JPS6310766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定器用接点型エンコーダ、特に低消
費電流の電池駆動などによる小型測定器に好適な
測定器用接点型エンコーダに関するものである。

測定子の機械的変位を電気的なデジタル信号と
して検出するエンコーダが周知であり、測長機あ
るいは位置検出器その他として種々の測定分野に
応用されている。この種のエンコーダは被測定物
の長さをスケールその他の変位量として電気的に
検出し、この電気的な検出手段としては電磁型、
静電型あるいは光電型など種々の形式が知られて
おり、特に光電変換型のエンコーダは装置を小型
化しまた高精度の測定が可能であるなどの利点か
らマイクロメータ、ノギスあるいは座標測定機な
どとして広く実用化されている。

しかしながら、従来のこの種の装置は比較的高
価格であり、また消費電流が比較的大きいという
欠点を有していた。特に、近年の小型測長機その
他においては装置の駆動源として電池が用いら
れ、このために低消費電流で長寿命のものが要望
されている。そして、デジタル型変位検出装置で
はその電気的な処理がＣ−MOS回路から形成さ
れ、これらの電気的な処理回路部での消費電流が
著しく小さいという利点を有するが、これに対し
て従来の例えば光電型装置では光電変換のための
発光器例えば発光ダイオードなどが大きな消費電
流を有するために全体の消費電流が増加するとい
う問題を生じさせていた。

前述した非接触型のエンコーダに対して、従来
より接点の接触による開閉作動から電気的なデジ
タル信号を検出する接点型エンコーダが知られて
おり、簡単な構造で機械的変位を電気的に検出可
能であるという利点を有し従来よりある種の分野
においては実用化されていたが、この使用分野は
精度を必要としない位置決め機構あるいは大型駆
動機構の回転位置検出装置などとして用いられて
いたのみで小型のかつ高精度を必要とする特に測
長機などにおいては全くその利用が考慮されてい
なかつた。すなわち、この種の接点型では接点の
信頼性が低く接触状態が極めて不安定でありまた
長時間の使用によつて極めて容易に接触状態が変
化するなどの根本的な欠点を有していたため、接
触不良が直接誤差の発生原因となる測長機などで
は使用することが不可能とされていた。

しかしながら、この装置は一面において、電圧
の印加のみで機械的変位を電気的なデジタルパル
スに変換可能であつて基本的に電流消費を必要と
しないという利点があり、本発明者はこの利点を
近年の電圧型素子である例えばＣ−MOSトラン
ジスタなどと組合せることにより低消費電流の電
池駆動可能な小型測長機への応用について着目し
た。

ところが、このような接点型エンコーダでは、
検出接点の開閉作動時にその開閉作動に伴い変化
する入力電圧に種々のノイズが混入するという欠
点があり、この結果、測定器の精度及び信頼性が
著しく損なわれるという問題があつた。この種の
ノイズは主として接点の表面状態例えば汚れある
いは高抵抗部の存在その他長期間の使用による表
面劣化などに起因し、これらのノイズ混入を完全
に防止することは不可能であつた。

第１図には前述した接点型エンコーダの概略構
成が示され、所定間隔で配列された複数の導電体
からなるスリツト接点群１０，１２と、該スリツ
ト接点群１０，１２に対して測定子の機械的変位
に対応してAB方向に移動する摺動接点１４が設
けられ、摺動接点１４に抵抗１６を介して直流電
源である電池１８が接続され、スリツト接点群１
０，１２と摺動接点１４との間に検出電圧が印加
されている。両スリツト接点群１０，１２は例え
ば円板の側面に蒸着などにより形成されたスリツ
ト電極から形成されあるいは直線状のスリツト電
極群から形成することができ、また摺動接点１４
は測定子と連動して回転あるいは直線運動するブ
ラシ接点から形成することができる。従つて、摺
動接点１４の矢印AB方向への移動に伴い、スリ
ツト接点１０または１２と摺動接点１４間の開閉
作動に伴い、端子２０，２２からは摺動接点１４
の移動量に対応するデジタル信号を検出すること
ができる。そして、スリツト接点群１０，１２を
所定の位相差、第１図においては90度の位相差で
配列することにより、両端子２０，２２からは正
弦波（進み）及び余弦波（遅れ）を基本波とする
方形波信号を得ることが可能となる。

