JPS6231374B2

JPS6231374B2 -

Info

Publication number: JPS6231374B2
Application number: JP58144227A
Authority: JP
Inventors: Azuma Murakami; Yoshinori Taguchi
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1987-07-08
Also published as: EP0134539B1; JPS60221820A; US4658373A; DE3475841D1; EP0134539A3; EP0134539A2

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は位置指定用磁気発生器で指定された位
置を検出する装置に関し、特に磁歪効果を有する
磁歪伝達媒体を伝搬する磁歪振動波を利用して位
置指定用磁気発生器で指定された位置を検出する
位置検出装置に関するものである。

従来技術と問題点従来のこの種装置は、例えば特公昭56―32668
号公報に見られるように、位置指定用磁気発生器
で瞬時的磁場変動を発生させた時から、この瞬時
的磁場変動により磁歪伝達媒体中に生起した磁歪
振動波が該磁歪伝達媒体を伝搬し磁歪伝達媒体の
端部に設けた検出コイルで検出されるまでの時間
を処理装置で算出し、この算出値から位置指定用
磁気発生器で指定された位置を検出するのが一般
的である。しかしながら、このような構成では、
位置指定用磁気発生器で瞬時的磁場変動を発生さ
せたタイミングを処理装置側へ通知する必要性か
ら、位置指定用磁気発生器を信号線により処理装
置に接続しておく必要があり、位置指定用磁気発
生器の移動範囲、取扱いが著しく制限される欠点
があると共に、その応用範囲も狭かつた。特に、
位置検出面が平面状の場合、位置指定用磁気発生
器の動き得る範囲も広くなるので長い信号線が必
要となり、操作性が悪化する欠点があつた。

発明の目的本発明はこのような従来の欠点を改善したもの
であり、位置指定用磁気発生器がどこにも接続さ
れない応用範囲の広い位置検出装置を提供するこ
とを課題としている。

発明の原理磁歪伝達媒体中を磁歪振動波が伝搬する際、磁
歪振動波が存在する部位において機械的振動エネ
ルギーの一部が磁気的エネルギーに変換され、極
部的に磁場変動が発生する。そして、この磁場変
動の大きさは機械的エネルギーから電気的エネル
ギー（又は電気的エネルギーから機械的エネルギ
ー）への変換効率を示す係数（以下電気機械結合
係数という）が大きくなる程大きくなり、電気機
械結合係数はあるバイアス磁界付近で最大とな
る。従つて、ほぼ全長にわたつてコイルを巻回し
た磁歪伝達媒体のある部位のみに位置指定用磁気
発生器から電気機械結合係数が大きくなる程度の
磁気が加わつていると、磁歪伝達媒体を伝搬して
きた磁歪振動波がその位置に到達したとき大きな
磁場変動が生じることになり、そのときコイルに
大きな誘導起電力（磁歪振動波による誘導電圧）
が発生する。従つて、この大きな誘導起電力の発
生タイミングを検出すれば、磁歪振動波が位置指
定用磁気発生器で指定された位置まで到達するの
に要した時間を知ることができ、この時間から指
定された位置を検出することが可能となる。

また、磁歪伝達媒体に瞬時的変動磁場を印加し
て発生させた磁歪振動波の大きさも、電気機械結
合係数が大きくなる程大きくなる。従つて、ほぼ
全長にわたつてコイルを巻回した磁歪伝達媒体の
ある部位のみに位置指定用磁気発生器から電気機
械結合係数が大きくなる程度の磁気が加わつてい
ると、そのコイルにパルス電圧を印加した場合、
指定された部位でのみ大きな磁歪振動波が発生す
る。そこで、磁歪伝達媒体の端部に設けた別のコ
イルで磁歪振動波を検出すれば、大きな磁歪振動
波がそのコイルに到達したとき誘導起電力（磁歪
振動波による誘導電圧）は大きくなり、このタイ
ミングを検出することで、先と同様に指定された
位置を検出することが可能となる。

本発明は以上のような原理に基づき位置指定用
磁気発生器で指定された位置を検出するものであ
り、以下図面に基づいて実施例を説明する。

発明の実施例第１図は本発明の一実施例に於けるＸ方向位置
検出部の構成説明図である。同図において、１ａ
〜１ｄは磁歪効果を有する材料で作られた磁歪伝
達媒体であり、Ｘ方向に沿つて互にほぼ平行に配
置される。磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄは、強磁性体
であればどのようなものでも使用できるが、強い
磁歪振動波を発生させる為に磁歪効果の大きな材
料たとえば鉄を多量に含むアモルフアス合金が特
に望ましい。又、磁石を接近させても磁化され難
い保持力の小さな材料が好ましい。アモルフアス
合金としては、例えばFe₆₇Co₁₈B₁₄Si₁（原子
％）、Fe₈₁B₁₃.₅Si₁₃.₅C₂（原子％）等が使用でき
る。磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄは細長い形状をして
おり、その断面は長方形の薄帯状か円形の線状が
望ましく、薄帯状の場合幅は数mm程度、厚さは数
μｍ〜数10μｍ程度が製造も容易で且つ特性も良
好である。アモルフアス合金は製造上、厚さが20
〜50μｍの薄いものが作れるので、これを薄板状
或は線状に切断すれば良い。本実施例では、
Fe₈₁B₁₃.₅Si₁₃.₅C₂（原子％）から成る幅２mm、厚
さ0.02mmの磁歪伝達媒体を使用している。

