JPH05505878A - 再平衡コイルの応力分離を有した加速度計 - 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】 コイルの　ｔ−−ラ １哩例圀！ 本発明は、万博平衡コイルが保証質量に装着されている加速度計に間する。

ｌ肌例宵ｌ 高い動作可能性を有した従来の加速度計は米国特許第３，７０２，０７３号明細 書に記載されている。加速度計は、３つの主要素、すなわちリード（ｒｅｅｄ　 ＞と、該リードがそれらの間に支持される上部及び下部の固定子（ステータ）す なわち両磁気回路とを備えている。リードは、外側の環状の支持リングに屈曲部 を介して懸垂された可動のパドル（ｐａｄｄｌｅ）を含んでおり、これにより、 パドルは支持リングに対して旋回し得る。パドル、屈曲部及び支持リングは、一 般に、溶融石英から成る一体構造として提供される。複数個の取付パッドが、支 持リングの上部及び下部表面の回りの離開した位置に形成される。これら取付パ ッドは、加速度計が組立てられるときに上部及び下部の固定子の内方に面する表 面と適合する。

パドルの上部及び下部表面の双方は、コンデンサ板（コンデンサ・プレート）と 、トルク・コイルとしても知られているカリバランス・コイルすなわち万博平衡 コイル（ｆｏｒｃｅ　ｒｅｂａｌａｎｅｅ　ｃｏｉｌ）とを含んでいる。万博平 衡コイルの各々は、その中心軸がパドルと垂直で、かつ加速度計の感度軸と平行 であるように位置付けられている。各固定子は、概して円筒形であり、その内方 に面する表面に設けられた内孔を有する。内孔内には、永久磁石が収容されてい る。内孔及び永久磁石は、パドル上に装着された万博平衡コイルの関連のものが 内孔内に嵌め込まれ、そのコイルの円筒形コア内に永久磁石が位置付けられるよ うに形成されている。コイルを通して流れる電流は、永久磁石と相互作用する磁 界を生成してパドル上に力を発生する。

固定子の内方に面する表面上には、また、パドルの上部及び下部表面上のコンデ ンサ板とでコンデンサを形成するように構成されたコンデンサ板が設けられる。

上部及び下部の固定子に対してパドルが移動すれば静電容量の差のある変化が生 じる。

動作において、加速度計は、加速度が測定されるべきである対象物に取付けられ る。感度軸に沿った対象物の加速度は、支持リング及び固定子に対して、パドル 、コイル及びコンデンサ板（集合的に“保証質量”と称す）の振動的かつ回動的 な変位を生じる。この変位により生じた結果の静電容量の差のある変化は、フィ ードバック回路により感知される。それに応答して、フィードバック回路には、 万博平衡コイルに与えられるとき、保証質量（ｐｒｏｏｆ　５ａｓｓ）をその中 立の位！に戻すような傾向を有する電流が生成する。保証質量をその中立の位置 に維持するために必要な電流の大きさは、感度軸に沿った加速度の測定値を与え る。

上述した型の加速度計の重要な特性は、熱応力に起因する誤差に対する免疫性で ある。熱応力は、加速度計の異なった部品が異なった熱膨張係数を有する物質か ら成るという事実から生じる０例えば、リードは、溶融石英から成るのが好まし く、それに対してコイルは、代表的には、銅から成るのが好ましく、アルミニウ ムの巻型に装着され得る。溶融石英の熱膨張係数はＯｏ−５ＰＰ／”Ｃであり、 銅及びアルミニウムの膨張係数は、それぞれ１７及び２３ｐｐｍ／’Ｃである。

従って、温度変化により、パドル／コイル、もしくはパドル／巻型の境界面にお いて応力が生じる。この応力は、パドル及び該パドルを取付ける屈曲部をそらせ 得、そして加速度計の出力にオフセット及びヒステリシス誤差を生じる。

