JP5178819B2 - 位置検出装置及びこれを用いたリニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、固定部材に対する移動部材のストローク量、停止位置をフィードバック制御する際に当該移動部材の実際の位置を検出するための位置検出装置及びこれを用いたリニアアクチュエータに関する。

従来、この種の位置検出装置としては、特開平６−１８０２０３号公報、特開２００６−３３７２１２等に開示されたものが知られている。具体的には、所定のピッチで光学的又は磁気的なインデックスが付されたリニアスケールと、このリニアスケールに対向配置されると共に前記インデックスを読み取る位置検出センサとから構成されており、例えば前記リニアスケールをリニアアクチュエータの固定部材に、前記位置検出センサを移動部材に固定し、リニアスケールに対して位置検出センサを相対的に移動させることで、前記固定部材に対する移動部材の移動量を把握することができるようになっている。

前記位置検出センサは一対の検出ヘッドを備えており、各検出ヘッドは前記リニアスケールのインデックスを読み取った際に、当該インデックスの１ピッチを１周期とした正弦波を出力する。また、これら一対の検出ヘッドはインデックスの配列ピッチの整数倍に対して１／４ピッチだけずれて配置されており、９０度の位相差を備えた正弦波Ａ相及び余弦波Ｂ相がこれら検出ヘッドから出力されるようになっている。従って、Ａ相及びＢ相を比較することで、固定部材に対する移動部材の移動方向を把握し、更にインデックスのピッチを複数の分割した精度で移動部材の移動量を把握することが可能となっている。

このリニアスケールを用いた位置検出装置は専ら移動部材の位置や速度をフィードバック制御する目的で使用されるが、実際の使用に当たっては、位置検出装置の不調を原因として、前記移動部材が予定されている移動範囲、すなわち有効ストローク範囲から逸脱してしまうトラブルを回避するため、前記位置検出装置とは別に、かかる有効ストローク範囲の両端にリミットスイッチ等の外部スイッチを設けて使用する場合が多々ある。

この外部スイッチは前記移動部材が有効ストローク範囲から逸脱した場合にそれを検出するものであり、例えばリニアアクチュエータの使用中に前記外部スイッチの信号がオフからオンに変化した場合、この信号変化をトリガーとしてリニアアクチュエータの非常停止等の措置を講じることができるようになっている。

この外部スイッチは移動部材の接触によって出力信号が切り替わる機械的なスイッチの場合もあれば、特開２００６−３３７２１２に開示されるように磁性体とこれを検出する磁気センサとから構成されている場合もある。

一方、特開平６−１８０２０３号公報に開示される位置検出装置では敢えて外部スイッチを設けず、位置検出信号のカウント値と有効ストローク範囲の両端に対応したカウント値とを比較し、この比較結果に基づいてリニアアクチュエータの非常停止等の措置を講じるように構成されている。
特開平６−１８０２０３号公報 特開２００６−３３７２１２

しかし、有効ストローク範囲を検出するために前述の如く一対の外部スイッチを位置検出装置と別個に設けたのでは、当該外部スイッチの配置スペースや配線スペースが余分に必要となり、位置検出装置を必要とするリニアアクチュエータ等の機器の小型化には障害となってしまう。

また、外部スイッチを用いずに、位置検出信号のカウント値のみを用いて有効ストローク範囲を判断したのでは、何らかの要因によって位置検出信号に外乱が生じた場合を考慮すると、有効ストローク範囲の両端を正しく認識できない事態が生じかねない。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、外部スイッチを用いることなく移動部材が有効ストローク範囲内に存在するか否かを確認することができ、リニアアクチュエータの小型化に資することが可能な位置検出装置を提供することにある。

すなわち、本発明の位置検出装置は、所定のピッチでインデックスが配列された第一スケールと、この第一スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第一検出センサと、前記第一スケールに隣接配置されると共に当該第一スケールと同一ピッチでインデックスが配列された第二スケールと、この第二スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第二検出センサとを備えており、前記第一スケール又は第二スケールにおけるインデックス配列方向の両端には、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号が異なるエリア外認識領域が設けられている。

