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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einrichtung, bei der ein linearer Sensor vorgesehen ist, um
eine Position eines bewegbaren Elements einer Vorrichtung wie etwa
einer Fahrzeugstereoanlage und einer Flüssigkristallanzeige zu detektieren,
und insbesondere eine Einrichtung, die die Bewegung des bewegbaren
Elements in eine Linearbewegung eines Gleitstücks in dem linearen Sensor
umwandelt.
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Die Fahrzeugstereoanlage und der
Flüssigkristallmonitor
sind jeweils mit einem linearen Sensor versehen, der eine Bewegungsstrecke
eines bewegbaren Bereichs detektiert, so daß der bewegbare Bereich in
Abhängigkeit
von der detektierten Strecke gesteuert werden kann. Ein linearer
Magnetowiderstandssensor oder ein linearer elektrischer Widerstandssensor
wird als der lineare Sensor verwendet.
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Gemäß 8, die eine Grundkonstruktion eines linearen
Magnetowiderstandssensors zeigt, hat der Sensor eine flache rechteckige
magnetische Skala 30, einen Detektor 31, der der
magnetischen Skala 30 gegenüberliegt und so angeordnet
ist, daß er
relativ dazu bewegt werden kann, und eine Signalverarbeitungsschaltung 32.
Die magnetische Skala 30 weist eine Basis 33 und
ein magnetisches Medium 34 auf, das auf der Basis 33 ausgebildet
ist. Eine Vielzahl von magnetischen Skalenplatten 35 sind
auf dem magnetischen Medium 34 angebracht.
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Der Detektor 31 weist ein
Magnetwiderstandselement 36 und einen Halter 37 auf,
der das Magnetwiderstandselement 36 abstützt. Das
Magnetwiderstandselement 36 liegt den magnetischen Skalenplatten 35 gegenüber. Wenn
sich der Detektor 31 entlang den Skalenplatten 35 relativ
bewegt, wird eine von dem Magnetwiderstandselement 36 erzeugte
Ausgangsspannung an die Signalverarbeitungsschaltung 32 geführt. Die
Signalverarbeitungsschaltung 32, die einen Vorverstärker 32A und
eine Detektierschaltung 32B hat, berechnet die Größe der relativen
Verlagerung des Detektors 31.
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9 zeigt
eine Grundkonstruktion eines linearen elektrischen Widerstandssensors.
Der lineare Sensor weist einen Widerstand 40 auf, der durch
ein gedrucktes Substrat gebildet ist. Der Widerstand 40 hat
einen Masseanschluß 41 und
einen Sourceanschluß 42 an
seinen beiden Enden. Ein beweglicher Kontakt 44 ist so
ausgebildet, daß er
mit dem Widerstand 40 in Kontakt gelangt und über diesen
gleitet, wodurch eine Spannung erzeugt wird, die entsprechend der
Position des beweglichen Kontakts 44 veränderlich
ist.
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Um eine Bewegungsstrecke eines bewegbaren
Elements mit einem solchen linearen Sensor zu detektieren, weist
der Sensor ferner ein Basiselement auf, an dem die magnetische Skala 30 oder
der Widerstand 40 angebracht ist. Der Detektor 31 oder der
bewegliche Kontakt 44 ist an einem Gleitstück angebracht,
das entlang dem Basiselement gleitet. Das Basiselement ist an einem
fest angeordneten Element einer Vorrichtung angebracht, während das Gleitelement
an dem bewegbaren Element angebracht ist.
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Der lineare Sensor ist in einer Vorrichtung platzsparend
angeordnet. Daher ist der Gleitbereich, also der Hub, des Gleitstücks oder
seine Bewegungsrichtung nicht immer in Übereinstimmung mit dem Bewegungsbereich
oder der Richtung des bewegbaren Elements der Vorrichtung. Obwohl
ferner das Gleitstück
in dem linearen Sensor nur eine lineare Bewegung ausführen kann,
werden einige der bewegbaren Elemente wie etwa eine Klappe, die
in einem Betätigungsklappdeck
vorgesehen ist, winkelmäßig verlagert.
