JPH0668499B2

JPH0668499B2 - 加速度計

Info

Publication number: JPH0668499B2
Application number: JP61077702A
Authority: JP
Inventors: 武北條; 道雄深野
Original assignee: 株式会社トキメック
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS62233769A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、加速度計、特に互いに直交する２個の入力軸
を有するサーボ型加速度型に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の加速度計としては、例えば第５及び第６
図に示すようなものがある。同図に於いて、(1)は加速
度を検出する棒状の振子で、これは、薄肉部(2)、即ち
可撓部を有する可撓継手、即ちヒンジ(3)により支持さ
れている。この振子(1)は、ヒンジ(3)の薄肉部(2)を支
点として、第５図の紙面と平行な(X-X′)方向のみに回
動できる。ヒンジ(3)の一端は、第一の基台又はフレー
ム(4)のヒンジ取付台部(5)に、ヒンジ押え板(6)を介し
て、例えばネジ等により、確実に取付けられている。
又、振子(1)には、２個の円筒状のトルカーコイル(7)、
(7A)がヒンジ(3)の薄肉部(2)の回動軸、即ち(0-0)軸に
対して垂直に取付けられている。円板状の永久磁石(8)
及び円柱状のポールピース(9)が一方のトルカーコイル
(7)に接触することなく、その内部に挿入されるよう
に、第一のフレーム(4)に、例えば接着材により取付け
られている。この第一のフレーム(4)は、電磁軟鉄等の
高透磁率を有する材料で成形されているため、永久磁石
(8)によりポールピース(9)との間で、磁気回路を構成
し、ヨーク（リターンパス）の役目をしており、これ等
は、トルカーコイル(7)と共に、一方のトルカーを構成
する。この第一のフレーム(4)は、開孔(4-2),(4-3)を有
し、これ等開孔(4-2),(4-3)に振子(1)の偏位を検出する
２個の受光素子(10),(10A)が固着されている円柱状のホ
ルダー(29)及び発光素子(11)が固着されている円筒状の
ランプホルダー(28)が夫々挿入され、振子(1)と共に偏
位検出装置を構成している。

一方、第二の基台又はフレーム(12)は、第一のフレーム
(4)と同じく、高透磁率の電磁軟鉄等で形成され、トル
カーコイル(7A)に接触せず且つその内部に在る如く、こ
の第二のフレーム(12)の接着された永久磁石(13)及びポ
ールピース(14)との間で、磁気回路を構成し、ヨークの
役目を持つ。従って、トルカーコイル(7A)、永久磁石(1
3)及びポールピース(14)は他方のトルカーを構成する。
第一のフレーム(4)の嵌合部(15)に、第二のフレーム(1
2)の嵌合部(16)を挿入し、両者を一体化する。

偏位検出装置を構成する受光素子(10)及び(10A)等より
の電気信号や、トルカーコイル(7),(7A)にフィードバッ
ク電流を供給するためのリード線（図示せず）等の外部
端子(22)を、端子ケース(23)に、それぞれ気密構造に接
着すると共に、該端子ケース(23)の開放端が第一のフレ
ーム(4)の内部に在る如く、端子ケース(23)を第一のフ
レーム(4)に気密に接着する。端子ケース(23)の中央の
開口部(24)を介して、内部の装置の電気系の結線等を行
い、第一の基台(4)及び端子ケース(23)により劃成され
る室の内部を真空又は不活性気体（例えばヘリウムガ
ス）等を充填しながら、蓋(25)を開口部(24)に接着し、
上記室の内部を気密状態に保持し、部品の劣化等を防止
し、長期間に亘り性能を安定に保持する。

上述の構成による加速度計において、第一のフレーム
(4)の中心軸(X-X′)方向に加速度が作用すると、振子
(1)はヒンジ(3)の薄肉部(2)を支点として、微少偏位
し、発光素子(11)より振子(1)で遮蔽又は分割され、偏
位検出装置の受光素子(10)及び(10A)に入射する光が変
化するので、これ等より偏位に対応した電気信号が得ら
れる。この電気信号に比例した電流をトルカーコイル
(7),(7A)にフィードバックし、これにより、振子(1)
を、受光素子(10)及び(10A)の電気信号出力が零になる
ように拘束する。この電気信号、即拘束電流は、加速度
に比例しているため、この電流を計測することにより、
入力加速度を知ることができるものである。

尚、第６図に於いて、(19-3)は、上述の加速度計を加速
度が測定されるべき物体に取付ける際に使用する、第一
のフレーム(4)のフランジ部(4-1)に設けた取付孔であ
る。

