JPH0612492Y2

JPH0612492Y2 - 変位変換装置

Info

Publication number: JPH0612492Y2
Application number: JP4235290U
Authority: JP
Inventors: 常雄石河; 英夫渋川; 周一持田; 利昭森村; 範雄大丸
Original assignee: 大倉電気株式会社
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2004-03-30
Also published as: JPH043311U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、変位を磁気的に検出して電気信号に変換する
非接触形（検出コイルと検出素子（励磁コイルと磁心）
とが非接触）の変位変換装置に関し、詳しくは、直線変
位又は角度変位を非接触的に検出してこれを電気信号に
変換するものであり、特に、入出力間の特性の直線性の
改善、向上等を主な目的としており、記録計のペン位置
や指示計の指針位置のフィードバック制御やロボット等
のフィードバック制御要素として使用するのに適した非
接触形変位変換位置に関する。

従来の技術従来の磁気誘導検出形の変位変換装置の一例として、西
独国特許第2511683号及びこれの改良特許としての西独
国特許第261724号明細書に記載された技術が知られてい
る。更にこの技術の直線性改善の為の方法として実公昭
60-33369号公報に記載された技術が提案されている。本
出願人は先に実願昭63-147049号，実願平1-40721号とし
て上記各技術の改良考案を出願した。本考案も再現性、
直線性の改良に関する。

従来の技術として、主として実願昭63-147049号明細書
に記載された内容に沿って説明する。この従来例は、プ
リント配線板の構造以外は本考案と殆ど同じである。従
って、本考案の実施例である第１Ａ図、第１Ｂ図と第２
図に従って説明する。

第１Ａ図、第１Ｂ図において、フェライト等の高透磁率
材料製の断面Ｕ字状の磁心１に励磁コイルNoを巻き、励
磁端子D₁、D₂に接続された交流電源２によりこれを励磁
する。磁心１には第１Ｂ図のように一定のギャップ（磁
心ギャップ）goが設けられている。このギャップ内に、
パターンユニット10がギャップgoと交差するように配置
されている。ギャップgo間には交流磁束密度B₁、B₂、B₃が
貫通する。パターンユニット10は二枚の両面プリント配
線板で形成されており、配線用ランドT₁、T₂、T₃が設けら
れている。パターンユニット10の表面には検出コイルN₁
がフォトエッチング技法により形成されている。この検
出コイルN₁の両端はランドT₁、T₂に接続されている。こ
のパターンユニット10の裏面には長方形のリファレンス
コイルN₂が同一技法で形成され、両端がランドランド
T₂、T₃に接続されている。第２図の検出コイルN₁がパタ
ーンユニット10の表側に、リファレンスコイルN₂が裏側
に設けられている。従って、第１Ｂ図のＺ方向に関し
て、両面プリント配線板の板厚ｔだけ検出コイルN₁とリ
ファレンスコイルN₂は離れた位置に存在する。

交流磁束密度B₁、B₂、B₃の為に、検出コイルN₁には誘導電
圧e₁がランドT₁、T₂間に発生する。リファレンスコイルN
₂には誘導電圧e₂がランドT₂、T₃間に発生する。ランドT₂
は共通ランドである。

磁心１が図示しないキャリッジにより、座標軸Ｘ方向に
移動すると、検出コイルN₁の鎖交磁束が増加するので、
座標軸Ｘ方向の変位に比例した誘導電圧e₁が増加する。
これに反して、リファレンスコイルN₂の鎖交磁束は変わ
らないので、ランドT₂、T₃間の誘導電圧e₂は変わらな
い。但し、室温変動によって励磁コイルNoの抵抗値が変
動すると、交流電源２の出力電圧が一定であっても磁心
１の励磁アンペアターンが変わり、ギャップgoの磁束密
度も変わる。従って、座標軸Ｘ方向の位置が一定であっ
ても、検出コイルN₁による誘導電圧e₁、リファレンスコ
イルN₂による誘導電圧e₂が変化する。この変化を防止す
るために、リファレンスコイルN₂の誘導電圧e₂を整流し
て直流電圧に変換して交流電源２の出力電圧を制御し、
常に誘導電圧e₂が一定になるように磁束密度を一定値に
制御する。従って、座標軸Ｘ方向の変位に比例する検出
コイルN₁の誘導電圧e₁は温度の影響を受けず、座標軸Ｘ
方向の変位だけに比例する。

