JPH01233301A

JPH01233301A - 変位センサ

Info

Publication number: JPH01233301A
Application number: JP6135788A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Io; 猪尾　伸一
Original assignee: Atsugi Motor Parts Co Ltd
Current assignee: Atsugi Motor Parts Co Ltd
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1988-03-14
Publication date: 1989-09-19

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】（産業上の利用分野）本発明は、変位センサに係り、詳しくは、長さを測定す
る変位センサに関する。

（従来の技術）センサは機械装置の一部として変動する様々な激しい環
境下で長期間に亘って正確に機能しなければならず、そ
のため、センサの劣化や故障は、それが組み込まれてい
る機械装置やシステムの機能の低下を招くため、簡単な
構造で精度良く、かつ信頼性のあるセンサが望まれてい
る。

従来のこの種の長さを測定する変位センサとしては、例
えば第８図および第９図に示すようなものが知られてい
る。

第８図に示すものは、歪を利用して変位を測定するもの
であり、シャツ）１の両端を支持メタル２．３で回転可
能に支持するとともに、この支持メタル２．３の間のハ
リの所定部分にブラケット４を設け、このブラケット４
にスプリング５を介して第２のブラケット６をハリに非
接触で固定し、シャフト１が回転する際の長手方向の変
位Ｘをスプリング５の変位に対応させるとともに、この
スプリング５の変位を第２のブラケット６に設けた歪ゲ
ージ７．８により検出することで、結果的にシ、ヤフト
の変位Ｘを検出している。なお、歪ゲージは半導体ゲー
ジとしてもよい。

一方、第９図に示すものは、シャフト１１に巻線抵抗１
２を巻回するとともに、該巻線抵抗１２にブラシ１３を
接触させ、シャフト１１の長手方向の変位Ｘに対応して
、固定されたブラシ１３が全抵抗と接触する位置が変わ
ることで、巻線抵抗１２の両端に接続された所定の直流
電源１４が印加する電圧をブラシ１３の固定部１５と該
直流電源１４のｅ側との間に接続された電圧計１６で測
定している。すなわち、変位Ｘに対応して巻線抵抗１２
の全抵抗を分割するブラシ１３に発生する電圧および電
流値から前記変位Ｘを検出している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の変位センサにあっては
、前者の場合、歪ゲージや半導体ゲージを用いてシャフ
トの変位を検出しているため、その構成が複雑であり、
測定精度を上げることが困難である。さらに、ゲージに
発生する信号が微弱な変化成分であるため、増幅機能も
含め非常にコスト高となるという問題点があった。

一方、後者の抵抗の変化を検出するタイプのものでは、
ブラシ（接触子）を有する構成となっていたため、ブラ
シの接触不良や摩耗等の影響で耐久性や信頼性に問題が
あった。

（発明の目的）そこで本発明は、簡単な構成で精度良く、かつ耐久性や
信頼性を向上することができる変位センサを提供するこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明による変位センサは上記目的達成のため、応力感
応部材を中央にしてその両側に導電性部材と抵抗体部材
を配した３層構造のシートと、シートの抵抗体部材の両
端に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、シートの端
部における抵抗体部材と導電性部材との間の発生電圧を
検出する電圧検出手段と、を備え、前記シートの抵抗体
側の所定点に応力を加えたとき、シートの応力感応部材
の導電率が変わり電圧検出手段により検出される電圧が
シートの応力発生地点によって変化するように構成して
いる。

（作用）本発明では、導電性部材、応力感応部材および　。

抵抗体部材からなる３層構造のシートが形成されるとと
もに、抵抗体部材の両端に所定の電圧が印加される。そ
して、シートの抵抗体側の所定点に応力が加えられたと
き、応力感応部材の導電率が変わりシートの端部におけ
る抵抗体部材と導電性部材との間の発生電圧が電圧検出
手段により検出される。この場合、電圧検出手段により
検出される電圧は、シートの応力発生箇所によって変化
し、シートの端からの変位に対応したものとなる。

したがって、簡単な構成で正確に、かつ耐久性、信頼性
を損なうことな（変位を検出することが可能となる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜６図は本発明に係る変位センサの第１実施例を示
す図である。

