(57)【要約】【課題】過高低温度及び複数の熱膨張径数から生じるセンサの応力を低減する加速度計装置。【解決手段】一例の加速度計装置は、上部ステータ及び下部ステータとリードを含む。リードは、サポートリングと、サポートリングに柔軟に接続されるパドルを含む。サポートリングは、リング部分と少なくとも２つの据付装置を含む。据付装置は少なくとも部分的に、リング部分から機械的に分離される。リング部分は、柔軟にパドルを受ける。据付装置は、パッド領域と、パッド領域をリング部分に接続するネック領域を含む。ネック領域は、パッド領域の直径寸法よりも狭い幅領域を含む。【選択図】図３
2014085342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度計装置であって、
上部ステータ及び下部ステータを有し、少なくとも一つのステータは磁石及び磁極片を含み、
リードを有し、前記リードは、
サポートリングと、
前記サポートリングに柔軟に接続されるパドルと、を有し
前記サポートリングは、
リング部分と、
少なくとも２つの据付装置を有し、該据付装置は少なくとも部分的に、前記リング部分から機械的に分離され、
前記リング部分は、柔軟に前記パドルを受ける、
加速度計装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装置であって、前記少なくとも２つの据付装置は、
１つ以上の据付パッドと、
前記据付パッドを前記リードの第１の側面及び前記２の側面の少なくとも１つに取り付けるように構成されたパッド領域と、
前記パッド領域をリング部分に接続するように構成されたネック領域と、
を備える装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、前記ネック領域は、前記パッド領域の直径寸法よりも狭い幅寸法を有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ用の応力低減コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]図１及び図２に示すように、リードは圧縮により磁気回路に取り付けられる。温度が、より厚い磁気回路コンポーネントを変形させるにつれて、磁気回路コンポーネントはリードを新たな形に変形させ、パドルを歪ませる。さらに、据付位置のあらゆるすべりがエラーを生じさせる。
【０００３】
[0002]締結力が減少し、リードと磁気回路の間のせん断応力が増加するにつれて、高温において潜在すべりが増加する。
[0003]励磁リング１３の熱膨張係数（ＣＴＥ）（α）は、取り付けられたリード１６のαよりも大きい。励磁リング１３は同様にかなり頑丈であるので、励磁リング１３は据え付け位置１８を径方向に引っ張る。励磁リング１３が据付位置１８をより小さい半径方向又はより大きい半径方向に動かそうとするときに、励磁リング１３が圧縮応力又は引張応力を同様に生じさせる。
【０００４】
[0004]リード１６の（一般的には石英ガラスといわれる）溶融石英は高い弾性力を有する材料であるが、リード１６は、励磁リング１３の金属に適合した弾性変形はしない。代わりに、他のいくつかの応力適用メカニズムが発生する。発生し得るものは、ａ）据付位置１８の滑り；ｂ）金属部分の局部降伏；そしてｃ）リード１６の縁が楕円形になり、パドル１９を面外に強制する、ことである。これらのいずれか１つまたはこれらの組み合わせは、センサのエラーを引き起こし、このエラーは極高低温度によってより悪くなる。
【０００５】
[0005]図１及び図２は、本発明の非対称フレクシャ配置を含む加速度計を示す。加速度計は、センサ軸ＳＡに沿って加速度を計測し、ステータ、リード、及び据付部材１８を含む。リードは据付部材１８とステータとの間に保持され、上面に配置されたコイルを有する。励磁リング（ｅ−ｒｉｎｇ）はステータ１３と、磁石と、磁極片とを有する。励磁リングは、コイルが磁極片とステータ１３との間の比較的狭い隙間を埋めて、当業者によく知られた力平衡作用を提供するように、形成されている。
【０００６】