コイル及びパドルの境界面において温度誘発される応力を最小にするための１つ の伝統的な方法は、コイルの中心軸近辺の小さい環状領域においてのみパドルに 装着される支持体上にコイルもしくは巻型を取付けることである。この方法は、 与えられた温度変化により生じるコイルの移動及びパドルの移動間の差を最小に する。応力を減するコイル取付けのもう１つの従来の方法は、米国特許第４，６ ９７．４５５号明細書に示されている。そこに示される加速度計においては、複 数個の取付指が巻型から下降して、パドルに取付けられたベースに装着される。

この設計は、熱膨張の不整合に起因する応力を効果的に除去するが、保証質量に かなりの量の質量を追加するという比較的重い設計である。従って、熱応力を最 小にするが、軽量でもあり、それにより高いｇの加速度計の使用に良く適したコ イル取付は方法に対する必要性がある。

見所Ω皇！ 本発明は、カリバランス加速度計もしくは万博平衡加速度計において、コイルを パドルに取付けるための改良された技術を提供する。

本発明は、保証質量の質量増加を必要とすることなく、温度変化に対するひずみ の除去を提供する。

本発明は、支持体に対して動くように該支持体から懸垂されるパドルを含んだ加 速度計に適用可能である。ここでパドルとは、任意の可動部材を含むよう広い意 味において用いられ、かかる動きが回転的であるか、並進的であるかもしくは両 者の組合わせであるかに拘わらない、加速度計は、また、パドルに取付けられる コイル手段をも含む、コイル手段としては、自由に直立したコイル、もしくは巻 型に装着されたコイル、のいずれを含んでいても良い１本発明によれば、コイル 手段は、パドル上の複数個の取付は場所でパドルに取付けられる。少なくとも１ つの取付は場所は、パドルが横たわる平面においてパドルに対して取ｆ寸は場所 が動くように柔軟もしくは順応的（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）である懸垂手段により 、パドルに接続される。

従って、取付は場所のかかる動きは、熱的に誘発されたひずみを吸収し得る。

好適な実施例において、コイル手段は、第１、第２及び第３の取付は場所におい てパドルに取付けられる。第１及び第２の取付は場所は、それぞれ第１及び第２ の懸垂手段によりパドルに接続される。

各懸垂手段は、第３の取付は場所に向かうもしくはそこから離れる方向における それぞれの取付は場所の動きに対して柔軟もしくは順応的である。もう１つの好 適な観点において、各取付は場所は、その対向する両方のコーナもしくは角にお いて取付は場所に接続されている一対のはり部によりパドルに接続される。また 、パドルの質量を減らすよう取付は場所間のパドルの部分を除去した実施例も開 示されている。

区道！１１１４艮所 第１図は、従来技術の万博平衡加速度計の透視図であり、第２図は、本発明によ って形成されたリードの平面図であり、そして 第３図は、本発明による第２のリードの平面図である。

ｉ呪立註鳳ス盈朋 第１図は、従来技術において既知であるカリバランスもしくは万博平衡（ｒｅｂ ａｌａｎｅｅ　）加速度計を示すにの加速度計は、上部の固定子１０及び下部の 固定子１２を含んでいる。各固定子くステータ）の内方に面した表面ば内孔を含 み、該内孔内には、極片によりふたをされた永久磁石が位置付けられており、そ の様子が内孔１６内の極片１４により示されている。第１図には、また、上部及 び下部の固定子間に取付けられるリード（ｒｅｅｄ　）組立体１８が示されてい る。

リード組立体１８は、外側の環状の支持リング２２及び屈曲部３４により該支持 リングから支持されたパドル２６を含んだリード２゜を備えている。リードは、 単一の片の溶融石英がら製造されるのが好ましい、支持リング２２は、その上部 表面上に３つの取付はバッド２４、及びその下部表面上に同様の組の３つの取付 はバッド（図示せず）を含んでいる。加速度計が組立てられるとき、取付はパッ ド２４は、上部及び下部の固定子と接し、リード組立体に対する支持を提供する 。

