JPH0567913B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 支持に対して移動するよう支持から懸垂され
たリードを含んだ保証質量組立体、 概して円筒形状を有するコイル、 該コイルを前記リードに取付けるために、少な
くとも３つの取付け手段を含む取付け装置であつ
て、各取付け手段は、第１及び第２の端、及び弾
力性のある中間部分を有し、各取付け手段の前記
第１の端は前記コイルに接続され、各取付け手段
の前記第２の端は前記リードに接続され、そして
各取付け手段の前記中間部分は、前記コイルと直
角の半径方向においては前記コイル及びリード間
の相対運動に対して低い抵抗を提供し、半径方向
と直角な方向においては前記コイル及び前記リー
ド間の相対運動に対しては高い抵抗を提供する前
記取付け装置、 を備えた加速度計。 ２ 前記リードは溶融石英を含み、前記取付け装
置は、前記リードに直接取付けられる溶融石英の
ベースを含み、そして前記各取付け手段の前記第
２の端は前記ベースに直接接続されている請求の
範囲第１項記載の加速度計。 ３ 前記コイルが取付けられるコイル型をさらに
含み、該コイル型は各取付け手段の前記第１の端
に直接接続される請求の範囲第２項記載の加速度
計。 ４ 前記取付け手段は前記コイル型と一体に形成
された請求の範囲第３項記載の加速度計。 ５ 前記ベースは、各取付け手段の前記第２の端
が直接接続される円板形状の外部リツプを含んだ
請求の範囲第２項記載の加速度計。 ６ 各取付け手段の前記第２の端は、前記リツプ
の下側に固着される内方に延びる足を備えている
請求の範囲第５項記載の加速度計。 ７ 各取付け手段は、互いに対して直角に配向さ
れて接続された水平及び垂直の部分を含んだＬ形
状ビームを有し、水平部分は第１の端を有し、垂
直部分の末端部分は第２の端を有し、そして垂直
部分それ自体は中間部分を有する請求の範囲第２
項記載の加速度計。 ８ 各取付け手段は、中間部分を含む垂直方向に
延びる部分によつて相互接続される、第１の端及
び第２の端をそれぞれ含む水平方向に延びる一対
の部分を有したＣ形状ビームを備えた請求の範囲
第１項記載の加速度計。 ９ 前記取付け装置は、先細りビームを形成する
三角形状の切り欠き部分を含んだ先細りの円筒形
シートを備え、前記先細りビームが前記取付け手
段の中間部分を含む請求の範囲第１項記載の加速
度計。 発明の分野 本発明は加速度形に関し、特に、質量をゼロ位
置に維持するよう力復原コイルを使用した、サー
ボ制御される加速度計に関する。 発明の背景 高い動作電位を有する従来の加速度計の設計例
が米国特許第3702073号に記載されている。そこ
に記載された加速度計は、３つの主要素、すなわ
ち保証質量組立体と、該保証質量組立体が両者間
に支持される上部及び低部固定子、もしくは磁気
回路とから構成される。保証質量組立体は、たわ
み素子を介して外部の環状支持リングに懸垂され
る可動のリードもしくは舌（reed）を含む。リー
ド及び支持リングは、通常、溶融石英から成る単
一構造として与えられる。 リードの上部及び低部表面は、コンデンサ・プ
レートと、力復原コイルとを含んでいる。各力復
原コイルは、リードの中心を通して延びかつリー
ドの頂部及び低部表面と垂直な線と、該コイルの
中心軸線が一致するように、リード上に位置付け
られる。この線は、加速度計の感度軸線と一致し
ている。複数個の取付けパツドが、環状支持リン
グの上部及び低部表面の回りで間を置いた位置に
形成されている。これらの取付けパツドは、加速
度計が組立られるとき上部及び低部固定子の内方
に面する表面とかみ合う。 各固定子は概して円筒形であり、かつ内方に面
する表面で提供される内孔を有する。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、保証質量組立体の力復原コイルの関連の１つ
