(57)【要約】【課題】回転角度３６０°近くまで回転変位を検出可能な無接点変位検出装置を提供する。【解決手段】  一対のコイルとシャフトと、そのシャフトと一体化され、シャフトの回転により一対のコイルと対向する面積が変化する導電性部材とを具備し、対向面積の変化による一対のコイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出す変位検出装置において、導電性部材21はシャフト22と同軸心の円筒形とされて、その円筒形の両端部は、それぞれ端部の位置がシャフト22の軸心方向に上記円筒形の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとし、両螺旋形状はシャフト22の軸心方向から見て円周上の同一位置より始まり、シャフト22の回りに同一方向に螺旋しているものとする。コイル25ａ，25ｂはシャフト22の軸心と平行に配列され、それらの開口がシャフト22の回転方向に幅狭とされて、それら開口が上記両方の端部とそれぞれ対向するように配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、シャフトと、そのシャフトと一体化され、シャフトの回転により上記コイルと対向する面積が変化する導電性部材とを具備し、上記対向面積の変化による上記コイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出すようにした無接点型変位検出装置であって、
上記導電性部材は上記シャフトと同軸心の円筒形とされて、その円筒形の一方の端部は、その端部の位置が上記シャフトの軸心方向に上記円筒形の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとされ、
上記コイルはその開口が上記シャフトの回転方向に幅狭とされて、上記開口が上記一方の端部と対向するように配置されていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項２】
一対のコイルと、シャフトと、そのシャフトと一体化され、シャフトの回転により上記一対のコイルと対向する面積が変化する導電性部材とを具備し、上記対向面積の変化による上記一対のコイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出すようにした無接点型変位検出装置であって、
上記導電性部材は上記シャフトと同軸心の円筒形とされて、その円筒形の両方の端部は、それぞれその端部の位置が上記シャフトの軸心方向に上記円筒形の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとされ、それら両螺旋形状は上記シャフトの軸心方向から見て円周上の同一位置より始まり、上記シャフトの回りに同一方向に螺旋しているものとされ、
上記一対のコイルは上記シャフトの軸心と平行方向に配列され、かつそれらコイルの開口がそれぞれ上記シャフトの回転方向に幅狭とされて、それら開口が上記両方の端部とそれぞれ対向するように配置されていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の無接点型変位検出装置において、
上記螺旋形状によって構成される上記導電性部材の鋭角部分に、その鋭角部分の先端を削除する切り欠きが設けられていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のいずれかの無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が、上記シャフトに一体化された絶縁性円柱体の周面に設けられていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至３記載のいずれかの無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が、上記シャフトに一体化された絶縁性円筒体の周面に設けられていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至３記載のいずれかの無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が、上記シャフトに一体化された円盤の周面に取り付けられていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の無接点型変位検出装置において、
上記円盤が金属製とされていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７記載のいずれかの無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が金属板によって形成されていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項９】
請求項４又は５記載の無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が金属箔よりなることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項１０】
請求項４又は５記載の無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材がメッキ膜よりなることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【請求項１１】