また、この位置検出装置を用いたリニアアクチュエータは、第一部材と、この第一部材に対して相対的に並進運動が可能な第二部材と、前記第一部材に対して第二部材を推進する駆動手段と、前記第一部材に設けられる前記第一スケールと、前記第二部材に搭載された第一検出センサと、前記第一部材に設けられて前記第一スケールに隣接配置された前記第二スケールと、前記第二部材に搭載された前記第二検出センサと、前記第一検出センサ及び第二検出センサから出力される検出信号を受信して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備えており、前記第一スケール又は第二スケールにおけるインデックス配列方向の両端には、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号が異なるエリア外認識領域が設けられている。

このように構成された本発明の位置検出装置によれば、前記第一スケールに隣接して第二スケールが設けられており、この第二スケールには第一スケールと同一ピッチでインデックスが配列されると共に、前記第一スケール又は第二スケールにおけるインデックス配列方向の両端には、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号が異なるエリア外認識領域が設けられているので、各スケールの両端においては第一検出センサの検出信号と第二検出センサの検出信号とを比較することにより、いずれか一方のセンサが前記エリア外認識領域に進入した際には、これを容易に判別することができる。すなわち、本発明のリニアアクチュエータでは、第一検出センサ及び第二検出センサが同一の信号波形を出力する領域を、第一部材に対する第二部材の有効ストローク領域とすることで、第二部材が有効ストローク領域から外れたことを容易に検出し、直ちに前記駆動手段を停止することが可能となる。

また、第一スケールのインデックスは第二スケールのインデックスと同一のピッチで設けられていることから、これら両スケールとしては同じスケールを利用し、更には一枚のスケールの長手方向の両端を前記エリア外認識領域に対応して切り欠くことにより、第一スケールと第二スケールを一枚のスケールに統合することも容易である。加えて、第一検出センサとしても第二検出センサと同じものを利用することができ、隣接して設けられたこれらセンサの配線も例えば１枚のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に容易に収めることができる。従って、本発明の位置検出装置は有効ストローク範囲の検出機能を備えつつも極めてコンパクトに構成することが可能となり、リニアアクチュエータに搭載した際にはその小型化に寄与することが可能となる。

更に、前記第一スケール及び第二スケールに対して同じピッチで複数のインデックスが設けられているので、いずれか一方のスケールの任意のインデックスを前記第二部材の制御原点として設定することも可能となる。例えば、前記エリア外認識領域を第二スケールに設けている場合には、一旦は前記第二検出センサを第二スケールのエリア外認識領域に設定し、その後に第二部材を移動させながら第二検出センサで第二スケールのインデックスを読み取って、それを計数することにより、有効ストローク範囲内に存在する任意のインデックスを制御原点に設定し、以降はその制御原点を利用しながら第二部材の移動制御を行うことが可能となる。従って、リニアアクチュエータのユーザが任意に制御原点を選定することができ、個々のユーザの用途に適した制御原点の設定が可能となる。

本発明の位置検出装置を適用可能なリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。 本発明の位置検出装置の実施形態を示す斜視図である。 位置検出センサの出力信号の変化を示すグラフである。 本発明を適用したリニアスケールの第一の実施形態を示す模式図である。 実施形態に係る位置検出装置を用いたリニアアクチュエータの制御系を示すブロック図である。 実施形態に係る位置検出装置を用いたテーブル部材の原点復帰動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る位置検出装置を用いたテーブル部材の非常停止制御を示すフローチャートである。 本発明を適用したリニアスケールの第二の実施形態を示す模式図である。

以下、添付図面に沿って本発明の位置検出装置およびこれを利用したリニアアクチュエータを詳細に説明する。

図１は本発明の位置検出装置を搭載したリニアアクチュエータの一例を示すものである。このリニアアクチュエータはベース部材１と、このベース部材１の上に敷設された軌道レール２と、この軌道レール２に沿って自在に往復運動が可能なテーブル部材３と、このテーブル部材３を前記ベース部材１上で推進する駆動手段としてのリニアモータ４とから構成されている。

