JPH03191803A - 移動状態検出装置 - 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］ 本発明は液体の慣性力を利用して絶対空間に対する角変
位を検出する角変位検出装置に関するものである。

［従来の技術〕 従来この種の角変位検出装置としては、例えば第３図乃
至第５図に示すようなものがある。

これらの図において、１０１は装置を構成する各部品を
取付ける基台、１０２は内部に浮体１０３および液体１
０４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５図で詳細に図示されているコ字形の浮体保持体
１１４が嵌合して固定されるための溝部１０２ａがその
内側に形成されている。浮体１０３は磁気特性を有して
おり、軸１０３ａ回りに回転自在に上記浮体保持体１１
４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１０９とこれを覆ってスリット１
１０ａを有するマスク１１０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１０３は軸１０３ａ回りの回転バラ
ンスおよび液体内での浮カバランスがそれぞれとられた
ものとして構成される。

１０５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１０７により上記基台１に取付
は固定されている。１０６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１０８により上記基台１０
１に取付は固定されている。そしてこれら発光素子１０
５および受光素子１０６が、上記浮体１０３の中央ブロ
ック表面に取付けられているミラー１０９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１０７には発光素子１０５から
の光を導く先導部１０７ａが形成されており、この光導
部１０７ａの先端には上記浮体１０３のミラー＋０９を
覆うマスク１１０　と同じスリット１１０ａを有するマ
スク１１０が取付けられている。なおこの光伝送は外筒
１０２を通して行なわれるものであるから、該外筒１０
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。

１１９．１２０は一対のヨークであり、上記磁気特性を
有する浮体１０３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ＷＪ１０２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１
１９，１２０の他端の間にはヨーク１２１が設けられて
いると共に、該ヨーク１２１には電磁コイル１２２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１１９，１２０，１２１および浮体１０３からなる磁
気回路が構成され、電磁コイル１２２の作り出す磁力に
より浮体１０３に磁気的な力を与えるものである。

尚上記した浮体１０３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１０３の中央ブロック
には第４図の断面図で示している上下に貫通の回転軸１
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１１２が圧入されている。一方前記し
た浮体保持体１１４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１１３が設けられ、上
記ピボット１１２の尖鋭な先端がこのピボット軸受け１
１３に嵌合することで浮体の保持がされる。

１１５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。１１
６はゴムパツキンであり押え板１１７　と上蓋１１５の
間にサンドイッチされビス等により固定さねている。

以上の構成において、浮体１０３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１０３ａ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１０３８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
にある浮体体１０３は回転せず、したがフて外筒１０２
と浮体１０３は回転軸１０３ａ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１０
５、受光素子１０６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１０２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１０３に力を及ぼし粘性力
として作用するが、その影響は、壁面から浮体１０３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１０５から発せられた光は、光導部１０７
ａを通り浮体１０３に照射され、ここでミラー１０９に
より反射されて受光素子１０６に至る。そして上述して
いるように、光導部１１７の先端および浮体１０３のミ
ラー１０９の上にマスク１１０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１１０のスリット１
】Ｏａにより略平行光となり、受光素子１０６の上には
ボケのない像が形成されることになる。

そして外筒１０２、発光素子１０５、受光素子１０６は
いずれも基台１０１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１０２と浮体１０３の間で相
対的な角変位運動が生ずると、該変位に応した量だけ受
光素子１０１ｉ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１０６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１０２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１０３は外部からの力を受けていない状態であるため
に、浮体１０３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１０６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
した電ｉ＋ｆｉコイル１２２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１０３を第３図に
示した定常状態の位置に定置させる力を与えバネ力とし
て作用させることができる。

この磁界作用により浮体１０３に及ぼされるバネ力は、
原理的には浮体１０３を外筒１０２に対して一定の姿勢
に維持させる（つまり一体に移動させる）力であるから
、そのバネ力が強いと外筒１０２と浮体１０３は一体と
なって運動してしまい目的とする角変位のための相対角
変位が生じないという問題を招くが、磁界作用が液体の
慣性に対し十分小さければ、比較的低い周波数の角変位
にも応答しつるよう構成できる。

［発明が解決しようとしている課題］ ところで、外筒１０２に封入する液体は本装置の性能、
大きさを決める重要な因子であり、要求される重要な物
性と１ノて高比重・低粘性・光透過性・化学・物理的安
定性・低蒸気圧性や温度による物性変化の少ない事等が
あげらねる。