請求項４又は５記載の無接点型変位検出装置において、
上記導電性部材が導電材料の印刷によって形成されていることを特徴とする無接点型変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は渦電流効果によるコイルのインダクタンスの変化を利用した無接点型変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルと、シャフトと、そのシャフトに取り付けられ、シャフトの回転と共に回転してコイルと対向する面積が変化するように構成された導電性の良い金属体とを具備し、金属体のコイルに対する対向面積の変化によって生じるコイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出すことにより、シャフトの回転変位を検出できるようにした無接点型の変位検出装置が従来より各種提案されている。
この種の無接点型変位検出装置の従来構成の一例を図９及び図１０を参照して説明する。図９は全体の断面構造を示したものであり、図１０は要部を分解して示したものである。この例では一対のコイル１１ａ，１１ｂは円筒ハウジング１２の内周面の周方向各半分に配置され、円筒ハウジング１２と同軸心のシャフト１３には半円柱形状の導電性部材１４が取り付けられており、導電性部材１４は所定の微小間隙を隔てて円筒ハウジング１２の内周面即ちコイル１１ａ，１１ｂと対向されている。なお、図では示していないが、シャフト１３は例えば回転変位量を検出すべき、他の回転装置と連結されている。
【０００３】
コイル１１ａ，１１ｂに高周波を印加すると、導電性部材１４に渦電流が生じ、その状態でシャフト１３が回転するとコイル１１ａ，１１ｂに対する導電性部材１４の対向面積が変化し、これにより渦電流値が変化してコイル１１ａ，１１ｂのインダクタンスが変化する。この変化分が電気信号として取り出され、このためコイル１１ａ，１１ｂには検出系として整流回路、増幅回路が接続され、また高周波印加用の発振回路が接続されている。これらの回路を構成する部品は、回路基板１５上に実装されており、コイル１１ａ，１１ｂのインダクタンス変化が所要の電気信号に変換された後、入出力端子１６を介して外部に出力される。なお図９中、１７はケースを示し、１８はケース１７の開放面を蓋する蓋を示す。また、１９は軸受を示し、２０はＥリングを示す。
【０００４】
次に、上述した無接点型変位検出装置の出力特性を図１１を参照して説明する。図１１は図９及び図１０に示した従来の無接点型変位検出装置において、シャフト１３の軸心方向から見た場合のコイル１１ａ、１１ｂと導電性部材１４との配置関係を示した図である。ここでシャフト１３と一体化されている導電性部材１４がシャフト１３と共に回転し、図１１Ａに示したように導電性部材１４がコイル１１ｂと完全に重なった時の回転角度を０°とし、図１１Ｂに示したように導電性部材１４がコイル１１ａ及び１１ｂと半分ずつ重なった時の回転角度を９０°とし、図１１Ｃに示したように導電性部材１４とコイル１１ａとが完全に重なった時の回転角度を１８０°とした場合、回転角度０°の時コイル１１ａとコイル１１ｂのインダクタンスの差分値は最大となり、回転角度９０°でインダクタンス差分値が０となり、回転角度１８０°の時インダクタンス差分値は再び最大となる。
【０００５】
次に上記インダクタンス差分値を電気変換後、そのオフセット差分値を２．５Ｖとし、シャフト１３と一体化されている導電性部材１４の回転角度が０°から３６０°まで変化したときの出力特性を図１２に示す。この場合コイル１１ａとコイル１１ｂのインダクタンス差分値より得た出力は回転角度０°で最小値となり、回転角度１８０°で最大値に達し、その後回転角度１８０°を対称軸とするように回転角度３６０°まで再び最小値に逆戻る特性となる。従ってこの無接点型変位検出装置の出力特性では回転変位の検出角度が最大１８０°となっている。（例えば  特許文献１  参照）
【特許文献１】特開２００２−９０１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の無接点型変位検出装置では回転変位の検出角度は最大１８０°に制限されていた。
この発明の目的は、この点に鑑み、回転変位の検出角度を３６０°近くまで増大することができる無接点型変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、コイルと、シャフトと、そのシャフトと一体化され、シャフトの回転によりコイルと対向する面積が変化する導電性部材とを具備し、上記対向面積の変化によるコイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出すようにした無接点型変位検出装置において、導電性部材はシャフトと同軸心の円筒形とされて、その円筒形の一方の端部は、その端部の位置がシャフトの軸心方向に上記円筒形の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとされ、コイルはその開口がシャフトの回転方向に幅狭とされて、上記開口が上記一方の端部と対向するように配置されているものとされる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、一対のコイルと、シャフトと、そのシャフトと一体化され、シャフトの回転により一対のコイルと対向する面積が変化する導電性部材とを具備し、上記対向面積の変化による一対のコイルのインダクタンスの変化を電気信号として取り出すようにした無接点型変位検出装置において、導電性部材はシャフトと同軸心の円筒形とされて、その円筒形の両方の端部は、それぞれその端部の位置がシャフトの軸心方向に上記円筒形の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとされ、それら両螺旋形状はシャフトの軸心方向から見て円周上の同一位置より始まり、シャフトの回りに同一方向に螺旋しているものとされ、一対のコイルはシャフトの軸心と平行方向に配列され、かつそれらコイルの開口がそれぞれ上記シャフトの回転方向に幅狭とされて、それら開口が上記両方の端部とそれぞれ対向するように配置されているものとされる。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記螺旋形状によって構成される導電性部材の鋭角部分に、その鋭角部分の先端を削除する切り欠きが設けられているものとされる。
請求項４の発明では、請求項１乃至３のいずれかの発明において、導電性部材が、シャフトに一体化された絶縁性円柱体の周面に設けられているものとされる。
請求項５の発明では、請求項１乃至３のいずれかの発明において、導電性部材が、シャフトに一体化された絶縁性円筒体の周面に設けられているものとされる。
【００１０】
請求項６の発明では、請求項１乃至３のいずれかの発明において、導電性部材が、シャフトに一体化された円盤の周面に取り付けられているものとされる。
請求項７の発明では、請求項６の発明において、円盤が金属製とされているものとされる。
請求項８の発明では、請求項１乃至７のいずれかの発明において、導電性部材が金属板によって形成されているものとされる。
請求項９の発明では、請求項４又は５の発明において、導電性部材が金属箔よりなるものとされる。
【００１１】
請求項１０の発明では、請求項４又は５の発明において、導電性部材がメッキ膜よりなるものとされる。
請求項１１の発明では、請求項４又は５の発明において、導電性部材が導電材料の印刷によって形成されているものとされる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、回転変位の検出角度が最大１８０°に制限されていた従来の無接点型変位検出装置に対し、検出角度を大幅に増大でき回転角度３６０°近くまで回転変位を検出可能な無接点型変位検出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。図１はこの発明による無接点型変位検出装置の一実施例の要部構成を分解斜視図で示したものである。この例では導電性部材２１は薄い金属板を用いて形成されており、シャフト２２と一体化されかつ同軸心の絶縁性部材よりなる円柱体２３の周面上に全周に渡り貼りつけられている。導電性部材２１の形状は、円筒形とされ、その円筒形の両方端部２１ａ，２１ｂの位置がシャフト２２の軸心方向に円柱体２３の円周に沿って次第に変化する螺旋形状をなすものとされ、それら両螺旋形状はシャフト２２の軸心方向から見て円柱体２３の円周上の同一位置より始まり、円柱体２３の周面上を同一方向に螺旋しているものとされる。円筒ハウジング２４はシャフト２２と同軸心とされる。コイル２５ａ，２５ｂは円筒ハウジング２４の外周面上にシャフト２２の軸心方向に配列されて設置される。シャフト２２と共に回転する導電性部材２１は、円筒ハウジング２４の内周面側に設置されるものとされ、導電性部材２１の端部２１ａ，２１ｂは、それぞれコイル２５ａ，２５ｂに対向するものとされる。コイル２５ａ，２５ｂの形状は、その開口がシャフト２２の回転方向に幅狭とされ、シャフト２２の回転により導電性部材２２の端部２１ａ，２１ｂが回転してシャフト２２の軸心方向に変化する位置をカバーできるように、シャフト２２の軸心方向に幅広とされる。
【００１４】
次に上述した実施例の動作について説明する。図２は導電性部材２１によるコイル２５ａ，２５ｂのインダクタンス値の変化を説明するため、導電性部材２１を平面展開し、それに対向して設置されているコイル２５ａ，２５ｂと共にＸＹ座標軸上に示したものである。導電性部材２１の端部２１ａ，２１ｂとＸ軸とのなす角度をαとした場合、端部２１ａ，２１ｂは傾きｔａｎ（α）の直線とされ、導電性部材２１の平面展開図は平方四辺形となっている。
ここで図１における円筒形の導電性部材２１の半径をＲ、回転角度をφ、周長をＸ０（＝２πＲ）とし、平面展開された平方四辺形の左端をＹ軸上（Ｘ＝０）に配し、コイル２５ａ，２５ｂの左端のＸ座標をＸｃとする。シャフト２２を回転させることとコイル２５ａ，２５ｂが図面上をＸ方向へ移動することとは等価となる。よってコイル２５ａ，２５ｂの位置Ｘｃは、
Ｘｃ＝２πＲ×φ／３６０
で表せる。
【００１５】
一方コイル２５ａ，２５ｂの開口の幅をＷとし、Ｘ方向への単位時間当たりの移動距離をΔＸとした場合、コイル２５ａの開口と導電性部材２１との対向する面積の増加ΔＳａは以下の式で表せる。
ΔＳａ＝ΔＸ×Ｗ×ｔａｎ（α）
同様にしてコイル２５ｂの開口と導電性部材２１との対向する面積の減少ΔＳｂは以下の式で表せる。
ΔＳｂ＝−ΔＸ×Ｗ×ｔａｎ（α）
