JPH10111308A - 角加速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角加速度検出装置において、ばね部分によっ
て、角加速度に応じて円周方向に変位するように支持さ
れたスリット群を備えたディスクの過剰変形による弊害
を防止すること。 【解決手段】 角加速度検出装置１０は、回転軸に対し
て一体回転するように固定されていると共に相互に対峙
させた第１および第２のディスク１４、１５を有し、第
１のディスクが剛体であり円周方向に配列した第１のス
リット群１６を備ている。第２のディスク１５は、回転
軸１３に当該ディスクを固定するための軸固定部分１５
ｄと、円環状をしたスリット形成部分１５ａと、軸固定
部分から放射状に延びてスリット形成部分に連続してい
る複数本の板ばね１５ｃから成るばね部分１５ｂとを備
え、第１のスリット群と第２のスリット群の相対変位に
基づき回転軸１３に発生する角加速度を検出可能となっ
ている。軸固定部分には変位制限用突出部分１５３が形
成され、これらの突出部分により、ばね部分の変形量が
許容量を越えないように制限されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ軸などの回
転軸における無限回転角度範囲に渡る角加速度を非接触
状態で検出可能な角加速度検出装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、回転軸に対して一体回転するよう
に固定されていると共に相互に対峙させた第１および第
２のディスクを有し、第１のディスクが、円周方向に配
列した第１のスリット群が形成されたスリット形成部分
と、このスリット形成部分を当該ディスクに作用する角
加速度に応じて円周方向に弾性変位させるばね部分とを
備え、第２のディスクが剛体であり円周方向に配列した
第２のスリット群を備え、これら第１のスリット群と第
２のスリット群の相対変位に基づき回転軸に発生する角
加速度を検出可能となっている角加速度検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、回転軸の角加速度を検出
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。

【０００３】液体ロータ型角加速度計は、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。一
方、渦電流を利用した角加速度計は、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
ものである。

【０００４】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。また、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。

【０００５】本願人は、かかる点に鑑みて、国際公開番
号ＷＯ９３／２０４５１号において、簡単な構成で無限
角度範囲に渡って回転軸の角加速度を検出可能な角加速
度検出装置を提案している。この角加速度検出装置は、
回転軸に対して一体回転するように固定されていると共
に相互に対峙させた第１および第２のディスクを有し、
第１のディスクが、円周方向に配列した第１のスリット
群が形成されたスリット形成部分と、このスリット形成
部分を当該ディスクに作用する角加速度に応じて円周方
向に弾性変位させるばね部分とを備え、第２のディスク
が剛体であり円周方向に配列した第２のスリット群を備
え、これら第１のスリット群と第２のスリット群の相対
変位に基づき回転軸に発生する角加速度を検出可能とな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この形式の角加速度検
出装置においては、ばね部分の円周方向への弾性変位に
基づき角加速度を検出しているので、ばね部分のばね特
性を適切に設定する必要がある。また、ばね部分を備え
たスリット付きのディスクは、例えばステンレススチー
ル製とすることができるが、この場合、回転軸に過剰な
加速度が作用すると、ばね部分が許容限界以上に変位し
てしまい、ばね部分の弾性特性が損なわれてしまう等と
いった弊害が発生する。

【０００７】本発明の課題は、ばね部分の弾性特性を適
切に設定することができ、また、ばね部分が許容限界以
上には変位しないようにできる角加速度検出装置を提案
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の角加速度検出装置は、回転軸に対して一
体回転するように固定されていると共に相互に対峙させ
た第１および第２のディスクを有し、第１のディスクが
剛体であり円周方向に配列した第１のスリット群を備
え、第２のディスクが、円周方向に配列した第２のスリ
ット群が形成されたスリット形成部分と、このスリット
形成部分を当該ディスクに作用する角加速度に応じて円
周方向に弾性変位させるばね部分とを備え、これら第１
のスリット群と第２のスリット群の相対変位に基づき回
転軸に発生する角加速度を検出可能となっているものに
おいて、次の構成を備えたことを特徴としている。

