JPS63503570A - 並進加速度計及び加速度計組立方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 光１【Ω」Ｌ野 本発明は加速度計、特に慢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。

ｉ肌ム１遣 高性能ボ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３．７０２ ．０７３号に述べである。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、およびこれを挟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ャ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、リードの中心を通って伸 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ッド が間隔を置いて形成されている。これ等の取付用パッドは、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っている。従ってコイルを流れる 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 。又静止片の内側向きの面上には、キャパシタ板が設けられ、リード上の上下の キャパシタ板と共に、キャ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、キャパシタンスの微少変化を起こす。

使用する際は、加速度計を加速度を計測すべき対象物に取り付ける。感知軸に沿 っ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 型の回転変位を発生させる。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っ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。従って加速計出力信号は、デジタル系に使用するに先だって、デジタ ル・アナログ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′省 ′周波数変換器として利用するセンサ類の１＠である。ＶＢＡ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０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ｔ＆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、講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つの応力フィールドは、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、優れたスケールファクタ安定性を含めて、数多くの重要な利点 をもっている。２つの保証質することで、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固数に 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、囲いは固数になる可能性があ る。ｔｒ撃防止囲いも、熱膨張係数の不一致に対して、敏感である。

カー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 制約される計器面と相対的に可能な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スは 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。力感知水晶は従っ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。

先叶血！１ 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った並進運動と、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ュ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。

成る実施例に於いては、本発明による加算度肝は、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、感知軸に沿っ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っている。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。感知軸に沿った加速度により、感知軸に沿った保証質量 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。

ヌ　ｔｒ＝日 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ＰＡＩを含む面で切断した断面図 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に沿っ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ッ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、ブリッジを展示するものである。

図１２は、溶融石英よりなるブリッジの部分的断面図である。

図１３は、接着物質よりなるブリッジの部分的断面図である。

日の＝ｌｆ；Ｈ 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１６があり、保証質量基盤１８は 屈曲部２ｏおよび２２によってこれに支持される。この屈曲部によって、保証質 量基盤１８が感知軸ＳＡに沿っ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０重 錘３０と３２、および保証質量基盤は従って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１８ｏ°分離した位相 をもっ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は取付は用ブロック２６に接続され、このブロックは次に下部フレーム１ ２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がらなっている。端末部３９は取付はブロック２４に結合され、このブロ ックは次に上部フレーム１０に接続され、又端末部４ｏ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 った取付は用パッド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は用パッドが設置されてい る。取付は用パッドは、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。パッド４８．４８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に図解しである０図２および図４に 示した屈曲部２０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５ ｏとこの側面に並んだテーパ部５２および５４からなっている。ここで使用した 用語の「板部材」或いは「板圧曲部」とは、剪断荷重の影響を最少限にして負荷 に耐え得る充分な厚みのある屈曲部、即ち横方向の力（ヒンジ軸に沿った）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て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２ ２は、屈曲部２０と同じものであるが、違った点は、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６６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っ 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に拡大して図示しであるが、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によって可能にな る第２の運動形態は、図６に拡大国示しであるが、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に示した偏向は通常は８番曲げ偏向と 呼ばれる。従って、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０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っているので、屈曲部２０と２２のヒンジ軸は一致 していることがわかり、保証質量全体は両層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３４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０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、ＷＩ！ｉ２防止囲用の第３の軸が得られる。従 っ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０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に沿った反対端には水晶３８が固縛しで 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 に沿っ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ｆ、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ｆ、　−Δｆ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ｆ、＋Δｆに増加する。この簡素化例では 、無負荷周波数ｆ、は両方の水晶とも同じ値であり、変化量Δｆ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ｆ、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（ｆｒｂ　）の成 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４，４６７．６５１に 述べられている０図７を参照すると、感知軸ＳＡに沿う線型加速度は、周波数ｆ ｏ−Δｆおよびｔｏ＋Δｆ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ｆ。

