JPH0789124B2 - 加速度ゲ−ジ - Google Patents
加速度ゲ−ジInfo
- Publication number
- JPH0789124B2 JPH0789124B2 JP60175825A JP17582585A JPH0789124B2 JP H0789124 B2 JPH0789124 B2 JP H0789124B2 JP 60175825 A JP60175825 A JP 60175825A JP 17582585 A JP17582585 A JP 17582585A JP H0789124 B2 JPH0789124 B2 JP H0789124B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acceleration
- mass
- external force
- gauge
- magnitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は加速度ゲージに係り、特に特別な検出回路等を
有することなく、最大加速度を検出するのに好適な加速
度ゲージに関する。
有することなく、最大加速度を検出するのに好適な加速
度ゲージに関する。
高精度なジヤイロ（応用機械工学1982年２月号p88）を
一例として、高精度な装置や計測装置においては外部か
らの衝撃力を受けるとその精度が劣化するものがある。
しかし装置の運搬中や多数の使用者の不注意により、装
置に衝撃的な外力が加えられてしまうことがある。しか
し装置の外形上に異状が生じない限り外力の加えられた
履歴に気づかず精度が低下したままで装置を使用する恐
れがあつた。また外力の加わつた履歴を計測するため、
常に高価な加速度検出システムを付属することも不可能
なことが多かつた。
一例として、高精度な装置や計測装置においては外部か
らの衝撃力を受けるとその精度が劣化するものがある。
しかし装置の運搬中や多数の使用者の不注意により、装
置に衝撃的な外力が加えられてしまうことがある。しか
し装置の外形上に異状が生じない限り外力の加えられた
履歴に気づかず精度が低下したままで装置を使用する恐
れがあつた。また外力の加わつた履歴を計測するため、
常に高価な加速度検出システムを付属することも不可能
なことが多かつた。
本発明の目的は、装置に加えられた外力の履歴をすなわ
ち過去に加わつた最大の加速度あるいは加速度の範囲を
特別な検出回路等を用いることなく容易に知ることが可
能な加速度ゲージを提供することにある。
ち過去に加わつた最大の加速度あるいは加速度の範囲を
特別な検出回路等を用いることなく容易に知ることが可
能な加速度ゲージを提供することにある。
ある質量を有する梁部材にある一定以上の外力による衝
撃的な加速度が加わると、梁の部分が材料の弾性変形限
界を越える。梁が脆性材料であれば、ただちに梁は破断
する。特に梁がSi単結晶のように欠陥のほとんど無い材
料であれば、所定の加速度に対する梁の破壊は極めて再
現性良く現われる。
撃的な加速度が加わると、梁の部分が材料の弾性変形限
界を越える。梁が脆性材料であれば、ただちに梁は破断
する。特に梁がSi単結晶のように欠陥のほとんど無い材
料であれば、所定の加速度に対する梁の破壊は極めて再
現性良く現われる。
また、Si単結晶を用いれば非常に小型な梁部材を精度良
く作製することが可能である。本発明のゲージは梁部材
の残存の有無を観察することにより梁部材に加わつた最
大加速度の範囲を特定できるので、常時加速度を測定す
ることなしに、加わつた衝撃の大きさの履歴を知ること
を可能とする。
く作製することが可能である。本発明のゲージは梁部材
の残存の有無を観察することにより梁部材に加わつた最
大加速度の範囲を特定できるので、常時加速度を測定す
ることなしに、加わつた衝撃の大きさの履歴を知ること
を可能とする。
本発明の要旨は、第一および第二の梁と、前記第一およ
び第二の梁の各々の一端をそれぞれ支持するための共通
の支持部と、前記第一および第二の梁の先端に形成され
た所定の質量を有する第一および第二の質量部とを有す
る加速度ゲージであって、 前記加速度ゲージに外力に基づく第一の大きさの加速度
が加わったときには前記第一および第二の梁は共に破断