【０００９】すなわち、本発明の角加速度検出装置は、
前記第２のディスクの前記ばね部分の円周方向への変位
を制限する変位制限手段を有していることを特徴として
いる。

【００１０】この変位制限手段を配置することにより、
第２のディスクのばね部分が許容限度以上に変位するこ
とを回避できる。

【００１１】ここで、前記変位制限手段としては、前記
回転軸に固着した剛性ディスクと、この剛性ディスクに
形成した円周方向に所定の幅を備えたスリットと、前記
ばね部分に一端が固定され他端が前記スリットを貫通し
て延びるピンとを備えた構成のものを採用できる。第２
のディスクのばね部分が円周方向に変形すると、そこに
固定されているピンも一体となって円周方向に変位す
る。ばね部分の変形量が多くなると、ピンが剛性ディス
クのスリット内周端面に当たる。この結果、ばね部分は
それ以上は変位できない。

【００１２】次に、第２のディスクは、前記回転軸に対
して当該ディスクを固定するための軸固定部分と、円環
状をした前記スリット形成部分と、前記軸固定部分から
放射状に延びて前記スリット形成部分に連続している複
数本の板ばねから成る前記ばね部分とを備えてた構成の
ものとすることができる。この場合には、前記変位制限
手段としては、前記軸固定部分から半径方向の外側に向
けて、前記の各板バネの円周方向の両側端面に沿って所
定の間隔をおいて突出している変位制限用突出部を備え
た構成のものとすることができる。ばね部分が円周方向
に変形すると、そのばね部分の側面が隣接位置に突出し
ている変位制限用突出部に接近する。ばね部分の変形が
許容量を越える手前の時点でばね部分の側面が変位制限
用突出部に当たるように、これらの円周方向の間隔を設
定しておけば、ばね部分の過剰な変形を回避できる。

【００１３】ここで、単一素材からなるディスクをワイ
ヤーカット等の方法により裁断して、前記ばね部分およ
び前記変位制限用突出部を簡単に形成することができ
る。

【００１４】一方、本発明の角加速度検出装置では、前
記第２のディスクにおける前記板ばねを別部材として製
造して、前記軸固定部分および前記スリット形成部分に
対して、ねじ止め、接着固定、かしめ固定等の方法によ
って固定する構成を採用している。板ばねを別部材とす
れば、その厚さ等の管理が容易となり、従って、ばね部
分に対して最適な弾性特性を付与することが簡単とな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。

【００１６】図１には、本発明を適用した角加速度検出
装置の縦断面を示してある。本例の角加速度検出装置１
０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、第１のディスク１
４および第２のディスク１５が対峙した状態で固定され
ている。これらのディスク１４、１５の外周側の部分に
は、円周方向に向けて一定の角度間隔でそれぞれ第１の
スリット群１６および第２のスリット群１７が形成され
ている。これらの第１および第２のスリット群１６、１
７を挟む状態に、半導体位置検出装置１８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。

【００１７】図２には、上記の第２のディスク１５の形
状を示してある。この図に示すように、第２のディスク
１５は、最も外周側の部分が環状のスリット形成部分１
５ａであり、ここに第２のスリット群１７が形成されて
いる。このスリット形成部分１５ａの内側には、その内
周面から１２０度間隔で中心に向かって延びる３本の板
ばね１５ｃからなるばね部分１５ｂが形成されている。
これらの３本の板ばね１５ｃの内側端は、回転体１３の
外周に固定した軸固定部分１５ｄの外周に連続してい
る。４本の板ばね１５ｃのそれぞれは、スリット形成部
分１５ａに作用する角加速度に応じて円周方向に弾性変
形する。

【００１８】ここで、軸固定部分１５ｄは、図２（Ａ）
において点線で示すような環状のものとすればよいが、
各板ばね１５ｃの間の部分は半径方向の外方に向けて突
出した変位制限用突出部分１５３とされている。この突
出部分１５３の円周方向の両側端１５４、１５５は、対
応する板ばね１５ｃの両側端１５１、１５２に沿って一
定のギャップで平行に延びている。従って、各板ばね１
５ｃが円周方向に弾性変形して隣接する突出部分１５３
の端１５４あるいは１５５に当たると、各板ばね１５ｃ
はそれ以上に変形することはない。従って、各突出部分
１５３によって各板ばね１５ｃの弾性変形が許容量以下
に制限される。

