JP4054073B2 - 低応力の磁石インターフエースを含む力再釣合加速度計 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加速度計、特に１以上の磁石装置間に懸下される基準質量体を含くだ、磁石インターフエースにおける機械的応力を低減する接合構成を有す力再釣合加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１以上の磁石装置間に吊下される基準質量体を含む力再釣合加速度計は一般に当業者には周知である。例えばこのような加速度計自体は多数の米国特許群、即ち第４，１８２，１８７号、第４，２５０，７５７号、第４，３９４，４０５号、第４，３９９，７００号、第４，４００，９７９号、第４，４４１，３６６号、第４，５５５，９４４号、第４，５５５，９４５号、第４，５９２，２３４号、第４，６２０，４４２号、第４，６９７，４５５号、第４，７２６，２２８号、第４，９３２，２５８号、第４，９４４，１８４号、第５，０２４，０８９号、第５，０８５，０７９号、第５，０９０，２４３号、第５，０９７，１７２号、第５，１１１，６９４号、第５，１８２，９４９号、第５，２０３，２１０号、第５，２１２，９８４号、および第５，２２０，８３１号に開示されている。このような力再釣合加速度計には通常基準質量体が含まれており、この基準質量体は非晶質石英から作られ、１個あるいは複数の屈曲体を介して吊下され、このため基準質量体は一般に基準質量体の平面に対し垂直な感度軸に沿つた力あるいは加速度に応動して変位可能になる。休止状態では、基準質量体は通常上方および下方の励磁リング間に等間隔をもつて吊下されている。寄生容量プレートとしての導電性材料が寄生容量プレートの反対面側に配置され、励磁リングと共に容量素子を形成する。感度軸に沿つて与えられる加速度若しくは力により基準質量体は上方あるいは下方に変位可能にされ、これに伴い寄生容量プレートと上方および下方の励磁リングとの間の距離が変化することになる。寄生容量プレートと上方および下方の励磁リングとの間の距離の変化に伴い容量素子の容量が変化せしめられる。従つて容量素子の容量差は感度軸に沿つた基準質量体の変化を表すことになる。この変化信号は１個あるいは複数の電磁石を含むサーボシステムに与えられ、この電磁石が基準質量体をその零あるいは休止位置へ戻すように機能する。電磁石に与えられた駆動電流の大きさは感度軸に沿つた加速度を表す。
【０００３】
電磁石には例えばアルニコで作られる磁石が含まれ、この磁石はインバルのような比較的高い透磁率を有する材料で作られる励磁リングと通常接着されて戻り磁気路を形成することは周知である。磁石および励磁リングに使用される各材料が異なるので熱膨張係数も異なる。このため磁石と励磁リングとの間のインターフエースは温度の関数としての応力を受けることになる。経時に亙るこのような応力ないしは温度により加速度計の性能が劣化される。
【０００４】
この問題を解決するため、励磁リングと磁石を接着するための工夫がなされたが、加速時計の長期間にわたる安定性が得られなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかして本発明の１目的は従来の装置における各種問題を解決することにある。本発明の別の目的は、温度膨張による加速度計に加わる応力を最小限に押さえる力再釣合加速度計を提供することにある。本発明の更に別の目的は広い温度範囲に亙り、且つ比較的長期間にわたり安定して作動する力再釣合加速度計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記の目的は基準質量体と、取付リングと、基準質量体を取付リングに対し柔軟に連結する一対の屈曲体と、基準質量体を零位置に戻す復帰装置と、励磁リングの一方に対し磁石の接合面の一方を接合する接合装置と、インターフエースにおける熱応力を補償する補償装置とを備え、復帰装置には双接合面を有する永久磁石と１以上の励磁リングとが包有され、永久磁石の一方の面が励磁リングの一方と隣接して離間され、接合装置には磁石の接合面を離間させ、台柱を形成すると共にインターフエースを形成する離間装置が包有されてなる力再釣合加速度計により達成される。
【０００７】
【作用】
