(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもり部材と、
取付リングと、
おもり部材を取付リングに柔軟的に連結する一対の屈曲部材と、
対向する結合表面を有する永久磁石とこの永久磁石の結合表面の一表面が一つ以上の励磁リングの一つに近接するよう配置構成された、前記おもり部材を零位置へ戻す手段と、
台座を形成し、かつ境界を決めるように、前記永久磁石の結合表面の一表面を前記励磁リングの一つに離間して結合する手段と、
前記境界における熱応力を補償するため、前記永久磁石の結合表面の一表面と前記励磁リングとの離間部分に設けられたコンプリアンスなエポキシ樹脂材とから構成される力再平衡式加速度計。
【請求項２】
前記磁石の結合表面の一表面を離間して結合する手段は、前記結合表面の一表面の所定部分を被覆する、非コンプリアンスなエポキシ樹脂材である請求項１に記載の力再平衡式加速度計。
【請求項３】
前記コンプリアンスなエポキシ樹脂材は、リング形状に形成され、かつ前記非コンプリアンスなエポキシ樹脂材に関して同心に配設される請求項２に記載の力再平衡式加速度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加速度計に関し、特に、一個以上の磁石組立体の間に懸垂されるおもり部材を備える力再平衡式加速度計の磁石境界における機械的応力を減少する結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一個以上の磁石組立体の間に懸垂されるおもり部材を備える力再平衡式加速度計は、技術上一般に知られている。そのような加速度計の例は、米国特許第４，１８２，１８９号、第４，２５０，７５７号、第４，３９４，４０５号、第４，３９９，７００号、第４，４００，９７９号、  第４，４４１，３６６号、第４，５５５，９４４号、第４，５５５，９４５号、第４，５９２，２３４号、  第４，６２０，４４２号、第４，６９７，４５５号、第４，７２６，２２８号、第４，９３２，２５８号、第４，９４４，１８４号、第５，０２４，０８９号、第５，０８５，０７９号、第５，０９０，２４３号、第５，０９７，１７２号、第５，１１１，６９４号、第５，１８２，９４９号、第５，２０３，２１０号、第５，２１２，９８４号および第５，２２０，８３１  号に開示され、その全ては参照としてここに組み込まれる。そのような力再平衡式加速度計は、非結晶質石英から形成されることが知られているおもり部材を通常備えている。その部材は、その平面と一般に直角をなす有感軸に沿う力または加速度に応答して、移動させることができる一個以上の屈曲部材によりおもり部材を懸垂する。静止時におもり部材は、通常、上部および下部の励磁リング間に等距離的に懸垂される。ピックオフキャパシタンス板を形成する導電性材は、おもり部材の対向側に配設されて、励磁リングと共に容量性構成部材を形成する。有感軸に沿って加速度または力が加えられると、おもり部材は上方または下方へ移動するので、ピックオフキャパシタンス板と上部および下部の励磁リングとの間の距離が変わる。ピックオフキャパシタンス板と上部および下部の励磁リングとの間の距離のこの変化により、容量性構成部材のキャパシタンスが変化する。このようにして、容量性構成部材のキャパシタンスの差は、有感軸に沿うおもり部材の変位を表す。この変位信号は、おもり部材をその零位置すなわち静止位置へ戻すように機能する一個以上の電磁石を備えるサーボシステムへ加えられる。電磁石に加えられる駆動電流の大きさは、一方ここでは、有感軸に沿う加速度または力を表す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
それらの電磁石は、磁気帰路を形成するために、インバーなどの比較的高い透磁率を有する材料から形成される励磁リングへ通常結合される、例えばアルニコから形成される磁石を備えることが知られている。磁石および励磁リングに使用される材料は異なるので、それらは異なる熱膨張係数を有することになる。そのために、磁石と励磁リングとの間に形成される境界は、温度の関数として応力を受けることになる。ある期間および／または温度範囲にわたる、そのような応力は加速度計の性能を劣化する。
【０００４】
この問題を解決するために、コンプリアンスなエポキシ樹脂材が、磁石を励磁リングに結合するのに使用されてきた。しかしながら、そのようなコンプリアンスなエポキシ樹脂材は、加速度計の長期的な安定性を低下する。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術に伴う種々の問題を解決することにある。
