JPH05172585A - 回転変位測定装置 - Google Patents
回転変位測定装置Info
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- JPH05172585A JPH05172585A JP4161273A JP16127392A JPH05172585A JP H05172585 A JPH05172585 A JP H05172585A JP 4161273 A JP4161273 A JP 4161273A JP 16127392 A JP16127392 A JP 16127392A JP H05172585 A JPH05172585 A JP H05172585A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
- G01D5/2415—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転位置を絶対的に測定しうる新規で改良さ
れ正確な回転変位測定装置である。 【構成】 回転変位測定装置は、その回転変位を検出す
べきシャフトをその長手方向軸線の周りで回転するよう
に装着して含む。シャフトが回転するにつれて回転する
よう前記シャフトを囲む複数の同心状トラックを画成す
べくエミッタが前記シャフトに取り付けられ、前記トラ
ックの各々はセグメント化され、付勢されると電界を生
成する複数の離隔した導電性セクションを画成する。導
電性セクションを付勢する電圧源も含まれている。検出
器がエミッタのトラックに隣接して配置され、かつ複数
のセンサを含み、各センサは、シャフトとトラックとが
回転するにつれて各トラックの電界を検出すべく各トラ
ックに隣接して位置している。検出器はエミッタが回転
するにつれて、電界の変動を示す信号を発生させ、これ
らの信号がトラックの、従ってシャフトの回転変位を示
す。
れ正確な回転変位測定装置である。 【構成】 回転変位測定装置は、その回転変位を検出す
べきシャフトをその長手方向軸線の周りで回転するよう
に装着して含む。シャフトが回転するにつれて回転する
よう前記シャフトを囲む複数の同心状トラックを画成す
べくエミッタが前記シャフトに取り付けられ、前記トラ
ックの各々はセグメント化され、付勢されると電界を生
成する複数の離隔した導電性セクションを画成する。導
電性セクションを付勢する電圧源も含まれている。検出
器がエミッタのトラックに隣接して配置され、かつ複数
のセンサを含み、各センサは、シャフトとトラックとが
回転するにつれて各トラックの電界を検出すべく各トラ
ックに隣接して位置している。検出器はエミッタが回転
するにつれて、電界の変動を示す信号を発生させ、これ
らの信号がトラックの、従ってシャフトの回転変位を示
す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回転位置を絶対的に測定
することのできる新規で、改良された精密回転変位測定
装置に関する。
することのできる新規で、改良された精密回転変位測定
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種の機械システムや電気機械システム
の作動において、当該システムのある要素や、あるいは
当該システムの一部を構成しないある対象物の位置や変
位をモニタする必要がある。例えばロボットシステムに
おいては、例えばアーム、フィンガあるいはその他の掴
持要素等の該システムの各種要素部分の運動や位置をモ
ニタし、制御する必要が概ね常にある。そのようなモニ
タや制御は、ロボットシステムがその機能を実行するた
めの機敏さと正確さとを必要とする。
の作動において、当該システムのある要素や、あるいは
当該システムの一部を構成しないある対象物の位置や変
位をモニタする必要がある。例えばロボットシステムに
おいては、例えばアーム、フィンガあるいはその他の掴
持要素等の該システムの各種要素部分の運動や位置をモ
ニタし、制御する必要が概ね常にある。そのようなモニ
タや制御は、ロボットシステムがその機能を実行するた
めの機敏さと正確さとを必要とする。
【０００３】前述のシステムにおいては２種類の位置お
よび変位測定が必要とされる。即ち直線変位と位置並び
に角度即ち回転変位と位置である。回転位置と変位とを
検出する従来技術の機構は物体即ちその位置あるいは変
位をモニタすべき対象物とある種のゲージ、針あるいは
その他の可視インジケータとの間を直接接続させること
が概ね殆んどであった。勿論、そのような機構は典型的
には大型で、かさ高く、不安定で、かつモニタ機能を実
行する上で精度に欠けていた。
よび変位測定が必要とされる。即ち直線変位と位置並び
に角度即ち回転変位と位置である。回転位置と変位とを
検出する従来技術の機構は物体即ちその位置あるいは変
位をモニタすべき対象物とある種のゲージ、針あるいは
その他の可視インジケータとの間を直接接続させること
が概ね殆んどであった。勿論、そのような機構は典型的
には大型で、かさ高く、不安定で、かつモニタ機能を実
行する上で精度に欠けていた。
【０００４】例えば米国特許第４，９１０，４８８号に
記載のような所謂回転可変式差動変成器を含む、角度位
置および変位を測定するための多数の電気装置や電子装
置が提案されてきた。これらの装置は機械的回転をアナ
ログ電気信号に変換することにより角度変位を測定す
る。１９９０年２月１２日出願された、出願中の米国特
願第０７／４７８，２６６号に記載のように電子式の回
転位置および変位測定装置も提案されてきた。前述の電
気および電子測定装置は、従来技術の機構に係わるかさ
高さとか不正確さの問題を低減するものの依然として、
現在使用されている、あるいは使用を考えている機械シ
ステムや電気機械システムにおいて度々望まれる精度を
達成しえない。
記載のような所謂回転可変式差動変成器を含む、角度位
置および変位を測定するための多数の電気装置や電子装
置が提案されてきた。これらの装置は機械的回転をアナ
ログ電気信号に変換することにより角度変位を測定す
る。１９９０年２月１２日出願された、出願中の米国特
願第０７／４７８，２６６号に記載のように電子式の回
転位置および変位測定装置も提案されてきた。前述の電
気および電子測定装置は、従来技術の機構に係わるかさ
高さとか不正確さの問題を低減するものの依然として、
現在使用されている、あるいは使用を考えている機械シ
ステムや電気機械システムにおいて度々望まれる精度を
達成しえない。
【０００５】その他の種類の回転変位および位置測定変
換器は抵抗に基く電圧分割器や光学エンコーダを含む
が、双方共、前述した欠点の１つ以上を有している。
換器は抵抗に基く電圧分割器や光学エンコーダを含む
が、双方共、前述した欠点の１つ以上を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は角度即
ち回転位置および変位を測定するための簡単で安定があ
り正確な装置を提供することである。
ち回転位置および変位を測定するための簡単で安定があ
り正確な装置を提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は特にコンパクトで、運
動部分が少なく、かつ要する配線の少ない装置を提供す
ることである。
動部分が少なく、かつ要する配線の少ない装置を提供す
ることである。
【０００８】本発明の別の目的は製作が単純で、大規模
集積（ＶＬＳＩ）技術を利用しうる装置を提供すること
である。
集積（ＶＬＳＩ）技術を利用しうる装置を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の前記およびその
他の目的は、長手軸線の周りで回転するように取り付け
られ、その回転変位を測定すべきシャフトと、前記シャ
フトに結合され、前記シャフトが回転するにつれて回転
し、そのパターンがエミッタ上で変動する電界の所定パ
ターンを生成するエミッタとを含む回転変位測定装置の
特定の実施例において実現される。エミッタが回転する
につれて電界パターンの変動を検出し、かつ電界パター
ンの変動を示す出力信号を発生させるように、エミッタ
が回転すると横行する軌道に隣接してエミッタの近傍に
配置された検出器も含まれている。そのような変動はエ
ミッタと、従ってシャフトの位置と変位とを示す。
他の目的は、長手軸線の周りで回転するように取り付け
られ、その回転変位を測定すべきシャフトと、前記シャ
フトに結合され、前記シャフトが回転するにつれて回転
し、そのパターンがエミッタ上で変動する電界の所定パ
ターンを生成するエミッタとを含む回転変位測定装置の
