特許 5770968 閉ループ線形駆動加速度計を用いて面外線形加速度を検出するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5770968

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】閉ループ線形駆動加速度計を用いて面外線形加速度を検出するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/13 20060101AFI20150806BHJP

   G01P 15/125 20060101ALI20150806BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20150806BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/13 B

   G01P15/125 Z

   G01P15/08 101B

【請求項の数】4

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2009-128940(P2009-128940)

(22)【出願日】2009年5月28日

(65)【公開番号】特開2010-38903(P2010-38903A)

(43)【公開日】2010年2月18日

【審査請求日】2012年5月21日

(31)【優先権主張番号】12/183,678

(32)【優先日】2008年7月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100080137

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 昭男

(74)【代理人】

【識別番号】100096013

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 博行

(74)【代理人】

【識別番号】100107696

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 文俊

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ジェイ・フォスター

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１８５４３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２４８４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９８３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０９９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０６３１６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２６６８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４３４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５７９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４７８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４６６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５１５０９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ １５／１３

Ｇ０１Ｐ １５／０８

Ｇ０１Ｐ １５／１２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の質量により規定される第１のプルーフマス部分（１３０）および前記第１の質量とは異なる第２の質量により規定される第２のプルーフマス部分（１３２）を備え、回転軸（１１０）の周りを回転するように構成された不平衡プルーフマス（１０２）と、
前記不平衡プルーフマスの第１の端部の複数の第１のプルーフマス櫛歯（１１６）と、
Ｙ軸に沿って前記複数の第１のプルーフマス櫛歯と交互配置され、前記複数の第１のプルーフマス櫛歯から面外Ｚ軸に沿ってオフセットされた複数の第１のステータ櫛歯（１２４）と、
前記不平衡プルーフマスの第２の端部の複数の第２のプルーフマス櫛歯（１２０）と、
前記Ｙ軸に沿って前記複数の第２のプルーフマス櫛歯と交互配置され、前記複数の第２のプルーフマス櫛歯から前記面外Ｚ軸に沿ってオフセットされた複数の第２のステータ櫛歯（１２６）と、
前記複数の交互配置された第１のプルーフマス櫛歯および第１のステータ櫛歯、ならびに、前記複数の交互配置された第２のプルーフマス櫛歯および第２のステータ櫛歯のうちの少なくとも１つに、リバランシング力を加えるように動作可能なコントローラ（４００）と、を備え、
前記第１のプルーフマス櫛歯（１１６）の少なくとも１つと前記第１のステータ櫛歯（１２４）の少なくとも１つとの間の前記Ｚ軸方向における重なりの量が、前記不平衡プルーフマス（１０２）の回転トルクに応答して増加し、前記第２のプルーフマス櫛歯（１２０）の少なくとも１つと前記第２のステータ櫛歯（１２６）の少なくとも１つとの間の前記Ｚ軸方向における重なりの量が、前記不平衡プルーフマス（１０２）の回転トルクに応答して減少し、
前記リバランシング力は、前記不平衡プルーフマスの面外加速度に応答して発生された前記不平衡プルーフマスの回転トルクに対抗し、前記コントローラは、前記加えられたリバランシング力に基づいて加速度の大きさを求めるように動作可能である、
を備えた閉ループ線形駆動加速度計（１００）。

【請求項2】

第１の間隙は前記複数の第１のプルーフマス櫛歯と前記複数の第１のステータ櫛歯との間の第１の静電容量を規定し、第２の間隙は前記複数の第２のプルーフマス櫛歯と前記複数の第２のステータ櫛歯との間の第２の静電容量を規定し、前記回転トルクを発生させる前記不平衡プルーフマスの線形面外加速度は、前記第１の静電容量および前記第２の静電容量を変化させる、請求項１に記載の閉ループ線形駆動加速度計。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記複数の第１のステータ櫛歯および前記複数の第２のステータ櫛歯に電気的に接続され、前記不平衡プルーフマスの回転トルクを概ね打ち消すリバランシング電圧を前記複数の第１のステータ櫛歯および前記複数の第２のステータ櫛歯の少なくとも１つに印加するように構成された閉ループ線形駆動加速度計コントローラを備える、請求項１に記載の閉ループ線形駆動加速度計。