−ｆ２は２Δｆに等しいことが判る。従って両方の水晶の周波数変化が組み合せ になって加速度信号を発生させる０周波数差の和２Δ丁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　１２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ｆ、　＋　ｆ２の関数として処理装置８２ によりめ得ることがわかる。特に、水晶３４と３８の夫々が、周波数（ｆ）特性 に対して次の力（Ｆ）をもつものと想定すると、 ｆ　＝　ｆｏ　十Ｋｔ　Ｆ ここでｆｏおよびＫｌは常数で、角加速度αは次式で与えられることがわかる。

ここでＪは保証質量の自体の質量中心まわりの慣性モ−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って は、偶数次の非直線性すら抹消されず、従っ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、即ち熱膨頭係数が比較的に大きい物質で構成 されている。中間部構成品は従ってこれ等の非常に異った２種類の材料を収容す る必要がある０重錘３０および３２と取付用ブロック２４および２６の構成数が 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は取付用ブロック２４および２６は別 として、インパール合金、即ち熱膨頭係数が非常に小さくベリリュム銅の約１０ 分の１あまりの鉄ｑニッ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を取付用ブロック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っと大きく変化す 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７０をヒンジ軸ＨＡｔ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ｆ、＋Δｒ ｔの周波数をもち、周波数差ｆ、　−ｆ２は従ってゼロになる。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った。この種の実 施例では、保証質量の上面および下面にはキャパシタ板があり、各キャパシタ板 が隣り合ったフレームとの間でキャパシタを構成している。これ等のキャパシタ は感知軸に沿った保証質量の運動計測用ピッ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２１Ｍサーボ系が必要となる 可能性がある０代替方法として、ピッ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孔を利用することが可能である。

図１乃至図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１ ０２と、切欠部１０４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）、からなっている、開口部１００お よび１０２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、この中にネジ類を収容する。切欠部１０４と　 １０８は振子軸ＰＡに沿って相互に反対側に向き合った位置にある０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　１１０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（こ示されている通り、取付用ブロック２４は、ろう付は等の方法で上部 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 ックが占有している。

下部フレーム１２は本質的には上部フレーム１０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）、レームに対してヒンジ軸ＨＡまわりに約１８ ０°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１ ２４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９ ２と一線に並ぶ、従っ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。従って第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を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 かも取付用パッド４６および４８の中心と交叉する直径に沿った位置にある。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個以上のパッドを使用していた従来の設計とは異り、２個の取付用パッドが使 用されている０図１および図２に例証するように２個のパッドを使用すると、リ ード組立部が直径方向対称位置に保持される。パッド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っ ている。端部１４０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 １４４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に沿ったままに設定されている。取付面１４２は水晶３４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、振子軸に沿っ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ってい る。端部１５０の高さの増加分は下部フレーム１２の切欠部１２６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４ ０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１５４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 ようになっている。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、即ち感知軸に沿っ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に沿って 異っ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、感知軸に沿った加速度は、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、加速度計の異った部分の異った熱膨張も、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／回転運動ネッ トコンプライアンスを選定するに際しては、感知軸に沿った加速度の加速度が、 感知軸に沿っ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、それにもががわらず、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０例えば、互に相違した水晶カドランジュ ーサを使用してトラッ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Ｃ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った要因の１つは、保証質量に囲 いをつける問題である０石英水晶カセンサは、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って拘束するか囲いを設け、 許容範囲をＨ遇する加速度が掛っ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避であるため、囲い の問題は更に複雑になる。水晶のｗＪ性は極めて大きく、熱膨弘による整合ずれ は摂氏１度当り　１００万分の２の程度であり、自在度の如何によっては原寸の 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って正確に 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ョッ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った。

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、ますます明白になってきた。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 部もショッ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０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に沿ってショック空隙１６０および１６２の位置で 囲いをされ、振子軸ＰＡに沿ってはショック空隙１６４、　１６６、　１６８お よび１７０の位置で囲いをされる。これ等のショック空隙の幅は図２では膨張さ れているが、典型的な寸法としては、十分の２乃至３インチ程度である。これ等 のショック空隙での環状支持部１６および保証質量基盤１８の縁は金メッキし、 ショッ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 。

このように金メッキすることにより、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。ショック空隙の幅の決定に際しては、水晶は長くて薄く、水晶 端部は従って、縦方向運動よりも横方向運動を収容し易くなっていることが考慮 されている。

