JPH09243658A - 超小型加速度センサ - Google Patents
超小型加速度センサInfo
- Publication number
- JPH09243658A JPH09243658A JP8336196A JP8336196A JPH09243658A JP H09243658 A JPH09243658 A JP H09243658A JP 8336196 A JP8336196 A JP 8336196A JP 8336196 A JP8336196 A JP 8336196A JP H09243658 A JPH09243658 A JP H09243658A
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- Japan
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- pendulum
- coil
- magnetic field
- electrode plate
- capacitor electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、全体としてのサイズが１cm角以下
の振子式超小型加速度センサに関し、特に振子を支持す
るばねの非線形特性などの影響を受けない正確な加速度
検出を超小型のサイズで実現できるようにした。 【解決手段】 微小な基盤11の一部に導電性被膜として
形成された固定コンデンサ極板１と、同極板１に対向す
るように導電性被膜としての可動コンデンサ極板５を形
成された振子３と、振子ばね４とをそなえ、固定コンデ
ンサ極板１に静磁界発生用コイル７が設けられるととも
に可動コンデンサ極板５に駆動コイル９が設けられて、
加速度検出時に振子３の動きに伴い各コンデンサ極板
１，５に結線された変位検出用集積回路２からの検出信
号に応じサーボアンプ集積回路10から駆動コイル９に電
流が流されることにより、振子の実際の動きを拘束でき
るようになっている。そして上記コイル９に流される電
流は検出すべき加速度に比例するので、この電流の計測
により加速度が求められる。
の振子式超小型加速度センサに関し、特に振子を支持す
るばねの非線形特性などの影響を受けない正確な加速度
検出を超小型のサイズで実現できるようにした。 【解決手段】 微小な基盤11の一部に導電性被膜として
形成された固定コンデンサ極板１と、同極板１に対向す
るように導電性被膜としての可動コンデンサ極板５を形
成された振子３と、振子ばね４とをそなえ、固定コンデ
ンサ極板１に静磁界発生用コイル７が設けられるととも
に可動コンデンサ極板５に駆動コイル９が設けられて、
加速度検出時に振子３の動きに伴い各コンデンサ極板
１，５に結線された変位検出用集積回路２からの検出信
号に応じサーボアンプ集積回路10から駆動コイル９に電
流が流されることにより、振子の実際の動きを拘束でき
るようになっている。そして上記コイル９に流される電
流は検出すべき加速度に比例するので、この電流の計測
により加速度が求められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体としての大き
さが１cm角以下程度に微細化され、かつ、振子式のセン
サ機構に微小の集積回路をそなえるようにした超小型加
速度センサに関する。
さが１cm角以下程度に微細化され、かつ、振子式のセン
サ機構に微小の集積回路をそなえるようにした超小型加
速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超小型加速度センサとしては図４
〜６に示すようなものがあり、シリコンウエハとしての
基板11の一部に、固定コンデンサ極板１がリソグラフィ
工法により導電性被膜として形成されている。そして固
定コンデンサ極板１に対向するように可動コンデンサ極
板５を装着された振子３が、エッチングで作られた板ば
ね状の振子ばね４を介して基板11に連結されており、可
動コンデンサ極板５もリソグラフィ工法により導電性被
膜として形成されている。
〜６に示すようなものがあり、シリコンウエハとしての
基板11の一部に、固定コンデンサ極板１がリソグラフィ
工法により導電性被膜として形成されている。そして固
定コンデンサ極板１に対向するように可動コンデンサ極
板５を装着された振子３が、エッチングで作られた板ば
ね状の振子ばね４を介して基板11に連結されており、可
動コンデンサ極板５もリソグラフィ工法により導電性被
膜として形成されている。
【０００３】また振子３の変位を検出する変位検出用集
積回路２が設けられて、各コンデンサ極板１，５に結線
されており、この集積回路２で検出された振子３の変位
に基づき加速度が求められるようになっている。
積回路２が設けられて、各コンデンサ極板１，５に結線
されており、この集積回路２で検出された振子３の変位
に基づき加速度が求められるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な従来の超小型加速度センサでは、振子３が実際に大き
く動くため、振子ばね４の非線形特性や安定度、ダイナ
