JP2005148017A

JP2005148017A - Accelerometer

Info

Publication number: JP2005148017A
Application number: JP2003389723A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tomioka; 達也富岡
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accelerometer having a wide detection frequency band and high detection accuracy. <P>SOLUTION: A mass part 40 of two leaf springs 30 arrayed in the direction of acceleration detection axis constitute a pendulum assembly 20, with the acceleration detection axis being vertical to a plate surface. The leaf springs 30 comprise a plurality of hinge parts 33, arrayed on the same circumference and having the shape of arc formed by equally dividing the circumference, and an outer peripheral part 31, positioned around the hinge parts 33 and supports one end of the hinge part 33 in the circumferential direction. The mass part 40 is sandwiched between two leaf springs 30 and is supported, for displacement, by the hinge parts 33 of the two leaf springs 30. Thus, while a primary self-resonance frequency of the pendulum assembly itself is made to exist in the low band, the resonance frequency of primary or higher is set to be a high band, significantly away from a detection frequency band of an accelerometer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は入力加速度が作用する質量部がヒンジ部によって変位可能に支持されてなる構造のペンデュラムアセンブリを具備する加速度計に関する。 The present invention relates to an accelerometer including a pendulum assembly having a structure in which a mass portion on which an input acceleration acts is movably supported by a hinge portion.

図３は従来の加速度計におけるペンデュラムアセンブリの構成の一例を示したものであり、この例ではペンデュラムアセンブリはトルカコイルを備え、サーボ型加速度計に用いられるものとなっている。
板状をなすペンデュラム１１は円形の一部が切り欠かれた形状とされて、リング状をなす枠体１２内に位置され、その切り欠かれてなる一辺が一対のヒンジ部１３を介して枠体１２に支持されている。これらペンデュラム１１、枠体１２及びヒンジ部１３はこの例では溶融石英ガラス板をエッチング加工することによって一体形成されており、ヒンジ部１３は板厚が小とされて弾性変形可能とされている。枠体１２は固定部をなし、加速度計本体に固定される。 FIG. 3 shows an example of the structure of a pendulum assembly in a conventional accelerometer. In this example, the pendulum assembly includes a torquer coil and is used in a servo accelerometer.
The plate-like pendulum 11 has a circular shape with a part cut out, and is positioned in a ring-shaped frame body 12, and one side of the cut-out is a frame through a pair of hinge parts 13. It is supported by the body 12. In this example, the pendulum 11, the frame body 12, and the hinge portion 13 are integrally formed by etching a fused silica glass plate, and the hinge portion 13 has a small plate thickness and can be elastically deformed. The frame 12 forms a fixed part and is fixed to the accelerometer body.

ペンデュラム１１の両板面にはコイル（トルカコイル）１４が巻回されたボビン１５が取り付けられており、これらコイル１４とボビン１５とペンデュラム１１とによって質量部１６が構成され、即ちこの例ではペンデュラムアセンブリは質量部１６がその一端側に位置するヒンジ部１３によって支持され、片持ち梁構造をなすものとされている（例えば、特許文献１参照）。
なお、サーボ型加速度計は上記のような構造を有するペンデュラムアセンブリとコイル１４に磁界を印加するための磁気回路を構成するマグネット・ヨーク及び例えばペンデュラム１１の変位を静電容量の変化で検出するための静電容量ピックオフ等を組み込むことによって構成され、加速度入力によるペンデュラム１１の変位を検出し、その検出に基き、コイル１４に電流を流してペンデュラム１１を原点位置（中立位置）に復帰させ、つまりトルカ電流によってペンデュラム１１を常に原点位置に維持するものとなっており、このトルカ電流によって入力加速度を検知するものとなっている。
特開２０００−２３５０４５号公報 A bobbin 15 around which a coil (ToruCa coil) 14 is wound is attached to both plate surfaces of the pendulum 11, and a mass portion 16 is constituted by the coil 14, the bobbin 15, and the pendulum 11, that is, in this example, a pendulum assembly. The mass portion 16 is supported by a hinge portion 13 located on one end side thereof to form a cantilever structure (see, for example, Patent Document 1).
The servo-type accelerometer detects the displacement of the pendulum assembly having the above-described structure and the magnet yoke that forms a magnetic circuit for applying a magnetic field to the coil 14 and the displacement of the pendulum 11, for example, by a change in capacitance. The displacement of the pendulum 11 due to acceleration input is detected, and based on the detection, a current is passed through the coil 14 to return the pendulum 11 to the origin position (neutral position). The pendulum 11 is always maintained at the origin position by the torquer current, and the input acceleration is detected by the torquer current.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-235045

