JPH04218817A - 物体移動制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体移動制御装置、特に
、物体の実際の位置及び速度を所望の位置及び速度に近
似させるように帰還システムを改良した物体移動制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の物体移動制御装置は、ベルト、
ケーブル等の非剛性手段により駆動される物体の位置、
動き又は速度を監視及び制御するのに適している。本明
細書で図示する例示的装置は、可撓性ケーブルにより駆
動されるインクジェット・プリンタのシャトル・キャリ
ッジであり、このキャリッジは回転モータ駆動出力によ
り左右に移動する。ケーブルが必要上可撓性で幾分の弾
力性があるで、移動する物体が比較的に大きいと、正確
な制御が難しい。

【０００３】プリンタでの使用では、所望のシャトル・
キャリッジ速度信号は、モータに直接に伝達され、モー
タは所望の速度信号に対応する回転出力を発生する。プ
リンタ・キャリッジ　は、通常、回転モータ駆動出力を
直線経路に沿ったプリンタ・キャリッジ　の運動に変換
するケーブル及びプーリ、又は歯車の付いたタイミング
・ベルトにより駆動される。タイミング・ベルト又はケ
ーブルは、回転モータ駆動出力に適応するために可撓性
であるので、実際のキャリッジ　速度が所望の速度から
ずれる原因となる。ケーブルが可撓性であるために、速
度が小さい範囲で変化して、プリンタ・キャリッジ　か
らのインク滴放出速度にばらつきが生じ、プリント不良
が起こる。物体の重量が増加するほど、及び／又はケー
ブルの可撓性が増加するほど、この問題は悪化する。プ
リント動作の間に、忠実度の高い像を生成するには、で
きるだけ所望の速度に近似するように、実際のキャリッ
ジ速度を監視し、制御する必要がある。

【０００４】プリンタ・キャリッジ装置のケーブル及び
ベルトは、フックの法則に従う直線ばねと等価であるの
で、ケーブルのたわみは、それに加わる力の関数で求め
られる。ケーブル又はベルトで駆動される装置は、ケー
ブルの内部減衰が、ばねに平行なダッシュポットにより
表される物体／ばねモデル・システムに類似する。ばね
の一端が固定された通常の場合とは対照的に、プリンタ
・キャリッジの物体／ばねモデル・システムでは、ばね
の他端は機械的な基準点に接続されていない。その代わ
り、ばねはモータの回転子に固定され、回転子は電磁的
接続を介して機的基準点に関係している。所望の速度に
対する実際の速度の実質的なずれは、ばね（ベルト又は
ケーブル）の伸張又は収縮が主な原因であり、他の原因
はモータの回転子の位置の誤差である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】プリンタでの使用では
、少なくとも２つの異なる制御構造が実現されている。 １つの方法では、エンコーダ又はタコメータをモータ軸
に取り付け、モータ軸速度信号を発生する。しかし、こ
の装置では、プリンタ・キャリッジ　の位置及び速度に
直接に関連する情報が得られないので、ベルト又はケー
ブルに働く力による所望速度からのキャリッジ　の動き
の実質的なずれを補正することができない。この方法で
は、プリンタ・キャリッジ　及びケーブル又はベルトは
、サーボ・ループの外側にあるので、不正確性の根本的
原因を処理していない。

【０００６】第２の制御構造は、キャリッジ　に取り付
けたクロック・トラック・エンコーダを使用し、キャリ
ッジ　に対して固定的に取り付けられた直線エンコーデ
ィング・ストリップ（帯状体）を読み取る。この方法に
よれば、プリンタ・キャリッジの実際の速度を検出する
ことができるが、システムの応答性が不十分である。言
い替えれば、ずれがすでに生じ、プリント不良が生じる
まで、この装置はずれを有効に補正することができない
。この種の制御装置は、粗調整を行うには適しているが
、微調整には限界がある。更に、共振物体／ばねシステ
ムがループ内にあるので、この制御構造ではサーボ・シ
ステムを実現するのが難しい。

【０００７】帰還システムを設計するための１つの重要
な原理は、サーボ・システムは、システム利得が１又は
それ以上になる周波数に対して、ループの周囲で１８０
°以上の位相シフトがあってはならないということであ
る。大きな位相シフトが生じると、帰還システムは、帰
還制御システムではなく、発振器として働くようになる
。物体／ばね要素を組み込んだシステムで、システムの
物体／ばね部分に関し、１８０°の許容可能な位相シフ
トのほとんどが費やされ、サーボ・システムの残りの部
分に関しては、ほとんど残されていない。この理由によ
り、物体／ばねシステムをサーボ・ループに組み込むこ
とが困難である。

