特許 5913522 平行な磁石間に磁束集束器を有するＭＥＭＳ加速度計

(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】5913522

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】平行な磁石間に磁束集束器を有するＭＥＭＳ加速度計

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/13 20060101AFI20160414BHJP

   G01P 15/125 20060101ALI20160414BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/13 C

   G01P15/125 Z

   G01P15/08 101B

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-221128(P2014-221128)

(22)【出願日】2014年10月30日

(62)【分割の表示】特願2009-294607(P2009-294607)の分割

【原出願日】2009年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-42990(P2015-42990A)

(43)【公開日】2015年3月5日

【審査請求日】2014年10月30日

(31)【優先権主張番号】12/349,681

(32)【優先日】2009年1月7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】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(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】ポール・ダブリュー・ドワイヤー

(72)【発明者】

【氏名】スティーヴ・ベッカ

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５２３３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３２７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５０４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平９−５１２９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２４３６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１９４３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４９５８１５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平５−１３３９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９１／１９９８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ１５／００−１５／１８

Ｈ０１Ｌ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの捻れ屈曲体の回転軸を有する試験質量と、前記回転軸の両側に拡張するように配置された前記試験質量上の再平衡用のコイルと、少なくとも１つの磁石と、少なくとも１つの磁極片と、そして少なくともひとつの磁束集束器と、を含み、前記少なくとも１つの磁石と前記磁極片および前記磁束集束器は、磁束場が前記磁極片と前記磁束集束器の間の前記コイルを横切って前記回転軸にほぼ直交するように配置され、前記少なくとも１つの磁石は前記試験質量の第１の側の近くに配置されている、微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度計により加速度を検出する方法であって、
前記ＭＥＭＳ加速度計におけるピックオフの容量の変化を検出するステップと、
前記磁極片と前記磁束集束器の間の前記コイルを通して電流を送ることにより前記ＭＥＭＳ加速度計を再平衡するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記試験質量は前記少なくとも１つの捻れ屈曲体によってハウジング内に懸架され、前記少なくとも１つの捻れ屈曲体は前記試験質量を回転軸のまわりに回転させるように構成され、前記少なくとも１つの磁極片は前記再平衡コイルの外側に置かれ、前記磁束集束器は前記少なくとも１つの磁極片に対向する前記コイル内部に設置されている、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つの磁石は第１の磁石を含み、前記試験質量の第２の側の近くに配置された第２の磁石をさらに含み、前記少なくとも１つの磁極片は、前記試験質量の第１の端部に設置された第１の磁極片と、前記試験質量の第２の端部に設置された第２の磁極片とを含み、前記少なくとも１つの磁束集束器は、前記第１の磁極片に対向する前記コイル内部に配置された第１の磁束集束器と、前記第２の磁極片に対向する前記コイル内部に配置された第２の磁束集束器とを含む、請求項２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

一部の力平衡式加速度計は、磁場の存在下でトルクを与えたコイルに電流を通過させることによって磁気再平衡を利用する。これらの加速度計は振動を受けると、所望の加速度信号とは無関係な出力の変化を表示する可能性がある。この出力誤差の１つの出処は、入力振動に反応して移動するフォーシング・コイルにより占有される領域内の磁束変動によって生じるサーボ・フォーシング効率の変化に関係する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0002】

本発明は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度計および加速度検知方法を含む。ＭＥＭＳ加速度計の一例は、ハウジングと、少なくとも１つの捻れ屈曲体によってハウジング内で懸架される試験質量と、試験質量上のコイルと、試験質量の第１の側の近くに配置された第１の磁石と、コイルの外部に設置された少なくとも１つの磁極片と、少なくとも１つの磁極片のうちの少なくとも１つと対向するコイル内部に設置された少なくとも１つの磁束集束器とを含む。磁極片および磁束集束器は、一組の磁石のまわりのシールドを変えるために設置され、コイル位置とは関係なくコイルを横切るほぼ一様な磁束を生成させる。このより一様な磁束により、例示的一実施形態において振動整流誤差を低減させる。

