JPH065231B2 - 平板振子構造の加速度計用センサ - Google Patents
平板振子構造の加速度計用センサInfo
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- JPH065231B2 JPH065231B2 JP60044496A JP4449685A JPH065231B2 JP H065231 B2 JPH065231 B2 JP H065231B2 JP 60044496 A JP60044496 A JP 60044496A JP 4449685 A JP4449685 A JP 4449685A JP H065231 B2 JPH065231 B2 JP H065231B2
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- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、平板振子構造の面内に感応軸がある加速度計
用センサに関する。
用センサに関する。
特に本発明は、前記振子構造が例えばシリコンや石英か
らなる結晶性ウエハを微細機械加工して形成され、この
振子構造の面内で互いに平行な２つの可撓性ブレードに
より懸架された試験体を含む加速度計用センサに関す
る。
らなる結晶性ウエハを微細機械加工して形成され、この
振子構造の面内で互いに平行な２つの可撓性ブレードに
より懸架された試験体を含む加速度計用センサに関す
る。
従来の技術 試験体に作用する力と横方向成分により発生する影響を
排除するとともに測定軸方向におけるセンサの感度を向
上させるために、可撓性ブレードは、振子構造の面内に
おける剛性ができるだけ小さく、この面に垂直な方向に
おける剛性ができるだけ大きくなるように設計される必
要がある。
排除するとともに測定軸方向におけるセンサの感度を向
上させるために、可撓性ブレードは、振子構造の面内に
おける剛性ができるだけ小さく、この面に垂直な方向に
おける剛性ができるだけ大きくなるように設計される必
要がある。
しかし、高感度のセンサを形成しようとする場合、使用
される材料の機械的性質及びその製造技術のために横方
向成分の影響を完全に除去することは不可能なことがわ
かっている。
される材料の機械的性質及びその製造技術のために横方
向成分の影響を完全に除去することは不可能なことがわ
かっている。
発明が解決しようとする問題点 従って、本発明は上記のような振子構造を備えることを
第１の目的とし、この構造は、その幾何学的形態のため
に、試験体に横方向の力（横方向と加速）が作用する
時、該試験体が可撓性ブレードに作用させる横方向の応
力を低減させるものである。
第１の目的とし、この構造は、その幾何学的形態のため
に、試験体に横方向の力（横方向と加速）が作用する
時、該試験体が可撓性ブレードに作用させる横方向の応
力を低減させるものである。
課題を解決するための手段 上記の結果を得るために、本発明は、振子構造の固定部
の可撓性ブレードと固着点（又は脚部）に出来るだけ近
い位置に試験体の重心をもってくるように、試験体の一
部が２つのブレードの間の空間に少なくとも伸長するも
のである。
の可撓性ブレードと固着点（又は脚部）に出来るだけ近
い位置に試験体の重心をもってくるように、試験体の一
部が２つのブレードの間の空間に少なくとも伸長するも
のである。
更に、上記構造を用いた加速度計センサにて加速度を測
定するためには、試験体の運動を検出する必要がある。
定するためには、試験体の運動を検出する必要がある。
従って、本発明は、特に上記振子構造用に設計された試
験体の並進運動を測定する容量性検出器を備えるもので
ある 本発明の第１の実施例においては、これ等の容量性運動
検出器は、センサの感応軸にほぼ垂直で試験体のエッジ
の少なくとも一領域により支承された少なくとも第１の
コンデンサ用電極板（以下、コンデンサ板と称する）
と、該第１のコンデンサ板にわずかの距離を介して平行
であり振子構造の固定部のエッジの少なくとも一領域に
より支持される第２コンデンサ板とからなる。これ等２
つのコンデンサ板は、試験体や振子構造の固定部のエッ
ジの一領域を金属化することによって効率良く得ること
が出来る。
験体の並進運動を測定する容量性検出器を備えるもので
ある 本発明の第１の実施例においては、これ等の容量性運動
検出器は、センサの感応軸にほぼ垂直で試験体のエッジ
の少なくとも一領域により支承された少なくとも第１の
コンデンサ用電極板（以下、コンデンサ板と称する）
と、該第１のコンデンサ板にわずかの距離を介して平行
であり振子構造の固定部のエッジの少なくとも一領域に
より支持される第２コンデンサ板とからなる。これ等２
つのコンデンサ板は、試験体や振子構造の固定部のエッ
ジの一領域を金属化することによって効率良く得ること
が出来る。
本発明の第２実施例においては、前記容量性検出器は、
前記試験体の面により支持され導電性材料からなる少な
くとも１つの第１ストリップと、該第１ストリップとわ
ずかの距離を介して平行に伸長する導電性材料からなり
振子構造の固定部に固定されたフレームにより支持され
る第２ストリップとからなる少なくとも１つのコンデン
サを含む。
前記試験体の面により支持され導電性材料からなる少な
くとも１つの第１ストリップと、該第１ストリップとわ
ずかの距離を介して平行に伸長する導電性材料からなり
振子構造の固定部に固定されたフレームにより支持され
る第２ストリップとからなる少なくとも１つのコンデン
サを含む。
上記実施例においては、試験体が支承するコンデンサ板
と振子構造の固定部が支承する電子回路との電気的接続
は可撓性ブレードの薄肉面（振子構造の面に平行）を金
