(57)【要約】光ファイバージャイロスコープ用の感知コイル組立体、及び感知コイルを支持構造に取り付けるための方法が提供される。本方法は、支持構造の第１の支持表面を感知コイルの第１の取付面に第１の予形成接着剤を介して取り付ける段階（１１５）と、支持構造の第２の支持表面を感知コイルの第２の取付面に第２の予形成接着剤を介して取り付ける段階（１２５）とを含む。感知コイル組立体は、第１及び第２の支持表面（１４、１６）を有し且つ該第１及び第２の対向する表面間に結合された略円筒型ハブ（１８）を有する支持構造と、略円筒型ハブの少なくとも一部を囲む光ファイバーコイル（１２）と、光ファイバーコイルを第１及び第２の対向する表面に取り付ける第１及び第２の予形成接着剤パターン（２４、２６）とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバージャイロスコープにおいて感知コイルを支持構造に取り付けるための方法であって、
前記支持構造の第１の支持表面を前記感知コイルの第１の取付面に第１の予形成接着剤を介して取り付ける段階（１１５）と、
前記支持構造の第２の支持表面を前記感知コイルの第２の取付面に第２の予形成接着剤を介して取り付ける段階（１２５）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の支持表面を取り付ける段階が、前記第１の予形成接着剤を予め設定された予圧で圧縮する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の支持表面を取り付ける段階が、前記第１の予形成接着剤を予め設定された予圧で圧縮する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の支持表面を取り付ける段階が、
前記第１の予形成接着剤を前記第１の支持表面上に配置する段階（１１０）と、
前記第１の取付面を前記第１の支持表面上に装着する段階と、
を含む。
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の支持表面を取り付ける段階が、
前記第２の予形成接着剤を前記第２の取付面上に配置する段階（１２０）と、
前記第２の支持表面を前記第２の取付面上に装着する段階と、
を含む。
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
光ファイバージャイロスコープ用の感知コイル組立体（１０）であって、
互いに対向する第１及び第２の支持表面（１４、１６）と、該第１及び第２の対向する表面間に結合される略円筒型ハブ（１８）とを有する支持構造と、
前記略円筒型ハブの少なくとも一部を囲む光ファイバーコイル（１２）と、
前記光ファイバーコイルを前記第１及び第２の対向する表面に取り付ける第１及び第２の予形成接着剤パターン（２４、２６）と、
を備える感知コイル組立体。
【請求項７】
前記光ファイバーコイルが、
第１の取付面（３８）と、
前記第１の取付面に対向する第２の取付面（３６）と、
を含み、
前記第１の予形成接着剤パターンが前記第１の取付面を前記第１の支持表面に取り付け、
前記第２の予形成接着剤パターンが前記第２の取付面を前記第２の支持表面に取り付ける、
ことを特徴とする請求項６に記載の感知コイル組立体。
【請求項８】
前記第１及び第２の予形成接着剤パターンが各々、接着剤ドットの均一なアレイ（２０、２２）を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の感知コイル組立体。
【請求項９】
前記第１及び第２の予形成接着剤パターンが各々、粘弾性制振ポリマーを含み、
前記第１及び第２の予形成接着剤パターンの少なくとも１つが予め設定された圧縮まで予圧される、
ことを特徴とする請求項６に記載の感知コイル組立体。
【請求項１０】
