JPH03235003A - 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】 （発明の利用分野） 本発明は、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。

（発明の背景） 従来のこの種の角変位検出装置は、特願昭６３−１２６
３７５号、特願昭６３−１２６３７４号、特願昭６３−
２３５１５８号、特願昭６３−１２６３７３号、特願昭
６３−２５５６６１号に於て提案されているように、基
本的には以下に詳説する構成を為すものであり、第４図
〜第６図を用いて解説する。

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及び液体１０
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６図で詳細に図示されているコ字形の浮体保持体１
１４が嵌合して固定されるための溝部１０２ａかその内
側に形成されている。１０３は磁気特性を有する浮体で
あり、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１ｌ
ｏａを有するマスク１１○か取付けられて、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。又この浮体１０３は軸１０３ａ回りの回転バラン
ス及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。

１０４は外筒１０２に封入された液体である。

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１０１に
取付けられている。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成る受光素子（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。そしてこれらの発光素子１
０５及び受光素子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
の光を導く光導部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１０９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を通して行われるものであ
るから、該外筒１０２の全体あるいは光が当する部分は
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１１９ａ　。

１２０ａは図示の如く外筒１０２の直径方向に離間対向
して設けられている。又これらのヨーク１１９１２０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１１９，１２
０，１２１及び浮体１０３からなる磁気回路か構成され
、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
して行われている。即ち浮体１０３の中央ブロックには
第５図の断面図で示している上下に貫通の回転軸１１１
か設けられ、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１１３
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１０２にシール接着されている。

１１６はゴムパツキンであり、押え板１１７と上蓋１１
５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、又ピボット軸に実質的に負荷か作用しないように、
上述の如く軸１０３ａ回りの回転バランス及び液体内で
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１０２が回転軸１０３ａ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１０３は回転せず、従って外筒１０２
と浮体１０３は回転軸１０３８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１０
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１０７ａの先端及び浮体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
１０ａ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ｌｏｔ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じると、該変位に応じた量だけ受
光素子１０６の上のスリット像は移動することになる。

従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かないことになるが、例えば上述
した電磁コイル１２２を用いて浮体１０３に弱い磁界作
用を及ぽし、この磁界作用により該浮体１０３を第４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に及ぼされるばね力は、
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、そのばね力が強いと外筒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１０４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得るよう構成できる。

上記従来例の説明から理解できるように外筒１０２に封
入する液体１０４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して高比重、
低活性、光透過性、科学的安定性や湿度による物性変化
の少ない事等があげられる。高比重は本装置が慣性を用
いた装置であり、慣性が大きい程感度が向上し、即ち、
より低い周波数の角変位を検出できることになり、また
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。液体１０４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、該液体１０４の粘度が高くなれば感度劣下を
招く。従って、液体１０４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。光透過性
は、投、受光素子を用いた位置検出を行う為に必要であ
り、科学的安定性は外筒１０２や浮体１０３等との化学
反応の無い事や、作業上、商品上の安全性からも必要と
されるものであることは当然である。又、湿度による物
性変化が大きいと使用環境が変れば装置の特性が大きく
変ってしまい、実用性に問題か生じてしまう。

この様に液体１０４に課せられる制約は非常に厳しいも
のであり、上記制約内にあり比較的良好な液体としては
、例えばフッ素系の不活性液体があげられる。

しかしながら、上記の制約を満足させる液体は湿度によ
って体積が変化してしまうという性質を持っており、こ
の性質が実用上の大きな問題として次の様な欠点を持っ
ている。即ち、容器内に封入するため、体積膨張又は収
縮に伴い容器に過大な負荷を与えるという問題である。

この様な負荷に絶え得るような容器にするには金属等の
強固な材質を用い、そのうえ容器の接合部のシールも強
固なものにしなければならず、装置が格段に大型化、高
価格化してしまう。又、低温下で液体が収縮した状態で
は内部液体の圧力は低下して負圧になっている為、液体
の一部が気化して気泡として存在する為、この気泡が内
部の浮体と干渉し、誤信号を出力してしまうという欠点
をも生じる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、装置の大型
化、高コスト化を防ぐとともに、気泡の発生を防いで高
性能なものにすることのできる角変位検出装置を提供す
ることである。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、液体か封入され
る室と連通され、内部体積の変化が可能に構成された体
積調整室と、該体積調整室に圧力を加えて封入液体の圧
力を高める圧力部材とを設け、以て、温度変化により生
じる液体の体積変化を前記体積調整室により吸収するよ
うにしたことを特徴とする。

（発明の実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基ついて詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示すものであり、第４
〜６図と同じ機能を持つ部分は多少形状か異なっても同
一符号を付し、その部分の説明は省略する。

