JPH03123815A

JPH03123815A - 円筒形磁気スケール

Info

Publication number: JPH03123815A
Application number: JP26168289A
Authority: JP
Inventors: Saburo Uemura; 植村　三良
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、機械装置や検査装置特に油圧、空圧のシリ
ンダ等における変位量を検出、測定する場合等に等用い
て好適な円筒形磁気スケール関する。

〔発明の概要〕

この発明は、円筒状の磁性体にＮ極、Ｓ極交互の着磁を
円周全域にわたって施して磁気目盛を形成し、この磁気
目盛を磁性体の内側から読み出すようにすることにより
、磁気目盛が施せられた磁性体が回転しても読み出しが
できるようにしだものである。

〔従来の技術〕

従来、機械装置の変位量を測定する潤沢装置には、光学
式、磁気式、誘導式等が実用化されている。特に油圧或
いは空圧シリンダに限定すると磁気スケールが主として
使用されている。

油圧、空圧シリンダに組込んで直接的にピストンロッド
の変位を測定するものに２つの例がある。

その第１の例はピストンロッドの表面に溝をつくり、こ
の溝にペースト状のプラスチック磁石を練り込み、固化
した後表面を平に磨き、この部分に磁気目盛を記録し、
読取りヘッドをシリンダの内側からピストンロッドに接
触させて磁気信号を読み取る方式である。

また、第２の例は油圧シリンダでピストンロッドに長大
をあけ、この中に通常使用されるリボン状のスケールを
固定し、長い棒状の支持体の先に通常にスケール読取り
磁気ヘッドを取り付けた形でピストンロッドの移動に伴
ってリボン状スケールと磁気ヘッドが接触しながら変位
して信号を読み取るもので、読取りヘッドは油圧に堪え
られる構造である。

ピストンロッドを使用中にも回転できて角位置に制限を
受けない円筒形磁気スケールを提供するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来の第１の例のものは、圧力の小
さい空気シリンダに使用されているが、圧力の高い油圧
シリンダには、磁性材料に樹脂を使用しているためオイ
ルもれを生じ使用できない欠点がある。また、ピストン
ロッドに特殊な加工が必要なことも欠点である。

一方、上述した従来の第２の例のものは、油圧シリンダ
に適用できるも、スケールとヘッドが正しく対接するこ
とが必要で、ピストンロッドを使用中には回転できず角
位置が限定されるつまり、ピストンヘッドを回転すると
スケールとヘッドの対応がとれなくなり、読取り誤差を
生ずる等の欠点があった。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、空圧シリン
ダには勿論油圧シリンダにも適用でき、〔課題を解決す
るための手段〕この発明に係る円筒形磁気スケールは、円筒状の磁性体
（１１）にＮ極、Ｓ極交互の着磁を円周全域にわたって
施して磁気目盛（１３）を形成し、この磁気目盛を磁性
体の内側から読み出すようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、円筒状の磁性体（１１）の円周全
域にわたって磁気目盛（１３）を施しているので、磁性
体が取り付けられたピストンロッドが使用中に回転して
も読取りヘッドにより斯る磁気目盛を確実に読み出すこ
とができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第１３図に基づい
て詳しく説明する。

先ず、この発明の基本原理を第１図〜第４図を参照して
説明する。第１図は円筒状のプラスチック磁石体（１）
に同軸上にＮ極、Ｓ極一定ピツチで磁気目盛を施した場
合である。この場合円筒の中側では断面部分かられかる
ようにＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極が対向する形になり中心
軸（３）近傍では磁界が相殺して０になる。従って読取
り用の磁気ヘッドを中心軸（３）上におくと信号を検出
出来ない。

第２図は円筒状のプラスチック磁石体（１）に螺旋状に
磁気目盛（２）を記録したものである。断面部分を見る
と中心軸（３）に垂直な面で上と下では螺旋ピッチの半
分だけずれており、上側のＮ極、Ｓ極に下側のＮ極、Ｓ
極が対向して、中心軸（３）上では上下対向部分の磁界
が加わり合い合成磁界がつよくなる。第１図の場合中心
軸（３）上で磁界がＯになるのと大きな違いである。

