の位相差を所定のビット数（Ｎビット）で処理することによって、ピッチ内における微小変位ｘを１ピッチ／２^Ｎの分解能で検出することができる。

さらに具体的には、１ピッチが１６ｍｍ、Ｎ＝４の場合、分解能は１６ｍｍ／２^４＝１ｍｍとなり、ピッチ内変位出力が“１００１”を示すとき、変位ｘは９ｍｍである。また、１ピッチが８．１９２ｍｍ、Ｎ＝１３の場合、分解能は８．１９２ｍｍ／２^１３＝０．００１ｍｍとなり、ピッチ内変位出力が“１ ０１００ ００００ ００００”を示すとき、変位ｘは５．１２０ｍｍである。

上記ピッチ内変位出力に加えて、図８に示すリニアスケール２０は、ピッチ判定部１３によって強磁性部材２がどのピッチに位置しているかを判定し、ピッチ出力として出力することができる。
検出部３内には、コイル群毎に、強磁性部材２が近傍に存在しているか否かに応じて適当な信号を出力する、例えばホールスイッチのような素子（図示せず）が備えられている。ピッチ判定部１３は、各素子から出力されるこの信号を受け取り、強磁性部材２が位置しているピッチに関する情報を、“ピッチ出力”として出力する。

以上のような変位の検出を位相差変換（Ｐ−Ｄ変換）方式と呼び、この方式を用いたリニアスケールは、図１０に示すような態様で使用される。

図１０（ａ）に示す従来のリニアスケールは、８個のコイル群Ｌ_１〜８からなる検出部３を備えている。コイル群Ｌ_１〜８は、それぞれ、４個のコイル（例えば、コイル群Ｌ_１におけるＬ_１１〜_１４）を備えている。また、このリニアスケールは、図示していない演算部１１、カウンター１２及びピッチ判定部１３（図８参照）を備えており、ピッチ内出力変位とピッチ出力が得られるようになっている。符号Ｐ_１〜Ｐ_８はピッチ番号を示す。一例として、各ピッチは８．１９２ｍｍ（＝コイル群長）で、これを１３ビットのカウンター１２で処理することによって、１ピッチを２^１３＝８１９２の区間に分割し、０．００１ｍｍの分解能が実現されている。

図１０（ａ）に示すリニアスケールにおいて、強磁性部材２が矢印ｘ方向に変位していくと、ピッチ内変位出力は０から最大値まで上昇していき、ピッチが切り替わると再び０に戻る。ピッチの切り替わりは、ピッチ判定部１３によって判定され、ピッチ内変位出力とピッチ出力の双方を参照することで、強磁性部材２の変位ｘを特定することができる。

図１０（ｂ）に示すように、強磁性部材２の変位がＸ_１の場合、ピッチ出力が“Ｐ_１”を示すとともに、１０進数表記のピッチ内変位出力は“０”を示す。したがって、変位Ｘ_１のスケール内変位ｘは、
８．１９２ｍｍ×（１−１）＋０．００１ｍｍ×０＝０ｍｍ
であると特定される。
また、変位がＸ_４の場合、ピッチ出力が“Ｐ_５”を示すとともに、１０進数表記のピッチ内変位出力は“５１２０”を示す。したがって、変位Ｘ_４のスケール内変位ｘは、
８．１９２ｍｍ×（５−１）＋０．００１ｍｍ×５１２０＝３７．８８８ｍｍ
であると特定される。
特開２００４−２３３３１１号

上述した従来のリニアスケール２０が適用される分野のひとつに、レール５上を走行する台車４の位置を検出する位置検出システムがある。図１１に示す位置検出システムは、台車４が左方向に移動した際の、強磁性部材２、２’の相対的なｘ方向の変位を検出することによって、台車４の位置を検出するものである。

