JPH0668500B2

JPH0668500B2 - 加速度計

Info

Publication number: JPH0668500B2
Application number: JP61077703A
Authority: JP
Inventors: 道雄深野; 武北條
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: JPS62233770A

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６及び第７
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６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、そ
の第二のフレーム(12)に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、即ち拘束電流は、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７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８図は、第６及び第７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８図において、ランプホル
ダー(28)は第６及び第７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)の中心軸線を(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
(28)の軸線(R-R)に対して、平行、且つこの例では上方
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９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９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９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６及び第７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10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用途が多
い。この場合には、上述した従来の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上述の如く２個用い
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
雑になるという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明の主目的は、上記従来の問題点を一掃せ
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、上記振子(1)を筒状体
より形成し、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
軸に関する振子(1)の変位を夫々検出し得る変位ピック
アップ(58),(57),(60)と成すと共に、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),(50c),
(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〕

上記本発明の加速度計に加速度が加わると、振子(1)に
第１のヒンジ部(2-1)或いは第２のヒンジ部(2-2)まわり
に角変位が生じ、これを、発光素子(58)，集光レンズ(5
7)及び受光素子(60)からなる変位ピックアップ系が、
(X)及び(Y)方向の成分として検出する。これに対応する
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)及び第２のトツカーコイル(55)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、トルカーコイル(54),(55)に流れる電
流を計測して、(X)方向及び(Y)方向の加速度が検出出来
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
である。同図に於て、第６及び第７図と同一符号は同一
素子を示す。

第１図の本発明の例に於て、第１の基台(4)は、中央に
開孔(4-1)を有し、この開孔(4-1)に、筒状体より成る振
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、第２図に示す如く、円筒状の振子(1)に対向
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２図に示す如く、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。

更に、振子(1)は、第１図に示す如く、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図参照）。更に、筒状の振子(1)の上端
に、第１図に示す如く、集光レンズ(57)が挿入固定され
る一方、その下端、即ち取付部(1-1)には発光素子(58)
が挿入固定される。

上端が閉塞している円筒状の第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。第３図に示す
如く、第１及び第２のトルカーコイル(54),(55)は薄い
長方形状に巻回され、第１のトルカーコイル(54)の一対
の長辺の中心線は、第２のヒンジ部(2-2)のヒンジ軸(Y)
に平行、第２のトルカーコイル(55)の一対の長辺の中心
線は、第１のヒンジ部(2-1)のヒンジ軸(X)に平行であ
る。又、第４図に示す側面「コ」字状のトルカーマグネ
ット(50a),(50c)及び(50b),(50d)が、両トルカーコイル
(54),(55)の一対の短辺を挟むように配され（第１
図）、これ等は、第４図に示す如く、第２の基台(12)の
円筒状部(12A)に略々90°の角間隔を持って設けたスリ
ット(12-1A)〜(12-1D)内に、上述の関係となる如く、小
ネジ等によって夫々固定される（尚、第４図では、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。

第１図に示す如く、第２の基台(12)の閉塞部(12B)の上
面には、受光素子(60)を有する取付台(63)が取付けられ
る。この場合、発光素子(58)，受光素子(60)及び集光レ
ンズ(57)の各光軸は夫々一致するように、取付台(63)が
配設される。(12C)は閉塞部(12B)の中央に穿設した中央
開孔で、これを通じて、振子(1)の上端の集光レンズ(5
7)が受光素子(60)方向へ延びると共に、中央開孔(12C)
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図における(56a)〜(56d)は、コイル支持部材(56)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),(67b)及び(67c),(67d)の一端が
それぞれ接続される。一方、第１図の(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)の他端がそれぞれ接続されると共に、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。

筒状体より成る振子(1)のヒンジ部(2-1),(2-2)を可能な
限り薄くつくり、(X)軸あるいは(Y)軸まわり（ヒンジ軸
(X)又は(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。これ
等ヒンジ部を第２図に示す構造となすことにより、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
の捩りに対するヒンジ部(2-1),(2-2)の強度を上げるこ
とが出来る。

第５図は、発光素子(58)，集光レンズ(57)及び受光素子
(60)からなる変位ピックアップ系の原理説明図である。
受光素子(60)は、田の字状に配列された４個の受光素
子、或は受光面(60a)〜(60d)より成り、装置の加速度が
作用してない時は、発光素子(58)よりの光は、集光レン
ズ(57)により、各受光面(60a)〜(60d)を均一に照射する
焦点スポットとなる。今、加速度が装置に加わり、振子
(1)が第１の基台(4)等に対して変位すると、振子(1)に
取付けられた集光レンズ(57)も同様に変化し、発光素子
(58)を出た光は受光素子(60)上に上記集光レンズ(57)の
変位に比例した量だけ移動した位置に焦点を結ぶ。その
結果、受光面(60a),(60c)或いは(60b),(60d)に当る光の
面積に差が生じ、この差は対応した電圧信号として外部
に取出される。

今、上述した本発明の加速度計に、加速度が加わると、
振子(1)に、第１のヒンジ部(2-1)或いは第２のヒンジ部
(2-2)まわりに角変位が生じ、これを発光素子(58)，集
光レンズ(57)及び受光素子(60)からなる変位ピックアッ
プ系が、(X)及び(Y)方向の成分として検出する。この対
応電気信号を図示せずも、外部の制御増幅器を介し、更
に可撓電路(67a)〜(67d)を通して、第１のトルカーコイ
ル(54)及び第２のトルカーコイル(55)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、トルカーコイル(54),(55)に流れる電流を計測し
て、(X)方向及び(Y)方向加速度が検出出来る。

〔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軸方向（ヒンジ軸
(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)円筒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を、振子軸(Z)
方向に、上記２個のヒンジ部のヒンジ軸方向の距離に
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
まわりのトルカーの感度を等しく出来、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形成した２個のコイルを、振子
軸(Z)方向に、２個のヒンジ軸の距離だけ離して、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)筒状体で振子を構成し、その先端部に集光レンズを
取付け、且つ振子の取付端に発光素子を取付ける一方、
振子の先端部に対応する基台側の位置に直交２軸方向の
光点の移動を検出する受光素子を取付けるという高精度
な変位ピックアップを得ることができる。

【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図はヒンジ部の拡大の斜視図、第３図はトルカーコ
イルの斜視図、第４図はトルカーマグネット及び第２の
基台の分解図、第５図は変位ピックアップの説明図、第
６図は従来の加速度計の縦断面図、第７図はその横断面
図、第８図はそのピックアップ部の斜視図、第９及び第
10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)は集光レンズ、(58)は発光素子、(60)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
軸に関する振子の変位を夫々検出し得る変位ピックアッ
プと成すと共に、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。