(57)【要約】【課題】出力信号を電気増幅することなく、検出領域の配列を工夫することによって電気増幅の欠点を軽減することができるセンサを提供する。【解決手段】それぞれ検出信号を表す信号Ｓｉを出力することができる複数の検出領域（１）を有する擬似正弦波信号センサは、同一の検出信号に対して、少なくとも１つの検出領域（１）が、他の検出領域（１）から出力される信号と異なる振幅の信号Ｓｉを出力するように上記複数の検出領域（１）が構成されている。軸受は、上記構成の擬似正弦波信号センサを備えている。【選択図】図２（ｂ）
2008032720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ検出信号を表す信号Ｓｉを出力することができる複数の検出領域（１）を有する擬似正弦波信号センサにおいて、
同一の検出信号に対して、少なくとも１つの検出領域（１）が、他の検出領域（１）から出力される信号と異なる振幅の信号Ｓｉを出力するように上記複数の検出領域（１）が構成されていることを特徴とする擬似正弦波信号センサ。
【請求項２】
上記複数の検出領域（１）が、直線状に均一に配設されることを特徴とする請求項１に記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項３】
さらに、上記各検出領域（１）から出力される信号Ｓｉを結合し、少なくとも１つの擬似正弦波信号を生成する線形結合手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項４】
少なくとも１つの検出領域（１）は、複数の検出素子（２）を有し、該検出素子（２）数は、所定の振幅の信号Ｓｉを出力するように調節されており、
さらに、前記検出領域（１）の各検出素子（２）から出力される信号を合算して、該出力領域（１）の信号Ｓｉを生成することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項５】
少なくとも１つの検出領域（１）は、所定の振幅の信号Ｓｉを出力する少なくとも１つの検出素子（２）を有していることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項６】
所定の振幅の信号Ｓｉの生成を可能とする上記検出素子（２）のパラメータは、該検出素子（２）の形状、バイアス、材料、およびこれらの組み合わせからなるグループより選択されることを特徴とする請求項５に記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項７】
上記複数の検出領域（１）は、複数のサブ検出領域（４）を有し、
さらに、上記複数のサブ検出領域（４）から出力される信号Ｓｉを結合し、少なくとも１つの擬似正弦波信号を生成する線形結合手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の擬似正弦波信号センサ。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の擬似正弦波信号センサを備えた軸受であって、
固定部材と、回転部材とを含み、
軸受内部において、擬似正弦波位置信号を出力するエンコーダは前記回転部材と接続される一方、上記擬似正弦波信号センサは、固定部材と接続されており、
上記複数の検出領域（１）は、エンコーダによって送信された信号を読み取ることができる距離に配設されていることを特徴とする軸受。
【請求項９】
請求項１ないし７の何れかに記載のセンサを備えた減磨軸受であって、
固定部材と、回転部材とを含み、
前記固定部材と回転部材との間に、擬似正弦波歪み信号を生成することによって、相対的に回転させる回転体が設けられおり、前記複数の検出領域（１）は、所定の部材を接続され、前記擬似正弦波信号を検出することを特徴とする減磨軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異なる振幅の信号を出力する検出領域を有する擬似正弦波信号センサ、および該擬似正弦波信号センサを備えた軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
角度データを測定する方法として、擬似正弦波信号を送信することができるエンコーダ、及び直線状に均一に配設された複数の検出素子を有するセンサを用い、該検出素子が、それぞれ、エンコーダによって送信された信号を表す信号Ｓｉを出力する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１は、さらに、２つの直交する同一振幅の信号を生成するために信号Ｓｉを合成する構成を開示している。それらの信号は、固定部材に対する回転部材の角度位置を表すものである。
【０００３】
特許文献２は、歪みの測定に用いられ、検出領域によって出力された信号を合成することにより、直交する同一振幅の擬似正弦波信号を生成する構成を開示されている。
【０００４】
これらの２つの適用例において、前記先行技術は、同じ振幅の信号を出力することができるように、検出領域から送信された信号に対して可変増幅を施している。さらに、これらの構成によって、出力信号の質を改善することができる。具体的には、空間フィルターリングを行い、さらに、位置決め誤差あるいはエンコーダの性能不良に対するセンサの受光感度を抑えることにより、出力信号の質を改善することができる。
