JPS6126627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は加速度計の様な力平衡変換器の分
野、特に力感知計器に用いられる力平衡装置の構
造に関するものである。

従来の計器、例えばヤコブの米国特許第
3702073号明細書に記載される型の加速度計で
は、保証質量および力平衡装置は加速度計の上部
および下部磁石装置間の支持リングと、力復元コ
イルやボビン装置並びに１つ以上の屈曲部型ヒン
ジにより支持リングに連接されたピツクオフコン
デンサ板を有する振動部材を備えている。この特
異な計器において、支持リングと屈曲部を有する
保証質量装置は溶解石英の一体部片にて形成され
る。

サーボ角加速度計、サーボ圧力変換器、さぐり
コイルや検知磁場を用いる計器は、力平衡装置を
用いる計器の別の型の例である。

米国特許第3702073号明細書に示される保証質
量および力復元コイル装置の様な力平衡装置を製
作する目的の１つは、振動部材を支持リングに連
接する装置での屈曲部材における、屈曲部のひず
みに起因する力復元コイルの取付にもとづく応力
を含む応力源からの応力の効果を最小にすること
である。屈曲部のひずみはサーボ計器の大きなバ
イアス誤差にもとづいている。この様なサーボ加
速度計において、ピツクオフ装置は、計器内の振
動部材力平衡装置の位置を指示する信号を発する
よう用いられる振動部材力平衡装置上の部材を有
し、計器内の零加速度位置に振動部材を復元する
よう力平衡コイル内に電流を発生すべくまた用い
られる。振動部材内のひずみは位置信号誤差を生
じることがある。サーボは、応力やひずみを作動
中の屈曲部に生じる振動部材を動かすことによつ
て生じられる位置信号誤差を零にするよう試み
る。屈曲部内の合応力は、力コイル内の電流が平
衡されねばならないモーメントを発生する。力復
元コイル内に発生された電流は従つて電流出力信
号に不都合なバイアスを示す。

実際に、力平衡装置への力復元コイルの応力の
ない取付けは、特に力感知部材が石英の様な材料
でつくられているので一般に達成できない。石英
は、絶縁された銅線で通常つくられる力復元コイ
ルと比較して膨脹温度係数が非常に小さい。ま
た、コイルやボビンを力感知可動部材に取付ける
べく用いられる接着剤は、石英が一例である力感
知部材にて代表的に用いられる材料と比較して温
度係数が大きい。コイルが巻回される部材を形成
するボビンが時に使用されるが、いづれの場合に
も他の設計や製作の考慮に通常実際的でないボビ
ンおよび取付面の温度係数が合致しても、異つた
温度膨脹の効果を除去できない。結果として上述
した如く計器に不都合なバイアス誤差をもたらす
ことのある或る温度範囲において力感知部材に或
る温度誘導応力およびひずみがほとんど常にあ
る。

従つて、この発明の目的は、ヒンジにより支持
部材に連接されたピツクオフ装置と協同する力感
知部材に１つ以上のヒンジによつて連接されたさ
ぐりすなわち力復元装置を有する力感知変換器に
使用する力平衡装置を提供することにある。

この発明の別の目的は、さぐりすなわち力復元
コイルまたはコイル装置が１つ以上のヒンジによ
つて力感知部材に連接され、ヒンジやピツクオフ
装置の中心の軸心に沿つてほゞ設けられ、力感知
部材が別のヒンジにより支持部材に連接された、
力感知計器に使用する力平衡装置を提供すること
にある。

この発明の他の目的は、力平衡装置が、ピツク
オフ装置をもつた力感知部材を有する可動部材内
の屈曲型ヒンジにより支持された力復元コイルす
なわちコイル装置を有し、可動部材が別の屈曲型
ヒンジにより支持部材に連接され、最初のヒンジ
が後のヒンジから最大に離れて力感知部材の反対
の側に設けられた、力感知変換器に使用する装置
を提供することにある。

第１図は、従来型の力平衡装置の一例として米
国特許第3702073号明細書に詳しく記載される加
速度計を示す。この加速度計は上部磁石構造１０
と下部磁石構造１２とを有しており、これら上部
および下部磁石構造１０，１２の各々には下部磁
石構造１２に示される磁石１４により図示される
よう永久磁石が含まれている。更に、下部磁石構
造１２はリード線支持柱１６，１８を有する。ま
た、第１図には保証質量型の従来の力平衡装置が
符号２０で示される。保証質量装置を支持する外
側の支持リング２２は一連の取付パツド２４によ
り上部磁石構造１０と下部磁石構造１２の間に支
持される。保証質量装置２０には、この型の加速
度計において支持リング２２から半径方向内方に
延びるフラツパーまたはリードと通常呼ばれてい
る内側の可動部材２６を有している。フラツパー
２６の両側には、容量性ピツクオフ板として作用
する導電材料２８が置かれている。フラツパー２
６の上下面上の容量性ピツクオフ板２８は容量性
ピツクオフ装置を形成するよう上部および下部磁
石構造１０，１２の内面と協同する。

