JPH04372564A - 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】請求項１記載の発明では
、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部分の距
離が前記可動子の位置に応じて変曲点なく連続的に変化
するセンサターゲットを固定子に設けた。

【０００６】このとき、請求項２記載の発明では、セン
サターゲットをテープ状とし、このセンサターゲットを
高さ調整自在な支持手段により可動子の移動方向の傾斜
角度調整自在に張設支持させた。

【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、可動子の移動に
伴う位置を、変位センサにより移動方向位置に応じて連
続的に変化するセンサターゲット・変位センサ間距離を
測定して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・簡単な構成で、可動子の高精度な動
作制御が可能となる。

【０００９】この時、変位センサ・センサターゲット間
の距離の測定精度が可動子の移動位置の測定精度となる
が、請求項２記載の発明によれば、センサターゲットを
テープ状とし、その傾斜角度を調整自在な状態に支持さ
せたので、精度の厳しい傾斜角度の調整も容易であり、
より正確な動作制御を維持できる。

【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、安価にして高精度な読取りが可能と
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が側方に突出した状態で取付けら
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を可動子１の移動方向に沿って連続する平面状態
で図１（ａ）に示すように傾斜形成させたもので、途中
に変曲点を有しない。このようなセンサターゲット１５
は、対向面１５ａのみ、又はベース板１０全体を変位セ
ンサ１４に対するターゲット材料で構成し、又は、対向
面１５ａ上に帯状にターゲット材料を貼付したものでよ
い。この変位センサ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
。この時の可動子１の移動位置は変位センサ１４で測定
され、微分装置２４、Ａ／Ｄ変換装置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。もっとも、可動子１の位置制御のみであれば、変
位センサ１４の出力をＡ／Ｄ変換装置２５により直接的
にＡ／Ｄ変換するようにしてもよい。

【００１７】ここに、変位センサ１４による可動子１の
移動位置の測定について説明する。まず、センサターゲ
ット１５の対向面１５ａは直線傾斜面とされているので
、可動子１の移動位置と変位センサ１４・対向面１５ａ
間距離とは、図４に示すように比例関係にある。よって
、基本的には、変位センサ１４によりこの変位センサ１
４から対向面１５ａまでの距離を測定することにより、
定数係数Ｋ′による線形変換を用いて可動子１の進行方
向の位置を求め得ることが判る。ここで、係数Ｋ′は図
４に示したグラフの傾きの逆数、即ち、ａ／ｂで表すこ
とができる。また、実際には、この線形変換は、予め係
数Ｋ′をマイクロコンピュータ１９に入力しておくこと
により、マイクロコンピュータ１９内で容易に実行でき
る。

【００１８】このように求められた可動子１の位置情報
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、変位センサ１４の出力は微
分装置２４により微分されて速度信号となり、Ａ／Ｄ変
換装置２５によりデジタル値に変換されてマイクロコン
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、（１）式で表
される。

【００１９】

【数１】 　　Ｖ＝Ｒ（Ｆｒ／ＫＦ）＋Ｋ（Ｒｖ−ｖ）　　　　　
……………（１） 　　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。

【００２０】また、可動子１の速度ｖは、実際には、測
定された変位センサ１４と変位センサ１４に対向する対
向面１５ａとの間の距離ｘに、変位センサ１４の線形変
換係数Ｋ′及び微分装置２４の感度係数Ｋ″をかけるこ
とにより、（２）式のように求められる。

【００２１】

【数２】 　　ｖ＝Ｋ′・Ｋ″・ｘ　　　　　　　　　　…………
…………………（２） 　　（１）（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（１
）（２）式及び前述した定数をマイクロコンピュータ１
９内のＲＯＭ１８にプログラム若しくは一覧表として入
力しておき、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。

【００２２】ところで、図１では変位センサ１４に対向
する対向面１５ａを直線傾斜としたが、これは必ずしも
直線である必要はなく、変曲点がなければよい。即ち、
対向面１５ａに変曲点がない場合には、可動子１の位置
と変位センサ１４・対向面１５ａ間距離との関係は、対
向面１５ａが上に凸状の場合には図５のようになり、下
に凸状の場合には図６のようになり、何れも多項式で表
し得るものとなる。即ち、結果として可動子１の速度Ｖ
は（３）式で表すことができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここに、ａｎ＋１，ａｎ，ａｎ−１，…，
ａ１は、変位センサ１４に対向する対向面１５ａの形状
により一意的に決定される任意の係数であり、その他は
前述した式中のものと同じ意味を持つ。

