特開 2025-20995 サーボ加速度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025020995

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】サーボ加速度計

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/13 20060101AFI20250205BHJP

   G01P 15/08 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

G01P15/13 C

G01P15/08 101B

G01P15/08 102Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124662

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】000104652

【氏名又は名称】キヤノン電子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 茂高

(57)【要約】      （修正有）

【課題】振子の支持部の変形を抑えて、良好な配線の接合を得ることを課題とする。
【解決手段】振子に生じた慣性力、及び、トルカカップに巻き付けられたトルカコイルに流れる電流とヨークを通る磁場とで生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、振子１はヒンジ１０ｃを介して支持部１０ｂに懸架され、支持部１０ｂは表面に薄膜配線１０ｅを備え、薄膜記配線１０ｅが金属ワイヤ２４と接続している第１の接続部を備え、金属ワイヤ２４における第１の接続部の反対側である第２の接続部が端子２５の端面に接続され、支持部１０ｂにおける第１の接続部の裏面に接するものがなく、２つの固定部の間に前記ヒンジと前記第１の接続部が配置され、支持部１０ｂで囲われる内側の領域が支持部１０ｂの厚み方向に引き出された空間内に端子２５が存在し、金属ワイヤ２４と第１の接続部における薄膜配線１０ｅの表面が貴金属材料であることを特徴とする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振子に生じた慣性力、及び、トルカカップに巻き付けられたトルカコイルに流れる電流とヨークを通る磁場とで生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、
前記振子はヒンジを介して支持部に懸架され、
前記支持部は前記ヨークに固定される２つの固定部を持ち、
前記支持部は表面に薄膜配線を備え、
前記薄膜配線が金属ワイヤと接続している第１の接続部を備え、
前記金属ワイヤにおける第１の接続部の反対側である第２の接続部が端子の端面に接続され、
前記支持部における前記第１の接続部の裏面に接するものがなく、
前記２つの固定部の間に前記ヒンジと前記第１の接続部が配置され、
前記支持部で囲われる内側の領域が前記支持部の厚み方向に
引き出された空間内に前記端子が存在し、
前記金属ワイヤと、前記第１の接続部における前記薄膜配線の表面が貴金属材料であることを特徴とするサーボ速度計。

【請求項2】

前記端子の端面の表面が貴金属材料であることを特徴とする請求項１に記載のサーボ速度計。

【請求項3】

前記貴金属材料がＡｕおよびＡｕ合金から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項4】

前記ヒンジを２つ備え、
前記端子は、２つの前記ヒンジの外側の端部と、前記振子の中心部の端部と、前記支持部で囲われる内側の領域が前記支持部の厚み方向に引き出された空間内に存在することを特徴とする請求項１に記載のサーボ速度計。

【請求項5】

前記ヒンジを２つ備え、
前記端子は、２つの前記ヒンジの内側の端部と、前記振子の中心部の端部と、前記支持部で囲われる内側の領域が前記支持部の厚み方向に引き出された空間内に存在することを特徴とする請求項１に記載のサーボ速度計。

【請求項6】

前記振子が石英ガラスで構成されることを特徴とする請求項１に記載のサーボ加速度計。

【請求項7】

前記薄膜配線の表面の貴金属材料の厚みが２００ｎｍ以上であり、
前記薄膜配線の表面の貴金属材料の表面粗さがＲａ１０ｎｍ以下であり、
前記端子の端面の表面の貴金属材料の厚みが２μｍ以上であり、
前記端子の端面の表面の貴金属材料の表面粗さがＲａ０．４μｍ以下であり、
前記貴金属材料の純度が９９．９９％以上であり、
前記端子の端面と、前記ヨークに前記端子を固定する固定部の距離は１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のサーボ加速度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は振子を用いた力サーボ加速度計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のサーボ加速度計は、磁気回路を形成するヨークユニットと、入力加速度で揺動する振子を備えている。ヨークユニットは、磁束を生み出す永久磁石と内部に磁束が通るポールピースとヨークで構成され、振子は加速度によって変位が生じる錘部と、錘部を懸架するヒンジと、ヒンジを介して錘部を懸架する支持部で構成される。錘部の表面にはトルカコイルが巻きつけされたトルカカップが固定され、錘部と共に加速度を受けて揺動する。錘部の変位は、錘部やヨークユニットなどに形成された電極の隙間に生じる静電容量として検出され、電圧に変換・増幅された電流がトルカコイルに供給される。ヨークユニットが有する磁気空隙内の磁場と、トルカコイルに流れる電流によって生じるローレンツ力（復元力）により、錘部の変位をゼロに制御される。このときの復元力は慣性力と等しくなるので、加速度をトルカコイル電流から検知できる。