上記の構成をとる本発明によれば基準質量体の反対面側に形成される寄生容量プレートが基準質量体の変位に応じて容量が変化され、変位信号を与える容量素子を形成されることになり、変位信号は１個あるいは複数の電磁石に与えられ基準質量体を零あるいは休止位置に再び戻すことになつて、電磁石に与えられる駆動電流が加速度計に与えられる力あるいは加速度を表わす動作が実現される。また電磁石には磁石が包有されると共に、この磁石により励磁リングに固定されて磁気戻り路が構成されるから、熱膨張による応力が解放され得、磁石は僅かに上動されるだけであるから、接合領域が最小限に縮小され、従つて磁石のインターフエースにおける応力が解放されるから加速度計の性能が経時に亙り有効に安定化され得る。
【０００８】
【実施例】
図１には力再釣合加速度計２０が示されており、この力再釣合加速度計２０には１あるいは複数の磁石装置２２と１個の基準質量装置２４とが包有される。基準質量装置２４には取付リング２６とほぼ櫂状の基準質量体２８とが包有される。基準質量体２８は一対の屈曲体３０により取付リング２６に対し吊下され、これにより基準質量体２８は取付リング２６に対し回転可能に配置される。円筒状のボビン３２、３４が基準質量体２８の両面上に具備される。ボビン３２、３４はトルクコイル３６、３８を支承するように機能する。導電材料体が基準質量体２８の両面上に蒸着され、寄生容量プレート４０が形成される。
【０００９】
磁石装置２２には永久磁石４２とほぼ円筒状の磁束集中体としての励磁リング４４とが包有される。励磁リング４４は断面がほぼＣの形状をなすよう構成される。励磁リング４４の材料はインバルのような比較的高い透磁率を有するものが採用され、戻り磁気路が形成される。励磁リング４４の内側に向いた面４６は基準質量体２８の両面の導電材料体としての寄生容量プレート４０と相俟つて図２に示すような可変容量素子ＰＯ１，ＰＯ２を形成している。
【００１０】
図２を伴照するに、図示の状態では基準質量体２８は休止すなわち零位置にある。この位置においては上方および下方の励磁リング４４の面４６と寄生容量プレート４０との間の距離は等しい。容量はプレート間の距離の関数であるので、容量素子ＰＯ１，ＰＯ２の容量値はこの状態で等しくなる。
【００１１】
基準質量体２８の平面に対しほぼ垂直な感度軸Ｓに沿い加速度あるいは力に応じて、基準質量体２８が励磁リング４４の一方あるいは他方へ向かつて移動する。基準質量体２８の変位により、上方および下方の励磁リング４４に対し基準質量体２８の反対面側に形成される寄生容量プレート４０の面との間の距離が夫々変化する。即ちこの距離の変化により容量素子ＰＯ１，ＰＯ２の容量が変化されることになる。この容量の変化を測定する回路については、米国特許第４，６３４，９６５号等に開示されている。
【００１２】
容量素子ＰＯ１，ＰＯ２の値の差は感度軸Ｓに沿つて上方あるいは下方に基準質量体２８が変位することを表す。この変位信号は磁石装置２２とトルクコイル３６、３８を含むサーボシステムに与えられ、トルクコイル３６、３８自体は基準質量体２８をそのゼロ位置に戻すように働く電磁石を構成する。電磁石に対する駆動電流の大きさは感度軸Ｓに沿つた基準質量体２８移動の加速度の目安になる。
【００１３】
図３を伴照するに磁石装置６０の採用により有用な構成が実現される。この磁石装置６０には上記の永久磁石４２に加え、励磁リング６１と磁極体６２とが包有される。励磁リング６１は断面がＣ状でほぼ円筒状に形成される。両接合面６３を有する永久磁石４２は励磁リング６１の基部６４に対し中央に固定される。従つて力再釣合加速度計の磁石装置の励磁リングは磁石の接合面全体に接合され得る。更に磁極体は磁石の両面に接合可能である。磁石、磁極体および励磁リングに使用される材料が異なるため熱膨張率が異なり、これにより励磁リングインターフエースおよび磁極体インターフエースに対し磁石において応力が生じ勝ちになる。この応力を抑制しないと、励磁リングおよび磁極体に歪みが生じ性能が劣化され、また磁石は通常エポキシ体により励磁リングに対し接着されるので、上記の応力により経時に接着度が弱化され、延いては加速度計の性能が劣化され勝ちになる。
【００１４】
しかして本発明による磁石装置６０においては永久磁石４２が比較的小さな間隙６５を置き、励磁リング６１の基部６４から離間させて配置される。且つ熱膨張による応力を最小限に抑制するため、接着材料６６が最小限に小さくされると共に、永久磁石４２の底側の接合面６３の比較的小さな領域を被覆する台柱と機能するよう設けられる。また磁極体６２は永久磁石４２の他方の磁極体あるいは接合面６３と接合され、磁石装置６０を構成する。このインターフエースにおける温度の変化に伴つた応力を抑制するため、磁極体６２は永久磁石４２の接合面６３の小さな領域に接合せしめられる。
