JPS6288916A - 運動センサ - Google Patents

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〕 ごの発明は移動体の移動部１４１【または同転角を例え
ばパルス出力として検知することができる連動センナに
関する。

〔従来の技術〕

従来、連動体の例えば回転速度を検知する運動センサと
して第１２図１に示すような装置が用いられ（いる。

第１２図において、（１）は連動体の回転に応じて回転
する軸（２）に取り付けられた移動パターンディスクで
、このディスク（１１には回転方向に沿っ°ζ一定の角
度ピッチＰでスリット（３）が複数個、放射状に設りら
れる。

また、（４）はインデックスプレートで、これはディス
ク（１）を所定角範囲分だけ切り取ったような形成及び
対応するスリット（５）を有する。つまり、このインデ
ックスプレート（４）のスリット（５）も一定の角度ピ
ッチＰで形成されている。そして、このインデックスプ
レート（４）は図のように移動パターンディスク（１１
に平行な状態で近接し、しかもスリット（３）と（５）
が回転軸方向から見て市なるような位置に固定される。

そしζ、これらディスク（１）とインデックスプレー［
１とが虫なる回転角位り１において両省を挟むようにラ
ンプ（６）と受光素子（７）が配される。この場合、デ
ィスク（１）側にはランプ（６）が配され、インデック
スプレート（４）側には受光素子（７）が配される。

このような構成において回転軸（２）が回転する場合に
、第１３図Ａに示すようにディスク（１）のスリット（
３）とインデックスプレート（４）のスリット（５）と
が軸方向に並ぶときは、ランプ（６）よりの光がこれら
を透過して受光素子（７）に受光される。

一方、この位置からディスクｉｌｌが回転して第１３ν
ＩＢに示すようにスリット（３）とで５〕とが回転方向
にずれた位相位置になると、スリット（３）を通ったラ
ンプ（６）よりの光はインデックスプレート（４）で遮
噺されるので受光素子（７）にはり１達しない。

したがって、受光素子（７）からはスリット（３１＋５
１のピッチ及び回転軸（２）の回転速度に応じた周期の
くり返し信号ＳＡ（第１４図Ａ）が得られる。そして、
このくり返し信号ＳＡが波形整形回路（８）において波
形整形されて、これより回転軸（２）の回転速度に対応
した周期のパルスＳＢ（第１４図Ｂ）が得られる。

以」二のようなインデックスプレート（４）を用いる方
法によれば、スリットの１個に対し光源と受光素子を配
して出力パルスを得るものに比べて、誤差がインデック
スプレート（４）上のスリット数分のｌになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

、−の従来の運動センサの場合、光学式であるのＣ発光
源としてのランプが必要であり、このランプの電力消費
が大きいという欠点があった。

また、第１２図の例においてインデックスプレートをデ
ィスク状にして移動パターンディスクと同じ大きさ及び
スリット数にすればより精度のｌｌ’ＪＩ’いｊＬ肋４
灸出ができるが、そのようにするには、光源としてディ
スクに対し光を全面的に満遍無く与える手段が必要にな
り、例えばリング状の光椋を必要とするか、またはこれ
と等価な効果を有する二１ンデンザレンズ等を含む光学
系を必要とし、装置が大型化する。さらに、このように
インデック；（プレートをディスク状にする場合には、
このディスクを通過した光の全体を１個の受光素子に照
射すべく集光レンズ系を設ける必要があり、これも装置
が大型化する要因となる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記のような運動センサの欠点を一掃できる
ようにしたもので、実質的に所定間隔で第１の導体帯が
並ぶパターンが形成された第１の血を有し上記第１の導
体帯がその配列方向に連動体の運動に応じた速度で移動
ｎＪ能とされる移動パターン発生手段と、−上記第１の
面とほぼ一定距幽を保って固定され」―記第１の導体帯
と対向する第２の導体帯が形成された第２の曲を有する
インデックスパターン手段とを設け、上記第２の簡の第
２の導体卒より上記第１の面と第２の曲間で形成される
コンデンサの両端電極を導出する。

