JPH0382917A - リニアセンサ - Google Patents

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】 ［目次］ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 発明の効果 ［［要］ 固定子のレールに沿って可動子が移動するリニアセンサ
に関し、 長尺化が容易で耐環境性に優れた安価なリニアスケール
の提供を目的とし、 可動子と固定子とを有し、固定子は、弾性体で各々形成
された複数のレールと、位相が相異なる定在波をレール
に各々発生させる複数の圧電体と、を備え、可動子は、
レール上を前記移動操作で各々摺動する複数の圧電体を
備えた、ことにより構成される。

［産業上の利用分野コ 本発明は、固定子のレールに沿って可動子が移動するリ
ニアセンサに間する。

ブリシタのキャリッジ送りや工程間の部品搬送に使用さ
れるモータでは、この種のセンサで位置検出が行われ、
その検出位置を用いてモータ制御が１テなわれる。

［ａ′来の技術］ 第６図、第７図では第１従来例、第２従来例の構成が各
々説明されている。

第２図の従来例においては、発光部６０．　　受光部６
２間にスケール６４が挿入配置されており、スケール６
４７こは多数のスリット６６が形成されている。

この例では発光部６０から受光部６２ヘスリツト６６を
通過して与えられる検出光の強さが位置に応じて正弦波
状に変化し、その変化より位置検出が行われる。

また第７図の第２従来例は一定のピッチで長手方向に着
磁されたスケール７０と着磁面に沿って移動する磁気セ
ンサ７２て構成されており、磁束の強さが位置に応じて
変化することを用いて位置検出が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら第１従来例においては、スリット６６がエ
ツチング等で形成されるので、長尺化が困難となり、製
品価格が上昇する。

また第２従来例においては、磁気により位置検出が行わ
れるので、モータ近傍のように磁気的な環境が劣悪な位
置でそのまま使用てきず、このため、磁気シールド等の
措置をとることが必要となる。

本発明は上記従来の事情に鐵みてなされたものであり、
その目的は、長尺化が容易で耐環境性に優れたリニアス
ケールを安価に提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るリニアセンサ
は第１図のように構成されている。

同図において、この発明に係るリニアセンサは固定子１
０と移動操作される可動子１２とにより構成されている
。

それらのうち固定子１０は複数のレール１４−１．１４
−２と複数の圧電体１６−１．１６−２を備えている。

そしてレール１４−１．１４−２は弾性体で各々形成さ
れており、それらには位相の相異なる定在波が圧電体１
６−１．１６−２により発生する。

また可動子Ｊ２は複数の圧電体１８−１，１８２を備え
ており、圧電体１８−１．１８−２はレール１４−１．
１４−２上を前記移動操作で各々摺動する。

［作用］ 外部の圧電体駆動回路２０により固定子１０の圧電体１
６−１．１６−２を駆動し、弾性体のレール１４−１．
１４−２に位相が相異なる定在波を発生させる。

可動子１２が同図の矢印方向へレール１４−１１４−２
上を移動操作されると、可動子位置に応じた出力が圧電
体１８−Ｌ　　１８−２において得られる。

それら圧電体１８−１．１８−２の出力は外部の可動子
位置演算回路２２に与えられ、これにより可動子位置が
求められる。

例えば、可動子１２の圧電体１８−１．１８−２で得ら
れた出力から、可動子位置演算回路２２で前記定在波の
振動（振幅）を検出し、その検出振動より可動子移動方
向および位置を求めることが可能である。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明に係るリニアセンサの好適
な実施例を説明する。

第２図では第１実施例の全体構成が説明されており、固
定子１０においては素材１１−１．ｌｌ−２て素祠１３
をサンドイッチした板材が形成されている。

これら素材１１−１．１１−２と素材１３ζこは音響イ
ンピーダンスの異なるものが使用されており、それらで
形成された板材の両側壁で図の手前側に圧電体１６−１
．１６−２が各々貼り付けられている。

また、これにより露出した上記板材の両側壁には振動伝
達板１５−１．１５−２が各々貼り付けられている。

さらに振動伝達板１５−１．１５−２および圧電体１６
−１．１６−２に重なるように板状弾性体のレール１４
−１．１４−２が貼り付けられており、固定子１０の両
側面はレール１４−２．１４−２で覆われる。

なお、圧電体１Ｂ−１，１６−２はその厚み方向へ伸縮
振動する。

また、振動伝達板１５−１．１５−２には圧電体１６−
１．１６−２と音響インピーダンスが同一なものが使用
されており、振動伝達板１５−１゜１５−２は圧電体１
６−１．１６−２と一体の振動板として機能できる。

さらに、圧電体１６−１．１６−２間の振動伝達は素材
１１−１．１１−２．１３のサンドイッチ構造で阻止さ
れる。

そして、レール１４−１．１４−２には位相が９０度異
能る定在波が圧電体１６−１．１６−２の伸縮振動で発
生し、圧電体１６−１．１６−２は圧電体駆動回路２０
により駆動される。