保証質量７０を感知軸ＳＡに沿って囲うことは、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ョックパッド１８０と　１８２、および保証質量基 盤の下面上でパッド１８０と　１８２の真下にある同様のショックバットの組に よって達成される。パッド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ッドは、 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。パッド１８０およ び１８２はヒンジ軸ＨＡに沿って配置され、振子軸ＰＡからは等距離にある。ヒ ンジ軸に沿って配置されたパッ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、これによりショ ッ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 ヒンジ軸に沿ったショッ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１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。

ここでｆｎは共振周波数である。ｄとｆｎは感知軸に沿っ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２０００Ｈ２以上であるかぎりは、ｆｎを 標準空間振動スペクトラム以上にすること、ヒンジ軸に沿っ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ｉ　ｏｏｏｇの等価値に保つ必要があると、この軸に沿った 囲みのストップは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ｆｎを２２００ＨＺに減少 させるためアーム５Ｇ、　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Ｑ当り２．０マイクロインチに増加し、ヒンジ 軸ショックストップを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１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に沿ったショックは常に一方側の屈曲部を圧縮し、その屈曲部 の挫屈限度によって保証質量７０をストッ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に沿った 変位と結合するが、この回転は、全寸法人力時でも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に沿っ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、これ等の軸に沿ったショック囲いに必要な間隙よりも若干大きい程度である 。従って、この種のショック囲いならばパッド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ッドで行うことができる。これ等のパッドはヒ 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、感知軸に沿った著しい並進運動は 起らない、従ってショックパッドの機能発揮は温度とは無関係に、即ち相当に大 きい熱不整合があっ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）と結晶性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 る加速針の特性の１つともなっている。

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、軸交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 れる二幾何学的誤差は関連なしとは考えられない現象であり、感知軸に沿った力 を発生させる０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軸の何れかに沿った軸交叉入力は 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。

従って、従来型の交叉結合条件は最優先排除項目になっている。

力水孔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であるので、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、力水孔を保証質量の縁の 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っ ては周知の製造工程により製作さ五る０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０例えば 米国特許第４゜３９４．４０５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６本発明による加速針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′！ｊＬ錘３０および３２並びに取付用ブ ロック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本の軸に沿って環状支持部１ ６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、ショックストッ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に沿って 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 っていると、水晶を重錘や取付用ブロッ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、ショックストップ特性の効果が失われて、センサ は大ショッ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は整列特性は存 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１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、仮設ブリッジを使用するという、甚だ望ましい方 法を発見した。

ブリッジという構想は、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、ショ ック間隙１６０、　１６２．　１６４．　１６６、　１６８．および１７０は例 証のため大きく膨張されている０図１０に示す通り、２個のブリッジ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０本発明によ る加速針のように、保証質！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に例証しであるように、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、ブリッジ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、ブリッジはエポキシ等の適当な材料２０６でブリ ッ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ョック間隙に橋 をかけるためのものである０図１０に示す加速度計の場合には、ブリッジはヒン 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、ブリッ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０例えば若し１つのブリッジがショック間隙１６４．　１ ６６又は１６２の橋渡しを行えば、もう１つのブリッジはショック間隙１７０． 　１６８又は１６０の１＃渡しを行うものとする。実施例に於いては、ブリッジ 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 うになっている。ブリッ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。ブリッジはリー 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ってはじめてブリ ッジが除去される。ブリッジを除去する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、各ブリッ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ッジに到達させる方法は、上部フレーム１０の切欠部１ ０４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１２ ６を通過させれば可能である０組立工程を通じてブリッジを維持することによっ 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、この方法によっ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２１２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って加速する結果発生する力を計測 する０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 一ブリッジ２２０で充分であり、このブリッジは保証質量２１２とフレーム２１ ０の間で振子軸ＰＡに沿って形成される。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、ブリッジ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って は、説明と異った点の内容は明白であることを理解せねばならない０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 ２０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 、或いはセラミックでもよい、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ｆ、およびｆ２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、従って、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。

、７３４什ゑＣ′ 席 ルック・Ｌ・ 手続補正書？く・自発） 昭和６３年６月１日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　８７１０１４６０ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　アメリカ合衆国、　９８０７３−９７０１　ワシントン州。

