JPH0654327B2 - 単一方向性加速度計およびそれを製造する方法 - Google Patents
単一方向性加速度計およびそれを製造する方法Info
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- JPH0654327B2 JPH0654327B2 JP60002604A JP260485A JPH0654327B2 JP H0654327 B2 JPH0654327 B2 JP H0654327B2 JP 60002604 A JP60002604 A JP 60002604A JP 260485 A JP260485 A JP 260485A JP H0654327 B2 JPH0654327 B2 JP H0654327B2
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- G01P2015/0825—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
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、単一方向性加速度計とそのマイクロ平版印刷
による製造法とに関する。その名の示すごとく、この単
一方向性加速度計は運動する物体の加速度の１つの成分
のみを測定することを可能にする。
による製造法とに関する。その名の示すごとく、この単
一方向性加速度計は運動する物体の加速度の１つの成分
のみを測定することを可能にする。
（従来の技術と問題点） 一般に加速度計は、運動質量ｍ（振り子）と、運動物体
の加速度ｙによる力Ｆ＝ｍｙを測定することを可能にさ
せる装置とを具備する。
の加速度ｙによる力Ｆ＝ｍｙを測定することを可能にさ
せる装置とを具備する。
現在商業的に入手可能な加速度計は、取外し可能な機械
部品を具備する。この種の加速度計は、各種の多数の構
成要素とその組立て体との位置決めの問題を含めて部品
製造技術が複雑である点を顧慮すると、そのサイズが極
めて大きくなる。
部品を具備する。この種の加速度計は、各種の多数の構
成要素とその組立て体との位置決めの問題を含めて部品
製造技術が複雑である点を顧慮すると、そのサイズが極
めて大きくなる。
それで、半導体技術を利用した技法で、同一の平らな基
板上に以上の多数の各種部品を一括製造するようにし、
上記加速度計コストを低減しかつそのサイズを小さくす
るようにしている。この種の加速度計の製作手順が、米
国電気電子学会(IEEE)紀要(Proceedings)（１９８２年
５月発行．第７０巻．第５号）中のケイ・ペイターゼン
（K.PATERSEN）の論文に記述されている。
板上に以上の多数の各種部品を一括製造するようにし、
上記加速度計コストを低減しかつそのサイズを小さくす
るようにしている。この種の加速度計の製作手順が、米
国電気電子学会(IEEE)紀要(Proceedings)（１９８２年
５月発行．第７０巻．第５号）中のケイ・ペイターゼン
（K.PATERSEN）の論文に記述されている。
第１図には、この手順に従って構成された加速度計部分
断面斜視図が示してある。この加速度計は、例えばくぼ
み４を有するけい素またはガラス製基板２を具備する。
この基板上２には、基板２内に形成されたくぼみ４上に
張出したシリカ、ドープを施したけい素または金属製の
ビームの形をしたたわみ性ビームすなわち薄い層６が、
例えば真空蒸着によって沈積形成される。方向Ｚで表示
される基板２の表面に垂直の方向に変形または運動する
ことができるこのビームは、その自由端に震動質量８を
支える。
断面斜視図が示してある。この加速度計は、例えばくぼ
み４を有するけい素またはガラス製基板２を具備する。
この基板上２には、基板２内に形成されたくぼみ４上に
張出したシリカ、ドープを施したけい素または金属製の
ビームの形をしたたわみ性ビームすなわち薄い層６が、
例えば真空蒸着によって沈積形成される。方向Ｚで表示
される基板２の表面に垂直の方向に変形または運動する
ことができるこのビームは、その自由端に震動質量８を
支える。
測定しようとするＺ方向加速度の成分に比例する質量８
の変位の測定は、ビームすなわち薄層６と基板２によっ
て画定されるコンデンサの容量の変化を測定して得る
か、またはこの薄層６に取り付けられた圧電抵抗素子を
利用するか、のいずれかによって行われる。
の変位の測定は、ビームすなわち薄層６と基板２によっ
て画定されるコンデンサの容量の変化を測定して得る
か、またはこの薄層６に取り付けられた圧電抵抗素子を
利用するか、のいずれかによって行われる。
上記の加速度計は、現在、けい素板を使用したものが多
いが、数多くの不利点を有する。とくにたわみ性ビーム
は、加速度が存在しない場合でさえ、ビームの曲げをも
たらす内部応力を生ずる可能性がある。制御することが
極めて困難なこれらの応力は、とくに、加速度計の製造
時に帰す場合が多い。さらに、これらの応力は、温度と
共に変化する。
いが、数多くの不利点を有する。とくにたわみ性ビーム
は、加速度が存在しない場合でさえ、ビームの曲げをも
たらす内部応力を生ずる可能性がある。制御することが
極めて困難なこれらの応力は、とくに、加速度計の製造
時に帰す場合が多い。さらに、これらの応力は、温度と
共に変化する。
さらなる不利点は、異なった膨張係数を有する異なった
材料が積層されているのでこれが原因している。
材料が積層されているのでこれが原因している。
さらにまた、たわみ性ビームに取り付けられた質量８の
中心がビーム軸線からずれていると、この形式の加速度
計は、方向ｙすなわち基板２の表面に平行な方向の加速
度の成分に対しても感受性を有する。しかし、すぐれた
指向性の加速度計は、測定されるべき加速度の単一成分
についてのみ感受性を有するものでなければならない。
加速度が存在しなくてもビーム内の応力により、ビーム
が曲がる場合には、更にこの現象が深刻化する。
中心がビーム軸線からずれていると、この形式の加速度
計は、方向ｙすなわち基板２の表面に平行な方向の加速
