JPH0567912B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 本体と、 保証質量と、 上記保証質量を本体に取付ける取付手段であつ
て、上記保証質量に接続され、保証質量の本質的
には結合されていない並進運動と回転運動であつ
て本体に対する運動を発生させるよう配置された
第１および第２屈曲部を有する取付手段に於い
て、上記並進運動は感知軸に沿うものであり、上
記回転運動は感知軸と直角をなすヒンジ軸まわり
のものであり、各屈曲部が感知軸とヒンジ軸を有
する幅と交差しており、第１および第２屈曲部
は、ヒンジ軸および感知軸に対し垂直で保証質量
の質量中心を通過する振子軸の両端に位置決めさ
れ、その際感知軸に沿う加速度計の加速度が上記
保証質量の感知軸に沿う上記並進運動を発生させ
る上記取付手段、および 感知軸に沿う加速度の指示信号を発生すること
により上記並進運動に反応する感知手段、 とからなる感知軸に沿つた加速度を計測する並進
加速度計。 ２ 各屈曲部は、角方向曲げを受け保証質量のヒ
ンジ軸まわりの回転運動を発生し、且つＳ字曲げ
を受け保証質量の感知軸に沿う並進運動を発生さ
せるよう形成された薄片屈曲部からなる請求項第
１項に記載の並進加速度計。 ３ 取付手段は更に支持部からなり、各屈曲部は
上記支持部と保証質量間に延伸する薄片部材から
なり、屈曲部の薄片部材は感知軸に垂直でヒンジ
軸には平行な共通面内に存在する請求項第２項に
記載の並進加速度計。 ４ 取付手段は更に支持部を有し、第１屈曲部は
支持部への第１接続点より、保証質量の第１接続
点まで第１方向に振子軸に沿つて延伸し、第２屈
曲部は支持部への第２接続点より、保証質量の第
２接続点まで第２方向に振子軸に沿つて第１方向
とは逆方向に延伸する請求項第１項に記載の並進
加速度計。 ５ 各屈曲部は、角方向曲げを受け保証質量のヒ
ンジ軸まわりの回転運動を発生させ、且つＳ字曲
げを受け保証質量の感知軸に沿う並進運動を発生
させるよう成形された薄片屈曲部からなる請求項
第４項に記載の並進加速度計。 ６ 各屈曲部は支持部と保証質量に延伸する薄片
部材からなり、屈曲部の薄片部材は感知軸に垂直
な共通面内に存在する請求項第５項に記載の並進
加速度計。 ７ 屈曲部は屈曲部間の１点に対して径方向に対
称である請求項第４項に記載の並進加速度計。 ８ 保証質量は、当保証質量の中心を通過する任
意の線に沿つて対称である請求項第４項に記載の
並進加速度計。 ９ 本体と、 保証質量と、 上記保証質量を本体に取付ける取付手段であつ
て、上記保証質量に接続され、保証質量の本質的
には結合されていない並進運動と回転運動であつ
て本体に対する運動を発生させるよう配置された
第１および第２屈曲部を有する取付手段に於い
て、上記並進運動は感知軸に沿うものであり、上
記回転運動は感知軸と直角をなすヒンジ軸まわり
のものであり、第１および第２屈曲部は、ヒンジ
軸および感知軸に対し垂直で保証質量の質量中心
を通過する振子軸の両端に位置決めされ、その際
感知軸に沿う加速度計の加速度が上記保証質量の
感知軸に沿う上記並進運動を発生させる上記取付
手段と、 感知軸に沿う加速度の指示信号を発生すること
により上記並進運動に反応する感知手段と、 その感知手段が、本体および保証質量間に接続
された第１および第２力感知素子からなり、第１
および第２力感知素子は屈曲部から物理的に離間
されており、且つ夫々第１および第２接続点にて
上記保証質量に接続され第１および第２接続点は
ヒンジ軸の両端に別々に位置するようになしてあ
ることからなる感知軸に沿つた加速度を計測する
並進加速度計。 １０ 力感知素子は、加速度計の他の構成品に対
し力感知素子の熱膨張および熱収縮が異る結果、
ヒンジ軸まわりに保証質量の回転運動が主として
発生するごとく接続される請求項第９項に記載の
並進加速度計。 １１ 第１力感知素子は第１接続点より１方向に
感知軸に沿つて延伸し、第２力感知素子は第２接
続点より第１力感知素子とは逆方向に延伸する請
求項第１０項に記載の並進加速度計。 １２ 各力感知素子は振動梁力のトランジユーサ
である請求項第１１項に記載の並進加速度計。 １３ 各力感知素子は、２重端音叉からなる請求
項第１２項に記載の並進加速度計。 １４ 保証質量は保証質量基盤を有し、取付手段
は更に支持部よりなり、各屈曲部は保証質量基盤
および支持部間を延伸し、支持部、屈曲部および
保証質量基盤は単一溶融石英構造を構成する請求
項第１３項に記載の並進加速度計。 １５ 保証質量は更に当保証質量の両端に別々に
位置する重錘よりなる請求項第１４項に記載の並
進加速度計。 １６ 第１および第２接続点が振子軸沿いに存在
する請求項第９項に記載の並進加速度計。 １７ 保証質量の重心が接続点中間に位置する請
求項第１６項に記載の並進加速度計。 １８ 保証質量は中心および旋転半径に特徴を有
し、且つ力感知素子は、旋転半径より大きい距離
だけ中心より離れた接続点において保証質量に取
付けられた請求項第９項記載の並進加速度計。 １９ 更に中間に取付手段を支持する上部および
下部フレームからなり、保証質量は面上にシヨツ
クパツドが位置決めされている上面および下面を
有し、各シヨツクパツドは第１および第２接続点
の間に位置決めされ、従つて保証質量のヒンジ軸
まわりの回転が各シヨツクパツドとこれに隣合つ
たフレーム間の距離を著しく変化させることはな
い請求項第１６項に記載の並進加速度計。 ２０ 屈曲部は溶融石英からなる請求項第１項に
記載の並進加速度計。 ２１ 保証質量は保証質量基盤を有し、取付手段
は更に支持部を有し、各屈曲部は保証質量基盤と
支持部の間を延伸し、且つ加速度計が更に中間に
支持部を固定した上部および下部フレームよりな
る請求項第１項に記載の並進加速度計。 ２２ 支持部は保証質量基盤を包囲するリングを
有し、上記リングは２個の上部取付パツドが形成
された上面、および２個の下部取付パツドが形成
された下面を有し、上部および下部の取付パツド
は相互に直接上下関係の位置を占め上部および下
部の取付パツドは上部および下部フレームに夫々
当接し、フレーム間の支持を確保する請求項第２
１項に記載の並進加速度計。 ２３ 各取付パツドが円周方向に比較的延伸さ
れ、径方向には比較的狭められている請求項第２
２項に記載の並進加速度計。 ２４ ２個の上部取付パツドは径方向に相互に対
称位置にあり、支持部および上部フレーム間に接
触点のみを形成し、下部取付パツドは径方向に相
互に対称位置にあり、支持部および下部フレーム
間に接触点のみを形成する請求項第２３項に記載
の並進加速度計。 ２５ 上部および下部取付パツドはヒンジ軸又は
振子軸の何れとも交叉しない請求項第２４項に記
載の並進加速度計。 ２６ 取付手段は更に支持部および各屈曲部用の
外部と内部アームよりなり、各外部アームは支持
部および各屈曲部間に接続され、各内部アームは
夫々屈曲部および保証質量間に接続され各アーム
