JP2019105492A - 動電型検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で高精度の調整を可能とする動電型検出器およびその製造方法を提供する。【解決手段】 動電型検出器は、蓋の一面に一端が固定され、磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部と、前記柱状部の動きに沿って変位するように弾性支持部材によって前記柱状部に弾性支持され、コイルが固定された可動部と、締結部材によって前記柱状部の他端に締結されることで、前記弾性支持部材を前記柱状部と挟持する挟持部材と、締結部材によって前記蓋に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する筒状の側板と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本件は、動電型検出器およびその製造方法に関する。

動電型検出器は、磁場中を運動する導体に発生する誘導起電力を利用することで、被測定体の速度、加速度などの動きを測定する装置である。このような動電型検出器は、被測定体の動きに伴って変位する可動体と、可動体に取り付けられた導体と、導体に磁場を与える磁場生成部と、導体に発生する誘導起電力を出力するための電気回路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３２５０６７号公報

上記の動電型検出器においては、各部材が筐体内に収容されている。このような構成では、例えば、有底筒状の筐体内に各部材を収容し、当該筐体に上蓋を固定することで、各部材を当該筐体内に固定することが考えられる。しかしながら、この場合、可動部を中立位置に調整しようとすると、上蓋を取り外して調整した後に再度上蓋を取り付けることになる。この場合、調整に時間を要するとともに、調整精度にバラツキが生じるおそれがある。

１つの側面では、本発明は、短時間で高精度の調整を可能とする動電型検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、本発明に係る動電型検出器は、蓋の一面に一端が固定され、磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部と、前記柱状部の動きに沿って変位するように弾性支持部材によって前記柱状部に弾性支持され、コイルが固定された可動部と、締結部材によって前記柱状部の他端に締結されることで、前記弾性支持部材を前記柱状部と挟持する挟持部材と、締結部材によって前記蓋に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する筒状の側板と、を備えることを特徴とする。

上記動電型検出器において、締結部材によって前記側板に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する空間を、前記蓋および前記側板とともに画定する第２の蓋を備えていてもよい。

１つの態様では、本発明に係る動電型検出器の製造方法は、磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部を、蓋の一面に固定し、コイルが固定された可動部が前記柱状部の動きに沿って変位するように、弾性支持部材によって前記柱状部に前記可動部を弾性支持させ、前記可動部の位置を調整し、締結部材によって挟持部材を前記柱状部の上部に締結することで、前記柱状部と前記挟持部材とに前記弾性支持部材を挟持させ、締結部材によって前記蓋に筒状の側板を締結することで、前記側板内に前記柱状部および前記可動部を収容する、ことを特徴とする。

短時間で高精度の調整を可能とする動電型検出器およびその製造方法を提供することができる。

（ａ）は実施例１に係る動電型検出器の模式的断面図であり、（ｂ）は磁場生成部の詳細図である。 ダイヤフラムバネの平面図である。 比較形態に係る動電型検出器の構成を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る動電型検出器の製造方法を表すフロー図である。 他の磁場生成部を例示する図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る動電型検出器１００の模式的断面図である。図１（ｂ）は、後述する磁場生成部３０の詳細図である。図１（ｂ）では、断面を示すハッチを省略している。動電型検出器１００の感度軸は、略鉛直方向に設定されている。本実施形態では、鉛直上方を上側と称し、鉛直下方を下側と称する。

図１（ａ）で例示するように、動電型検出器１００の主要部は、有蓋かつ有底の筒状（本実施形態では例えば円筒状）の筐体に収容されている。筐体は、下蓋１１、上蓋１２および側板１３を備えている。下蓋１１および上蓋１２は、例えば、略円形を有しており、略同形をなしている。また、下蓋１１および上蓋１２のそれぞれにおいて、略中央部に穴が形成されている。側板１３は、円筒形状をなしている。側板１３の軸は、感度軸に沿っている。側板１３は、下蓋１１に対して、ネジなどの締結部材１４によって締結されている。例えば、側板１３の下端の内周面が下蓋１１の端面（側面）に対して締結されている。側板１３は、上蓋１２に対して、ネジなどの締結部材１５によって締結されている。例えば、側板１３の上端の内周面が上蓋１２の端面（側面）に対して締結されている。