２は磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄの一端に巻回され
たＸ方向第１コイルであり、巻回数は図示例では
２回であるが、１回或は３回以上にしても良い。
このＸ方向第１コイル２は瞬時的磁場変動をコイ
ル面に垂直に発生させて磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄ
各々の巻回部位に磁歪振動波を生起させる為のも
のであり、コイル２の一端２ａは、磁歪振動波を
発生させるに足るパルス電流を発生するパルス電
流発生器３の＋端子に接続され、その他端２ｂは
その−端子に接続される。

４ａ〜４ｄはバイアス用磁性体であり、磁歪伝
達媒体１ａ〜１ｄのＸ方向第１コイル２の巻回部
分に磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄの長手方向に平行な
バイアス磁界を加える為のものである。このよう
にバイアス磁界を印加するのは、少ない電流で大
きな磁歪波振動の発生を可能にする為である。即
ち、磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄの電気機械結合係数
は例えば第２図に示すようにあるバイアス磁界の
とき最大となるから、このような磁気バイアスを
第１のコイル２の巻回部分に印加しておくことに
より効率良く磁歪振動波を発生することができ
る。この意味から、多少の消費電力のロスを無視
できる場合等にはバイアス用磁性体４を省略する
構成にすることもできる。なお、バイアス用磁性
体４ａ，４ｃの極性とバイアス用磁性体４ｂ，４
ｄの極性は反対である。この理由は後述する。

又第１図において、磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄに
巻回されたコイル５ａ〜５ｂは、磁歪伝達媒体１
ａ〜１ｄを伝搬する磁歪振動波による誘導電圧を
検出する為のものであり、磁歪伝達媒体の広い範
囲にわたつて巻回され、巻回された領域が位置検
出領域となる。巻ピツチは誘導起電力を高める為
に大きい方が好ましく、例えばこの実施例では７
ターン／cmとしている。

各コイル５ａ〜５ｄの巻方向は全て同一（左巻
き）であり、コイル５ａ，５ｂの巻き終り間、コ
イル５ｂ，５ｃの巻き始め間、コイル５ｃ，５ｄ
の巻き終り間は互いに接続され、コイル５ａ，５
ｄの巻き始めは処理器６のＸ方向用入力端子にそ
れぞれ接続される。即ち、この実施例ではコイル
５ａ〜５ｄは直列に接続され、隣り同志では接続
の極性が、逆になつている。なお、コイル５ａ〜
５ｄによりＸ方向第２コイル５が構成される。又
７は位置指定用磁気発生器を構成する棒磁石であ
り、この実施例では直径３mm、長さ50mmの棒磁石
を使用している。第１図では、この棒磁石７で指
定されたＸ方向の位置を検出しようとするもので
ある。また、８は測定開始を通知する為のアンテ
ナコイルであり、この使用例については後で詳細
に説明する。

今、第１図において、位置指定用棒磁石７がＮ
極を下にしてＸ方向第１コイル２のコイル面中心
からＸ軸方向の距離ｌの磁歪伝達媒体１ａ上にあ
り、電気機械結合係数が大きくなる程度の磁気を
真下の磁歪伝達媒体１ａの一部に加えているもの
とする。

このような状態において、Ｘ方向パルス電流発
生器３からパルス電流がＸ方向第１コイル２に印
加されると、Ｘ方向第１コイル２で瞬時的磁場変
動が発生し、これが原因で磁歪伝達媒体１ａ〜１
ｄのＸ方向第１コイル２の巻回部分で磁歪振動波
が生起する。この磁歪振動波は磁歪伝達媒体１ａ
〜１ｄ固有の伝搬速度（約5000ｍ／秒）で磁歪伝
達媒体１ａ〜１ｄを長手方向に沿つて伝搬する。
そして、この伝搬中において、磁歪振動波が存在
する磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄの部位でその部位の
電気機械結合係数の大きさに応じて機械的エネル
ギーから磁気的エネルギーへの変換が行なわれ、
その為Ｘ方向第２コイル５に誘導起電力が発生す
る。

第３図はＸ方向第２コイル５に発生する誘導起
電力の時間的変化の一例をＸ方向第１コイル２に
パルス電流を印加した時刻をｔ＝０として図示し
たものである。同図に示すように、誘導起電力の
振幅は時刻ｔ＝０直後と時刻t₀からt₁〜t₂秒経過
したあたりで大きくなり、他の時刻では小さくな
る。時刻ｔ＝０直後で誘導起電力の振幅が大きく
なるのは、Ｘ方向第１コイル２とＸ方向第２コイ
ル５間の電磁誘導作用によるものであり、時刻ｔ
＝t₁〜t₂において１サイクルの誘導起電力（磁歪
振動波による誘導電圧）の振幅が大きくなるの
は、Ｘ方向第１コイル２の巻回部分で発生した磁
歪振動波が磁歪伝達媒体１ａを伝搬して位置指定
用棒磁石７の直下付近に到達し、その部分で電気
機械結合係数が大きくなつた為である。位置指定
用棒磁石７を磁歪伝達媒体の長手方向Ｘ方向に沿
つて移動させると磁歪振動波による誘導電圧もそ
れに応じて時間軸上を移動する。従つて、時刻t₀
からt₁〜t₂までの時間を測定することにより位置
指定用棒磁石７で指定されたＸ方向の位置、即ち
距離ｌを算出することができる。位置を算出する
為の伝搬時間としては、例えば第３図に示すよう
に磁歪振動による誘導電圧の振幅が閾値―E₁よ
り小さくなつた時点t₃、閾値E₁より大きくなつた
時点t₄を使用しても良く、又、ゼロクロス点t₅を
使用しても良い。但し、磁歪振動による誘導電圧
は最初の半サイクルの振幅の方が大きくなる傾向
があるので、時点t₃か或はt₅を使用することが望
ましい。

