JP2003510611A - 加速度発信機及び位置発信機を有する発信機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フェラリス原理により作動する加速度発信機の電気伝導性の測定構造（１）は、位置測定のための度量現示部（２）も担持する。場所の節約をする構造を達成するために、測定構造（１）及び度量現示部（２）は、共通の領域において互いに重ねられるように配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載の発信機システムに関する。

【０００２】 この様式の発信機システムは、ヨーロッパ特許明細書第０ ６６１ ５４３号
において記載されている。この発信機システムは、フェラリスセンサの形態にあ
る加速度発信機から成り、このフェラリスセンサにおいては、測定構造としての
電気伝導性のディスクが磁束によって垂直に貫流される。この磁束は磁石によっ
て発生させられる。ディスクが磁石と相対的に運動する場合は、更にまた磁場を
発生させる渦電流が生じる。この磁場もしくは磁束の変化は、コイルの形態にあ
る検出器によって検出され、加速度のための度量である。このディスクの縁部に
は、光学的又は誘導的に走査可能な度量現示部が装着されており、この度量現示
部は、ディスクの位置検出のために走査ヘッドによって走査される。

【０００３】 その際、ディスクが相対的に多くの場所を必要とすることが欠点である。

【０００４】 従って本発明の課題は、できるだけコンパクトな構造が達成されるように、加
速度発信機及び位置発信機を有する発信機システムを形成することにある。

【０００５】 この課題は、請求項１の特徴を有する発信機システムによって解決される。

【０００６】 発展構成及び有利な形態は、従属請求項において提供されている。

【０００７】 本発明による発信機システムは、位置測定に対して必要な度量現示部が、直接
加速度測定のための測定構造上に設けられており、従って場所を節約するように
配設されているという利点を備える。その際加速度信号及び位置信号は、共通の
走査領域から導出される。測定方向に対して横に合い並んで位置する走査領域は
何ら必要でないということが認められた。

【０００８】 度量現示部によって、加速度発信機の測定構造の電気特性が影響を受けないこ
とは有利である。加速度発信機の度量現示部は、単独の層で、もしくは積層体で
実現することができ、この度量現示部は、測定構造が、度量現示部を担持する層
に依存せず膨張できるように加速度発信機の測定構造と結合されている。

【０００９】 選択的に、度量現示部が測定構造自身内に形成することができ、その際そこで
、加速度信号をできるだけ度量現示部の影響を受けないように維持するために、
信号濾過、信号スムージング、複数の検出器間の多重化もしくは切替え又は平均
化のような措置が行なわれなければならない。

【００１０】 本発明を、以下に図面により詳細に説明する。

【００１１】 図１による発信機システムは、電気伝導性の材料から成るディスク１から成り
、このディスクの表面上には、光電子によって走査可能な増分式の分割目盛り２
の形態にある度量現示部が形成されている。加えてディスク１は、その表面上に
、例えば部分的に円周方向（運動方向Ｘ）に凹部が収容され、その際交互に配設
された凹部及び凸部がそれ自身公知の反射する位相格子を形成することによって
自ら構造化することができる。

【００１２】 しかしながら分割目盛り２は、単独の層としても、もしくは積層体としてもデ
ィスク１上に形成することができ、この実施は、図１において一点鎖線で記入さ
れている。

【００１３】 運動方向Ｘ（回転）にあるディスク１の加速度を測定するため、磁石３、又は
磁場Φ１を発生させるためのコイルが設けられており、この磁場は、ディスク１
に対し、運動方向Ｘに対して垂直に作用する。磁場Φ１は、ディスク１内に渦電
流を発生させ、これらの渦電流は、ディスク１の運動速度に比例している。これ
らの渦電流は別の磁場Φ２を発生させ、この磁場は、コイル４によって検出され
る。コイル４内に誘導された電圧Ｕは、ディスク１の加速度に比例している。加
速度測定のこの原理は、またフェラリス原理としても公知である。

【００１４】 本発明によれば、位置測定のための位置信号Ｐは、同じディスク１の領域から
得られ、この領域からは、加速度Ｕも導出される。このため分割目盛り２には、
走査ヘッド５が付設されており、この走査ヘッドは、公知の方法においては、光
源及び感光体を内容とする。光源の光は、分割目盛り２に対して整向されており
、そこで位置に依存して変調され、感光体へと反射される。