【0003】

本発明の一態様によれば、加速度計は、試験質量の第２の側近くに配置された第２の磁石と、試験質量の第１の端部に設置された第１の磁極片と、試験質量の第２の端部に設置された第２の磁極片とを含む。第１の磁束集束器は、第１の磁極片と対向してコイル内部に設置され、第２の磁束集束器は、第２の磁極片と対向してコイル内部に設置される。

【0004】

本発明の更なる態様によれば、第１の磁束集束器は、第１の磁極片の凹面に面する凹面を含み、第２の磁束集束器は、第２の磁極片の凹面に面する凹面を含む。
本発明の他の態様によれば、方法は、ＭＥＭＳ加速度計内のピックオフの静電容量の変化を検知するステップと、第１の磁束集束器と第１の磁極片との間、さらに第２の磁束集束器と第２の磁極片との間で平面状コイルを通して電流を送ることによってＭＥＭＳ加速度計を再平衡させるステップとを含む。

【0005】

本発明の好ましい代替実施形態を以下の図面を参照して詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一実施形態により形成された微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度計システムのブロック図である。

【図2】本発明の追加実施形態により形成されたＭＥＭＳ加速度計の部分上面Ｘ線図である。

【図3】本発明の例示的一実施形態により形成されたＭＥＭＳ加速度計の側面の断面図である。

【図4】本発明の他の実施形態により形成された磁極片および磁束集束器の側面の断面図である。

【図5】本発明の他の実施形態により形成された磁極片および磁束集束器の側面の断面図である。

【図6】本発明の追加実施形態により形成されたＭＥＭＳ加速度計の側面の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、本発明の一実施形態により形成された微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度計システム２０のブロック図である。ＭＥＭＳ加速度計システム２０は、加速度計２２および制御ユニット２４を含む。制御ユニット２４は、双方共にＭＥＭＳ加速度計２２と信号連絡された、検知電子機器構成要素２６および駆動電子機器構成要素２８を含む。制御ユニット２４は、検知電子機器構成要素２６および駆動電子機器構成要素２８と信号連絡された制御器３０も含む。加速度計２２は、一般に、ハウジング内で少なくとも１つの捻れ屈曲体によって懸架される試験質量と、少なくとも１つの捻れ屈曲体の周りの試験質量を再平衡させるための捻れ磁気再平衡構成要素とを含む。例示的一実施形態において、捻れ磁気再平衡構成要素は、磁束場内で試験質量の回転軸の両側上にあるコイルに電流を通過させることによるローレンツ力を利用して、回転軸の周りのダルソンバール型運動が加速度計２２を再平衡させるのに使用される。磁極片は、コイルループ内部に設置された磁束集束器と反対側のコイルループの外部に配置され、コイルを横切る磁束場の線型性を高める。磁極片および磁束集束器は、透磁性材料で形成される。例示的一実施形態において、磁極片および磁束集束器は合金３９で形成される。加速度計２２の例示的一実施形態の更なる詳細は、図２〜５に関して考察される。

【0008】

図２は、本発明の一実施形態により形成されたＭＥＭＳ加速度計４０の部分上面Ｘ線図である。一部の実施形態では、加速度計システム２０において、加速度計２２に代わって加速度計４０を使用することができる。加速度計４０は、第１の捻れ屈曲体４６と、第２の捻れ屈曲体４８と、第３の捻れ屈曲体５０と、第４の捻れ屈曲体５２とによってハウジング４４内で懸架される試験質量４２を含む。捻れ屈曲体４６〜５２は、それらと平行な回転軸の周りに試験質量４２を回転させることができる。試験質量４２は、回転軸の一方側と回転軸の他方側との間の質量不均衡を含むように構成される。示された例では、試験質量のより大きい部分が回転軸の一方側にあるように回転軸が配置される。しかし、他の実施形態では、質量不均衡は、たとえば、試験質量の一方側に孔または空洞を形成するなど他の方法で作り出すことができる
第１のパッド５４を有する第１の容量性ピックオフは、試験質量４２の第１の側の第１の端部に配置される。第１の導電性トレース５６は、第１の捻れ屈曲体４６上で、パッド５４を図１に示された検知電子機器構成要素２６などの検知電子機器に接続する。第１の容量性ピックオフのための第２のパッド（図示せず）は、試験質量４２の上に配置されたハウジング４４の一部分（図示せず）の内側表面に取り付けられる。第２の導電性ピックオフトレース５８は、試験質量４２の第２の側で第３の捻れ屈曲体５０を横切って第２の容量性ピックオフ（第１のピックオフの後で見えない）へ延びる。試験質量４２の同じ端部のそれぞれの側で容量性ピックオフを使用することにより差分測定値をとることができる。試験質量４２の第２の側、および／または回転軸の反対側上の試験質量４２の他方端部に設置される更なる容量性ピックオフも一部の実施形態では存在し得る。

