JPH05505467A - 絶縁した屈曲部を有する加速度計 - Google Patents

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】 絶縁した屈曲部を有する加速度計 ＩＩＪ−皿１ 本発明は、１９８８年６月２９日に出願された米国の一部継続出願第０７／２１ ２，７８５号９発明の名称「応力補償型変換器（５ＴＲＥＳＳ　Ｃ０ｌ４ＰＥＮ ＳＡＴＥＤ　ＴＲ八へ５Ｉ）ｔｌｃＥＲ）　ｊに関連している。

魚ｌｆｌ技」口Ｅ１ 本発明は、屈曲部を介して支持部にブルーフマスを取り付けた加速度計に関する ものである。

１１ゑ１遣 高性能な従来の加速度計としては、米国特許第３．７０２．０７３号に開示され ている。この加速度計は、３個の主要構成部品、すなわちリードと、このリード をその間に支持する。上側固定子即ち磁気回路と、下側固定子即ち磁気回路とを 備えている。前記リードは、屈曲部を介して環状な外側支持リングに懸架された 可動型パドルを有し、このパドルは、前記支持リングに対して回動させることが できる。前記パドル、屈曲部及び支持リングは、石英ガラスからなる一体構成物 として通常は設けられている。

前記パドルの上側面と下側面の両面には、コンデンサプレート及び力平衡用コイ ルをそれぞれ有している。各力平衡用コイルは、この中心軸線が前記パドルの頂 面及び底面に対して直角であり且つ加速度計の検出軸線に平行になるように、前 記パドル上に位置決めされている。

複数の取付用パッドは、環状の前記支持リングの上面及び下面の周縁に離間して 形成されている。これらの取付用パッドは、加速度計を組み立てた場合に、上側 固定子と下側固定子の内側面を対面させ対をなすように設けられている。

各固定子は、はぼ円筒形をなすと共に、内方に対向するような面に設けられた穿 孔部を有している。この穿孔部内には、永久磁石が収容されている。前記穿孔部 及び永久磁石は、パドルに取付けられた力平衡用コイルのうちの一つが、前記穿 孔部内に嵌合され、且つ前記永久磁石が前記コイルの円形コア部内に位置決めさ れる形状をなしている。従って、前記コイルを通る電流は、前記パドルに力を生 起させるように、前記永久磁石と相互に影響し合う磁界をつくり出す、また、固 定子の内側面にコンデンサープレートを設け、このコンデンサープレートは、前 記パドルの頂面及び底面に配置したコンデンサープレートをもってコンデンサー を形状をなしている。前記下側固定子及び上側画定子に対する前記パドルの移動 は、様々な静電容量の変化をつくり出すことになる。

実施する上で、加速度計は、加速を計測する対象物に固定される。検出軸線に沿 って対象物が加速する結果、支持リング及び固定子に対してパドルが揺動し回動 変位する。この変位により生じる様々な容量変化は、フィードバック回路により 検出される。その検出に応答して、前記フィードバック回路は、パドルを中立位 置に復元させようとする電流を力平衡用コイルに生起させる。この中立位置にパ ドルを維持するに必要な電流の大きさは、検出軸線に沿った加速度の大きさを示 している。

前述した従来の加速度計は、リードの取付けに対して、一般的に２つの方策があ る。１つの方策として、３個の取付用パッドを、支持リングに周縁で互いに等間 隔で離間して配置し、前記取付用パッドを介して固定子間で前記リードをクラン プする。このような配列の結果、屈曲部を取り付ける支持リングの領域に、少な くとも一つの取付用パッドが近接して配置されることになる。従って、装着ひず みや熱ひずみが屈曲部にもたらされ、その結果、装着や熱によって偏った感度が 引き起こされることになる。従って、加速度計の全信頼性が低下してしまう。こ のような形状は、磁気回路の中心線の各側部に少なくとも一個のパッドを配置す るような関係をもって、３個のパッドを広範囲に分割できる利点を有している。

従って、安定したクランプ状態を与えるために、予苛重を、加速時計の中心に加 えることができる。このような方策は、予荷重システムを設計する上で柔軟性に 富んでいるが、偏倚性能を低下させてしまう欠点がある。