属化することにより有効に形成される。
と振子構造の固定部が支承する電子回路との電気的接続
は可撓性ブレードの薄肉面（振子構造の面に平行）を金
属化することにより有効に形成される。
試験体の並進運動を検出する手段の他に、センサは試験
体に作用する外部作用を相殺する復帰用モータを含む。
このようにして、本発明の他の特性に従って、このモー
タは、従来の方法で前記試験体の２つの面のうち少なく
とも一面の周縁近傍に印刷したコイルに流れる電流に起
因する磁気誘導により生じるラプラス力を利用するもの
である。
体に作用する外部作用を相殺する復帰用モータを含む。
このようにして、本発明の他の特性に従って、このモー
タは、従来の方法で前記試験体の２つの面のうち少なく
とも一面の周縁近傍に印刷したコイルに流れる電流に起
因する磁気誘導により生じるラプラス力を利用するもの
である。
前記コイルは、金属蒸着や一面にわたる蒸着後の化学エ
ッチングなどの公知の方法によって形成され、この場
合、外部との接続は、コンデンサ板の電気的接続には用
いられない可撓性ブレードの薄肉面により支承され金属
化により形成された導電領域に通して行われる。コンデ
ンサ板とコイルとの間、及び可撓性ブレードが支承する
導電領域同士の間の電気的接続の重なりを回避するため
に、試験体はその２つの面の間の少なくとも１つの金属
化通路を有し、これにより前記電気的接続は前記試験体
の一方の面または他方の面に配置される。
ッチングなどの公知の方法によって形成され、この場
合、外部との接続は、コンデンサ板の電気的接続には用
いられない可撓性ブレードの薄肉面により支承され金属
化により形成された導電領域に通して行われる。コンデ
ンサ板とコイルとの間、及び可撓性ブレードが支承する
導電領域同士の間の電気的接続の重なりを回避するため
に、試験体はその２つの面の間の少なくとも１つの金属
化通路を有し、これにより前記電気的接続は前記試験体
の一方の面または他方の面に配置される。
次に、コイルに磁気誘導が発生させるための磁気回路が
永久磁石により横方向に磁化されて形成される。この永
久磁石は２つの磁極片を有し、これらの磁極片は試験片
の一面にわずかの距離を介して平行となっている。この
磁気回路は試験体の他方の面に延在するアーマチュアに
より磁束のループが閉ざされる。
永久磁石により横方向に磁化されて形成される。この永
久磁石は２つの磁極片を有し、これらの磁極片は試験片
の一面にわずかの距離を介して平行となっている。この
磁気回路は試験体の他方の面に延在するアーマチュアに
より磁束のループが閉ざされる。
より正確には、前記コイルは互いに対向する２つの直線
状領域を有し、各直線状領域はセンサの感応軸に垂直で
あり、これらの直線状領域では電流は互いに反対方向に
流れる。この場合、前記磁極片は前記２つの直線状領域
と各々被うように形成されるので、コイルに流れる電流
により試験体の２つの直線状領域に生じる力の各々は、
感応軸方向であるとともに同一方向に作用する。
状領域を有し、各直線状領域はセンサの感応軸に垂直で
あり、これらの直線状領域では電流は互いに反対方向に
流れる。この場合、前記磁極片は前記２つの直線状領域
と各々被うように形成されるので、コイルに流れる電流
により試験体の２つの直線状領域に生じる力の各々は、
感応軸方向であるとともに同一方向に作用する。
実施例 第１図は本発明による振子構造の基本的配置を示すもの
である。上記のように、この構造は平面状であり、集積
回路の基板として用いられる結晶性シリコン或いは石英
ウエハの微細機械加工により単一片に形成される。
である。上記のように、この構造は平面状であり、集積
回路の基板として用いられる結晶性シリコン或いは石英
ウエハの微細機械加工により単一片に形成される。
この振子構造は固定部又はベース１からなり、このベー
ス１には同じ長さで互いに平行な２つの可撓性ブレード
４，５の下端部または脚部２，３が固着され、これらブ
レード４，５の上端部では、２つの可撓性ブレード４，
５の間の空間内に大部分が延在するほぼ矩形状の試験体
６を支承する。
ス１には同じ長さで互いに平行な２つの可撓性ブレード
４，５の下端部または脚部２，３が固着され、これらブ
レード４，５の上端部では、２つの可撓性ブレード４，
５の間の空間内に大部分が延在するほぼ矩形状の試験体
６を支承する。
可撓性ブレート４，５は、振子構造の面内で出来るだけ
小さな幅を有する。これ等ブレードの厚さは結晶性ウエ
ハの厚さである。従って、これ等のブレード４，５は振
子構造の面内では剛性は非常に小さいが、この面に垂直
な方向では剛性は比較的大きくなる。このようにして、
本構造の感応軸τＸは該構造の面内にあり、可撓性ブレ
ード４，５と直交する。
小さな幅を有する。これ等ブレードの厚さは結晶性ウエ
ハの厚さである。従って、これ等のブレード４，５は振
子構造の面内では剛性は非常に小さいが、この面に垂直
な方向では剛性は比較的大きくなる。このようにして、
本構造の感応軸τＸは該構造の面内にあり、可撓性ブレ
ード４，５と直交する。
本明細書の以下の記載では、ブレードの厚み方向に配置
され大部分が電気的機械加工により得られる種々の要素
の壁面を「エッジ」と表現することとする。
され大部分が電気的機械加工により得られる種々の要素
の壁面を「エッジ」と表現することとする。
このようにして、例えば可撓性ブレード４，５の各々
は、互いに平行な２つのエッジ、即ち試験体６の方向を
向く内方エッジ７と外側を向く外方エッジ８とを有す
る。
は、互いに平行な２つのエッジ、即ち試験体６の方向を
向く内方エッジ７と外側を向く外方エッジ８とを有す
る。
同様に、試験体６は、可撓性ブレード４，５の内部エッ
ジに平行に延在する２つの側方エッジ９，１０と、振子
