JP2006071531A - 慣性センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型且つ低コストとしつつあらゆる方向における小さな加速度が検出可能な慣性センサを得る。
【解決手段】 支持部材１４に弾性変形し得るゴム材１６の基端側が連結されて、ケース２８内にこのゴム材１６が配置される。ゴム材１６は延びる方向を直角に変化させる変曲部１６Ａを一箇所有して、Ｌ字形状に形成された片持ち梁構造とされる。ゴム材１６の先端側に直方体状に形成された錘１８が取り付けられ、錘１８がゴム材１６の弾性変形に伴って変位可能となる。磁場を生じさせる磁場発生部材２０が、錘１８の端面１８Ａに塗布されることで配置される。磁場発生部材２０と対向した位置に、磁場発生部材２０の磁束方向の変化を検出し得るスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型且つ低コストとしつつあらゆる方向における小さな加速度を検出可能な慣性センサに関し、特に携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用機器に好適なものである。

例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用機器では、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤと言う）が記憶装置として近年内蔵されるようになった。しかし、携帯用機器中のＨＤＤは、携帯用機器が手振れなどで揺動したり、或いは落下した場合等に故障することがあるので、この時の加速度を初期段階で検出し、ＨＤＤの磁気ヘッドの退避や磁気ヘッドに加わる衝撃を打ち消す制御を行なう必要がある。従って、この携帯用機器に加わる加速度を初期段階で検出する為に小さな加速度を検出し得る慣性センサが必要となるが、以下に慣性センサの従来例を具体的に挙げて、背景技術を説明する。

第１の従来例の慣性センサとして、特許文献１に記載されているように角速度が加わるのに伴って、それぞれコイルバネとされる４つの支持部に支持された振動質量がこれら支持部の変形で移動する構造として、この振動質量の変位を駆動電極及び検出電極等で検知するものがあった。

第２の従来例の慣性センサとして、特許文献２に記載されているように加速度が加わるのに伴って、シリコン基板の中央に配置された中央厚肉部が変位する構造とし、この中央厚肉部の変位を電極膜が接点に接触することで、検出するものがあった。

第３の従来例の慣性センサとして、特許文献３に記載されているように加速度が加わるのに伴ってダイヤフラムが傾く構造として、このダイヤフラムの傾きを３種類の電極でそれぞれ検知することで、３軸方向の加速度を検出するものがあった。
特開平９−４２９７３号公報 特開２０００−１０６０７０号公報 特開平１１−３０４８３３号公報

例えば、携帯用機器に内蔵されるＨＤＤに慣性センサを取り付けて、あらゆる方向における小さな加速度をそれぞれ検出するには、慣性センサの取り付け空間がＨＤＤ内に余り無い為、２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさにまでこの慣性センサを小型化することが要求される。

しかし、第１の従来例では、小型化するのに伴って振動質量が軽量になる為、コイルバネとされる支持部が変形し難くなる結果、この振動質量の変位を確実に検出するのは困難であった。また、支持部が４つ必要なこと等から部品点数が多く製造コストを低減することが困難であるだけでなく、検出できる変位の方向が限定されていた。

さらに、第２の従来例でも、支持部分の剛性が高いので、小型化に伴って中央厚肉部が変位し難くなる結果、電極膜が接点に接触することによりこの中央厚肉部の変位を確実に検出するのは困難であり、また、この第２の従来例でも、検出できる変位の方向が限定されていた。

一方、第３の従来例でも、３軸方向の加速度を検出可能とするのに合わせて、３種類の電極が必要なこと等から、小型化が困難であると共に部品点数が多くなって製造コストを低減することも困難であった。

つまり、これら第１及び第２の従来例は、小型且つ低コストとしつつ小さな加速度の検出を可能にするには不向きな構造であるだけでなく、加速度の検出方向に制限を有した構造となっていた。さらに、第３の従来例では、小型且つ低コストとしつつ小さな加速度の検出をするには不向きな構造となっていた。
本発明は上記事実を考慮し、小型且つ低コストとしつつあらゆる方向における小さな加速度を検出可能な慣性センサを提供することを目的とする。

