JPH10160751A - 角加速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角加速度に応じて相対変位する第１および第
２のスリット群を備えた角加速度検出装置において、ス
リットのピッチ誤差に起因する出力変動の影響を受ける
ことなく精度の高い検出を行えるようにすること。 【解決手段】 角加速度検出装置１０は、回転軸１３に
発生する角加速度に応じて相対変位する第１および第２
のスリット群１６、１７を備えている。第１のスリット
群が形成された第１のディスクの絶対角度は、アブソリ
ュートセンサ３０により検出される。ＲＯＭ５０には、
スリット群のスリットのピッチ誤差に起因する出力変動
量が第１のディスクの絶対角度位置に対応させた状態で
記憶されている。出力補償回路４０は、検出された第１
のディスク１４の絶対角度位置に対応する出力変動量を
ＲＯＭ５０から読み出して、角加速度の検出値に含まれ
る変動成分を除去するための演算を行う。演算後の信号
が角加速度検出信号として用いられる。従って、スリッ
トのピッチ誤差に起因した出力変動を除去して精度の高
い角加速度検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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】さらに詳しくは、各ディスクに形成したス
リットのピッチ誤差に起因する出力変動成分を検出出力
から除去して精度の高い角加速度を検出可能な角加速度
検出装置に関するものである。

【０００３】

【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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【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、第１および第２のディスクに形成さ
れているスリットのピッチ誤差に起因して、検出出力に
変動が発生する。例えば、検出対象の回転軸に角加速度
が発生していない場合においてもスリットのピッチ誤差
のために、僅かに角加速度が発生している場合と同様な
検出信号が出るおそれがある。

【０００８】本発明の課題は、このようなスリットのピ
ッチ誤差に起因した出力変動を除去して精度の高い角加
速度検出を行うことのできる角加速度検出装置を提案す
ることにある。

【０００９】

【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。

【００１０】すなわち、本発明の角加速度検出装置は、
前記第１のディスクの回転角度の絶対角度を検出するア
ブソリュートセンサと、前記第１および第２のスリット
群を構成している各スリットのピッチ誤差に起因する角
加速度の出力変動量を前記第１のディスクの絶対角度に
対応させた状態で記憶している記憶手段と、検出された
角加速度および当該角加速度検出時点における前記アブ
ソリュートセンサにより検出された絶対角度に対応する
角加速度検出の出力変動量を前記記憶手段から読みだし
て、検出された角加速度から出力変動成分を取り除く出
力補償手段とを有していることを特徴としている。

【００１１】本発明の角加速度検出装置では、測定対象
の回転軸が回転して、そこに角加速度が発生すると、そ
の値が検出される。これと同時に、アブソリュートセン
サによって第１のディスクの回転角度の絶対角度が常に
検出されている。出力補償手段では、角加速度が検出さ
れた時点における絶対角度に対応する出力変動量を記憶
手段から読みだして、検出出力から出力変動成分を除去
する。従って、スリットのピッチ誤差に起因する出力変
動に影響されない角加速度を検出することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】ここで、第１のディスクは剛体ディスクで
あり、その外径は第２のディスクよりも一回り大きい。
そして、第２のディスク１５よりも突出している外周側
の環状部分には、円周方向に向けて第３のスリット群３
１が形成されている。第３のスリット群３１の内側には
上記の第１のスリット群１６が形成されている。この第
３のスリット群３１の一方の側には発光素子３２が配置
され、反対側には固定スリット板３３および受光素子３
４がこの順序に配置されている。これら第３のスリット
群３１、発光素子３２、固定スリット板３３および受光
素子３４によって、光学式のアブソリュートセンサ３０
が構成されている。従って、第３のスリット群３１は、
Ａ相信号、Ｂ相信号およびＺ相信号を生成するためのス
リットを含んでいる。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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、ワイヤカットにより、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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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、例えばその一方の検出信号Ｓか
ら、交差部分Ａの移動位置を測定することができる。

