JPS605902B2 - 角加速度の変化率を感知する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は所定の軸すなわち感応軸を中心とする角速度
の変化率を敏感に感知して大きな出力信号を発生し、そ
の他の軸方向の角加速度の変化率および該軸を中心とす
る角速度の変化率に対して極めて小さな出力信号しか発
生しない「角加速度の変化率を感知する装置に関する。

上記角加速度の変化率とは、角加速度の時間に対する変
化率、換言すれば、角加速度の時間に関する１次導関数
を意味する。特定の軸のまわりの角加速度に敏感に感応
する角加速度計は従釆から種々知られていた。

これらの角加速度計は、その感応軸を適切な方向に向け
て配設された場合、その回転軸に関する角加速度を検出
することができる装置である。しかしこの種の装置は直
線運動に関する感知器を組合せて形成されたもでありこ
れらの感知器の検出結果から回転運動の角加速度を検出
することができたし、また上記角加速度検出値から必要
に応じて加速度の変化率を測定することができた。しか
し簡単な構造を有して直接に加速度の変化率を感知する
有効な装置は見出されていなかった。この発明の目的は
、所定の感応鞠を中心とする角加速度の変化率を感知す
る装置を提供することにある。

またこの発明の他の目的は、直線運動の加速度および上
記感応麹以外の軸を中心とする角加速度に実用上応動し
ない感知装置を提供することにある。またこの発明のそ
の他の目的は、経済的でしかも高い信頼性を有する上記
感知装置を提供することにある。上記目的を達成するた
めに、この発明の角加速度の変化率を測定する装置には
「感応軸を中心とする回転をなすように弾性的に支持さ
れたロータが設けられている。

該ロータは上記感応軸を中心とすぬ角加速度の変化率す
なわち該角加速度の１次導関数の値を感知する。上記ロ
ータはこの装置に設けられたコイルおよび磁石からなる
システムの一方の構成要素をなし、該ｏ−夕には磁石コ
イルと協働するコイルが巻回されている。他方の横成要
素は上記ロータを支持する部材に固定されている。この
装置に加えられる角加速度に変化が生ずると、上記コイ
ルは磁石に対して移動して電圧による出力信号を発生す
る。上記構造を有するこの発明の装置は、上述の出力信
号として、感応軸を中心とする角加速度の変化率を送出
することができる。

次にこの発明の実施例を説明する。

第１図〜第５図に示すこの発明の装置１川ま非磁性材料
からなる基板１２を有する。該基板は装置１０を被検体
に取付けるために用いられ、また後に述べるように種々
の部村が取付けられる。また基板１川ま非磁性であるの
で、ほぼ平行に設けられた永久磁石（以後簡単に磁石と
託す）１４，１６および１８によって発生される磁束の
通路に影響を与えることはない。上記３個の磁石は基板
１２上に、これらの磁束が同方向に向かい、加算される
ように配置される。磁石１４，１６および１８によって
発生された磁束の戻り磁路すなわち戻りフレーム２２は
透磁率の高い材料で形成された長方形の枠で、基板１２
の外周部附近に取付けられる。上記戻りフレーム２２を
介さずに直接１４，１６，１８の間の空隙を通る磁束は
ほぼ平行に該空隙を通過する。２４および２６は基板１
２上に取付けられるか又は基板１２と一体に非磁性材料
によって製造された把持部材で「戻りフレ−ム２２の内
側に配置される。

該把持部材２４，２６にはそれぞれ把持溝２８および３
０が設けられている。上記把持溝２８，３０は第２図に
示された装置１０を左右に２等分する方向に設けられて
いる。この方向をこの装置の感応方向と呼び、磁石１６
の第２図の紙面に垂直な長さの中央の点を通り「図の左
右に延びる軸を感応軸と称し、第２図に示す磁石１６の
平面図の中心を通って紙面に直角に走る軸を第１軸２０
、上記両軸の交点を通ってそれぞれに直角に走る軸を第
２鞠３４と記す。第３図および第５図に示された弾性部
材３６，３８は、それぞれ弾性的に変形しやすい頚部４
０および４２を有し、Ｈ形に形成されている。

弾性部材３６，３８の一端はそれぞれ上記把持溝２８，
３０に蕨め込まれて固く把持され、上記頚部４０，４２
が感応軸３２上に位置するように組立てられる。ロータ
４４は非磁性材料によりボビン形状に形成され、磁石１
４，１６，１８の中の中央の磁石１６を取り巻き、両磁
石１４および１８の間に挿入される。