また、第１図において、位置指定用棒磁石７を
磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄの長手方向に垂直な方向
（Ｙ方向）に平行移動させ、位置指定用棒磁席７
のＮ極が磁歪伝達媒体１ｂ〜１ｄの上に位置した
ときも、第３図と同様に誘導電圧が得られる。こ
れは、コイル５ａ，５ｃとコイル５ｂ，５ｄの接
続極性が逆であるが、バイアス用磁性体４ａ〜４
ｄの極性を反対にしてあることによる。従つて、
常に同一極性の磁歪振動による誘導電圧を取り出
すことができ、検出精度を高めることが可能とな
る。また、コイル５ａ，５ｃとコイル５ｂ，５ｄ
の接続極性を逆にしているので、Ｘ方向第１コイ
ル２からＸ方向第２コイル５に直接誘導される第
３図のt₀の直後の誘導電圧は、互いに打ち消さ
れ、小さくなる。従つて、Ｘ方向第１コイル２と
Ｘ方向第２コイル５の間隔を狭くすることがで
き、その分位置検出領域を拡大することが可能と
なる。一般に、ほぼ半分の磁歪伝達媒体に巻回さ
れているＸ方向第２コイル部分の接続極性を他と
逆にすればこの効果は得られる。

なお、第１図の構成において、位置指定用棒磁
石７が磁歪伝達媒体１ａの上にある場合、位置指
定用棒磁石７の極性或はバイアス用棒磁石４ａの
極性を図示と逆にした場合、Ｘ方向第１コイル２
或はコイル５ａの巻き方向を逆向きにした場合、
及びＸ方向第１コイル２或はコイル５ａの接続を
逆極性にした場合、いずれも磁歪振動波による誘
導電圧の極性が反転することが実験により確めら
れている。

従つて、第１図においてコイル５ｂ，５ｄの巻
き方を反対にした場合には、バイアス用磁性体４
ｂ，４ｄの極性を逆にすれば、常に同一極性の磁
歪振動による誘導電圧を取り出すことができる。
但し、この場合は、Ｘ方向第１コイル２からコイ
ル５に直接誘導された誘導電圧が大きくなる欠点
がある。更に、誘導起電力は小さくなるがコイル
５ａ〜５ｄを並列に接続する構成としても良い。
なお、第３図のゼロクロス点t₅を検出する場合
は、磁歪振動による誘導電圧の極性が磁歪伝達媒
体１ａ〜１ｄ毎に反転しても精度に与える影響は
少ない。

第４図は第１図のＸ方向位置検出部を組合せて
使用するＹ方向位置検出部の構成説明図であり、
１０ａ〜１０ｄはＹ方向に沿つて互いにほぼ平行
に配列された磁歪伝達媒体、１１は磁歪伝達媒体
１０ａ〜１０ｄの一端に共通に巻回されたＹ方向
第１コイル、１５はＹ方向第１コイル１１にパル
ス電流を印加して各磁歪伝達媒体１０ａ〜１０ｄ
に同時に磁歪振動波を生起させるＹ方向用パルス
電流発生器、１２ａ〜１２ｄは磁歪伝達媒体１０
ａ〜１０ｄのＹ方向第１コイル１１の巻回部分に
バイアス磁界を加えるバイアス用磁性体、１３ａ
〜１３ｄは磁歪伝達媒体１０ａ〜１０ｄの広い範
囲にわたつて巻回されたコイルである。このコイ
ル１３ａ〜１３ｄの巻方向は全て同一（左巻き）
であり、コイル１３ａ，１３ｂの巻き終り間、コ
イル１３ｂ，１３ｃの巻き始め間、コイル１３
ｃ，１３ｄの巻き終り間は互いに接続され、コイ
ル１３ａ，１３ｄの巻き始めは処理器６のＹ方向
用入力端子に接続される。即ち、第１図と同様
に、コイル１３ａ〜１３ｄは直列に接続され、隣
り同志では接続の極性が逆になつている。なお、
コイル１３ａ〜１３ｄによりＹ方向第２コイル１
３が構成される。

第４図におけるＹ方向第１コイル１１及びＹ方
向第２コイル１３が巻回された磁歪伝達媒体１０
ａ〜１０ｄは、後で詳細するように、第１図にお
けるＸ方向第１コイル２及びＸ方向第２コイル５
が巻回された磁歪伝達媒体１ａ〜１ｄにできるだ
け近接するように重ね合され、位置指定用磁気発
生器で指定されたＹ方向の位置を検出する為のも
のである。なお、各部の構造及び作用は第１図と
同様であるから、その説明は省略する。

第５図は位置検出装置の検出部の構造例を示す
平面図、第６図は第５図のＡ―A′線に沿う断面
図である。同図に示すように磁歪伝達媒体１を収
容したＸ方向第２コイル５は筐体３０の内部底面
に設けた窪みに挿入され、その上に磁歪伝達媒体
１０を収容したＹ方向第２コイル１３が重ね合さ
れ、必要に応じて接着剤等で固定される。