前記ベース部材１は底板１０及びこの底板１０の両側に立設された一対の側壁１１，１１を有してチャネル状に形成されており、ステンレスによって製作されている。前記底板１０には前記軌道レール２を位置決めするための取付け溝１２が該ベース部材１の長手方向に沿って形成されている。

また、前記テーブル部材３は、前記軌道レール２に沿って運動する２基のスライドブロック５と、これらスライドブロック５に固定されたテーブルプレート６とから構成されており、前記スライドブロック５は軌道レール２と相まってリニアガイドを構成している。これにより、前記テーブルプレート６を軌道レール２に沿って自在に並進運動させることが可能となっている。

更に、前記ベース部材１の長手方向の両端には、軌道レール２に対するスライドブロック５のオーバーランを防止するためのストッパ２３が夫々固定されている。このストッパ２３は合成樹脂製であり、前記軌道レール２を跨ぐようにしてベース部材１の底板１０に固定されている。

一方、前記リニアモータ４はリニア同期モータであり、ベース部材１の各側壁１１に一列に配列された複数の固定子マグネット４０と、これら固定子マグネット４０と僅かな隙間を介して対向すると共に２基のスライドブロック５の間で前記テーブルプレート６の下側に吊り下げられた一対のコイル部材４１とから構成されている。

ベース部材１の各側壁１１上において、前記固定子マグネット４０はＮ極及びＳ極を交互に前記コイル部材４１に向けるように配列されている。一方、各コイル部材４１は鉄等の強磁性体から形成されたコア部材に対してコイルを巻き回して形成されており、かかるコア部材の先端部をベース部材１の側壁１１に向けて、すなわち固定子マグネット４０に向けて配置されている。各コイル部材４１はｕ相、ｖ相及びｗ相の三相のコイルを具備しており、これらのコイルに対して三相交流電流を通電することにより、コイル部材４１が移動磁界を生成し、コイル部材４１が搭載されたテーブル部材３に対して固定子マグネット４０の配列方向に沿った推力が発生するようになっている。

前記ベース部材１の一方の側壁１１には断面略Ｌ字型のブラケット１３が固定されており、このブラケット１３の上面にはベース部材１の長手方向に沿ってリニアスケール１４が貼り付けられている。また、前記テーブルプレート６の下面には該テーブルプレート６の移動に応じて前記リニアスケール１４のインデックスを読み取るエンコーダが固定されており、テーブルプレート６の移動速度に応じて検出信号を出力する。すなわち、この実施形態においては、ベース部材１が本発明の第一部材に、テーブル部材３が本発明の第二部材に相当する。尚、図１中において、符号１６はリニアモータのコイル部材４１に対して駆動電流を通電するための電力線を内蔵したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ)、符号１７は前記エンコーダの検出信号を検出制御部に伝送するためのＦＰＣである。

図２は、本発明を適用した前記リニアスケール１４とエンコーダ１５の組み合わせの一例を示す斜視図である。前記リニアスケール１４は、前記テーブル部材３の移動方向に沿って設けられた第一スケール１４ａと、この第一スケール１４ａと平行に設けられた第二スケール１４ｂとから構成されている。これら第一スケール１４ａ及び第二スケール１４ｂは共に磁気スケールであり、その表面には長手方向に沿ってインデックスとしてのＮ極及びＳ極が交互に着磁されている。

一方、前記エンコーダ１５は第一スケール１４ａと対向する第一検出センサ１５ａ、第二スケール１４ｂと対向する第二検出センサ１５ｂの双方を内蔵している。第一検出センサ１５ａ及び第二検出センサ１５ｂは、各々が一対の検出ヘッドを内蔵しており、各検出ヘッドは第一スケール１４ａ及び第二スケール１４ｂの表面に沿って移動した際に、磁束の変化に応じた検出信号を出力する。磁気スケールにおけるＮ極の配列ピッチをＰとした場合、この検出信号は周期が配列ピッチＰに対応した擬似正弦波となる。また、第一検出センサ１５ａに搭載された一対の検出ヘッドは、磁気スケールの長手方向に沿って１／４Ｐだけずれて配置されており、その結果として、第一検出センサ１５ａに具備された一対の検出ヘッドから得られる検出信号の出力電圧は、図３に示すように、１／４Ｐだけ位相がずれたＡ相（正弦波）及びＢ相（余弦波）となる。第二検出センサ１５ｂに具備された一対の検出ヘッドも同じ構成を有しており、同様に、第二検出センサ１５ｂから得られる検出信号の出力電圧は、１／４Ｐに相当する時間だけ位相がずれたＡ相及びＢ相の二つの信号波となる。