【特許文献１】ＦＲ−Ａ１−２  ７９２  ４０３
【特許文献２】ＦＲ−Ａ１−２  ８６９  ９８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この増幅は電子増幅器によって行われているが、例えば、特に以下の問題がある。
・ノイズも増幅されるため、信号対雑音比が改善できない。
・増幅器特有のノイズが信号に付加される。
・使用しうる増幅範囲が、増幅器の印加電圧によって制限される。
【０００６】
さらに、非増幅信号と合成される信号に対して増幅を施すときに、これら２つの信号の信号対雑音比が同じでないため、関連素子の性能レベルを抑制することがある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み出力信号を電気増幅することなく、検出領域の配列を工夫することによって前記の欠点を軽減するセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の擬似正弦波信号センサは、上記の課題を解決するために、それぞれ検出信号を表す信号Ｓｉを出力することができる複数の検出領域（１）を有する擬似正弦波信号センサにおいて、同一の検出信号に対して、少なくとも１つの検出領域（１）が、他の検出領域（１）から出力される信号と異なる振幅の信号Ｓｉを出力するように上記複数の検出領域（１）が構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の軸受は、上記の擬似正弦波信号センサと、固定部材と、回転部材とを含み、軸受内部において、擬似正弦波位置信号を出力するエンコーダは前記回転部材と接続される一方、上記擬似正弦波信号センサは、固定部材と接続されており、上記複数の検出領域（１）は、エンコーダによって送信された信号を読み取ることができる距離に配設されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の減摩軸受は、上記の擬似正弦波信号センサと、固定部材と、回転部材とを含み、前記固定部材と回転部材との間に、擬似正弦波歪み信号を生成することによって、相対的に回転させる回転体が設けられおり、複数の検出領域（１）は、所定の部材を接続され、前記擬似正弦波信号を検出することを特徴としている。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、添付した図面を参照して後述する詳細な説明によりさらに明確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施の形態にかかる擬似正弦波信号センサについて、図１（ａ）ないし図１（ｃ）および図２（ａ）および図２（ｂ）を参照し、以下に説明する。
【００１３】
図１（ａ）ないし図１（ｃ）は、それぞれ、所定の振幅の信号を出力する各検出領域を構成する検出素子の配列例を示している。
【００１４】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、２つの直交する同一振幅の信号を出力することができるように設計されたセンサに係わる第二の実施の形態に対応する２つの方法を示す。
【００１５】
本発明は、擬似正弦波信号センサに関するものであり、もともとが正弦曲線を示す信号、または少なくともその一部分が正確に正弦曲線に近似できる信号を対象としている。
【００１６】
本実施の形態に係る擬似正弦波信号センサは、それぞれ検出信号を表す信号Ｓｉを出力することができる複数の検出領域（１）を有している。
【００１７】
２つの具体的な適用例において、擬似正弦波信号は、固定部材に対する回転部材の角度位置信号、または構成要素の周期的な歪み信号を表している。
【００１８】
第１の適用例として、特許文献１に開示されているように、擬似正弦波信号が多極磁気エンコーダによって送信される構成としてもよい。実際に、このタイプのエンコーダを回転部材に接続することにより、送信された信号は、擬似正弦波特性を示し、センサに対する前記エンコーダの角度位置に応じて変化する。磁気性の擬似正弦波信号を検出するために、検出領域１は、特にホール効果センサ、若しくは磁気抵抗性センサを有してよい。
【００１９】
第２の適用例として、特許文献２に開示されているように、前記信号は、前記構造上の部材の周期的な歪みによって誘発される。そして、検出領域１は、該部材上に配設された歪みゲージである。具体的には、該歪みゲージは、抵抗性の表面弾性波式、若しくは磁気式でよい。
【００２０】
しかしながら、本発明は、これら２つの所定の適用例に限定されるものではなく、他の種類の擬似正弦波信号にも適用される。例えば、検出領域１は、機械式、光学式、熱式、あるいは弾性波式であって、使用される信号を検出することができるか否かに応じて選択される。
【００２１】
