JPH01296104A - 角変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、慣性力を利用して角変位を検出する装置に関
するものである。

（従来の技術） この種の装置の原理を本発明の実施例を示す第２図〜第
４図を用いて説明する。

これらの図において、１は装置を構成する各部品を取付
ける基台、２は内部に浮体３および液体４を封入した室
をもつ液体封入容器としての外筒であり、第４図で詳細
に図示されているコ字形の浮体保持体１４が嵌合して固
定されるための溝部２ａがその内側に形成されている。

３は磁気特性を有する浮体であり、軸３ａ回りに回転自
在に上記浮体、保持体１４により保持されていて、その
中央ブロックの一対の側面の両表面にはミラー９とこれ
を覆ってスリット１０ａを有するマスク１０が取付けら
れ、該中央ブロックのもう一対の側面からはそれぞれ腕
部が延出されている。またこの浮体３は軸３ａ回りの回
転バランスおよび液体内での浮力バランスがそれぞれと
られたものとして構成される。

４は外筒２に封入された液体である。

５は通電により光を発生する発光素子（ＩＲＥＤ）であ
り、発光素子保持体７により上記基台１に取付は固定さ
れている。６は受ける光の位置によって出力の変化する
光電変換素子からなる受光素子（ＰＳＤ）であり、光電
変換素子保持体８により上記基台１に取付は固定されて
いる。そしてこれら発光素子５および受光素子６が、上
記浮体３の中央ブロック表面に取付けられているミラー
９を介して光を伝送する方式の光学的な角変位検出の手
段を構成している。なお発光素子保持体７には発光素子
５からの光を導く先導部７ａが形成されており、この先
導部７ａの先端には上記浮体３のミラー９を覆うマスク
ｌＯと同じスリット１０ａを有するマスクが取付けられ
ている。なおこの光伝送は外筒２を通して行なわれるも
のであるから、該外筒２の全体あるいは該当する部分は
透明体として設けられている。

１９、２０は一対のヨークであり、上記磁気特性を有す
る浮体３を一定位置（図示する姿勢の位置）で定置させ
るための磁界作用を及ぼすように一対に設けられ、これ
らの一端は図示の如く外筒２の直径方向に離間対向して
設けられている。またこれらのヨーク１９．２０の他端
の間にはヨーク２１が設けられていると共に、該ヨーク
２１には永久磁石２２が外装嵌合して組付けられている
。これらの構成によりヨーク１９，２０．２１および浮
体３からなる磁気回路が構成され、永久磁石２２の弱い
磁力により浮体３は図示する姿勢に定置される。

尚上記した浮体３の回転自在の保持は次のようにして行
なわれている。すなわち浮体３の中央ブロックには第３
図の断面図で示している上下に貫通の回転軸１１が設け
られ、その上下端にはそれぞれ外向きに先端が尖鋭なピ
ボット１２が圧入されている。一方前記した浮体保持体
１４のコ字形の上下腕の先端には互いに内向きに対向し
てピボット軸受け１３が設けられ、上記ピボット１２の
尖鋭な先端がこのピボット軸受け１３に嵌合することで
浮体の保持がされる。

１５は外筒の上蓋であり、シリコン接着剤等を用いる公
知の技術により外筒２にシール接着されている。１６は
ゴムパツキンであり押え板１７と上Ｍ１５の間にサンド
イッチされビス等により固定されている。

以上の構成において、浮体３はいずれの姿勢においても
重力の影響による回転モーメントが発生することなく、
またピボット軸に実質的に負荷が作用しないように、上
述の如く軸３８回りの回転バランスおよび液体内での浮
力バランスがそれぞれとられたものとして構成される。

かかる構成においては、外筒が回転軸３ａ回りに回転し
ても液体内部は慣性により動かないので、浮遊状態にあ
る浮体３は回転せず、したがって外筒２と浮体３は回転
軸３８回りに相対的に回転することになる。これが相対
角変位を検出する本装置の原理であり、これらの相対的
な角変位゛は、上記発光素子５．受光素子６を用いた光
学的検知手段で検出できる。

なお実際には外筒２の壁面の影響で封入された液体内部
に流れが生じこれが浮体３に力を及ぼすが、その影響は
、壁面から浮体３までの距離、液体の粘性等を考慮して
選択することにより可及的に小さくすることが可能であ
る。

さて、以上の構成を有する装置で角変位の検出は次のよ
うに行なわれる。

まず発光素子５から発せられた光は、光導部７ａを通り
浮体３に照射され、ここでミラー９により反射されて受
光素子６に至る。そして上述しているように、先導部７
ａの先端および浮体３のミラー９の上にマスク１０が配
置されているため、上記光の伝送の際に光はそのマスク
１０のスリット１０ａにより略平行光となり、受光素子
６の上にはボケのない像が形成されることになる。