前記感知コイル組立体が振動を受けたときには、前記粘弾性制振性によって前記振動が減衰されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の感知コイル組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光ファイバージャイロスコープシステムに関し、より詳細には、光ファイバージャイロスコープにおける感知コイルを取り付けるための取付システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロスコープは、軸の周りの回転速度又は角速度の変化を測定するのに用いられてきた。基本的な従来の光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）は、光源、ビーム発生装置（ビームスプリッタ）、及びある区域を囲むビーム発生装置に結合された光ファイバーのコイルを含む。ビーム発生装置は、光源から発生した光ビームを光ファイバーのコイルに伝送し、これらのビームは、光ファイバーのコアに沿って時計（ＣＷ）方向及び反時計（ＣＣＷ）方向で伝播する。２つの対向伝播（例えば、ＣＷとＣＣＷ）ビームは、回転経路の周りを伝播している間に異なる経路長を生じ、この２つの経路長の差異は、２つの対向伝播間に位相差を生じさせ、これは回転速度に比例する。
【０００３】
多くのＦＯＧは、ガラスベースの光ファイバーを利用して、長距離にわたり低損失且つ低歪みで光ファイバーの固いコアに沿って光を伝達する。この光ファイバーは、ポリマージャケット又はバッファに囲まれたガラス／シリカ製コアを有し、コイルのような円筒型構造に巻かれ、円筒型ハブのようなコイル支持構造に取り付けられて感知コイルを形成することができる。ハブ及び光ファイバーコイルの両方は、中心軸の周りに向いた実質的に円筒型構造であり、ハブは、光ファイバーコイルの半径よりも相対的に小さな半径を有する。ハブの外面と光ファイバーコイルの内面との間に接着コーティングを用いて、光ファイバーコイルをハブに取り付けることができる。
【０００４】
光ファイバーは複合構造であるので、ガラス／シリカ製コア及びポリマーバッファは各々、種々の環境要因に対して異なるように応答し、２つの対向伝播波間の経路長の差異に悪影響を及ぼす可能性がある。これらの環境要因の一部には、温度及び機械的歪みが含まれ、これにより２つの対向伝播波の位相間にバイアスが生成され、感知コイルの出力が、回転誘起位相差と区別できない２つの対向伝播波間位相差を生じるようになる可能性がある。動作中、ＦＯＧは、変動する周囲温度の環境内に配置される場合がある。温度変動は、感知コイルに２つの様態で影響を及ぼし、すなわち、第１に、感知コイルは熱膨張差の結果として機械的歪みを受ける、第２に、光ファイバーの光学伝送特性は温度と共に変化する。ガラス／シリカ製コア及びポリマーバッファ間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合により、光ファイバーコイルの長手方向の膨張よりも有意に大きな光ファイバーコイルの横断方向の膨張が生じる可能性がある。光ファイバーコイルが非等方性であるので、光ファイバーのガラス／シリカ製コアによって制約される光ファイバーコイルの半径方向の膨張は、ポリマーバッファの大きなＣＴＥにより支配される光ファイバーコイルの軸方向の膨張よりも有意に小さくなる。更に、光ファイバーコイルの外径は一般に、光ファイバーコイルの中心軸から半径方向に離れて膨張し、光ファイバーコイルの内径は一般に、光ファイバーコイルの中心軸に向かって膨張する。
【０００５】
光ファイバーコイルの膨張に加えて、ハブもまた温度変動に応答して膨張する可能性がある。例えば、等方性材料から作られたハブは、中心軸に対して軸方向及び半径方向の両方で比較的均一に膨張する可能性がある。その結果、光ファイバーコイル及びハブの両方が膨張するような温度変化にＦＯＧが曝されると、全体としては、光ファイバーコイルの膨張よりもＦＯＧの方が半径方向により早く膨張するので、光ファイバーコイル上に応力が加わる。加えて、ハブの半径方向の膨張は光ファイバーコイルの内径の反対する方向の膨張に抗するので、これらの構成要素間で有意な機械的干渉をもたらす結果として、光ファイバーコイル境界面に及ぼす半径方向外向きの圧力を生じ、コイル構造内に応力を誘起する可能性がある。
【０００６】
ハブの半径方向外向きの膨張並びに光ファイバーコイルの内径の半径方向内向きの膨張に対処するように歪む柔軟な接着剤を利用することにより、光ファイバーコイル上のこうした応力を最小にすることができる。接着剤がハブ材料よりも柔らかい場合、光ファイバーコイル内に誘起される応力は一般に、膨張するハブ単独により誘起される応力よりも小さい。接着材料の軸方向圧縮に関連する静水圧は、接着材料の超弾性特性及び接着剤周囲の利用可能な自由区域によって許容される範囲までの横方向の膨張により軽減される。
【０００７】
