JP3504265B2 - 角加速度検出装置 - Google Patents
角加速度検出装置Info
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- disc
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0888—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values for indicating angular acceleration
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はモータ軸などの回転体における無限回転角度
範囲に渡る角加速度の検出を非接触状態で行う角加速度
検出装置に関するものである。
範囲に渡る角加速度の検出を非接触状態で行う角加速度
検出装置に関するものである。
背景技術
従来において、回転体の角加速度を検出するための角
加速度センサとしては、液体ロータ型角加速度計、渦電
流式の角加速度計が知られている。
加速度センサとしては、液体ロータ型角加速度計、渦電
流式の角加速度計が知られている。
液体ロータ型角加速度計は、第15図にその構成を示す
ように、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動
きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバラン
スさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定
するものである。すなわち、リング状の管１内に液体２
を封入し、この液体２をパドル３で仕切ってある。加速
度計自体が回転すると、液体は絶対位置に対して静止し
ようとするので、これを仕切っているパドルが力を受け
て角変位する。これを変位検出器４で検出し、トルカ５
にフィードバック電流を流して、パドル３を零位置に戻
してバランスを取る。このときのフィードバック電流は
発生した角加速度に比例するので、このフィードバック
電流から角加速度を検出できる。
ように、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動
きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバラン
スさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定
するものである。すなわち、リング状の管１内に液体２
を封入し、この液体２をパドル３で仕切ってある。加速
度計自体が回転すると、液体は絶対位置に対して静止し
ようとするので、これを仕切っているパドルが力を受け
て角変位する。これを変位検出器４で検出し、トルカ５
にフィードバック電流を流して、パドル３を零位置に戻
してバランスを取る。このときのフィードバック電流は
発生した角加速度に比例するので、このフィードバック
電流から角加速度を検出できる。
一方、渦電流を利用した角加速度計は、第16図に示す
ように、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路
内に円筒形のアルミニウム製のロータを配置し、このロ
ータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基
づき、角加速度を検出する構成となっている。
ように、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路
内に円筒形のアルミニウム製のロータを配置し、このロ
ータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基
づき、角加速度を検出する構成となっている。
しかしながら、液体ロータ型角加速度計は回転角度に
制限があり、無限回転角度に渡る角加速度の検出はでき
ないという問題点がある。一方、渦電流を利用した角加
速度計は、得られる検出信号が微弱であるので、高感度
の信号処理回路が必要となる。
制限があり、無限回転角度に渡る角加速度の検出はでき
ないという問題点がある。一方、渦電流を利用した角加
速度計は、得られる検出信号が微弱であるので、高感度
の信号処理回路が必要となる。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、簡単な構成
で無限角度範囲に渡って回転体の角加速度を検出可能な
角加速度検出装置を提案することにある。
で無限角度範囲に渡って回転体の角加速度を検出可能な
角加速度検出装置を提案することにある。
発明の開示
本発明の角加速度検出装置は、回転体に対して２枚の
スリット付き円盤（第１および第２の円盤）を対峙させ
た状態で同軸状態に固定し、検出手段として、例えば、
各円盤のスリットを挟んだ状態に配置した発光素子およ
び半導体位置検出器から構成した半導体位置検出装置を
用いて、回転体の角加速度を検出するようにしている。
ここに、第１の円盤のスリット群に対して、他方の第２
の円盤のスリット群は一定の角度で交差するように形成
してある。また、第２の円盤は、スリット形成部分の半
径方向の内側あるいは外側に環状の重り部分を形成し、
さらに、これらの重なり部分およびスリットに対して半
径方向の内側には、円周方向に弾性変形可能なばね部分
を形成した構成としてある。
