JP2023088766A - サーボ型振動検出器及び振動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと永久磁石と変位検出器から構成される従来サーボ型振動検出器は、コイルの極細線処理の複雑さと、構造の複雑さゆえにコスト高となり、量産時に高い歩留まりが得られないという課題があった。【解決手段】軸方向に着磁された永久磁石を挟み、フロント側とリアー側にポールピース部を装着して、それぞれの前記ポールピース部と対向する固定側にコイルを配置することで、ムービング・マグネット式加速度センサの駆動手段を構成したものである。上記構成により、コイルの複雑な配線処理が不要となり、量産性を大幅に向上できる。【選択図】図1

Description

本発明は、基礎に対して支持され、外乱を受けて振動する制御対象物の加速度、あるいは、慣性空間に対する絶対速度、又は、絶対変位を、広い周波数帯域で信号検出する振動センサ、もしくは除振制御装置に関するものである。

１．世の中のトレンド
半導体製造プロセス、液晶製造プロセス、精密機械加工などの様々な分野で、微細な振動を遮断・抑制するための振動制御の利用が広がっている。これらのプロセスで用いられる走査型電子顕微鏡、半導体露光装置（ステッパ）などの微細加工・検査装置は、装置の性能を保障するための厳しい振動許容条件が要求される。今後、製品のさらなる高集積化・微細化と共に、加工プロセスの高速化と装置の大型化が進み、振動許容条件はますます厳しくなる傾向にある。

２．除振装置が除去すべき外乱
近年、振動制御対象の構造物（たとえば、精密除振台）の複数箇所に配置された振動センサからの変位・速度・加速度情報に基づいて制御信号を作り、制御装置を制御するアクティブ振動制御技術が普及している。

図９に、従来のアクティブ除振台のモデル図を示す。このアクティブ除振台は、特許文献１、特許文献２にも記載されているように公知のものである。床面５００には、定盤５０１を支持するための複数組の空気圧アクチュエータ（５０２a、５０２b）が配置されている。この定盤５０１の上に精密装置（図示せず）が搭載される。５０３は、定盤５０１の垂直・水平方向の加速度を検出するための加速度センサ、５０４は、床面５００の加速度（基礎の振動状態）を検出する加速度センサである。５０５a、５０５bは、床面５００に対する定盤５０１の垂直・水平方向相対変位をそれぞれ検出するための変位センサである。これら各センサからの出力信号がそれぞれコントローラ５０６に入力される。空気圧アクチュエータ５０２aには、配管５０７を介して、コントローラ５０６により制御されるサーボ弁５０８が接続されている。このサーボ弁５０８により、空気圧アクチュエータ５０２aへ供給・排気される圧縮空気の流量を調整することで、アクチュエータ５０２aの内圧が制御されて、空気圧アクチュエータを駆動する。

除振装置において除去すべき外乱は、設置床の振動に起因する地動外乱と、除振台上から入力される直動外乱に大別される。

地動外乱となる振動の発生源として、歩行振動と呼ばれる人の移動によるものは１～３Hz、エアコンなどのモータによるものは６～３５Hz、床や壁の共振点は１０～１００Hz程度である。超高層・免振ビルでは0.2～0.3Hz近傍に固有振動数を有する。また風揺れによって、建築物は0.1～1.0Hzの微振動が発生する。したがって、除振台には、高周波の振動抑制だけではなく、低い周波数の振動を取り除くことも要求される。

直動外乱による高周波振動の発生源として、除振台にたとえば位置決めステージ５０９が搭載されている場合、ステージの加減速運転によって、除振台を含めた構造物は打撃を受け、かつ駆動反力によって揺動する。この打撃による振動および駆動反力に起因した揺れを抑制しなければステージの性能を維持できない。要約すれば、除振装置は地動外乱による「除振」に加えて、直動外乱による「制振」の両方を併せ持つ機能が要求される。

３．振動センサのアクティブ除振装置における役割
アクティブ振動制御では、状態フィードバックによる制御方法が採られている。これは、振動制御対象の構造物の複数個所に配置された振動センサからの加速度・速度・変位情報に基づいて、制御装置を制御する方法である。広い周波数領域で除振性能を得るために、たとえば、加速度信号は主に10Hz以上の状態量を制御し、速度信号は1～10Hz、変位信号は1Hz以下の状態量を制御するのに用いられる。たとえば、
(i)定盤５０１上に配置された加速度センサ（図９の５０３）からの信号を用いて、加速度フィードバックを施せば、質量Mの増加と等価となり、固有振動数を低下させ、共振ピークを低減させるなどの効果が得られる。
(ii)上記加速度センサ（図９の５０３）からの信号を絶対速度あるいは絶対変位信号に変換し、フィードバックあるいはフィードフォワードを施せば、広い周波数領域で大幅な除振性能の改善ができる。
(iii)定盤５０１直下に配置された加速度センサ（図９の５０４）からの信号を用いて、その信号を絶対速度あるいは絶対変位信号に変換し、同様にフィードフォワードを施せば、広い周波数領域で除振性能の改善ができる。
上記(ii)(iii)の制御を行うためには、慣性空間に対する速度、位置情報が必要である。加速度センサは慣性空間に対する加速度を計測することができるため、加速度センサを制御対象に取り付けることで、制御対象に加わる加速度が検出できる。したがって、従来のアクティブ除振装置では、加速度センサの出力を１回積分することで速度信号を求め、さらに２回積分することで変位信号を求める方法が採用されている。

４．加速度センサの基本構成と検出原理
図１０は、静電容量型加速度センサの基本構成と検出原理を示すモデル図である。３０１はセンサの各部材を収納する本体部、３０２は質量体、３０３は振動測定面Ａに対して質量体３０２を機械的に支持するバネ、３０４は減衰器である。質量体３０２は静電容量型センサの可動側電極も兼ねている。３０５は可動側電極（質量体３０２）の対抗面側に配置された固定側電極、３０６は前記２つの電極間の空隙部である。

３０７は振動測定面Ａに対して、質量体３０２を垂直方向に駆動する電磁アクチュータである。空隙部３０６の間隙の大きさで静電容量Cが決まるため、この静電容量Cを計測することにより、地動絶対変位Uと質量体の絶対変位Xの差である相対変位U-Xを検出できる。サーボ回路３１０（２点鎖線で示す）は、記相対変位信号U-Xを利得K_Pで増幅する変位増幅器３１１から構成される。

以下、加速度センサの検出原理について、数式を用いて説明する。質量体３０２の質量をm、前記質量体を支持する機械ばね３０３のばね定数をk、減衰器３０４の減衰係数をc、アクチュエータ３０７の駆動力をF=A_fi₀とすれば、次の運動方程式が成り立つ。

相対変位u-xが零になるように、比例ゲイン定数K_Pの増幅器により、アクチュエータ
の電流i₀が制御される。

比例ゲイン定数K_Pが十分に大きく、式(3)の右辺における第3項と比べて、第１項第
２項が無視できるとすれば、

式(2)、式(4)からアクチュエータに流す電流i₀を検出すれば、質量体３０２の加速度を
近似的に求めることができる。

５．従来のサーボ型加速度センサの具体構造
サーボ型加速度計の具体的構造は、大きく分けて、（１）質量部が直線運動するタイプ、（２）質量部が揺動運動するタイプ、の２種類が用いられている。以下、この２種類の従来センサの実施例について説明する。

[5-1]・・・直線運動式加速度センサの従来例
図１１は、従来の直線運動式加速度センサの具体構造例を示す正面断面図である。直線運動式の基本原理は特許文献１に開示されている。図１０で示した基本構成と検出原理により構成されている。１１は永久磁石、１２はポールピース部、１３はポールピース凸部、１４は永久磁石側ヨーク材、１５はコイル側ヨーク材、１６aはフォースコイル、１６bは検定コイル、１７はコイルボビン、１８，１９は非磁性でかつ非導電性材料によるコイルボビン支持部材、２０はフロント側ディスク状ばね、２１はリアー側ディスク状ばね、２２はフロント側ディスク状ばね２０とコイル側ヨーク材１５のフロント側連結部材、２３はリアー側ディスク状ばね２１とコイル側ヨーク材１５のリアー側連結部材である。２４は可動側電極、２５は固定側電極、２６はフロント側パネル、２７は中央プレート、２８は固定側電極２５とフロント側パネル２６の締結部材である。

ポールピース部１２の外周部とコイル側ヨーク材１５の内周部間は半径方向の磁気空隙部２９が形成されている。２９aは永久磁石側空隙部、２９bはヨーク材側空隙部である。「永久磁石１１→ポールピース部１２→磁気空隙部２９→コイル側ヨーク材１５→永久磁石側ヨーク材１４」により、閉ループ磁気回路を形成している。磁気空隙部２９の空間に配置されたフォースコイル１６aに電流が流れると、可動側電極２４を軸方向に移動させるローレンツ力が発生する。３０は、可動側電極２４と固定側電極２５で形成される空隙部である。空隙部３０の間隙の大きさで静電容量Cが決まるため、静電容量Cを計測することにより、地動絶対変位Uと質量体の絶対変位Xの差である相対変位U-Xを検出できる。サーボ回路は、変位検出器３１、増幅器３２、ドライバー３３から構成される。増幅器３２、ドライバー３３は、相対変位信号U-Xを利得K_Pで増幅する変位増幅器である。相対変位u-xが零になるように、比例ゲイン定数K_Pの増幅器により、アクチュエータの電流i₀が制御される。フォースコイル１６aに流す電流i₀を検出すれば、前述したように、可動部に作用する加速度を求めることができる。

[5-2]・・・揺動運動式加速度センサの従来例
（１）センサの全体構成 図１３は、特許文献２に開示された揺動運動式の一例を示す正面断面図で、５９０ａは振子で円板状の枠体５９０の枠内に位置する。振子５９０ａは、その周の一部が切り欠かれた舌片形状で形成され、ヒンジ５９０ｂを介して枠体５９０によって支持されている。これら枠体５９０、振子５９０ａ、ヒンジ５９０ｂは、例えば石英ガラスで一体に形成される。ヒンジ５９０ｂは肉薄とされ弾性変形可能であり、入力加速度により振子５９０ａが同図の上下方向に変位可能とされている。

５９１、５９２は一対の磁気ヨークである。これらの磁気ヨークは低熱膨張材料であるインバー合金が用いられている。インバー合金は鉄に36%のニッケルと0.7%のマンガンを加えた難加工性材料である。５９３はポールピースボトム、５９４は永久磁石、５９５はピーストップである。 永久磁石５９４は、その板厚方向に着磁され、磁気ヨーク５９１，５９２の開放端内周面とポールピーストップ５９８の外周面との間に環状磁気空隙５９６がそれぞれ形成される。これら環状磁気空隙５９６内にそれぞれ位置するようにトルカコイル５９７が巻回されたコイルボビン５９８が、振子５９０ａの両板面にそれぞれ取り付けられている。

振子５９０ａの両板面には、その舌片形状の先端側外周に沿って静電容量電極５９０ｃが円弧状にそれぞれ形成されている。５９１ｅ，５９２ｅは、静電容量電極５９０ｃと所定の間隔を空けて対向する電極面である。

このような構成を有するサーボ型加速度計においては、加速度入力による振子５９０ａの変位が静電容量電極５９０ｃと電極面５９１ｅ，５９２ｅ間の静電容量の変化として検出される。電極面５９１ｅ，５９２ｅは共通電位とされ、振子５９０ａの両板面の静電容量電極５９０ｃの検出信号が図示しないサーボアンプにより差動増幅され、一対のトルカコイル５９７に静電容量差に基づいたトルカ電流が流される。このトルカ電流と永久磁石５９４による磁界との相互作用により、変位した振子５９０ａは元に戻り、中立点で平衡する。この時のトルカ電流は振子５９０ａに加わった加速度に比例するので、この電流から入力加速度が求められる。トルカコイル５９７のコイル端末５９７ａ，５９７ｂが振子５９０ａ上の図示しない金属導体に接着されて電気的に接合される。

（２）振子の構造
図１４に、振子５９０ａの平面図を示す。図１４（ａ）は一方の面、図１４（ｂ）は他方の面である。枠体５９０、振子５９０ａ、ヒンジ５９０ｂ１，５９０ｂ２は、例えば一枚の石英ガラスの円板からエッチングによって形成される。 振子導体Ａが、一方の面の枠体５９０上に、枠体５９０の幅の略半分の幅で円弧状に形成され、円弧状の金属導体の一端が一方のヒンジ５９０ｂ１上をその延長方向に向けて延伸され、振子５９０ａの中心部を超えた後にその中心部に向けて鈎状に折り返された形状で形成されている。円弧状の振子導体Ａは、トルカ電流の一方の入出力端部を構成する。

振子導体Ｂが、一方の面上で、振子５９０ａの中央部に位置する振子導体Ａの端部から振子５９０ａの中心を挟んで、後述するボビン導体同士の間隔と略等しい間隔を空けた位置から振子１０ａの外縁部に向けて振子導体Ａと同じ幅で形成されている。更に振子導体Ｂは、一対のヒンジ５９０ｂ１，５９０ｂ２の間の位置で振子５９０ａの外縁部の側面を伝わって他方の面まで連続して形成されている。他方の面上の振子導体Ｂの形状は上記した一方の面上の形状と同じである。振子導体Ｂは、左右２つのトルカコイル５９７を直列に接続する。

振子導体Ｃが、上記した振子導体Ａと略同じ形状で他方の面上に形成される。振子導体Ｃの端部が、一方の面の枠体５９０上に枠体５９０と略等しい幅で円弧状に形成される。一方の面の振子導体Ｃの端部と他方の面の振子導体Ｃとは、枠体５９０の内径側の側面を伝わって連続して形成される。円弧状の振子導体Ｃは、トルカ電流の他方の入出力端を構成する。静電容量検出電極Ｄが、振子５９０ａの一方の面上で振子５９０ａの外縁に沿って円弧状に形成され、更にヒンジ５９０ｂ２上を伝わって、枠体５９０上に枠体５９０の外周部に沿って枠体５９０の幅の略半分の幅で円弧状に端部が形成されている。

また、静電容量検出電極Ｅが、振子５９０ａの他方の面上で、静電容量検出電極Ｄと同様に形成されている。更に静電容量検出電極Ｅは、枠体５９０の内径側の側面を伝わって枠体５９０の一方の面上まで連続し、枠体５９０の一方の面上に枠体１０と略等しい幅で円弧状に端部が形成されている。枠体５９０の一方の面上の静電容量検出電極Ｄ，Ｅのそれぞれの端部は図示しないサーボアンプに接続される。

以上述べた各振子導体は、石英ガラスから成る枠体５９０、振子５９０ａ、ヒンジ５９０ｂ１，５９０ｂ２の表面に金（Ａｕ）がスパッタリング若しくは真空蒸着された薄膜で形成される。前述した直線運動式加速度センサと揺動運動式加速度センサにおいて、両者の基本構造の違いを可動部の弾性支持方法で分類できる。直線運動式は可動部の移動方向を軸芯として、この軸芯の円周方向にばねが配置される。揺動運動式は一端を固定端として、もう一方を自由端とする片持ちはりによって可動部が支持される構造である。

特開2006-283966号公報 特開2007-155038号公報 特開2004-205284号公報 特開2010-96509号公報

特許文献１に開示された直線運動式加速度センサの場合、基本動作原理・構造に起因する生産技術面での大きな課題があった。図１２（ａ）はフロント側ディスク状ばねの形状を示す正面図、図１２（ｂ）は前述したセンサ全体図（図１１）からフロント側パネル２６、固定側電極２５などを取り外した正面断面図である。図１２（ｃ）は図１２（ｂ）のA部拡大図で、可動側電極２４が軸方向に変形した状態を示す図である。

フォースコイル１６a、及び、検定コイル１６bの各端子と外部に設置された制御回路を繋ぐためには、４本の導通路を必要とする。さらに可動側電極２４と変位検出器３１（図１１）を繋ぐ導通路を含めると、総計５本の独立した導通路が必要である。前記２つのコイルと前記可動側電極は軸方向に移動するため、５本の端子と外部固定部の間をリード線で連結することはできない。そのため、図１２（ａ）、図１２（ｃ）に示すように、５本の導通路はフロント側ディスク状ばね２０、及び、リアー側ディスク状ばね２１を利用して形成する。すなわち、２つのディスク状ばね２０、２１は可動部（コイルボビン１７、可動側電極２４等）の弾性支持と、前記５本の独立した導通路を兼ねて形成される。

図１２（ａ）において、３４a、３４b、３４cはフロント側ディスク状ばね２０の外周側固定部である。この３つの外周側固定部は鎖線円AAで示すように、電気的絶縁を図るために、円周方向の３箇所で切断されている。３５a、３５b、３５cは前記フロント側ディスク状ばねの内周側ばね部である。この３つの内周側ばね部は鎖線円BBで示すように、電気的絶縁を図るために、円周方向の３箇所で切断されている。３６a、３６b、３６cは各コイル端子と前記内周側ばね部を導通させるための半田付け部である。図１２（ｃ）には、検定コイル１６bの端子と内周側ばね部３５cを半田付け部３６cで導通させた状態を示している。ちなみに、サーボ型加速度センサに用いられるコイル線径は、たとえば、30μm程度の極細線である。

すなわち、従来サーボ型加速度センサは、基本動作原理・構造に起因する生産技術面での課題として、ディスク状ばねとコイル間の「切断・絶縁・半田付け」の工程を必要とする。この複雑な工程が、量産時における歩留まりを低下させ、信頼性を低下させる主要因となっていた。長期信頼性を考慮したとき、直線運動式加速度センサに適用される小径のディスク状ばねは、金属材料でなければならない。その理由として、センサの性能面から可動部の慣性質量とばね剛性で決まる機械的共振周波数は充分に低く、ばね剛性の値は小さく設定する必要がある。小径のディスク状ばねは、小さな外力で大きく変形する。そのため、揺動運動式加速度センサで用いられているような非金属材料（たとえば、石英ガラス）と導電性薄膜（導通路）を組み合わせた構造の採用は困難である。

特許文献４に開示された従来揺動運動式加速度センサが、スパッタリング、真空蒸着などの高額な加工設備を必要とする薄膜工法を用いる理由は、(i)揺動運動する一対のトルカコイルと外部制御回路を繋ぐ導通路、(ii)揺動運動する振子５９０aの表面に形成された静電容量電極と外部制御回路を繋ぐ導通路、上記(i)(ii)を必要とするからである。上記複数の独立した導通路は弾性変形する肉薄のヒンジ５９０ｂ１，５９０ｂ２を利用して、その表面に薄膜形成されていた。図１５に振子５９０aが揺動運動する状態を拡大して示す。

この方法以外に、たとえば、細い複数の導線（ワイヤー）を、運動部材側と固定部材側に半田付け、あるいは導電性接着剤などで連結する方法を想定する。この場合、ワイヤーの変形に伴うばね負荷が、前記ヒンジ部のばね剛性に並列に加わることになり、機械的共振周波数に影響を与える。またワイヤーに加わる繰り返し応力による疲労破壊など、信頼性の低下は回避できない。

したがって、直線運動式、あるいは揺動運動式のいずれのサーボ型加速度センサにおいても、可動部材側と固定側を繋ぐ複数信号を流す導通路は、両者を連結する弾性部材を利用して形成せざるを得ない。その結果、複雑な構造と生産工法を必要とするため、コスト高となり、量産時における歩留まり・信頼性を低下させる大きな要因となっていた。

アクティブ除振台を構成する一例として、４点支持アクティブ制御を想定する。この場合、アクチュータは四隅に配置され、アクチュータの設置向きは、水平X方向に2点、Y方向に2点が対角に配置される。また各アクチュータはZ方向の荷重を支持するアクチュータも組み込まれる。さらに、したがって、総計８個のアクチュータが配置され、各アクチュータの制御するための８個の加速度センサが必要である。さらに床面の加速度を検出するセンサを含めると、総計９個の高価な加速度センサが必要である。したがって、多軸制御のアクティブ除振台の場合、必要とされる加速度センサ個数の多さゆえに、全体に占めるコスト比率が高いという深刻な課題があった。

前述したように、歩留まり低下の主要因である配線処理の難しさは、可動部のコイルが動くことに起因するムービング・コイル式（MC式）の不可避の課題である。本発明は、この課題をもたらす原点に立ち戻り、サーボ型加速度センサのアクチュエータ部は、３つの要素、すなわち、「永久磁石」、「コイル」、「ヨーク材」で閉ループ磁気回路を形成することに注目した。この３つの要素のひとつである「コイル」が固定されるならば、ムービング・コイル式（MC式）の宿命的課題、すなわち、歩留まり低下の主要因である配線処理の難しさは一挙に解決される。

本実施形態は、永久磁石が動き、コイルが固定されるがゆえに極細線処理が不要なムービング・マグネット式（MM式）に着目した。従来サーボ型加速度センサはコイルが軸方向に直線移動する、あるいは揺動運動式するムービング・コイル式（MC式）であるのに対して、本実施形態ではコイルは固定されて永久磁石が軸方向に移動する。しかして、MM式のサーボ型加速度センサは過去に前例を見ない。その理由として、 「MM式は可動部の慣性質量が増大するために、 高周波域の伝達特性・高速応答性が不利になる」 という暗黙の前提とも言うべき固定観念（盲点）があった、と思われる。本発明は、以下示す工夫によりこの「盲点」を突いたものである。すなわち、本実施形態では、 (i)可動部の軽量化が図れる磁気回路の構成 (ii)漏れ磁束の影響を低減する磁極形状 (iii)コイル収納容積増大を利用して、発生力UPと発熱抑制を両立するコイル仕様 などの工夫により、MM式の弱点を解消すると共に、MC式を凌駕するセンサ性能を実現することができた。

しかして、本願第１の発明のサーボ型振動検出器は、固定部材と、この固定部材に対して所定方向に移動可能に設けられた可動部材と、前記固定部材に対して前記可動部材が空隙部を介して配置されるように支持する弾性支持部材と、前記可動部材の所定方向の変位を検出する変位検出部と、前記変位検出部で前記可動部材の原点位置からの相対変位が検出された場合に、前記可動部材を原点位置に戻す発生力が生じるようにサーボアンプにより駆動される駆動手段と、前記可動部材に設けられた可動側電極と、前記可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられた固定側電極と、を備え、前記変位検出部が、前記可動側電極と前記固定側電極間の空隙部で形成される静電容量を検出するように構成されており、前記可動部材が、軸方向に着磁された永久磁石と、前記永久磁石を軸方向に挟んで磁束が流れるようにそれぞれ配置されたフロント側ポールピース、及び、リアー側ポールピース部を含むボールピースと、を具備し、前記フロント側ポールピース部の外周側と前記固定部材の内周側の空隙部内で前記固定部材側に固定されたフロント側コイルと、前記リアー側ポールピース部の外周側と前記固定部材の内周側の空隙部内で前記固定部材側に固定されたリアー側コイルと、をさらに備え、前記駆動手段が、前記永久磁石、前記フロント側ポールピース部、前記固定部材、前記リアー側ポールピース部、及び、前記永久磁石で閉ループ磁気回路を形成することで、前記可動部材を軸方向に移動させる電磁気力を発生させるように構成されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は軸方向に着磁された永久磁石を挟み、フロント側とリアー側にポールピース部を装着して、それぞれの前記ポールピース部と対向する固定側にコイルを配置することで、MM式加速度センサの駆動手段（アクチュエータ）を構成したものである。

性能面で、たとえば、アクチュエータの発生力を評価すれば、外径を大きく設定できるポールピース部の外周部に、MC式の2個分のコイルボビンを設置できるために、コイル収納容積を大きくとれる。そのため、太い線径コイルを用いて、発熱を伴う電気抵抗を増加させないで、多くのコイル巻数を設定できる。発生力はコイル巻数に比例するために、慣性質量増加分を補う発生力を必要とするMM式の弱点が解消されるのである。

生産性の観点から評価すれば、軸方向着磁の永久磁石を用いた可動部の構造は、半径方向着磁の磁石を用いた構造と比べて、量産時の組立が容易である。また、ポールピース部外径を大きくできるために、可動部を両端で支持するディスク（前記弾性支持部材）を安定に設置できる。そのため、センサ本体の軸芯に対するディスク面と可動電極面の垂直度が高い精度で得られる。

本願第２の発明のサーボ型振動検出器は、前記可動部材の軸心をZ軸として、前記永久磁石の軸方向中心部で前記Z軸と直交するX軸を設定した場合に、前記フロント側ポールピース部と前記リアー側ポールピース部、及び、前記フロント側コイルと前記リアー側コイル、及び、前記固定部材の前記フロント側と前記リアー側は前記Z軸に対して概略軸対称で構成され、かつ、前記X軸に対して概略鏡面対称で構成されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、永久磁石を中心部に設置して、アクチュエータ部を「軸対称・鏡面対称」に構成したものである。前記フロント側ポールピース部と前記リアー側ポールピース部の外径、軸方向長さも対称に構成する。フロント側とリアー側の前記コイル、前記固定部材も同様に対称に構成する。品質面で、たとえば、熱膨張が部材の熱変形に与える影響を評価したとき、発熱源であるコイルの軸対称・鏡面対称構造は、熱膨張対策に極めて有効である。従来センサである揺動式の場合は、一端を固定端とする振り子構造であり、非鏡面対称構造であるがゆえに、熱膨張による各部材の変形がセンサ特性に与える影響は回避できない。

本願第３の発明のサーボ型振動検出器は、前記フロント側コイルと前記リアー側コイルに働く電磁気力によって、前記可動部材に働く力が同一方向になるように前記フロント側コイルと前記リアー側コイルのそれぞれのコイルの巻線方向が設定されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は永久磁石を挟んで装着されたフロント側とリアー側にポールピース部と対向する固定側に、独立したコイルを配置している。閉ループ磁気回路B_Mは、「永久磁石→フロント側ポールピース部→フロント側磁気空隙部→コイル側ヨーク材→リアー側磁気空隙部→永久磁石」の順路で形成される。フロント側コイルはフロント側磁気空隙部に配置され、リアー側コイルはリアー側磁気空隙部に配置されている。そのため、各コイルを貫く磁束の方向は逆である。各コイルに働く電磁気力によって、前記可動部材に働く力が同一方向になるように各コイルの巻線方向（時計回りと反時計回り）を設定すれば、発生力は２つの電磁気力の総和となる。

本願第４の発明のサーボ型振動検出器は、前記フロント側ポールピース部、及び、前記リアー側ポールピース部は中空部材で構成されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は磁束が流れる磁路を構成するポールピース部は、磁気飽和現象が生じない断面積を有する中空形状で構成したものである。閉ループ磁気回路を流れる磁束Φは一定であり、磁路の断面積をSとすれば磁束密度B（=Φ/S）である。磁気飽和現象が生じない断面積Sとなるように、中空部の内径を設定することで、同一の発生力を維持したままで可動部の軽量化が図れる。

本願第５の発明のサーボ型振動検出器は、前記可動側電極が、前記フロント側ポールピース部、あるいは、前記リアー側ポールピース部の一方、又は両方の端部に非導電性材料を介して固定されており、前記可動側電極の対向面に前記固定側電極が配置されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、可動側電極は非導電性材料を介してポールピース部端部と固定したものである。渦電流が流れるポールピース部と完全な電気的な絶縁を図ることで、電極間の微小な静電容量信号を処理することができる。

本願第６の発明のサーボ型振動検出器は、前記弾性支持部材は前記可動側電極の静電容量信号を伝達する導通路を兼ねており、その外周部で非導電性材料を介して前記固定部材に固定されていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、可動部材を支持する前記弾性支持部材（ディスク）は微小な静電容量信号を伝達する導通路を兼ねている。前記固定部材には渦電流が流れるために、前記弾性支持部材の外周部は、非導電性材料を介して前記固定部材に固定したものである。

本願第７の発明のサーボ型振動検出器は、前記可動側電極が、前記フロント側ポールピース部の端部に非導電性材料を介して固定されたフロント側可動側電極と、前記リアー側ポールピース部の端部に非導電性材料を介して固定されたリアー側可動側電極と、を具備し、前記固定側電極が、前記フロント側可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられたフロント側固定側電極と、前記リアー側可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられたリアー側固定側電極と、を具備し、前記フロント側可動側電極と前記フロント側固定側電極との間と、前記リアー側可動側電極と前記リアー側固定側電極との間のそれぞれの電極間で形成される２つの静電容量差を検出することで、差動式センサを構成したことを特徴とするものである。

この構成により、前記弾性支持部材は前記可動側電極と電気的な導通を図ることができる。また、前記弾性支持部材と前記可動側電極は、共に前記ポールピース部と電気的絶縁を図ることができる。

本願第８の発明のサーボ型振動検出器は、前記フロント側コイルと前記リアー側コイルの引き出し線を収納される複数個の溝部が前記固定部材の内周面に形成されており、前記複数個の溝部の円周方向位置は軸対称であることを特徴とする。

本発明であれば、太い線径コイルを用いて、発熱を伴う電気抵抗を増加させないで、多くのコイル巻数を設定できるとともに、半径方向着磁の磁石を用いた構造と比べて、量産時の組立が容易なサーボ型振動検出器を提供できる。

本発明の実施形態１に係るサーボ型加速度センサの正面断面図。 スパイラル形状で構成されたリアー側ディスクと支持部材を示す外観図。 本実施形態センサの部品構成を示す解体図。 MM式センサのアクチュエータ部のモデル図。 MM式センサの数値解析結果。 従来MC式センサのアクチュエータ部のモデル図。 従来MC式センサの数値解析結果。 本発明の第２実施形態に係る差動式サーボ型加速度センサであり、図８（ａ）は正面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のAA矢視図。 従来のアクティブ除振台のモデル図。 従来静電容量型加速度センサの基本構成と検出原理を示すモデル図。 従来の直動運動式加速度センサの具体構造例を示す正面断面図。 従来の直動運動式加速度センサにおいて、図１２（ａ）はフロント側ディスク状ばねの形状を示す正面図、図１２（ｂ）は図１１からフロント側パネル２６、固定側電極２５などを取り外した正面断面図、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）のA部拡大図。 従来の揺動運動式加速度センサの一例を示す正面断面図。 揺動運動式加速度センサの振子の平面図を示し、図１４（ａ）は振子の一方の面、図１４（ｂ）は他方の面を示す図。 揺動運動式加速度センサの振子が揺動運動する状態を拡大して示す図。

[第１実施形態] 軸方向着磁の永久磁石
図１は、本発明の実施形態１に係るサーボ型加速度センサの正面断面図である。図２はスパイラル形状で構成されたリアー側ディスクと支持部材を示す外観図、図３は本実施形態センサの部品構成を示す解体図である。図１における鎖線AA部は可動部を軸方向に駆動するムービング・マグネット型（MM型）のアクチュータ部である。鎖線BB部は静電容量を検出する変位検出部を示す。MM式サーボ型加速度センサは本発明者らによって既に出願中である。本実施形態は既出願には開示しなかった新たなMM式センサ構造を提案するものである。以下、その具体構造を、アクチュエータ部、変位検出部に分けて説明する。

[1] 本実施形態のセンサ構造
[1-1] アクチュータ部
８０１は軸方向に着磁された永久磁石、８０２aはフロント側ポールピース部、８０２bはリアー側ポールピース部、８０３はコイル側ヨーク材（固定部材）、８０４はコイルボビン、８０５はこのコイルボビンと前記コイル側ヨーク材の締結ボルト、８０６aはフロント側コイル、８０６bはリアー側コイルである。前記フロント側コイルと前記リアー側コイルに働くローレンツ力が同一方向になるように、各コイルの巻線方向が設定されている。８０７aと８０７bは、フロント側とリアー側ポールピース部８０２a、８０２bの中心部に形成された空隙部である。

前記フロント側ポールピース部と前記リアー側ポールピース部は、可動部の軽量化を図るために、段差付き中空形状で構成している。閉ループ磁気回路を流れる磁束Φは一定であり、磁路の断面積をSとすれば磁束密度B（=Φ/S）である。永久磁石から離れる程、磁束Φは小さく、磁束密度も小さくなるために、ポールピース部の開口端近傍のスリーブの厚みは、磁気飽和現象が生じない断面積の範囲で薄くしている。

８０８aはフロント側磁気空隙部、８０８bはリアー側磁気空隙部であり、それぞれ前記２つのポールピース部と前記コイル側ヨーク材間の半径方向の空隙を示す。「永久磁石８０１→フロント側ポールピース部８０２a→フロント側磁気空隙部８０８a→コイル側ヨーク材（固定部材）８０３→リアー側磁気空隙部８０８b→永久磁石８０１」により閉ループ磁気回路B_Mを形成している。８０９aは前記ポールピース部のフロント側内周支持部材、８０９bはリアー側内周支持部材である。このフロント側とリアー側内周支持部材は非導電性材料で構成される。前記フロント側内周支持部材と前記リアー側内周支持部材は前記ポールピース部８０２a、８０２bに予め接着固定されている。８１０aはフロント側ディスク、８１０bはリアー側ディスク、８１１は可動側電極である。８１２はフロント側内周支持部材８０９aの内周側と可動側電極８１１の間に形成されたねじ締結部である。フロント側ディスク８１０aの内周側は、フロント側内周支持部材８０９aと可動側電極８１１の間でねじ締結によって挟持される。８１３はリアー側留め具、８１４はリアー側内周支持部材８０９bの内周側と前記リアー側留め具の間に形成されたねじ締結部である。リアー側ディスク８１０bの内周側は、フロント側同様に、前記リアー側内周支持部材と前記リアー側留め具の間でねじ締結によって挟持される。

図３のAA部に示すように、フロント側ディスク８１０aの外周側は、絶縁シート８１５a、絶縁シート８１５bを表裏に挟み、ワッシャー８１６を介在して、ボルト８１７によりコイル側ヨーク材８０３に締結される。リアー側ディスク８１０bの外周側は、ワッシャー８１８a、ワッシャー８１８bを表裏に挟み、ボルト８１９によりコイル側ヨーク材８０３に締結される。後述する差動式への変換を考慮するならば、センサ本体の互換性を持たせるために、リアー側ディスク８１０bの外周側固定は、フロント側同様に前記絶縁シートを適用すればよい（図示せず）。

本実施例の可動部は、主に永久磁石８０１、ポールピース部８０２a、８０２b、及び、可動側電極８１１、リアー側留め具８１３から構成される。固定部は各コイルが収納されたコイルボビン８０４、コイル側ヨーク材８０３から構成される。本実施形態の加速度センサでは、上記可動部の駆動手段は、既提案中のムービング・マグネット式を改良した構造を用いている。良く知られているように、磁界中に置かれた導体に電流が流れると、電磁力であるLorentz力が発生する。あらゆるアクチュータは、その駆動原理の種類に関わらず、固定側と移動側の力関係は相対的である。すなわち、固定側と移動側のいずれか一方を固定すれば、もう一方が移動する。本実施例では、コイルボビン８０４に収納されたフォースコイル８０６a、８０６bに電流が流れると、可動部を軸方向に移動させるLorentz力の反力が発生する。

図２に、本実施形態で適用したスパイラル形状で構成されたリアー側ディスクと支持部材を示す外観図を示す。フロント側ディスクも同様である。

[1-2] 変位検出部
図１における変位検出部（鎖線BB部）において、８２０は固定側電極、８２１は絶縁リング、８２２は固定リング、８２３は前記固定側電極の中心部に形成された中心貫通穴である。固定側電極８２０は前記絶縁リングを介在して、前記固定リングに対して挟持される。８２４は固定側電極の位置決めボルト、８２５はコイル側ヨーク材８０３と前記固定リングの境界部に形成されたテーパ部（後述）である。固定側電極８２０と可動側電極８１１の電極間隙間を設定後、位置決めボルト８２４により、コイル側ヨーク材８０３に対して、固定リング８２２は固定される。

[2] センサ本体の組立
[2-1] ユニットの構成
図３は本実施形態センサの部品構成を示す図である。本実施形態の加速度センサは、複数部品で構成される下記ユニットを基本として、これらのユニットに単体部品をボルト締結して構成される。
（i）固定電極側ユニット８５１・・・固定側電極８２０、絶縁リング８２１、固定リング８２２から構成
（ii）可動部材ユニット８５２・・・フロント側ポールピース部８０２a、フロント側内周支持部材８０９a、永久磁石８０１、リアー側ポールピース部８０２b、リアー側内周支持部材８０９bから構成
（iii）コイルユニット８５３・・・コイルボビン８０４、フロント側フォースコイル８０６a、リアー側フォースコイル８０６bから構成。
固定電極側ユニット８５１と可動部材ユニット８５２は、予め複数部品を接着剤で固定して構成されている。

[2-2] ユニットと各単体部品のボルト締結
各ユニットが構成できた段階で、各ユニットと単体部品間のボルト締結作業となる。コイルユニット８５３はコイル側ヨーク材（固定部材）８０３の中心部に挿入した状態で、締結ボルト８０５により、円周方向の複数箇所で固定される。

可動部材ユニット８５２の左端部は、フロント側ディスク８１０aを挟持した状態で、可動側電極８１１がフロント側内周支持部材８０９aに対してねじ固定される。フロント側ディスク８１０aの外周部は、コイル側ヨーク材８０３と前記ディスク間の電気的絶縁を図るために、前記絶縁シート８１５a、８１５bを表裏に挟んで、コイル側ヨーク材８０３にねじ締結される。可動側電極８１１と可動部材ユニット８５２をネジ締結にすることにより、厚みが不均一になり易い従来MC式の接着工法と比べて、前記可動部材ユニットの軸芯に対する可動側電極８１１の電極面の直角度、及び、フロント側ディスク８１０aの直角度を高い精度で確保できる。

同様に可動電極側ユニット８５２の右端部は、リアー側ディスク８１０bを挟持した状態で、リアー側留め具８１３によりねじ締結される。リアー側ディスク８１０bの外周部は、コイル側ヨーク材８０３と前記ディスク間の電気的絶縁を図る必要が無いために、前記金属製ワッシャー８１８a、８１８bを表裏に挟んで、コイル側ヨーク材８０３に固定される。但し、後述する差動式（第２実施形態）と互換性を持たせるために、金属製ワッシャー８１８の代わりに前記絶縁シート８１５a、８１５bを用いてもよい。

[2-3] 固定側電極をネジ固定
上記[2-2]の工程により、アクチュータ部の組み立てが終了後、変位検出部の電極間隙間設定を行う。電極間隙間の絶対値、及び、隙間の傾斜角は、高倍率カメラなどの光学的手段で、２つの電極の外表面から電極間のスリット（隙間）を計測する。固定電極側ユニット８５１を把持した状態で、固定電極８２０の軸方向位置、角度を微調整できる治具を用いて、所定の電極間隙間となるように、固定リング８２２を位置決めボルト８２４によりネジ固定する。

上記方法の代わりに、本発明者らはMM式の構造上の特徴を利用した下記のような電極間隙間調整方法を別出願により提案している。すなわち、MM式の軸両端開放構造を利用して、可動部材ユニット８５２を両端から治具を用いて固定する。この状態で、電極間隙間に隙間調整シートを挿入する。かつ、固定側電極８２０を可動側電極８１１に押圧した状態を保ちながら、固定側電極を位置決めボルト８２４によりネジ固定する（上記工法は図示せず）。いずれの方法でも、本発明のセンサ構造により、接着剤を用いない電極間隙間調整、及び、センサ本体のボルト締結による組立が実現できる。

[3] センサ本体の品質評価
上記工程を終えて、生産品は基本性能評価、あるいは、信頼性評価などを実施できる段階となる。上記評価段階で生産品に不具合が見出された場合は、「センサ本体の解体→要因究明→対策→再組立→再評価」の基本サイクルを廻せばよい。

図３の本実施形態センサの解体図に示すように、本実施形態センサが解体可能な箇所は固定電極側ユニット８５１だけではない。複数部品で構成される上記ユニット単位、及び、個々の単品部品までセンサ本体を解体できる。生産品の品質不具合は、解体後の各ユニット、及び、単品部品の下記内容について、検査すればよい。

たとえば、電極間の狭い隙間に浮遊する塵挨、部品加工精度、各部品の基本仕様（前記フロント側とリアー側ディスクの剛性、前記永久磁石の磁化特性）、組立精度（磁気回路の空隙部 etc.）、電気的絶縁特性（前記フロント側ディスクの絶縁材料による支持部材８１５、８１６etc.）などを詳細に検査すればよい。その結果、不具合要因を迅速に究明できて、各部品の再加工・再利用も可能となる。従来サーボ型加速度センサの場合、電極間隙間調整工程のみならず、不具合発生時の要因究明は容易ではない。多くの場合、生産品本体を廃棄せざるを得ない場合が多い。

本発明の加速度センサでは、品質の評価後、量産仕様が確実に満足できることを確認できれば、さらなる長期信頼性を確立するために、各ネジ締結箇所における締結ボルトの緩み止め防止に、接着剤を用いてもよい。たとえば、所定の電極間隙間となるようにボルト締結されている固定リング８２２とコイル側ヨーク材８０３の接合部において、両部材に接着剤塗布するテーパ部８２５（図１の鎖線円）を別途設けてもよい。この場合は、最終段階で締結ボルト８２４を離脱させてもよい。

[4]数値磁場解析
[4-1] 解析結果
以下、本実施形態のMM式センサのアクチュエータ部の磁束密度分布を求めた結果を、従来MC式と対比して示す。図４はMM式センサのアクチュエータ部のモデル図、図５はMM式センサの数値解析結果、図６は従来MC式センサのアクチュエータ部のモデル図、図７は従来MC式センサの数値解析結果である。MM式の数値解析結果から、その磁束密度分布は軸対称・鏡面対称であり、かつ磁束密度の大きさは永久磁石から離れる程、小さくなることが分かる。磁界中に配置されたコイルの巻数と電流値から、発生力（Lorentz力）が求められる。

解析条件は、MM式はコイル線径Φ0.05mm、コイル巻数は2400ターン（２個分）、永久磁石はネオジムである。MM式はコイル線径Φ0.03mm、コイル巻数は1000ターン、永久磁石はサマリウムコバルトである。

[4-2] 発生力と電気抵抗
MM式の可動部質量はMC式と比較して2.29倍であるが、発生力はそれを上回り2.77倍である。すなわち、可動部質量がMC式と比べて増大するMM式の弱点が解消されることが分かる。また、MM式のコイル巻数はMC式と比べて2.4倍であるが、コイル収納容積を大きくとれる構造上の特徴を利用して、コイル電気抵抗の増大を抑制している。すなわち、MM式はMC式と比べてコイル線径を大きく、コイル断面積を2.78倍にすることで、発熱に繋がるコイル電気抵抗Rの増大を抑制している。

[5] 本実施形態の特徴
[5-1] 基本構造の概要
本実施形態は軸方向に着磁された永久磁石を挟みこむようにフロント側とリアー側にポールピース部を配置して、かつ、それぞれの前記ポールピース部と対向する固定側にコイルを設置することで、MM式加速度センサの駆動手段（アクチュエータ）を構成したものである。すなわち、永久磁石を中心部に設置した「軸対称・鏡面対称」のアクチュエータ構造である。

[5-2] 本実施形態の特徴
１．性能面の効果
たとえば、アクチュエータの発生力を評価すれば、外径を大きく設定できるポールピース部の外周部に、MC式２個分のコイルボビンを設置できるために、コイル収納容積を大きくとれる。そのため、太い線径コイルを用いて、発熱を伴う電気抵抗を増加させないで、多くのコイル巻数を設定できる。発生力はコイル巻数に比例するために、慣性質量増加分を補う発生力を必要とするMM式の弱点が解消されるのである。

ポールピース部外径は永久磁石外径と同一にできるために、径方向に着磁したアクチュエータ構造と比べて、ポールピース部外径は大きくできる。可動部の軽量化を図るために、ポールピース部を中空形状にして、その肉厚を充分に薄くしても充分な磁路面積を設定できるために磁気飽和が生じにくい。

さらに、可動部の軸方向を流れる磁束は、永久磁石から離れる程小さいため、図１に示すように、中空ポールピース部の肉厚を端部に近い程薄くすれば、磁気飽和を生じることなく、さらなる可動部の軽量化が図れる。永久磁石は貫通穴構造でもよい（図示せず）。また、ポールピース部の両端部の外径を大きくできるために、可動部材を中心部で高剛性支持できる。従来MC式のようなディスクの切断も不要であり、ディスクの半径方向の有効支持長さを大きくとれる。したがって、可動部材を動力学的に安定支持できるのである。

２．生産性向上効果
生産性の観点から評価すれば、軸方向着磁の永久磁石を用いた可動部は、半径方向着磁の磁石と比べて、量産時の組立が容易である。また、ポールピース部外径を大きくできるために、可動部を両端で支持するディスク（前記弾性支持部材）を安定に設置できる。そのため、センサ本体の軸芯に対するディスク面と可動電極面の垂直度が高い精度で得られる。

また本実施形態センサは、複数部品で構成されるユニット単位、及び、個々の単品部品まで、ボルト締結作業を基本にした接着剤レス工法が適用できる。性能評価段階で生産品に不具合が見出された場合は、「センサ本体の解体→要因究明→対策→再組立→再評価」の基本サイクルを、迅速に廻すことができる。したがって、従来MC式と比べて、生産歩留まりの大幅な向上が図れる。

３．品質面の効果
品質面で、たとえば、熱膨張が部材の熱変形に与える影響を評価したとき、発熱源であるコイルの軸対称・鏡面対称構造は、熱膨張対策に極めて有効である。図５に示す本実施形態MM式、図７に示す従来MC式の数値解析結果を比較すればわかるように、本実施形態MM式アクチュエータ部は完全な鏡面対称の磁束密度分布になる。また、本実施形態MM式の場合、左右対称に配置されたコイルも発熱源となるために、熱分布も鏡面対称分布になる。従来センサである揺動式（図１３）の場合は、一端を固定端とする振り子構造であり、非鏡面対称構造であるがゆえに、熱膨張による各部材の変形がセンサ特性に与える影響は回避できない。従来MC型（図１１）の場合は、軸対称構造であるが鏡面対称構造ではない。

[第２実施形態] 差動式に本発明を適用
図８は、本発明の第２実施形態に係る差動式サーボ型加速度センサであり、図８（ａ）は正面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のAA矢視図である。

[1] 差動式センサへの変換
本実施形態では、左右の出力軸がいずれも開放端になる直動型MM式の構造上の特徴に注目して、静電容量を検出する電極を左右２箇所に設けることにより、差動式の静電容量式センサを構成したものである。加速度センサを差動式にすることにより、センサ出力がノイズ、ドリフトなどの外乱信号の影響を受けにくい高分解能センサが実現できる。差動式により高分解能化が図れる理由は、180度の位相差がある２つの主信号の差をとることで、ノイズ、ドリフトなどの外乱信号がキャンセルされるからである。

図８（ｂ）において、想像線Bで示す部分が第1実施形態センサに付加する箇所である。第1実施形態センサを差動式に変換（Version up）する作業は容易である。最初に第1実施形態センサからリアー側留め具８１３（図１）を離脱して、代わりに可動側電極８１１Rを装着する。次に電極間の隙間調整工程を経て、固定電極R側ユニット８５１Rを位置決めボルト８２４Rで固定すればよい。前記固定電極R側ユニットは、固定側電極８２０a、絶縁リング８２１R、固定リング８２２Rから構成される。

[2] 軸対称・鏡面対称構造
本発明センサを差動式にすることで、アクチュエータ部、変位検出部を含むセンサ全体を軸対称・鏡面対称構造にできる。本実施形態では、固定部材に形成する溝部、締結ボルトなども円周方向で等分割に形成・配置することで、完璧な軸対称構造を実現している。センサ本体を構成する各部品は、熱膨張率の異なる材料で構成される。たとえば、加速度センサが常温よりも高い環境温度に設置された場合、センサ本体は構成部品の熱膨張率の違いによって３次元的に熱変形する。本実施形態センサでは、電極間隙間が熱変形によって変化しても、軸対称・鏡面対称構造ゆえに、左右の電極間隙間が変化する分布も同一となる。したがって、センサ出力は部材の熱変形の影響を回避できるのである。前述したように、従来の揺動式加速度センサ（図１３）の筐体部には、低熱膨張材料であるインバー合金が用いられている。しかし、インバー合金は難加工性材料であり、生産性とコスト面での課題は大きい。本発明センサは、熱膨張の影響をMM式の特徴を活かし、センサ構造面の工夫で回避しているため、磁性材料の種類に大きな制約は無く、おおいにコストダウンが図れる。

図８（ｂ）は図８（ａ）のAA矢視図であり、８０５a、８０５b、８０５cはコイルボビン８０４をコイル側ヨーク材（固定部材）８０３に固定する締結ボルトである。８２６a、８２６b、８２６cはコイル側ヨーク材８０３の内周面で軸方向に形成された溝部である。８２７a、８２７b、８２７cは前記コイル側ヨーク材に形成されて、前記溝部に開口部を有する半径方向貫通穴である。図８（ｂ）において、８２８はフロント側フォースコイル８０６aとリアー側フォースコイル８０６bの引き出し線である。引き出し線８２８は、溝部８２６aに沿って軸方向に配置され、半径方向貫通穴８２７aを経て外部に導かれる。

本実施形態では、コイル側ヨーク材（固定部材）８０３の内面に形成された前記３個の溝部と前記貫通穴は、円周方向で120度の間隔で３等分して形成されている。またコイルボビンを固定する前記締結ボルトも同様である。これらを円周方向で３等分した理由は、軸対称構造を維持するためである。フォースコイル（検定コイルも含む）の引き出し線として利用するのは、溝部８２６aと貫通穴８２７aの各1箇所でよい。電極間の静電容量を検出するための、可動側電極からの信号線は他の溝部を利用してもよい（図示せず）。コイルの引き出し線と電極の信号線の有無は、熱膨張による部材の変形に影響を与えない。前記溝部と前記貫通穴の個数には制約がなく、未使用であっても軸対称に配置されていればよい。溝部と貫通穴を軸対称に形成する本発明の効果は、差動式に限定されない。また鏡面対称構造でなくてもよく、軸対称構造センサならば、熱膨張による部材の変形に影響を低減できる。

８０１ 永久磁石
８０２a フロント側ピース部
８０２b リアー側ピース部
８０３ 固定部材
８０６a フロント側コイル
８０６b リアー側コイル
８１０a、８１０b 弾性支持部材
８１１ 可動側電極
８２０ 固定側電極

Claims (8)

1. 固定部材と、
   この固定部材に対して所定方向に移動可能に設けられた可動部材と、
   前記固定部材に対して前記可動部材が空隙部を介して配置されるように支持する弾性支持部材と、
   前記可動部材の所定方向の変位を検出する変位検出部と、
   前記変位検出部で前記可動部材の原点位置からの相対変位が検出された場合に、
   前記可動部材を原点位置に戻す発生力が生じるようにサーボアンプにより駆動される駆動手段と、
   前記可動部材に設けられた可動側電極と、
   前記可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられた固定側電極と、を備え、
   前記変位検出部が、前記可動側電極と前記固定側電極間の空隙部で形成される静電容量を検出するように構成されており、
   前記可動部材が、
   軸方向に着磁された永久磁石と、
   前記永久磁石を軸方向に挟んで磁束が流れるようにそれぞれ配置されたフロント側ポールピース、及び、リアー側ポールピース部を含むボールピースと、を具備し、
   前記フロント側ポールピース部の外周側と前記固定部材の内周側の空隙部内で前記固定部材側に固定されたフロント側コイルと、
   前記リアー側ポールピース部の外周側と前記固定部材の内周側の空隙部内で前記固定部材側に固定されたリアー側コイルと、をさらに備え、
   前記駆動手段が、前記永久磁石、前記フロント側ポールピース部、前記固定部材、前記リアー側ポールピース部、及び、前記永久磁石で閉ループ磁気回路を形成することで、前記可動部材を軸方向に移動させる電磁気力を発生させるように構成されていることを特徴とするサーボ型振動検出器。
2. 前記可動部材の軸心をZ軸として、前記永久磁石の軸方向中心部で前記Z軸と直交するX軸を設定した場合に、
   前記フロント側ポールピース部と前記リアー側ポールピース部、及び、前記フロント側コイルと前記リアー側コイル、及び、前記固定部材の前記フロント側と前記リアー側は前記Z軸に対して概略軸対称で構成され、かつ、前記X軸に対して概略鏡面対称で構成されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
3. 前記フロント側コイルと前記リアー側コイルに働く電磁気力によって、前記可動部材に働く力が同一方向になるように前記フロント側コイルと前記リアー側コイルのそれぞれのコイルの巻線方向が設定されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
4. 前記フロント側ポールピース部、及び、前記リアー側ポールピース部は中空部材で構成されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
5. 前記可動側電極が、前記フロント側ポールピース部、あるいは、前記リアー側ポールピース部の一方、又は両方の端部に非導電性材料を介して固定されており、
   前記可動側電極の対向面に前記固定側電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
6. 前記弾性支持部材は前記可動側電極の静電容量信号を伝達する導通路を兼ねており、その外周部で非導電性材料を介して前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
7. 前記可動側電極が、
   前記フロント側ポールピース部の端部に非導電性材料を介して固定されたフロント側可動側電極と、
   前記リアー側ポールピース部の端部に非導電性材料を介して固定されたリアー側可動側電極と、を具備し、
   前記固定側電極が、
   前記フロント側可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられたフロント側固定側電極と、
   前記リアー側可動側電極と対向して前記固定部材側に設けられたリアー側固定側電極と、を具備し、
   前記フロント側可動側電極と前記フロント側固定側電極との間と、前記リアー側可動側電極と前記リアー側固定側電極との間のそれぞれの電極間で形成される２つの静電容量差を検出することで、差動式センサを構成したことを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
8. 前記フロント側コイルと前記リアー側コイルの引き出し線を収納される複数個の溝部が前記固定部材の内周面に形成されており、前記複数個の溝部の円周方向位置は軸対称であることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。

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