は感知軸に平行な軸まわりに回動自在である請求
項第１項に記載の並進加速度計。 ２７ 取付手段は更に支持部を有し、第１屈曲部
は支持部への第１接続点より、保証質量の第１接
続点まで第１方向に振子軸に沿つて延伸し、第２
屈曲部は支持部への第２接続点より、保証質量の
第２接続点まで第１方向に延伸する請求項第１１
項に記載の並進加速度計。 ２８ 保証質量は保証質量基盤およびこれに固定
した重錘を有し、上記重錘の１端は回動自在取付
素子を介して保証質量基盤に固定される請求項第
１項に記載の並進加速度計。 ２９ 取付素子が振子軸まわりに回動自在である
請求項第２８項に記載の並進加速度計。 ３０ 取付素子が振子軸に垂直方向の板を有する
請求項第２９項に記載の並進加速度計。 ３１ 感知手段は、本体および保証質量間に接続
された第１および第２力感知素子よりなり、各力
感知素子は振動梁力のトランジユーサを有し、第
１および第２力感知素子は、ヒンジ軸の両端に
別々に位置する夫々第１および第２接続点に於い
て保証質量に接続し、第１力感知素子は第１接続
点より感知軸に沿つて１方向に延伸し、第２力感
知素子は第２接続点より第１力感知素子とは逆方
向に延伸し、第１および第２力感知素子は、力感
知素子上の力を指示する第１および第２出力信号
を夫々発生させる手段を含み、上記感知手段は更
に、感知軸に沿つた加速度を示す信号を、第１お
よび第２出力信号間の差の関数として発生させ、
且つ角加速度を示す信号を出力信号の和として発
生させる処理手段を有する請求項第１項に記載の
並進加速度計。 ３２ 本体と、 保証質量と、 上記保証質量を本体に取り付ける取付手段であ
つて、上記保証質量に接続され、且つ感知軸に沿
つた保証質量の並進運動で本体に対する運動およ
び感知軸と直角をなすヒンジ軸まわりの保証質量
の回転運動であつて本体に対する運動を発生させ
るように配置された第１および第２屈曲部を有す
る取付手段において、第１および第２屈曲部は、
ヒンジ軸および感知軸に対して垂直で保証質量の
質量中心を通過する振子軸の両端に位置決めさ
れ、保証質量の質量中心はヒンジ軸上には存在せ
ず、保証質量の質量中心の位置および取付手段の
並進運動および回転運動の有効自在度の選定は感
知軸に沿う加速設計の加速度が感知軸に沿つた保
証質量の並進運動と、保証質量のヒンジ軸まわり
の回転運動の組み合せとなるように行い、保証質
量の有効回転軸は保証質量および保証質量に取り
付けた全構造物、例えば屈曲部等より外側とする
取付手段、および 感知軸に沿う加速度の指示信号を発生すること
により、上記並進運動に反応する感知手段、 とからなる感知軸に沿つた加速度を計測する並進
加速度計。 ３３ 本体と、 保証質量と、 上記保証質量を本体に取り付ける取付手段であ
つて、上記保証質量に接続され、且つ感知軸に沿
つた保証質量の並進運動で本体に対する運動、お
よび感知軸と直角をなすヒンジ軸まわりの保証質
量の回転運動であつて、本件に対する運動を発生
させるように配置された第１および第２屈曲部を
有する取付手段において、第１および第２屈曲部
は、ヒンジ軸および感知軸に対して垂直で保証質
量の質量中心を通過する振子軸の両端に位置ぎめ
され、その際、感知軸に沿う加速度計の加速度
は、感知軸に沿つた保証質量の並進運動と、ヒン
ジ軸まわりの保証質量の回転運動の組み合せとな
る取付手段、および 感知軸に沿う加速度の指示信号を発生すること
により、上記並進運動に反応する感知手段であつ
て、本体および保証質量間に接続された第１およ
び第２の力感知素子からなり、第１および第２の
力感知素子は夫々第１および第２接続点で保証質
量に接続され、第１および第２の接続点はヒンジ
軸の両端に別々に位置ぎめせられている感知手
段、とからなる感知軸に沿つた加速度を計測する
並進加速度計。 ３４ 各屈曲部は、角方向曲げを受け保証質量の
ヒンジまわりの回転運動を発生させ且つＳ字曲げ
を受け保証質量の感知軸に沿う並進運動を発生さ
せるように成形された薄片屈曲部よりなる請求項
第３３項に記載の並進加速度計。 ３５ 取付手段は更に支持部を有し、第１屈曲部
は支持部への第１接続点より、保証質量の第１接
続点まで第１方向に振子軸に沿つて延伸し、第２
屈曲部は支持部への第２接続点より、保証質量の
第２接続点まで第２方向に振子軸に沿つて第１方
向とは逆方向に延伸する請求項第３３項に記載の
並進加速度計。 ３６ 屈曲部が溶融石英からなる請求項第３３項
に記載の並進加速度計。 ３７ 保証質量は保証質量基盤を有し、取付手段
は更に支持部よりなり、各屈曲部は保証質量基盤
および支持部間を延伸し、且つ加速度計は更に中
間に支持部を固定した上部および下部フレームか
らなる請求項第３３項に記載の並進加速度計。 ３８ 第１接続点およびヒンジ軸間の距離が第２
接続点およびヒンジ軸間の距離とは異る請求項第
３３項に記載の並進加速度計。 ３９ 感知軸に沿つて加速度を測定する目的に適
用される加速計の組立方法であつて、加速度計
は、本体、保証質量、保証質量を本体に取付ける
取付手段、本体に対する保証質量の回転運動を感
知軸と直角をなすヒンジ軸まわりに発生させ、本
体に対する保証質量の並進運動を感知軸に沿つて
発生させる取付手段、および本体と保証質量間に
接続された２個の力感知素子からなる組立方法に
於いて、 保証質量と本体の間に少なくとも２本のブリツ
ジを形成し、 保証質量と本体に力感知素子を取付け、 且つ、 両ブリツジを除去することを含む加速度計組立
方法。 ４０ ブリツジはヒンジ軸の両端に別々に形成さ
れ、ブリツジ間の直線はヒンジ軸とほぼ直角をな
す請求項第３９項に記載の加速度計組立方法。 ４１ ブリツジ、取付手段、および本体の保証質
量の少なくとも１部分は非結晶性石英の単片で形
成され、各ブリツジは上記保証質量の１部分と上
記本体の１部分間に展張する請求項第３９項に記
載の加速度計組立方法。 発明の分野 本発明は加速度計、特に慣性航法システムに使
用するのに適した高性能加速度計に関する。 発明の背景 高性能ポテンシアルを有する加速計の従来技術
の実施例は米国特許第3702073号に述べてある。
上記特許で示す加速度計には３つの主要構成部
品、即ち保証質量組立部、およびこれを挾持する
上下の静止片である。保証質量組立部は可動リー
ドを有し、この可動リードは屈曲素子を仲介にし
て外部環状支持部材に装架されている。リード並
びに外部環状支持部材は、溶融石英よりなる一体
構造物として共通に設置されている。 リードはその上下面ともにキヤパシタ板と力保
存コイルを有している。各力保存コイルのリード
面上の位置関係は、コイルの中心軸は、リードの
中心を通つて伸び、且つリードの上下面に直角な
直線と一致している。この線は加速度計の感知軸
とも一致している。環状支持リングの上下面の周
囲には複数個の取付用パツドが間隔を置いて形成
されている。これ等の取付用パツドは、加速度計
を組み立てる際に、上下静止片の内側に向いた面
