JPH03501531A - 一体形プッシュプル力変換器 - Google Patents
一体形プッシュプル力変換器Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
−プッシュプル ′″ １
１に±１
この発明は力変換器、特にプッシュプル構成に配置された２つの力感知部材を有
する力変換器に関するものである。
ｌ肌座１遣
力変換器の誤差を低減する共通の方法は、２つの力感知部材が対向する方向の力
を受けるようにこれら２つの良好に適合した感知部材が構成されたプッシュプル
構造を用いることである。この様な構成の目的は同一順位の非線形性、バイアス
温度感度、時限感度、バイアス経時傾向、圧力感度等の様な共通のモード誤差を
排除することである。
プッシュプル構成が物理的装置に実施される時に問題が見られる。例えば、揺動
加速度計にプッシュブルカ感知部材を用いるためには、２つの力感知部材は共通
の試験質量に共に接続される。力感知部材は加速度計の揺動軸心に対して垂直か
或は平行に一般的に延びている。併し、この様な構成においては、支持／試験質
量組体と力感知部材間の熱膨張不適合が熱応力を生じて、信号処理技術によって
部分的にのみ抑制できる大きな共通のモード誤差信号を生じる。結果として、力
感知部材は、高順位の共通のモード拒絶を設けるために総ての感度に物理的に適
合しなければならない、この厳密な適合は度々達成が困難である。
１１五ｌｌ
この発明は一体構造として製造されるプッシュブルカ変換器を提供するものであ
る。変換器は、例えば共通のモード誤差の改良された除去を有するセンサーを設
けるように加速度計の試験質量と支持部との間の接続できる。
第１の推奨実施例では、力変換器は結晶質基盤から製造された一体的本体を有す
る。この一体的本体は第１および第２の取付部材に力感知部材を取付けるための
第１および第２取付部材を有する。各力感知部材は第１および第２の端部ど、第
２の端部から力感知部材の力感知軸心を形成する第１の端部に延びる線とを有し
ている。各力感知部材は力感知軸心に沿ったいずれかの方向に作用する力に応答
する。力感知部材は互いに平行で整列した力感知軸心によって方向付けられてい
る。連結部材は各力感知部材を再取付部材に連結する。第１の力感知部材は第１
の端部が第２取付部材に連結され、第２の端部が第２取付部材に連結されている
。第２の力感知部材は第１の端部が第１取付部材に連結され、第２の端部が第２
取付部材に連結されている。従って、力感知軸心に平行なこれら構造部分によっ
て変換される力感知部材に作用される力は一方の面感知部材の圧縮力と、他方の
感知部材の引張力とに起因している。別の実施例においては、一体的本体内の歪
み除去を設けるよう弾性部材が使用され、本体の一部はプッシュプル作用に起因
する梃子の効果を生じるように形成されている。
区１匹ｉ員互五月
第１図はこの発明の作用を示す概要図、第２図は力変換器の第１の推奨実施例を
示す頂面図、第３図は第２図の力変換器の側面図、
第４図は力変換器の第２の実施例の頂面図、第５図は力変換器の第３の実施例の
頂面図、第６図は力変換器の第４の実施例の頂面図、第７図は加速度計に使用す
る力変換器を示す斜視図である。
図面の簡単な説明
第１図はこの発明の力変換器の概要図である。力変換器は取付部材１６．１８間
に接続された力感知部材１２．１４を圧縮する。取付部材１６．１８はセンサー
内の適宜な構造部分に力変換器を取付けるように使用される。
例えば、加速度計においては、取付部材１６は支持部に連結できて、取付部材１
８は一揺動可能に取付けられた試験質量に連結できる。この様な構造部分は変換
器軸心２０に沿って力変換器に引張力または圧縮力を作用する。
変換器はこの力を感知して、これによって加速度や関連した他の量の測定を行う
。
力感知部材１２は第１の端部２２と第２の端部２４を有し、第２の端部２４から
第１の端部２２に延びる線が第１の力感知軸心２６を形成している。同様に、感
知部材１４は第１の端部３２と第２の端部３４とを有しており、第２の端部３４
から第１の端部３２に延びる線が第２の力感知軸心３６を形成している。力感知
軸心２６．３６は互いに且つ変換器軸心２０に対して平行である。
雨感知部材１２．１４において、第１の端部２２．３２は取付部材１６に近接し
て位置するように形成されており、第２の端部２４．３４は取付部材１８に対し