構造の固定部１の対応する内方エッジ１２に平行であり
側方エッジ９，１０を互いに接続する長手内方エッジ１
１と、可撓性ブレード４，５の端部からわずかに離れて
配置される長手外方エッジ１３とを有する。可撓性ブレ
ード４，５の試験体６への接続は、可撓性ブレードと試
験体６の側方エッジ９，１０との間隔を画定するために
試験体６に設けられた２つの側方突出部１４，１４′に
よりなされる。
ジに平行に延在する２つの側方エッジ９，１０と、振子
構造の固定部１の対応する内方エッジ１２に平行であり
側方エッジ９，１０を互いに接続する長手内方エッジ１
１と、可撓性ブレード４，５の端部からわずかに離れて
配置される長手外方エッジ１３とを有する。可撓性ブレ
ード４，５の試験体６への接続は、可撓性ブレードと試
験体６の側方エッジ９，１０との間隔を画定するために
試験体６に設けられた２つの側方突出部１４，１４′に
よりなされる。
この図からわかるように、振子構造は、結晶性ウエハ内
に、可撓性ブレード４，５の内方エッジ７と、試験体６
の２つの側方エッジ９，１０及び長手内方エッジ１１
と、更に振子構造の固定部の内方エッジ１２とによって
形成されるＵ字形の窪みを形成している。
に、可撓性ブレード４，５の内方エッジ７と、試験体６
の２つの側方エッジ９，１０及び長手内方エッジ１１
と、更に振子構造の固定部の内方エッジ１２とによって
形成されるＵ字形の窪みを形成している。
同様に、可撓性ブレード４，５の外方エッジ８と試験体
６の長手外方エッジ１３とは逆Ｕ字形に切欠かれた形を
なす。
６の長手外方エッジ１３とは逆Ｕ字形に切欠かれた形を
なす。
第１図の例においては、試験体６は更に振子構造を軽量
化するために長方形の窪み部１５を有する。
化するために長方形の窪み部１５を有する。
この振子構造の形態によって、試験体の重心Ｇは、可撓
性ブレード４，５の脚部２，３にできる限り接近したと
ころに移動されることとなる。
性ブレード４，５の脚部２，３にできる限り接近したと
ころに移動されることとなる。
本発明が第１図に示した振子構造の形態に限定されない
事は勿論である。特に、本発明は容量性検出器の設置を
可能にするものである。
事は勿論である。特に、本発明は容量性検出器の設置を
可能にするものである。
概して、これ等の検出器は互いに可動な少なくとも２つ
のコンデンサ板からなり、一方は試験体６に固定され、
他方は振子構造の固定部１に固定される。そして、これ
等２つのコンデンサ板は、試験体６の感応軸τＸに沿う
試験体６の運動に対応する容量の変化を惹起するように
なっている。この容量の変化を測定することによって試
験体６の運動の大きさが判明し、その結果、感応軸τＸ
に沿う加速度成分の大きさが測定されることになる。
のコンデンサ板からなり、一方は試験体６に固定され、
他方は振子構造の固定部１に固定される。そして、これ
等２つのコンデンサ板は、試験体６の感応軸τＸに沿う
試験体６の運動に対応する容量の変化を惹起するように
なっている。この容量の変化を測定することによって試
験体６の運動の大きさが判明し、その結果、感応軸τＸ
に沿う加速度成分の大きさが測定されることになる。
２種類の容量性検出器を上記の振子構造を備え付けるた
めに用いることが出来る。即ち、１つは、第２図から５
図に示したような前方運動検出器であり、この検出器は
振子構造の感応軸τＸに垂直な少なくとも２枚の平行板
を有し、その間隔、すなわち容量は試験体６の運動に依
存して変化するものである。
めに用いることが出来る。即ち、１つは、第２図から５
図に示したような前方運動検出器であり、この検出器は
振子構造の感応軸τＸに垂直な少なくとも２枚の平行板
を有し、その間隔、すなわち容量は試験体６の運動に依
存して変化するものである。
もう１つは、第６図及び７図に示したような側方運動検
出器であり、この検出器は、感応軸τＸに平行な少なく
とも２枚の板を有する。この検出器においては２枚の板
の間隔は一定であり、試験体６の運動は、一方の板を他
方に対して変位させることによって容量を変化させて測
定するものである。
出器であり、この検出器は、感応軸τＸに平行な少なく
とも２枚の板を有する。この検出器においては２枚の板
の間隔は一定であり、試験体６の運動は、一方の板を他
方に対して変位させることによって容量を変化させて測
定するものである。
第２図に示した例では、試験体の側面は、可撓性ブレー
ド４，５を試験体６に接合する箇所を越えてさらに外方
に延在する２つの延長部１６，１７を有する。これ等２
つの側方延長部１６，１７の各々は、振子構造の感応軸
τＸに垂直で対応する可撓性ブレードの面内はほぼ延在
する直線状エッジ１８を有する。これ等のエッジ１８，
１９は金属化されて、２枚のコンデンサ板を形成してい
る。
ド４，５を試験体６に接合する箇所を越えてさらに外方
に延在する２つの延長部１６，１７を有する。これ等２
つの側方延長部１６，１７の各々は、振子構造の感応軸
τＸに垂直で対応する可撓性ブレードの面内はほぼ延在
する直線状エッジ１８を有する。これ等のエッジ１８，
１９は金属化されて、２枚のコンデンサ板を形成してい
る。
更に、固定部１は２つのウイング部２０，２１を有し、
該ウイング部の各々は、金属化エッジ１８，１９に平行
であり、さらに、エッジ１８，１９が形成する板に対向
する２枚のコンデンサ板となる２つと金属化エッジ２
２，２３をそれぞれ有する。
該ウイング部の各々は、金属化エッジ１８，１９に平行
であり、さらに、エッジ１８，１９が形成する板に対向
する２枚のコンデンサ板となる２つと金属化エッジ２
２，２３をそれぞれ有する。
この場合は、金属化エッジ１８，１９と固定部１が支持
する回路との間の電気的接続は、エッジ７，８が画定す