レッドモンド、ノースイースト　３６スストリー）　１５００１ 名称　サンドストランド　データ　コントロール。

インコーホレイテッド 代表者　ワイマ、ロバート　ジェイ。

４、代理人 東京都新宿区下落合二丁目１４番１号 国際調査報告

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. 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って、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って本体に対する 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、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った加速度を計測する加速度計。
2. 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１に記載の加速度計。
3. 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２に記載の加速度計。
4. 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方向に振子軸に沿って延伸し、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方向に振子軸に沿って第１ 方向とは逆方向に延伸する請求項１に記載の加速度計。
5. 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４に記載の加速度計。
6. ６．各屈曲部は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な共通面内に存在する請求項５に記載の加速度計。
7. 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４に記載の加速 度計。
8. 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って対称である請求 項４に記載の加速度計。
9. ９．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 からなり、第１および第２力感知素子は夫々第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請求項 １に記載の加速度計。
10. 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９に記載の加速度計。
11. １１．第１力感知素子は第１接続点より１方向に感知軸に沿って延伸し、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１０に記 載の加速度計。
12. １２．各力感知素子は振動梁力のトランジューサである請求項１１に記載の加速 度計。
13. １３．各力感知素子は、２重端音叉からなる請求項１２に記載の加速度計。
14. 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１３に記載の加速度計。
15. 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１ ４に記載の加速度計。
16. 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９に記載の加速度計 。
17. １７．保証質量の重心が接続点中間に位置する請求項１６に記載の加速度計。
18. 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９に記載の加速度計。
19. 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 量は面上にショックパッドが位置決めされている上面および下面を有し、各ショ ックパッドは第１および第２接続点の間に位置決めされ、従って保証質量のヒン ジ軸まわりの回転が各ショックパッドとこれに隣合っ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１６に記載の加速度計。
20. ２０．屈曲部は溶融石英からなる請求項１に記載の加速度計。
21. 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１に記載の加速度計。
22. 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 取付パッドが形成された上面、および２個の下部取付パッドが形成された下面を 有し、上部および下部の取付パッドは相互に直接上下関係の位置を占め上部およ び下部の取付パッ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２１に記載の加速度計。
23. ２３．各取付パッ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２２に記載の加速度計。
24. ２４．２個の上部取付パッ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、下部取付パッ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２３に記載 の加速度計。
25. ２５．上部および下部取付パッドはヒンジ軸又は振子軸の何れとも交叉しない請 求項２４に記載の加速度計。
26. 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１に記載の加速度計。
27. 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方向に振子軸に沿って延伸し、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１ に記載の加速度計。
28. 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１に記載の加速 度計。
29. ２９．取付素子が振子軸まわりに回動自在である請求項２８に記載の加速度計。
30. ３０．取付素子が振子軸に垂直方向の板を有する請求項２９に記載の加速度計。
31. 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ューサを有し、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って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、感知軸に沿った加速 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１に 記載の加速度計。
32. 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って、上記保証質量に接続され、 且つ感知軸に沿っ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っ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った保証質量の 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った加速度を計測する加速度計。
33. 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って、上記保証質量に接続され、 且つ感知軸に沿っ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って、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、感知軸に沿っ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って、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った加速度を計測する加速度計。
34. 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３３に記載の加速度計。
35. 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方向に振子軸に沿って延伸し、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方向に振子軸に沿って第 １方向とは逆方向に延伸する請求項３３に記載の加速度計。
36. ３６．屈曲部が溶融石英からなる請求項３３に記載の加速度計。
37. 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３３に記載の加速度計。
38. 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３３に記載の加速度計。
39. ３９．感知軸に沿っ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 って、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っ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本のブリッジを形成し、 保証質量と本体に力感知素子を取付け、且つ、 両ブリッジを除去することを含む方法。
40. ４０．ブリッジはヒンジ軸の両端に別々に形成され、ブリッジ間の直線はヒンジ 軸とほぼ直角をなす請求項３９に記載の方法。
41. ４１．ブリッジ、取付手段、および本体と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、各ブリッ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３９に記載の方法。