図１１に示すように、リニアスケール２０の検出部３は、台車４の下部に、変位方向ｘに沿って取り付けられている。また、複数の強磁性部材２、２’・・・は、台車４が走行するレール５上に取り付けられるか、またはレール５の表面近傍に埋め込まれている。そして、リニアスケール２０からは、検出部３と強磁性部材２、２’・・・との相対的な位置関係に応じたピッチ内変位出力及びピッチ出力を得ることができ、これによってレール５上の台車４の位置を検出できるようになっている。

ところが、従来のリニアスケール２０は、検出部３の検出部長ｌ_Sと、強磁性部材間隔ｌ_Ｍの関係に制約が多く、結果として、このリニアスケール２０を適用した位置検出システムは、非常に使い勝手が悪いものであった。

例えば、図１１（ａ）に示すように、検出部３の検出部長ｌ_Sと強磁性部材間隔ｌ_Ｍの関係が“ｌ_Ｍ＜ｌ_S”の場合、検出部３に対して複数の強磁性部材２、２’が同時に影響を及ぼすことになり、誤ったピッチ内変位出力及びピッチ出力を出力してしまっていた。
また、検出部３の検出部長ｌ_Sと強磁性部材間隔ｌ_Ｍの関係を“ｌ_Ｍ＞ｌ_S”として上記問題を解決した場合は、図１１（ｂ）に示すように、検出部３の直下に強磁性部材２、２’が存在しない状態が生じる。このような場合、検出部３は強磁性部材２、２’からの十分な磁気的な影響を受けることができず、台車４の位置を検出し得ない“不感帯”が生じていた。また、不感帯を補完するために、他の位置検出手段を併用した場合は、構成が複雑化するとともに、高コスト化を招いていた。

そこで本発明は、同時に複数の被検体が影響を及ぼし得るような場合においても誤った出力をすることなく、しかも、不感帯を生じることもないリニアスケールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るリニアスケールは、直線的、且つ相対的に移動する二物品の変位を検出するリニアスケールであって、前記物品の一方であって、所定の間隔で直線状に並んで配置された複数の被検体と、前記物品の他方であって、前記被検体の配列方向に沿って直線状に並んで配置された少なくとも２個の同一の検出部と、前記検出部のそれぞれから、当該検出部と前記被検体との相対的な変位を示す第１データと、当該検出部が前記第１データを検出可能な領域内にいずれかの前記被検体が存在している場合にのみ適正値を示す第２データとを得て、得られた前記第２データ同士を比較することによって選択すべき前記検出部を決定し、選択された前記検出部から得られた前記第１データを出力するスケール切替部とを備え、前記被検体の間隔が、前記検出部の検出部長よりも大きく、且つ、備えられた前記検出部の検出部長の総和よりも小さいことを特徴とする。

本発明に係るリニアスケールは、前記検出部を３個備え、前記被検体の間隔が前記検出部長の１．５倍であることが好ましい。

また、本発明に係るリニアスケールの前記検出部は、前記被検体は強磁性部材からなり、前記検出部は、前記被検体との相対的な位置関係に応じてインピーダンスが変化するコイルを備え、前記コイルのインピーダンスに基づいて前記第１データが出力されることが好ましい。

また、本発明に係るリニアスケールを適用した台車の位置検出システムは、レールと、前記レール上を走行する台車と、前記台車の下部に、前記台車の進行方向に沿って配置された上記リニアスケールとを備え、前記被検体が前記レールの表面近傍に配置されていることを特徴とする。

本発明に係るリニアスケールでは、少なくとも２個の検出部を直線状に並べて配置し、これらを適宜切り換えて使用する。これにより、“備えられているすべての検出部の検出部長の総和＞被検体の間隔＞検出部１個あたりの検出部長”の関係を満足する限りにおいて、不感帯を生じることなく、被検体の直線的、且つ相対的な変位を検出することができるリニアスケールを提供することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るリニアスケールの構成について説明する。

