WO2023243057A1 - 計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具 - Google Patents

計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具 Download PDF

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WO2023243057A1
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WO
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detection module
pointer
angle
rotation angle
magnet
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PCT/JP2022/024199
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Inventor
巌 木幡
嘉之 中井
Original Assignee
株式会社木幡計器製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C15/00—Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path

Definitions

  • the present invention relates to a method for installing a rotation angle detection module in a meter and an angle adjustment template jig used therein. More specifically, a pointer magnet is used to detect the rotation angle of a pointer in a meter using a magnetic sensor, and a detection module is used to detect the rotation angle of the pointer based on the relative position between the magnet and the magnetic sensor.
  • the present invention relates to a method for installing a rotation angle detection module in a meter installed so as to be able to detect the rotation angle of a rotation angle, and an angle adjustment template jig used therein.
  • the pointer of the meter is provided with a magnet clip for attaching the magnet at a position displaced in the circumferential direction from the central axis of the pointer, and the magnetic sensor is provided at multiple locations around the central axis. Then, the rotational displacement of the magnet caused by the rotation of the pointer is determined by the relative position with respect to the magnetic sensors at a plurality of locations, and is output as an electric signal. As shown in the figure, magnets that are attached at positions displaced from the center are not positioned and require machining of the magnet clips, making it virtually impossible to attach them to instruments in operation.
  • the present invention provides a meter that can be attached to a meter even when the meter is in operation, and that can be quickly installed without the need for separate calibration work of rotating the pointer after installation.
  • An object of the present invention is to provide a method for installing a rotation angle detection module and an angle adjustment template jig used therein.
  • the method for installing a rotation angle detection module in a meter is characterized by a pointer magnet for detecting the rotation angle of a pointer in the meter using a magnetic sensor, and a pointer magnet and a magnetic sensor.
  • the method uses a detection module for detecting the rotation angle of the pointer based on its relative position with respect to the pointer, and is installed so that the rotation angle of the pointer can be detected, wherein the magnet is placed in a direction perpendicular to the rotation axis of the pointer.
  • the detection module detects a rotation angle in the direction of magnetic lines of force due to relative rotation of the pointer magnet on the magnetic sensor, and the detection module detects a rotation angle in a direction of magnetic lines of force due to relative rotation of the pointer magnet on the magnetic sensor. It has a function of recognizing the specific angle as zero angle, 135 degrees, or other reference angular position by operating the angular coordinate calibration means in the detection module, and the detection module matches the angular coordinates regarding the rotation angle with respect to the scale plate.
  • a magnet mounting step for attaching the magnet to a pointer collar of a pointer located at an arbitrary angle
  • an angular coordinate calibration step of aligning the marker with the pointer and operating the angular coordinate calibration means
  • the present invention further includes a detection module adjustment rotation step of adjusting and rotating the detection module so that the angle corresponds to the reference angular position and fixing the detection module.
  • the pointer In the magnet attachment step, the pointer may be placed in any position, and the magnet may be attached to the pointer collar regardless of the direction of the magnetic field lines of the magnet. Then, by sequentially performing the detection module support step, the angular coordinate calibration step, and the detection module adjustment rotation step, the signal of the detection module with respect to the pointer angle coordinate can be specified, and the pointer angle coordinate can be determined. These series of operations can be performed even when the pointer is not at the zero position and is in operation, and the adjustment operations can be completed in an extremely short time.
  • the angular coordinate calibration means is a switch such as a manual button. Thereby, by pressing the angular coordinate calibration switch, the pointer position and the angular coordinate of the detection module are matched.
  • the angular coordinate calibration means may be a proximity detection sensor that is closest when the pointer and the marker position match. Thereby, the work of angular coordinate calibration can be automated, further reducing the labor involved in installation.
  • the pointer magnet is plate-shaped and has a through hole passing through the plate, and the shaft body of the jig is passed through the through hole, and the tip thereof is engaged with the center hole of the pointer collar so as to be close to the pointer collar. It is best to let it slide and fix it. Even when the pointer is in operation, the pointer center axis P1 and the magnet center axis P2, which will be described later, can be easily aligned, and measurement errors can be reduced.
  • the marker includes a first reference marker corresponding to zero angle and other first reference angular positions, and a second reference marker corresponding to 135 degrees and other second reference angular positions, and Either the first or second reference marker may be used in the angular coordinate calibration step, and the other reference marker may be used in the detection module adjustment rotation step.
  • this is useful when it is difficult to match the angular coordinates because a part of the scale of a meter is contaminated and cannot be identified.
  • the magnetic sensor is arranged near the center of a circular transparent cover plate that houses the magnetic sensor in a cylindrical holding part and covers the pointer, and holds the outer periphery of the holding part with your fingers and removes the transparent cover. Together with the plate, the magnetic sensor may be able to rotate and be fixed relative to the scale plate around the central axis. According to this configuration, it becomes easy to operate the holding portion with fingers during each of the steps described above, and to accurately perform the task of matching each coordinate.
  • the instrument has an outer frame to which an edge of the transparent cover plate can be fixed, and the outer diameter of the transparent cover plate is smaller than the inner diameter of the outer frame, and there is a clearance (play) between the two.
  • a template jig for angle adjustment having an opening, the holding part being inserted through the opening and attachable to the template jig in a relatively unrotatable manner;
  • the sensor may include a center position gauge for aligning the center of the sensor with respect to the outer frame based on a relative distance to the frame, and an angle scale for angle measurement, which is the marker.
  • Such clearance of the outer frame makes it easier to align the pointer center axis P1 and the sensor center axis P3, which will be described later, and contributes to reducing measurement errors.
  • the angle adjustment template jig used in this method of installing a rotation angle detection module in a meter is characterized by having a plate-shaped template body that can be attached so that the holding part can be inserted therethrough and that the template body cannot be relatively rotated.
  • the sensor includes a center position gauge for aligning the center of the sensor with respect to the outer frame based on a relative distance to the outer frame, and an angle scale for angle measurement.
  • the center position gauge is a plurality of circles arranged concentrically.
  • the template body may include at least two sheets having different outermost diameters, and the maximum diameter of the circle of the large-diameter template body may be larger than the maximum diameter of the circle of the small-diameter template body.
  • the scale of the scale plate is also farther from the center axis of the pointer, so it is desirable to use a template body with a larger maximum diameter.
  • a large-diameter template jig cannot be used, so the adjustment work will be smoother if a small-diameter template jig is used.
  • a rotation angle detection module in a meter According to the method for installing a rotation angle detection module in a meter according to the present invention and the characteristics of the angle adjustment template jig used therein, it can be attached to the meter even when the meter is in operation, and the pointer can be rotated after attachment. Separate calibration work is not required and installation work can be carried out quickly.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a meter, etc. to which a module is installed in a method for installing a rotation angle detection module in a meter according to the present invention.
  • 1 is a perspective view of a meter, etc., with a detection module attached thereto used in the method for installing a rotation angle detection module in a meter according to the present invention.
  • 2a is a front view of the instrument, etc., with the detection module removed from FIG. 2a;
  • FIG. FIG. 2b is a front view of the instrument, etc., with the magnet removed from FIG. 2b;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the detection module.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the detection module.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the detection module.
  • FIG. 3 is a plan view of the detection module. It is a principle diagram of a detection module. It is a principle diagram of a detection module. FIG. 3 is a block diagram of a detection module. It is a graph showing the relationship between the output of the detection module and the rotation angle of the magnet. It is an explanatory view of the function of each jig. It is a principle diagram of a magnet rotating jig. It is a photograph which shows the procedure of attaching a magnet to a pointer collar part in a magnet attaching step. It is a top view of two photos showing the template jig for angle adjustment. It is a perspective view showing a photograph of the template jig for angle adjustment and seen from the back side.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram and a plan view showing another embodiment of a switch that performs angular coordinate calibration work.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram and a principle diagram showing another embodiment of a switch that performs angular coordinate calibration work.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a meter 100 and the like to which a module is installed in a method of installing a rotation angle detection module in a meter according to the present invention.
  • the pointer rotation angle detection device 1 includes a pointer magnet 10 and a detection module 20. To understand these relationships, reference is made to FIGS. 2a-2c and 3a-3c.
  • the instrument 100 includes a main body 102 that houses a Bourdon tube mechanism 103, an outer frame 104 screwed onto the outer frame 104, a transparent cover plate 105 and a facing 106 held on this, and a scale plate 110 housed inside. , constitutes the fixed part 101.
  • the movable part includes a pointer 120 that is supported by the rotating shaft of the Bourdon tube mechanism 103 via a pointer collar section 121.
  • the pointer magnet 10 is plate-shaped and has polarity in the plane direction of the plate.
  • a direction indicator mark 12 indicating the polar direction or a direction perpendicular thereto is displayed so as to be visible from the surface side of the pointer magnet. Mark 12 is not required.
  • the direction display mark 12 is arranged such that a red line 12a and a blue line 12b which are parallel to each other are oriented left and right from the center through-hole 11 toward the tip of the pointer, the magnetic field line direction MD from the N pole to the S pole is aligned with the direction of the pointer. It will be oriented toward the tip side.
  • a central hole 122 is formed in the pointer collar portion 121, through which the pointer central axis P1 passes.
  • the magnet central axis P2 which is the center of the magnet 10, passes through the previous through hole 11.
  • the pointer center axis P1 and the magnet center axis P2 are made to coincide with each other according to the directions described below.
  • the detection module 20 includes a cylindrical holding part 21 with a lid part 21a at the tip that can be opened and closed, a magnetic sensor 22 inside the holding part 21, a button battery 23, and members that perform various processes. It has a substrate 28.
  • the switch 26, which will be described later, may be operated from the outside by removing the cover 21a, but it may also be possible to provide a through hole in the holding part 21 and operate it from the outside with a pin, or a part of the holding part 21 may be made movable. It may also be possible to operate it from the outside.
  • the board 28 includes a voltage adjustment section 23a of the battery 23, output correction sections 24a and 24b for the X and Y components, which will be described later, from the magnetic sensor 22, a sensor output calculation section 25a, an output section 25b for outputting the calculation result as an angle, and an external
  • the communication section 25c transmits output data via communication to the switch 26.
  • the magnet rotating jig 50 includes a stepping motor 51 whose angular coordinates can be detected and controlled by a rotary encoder, and a magnet holding section that is fixed to the rotating shaft of the stepping motor 51 and holds the magnet. 51a, a stepping motor control section 52, and a detection module holder 53.
  • This detection module holder 53 has an opening 54 that receives the holding part 21 of the detection module 20, and a plurality of fitting grooves 54a that fit into a plurality of markers 21c formed at the base of the holding part 21 to restrict rotation. have.
  • the fitting groove 54a marker 21c is installed by fitting only in one angular phase with respect to the rotation direction, thereby determining the angular coordinates in one position.
  • the magnetic sensor 22 has first and second bridges BX and BY whose polarities differ by 90 degrees from each other.
  • Each bridge uses four TMR elements (tunnel magnetoresistance effect).
  • TMR elements tunnel magnetoresistance effect
  • a free layer and a pinned layer are joined by an insulating barrier layer, and when the magnetization directions of both layers are antiparallel, the resistance increases and only a weak current flows.
  • the magnetization directions of the free layer and pinned layer are parallel, the resistance is small and a large current flows. Since the direction of magnetization of the free layer follows an external magnetic field, the direction of magnetization can be changed by rotating the magnet.
  • the first bridge BX includes two first TMR elements Dx1 whose pinned layer magnetization direction is oriented in the X+ direction, and two second TMR elements Dx2 whose pinned layer magnetization direction is oriented in the X- direction. have.
  • the second bridge BY for detection in the Y direction perpendicular to the and two fourth TMR elements Dy2 oriented in the same manner.
  • Vcc and GND from the voltage regulator 23a are connected to each bridge as input, and Sin+ and Sin- are output from the first bridge BX, and Cos+ and Cos- are output from the second bridge BY.
  • the sensor zero axis 22b which is the reference for measuring the angle of the magnetic force direction line MD as ⁇ around this sensor center axis P3, is the X axis, and is clockwise in the circuit diagram of FIG. 3d and clockwise in the chip plan view of FIG. 3e.
  • the counterclockwise direction is the positive direction of ⁇ (FIGS. 3d and 3e are the front and back sides).
  • a sensor marker 22a is provided on the chip surface of the sensor 22 in order to specify the position of the sensor zero axis 22b and the type of terminal.
  • FIG. 4 is a graph showing the relative values of the output voltages of the first and second bridges BX and BY when the magnets are rotated using the magnet rotating jig 50, and shows the first original output Vox and the second bridge BX, BY. The phase is shifted by 90 degrees from the secondary output Voy. If the sensor zero axis 22b of the sensor 22 is oriented directly below the meter and the magnet is rotated, the zero scale position starts at the position of symbol Ma1, and the 270 degree scale position ends at the position Ma2.
  • the output ranges of the first original output Vox and the second original output Voy are different in the same figure, and when both ranges are corrected and combined, only the output values can be grasped as Sin ⁇ and Cos ⁇ . ⁇ can be derived essentially. Therefore, by discounting the second original output Voy at the maximum range, it is used as the second corrected output Vy with the maximum and minimum values set to +-1, and subsequent calculations are performed. Similar processing is performed for the first original output Vox and the first corrected output Vx (for convenience, Vox and Vx are assumed to be the same). In order to perform the above correction, a relative rotation step is performed in which the magnet and the magnetic sensor are previously rotated relative to each other.
  • the sensor zero axis 22b of the sensor 22 is positioned directly below the holding part 21.
  • the sensor zero axis 22b of the sensor 22 is aligned using the sensor marker 22a, the sensor 22 shown in FIG. 3e is turned over, and the rotational phase is defined using the angular coordinates shown in FIG. 3d.
  • the sensor center axis P3 is made to coincide with the center axis of the cylindrical portion of the holding portion 21.
  • the central axis of the cylinder of the holding part 21 and the central axis of the transparent cover plate 105 are aligned and fixed together.
  • the transparent cover plate 105 of the existing instrument may be used as is, or an equivalent one may be replaced. It is fixed using the collar part 21b of the holding part 21.
  • a clearance C is formed between the outer diameter d2 of the transparent cover plate 105 and the inner diameter d1 of the outer frame 104 for convenience of fitting the transparent cover plate 105. Due to the existence of this clearance C, when the transparent cover plate 105 to which the detection module 21 is fixed is attached to the outer frame 104, a misalignment occurs between the pointer center axis P1 and the sensor center axis P3, which may cause an error. do not have. This deviation between the axes P1 and P3 is corrected using a template jig 70, which will be described later.
  • first to sixth markers M1 to M6 configured as fitting ribs 21c and a seventh marker M7 which also serves as a battery 23 or a battery holder are provided.
  • each phase is made to match the scale 110a of the scale plate 110 fixed to the meter 1.
  • the sensor zero axis 22b is placed here.
  • second and third markers M2 and M3 are placed at positions of +-45 degrees, respectively, and fourth and fifth markers are placed at positions of +-90 degrees, respectively, in angular coordinates around the sensor center axis P3.
  • M4 and M5 are placed, and a sixth marker M6 is placed at a position of +-180 degrees.
  • the seventh marker M7 which also serves as the battery 23 or a battery holder, corresponds to the same angular coordinates as the fourth and fifth markers M4 and M5, and by aligning the direction of the battery 23 with the scale plate 110, the sensor 22
  • the angular coordinates of can be matched to the scale 110a of the scale plate 110.
  • the transparent cover plate 105 or the scale 110a may be contaminated and have an illegible phase, and by providing a plurality of markers M as described above, it is possible to deal with such a situation.
  • ⁇ can be calculated from the sensor output using the characteristic curve in FIG. 4 and the angular coordinates of the sensor zero axis 22b. , and the use of the magnet rotating jig 50 is unnecessary.
  • the direction of the magnet with respect to the pointer 120 cannot be specified and is pasted on the pointer collar 121, the angular coordinates of the pointer 120 and the magnetic field line direction MD cannot be specified in advance, and the direction of the pointer 120 cannot be determined from only the characteristic curve of FIG. Since the angular coordinates cannot be obtained, the next angular coordinate calibration operation using the switch 26 is required.
  • the sensor 22 is attached to the substrate 28 whose relative angle is fixed to the holding part 21. Then, as will be described later, the magnet 10 is attached to the pointer collar portion 121 without being conscious of orienting the direction indicator mark 12 to the pointer 120.
  • the switch 26 is pressed and the ⁇ position in the characteristic graph of FIG. 4 is recorded.
  • the position Mb1 180 degrees in sensor characteristics
  • the position Mb2 450 degrees in sensor characteristics
  • This template jig 70 includes a template main body 71 made of a disc-shaped transparent resin plate, a spacer 72 that separates the template main body 71 from a transparent cover plate 105 to prevent interference with the outer frame, and an opening formed in the spacer portion. 73.
  • a plurality of center position gauges 74 made of circles with different diameters are arranged as concentric circles around the central axis of the opening 73, and an angle scale 75 is displayed around the center position gauges 74.
  • fitting grooves 73a are formed at six locations around the opening 73 to receive the previous fitting ribs 21c.
  • the fitting grooves 73a are formed at positions corresponding to the first to sixth markers M1 to M6 described above, and specify the rotational phase of the template jig 70 and the detection module 20 at one location to determine the relationship between them. can be fixed. Since the angle scale 75 is located outside the first to sixth markers M1 to M6 in the radial direction, it is closer to the scale 110a of the scale plate 110 and functions as another marker M, allowing for better angle adjustment. becomes easier.
  • element Sa1 "element Sa11: matching the magnet through hole and collar center hole” is required, and for element Sb3, “element Sb31: matching the pointer and direction display mark” is required, respectively.
  • element Sa1 "element Sa11: matching the magnet through hole and collar center hole” is required, and for element Sb3, “element Sb31: matching the pointer and direction display mark” is required, respectively.
  • This work is performed using a rod-shaped jig 60.
  • element Sa2 "element Sa21: centering the template circle and outer frame” is required, and for element Sb4, "element Sb41: aligning the marker with the scale plate” is required, and this task is performed using the template. This is done using a jig 70.
  • element Sb1 "element Sb11: derive the maximum amplitude of Vox and Voy by rotating the magnet one or more times", and this work requires the magnet rotation jig 50, the magnet 10, and the detection module 20. It is done using However, the element Sb11 is unnecessary if the sensor 22 in which the maximum amplitudes of the outputs Vox and Voy of the two bridges are the same is used.
  • element Sb2 "element Sb21: calibrating the angular coordinates of the pointer and the marker, and associating the angular coordinates of the pointer with the sensor output” is required. This step is performed by calibrating the angular coordinates with the switch 26 while the marker M and the pointer 120 are aligned as described above.
  • the process of attaching the magnet 10 to the pointer collar portion 121 using the rod-shaped jig 60 will be described.
  • the outer frame 104 is rotated and removed, and the transparent cover plate 105 is removed to expose the pointer 120.
  • the pointed shaft 62 of the rod-shaped jig 60 is passed through the through-hole 11 of the magnet 10 to hold the magnet 10 in the rod-shaped jig.
  • an adhesive 14 such as double-sided tape is provided on the back side of the magnet.
  • the tip of the shaft 62 is aligned with the center hole 122 of the pointer collar 121 of the meter, and the magnet 10 is attached to the center of the pointer collar 121 using the adhesive 14. It is not necessary that the directions of the direction indicator mark 12 and the pointer 120 match.
  • FIGS. 7a and 7b a method of attaching the detection module 20 to the instrument 100 and adjusting the position using the template jig 70 (small template jig 70B) shown in FIGS. 7a and 7b will be described.
  • the transparent cover plate 105 to which the detection module 20 is fixed as described above is temporarily attached to the meter 100 using the outer frame 104.
  • the lid part 21a is removed from the tip of the holding part 21, and the holding part 21 is mounted by passing it through the opening 73 and aligning the six fitting ribs 21c with the fitting groove 73a to restrict relative rotation.
  • the template main body 71 is lifted up from the transparent cover plate 105 by the spacer 72, and interference with the outer frame 104 is prevented.
  • angular coordinate calibration and installation work are performed through the steps shown in FIGS. 7d to 7f.
  • the angular scale 75 which is a marker, is used to match the angular phase with the scale of the scale plate 110. It is convenient to align the first to sixth markers M1 to M6 shown in FIG. 3c with the angular scale 75 of the angular coordinates of the second marker M2 in FIG. 7f, for example.
  • the center position gauge 74 of the template jig 70 adjust the distance between the inner edge of the outer frame 104 and the circle to be equal around the entire circumference so that the sensor center axis P3 coincides with the pointer center axis P1. Finely adjust the position of the transparent cover plate 105.
  • the outer frame 104 is tightened to fix the transparent cover plate 105, the template jig 70 is removed, and the lid portion 21a is attached.
  • angle adjustment may be performed using the mating ribs 21c at the positions of the first to sixth markers M1 to M6 and the battery 23, but the template jig 70 which has a scale and is closer to the scale of the scale plate 110 It is advantageous in terms of accuracy to use the angle scale 75.
  • FIGS. 7d and 7e show the previous angular coordinate calibration step.
  • the angle scale 75 (0 degrees) at the position corresponding to the second marker M2 is aligned with the pointer 120.
  • alignment with the outer frame is performed using the center position gauge 74, and the outer frame 104 is first temporarily tightened.
  • the switch 26 shown in FIGS. 3a and 3c is pressed using a rod-shaped jig or the like to complete the angular coordinate calibration work.
  • the outer frame 104 is loosened again and the installation work is completed through the process shown in FIG. 7f.
  • the angle scale 75 (0 degrees) at the position corresponding to the second marker M2 is aligned with the pointer 120, and in the step shown in FIG. 75 is used to adjust the angular phase to 0 degree of the scale 110a of the scale plate 110.
  • the first reference marker MB1 is commonly used in the steps shown in FIGS. 7d, 7e, and 7f.
  • other third, fourth, and fifth markers may be used as the first reference marker MB1 in common in the steps of FIGS. 7d, 7e, and 7f.
  • a first reference marker MB1 (e.g. M2, corresponding to zero angle, other first reference angular positions) is used in the steps of FIGS. 7d and 7e
  • a second reference marker MB2 (e.g. M6, 135 degrees , corresponding to other second reference angular positions) may be used in the step of FIG. 7f.
  • the scale of the scale plate 110 is located further outward, so the template jig 70 has a template main body 71 with a larger diameter, and the scale 75 extends further outward. It is best to use the one provided. However, in an environment where instruments 100 with small diameters are arranged closely together, the large template jig 70A of the template main body 71 with a large diameter cannot be used, so two or more types of large and small templates with different outer diameters of the template main body 71 cannot be used. It is preferable to use jigs 70A and 70B.
  • FIGS. 8a and 8b are conceptual diagrams showing another embodiment of a switch that performs angular coordinate calibration work, with FIG. 8a being a plan view and FIG. 8b being a principle diagram.
  • the switch 26 was operated by hand, but a proximity detection switch that automatically detects the proximity of the pointer 120 may also be used, and in this embodiment, an optical switch 26A is used.
  • This optical switch 26A has an LED 26a and a photodiode 26b fixed to a template main body 71, and can be rotated together with the template 70 from an angle A1 to each hall of A2 as shown in FIG. 8A.
  • the LED 26a and the photodiode 26b are arranged on an extension of the marker M.
  • the light from the LED 26a is reflected on the surface of the pointer to change the current of the photodiode, and the drive circuit 26c is used to turn on the interlocking switch 26d.
  • an optical type proximity sensor is used as the proximity detection sensor, but a capacitance type, magnetic field detection type, or other type of proximity detection sensor may be used.
  • the center position gauge 74 of the template jig 70 is made of a plurality of concentric circles, but it may also be a scale that spreads out radially. Many modifications are possible.
  • the template jig 70 and the marker M may be removably attached to the transparent cover plate 105 as a transparent sticker.
  • TMR is used for the bridge element of the sensor 22.
  • other types of elements such as AMR (anisotropic magnetoresistive effect) elements and GMR (giant magnetoresistive effect) elements can also be used. .
  • the present invention relates to a method for installing a rotation angle detection module in a meter using a Bourdon tube or other gauges having a pointer, a template jig for angle adjustment used therein, a pointer magnet, and a mounting jig for the pointer magnet. It can be used as an installation method for a rotation angle detection module.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

計器が稼働中であっても計器へ取付でき、取付け後に指針を回転させる個別の校正作業が不要で迅速に取付け作業を行うことの可能な計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具を提供すること。　任意角度に位置する指針１２０の指針カラー部に磁石を取り付け、指針を有する計器の目盛板に対して回転軸周りにおいて少なくとも検出モジュールを目盛板に対し相対回転可能に支持し、マーカーＭ２を指針１２０の位置を合わせると共に角座標校正手段を操作し、マーカが基準角度位置に符合するように検出モジュールを調整回転させて固定する。

Description

計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具
　本発明は、計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具に関する。さらに詳しくは、磁気センサにより計器における指針の回転角度を検出するための指針用磁石、及び、この磁石と磁気センサとの相対位置によって指針の回転角度を検出するための検出モジュールを用い、当該指針の回転角度を検出できるように設置する計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具に関する。
　計器への回転角度検出モジュールとしては、次の特許文献１のものが知られている。同文献の０００６段落によれば、「計器の指針に前記磁石を当該指針の中心軸から周方向へ変位した位置に取り付ける磁石クリップを備え、前記磁気センサは前記中心軸の周囲複数個所に設けられて、前記指針の回動に伴う前記磁石の回転変位を複数個所の磁気センサとの相対位置で求めて電気信号として出力する」とされている。中心から変位した位置に取付けられる磁石は、同図では位置決め等はなされておらず、磁石クリップの加工作業が必要なので、稼働中の計器に取り付けることは事実上不可能となる。
特開２０１８－４２９４号公報
　かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、計器が稼働中であっても計器へ取付でき、取付け後に指針を回転させる個別の校正作業が不要で迅速に取付け作業を行うことの可能な計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る計器への回転角度検出モジュールの設置方法の特徴は、磁気センサにより計器における指針の回転角度を検出するための指針用磁石、及び、この磁石と磁気センサとの相対位置によって指針の回転角度を検出するための検出モジュールを用い、当該指針の回転角度を検出できるように設置する方法であって、前記磁石は前記指針の回転軸に直交する方向に対し極性を有し、前記検出モジュールは、前記磁気センサ上で前記指針用磁石が相対回転することによる磁力線方向の回転角度を検出するものであり、前記検出モジュールは前記センサと前記磁石との特定角度において角座標校正手段を操作されることにより同特定角度をゼロ角度、１３５度、その他の基準角度位置と認識する機能を有し、前記検出モジュールには目盛り板に対する回転角度に関する角座標を符合させるための前記基準角度位置を示すマーカー及び／またはマーカーの取付部を有し、任意角度に位置する指針の指針カラー部に前記磁石を取り付ける磁石取付ステップ、指針を有する計器の目盛板に対して前記回転軸周りにおいて少なくとも前記検出モジュールを前記目盛板に対し相対回転可能に支持する検出モジュール支持ステップ、前記マーカーを前記指針の位置を合わせると共に前記角座標校正手段を操作する角座標校正ステップ、前記マーカが前記基準角度位置に符合するように前記検出モジュールを調整回転させて固定する検出モジュール調整回転ステップを有することにある。
　磁石取付ステップでは、いずれの位置に指針があってもよく、磁石の磁力線方向も問わず、指針カラー部に磁石を取付ければ良い。そして、順次、検出モジュール支持ステップ、角座標校正ステップ、検出モジュール調整回転ステップを行うことにより、指針角座標に対する検出モジュールの信号が特定され、指針角座標を求めることができる。これらの一連の作業は指針がゼロ位置に無く、かつ、動作中であっても可能であり、極めて短時間にその調整作業は完了する。
　上記において、前記角座標校正手段が手動ボタン等のスイッチであるとよい。これにより、角座標校正スイッチを押すことで、指針位置と検出モジュールの角座標とが符合される。一方、前記角座標校正手段が前記指針と前記マーカー位置との符合時に最近接となる近接検知センサとしてもよい。これにより、角座標校正の作業は自動化することができ、さらなる取り付けの手間軽減が達成される。
　前記指針用磁石は板状で板を貫く貫通孔を有し、治具の軸体をこの貫通孔に貫通させ且つ前記指針カラー部の中央穴に先端を係合させて当該指針カラー部に近接させて固定するとよい。指針が動作中であっても、後述の指針中心軸Ｐ１と磁石中心軸Ｐ２とを簡単に一致させることができ、測定誤差を低減することができる。
　上記各方法において、前記マーカーが、ゼロ角度、その他の第一基準角度位置に対応する第一基準マーカーと、１３５度、その他の第二基準角度位置に対応する第二基準マーカーとよりなり、前記第一、第二基準マーカーのいずれかを前記角座標校正ステップで用い、他方の基準マーカーを前記検出モジュール調整回転ステップで用いてもよい。例えば、計器の目盛盤の一部が汚染されて判別不能などで角座標の符合が困難な時に便利である。
　前記磁気センサが前記検出モジュールは、前記磁気センサを円筒形の保持部に収納すると共に前記指針を覆う円形の透明覆い板の中央近傍に配置し、当該保持部の外周を手指で持ちこの透明覆い板と共に前記磁気センサを前記中心軸周りで前記目盛板に対して相対回転及び固定可能としてもよい。同構成によれば、上記各ステップ時に手指で保持部を操作して、各座標の符合作業を正確に行いやすくなる。
　また、前記計器は前記透明覆い板の縁部を固定可能な外枠を有し、前記外枠の内径よりも前記透明覆い板の外径は小さくて両者間にはクリアランス（遊び）が存在し、開口部を有する角度調整用のテンプレート治具を備え、前記保持部は前記開口部を挿通して前記テンプレート治具に相対回転不能に取付可能であり、相対角前記テンプレート治具は、前記外枠との相対距離で前記外枠に対する前記センサの中心位置合わせを行う中心位置ゲージと、前記マーカーである角度測定用の角度目盛りとを有してもよい。このような外枠のクリアランスにより、後述の指針中心軸Ｐ１とセンサ中心軸Ｐ３との符合がより容易となり、測定誤差の低減に寄与する。
　一方、この計器への回転角度検出モジュールの設置方法に用いる角度調整用テンプレート治具の特徴は、前記保持部を挿通させて相対回転不能に取付可能な板状のテンプレート本体を備え、このテンプレート本体は、前記外枠との相対距離で前記外枠に対する前記センサの中心位置合わせを行う中心位置ゲージと、角度測定用の角度目盛りとを有していることにある。係る場合、前記中心位置ゲージが同心上に並ぶ複数の円であると良い。中心位置ゲージと、角度測定用の角度目盛りとを用いることで、後述の指針中心軸Ｐ１とセンサ中心軸Ｐ３との符合がより容易となり、同時に各座標の符合も容易となる。
　ここで、前記テンプレート本体は最外径の異なる少なくとも２枚を備え、大径テンプレート本体の前記円の最大径は小径テンプレート本体の前記円の最大径よりも大きいものしてもよい。より大径の計器は目盛り板の目盛りも指針中心軸から離れているので、最大径の大きなテンプレート本体を用いることが望ましい。ただし、小径の計器が密接して連続する場合などは、大径のテンプレート治具は利用できないため、小径のテンプレート治具を用いれば調整作業はスムースである。
　上記本発明に係る計器への回転角度検出モジュールの設置方法及びこれに用いる角度調整用テンプレート治具の特徴によれば、計器が稼働中であっても計器へ取付でき、取付け後に指針を回転させる個別の校正作業が不要で迅速に取付け作業を行うことが可能となった。
　本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
本発明にかかる計器への回転角度検出モジュールの設置方法で、モジュール設置対象となる計器等の断面図である。 本発明にかかる計器への回転角度検出モジュールの設置方法で使用する検出モジュールを取付けた状態の計器等の斜視図である。 図２ａから検出モジュールを外した状態の計器等の正面図である。 図２ｂから磁石を外した状態の計器等の正面図である。 検出モジュールの断面図である。 検出モジュールの断面図である。 検出モジュールの平面図である。 検出モジュールの原理図である。 検出モジュールの原理図である。 検出モジュールのブロック図である。 検出モジュールの出力と磁石の回転角度との関係を示すグラフである。 各治具の機能の説明図である。 磁石回転治具の原理図である。 磁石取付ステップにおいて指針カラー部に磁石を取り付ける手順を示す写真である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、２枚の平面図である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、裏側からみた斜視図である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、外枠に取付けた状態の平面図である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、角座標校正工程において第一基準マーカーＭＢ１と指針とを一致させる工程示す平面図である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、角座標校正工程において角座標校正スイッチを押す状態を示す図である。 角度調整用テンプレート治具の写真を示し、計器に取り付けて第二基準マーカーＭＢ２を用いて調整を行う状態を示す平面図である。 角座標校正作業を行うスイッチの別実施形態を示す概念図であって、平面図である。 角座標校正作業を行うスイッチの別実施形態を示す概念図であって、原理図である。
　次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
　図１は、本発明にかかる計器への回転角度検出モジュールの設置方法で、モジュール設置対象となる計器１００等の断面図である。また、指針回転角検出装置１は、指針用磁石１０と検出モジュール２０を備えている。これらの関係を理解するために、図２ａ～２ｃと図３ａ～３ｃとを参照する。
　計器１００は、ブルドン管機構１０３を収納する本体部１０２と、これに螺号される外枠１０４、そして、これに保持される透明覆い板１０５及び見返し１０６を備え、内部に目盛板１１０を収納し、固定部１０１を構成する。これに対し、可動部は、先のブルドン管機構１０３の回転軸に指針カラー部１２１を介して支持される指針１２０を備えている。
　図１，２各図に示すように、指針用磁石１０は、板状で板の平面方向に対し極性を有する。なお、指針用磁石の表面側から視認可能な状態で極性方向またはこれに直交する方向を示す方向表示印１２を説明の便宜のために表示するが、後述の如く本発明の実施には方向表示印１２は必須ではない。方向表示印１２は、中央の貫通孔１１から指針先端方向に向かって互いに平行な赤線１２ａと青線１２ｂとをそれぞれ左右に配向する場合において、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線方向ＭＤは指針先端側に配向されることとなる。指針カラー部１２１には中央孔１２２が形成されて指針中心軸Ｐ１がこれを通ることとなる。一方磁石１０の中心である磁石中心軸Ｐ２は、先の貫通孔１１を通る。後述の方向により、指針中心軸Ｐ１と磁石中心軸Ｐ２とを一致させてある。
　図３ａ～３ｆに示すように、検出モジュール２０は、円筒形で先端の蓋部２１ａが開閉可能な保持部２１と、その内部に磁気センサ２２と、ボタン電池２３と、各処理を行う部材を有する基板２８とを備えている。後述のスイッチ２６は蓋部２１ａを外して外から操作してもよいが、保持部２１に貫通孔を設けて外からピンで操作してもく、また、保持部２１の一部を可動にして外から操作可能にしてもよい。
　基板２８は、電池２３の電圧調整部２３ａ、磁気センサ２２からの後述のＸ，Ｙ成分それぞれの出力補正部２４ａ，２４ｂ、センサ出力の演算部２５ａ、演算結果の角度としての出力部２５ｂ、外部に通信で出力データを送信する通信部２５ｃ、上記スイッチ２６を備えている。
　一方、磁石回転治具５０は、図３ｆ，５ｂに示すように、ロータリーエンコーダーにより角座標を検知・制御可能なステッピングモーター５１、ステッピングモーター５１の回転軸に固定され前記磁石を保持する磁石保持部５１ａ、ステッピングモーターの制御部５２、検出モジュール保持体５３を備えている。この検出モジュール保持体５３は、検出モジュール２０の保持部２１を受け入れる開口部５４と、保持部２１の根本に形成された複数のマーカー２１ｃに嵌合して回転を規制する複数の嵌合溝５４ａを有している。嵌合溝５４ａマーカー２１ｃの設置は回転方向に対し１つの角位相のみで嵌合することで、角座標を一位的に定めている。
　ここで、磁気センサ２２の構造について、図３ｄ，３ｅ，４を参照しながら説明する。磁気センサ２２は互いに極性が９０度異なる第一、第二ブリッジＢＸ，ＢＹを有している。各ブリッジには４つのＴＭＲ素子(トンネル磁気抵抗効果：Tunnel magnetoresistance effect)が用いられている。この素子では、フリー層とピン層とが絶縁体のバリア層で接合され、両層の磁化の方向が反平行の場合は、抵抗が大きくなって微弱な電流しか流れない。一方、フリー層とピン層の磁化の方向が平行の場合は、抵抗が小さくなって大きな電流が流れる。フリー層の磁化の方向は外部磁場に従うため、上記磁石を回転させることで、磁化の方向を変更させることができる。
　第一ブリッジＢＸは、ピン層の磁化の方向がＸ＋方向に配向された２つの第一ＴＭＲ素子Ｄｘ１と、ピン層の磁化の方向がＸ－方向に配向された２つの第二ＴＭＲ素子Ｄｘ２とを有している。一方、Ｘ軸に直交するＹ方向の検出用第二ブリッジＢＹは、ピン層の磁化の方向がＹ＋方向に配向された２つの第三ＴＭＲ素子Ｄｙ１と、ピン層の磁化の方向がＹ－方向に配向された２つの第四ＴＭＲ素子Ｄｙ２とを有している。
　各ブリッジには入力として電圧調整部２３ａからのＶｃｃとＧＮＤとが接続され、第一ブリッジＢＸからＳｉｎ＋、Ｓｉｎ－が、第二ブリッジＢＹからＣｏｓ＋，Ｃｏｓ－がそれぞれ出力される。ＸＹ平面に直交しセンサ２２のブリッジを操作する磁力方向線の回転中心となるするセンサ中心軸Ｐ３はセンサ２２のチップ中央近傍を通過している。このセンサ中心軸Ｐ３周りで磁力方向線ＭＤの角度をθとして測定する際の基準であるセンサゼロ軸２２ｂはＸ軸であり、図３ｄの回路図では時計周り方向、図３ｅのチップ平面視図では半時計回り方向がθのプラス方向となる（図３ｄ，３ｅは表裏の関係となる）。また、このセンサゼロ軸２２ｂの位置及び端子の種類を特定すべく、センサマーカー２２ａがセンサ２２のチップ表面に設けられている。
　図４は、先の磁石回転治具５０を用いて磁石を回転させた場合における第一、第二ブリッジＢＸ，ＢＹそれぞれの出力電圧の相対値を示すグラフであり、第一原出力Ｖｏｘと第二原出力Ｖｏｙとは９０度位相がずれている。仮にセンサ２２のセンサゼロ軸２２ｂを計器の真下に配向して磁石を回転させた場合、ゼロ目盛位置は符号Ｍａ１の位置から始まり、２７０度目盛位置はＭａ２の位置で終了する。
　第一原出力Ｖｏｘと第二原出力Ｖｏｙとは同図では出力レンジが異なっており、両者のレンジを補正して合わせると出力値のみをＳｉｎθ、Ｃｏｓθとして把握でき、出力補正値を用いて直接的にθを導出することができる。したがって、第二原出力Ｖｏｙを最大レンジで割り戻すことで、最大、最小値を＋－１とする第二補正出力Ｖｙとしてこれを用い、後の演算を行う。第一原出力Ｖｏｘ、第一補正出力Ｖｘも同様の処理を行う（便宜のため、Ｖｏｘ，Ｖｘは同一としてある。）。上記補正を行うために磁石と磁気センサの相対回転を予め行う相対回転ステップがこのように行われる。
　θの導出方法の一例を示す。
　Ｖｘ絶対値がＶｙ絶対値より大きな場合は次の式による。
　θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ））
　Ｖｘ絶対値がＶｙ絶対値より小さな場合は次の式による。
　θ＝ａｒｃｃｏｔ（Ｖｙ／Ｖｘ））
　上述のような構成のセンサ２２の基板２８への取付について図３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを参照しながら説明する。この例では、説明の便宜上、センサ２２のセンサゼロ軸２２ｂを保持部２１の真下に位置させることとする。センサ２２のセンサゼロ軸２２ｂの位置合わせはセンサマーカー２２ａを利用し、図３ｅのセンサ２２を表裏反転させ、図３ｄの角座標を利用して回転位相を定義する。このとき、センサ中心軸Ｐ３を保持部２１の筒部の中心軸に一致させるようにする。このように保持部２１の筒部の中心軸にセンサ中心軸Ｐ３を一致させることで、磁石回転治具５０の開口部５４への取付時にステッピングモーター５１の回転軸とセンサ中心軸Ｐ３を一致させている。
　保持部２１の円筒の中心軸と透明覆い板１０５の中心軸とは一致させて両者を固定してある。既存の計器の透明覆い板１０５をそのまま用いても良いが、同等のものを交換して設けても良い。保持部２１の鍔部２１ｂを利用して固定してある。
　透明覆い板１０５の外径ｄ２と外枠１０４の内径ｄ１との間には、透明覆い板１０５の嵌め合わせの便宜上、クリアランスＣを形成してある。このクリアランスＣの存在により、検出モジュール２１を固定した透明覆い板１０５を外枠１０４に取付けた場合に、指針中心軸Ｐ１とセンサ中心軸Ｐ３との間にずれを生じ、これが誤差の原因となりかねない。この軸Ｐ１，Ｐ３のずれを後述のテンプレート治具７０で補正する。
　ここで、図３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅと図４とを対比させて、目盛板１１０の目盛１１０ａに対する検出モジュール２０の角座標（回転角度に関するものに限る）を符合させるためのマーカーＭについて説明する。図３ｃでは、嵌合リブ２１ｃとして構成された第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６及び電池２３または電池ホルダー兼用の第七マーカーＭ７が設けられている。
　計器１に固定された状態の目盛板１１０の目盛１１０ａと各位相を符合させる場合について考察する。同目盛１１０ａの最下位置に第一マーカーＭ１を配置させると、ここにセンサゼロ軸２２ｂが配置される。ここを基準とし、センサ中心軸Ｐ３周りの角座標で、＋－４５度の位置にそれぞれ第二、第三マーカーＭ２，Ｍ３が配置され、＋－９０度の位置にそれぞれ第四、第五マーカーＭ４，Ｍ５が配置され、＋－１８０度の位置に第六マーカーＭ６が配置される。これら、第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６のいずれかをそれぞれに対応する目盛１１０ａの各角度に対応させれば、センサ２２の角座標を目盛板１１０に合わせることができる。また、電池２３または電池ホルダー兼用の第七マーカーＭ７は、第四、第五マーカーＭ４，Ｍ５と同様の角座標に対応しており、電池２３の向きを目盛板１１０に合わせることで、センサ２２の角座標を目盛板１１０の目盛１１０ａに合わせることができる。透明覆い板１０５または目盛１１０ａは汚染されて判読できない位相を有することがあり、上述の如く複数のマーカーＭを設けることで、このような事態に対処が可能である。
　ここで、磁石回転治具５０利用の必要性について検討する。先のＶｏｘ，Ｖｏｙの最大振幅が一致している場合は、両者の関係よりθを求めることができ、補正のための磁石回転治具５０の利用は不要である。しかし、これらの最大振幅が一致していない場合は、逆三角関数を利用してθを求めにくいことから、磁石を最低３６０度回転させて最大振幅を求め、補正する必要がある。
　ところで、センサ２２のセンサゼロ軸２２ｂの角座標と指針１２０及び磁力線方向ＭＤの角座標とが特定できる場合は、図４の特性曲線とセンサゼロ軸２２ｂの角座標とより、センサ出力からθを求めることができ、磁石回転治具５０の利用は不要である。しかし、指針１２０に対する磁石の向きを特定できずに指針カラー部１２１に貼り付ける場合は、指針１２０及び磁力線方向ＭＤの角座標とがあらかじめ特定できず、図４の特性曲線のみからは指針１２０の角座標が求められないため、次のスイッチ２６を利用した角座標校正作業が必要である。
　この角座標校正作業では、保持部２１に相対角度を固定した基板２８にセンサ２２を取付ける。そして、後述のとおり、指針カラー部１２１に方向表示印１２を指針１２０に配向することを意識せず磁石１０を貼り付ける。そして、保持部２１の例えば第二マーカーＭ２と指針１２０の向きとが一致したときに、先のスイッチ２６を押し、図４の特性グラフでのθ位置を記録する。例えばＭｂ１の位置（センサ特性では１８０度）が目盛板１１０のゼロ位置となり、Ｍｂ２の位置（センサ特性では４５０度）が目盛板１１０の２７０度位置となる。
　次に、外枠に検出モジュール２０を透明覆い板１０５と共に回転位置を調整し固定するためのテンプレート治具７０の構成について説明する。このテンプレート治具７０は、円盤状の透明樹脂板よりなるテンプレート本体７１、このテンプレート本体７１を透明覆い板１０５から離隔させて外枠との干渉を防ぐスペーサー７２、このスペーサー部分に形成された開口部７３を備えている。開口部７３の中心軸を中心に、異なる径の円よりなる中心位置ゲージ７４が複数同心円として配置され、周囲に角度目盛７５が表示されている。
　そして、このテンプレート治具７０の開口部７３の中心軸と、保持部２１の筒部の中心軸に一致させることで、指針中心軸Ｐ１及び磁石中心軸Ｐ２とをセンサ中心軸Ｐ３に一致させている。また、開口部７３の周囲には６箇所に嵌合溝７３ａが形成されて、先の嵌合リブ２１ｃを受け入れる。嵌合溝７３ａは、先の第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６に対応する位置に形成されており、テンプレート治具７０と検出モジュール２０との回転位相を一か所に特定して両者の関係を固定させることができる。角度目盛７５は先の第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６よりも放射方向に隔たって外側に位置するため、より目盛板１１０の目盛１１０ａに近くなって他のマーカーＭとして機能し、より角度合わせが容易となる。
　ここで、図５ａを参照しながら、棒状治具６０及びテンプレート治具７０並びにスイッチ２６を用いて磁石１０及び検出モジュール２０取り付ける際の手順と作業要素について考察する。まず、センサ２２と磁石１０とを用いた正確な計測のためには、「要素Ｓａ：Ｐ１～３の一致」、及び、「要素Ｓｂ：磁石・センサ角座標合わせ」、が必要である。「要素Ｓａ：Ｐ１～３の一致」については、「要素Ｓａ１：Ｐ１、Ｐ２の一致」、及び、「要素Ｓａ２：Ｐ１、Ｐ３の一致」が必要である。指針中心軸Ｐ１を仲介として、磁石中心軸Ｐ２とセンサ中心軸Ｐ３とを一致させることで、センサ中心軸Ｐ３を中心に磁力線方向ＭＤを回転させることで測定誤差を低減させる。
　「要素Ｓｂ：磁石・センサ角座標合わせ」については、４つの要素、「Ｓｂ１：Ｖｏｘ、Ｖｏｙの最大振幅校正」、「Ｓｂ２：回転角とセンサ出力の関係づけ（角座標校正）」、「Ｓｂ３：指針と磁石方向との固定」、「Ｓｂ４：目盛板の角座標にセンサを合わせる」が必要となる。
　要素Ｓａ１のためには、「要素Ｓａ１１：磁石貫通孔、カラー中央孔の一致」が、要素Ｓｂ３のためには、「要素Ｓｂ３１：指針と方向表示印とを一致させる」がそれぞれ必要であり、この作業は棒状治具６０によって行われる。
　要素Ｓａ２のためには、「要素Ｓａ２１：テンプレート円、外枠の中心合わせ」が、要素Ｓｂ４のためには、「要素Ｓｂ４１：マーカを目盛板に合わせる」がそれぞれ必要であり、この作業はテンプレート治具７０によって行われる。
　要素Ｓｂ１のためには、「要素Ｓｂ１１：磁石を１回転以上回転操作してＶｏｘ、Ｖｏｙの最大振幅を導出」が必要で、この作業は、磁石回転治具５０、磁石１０及び検出モジュール２０を用いて行われる。但し、要素Ｓｂ１１は、２ブリッジの出力Ｖｏｘ、Ｖｏｙの最大振幅が同一であるセンサ２２を利用すれば不要である。要素Ｓｂ２のためには、「要素Ｓｂ２１：指針とマーカーとを合わせて角座標校正、指針角座標とセンサ出力との関係づけ」が必要である。この工程は、上述とおりマーカーＭと指針１２０とを合わせた状態でスイッチ２６で角座標校正することにより行う。
　以上を踏まえ、磁石回転治具５０を用いた工程がすでに終わっている状態、または、行う必要が無い条件が充足されていることを前提に、計器への磁石１０及び検出モジュールの取付方法について説明する。
　まず、棒状治具６０で磁石１０を指針カラー部１２１に取付ける工程について説明する。外枠１０４を回転して取外し、透明覆い板１０５を外して指針１２０を露出させる。そして、図６に示すように、棒状治具６０の先のとがった軸体６２に磁石１０の貫通孔１１を貫通させて磁石１０を棒状治具に保持する。このとき、磁石の裏面に両面テープ等の接着体１４を設ける。この状態で、図６に示すように、計器の指針カラー部１２１の中央孔１２２に先の軸体６２の先端を合わせ、磁石１０を接着体１４により指針カラー部１２１の中心に貼り付ける。方向表示印１２と指針１２０の方向とは合わせる必要は無い。
　次に、検出モジュール２０を計器１００に取付け、図７ａ，７ｂに示すテンプレート治具７０（小テンプレート治具７０Ｂ）を用いて位置調整を行う方法について説明する。図７ｃに示すように、先の外枠１０４及び透明覆い板１０５を外した状態で、上述の如く検出モジュール２０を固定した透明覆い板１０５を外枠１０４により計器１００に仮取付する。保持部２１の先端からは蓋部２１ａを外しておき、開口部７３を貫通させて嵌合溝７３ａに６つの嵌合リブ２１ｃを符合させて相対回転を規制させて取付ける。このとき、スペーサー７２により透明覆い板１０５からテンプレート本体７１は浮き上がり、外枠１０４との干渉が防がれる。
　この状態で、図７ｄ～７ｆに示す工程を経て角座標校正、取付け作業がなされる。話の便宜のために、図７ｆの工程を先に説明すると、マーカーである角度目盛７５を利用して、目盛板１１０の目盛と角位相を合わせる。図３ｃに示す第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６、例えば図７ｆでは第二マーカーＭ２の角座標の角度目盛７５で合わせるのが便宜である。同時並行で、テンプレート治具７０の中心位置ゲージ７４を利用して、センサ中心軸Ｐ３が指針中心軸Ｐ１と一致するように、外枠１０４内縁と円との間隔が全周で均等となるように透明覆い板１０５の位置を微調整する。調整が終われば、外枠１０４を締めて透明覆い板１０５を固定し、テンプレート治具７０を抜き去って蓋部２１ａを取付けて終了する。なお、第一～第六マーカーＭ１～Ｍ６の位置の篏合リブ２１ｃや電池２３を利用して角度合わせを行っても良いが、目盛があり、より目盛板１１０の目盛に近いテンプレート治具７０の角度目盛７５を利用するのが精度的に有利である。
　図７ｄ，７ｅの工程は、先の角座標校正工程を示す。図７ｄでは、第二マーカーＭ２相当位置の角度目盛り７５（０度）を指針１２０に合わせている。この際、中心位置ゲージ７４を利用して外枠と位置合わせを行い、先に外枠１０４仮締めした状態とする。この状態で図７ｅに示すように棒状治具等を用いて図３ａ，３ｃに示すスイッチ２６を押し、角座標校正作業を完了させる。その後、再び外枠１０４を緩め、上記図７ｆの行程を経て、取付け作業が完了する。
　図７ｄ，７ｅ，７ｆの工程における指針１２０及び目盛板１１０の目盛１１０ａとの位置合わせのバリエーションについて説明する。基本的には、図７ｄ、７ｅの工程で、第二マーカーＭ２相当位置の角度目盛り７５（０度）を指針１２０に合わせ、図７ｆの工程で、同様に第二マーカーＭ２相当位置の角度目盛７５を利用して、目盛板１１０の目盛１１０ａの０度に角位相を合わせている。これは、第一基準マーカーＭＢ１を図７ｄ，７ｅ，７ｆの工程に共通に利用している。同様に他の第三、四、五マーカーを第一基準マーカーＭＢ１として図７ｄ，７ｅ，７ｆの工程に共通に利用してもよい。一方、第一基準マーカーＭＢ１（例えばＭ２、ゼロ角度、その他の第一基準角度位置に対応）を図７ｄ，７ｅの工程に利用し、これとは異なる第二基準マーカーＭＢ２（例えばＭ６、１３５度、その他の第二基準角度位置に対応）を図７ｆの工程に利用してもよい。
　最後に本発明の別実施形態を列挙する。上記実施例と同様の部材には同一の符号を附してある。
　テンプレート治具７０は、図７ａに示すように、直径の大きな計器１００であると、目盛板１１０の目盛もより外側にあるため、直径の大きなテンプレート本体７１を有し、より外側まで目盛７５が設けられたものを用いるとよい。但し、小さな直径の計器１００が密集して並んでいる環境では、直径の大きなテンプレート本体７１の大テンプレート治具７０Ａは使用できないため、テンプレート本体７１の外径が異なる２種類以上の大・小テンプレート治具７０Ａ、７０Ｂを用いるとよい。
　図８ａ，８ｂは角座標校正作業を行うスイッチの別実施形態を示す概念図であり、図８ａは平面図、図８ｂは原理図である。先の実施形態では、スイッチ２６を手で操作したが、指針１２０の近接を自動で検知する近接検知スイッチを用いることもでき、この実施形態では光学式スイッチ２６Ａを用いている。この光学式スイッチ２６Ａは、テンプレート本体７１にＬＥＤ２６ａとフォトダイオード２６ｂを固定し、図８ａの如くＡ１の角度からＡ２の各堂までテンプレート７０とともに回転させることができる。ＬＥＤ２６ａとフォトダイオード２６ｂとはマーカーＭの延長上に配置される。そして、指針１２０が近接するとＬＥＤ２６ａの光が指針表面で反射してフォトダイオードの電流を変化させ、駆動回路２６ｃを利用して連動スイッチ２６ｄをＯＮにする。これにより、連動スイッチ２６ｄを手で操作しなくても、テンプレート７０を回転させてＬＥＤ２６ａ等を指針１２０に近接させることで、自動的に角座標校正ステップを行うことが可能となる。なお、この例では近接検知センサとして光学式のものを用いたが、静電容量式、磁界検出式等の近接検知センサを用いてもよい。
　上記実施形態では、テンプレート治具７０の中央位置ゲージを７４を複数の同心円としたが、放射状に広がる目盛としてもよく、中央位置を外枠１０４の内縁との比較で測れるものであれば、様々な改変が可能である。
　テンプレート治具７０やマーカーＭは透明のステッカーとして離脱可能に透明覆い板１０５に貼り付けても良い。
　上記実施形態では、センサ２２のブリッジ要素にＴＭＲを用いた。しかし、ＴＭＲ素子の代わりに、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果：Ｇｉａｎｔ　ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ）素子等の他の方式の素子を用いることもできる。
　本発明は、ブルドン管を利用した計器、その他の指針を有する計器への回転角度検出モジュールの設置方法、これに用いる角度調整用テンプレート治具及び指針用磁石並びに指針用磁石の取付治具計器への回転角度検出モジュールの設置方法として利用することができる。
１：指針回転角検出装置、１０：指針用磁石、１１：貫通孔、１２：方向表示印、１４：接着体、２０：検出モジュール、２１：保持部、２１ａ：蓋部、２１ｂ：鍔部、２１ｃ：嵌合リブ、２２：磁気センサ、２２ａ：センサマーカー、２２ｂ：センサゼロ軸、２３：ボタン電池、２３ａ：電圧調整部、２４ａ，２４ｂ：出力補正部、２５ａ：演算部、２５ｂ：出力部、２５ｃ：通信部、２６：スイッチ、２６Ａ：光学式スイッチ、２６ａ：ＬＥＤ、２６ｂ：フォトダイオード、２６ｃ：駆動回路、２６ｄ：連動スイッチ、２８：基板、５０：磁石回転治具、５１：ステッピングモーター、５１ａ：磁石保持部、５２：制御部、５３：検出モジュール保持体、５４：開口部、５４ａ：嵌合溝、６０：棒状治具、６２：軸体、６５：ガイド、６６：他の方向表示印、７０：テンプレート治具、７０Ａ：大テンプレート治具、７０Ｂ：小テンプレート治具、７１：テンプレート本体、７２：スペーサー、７３：開口部、７３ａ：嵌合溝、７４：中心位置ゲージ、７５：角度目盛、１００：計器、１０１：固定部、１０２：本体部、１０３：ブルドン管機構、１０４：外枠（カバー）、１０５：透明覆い板、１０６：見返し、１１０：目盛板、１１０ａ：目盛、ＢＰ：ゼロ角度位置、Ｍ：マーカー、Ｍ１～Ｍ７：第一～第七マーカー、ＭＢ１：第一基準マーカー、ＭＢ２：第二基準マーカー、１２０：指針、１２１：指針カラー部、１２２：中央穴、ＢＸ，ＢＹ：第一，第二ブリッジ、Ｄｘ１：第一ＴＭＲ素子、Ｄｘ２：第二ＴＭＲ素子、Ｄｙ１：第三ＴＭＲ素子、Ｄｙ２：第四ＴＭＲ素子、ＭＤ：磁力線方向、Ｍａ１，Ｍｂ１：ゼロ目盛位置、Ｍａ２，Ｍｂ２：２７０度目盛位置、Ｖｏｘ：第一原出力、Ｖｏｙ：第二原出力、Ｖｘ：第一補正出力、Ｖｙ：第二補正出力、ｄ１：外枠の内径、ｄ２：透明覆い板の外径、Ｃ：クリアランス（遊び）、Ｐ１：指針中心軸、Ｐ２：磁石中心軸、Ｐ３：センサ中心軸

Claims (10)

  1. 磁気センサにより計器における指針の回転角度を検出するための指針用磁石、及び、この磁石と磁気センサとの相対位置によって指針の回転角度を検出するための検出モジュールを用い、当該指針の回転角度を検出できるように設置する計器への回転角度検出モジュールの設置方法であって、
    前記磁石は前記指針の回転軸に直交する方向に対し極性を有し、前記検出モジュールは、前記磁気センサ上で前記指針用磁石が相対回転することによる磁力線方向の回転角度を検出するものであり、前記検出モジュールは前記センサと前記磁石との特定角度において角座標校正手段を操作されることにより同特定角度をゼロ角度、１３５度、その他の基準角度位置と認識する機能を有し、前記検出モジュールには目盛り板に対する回転角度に関する角座標を符合させるための前記基準角度位置を示すマーカー及び／またはマーカーの取付部を有し、
    任意角度に位置する指針の指針カラー部に前記磁石を取り付ける磁石取付ステップ、
    指針を有する計器の目盛板に対して前記回転軸周りにおいて少なくとも前記検出モジュールを前記目盛板に対し相対回転可能に支持する検出モジュール支持ステップ、
    前記マーカーを前記指針の位置を合わせると共に前記角座標校正手段を操作する角座標校正ステップ、
    前記マーカが前記基準角度位置に符合するように前記検出モジュールを調整回転させて固定する検出モジュール調整回転ステップを有する計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  2. 前記角座標校正手段がスイッチである請求項１記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  3. 前記角座標校正手段が前記指針と前記マーカー位置との符合時に最近接となる近接検知センサである請求項１記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  4. 前記指針用磁石は板状で板を貫く貫通孔を有し、治具の軸体をこの貫通孔に貫通させ且つ前記指針カラー部の中央穴に先端を係合させて当該指針カラー部に近接させて固定する請求項１記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  5. 前記マーカーが、ゼロ角度、その他の第一基準角度位置に対応する第一基準マーカーと、１３５度、その他の第二基準角度位置に対応する第二基準マーカーとよりなり、前記第一、第二基準マーカーのいずれかを前記角座標校正ステップで用い、他方の基準マーカーを前記検出モジュール調整回転ステップで用いる請求項１～４のいずれかに記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  6. 前記磁気センサが前記検出モジュールは、前記磁気センサを円筒形の保持部に収納すると共に前記指針を覆う円形の透明覆い板の中央近傍に配置し、当該保持部の外周を手指で持ちこの透明覆い板と共に前記磁気センサを前記中心軸周りで前記目盛板に対して相対回転及び固定可能である請求項１～４のいずれかに記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  7. 前記計器は前記透明覆い板の縁部を固定可能な外枠を有し、前記外枠の内径よりも前記透明覆い板の外径は小さくて両者間にはクリアランスが存在し、
    開口部を有する角度調整用のテンプレート治具を備え、前記保持部は前記開口部を挿通して前記テンプレート治具に相対回転不能に取付可能であり、相対角前記テンプレート治具は、前記外枠との相対距離で前記外枠に対する前記センサの中心位置合わせを行う中心位置ゲージと、前記マーカーである角度測定用の角度目盛りとを有している請求項６記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法。
  8. 前記保持部を挿通させて相対回転不能に取付可能な板状のテンプレート本体を備え、このテンプレート本体は、前記外枠との相対距離で前記外枠に対する前記センサの中心位置合わせを行う中心位置ゲージと、角度測定用の角度目盛りとを有している請求項７記載の計器への回転角度検出モジュールの設置方法に用いる角度調整用テンプレート治具。
  9. 前記中心位置ゲージが同心上に並ぶ複数の円である請求項８記載の角度調整用テンプレート治具。
  10. 前記テンプレート本体は最外径の異なる少なくとも２枚を備え、大経テンプレート本体の前記円の最大径は小径テンプレート本体の前記円の最大径よりも大きいものである請求項９記載の角度調整用テンプレート治具。
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