(57)【要約】【課題】より高感度で且つ小型のサーボ型加速度計を提供する。【解決手段】本体ケース１内に支持バネ３ａにより上下動可能に支持された振子３の中立位置からの変位を、本体ケースに設けられた固定電極４ｂと振子に設けられた可動電極４ａとの間の静電容量変化量により検出する変位検出部４と、変位検出部により検出された静電容量変化量に基づいて、振子を移動させる駆動コイル２ｂに電流を流して振子を中立位置に復帰させる駆動制御部（例えば、駆動部４、サーボアンプ５）と、を備え、駆動コイルに流した電流値により前記振子に加えられた加速度を計測するサーボ型加速度計１０において、支持バネを非線形バネとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ケース内に支持バネにより上下動可能に支持された振子と、前記振子の中立位置からの変位を、前記本体ケースに設けられた固定電極と前記振子に設けられた可動電極との間の静電容量変化量により検出する変位検出部と、前記変位検出部により検出された静電容量変化量に基づいて、前記振子を移動させる駆動コイルに電流を流して前記振子を前記中立位置に復帰させる駆動制御部と、を備え、前記駆動コイルに流した電流値により前記振子に加えられた加速度を計測するサーボ型加速度計において、
前記支持バネを非線形バネとしたことを特徴とするサーボ型加速度計。
【請求項２】
請求項１記載のサーボ型加速度計において、
前記固定電極を上下方向に移動させる移動機構部を備えたことを特徴とするサーボ型加速度計。
【請求項３】
請求項２記載のサーボ型加速度計において、
前記振子が中立位置で静止した際の前記駆動コイルに流れる電流値に基づいて、前記移動機構部に対して前記固定電極を移動させる制御を行う移動制御部を備えたことを特徴とするサーボ型加速度計。
【請求項４】
請求項３記載のサーボ型加速度計において、
前記移動制御部の制御によって前記固定電極が移動した際の移動開始時及び移動終了時に各々信号を出力させる信号出力部を備えたことを特徴とするサーボ型加速度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ型加速度計に関し、特に、上下方向の加速度をより高感度に測定するサーボ型加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図３に示すように、サーボ型加速度計１００は、本体ケース１０１内に設けられた駆動部１０２と、振子１０３と、変位検出部１０４及びサーボアンプ１０５などにより構成されている。
【０００３】
駆動部１０２は、本体ケース１０１に固着された永久磁石１０２ａと、振子１０３に巻回されて、永久磁石１０２ａに対向して配置された駆動コイル１０２ｂと、からなり、駆動コイル１０２ｂに電流を流すことにより駆動コイル１０２ｂに電磁気力を発生させ、これによりこの駆動コイル１０２ｂに取り付けられた振子１０３が移動するようになっている。
【０００４】
また、振子１０３と永久磁石１０２ａの間に、支持ばね１０６とダンパー１０７とが並列に設けられている。
変位検出部１０４は、振子１０３に取り付けられた可動極板１０４ａと本体ケース１０１側の固定極板１０４ｂとの間で形成されたコンデンサＣの静電容量の変化を測定することにより、振子１０３の変位を検出し、サーボアンプ１０５に出力する構成となっている。
サーボアンプ１０５は、変位検出部１０４の出力を入力して、振子１０３を中立位置に復帰させるための電磁気力を付与するため、駆動部１０２の駆動コイル１０２ｂの電流量制御を行う。
【０００５】
上記のように構成されたサーボ型加速度計１００では、振子１０３に加速度が加わって中立位置からずれると、変位検出部１０４はこのずれ量を静電容量変化量により検出し、この静電容量変化量に基づいてサーボアンプ１０５が駆動部１０２の駆動コイル１０２ｂに電流を流して、振子１０３を中立位置に戻す制御を行う。
そして、駆動コイル１０２ｂに流れた電流を測定することで、振子１０３に加えられた加速度を検出することが出来る（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５３４７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サーボ型加速度計においては、より高感度で且つ小型のものが求められる。高感度にするためには低ばね定数の支持ばねを必要とする。
しかしながら、低ばね定数の支持ばねでは、振子の自重による静たわみ量が大きくなって、小型化が図れないという問題点があった。
また、低ばね定数の支持ばねでは、クリープ変形が測定感度に影響を与えてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明の課題は、より高感度で且つ小型のサーボ型加速度計を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、例えば、図１に示すように、本体ケース１内に支持バネ３ａにより上下動可能に支持された振子３と、前記振子の中立位置からの変位を、前記本体ケースに設けられた固定電極４ｂと前記振子に設けられた可動電極４ａとの間の静電容量変化量により検出する変位検出部４と、前記変位検出部により検出された静電容量変化量に基づいて、前記振子を移動させる駆動コイル２ｂに電流を流して前記振子を前記中立位置に復帰させる駆動制御部（例えば、駆動部４、サーボアンプ５）と、を備え、前記駆動コイルに流した電流値により前記振子に加えられた加速度を計測するサーボ型加速度計１０において、