図４は、本発明を適用したリニアスケールの第一の実施形態を示すものであり、前記リニアスケール１４における磁極の配置を模式化したものである。リニアスケール１４に含まれる第一スケール１４ａ及び第二スケール１４ｂのうち、第一スケール１４ａにはその長手方向の全域にわたって磁極が配列され、磁束の強弱を可視化した場合には、図４に示すように縞模様が形成されていることになる。一方、前記第二スケール１４ｂにも第一スケール１４ａと同様に磁極が配列され、その位相は第一スケール１４ａの磁極配列と合致している。従って、第二検出センサ１５ｂと第一検出センサ１５ａの検出信号には同位相のＡ相及びＢ相が含まれている。

但し、第二スケール１４ｂには、前記第一スケール１４ａの長手方向の両端に夫々対応して前記磁極の着磁されていない一対のエリア外認識領域１４ｃが設けられている。これらエリア外認識領域１４ｃはテーブル部材３のベース部材１に対する有効ストローク範囲Ｒ０の外側に設けられている。有効ストローク範囲Ｒ０とは、テーブル部材３がストッパ２３に突き当たることなく位置検出装置を用いたフィードバック制御によって動作することが可能な領域であり、前記エリア外認識領域１４ｃは有効ストローク範囲Ｒ０と前記ストッパ２３による機械的係止位置との間に設けられている。

このようなリニアスケール１４は、長さの異なる二枚の磁気スケール（第一スケール１４ａ及び第二スケール１４ｂ）を互いに隣接させて前記ブラケット１３の表面に貼り合わせて構成するようにしても良いが、その場合には、前記エリア外認識領域１４ｃを除き、第一検出センサ１５ａと第二検出センサ１５ｂの出力信号が常に同位相となるように、第一スケール１４ａに配列された磁極と第二スケール１４ｂに配列された磁極の位置合わせを行う必要がある。

また、第一スケール１４ａ及び第二スケール１４ｂの合計幅に対応する幅の広い磁気スケールを準備した後、第二スケール１４ｂのエリア外認識領域１４ｃに対応する部位だけを切り取ってリニアスケール１４とし、これを前記ブラケット１３の表面に貼り付けるようにしても良い。また、リニアスケール１４を製作する際に、前記エリア外認識領域１４ｃの部位だけ、磁極を着磁しないようにしても良い。

図５はこのリニアアクチュエータの制御系を示すブロック図である。前記リニアモータ４にはサーボドライバ４２が接続されており、このサーボドライバ４２はモーションコントローラ４３と通信しながらリニアモータ４の駆動電流を生成する。前記モーションコントローラ４３にはテーブル部材３の移動方向、移動速度、停止位置に関する複数ステップの動作情報が予め格納されており、サーボドライバ４２はテーブル部材３の次の動作ステップに関する情報をモーションコントローラ４３から受け取り、それに適したリニアモータ４の駆動電流を生成する。