従来例では第１Ｂ図のパターンユニット10の厚さｈが一
枚の両面プリント配線板の厚さｔに相当している。従っ
て、検出コイルN₁を含む平面とリファレンスコイルN₂と
を含む平面とは板厚ｔだけＺ方向に離れている。リファ
レンスコイルN₂が配設された面の磁束密度を従来方法で
一定にしても、検出コイルN₁面の磁束密度は必ずしもリ
ファレンスコイルN₂面の磁束密度に一致しない。特にギ
ャップg₁とg₂が等しくない場合に磁束密度の差が大きく
なる。結果として、検出コイルN₁の誘導電圧e₁と座標軸
Ｘ方向の変位との比例関係がくずれる。この関係が許容
範囲を越すようになると、ゼロ点、スパン点以外に、途
中の数点も目盛り合わせなどが必要になり、この為の工
数が急増する。

また、角度変位を非接触的に検出してこれを電気信号に
変換させた変位変換装置は例をみない。従って従来の技
術は全く不明である。従来の技術として知り得ることは
非接触形の変位変換装置は直線変位又は角度変位を非接
触的に検出してこれを電気信号に変換するものであり、
交流励磁コイルと磁心とは一対となっており、その一対
となった交流励磁構成物が直線的移動或は回転移動なり
して交流励磁させプリント配線板間の相対的な変位に応
じて変化させ変位変換を行うのが知られている。

考案が解決しようとする課題しかしながら従来の技術には下記のごとき欠点があっ
た。

．プリント配線板の検出コイルのパターンの製造は普
通プリント基板のエッチング方法が一般的である。エッ
チング技術が発達した現在でも短冊方向の全検出可能範
囲に亙り機械的入力と電気的出力間の直線性を殆ど誤差
なく製作することは困難である。また上記の方法以外の
方法によるパターン印刷技術やその他の方法を用いて
も、誤差を殆んど０に製作することは極めて困難であっ
た。

．プリント配線板よりなるパターンユニット（以下単
にパターンユニットと呼ぶ）は、短冊の板のものもあれ
ば薄いフレキシブルプリント板の場合もあるがその取り
付けにおいて、曲がりや反り、傾き等取り付けによる誤
差が生ずる。誤差とは励磁コイルを待った磁心の検出ユ
ニットの移動においてパターンユニットの検出位置があ
る一定位置に対してのばらつきである。

．パターンユニットの経年変化に対応できなかった
（補正不可能）。

．出力の増強が必要であった。

．また、従来における交流励磁コイルと磁心とが結合
された前記した構造の場合においては角度変位の検出の
際に極めて具合が悪い。なぜならば、交流励磁コイルに
は電源が必要であり電源用のリード線（板）と接続しな
ければならず、従来はフレキシブルプリント板及び可撓
性ケーブルで吸収しているのが現状である。変位変換装
置が直線形であれば電源線の吸収は比較的簡単であるが
角度変位変換でエンドレス回転形とすることは不可能と
なる。又妥協して或る角度でよいとしてもその線の処置
は極めて困難である。

本考案は従来の技術に内在する上記諸課題を解決するた
めになされたものであり、従って本考案の目的は、入出
力間特性の直線性及び互換性の向上を簡単なトリミング
調整により容易に可能とした新規な変位変換装置を提供
することにある。

本考案の他の目的は、励磁コイルを磁心から分離してパ
ターンユニットに固定することによって、極めてコンパ
クトでしかも安定性の高い新規な円筒形変位変換装置を
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、本考案に係る変位変換装置
は、複数ターンの検出コイルとリファレンスコイルが設
けられたプリント配線板により形成されたパターンユニ
ットを交流励磁された磁心の空隙に交差させて配置し、
前記検出コイルの鎖交磁束を磁心とパターンユニット間
の相対的な変位に応じて変化させる変位変換装置であっ
て、前記検出コイルの各ターンの形状を前記磁心と前記
パターンユニット間の相対的な変位方向に平行な中心線
に関して対称とし、前記各ターンを前記中心線に沿って
順次ずらして配置させた変位変換装置において、前記パ
ターンユニットに検出コイルとリファレンスコイルとト
リミング用のパターンを設けて構成されるか又は固定さ
れた複数ターンの検出コイルとリファレンスコイルが設
けられたプリント配線板により形成されたパターンユニ
ットに交流励磁用励磁コイルを配接し、前記交流励磁用
コイルを固定とし、交流励磁用磁心を前記交流励磁用コ
イルから分離し、かつ、該磁心が単独で回転するように
構成される。