以上の式から分かるように、コイル２５ａ，２５ｂの開口と導電性部材２１との対向する面積値は回転角度と比例関係であり、コイル２５ａ，２５ｂのインダクタンスの差分値は回転角度と直線比例の関係となる。よって有効回転角度φ０はコイル２５ａ，２５ｂの幅方向全体がＸ＝０からＸ＝Ｘ０までの範囲内で移動するとして以下の式で計算できる。
【００１６】
φ０＝３６０×（Ｘ０−２Ｗ）／２πＲ＝３６０−３６０×Ｗ／πＲ
次に出力特性について説明する。図３において出力特性を実線で示し、その直線性を破線で示す。なお、この図３は後述するように導電性部材２１の鋭角部分に切り欠き２１ｃ，２１ｄを設けた場合（図４及び図５参照）の特性を示したものである。ここでは、コイル２５ａ，２５ｂの幅Ｗを２ｍｍとし、円筒形とされる導電性部材２１の半径Ｒを５ｍｍとした。理論上の有効回転角度φ０は
φ０＝３６０−３６０×２／（π×５）≒３１５〔°〕
であり、図３において実線で示した出力特性は上述した理論上の有効回転角度の範囲内において単調変化を示しており、即ち理論値通りの特性が得られた。
【００１７】
導電性部材２１とコイル２５ａ，２５ｂの対向面積が変化し、これにより渦電流値が変化することは上述したとおりであるが、図２におけるコイル２５ａ，２５ｂの位置ＸｃがＸ＝Ｘ０の位置からＸ＝０の位置に移動するとき渦電流値は急激に変化する。ここで渦電流の変化をより滑らかにすることを可能とする実施例を説明する。図２に示した導電性部材２１の平面展開された平行四辺形形状の二つの鋭角部分に対して、その鋭角部分の先端を削除したものを図４に示す。図４における波線２６ａ，２６ｂで囲んだ部分に鋭角部分の先端を削除した様子を示している。このような切り欠き２１ｃ，２１ｄを設けることにより、渦電流の急激な変化が改善されより滑らかに変化し、図３に示したように出力特性においてより良い直線性をもたらす。なお、切り欠き２１ｃ，２１ｄは図４では直線的に切り欠かれたものとなっているが、これに限らず、曲線形状をなすように切り欠いてもよい。
【００１８】
図５は図１における導電性部材２１を上述した鋭角部分の先端を削除した形状の導電性部材２１に置き換えた例を示したものである。上述した例では円柱体２３の周面上に配置する導電性部材２１を金属板によって形成しているが、金属板の代りに金属箔やメッキ膜を用いることもでき、また導電材料の印刷によって導電性部材２１を形成することも可能である。なお、コイル２５ａ，２５ｂは円筒ハウジング２４の外周面上に設置されているが、円筒ハウジング２４の内周面上に設置するようにしてもよい。
図６及び図７は上述した実施例とは別の実施例を分解斜視図で示したものである。図６の例では、図５における円柱体２３の代りに絶縁性部材よりなる円筒体３１がシャフト３２と同軸心にて一体化されている。導電性部材２１は円筒体３１の外周面上に全周に渡り貼りつけられている。この場合円筒体３１は円筒ハウジング２４の外周面側に設置され、導電性部材２１は、コイル２５ａ，２５ｂの外側を回転する。なお、この実施例において導電性部材２１は円筒体３１の内周面側に設置してもよい。
【００１９】
図７の例では、図５における円柱体２３の代りに金属製の円盤４１がシャフト２２と同軸心にて一体化されている。導電性部材２１は円盤４１の周面上に取り付けられている。円盤４１に取り付けられた導電性部材２１は円筒ハウジング２４の内周面側に設置される。なお円盤４１の位置はコイル２５ａ，２５ｂのインダクタンスに影響を与えない位置とされ、つまり円筒ハウジング２４に配置されているコイル２５ａ，２５ｂのちょうど中間の位置とされる。このような円盤４１を使用すると、導電性部材２１を保持する部材、つまり円盤４１を金属製とすることができ、よって例えばシャフト２２が金属製の場合にそのシャフト２２と円盤４１とを一体形成することができ、その点で部品点数の削減を図ることができる。なお、この図７の場合は導電性部材２１は金属板によって形成される。
【００２０】
上述した各実施例では、一対のコイル２５ａ，２５ｂを使用しているが、図８に示したようにコイル２５ａが1つだけのものとすることもできる。この場合、導電性部材２１´は図５における導電性部材２１のシャフト２２の軸心方向の上半部と対応する形状とされる。なおコイルが１つの場合はインダクタンスの差分値（差動出力）をとることができないため、外乱ノイズ等の影響を受けやすく、その点で検出精度は一対のコイルを用いるものに対し、劣るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施例を説明するための分解斜視図。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための導電性部材を平面展開した図。
【図３】図１に示した実施例の出力特性を示す図。
【図４】図１における導電性部材の鋭角部分の先端に切り欠き設けた構成を説明するための図。
【図５】図４の導電性部材を備えたこの発明の実施例の分解斜視図。
【図６】円柱体を円筒体とした実施例の分解斜視図。
【図７】円柱体を円盤とした実施例の分解斜視図。
【図８】この発明の他の実施例を説明するための分解斜視図。
【図９】従来の無接点型変位検出装置の構成例を示す断面図。
【図１０】図９における要部の分解斜視図。
【図１１】図９に示した従来例におけるコイルと導電性部材との各配置関係を示す図。
【図１２】図９に示した従来例の出力特性を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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