ところで、図３に示したような片持ち梁構造のペンデュラムアセンブリを用いる加速度計では、ペンデュラムアセンブリ自身の１次の自己共振周波数を例えば２０Ｈｚ付近の低域に設定すると、構造的に２次の共振周波数はどうしても２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数帯域に存在してしまい、よって加速度計に要求される検出周波数帯域（通常ＤＣ〜５００Ｈｚ）の中に含まれることから、結果的に加速度計の周波数特性においてペンデュラムアセンブリ自身の自己共振による影響が現れ、本来の検出すべき入力加速度を高い精度で忠実に検出することができないといった問題があった。 By the way, in the accelerometer using the cantilever structure pendulum assembly as shown in FIG. 3, when the primary self-resonance frequency of the pendulum assembly itself is set to a low range, for example, around 20 Hz, the second-order resonance is structurally achieved. Since the frequency inevitably exists in the frequency band of 200 Hz to 300 Hz and is thus included in the detection frequency band required for the accelerometer (usually DC to 500 Hz), the resulting pendulum assembly in the frequency characteristics of the accelerometer There is a problem that the influence of the self-resonance appears and the input acceleration to be detected cannot be accurately detected with high accuracy.

また、片持ち梁構造ではどうしても加速度検出軸方向以外にもペンデュラムアセンブリ自身が動き易い構造となってしまい、加速度検出軸方向以外からの加速度の影響を受け易いといった欠点もあった。
一方、市場においては加速度計の検出周波数帯域の高帯域化が要求され、例えばＤＣ〜１ｋＨｚといった広い検出周波数帯域を有する加速度計が望まれている。
この発明の目的は上述したような状況に鑑み、検出周波数帯域が広く、かつ高い検出精度を有する加速度計を提供することにある。 In addition, the cantilever structure inevitably has a structure in which the pendulum assembly itself is easy to move in addition to the acceleration detection axis direction, and has a drawback that it is easily affected by acceleration from other than the acceleration detection axis direction.
On the other hand, in the market, it is required to increase the detection frequency band of the accelerometer, and for example, an accelerometer having a wide detection frequency band of DC to 1 kHz is desired.
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide an accelerometer having a wide detection frequency band and high detection accuracy.

請求項１の発明によれば、ペンデュラムアセンブリを具備してなる加速度計において、加速度検出軸と板面が垂直とされ、かつその加速度検出軸方向に配列された２枚の板ばねと質量部とによってペンデュラムアセンブリが構成され、板ばねは同一円周上に配列されて、その円周を等分した円弧形状をなす複数のヒンジ部と、それらヒンジ部の回りに位置してヒンジ部の周方向一端を支持する外周部とよりなり、質量部は２枚の板ばねに挟まれる構造とされて、それら２枚の板ばねのヒンジ部によって変位可能に支持されているものとされる。 According to the first aspect of the present invention, in the accelerometer comprising the pendulum assembly, the two leaf springs and the mass part, the acceleration detection axis and the plate surface of which are perpendicular to each other and arranged in the direction of the acceleration detection axis. The pendulum assembly is configured, and the leaf springs are arranged on the same circumference, and a plurality of hinge parts having an arc shape obtained by equally dividing the circumference, and the circumferential direction of the hinge parts positioned around the hinge parts It consists of an outer peripheral part that supports one end, and the mass part is sandwiched between two leaf springs, and is supported so as to be displaceable by the hinge parts of the two leaf springs.