【0003】

例えば、特許文献１のサーボ加速度においては、トルカコイルへの通電や振子の変位を検出するために、振子支持部の薄膜配線と電気的に接続される端子を備える。接続部品となる金属ワイヤを薄膜配線にはんだ付けをすると、その下地である振子の支持部が熱応力よって変形し、センサ精度が低下する可能性がある。また、熱応力を軽減するために加工温度を低下させると、良好な接合は得られない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表平１１－５１１２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

振子の支持部の変形を抑えて、良好な配線の接合を得ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のサーボ加速度計は、振子に生じた慣性力、及び、トルカカップに巻き付けられたトルカコイルに流れる電流とヨークを通る磁場とで生じるローレンツ力が平衡するサーボ加速度計であって、前記振子はヒンジを介して支持部に懸架され、前記支持部は前記ヨークに固定される２つの固定部を持ち、前記支持部は表面に薄膜配線を備え、前記薄膜配線が金属ワイヤと接続している第１の接続部を備え、前記金属ワイヤにおける第１の接続部の反対側である第２の接続部が端子の端面に接続され、前記支持部における前記第１の接続部の裏面に接するものがなく、前記２つの固定部の間に前記ヒンジと前記第１の接続部が配置され、前記支持部で囲われる内側の領域が前記支持部の厚み方向に引き出された空間内に前記端子が存在し、前記金属ワイヤと、前記第１の接続部における前記薄膜配線の表面が貴金属材料であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

振子の支持部の変形を抑えて、良好な配線の接合を得られる加速度計を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１におけるサーボ加速度計の分解斜視図

【図2】実施例１におけるサーボ加速度計の断面図

【図3】実施例１における振子の正面図

【図4】実施例１における振子の背面図

【図5】実施例１における振子とヨークユニットの組立体の正面図

【図6】実施例１におけるワイヤボンディングの構成図

【図7】実施例１における支持部の断面図

【図8】実施例２におけるサーボ加速度計の分解斜視図

【図9】実施例２におけるサーボ加速度計の断面図

【図10】実施例２における振子の正面図

【図11】実施例２における振子の背面図

【図12】実施例２における振子とヨークユニットの組立体の正面図

【図13】実施例２におけるワイヤボンディングの構成図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１はこの発明によるサーボ加速度計の一実施例の構成を示したものであり、構成部品の分解斜視図である。図２にはサーボ加速度計の断面図を示す。サーボ加速度計は円板や円筒形状の部品を重ねた装置であり、これら部品群の中心軸は一致している。

【0010】

振子１は、振子の基部１０の表面にトルカコイル１１、１２を巻回されたトルカカップ１３、１４が固定される。トルカカップ１３、１４の固定の方法は、エポキシ系接着剤などによる接着や、ネジなどを用いた機械的な固定、溶接などを用いた接合が挙げられる。トルカカップ１３、１４の材質は非磁性で軽量な材料が適しており、アルミ合金やチタン合金、樹脂材料などで構成される。トルカコイル１１、１２は線形状で金属材料の金属ワイヤで構成され、その材料には高い導電性が必要となるため、銅や銅合金、アルミ、アルミ合金などが適している。金属ワイヤの外周には、ポリウレタンやポリエステル、ポリエステルイミドなどで構成される絶縁層を備え、その外周には、主にポリビニルブチラルやポリアミド、ポリエステルなどで構成される融着層を備える。金属ワイヤ２４はトルカカップ１３、１４に巻きつけられた後に、隣接する融着層同士が接着することで、トルカコイル１１、１２の形状が固定される。融着層の接着方法は、溶剤を塗布する方法や、加熱による軟化・融解が挙げられる。