この際、本発明では磁歪伝達媒体１，１０の縦
方向の振動モードによる磁歪振動波の伝送を利用
するから、磁歪伝達媒体１，１０の縦方向の自由
度を制限しないようにすることが望ましい。Ｘ方
向第１コイル２、Ｙ方向第１コイル１１の一端は
接地され、他端は導線で外部に取り出されてＸ方
向パルス電流発生器３、Ｙ方向パルス電流発生器
１５に接続される。また、Ｘ方向第２コイル５、
Ｙ方向第２コイル１３の一端は接地され、他端は
導線で外部に取り出されて処理器６に接続され
る。バイアス用磁性体４は磁歪伝達媒体１，１０
の端部に対向するように筐体３０の内部底面に固
定されているが、磁歪伝達媒体１，１０の上方、
下方、側方に並列に配置しても良い。筐体３０に
は蓋３１が被せられており、この蓋３１の上で位
置指定用棒磁石７を移動させるものである。

第７図はＸ方向パルス電流発生器３，Ｙ方向パ
ルス電流発生器１５の実施例を示す電気回路図で
あり、コンデンサ５０を抵坑５１，５２を介して
直流電源５３により充電しておいた電荷を、コン
デンサ５０と抵坑５２の直列回路に並列に接続し
たサイリスタ５４をオンさせることで該サイリス
タ５４及び抵坑５２を通して放電させ、抵坑５２
の端子電圧を第１のコイル２に印加する構成とし
たものである。なお、サイリスタ５４は第１図の
処理器６からトリガパルスがゲートに入力される
ことでオンされる。

第８図は処理器６の実施例を示す要部ブロツク
図である。同図において、切換スイツチ６０〜６
２は位置検出処理をマニユアルモードとオートモ
ードに切換える為のスイツチで互いに連動してい
る。また、切換スイツチ６３はマニユアルモード
時にＸ方向位置検出とＹ方口位置検出とを切換え
る為のスイツチである。以下、各モード毎に第７
図の動作を説明する。

マニユアルモード（Ｘ方向位置検出）切換スイツチ６３をアース側に切換えると、ア
ナログマルチプレクサ６４はＸ入力側に切換わる
と共に、アンド回路６５が閉、アンド回路６６が
インバータ６７の出力によつて開となつてＸ方向
位置検出が可能となる。

第１図に示したアンテナコイル８をＸ方向第２
コイル５、Ｙ方向第２コイル１３に接近させて励
磁すると、アンテナコイル８で発生した磁界によ
りＸ方向第２コイル５、Ｙ方向第２コイル１３に
大きな誘導起電力が生じる。この誘導起電力は増
幅器６８，６９で増幅され、アナログマルチプレ
クサ６４を介して比較器７０，７１に入力され
る。比較器７０は、アンテナコイル８による誘導
起電力の波形が例えば第９図Ａの符号ａで示すも
のとすると、これと同図ｂで示す直流電源E₂に
よる閾値と比較し、誘導起電力が閾値ｂより小さ
いときその出力を“１”とする。従つて、比較器
７０からは第９図Ｂに示すようなパルスが出力さ
れることになる。

RSフリツプフロツプ７２は比較器７０の上記
出力パルスでセツトされるものであり、そのＱ出
力の立上りによりワンシヨツトマルチバイブレー
タ７３が起動され、第９図Ｃに示すようにパルス
幅約10μsecのパルスを発生し、16ビツトカウン
タ７４をクリアすると共にRSフリツプフロツプ
７２，７５をリセツトする。RSフリツプフロツ
プ７５の出力はアンド回路７６にゲート信号と
して入力されているので、RSフリツプフロツプ
７５がリセツトされると16ビツトカウンタ７４は
クロツク発振器７７の出力パルス（パルス繰返し
周波数は例えば100MHz）のカウントを開始す
る。又、ワンシヨツトマルチバイブレータ７３の
出力は、アンド回路６６を介してＸ方向パルス電
流発生器３へトリガパルスとして入力され、Ｘ方
向第１コイル２にパルス電流が印加される。

Ｘ方向第２コイル５で発生する磁歪振動波によ
る誘導起電力は、増幅器６８で増幅され、アナロ
グマルチプレクサ６４を介して比較器７０，７１
に入力される。比較器７１に入力される磁歪振動
波による誘導起電力が例えば第９図Ａの符号Ｃに
示すものとすると、比較器７１の＋入力端子には
例えば同図Ａの符号ｄに示すような閾値が直流電
源E₁により与えられており、比較器７１はアナ
ログマルチプレクサ６４の出力が閾値ｄより大き
い間、即ち磁歪振動波による誘導電圧の正極性部
分を検出したときに例えば第９図Ｄに示すように
その出力を“０”とする。

比較器７１の出力はインバータ７８を介して
RSフリツプフロツプ７５をセツトするように構
成されており、従つて、その出力によつてアン
ド回路７６は閉ざされ、16ビツトカウンタ７４は
そのカウント動作を停止する。このように、Ｘ方
向第２コイル５に磁歪振動波による誘導電圧が現
れると16ビツトカウンタ７４はカウント動作を停
止するので、最初にトリガパルスが出てからの経
過時間をカウンタのデイジタル値として知ること
ができる。またこの値は、磁歪振動波が毎秒5000
ｍの速さで進むことにより、Ｘ方向第１コイル２
から位置指定用磁性体７までのＸ方向の距離に対
応したものとなる。このようにしてデイジタル値
として得られたＸ方向位置データは、出力バツフ
ア回路７９を介してデイジタル数字表示器８０に
入力されてデイジイタル値として表示されたり、
コンピユータ８１に入力されて処理されることに
なる。

