JPH0373810A - 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】 概要 圧電素子を用いて可動子に設けた弾性体上に定在波を発
生させ、この定在波の振動を固定子側に設けた別の圧電
素子により検出して可動子の位置を検出するリニアセン
サに関し、 構成が簡単で調整の容易なりニアセンサを提供すること
を目的とし、 直線駆動される可動体に平板状の第１圧電素、子を接着
し、該第１圧電素子の他方の面の全面に平板状の弾性体
を接着して成る可動子と、ベースと該ベースに接着され
た平板状の第２圧電素子により構成され、前記可動子の
移動範囲内において前記弾性体上の定在波の振幅値が位
置に対して一価関数となるように該第２圧電素子が設け
られた固定子と、前記第１圧電素子を駆動する周波数の
電圧を発振する発振器と、該発振器の電圧を増幅して第
１圧電素子を駆動するドライバと、前記第２圧電素子の
電気的な出力値をサンプルホールドしてＡ／Ｄ変換を行
うＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力値を逆三角関
数変換する位置変換手段とから構成される検出回路を具
備して構成する。

産業上の利用分野 本発明は圧電素子を用いて可動子に設けた弾性体上に定
在波を発生させ、この定在波の振動を固定子側に設けた
別の圧電素子により検出して可動子の位置を検出するリ
ニアセンサに関する。

近年の○Ａ、ＦＡシステムの小型化に伴い、プリンタの
キャリノジ送りやフロッピィディスクドライブのヘッド
送りに用いられるアクチュエータにも簡単な構成のもの
が要求されており、リニアパルスモータ等の小型モータ
が盛んに開発されている。そのため、このようなリニア
パルスモーク等の小型リニアモータの制御に用いるため
のりニアセンサにも、上記要求を満たすことが要求され
ている。

従来の技術 従来、数ｌｌ１ｍ〜数ｃｍのショートストロークで用い
るリニアセンサとしては光学式のものがよく使用されて
いる。第６図に従来のリニアセンサの一例を示す。１は
所定のピッチτで穴１ａの開いたスケールであり、この
スケール１の両側に発光素子２と受光素子３ａ、３ｂが
設けられている。受光素子３ａ、３ｂはスリット４を介
して発光素子２からの光を受けるようになっている。受
光素子３ａ、３ｂはτ／４のピッチで配置されており、
このように受光素子を２個設けることによりスケール１
の相対的な位置変化を方向を含めて検出することができ
る。

この光学式のりニアセンサは、スケール１を通して発光
素子２からの光の強さを受光素子３ａ。

３ｂで検出を行う構成であり、光の強さが位置に対して
正弦波的に変化することを用いて位置を検出するもので
ある。検出回路は検出した光の強さを２値化してから位
置を検出する構成か、又は検出した光の強さが正弦波的
に変化することを直接位置に変換する構成かの何れかを
採用している。

発明が解決しようとする課題 検出した光の強さを２値化してから位置を検出する構成
の場合には、センサの分解能を上げるためにはスケール
のピッチを小さくしなければならず、そのためスケール
の価格が高くなったり、スケールと発光素子及び受光素
子のギャップを正確に調整しなければならないという問
題があった。

また、検出した光の強さが正弦波的に変化することを直
接位置に変換する場合には、受光素子の飽和特性の関係
から一般にスケールのピッチを数帥以上とすることは難
しく、上述した光の強さを２値化する方法と組み合わせ
ることになり、検出回路が複雑になるという問題があっ
た。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、ｔａ或が簡単で調整の容易なリ
ニアセンサを提供することである。

課題を解決するための手段 第１図に本発明のりニアセンサの概略斜視図を示す。ｌ
Ｏは可動子であり、図示しないリニアパルスモータ等の
推力機構により直線駆動される可動体１１に平板状の第
１圧電素子１２を接着し、この第１圧電素子１２の他方
の面の全面に平板状の弾性体１３を接着して構成されて
いる。１４はベース１５とこのベースに接着された平板
状の第２圧電素子１６とから構成される固定子であり、
ベース１５に設けたブラケット１７．１７にわたり可動
子ＩＯを案内するためのリニアガイド１８が設けられて
いる。

固定子１４に設けられた第２圧電素子１６は、望ましく
は図示するように第１圧電素子１２及び弾性体１３の長
さよりも長く形成されている。第１圧電素子１２及び第
２圧電素子１６は、例えばセラミックから形成されてお
り、弾性体１３はステンレス鋼等から形成されている。

第１圧電素子１２−は第２図（Ａ）に示すように例えば
３つの部分に分極されており、この分極に対応して第１
圧電素子１２の可動体１１側に３つの電極１９ａ、１９
ｂ、１９Ｃが設けられている。

これらの電極１９２〜１９Ｃは駆動回路２０に図示の如
く接続されており、第１圧電素子１２は弾性体１３に定
在波を発生させるために用いられる。

弾性体１３は第１圧電素子１２にその全面で一様に接着
されているため、弾性体１３上に発生する定在波は端部
からの影響が小さくなり、第１圧電素子１２の駆動周波
数を例えば５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ　に選ぶことによ
り弾性体１３に第５図に示すような定在波を発生させる
ことができる。