ミックレンジに問題があり、振動の有無や一定値以上の
加速度の検知などの感震器としての利用価値はあるもの
の、精密な加速度測定用には適さないという不具合があ
る。
な従来の超小型加速度センサでは、振子３が実際に大き
く動くため、振子ばね４の非線形特性や安定度、ダイナ
ミックレンジに問題があり、振動の有無や一定値以上の
加速度の検知などの感震器としての利用価値はあるもの
の、精密な加速度測定用には適さないという不具合があ
る。
【０００５】本発明は、振子式の加速度センサにおい
て、加速度の検出時に振子の拘束を電磁的に行なえるよ
うにして、その拘束に要する電流値に基づき、振子ばね
特性の影響を受けることなく正確に加速度の検出を行な
えるようにした超小型加速度センサを提供することを課
題としている。
て、加速度の検出時に振子の拘束を電磁的に行なえるよ
うにして、その拘束に要する電流値に基づき、振子ばね
特性の影響を受けることなく正確に加速度の検出を行な
えるようにした超小型加速度センサを提供することを課
題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の超小型加速度センサは、微小な基板の一部
に導電性被膜として形成された固定コンデンサ極板と、
同固定コンデンサ極板に対向する可動コンデンサ極板を
導電性被膜として表面に形成された振子と、同振子を上
記基板に弾性的に連結する振子ばねと、上記の固定コン
デンサ極板および可動コンデンサ極板に結線されて上記
振子の変位を検出する変位検出用集積回路とをそなえる
とともに、上記固定コンデンサの表面に設けられた少な
くとも２個の静磁界発生用コイルと、同静磁界発生用コ
イルと対向するように上記可動コンデンサ極板の表面に
設けられた振子駆動用コイルと、上記変位検出用集積回
路で検出された上記振子の変位量に基づき上記振子駆動
用コイルに電流を流して上記振子の変位を拘束するため
のサーボアンプ集積回路とをそなえ、同サーボアンプ集
積回路から上記振子駆動用コイルへ流される電流に基づ
き加速度が検出されるように構成されたことを特徴とし
ている。
め、本発明の超小型加速度センサは、微小な基板の一部
に導電性被膜として形成された固定コンデンサ極板と、
同固定コンデンサ極板に対向する可動コンデンサ極板を
導電性被膜として表面に形成された振子と、同振子を上
記基板に弾性的に連結する振子ばねと、上記の固定コン
デンサ極板および可動コンデンサ極板に結線されて上記
振子の変位を検出する変位検出用集積回路とをそなえる
とともに、上記固定コンデンサの表面に設けられた少な
くとも２個の静磁界発生用コイルと、同静磁界発生用コ
イルと対向するように上記可動コンデンサ極板の表面に
設けられた振子駆動用コイルと、上記変位検出用集積回
路で検出された上記振子の変位量に基づき上記振子駆動
用コイルに電流を流して上記振子の変位を拘束するため
のサーボアンプ集積回路とをそなえ、同サーボアンプ集
積回路から上記振子駆動用コイルへ流される電流に基づ
き加速度が検出されるように構成されたことを特徴とし
ている。
【０００７】上述の超小型加速度センサでは、同センサ
を装着された部材の動きに伴い、上記振子が相対的に動
き始めると、同振子の可動コンデンサ電極と上記固定コ
ンデンサ電極との相対的な動きが振子変位量として変位
検出用集積回路により検出され、その検出値に応じ上記
振子の動きを拘束しようとする電流がサーボアンプ集積
回路から上記振子駆動用コイルに流される。そして、こ
の電流値に基づき、振子ばねの機械的影響を受けること
なく加速度が正確に求められるようになる。
を装着された部材の動きに伴い、上記振子が相対的に動
き始めると、同振子の可動コンデンサ電極と上記固定コ
ンデンサ電極との相対的な動きが振子変位量として変位
検出用集積回路により検出され、その検出値に応じ上記
振子の動きを拘束しようとする電流がサーボアンプ集積
回路から上記振子駆動用コイルに流される。そして、こ
の電流値に基づき、振子ばねの機械的影響を受けること
なく加速度が正確に求められるようになる。
【０００８】また、本発明の超小型加速度センサは、上
記静磁界発生用コイルが、上記固定コンデンサ極板の表
面中央に設けられた静磁界発生用中央コイルと、同中央
コイルの両側方にそれぞれ配置されて同中央コイルへ磁
束を向かわせるように設けられた静磁界発生用側方コイ
ルとをそなえて構成されたことを特徴としている。
記静磁界発生用コイルが、上記固定コンデンサ極板の表
面中央に設けられた静磁界発生用中央コイルと、同中央
コイルの両側方にそれぞれ配置されて同中央コイルへ磁
束を向かわせるように設けられた静磁界発生用側方コイ
ルとをそなえて構成されたことを特徴としている。
【０００９】これにより、静磁界発生用コイルが振子の
変位方向と直交する方向に磁束を的確に形成するように
なり、振子における駆動用コイルとの協働作用によって
同振子の動きが十分に拘束されるようになる。
変位方向と直交する方向に磁束を的確に形成するように
なり、振子における駆動用コイルとの協働作用によって
同振子の動きが十分に拘束されるようになる。
【００１０】さらに、本発明の超小型加速度センサは、
上記静磁界発生用コイルが上記固定コンデンサ極板の表