スリット付き円盤（第１および第２の円盤）を対峙させ
た状態で同軸状態に固定し、検出手段として、例えば、
各円盤のスリットを挟んだ状態に配置した発光素子およ
び半導体位置検出器から構成した半導体位置検出装置を
用いて、回転体の角加速度を検出するようにしている。
ここに、第１の円盤のスリット群に対して、他方の第２
の円盤のスリット群は一定の角度で交差するように形成
してある。また、第２の円盤は、スリット形成部分の半
径方向の内側あるいは外側に環状の重り部分を形成し、
さらに、これらの重なり部分およびスリットに対して半
径方向の内側には、円周方向に弾性変形可能なばね部分
を形成した構成としてある。
回転体が回転すると、それと共に２枚の円盤が回転す
る。このときに、回転体の回転速度の変化に応じて、第
２の円盤の重り部分の慣性力によって、ばね部分が円周
方向に僅かに弾性変形する。この結果、このばね部分の
外周側に形成されているスリット群も同様に円周方向に
僅かに移動するので、第１の円盤の側のスリット群に対
する第２の円盤の側のスリット群の交差位置がそれに伴
って移動する。この移動が、半導体位置検出装置によっ
て検出される。検出された移動位置移動量）は、回転体
の角加速度に対応している。よって、回転体の角加速度
を測定することができる。
る。このときに、回転体の回転速度の変化に応じて、第
２の円盤の重り部分の慣性力によって、ばね部分が円周
方向に僅かに弾性変形する。この結果、このばね部分の
外周側に形成されているスリット群も同様に円周方向に
僅かに移動するので、第１の円盤の側のスリット群に対
する第２の円盤の側のスリット群の交差位置がそれに伴
って移動する。この移動が、半導体位置検出装置によっ
て検出される。検出された移動位置移動量）は、回転体
の角加速度に対応している。よって、回転体の角加速度
を測定することができる。
ここに、第２の円盤の重り部分は、この部分の円盤肉
厚を厚くすることによって形成できる。しかし、一定の
厚さの円盤を用いてもこのような重り部分を形成するこ
とができる。
厚を厚くすることによって形成できる。しかし、一定の
厚さの円盤を用いてもこのような重り部分を形成するこ
とができる。
また、本発明では、第２の円盤は、同一素材から形成
した円盤に、重り部分、第２のスリット群およびばね部
分を形成してある。
した円盤に、重り部分、第２のスリット群およびばね部
分を形成してある。
次に、第１および第２のスリット群は、一方の側を他
方の側に対して傾斜させた状態に形成すればよい。特
に、第１のスリット群を円盤半径方向に対して一定の角
度だけ傾斜させ、第２のスリット群を円盤半径方向に対
して逆方向に一定の角度だけ傾斜させるようにすれば、
これらの交差位置の重心の移動を円周方向にすることが
できる。
方の側に対して傾斜させた状態に形成すればよい。特
に、第１のスリット群を円盤半径方向に対して一定の角
度だけ傾斜させ、第２のスリット群を円盤半径方向に対
して逆方向に一定の角度だけ傾斜させるようにすれば、
これらの交差位置の重心の移動を円周方向にすることが
できる。
さらに、スリットの形状としては、直線状のものでも
良いが、アルキメデスの螺旋形状とすることが好まし
い。
良いが、アルキメデスの螺旋形状とすることが好まし
い。
次に、検出手段を円盤円周方向において複数の個所に
設置すれば、円盤の取付け誤差、スリットの形成誤差等
を、これらの検出手段の出力に基づき補償できるので好
ましい。
設置すれば、円盤の取付け誤差、スリットの形成誤差等
を、これらの検出手段の出力に基づき補償できるので好
ましい。
ここで、第１および第２のスリット群としては、同一
の間隔で位相を僅かにずらした状態に形成したものを採
用することができる。この場合には、検出手段によっ
て、回転体の回転に伴って発生する第１のスリット群に
対する第２のスリット群の重なり量の変化を検出し、こ
の変化に基づき前記回転体の角加速度を検出すればよ
い。
の間隔で位相を僅かにずらした状態に形成したものを採
用することができる。この場合には、検出手段によっ
て、回転体の回転に伴って発生する第１のスリット群に
対する第２のスリット群の重なり量の変化を検出し、こ
の変化に基づき前記回転体の角加速度を検出すればよ
い。
図面の簡単な説明
第１図は、本発明の実施例の角加速度検出装置の構造
を示す概略縦断面図である。
を示す概略縦断面図である。
第２図は、第１図の装置の円盤の形状を示す断面図で
ある。
ある。
第３図は、第１図の装置の円盤形状を示す平面図であ
る。
る。
第４図は、第１図の装置のスリット群の関係を示す説
明図である。
明図である。
第５図は、第１図の装置の制御系を示すブロック図で
ある。
ある。
第６図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に適用可能な異
なる断面形状の円盤を示す平面図および断面図である。
なる断面形状の円盤を示す平面図および断面図である。
第７図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に適用可能な異
なる構造の円盤を示す平面図および断面図である。
なる構造の円盤を示す平面図および断面図である。
第８図は第１図の装置におけるスリットの交差部（重
なり部分）の形状を示す説明図である。
なり部分）の形状を示す説明図である。
第９図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に適