Daher ist das bewegbare Element an dem Gleitstück des linearen Sensors durch
eine Einrichtung zur Umwandlung der Verlagerung des bewegbaren Elements
in eine lineare Verlagerung innerhalb des Gleitbereichs des Gleitstücks angebracht.
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Die 5 bis 7 zeigen herkömmliche
Einrichtungen zur Positionsdetektierung.
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Gemäß 5 hat ein linearer Sensor 73 eine Sensorbasis 73A und
ein Gleitstück 73B,
das an der Basis 73A gleitbar angebracht ist. Die Basis 73A ist über einen
Anbringbereich 73C an einem fest angeordneten Element 71 der
Vorrichtung, in der der Sensor 73 vorgesehen ist, angebracht.
Das Gleitstück 73B ist
mit einem bewegbaren Element 72 der Vorrichtung über einen
Schenkel 50 betriebsmäßig verbunden.
Dabei hat der Schenkel 50 ein Langloch 50B in
seiner Mitte, mit dem das Gleitstück 73B in Eingriff ist.
Ein Langloch 50A ist an einem Basisende des Schenkels 50 ausgebildet,
mit dem ein von dem fest angeordneten Element 71 vorspringender
Drehzapfen 51 in Eingriff ist, wodurch der Schenkel 50 schwenkbar
an dem fest angeordneten Element 71 angebracht ist. Das
andere Ende des Schenkels 50 ist über eine Schraube 52 schwenkbar
an dem bewegbaren Element 72 angebracht. Wenn daher das bewegbare
Element 72 sich innerhalb eines Bereichs R1 bewegt, gleitet
das Gleitstück 73B auf
der Basis 73A in einem Bereich R2, so daß die lineare
Verlagerung des bewegbaren Elements 72 als die lineare Verlagerung
des Gleitstücks 73B detektiert
wird. Das Verhältnis
von R1 : R2 ist nach Maßgabe
der Position des Langlochs 50B zum Verbinden des Schenkels 50 mit
dem Gleitstück 73B bestimmt.
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Gemäß 6 ist eine Verbindungsplatte 60 an
dem bewegbaren Element 72 befestigt. Die Verbindungsplatte 60 hat
eine Gleitnut 60A, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung
des bewegbaren Elements 72 unter einem vorbestimmten Winkel
geneigt ist. Das Gleitstück 73B ist
mit der Nut 60A in Eingriff. Die lineare Verlagerung des
bewegbaren Elements 72 in dem Bereich R1 wird als die lineare
Verlagerung des Gleitstücks 73B in
dem Bereich R2 detektiert, die in einer Richtung verläuft, die
zu der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements 72 senkrecht
ist. Das Verhältnis
R1 : R2 wird nach Maßgabe
der Winkelposition der Gleitnut 60A bestimmt.
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Bei einer herkömmlichen Einrichtung gemäß 7 ist ferner eine Gleitplatte 61 gleitbar
an der Verbindungsplatte 60 angebracht. Die Gleitplatte 61 hat
ein Paar von parallelen Gleitnuten 61A, die jeweils mit
einer Achse 62 in Eingriff sind, die an dem fest angeordneten
Element 71 sicher angebracht ist und in einer zu der Gleitplatte 61 senkrechten
Richtung verläuft.
Das Gleitstück 73B des
linearen Sensors 73 ist an der Gleitplatte 61 angebracht.
Daher gleitet die Gleitplatte 61 parallel zu der Gleitrichtung des
Gleitstücks 73B.
Die Linearbewegung des bewegbaren Elements 72 wird in eine
Linearbewegung der Gleitplatte 61 in der zu der Bewegungsrichtung des
bewegbaren Elements 72 senkrechten Richtung umgewandelt.
Die Bewegung der Gleitplatte 61 bewirkt, daß sich das
Gleitstück 73B auf
der Basis 73A bewegt.
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Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Einrichtungen
treten jedoch Probleme auf. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird die Linearbewegung des
bewegbaren Elements 72 in die Winkelverlagerung des Schenkels 50 umgewandelt,
und die Winkelver lagerung wird ferner in die Gleitbewegung des Gleitstücks 73B umgewandelt,
die von dem Sensor detektiert wird. Daher wird die Gleitstrecke
des Gleitstücks 73B nicht
proportional zu der Bewegungsstrecke des bewegbaren Elements 72,
so daß die
Gleitstrecke mittels Berechnung korrigiert werden muß. Infolgedessen
wird bei dem Beispiel von 5 die Struktur
der Schaltung kompliziert.
