JP2738199B2 - 回転又は移動検出方法及びその装置 - Google Patents

回転又は移動検出方法及びその装置

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JP2738199B2 JP4044736A JP4473692A JP2738199B2 JP 2738199 B2 JP2738199 B2 JP 2738199B2 JP 4044736 A JP4044736 A JP 4044736A JP 4473692 A JP4473692 A JP 4473692A JP 2738199 B2 JP2738199 B2 JP 2738199B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、サーボモータ等で駆
動される回転軸の回転位置と回転量を絶対値で検出する
回転検出方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のサーボモータ等で駆動される回転
軸の回転位置と回転量を絶対値で検出する回転検出方法
としては、1回転内の絶対値位置検出装置を複数個使用
し、歯車列で減速する方法がある。この例として、特公
平2−4437号公報に開示されたものがある。
【0003】図19は、この第1の従来例の概略図であ
り、図19において、1は第1の1回転内の絶対値位置
検出装置、1aは回転軸、2は第2の1回転内の絶対値
位置検出装置で、レゾルバや光学式絶対値エンコーダ等
で構成されている。3は回転軸1aに固定された駆動歯
車、4は回転軸2aに固定された従動歯車である。
【0004】さらに、1回転内の絶対値位置検出装置1
個を歯車列で減速し、歯車列の各回転位置を検出する方
式が雑誌「センサ技術Vol.5.No.12の頁22
に発表されている。図20は、この第2の従来例の概略
図で、図において、1は1回転内の絶対値位置検出装置
でレゾルバで構成されている。3は回転軸1aに固定さ
れた駆動歯車、5、6はそれぞれ例えば1回転を10分
割する低分解能の第1、第2の位置検出装置であり、1
種のロータリ差動トランスで構成されている。5aは回
転軸で従動歯車4、駆動歯車7が固定されており、回転
軸6aには従動歯車8が固定されている。
【0005】また、1回転内の絶対値位置検出部の回転
軸の回転量を検出・記憶し、これを電池でバックアップ
する方式が、特開平2−90017号公報に開示されて
いる。図21は、第3の従来例の概略断面図で、図にお
いて、1は1回転内の絶対値位置検出部、1aは回転
軸、1bは絶対値コードが出力するようスリット(図示
せず)を備えた回転スケール、1cは発光素子、1dは
受光素子、10は回転軸1aに固定された磁石取付板
で、所要の極に着磁された永久磁石11が固定されてい
る。12は高抵抗の強磁性体の磁気抵抗効果素子で、永
久磁石11と微小間隙で対向配置され、プリント基板1
3に固定されている。14は信号処理回路で、磁気抵抗
効果素子12の信号を処理して記憶し、回転量信号を出
力する回転量信号処理回路14aと1回転内の絶対値位
置検出部1の受光素子1dの出力信号を処理して出力す
る1回転内絶対値位置信号処理回路14bと前記回転量
信号と1回転内絶対値位置信号を合成し、出力する合成
信号処理回路14cで構成されている。15は回転量信
号処理回路14aをバックアップする電池である。尚、
電池15は、回転検出装置と別置される場合もある。
【0006】さらに、別の従来例として特開昭64−5
4309号公報に開示されているごときものもある。図
22は、第4の従来例の概略断面図、図23は図22に
示した磁気バブル素子15のチップ表面図であり、図に
おいて、1aは回転軸、11は所要の極に着磁され、回
転軸1aに固定された永久磁石、15は永久磁石11と
微小間隙で対向配置した磁気バブル素子である。15a
はチップ面で、磁性の転送パターン15b、バブル15
c、磁気抵抗効果素子15d、バブル発生器15eにて
構成されている。
【0007】次に動作について説明する。図19に示し
た第1の従来例において、回転軸1aが回転すると駆動
歯車3が回転し、従動歯車4が減速回転する。従って、
回転軸2aも回転する。減速比が1/Nになっておれば
回転軸1aがN回転すれば、回転軸2aは1回転する。
電源がON状態での回転時には、1回転内の絶対値位置
検出装置1の1回転内絶対値位置信号と、これの繰り返
し信号とを処理し、回転軸1aが何回転と何度の位置に
あるかを検出する。
【0008】また、電源がOFF状態で、何らかの原因
で回転軸1aが回転したときは、使用開始時に電源ON
させ、1回転内の絶対値位置検出装置1から1回転内絶
対値位置信号を検出する。同時に1回転内の絶対値位置
検出装置2からも1回転内絶対値位置信号を検出し、該
1回転内絶対値位置信号と減速比から回転軸1aの回転
量を算出し、回転軸1aが何回転と何度の位置にあるか
を検出する。
【0009】図20に示した第2の従来例においては、
回転軸1aが回転すると、駆動歯車3が回転し、従動歯
車4が減速回転し、回転軸5aが回転する。更に駆動歯
車7も回転するので、従動歯車8が減速回転し、回転軸
6aが回転する。各々の減速比が1/Nになっておれば
回転軸1aがN2回転すれば、回転軸5aはN回転し、
回転軸6aは1回転する。従って、電源がOFF状態で
何らかの原因で回転軸1aが回転した時は、使用開始時
に電源をONさせ、1回転内の絶対値位置検出装置1の
1回転内絶対値位置信号を検出し、同時に第1、第2の
位置検出装置5、6から1回転内絶対値位置信号を検出
し、この信号と減速比から、回転軸1aの回転量を検出
する。
【0010】図21に示した第3の従来例においては、
電源がON状態の時、発光素子1cが点燈し、この光は
回転スケール1bのスリットを通過し、受光素子1dを
照射する。この時、回転軸1aが回転すると、受光素子
1dの出力信号は回転位置によって変化する。従って、
この出力信号を1回転内絶対値位置信号とし、この出力
信号の繰返し回数をカウントして回転量信号とし、回転
軸1aが何回転と何度の位置にあるかを検出する。