通常に行われる第２の方策として、前記中心線の片側に３個全ての取付用パッド を、屈曲部の領域からできる限り離して配置する。その結果、取付用パッドと屈 曲部との間の長い支持リングが、熱ひずみ及び装着ひずみから屈曲部を絶縁する 。このような方策は、また、米国特許第４，１８２，１８７号に開示されている ように、２個の取付用パッドを、ビックオフ静電容量の重心位置と整列させるこ とができる。このような取付用パッドの整列の結果、偏倚性能を向上させること ができるが、加速度計の中心線に予菌重を加えることができず、整列安定性が低 下してしまう。

先豆立且１ 本発明は、低コストの軸線方向予荷重技術の利用を可能にするように、取付用パ ッドを介してリードに加わるひずみから屈曲部を絶縁するための技術に関するも のである。

好適な一実施例において、本発明は、パドル、支持部及び屈曲部を含むリードを 有し、前記屈曲部が、この屈曲部に近接する支持部の領域に前記パドルを連結さ せるように構成した加速度計を提供する。前記屈曲部は、加速度に応じて前記支 持部の前記領域に対する回転のために前記パドルを支持する。前記加速度計は、 前記リードを取り付けるために支持部上で１個以上の前記取付用パッドと接触す る取付手段を有している。

前記屈曲部に近接する前記支持部の前記領域は、第１部分と第２部分とに分割さ れ、前記屈曲部は、前記第１部分に連結され、前記領域において、前記取付用パ ッドの少なくとも一部は、前記第２部分に位置決めされる。

従って、前記屈曲部は、前記取付用パッドを伝って前記リードに加わる応力から 絶縁される。好適な実施例において、前記支持部は、環状をなし、前記第１部分 と第２部分は、周方向に延在するスロットによって分割される前記支持部の内側 部分と外側部分とに対応して設けられ図１は、絶縁整列されたプルーフマスを含 んだ加速度計を示す断面図である； 図２は、図１の加速度計のリードを示す平面図である図３は、図２の３−３１！ に沿う断面図である。

図４は、本発明に利用されるプルーフマス組立体の好適な第２実施例を示す平面 図である； 図５は、本発明に利用されるプルーフマス組立体の好適な第３実施例を示す平面 図である： 図６は、本発明に利用されるプルーフマス組立体の好適な第４実施例を示す平面 図である； 図７は、区６の７−７１．に沿う断面図である；図８は、本発明に利用されるプ ルーフマス組立体の好適な第５実施例を示す平面図である。

−の 図１〜３は、本発明に間する屈曲部の絶縁システムを有する加速度計を示してい る。加速度計１０は、検出軸線ＳＡに沿った加速度を計測すると共に、固定子１ ２゜リード１４．セラミックプレート１６及び電子部品組立体１８を有し、これ ら全ては、取付用フランジ２０及びケース２２によって構成された包囲体内に取 付けられている。前記リード１４は、前記セラミックプレート１６と前記固定子 １２との間に保持されていると共に、その上面に位１決めされたコイル２４を有 している。そして、固定子１２は、位置決め用リング２６及びばねワッシャ２８ を介してケース２２に付勢されている。

前記固定子１２は、励起リング４２．磁石４４及び極片４６を備えている。当業 者なら熟知しているような力平衡機ａｔもたせるために、固定子１２は、極片４ ６と励起リング４２との間の比較的狭い隙間を前記コイル２４が占有するように 形成されている。セラミックプレート１６は、取付用フランジ２０の内方肩部３ ０によりリード１４に対抗して保持されており、前記取付用フランジ２０及びケ ース２２は溶接又は他の適切な方法によって相互に連結されている。また、図示 しない手段によって、電子部品組立体１８とリード１４とを電気的に相互に連結 すると共に、電子部品組立体１８と取付用フランジ２０の外表面に設けた電気コ ネクタとの間を連結している。