特定の実施例において実現される。エミッタが回転する
につれて電界パターンの変動を検出し、かつ電界パター
ンの変動を示す出力信号を発生させるように、エミッタ
が回転すると横行する軌道に隣接してエミッタの近傍に
配置された検出器も含まれている。そのような変動はエ
ミッタと、従ってシャフトの位置と変位とを示す。
【００１０】本発明の一局面によれば、エミッタは、シ
ャフトに取り付けられディスクによって画成される平面
において回転し、かつディスクの活性側から直角に電界
パターンを指向する全体的に平坦なディスクからなる。
検出器はその活性側においてエミッタディスクと全体的
に平行となるように固定位置に配置され、エミッタディ
スクが回転するにつれて電界パターンの変動を検出する
ことができる全体的に平坦なプレートからなる。
ャフトに取り付けられディスクによって画成される平面
において回転し、かつディスクの活性側から直角に電界
パターンを指向する全体的に平坦なディスクからなる。
検出器はその活性側においてエミッタディスクと全体的
に平行となるように固定位置に配置され、エミッタディ
スクが回転するにつれて電界パターンの変動を検出する
ことができる全体的に平坦なプレートからなる。
【００１１】本発明の別の局面によれば、エミッタディ
スクを検出プレートと軽いこすり接触するよう弾圧する
か、あるいは相互に僅かに離して位置させることができ
る。
スクを検出プレートと軽いこすり接触するよう弾圧する
か、あるいは相互に僅かに離して位置させることができ
る。
【００１２】本発明のさらに別の局面によれば、エミッ
タディスクの活性側に複数の同心状のトラックが形成さ
れ、各トラックは複数の離隔した導電セクションを含ん
でいる。導電性材料の層がエミッタディスクの活性側に
面した側において検出プレートに配置され、電界を生成
して、電圧信号が前記層に供給されると前記層とトラッ
クのセクションとを静電結合する。このようにして導電
性セクションは検出器によって検出されるべき電界を生
成する。電圧源は電圧信号を検出プレート上の導電性材
料層に供給する。
タディスクの活性側に複数の同心状のトラックが形成さ
れ、各トラックは複数の離隔した導電セクションを含ん
でいる。導電性材料の層がエミッタディスクの活性側に
面した側において検出プレートに配置され、電界を生成
して、電圧信号が前記層に供給されると前記層とトラッ
クのセクションとを静電結合する。このようにして導電
性セクションは検出器によって検出されるべき電界を生
成する。電圧源は電圧信号を検出プレート上の導電性材
料層に供給する。
【００１３】本発明の前述およびその他の目的、特徴お
よび利点は添付図面と関連した以下の詳細説明を検討す
ることにより明らかとなる。
よび利点は添付図面と関連した以下の詳細説明を検討す
ることにより明らかとなる。
【００１４】
【実施例】図１を参照すれば、対象物即ちその角度変位
を測定すべき要素に結合されるシャフト４の角度変位即
ち回転を測定するために本発明により構成された回転変
位および位置変換器の一特定実施例の分解図が示されて
いる。変換器のその他の要素は後述のようにシャフトの
周りに取り付けられている。
を測定すべき要素に結合されるシャフト４の角度変位即
ち回転を測定するために本発明により構成された回転変
位および位置変換器の一特定実施例の分解図が示されて
いる。変換器のその他の要素は後述のようにシャフトの
周りに取り付けられている。
【００１５】シャフト４の略中間部においてスラスト肩
８が形成され、該スラスト肩の各側にスラストワッシャ
１２，１６が位置している。シャフト４の下端には軸線
方向に空隙のある調製ナット２０が配置されており、該
ナットは空隙を提供し、かつ変換器本体３６の一部であ
るねじ付き円筒体３２をねじ込むことのできるねじ付き
開口２２を含む。プラスチックシール２４を前記調整ナ
ット２０の下端に当接させ、シールキャップ２８をナッ
トのねじ付きの下端部にねじ込ませてプラスチックシー
ル２４とシールキャップ２８とがシャフト４の下端に挿
入されている。シャフト４はプラスチックシール２４と
シールキャップ２８の開口を通して突出し、その角度変
位を測定すべき対象物即ち要素に結合される。
８が形成され、該スラスト肩の各側にスラストワッシャ
１２，１６が位置している。シャフト４の下端には軸線
方向に空隙のある調製ナット２０が配置されており、該
ナットは空隙を提供し、かつ変換器本体３６の一部であ
るねじ付き円筒体３２をねじ込むことのできるねじ付き
開口２２を含む。プラスチックシール２４を前記調整ナ
ット２０の下端に当接させ、シールキャップ２８をナッ
トのねじ付きの下端部にねじ込ませてプラスチックシー
ル２４とシールキャップ２８とがシャフト４の下端に挿
入されている。シャフト４はプラスチックシール２４と
シールキャップ２８の開口を通して突出し、その角度変
位を測定すべき対象物即ち要素に結合される。
【００１６】シャフト４の上端には変換器本体３６が配
置され、該本体３６は前述のように軸線方向空隙および
調整ナット２０にねじ込まれる円筒体３２と、円筒体３
２の頂部に配置された支持ディスク４０とを含む。円筒
体３２上には横方向に延びる支持タブ４８を含むケーブ
ル支持ディスク４４が装嵌されている。ケーブル支持デ
ィスク４４は円筒体３２の周りで上方へ、かつ本体３６
の支持ディスク４０の下側に対して弾圧される。
置され、該本体３６は前述のように軸線方向空隙および
調整ナット２０にねじ込まれる円筒体３２と、円筒体３
２の頂部に配置された支持ディスク４０とを含む。円筒
体３２上には横方向に延びる支持タブ４８を含むケーブ
ル支持ディスク４４が装嵌されている。ケーブル支持デ
ィスク４４は円筒体３２の周りで上方へ、かつ本体３６
の支持ディスク４０の下側に対して弾圧される。
【００１７】支持ディスク４０の頂部において、横方向
に延びたタブ５６を備えたリング状回路盤４８がその周
りに配置され、かつ取り付けられている。回路盤のタブ
５６はケーブル支持ディスクの支持タブ４８に載置さ
れ、電源としてデータ入力および出力ラインとを接続す
るために使用される。検出器の集積回路チップ６０がリ
ング状回路盤４８の開口５４内に配置され、かつ支持デ
ィスク４０に取り付けられている。チップ６０の周囲は
追って詳述するようにリング状回路盤４８と電気接触し
ている。検出器の集積回路チップ６０と、リング状回路
盤４８と、本体３６と、ケーブル支持ディスク４４とは
全て周囲のものに対して固定されているが、一方ケーブ
ル支持ディスク４４の開口、本体３６および検出器の集
積回路チップの開口を貫通して延びるシャフト４は前記
部材に対して回転自在である。
に延びたタブ５６を備えたリング状回路盤４８がその周
りに配置され、かつ取り付けられている。回路盤のタブ
５６はケーブル支持ディスクの支持タブ４８に載置さ
れ、電源としてデータ入力および出力ラインとを接続す
るために使用される。検出器の集積回路チップ６０がリ
ング状回路盤４８の開口５４内に配置され、かつ支持デ
ィスク４０に取り付けられている。チップ６０の周囲は
追って詳述するようにリング状回路盤４８と電気接触し
ている。検出器の集積回路チップ６０と、リング状回路
盤４８と、本体３６と、ケーブル支持ディスク４４とは
全て周囲のものに対して固定されているが、一方ケーブ
ル支持ディスク４４の開口、本体３６および検出器の集
積回路チップの開口を貫通して延びるシャフト４は前記
部材に対して回転自在である。
【００１８】検出器の集積回路チップ６０の上方におい
てシャフト４にエミッタディスク６４が配置され、該デ
ィスク上には前記チップ６０に向かって指向される電界
のパターンが生成される。エミッタディスク６４は、サ
スペンションディスクによって検出チップ６０と軽くこ
すって接触するように弾圧され、サスペンションディス
ク６８はエミッタディスク６４と共にシャフト４に摺動
可能に装嵌されている。ハブ７２がシャフト４の上端に
圧入されシャフトの回転と共に回転し、ハブ７２はサス
ペンションディスク６８の中央に取り付けられており、
サスペンションディスクの周囲はエミッタディスク６４
の周囲に取り付けられている。サスペンションディスク
６８はエミッタディスク６４に下方の弾圧力を加え、エ
ミッタディスクを検出チップ６０と軽くこすり接触する
よう弾圧するように構成されている。シャフト４が回転
するにつれて、ハブ７２、サスペンションディスク６
８、エミッタディスク６４は全て回転し、そのためエミ
ッタディスクが検出チップ６０に対して回転し、検出チ
ップがエミッタディスクの回転変位と位置とを検出し、
それらを示す出力信号を提供する。
てシャフト４にエミッタディスク６４が配置され、該デ