請求項２の発明では請求項１の発明において、板ばねのヒンジ部の本数が偶数本とされる。
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、２枚の板ばねのヒンジ部は加速度検出軸回りに上記一端から他端に向けて同じ方向に延伸されているものとされる。 In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the number of hinge portions of the leaf spring is an even number.
In the invention of claim 3, in the invention of claim 1 or 2, the hinge portions of the two leaf springs are extended in the same direction from the one end to the other end around the acceleration detection axis.

この発明によれば、ペンデュラムアセンブリはその質量部が２枚の板ばねに挟まれて、それら板ばねの複数のヒンジ部によって宙吊りされるものとなっており、よってペンデュラムアセンブリ自身の１次の自己共振周波数を低域に存在させながら、２次以上の高次の共振周波数を加速度計に要求される検出周波数帯域（通常ＤＣ〜５００Ｈｚ）より大きく離れた高域へ設定することができるものとなっている。
従って、ペンデュラムアセンブリ自身の自己共振の影響を受けることなく、検出すべき低周波数帯域から高周波数帯域の加速度を高精度で忠実に検出することができ、つまり検出周波数帯域が広く、かつ高い検出精度を有する加速度計を実現することができる。 According to the present invention, the mass of the pendulum assembly is sandwiched between the two leaf springs and suspended by the plurality of hinge portions of the leaf springs, and thus the primary self of the pendulum assembly itself. While the resonance frequency is present in the low frequency range, the secondary or higher resonance frequency can be set to a high frequency that is far away from the detection frequency band (usually DC to 500 Hz) required for the accelerometer. ing.
Therefore, it is possible to accurately detect the acceleration from the low frequency band to the high frequency band to be detected without being affected by the self-resonance of the pendulum assembly itself, that is, the detection frequency band is wide and the detection accuracy is high. Can be realized.

なお、市場においては加速度の検出周波数帯域を例えば１ｋＨｚといったより高い周波数帯域まで拡張することが要求されており、この発明による加速度計によれば、このような要求にも対応できるものとなる。
さらに、ペンデュラムアセンブリの支持構造が加速度検出軸方向には極めて動きにくい構造になっていることから、検出軸方向以外からの加速度の影響を受けにくく、その点で横方向感度特性に優れた加速度計を得ることができる。 In the market, it is required to extend the detection frequency band of acceleration to a higher frequency band such as 1 kHz, and the accelerometer according to the present invention can meet such a request.
Furthermore, since the support structure of the pendulum assembly is extremely difficult to move in the direction of the acceleration detection axis, the accelerometer is less susceptible to acceleration from other than the direction of the detection axis and has excellent lateral sensitivity characteristics. Can be obtained.

この発明を実施するための最良の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明の一実施例としてサーボ型加速度計の構造を示したものであり、図２はこの加速度計に組み込まれているペンデュラムアセンブリの構成概要を示したものである。まず、図２を参照してペンデュラムアセンブリの構成について説明する。
ペンデュラムアセンブリ２０は２枚の板ばね３０と質量部４０とによって構成され、２枚の板ばね３０は加速度検出軸と板面が垂直とされ、かつその加速度検出軸方向に配列されて板面が互いに対向されているものとされる。これら２枚の板ばね３０は同一形状とされ、この例では外周部３１と、内周部３２と、それら外周部３１と内周部３２の間に位置するヒンジ部３３とよりなり、全体としてリング形状をなすものとされている。 The best mode for carrying out the present invention will be described by way of example with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the structure of a servo accelerometer as one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the outline of the configuration of a pendulum assembly incorporated in the accelerometer. First, the configuration of the pendulum assembly will be described with reference to FIG.
The pendulum assembly 20 includes two leaf springs 30 and a mass portion 40. The two leaf springs 30 have an acceleration detection axis and a plate surface perpendicular to each other, and are arranged in the direction of the acceleration detection axis so that the plate surface is aligned. It is assumed that they are opposed to each other. These two leaf springs 30 have the same shape. In this example, the leaf spring 30 includes an outer peripheral portion 31, an inner peripheral portion 32, and a hinge portion 33 positioned between the outer peripheral portion 31 and the inner peripheral portion 32. It is supposed to have a ring shape.