【0011】また、電源がOFF状態の時は、磁気抵抗
効果素子12と回転量信号処理回路14aが電池でバッ
クアップされているため、何らかの原因で回転軸1aが
回転した時は永久磁石11も回転するので、磁気抵抗効
果素子12の電気抵抗が変化する。この抵抗変化を回転
量信号処理回路14aで処理して記憶する。従って、使
用開始時に、電源をONさせ、発光素子1Cを点燈さ
せ、受光素子1dの出力信号から1回転内絶対値位置信
号をラッチし、同時に回転量信号処理回路14aに記憶
された回転量信号をラッチし、合成信号処理回路14c
で合成して回転軸1aが何回転と何度の位置にあるかを
検出する。
【0012】また、図22と図23に示した第4の従来
例においては、回転量の検出と記憶を磁気バブル素子1
5で行なうもので、あらかじめ磁気バブル素子15に備
えられた永久磁石(図示せず)により、チップ面15a
と垂直方向に磁界を印加し、バブル発生器15eに電流
を流してバブル15cを発生させておく。電源OFF時
に回転軸1aが回転すると,永久磁石11が回転し、永
久磁石11の漏洩磁束でバブル15cが転送パターン1
5bを1回転毎に1パターンづつ移動する。従って、使
用開始時に電源をONさせ、磁気バブル素子15に回巻
されているコイル(図示せず)に電流を流し、回転磁界
を発生させ、バブル15cを磁気抵抗効果素子15dま
で移動させて、バブル15cのもとあった位置を読み出
し、回転信号とする。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の回転検出装置に
おいて、1回転内の絶対値位置検出装置を複数個使用
し、歯車を使用して減速する方式のものは、高価な1回
転内の絶対値位置検出装置を複数使用し、機械加工され
た歯車を使用しなければならず、コスト高で、寸法が大
きくなり、この寸法制限から許容回転量を多くすること
ができないという問題点があった。
【0014】また、1回転内の絶対値位置検出装置を1
個使用し、歯車列の各回転軸の回転位置を検出するもの
は、許容回転量を多くすることが可能であるが、位置検
出装置が高価で、機械加工された歯車が必要で、まだ、
寸法も大きく、コスト高の問題点があった。
【0015】さらに、1回転内の絶対値位置検出部の回
転軸の回転量を検出・記憶し、電池でバックアップする
ものは、小形でコストも高くないが、バックアップ電池
が必要である。このため、高抵抗の磁気抵抗効果素子を
使用し、回転量信号処理回路もC−MOSで構成し、低
消費電力化を図っているが、電池寿命に限りがあり、電
池のメンテナンスが必要という問題点があった。
【0016】また、回転量検出に磁気バブル素子を使用
する方法のものは、電池が不要で、小形化でき、コスト
も高価でないが、磁気バブル素子のチップ面に回転する
永久磁石の回転磁界を均一に印加しなければバブルが正
常に転送されなく、信頼性が低いという問題点があっ
た。
【0017】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、小形低コストで、電池バクア
ップが不要、かつ、高信頼性の回転検出方法及びその装
置を得ることを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係わる回転
又は移動検出方法は、磁束発生手段を備えた検出対象を
回転又は移動する段階と、上記検出対象の回転もしくは
移動により、回転、旋回又は移動する上記磁束発生手段
が発生する磁束により微小機械部を駆動し、上記微小機
械部における上記検出対象の回転量又は移動量に応じた
駆動状態を保持する段階と、上記微小機械部の駆動状態
から上記検出対象の回転量又は移動量を検出する段階と
からなるものである。
【0019】第2の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、検出対象に設けられ、上記検出対象の回転又は移動
により回転、旋回又は移動する磁束発生手段と、上記回
転、旋回又は移動する磁束発生手段が発生する磁束によ
り駆動され、上記検出対象の回転量又は移動量に応じた
駆動状態を保持する微小機械部と、上記微小機械部の駆
動状態から上記検出対象の回転量又は移動量を演算する
回転量又は移動量演算手段とを備えたものである。
【0020】第3の発明に係わる回転検出装置は、回転
軸を有する回転体の1回転内の回転位置の絶対値を検出
する絶対値位置検出手段と、上記回転軸に設けられ、上
記回転体の回転により回転もしくは旋回する永久磁石
と、上記永久磁石に対向配置され、上記回転もしくは旋
回する永久磁石が発生する磁束により駆動され、上記回
転体の回転量に応じた駆動状態を保持する微小機械部
と、上記微小機械部からの信号入力により上記回転体の
回転量を演算する回転量演算手段と、上記回転量演算手
段及び上記絶対値位置検出手段からの入力信号を合成し
て上記回転体の回転量及び1回転内の回転位置の絶対値
を出力する回転出力手段とを備えたものである。
【0021】第4の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第2の発明又は第3の発明に係わる回転又は移動検
出装置において、微小機械部は、円周上に所定数の突部
が等中心角度に形成され、外部磁束により駆動されて回
転する回転検出体と、上記回転検出体と同軸一体に構成
された駆動歯車と、上記駆動歯車と噛合する従動歯車
と、上記駆動歯車及び従動歯車の各々と同軸一体に構成
された第1及び第2の被検出体と、上記第1及び第2の
被検出体に対向配置され、上記第1及び第2の被検出体
の回転状態を検出して出力する第1及び第2の検出素子
とを備えたものである。
【0022】第5の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第4の発明に係わる回転又は移動検出装置におい
て、微小機械部に備わる駆動歯車及び従動歯車は間欠歯
車形状を成し、上記駆動歯車と同軸一体に構成された第
1の被検出体は円周上に回転検出体と同一数の突部が等
中心角度に形成され、上記従動歯車と同軸一体に構成さ
れた第2の被検出体は円周上に上記従動歯車の噛合用歯