ィスク上には前記チップ６０に向かって指向される電界
のパターンが生成される。エミッタディスク６４は、サ
スペンションディスクによって検出チップ６０と軽くこ
すって接触するように弾圧され、サスペンションディス
ク６８はエミッタディスク６４と共にシャフト４に摺動
可能に装嵌されている。ハブ７２がシャフト４の上端に
圧入されシャフトの回転と共に回転し、ハブ７２はサス
ペンションディスク６８の中央に取り付けられており、
サスペンションディスクの周囲はエミッタディスク６４
の周囲に取り付けられている。サスペンションディスク
６８はエミッタディスク６４に下方の弾圧力を加え、エ
ミッタディスクを検出チップ６０と軽くこすり接触する
よう弾圧するように構成されている。シャフト４が回転
するにつれて、ハブ７２、サスペンションディスク６
８、エミッタディスク６４は全て回転し、そのためエミ
ッタディスクが検出チップ６０に対して回転し、検出チ
ップがエミッタディスクの回転変位と位置とを検出し、
それらを示す出力信号を提供する。
【００１９】カバー７６がケーブル支持ディスク４４に
取り付けられることによりハブ７２、サスペンションデ
ィスク６８、エミッタディスク６４、検出チップ６０お
よびリング状コネクタ４８とを覆うように配置されてい
る。
取り付けられることによりハブ７２、サスペンションデ
ィスク６８、エミッタディスク６４、検出チップ６０お
よびリング状コネクタ４８とを覆うように配置されてい
る。
【００２０】スラスト肩８のそれぞれ上面と下面とに接
触して配置された２個のスラストワッシャ１２，１６を
設けることによりシャフト４に対する変換器の部材の著
しい長手方向運動を排除し、一方それらの自由回転を許
容する。スラストワッシャ１２は円筒体３２の内側の隆
起（図示せず）と接触し、一方スラストワッシャ１６も
同様に軸線方向空隙および調整ナット２０の内側の隆起
（これも図示せず）と接触することによって、ナット２
０がねじを切った円筒体３２にねじ込まれるにつれて、
シャフト４に対する変換器部材の長手方向運動即ち端の
遊びが徐々に低減する。
触して配置された２個のスラストワッシャ１２，１６を
設けることによりシャフト４に対する変換器の部材の著
しい長手方向運動を排除し、一方それらの自由回転を許
容する。スラストワッシャ１２は円筒体３２の内側の隆
起（図示せず）と接触し、一方スラストワッシャ１６も
同様に軸線方向空隙および調整ナット２０の内側の隆起
（これも図示せず）と接触することによって、ナット２
０がねじを切った円筒体３２にねじ込まれるにつれて、
シャフト４に対する変換器部材の長手方向運動即ち端の
遊びが徐々に低減する。
【００２１】図１に示す前述の変換器組立体を用いるこ
とにより、変換器への全ての電気接続が、支持タブ４８
によって機械的に支持される導電性タブ５６を介して提
供されうる。その回転変位を測定すべきシャフト４は回
転自在であり、該シャフトは全ての構成要素の中央開口
を装嵌されているので、それら部材を適正な整合関係に
保つ作用もある。構成部材はカバー７６並びにシール２
４、シールキャップ２８により汚染および損傷から保護
される。後述のように、エミッタ６４と検出器の集積回
路チップ６０の電子要素とは顕著な小型化をもたらし、
このため回転変位の測定において高精度をもたらす。
とにより、変換器への全ての電気接続が、支持タブ４８
によって機械的に支持される導電性タブ５６を介して提
供されうる。その回転変位を測定すべきシャフト４は回
転自在であり、該シャフトは全ての構成要素の中央開口
を装嵌されているので、それら部材を適正な整合関係に
保つ作用もある。構成部材はカバー７６並びにシール２
４、シールキャップ２８により汚染および損傷から保護
される。後述のように、エミッタ６４と検出器の集積回
路チップ６０の電子要素とは顕著な小型化をもたらし、
このため回転変位の測定において高精度をもたらす。
【００２２】図４と図５とは図１に示すサスペンション
ディスク６８の一実施例の上面図と断側面図とを示す。
サスペンションディスクは、ディスク１０４に形成さ
れ、該ディスクに同心状に形成された複数の周囲方向対
のスロット１０８を含む、例えばベリリウム銅のような
弾性材料のシートから構成されている。各対のスロット
の隣接する端部は図４に示す実施例においては次の半径
方向に隣接する対のスロットの隣接する端部から９０度
偏位している。このスロット構成によりディスク１０４
の捩れ、即ち回転方向の剛性をもたせ、一方図５に示す
ように軸線方向の弾性とばね性を提供する。ディスク１
０４は中央部分が周囲部から軸線方向に隆起した切頭円
錐形に成形されている。ディスクの弾性とばね性とは、
まずディスクを図５に示す切頭円錐形とすることにより
保つことができる。ディスク１０４の中央部分へ、例え
ば下方向に力が加えられると、それと接触しているいず
れかの対象物に対して下方向にディスクの周囲により弾
圧力が発生する。
ディスク６８の一実施例の上面図と断側面図とを示す。
サスペンションディスクは、ディスク１０４に形成さ
れ、該ディスクに同心状に形成された複数の周囲方向対
のスロット１０８を含む、例えばベリリウム銅のような
弾性材料のシートから構成されている。各対のスロット
の隣接する端部は図４に示す実施例においては次の半径
方向に隣接する対のスロットの隣接する端部から９０度
偏位している。このスロット構成によりディスク１０４
の捩れ、即ち回転方向の剛性をもたせ、一方図５に示す
ように軸線方向の弾性とばね性を提供する。ディスク１
０４は中央部分が周囲部から軸線方向に隆起した切頭円
錐形に成形されている。ディスクの弾性とばね性とは、
まずディスクを図５に示す切頭円錐形とすることにより
保つことができる。ディスク１０４の中央部分へ、例え
ば下方向に力が加えられると、それと接触しているいず
れかの対象物に対して下方向にディスクの周囲により弾
圧力が発生する。
【００２３】図１、図４および図５に示すサスペンショ
ンディスクの機能はエミッタディスク６４（図１）の周
囲と接触し、それを検出器の集積回路チップ６０と接触
するように弾圧することである。図６は変換器のシャフ
ト２０８の周りに配置され、該シャフトに対して長手方
向に摺動可能のエミッタディスク２０４の一実施例の断
側面図である。検出器の集積回路チップ２１２はシャフ
ト２０８の周りで、かつエミッタディスク２０４の下方
でシャフト２０８に対して軸線方向に固定された位置に
おいて配置されることにより、エミッタディスクをチッ
プと接触するように弾圧しうる。図６に示す実施例にお
いては、エミッタディスク２０４は環状の隆起即ち隆起
した当接面２１６を含み、該当接面はエミッタディスク
がシャフト２０８の回転と共に回転するにつれて検出器
チップ２１２の中央部分に接触し、その上を摺動する。
隆起した当接面２１６を設けることにより、エミッタデ
ィスク２０４の残りの部分は検出チップ２１２とは接触
しないが近接した状態に保持されエミッタディスクによ
って生成される電界を正確に検出できるようにする。図
示のように、エミッタディスク２０４はイオンミリング
によって形成されたサファイヤから作りうる。検出チッ
プ２１２はシリコンウエファでよい。
ンディスクの機能はエミッタディスク６４（図１）の周
囲と接触し、それを検出器の集積回路チップ６０と接触
するように弾圧することである。図６は変換器のシャフ
ト２０８の周りに配置され、該シャフトに対して長手方
向に摺動可能のエミッタディスク２０４の一実施例の断
側面図である。検出器の集積回路チップ２１２はシャフ
ト２０８の周りで、かつエミッタディスク２０４の下方
でシャフト２０８に対して軸線方向に固定された位置に
おいて配置されることにより、エミッタディスクをチッ
プと接触するように弾圧しうる。図６に示す実施例にお
いては、エミッタディスク２０４は環状の隆起即ち隆起
した当接面２１６を含み、該当接面はエミッタディスク
がシャフト２０８の回転と共に回転するにつれて検出器
チップ２１２の中央部分に接触し、その上を摺動する。
隆起した当接面２１６を設けることにより、エミッタデ
ィスク２０４の残りの部分は検出チップ２１２とは接触
しないが近接した状態に保持されエミッタディスクによ
って生成される電界を正確に検出できるようにする。図
示のように、エミッタディスク２０４はイオンミリング
によって形成されたサファイヤから作りうる。検出チッ
プ２１２はシリコンウエファでよい。
【００２４】エミッタディスクと検出チップの別の実施
例は単に、ディスクとチップとに対して概ね平坦な対向
面を提供し、面全体にわたって軽い接触があるようにす
ることである。この実施例においては、検出器および／
