JP2010181298A - サーボ型加速度計 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボ型加速度計のマグネットハウジングとハウジングとの固定構造を改良する。
【解決手段】この発明のサーボ型加速度計は、ペンデュラムをその中立点に押し戻そうとする電流をトルカコイルに供給するサーボ型加速度計であって、加速度を検知するペンデュラムと、そのペンデュラムの位置の変化を検出するピックオフと、ペンデュラムに取り付けられたトルカコイルと、トルカコイルに磁界を与えるマグネットと、ペンデュラムを挟む二つの円筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジングを収納する円筒状のハウジングと、マグネットハウジングをハウジングに固定するリングとを有し、リングは円環状であり、その内周面あるいは外周面の少なくとも一方は、ペンデュラム側の幅が反対側の幅よりも短く形成されたテーパ面であり、マグネットハウジングの外周面あるいはハウジングの内周面に、リングのテーパ面に当接するテーパ面を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、マグネットハウジングと、そのマグネットハウジングを収納するハウジングとの固定構造を改良したサーボ型加速度計に関する。

従来のサーボ型加速度計の構造としては、例えば図６に示すものが知られている（特許文献１）。図６は、マグネット１により形成される磁界と鎖交するトルカコイル１０ａがペンデュラム６に取り付けられ、入力加速度に比例したトルカ電流がトルカコイル１０ａに流されて中立点でペンデュラム６が平衡する構成とされたサーボ型加速度計の断面を示す図である。この例のサーボ型加速度計は、ペンデュラム６を一対のマグネットハウジング３が挟み込み、ペンデュラム６を中心として上下対称に同じ部品で構成されるものである。

図７にペンデュラム６の平面図を示す。図７において、ペンデュラム６は円形状の枠体７０の枠内に位置する。ペンデュラム６は、その周の一部がスリット７１ａ，７１ｂで切り欠かれた舌片形状とされ、ヒンジ６ａを介して枠体７０に連結されて枠体７０によって支持される。これら枠体７０、ペンデュラム６、ヒンジ６ａは、例えば石英ガラスで一体に形成される。ヒンジ６ａは肉薄とされ弾性変形可能であり、入力加速度によりペンデュラム６が図６の上下方向に変位可能とされている。

マグネットハウジング３は、一端側が開放され他端側が閉塞された円筒状であり、一対のマグネットハウジング３がペンデュラム６を中心に、その一端側開放端面が枠体７０に対接されている。マグネットハウジング３と枠体７０とは接着によって固定されている。これらマグネットハウジング３は導電性を有する磁性材によって形成され、その材料としては、熱膨張係数の小さなインバー材が使用される。

ペンデュラム６と一対のマグネットハウジング３との接合部分の外周面には、インバー材のアウターリング２０が導電性接着剤によって取り付けられる。このアウターリング２０を介して一対のマグネットハウジング３がお互いに導通される。

マグネットハウジング３の内部底面の中央部には、例えばサマリウム系希土類コバルト磁石よりなる円柱状のマグネット１がそれぞれ取り付けられる。マグネット１は、この例ではマグネットハウジング３に円板状のポールピースボトム５を介して取り付けられている。マグネット１には、ポールピースボトム５の反対側に、周縁部が肉厚とされた円板状のポールピーストップ４が取り付けられている。ポールピースボトム５とポールピーストップ４は、電磁軟鉄材（ＪＩＳＣ２５０３相当）によって形成される。ポールピースボトム５は、マグネットハウジング３とマグネット１との熱膨張の差による熱応力を緩和するように作用する。

環状磁気空隙１９がマグネットハウジング３の開放端内周面とポールピーストップ４の間に形成される。マグネット１は、例えばポールピーストップ４側がＮ極、ポールピースボトム５側がＳ極とされ、マグネット１、ポールピースボトム５、マグネットハウジング３、環状磁気空隙１９、ポールピーストップ４とによって磁気回路が構成される。ボビン１０ｂに巻回されたトルカコイル１０ａが、環状磁気空隙１９内にそれぞれ位置するようにペンデュラム６の両板面にそれぞれ取り付けられる。

ペンデュラム６の両板面には、その舌片形状の先端側外周に沿って静電容量電極７２が円弧状にそれぞれ形成されており、静電容量電極７２と対向するマグネットハウジング３が接地側電極７１となり、静電容量電極７２と接地側電極７１とでピックオフ７を構成する。ペンデュラム６が入力加速度によって変位することで発生する静電容量変化をピックオフ７が検出する。

サーボアンプ８は、配線基板９の上に設けられ、静電容量変化に基づいたトルカ電流をトルカコイル１０ａに流す。このトルカ電流とマグネット１による磁界との相互作用により、ペンデュラム６は中立点で平衡する。トルカ電流はサーボ型加速度計に加わった入力加速度に比例するので、この電流を計測することで入力加速度が求められる。