柔軟な接着剤を塗布する１つの方法は、取付構造（例えばコイルハブ）内の小さなオリフィスを介して室温加硫（ＲＴＶ）接着剤のような液状接着剤を注入することである。通常、ＲＴＶ接着剤は、最初に、混合後に制御ノズルを介して取付構造部の底面のオリフィスを通じて手動で注入する二液型接着剤である。硬化期間後、二液型接着剤を再び準備し、次いで、制御ノズルを介して取付構造部の上面のオリフィスを通じて手動で注入する。更に硬化期間の後、感知コイルプロセスが完了する。ＲＴＶ接着剤の硬化期間とＲＴＶ注入の手作業が組み合わされることにより、一般に、かなりのプロセス所要時間量が費やされる。
【０００８】
大きなプロセス所要時間に加えて、従来のコイルハブの製造は一般に労働集約的である。ファイババッファの直径の小さなばらつきが蓄積して、光ファイバーコイル間でコイル高さの大きなばらつきを生じる可能性がある。一般に、光ファイバーコイルはコイルの作製後に測定され、このような光ファイバーコイルを支持するコイルハブは、コイルに対してカスタマイズされた大きさにされる。通常、コイルハブは予め機械加工され、続いて光ファイバーコイルを測定した後で再度機械加工される。カスタマイズされた機械加工並びにコイルハブの上面及び下面を貫通するオリフィスの形成は、ＦＯＧの製造プロセスを複雑にする。
【０００９】
従って、光ファイバージャイロスコープにおいて、環境要因によるコイル応力を最小にしながら、感知コイルを支持構造に取り付けるより単純な方法を提供することが望ましい。加えて、環境要因によるコイル応力を低減しながら、最小の組み立てステップを有する光ファイバージャイロスコープ用の感知コイル組立体を提供することが望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付図面及び本発明のこの背景技術を参照しながら、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
光ファイバージャイロスコープ用の感知コイル組立体、及び光ファイバージャイロスコープにおいて感知コイルを支持構造に取り付けるための方法が提供される。例示的な実施形態において、本方法は、支持構造の第１の支持表面を感知コイルの第１の取付面に第１の予形成接着剤を介して取り付ける段階と、支持構造の第２の支持表面を感知コイルの第２の取付面に第２の予形成接着剤を介して取り付ける段階とを含む。
【００１１】
別の例示的な実施形態において、本方法は、第１の予形成接着剤パターンを支持構造の第１の表面に塗布する段階と、感知コイルを第１の予形成接着剤パターンを介して支持構造の第１の表面に取り付ける段階と、第２の予形成接着剤パターンを感知コイル及び支持構造の第２の表面のうちの一方に塗布する段階と、感知コイルを第２の予形成接着剤パターンを介して支持構造の第２の表面に取り付ける段階と、を含む。
【００１２】
更に別の例示的な実施形態において、感知コイル組立体は、第１及び第２の支持表面を有し且つ該第１及び第２の対向する表面間に結合された略円筒型ハブを有する支持構造と、略円筒型ハブの少なくとも一部を囲む光ファイバーコイルと、光ファイバーコイルを第１及び第２の対向する表面に取り付ける第１及び第２の予形成接着剤パターンと、を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、同じ符号が同じ要素を示す添付図面を参照しながら以下で説明される。
【００１４】
本発明の以下の詳細な説明は、本質的に例証に過ぎず、本発明又は本発明の用途及び利用を限定するものではない。更に、上記の本発明の背景又は本発明の以下の詳細な説明で提示されるどのような理論にも縛られるものではない。
【００１５】
光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）において感知コイルを支持構造に取り付けるための感知コイル組立体及びその方法が提供される。例示的な実施形態において、感知コイル組立体は、第１及び第２の支持表面を有し、対向する第１及び第２の支持表面間に結合された略円筒型ハブを有する支持構造と、略円筒型ハブの少なくとも一部を囲む光ファイバーコイルと、光ファイバーコイルを対向する第１及び第２の支持表面に取り付ける第１及び第２の予形成接着剤パターンとを含む。第１の支持表面は第２の支持表面と対置している。
【００１６】