と係合する。 各静止片は概して円筒形であり、内側に向いた
面は１個所穿孔されている。この孔の中に１個の
永久磁石が収納されている。この孔と永久磁石の
形態は、保証質量組立部の力保存コイルのうち関
連する１個が孔に嵌入し、永久磁石は、力保存コ
イルの円筒状磁芯内に位置ぎめられた形をとつて
いる。従つてコイルを流れる電流により磁場が発
生し、これが永久磁石と交叉すると、リードに力
が発生する。また静止片の内側向きの面上には、
キヤパシタ板が設けられ、リード上の上下のキヤ
パシタ板と共に、キヤパシタを形成している。こ
のように、リードが上下静止片に対して運動する
と、キヤパシタンスの微少変化を起こす。 使用する際は、加速度形を加速度を計測すべき
対象物に取り付ける。感知軸に沿つた物体の加速
度はリードおよびコイルの支持リングおよび静止
片に対する振子型の回転変化を発生させる。この
変位による微少変化を適切な帰還回路で感知させ
る。帰還回路は次に電流を発生させるが、この電
流を力保存コイルに印加すると、リードを中正位
置に戻す傾向を示す。リードを中正位置に維持す
るのに必要な電流の値は感知軸に沿つた加速度と
直接の関係がある。 上述した加速度計の最も重要な利点の１つは、
リード屈曲部および環状支持部材に溶融石英の一
片から工作可能なことであり、その結果、屈曲部
のバイアス安定が非常に高くなる。加速度計設計
の重要な欠点は、出力がアナログ信号であること
である。従つて加速計出力信号は、デジタル系に
使用するに先だつて、デジタル・アナログ変換器
又は電圧−周波数変換器で処理せねばならない。
本質的にデジタル出力を出す比較的新型加速度計
は、振動ビーム加速度計、即ちVBAである。
VBAは、力を感知する水晶制御式発振器を力−
周波数変換器として利用するセンサ類の１種であ
る。ABAの場合、計測される力は、保証質量の
加速に必要な力であり、発振水晶はその縦軸沿い
に機械的負荷を受け、梁の曲げモードで横方向に
振動する細い梁である。丁度、ガツタ紐内の保存
力の横方向成分が張力の関数として振動数を変化
させるのと同様に、振動する梁の軸方向力は、張
力又は圧縮力の関数として振動数を変化させる。
梁の振動数は、その質量と弾性特性で決定する固
定値であり、縦方向の負荷がゼロであればこの振
動数で振動する。張力をかけると、この振動数は
増加するが、圧縮力をかけると減少する。 VBAは、振動素子を感知の根拠にしている他
のあらゆるセンサ類と設計特性は類似したもので
あり、若し振動エネルギーの相当多量がシステム
から散逸するのを放置しておくと、得られる結果
は単なるみせかけとなる。VBAに於いてこの問
題を解決する普遍的な方法としては、梁の端部を
除いて狭い中心溝で分離され横に並んだ２本の細
い梁からなる水晶を使用することであり、その際
２本の梁を関連する構造体に取付けるための共通
面内に没入させることである。金の電極を梁の表
面に塗布するのであるが、その方法としては、横
振動モードで双子梁を励起して共振させるには水
晶材料の圧電特性を利用することが可能であり、
このモードでは２本の梁は共通な面上で相互に
180°の位相のずれを起した状態で連動する。この
モードでは、溝が非常に狭いために梁の端部間の
結合が緊密であり、単一振動数では、単一な構造
として共振する一方、梁の端部での曲げモーメン
トによる相反する２つの応力フイールドは、発
生、消滅が迅速で周囲の構造体には伝播しない。 VBAはすべて、優れたスケールフアクタ安定
性を含めて、数多くの重要な利点をもつている。
２つの保証質量と、押し−引きの形で作動する２
個の感知水晶を使用することで、誤差発生の根源
を著しく減少させるが、その方法としては一方の
水晶は圧縮し、他方は引張り、その出力を振動数
差の関数として処理することである。この計測方
法を使用すると、力感知水晶の非直線性の振動整
流係数（VRC）に対する貢献度を含めて、多く
の共通モード誤差を抹消することが可能である。
しかるに、複保証質量を使用することの欠点とし
ては、振動数がセンサの自然振動数に接近する
と、動的応答の見きわめが困難になることであ
る。VBAの潜在的欠点の追加分としては、保証
質量は、水晶素子を衝撃的な過負荷から保護する
目的で囲いをする必要が生じることである。実寸
法の変位が100マイクロインチ程度であるため、
囲いは困難になる可能性がある。衝撃防止囲い
も、熱膨張係数の不一致に対して、敏感である。 力一振動数変換素子としてVBAで使用される
水晶が応答できるのは一方向の力だけである。こ
の特性があるため、水晶を取付ける保証質量は、
何等かの手段で制約される計器函と相対的に可能
な６個の自由度のうち、少なくとも４個の自由度
をもたねばならない。種々の制約が試行された
が、保証質量を制約する最適な手段は屈曲である
と考えるのが普通である。今日のVBA設計では
概して屈曲を使用しているが、これは保証質量を
１次の自由度、即ち屈曲部を通過するヒンジ軸ま
わりの回転連動に制約するものである。 力感知用水晶を取付ける先は、保証水晶である
が、典型的には質量の中心点又は屈曲部に対向す
る保証質量の端とし、且つヒンジ軸および振子軸
と直角な方向に延びるものとする。力感知水晶は
従つて円弧の切線方向にあるが、この円弧に対し
て保証質量は屈曲により制約されるのである。 発明の要旨 本発明で提供する加速度計に於いては、保証質
量に２つの自由度があり、即ちこの質量は感知軸
に沿つた並進運動と、この感知軸と直角をなすヒ
ンジ軸まわりの回転運動が可能である。実施例
は、溶融石英屈曲部の長期バイアス安定性と結晶
性石英質の力センサの本質的デジタル特性を組み
合せた加速度計である。更に本発明では、本発明
による加速度計並びに力のトランジユーサを保証
質量に結合した別型の加速計の両方に適用可能な
加算度組立方式の改善型も提供している。 或る実施例に於いては、本発明による加算度計
は、本体、保証質量、保証質量を本体に取付ける
取付手段および感知手段で構成されている。取付
手段は１対の屈曲部を有し、感知軸に沿つた保証
質量の並進運動と、感知軸と直角をなすヒンジ軸
まわりの保証質量の回転運動が可能になつてい
る。屈曲部は振子軸の両側に位置しているが、こ
の軸はヒンジ軸および感知軸と直角をなし、且つ
保証質量の質量中心を通過している。感知軸に沿
つた加速度により、感知軸に沿つた保証質量の並
進運動が起る。感知手段は、加速度を示す信号を
発生して、この運動への反応を示す。この感知手
段は、ヒンジ軸の両端で保証質量に接続にし２個
の力感知素子で構成するのが好ましい。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明による加速度計の実施例を展開し
た透視図である。図２は、リード組立品の上から
見た平面図である。図３は、図１の加速度計を感
知軸SAと振子軸PA１を含む面せ切断した断面図
である。図４は、図２に示す線４−４方向に見た