度の成分に対しても感受性を有する。しかし、すぐれた
指向性の加速度計は、測定されるべき加速度の単一成分
についてのみ感受性を有するものでなければならない。
加速度が存在しなくてもビーム内の応力により、ビーム
が曲がる場合には、更にこの現象が深刻化する。
さらにまた、加速度計の構成が非対称のため、質量８の
変位の示差的な測定を行うことが極めて困難である。し
かし、このような手順を経ずにビームの位置の精確な測
定を行うことは不可能である。
変位の示差的な測定を行うことが極めて困難である。し
かし、このような手順を経ずにビームの位置の精確な測
定を行うことは不可能である。
この非対称を防止するためには、薄層６に対して、第一
の基板に第二の対称基板を加えることもできるはずであ
る。この種の装置が、ニュー・ヨーク(New York)４５
Ａ、米国電気電子学会(IEEE)電子装置関連会報(Transac
tions on Electron Devices)、（１９７９年１２月発
行、第ＥＤ−２６巻、第１２号、１９１１〜１９１７ペ
ージ）のエル・エヌ・ロイランス(L.N.Roylance)等によ
る「ア・バッチ・ファブリケーション・シリコン・アク
セレロメータ（Ａbatch fabrication silicon accelero
meter)」と題する論文に記述されている。前記装置の場
合には、シールの結果として、実際の基板に内部応力の
問題が発生する。さらに、この方法は複雑であり、費用
がかかる。
の基板に第二の対称基板を加えることもできるはずであ
る。この種の装置が、ニュー・ヨーク(New York)４５
Ａ、米国電気電子学会(IEEE)電子装置関連会報(Transac
tions on Electron Devices)、（１９７９年１２月発
行、第ＥＤ−２６巻、第１２号、１９１１〜１９１７ペ
ージ）のエル・エヌ・ロイランス(L.N.Roylance)等によ
る「ア・バッチ・ファブリケーション・シリコン・アク
セレロメータ（Ａbatch fabrication silicon accelero
meter)」と題する論文に記述されている。前記装置の場
合には、シールの結果として、実際の基板に内部応力の
問題が発生する。さらに、この方法は複雑であり、費用
がかかる。
これらの加速度計の別の不利点は、感度が低いことであ
る。ビームの形をした薄層６の寸法が不変であるため、
震動質量８を増すことは困難であり、後者はたかだか数
ミクロンの厚さのオーダである。
る。ビームの形をした薄層６の寸法が不変であるため、
震動質量８を増すことは困難であり、後者はたかだか数
ミクロンの厚さのオーダである。
第１図に示す加速度計の変形として、薄層６の両端を基
板に固定させるようにし、前記層内に応力があったとし
ても質量８の出発位置を一定とするようにしたものがあ
る。しかし、この加速度計は剛性が高くなり、従って感
度が低くなる。
板に固定させるようにし、前記層内に応力があったとし
ても質量８の出発位置を一定とするようにしたものがあ
る。しかし、この加速度計は剛性が高くなり、従って感
度が低くなる。
（問題点を解決するため手段） 本発明は、運動物体の加速度の１つの成分を測定するた
めの単一方向性加速度計であって、１つの材料で形成さ
れ且つ少なくとも１つのくぼみを有する基板と、該くぼ
み内に配置されていて該基板と一体の第１端部を有する
少なくとも１つの平行六面体のビームとを含み、このビ
ームは、前記材料で形成されており、第１の方向に向け
られており、第２の方向に幅を有していて前記くぼみ内
で該第２の方向に変形可能であり、且つこの幅よりも大
きい厚さを有しており、この厚さは前記第１の方向及び
前記第２の方向と垂直な第３の方向に向けられていて前
記ビームは前記第２の方向にのみ変形可能であり、前記
第２の方向は前記基板の表面に対して平行であり且つ前
記第１の方向に対して垂直であり、前記第２の方向への
変形は測定すべき加速度の前記成分に相当するものであ
り、更に、この加速度の該成分の値を決定するために前
記第２の方向への前記ビームの変形を測定する測定装置
と、この測定装置を前記ビームに連結するために前記基
板上に形成された電気接点とを含むことを特徴とする。
めの単一方向性加速度計であって、１つの材料で形成さ
れ且つ少なくとも１つのくぼみを有する基板と、該くぼ
み内に配置されていて該基板と一体の第１端部を有する
少なくとも１つの平行六面体のビームとを含み、このビ
ームは、前記材料で形成されており、第１の方向に向け
られており、第２の方向に幅を有していて前記くぼみ内
で該第２の方向に変形可能であり、且つこの幅よりも大
きい厚さを有しており、この厚さは前記第１の方向及び
前記第２の方向と垂直な第３の方向に向けられていて前
記ビームは前記第２の方向にのみ変形可能であり、前記
第２の方向は前記基板の表面に対して平行であり且つ前
記第１の方向に対して垂直であり、前記第２の方向への
変形は測定すべき加速度の前記成分に相当するものであ
り、更に、この加速度の該成分の値を決定するために前
記第２の方向への前記ビームの変形を測定する測定装置
と、この測定装置を前記ビームに連結するために前記基
板上に形成された電気接点とを含むことを特徴とする。
更に、本発明は運動物体の加速度の一つの成分を測定す
るために用いられる単一方向性加速度計を製造する方法
であって、前記成分は第１の方向に対して平行であり、
前記加速度計は少なくとも１つのくぼみを有する基板
と、前記くぼみ内に配置され且つ前記基板と一体の第１
端部を有する少なくとも１つの平行六面体のビームとを
含み、このビームは、前記基板の一表面に平行な第２の
方向に向けられ且つ前記第１の方向に対して垂直であっ
て該第１の方向にのみ変形可能であるとともに、その幅
よりも大なる厚さを有しており、この厚さは前記第１の
方向及び前記第２の方向に対して垂直な第３の方向に向
けられており、前記幅は前記第１の方向に向けられてお
り、更に、前記第１の方向に前記ビームの変形を測定す
る測定装置と、この測定装置を前記ビームに接続するた