前記支持バネを非線形バネとしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、サーボ型加速度計における振子を支持する支持バネを非線形バネとしたことにより、高感度にするため、低バネ定数としても静たわみ量を少なくすることができることとなって、高感度且つ小型のサーボ型加速度計を提供することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーボ型加速度計において、
前記固定電極を上下方向に移動させる移動機構部６を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動機構部により固定電極を上下方向に移動させることができるので、振子の中立位置を、支持バネがクリープ変形を起こして変わった静たわみ位置に応じた位置に変更することができることとなって、非線形バネを使用して、より高感度且つ小型化が可能なサーボ型加速度計を提供することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のサーボ型加速度計において、
前記振子が中立位置で静止した際の前記駆動コイルに流れる電流値に基づいて、前記移動機構部に対して前記固定電極を移動させる制御を行う移動制御部７を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動制御部により、振子が中立位置で静止した際の駆動コイルに流れる電流値に基づいて、移動機構部に対して固定電極を所定量移動させる制御が行われるので、支持バネがクリープ変形しても、それに対応して固定電極の位置を移動させ、中立位置を適正な位置に自動的に変更することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のサーボ型加速度計において、
前記移動制御部の制御によって前記固定電極が移動した際の移動開始時及び移動終了時に各々信号を出力させる信号出力部８を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、信号出力部によって、固定電極の移動開始時及び移動終了時に各々信号が出力されるので、固定電極の移動期間中の加速度データを特定することができることとなって、この移動期間中の加速度データを補正することでより正確な加速度測定を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して、本発明を適用したサーボ型加速度計の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１はサーボ型加速度計の要部構成を模式的に示した図である。
図１に示すサーボ型加速度計１０は、本体ケース１と、駆動部２と、振子３と、変位検出部４と、サーボアンプ５と、移動機構部６と、移動制御部７と、信号出力部８などにより構成されている。
【００１９】
駆動部２は、本体ケース１に固着されたマグネット（永久磁石）２ａと、マグネット２ａの凹部に挿入される振子３の足部３１に巻回された駆動コイル２ｂとから構成されており、駆動コイル２ｂに電流を流すことにより、振子３を移動させる電磁気力を発生する。
【００２０】
振子３は、一端が本体ケース１に固定された支持バネ３ａにより上下動可能に支持されている。
支持バネ３ａは、例えば、非線形のダイヤフラムバネにより構成されている。
ここで、例えば、図２に示すように、非線形のダイヤフラムバネ▲１▼は、振子３の荷重（Ｗ）による静たわみ領域において同等のばね定数をもつ線形バネ▲２▼の静たわみ量（Ｘ2）に比べて、静たわみ量（Ｘ1）を小さくすることができる。
【００２１】
変位検出部４は、コンデンサとして機能する振子３の上端に取り付けられた可動極板４ａと、この可動極板４ａの上下面に対向配置され、ケース本体１側に設けられた固定極板４ｂとを有し、この両極板４ａ、４ｂ間の電気容量の変化量を測定することによって、振子３の変位を検出し、サーボアンプ５に出力する。
【００２２】
サーボアンプ５は、変位検出部４からの出力を入力して、駆動部２と変位検出部４とを整合すべく駆動コイル２ｂに出力する電流量の制御を行う。
上述の構成において、振子３に加速度が加わって、振子３が計測点の零位置である中立位置からずれると、変位検出部４がこのずれ量を検出し、その信号を受けてサーボアンプ５は駆動部２の駆動コイル２ｂに電流を流すように作動する。
【００２３】
この電流は、振子３のずれと逆方向の力（電磁気力）を発生し、振子３を中立位置に戻すように作用する。この電磁気力は振子３にずれを起こした加速度とバランスしているため、この電流を測定することにより、振子３に加えられた加速度を検出することができる。
【００２４】
移動機構部６は、固定電極４ｂを上下方向に移動させるものであって、例えば、一端が固定電極４ｂの上面に軸を中心に回動自在に固定されたネジ軸６１と、本体ケース２に設けられ、このネジ軸６１と螺合するネジ穴６２と、ネジ軸６１を回転駆動させるモータ６３などにより構成されている。そして、モータ６３が駆動することによりネジ軸６１が回転して、固定電極４ｂを上下に移動させることができるようになっている。
【００２５】
移動制御部７は、振子３が中立位置時に検出される駆動コイル２ｂに流れる電流値の入力により、この入力された電流値が所定値よりも大きくなった場合に、移動機構部６のモータ６３を駆動させて固定電極４ｂを所定量（例えば、駆動コイル２ｂからの電流値が零となる位置）だけ移動させる。