〔作用〕

移動パターン発生手段の第１の曲が回転運動あるいは直
線運動すると、この第１の曲の導体帯とこれに対向する
インデックスパターン手段の第２の面の導体帯との対向
面積が変化して、導出された両端電極間のコンデンサの
静電容量が変化する。

この変化の回数、周期又は周波数は移動パターン発生手
段の第１の面の移動速度あるいは移動能力１］に応じた
ものとなるから、この静電容量の変化の回数、周期又は
周波数を検出することにより移動パターン発生手段の第
１の面の移動距離あるいは移動速度を検知することがで
きる。

〔実施例〕

第１図はこの発明による運動センサの基本的構成の一例
をボすもので、この例において（１１）は移動パターン
ディスク、（１２）は連動体の運動に応じて回転する回
転軸である。また、（【４）ばインデックスディスクで
ある。

移動パターンディスク（１１）には、インデックスディ
スク（１４）との対向面側に金属導体帯（１３）が所定
の角度ピンチＰで複数１１４１、放射状に設けられる。

一方、インデックスディスク（１４）の移動パターンデ
ィスク（１１）との対向面側には同じ角度ピッチＰで移
動パターンディスク（１１）の導体帯（１３）に対向す
る金属導体帯（ｔ５八）（１５Ｂ）のペアが、複数個、
放射状に設けられる。この場合、第ｉ　ｈｔ＋及び第２
図からも明らかなように、移動パターンディスク（１１
）の導体帯（１３）の１個に対し、外側導体帯（１５Ａ
）及び内側導体帯（１５Ｂ）の１ベアが対向するように
され“ζいる。ずなわら、インデックスディスク（１４
）ｕ−の、移動パターンディスク（１１）の導体帯（１
３）に対向するこの導体帯（１３）に相当する部分が、
導体帯（１３）の停動方向に交叉する方向、この場合、
半径方向に２分／ζ１１され゛ζ外側導体帯＜１５Ａ）
と内側導体帯（１５１１）とが形成される。

そして、外側導体帯（１５Ａ）同志は図のように電気的
にｌＬいに接続されるとともにこれより端子（１６Ａ）
が導出される。また、内側導体帯（１５１１）同志も電
気的にＪＬいに接続されるとともにこれより端子（１６
Ｂ）が導出される。

以上のような構成は、第３図に４くずように端子（ｌｆ
ｉへ）及び（１６Ｂ）間に、導体帯（１３）と導体帯（
１５＾）間で構成されるコンデンサＣＡと、導体帯（１
３）と導体帯（１５Ｂ）間で構成されるコンデンサＣＢ
とが直列に接続されたものに等価となる。そして、移動
パターンディスク（１１）が回転すると、導体帯（１３
）と導体帯（１５Ａ　）　　（１５Ｂ　）の位置位相が
ずれ、このため、これら導体帯（１３）と導体帯（１５
Ａ　）　　（１５Ｂ　）の軸（１２）方向から見たとき
の対向面積が変わり、コンデンサＣＡ、ＣＢの静電容量
が変わり、その直列容♀も変わる。すなわち、コンデン
サＣへ、ＣＢの直列静電容Ｍは、移動パターンディスク
（１１）の回転速度と導体帯の角度ピッチに応じた周期
で大、小の値をりｌ）返すものとなる。

したがって、このコンデンサ（”、Ａ、ＣＢの直列容量
のくり返し回数、周期又は周波数を検知すれば移動パタ
ーンディスク（１１）の回転ｉＩ′１ｉｆｆｌ、又は回
転速度を知る、二とができる。

第４図はコンデンサＣＡ、ＣＢの直列容量の変化のくり
返し周期のパルス出力を得るだめの回路である。

同図において、（２０）は発振回路で、（２１）はその
発振能動素子としてのトランジスタ、（２２）はこの発
振回路（２０）の共振回路のコイルで、この：２イル（
２２）に並列に直列コンデンサＣＡ及びＣＢが接続され
て共振回路が構成される。（２３）は例えば正の直流電
圧の与、えられる電ＩＡＩ端子Ｃある。