高比重は未検出装置が慣性を用いた装置であり、慣性が
大きい程感度が向上し、すなわち、より低い周波数の角
変位を検出できることになり、士た同程度の感度を維持
するならばコンパクトにすることが可能である６液体の
粘性は外筒壁面との作用で外筒１０２と浮体１０３とを
一体的に動かす粘性力を発生させる為、液体の粘度が高
くなれば感度劣化を招く。従って液体の粘度が小さい方
が測定感度は向上するわけであるが、同程度の感度を維
持するのであれば外筒１０２の壁面と浮体１０３のギャ
ップを小さくしてコンパクト化を図ることも可能である
。一方、光透過性は投受光素子を用いた位置検出を行な
うため必要である。化学的及び物理的安定性は外筒１０
２や、浮体１０３等と反応して劣化を与えないことはも
ちろん、外筒１０２や、浮体１０３等を膨潤・溶出させ
ないで長期間安定に使用するためや、万が一素子が廃棄
等によりＩｔｌｌＥ壊した際に、生体や、環境系に影響
を与えないために必要である。

また低蒸気圧性は、温度の上昇時における、液体の気化
による爆発や、長期使用時に容器を通して蒸発しないた
めに必要である６温度による物性変化が大きいと、作用
環境が変わると装置の特性が大きく変わってしまい実用
性に問題が生してしまう。

この様に液体に課せられる制約は非常に厳しいものであ
り、従来の液体では粘度を下げると低蒸気圧でなくなっ
たり、外筒・浮体を膨潤させたりあるいは、化学的安定
性に問題があって、分解等を起こしてしまい長期間安定
的に使用できないなどの問題があった。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、長期
間にわたり安定に角変位の検出を可能とする角変位検出
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用コ本発明の目的を
達成するための要旨とするところは、液体を封入した室
を有する外筒と、この外筒の封入液体内に配置されて、
定められた回転軸回りに回転自在に保持されている６１
１性特性を有する浮体と、上記外筒と浮体の上記回転軸
の軸回りの相対角変位を検出する検出手段と、該浮体と
磁気回路を構成する磁気発生手段とを備えた角変位検出
装置において、内部液体としてフッ素系液体を用いるこ
とを特徴とするものである。

フッ素系液体としては、フルオロアルカン、フルオロア
ルケン、フルオロアルキン、ポリ・フルオロアルキル（
ポリ）エーテル、環状フルオロ（ポリ）エーテル、含窒
素フルオロ化合物、含硫黄フルオロ化合物などが用いら
れる。

この中でパーフルオロアルカン、ポリパーフルオロアル
キル（ポリ）エーテル、環状ポリパーフルオロ（ポリ）
エーテル、含窒素ポリパーフルオロ化合物などのパーフ
ルオロ系のフッ素系液体を用いると、化学的・物理的安
定性がすぐれ高比重かつ低粘度であり、特に望ましい。

大量にかつ、品質が安定して人手出来る市販品でも良く
、例えば日本モンテジソン社のポリパーフルオロエーテ
ルの一種である商品名ガルデン、フォンプリンや住友３
Ｍ社の、フッ素系液体、商品名フロリナートなどを用い
ることができる。

［実　施　例］ 第１図は本発明による角変位検出装置の一実施例を示す
ものであり、前述説明の従来例として同様の機能を果す
部材については同記号を付すこととし、ここでの説明は
省略する。

１は外筒１０２の上蓋であり、外筒内部に浮体１０３等
の部材を組込んだ後、シリコン接着剤や溶着等の公知の
技術にて外筒１０２にシール接合されており、その中央
部には開口部１ａが形成されている。２および３は、ポ
リエチレン等から成る薄膜樹脂フィルムで、その外周部
２ａ及び３ａは円盤状に全周が熱溶着されて袋体を形成
している。また薄膜樹脂フィルム２の中央部には、前記
開口部１ａに対応する穴がおいており、その外周部２ｂ
は前記上Ｍ１の開口部１ａの外周部に溶着されている。

４は前記薄膜樹脂フィルム２及び３から構成された体積
調整室であり、開口部１ａを通じて外筒１０２内部と連
通されている。５は外筒１０２を取付ける基台で、折曲
げられた一端部には穴４ｂを有する突起４ａが形成され
ている。６は圧力板で、１端部６ａは前記基台５の穴４
ｂにそう人され、他端部６ｂには基台５との間に掛けら
れたバネ７が取付けられ、前記薄膜樹脂フィルム３を押
圧付勢している。

体積調整室４は、バネ７により加圧されることにより液
体封入空間内の圧力を高め、封入液体に溶解しているガ
スの放出によるアワの発生をおさえ、又液体封入容器を
温度上昇時の圧力上昇による破壊から未然に防止する。

また、温度下降時の液体体積の収縮に追従し、気泡の発
生を防止する。

外筒の材質としては、赤外光の透過性の優れたポリカー
ボネイト、ポリスチレン、ＴＰＸ等を用いることができ
る。

また、上蓋との加工を容易にするために上蓋と外筒の材
質を同一にして、溶着等により信頼性の高いシーリング
を行い、接着等の操作を省いてもよい。この場合材質と
しては、リニアー低密度ポリエチレン、ポリプロピレン
等が望ましい。