本発明の他の目的は、コンプリアンスなエポキシ樹脂材と非コンプリアンスなエポキシ樹脂材とを組合せ使用して、温度膨張による加速度計の応力を最小にする力再平衡式加速度計を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、ある温度範囲にわたり、かつ比較的長期にわたり比較的安定した出力を生成する力再平衡式加速度計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定して取り付けられた上部と下部の励磁リング間に、一個以上の屈曲部材により懸垂されるおもり部材を備える力再平衡式加速度計である。おもり部材の対向側に形成されるピックオフキャパシタンス板は、キャパシタンス構成部材を形成するのに使用され、その部材のキャパシタンスは、おもり部材の変位に応答して変わり、変位信号を生成する。この変位信号は、一個以上の電磁石へ加えられて、その電磁石は、おもり部材をその零位置すなわち静止位置へ強制的に戻すようにする。かくして電磁石に加えられる駆動電流は、加速度計に加えられる力または加速度を表す。電磁石は、磁気帰路を形成する励磁リングに固定結合される磁石を備える。熱膨張による応力を解放するために、磁石は僅か持ち上げられ、また結合部位は最小に制約される。磁石境界における応力を解放することにより、本発明に従う加速度計の性能は、時間の経過にわたり比較的安定することになる。
【０００７】
本発明の、これらの目的および他の目的は、下記の詳細な説明および添付図面を参照して、容易に理解される。
【０００８】
【実施例】
図１は、参照数字２０で一般に明示される、既知の力再平衡式加速度計を図示する。この力再平衡式加速度計は、一個以上の磁石組立体２２およびおもり組立体２４を備える。おもり組立体２４は、取付リング２６および一般にパドル状のおもり部材２８を備える。おもり部材２８は、おもり部材２８を取付リング２６に対して回転できるように一対の屈曲部材３０を介して、取付リング２６に関して懸垂される。円筒形のボビン３２および３４は、おもり部材２８の対向表面上に形成される。ボビン３２および３４は、トルクコイル３６および３８を保持するのに使用される。導電体４０は、おもり部材２８の対向表面上に被着されて、ピックオフキャパシタンス板を形成する。
【０００９】
磁石組立体２２は、永久磁石４２および一般に円筒形の励磁リング、すなわち磁束集中部材４４を備える。励磁リング４４は、一般にＣ形の断面を有するように構成される。励磁リング４４用材料は、磁気帰路を形成するために、インバーなどの比較的高い透磁率を有するように選択される。励磁リング４４の内側の表面４６は、それに対向するおもり部材２８の表面上の導電体４０と組合わせされて、図２に示されるような可変キャパシタンス構成部材ＰＯ１およびＰＯ２を形成する。
【００１０】
図２を参照すると、静止状態位置すなわち零位置におけるおもり部材２８が示される。この位置状態において、上部と下部の励磁リング４４の表面と、ピックオフキャパシタンス板４０との間の距離は等しい。キャパシタンスは、この板間の関数であるので、コンデンサＰＯ１およびＰＯ２のキャパシタンス値は、この状態の間等しい。
【００１１】
おもり部材２８の平面と一般に直角をなす有感軸Ｓに沿う加速度または力に応答して、おもり部材２８は、励磁リング４４の一方または他方に向けて移動する。このおもり部材２８の変位により、上部と下部の励磁リング４４に関しておもり部材２８の対向側に形成されるピックオフキャパシタンス板４０の表面間の対応する距離が変化する。この距離の変化により、容量性構成部材ＰＯ１およびＰＯ２のキャパシタンスに変化が生じる。このキャパシタンスの変化を測定する回路は、「荷電平衡回路の改良」と称する、Ｐａｕｌ  Ｗ．  Ｒａｓｈｆｏｒｄにより１９９３年１１月１２日に出願され、かつここに参照として組み込まれる米国特許第４，６３４，９６５号および同時係属出願第０８／１５１，４１７号において開示されている。
【００１２】
コンデンサＰＯ１およびＰＯ２の値の差は、有感軸Ｓに沿う上方または下方へのおもり部材２８の変位を表す。この変位信号はサーボシステムへ加えられる。このサーボシステムは、おもり部材２８をその零位置へ戻す電磁石を形成する。磁石組立体２２ならびにトルクコイル３６および３８を備える電磁石に加えられる駆動電流の大きさは、有感軸Ｓに沿うおもり部材２８の加速度を表す。本発明はこれらの従来のものによる前記した欠点を除くものである。