せず、第二の大きさの加速度が加わったときには前記第
一の梁は破断するが前記第二の梁は破断せず、第三の大
きさの加速度が加わったときには前記第一および第二の
梁は共に破断するように前記第一および第二の梁の長さ
および前記第一および第二の質量部の断面係数の値をそ
れぞれ所定値としたことを特徴とする加速度ゲージにあ
る。
び第二の梁の各々の一端をそれぞれ支持するための共通
の支持部と、前記第一および第二の梁の先端に形成され
た所定の質量を有する第一および第二の質量部とを有す
る加速度ゲージであって、 前記加速度ゲージに外力に基づく第一の大きさの加速度
が加わったときには前記第一および第二の梁は共に破断
せず、第二の大きさの加速度が加わったときには前記第
一の梁は破断するが前記第二の梁は破断せず、第三の大
きさの加速度が加わったときには前記第一および第二の
梁は共に破断するように前記第一および第二の梁の長さ
および前記第一および第二の質量部の断面係数の値をそ
れぞれ所定値としたことを特徴とする加速度ゲージにあ
る。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
Si単結晶からなる基板１の表面に耐エツチング性のある
パターンを形成し、このパターンをマスク材として水酸
化カリウム（KOH）等のエツチング液で異方性エツチを
行なうと、梁3,5,7および質量部2,4,6から成る梁部材8,
9,10が形成できる。耐エツチング性パターンの作成方法
や基板のエツチング方法は、今日半導体製造プロセスで
広く行なわれている手法が適用される。
パターンを形成し、このパターンをマスク材として水酸
化カリウム（KOH）等のエツチング液で異方性エツチを
行なうと、梁3,5,7および質量部2,4,6から成る梁部材8,
9,10が形成できる。耐エツチング性パターンの作成方法
や基板のエツチング方法は、今日半導体製造プロセスで
広く行なわれている手法が適用される。
第２図に先端に質量を有する梁部材の模式図を示す。質
量23は支点21を支持部とする梁22により保持されてい
る。ここに質量をｍ［kg］，梁の長さ（質量23の重心ま
での距離とする）をｌ［ｍ］，梁の断面係数をＺ
［m3］，質量に加わる外力をＦ［kg・m/S2］または
［Ｎ］，外力により支点に加わる最大曲げモーメントを
Ｍ［kg・m2/S2］または［Ｎ・ｍ］，梁の降伏応力をσ
［kg/mS2］または［N/m2］とすると、次式が成立する。
量23は支点21を支持部とする梁22により保持されてい
る。ここに質量をｍ［kg］，梁の長さ（質量23の重心ま
での距離とする）をｌ［ｍ］，梁の断面係数をＺ
［m3］，質量に加わる外力をＦ［kg・m/S2］または
［Ｎ］，外力により支点に加わる最大曲げモーメントを
Ｍ［kg・m2/S2］または［Ｎ・ｍ］，梁の降伏応力をσ
［kg/mS2］または［N/m2］とすると、次式が成立する。
σ＝M/Z,M＝Fl,F＝ｍα 但し、加速度をα［m/S2］とする。上式を整理すると、 で梁は降伏、すなわち破断する。
例えば、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような断面形
状の梁の断面係数Ｚは、Ｚ＝bh2/24となる。またSi単結
晶の場合σ＝７×109kg/ms2または７×109N,密度ρ＝2.
3×103kg/m3である。質量部分ｍの体積をν＝（３×10
-3）×（２×10-3）×（0.16×10-3）＝0.96×10-9m3と
すると、ｍ＝ρν＝2.208×10-6kgとなる。またＺ＝
（0.23×10-3）×（0.16×10-3）2/24＝2.453×10-13cm
3,l＝２×10-3mとすると、破壊に到る限界の加速度はα
≒390,000［m/S2］となる。過渡的な衝撃加速度がステ
ツプ状に加わる場合はステツプの２倍の大きさまで、梁
に加速度が加わるから、破壊限界のステツプの値はα/2
となる。更に重力加速度9.8m/S2を１単位として表現す
ると、衝撃的な外力により破断する時の加速度は、 α/2＝200,000［m/S2］＝20,000［Ｇ］ となる。
状の梁の断面係数Ｚは、Ｚ＝bh2/24となる。またSi単結
晶の場合σ＝７×109kg/ms2または７×109N,密度ρ＝2.