前記リード１４は図２，３に詳細に示されている。リード１４は、全体にわたっ てディスク状をなすと共に、環状の支持部としての支持リング３２並びに、開口 ４０の両側に位置決めされた一対の屈曲部３６を介在させて互いに連結されたパ ドル３４を有している。また、円周の大部分において、前記パドル３４は、隙間 部３８によって前記支持リング３２から分離している。隆起した３個の取付用パ ッド５０〜５２は、支持リング３２の周縁にほぼ等間隔で離間して配置されてお り、同様の３個の取付用パッド（図示せず）は、前記支持リングの下面において 、前記パッド５０〜５２の真下に配置されている、組立てられた加速度計におい て、上側の取付用パッド５０〜５２は、固定子１２に接触し、その一方で、下側 の取付用パッド（図示せず）はセラミックプレート１６に接触する。

前記バドル３４は、屈曲部３６を介在させて取付けられており、その結果、前記 バドル３４は、前記屈曲部３６を通り且つ図２の面に平行でかつ水平なヒンジ軸 １ｉＨＡを中心に、支持リング３２に対して回動可能をなしている。前記コイル ２４は、バドル３４の上側面に取付けられており、コイル２４が屈曲部３６及び 開口４０を覆うところの屈曲部３６の近傍を除いて、前記コイル２４の外縁部は バドル３４の外縁部とほぼ同じ空間に存在している。前記バドル３４上で且つ前 記コイル２４内に位置決めされたコンデンサプレート６０は、前記極片４６に隣 接する面をもったコンデンサ、若しくは前記極片４６の下側面に配置された第２ のコンデンサプレートをもったコンデンサを構成している。前記コンデンサは、 零位置からのバドル３４の移動を検出するためのビックオフ（運動量検出）回路 の一部を構成している。また、第２コンデンサを、バドル３４の下側面のプレー ト（図示せず）とセラミックプレート１６の上側面のプレート（図示せず）との 間に形成してもよい。

本発明に関して、前記屈曲部３６に隣接する支持リング３２の一部は、スロット ７０によって、内側リング（第１部分）７２と外側リング（第２部分）７４とに 分割されている。取付用パッド５０は外側リング７４上にのみ位置決めされ、前 記屈曲部３６は内側リング７２に連結されている。このような配列の結果、取付 用パッド５０を介して前記リード１４に加えられた力は、前記屈曲部３６に伝わ らない、コイル２４及びコンデンサプレー）６０は、導電性ストリップ（図示せ ず）を介して電子部品組立体１８に電気的に連結され、前記ストリップは、屈曲 部３６を横切り、前記取付用パッド５１．５２の下部で接触するように内側リン グ７２の各側部に沿って延びている。

前記スロット７０は、エツチング加工、空気研削加工、つオータジェット加工、 レーザ切断加工又は他の適切な技術によって製造することができる。前記スロッ ト７０は、好適には、支持リング３２のほぼ半周にわたって延在する。前記スロ ット７０の長さを短くすると、それにつれて絶縁の度合いが減少する。他方、前 記スロット７０の長さが図示した半周を越えた場合、内側リング７２は柔らか過 ぎて、加速に対する内側リング７２の曲がりが大きくなってしまう。

前述したように支持リング３２を分割することで、支持リング３２の可撓領域に 取付用パッド５０を直かに機械的連結させることなく、前記取付用パッド５ｏを 、外側リング７４上で屈曲部３６の近傍に配置することができる。加えて、支持 リング３２の周縁部に取付用パッド５０〜５２を等間隔で配置することにより、 予宵重の中心を、プルーフマス（ｐｒｏｏｆ　ｍａｓｓ）組立体の直径内のどの ような部分でも配置され得ることを可能にしている。

好適な場所としては、取付用パッドへの荷重を等分する中心線６２上である。予 荷重の正確な中心位置において感度が低くなっているので、図１に示されたばね ワッシャ２８のような安価な予荷重技術を利用することが可能である。

図４は、本発明におけるリードの好適な第２実施例を示している。リード８０は 支持リング（支持部）８２を備え、バドル８４は、屈曲部８６を介在させそ支持 リング８２から支持されている。屈曲部８６の近傍領域において、前記支持リン グ８２は、図２と同様に、スロット８８によって内側リング（第１部分）９０と 外側リング（第２部分）９２とに分割されている。しかしながら、図４に示した 実施例において、取付用パッド９４〜９６は、区２に示された取付用パッドに対 して約６０度ずらせた位置に配置されており、その結果、取付用パッド９４と９ ５の両方は、屈曲部８６に近接すると共に、スロット８８によって屈曲領域から 離間する。

