JPH08211095A - 低応力の磁石インターフエースを含む力再釣合加速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力再釣合加速度計において、異材料による構
成部材間の熱膨張率の差異に有効に対応する構成を提供
し、熱膨張率の差異による応力の影響を最小限に抑制す
る。 【構成】 力再釣合加速度計には固定装着された上方お
よび下方の励磁リング間に１以上の屈曲体により吊下さ
れる基準質量体が包有され、基準質量体の両面側に形成
される寄生容量プレートが容量素子をなし、容量素子の
容量は基準質量体の変位に応答して変化し変位信号を与
えるように設ければ、この変位信号は１以上の電磁石に
与えられ、基準質量体を再び零すなわち休止位置に戻す
ように構成されて、電磁石に与えられる駆動電流は加速
度計に与えられる力あるいは加速度を表わすように構成
されており、磁石が磁極体から離間され且つ接合面が最
小限にされて応力が低減されるよう構成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は加速度計、特に１以上の
磁石装置間に懸下される基準質量体を含くだ、磁石イン
ターフエースにおける機械的応力を低減する接合構成を
有す力再釣合加速度計に関する。 【０００２】 【従来の技術】１以上の磁石装置間に吊下される基準質
量体を含む力再釣合加速度計は一般に当業者には周知で
ある。例えばこのような加速度計自体は多数の米国特許
群、即ち第４，１８２，１８７号、第４，２５０，７５
７号、第４，３９４，４０５号、第４，３９９，７００
号、第４，４００，９７９号、第４，４４１，３６６
号、第４，５５５，９４４号、第４，５５５，９４５
号、第４，５９２，２３４号、第４，６２０，４４２
号、第４，６９７，４５５号、第４，７２６，２２８
号、第４，９３２，２５８号、第４，９４４，１８４
号、第５，０２４，０８９号、第５，０８５，０７９
号、第５，０９０，２４３号、第５，０９７，１７２
号、第５，１１１，６９４号、第５，１８２，９４９
号、第５，２０３，２１０号、第５，２１２，９８４
号、および第５，２２０，８３１号に開示されている。
このような力再釣合加速度計には通常基準質量体が含ま
れており、この基準質量体は非晶質石英から作られ、１
個あるいは複数の屈曲体を介して吊下され、このため基
準質量体は一般に基準質量体の平面に対し垂直な感度軸
に沿つた力あるいは加速度に応動して変位可能になる。
休止状態では、基準質量体は通常上方および下方の励磁
リング間に等間隔をもつて吊下されている。寄生容量プ
レートとしての導電性材料が寄生容量プレートの反対面
側に配置され、励磁リングと共に容量素子を形成する。
感度軸に沿つて与えられる加速度若しくは力により基準
質量体は上方あるいは下方に変位可能にされ、これに伴
い寄生容量プレートと上方および下方の励磁リングとの
間の距離が変化することになる。寄生容量プレートと上
方および下方の励磁リングとの間の距離の変化に伴い容
量素子の容量が変化せしめられる。従つて容量素子の容
量差は感度軸に沿つた基準質量体の変化を表すことにな
る。この変化信号は１個あるいは複数の電磁石を含むサ
ーボシステムに与えられ、この電磁石が基準質量体をそ
の零あるいは休止位置へ戻すように機能する。電磁石に
与えられた駆動電流の大きさは感度軸に沿つた加速度を
表す。 【０００３】電磁石には例えばアルニコで作られる磁石
が含まれ、この磁石はインバルのような比較的高い透磁
率を有する材料で作られる励磁リングと通常接着されて
戻り磁気路を形成することは周知である。磁石および励
磁リングに使用される各材料が異なるので熱膨張係数も
異なる。このため磁石と励磁リングとの間のインターフ
エースは温度の関数としての応力を受けることになる。
経時に亙るこのような応力ないしは温度により加速度計
の性能が劣化される。 【０００４】この問題を解決するため、励磁リングと磁
石を接着するために柔軟なエポキシ体が使用されたが、
このような柔軟なエポキシ体を用いる場合、加速度計の
長期間にわたる安定性が損なわれる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかして本発明の１目
的は従来の装置における各種問題を解決することにあ
る。本発明の別の目的は柔軟なエポキシ体を用いること
なく、温度膨張による加速度計に加わる応力を最小限に
押さえる力再釣合加速度計を提供することにある。本発
明の更に別の目的は広い温度範囲に亙り、且つ比較的長
期間にわたり安定して作動する力再釣合加速度計を提供
することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によれば上記の目
的は基準質量体と、取付リングと、基準質量体を取付リ
ングに対し柔軟に連結する一対の屈曲体と、基準質量体
を零位置に戻す復帰装置と、励磁リングの一方に対し磁
石の接合面の一方を接合する接合装置と、インターフエ
ースにおける熱応力を補償する補償装置とを備え、復帰