数(上記従動歯車の全歯数のうち駆動歯車と噛合する歯
数)と同一数の突部が等中心角度に形成され、上記第1
及び第2の被検出体の円周上に形成された突部の各々
は、対向配置された第1及び第2の検出素子との対向面
積が同一円周上にて異なるものである。
【0023】第6の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第2の発明又は第3の発明に係わる回転又は移動検
出装置において、微小機械部は、円周上に所定数の突部
が等中心角度に形成され、外部磁束により駆動されて回
転する回転検出体と、上記検出体の回転を減速する複数
組の駆動歯車及び上記駆動歯車と噛合する従動歯車と、
上記複数組の駆動歯車及び従動歯車のうち、最終段の従
動歯車と同軸一体に構成された被検出体と、上記被検出
体に対向配置され、上記被検出体の回転状態を検出して
出力する検出素子とを備え、上記最終段の従動歯車は、
外部磁極の数と上記回転検出体の突部数との比と上記複
数組の駆動歯車及び従動歯車の減速比との積の逆数の整
数倍の歯数を有し、上記被検出体は円周上に上記最終段
の従動歯車の歯数と同一数の突部が形成され、上記突部
の各々は、上記検出素子との対向面積が同一円周上にて
異なるものである。
【0024】第7の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第4の発明〜第6の発明に係わる回転又は移動検出
装置において、微小機械部に備わる回転検出体は、円周
上に等中心角度に形成さた所定数の突部を有し、上記突
部は回転体に設けられた永久磁石との対向面が広く、中
心軸方向に細いT字形の形状を成すものである。
【0025】第8の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第4の発明〜第7の発明に係わる回転又は移動検出
装置において、微小機械部に備わる被検出体は、少なく
とも検出素子との対向部分を磁性材で形成され、上記被
検出体と対向配置された検出素子は磁気抵抗効果素子で
構成されたものである。
【0026】第9の発明に係わる回転又は移動検出装置
は、第4の発明〜第8の発明に係わる回転又は移動検出
装置において、微小機械部に備わる従動歯車は磁性材で
歯幅方向に着磁され、上記微小機械部は上記従動歯車の
軸方向の両側から上記従動歯車を挟むように、上記着磁
された従動歯車と反発する向きに一対の永久磁石を備え
たものである。
【0027】第10の発明に係わる回転検出装置は、第
3の発明に係わる回転検出装置において、回転体に設け
られた永久磁石は微小機械部に備わる回転検出体の突部
を、上記回転検出体の回転軸方向から挟むようにコの字
形の形状を成すものである。
【0028】第11の発明に係わる回転又は移動検出装
置は、第2の発明〜第10の発明に係わる回転又は移動
検出装置において、回転体の回転量に応じた駆動状態を
保持する微小機械部と、上記微小機械部からの信号入力
により上記回転体の回転量を演算する回転量演算手段と
を一体に構築したものである。
【0029】
【作用】第1の発明においては、磁束発生手段を備えた
検出対象は回転又は移動され、上記検出対象の回転もし
くは移動により、回転、旋回又は移動される上記磁束発
生手段が発生する磁束により微小機械部が駆動され、上
記検出対象の回転量又は移動量に応じた駆動状態が保持
され、上記微小機械部の駆動状態から上記検出対象の回
転量又は移動量が検出される。
【0030】第2の発明における磁束発生手段は検出対
象の回転又は移動により回転、旋回又は移動し、微小機
械部は上記回転、旋回又は移動する磁束発生手段が発生
する磁束により駆動されて上記検出対象の回転量又は移
動量に応じた駆動状態を保持し、回転量又は移動量演算
手段は上記微小機械部の駆動状態から上記検出対象の回
転量又は移動量を演算する。
【0031】第3の発明における絶対値位置検出手段は
回転体の1回転内の回転位置の絶対値を検出し、永久磁
石は上記回転体の回転軸に設けられ、上記回転体の回転
により回転もしくは旋回し、微小機械部は上記永久磁石
に対向配置され、上記回転もしくは旋回する永久磁石が
発生する磁束により駆動され、上記回転体の回転量に応
じた駆動状態を保持し、回転量演算手段は上記微小機械
部からの信号入力により上記回転体の回転量を演算し、
回転出力手段は上記回転量演算手段及び上記絶対値位置
検出手段からの入力信号を合成して上記回転体の回転量
及び1回転内の回転位置の絶対値を出力する。
【0032】第4の発明における微小機械部に備わる回
転検出体は、外部磁束により駆動されて回転し、上記回
転検出体と同軸一体に構成された駆動歯車を介してこの
駆動歯車と噛合する従動歯車を駆動し、上記駆動歯車及
び従動歯車は各々と同軸一体に構成された第1及び第2
の被検出体を回転し、上記第1及び第2の被検出体に対
向配置された第1及び第2の検出素子は上記第1及び第
2の被検出体の回転状態を検出して出力する。
【0033】第5の発明における微小機械部に備わる第
1の検出素子は、回転検出体と同軸一体に構成された第
1の被検出体の円周上に形成された突部により上記回転
検出体の回転位置を検出し、第2の検出素子は、間欠歯
車形状を成す駆動歯車及び従動歯車の歯車比で減じて回
転される上記従動歯車の回転位置を上記従動歯車と同軸
一体に構成された第2の被検出体の円周上に形成された
突部により検出する。
【0034】第6の発明における微小機械部に備わる回
転検出体は、検出対象の回転又は移動に起因する外部磁
束により駆動されて回転し、複数組の駆動歯車及び上記
駆動歯車と噛合する従動歯車は上記回転検出体の回転を
減速して最終段の従動歯車と同軸一体に構成された被検
出体を回転し、検出素子は上記被検出体に形成された突
部により、外部磁極の数と上記回転検出体の突部数の比
と上記複数組の駆動歯車及び従動歯車の減速比との積の
逆数の整数倍の範囲で上記検出対象の回転量又は移動量
を検出して出力する。
【0035】第7の発明における微小機械部に備わる回
転検出体の突部は回転体に設けられた永久磁石との対向
面が広く、中心軸方向に細いT字形の形状を成し、漏洩