フラツパー２６の両側には、一対のボビン３１
に巻かれた力復元コイル３０が取付けられてい
る。サーボ計器の分野の当業者に周知の様に、力
復元コイルすなわちトルクコイル３０は永久磁石
１４と協同してフラツパー２６を支持リング２２
に対して予定位置に保持するようなす。

力復元コイル３０を有するフラツパー２６は一
対の屈曲ヒンジ部材３２，３４により支持リング
２２に連結される。ヒンジ部材３２，３４はフラ
ツパー２６と力復元コイル３０が支持リング２２
に対して振動状態に揺動できるようなす。加速度
計のこの例での支持リング２２とヒンジ部材３
２，３４の上には薄膜ピツクオフリード３６，３
８が設けられていて、導電材料２８と力復元コイ
ル３０への電気的接続を形成している。

先に述べた様に、フラツパー２６への力復元コ
イル３０の固定は応力をもたらすことがあり、結
果としてひずみ効果がヒンジ部材３２，３４に伝
えられることがある。ヒンジ部材３２，３４内の
結果的なひずみは、加速度計の出力信号への十分
なバイアスをもたらす加速度計のサーボ作用の結
果として力復元コイルを介して伝達されるべき十
分な電流を必要とする。

第２〜６図には上述した力平衡装置でのひずみ
効果を解決するよう構成された力平衡装置の種々
の構成が示される。第２〜８図の力平衡装置は形
がほゞ円形であるが、応力やひずみの効果を減少
すべくこゝに説明される原理が非円形の構造に良
好に同等適用されることが理解されるべきであ
る。この様な原理は加速度計と同様に一般の変換
器にも適用される。第２〜６図の符号２２，２
８，３０，３２，３４は第１図に就いて説明した
と同様な部材に対応する。

第２図に示されるこの発明の第１の実施例は力
復元コイル３０を支持する別個の内側の支持部材
４０を有する。コイル用支持部材４０は、この実
施例にてピツクオフ部材として容量性ピツクオフ
板の導電材料２８が載置された同心の中間の力感
知可動部材４４に屈曲型ヒンジ部材４２により連
結されている。第１図の保証質量装置における様
に、可動部材４４は一対の屈曲ヒンジ部材３２，
３４により支持リング２２に連結されている。屈
曲ヒンジ部材４２により可動部材４４に連結され
た別個の内側の支持部材４０上に力復元コイル３
０を置くことにより、力復元コイル３０によつて
生じられる保証質量装置内のひずみは屈曲ヒンジ
部材３２，３４により遮断されるべくなり、これ
によつて計器内のバイアス誤差を減少するような
る。力復元コイル３０は可動部材４４とピツクオ
フ板２８に対して限られた大きさ動くことがで
き、屈曲ヒンジ部材４２は力復元コイル３０から
可動部材４４に復元力を伝達するに有効である。

第１図の加速度計に使用すべく適したこの発明
の推奨実施例は第３図の保証質量装置により示さ
れる。第２図の力平衡装置における様に、力復元
コイル３０は別個の内側の支持部材４０上に置か
れる。力復元コイル３０と支持部材４０は従つて
屈曲ヒンジ部材４６によりフラツパー部材すなわ
ち同心の中間の可動部材４４から隔絶される。こ
の屈曲ヒンジ部材４６は、ヒンジ部材３２，３４
と反対側にて可動部材４４に設けられていること
を除いて第２図の屈曲ヒンジ部材４２と同じであ
る。これは力復元コイル３０からの応力とヒンジ
部材３２，３４に対する支持部材４０の取付とを
一層隔絶するよう働く。第３図の実施例にて、ピ
ツクオフ板２８の中心の軸心４７はヒンジ部材４
６と交又する。ヒンジ部材４６を軸心４７上に位
置させることにより、ヒンジ部材４６を通じての
ひずみはピツクオフ板中心の少ない動きにもとづ
いてピツクオフ誤差信号を十分減少する。

この発明の別の実施例が第４図に示される。こ
の力平衡装置において、力復元コイル３０と内側
の支持部材４０は２つの屈曲ヒンジ部材４８，５
０により同心の中間の力感知可動部材４４に連接
されている。第４図に示される様に可動部材４４
を支持すべく１つ以上の屈曲ヒンジ部材を用いる
ことが所要されることがある。第４図の屈曲ヒン
ジ部４８，５０の様な屈曲部材を種々な場所に設
けることによつて、屈曲部のかたさを所要の値に
維持することができ、これによつて連結部のひず
みを最小にすると共に連結部の力を最大にでき
る。