本発明によると、同一の検出信号に対して、少なくとも１つの検出領域１が、他の検出領域１から出力される信号と異なる振幅の信号Ｓｉを出力するように上記複数の検出領域１が構成されている。このように、検出領域１の配列に応じて信号Ｓｉの各振幅を調節することにより、その後に使途に応じて該信号を増幅する必要がない。
【００２２】
図１（ａ）ないし図１（ｃ）に示す構成例では、複数の検出領域１が直線状に均一に配設されている。各検出領域１は複数の検出素子２を有し、その個数は、所定の振幅の信号Ｓｉを出力するように調整されている。
【００２３】
検出領域１の信号Ｓｉは、検出領域の各検出素子２から送信される信号を合算することによって得られ、その目的のために線形合算手段が前記センサ内に設けらている。
【００２４】
図１（ａ）ないし図１（ｃ）に示す構成例では、４つの検出領域１を備えている。このうち２つの側面検出領域１ａは、それぞれ、内側検出領域１ｂの出力信号Ｓ２・Ｓ３の１．２５倍の振幅の信号Ｓ１・Ｓ４を出力するように構成されている。すなわち、各側面検出領域１ａは、５つの検出素子２を含み、内側検出領域１ｂは４つの検出素子２を備えている。これらの検出素子は、すべて同一の構成となっている。
【００２５】
さらに、検出部１が、より大きいサイズのエレメント３によって図示されている。エレメント３は、検出領域１の重心部に配設されている。これらのエレメント３は、検出した擬似正弦波信号に基づき、所定の距離ｄを均しく保ちつつ一直線上に並んでいる。このように、エレメント３の配置位置は、所望の増幅率に対する実際の測定点に一致させている。
【００２６】
このように、センサが信号Ｓｉに対する線形結合手段を備えることにより、周知の方法によって、増幅器を用いることなく、直交する同一振幅の２つの擬似正弦波信号を信号Ｓｉから生成することができる。そのようにして、インターポレータを用いて該信号から角度位置を測定することができる。若しくは、擬似正弦波信号の振幅を測定することができる。
【００２７】
あるいは、信号Ｓｉを合成することによって擬似正弦波信号を生成することができ、該擬似正弦波信号は、エンコーダによって送信された信号の空間フィルターリングに一致する。
【００２８】
図１（ａ）の構成例では、複数の検出素子２が、複数の検出領域１が配列されている方向に対して直行する方向に、直線状に均一に配設されている。もちろん、検出領域１における検出素子２の積み重ね長さは、それぞれの検出素子２が、実質的に同じ振幅の信号を検出するように設計されている。
【００２９】
図１（ｂ）の構成例では、複数の検出素子２が、複数の検出領域１が配列されている方向に、直線状に均一に配設されている。
【００３０】
図１（ｃ）の構成例では、各検出領域１が、略正方形に形成されており、４つの検出素子２が、該正方形の各コーナー近傍に配設されている。そして、側面検出領域１ａの第５の検出素子２が正方形の中心に配置されている。
【００３１】
検出領域１における検出素子２の他の配置方法は、とりわけ、所望の増幅率、及び擬似正弦波信号の特性との関係で決まってくる。具体的には、信号が水平あるいは垂直方向において同じ振幅であれば、それぞれ、上記第１または第２の配置例が好ましい。一方、信号が両方向において同じ振幅であれば、上記第３の配置例が好ましい。
【００３２】
各検出領域１の検出素子２の数を増やすことによって、（Ｎ）−１／２のファクターで効いてくる測定ノイズを低減することができる。ここで、Ｎは検出素子２の個数を示す。さらに、本発明のセンサによれば、信号対雑音比を向上させ、かつ、より広範囲の増幅率に適応することができる。
【００３３】
図示しない他の実施の形態について、少なくともひとつの検出領域１にはひとつの検出素子２があり、その検出素子２は、所定の振幅の信号Ｓｉを出力するように設計されている。具体的には、検出素子２のパラメータを変更することによって、検出領域１の信号Ｓｉの振幅を調節することができる。具体的には、所定の振幅の信号Ｓｉの生成を可能とする検出素子２のパラメータは、該検出素子２の形状、バイアス、材料、およびこれらの組み合わせからなるグループより選択される。
【００３４】
例えば、ホール効果センサに関して、出力信号の振幅は次のようにして大きくすることができる。
・よりホール定数が大きい他の材料を用いる。
・センサのバイアス電流を増やす。
・センサ幅を狭める。
【００３５】
厚膜歪みゲージ（ピエゾ抵抗器）の場合、電圧反応は次のようにして大きくすることができる。
・該ゲージのバイアス電流を増やす。
・形状寸法を変更する。
・ヤング係数が異なるゲージ支持体を用いる。
・より抵抗性の高い材料を用いる。
【００３６】
同様なパラメータの変更は、例えば次のように、検出素子２の技術的構成に対して考えられる。
・用いる材料の特性、あるいは、それゆえの物理的特性（ドーピング、原子構造、等）
・磁気抵抗層の数
・検出素子２の配列あるいは形状
・検出素子２のバイアス電流、若しくはバイアス電圧
もちろん、各々の出力信号に対して所望の増幅率が得られるように、検出素子２の数とその特性を組み合わせることができる。
【００３７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、サブ検出領域４から構成される４つの検出領域１を有するセンサの実施の形態を示す。これらのサブ検出領域４は、検出領域１の各々の重心が距離ｄを保って直線状に均一に配設されるように配置されている。各検出領域１は、サブ検出領域４の出力信号を合成して同じ振幅の信号Ｕ及びＷを生成できるようにレイアウトされている。特に、図示した配列では、内側の実質的な測定点において２倍の増幅率が得られる。
