JP-2026077401-A - 加速度計

Abstract

【課題】バイアス温度係数が低減された加速度計を開示する。 【解決手段】加速度計は、ペンデュラムデバイス９１０とペンデュラムスタンド９２０とベース９３０を含む。ベース９３０の熱膨張係数はペンデュラムスタンド９２０の熱膨張係数より大であり、ペンデュラムスタンド９２０の熱膨張係数はペンデュラムデバイス９１０の熱膨張係数より大である。ペンデュラムスタンド９２０がペンデュラムサポーター９１３に取り付けられている２箇所の並び方向Ｄ １２ と、ベース９３０がペンデュラムスタンド９２０に取り付けられている２箇所の並び方向Ｄ ２３ と、がなす角は０度より大きい。 【選択図】図８

Inventors

• 若本 達哉
• 本木 裕之

Assignees

• 日本航空電子工業株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (7)

1. 加速度計であって、 ワンピースのペンデュラムデバイスと、ただし、前記ペンデュラムデバイスは、ペンデュラムと、前記ペンデュラムに接続されたペンデュラムサポーターと、を含み、前記ペンデュラムが前記ペンデュラムサポーターに接続している部位を固定支点として前記ペンデュラムが揺動できる構造を持っており、 ワンピースのペンデュラムスタンドと、ただし、前記ペンデュラムスタンドは、前記ペンデュラムスタンドの２箇所で、前記ペンデュラムの揺動を妨げることなく前記ペンデュラムサポーターに取り付けられており、 ワンピースのベースと、ただし、前記ベースは、前記ベースの２箇所で、前記ペンデュラムスタンドに取り付けられており、前記ベースと前記ペンデュラムデバイスは前記ペンデュラムスタンドを挟んで対向配置されており、 を含み、 前記ベースの熱膨張係数は前記ペンデュラムスタンドの熱膨張係数より大であり、 前記ペンデュラムスタンドの熱膨張係数は前記ペンデュラムデバイスの熱膨張係数より大であり、 前記ペンデュラムスタンドが前記ペンデュラムサポーターに取り付けられている前記２箇所の並び方向と、前記ベースが前記ペンデュラムスタンドに取り付けられている前記２箇所の並び方向と、がなす角は０度より大きい、 加速度計。
2. 請求項１に記載の加速度計において、 前記角が２２．５度以上９０度以下である ことを特徴とする加速度計。
3. 請求項１に記載の加速度計において、 前記ペンデュラムデバイスは線対称の形状を有しており、 前記ペンデュラムスタンドが前記ペンデュラムサポーターに取り付けられている前記２箇所は、前記線対称の対称軸に直交する方向で前記対称軸から最も遠い位置である ことを特徴とする加速度計。
4. 請求項１に記載の加速度計において、 前記ペンデュラムスタンドは、接着剤で、前記ペンデュラムサポーターに取り付けられており、 前記ベースは、ねじで、前記ペンデュラムスタンドに取り付けられている ことを特徴とする加速度計。
5. 請求項１に記載の加速度計において、 前記ペンデュラムデバイスは、前記ペンデュラムが揺動できる方向を法線として持つ平面と平行に、等方的に熱膨張する性質を有しており、 前記ペンデュラムスタンドは、前記平面と平行に、等方的に熱膨張する性質を有しており、 前記ベースは、前記平面と平行に、等方的に熱膨張する性質を有している ことを特徴とする加速度計。
6. 請求項１に記載の加速度計において、 前記ペンデュラムデバイスの主成分は二酸化ケイ素であり、 前記ペンデュラムは、平板の形状を持っており、 前記ペンデュラムサポーターは、前記ペンデュラムを囲む平板枠の形状を持っている ことを特徴とする加速度計。
7. 請求項１に記載の加速度計において、 前記加速度計は、さらに永久磁石とトルカコイルを含み、 前記ペンデュラムスタンドは、強磁性体で作られており、且つ、内部空間を持つ筒の形状を持っており、 前記永久磁石は、前記ペンデュラムスタンドの前記内部空間に位置しており、 前記トルカコイルは、前記ペンデュラムに取り付けられており、 前記加速度計は、サーボ加速度計である ことを特徴とする加速度計。