まず、構成を説明する。第１図において、２０はシート
である。シート２０は銅箔２１（導電性部材）、感圧ゴ
ム２２（応力感応部材）および抵抗体フィルム２３（抵
抗体部材）を図のように３層構造に接合している。銅箔
２１の厚さは３５μｍ、感圧ゴム２２の厚さは５０μｍ
、抵抗体フィルム２３の厚さは１５μｍであり、シート
全体の厚さは１００μｍ程度である。

抵抗体フィルム２３は箔状のものを接合させるか、ある
いは感圧ゴム２２の上層に印刷によって形成することも
可能である。シー）２０は曲げ力に対して柔軟に対処す
るものとなっている。

第２図において、上記のような３層シート２０を幅約５
ＩＩＩＩｌのバルク状に切り出したシート２０の一端部
を固定部材２４で固定するとともに、その他端部を可動
側（図示略）に固定し、図に示すようにシート２０の中
間部をＵ形に湾曲させてセットしている。そのため、可
動側の変位Ｘに対応してシート２０の湾曲部が移動する
ようになっており、すなわち、相対変位に対してシート
２０の湾曲部がローリングするように構成されている。

抵抗体フィルム２３の両端部にはＡ、Ｂの電極、銅箔２
１の一端部にはＣの電極が設けられており、電極Ａ−Ｂ
間にはＡ電極をｅ側、Ｂ電極を■側として直流電源２５
（電圧印加手段）が接続され、所定の電圧Ｖ　ｃｃが印
加される。さらに、電極Ａ−Ｃ間には電圧計２６（電圧
検出手段）が接続されており、電圧計２６は銅箔２１と
抵抗体フィルム２３との間に発生する電位差を検出する
。

ここで、抵抗体フィルム２３の応力感応部材としての性
質を補足説明するため、第３図に示す抵抗体フィルム２
３の荷重−抵抗特性図を参照して述べる。第３図は、抵
抗体フィルム２３０局部に荷重が加えられたとき、その
局部の抵抗変化を示す図である。図において、荷重が加
えられていないときは抵抗が非常に高い絶縁状態であり
、一方、約２０ｇ以上の荷重が外部から加えられると１
０Ω以下の導電状態となる。すなわち、抵抗体フィルム
２３は外部から作用するわずかな荷重によって瞬時に２
値的に抵抗が変化するという特性を利用して本実施例の
ような変位センサに応用している。荷重は本実施例のシ
ート２０の湾曲部に発生する応力に相当する。

次に、作用を説明する。

第２図の作用を説明する前に、第４．５図に示す等価回
路を用いて本実施例の基本的な作用を説明する。第４図
はシート２０に湾曲部がなく応力が発していない場合の
等価回路である。第４図において、Ａ、Ｂ、Ｃの各点、
Ｖ　ｃｃおよ仄すよ、第２図の電極Ａ、Ｂ、Ｃ１直流電
源２５および電圧計２６に相当し、■、は抵抗体フィル
ム２３が有するＡ−Ｂ間の等価抵抗、Ｒは抵抗体フィル
ム２３に並列に接合された感圧ゴム２２とｗ４箔２１が
有する抵抗と部材間の接合部分の接合抵抗との合成抵抗
をそれぞれ示している。この場合、・シート２０には湾
曲部がないので、Ｄ点は図示されない。このとき、合成
抵抗Ｒは感圧ゴム２２の抵抗が前記の特性のように絶縁
状態であるため、合成抵抗Ｒにはほとんど電流が流れず
、電圧ＳＫすによって電圧は検出さない。

すなわち、感圧ゴム２２を銅箔２１と抵抗体フィルム２
３の間を導通するスイッチとすると、このスイッチが開
放状態であるため、電圧針へ電流が流されない、なお、
抵抗体フィルム２３を摺動抵抗とじているのは、前記変
位Ｘに対してシート２０の湾曲部が移動することを表わ
している。

第５図は第２図のようにシー）２０に湾曲部があり、応
力が発生した場合の等価回路である。図においては、第
４図に加えて応力発生点りとＤ点の局部抵抗Ｒσが等価
的に示される。Ｒσはシート２０を湾曲させたときに感
圧ゴム２２０局部に応力を受けて、前記の特性のように
局部抵抗が導電状態になることから発生する。Ｄ点以外
の接合部は感圧ゴム２２が絶縁状態のままであるため、
その抵抗Ｒは第６図のＲとほぼ等しいものとなる。した
がって、■８両端に印加さた電圧ＶＣＣはＤ点によって
分圧され、Ｒσを介してその分圧された電圧が電圧計に
よって検出される。このときは、感圧ゴム２２の湾曲部
のみが導伝状態、すなわち、スイッチが閉止状態となっ
て銅箔２１と抵抗体フィルム２３との間に電流が流れる
。以上が第２図の基本的作用である。

