JPH09236426A - 接触感知器及び接触感知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且
つ確実に行うこと。 【解決手段】 恒弾性材料によって形成されたメカニカ
ルフィルタ２０の振動子の一部分である先端部の接触子
２１或いは２２による被接触物４０との接触によるメカ
ニカルフィルタ２０の特性の変化により、被接触物４０
に対する接触感知を行うようにしたので、接触感知を行
うべき被接触物４０の材質が導体等に限定されず、絶縁
体等であってもその接触感知を容易且つ確実に行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の一部分を
接触子としたメカニカルフィルタによって、固体、液
体、気体等の被接触物の接触感知を行う接触感知器及び
接触感知システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】接触子と被接触物との接触感知は、接触
子と被接触物との接触によって接触箇所に流れる電流や
接触による接触子の変位によって発生する電気信号の変
化等を検出することにより可能となっている。ちなみ
に、レーザ測長器やＣＣＤカメラ等の光計測によるもの
は、非接触による検出が主であり、対象物の位置や形
状、有無等の検出が可能とされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の接触による被接触物の接触検出は、接触点間に流
れる電流検出や、接触子の変位によって発生する電気信
号の変化等の検出によって可能とされている。

【０００４】ところが、電流検出による場合、接触子と
被接触物との間に絶縁物が介在したり、被接触物自体が
絶縁物であったりすると、接触点間に電流が流れないた
め、被接触物の接触感知は不可能となってしまう。

【０００５】また、接触子の変位による被接触物の接触
感知の場合、接触子が被接触物に接触してから変位する
までに時間や接触圧力を要するため、感度が鈍いばかり
か、被接触物が変形してしまうおそれがある。更には、
接触子が被接触物と接触する以前に外部からの振動によ
る変位や電気的雑音によって感知ミスを招いてしまうお
それもある。

【０００６】一方、上述した光計測による非接触の検出
方式では、構成が大がかりであるため、装置自体が大き
なものとなってしまうばかりか、高価であるという不具
合がある。更に、検出すべき対象物表面が凸凹していた
り透明であったり、光計測器自体に振動が発生した場合
等においては、乱反射光や誤ったデータを採ってしまう
ことになり、対象物の検出ミスを起こしてしまうおそれ
がある。

【０００７】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切
且つ確実に行うことができる接触感知器及び接触感知シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被接触物との接触を感知する接触感知器において、振動
子の一部分を接触子としたメカニカルフィルタと、この
メカニカルフィルタに信号を入力する入力手段と、前記
接触子と前記被接触物との接触によってもたらされる前
記メカニカルフィルタの特性の変化を出力する出力手段
とを備えていることを特徴とする。

【０００９】この発明では、固有の周波数で振動してい
る接触子が被接触物に接触すると、その振動が抑制され
て振動子の共振条件がずれ、メカニカルフィルタの濾波
特性、すなわちメカニカルフィルタ特性が変化すること
を利用したものであり、メカニカルフィルタに入力され
た信号が、接触後に減衰等して出力手段に出力されるこ
とにより被接触物に対する接触感知が行われる。

【００１０】請求項２記載の発明は、前記接触子は、前
記被接触物の感知箇所の形状、寸法及び材質に合わせら
れたゲージとして設定されていることを特徴とする。

【００１１】この発明では、接触子が被接触物の感知す
べき形状等に合わせられたゲージとして設定されている
ため、種々の形状等に対し限界ゲージとして一度に検査
することができる。

【００１２】請求項３記載の発明は、前記接触子は、前
記被接触物の接触感知箇所の環境に合わせられた形状、
寸法及び材質に設定されていることを特徴とする。

【００１３】この発明では、振動子の一部分を接触子と
して使用しているため、振動子の電気機械トランスジュ
ーサ等を高温高湿、薬品、放射線等の厳しい環境下にさ
らされている接触子から隔離した場所に形成することが
可能となるので、接触子は、被接触物の接触感知箇所の
環境に合わせられた形状、寸法及び材質を設定して使用
できる。

【００１４】請求項４記載の発明は、前記接触子は、弾
性を有していることを特徴とする。

【００１５】この発明では、接触子が弾性を有している
ため、接触子と被接触物との接触開始時から接触子の変
形に応じたメカニカルフィルタ特性の変化が連続して現
れるので、被接触物の移動量や被接触物の柔らかさ等の
検出に有効である。弾性をもたせるために、バネ剛材や
ゴム材、気体や液体をクッション材としたもの等を用い
ることができる。

【００１６】請求項５記載の発明は、前記振動子には、
前記接触子を着脱可能にするアダプタが形成されている
ことを特徴とする。

【００１７】この発明では、振動子には、アダプタが形
成されているので、接触子の固着や取り外しが容易にな
る。

【００１８】請求項６記載の発明は、前記メカニカルフ
ィルタの特性は、特性を調整する特性調整手段によって
自動調整されることを特徴とする。

【００１９】この発明では、メカニカルフィルタ特性の
共振鋭度（Ｑ）が温度変化等によってずれた場合であっ
ても、それぞれが自動的に調整されるので、長期間にわ
たり精度の高い接触感知が可能となる。また、自動調整
された程度を知ることによって、異常の程度の診断が可
能となる。

【００２０】請求項７記載の発明は、前記接触子あるい
は前記被接触物は、移動手段によって互いに所定の位置
に合わせられるとともに、測距手段及び計時手段によっ
て移動開始点から前記被接触物との接触開始点までの移
動距離及び移動時間が計られることを特徴とする。

【００２１】この発明では、位置の設定及び制御機能等
を有する移動手段によって、接触子と被接触子とが互い
に所定の位置に合わせられるようにしたので、被接触物
の所定の位置の接触感知が可能となり、被接触物の複雑
な形状や寸法、更には被接触物の移動速度、移動加速度
及び移動軌跡等の計測も可能となる。

【００２２】請求項８記載の発明は、前記接触子は、前
記被接触物の接触感知箇所に対応させて複数個設けられ
ていることを特徴とする。

【００２３】この発明では、接触子が被接触物の接触感
知箇所に合わせて複数個設けられているため、被接触物
の接触感知箇所が多数ある場合であっても、短時間で不
良個所の検出等が可能となる。

【００２４】請求項９記載の発明は、前記接触子には、
前記被接触物の接触感知箇所の形状、寸法及び材質に対
応させた数の接触部位が設けられていることを特徴とす
る。

【００２５】この発明では、被接触物の接触感知箇所が
多数あって、それぞれの形状が異なる場合であっても、
それぞれに対応させた接触子の接触部位によって接触感
知が行われるため、一度の接触感知により、広範囲の不
良個所検出等が可能となる。

【００２６】請求項１０記載の発明は、接触子は、所定
間隔離間されており、これら接触子間に掛け渡されてい
る細線に接触機能がもたされていることを特徴とする請
求項

【００２７】この発明では、所定間隔離間された接触子
間に掛け渡した細線に接触機能をもたせたので、接触子
の寸法や質量及び信号入力電力の増大を招くことなく、
広範囲に渡った被接触物の接触感知を高感度、且つ高速
に行うことが可能となる。

【００２８】請求項１１記載の発明は、前記接触子は、
所定間隔離間されており、これら接触子間に掛け渡され
ている板に接触機能がもたされていることを特徴とす
る。

【００２９】この発明では、所定間隔離間されている接
触子間に掛け渡した板に接触機能をもたせているので、
更に広範囲に渡った被接触物の接触感知を高感度、且つ
高速に行うことが可能となる。

【００３０】請求項１２記載の発明は、前記接触子の振
動の平均速度が、前記被接触物の移動速度の２倍以上と
されていることを特徴とする。

【００３１】この発明では、接触子の振動数と振幅で定
まる振動の平均速度を、被接触物の移動速度の２倍以上
としたので、たとえば被接触物自体が高速に変化する振
動であっても、その振動状態を検出することが可能とな
る。

【００３２】請求項１３記載の発明は、前記メカニカル
フィルタ特性の変化を、計測手段が前記振動子の振動周
期の半分より短い周期で継続して採ったデータを用いて
計測することで、前記接触子と前記被接触物との接触状
態が感知されることを特徴とする。