第７図は、第５及び第６図に示す従来の加速度計の偏位
検出装置の斜視図である。第７図において、ランプホル
ダー(28)は第５及び第６図に示した第一のフレーム(4)
に設けた開孔(4-3)に挿入固定される。ランプホルダー
(28)の中心軸線(R-R)で示す。一方、発光素子(11)を挿
入するランプホルダー(28)に設けた開孔(28-1)の中心軸
線又は発光素子(11)の光軸(S-S)は、ランプホルダー(2
8)の軸線(R-R)に対して、平行、且つこの例では上納に
εだけ偏心して設けてある。従って、発光素子(11)と一
体化されたランプホルダー(28)を、そのスリ割(28-2)を
利用して、軸線(R-R)を中心に回転させることにより、
発光素子(11)の光軸(S-S)を、同図(X-X′)方向、即ち振
子(1)の軸線に対して直角な振子(1)の振動方向に、微小
量移動させることが可能となる。

一方、２個の受光素子(10)及び(10A)は、円柱状のホル
ダー(29)に(X-X′)方向に離間して設けた開孔(29-1)及
び(29-2)の中に夫々挿入固定された後、ホルダー(29)を
第一のフレーム(4)の開孔(4-2)に挿入固定する。従っ
て、遮光部として機能する振子(1)の遊端部を介して、
発光及び受光素子(11)及び(10)，(10A)が対向する。尚
−(29-3)はスリ割(28-2)と同様の円柱状のホルダー(29)
に設けたスリ割である。

発光及び受光素子(11)及び(10),(10A)と振子(1)との関
係を示す第８図の如く、振子(1)の中心(O₁)が発光素子
(11)の光軸と受光素子(10),(10A)の光軸の中央を結ぶ中
心線(0′-0′)に一致した位置にある場合、発光素子(1
1)から出た光束(B)は、遮光部として作用する両者間の
振子(1)の遊端部により等しく分割され、２個の受光素
子(10),(10A)の受光面の全面より少なくないが略半分の
面を等しく照射する。従って、受光素子(10),(10A)より
導出した差動出力端子(A),(A₁)に現れる電圧は、ゼロで
ある。即ち、第８図に示す状態は、振子(1)の零位置で
ある。

然し乍ら、例えば加速度が作用し、振子(1)が第８図の
位置より、同図において、（Ｘ）方向に偏位した場合、
受光素子(10)に当る光量が、受光素子(10A)に当る光量
よりも多くなり、差動出力端子(A),(A₁)間には、振子
(1)の偏位に対応した電圧が発生し、偏位検出装置とし
て機能することになる。

ところで、通常、振子(1)の零位置は、上述のように発
光素子(11)及び受光素子(10),(10A)の中心線(0′-0′)
上にあるとは限らず、又、受光素子(10),(10A)の特性の
バラツキ等により、振子(1)に加速度が加わらない状態
でも、出力端子(A),(A₁)間には、出力電圧が生じてしま
うので、装置の調整段階において、これをゼロに調整す
ることが必要となる。

第５及び第６図に示す従来の加速度計においては、ラン
プホルダー(28)が、上述の如く、微小角回転し得るよう
になっている。即ち、第９図に示す如く、ランプホルダ
ー(28)或いはホルダー(29)を、軸線(R-R)を中心に矢印
(a)方向に回動し、その発光素子(11)或いは受光素子(1
0),(10A)を振子(1)の零位置に応じて左右に移動させ
て、偏位検出装置の零位置調整を実施することが可能と
なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ジンバル機構等によって、支持されたプラットホームや
移動体等の面の傾斜を加速度計によって検出する場合が
多い。この場合には、第５及び第６図に示す如く一軸型
の加速度計を２個用い、それ等の入力軸を検出しようと
する取付面に平行かつ、互いに直交するように取付ける
必要がある。しかしながら、一軸型の加速度計を２個上
述の如く用いることは、装置の寸法，重量及びコストの
増大をきたすと共に、それぞれの入力軸を直交するよう
に取付けるための部材や、調整を要する等の問題があっ
た。