が内孔内に適合し、永久磁石が力復原コイルの円
筒状のコア内に位置付けられるように構成されて
いる。従つて、コイルを通して流れる電流は磁界
を生成し、永久磁石と相互作用してリードに力を
生成する。固定子の内方に面する表面上にはま
た、リード上の上部及び低部コンデンサ・プレー
トと共にコンデンサを形成するよう構成されたコ
ンデンサ・プレートが設けられている。従つて、
上部及び低部固定子に対するリードの移動は差動
の容量変化をもたらす。 動作中、加速度計は加速度が測定されるべき対
象物に付着される。感度軸線に沿つた対象物の加
速度は、支持リング及び固定子に対してリード及
びコイルの振動する回転変化をもたらす。この変
位により生じる結果の差動の容量変化は、適当な
フイードバツク回路によつて感知される。フイー
ドバツク回路は電流を生じ、該電流は、力復原コ
イルに与えられるときに、リードをその中性位置
に戻す傾向を有する。リードをその中性位置に維
持するために必要とされる電流の大きさは、感度
軸線に沿つた加速度に直接関係する。 上述した型の加速度計の重要な特性は、熱応力
による誤差に対するその免疫（immunity）であ
る。熱応力は、加速度計の異なつた部分が異なつ
た熱膨張係数を有する物質から構成されるという
事実から生じる。例えば、もしリードが溶融石英
から構成され、コイルが、リードに取付けられて
いる金属のコイル型の取付けられているならば、
温度変化はリード／コイル型の境界面で応力を生
じ、これによりリードの変形を生じて加速度計の
出力に誤差を生じ得る。対向するコイルの対称性
により変形は大きな程度まで相殺されるが、まだ
小さい誤差は生じ得る。 発明の概要 本発明は、コイル／リードの境界面のおける熱
応力に起因する誤差を最小にした加速度計を提供
する。該加速度計は、支持から懸垂されてそれに
対して移動するためのリードを含んだ保証質量組
立体を備えている。リードには、少なくとも３つ
の取付け手段を備えた取付け装置によつて、コイ
ルが取付けられている。各取付け手段は、第１及
び第２の端と、弾力性ある中間部分とを有してい
る。各取付け手段の第１の端はコイルに接続さ
れ、各取付け手段の第２の端はリードに接続さ
れ、そして各取付け手段の第２の端はリードに接
続され、そして各取付け手段の中間部分は、半径
方向でのコイル及びリード間の相対移動に対して
は低い抵抗を提供し、かつ半径方向と直角な方向
でのコイル及びリード間の相対移動に対しては高
い抵抗を提供する。好適な実施例においては、リ
ードは溶融石英を含み、取付け装置は、リードに
直接取付けられる溶融石英のベースを含む。この
実施例において、各取付け手段の第２の端はベー
スに直接接続される。コイルは、各取付け手段の
第１の端に直接接続されるコイル型に取付けられ
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の加速度計の分解透視図、第２
図は、本発明による加速度計の断面図、第３図
は、本発明によりコイル及びコイル取付け装置の
底面図、第４図は、第３図の線４−４から見た断
面図、第５図は、脚の１つを示す透視図、第６図
は、ビームの１つの曲げを示す部分断面図、第７
図は、本発明によるコイル取付け装置に第２の好
適な実施例の断面図、第８図は、本発明によるコ
イル取付け装置の第３の実施例の断面図、第９図
は、本発明によるコイル取付け装置の第４の実施
例の断面図。

【発明の詳細な説明】

第１図は、従来技術において既知の力平衡加速
度計の例を示す。該加速度計は、上部固定子１０
及び低部固定子１２を含んでいる。各固定子の内
側に面する表面は内孔を含んでおり、該内孔の内
部には表面１８の内孔１６内で磁極片１４によつ
て示されるような、磁極片によつておおわれた永
久磁石が位置されている。第１図にはまた上部及
び低部固定子間に取付けられた保証質量組立体
（proof mass assembly）２０も示されている。