【００３３】この発明では、メカニカルフィルタ特性の
変化を、計測手段が振動子の振動周期の半分より短い周
期で継続して採ったデータを用いて計測することで、接
触子と被接触物との接触状態が感知されるようにしたの
で、振動子の振動周期に制約されることなく、高速に接
触感知を行うことができる。

【００３４】請求項１４記載の発明は、前記接触感知器
が複数個組み合わされており、更に制御手段によってそ
れぞれの接触感知器が関連づけられていることを特徴と
する。

【００３５】この発明では、接触感知器を複数個組み合
わせ、更に制御手段によってそれぞれの接触感知器を関
連づけるようにしたので、より複雑な形状、寸法、材質
等の感知を高感度、高速に行うことができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の詳細
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の接触感知
器の一実施の形態を示すものである。

【００３７】同図に示すように、メカニカルフィルタ２
０には、エリンバー等のＱの高い恒弾性材料に圧電セラ
ミックス等のトランスジューサが固着された振動子２２
が形成されており、その一部分である先端部が接触子２
１となっている。

【００３８】ここで、信号源１０からの電気信号ｆが入
力抵抗Ｒi を通して上記の圧電セラミックス等のトラン
スジューサに接続された入力端子２３と端子２５との間
に印加されると、機械共振子である振動子２２が同調し
てその先端部分の接触子２１と共に固有の周波数で振動
する。更に、この機械振動が上記の圧電セラミックス等
のトランスジューサに接続された出力端子２４と端子２
５から同調した電気信号ｆとして出力抵抗ＲO から出力
される。そして、この電気信号ｆが測定器３０によって
測定される。

【００３９】いま、接触子２１が被接触物４０に接触し
ていない場合は、メカニカルフィルタ２０の濾波特性、
すなわちメカニカルフィルタ特性は変化しないので、信
号源１０からの電気信号ｆは殆ど減衰することなしに通
過して測定器３０によって測定されるが、接触子２１が
被接触物４０に接触すると、機械共振子の振動が抑制さ
れ、メカニカルフィルタ特性が変化し、信号源１０から
の電気信号ｆは減衰等して測定器３０によって測定され
る。このような相違から被接触物４０に対する接触感知
が可能となっている。メカニカルフィルタ特性は、一般
的にメカニカルフィルタ２０の周波数特性で周波数と位
相及び利得等の関係が表現される。

【００４０】したがって、この実施の形態では、恒弾性
材料によって形成されたメカニカルフィルタ２０の振動
子の一部分である先端部の接触子２１による被接触物４
０との接触によるメカニカルフィルタ２０の特性の変化
により、被接触物４０に対する接触感知を行うようにし
たので、接触感知を行うべき被接触物４０の材質が導体
等に限定されず、絶縁体等であってもその接触感知を容
易且つ確実に行うことができる。

【００４１】ちなみに、図２に示すようなマイクロスイ
ッチ型の接触感知器によっても、被接触物４０の接触感
知を行うことはできるが、次の点で本実施の形態におけ
るメカニカルフィルタ２０を有する接触感知器とは機能
が異なる。

【００４２】すなわち、マイクロスイッチ型では、被接
触物４０に接触子２６が接触していないとき、スイッチ
ｓは図示しない弾性部材の付勢力によって端子ａ側に接
続されており、被接触物４０との接触によりスイッチｓ
が押し込まれて端子ｂに接続されると、抵抗Ｒ1 及びＲ
2 の抵抗値の違いによって測定器３０の指示値が異な
り、接触の有無が感知される。

【００４３】この場合、端子ａ，ｂ間の距離ｄを大きく
とることで、外部からの振動の影響を受け難くすること
ができるが、逆に端子ａ，ｂ間の距離ｄを大きくとると
感度が下がってしまう。これに対し、その距離ｄを小さ
くすることにより、感度を上げることは可能となるが、
逆に外部からの振動の影響を受け易くなり、振動等の影
響を受けて感知ミスを生じ易くなる。また、スイッチｓ
を切り換えるために押圧力を必要とするが、被接触物４
０の接触箇所４１に加わる押圧力で被接触物４０に変形
等の不都合を生じる場合がある。

【００４４】更には、このようなスイッチｓと端子ａ，
ｂとの接触式に限らず、電界や磁界の変化の大きさで被
接触物４０を検出する非接触の方法でも同様の不具合を
生じるおそれがある。

【００４５】この点、本実施の形態の接触感知器の場
合、メカニカルスイッチを必要とせず、メカニカルフィ
ルタ特性の変化によって接触感知が可能となるため、接
触感度が高く、しかも耐震性もあるため、上述した不都
合が解消されるものである。

【００４６】図３は、請求項２、３、５に係るものであ
り、図１のメカニカルフィルタ２０の構成を変えた場合
の他の実施の形態を示すものであり、音叉型のメカニカ
ルフィルタの接触子の形状、材質、着脱等に関するもの
であって、接触子２１ｐは、耐磨耗性、耐薬品性、耐熱
性等に優れた軽量のセラミックス材で、極めてＱの高い
恒弾性材料の振動子２２ａに取り外し可能な図示しない
アダプタである治具に取り付けられたものである。な
お、以下に説明する図において、図１と共通する部分に
は同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【００４７】同図に示す振動子２２ａ及び接触子２１ｐ
は、上述したように、信号源１０からの電気信号ｆに同
調して振動する。このとき、接触子２１ｐの振動の方向
が矢印ｃ方向である場合に、たとえば接触子２１に対す
る上記の被接触物４０との接触箇所を、たとえばＰ1 ,
Ｐ2 , Ｐ3 等と選ぶことができる。

【００４８】ここで、それぞれの接触箇所Ｐ1 , Ｐ2 ,
Ｐ3 について説明すると、まずＰ1の場合、接触子２１
ｐの振動の方向である矢印ｃ方向に対して直交する方向
であり、この直交する方向では接触子２１の位置の変化
がないため、この方向でのメカニカルフィルタ２０を用
いた位置検出精度が高くされる。また、接触箇所Ｐ2に
おいては、接触子２１の振動方向にあるため、微妙な抗
力も感知できる高感度部分であり、接触の程度によって
出力信号が変化する部分となっている。更に、接触箇所
Ｐ3 においては、その幅が狭くされているため、狭い場
所にある物を感知する場合等に便利な部分である。

【００４９】図４は、請求項２又は３に係るものであ
り、図３の接触子２１ｐの構成を変えた場合の他の実施
の形態を示すものである。

【００５０】すなわち、同図は、図３の接触子２１ｐの
形状を変えたものであって、同図（ａ）の接触子２１ａ
は角錐状であり、同図（ｂ）の接触子２１ｂは針状であ
り、同図（ｃ）の接触子２１ｃは球状であり、同図
（ｄ）の接触子２１ｄは円筒状であり、同図（ｅ）の接
触子２１ｅは細板状であり、同図（ｆ）の接触子２１ｆ
は曲板状であり、同図（ｇ）の接触子２１ｇは楔状であ
り、同図（ｈ）の接触子２１ｈは櫛状であり、同図
（ｉ）の接触子２１ｉは様々な被接触物の形状に合わせ
られた孔が設けられたものである。

【００５１】そして、これらの接触子２１ａ〜ｉのいず
れかを選択使用することにより、様々な形状等に合わせ
ての接触感知を行うことができる。

【００５２】すなわち、たとえば図４（ｄ）に示した円
筒状の接触子２１ｄを寸法の限界ゲージとして適合する
形に組み上げることで、製品の良否判別を行うことが可
能である。また、図４（ｂ）に示した針状の接触子２１
ｂを用いることで、細穴の深さ検査等も可能である。

【００５３】更に、材質においても、耐湿性、耐寒性の
あるもの、弾性のあるものや剛性のあるもの、さらには
絶縁体や導体あるいは半導体等を使用目的に合わせて選
定して接触子に形成することができる。