【００１５】 分割目盛り２が、統合されたディスク１の構成要素である場合、又は分割目盛
り２が、電気伝導性の材料から成る層を備える場合は、普通、分割目盛り２内に
も渦電流が形成される。これは、加速度測定に望まれない影響を与えてしまう。
分割目盛り２内の渦電流を阻止するために、分割目盛り周期Ｔに対して、渦電流
が流れることができない値が選択される。その際、渦電流がある程度の空間的な
広がりを備え、この広がりが、特に小さな０．３ｍｍの相応に微細な分割目盛り
周期Ｔを有する分割目盛り２内には付与されていないということが利用される。
これにより、分割目盛り２の領域内で、この分割目盛りが伝導性の材料から成る
にもかかわらず、渦電流が誘導され、加速度測定の測定結果を不純にしてしまう
ことを、効果的に阻止することができる。

【００１６】 分割目盛り２がもっぱら電気非伝導性の材料から成る場合は、分割目盛り２が
加速度測定に影響を与えない。その際分割目盛り２は、測定方向Ｘに交互に配設
された、異なる屈折率及び／又は段高さを有する領域から成るそれ自身公知の位
相格子とすることができる。

【００１７】 分割目盛り２が、電気伝導性の材料を含有する場合、及び渦電流が全く生じる
ことができないように、分割目盛り周期Ｔが微細に選択されない場合は、渦電流
によって生じさせられた、またコイル４によって検出される磁場Φ２が、多くの
分割目盛り周期Ｔを介して平均化されるような大きさに、コイル４の作動検出面
を選択するという可能性がある。これにより分割目盛り２によって、更に僅かな
変動しか、検出された加速度信号Ｕ内に発生させられない。できるだけ多くの分
割目盛り周期Ｔを介して統合するために、コイル４は、作動面が、但しこの作動
面を経て、渦電流によって生じさせられた磁束Φ２が進入するが、少なくとも３
６０°のほぼ完全な円を描くように構成することができる。選択的に、比較的小
さな複数のコイルの並列接続又は直列接続も考えられる。その際、１つもしくは
複数のコイルを薄膜技術で固定することは有利である。その際コイルのための担
持体は、同時に位置測定のための走査ヘッドの要素のための担持体とすることが
できる。

【００１８】 これに加えて選択的に、検出された加速度信号Ｕ内に位置情報Ｐが含有されて
おり、この高周波数の信号成分が、ハイパスによって、加速度信号Ｕの低周波数
の信号成分から分離されるという可能性もある。その際ハイパスフィルタの出力
信号によって、分割目盛り周期Ｔの何倍もの位置変化をカウントするカウンタが
制御される。その際コイル４の出力信号Ｕの評価によって、位置も加速度も検出
される。

【００１９】 分割目盛り２が、単独の層として、又は積層体としてディスク１上に形成され
ている場合は、ディスク１における分割目盛り２の結合部が、許容できない力が
分割目盛り層２に加えられることなく、分割目盛り層２と相対的な温度条件によ
るディスク１の膨張を許容する場合に有利であり、従ってディスク１の膨張に基
づく分割目盛り層２の変形又は破壊が結果として生じることは何らない。

【００２０】 また分割目盛り２は、容量的、誘導的又は磁気的に走査可能に形成することが
できる。

【００２１】 加速度測定のための測定構造は、ディスク１として実施されていなければなら
ないのではなく、このディスクは、電気伝導性の材料から成る層６として、例え
ばガラス、合成物質又は伝導体プレート材料から成る絶縁性の担持体７上に装着
することもできる。分割目盛り２は、この担持体７上で層６上に、段をつけられ
た反射する位相格子の形態に、又は公知のリソグラフ方法により製造された振幅
格子の形態に形成することができる。この実施形は、図２において概略的に図示
されている。

【００２２】 図３及び４による別の実施例においては、いかにして、絶対的な分割目盛り２
の伝導性の領域２．１が、同時に加速度測定のための測定構造として利用できる
かが説明される。図３は、公知の絶対的な分割目盛り２の平面図を示し、この分
割目盛りは、位置検出のためにも、本発明によれば加速度センサ４によっても走
査される。図４は、図３におけるような分割目盛り２の透視図法による図を示す
。電気伝導性の領域２．１は、回転する非伝導性の担持体７上に分配されて配設
されており、従って伝導性の領域２．１は、絶対的に符号化された分割目盛り２
を形成する。加速度センサ２．１は、図３によれば、常に少なくとも１つの加速
度センサ４が、伝導性の領域２．１にわたって存在するように配設されている。
ここでは図示されてない装置によって発生させられる、分割目盛り２の表面に対
して垂直な一定の磁場Φ１に基づいて、加速された分割目盛り２の運動が行なわ
れた際に、変化する渦電流が伝導性の領域２．１内に生じさせられる。一定の磁
場Φ１を発生させるための装置は、最も簡単な場合においては永久磁石である。
加速された運動が行なわれる際に変化する渦電流は、渦電流側に磁場Φ２を生じ
させ、この磁場は、複数のコイル４の形態にある加速度センサによって検出され
る。