【0011】

図３に振子１の正面図を、図４に振子１の背面図を示す。舌片形状の振子の錘部１０ａは、円筒状の枠体である支持部１０ｂの枠内に位置する。錘部１０ａはヒンジ１０ｃに連結し支持部１０ｂに懸架される。加速度検知軸３０方向に加速度が生じると、振子の支持部１０ｂに対して薄肉のヒンジ１０ｃが弾性変形し、ヒンジ１０ｃの長手方向の中心を軸にして、錘部１０aが回転運動する。

【0012】

錘部１０ａと支持部１０ｂ、ヒンジ１０ｃの製作方法を説明する。金属やガラス材料の母材から板材を切り出し、研磨することで所望の厚みと面精度となる基板を製作する。振子１の表面は、トルカカップ１３、１４やヨーク１５、１６の位置の基準となる。そのため、振子表面の面精度が高いほど、各部品の組立精度は向上する。次に切削加工やウェットエッチング、レーザなどによって、母材の一部を除去することで、錘部１０ａと支持部１０ｂ、ヒンジ１０ｃの形状を製作する。

【0013】

ヨークユニット２、３の構成を説明する。ヨーク１５、１６の一端側は、円形状ヨーク１７、１８によって閉塞され、他の一端側である開放端面側が支持部１０ｂを固定している。ポールピース１９、２０、は、ヨーク１５、１６の開放端面の中心の穴の周囲に設けられ、円柱状の永久磁石２１、２２はポールピース１９、２０と接し、ヨーク１５、１６の内部に収納されている。この構成によって各部品に磁束が通り、ヨークユニット２、３によって磁気回路が形成される。そして、ヨーク１５、１６の開放端内周面とポールピース１９、２０の外周面との間に環状の磁気空隙がそれぞれ形成される。シールバンド２３は、ヨーク１５と１６の外周に接着剤などを用いて固定さる。これにより、振子１とヨーク１５、１６が一体となる。

【0014】

永久磁石２１、２２は、板厚方向に着磁されたネオジウムやサマリウムコバルト、アルニコ磁石などで構成され、ヨーク１５、１６と円形状ヨーク１７、１８、ポールピース１９、２０は軟磁性材料で構成される。永久磁石２１、２２と円形状ヨーク１７、１８と、ポールピース１９、２０は、それぞれ接着剤により固定され、ヨーク１５、１６と円形状ヨーク１７、１８はレーザ溶接によって接合される。

【0015】

ヨーク表面の電極面１５ｅ、１６ｅと、それに対向する錘部１０ａの薄膜電極１０ｄは、コンデンサの２つの電極として機能する。加速度の入力によって生じた錘部１０ａの変位は、電極間の静電容量を変化させ、その差を電圧として検出し、図示しないサーボアンプにより差動増幅される。そして、静電容量差に基づいたサーボ電流が一対のトルカコイル１１、１２に供給される。この静電容量を検出する電気信号とサーボ電流は、薄膜電極１０ｄや、ヒンジ１０ｃと支持部１０ｂの表面に形成された薄膜配線１０ｅ、金属ワイヤ２４、および端子２５を経路としてサーボアンプへと流れる。

【0016】

振子の基部１０の平面に垂直となる方向（加速度検知軸３０）に加速度が印加されると、加速度を受けた錘部１０ａは変位するが、トルカ電流と磁気空隙内の磁界で生じるローレンツ力により変位は中立点へ戻り、加速度で生じる力、すなわち慣性力とローレンツ力は平衡する。この時、トルカ電流の大きさは、加速度検知軸に沿った加速度の大きさに直接的に対応するため、加速度を検知することが出来る。

【0017】

（実施例１）
図５は、サーボ加速度計の振子1とヨークユニット２を抽出して示す。図６は図５におけるＡＡ´線の端面図であり、この発明による実施例の構成を示したものである。薄膜配線１０ｅが金属ワイヤ２４と接続している第１の接続部を備え、金属ワイヤ２４における第１の接続部の反対側である第２の接続部が端子２５の端面に接続され、支持部１０ｂにおける第１の接続部の裏面側が宙に浮く。また、金属ワイヤ２４の一部が第１の接合部と第２の接合部よりも高い位置にあり、金属ワイヤ２４はアーチ構造を持つ。金属ワイヤ２４と薄膜配線１０ｂの接合と、金属ワイヤ２４と端子２５の接合は、ワイヤボンディングによって行われる。金属ワイヤ２４により薄膜配線１０ｅと端子２５が電気的に導通し、トルカコイル１１、１２にサーボ電流を印加する電流経路と、電極面１５ｅ、１６ｅと薄膜電極１０ｄの静電容量の検出回路へ接続する電流経路を形成する。