る可撓性ブレード４，５の薄肉面を金属化して行われ
る。
する回路との間の電気的接続は、エッジ７，８が画定す
る可撓性ブレード４，５の薄肉面を金属化して行われ
る。
第３図に示した振子構造を備える容量性検出器は試験体
６の２つの内方エッジ９，１０を金属化して得られる２
枚の板を有し、これ等２枚の板は、２つの可撓性ブレー
ド４，５と試験体６の内方エッジ９，１０との間の空間
に各々延在する振子構造の固定部１の２のつウイング部
２７，２８の対応する平行エッジ２５，２６の金属化に
より得られる２枚の板と各々対向する。
６の２つの内方エッジ９，１０を金属化して得られる２
枚の板を有し、これ等２枚の板は、２つの可撓性ブレー
ド４，５と試験体６の内方エッジ９，１０との間の空間
に各々延在する振子構造の固定部１の２のつウイング部
２７，２８の対応する平行エッジ２５，２６の金属化に
より得られる２枚の板と各々対向する。
第４図に示した例においては、試験体６は、可撓性ブレ
ード４，５と試験体６が接合される箇所を越えて外部に
延在しさらに前記可撓性ブレード４，５が振子構造の固
定部１に固着される箇所に向けて伸長する２つの側方延
長部２９，３０を有する。
ード４，５と試験体６が接合される箇所を越えて外部に
延在しさらに前記可撓性ブレード４，５が振子構造の固
定部１に固着される箇所に向けて伸長する２つの側方延
長部２９，３０を有する。
この場合には、これ等の２つの側方延長部は振子構造の
感応軸τＸに垂直な外方側方エッジ３２，３３を有す
る。これ等のエッジ３２，３３は、金属化されて振子構
造の固定部１の２つの外方側方ウイング部３６，３７に
おいて対応する平行金属化エッジ３４，３５と各々対向
してコンデンサを形成する。
感応軸τＸに垂直な外方側方エッジ３２，３３を有す
る。これ等のエッジ３２，３３は、金属化されて振子構
造の固定部１の２つの外方側方ウイング部３６，３７に
おいて対応する平行金属化エッジ３４，３５と各々対向
してコンデンサを形成する。
第５図に示した例においては、試験体６の長手内方エッ
ジ１１と対向する振子構造の固定部１の内方エッジ１２
とは正方形の窪みを持つ形状をなし、これ等のエッジの
一方の正方形突出部は他方のエッジの窪みに係合する。
ジ１１と対向する振子構造の固定部１の内方エッジ１２
とは正方形の窪みを持つ形状をなし、これ等のエッジの
一方の正方形突出部は他方のエッジの窪みに係合する。
次に、これ等２つのエッジ１１，１２の窪みの上昇及
び、下降端部はコンデンサ板を形成するように金属化さ
れ、２つのエッジの一方の金属化上昇端部は、試験体の
運動に依存して容量が変化する平板コンデンサを形成す
るように、他方のエッジの金属化下降端部と対向する。
び、下降端部はコンデンサ板を形成するように金属化さ
れ、２つのエッジの一方の金属化上昇端部は、試験体の
運動に依存して容量が変化する平板コンデンサを形成す
るように、他方のエッジの金属化下降端部と対向する。
第５図はこれ等のコンデンサの接続の一実施例を示した
ものである。この実施例においては、試験体６の長手方
向エッジ１１の金属化下降端部は導体３８により交流電
圧源＋Ｅに接続されるが、このエッジの金属化上昇端部
は電圧源＋Ｅと逆位相の交流電圧源−Ｅに導体３９を介
して接続される。差電圧は、導体４０により並列に接続
される振子構造の固定部の内方エッジの金属化上昇及び
下降端部に印加される。
ものである。この実施例においては、試験体６の長手方
向エッジ１１の金属化下降端部は導体３８により交流電
圧源＋Ｅに接続されるが、このエッジの金属化上昇端部
は電圧源＋Ｅと逆位相の交流電圧源−Ｅに導体３９を介
して接続される。差電圧は、導体４０により並列に接続
される振子構造の固定部の内方エッジの金属化上昇及び
下降端部に印加される。
上記構造の利点は、先ず第１に、試験体の重心Ｇが可撓
性ブレード４，５間の長手方向の中間に正確に配置され
ることを可能にしたり（横方向加速度τＹの影響によ
り、試験体６そのものが平行に移動される。）、或いは
可撓性ブレード４，５の脚部に近接して配置されること
を可能にしている点である。これによって、試験体６に
横方向加速τＹが作用する時、前記ブレード４，５に加
えられる応力が低減される。更に、この方法は、検出領
域のかなりの増加とこれによる感度の増加とを可能にす
るものである。又、これによって、検出領域と差信号増
幅回路との間の処理を減らし、ノイズのリスクを減少さ
せる。
性ブレード４，５間の長手方向の中間に正確に配置され
ることを可能にしたり（横方向加速度τＹの影響によ
り、試験体６そのものが平行に移動される。）、或いは
可撓性ブレード４，５の脚部に近接して配置されること
を可能にしている点である。これによって、試験体６に
横方向加速τＹが作用する時、前記ブレード４，５に加
えられる応力が低減される。更に、この方法は、検出領
域のかなりの増加とこれによる感度の増加とを可能にす
るものである。又、これによって、検出領域と差信号増
幅回路との間の処理を減らし、ノイズのリスクを減少さ
せる。
勿論、長手内方エッジ１１に対向する試験体の長手エッ
ジ及び対応する固定部のエッジも、相互に貫通する正方
形の窪みを有する形状をなすことができる。この場合
も、同様にして、これ等の窪みの上昇及び下降端部は金
属化されてコンデンサ板を形成する。この方法は、第５
図に破線で示されているが、検出領域のかなりの増加
と、これに伴う感度の増加とを可能にする。
ジ及び対応する固定部のエッジも、相互に貫通する正方
形の窪みを有する形状をなすことができる。この場合
も、同様にして、これ等の窪みの上昇及び下降端部は金
属化されてコンデンサ板を形成する。この方法は、第５
図に破線で示されているが、検出領域のかなりの増加
と、これに伴う感度の増加とを可能にする。
以上のように、本発明の振子構造を備える容量検出器は
側方運動型である。
側方運動型である。
第６図は、第１図に示す型の振子構造における検出器の
一実施例を示したものである。この第６図においては、
試験体６は可撓性ブレード４，５にほぼ平行な中央スト
リップ４３により分離される２つの中央窪み４１，４２
を有する。
一実施例を示したものである。この第６図においては、
試験体６は可撓性ブレード４，５にほぼ平行な中央スト
リップ４３により分離される２つの中央窪み４１，４２
を有する。
この中央ストリップ４３は、一側に互いにわずかに隔離
され金属化されて平坦な２つの平行導電性領域４４，４
５を有する。２つのコンデンサ板を形成する２つの導電
領域４４，４５は、試験体６の一面に平行であり、例え
ば２〜３００ｍｍ程度離れた導電領域４６と対向する。
この導電領域４６は振子構造の固定部１に固定されたフ
レーム４７により支承される。
され金属化されて平坦な２つの平行導電性領域４４，４
５を有する。２つのコンデンサ板を形成する２つの導電
領域４４，４５は、試験体６の一面に平行であり、例え
ば２〜３００ｍｍ程度離れた導電領域４６と対向する。
この導電領域４６は振子構造の固定部１に固定されたフ
レーム４７により支承される。
導電領域４６は、静止時は、２つの導電領域の対称中心
面内に中心があるので、試験体６がその面内で移動する
と、試験体の２つの導電領域４４，４５の一方と導電領
域４６とが形成する平板コンデンサの容量が増加するこ
とになり、一方、試験体６の導電領域４４，４５の他方
の導電領域４６とが形成する平板コンデンサの容量が減
少する。
面内に中心があるので、試験体６がその面内で移動する
と、試験体の２つの導電領域４４，４５の一方と導電領
域４６とが形成する平板コンデンサの容量が増加するこ
とになり、一方、試験体６の導電領域４４，４５の他方
の導電領域４６とが形成する平板コンデンサの容量が減
少する。
この例では、導電領域４４と４５の各々は、互いに逆位
相となる２つの交流電源＋Ｅ及び−Ｅに接続されるが、
導電領域４６は差信号検出及び増幅回路に接続される。
相となる２つの交流電源＋Ｅ及び−Ｅに接続されるが、
導電領域４６は差信号検出及び増幅回路に接続される。
第７図に示した例においては、振子構造の固定部１の長
手内方エッジ１２は可撓性ブレード４，５の固着部２，
３或いは脚部の下方にある。更に、試験体６は、この長
手内方エッジ１２近傍に、第６図に示した振子構造に用
いられる導電領域４４，４５と同じタイプの複数対の導
電領域が形成された領域を有する。これ等の対をなす導
電領域は並行に接続され、複数の窪みを持つ２つの窪み
回路５０，５１を形成する。これ等の一方の回路５０は
交流電圧源＋Ｅに接続されるが、他方の回路５１は電源
＋Ｅとは逆位相の交流電圧源−Ｅに接続される。
手内方エッジ１２は可撓性ブレード４，５の固着部２，
３或いは脚部の下方にある。更に、試験体６は、この長
手内方エッジ１２近傍に、第６図に示した振子構造に用
いられる導電領域４４，４５と同じタイプの複数対の導
電領域が形成された領域を有する。これ等の対をなす導
電領域は並行に接続され、複数の窪みを持つ２つの窪み
回路５０，５１を形成する。これ等の一方の回路５０は
交流電圧源＋Ｅに接続されるが、他方の回路５１は電源
＋Ｅとは逆位相の交流電圧源−Ｅに接続される。
これ等の対をなす導電領域は、各々第６図に関連して記
載したものと同様にフレーム４７の対応する導電領域と
対向する。これ等の導電領域は、くし状の形態５３をな
し、差信号検出及び増幅回路に接続される。
載したものと同様にフレーム４７の対応する導電領域と
対向する。これ等の導電領域は、くし状の形態５３をな
し、差信号検出及び増幅回路に接続される。
かかる配置により、センサの利得は増加し、そして、振
子構造の高さは与えられた利得に対して減少する（基板
領域の良好な使用）。
子構造の高さは与えられた利得に対して減少する（基板
領域の良好な使用）。
更に、かかる配置の場合、試験体の２つの面の各々は、
以下に説明するように、センサをサーボ制御するコイル
を対応して備え持つことができる。勿論、第５図及び第
６図に示した実施例の場合と同様に、試験体の重心Ｇは
所望の位置に配置される。
以下に説明するように、センサをサーボ制御するコイル
を対応して備え持つことができる。勿論、第５図及び第
６図に示した実施例の場合と同様に、試験体の重心Ｇは
所望の位置に配置される。
第８図は第７図に示した型式のセンサの結線の一実施例
を示しており、試験体は２つのコイル（一フェーズ５
５，５６当り１つ）を備えている。
を示しており、試験体は２つのコイル（一フェーズ５
５，５６当り１つ）を備えている。
この例においては、容量性検出器の窪み回路５０は、振
子構造の前面に設けられた電気的接続手段によって振子
構造の固定部に配置され、試験体６の側縁部、あるいは
必要に応じてその端部１０に沿って伸長する導電ストリ
ップ５８を有する。この導電ストリップ５８は、可撓性
ブレード５の薄肉部の金属化された部分に接続され、こ
の薄肉部は、接続領域５７に脚部３の高さで接続されて
いる。同様にして、容量性検出器の窪み回路５１は、試
験体６の後面５６の側方エッジに沿って或いはそのエッ
ジ９に沿って伸長する導電ストリップ６１を有する電気
的接続手段により、振子構造の固定部の後面５６に設け
られた接続領域６０に接続される。この導電ストリップ
は、可撓性プレード４の薄肉面の金属化された面に接続
され、この金属化された面は接続領域に脚部２の高さで
接続される。
子構造の前面に設けられた電気的接続手段によって振子
構造の固定部に配置され、試験体６の側縁部、あるいは
必要に応じてその端部１０に沿って伸長する導電ストリ
ップ５８を有する。この導電ストリップ５８は、可撓性
ブレード５の薄肉部の金属化された部分に接続され、こ
の薄肉部は、接続領域５７に脚部３の高さで接続されて
いる。同様にして、容量性検出器の窪み回路５１は、試
験体６の後面５６の側方エッジに沿って或いはそのエッ
ジ９に沿って伸長する導電ストリップ６１を有する電気
的接続手段により、振子構造の固定部の後面５６に設け
られた接続領域６０に接続される。この導電ストリップ
は、可撓性プレード４の薄肉面の金属化された面に接続
され、この金属化された面は接続領域に脚部２の高さで
接続される。
更に、試験体６の２つの面は、各々例えば中央の窪み１
５の周りの試験体６の周囲に伸長し平面金属化により形
成される復帰用モータコイル６２，６３を有する。
５の周りの試験体６の周囲に伸長し平面金属化により形
成される復帰用モータコイル６２，６３を有する。
コイル６２の外側端部は、面５５を越えて伸長し、例え
ば可撓性ブレード４の他方の薄肉面の金属化により形成
された電気的接続部によって、振子構造の固定部１に形
成された接続領域６４に接続される。
ば可撓性ブレード４の他方の薄肉面の金属化により形成
された電気的接続部によって、振子構造の固定部１に形
成された接続領域６４に接続される。
コイル６２の内側端部は、窪み１５の周りのエッジに形
成された電流路６５により（他方の面５６に配置され
た）コイル６３の内側端部に接続される。
成された電流路６５により（他方の面５６に配置され
た）コイル６３の内側端部に接続される。
コイル６３の外側端部は、例えば可撓性ブレード５と他
方の薄肉面の金属化により形成された電気的接続部によ
って、振子構造の固定部１に設けられた接続領域６６に
接続される。
方の薄肉面の金属化により形成された電気的接続部によ
って、振子構造の固定部１に設けられた接続領域６６に
接続される。
明らかに、接続領域５７，６０，６４，６６はセンサの
入出力端子と、容量性検出器を励起する端子５７，６０
と、復帰用モータに用いる端子６４，６６とに対応す
る。
入出力端子と、容量性検出器を励起する端子５７，６０
と、復帰用モータに用いる端子６４，６６とに対応す
る。
本発明が上記の接続方法に限定されないことは言うまで
もないことである。従って、例えば、試験体は単一のコ
イルのみを有することもできる。更に、試験体の一方の
面から他方の面への電流路は、エッジや金属化された孔
のいずれかにより形成することができる。
もないことである。従って、例えば、試験体は単一のコ
イルのみを有することもできる。更に、試験体の一方の
面から他方の面への電流路は、エッジや金属化された孔
のいずれかにより形成することができる。
第８図に示した例から直ちにわかるように、可撓性ブレ
ード４の２つの薄肉面は金属化され、このことは、機械
的な観点から、かなりの利点を与える。
ード４の２つの薄肉面は金属化され、このことは、機械
的な観点から、かなりの利点を与える。
以上のように、上記加速度計用センサをサーボ制御する
ためには、外力は相殺し試験体を戻すモータが必要であ
る。この復帰用モータは、公知のように、試験体の２つ
の面の一方に印刷した少なくとも１つのコイルに流れる
電流による磁気誘導から得られるラプスカ力を利用する
ものである。
ためには、外力は相殺し試験体を戻すモータが必要であ
る。この復帰用モータは、公知のように、試験体の２つ
の面の一方に印刷した少なくとも１つのコイルに流れる
電流による磁気誘導から得られるラプスカ力を利用する
ものである。
かかる復帰用モータの一実施例を第９図及び１０図に図
示する。
示する。
この復帰用モータは、第８図に示すように、試験体６の
２面に各々取り付けられた２つのコイル６２，６３を有
する。これらのコイル６２，６３の各々は矩形なし、２
つの側方領域７０，７１，７２，７３を有する。該領域
においては、巻線は直線状になり、これを通して互いに
反対方向に電流が流れる。
２面に各々取り付けられた２つのコイル６２，６３を有
する。これらのコイル６２，６３の各々は矩形なし、２
つの側方領域７０，７１，７２，７３を有する。該領域
においては、巻線は直線状になり、これを通して互いに
反対方向に電流が流れる。
磁気回路は、横方向に磁化された永久磁石７４と、磁石
７４に連結してコイル６２，６３の２つの領域７０，７
２及び７１，７３に対して直角となり試験体６の一側に
配置された２つの磁極片７５，７６を、試験体の他方の
面と平行に配置された磁束閉ループ用アーマチュア７７
とから構成される。
７４に連結してコイル６２，６３の２つの領域７０，７
２及び７１，７３に対して直角となり試験体６の一側に
配置された２つの磁極片７５，７６を、試験体の他方の
面と平行に配置された磁束閉ループ用アーマチュア７７
とから構成される。
２つのコイル６２，６３の巻線の巻回方向は、コイル６
２，６３の領域７０，７２及び７１，７３に磁気誘導Ｂ
により発生したラプラス力が（試験体の面内で）同じ方
向に向けられて互いに加算できるようになっている。
２，６３の領域７０，７２及び７１，７３に磁気誘導Ｂ
により発生したラプラス力が（試験体の面内で）同じ方
向に向けられて互いに加算できるようになっている。
第９図においては、図面の複雑化を避けるために、コイ
ルの巻線は、試験体６の各面毎に２巻となるように示し
てある。勿論実際には、これ等のコイルの巻回数ははる
かに多い。
ルの巻線は、試験体６の各面毎に２巻となるように示し
てある。勿論実際には、これ等のコイルの巻回数ははる
かに多い。
電子回路（コイル、容量性検出器、結線など）を形成す
るために振子構造に蒸着した金属は、金や例えばクロム
−金合金などの金合金を用いることが出来る。しかしな
がら、本発明においては、これらの回路は、優れた良導
体であり且つ比重の小さい銀やアルミニウムから形成さ
れることが望ましい。
るために振子構造に蒸着した金属は、金や例えばクロム
−金合金などの金合金を用いることが出来る。しかしな
がら、本発明においては、これらの回路は、優れた良導
体であり且つ比重の小さい銀やアルミニウムから形成さ
れることが望ましい。
上記の加速度計用センサはベースとカバーとからなるケ
ースに収納しても良い。この場合、永久磁石及び磁極片
からなるアセンブリはベースと一体化され、磁束閉ルー
プ用アーマチュアは前記ケースにより支承される。この
ように配置すると、センサアセンブリがかなり簡潔に構
成される。
ースに収納しても良い。この場合、永久磁石及び磁極片
からなるアセンブリはベースと一体化され、磁束閉ルー
プ用アーマチュアは前記ケースにより支承される。この
ように配置すると、センサアセンブリがかなり簡潔に構
成される。
第１図は本発明による振子構造の透視図であり、第２，
３，４及び５図は前方運動容量性検出器を備えた４種の
振子構造を前方から観測したものを示し、第６及び７図
は側方運動容量性検出器を備えた２つの振子構造の概略
透視図であり、第８図は側方運動容量性検出器及び試験
体の２面に各々取り付けた２つのコイルを備え第７図に
示す型の振子構造において試験体が互いに対向する構造
を示す概略図であり、第９図は第８図に示した振子構造
を備える復帰用モータの原理図であり、第１０図は復帰
用モータを備える振子要素の軸方向断面図である。 主要部分の符号の説明 １・・ベース、 ２，３・・脚部、 ４，５・・ブレー
ド、 ６・・試験体、 ７〜１３，１８，１９，２２，
２３，２５，２６，３２〜３５・・エッジ、 １４，１
４′・・突出部、 １５，４１，４２・・窪み、 １
６，１７，２９，３０・・延長部、 ２０，２１，２
７，２８，３６，３７・・ウイング部、 ３８〜４０・
・導体、 ４３・・ストリップ、 ４４，４５，４６・
・導電領域、 ４７・・フレーム、 ５０，５１・・窪
み回路、 ５５・・面、 ５７，６０，６４，６６・・
接続領域、 ６２，６３・・コイル、 ６５・・電流
路、 ７０〜７３・・領域、 ７４・・永久磁石、 ７
５，７６・・磁極片、 ７７・・アーマチュア
３，４及び５図は前方運動容量性検出器を備えた４種の
振子構造を前方から観測したものを示し、第６及び７図
は側方運動容量性検出器を備えた２つの振子構造の概略
透視図であり、第８図は側方運動容量性検出器及び試験
体の２面に各々取り付けた２つのコイルを備え第７図に
示す型の振子構造において試験体が互いに対向する構造
を示す概略図であり、第９図は第８図に示した振子構造
を備える復帰用モータの原理図であり、第１０図は復帰
用モータを備える振子要素の軸方向断面図である。 主要部分の符号の説明 １・・ベース、 ２，３・・脚部、 ４，５・・ブレー
ド、 ６・・試験体、 ７〜１３，１８，１９，２２，
２３，２５，２６，３２〜３５・・エッジ、 １４，１
４′・・突出部、 １５，４１，４２・・窪み、 １
６，１７，２９，３０・・延長部、 ２０，２１，２
７，２８，３６，３７・・ウイング部、 ３８〜４０・
・導体、 ４３・・ストリップ、 ４４，４５，４６・
・導電領域、 ４７・・フレーム、 ５０，５１・・窪
み回路、 ５５・・面、 ５７，６０，６４，６６・・
接続領域、 ６２，６３・・コイル、 ６５・・電流
路、 ７０〜７３・・領域、 ７４・・永久磁石、 ７
５，７６・・磁極片、 ７７・・アーマチュア
Claims (23)
- 【請求項１】固定部（１）を有する平板振子構造と、前
記振子構造の面内で互いに平行な２つの可撓性ブレード
（４，５）により懸垂部から懸垂されて感応軸（τＸ）
に沿って並進自在な平板試験体（６）とからなる加速度
計用センサであって、前記試験体は少なくとも一部が前
記可撓性ブレードの間の空間内に伸張していることを特
徴とする加速度計用センサ。 - 【請求項２】前記試験体の重心は前記可撓性ブレードの
間の空間内にあることを特徴とする特許請求の範囲の第
１項に記載の加速度計用センサ。 - 【請求項３】前記振子構造は単一部材片からなることを
特徴とする特許請求の範囲の第１項及び２項に記載の加
速度計用センサ。 - 【請求項４】前記振子構造は結晶性ウエハから微細機械
加工により形成されてなることを特徴とする先行特許請
求の範囲の１項に記載の加速度計用センサ。 - 【請求項５】前記試験体（６）は、前記可撓性ブレード
（４，５）と前記試験体との接続部とは反対側では、前
記ブレード（４，５）が前記振子構造の固定部（１）に
固着している部分（２，３）を越えて伸長していること
を特徴とする先行特許請求の範囲の１項に記載の加速度
計用センサ。 - 【請求項６】前記試験体は中央部に少なくとも１つの窪
みを有することを特徴とする先行特許請求の範囲の１項
に記載の加速度計用センサ。 - 【請求項７】前記試験体は、前記センサの感応軸にほぼ
垂直に前記試験体のエッジの少なくとも一領域により保
持される第１コンデンサ用電極板と、前記第１コンデン
サ用電極板とわずかの距離を介して平行であり前記振子
構造の固定部のエッジの少なくとも一領域により保持さ
れる第２コンデンサ用電極板とを少なくとも備えた前方
容量性検出器を含むことを特徴とする先行特許請求の範
囲の１項に記載の加速度計用センサ。 - 【請求項８】前記試験体の側部は、前記可撓性ブレード
が前記試験体に接合される部分を越えて外方に伸長する
少なくとも１つの側方延長部を含み、前記側方延長部は
前記振子構造の感応軸に垂直な少なくとも１つの直線状
金属化エッジを含み、前記振子構造の固定部は前記試験
体の金属化エッジに平行な少なくとも１つの直線状金属
化エッジを含み、これらの前記直線状金属化エッジによ