めの前記基板上に形成された電気接点とを含み、前記方
法は、前記基板上に前記くぼみ、前記ビームの形状及び
前記ビームの幅を画定するマスクを形成し、このくぼみ
及びビームを形成するために前記第３の方向にマスクの
ない基板の領域をエッチングして、前記ビームの厚さが
このエッチングによって画定されるようにし、前記測定
装置を形成し、前記マスクを除去し、前記電気接点及び
前記接続を形成するためにエッチングされた基板を金属
で被う諸工程を含むことを特徴とする。
るために用いられる単一方向性加速度計を製造する方法
であって、前記成分は第１の方向に対して平行であり、
前記加速度計は少なくとも１つのくぼみを有する基板
と、前記くぼみ内に配置され且つ前記基板と一体の第１
端部を有する少なくとも１つの平行六面体のビームとを
含み、このビームは、前記基板の一表面に平行な第２の
方向に向けられ且つ前記第１の方向に対して垂直であっ
て該第１の方向にのみ変形可能であるとともに、その幅
よりも大なる厚さを有しており、この厚さは前記第１の
方向及び前記第２の方向に対して垂直な第３の方向に向
けられており、前記幅は前記第１の方向に向けられてお
り、更に、前記第１の方向に前記ビームの変形を測定す
る測定装置と、この測定装置を前記ビームに接続するた
めの前記基板上に形成された電気接点とを含み、前記方
法は、前記基板上に前記くぼみ、前記ビームの形状及び
前記ビームの幅を画定するマスクを形成し、このくぼみ
及びビームを形成するために前記第３の方向にマスクの
ない基板の領域をエッチングして、前記ビームの厚さが
このエッチングによって画定されるようにし、前記測定
装置を形成し、前記マスクを除去し、前記電気接点及び
前記接続を形成するためにエッチングされた基板を金属
で被う諸工程を含むことを特徴とする。
（発明の作用及び効果） 本発明の加速度計は、１つの材料で一体的に形成された
基板とビームとを有しており、ビームの厚さは幅よりも
大であるので、運動する物体の加速度の単一方向の成分
のみを感度良好に測定することを可能とするとともに、
基板やビームを積層材料で作ったり又は別個に形成した
ものに対して、機械的応力を減少させること及び熱安定
性を向上させることができる。
基板とビームとを有しており、ビームの厚さは幅よりも
大であるので、運動する物体の加速度の単一方向の成分
のみを感度良好に測定することを可能とするとともに、
基板やビームを積層材料で作ったり又は別個に形成した
ものに対して、機械的応力を減少させること及び熱安定
性を向上させることができる。
本発明の方法によれば、基板とビームとを一体にして１
つの材料を用いて加速度計を製造することを容易とす
る。しかも、ビームの厚さを画定することを容易ならし
める。
つの材料を用いて加速度計を製造することを容易とす
る。しかも、ビームの厚さを画定することを容易ならし
める。
この方法においては、先行技術による加速度計の場合に
そうであったように、導体と基板とのインタフェースに
おける応力が基板に垂直に、即ち加速度計の感知軸線に
沿ってではなくそれと垂直に作用する。従って、加速度
が存在しない場合には、加速度計のすぐれた熱安定性と
共に、加速度計の可動構成要素のねじりまたは変形の完
全な除去が果たされる。
そうであったように、導体と基板とのインタフェースに
おける応力が基板に垂直に、即ち加速度計の感知軸線に
沿ってではなくそれと垂直に作用する。従って、加速度
が存在しない場合には、加速度計のすぐれた熱安定性と
共に、加速度計の可動構成要素のねじりまたは変形の完
全な除去が果たされる。
基板はエッチングにより、例えば加速度計の基板を形成
する任意のいかなる材料に対しても有利に使用できる反
応性イオン・エッチングによってエッチングされ得る。
さらにまた、この形式のエッチングは、基板の結晶配列
と無関係に、マスクの形状を介して基板に形成される加
速度計の構成要素の形状を固定させるという利点を有す
る。
する任意のいかなる材料に対しても有利に使用できる反
応性イオン・エッチングによってエッチングされ得る。
さらにまた、この形式のエッチングは、基板の結晶配列
と無関係に、マスクの形状を介して基板に形成される加
速度計の構成要素の形状を固定させるという利点を有す
る。
（実施例） 非限定的な実施例に関し、且つ添付図面について、本発
明を以下に更に詳細に説明する。
明を以下に更に詳細に説明する。
第２図は、くぼみ１４を完全に貫通させた、なるべくな
らけい素、シリカ、またはモノクリスタルα石英のよう
に絶縁材で形成することが望ましい基板１２を具備する
本発明による加速度計の基本的な線図の斜視図である。
基板内で、その端部１６ａが基板の残余部分と一体にな
つたたわみ性のビーム１６をくぼみ１４が画定する。基
板１２の上面に平行なｙ方向に向けられたこのビーム１
６は、前記基板面に平行且つｙ方向に垂直なｘ方向にた
わむことができ、このｘ方向は測定すべき加速度成分の
方向に対応する。ｘ方向におけるビーム１６の変位に対
する変形の測定により、前記方向における加速度成分の
値を定めることができ、前記変形は前記成分の値に比例
する。
らけい素、シリカ、またはモノクリスタルα石英のよう
に絶縁材で形成することが望ましい基板１２を具備する
本発明による加速度計の基本的な線図の斜視図である。
基板内で、その端部１６ａが基板の残余部分と一体にな
つたたわみ性のビーム１６をくぼみ１４が画定する。基
板１２の上面に平行なｙ方向に向けられたこのビーム１
６は、前記基板面に平行且つｙ方向に垂直なｘ方向にた
わむことができ、このｘ方向は測定すべき加速度成分の
方向に対応する。ｘ方向におけるビーム１６の変位に対
する変形の測定により、前記方向における加速度成分の
値を定めることができ、前記変形は前記成分の値に比例
する。
たわみ性のビーム１６を直接基体１２内に機械加工する
ことにより、先行技術による加速度計における多重層の
使用によつて生ずる問題を克服することが可能である。
ことにより、先行技術による加速度計における多重層の
使用によつて生ずる問題を克服することが可能である。