[0006]リードは全体的に円盤形状を有し、開口が間に形成された１対のフレクシャを介して互いに接続された環状のサポートリングとパドルを含む。その外周の大部分において、パドルは環状の隙間によりサポートリングから隔てられる。引き上げ据付パッド１８が、サポートリングの周囲に、およそ等間隔の位置に配置される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]本発明は、極高低温度及び複数の熱膨張係数から生じるセンサに関する応力を低減し、また、センサ素子とリターンパス間の同軸性を維持することを支援する。本発明は、理想的でない熱膨張係数の適合性を有する材料の使用を環境が要求する場合におけるダウンホールの使用に特に有益である。本発明は、センサ素子の応力を低減し、石英ガラスフレクシャ加速度計のセンサ素子とリターンパスの間の据付位置のためのフレクシャを含むことにより、温度過上昇時での精度を増加させる。フレクシャの配置は、応力を低減するだけでなく、センサ素子とリターンパス間の同軸性を維持することを支援する。
【０００８】
[0008]例となる加速度計装置は上部ステータ及び下部ステータとリードを含む。少なくとも１つのステータの内表面は、磁極片で覆われた永久磁石の内部に位置する穴を含む。リードはサポートリングとパドルとを含み、パドルは面外に対応したフレクシャを通じてサポートリングと柔軟に接続される。サポートリングはリング部分と少なくとも２つの据付装置を含む。据付装置は少なくとも部分的に、リング部分から機械的に分離される。
【０００９】
[0009]発明の一面において、据付装置はパッド領域と、パッド領域をリング部分に接続するネック領域を含む。ネック領域は、パッド領域の直径寸法よりも狭い幅寸法を含む。
[0010]発明の他の一面において、パッド領域及びネック領域は、リードの外縁部と、第１側面と第２側面とをつなぐキャビティとによって画定される。
【００１０】
[0011]発明のさらに他の一面において、パッド領域及びネック領域は、リードの外縁部と、第１側面と第２側面とをつなぐ第１のキャビティと、第１側面と第２側面とをつなぐ第２のキャビティによって画定される。第１のキャビティと第２のキャビティは少なくとも部分的に円形である。
【００１１】
[0012]本発明の好ましい実施形態及び代替の実施形態が、以下の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0013]図１は、従来技術に従って形成されたパドル型加速度計の横断面図を示す。
【図２】図２は、従来技術により形成されたパドル型加速度計の横断面図を示す。
【図３】[0014]図３は、本発明の様々な応力緩和コンポーネントを使用する加速度計の分解図を示す。
【図４−１】[0015]図４−１は、本発明の実施形態による加速度計のリードに形成された応力緩和構造の部分横断面図を示す。
【図４−２】図４−１２は、本発明の実施形態による加速度計のリードに形成された応力緩和構造の部分横断面図を示す。
【図５】[0016]図５は、図４−１及び図４−２に示された加速度計の据付位置が受ける力ベクトルを引き起こす熱膨張を示す図である。
【図６−１】[0017]図６−１は、本発明の実施形態による加速度計のリードに形成される他の分離構造を示す。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施形態による加速度計のリードに形成される他の分離構造を示す。
【図７−１】[0018]図７−１は、図４−１及び図６−１に示された装置のための底部（６時の位置）配置接続機構の他の実施形態を示す。
【図７−２】図７−２は、図４−１及び図６−１に示された装置のための底部（６時の位置）配置接続機構の他の実施形態を示す。
【図８−１】[0019]図８−１は、パドル型加速度計のステータ内に形成された分離装置の部分横断面図を示す。
【図８−２】[0020]図８−２は、図８−１に部分的に示された加速度計の長手方向軸に沿った横断面図を示す。
【図９−１】[0021]図９−１は、パドル型加速度計のステータ内に形成された分離装置の部分横断面図を示す。
【図９−２】[0022]図９−２は、図９−１に部分的に示された加速度計の長手方向軸に沿った横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0023]本発明は、加速度計（例えばハネウェル社製Ｑ−Ｆｌｅｘ）のリードの弾性変形、すべり、又は屈曲を回避するための応力分離／低減機構を提供する。
[0024]図３は、本発明の機構が使用された力平衡加速度計を示す。この加速度計は、上部ステータ２０と下部ステータ２２とを含む。少なくとも１つのステータの内表面は、ボア２６内の磁極片２４により示されるように、磁極片で覆われた永久磁石の内部に位置する穴を含む。上部ステータと下部ステータの間に据付けられるリードアセンブリが同様に示される。リードアセンブリは、外側が環状のサポートリング３２とフレクシャによりサポートリングから支持されるパドル３６とを含むリードを含む。リードは、好ましくは溶融石英の単一片から作成される。サポートリング３２は３つの据付位置を含む。加速度計が組み立てられるとき、据付パッドは上部ステータ及び下部ステータと接触し、リードアセンブリを支持する。