装置には双接合面を有する永久磁石と１以上の励磁リン
グとが包有され、永久磁石の一方の面が励磁リングの一
方と隣接して離間され、接合装置には磁石の接合面を離
間させ、台柱を形成すると共にインターフエースを形成
する離間装置が包有されてなる力再釣合加速度計により
達成される。 【０００７】 【作用】上記の構成をとる本発明によれば基準質量体の
反対面側に形成される寄生容量プレートが基準質量体の
変位に応じて容量が変化され、変位信号を与える容量素
子を形成されることになり、変位信号は１個あるいは複
数の電磁石に与えられ基準質量体を零あるいは休止位置
に再び戻すことになつて、電磁石に与えられる駆動電流
が加速度計に与えられる力あるいは加速度を表わす動作
が実現される。また電磁石には磁石が包有されると共
に、この磁石により励磁リングに固定されて磁気戻り路
が構成されるから、熱膨張による応力が解放され得、磁
石は僅かに上動されるだけであるから、接合領域が最小
限に縮小され、従つて磁石のインターフエースにおける
応力が解放されるから加速度計の性能が経時に亙り有効
に安定化され得る。 【０００８】 【実施例】図１には力再釣合加速度計２０が示されてお
り、この力再釣合加速度計２０には１あるいは複数の磁
石装置２２と１個の基準質量装置２４とが包有される。
基準質量装置２４には取付リング２６とほぼ櫂状の基準
質量体２８とが包有される。基準質量体２８は一対の屈
曲体３０により取付リング２６に対し吊下され、これに
より基準質量体２８は取付リング２６に対し回転可能に
配置される。円筒状のボビン３２、３４が基準質量体２
８の両面上に具備される。ボビン３２、３４はトルクコ
イル３６、３８を支承するように機能する。導電材料体
が基準質量体２８の両面上に蒸着され、寄生容量プレー
ト４０が形成される。 【０００９】磁石装置２２には永久磁石４２とほぼ円筒
状の磁束集中体としての励磁リング４４とが包有され
る。励磁リング４４は断面がほぼＣの形状をなすよう構
成される。励磁リング４４の材料はインバルのような比
較的高い透磁率を有するものが採用され、戻り磁気路が
形成される。励磁リング４４の内側に向いた面４６は基
準質量体２８の両面の導電材料体としての寄生容量プレ
ート４０と相俟つて図２に示すような可変容量素子ＰＯ
１，ＰＯ２を形成している。 【００１０】図２を伴照するに、図示の状態では基準質
量体２８は休止すなわち零位置にある。この位置におい
ては上方および下方の励磁リング４４の面４６と寄生容
量プレート４０との間の距離は等しい。容量はプレート
間の距離の関数であるので、容量素子ＰＯ１，ＰＯ２の
容量値はこの状態で等しくなる。 【００１１】基準質量体２８の平面に対しほぼ垂直な感
度軸Ｓに沿い加速度あるいは力に応じて、基準質量体２
８が励磁リング４４の一方あるいは他方へ向かつて移動
する。基準質量体２８の変位により、上方および下方の
励磁リング４４に対し基準質量体２８の反対面側に形成
される寄生容量プレート４０の面との間の距離が夫々変
化する。即ちこの距離の変化により容量素子ＰＯ１，Ｐ
Ｏ２の容量が変化されることになる。この容量の変化を
測定する回路については、米国特許第４，６３４，９６
５号等に開示されている。 【００１２】容量素子ＰＯ１，ＰＯ２の値の差は感度軸
Ｓに沿つて上方あるいは下方に基準質量体２８が変位す
ることを表す。この変位信号は磁石装置２２とトルクコ
イル３６、３８を含むサーボシステムに与えられ、トル
クコイル３６、３８自体は基準質量体２８をそのゼロ位
置に戻すように働く電磁石を構成する。電磁石に対する
駆動電流の大きさは感度軸Ｓに沿つた基準質量体２８移
動の加速度の目安になる。 【００１３】図３を伴照するに磁石装置６０の採用によ
り有用な構成が実現される。この磁石装置６０には上記
の永久磁石４２に加え、励磁リング６１と磁極体６２と
が包有される。励磁リング６１は断面がＣ状でほぼ円筒
状に形成される。両接合面６３を有する永久磁石４２は
励磁リング６１の基部６４に対し中央に固定される。従
つて力再釣合加速度計の磁石装置の励磁リングは磁石の
接合面全体に接合され得る。更に磁極体は磁石の両面に
接合可能である。磁石、磁極体および励磁リングに使用
される材料が異なるため熱膨張率が異なり、これにより
励磁リングインターフエースおよび磁極体インターフエ
ースに対し磁石において応力が生じ勝ちになる。この応
力を抑制しないと、励磁リングおよび磁極体に歪みが生
じ性能が劣化され、また磁石は通常エポキシ体により励
磁リングに対し接着されるので、上記の応力により経時
に接着度が弱化され、延いては加速度計の性能が劣化さ
れ勝ちになる。 【００１４】しかして本発明による磁石装置６０におい
ては永久磁石４２が比較的小さな間隙６５を置き、励磁
リング６１の基部６４から離間させて配置される。且つ
熱膨張による応力を最小限に抑制するため、接着材料６
６が最小限に小さくされると共に、永久磁石４２の底側
の接合面６３の比較的小さな領域を被覆する台柱と機能
するよう設けられる。また磁極体６２は永久磁石４２の