【請求項4】

前記不平衡プルーフマスを固定具（１１２）に結合するように構成され、前記第１のプルーフマス部分と前記第２のプルーフマス部分との間に前記回転軸（１１０）を画定するように構成された少なくとも１つのたわみ部材（１１４）をさらに備え、前記回転トルクは前記回転軸（１１０）の周りにある、請求項１に記載の閉ループ線形駆動加速度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

加速度計などの従来の面外微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、１つまたは複数のシリコンたわみを使用して、通常はガラスである基板に機械的に結合されかつ懸垂された１つまたは複数のシリコンプルーフマスを含むことができる。基板内部にエッチングされたいくつかの凹部によって、ＭＥＭＳデバイスの選択された部分がＭＥＭＳデバイスの内部部分で自由に運動可能になる。ある種の設計では、プルーフマスを２つの基板の間にはさみ込むために基板をシリコン構造体の上方および下方に設けることができる。面外ＭＥＭＳデバイスを使用して、プルーフマスの部分を変位させる、加えられた加速度の力を測定することによって面外線形加速度を求めることができる。

【0002】

本明細書でロータと呼ぶ加速度計のプルーフマスの可動部分、およびこれに隣接した本明細書でステータと呼ぶＭＥＭＳデバイスの固定部分は、間隙により隔てられている。通常、間隙は、プルーフマスロータがＭＥＭＳデバイスの加速度に応答して自由に運動するように空気または他の適切な気体で満たされている。プルーフマスロータと固定されたステータとの間の間隙は静電容量を規定する。

【0003】

開ループで動作されるＭＥＭＳデバイスでは、ステータに対するプルーフマスロータの運動によって誘起された静電容量の変化が検出可能である。検出された静電容量の変化に基づいて、ＭＥＭＳデバイスの線形加速度の大きさが決定できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第７，１４６，８５６号

【特許文献2】米国特許第７，１４０，２５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、必然的に、プルーフマスロータの運動はロータとステータとの間の幾何学的配置の変化を引き起こす。ロータとステータとの間の静電容量は、離隔距離の二乗で除されたロータとステータの結合面積に比例するので［力＝関数（面積／距離^２）］、ロータとステータとの間の幾何学的配置の変化は非線形の様式でこの力に影響を及ぼす。こうした力の非線形的変化は、ＭＥＭＳデバイスの加速度を決定する過程を著しく複雑なものにし、加速度の決定に誤差を持ち込む可能性がある。したがって、ロータおよびステータ間の力の非線形的変化を最小化するように、ステータに対するロータの運動を実質的に防ぎ、および／または、制御することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

面外線形加速度を感知するシステムおよび方法が、閉ループで動作されるＭＥＭＳデバイスにおいて開示される。例示の実施形態において、面外線形加速度計は面外方向に加速され、この加速度は不平衡プルーフマスに回転トルクを発生させる。リバランシング（再平衡）力が、複数の交互配置されたロータ櫛歯（ｃｏｍｂ ｔｉｎｅ）とステータ櫛歯との少なくとも１つに加えられ、このリバランシング力は前記回転トルクに対抗し、ロータ櫛歯は不平衡プルーフマスの端部に配置され、ステータ櫛歯は不平衡プルーフマスの端部に隣接したステータの上に配置される。次いで、加速度の大きさが、加えられたリバランシング力に基づいて求められる。

【0007】

さらなる態様によれば、例示の実施形態は、第１の質量により規定される第１のプルーフマス部分および第１の質量とは異なる第２の質量により規定される第２のプルーフマス部分を備えた不平衡プルーフマスと、不平衡プルーフマスの第１の端部の複数の第１のプルーフマス櫛歯と、複数の第１のプルーフマス櫛歯と交互配置され複数の第１のプルーフマス櫛歯からオフセットされた複数の第１のステータ櫛歯と、不平衡プルーフマスの第２の端部の複数の第２のプルーフマス櫛歯と、複数の第２のプルーフマス櫛歯と交互配置され複数の第２のプルーフマス櫛歯からオフセットされた複数の第２のステータ櫛歯と、を有する。コントローラは、複数の交互配置された第１のロータ櫛歯および第１のステータ櫛歯ならびに複数の交互配置された第２のロータ櫛歯および第２のステータ櫛歯の少なくとも１つに、リバランシング力を加えるように動作可能であり、このリバランシング力は、不平衡プルーフマスの面外加速度に応答して発生された不平衡プルーフマスの回転トルクに対抗し、コントローラは、加えられたリバランシング力に基づいて加速度の大きさを決定するように動作可能である。