好都合なことに、ビーム１６が加速度を受けた場合、ビ
ーム１６の変形を測定することを可能にする装置を基板
１２内に形成することができる。これらの装置はとく
に、くぼみ１４によつて画定され、この目的のため、互
いに対向し且つｙ方向に平行に向けられた金属で被われ
た二つの側面、例えば１８，２０、を有する可変容量コ
ンデンサ１７によつて構成することができる。基板１２
の上面への導電ストリップ２２の配設により、可変容量
コンデンサ１７を在来の測定装置２４に接続することが
でき、それによつて前記コンデンサの容量の変化量を測
定することが可能となる。
ーム１６の変形を測定することを可能にする装置を基板
１２内に形成することができる。これらの装置はとく
に、くぼみ１４によつて画定され、この目的のため、互
いに対向し且つｙ方向に平行に向けられた金属で被われ
た二つの側面、例えば１８，２０、を有する可変容量コ
ンデンサ１７によつて構成することができる。基板１２
の上面への導電ストリップ２２の配設により、可変容量
コンデンサ１７を在来の測定装置２４に接続することが
でき、それによつて前記コンデンサの容量の変化量を測
定することが可能となる。
これらの測定値を基とすれば、次式により、ｙＸで示さ
れる物体のｘ方向の加速度成分の値を定めることは容易
である。
れる物体のｘ方向の加速度成分の値を定めることは容易
である。
ここに、 ε０：真空の誘電率 Ｓ：コンデンサ被覆の表面積 ｋ：ビームの剛性率（横断性係数） ｍ：ビームの質量 Ｃ：コンデンサの容量 ΔＣ：容量の変化量 加速度計の種々の接続と金属被覆とは、クロムと金との
二重の層によつて実現される。
二重の層によつて実現される。
極めて指向性の強い、即ちｘ方向における物体の加速度
成分を測定することのみを可能とする加速度計を得るた
めには、第２図に示すように、ビーム１６が幅の寸法１
よりもはるかに大きい厚さの寸法ｅを具えなければなら
ない。
成分を測定することのみを可能とする加速度計を得るた
めには、第２図に示すように、ビーム１６が幅の寸法１
よりもはるかに大きい厚さの寸法ｅを具えなければなら
ない。
加速度計の釣合いとビーム１６の厚さとを考慮すると、
一つ以上の２６のような震動質量を付加することは常に
可能である。一つ以上の震動質量２６の付加により、加
速度計の感度を可成向上させることが可能となる。
一つ以上の２６のような震動質量を付加することは常に
可能である。一つ以上の震動質量２６の付加により、加
速度計の感度を可成向上させることが可能となる。
第３図は、本発明による加速度計の特殊な実施例の斜視
図である。この加速度計は、例えばｚ断面（ｚ軸に沿つ
た断面）のけい素またはモノクリスタルα石英で作られ
た基板３２を具備し、その中に基板を完全に貫通するく
ぼみ３４が形成され、中でも、一端３６ａが基板３２の
残余部分と一体をなした二つのたわみ性ビーム３６が画
定されている。基板３２の上面に平行なｙ方向に向けら
れたこれらのビーム３６は、基板の面に平行且つ前記ｙ
方向に垂直なｘ方向に動き、または可成変形することが
できる。ｘ方向は、測定すべき加速度成分の方向に相当
する。
図である。この加速度計は、例えばｚ断面（ｚ軸に沿つ
た断面）のけい素またはモノクリスタルα石英で作られ
た基板３２を具備し、その中に基板を完全に貫通するく
ぼみ３４が形成され、中でも、一端３６ａが基板３２の
残余部分と一体をなした二つのたわみ性ビーム３６が画
定されている。基板３２の上面に平行なｙ方向に向けら
れたこれらのビーム３６は、基板の面に平行且つ前記ｙ
方向に垂直なｘ方向に動き、または可成変形することが
できる。ｘ方向は、測定すべき加速度成分の方向に相当
する。
幅よりもはるかに大きい厚さを有するこれらの二つのビ
ーム３６は、例えば、その厚さがビームのそれに等しい
長方形の平行六面体のような形状をなすブロツク３８を
その自由端に支える。基板３２内に形成されたこのブロ
ツク３８は、ｘ方向に基板のくぼみ３４内で動きまたは
可成変形することができる。この加速度計はまた、ビー
ム３６に関して対称に基板内に形成され且つブロツク３
８の延長部に位置するばね４０をも具備し、従つてビー
ム３６を基板３２の残余部分に接合することができる。
ｙ方向に向けられ且つビーム３６のそれに等しい厚さを
有するこのばね４０によつて、加速度計の構造体をその
感度が低下するまでに剛性にすることなしに、加速度計
の可動部分（ビーム・ブロツク）に付着された電極（層
５２）を電気的に接続することが可能となる。
ーム３６は、例えば、その厚さがビームのそれに等しい
長方形の平行六面体のような形状をなすブロツク３８を
その自由端に支える。基板３２内に形成されたこのブロ
ツク３８は、ｘ方向に基板のくぼみ３４内で動きまたは
可成変形することができる。この加速度計はまた、ビー
ム３６に関して対称に基板内に形成され且つブロツク３
８の延長部に位置するばね４０をも具備し、従つてビー
ム３６を基板３２の残余部分に接合することができる。
ｙ方向に向けられ且つビーム３６のそれに等しい厚さを
有するこのばね４０によつて、加速度計の構造体をその
感度が低下するまでに剛性にすることなしに、加速度計
の可動部分（ビーム・ブロツク）に付着された電極（層
５２）を電気的に接続することが可能となる。
ブロツク３８のｘ方向の変形を測定する装置もまた基板
３２内に形成される。詳述すると、これらの装置は、ブ
ロツク３８の側板４２、即ちブロツクの前記側面４２に
面するくぼみ３４の面４４によつてｙ方向に向けられた
ブロツクの面によつて画定され、前記面４４，４２が金
属層で被われ、また、金属で被覆された面４２によつて
画定された二つの同様な可変容量コンデンサ３９，４１
を具備する。こうして画定されたコンデンサの容量の変
化量の測定により、ブロツク３８がｘ方向の加速度を受
けた場合のブロツク３８のｘ方向におけるブロツク３８
の変形を測定することが可能となる。
３２内に形成される。詳述すると、これらの装置は、ブ
ロツク３８の側板４２、即ちブロツクの前記側面４２に
面するくぼみ３４の面４４によつてｙ方向に向けられた
