JPS6034068B2 - 変換器用可動要素 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加速度計等のような変換器に関するものであ
り、更に詳細には、位置検出手段を有している感知要素
をこの計器の内部に支持するための構造物に関するもの
である。

その１例が米国特許第３７０２０７３号に開示されてい
る加速度計振動組立体によって代表される従来技術の構
造物においては、この場合には、振動組立体である変換
器組立体は、加速度計の上方及び下方の固定子組立体の
間に支持された支持リング外部部材に連結されたたわみ
要素の上に支承されている。

この特殊な例における振動要素は、力回復コイルと、弓
形のピックオフ容量板とを含んでおり、また、１個又は
それ以上のたわみ要素によって環状の外部支持リングに
連結されている。この計器においては、支持リング及び
たわみ要素を含んでいる振動組立体は、熔融石英の一体
の片から形成されている。米国特許第３７０２０７３号
に示されているような計器組立体及びそれらの協同され
る支持構造物を設計する際における目的の一つは、可動
要素又は質量を外部支持構造物に連結する可とう要素の
上における応力の効果を最少にすることにある。振動質
量を支持している可とう要素の中における支持構造物中
の応力から生ずるひずみは、重大なバイアス誤差を生じ
させることがあり得る。サーボ式加速度計振動組立体を
開示している米国特許第３７０２０７３号の例において
は、ピックオフ要素が計器の内部におはる組立体の位置
を指示する信号を生成するために使用されており、また
、この要素それら自体は、振動質量を計器内部のあるあ
らかじめ決められた位置に回復させるように、振動組立
体に酌付けられた回復コイル内に電流を生成するのに使
用されている。サーボされた位置におけるたわみ要素の
中の応力は、出力信号の中に望まれないバイアスを生じ
させることがあり得る。なぜならば、計器は、たわみ要
素の中に発生させるどのような力にも打勝とうと企てる
からである。開放ループ計器の場合には、たわみ要素の
中の応力は、ピックオフの運動を自由に生じさせ、また
、出力の中にバイアス誤差を生じさせる。たわみ要素に
伝達されることのできる応力の一つの源は、支持部材を
組立体の固定子要素に固着する方法から生ずる。環状の
支持リングに接合する固定子要素の表面は、完全に平ら
に作られることは実際上できないので、同様に完全には
平らではない支持リングの固定要素への固着は、大抵の
場合に、外部支持部材とたわみ要素との両方の応力を生
じさせる。変換器組立体の中のたわみ要素に伝達される
応力を減少させるための一つの手段が、米国特許第３７
０２０７３号に開示されている。

環状の外部支持部材は、固定要素の間に、スべ−サ要素
又はパッドが固定子部材の表面と支持リングとの間に介
装された場所においてクランプかれる。この手段におい
ては、３対のパッドが支持部村の回りもこ洋勺１２０ｏ
の間隔を置かれている。しかしながら、この手段におい
てすらも、望ましくない応力が環状支持０リングの中に
発生され、これらが振動質量を支持しているたわみ要素
に伝達される。取付け応力の効果を減少させるための第
二の手段が、米国特許第３３３９４１９引こ示されてい
る。

この特許は、支持部材が片持ちとされ、片持ちばり夕を
取付けられた可動部材を、円形可動部材の本質的に半分
及び片持ちばりの支持緑の各側の上の円形ピックオフ装
置によって支持している設計を開示している。この手段
は、可動要素及び円形ピックオフ装置の本質的に等しい
面積を、支持部材の０取付け線の各側の上にすることに
よって、ひずみ回転に対する敏感性を減少させる。しか
しながら、円圭のピックオフ面積を使用することは、通
常、実際的でも無く、あるいは、望ましくなくさえもあ
る。

ピックオフ面積を、ピッタクオフの角度利得を最大にす
るために、振子形変換器の中の旋回軸から最大の半径に
集中することが、実際に一層効果的である。それ故、非
円形のピックオフ面積を含む可動部材をたわみ可能に支
持する外方環状支持部材（以０下『支持部村』又は『支
持リング』とも呼ぶ）と、固定子構造物（以下『固定子
部材』又は『固定子』とも呼ぶ）と支持部材との間に、
その緑がピックオフ面積の中心軌跡とほぼ整列するよう
に介装された少なくとも１個の支持要素とを含んで５い
る少なくとも１個の固定子部村を有している変換器の中
において使用するための組立体を得ることが、本発明の
一つの目的である。