またはエミッタチップとディスクとは例えば窒化ケイ素
のような耐摩耗材の層でコーティングすることが有利で
ある。エミッタディスクと検出チップとからなる構造の
双方の実施例において、エミッタディスクは検出器チッ
プに対して近接して保持され、その間の空隙はエミッタ
ディスクが回転する際概ね均一に保たれる。
例は単に、ディスクとチップとに対して概ね平坦な対向
面を提供し、面全体にわたって軽い接触があるようにす
ることである。この実施例においては、検出器および／
またはエミッタチップとディスクとは例えば窒化ケイ素
のような耐摩耗材の層でコーティングすることが有利で
ある。エミッタディスクと検出チップとからなる構造の
双方の実施例において、エミッタディスクは検出器チッ
プに対して近接して保持され、その間の空隙はエミッタ
ディスクが回転する際概ね均一に保たれる。
【００２５】図２と図３とはそれぞれ、図１に示すエミ
ッタディスクの一実施例の部分上面図とエミッタディス
クおよび検出プレートの一例の上面図である。図２から
最良に判るように、エミッタディスク８０には、ディス
クの表面に同心状に形成された複数の対の相補即ち共役
トラック８２，８４、等々が形成されている。前記トラ
ックの各々は、例えばアルミニウムの層あるいはフィル
ムで作られた複数の離隔した導電性セグメント即ちセク
ションを含むように形成されている。後述のように、導
電性セクションは付勢されて、ディスク上で周囲方向に
変化する電界パターンを生成するようにされる。導電性
パターンは、これも後述するように、電気的に連続して
おり遮断された領域が無く静電結合によりパターンを帯
電化することができる。
ッタディスクの一実施例の部分上面図とエミッタディス
クおよび検出プレートの一例の上面図である。図２から
最良に判るように、エミッタディスク８０には、ディス
クの表面に同心状に形成された複数の対の相補即ち共役
トラック８２，８４、等々が形成されている。前記トラ
ックの各々は、例えばアルミニウムの層あるいはフィル
ムで作られた複数の離隔した導電性セグメント即ちセク
ションを含むように形成されている。後述のように、導
電性セクションは付勢されて、ディスク上で周囲方向に
変化する電界パターンを生成するようにされる。導電性
パターンは、これも後述するように、電気的に連続して
おり遮断された領域が無く静電結合によりパターンを帯
電化することができる。
【００２６】前記セクションの導電性パターンはグレイ
コードを提供するように形成され、（電界センサが位置
する）点の半径方向軌跡を通ってエミッタディスクが回
転することによりコードの値を増分変化させることが有
利である。勿論、もしディスクが回転するにつれて値が
増分変化するとすれば、この値は検出されてディスクの
回転位置を指示することは勿論である。
コードを提供するように形成され、（電界センサが位置
する）点の半径方向軌跡を通ってエミッタディスクが回
転することによりコードの値を増分変化させることが有
利である。勿論、もしディスクが回転するにつれて値が
増分変化するとすれば、この値は検出されてディスクの
回転位置を指示することは勿論である。
【００２７】既に述べたように、トラックは相補の、即
ち共役対８２，８４等として形成され、対の各トラック
は対の他のトラックから少なくともトラック１個分半径
方向に離隔されている。このように対８４の一方のトラ
ックは対８２のトラックの間に配置されている。各対の
トラックを相補即ち共役とする局面についてはトラック
８２の対のセグメント８２ａおよび８２ｂについて示さ
れている。セグメント８２ａは図２において白く見ら
れ、それが金属化されているか、あるいは導電性材料の
層から形成されていることを示し、一方斜線のセグメン
ト８２ｂはディスクがその位置で透明（その下の検出回
路を示している）であって何ら金属化されていないこと
を示す。セグメント８２ａと８２ｂとは、当然半径位置
は異なるがエミッタディスク上の同じ円周方向位置を占
めている。同様に、セグメント８４ａと８４ｂ（これら
はセグメント８２ａ，８２ｂより大きい）は、セクショ
ン８４ａが金属化され、８４ｂが金属化されていない点
で共役性である。勿論金属化されたセグメントは電界を
生成することができ、一方非金属化セグメントは電界を
生成することができないので、電界はエミッタディスク
８０に生成される。また、エミッタディスクの縁部８６
には対のトラック８２の最外側トラックの導電性セクシ
ョンに接続され、さらに金属化されたパターンを電気的
に連続させるために導電性材料の帯片が形成されてい
る。
ち共役対８２，８４等として形成され、対の各トラック
は対の他のトラックから少なくともトラック１個分半径
方向に離隔されている。このように対８４の一方のトラ
ックは対８２のトラックの間に配置されている。各対の
トラックを相補即ち共役とする局面についてはトラック
８２の対のセグメント８２ａおよび８２ｂについて示さ
れている。セグメント８２ａは図２において白く見ら
れ、それが金属化されているか、あるいは導電性材料の
層から形成されていることを示し、一方斜線のセグメン
ト８２ｂはディスクがその位置で透明（その下の検出回
路を示している）であって何ら金属化されていないこと
を示す。セグメント８２ａと８２ｂとは、当然半径位置
は異なるがエミッタディスク上の同じ円周方向位置を占
めている。同様に、セグメント８４ａと８４ｂ（これら
はセグメント８２ａ，８２ｂより大きい）は、セクショ
ン８４ａが金属化され、８４ｂが金属化されていない点
で共役性である。勿論金属化されたセグメントは電界を
生成することができ、一方非金属化セグメントは電界を
生成することができないので、電界はエミッタディスク
８０に生成される。また、エミッタディスクの縁部８６
には対のトラック８２の最外側トラックの導電性セクシ
ョンに接続され、さらに金属化されたパターンを電気的
に連続させるために導電性材料の帯片が形成されてい
る。
【００２８】図８は直線アレイに配置され、グレイコー
ドを提供するよう形成された相補トラックの配列例を示
す。トラックが右方に示され、金属化した部分を斜線が
表わし「０」で示し、非金属化部分は「１」で示す。ト
ラックに沿った各増分進行の対応するコード値を図の左
方に示し、トラックの上から下へ増分進行する間コード
値は１ビットだけ増分することが判る。また、トラック
の全ての金属化した部分は電気的に連続しており、かつ
エッチングや写真製版技術を用いて容易に作ることがで
きる。
ドを提供するよう形成された相補トラックの配列例を示
す。トラックが右方に示され、金属化した部分を斜線が
表わし「０」で示し、非金属化部分は「１」で示す。ト
ラックに沿った各増分進行の対応するコード値を図の左
方に示し、トラックの上から下へ増分進行する間コード
値は１ビットだけ増分することが判る。また、トラック
の全ての金属化した部分は電気的に連続しており、かつ
エッチングや写真製版技術を用いて容易に作ることがで
きる。
【００２９】図３は、その上に形成されたグレイコード
パターンを示すエミッタディスク９０の上面図である。
またエミッタディスク９０の横には、検出プレート９２
が示されており、検出プレートは、それが図１の変換器
組立体に取り付けられるとエミッタディスク９０の導電
性セクションに面する環状の導電シート９４（カップリ
ングシート）を含む。環状の導電性シート９４は、リン
グ状回路盤４８（図１）から給電される回路ロジック９
５からの方形波電圧信号により帯電される。導電シート
９４を帯電させることにより導電シートは電界を生成
し、該電界は環状の導電性シート９４をエミッタディス
クの金属化したパターンに静電結合させ、トラックの導
電性セクションが電界を生成するようにさせ、この電界
の方は検出プレート９２に向かって指向される。
パターンを示すエミッタディスク９０の上面図である。
またエミッタディスク９０の横には、検出プレート９２
が示されており、検出プレートは、それが図１の変換器
組立体に取り付けられるとエミッタディスク９０の導電
性セクションに面する環状の導電シート９４（カップリ
ングシート）を含む。環状の導電性シート９４は、リン
グ状回路盤４８（図１）から給電される回路ロジック９
５からの方形波電圧信号により帯電される。導電シート
９４を帯電させることにより導電シートは電界を生成
し、該電界は環状の導電性シート９４をエミッタディス
クの金属化したパターンに静電結合させ、トラックの導
電性セクションが電界を生成するようにさせ、この電界
の方は検出プレート９２に向かって指向される。
【００３０】検出プレート９２にはまた、半径方向アレ
イのセンサ９６と、前記半径方向アレイと交差する円弧