ドライバ回路４２からリニアモータ４のコイル部材４１に対して駆動電流が通電されると、リニアモータ４の発生する推進力によってテーブル部材３がベース部材１に対して並進運動を生じる。一方、テーブル部材３の運動に伴って前記第一検出センサ１５ａ及び第二検出センサ１５ｂから出力された擬似正弦波の検出信号Ａ相及びＢ相はインターポレータ１８に入力される。インターポレータ１８は擬似正弦波の１波長をそれぞれ分割し、高分解のパルス信号に変換した後、検出信号Ａ相及びＢ相の夫々に対応したパルス信号を位置情報信号としてサーボドライバ４２に対して出力する。サーボドライバ４２はこの位置情報信号のパルス数を計数し、モーションコントローラ４３から与えられた当該ステップの動作情報と比較しながら、リニアモータ４の駆動電流を生成する。また、位置情報信号のＡ相及びＢ相は位相ずれを有しているので、これらを対比することによってテーブル部材３の移動方向も判断することができる。これにより、テーブル部材３をベース部材１に対して移動させ、任意に位置決めすることが可能となる。すなわち、前記モーションコントローラ４３、サーボドライバ４２及びインターポレータ１８が本発明の駆動制御手段を構成していることになる。

また、インターポレータ１８は第二検出センサ１５ｂの検出信号Ａ相及びＢ相もパルス信号に変換し、それらを原点情報信号としてサーボドライバ４２に対して出力する。但し、第二検出センサ１５ｂが第二スケール１４ｂのエリア外認識領域１４ｃに存在し、変換した原点情報信号のＡ相及びＢ相が共に基準電圧値となった場合には、インターポレータ１８はアラームとしての有効ストローク外信号を出力する。テーブル部材３の制御原点への復帰動作を実施する場合、サーボドライバ４２はこれらの原点情報信号及び有効ストローク外信号を取り込み、予めモーションコントローラ４３から与えられた制御原点に関する位置情報と比較し、テーブル部材３を制御原点に設定するためにリニアモータ４の駆動電流を生成する。

このリニアアクチュエータの制御系は、制御原点に対するテーブル部材３の位置を前記位置情報信号を用いてアップカウント又はダウンカウントする所謂インクリメンタル方式を採用しており、電源を投入してリニアアクチュエータの稼働を開始する際には、最初に制御原点を設定する原点復帰動作を行う必要がある。この原点復帰動作は以下のようにして行われる。尚、以下の説明ではテーブル部材３の移動方向を明確にするため、当該移動方向をプラス方向又はマイナス方向として記載する。

制御系に対して電源が投入されると、図６に示すように、先ずサーボドライバ４２はインターポレータ１８から有効ストローク外信号が入力されているか否かをチェックする（ＳＴ１）。有効ストローク外信号が入力されていないのであれば、テーブル部材３は有効ストローク範囲Ｒ０に存在することになり、テーブル部材３をプラス方向へ移動しながら（ＳＴ２）、有効ストローク外信号が入力されるか否かをチェックし（ＳＴ３）、当該信号が入力されるまでプラス方向への移動を継続する。そして、有効ストローク外信号が入力されたら、テーブル部材３は有効ストローク範囲Ｒ０から離脱し、プラス方向に存在するエリア外認識領域１４ｃに達したことになるので、テーブル部材３の移動方向をマイナス方向へ切り替える（ＳＴ６）。

一方、ＳＴ１において有効ストローク外信号が入力されたのであれば、テーブル部材３は有効ストローク範囲Ｒ０の外側に存在することになる。しかし、有効ストローク範囲よりもプラス方向側又はマイナス方向側のいずれに存在するかは判断できない。そのため、テーブル部材をプラス方向へ移動させ（ＳＴ４）、リニアモータ４の駆動電流が定格電流の１００％を上回ったか否かをチェックする（ＳＴ５）。駆動電流が定格電流の１００％を上回ったということは、テーブル部材３がプラス方向のストッパ２３に対して突き当たったことを意味するので、テーブル部材３がプラス方向側のエリア外認識領域１４ｃに存在することになる。従って、ＳＴ５のチェック結果から駆動電流が定格電流の１００％を上回ったと判断される場合には、テーブル部材３の移動方向をマイナス方向へ切り替える（ＳＴ６）。