ブロツクの面によつて画定され、前記面４４，４２が金
属層で被われ、また、金属で被覆された面４２によつて
画定された二つの同様な可変容量コンデンサ３９，４１
を具備する。こうして画定されたコンデンサの容量の変
化量の測定により、ブロツク３８がｘ方向の加速度を受
けた場合のブロツク３８のｘ方向におけるブロツク３８
の変形を測定することが可能となる。
ブロツク３８の変形の示差的な測定を行うため、本発明
による加速度計に一つ以上の定容量コンデンサ４３，４
５を設けることができる。この目的のため、加速度計は
ｙ方向に、基板３２内に形成され且つくぼみ３４の両側
に位置する４６のようなくぼみを具備する。これらのく
ぼみ４６は、ｙ方向に向けられ且つ金属層で被われた二
つの対向面４８，５０を有する。くぼみ４６の金属被覆
面４８，５０は、これら２面間の空間と同様に、定容量
コンデンサ４３，４５を画定する。これらの空間は、金
属被覆４２，４４間と同じ寸法（厚さ、幅および長さ）
を有する。
による加速度計に一つ以上の定容量コンデンサ４３，４
５を設けることができる。この目的のため、加速度計は
ｙ方向に、基板３２内に形成され且つくぼみ３４の両側
に位置する４６のようなくぼみを具備する。これらのく
ぼみ４６は、ｙ方向に向けられ且つ金属層で被われた二
つの対向面４８，５０を有する。くぼみ４６の金属被覆
面４８，５０は、これら２面間の空間と同様に、定容量
コンデンサ４３，４５を画定する。これらの空間は、金
属被覆４２，４４間と同じ寸法（厚さ、幅および長さ）
を有する。
基板３２の上面への金属層５２の付着により、可変容量
コンデンサ３９，４１と定容量コンデンサ４３，４５と
の各種の接点５３，５４，５５，５６と電気接続とを作
ることができる。この金属層５２は、種々のコンデンサ
間に短絡が無いことを保証するために、適切な形状を具
えなければならない。
コンデンサ３９，４１と定容量コンデンサ４３，４５と
の各種の接点５３，５４，５５，５６と電気接続とを作
ることができる。この金属層５２は、種々のコンデンサ
間に短絡が無いことを保証するために、適切な形状を具
えなければならない。
第３ａ図は、第３図の加速度計のキヤパシタンス・ブリ
ツジを示す電気線図を示す。ブロツク３８の変形は、第
３ａ図に示すように、キヤパシタンス・ブリツジの不平
衡を測定することによつて検出される。
ツジを示す電気線図を示す。ブロツク３８の変形は、第
３ａ図に示すように、キヤパシタンス・ブリツジの不平
衡を測定することによつて検出される。
好都合なことに、ブリツジの不平衡を０にするように、
加速度ｙによる力Ｆ＝ｍｙにｘ方向の対抗力FXを働かせ
るために、この不平衡の測定値を用いることができる
（サーボ系）。前記力FXを働かせるための可能な装置の
一つは、基板の面に垂直な磁界BZと、点５３、５１間の
ｙ方向の強さIyの電流とを加えることから成る。次い
で、フイードバツク力が次式によつて与えられる。
加速度ｙによる力Ｆ＝ｍｙにｘ方向の対抗力FXを働かせ
るために、この不平衡の測定値を用いることができる
（サーボ系）。前記力FXを働かせるための可能な装置の
一つは、基板の面に垂直な磁界BZと、点５３、５１間の
ｙ方向の強さIyの電流とを加えることから成る。次い
で、フイードバツク力が次式によつて与えられる。
FX＝BZ×Iy×１ ここに、１はBZが作用する領域の長さである。この場
合、容量検出は零点検出（静止時閉鎖）用に用いられ、
ビームとブロツクとばねとによつて形成される系の中の
電流により、磁界BZの作用の結果生ずるブロツク３８で
測定される加速度の影響を平衡させることができる。次
いで、加速度の測定が、キヤパシタンス・ブリツジ（第
３ａ図）を平衡させるに必要な電流のそれによつて行わ
れるが、前記電流の強さIyは、加速度の値に直接に比例
する。
合、容量検出は零点検出（静止時閉鎖）用に用いられ、
ビームとブロツクとばねとによつて形成される系の中の
電流により、磁界BZの作用の結果生ずるブロツク３８で
測定される加速度の影響を平衡させることができる。次
いで、加速度の測定が、キヤパシタンス・ブリツジ（第
３ａ図）を平衡させるに必要な電流のそれによつて行わ
れるが、前記電流の強さIyは、加速度の値に直接に比例
する。
上記に述べた検出装置を、加速度と減速度との両者を測
定するために用い得ることは注意すべきである。
定するために用い得ることは注意すべきである。
さらにまた上記に述べた検出装置は、測定装置の唯一の
可能な実施例である。基板の上面に付着された圧電抵抗
体の使用に基づいた、または光学的検出手順に基づい
た、別の装置も用いることができる。
可能な実施例である。基板の上面に付着された圧電抵抗
体の使用に基づいた、または光学的検出手順に基づい
た、別の装置も用いることができる。
種々の加速度の範囲を包含するため、単にエツチング・
マスクの形状を変えるだけで震動質量２６の寸法を変化
させることができる。
マスクの形状を変えるだけで震動質量２６の寸法を変化
させることができる。
ここで、本発明による加速度計を製造する、マイクロ平
版印刷法を用いた方法について説明する。
版印刷法を用いた方法について説明する。
測定装置と同様に、ビーム１６または３６、ブロツク３
８およびばね４０のような、基体内に形成された加速度
計の種々の構成要素は、前記構成要素がその中に作られ
る基板１２または３２をエツチングすることによつて形
成される。前記エツチング、例えば反応性イオン・エツ
チングのような乾式エンチング法または異方性湿式エツ
チング、は、なるべく、基板の上面を被い且つ種々の加
速度計構成要素の正確な形状を画定することを可能にす
る金とクロムとの二重層のような導電材料で形成された
マスクを用いて行うことができる。
８およびばね４０のような、基体内に形成された加速度
計の種々の構成要素は、前記構成要素がその中に作られ
る基板１２または３２をエツチングすることによつて形
成される。前記エツチング、例えば反応性イオン・エツ
チングのような乾式エンチング法または異方性湿式エツ
チング、は、なるべく、基板の上面を被い且つ種々の加