状アレイのセンサ９８とが配置されている。半径方向ア
レイのセンサ９６はエミッタディスク９０の各トラック
に隣接配置されることによって、エミッタディスクが回
転するにつれてセンサはトラックセクションによって生
成された電界の変化を検出する。前記検出が実行される
態様については後述する。円弧状アレイのセンサ９８は
エミッタディスクの最外対のトラックのセクションのバ
ーニヤ測定を行うことによって角度変位や位置を検出す
る上で達成しうる分解能を向上させる。
イのセンサ９６と、前記半径方向アレイと交差する円弧
状アレイのセンサ９８とが配置されている。半径方向ア
レイのセンサ９６はエミッタディスク９０の各トラック
に隣接配置されることによって、エミッタディスクが回
転するにつれてセンサはトラックセクションによって生
成された電界の変化を検出する。前記検出が実行される
態様については後述する。円弧状アレイのセンサ９８は
エミッタディスクの最外対のトラックのセクションのバ
ーニヤ測定を行うことによって角度変位や位置を検出す
る上で達成しうる分解能を向上させる。
【００３１】図７を参照すれば、複数のトラック３０８
を示すエミッタディスク３０４の半分の概略図が示され
ている。トラック上には２つのアレイで、前述した半径
方向アレイのセンサ３１２（グレイコードアレイ）と円
弧あるいは円周方向アレイのセンサ３１６（バーニヤア
レイ）が示されている。（これらのセンサアレイは図７
に示していない検出プレートあるいはチップに位置して
いる。）前記アレイにおける各センサは、それぞれトラ
ックから発出する電界を遮るように相補対の各トラック
上に配置されている要素３２０，３２４のような２個の
電界検出要素を含んでいる。前記アレイにおける各セン
サはまた、（例えば検出要素３２０，３２４のような）
検出要素に結合された増幅器３２８のような再生差動増
幅器を含む。この形態により、検出要素３２０，３２４
は、それらが位置している２個のトラックが共役性であ
るため反対の状態を検出する。即ち、一方の検出要素が
帯電セクションからの電界を検出するとき、他方の検出
要素は非帯電セクションからの電界の無いことを検出
し、あるいはその逆を行う。このように、（例えば高レ
ベルと低レベルの信号のように）反対の信号が検出要素
３２０，３２４により差動増幅器３２８に供給される。
差動増幅器３２８の方は入力信号の値の間の差を示す出
力信号を発生させる。共役トラックと差動増幅器とを用
いて電界を検出することにより単一のトラックが使用さ
れた場合に達成される結果と比較して、電界と電界の非
介在との間の遷移を検出する上での信頼性を向上させ
る。
を示すエミッタディスク３０４の半分の概略図が示され
ている。トラック上には２つのアレイで、前述した半径
方向アレイのセンサ３１２（グレイコードアレイ）と円
弧あるいは円周方向アレイのセンサ３１６（バーニヤア
レイ）が示されている。（これらのセンサアレイは図７
に示していない検出プレートあるいはチップに位置して
いる。）前記アレイにおける各センサは、それぞれトラ
ックから発出する電界を遮るように相補対の各トラック
上に配置されている要素３２０，３２４のような２個の
電界検出要素を含んでいる。前記アレイにおける各セン
サはまた、（例えば検出要素３２０，３２４のような）
検出要素に結合された増幅器３２８のような再生差動増
幅器を含む。この形態により、検出要素３２０，３２４
は、それらが位置している２個のトラックが共役性であ
るため反対の状態を検出する。即ち、一方の検出要素が
帯電セクションからの電界を検出するとき、他方の検出
要素は非帯電セクションからの電界の無いことを検出
し、あるいはその逆を行う。このように、（例えば高レ
ベルと低レベルの信号のように）反対の信号が検出要素
３２０，３２４により差動増幅器３２８に供給される。
差動増幅器３２８の方は入力信号の値の間の差を示す出
力信号を発生させる。共役トラックと差動増幅器とを用
いて電界を検出することにより単一のトラックが使用さ
れた場合に達成される結果と比較して、電界と電界の非
介在との間の遷移を検出する上での信頼性を向上させ
る。
【００３２】参考のために本明細書に含めた米国特許第
４，９６４，３０６号には直線変位のバーニヤ測定が記
載されており、同じ技術がセンサ３１６の円弧アレイ即
ちバーニヤアレイに使用されている。このように、バー
ニヤアレイによって覆われる２個の相補トラックの部分
に対して、（均一に離隔されている）センサの数はトラ
ックの前記部分のセグメント遷移の数（即ち電界から電
界不介在まで、あるいはその逆の遷移）とは異なる。セ
ンサの数はバーニヤアレイ３１６によって覆われるトラ
ックの部分でのセグメント遷移の数より１個だけ少ない
ことが有利である。この形態により、エミッタディスク
３０４が極小さく回転変位すると、バーニヤアレイ３１
６の一連のセンサがセグメントの遷移を検出して小さい
増分変位を読取る、即ち測定する。実際、バーニヤアレ
イ３１６は、センサ３１２の半径方向アレイ即ちグレイ
コードアレイが検出するグレイコード値の一連の増分即
ち変化の間の回転変位を微細に読み取る。
４，９６４，３０６号には直線変位のバーニヤ測定が記
載されており、同じ技術がセンサ３１６の円弧アレイ即
ちバーニヤアレイに使用されている。このように、バー
ニヤアレイによって覆われる２個の相補トラックの部分
に対して、（均一に離隔されている）センサの数はトラ
ックの前記部分のセグメント遷移の数（即ち電界から電
界不介在まで、あるいはその逆の遷移）とは異なる。セ
ンサの数はバーニヤアレイ３１６によって覆われるトラ
ックの部分でのセグメント遷移の数より１個だけ少ない
ことが有利である。この形態により、エミッタディスク
３０４が極小さく回転変位すると、バーニヤアレイ３１
６の一連のセンサがセグメントの遷移を検出して小さい
増分変位を読取る、即ち測定する。実際、バーニヤアレ
イ３１６は、センサ３１２の半径方向アレイ即ちグレイ
コードアレイが検出するグレイコード値の一連の増分即
ち変化の間の回転変位を微細に読み取る。
【００３３】検出要素と差動増幅器とを含むセンサは極
めて大規模集積（ＶＬＳＩ）製作技術を用いて検出プレ
ートにおいて作られる。センサの出力は、これもＶＬＳ
Ｉ技術を用いて（図３において２回路ロジック９５とし
て識別している）検出プレートにおいて製作されている
解釈ロジックに供給される。そのような解釈ロジック
は、バーニヤアレイのセンサ３１６のセンサから出力を
受け取り、センサの出力によって表わされるバーニヤス
ケール読取りをバイナリコード化した値に変換する優先
エンコーダ３３０を含む。このことはテーブル探索ある
いは従来の組合せロジックにより実施可能である。例え
ばｍビットのこのバイナリ値は優先エンコーダ３３０に
より、シフトレジスタに記憶されている情報の中の最も
有意でないビットを示すシフトレジスタ３３４のセクシ
ョンに供給される。
めて大規模集積（ＶＬＳＩ）製作技術を用いて検出プレ
ートにおいて作られる。センサの出力は、これもＶＬＳ
Ｉ技術を用いて（図３において２回路ロジック９５とし
て識別している）検出プレートにおいて製作されている
解釈ロジックに供給される。そのような解釈ロジック
は、バーニヤアレイのセンサ３１６のセンサから出力を
受け取り、センサの出力によって表わされるバーニヤス
ケール読取りをバイナリコード化した値に変換する優先
エンコーダ３３０を含む。このことはテーブル探索ある
いは従来の組合せロジックにより実施可能である。例え
ばｍビットのこのバイナリ値は優先エンコーダ３３０に
より、シフトレジスタに記憶されている情報の中の最も
有意でないビットを示すシフトレジスタ３３４のセクシ
ョンに供給される。
【００３４】グレイコードセンサアレイ３１２のセンサ
からの出力は、グレイコードからバイナリへの変換器３
３２へ供給される。該変換器はセンサの出力をグレイコ
ードセンサアレイと出合うグレイコードの値のバイナリ
表示に変換する。例えばｎビットであるこのバイナリ情
報はシフトレジスタ３３４に供給され、優先エンコーダ
３３０によって供給された情報よりより有意なビット位
置を表わす位置に記憶される。グレイコードからバイナ
リへの変換は例えばテーブル探索あるいは組合せロジッ
クにより変換器３３２によって従来の要領で行われる。
からの出力は、グレイコードからバイナリへの変換器３
３２へ供給される。該変換器はセンサの出力をグレイコ
ードセンサアレイと出合うグレイコードの値のバイナリ
表示に変換する。例えばｎビットであるこのバイナリ情
報はシフトレジスタ３３４に供給され、優先エンコーダ
３３０によって供給された情報よりより有意なビット位
置を表わす位置に記憶される。グレイコードからバイナ