【００１４】
[0025]キャパシタプレートがパドル３６の上面に配置され、同様のキャパシタプレート（図示せず）がパドルの下面に配置される。キャパシタプレートは、上部ステータ２０及び下部ステータ２２の内表面と協働して、キャパシタピックオフシステムを提供する。同様にパドル３６の両側に据付けられるコイルが、力平衡コイルが据付けられる位置に形成される。サーボ機器の技術分野でよく理解されるように、コイルはステータで永久磁石と協働し且つ適切なフィードバック回路と協働して、パドル３６をサポートリング３２に対する所定の位置に保持する。薄膜ピックオフリード、及びリードの下面の同様のリード（図示せず）は、キャパシタピックオフプレート及び力平衡コイルに電気的な接続を与える。
【００１５】
[0026]図３に示したタイプの加速度計のデザインでは、異なる全てのコンポーネントに対して同じ材料を使用することはほぼ不可能である。例えば、リードは好ましくは溶融石英で構成され、コイルは好ましくは銅で構成され、且つ（使用される場合は）巻型は好ましくはアルミニウムから構成される。その結果、隣接するコンポーネントの熱膨張係数において常に不整合が生じる。そのような不整合は、サスペンションのタイプ及び使用される変位ピックオフ法によって、コンポーネントを変形し、多くの異なる形でエラーを生じさせ得る。
【００１６】
[0027]巻型は、典型的には、柔軟なエラストマーを用いてパドル３６に直接据付けられる。アルミニウムと溶融石英との熱膨張係数の不整合は大きく、柔軟なエラストマー層は、この接合部分における全ての応力は軽減しない。対抗するコイルによって取り除かれない残留応力はキャパシタピックオフプレート又はフレクシャを変形させ得る。これらの変形のいずれかは、加速度計の出力にバイアスを生じさせ得る。さらに、コイル巻線の位置を変える歪みは、尺度因子エラーを生じさせ得る。パドルに加えられる合応力の非対称性のため、これらのエラーの源は、単一の力平衡コイルのみが使用されるデザインにおいてより非常に重要である。
【００１７】
[0028]図４−１に示すように、加速度計のリードのサポートリング３２−１は、サポートリング３２−１を加速度計の他のコンポーネント（ステータ）に据付けるための複数の位置を含む。第１の据付パッド５０は、サポートリング３２−１の両側に据付けられる。据付パッド５０は、上部ステータ及び下部ステータの表面に取り付けられる。据付パッド５０は、パドルプルーフマス３６−１をサポートリング３２−１に柔軟に取り付けるためのフレクシャ（図示せず）のおよそ反対側のサポートリング３２−１に沿って設置される。
【００１８】
[0029] 据付装置５２，５４は、第１の据付装置５０からおよそ等距離のサポートリング３２−１に沿って設置される。図４−２は据付装置５４の１つの拡大図を示す。据付装置５４は、据付領域６０を含む。（両側の）据付領域６０は、サポートリング３２−１を残して引き上げられる。この引き上げ領域６０は上部ステータ及び下部ステータに取り付けられる。据付領域６０は、サポートリング３２−１から引き上げ領域６０を分離するために、据付領域６０をサポートリング３２−１に取り付けるネック部分６２を除いて据付領域６０の周りにエッチングされたキャビティ６４により形成される。キャビティ６４は、サポートリング３２−１の全厚さを貫通する。キャビティは、少なくとも部分的に機械加工又はエッチングにより形成され得る。
【００１９】
[0030]図５に示すように、矢印は、図４−１に示した加速度計の夫々の取り付け位置に加えられる応力の方向を示している。これらの力は、加速度計のパーツの熱膨張の差によって生じる応力に起因する。分離据付具５２，５４（図７−１及び図７−２の分離機構を含む場合は、加えて据付具５０）は、これらの矢印で示される応力の幾分かを緩和する。分離据付具５２，５４により、サポートリング３２−１に不当な影響を与えることなく、取り付けられたステータが拡大又は縮小することができる。
【００２０】