速度計構成要素の正確な形状を画定することを可能にす
る金とクロムとの二重層のような導電材料で形成された
マスクを用いて行うことができる。
乾式エツチングの場合、良好な指向性が得られたとして
も、エツチングの深さに対して数十μ、ビームの幅につ
いては数μでなければならない、という制約がある。こ
の場合、けい素の熱成長によつて得られたシリカによ
り、興味深い基板を構成することができる。エツチング
工程がシリカについて終了した後、シリカを支持するけ
い素を化学的にエツチングすることにより、ビームの後
部を離すことができる。この方法の利点は、それをけい
素集積回路に用いることができる、ということである。
も、エツチングの深さに対して数十μ、ビームの幅につ
いては数μでなければならない、という制約がある。こ
の場合、けい素の熱成長によつて得られたシリカによ
り、興味深い基板を構成することができる。エツチング
工程がシリカについて終了した後、シリカを支持するけ
い素を化学的にエツチングすることにより、ビームの後
部を離すことができる。この方法の利点は、それをけい
素集積回路に用いることができる、ということである。
別の変形によれば、基板を化学的にのみエツチングする
ことが可能であるが、この場合には、基板の結晶の異方
性に対する依存関係がある。前記異方性と化学的エツチ
ング生成物のそれとに影響を与えることにより、加速度
計を形成する種々の構成要素の所望の形状を得ることが
できる。この方法に対するすぐれた候補は、基板を形成
するｚ断面（基板の面に垂直なｚ軸）のα石英と、モノ
クリスタルけい素とである。石英の場合には、例えば、
９０℃におけるエツチング生成物としてHFとNH4Fとの混
合物が用いられる。
ことが可能であるが、この場合には、基板の結晶の異方
性に対する依存関係がある。前記異方性と化学的エツチ
ング生成物のそれとに影響を与えることにより、加速度
計を形成する種々の構成要素の所望の形状を得ることが
できる。この方法に対するすぐれた候補は、基板を形成
するｚ断面（基板の面に垂直なｚ軸）のα石英と、モノ
クリスタルけい素とである。石英の場合には、例えば、
９０℃におけるエツチング生成物としてHFとNH4Fとの混
合物が用いられる。
基板をエツチングするために用いられたマスクを除去し
た後、エツチングされた基板面の適切な金属被覆による
か、または次に金属被覆される基板にエツチング・マス
クを形成する前の基板の適切な金属被覆によるか、のい
ずれかによつて、基板面上に形成される加速度計の種々
の接点と電気接続とを得ることができる。
た後、エツチングされた基板面の適切な金属被覆による
か、または次に金属被覆される基板にエツチング・マス
クを形成する前の基板の適切な金属被覆によるか、のい
ずれかによつて、基板面上に形成される加速度計の種々
の接点と電気接続とを得ることができる。
これらの接点と接続とを得る別の方法は、基板内に形成
される種々の加速度計構成要素の、および前記の電気接
続と接点とを生成するための、双方の形状を得ることを
可能にする、なるべく金とクロムとの二重層の形式の導
電性マスクを基板上に生成することから成る。
される種々の加速度計構成要素の、および前記の電気接
続と接点とを生成するための、双方の形状を得ることを
可能にする、なるべく金とクロムとの二重層の形式の導
電性マスクを基板上に生成することから成る。
第４図は、加速度計の基板構成要素の、およびその電気
接続と接点とを生成するための、双方の形状を画定する
ことを可能にする単一マスクの原理を示す。このマスク
は、加速度計の種々の構成要素を取り除くためにエツチ
ングされる基板５７の領域を示す適切に形作られたくぼ
み６４と同様に、基板内に形成され且つ電気接続と接点
とを設けられた、基板の上面を被い且つ種々の加速度計
構成要素の形状を具えた５８，６０，６２のような導電
性ストリツプを有する導電層で形成される。さらにま
た、エツチングされない基板の領域においては、このマ
スクが、種々の加速度計の接続を電気的に分離すること
を可能にする極めて細い溝を有する。
接続と接点とを生成するための、双方の形状を画定する
ことを可能にする単一マスクの原理を示す。このマスク
は、加速度計の種々の構成要素を取り除くためにエツチ
ングされる基板５７の領域を示す適切に形作られたくぼ
み６４と同様に、基板内に形成され且つ電気接続と接点
とを設けられた、基板の上面を被い且つ種々の加速度計
構成要素の形状を具えた５８，６０，６２のような導電
性ストリツプを有する導電層で形成される。さらにま
た、エツチングされない基板の領域においては、このマ
スクが、種々の加速度計の接続を電気的に分離すること
を可能にする極めて細い溝を有する。
グリツド６６を形成するこれらの溝の存在により、基板
のエツチングの間、グリツドにおける極めて限定された
深さにまで基板をエツチングすることが可能となり、エ
ツチング作業は極めて低いエツチング速度で結晶の面に
直面し、従つて良好な機械的安定性が保持される。この
わずかな基板のエツチングは、６７のようなノツチで示
される。この基板のエツチングの深さの差は、基板の結
晶の異方性ならびにマスク・パターンの寸法に依存す
る。従つて、マスク・パターンが大きい場合（パターン
５７）には深いエツチングが行われ、一方、パターンが
小さい場合（グリツド６６）、基板のエツチングは単に
浅いものに過ぎない。
のエツチングの間、グリツドにおける極めて限定された
深さにまで基板をエツチングすることが可能となり、エ
ツチング作業は極めて低いエツチング速度で結晶の面に
直面し、従つて良好な機械的安定性が保持される。この
わずかな基板のエツチングは、６７のようなノツチで示
される。この基板のエツチングの深さの差は、基板の結
晶の異方性ならびにマスク・パターンの寸法に依存す
る。従つて、マスク・パターンが大きい場合（パターン
５７）には深いエツチングが行われ、一方、パターンが
小さい場合（グリツド６６）、基板のエツチングは単に
浅いものに過ぎない。
加速度計製作工程の最終段階は、基板を機械的にマスキ