【0009】

平面状コイル６０は、試験質量４２の第１の側に設置され、試験質量４２の回転軸の両側上に延在する。コイル６０は、例示的一実施形態において単一層の螺旋コイルである。例示的一実施形態において、コイル６０は約１０巻きを含み、巻と巻の隔間が約１５ミクロンで１巻きが約４５マイクロメートル（ミクロン）幅で約０．５ミクロンの厚さである。しかし、コイル６０に対して異なる巻き数、幅、間隔および厚みを使用してもよい。コイル６０は、それぞれ、第２の捻れ屈曲体４８および第４の捻れ屈曲体５２を超えて延びる、第１の導電性コイルトレース６２および第２の導電性トレース６４によって図１に示された駆動電子機器構成要素２８などの駆動電子機器に接続される。他の例示的実施形態において、コイル６０まで延びるトレースは、同相効果を実現するために、単一屈曲体の最上部および底部の上を通る。これは、屈曲体材料と導電性トレース材料の膨張係数の違いに基づく温度に関係する曲げ効果を低減するのに役立ち得る。図が見やすいように単一のコイル６０だけが示されるが、試験質量４２の第２の側に設置された第２のコイルなどのコイルをさらに使用することもできる。

【0010】

試験質量の第１の側の第１の磁石（図示せず）は、第１の磁石の南北軸が試験質量の回転軸にほぼ直交する向きとなるように配置される。第１の磁石と同じやり方で向き付けられた、試験質量４２の第２の側に設置された第２の磁石などの磁石もさらに使用することができる。例示的一実施形態において、第１および第２の磁石は、第１の磁石の南極が、第１の磁極片１００の少なくとも一部分上にあり、第１の磁石の北極が、第２の磁極片１０２の少なくとも一部分上にあるように配置される。第２の磁石が、同じやり方で向き付けられるが、第１の磁極片１００および第２の磁極片１０２の下にする。

【0011】

第１の磁極片１００は、試験質量４２の第１の端部でコイル６０の外部に設置され、第２の磁極片１０２は、試験質量４２の第２の端部でコイル６０の外部に設置される。第１の磁束集束器１０４は第１の磁極片１００の反対側のコイル６０内部に配置され、第２の磁束集束器１０６は第２の磁極片１０２の反対側のコイル６０内部に配置される。例示的一実施形態において、第１の磁極片１００は、コイル６０に向けて突出するタブ１０８を含み、第２の磁極片１０２は、コイル６０に向けて突出するタブ１１０を含む。磁極片１００、１０２および磁束集束器１０４、１０６は、磁極片１００、１０２と磁束集束器１０４、１０６とのそれぞれの間のコイル６０を横切る磁束場が、ほぼ直線状になるように形成され、配置される。磁束集束器１０４、１０６は、試験質量４２によって画定された孔内に懸架される。例示的一実施形態において、この孔は試験質量４２全体にわたり延びて、磁束集束器１０４、１０６はハウジングの上方部分（図示せず）およびハウジングの下方部分（図示せず）に延びる支持構造体によって定位置に保持される。

【0012】

図３は、本発明の例示的一実施形態により形成されるＭＥＭＳ加速度計２００の側面の断面図である。ＭＥＭＳ加速度計２００は、図２で示された加速度計４０に類似しているが、ハウジングの内部上に容量性ピックオフの第２のパッドおよび試験質量の第２の側にコイルがさらにある。一部の実施形態において、加速度計２００は、図１に示された加速度計システム２０内の加速度計２２に代わって使用することができる。

【0013】

加速度計２００は、第１の捻れ屈曲体２０４および第２の捻れ屈曲体２０６によって懸架される試験質量２０２を有するウェーハデバイス層２０１を含む。ウェーハデバイス層２０１は、第１のハウジング構成要素２１２を収納するハウジングと第２のハウジング構成要素２１４との間に挟まれた外側の帯鋼（図示せず）を含む。試験質量２０２は、第１の屈曲体２０４および第２の屈曲体２０６によって外側の帯鋼内部のハウジング内に懸架される。第１の屈曲体２０４および第２の屈曲体２０６は、ウェーハデバイス層２０１内の外側帯鋼の別の部分（図示せず）に接続する。捻れ屈曲体（図示せず）が、さらに試験質量２０２の別の部分（図示せず）にあってもよい。

【0014】

平面状の第１のコイル２１５は、試験質量２０２の第１の側にある。第１のコイル２１５は、屈曲体２０４、２０６の周りの試験質量２０２の回転軸の第１の側２１６および第２の側２１７上に延びる。絶縁層２１８は、導電性トレース２１９が、第１のコイル２１５のある内側部分を、たとえば、図１に示された駆動電子機器２８などの外側構成要素（図示せず）に接続することができるように第１のコイル２１５の一部分にわたって延びる。第１のコイル２１５と同じ様式で、平面状の第２のコイル２２０が、試験質量２０２の第２の側にある。第２のコイル２２０は、試験質量２０２の回転軸の第１の側２２１および第２の側２２２に延びる。絶縁層２２３は、導電性トレース２２４が、第２のコイル２２０のある内側部分を駆動電子機器２８などの外側構成要素（図示せず）に接続することができるように第２のコイル２２０の一部分にわたって延びる
第１の容量性ピックオフ２２５は、試験質量２０２の第１の側の第１の端部上にある。第１の容量性ピックオフ２２５は、試験質量２０２上の第１のパッド２２６と、第１のパッド２２６と対向する、第１のハウジング構成要素２１２の内側表面上の第２のパッド２２８とを含む。第２の容量性ピックオフ２２９は、試験質量２０２の第１の側の第２の端部上に設置される。第２の容量性ピックオフ２２９は、試験質量２０２上の第３のパッド２３０と、第３のパッド２３０と対向する、第１のハウジング構成要素２１２の内側表面上の第４のパッド２３２とを含む。第３の容量性ピックオフ２３３は、試験質量２０２の第２の側の第１の端部上に設置される。第３の容量性ピックオフ２３３は、試験質量２０２上の第５のパッド２３４と、第５のパッド２３４と対向する、第２のハウジング構成要素２１４の内側表面上の第６のパッド２３６とを含む。第４の容量性ピックオフ２３５は、試験質量２０２の第２の側の第２の端部上に設置される。第４の容量性ピックオフ２３５は、試験質量２０２上の第７のパッド２３８と、第７のパッド２３８と対向する、第２のハウジング構成要素２１４の内側表面上の第８のパッド２４０とを含む。例示的一実施形態において、試験質量の低下効果を防止するために第１の容量性ピックオフ２２５と第４の容量性ピックオフ２３５とが接続され、第２の容量性ピックオフ２２９と第３容量性ピックオフ２３３とが接続される。

【0015】

第１の磁石２６０は、磁石２６０の南北軸が、試験質量２０２の回転軸にほぼ直交する向きとなるように配置される。試験質量２０２の第２の側の第２の磁石２６２は、試験質量２０２の回転軸が、磁石２６２の南北軸とほぼ直交する向きとなる状態で磁石２６０と同じやり方で向き付けられる。例示的一実施形態において、第１の磁石２６０および第２の磁石２６２は、それらが互いで平行であるように設置される。