【0018】

支持部１０ｂの変形はセンサ精度の低下や故障の原因となる。支持部１０ｂの変形よってヒンジに応力が与えられると、錘部の変位と入力された加速度の比例関係が変化して、本来の関係との差分が誤差となる。もしくは、錘部がヒンジによってヨークに押し付けられて動かなくなる可能性がある。

【0019】

図５に示す組立体では、ヨークユニットの上面に振子が固定され、振子の支持部１０ｂの内側に端子２５の端面が配置される。端子２５の端面は固定部から遠い自由端であり、金属ワイヤ２４は細いため、それぞれ振動や熱変形し易い。これらが振動すると、ヨークユニット２、３内の磁場の影響を受けて起電力が生じ、電気的ノイズとなりセンサ精度が低下する。端子２５や金属ワイヤ２４は、加速度計の中心部に近い場所にあることで、外部からの振動や熱の影響を受けにくい。また、金属ワイヤ２４を支持部１０ｂの外側に出す構成と比較すると、加速度計の外径は小さくなる。

【0020】

測定する加速度とは異なる振動を支持部１０ｂが受けると、その振動が錘部に伝わって変位となりセンサ出力のノイズとなる。端子２５と金属ワイヤ２４で生じた振動は、金属ワイヤ２４のアーチ構造によって減衰するため、支持部１０ｂに伝わる振動は小さくなる。金属ワイヤ２４が直線に近い構造を持つ場合、端子２５や金属ワイヤ２４の振動が伝わり易くなると共に、金属ワイヤ２４から受ける張力も増加する。例えば、温度変化により端子２５と支持部１０ｂの位置が離れた場合、その変化量を上回る金属ワイヤ２４のたるみが無ければ、金属ワイヤ２４が端子２５と支持部１０ｂに引っ張られ、接合部に大きな応力が発生し破断する。もしくは、金属ワイヤ２４から受ける張力によって支持部１０ｂが変形する。このように、金属ワイヤ２４のアーチ構造は接合部の信頼性の向上と、支持部１０ｂの変形の抑制に寄与する。

【0021】

図７に図５におけるＢＢ´線の断面を示す。ヒンジおよび金属ワイヤ２４が接合される薄膜配線１０ｅを備える支持部１０ｂと、支持部１０ｂの中心に接続されるヒンジは、支持部１０ｂの固定部であるヨークとの接触点から離れており、それぞれが宙に浮いている。薄膜配線１０eとヨークには大きな隙間があり、加速度計に大きい衝撃が与えられて支持部１０ｂが動いても、薄膜配線１０eとヨークは短絡しない。また、支持部１０ｂの固定部からヒンジが遠いため、ヒンジにひずみを与えにくいことから振子は正常に動きやすい。

【0022】

端子２５は、２つのヒンジの外側の端部と振子の中心部の端部、支持部１０ｂで囲われる内側の領域が支持部１０ｂの厚み方向に引き出された空間内に存在する。そして、薄膜配線１０ｅにおける金属ワイヤ２４の接合部は、ヒンジの端部と振子の中心部の端部の外側に備わる。薄膜配線１０ｅと金属ワイヤ２４の接合部は、振子の中心部およびヒンジから離れている為、金属ワイヤや端子２５が受ける振動がヒンジや振子の中心部に伝わりにくい。また、接合部はヨークにおける振子の固定部１５ａ、１６ａから近いため、支持部１０ｂは振動しにくい構造である。このように金属ワイヤ２４の振動による影響を軽減して、センサ精度の低下を抑制することができる。