請求項１による慣性センサは、基端側が支持部材に連結されると共に、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材と、
必要な大きさの質量を有しつつ弾性部材の先端側に取り付けられる錘と、
錘の表面に配置され且つ周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子と、
を有したことを特徴とする。

請求項１に係る慣性センサは、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材を有していて、この弾性部材の基端側が支持部材に連結されると共に、この弾性部材の先端側に必要な大きさの質量を有した錘が取り付けられた構造とされている。さらに、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材がこの錘の表面に配置され、この磁場発生部材と対向して磁気感応素子が配置された構造となっている。

つまり、本請求項では、延びる方向を変化させる変曲部を少なくとも一箇所有した片持ち梁構造に弾性部材がなっていることで、単純な片持ち梁では２軸方向しか変形しないのに対して、相互に直交する３軸方向共にそれぞれ弾性部材が変形し易い構造となる。この為、この弾性部材の先端側に支持された形の錘に、微小な加速度が何れの方向から加わった場合でも、錘の重量との関係で生じることになる力によって、容易に弾性部材が弾性変形し、これに伴って錘及びこの錘の表面に配置される磁場発生部材が変位することになる。

また、この磁場発生部材がその周囲に磁場を生じさせているが、この磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子が、これら錘及び磁場発生部材の変位に伴う磁場発生部材の磁束方向の変化を検出できるようになる。

以上より、本請求項によれば、単に、支持部材に支持された弾性部材、磁場発生部材を表面に有する錘及び磁気感応素子のみの簡単な構造の慣性センサにより、磁束方向の変化の形で３軸方向の内の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになった。従って、本請求項では、慣性センサを小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、何れの方向の小さな加速度であってもこの慣性センサによりそれぞれ検出可能となる。

ここで、慣性センサの小型化を可能とする磁気感応素子としてスピンバルブ巨大磁気抵抗素子（以下、スピンバルブ型ＧＭＲ素子という）を用いることが考えられる。つまり、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、磁気の強弱を検出する他の素子とは違って、磁束方向の変化でインピーダンスが変化する素子である。そして、この磁束方向の変化によりインピーダンスが変化する特性を応用し、磁場発生部材の磁束方向の変化を捕らえられる位置関係で、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子を適切に配置することにより、磁場発生部材の微少変位をも検出可能となる。

請求項２による慣性センサは、基端側が支持部材に連結されると共に、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材と、
必要な大きさの質量を有しつつ弾性部材の先端側に取り付けられ且つ、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子と、
を有したことを特徴とする。

請求項２に係る慣性センサは、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材を有していて、この弾性部材の基端側が支持部材に連結されると共に、この弾性部材の先端側に必要な大きさの質量を有した磁場発生部材が取り付けられた構造とされている。さらに、周囲に磁場を生じさせるこの磁場発生部材と対向して磁気感応素子が配置された構造ともなっている。

つまり、本請求項では、延びる方向を変化させる変曲部を少なくとも一箇所有した片持ち梁構造に弾性部材がなっていることで、請求項１と同様に相互に直交する３軸方向共にそれぞれ弾性部材が変形し易い構造となる。この為、この弾性部材の先端側に支持された形の磁場発生部材に、微小な加速度が何れの方向から加わった場合でも、容易に弾性部材が弾性変形し、これに伴ってこの磁場発生部材が変位することになる。

また、この磁場発生部材がその周囲に磁場を生じさせているが、この磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子が請求項１と同様に、この磁場発生部材の変位に伴う磁場発生部材の磁束方向の変化を検出できるようになる。