【００１９】なお、第２のディスク１５は、例えば、ス
テンレススチール製のものとすることができる。この場
合、ワイヤカートにより、ステンレススチール製のディ
スク素材を裁断して、上記のようなスリット形成部分１
５ａ、ばね部分１５ｂ、軸固定部分１５ｄおよび変位規
制用突起１５３を形成すればよい。

【００２０】次に、第１および第２のディスク１４、１
５に形成されている第１および第２のスリット群１６、
１７について説明する。

【００２１】第１のディスク１４のスリット形成部分１
４ａに形成された第１のスリット群１６は、一定の角度
間隔で形成された半径方向に延びるスリット１６ａから
構成されている。これに対して、第２のディスク１５の
スリット形成部分１５ａに形成した第２のスリット群１
７は、同一の角度間隔ではあるが、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１７ａから
構成されている。

【００２２】図３には、これらの第１および第２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
が第１のディスク１４に形成された第１のスリット群１
６であり、実線で示すものが第２のディスク１５に形成
した第２のスリット群１７である。また、想像線で囲っ
た範囲が発光ダイオード２０からの平行光の照射領域で
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が横方向の相対的に
移動すると、この交差部分Ａが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。

【００２３】図４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。

【００２４】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、第２のディスク１５
の側の第２のスリット群１７が他方の第１のディスク１
４の側の第１のスリット群１６に対して円周方向にずれ
る。すなわち、第２のディスク１５の側のスリット形成
部分１５ａの慣性力によって、そのばね部分１５ｂが円
周方向に弾性変形するので、第２のスリット群１７もそ
れに伴って円周方向にずれる。この結果、だい１のスリ
ット群１６と第２のスリット群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。

【００２５】ここで、回転軸１３に過剰な角加速度が作
用して、第２のディスク１５のばね部分１５ｂの変形量
が増加すると、板ばね１５ｃの変形方向の端１５１ある
いは端１５２が、一定のギャップｇを開けて対峙してい
る変位制限用突出部分１５３の端１５４あるいは端１５
５に当たる。従って、それ以上の変形が板ばね１５ｃに
発生することはない。よって、板ばね１５ｃが許容限度
を越えて過剰変形して、その弾性特性が損なわれてしま
うという弊害は発生しない。

【００２６】図５には、第２のディスク１５の変形例を
示してある。この図の第２のディスク３５は、基本的な
構成は上記の第２のディスク１５と同一であり、異なる
点は、一定の幅の切れ目３６をディスク素材に入れて、
軸固定部分３５ｄ、ばね部分３５ｂ、スリット形成部分
３５ａおよび変位制限用突出部分３５３を形成した点で
ある。切れ目３６は、ワイヤーカットにより入れるても
良いし、エッチングによって入れてもよい。

【００２７】図６には、本発明を適用した角加速度検出
装置の別の構成例における主要部分のみを示してある。
本例の角加速度検出装置１００において、測定対象の回
転軸１１３の外周には、第１および第２のディスク１１
４、１１５が対峙した状態で固定されている。これらの
ディスク１１４、１１５の外周側の部分には、円周方向
に向けて一定の角度間隔でそれぞれ第１のスリット群１
１６および第２のスリット群１１７が形成されている。
これらの第１および第２のスリット群１１６、１１７を
挟む状態に、半導体位置検出装置の検出部（図示せず）
が配置されている。また、上記の各構成部品は円筒状の
ハウジング（図示せず）に収納されている。

【００２８】第２のディスク１１４は剛性ディスクであ
り、その外周側の部分には円周方向に向けて第１のスリ
ット群１１６が形成されている。これに対して、第２の
ディスク１１５は、最も外周側の部分が環状のスリット
形成板１１５ａであり、このスリット形成板１１５ａ
は、軸固定部分１１５ｄおよびばね部分１１５ｂが形成
されたディスク１１５ｅの外周縁に固着されている。こ
のディスク１１５ｅは、最も外周側の部分がスリット形
成板固定用の環状部分１１５ｆであり、中心部分が環状
の軸固定部分１１５ｄとなっている。