発振回路（２０）はコイル（２２）と直列コンデンサＣ
Ａ及びＣＢからなる共融回路の共１辰周波数で発振する
。直列コンデンサＣＡ及びＣＢの容１ｉは一定のくり返
し周期で変化するから、この発振回路（２０）の発振信
号ＳＡは第５図へに不すように比較的賄い発ｌ辰周波数
と低い発振周波数とを交Ｊ１にくり返ずようなものとな
る。

：１イル（３１）とこれに並列に接続されたコンデンサ
（３２）からなる同ｔＲＪ回路（３０）は発に回路（２
０）の変化する光厖周波数のうも本例では、例えば篩い
周波数に対し一ζ同１ｉＩＩＪするもので、この同ｏ１
！Ｊ　Ｉ＋旧＋ｌＲ（，３０）から、°ま第５１］ｒ３
に示すような［，１目１．１出力Ｓ　１３が得られる。

このｌｉｉガ周出力ＳＢはダイ２（・−ト（３３）及び
コンデン４Ｊ−（３４）により冬灸彼されて第５図０の
ような検波出力ＳＣが得られる。なお１、−の同、：ｌ
！１１１Ｆ、１波数は、発振回路（２０）の変化する発
振周波数域内に存在すればよい。そして、この検波出力
ＳＣは比較回路（３５）に供給されて、ｖ、／ｌｌ！電
圧巳Ｃと比較され、ごれより発振回路（２０）の発振周
波数のうら而い周／ＪＪＬ数のくり返し周期に同期した
第５しＩＤに示すようなパルス出力ＳＤが得し３、Ｉ７
１、出力品１１子（３６）に；、１１出される。

第（ｊ図はコンデンカＣＡ、ＣＢの直列容にの変化のく
り返し周期のパルス出力を得る回路の他の例を示すもの
で、この例においてろより、１辰回１５（２ｏ）の共振
用コンデンサは第４図の例のように直列コンデンサＣＡ
、　　ＣＢを用いるのではなく、二１ンデン９−　（２
４）を没ける。一方、同１１４回路（３０）の共融コン
デンサとして直列：■ンデンサＣΔ及びＣｌ（を用いる
。

このようにすれば、発振回路（２０）の出力焙号ＳＡ’
　　（第７図ＩＡ）は一定の発振周波数となる。

一方、同調回路（３０）の同調周波数は移動パターンデ
ィスク　（１１）の回転に応じてくり返し７変化をする
。そして、発振回路（２０）の発１辰出力ＳＡ’の発振
周波数としてこの変化する同調周波数のうち例えば高い
方の周波数と等しくなるように選定しておけば、同調回
１洛（３０）よりは同調周波数がその篩い周波数となる
ところで大となる同調出力Ｓ１３’　　（第７図Ｂ）が
得られる。したがって、ダイオード（３３）及びコンデ
ンサ（３４）の検波回路の出力ＳＣ′は第７図Ｃのよう
になり、この出力ＳＣ′　が（ｇ呼処理出力回路（３７
）に供給されどパルス様出力ＳＤ’　　（第７図Ｄ）が
得られる。

この場合も変化する同調周波数はその変化範囲の中に発
振回路（２０）の発振周波数を包含させる必要がある。

また、発振回路（２０）と同調回路（３０）の周波数の
関係は、おり、の倍音周波数に選んでも類似の効果を得
る場合があること勿論である。

この例の場合、さらに、コイル（２２）にトランス結合
するコイル（旧）が設けられる。この二１イル（４１）
　ニハタイオー　ト（４２）　　（４３）及び平ｔ＋’
ｊ　Ｊｌｌ−ｌンデンサ（４４）からなる整流回路が接
続されており、端子（４５）に正の直流電圧が、端子（
４６）に負の直流電圧が、それぞれ得られ、これら電圧
は信号処理出力回路（３７）の電源電圧とされる。

