JP2007187601A - 高性能加速度計のための懸架機構 - Google Patents

Abstract

【課題】熱に起因する応力で安定性を低減させることがあり、温度に伴う加速度計出力のばらつき増大につながることがあるのを防止する。
【解決手段】懸架ダイアフラム（１６）が、精密な変換器（１４）を容器（１２）内で支持するように構成される。懸架ダイアフラム（１６）は、下にある可撓性のプリフォーム（１５２）と、容器（１２）の開口の周縁部に沿って配置される環状の混成支持体（１６Ｂ）とによって強化される。変換器（１４）は、可撓性のプリフォーム（１５２）および固定チャネル（１２０）内の剛性のエポキシを用いて懸架ダイアフラム（１６）に固定される。環状の混成支持体（１６Ｂ）は、容器（１２）の外部に固定される。
【選択図】図１

Description

精密な変換器を外部応力から隔離することがしばしば必要となる。このような応力は、変換器が取り付けられるケースまたはその他の構造の機械的歪み、あるいは変換器とケースの間の熱膨張または熱収縮の差によって生じることがある。外部応力からの隔離は、原則的には、可撓性の取付システムを使用することによって実現することができる。しかし、可撓性の取付システムは一般に、変換器をケースに対して正確かつ安定的に位置合せできない。多くの変換器では、こうした位置合せは適正動作を実現するために極めて重要である。可撓性の取付システムはまた、ケースが振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）に曝されたときに、変換器の望ましくない機械的な振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を生じることがある。

特に外部応力に弱いの精密な変換器の一つのタイプは、加速度計である。これは一つには、極度の精度レベルが求められるためである。加速度計は、そのケースに対して位置が変化、または振動することがあってはならない機器の一例である。従来の加速度計取付技術の１つは、金属のリングによって、またはエポキシ樹脂などの構造用接着剤によって加速度計をケースに結合する。こうした従来の可撓性ではない取付技術は、加速度計と、取付リングと、ケースとの間での熱膨張の差のため、応力が加速度計に伝達されることになる。こうした従来技術はまた、ケースが機械的歪みを受けるとき、加速度計に応力を伝達する。歪みは、ケースを周囲の支持体に取り付けることによって、また、ケースと支持体の間の熱膨張の差によって生じる可能性がある。材料を接合するエポキシは、特に常温より高い温度で寸法不安定になる可能性がある。このような応力は、精密な加速度計の出力に影響を及ぼすことがあり、安定性を低減させることがある。熱に起因する応力はまた、温度に伴う加速度計出力のばらつき増大につながることがあり、熱に起因する加速度計出力の誤差を生じることがある。

したがって、精密な変換器のための改善された取付システムは、当分野において進歩的となり、大いに歓迎されることであろう。

本発明は、一般に、加速度計などの精密な変換器および電子部品を支持するようになされた懸架ダイアフラムまたは装置を、支持ケースまたは容器内に形成する。加速度計の機械的要素は、可撓性のプリフォームによって懸架ダイアフラムに取り付けられ、電子部品は、ケースの開口縁部に沿ってダイアフラムを係合させる一体の環状混成支持体によって取り付けられる。加速度計はまた、可撓性のプリフォーム内のチャネルを貫通する剛性のエポキシによって、懸架ダイアフラムに固定され得る。環状の混成支持体は容器の外部に固定される。

具体的な実施形態が、添付の図面を参照して以下で詳細に説明される。

図１は、本発明の実施形態に従って形成された取付システムを備えるアセンブリ１０の斜視図である。アセンブリ１０は、ほぼ円筒形のケースまたは容器１２、変換器１４、および懸架装置またはダイアフラム装置１６を備える。ケース１２は、円筒形側壁１８、基部２０、およびフランジ２２を備える。フランジ２２は、ケース１２を支持構造（図示せず）に取り付けるために使用される取付穴２４を備える。一実施形態では、ケース１２は３０４ステンレス鋼製である。フランジ２２は、溶接部１１４によって側壁１８に溶接されることができる。

懸架装置１６は、３０４ステンレス鋼または実質的に同様の材料製とすることができ、ほぼ円形である。懸架装置１６は、円筒形側壁１８の開端部で受けられている。懸架装置１６は、１つまたは複数の第１の管路チャネル１１０、および、１つまたは複数の第２の管路チャネル１１８を有する。管路チャネル１１０および１１８は、円形、矩形または楕円形、正方形、三角形、または葉巻形など、様々な形状とすることができる。管路チャネル１１０および１１８の形状は、様々な配線要件またはハーネスに対応するように変わる。管路チャネルの数は、３つに限定されず、加速度計など変換器１４の配線要件に従って変えることができる。管路チャネル１１０、１１８の位置または分布は、変換器１４の配線要件に対応するように変えることができる。

懸架装置１６の下には、ほぼ円形の可撓性のプリフォーム１５２がある。可撓性のプリフォームは、懸架装置１６の管路チャネル１１０および１１８と一致する管路チャネルを有する。