再び第２図に戻って、その作用を説明する。シート２０
の可動側端部が図中左右方向へ移動すると、その変位Ｘ
に対応してシート２０の湾曲部（応力発生点）Ｄを移動
させる。このとき、感圧ゴム２２の導電部２２ａにより
抵抗体フィルム２３のＡ−Ｂ間が電気的に分割されるが
、この分割比も変位Ｘに対応して変化する。すなわち、
第６．７ずに示したように抵抗体フィルム２３と導電部
２２ａは変位Ｘに対応して摺動抵抗と同様の作用が発揮
される。このため、抵抗体フィルム２３のＡ−Ｂ間に印
加さた電圧ＶＣＣが分圧され、分圧された電圧により導
電部２２ａを介して抵抗体フィルム２３から銅箔２１へ
電流が流れて、Ａ−Ｃ間に接続された電圧計２６で変位
Ｘに相当する電圧として検出される。但し、検出される
変位Ｘはシート２０のＡ−Ｂ間の距離における湾曲可能
な範囲に限定され、変位Ｘに対応して検出される電圧は
直流電源２５の電圧ＶＣＣに限定される。このような関
係は第６図に示す変位−電圧特性図のようになっている
。

したがって、本実施例では銅箔２１、感圧ゴム２２およ
び抵抗体フィルム２３からなる３層構造のシート２０を
変位センサとして用いることで、その構成が非常に簡単
になるとともに、検出する変位に対して精度良く対処で
きる。また、シー）２０は箔状であり、感圧ゴム２２が
弾性を有するため、繰り返し応力が加えられても充分に
その性能が維持され、耐久性や信顛性を向上させる。

第７図は本発明の第２実施例を示す図であり、シー）２
０を用いて第１実施例と同様に変位を電流および電圧と
して検出するものである。図において、シート２０上面
を支持部材２７で回転自在に支持されたローラ２８をロ
ーリングさせて、シート２０に応力を加えて変位Ｘに相
当する電流および電圧を検出する。

したがって、第１実施例と同様の効果が得られるととも
に、シート２０を平面的に延在させたため、変位を検出
する有効距離が第１実施例に比べて長（とれるという利
点がある。

（効果）本発明によれば、所定の３Ｎ構造のシートを形成し、シ
ートに変位に対応する応力を加えてシートの応力感応部
材に発生する導電率の変化による電位差を検出している
ので、簡単な構成で正確に変位を検出でき、耐久性、信
顛性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明に係る変位センサの第１実施例を示
す図であり、第１図はそのシートの一部を示す図、第２
図はその構成図、第３図はその応力感応部材の荷重−抵
抗特性図、第４図は第２図のシートに湾曲部がない場合
の等価回路図、第５図は第２図の等価回路図、第６図は
その変位−電圧特性図、第７図は本発明に係る変位セン
サの第２実施例を示す構成図、第８．９図は従来の変位
センサを示す図であり、第８図はその歪を利用した変位
センサの斜視図、第９図はその巻線抵抗を利用した変位
センサの斜視図である。２０・・・・・・シート、２１・・・・・・銅箔（導電性部材）、２２・・・・・
・感圧ゴム（応力感応部材）、２３・・・・・・抵抗体
フィルム（抵抗体部材）、２５・・・・・・直流電源（
電圧印加手段）、２６・・・・・・電圧計（電圧検出手
段）。

Claims

【特許請求の範囲】

応力感応部材を中央にしてその両側に導電性部材と抵抗
体部材を配した３層構造のシートと、シートの抵抗体部
材の両端に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、シー
トの端部における抵抗体部材と導電性部材との間の発生
電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記シートの
抵抗体側の所定点に応力を加えたとき、シートの応力感
応部材の導電率が変わり電圧検出手段により検出される
電圧がシートの応力発生地点によって変化するように構
成したことを特徴とする変位センサ。