ここで各図面を参照すると、図１は、本発明の例示的な実施形態によるＦＯＧの感知コイル組立体１０の斜視図である。図２は、図１に示す感知コイル組立体の断面図である。図３は、図１に示す感知コイル組立体１０の拡大図である。感知コイル組立体１０は、ハブのような支持構造３０と、支持構造３０の少なくとも一部を囲む感知コイル１２と、感知コイル１２を支持構造３０に取り付ける予形成接着剤２４、２６とを含む。支持構造３０は、底部フランジ１６、上部フランジ１４、及び底部フランジ１６を上部フランジ１４に結合する略円筒型壁部１８を含む。例示的な実施形態において、底部フランジ１６は第１の支持表面３４を提供し、上部フランジ１４は第２の支持表面３２を提供する。支持表面３４、３２の両方は予形成接着剤２４、２６を介して感知コイル１２と結合する。感知コイル組立体１０を形成するよう組み合わされると、感知コイル１２及び支持構造３０の両方は、円筒型壁部１８の軸１３を中心として配向される。
【００１７】
支持構造３０は、種々の材料から作ることができる。例示的なハブ材料は、限定ではないが、チタンなどの金属合金；銅タングステン又は銅モリブデンなどの粉末冶金を用いて作られた焼結金属複合材；フィラメント巻繊維ガラス／エポキシ、繊維ガラス／エポキシ、又はアラミド／エポキシなどの複合材料；ホウ素、シリコン、炭化物、黒鉛など、セラミックスで強化された金属のような金属マトリクス複合材；セラミックス；及び前述の材料のいずれかから作られた複合材を含む。これらの材料の各々は異なる熱膨張を示す可能性があるが、ハブ材料の選択は、温度及び機械的応力などの環境要因によるコイル応力を最小にするためにはあまり重要ではない。ハブ材料の選択は、ＦＯＧの特定の用途に部分的に基づくことができ、特定の用途を最適化するために接着剤及び支持構造３０の両方の選択に影響を及ぼす可能性がある。
【００１８】
感知コイル１２はガラス媒質から作られた巻線型光ファイバーを含む。光ファイバーは、内側ガラスコアと外側ガラスシェルとを有し、これらは異なる屈折率を有する。ポリマーコーティング又はジャケットは、外側ガラスを覆い、外側ガラスの表面を欠陥から保護する。一般に、光ファイバーは、具体的にはボビン上に巻かれて接着され、硬化されて感知コイル１２を形成するが、他の方法を用いて光ファイバーから感知コイルを製作することもできる。感知コイル１２は、光ファイバーの比較的厚い円筒型壁部を備えた略円筒型であり、予形成接着剤２４、２６を介してそれぞれ第１及び第２の支持表面３４、３２に結合するための第１及び第２の取付面３８、３６を有する。例えば、感知コイル１２は、第１の支持表面３４と結合するための第１の取付面３８を有し、第２の支持表面３２と結合するための第２の取付面３６を有する。
【００１９】
例示的な実施形態において、予形成接着剤２４、２６は、第１の取付面３８を第１の支持表面３４に取り付ける第１の接着剤パターン２４と、感知コイル１２の第２の取付面３６を第２の支持表面２６に取り付ける第２の接着剤パターン２６とを含む。接着剤パターン２４、２６の各々は、接着剤ドット２０、２２の均一なアレイ又は同様のもののようにほぼ均一である。接着剤パターン２４、２６は、種々の均一なパターンに予形成される（例えば、乾燥粘弾性制振ポリマーの層からプレカットされた）両面乾燥粘弾性制振ポリマー又は他の感圧材料を含む。接着剤パターン２４、２６は、接着剤の両面を保護し、且つ感知コイル１２と支持構造３０との間に接着剤パターン２４、２６を配置するのを助ける裏当て（例えば、上部及び／又は下部裏当て）を含むことができる。例えば、接着剤パターン２４、２６の各々は、裏当てを用いて単一ユニットとして扱うことができる。接着剤パターンの裏打ちは、支持構造３０と感知コイル１２との間に接着剤パターンを塗布する前に取り外され、接着剤を露出させる。
【００２０】
この例示的な実施形態において、第１の予形成接着剤パターン２４は、第１の支持表面３４と第１の取付面３８との間に配置され、第２の予形成接着剤パターン２４は、第２の支持表面３２と第２の取付面３６との間に配置される。接着剤パターン２４、２６の少なくとも１つは、感知コイル１２を支持構造３０に取り付けるときに予め設定された圧力で予圧することができる。接着剤パターン２４、２６により、温度変動などによる膨張及び収縮中に感知コイル１２に加わる反動荷重が有意に低減され、これにより感知コイル１２の歪みが最小にされる。加えて、予形成及び実質的に非液状の接着剤パターンを用いることにより、感知コイル１２を支持構造３０に取り付けるプロセス所要時間が有意に短縮される。
【００２１】