[0031]図６−１及び図６−２に示すように、一実施形態では、図４−１及び図５に示し、説明された第１の据付装置５０と同様に、サポートリング３２−１は、第１の取付位置５０−２を含む。サポートリング３２−２は、また、第１の取付位置５０−２から等距離に配置されたらせん状取付装置７０を含む。らせん状取付装置７０の夫々は取付領域７４を含み、据付装置（図示せず）を据付領域７４の両側に取り付けることができる。据付パッドは、その後、上部ステータ及び下部ステータの夫々に取り付けられる。らせん状取付装置７０は、サポートリング３２−２を貫通する第１のキャビティを含む。第１のキャビティ８０は、およそ取り付け領域７４の中心から第１の径方向に突き出て始まる。第１のキャビティ８０は、取付領域７４の周囲に反時計回りで曲線を描き、第１の径方向から少なくとも２７０°の第２の径方向でサポートリング３２−２から抜ける。第２のキャビティ７８はサポートリング３２−２の縁で、およそ第１及び第２の径方向の間の第３の径方向で始まる。第２のキャビティ７８は、第１の取付位置５０−２から離れる方向で第１の径方向及び第２の径方向の間の第４の径方向で、ある位置に到達するまで、取付領域７４の周り及び第１のキャビティ８０の周りを反時計回りで進む。第２のキャビティ７８は、サポートリング３２−２の縁のカーブに追従する、又は直線状に延びる。このように、第２のキャビティ７８は、取付領域７４をサポートリング３２−２に取り付けるらせん状ネック７６を形成する。らせん状取付装置７０は、サポートリング３２−２に与えられる応力を低減しつつ、ステータの拡大及び縮小を可能にする。
【００２１】
[0032]図７−１は、底部（６時の位置）に配置された取付位置１２０（図４−１、６−１では５０又は５０−２）の一実施形態を示す。取付位置１２０は、リングから引き上げ領域１２４を隔離する切り欠き１２２を含む。
【００２２】
[0033]図７−２は、底部（６時の位置）に配置された取付位置１３０（図４−１、６−１では５０又は５０−２）の一実施形態を示す。取付位置１３０は、リングから引き上げ領域１３６及びシャフト１３８を隔離する２つの切り欠き１３２，１３４を含む。シャフト１３８は、曲線パターン又は直角パターンでジグザグ状に進む。リードの回転が温度変化に渡って最小である場合、底部に配置された取付位置の他の形状が使用される。
【００２３】
[0034]図８−１及び図８−２に示すように、下部ステータ９０は、機械加工されて複数の柱９２を形成する。一実施形態では、上部ステータは、下部ステータ９０に示される機構に適合する機構を含む。柱９２は、およそステータ９０の円周縁に配置される。柱９２は、加速度計のリードのサポートリング３２−３の対向する引き上げ領域に接続され、又は加速度計のリードのサポートリング３２−３に配置される取り付けパッドに接続される。柱９２は、加速度計の金属部分の応力を緩和する。ステータ９０は、機械加工されて結果として生じる柱９２を露出する。柱９２が高くなり、横断面が小さくなるにつれて、柱の適合性が大きくなる。例示的な柱は、径方向及び周方向での適合性を含み、この適合性は柱の形状及び凹断面によって変化し得る。
【００２４】
[0035]図９−１及び図９−２は、ステータ１００が、据付面においてステータの外周でステータ材料から機械加工された柱１０４を含む実施形態を示す。柱１０４は、第１の湾曲キャビティ１０６により画定される。キャビティ１０６の深さの一例は、０．１−０．１２インチ（０．２５４ｃｍ−０．３０４８ｃｍ）である。第１の湾曲キャビティ１０６は、ステータ１００を形成する金属（例えばインバー）から機械加工される。
【００２５】
[0036]代替の実施形態において、第２のキャビティ１１０が、ステータ１００の外側から柱１０４の下にエッチングされる。第２のキャビティ１１０は、柱１０４により大きな柔軟性を与える。
【００２６】
[0037]一実施形態において、柱９２，１０４は、全ての据付位置で使用される。
【図１】
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【図２】
2014085342.tif 000004
【図３】
2014085342.tif 000005
【図４−１】
2014085342.tif 000006
【図４−２】
2014085342.tif 000007
【図５】
2014085342.tif 000008
【図６−１】
2014085342.tif 000009
【図６−２】
2014085342.tif 000010
【図７−１】
2014085342.tif 000011
【図７−２】
2014085342.tif 000012
【図８−１】
2014085342.tif 000013
【図８−２】
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【図９−１】
2014085342.tif 000015
【図９−２】
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【外国語明細書】
2014085342000001.pdf