【００５４】また、図３に示した接触子２２ａには圧電
音叉振動子に限らず、音片振動子あるいは磁歪振動子又
はクリスタル振動子、セラミック振動子等を用いてもよ
い。更に、これらに、接続用のアダプタを介して上記の
各種接触子２１ａ〜ｉ，２１ｐ等を着脱自在に取り付け
るようにしてもよい。

【００５５】図５は、請求項４に係るものであり、図３
の接触子２１ｐの構成を変えた場合の他の実施の形態を
示すものであって、振動子２２ａの先端部には接着材２
７によりバネ性のある細線からなる接触子２１ｊが固着
されている。

【００５６】この場合、被接触物４０と比べて接触子２
１ｊには弾力性があるので、被接触物４０を移動させて
接触子２１ｊに接触させようとすると、接触子２１ｊに
は接触開始からの移動量に応じた曲がり変形が与えられ
る。そして、その応力がメカニカルフィルタ２０の振動
子２２ａの振動を抑制してメカニカルフィルタ特性を変
化させるので、上述した信号源１０からの電気信号ｆは
測定器３０によってその減衰や位相等が測定され、被接
触物４０の移動量とその減衰量や位相変化等の相関から
被接触物４０の移動量が計測される。

【００５７】更には、接触子２１ｊの材質や寸法等を適
宜選択することにより、被接触物の移動量や柔らかな被
接触物４０の柔らかさの計測、接触圧が問題となる生体
や液体液体あるいは半導体表面等の位置や変位や寸法測
定、工作機械における振動部分の位置や変位や振動計
測、たとえばオーバートラベルを大きくとったタッチス
イッチやリミットスイッチ等にも適用が可能である。

【００５８】図６は、請求項６に係るものであり、図１
の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示
すものであって、メカニカルフィルタ２０の上記の入力
手段と上記の出力手段の中にＣＰＵ等の電子デバイスで
構成されている自動調整装置５０，５１が設けられてい
て、上記入力手段と上記出力手段の回路定数等を適正な
状態に自動調整するものである。

【００５９】すなわち、この実施の形態では、メカニカ
ルフィルタ２０の共振鋭度Ｑのピークが温度変化等の原
因でずれた場合であっても、自動調整装置５０，５１に
よって適正な状態に自動調整されるため、常に感度の良
い接触感知が可能となる。また、メカニカルフィルタ特
性の正常値と自動調整された値を比較することによっ
て、接触感知器の異常状態等を診断することができる。

【００６０】図７は、図６の接触感知器の構成を変えた
場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカルフ
ィルタ２０の出力がＡ／Ｄコンバータ５２によってディ
ジタル信号に変換されると、制御部５３がその変換され
たデータに基づき、分周器５４の分周動作をコントロー
ルし、測定器３０の指示値が所定の値となるように制御
する構成とされている。

【００６１】したがって、この実施の形態では、分周器
５４の分周動作をフィードバック制御するようにしてい
るため、メカニカルフィルタ２０の出力を所定の値とす
ることができ、たとえば接触感知器の初期設定を行う場
合等に適している。

【００６２】図８は、図１の接触感知器の構成を変えた
場合の他の実施の形態を示すものであり、被接触物４０
と接触子２１との接触状態を詳しく知るために、メカニ
カルフィルタ２０の出力手段として、増幅器５５、Ａ／
Ｄコンバータ５２、信号波形解析器５８が設けられてい
る。

【００６３】すなわち、抵抗Ｒ3 を大きくすることで、
メカニカルフィルタ特性の共振鋭度Ｑを下げている。ま
た、接触子２１に弾性をもたせて振動の振幅を大きく、
しかも振動周波数を高く採っている。更に、増幅器５
５、Ａ／Ｄコンバータ５２及び信号波形解析器５８は高
速・高分解能動作を可能なものとしている。

【００６４】これにより、接触子２１の振動周波数が高
く、Ａ／Ｄコンバータ５２等が高速・高分解能であるた
め、被接触物４０に対しての微妙な接触状態の感知が可
能であり、被接触物４０の移動距離や移動速度、更には
移動の加速度等を厳密に知ることが可能となるため、被
接触物４０の移動解析等に適したものとなっている。

【００６５】図９は、図１に示した接触子２１をバッフ
ァ材６０を介して被接触物４０に接触させるようにした
場合の他の実施の形態を示すものである。

【００６６】すなわち、この実施の形態では、接触子２
１と被接触物４０との接触を、バッファ材６０を介して
行わせるようにしているため、被接触物４０が液体等の
ように流動的であるものに対しても有効であるばかり
か、接触による接触子２１の磨耗や汚れ対策等にも有効
である。しかも、被接触物４０が液体である場合には、
バッファ材６０を介して内部圧力の変動等も知ることが
できる。

【００６７】図１０は、図１の接触感知器の構成を変え
た場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカル
フィルタ２０の出力側には感知の作動時間を制御するシ
ーケンサ５６が設けられている。また、この実施の形態
のメカニカルフィルタ２０は、４端子になっていて、入
力端子２３，２５と出力端子２４，２６とを具備してい
る。

【００６８】したがって、この実施の形態では、シーケ
ンサ５６によって接触感知の作動時間が制御されるた
め、たとえば雑音の多い工場等において、ロボット機構
の位置制御やＬＳＩのリード線曲がりを感知する場合
等、接触感知する必要のない感知工程での接触感知が作
動しないため、外部雑音による感知ミス等の発生が抑制
される。

【００６９】図１１は、図１の接触感知器の構成を変え
た場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカル
フィルタ２０の出力側に、Ａ／Ｄコンバータ５２、Ａ／
Ｄコンバータ５２ａの出力が取り込まれる制御部５３、
制御部５３の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａコン
バータ５７によってディジタルフィルタ７０が設けられ
ている。

【００７０】したがって、この実施の形態では、接触子
が自己振動しているために、外部から進入してくる振動
のノイズに対して基本的に強いところに優位性がある
が、更に、この実施の形態のように、ディジタルフィル
タ７０を適用すると、フィルタ特性の設定や波形解析等
をソフトウェア上で容易にできるようになるので、雑音
除去や濾波特性の設定や変更及び高周波振動解析等によ
って、接触感知器の性能を大幅に向上させることが可能
となる。

【００７１】図１２は、請求項７及び請求項１３に係る
ものであり、たとえば図５に示した接触子２１ｊをロボ
ットに適用した場合の他の実施の形態を示すものであっ
て、ロボット８０の先端部に弾性を有した接触子２１ｊ
が取り付けられている。

【００７２】このような構成では、ロボット８０の先端
部に取り付けられている接触子２１ｊにより、測定した
い被接触物４０の所定の位置であるたとえばＰ4 ，Ｐ5
，Ｐ6 をプログラミングしておくことで、被接触物４
０の位置や寸法等の計測において、従来のタッチセンサ
と比較し、約１／１０００の接触圧と１０００倍の高速
感知が可能となる。

【００７３】この場合、被接触物４０がテーブル８１上
を移動している場合であっても、位置の設定及び制御機
能等を有する移動手段を用いてロボット８０の動きを被
接触物４０の移動に同期させることができるので、所定
の位置の接触感知が可能となるので、被接触物４０の移
動速度や振動状態、或いは被接触物４０の形状等の計測
も可能となる。

【００７４】図１３は、請求項８に係るものであり、図
１のメカニカルフィルタ２０を複数設けた場合の他の実
施の形態を示すものであって、駆動シャフト８６に取り
付けられているベース部８５の下面側に上記のメカニカ
ルフィルタ２０の振動子の一部分である接触子２１が複
数取り付けられている。

【００７５】また、それぞれの接触子２１の長さｌn や
間隔ｕは、サーボモータ等の駆動力によって個別に設定
されるようになっている。更に、各接触子２１による検
出信号は、信号線８７によってコンピュータ機器等に与
えられるようになっている。

【００７６】このような構成では、それぞれの接触子２
１の間隔ｕは、ＬＳＩ等の電子部品９０の端子９１の間
隔に合わせられ、しかも各接触子２１が個別に振動する
ようになっている。

【００７７】したがって、この実施の形態では、何れか
の接触子２１に電子部品９０の端子９１が接触すると、
メカニカルフィルタの特性が変化するため、端子９１の
不良個所を瞬時にして判断することが可能となる。

【００７８】ちなみに、図１４に示すように、接触子２
１が単一のものとされている場合、電子部品９０の端子
９１の配置に合わせて接触子２１を移動制御する必要が
あるため、全ての端子９１の高さｈ等の検出を行うため
には時間或いは精度的に問題が発生する場合がある。

【００７９】図１５は、請求項９に係るものであり、図
１のメカニカルフィルタ２０の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示すものであって、加工品１００の加工箇
所１０１〜１０４に合わせて接触子２１の形状・寸法が
変えられている。

【００８０】すなわち、同図に示すメカニカルフィルタ
２０は、圧電音片振動子を用いたものであって、振動子
２２Ａと接触子２１Ｂとが一体に設けられている。接触
子２１Ｂの下端部側の接触部位は、加工品１００の加工
箇所１０１〜１０４に合わせた形状・寸法とされてい
る。

【００８１】したがって、この実施の形態では、接触子
２１Ｂの下端部側の接触部位が加工品１００の加工箇所
１０１〜１０４のいずれかに接触することにより、振動
子２２Ａの振動が妨げられるため、加工形状がマチマチ
であっても、これらの加工箇所の加工不良等の検出を瞬
時に行うことができる。

【００８２】なお、この実施の形態では、接触子２１Ｂ
及び振動子２２Ａを単に一体的に設けた場合について説
明したが、この例に限らず、たとえば接触子２１Ｂ及び
振動子２２Ａを分割線２８に沿って分割させた構成とし
てもよく、この場合には加工品１００の加工箇所１０１
〜１０４との接触を個別に検出することが可能となるた
め、接触感度を上げることができる。

【００８３】図１６は、図１３の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【００８４】同図に示すように、駆動シャフト８６に支
持されているベース部８５は対向配置されている。それ
ぞれのベース部８５には、３分割構成とされた入力端子
２３ａを有する振動子２２Ａが設けられているととも
に、それぞれの先端部に接触子２１が設けられている。

【００８５】そして、たとえばコネクタピン１２０の曲
がりを検査しようとする場合、駆動シャフト８６の駆動
によって、接触子２１が基準位置であるＰ7 ，Ｐ8 の位
置に合わせられた後、駆動シャフト８６が矢印ｘ方向に
移動される。このとき、何れかのコネクタピン１２０が
上下の何れかの接触子２１に接触することにより、コネ
クタピン１２０の曲がりと曲がり方向とが同時に検出さ
れる。

【００８６】したがって、この実施の形態では、接触子
２１を分割して配置するようにしたので、接触子２１が
一体に設けられている場合に比べ接触感度が上げられる
とともに、接触子２１の幅寸法を１本のコネクタピン１
２０の幅寸法とした場合に比べても横方向への移動距離
を１／６程度とすることができる。

【００８７】ここで、接触子２１の幅寸法を１本のコネ
クタピン１２０の幅寸法にすると、接触感知した接触子
からの出力信号と駆動シャフト８６の位置から、コネク
タピン１２０の曲がり不良の場所と方向を特定すること
ができる。接触子２１を固定し、コネクタピン１２０を
移動して曲がり不良を検査する場合でも、接触感知の出
力信号が出る接触子２１の場所とコネクタピンの移動時
間から、曲がったコネクタピン１２０を分かるようにす
ることができる。なお、接触子の数と間隔や形状はこの
例に限定されるものではない。

【００８８】図１７は、図１５の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【００８９】同図に示すように、駆動シャフト８６に支
持されているベース部８５には、加工品１００の個々の
加工箇所１０５〜１０７の形状・寸法に合わせられた接
触子２１が設けられている。

【００９０】そして、駆動シャフト８６の矢印ｘ，ｙ間
の移動により、個々の接触子２１が加工品１００の加工
箇所１０５〜１０７に沿って移動されることにより、加
工箇所１０５〜１０７の加工寸法の良否が連続的に検査
される。

【００９１】したがって、この実施の形態における接触
感知器は、たとえば加工寸法の良否を判定する基準ゲー
ジとして用いることができ、ＣＣＤカメラ等の光学装置
やマイクロスイッチ等のような他のセンサ等によって加
工寸法の良否を検査するものと比較し、検査所要時間、
精度、感度等において格段に優れたものとなっている。

【００９２】なお、この実施の形態では、駆動シャフト
８６の移動に伴い、個々の接触子２１を同時に移動させ
る場合について説明したが、この例に限らず、それぞれ
の接触子２１をそれぞれの加工箇所の位置や形状・寸法
に合わせ、位置制御装置を用いて所定の軌跡で個別に移
動させるようにしてもよい。

【００９３】図１８は、図１７の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【００９４】すなわち、同図においては、切削による加
工品１００の加工箇所１０８〜１１２の基準寸法に合わ
せられた接触子２１が複数設けられている。これら接触
子２１は、図示しない自動位置制御装置によって所定の
位置に配設されている。

【００９５】したがって、この実施の形態では、たとえ
ば加工品１００を軸回りに回転させることにより、切削
された加工箇所１０８〜１１２のそれぞれの加工寸法の
検査が併行的に行われるので、加工寸法の検査を短時間
で行うことができる。

【００９６】図１９及び図２０は、図１３の接触感知器
の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであ
る。

【００９７】すなわち、これらの図においては、隔壁１
３０，１３１によって区切られた空間の略中心部に接触
子２１が配設され、更にそれぞれの空間内には内部に液
体を収容したゴム容器１３２が配設されており、これら
ゴム容器１３２によって多数のセルが構成されている。

【００９８】このような構成では、図２０に示すよう
に、たとえば上面側から押圧力Ｐが加えられると、その
押圧力Ｐはゴム容器１３２の間隙１３３側に変位となっ
て現れるため、押圧力Ｐの加えられた場所を知ることが
できるとともに、接触子２１による感知により、押圧力
Ｐの加えられた場所や大きさ等を知ることができる。

【００９９】このとき、それぞれのゴム容器１３２は、
隔壁１３０，１３１によって互いに隔離されているた
め、相互に押圧力Ｐの変位による干渉を及ぼさないよう
になっていて、接触子２１が固有の振動数で振動してい
るため、外部振動による影響をも受け難く、メカニカル
フィルタ２０特有の機能により、温度特性等においても
優れたものとなっている。

【０１００】したがって、この実施の形態では、振動や
温度特性等に優れているので、介護機器や搬送設備のハ
ンドリング部等に用いた場合に有効である。

【０１０１】図２１は、図１３の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【０１０２】すなわち、この実施の形態では、たとえば
危険ガスの噴射口１３５の近傍にメカニルフィルタ特性
を有する図示しない圧電音叉型振動子の一部分である接
触子２１がそれぞれに対応させて配設されている。

【０１０３】そして、何れかの噴射口１３５からガスが
噴射された場合、その噴射力によってメカニカルフィル
タ特性が変化するため、その特性の変化から該当する噴
射口１３５を感知したり、ガスの圧力や湿度等を感知す
ることができる。

【０１０４】なお、この実施の形態においては、接触子
２１の材質を耐熱性、耐薬品性に優れたセラミックス等
を用いることにより、他の方法では難しい感度の良いガ
ス検知が可能となる。

【０１０５】図２２は、請求項１０に係るものであり、
図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態
を示すものである。

【０１０６】同図に示すように、メカニカルフィルタ２
０が２個設けられており、接触子２１間に、軽量であり
且つ強固で変形し難い円柱状の鋼細線１３７が掛け渡さ
れて長い接触子を形成している。また、鋼細線１３７の
長さは５ｃｍ、直径は０．５ｍｍφとされている。

【０１０７】このような構成では、信号源１０からたと
えば１ＫＨｚの周波数の入力信号ｆが両メカニカルフィ
ルタ２０の入力端子２３と端子２５との間に印加される
と、上述したように、両メカニカルフィルタ２０がその
周波数に同調して振動する。