図１に示すように、本発明に係るリニアスケール１は、少なくとも２個のスケールからなっている。簡単のために、２個のスケールを備えた場合について説明すると、第１スケール１０ａ及び第２スケール１０ｂは同一のもので、それぞれ、図２に示すような構成となっている。すなわち、図１に示す第１スケール１０ａ及び第２スケール１０ｂは、図２に示すようにｎ個のコイル群Ｌ_１〜_ｎからなる検出部３ａ（３ｂ）、演算部１１、カウンター１２及びピッチ判定部１３と、さらに波高値検出部１４を備えている。これらのうち、波高値検出部１４を除く部分については、図８に示す従来のリニアスケール２０と同様のものである。

波高値検出部１４は、例えば、ピークホールド回路を備えており、演算部１１で算出されたａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）の波高値“ａ”を検出し、その値を“波高値”として出力するようになっている。
結局、図２に示す第１スケール１０ａ及び第２スケール１０ｂは、検出部３ａ（３ｂ）と強磁性部材２の相対的な変位ｘを示す第１データとしてピッチ内変位出力及びピッチ出力を出力するとともに、第２データとして波高値を出力する。後述するように、波高値からは、検出部３ａ（３ｂ）の検出可能領域内に強磁性部材２が存在しているか否かが分かる。

図１に示すスケール切替部１５は、第１スケール１０ａ及び第２スケール１０ｂから、それぞれ、ピッチ内変位出力、ピッチ出力及び波高値を受け取る。スケール切替部１５では、第１スケール１０ａの波高値（＝第１波高値）と、第２スケール１０ｂの波高値（＝第２波高値）の比較が行われ、その結果に基づいて選択すべきスケールが決定される。

スケール切替部１５におけるスケール選択方法の一例を図３に示す。
この一例では、レール５上を走行する台車４の下部に、第１スケール１０ａの検出部３ａと第２スケール１０ｂの検出部３ｂが直線状に並んで配置されている。また、強磁性部材２は、台車４が走行するレール５上に取り付けられるか、またはレール５の表面近傍に埋め込まれている。

図３に示す状態から、台車４が左方向に移動すると、強磁性部材２は相対的に矢印ｘ方向に変位していく。このとき、第１波高値は、検出部３ａの検出可能領域内に強磁性部材２が位置しているときのみ適正値を示し、それ以外のときは無視できる程度の低い値を示す。第２波高値も同様に、検出部３ｂの検出可能領域内に強磁性部材２が位置しているときのみ適正値を示し、それ以外のときは無視できる程度の低い値を示す。
なお、図３に示すような態様において、検出部の検出可能領域とは、当該検出部直下の領域で、且つ当該検出部が強磁性部材からの磁気的な影響を受け得る程度の領域を意味する。

スケール切替部１５では、第１波高値と第２波高値の大小を比較し、波高値が大きい方のスケールを選択する。そして、選択された方のスケールからスケール切替部１５に入力されたピッチ内変位出力及びピッチ出力は、それぞれ、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力として出力される。

本発明に係るリニアスケールでは、一方のスケールが選択されている場合、他方のスケールから出力されるピッチ内変位出力及びピッチ出力の如何は、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力に全く影響を及ぼさない。言い換えれば、第１スケール１０ａと第２スケール１０ｂは、互いに干渉し合うことなく、独立して動作することが可能である。

図４に示す台車４の位置検出システムで、検出部長ｌ_S、強磁性部材間隔ｌ_Ｍ、及び検出部長の総和（＝総スケール長）ｌ_SＴの関係をｌ_SＴ＞ｌ_Ｍ＞ｌ_Sとした場合において、本発明に係るリニアスケールがもたらす効果について考える。
本発明によれば、図４に示すように、検出部３ａの検出可能領域に強磁性部材２が位置し、さらに検出部３ｂの検出可能領域に強磁性部材２’が位置しているような場合においても、各検出部がそれぞれの検出可能領域内に位置する強磁性部材との位置関係に応じたピッチ内変位出力及びピッチ出力を出力する。そして、選択されたいずれかのスケール側からのピッチ内変位出力及びピッチ出力に基づいて、台車４の正しい位置を検出することができる。さらに本発明によれば、ｌ_SＴ＞ｌ_Ｍの関係より、検出部３ａまたは検出部３ｂのいずれか一方の検出可能領域には必ず強磁性部材が位置することになるので、台車４の位置が特定できない不感帯の発生を防ぐことができる。

