JPH04372563A - リニア直流モータ及びこのモータを用いたイメージスキャナ - 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、リニア直流モータ及び
このモータを用いたイメージスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学ヘッドやイメージスキャナ
などをリニアに移動させる駆動源としては、リニア直流
モータが用いられる。即ち、回転モータを用い伝達系で
直線運動に変換することも可能であるが、このような駆
動系によると、伝達系によるガタやバックラッシュ等に
より送りの高精度化に限界があるからである。

【０００３】ここに、高精度な移動及び停止を目的とし
て光学的リニアエンコーダを付設したリニア直流モータ
が特開昭５９−１２２３５７号公報に示されている。こ
れは、光波長発生素子からの光を可動子側に設けた傾設
反射面で反射させ、光波長受信素子で受信することによ
り可動子の位置と推進速度とを簡単に検出するようにし
たものである。これによれば、位置及び推進速度検知が
容易に行えるので、高精度な移動又は停止が可能となり
、同時に、可動子とともに光波長発生素子、光波長受信
素子を移動させなくてよいため、電源コード等が邪魔に
ならない、というメリットがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来方式によると、光波長発生素子、傾設反射面、光波
長受信素子等の高価な光学部品を用いる必要があり、か
つ、これらの部品の高精度な組付け調整も要し、取扱い
が面倒なものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】Ｎ極，Ｓ極の磁極を長手
方向に交互に有する界磁マグネットと、この界磁マグネ
ットに対向する１つ以上の駆動用電機子コイル群を有す
る電機子とを設け、これらの界磁マグネットと電機子と
の一方を可動子とし他方を固定子としたリニア直流モー
タにおいて、請求項１記載の発明では、可動子に変位セ
ンサを取付け、この変位センサに対向する軌跡上に移動
方向に周期的な凹凸形状に形成したセンサターゲットを
固定子に設け、前記変位センサにより検出されるこのセ
ンサターゲットの凹凸周期に基づき前記可動子の速度を
算出する演算手段を設けた。

【０００６】請求項２記載の発明では、ターゲット面積
に応じて出力が変化するセンサを可動子に取付け、この
センサに対向する軌跡上に移動方向に周期的に面積が変
化するパターンに形成したセンサターゲットを固定子に
設け、前記センサにより検出されるこのセンサターゲッ
トのパターン周期に基づき前記可動子の速度を算出する
演算手段を設けた。

【０００７】請求項３記載の発明では、このようなリニ
ア直流モータをイメージスキャナに用い、読取り光学系
部材を搭載して副走査する可動子とした。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、可動子に取付け
た変位センサと、この変位センサの移動軌跡上に位置さ
せて固定子側に設けられて周期的な凹凸形状としたセン
サターゲットとの組合せで、凹凸周期を測定して可動子
の速度を算出することにより、リニアエンコーダの機能
が確保され、安価・簡単な構成にして高感度の速度検出
が可能で、可動子の高精度な動作制御が可能となる。特
に、センサターゲットは長尺でもよく、制約の少ないも
のとなる。

【０００９】請求項２記載の発明による場合も同様であ
り、可動子に取付けられてターゲット面積により出力の
変化するセンサと、このセンサの移動軌跡上に位置させ
て固定子側に設けられて面積が周期的に変化するパター
ンのセンサターゲットとの組合せで、パターン周期を測
定して可動子の速度を算出することにより、リニアエン
コーダの機能が確保され、安価・簡単な構成にして高感
度の速度検出が可能で、可動子の高精度な動作制御が可
能となる。特に、センサターゲットは長尺でもよく、制
約の少ないものとなる。

【００１０】請求項３記載の発明では、このようなリニ
ア直流モータをイメージスキャナにおける副走査駆動源
とすることにより、安定した速度制御ができ、安価にし
て高精度な読取りが可能となる。特に、長尺化が可能で
あり、大サイズの読取りも可能なものとなる。

【００１１】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図７に基
づいて説明する。まず、本実施例のリニア直流モータは
、電機子を可動子とし界磁マグネットを固定子２とする
ものである。

【００１２】可動子１は可動バックヨーク３とこの可動
バックヨーク３に取付けられたコイル基板４と、前記可
動バックヨーク３の両側４隅に固定された軸５と、各軸
５に回転自在に取付けられたローラ６と、前記コイル基
板４に固定されつつ基板長手方向に沿って連続的に配設
されたコイル７による電機子コイル群と、位置検出用の
ホール素子８とにより構成されている。