【０１０８】このとき、鋼細線１３７に上述した被接触
物４０等が接触すると、両メカニカルフィルタ２０の振
動が抑制され、両メカニカルフィルタ２０の出力端子２
４と端子２５から出力される信号が変化することによ
り、被接触物４０等との接触状態を感知することができ
る。

【０１０９】このように、この実施の形態では、２個の
メカニカルフィルタ２０の接触子２１間に鋼細線１３７
を掛け渡した構成としたので、両メカニカルフィルタ２
０の質量・寸法・体積及びパワーを増加させることな
く、鋼細線１３７上の広い範囲で被接触物４０等との接
触状態を高速・高感度で感知することができる。

【０１１０】すなわち、たとえば図２３に示す構成の接
触感知器のように、メカニカルフィルタ２０の接触子２
１を幅をもたせた構成とした場合、全体の寸法・質量が
大きくなるため、振動子２２の励振に高電力を要し、ま
た振動子２２が多モード振動になり易いので、振動波形
解析が難しく高速感知が難しく、更には接触感度が著し
く低下してしまうが、図２２に示したように、２個のメ
カニカルフィルタ２０の接触子２１間に鋼細線１３７を
掛け渡した構成とすることで、小電力及び軽量のまま
で、高速、高感度にして広範囲の接触感知が可能とな
る。

【０１１１】また、ゴム線を掛け渡して使用する場合に
おいては、ゴムの張力で接触圧力が緩和されるので、柔
らかい接触が得られ、また、被接触物の移動距離が長い
場合でもこの間の接触感知が可能となる。掛け渡すもの
の形状、寸法及び材質等は被接触物の状態や計測する目
的に合わせて選定すればよい。更に、両メカニカルフィ
ルタの信号源１０及び測定器３０等はそれぞれ１回路に
なっているが、２回路にしてもよく、それぞれの振動子
２２の振動周波数が必ずしも同一である必要はない。

【０１１２】なお、この実施の形態では、両メカニカル
フィルタ２０の接触子２１間に直線状の鋼細線１３７を
掛け渡した場合等について説明したが、この例に限ら
ず、鋼細線１３７を曲線状としてもよく、更に凹凸形状
等のように他の形状としてもよい。

【０１１３】図２４は、図２２の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【０１１４】同図に示す接触感知器の場合、２個のメカ
ニカルフィルタ２０の接触子２１間にセラミックス製の
細い角柱線１３８が掛け渡されている。また、角柱線１
３８には、寸法精度の良い円柱の突起１３９が複数突設
されている。

【０１１５】そして、このような構成では、加工品１４
０に形成された円柱状の穴１４１に、上記の角柱線１３
８の突起１３９が差し込まれることにより、その穴１４
１の直径と深さ等の精度が検出される。

【０１１６】したがって、この実施の形態では、２個の
メカニカルフィルタ２０の接触子２１間に張架された角
柱線１３８に寸法精度の良い円柱の突起１３９を複数突
設したので、たとえば加工品１４０に形成された複数の
穴１４１の直径や深さ不良等を同時に検査することが可
能となる。

【０１１７】なお、この実施の形態では、角柱線１３８
に突起１３９を複数突設した場合について説明したが、
この例に限らず、突起１３９の形状や角柱線１３８の材
質等においては、測定対象に合わせて適切なものを選択
することで様々な形態をとることができる。

【０１１８】図２５は、図２２の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものであり、幅のある
接触子２２に穴２２ｂが形成されることで、接触感知器
の全体の質量が小さくされている。

【０１１９】したがって、この実施の形態では、幅のあ
る接触子２２に穴２２ｂを形成することで、図２３の接
触感知器における問題の殆どが解消されるので、図２３
の接触感知器に比べて高感度化、高速度化、高精度化が
図れる。

【０１２０】図２６は、請求項１１に係り、図２２の接
触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すも
のであって、同一特性のメカニカルフィルタ２０が４個
設けられている。また、それぞれは、接触子２１が面一
となるように配設されているとともに、各接触子２１間
には薄板２９が固定されている。

【０１２１】したがって、この実施の形態では、各接触
子２１間に固定された薄板２９により、面積の大きい接
触子を形成することができるので、広い範囲での接触感
知が可能となる。

【０１２２】図２７は、請求項１２に係り、図２６の接
触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すも
のである。

【０１２３】すなわち、同図に示すように、薄板２９に
は測定対象物４０ａ〜４０ｃの形状に合わせられた複数
の突起２９ａ〜２９ｃが設けられている。

【０１２４】このような構成では、たとえば測定対象物
４０ａ〜４０ｃが１ＫＨｚの周波数で別個（非同期）に
移動している場合であっても、その振動状態を３ＫＨｚ
の周波数で振動する突起２９ａ〜２９ｃにより感知する
ことができる。また、測定対象物４０ａ〜４０ｃの動き
については、サンプリング定理により検知可能である。

【０１２５】図２８は、図２２の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【０１２６】同図に示すように、ベース部８５に配設さ
れているメカニカルフィルタ２０の接触子２１間には、
鋼細線１３７が固定されている。また、ベース部８５に
は、弾性を有した複数の接触子２１ｊが配設されてい
る。

【０１２７】このような構成の接触感知器では、ＬＳＩ
等の電子部品を基板に実装する場合においての半田ボー
ルの寸法不良等の検出に適したものであって、メカニカ
ルフィルタ２０の接触子２１間に固定されている鋼細線
１３７がボールグリッドアレー上を移動することによ
り、半田ボールの寸法不良が検出される。但し、鋼細線
１３７によって検出されるものは、基準より寸法の大き
いものであって、基準より寸法の小さいものは弾性を有
した複数のメカニカルフィルタの接触子２１ｊによって
検出される。

【０１２８】したがって、この実施の形態では、接触感
知により、半田ボールの寸法不良が検出されるので、光
学的方法による検査において困難とされていた球状や円
筒形状の検出を可能とするばかりか、検査の際には電子
部品への通電を必要としないので、電子部品の破損防止
も可能となる。

【０１２９】なお、この実施の形態では、接触子２１ｊ
を一列に配設した場合について示しているが、この例に
限らず、接触子２１ｊを二列以上配設させるようにして
もよく、この場合には、接触子２１ｊの数が増やされる
ので、検出速度を上げることが可能となる。

【０１３０】図２９は、図２６の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものであり、たとえば
３個のメカニカルフィルタ２０の接触子２１に薄板２９
が取り付けられている。

【０１３１】このような構成では、加工品１００に形成
された溝１１３の幅Ｗを計測する場合、薄板２９をその
溝１１３に挿入する。このとき、薄板２９の振動の振幅
ｗは、入力端子２３と端子２５に印加する信号源１０か
らの信号ｆで変わるので、溝１１３によって薄板２９の
振動が抑制されてメカニカルフィルタ特性が変わったと
きの入力信号ｆの大きさから溝１１３の幅Ｗが計測され
るようになっている。

【０１３２】したがって、この実施の形態では、溝１１
３の幅Ｗを電気的に計測することができるので、溝幅の
測定を高精度で行うことができる。また、図１６や図３
５で説明するピン曲がりやピッチ不良の検査において、
薄板２９の先端部分を平坦なものと櫛状に加工したもの
を２枚組み合わせて同図のピンの上下に配置させると、
広範囲に渡った検査を一度に行うことが可能となる。

【０１３３】図３０は、請求項１３に係るものであり、
移動物体の原点を出す場合に適した接触感知器を示すも
のである。同図に示すように、メカニカルフィルタ２０
がケース１５０内部に収納され、その一部の接触子２１
がケース１５０から露出している。ケース１５０は、バ
ネ板１５１によって支持されている。ケース１５０に
は、メカニカルフィルタの出力回路の２つの異なる場所
から引き出された信号線１５２〜１５４が設けられてい
る。同図では、メカニカルフィルタの信号入出力回路の
図示を省略してある。