次に、上述した本発明に係るリニアスケールの第１の実施例について、図５を参照して説明する。

本実施例では、本発明に係るリニアスケールを台車の位置検出システムに適用した。
レール５上を走行する台車４の下部には、台車４の進行方向に沿って、第１スケール１０ａの検出部３ａと第２スケール１０ｂの検出部３ｂが直線状に並んで配置されている。各検出部は、１ピッチの長さが８．１９２ｍｍのコイル群を８個備えたもので、検出部長ｌ_Sは６５．５３６ｍｍである。また、検出部３ａと検出部３ｂは直線状に隙間なく並べて配置されているので、総スケール長ｌ_SＴは、１３１．０７２ｍｍである。
なお、検出部３ａ及び３ｂ内には、コイル群毎（＝ピッチ毎）に図示しないホールスイッチが備えられており、強磁性部材２、２’・・・が近傍に存在しているか否かに応じた信号が、ピッチ判定部１３に向けて出力される。

強磁性部材２、２’・・・は、台車４が走行するレール５上に取り付けられるか、またはレール５の表面近傍に等間隔に埋め込まれている。本実施例において、強磁性部材間隔ｌ_Ｍは９８．３０４ｍｍである。すなわち、本実施例では、検出部１個あたりの検出部長ｌ_S、強磁性部材間隔ｌ_Ｍ、及び総スケール長ｌ_SＴの関係が、ｌ_SＴ＞ｌ_Ｍ＞ｌ_Sとなっている。

図５に示すような、強磁性体部材２’の右端と検出部３ａの左端とが重なっている状態を初期位置（ｘ＝０）とし、この状態から台車４が左方向に移動すると、これに応じて強磁性部材２、２’・・・は相対的に矢印ｘ方向に変位していく。
図５に示す変位ｘ＝０ｍｍの場合、第１スケール１０ａの波高値（＝第１波高値）は、適正値にやや満たない値を示す。一方、第２スケール１０ｂの波高値（＝第２波高値）は、その検出可能領域に強磁性部材２が位置しているので、適正値を示す。
スケール切替部１５は、第１波高値及び第２波高値の大小を比較し、大きい方のスケール、すなわち第２スケール１０ｂを選択する。そして、第２スケール１０ｂから出力されるピッチ内変位出力及びピッチ出力を、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力として出力する。

変位ｘ＝ｌ_ＳＴ−ｌ_Ｍ（＝３２．７６８ｍｍ）になると、強磁性部材２が検出部３ｂの検出可能領域から外れるので、第２波高値は適正値を下回る。一方、このとき、検出部３ａの検出可能領域には強磁性部材２’が位置しているので、第１波高値は適正値となる。そして、スケール切替部１５は第１スケール１０ａを選択し、第１スケール１０ａから出力されるピッチ内変位出力及びピッチ出力を、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力として出力する。

続いて、変位ｘ＝ｌ_Ｓ（＝６５．５３６ｍｍ）になると、強磁性部材２’が検出部３ａから検出部３ｂの検出可能領域に変位する。これに伴って、第１波高値は適正値を下回り、第２波高値は適正値となる。このとき、スケール切替部１５は第２スケール１０ｂを選択し、第２スケール１０ｂから出力されるピッチ内変位出力及びピッチ出力を、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力として出力する。

さらに強磁性部材２、２’・・・が相対的に変位して、変位ｘ＝ｌ_Ｍ（＝９８．３０４ｍｍ）になると、強磁性部材２”が検出部３ａの検出可能領域に到達するので、第１波高値は適正値となる。このとき、検出部３ｂの検出可能領域内には強磁性部材２’が位置しているので、第２波高値は依然として適正値を保つ。このような場合、選択スケールは変更されない。

そして、変位ｘ＝ｌ_ＳＴ（＝１３１．０７２ｍｍ）になると、強磁性部材２’が検出部３ｂの検出可能領域に位置しなくなり、第２波高値が適正値を下回る。そして、スケール切替部１５は第１スケール１０ａを選択し、第１スケール１０ａから出力されるピッチ内変位出力及びピッチ出力を、選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力として出力する。

以上のように、本実施例に係るリニアスケールでは、直線状に並べられた２個の独立した検出部のうち、一方の検出部からの出力を利用し、さらに、検出部１個あたりの検出部長ｌ_S、強磁性部材間隔ｌ_Ｍ、及び総スケール長ｌ_SＴの関係をｌ_SＴ＞ｌ_Ｍ＞ｌ_Sとすることによって、台車４の位置を、正確に且つ不感帯を発生することなく検出することができる。

次に、本発明に係るリニアスケールの第２の実施例を、図６を参照して説明する。

２個の検出部を使用した上記実施例１では、例えば、図５に示す変位ｘ＝ｌ_Ｓにおいて、比較される波高値が同時に変化する。このような変化が非常に高速に行われた場合、波高値検出部１４及びスケール切替部１５の動作が追従できず、出力される選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力に僅かな空白期間が生じてしまう可能性がある。
実施例２に係るリニアスケールは、３個の検出部を使用することによって、その僅かな空白期間の発生をも防ぐものである。

図６に示すように、台車４の下部には、第１スケール１０ａの検出部３ａ、第２スケール１０ｂの検出部３ｂ、及び第３スケール１０ｃの検出部３ｃが配置されている。各検出部３ａ〜３ｃは、いずれも実施例１の検出部３ａ、３ｂと同一のもので、検出部長ｌ_Sは６５．５３６ｍｍである。また、検出部３ａ〜３ｃは直線状に隙間なく並べて配置されているので、総スケール長ｌ_SＴは、１９６．６０８ｍｍである。強磁性部材間隔ｌ_Ｍは、検出部長ｌ_Sの１．５倍の９８．３０４ｍｍである。

本実施例では、実施例１の変位ｘ＝ｌ_Ｓのように、比較される波高値のすべてが同時に変化することはない。
例えば、変位ｘ＝０．５×ｌ_Ｓにおいて、強磁性部材２が検出部３ｂから検出部３ｃの検出可能領域に変位すると、第２波高値と第３波高値が同時に変化する。また、第２波高値は適正値から外れるので、第２スケール１０ｂは選択されなくなる。このような場合でも、本実施例に係るリニアスケールでは、別の強磁性部材２’がもうひとつの検出部３ａの検出可能領域のほぼ中央に位置することになり、第１波高値は適正値を保ち続ける。したがって、スケール切替部１５は、第２波高値が適正値から外れるとともに、即座に第１スケール１０ａを選択することができ、出力される選択ピッチ内変位出力及び選択ピッチ出力に僅かな空白期間が生じるのを防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、当業者であれば、種々の変形例を想到できることは自明である。

例えば、各実施例では、検出部として、コイル及びインピーダンス素子からなるインピーダンス型の検出部を使用したが、これに換えて他の検出部を使用することができる。置き換え可能な検出部としては、例えば、特許文献１に記載されている誘導型の検出部や、特願２００５−３７１３８７に記載されている発光素子と受光素子の相対的な変位を検出する検出部がある。
また、コイル群毎に備えられているホールスイッチも一例であり、例えば、特願２００７−０２０５０８に記載されている他の検出部を併用することによって、ピッチを特定するようにしてもよい。

また、各実施例では、固定されている強磁性部材（被検体）に対して検出部が変位した際の、強磁性部材の相対的な変位を変位ｘとして取り扱ったが、検出部を固定し、強磁性部材（被検体）が変位するようしてもよい。つまり本発明に係るリニアスケールは、二物品の直線的、且つ相対的な変位を検出する、あらゆる分野に適用することができる。

本発明に係るリニアスケールのブロック図である。 本発明に係るリニアスケールの第１〜３スケールを示すブロック図及び回路図である。 本発明に係るリニアスケールを適用した台車の位置検出システムにおける、台車位置の検出原理を示す図である。 本発明に係るリニアスケールの、検出部長、総スケール長及び強磁性部材間隔の関係を示す図である。 実施例１に係るリニアスケールを適用した台車の位置検出システムを示す図である。 実施例２に係るリニアスケールを適用した台車の位置検出システムを示す図である。 コイルを用いたインピーダンス型スケールの検出原理を示す図であって、（ａ）は構成を示す模式図、（ｂ）はスケールの出力信号波形を示すグラフである。 インピーダンス型スケールを用いた従来のリニアスケールを示すブロック図及び回路図である。 リニアスケールの検出原理を示す図であって、（ａ）は各信号波形を示すグラフ、（ｂ）は変位ｘを算出する方法を示すグラフである。 リニアスケールの動作を示す図であって、（ａ）は検出部の模式図及び被検体の変位に伴って変化する出力波形を示すグラフ、（ｂ）はピッチ出力、ピッチ内変位出力及びスケール内変位の関係をまとめた表である。 従来のリニアスケールを適用した台車の位置検出システムを示す図であって、（ａ）は強磁性部材間隔が検出部長よりも大きい場合、（ｂ）は検出部長が強磁性部材間隔よりも大きい場合を示す図である。

符号の説明

１ リニアスケール
２、２’、２” 強磁性部材
３、３ａ〜３ｃ 検出部
４ 台車
５ レール
１０ａ〜１０ｃ 第１〜第３スケール
１１ 演算部
１２ カウンター
１３ ピッチ判定部
１４ 波高値検出部
１５ スケール切替部
Ｌ コイル
Ｒ インピーダンス素子
Ｌ_１〜ｎ コイル群
ｌ_Ｓ 検出部長
ｌ_ＳＴ 総スケール長
ｌ_Ｍ 強磁性部材間隔

Claims (4)

1. 直線的、且つ相対的に移動する二物品の変位を検出するリニアスケールであって、
   前記物品の一方であって、所定の間隔で直線状に並んで配置された複数の被検体と、
   前記物品の他方であって、前記被検体の配列方向に沿って直線状に並んで配置された少なくとも２個の同一の検出部と、
   前記検出部のそれぞれから、当該検出部と前記被検体との相対的な変位を示す第１データと、当該検出部が前記第１データを検出可能な領域内にいずれかの前記被検体が存在している場合にのみ適正値を示す第２データとを得て、得られた前記第２データ同士を比較することによって選択すべき前記検出部を決定し、選択された前記検出部から得られた前記第１データを出力するスケール切替部と、を備え、
   前記被検体の間隔が、前記検出部の検出部長よりも大きく、且つ、備えられた前記検出部の検出部長の総和よりも小さいことを特徴とするリニアスケール。
2. 前記検出部を３個備え、前記被検体の間隔が前記検出部長の１．５倍であることを特徴とする請求項１に記載のリニアスケール。
3. 前記被検体は強磁性部材からなり、
   前記検出部は、前記被検体との相対的な位置関係に応じてインピーダンスが変化するコイルを備え、
   前記コイルのインピーダンスに基づいて前記第１データが出力されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアスケール。
4. レールと、
   前記レール上を走行する台車と、
   前記台車の下部に、前記台車の進行方向に沿って配置された請求項１に記載のリニアスケールと、を備え、
   前記被検体が前記レールの表面近傍に配置されていることを特徴とする台車の位置検出システム。

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