3×103kg/m3である。質量部分ｍの体積をν＝（３×10
-3）×（２×10-3）×（0.16×10-3）＝0.96×10-9m3と
すると、ｍ＝ρν＝2.208×10-6kgとなる。またＺ＝
（0.23×10-3）×（0.16×10-3）2/24＝2.453×10-13cm
3,l＝２×10-3mとすると、破壊に到る限界の加速度はα
≒390,000［m/S2］となる。過渡的な衝撃加速度がステ
ツプ状に加わる場合はステツプの２倍の大きさまで、梁
に加速度が加わるから、破壊限界のステツプの値はα/2
となる。更に重力加速度9.8m/S2を１単位として表現す
ると、衝撃的な外力により破断する時の加速度は、 α/2＝200,000［m/S2］＝20,000［Ｇ］ となる。
今、上記の例の質量部分ｍと梁の長さｌの値を固定して
衝撃的な外力により、梁が破断する加速度と断面寸法と
の関係を示すと次第のようになる。
衝撃的な外力により、梁が破断する加速度と断面寸法と
の関係を示すと次第のようになる。
一方、断面寸法b,hを一定にして長さｌを可変とすると
破断する加速度α/2はｌに反比例する。また、b,h,lを
一定にして質量を可変とするとα/2はｍに反比例する。
以上述べたように梁部材の寸法を適切に選択することに
より、梁の破壊する加速度の大きさを必要に応じた値に
することが可能である。従つて、外からの衝撃によつて
受ける加速度の大きさを梁の破断の有無によつて知る加
速度ゲージが容易に製作できる。
破断する加速度α/2はｌに反比例する。また、b,h,lを
一定にして質量を可変とするとα/2はｍに反比例する。
以上述べたように梁部材の寸法を適切に選択することに
より、梁の破壊する加速度の大きさを必要に応じた値に
することが可能である。従つて、外からの衝撃によつて
受ける加速度の大きさを梁の破断の有無によつて知る加
速度ゲージが容易に製作できる。
本発明の実施例のうち第１図に示したものは、加速度の
レベルを３段階に分けて検出するため質量部分ｍと梁の
断面は寸法b,hを一定にして、長さｌを３種類としたも
のである。また第３図に示した実施例は梁の寸法b,h,l
は一定にして質量部分ｍを変化させたもので４段階に加
速度を分離して検出することが出来る。第４図は第３図
で示した加速度ゲージに外力を加えた場合の結果の一例
で、残存した梁から外力の加速度のレベルを求めること
ができる。第５図は精密機械50に本発明の加速度ゲージ
51,52,53を貼付け固定してもので、３軸方向の外力の最
大加速度の履歴を知ることが可能である。本発明では、
加速度ゲージの主要本体のみを図示したが、ゲージの外
周をアクリル樹脂のような透明ケースでおおうことによ
り、外部からの加外度以外の要因によつて梁部材が破損
することを防止できる。本発明の梁部材の形状は、本例
に示したような片持梁式の構造以外にも任意の形状のも
のを選ぶことは容易である。また梁部材の材質もSi単結
晶に特に限定するものでもなく、破壊応力の大きさがば
らつかないで、しかも脆性を示す材料ならば他の材料で
置きかえることが可能である。本発明による梁部材の外
力を受けた時の破断の有無は目視により観測可能なた
め、特別な検出回路等を必要としない。従つて、装置な
どに貼付けておくことにより、常時、最大加速度の検出
が可能となる。
レベルを３段階に分けて検出するため質量部分ｍと梁の
断面は寸法b,hを一定にして、長さｌを３種類としたも
のである。また第３図に示した実施例は梁の寸法b,h,l
は一定にして質量部分ｍを変化させたもので４段階に加
速度を分離して検出することが出来る。第４図は第３図
で示した加速度ゲージに外力を加えた場合の結果の一例
で、残存した梁から外力の加速度のレベルを求めること
ができる。第５図は精密機械50に本発明の加速度ゲージ
51,52,53を貼付け固定してもので、３軸方向の外力の最
大加速度の履歴を知ることが可能である。本発明では、
加速度ゲージの主要本体のみを図示したが、ゲージの外
周をアクリル樹脂のような透明ケースでおおうことによ
り、外部からの加外度以外の要因によつて梁部材が破損
することを防止できる。本発明の梁部材の形状は、本例
に示したような片持梁式の構造以外にも任意の形状のも
のを選ぶことは容易である。また梁部材の材質もSi単結
晶に特に限定するものでもなく、破壊応力の大きさがば
らつかないで、しかも脆性を示す材料ならば他の材料で
置きかえることが可能である。本発明による梁部材の外
力を受けた時の破断の有無は目視により観測可能なた
め、特別な検出回路等を必要としない。従つて、装置な
どに貼付けておくことにより、常時、最大加速度の検出
が可能となる。
本発明によれば、特別な電気的な計測手段を用いること
なしに、最大加速度の加わつた履歴を知ることが可能で
ある。耐衝撃力の決められた高精度な装置や計測器に貼
付けておくだけで、許容外の外力の加わつた履歴の有無
が容易に判別できるため、該高精度な装置や計測機の高
信頼性を維持できる効果がある。
なしに、最大加速度の加わつた履歴を知ることが可能で
ある。耐衝撃力の決められた高精度な装置や計測器に貼
付けておくだけで、許容外の外力の加わつた履歴の有無
が容易に判別できるため、該高精度な装置や計測機の高
信頼性を維持できる効果がある。
第１図は加速度ゲージの鳥瞰図、第２図は本発明の模式
を示した平面図と梁の断面図、第３図は加速度ゲージの
平面図、第４図は外力を受けた後の加速度ゲージの平面
図、第５図は加速度ゲージを実装した装置の鳥瞰図であ
る。 １……基板、2,4,6……質量部、3,5,7……梁、8,9,10…
…梁部材。
を示した平面図と梁の断面図、第３図は加速度ゲージの
平面図、第４図は外力を受けた後の加速度ゲージの平面
図、第５図は加速度ゲージを実装した装置の鳥瞰図であ
る。 １……基板、2,4,6……質量部、3,5,7……梁、8,9,10…
…梁部材。
Claims (2)
- 【請求項１】第一および第二の梁と、前記第一および第
二の梁の各々の一端をそれぞれ支持するための共通の支
持部と、前記第一および第二の梁の先端に形成された所
定の質量を有する第一および第二の質量部とを有する加