（Ｙ方向位置検出）切換スイツチ６３を＋Ｖ_D側に切換えると、ア
ナログマルチプレクサ６４はＹ入力側、つまりＹ
方向第２コイル１３側に切換わると共に、アンド
回路６５が開、アンド回路６６が閉となるので、
Ｙ方向パルス電流発生器８２が働き、Ｙ方向の位
置検出が可能となる。Ｙ方向位置検出処理の動作
はＸ方向の場合と同様に行なわれる。

オートモードオートモード時においては、切換スイツチ６０
〜６２はAUTO側に切換つており、コンピユー
タ８１は出力バツフア回路７９を介してRSフリ
ツプフロツプ７２の出力を読取れ、入力バツフア
回路８２を介してワンシヨツトマルチバイブレー
タ７３へ起動パルスを出力でき、またアンド回路
６５，６６の開閉、16ビツトカウンタ７４のクリ
ア状態を制御できる。

第１０図はオートモード時にコンピユータ８１
が行なう処理の一例を示すフローチヤートであ
る。

同図に示すように、コンピユータ８１はRSフ
リツプフロツプ７２のＱ出力が“１”になると
（S₁）、入力バツフア回路８２を介して“０”の
XY切換指定出力を周辺回路に出力すると共に、
ワンシヨツトマルチバイブレータ７３にトリガパ
ルスを送出し、Ｘ方向の位置の測定を開始する
（S₂，S₃）。次に、コンピユータ８１はRSフリツ
プフロツプ７５の出力を監視し（S₄）、出力
が“０”になると出力バツフア回路７９を介して
16ビツトカウンタ７４の内容を読取り（S₅）、Ｘ
方向の位置を図示しないメモリ等に記憶する。次
に、Ｙ方向の位置検出を行なう為に、XY切換指
定出力を“１”にし（S₆）、ワンシヨツトマルチ
バイブレータ７３にトリガパルスを送出する
（S₇）。そして、RSフリツプフロツプ７５の出
力を監視し（S₈）、出力が“０”になると、出
力バツフア回路７９を介して16ビツトカウンタ７
４の内容を読取る（S₉）。

第１０図ではＸ，Ｙ方向の位置検出を連続的に
行なつたが、RSフリツプフロツプ７２のＱ出力
が“１”になる毎にＸ方向位置検出とＹ方向位置
検出を交互に行なう構成としても良い。

第１１図は第８図の増幅器６８の実施例を示す
電気回路図であり、Q₁〜Q₃はトランジスタ、IC
は演算増幅器、Ｄはダイオード、Ｒは抵坑、Ｃは
コンデンサである。Ｘ方向第２コイル５の出力は
トランジスタQ₁，Q₂等から成る差動増幅器で増
幅され、エミツタフオロアのトランジスタQ₃を
介して演算増幅器ICで増幅され、第７図のアナ
ログマルチプレクサ６４に入力される。なお、増
幅器６９も同様の構成を採用することができる。

第１２図はＸ方向パルス電流発生器３の別の実
施例を示す電気回路図であり、Q₄，Q₅はトラン
ジスタ、SCRはサイリスタ、C₁，C₂はコンデン
サである。第７図のアンド回路６６の出力パルス
でトランジスタQ₄がオンすると、サイリスタ
SCRのゲートにトリガパルスが印加されて該サ
イリスタSCRがオンし、コンデンサC₂に蓄積さ
れた電荷がサイリスタSCRを介してＸ方向第１
コイル２に印加される。

第１３図は位置指定用磁気発生器の実施例の断
面図、第１４図はその電気回路図、第１５図はそ
の動作説明図である。

位置指定用磁気発生器は、ペン状容器９０の先
端に磁性体９１を取り付けると共に、その内部に
充電器９２を設け、充電器９２の出力の一端を操
作スイツチ９３の一方の端子に接続し、他端をア
ンテナコイル８の一端に接続し、アンテナコイル
８の他端を操作スイツチ９３の他方の端子に接続
したものである。操作スイツチ９３はペン状容器
９０の外側から操作できるように容器９０の側面
に取付けられており、操作スイツチ９３をオンす
れば、直流電源９４から電流制限用抵坑９５を介
して放電用コンデンサ９６に蓄えられた電荷がア
ンテナコイル８を流れて放電し、コンデンサ９６
と、アンテナコイル８で定まる時定数で振動電流
となつて減衰していく。このとき、第１５図に示
すように、位置検出装置の板面近くにＸ方向、Ｙ
方向に格子状の第２コイル５，１３が張りめぐら
されているので、アンテナコイル８で発生した磁
界により第２コイル５，１３に電磁誘導作用によ
る誘導起電力が発生する。この誘導起電力を第８
図において説明したように磁歪振動波による誘導
電圧と分離し、操作スイツチ９３をオンした時の
タイミングを検知する。磁歪振動波による誘導電
圧は数ｍＶ〜数十ｍＶであるのに対し、アンテナ
コイル８により生ずる誘導起電力は容易に数百ｍ
Ｖ以上にすることができ、格段に大きいから第８
図に示したように比較器７０，７１の閾値を異な
らせることによりアンテナコイル８の誘導起電力
のみを選択することができる。

位置指定用磁気発生器に第１３図に示すような
アンテナコイル８を設けることで、位置検出装置
に対して位置データが希望する地点のものである
か否かをオペレータの手元で且つコードレスに通
知することができる利点がある。しかし、本発明
に適用し得る位置指定用磁気発生器は、その原理
からも明らかなように、アンテナコイル８を有し
ない構成のものも採用し得るものである。