【００１３】
一般に参照数字６０（図３）は、本発明に従う磁石組立体の実施例である。磁石組立体６０は、励磁リング６１、磁石４２および極片６２を備える。励磁リング６１は、Ｃ断面を有する一般に円筒の形状で形成される。対向結合表面６３を有する磁石４２は、励磁リング６１の基部６４へ中央で固定される。上記のように、既知の力再平衡式加速度計は、磁石の全結合表面に結合される励磁リングを含む磁石組立体を備える。さらに極片は、磁石の対向面に結合できる。磁石、極片および励磁リングに使用される材料の相違により、熱膨張率が異なるので、磁石と励磁リングの境界、および磁石と極片の境界において応力が生じる。この応力により、励磁リングおよび極片にゆがみが生じて、性能を低下する。磁石は通常、エポキシ樹脂で励磁リングへ結合されるので、そのような応力は、時間の経過にわたり結合を弱め、そのために加速度計の性能を低下する。
【００１４】
本発明に従う磁石組立体６０は、磁石４２が、比較的小さい間隙６５だけ、励磁リング６１の基部６４から離間されるように形成される。熱膨張による応力を最小にするために、結合材６６は、図３に示されるように最小に制約されて、磁石４２の底部表面部位６３の比較的小さい部分を被覆する台座を形成する。
【００１５】
極片６２は、磁石組立体６０を形成するために、磁石４２の他の極片、すなわち結合面６３へ結合される。この境界における温度による応力を減少するために、極片６２は磁石４２の結合表面６３の小部分にだけ結合される。
【００１６】
結合材６６は非磁性であるので、空気間隙６５の追加は磁気回路に対して殆ど影響しない。加えて結合部位を最小にすることにより、全体の応力が大幅に減少されるので、時間の経過にわたり比較的安定した出力が加速度計に供給される。
【００１７】
参照数字６８で一般に明示される本発明の別の実施例が図４および５に図示されている。そこにおいても同様の構成部材は、図３におけるものと同一の参照数字で明示される。この別の実施例は、コンプリアンスなエポキシ樹脂材の追加リング６７を除いて、図３に図示され、かつ上述した実施例と同様である。コンプリアンスなエポキシ樹脂材のリング６７は、図５に最も良く示されるように、非コンプリアンスなエポキシ樹脂から形成される結合材６６のビードの周りに配設される。
【００１８】
上記構成により、図３に図示された実施例よりも幾つかの利点が生じる。例えば、磁石４２、極片６２および励磁リング６１の間に形成される境界における熱応力は、大幅に減少される。特に上述したように、そのような熱応力は、励磁リング６１、極片６２および磁石４２が異なる材料から作られるという事実により、これらの構成部材の異なる熱膨張係数から生じる。上述したように、比較的に非コンプリアンスなエポキシ樹脂材６６は、境界における熱応力を減少するために最小に制約される。非コンプリアンスなエポキシ樹脂材６６のビードと同心にコンプリアンスなエポキシ樹脂材のリング６７を施すことにより、熱応力はエポキシ樹脂材６７のコンプリアンスにより、さらに減少される。
【００１９】
エポキシ樹脂材６７の同心リングは、別の利点を提供する。特に、磁石４２、励磁リング６１および極片６２の間に形成される境界における空隙を充填することにより、それらの構成部材間の継ぎ目の相対強度が強化され、かつ図３に図示された実施例に比較して、一層安定化される。
【００２０】
明らかに、本発明の多くの変形および変更は、上記の説明にかんがみて可能である。したがって上記の特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に上述したもの以外で実施できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の力再平衡式加速度計の分解透視図である。
【図２】既知の力再平衡式加速度計の簡易断面図である。
【図３】本発明に従う磁石組立体の部分断面図である。
【図４】図３に図示された磁石組立体の別の実施例である。
【図５】図４の線５−５についての断面図である。
【符号の説明】
４２…磁石、６０…磁石組立体、６１…励磁リング、６２…極片、６６…結合部材
【図１】
0003559604.tif 000002
【図２】
0003559604.tif 000003
【図３】
0003559604.tif 000004
【図４】
0003559604.tif 000005
【図５】
0003559604.tif 000006