浮体の材料としては、浮体を磁化させる必要があるため
磁性粉をブレンドできる樹脂であれば何でも良く、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート
、ナイロン等のエンジニアリングプラスチックスを広く
用いることができる。

なお、本件で用いているフッ素系の液体は、これらの浮
体・外筒に用いられる樹脂を含めた一般に使用されるど
の様な樹脂に対しても、殆ど膨潤・溶出等の影響が無く
、安定して使用することができる。

同様の効果を有する構造としては、第２図に示すような
ものがある。

第２図は前述説明の従来例及び第１の実施例と同様の機
能を果す部材については同記号を付すこととし、ここで
の説明は省略する。

ｌＯは外筒１０２の上蓋であり、外筒内部に浮体１０３
等の部材を組込んだ後にシリコン接着剤や溶着等の公知
の技術にて外筒１０２にシール接合されており、その中
央部１０ａは真空成形等により薄いドーム状に形成され
、体積調整室４を形成している。その材料はドーム状薄
部ｌＯａがなくべくフレキシブルになる様にポリエチレ
ン等のやわらかく成形時の流動性の良い樹脂が好ましい
、１１は隔壁で外筒１０２内の浮体を配首した室と体積
調整室４とを分離し、ドーム状薄部１０ａの異形変形で
生じる流体の不規則な流れの影響が浮体１０３に及ばな
い様にするもので、その中央部には体積調整室４と連結
する開口部１１ａを有している。

以上の構成においても、ドーム状薄部１０ａは第１図の
実施例に示す薄膜樹脂フィルムにて構成された体積調整
室４と同様の効果を得られるものであることは容易に理
解できる。この場合薄膜樹脂フィルムが不要となるので
、部品点数の削減及び溶着等の製作工程が短縮されコス
トダウンが図られる。

以上の構成に於て、液体１０４は、外筒１０２内部及び
体積調整室４内に封入されているわけであるが、ここで
内部液体として、ポリバーフルオロアルキルポリエーテ
ルガルデンＤＯ２（日本モンテジソン社）を用いたとこ
ろ、８０ｔ、１０００時間放置で全く分解、変色せず、
また、容器・浮体等も最大で０．１％膨潤したのみで溶
出等がなかフた。また−２０℃でも１０ｃｐ以下と非常
に粘度が低いため、低周波数側での変位検出においても
角変位検出器としての性能に全く支障はなかった。

また蒸気圧もＩ　Ｔｏｒｒ以下で容器を通しての蒸発も
、低分子量成分の蒸発で８０℃１００時間放置時０．０
２％蒸発したのみで、それ以降は変化はなく、安定して
使用しうる角変位センサーを得ることができた。

実施例における液体として、フロリナートＦＣ−７５商
品名・　（住友３Ｍ社製）を用いたところ、８０℃、１
０００時間放置で全く分解変色せず、また容器、浮体も
、最大で０．３％膨潤したのみで溶出等はなかった。

また−２０℃でも４ｃｐ以下と非常に粘度が低いため、
低周波数側での変位検出においても、角変位検出器とし
ての性能に全く支障はなかった。

また蒸気圧は、３１Ｔｏｒｒ（２５℃）であったが、外
商１０２、上ブタ１の厚みを１　ｍｍ以上と厚くとり、
フィルム部２．３にガス透過性の低いＥｒＯＨ等のラミ
ネートフィルムを用いることにより、８０℃、６００時
間放置で０．２％の蒸発に抑え、安定して使用しつるセ
ンサーを得ることができた。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば長期間にわたり、化
学的・物理的に安定しており、外筒・浮体にも影響を与
えず、温度による特性の変化の少ない角変位検出器を提
供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による角変位検出装置の一実施例を示す
断面図、第２図は他の実施例を示す断面図、第３図は従
来の角変位検出装置の平面図、第４図はその断面図、第
５図はその一部分解斜視図である。 １０２・・・外筒　　　　　　　１０３・・・浮体１０
４・・・液体 ２．３・・・薄膜樹脂フィルム ４．１２・・・体積調整室　　６・・・圧力板７・・・
バネ 他４名 ４０ ４／′Ｉ 第 ■ 図 第 図 第３ 図 ０１ ０３ ４ ６ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液体を封入した室を有する外筒と、この外筒の封入
   液体内に配置されて、定められた回転軸回りに回転自在
   に保持されている磁性特性を有する浮体と、上記外筒と
   浮体の上記回転軸の軸回りの相対角変位を検出する検出
   手段と、該浮体と磁気回路を構成する磁気発生手段とを
   備えた角変位検出装置において、上記液体としてフッ素
   系液体を用いることを特徴とする角変位検出装置。 ２　前記液体を封入した室と連通する内部体積が変化可
   能な体積調整室を有することを特徴とする請求項１に記
   載の角変位検出装置。