アウターリング２０で一体とされたマグネットハウジング３は、Ｃリング１２,１３を介して筐体である円筒状のハウジング１１と接合される。ハウジング１１はステンレス鋼である。マグネットハウジング３と、ハウジング１１との間は絶縁する必要がある。Ｃリング１２,１３には、強度と絶縁性が要求されるのでアルミ合金に陽極酸化の表面処理をしたものが用いられる。

Ｃリング１２,１３とマグネットハウジング３とは、Ｃリング１２,１３のバネ性で加圧され、強固な接着剤で固定される。接着剤は図では省略している。Ｃリング１３の接着用に固定部１１ａがハウジング１１の内周面に突出して形成されており、固定部１１ａとＣリング１３の外周面とが強固な接着剤で固定される。Ｃリング１２の外周面とハウジング１１の内周面との間には、熱応力を緩和させる目的で柔軟性のある接着剤が充填されて固定される。

特開平１１−２８１６７０号公報

しかし、アウターリング２０で一体とされたマグネットハウジング３を、ハウジング１１にＣリング１２,１３を用いて接着剤で固定する従来の方法では、その接着が不安定であった。Ｃリング１２,１３は非常に小さいため、Ｃリング１２,１３を外側から加圧して接着固定することは困難であり、Ｃリング１２,１３のバネ性の加圧のみで接着固定している。マグネットハウジング３に固定されたＣリング１３の外周面とハウジング１１内周面との接着固定も、その構造上、加圧して接着することが出来ない。このことにより、Ｃリング１２,１３とマグネットハウジング３あるいはハウジング１１との接着強度は十分なものでなかった。加速度計が高温や低温で使用されると、インバー材のマグネットハウジング３とアルミ合金のＣリング１２,１３とステンレス鋼のハウジング１１の各材料の熱膨張係数が異なるため熱応力によって、マグネットハウジング３とＣリング１２,１３間あるいはハウジング１１とＣリング１３間の接着が部分的に剥がれることがあった。この剥がれが発生すると、ペンデュラム６に加わる熱応力が変化してペンデュラム６に歪みを発生させ、加速度計の特性の一つであるバイアス値が変化し、高精度の測定が出来なくなる。

この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、マグネットハウジングと、そのマグネットハウジングを収納するハウジングとの固定構造を改良し、バイアス値の変化を小さくした高精度な測定が行えるサーボ型加速度計を提供することを目的とする。

この発明のサーボ型加速度計は、ペンデュラムをその中立点に押し戻そうとする電流をトルカコイルに供給するサーボ型加速度計であって、加速度を検知するペンデュラムと、そのペンデュラムの位置の変化を検出するピックオフと、ペンデュラムに取り付けられたトルカコイルと、トルカコイルに磁界を与えるマグネットと、ペンデュラムを挟む二つの円筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジングを収納する円筒状のハウジングと、マグネットハウジングをハウジングに固定するリングとを有する。そして、リングは円環状であり、その内周面あるいは外周面の少なくとも一方は、ペンデュラム側の幅が反対側の幅よりも短く形成されたテーパ面であり、マグネットハウジングの外周面あるいはハウジングの内周面に、リングのテーパ面に当接するテーパ面を備える。

この発明によれば、マグネットハウジングと筐体であるハウジングとの間に配置されるリングの内周面あるいは外周面はテーパ面である。したがって、接合面同士がテーパ面で接するので接合部分を加圧して接着することを可能にし、より強固に、マグネットハウジングとリング、あるいはリングとハウジングと、を接合することが可能であり、接合部の接着剤の剥がれを発生し難くすることが出来る。その結果、バイアス値の変化の少ない高精度な測定が可能なサーボ型加速度計を得ることが出来る。

この発明のサーボ型加速度計１００の断面を示す図。 リング２１の外観を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。 実施例１の要部の一部の断面を拡大して示す図。 リング２１の変形例を示す図であり、（ａ）はリング２１′の断面図、（ｂ）はリング２１″の断面図である。 リング２１″を用いたサーボ型加速度計２００の断面を示す図。 従来のサーボ型加速度計の断面を示す図。 ペンデュラム６の平面を示す図。

以下に、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この発明の要部は、マグネットハウジングとリング、及びリングとハウジングとの接合部分である。他の部分の構成は、従来技術で説明したサーボ型加速度計と同じである。よって、その部分については図面中の参照符号を同じにして詳しい説明は省略する。

図１にこの発明のサーボ型加速度計１００の断面図の一例を示す。サーボ型加速度計１００は、加速度を検知するペンデュラム６と、そのペンデュラム６の位置の変化を検出するピックオフ７と、ペンデュラム６に取り付けられたトルカコイル１０ａと、そのトルカコイル１０ａに磁界を与えるマグネット１と、ペンデュラム６を挟む二つの円筒状のマグネットハウジング３と、そのマグネットハウジング３を収納する円筒状のハウジング１１と、マグネットハウジング３をハウジング１１に固定するリング２１とを有する。そして、このサーボ型加速度計１００は、ピックオフ７の出力に応じてペンデュラム６をその中立点に押し戻そうとする電流をトルカコイル１０ａに供給する形式のサーボ型加速度計であり、従来技術で説明したサーボ型加速度計と同じ形式である。