面に絶縁被膜を介してリソグラフィ工法により渦巻状に
形成され、かつ、上記振子駆動用コイルが上記可動コン
デンサ極板の表面に絶縁被膜を介してリソグラフィ工法
により渦巻状に形成されていることを特徴としている。
上記静磁界発生用コイルが上記固定コンデンサ極板の表
面に絶縁被膜を介してリソグラフィ工法により渦巻状に
形成され、かつ、上記振子駆動用コイルが上記可動コン
デンサ極板の表面に絶縁被膜を介してリソグラフィ工法
により渦巻状に形成されていることを特徴としている。
【００１１】これにより、固定コンデンサ極板上におけ
る静磁界発生用コイルの装着や、可動コンデンサ極板上
における振子駆動用コイルの装着が、微小の厚さで行な
えるようになり、加速度センサ全体としての超小型化が
容易になる。
る静磁界発生用コイルの装着や、可動コンデンサ極板上
における振子駆動用コイルの装着が、微小の厚さで行な
えるようになり、加速度センサ全体としての超小型化が
容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての超小型加速度センサについて説明すると、
図１〜３はその縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
形態としての超小型加速度センサについて説明すると、
図１〜３はその縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００１３】図１に示すように、１cm角以下程度のシリ
コンウエハとしての基板11において、その凹所の内壁面
に固定コンデンサ極板１がリソグラフィ工法による導電
性被膜として形成されるとともに、同固定コンデンサ極
板１に対向する可動コンデンサ極板５をリソグラフィ工
法による導電性被膜として表面に形成された振子３が設
けられており、同振子３はエッチングで作られた板状の
振子ばね４で基板11に弾性的に連結されている。そし
て、各コンデンサ極板１，５に変位検出用集積回路２が
結線されることにより、振子３の動きを検出するコンデ
ンサ変位検出機構が構成されている。
コンウエハとしての基板11において、その凹所の内壁面
に固定コンデンサ極板１がリソグラフィ工法による導電
性被膜として形成されるとともに、同固定コンデンサ極
板１に対向する可動コンデンサ極板５をリソグラフィ工
法による導電性被膜として表面に形成された振子３が設
けられており、同振子３はエッチングで作られた板状の
振子ばね４で基板11に弾性的に連結されている。そし
て、各コンデンサ極板１，５に変位検出用集積回路２が
結線されることにより、振子３の動きを検出するコンデ
ンサ変位検出機構が構成されている。
【００１４】本実施形態では、さらに固定コンデンサ極
板１の表面に絶縁被膜１ａが貼り付けられて、同被膜１
ａ上にリソグラフィ工法によって３個の静磁界発生用コ
イル６，７，８がそれぞれ渦巻状に形成されている。す
なわち、固定コンデンサ極板１の表面中央に設けられた
静磁界発生用中央コイル７と、同中央コイル７の両側方
にそれぞれ配置されて同中央コイルへ磁束を向かわせる
ように設けられた静磁界発生用側方コイル６，８とが、
基板11内に設けられた端子12を介して電源に結線される
ようになっている。
板１の表面に絶縁被膜１ａが貼り付けられて、同被膜１
ａ上にリソグラフィ工法によって３個の静磁界発生用コ
イル６，７，８がそれぞれ渦巻状に形成されている。す
なわち、固定コンデンサ極板１の表面中央に設けられた
静磁界発生用中央コイル７と、同中央コイル７の両側方
にそれぞれ配置されて同中央コイルへ磁束を向かわせる
ように設けられた静磁界発生用側方コイル６，８とが、
基板11内に設けられた端子12を介して電源に結線される
ようになっている。
【００１５】また静磁界発生用コイル６〜８に対向する
ように、振子駆動用コイル９が振子３上に設けられてお
り、同コイル９は可動コンデンサ極板５の表面に貼り付
けられた絶縁被膜５ａの表面に、リソグラフィ工法によ
って渦巻状に形成されている。
ように、振子駆動用コイル９が振子３上に設けられてお
り、同コイル９は可動コンデンサ極板５の表面に貼り付
けられた絶縁被膜５ａの表面に、リソグラフィ工法によ
って渦巻状に形成されている。
【００１６】静磁界発生用コイル６〜８は振子駆動用コ
イル９に電流が流されたときに振子３に対し駆動力を効
率よく発生できるように、振子駆動用コイル９のコイル
面に近似的に平行な磁束流を発生し、この磁束流は振子
３と一体に動く振子駆動用コイル９の運動方向と直交す
る静磁界を形成するようになっているが、これらのコイ
ルは２個でもよい。
イル９に電流が流されたときに振子３に対し駆動力を効
率よく発生できるように、振子駆動用コイル９のコイル
面に近似的に平行な磁束流を発生し、この磁束流は振子
３と一体に動く振子駆動用コイル９の運動方向と直交す
る静磁界を形成するようになっているが、これらのコイ
ルは２個でもよい。
【００１７】振子駆動用コイル９は、この加速度センサ
の加速度検出時に、振子３の変位を検出する変位検出用
集積回路２に結線されたサーボアンプ集積回路10から振
子３の動きを拘束するための電流を受けるように同集積