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Ferner wird bei dem Beispiel von 5 die Rotation des Schenkels 50 durch
das Langloch 50B auf das Gleitstück 73B übertragen,
so daß auf
das Gleitstück 73B eine
Kraft in der Drehrichtung des Schenkels 50 wirkt.
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Bei dem in 7 gezeigten Beispiel wird auf das Gleitstück 73B in
einer Richtung, die in Bezug auf die Neigung der Gleitnut 60A schräg verläuft, eine
Kraft aufgebracht. Daher kann bei den Beispielen der 5 und 7 das Gleitstück 73B nicht gleichmäßig auf
der Basis 73A gleiten. Durch wiederholtes Betätigen wird
ferner der lineare Sensor mechanisch beschädigt, so daß die Lebensdauer des linearen Sensors
verkürzt
wird.
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Bei den in den 5 und 6 gezeigten
Beispielen wird für
die Drehbewegung des Schenkels 50 oder die Gleitbewegung
des Verbindungselements 60 sehr viel Platz benötigt, so
daß die
Einrichtung in der Vorrichtung viel Raum einnimmt. Insbesondere muß bei dem
Beispiel von 7 zusätzlich zu
der Verlagerung des Verbindungselements 60 auch die Gleitplatte 61 bewegt
werden, so daß die
Einrichtung einen großen
Anteil des Platzes in der Vorrichtung einnimmt. Das bedeutet, daß alle oben
beschriebenen Beispiele hinsichtlich der Raumnutzung mangelhaft
sind. Dies ist in einer Vorrichtung wie etwa einer Stereoanlage
mit Decks, in denen verschiedene bewegte Einrichtungen und Stellelemente
mit hoher Dichte angeordnet sind, ein schwerwiegendes Problem.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer Einrichtung zum Detektieren der Position
des bewegbaren Elements, wobei die Bewegung des Gleitstücks des
linearen Sensors proportional zu der Bewegung des bewegbaren Elements
ist und die Einrichtung nicht viel Raum benötigt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Einrichtung angegeben zum Detektieren der Position eines
bewegbaren Elements, die folgendes aufweist: ein fest angeordnetes
Element, ein bewegbares Element, das an dem fest angeordneten Element
gleitbar angebracht ist, um in eine vorbestimmte Richtung bewegt
zu werden, einen linearen Sensor, der an dem fest angeordneten Element
angebracht ist, ein Gleitstück,
das an dem linearen Sensor gleitbar angebracht ist, um in die vorbestimmte
Richtung bewegt zu werden, ein erstes Zahnrad, das an dem Gleitstück schwenkbar
angebracht ist, eine fest angeordnete Zahnstange, die an dem fest
angeordneten Element an der einen Seite des linearen Sensors angebracht
ist und sich in die vorbestimmte Richtung erstreckt, eine bewegbare
Zahnstange, die an dem fest angeordneten Element gleitbar angebracht
und mit dem bewegbaren Element an der anderen Seite des linearen
Sensors verbunden ist, um in die vorbestimmte Richtung bewegt zu
werden, und die parallel zu der fest angeordneten Zahnstange angeordnet
ist, wobei das erste Zahnrad mit der fest angeordneten Zahnstange
und der bewegbaren Zahnstange in Eingriff ist, und eine Antriebseinrichtung
zum Bewegen des bewegbaren Elements in die vorbestimmte Richtung.
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Die Einrichtung kann ferner ein zweites Zahnrad
aufweisen, das einen von dem ersten Zahnrad verschiedenen Radius
hat, wobei das erste Zahnrad bzw. das zweite Zahnrad mit jeweils
verschiedenen Zahnstangen in Eingriff sind.