以上より、本請求項によれば、単に、支持部材に支持された弾性部材、磁場発生部材及び磁気感応素子のみの簡単な構造の慣性センサにより、磁束方向の変化の形で３軸方向の内の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになった。従って、本請求項では、慣性センサを小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、何れの方向の小さな加速度であってもこの慣性センサによりそれぞれ検出可能となる。

請求項３に係る慣性センサによれば、請求項１及び請求項２の慣性センサと同様の構成の他に、弾性部材がＬ字形状或いはＵ字形状に形成されるという構成を有している。つまり、弾性部材をＬ字形状或いはＵ字形状にしたことで、本請求項では、片持ち梁構造の弾性部材に確実に変曲部を配置できるようになった。

請求項４に係る慣性センサによれば、請求項１から請求項３の慣性センサと同様の構成の他に、弾性部材がシリコン或いは耐熱熱可塑性樹脂により構成されている。つまり、ヤング率の小さいシリコン或いは耐熱熱可塑性樹脂によって弾性部材を構成したことで、小さな力であってもより大きく弾性部材が変形するようになり、この結果として、相互に直交する３軸方向共に磁場発生部材がそれぞれより変位し易い構造になる。

請求項５に係る慣性センサによれば、請求項１から請求項４の慣性センサと同様の構成の他に、錘が接着或いは成形により弾性部材の先端側に取り付けられるという構成を有している。つまり、錘と弾性部材との間が接着剤等による接着で接合され、或いは錘と弾性部材との間が弾性部材の成形に伴って接合されて、弾性部材に錘が取り付けられることで、これらの間がより確実且つ簡易に接合される結果として、請求項１の作用効果がより確実に達成できるようになった。

請求項６に係る慣性センサによれば、請求項１から請求項５の慣性センサと同様の構成の他に、支持部材、弾性部材、磁場発生部材及び磁気感応素子を少なくとも内蔵した構造の筐体を有し、この筐体の外側或いは内側に磁気を遮断する磁気シールド部材を配置したという構成を有している。

従って、本請求項によれば、磁場発生部材及び磁気感応素子等を内蔵した筐体の外側或いは内側に磁気シールド部材が配置されたことで、慣性センサが外部の磁気による影響を受け難くなって、磁場発生部材との間の相対変位による磁束の向きの変化を磁気感応素子がより正確に検出可能となる。

請求項７に係る慣性センサによれば、請求項１から請求項６の慣性センサと同様の構成の他に、高透磁率の材料で形成されたリードフレームに接続された形で、磁気感応素子が配置され、磁場発生部材及び磁気感応素子を囲むようにこのリードフレームが形成されたという構成を有している。

従って、本請求項によれば、高透磁率の材料で形成されたリードフレームが、請求項６の磁気シールド部材と同様の作用を奏する結果、慣性センサが外部の磁気による影響を受け難くなって、請求項６と同様に磁場発生部材との間の相対変位による磁束の向きの変化を磁気感応素子がより正確に検出可能となる。

請求項８に係る慣性センサによれば、請求項１から請求項７の慣性センサと同様の構成の他に、相互に直交する３軸方向それぞれで弾性部材の先端側が支持部材に対して変位可能とされ、磁場発生部材の磁気感応素子に対する３軸方向それぞれに沿った相対変位による磁束の向きの変化を１つの磁気感応素子によって検出可能としたという構成を有している。

従って、本請求項によれば、１つの磁気感応素子によって相互に直交する３軸方向における磁場発生部材の変位を検出可能としたことで、慣性センサの小型化が可能となり、部品コストや組立コストが低減されて、低コスト化が図られた慣性センサが得られるようになった。

本発明によれば、小型且つ低コストとしつつあらゆる方向における小さな加速度を検出可能な慣性センサが得られることになる。例えば慣性センサの中でも携帯用機器の揺動又は落下を検出する慣性センサは、±１Ｇ程度のあらゆる方向における小さな加速度を検出しなければならない。つまり、加速度が小さいのに伴って可動部の変位が非常に少ない上、小さな空間内に配置して使用しなければならない為に錘の機能をはたす部分の重量が軽量になるが、本発明によればこれらの問題点を解決することが可能となる。