サーボ型加速度計１００は、リング２１の形状とリング２１と接するマグネットハウジング３の外周面に特徴がある。リング２１は、円環状であり、その内周面は、ペンデュラム６側の幅ａがその反対側の幅ｂよりも短く形成されたテーパ面である。図２にリング２１の外観図を示す。図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は断面図である。

リング２１は、内周面がテーパ面とされている。よって、この例では、マグネットハウジング３の外周面に、リング２１のテーパ面に当接する固定面３ａを備える。リング２１の外周面は、ハウジング１１の固定部１１ａの内周面と対向する。リング２１のテーパ面と固定面３ａとをそれぞれ接着剤で固定する。

図３に、図１に破線の楕円で囲んで示したこの実施例の要部の一部を拡大して示す。この図では、リング２１の断面を破線と実線とで示して組み立て時の押し込みを表現している。このようにリング２１を、マグネットハウジング３に接着する際に、図３に示した方向にリング２１を加圧して接着固定することで、リング２１とマグネットハウジング３との接着強度を強くすることができる。接着時の加圧は、リング２１の軸方向の加圧なので、例えばリング２１に円筒状の錘を載せれば容易に加圧することができる。

マグネットハウジング３とリング２１とを接着した後に、マグネットハウジング３をハウジング１１へ組み込み、リング２１の外周面をハウジング１１の固定部１１ａに接着固定する。リング２１の断面を台形形状で説明したが、リング２１の断面の上辺と下辺は平行でなくても良い。

以上述べたように、リング２１の内周面をテーパ面にすることで加圧して接着固定できるので、マグネットハウジング３とリング２１との接合部の強度を強くすることが出来る。その結果、バイアス値の変化が少ない高精度な加速度測定を可能にするサーボ型加速度計が得られる。
〔変形例〕
リング２１は変形が可能である。その変形例を図４に示す。図４（ａ）は、リング２１の外周面をテーパ面としたリング２１′の断面図である。図４（ｂ）は、リング２１の内周面と外周面の両面をテーパ面として楔状にしたリング２１″の断面図である。このように、リングの外周面と内周面の両方にテーパ面を形成しても良い。この例の場合も、ペンデュラム６側の幅ａがその反対側の幅ｂよりも短く形成される。

図５にリング２１″を用いたサーボ型加速度計２００の断面図を示す。リング２１″を用いた場合のハウジング１１″の固定部１１ｂの内周面は、ペンデュラム６側の厚みが次第に厚くなるテーパ面とされる。リング２１″を用いた場合、リング２１″の内周面とマグネットハウジング３の固定面３ａの各テーパ面が当接して接着固定され、リング２１″の外周面とハウジング１１″の固定部１１ｂの各テーパ面が当接して接着固定される。マグネットハウジング３の接着固定されたリング２１″をハウジング１１に接着する際に、リング２１″をその軸方向に加圧して接着固定することで、リング２１″とハウジング１１との接着強度を強くすることができる。接着時の加圧は、例えばリング２１″に円筒状の錘を載せれば容易に加圧することができる。

このようにリング２１，２１′，２１″は円環状であり、その内周面あるいは外周面は、ペンデュラム６側の幅ａが反対側の幅ｂよりも短く形成されたテーパ面であり、マグネットハウジン３の外周面あるいはハウジング１１の内周面に、リングの内周面又は外周面に当接するテーパ面を備えることで、この発明のサーボ型加速度計が実現出来る。

Claims (2)

1. 加速度を検知するペンデュラムと、
   そのペンデュラムの位置の変化を検出するピックオフと、
   前記ペンデュラムに取り付けられたトルカコイルと、
   そのトルカコイルに磁界を与えるマグネットと、
   前記ペンデュラムを挟む二つの円筒状のマグネットハウジングと、
   そのマグネットハウジングを収納する円筒状のハウジングと、
   前記マグネットハウジングを前記ハウジングに固定するリングと、を有し、
   前記ピックオフの出力に応じて前記ペンデュラムをその中立点に押し戻そうとする電流を前記トルカコイルに供給するサーボ型加速度計において、
   前記リングは円環状であり、その内周面あるいは外周面の少なくとも一方は、前記ペンデュラム側の幅が反対側の幅よりも短く形成されたテーパ面であり、
   前記マグネットハウジングの外周面あるいは前記ハウジングの内周面に、前記リングのテーパ面に当接するテーパ面を備えることを特徴とするサーボ型加速度計。
2. 請求項１に記載したサーボ型加速度計において、
   上記リングの断面が前記ペンデュラム側を上辺としたときに、その上辺が反対側の下辺よりも短い台形状であることを特徴とするサーボ型加速度計。

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