ヒンジ部３３はこの例では１枚の板ばね３０に４本設けられている。これら４本のヒンジ部３３は同一形状とされて同一円周上に配列され、その円周を等分した円弧形状をなすものとされており、即ち各ヒンジ部３３は円周を４等分した９０°の領域に位置して、円周方向に延伸された形状となっている。
これらヒンジ部３３の周方向一端は図２に示したように外周側に若干延長されてヒンジ部３３の回りに所定の間隙を介して位置するリング状の外周部３１に連結支持されており、周方向他端は内周側に若干延長されてリング状の内周部３２に連結されている。 In this example, four hinge portions 33 are provided in one leaf spring 30. These four hinge portions 33 have the same shape and are arranged on the same circumference, and form an arc shape that equally divides the circumference, that is, each hinge portion 33 divides the circumference into four equal parts. It is located in the 90 ° region and has a shape that is stretched in the circumferential direction.
As shown in FIG. 2, one end in the circumferential direction of the hinge portion 33 is slightly extended to the outer peripheral side, and is connected and supported by a ring-shaped outer peripheral portion 31 located around the hinge portion 33 with a predetermined gap therebetween. The other end in the circumferential direction is slightly extended to the inner peripheral side and connected to the ring-shaped inner peripheral portion 32.

２枚の板ばね３０の内周部３２間にはボビン４１が配置されて、その両端のフランジ４１ａがそれら内周部３２に例えば接着されて固定されており、図２では図示を省略しているが、このボビン４１に巻回されるコイル（トルカコイル）とボビン４１が質量部４０として機能するものとなっている。入力加速度が作用する質量部４０はこのようにこの例では２枚の板ばね３０に挟まれる構造とされて、それら両板ばね３０の計８本のヒンジ部３３によって宙吊りされ、変位可能に支持されている。
上記のような構造において、板ばね３０の構成材料には例えばベリリウム銅等のバネ性を有する非磁性の金属材が使用される。 A bobbin 41 is disposed between the inner peripheral portions 32 of the two leaf springs 30 and the flanges 41a at both ends thereof are bonded and fixed to the inner peripheral portions 32, for example. However, the coil (ToruCa coil) wound around the bobbin 41 and the bobbin 41 function as the mass unit 40. In this example, the mass portion 40 on which the input acceleration acts is sandwiched between the two leaf springs 30. The mass portion 40 is suspended by a total of eight hinge portions 33 of the two leaf springs 30 and is displaceably supported. Has been.
In the structure as described above, a nonmagnetic metal material having a spring property such as beryllium copper is used as a constituent material of the leaf spring 30.