以下、本発明に係る慣性センサの第１の実施の形態を図１及び図２に示し、これらの図面に基づき本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る慣性センサ１０の外枠部分を、内部に空間が設けられると共に一端が開放端とされる角筒状に形成されたケース２８が構成しており、また、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の合成樹脂材により形成された支持部材１４が、この例えば金属製のケース２８に内蔵されている。

この支持部材１４には、弾性変形し得る弾性部材であるゴム材１６の基端側が連結されて、ケース２８内にこのゴム材１６が配置されているが、このゴム材１６には、延びる方向を直角に変化させて図１（Ａ）における下方とする変曲部１６Ａが一箇所設けられて、ゴム材１６がＬ字形状に形成された片持ち梁構造とされている。尚、本実施の形態では、変形し易いようにこのゴム材１６を低硬度でヤング率の小さいシリコンゴム製としている。

そして、変曲部１６Ａを有するのに伴って、長く形成されたこのゴム材１６の先端側には、黄銅等の非磁性体材料により直方体状に形成されて必要な大きさの質量である例えば１ミリグラム程度の重量を有した錘１８が、取り付けられている。つまり、支持部材１４に片持ち状に支持されたＬ字形状のゴム材１６の先端側に、周囲をゴム材１６により包まれる形で接合された錘１８が取り付けられていて、このＬ字形状に形成されたゴム材１６の弾性変形に伴い、図１に示す相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向に沿って、この錘１８が変位可能となっている。

この錘１８の一端側の表面となる図１及び図２における下の端面１８Ａには、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材２０が、錘１８に塗布されることで配置されており、これに対応して、磁場発生部材２０から生じる磁束の向きの変化を検出し得る磁気感応素子とされるスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が設けられている。すなわち、本実施の形態では、磁束方向の変化でインピーダンスが変化するスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が磁気感応素子とされている。

また、図１及び図２に示すように、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２は、外部磁界からの影響を防止する為に、最大透磁率μ_max が３万以上とされる高透磁率の例えば４２アロイで形成されたリードフレーム２６に接続されるような構造とされている。これにより、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の近傍でこのリードフレーム２６が磁気シールド効果を生じさせている。さらに、これらスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２及びリードフレーム２６は、エポキシ樹脂等の合成樹脂材によるパッケージ２４内に封入されていて、リードフレーム２６の両端部分がパッケージ２４外に突出している。

そして、図１に示すようにこのパッケージ２４がケース２８の開放端に蓋のように取り付けられて固定されることで、この錘１８の下側の端面１８Ａに配置される磁場発生部材２０と空隙を有しつつ対向して、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２がケース２８に配置されている。

以上より、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２がリードフレーム２６を介して外部の図示しない回路に接続されることになり、これに伴い必要な検出データがこのリードフレーム２６を介して取り出せるようになっている。

そして、支持部材１４、ゴム材１６、錘１８、磁場発生部材２０及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を内蔵した構造の筐体１２が、ケース２８及びパッケージ２４により形成されており、この内のケース２８の外側には、外部の磁気を遮断する為に、例えばアモルファス材或いはパーマロイ材によって箱状に形成された磁気シールド部材３０が配置されている。尚、図１に示すように、例えばこの筐体１２の長さ寸法Ｌは約２．５ｍｍとされ、横寸法Ｈは約２．０ｍｍとされ、厚み寸法Ｗは約０．８ｍｍとされている。

他方、この慣性センサ１０を組み立てる際には、予めスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を作製して図２に示すようにパッケージ２４内に封入する。この一方、錘１８、支持部材１４及びケース２８等を形成し、さらに磁性体を含んだバインダをこの錘１８に塗布することで、磁場発生部材２０を錘１８の表面に配置することにする。