保証質量組立体２０は、外部の環状支持リング２
２と、たわみ３４によつて支持リングから支持さ
れた舌もしくはリード（reed）２６とを含んでい
る。リード、たわみ、及び支持リングは、好まし
くは、単一片の溶融石英から製造される。支持リ
ング２２は、その上部表面上に３つの取付けパツ
ド２４、及びその低部表面上に３つの取付けパツ
ドの同様の組（図示せず）を含んでいる。加速度
計が組立てられるとき、取付けパツド２４は、上
部及び低部固定子に接触し、保証質量組立体のた
めに支持を提供する。 リード２６の上部表面上にはコンデンサ・プレ
ート２８が置かれ、同様のコンデンサ・プレート
（図示せず）がリード２６の低部表面上にも置か
れる。ピツクーオフ・プレートは、容量性のピツ
ク・オフ・システム（ａ capacitive pick−off
system）を提供するよう、上部及び低部固定子
１０及び１２の、内側に面する表面と協働する。
またリード２６の両側には、コイル３０が取付け
られるコイル片３２が取付けられている。サーボ
制御される機器技術において良く理解されるよう
に、コイル３０は、固定子内の永久磁石、並びに
適切なフイードバツク回路と協働して、リード２
６を支持リング２２に対する所定の位置に保持す
る。薄いフイルムのピツクオフ・リード線３６及
び３８、並びに保証質量組立体２０の低部表面上
の同様のリード（図示せず）は、コンデンサ・ピ
ツクーオフ・プレート及び力復原コイルに電気接
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、異なつたすべての要素に対して同じ物質を用
いることは、ほとんど不可能である。例えば、リ
ード２６は、好ましくは、溶融石英から成り、コ
イル３０は、好ましくは、銅のような導電性の非
磁性体から成り、そしてコイル型３２は、好まし
くは、アルミニウムのような非磁性体から作られ
る。結果として、隣接する要素の熱膨張係数に必
ず不整合であるであろう。かかる不整合は要素を
変形させ、そして用いられる懸垂型及び変位型の
ピツクーオフ方法（suspension and
displacement pick−off method）に依存してい
くつかの異なつた方法でエラーもしくは誤差を生
じ得る。第１図の加速度計において、コイル型
は、代表的には、迎合的なエラストマで直接リー
ドに取付けられる。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、迎合的なエラ
ストマ層は、この境界面における応力のすべてを
緩和しない。対向するコイルの対称性によつては
相殺されない残りの応力は、コンデンサのピツク
ーオフ・プレートもしくはたわみを変形し得る。
これらの変形のいずれも加速度計の出力における
バイアスを生じ得る。加得るに、コイル巻線の位
置を変えるひずみは、換算係数のエラーもしくは
誤差を生じ得る。 第２図〜第６図は、本発明の加速度計の好適な
実施例を示す。この加速度計において、舌もしく
はリード及びコイル及びコイル型間の差動熱膨張
に起因する応力は、大いに減じられる。始めに第
２図を参照すると、加速度計は、上部固定子４０
及び低部固定子４２を含んでおり、その間に保証
質量組立体４４がはさまれている。上部固定子４
０は、アンバ合金の励磁リング５０、磁石５２、
及び磁極片５４を含み、低部固定子４２も同様
に、アンバ合金の励磁リング６０、磁石６２及び
磁極片６４を含んでいる。保証質量組立体４４
は、環状の支持リング７０、及びたわみ７４（第
２図の断面図には１つのたわみだけが示されてい
る）によつて接合されたリード７２を含んでい
る。コイル型７６は、ベース８０によりリード７
２の上部表面上の中心に取付けられ、該型の上に
巻かれたコイル７８を含んでいる。同様に、コイ
ル８４を含むコイル型８２は、コイル型７６と整
列して、ベース８６によりリード７２の低部表面
上に取付けられている。各コイルは、当業者に良