次に、図１を参照してサーボ型加速度計の全体構成について説明する。
サーボ型加速度計は上述したペンデュラムアセンブリ２０と磁気回路を構成する部材とペンデュラムアセンブリ２０の変位を検出する検出手段等が組み込まれてなるものとされ、図１中、５１，５２はこれらが組み込まれ、加速度計の外形を構成するケース及びハウジングを示す。
ケース５１は非磁性の金属製とされて上面が開放された円筒形をなすものとされ、このケース５１内に磁気回路を構成するマグネット５３、ヨーク５４，５５及びポールピース５６が収容されている。ヨーク５４は上面が開放された円筒形をなし、このヨーク５４の内部底面中央にマグネット５３が配置され、さらにこのマグネット５３上に円柱状をなすポールピース５６が搭載されている。リング状をなすヨーク５５はヨーク５４の上面に搭載され、このヨーク５５とポールピース５６とによって環状の磁気空隙５７が構成されている。ヨーク５４，５５及びポールピース５６は軟磁性材料よりなり、マグネット５３は上下方向に着磁されている。 Next, the overall configuration of the servo accelerometer will be described with reference to FIG.
The servo-type accelerometer is constructed by incorporating the above-described pendulum assembly 20, members constituting a magnetic circuit, detection means for detecting displacement of the pendulum assembly 20, etc. In FIG. 1, 51 and 52 are incorporated. The case and housing which comprise the external shape of an accelerometer are shown.
The case 51 is made of a non-magnetic metal and has a cylindrical shape with an open upper surface. In the case 51, a magnet 53, yokes 54 and 55, and a pole piece 56 constituting a magnetic circuit are accommodated. . The yoke 54 has a cylindrical shape with an open upper surface, a magnet 53 is disposed at the center of the inner bottom surface of the yoke 54, and a pole piece 56 having a columnar shape is mounted on the magnet 53. A ring-shaped yoke 55 is mounted on the upper surface of the yoke 54, and the yoke 55 and the pole piece 56 constitute an annular magnetic gap 57. The yokes 54 and 55 and the pole piece 56 are made of a soft magnetic material, and the magnet 53 is magnetized in the vertical direction.

ペンデュラムアセンブリ２０はその２枚の板ばね３０の外周部３１がそれぞれ絶縁リング５８，５９を介してヨーク５５の上下面に固定され、これによりボビン４１に巻回されたコイル４２が磁気空隙５７内に位置するように配置される。リング５８，５９は例えば樹脂製とされる。
ペンデュラムアセンブリ２０の変位はこの例では静電容量の変化によって検出されるものとされ、上側に位置する板ばね３０の内周部３２上には円筒形の静電容量ピックオフ４３が取り付け固定され、この静電容量ピックオフ４３の上端面と所定の間隙を介して対向する静電容量ピックオフ６１がハウジング５２に取り付けられている。ハウジング５２は例えば樹脂製とされて下面が開放された円筒形とされ、このハウジング５２の上面に静電容量ピックオフ６１は貫通保持されている。静電容量ピックオフ４３，６１は例えばアルミニウム製とされる。 In the pendulum assembly 20, the outer peripheral portions 31 of the two leaf springs 30 are fixed to the upper and lower surfaces of the yoke 55 via the insulating rings 58 and 59, respectively, whereby the coil 42 wound around the bobbin 41 is placed in the magnetic gap 57. It arrange | positions so that it may be located in. The rings 58 and 59 are made of resin, for example.
In this example, the displacement of the pendulum assembly 20 is detected by a change in capacitance, and a cylindrical capacitance pick-off 43 is attached and fixed on the inner peripheral portion 32 of the leaf spring 30 located on the upper side. A capacitance pick-off 61 facing the upper end surface of the capacitance pick-off 43 with a predetermined gap is attached to the housing 52. The housing 52 is made of, for example, a resin and has a cylindrical shape with an open lower surface, and a capacitance pick-off 61 is held through the upper surface of the housing 52. The capacitance pick-offs 43 and 61 are made of aluminum, for example.

なお、下側に位置する板ばね３０の内周部３２の下面には静電容量ピックオフ４３とつり合うリング状のカウンタバランス４４が取り付けられており、これら静電容量ピックオフ４３及びカウンタバランス４４も質量部４０を構成し、質量部４０として機能する。このような構成とされた質量部４０はその重心位置がリング形状をなす両板ばね３０の中心軸上の中点に一致するようにされている。
上記のような構成とされたサーボ型加速度計は、加速度検出軸方向に加速度が入力すると、その入力加速度に応じて質量部４０が変位しようとし、質量部４０の変位は静電容量ピックオフ４３，６１により静電容量の変化として検出され、この検出に基き、質量部４０を原点位置に復帰させるようにコイル４２にトルカ電流が流される。これにより質量部４０は常に原点位置に位置するように維持され、このトルカ電流の大きさから入力加速度が検知される。 A ring-shaped counter balance 44 that balances with the electrostatic capacitance pick-off 43 is attached to the lower surface of the inner peripheral portion 32 of the leaf spring 30 positioned on the lower side. The electrostatic capacitance pick-off 43 and the counter balance 44 also have a mass. The unit 40 is configured and functions as the mass unit 40. The mass portion 40 having such a configuration is configured such that the position of the center of gravity coincides with the midpoint on the center axis of the two leaf springs 30 having a ring shape.
In the servo-type accelerometer configured as described above, when acceleration is input in the direction of the acceleration detection axis, the mass portion 40 tends to be displaced according to the input acceleration, and the displacement of the mass portion 40 is caused by the capacitance pick-off 43, 61 is detected as a change in capacitance, and based on this detection, a torquer current is passed through the coil 42 so as to return the mass portion 40 to the origin position. As a result, the mass unit 40 is always kept at the origin position, and the input acceleration is detected from the magnitude of the torquer current.