断面図である。図５は、ヒンジ軸HAiまわりの
回転を示す輪郭図である。図６は、感知軸SAに
沿つた並進運動を示す輪郭図である。図７は、加
速度が石英結晶に及ぼす影響を示す輪郭図であ
る。図８は、熱膨張差が石英結晶に及ぼす影響を
示す輪郭図である。図９は、一対の石英結晶を利
用して加速度を判定する振動数差動技術を示す線
図である。図１０は、リード組立品を上から見て
ブリツジを展示する平面図である。図１１は、加
速度計の１自由度の透視図で、ブリツジを展示す
るものである。図１２は、溶融石英よりなるブリ
ツジの部分的断面図である。図１３は、接着物質
よりなるブリツジの部分的断面図である。

【発明の詳細な説明】

図１は本発明による加速度計の実施例の展開透
視図である。加速度には、上部フレーム１０と下
部フレーム１２、およびこのフレーム間に支持さ
れた石英製リード組立部がある。この加速度は通
常は円筒形であり、円筒の中心軸は感知軸SAと
一致している。リード組立部には環状支持部材１
６があり、保証質量基盤１８は屈曲部２０および
２２によつてこれに支持される。この屈曲部によ
つて、保証質量基盤１８が感知軸SAに沿つた並
進運動並びに感知軸に直角をなし、リード組立部
の面には平行なヒンジ軸まわりの回転運動を行う
ことができる。保証質量基盤１８の上面には重錘
３０が固定され、その下面には重錘３２が固定さ
れる。重錘３０と３２、および保証質量基盤は従
つて１個の単体としての運動をするので、この単
位を今後は、保証質量と呼称する。 図１の加速度計に更に含まれるものとして、石
英製力感知水晶３４および３８がある。水晶３４
には、中心部３７で連結された端末部３５および
３６がある。中心部３７には一対の僅かな間隔で
並んだ梁があり、相互に180゜分離した位相をもつ
て梁の面内での振動を発生する。端末部３５は重
錘３０に接続され、端末部３６は取付け用ブロツ
ク２６に接続され、このブロツクは次に下部フレ
ーム１２に結合される。水晶３８は水晶３４と同
等品であるのが望ましく、端末部３９と４０およ
び中間部４１からなつている。端末部３９は取付
けブロツク２４に結合され、このブロツクは次に
上部フレーム１０に接続され、又端末部４０は重
錘３２に接続される。水晶３４の中心部３７はリ
ード組立部１４の孔４２を通過し、水晶３８の中
心部４１はリード組立部１４の孔４４を通過す
る。環状支持部１６の上面には盛上つた取付け用
パツド４８，４８がリード組立部の両側に互に対
称位置に設置されている。環状支持部１６の下面
にも同様の一対の取付け用パツドが設置されてい
る。取付け用パツドは、水晶３４および３８とは
別に、リード組立部の上下のフレーム間の接触点
だけを提供する目的のものである。パツド４８４
８は共に円周方向に引き延ばされ、半径方向には
狭くなる。即ち、屈曲部を皿形にくぼませる力が
掛るのを最少限にする配置である。 リード組立部１４を更に詳細に図２から図４に
図解してある。図２および図４に示した屈曲部２
０については、特にこの屈曲部は平たい板であ
り、薄い中央板５０とこの側面に並んだテーパ部
５２および５４からなつている。ここで使用した
用語の「板部材」或いは「板屈曲部」とは、剪断
荷重の影響を最少限にして負荷に耐る得る充分な
厚みのある屈曲部、即ち横方向の力（ヒンジ軸に
沿つた）に耐える充分の厚さがあり、且つこのよ
うな横方向負荷のもとで屈曲部の端にバネのレー
トを増加させるほどの回転を起させない屈曲部の
ことである。テーパ部５２には環状支持部１６か
ら内側に延びるアーム５６の端が含まれている。
テーパ部５４には保証質量基盤１８から延びるア
ーム５８の端が含まれている。屈曲部２２は、屈
曲部２０と同じものであるが、違つた点は、反対
側に向いていること、即ち屈曲部２０と２２の環
状支持部１６に対する接続点はお互いにヒンジ軸
HAの反対側に存在することである。保証質量基
盤に対する屈曲部の接続点も同様にヒンジ軸の反
対側にある。屈曲部２２は中央板６０と、この側
面に並んだテーパ部６２と６４で構成される。テ
ーパ部６２には環状支持部１６から内側に延びる
アーム６０の端が含まれ、テーパ部６４には保証
質量アーム基盤１８から延びるアーム６８の一端
が含まれている。 図２および図４に示した形式の平板屈曲部によ
ると、２種類の相互に非常に異つた運動が可能に
なる。第１の運動形態は角度方向曲げと呼ばれる
もので、屈曲部２０に対して図５に拡大して図示
してあるが、これを構成する成分は保証質量基盤
およびアーム５８の環状支持部およびアーム５６
に対する回転である。偏向が比較的に小さい場合
には、回転運動の有効中心は、アーム５６と５８
の中心線の交点に位置決めされたヒンジ軸HAの
位置にある。屈曲部２０によつて可能になる第２
の運動形態は、図６に拡大図示してあるが、これ
を構成する成分は、環状支持部およびアーム５６
に対して保証質量基盤とアーム５８の行う並進運
動であり、並進運動の方向はリード組立部とは直
角をなし、加速度計の感知軸SAとは平行である。
図６に示した偏向は通常はＳ曲げ偏向と呼ばれ
る。従つて、単一な回転自由度だけをもつ従来型
の屈曲部とは異り、本発明で使用する屈曲部には
２つの自由度がある。即ちリード組立部の面内に
あるヒンジ軸まわりの回転運動および、リード組
立部の面には直角をなし、加速度計の感知軸には
平行な並進運動がこれである。図２を参照する
と、屈曲部２０と２２は左右方向では互に一線に
なつているので、屈曲部２０と２２のヒンジ軸は
一致していることがわかり、保証質量全体は両屈
曲部に共通なヒンジ軸HAのまわりに回転するの
である。保証質量の振子軸PAはヒンジ軸HAと
は垂直で、環状支持部１６の面内にあり、結晶３
４および３８の中心線を通過する。 本発明の広汎な範囲内に於いては、屈曲部２０
および２２を上記以外の配置にして利用すること
が可能である。例えば、屈曲部２２を、丁度図２
のように左から右に逆向きにして両方の屈曲部の
右側端を保証質量基盤１８に接続する。しかし、
もつと詳細に以下に述べるように、反対向きの屈
曲部を使用すると、潜在する交差接合効果を除去
すると共に、衝撃防止囲用の第３の軸が得られ
る。従つて逆向きの屈曲部は、殆どの応用面で好
まれる方法である。 図１、図２、図３に示す加速度計の作動を図７
および図８に図示する。図７に示すのは、保証質
量７０（保証質量基盤１８および重錘３０、およ
び３２に対応）であり、一端に水晶３４が、振子
軸PAに沿つた反対端には水晶３８が固縛してあ
る。屈曲部は図７には示してないが、これにより
保証質量７０は、感知軸SAに沿つて上下並進運
動をすること、およびヒンジ軸HAまわりに回転
することが可能である。簡単のため、本説明に於
いては、保証質量７０の中心は水晶３４と３８の
中間で、振子軸PAとヒンジ軸HAの交点位置に
あるものと仮定する。ヒンジ軸HAの方向は、図
７の中では図の面と垂直方向になる。 図７に示す配置に於いて、加速度計を固定した