【００３８】
図２（ａ）の配置例では、センサが、距離ｄを保って直線状に均一に配設された４つの同一構成のサブ検出領域４を有する構成としている。４つのサブ検出領域４ａは、同じ振幅の信号Ｓ１、Ｓ２ｂ、Ｓ’１ｂおよびＳ’２を出力するように構成されている。
【００３９】
各側面検出領域はサブ検出領域４ａによって構成されている。各内側検出領域は、それぞれ上下にさらに２つのサブ検出領域４ｂを備える。そして、該付加サブ検出領域４ｂと中央サブ検出領域４ａの距離はそれぞれ同一である。そして、内側検出領域は同一である。これらの付加サブ検出領域４ｂは、それぞれ、同じ振幅の信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｃ、Ｓ’１ａおよびＳ’１ｃを出力するように構成されている。
【００４０】
前記付加サブ検出領域４ｂは、それぞれ、中央サブ領域４ａの１／２の振幅の信号を出力するように設計されている。
【００４１】
従って、エンコーダの擬似正弦波信号の振幅が配列方向に垂直な軸に沿ってほとんど、あるいは全く変化しないことを考えると、以下のように信号を生成することができる。
【００４２】
Ｕ＝（Ｓ１−Ｓ２ｂ）−（Ｓ’１ｂ−Ｓ’２）
Ｗ＝（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２Ｃ）−（Ｓ’１ａ＋Ｓ’１ｂ＋Ｓ’１ｃ）
そして、実際の測定点の間の距離ｄが、測定された正弦信号の空間周期の１／４に等しい場合、信号ＵおよびＷは同じ振幅を有する。そして、これは、増幅することなく、検出領域の送信信号を合成するだけで成しえる。
【００４３】
図２（ｂ）は、擬似正弦波信号センサが、６つの同一構成のサブ検出領域４ａを有する構成を示している。このうち、２つの内側検出領域は、それぞれ２つのサブ検出領域を有し、これらの２つのサブ検出領域を挟むように２つの側面検出領域が配置されている。２つの側面検出領域は、１つのサブ検出領域を有し、２つの内側検出領域はそれぞれ２つのサブ検出領域を有するように構成されている。
【００４４】
このようにして以下の信号が生成される。
【００４５】
Ｕ＝（Ｓ１−Ｓ２ａ）−（Ｓ’１ａ−Ｓ’２）  あるいは、
Ｕ＝（Ｓ１−Ｓ２ａ）−（Ｓ’１ｂ−Ｓ’２）  あるいは、
Ｕ＝（Ｓ１−Ｓ２ｂ）−（Ｓ’１ａ−Ｓ’２）  あるいは、
Ｕ＝（Ｓ１−Ｓ２ｂ）−（Ｓ’１ｂ−Ｓ’２）  及び、
Ｗ＝（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）−（Ｓ’１ａ＋Ｓ’１ｂ）
そして、実際の測定点の間の距離ｄが、測定された正弦信号の空間周期の１／４に等しい場合、信号ＵおよびＷは同じ振幅を有する。そして、これは、増幅することなく、検出領域の送信信号を合成するだけで成しえる。
【００４６】
本発明は、センサが固定部材と回転部材を有するベアリングに組み込まれた、２つの特別な組み合わせに関するものでもある。
【００４７】
第一の実施の形態について、擬似正弦波位置信号を出力するエンコーダは回転部材と接続し、センサは固定部材と接続し、検出領域１は、エンコーダによって送信された信号を読み取ることができる距離に配設されている。
【００４８】
第二の実施の形態について、擬似正弦波歪み信号を引き起こすことによって相互回転を可能とするように、回転体が前記両部材間に設けられる。検出領域１は、前記擬似正弦波信号を検出するように、ある部材と接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特に角度データを測定する分野に適用され、その例として、軸受の固定部材に対する該軸受の回転部材の位置あるいは速度といった角度データが挙げられる。本発明は、歪みの測定にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１（ａ）】本発明の一実施の形態にかかるセンサにおける検出素子の一配置例を示している。
【図１（ｂ）】本発明の一実施の形態にかかるセンサにおける検出素子の他の配置例を示している。
【図１（ｃ）】本発明の一実施の形態にかかるセンサにおける検出素子のさらに他の配置例を示している。
【図２（ａ）】本発明の他の実施の形態にかかるセンサにおける検出素子の一配置例を示している。
【図２（ｂ）】本発明の他の実施の形態にかかるセンサにおける検出素子の他の配置例を示している。
【符号の説明】
【００５１】
１    検出領域
１ａ  側面検出領域（検出領域）
１ｂ  内側検出領域（検出領域）
２    検出素子
４ａ  サブ検出領域
４ｂ  サブ検出領域
【図１（ａ）】
2008032720.tif 000003
【図１（ｂ）】
2008032720.tif 000004
【図１（ｃ）】
2008032720.tif 000005
【図２（ａ）】
2008032720.tif 000006
【図２（ｂ）】
2008032720.tif 000007