磁束を減ずる。
【0036】第8の発明における微小機械部に備わる磁
性材からなる被検出体と上記被検出体と対向配置された
磁気抵抗効果素子からなる検出素子は磁束の変化で回転
量又は移動量を検出する。
【0037】第9の発明における微小機械部に備わる歯
幅方向に着磁され従動歯車は、軸方向の両側から上記従
動歯車を挟むように、上記着磁された従動歯車と反発す
る向きに備わる一対の永久磁石により浮力を受け、回転
時の摩擦を減じる。
【0038】第10の発明における回転体に設けられた
コの字形の形状を成す永久磁石は微小機械部に備わる回
転検出体の突部に、上記回転検出体の回転軸に平行に励
磁する。
【0039】第11の発明における回転体の回転量に応
じた駆動状態を保持する微小機械部と、上記微小機械部
からの信号入力により上記回転体の回転量を演算する回
転量演算手段とは一体に構築される。
【0040】
【実施例】
実施例1.第1〜第4の発明の一実施例を図1〜図5
により説明する。図中、従来例と同じ符号で示されたも
のは従来例のそれと同一もしくは同等なものを示す。図
1に示した微小機械部としてのマイクロマシン16の拡
大縦断面図、図3は図2に示したマイクロマシン16の
拡大平面の部分断面図、図4は後述の検出板38の拡大
平面の部分断面図であり、図2〜図4は第4の発明の一
実施例である。
【0041】図1において、1は検出対象としての回転
体の1回転内の絶対値位置検出部、1aは回転体の回転
軸、1bは回転スケールで、絶対値コードが出力するよ
うスリット(図示せず)を備えている。1cは発光素
子、1dは受光素子、11は磁束発生手段としての永久
磁石で、所要の極に着磁され、回転軸1aに固定されて
いる。
【0042】16は微小機械部としてのマイクロマシン
で、半導体製造に活用されている微細加工技術(フォト
リソグラフィ技術、成膜技術、エッチング技術等)と同
一技術であるマイクロマシニングで製造されてものであ
る。このマイクロマシン16は、永久磁石11と対向配
置され、プリント基板13に固定されている。そして、
回転軸1aの回転により旋回する永久磁石11が発生す
る磁束により駆動され回転軸1aの回転量に応じた駆動
状態を保持する。
【0043】14はプリント基板13に搭載された信号
処理回路であり、マイクロマシン16の信号を処理する
回転量演算手段としての回転量信号処理回路14aと1
回転内の絶対値位置検出部1の受光素子1dの出力信号
を処理する1回転内絶対値位置信号処理回路14b、更
に回転量信号と1回転内絶対値位置信号を合成して、出
力する回転出力手段としての合成信号処理回路1cで構
成されている。なお、1回転内の絶対値位置検出部と1
回転内絶対値位置信号処理回路14bにて、回転体の回
転位置の絶対値を検出する絶対値位置検出手段を構成す
る。
【0044】図2、図3、図4に示したマイクロマシン
16において、17は単結晶シリコン基板、17a、1
7b、17cは支柱壁で、単結晶シリコン基板17上に
多結晶シリコンのCVD(Chemical Vapo
r Deposition)により形成固着されてい
る。18は基台で、支柱壁17a、17b、17cにそ
れぞれ多結晶シリコンのCVDにより形成固着されてい
る。
【0045】19は第1段目の軸で、多結晶シリコンの
CVDにより単結晶シリコン基板17に形成固着され、
20〜23は第2段目〜第5段目の軸で、多結晶シリコ
ンのCVDにより基台18に形成固着している。24〜
28は第1段目〜第5段目の中空軸で、多結晶シリコン
のCVDにより形成され、軸19〜23に対し、回転自
在に構成されている。
【0046】29は回転検出体(以下、検出体と記す)
で、磁性金属のスパッタリングにより形成され、減速比
が1/N1になるよう円周上形成された所定数の突部と
しての歯29aを備え(図2の場合は永久磁石11が1
個で歯29aが5枚のため、1/N1=1/5)、多結
晶シリコンのCVDにより、全表面に薄膜(図示せず)
が付着形成されている。また、第1段目の中空軸24が
検出体29に一体形成されている。
【0047】30〜33は第1段目〜第4段目の駆動歯
車で、多結晶シリコンのCVDにより形成され、第1段
目〜第4段目の中空軸24〜28がそれぞれ一体形成さ
れている。34〜37は第2段目〜第5段目の従動歯車
で、多結晶シリコンのCVDにより形成され、第2段目
〜第5段目の中空軸25〜28がそれぞれ一体形成さ
れ、駆動歯車30〜33とそれぞれ噛合している。
【0048】また、駆動歯車30〜33と従動歯車34
〜37の歯数は、減速比が第2段目〜第5段目におい
て、それぞれ1/N2、1/N3、1/N4、1/N5
になるよう構成され、中空軸25〜28が回転軸1aの
回転に対し、それぞれ所要の位置に停止するよう構成さ
れている。
【0049】38〜42は第1段目〜第5段目の被検出
体としての検出板で、多結晶シリコンのCVDにより、
カム板形状に形成され、第1段目〜第5段目の中空軸2
4〜28がそれぞれ一体形成されている。
【0050】43〜47は検出素子で、導電金属のスパ
ッタリングにより形成され、電極板になている。また、
多結晶シリコンのCVDにより、全表面に薄膜(図示せ
ず)が付着形成され、検出板38〜42と微小間隙で対
向配置されている。
【0051】50〜54は導体で、導電金属のスパッタ
リングにより形成され、多結晶シリコンのCVDによ
り、端子50a〜54a部分を除く表面に薄膜(図示せ
ず)が付着形成されている。55はリードフレームで、
単結晶シリコン基板17がダイボンディングされてい
る。55a〜55hはリード端子で、端子(50a〜5
2aは図示せず)とそれぞれワイヤ56〜60でワイヤ
ボンディングされている。61はフタで、ガラス材で基
台18及びワイヤ56〜60との隙間はハーメチックシ
ールされている。62は樹脂パッケージである。
【0052】図5は、この発明の一実施例を示す回転量
信号処理回路14aのブロック図でる。図5において、
38〜42は第1段目〜第5段目の検出板、43〜47
は第1段目〜第5段目の検出素子(電極板)、63はア
ナログスイッチ、64は発振回路、65は容量/電圧変