図５は、本発明におけるリード１００の好適な第３実施例を示している。前述さ れた実施例に対して、このリード１００は、屈曲部１０６により相互に連結され た支持リング（支持部）１０２及びバドル１０４を備え、屈曲部１０６の近傍の 支持リング１０２は、スロット１０８によって内側リング（第１部分）１１０と 外側リング（第２部分）１１２とに分割されている０図５に示した実施例におい て、連続した取付用パッド又は取付用リング１１４は、支持リング１０２の全周 にわたって円形に配置されると共に、支持リング１０２内でスロット１０８によ り分割された外側リング１１２にのみ位置決めされている。前記連続した取付用 パッドは、センナに対する汚染を防止する完全なバリアを提供している。

図６．７は、リード１２０の好適な第４実施例を示している。このリード１２０ は、屈曲部１２６によって相互に連結された環状の支持リング（支持部）１２２ 及びバドル１２４を有している。前記支持リング１２２は、等間隔をなす３個の 取付用パッド１３０、並びに前記リード１２０における前記パッドに対向する側 面に設けられた前述と同様の３個のパッド（図示せず）を有している。コイル１ ３２は、バドル１２４の上面で且つ中央に設けられており、また、コンデンサプ レート１３４は、バドル１２４の表面に取付けられている共に、コイル１３２を 部分的に包囲するアーチ状を形成している。前記屈曲部１２６に近接する支持リ ング１２２の一部は、スロット１４０により内側リング（第１部分）１４２と外 側リング（第２部分）１４４とに分割されている。また、外側リング１４４にの み取付用パッド１３０が位置決めされており、屈曲部１２６は内側リング１４２ に連結され、前述された実施例と同様の絶縁体をつくり出している。

図８は、リードの好適な第５実施例を示している。この実施例は、屈曲部１５６ によって互いに連結された環状の支持リング（支持部）１５２及びバドル１５４ を備えたリード１５０を有している。また、取付用パッド１６０は、図２．３及 び図６．７に示されたものと同様に、支持リング１５２上に位置決めされている 。この支持リング１５２は、スロット１７０によって内側リング（第１部分）１ ７２と外側リング（第２部分）１７４とに分割されている。前記屈曲部１５６に 近接する取付用パッド１６０は外側リング１７４にのみ連結されている。

前記屈曲部１５６の間の内側リング１７２の一部と前記パドル１５４との間に、 力変換器１８０が連結されている。この力変換器１８０は、既知のダブルエンド 型水晶オンサを備えることも可能である。この実施例において、スロット１７０ は、力変換器１８０を支持リング１５２に連結した連結地点から取付用パッド１ ６０を絶縁するのに役立っている。

前記支持リング１５２の一部を、取付用パッド１６０を含む第１部分及び屈曲部 １５６に連結された第２部分に分割するためのスロットを利用することにより、 前述した目的を達成できるばかりでなく、１９８８年６月２９日に出願された米 国特許出願第０７／２１２，７８５号１発明の名称「応力補償型変換器（ＳＴＲ ＥＳＳ　Ｃ０ＭＰＥＮ５ＡＴＥＤ　ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ）」に開示されている ように、支持リング１５２に加わるアンバランスな力を補償することができる。

前述の米国特許出願における図１２．１３を、本発明の図４と比較すると、本発 明においては、取付用パッドの位置と協働する支持リングを利用した場合でも、 コンデンサプレートの容量の重心部分が、支持リングの内側部に加わる特定の力 に応じて移動しないことを確実なものとしている。一般的に、前記補償は、コン デンサの前記重心部分と、アンバランスな力が加えられた状態で支持リングがた わむたわみ軸線とを整列させることで達成される。