しかしながら、前述したように、単なるスリツ
ト接点１０，１２とブラシ接点１４とから検出接
点を形成した場合、端子２０，２２には外乱によ
るノイズが混入しまた特に検出接点の開閉臨界状
態において接点間の不完全接触によつて無視でき
ないノイズが発生することが知られており、第２
図には所定の測定信号すなわち領域Ｔの前後にお
いて外乱ノイズあるいは臨界ノイズが生じている
状態が示されている。従つて、従来装置では、こ
れらのノイズ特に接点間の接触不良によるノイズ
によつてデジタル測定信号のカウントミスなどが
生じ、測定器の精度が著しく低下するという欠点
が生じていた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、接点接触不良の発生が少な
く、且つ万一接触不良に起因するノイズが発生し
てもノイズと信号を区別し、正しい信号のみをカ
ウントする改良された測定器用接点型エンコーダ
を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、所定の
方向に連続的に伸張した抵抗帯と、測定子の機械
的変位に連動して前記抵抗帯と相対的に直接かつ
常時に摺動接触する少くとも一対の摺動接点と、
一対の摺動接点間の抵抗値を電気的に検出する検
出回路と、を含み、前記抵抗帯の幅をその伸長方
向に沿つて連続的かつ周期的に変化させることに
より、前記１対の摺動接点間の抵抗値がその摺動
動作に伴い前記抵抗体の伸長方向に沿つて周期的
に変化することを特徴とする。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

第３図には本発明にかかるエンコーダの好適な
実施例が示され、ノギスその他の測長機における
測定子の機械的変位に連動してエンコーダの変位
検出子２４，２６が相対移動する構成からなり、
実施例においては第１の変位検出子２４が図示し
ていないエンコーダ基板に固定され、他方の変位
検出子２６が測長機の測定子に連動して前記第１
の変位検出子２４に対して相対的に移動すること
ができる。

第１の変位検出子２４はプラスチツクその他の
絶縁板からなり、その一方の表面には所定の方
向、実施例においては図の矢印CD方向に連続的
に伸張した抵抗帯２８が設けられ、この抵抗帯２
８は実施例において変位検出子２４の表面に貼着
された薄膜抵抗体からなる。

そして、他方の変位検出子２６には一対の摺動
接点３０，３２が固定されており、両摺動接点３
０，３２の先端がそれぞれ所定の間隔で前記抵抗
帯２８と摺動接触している。従つて、摺動接点３
０，３２間には両者間の抵抗帯２８の部分的な抵
抗が接続されたこととなる。

前記摺動接点３０，３２間の抵抗値は両接点３
０，３２に接続された検出回路３４によつて電気
的に検出される。

本発明において特徴的なことは、前記抵抗帯２
８の幅が伸長方向CDに沿つて連続的かつ周期的
に変化することであり、この結果、抵抗帯２８と
摺動接点３０，３２とが相対的に摺動移動する
際、接点３０，３２間の抵抗値に連続的かつ周期
的的な変化が生じ、このことから、測定子の機械
的変位を電気的に検出可能なことである。

実施例における抵抗帯２８は帯両側端がほぼ正
弦波形状からなり、摺動接点３０，３２の間隔は
前記抵抗帯２８の正弦波ピツチと同一に設定され
ている。従つて、接点３０，３２間には測定子の
機械的変位に対応してほぼ正弦波状に変化する抵
抗値が得られることとなる。そして、この抵抗値
変化は検出回路３４によつて電気的な信号に変換
され、実施例における検出回路３４はブリツジ回
路３６、電圧比較器３８及び接触不良警報回路４
０を含む。摺動接点３０，３２の両端はブリツジ
回路３６の一辺に接続されており、ブリツジ回路
３６の出力は比較器からあるAD変換器３８に供
給されてスレシホルド電圧V₁と比較され、出力
端子４２から後段の図示していないカウント回路
に供給される。同様にブリツジ回路３６の出力は
比較器からなる接触不良警報回路４０に供給さ
れ、いずれかの摺動接点３０，３２と抵抗帯２８
との間に接触不良が生じたことを警告することが
できる。