【０１３４】これらの信号線（１５２−１５３），（１
５２−１５４）間での信号Ａ，Ｂの出力波形は、図３１
に示す通りであり、接触子２１がワーク１６０に接触し
始めると、信号線１５２〜１５４からの信号波形はバネ
板１５１の屈曲に応じた波形で出力される。すなわち、
接触子２１がワーク１６０に接触する前では、それぞれ
の信号Ａ，Ｂの波高値がＨ1 ，Ｈ2 であるのに対し、接
触子２１がワーク１６０に接触し始めると、それぞれの
波高値がｈ1 ，ｈ2 に変化する。

【０１３５】したがって、このような接触による交流波
形の変化を、ＣＰＵやＡ／Ｄコンバータを用い、Ｔ1 ／
１００のサンプリング周期で連続して高速に捕らえるこ
とにより、コンピュータによる推移データの数理的処理
で接触開始時点ｔ0 や接触の程度を示す波高値ｈ1 等を
精度よく計測することができる。

【０１３６】また、計測に際して、接触前のデータの推
移は、接触子２１の振動に応じて緩やかであるが、接触
開始時点ｔ0 では波形が急激に変化し、接触の強さによ
り波高値ｈ1 ，ｈ2 等が決まってくる。このため、接触
の前の１サイクルの波形と後の１サイクルのメカニカル
フィルタ特性の差異、すなわち自己相関をとることによ
り、接触の状態を高精度且つ高速に捕らえることも可能
である。

【０１３７】更に、コンピュータによる推移データの数
理的処理として、たとえば測定データの変化率の傾向を
判断したり、雑音除去や信号強調したりする場合に、接
触感知に伴う物理現象の意味付けに基づいてデジタル信
号処理を行う手法がある。

【０１３８】このように、この実施の形態では、移動物
体であるワーク１６０又は接触子２１を移動させる移動
手段と移動開始点から接触開始点までの移動距離を計測
する測距手段とを備えることで、変位計や厚み計等を構
築することが可能であり、更に移動時間を計る計時手段
を備えることで、移動物体の速度や加速度を計測できる
装置の構築が可能である。

【０１３９】ちなみに、図３２及び図３３に示すよう
に、メカニカルフィルタの出力特性を信号線１５５，１
５６から取り出す場合、これら信号線１５５，１５６か
らの交流信号は、ＣＲ平滑回路を通過すると直流の出力
電圧Ｖa となるが、振動している接触子２１への接触が
始まってから時定数τ後に出力電圧Ｖb となる。但し、
この実施の形態では、信号入出力回路の図示を省略して
いる。

【０１４０】したがって、接触を感知する場合には、予
め設定した基準電圧、すなわち閾値電圧Ｖs と出力電圧
Ｖb とをコンパレータ等で比較することにより、接触開
始時点ｔ0 等を計測することができるが、このＣＲ平滑
回路の時定数τで接触時間の精度が決まる。このため、
接触時点等を高精度で感知することが困難となるばかり
か、雑音による誤りを避けるために、余裕のある閾値電
圧Ｖs を定める必要があることから、高感度を期待する
ことが困難となっている。

【０１４１】図３４は、上述した接触感知器をプレス機
の下死点を検出する場合に適用した他の実施の形態を示
すものである。

【０１４２】すなわち、プレス機１７０のプレス板１７
１は、矢印Ｄ方向に移動自在とされているとともに、接
触子２１は図示しないバネによって同方向に若干移動自
在となるように配設されている。但し、同図において
は、メカニカルフィルタの信号入力回路の図示を省略し
ている。また、測定器３０は高速電流計である。

【０１４３】そして、プレス機１７０のプレス板１７１
が下降し、プレス機１７０の突出片１７２が接触子２１
に接触することにより、接触による接触子２１の弾性応
力の変化が接触点からの変位量を示す電気信号として表
される。

【０１４４】そこで、メカニカルフィルタ特性の変化を
出力する出力回路のインピーダンスＺ1 ，Ｚ2 の端子電
圧Ｖ1 ，Ｖ2 の瞬時値をデジタル信号として捕らえるこ
とにより、接触の始まり時点やプレス板１７１間の距離
等の検知が可能となる。

【０１４５】ここで、連続プレスの周期が１／１０秒の
とき、接触子２１の振動周期を１ミリ秒、このデジタル
信号のサンプリング周期を、接触子２１の振動周期の半
分以下、すなわちサンプリング定理によって定まる時間
である５００μ秒より短い５μ秒を周期として測定した
データをコンピュータ処理することによって、接触時点
や変位量、接触子の汚れ、プレス機１７０の動き状態等
を感知することができる。

【０１４６】また、メカニカルフィルタ２０の振動周波
数を上げず、高速サンプリングとそのデータ解析等が可
能な手段を用いることにより、接触に関する感知を高速
・高感度で行うことができるため、振動子２２の材質や
寸法、構造等の選択肢の広がり、信頼性、耐久性、価格
等にメリットが出せる。

【０１４７】更に、たとえば基準面１７３に接触子２１
が接触する以前の高速サンプリングのデータから、この
接触センサ２０の振動周波数を有する端子電圧Ｖ1 、或
いはＶ2 の１周期の平均実効値を計測して、正常値から
のズレが許容範囲を越えたときのみ警報を出し、初期状
態不備としてプレス機１７０を停止すること等も、デジ
タル信号処理技術によって可能となる。

【０１４８】図３５は、図１３の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すもので、多数並んでい
るＩＣのリードピンのピッチ不良検査器に適用したもの
である。

【０１４９】すなわち、振動子に恒弾性材料を用いず
に、エッジモードで振動する圧電セラミックス１９０を
櫛状に配置して用いており、その先端部分が接触子２１
となっている接触感知器の略図である。ここには、リー
ドピンの接触を感知しフィルタ特性の変化をもたらすＩ
Ｃ化したセラミックフィルタ回路Ｙ1 〜Ｙn 及び出力端
子ｙ1 〜ｙn が設けられている。但し、同図において
は、フィルタの信号入力回路の図示を省略している。

【０１５０】そして、図示しない搬送システムにより、
検査場所に選ばれてきたＩＣのリードピン１７４のう
ち、ピッチ不良箇所は、所定の寸法に加工されているチ
タン酸鉛系のセラミックスの接触子２１がリードピン１
７４間に入ると、これに触れてセラミックフィルタ回路
Ｙ1 〜Ｙn の端子ｙ1 〜ｙn の該当する場所にフィルタ
特性の変化が出るので特定される。

【０１５１】同図に示したテーパピン１８０やリニアイ
メージセンサ１８１は、リードピン１７４の基準位置合
わせに用いられるものである。ピッチ間隔の検査等、検
査対象物が平面に多数配列されている場合は、この接触
子２１の形状等を対応させて多数設けると、より高速の
検査が可能となる。

【０１５２】同図のＩＣのリードピン１７４の配置にお
いて、リードピン１７４が規格範囲以上の上下の曲がり
やピッチずれ等の不良検査の実施例として、リードピン
１７４の上下の所定の位置と所定のピッチの位置にクリ
スタルフィルタの振動子の一部である接触子２１を限界
ゲージのように配設して接触感知する形態がある。

【０１５３】したがって、同図のような平坦度やピッチ
間隔の検査等の場合は、リードピン１７４の配置や形状
及び寸法に合わせた接触子２１を配設すると、より高速
の検査が可能となる。

【０１５４】図３６は、請求項１３に係るものであり、
図１の接触感知器を液体の状態を感知する場合に適用し
た他の実施の形態を示すものである。

【０１５５】同図に示すように、接触子２１は、計測の
対象になっている液体１９１の中に浸っている。

【０１５６】定常状態の端子電圧Ｖ0 は、図３７に示す
ように、時間ｔ1 から時間ｔ2 までのような波形を描い
ているが、気泡や固形物等が混入していてパルス状の波
形がｈu ，ｈd のように、短時間ΔＴの期間だけ現れた
場合でも、更に短時間Δｔの継続的なサンプリング及び
コンピュータによる推移データの統計的処理等によって
信号として捕らえることができる。