次に、図示しない成形金型内にこれらの内の磁場発生部材２０を有した錘１８及び支持部材１４を入れて、一体成形によって錘１８と支持部材１４との間に配置する形で、図１及び図２に示すゴム材１６を形成する。

最後に、図２に示すように、このようにゴム材１６及び錘１８等が取り付けられた支持部材１４をケース２８内に挿入すると共に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が内蔵されたパッケージ２４をケース２８の開放端に取り付けることで、図１に示すように慣性センサ１０が完成する。尚この際、支持部材１４の切欠部１４Ａにパッケージ２４の角部が当接することで、ケース２８内に支持部材１４が確実に固定されることになる。

次に、本実施の形態に係る慣性センサ１０の作用を説明する。
本実施の形態に係る慣性センサ１０は、延びる方向を変化させる変曲部１６Ａが一箇所設けられたＬ字形状の片持ち梁構造とされるゴム材１６を有していて、このゴム材１６の基端側が支持部材１４に連結されると共に、このゴム材１６の先端側に必要な大きさの質量を有した錘１８が取り付けられた構造とされている。さらに、本実施の形態では、磁極Ｎ，Ｓの存在に伴って周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材２０が、この錘１８の表面に塗布されて配置されている。

また、これら支持部材１４、ゴム材１６、錘１８及び磁場発生部材２０が内蔵されたケース２８の開放端に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が内蔵されたパッケージ２４がはめ込まれて取り付けられることで、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２も、磁場発生部材２０と空隙を有しつつ対向した形で、筐体１２内に配置されている。

つまり、本実施の形態では、延びる方向を変化させる変曲部１６Ａを一箇所有した片持ち梁構造にゴム材１６がなって延びる方向が二方向となることで、単純な片持ち梁では２軸方向しか変形しないのに対して、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向共にそれぞれこのゴム材１６が変形し易い構造になる。

この為、このゴム材１６の先端側に支持された形の錘１８に、微小な加速度が何れの方向から加わった場合でも、錘１８の重量との関係で生じることになる力によって、ゴム材１６が容易に弾性変形する。そしてこれに伴い、錘１８及びこの錘１８の表面に配置される磁場発生部材２０が図１におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸の各方向に変位することになる。

また、この磁場発生部材２０がその周囲に磁場を生じさせているが、この磁場発生部材２０と対向して配置された１つのスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が、これら錘１８及び磁場発生部材２０のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への相対変位に伴う磁場発生部材２０の磁束方向の変化を検出できるようになる。

以上より、本実施の形態によれば、単に、支持部材１４に支持されたゴム材１６、磁場発生部材２０を表面に有する錘１８及び１つのスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２のみの簡単な構造の慣性センサ１０により、磁束方向の変化の形でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになった。つまり、慣性を検出する高価なセンサの本体部分であるスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が１つであっても、本実施の形態の慣性センサ１０は３軸方向の検出が可能になる。

従って、本実施の形態では、慣性センサ１０を小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、３軸方向の内の何れの方向の小さな加速度であっても、この慣性センサ１０によりそれぞれ検出可能になる。

一方、本実施の形態によれば、ゴム材１６がヤング率の小さいシリコンゴムによってＬ字形状に形成されたことで、変曲部１６Ａを有した片持ち梁構造にゴム材１６をより確実に形成できるようになるだけでなく、小さな力であってもより大きくゴム材１６が変形するようになり、この結果として、相互に直交する３軸方向共にそれぞれ磁場発生部材２０がより変位し易い構造になる。

また、本実施の形態のように、錘１８とゴム材１６の先端側との間がゴム材１６の成形に伴い接合されて、錘１８がゴム材１６に取り付けられることで、これらの間がより確実且つ簡易に接合されるようになった。

他方、本実施の形態では、支持部材１４、ゴム材１６、錘１８、磁場発生部材２０及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を少なくとも内蔵した構造の筐体１２を有し、この筐体１２の外側に磁気を遮断する磁気シールド部材３０が配置されているだけでなく、非磁性体材料により錘１８が形成された構造になっている。