換回路、66は増幅回路、67はA/D変換回路、68
は記憶回路でROMで構成され、第1段目〜第5段目の
検出板38〜42の1回転分の角度をそれぞれ1/A
1、1/A2、1/A3、1/A4、1/A5に分割し
た時、この分割角度に対応した検出板38〜42と検出
素子(電極板)43〜47の対向間隙の静電容量変化が
あらかじめ記憶されている。69はマイコンである。
【0053】次に動作について説明する。以上のように
構成された回転検出装置においては、電源がOFF状態
で何らかの原因で回転軸1aがN回転した時は、永久磁
石11も回転するので、マイクロマシン16の検出体2
9は、永久磁石11の漏洩磁束による吸引力が歯29a
に作用し、N/N1回転する。
【0054】従って、検出体29と一体になっている第
1段目の中空軸24、検出板38、駆動歯車30もN/
N1回転し、駆動歯車30と噛合減速する第2段目の従
動歯車34はN/(N1×N2)回転し、該従動歯車3
4と一体になっている中空軸25、検出板39、駆動歯
車31もN/(N1×N2)回転する。以下同様に次々
減速回転し、第5段目の従動歯車37、中空軸28、検
出板42は(N/N1)×(1/N2)×(1/N3)
×(1/N4)×(1/N5)回転し、停止状態にな
る。
【0055】また、検出板38〜42はカム板形状のた
め、各段における検出板38〜42と検出素子(電極
板)43〜47と対向する面積が変化する。この変化は
各段の中空軸24〜28がそれぞれ1回転する毎に繰り
返すが、回転軸1aがN1×N2×N3×N4×N5−
1回転する間に、検出板38〜42と検出素子(電極
板)43〜47の対向する面積の重なり具合の組合わせ
を繰り返すことはない。即ち、この該回転量が許容回転
量となる。ゆえに、回転軸1aの回転量がメカ的にマイ
クロマシン16により記憶される。
【0056】電源OFF時に回転軸1aが回転した場
合、その回転位置と回転量を知るには、使用開始時に電
源をONさせ、従来と同様に発光素子1cを点燈させ、
受光素子1dの出力信号を1回転内絶対値位置信号処理
回路14bで処理し、回転位置を検出する。
【0057】同時に回転量信号処理回路14aの発振回
路64を作動させ、検出板38〜42と検出素子(電極
板)43〜47の対向間隙の静電容量を検出し、容量/
電圧変換回路65で電圧に変換し、増幅回路66で増幅
し、A/D変換回路67でデジタル量に変換する。該デ
ジタル量をアドレスとして記憶回路68に入力し、検出
した静電容量に対応した検出板38〜42の回転角度を
出力させるが、これはマイコン69の指示により、アナ
ログスイッチ63を順次切換えて行なう。該回転角度の
出力をマイコン69にて演算し、回転軸1aの回転量を
検出する。
【0058】次に合成信号処理回路14cにて1回転内
絶対値位置信号と回転量信号を合成し、回転軸1aが何
回転と何度の位置にあるかを検出する。
【0059】また、検出板38〜42は高比誘電率の材
料を使用し、検出素子(電極)43〜47との対向間隙
の静電容量を大きくし、S/N比を高くしている。
【0060】実施例2.第5の発明の一実施例を図6〜
図9により説明する。図6は間欠歯車形状の駆動歯車と
従動歯車の噛合状況を示す平面図、図7は図6のA−A
断面を示す図である。上記実施例1においては、駆動歯
車30〜33と従動歯車34〜37は通常の噛合減速歯
車になっているが、図6、図7に示すように第1段目の
駆動歯車30Aは2枚の歯30a、30bと1ケ所の谷
30cを残こし、他の部分30dの歯を削除し、軸方向
にずれた位置に谷30e(谷30cと同一形状)を残
し、他の部分30dの谷を埋め、従動歯車34Aは谷3
0cと噛合する歯34a〜34dと噛合しない歯34e
〜34hを備え、軸方向にずれた位置34iで歯34e
〜34hに相当する部分の歯を削除した間欠歯車を使用
する、(尚、他の駆動歯車(図示せず)及び従動歯車
(図示せず)も同様に構成されている)。
【0061】図8はこの実施例2における検出板38
A、39Aの平面図、図9は図8におけるB−B断面図
である。図8、図9に示すように、第1の被検出体とし
ての第1段目の検出板38Aは回転検出体29と同一歯
数(突部)で歯の大きさが異なるようにし、第2の被検
出体としての第2段目の検出板39Aは従動歯車34A
の噛合する歯数(この場合4個)と同一歯数で歯の大き
さが異なるように構成されている。(尚、第3〜第5段
目の検出板(図示せず)も同様に構成されている。)
【0062】このため、駆動歯車30Aが1回転する間
に従動歯車34Aは1/4回転しかしない。結果、同一
モジュール、同一ピッチ円直径の歯車においては、減速
比が高く得られる。従って、上記実施例1より、回転軸
1aの回転量の記憶量が大きく得られ、許容回転量が大
きくなる。また、駆動歯車30〜33が1回転した時の
み従動歯車34〜37は1/4回転するので、各段の検
出板38〜42の停止位置は1/4づつずれた位置とな
り中間の位置で停止しない。従って上記実施例1より、
検出板38〜42の1回転における静電容量の変化が大
きく得られ、信頼性が高くなる。
【0063】実施例3.第6の発明の位置実施例を図1
0により説明する。図10はこの実施例3におけるマイ
クロマシン16Bの拡大断面図である。上記第1の実施
例にあっては、減速比(1/N1)×(1/N2)×
(1/N3)×(1/N4)×(1/N5)を認意の値
とし、検出板38〜42と検出素子(電極)43〜47
を備えている。しかし、許容回転量が少なくてよい場合
は、10図のように、最終段の従動歯車としての第5段
目の従動歯車37Bの歯数を減速比の逆数の整数倍にし
た。
【0064】また、最終段の従動歯車軸にのみ被検出体
としての検出板42Bと検出素子(電極板)47を設
け、かつ、該検出板42Bは従動歯車37と同一歯数で
歯の大きさが異なるように構成した。この結果、回転軸
1aの1回転に対し、検出板42Bの停止位置は検出板
42Bの1/歯数づつずれた位置となり、中間の位置に
停止しない。従って、上記第1の実施例より安価にな
り、検出板42Bの1回転における静電容量の変化が大
きく得られ、信頼性が高くなった。
【0065】実施例4.第7の発明の一実施例を図11