第３図は第２図で示した螺旋型の円筒状磁気スケールと
内側から読み取るためのヘッドの構造を示すものである
。パーマロイの細線或いは■型の薄板コアに巻線を施し
た可飽和コイル（４Ａ）　、　（４Ｂ）　。

（４Ｃ）　、　（４Ｄ）の４個を螺旋軸に直角に並べ、
２個づつ０．５ピツチ、各組の間は０．７５ピツチに配
列する。

螺旋型円筒状磁気スケールの上下の磁気信号はコイル（
４Ａ）　、　（４Ｂ）　、　（４Ｃ）　、　（４Ｄ）の
中を加わり合うように通る。すると、螺旋型円筒状磁気
スケールの軸上での軸に直角な面内の磁界は第４図のよ
うに正弦波的に変化する。

第５図は第２図の基本原理に基づくこの発明による円筒
形磁気スケールの断面図を示すもので、同図において、
（１０）は黄銅管であって、例えば内径が８φ、外径が
９φ、長さは１００ミリから１０００ミリまで種々考え
られる。（１１）はプラスチック磁石体で、例えば厚さ
０．４ミリ、幅１０ミリのリボン状のゴム磁石を黄銅管
（１０）に巻きつけて接着したものである。（１２）は
鉄管であって、内径が１０φ。

外径が１２φで上記ゴム磁石に螺旋状スケール磁気目盛
（１３）を着磁した後鉄管（１２）を被せ、すき間にエ
ポキシ樹脂（図示せず）を流し込んでいる。

（１４）は取付は金具である。

ここでは目盛ピッチは一例として４ミリでＮ極。

Ｓ極夫々２ミリの幅で厚さ方向に着磁しである。

螺旋状にゴム磁石を着磁して磁気目盛を作る簡単な方法
は、第７図に示すように、旋盤を利用し、棒にねじを切
る要領で、表面にプラスチック磁石材（図示せず）の設
けられた黄銅管（４０）の中に鋼の棒（４１）を入れ、
旋盤のチャックに固定する。黄銅管（４０）が１回転し
たときの刃物台（４２）がスケールの１ピツチだけ移動
するようにし、刃物台（４２）にはバイトの代りに第７
図のようなＮＳの永久磁石（４３）を鉄板（４４）を介
して取り付け、黄銅管（４０）の上をすべらせる形で端
から端まで移動すると第７図Ｂの如く螺旋状スケールの
磁気目盛が記録できる。

第６図はこの発明による円筒形磁気スケールの読取りヘ
ッドの構造を示すもので、同図において、（１５）はヘ
ッド支持管で、ここでは例えば外径が７φ、内径が５φ
のガラス繊維入りエポキシ樹脂から成る。（１６）は二
対の読取りへラドアッセンブリで、ヘッド支持管（１５
）の先端に固定され、その内部は樹脂でモールドされて
いる。（１７）は読取りへラドアッセンブリ（１６）の
コイルのリード線、（１８）は金属ケースである。この
金属ケース（１８）にはヘッド支持管（１５）が嵌合し
て固定され、内部にはデテクタ回路（１９）があり、読
取りへラドアッセンブリ（１６）から出たコイルのリー
ド線（１７）の束が支持管（１５）の中を通り、デテク
タ回路（１９）に接続されている。また、金属ケース（
１８）にはＯリングの嵌まる溝（２０）とねしく２１）
があり、例えば油圧シリンダに密封して組付けが容易に
できる。

読取りへラドアッセンブリ（１６）の構造は第３図に示
したようなものが使用され、４個のコイル（４Ａ）　、
　（４Ｂ）　、　（４Ｇ）　、　（４Ｄ）は第８図のよ
うにパーマロイの薄板（厚さ０．０５ミリ、幅３ミリ、
高さ５ミリ）でＩ形をしたコア（２２）に巻線を施した
もので、スケール軸に直角に並べ、コイル（４Ａ）と（
４Ｂ）及び（４Ｃ）と（４Ｄ）の間隔は２ミリ、コイル
（４Ｂ）と（４Ｃ）の間隔は３ミリである。