用可能な逆方向に傾斜したスリットを示す説明図であ
る。
用可能な逆方向に傾斜したスリットを示す説明図であ
る。
第10図は、第９図のスリットにより形成される交差部
（重なり部分）の形状を示す説明図である。
（重なり部分）の形状を示す説明図である。
第11図は、本発明に適用可能な異なる形状のスリット
を示す説明図である。
を示す説明図である。
第12図は検出器の配置例を示す説明図である。
第13図は検出器の別の配置例を示す説明図である。
第14図は本発明の別の実施例における要部を示す説明
図である。
図である。
第15図は従来の角加速度計を示す説明図である。
第16図は従来の別の形式の角加速度計を示す説明図で
ある。
ある。
発明を実施するための最良の状態
以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図には、本例の角加速度検出装置の縦断面を示し
てある。本例の角加速度検出装置10は薄い円筒状のハウ
ジング11を有し、このハウジング11の中央を、ベアリン
グ12を介して、測定対象の回転軸13が回転自在に貫通し
ている。ハウジング11内に位置する回転軸13の外周に
は、２枚の円盤14、15が対峙した状態で固定されてい
る。これらの円盤14、15の外周側の部分には、円周方向
に向けて同一ピッチでそれぞれスリット群16、17が形成
されている。これらのスリット群16、17を挟む状態に、
半導体位置検出装置の検出部19が配置されている。この
検出部19は、発光ダイオード20と半導体位置検出器21か
ら構成されている。
てある。本例の角加速度検出装置10は薄い円筒状のハウ
ジング11を有し、このハウジング11の中央を、ベアリン
グ12を介して、測定対象の回転軸13が回転自在に貫通し
ている。ハウジング11内に位置する回転軸13の外周に
は、２枚の円盤14、15が対峙した状態で固定されてい
る。これらの円盤14、15の外周側の部分には、円周方向
に向けて同一ピッチでそれぞれスリット群16、17が形成
されている。これらのスリット群16、17を挟む状態に、
半導体位置検出装置の検出部19が配置されている。この
検出部19は、発光ダイオード20と半導体位置検出器21か
ら構成されている。
第２図および第３図には、上記の円盤15の形状を示し
てある。これらの図に示すように、本例の円盤15は、最
も外周側の部分が薄肉の環状部分15aとなっており、こ
こにスリット群17が形成されている。この環状部分15a
の内側には、厚肉の環状重り部分15bが形成されてい
る。この重り部分15bは、その内周面の側から90度間隔
で中心に向かって延びるリブ15cによって支持されてい
る。これらのリブ15cの中心側は、回転体13の外周に固
定したフランジ15dの外周に支持されている。ここに、
リブ15cは円盤の円周方向への弾性変形が可能なばね部
分である。このばねの特性は、その厚さ、幅、本数（本
例では４本である）によって調整される。なお、他方の
円盤14は、全体に同一厚さの剛性円盤である。
てある。これらの図に示すように、本例の円盤15は、最
も外周側の部分が薄肉の環状部分15aとなっており、こ
こにスリット群17が形成されている。この環状部分15a
の内側には、厚肉の環状重り部分15bが形成されてい
る。この重り部分15bは、その内周面の側から90度間隔
で中心に向かって延びるリブ15cによって支持されてい
る。これらのリブ15cの中心側は、回転体13の外周に固
定したフランジ15dの外周に支持されている。ここに、
リブ15cは円盤の円周方向への弾性変形が可能なばね部
分である。このばねの特性は、その厚さ、幅、本数（本
例では４本である）によって調整される。なお、他方の
円盤14は、全体に同一厚さの剛性円盤である。
次に、これらの円盤14、15に形成されているスリット
群16、17について説明する。円盤14の側に形成したスリ
ット群16は、一定のピッチで形成された半径方向に延び
るスリットから構成されている。これに対して、円盤15
の側に形成したスリット分17は、同一のピッチではある
が、半径方向に対して一定の角度だけ傾斜した方向に延
びるスリットから構成されている。
群16、17について説明する。円盤14の側に形成したスリ
ット群16は、一定のピッチで形成された半径方向に延び
るスリットから構成されている。これに対して、円盤15
の側に形成したスリット分17は、同一のピッチではある
が、半径方向に対して一定の角度だけ傾斜した方向に延
びるスリットから構成されている。
第４図には、これらのスリット群16、17を円周方向か
ら直線方向に展開した状態で示してある。この図におい
て点線で示すスリット群が円盤14に形成されたスリット
群16であり、実線で示すものが円盤15に形成したスリッ
ト群17である。また、想像線で囲った範囲が位置検出器
21の検出領域である。スリット群16は一定のピッチｐで
形成されたスリット16aから構成され、他方のスリット
群17は、スリット16aに対して一定の角度だけ傾斜した
スリット17aから構成されている。これらのスリット16a
と17aの交差あるいは重なり部分Ａが光通過部分を区画
形成している。双方のスリット16a、17aが横方向に相対
的に移動すると、この交差部分Ａが全体として垂直方向
に向けて移動する。この移動位置が半導体位置検出器21
の側において検出される。
ら直線方向に展開した状態で示してある。この図におい
て点線で示すスリット群が円盤14に形成されたスリット
群16であり、実線で示すものが円盤15に形成したスリッ