又、２軸一体型の加速度計を作ろうとすると、ヒンジ部
の構造が複雑になると云う欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明の主目的は、上述の問題点を一掃せんと
するもので、その手段は、基台(4)と、該基台(4)にヒン
ジを介して支持された振子(1)と、上記基台(4)に対する
上記振子(1)の上記ヒンジのヒンジ軸に関する変位を検
出する変位ピックアップと、上記基台(4)から上記振子
(1)に対し入力電流に比例したトルクを加えるトルカー
とを有する加速度計に於て、上記ヒンジを上記振子(1)
の振子軸（Ｚ）方向に互いに離間し且つ互いに直交する
ヒンジ軸（Ｘ），（Ｙ）を有する連続する２個のヒンジ
部(2-1),(2-2)より構成し、上記変位ピックアップを上
記直交する２個のヒンジ軸に関する上記振子(1)の変位
を夫々検出する２個の変位ピックアップ(59),(57),(60)
及び(61),(58),(62)より構成すると共に、上記トルカー
を上記２個のヒンジ軸に関する２個のトルカー(50a),(5
0c),(54)及び(50b),(50d),(55)より構成したことを特徴
とする加速度計である。

〔作用〕

上述した本発明の加速度計に、Ｙ方向に加速度が加わる
と、振子(1)には第１のヒンジ部(2-1)のヒンジ軸（Ｘ）
まわりに角変位が生じ、これを、第１の発光素子(59)、
第１の集光レンズ(57)及び第１の受光素子(60)からなる
（Ｙ）変位ピックアップ系が検出し、対応する電流を図
示せずも、外部の制御増幅器を介して第１のトルカーコ
イル(54)に上記振子(1)の角変位がゼロになるようにフ
ィードバックする。この時、上述の如く、トルカーコイ
ル(54)に流れる電流を計測して、（Ｙ）方向に加速度が
検出出来る。又、（Ｙ）方向と直角な（Ｘ）方向の加速
度が加わると、振子(1)は第２のヒンジ部(2-2)のヒンジ
軸（Ｙ）まわりに角変位を生じ、これを、第２の発光素
子(61)、第２の集光レンズ(58)及び第２の受光素子(62)
からなる（Ｘ）変位ピックアップ系が検出し、対応する
電流を図示せずも、外部の第２の制御増幅器を介して、
第２のトルカーコイル(55)に上記角変位がゼロになるよ
うにフィードバックする。この時、トルカーコイル(55)
に流れる電流を計測して（Ｘ）方向に加速度が検出でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による加速度計の一実施例を示す断面
図、第２図はそれを第１図の(A-A)線矢印方向に見た断
面図、第３図Ａ乃至Ｄはその主要部品の分解斜視図であ
る。同図に於て、第５及び第６図と同一符号は同一素子
を示すものとする。

第１及び第３図Ｄに示す如く、第１の基台(4)は中央に
開口(4-A)を有し、この開口(4-A)に、例えば円柱又は棒
状の振子(1)の一端の取付部(1-1)が嵌入，固定される。
振子(1)は、上記取付部(1-1)に続いてその上方へ、第１
及び第２のヒンジ部(2-1)及び(2-2)を有する。第１のヒ
ンジ部(2-1)は、円柱状の振子(1)の対向両側を半円弧状
に切り欠いて形成され、その中央が最も薄いヒンジ軸
（Ｘ）となされ、このヒンジ軸（Ｘ）は、第１図の紙面
及び振子(1)の長手方向の中心軸、即ち振子軸（Ｚ）の
両者に垂直である。一方、第２のヒンジ部(2-2)も第１
のヒンジ部(2-1)と同様な構造で、そのヒンジ軸（Ｙ）
は、第１のヒンジ部(2-1)のヒンジ軸（Ｘ）及び振子軸
（Ｚ）の双方に直交し、振子軸（Ｚ）方向に於て、ヒン
ジ軸（Ｘ）より上方にだけ離れている。

又、振子(1)はその第２のヒンジ部(2-2)の上方、その中
央部に、第１のトルカーコイル(54)及び第２のトルカー
コイル(55)を固設したコイル支持部材(56)が取付けられ
る。上記第１及び第２のトルカーコイル(54),(55)の振
子軸（Ｚ）方向の中心間の距離も、上記第１及び第２の
ヒンジ部(2-1),(2-2)のヒンジ軸（Ｘ），（Ｙ）間の振
子軸（Ｚ）方向の距離と等しい値に設定される（第３
図Ｂ参照）。

更に、振子(1)は上方端部に、第１のヒンジ部(2-1)のヒ
ンジ軸（Ｘ）と平行に延びる第１の開孔(1-2)及び、こ
の第１の開孔(1-2)と振子軸（Ｚ）方向にだけ上方へ
離れた位置に、上記ヒンジ軸（Ｙ）と平行に延びる。即
ちヒンジ軸（Ｘ）と垂直な第２の開孔(1-3)とを有し、
それぞれの開孔(1-2),(1-3)に、第１の集光レンズ(57)
及び第２の集光レンズ(58)が嵌入固定される。上端開口
が閉塞されている円筒状の第２の基台(12)は、小ネジ等
によって第１の基台(4)に固定される。