【００２５】このようにして対向面１５ａの形状を可動
子１の移動方向に変曲点を持たないものとした場合、（
１）（３）式を用いて、変位センサ１４・対向面１５ａ
間の距離を測定することにより、制御に必要な電圧を簡
単に得ることができる。

【００２６】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。

【００２７】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が可能となり、高精度な読取りが
できる。

【００２８】つづいて、本発明の第二の実施例を図８及
び図９により説明する。本実施例は、変位センサ１４の
移動軌跡に対向させてテープ状のセンサターゲット３５
を設けたものである。このセンサターゲット３５の長手
方向の一端は高めの支柱３６に挾まれる状態で固定され
、他端側は低めの支柱３７上に支持手段となる適宜のス
ペーサ３８と押え板３９とにより挾まれた状態で支持さ
れ、全体として傾斜状態に張設されている。ここに、セ
ンサターゲット３５の低めの他端側には、コイルばね等
の張力調整可能な弾性支持手段４０が付設されて張設状
態が維持されている。

【００２９】このような構成によれば、センサターゲッ
ト３５の取付けが容易であり、かつ、その傾斜角度の調
整も容易となる。そこで、センサターゲット３５の取付
け方法及び傾斜角度の調整方法について説明する。まず
、テープ状のセンサターゲット３５の一端を支柱３６に
固定する。ついで、予め与えられた設計値のスペーサ３
８を支柱３７上に設置する。その後、センサターゲット
３５の他端に弾性支持手段４０を取付け、この弾性支持
手段４０の他端を支柱３７に固定し、センサターゲット
３５を挾み込むように押え板３９を仮止めする。弾性支
持手段４０の持つ弾性によりこのような作業は極めて容
易に行える。

【００３０】ついで、仮止め後、可動子１を図８中で左
側に移動させて変位センサ１４がＡ点位置に来るように
し、この位置での変位センサ１４の出力βを記録する。 次に、可動子１を右方向に寸法αだけ正確に移動させ、
そのＢ点位置での変位センサ１４の出力γを記録する。 そこで、（γ−β）／αを計算することにより、この値
が図４に示した傾きｂ／ａと一致するようにスペーサ３
８の厚みを変えて調整する。この時、押え板３９は仮止
めされており、センサターゲット３５は弾性支持手段４
０により弾性的に支持されているので、センサターゲッ
ト３５を少し引っ張ることにより、容易にスペーサ３８
の脱着を行える。このようにして、センサターゲット３
５の傾き調整が完了したら、押え板３９をしっかり固定
することにより、取付けが終了する。よって、本実施例
によれば、精度の厳しいセンサターゲット３５の傾斜角
度を容易に調整できる。

【００３１】また、本実施例によれば、変位センサ１４
のＡ点からＢ点までの移動を基準、即ち、実際の変位セ
ンサ１４の移動を基準としているので、リニア直流モー
タのローラ６のレール部９の精度に依存することなく傾
斜角度を調整できる、という利点も持つ。

【００３２】本実施例にあっても、図７の場合と同様に
、図９に示すように、イメージスキャナ２６に同様に適
用できる。

【００３３】

【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、可動子の移動に伴う位
置を、可動子に取付けた変位センサにより変位センサ・
センサターゲット間の距離により測定して求めることに
より、リニアエンコーダの機能を確保でき、安価・簡単
な構成にして、可動子を高精度に制御することができる
。

【００３４】この時、変位センサ・センサターゲット間
の距離の測定精度が可動子の移動位置の測定精度となる
が、請求項２記載の発明によれば、センサターゲットを
テープ状とし、その傾斜角度を調整自在な状態に支持さ
せたので、精度の厳しい傾斜角度の調整も容易に行うこ
とができ、可動子をより正確に動作制御することができ
る。

【００３５】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】可動子位置と距離との関係を示すグラフである
。

【図５】対向面が上に凸状の場合の特性を示すグラフで
ある。

【図６】対向面が下に凸状の場合の特性を示すグラフで
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正面図である。

【図９】イメージスキャナへの適用例を示す正面図であ
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 １５，３５　　　　センサターゲット ２６　　　　イメージスキャナ ３６，３７，３８　　　　支持手段

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
   向する部分の距離が前記可動子の位置に応じて変曲点な
   く連続的に変化するセンサターゲットを前記固定子に設
   けたことを特徴とするリニア直流モータ。
2. 【請求項２】　　センサターゲットをテープ状とし、こ
   のセンサターゲットを高さ調整自在な支持手段により可
   動子の移動方向の傾斜角度調整自在に張設支持させたこ
   とを特徴とする請求項１記載のリニア直流モータ。
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。