って容量が前記試験体の位置に依存して変化する平板コ
ンデンサが形成されることを特徴とする先行特許請求の
範囲の１項に記載のセンサ。 - 【請求項９】前記試験体（６）の前記側方延長部（２
９，３０）は、前記可撓性ブレード（４，５）が前記振
子構造の前記固定部（１）に固着された部分（２，３）
に向けて伸長することを特徴とする特許請求の範囲第８
項に記載のセンサ。 - 【請求項１０】前記試験体の２つの内方側方エッジの少
なくとも一方が金属化され且つ前記振子構造の固定部か
ら前記試験体の前記側方エッジとこれに対向する可撓性
ブレードとの間の空間へ伸長する少なくとも１つのウイ
ング部の金属化エッジと対向し、これらの前記金属化エ
ッジは容量が前記試験体の位置に依存して変化する平板
コンデンサを形成することを特徴とする特許請求の範囲
第１項から７項までの１項に記載のセンサ。 - 【請求項１１】前記試験体の内方長手エッジとこれに対
向する前記振子構造の前記固定部の内方エッジとは方形
の窪みを有する形状をなし、これ等２つのエッジの一方
の方形突出部が他方のエッジの窪みに係合し、これら２
つのエッジの上昇及び下降端部は金属化され、これら２
つのエッジの一方の金属化上昇端部は、他方の金属化下
降端部と対向して容量が前記試験体の位置に依存して変
化する複数の平板コンデンサを形成することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項から７項の１項に記載のセン
サ。 - 【請求項１２】前記試験体は、前記振子構造の前記固定
部の２つの金属化エッジの各々と対向する２つの金属化
エッジを含んで少なくとも２つの平板コンデンサを形成
し、前記試験体の金属化エッジの各々は互いに逆位相と
なる交流電流源の各々に接続され、前記振子構造の前記
固定部の２つの金属化エッジは検出及び増幅回路に接続
されていることを特徴とする先行特許請求の範囲の１項
に記載のセンサ。 - 【請求項１３】前記試験体の一面により保持される第１
コンデンサ用電極板と、前記第１コンデンサ用電極板と
僅かな距離を介して平行となる第２コンデンサ用電極板
とを少なくとも備えた少なくとも１つの側方容量性検出
器を含み、前記第２コンデンサ用電極板は、前記振子構
造の前記固定部と一体のフレームにより保持されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から６項の１項に記
載のセンサ。 - 【請求項１４】前記試験体は、前記フレーム上の平行導
電領域と対向する２つのコンデンサ用電極板を形成する
少なくとも一対の導電領域を含むことを特徴とする特許
請求の範囲第１３項に記載のセンサ。 - 【請求項１５】前記試験体（６）は、並行に接続された
対をなす導電領域を複数有して互いに噛み合う２つの窪
み回路（５０，５１）を形成し、対をなす前記導電領域
の各々は前記フレーム上の対応する導電領域と対向する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載のセン
サ。 - 【請求項１６】前記窪み回路の各々は互いに逆位相とな
る２つの交流電圧源の各々に接続され、前記フレーム上
の導電領域は検出及び増幅回路に接続されることを特徴
とする特許請求の範囲第１５項に記載のセンサ。 - 【請求項１７】前記試験体は、少なくとも一面に前記セ
ンサをサーボ制御するために用いられる復帰用モータの
平板コイル形成部を有することを特徴とする特許請求の
範囲の１項に記載のセンサ。 - 【請求項１８】前記試験体の２つの面の各々に取り付け
られた２つの平板コイルを含み、前記コイルは直列に取
り付けられ、前記試験体の一方の面から他方の面に到る
少なくとも１つの誘電部材により互いに接続されること
を特徴とする先行特許請求の範囲の１項に記載のセン
サ。 - 【請求項１９】前記導電部材は前記試験体のエッジの金
属化された孔或いは金属化された領域からなることを特
徴とする特許請求の範囲第１８項に記載のセンサ。 - 【請求項２０】前記試験体の一面に少なくとも１つの平
板コイルを有する復帰用モータを含み、前記コイルは、
前記センサの感応軸に垂直で互いに対向する直線状領域
の少なくとも２つを含み、前記試験体の同じ側部側にあ
り前記コイルの前記直線状領域に対してそれぞれ直角に
配置された２つの磁極片に連結する永久磁石により形成
される第１部分と前記試験体の他側部側にあり磁束閉ル
ープ用アーマチュアからなる第２部分とからなる磁気回
路を含むことを特徴とする先行特許請求の範囲の１項に
記載のセンサ。 - 【請求項２１】前記磁気回路の２つの部分の一方は前記
振子構造を支承するベースに固定され、他方は前記ベー
スに対して固定自在なカバーと一体であることを特徴と
する特許請求の範囲第２０項に記載のセンサ。 - 【請求項２２】前記試験体と前記振子構造の固定部との
間の電気的接続は前記可撓性ブレードの薄肉面に形成さ
れた導電領域により行われることを特徴とする先行特許
請求の範囲の１項に記載のセンサ。 - 【請求項２３】前記振子構造において金属化により形成
される電気回路は銀或いはアルミニウムからなることを
特徴とする先行特許請求の範囲の１項に記載のセンサ。
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| FR8403441 | 1984-03-06 | ||
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| JPH065231B2 true JPH065231B2 (ja) | 1994-01-19 |
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