第１６図は位置指定用磁気発生器の別の実施例
を示す外観斜視図であり、断面が円形の円筒形磁
性体１００をペン状の細長い容器１０１の先端に
固定したものである。円筒形磁性体１００として
は短尺のもの或いは長尺のものを使用することが
できる。第１７図ａは短尺の円筒形磁性体の磁力
線分布を示し、第１６図ｂは長尺の円筒形磁性体
の磁力線分布を示す。第１８図ａに示すように、
磁歪伝達媒体１に垂直に円筒形磁性体１００を配
置すると、磁歪振動波が円筒形磁性体１００に接
近するときと遠ざかるときで磁歪伝達媒体１に平
行な方向の磁界の方向が反転するので、第２コイ
ルに誘起される磁歪振動による誘導電圧の極性
は、第１８図ｂに示すように円筒形磁性体１００
の真下を中心として反転する。

第１９図は位置指定用磁気発生器の更に別の実
施例を示す外観斜視図であり、リング状磁性体１
１０を底の平らなカーソル体１１１の頭部に設け
た貫通孔１１２に水平に挿入して固定したもので
ある。リング状磁性体１１０の磁力線分布は、そ
の中心線上に１本の円筒形磁性体を置いたものと
ほぼ同様の効果を持つようになるので、位置指定
用磁気発生器として使用することができる。な
お、着磁方向は、上下方向、水平方向のいずれの
ものも使用可能であり、水平方向に着磁したリン
グ状磁性体は磁歪伝達媒体１に接近させて使用す
るのに適し、上下方向に着磁したリング状磁性体
は離して使用するのに適している。なお、アンテ
ナコイル８を設ける場合には、カーソル体１１１
の内部に取り付ける。

第２０図は本発明の別の実施例の要部構成説明
図である。この実施例では、コイル５ａ〜５ｄの
中にそれぞれ２本の平行な磁歪伝達媒体１a′〜１
d′，１a″〜１d″を収容してＸ方向位置検出部を構
成したものであり、他の構成は第１図とほぼ同様
である。なお、１個のコイル５ａ〜５ｄ中に収容
される少なくとも１本以上の磁歪伝達媒体を本明
細書では磁歪線束と呼ぶものとする。

第２１図は位置検出部の別の実施例の説明図で
あり、ａは平面図、ｂはａ図のＡ―A′線に沿う
断面図、ｃはａ図のＢ―B′線に沿う断面図であ
る。

同図において、２００はＹ方向に配置された合
計24本の磁歪伝達媒体であり、その一端には１タ
ーンのＹ方向第１コイル２０１が巻回され、この
巻回部分から少し離れた領域にＹ方向第２コイル
２０２が巻回されている。Ｙ方向第１コイル２０
１は下側が板状電極であり上側が線状電極になつ
ている。位置検出精度さを高める為には、磁歪振
動波は各磁歪伝達媒体２００の同一位置で発生す
ることが望まれる。従つて、若しどちらも線状電
極にすると、双方の線状電極を高精度に位置決め
しなければならない。しかし、一方を板状にして
おけば、他方の線状電極さえ配置場所が正確であ
るなら、板状電極はそれほど高い精度で位置決め
しなくても済む。この実施例はそのような理由で
一方を板状電極としている。なお、Ｙ方向第１コ
イル２０１の巻回部位には図示の極性の複数個の
バイアス用磁性体２０３が設けられ、Ｙ方向第１
コイル２０１は図示しないＹ方向パルス電流発生
器に接続される。また、Ｙ方向第２コイル２０２
は、各々６本の磁歪伝達媒体を巻回する部分が互
いに直例に接続され、これら直列に接続された部
分が並列に接続されて図示しない処理器に接続さ
れる。

Ｘ方向に関してもＹ方向と同様であり、Ｘ方向
に配置された合計24本の磁歪伝達媒体２０４の一
端に１ターンのＸ方向第１コイル２０５が巻回さ
れ、この巻回部分から少し離れた領域にＸ方向第
２コイル２０６が巻回たれている。又、複数個の
バイアス用磁性体２０７が設けられている。

第２２図は第２１図の位置検出部を収容する筐
体の一例を示し、ａは平面図、ｂはそのＡ―
A′線に沿う断面図、ｃはそのＢ―B′線に沿う断
面図である。紙面の横方向に堀られた合計24本の
溝２２０はＸ方向第２コイル２０６を挿入する為
のものであり、この溝２２０より更に深く堀られ
た紙面縦方向の合計24本の溝２２１はＹ方向第２
コイル２０２を挿入する為のものである。また、
筐体上部に縦方向に堀られた合計24本の溝２２２
はＹ方向の磁歪伝達媒体２００を挿入する為のも
のであり、これと直行する幅の狭い溝２２３はＹ
方向第１コイル２０１の線状電極を挿入する為の
ガイド溝である。同様に、筐体左側部にＸ方向の
磁歪伝達媒体２０４を挿入する為の合計24本の溝
２２４と、Ｘ方向第１コイル２０５の線状電極を
挿入する為の溝２２５を形成されている。又２２
０，２２４の端部にはコイル接続線が収められる
ように適当な空所２２６が設けられている。この
ような筐体はABS等の樹脂を使用し一体成型で
作ることが可能であり、第２１図の構成をこの筐
体に収容し図示しない蓋を被せることで組み立て
が完了する。