リへの変換は例えばテーブル探索あるいは組合せロジッ
クにより変換器３３２によって従来の要領で行われる。
【００３５】このように、エミッタディスク３０４のよ
り粗い位置即ち変位は、ディスク、従って該ディスクが
取り付けられているシャフトの運動に伴うグレイコード
変化を検出することにより検出され、一方バーニヤアレ
イのセンサ３１６は（グレイコードの値の各増分の間
の）エミッタディスクのより微細な位置即ち変位を検出
する。このように、グレイコードはエミッタディスクの
粗い位置測定を、バーニヤアレイはより微細な位置測定
と従って好ましい高分解能を提供する。
り粗い位置即ち変位は、ディスク、従って該ディスクが
取り付けられているシャフトの運動に伴うグレイコード
変化を検出することにより検出され、一方バーニヤアレ
イのセンサ３１６は（グレイコードの値の各増分の間
の）エミッタディスクのより微細な位置即ち変位を検出
する。このように、グレイコードはエミッタディスクの
粗い位置測定を、バーニヤアレイはより微細な位置測定
と従って好ましい高分解能を提供する。
【００３６】それにエミッタディスク３０４を取り付け
ているシャフトの角度位置を示す、シフトレジスタ３３
４に記憶された情報はカウンタ／比較器回路３４０から
受け取ったシフトに応答してレジスタからバストランシ
ーバ３３８まで選択的にシフトしうる。カウンタ／比較
器回路３４０はバストランシーバ３３８により供給され
たクロックパルスを計数し、カウントがアドレスレジス
タ３４４に記憶されたアドレスに対応する値に達する
と、シフト信号がシフトレジスタ３３４へ供給される。
アドレスレジスタ３４４に記憶されたアドレスは、図７
に示す回路がその一部を構成する特定の角度変位変換器
を識別する。このように、アドレスレジスタ３４４を用
いることにより多くの角度変位変換器の出力を、例えば
図７に示すバス３４８のような単一の出力バスに多重化
することができる。実際に、バストランシーバ３３８に
よりカウンタ／比較器回路３４０に供給されたクロック
パルスも他の変換器の他のカウンタ／比較器に平行に供
給され、各変換器を識別する特定のアドレスに対応する
カウンタ／比較器が出合うと、対応するシフトレジスタ
に留っている角度位置測定値がバス３４８に供給され最
終的に利用ユニット３５２へ送られる。このように、角
度位置測定値はバス３４８に多重化され、利用ユニット
３５２へ供給され、該利用ユニットは情報を表示した
り、その角度位置を測定しつつある対象物を変えたり、
あるいは管理するために処理したりする。バス３４８と
利用ユニット３５２とは全ての角度変位変換器と共通で
あって、一方各変換器は独自のバストランシーバ、シフ
トレジスタ、カウンタ／比較器、アドレスレジスタ等を
含んでいる。そのようなロジックおよび回路の全てはＶ
ＬＳＩ技術を用いて、図３に示す領域９５において検出
プレート９２上で作ることができる。
ているシャフトの角度位置を示す、シフトレジスタ３３
４に記憶された情報はカウンタ／比較器回路３４０から
受け取ったシフトに応答してレジスタからバストランシ
ーバ３３８まで選択的にシフトしうる。カウンタ／比較
器回路３４０はバストランシーバ３３８により供給され
たクロックパルスを計数し、カウントがアドレスレジス
タ３４４に記憶されたアドレスに対応する値に達する
と、シフト信号がシフトレジスタ３３４へ供給される。
アドレスレジスタ３４４に記憶されたアドレスは、図７
に示す回路がその一部を構成する特定の角度変位変換器
を識別する。このように、アドレスレジスタ３４４を用
いることにより多くの角度変位変換器の出力を、例えば
図７に示すバス３４８のような単一の出力バスに多重化
することができる。実際に、バストランシーバ３３８に
よりカウンタ／比較器回路３４０に供給されたクロック
パルスも他の変換器の他のカウンタ／比較器に平行に供
給され、各変換器を識別する特定のアドレスに対応する
カウンタ／比較器が出合うと、対応するシフトレジスタ
に留っている角度位置測定値がバス３４８に供給され最
終的に利用ユニット３５２へ送られる。このように、角
度位置測定値はバス３４８に多重化され、利用ユニット
３５２へ供給され、該利用ユニットは情報を表示した
り、その角度位置を測定しつつある対象物を変えたり、
あるいは管理するために処理したりする。バス３４８と
利用ユニット３５２とは全ての角度変位変換器と共通で
あって、一方各変換器は独自のバストランシーバ、シフ
トレジスタ、カウンタ／比較器、アドレスレジスタ等を
含んでいる。そのようなロジックおよび回路の全てはＶ
ＬＳＩ技術を用いて、図３に示す領域９５において検出
プレート９２上で作ることができる。
【００３７】図９は、その上に同心状のセグメント化し
たトラックが位置されるエミッタディスク４０４が、固
定されたままでありシャフトとエミッタディスクとを回
転できるようにする支持構造体４１２に回転可能に取り
付けられた、その角度位置を検出すべきシャフト４０８
に取り付けられている状態を示す部分的な斜視図であ
る。支持構造体４１２はディスク４１４とスリーブ４１
６とを含み、双方共シャフト４０８を囲んでいる。ディ
スク１４の縁部の一端には例えば金属のような弾性材で
作られたアーム４２０が取り付けられている。アーム４
２０の自由端にはセンサアレイ４２４が取り付けられ、
該センサアレイはディスク４０４と軽くこすり接触して
いるか、あるいはディスク４０４のすぐ上に保持され、
前述のようにエミッタディスク４０４の回転を検出す
る。エミッタディスク４０４上の金属化したセグメント
は、エミッタディスク４０４に形成された導電性リング
４３２と軽いこすり接触状態に保持された電圧供給ワイ
パ要素によって付勢しうる。導電性リング４３２は前述
のようにトラックの金属化したセグメントに電気的に接
続されている。
たトラックが位置されるエミッタディスク４０４が、固
定されたままでありシャフトとエミッタディスクとを回
転できるようにする支持構造体４１２に回転可能に取り
付けられた、その角度位置を検出すべきシャフト４０８
に取り付けられている状態を示す部分的な斜視図であ
る。支持構造体４１２はディスク４１４とスリーブ４１
６とを含み、双方共シャフト４０８を囲んでいる。ディ
スク１４の縁部の一端には例えば金属のような弾性材で
作られたアーム４２０が取り付けられている。アーム４
２０の自由端にはセンサアレイ４２４が取り付けられ、
該センサアレイはディスク４０４と軽くこすり接触して
いるか、あるいはディスク４０４のすぐ上に保持され、
前述のようにエミッタディスク４０４の回転を検出す
る。エミッタディスク４０４上の金属化したセグメント
は、エミッタディスク４０４に形成された導電性リング
４３２と軽いこすり接触状態に保持された電圧供給ワイ
パ要素によって付勢しうる。導電性リング４３２は前述
のようにトラックの金属化したセグメントに電気的に接
続されている。
【００３８】前述の装置は本発明の原理の適用を例示し
たにすぎないことを理解すべきである。本発明の精神と
範囲とから逸脱することなく当該技術分野の専門家には
多くの修正や変更が考えうるが、特許請求の範囲はそれ
らの修正や変更を網羅する意図である。
たにすぎないことを理解すべきである。本発明の精神と
範囲とから逸脱することなく当該技術分野の専門家には
多くの修正や変更が考えうるが、特許請求の範囲はそれ
らの修正や変更を網羅する意図である。
【図１】本発明の原理により作られた回転変位測定シス
テムの分解図。
テムの分解図。
【図２】本発明の原理により作られた、図１に示すエミ
ッタの相補性のセグメント化したトラックを示す部分上
面図。
ッタの相補性のセグメント化したトラックを示す部分上
面図。
【図３】図１に示すシステムのエミッタと検出器との上
面図。
面図。
【図４】図１に示すシステムのサスペンションディスク
の上面図。
の上面図。
【図５】線５−５に沿って視た図５に示すサスペンショ
ンディスクの断側面図。
ンディスクの断側面図。
【図６】本発明によるエミッタと検出器との一実施例の
断側面図。
断側面図。
【図７】図１に示すエミッタの同心状トラックに対して
位置した検出要素と関連のロジック回路とを示す部分上
面図。
位置した検出要素と関連のロジック回路とを示す部分上
面図。
【図８】グレイコード形態を提供する直線アレイに配置
した相補トラックの概略図。
した相補トラックの概略図。
【図９】本発明により作られたエミッタディスクと針が
装着された検出構造体の部分斜視図。
装着された検出構造体の部分斜視図。