懸架装置１６の表面上に破線の楕円形で示され、１つがプリフォーム１５２の断面に示される複数の固定チャネル１２０が、平面構成内に分布している。固定チャネル１２０は、可撓性のプリフォーム１５２内で始まり、懸架装置１６の下面に接している。図１に示されるように、３つの固定チャネル１２０は、ほぼ三角形状に分布されている。固定チャネル１２０の形状は、円形、矩形または楕円形、正方形、三角形、または葉巻形を含めて、様々な形状とすることができる。固定チャネル１２０の数および位置的な配列によっては、線形などその他の構成も可能である。固定チャネル１２０は、リベット、ステープル、または、エポキシベースの接着剤などの流体状の接着剤を受けることができる。

変換器１４は、ほぼ円筒形であり、ベリーバンド２８を備える。一実施形態では、変換器１４は、軸方向を向いた受感軸Ｓに沿った加速度に応答してそのような加速度の方向および大きさを示す電気信号を生成するようになされた加速度計である。変換器１４は、懸架装置１６によって懸架または保持されている。以下で説明するように、懸架装置１６は、ケース１２に対して変換器が自由に横方向移動または回転移動させられないように、変換器１４を正確かつ安定的に整列させる。さらに、懸架装置１６は、変換器の周縁とケース１２の内壁の間に間隙１９を置くことによって、変換器１４を、ケース１２の側壁１８および基部２０に接触しないように拘束または隔離する。間隙１９および懸架装置１６は、ケース１２が平坦な面に取り付けられていないとき、または熱膨張力の差または温度差に曝されるときに、さもなければケース１２の歪みによって生じる応力から変換器１４を隔離する働きをする。間隙１９は、不活性ガスで満たされる。

懸架１６は、環状の混成支持体１６Ａを備える。混成支持体１６Ａは、溶接部１１４を介してフランジ接合部２２に溶接される。環状混成支持体１６Ａは、懸架１６の周縁部に沿って配置され、懸架装置１６の構造的な強度を向上または強化する働きをする。

図２は、懸架装置１６、混成支持体１６Ａ、およびフランジ２２の側断面図である。チャネル１１０は、電線またはリード線を加速度計１４から、または加速度計１４へと導く。この断面図はさらに、懸架１６に対する環状混成支持体１６Ａの周縁部の位置を示す。懸架装置１６および混成支持体１６Ａは、フランジ２２の開口内にある。混成支持体１６Ａは、接着剤または溶接による融着によって、懸架１６に固定される。混成支持体１６Ａは、溶接部１１４を介してフランジ２２に溶接される。溶接部１１４は、フランジ２２を混成支持体１６Ａに溶着することによって得られるビード形成物を有することがある。あるいは、フランジ２２と混成支持体１６Ａは、ろう付けによって結合されることができる。

図３は、プリフォーム１５２の上面図である。プリフォーム１５２は、ほぼ円形であり、懸架装置１６の管路チャネル１１０、１１８の、数、形状、および配置とほぼ一致する管路チャネルを備える。プリフォーム１５２は、１つまたは複数の第１の管路チャネル２１０、および１つまたは複数の第２の管路チャネル２１８を有する。管路チャネル２１０および２１８は、円形、楕円形または矩形、正方形、三角形、または葉巻形など、様々な形状とすることができる。管路チャネル２１０および２１８の形状は、様々な配線要件またはハーネスに対応するように変化する。管路チャネルの数は３つに限定されず、変換器１４の配線要件に従って、数も配置も変えることができる。管路チャネル２１０、２１８と共に、固定チャネル１２０が散在している。固定チャネル１２０はほぼ円形であるが、形状、数、配置、および分布を変えることができる。強化リング２４０が、プリフォーム１５２の周縁部に沿っている。

プリフォーム１５２は、可撓性のガラス繊維ベースの低応力エポキシ接着フィルムである。このフィルムは電気的絶縁性を有し、Ａｂｋｅｓｔｉｋ社（２００２１ Ｓｕｓａｎａ Ｒｏａｄ，Ｒａｎｃｈｏ ｂｏｎｒｎｉｎｇｕｅｓ，ＣＡ）から入手可能なＡｂｌｅｆｉｌｍ５６１（登録商標）と実質的に同様である。フィルムが電気的に非伝導性となるように配合されていれば、Ａｂｌｅｆｉｌｍ５６１（登録商標）と実質的に同様のその他の接着フィルムも使用されることができる。強化リング２４０は、３０４ステンレス鋼製である。

図４は、変換器１４を保持し容器１２に嵌め込まれた懸架装置１６の代替実施形態に従って形成された、アセンブリ２００の側断面図である。この代替実施形態である懸架装置２１６は、環状の混成支持体１６Ａと一体構造である。懸架装置２１６はフランジ２２２の間に圧入されており、懸架２１６の下にあるプリフォーム１５２に固定されている。プリフォーム１５２は、容器１２の開口全体を覆っている。