上記加速度計の分解斜視図である第３図に示す如く、ト
ルカーコイル(54)、(55)は、薄い短形状に巻回され、そ
れぞれの長（短）辺が互いに直交するように配置され、
又それぞれの短辺を挟むように、第３図Ａに示す如き側
面「コ」字状のトルカーマグネット(50a),(50c)及び(50
b),(50d)が配置され、これ等は、第２の基台(12)の円筒
状部(12A)に略々90°の角間隔で設けたスリット(12-1A)
〜(12-1D)内に、上述の関係になる如く、小ネジ等によ
って夫々固定される（尚、第３図Ａに於てスリット(12-
1A),(12-1B)は見えない）。

尚、トルカーマグネット(50a)〜(50d)の各々は、角形状
の永久磁石(51)と、これを上下から挟むように取付けら
れた２個の短冊状の継鉄(52),(53)から構成される。永
久磁石(51)の作る磁束は第１図に（φ）で示してある。
又、第３図Ｂ及びＣに示す如く、トルカーコイル(54)の
一対の長辺の中心線はヒンジ軸（Ｘ）に垂直（ヒンジ軸
（Ｙ）に平行）であり、他方のトルカーコイル(55)の一
対の長辺の中心線はヒンジ軸（Ｙ）に垂直（ヒンジ軸
（Ｘ）に平行）に配置される。

第３図Ａに示す如く、第２の基台(12)の閉塞部(12B)の
上面には、第１の発光素子(59)及び第１の受光素子(60)
を有する取付基台(63),(65)が、振子(1)の上端部を挟ん
で夫々対向する如く取付けられる。この場合、第１の発
光素子(59)，第１の受光素子(60)及び振子(1)に取付け
た第１の集光レンズ(57)の夫々の光軸は互いに一致し、
且つヒンジ軸（Ｘ）に平行となるように配置される。第
２の基台(12)の閉塞部(12B)の上面には、更に、第２の
発光素子(61)及び第２の受光素子(62)を有する取付基台
(64),(66)が、振子(1)の上端部を挟んで夫々対向する如
く取付けられる。第２の発光素子(61)，第２の受光素子
(62)及び振子(1)に取付けた第２の集光レンズ(58)の光
軸も互いに一致し、且つヒンジ軸（Ｙ）に平行となるよ
うに配置される。(12C)は閉塞部(12B)の中央部に穿設し
た中央開孔で、これを通じて振子(1)の上部が上方へ突
出すると共に、その内縁と振子(1)との空隙を、第１及
び第２のヒンジ部(2-1),(2-2)の応力限界内にあるよう
に設定することにより、振子(1)のストッパーとして動
作させている。

第３図Ｂに於て、(56a)〜(56d)は夫々コイル支持部材(5
6)に設けた端子で、これ等に、第１及び第２のトルカー
コイル(54),(55)の巻線端がそれぞれ接続されると共
に、第１図に示す可撓電路(67a)〜(67d)の一端がそれぞ
れ接続される。一方、第３図Ｄに於て、(4a)〜(4d)は第
１の基台(4)に設けた端子で、これ等に上記可撓電路(67
a)〜(67d)の他端が夫々接続されると共に、図示せず
も、外部に設けた制御増幅器の出力端が接続される。

第４図は、本発明の加速度計の振子(1)の第１及び第２
のヒンジ部(2-1),(2-2)の他の実施例を示す。この場
合、振子(1)を筒状体で作る。第１及び第２のヒンジ部
(2-1),(2-2)を可能な限り薄くつくり、ヒンジ軸（Ｘ）
あるいは（Ｙ）まわりのトルクバネ定数を小さくするこ
とが、加速度計としての性能上、必須のことである。第
４図の構造をとることにより、トルクバネ定数を小さく
保持したままで、振子軸（Ｚ）まわりの捩りに対する各
ヒンジ部の強度を上げることが出来る。