この場合、発振回路（２０）の発振周波数は一定である
から、その整流電圧もリップルのない電圧となっている
。

そして、このようにして信号処理出力回路（３７）の電
源と、電源（２３）との絶縁ができるので、この回路（
３７）として平衡型回路を用いることができ、出力搬送
過程においてノイズの影響の少ないものを得ることがで
きる。

第１図の例では、インデックスディスク（１４）ヒに導
体帯（１５Ａ）と（１５１１）とを半径方向に分割して
形成するようにしたが、第８図の例のようにインデック
スディスクを移動パターンディスク（１１）を挟んで２
枚設ければ、上記のように導体帯を半径方向に分割しな
くてもよい。

すなわち、移動パターンディスク（１１）には第８図Ａ
及びその断面図である同図Ｂに示すようにその表裏の面
にまたがるように導体帯（１３Ｃ）を設ける。したがっ
て、ディスク（１１）の表面及び裏面には、全く同一の
放射状導体帯パターンが形成される。そして、このディ
スク（１１）を挟むように２枚のインデックスディスク
　（１４＾）及び（１４Ｂ）を設ける。これら２枚のイ
ンデックスディスク（１４Ａ）及び（１４Ｂ）の移動パ
ターンディスク（１１）の表面及び裏面と対向する面側
には、それぞれ導体帯（１５Ｃ）及び（１５０）をディ
スク（１１）の導体帯（１３Ａ）と対向するように複数
個、放射状に設ける。そして、ディスク（１４＾）の導
体帯（１５Ｃ）を共通に接続して、これより端子（１６
Ｃ）を導出し、ディスク（１４［）の導体帯（１５Ｄ）
を共通に接続して、これより端子（１６０）を導出する
。そして、この場合に、インデックスディスク（１４Ａ
）と（１４［１）とは、その導体帯（１５Ｃ）及び（１
５ｒｌ）とが同じ位置位相となるような状態で固定され
る。

ＯＪ−、（７）　ヨ’Ｊ　Ｃ’ニーずれば、端子＜１６
Ｃ）及び（１６ｒｌ）間にはディスク（１１）と（１４
Ａ）間の静電容けと、ディスク（１１）と（１４Ｂ）間
の静電容９との直列容量が接続された状態上等１ｉｆｆ
ｉとなり、第１図の例と全く同様になる。

第９図はこの発明による運動センサの他の例で、この例
では連動体の運動速度に応じて回転する回転軸（５１）
がその軸心位：ａに取り付りられる円筒（５２）の内側
ｄｌｉ　（５２ａ　）に、軸方向を長手方向とする導体
帯（５３）が円周方向に一定の角度ピッチＰで複数個形
成される。また、この円筒（５２）の中には回転軸（５
１）と同心状の円柱（又は円筒）（５４）が収納される
。そし゛（、この円柱（５４）は連動体の運動に対し固
定されるとともにその外側面（５４ａ）には、軸方向を
持手方向とし、この長手方向に２分割されたような状態
の導体帯（５５Ａ）と（５５Ｒ）が、導体帯（５３）と
対向するように一定の角度ピッチＰ′で形成される。そ
して、複数の導体帯（５５Ａ　）同志は共通に１続され
るとともに複数の導体帯（５５Ｂ）同志も共通に接続さ
れて、これら共通接続部より端子（５６Ａ）及び（５６
Ｂ　）が導出される。

このようにすれば、端子（５６Ａ　）及び（５６Ｂ　）
間に導体帯（５３）及び（５５Ａ　）間で形成されるｍ
ｌンデンサと導体帯（５３）及び（５５Ｂ　）間で形成
されるコンデンサとの直列回路が接続されたもの、１−
なり、前述例と全く同様となる。