筐体内において、感度軸に沿って略円柱状の支柱が備わっている。支柱は、下部部材２１と、柱状部２２と、上部部材２３とを備える。下部部材２１、柱状部２２および上部部材２３は、略円柱形状を有し、側板１３がなす円筒と同心をなしている。下部部材２１の下面は、下蓋１１の上面の中央部に配置され、下蓋１１の穴に挿入されたネジなどの締結部材２４によって、下蓋１１に対して締結されている。柱状部２２は、下面が下部部材２１の上面と対向するように配置されている。柱状部２２は、下部部材２１に嵌合するなどして、下部部材２１に固定されている。上部部材２３は、下面が柱状部２２の上面と対向するように配置されている。また、上部部材２３は、ネジなどの締結部材２５によって、柱状部２２に対して締結されている。

柱状部２２の感度軸方向の中央部には、磁場生成部３０が固定されている。図１（ｂ）で例示するように、磁場生成部３０は、永久磁石３１、第１円筒部３２ａ、第２円筒部３２ｂ、第３円筒部３３および接続部３４によって構成されている。永久磁石３１は、円筒形状を有し、柱状部２２の外周面に固定されかつ柱状部２２と同心をなしている。永久磁石３１は、上側と下側とで異なる磁極を有している。第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂは、柱状部２２の外周面に固定されかつ柱状部２２と同心をなし、永久磁石３１を上下から挟んでいる。第１円筒部３２ａは永久磁石３１の上側に位置し、第２円筒部３２ｂは永久磁石３１の下側に位置している。第３円筒部３３は、永久磁石３１、第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂと、側板１３との間に配置され、柱状部２２と同心をなし、永久磁石３１、第１円筒部３２ａ、第２円筒部３２ｂおよび側板１３と離間している。永久磁石３１、第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂと、第３円筒部３３とは、互いに対向するように配置されている。永久磁石３１と第３円筒部３３とは、リング状の接続部３４によって接続されている。以上の構成により、磁場生成部３０は、図１（ａ）の断面図において、２つのＨを水平方向に並べた構造を有する。

第１円筒部３２ａ、第２円筒部３２ｂおよび第３円筒部３３は、磁性体によって構成されている。接続部３４は、非磁性体によって構成されている。図１（ｂ）において、各矢印が磁束の向きの一例を表している。図１（ｂ）の例では、磁束が、永久磁石３１から第１円筒部３２ａに向かい、第１円筒部３２ａから第３円筒部３３に向かい、第３円筒部３３を下方に向かい、第３円筒部３３から第２円筒部３２ｂに向かい、第２円筒部３２ｂから永久磁石３１に向かっている。このように、磁場生成部３０は、内磁型磁気回路として機能する。また、接続部３４の上下の空隙部が１つの磁気回路として機能する。磁場生成部３０を構成する永久磁石３１、第１円筒部３２ａ、第２円筒部３２ｂ、第３円筒部３３および接続部３４は、互いに導通している。また、磁場生成部３０は、柱状部２２と導通している。

本実施形態に係る磁場生成部３０は、１つの磁石、１つの磁気回路で構成されており、かつ各部の寸法が接続部３４の上下で略同じとなっているため、接続部３４よりも上側において第１円筒部３２ａと第３円筒部３３との間における磁束密度と、接続部３４よりも下側において第２円筒部３２ｂと第３円筒部３３との間における磁束密度とは、略同じになっている。

再度図１（ａ）を参照し、柱状部２２の上面と上部部材２３の下面とによって、弾性支持部材としてのダイヤフラムバネ４０ａが挟持され、固定されている。また、下部部材２１の上面と柱状部２２の下面とによって、弾性支持部材としてダイヤフラムバネ４０ｂが挟持され、固定されている。図２は、ダイヤフラムバネ４０ａ，４０ｂの平面図である。ダイヤフラムバネ４０ａ，４０ｂは、内輪４１と、外輪４２と、内輪４１および外輪４２を接続するバネ部４３とを備えている。内輪４１および外輪４２は、柱状部２２と同心をなしている。ダイヤフラムバネ４０ａの内輪４１は、柱状部２２の上面と上部部材２３の下面とで挟持されている。ダイヤフラムバネ４０ｂの内輪４１は、下部部材２１の上面と柱状部２２の下面とで挟持されている。

可動部（振子）５０は、円筒形状を有し、第３円筒部３３と側板１３との間に配置されている。可動部５０は、第３円筒部３３の上端よりも上側に延在するとともに、第３円筒部３３の下端よりも下側に延在する。ダイヤフラムバネ４０ａの外輪４２は、可動部５０の内周面の上端部に接続されている。ダイヤフラムバネ４０ｂの外輪４２は、可動部５０の内柱面の下端部に接続されている。バネ部４３が弾性を有することから、可動部５０は、柱状部２２によって弾性支持されている。それにより、可動部５０は、柱状部２２の動きに沿って変位する。また、可動部５０は、ダイヤフラムバネ４０ａ，４０ｂと導通している。