第２圧電素子１６も第３図（Ａ）に示すように３つの部
分に分極されており、この分極に対応して第２圧電素子
１６のベース１５側の面に３つの電極２１ａ、２１ｂ、
２ＩＣが設けられている。

分極のピッチは第１圧電素子の分極のピッチに一致させ
る必要がある。電極２１ｂ、２１ｃは差動人力Ａ／Ｄ変
換器２２に接続されている。

本リニアセンサを使用するにあたっては、第２圧電素子
１６が定在波を検出するとき、定在波の振幅値と位置の
関係が一価関数で表せるように、第５図に示す如く可動
子１０の移動範囲を弾性体１３の全長の１／２に限定す
る必要がある。

第４図に本発明のリニアセンサの検出回路の一例のブロ
ック図を示す。２３は第１圧電素子１２を駆動する周波
数の電圧を発振する発振器であり、ドライバ２０で発振
器２３の電圧を増幅して第１圧電素子１２を駆動する。

第２圧電素子１６の出力は差動入力Ａ／Ｄ変換器２２に
入力され、Ａ／Ｄ変換器２２の出力は位置変換手段２４
により逆三角関数変換され、可動子ｌＯの位置が求めら
れる。逆三角関数変換された値から位置を知る方法は既
知であり、例えば変換テーブルを参照して行う方法や、
実際にマイクロプロセッサ等の演算器を用いて行う方法
が採用可能である。

作　　　用 ドライバ２０により第１圧電素子１２を駆動して、弾性
体１３に第５図に示すような定在波を発生させると、第
２圧電素子１６で検出する定在波の位置は可動子１０が
移動するにつれて移動する。

よって、第２圧電素子１６の出力波形を適当なタイミン
グでサンプリングすることにより、可動子１０の位置を
知ることができる。

いま、第１圧電素子１２への印加電圧をＥｌ、弾性体１
３の振動波形をＷｌ、第２圧電素子１６の出力電圧をＥ
２とすると、 Ｅ１＝Ａ１　５ｉｎ２ｚｒｆ　　ｔ τ となる。ここで、Ａｌ、Ａ２．Ａ３は振幅の最大値であ
り、ｒは定在波の波長、δ１．δ２は遅延時間である。

一般に定在波の波長τの大きさは本発明のリニアセンサ
では数關〜数ｃｍの範囲内にあり、駆動周波数ｆの大き
さは５０ｋＨｚ〜１００ｋＨ２である。上記の式より出
力電圧Ｅ２が各位置における最大振幅を示す時間Ｔは、 である。一般に、遅延時間δｌ、δ２は圧電素子１２．
１６の特性や弾性体１３との取り付は方により異なる。

Ｅ２の波形をサンプリングするタイミングを得る最も簡
単な方法は、δ２を無視した時間Ｔ１＝ｎ／２　ｆ　（
ｎ＝１．２．−）で行うことである。このタイミングは
、第１圧電素子１２への入力電圧から簡単に知ることが
できる。より良い方法として、第２圧電素子１６の出力
電圧を微分し、微分波形がゼロクロスするタイミングで
サンプリングを行う方法もある。

Ａ／Ｄ変換器２２は上記のタイミングでサンプリングを
行い、これをＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された値から
位置を知る方法は既知であり、上述したように変換テー
ブルを参照して行う方法や、実際にマイクロプロセッサ
等の演算器により演算する方法が採用可能である。

発明の効果 本発明のリニアセンサは以上詳述したように構成したの
で、１相分の定在波で可動子の位置を検出することがで
きるため、構成が簡単で調整の容易なリニアセンサを提
供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリニアセンサの概略斜視図、第２図は
第１圧電素子の一例を示す構成図であり、（Ａ）が平面
図、（Ｂ）がその側面図をそれぞれ示している。 第３図は第２圧電素子の一例を示す構成図であり、（Ａ
）が平面図、（Ｂ）がその側面図である。 第４図は検出回路ブロック図、 第５図は弾性体に発生する定在波と可動子の移動範囲を
示す線図、 第６図は従来のリニアセンサの一例を示す概略図である
。 ０・・・可動子、 ２・・・第１圧電素子、 ３・・・弾性体、 ４・・・固定子、 ５・・・ベース、 ６・・・第２圧電素子、 ０・・・ドライバ、 ２・・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直線駆動される可動体（１１）に平板状の第１圧電素子
   （１２）を接着し、該第１圧電素子（１２）の他方の面
   の全面に平板状の弾性体（１３）を接着して成る可動子
   （１０）と、 ベース（１５）と該ベースに接着された平板状の第２圧
   電素子（１６）により構成され、前記可動子（１０）の
   移動範囲内において前記弾性体（１３）上の定在波の振
   幅値が位置に対して一価関数となるように該第２圧電素
   子（１６）が設けられた固定子（１４）と、前記第１圧
   電素子（１２）を駆動する周波数の電圧を発振する発振
   器（２３）と、該発振器の電圧を増幅して第１圧電素子
   （１２）を駆動するドライバ（２０）と、前記第２圧電
   素子（１６）の電気的な出力値をサンプルホールドして
   Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器（２２）と、該Ａ／Ｄ変
   換器の出力値を逆三角関数変換する位置変換手段（２４
   ）とから構成される検出回路を具備したことを特徴とす
   るリニアセンサ。