第３図では本実施例の回路構成が説明されており、圧電
体駆動回路２０は発振器２１．ドライバ２３−１．２３
−２で構成されている。

圧電体駆動回路２０の発振器２１では位相が９０度異能
る２つの発信信号が得られ、それらはドライバ２３−１
．２３−２へ各々供給される。

これらドライバ２３−１．２３−２から固定子１０の圧
電体１６−Ｌ　　１６−２に駆動電圧が各々印加され、
圧電体１６−１．１６−２が各々駆動される。

次に、第２図における可動子１２について説明する。

この可動子】２のフレーム】７はコ字状に形成されてお
り、フレーム１７の両脚内壁には、ダンパ１９−１．１
９−２と圧電体１Ｂ−１，１８−２とが各々順に重ね合
わせて貼り付けられている。

そして可動子１２は第２図の波線で示されるようここフ
レーム脚部分が固定子１０に外嵌され、第２図の矢印で
示される方向への移動操作で圧電体１８−１．１８−２
が固定子１０の長手方向へレール１４−１．１４−２上
を摺動する。

その際にレール１４−１．１４−２の振動が圧電体１８
−１．１８−２で検出され、両圧電体】８−１．１８−
２間の振動伝達はダンパ１９−１゜１９−２で阻止され
る。

これら圧電体１８−１．１８−２の出力は第３図に回路
構成が示された可動子位置演算回路２２へ与えられる。

可動子位置演算回路２２では圧電体１Ｂ−１゜１８−２
の出力がＡ／Ｄ変換器２５−１．２５−２を介して比較
器２７に入力される。

比較器２７て得られた出力は演算器２９と除算器３０に
与えられ、除算器３０の出力は演算器２９に与えられる
。

本実施例は以上の構成からなり、以下その作用を説明す
る。

検出位置をＸ、固定子１０の圧電体１６−１または１６
−２に印加される電圧なＥｌ、　　弾性体レール１４−
１または１４−２の振幅（［動波形）をＷｌ、可動子１
２側圧電体１８−１または１８−２の出力をＥ２て表し
、τ（＝数ｍｍ〜数ｃｏ＋）　。

ｆ　（＝数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ）　＋　　８１．δ２（
圧電体１Ｂ−１，１６−２，１８−１，１Ｂ−２の特性
やレール１４−１．１４−２との取り付は方により異な
る）、Ａ１．Ａ２．Ａ３を定数と定めた場合、Ｅ１＝Ａ
１ｓｉｎ２πｆｔ １０− ２π Ｗ１＝Ａ２ｓ＋ｎ　−ｒｓ＋ｎ（２７ｒｆ　ｔ＋８１）
τ ２π Ｅ２＝、Ａ３ｓ＋ｎ　−ｘｓ＋ｎ（２ｙｔ　ｆ　ｔ＋＆
２）τ の式が成立する。

このとき、出力電圧Ｅ２の各位置における最大振幅と対
応した時間Ｔは、 て表される。

この出力電圧Ｅ２の波形がサンプリングされるタイミン
グは、δ２を無視した時間Ｔ１て最も簡単に求められ、
その時間ＴＩは圧電体１８−１．１８−２に対する印加
電圧Ｅ１がら求めることが可能であるが、本実施例では
、圧電体１Ｂ−１，１Ｂ−２の出力電圧を微分し、その
微分波形がゼロクロスするタイミングでサンプリングが
行われている。

１１− すなわち、可動子位置演算回路２２のＡ、　／　Ｄ変換
器２５−１．２５−２においては上記のタイミングで圧
電体１８−１．１８−２の出力がサンプリングされ、そ
れらを各々Ａ／Ｄ変換した出力が比較器２７に送出され
る。

比較器２７においては圧電体１８−Ｌ　　１８−２のＡ
／Ｄ変換出力が大小比較され、それらの正負も判定され
る。

また除算器３０ては圧電体１８〜Ｌ　　１８−２の出力
のうち大きい値で小さい値が除され、次の値ｙが求めら
れる。

１２− このようにして値ｙが求められると、テーブル参照やＣ
ＰＵ演算で可動子位置Ｘが算出される。

以上のように本実施例では、圧電体１６−１゜１６−２
により固定子１０のレール１４−１．　１４−２に位相
の異なる定在波が各々発生し、可動子１２の圧電体１Ｂ
−１，１８−２で得られた出力から定在波の振幅が検出
されて可動子位置が求められる。

これらレール１４−１．１４−２には第１従来例のよう
にスリット６６が形成されず、また可動子位置の検出が
第２従来例のように磁気を媒体として行われず、したが
って、製造コストの低減および長尺化が可能となり、高
い耐環境性を得ることも可能となる。

第４図では第２実施例の全体構成が説明されており、本
実施例では振動伝達板１５−１．１５−２と圧電体１６
−１．１６−２との間に別の圧電体４０−１．４０−２
が各々挿入されている。