可動部５０の上側の内周面には、上側コイルボビン６０ａが設けられている。上側コイルボビン６０ａは、可動部５０の内周面に固定されかつ柱状部２２と同心をなすリング状部と、リング状部の柱状部２２側端の下面に固定されかつ柱状部２２と同心をなす円筒部とを備える。円筒部の外周面には、柱状部２２と同心をなすコイル７０ａが設けられている。すなわち、コイル７０ａは、柱状部２２に対して巻回されている。リング状部は、第３円筒部３３の上端よりも上方かつダイヤフラムバネ４０ａよりも下方に位置している。円筒部の下端は、接続部３４よりも上方において、第１円筒部３２ａと第３円筒部３３とが対向する領域に位置している。また、リング状部および円筒部は、第１円筒部３２ａ、第３円筒部３３および接続部３４から離間している。コイル７０ａは、可動部が鉛直方向に変位する際に、接続部３４よりも上方において第１円筒部３２ａと第３円筒部３３とが生成する磁場内を変位する。

可動部５０の下側の内柱面には、下側コイルボビン６０ｂが設けられている。下側コイルボビン６０ｂは、可動部５０の内周面に固定されかつ柱状部２２と同心をなすリング状部と、リング状部の柱状部２２側端の上面に固定されかつ柱状部２２と同心をなす円筒部とを備える。円筒部の外周面には、柱状部２２と同心をなすコイル７０ｂが設けられている。すなわち、コイル７０ｂは、柱状部２２に対して巻回されている。リング状部は、第３円筒部３３の下端よりも下方かつダイヤフラムバネ４０ｂよりも上方に位置している。円筒部の上端は、接続部３４よりも下方において、第２円筒部３２ｂと第３円筒部３３とが対向する領域に位置している。また、リング状部および円筒部は、第２円筒部３２ｂ、第３円筒部３３および接続部３４から離間している。コイル７０ｂは、可動部が鉛直方向に変位する際に、接続部３４よりも下方において第２円筒部３２ｂと第３円筒部３３とが生成する磁場内を変位する。

コイル７０ａのコイル長と、コイル７０ｂのコイル長とは、略同じに設定されている。上述したように、第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂと第３円筒部３３との間で発生する磁束の向きは、水平方向である。可動部５０の変位方向は略鉛直方向の感度軸方向である。コイル７０ａおよびコイル７０ｂは、可動部５０と一体的に運動する。したがって、コイル７０ａおよびコイル７０ｂは、磁束が貫く方向と、コイル７０ａ，７０ｂの巻回方向すなわち起電力が発生する方向と、に対して略垂直な方向に、略等しい速度で相対的に変位する。

上蓋１２の穴には、出力コネクタ８０が挿入されている。出力コネクタ８０は、第１端子および第２端子の少なくとも２つの端子を備えている。コイル７０ａと、コイル７０ｂとを結ぶ配線を、出力コネクタ８０の上記２つの端子に接続することで、出力コネクタ８０の出力を用いてコイル７０ａ，７０ｂに誘起される誘導起電力を出力することができる。したがって、出力コネクタ８０の端子間電位を測定することにより、コイル７０ａ，７０ｂに誘起される誘導起電力を測定することができる。

動電型検出器１００に対して図示しない被測定体から振動が与えられると、可動部５０がダイヤフラムバネ４０ａ，４０ｂによって支持されながら感度軸方向に沿って弾性的に変位する。なお、被測定体とは、地殻活動の活動状況を観測する際には、大地等がこれに相当する。

可動部５０に固定されたコイル７０ａ，７０ｂが、それぞれ磁場生成部３０が生成する磁束に対して略垂直な方向に変位する。それにより、コイル７０ａ，７０ｂを構成する導線中の電荷には、被測定体の速度に応じたローレンツ力が作用する。したがって、コイル７０ａ，７０ｂには、被測定体の動きに応じた誘導起電力が発生する。コイル７０ａ，７０ｂのそれぞれに誘起される誘導起電力は次の式（１）で表される。
Ｅ＝Ｂ×Ｌ×Ｖ×ｓｉｎθ （１）