コンデンサ・プレートすなわちコンデンサ板２８は、パドル２６の上部表面上に 沈積され、そして同様のコンデンサ板（図示せず）がパドルの下部表面上に沈積 される。コンデンサ板は、容量性のビックオフ装置を提供するように上部及び下 部の固定子１０及び１２の内方に面する表面と協働する。また、パドル２６のい ずれがの面上には巻型３２が取付けられ、該巻型３２上には、カリバランス・コ イルもしくは万博平衡コイル３ｏが取付けられる。サーボ機器技術において良く 理解されているように、コイル３ｏは、固定子内の永久磁石及び適切なフィード バック回路と協働して、パドル２６を支持リング２２に対して所定の位置に保持 する。薄膜のビックオフ・リード線３６及び３８、並びにリード２０の下部表面 上の同様のり−ドｌｌ（図示せず）が、ビックオフ・コンデンサ板及びカリバラ ンス・コイルへの電気接続を提供する。

第１図に示された型の加速度計の設計においては、異なった構成要素のすべてに 対して同じ物質を使用することは殆ど不可能である。

例えば、リード２０は、溶融石英で構成されるのが好ましく、コイル３０は銅で 構成されるのが好ましく、そして巻型３２はアルミニウムから作られるのが好ま しい、結果として、隣接した構成要素の熱膨張係数にいつも不整合があるであろ う、かかる不整合は構成要素を変形させ、用いられる懸垂及び変位ビックオフ方 法の型に依存して、幾つかの異なった方法で誤差を生じ得る。

第１図の加速度計において、巻型は代表的には、柔軟なもしくは順応性のエラス トマでもってパドルに直接取付けられる。アルミニウム及び溶融石英間の熱係数 における不整合は大きく、そして順応性のエラストマ層はこの境界面におけるす べての応力を救済しない６対向するコイルにより相殺されない残りの応力は、ビ ックオフ・コンデンサ板もしくは屈曲部を変形し得る。これら変形のいずれかは 、加速度計の出力に１倚を生じさせ得る。加えるに、コイル巻線の位置を変化さ せるゆがみが、換算係数に誤差を生じ得る。これらの誤差源は、パドルに与えら れる結果の応力が非対称であるという理由により、ただ１つのカリバランス・コ イルもしくは万博平衡コイルが用いられる設計において一層意義を持つものとな る。

第２図は、本発明のコイル取付装置の好適な実施例を示す、特に、第２図は、支 持リング５２を備えたり−ド５０を示し、該支持リング５２からパドル５４が屈 曲部５６及び５８により懸垂される。パドルは、該パドルにコイルを取付けるた めの３つの取付は場所、すなわち固定された取付は場所６０、並びに可動の取付 は場所６２及び６４を含む、弧状のコンデンサ板６６がバドル上に沈積され、該 コンデンサ板は、概して、コイルが取付けられる領域の回りに延びている。

固定された取付は場所６０は、単に、バドル表面の指定された領域であって良く 、また、以下にさらに説明するように、パドル表面の他の部分に対して隆起して いても良い、可動の取付は場所６２は、パドルを貫通する一対のスロット７０及 び７２をエツチングすることにより形成され、該スロットは、はり部７６及び７ ８によりパドルの池の部分に接合された取付は場所６２を形成するように形作ら れる。パドルには第２の対のスロット８０及び８２も形成５れ、該スロット８０ 及び８２は、はり部８６及び８８によりパドルの他の部分に接合された取付は場 所６４と形成する。はり部７６及び８６、並びに可動の取付は場所６２及び６４ の部分は、コンデンサ板６６の部分を形成するようにメッキされ得る。

はり部７６．７８．８６及び８８の縦横比は、はり部の縦軸もしくは長さ方向軸 と直角に、パドルの面内でたわむには比較的順応的もしくは柔軟性を有するが、 パドルの面の外、すなわち図面の面と直角への曲げに対しては比較的不順応（ｎ ｏｎｃｏｍｐ　Ｉ　１ａｎｔ　）であるようなものである、加えるに、はり部は 、熱応力に起因する予想される負荷に対しては縦軸もしくは長さ方向軸に沿って 比較的不順応であるような大きさである。はり部７６及び７８が順応的である方 向、すなわちこれらはり部の長さ方向の軸と直角の方向に沿って、固定された取 付は場所６０がほぼ位置付けられるように、はり部７６及び７８は配向される。