上述したような加速度計によれば、従来の片持ち梁構造のペンデュラムアセンブリを有する加速度計と異なり、質量部４０は２枚の板ばね３０によって挟まれてそれら板ばね３０の計８本のヒンジ部３３によって宙吊り支持され、その重心位置がそれら２枚の板ばね３０の中心に一致されており、よって質量部４０は加速度検出軸方向以外には極めて変位しずらい構造となっている。
従って、この図１に示した加速度計によれば、加速度検出軸方向以外からの加速度の影響を受けにくく、つまり不要な横方向の加速度を検出しにくくなったことから横方向感度特性に優れた加速度計を実現することができる。 According to the accelerometer as described above, unlike the conventional accelerometer having a cantilever structure pendulum assembly, the mass portion 40 is sandwiched between two leaf springs 30 and a total of eight hinges of the leaf springs 30. It is suspended and supported by the portion 33, and its center of gravity is coincident with the center of the two leaf springs 30. Therefore, the mass portion 40 has a structure that is extremely difficult to displace except in the acceleration detection axis direction.
Therefore, according to the accelerometer shown in FIG. 1, since it is difficult to be affected by acceleration other than the acceleration detection axis direction, that is, it is difficult to detect unnecessary lateral acceleration, it has excellent lateral sensitivity characteristics. An accelerometer can be realized.

また、ペンデュラムアセンブリを上記のような構成としたことにより、ペンデュラムアセンブリ自身の１次の自己共振周波数を低域に存在させながら、２次以上の高次の共振周波数を大幅に高域にずらすことができるものとなっている。
表１はペンデュラムアセンブリ自身の自己共振周波数の解析結果を片持ち梁構造の従来例と対比して示したものであり、表２はその解析条件を示したものである。 In addition, by configuring the pendulum assembly as described above, the primary self-resonant frequency of the pendulum assembly itself is present in the low range, and the higher-order resonance frequency of the second or higher order is significantly shifted to the high range. It is possible to do.
Table 1 shows the analysis result of the self-resonant frequency of the pendulum assembly itself in comparison with the conventional example of the cantilever structure, and Table 2 shows the analysis conditions.

表１から明らかなように、従来の片持ち梁構造では２次の共振周波数が２８０Ｈｚとなり、加速度計に要求される例えばＤＣ〜５００Ｈｚといった検出周波数帯域内に２次の共振周波数が存在することになってしまうのに対し、本発明のヒンジ本数８本（片側４本）の宙吊り構造では１次の共振周波数を従来例と同様、低域に据え置いた状態で、２次以上の共振周波数を１２００Ｈｚ以上に設定することが可能となり、これにより加速度計の検出周波数帯域を高域へ大幅に拡張することができるものとなっている。
なお、参考として、表２に示した解析条件で、ヒンジ本数を片側３本、計６本とした場合を検討してみたが、この条件では２次の共振周波数が３９３Ｈｚとなり、片側４本ヒンジに比べ、特性は劣るものとなった。表２におけるヒンジ仕様：内径は円周上に配列されている複数のヒンジ部がなす円の内径を示す。 As is apparent from Table 1, in the conventional cantilever beam structure, the secondary resonance frequency is 280 Hz, and the secondary resonance frequency exists in the detection frequency band required for the accelerometer, for example, DC to 500 Hz. On the other hand, in the air suspension structure with 8 hinges (4 on each side) according to the present invention, the secondary resonance frequency is 1200 Hz with the primary resonance frequency set in the low band as in the conventional example. It becomes possible to set as described above, and thereby the detection frequency band of the accelerometer can be greatly expanded to a high frequency range.
As a reference, the case where the number of hinges is 3 on one side and a total of 6 on the analysis conditions shown in Table 2 was examined. Under this condition, the secondary resonance frequency was 393 Hz, and 4 hinges on one side. The characteristics were inferior to. Hinge specifications in Table 2: The inner diameter indicates the inner diameter of a circle formed by a plurality of hinge portions arranged on the circumference.