以上の実施例では、巻回数の非常に大きいＸ方
向，Ｙ方向第２コイルを磁歪振動波の検知用に使
用した。その為、磁歪振動波による誘導起電力は
非常に大きなものとなり、その分Ｘ方向，Ｙ方向
第１コイルに印加するパルス電圧の電圧値を低く
でき、回路の簡略化と省エネルギー化を達成する
ことが可能である。しかし発明の原理の項で述べ
たように、Ｘ方向，Ｙ方向第２コイルを磁歪振動
波発生用としてＸ方向，Ｙ方向パルス電流発生器
３，１５に接続し、Ｘ方向，Ｙ方向第１コイルを
磁歪振動波検知用として処理器６に接続する構成
にすることもできる。

なお、以上の説明から明らかなように、本発明
の位置検出装置は、図形データ等をコンピユータ
等に入力する為の装置として使用できる他、移動
物体に位置指定用磁生体を取り付けておき、その
移動経路に沿つて磁歪伝達媒体を配置しておくこ
とで移動物体の位置を自動的に検知する装置とし
ても使用することが可能である。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、互いに
ほぼ平行に配列され各々が少なくとも１本の磁歪
伝達媒体よりなる複数個の磁歪線束をＸ方向，Ｙ
方向にほぼ垂直に交叉するよう重ね合せ、これに
第１のコイルと第２のコイルとを巻回し、この２
個のコイル間で信号の授受を行なう構成であり、
位置を指定するための位置指定用磁気発生器は装
置のどの部分とも接続されないから、位置指定用
磁気発生器の移動範囲に制限はなくなり、取扱い
がすこぶる容易となる効果がある。従つて、移動
物体に位置指定用磁気発生器を取り付けてそのＸ
方向，Ｙ方向の位置を自動的に検出する装置等広
い範囲への応用が可能となる。また、本発明では
複数個の磁歪線束を２組使用し、それをＸ方向、
Ｙ方向に配列してあるので、Ｘ方向、Ｙ方向の位
置を検出することができる利点もある。更に、従
来の磁歪方式の座標位置検出装置は、時々磁石の
棒をこすりつけて磁歪伝達媒体を磁化させておく
煩しい操作が必要であつたが、本発明は、電気機
械結合係数をある部位のみ変化させて位置指定す
るため、そのような操作は全く不要となる。ま
た、磁歪伝達媒体の電気機械結合係数は数Oeの
量で最大となるから、位置指定用磁気発生器は検
出面に必ずしも近接させる必要はなく、数cm以上
の間隔であつても非常に高い分解能で位置検出で
きる装置を容易に製造することが可能となる。更
に、第２のコイルを複数個の磁歪線束に直列に且
つ同一巻き方向に巻回すると共に、磁歪線束の第
１のコイルの巻回部分にバイアス磁界を加える複
数個のバイアス用磁性体を設け、複数個の磁歪線
束のほぼ半分の磁歪線束を巻回する第２のコイル
部分の接続極性を残りの磁歪線束を巻回する第２
のコイル部分の接続極性と逆にし、且つ前記ほぼ
半分の磁歪線束の第１のコイルの巻回部分にバイ
アス磁界を加えるバイアス用磁性体の極性と前記
残りの磁歪線束の第１コイル巻回部分にバイアス
磁界を加えるバイアス用磁性体の極性とを逆にす
る等により、第１のコイルと第２のコイル間の電
磁誘導作用により発生する誘導電圧値を小さくで
きる。従つて、第１のコイルと第２のコイル間を
狭くでき、その分位置検出領域を拡大することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるＸ方向位置
検出部の構成説明図、第２図は磁気バイアス対電
気機械結合係数の特性図、第３図はＸ方向第２コ
イル５に発生する誘導起電力の時間的変化の一例
を示す線図、第４図は第１図のＸ方向位置検出部
と組合せて使用するＹ方向位置検出部の構成説明
図、第５図は位置検出装置の検出部の構成例を示
す平面図、第６図は第５図のＡ―A′線に沿う断
面図、第７図はＸ方向パルス電流発生器３、Ｙ方
向パルス電流発生器１５の実施例を示す電気回路
図、第８図は処理器６の実施例を示す要部ブロツ
ク図、第９図は第８図の動作説明図、第１０図は
コンピユータ８１が行なう処理の一例を示すフロ
ーチヤート、第１１図は第８図の増幅器６８の実
施例を示す電気回路図、第１２図はＸ方向パルス
電流発生器３の別の実施例を示す電気回路図、第
１３図は位置指定用磁気発生器の実施例の断面
図、第１４図はその電気回路図、第１５図は第１
３図の動作説明図、第１６図は位置指定用磁気発
生器の別の実施例を示す外観斜視図、第１７図は
円筒形磁性体１００の磁力線分布図、第１８図は
磁歪振動波と位置指定用磁気発生器との関係を示
す図、第１９図は位置指定用磁気発生器の更に別
の実施例を示す外観斜視図、第２０図は本発明の
別の実施例の要部構成説明図、第２１図は位置検
出部の別の実施例の説明図、第２２図は第２１図
の位置検出部を収容する筐体の一例を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１互いにほぼ平行に配列され各々が少なくとも
１本の磁歪伝達媒体より成る複数個のＸ方向磁歪
線束と、互いにほぼ平行に配列され各々が少なく
とも１本の磁歪伝達媒体より成る複数個のＹ方向
磁歪線束とが互いにほぼ垂直に交叉するように重
ね合された構成を有し、且つ、前記複数個のＸ方
向磁歪線束の一端に共通に巻回されたＸ方向第１