固定子部材の間に固着された環状の支持部材と、支持部
材からたわみ可能に懸垂された非円形０のピックオフ面
積と、固定子と支持部材との間に可動部材にたわみ可能
に連結されている支持部材の部材を固定子に関して動く
ことを許すように固着された多数のスベーサ要素とを含
んでおり、また、支持部材がその上でたわみ又は回転す
るスべ−サ要素の緑が、支持部材の中における応力を最
少にさせるためにピックオフ面積の中心軌跡と整列され
ている第一及び第二の固定子部材を有している加速度計
の内部に使用するための保証質量組立体を得ることが、
本発明の追加の目的である。

固定子部村と、ピックオフ装置を含み且つ一部分が固定
子に固着されている支持部材に連結されたたわみ要素に
よって支持されているピックオフ装置を含んでいる可動
部材とを有しており、支持部村を固定子に固着すること
から生ずる支持部材の中における応力を最少にさせるた
めに、固定子に固着された部分から最小距離に置かれ且
つ支持部材が放射方向にたわむことを許すたわみ可能な
部分を支持部材が追加して含んでいる変換器の内部に使
用するための支持構造物を得ることが、本発明の他の目
的である。以下に説明されるように、本発明においては
、支持部材の大部分が、変換器の固定子から、回転の片
持ちばり軸における合成取付けひずみが、ピックオフ装
置の中心軌跡を含んでいる軸の回りに生ずるように変換
器の固定子から片持ちされている。

均質な材料の物体の中心軌跡とは、この物体の重心と定
義される。また、計器における取付け応力感度は、可動
部材を支持部材に連結するたわみ要素の、取付け応力が
誘起される片持ちばり箇所からの分離を最大にすること
によって減少される。この手段は、対称的なピックオフ
面積輪郭を使用しなければならないことのないという追
加の利点、又は、ピックオフ面積を、可動要素上に中心
決めされなければならないことのないという追加の利点
を有している。大低のピックオフは、単にピックオフ面
積の回転角度に鋭敏でないだけでなく、同様に、ピック
オフ中心軌跡の直線運動にも鋭敏でないことに注意しな
ければならない。米国特許第３３３９４１計号の場合に
おけるように、ピックオフ面積が本質的に円形である場
合には、・等しい面積線の回りの回転が、このような角
運動に対して著しく減少されたピックオフ出力感度を生
じさせる。しかしながら、精密変換器の領域においては
、すべてのこのような変換誤差の源の完全な除去が、続
いている目標である。このようにして、ピックオフ中心
軌跡を含んでいる軸の回りの支持部材の回転が、ピック
オフ面積が円形でもなければ、必ずしも、対称的でもな
い場合に、角運動感度の最大の減少を生じさせる。若し
も、ピックオフ面積の中心軌跡を正確に支持部材の回転
軸の上に置くことが可能であったならば、直線運動に対
してだけ感度を有している変換器ピックオフは、この軸
の回りの支持部材の角度回転によって、ゼロ誤差を誘起
される。

例えば、回転に誘起される誤差の１／１０まで、又は、
それ以上の理論的な減少が米国特許第３７０２０７３号
に開示されている形式の１インチ直径の円形加速度変換
器において可能である。この改良は、支持部村の回転軸
を、米国特許第３３３９４１９号に述べられているよう
に、円形ピックオフ面積の中心に置くこととは相違して
、弓形のピックオフ面積の中心軌跡の上に置くことから
生ずる。実際の誤差の減少は、無論、実際問題として、
計器の製作において用いられた製作公差による。以下、
本発明をその実施例に基づいて説明する。

第１図には、可動部材がピックオフ装置に関して、前述
の米国特許第３７０２０７３号に詳細に開示されている
形式の加速度変換器の形で、分解図によって示されてい
る。

この実施例においては、説明の目的のために、加速度計
が上方磁石構造物又は固定子構造物１０と、下方磁石構
造物又は固定子構造物１２とを含んでいる。その上、下
方固定子構造物１２は、１６及び１８によって示される
ように、電気的導線のための支持柱を含んでいる。また
、第１図には、従釆技術の、一般的に２川こよって示さ
れた、保証質量組立体の形の可動要素組立体も示されて
いる。この保証質量組立体２０の中に含まれて外方環状
支持部材２２があるが、この部材２２は、上方固定子構
造物１０及び下方固定子構造物１２の対向する平面状表
面１９と２１との間に、部村２２の上のスベーサ要素又
は取付けパッド２４の対によって支持されている。取付
けパッド２４の各対の内の下方パッドは、図には描かれ
ていない。第１図に示されるように、取付けパッド２４
の各対の従来技術における位置は、支持リング２２の回
りに、相互に約１２００の間隔が生ずるようなものとな
っている。また、保証質量組立体２０の中に含まれて、
支持ｌ」ング２２から放射方向内方に延びているフラッ
バ又は可動リード２６がある。このフラッパ２６の各側
の上に沈殿されて弓形状の電導材料２８があるが、これ
は、容量的ピックオフ面積又はピックオフ板あるいは要
素として役立つものである。フラッパ２６の上面及び下
面の上の容量的ピツクオフ板２８は、上方及び下方の固
定子構造物１０及び１２の対向する表面１９及び２１と
協同作用をして、容量的ピックオフ装置を構成している
。フラッパ２６の各側上に取付けられて力回復コイル３
０がある。