構造体は、上向きに加速されるものと仮定する。
その結果、加速度計の基準のフレーム内で、保証
質量７０は、矢印７２で示されるように下向きの
偏向を受け、水晶３４および３８に下向きの力が
掛ることになる。保証質量７０が水晶３４にかけ
る下向き力は水晶を圧縮し、水晶の共振周波数を
低下させる。力の掛らぬ場合、水晶３４は周波数
₀で振動し、且つ図７に示す圧縮力により水晶の
共振周波数は₀−Δに変化するものと仮定する。
保証質量７０が水晶３８にかける下向き力は水晶
３８に張力をかけ、その結果水晶３８の共振周波
数は₀＋Δに増加する。この簡素化例では、無
負荷周波数₀は両方の水晶とも同じ値であり、変
化量Δの大きさも両水晶に対し同一であると仮
定してきた。 水晶３４と３８は、加速度計測用回路の周知の
形式で接続されるが、この回路は図９に系統的に
図示されている。水晶３４には表面に沈澱させた
電極があり、これ等は駆動回路７４に電気的に接
続される。駆動回路は水晶３４を振動させるエネ
ルギーを提供して、水晶発振周波数と同じ周波数
₁をもつ出力信号をライン７８上に発生させる。
同様に駆動回路７６は水晶３８に電気的に接続さ
れ、水晶３８の発振周波数と等しい周波数の出力
信号をライン８０上に発生させる。ライン７８お
よび８０上の信号は処理装置８２に入力され、こ
の装置により加速度Ａが周波数差（₁−₂）の或
る関数として決定され、この加速度を代表する信
号がライン８４上に発生する。更にこのような加
速度計測用回路に関する情報は米国特許4467651
に述べられている。図７を参照すると、感知軸
SAに沿う線型加速度は、周波数₀−Δおよび₀
＋Δを夫々有するライン７８および８０上の信
号となり、周波数の差₁−₂は2Δに等しいこと
が判る。従つて両方の水晶の周波数変化が組み合
せになつて加速度信号を発生させる。周波数差の
和2Δは同じ保証質量に接続された単一水晶装置
の場合と同じ大きさになる筈である。 図７および図８を吟味すると、加速度計に若し
角加速度が負荷されると、周波数₁と₂は共に増
加するか減少する。このようにして加速度計の対
称の結果として、角加速度αもまた周波数の和₁
＋₂の関数として処理装置８２により求め得るこ
とがわかる。特に、水晶３４と３８の夫々が、周
波数特性に対して次の力Ｆをもつものと想定す
ると、 ＝₀＋K₁Ｆ ここで₀およびK₁は常数で、角加速度αは次
式で与えられることがわかる。 α＝₁＋₂／K₁Ｊ／Ｒ ここでＪは保証質量の自体の質量中心まわりの
慣性モーメントであり、Ｒは質量の保証質量中心
より水晶取付位置までの距離とする。角加速度の
決定に当たつては、偶数次の非直線性すら抹消さ
れず、従つて単一力感知水晶の設計に関するかぎ
りは処理を行わねばならない。単一水晶設計の場
合と同様に、静的直線性は問題ではなく、時計の
誤差や整流誤差が大きい可能性がある。若しこれ
等の誤差が精度の制限値に指定されているなら
ば、一般論としては、安定度の高い時計および／
又は非常に高いサンプリング率が必要となる。 図８には、本発明による加速度計が熱効果に対
して不感性であることが例証されている。加速度
計の構成品は熱膨張係数の異る材料を組み立てる
必要がある。リード組立部１４は、溶融石英又は
非結晶質石英、即ち熱膨張係数が実質的にはゼロ
である物質で構成するのが望ましい。水晶３４お
よび３８は結晶性石英、即ち熱膨張係数が比較的
に大きい物質で構成されている。中間部構成品は
従つてこれ等の非常に異つた２種類の材料を収容
する必要がある。重錘３０および３２と取付用ブ
ロツク２４および２６の構成材料として好ましい
ものはベリリウム銅、即ち熱膨張係数が比較的大
きく、結晶性石英とほぼ同等の物質である。上部
フレーム１０および下部フレーム１２は取付用ブ
ロツク２４および２６は別として、インバール合
金、即ち熱膨張係数が非常に小さくベリリユム銅
の約10分の１あまりの鉄−ニツケル合金で構成す
るのが望ましい。 加速度計の温度が変化するにつれ、水晶３４お
よび３８を取付用ブロツク２４および２６の寸法
は、加速度計の他の構成品の寸法変化よりもずつ
と大きく変化する。このような変化の効果を図８
に例証する。加速設計の温度は低下しており、そ
の結果水晶３４および３８は収縮し、保証質量７
０をヒンジ軸HAまわりに矢印８６で示す方向に
回転させる。保証質量７０を支持する屈曲部はこ
の回転に抵抗し、矢印８８の方向とは逆向きの回
転を生じる結果となり、水晶３４に引張力、水晶
３８にも同様の引張力を発生させる。これ等の力
は、板状屈曲部をもつ例証実施例では非常に小さ
いが、その理由はこの種の屈曲部の回転剛性は、
並進剛性に比べて非常に小さいからである。これ
等の力が生じる結果、ライン７８および８０上の
信号は（図９）は共に₀＋Δ₁の周波数をもち、
周波数差₁−₂は従つてゼロになる。結果として
第１近似では、温度効果は加速度を決定する際に
尺寸係数やバイアス誤差を発生しない。 例えば図２に示されたようリード組立部１４
は、米国特許第3702073号に解説された閉鎖ルー
プ型加速度計では利用することが可能であつた。
この種の実施例では、保証質量の上面および下面
にはキヤパシタ板があり、各キヤパシタ板が隣り
合つたフレームとの間でキヤパシタを構成してい
る。これ等のキヤパシタは感知軸に沿つた保証質
量の運動計測用ピツクオフ回路に接続すべきもの
である。このような運動を示す信号に対応して、
力平衡系は保証質量をゼロ位置に復帰させ、力平
衡系を駆動する信号の強さは、次に加速度の測定
尺度になる。適切な力平衡系は、磁気力および静
電力平衡用設備を含んでいる。閉鎖ループ系統で
は、保証質量の回転防止用として２重サーボ系が
必要となる可能性がある。代替方法として、ピツ
クオフ機能を提供することおよび保証質量の回転
を防止するのに力水晶を利用することが可能であ
る。 図１乃至３をもう１度参照すると、上部フレー
ム１０は開口部１００および１０２と、切欠部１
０４および１０６を有する通常は円盤形の本体、
並びに上部フレームの下面にある中央空所１１２
（図３）、からなつている。開口部１００および１
０２は感知軸SAに平行して、上部フレームを貫
通し、開口部１０２の上部には拡大部分１１４が
存在し、この中にネジ頭を収容する。切欠部１０
４と１０８は振子軸PAに沿つて相互に反対側に
向き合つた位置にある。両切欠部は上部フレーム
１０の下面の手前までで終り、リム１０８と１１
０が夫々形成されている。中央空所１１２の寸法
は重錘３０を収容する大きさである。図３に最も
明瞭に示されている通り、取付用ブロツク２４
は、ろう付け等の方法で上部フレーム１０に直接
固定されているので、切欠断面１０６の大部分は
取付用ブロツクが占有している。 下部フレーム１２は本質的には上部フレーム１
０と同等であるが、相違点は、加速度計を組み立
てた場合、上部フレームに対してヒンジ軸HAま
わりに約180゜回転した位置になることである。下