【０１５７】そして、このような構成では、異物混入等
による突発的な波形の異常を発見する場合、上記のよう
に定常状態の波形の時間ｔ1 から時間ｔ2 までの値を基
準に引き続き連続して監視した値と比較したり、殆ど同
一の振動子を有する２つのメカニカルフィルタ回路の端
子電圧Ｖ0 の差分をアナログ信号として捕らえること
で、その異常感知が可能である。

【０１５８】したがって、この実施の形態では、液体の
流れや粘度、密度の不均一、気泡、不純物、汚れ等が時
間的に変化する状態を高速・高感度に計測することがで
きる。

【０１５９】なお、この実施の形態では、液体に関する
様々な状態を計測するようにした場合について説明した
が、この例に限らず、粉体や気体の濃度や湿度等の状態
を高速に計測する場合等にも同様に有効である。

【０１６０】また、この実施の形態では、接触子２１を
液体中に浸して液体の状態を感知する場合について説明
したが、この例に限らず、たとえば接触子２１の代わり
に半導体ウェハを上述したアダプタを介してエッチング
溶液の中に浸すようにしてもよく、この場合には、メカ
ニカルフィルタ特性の経時変化を高速解析手段によって
連続して捕らえて、化学反応の進行状態やウェハのエッ
チング量等の変化を高速・高精度に観測することも可能
である。

【０１６１】図３８は、図３６の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【０１６２】同図に示すように、振動子である接触子２
１Ａ〜２１Ｈは、円周上に配設されている。また、接触
子２１Ａ，２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｇは平板状をなし、接
触子２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｈは湾曲形状をなし
ている。

【０１６３】そして、これらの接触子２１Ａ〜２１Ｈ
は、振動方向ｖと振動方向に直角の方向とでは同一の振
動抑制力に対するメカニカルフィルタ特性の変化が著し
く異なっており、また平面や半球面等、振動子である接
触子２１Ａ〜２１Ｈの形状によって同一の流れ方向Ｆで
も振動抑制力の受け方がそれぞれ異なるので、予め、液
体と個々の接触子２１Ａ〜２１Ｈとの特性関係を捕らえ
ておくと、それぞれの接触子２１Ａ〜２１Ｈから出るフ
ィルタ特性を総合して評価することにより液体の状況を
把握することができる。

【０１６４】このように、この実施の形態では、液体の
粘度・速度・方向を高速に計測するセンサとして用いる
ことができる。

【０１６５】図３９は、図１３の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。但し、同
図においては、メカニカルフィルタの信号入出力回路の
図示を省略している。

【０１６６】同図に示すように、傾斜検知器２００に
は、上述した接触子２１が対向配置されている。また、
これら接触子２１は、バネ２０ｓによって傾斜検知器２
００の中心部側に付勢されている。

【０１６７】傾斜検知器２００に形成されているネジ部
２０１には、三角形状の錘り２０２を支持した調整ネジ
部２０３が噛み合うようになっており、調整ネジ部２０
３の調整によって錘り２０２の基準面２０４からの高さ
位置２０５が調整されること、錘り２０２と接触子２１
とのギャップ２０６が設定されるようになっている。

【０１６８】そして、このような構成では、調整ネジ部
２０３の調整によって錘り２０２と接触子２１とのギャ
ップ２０６を狭くすると、接触子２１による感度が上げ
られる。逆に錘り２０２と接触子２１とのギャップ２０
６を広くすると、接触子２１による感度が下げられる。

【０１６９】したがって、この状態で、錘り２０２が左
右の何れかに傾くき、接触子２１に接触すると、接触子
２１の振動が抑制され、その接触子２１によるメカニカ
ルフィルタ特性の出力電圧を測定することによって基準
面２０４の傾きの方向を検知することができる。このと
き、接触子２１は、バネ２０ｓによって傾斜検知器２０
０の中心部側に付勢されているため、傾きの連続的な計
測が可能となる。

【０１７０】なお、この実施の形態では、接触子２１を
２個設けた場合について説明したが、この例に限らず、
錘り２０２を中心として放射方向に複数の接触子２１を
設けるようにしてもよく、この場合には、接触子２１に
よる感知点が増えるので、基準面２０４の傾斜方向の分
解能を上げることができる。

【０１７１】図４０は、図１３の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示すものである。同図に示すように、支
持部２１２の上端部には、微細加工された複数の接触子
２１が円柱状に配設されている。これら接触子２１の中
心部には、流れ受け板２１１を支持する弾性部材２１０
が配設されている。

【０１７２】このような構成では、流れ受け板２１１が
矢印方向に流れるたとえば液体の圧力Ｆを受けると、弾
性部材２１０がその方向に傾き接触子２１に接触する。
これにより、メカニカルフィルタ特性が変化し、該当す
る出力端子ｅ1 からの出力が変化することにより、液体
の流れの有無及び方向を瞬時にして感知することができ
る。

【０１７３】なお、この実施の形態では、液体の流れを
感知する場合について説明したが、この例ような液体に
限らず、ガス漏れや排気ダクトの空気の流れ、粉体の流
れ等といった液体以外の感知も可能である。

【０１７４】図４１は、図１３の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すものである。

【０１７５】同図に示すように、回転軸２１５の周囲に
は、複数の振動子である接触子２１が配設されている。
また、これら接触子２１は、バネ２０ｓにより回転軸２
１５の中心部に向けて付勢されることにより、接触子２
１の先端部が回転軸２１５の周面に対し、略均等した力
で弾接している。

【０１７６】このような構成では、回転軸２１５に対し
て各接触子２１が均等に弾接しているため、回転軸２１
５の回転が正常である場合、各接触子２１のメカニカル
フィルタ特性による変化が現れない。一方、回転軸２１
５にたとえば回転ブレが発生すると、各接触子２１に対
しての接触状態が変わってくるため、メカニカルフィル
タ特性に変化が現れることから、回転軸２１５の異常を
検知することができる。

【０１７７】また、このような回転ブレに限らず、回転
軸２１５が磨耗した場合などであっても、同様の変化が
現れることから、回転軸２１５の異常を検知することが
できる。更に、各接触子２１がバネ２０ｓにより回転軸
２１５の中心部に向けて付勢されているため、回転軸２
１５の異常の程度を数値として計測することも可能とな
る。

【０１７８】なお、この実施の形態では、回転軸２１５
の異常を検知する場合について説明したが、この例に限
らず、回転軸２１５の部分に液体を流すパイプを配設す
ることで、内圧の異常検知等も行うことができる。

【０１７９】また、この実施の形態では、回転軸２１５
の周囲に複数のメカニカルフィルタ２０を配設した場合
について説明したが、接触子２１の数や配設箇所及び形
状等は目的に応じて適宜設定可能である。

【０１８０】図４２は、図１のメカニカルフィルタ２０
の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであ
り、メカニカルフィルタ２０の内側には円柱状の接触子
２１が２個配設されている。各接触子２１の中心部に
は、たとえば光ファイバ２２０が挿通されている。但
し、同図においては、メカニカルフィルタの信号入出力
回路を省略している。

【０１８１】このような構成では、光ファイバ２２０が
各接触子２１に接触しない状態で矢印方向に高速で送ら
れているとき、それぞれの出力端子ｅ2 ，ｅ3 には変化
が現れない。一方、光ファイバ２２０に断線或いは弛み
等が発生して少なくとも一方の接触子２１に接触する
と、少なくとも一方の出力端子ｅ2 ，ｅ3 の出力に変化
が現れるため、これら断線或いは弛み等を瞬時に検知す
ることができる。

【０１８２】図４３は、図１２の接触感知器の構成を変
えた場合の他の実施の形態を示すもので、被接触物が固
体ではなく、液状の堆積物であって、その堆積物の界面
の位置をリアルタイムに観測する場合を示している。

【０１８３】同図において、ロボット８０には、図示し
ない移動手段、測距手段及び計時手段が備わっており、
駆動シャフト８６の先端部に付いている接触子２１が液
状の堆積物４０ａ〜４０ｄに挿入されている。