【0008】

好適な実施形態および代替の実施形態が下記の図面を参照して以下で詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】閉ループ線形駆動加速度計の実施形態の部分の上側斜視図である。

【図2】閉ループ線形駆動加速度計のプルーフマスの実施形態の底面側斜視図である。

【図3】閉ループ線形駆動加速度計の交互配置されたロータ歯およびステータ歯の切欠き側面図である。

【図4】閉ループ線形駆動加速度計の実施形態の制御要素の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、面外線形加速度を検出する閉ループ線形駆動加速度計１００の実施形態の一部分の上側斜視図である。閉ループ線形駆動加速度計１００は、プルーフマス１０２と、第１のステータ１０４と、第２のステータ１０６と、基板１０８の部分とを含む。実施形態は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を使用して製造される。

【0011】

Ｚ軸に沿った面外線形加速度が振子式プルーフマス１０２を回転させる。動作の閉ループモードは、閉ループ線形駆動加速度計１００が面外加速度を受けた時に、プルーフマス１０２の位置を概ね固定された位置に維持する。すなわち、例示の実施形態では、電圧が発生されステータ１０４および１０６に印加されて、線形加速度により引き起こされたねじり力を打ち消す。

【0012】

プルーフマス１０２は、プルーフマス１０２が（示されたＹ軸に対応する）示された回転軸１１０の周りを回転できるように基板１０８の上方に懸垂される。閉ループ線形駆動加速度計１００は、交換可能に、振子式加速度計１００と呼ばれてもよい。

【0013】

固定具１１２が基板１０８に接合される。いくつかの実施形態では、固定具１１２は基板１０８に接合された（および／または図示しない上部基板に接合された）機械的デバイス層（図示せず）の部分であってよい。

【0014】

たわみ部材１１４は、プルーフマス１０２を、固定具１１２を介して基板１０８に可撓的に結合する。したがって、たわみ部材１１４は、Ｘ軸およびＹ軸に沿ったプルーフマス１０２の運動を概ね制限するが、面外加速度（Ｚ軸に沿った加速度）に応答してＹ軸回りの回転を許容する。いくつかの実施形態で、たわみ部材１１４は、電気信号がプルーフマス１０２からピックオフされ、および／またはプルーフマス１０２に印加されるようにプルーフマス１０２への電気的接続性を提供する。

【0015】

例示の実施形態で、ステータ１０４、１０６は、これらステータ１０４、１０６がプルーフマス１０２に対して固定された位置に保持されるように基板１０８に接合される。いくつかの実施形態では、ステータ１０４、１０６は追加的にまたは代替として上部基板（図示せず）に接合されてもよい。他の実施形態では、ステータ１０４、１０６は、基板１０８に接合された（および／または上部基板に接合された）機械的デバイス層（図示せず）の部分であってもよい。代替の実施形態で、ステータ１０４、１０６は、複数の切り離されたステータとして実装されてもよい。

【0016】

プルーフマス１０２の例示の実施形態は、プルーフマス１０２の第１の端部１１８に沿って形成された、第１の複数の対称的に構成されたプルーフマス櫛歯１１６を含む。さらに、第２の複数の対称的に構成されたプルーフマス櫛歯１２０が、プルーフマス１０２の反対側の第２の端部１２２に沿って形成される。例示のために、３本のプルーフマス櫛歯１１６、１２０だけが示される。実際には多くのプルーフマス櫛歯１１６、１２０が使用されよう。代替の実施形態で、ロータは別個のグループのロータ櫛歯１１６、１２０として実装されてもよい。