【００１３】また、固定子２は前記ローラ６の転動をガ
イドする段差又は溝状のレール部９を有する長尺状のベ
ース板１０と、このベース板１０上に固定された固定バ
ックヨーク１１と、この固定バックヨーク１１上に設け
られてＮ極、Ｓ極のように交互に着磁させた磁極１２に
よる永久磁石とにより構成されている。

【００１４】このような基本構成において、磁極１２と
コイル７との間には常に一定のギャップが介在し、また
、コイル７及びホール素子８は、コイル基板４に取付け
られたコネクタ１３を介して後述する制御装置に接続さ
れている。

【００１５】しかして、本実施例では、前記可動子１の
一部に変位センサ１４が側方に突出させた状態で取付け
られている。この変位センサ１４は非接触型のもの、例
えばうず電流式変位計が用いられているが、この他、光
、音又は磁気などを利用したものでもよい。前記ベース
板１０にはこのような変位センサ１４の移動軌跡に沿わ
せてセンサターゲット１５が設けられている。このセン
サターゲット１５は前記変位センサ１４に対向する対向
面１５ａに可動子１の移動方向に沿って正弦波状の周期
的な凹凸パターンを形成したものである。このようなセ
ンサターゲット１５の対向面１５ａの凹凸パターンは正
弦波状に限らず、矩形波形状等であってもよく、要は、
変位センサ１４との間の距離が周期的に増減変化する凹
凸パターンであればよい。変位センサ１４の検出出力も
前記コネクタ１３を介して後述する制御装置に入力され
、フィードバック制御用信号として用いられる。

【００１６】次に、制御装置の構成を図３により説明す
る。基本的には、マイクロプロセッサ１６、ＲＡＭ１７
及びＲＯＭ１８よりなるマイクロコンピュータ１９によ
り制御されるもので、このようなマイクロコンピュータ
１９にはバス２０を介して指令発生装置２１が接続され
ている。この指令発生装置２１は前記可動子１の状態を
指令する位置指令信号、速度指令信号等の状態指令信号
を発生するものである。また、前記ホール素子８の出力
信号及びプログラム制御されているマイクロコンピュー
タ１９からの出力信号に応じてモータドライブ装置２２
に信号を出力させる一般的な３相用モータ駆動ＩＣ２３
が設けられている。このような駆動制御により、可動子
１は指令発生装置２１により指令された速度で移動する
。この時の変位センサ１４の出力は、波形整形回路２４
、演算手段となる検出用インターフェース装置２５を介
して、可動子１の速度としてマイクロコンピュータ１９
に取込まれる。

【００１７】例えば、図４中の（ａ）に示す変位センサ
１４出力は、波形整形回路２４により波形整形されて同
図中の（ｂ）に示すように矩形波となる。即ち、この波
形整形回路２４は正弦波入力を矩形波出力に変換する機
能を持つ。よって、対向面１５ａの凹凸パターン形状を
矩形波状とした場合であれば、この波形整形回路２４は
不要であり、変位センサ１４出力を検出用インターフェ
ース装置２５に直接入力させてもよい。

【００１８】次に、可動子１の速度検出方法、即ち、検
出用インターフェース装置２５の機能について説明する
。この検出用インターフェース装置２５は波形整形回路
２４により矩形波に整形された変位センサ１４出力をマ
イクロプロセッサ１６の割込み端子に出力するもので、
基準クロックＣＬＫをカウントするカウンタを備えてい
る。

【００１９】今、図５において波形整形回路２４の出力
ＯＢのエッジＥ１が到達する直前の状態から説明する。 検出用インターフェース装置２５内蔵のカウンタは出力
ＯＢのＴｎ−１　のパルス周期を、基準クロックＣＬＫ
を基に与えられたカウント数（例えば、０ＦＦＦＦＨ）
からデクリメントカウントする。エッジＥ１　がマイク
ロプロセッサ１６の割込みに到達すると、図６に示す割
込みルーチンが実行される。すると、カウンタのデクリ
メントカウント値は検出用インターフェース回路２５内
蔵のストレージレジスタにラッチされる（カウンタのラ
ッチ）。ついで、ラッチされたデクリメントカウント値
をＲＡＭ１７に格納する。そして、Ｔｎ　のパルス周期
をカウントするためのカウント初期値（０ＦＦＦＦＨ）
を与え、再度、デクリメントカウントを開始し、割込み
処理を終了する。再度、エッジＥ２　が割込みに到達す
ると、上述した処理を同様に繰返す。