第９図はこの発明に用いるデテクタ回路としての検波回
路の一例を示すもので、可飽和コイル（４Ａ）　、　（
４Ｂ）或いは（４Ｃ）　、　（４Ｄ）をつなぎ、出力側
に正弦波状のアナログ出力電圧を生ずるものである。

同図において、Ｏ２０は約５０ｋＨｚのパルス状電圧発
振器、Ｒ３は直列抵抗、Ｄ＋、Ｄｚはダイオード、ｒｌ
＋ｒＺは出力抵抗、ＣＩ＋Ｃ２はコンデンサである。こ
の検波回路では螺旋スケールより生ずる磁束によりコイ
ル（４Ａ）　、　（４Ｂ）のインダクタンスが変化した
ときに出力側に磁束に比例したアナログ出力電圧を生じ
る。ここでは出力電圧は例えば±２ボルトで、スケール
とヘッドが相対的に変位したとき、正弦波状の電圧を生
じる。

図示せずも第９図の検波回路は２組あり、他のものには
コイル（４Ｃ）と（４Ｄ）が接続され出力側には同時に
正弦波のアナログ出力電圧を生ずる。しかし、コイル（
４Ａ）　、　（４Ｂ）と（４Ｇ）　、　（４Ｄ）は位置
がコイル（４Ａ）と（４Ｃ）、コイル（４Ｂ）と（４Ｄ
）の間で夫々、１．２５ピツチだけずれているので、２
つの検波回路の出力は位相が９０°ずれ、正弦波と余弦
波の関係になる。

このようにしてスケールとヘッドの変位に対応して正弦
波、余弦波状の出力電圧を得られた場合に一定変位毎に
パルスを生ずる内挿方式及び出力パルスを係数するカウ
ンタを含むスケールの読取り装置の構成を第１０図に示
す。同図において、（２３）　、　（２４）は検波回路
、（２５）は内挿回路、（２６）はカウンタである。

検波回路（２３）及び（２４）に夫々可飽和コイル（４
Ａ）。

（４Ｂ）及び（４Ｃ）　、　（４Ｄ）が接続され、夫々
その出力側に正弦波と余弦波の電圧を生ずる。内挿回路
（２５）は正弦波と余弦波の電圧を受けて、１サイクル
当り複数例えば４０のパルスを生ずる。このパルス出力
をカウンタ（２６）で計数して位置を表わす出力信号を
生じる。

この内挿回路（２５）及びカウンタ（２６）は従来の磁
気スケールに必ず使用されており、周知の技術であるの
でその詳細説明を省略する。ここでは４ミリピツチの螺
旋形スケールで１７４０の内挿を行い、０．１ミリ当り
１パルスの信号を生ずる。

なお、上述の実施例では磁気目盛を着磁する磁性体とし
て黄銅管（１０）　（第５図）にゴム磁石を巻付けた形
を示したが、強度をもったプラスチック磁石を円筒状に
おし出し加工したものでもよく、この場合黄銅管（１０
）は不要となり、プラスチック磁石体だけでよい。

また、第１図のように鉄を使ったピストンロッド（２７
）の穴にスケール（２８）を挿入して使う場合外側の鉄
管（１２）　（第５図）は除いてよい。なお、第１１図
はスケール、ヘッドを組込んだ油圧シリンダの一例を示
すもので、同図において、（２９）はヘッド、（３０）
は支持棒、（３１）はオイル、（３２）はシリンダ、（
３３）はピストン、（３４）はケースである。