【0017】

第１のステータ１０４は、プルーフマス櫛歯１１６と交互配置された対応する数のステータ櫛歯１２４を含む。同様に、第２のステータ１０６は、プルーフマス櫛歯１２０と交互配置された、いくつかのステータ櫛歯１２６を含む。例示のため、４本のステータ櫛歯１２４および４本のステータ櫛歯１２６だけが示される。実際には多数のステータ櫛歯１２４、１２６が使用されよう。

【0018】

間隙１２８は、プルーフマス櫛歯１１６、１２０をそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６から隔てる。間隙１２８は少なくとも２つの機能を提供する。第１に、間隙１２８は、プルーフマス１０２がＺ軸に沿った線形加速度に応答してその回転軸１１０の周りを回転できるように、隣接する櫛歯間に摩擦接触が存在しないような十分な大きさである。第２に、間隙１２８は、プルーフマス櫛歯１１６とステータ櫛歯１２４との間ならびにプルーフマス櫛歯１２０とステータ櫛歯１２６との間の静電容量を規定する。

【0019】

上述したように、プルーフマス１０２は、Ｚ軸に沿った線形加速度に応答してその回転軸１１０の周りを回転する。プルーフマス１０２の回転軸１１０の周りの回転反応は、プルーフマス１０２の第１の部分１３０とプルーフマス１０２の第２の部分１３２との間の質量の不平衡によって引き起こされる。第１の部分１３０および第２の部分１３２は回転軸１１０によって画定される。部分１３０、１３２の質量が異なるために、プルーフマス１０２の線形加速度によって発生された第１の部分１３０に加えられる力は、第２の部分１３２に加えられる力とは異なることになる。（一般に、力は質量に加速度を乗じたものに等しいことが知られている。したがって、Ｚ軸に沿った線形加速度は、それら部分の質量が異なることを考えれば、部分１３０、１３２に対して異なる力をもたらす。したがって、第１の部分１３０に作用する力と第２の部分１３２に作用する力の差異によって回転トルクが発生し、これは、プルーフマス１０２をその回転軸１１０の周りに回転させる傾向がある）。

【0020】

質量の不平衡は、様々な方法でまたはそれらを組み合わせて、部分１３０、１３２間で定義することができる。１つの実施形態においては、任意選択で、第１の部分１３０の長さが第２の部分１３２の長さよりも大きくされてよい。しかし、プルーフマス１０２の第１の端部１１８の位置が第２の端部１２２の位置よりも回転軸１１０からより遠くに離れることを考慮すると、端部１１８における関連する力のモーメントは端部１２２における力のモーメントとは異なることになる。したがって、閉ループ線形駆動加速度計１００の実施形態は、１つまたは複数の印加電圧を介してリバランシング力を加える場合に、および／または面外加速度を決定する場合に、計算によりこの影響を考慮している。

【0021】

他の実施形態において、第１の部分１３０の長さは第２の部分１３２の長さと概ね同じである。それゆえ、プルーフマス１０２の端部１１８および１２２の回転軸１１０からの位置は概ね等しい。したがって、端部１１８および１２２における関連する力のモーメントも概ね等しいことになる。

【0022】

プルーフマス１０２の端部１１８および１２２の位置が回転軸１１０から概ね等距離にある実施形態の質量の不平衡は、１つまたは複数の異なる方法で生じさせることができる。図１は、任意部分１３４が除去されたプルーフマス１０２を示す。プルーフマス１０２の一方の側からの材料の任意の除去は部分１３０、１３２間の質量の不平衡を作り出す。除去部分１３４は、プルーフマス１０２の内部に部分的に延在してよく、または、プルーフマス１０２を全体にわたって貫通して延在してもよい。いくつかの実施形態において、除去部分１３４はプルーフマス１０２の材料とは異なる密度を有する材料で任意に充填されてよい。除去部分１３４は、交換可能に、質量削減容積１３４または質量削減アパーチャ１３４と呼ぶことができる。