固定された取付は場所６０はまた、はり部８６及び８８の順応方向に沿っても位 置付けられる。従って、はり部は、固定された取付は場所に向かう方向に、及び それから離れる方向に可動の取付は場所を移動させるように順応的である。結果 として、パドルに対するコイルもしくは巻型の異なった熱膨張もしくは収縮が温 度変化により生じたとき、取付は場所６２及び６４は、固定された取付は場所６ ０に向かう方向に及びそこから離れる方向に移動し、それにより、ひずみの救済 が提供され、かつ熱的に誘発されるひずみがリードまたはコイルに結合されるの を最小にする。

第２図に示される実施例は、パドルに取付けられる巻型にコイルを装着した加速 度計、並びに自由に直立するコイルをパドルに直接取付けた実施例に等しく適用 される。いずれの場合においても、コイルもしくは巻型とパドルとの間に隙間を 提供するよう、取付は場所に小さい隆起領域を形成することが好ましい。しかし ながら、成る適用においては、コンデンサ板６６に対して大きくかつ平らな表面 を提供するという理由で、隆起しない取付は場所が好ましいかも知れない。この ような実施例においては、粘着物の小さいビードもしくは予形成／エポキシ・パ ッドが、隙間を提供するようにパドルとコイルとの間に位置付けられ得る。別法 としては、このような隙間を提供するために工具用間隙調整板（ｔｏｏｔｉｎｇ 　ｓｈｉ＋＊ｓ）が用いられ得る。第２図に示された設計は、ただ１つのコイル がパドルの一側に取付けられる場合、もしくはコイルがパドルの両側に取付けら れる二重コイル設計に対して等しく適用される。後者の場合、隆起された取付は 領域は各取付は場所の両側に形成され得る。

第２図の実施例において、取付は場所は概して矩形形状であり、はり部は、各取 付は場所の両方のコーナもしくは角に付いている。

必要とはされないけれども、この配列は、良好な分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を 提供するので好ましい、その理由は、はり部が長さ方向軸と直角に変位したとき にはり部の長さが事実上足りなくなるということであるにのように、はり部の軸 が共通線上にあるならば、取付は場所の変位は、はり部を引張状態に置き、そし てパドルに何等かの応力を結合するであろう０両方の角に付いていることは、取 付は場所の小さい回転が実際のはり部の長さの変化を補償するのを許容すること により、このことを避ける。いかなる残留応力も平衡されるように、可動の取付 は場所６２及び６４は、屈曲部に対して対称に位置付けられるのが好ましい。

取付は場所６０に対しても、分離を提供することができる。しかしながら、単に ２つの順応的な取付は場所が効果的なひずみの救済を提供するために必要とされ る。取付は場所６０を固定したままにすれば一層堅固な構造が作られ、そしてコ ンデンサ板領域へのコイル分離構造の侵入を最小にする。他方、取付は場所６０ に対して順応的な支持を用いることの長所は、温度変化により、パドルに対する コイルの中心の位置が変えられないであろうということである。

順応的な支持が取付は場所６０に対して用いられるとき、取付は場所６０が装着 されるはり部もしくは他の構造の順応性もしくはコンプライアンスは、加速度計 の目盛係数の温度感度を補償するよう、取付は場所６２及び６４を支持するはり 部の順応性もしくはコンプライアンスに対して調整され得る。

第３区は、本発明の第２の好適な実施例を示す、特に、第３図は、支持リング１ ０２を含んだリード１００を示し、支持リング１０２から、パドル１０４が屈曲 部１０６及び１０８により懸垂される。