【００２０】この時、可動子１の移動速度ｖは（１）式
により求められる。ただし、ＴＣＬＫ　：ＣＬＫ周期、
ＮＥ　：単位長さ当たりの波形整形回路２４の出力パル
ス数、ｎ：ＣＬＫカウント数（＝ＯＦＦＦＦＨ−デクリ
メントカウント数）である。

【００２１】

【数１】 　　ｖ＝（１／ＮＥ　）・｛１／（ＴＣＬＫ　・ｎ）｝
　　　　　　　　…………………（１） 　　このように求められた可動子１の速度情報は、フィ
ードバック制御に用いられる。例えば、一般によく用い
られる比例制御を用いて速度制御に適用した例を考える
。 前述したように、可動子１の移動速度はデジタル値とし
て求められ、マイクロコンピュータ１９に取込まれる。 ここに、比例制御では、一般に、リニア直流モータへの
制御電圧は、（２）式で表される。

【００２２】

【数２】 　　Ｖ＝Ｒ（Ｆｒ／ＫＦ）＋Ｋ（Ｒｖ−ｖ）　　　　　
……………（２） 　　ここに、Ｖ：制御電圧、Ｒ：コイル抵抗、Ｋ：比例
ゲイン、ｖ：可動子速度、ＫＦ　：推力定数、Ｆｒ：摩
擦力である。

【００２３】（２）式において、Ｒ，Ｆｒ，ＫＦ　はモ
ータ特有の数値であり、Ｋ，Ｋ′，Ｋ″は制御系の設計
値であるので、全て既知の定数である。また、Ｒｖは設
定値であり、ｖは前述のように求められるので、予め（
２）式及び前述した定数をマイクロコンピュータ１９内
のＲＯＭ１８にプログラム若しくは一覧表として入力し
ておくことで、同式を計算することで、制御に必要な電
圧Ｖを簡単に求めることができる。また、実際に得られ
た制御電圧Ｖはマイクロコンピュータ１９内でパルス変
調され、３相用モータ駆動ＩＣ２３に出力され、いわゆ
るＰＷＭ制御が実行される。

【００２４】ところで、このようなリニア直流モータは
図７に示すように、例えばイメージスキャナ２６の読取
り光学系部材の副走査用駆動源として用いられる。図７
に示すイメージスキャナ２６はコンタクトガラス２７上
に載置された原稿２８を蛍光灯、ハロゲンランプ等の露
光ランプ２９及び反射板３０によりスリット露光しなが
ら、その反射光をセルフォックレンズ等の結像素子３１
により読取り素子３２に結像させて読取るようにしたも
のであり、これらの読取り光学系部材２９〜３２が読取
りユニット３３として前記可動子１上に固定搭載されて
原稿２８面を副走査するように構成されている。固定子
２はイメージスキャナ２６のハウジング３４に固定され
ている。

【００２５】このような構成において、読取りユニット
３３はリニア直流モータ（可動子１）により副走査され
ながら、自己走査により原稿２８の画像を主走査方向に
読取り、全体として原稿画像を２次元に読取る。ここに
、読取りユニット３３は副走査方向の駆動にダイレクト
ドライブの前述したリニア直流モータを用いているので
、安価にして伝達系のガタやバックラッシュにより生ず
る速度変動のない駆動制御が可能となり、高精度な読取
りができる。

【００２６】つづいて、本発明の第二の実施例を図８な
いし図１１により説明する。本実施例では、まず、変位
センサ１４に代えて、ターゲット面積に応じて出力が変
化するセンサ３５が可動子１に取付けられている。この
センサ３５の移動軌跡上に対向させてベース板１０には
センサターゲット３６が設けられている。このセンサタ
ーゲット３６は図８中に斜線を施して示す部分がセンサ
３５感知部となるもので、図示のように可動子１の移動
方向に面積が周期的に変化するような三角形状のパター
ンとして形成されている。もっとも、センサターゲット
３６のパターン形状は三角形状に限らず、要は、周期的
に面積の変化する形状であればよい。このようにセンサ
３５とセンサターゲット３６との組合せは、例えば、光
を当ててその反射光のレベルをディテクタで測定するこ
とにより可能である。よって、例えばセンサ３５は光源
とディテクタとにより構成したものとすればよい。