当業技術者には周知であるように、力回復コイル又はト
ルクコィル３０は、永久磁石１４と協同作用を行ない、
フラッパ２６を支持リング２２に関してある予定された
位置の内部に保持する。力回復コイル３０を含むフラッ
パ２６は、支持リング２２に１対のたわみ要素３２及び
３４によって連結されている。

たわみ要素３２及び３４は、フラッパ２６及びコイル３
０を含んでいる振動要素が、環状支持リング２２に関し
て回転状の振子の様式で動くことを許す。フラッパ２６
は、加速度計の感度軸に沿う力に応答して動く。また、
支持リング２２及びたわみ要素３２及び３４の上に置か
れて薄いフィルムのピックオフ導体３６及び３８がある
が、これらは容量性板２８及び力回復コイル３０に、電
気的接続を与える。前に検討されたように、支持リング
２２の固定部材１０及び１２への固着は、支持リング２
２の中に過剰の応力を生じさせることがあり、その結果
、ひずみがたわみ要素３２及び３４に伝達されることが
ある。たわみ要素３２及び３４内に生じたたわみは、サ
ーボ加速度計の中の力コイルを経て、電流が伝導される
ことを必要とすることがあり得る。このようにして、加
速度計の信号出力の中に、重要なバイアス誤差が導入さ
れる。第２図には、本発明の推奨実施例が示されている
が、第２図においては、第１図に一般的に２０によって
示された形式の円形形状に輪郭付けされた振動組立体が
示されており、また、この組立体においては、パッド又
はスべ−サ要素の対が、外方環状支持部材２２の上に、
上方固定子１０及び下方固定子１２が一諸に縦付けられ
た時に、支持リング２２の中における応力の効果を減少
させるように、配置されている。

本発明の概念は、非円形の構造物及び連続表面並びにパ
ッドの取付けにも、同様に適用されることに注意をされ
たい。本発明の概念はまた、支持部材２２が只１個の固
定子に、縦付け、又は、接着その他の方法によって固着
される変換器にも適用される。本発明はまた、可動部村
の上などにピックオフ要素を必要としない光学形式を含
む他の形式のピックオフ装置の使用にも、適用されるも
のである。第２図において、参照数字２２，２６，２８
，３０，３２及び３４は、第１図に関して説明されたも
のと同様の要素に対応するものである。

特に、第一対及び第二対の支持要素又はパッド４０，４
４は、円形支持部材２２の上面に１個、下面に１個（図
示されていない）置かれており、各パッド４０及び４４
、好適にはパッドの緑は、線４２によって示されるよう
に、ピックオフ要素２８の中心軌跡と本質的に整列して
いる。なお、ピックオフ要素２８の中心軌跡は、第２図
には、４１によって示されている。ピックオフ要素２８
が容量性板を形成するように、電導性金属の薄い沈殿の
ように一様な厚さの平面状の要素の時には、ピックオフ
要素２８の中心軌跡４１は、ピックオフ面積の中心軌跡
である。第２図のピツクオフ面積２８の中心軌跡４１に
関して軸４２の１側上のピックオフの面積Ｘその面積の
中心軌跡の半径は、軸の池側上の同じ量に等しい。第二
対のスベーサ要素又は部材４４は支持リング２２他側上
に、軸４２と本質的に整列して置かれている。第三対の
スベーサ要素４６が、支持リング２２の上に、たわみ要
素３２及び３４と反射の側の上において置かれている。
支持リング２２の中における応力を小さくするために、
スベーサ要素４０，４４及び４６をできる限り小さくす
ることが通常望ましいと考えられるが、スベーサ要素４
０，４４及び４６を只１個の部材に組合わせることが望
ましい環境もあるかも知れない。上に検討されたように
、第２図に示されるように、別個のスベーサ要素が使用
されるか、又は、只１個の弓形のスベーサ部材がスべ−
サ４０の位置からスベーサ部材４４の位置まで延びて使
用されるかには無関係に、支持リング２２の片持ちされ
た部分の有効回転軸を、ピックオフ要素２８の中心軌跡
４１を通る線又は軸４２と本質的に一致させることが、
最も望ましいと考えられる。スベーサ要素又はパッドを
このように位置決めすることによって、第１図に示され
るように、固定子部材１０及び１２を一諸に締め付ける
ことによって支持リング２２内に誘起される応力による
計器の感度軸に平行なピックオフ要素２８の中心軌跡４
１の運動は、著しく減少される。これは、ピックオフ面
積の中心軌跡の回りの回転が、回転軸のいずれの側の上
にも等しいピックオフ効果を生じさせ、このようにして
、たわみ要素内の応力によるピックオフ誤差を、打ち消
すという事実によるものである。また、第２図の実施例
に示されるように、たわみ要素３２及び３４の中のひず
みを最少にするために、フラッパ２６を支持しているた
わみ要素３２及び３４によって示されるようなヒンジを
、軸４２からできる限り遠くに位置決めすることが望ま
しい。ピックオフ板２８は、たわみ要素３２及び３４か
ら、それらがフラッパ２６の角回転からの最大の利点を
受取るために、できる限り遠くに可動部材２６の上に位
置決めされるべきである。ピックオフの感度は、フラッ
パ２６の回転点からのピックオフ面積の距離の関数とし
て増加される。このようにして、ピックオフ面積を第２
図に示されるように、弓形状に輪郭付けることによって
、最大のピックオフ面積が、たわみ要素３２及び３４か
らできる限り遠く位置決めされることができる。第３図
には、追加のたわみ部分４８及び５０が、支持部材２２
の中の、好適には、取付けスベーサ要素又はパッド４０
及び４４から最大の距離に位置決めされた弓形のくぼみ
によって備えられている実施例が示されている。