モして外筒２１発光素子５．受光素子６はいずれも基台
１の上に固定されているものであって一体に運動するの
で、外筒２と浮体３の間で相対的な角変位運動が生ずる
と、該変位に応じた量だけ受光素子６の上のスリット像
は移動することになる。したがって受光した光の位置に
よって出力の変化する光電変換素子である該受光素子６
の出力は該スリット像の位置変位に比例した出力となり
、該出力を情報として外筒２の角変位を検出することが
できる。

以上の構成で形成された角変位検出装置を考えると、浮
体３は外部からの力を受けていない状態であるために、
浮体３の姿勢を規制することができないから、そのまま
では受光素子６の測定範囲内にスリット像が位置すると
いう保証がないことになるが、例えば上述した永久磁石
２２を用いて浮体に弱い磁界作用を及ぼし、この磁界作
用により浮体３を第２図に示した定常状態の位置に定置
させておくことができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上のような構成の角変位検出装置を構成す
る場合に、角変位を精度よく測定するためには、浮体３
が封入液体中において回転軸回りのバランスがよくとら
れ、また回転軸方向についてその軸受は部分に負荷が実
質的に生じていないように浮力とよくバランスされてい
ることが重要視される。そして前者の回転軸回りのバラ
ンスについては、浮体の形状等の選択等により比較的容
易に実現することができるが、後者の回転軸方向につい
てのバランスについては該浮体３と液の比重の関係に依
存し、また上述した浮体に磁気特性を付与する構成では
、該浮体の構成材料についての限定要因が加わるため封
入液体の選択は必ずしも容易ではないという問題があっ
た。

そこで例えば浮体の見掛は比重を小さくするために該浮
体内部に空気室を設ける等の工夫も考えられるが、この
ようにすると浮体が大型化し、また空気室部分のシール
性の確保等のために部品点数の増大、信頼性の低下等の
問題を招くことがある。

本発明は、以上の観点からなされたものであり、その目
的は、磁気特性を有する浮体を比較的小さくかつ見掛は
比重の小さなものとして形成することを可能として、小
型で精度のよい角変位検出装置を提供することを目的と
するところにある。

（課題を解決するための手段） 而して、かかる目的の実現のためになされた本発明より
なる角変位検出装置の特徴は、液体の封入室を有する液
体封入容器と、該封入された液体内部で定められた回転
軸回りの回転が自在に保持されかつ磁気特性を有する浮
体と、液体封入容器の外部から上記浮体を一定位置に定
置させるための磁界作用を及ぼす磁気的な定置手段と、
これら液体封入容器と浮体の上記回転軸回りの相対回転
を例えば光学的に検出する角変位検出手段とを備えた角
変位検出装置において、上記浮体は、プラスチック材を
構造部材として形成させると共に、該構造の表面又は内
部に、磁性材料を層状に設けるかあるいは分散含有させ
たという構成をなすところにある。

上記の浮体の構造材料として使用されるプラスチック材
としては、比重が小さいものが好ましく使用され、例え
ばＰＣ，ＡＢＳ等のものを例示することができる。

またこのプラスチック材の表面に磁性材料の層を形成さ
せるには、例えばメツキあるいは磁性粉を含有する塗料
を塗布する等の方法が採用でき、浮体内部に磁性材料の
層を形成させるには例えば磁性金属箔を埋設する方法等
が採用できる。またプラスチック材に磁性粉を分散含有
させることによっても本発明の目的は実現される。

（作　　　用） 本発明は前記の構成をなすことによって、浮体の見掛は
比重を小さく設定して磁気特性を与えることが可能とな
る。

（実　施　例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図ないし第４図で説明される実施例において、図面
に付して示した符合のうち既に第２〜第４図で説明した
ものは同一の部材を示している。

本例の特徴は、以上の構成において、第１図で示した浮
体３がプラスチック材を構造部材として形成され、その
表面を例えば鉄等の磁気特性を有するメツキ層３ｂで覆
われているという構成をなすところにある。メツキ層の
形成方法は特に限定されるものではなく、浮体を定置さ
せるための磁気特性に対応した磁気回路を形成できる程
度の層厚をもつように形成される。

第６図は測定操作のために用いられる制御回路を示し、
第７図はその測定手順のフローチャートを示している。

角変位の測定においてはまず、第６図のスイッチ４２を
閉成する。

これにより制御回路の中央演算回路（ＣＰＵ）４０は、
発光素子駆動回路４３を作動させて発光素子５の発光を
行なわせると共に、同時に検出回路４５を作動させ、受
光素子６からの出力信号を受けて所定の測定を行なう。

受光素子６によるスリット像位置の変容に基づく出力の
変化を得るには、公知の方式を利用することができ、例
えば本例では受光素子６を６Ａ、　６Ｂの一対のものか
ら構成し、これらの出力Ａ、Ｂを検出回路４５において
１＝ｊＬとして演算Ａ＋Ｂ することでスリット像の位置変化に比例した出力を得る
ことができる。

得られた出力が図示しない適宜の情報処理回路に伝えら
れる。

測定が終了すれば、発光素子駆動回路４３の作動および
検出回路４５の作動が停止される。したがって浮体３に
は固定磁石２２の弱い磁界が作用することになり、該浮
体３を定置する付勢力が与えられる。