【０１８４】そして、たとえば接触子２１を粘度の異な
る堆積物４０ａと４０ｂとの界面に位置させ、メカニカ
ルフィルタ特性が所定の値になるようにロボット８０を
用いて接触子２１の位置をサーボ制御すると、堆積物４
０ａと４０ｂとの界面位置に経時変化や場所的分布があ
っても、連続的にその界面位置や変化量、変化速度、変
化時刻等を計測することが可能となる。

【０１８５】なお、以上の各実施の形態においては、そ
れぞれの目的に応じた接触感知器を用いることで、様々
な接触感知による計測等を行わせる場合について説明し
たが、これらの例に限らず、上述したそれぞれの接触感
知器を適宜組み合わせ、制御手段によってこれらの接触
感知器に関連性をもたせるようにしてもよい。

【０１８６】また、本発明の実施の形態においては、メ
カニカルフィルタについて説明したが、これに限らず、
電気機械振動子をコンデンサやインダクタンス等で形成
されるインピーダンス素子あるいは回路として用いた接
触感知器に適用することも可能である。

【０１８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接触感知
器及び接触感知システムによれば、固有の周波数で振動
している接触子が被接触物に接触すると、その振動が抑
制されて振動子の共振条件がずれ、メカニカルフィルタ
の濾波特性、すなわちメカニカルフィルタ特性が変化す
ることを利用したものであり、メカニカルフィルタに入
力された信号が、接触後に減衰等して出力手段に出力さ
れることにより被接触物に対する接触感知が行われるの
で、簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且つ確実
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接触感知器の一実施の形態を示す図で
ある。

【図２】図１の接触感知器の作用を示す図である。

【図３】図１の接触感知器のメカニカルフィルタを示す
斜視図である。

【図４】図３のメカニカルフィルタの接触子の形状を変
えた場合の他の実施の形態を示す斜視図である。

【図５】図３の接触子の構成を変えた場合の他の実施の
形態を示す図である。

【図６】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の実
施の形態を示す図である。

【図７】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の実
施の形態を示す図である。

【図８】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の実
施の形態を示す図である。

【図９】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の実
施の形態を示す図である。

【図１０】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図１１】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図１２】図５の接触子をロボットに適用した場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図１３】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図１４】図１３の接触感知器の作用を説明するための
図である。

【図１５】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図１６】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図１７】図１５の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図１８】図１７の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図１９】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図２０】図１９の接触感知器を示す側面図である。

【図２１】図１９の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す斜視図である。

【図２２】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す概念図である。

【図２３】図２２の接触感知器の作用を説明するための
概念図である。

【図２４】図２２の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図２５】図２２の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図２６】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図２７】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す概念図である。

【図２８】図２２の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す概念図である。

【図２９】図２６の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す概念図である。

【図３０】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す斜視図である。

【図３１】図３０の接触感知器の動作を示す波形図であ
る。

【図３２】図３０の接触感知器の作用を説明するための
斜視図である。

【図３３】図３２の接触感知器の動作を説明するための
波形図である。

【図３４】図３０の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図３５】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図３６】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図３７】図３６の動作を説明するための波形図であ
る。

【図３８】図３６の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図３９】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図４０】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図４１】図１３の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【図４２】図１の接触感知器の構成を変えた場合の他の
実施の形態を示す図である。

【図４３】図１２の接触感知器の構成を変えた場合の他
の実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

２０Ａ 振動子 ２０ｂ 穴 ２１，２１ａ〜ｊ，２１ｐ，２１Ａ〜Ｈ 接触子 ２３，２３ａ，２４，２５ 端子 ２７ 接着剤 ２８ 分割線 ２９ａ〜ｃ，１３９ 突起 ４１ 接触箇所 ５２，５２ａ，５７ Ａ／Ｄコンバータ ５５ 増幅器 ５８ 信号波形解析器 ６０ バッファ材 ７０ ディジタルフィルタ ８６ 駆動シャフト １１３ 溝 １３０，１３１ 隔壁 １３３ 間隙 １３５ 噴射口 １３８ 角柱線 １３９ 突起 １４０ 加工品 １４１ 円柱状の穴 １５０ ケース １５１ バネ板 １５２〜１５６ 信号線 １７１ プレス板 １７２ 突出片 １７３ 基準面 １８１ リニアイメージセンサ １９０ セラミックフィルタ １９１ 液体 ２０１ ネジ部 ２０３ 調整ネジ部 ２０４ 基準面 ２０５ 高さ位置 ２０６ ギャップ ２１０ 弾性部材 ２１１ 流れ受け板 ２１２ 支持部 ２２０ 光ファイバ ａ，ｂ 端子 ｅ1 ，ｅ2 ，ｅ3 ，ｙ1 〜ｙn 出力端子 ｆ 電気信号 ｓ スイッチ ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 接触箇所 Ｒi ，Ｒo ，Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 抵抗 Ｙ1 〜Ｙn セラミックフィルタ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平7−319641 (32)優先日 平７(1995)11月13日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平7−353633 (32)優先日 平７(1995)12月31日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被接触物との接触を感知する接触感知器
   において、 振動子の一部分を接触子としたメカニカルフィルタと、 このメカニカルフィルタに信号を入力する入力手段と、 前記接触子と前記被接触物との接触によってもたらされ
   る前記メカニカルフィルタの特性の変化を出力する出力
   手段とを備えていることを特徴とする接触感知器。
2. 【請求項２】 前記接触子は、前記被接触物の感知箇所
   の形状、寸法及び材質に合わせられたゲージとして設定
   されていることを特徴とする請求項１記載の接触感知
   器。
3. 【請求項３】 前記接触子は、前記被接触物の接触感知
   箇所の環境に合わせられた形状、寸法及び材質に設定さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載の接触感
   知器。
4. 【請求項４】 前記接触子は、弾性を有していることを
   特徴とする請求項１、２又は３記載の接触感知器。
5. 【請求項５】 前記振動子には、前記接触子を着脱可能
   にするアダプタが形成されていることを特徴とする請求
   項１、２、３又は４記載の接触感知器。
6. 【請求項６】 前記メカニカルフィルタの特性は、特性
   を調整する特性調整手段によって自動調整されることを
   特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の接触感知
   器。
7. 【請求項７】 前記接触子あるいは前記被接触物は、移
   動手段によって互いに所定の位置に合わせられるととも
   に、測距手段及び計時手段によって移動開始点から前記
   被接触物との接触開始点までの移動距離及び移動時間が
   計られることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又
   は６記載の接触感知器。
8. 【請求項８】 前記接触子は、前記被接触物の接触感知
   箇所に対応させて複数個設けられていることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の接触感知
   器。
9. 【請求項９】 前記接触子は、前記被接触物の接触感知
   箇所の形状、寸法及び材質に対応させた数の接触部位が
   設けられていることを特徴とする請求項１、２、４、
   ５、６、７又は８記載の接触感知器。
10. 【請求項１０】 前記接触子は、所定間隔離間されてお
    り、これら接触子間に掛け渡されている細線に接触機能
    がもたされていることを特徴とする請求項１記載の接触
    感知器。
11. 【請求項１１】 前記接触子は、所定間隔離間されてお
    り、これら接触子間に掛け渡されている板に接触機能が
    もたされていることを特徴とする請求項１記載の接触感
    知器。
12. 【請求項１２】 前記接触子の振動の平均速度が、前記
    被接触物の移動速度の２倍以上とされていることを特徴
    とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
    ０又は１１記載の接触感知器。
13. 【請求項１３】 前記メカニカルフィルタ特性の変化
    を、計測手段が前記振動子の振動周期の半分より短い周
    期で継続して採ったデータを用いて計測することで、前
    記接触子と前記被接触物との接触状態が感知されること
    を特徴とする請求項１、２、３、４、７、８、９、１
    ０、１１又は１２記載の接触感知器。
14. 【請求項１４】 前記接触感知器が複数個組み合わされ
    ており、更に制御手段によってそれぞれの接触感知器が
    関連づけられていることを特徴とする接触感知システ
    ム。