【００２３】 その際、回転している間に常に少なくとも１つの加速度センサ４が伝導性の領
域２．１にわたって存在するように、加速度センサ４を配設すべきであるか、も
しくは非常に多くの加速度センサ４を設けるべきである。更に渦電流は、伝導性
の領域２．１の縁部において検出されるべきである。何故ならそこで渦電流の影
響が、伝導性の領域２．１を制限することに基づいて生じるからであり、従って
少なくとも３つの加速度センサ４を配設できることが有利である。これにより、
常に少なくとも１つの加速度センサ４によって、渦電流場の変化が加速度に基づ
いて検出できることを保証することができる。

【００２４】 加速度センサ４が配設されている伝導性の領域２．１の形状、加速度センサ４
の配設、検出された位置及び回転方向に応じて、切替え装置８によって、それぞ
れ、直接伝導性の領域２．１にわたって存在するその加速度センサ４の出力信号
は、評価部へと更に伝導される。その際切替え装置８は、従来技術から公知の多
重化装置によって実現することができ、この多重化装置のために、制御ユニット
９においては、加速度センサ４が配設されている伝導性の領域２．１の形状、加
速度センサ４の配設、検出された位置及び回転方向から、切替えのための制御信
号Ｓが検出される。図３において図示された、加速度センサ４及び絶対的な分割
目盛り２の伝導性の領域２．１から成る構成のために、加速度センサ４の切替え
は、その配列順に時計回り方向又は反時計回り方向に１２０°隣へと分割目盛り
２を回転させるために行なわれる。

【００２５】 別の形態においては、絶対的な分割目盛り２の伝導性の領域２．１は、分割目
盛り担持体７の両側に設けることができる。その際上側及び下側も加速度センサ
４によって走査される。これは、加速度センサ４の出力信号を適当に切り替える
ことによって、加速度センサ４と伝導性の領域２．１との間の変動する間隔を補
償できるという利点を備える。加速度センサ４と伝導性の領域２．１との間の間
隔が上側で拡大する場合は、この間隔が下側で減少し逆転する。これは、これに
より生じさせられた、加速度センサ４の出力信号における振幅変動を補償するた
めに利用される。

【００２６】 従来の実施例は、全て、回転する発信機システムに関する。しかしながらこれ
らの実施例において提供される技術的処理のための教えは、同様に線形の測定シ
ステムにおいても、線形の発信機システムのための以下の実施例における技術的
処理のための教えが、同様に回転する発信機システムにおいて応用できるのと同
じように応用することができる。

【００２７】 図５による実施例においては、線形の発信機システムの分割目盛り構造２が、
加速度発信機のための測定構造へと統合される。これは、測定構造１が電気的に
は均質に、また光学的には不均質に形成されることによって行なわれる。

【００２８】 このため、加速度発信機のための測定構造１として、ベルト状の電気伝導体１
が設けられており、その走査ヘッド５に向けられた表面は、光を僅かにしか反射
しない。続いてベルト状の伝導体１の表面は、位置発信機の所望の分割目盛り周
期に応じて、光が、加工された領域内で良好に反射されるように加工される。逆
の場合も、光が、ベルト状の電気伝導体１によって良好に反射され、加工後、加
工された領域内で、更に不完全にしか反射されないことが可能であることは当然
である。

【００２９】 加工された領域及び加工されてない領域が、分割目盛り周期Ｔでもって交互で
あるとによって、増分的又は絶対的な分割目盛り２を実現することができ、この
分割目盛りは、光学的な走査原理に基づく位置測定のために利用することができ
る。ベルト状の伝導体１の表面の光学特性だけが変更されたので、その電気伝導
率は、分割目盛り２によっては変更されず、これにより加速度測定のための渦電
流も、位置測定のための分割目盛り２によって影響を受けない。

【００３０】 領域の加工は、この領域を多少反射するように形成するために、異なる複数の
様式で行なうことができる。例えば非伝導性の薄いマーキングを塗布すること、
又は既に存在する非伝導性の薄いマーキングを取り除くことができる。その際非
伝導性の薄いマーキング及び電気伝導体１は、他の光学特性を備え、これにより
、光学的走査のための分割目盛り２が実現される。

【００３１】 光学的、誘導的、磁気的又は容量的な分割目盛り２を有する電気伝導体１を、
電気抵抗を変化させることなく備えるという別の可能性は、材料の構成が、分割
目盛り周期Ｔに応じて変更されることにある。更に電気伝導体１の構成は、分割
目盛り２を電気特性を変化させることなく実現させるために、例えば遷移又は拡
散によって変更することができる。