ト群17である。また、想像線で囲った範囲が位置検出器
21の検出領域である。スリット群16は一定のピッチｐで
形成されたスリット16aから構成され、他方のスリット
群17は、スリット16aに対して一定の角度だけ傾斜した
スリット17aから構成されている。これらのスリット16a
と17aの交差あるいは重なり部分Ａが光通過部分を区画
形成している。双方のスリット16a、17aが横方向に相対
的に移動すると、この交差部分Ａが全体として垂直方向
に向けて移動する。この移動位置が半導体位置検出器21
の側において検出される。
第５図には、本例の角加速度検出装置10の制御系を示
してある。発光ダイオード20からの平行光が、スリット
16a、17aの交差部分を通過して半導体位置検出器21の検
出面21aに照射すると、その照射位置に応じた比率に配
分された光電流出力i1、i2がこの検出器21から出力され
る。ここで、本例においては、出力i1とi2の和が一定値
になるように、発光ダイオード20の光量を制御してい
る。したがって、検出器21の検出出力から、交差部分Ａ
の移動位置を測定することができる。
してある。発光ダイオード20からの平行光が、スリット
16a、17aの交差部分を通過して半導体位置検出器21の検
出面21aに照射すると、その照射位置に応じた比率に配
分された光電流出力i1、i2がこの検出器21から出力され
る。ここで、本例においては、出力i1とi2の和が一定値
になるように、発光ダイオード20の光量を制御してい
る。したがって、検出器21の検出出力から、交差部分Ａ
の移動位置を測定することができる。
このように構成した本実施例の角加速度検出装置10に
おいて、回転軸13が回転を開始し、あるいは回転速度が
変化した場合には、円盤15の側のスリット群17が他方の
円盤14の側のスリット群16に対して円周方向にずれる。
すなわち、円盤15に形成した環状の重り部分15bの慣性
力によって、そのばね部分15dが円周方向に弾性変形す
るので、スリット群17もそれに伴って円周方向にずれ
る。この結果、スリット群16とスリット群17の間に形成
される交差部分Ａ（光透過部分）は、半径方向にずれ
る。このために、半導体位置検出器21の側における受光
位置（透過光の重心位置）が移動する。この移動に伴
い、この検出器21の出力が変化する。よって、この検出
器出力から、回転軸13に発生した角加速度を測定するこ
とができる。
おいて、回転軸13が回転を開始し、あるいは回転速度が
変化した場合には、円盤15の側のスリット群17が他方の
円盤14の側のスリット群16に対して円周方向にずれる。
すなわち、円盤15に形成した環状の重り部分15bの慣性
力によって、そのばね部分15dが円周方向に弾性変形す
るので、スリット群17もそれに伴って円周方向にずれ
る。この結果、スリット群16とスリット群17の間に形成
される交差部分Ａ（光透過部分）は、半径方向にずれ
る。このために、半導体位置検出器21の側における受光
位置（透過光の重心位置）が移動する。この移動に伴
い、この検出器21の出力が変化する。よって、この検出
器出力から、回転軸13に発生した角加速度を測定するこ
とができる。
ここで、参考のために、本例の角加速度検出装置10の
設計方法の例を説明する。まず、与えられた最大角加速
度δｍ（rad/s2）に対する最大の角変位φｍ（rad）と
する。検出装置の慣性モーメントをＪ、円盤15のばね部
分のばね定数をｋとおくと、加速度によって発生するト
ルクは Tm＝δｍ・Ｊ であり、ばね部分の変位による発生トルクは Tm＝φｍ・ｋ である。静止状態、あるいは定常回転状態では双方のト
ルクが等しいので、 δｍ・Ｊ＝φｍ・ｋ になる。この等式からＪとｋの比が求まる。
設計方法の例を説明する。まず、与えられた最大角加速
度δｍ（rad/s2）に対する最大の角変位φｍ（rad）と
する。検出装置の慣性モーメントをＪ、円盤15のばね部
分のばね定数をｋとおくと、加速度によって発生するト
ルクは Tm＝δｍ・Ｊ であり、ばね部分の変位による発生トルクは Tm＝φｍ・ｋ である。静止状態、あるいは定常回転状態では双方のト
ルクが等しいので、 δｍ・Ｊ＝φｍ・ｋ になる。この等式からＪとｋの比が求まる。
k/J＝δm/φｍ
ここに、この比（k/J）は機械的固有周波数の２乗に比
例する。
例する。
k/J＝ωn 2
一例として、最大の角加速度として、10msecで0rpmか
ら3000rpmとなる加速度を考える。この場合には、 δｍ＝（ω１−ω０）／Δｔ ＝〔（3000−１）/0.01〕・２π/60 ＝31416（rad/s2） 最大の角度変位を１分とすると φｍ＝（1/60）・（π/180）＝2.91×10-4（rad） となる。したがって、ｋとＪの比は k/J＝δm/φｍ＝31416/（2.91×10-4） ＝1.08×108（1/s2） となり、また、固有振動数は ωｎ＝（k/J）1/2 ＝10392（rad/s）＝1654Hz となる。
ら3000rpmとなる加速度を考える。この場合には、 δｍ＝（ω１−ω０）／Δｔ ＝〔（3000−１）/0.01〕・２π/60 ＝31416（rad/s2） 最大の角度変位を１分とすると φｍ＝（1/60）・（π/180）＝2.91×10-4（rad） となる。したがって、ｋとＪの比は k/J＝δm/φｍ＝31416/（2.91×10-4） ＝1.08×108（1/s2） となり、また、固有振動数は ωｎ＝（k/J）1/2 ＝10392（rad/s）＝1654Hz となる。