今、上述した本発明の加速度計に、第１図の（Ｙ）方向
に加速度が加わると、振子(1)には第１のヒンジ部(2-1)
にヒンジ軸（Ｘ）まわりに角変位が生じ、これを、第１
の発光素子(59)，第１の集光レンズ(57)及び第１の受光
素子(60)からなる（Ｙ）方向変位ピックアップ系が検出
し、対応する電流を図示せずも、外部の制御増幅器を介
して、可撓電路(67a),(67c)を通して、第１のトルカー
コイル(54)に振子(1)の角変位がゼロになるようにフィ
ードバックする。この時、上述の如く，トルカーコイル
(54)に流れる電流を計測して、（Ｙ）方向の加速度が検
出出来る。又、第１図の紙面と直角な（Ｘ）方向の加速
度が加わると、振子(1)は第１のヒンジ部(2-2)のヒンジ
軸（Ｙ）まわりに角変位を生じ、これを、第２の発光素
子(61)，第２の集光レンズ(58)及び第２の受光素子(62)
からなる（Ｘ）方向変位ピックアップ系が検出し、対応
する電流を図示せずも、外部の第２の制御増幅器を介し
て、可撓電路(67b),(67d)を通して、第２のトルカーコ
イル(55)に上記角変位がゼロになるようにフィードバッ
クする。この時、トルカーコイル(55)に流れる電流を計
測して（Ｘ）方向の加速度が検出できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば以下に列挙する効果が得られる。

(1)１個の加速度計で、直交する２個の軸方向（Ｘ，Ｙ
方向）の加速度を検出できるため、一軸型の加速度型を
２個使用するのに比して、寸法，重量，コスト等を大幅
に低減できる。

(2)棒状体で作った振子の端部に、その長手方向の軸に
距離をおいて互いに直交するようなヒンジ軸を有する
２個のヒンジ部を設けることにより、加速度計として、
最も技術を必要とするヒンジの加工，組立てが高精度且
つ簡単となる。

(3)（Ｘ）軸方向及び（Ｙ）軸方向用のトルカーコイル
及びピックアップを、振子軸方向に上記２個のヒンジ部
のヒンジ軸間の距離に等しい距離だけずらせて配置す
ることにより、単純な構造のヒンジを用いているにも拘
わらず、（Ｘ）軸及び（Ｙ）軸まわりのピックアップ及
びトルカーコイルの感度を等しく出来、外部の制御増幅
器を含めて（Ｘ），（Ｙ）軸用に全く同一のコンポーネ
ントを使用できると共に、単位加速度に対するトルカー
電流、即ち（Ｘ），（Ｙ）両軸の加速度計の感度を同一
にすることができる。

(4)振子をパイプ等の中空部材で構成し、これに(2)項で
述べた２個の薄板状のヒンジ部を構成させることによ
り、ヒンジのバネ定数を大きくすることなく、振子軸
（Ｚ）まわりの強度を確保することができる。

(5)長方形かつ薄板状に成形した２個のコイルを、振子
軸（Ｚ）方向に、２個のヒンジ軸間の距離だけ離し
て、振子に取付けることにより、簡単且つ製造容易なト
ルカーを得ることができる。

(6)両ヒンジ軸間の距離だけ離れ、且つ互いに直交す
るように２個の集光レンズを振子に取付けることによ
り、構造簡単で高精度な変位ピックアップを得ることが
できる。又、２個のレンズの直交度は、振子に設けた開
孔の機械的精度で決まるため、直交度調整が不要とな
り、又、２個のレンズは振子軸方向に離間しているた
め、相互干渉のない変位ピックアップが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加速度計の一実施例の縦断面図、
第２図はその横断面図、第３図は、その主要部品の分解
斜視図、第４図は、ヒンジ部の他の実施例の斜視図、第
５図は従来の加速度計の縦断面図、第６図はその横断面
図、第７図はそのピックアップ部の斜視図、第８及び第
９図はその原理説明図である。図において、(1)は振子、(2-1),(2-2)は第１及び第２の
ヒンジ部、(4)は第１の基台、(12)は第２の基台、(50a)
〜(50d)はトルカーマグネット、(54),(55)はトルカーコ
イル、(57),(58)は集光レンズ、(59),(61)は発光素子、
(60),(62)は受光素子をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台と、該基台にヒンジを介して支持され
た振子と、上記基台に対する上記振子の上記ヒンジのヒ
ンジ軸に関する変位を検出する変位ピックアップと、上
記基台から上記振子に対し入力電流に比例したトルクを
加えるトルカーとを有する加速度計に於て、上記ヒンジ
を上記振子の振子軸方向に互いに離間し且つ互いに直交
するヒンジ軸を有する連続する２個のヒンジ部より構成
し、上記変位ピックアップを上記直交する２個のヒンジ
軸に関する上記振子の変位を夫々検出する２個の変位ピ
ックアップより構成すると共に、上記トルカーを上記２
個のヒンジ軸に関する２個のトルカーより構成したこと
を特徴とする加速度計。