上記式（１）において、Ｅはコイル７０ａ，７０ｂに誘起される誘導起電力を表し、Ｂは磁場生成部３０によって発生される磁場の磁束密度を表し、Ｌはコイル７０ａ，７０ｂを構成する導線の長さ即ちコイル長を表し、Ｖはコイル７０ａ，７０ｂと磁場生成部３０との相対速度を表し、θはコイル７０ａ，７０ｂが相対変位する方向と当該コイル７０ａ，７０ｂに磁束が着磁する方向との間の角度を示す。なお、本実施形態においては、磁場生成部３０が被測定体に固定されていて被測定体が振動すると、可動部５０の質量とダイヤフラムバネ４０ａ，４０ｂのばね定数によって決定される固有振動数よりも上の振動数帯域では、相対速度Ｖは磁場生成部３０の速度と略等価である。なお、θは、略９０°であるため、上記式（１）は、Ｅ＝Ｂ×Ｌ×Ｖで表すことができる。

ここで、本実施形態に係る動電型検出器１００の効果について説明するため、比較形態に係る動電型検出器２００について説明する。図３は、動電型検出器２００の構成を例示する模式的断面図である。図３で例示するように、動電型検出器２００では、実施形態とは異なる筐体および支柱が設けられている。

比較形態においては、筐体は、下蓋１１、上蓋１２ａおよび側板１３を備えている。比較形態においては、支柱は、下部部材２１ａおよび柱状部２２ａを備えており、上部部材を備えていない。ダイヤフラムバネ４０ａは、柱状部２２ａの上面と上蓋１２ａの下面とで挟持されている。なお、実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことで説明を省略する。

この構成においては、可動部５０の位置を調整する前に、各部材が下蓋１１および側板１３で構成される有底円筒内に収容される。その後、上蓋１２ａが取り付けられることで、ダイヤフラムバネ４０ａが固定されることになる。したがって、出力コネクタ８０からの出力が基準を満たすか否かを判断することで、可動部５０が中立位置に位置しているか否かを判断することになる。出力コネクタ８０からの出力が基準を満たしていなければ、上蓋１２ａを取り外し、下蓋１１および側板１３で構成される有底円筒内の各部材を取り出したうえで可動部５０の位置を調整することになる。

この場合、調整に時間を要するとともに、調整精度にバラツキが生じるおそれがある。具体的には、上蓋１２ａが無い状態で可動部５０の位置調整をすることができないため、上蓋１２ａと同様な形状で、内部が見えるように穴が開いた治具（この穴から調整する）を代わりに取り付けて調整する。しかしながら上蓋１２ａと治具とは別物であり、各部の寸法が公差の範囲内でバラツキがある為、ダイヤフラムバネ４０ａを固定する力に違いが生じ、調整精度にバラツキが生じるのである。

これに対して、本実施形態に係る動電型検出器１００においては、下部部材２１を下蓋１１に固定したうえで、下部部材２１と柱状部２２とでダイヤフラムバネ４０ｂを挟持し、柱状部２２と上部部材２３とでダイヤフラムバネ４０ａを挟持することができる。この場合、下蓋１１を、可動体５０の位置を安定化させるための冶具として用いることができる。このように、可動体５０の位置を安定化させた状態で、可動部５０の位置を中立位置に調整することができる。したがって、調整精度が向上する。また、調整のたびに可動部５０を筐体内から取り出す必要がない。したがって、調整に要する時間を短縮化することができる。このように、本実施形態に係る動電型検出器１００においては、短時間で高精度の調整が可能となる。

図４は、動電型検出器１００の製造方法を表すフロー図である。図４で例示するように、下部部材２１を下蓋１１に固定する（ステップＳ１）。次に、磁場生成部３０が固定された柱状部２２と下部部材２１とでダイヤフラムバネ４０ｂを挟み、可動部５０、上側コイルボビン６０ａ、下側コイルボビン６０ｂを取り付け、柱状部２２と上部部材２３とでダイヤフラムバネ４０ａを挟んで締結部材２５で締結する（ステップＳ２）。

次に、可動部５０の位置を調整する（ステップＳ３）。次に、側板１３を締結部材１４によって下蓋１１に固定する（ステップＳ４）。その後、上蓋１２を締結部材１５によって側板１３に固定し、出力コネクタ８０を上蓋１２に取り付ける（ステップＳ５）。

本実施形態に係る製造方法によれば、下部部材２１を下蓋１１に固定したうえで、下部部材２１と柱状部２２とでダイヤフラムバネ４０ｂを挟持し、柱状部２２と上部部材２３とでダイヤフラムバネ４０ａを挟持することができる。それにより、可動体５０の位置を安定化させた状態で、可動部５０の位置を中立位置に調整することができる。したがって、調整精度が向上する。また、調整のたびに可動部５０を筐体内から取り出す必要がない。したがって、調整にようする時間を短縮化することができる。このように、本実施形態に係る製造方法によれば、短時間で高精度の調整が可能となる。