【００１５】
接着材料６６は非磁性材料であるから、空気間隙６５を増大しても磁気回路には殆ど影響がない。更に接合面積を最小限に抑制することにより全体の応力が大幅に減少され、従つて経時に亙り比較的安定した出力の加速度計が提供され得る。
【００１６】
本発明の他の実施例としての磁石装置６８が図４および図５に示されており、この場合図３と同一の部材には同一の番号を付して示してある。この実施例は柔軟なエポキシリング６７を付加した点を除き図３の実施例と同一である。柔軟なエポキシリング６７は図５に示されるように非柔軟なエポキシ体で作られた接着材料６６のビード部の周囲に位置するよう設けられる。この構成により図３に示す実施例に比し利点がある。例えば永久磁石４２、磁極体６２および励磁リング６１間のインターフエースにおける熱応力が大幅に減少される。特に上述のように熱応力が励磁リング６１、磁極体６２および永久磁石４２が異なる材料での作成されることによつて熱膨張係数が異なる場合有効である。このとき非柔軟な接着材料６６が最小限に縮小され、インターフエースにおける熱応力が減少される。柔軟なエポキシリング６７を非柔軟な接着材料６６のビート部と同心にすることにより、エポキシリング６７の柔軟性による熱応力が低減される。且つまたエポキシリング６７をビート部と同心に配置することにより、特に永久磁石４２、励磁リング６１および磁極体６２との間のインターフエースにおける間隙６５が充填され得、部材間の接合強度が高められて、図３に示す実施例より更に安定化が図られる。
【００１７】
本発明の他の多様の設計変更が上述した構成に従つて可能である。従つて特許請求の範囲に含まれる上述の構成以外の構成でも実施可能であることが理解されよう。
【００１８】
【発明の効果】
上述のように構成された本発明による力再釣合加速度計においては、特に構成部材間の異材料による熱膨張率の相違があつても、これに有効に対応し、熱膨張率の相違による影響を最小限に抑制でき、経時に亙り、安定した加速度計測を実現できる等の効果を達成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は力再釣合加速度計の分解斜視図である。
【図２】図２は力再釣合加速度計の簡略説明図である。
【図３】図３は本発明の一実施例における磁石装置の部分簡略断面図である。
【図４】図４は本発明の他の実施例における磁石装置の部分簡略断面図である。
【図５】図５は図４の線５−５に沿つた部分断面図である。
【符号の説明】
２０ 力再釣合加速度計
２２ 磁石装置
２４ 基準質量装置
２６ 取付リング
２８ 基準質量体
３０ 屈曲体
３２ ボビン
３４ ボビン
３６ トルクコイル
３８ トルクコイル
４０ 寄生容量プレート
４２ 永久磁石
４４ 励磁リング
４６ 面
６０ 磁石装置
６１ 励磁リング
６２ 磁極体
６３ 接合面
６４ 基部
６５ 間隙
６６ 接着材料
６７ エポキシリング
６８ 磁石装置

Claims (2)

1. 基準質量体（２８）と、
   取付リング（２６）と、
   基準質量体を取付リングに対し柔軟に連結する一対の屈曲体（３０）と、
   対向する第１及び第２の接合面（６３、６３）を有する永久磁石（４２）、励磁リング（６１）、並びに磁極体（６２）を含み、前記基準質量体を零位置に戻す復帰装置（３６、３８）と、
   前記永久磁石（４２）の第１の接合面を前記励磁リング（６１）に離間させ且つ接合して第１のインターフェイスを形成する第１の接合装置と、
   前記磁極体（６２）を前記永久磁石（４２）の第２の接合面に接合し第２のインターフエースを形成する第２の接合装置と、を含み、
   前記第１の接合装置は、前記第１の接合面の所定の部分を前記励磁リング（６１）に離間させ且つ接合する非柔軟なエポキシ体（６６）と、リング状に形成され且つ前記非柔軟エポキシ体（６６）に対し同心に配設される柔軟なエポキシ体（６７）と、を含み、前記第１のインターフェイスにおける熱応力を補償することを特徴とする力再釣合加速度計。
2. 前記第２の接合装置は、前記第２の接合面の所定の部分を前記磁極体（６２）に接合する非柔軟なエポキシ体（６６）と、リング状に形成され且つ前記非柔軟エポキシ体（６６）に対し同心に配設される柔軟なエポキシ体（６７）と、を含み、第２のインターフエースにおける温度による応力を減少させることを特徴とする請求項１の力再釣合加速度計。

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