く知られた力平衡作用を提供するよう、そのそれ
ぞれの磁極片及びそのそれぞれの励磁リング間の
比較的狭いギヤツプを占めている。固定子４０と
４２及びリード７２は、リードの移動を検出する
ための適切なピツクーオフ回路に結合される通常
の容量性ピツクーオフ素子を含み得る。 第３図〜第６図は、コイル型７６及びコイル７
８をさらに詳細に示し、特に、熱応力による誤差
を減じる態様でこれらの素子がリード７２に取付
けられる技術を示す。コイル型は、ベース８０に
よつてリードに取付けられ、該ベース８０は、内
方へ突出する環状の取付けパツド１００、中央開
口１０２、リツプ１０４及び中間部分１０６を含
む円板状の部材を含んでいる。ベース８０の上部
表面は平面であるが、これに対し、低部表面は、
第４図に示されるようにステツプ状もしくは段に
なつており、これにより取付けパツド１００は、
中間部分１０６のレベルより下に突出し、そして
リツプ１０４の低部分表面は中間部分１０６の低
部表面より高くなつている。 コイル型７６は、コイル７８が位置付けられ
る、３つの側面を有して外方に面する環状のブラ
ケツト１１０、及びブラケツト１１０から下方へ
延びる複数個の脚１１２を含んでいる。示された
実施例において、かかる脚は、合計１８ある。各
脚１１２は、下方へ延びるビーム１１４と、ビー
ム１１４から内方へベース８０のリツプ１０４の
下へ延びるフツトもしくは足１１６とを含んでい
る。各フツト１１６は、適切なエラストマによつ
てリツプ１０４に接着されている。ベース８０の
パツド１００もまた適切なエラストマによつてリ
ード７２に接着されている。 第３図及び第４図に示された取付け装置の効果
は第５図及び第６図に示されている。第５図に示
されるように、各ビーム１１４は、該ビームの高
さもしくは幅よりも非常に小さい半径方向の厚さ
を有している。従つて各ビームは、ビームの平面
に対して直角の迎合的な軸線を有しており、他の
軸線に沿つては比較的固定される。従つてビーム
１１４は、半径方向において比較的迎合的であ
る。公叉一軸線の負荷もしくは荷重に対して充分
な抵抗を提供するよう、少なくとも３つのビーム
が用いられてコイルもしくはコイル型の円周の回
りに位置付けられるべきである。第３図に示され
た18個のビームの実施例において、交叉一軸線の
負荷もしくは荷重は主に、負荷もしくは荷重軸線
に対してほとんど平行であるこれらのビームによ
つて運ばれる。すべての実施例において、回転荷
重もしくは負荷は主に、回転の軸線から最も遠く
のビームによつて運ばれる。 ベース８０は、好ましくはリード７２に材料と
同じ材料から製造されるので実質的には、パツド
１００におけるリード／ベース境界面では熱応力
は生じない。しかしながら、コイル型７６は、代
表的には、アルミニウムのような非磁性金属から
製造される。アルミニウムの熱膨張係数は溶融石
英とは大いに異なつている。結果として、温度変
化は、第６図に示されるような状況を生成し、コ
イル型は、矢印１１８によつて示されるように、
ベースに対して半径方向に移動する傾向を有す
る。示された配列の結果として、かかる動作はビ
ーム１１４によつて、それらの迎合的な軸線に沿
つたビームの半径方向の曲げによつて調和され
る。従つてかかる差動熱膨張によつて生じる応力
はリード７２内に意味ある程に結合されず、従つ
て、加速度計の正確さに影響しない。示されたコ
イル取付け装置は、高いｇレベルにおけるコイル
での抵抗加熱によつて生じるような熱勾配による
誤差を減じるというさらなる長所を有する。 各ビーム１１４は、その迎合的な軸線がコイル
７８の巻線の中心線と交叉するように配向される
のが好ましい。各ビームの厚い、固定の軸線は、
コイル７８の巻線に接して配向される。このビー
ムの配向は、それらの縦軸に沿つてビームの高い
こわさ（スチフネス）と結合して、リードに対す
るコイルの並進運動もしくは回転に対して固定の
支持を提供する。さらに、コイル型７６の回りの