により説明する。図11はこの実施例4のマイクロマシ
ン16cの拡大縦断面図である。図11に示した実施例
にあっては、回転検出体29Cの突部としての歯29a
をT形の形状にし、対向部29bと細いハリ部29cで
構成したので、永久磁石11の磁束がハリ部29cへ漏
洩しにくくなり、対向部29bに集中し、吸引力が増加
するので、上記第1の実施例より、検出体29が高信頼
に回転する。
【0066】実施例5.第8の発明の一実施例を図12
〜図14により説明する。図12はこの実施例5におけ
る検出板近傍の拡大平面図、図13は図12におけるC
−C断面図である。また、図14は回転量信号処理回路
14aの構成を、上記実施例1にあっては、検出板38
〜42を多結晶シリコンとし、検出素子43〜47を導
電金属の電極板としたが、図12、図13に示すように
検出板38Dを磁性金属のスパッタリングにより形成
し、多結晶シリコンのCVDにより全表面に薄膜(図示
せず)を付着形成し、所要の極に着磁し、検出素子43
Dを通常抵抗値の磁気抵抗効果素子とし、スパッタリン
グで構成した。(尚、他の検出板39〜42及び検出素
子44〜47も同様に構成する。)
【0067】また図14のように回転量信号処理回路1
4aをアナログスイッチ63、増幅回路66、A/D変
換回路67、記憶回路68、マイコン69で構成したの
で、回転量信号処理回路14aが簡単、かつ、安価とな
り、同様の効果が得られる。
【0068】実施例6.第9の発明の一実施を図15、
図16により説明する。図15はこの実施例6のマイク
ロマシン16Eのみ外観図、図16は着磁された従動歯
車近傍の拡大断面図を示す。図15、図16に示した実
施例にあっては、従動歯車34を磁性金属のスパッタリ
ングにより形成し、多結晶シリコンのCVDにより、全
表面に薄膜(図示せず)を付着形成し、歯幅方向に永久
着磁した。そして、永久磁石板70、71で挟み、該永
久磁石板70、71を回転軸1aに固定された永久磁石
11と直角方向、且つ従動歯車34Eと同一方向で、着
磁の向きが互いに反発するように構成した(尚、他の従
動歯車35〜37も同様に構成する)。
【0069】この結果、従動歯車34〜37と各々一体
となっている中空軸25〜28が宙に浮き、軸20〜2
3及び基台18との摩擦トルクが低下し、信頼性が向上
する。なお、図15ではマイクロマシン16Eにおい
て、ケースの外側から1対の永久磁石70、71で従動
歯車34を挟んでいるが樹脂製のケースの場合には、こ
の一対の永久磁石を上記樹脂中に埋込むこともできる。
【0070】実施例7.第10の発明の一実施例を図1
7により説明する。図17はこの実施例7における回転
軸1bに固着した永久磁石11Aとマイクロマシン16
Fの拡大縦断面図である。図17に示した実施例にあっ
ては、永久磁石11Aをコの字形に構成し、マイクロマ
シン16F内蔵の回転検出体29の歯29aをその歯幅
方向に狭み、永久磁石11Aの着磁方向を歯幅方向とし
たので、対向面積が増化し、吸引力が増加するので、上
記実施例1より、検出体29が高信頼に回転する。
【0071】実施例8.第11の発明の一実施例を図1
8により説明する。図18はこの実施例8におけるマイ
クロマシン16Gの拡大縦断面図である。上記第1の実
施例にあっては、回転量信号処理回路14aをプリント
基板13に搭載したが、図18に示すように、マイクロ
マシン16Gの単結晶シリコン基板17を従来の半導体
基板と同一レベルとし、従来の半導体製作方法と同様に
P、P+、n、n+接合を作り、抵抗17dやトランジス
タ17e等必要な素子を作り込んで回転量信号処理回路
14aを構成した。この結果、プリント基板13までの
配線距離が短縮し、ノイズに対する信頼性が向上した。
【0072】なお、以上説明した実施例1〜8にあって
は、微小機械部として、半導体製造に活用されている微
細加工技術と同一技術であるマイクロマシニングで製造
されたマイクロマシン16〜16Gを用いたものを例示
したが、マイクロマシン16〜16Gに限定されるもの
ではなく、精密機械加工により、実用できる程度に小
型、高信頼性、かつ高精度に製作された微小機械であっ
てもよい。
【0073】又、以上説明した実施例1〜8にあって
は、光学式の1回転内の絶対値位置検出部を備えた回転
検出装置及び検出方法について説明したが、例えば磁気
方式等光学方式以外の方式の1回転内絶対値位置検出部
にも利用できる。また、回転量のみを検出する回転検出
装置についても利用できる。また、上記実施例において
回転量の検出について説明したが、直線移動する装置の
移動検出装置としても効果がある。
【0074】
【発明の効果】以上のように、第1及び第2の発明によ
れば、検出対象に備わる磁束発生手段が発生する磁束に
よりマイクロマシンを駆動し、上記マイクロマシンの駆
動状態から上記検出対象の回転量又は移動量を検出する
ようにしたので、上記検出対象の回転量又は移動量がメ
カ的に記憶され、比較的小型、高信頼性のものが得られ
る効果がある。
【0075】又、第3の発明によれば、回転体の1回転
内の回転位置の絶対値を検出すると共に、上記回転軸に
設けた永久磁石に対向配置して上記回転体の回転量に応
じた駆動状態を保持するマイクロマシンと、上記マイク
ロマシンからの信号入力により上記回転体の回転量を演
算し、上記絶対値位置検出値と合成して上記回転体の回
転量及び1回転内の回転位置の絶対値を出力する回転出
力手段とを備えたので、上記回転体の回転量及び1回転
内の回転位置の検出に、バックアップ用電池が不要であ
ると共に、比較的小型、高信頼性のものが得られる効果
がある。
【0076】又、第4の発明によれば、外部磁束により
駆動される回転検出体、上記回転検出体と同軸一体に構
成された駆動歯車と噛合する従動歯車、上記駆動歯車及
び従動歯車の各々と同軸一体に構成された第1及び第2
の被検出体の回転状態を検出して出力する第1及び第2
の検出素子を一体にマイクロマシン化してパッケージ化
したので、比較的小型で量産性及び信頼性に優れたもの
が得られる効果がある。
【0077】又、第5の発明によれば、マイクロマシン