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Diese und weitere Ziele und Merkmale
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Vorrichtung, die mit einer Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Detektieren der Position versehen ist;
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2 ist
eine Draufsicht, die die Einrichtung von 1 im einzelnen zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht, die eine zweite Ausführungsform der Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Draufsicht, die eine dritte Ausführungsform der Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Draufsicht auf eine herkömmliche
Einrichtung zum Detektieren einer Position;
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6 ist
eine Draufsicht auf eine andere herkömmliche Einrichtung zum Detektieren
einer Position;
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7 ist
eine Draufsicht auf eine weitere herkömmliche Einrichtung zum Detektieren
einer Position;
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8 zeigt
einen linearen Magnetwiderstandssensor, wobei dessen Prinzip erläutert wird; und
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9 ist
ein Schema, das das Prinzip eines elektrischen linearen Widerstandssensors
erläutert.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Gemäß 1 weist eine Vorrichtung 10,
bei der die vorliegende Erfindung angewandt wird, ein fest angeordnetes
Element 1 und ein U-förmiges
bewegbares Element 2 auf, das bewegbar an dem fest angeordneten
Element 1 angebracht ist. Ein Paar Leitrollen 11 sind
an jeder Seitenwand des fest angeordneten Elements 1 angebracht.
Eine Vielzahl von Führungsringen 12 ist
am Boden des fest angeordneten Elements 1 jeder Seitenwand
benachbart ausgefluchtet, wobei ihre Anzahl auf der rechten Seite
drei und auf der linken Seite zwei ist. In jedem der Schenkel des
die U-Form bildenden bewegbaren Elements 2 ist eine Längsführungsnut 13 ausgebildet.
Jede Führungsnut 13 ist
mit den ausgefluchteten Führungsringen 12 so
in Eingriff, daß das
bewegbare Element 2 in der durch den Pfeil bezeichneten
Richtung bewegt werden kann.
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Ein Linear- oder Schrittmotor 14 ist
an dem fest angeordneten Element 1 dem rechten Schenkel des bewegbaren
Elements 2 benachbart angebracht. Dem linken Schenkel benachbart
ist ein linearer Sensor 3 an dem fest angeordneten Element 1 befestigt.
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Gemäß 2 weist der lineare Sensor 3 eine
Basis 3A, die sicher an dem fest angebrachten Element 1 befestigt
ist, und ein Gleitstück 3B auf,
das gleitbar an der Basis 3A angebracht ist. Ein Zahnrad 20 ist
an dem Gleitstück 3B drehbar
angebracht. Das Zahnrad 20 ist mit einer fest angeordneten
Zahnstange 22, die an dem fest angeordneten Element 1 angeordnet
ist, und mit einer bewegbaren Zahnstange 21 in Eingriff,
die an der Innenseite des linken Schenkels des bewegbaren Elements 2 in
dessen Bewegungsrichtung angeordnet ist. Die Basis 3A des
linearen Sensors 3 ist so angeordnet, daß es möglich ist, daß das Gleitstück 3B parallel
mit der bewegbaren Zahnstange 21 und mit der fest angeordneten
Zahnstange 22 gleitet. Somit stehen die aktiven Bereiche der
fest angeordneten Zahnstange 22, des linearen Sensors 3 und
der beweglichen Zahnstange 21 einander jeweils gegenüber.
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Wenn im Gebrauch das bewegbare Element 2 bewegt
wird, wird die bewegbare Zahnstange 21 in der gleichen
Richtung bewegt, wodurch das Zahnrad 20 um eine Achse des Gleitstücks 3B herum
gedreht wird. Somit wird das Zahnrad 20 entlang der fest
angeordneten Zahnstange 22 gedreht, um das Gleitstück 3B parallel
mit den Zahnstangen 21 und 22 zu verschieben.
Wenn das bewegbare Element 2 um eine Stecke L1 bewegt wird,
gleitet das Gleitstück
3B um eine Strecke L2. Die Beziehung zwischen den Strecken L1 und
L2 wird wie folgt ausgedrückt: L2 = L1 × B/(A
+ B)wobei A eine Distanz zwischen der Mitte des Gleitstücks 3B und
der bewegbaren Zahnstange 21 und B eine Distanz zwischen
der Mitte des Gleitstücks 3B und
der fest angeordneten Zahnstange 22 ist. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
entsprechen die Strecken A und B dem Radius des Teilkreises des
Zahnrads 20. Da A = B, gilt: L2 = (1/2) × L1.