ところで、板ばね１枚当りのヒンジ部の本数に関しては２本以上の構造が可能であるが、本数が多くなると１本当りのヒンジ部の長さが短くなり、結果的にバネ定数の増大と共に例えば熱膨張による内部応力（熱応力）の影響が大となって原点復帰のためのバイアスの温度特性の劣化を招くことになる。
一方、本数が少ないと１本当りのヒンジ部の長さを長くすることができ、バネ定数の減少と共にバイアスの温度特性を向上させることが可能となるが、逆に構造的に自己共振周波数の２次以上の周波数の高域化が図りづらいものとなる。 By the way, with respect to the number of hinge portions per leaf spring, two or more structures are possible. However, as the number of hinge portions increases, the length of the hinge portion per piece decreases, resulting in an increase in the spring constant. For example, the influence of internal stress (thermal stress) due to thermal expansion becomes large, leading to deterioration of the temperature characteristics of the bias for returning to the origin.
On the other hand, if the number is small, it is possible to increase the length of the hinge part per one, and it is possible to improve the temperature characteristic of the bias as the spring constant decreases. It is difficult to increase the frequency of the second or higher frequency.

板ばね１枚当りのヒンジ部の本数はこのような点及びペンデュラムアセンブリの大きさ等をふまえて適宜選定される。なお、ヒンジ本数が偶数であることはペンデュラムアセンブリの左右の対称性が保たれる点で構造的に安定であると言える。
次に、上下２枚の板ばね３０に設けられているヒンジ部３３の方向性に関して説明する。この例では図２に示したように２枚の板ばね３０のヒンジ部３３は加速度検出軸回りに、外周部３１に連結固定されている一端から他端（自由端）に向けて同じ方向に延伸されている。表３はこのように２枚の板ばねのヒンジ部の方向が同じ場合と、これとは反対に逆の場合とでヒンジ部に発生する熱応力を解析により求めた結果を示したものである。 The number of hinge portions per leaf spring is appropriately selected based on such points and the size of the pendulum assembly. It can be said that the fact that the number of hinges is an even number is structurally stable in that the left-right symmetry of the pendulum assembly is maintained.
Next, the directionality of the hinge part 33 provided in the upper and lower two leaf springs 30 will be described. In this example, as shown in FIG. 2, the hinge portions 33 of the two leaf springs 30 are arranged in the same direction from one end connected to the outer peripheral portion 31 to the other end (free end) around the acceleration detection axis. Has been stretched. Table 3 shows the results obtained by analysis of the thermal stress generated in the hinge portion when the direction of the hinge portion of the two leaf springs is the same as above and in the opposite case. .