【0023】

図２は、閉ループ線形駆動加速度計１００のプルーフマスの実施形態の底面側の斜視図である。除去部分１３４がプルーフマス１０２を貫通して延在する実施形態において、プルーフマス１０２の第１の部分１３０の基板１０８に隣接する表面積２０２は、第２の部分１３２の表面積２０４より小さい。表面積の差異は、部分１３０に及ぼす気体制動効果と部分１３２に及ぼす気体制動効果とに望ましくない不平衡をもたらす。いくつかの実施形態において、部分１３０、１３２間の気体制動効果の不平衡は計算によって求められる。

【0024】

図２に示した実施形態において、部分１３０、１３２間の気体制動効果の不平衡はプルーフマス１０２の底部から部分２０６を除去することによって任意に物理的に補償できる。除去部分２０６は、交換可能に、気体制動補償容積２０６と呼ぶことができる。除去部分２０６の面積は、プルーフマス１０２を貫いて延在する除去部分１３４と概ね等しい面積である。したがって、表面積２０２および２０４は、部分１３０、１３２に及ぼす気体制動効果が概ね同じになるように概ね等しくされる。

【0025】

代替として、または、付加的に、部分１３０、１３２間の質量の不平衡は、プルーフマス櫛歯１１６をプルーフマス櫛歯１２０より相対的に小さく（より小さな質量に）形成することによっても、もたらされる。すなわち、プルーフマス櫛歯１２０は、任意に、プルーフマス櫛歯１１６より大きな質量を有してよく、それによって、質量の不平衡を生じさせてもよい。間隙１２８がプルーフマス１０２の両端１１８および１２２で概ね等しくなるように間隙１２８の幾何学的配置を維持するために、ステータ櫛歯１２４をステータ櫛歯１２６よりも相対的に大きく（より質量を大きく）作ることができる。

【0026】

代替として、または、付加的に、部分１３０、１３２間の質量の不平衡は、プルーフマス１０２の側面端部に沿ってなど、プルーフマス１０２の複数部分を除去することによってもたらされてもよい。気体制動不平衡の影響は、対応する気体制動補償容積を使用することによって緩和できる。

【0027】

図３は、閉ループ線形駆動加速度計１００の交互配置されたロータ歯とステータ歯の切欠き側面図である。図３はプルーフマス櫛歯１１６とステータ櫛歯１２４との間のオフセットを示す。同様に、プルーフマス櫛歯１２０はステータ櫛歯１２６からオフセットされる。プルーフマス櫛歯１１６、１２０をステータ櫛歯１２４、１２６からオフセットさせることは、プルーフマス１０２をステータ１０４、１０６からオフセットさせることにより実装できる。他の実施形態で、適切なエッチングおよび／またはマイクロマシニング工程を使用して、オフセットをプルーフマス櫛歯１１６、１２０およびステータ櫛歯１２４、１２６の中に作り出すことができる。

【0028】

基板１０８の一部分が図３に示される。任意の接地板３０２または他の適切な構造体が、プルーフマス櫛歯１１６、１２０およびステータ櫛歯１２４、１２６の概ね下方に基板１０８の上に配置される。接地接続部に結合された接地板３０２は浮遊容量を接地させる経路を提供し、それによって、閉ループ線形駆動加速度計１００の線形性を向上させる。

【0029】

図４は、閉ループ線形駆動加速度計コントローラ４００の実施形態の制御要素の構成図である。これに含まれるものは、プロセッサシステム４０２、メモリ４０４、加速度計制御インターフェース４０６、および出力インターフェース４０８である。プロセッサシステム４０２、メモリ４０４、加速度計制御インターフェース４０６、および出力インターフェース４０８は通信バス４１０に結合され、それによって上述の構成要素への接続性を実現している。閉ループ線形駆動加速度計１００の代替形態では、上述の構成要素は異なる方法で互いに通信可能に結合されてよい。例えば、１つまたは複数の上述の構成要素はプロセッサシステム４０２に直接結合されてよく、あるいは中間の構成要素（図示せず）を介してプロセッサシステム４０２に結合されてもよい。メモリ４０４の領域４１２は、閉ループ線形駆動加速度計１００を制御し閉ループ線形駆動加速度計１００の線形加速度を決定するためのロジックを格納する。

【0030】

加速度計制御インターフェース４０６は、プルーフマス１０２およびステータ１０４、１０６に電気的に接続する複数のコネクタ４１４を含む。コネクタ４１４は、コントローラ４００とプルーフマス１０２およびステータ１０４、１０６との間で電圧、電流および／または信号を伝送するように構成される。他の実施形態で、コネクタは異なる方法で接続されてよく、および／または、他の構成要素に接続されてよい。さらに、閉ループ線形駆動加速度計１００の実際の構成に応じて、これより少ないまたは多くのコネクタが使用されてもよい。例えば、ステータ１０４、１０６は複数の別個のステータとして実装されてよく、したがって、追加のコネクタが必要とされよう。さらにまたは代替として、ロータは別個のグループのロータ櫛歯１１６、１２０として実装されてよく、したがって追加のコネクタが必要とされよう。

【0031】

出力インターフェース４０８は、決定された加速度情報を、これをさらに処理するデバイス（図示せず）に供給するように構成された１つまたは複数のコネクタ４１６を含む。例えば、加速度情報はディスプレイ上に表示され、リモートメモリに格納され、または、レポート等の中に印刷可能なテキスト形式で表されてよい。

【0032】

プロセッサシステム４０２は、動作の力のリバランシングモードとも呼ばれる動作の閉ループモードで閉ループ線形駆動加速度計１００を動作させるように、領域４１２に常駐しているロジックを検索し実行するように構成される。

【0033】

動作の閉ループモードでは、閉ループ線形駆動加速度計１００がＺ軸のいずれの方向にも沿った面外加速度を受ける場合に、プルーフマス１０２の位置を概ね固定した位置に維持する。すなわち、閉ループ線形駆動加速度計コントローラ４００は、線形加速度によって引き起こされたねじり力を打ち消すために、プルーフマス櫛歯１１６、１２０および／またはステータ櫛歯１２４、１２６に制御信号を発生するように構成される。例示の実施形態では、制御信号は印加電圧である。

【0034】

閉ループ線形駆動加速度計コントローラ４００は、線形加速度によって引き起こされたねじり力を打ち消すように発生された制御信号に基づいて、線形加速度の大きさをも決定する。すなわち、線形加速度によって引き起こされたねじり力を打ち消すように加えられる制御信号は既知であるから、線形加速度の大きさをそれから決定することができる。

【0035】

例示の実施形態で、制御信号は、軸１１０の周りの回転の第１の方向に生じた回転トルクに応答して交互配置された櫛歯１１６、１２４に加えられる。他の制御信号が、軸１１０の周りの回転の第２の反対方向に生じた回転トルクに応答して交互配置された櫛歯１２０、１２６に加えられる。

【0036】

実際には、たわみ部材１１４がプルーフマス１０２のＸ軸またはＹ軸に沿った運動を概ね禁止するので、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の間隙は、概ね一定の値となる。したがって、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の静電容量は、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の容量性結合面積の関数である。

【0037】

上述したように、プルーフマス櫛歯１１６、１２０はステータ櫛歯１２４、１２６からオフセットされている。プルーフマス櫛歯１１６がそれぞれのステータ櫛歯１２４に対してより整列するように回転すると、プルーフマス櫛歯１１６とそれぞれのステータ櫛歯１２４との間の静電容量面積が増加する。（しかし、プルーフマス１０２は固定した構造体であるから、プルーフマス櫛歯１２０とそれぞれのステータ櫛歯１２６との間の静電容量面積は、それらが整列状態から外れるに応じて必然的に減少しよう）。

【0038】

プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の静電容量は、式（１）によって以下のように表わされる。

【0039】

【数1】

【0040】

式（１）で、εは自由空間の誘電率、Ｌ_ｃは櫛歯の長さ、ｘは櫛歯の重なりの厚さ、Ｇ_０は間隙、Ｎは櫛歯の数である。
以下の式（２）は、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の蓄積された容量性エネルギーを定義している。