ＳＴ６でテーブル部材３の移動方向をマイナス方向ヘ切り替えたことにより、テーブル部材３は有効ストローク範囲Ｒ０に進入することになり、インターポレータ１８からは原点情報信号のＡ相及びＢ相が出力されることになる。サーボドライバ４２はこの原点制御情報をカウントし、そのカウント値が予めモーションコントローラ４３から設定された制御原点情報と合致したか否かをチェックし（ＳＴ７）、合致したならばテーブル部材３の移動を停止する。これにより、テーブル部材３の制御原点に対する設定が完了する。

このように、本発明のリニアアクチュエータでは第二スケール１４ｂのエリア外認識領域１４ｃを利用して原点復帰動作を行っているが、第二スケール１４ｂに隣接する第一スケール１４ａには、第二スケール１４ｂのエリア外認識領域１４ｃに隣接する領域にも所定ピッチＰでインデックスが形成されている。このため、テーブル部材３が有効ストローク範囲Ｒ０の外側に存在し、インターポレータ１８から出力される原点情報信号がＡ相及びＢ相ともに基準電圧値となっても、位置情報信号のＡ相及びＢ相はテーブル部材３の移動速度に応じたパルス信号列となっており、サーボドライバ４２は位置情報信号を用いてテーブル部材３の移動を制御することが可能となっている。

そして、テーブル部材３の有効ストローク範囲Ｒ０の内側では、前記第二スケール１４ｂにも第一スケール１４ａと同じピッチＰでインデックスが配列されており、インターポレータ１８からは当該インデックスに対応したＡ相及びＢ相のパルス信号列、すなわち原点情報信号が出力されるので、この原点情報信号を利用することで、有効ストローク範囲の任意の位置に制御原点を設定することが可能となる。すなわち、前記第二スケール１４ｂは原点設定用スケールとして機能していることになる。

次に、テーブル部材３の非常停止制御について説明する。

前記制御系の入出力信号に対して外部からノイズが混入すると、前記テーブル部材３の稼働中に、当該テーブル部材３が意図せずして有効ストローク範囲Ｒ０の外側に離脱してしまうトラブルが発生する。第一スケール１４ａには有効ストローク範囲Ｒ０と無関係にインデックスが設けられているため、テーブル部材３が有効ストローク範囲の外側に離脱してしまっても、インターポレータ１８からは有効ストローク範囲内と同様に位置情報信号が出力されるので、サーボドライバ４２はそのままテーブル部材３の移動制御を継続してしまう。このため、そのようなトラブルが発生した場合には直ちにテーブル部材３を停止することが必要となり、この実施形態のリニアアクチュエータでは以下のようにしてテーブル部材３の非常停止制御を行う。

図７に示すように、テーブル部材３が前述の制御原点を基準とした所定の動作を実施している場合、並行して、モーションコントローラ４３はインターポレータ１８が有効ストローク外信号を出力したか否かをチェックしている（ＳＴ１１）。そして、有効ストローク外信号がインターポレータ１８から出力されたのであれば、モーションコントローラ４３は直ちにサーボドライバ４２に対してリニアモータ４の停止を指令する（ＳＴ１２）。これにより、サーボドライバ４２によって実施中の制御動作が中断され、テーブル部材３が停止することになる。

もっとも、制御系の入出力信号に対してノイズが混入している場合には、モーションコントローラ４３とサーボドライバ４２との通信の信頼性に疑問が生じるので、テーブル部材３を確実に停止するという観点からすれば、サーボドライバ４２と電源との間に電源遮断回路を設け、この電源遮断回路に対して有効ストローク外信号を入力するのが好ましい。すなわち、インターポレータ１８から有効ストローク外信号が出力された場合には、当該信号を用いて電源遮断回路を動作させ、サーボドライバ４２に対する電力の供給を遮断するのである。これにより、テーブル部材３を確実に停止させることが可能となる。

以上説明してきたように、この実施形態のリニアアクチュエータによれば、第二スケール１４ｂの両端に一対のエリア外認識領域１４ｃを設け、これらエリア外認識領域１４ｃに対応して出力される有効ストローク外信号を利用することにより、リミットセンサ等の外部センサを別途設けることなく、テーブル部材３の原点復帰動作や非常停止動作を行うことが可能となっている。また、第二スケール１４ｂには有効スローク範囲内に対応して第一スケール１４ａと同じピッチで複数のインデックスが設けられているので、当該インデックスに対応して得られる原点情報信号を利用することにより、有効ストローク範囲内の任意の位置をテーブル部材３の制御原点として利用することが可能となる。