【００２２】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１４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１５
ａ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、第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Ｓが変化する。
よって、この検出器出力Ｓ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。

【００２３】ここで、第１および第２のディスク１４、
１５に形成された第１および第２のスリット群１６、１
７の各スリットにピッチ誤差があると、それが原因とな
って検出出力Ｓには出力変動が含まれる。すなわち、ス
リットのピッチ誤差に起因して双方のスリット群の交差
部分Ａの位置が、角加速度の増減に関係なく、あたかも
移動したかのような検出出力が得られてしまう。この弊
害を回避するために、本例では次のようにして検出出力
Ｓを補償している。

【００２４】前述のように、アブソリュートセンサ３０
からは第１のディスク１４の回転角度の絶対角度が検出
される。すなわち、受光素子３４からはＡ相信号、Ｂ相
信号およびＺ相信号が出力され、これらの検出信号は増
幅回路３５を介して増幅され、次に波形整形回路３６を
介して矩形波パルス信号に変換され、出力補償回路４０
に供給される。この出力補償回路４０において、これら
の信号に基づき、第１のディスク１４の絶対角度が算出
される。

【００２５】一方、ＲＯＭ５０には、第１のディスク１
４の絶対角度に対応する角加速度検出信号の出力変動の
テーブルが展開されている。このようなテーブルは、例
えば、角加速度検出装置を組み立てた後に、第１および
第２のディスクを角加速度が零の状態で回転させ、これ
ら第１および第２のディスクを合わせた状態の相対的ピ
ッチ誤差を取得し、記憶したものである。

【００２６】出力補償回路４０は、算出した第１のディ
スクの絶対角度を用いて、ＲＯＭ５０に展開されている
テーブルを検索して、対応する出力変動量を読みだす。
出力補償回路４０は、角加速度を表す検出信号Ｓから、
読みだした出力変動量を除去する演算を実行して、スリ
ットのピッチ誤差による出力変動に影響されない角加速
度の検出信号を生成して出力する。従って、本例の角加
速度検出装置においては、ディスク１４、１５のスリッ
トのピッチ誤差に起因した出力変動を含まない精度の高
い検出信号を得ることができる。

【００２７】なお、本例では、アブソリュートセンサを
構成する第３のスリット群を第１のディスク１４に形成
してある。この代わりに、回転軸１３に対して第３の剛
体ディスクを固着し、ここに第３のスリット群を形成し
てもよい。また、アブソリュートセンサとして光学式の
ものを採用しているが、磁気センサを用いることもでき
る。

【００２８】

【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、内蔵されたアブソリュートセンサにより第
１のディスクの絶対角度を検出し、その回転角度位置に
対応したスリットのピッチ誤差に起因した出力変動量を
求め、実際の角加速度の検出値からこの出力変動量を除
去するようにしている。従って、第１および第２のディ
スクに形成されたスリットのピッチ誤差に起因する出力
変動が含まれない精度の高い角加速度検出を行うことが
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。

【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 ３０ アブソリュートセンサ ３１ 第３のスリット群 ３２ 発光素子 ３３ 固定板 ３４ 受光素子 ３５ 増幅回路 ３６ 波形整形回路 ４０ 出力補償回路 ５０ ＲＯＭ

Claims (1)

【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１のディスクの回転角度の絶対角度を検出するア
   ブソリュートセンサと、前記第１および第２のスリット
   群を構成している各スリットのピッチ誤差に起因する角
   加速度の出力変動量を前記第１のディスクの絶対角度に
   対応させた状態で記憶している記憶手段と、検出された
   角加速度および当該角加速度検出時点における前記アブ
   ソリュートセンサにより検出された絶対角度に対応する
   角加速度検出の出力変動量を前記記憶手段から読みだし
   て、検出された角加速度から出力変動成分を取り除く出
   力補償手段とを有することを特徴とする角加速度検出装
   置。