部フレーム１２に含まれるものは、開口部１２０
および１２２、リム１２８および１３０で夫々端
決めされる切欠き部１２４および１２６、それ
と、重錘３２を収容する空所１３３である。加速
計を組み立てた状態では、開口部１００と１０２
は、リード組立部１４の開口部９０と一線に並
び、開口部１０２と１０４は、同じくリード組立
部１４の開口部９２と一線に並ぶ、従つてネジは
これ等の開口部を垂直に通過して上部および下部
フレームとリード組立部とを１個の機構体に固縛
することが可能である。開口部１２０には開口部
１０２に対する拡大部分１１４と同様に、開口部
の下端に拡大部分が存在する。従つて第１のネジ
開口部１２０，９０および１００を上方に垂直に
通過し、第２のネジは開口部１０２，９２および
１２２を下方に垂直に通過する。 本発明による加速度計の保持するためには溶接
よりもネジを使用するほうが、計器の組み立てが
容易になり、且つ予負荷力の制御を強力にするこ
とが可能になる。開口部１００および１０２は感
知軸SAに対して径方向対称な配置であり、しか
も取付用パツド４６および４８の中心と交叉する
直径に沿つた位置にある。殆どが上部と下部の静
止片、即ちフレーム部材間にリード組立部を固定
する目的に３個以上のパツドを使用していた従来
の設計とは異り、２個の取付用パツドが使用され
ている。図１および図２に例証するように２個の
パツドを使用すると、リード組立部が直径方向対
称位置に保持される。パツド４６および４８は円
周方向に引き延ばされるが、半径方向には収縮し
て、予荷重による皿形くぼみが感知組立部に波及
することを防止する。 重錘３０の端部１４０の幅は減少しているが、
高さは重錘の本体よりも高くなつている。端部１
４０の高さの増加分は、上部フレーム１０の切欠
部１０４に収容される。端部１４０には横方向に
向いた取付面１４２、下向きに伸びるブレード１
４４および僅かにへこんだ下面１４６（図３）が
ある。ブレード１４４の寸法は振子軸PAに沿つ
たままに設定されている。取付面１４２は水晶３
４の端末部３５を取付けるためのものである。へ
こんだ下面１４６はブレード１４４と共に、端部
１４０を保証質量に固着させる一方、保証質量基
盤とは実質的には接触させないようにし、その際
にこれ等の構造体の、振子軸に沿つた熱的に誘起
する運動に対して、端部１４０や保証質量基盤に
応力が伝達しないように適応するのである。 重錘３２は、本質的には重錘３０と同等である
が、相違点は、重錘３０に対してヒンジ軸HAま
わりに180゜回転した位置になることである。 重錘３２の端部１５０の幅は減少しているが高
さは重錘本体よりも高くなつている。端部１５０
の高さの増加分は下部フレーム１２の切欠部１２
６に収容される。端部１５０には横方向に向いた
取付面１５２、上向きに伸びるブレード１５４、
および僅かにへこんだ下面１５６がある。取付面
１５２は水晶３８の端末部４０を取付けるための
ものである。へこんだ下面１５６はブレード１５
４と共に、端部１５０を保証質量基盤１８に固着
させる一方、保証質量そのものとは接触させぬよ
うに保ち、その際に熱的に誘起する相対運動に適
応するものである。 図１乃至図３に示す実施例では、重錘３２およ
び３２と保証質量基盤１８の構成形態は、保証質
量７０の質量中心がヒンジ軸HAと振子軸PAの
交点と一致するようになつている。この実施例に
おいては、保証質量の並進運動と回転運動は連繋
されていない。即ち感知軸に沿つた加速度は並進
運動のみを発生させ、熱膨張の差は回転運動のみ
を発生する。しかし、保証質量の重心は振子軸
PAに沿つて異つた位置になることは可能である。
このような配列にすると、保証質量の並進運動と
回転運動は連繋させることが可能で、感知軸に沿
つた加速度は、図６に例証する保証質量の並進運
動を来すと共に、図５に示すように保証質量の回
転運動をも発生させる。同じ理由により、加速度
計の異つた部分の異つた熱膨張も、並進と回転の
混成運動を発生し得ることになる。このような加
速度計では、保証質量の質量中心の位置と、力感
知素子と結合した屈曲部の並進運動／回転運動ネ
ツトコンプライアンスを選定するに際しては、感
知軸に沿つた加速度の加速度が、感知軸に沿つた
保証質量の並進運動とヒンジ軸まわりの保証質量
の回転運動を組み合せた形を発生させるようにす
べきであり、保証質量の有効回転軸（即ち、保証
質量がSAに沿う加速度に応じて回転を開始する
軸）は保証質量、およびこの保証質量に直接取付
けた物体、例えば屈曲部よりも外側になるように
せねばならない。結果として得られるものは、感
知軸に沿う並進運動が、このような軸に沿う加速
への反応の主体となる加速度計である。保証質量
の質量中心がヒンジ軸と一致するような、非連繋
設計が通常は望ましい。それにもかかわらず、重
心をヒンジ軸から外す設計、或いは屈曲部２０お
よび２２のヒンジ軸は平行であるが一致しない設
計が望まれる応用分野も存在する。例えば、互に
相違した水晶力トランジユーサを使用してトラツ
キングを良好にする一方、両方の出力が同じ周波
数を同時に発生することが絶対にないように、出
力周波数に充分な差をもたせることが望ましい場
合もある。保証質量の中心を自在度（コンプライ
アンス）の中心と食違わせておくならば、加速度
に対応する並進と温度に対応する回転を非連繋の
まま保持し続けながら、この条件を達成すること
が可能である。 石英水晶力感知素子を加速度計に使用できなか
つた要因の１つは、保証質量に囲いをつける問題
である。石英水晶力センサは、加速度に対応して
適切な周波数変化を起すには比較的大きい質量が
必要である。ところが、石英水晶センサは極めて
脆弱であり、所定の水晶を取付けた保証質量は従
つて拘束するか囲いを設け、許容範囲を超過する
加速度が掛つても水晶が破損しないようにする必
要がある。結晶石英センサを使用する場合、熱に
よる整合のずれは不可癖であるため、囲いの問題
は更に複雑になる。水晶の剛性は極めて大きく、
熱膨張による整合ずれは摂氏１度当り100万分の
２の程度であり、自在度の如何によつては原寸の
30％乃至40％にも達する。この特性があるため広
い温度範囲に亘つて正確に囲うことは困難である
し、微細であるが重要な副効果がある。精密な囲
いが不可能なために屈曲部に掛るシヨツクの公差
のきびしさが増加し、熱による整合ずれに対し囲
いの問題は鋭敏に影響されるため、振動梁加速度
計用の屈曲部材料の選択範囲が僅かな種類の金属
に限定されてしまつた。しかし、振動梁加速度計
のバイアス安定性を達成するためには金属製屈曲
部を使用することが重大な限定条件になること
が、ますます明白になつてきた。溶融石英製の屈
曲部の安定性は非常に改善されたことが証明され
たが、水晶と共に屈曲部もシヨツク過負荷により
脆性破壊を起さぬよう保護せねばならぬために、
新しい重要性が追加された。 本発明による加速度計では、囲いの問題に対し
て簡単で精確な解決方法を提供している。図２を