【００２９】これらの環状部分１１５ｆと軸固定部分１
１５ｄの間は、９０度の等角度間隔で放射状に延びてい
る４本の板ばね１１５ｃから成るばね部分１１５ｂによ
って繋がっている。このように本例では、スリット形成
板１１５ａと、それ以外の部分とを別部材として構成し
た複合ディスクである。従って、スリト形成板１１５ａ
をガラス等のようなスリットを精度良く形成可能な素材
から形成し、それ以外のディスク１１５ｅの部分を適切
なばね特性を得やすい素材から形成することができる。
このため、目標とする特性を備えた第２のディスク１１
５を簡単に製造できる。

【００３０】ここで、本例の角加速度検出装置１００に
おいては、第２のディスク１１５に対峙した状態となる
ように第３のディスク１７０が回転軸１１３に固着され
ている。この第３のディスク１７０は剛性ディスクであ
り、その直径方向の両端縁には、中心に向かって所定の
深さに切り込まれたスリット１７１、１７２が形成され
ている。これに対して、第２のディスク１１５のディス
ク１１５ｅの環状部分１１５ｆには、直径方向の両端位
置にそれぞれピン１７３、１７４が垂直に突出状態とな
るように固着されている。

【００３１】図に示すように、ピン１７３は、対応する
スリット１７１に差し込まれており、ピン１７４も同様
に対応するスリット１７２に差し込まれている。ここ
で、スリット幅（円周方向の幅）と、ピン１７３、１７
４の外径を適切に設定することにより、第２のディスク
１１５のばね部分１１５ｂが許容量を越えるような変形
を起こす前に、各ピンをスリットの端面に当てることが
できる。

【００３２】このように、本例の角加速度検出装置１０
０では、ばね部分１１５ｂの変形を規制するための変位
制限手段として、第３のディスクに形成したスリット
と、第２のディスクのばね部分と一体となって円周方向
に変位するピンとの組み合わせからなる構成を採用して
いる。この構成の変位制限手段を用いた場合において
も、上記の角加速度検出装置１０における変位制限用突
起と同様な作用効果を得ることができる。

【００３３】次に、図７には上記の角加速度検出装置１
０、１００の第２のディスクの変形例を示してある。図
に示す第２のディスク２１５は、第２のスリット群２１
７が形成されている環状のスリット形成部分２１５ａ
と、回転軸２１３に固定される環状の軸固定部分２１５
ｄと、これらのスリット形成部分２１５ａおよび軸固定
部分２１５ｄを連結している４本の板ばね２１５ｃから
成るばね部分２１５ｂとを備えている。この構成は上記
の各例と同一である。

【００３４】しかし、本例の第２のディスク２１５で
は、ばね部分２１５ｂを構成している４本の板ばね２１
５ｃは、別部品として製造したものである。すなわち、
各板ばね２１５ｃを製造した後に、各板ばね２１５ｃの
外側端２１５ｆと内側端２１５ｇを、それぞれスリット
形成部分２１５ａの内周面および軸固定部分２１５ｄの
外周部に固着してある。固着方法としは、ねじ止め、接
着、かしめ等の方法を採用できる。

【００３５】このように板ばね２１５ｃを別部品として
製造できるので、その厚さ、幅等の調整を簡単に行うこ
とができる。換言すると、そのばね特性を簡単に調整で
きる。このために、センサ感度の調整、変更も容易とな
る。さらには、ステンレススチール板をワイヤーカット
して第２のディスクを製造する場合に比べて、第２のデ
ィスクを廉価に製造できるという利点もある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の角加速度
検出装置は、第２のディスクのばね部分の変形量を許容
量以下に抑制する変位制限手段を備えている。従って、
過剰な角加速度が発生した場合においてもばね部分が許
容量以上に変形して、その弾性特性が損なわれることは
ない。