【0016】

平行な磁石の特定形状のために、磁束密度の特性変動が、（長さに沿う）Ｘと（磁石の長軸に垂直な）Ｙ軸の両方において発生する。磁石の構成の有限要素解析の支援により、磁束勾配がどのように見えるかを示すことができる。透磁性材料で作られたシールドが、２個の平行な磁石の外側にそれらを大きく取り囲み、磁石対の起磁力（ｍｍｆ）によって生成される何らの磁束を引き込みつつ設置される。磁束の量および分布は、磁石対に対するシールドの形状および近接度により変動させられる。磁場を変更するための好ましい方法は、シールドの形状が変更された幾つかの事例を得て、そのように生成された場の分布を定義する曲率係数を解析することである。これらの比較により、所望の場の分布を達成するべくシールドの形状を変更する方向ベクトルに到達する。加速度計２００などの捻れモード湾曲加速度計の場合、望ましい状態は、コイル電流と磁束が相互に作用する場所のＹ軸方向の曲率係数が出来るだけゼロに近いことである。例示的一実施形態において、シールドは、磁極片および磁束集束器を含み得る。

【0017】

第１の磁極片２８０は、磁石２６０、２６２の南極に隣接して設置され、第２の磁極片２８２は、磁石２６０、２６２の北極に隣接して設置される。磁極片２８０、２８２は、コイル２１５および２２０の内側に設置されたそれぞれの第１の磁束集束器２８４および第２の磁束集束器２８６と反対側のコイル２１５および２２０の外部に設置される。第１の磁極片２８０は、第１の磁束集束器２８４の対応する凹面２９６の方に向き付けられた凹面２９０を備えたタブ２８８を有する。同じ様式で、第２の磁極片２８２は、第２の磁束集束器２８６の対応する凹面２９８の方に向き付けられた凹面２９６を備えたタブ２９４を有する。第１の磁束集束器２８４は、第１のハウジング構成要素２１２に取り付けられた第１の支持構造体３００によって懸架される。第２の磁束集束器２９８は、第１のハウジング構成要素２１２に取り付けられた第２の支持構造体３０２によって懸架され、第２のハウジング構成要素２１４に取り付けられた第３の支持構造体３０４によって懸架される。例示的一実施形態において、支持構造体３００、３０２、３０４は、Ｐｙｒｅｘ（登録商標）などの磁気的に透過性がない材料である。

【0018】

図４〜図５は、本発明の他の実施形態により形成された磁極片および磁束集束器の側面の断面図である。図４は、磁極片４００から突出するタブ４０２を有する磁極片４００を示す。タブ４０２は、Ｗ字型の断面を持つ表面４０４を有する。磁極片４００は、第１のコイル４０６および第２のコイル４０８の外部に設置される。磁束集束器４１０は、コイル４０６、４０８の内部上に設置される。磁束集束器４１０は、磁極片４００の表面４０４に面する、Ｗ字型の断面を持つ表面４１２を有する。例示的一実施形態において、このＷ字型の断面は、スプライン適合形態を有する。

【0019】

図５は、タブ５０２を備えた磁極片５００を示す。タブ５０２は、磁極片５００から突出しないが、磁極片５００により画定された凹部によって磁極片５００の他の部分から分けられた磁極片５００の特定部分である。タブ５０２は、凹面５０４を含む。磁極片５００は、試験質量５０８の表面にあるコイル５０６の外側に設置される。磁束集束器５１０は、コイル５０６の内側に設置される。磁束集束器５１０は、磁極片５００の凹面５０４に面する凹面５１２を有する。磁束集束器５１０は、試験質量５０８によって画定される凹部に配置される。図３に示された試験質量２０２全体にわたって貫通する孔とは対照的に、試験質量５０８の凹部は、試験質量５０８を部分的に通って延在するだけである。

【0020】

図４および図５は、磁極片および磁束集束器が見やすいように設置された加速度計の全ての部分を示すわけではない。しかし、それらの部分は、図２および図３に示された加速度計４０または加速度計２００などの加速度計内に設置されることを理解されたい。対応する第２の磁極片および第２の磁束集束器もまた存在することを理解されたい。

【0021】

図６は、本発明の例示的一実施形態により形成されたＭＥＭＳ加速度計６００の側面の断面図である。ＭＥＭＳ加速度計６００は、図３で示された加速度計２００と同様であるが、コイル内部、および磁極片と磁束集束器との間ではない領域に設置された容量性ピックオフを含む。これにより、磁極片および磁束集束器は、間隔をより近づけて設置でき、コイルを横切る磁場の磁気抵抗を減少させることができる。一部の実施形態において、加速度計６００は、図１に示された加速度計システム２０内で加速度計２２に代わって使用することができる。

【0022】

加速度計６００は、第１の捻れ屈曲体６０４および第２の捻れ屈曲体６０６によって懸架される試験質量６０２を有するウェーハデバイス層６０１を含む。ウェーハデバイス層６０１は、第１のハウジング構成要素６１２を収納するハウジングと第２のハウジング構成要素６１４との間に挟まれた外側の帯鋼（図示せず）を含む。試験質量６０２は、第１の屈曲体６０４および第２の屈曲体６０６によって外側の帯鋼内部のハウジング内に懸架される。第１の屈曲体６０４および第２の屈曲体６０６は、ウェーハデバイス層６０１内の外側帯鋼の別の部分（図示せず）に接続する。捻れ屈曲体（図示せず）が、さらに試験質量６０２の別の部分（図示せず）にあってもよい。

【0023】

平面状の第１のコイル６１５が、試験質量６０２の第１の側にある。第１のコイル６１５は、屈曲体６０４、６０６の周りの試験質量６０２の回転軸の第１の側６１６および第２の側６１７上に延びる。絶縁層６１８は、導電性トレース６１９が、第１のコイル６１５のある内側部分を、たとえば、図１に示された駆動電子機器２８などの外側構成要素（図示せず）に接続することができるように第１のコイル６１５の一部分にわたって延びる。第１のコイル６１５と同じ様式で、平面状の第２のコイル６２０が、試験質量６０２の第２の側にある。第２のコイル６２０は、試験質量６０２の回転軸の第１の側６２１および第２の側６２２に延びる。絶縁層６２３は、導電性トレース６２４が、第２のコイル６２０のある内側部分を駆動電子機器２８などの外側構成要素（図示せず）に接続することができるように第２のコイル６２０の一部分にわたって延びる。

【0024】

第１の容量性ピックオフ６２５は、試験質量６０２の第１の側の屈曲体６０４、６０６の第１の側にある。第１の容量性ピックオフ６２５は、試験質量６０２上の第１のパッド６２６と、第１のパッド６２６と対向する、第１のハウジング構成要素６１２の内側表面上の第２のパッド６２８とを含む。第２の容量性ピックオフ６２９は、試験質量６０２の第１の側の屈曲体６０４、６０６の第２の側にある。第２の容量性ピックオフ６２９は、試験質量６０２上の第３のパッド６３０と、第３のパッド６３０と対向する、第１のハウジング構成要素６１２の内側表面上の第４のパッド６３２とを含む。第３の容量性ピックオフ６３３は、試験質量６０２の第２の側の屈曲体６０４、６０６の第１の側に設置される。第３の容量性ピックオフ６３３は、試験質量６０２上の第５のパッド６３４と、第５のパッド６３４と対向する、第２のハウジング構成要素６１４の内側表面上の第６のパッド６３６とを含む。第４の容量性ピックオフ６３５は、試験質量６０２の第２の側の屈曲体６０４、６０６の第２の側に設置される。第４の容量性ピックオフ６３５は、試験質量６０２上の第７のパッド６３８と、第７のパッド６３８と対向する、第２のハウジング構成要素６１４の内側表面上の第８のパッド６４０とを含む。例示的一実施形態において、試験質量の低下効果を防止するために第１の容量性ピックオフ６２５と第４の容量性ピックオフ６３５とが接続され、第２の容量性ピックオフ６２９と第３容量性ピックオフ６３３とが接続される。

【0025】

第１の磁石６６０は、磁石６６０の南北軸が、試験質量６０２の回転軸にほぼ直交する向きとなるように配置される。試験質量６０２の第２の側の第２の磁石６６２は、試験質量６０２の回転軸が磁石６６２の南北軸とほぼ直交する向きとなる状態で磁石６６０と同じやり方で向き付けられる。例示的一実施形態において、第１の磁石６６０および第２の磁石６６２は、それらが互いで平行であるように設置される。