回路10に結線されており、この電流は振子３を動かす加
速度に比例するので、この電流を計測することにより加
速度が求められる。すなわち、上記電流が加速度検出信
号に相当している。
の加速度検出時に、振子３の変位を検出する変位検出用
集積回路２に結線されたサーボアンプ集積回路10から振
子３の動きを拘束するための電流を受けるように同集積
回路10に結線されており、この電流は振子３を動かす加
速度に比例するので、この電流を計測することにより加
速度が求められる。すなわち、上記電流が加速度検出信
号に相当している。
【００１８】このようにして、本実施形態の加速度セン
サは、力平衡型のＩＣ化サーボ型加速度計を構成するこ
とができる。そして本実施形態では、静磁界を発生させ
るのに電磁コイルとしての３個のコイル６〜８が、固定
コンデンサ極板１に設けられて、絶縁被膜１ａを介しリ
ソグラフィ工法により渦巻状に形成されているので、永
久磁石を設ける場合と比べて加速度センサ全体の超小型
化の点で有利となり、しかも振子３の動きが振子駆動用
コイル９への通電により拘束され、その実際の動きは著
しく少なくなるので、振子ばね４の機械的影響を受ける
ことなく正確に加速度を検出できるようになる。なお、
静磁界発生用コイルの設置個数は２個でもよく、その場
合も前述とほぼ同様の作用効果が得られる。
サは、力平衡型のＩＣ化サーボ型加速度計を構成するこ
とができる。そして本実施形態では、静磁界を発生させ
るのに電磁コイルとしての３個のコイル６〜８が、固定
コンデンサ極板１に設けられて、絶縁被膜１ａを介しリ
ソグラフィ工法により渦巻状に形成されているので、永
久磁石を設ける場合と比べて加速度センサ全体の超小型
化の点で有利となり、しかも振子３の動きが振子駆動用
コイル９への通電により拘束され、その実際の動きは著
しく少なくなるので、振子ばね４の機械的影響を受ける
ことなく正確に加速度を検出できるようになる。なお、
静磁界発生用コイルの設置個数は２個でもよく、その場
合も前述とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の超小型加
速度センサによれば次のような効果が得られる。 （１）振子の変位を検出するためのコンデンサ変位検出
機構における固定コンデンサ極板に、サーボ型加速度セ
ンサを構成するための複数の静磁界発生用コイルが設け
られる構成になっているので、永久磁石を設ける場合に
比べて加速度センサ全体としての超小型化が容易にな
る。 （２）上記静磁界発生用コイルや振子上の振子駆動用コ
イルがリソグラフィ工法により渦巻状に形成されるの
で、上記各コイルを微小な厚さで設けることができ、加
速度センサ全体としての超小型化が一層容易になる。 （３）加速度の検出時に、振子の動きを拘束するように
同振子上の振子駆動用コイルに電流が流され、この電流
の計測によって加速度が求められるので、振子の実際の
動きは著しく減少し、これにより振子ばねの非線形特性
などの機械的影響を受けずに正確に加速度を検出できる
ようになる。 （４）コンデンサ変位検出機構を構成する基板上の固定
コンデンサ極板および振子上の可動コンデンサ極板に接
続された変位検出用集積回路が設けられるとともに、同
集積回路からの変位検出信号に応じ振子の拘束を行うべ
く振子駆動用コイルへ電流を流すサーボアンプ集積回路
が設けられるので、全体としてＩＣ化された性能の高い
超小型加速度センサの実現が可能になる。
速度センサによれば次のような効果が得られる。 （１）振子の変位を検出するためのコンデンサ変位検出
機構における固定コンデンサ極板に、サーボ型加速度セ
ンサを構成するための複数の静磁界発生用コイルが設け
られる構成になっているので、永久磁石を設ける場合に
比べて加速度センサ全体としての超小型化が容易にな
る。 （２）上記静磁界発生用コイルや振子上の振子駆動用コ
イルがリソグラフィ工法により渦巻状に形成されるの
で、上記各コイルを微小な厚さで設けることができ、加
速度センサ全体としての超小型化が一層容易になる。 （３）加速度の検出時に、振子の動きを拘束するように
同振子上の振子駆動用コイルに電流が流され、この電流
の計測によって加速度が求められるので、振子の実際の
動きは著しく減少し、これにより振子ばねの非線形特性
などの機械的影響を受けずに正確に加速度を検出できる
ようになる。 （４）コンデンサ変位検出機構を構成する基板上の固定
コンデンサ極板および振子上の可動コンデンサ極板に接
続された変位検出用集積回路が設けられるとともに、同
集積回路からの変位検出信号に応じ振子の拘束を行うべ
く振子駆動用コイルへ電流を流すサーボアンプ集積回路
が設けられるので、全体としてＩＣ化された性能の高い
超小型加速度センサの実現が可能になる。
【図１】本発明の一実施形態としての超小型加速度セン
サを示す縦断面図である。
サを示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】従来の超小型加速度センサの一例を示す縦断面
図である。
図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