に関し、駆動歯車及び従動歯車を間欠歯車形状とし、第
1の被検出体の円周上の突部を回転検出体の突部と同一
数とし、第2の被検出体の円周上の突部を同軸一体の従
動歯車の噛合用歯数と同一数とし、上記突部の各々の対
向配置された第1及び第2の検出素子との対向面積を同
一円周上にて異なるように構成したので、許容回転量が
比較的大きく、計測信頼性に優れたものが得られる効果
がある。
【0078】又、第6の発明によれば、マイクロマシン
に関し、外部磁束により駆動される回転検出体の回転を
減速する複数組の駆動歯車及び従動歯車、最終段の従動
歯車と同軸一体に構成された被検出体の回転状態を検出
する検出素子を備え、上記最終段の従動歯車の歯数を、
外部磁極の数と上記回転検出体の突部数との比と上記複
数組の駆動歯車及び従動歯車の減速比との積の逆数の整
数倍とし、上記被検出体の円周上に上記最終段の従動歯
車の歯数と同一数の突部を形成し、上記突部の各々の上
記検出素子との対向面積を同一円周上にて異なるように
したので、マイクロマシンの出力部は唯一個となり、比
較的小型で量産性及び信頼性に優れ、かつ、低コストの
ものが得られる効果がある。
【0079】又、第7の発明によれば、マイクロマシン
に備わる回転検出体の円周上に形成さた突部を、回転体
の永久磁石との対向面を広く、中心軸方向に細いT字形
の形状に形成したので、漏洩磁束が少なく、上記回転体
の回転量の計測信頼性の高いものが得られる効果があ
る。
【0080】又、第8の発明によれば、マイクロマシン
に備わる被検出体の、少なくとも検出素子との対向部分
を磁性材で形成し、上記検出素子を磁気抵抗効果素子で
構成したので、上記回転体の回転量の計測信頼性の高い
ものが得られる効果がある。
【0081】又、第9の発明によれば、マイクロマシン
に、歯幅方向に着磁した従動歯車と、上記従動歯車の軸
方向の両側から上記従動歯車を挟むように、上記着磁さ
れた従動歯車と反発する向きに一対の永久磁石とを備え
たので、上記従動歯車の軸部の摩擦トルクが小さく、回
転の信頼性の高いものが得られる効果がある。
【0082】又、第10の発明によれば、回転体に設け
られた永久磁石をコの字形の形状にしてマイクロマシン
に備わる回転検出体の突部を、上記回転検出体の回転軸
方向から挟んだので、上記回転検出体の回転トルクが大
きく、回転信頼性の高いものが得られる効果がある。
【0083】又、第11の発明によれば、回転体の回転
量に応じた駆動状態を保持するマイクロマシンと、上記
マイクロマシンからの信号入力により上記回転体の回転
量を演算する回転量演算手段とを一体に構築したので、
上記回転体の回転量検出部が比較的小型、コンパクト
で、量産性及び信頼性に優れたものが得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1〜第3の発明の一実施例である回転検出装
置の概略縦断面図である。
【図2】第4の発明の一実施例におけるマイクロマシン
の拡大縦断面図である。
【図3】図2に示したマイクロマシンの拡大平面の部分
断面図である。
【図4】図2に示したマイクロマシンにおける回転検出
板の拡大平面図である。
【図5】図1に示した回転量信号処理回路のブロック図
である。
【図6】第5の発明の一実施例におけるマイクロマシン
の駆動歯車と縦動歯車の噛合状況を示す拡大平面図であ
る。
【図7】図6に示した駆動歯車及び従動歯車のA−A断
面図である。
【図8】第5の発明の一実施例におけるマイクロマシン
の検出板の拡大平面図である。
【図9】図8に示した検出板のB−B断面図である。
【図10】第4の発明の一実施例におけるマイクロマシ
ンの拡大縦断面図である。
【図11】第7の発明の一実施例におけるマイクロマシ
ンを示す拡大平面の部分断面図である。
【図12】第8の発明の一実施例におけるマイクロマシ
ンの検出板の拡大平面図である。
【図13】図11に示した検出板のC−C断面図であ
る。
【図14】第8の発明の一実施例における回転量信号処
理回路のブロック図である。
【図15】第9の発明の一実施例におけるマイクロマシ
ンの拡大正面図である。
【図16】図15に示したマイクロマシンにおける第2
段目の軸の拡大縦断面図である。
【図17】第10の発明の一実施例におけるマイクロマ
シンの拡大縦断面図である。
【図18】第10の発明の一実施例におけるマイクロマ
シンの拡大縦断面図である。
【図19】従来の1回転内の絶対値位置検出装置を複数
個使用した回転検出装置の概略図である。
【図20】従来の1回転内の絶対値位置検出装置1個と
複数の位置検出装置を使用した回転検出装置の概略図で
ある。
【図21】従来の1回転内の絶対値位置検出装置1個を
使用し回転量検出を電池でバックアップした回転検出装
置の概略縦断面図である。
【図22】従来の1回転内の絶対値位置検出装置1個を
使用し回転量を磁気バルブ素子で検出した回転検出装置
の概略縦断面図である。
【図23】図22に示した回転検出装置の磁気バルブ素
子のチップ表面図である。
【符号の説明】
1 絶対値位置検出部 1a 回転軸 11 永久磁石 13 プリント基板 14 信号処理回路 14a 回転量信号処理回路 14b 1回転内絶対値位置信号処理回路 14c 合成信号処理回路 16 マイクロマシン 17 単結晶シリコン基板 17a〜17c 支柱壁 17d 抵抗 17e トランジスタ 18 基台 19〜23 軸 24〜28 中空軸 29 回転検出体 29a 歯 29b 対向部 29c ハリ部 30〜33 駆動歯車 30a、30b 歯 30c 谷 34〜37 従動歯車 34a〜37d 歯 38〜42 検出板 43〜47 検出素子 55 リードフレーム 61 フタ 62 樹脂パッケージ 63 アナログスイッチ 64 発振回路 65 容量/電圧変換回路 66 増幅回路 67 A/D変換回路 68 記憶回路 69 マイコン 70、71 永久磁石板

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁束発生手段を備えた検出対象を回転又
    は移動する段階と、上記検出対象の回転もしくは移動に
    より、回転、旋回又は移動する上記磁束発生手段が発生