ングした後に可変容量コンデンサの一定な容量を画定す
ることを可能にする垂直の金属被覆を生成することから
成る。この目的のため、好都合なことに、９０°と異な
る基板上の蒸着媒質の傾斜角を以て真空蒸着を用いるこ
とができる。
ングした後に可変容量コンデンサの一定な容量を画定す
ることを可能にする垂直の金属被覆を生成することから
成る。この目的のため、好都合なことに、９０°と異な
る基板上の蒸着媒質の傾斜角を以て真空蒸着を用いるこ
とができる。
本発明による方法により、種々の加速度または減速度の
範囲を測定できる複数の指向性加速度計を、同じ基板内
に一括形式で生成することが可能になる。
範囲を測定できる複数の指向性加速度計を、同じ基板内
に一括形式で生成することが可能になる。
第１図は既述の先行技術による指向性加速度計の縦断面
で示した基本線図、第２図は本発明による加速度計の原
理を示す斜視図、第３図は本発明による加速度計の特殊
な実施例の斜視図、第３ａ図はその電気的等価物を示す
図、第４図は本発明による加速度計の製造方法の特殊な
実施例を示す図である。 １２：基板、３９：可変容量コンデンサ １４：くぼみ、４０：ばね １６：ビーム、４１：可変容量コンデンサ １７：可変容量コンデンサ、４３：定容量コンデンサ ３２：基板、４５：定容量コンデンサ ３４：くぼみ、５２：金属層 ３６：ビーム、ｅ：厚さ ３８：ブロツク、１：幅
で示した基本線図、第２図は本発明による加速度計の原
理を示す斜視図、第３図は本発明による加速度計の特殊
な実施例の斜視図、第３ａ図はその電気的等価物を示す
図、第４図は本発明による加速度計の製造方法の特殊な
実施例を示す図である。 １２：基板、３９：可変容量コンデンサ １４：くぼみ、４０：ばね １６：ビーム、４１：可変容量コンデンサ １７：可変容量コンデンサ、４３：定容量コンデンサ ３２：基板、４５：定容量コンデンサ ３４：くぼみ、５２：金属層 ３６：ビーム、ｅ：厚さ ３８：ブロツク、１：幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−125355（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】運動物体の加速度の１つの成分を測定する
ための単一方向性加速度計であって、１つの材料で形成
され且つ少なくとも１つのくぼみを有する基板と、該く
ぼみ内に配置されている該基板と一体の第１端部を有す
る少なくとも１つの平行六面体のビームとを含み、この
ビームは、前記材料で形成されており、第１の方向に向
けられており、第２の方向に幅を有していて前記くぼみ
内で該第２の方向に変形可能であり、且つこの幅よりも
大きい厚さを有しており、この厚さは前記第１の方向及
び前記第２の方向と垂直な第３の方向に向けられていて
前記ビームは前記第２の方向にのみ変形可能であり、前
記第２の方向は前記基板の表面に対して平行であり且つ
前記第１の方向に対して垂直であり、前記第２の方向へ
の変形は測定すべき加速度の前記成分に相当するもので
あり、更に、この加速度の該成分の値を決定するために
前記第２の方向への前記ビームの変形を測定する測定装
置と、この測定装置を前記ビームに連結するために前記
基板上に形成された電気接点とを含む加速度計。 - 【請求項２】前記測定装置が前記基板上に形成されてい
る特許請求の範囲第１項記載の加速度計。 - 【請求項３】前記ビームの他方の端部は１つのブロック
を支持し、このブロックは前記基板内に形成されていて
且つ前記加速度の前記成分の作用の下に前記基板のくぼ
み内で前記第２の方向へ運動可能である特許請求の範囲
第１項記載の加速度計。 - 【請求項４】前記基板内に形成され且つ前記ブロックの
延長に配置されたばねを含み、このばねは前記ブロック
を前記第１の方向において前記基板に連結している特許
請求の範囲第３項記載の加速度計。 - 【請求項５】前記測定装置は前記ブロックの一表面によ
って画定された少なくとも１つの可変容器コンデンサを
含み、該コンデンサは前記第２の方向に対してほぼ横断
方向に向いており、前記基板の一表面は前記ブロック面
の前記一表面に対面しており、これらの表面は金属層で
被覆されていてこれら金属層の間には空間がある特許請
求の範囲第３項記載の加速度計。 - 【請求項６】前記測定装置は前記基板内に形成された他
のくぼみによって画定された少なくとも１つの定容量コ
ンデンサを含み、該コンデンサは２つの対面する表面を
有し、且つ前記第２の方向に対してほぼ横断方向に向い
ており、更に、金属層によって被覆されている特許請求
の範囲第５項記載の加速度計。 - 【請求項７】前記基板はけい素に溶着されたシリカで形
成されている特許請求の範囲第１項記載の加速度計。 - 【請求項８】前記基板はモノクリスタルα石英またはけ
い素で作られている特許請求の範囲第１項記載の加速度
計。 - 【請求項９】前記測定装置は前記基板の表面に対して垂
直な方向の磁界を生成させることが可能な装置を含む特
許請求の範囲第５項記載の加速度計。 - 【請求項１０】運動物体の加速度の一つの成分を測定す
るために用いられる単一方向性加速度計を製造する方法
であって、前記成分は第１の方向に対して平行であり、
前記加速度計は少なくとも１つのくぼみを有する基板
と、前記くぼみ内に配置され且つ前記基板と一体の第１
端部を有する少なくとも１つの平行六面体のビームとを
含み、このビームは、前記基板の一表面に平行な第２の
方向に向けられ且つ前記第１の方向に対して垂直であっ
て該第１の方向にのみ変形可能であるとともに、その幅
よりも大なる厚さを有しており、この厚さは前記第１の
方向及び前記第２の方向に対して垂直な第３の方向に向
けられており、前記幅は前記第１の方向に向けられてお
り、更に、前記第１の方向に前記ビームの変形を測定す
る測定装置と、この測定装置を前記ビームに接続するた
めの前記基板上に形成された電気接点とを含み、前記方
法は、前記基板上に前記くぼみ、前記ビームの形状及び
前記ビームの幅を画定するマスクを形成し、このくぼみ
及びビームを形成するために前記第３の方向にマスクの