この例の場合には、軸方向に円筒（５１）と円柱（５４
）との位置関係が若干ずれても、導体帯（５３）のし手
方向の長さを導体帯（５５Ａ　）の端から導体帯（５５
Ｂ）の端までよりも少し大きく作っておくと導体帯（５
５Ａ　）　　（５５Ｂ　）との対向面積の軸方向の位置
ずれに対する影響が少ないという特徴がある。

さらに半径方向では導体帯（５３）と（５５Ａ）（５５
Ｂ）の能いに相対する角度１８０°の位置にあるものは
、一方が遠ざかり静電容量が減少するとき、他方は近寄
って静電容量が増加するので、偏心や軸ガタによる誤差
が相殺され良い精度が得られる。

’ｉ’（１０１！Ｉばごの発明のさらに他の例を示し、
この例は、移ｑｖＪパクーン発生十段とインデックスパ
ターン手段との間で形成されるコンデンサの両端電極の
一方を常にアースするような使用態様をとる場合に好適
なものである。

この例においては移動パターンディスク（６１）の導体
帯（６３）は共通に接続するとともにこの導体帯（６３
）と回転軸（６２）とも電気的に接続するようにしてお
く。そし°ζ、回転軸（６２）は導電金属で構成され、
この回転軸（６２）が電気的にアースされる構造とされ
る。すなわち、第１０図の例ではボールベアリング（６
７）で軸（６２）を支持する構造とされ、このボールヘ
アリング（６７）の外側の金属リン−グがアースされる
。ボールベアリングではなくスリップリングによる構造
とするようにすることもできる。

一方、インデックスディスク（６４）の導体帯（６５）
のパターンは移動パターンディスク（Ｆｉｌ）の導体帯
（６３）のパターンと全く同様乏される。

そしてこの導体帯（６５）も共力ｎに）９　ｆ−Ｎされ
、これより端子（６６）がメ〃出される。

以上の構成の場合には、端子（６６）とアース間に移動
パターンディスク　（６１）とインデックスパターンデ
ィスク（６４）との間で形成されるコンデンサが接続さ
れるのと等価となる。

上記の例は回転運動に応じたパルス出力を得る場合であ
るので、移動パターン及びインデックスパターンともに
円板上のディスクに形成したが、回転運動ではなくＷｉ
線連動の場合にもこの発明は通用できる。

すなわぢ、第１１図は直線運動の場合のこの発明の一例
で、ディスク（１１）の代わりに一定ピッチご平行に設
けられた導体帯（７３）を有する移動パターンプレート
（７１）を設け、また、インデックスディスク（１４）
の代わりに、一定のピッチで平行に導体帯（７３）に対
向し、かつ、矢印で不す移動方向に対し、交叉する方向
に分割された導体帯（７５＾）及び（７５１１）が形成
されたインデックスプレート（７４）を、し１のように
移動パターンプレー１−（７１）に対向した位置に固定
して設ける。この場合に、複数の一４体帯（７５Ａ　）
同志は共通に接続し゛（ごれより醋１子（７６八）を導
出し、また、複数の導体帯（７５Ｂ）同志は共通に接続
し°（ごれより端子（７６Ｂ　）を導出する。

このような構成によれば、端子（７６Ａ）及び（７６Ｂ
）間には、導体帯（７５八）と、ｉ、導体帯（７３）と
の間で形成されるコンデンサと、導体帯（７５１３）と
導体帯（’／３）との間ζ形成されるコンデンサとの直
列回路が接続されるごとになり、前述の回転ディスクの
場合と同様に、矢印方向に直線運動する移動パターンプ
レー１−　（７１）の速度に応じて−Ｊ二二面直列コン
デンサ各県が変化するが、その変化はプレー）　（７１
）の速度に応じたｊも１明でくり返し変化をする。

ごの第１１図のように直線運動を検知する場合の例にお
いても、第８図の例と同様に移動パターンプレートの両
面側にインデックスプレートを設けてもよい。

また、第１図及び第８図の例の場合に１几）でも、イン
デックスパターン手段として１枚の内殻を設けるのでは
なく、その内機のうぢの所定角範囲分のみをインデック
スパターン手段とするようにし、ζもよい。