本発明の第１実施例は以上の構成からなり、以
下にその作用を説明する。

本発明において抵抗帯２８は第１の変位検出子
２４上に連続的に伸張形成された抵抗体であり、
測定子の機械的変位に連動して抵抗帯２８と相対
的に摺動接触する摺動接点３０，３２は共に抵抗
帯２８と常時接触状態を保ち、両者間の相対移動
量は摺動接点３０，３２間の抵抗値変化から検出
される。すなわち、抵抗帯２８の抵抗値は接点３
０，３２の間隔に対応したピツチで周期的に変化
し、このことから抵抗帯２８に対する両摺動接点
３０，３２の接触位置が変化するに従い両接点３
０，３２間の抵抗値は著しく変化し、この測定子
移動量に対応した抵抗値変化を検出回路３４によ
つて電気的に検出することにより、従来の接点接
離型エンコーダと異なり、常時接触型のエンコー
ドを得ることが可能となる。両摺動接点３０，３
２は正常な測定状態では抵抗帯２８から離れるこ
となく、常時所定の接点圧を有する接点状態にあ
り、このことから、両接点３０，３２と抵抗帯２
８との間にはほとんど接触不良が生じることがな
い。特に、従来の接触不良は検出接点の臨界ノイ
ズとして生じやすく、この臨界ノイズは接点接離
時に生じるので、このような接離状態のない常時
接触型の本発明にかかるエンコーダでは従来に比
してその信頼性を著しく増加させることが可能で
ある。実施例における抵抗帯２８の周期的な抵抗
値変化はその伸張方向CDに対して直角方向の抵
抗帯幅によりほぼ決定され、このような接点帯幅
パターンは任意に選択することができ、実施例に
おいてはほぼ正弦波状の接点帯幅パターンを設け
ることにより測定子の機械的変位時に両摺動接点
３０，３２間にはほぼ正弦波状に変化する電気的
な検出信号を得ることが可能となる。

第４図には検出回路３４における各部波形が示
され、ブリツジ回路３６によつて検出された摺動
接点３０，３２間の抵抗値はブリツジ出力１００
として示され、第４図から明らかなようにブリツ
ジ出力１００はほぼ抵抗帯２８のパターンに従つ
た正弦波状に変化する電圧信号として得られる。
そして、このブリツジ出力１００はAD変換器３
８においてスレシホルド電圧V₁と比較され、出
力端子４２からデジタル信号１０２として後段の
カウンタ回路に出力され、このデジタルパルス信
号をカウントすることによつて測定子の機械的変
位量を正確に求めることが可能となる。

更に、本発明の常時接触型エンコーダによれ
ば、ブリツジ出力１００は接点３０，３２間が開
放されていない限り所定範囲の電圧値となるのに
対し、なんらかの理由によつて接点３０，３２間
が開放されるとその出力１００が通常の電圧値か
ら著しく離れた異常値を示すこととなり、本発明
においては、このような特性を利用して摺動接点
３０，３２と抵抗帯２８との接触不良が生じたこ
とを確実に警告することが可能となる。すなわ
ち、第４図において時刻ｔにていずれかの接点３
０，３２が抵抗帯２８と接触不良を起すと、ブリ
ツジ出力１００は通常の電圧指示範囲から離れた
著しく大きな値となり、このことから、接触不良
警報回路４０はこの異常値が比較電圧Voを越え
た時に警報信号１０４を出力させ、測定値を無効
としあるいは再測定を行わせることができる。