【0023】

振子１と接する固定部１５a、１６ａ以外のヨーク１５、１６の端面は、振子１の両面に近接する。ヨークユニット２に備わる端子２５が、ヨークユニット３と接触して短絡を起こさせないため、端子２５の端面は振子の支持部１０ｂの表面から低い位置に存在する。
一般的な金属ワイヤ２４と薄膜配線１０ｅ、例えば銅やアルミなどの導電性材料を接合する場合、部品表面の酸化被膜を除去する必要がある。はんだ付けにおいては、接合部材に塗布されたフラックスが、はんだ付けの熱によって酸化被膜を還元し除去する。端子２５の端面や支持部１０ｂの薄膜配線１０ｅは、振子の中心部に近接しているため、はんだ付けによって金属ワイヤ２４を接合すると、振子の中心部やヒンジにフラックスやはんだの粒子が付着する。この異物が振子の変位に影響を与えて加速度計のセンサ精度を低下させる。

【0024】

ワイヤボンディングは、熱や圧力、振動を接合界面に与えて、構成材料の原子を相互に拡散し部品を接合する加工法である。超音波を用いた接合は、部品表面の酸化被膜の一部を破壊して、酸化被膜の下部にある活性が高い元素同士を接触させる。そのため、超音波を用いるワイヤボンディングは、銅やアルミなどの酸化被膜を持つ金属ワイヤ２４や薄膜配線１０ｅの接合で広く用いられている。

【0025】

ワイヤボンディングにおける一般的な熱圧着法では製品全体を加熱するが、加速度計には磁石や接着剤が使用されているため、製品全体を熱圧着法に適した温度（１００℃以上）にすると、磁力が低下し接着剤が軟化する可能性がある。また加熱が無い圧着法では、大圧力により部品を破壊する可能性がある。他方、超音波接合法や、熱圧着法に超音波を併用する超音波熱圧着法では、振子の支持部１０ｂと端子２５端面は固定部から遠い自由端になるため、振動が加工面から逃げて接合不良を起こしやすい。このため、端子２５と支持部１０ｂの薄膜配線１０ｅへのワイヤボンディングは、加熱した金属ワイヤ２４を接合面に押し付けて接合させる局所的な熱圧着法が適している。

【0026】

はんだ付けでは、接合させる２つの部品の他に接合材料として「はんだ」が必要となる。溶融はんだが冷却され固体となることで接合部が形成されるが、接合対象と熱膨張率が異なるため、はんだは接合対象に残留応力（熱応力）を与える。ワイヤボンディングは対象同士を接合させる加工方法であり、熱膨張率の差が小さいほど互いが与える残留応力は低下する。特に、同一の材料で構成された接合対象であれば、熱膨張率に差が小さいためより効果的である。

【0027】

ワイヤボンディングは金属ワイヤの端部と金属面にエネルギーを与えて接合する加工方法である。エネルギーを与える領域はφ１００μｍ程度であり、はんだ付けで使用する一般的なこて先の先端面積と比較すると非常に小さく、加工対象に与える熱量とその領域は小さくなる。つまり、ワイヤボンディングを用いて金属ワイヤと薄膜配線を接合すると、はんだ付けと比べて、熱の影響による支持部の変形を小さくすることが可能である。
ワイヤボンディングは支持部１０ｂに熱や圧力を加えるため、その影響で支持部１０ｂに

【0028】

変形が生じる可能性がある。金属ワイヤが接合される薄膜配線１０ｅを表面にもつ支持部１０ｂの裏側がヨークと接触した状態でワイヤボンディングをすると、支持部はヨーク側に押し付けられながら変形する。支持部がヨークと接触しない状態と比べると、ワイヤボンディングによる変形の他に、ヨークからも応力を受けて変形するため、支持部１０ｂの変形が複雑化する。支持部１０ｂの変形はセンサ精度の低下をまねくため、加速度計ではその誤差を電気的に補正することや、数値的な補正をすることで測定結果の精度を上げている。しかし、支持部１０ｂの変形が複雑化すると、その補正が不十分に成り易く、センサ精度の低下の要因となる。ワイヤボンディングによる変形が起きてもヨークと接触しない隙間がヨークとの間にあれば。ワイヤボンディングによる支持部１０ｂの変形の複雑化を抑制し、センサ精度は維持される。