て近接して位置するように形成されている。従って、力感知軸心２６．３６は互
いに並列していて、変換器軸心２０に沿って同一方向（第１図で上方）を差して
いる。
上述の規定に依って、この発明は、力感知部材１２が取付部材１８に接続された
第１端部２２と、取付部材１６に接続された第２の端部２４とを有し、力感知部
材１４が取付部材１６に接続された第１端部３２と、取付部材１８に接続された
第２の端部３４とを有するように、連結部材３８が取付部材１６．１８および力
感知部材１２．１４を連結しているものとして説明出来る。取付部材１６に作用
される力は力感知部材１２の第２の端部２４と力感知部材１４の第１の端部３２
とに伝達される。
同様に、取付部材１８に作用される力は力感知部材１２の第１の端部２２と力感
知部材１４の第２の端部３４に伝達される。この連結構造の結果、力感知軸心２
０に沿った取付部材１６．１８間に作用されるどんな力（引張力や圧縮力）も一
方の力感知部材に圧縮力を作用し、他方の力感知部材に引張力を作用する。
この発明の力変換器の推奨実施例が第２．３図に示される。変換器は、第１図に
示されると同様な構成において取付部材４２．４４と力感知部材４６．４８とを
形成するよう構成された本体４０を有している。変換器は複振動ビーム型として
示されているが、表面音響波変換器や単振動ビーム変換器やピエゾ抵抗歪み計の
様な他の型のものを使用することがまた出来る。力感知部材４８は、取付部材４
２に接続された第１の端部５２と、取付部材４４に接続された第２の端部５４と
、これら第１および第２の端部５２．５４間に延びる一対のビーム５６とを有し
ている。力感知部材４６は第１の端部６２と第２の端部６４とこれら第１および
第２の端部６２．６４間に接続された一対のビーム６６とを有している。各力感
知部材４６．４８の力感知軸心は、変換器軸心５０と平行になった各ビーム５６
．６６に沿って位置している。
第１の端部６２は、変換器軸心５０に沿って取付部材４４から取付部材４２に向
かって延びるアーム６８接続されている。同様な具合に、力感知部材４６の第２
の端部６４は、変換器軸心５０に沿って取付部材４２から取付部材４４に向かっ
て延びるアーム７０に接続されている。取付部材４２．４４は構造部分７２．７
４に取付けられていて、力変換器がこれら構造部分７２．７４によって伝達され
る引張力または圧縮力の測定を行うようになっている。力感知部材４６．４８間
に延びるアーム６８は力感知部材４６．４８間の隔絶を設けていて、これによっ
て状態のロックが起こるのを防止するように助ける。
力変換器の本体４０は、最初から分離された部材の組立体よりも一体構造を成し
ている０例えば、本体４０は結晶石英やシリコンウェファから成る基盤をエツチ
ングして形成することが出来る。この様な具合に本体を造る重要な利点は、厳密
に一致した感度を有する一対の力感知部材を遣る共通の下部材料に力変換器４６
．４８が密着して配置されるよう構成されることである。厳密に一致する感度は
、通常装置が力感知部材出力を組合せるべく使用される時に、誤差の良好な共通
なモードの排除を設ける。
この発明の第２の推奨実施例が第４図に示されている。
この実施例は第２図に示される実施例と大体同じで、取付部材８２．８４と力感
知部材８６．８８を形成するように造られた一体的な本体８０を有している。取
付部材８２．８４は下部の構造部分９０．９２に夫々取付けられている。この実
施例において、取付部材８２．８４と力感知部材８６．８８は、取付部材８２か
ら延びるアーム１００と、弾性部材１０４により取付部材８４に接続された橋絡
部材１０２とによって連結されている。橋絡部材１０２は力感知部材８６．８８
の両端部に固着されている０弾性部材１０４は、力感知部材８６．８８を含む平
面に垂直に弾性部材を通過する歪み除去軸心周りに取付部材８４に対して橋絡部
材１０２が回動するよう許す。従って、第４図の実施例は力測定に影響を及ぼす
ことなく構造部分９０．９２間に成る大きさの回動を生じるよう許す。第２．３
図の実施例における様に、第４図の実施例の一体構造は共通のモード誤差排除を
強化する。
この発明の第３の推奨実施例が第５図に示されている。
この実施例は、取付部材１１０．１１２と、これら取付部材１１０．１１２間に
連結された力感知部材１１４．１１６とを有する一体的本体１１８を備えている