従って、磁場発生部材２０及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２等を内蔵した筐体１２の外側に磁気シールド部材３０が配置された結果として、慣性センサ１０が外部の磁気による影響を受け難くなって、磁場発生部材２０とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２との間の相対変位による磁束の向きの変化をより正確に検出可能になる。

さらに、マグネット等の強磁性体と性質の異なる非磁性体材料によって錘１８が形成されたことで、上記のように一般に強磁性を有する磁気シールド部材３０を筐体１２の外側に配置した場合であっても、錘１８自身による磁気の影響を受けず、加わる加速度に合わせてゴム材１６が弾性変形して錘１８が確実に変位することになる。

一方、本実施の形態では、錘１８に磁場発生部材２０が塗布されることで、錘１８の表面にこの磁場発生部材２０が配置された構造になっている。つまり、微小な磁性体を分散した形で含んだバインダを単に塗布して配向乾燥するだけで、磁場発生部材２０を錘１８の表面に配置可能となるので、本実施の形態によれば、慣性センサ１０の製造が容易となって慣性センサ１０の製造コストがより低減されるようになる。

次に、本発明に係る慣性センサの第２の実施の形態を図３に示し、この図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態も、図３に示すように第１の実施の形態と似た構造となっているが、支持部材１４に基端側が連結されたゴム材１６は、延びる方向を変化させる変曲部１６Ａが３箇所設けられて、Ｕ字形状に形成された片持ち梁構造とされている。

さらに、本実施の形態では、錘１８が取り付けられる替わりに、必要な大きさの質量を有した例えば永久磁石であるマグネット３２が磁場発生部材として、ゴム材１６の先端側に取り付けられていて、このマグネット３２が周囲に磁場を生じさせている。

また、高透磁率の材料で形成されてスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２に接続されるリードフレーム２６の両端部分が、それぞれ屈曲されて図３（Ａ）における上方に延びるシールド部２６Ａとされており、これに伴って、マグネット３２及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を囲むようにこのリードフレーム２６のシールド部２６Ａが形成されることになる。

一方、本実施の形態では、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を封入したパッケージ２４が、第１の実施の形態よりも大きく形成されていて、内部に空間が設けられると共に一端が開放端とされる角筒状に形成された構造になっている。従って、このパッケージ２４が第１の実施の形態のケース２８の替わりとなって、このパッケージ２４内にゴム材１６及びマグネット３２が配置されている。そして、支持部材１４がパッケージ２４の開放端に当接して、接着剤等によって支持部材１４とパッケージ２４とが接合された形になっている。

次に、本実施の形態に係る慣性センサ１０の作用を説明する。
本実施の形態に係る慣性センサ１０は、延びる方向を変化させる変曲部１６Ａが３箇所設けられたＵ字形状の片持ち梁構造とされるゴム材１６を有していて、このゴム材１６の基端側が支持部材１４に連結されると共に、このゴム材１６の先端側に必要な大きさの質量を有したマグネット３２が取り付けられた構造とされている。

さらに、周囲に磁場を生じさせるこのマグネット３２と対向してスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が配置されていて、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が高透磁率の材料で形成されたリードフレーム２６に接続された形とされている。但し、本実施の形態では、マグネット３２及びスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２を囲むようにこのリードフレーム２６が形成された構造ともなっている。

つまり、本実施の形態では、延びる方向を変化させる変曲部１６Ａを３箇所有した片持ち梁構造にゴム材１６がなっていることで、第１の実施の形態と同様に、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向共にそれぞれゴム材１６が変形し易い構造となる。この為、このゴム材１６の先端側に支持された形のマグネット３２に、微小な加速度が何れの方向から加わった場合でも、このゴム材１６が容易に弾性変形し、これに伴ってマグネット３２が変位することになる。