【0029】

金属ワイヤ２４と薄膜配線１０ｅ、端子２５端面の表面は貴金属材料である。貴金属材料はイオン化傾向が小さいことから表面の酸化被膜が無い、もしくは薄いため、ワイヤボンディングによる加圧によって、接合部品内部の化学的に活性が高い元素が接合面へ露出しやすい。金属ワイヤ２４と薄膜配線１０ｅの内部にあった活性が高い元素同士が密着することで、接合面に金属結合や拡散結合が生じる。貴金属材料の中でも金（Ａｕ）またはＡｕ合金は特にイオン化傾向が小さく、一般的な環境では酸化被膜が無い。また、展延性に優れている為、圧力が与えられた際に、部品が破断することなく変形することで、部品内部にある化学的に活性が高い元素が露出し易いことから、ＡｕおよびＡｕ合金から選択される少なくとも一種である貴金属材料が適している。また、同一の材料または、組成が近い材料同士を接合させるため、金属ワイヤ２４と薄膜配線１０ｅ、端子２５端面の表面の熱膨張率の差が小さくなり、それぞれが受ける残留応力は小さくなる。

【0030】

端子２５端面および薄膜配線１０ｅの表面の貴金属材料層は、経済性を考慮すると厚みが薄いほど良い。一方で、貴金属材料層の下地となる支持部１０ｂや端子２５の材料が、ワイヤボンディングによる熱によって貴金属材料層に拡散して、強度が低い合金層を形成する可能性がある。このため、貴金属材料層の厚みはワイヤボンディングの加工条件に合わせて、一定以上の厚みを確保する必要がある。

【0031】

ワイヤボンディングで生じる活性が高い元素同士の結合は、接合面の表面粗さが少ないほど促進される。なぜなら、接合面おける塑性変形がし易くなり、接合面へ露出する活性が高い元素が多くなり、それらが接合する面積は増大する。一方、表面粗さが大きいと、接合面の凹凸によって塑性変形は阻害され、活性が高い元素が接合面に露出する機会が減少する。また接合面の凹凸によって、局所的に圧力が高まる箇所が生じて貴金属材料層を部分的に破壊し、貴金属材料層の下地が露出する可能性がある。このため、表面荒さが大きい場合には貴金属材料層の厚みを大きくする必要がある。例えば、貴金属材料層の表面粗さの算術平均値（Ｒａ）が１０ｎｍ以下であれば厚みは２００ｎｍ以上が必要となり、Ｒａが０．１～０．４μｍであれば、厚みは２μｍ以上が必要となる。

【0032】

金属ワイヤ２４と、金属ワイヤ２４が接合される薄膜配線１０ｅ、端子２５端面を構成する材料の純度は高いほど好ましい。不純物が小さいほど、接合面における原子の欠陥が少なくなり良好な接合力を得られる。特に９９．９９％以上であると、接合力のばらつきが小さくなる。

【0033】

局所的熱圧着法によるワイヤボンディングは、金属ワイヤ２４を端子２５端面に押し付ける際に、端子２５端面も加熱するため、端面に固定部が近接していると固定部も共に熱せされて、固定部の膨張や変形が生じ、端子２５の位置がずれてワイヤボンディングの不良の原因となる可能性がある。これを抑制するために、本発明の端子２５の端面と端子２５をヨークに固定する固定部の距離は１ｍｍ以上である。

【0034】

振子１の材料は石英ガラスである。石英ガラスの線膨張係数は０．５×１０^－６／Ｋ程度であり、一般的な商用金属の１／１０程度である。また絶縁材料であるため、振子１の表面に形成する薄膜配線１０ｅと導通しない。更には、非磁性材料であるため、ヨークユニット２、３が形成する磁気空隙内の磁場に影響を与えない。また化学的に安定性が高いため、熱や圧力が与えられても薄膜配線１０ｅに石英ガラスが殆ど拡散しないため、ワイヤボンディングの接合性の維持に寄与する。

【0035】

ヨーク１５、１６の材料はインバー合金である。インバー合金の線膨張係数は、０．５×１０^－６／Ｋ程度であり、石英ガラスとの差が小さいため、温度変化によるひずみを振子の支持部１０ｂに与えにくい。また、飽和磁束密度は１．２Ｔであるため、磁気回路を形成する材料としても適している。