他方の磁極体あるいは接合面６３と接合され、磁石装置
６０を構成する。このインターフエースにおける温度の
変化に伴つた応力を抑制するため、磁極体６２は永久磁
石４２の接合面６３の小さな領域に接合せしめられる。 【００１５】接着材料６６は非磁性材料であるから、空
気間隙６５を増大しても磁気回路には殆ど影響がない。
更に接合面積を最小限に抑制することにより全体の応力
が大幅に減少され、従つて経時に亙り比較的安定した出
力の加速度計が提供され得る。 【００１６】本発明の他の実施例としての磁石装置６８
が図４および図５に示されており、この場合図３と同一
の部材には同一の番号を付して示してある。この実施例
は柔軟なエポキシリング６７を付加した点を除き図３の
実施例と同一である。柔軟なエポキシリング６７は図５
に示されるように非柔軟なエポキシ体で作られた接着材
料６６のビード部の周囲に位置するよう設けられる。こ
の構成により図３に示す実施例に比し利点がある。例え
ば永久磁石４２、磁極体６２および励磁リング６１間の
インターフエースにおける熱応力が大幅に減少される。
特に上述のように熱応力が励磁リング６１、磁極体６２
および永久磁石４２が異なる材料での作成されることに
よつて熱膨張係数が異なる場合有効である。このとき非
柔軟な接着材料６６が最小限に縮小され、インターフエ
ースにおける熱応力が減少される。柔軟なエポキシリン
グ６７を非柔軟な接着材料６６のビート部と同心にする
ことにより、エポキシリング６７の柔軟性による熱応力
が低減される。且つまたエポキシリング６７をビート部
と同心に配置することにより、特に永久磁石４２、励磁
リング６１および磁極体６２との間のインターフエース
における間隙６５が充填され得、部材間の接合強度が高
められて、図３に示す実施例より更に安定化が図られ
る。 【００１７】本発明の他の多様の設計変更が上述した構
成に従つて可能である。従つて特許請求の範囲に含まれ
る上述の構成以外の構成でも実施可能であることが理解
されよう。 【００１８】 【発明の効果】上述のように構成された本発明による力
再釣合加速度計においては、特に構成部材間の異材料に
よる熱膨張率の相違があつても、これに有効に対応し、
熱膨張率の相違による影響を最小限に抑制でき、経時に
亙り、安定した加速度計測を実現できる等の効果を達成
し得る。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は力再釣合加速度計の分解斜視図である。 【図２】図２は力再釣合加速度計の簡略説明図である。 【図３】図３は本発明の一実施例における磁石装置の部
分簡略断面図である。 【図４】図４は本発明の他の実施例における磁石装置の
部分簡略断面図である。 【図５】図５は図４の線５−５に沿つた部分断面図であ
る。 【符号の説明】 ２０ 力再釣合加速度計 ２２ 磁石装置 ２４ 基準質量装置 ２６ 取付リング ２８ 基準質量体 ３０ 屈曲体 ３２ ボビン ３４ ボビン ３６ トルクコイル ３８ トルクコイル ４０ 寄生容量プレート ４２ 永久磁石 ４４ 励磁リング ４６ 面 ６０ 磁石装置 ６１ 励磁リング ６２ 磁極体 ６３ 接合面 ６４ 基部 ６５ 間隙 ６６ 接着材料 ６７ エポキシリング ６８ 磁石装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイモン レインズ スタダード アメリカ合衆国 ワシントン州 98115, シアトル，エヌ．イー．，44ス アベニユ ー 9514

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項Ｉ】 基準質量体と、取付リングと、基準質量
   体を取付リングに対し柔軟に連結する一対の屈曲体と、
   基準質量体を零位置に戻す復帰装置と、励磁リングの一
   方に対し磁石の接合面の一方を接合する接合装置と、イ
   ンターフエースにおける熱応力を補償する補償装置とを
   備え、復帰装置には双接合面を有する永久磁石と１以上
   の励磁リングとが包有され、永久磁石の一方の面が励磁
   リングの一方と隣接して離間され、接合装置には磁石の
   接合面を離間させ、台柱を形成すると共にインターフエ
   ースを形成する離間装置が包有されてなる力再釣合加速
   度計。 【請求項２】 離間装置には接合面の所定の部分を被覆
   する比較的非柔軟なエポキシ体が包有されてなる請求項
   １の力再釣合加速度計。 【請求項３】 補償装置には比較的柔軟なエポキシ体が
   包有されてなる請求項１の力再釣合加速度計。 【請求項４】 比較的柔軟なエポキシ体はリング状に形
   成され且つ非柔軟エポキシ体に対し同心に配設されてな
   る請求項３の力再釣合加速度計。 【請求項５】 磁極体と、磁極体を磁石の接合面と接合
   し第２のインターフエースを形成する装置とを備えてな
   る請求項４の力再釣合加速度計。 【請求項６】 接合装置には第２のインターフエースで
   の温度による応力を減少させる装置が包有されてなる請
   求項５の力再釣合加速度計。