また、このマグネット３２がその周囲に磁場を生じさせているが、このマグネット３２と対向して配置されたスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が、第１の実施の形態と同様に、このマグネット３２のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への相対変位に伴う磁束方向の変化を検出できるようになる。

以上より、本実施の形態によれば、単に、支持部材１４に支持されたゴム材１６、マグネット３２及び一つのスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２のみの簡単な構造の慣性センサ１０により、磁束方向の変化の形でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになった。従って、本実施の形態では、慣性センサ１０を小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、３軸方向の内の何れの方向の小さな加速度であってもこの慣性センサ１０によりそれぞれ検出可能となる。

一方、本実施の形態によれば、高透磁率の材料で形成されたリードフレーム２６が、第１の実施の形態の磁気シールド部材３０と同様の作用を奏する結果、慣性センサ１０が外部の磁気による影響を受け難くなって、第１の実施の形態と同様にマグネット３２との間の相対変位による磁束の向きの変化をスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２がより正確に検出可能となった。

次に、本発明に係る慣性センサの第３の実施の形態を図４に示し、この図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１及び第２の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態も、図４に示すように第１及び第２の実施の形態と似て、基端側を支持部材１４に連結したゴム材１６がその延びる方向を変化させる変曲部１６Ａを有した構造となっている。但し、本実施の形態では、この最初の変曲部１６Ａで二股にゴム材１６が一旦別れ、さらにそれぞれ二箇所の変曲部１６Ａでそれぞれ延びる方向が変化されてから、二つに一旦別れたゴム材１６が再度結合する形の片持ち梁構造にゴム材１６がされている。

そして、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様にこのゴム材１６の先端側に必要な大きさの質量を有した錘１８が取り付けられている。さらに、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材２０がこの錘１８の表面に配置されると共に、この磁場発生部材２０と対向してスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が配置された構造に本実施の形態もなっている。

以上より、本実施の形態も第１及び第２の実施の形態と同様に、簡単な構造の慣性センサ１０により、磁束方向の変化の形でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになる結果、慣性センサ１０を小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、３軸方向の内の何れの方向の小さな加速度であってもそれぞれ検出可能となる。

次に、本発明に係る慣性センサの第４の実施の形態を図５に示し、この図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１及び第２の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態も、図５に示すように第１及び第２の実施の形態と似て、基端側を支持部材１４に連結したゴム材１６がその延びる方向を変化させる変曲部１６Ａを有した構造となっている。但し、本実施の形態では、この変曲部１６Ａが４箇所設けられていて、Ｕ字形状に形成された片持ち梁構造にゴム材１６がされている。

そして、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様にこのゴム材１６の先端側に必要な大きさの質量を有した錘１８が取り付けられている。さらに、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材２０がこの錘１８の表面に配置されると共に、この磁場発生部材２０と対向してスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が配置された構造に本実施の形態もなっている。

以上より、本実施の形態も第１及び第２の実施の形態と同様に、簡単な構造の慣性センサ１０により、磁束方向の変化の形でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の何れの方向の微小な加速度であっても検出できるようになる結果、慣性センサ１０を小型化できると共に低コストで製作できるだけでなく、３軸方向の内の何れの方向の小さな加速度であってもそれぞれ検出可能となる。

他方、上記実施の形態では、弾性部材をシリコンゴム製のゴム材１６としたが、耐熱熱可塑性樹脂等の熱可塑性エラストマとしても良い。具体的にはシェアーＡ硬度の２０°以下のエチレン系エラストマーやシリコン樹脂等を採用することが考えられる。また、上記実施の形態において、ゴム材１６の変曲部１６Ａの部分が屈曲した形とされているが、変曲部の部分を円弧状の形に形成しても良い。

さらに、上記実施の形態では成形により弾性部材の先端側に錘が取り付けられているが、錘と弾性部材との間を接着剤等による接着で接合して、弾性部材に錘が取り付けることでも、これらの間がより確実且つ簡易に接合されることになるので、接着により錘と弾性部材との間を接合しても良いことになる。

この一方、上記実施の形態のように磁場発生部材２０を錘１８に塗布する替わりに、蒸着やスパッタリング等によって薄膜とされる磁場発生部材２０を錘１８の表面に配置する構造にしても良い。このように、蒸着やスパッタリング等によって薄膜とした磁場発生部材２０を錘１８の表面に配置することにより、この磁場発生部材２０を不必要に大きくしなくとも必要な強さの磁場を確保できるようになる。つまりこの結果として、慣性センサ１０の小型化をより一層図ることが可能となる。

さらに、上記実施の形態と異なって、磁場発生部材２０が塗布されたテープ或いは、薄膜とされる磁場発生部材２０を有したテープを、接着剤等により錘１８に貼り付けることで、磁場発生部材２０を錘１８の表面に配置する構造にしても良い。

また、上記実施の形態では、筐体１２の外側に磁気を遮断する磁気シールド部材３０を配置した構造としたが、筐体１２の内側にこの磁気シールド部材３０を配置しても上記実施の形態と同様の作用効果が得られるので、筐体１２の内側にこの磁気シールド部材３０を配置した構造としても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る慣性センサを示す図であって、（Ａ）は正面から見た断面図であり、（Ｂ）は側面から見た断面図であり、（Ｃ）は底面から見た図である。 本発明の第１の実施の形態に係る慣性センサを示す分解図である。 本発明の第２の実施の形態に係る慣性センサを示す図であって、（Ａ）は正面から見た断面図であり、（Ｂ）は側面から見た図であり、（Ｃ）は底面から見た図である。 本発明の第３の実施の形態に係る慣性センサを示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る慣性センサを示す断面図である。

符号の説明

１０ 慣性センサ
１２ 筐体
１４ 支持部材
１６ ゴム材（弾性部材）
１６Ａ 変曲部
１８ 錘
２０ 磁場発生部材
２２ スピンバルブ型ＧＭＲ素子（磁気感応素子）
２６ リードフレーム
２６Ａ シールド部
３０ 磁気シールド部材
３２ マグネット（磁場発生部材）

Claims (8)

1. 基端側が支持部材に連結されると共に、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材と、
   必要な大きさの質量を有しつつ弾性部材の先端側に取り付けられる錘と、
   錘の表面に配置され且つ周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
   磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子と、
   を有したことを特徴とする慣性センサ。
2. 基端側が支持部材に連結されると共に、延びる方向を変化させる変曲部が少なくとも一箇所設けられた片持ち梁構造とされる弾性部材と、
   必要な大きさの質量を有しつつ弾性部材の先端側に取り付けられ且つ、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
   磁場発生部材と対向して配置された磁気感応素子と、
   を有したことを特徴とする慣性センサ。
3. 弾性部材がＬ字形状或いはＵ字形状に形成されることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の慣性センサ。
4. 弾性部材がシリコン或いは耐熱熱可塑性樹脂により構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の慣性センサ。
5. 錘が接着或いは成形により弾性部材の先端側に取り付けられることを特徴とする請求項１項から請求項４の何れかに記載の慣性センサ。
6. 支持部材、弾性部材、磁場発生部材及び磁気感応素子を少なくとも内蔵した構造の筐体を有し、この筐体の外側或いは内側に磁気を遮断する磁気シールド部材を配置したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の慣性センサ。
7. 高透磁率の材料で形成されたリードフレームに接続された形で、磁気感応素子が配置され、磁場発生部材及び磁気感応素子を囲むようにこのリードフレームが形成されたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の慣性センサ。
8. 相互に直交する３軸方向それぞれで弾性部材の先端側が支持部材に対して変位可能とされ、磁場発生部材の磁気感応素子に対する３軸方向それぞれに沿った相対変位による磁束の向きの変化を１つの磁気感応素子によって検出可能としたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の慣性センサ。
   

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