ロータ４４には、第２図の左右の端部に、それぞれ把持
溝４６および４８が設けられ、この把持溝４６，４８に
はそれぞれ弾性部材３６の右端部および弾性部材３８の
左端部が挿入され固く把持される。これで「 ロータ４
４は感応軸３２を中心として回動可能な状態となる。ロ
ータ４４は非磁性であるため、磁石１４，１６および１
８に基づく磁束の配置に影響を与えることはないが、ロ
ータの振動的な回動を減衰させる巻回数１のコイルとし
て働くことができる。ボビン状のロータ４４には感知コ
イル５０が巻回されている。

第５図に示した５２および５４は感知コイル５０の磁石
１４と１６，１６と１８の間に存在するコイル側部であ
り、ロータ４４はこの側部５２，５４が感応軸３２とほ
ぼ平行に向うように支持されている。上記コイル側部５
２および５４は、第２軸２川こほぼ平行に走る磁束とほ
ぼ直角に向いている。感知コイル５０は数百から数千回
の巻回数を有し、インピーダンスが高いので、高入力イ
ンピーダンスを有する電気又は電子装置にそのまま結合
することができる。感知コイル５０の端末をなす１対の
りード線５６および５８は、接続用柱体６０および６２
にそれぞれ接続される。

該柱体６０，６２はそれぞれ把持部材２４，２６にそれ
ぞれ電気的に絶縁された状態で立設され、それぞれには
外部配線６４および６６が接続される。装置１川ま感応
軸３２を中心とする角加速度の変化に応じて出力信号を
送出するが、感応軸３２、第１軸２０および第２軸３４
のいずれの方向の加速度及びその変化に対しても、また
上記第１および第２軸２０および３０を中心とする角加
速度およびその変化に対しても出力信号を出すことはな
い。

感応軸３２方向の加速度の変化により、感知コイル５０
が磁場の中で動くが、その動きは弾性部材３６，３８の
スチフネスために極めて僅かな動きにとどまり、感知コ
イル５０の出力信号にほとんど影響を与えない。上記第
１および第２軸２０および３４のいずれの方向の加速度
によっても、弾性部村３６および３８の轡曲に幾分かの
変化を生ずる。しかし第１軸２０方向の加速度の変化に
よって感知コイル５０が磁束を切る方向に動かされるこ
とはなく、また第２軸３４方向の加速度の変化によれば
、感知コイル５０の両端部５２，５４がほぼ同じ方向と
同じ強さの磁場の磁束を切るため、両側部５２および５
４に誘起される起電力は同じ値で反対方向であり、両者
は打消されるので感知コイル５０から何等の出力信号も
送出されない。同様に、第２軸３４を中心とする角加速
度又は該角加速度の変化によって、磁束を切る運動が感
知コイル５０１こ生ずることない。

また第１軸２０を中心とする角加速度の変化を受けると
、感知コイル５０の両側部５２，５４が同数の磁束を反
対方向に切るので、感知コイル５０１こ誘起される起電
力は相殺され、該コイル５０から出力信号が送出される
ことはない。しかし感応軸３２を中心とする角加速度の
変化によって、一方のコイル側部が磁束の中を上昇する
と他方のコイル側部が磁束の中を下降することになるの
で、両コイル側部５２および５４にそれぞれ謙起される
起電力は加算されその合計起電力がこの装置の出力信号
として送出される。このようにして装置１川よ、感応軸
３２を中心とする角加速度の変化だけを感知するが、直
線的運動によって生ずる加速度および上記感応軸３２以
外の２軸を中心とする角加速度およびそれらの変化は感
知しない。従って装置１０は所定方向を中心とする角加
速度の変化を感知を正確に感知することができるが、他
の加速度およびその変化を感知することはない。そのた
めに、装置１川ま角加速度の変化を感知する多くの使用
に適していることがわかる。第２の実施例は第６，７お
よび８図に示されている。

７０はこの発明の角加速度の変化率感知装置の第２の実
施例である。

装置７０は非磁性材料からなる基板７２を有し、該基板
上には四角形の枠形の磁束戻りフレーム７４が装着され
ている。戻りフレーム７４はその中の磁場の変化によっ
て生ずる電流を減少させるように積重されている。永久
磁石７６（以下単に磁石と託す）は基板７２上に戻りフ
レーム７４の内側に、第６図で見てその上端は磁石の一
方の磁極をなし、下端は他方の磁極をなすように装着さ
れる。ロータ７８は軽い非磁性材料、たとえばアルミニ
ウム等で形成され、周囲には感知コイルを装着する巻線
溝８０が設けられている。