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及び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は円盤状に全周か熱溶着されている。また薄膜
樹脂フィルム２の中央部には前記開口部１ａに相対する
穴がおいており、その外周部２ｂは前記上蓋１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内部と連結されている。５は外
筒１０２を取付ける基台で、一端部には穴５ｂを有する
突起５ａが形成されている。６は圧力板で、一端６ａは
前記基台５の穴５ｂに挿入され、他端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。

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、体積調整
室４は薄膜樹脂フィルムから構成されている為、容易に
変形可能であり、液体１０４の体積変化に応じて変形す
る。従って、容器に過大な負荷を加えることもなく、ま
た負圧によって液体か気化して気泡が発生することもな
い。

ところて、液体１０４の気体溶解量を考えると、気体は
高温になる程活性化される為、高温側程その溶解量は小
さくなる。つまり、低温側で飽和状態まで気体を溶解し
た液体の温度を上昇させると、過飽和状態となるので溶
解量の差の分の気体を外部へ放出しようとし、結果とし
て気泡が発生してしまう。本発明では、この様な現象の
解決策としてバネ７の付勢力にて液体１０４に圧力を加
えて気泡の発生を防いでいる。原理上はヘンノーの法則
に従った圧力を加えることで気泡の発生を抑えることが
できるわけであるが、実際には液体１０４の気体溶解量
はヒステリシスが非常に大きく上記理論による圧力より
も数段小さな圧力を加えるだけで気泡の発生を抑えるこ
とが可能である。

第２図は本発明の第２の実施例を示すものであり、前記
第１の実施例と同じ機能を持つ部分は同一符号を付し、
その部分の説明は省略する。

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
ている。その材料はドーム状薄部１０ａがなるべくフレ
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か好ましい。１１は隔壁で、外筒１
０２内の浮体１０３を配置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１１
ａを有している。

以上の構成に於ても、ドーム状薄部１０ａは第１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
トダウンが図れる。

第３図は本発明の第３の実施例を示すものであり、前記
第１．第２の実施例と同じ機能を持つ部分は同一符号を
付し、その部分の説明は省略する。

２０は外筒１０２を取付ける基台で、両端部には穴２０
ｂを有する突起２０ａが形成されている。２１はバネ性
を有する部材から成る圧力板ハネで、その両端部２１ａ
は前記基台２０の穴２０ｂに挿入され、薄膜樹脂フィル
ム３を押圧してたわんだ状態にて取付けられている。即
ち、圧力板バネ２１のバネ力にて液体１０４に圧力を加
えるとともに押圧部材の役割をも果すものである。

以上の構成に於ても、前記第１及び第２の実施例と同様
の効果を得られることは明白であり、部品点数削減によ
るコストダウンか図られるものである。

本実施例によれば、液体の体積変化を体積調整室４にて
無理なく吸収するようにしたので、装置の大型化、高価
格化を招くことなく、しかも高低温度下に於ても気泡の
発生を防止でき、使用温度範囲を大幅に広くすることが
可能となり、装置の性能、信頼性が著しく向上する効果
がある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、液体が封入され
る室と連通され、内部体積の変化が可能に構成された体
積調整室と、該体積調整室に圧力を加えて封入液体の圧
力を高める圧力部材とを設け、以て、温度変化により生
じる液体の体積変化を前記体積調整室により吸収するよ
うにしたから、装置の大型化、高コスト化を防ぐととも
に、気泡の発生を防いで高性能な装置にすることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は本発明の
第３の実施例を示す断面図、第４図は従来装置の構成を
示す平面図、第５図は第４図Ａ−Ａ断面図、第６図は第
４図の要部構成を示す分解斜視図である。 １・・・・・・上蓋、２．３・・・・・・薄膜樹脂フィ
ルム、４・・・・・・体積調整室、５・・・・・・基台
、６・・・・・・圧力板、７・・・・・・バネ、１０・
・・・・・上蓋、１１・・・・・・隔壁、２Ｏ・・・・
・・基台、２１・・・・・・圧力板バネ、１０２・・・
・・・外筒、１０３・・・・・・浮体、１０４・・・・
・・液体。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体が封入される室を有する外筒と、該外筒の封
   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浮体と、該浮体と前記外筒の前記回
   転軸回りの相対角変位を検出する検出手段を備えた角変
   位検出装置において、前記液体が封入される室と連通さ
   れ、内部体積の変化が可能に構成された体積調整室と、
   該体積調整室に圧力を加えて封入液体の圧力を高める圧
   力部材とを設けたことを特徴とする角変位検出装置。
2. （２）体積調整室を薄膜樹脂フィルムにより構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の角変位検出装置。