以上のようにして、実施例においては、直線的
に変化する測定子の変位を確実に検出することが
でき、特に検出接点の接点圧がほぼ一定値である
ために従来生じていたノイズあるいは接触不良を
確実に防止することが可能となる。

第５図には本発明に好適な他の抵抗帯幅パター
ンが示され、図において三角波状のパターンが採
用されている。

第６図には更に本発明の他の実施例が示され、
この実施例においては、円板状の第１の検出子２
４の側面に２個のリング状抵抗帯２８ａ，２８ｂ
が貼着され、各抵抗帯２８ａ，２８ｂはその伸張
方向、実施例においては円方向に沿つて正弦波状
の抵抗帯幅パターンを有する。そして、各抵抗帯
２８ａ，２８ｂにはそれぞれ一対の摺動接点３０
ａ，３２ａ，３０ｂ，３２ｂが対応配置されてお
り、各接点対から接点間抵抗値を検出することが
できる。

第６図において、両抵抗帯２８ａ，２８ｂはそ
れぞれパターンの位相が異なり、あるいは各接点
対の配置に位相を設けることにより、抵抗値変化
を正弦波及び余弦波信号として検出することが可
能となり、後段のカウンタはこれら２種類の検出
信号に基づいて正確な信号分割作用を行うことが
可能となる。

第６図は例えばマイクロメータのようにスピン
ドルの回転を電気的に検出する場合に好適であ
り、このような小型測長機に簡単に組み込み、且
つ安価な高精度なエンコーダとして利用すること
が可能となる。

第７図には本発明の更に他の実施例が示され、
抵抗帯２８ａ，２８ｂは円筒状の第１の変位検出
子２４の側面に形成されており、第６図の実施例
と同様に２対の摺動接点３０ａ，３２ａ，３０
ｂ，３２ｂによつてそれぞれ異なる位相の抵抗値
変化を検出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、接点型
エンコーダの接点を常時接触型とし、このために
接触圧を極めて安定した所定値に維持し外乱ノイ
ズあるいは臨界ノイズの発生を著しく減小させる
ことが可能となる。従つて、本発明によれば、高
精度の且つ信頼性の高いエンコーダを提供するこ
とができる。また本発明によれば、摺動接点と抵
抗帯との間に接触不良が生じた場合には、直に警
告を行うことも可能となり測定値に混入する誤差
を確実に除去可能である。

なお、本発明にかかる導電体は導電性プラスチ
ツクその他から形成することも可能であり、低価
格の小型可搬型測長機に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は接点型エンコーダの１例を示す概略構
成図、第２図は第１図のエンコーダにかかる検出
波形図、第３図は本発明にかかる測定器用接点型
エンコーダの好適な実施例を示す概略構成図、第
４図は第３図の各部波形図、第５図は第３図にお
ける抵抗帯の他のパターンを示す説明図、第６図
は本発明の他の実施例を示す要部平面図、第７図
は本発明にかかる他の実施例を示す概略説明図で
ある。 ２８……抵抗帯、３０，３２……摺動接点、３
４……検出回路、４０……接触不良警報回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の方向に連続的に伸長した抵抗帯と、測
   定子の機械的変位に連動して前記抵抗帯と相対的
   に直接かつ常時摺動接触する少なくとも１対の摺
   動接点と、１対の摺動接点間の抵抗値を電気的に
   検出する検出回路と、を含み、前記抵抗帯の幅を
   その伸長方向に沿つて連続的かつ周期的に変化さ
   せることにより、前記１対の摺動接点間の抵抗値
   がその摺動動作に伴い前記抵抗帯の伸長方向に沿
   つて連続的かつ周期的に変化させたことを特徴と
   する測定器用接点型エンコーダ。 ２ 特許請求の範囲１記載のエンコーダにおい
   て、前記抵抗帯の幅がほぼ正弦波状に変化するこ
   とを特徴とする測定器用接点型エンコーダ。