磁石７６はロータ７８に周囲を取巻かれている。このロ
ータ７８‘ま該ロータの運動を減衰させる１回巻きのコ
イルとして働く。感知コイル８２はロータ７８の巻線溝
８０納められ、第１図および第２図に示した感知コイル
５０と同様に外部回路に接続される。１対の弾性部材８
４および８６は、戻りフレーム７４および基板７２に対
して、相対的に回動可能に支持される。

弾性部材８４と８６は平らでＨ形状をなし「それぞれ頚
部８８および９０を備えている。これらの頚部８８，９
０は初めの実施例のように感応軸を定める。感応軸は第
６図の左から右にかつ第７図および第８図では紙面に直
角に上記頚部８８，９０を通過する。弾性部材８４，８
６の外側端部は、戻りフレーム７４にそれぞれ設けられ
た把持溝に固く把持され「該弾性部村に支持される。こ
のとき上記弾性部材８４，８６の内側端部は、ロータ７
８の巻線溝８０の中に挿入されくさびとして作用する１
対のスベーサ９２と９４を用いて該巻線溝８０‘こ固く
把持される。上述の構造を有するので、装置７０が前述
の実施例の装置１０と同様に作動することがわかる。し
かし「装置７川ま唯１個の磁石７６を有するにすぎない
という簡単な構造によって形成されている。弾性部材は
８８と９０、該弾性部材によって定められる感応軸を中
心にしてロータ７８が回転できるように働く。上記頚部
８８，９０は、たとえば感応軸を中心とする角加速度の
変化の結果生ずるような、感応軸を中心とするロータ７
８の回転角度の変化を弾性的に発生させる。感知コイル
８２の両側部は、感応軸と平行に延び、磁石７６から戻
りフレーム７４に向かう磁束に対して９０度の角度をな
すように配置される。