    する磁束により微小機械部を駆動し、上記微小機械部に
    おける上記検出対象の回転量又は移動量に応じた駆動状
    態を保持する段階と、上記微小機械部の駆動状態から上
    記検出対象の回転量又は移動量を検出する段階とからな
    る回転又は移動検出方法。
  2. 【請求項2】 検出対象に設けられ、上記検出対象の回
    転又は移動により回転、旋回又は移動する磁束発生手段
    と、上記回転、旋回又は移動する磁束発生手段が発生す
    る磁束により駆動され、上記検出対象の回転量又は移動
    量に応じた駆動状態を保持する微小機械部と、上記微小
    機械部の駆動状態から上記検出対象の回転量又は移動量
    を演算する回転量又は移動量演算手段とを備えた回転又
    は移動検出装置。
  3. 【請求項3】 回転軸を有する回転体の1回転内の回転
    位置の絶対値を検出する絶対値位置検出手段と、上記回
    転軸に設けられ、上記回転体の回転により回転もしくは
    旋回する永久磁石と、上記永久磁石に対向配置され、上
    記回転もしくは旋回する永久磁石が発生する磁束により
    駆動され、上記回転体の回転量に応じた駆動状態を保持
    する微小機械部と、上記微小機械部からの信号入力によ
    り上記回転体の回転量を演算する回転量演算手段と、上
    記回転量演算手段及び上記絶対値位置検出手段からの入
    力信号を合成して上記回転体の回転量及び1回転内の回
    転位置の絶対値を出力する回転出力手段とを備えた回転
    検出装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は請求項3記載の回転又は移
    動検出装置において、微小機械部は、円周上に所定数の
    突部が等中心角度に形成され、外部磁束により駆動され
    て回転する回転検出体と、上記回転検出体と同軸一体に
    構成された駆動歯車と、上記駆動歯車と噛合する従動歯
    車と、上記駆動歯車及び従動歯車の各々と同軸一体に構
    成された第1及び第2の被検出体と、上記第1及び第2
    の被検出体に対向配置され、上記第1及び第2の被検出
    体の回転状態を検出して出力する第1及び第2の検出素
    子とを備えたことを特徴とする回転又は移動検出装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の回転又は移動検出装置に
    おいて、微小機械部に備わる駆動歯車及び従動歯車は間
    欠歯車形状を成し、上記駆動歯車と同軸一体に構成され
    た第1の被検出体は円周上に回転検出体と同一数の突部
    が等中心角度に形成され、上記従動歯車と同軸一体に構
    成された第2の被検出体は円周上に上記従動歯車の噛合
    用歯数と同一数の突部が等中心角度に形成され、上記第
    1及び第2の被検出体の円周上に形成された突部の各々
    は、対向配置された第1及び第2の検出素子との対向面
    積が同一円周上にて異なることを特徴とする回転又は移
    動検出装置。
  6. 【請求項6】 請求項2又は請求項3記載の回転又は移
    動検出装置において、微小機械部は、円周上に所定数の
    突部が等中心角度に形成され、外部磁束により駆動され
    て回転する回転検出体と、上記検出体の回転を減速する
    複数組の駆動歯車及び上記駆動歯車と噛合する従動歯車
    と、上記複数組の駆動歯車及び従動歯車のうち、最終段
    の従動歯車と同軸一体に構成された被検出体と、上記被
    検出体に対向配置され、上記被検出体の回転状態を検出
    して出力する検出素子とを備え、上記最終段の従動歯車
    は、外部磁極の数と上記回転検出体の突部数との比と上
    記複数組の駆動歯車及び従動歯車の減速比との積の逆数
    の整数倍の歯数を有し、上記被検出体は円周上に上記最
    終段の従動歯車の歯数と同一数の突部が形成され、上記
    突部の各々は、上記検出素子との対向面積が同一円周上
    にて異なることを特徴とする回転又は移動検出装置。
  7. 【請求項7】 請求項4〜請求項6いずれかに記載の回
    転又は移動検出装置において、微小機械部に備わる回転
    検出体は、円周上に等中心角度に形成さた所定数の突部
    を有し、上記突部は回転体に設けられた永久磁石との対
    向面が広く、中心軸方向に細いT字形の形状を成すこと
    を特徴とする回転又は移動検出装置。
  8. 【請求項8】 請求項4〜請求項7いずれかに記載の回
    転又は移動検出装置において、微小機械部に備わる被検
    出体は、少なくとも検出素子との対向部分を磁性材で形
    成され、上記被検出体と対向配置された検出素子は磁気
    抵抗効果素子で構成されたことを特徴とする回転又は移
    動検出装置。
  9. 【請求項9】 請求項4〜請求項8いずれかに記載の回
    転又は移動検出装置において、微小機械部に備わる従動
    歯車は磁性材で歯幅方向に着磁され、上記微小機械部は
    上記従動歯車の軸方向の両側から上記従動歯車を挟むよ
    うに、上記着磁された従動歯車と反発する向きに一対の
    永久磁石を備えたことを特徴とする回転又は移動検出装
    置。
  10. 【請求項10】 請求項3記載の回転検出装置におい
    て、回転体に設けられた永久磁石は微小機械部に備わる
    回転検出体の突部を、上記回転検出体の回転軸方向から
    挟むようにコの字形の形状を成すことを特徴とする回転
    検出装置。
  11. 【請求項11】 請求項2〜請求項10いずれかに記載
    の回転又は移動検出装置において、回転体の回転量に応
    じた駆動状態を保持する微小機械部と、上記微小機械部
    からの信号入力により上記回転体の回転量を演算する回
    転量演算手段とを一体に構築したことを特徴とする回転
    又は移動検出装置。
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