実施例次に本考をその好ましい各実施例について図面を参照し
て具体的に説明する。

第１Ａ図、第１Ｂ図は本考案（第１の考案）を適用した
プリント配線板の第１の実施例を示す構成図、Ａ−Ｂ断
面図である。

第１Ａ図、第１Ｂ図を参照するに、参照番号15にて示す
要素はトリミング（補正）用のパターンであり、ランド
T₁、T₂間に検出コイルN₁と並列に接続されて短冊状のプ
リント配線板の長手方向の端に配設されている。このト
リミング用パターン15の材質は本実施例においては銅材
により形成されているが、導電材であれば材質を問わな
い。本実施例ではプリント配線板11に予め設けられてい
る銅板が使用されている。又トリミング用のパターン15
は短冊状のプリント配線板11の長手方向端に配設されて
いるが短冊状の長手方向に亙って配置するならば短冊状
の長手方向の端でなくてもよく、トリミング可能な場所
であれば任意の領域に配設することが出来る。

次に、トリミングパターンの構造について説明する。

第３Ａ図はプリント配線板の銅箔をそのまま使用し加工
した場合（第１Ａ図、第１Ｂ図、第２図と同一）、第３
Ａ図において(a)は正面図、(b)は側面図である（以下第
３Ｂ図〜第３Ｄ図も同様）、第３Ｂ図はパターンユニッ
トの長手方向に亙って銅の短冊を貼り付けたもので短冊
の側面を加工した場合、第３Ｃ図は検出コイルの検出面
に亙って銅の短冊の薄板を設置しその幅方向を加工した
場合、第３Ｄ図は銅の短冊の幅を極力小さくして線とし
て、その線の位置を変化変化させることにより検出パタ
ーンの大きさを変化させた場合をそれぞれ示している。

以上のどの場合のトリミングもパターンユニット10及び
検出コイルN₁に標準の電流を流しパターンユニット10の
長手方向（検出位置）に亙って出力を検出し、標準の直
線に対して誤差分の銅箔を削り取る（トリミングす
る）。

第４図は第１の考案の第２の実施例を示す概略斜視図で
ある。この第２の実施例は第１の考案を回転角変換装置
に適用した円筒型の例である。第４図に示した装置は第
１Ａ図、第１Ｂ図の短冊状のパターンユニット10を円筒
状に丸めたものであり、磁心１も図示しない回転軸を中
心により円筒面に沿って回転する。

第５図は第１の考案の第３の実施例を示す概略正面図で
ある。この第３の実施例は第１Ａ図、第１Ｂ図の短冊状
のパターンユニット10が環状円板形になった回転角変換
装置を示している。

次に第２の考案について説明する。

第６図〜第10図は第２の考案の一実施例を示し、そのう
ち第６図は第２の考案に係る角度変位形変位変換装置の
一実施例の内部構造を示す断面図、第７図は蓋、回転軸
及び回転軸に付属した要素を除去してケース本体内部を
示す平面図、第８図は回転軸及び回転軸に付属した要素
を示す正面図、第９図はパターンユニットを示す絶縁円
筒の斜視図、第10図は第９図の円筒形パターンユニット
を平面に展開した展開図である。

第６図〜第10図を参照するに、21は蓋で回転軸23の片側
を支持するためにベアリング25が埋設されている。22は
円筒状のパターンユニット10を設置させるケース、23は
磁心１を回転させるための回転軸、24は回転軸23に軸支
されて固定され磁心１を保持する保持部を有し、回転軸
23と共に回転する樹脂で成形加工された磁心固定アー
ム、25、26はボールベアリング、27は入力端子、28は固
定ねじ、29はケース22に蓋21を締付固定する締付バンド
をそれぞれ示している。

本第２の考案の大きな特徴は、フェライトにて形成され
た磁心１に励磁コイルNoが巻回されてはおらず、励磁コ
イルNoは、パターンユニット10に配設され、磁心１から
分離されてパターンユニット10に固定されていることで
ある。即ち、検出コイルN₁が配設されたパターンユニッ
ト10の励磁コイル取付領域10a（第10図参照）には励磁
コイルNoが取付けられており、その両端は端子10c、10d
を介して入出端子27の端子27c、27dに接続されている。

ここで、励磁コイルNoに励磁電流を流し回転軸23を回転
させることにより、磁心１は励磁コイルNo、検出コイル
N₁をまたいで走行し、磁心１が励磁コイルNoにより励磁
されると共に、検出コイルN₁には角度変位に応じた出力
が得られる。

考案の効果本考案は以上の如く構成され作用するものであり、本考
案によれば以下に示す諸効果が得られる。

先ず第１の考案については、トリミング工程は段階的に
異るが最終的に組立完成に近い状態でトリミングするこ
とが最良であり、その結果を要約すれば従来技術の前記
課題に於いては、検出パターンが経済的に製作が可能
となる（多少の誤差は容認できる）。