【0036】

加速度計に温度変化が生じると、熱膨張や熱収縮によりサーボ加速度計を構成する部品の形状が変化する。それにより、振子１の形状の変化が起きて、加速度を反映する振子１の動作が変化し、センサ精度の低下を招く。これを低減するには、構成部品の材料は可能な限り、低い線膨張係数を持つ材料を使用する必要がある。特に、各部品の位置の基準となり、振動子そのものである振子の基部１０の変形が少ないことが求められる。

【0037】

本発明におけるワイヤボンディングの一例を示す。２００℃以上に加熱したボンディングツールでφ１５～７５μｍのＡｕワイヤの端部を保持し、２００ＭＰa以上の圧力でＡｕワイヤを端子２５の端面に押し付ける。端子の端面表面の貴金属材料層は、表面粗さがＲａ０．４μｍ以下で厚み２μｍ以上のＡｕ層である。ボンディングツールから与えられた圧力と熱により、Ａｕワイヤと端子２５端面との界面に拡散接合が起こる。次に、ボンディングツールで接合されていない金ワイヤ部分を振子の薄膜配線１０ｅまで引き出し、１００ＭＰa以上の圧力で金ワイヤを振子の薄膜配線１０ｅへ押し付けて接合する。薄膜配線１０ｅ表面の貴金属材料層は、表面粗さＲａ１０ｎｍ以下で厚さ２００ｎｍ以上のＡｕ層である。ボンディングツールの先端の面積は、金属ワイヤ２４の線径の数倍程度で十分あり、ボンディングツールが薄膜配線１０ｅに接触する面積は小さい。なお、各部品のＡｕ層の純度は９９．９９％である。

【0038】

Ａｕワイヤと薄膜配線１０ｅの接合部と、Ａｕワイヤと端子２５端面の接合部の破壊強度は、Ａｕワイヤのプルテストにおいて６ｇｆ以上を得られる。直径1インチ程度の一般的なサーボ速度計において金属ワイヤ２４の長さは５ｍｍ以下であり、その重量は密度が高いＡｕを材料に選択しても５×１０^－４ｇ以下である。金属ワイヤ２４の接合面に生じる最大荷重は金属ワイヤの重量と衝撃加速度に比例する。衝撃荷重における安全率を１５と仮定すると、最大荷重の見積もりは、最大荷重＝衝撃加速度×Ａｕワイヤ重量×安全率１５となる。つまり、本実施例におけるＡｕワイヤは９００Ｇ（Ｇ：重力加速度）の衝撃加速度に耐えられる可能性が高い。一般的なサーボ速度計の耐衝撃性は３００Ｇ以下であるため、Ａｕワイヤは十分な接合力を有する。

【0039】

（実施例２）
図８はサーボ加速度計の一実施例の構成を示したものであり、構成部品の分解斜視図である。図９にはサーボ加速度計の断面図を示す。サーボ加速度計は円板や円筒形状の部品を重ねた装置であり、これら部品群の中心軸は一致している。図１０に振子１の正面図を、図１１に振子１の背面図を示す。振子１は、振子の基部１０の表面にトルカコイル１１を巻回されたトルカカップ１３と、１つの薄膜電極１０ｄを備える。図１２は、サーボ加速度計の振子1とヨークユニット２を抽出した組立体の正面図を示す。薄膜配線１０ｅは金属ワイヤ２４に接続され端子２５の端面と電気的に繋がる。この組立体の正面側に非磁性のカバー２６が被せられ、カバー２６とヨークユニット２がシールバンド２３によって固定されることで、振子１が固定される。図１３は図１２におけるＣＣ´線の断面図であり、この発明によるワイヤボンディングの構成を示したものである。支持部１０ｂの薄膜配線１０ｅが金属ワイヤ２４と接続され、端子２５端面と金属ワイヤ２４は、はんだ付けで接続される。
ヨーク表面の電極面１５ｅと、それに対向する錘部１０ａの薄膜電極１０ｄは、コンデンサの１つの電極として機能する。加速度の入力によって生じた錘部１０ａの変位は、電極間の静電容量を変化させ、その差を電圧として検出し、図示しないサーボアンプにより差動増幅される。そして、静電容量差に基づいたサーボ電流が一対のトルカコイル１１に供給される。この静電容量を検出する電気信号とサーボ電流は、薄膜電極１０ｄや、ヒンジ１０ｃと支持部１０ｂの表面に形成された薄膜配線１０ｅ、金属ワイヤ２４、および端子２５を経路としてサーボアンプへと流れる。