また、上述の実施例では第２図のように螺旋形に着磁し
た円筒形の磁気スケールと、この磁気スケールの内側に
設けた読取りヘッドについて主に説明したが、第１図の
ように同軸で一定ピッチで円形に着磁した磁気スケール
の場合第１２図に示すように可飽和コイル（４Ｅ）　、
　（４Ｆ）　、　（４Ｇ）　、　（４Ｈ）を夫々中心軸
に対して傾けて配列し、コアの先端部が互いに１７２ピ
ツチだけずれるようにすると、例えばコイル（４Ｅ）の
上端はスケールのＮの部分に下端はＳの部分に接触する
ので磁束が効率良くコアの中を通り、第３図の螺旋形ス
ケールと略々間等に信号を検出できる。

従って、この発明は螺旋形スケールに限定されず、円筒
形の磁性体に螺旋形又は同軸円形に着磁したスケールを
円筒の内側においた可飽和コイルを使った読取りヘッド
で読み取ることを特徴とする円筒形磁気スケールとなる
。

また螺旋形スケールの着磁方法としては、簡単な方法と
して第７図に永久磁石を使う方法を示したが、永久磁石
の代りに電磁石を用いてもよい。

また、第１図のように同軸円形の円筒形磁気スケールで
は電磁石を用い、１ピッチ或いは１／２ピツチで移動さ
せ、パルス電流を流して記録するようにすればよい。

〔発明の効果〕

上述の如くこの発明によれば、円筒状の磁性体にＮ極、
Ｓ極交互の着磁を円周全域にわたって施して磁気目盛を
形成し、この磁気目盛を磁性体の内側から読み出すよう
にしたので、磁性体が取り付けられたピストンロッドが
使用中に回転しても読取りヘッドにより斯る磁気目盛を
確実に読み出すことができ、読取り誤差を生じることが
ない効果がある。

また通常の平面形の磁気スケールでは、スケールとヘッ
ド間は平行に対接しており隙間が一定でなければならず
、僅かの隙間の変化でも出力が大きく変化して誤差の要
因となるが、この発明による円筒形磁気スケールでは読
取りヘッドはヘッド支持管の中に固定され、スケール円
筒の中に入るので、スケールとヘッドの取付は位置、隙
間等について考慮しなくてもよく、スケール円筒の中で
ヘッドが軸に直角方向に変位しても第３図或いは第１２
図に示すようにコイルが上方に近づくと、コアの上端が
スケールの目盛に接近するが下端は離れるので影響が互
いに相殺してヘッド出力はほとんど変化せず出力が安定
している効果がある。

更に通常直線形磁気スケールは直線で読取りヘッドもこ
の直線に沿って変位するが、この発明にによる円筒形磁
気スケールでは第１３図に示すように円筒スケール及び
検出ヘッドを含むコイルケースを回転自在の止め方をす
ると、回転角度の検出或いは曲線に沿う移動を検出する
ことができ、利用範囲が拡がる効果がある。なお、この
ような場合、変位量と回転角度の関係は電気回路で容易
に変換できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の基本原理を説明するための
図、第５図はこの発明による円筒形磁気スケールの断面
図、第６図はこの発明による円筒形磁気スケールの読取
りヘッドの構造図、第７図はこの発明による着磁の方法
を説明するための図、第８図はこの発明による可飽和コ
イルの構造図、第９図はこの発明で用いられる検波回路
の構成図、第１０図はこの発明と組合わせて使用される
内挿回路、カウンタを示す図、第１１図はこの発明の応
用例を示す構成図、第１２図はこの発明の要部の他の例
を示す配置図、第１３図はこの発明を説明するための図
である。（１）（１１）はプラスチック磁石体、（２）、（１３）は磁気目盛、（１０）は黄銅管、（１２）は鉄管、（１６）は読取りヘッドアッセンブリ、（１９）はデデクタ回路である。代理人松隈秀盛第６図第区第図ＡＢネ灸５バと「Ｂ足各、の第４配成Ｐ］第９図第１０図第１１図９８− 第１０に討庇しｔ；コイル配Ｉ例第１２図曲系良１ｚシきう友イ立の検七割也日月図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

　円筒状の磁性体にＮ極、Ｓ極交互の着磁を円周全域に
わたって施して磁気目盛を形成し、該磁気目盛を上記磁
性体の内側から読み出すようにしたことを特徴とする円
筒形磁気スケール。