このように、検出装置の必要なバンド幅を、最大の角
加速度と最大の角度変位量により設定できる。また、得
られた比k/Jを満たすように、これら慣性モーメントＪ
およびばね定数ｋの値を設定すればよい。
加速度と最大の角度変位量により設定できる。また、得
られた比k/Jを満たすように、これら慣性モーメントＪ
およびばね定数ｋの値を設定すればよい。
なお、本例においては、円盤15に４本のリブ15cを形
成してあるが、このリブは、一定の角度間隔で３本ある
いは５本以上形成してもよい。このばねの本数は必要と
される弾性係数に応じて決定される。通常は３本乃至12
本程度の本数に設定される。また、本例においては、円
盤14の側に半径方向に延びるスリット群を形成し、他方
の円盤15の側にこれと交差するように傾斜されたスリッ
ト群を形成しているが、この逆に、円盤15の側に半径方
向に延びるスリット群を形成し、他方の円盤14の側に傾
斜したスリット群を形成してもよい。さらには、各円盤
14、15においては、最も外周側にスリット群を形成して
いるが、内側の位置にスリット群を形成してもよい。例
えば、円盤15において、重り部分15bの内側にスリット
群17を形成し、これに対峙する円盤14の部分にスリット
群16を形成してもよい。
成してあるが、このリブは、一定の角度間隔で３本ある
いは５本以上形成してもよい。このばねの本数は必要と
される弾性係数に応じて決定される。通常は３本乃至12
本程度の本数に設定される。また、本例においては、円
盤14の側に半径方向に延びるスリット群を形成し、他方
の円盤15の側にこれと交差するように傾斜されたスリッ
ト群を形成しているが、この逆に、円盤15の側に半径方
向に延びるスリット群を形成し、他方の円盤14の側に傾
斜したスリット群を形成してもよい。さらには、各円盤
14、15においては、最も外周側にスリット群を形成して
いるが、内側の位置にスリット群を形成してもよい。例
えば、円盤15において、重り部分15bの内側にスリット
群17を形成し、これに対峙する円盤14の部分にスリット
群16を形成してもよい。
重り部分の形状
上記の例においては、重り部分の付いた円盤15の断面
形状は、第２図に示すように、重り部分15bが厚肉とさ
れている。このようにする代わりに、第６図（Ａ）およ
び（Ｂ）に示すように、円盤15を一定の厚さの円盤151
から形成することもできる。この図においては、第２図
および第３図の円盤15の各部分と対応する部分には同一
の番号を付してある。なお、円盤151においては、リブ1
5cが等間隔で３本形成された構成となっている。また、
この円盤151においては、部分15aと部分15bが重り部分
として機能する。このように一定の厚さの円盤を使用す
る場合は、その製造が容易である、円盤の弾性特性等を
管理し易い等の利点がある。
形状は、第２図に示すように、重り部分15bが厚肉とさ
れている。このようにする代わりに、第６図（Ａ）およ
び（Ｂ）に示すように、円盤15を一定の厚さの円盤151
から形成することもできる。この図においては、第２図
および第３図の円盤15の各部分と対応する部分には同一
の番号を付してある。なお、円盤151においては、リブ1
5cが等間隔で３本形成された構成となっている。また、
この円盤151においては、部分15aと部分15bが重り部分
として機能する。このように一定の厚さの円盤を使用す
る場合は、その製造が容易である、円盤の弾性特性等を
管理し易い等の利点がある。
円盤の構造
第７図（Ａ）および（Ｂ）には、円盤15の異なる実施
例を示してある。これらの図に示す円盤152は、スリッ
ト群17が形成されたガラス製の環状板153と、この側面
に対して同心状態に固着した金属製の環状板154から構
成されている。金属製の環状板154の外周部分154aが重
り部分として機能し、この部分が３本のリブ15cを介し
て、測定対象の回転部材（図示せず）の外周に固着され
るフランジ部分15dに連結されている。
例を示してある。これらの図に示す円盤152は、スリッ
ト群17が形成されたガラス製の環状板153と、この側面
に対して同心状態に固着した金属製の環状板154から構
成されている。金属製の環状板154の外周部分154aが重
り部分として機能し、この部分が３本のリブ15cを介し
て、測定対象の回転部材（図示せず）の外周に固着され
るフランジ部分15dに連結されている。
このように、本例の円盤152においては、細かなスリ
ットを精度良く形成しやすいガラス素材を用いて、スリ
ット部分を形成しているので、検出精度を上げることが
できる。しかも、重りおよびばね部分には金属素材を用
いているので、このような重りおよびばね部分を容易に
形成することができる。なお、スリット部分の素材とし
ては、ガラス以外に、セラミックス、プラスチック素材
等を用いることができる。また、金属素材としては、ア
ルミニウム、鉄、ステンレススチール、ニッケル等を用
いることができる。さらに、この部分も、プラスチック
製あるいはセラミックス製とすることもできる。異なる
素材の組み合わせにおいては、それらの間の熱膨張率の
差を考慮する必要がある。
ットを精度良く形成しやすいガラス素材を用いて、スリ
ット部分を形成しているので、検出精度を上げることが
できる。しかも、重りおよびばね部分には金属素材を用
いているので、このような重りおよびばね部分を容易に
形成することができる。なお、スリット部分の素材とし