【０００８】物体／ばね要素を組み込んだ１つのループ
・システムのサーボ・ループを安定させるには、システ
ム帯域幅及びループ利得を減少させる必要がある。速度
サーボ・ループでは、ループ利得は、キャリッジ　に対
する抗力が急激に増加又は減少することにより起こる速
度誤差の良好な予知器である。同様に、システム帯域幅
は、反対方向の外乱に反応し、回復する速度を表す。ル
ープ利得及び帯域幅は、サーボ・システムの重要な特性
であり、サーボ・システムを高性能にするには、程度の
高いループ利得及び帯域幅が必要である。

【０００９】したがって、本発明の目的は、キャリッジ
　の位置又は速度を直接に監視し、且つ制御する安定し
た高性能の物体移動制御装置の提供にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の１つの
特徴は、２重サーボ・システムを使用して、モータ駆動
される可撓性部材により直線経路に沿って往復運動する
物体の移動を制御することである。本発明の装置は、従
来のリニア・エンコーダ技術を使用した外部サーボ・シ
ステムと、これに追加された内部サーボ・ループを有す
る。この内部サーボ・システムは検出器を使用し、モー
タと物体とを結合する可撓性部材に対する物体の相対位
置又は相対速度を表す物理的特性を検出する。帰還回路
は検出された物理特性に応答し、目標の速度信号を調整
し、物体の目標速度及び実際の速度のずれを減少させる
。

【００１１】好適な実施例では、たわみを検出する歪ゲ
ージ検出器を含む負荷要素は、プリンタ・キャリッジ　
及びケーブルを結合する結合部材の一部を形成する。結
合部材のたわみは、ベルトにかかる負荷即ち力に関係し
、伸張又は収縮の様なベルトの歪は、その負荷に比例す
る。検出器の機械的な剛性は、ケーブル又はベルトの剛
性よりも大幅に高い。

【００１２】負荷要素が検出したたわみから、接続ケー
ブル又はベルトの歪を表す帰還信号が生成される。負荷
要素の歪は、無視できる。帰還信号は、モータ位置に対
するキャリッジ　の位置を直接に表し、モータ速度に対
する実際のキャリッジ　速度信号を生成するために微分
される。相対キャリッジ　速度信号は、目標キャリッジ
　速度信号と比較され、実際の速度及び目標速度間のず
れを減少させるように、目標速度信号を調整する。

【００１３】他の方法としては、内部ループは相対速度
変換器（トランスデューサ）を使用し、相対プリンタ・
キャリッジ　速度を直接に測定する。１つの好適な相対
速度変換器は、可変磁気抵抗原理に従って動作する磁気
回路を使用し、相対速度信号を直接に発生する。実際の
キャリッジ　速度信号は、目標速度信号を調節して、可
撓性ケーブルの歪を補償するために使用される。

【００１４】内部及び外部サーボ・ループを有する制御
システムは、実際のキャリッジ　速度が、所望の目標速
度に近似するように、モータ駆動出力を効果的に調整す
る。

【００１５】

【実施例】図８は、棒状部材１４上に取り付けられたキ
ャリッジ　の移動を監視し、且つ制御する物体移動制御
装置を示す。棒状部材１４は、据え付け台１６の骨組み
に固定的に取り付けられ、キャリッジ　１２は、棒状部
材１４で決まる直線経路上を往復運動をする。目標速度
信号は、モータ駆動器３８から出力され、キャリッジ　
が棒状部材１４上を往復運動する間、キャリッジ　の速
度を制御するために、導線４０を介してモータ１８へ入
力信号として送られる。モータ１８の回転出力は、モー
タ・プーリ２２及びアイドラ・プーリ２４に取り付けら
れた連続したタイミング・ベルト２０を駆動する。結合
部材２６は、キャリッジ　１２及びベルト２０に取り付
けられ、ベルト２０の動きをキャリッジ　１２に伝える
。

【００１６】図８に示す様に、キャリッジ　１２は、そ
れに取り付けた光学エンコーダ３６を有する。光学エン
コーダ３６は、キャリッジ　１２が棒状部材１４に沿っ
て往復運動する間、棒状部材１４に対して固定的に取り
付けられた直線エンコーディング・ストリップ３７を読
み取る。光学エンコーダ３６は、制御装置の外部サーボ
・ループのための情報を供給する。エンコーダが発生し
たパルス列は、キャリッジ　の速度を表す。パルス列は
、周波数ー電圧変換器でアナログ信号に変換される。 この信号は、後述する様に、ループ・フィルタに供給さ
れ、モータ駆動器３８で処理されるアナログ速度信号を
発生する。モータ駆動器３８は、実際のキャリッジ速度
と所望の速度とを比較し、モータ１８への入力信号を調
整することで、キャリッジ　１２の直線速度を調節する
。上述した様に、この種のサーボ・ループは、比較的粗
い制御しかできず、システムの物体／ばね特性の結果を
制御装置に組み込むことが困難である。

【００１７】キャリッジ速度の微調整は、キャリッジ速
度が変化するとき、その変化を検出し、あるいは、可能
であれば、実際にキャリッジ速度の変化が起こる前にそ
れを予知し、変化量を補正することにより、行う必要が
ある。実際のキャリッジ速度及び所望の速度の差は、主
にベルト又はケーブル駆動システムの可撓性特性により
決まり、キャリッジ　速度の変化を予知するために、可
撓性ベルト又はケーブル駆動システムの歪を検出する。

【００１８】この制御装置は、上述した外部サーボ・ル
ープと協動する内部サーボ・ループを使用している。一
実施例によれば、結合部材２６は、ベルトにより結合部
材に働く力を検出するキャリッジ位置検出器の役割をす
る。図９に示す様に、結合部材２６は、内部開口を有す
る取り付けブラケット２８を含む。取り付け端部２８ａ
は、留め板３０、及び取り付けブラケット２８に留め板
３０を固定的に取り付けるための適当な取り付け手段に
より、ベルト２０に固定的に取り付けられる。取り付け
端部２８ａの反対側からは、細長い弾性腕部２８ｂ及び
２８ｃが延びている。これらの腕部は、キャリッジ　１
２に固定的に取り付けられ、外側に広がる突縁部を有す
るキャリッジ　取り付け端部２８ｄに向かって延び、結
合する。弾性腕部２８ｂ及び２８ｃには、歪み計即ちス
トレイン・ゲージ３２及び３４が取り付けられる。この
ストレイン・ゲージは、ノース・キャロライナ州、ロー
リーのメジャメント・グループ社が、型番ＥＡ−１３−
Ｔ０４３−１０Ｃ、登録商標“トランスデューサ・クラ
ス”で販売するストレイン・ゲージである。

【００１９】取り付けブラケット２８は、好適には７０
７５Ｔ６型押し出し成型アルミニウムにより作られ、端
部２８ａの幅が約１７．８ミリ、腕部２８ｂ及び２８ｃ
の均一厚さ領域の長さが約１２．７ミリである。使用可
能な他のストレイン・ゲージ及び結合部材２６の形状は
、当業者には容易に理解できよう。例えば、腕部２８ａ
及び２８ｂの内面に２個のストレイン・ゲージを追加す
ることにより、４個のストレイン・ゲージを使用するこ
ともできる。

【００２０】第１０図は、代表的ストレイン・ゲージ・
ブリッジ回路網４２を示す。２個のストレイン・ゲージ
３２及び３４は、抵抗器４４及び４６と共にブリッジ構
成に接続され、基準電圧源４８により駆動される。スト
レイン・ゲージ３２及び３４は、図示する様に接続され
、キャリッジ１２が移動する際に、ベルト２０と一直線
状に並んだ腕部２８ａ及び２８ｂが伸縮する、一方のゲ
ージが圧縮力を検出し、他方は張力を検出する。反対方
向に伸縮が生ずると、各ストレイン・ゲージは、夫々反
対の力を検出する。歪みが生じると、２個のストレイン
・ゲージ３２及び３４は、差動増幅器５０に供給される
差動電圧を発生する。増幅器５０は、ストレイン・ゲー
ジの負荷を表す出力信号を生成する。後述する様に、こ
の負荷は、プーリ２２及びキャリッジ１２間のベルト２
０の伸びに正比例する。即ち、ベルトの歪より生ずる回
転子に対するキャリッジ位置のずれが検出される。

【００２１】第１１図は、第８図の装置の物体／ばねの
関係を示す模式図である。モータの回転子は添字１を有
する変数で表され、キャリッジは添字２を有する変数に
より表される。この解析には、回転単位が使用される。 回転子は、トルクＴ及び運動係数Ｊ１を有し、回転子の
位置はΘ１により表される。キャリッジは、計算された
運動係数Ｊ２を有し、その位置はΘ２で表される。理論
的ダッシュポットＢ１及びＢ２は、フレーム及び回転子
間と、フレーム及びキャリッジの間とに夫々配置される
。 ベルトは、係数Ｋ１２のばね及び係数Ｂ１２のダッシュ
ポットにより表される。

【００２２】図８〜図１０で示す制御装置の物理的な試
作器を作成する前に、物体／ばね力学及び提案されたシ
ステムの補償が図１１の様にモデル化され、カリフォル
ニア・サイエンティフィック・ソフトウェアが販売する
登録商標「ＬＳＡＰ」のコンピュータ・システムでシミ
ュレートされる。物体／ばねモデルは、次の物理パラレ
ルメータに基づいている。駆動プーリ２２は、０．０８
ピッチの３２個の歯を有し、タイミング・ベルトは５３
５個の歯を有し、アイドラ（遊び）・プーリ及びモータ
・プーリの軸は、５１１ｍｍ離間される。ＡＥが一定で
あるとして実験的に測定したベルトの剛性は、１．０６
９×１０＊２ＬＢ（Ｎ＊ｎは、Ｎのｎ乗を意味する。）
である。プーリの効果的な並進剛性ＫＴＯＴは、ＫＴＯ
Ｔ＝１．３３２×１０＊３ＬＢーＩＮである。回転座標
では、剛性係数Ｋは、ＫΘ＝ＫＴＯＴ×Ｒ＊２＝２２１
．１ＬＢーＩＮ／ＲＡＤＩＡＮである。この結果、ベル
ト／プーリ／キャリッジ　の組み合わせによる基本周波
数ｆＮ＝８０Ｈｚになる。

【００２３】減衰定数は、力が速度に比例し、ベルトの
長さＬに反比例するということに基づき計算される。、
即ちＦ＝ｃ’ｘ／Ｌの式に基づく。ｃ’についてこの式
を解くと、ｃ’＝２．９９４８ＬＢ−ＳＥＣ／ＩＮとな
る。総減衰定数ｃＴＯＴを計算すると、ｃＴＯＴ＝３．
７３２×１０＊−１ＬＢ−ＳＥＣ／ＩＮである。回転座
標単位では、ｃθ＝６．１９×１０＊−２ＬＢ−ＩＮ−
ＳＥＣ／ＲＡＤ＝Ｂ１２である。モータ回転子及びキャ
リッジ　の回転運動は、次の式で表される。

【００２４】

【数１】 トルクＴに関して、この式をラプラス領域内で解くと、

【数２】 キャリッジ　に速度と同様に、モータ及びキャリッジ　
の位置変数代数式を解くと、次式の様になる。

【数３】 ここで、

【数４】 これらの変数の値は、次の様である。

【数５】 図１２は、上に示す伝達関数の考えに基づいた、第８図
に示す制御装置１０の概略構成のブロック図を示す。 （Θ２ーΘ１）／Ｔ（ｓ）及び

【数６】 に関する伝達関数は、物理的動作システムの物体／ばね
減衰をモデル化する。目標速度信号発生器５２は、信号
結合器５４、補償器５６及び他の信号結合器５８を介し
て、目標速度信号を電力増幅器６０に送る。電力増幅器
６０は、モータ１８を駆動する信号を生成する。モータ
１８の出力信号は、ベルト２０に供給されるトルクであ
る。このトルクは、ブロック６２により表されるモータ
及びベルトの物体／ばね減衰効果を介して作用し、位置
信号が生成される。この位置信号は、位置補償器７８と
、相対位置信号（Θ２ーΘ１）を相対速度信号

【数７】 に変換する極大／ゼロ補償器７８とを含む位置伝達ブロ
ック６４を通過する。相対速度信号は、信号結合器５８
で目標速度信号と結合され、速度誤差信号を発生する。 この速度誤差信号は、目標速度信号を変調し、実際のキ
ャリッジ　速度を所望の速度に近づける。

【００２５】モータ１８からのトルクは、更に、ブロッ
ク６６で示す物体／ばね減衰効果を介して作用し、速度
変化利得回路６８に入力されるキャリッジ速度信号を発
生する。速度変化利得回路６８は適当な補償信号を発生
し、信号合成器５４に供給され、目標速度信号のレベル
を調整して、目標速度からの実際の速度のずれを減少さ
せる。このサーボ・ループにより、キャリッジを直接に
制御できる安定した操作システムが得られる。

【００２６】上述した伝達関数を使用して、図１３に示
す実際の制御装置７０を構成する。図１３で、図１２に
示す構成要素と同じものには、同一の参照番号を付して
いる。補償器５６は、５００Ｈｚで極大値を有する２個
の低域通過フィルタと、所望の全体的ループ利得に相当
するように倍率調整された利得回路７２を含む。この利
得は、図示する装置では５０に設定されている。ブロッ
ク７３に示す倍率調整器の利得２／１５により、目標速
度信号は調整され、電力増幅器６０に入力される。電力
増幅器６０は、利得係数２であり、１０００Ｈｚ（Ｐ１
０００）で極大値を有する。使用するモータのトルク係
数は、０．５８７５ｌｂ−ｉｎ／ａｍｐである。ブロッ
ク６８で示す速度伝達利得回路は、倍率０．０３０６で
ある。

【００２７】内部サーボ・ループは、ブロック７４でス
トレイン・ゲージ感度係数２２３を与える。最高３０，
０００Ｈｚで動作可能な増幅器が、フィルタ７６により
表される。進み／遅れブロック７８は、出力が４０Ｈｚ
でゼロ、２０００Ｈｚで極大となる回路を有し、ストレ
イン・ゲージの位置信号を相対速度に変換する。ブロッ
ク８０により表される容量性結合は、出力が０Ｈｚでゼ
ロ（Ｚ０）であり、０．０１６で極大となる。１０００
Ｈｚ（Ｐ１０００）の低域通過フィルタ８２は、好適に
は１０に設定された内部ループ利得回路８４に結合され
る。伝達関数は、上述の様に、発生する物体／ばね減衰
により、この装置内に影響する。

【００２８】この様なシステムのボード線図は、振幅対
周波数の関係及び位相対周波数の関係を座標で表す。シ
ステムのループ利得は、そのシステムに関するボード線
図上のゼロｄＢ（単位利得）線を設定することにより決
まる。第１４図、第１５図及び第１６図は、物体／ばね
減衰力学作用をモデル化するために、伝達関数を使用し
てコンピュータ・シミュレーションを行って得た、この
制御装置の異なるボード線図を示す。

【００２９】第１４図は、外部ループがディスエーブル
された状態の制御装置のボード線図である。共振ピーク
は、２０６Ｈｚを丁度超えた振幅曲線上にあることが図
から分かり、位相曲線８８で示す様に、位相のずれ−１
３５゜即ち位相余裕度４５゜で、利得が０ｄＢである。

【００３０】第１５図は、内部ループがディスエーブル
された状態での制御装置を示し、速度帰還信号のみを使
用している。振幅及び位相は、夫々曲線９０及び９２で
示されている。このボード線図は、０ｄＢ線（単位利得
）を４５Ｈｚのみにする望ましくない共振ピークを示し
ている。図１５に示される単一ループ・サーボ・システ
ムに現れる共振ピークは、システムを安定状態に保つた
め、即ち共振モードではなく帰還モードにするために、
帯域幅及びループ利得の望ましくない減少を必要とする
。

【００３１】図１６のボード線図は、結合された内部及
び外部ループ制御装置の動作を表す。この図では、振幅
曲線９４には共振周波数ピークがなく、曲線９６で示さ
れるー１３５°位相シフト及び約１５０Ｈｚで利得が望
ましい０ｄＢになっている。この制御装置の内部／外部
サーボ・ループ構造は、物体／ばねシステムにより引き
起こされる共振ぴピークを除去し、サーボ制御装置を安
定化させる。

【００３２】図１３の装置は、略所望どうりに動作する
ことが分かる。この装置は極めて動作が安定しており、
モータ及びキャリッジの作動を効率よく制御することが
でき、キャリッジの所望の移動速度特性を得ることがで
きる。この様な、制御装置は、所定の経路に沿って移動
する物体の速度を制御する必要があるいずれのモータ駆
動物体にも応用できる。更に、結合部材に取り付けられ
たストレイン・ゲージを含む負荷要素は、ベルト又はケ
ーブルのたわみにより生ずる物体の位置変化を求めるた
めに使用される。ケーブルのたわみを表す信号を生成す
るために、他の装置を使用してもよい。

【００３３】上述のストレイン・ゲージ検出器は広く応
用が可能であり、実際のキャリッジの速度を所望の速度
に近似させるために、所望の速度特性の調整を可能にす
るが、ストレイン・ゲージは、幾つかの固有の欠点があ
る。ストレイン変換器は、ドリフトする傾向があるため
に、高精度性能を得るには、監視及び校正する必要があ
る。更に、ストレイン・ゲージ変換器は、位置信号から
相対速度信号を得るために、位置信号を微分する必要が
ある。この微分された信号は、通常、高周波数ノイズを
含み易い。したがって、応用例によっては、異なる種類
の位置又は速度変換器を使用することが好ましい。

【００３４】図１は、本発明による内部及び外部サーボ
・ループを使用し、相対速度変換器を含む物体移動制御
制御装置を示すブロック図である。制御装置１１は、図
８の制御装置に類似しているが、内部サーボ・ループに
、ストレイン・ゲージ検出器ではなく、相対速度変換器
を使用している。結合部材２７は、キャリッジ　１２及
びケーブル２０上に取り付けられ、ケーブル２０の動き
をキャリッジの動きに正確に伝える。キャリッジ１２　
に取り付けられた光学エンコーダ３６は、直線エンコー
ディング・ストリップ３７を読み取り、制御装置の外部
サーボ・ループに速度情報を与える。

【００３５】図８の装置とは異なり、システム１１の結
合部材２７は、モータ速度に対するキャリッジ　速度を
検出する相対速度変換器を含む。好適な相対速度変換器
は、可変磁気抵抗特性で動作する磁気回路を含む。好適
な相対速度変換器を、図２〜６を参照して説明する。

【００３６】図２に示す変換器１００は、基部部材１０
２、及びこれより延びた取り付け腕部１０４及び支持腕
部１０６を含む。基部部材１０２は堅牢であり、キャリ
ッジ１２に固定的且つ機械的に取り付けられる。取り付
け部材１０４の先端部は、ケーブル２０基部部材１０２
を通過する留め具を留め具受け手段１０８に固定するこ
とにより、ケーブル２０に固定的に取り付けられる。矢
印１０９は、ケーブル２０（及びキャリッジ　１２）の
動きの方向を示す。

【００３７】基部部材１０２は、剛性のある金属材料で
形成される。適切な材料は、焼結鉄、ニッケル−鉄合金
、及び鉄を含む他の合金である。理想的には、変換器は
、それが伸張度を測定するベルト又はケーブルより大幅
に大きい硬度を必要とする。変換器の硬度が約２０，０
００から約５０，０００ｌｂ／ｉｎとなる鉄を含有する
合金が好ましい。

【００３８】支持腕部１０６は、取り付け腕部１０４よ
りも短く、磁石１１２は特定の向きで支持腕部１０６の
先端に取り付けられる。磁石１１２は、好適にはＳ極が
支持腕部１０６と接し、Ｎ極が棒状片（ポール・ピース
）１１４と接する向き、又はその逆の向きに配置される
。磁石１１２は、磁気材料又は磁化可能な材料を含む。 相対速度変換器の様な移動要素の重量は最小にすること
が好ましいので、磁気材料としては、サマリウム−コバ
ルト（Ｓｍ−Ｃｏ）及びニオブ−鉄（Ｎｂ−Ｆｅ）の様
な高エネルギー生成物が好適である。ＡｌＮｉＣｏ（ア
ルミニウムーニッケル−コバルト）合金は適当であるが
、特定の出力レベルで、物理的に大きくなる。特に。約
７．６ｍｍ×７．６ｍｍ×２．５ｍｍの大きさのサマリ
ウムーコバルト・バイアス磁石が好ましい。

【００３９】棒状片１１４は、磁石１１２に取り付けら
れ、取り付け腕部１０４に向かって延び、取り付け腕部
１０４の面に直角に配置される。棒状片１１４は、鉄、
又は鉄を含む合金の様な堅い金属材料を含んでいる。棒
状片１１４は、基部部材１０２と同じ材料で形成しても
よい。棒状片１１４の先端及び取り付け腕部１０４の間
には、正確な所定の幅の空隙１１６が設けられる。空隙
１１６の幅は、好適には、約０．１２７ｍｍ〜１．２７
ｍｍであり、特に、０．２５４ｍｍが最も好適である。 通常、空隙の幅が狭いほど、出力レベルは増加するので
、空隙の幅は狭いほうがよい。コイル１１８は、棒状片
１１４の延長した部分に巻き付けられ、局部前置増幅器
回路の入力端に接続される。異なる巻き数及び異なるワ
イヤ寸法の使用した種々のコイルを使用できる。実験的
設計で使用するコイルは、巻き数７５０の４０番のワイ
ヤである。

【００４０】上述の相対速度変換器を有する磁気回路は
、可変磁気抵抗原理に従って動作し、更に微分等の処理
をすることなく内部サーボ・ループで使用可能な相対速
度信号を発生する。ケーブルの力が変化するにつれて、
取り付け腕部１０４はわずかに曲がり、空隙１１６の幅
が変化し、回路のその部分の磁気抵抗が変化する。 磁気回路の磁束は、磁気抵抗とは反比例する。磁気抵抗
は、距離即ち空隙の幅に関係する。

【００４１】装置の総磁束は、ケーブルに加わる力の変
化に応じて変わる。ファラデーの法則によれば、回路に
誘導される起電力は、回路を通過する磁束が変化する速
度に関係する。即ち、コイル１１８の電圧出力は、時間
に対する総磁束の変化に関係し、コイルの出力は時間に
対する変換器に加わる力の変化に比例する。本発明によ
る相対速度変換器は、可変磁気抵抗原理に従って動作し
、ここでは、空隙の幅は、ケーブルに働く力の変化によ
り変わるので、コイルによる電圧は対応して、変化する
。

【００４２】図３〜図６は、本発明の装置での使用に適
した同様の相対速度変換器を示す。図２の構成要素の構
造又は配置と異なるものもあるが、多くの構成要素は同
一であるので、それらには同一の参照符号を付す。

【００４３】図３に示す相対速度変換器１１０は、回路
から基部部材を分離することにより、磁気回路を特定部
分に形成している点が幾分構造が異なる。支持腕部１０
６は、幾分長さが短くなっており、磁気絶縁体として働
く材料を含むスペーサ部材１１１が、支持部材の先端に
取り付けられる。棒状片１１４は、スペーサ部材１１１
に固定的に取り付けられ、取り付け腕部１０４に向かっ
て延びる。空隙１１６は、棒状片１１４の先端及び取り
付け腕部１０４の表面間に設けられる。コイル１１８は
、棒状片１４のの延長した部分に巻き付けられる。

【００４４】磁石１１２は、棒状片１１４の反対側の端
部に固定的に取り付けられ、支持腕部１０６と一線上に
位置が合わせされている。磁石１１２は、特定の向きに
配置され、一方の極が棒状片１１４に接し、他方の極が
棒状片１１３に接する。棒状片１１３は、磁石１１２の
上面に固定的に取り付けられ、棒状片１１４と平行に配
置される。棒状片１１３の先端及び取り付け腕部１０４
の表面間には、空隙１１５が設けられる。棒状片１１３
及び１１４と、空隙１１５及び１１６とは、夫々寸法が
等しいことが望ましい。の空隙の幅は、特に約０．１９
ｍｍが好適である。

【００４５】図３に示す実施例で、磁気絶縁材料を含む
スペーサ部材１１１は、基部部材１０２のほとんどの部
分を磁気回路から分離する。この構造により、出力が高
レベルになり、回路のヒステリシス損失が減少する。更
に、図３に示す相対速度変換器は、他の構造によるもの
より、磁気ノイズに対して鈍感である。

【００４６】図４に示す相対速度変換器１２０は、基部
部材１０２と、そこから延びる取り付け腕部１０４及び
支持腕部１０６と含む。磁石１１４は、支持腕部１０６
上に所定の向きで取り付けられる。棒状片１１４は、磁
石１１２に固定的に取り付けられ、取り付け腕部１０４
に向かう方向及びその逆方向に直線的に延びる。棒状片
１１４は、磁石１１２に関して互いに反対側の部分に巻
き付けられた信号コイル１２２及びバッキング・コイル
１２４を有する。これらのコイルは、同じ方向に巻かれ
、好適には直列に接続されるが、極性は反対である。 即ち、信号コイルの正側端部は、バッキング・コイルの
正側端部に接続される。この配置にすると、浮遊磁界を
ある程度相殺することができる。

【００４７】図５及び図６は、本発明の装置での使用に
適した相対速度変換器の付加的な実施例である。図５に
示す相対速度変換器１３０は、２つの支持腕部１３４、
１３６及び中央取り付け腕部１３８を有する基部部材１
３２を含む。中央取り付け腕部１３８の先端は、ケーブ
ル２０を通る留め具を留め具受け手段１４０に固定する
ことで、可撓性ケーブルに固定的に取り付けられる。基
部部材１３２は、基部部材１０２と同様の材料で好適に
形成される。

【００４８】磁石１４２及び１４４は、夫々支持腕部１
３４及び１３６の先端に、特定の向きで取り付けられる
。図５に示す様に、磁石１４２及び１４４は、互いに反
対の向きで取り付けられる。即ち、一方の磁石では、Ｎ
極が支持腕部に接し、他方の磁石では、Ｓ極が支持腕部
に接する。各磁石自体の向きは重要ではなく、２つの磁
石を反対の向きに取り付けることが重要である。棒状片
１４６及び１４８は、夫々磁石１４２及び１４４に固定
的に取り付けられ、中央取り付け腕部１３８に向かって
延びる。棒状片１４６、１４８の先端及び中央取り付け
腕部１３８の間に、夫々空隙１５０及び１５２が設けら
れる。空隙１５０及び１５２の幅は、好適には等しい。 コイル１５４及び１５６は、夫々棒状片１４６及び１４
８の延長部分に同一方向に巻き付けられ、反対極性で直
列に接続される。図５及び図６の実施例で使用する棒状
片、空隙及びコイルは、図２で説明したものと同一であ
る。図５の配置は、１つの磁気回路に比較して、特定の
入力速度に対し信号振幅が倍になり、更に、浮遊磁界を
ある程度相殺することができる。。

【００４９】図６に示す相対速度変換器１６０は、１つ
のコイル１５８を中央取り付け腕部１３８に巻き付ける
以外は、図５に示す実施例と同様である。変換器１６０
は変換器１３０と同様に機能するが、使用するコイルは
１つのみであるので、製造コストが低くなる。しかし、
変換器１６０により行われるノイズを相殺する効果は、
変換器１３０よりも低減する。