【0040】

端子２５は、２つのヒンジの内側の端部と、振子の中心部の端部と、支持部１０ｂで囲われる内側の領域が支持部１０ｂの厚み方向に引き出された空間内に存在する。１つのヨークユニット２を備え、それと対になる１つのトルカコイル１１を備え、トルカコイル１１に通電する１つの薄膜配線１０ｅを支持部１０ｂに有する。同様に、１つのヨークの電極面を備え、対になる１つの電極膜を備え、電極膜に通電する薄膜配線１０ｅを支持部１０ｂに有する。１つのヨークユニット２とトルカコイル１１により、振子の変位の検出と制御を行うため、加速度は小型化が容易である。

【0041】

サーボ速度計は、電極間の静電容量によって錘部の位置を測定するので、加速度検知軸３０方向の変位と、それ以外の方向の変位を識別することが出来ない。つまり、加速度検知軸３０以外の方向から入力される加速度によって生じる錘部の変位が、センサ出力の誤差につながる。端子２５の端面は、対向する２つのヒンジの外側に配置されないため、その分だけヒンジの距離を大きくすることで図１１に示すφ軸回転方向における２つのヒンジの剛性を高め、φ軸回転方向の変位を抑制することが可能である。対向する２つのヒンジの内側に端子２５が存在することは、加速度検知軸３０以外の方向からの加速度に対する感度（他軸感度）を低下させ、センサ精度の維持に寄与する。

【0042】

端子２５の端面は、対向する２つのヒンジの内側に配置されるため、支持部１０ｂにおいてヒンジが固定される扇形の部分にある薄膜配線１０ｅに金属ワイヤ２４が接続することができる。扇形部分は、その他の部分に比べて体積が大きいため、ワイヤボンディングで与えられる熱が周囲に逃げ易い。対向する２つのヒンジの内側に端子２５端面が存在することで、ワイヤボンディングで生じる熱応力の変形を小さくすことが可能であり、センサ精度の低下を抑制することができる。

【0043】

薄膜配線１０ｅと金属ワイヤ２４の接合部は３つであり、これらは電極間の静電容量の検出と、トルカ電流をトルカコイルに流すための必要最小限の数の電流経路を形成する。接合部の数も必要最小限であるため、金属ワイヤの接合で生じる支持部１０ｂの変形は最小限に抑えられる。また、ワイヤボンディングを行う際にワイヤを押し付ける針状のボンディングツールを妨害するトルカコイルが無いため加工性に優れ、良好な接合を得られ易い。
図１２に示す組立体の製作方法について説明する。単体の部品である端子２５の端面に金属ワイヤ２４をはんだ付けし、溶剤などで接合部に付着した残渣物を除去する。この組立体をヨークの穴に固定し、磁石やポールピースを組み込むことで、ヨークユニット２が完成する。次に、ヨークユニット２に振子１を設置し、端子２５の端面に接合した金属ワイヤ２４のもう一端を振子の支持部１０ｂの薄膜配線１０ｅの上面に引き出す。局所的熱圧着法により金属ワイヤ２４を薄膜配線１０ｅにボンディングをすることで、端子２５と薄膜配線１０ｅが電気的に導通する。

【符号の説明】

【0044】

１ 振子
１０ 振子の基部
１０ａ 振子の錘部
１０ｂ 振子の支持部
１０ｃ 振子のヒンジ
１０ｄ 振子の薄膜電極
１０ｅ ヒンジや支持部や錘部の表面に形成される薄膜配線
１０ｆ 取り付けパッド
１５、１６ ヨーク
１５ａ、１６ａ ヨークにおける振子の固定部
１５ｅ、１５ｅ ヨークの電極面
２３ シールバンド
２４ 金属ワイヤ
２５ 端子
２６ カバー
２７ はんだ部
３０ 加速度検知軸"

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】