これらの追加のたわみ部分４８及び５０‘ま、支持リン
グ２２の一部分が、放射方向にたわむことを許す。パッ
ド４０からパッド４４まで連続的な取付け表面が使用さ
れる時でさえも、この配置は望ましいものである。たわ
み部分４８及び５０と、たわみ要素３２及び３４の支持
リング２２の回転軸４２からの最大の分離との組合わせ
によって、たわみ形式のピボット３２及び３４内に生成
される応力又はひずみに関する支持リング２２内の放射
方向たわみに対する感度は減少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、振動質量の形式のピックオフ装置に関して可
動要素を支持する従来技術の装置を含んでいる加速度計
の分解図、第２図は加速度計において使用するための本
発明の推奨実施例を現わす保証質量組立体の平面図、第
３図は本発明の追加の実施例を現わす保証質量組立体の
一部の平面図である。 １０，１２・・・・・・固定子部村、２０・・・・・・
保証質量組立体、２２…・・・支持部材、２６・・・・
・・フラッパ、２８・・・・・・ピックオフ面積、３２
，３４・・・・・・たわみ要素、４０，４４，４６・・
…・スベーサ要素、４１・・・・・・中心軌跡、４８，
５０・・・・・・たわみ部分。 ＦＩＧ．２ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第一及び第二の固定子構造物１０，１２を有してい
   る変換器の内部において使用するための可動要素におい
   て 少なくとも１個の非円形のピツクオフの面積２８を
   含んでいる可動フラツパ２６と、 第一及び第二の固定
   子構造物１０，１２の間に介装されると共にそれらによ
   つて支持されている、前記可動フラツパ２６を回転状の
   振子の型式で支持するためのたわみ要素３２，３４を含
   んでいる支持部材２２と、 少なくとも一方の固定子構
   造物１０と、前記支持部材２２との間に介装された少な
   くとも１個のスペーサ部材４０とから成立つており、 前記スペーサ部材４０は、前記支持部材２２の一部分
   の片持ちばりによる支持を与えるように配置されており
   、また、前記片持ちばりの回転軸４２が前記ピツクオフ
   面積２８の中心軌跡４１を通過するようにしたことを特
   徴とする変換器用可動要素。 ２ 前記たわみ要素３２，３４が、前記支持部材２２の
   上に、前記回転軸４１から最大の距離に置かれるように
   した特許請求の範囲第１項記載の可動要素。 ３ 前記スペーサ部材４０，４４が、前記固定子構造物
   １０，１２のそれぞれと、前記支持部材２２との間に介
   装され、また、前記スペーサ部材４０，４４が前記ピツ
   クオフ面積２８の中心軌跡４１と実質的に整列されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の可動要素。 ４ 前記スペーサ部材４０，４４のそれぞれの一つの縁
   が、前記ピツクオフ面積２８の中心軌跡４１と実質的に
   整列されている特許請求の範囲第３項記載の可動要素。 ５ 前記支持部材２２が一般的に円形輪郭のものであり
   、前記支持部材２２の放射方向のたわみを許すように２
   個のたわみ部分４８，５０を含んでいる特許請求の範囲
   第４項記載の可動要素。