なお上記戻りフレーム７４は磁路を閉じるように働く部
村である。このようにして装置７川ま感応軸を中心とす
る角加速度の変化にのみに応動し、その他の２軸方向を
中心とする角加速度及びその変化および互に直角な３軸
のいずれの方向の加速度にも応動することはない。感応
軸を中心とする角加速度の変化によって生ずる感応軸の
まわりのロータの回転により、感知コイル８２は磁束を
切ることとなり、よって感知コイル８２は電圧による出
力信号を発生する。この電圧は既述のように装置外に取
出される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の角加速度の変化率を感知する装置の
第１の実施例の斜視図、第２図は第１図の装置の平面図
、第３図は第２図の装置の３−３線断面図、第４図は第
２図の装置の４一４線断面図、第５図は第１図の装置の
分解図、第６図は第２の実施例の上部カバーを取外した
所を示す平面図、第７図は第６図の７−７線断面図、第
８図は第６図の装置の８一８線断面図である。 １０……感知装置、１２・・・…基板、１４，１６，１
８・…・・永久磁石、磁石、２２・・・・・・戻りフレ
−ム、２４，２６……把持部材、３２…・・・感応藤、
３６，３８・・・・・・弾性部材、４０，４２・・・・
・・頚部、４４・・・…ロータ、５０・・・…感知コイ
ル、５２，５４・…・・コイル側部、５６，５８・・…
・リード線、端末、７２・・・・・・基板、７４・・・
・・・戻りフレーム、７６…・・・磁石、８２・・・・
・・感知コイル、８４，８６…・・・弾性部材、８８，
９０・…・・頚部。 Ｆｉｇ．１．Ｆｉｑ．２． Ｆｉｇ．３． Ｆｉｇ ４ Ｆｉｇ５ Ｆｉｇ．６． Ｆｉｇ７ Ｆｉｇ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体に取付けられ、所定の感応軸を中心とする角
   加速度の変化率を感知する装置で、 上記感応軸に対し
   て角度を有する磁場を発生する磁石手段と； 少くとも
   一部分を上記磁場の中に置かれ、互に反対向に走る巻線
   部分を有し、上記磁石手段に対して上記感応軸を中心と
   して回動したとき、電圧を発生するコイル手段と； 上
   記両手段のうちの一方の手段を上記感応軸を中心として
   弾性的に回動可能に、また他方の手段を上記被検体に対
   して固定する手段を具備し； 上記被検体が上記感応軸
   を中心として角加速度を変化したとき、上記一方の手段
   の慣性に基づいて該一方の手段が上記他の手段に対して
   弾性的に回動し、上記コイル側部が磁場を切って、上記
   コイル手段に、上記角加速度の変化に対応する電気信号
   を発生する、角加速度の変化率を感知する装置。 ２ 上記一方の手段を弾性的に回動可能に取付ける手段
   が、上記感応軸上に位置し弾性的なねじり変化をなす頚
   部を有する弾性部材を具備する、特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ３ 上記コイル手段が該手段の運動を減衰させるための
   １回巻きコイルを含む、特許請求の範囲第２項に記載の
   装置。 ４ 上記磁石手段およびコイル手段が本装置を被検体に
   取付ける基板に装着され、上記コイル手段が該基板上に
   、上記感応軸を中心として弾性的に回動可能に形成され
   ている、特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ５ 上記コイル手段が、両端に於て、弾性的なねじり変
   形をなす弾性部材により、上記基板および磁石手段に対
   して、弾性的に回動可能に支持され、該弾性部材が一端
   は上記コイル手段に取付けられ、他端は上記基板に対し
   て固定されている、特許請求の範囲第４項に記載の装置
   。 ６ 上記弾性部材が、上記基板上に設られた第１および
   第２の把持部材にそれぞれ把持されている、特許請求の
   範囲第５項に記載の装置。 ７ 上記基板および上記把持部材が非磁性材料で形成さ
   れ、上記磁石によって発生された磁束が、該磁束を導く
   戻りフレームを通って上記磁石に戻るように形成された
   、特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８ 所定の感応軸を中心とする角加速度の変化率を感知
   する装置で、 角加速度を受ける被検体に取付けられる
   基板と； ロータと； 上記角加速度の変化を感知するように、上記感応軸を
   中心として上記ロータを上記基板に対して弾性的に回動
   可能に、該基板に取付ける手段と； 上記感応軸に対し
   て角度をなす方向に磁場を形成するように、上記基板上
   に装着された磁石を具備し； 上記ロータが上記感応軸
   とほぼ平行に延びる第１および第２のコイル側部と、誘
   起された電圧を測定できる端末部を備えた感知コイルを
   有し； 上記感知コイルの両コイル側部の少くとも一部
   が上記磁場の中に置かれ、上記磁石から発生される磁束
   を通す磁気回路を完結させる戻りフレームが設けられ；
   上記感応軸を中心として上記基板が角加速度の変化を
   受けたとき、上記感知コイルが上記感応軸上に慣性によ
   って弾性的に拘束されて、上記磁束に対して動き上記感
   知コイルの端末部に、角加速度の変化に対応する出力を
   発生し、従って上記感応軸に関する角加速度を感知する
   ことができる、上記角加速度の変化率を感知する装置。 ９ 上記ロータが、制動用の電流回路をなす非磁性金属
   材料によって形成されている、特許請求の範囲第８項に
   記載の装置。１０ 上記ロータが上記両コイル側部間に
   空所を有し、上記コイル側部のそれぞれに関し、また上
   記空所の中に上記基板に取付けられた永久磁石が設けら
   れ、上記永久磁石のそれぞれが同じ方向に磁束を生ずる
   ように磁化され、上記両コイル側部に近接して設けられ
   た永久磁石が上記戻りフレームによって取まかれるよう
   に形成された、特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１ 上記ロータが上記両コイル側部間に空所を有し、
   各コイル側部に関してそれぞれ永久磁石が上記基板に取
   付けられ、また上記ロータの上記空所に永久磁石が配設
   され、上記永久磁石のそれぞれが同じ方向に磁束を発生
   するように磁化され、上記コイル側部に近接する上記永
   久磁石が上記戻りフレームによって取まかれるように形
   成さえた、特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １２ 上記ロータを上記感応軸を中心とする回転に対し
   て弾性的に支持する上記手段が、上記感応軸上に設けら
   れた矩形状の頚部を有する、特許請求の範囲第１１項に
   記載の装置。 １３ 上記磁場を形成する磁石が、ただ１個の磁石を含
   み、該磁石が上記両コイル側部の間に、また上記戻りフ
   レームが、上記両コイル側部の外側に配置され、該磁石
   が発生する磁束が上記両コイル側部を通過するように形
   成された、特許請求の範囲第１２項に記載の装置。