ては、ガラス以外に、セラミックス、プラスチック素材
等を用いることができる。また、金属素材としては、ア
ルミニウム、鉄、ステンレススチール、ニッケル等を用
いることができる。さらに、この部分も、プラスチック
製あるいはセラミックス製とすることもできる。異なる
素材の組み合わせにおいては、それらの間の熱膨張率の
差を考慮する必要がある。
スリットの傾き
次に、スリット群16、17を構成している各スリットの
傾きを、第４図に示すように一方の側を半径方向に対し
て一定の角度だけ傾斜させた場合には、第８図に示すよ
うに、平行四辺形の交差部分Ａ（光通過部分）が形成さ
れる。このため、スリットが相対的に移動すると、この
交差部分を通過する光の重心位置は、図において破線で
示すように半径方向に向けて移動する。
傾きを、第４図に示すように一方の側を半径方向に対し
て一定の角度だけ傾斜させた場合には、第８図に示すよ
うに、平行四辺形の交差部分Ａ（光通過部分）が形成さ
れる。このため、スリットが相対的に移動すると、この
交差部分を通過する光の重心位置は、図において破線で
示すように半径方向に向けて移動する。
これに対して、第９図（Ａ）および（Ｂ）に示すよう
に、双方のスリット16a、17aを半径方向に対して逆向き
に同一の傾斜角度α/2（図においてＫ＝1/2とした場
合）だけ傾斜させると、これらの交差部分は、第10図に
示すように菱形となる。この結果、双方のスリットが相
対移動すると、この交差部分を通過する光の重心位置は
円周方向に向けて移動する。このように、双方のスリッ
トを逆向きに傾斜させると、その交差部分を通過する光
の重心位置が半径方向に移動しないという利点が得られ
る。
に、双方のスリット16a、17aを半径方向に対して逆向き
に同一の傾斜角度α/2（図においてＫ＝1/2とした場
合）だけ傾斜させると、これらの交差部分は、第10図に
示すように菱形となる。この結果、双方のスリットが相
対移動すると、この交差部分を通過する光の重心位置は
円周方向に向けて移動する。このように、双方のスリッ
トを逆向きに傾斜させると、その交差部分を通過する光
の重心位置が半径方向に移動しないという利点が得られ
る。
スリットの形状
前述した実施例においては、各スリット16a、17aの形
状は、一定の幅を有する直線状のものである。この代わ
りに、第11図に示すように、アルキメデスの螺旋曲線に
することができる。この曲線状のスリットの中心線の半
径ｒ（φ）は次の式で表される。
状は、一定の幅を有する直線状のものである。この代わ
りに、第11図に示すように、アルキメデスの螺旋曲線に
することができる。この曲線状のスリットの中心線の半
径ｒ（φ）は次の式で表される。
ｒ（φ）＝（R2−R1）φ／α＋R1
ここに、R2:スリットの外側の半径
R1:スリットの内側の半径
φ：角度
α：ピッチ角度
ｒ（φ）：スリットの形状を規定する中心線
の半径 この曲線形状を採用した場合には、検出器の感度を、
円盤の角度ずれに影響されることなく一定に保持するこ
とができる。
の半径 この曲線形状を採用した場合には、検出器の感度を、
円盤の角度ずれに影響されることなく一定に保持するこ
とができる。
検出装置の配置
スリットの交差位置を通過する光を検出するための検
出装置は、第12図、第13図に示すように、90度あるいは
180度の間隔をおいて２個配置することが好ましい。こ
のようにすると、円盤の取付け誤差、スリットの偏心誤
差等に起因した検出誤差を、これらの検出装置の出力信
号を用いることにより補償することができる。
出装置は、第12図、第13図に示すように、90度あるいは
180度の間隔をおいて２個配置することが好ましい。こ
のようにすると、円盤の取付け誤差、スリットの偏心誤
差等に起因した検出誤差を、これらの検出装置の出力信
号を用いることにより補償することができる。
別の実施例
第14図には本発明の別の実施例における主要部分を示
してある。本例においては、各円盤14、15には、同一の
ピッチで、僅かに位置をずらした状態でスリット群16
（図において実線で示す。）とスリット群17（図におい
て破線で示す。）が形成されている。これらのスリット
群が相対的に移動すると、これらの重なり部分を通過す
る光量が変動する。この光量の変化に基づき、測定対象
である回転体の角加速度を検出できる。なお、それ以外
の構成は前述した実施例と同様であるので、それらの説
明は省略する。
してある。本例においては、各円盤14、15には、同一の
ピッチで、僅かに位置をずらした状態でスリット群16
（図において実線で示す。）とスリット群17（図におい
て破線で示す。）が形成されている。これらのスリット
群が相対的に移動すると、これらの重なり部分を通過す
る光量が変動する。この光量の変化に基づき、測定対象
である回転体の角加速度を検出できる。なお、それ以外
の構成は前述した実施例と同様であるので、それらの説
明は省略する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の角加速度検出装置は、
測定対象の回転体に２枚のスリット付き円盤を取付け、
一方の円盤のスリット群を回転体の角加速度に応じて円
周方向に弾性的に変位させ、この変位量を検出手段によ
って検出することにより、回転体に発生した角加速度を
測定するようにしている。したがって、本発明によれ
ば、簡単な構成で、回転体の無限回転角度範囲に渡る角
加速度の検出を行うことが可能になる。
測定対象の回転体に２枚のスリット付き円盤を取付け、