【００５０】図７は、内部及び外部サーボ・ループを有
し、内部ループ内の相対速度変換器を使用する本発明の
制御装置のループ構成を示す。図１２及び図１３に示す
構成要素と同じものには、同一の参照符号を付す。簡単
に説明すれば、目標速度発生器５２は、信号結合器５４
、補償器５６及び信号結合器５８に、目標速度信号を供
給する。調整器７３は、電力増幅器６０に入力する目標
速度を調整する。電力増幅器６０は、駆動モータ１８へ
の信号を処理する。キャリッジ　速度信号は、数６に従
い、ブロック６６で発生され、外部サーボ・ループに供
給され、外部ループ・キャリッジ　速度信号は、速度変
換器利得回路６８に入力される。ここで、目標速度信号
を調整するための適当な補償信号が発生され、信号結合
器５４に伝達される。相対キャリッジ速度信号は、

【数
８】 に従い、ブロック６２で発生され、内部サーボ・ループ
に供給される。内部サーボ・ループ・キャリッジ　速度
信号は、検出増幅器７４に入力される。これにより、目
標速度信号を調整するための適当な補償信号が発生され
、２０００ｋＨｚで極大値を有する低域通過フィルタ７
５を介して信号結合器５８に伝達される。フィルタ７５
は、速度変換器信号から不要な高周波数成分を除去する
。この実施例で使用する内部サーボ・ループは、相対キ
ャリッジ　速度を直接に測定し、動作を簡単化する。

【００５１】本発明の内部／外部ループ構成を有し、ス
トレイン・ゲージ検出器を使用する制御装置を、内部／
外部ループ構造を有し、相対速度変換器を使用する制御
システムと比較した。これらの各装置は、外部ループの
みを使用した制御装置とも比較した。最大の可能なルー
プ利得は、発振のスレッシホールドに対し各装置を調整
することにより、実験的に決まる。内部サーボがストレ
イン・ゲージ検出器を含む本発明の装置のループ利得は
、外部ループのみを使用した装置のループ利得の約４倍
である。内部サーボが相対的速度変換器を含む本発明の
装置のループ利得は、また、外部ループのみを使用した
装置のループ利得の約７〜１５倍である。

【発明の効果】物体を移動させるベルトの伸張又は収縮
により生じる、物体及びベルト間の相対速度を検出して
、対応する相対速度信号を発生し、この相対速度信号に
より目標速度信号を調整することにより、物体の目標速
度及び実際の速度のずれを減少させることができる。 また、本発明で使用する相対速度変換器は、物体及びベ
ルトの相対速度を磁気回路の磁束の時間変化として検出
して、相対速度信号を発生するので、従来の様に位置信
号を微分して相対速度信号を得る必要がなく、発生した
相対速度信号を直接に内部サーボ・ループに使用できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の移動物体制御装置を示す概略構成
図である。

【図２】　　図１の装置に使用する相対速度変換器を示
す正面図である。

【図３】　　図１の装置に使用する相対速度変換器を示
す正面図である。

【図４】　　図１の装置に使用する相対速度変換器を示
す正面図である。

【図５】　　図１の装置に使用する相対速度変換器を示
す正面図である。

【図６】　　図１の装置に使用する相対速度変換器を示
す正面図である。

【図７】　　図１の装置のサーボ・ループを示すブロッ
ク図である。

【図８】　　従来の移動物体制御装置を示す概略構成図
である。

【図９】　　図１の装置の結合部の負荷要素の部分拡大
図である。

【図１０】　　図９の負荷要素を使用したブリッジ回路
の回路図である。

【図１１】　　図８の装置の物体及びばねの関係を示す
モデル図である。

【図１２】　　図８の装置のサーボ・ループを示すブロ
ック図である。

【図１３】　　図１２の更に詳細なブロック図である。

【図１４】　　図１３の動作特性を表すボード線図であ
る。

【図１５】　　図１３の動作特性を表すボード線図であ
る。

【図１６】　　図１３の動作特性を表すボード線図であ
る。

【符号の説明】

１２　　物体 ２０　　可撓性部材 ５２　　目標速度信号発生器 ５８、７４、７５　　帰還手段 １００　　相対速度変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の経路に沿って移動可能な物体と
   、該物体に結合されると共にモータにより駆動され、上
   記物体を移動制御する可撓性部材と、上記物体の目標移
   動速度に対応する目標速度信号を発生し、上記モータに
   供給する速度信号発生器と、上記可撓性部材及び上記物
   体間の相対速度を検出して、対応する相対速度信号を発
   生する相対速度変換器と、該相対速度変換器からの上記
   相対速度信号に応じて、上記目標速度信号を調整し、上
   記物体の上記目標速度及び実際の速度の差を減少させる
   帰還手段とを具えることを特徴とする物体移動制御装置
   。