本発明は、前述された実施例に限定されることなく、当業者の技術的範囲内で変 更できることは言うまでもない１例えば、本発明における絶縁技術は、米国特許 第３゜７０２．０７３に示されたタイプの加速度計に十分に適応させることがで き、この場合において、コイル、コンデンサ、磁気回路は、リードの両側に位置 決めされる。加えて、図１〜７に示したような力の再度のバランス調整の実施例 において、本発明は、容量性位置検出装置に制限されることなく、前記位置検出 装置が、誘導的、静電的、光学的又は他の既知の技術である実施例にも適用する ことができるには言うまでもない。

！」Ｌｌ ４りＺ ｈガ？・８゜ 国際調査報告 応力絶縁技術をもつ加速度計（１０）は、リード（１４，８０，１１３４，１５ ４）及び支持部の領域に前記パドルを連結する屈曲部（３６，８６，１０６，１ ２６，１５６＞を含んでいる。前記支持部は、１個以上の取付用パッド（５０〜 ５２．９４〜９６，１１４，１３０，１６０）を有し、これらパッドを介して前 記リードが取付けられている。前記屈曲部に近接する前記支持部の前記領域は、 第１部分（７２，９０，１１０，１４２，１７２）と第２部分（７４，９２，１ １２，１４４，１７４）に分割され、前記屈曲部は前記第１部分に連結さる、前 記取付用パッドは前記第２部分にのみ位置決めされている。従って、前記屈曲部 は、前記取付用パッドを介して前記リードに加わる応力から絶縁される。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．検出軸線に沿う加速を計測するための加速度計であって、この加速度計は、 パドル、支持部及び屈曲部を含むリードを備え、前記屈曲部は、前記パドルと、 前記屈曲部に近接する前記支持部の領域との間で可撓性連結を行い、前記屈曲部 は、加速度に応じて前記支持部の前記領域に対する回動のために前記パドルを支 持し、前記支持部は、少なくとも１個の取付用パッドを有し、更に、前記リード を取り付けるために前記取付用パッドと接触する取付手段を備えた加速度計にお いて、前記屈曲部に近接する前記支持部の前記領域は、第１部分と第２部分とに 分割され、前記屈曲部は、前記第１部分に連結され、前記領域において、前記取 付用パッドの少なくとも一部は、前記第２部分に位置決めされ、前記屈曲部を、 前記取付用パッドを伝って前記リードに加わる応力から絶縁するよう構成したこ とを特徴とする加速度計。
2. ２．前記支持部は、環状をなすと共に、前記パドルを包囲し、前記第１部分と第 ２部分は、前記支持部の領域部分に沿って延在するスロットによって分割される 前記支持部の内側部分と外側部分とからなることを特徴とする請求項１記載の加 速度計。
3. ３．前記支持部は、この支持部の周縁に互いにほぼ等間隔で配置された３個の取 付用パッドを備え、前記取付用パッドのうちの一個は、前記屈曲部の直近に配置 されると共に、前記スロットを介して前記屈曲部から分離されるように配置され ることを特徴とする請求項２記載の加速度計。
4. ４．前記スロットは、前記取付用パッドのうちの第１の取付用パッドから、前記 取付用パッドの第２の取付用パッド及び前記屈曲部に近接する前記領域を通過し て、前記取付用パッドの第３の取付用パッドに近接する位置まで延在させること を特徴とする請求項３記載の加速度計。
5. ５．前記支持部は、この支持部の周縁に互いに等間隔で配置された３個の取付用 パッドを備え、第１の取付用パッドは、前記支持部上で、前記屈曲部の位置にほ ぼ対向する位置に位置決めされ、第２，第３の取付用パッドは前記屈曲部からほ ぼ等間隔に配置されると共に、前記スロットを介して前記領域から分離されて配 置されることを特徴とする請求項２記載の加速度計。
6. ６．前記支持部は、この支持部の全周にわたって延在する単一の取付用パッドを 備え、前記領域における前記取付用パッドを、前記第２部分に専ら位置決めする ことを特徴とする請求項２記載の加速度計。
7. ７．前記支持部は円周部を有し、この円局部のほぼ半間に前記スロットを延在さ せることを特徴とする請求項２記載の加速度計。
8. ８．前記支持部の第１部分と前記パドルとの間に連結されたカ変換器を備えたこ とを特徴とする請求項１記載の加速度計。