２枚の板ばねのヒンジ部の方向が同じ場合、温度上昇によって２枚の板ばねのヒンジ部は同じ方向に伸びるため、加速度検出軸回りに捩れは生じにくいものの、逆の場合は互いに逆方向に伸びるため、捩れが発生し、これにより表３に示したように熱応力が大きくなる。
従って、２枚の板ばねのヒンジ部の方向を図２に示したように同じにすることにより、熱応力の影響を低減でき、その点で温度特性に優れた加速度計を得ることができる。
なお、図３に示したようなペンデュラムアセンブリを用いる従来の加速度計ではペンデュラムそのものの素材が高価な溶融石英ガラスであることから加速度計のコスト低減の障害となっていたが、この例ではペンデュラムアセンブリは安価なばね性金属材よりなる板ばねを用いる構造となっており、その点で加速度計のコスト低減に寄与することができるものとなっている。 When the directions of the hinges of the two leaf springs are the same, the hinges of the two leaf springs extend in the same direction due to temperature rise, so that twisting is unlikely to occur around the acceleration detection axis. Therefore, twisting occurs, which increases the thermal stress as shown in Table 3.
Therefore, by making the directions of the hinge portions of the two leaf springs the same as shown in FIG. 2, the influence of thermal stress can be reduced, and an accelerometer with excellent temperature characteristics can be obtained in that respect.
In the conventional accelerometer using the pendulum assembly as shown in FIG. 3, since the material of the pendulum itself is expensive fused silica glass, it has been an obstacle to the cost reduction of the accelerometer. In this example, the pendulum assembly Has a structure using a leaf spring made of an inexpensive spring metal material, which can contribute to the cost reduction of the accelerometer.

上述した実施例ではサーボ型加速度計を例に説明したが、この発明はサーボ型加速度計に限るものではなく、例えば入力加速度に応じて質量部が変位している加速度計であって、その質量部の変位を静電容量の変化によって検出し、その静電容量の変化から入力加速度を検知する構成の加速度計であってもよい。 In the above-described embodiments, the servo type accelerometer has been described as an example. However, the present invention is not limited to the servo type accelerometer. For example, the accelerometer whose mass part is displaced according to the input acceleration, the mass of the accelerometer. It may be an accelerometer configured to detect the displacement of the part by a change in capacitance and detect input acceleration from the change in capacitance.

この発明による加速度計の一実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows one Example of the accelerometer by this invention. 図１におけるペンデュラムアセンブリの構成を説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating the structure of the pendulum assembly in FIG. 従来の加速度計に用いられているペンデュラムアセンブリの構成例を示す斜視図。The perspective view which shows the structural example of the pendulum assembly used for the conventional accelerometer.

Claims

ペンデュラムアセンブリを具備してなる加速度計であって、
加速度検出軸と板面が垂直とされ、かつその加速度検出軸方向に配列された２枚の板ばねと質量部とによって上記ペンデュラムアセンブリが構成され、
上記板ばねは同一円周上に配列されて、その円周を等分した円弧形状をなす複数のヒンジ部と、それらヒンジ部の回りに位置してヒンジ部の周方向一端を支持する外周部とよりなり、
上記質量部は上記２枚の板ばねに挟まれる構造とされて、それら２枚の板ばねのヒンジ部によって変位可能に支持されていることを特徴とする加速度計。 An accelerometer comprising a pendulum assembly,
The pendulum assembly is constituted by two leaf springs and a mass part arranged in the direction of the acceleration detection axis, the acceleration detection axis and the plate surface being vertical,
The leaf springs are arranged on the same circumference, and a plurality of hinge parts having an arc shape equally dividing the circumference, and an outer peripheral part positioned around the hinge parts and supporting one end in the circumferential direction of the hinge parts And more
The accelerometer is characterized in that the mass part is sandwiched between the two leaf springs and is displaceably supported by hinges of the two leaf springs.

請求項１記載の加速度計において、
上記板ばねのヒンジ部の本数が偶数本とされていることを特徴とする加速度計。 The accelerometer according to claim 1.
An accelerometer, wherein the number of hinge portions of the leaf spring is an even number.

請求項１又は２記載の加速度計において、
上記２枚の板ばねのヒンジ部は上記加速度検出軸回りに上記一端から他端に向けて同じ方向に延伸されていることを特徴とする加速度計。 The accelerometer according to claim 1 or 2,
An accelerometer characterized in that the hinge portions of the two leaf springs extend in the same direction from the one end to the other end around the acceleration detection axis.