参照すると、重錘３０および３２と保証質量基盤
１８よりなる保証質量７０は、ヒンジ軸HAに沿
つてシヨツク空隙１６０および１６２の位置で囲
いをされ、振子軸PAに沿つてはシヨツク空隙１
６４，１６６，１６８および１７０の位置で囲い
をされる。これ等のシヨツク空隙の幅は図２では
膨張されているが、典型的な寸法としては、千分
の２乃至３インチ程度である。これ等のシヨツク
空隙での環状支持部１６および保証質量基盤１８
の縁は金メツキし、シヨツク負荷中の接触応力を
最少限にし静電荷の発生を阻止することが望まし
い。このように金メツキすることにより、屈曲部
２０および２２に金属膜をかける必要がなくな
り、これ等屈曲部が代償なしで本来の機械的な高
安定性を実現することが可能になる。シヨツク空
隙の幅の決定に際しては、水晶は長くて薄く、水
晶端部は従つて、縦方向運動よりも横方向運動を
収容し易くなつていることが考慮されている。 保証質量７０を感知軸SAに沿つて囲うことは、
重錘３０のどちら側かにある保証質量基盤の上面
上にあるシヨツクパツド１８０と１８２、および
保証質量基盤の下面上でパツド１８０と１８２の
真下にある同様のシヨツクパツトの組によつて達
成される。パツド１８０および１８２は、上部フ
レーム１０の下面での10分の２乃至３インチ以内
の延びを生じ、保証質量基盤の下面上のパツド
は、下部フレーム１２の上面で同一距離以内の延
びを生じている。パツド１８０および１８２はヒ
ンジ軸HAに沿つて配置され、振子軸PAからは
等距離にある。ヒンジ軸に沿つて配置されたパツ
ドをヒンジ軸上互に反対側に位置決めされた水晶
３４および３８と連繋して使用すると、囲いの配
列がきめられ、これによりシヨツク停止空隙は一
定値で温度とは無関係になる。 図１および図２から評価できることであるが、
加速度計の要素は対称形である理由で、保証質量
７０の囲いは温度とは無関係である。リード組立
部の面内、即ちヒンジ軸に沿つたシヨツク囲い用
の適切な自在度は、アーム５６，５８，６６およ
び６８の自在度を屈曲部２０と２２のどちら側か
え制御することで、適宜に制御することが可能で
ある。弾性支持されて線形並進を行うシステムに
対しては、静力学的変位ｄは一般的に次の式から
得られる。 ｄ＝9.8／n²（インチ／ｇ） ここでnは共振周波数である。ｄとnは感知
軸に沿つて加速度計をスケールすることで制御さ
れる。共振周波数が2000Hz以上であるかぎりは、
nを標準空間振動スペクトラム以上にすること、
ヒンジ軸に沿つて行う選択は可能である。この共
振は、若しあらゆる部分が可能なかぎり剛体であ
るとの条件のもとでは、この共振は一般的には
3000乃至4000Hzであり、静力学的変位ｄはｇ当り
0.6乃至1.0マイクロインチの間にある。若し屈曲
部の強度の必要性から剪断負荷を1000gの等価値
に保つ必要があると、この軸に沿つた囲みのスト
ツプは0.0006−0.0001インチに設定せねばならな
いがこの空隙は製造工程で達成するのは困難であ
る。しかしnを2200Hzに減少させるためアーム
５６，５８，６６および６８を通じてコンプライ
アンスが追加されるならば、静力学的変位はｇ当
り2.0マイクロインチに増加し、ヒンジ軸シヨツ
クストツプを0.002インチに設定できるようにな
る。この程度の空隙であれば、標準レーザ切断作
動の副効果として経済的且つ自動的に成形するこ
とが可能である。石英製屈曲部２０および２２の
剛性は極めて高く、張力を直接受ける場合の負荷
は引張強度で限定されるが、圧縮される場合は挫
屈することにより、極めて限定された変位を順応
させることができる。屈曲部は対称形であるた
め、振子軸PAに沿つたシヨツクは常に一方側の
屈曲部を圧縮し、その屈曲部の挫屈限度によつて
保証質量７０をストツプ側に僅かに回転させるこ
とにより、他の屈曲部を引張りに対して保護して
いる。屈曲部の対称性により更に、通常の（線形
弾性の）感知モードに於いては感知軸SAまわり
の小回転がSAに沿つた変位と結合するが、この
回転は、全寸法入力時でも10ナノラジアンの程度
であり、容易に順応させることができる。感知軸
SAに沿つた保証質量の並進運動、およびヒンジ
軸HAまわりの保証質量の回転運動のガスによる
減衰に適切な間隙は、これ等の軸に沿つたシヨツ
ク囲いに必要な間隙よりも若干大きい程度であ
る。従つて、この種のシヨツク囲いならばパツド
１８０および１８２と、保証質量基盤の下面上で
これに対応するパツドで行うことができる。これ
等のパツドはヒンジ軸HAの上に置かれ、その位
置で保証質量の質量中心と一致している。構造体
中で起る熱膨張係数の小さい不整合は、ヒンジ軸
HAに対しては対称形であるため、ヒンジ軸HA
まわりに小回転が起るが、感知軸に沿つた著しい
並進運動は起らない。従つてシヨツクパツドの機
能発揮は温度とは無関係に、即ち相当に大きい熱
不整合があつてもこれとは無関係に行われる。こ
の特性により、材料の選定の融通性が増加する
が、溶融石英の低い温度係数（およびこれに関連
する大きい強度）と結晶石英の比較的に大きい温
度係数とを結合可能にした本発明による加速計の
特性の１つともなつている。 保証質量の主自由度に順応するために必要な屈
曲部の運動については図５および図６について既
に解説ずみである。注目すべき点としては、有効
ヒンジ軸HAの質量中心に対する相対運動は、図
５に示す回転モードのようにゼロであるか、図６
に示す並進モードのように、非常に小さいかの何
れかであるということである。何れにせよ、この
運動は、軸公叉入力に応答してトルクのみを発生
させるが、これは共通モードの信号で、図９に線
図を示した周波数差処理工程の際に拒絶される。
幾何学的誤差は関連なしとは考えられない現象で
あり、感知軸に沿つた力を発生させる。回転運動
の場合この種の力が発生するのであるが、その理
由は、上方に傾斜した屈曲部を圧縮し、下方に傾
斜した屈曲部を引張る傾向をもつ横力により、保
証質量の両側に、正味の上向き力が発生するため
である。その結果、見掛けの整列に僅かなずれが
起るが、このずれは実際に起る僅かな回転角と比
較することが可能であり、容易に変調の可能な温
度の関数である。保証質量の並進運動の場合は、
HA軸又はPA軸の何れかに沿つた軸公叉入力は
１方の屈曲部を僅かに押し上げ、他方の屈曲部を
僅かに押し下げる傾向がある。従つて、従来型の
交叉結合条件は最優先排除項目になつている。 力水晶の非直線性が原因である振動整流係数
（VRC）の２重水晶補償は、水晶が普通型保証質
量に取付けてあるので、本発明による加速度計に
於いては、精密で且つ自動化されている。VRC
の排除の良好な実施を確約する水晶に対する動的
入力の恒等性を維持するには、保証質量の固有回
転運動周波数を、その固有並進運動周波数よりも
うんと大きくしておくだけでよい。力水晶を保証
質量の縁の近辺に置けば、この条件は容易に達成