４ シャフト ３６ 変換器本体 ４０ 支持ディスク ４８ リンク状回路盤 ６０ 集積回路チップ ６４ エミッタディスク ６８ サスペンションディスク ９０ エミッタディスク ９２ 検出プレート ９４ 導電性シート ９５ 回路ロジック ９６ 半径方向アレイのセンサ ９８ 円弧アレイのセンサ ８０ エミッタディスク ８２，８４ トラック ８２ａ，８４ａ セグメント １０４ サスペンションディスク １０８ スロット ２０４ エミッタディスク ２０８ シャフト ３０４ エミッタディスク ３０８ トラック ３１２ グレイコードアレイのセンサ ３１６ バーニヤアレイのセンサ ３２０，３２４ 検出要素 ３２８ 差動増幅器 ３３０ 優先エンコーダ ３３２ グレイコード／バイナリ変換器 ３３４ シフトレジスタ ３３８ バストランシーバ ３４０ カウンタ／比較器回路 ３４４ アドレスカウンタ ３４８ バス ４０４ エミッタディスク ４０８ シャフト ４１２ 支持構造体 ４１４ ディスク ４１６ スリーブ ４２０ アーム ４２４ センサアレイ ４３２ 導電性リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイクル ジー．ムラデジョブスキー アメリカ合衆国ユタ州ソルト レイク シ ティー，イースト ハリウッド アベニュ ー 2269 (72)発明者 クラーク シー．デービス アメリカ合衆国ユタ州ソルト レイク シ ティー，ウオラス レーン 4564 (72)発明者 ロランド エフ．ワイアット アメリカ合衆国ユタ州ソルト レイク シ ティー，ノラ ドライブ 2747
Claims (35)
- 【請求項１】 その回転変位を測定すべきシャフトであ
って、その長手方向軸線の周りで回転するように取り付
けられているシャフトと、 前記シャフトに結合され前記シャフトが回転するにつれ
て回転するエミッタ手段であって、該エミッタ手段から
発出する電界の所定パターンで、エミッタ手段上で周囲
方向に変動するパターンを生成するエミッタ手段と、 前記エミッタ手段が回転する軌道に隣接して前記エミッ
タ手段に近接して配置されエミッタ手段が回転するにつ
れて電界パターンの変動を検出して電界パターンの変動
を、したがってシャフトの回転変位を示す出力信号を発
生させる検出手段とを含むことを特徴とする回転変位測
定装置。 - 【請求項２】 前記エミッタ手段が、エミッタプレート
によって画成される平面において回転し、前記プレート
の活性側から直角に電界のパターンを指向させるように
シャフトに取り付けられた全体的に平坦なエミッタプレ
ートを含み、前記検出手段が、固定位置に配置され、そ
の活性側において前記エミッタプレートと全体的に平行
であって、エミッタプレートが回転するにつれて電界パ
ターンの変動を検出する全体的に平坦な検出プレートを
含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記エミッタプレートが全体的にその中
央においてシャフトに取り付けられたディスクと、前記
ディスクの活性側に所定パターンで形成され、電界入力
信号に応答して電界を生成するエミッタ要素セクション
とを含み、さらに、前記エミッタ要素セクションに電界
入力信号を供給する手段を含むことを特徴とする請求項
２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記検出プレートが前記シャフトの周り
に配置され、前記ディスクがシャフトの周りで軸線方向
に運動可能であり、前記装置がさらに、前記シャフトの
周りに配置され前記シャフトが回転するにつれて回転す
る弾圧手段をさらに含み、前記弾圧手段が前記ディスク
に結合され、前記ディスクを検出プレートと摺動接触す
るように押圧することを特徴とする請求項３に記載の装
置。 - 【請求項５】 前記検出プレート上に配置された耐摩耗
フィルムをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載
の装置。 - 【請求項６】 前記検出プレートが前記シャフトの周り
に配置され、前記ディスクが前記シャフト上で軸線方向
に運動可能であり、かつそれに向かって動かされると検
出プレートと接触する隆起した中央部分を含み、前記装
置はさらに、シャフトが回転するにつれて回転するよう
にシャフトの周りに配置された弾圧手段を含み、前記弾
圧手段がディスクに結合されディスクを検出プレートに
向かって押圧することにより前記の隆起した中央部分が
検出プレートと摺動接触し、ディスクの残りの部分を検
出プレートとの接触から外した状態で保持することを特
徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項７】 前記弾圧手段がディスクに対して直角の
方向に弾性の材料で作られ、複数の同心状に形成された
円弧状スロットを含み、前記材料が切頭円錐形に形成さ
れ、ディスクの周囲が検出プレートにその周囲で結合さ
れ、ディスクの中央でシャフトに結合されていることを
特徴とする請求項４または６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記スロットが同心状の対として形成さ
れ、一対の各スロットが該対の他のスロットと共通の円
周にあり、各対のスロットの隣接端が次の半径方向に隣
接した対のスロットの隣接端から円周方向に偏位してい
ることを特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】 前記の電界信号供給手段が、 ディスクの活性側に面する側で検出プレートに配置され
た導電性材料の層であって、電圧信号が前記層に供給さ
れると電界を生成して前記層とエミッタ要素セクション
とを静電結合し、そのため前記エミッタ要素セクション
が電界を生成する導電性材料の層と、 前記導電性材料層に電圧信号を供給する電圧供給手段と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記エミッタ要素セクションが相互に
電気的に結合されていることを特徴とする請求項９に記
載の装置。 - 【請求項１１】 前記エミッタ要素セクションが、エミ
ッタプレートの周りで周囲方向に順次変動するパターン
を提供するように位置した複数の同心状に配置の選択的
にセグメント化されたトラックに形成されていることを
特徴とする請求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記検出手段が検出プレート上に半径
方向に配置され、エミッタプレートが回転するにつれて
電界パターンの変動を検出する第１の複数の電界センサ
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記のセグメント化したトラックがデ
ジタルグレイコードを提供するように形成され、そのた
めエミッタプレートが所定量増分して回転するとセンサ
がコードにおける少なくとも１ビットの変化を検出する
ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 グレイコードを提供するトラックセグ
メントが複数の対の相補トラックであって、一対の各ト
ラックが少なくとも１個のトラック分半径方向に隔置さ
れている相補トラックに形成され、前記センサが、 各対が概ね同じ円周方向位置において各対の相補トラッ
クに隣接して位置され、トラックから発出しうる電界を
検出する複数の対のセンサと、 それぞれ各対のセンサに結合され、対のセンサによって
検出される電界の間の差を示す出力信号を発生させる複
数の再生差動増幅器手段とを含むことを特徴とする請求
項１３に記載の装置。 - 【請求項１５】 前記トラックは１個が複数の均等離隔
のセグメントを含み、前記検出手段が、前記１個のトラ
ックに隣接して検出プレートに円弧状に配置されエミッ
タプレートが回転するにつれて前記１個のトラックのセ
グメントの間の遷移を検出する第２の複数の電界センサ
を含み、前記第２の複数のセンサが均等に離隔されるこ
とによってエミッタプレートの回転のある範囲に対し
て、その範囲のある点における各センサがセグメントの
遷移に直ぐ隣接している唯一のセンサであることを特徴
とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１６】 第２の複数のセンサの数が円弧の長さ
に等しい距離にわたる１個のトラックにおけるセグメン
ト遷移の数と１だけ相違することを特徴とする請求項１
５に記載の装置。 - 【請求項１７】 第１の複数のセンサが第２の複数のセ
ンサと交差することにより複数のセンサが１個のセンサ
を共通に共用することを特徴とする請求項１６に記載の
装置。 - 【請求項１８】 前記１個のトラックがエミッタプレー