図４は、本発明の例示的な実施形態による光ファイバージャイロスコープにおいて感知コイルを支持構造に取り付けるための方法のフローチャートである。本方法はステップ１００から始まる。ステップ１０５で、支持表面３２、３４（図２）が清浄にされ、予形成された接着剤パターン２４、２６（図２）のペアを塗布するために準備される。ステップ１１０で、第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）が第１の支持表面３４（図２）に塗布される。第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）の片側上の裏打ちが取り外されて接着剤を露出させ、第１の予形成された接着剤パターン２４の他方の側上の裏打ちは、第１の予形成された接着剤パターン２４の塗布の間は接着剤を保護する。第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）を第１の支持表面３４（図２）に塗布した後、残りの裏打ちが取り外される。ステップ１１５で、第１の取付面３８が第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）を介して第１の支持表面３４（図２）に取り付けられる。第１の取付面３８（図２）を第１の支持表面３４（図２）に取り付ける前に、感知コイル１２は軸方向に整列される（例えば、図２に示す支持構造１２の円筒型壁部１８の軸１３と整列される）。第１の取付面３８（図２）を第１の支持表面３４（図２）に取り付けると、第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）は、予め設定された圧縮（例えば、０．００５インチ圧縮深さ）で予圧される。ステップ１２０で、第２の予形成された接着剤パターン２６（図２）が第２の取付面３６（図２）か又は第２の支持表面３２（図２）のいずれかに塗布される。第１の予形成された接着剤パターン２４（図２）と同様に、第２の予形成された接着剤パターン２６（図２）の片側上の裏打ちが取り外されて接着剤を露出させ、第２の予形成された接着剤パターン２６（図２）の他方の側上の裏打ちは、第２の予形成された接着剤パターン２６の塗布の間は接着剤を保護する。第２の予形成された接着剤パターン２４（図２）を第２の支持表面３２（図２）か又は第２の取付面３６（図２）のいずれかに塗布した後、残りの裏打ちを取り外すことができる。ステップ１２５で、第２の取付面３６（図２）が第２の予形成された接着剤パターン２６（図２）を介して第２の支持表面３２（図２）に取り付けられる。第２の取付面３６（図２）を第２の支持表面３２（図２）に取り付けると、第２の予形成された接着剤パターン２６はまた、予め設定された圧縮で予圧される。
【００２２】
本発明の上記の詳細な説明において少なくとも１つの例示的な実施形態を提示してきたが、多数の変形形態が存在することを理解すべきである。１つ又は複数の例示的な実施形態は例証に過ぎず、本発明の範囲、適用性、又は構成をどのようにも限定するものではない点を理解すべきである。むしろ、上述の詳細な説明は、当業者に本発明の例示的な実施形態を実施するための好都合な指針を提供することになる。添付の請求項に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態において説明された要素の機能及び構成に種々の変更を行い得る点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の例示的な実施形態による光ファイバージャイロスコープ用の感知コイル組立体の斜視図である。
【図２】図１に示す感知コイル組立体の断面図である。
【図３】図１に示す感知コイル組立体の拡大図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による光ファイバージャイロスコープにおいて感知コイルを支持構造に取り付けるための方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１２  感知コイル
１４  上部フランジ
１６  底部フランジ
１８  略円筒型壁部
２０  接着剤ドット
２２  接着剤ドット
２４  予形成接着剤
２６  予形成接着剤
【図１】
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【図２】
2008542718.tif 000004
【図３】
2008542718.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2008542718.tif 000007
2008542718.tif 000008