されるが、これにより保証物質中心からの半径
は、旋転半径よりも充分に大きくなる。 本発明による加速度計は、全般的には、この種
の製造技術に慣熟した人達にとつては周知の製造
工程により製作される。例えば、石英製リード組
立部１４は、溶融石英、又は非結晶石英の単一材
料片を加工するのであるが、使用する製造技術は
閉鎖ループ加速度計に関する製造技術で充分に開
発された技法である。例えば米国特許第4394405
号を参照されたい。力感知水晶２４および３８
も、同様に閉鎖ループ加速度計その他の力感知装
置に関連して既に使用されている周知の素子であ
る。本発明による加速計の各個の部品は一旦加工
されると最終組立工程に入り、その際に重錘を保
証質量基盤に結合し、リード組立体は上部および
下部フレームの間に固定され、最終的には力感知
水晶３４および３８は適当な接着剤、例えばエポ
キシ接着剤により重錘３０および３２並びに取付
用ブロツク２４および２６に取付けられる。 最終組立工程中で重要なことは、保証質量基盤
を２本の軸に沿つて環状支持部１６内に正確に整
列させることである。このように精密な整列が重
要になる理由は、空気ダンピング用間隙を対称に
するため、シヨツクストツプと上部並びに下部フ
レーム間の公差の所定値を達成するため、および
各水晶の端末間に捩りが生じない状態を確保する
ためである。保証質量を最終組立段階で感知軸
SAに沿つて並進運動できるようにするのは、こ
れ等の３つの設計特性全部を含ませるためであ
る。若しこのような並進運動が起ると、加速度計
のバイアス、振動整流および線型性は悪影響を受
ける。保証質量が水晶の取付中に、若し回転でき
るようになつていると、水晶を重錘や取付用ブロ
ツクに適切に取付けることはできない。その上、
保証質量が回転すると、シヨツクストツプ特性の
効果が失われて、センサは大シヨツク入力に対し
て弱体のまま放置されることになる。 石英製リード組立部１４には、最終組立段階で
有効になる作り付け整列特性は存在しない。並進
軸、回転軸の何れに対する不整合も一切許されな
いので、保証質量を結晶を取付けながら定位置に
固定するための適切な手段を工夫せねばならな
い。種々のシミング技法も考えられたが、当特許
申請者は、保証質量基盤とこれを包囲する環状支
持部の間で、仮設ブリツジを使用するという、甚
だ望ましい方法を発見した。 ブリツジという構想は、本発明の加速度計用と
して、図１０に例証されており、図１１のもの
は、従来型の単一自由度加速度計である。図１０
に於いては、シヨツク間隙１６０，１６２，１６
４，１６６，１６８，および１７０は例証のため
大きく膨張されている。図１０に示す通り、２個
のブリツジ２００と２０２が保証質量基盤１８と
環状支持部１６の間に形成されている。本発明に
よる加速計のように、保証質量基盤と環状リムが
単一非結晶石英製の構造を加工した加速度計に対
しては、図１２に例証してあるように、石英材料
２０４を保証質量基盤と支持部との間に置いたま
まにして石英製リード組立部１４を加工する工程
中に、ブリツジ２００および２０２を形成するの
が望ましい。この代替方法として、図１３に示し
たように、ブリツジはエポキシ等の適当な材料２
０６でブリツジを形成することが可能であり、支
持部と保証質量基盤間のシヨツク間隙に橋をかけ
るためのものである。図１０に示す加速度計の場
合には、ブリツジはヒンジ軸HAおよび振子軸
PAの両端でお互いに反対側に位置するのが望ま
しく、しかも、振子軸のほうにより近く、ブリツ
ジ間の直線は実質的にはヒンジ軸に直角方向にな
るようにする。例えば若し１つのブリツジがシヨ
ツク間隙１６４，１６６又は１６２の橋渡しを行
えば、もう１つのブリツジはシヨツク間隙１７
０，１６８又は１６０の橋渡しを行うものとす
る。実施例に於いては、ブリツジはヒンジ軸と振
子軸の交点に対して正確に互に反対側に位置し、
図１０に示すようになつている。ブリツジはエツ
チング作業やレーザによる縁とり作業までを含め
た石英製リード組立部１４の全処理工程を通じて
維持される。ブリツジはリード組立部１４の下組
立（即ち、重錘３０および３２の取付け）を通し
て存在を続け、加速度計構成品の最終組立工程中
にもまだ健在している。力感知用水晶３４および
３６を適当な接着剤で装着し、接着剤を硬化した
後になつてはじめてブリツジが除去される。ブリ
ツジを除去する１つの適切な方法としては、２酸
化炭素レーザのようなレーザを使用して、各ブリ
ツジを無応力状態で溶解する方法である。レーザ
ビームをブリツジに到達させる方法は、上部フレ
ーム１０の切欠部１０４および１０６を通過させ
るか、下部フレーム１２の切欠部１２４および１
２６を通過させれば可能である。組立工程を通じ
てブリツジを維持することによつて、保証質量は
支持部とは相対的に、自然にその初期状態の形に
整列する。エツチング工程を均一にすることによ
り、この方法によつて殆ど完璧な整列状態が確保
できる。 図１１は、屈曲部ヒンジ２１４により相互に結
合されたフレーム２１０と保証質量２１２から構
成される従来型の開放ループ加速度計を図式に例
証する図である。屈曲部２１４により保証質量２
１２には１次の自由度、即ちヒンジ軸HAまわり
の回転運動が許される。力感知用水晶は保証質量
とフレーム１０の延長線間に接続され、保証質量
が加速度計の感知軸に沿つて加速する結果発生す
る力を計測する。図１１に例証されているよう
に、自由度の１つの保証質量に対しては、単一ブ
リツジ２２０で充分であり、このブリツジは保証
質量２１２とフレーム２１０の間で振子軸PAに
沿つて形成される。単一自由度の加速度計の製作
は非結晶性石英を加工するのではないことが原則
であるため、ブリツジ２２０は、図１３に示すよ
うにエポキシ又は他の適当な物質から成形するの
が望ましいことである。 以上までに本発明の実施例を例証し説明してき
たが、この技術の慣熟者にとつては、説明と異つ
た点の内容は明白であることを理解せねばならな
い。例えば、水晶３４および３８は、２重梁力水
晶ではなく、従来型の単一梁でもよい。屈曲部２
０および２２は溶融石英以外の材料、例えば結晶
性石英、金属、金属製ガラス、或いはセラミツク
でもよい。これ等の材料は夫々、性能と製造容易
さの間の妥協点を含んでいる。別の例を挙げる
と、本発明による加速度計は角加速度の計測に使
用することが可能である。このような配置の場
合、図９に示された処理装置８２は、周波数差の
機能というよりも、周波数₁および₂の和の機能
として角加速度を決定される。もう１つの例とし
て、例証した実施例での重錘３０および３２では
なく、重錘は１個だけが使用可能である。重錘が
１個の実施例では部品類は少いが、その外力は殆
どの場合、２次の非直線性による不整合に関連す
る重大な不整合項を含んでいる。従つて、本発明
は、例証し説明した特定の実施例に限定すべきで
はなく、本発明の真の範囲と精神は、以下述べる
請求の範囲を参照して決定すべき事柄である。