ト上の最外側トラックであることを特徴とする請求項１
５に記載の装置。 - 【請求項１９】 その回転変位を検出すべきシャフトで
あってその長手方向軸線の周りで回転するように取り付
けられたシャフトと、 前記シャフトに取り付けられ、シャフトが回転するにつ
れて回転するよう前記シャフトを囲む複数の同心状トラ
ックを画成するエミッタ手段であって、前記トラックの
各々がセグメント化され複数の離隔した導電性セクショ
ンを画成し付勢されると電界を生成するエミッタ手段
と、 前記導電性セクションを付勢する手段と、 前記エミッタのトラックに隣接して配置され、複数のセ
ンサを含み、各々のセンサが各トラックに隣接して位置
し、前記シャフトとトラックとが回転するにつれて各ト
ラックの電界を検出し、その検出結果を示す信号を発生
させる検出手段と、 センサ信号を処理してトラックと、したがってシャフト
との回転変位を示す出力信号を発生させる手段とを含む
ことを特徴とする回転変位変換器。 - 【請求項２０】 前記トラックのセクションが、検出手
段上の固定された半径方向軌跡を越えある量だけ回転し
たトラックに対してその値が増分的に変化するグレイコ
ードを画成するように形成され、前記センサが前記の半
径方向軌跡と一致したアレイに配置され、半径方向軌跡
におけるグレイコード値を示す信号を発生することを特
徴とする請求項１９に記載の変換器。 - 【請求項２１】 前記検出手段がさらに、選定されたト
ラックに隣接して円弧状に配置され、かつ選定したトラ
ックのセクションに相対して位置された第２の複数のセ
ンサであって、前記第２の複数のセンサに対して前記の
ある量だけ回転するにつれて選定されたトラックの回転
変位のバーニヤ測定値を示す信号を発生させる第２の複
数のセンサを含むことを特徴とする請求項２０に記載の
変換器。 - 【請求項２２】 前記処理手段が、 グレイコード値を示す信号を第１のバイナリデータに変
換する手段と、 バーニヤ測定値を示す信号を第２のバイナリデータに変
換する手段と、 第１と第２のバイナリデータを、シャフトの回転変位を
示すバイナリワードに組み合わせる手段とをさらに含む
ことを特徴とする請求項２１に記載の変換器。 - 【請求項２３】 前記処理手段がバイナリワードを利用
ユニットに選択的に供給する手段をさらに含むことを特
徴とする請求項２２に記載の変換器。 - 【請求項２４】 前記供給手段が、 利用ユニットに結合され、かつ他の変換器に結合可能の
データバスと、 バイナリワードを一時的に記憶するシフトレジスタと、 変換器を識別するアドレス番号を記憶するアドレスレジ
スタと、 アドレスレジスタに結合され、クロックパルスを受け取
り、かつ計数し、クロックパルスのカウントがアドレス
番号の値と等しくなるとその中味をデータバスにシフト
するようにシフトレジスタに信号を出すカウンタ／比較
器手段と、 カウンタ／比較器手段にクロックパルスを供給する手段
とを含むことを特徴とする請求項２３に記載の変換器。 - 【請求項２５】 トラックが複数の対の相補トラックと
して形成され、対の一方のトラックのセクションが、い
ずれかの所定の円周方向の位置において対の他方のトラ
ックのセクションと共役し、各センサが、 対の各トラックに隣接して配置され、各トラックのセク
ションによって生成された電界を検出する一対の検出要
素と、 対の検出要素に結合され、該検出要素によって検出され
た電界の間の差を示すセンサ信号を発生させる再生差動
増幅器とを含むことを特徴とする請求項２１に記載の変
換器。 - 【請求項２６】 各対の相補トラックが少なくとも１個
のトラック分離隔して半径方向に位置していることを特
徴とする請求項２５に記載の変換器。 - 【請求項２７】 選定した対の相補トラックがエミッタ
手段の半径方向最外方の対であることを特徴とする請求
項２６に記載の変換器。 - 【請求項２８】 固定されたサポートをさらに含み、前
記検出手段が弾性のアームを含み、該アームの一方端が
固定されたサポートに取り付けられ、前記センサが前記
アームの他端に取り付けられ各トラックに隣接した位置
に保持されていることを特徴とする請求項１９に記載の
変換器。 - 【請求項２９】 その回転変位を測定すべきシャフトで
あってその長手方向軸線の周りを回転可能のシャフト
と、 前記シャフトに取り付けられ、その平面に対応する平面
において回転するエミッタプレートであって、付勢され
ると前記プレートの一方の面の直角に電界を発出するた
めのあるパターンのセクションを含むエミッタプレート
と、 前記プレートに対する固定位置においてそのプレートの
前記面に隣接して配置されエミッタプレートが回転する
につれて電界フィールドパターンの変化を検出する検出
手段であり、エミッタプレートのセクションを付勢して
電界を生成する手段を含む検出手段とを含むことを特徴
とする回転変位測定システム。 - 【請求項３０】 前記セクションのパターンがエミッタ
プレートの前記一方の面に配置された相互に接続された
導電性セクションを含み、前記検出手段がさらに、エミ
ッタプレートの一方の面に対して隣接し、かつ全体的に
平行に配置された検出プレートと、前記エミッタプレー
トの前記一方の面に直ぐ隣接して検出プレートの面に配
置され電圧信号に応答して前記パターンのセクションと
静電結合する導電性シートと、前記導電性シートに電圧
信号を供給する手段とを含むことを特徴とする請求項２
９に記載のシステム。 - 【請求項３１】 前記導電性シート上に配置された誘電
性フィルムと、エミッタプレートを誘電性フィルムとす
べり接触するように弾圧する手段とをさらに含むことを
特徴とする請求項３０に記載のシステム。 - 【請求項３２】 前記エミッタプレートがシャフト上で
その中心点で取り付けられたディスクを含み、前記ディ
スクが前記シャフトの周りで前記一方の面から直立した
環状の隆起を含み、前記システムがさらに、エミッタプ
レートを検出プレートに向かって弾圧することによって
隆起部が検出プレートとすべり接触しエミッタプレート
の残りの部分を検出プレートとの接触から外して保持す
る手段を含むことを特徴とする請求項３０に記載のシス
テム。 - 【請求項３３】 前記パターンのセクションが複数の同
心状トラックを含み、各トラックが他のトラックのセク
ションと相互に接続された複数の離隔した導電性セクシ
ョンを含み、前記検出手段がさらに各トラックと対向し
て検出プレートに配置され導電セクションの間の遷移を
検出し、そのためエミッタプレートの、したがってシャ
フトの変位を検出する第１の複数のセンサを含むことを
特徴とする請求項３０に記載のシステム。 - 【請求項３４】 前記検出手段がさらに、選定されたト
ラックに対向して円弧状に配置され、前記の選択された
トラックの運動のバーニヤ測定を行うように位置した第
２の複数のセンサを含むことを特徴とする請求項３３に
記載のシステム。 - 【請求項３５】 前記第１の複数のセンサが検出プレー
ト上で半径方向アレイに配置され、第２の複数のセンサ
と交差することを特徴とする請求項３４に記載のシステ
ム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US71928591A | 1991-06-21 | 1991-06-21 | |
| US719285 | 1991-06-21 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH05172585A true JPH05172585A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3311779B2 JP3311779B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=24889477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16127392A Expired - Fee Related JP3311779B2 (ja) | 1991-06-21 | 1992-06-19 | 回転変位測定装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0519333B1 (ja) |
| JP (1) | JP3311779B2 (ja) |
| AT (1) | ATE135815T1 (ja) |
| CA (1) | CA2070739A1 (ja) |
| DE (1) | DE69209157T2 (ja) |
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