この発明の第４の実施例が第５図に示されてお
り、この実施例にては力復元コイル３０と内側の
支持部材４０が、軸心５８まわりの内側の支持部
材４０の動きを許す一対のねじりヒンジ部材５
４，５６により同心の中間の可動部材４４に連接
されている。

第２〜６図に示される保証質量装置の各実施例
において、支持リング２２、可動部材４４、支持
部材４０と同じく屈曲ヒンジ部材４２，４６，４
８，５０およびねじりヒンジ部材５４，５６を溶
解石英の様な材料の一体部片に変形することが好
適と考えられる。

この発明の第５の実施例が第６図に示されてお
り、第２〜５図の力平衡装置に示される様に同心
の中間の可動部材４４の回動または振動の代りに
可動部材４４の直線運動をなすようしている。屈
曲ヒンジ部材３２，３４は別の組の屈曲ヒンジ部
材６０，６２と協同して可動部材４４の面と直角
な直線方向に可動部材４４が動くことができるよ
うにしている。第５図の力平衡装置における様
に、同心の内側の支持部材４０は一対のヒンジ部
材６４，６６により支持される。

力平衡装置の力復元部分を位置感知部分から隔
絶する概念は種々な力平衡変換装置に適用でき
る。力平衡装置の別の例が第７，８図に示されて
いる。

例えば、第７図にて、ビームとして形成された
力感知可動部材７０は一端にピツクオフ部材７２
を、他端に力復元コイル７４を有する。力復元コ
イル７４はビームの孔に対して中心に配置され、
また図示の実施例にて屈曲部７６によりビームか
ら隔絶されている。第２〜６図の装置に関連して
説明した様に、力復元コイル７４は多数の異つた
ヒンジ部材によつて可動部材すなわちビーム７０
に連接できる。第７図の力平衡装置にて、ビーム
７０は自由に回転できるように軸７８を有する。
軸７８およびビーム７０を支持部材８０に固着す
る別の手段が第７図に示されている。軸７８の左
手部分は屈曲部８２により支持部材８０に連接し
て示され、右手部分はピボツトピン機構８４によ
り支持部材８０にビーム７０が連接された別の手
段を示している。また、軸７８の左手の部分は点
線で示す様にねじり部材８５により支持されるよ
う示されている。従つて、第７図は可動部材７０
を支持すべく３つの異つたヒンジ機構を示すと共
に、ピツクオフ部材７２が可動部材７０の力復元
コイル７４と反対側に設けられたこの発明の実施
例を示している。

第８図の力平衡装置は、可動部材すなわちビー
ム７０が一対の屈曲部８６，８７により支持部材
８０に連接されたことを除いては第７図の力平衡
装置とほゞ同じである。屈曲部８６，８７のヒン
ジ機構をまたピボツト機構と換えることができる
ことが理解できよう。別の屈曲部やヒンジ機構を
また使用できるが、この実施例では力復元コイル
７４は一対の屈曲部８８，９０によりビーム７０
から吊下げられる。

第７，８図に示される力平衡装置は可動部材７
０上に力復元コイル７４のヒンジ支持を設けてい
るが、力復元コイル７４がビーム７０のピツクオ
フ部材７２と反対の端部に設けられ、夫々の場合
に力復元コイル７４の取付けに関連したひずみ効
果を十分に減少して、これによつて計器出力のバ
イアス誤差を十分減少するようなすことが明らか
であろう。

また、ビツクオフ部材すなわち導電材料２８が
容量性ピツクオフ板として記述したが、上述した
概念が電磁光学ピツクオフ装置を含む他の型のピ
ツクオフ装置に等しく適用できることが注意され
るべきである。