【００２７】このような構成であっても、制御系として
は、変位センサ１４をセンサ３５に置換えて、図３に示
した場合と同様に構成すればよい。この場合、センサ３
５からの出力信号は図１０中に（ａ）に示すような三角
鋸歯状のものとなり、波形整形回路２４により波形整形
されて同図（ｂ）に示すような矩形波出力となる。よっ
て、後は前記実施例と同様に可動子１の移動速度の検出
及びその制御が可能となる。

【００２８】本実施例にあっても、図７の場合と同様に
、図１１に示すように、イメージスキャナ２６に同様に
適用できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成したので
、請求項１記載の発明によれば、可動子に取付けた変位
センサと、この変位センサの移動軌跡上に位置させて固
定子側に設けられて周期的な凹凸形状としたセンサター
ゲットとの組合せで、凹凸周期を測定して可動子の速度
を算出することにより、また、請求項２記載の発明によ
れば、可動子に取付けられてターゲット面積により出力
の変化するセンサと、このセンサの移動軌跡上に位置さ
せて固定子側に設けられて面積が周期的に変化するパタ
ーンのセンサターゲットとの組合せで、バターン周期を
測定して可動子の速度を算出することにより、リニアエ
ンコーダの機能を確保することができ、安価・簡単な構
成にして長尺に渡って高感度の速度検出が可能で、可動
子の高精度な動作制御を行うことができ、リニアモータ
の長尺化を図ることができる。

【００３０】また、請求項３記載の発明では、このよう
なリニア直流モータをイメージスキャナにおける副走査
駆動源としたので、安価にして高精度な読取りを行わせ
ることができ、かつ、長尺化が可能なため、大サイズ原
稿にも対応できるイメージスキャナを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示すもので、（ａ）は
正面図、（ｂ）は側面図である。

【図２】平面図である。

【図３】制御系を示すブロック図である。

【図４】信号波形を示すタイミングチャートである。

【図５】信号波形を示すタイミングチャートである。

【図６】フローチャートである。

【図７】イメージスキャナへの適用例を示すもので、（
ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図８】本発明の第二の実施例を示すもので、（ａ）は
正面図、（ｂ）は側面図である。

【図９】平面図である。

【図１０】信号波形を示すタイミングチャートである。

【図１１】イメージスキャナへの適用例を示すもので、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　可動子＝電機子 ２　　　　　　固定子＝界磁マグネット１４　　　　変
位センサ １５，３６　　　　センサターゲット ２５　　　　演算手段 ２６　　　　イメージスキャナ ３５　　　　センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｎ極，Ｓ極の磁極を長手方向に交互に
   有する界磁マグネットと、この界磁マグネットに対向す
   る１つ以上の駆動用電機子コイル群を有する電機子とを
   設け、これらの界磁マグネットと電機子との一方を可動
   子とし他方を固定子としたリニア直流モータにおいて、
   前記可動子に変位センサを取付け、この変位センサに対
   向する軌跡上に移動方向に周期的な凹凸形状に形成した
   センサターゲットを前記固定子に設け、前記変位センサ
   により検出されるこのセンサターゲットの凹凸周期に基
   づき前記可動子の速度を算出する演算手段を設けたこと
   を特徴とするリニア直流モータ。
2. 【請求項２】　　Ｎ極，Ｓ極の磁極を長手方向に交互に
   有する界磁マグネットと、この界磁マグネットに対向す
   る１つ以上の駆動用電機子コイル群を有する電機子とを
   設け、これらの界磁マグネットと電機子との一方を可動
   子とし他方を固定子としたリニア直流モータにおいて、
   ターゲット面積に応じて出力が変化するセンサを前記可
   動子に取付け、このセンサに対向する軌跡上に移動方向
   に周期的に面積が変化するパターンに形成したセンサタ
   ーゲットを前記固定子に設け、前記センサにより検出さ
   れるこのセンサターゲットのパターン周期に基づき前記
   可動子の速度を算出する演算手段を設けたことを特徴と
   するリニア直流モータ。
3. 【請求項３】　　読取り光学系部材を搭載して副走査す
   る可動子としたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   リニア直流モータを用いたイメージスキャナ。