そして、前記第二スケール１４ｂは第一スケール１４ａに隣接して設けられており、この第二スケール１４ｂを読み取る第二検出センサ１５ｂも第一検出センサ１５ａと隣接して設けられることから、この実施形態の位置検出装置は極めてコンパクトに構成することができ、リニアアクチュエータの小型化に貢献するものである。また、前記第二スケール１４ｂは第一スケール１４ａと同じピッチのインデックスを有していることから、両スケールを一枚のスケールに統合し、第一スケール１４ａのインデックスと第二スケール１４ｂのそれとを連続させて設けることも可能である。すなわち、所定のピッチでインデックスが形成された一枚のリニアスケールを準備し、かかるリニアスケールの長手方向の両端角部を前記エリア外認識領域１４ｃに対応させて切り取れば、前記第二スケール１４ｂと第一スケール１４ａが一体となったリニアスケールが完成する。従って、市販のリニアスケールに簡易な加工を施すのみで容易に本発明の位置検出装置を実施することが可能である。

尚、前述した実施形態では前記第二検出センサ１５ｂとして、第一検出センサ１５ａと同様に一対の検出ヘッドも備え、１／４Ｐに相当する時間だけ位相がずれたＡ相及びＢ相の二つの信号波を出力するものを使用したが、当該第二検出センサ１５ｂは単一の検出ヘッドのみを備えたものであっても差し支えない。その場合、第二検出センサ１５ｂの出力信号はＡ相の信号波のみとなるが、当該信号波が基準電圧値に変化すれば、第二検出センサ１５ｂエリア外認識領域１４ｃに存在すると判断することができ、また、前記Ａ相の信号波からパルス信号を生成することにより、かかるパルス信号数を計数することで前述した原点復帰動作も行うことが可能となる。

但し、第二検出センサ１５ｂがＡ相の信号波のみを出力する場合、テーブル部材３が有効ストローク範囲Ｒ０内で停止している際に、当該信号波が基準電圧値となることもあり、テーブル部材３が停止している最中には当該テーブル部材３が有効ストローク範囲Ｒ０から逸脱したか否かを判別することが不能である。従って、テーブル部材３の停止中であっても、当該テーブル部材３が有効ストローク範囲Ｒ０内に存在するか否かを判別可能とするためには、前述の実施形態の如く第二検出センサ１５ｂが一対の検出ヘッドを備えて、Ａ相及びＢ相の二つの信号波を出力する方が好ましい。

図８は、本発明を適用した位置検出装置に使用可能なリニアスケールの第二の実施形態を示すものである。図４に示した第一の実施形態のリニアスケール１４では、第二スケール１４ｂにおけるインデックスの配列方向の両端にエリア外認識領域１４ｃを設けたが、この第二の実施形態のリニアスケール２０では、当該リニアスケール２０の一端において第一スケール２０ａにエリア外認識領域２０ｂを設ける一方、他端においては第二スケール２０ｃにエリア外認識領域２０ｄを設けている。このようにリニアスケール２０を構成すると、第一スケール２０ａに対向した第一検出センサ１５ａがエリア外認識領域２０ｂに存在した際、かかる第一検出センサ１５ａのＡ相及びＢ相の信号波は共に基準電圧値となるが、第二スケール２０ｃに対向する第二検出センサ１５ｂからはインデックスとしての磁極の配列に対応した信号波、すなわち擬似正弦波からなるＡ相及びＢ相の信号波が得られる。また、これとは逆に、第二スケール２０ｃに対向した第二検出センサ１５ｂがエリア外認識領域２０ｄに存在した際、かかる第二検出センサ１５ｂのＡ相及びＢ相の信号波は共に基準電圧値となるが、第一スケール２０ａに対向する第一検出センサ１５ａからはインデックスとしての磁極の配列に対応した信号波、すなわちＡ相及びＢ相の信号波が得られることになる。