速度ゲージであって、 前記加速度ゲージに外力に基づく第一の大きさの加速度
が加わったときには前記第一および第二の梁は共に破断
せず、第二の大きさの加速度が加わったときには前記第
一の梁は破断するが前記第二の梁は破断せず、第三の大
きさの加速度が加わったときには前記第一および第二の
梁は共に破断するように前記第一および第二の梁の長さ
および前記第一および第二の質量部の断面係数の値をそ
れぞれ所定値としたことを特徴とする加速度ゲージ。 - 【請求項２】前記第一および第二の梁、前記第一および
第二の質量部および前記支持部はシリコン単結晶を用い
て一体的に形成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の加速度ゲージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60175825A JPH0789124B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 加速度ゲ−ジ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60175825A JPH0789124B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 加速度ゲ−ジ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236561A JPS6236561A (ja) | 1987-02-17 |
| JPH0789124B2 true JPH0789124B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=16002878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60175825A Expired - Lifetime JPH0789124B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 加速度ゲ−ジ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0789124B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010059433A3 (en) * | 2008-11-07 | 2010-09-23 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Mems pressure and acceleration dosimeter |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0906578B1 (de) | 1996-08-30 | 1999-12-01 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Beschleunigungsgrenzwertsensor |
| JPH11190745A (ja) | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nec Shizuoka Ltd | 衝撃履歴の検出方法とその検出部材および携帯電子機器 |
| FI119078B (fi) | 2002-02-12 | 2008-07-15 | Nokia Corp | Kiihtyvyysanturi |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58106463A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-24 | Nissin Electric Co Ltd | 衝撃検出器付電気機器 |
| JPS59126261A (ja) * | 1983-01-06 | 1984-07-20 | サンドストランド・デ−タ・コントロ−ル・インコ−ポレ−テツド | はり共振器力変換器を有する加速度計 |
-
1985
- 1985-08-12 JP JP60175825A patent/JPH0789124B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58106463A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-24 | Nissin Electric Co Ltd | 衝撃検出器付電気機器 |
| JPS59126261A (ja) * | 1983-01-06 | 1984-07-20 | サンドストランド・デ−タ・コントロ−ル・インコ−ポレ−テツド | はり共振器力変換器を有する加速度計 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010059433A3 (en) * | 2008-11-07 | 2010-09-23 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Mems pressure and acceleration dosimeter |
| US8258799B2 (en) | 2008-11-07 | 2012-09-04 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | MEMS dosimeter |
| US9465047B2 (en) | 2008-11-07 | 2016-10-11 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | MEMS dosimeter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6236561A (ja) | 1987-02-17 |
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