パドル１０４は、固定された取付は場所１１０、並びに可動の取付は場所１１２ 及び１１４を含む、取付は場所１１２は、はり部１２０及び１２２によりパドル １０４の他の部分に接続され、取付は場所１１４は、はり部１３０及び１３２に よりパドルの他の部分に接続される。取付は場所及びはり部の形状寸法は、第２ 図の実施例のものと実質的に同一である。しかしながら、第３図においては、パ ドル１０４の中心のかなりの部分が除去されて、パドル及び保証質量の質量をさ らに減じている。かなりの唇部分１３４が、この領域において追加の堅固性を提 供するよう屈曲部１０６及び１０８の近辺でパドルに残されるのが好ましい。

本発明の好適な実施例が示されかつ説明されてきたが、当業者には種々の変形が 明瞭であろう。例えば、本発明は、コイルが可動のパドルや同様のものに取付け られた任意の加速度計に適用され得るものであって、パドルが屈曲部により懸垂 的に取付けられた図示の場合に制限されるものではない６本発明の範囲は、従っ て、次の請求の範囲に従って決定されるべきである。

排他的所有権もしくは特権が要求される本発明の具体化は、次のように定義され る。

恍 要約書 保証質量の質量を増加することなく、温度により誘発されるひずみの救済を提供 するように、万博平衡加速度計におけるパドルにコイルを取付けるための改良さ れた技術である。コイル（３０）は、パドル上の複数個の取付は場所（６０，６ ２，６４，１１０，１１２，１１４）において、パドル（５４，１０４）に取付 けられ、それら取付は場所の少なくとも１つ（６２，６４，１１２，１１４）は 、パドルの面における動きに対して順応的であるもしくは柔軟性を有する懸垂手 段（７６，７８，８６，８８，１２０，１２２，１３０，１３２）により、パド ルに接続される。好適な配列においては、３つの取付は場所が用いられ、そのう ちの２つ（６２，６４，１１２，１１４）が、３番目の固定された取付は場所（ ６０，１１０）に向かう及びそこから離れる方向に可動である。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．支持体に対して動くよう該支持体から懸垂されるパドルと、該パドルに取付 けられるコイル手段と、を備えた加速度計において、前記コイル手段は、前記パ ドル上の複数個の取付け場所において該パドルに取付けられ、前記取付け場所の 少なくとも１つは、懸垂手段により前記パドルに接続され、前記懸垂手段は、前 記パドルが横たわる平面における前記パドルに対する前記取付け場所の動きに対 して順応的であるように改良されている加速度計。
2. ２．前記コイル手段は、第１、第２及び第３の取付け場所において前記パドルに 取付けられ、前記第１及び第２の取付け場所は、それぞれ第１及び第２の懸垂手 段により前記パドルに接続され、各懸垂手段は、前記平面における前記パドルに 対するそれぞれの取付け場所の動きに対して順応的である特許請求の範囲第１項 記載の加速度計。
3. ３．前記第１の懸垂手段は、前記第３の取付け場所に向かう及びそこから離れる 方向における前記第１の取付け場所の動きに対して順応的であり、前記第２の懸 垂手段は、前記第３の取付け場所に向かう及びそこから離れる方向における前記 第２の取付け場所の動きに対して順応的である特許請求の範囲第２項記載の加速 度計。
4. ４．前記懸垂手段は、前記取付け場所を前記パドルに接続する一対のはり部を含 んでいる特許請求の範囲第１項記載の加速度計。
5. ５．前記はり部は、前記取付け場所の両側に装着される特許請求の範囲第４項記 載の加速度計。
6. ６．前記はり部は、互いに平行であるがずれているそれぞれの長さ方向の軸を有 している特許請求の範囲第５項記載の加速度計。
7. ７．前記取付け場所は、機して矩形形状を有して４つの角を含み、前記はり部は 、対角線的に対向する角に装着される特許請求の範囲第６項記載の加速度計。
8. ８．前記パドルの質量を減らすように前記取付け場所間の前記パドルの部分を除 去した特許請求の範囲第１項記載の加速度計。