Description

本開示は、ゼロ加速度バイアス―より詳しくはバイアス温度係数―が低減された加速度計に関する。 現実の加速度計は、測定対象の加速度が存在しないときであっても、種々の要因によって必ずしもゼロ[Ｇ]を出力しない。Ｇは重力加速度を基準とする加速度の単位であり、1.0[Ｇ]=9.80665[m/s2]である。測定対象の加速度が存在しないときの現実の加速度計の出力値[Ｇ]を、便宜のため、ゼロ加速度バイアス[Ｇ]と呼称する。ゼロ加速度バイアス[Ｇ]は、一般に、温度に依存する。１[Ｋ]当たりのゼロ加速度バイアス[Ｇ]をバイアス温度係数（単位：μＧ/Ｋ）と言う（非特許文献１参照）。Ｋは熱力学温度の単位である。温度はケルビン温度（Kelvin scale）ではなく例えばセルシウス温度（Celsius temperature scale）として表示されてもよい。先行技術の加速度計の構造例（特許文献１参照）は、説明の都合、後に言及される。 日本国特開2002-168878号公報 日本航空電子工業株式会社、“サーボ加速度計性能比較”、［online］，［令和6年10月15日検索］，インターネット ＜URL：https://www.jae.com/Motion_Sensor_Control/Accelerometer/detail/id=486＞ 先行技術の加速度計を含む３軸加速度計の外観図。先行技術の加速度計の分解斜視図。先行技術の加速度計の主要な構成要素を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスの平面図。（ｂ）ペンデュラムスタンドの平面図。（ｃ）ベースの平面図。先行技術の加速度計の内部構成を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドの位置関係を示す図。（ｂ）ペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。（ｃ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。実施形態の加速度計を含む３軸加速度計の外観図。実施形態の加速度計の分解斜視図。実施形態の加速度計の主要な構成要素を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスの平面図。（ｂ）ペンデュラムスタンドの平面図。（ｃ）ベースの平面図。実施形態の加速度計の内部構成を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドの位置関係を示す図。（ｂ）ペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。（ｃ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。先行技術の加速度計と実施形態の加速度計のそれぞれの、温度とゼロ加速度オフセットの関係を示すグラフ。ペンデュラムスタンドがペンデュラムサポーターに取り付けられている２箇所の並び方向と、ベースがペンデュラムスタンドに取り付けられている２箇所の並び方向と、がなす角と、バイアス温度係数の絶対値の関係を示すグラフ。実施形態の変形例１の加速度計の内部構成を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドの位置関係を示す図。（ｂ）ペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。（ｃ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。実施形態の変形例２の加速度計の内部構成を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドの位置関係を示す図。（ｂ）ペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。（ｃ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。参考例の加速度計の内部構成を示す図。（ａ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドの位置関係を示す図。（ｂ）ペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。（ｃ）ペンデュラムデバイスとペンデュラムスタンドとベースの位置関係を示す図。 先に先行技術の加速度計を説明し、その後、実施形態の加速度計を説明する。 ＜先行技術の加速度計＞ 先行技術の３軸加速度計９００（図１参照）は３個の先行技術の加速度計９００ａ，９００ｂ，９００ｃを含む。図２は、図１に示す３軸加速度計９００を構成する３個の加速度計９００ａ，９００ｂ，９００ｃのうちの１個の加速度計９００ａの分解斜視図である。３個の加速度計９００ａ，９００ｂ，９００ｃのうちの残りの２個の加速度計９００ｂ，９００ｃのそれぞれの構造は、加速度計９００ａの構造と同じであるから、加速度計９００ａの構造を説明する。 加速度計９００ａは、加速度が加速度計９００ａに加わったときのペンデュラム（pendulum）の位置変化に基づいて加速度を測定する。この測定原理は良く知られているので、その詳細な説明を省略する。この例の加速度計９００ａはペンデュラムの位置変化を静電容量の変化として測定するが、ペンデュラムの位置変化の測定方法に限定は無く、例えば、レーザー光あるいはコヒーレンスの低いＬＥＤ等の光源を使用してペンデュラムの位置変化を検出する方法、あるいは、ＭＲ素子等の磁気を利用してペンデュラムの位置変化を検出する方法を採用してもよい。さらに、この例の加速度計９００ａはサーボ機構を持っている。サーボ機構は、ペンデュラムの位置変化に比例した電流を、永久磁石に近接して配置されているトルカコイルに流すことによって、ペンデュラムに与えるトルクを発生させ、この結果、ペンデュラムの位置変化をキャンセルする。 加速度計９００ａは、その主な構成要素として、ワンピース（one-piece）の―つまり、単一の、分割されない物体である―ペンデュラムデバイス９１０と、ワンピースのペンデュラムスタンド９２０と、ワンピースのベース９３０と、永久磁石９４０と、ポールピース９５０と、第１のトルカコイル９６０ａと、第２のトルカコイル９６０ｂを含む。 ペンデュラムデバイス９１０（図２、図３（ａ）参照）は、ペンデュラム９１１と、ペンデュラム９１１に接続されたペンデュラムサポーター９１３と、を含み、ペンデュラム９１１がペンデュラムサポーター９１３に接続している部位を固定支点としてペンデュラム９１１が揺動できる構造を持っている。この例では、薄い円板状の石英ガラス（詳しくは、二酸化ケイ素が結晶してできた鉱物である石英から作られたガラス）をレーザーカット加工することによって、円環（annulus）状のペンデュラムサポーター９１３と、円の優弧（中心角が１８０度以上の弧）とその優弧の両端点を結ぶ弦で囲まれた形状を持っており且つペンデュラムサポーター９１３の内側に位置するペンデュラム９１１と、ペンデュラム９１１とペンデュラムサポーター９１３を互いに接続する２個のジョイント９１５とが一体に形成されたペンデュラムデバイス９１０が得られる。ペンデュラムデバイス９１０は、２個のジョイント９１５の間を通る対称軸９１９に関して線対称の形状を有している。各ジョイント９１５は薄肉化学エッチング加工されているので、ペンデュラム９１１はジョイント９１５を固定支点として片持ち梁の如く揺動できる。 第１のトルカコイル９６０ａを巻き付けたボビン９６１ａが、ペンデュラム９１１の一方の面に接着剤で取り付けられている。第２のトルカコイル９６０ｂを巻き付けたボビン９６１ｂが、ペンデュラム９１１の他方の面に接着剤で取り付けられている。第２のトルカコイル９６０ｂを巻き付けたボビン９６１ｂの構造とサイズは、第１のトルカコイル９６０ａを巻き付けたボビン９６１ａの構造とサイズとそれぞれ同じである。第１のトルカコイル９６０ａを巻き付けたボビン９６１ａと第２のトルカコイル９６０ｂを巻き付けたボビン９６１ｂはペンデュラム９１１に関して対称に配置されている。この例において、第２のトルカコイル９６０ｂを巻き付けたボビン９６１ｂは、第１のトルカコイル９６０ａを巻き付けたボビン９６１ａが取り付けられているペンデュラム９１１の重量バランスを最適にするために、ペンデュラム９１１に取り付けられている。この理由から、第２のトルカコイル９６０ｂに電流を流すことは必須ではないが、電力消費量の低減の観点から第２のトルカコイル９６０ｂに電流を流さないことが好ましい。この実施形態では、第２のトルカコイル９６０ｂに電流は流れない。 ペンデュラム９１１の一方の面と他方の面の少なくともいずれかに、所定の配線パターンを持つ金属薄膜（図示せず）が形成されている。この金属薄膜の配線パターンは、第１のトルカコイル９６０ａに電流を供給するための第１配線パターンと、ペンデュラム９１１の位置変化を静電容量の変化として検出する電極のための第２配線パターンを含む。金属薄膜の配線パターンに限定は無く、これまでに知られている配線パターンを採用できる。図２において、金属薄膜と第１のトルカコイル９６０ａを互いに接続する端子の図示は省略されている。金属薄膜は端子９７０に電気的に接続している。端子９７０は、後述するベース９３０の貫通孔９３３から加速度計９００ａの外部に引き出されており、サーボ機構の制御および静電容量変化から加速度を算出する演算を行う制御装置（図示せず）に接続されている。 ペンデュラムスタンド９２０（図２、図３（ｂ）参照）は、永久磁石９４０が生成する磁束が通る磁気回路の一部を構成する。この例では、円柱状のFe-Ni36%（鉄とニッケルとマンガンと炭素の合金であり、強磁性体である）を切削加工することによって、円筒状のペンデュラムスタンド９２０が得られる。ペンデュラムスタンド９２０は、ペンデュラムスタンド９２０の２箇所で、ペンデュラム９１１の揺動を妨げることなくペンデュラムサポーター９１３に接着剤で取り付けられている。この状態において、第１のトルカコイル９６０ａを巻き付けたボビン９６１ａは、円筒状のペンデュラムスタンド９２０の内側に位置する。ペンデュラムスタンド９２０は、その周壁に、その軸芯方向に伸びる２個の貫通孔９２１と２個の捩子穴９２２を持っている。２個の貫通孔９２１のそれぞれに端子９７０が収容される。２個の貫通孔９２１の位置に制限は無い。 ベース９３０（図２、図３（ｃ）参照）は、永久磁石９４０が生成する磁束が通る磁気回路の一部を構成する。この例では、矩形平板状の電磁軟鉄を切削加工することによって、ベース９３０が得られる。円柱状の永久磁石９４０の一面はベース９３０の一方の面に接着剤で取り付けられており、永久磁石９４０の他面に円板状軟鉄のポールピース９５０が接着剤で取り付けられている。ベース９３０は、その四隅に４個の貫通孔９３１を持っており、ペンデュラムスタンド９２０の２個の捩子穴９２２に対応する位置に２個の捩子穴９３２を持っており、ペンデュラムスタンド９２０の２個の貫通孔９２１に対応する位置に２個の貫通孔９３３を持っている。ベース９３０は、２個の捩子穴９３２の２箇所で、ペンデュラムスタンド９２０に２個の捩子９３８で取り付けられており、ベース９３０とペンデュラムデバイス９１０はペンデュラムスタンド９２０を挟んで対向配置されている。この状態において、永久磁石９４０とポールピース９５０は、円筒状のペンデュラムスタンド９２０の内側に位置しており、円柱状の永久磁石９４０の軸芯とボビン９６１ａに巻き付けられた第１のトルカコイル９６０ａの軸芯はほぼ一致している。ペンデュラムスタンド９２０、ペンデュラムデバイス９１０がこの順番で積載されているベース９３０は、４個の貫通孔９３１を通る４個の捩子９３９で筐体１０００に取り付けられている。 上述の材質の例から分かるように、一般に、ベース９３０の熱膨張係数αBはペンデュラムスタンド９２０の熱膨張係数αSより大であり、ペンデュラムスタンド９２０の熱膨張係数αSはペンデュラムデバイス９１０の熱膨張係数αPより大である。つまり、αP＜αS＜αBが成立している。 ３軸加速度計９００において、３個の加速度計９００ａ，９００ｂ，９００ｃは互いに直交する３軸（つまり、図１，２に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に沿ってそれぞれ配置されている。加速度計９００ａのペンデュラムの運動方向はＺ軸方向であるから加速度計９００ａはＺ軸方向の加速度を測定し、加速度計