ない基板の領域をエッチングして、前記ビームの厚さが
このエッチングによって画定されるようにし、前記測定
装置を形成し、前記マスクを除去し、前記電気接点及び
前記接続を形成するためにエッチングされた基板を金属
で被う諸工程を含む方法。 - 【請求項１１】基板が乾式エッチング法によってエッチ
ングされる特許請求の範囲第１０項記載の方法。 - 【請求項１２】基板が化学的エッチング法によってエッ
チングされる特許請求の範囲第１０項記載の方法。 - 【請求項１３】マスクが導電材料で形成される特許請求
の範囲第１０項記載の方法。 - 【請求項１４】マスクがクロムと金との２重層で作られ
る特許請求の範囲第１３項記載の方法。 - 【請求項１５】前記測定装置がコンデンサを含み、基板
の機械的マスキングに続いて、前記コンデンサを画定す
るために使用される基板の表面上への真空蒸着によっ
て、金属による被覆が行なわれる特許請求の範囲第１０
項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8400414 | 1984-01-12 | ||
| FR8400414A FR2558263B1 (fr) | 1984-01-12 | 1984-01-12 | Accelerometre directif et son procede de fabrication par microlithographie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60159658A JPS60159658A (ja) | 1985-08-21 |
| JPH0654327B2 true JPH0654327B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=9300044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60002604A Expired - Lifetime JPH0654327B2 (ja) | 1984-01-12 | 1985-01-10 | 単一方向性加速度計およびそれを製造する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4653326A (ja) |
| EP (1) | EP0149572B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0654327B2 (ja) |
| CA (1) | CA1251338A (ja) |
| DE (1) | DE3566459D1 (ja) |
| FR (1) | FR2558263B1 (ja) |
Families Citing this family (98)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3515349A1 (de) * | 1985-04-27 | 1986-10-30 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Elektrischer geber zur messung mechanischer groessen |
| JPH0821722B2 (ja) * | 1985-10-08 | 1996-03-04 | 日本電装株式会社 | 半導体振動・加速度検出装置 |
| FR2604791B1 (fr) * | 1986-10-02 | 1988-11-25 | Commissariat Energie Atomique | Procedes de fabrication d'une jauge piezoresistive et d'un accelerometre comportant une telle jauge |
| JPH077012B2 (ja) * | 1987-08-18 | 1995-01-30 | 富士通株式会社 | 加速度センサ |
| US4812199A (en) * | 1987-12-21 | 1989-03-14 | Ford Motor Company | Rectilinearly deflectable element fabricated from a single wafer |
| US5216490A (en) * | 1988-01-13 | 1993-06-01 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Bridge electrodes for microelectromechanical devices |
| US4951510A (en) * | 1988-07-14 | 1990-08-28 | University Of Hawaii | Multidimensional force sensor |
| US4945765A (en) * | 1988-08-31 | 1990-08-07 | Kearfott Guidance & Navigation Corp. | Silicon micromachined accelerometer |
| US4969359A (en) * | 1989-04-06 | 1990-11-13 | Ford Motor Company | Silicon accelerometer responsive to three orthogonal force components and method for fabricating |
| US5064165A (en) * | 1989-04-07 | 1991-11-12 | Ic Sensors, Inc. | Semiconductor transducer or actuator utilizing corrugated supports |
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