このため、第一検出センサ１５ａが出力する信号波と第二検出センサ１５ｂが出力するそれとを比較することにより、テーブル部材３がリニアスケール２０の有効ストローク範囲Ｒ０内に存在するか否か、また、有効ストローク範囲Ｒ０の外に存在するとすれば、有効ストローク範囲Ｒ０よりもプラス側又はマイナス側のいずれに存在するかを判別することが可能となる。従って、前記インターポレータ１８は第一検出センサ１５ａの出力信号と第二検出センサ１５ｂの出力信号とを比較した結果により、アラームとしての有効ストローク外信号を出力する。この場合、テーブル部材３の移動位置に関する位置情報信号は、第一検出センサ１５ａの出力信号から生成しても良いし、第二検出センサ１５ｂの出力信号から生成しても良い。例えば、位置情報信号が第一検出センサ１５ａの出力信号から生成される場合、原点情報信号は第二検出センサの出力信号１５ｂから生成される。

このように本発明の位置検出装置では、第一検出センサ１５ａの出力信号と第二検出センサ１５ｂの出力信号が異なる領域をエリア外認識領域としてリニアスケールの両端に設けることにより、リミットセンサ等の外部センサを別途設けることなく、テーブル部材３の原点復帰動作や非常停止動作を簡便に行うことが可能である。

Claims (10)

1. 所定のピッチでインデックスが配列された第一スケールと、この第一スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第一検出センサと、前記第一スケールに隣接配置されると共に当該第一スケールと同一ピッチでインデックスが配列された第二スケールと、この第二スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第二検出センサとを備え、
   前記第一スケール又は第二スケールにおけるインデックス配列方向の両端には、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号が異なるエリア外認識領域が設けられ、
   前記エリア外認識領域を除き、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号は同一であることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記エリア外認識領域にはインデックスが付されていないことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記エリア外認識領域は第一スケールの一端と第二スケールの他端に設けら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。
4. 前記エリア外認識領域は第二スケールの両端に設けら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。
5. 前記第一検出センサ及び第二検出センサは、前記インデックスを読み取った際に９０度の位相差を備えた正弦波及び余弦波を出力する一対の検出ヘッドを備えていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の位置検出装置。
6. 前記第一検出センサは、前記インデックスを読み取った際に９０度の位相差を備えた正弦波及び余弦波を出力する一対の検出ヘッドを備える一方、前記第二検出センサは前記インデックスを読み取った際に正弦波又は余弦波を出力する単一の検出ヘッドを備えていることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
7. 前記第一スケール又は第二スケールのいずれか一方が原点設定用スケールとして用いられることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
8. 第一部材と、この第一部材に対して相対的に並進運動が可能な第二部材と、前記第一部材に対して第二部材を推進する駆動手段と、前記第一部材に設けられると共に前記第二部材の運動方向に沿って所定のピッチでインデックスが配列された第一スケールと、前記第二部材に搭載されると共に前記第一スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第一検出センサと、前記第一部材に設けられて前記第一スケールに隣接配置されると共に当該第一スケールと同一ピッチでインデックスが配列された第二スケールと、前記第二部材に搭載されると共に前記第二スケールに対向配置されてそのインデックスを検出する第二検出センサと、前記第一検出センサ及び第二検出センサから出力される検出信号を受信して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記第一スケール又は第二スケールにおけるインデックス配列方向の両端には、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号が異なるエリア外認識領域が設けられ、
   前記エリア外認識領域を除き、前記第一検出センサ及び第二検出センサの出力信号は同一であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
9. 前記エリア外認識領域は、前記第一部材に対する第二部材の有効ストローク範囲の外側に隣接して設けられていることを特徴とする請求項８記載のリニアアクチュエータ。
10. 前記駆動制御部は、前記第一検出センサ又は第二検出センサの出力信号が前記エリア外認識領域に対応した状態に変化した場合に、前記駆動手段を停止することを特徴とする請求項９記載のリニアアクチュエータ。

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