【0026】

平行な磁石の特定形状のために、磁束密度の特性変動が、（長さに沿う）Ｘと（磁石の長軸に垂直な）Ｙ軸の両方において発生する。磁石の構成の有限要素解析の支援により、磁束勾配がどのように見えるかを示すことができる。透磁性材料で作られたシールドが、２個の平行な磁石の外側にそれらを大きく取り囲み、磁石対の起磁力（ｍｍｆ）によって生成される何らの磁束を引き込みつつ設置される。磁束の量および分布は、磁石対に対するシールドの形状および近接度により変動させられる。磁場を変更するための好ましい方法は、シールドの形状が変更された幾つかの事例を獲得して、そのように生成された場の分布を定義する曲率係数を解析することである。これらの比較により、所望の場の分布を達成するべくシールドの形状を変更する方向ベクトルに到達する。加速度計６００などの捻れモード湾曲加速度計の場合、望ましい状態は、コイル電流と磁束が相互に作用する場所のＹ軸方向の曲率係数が出来るだけゼロに近いことである。例示的一実施形態において、シールドは、磁極片および磁束集束器を含み得る。

【0027】

第１の磁極片６８０は、磁石６６０、６６２の南極に隣接して設置され、第２の磁極片６８２は、磁石６６０、６６２の北極に隣接して設置される。磁極片６８０、６８２は、コイル６１５および６２０の内側に設置された第１の磁束集束器６８４および第２の磁束集束器６８６と反対側のそれぞれのコイル６１５および６２０の外部に設置される。例示的一実施形態において、第１の磁束集束器６８４および第２の磁束集束器６８６は、第１のピックオフ６２５、第２のピックオフ６２９、第３のピックオフ６３３、および第４のピックオフ６３５の外部に設置される。第１の磁極片６８０は、第１の磁束集束器６８４の対応する凹面６９６の方へ向きを定められる凹面６９０で、タブ６８８を有する。同じ様式で、第２の磁極片６８２は、第２の磁束集束器６８６の対応する凹面６９８の方に向き付けられた凹面６９６を備えたタブ６９４を有する。第１の磁束集束器６８４は、第１のハウジング構成要素６１２に取り付けられた第１の支持構造体７００によって懸架される。第２の磁束集束器６９８は、第１のハウジング構成要素６１２に取り付けられた第２の支持構造体７０２によって懸架され、第２のハウジング構成要素６１４に取り付けられた第３の支持構造体７０４によって懸架される。例示的一実施形態において、支持構造体７００、７０２、７０４は、Ｐｙｒｅｘ（登録商標）などの磁気的に透過性がない材料である。図４および図５に示されたような磁極片および磁束集束器の他の形状も使用できることを理解されたい。

【0028】

一般に、加速度計２２、４０、２００および６００は、捻れ屈曲体が支持構造体に取り付けられたいくつかの懸垂試験質量要素を作成するためにパターニングし、エッチングされるシリコンウェーハから開始して形成される。次いでウェーハは、酸化されて誘電層を生成し金属化を支援する。更なるパターニングおよび金属化のステップにより、種々の容量性ピックオフおよび螺旋コイル用の基本要素が生成される。螺旋コイルにわたって誘電層を設置することによりコイルの内側トレースが引き出され、この後に第２の金属化のステップを行う。シリコンウェーハと同一直径のガラスウェーハが、パターニングされ、エッチングされ、金属化されて、種々の容量性ピックオフの第２のプレートとして動作し、さらにデバイスの減衰を制御する働きをする、表面内の凹部を生成する。次いで、第１のガラスのウェーハがシリコンウェーハと整合され、陽極接合されて、低容量コンデンサのプレートを形成する。次いで、このアセンブリが、第２のガラスウェーハに陽極接合され、種々の容量性ピックオフ用の高容量コンデンサを形成する。磁石が、上部および下部のガラスプレートに取り付けられ、螺旋コイルが相互作用する磁場を生成する。次いでウェーハアセンブリは、個々の加速度計が、パッケージング、テスト、および加速度計システムへの組込みに利用できるようにダイシングされる。