永久磁石３１の配置箇所や数は、特に限定されるものではない。例えば、図５は、磁場生成部３０の他の例である。図５の例では、第３円筒部３３は、円筒形状を有し、柱状部２２の外周面に固定されかつ柱状部２２と同心をなしている。永久磁石３１、第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂは、第３円筒部３３と側板１３との間に配置され、略同一半径を有し、柱状部２２と同心をなし、第３円筒部３３および側板１３と離間している。永久磁石３１は、上側と下側とで異なる磁極を有している。第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂは、永久磁石３１を上下から挟んでいる。第１円筒部３２ａは永久磁石３１の上側に位置し、第２円筒部３２ｂは永久磁石３１の下側に位置している。永久磁石３１、第１円筒部３２ａおよび第２円筒部３２ｂと、第３円筒部３３とは、互いに対向するように配置されている。永久磁石３１と第３円筒部３３とは、リング状の接続部３４によって接続されている。

図５において、各矢印が磁束の向きの一例を表している。図５の例では、磁束が、永久磁石３１から第２円筒部３２ｂに向かい、第２円筒部３２ｂから第３円筒部３３に向かい、第３円筒部３３を上方に向かい、第３円筒部３３から第１円筒部３２ａに向かい、第１円筒部３２ａから永久磁石３１に向かっている。このように、図５の磁場生成部３０は、外磁型磁気回路として機能する。また、接続部３４の上下の空隙部が１つの磁気回路として機能する。磁場生成部３０を構成する永久磁石３１、第１円筒部３２ａ、第２円筒部３２ｂ、第３円筒部３３および接続部３４は、互いに導通している。また、磁場生成部３０は、柱状部２２と導通している。

なお、上記実施形態において、柱状部２２が、蓋の一面に一端が固定され、磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部の一例として機能する。可動部５０が、前記柱状部の動きに沿って変位するように弾性支持部材によって前記柱状部に弾性支持され、コイルが固定された可動部の一例として機能する。上部部材２３が、締結部材によって前記柱状部の他端に締結されることで、前記弾性支持部材を前記柱状部と挟持する挟持部材の一例として機能する。側板１３が、締結部材によって前記蓋に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する筒状の側板の一例として機能する。上蓋１２が、締結部材によって前記側板に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する空間を、前記蓋および前記側板とともに画定する第２の蓋として機能する。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１１ 下蓋
１２ 上蓋
１３ 側板
１４，１５ 締結部材
２１ 下部部材
２２ 柱状部
２３ 上部部材
２４，２５ 締結部材
３０ 磁場生成部
３１ 永久磁石
３２ａ 第１円筒部
３２ｂ 第２円筒部
３３ 第３円筒部
４０ａ，４０ｂ ダイヤフラムバネ
５０ 可動部
６０ａ 上側コイルボビン
６０ｂ 下側コイルボビン
７０ａ，７０ｂ コイル
８０ 出力コネクタ
１００ 動電型検出器

Claims (3)

1. 蓋の一面に一端が固定され、磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部と、
   前記柱状部の動きに沿って変位するように弾性支持部材によって前記柱状部に弾性支持され、コイルが固定された可動部と、
   締結部材によって前記柱状部の他端に締結されることで、前記弾性支持部材を前記柱状部と挟持する挟持部材と、
   締結部材によって前記蓋に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する筒状の側板と、を備えることを特徴とする動電型検出器。
2. 締結部材によって前記側板に締結されることで、前記柱状部および前記可動部を収容する空間を、前記蓋および前記側板とともに画定する第２の蓋を備えることを特徴とする請求項１記載の動電型検出器。
3. 磁場を生成する磁場生成部が固定された柱状部を、蓋の一面に固定し、
   コイルが固定された可動部が前記柱状部の動きに沿って変位するように、弾性支持部材によって前記柱状部に前記可動部を弾性支持させ、
   前記可動部の位置を調整し、
   締結部材によって挟持部材を前記柱状部の上部に締結することで、前記柱状部と前記挟持部材とに前記弾性支持部材を挟持させ、
   締結部材によって前記蓋に筒状の側板を締結することで、前記側板内に前記柱状部および前記可動部を収容する、ことを特徴とする動電型検出器の製造方法。