【００３２】 このため選択的に、位置測定のためのマーキングが設けられている位置におい
て、材料を測定構造１から取り除くという可能性もある。これは、例えばエッチ
ング処理において行なうことができる。これによりこの位置における伝導率が減
少させられ、これは望まれないこととなる。これを再び相殺するために、この位
置において、測定構造１の材料と比較して異なる光学特性を有する伝導性の材料
が析出される。その際析出された材料の量は、この材料の伝導率に依存して選択
され、従って加速度測定のための測定構造１は、再びそれぞれの位置において同
じ電気伝導率を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による発信機システムの第１の実施例を示す。

【図２】 第２の実施例を示す。

【図３】 第３の実施例を示す。

【図４】 第３の実施例の測定構造の透視図法による図を示す。

【図５】 第４の実施例を示す。

【符号の説明】

１ ディスク ２ 分割目盛り ２．１ 伝導性の領域 ３ 磁石 ４ コイル ５ 走査ヘッド ６ 層 ７ 担持体 ８ 切替え装置 ９ 制御ユニット Φ１ 磁場 Φ２ 磁場 Ｐ 位置信号 Ｓ 制御信号 Ｔ 分割目盛り周期 Ｕ 加速度信号 Ｘ 運動方向

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュヴァーベ・ミヒャエル ドイツ連邦共和国、リムスティング、ホー ホフェルンストラーセ、７アー Ｆターム(参考） 2F077 AA31 CC02 CC09 NN02 NN21 PP19 QQ01 RR00 VV01 2F103 CA03 DA01 DA12 DA13 EA05 EA12 EA15 EB01 EB11 EB32 EB35 ED37

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速度を検出するための発信機と位置を検出するための発信
   機とを有する発信機システムであって、その際、加速度を検出するための発信機
   が、非強磁性の電気伝導性の測定構造（１）を有する本体、並びに測定構造（１
   ）に作用する磁場（Φ１）を発生させるための装置（３）、及び測定構造（１）
   内で発生させられた渦電流に基づいて生じる磁場（Φ２）又は場の変化を検出す
   るための検出器（４）から成り、位置を検出するための発信機が度量現示部（２
   ）を備え、強磁性の測定構造（１）及び度量現示部（２）が共通の本体に形成さ
   れている発信機システムにおいて、 測定構造（１）及び度量現示部（２）が、この本体の共通の領域において、互
   いに重ねられるように、もしくは互いの中へ統合されるように配設されており、
   加速度信号（Ｕ）及び位置信号（Ｐ）が、共通の走査領域から導出されるように
   構成されていることを特徴とする発信機システム。
2. 【請求項２】 度量現示部が電気伝導性の領域（２）から成ることを特徴と
   する請求項１に記載の発信機システム。
3. 【請求項３】 磁場（Φ２）が、位置に依存して、本体（１）の運動方向（
   Ｘ）において変化するように構成されていること、検出器（４）が、加速度信号
   （Ｕ）を、また重ねられるように位置信号（Ｐ）を提供するように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の発信機システム。
4. 【請求項４】 加速度信号（Ｕ）が、高周波数の信号成分を選択するための
   フィルタに供給されていること、高周波数の信号成分から、増分式の位置信号（
   Ｐ）が導出されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発信
   機システム。
5. 【請求項５】 度量現示部が部分的に電気伝導性の領域（２）を備え、複数
   の検出器（４）が設けられており、そして、検出器（４）の出力信号を加速度信
   号（Ｕ）として選択するために、切替え装置（８）が設けられていることを特徴
   とする請求項１に記載の発信機システム。
6. 【請求項６】 磁場（Φ２）が、位置に依存して、本体（１）の運動方向（
   Ｘ）において変化するように構成されていること、検出器（４）が領域を走査し
   、従って出力信号（Ｕ）が、度量現示部（２）によって少なくとも十分には変調
   されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の発信機システム。
7. 【請求項７】 度量現示部（２）が、光を反射するように形成されており、
   本体（１）の運動方向（Ｘ）に交互に配設された凸部及び凹部から成ることを特
   徴とする請求項１に記載の発信機システム。
8. 【請求項８】 凸部が電気伝導性の領域から成り、これらの領域の寸法が、
   渦電流が何ら生じないように小さく選択されていることを特徴とする請求項７に
   記載の発信機システム。
9. 【請求項９】 度量現示部（２）が、光電子によって走査可能に形成されて
   おり、走査のために、光学走査ヘッド（５）が設けられていることを特徴とする
   請求項１に記載の発信機システム。
10. 【請求項１０】 度量現示部（２）が、層、又は電気伝導性の測定構造（１
    ）上に装着されている積層体から成ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか
    １つに記載の発信機システム。
11. 【請求項１１】 測定構造が、層（６）、又は電気非伝導性の担持体（７）
    上の電気伝導性の材料から成る積層体であることを特徴とする請求項１０に記載
    の発信機システム。