プリフォーム１５２の第２の管路チャネル２１０の断面が、チャネル２１０内を通る管路１４０Ａおよび１４０Ｂと共に示されている。管路１４０Ａおよび１４０Ｂは、懸架２１６のチャネル１１０内を同じように通る。斜影線で表されるエポキシの栓２３２が、固定チャネル１２０のうち１つを塞いで示されている。エポキシ栓２３２はチャネル１２０の側壁、および、懸架装置２１６の表面の少なくとも一部分と接触している。固定チャネル１２０を塞ぐ接着性の栓２３２は、変換器１４をよりしっかりと保持するためにプリフォーム１５２内に懸架装置２１６を固定する。

２つ以上の接着チャネル１２０が硬化エポキシ樹脂で充填されると、懸架装置２１６とプリフォーム１５２の間により強固で一体性の高い結合が確立される。好ましい実施形態では、プリフォーム１５２および懸架ダイアフラム１６から作られる材料に匹敵する熱膨張係数を有するエポキシ樹脂を使用する。

電子機器ボックス１４０が、懸架装置２１６の上に配置されており、この電子機器ボックス１４０から、管路１４０Ａおよび１４０Ｂが管路チャネル２２０および２２８を通じて変換器１４へと導かれる。変換器１４を容器１２の内面から分離させる空間１９が示されている。

本発明の好ましい実施形態を図示および説明してきたが、上記のように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更を加えることが可能である。上記教示に照らすと、本実施形態のいくつかの修正形態および変形形態が可能である。たとえば、熱導体であるが電気的に非伝導性である、可撓性のプリフォームのその他の構成が可能である。Ａｂｌｅｆｏｌｍ５６１（登録商標）は、Ａｂｌｅｓｔｉｋ社から入手可能である。Ａｂｌｅｆｉｌｍ５６１（登録商標）は、熱導体ならびに電気絶縁体として配合されたガラス繊維の低応力エポキシ接着フィルムである。別の例では、複数の固定チャネル１２０が可撓性のプリフォーム１５２内で線形に構成される。

従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。むしろ本発明は、添付の請求項を参照することによって全体的が決定されるべきである。

本発明の実施形態に従って形成されたケース内に取り付けられた加速度計の斜視図である。 特定の位置実施形態に従って形成された懸架ダイアフラムおよびフランジの側断面図である。 懸架ダイアフラムの固定チャネルおよびそれと一致する管路チャネルを示すプリフォームの上面図である。 図１の懸架装置の側断面図である。

Claims (10)

1. 開口およびフランジを有する容器と、
   変換器と、
   ダイアフラムおよび前記開口の周縁部に沿って配置された環状の混成支持体を有する懸架アセンブリと
   を備え、前記環状混成支持体が前記フランジに固定され、前記ダイアフラムが前記開口の全体に亘って跨り前記変換器を前記容器の内面から離して支持する、装置。
2. 前記懸架アセンブリがさらに、前記ダイアフラムに固定された可撓性のプリフォームを備える、請求項１に記載の装置。
3. 管路を前記変換器と前記容器の外部の間に通すように前記アセンブリが構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記懸架アセンブリが、前記管路を通すための、前記ダイアフラムおよび前記プリフォームを貫通する少なくとも１つの管路チャネルを有する、請求項３に記載の装置。
5. 前記ダイアフラムが、前記プリフォーム内に配置された少なくとも１つの固定チャネルによって前記プリフォームに固定され、前記固定チャネルがさらに、ある平面構成で配置された複数の固定チャネルを含む、請求項２に記載の装置。
6. 加速度計を製作する方法であって、
   容器に開口を形成するステップと、
   前記開口の下の前記容器内部に、取付区画を有する変換器を配置するステップと、
   チャネルを有する可撓性のプリフォームと、第１の複数の穴とを、前記容器の前記開口および前記取付区画に係合させるステップと、
   ダイアフラムおよび環状の支持体を有する懸架装置を、第２の複数の穴を有するプリフォームに、前記第２の複数の穴が前記第１の複数の穴と整列するように係合させるステップと、
   前記ダイアフラムを、前記チャネルによって前記プリフォームに固定するステップと、
   前記懸架装置を前記開口上に跨って広がるようにするステップと、
   前記変換器を前記広げられた懸架装置に固定するステップと、
   前記整列された第１および第２の複数の穴を通して管路を前記変換器へと通すステップと、
   前記管路を前記変換器に結合するステップと、
   前記跨って広げられた懸架装置を、前記環状の支持体によって前記容器に固定するステップとを含み、
   前記変換器が前記容器内で保持され、前記変換器と前記容器の前記内面との間に置かれた空間によって取り囲まれる、方法。
7. 前記プリフォームが電気的に非伝導性である、請求項６に記載の方法。
8. 前記プリフォームが熱伝導性を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記ダイアフラムが、前記プリフォーム内に配置された前記チャネルに接着剤を適用することによって、前記プリフォームに固定される、請求項６に記載の方法。
10. 前記環状支持体を固定することが、前記容器の前記外部に溶接することによる、請求項６に記載の方法。

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