１ 固定コンデンサ極板 １ａ 絶縁被膜 ２ 変位検出用集積回路 ３ 振子 ４ 振子ばね ５ 可動コンデンサ極板 ６ 磁界発生用側方コイル ７ 磁界発生用中央コイル ８ 磁界発生用側方コイル ９ 振子駆動用コイル 10 サーボアンプ集積回路 11 基板 12 端子
Claims (3)
- 【請求項１】微小な基板の一部に導電性被膜として形成
された固定コンデンサ極板と、同固定コンデンサ極板に
対向する可動コンデンサ極板を導電性被膜として表面に
形成された振子と、同振子を上記基板に弾性的に連結す
る振子ばねと、上記の固定コンデンサ極板および可動コ
ンデンサ極板に結線されて上記振子の変位を検出する変
位検出用集積回路とをそなえるとともに、上記固定コン
デンサの表面に設けられた少なくとも２個の静磁界発生
用コイルと、同静磁界発生用コイルと対向するように上
記可動コンデンサ極板の表面に設けられた振子駆動用コ
イルと、上記変位検出用集積回路で検出された上記振子
の変位量に基づき上記振子駆動用コイルに電流を流して
上記振子の変位を拘束するためのサーボアンプ集積回路
とをそなえ、同サーボアンプ集積回路から上記振子駆動
用コイルへ流される電流に基づき加速度が検出されるよ
うに構成されたことを特徴とする、超小型加速度セン
サ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超小型加速度センサに
おいて、上記静磁界発生用コイルが、上記固定コンデン
サ極板の表面中央に設けられた静磁界発生用中央コイル
と、同中央コイルの両側方にそれぞれ配置されて同中央
コイルへ磁束を向かわせるように設けられた静磁界発生
用側方コイルとをそなえて構成されたことを特徴とす
る、超小型加速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の超小型加速度
センサにおいて、上記静磁界発生用コイルが上記固定コ
ンデンサ極板の表面に絶縁被膜を介してリソグラフィ工
法により渦巻状に形成され、かつ、上記振子駆動用コイ
ルが上記可動コンデンサ極板の表面に絶縁被膜を介して
リソグラフィ工法により渦巻状に形成されていることを
特徴とする、超小型加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08336196A JP3818399B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 超小型加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08336196A JP3818399B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 超小型加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243658A true JPH09243658A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3818399B2 JP3818399B2 (ja) | 2006-09-06 |
Family
ID=13800297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08336196A Expired - Fee Related JP3818399B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 超小型加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3818399B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010025891A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 加速度センサ及びサーボ型加速度計 |
| JP2010091564A (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Honeywell Internatl Inc | Ｍｅｍｓ加速度計 |
| JP2010091565A (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Honeywell Internatl Inc | 微小電気機械システム（ｍｅｍｓ）力平行加速度計 |
| JP2015042990A (ja) * | 2009-01-07 | 2015-03-05 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 平行な磁石間に磁束集束器を有するｍｅｍｓ加速度計 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP08336196A patent/JP3818399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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