一方の円盤のスリット群を回転体の角加速度に応じて円
周方向に弾性的に変位させ、この変位量を検出手段によ
って検出することにより、回転体に発生した角加速度を
測定するようにしている。したがって、本発明によれ
ば、簡単な構成で、回転体の無限回転角度範囲に渡る角
加速度の検出を行うことが可能になる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭52−129480（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−255367（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−229120（ＪＰ，Ａ)
米国特許2579349（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 15/00 - 15/16
Claims (9)
- 【請求項１】回転体に対して一体回転するように同軸状
態に固定した第１の円盤と、 この第１の円盤に対峙した状態で回転体に対して一体回
転するように同軸状態に固定した第２の円盤と、 前記第１の円盤において円周方向に向けて所定の間隔で
形成された第１のスリット群と、 前記第２の円盤における前記第１のスリット群に対峙し
た位置において円周方向に向けて所定の間隔で形成され
ていると共に、前記第１のスリット群に対して一定の角
度で交差する方向に延びている第２のスリット群と、 前記第２の円盤において前記第２のスリット群の形成位
置よりも半径方向の内側および外側の少なくとも一方の
側に形成された環状の重り部分と、 前記第２の円盤において前記重り部分および前記第２の
スリット群の形成位置よりも半径方向の内側に形成され
ていると共に円周方向に向けて弾性変形可能なばね部分
と、 前記回転体の回転に伴って発生する前記第１のスリット
群に対する前記第２のスリット群の交差位置の変化を検
出する検出手段とを有し、 前記第２の円盤は単一素材からなる円盤であり、当該円
盤自体に、前記ばね部分、前記重り部分および前記第２
のスリット群が形成されており、 前記検出手段による検出結果に基づき前記回転体の角加
速度を検出するようになっていることを特徴とする角加
速度検出装置。 - 【請求項２】請求の範囲第１項において、前記第２の円
盤は一定の厚さの円盤であることを特徴とする角加速度
検出装置。 - 【請求項３】請求の範囲第１または２項において、前記
第１のスリット群は円盤半径方向に対して一定の角度だ
け傾斜したものであり、前記第２のスリット群は円盤半
径方向に対して逆方向に一定の角度だけ傾斜したもので
あることを特徴とする角加速度検出装置。 - 【請求項４】請求の範囲第１、２または３項において、
前記第１および第２のスリット群のうちの少なくとも一
方のスリット群は、アラキメデスの螺旋形状をしたもの
であることを特徴とする角加速度検出装置。 - 【請求項５】請求の範囲第１項ないし第４項のうちのい
ずれかの項において、前記検出手段は、前記第１および
第２のスリット群を両側から挟む状態に配置された発光
素子および半導体位置検出器を備え、前記第１のスリッ
ト群および前記第２のスリット群を通過する通過光の重
心位置の移動を検出するようになっていることを特徴と
する角加速度検出装置。 - 【請求項６】請求の範囲第１項ないし第５項のうちのい
ずれかの項において、前記検出手段は、円盤円周方向の
複数の個所に設置されていることを特徴とする角加速度
検出装置。 - 【請求項７】回転体に対して一体回転するように同軸状
態に固定した第１の円盤と、 この第１の円盤に対峙した状態で回転体に対して一体回
転するように同軸状態に固定した第２の円盤と、 前記第１の円盤において円周方向に向けて所定の間隔で
形成された第１のスリット群と、 前記第２の円盤における前記第１のスリット群に対峙し
た位置において円周方向に向けて当該第１のスリット群
と同一の間隔で位相がずれた状態に形成された第２のス
リット群と、 前記第２の円盤において前記第２のスリット群の形成位
置よりも半径方向の内側および外側の少なくとも一方の
側に形成された環状の重り部分と、 前記第２の円盤において前記重り部分および前記第２の
スリット群の形成位置よりも半径方向の内側に形成され
ていると共に円周方向に向けて弾性変形可能なばね部分
と、 前記回転体の回転に伴って発生する前記第１のスリット
群に対する前記第２のスリット群の重なり部分の変化を
検出する検出手段とを有し、 前記第２の円盤は単一素材からなる円盤であり、当該円
盤自体に、前記ばね部分、前記重り部分および前記第２
のスリット群が形成されており、 前記検出手段による検出結果に基づき前記回転体の角加
速度を検出するようになっていることを特徴とする角加
速度検出装置。 - 【請求項８】請求の範囲第７項において、前記第２の円
盤は一定の厚さの円盤であることを特徴とする角加速度
検出装置。 - 【請求項９】請求の範囲第７または８項において、前記
検出手段は、円盤円周方向の複数の個所に設置されてい
ることを特徴とする角加速度検出装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-101877 | 1992-03-29 | ||
| JP10187792 | 1992-03-29 | ||