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Somit ist die Strecke L2 zu der Strecke
L1 proportional.
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Da ferner das Zahnrad 20,
das das Gleitstück 3B direkt
bewegt, entlang der fest angeordneten Zahnstange 22 läuft, die
parallel zu der Bewegungsrichtung des Gleitstücks 3B angeordnet
ist, wird auf das Gleitstück 3B mit
Ausnahme der Kraft in der Gleitrichtung keine Kraft aufgebracht.
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Gemäß 3 ist die zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit einer Doppelzahnradvorrichtung 20A anstelle
des Zahnrads 20 ausgebildet. Die Doppelzahlradvorrichtung
hat ein Zahnrad 20A mit großem Durchmesser und ein Zahnrad 20B mit
kleinem Durchmesser, das mit dem Zahnrad 20A mit großem Durchmesser
koaxial und integral ist. Das durchmessergroße Zahnrad 20A kämmt mit
der bewegbaren Zahnstange 21, und das durchmesserkleine
Zahnrad 20B kämmt
mit der fest angeordneten Zahnstange 22. Die übrigen Ausbildungen
sind gleich wie bei der ersten Ausführungsform.
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Die Beziehung zwischen der Bewegungsstrecke
L1 des bewegbaren Elements 2 und der Gleitstrecke L2 des
Gleitstücks 3B wird
wie folgt ausgedrückt: L2 = L1 × B(A
+ B).
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Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform A
= 2B, wenn also der Radius des durchmesserkleinen Zahnrads 20B halb
so groß wie
derjenige des durchmessergroßen
Zahnrads 20A ist, wird die folgende Gleichung erhalten: L2 = (1/3) × L1.
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Die Distanz A, die der Radius des
durchmessergroßen
Zahnrads 20A ist, ist größer als die Distanz B, die
der Radius des durchmesserkleinen Zahnrads 20B ist, so
daß der
Gleitbereich des Gleitstücks
verkleinert werden kann, wodurch die Größe des linearen Sensors 3 verringert
werden kann.
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Gemäß 4 ist bei der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen den Zahnrädern 20A und 20B und
den Zahnstangen 21 und 22 modifiziert. Dabei kämmt das durchmessergroße Zahnrad 20A mit
der fest angeordneten Zahnstange 22, während das durchmesserkleine
Zahnrad 20B mit der bewegbaren Zahnstange 21 kämmt. Somit
wird die Beziehung zwischen den Strecken L1 und L2 wie folgt geschrieben: L2 = L1 × A/(A
+ B).
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Bei A = 2B wird die obige Gleichung
wie folgt modifiziert: L2 = (2/3) × L1.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet die Einrichtung zum Detektieren der Position des bewegbaren
Elements ein Zahnrad und ein Zahnstangenpaar, so daß die nachstehenden
Vorteile erreicht werden.
- (1) Die Gleitstrecke
des Gleitstücks
des linearen Sensors ist zu der Bewegungsstrecke des bewegbaren
Elements proportional, so daß die
Schaltung zum Detektieren der Position des bewegbaren Elements vereinfacht
werden kann.
- (2) Da sich ein Antriebselement zum direkten Bewegen des linearen
Sensors entlang der Gleitrichtung des Gleitstücks bewegt, wird auf das Gleitstück keine
zusätzliche
Kraft in der Richtung mit Ausnahme der Bewegungsrichtung des Gleitstücks aufgebracht.
Somit kann sich das Gleitstück
gleichmäßig bewegen,
wodurch die Genauigkeit der Detektierung verbessert wird. Da außerdem mechanische
Schäden
vermindert werden, wird die Lebensdauer des linearen Sensors verlängert.
- (3) Der Platz zum Anordnen der Einrichtung reicht aus, solange
das Zahnrad dort angeordnet und bewegt werden kann. Es ist also
nicht erforderlich, in der Vorrichtung viel Raum vorzusehen.
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Die Erfindung wurde zwar im Zusammenhang
mit bevorzugten bestimmten Ausführungsformen
beschrieben, es versteht sich jedoch, daß diese Beschreibung nur beispielhaft
ist und keine Einschränkung
des Umfangs der Erfindung bedeutet, die in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist.