JPH06103231B2 - 一体形プッシュプル力変換器 - Google Patents

一体形プッシュプル力変換器

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は力変換器、特にプッシュプル構成に配置され
た2つの力感知部材を有する力変換器に関するものであ
る。
発明の背景 力変換器の誤差を低減する共通の方法は、2つの力感知
部材が対向する方向の力を受けるようにこれら2つの良
好に適合した感知部材が構成されたプッシュプル構造を
用いることである。この様な構成の目的は同一順位の非
線形性、バイアス温度感度、時限感度、バイアス経時傾
向、圧力感度等の様な共通のモード誤差を排除すること
である。
プッシュプル構成が物理的装置に実施される時に問題が
見られる。例えば、揺動加速度計にプッシュプル力感知
部材を用いるためには、2つの力感知部材は共通の試験
質量に共に接続される。力感知部材は加速度計の揺動軸
心に対して垂直か或は平行に一般的に延びている。併
し、この様な構成においては、支持/試験質量組体と力
感知部材間の熱膨張不適合が熱応力を生じて、信号処理
技術によって部分的にのみ抑制できる大きな共通のモー
ド誤差信号を生じる。結果として、力感知部材は、高順
位の共通のモード拒絶を設けるために総ての感度に物理
的に適合しなければならない。この厳密な適合は度々達
成が困難である。
発明の要約 この発明は一体構造として製造されるプッシュプル力変
換器を提供するものである。変換器は、例えば共通のモ
ード誤差の改良された除去を有するセンサーを設けるよ
うに加速度計の試験質量と支持部との間の接続できる。
第1の推奨実施例では、力変換器は結晶質基盤から製造
された一体的本体を有する。この一体的本体は第1およ
び第2の取付部材に力感知部材を取付けるための第1お
よび第2取付部材を有する。各力感知部材は第1および
第2の端部と、第2の端部から力感知部材の力感知軸心
を形成する第1の端部に延びる線とを有している。各力
感知部材は力感知軸心に沿ったいずれかの方向に作用す
る力に応答する。力感知部材は互いに平行で整列した力
感知軸心によって方向付けられている。連結部材は各力
感知部材を両取付部材に連結する。第1の力感知部材は
第1の端部が第2取付部材に連結され、第2の端部が第
2取付部材に連結されている。第2の力感知部材は第1
の端部が第1取付部材に連結され、第2の端部が第2取
付部材に連結されている。従って、力感知軸心に平行な
これら構造部分によって変換される力感知部材に作用さ
れる力は一方の面感知部材の圧縮力と、他方の感知部材
の引張力とに起因している。別の実施例においては、一
体的本体内の歪み除去を設けるよう弾性部材が使用さ
れ、本体の一部はプッシュプル作用に起因する挺子の効
果を生じるように形成されている。
図面の簡単な説明 第1図はこの発明の作用を示す概要図、 第2図は力変換器の第1の推奨実施例を示す頂面図、 第3図は第2図の力変換器の側面図、 第4図は力変換器の第2の実施例の頂面図、 第5図は力変換器の第3の実施例の頂面図、 第6図は力変換器の第4の実施例の頂面図、 第7図は加速度計に使用する力変換器を示す斜視図であ
る。
発明の詳細な説明 第1図はこの発明の力変換器の概要図である。力変換器
は取付部材16、18間に接続された力感知部材12、14を圧
縮する。取付部材16、18はセンサー内の適宜な構造部分
に力変換器を取付けるように使用される。例えば、加速
度計においては、取付部材16は支持部に連結できて、取
付部材18は揺動可能に取付けられた試験質量に連結でき
る。この様な構造部分は変換器軸心20に沿って力変換器
に引張力または圧縮力を作用する。変換器はこの力を感
知して、これによって加速度や関連した他の量の測定を
行う。
力感知部材12は第1の端部22と第2の端部24を有し、第
2の端部24から第1の端部22に延びる線が第1の力感知
軸心26を形成している。同様に、感知部材14は第1の端
部32と第2の端部34とを有しており、第2の端部34から
第1の端部32に延びる線が第2の力感知軸心36を形成し
ている。力感知軸心26、36は互いに且つ変換器軸心20に
対して平行である。両感知部材12、14において、第1の
端部22、32は取付部材16に近接して位置するように形成
されており、第2の端部24、34は取付部材18に対して近
接して位置するように形成されている。従って、力感知
軸心26、36は互いに並列していて、変換器軸心20に沿っ
て同一方向(第1図で上方)を差している。
上述の規定に依って、この発明は、力感知部材12が取付
部材18に接続された第1端部22と、取付部材16に接続さ
れた第2の端部24とを有し、力感知部材14が取付部材16
に接続された第1端部32と、取付部材18に接続された第
2の端部34とを有するように、連結部材38が取付部材1
6、18および力感知部材12、14を連結しているものとし
て説明出来る。取付部材16に作用される力は力感知部材
12の第2の端部24と力感知部材14の第1の端部32とに伝
達される。同様に、取付部材18に作用される力は力感知
部材12の第1の端部22と力感知部材14の第2の端部34に
伝達される。この連結構造の結果、力感知軸心20に沿っ
た取付部材16、18間に作用されるどんな力(引張力や圧
縮力)も一方の力感知部材に圧縮力を作用し、他方の力
感知部材に引張力を作用する。
この発明の力変換器の推奨実施例が第2、3図に示され
る。変換器は、第1図に示されると同様な構成において
取付部材42、44と力感知部材46、48とを形成するよう構
成された本体40を有している。変換器は複振動ビーム型
として示されているが、表面音響波変換器や単振動ビー
ム変換器やピエゾ抵抗歪み計の様な他の型のものを使用
することがまた出来る。力感知部材48は、取付部材42に
接続された第1の端部52と、取付部材44に接続された第
2の端部54と、これら第1および第2の端部52、54間に
延びる一対のビーム56とを有している。力感知部材46は
第1の端部62と第2の端部64とこれら第1および第2の
端部62、64間に接続された一対のビーム66とを有してい
る。各力感知部材46、48の力感知軸心は、変換器軸心50
と平行になった各ビーム56、66に沿って位置している。
第1の端部62は、変換器軸心50に沿って取付部材44から
取付部材42に向かって延びるアーム68接続されている。
同様な具合に、力感知部材46の第2の端部64は、変換器
軸心50に沿って取付部材42から取付部材44に向かって延
びるアーム70に接続されている。取付部材42、44は構造
部分72、74に取付けられていて、力変換器がこれら構造
部分72、74によって伝達される引張力または圧縮力の測
定を行うようになっている。力感知部材46、48間に延び
るアーム68は力感知部材46、48間の隔絶を設けていて、
これによって状態のロックが起こるのを防止するように
助ける。
力変換器の本体40は、最初から分離された部材の組立体
よりも一体構造を成している。例えば、本体40は結晶石
英やシリコンウエフアから成る基盤をエッチングして形
成することが出来る。この様な具合に本体を造る重要な
利点は、厳密に一致した感度を有する一対の力感知部材
を造る共通の下部材料に力変換器46、48が密着して配置
されるよう構成されることである。厳密に一致する感度
は、通常装置が力感知部材出力を組合せるべく使用され
る時に、誤差の良好な共通なモードの排除を設ける。
この発明の第2の推奨実施例が第4図に示されている。
この実施例は第2図に示される実施例と大体同じで、取
付部材82、84と力感知部材86、88を形成するように造ら
れた一体的な本体80を有している。取付部材82、84は下
部の構造部分90、92に夫々取付けられている。この実施
例において、取付部材82、84と力感知部材86、88は、取
付部材82から延びるアーム100と、弾性部材104により取
付部材84に接続された橋絡部材102とによって連結され
ている。橋絡部材102は力感知部材86、88の両端部に固
着されている。弾性部材104は、力感知部材86、88を含
む平面に垂直に弾性部材を通過する歪み除去軸心周りに
取付部材84に対して橋絡部材102が回動するよう許す。
従って、第4図の実施例は力測定に影響を及ぼすことな
く構造部分90、92間に或る大きさの回動を生じるよう許
す。第2、3図の実施例における様に、第4図の実施例
の一体構造は共通のモード誤差排除を強化する。
この発明の第3の推奨実施例が第5図に示されている。
この実施例は、取付部材110、112と、これら取付部材11
0、112間に連結された力感知部材114、116とを有する一
体的本体118を備えている。取付部材110、112は弾性部
材126、128によって橋絡部材120、122に夫々連結されて
いる。各橋絡部材120、122は力感知部材114、116の両端
部に連結されている。取付部材110、112は変換器を構造
部分130、132に夫々取付けている。弾性部材126、128は
本体108の平面に垂直な歪み除去軸心周りの対応する取
付部材および橋絡部材間の相対的回動を両者許してお
り、従って、該平面内の構造部分130、132の回動に付随
的大きさの無感応を齎す。
また、第5図は、力変換器が結晶室石英から造られた実
施例における橋絡部材か或は取付部材のいずれかの一部
として設けることが出来る温度センサー140を示してい
る。図示の一体石英チュウニングフォーク温度センサー
は、力感知部材によって形成される平面内の力感知部材
114、116のビームに垂直に方向決めされた一対の互いに
平行なビーム142を有している。この方向付けは作用に
対する力変換器および温度センサーの両者に必要な結晶
学的軸心配向と両立できる構造を設ける。この構成は取
付けと配線を容易にすべく1つの一体構造に全てのセン
サー部材を配置する利点を持っている。
この発明の第4の推奨実施例が第6図に示されている。
先の実施例における様に、第6図の実施例は、取付部材
152、154を形成するよう造られた一体的本体150と、力
感知部材156、158を有している。併し、第6図の実施例
の主要な作用は上述した作用とは異なっている。取付部
材152は橋絡部材162によって力感知部材156、158の上端
部に連結され、取付部材154は橋絡部材172によって力感
知部材156、158の下端部に連結されている。橋絡部材16
2は弾性部材164によって取付部材152に連結され、弾性
部材166、168によって力感知部材156、158に夫々連結さ
れている。同様な具合に、橋絡部材172は弾性部材174に
よって取付部材154に連結され、弾性部材176、178によ
って力感知部材156、158に夫々連結されている。図示の
全ての弾性部材は、各弾性部材を通り本体150が形成さ
れる平面に垂直な歪み除去軸心周りに回転コンプライア
ンスを設ける。
第6図の実施例は両力感知部材に平行な変換器軸心に沿
った力を測定する。変換器は、一方の力感知部材に引張
力を負荷し他方の力感知部材に圧縮力を負荷するようレ
バーアーム技術を用いている。機械的利点は、本体150
の平面内の変換器軸心180に垂直な方向の弾性部材間の
間隔率を調整することによって達成される。力感知部材
158は力感知部材156よりも大きな量に常に負荷できる。
これは個別の振動数で作動して且つ非線形を排除する比
較的大きな力感知部材と比較的小さな感知部材との使用
を許すよう好適に利用できる。異なった振動数での力感
知部材の作動は部材間のロックの可能性を排除する。
第7図は揺動加速度計へのこの発明のプッシュプル力変
換器の使用を示している。加速度計は試験質量202が弾
性部材204によって吊下げ支持された支持体200を有して
いる。弾性部材204は試験質量202の外端部206が入力軸
心208に沿って動くよう許す。この発明の力変換器210は
変換器軸心が入力軸心208と整列するよう外端部206と支
持体200の隣接部分との間に連結できる。
第8図は、揺動加速度計への力変換器の第2の利用を示
している。加速度計は試験質量222が弾性部材224によっ
て吊下げ支持される支持体220を有している。この発明
の力変換器230は、変換器軸心232が試験質量222の揺動
軸心234に平行または実質的に平行であるように試験質
量と支持体の間に連結される。第7、8図に示される加
速度計において、他の加速度計部材に対する力変換器の
熱膨張差は試験質量の僅かな回動を生じてプッシュプル
力変換器の通常の信号処理技術によって大体排除できる
小さな誤差期間を生じる。
この発明の推奨実施例が説明されたが、当業者には変更
が明らかであろう。従って、この発明の範囲は以下の請
求の範囲によって決められるべきである。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結晶質基盤から造られた一体的本体(40,8
    0,108)、 第1および第2の構造部分(72,74,90,92,130,132)に
    力変換器を取付けるための第1および第2の取付部材
    (42,44,82,110,112)と、第1および第2の端部(62,6
    4,52,54)および力感知部材の力感知軸心(26,36)を形
    成する各力感知部材の第1の端部に第2の端部から延び
    る線を有する第1および第2の力変換部材(46,48,86,8
    8,114,116)とから成る一体的本体、 第1の力感知部材の第1の端部が第2の取付部材に連結
    されて第2の端部が第1の取付部材に連結されると共
    に、第2の力感知部材の第1の端部が第1の取付部材に
    連結されて第2の端部が第2の取付部材に連結される様
    に取付部材と力感知部材を連結する連結装置(68,70,10
    0,120,122)、 を備え、各力感知部材は力感知軸心に沿ったいずれかの
    方向に作用する力に感応し、力感知部材が互いに平行で
    整列した力感知軸心によって方向決めされ、これによっ
    て力感知軸心に平行に構造部分によって力変換器に作用
    される力が一方の力感知部材の圧縮力と他方の力感知部
    材の引張力とに起因している、第1および第2の構造部
    分間に取付できる力変換器。
  2. 【請求項2】連結装置は、一方の力感知部材の第1の端
    部と他方の力感知部材の第2の端部に連結されると共に
    弾性部材(104,126,128)によって一方の取付部材に連
    結された橋絡部材(102,120,122)から成り、弾性部材
    は力感知軸心を含む平面に垂直な歪み除去軸心周りの一
    方の取付部材に対する橋絡部材の回転を許している請求
    の範囲1記載の力変換器。
  3. 【請求項3】連結装置は第1および第2の橋絡部材(12
    6,128)から成り、第1の橋絡部材は第1の力感知部材
    の第2の端部と第2の力感知部材の第1の端部に連結さ
    れると共に、更に第1の弾性部材によって第1の取付部
    材に連結され、第2の橋絡部材は第1の力感知部材の第
    1の端部と第2の力感知部材の第2の端部に連結される
    と共に、更に第2の弾性部材によって第2の取付部材に
    連結され、各弾性部材は力感知軸心を含む平面に垂直な
    歪み除去軸心周りの各取付部材に対する各橋絡部材の回
    転を許している請求の範囲1記載の力変換器。
  4. 【請求項4】結晶質基盤が結晶質石英から成る請求の範
    囲1記載の力変換器。
  5. 【請求項5】各力感知部材が複振動ビーム力変換器から
    成る請求の範囲4記載の力変換器。
  6. 【請求項6】一体的本体がチューニングフォーク温度セ
    ンサー(140)から成る請求の範囲4記載の力変換器。
  7. 【請求項7】結晶質基盤がシリコンから成る請求の範囲
    1記載の力変換器。
  8. 【請求項8】各力感知部材が複振動ビーム力感知部材か
    ら成る請求の範囲7記載の力変換器。
  9. 【請求項9】連結装置の一部が力感知部材間に延びてい
    る請求の範囲1記載の力変換器。
  10. 【請求項10】結晶質基盤から造られた一体的本体(15
    0)、 第1および第2の構造部分に力変換器を取付けるための
    第1および第2の取付部材(152,154)と、第1および
    第2の端部および力感知部材の力感知軸心を形成する各
    力感知部材の第1の端部に第2の端部から延びる線を有
    する第1および第2の力変換部材(156,158)とから成
    る一体的本体(150)、 第1の橋絡部材(162)と、この第1の橋絡部材を第1
    の取付部材に連結する第1の弾性部材と、第1の橋絡部
    材を第1および第2の力感知部材の第1の端部に連結す
    る第2および第3の弾性部材(166,168)と、第2の橋
    絡部材(172)と、第2の橋絡部材を第2の取付部材に
    連絡する第4の弾性部材(174)と、第2の橋絡部材を
    第1および第2の力感知部材に夫々連絡する第5および
    第6の弾性部材(176,178)とを有する取付部材および
    力感知部材を連結する連結装置、 とを備え、全弾性部材は力感知軸心を含む平面に垂直な
    歪み除去軸心周りに取付けられた部材の回転を許し、各
    橋絡部材が取付けられた弾性部材は力感知軸心に垂直で
    且つ該平面内の横方向に沿って互いに間隔を置いてお
    り、第2の弾性部材は該横方向に沿って第1および第3
    の弾性部材間に配置され、第5の弾性部材は該横方向に
    沿って第4および第6の弾性部材間に配置され、これに
    よって第1および第2の構造部分によって取付部材に作
    用される与えられた力は第1および第2の橋絡部材を第
    2および第5の弾性部材周りに反対方向に夫々枢動し
    て、 一方の力感知部材にの圧縮力を生じると共に他方の力感
    知部材に引張力を生じるように為す、第1および第2の
    構造部分によって力変換器に作用される力を測定すべく
    第1および第2の構造部分間に取付できる力変換器。
JP2504309A 1989-02-27 1990-01-08 一体形プッシュプル力変換器 Expired - Lifetime JPH06103231B2 (ja)

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