前記については、パターンユニットの取付誤差が支障
とならず取付可能となる。

前記については、経年変化が発生すればパターンユニ
ットの修正が可能となる。

前記については、検出された出力の増幅が容易とな
り、経済的に有利となる。

次に第２の考案によれば、交流励磁コイルと磁心が分離
されており、励磁コイルは固定され、交流励磁用の磁心
のみが回転すれば良いので、電源リード線の吸収対策等
が不要であり、磁心の回転上で支障となる障害物は一切
設けられていない。従って組み立てが簡単であり、品質
保証や寿命の点でもすこぶる有効である。その他特筆で
きることは本第２の考案による角度変位変換装置におい
てはできる限り有効回転角が大きくとれ、又直線性の安
定化の為の検出パターンの長さを長く取ることが出来
る。

更に第２の考案によれば次のごとき諸効果が得られる。

(1)．回転のための入力（電源）線の取り扱いへの注意
が不要である。

(2)．リード線の断線がなくなり、寿命が無限となる。

(3)．小形化が計れる。

(4)．構造が簡単となり、信頼性が向上する。

(5)．経済的構造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は第１の考案による第１の実施例を示す平面
図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＡ−Ｂ線に沿って切断し矢印
の方向に見た断面図、第２図は本考案によるパターンユ
ニットの構造を示す斜視図、第３Ａ図(a)、(b)〜第３Ｄ
図(a)、(b)は本考案によるトリミングパターンの構造を
説明するための図、第４図は第１の考案による第２の実
施例を示す要部斜視図、第５図は第１の考案による第３
の実施例を示す正面図、第６図は第２の考案の一実施例
の内部構造を示す断面図、第７図は蓋、回転及び回転軸
に固定された要素を除去して内部を見た平面図、第８図
は回転軸及び回転軸に固定された要素を示す正面図、第
９図は円筒状に形成されたパターンユニットを示す斜視
図、第10図は第９図に示されたパターンユニットの展開
図である。１…磁心、10…パターンユニット、15…トリミング用パ
ターン、21…蓋、22…ケース、23…回転軸、24…磁心固
定用アーム、25、26…ボールベアリング、27…入出力端
子、28…固定ねじ、29…締付バンド、 No…励磁コイル、N₁…検出コイル、N₂…リファレンスコ
イル、T₁〜T₃…ランド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者森村利昭東京都杉並区成田西３丁目20番８号大倉電気株式会社内 (72)考案者大丸範雄東京都杉並区成田西３丁目20番８号大倉電気株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数ターンの検出コイルとリファレンスコ
イルが設けられたプリント配線板により形成されたパタ
ーンユニットを交流励磁コイルにより励磁された磁心の
空隙に交差させて配置し、前記検出コイルの鎖交磁束を
磁心とパターンユニット間の相対的な変位に応じて電気
信号を出力する変位変換装置であって、前記検出コイル
の各ターンの形状を前記磁心と前記パターンユニット間
の相対的な変位方向に平行な中心線に関して対称とし、
前記各ターンを前記中心線に沿って順次ずらして配置さ
せた変位変換装置において、前記パターンユニットに検
出コイルとリファレンスコイルとトリミング用のパター
ンを設けたことを特徴とする変位変換装置。
【請求項２】前記トリミング用パターンを前記検出コイ
ルと並列に設けたことを更に特徴とする請求項(1)に記
載の変位変換装置。
【請求項３】前記パターンユニットを円筒形に形成した
ことを更に特徴とする請求項(1)または(2)に記載の変位
変換装置。
【請求項４】前記パターンユニットを環状円板形に形成
したことを更に特徴とする請求項(1)または(2)に記載の
変位変換装置。
【請求項５】複数ターンの検出コイルとリファレンスコ
イルが設けられたプリント配線板により形成されたパタ
ーンユニットに交流励磁用励磁コイルを配設することに
より前記交流励磁用励磁コイルを前記パターンユニット
に固定とし、交流励磁用磁心を前記交流励磁用励磁コイ
ルから分離し、かつ該交流励磁用磁心が単独で前記パタ
ーンユニット上を走行することを特徴とした変位変換装
置。
【請求項６】前記パターンユニットに前記検出コイルと
並列にトリミング用パターンを設けたことを更に特徴と
する請求項(5)に記載の変位変換装置。
【請求項７】前記パターンユニットを円筒形としたこと
を更に特徴とする請求項(5)または(6)に記載の変位変換
装置。