ビーム１１４の対称性は、温度が変化するときの
コイル型の正味の並進運動を生じないということ
を確実にする。しかしながら、或る適用におい
て、それらの迎合的な軸線（compliant axes）
がコイルの中心線以外の或る点で交叉するように
ビーム１１４を配向することが望ましいかも知れ
ない。例えば、かかる偏心取付装置が、換算係数
の温度係数を修正するよう設計され得る。示され
た実施例においては、ビーム１１４は、スロツト
付けすることによつて形成される。各ビームの一
端は、アルミニウムのコイル型の一体部分である
が、反対に他端は、溶融石英のベース８０に接着
される。大体において、各ビーム１１４は、ベー
ス８０に接続されるようにされたフツトもしくし
は足１１６と、コイル型１１０に接続されるよう
にされた上部端とを有する別々の片として形成さ
れ得る。しかしながら、第３図〜第６図に示され
た配列が製造及び組立てがより容易であるので通
常は好ましい。 本発明のコイル支持の他の配列が第７図〜第９
図に示されている。第７図及び第８図は、支柱な
しのコイル１２０、すなわち支持のためにコイル
型を必要としない固定素子内に形成されたコイ
ル、のための取付け装置の例を提供する。第７図
において、コイル１２０は、ベース１２２及び複
数個の逆Ｌ形状ビーム１２４によつてリード７２
に取付けられている。ベース１２２は、好ましく
は、溶融石英、もしくはアンバ合金のような低い
熱膨張係数を有する物質から成る。好ましくは、
ビーム１２４もまた、低い熱膨張係数を有する物
質から成る。ベース１２２及びビーム１２４は、
溶融石英のような単一の一体片として形成されて
いても良いし、第７図に示されるような別々の素
子として形成されても良い。後者の場合において
は、ビームは、適切なエラストマによつてベース
１２２に接合され得る。ベース１２２は、比較的
小さい直径の、中央に配置されたパツド１２６
と、薄い外部のリツプ１２８とを含んでおり、パ
ツド１２６においては、ベースが適切なエラスト
マで振り子７２に取付けられると共に、リツプ１
２８においては、該ベースがビーム１２４に取付
けられる。各ビーム１２４は、第３図〜第６図の
実施例のビーム１１４と同一の態様で作用する垂
直に延びるビーム素子１３０を含んでいる。 第８図において、支柱のないコイル１２０は、
３つの側面を有する複数個の支持素子１４０によ
つてリード（reed）７２に取付けられている。各
支持素子１４０は、ベース部分１４２、ビーム素
子１４４及び支持素子１４６を含んでいる。各支
持素子は別々の要素を含んでいても良く、また第
８図に示されるように連続的な円筒形の素子をス
ロツト付けすることにより形成しても良い。第８
図に示されたスロツト付けされた配列において、
ベース部分１４２は、リード７２に直接取付けら
れる連続的な環状の円板内に一緒に接合される。 第９図は、リード７２に直接取付けられるコイ
ル型１６０を示す。コイル型１６０は、コイル１
６２が位置される３つの側面を有する環状のブラ
ケツト１６４、及び該環状のブラケツト１６４を
リード７２に接続する円錐の取付け構造体１６６
を含んでいる。取付け構造体１６６は、第３図〜
第６図の実施例のビーム１１４と同一の態様で作
用する先細りのビーム１７０を形成する三角形の
切り抜き１６８を含む先細りの円筒形シートを含
んでいる。第９図の実施例は、ビームの縦軸線が
加速度計の感度軸線もしくはコイルの円筒形の軸
線と平行である必要がないということを示す。ビ
ーム軸線が半径方向にのみ配向されるということ
も必要でなく、すなわちビーム軸線は、コイルの
中心線と交叉する必要はない。 本発明の好適な実施例が示されかつ説明されて
きたけれども、当業者にとつて変更が明瞭である
ということが理解されるべきである。従つて、本
発明を示されかつ説明された特定の実施例に制限
すべきではなく、本発明の本当の範囲及び精神は
以下の請求範囲を参照して決定されるべきであ
る。