。取付部材１１０．１１２は弾性部材１２６．１２８によって橋絡部材１２０．
１２２に夫々連結されている。各橋絡部材１２０．１２２は力感知部材１１４．
１１６の両端部に連結されている。取付部材１１０．１１２は変換器を構造部分
１３０．１３２に夫々取付けている０弾性部材１２６．１２８は本体１０８の平
面に垂直な歪み除去軸心周りの対応する取付部材−および橋絡部材間の相対的回
動を両者許しており、従って、該平面内の構造部分１３０．１３２の回動に付随
的大きさの無感応を賀す。
また、第５図は、力変換器が結晶室石英から造られた実施例における橋絡部材か
或は取付部材のいずれがの一部として設けることが出来る温度センサー１４０を
示している１図示の一体石英チュウニングフォーク温度センサーは、力感知部材
によって形成される平面内の力感知部材１１４．１１６のビームに垂直に方向法
めされた一対の互いに平行なビーム１４２を有している。この方向付けは作用に
対する力変換器および温度センサーの両者に必要な結晶学的軸心配向と両立でき
る構造を設ける。
この構成は取付けと配線を容易にすべく１つの一体構造に全てのセンサー部材を
配置する利点を持っている。
この発明の第４の推奨実施例が第６図に示されている。
先の実施例における様に、第６図の実施例は、取付部材１５２．１５４を形成す
るよう造られた一体的本体１５０と、力感知部材１５６．１５８を有している。
併し、第６図の実施例の主要な作用は上述した作用とは異なっている。取付部材
１５２は橋絡部材１６２によって力感知部材１５６．１５８の上端部に連結され
、取付部材１５４は橋絡部材１７２によって力感知部材１５６．１５８の下端部
に連結されている。橋絡部材１６２は弾性部材１６４によって取付部材１５２に
連結され、弾性部材１６６．１６８によって力感知部材１５６．１５８に夫々連
結されている。同様な具合に、橋絡部材１７２は弾性部材１７４によって取付部
材１５４に連結され、弾性部材１７６．１７８によって力感知部材１５６，１５
８に夫々連結されている０図示の全ての弾性部材は、各弾性部材を通り本体１５
０が形成される平面に垂直な歪み除去軸心周りに回転コンプライアンスを設ける
。
第６図の実施例は両刃感知部材に平行な変換器軸心に沿った力を測定する。変換
器は、一方の力感知部材に引張力を負荷し他方の力感知部材に圧縮力を負荷する
ようレバーアーム技術を用いている。機械的利点は、本体１５０の平面内の変換
器軸心１８０に垂直な方向の弾性部材間の間隔率を調整することによって達成さ
れる。力感知部材１５８は力感知部材１５６よりも大きな量に常に負荷できる。
これは個別の振動数で作動して且つ非線形を排除する比較的大きな力感知部材と
比較的小さな感知部材との使用を許すよう好適に利用できる。異なった振動数で
の力感知部材の作動は部材間のロックの可能性を排除する。
第７図は揺動加速度計へのこの発明のプッシュブルカ変換器の使用を示している
。加速度計は試験質量２０２が弾性部材２０４によって吊下げ支持された支持体
２００を有している０弾性部材２０４は試験質量２０２の外端部２０６が入力軸
心２０８に沿って動くよう許す、この発明の力変換器２１０は変換器軸心が入力
軸心２０８と整列するよう外端部２０６と支持体２００の隣接部分との間に連結
できる。
第８図は、揺動加速度計への力変換器の第２の利用を示している。加速度計は試
験質量２２２が弾性部材２２４によって吊下げ支持される支持体２２０を有して
いる。
この発明の力変換器２３０は、変換器軸心２３２が試験質量２２２の揺動軸心２
３４に平行または実質的に平行であるように試験質量と支持体の間に連結される
。第７．８図に示される加速度計において、他の加速度計部材に対する力変換器
の熱膨張差は試験質量の僅かな回動を生じてプッシュブルカ変換器の通常の信号
処理技術によって大体排除できる小さな誤差期間を生じる。
この発明の推奨実施例が説明されたが、当業者には変更が明らかであろう、従っ
て、この発明の範囲は以下の請求の範囲によって決められるべきである。
国際調査報告
Claims (10)
- １．結晶質基盤から造られた一体的本体（４０，８０，１０８）、第１および第 ２の構造部分（７２，７４．９０，９２，１３０，１３２）にカ変換器を取付け るための第１および第２の取付部材（４２，４４，８２，１１０，１１２）と、 第１および第２の端部（６２，６４，５２，５４）および力感知部材の力感知軸 心（２６，３６）を形成する各力感知部材の第１の端部に第２の端部から延びる 線を有する第１および第２のカ変換部材（４６，４８．８６，８８，１１４，１ １６）とから成る一体的本体、 第１の力感知部材の第１の端部が第２の取付部材に連結されて第２の端部が第１ の取付部材に連結されると共に、第２の力感知部材の第１の端部が第１の取付部 材に連結されて第２の端部が第２の取付部材に連結される様に取付部材と力感知 部材を連結する連結装置（６８，７０，１００，１２０，１２２）、 を備え、各力感知部材は力感知軸心に沿ったいずれかの方向に作用する力に感応 し、力感知部材が互いに平行で整列した力感知軸心によって方向決めされ、これ によって力感知軸心に平行に構造部分によって力変換器に作用される力が一方の 力感知部材の圧縮力と他方の力感知部材の引張力とに起因している、第１および 第２の構造部分間に取付できる力変換器。
- ２．連結装置は、一方の力感知部材の第１の端部と他方の力感知部材の第２の端 部に連結されると共に弾性部材（１０４，１２６，１２８）によって一方の取付 部材に連結された橋絡部材（１０２，１２０，１２２）から成り、弾性部材は力 感知軸心を含む平面に垂直な歪み除去軸心周りの一方の取付部材に対する橋絡部 材の回転を許している請求の範囲１記載のカ変換器。
- ３．連結装置は第１および第２の橋絡部材（１２６，１２８）から成り、第１の 橋絡部材は第１の力感知部材の第２の端部と第２の力感知部材の第１の端部に連 結されると共に、更に第１の弾性部材によって第１の取付部材に連結され、第２ の橋絡部材は第１の力感知部材の第１の端部と第２の力感知部材の第２の端部に 連結されると共に、更に第２の弾性部材によって第２の取付部材に連続され、各 弾性部材は力感知軸心を含む平面に垂直な歪み除去軸心周りの各取付部材に対す る各橋絡部材の回転を許している請求の範囲１記載の力変換器。
- ４．結晶質基盤が結晶質石英から成る請求の範囲１記載の力変換器。
- ５．各方感知部材が複振動ビームカ変換器から成る請求の範囲４記載の力変換器 。
- ６．一体的本体がチューニングフォーク温度センサー（１４０）から成る請求の 範囲４記載の力変換器。
- ７．結晶質基盤がシリコンから成る請求の範囲１記載の力変換器。
- ８．各力感知部材が複振動ビーム力感知部材から成る請求の範囲７記載の力変換 器。
- ９．連結装置の一部が力感知部材間に延びている請求の範囲１記載の力変換器。
- １０．結晶質基盤から造られた一体的本体（１５０）、第１および第２の構造部 分に力変換器を取付けるための第１および第２の取付部材（１５２，１５４）と 、第１および第２の端部および力感知部材の力感知軸心を形成する各力感知部材 の第１の端部に第２の端部から延びる線を有する第１および第２の力変換部材（ １５６，１５８）とから成る一体的本体（１５０）、 第１の橋絡部材（１６２）と、この第１の橋絡部材を第１の取付部材に連結する 第１の弾性部材と、第１の橋絡部材を第１および第２の力感知部材の第１の端部 に連結する第２および第３の弾性部材（１６６，１６８）と、第２の橋絡部材（ １７２）と、第２の橋絡部材を第２の取付部材に連絡する第４の弾性部材（１７ ４）と、第２の橋絡部材を第１および第２の力感知部材に夫々連絡する第５およ び第６の弾性部材（１７６，１７８）とを有する取付部材および力感知部材を連 結する連結装置、 とを備え、全弾性部材は力感知軸心を含む平面に垂直な歪み除去軸心周りに取付 けちれた部材の回転を許し、各橋絡部材が取付けられた弾性部材は力感知軸心に 垂直で且つ該平面内の横方向に沿って互いに間隔を置いており、第２の弾性部材 は該横方向に沿って第１および第３の弾性部材間に配置され、第５の弾性部材は 該横方向に沿って第４および第６の弾性部材間に配置され、これによって第１お よび第２の構造部分によって取付部材に作用される与えられた力は第１および第 ２の橋絡部材を第２および第５の弾性部材周りに反対方向に夫々枢動して、一方 の力感知部材にの圧縮力を生じると共に他方の力感知部材に引張力を生じるよう に為す、第１および第２の構造部分によってカ変換器に作用される力を測定すべ く第１および第２の構造部分間に取付できる力変換器。
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