【0041】

【数2】

【0042】

以下の式（３）および式（４）は、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の力を定義している。

【0043】

【数3】

【0044】

したがって、プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６とは、櫛歯間の引き寄せる力に方向を与えるためにオフセットされる。プルーフマス櫛歯１１６、１２０とそれらのそれぞれのステータ櫛歯１２４、１２６との間の力は、櫛歯間の重なりの量を増加させるように作用し、このことがまた静電容量を増加させる。（櫛歯が互いに面内にあるならば、その場合は、櫛歯のいかなる運動も静電容量を減少させるだけである）。

【0045】

式（４）は、発生される力が印加電圧の関数であることを示す。したがって、閉ループ線形駆動加速度計コントローラ４００は、ステータ１０４、１０６への印加電圧を調整することによって、線形加速度によって引き起こされたねじり力を打ち消すことができる。

【0046】

便宜上、プルーフマス１０２は単一の構造体として示されている。いくつかの実施形態では、プルーフマス１０２は、適切な構造（図示せず）を用いてプルーフマス櫛歯１１６をプルーフマス櫛歯１２０から電気的に絶縁させるように構成できる。例えば、プルーフマス１０２は２つの部分の状態で存在し別々に固定されてよい。または、絶縁性の仕切り等（図示せず）をプルーフマス１０２の内部に製作してプルーフマス櫛歯１１６をプルーフマス櫛歯１２０から電気的に絶縁してもよい。

【0047】

参照により本明細書にその全体が組み込まれる、Ｍａｌａｍｅｔｚに交付された「Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｐｉｃｋ−Ｏｆｆ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ（動的に平衡された容量性ピックオフ加速度計）」という名称の米国特許第７，１４６，８５６号に開示されたものなどの、ＭＥＭＳ加速度計のいくつかの代替の実施形態において、ステータは、プルーフマス部分１３０、１３２の下方の基板１０８上に配置された電極である。不平衡プルーフマス１０２の代替の実施形態は、ステータ電極に対向したロータ電極を含む。同様にして、リバランシング力が、面外線形加速度によって発生された回転トルクに応答して加えられる。質量不平衡は、質量削減アパーチャ１３４によってもたらされる。部分１３０、１３２間の気体制動効果の不平衡は、プルーフマス１０２の底部上の気体制動補償容積２０６によって物理的に補償することができる。

【0048】

他の例示の実施形態において、ＭＥＭＳデバイスが、参照により本明細書にその全体が組み込まれるＬｅｏｎａｒｄｓｏｎらに交付された「ＭＥＭＳ Ｔｅｅｔｅｒ−Ｔｏｔｔｅｒ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｈａｖｉｎｇ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ（減少した非線形を備えたＭＥＭＳ揺動加速度計）」という名称の米国特許第７，１４０，２５０号に開示されている。部分１３０、１３２間の気体制動効果の不平衡は、プルーフマス１０２の底部上の気体制動補償容積２０６によって物理的に補償できる。

【0049】

上述したように本発明の好適な実施形態が示され説明されてきたけれども、多くの変更を本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく行うことができる。したがって、本発明の範囲は好適な実施形態の開示によって限定されない。そうではなく、本発明は以下に続く特許請求の範囲を参照することによってのみ規定されるべきである。

【符号の説明】

【0050】

１００ 閉ループ線形駆動加速度計
１０２ プルーフマス
１０４ 第１のステータ
１０６ 第２のステータ
１０８ 基板
１１０ 回転軸
１１２ 固定具
１１４ たわみ部材
１１６ 第１のプルーフマス櫛歯
１１８ プルーフマスの第１の端部
１２０ 第２のプルーフマス櫛歯
１２２ プルーフマスの第２の端部
１２４ ステータ櫛歯
１２６ ステータ櫛歯
１２８ 間隙
１３０ プルーフマスの第１の部分
１３２ プルーフマスの第２の部分
１３４ プルーフマスの除去部分
２０２ 第１の部分の表面積
２０４ 第２の部分の表面積
２０６ プルーフマスの除去部分
３０２ 接地板
４００ 閉ループ線形駆動加速度計コントローラ
４０２ プロセッサシステム
４０４ メモリ
４０６ 加速度計制御インターフェース
４０８ 出力インターフェース
４１０ 通信バス
４１２ メモリの領域
４１４ コネクタ
４１６ コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】