それら圧電体４０−１．４０−２はレールＪ４−１．１
４．−２に発生した定在波の腹となる位置１３− に設けられており、その位置の定在波振幅が検出される
。

第５図では第２実施例の回路構成が説明されており、圧
電体４０−１．４０−２の出力は可動子位置演算回路２
２に設けられたＡ／Ｄ変換器４１１．４１−２へ与えら
れている。

それらＡ／Ｄ変換器４１−１．４１−２の出力はＡ／Ｄ
変換器２５−１．２５−２の出力とともに除算器４２−
１．４２−２へ与えられており、除算器４２−１．４２
−２の出力は演算器２９ζこ与えられている。

またＡ／Ｄ変換器４１−１．４１−２の出力は同じく可
動子位置演算回路２２に設けられた制御ｔｉ４３−１．
４３−２にも各々与えられており、制御器４３−１．４
３−２の出力はフィーｉ・バック制御信号として圧電体
駆動回路２ｏのドライバ２３−１．２３−２に与えられ
ている。

本実施例は以上の構成からなり、以下その作用を説明す
る。

圧電体１６−１．１６−２の出力をＥ２ａ、Ｅ１４ ２ｂ、圧電＋＄４０−１゜ ４０−２の出力をＥ３ａ。

Ｅ３ｂとした場合、 ２　π Ｅ２ａ＝Ａ３ｓ＋ｎ　　−ｘｓ＋ｎ（２ｉｆ　ｔ＋δ２
）τ ２　π Ｅ２ｂ＝、Ａ４ｃｏｓ　−ｘｓ＋ｎ（２ｉｆ　ｔ＋８２
）τ Ｅ３ａ＝Ａ３ｓｉｎ（２πｆ　ｔ＋８２）Ｅ３ｂ＝、Ａ
４５ｉｎ（２πｆ　ｔ、十８２）の式が得られる。

そして前記の第１実施例と同様なタイミングてザンブリ
ングが行われると、除算器４２−１．　４２−２におい
ては の式で示される出力が各々得られる。

このように本実施例では、レール１４−’１．１４−２
の定在波振動が圧電体４０−１．４０−２を用いて直接
モニタされ、そのモニタ出力を用いて可動子位置Ｘが算
出される。

５− したがって、リニアセンサの位置検出精度をさらに高め
ることが可能となる。

また本実施例では圧電体４０−１．４０−２の出力がＡ
／Ｄ変換器４］−１，４３−２を介して制御器４３−１
．４３−２へフィードバックされ、それらのフィードバ
ック制御信号がトライバ２３−１．２３−２に与えられ
るので、レール４１−１．４１−２の定在波振幅を一定
に維持てきる。

このため圧電体１Ｂ−１，１８−２の検出出力に含まれ
る歪成分を低減してリニアセンサの検出精度をさらに高
め、また、安定化することが可能となる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、スケールとして機
能する固定子のレールに相異なる位相の定在波を圧電体
により各々発生させ、それらのレール上を可動子の圧電
体が摺動してこれらの圧電体から可動子位置演算用の出
力を得るので、スケール側のスリット形成や磁気を媒体
とした位置検１６− 出は行なわれず、このため、リニアスケールの長尺化を
容易化しながらその製造コストを低減することが可能と
なり、しかも、耐環境性に優れたリニアスケールを構成
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の原理説明図、 第２図は第１実施例の全体構成説明図、第３図は第１実
施例の回路構成説明図、第４図は第２実施例の全体構成
説明図、第５図は第２実施例の回路構成説明図、第６図
は第１ｆｆ来例の構成説明図、 第７図は第２従来例の構成説明図、 である。 １０・・・固定子 １２・・・可動子 １４−１．　１４−２・・・レール １５−１．１５−２・・・振動伝達板 １６−１，１６−２・・・圧電体 １７− ］７・・・可動子のフレーム １８−１．１８−２・・・圧電体 １９−１．１９−２・・・ダンパ ２０・・・圧電体駆動回路 ２１・・・発振器 ２２・・・可動子位置演算回路 ２３−１．２３−２・・・ドライバ ２５−１．２５−２・・・Ａ／Ｄ変換器２７・・・比較
器 ２９・・・演算器 ３０・・・除算器 ４０−１．４０−２・・・圧電体 ４１−１．４１−２・・・Ａ／Ｄ変換器４２−１．４２
−２・・・除算器 ４３−１．４３−２・◆・制御器 −φ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固定子（１０）と移動操作される可動子（１２）とを有
   し、 固定子（１０）は、 弾性体で各々形成された複数のレール（１４−１、１４
   −２）と、 位相が相異なる定在波をレール（１４−１、１４−２）
   に各々発生させる複数の圧電体（１６−１、１６−２）
   と、 を備え、 可動子は、 レール（１４−１、１４−２）上を前記移動操作で各々
   摺動する複数の圧電体（１８−１、１８−２）を備えた
   、 ことを特徴とするリニアセンサ。