コイルと前記複数個のＹ方向磁歪線束の一端に共
通に巻回されたＹ方向第１コイルとから成る第１
のコイルと、前記複数個のＸ方向磁歪線束の広い
範囲にわたつて直列又は並列に巻回されたＸ方向
第２コイルと前記複数個のＹ方向磁歪線束の広い
範囲にわたつて直列又は並列に巻回されたＹ方向
第２コイルとから成る第２のコイルと、該第２の
コイル又は前記第１のコイルの一方にパルス電流
を印加して前記各磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生
起させるパルス電流発生器と、該磁歪振動波が生
起してから前記第１のコイル又は第２のコイルの
他方に磁歪振動波による誘導電圧が現わるまでの
時間を検知する処理器を具備したことを特徴とす
る位置検出装置。２特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置に
おいて、前記パルス電流発生器は、前記Ｘ方向第
１コイルにパルス電流を印加するＸ方向パルス電
流発生器と前記Ｙ方向第１コイルにパルス電流を
印加するＹ方向パルス電流発生器とから成り、且
つ、前記処理器は、前記Ｘ方向磁歪線束に磁歪振
動波が生起してから前記Ｘ方向第２コイルに磁歪
振動波による誘導電圧が現れるまでの時間を検知
するＸ方向位置検出手段と前記Ｙ方向磁歪線束に
磁歪振動波が生起してから前記Ｙ方向第２コイル
に磁歪振動波による誘導電圧が現れるまでの時間
を検知するＹ方向位置検出手段とから成ることを
特徴とする位置検出装置。３特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置に
おいて、前記パルス電流発生器は、前記Ｘ方向第
２コイルにパルス電流を印加するＸ方向パルス電
流発生器と前記Ｙ方向第２コイルにパルス電流を
印加するＹ方向パルス電流発生器とから成り、且
つ、前記処理器は、前記Ｘ方向磁歪線束に磁歪振
動波が生起してから前記Ｘ方向第１コイルに磁歪
振動波による誘導電圧が現れるまでの時間を検知
するＸ方向位置検出手段と前記Ｙ方向磁歪線束に
磁歪振動波が生起してから前記Ｙ方向第１コイル
に磁歪振動波による誘導電圧が現れるまでの時間
を検知するＹ方向位置検出手段とから成ることを
特徴とする位置検出装置。４互いにほぼ平行に配列され各々が少なくとも
１本の磁歪伝達媒体より成る複数個のＸ方向磁歪
線束と、互いにほぼ平行に配列され各々が少なく
とも１本の磁歪伝達媒体より成る複数個のＹ方向
磁歪線束とが互いにほぼ垂直に交叉するように重
ね合された構成を有し、且つ、前記複数個のＸ方
向磁歪線束の一端に共通に巻回されたＸ方向第１
コイルと前記複数個のＹ方向磁歪線束の一端に共
通に巻回されたＹ方向第１コイルとから成る第１
のコイルと、前記複数個のＸ方向磁歪線束の広い
範囲にわたつて直列又は並列に巻回されたＸ方向
第２コイルと前記複数個のＹ方向磁歪線束の広い
範囲にわたつて直列又は並列に巻回されたＹ方向
第２コイルとから成る第２のコイルと、該第２の
コイル又は前記第１のコイルの一方にパルス電流
を印加して前記各磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生
起させるパルス電流発生器と、該磁歪振動波が生
起してから前記第１のコイル又は第２のコイルの
他方に磁歪振動波による誘導電圧が現わるまでの
時間を検知する処理器と、前記磁歪線束の第１の
コイルの巻回部分にバイアス磁界を加える複数個
のバイアス用磁性体とを備え、前記第１のコイル
又は第２のコイルの一方に印加されたパルス電流
により前記第１のコイル又は第２のコイルの他方
に電磁誘導により直接誘導される電圧が小さくな
るように、前記Ｘ方向第２コイル、Ｙ方向第２コ
イルの巻回方向と接続極性及び前記複数個のバイ
アス用磁性体の各々の極性が設定されていること
を特徴とする位置検出装置。５特許請求の範囲第４項記載の位置検出装置に
おいて、前記パルス電流発生器は、前記Ｘ方向第
１コイルにパルス電流を印加するＸ方向パルス電
流発生器と前記Ｙ方向第１コイルにパルス電流を
印加するＹ方向パルス電流発生器とから成り、且
つ、前記処理器は、前記Ｘ方向磁歪線束に磁歪振
動波が生起してから前記Ｘ方向第２コイルに磁歪
振動波による誘導電圧が現れるまでの時間を検知
するＸ方向位置検出手段と前記Ｙ方向磁歪線束に
磁歪振動波が生起してから前記Ｙ方向第２コイル
に磁歪振動波による誘導電圧が現れるまでの時間
を検知するＹ方向位置検出手段とから成ることを
特徴とする位置検出装置。６特許請求の範囲第４項記載の位置検出装置に
おいて、前記パルス電流発生器は、前記Ｘ方向第
２コイルにパルス電流を印加するＸ方向パルス電
流発生器と前記Ｙ方向第２コイルにパルス電流を
印加するＹ方向パルス電流発生器とから成り、且
つ、前記処理器は、前記Ｘ方向磁歪線束に磁歪振
動波が生起してから前記Ｘ方向第１コイルに磁歪
振動波による誘導電圧が現れるまでの時間を検知
するＸ方向位置検出手段と前記Ｙ方向磁歪線束に
磁歪振動波が生起してから前記Ｙ方向第１コイル
に磁歪振動波による誘導電圧が現れるまでの時間
を検知するＹ方向位置検出手段とから成ることを
特徴とする位置検出装置。