【0029】

例示的一実施形態において、図１〜３および図６の加速度計２２、４０、２００および６００は、パターンを酸化させ、シリコンウェーハ上で試験質量および捻れ屈曲体を深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）することによって形成される。次に、螺旋コイルおよびピックオフが、試験質量上で金属化される。螺旋コイルおよびピックオフは、たとえば、金で形成することができる。次いで、絶縁層が、コイルの一部分にわたってスパッタリングされる。次に、更なるトレースが絶縁層を横切って金属化され、コイルの内側部分との接続をもたらす。次いで、たとえば、ホウケイ酸塩Ｐｙｒｅｘ（登録商標）などのガラス製にできる第１のハウジング部分がエッチングされ、コンデンサ用の凹部および試験質量上のトレースへ導通する貫通孔が作られる。次いで、第１のハウジング部分が金属化され、容量性ピックオフの一部分を形成する。同じやり方で、第２のハウジング部分がエッチングされ、金属化される。第１および第２のハウジング部分は、たとえば、ハウジング部分をウェーハ層に陽極接合することによって試験質量を含むウェーハ層に取り付けられる。次いで磁石が、試験質量の両側の第１および第２のハウジング部分に実装される。第１および第２のハウジング構成要素がウェーハデバイス層に取り付けられた後に磁石を実装することによって、さもなければ磁石の取り付け中に生じ得る微粒子汚染からデバイスを密閉する。

【0030】

例示的一実施形態において、加速度計２２、４０、２００および６００は、陽極接合された密封側壁を有する、たとえば、Ｐｙｒｅｘ（登録商標）でできたガラスハウジング層を通る貫通孔を含めることによっても形成される。第１の磁石は、たとえば、Ｐｙｒｅｘ（登録商標）でできたガラスのスタンドオフをその磁石に接合させることによって準備され、磁束集束器を磁石上のそのスタンドオフへ接合させて第１の磁石／磁束集束器のアセンブリを形成する。貫通孔を有するガラス−シリコン−ガラスウェーハの積層は、次いで個々のデバイスにダイシングされる。次いで各ダイは、磁束集束器がきちんと整列するように第１の磁石／磁束集束器のアセンブリ上に設置される。次いで、第１の磁石／磁束集束器のアセンブリは、そのダイに接合される。次いで第２の磁石は、整列され、第１の磁石／磁束集束器のアセンブリを含むダイに接合される。次いで外部磁極片は、整列され、接合される。一部の実施形態は、対称性および構造的な整合性を向上させるために、第２の磁石を内部の磁束集束器に接合するガラスのスタンドオフも含む。

【0031】

上記のように、本発明の好ましい実施形態が例示され、説明されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの変更を加えることができる。たとえば、Ｗ字型または凹断面以外の形状を備えた表面を有する磁極片および磁束集束器を使用することができる。異なるコイル構成およびピックオフパッド構成を使用することもできる。

【0032】

独占的所有物または権利が主張される本発明の実施形態が、添付の特許請求の範囲の通りに定義される。

【符号の説明】

【0033】

２０ 加速度計システム
２４ 制御ユニット
２６ 検知電子機器構成要素
２８ 駆動電子機器構成要素
３０ 制御器
４０ 加速度計
４２ 試験質量
４４ ハウジング
４６ 第１の捻れ屈曲体
４８ 第２の捻れ屈曲体
５０ 第３の捻れ屈曲体
５２ 第４の捻れ屈曲体
６０ 平面状コイル
１００ 第１の磁極片
１０２ 第２の磁極片
１０４ 第１の磁束集束器
１０６ 第２の磁束集束器
２００ 加速度計
２０２ 試験質量
２０４ 第１の捻れ屈曲体
２０６ 第２の捻れ屈曲体
２１２ 第１のハウジング構成要素
２１４ 第２のハウジング構成要素
２８０ 第１の磁極片
２８２ 第２の磁極片
２８４ 第１の磁束集束器
２８６ 第２の磁束集束器
６００ 加速度計
６６０ 第１の磁石
６６２ 第２の磁石
６８０ 第１の磁極片
６８２ 第２の磁極片
６８４ 第１の磁束集束器
６８６ 第２の磁束集束器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】