即ち、支持バネ３ａがクリープ変形すると、支持バネ３ａの静たわみ位置が下方に下がるが、サーボアンプ５と駆動部２により、支持バネ３ａを元の中立位置に戻そうとするため、電流が駆動コイル２ｂに流れる。この電流値が所定値を超えた場合に、移動制御部７は、移動機構部６のモータ６３を駆動させることにより固定電極４ｂを移動させて、中立位置を変更する。
これにより、支持バネ３ａがクリープ変形しても、それに対応して固定電極４ｂの位置を移動させることができることとなって、非線形バネを使用して、より高感度且つ小型化が可能なサーボ型加速度計１０を提供することができる。
【００２６】
信号出力部８は、移動制御部７の制御によって固定電極４ｂが移動した際の移動開始時及び移動終了時に各々信号を、図示しない記録部へ出力させる。
記録部（図示省略）は、信号出力部８から出力された信号を加速度データと対応付けて記憶する。
【００２７】
次に、上記構成のサーボ型加速度計における可動極板４ａの中立位置補正動作について説明する。
まず、移動制御部７は、振子３が静たわみ位置に位置する時に駆動コイル２ｂに流れる電流値が所定値を超えたか否か判断し、超えたと判断した場合には、移動機構部６のモータ６３に駆動信号を出力すると同時に、信号出力部８に移動開始信号を出力させる。すると、モータ６３は、回転駆動してネジ軸６１が回転し、固定電極４ｂが下方に移動する。そして、固定電極４ｂの移動に伴い可動極板４ａの中立位置も下方に移動し、駆動コイル２ｂに流れる電流値が減少する。そして、電流値が所定値となった場合には、移動制御部７は、移動機構部６のモータ６３に駆動停止信号を出力すると同時に、信号出力部８に移動終了信号を出力させる。
【００２８】
以上説明した本発明に係るサーボ型加速度計１０によれば、支持バネ３ａに非線形ばねを使用したため、高感度かつ小型にすることができ、更に、固定電極４ｂを移動させる機構を設けたため、支持バネ３ａのクリープ変形に対応して中立位置を変更でき、更に高精度に加速度を測定することができる。加えて、信号出力部８により、移動制御部７の制御によって固定電極４ｂが移動した際の移動開始時及び移動終了時に各々信号が、図示しない記録部へ出力されるので、固定電極４ｂの移動期間中の加速度データを特定することができることとなって、この移動期間中の加速度データを後に補正することでより正確な加速度測定を行うことが可能となる。
【００２９】
なお、上記説明したサーボ型加速度計は、上記構成のものに限るものではなく、同様の作用効果を奏する範囲内で適宜変更してよい。
移動機構部は、ネジ軸を駆動して固定極板を移動するものに限らず、例えば、リフト機構により移動させてもよく、固定極板を精度良く移動できる機構であればどのようなものであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、サーボ型加速度計における振子を支持する支持バネを非線形バネとしたことにより、高感度にするため、低バネ定数としても静たわみ量を少なくすることができることとなって、高感度且つ小型のサーボ型加速度計を提供することができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動機構部により固定電極を上下方向に移動させることができるので、振子の中立位置を、支持バネがクリープ変形を起こして変わった静たわみ位置に応じた位置に変更することができることとなって、非線形バネを使用して、より高感度且つ小型化が可能なサーボ型加速度計を提供することができる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動制御部により、振子が中立位置で静止した際の駆動コイルに流れる電流値に基づいて、移動機構部に対して固定電極を所定量移動させる制御が行われるので、支持バネがクリープ変形しても、それに対応して固定電極の位置を移動させ、中立位置を適正な位置に自動的に変更することができる。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、信号出力部によって、固定電極の移動開始時及び移動終了時に各々信号が出力されるので、固定電極の移動期間中の加速度データを特定することができることとなって、この移動期間中の加速度データを補正することでより正確な加速度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーボ型加速度計の断面図及び主要構成のブロック図を模式的に示した図である。
【図２】線形バネと非線形バネのバネ特性を説明するための図である。
【図３】従来のサーボ型加速度計の断面図及び配線図を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１      本体ケース
２      駆動部
２ｂ    駆動コイル
３      振子
３ａ    支持バネ
４      変位検出部
４ａ    可動極板
４ｂ    固定極板
５      サーボアンプ
６      移動機構部
７      移動制御部
８      信号出力部
１０      サーボ型加速度計
６１      ネジ軸
６２      ネジ穴
６３      モータ
【図１】
2004205282.tif 000003
【図２】
2004205282.tif 000004
【図３】
2004205282.tif 000005