また、インデックスパターン手段と、移動パターン発生
手段の導体帯のピッチは全く同一である必要はなく、イ
ンデックスパターン手段の導体帯のピッチを移動パター
ン発生手段の導体帯のピッチの２．３，４．　　・・・
倍としてもよいし、ずた、１／２．　ｌ／３．１／４　
・・・倍としてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明においては、光学的に運動を検
知するのではなく、移動パターン発生手段とインデック
スパターン手段間の静電容量の変化として連動体の移動
速度、移動距離を検知するようにしたので、ランプを設
けなくてよいため電力消費を大幅に少なくすることがで
きる。また、この発明の場合、光学式のものに較べて光
源や受光素子、集光レンズを必要としないので、回転移
動パターンに対し、インデックスパターンを全周パター
ンとしでも大型化せず、小型のセンサを実現できる４）
のである。

また、ごの発明の場合、移動パターン発生手段の移動速
度に応じて容量の変化する：ｌンデンサの両？！ハ電極
は、固定のインデックスパターン部のみから導出するの
で、回転部や直線側動部より端子を導出する場合に比べ
−ご非常に容易に構成できる。

し１面の簡単な説明 第１図はこの発明の基本的構成の一例をボす図、第２ν
１は第１図の部分拡大し１、第３図は第１図例の等（＋
ＴＩｉ回路図、第４図は出力としてパルス出力をｉする
ための一例の回１ｍし１、第５図はその説明のための波
形図、第６図は出力としてパルス出力を得る回路の他の
例の回路図、第７し１はその説明のための波形し１、第
８し１〜第１１図はこの発明の基本的構成の他の例をホ
ず図、第１２図は従来の運動セン４トの一例の構成図、
第１３図及び第１４図はその説明のための図である。

（１１）は移動パターンディスク、（１４）はインデッ
クスディスク、（１３）及び（１５八）及び（１５Ｂ）
は導体帯、（１６Ａ）及び（１６Ｂ）は導出端子、ＣＡ
及びＣＢは移動パターンディスク（１１）とインデック
スディスク（１４）との間で形成されるコンデンサであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に所定間隔で第１の導体帯が並ぶパターンが
   形成された第１の面を有し上記第１の導体帯がその配列
   方向に連動体の運動に応じた速度で移動可能とされる移
   動パターン発生手段と、上記第１の面とほぼ一定距離を
   保って固定され上記第１の導体帯と対向する第２の導体
   帯が形成された第２の面を有するインデックスパターン
   手段とを有し、 上記第２の面の第２の導体帯より上記第１の面と第２の
   面間で形成されるコンデンサの両端電極が導出され、上
   記第１の面の移動距離あるいは移動速度を上記コンデン
   サの静電容量の変化より検出するようにした運動センサ
   。 ２、実質的に所定間隔で第１の導体帯が並ぶパターンが
   形成された第１の面を有し上記第１の導体帯がその配列
   方向に連動体の運動に応じた速度で移動可能とされる移
   動パターン発生手段と、１記第１の面とほぼ一定距離を
   保って固定され上記第１の導体帯と対向する第２の導体
   帯が形成された第２の面を有するインデックスパターン
   手段とを有し、 上記第２の面の第２の導体帯より上記第１の面と第２の
   面間で形成されるコンデンサの両端電極が導出され、こ
   のコンデンサが共振回路の共振コンデンサとして接続さ
   れ、上記第１の面の移動速度に応じた上記コンデンサの
   静電容量の変化が上記共振回路の共振周波数の変化とし
   て検出され、その共振周波数の変化の回数、周期あるい
   は周波数のパルス様出力を得る手段が設けられ、このパ
   ルス様出力のパルス数、周期あるいは周波数から上記第
   １の面の移動距離、移動速度等を検知するようにした運
   動センサ。