| PCT/JP1993/000370 WO1993020451A1 (en) | 1992-03-29 | 1993-03-26 | Angular acceleration detector |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3504265B2 true JP3504265B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=14312191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51729093A Expired - Fee Related JP3504265B2 (ja) | 1992-03-29 | 1993-03-26 | 角加速度検出装置 |
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| DE (1) | DE69330985T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US8077301B2 (en) * | 2009-11-30 | 2011-12-13 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor with integral bearing races |
| US8077303B2 (en) * | 2009-11-30 | 2011-12-13 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor with short optical sensing array |
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|---|---|---|---|---|
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| US2579349A (en) * | 1946-12-21 | 1951-12-18 | Gen Electric | Speed indicating device |
| GB1322713A (en) * | 1969-10-17 | 1973-07-11 | Nat Res Dev | Tachogenerators |
| JPS52129480A (en) * | 1976-04-15 | 1977-10-29 | Honda Motor Co Ltd | Device for detecting angular velocity of wheel |
| JPS62157523A (ja) * | 1985-12-28 | 1987-07-13 | Aisin Warner Ltd | 光式ロ−タリエンコ−ダ |
| DE4021455A1 (de) * | 1989-11-27 | 1991-05-29 | Stribel Gmbh | Optoelektronische einrichtung |
| JPH03255367A (ja) * | 1990-03-05 | 1991-11-14 | Yokogawa Electric Corp | 回転体の加速度計 |
| JP2600422B2 (ja) * | 1990-03-05 | 1997-04-16 | 日産自動車株式会社 | 半導体加速度センサの製造方法 |
-
1993
- 1993-03-26 DE DE69330985T patent/DE69330985T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-26 JP JP51729093A patent/JP3504265B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-26 WO PCT/JP1993/000370 patent/WO1993020451A1/ja active IP Right Grant
- 1993-03-26 EP EP93906830A patent/EP0586712B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-26 US US08/142,289 patent/US5537874A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-26 KR KR1019930703679A patent/KR100277139B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1993-03-26 CA CA002103369A patent/CA2103369C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-27 TW TW082104212A patent/TW222326B/zh active
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| TW222326B (ja) | 1994-04-11 |
| US5537874A (en) | 1996-07-23 |
| EP0586712A1 (en) | 1994-03-16 |
| DE69330985T2 (de) | 2002-04-04 |
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