以上の測定において、浮体３と封入液体の浮力バランス
が適当にとられている状態にあれば、該浮体３のピボッ
ト１２とピボット軸受けよ３の間の摩擦が実質的になく
、したがって該摩擦により発生する回転抵抗、モーメン
ト等がないから測定への影響がないという利点があり、
また外筒２と一体の被測定体が上記回転軸３ａに一致し
ない軸を中心として回転した場合にも、液体４と浮体３
の比重がバランスされていれば該浮体３の慣性力がピボ
ット軸受け１３にかかることもなくそ−メントが発生す
ることもないという利点も得られる。その上、仮に被測
定体に落下等の衝撃が加えられても軸受は部分に特に強
い衝撃が加わることもなくその破壊の虞れも少ないとい
う利点もある。

そして以上のような浮体３と液体４の浮力バランスは、
上述の如く浮体３を実比重の小さいプラスチック材と磁
性材料を複合して構成しているために、その見掛は比重
は十分に小さくして設計することができ、したがってこ
れに対応しつつ粘性、比重等の性質を考慮しても広い範
囲から液体を選択することが可能となるという効果があ
る。

第５図は本発明の他の実施例を示したものであり、この
例ではプラスチック材料中に磁気特性を有する金属粉末
３Ｃを分散含有させたものを示している。

分散含有の量は適宜選択することができ、これにより前
記実施例と同様に小さな見掛は比重で磁気特性を有する
浮体を構成することができるという効果が満足される。

なお本発明は以上の実施例のものに限定されるものでは
なく、例えば、磁気回路中に配置した永久磁石の磁力を
大きく設定すると共に、該磁気回路中に該永久磁石の磁
力を打消すことができる電磁石装置を設けて、測定時に
永久磁石の磁力を解除させる方式等のものにも本発明は
同様に適用されて優れた効果を発揮するものである。

前記実施例では、外筒と浮体の相対回転を検出するのに
、光学的な検出手段を用いたが、これに限定することな
く、例えばＭＲ素子により磁気抵抗を測定して検出した
り、ヨークと浮体の間の静電容量を測定して検出するよ
うにしてもかまわない。

（発明の効果） 以上述べたように本発明よりなる角変位検出装置によれ
ば、浮体をプラスチック材を構造材料として用いて形成
するためにその見掛は比重を小さくして所定の磁気特性
を与えることができ、該浮体を浮動的に浸漬する封入液
体の選択が容易で広範囲な種類の液体を利用できるよう
になると共に、浮体の回転軸受は部分の摩擦の影響を可
及的に小さくできるために、小型で精度のよい角変位検
出装置を構成できるという効果がある。

そして外部から浮体に弱い磁界を作用させ、あるいは測
定時には弱くかつ非測定時には電磁石装置等を利用して
強い磁界を作用させることで、該浮体の迅速な安定も可
能となるため、特にカメラ等のように持ち運びされるの
が常で、また使用電力ができるだけ少ないことが求めら
れる装置にこれを適用搭載する場合には、その効果は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明により形成した浮体の一例を示す縦
断面図、第２図は本発明よりなる角変位検出装置の構成
概要−例を示す平面図、第３図は第２図Ａ−Ａ線の断面
図、′ｓ４図は液体を封入する外筒部の構成を部品展開
して示した図、第５図は本発明を適用した他の例の浮体
の一例を示す縦断面図、第６図は制御回路を示すブロッ
ク図、第７図はフローチャートを示した図である。 １・・・基台 ２・・・外筒　　　　　　２ａ・・・溝部３・・・浮体
　　　　　　３ａ・・・回転軸３ｂ・・・メツキ層　　
　　３ｃ・・・金属粉末４・・・封入液体　　　　５・
・・発光素子６・・・受光素子　　　　７・・・発光素
子保持体８・・・受光素子保持体　９・・・ミラーｌＯ
・・・マスク　　　　　１０ａ・・・スリット１１・・
・回転軸　　　　　１２・・・ピボット１３・・・ピボ
ット軸受け　１４・・・浮体保持体１５・・・上ｍ　　
　　　　　１６・・・ゴムパツキン１９．２０．２１・
・・ヨーク　　２２・・・永久磁石４０・・・中央演算
回路　　４１・・・電源４２・・・スイッチ　　　　４
３・・・発光素子駆動回路４５・・・検出回路 第３図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液体の封入室を有する液体封入容器と、該封入され
   た液体内部で定められた回転軸回りの回転が自在に保持
   されかつ磁気特性を有する浮体と、液体封入容器の外部
   から上記浮体を一定位置に定置させるための磁界作用を
   及ぼす磁気的な定置手段と、これら液体封入容器と浮体
   の上記回転軸回りの相対回転を検出する角変位検出手段
   とを備えた角変位検出装置において、 上記浮体は、プラスチック材を構造部材と して形成させると共に、該構造の表面又は内部に、磁性
   材料を層状に設けるかあるいは分散含有させたことを特
   徴とする角変位検出装置。