第２〜８図のこの発明の種々の実施例に示され
る様に、可動部材を支持部材に取付けたり、屈曲
部やねじり部材やピボツトピン部材を含む可動部
材に力復元部材を取付けるために種々の異つたヒ
ンジ部材を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の保証質量装置を含む加速度計の
分解図、第２図はこの発明の第１の実施例を示す
第１の力平衡装置の平面図、第３図はこの発明の
第２の実施例を示す第２の力平衡装置の平面図、
第４図はこの発明の第３の実施例を示す第３の力
平衡装置の平面図、第５図はこの発明の第４の実
施例を示す第４の力平衡装置の平面図、第６図は
この発明の第５の実施例を示す第５の力平衡装置
の平面図、第７図はこの発明の第６の実施例を示
す第６の力平衡装置の平面図、第８図はこの発明
の第７の実施例を示す第７の力平衡装置の平面図
である。図中、１０……上部磁石構造、１２……
下部磁石構造、１４……磁石、１６，１８……リ
ード線支持柱、２２……支持リング、２４……取
付パツド、２６……可動部材、２８……導電材
料、３０……力復元コイル、３２，３４……ヒン
ジ部材、３６，３８……ピツクオフリード、４０
……支持部材、４２……ヒンジ部材、４４……可
動部材、４８，５０，５４，５６，６０，６２，
６４，６６……ヒンジ部材、７０……可動部材、
７２……ピツクオフ部材、７４……力復元コイ
ル、７８……軸、８０……支持部材、７６，８
２，８６，８７……屈曲部すなわちヒンジ部材、
８５……ねじり部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングに固着された支持部材、該支持部
   材に支持された中間の力感知可動部材、力感知可
   動部材を支持部材に固着する少なくとも１つのヒ
   ンジ部材、該力感知可動部材に取り付けられた力
   復元部材、該力感知可動部材に対する力復元部材
   の動きを許すべく有効になるように該力感知可動
   部材に力復元部材を取り付ける少なくとも１つの
   別のヒンジ部材を備え、力感知可動部材が少なく
   とも１つのピツクオフ部材と協同して作用し、力
   復元部材を固着する別のヒンジ部材がピツクオフ
   部材の中心の軸心と整列された力感知計器に用い
   る力平衡装置。 ２ 支持部材と力感知可動部材がほぼ円形形状を
   なしている特許請求の範囲第１項記載の力平衡装
   置。 ３ 別のヒンジ部材が力感知可動部材のヒンジ部
   材と反対側に固着された特許請求の範囲第１項記
   載の力平衡装置。 ４ 別のヒンジ部材は力感知可動部材に力復元部
   材を連接する少なくとも１つの屈曲部を有した特
   許請求の範囲第３項記載の力平衡装置。 ５ 別のヒンジ部材は力感知可動部材に力復元部
   材を連接するねじり部材を有した特許請求の範囲
   第１項記載の力平衡装置。 ６ 力感知可動部材は、力復元部材が一端に固着
   されてピツクオフ部材が他端に固着されたビーム
   として形成された特許請求の範囲第１項記載の力
   平衡装置。 ７ 可動部材固着装置は、支持部材に対して力感
   知可動部材が直線的に動くことができるように複
   数個の初めのヒンジ部材が設けられた特許請求の
   範囲第１項記載の力平衡装置。 ８ ハウジングに固着された支持リング、少なく
   とも１つの容量性ピツクオフ板を有し且つ支持リ
   ング内に支持された力感知可動部材、支持リング
   に力感知可動部材を揺動可能に固着する第１の屈
   曲部、力感知可動部材に取り付けられた力復元コ
   イル、力感知可動部材に力復元コイルを揺動連接
   する第２の屈曲部を備えた力感知計器に使用する
   力平衡装置。 ９ 第１の屈曲部が力感知可動部材の第２の屈曲
   部と反対側に連接された特許請求の範囲第８項記
   載の力平衡装置。 １０ 第２屈曲部がピツクオフ板の中心の軸心と
   整列された特許請求の範囲第８項記載の力平衡装
   置。 １１ 上部および下部磁石構造間に挿入され且つ
   該両磁石構造により支持された支持リング、ほぼ
   中央に設けられた孔のある形状をなし少なくとも
   １つの容量性ピツクオフ板が固着され且つ支持リ
   ング内に適合するよう形成されたほぼ平らな力感
   知可動部材、支持リングとほぼ平らに整列して力
   感知可動部材を保持すべく有効な様に支持リング
   および力感知可動部材に一体的に連接された少な
   くとも１つの屈曲部、力感知可動部材の孔内に適
   合するよう形成成された力復元コイルおよび支持
   構造、力復元コイルを該孔内に保持し且つ力復元
   コイルからの復元力を力感知可動部材に伝達する
   よう有効に該力復元コイル支持構造および力感知
   可動部材に一体的に連接された少なくとも１つの
   屈曲部を備えた、上部および下部磁石構造を有す
   る加速度計に使用される力平衡装置。 １２ 支持リング、力感知可動部材、各屈曲部お
   よび力復元コイル支持構造が溶解石英の一体部片
   に形成された特許請求の範囲第１１項記載の力平
   衡装置。 １３ 支持リングを力感知可動部材に連接する屈
   曲部は、力復元コイルを連接する屈曲部が力感知
   可動部材に連接されたほぼ反対の位置にてピツク
   オフ支持部材に連接された特許請求の範囲第１１
   項記載の力平衡装置。 １４ 力感知可動部材に力復元コイル支持構造を
   連接する屈曲部がピツクオフ板の中心の軸心と整
   列して設けられた特許請求の範囲第１１項記載の
   力平衡装置。