【００３７】また、本発明の角加速度検出装置では、第
２のディスクにおけるばね部分を別部材として製造し
て、スリット形成部分および軸固定部分に固着して、当
該第２のディスクを構成するようになっている。従っ
て、ばね部分のばね特性の調整、ひいてはセンサ感度の
調整、変更等を簡単に行うことができる。また、ステン
レススチール板をワイヤーカットして第２のディスクを
製造する場合よりも廉価に当該第２のディスクを製造で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した角加速度検出装置の構造を示
す概略縦断面図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１の装置の第２のデ
ィスク１５の形状を示す正面図および断面図である。

【図３】図１の装置のスリット群１６、１７の関係を示
す説明図である。

【図４】図１の装置の制御系を示すブロック図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、第
２のディスクの変形例を示す正面図、断面図および部分
拡大図である。

【図６】（Ａ）および（Ｂ）は、角加速度検出装置の別
の例における主要部分を示す正面図および断面図であ
る。

【図７】第２のディスクの更に別の例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】 １０ 角加速度検出装置 １３ 回転軸 １４、１５ ディスク １５ａ スリット形成部分 １５ｂ ばね部分 １５ｃ 板ばね １５ｄ 軸固定部分 １６、１７ スリット群 １６ａ、１７ａ スリット １９ 半導体位置検出装置 ２０ 発光ダイオード ２１ 半導体位置検出器 １５３，３５３ 変位制限用突出部分 １７１，１７２ スリット １７３，１７４ ピン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に対して一体回転するように固定
   されていると共に相互に対峙させた第１および第２のデ
   ィスクを有し、前記第１のディスクは剛体であり円周方
   向に配列した第１のスリット群を備え、前記第２のディ
   スクは、円周方向に配列した第２のスリット群が形成さ
   れたスリット形成部分と、このスリット形成部分を当該
   ディスクに作用する角加速度に応じて円周方向に弾性変
   位させるばね部分とを備え、前記第１のスリット群と前
   記第２のスリット群の相対変位に基づき前記回転体に発
   生する角加速度を検出可能となっている角加速度検出装
   置において、 前記第２のディスクの前記ばね部分の円周方向への変位
   を制限する変位制限手段を有していることを特徴とする
   角加速度検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記変位制限手段
   は、前記回転軸に固着した剛性ディスクと、この剛性デ
   ィスクに形成した円周方向に所定の幅を備えたスリット
   と、前記ばね部分に一端が固定され他端が前記スリット
   を貫通して延びるピンとを備えていることを特徴とする
   角加速度検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第２のディスク
   は、前記回転軸に対して当該ディスクを固定するための
   軸固定部分と、円環状をした前記スリット形成部分と、
   前記軸固定部分から放射状に延びて前記スリット形成部
   分に連続している複数本の板ばねから成る前記ばね部分
   とを備えており、 前記変位制限手段は、前記軸固定部分から半径方向の外
   側に向けて、前記の各板バネの円周方向の両側端面に沿
   って所定の間隔をおいて突出している変位制限用突出部
   を備えていることを特徴とする角加速度検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、単一素材からなるデ
   ィスクをワイヤーカット等の方法により裁断して、前記
   ばね部分および前記変位制限用突出部を形成してあるこ
   とを特徴とする角加速度検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２において、前記第２の
   ディスクは、前記回転軸に当該ディスクを固定するため
   の軸固定部分と、円環状をした前記スリット形成部分
   と、前記軸固定部分から放射状に延びて前記スリット形
   成部分に連続している複数本の板ばねから成る前記ばね
   部分とを備えており、 前記板ばねは、前記軸固定部分および前記スリット形成
   部分に対して、ねじ止め、接着固定、かしめ固定等の方
   法によって固定されていることを特徴とする角加速度検
   出装置。
6. 【請求項６】 請求項３において、前記板ばねは、前記
   軸固定部分および前記スリット形成部分に対して、ねじ
   止め、接着固定、かしめ固定等の方法によって固定され
   ていることを特徴とする角加速度検出装置。