(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板に位置し、下部電極とする第１電極パッド（４）と、
第１電極パッド（４）と共にＺ軸検出用コンデンサを構成する上部電極が設けられ、基板の上方で懸架されているマスブロック（１）と、
基板とマスブロック（１）とを接続するための弾性梁と、
を含み、
前記弾性梁は、Ｘ軸方向に位置する第１弾性梁（１２）と、Ｙ軸方向に位置し、第１弾性梁（１２）と交差して接続されている第２弾性梁（１１）とを含み、第２弾性梁（１１）の両端は基板の固定点（６）に接続され、第１弾性梁（１２）の両端はマスブロック（１）に接続され、又は第１弾性梁（１２）の両端は基板の固定点（６）に接続され、第２弾性梁（１１）の両端はマスブロック（１）に接続され、前記第１弾性梁（１２）及び／又は第２弾性梁（１１）の中心はマスブロック（１）の重心から離れ、
前記マスブロック（１）は、Ｙ軸、Ｘ軸方向において、さらに第１可動電極（９）と第２可動電極（１０）が設置され、前記基板には、第１可動電極（９）と第２可動電極（１０）とともにそれぞれＹ軸検出用コンデンサ、Ｘ軸検出用コンデンサを構成するための第１固定電極（２）と第２固定電極（３）が設置されている、
ことを特徴とする慣性計測モジュール。
【請求項２】
前記第１弾性梁（１２）は１本設置され、マスブロック（１）のＸ軸方向の中心線に位置し、前記第２弾性梁（１１）はマスブロック（１）のＹ軸方向の中心線から離れている、
ことを特徴とする請求項１に記載の慣性計測モジュール。
【請求項３】
前記第１弾性梁（１２）は２本設置され、２本の前記第１弾性梁（１２）はマスブロック（１）のＸ軸方向の中心線に沿って対称な分布となり、前記第２弾性梁（１１）はマスブロック（１）のＹ軸方向の中心線から離れている、
ことを特徴とする請求項１に記載の慣性計測モジュール。
【請求項４】
２つの構造が対称となっている請求項２又は３に記載の慣性計測モジュール、を含み、
さらに、２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロック（１）を接続する接続ビームを含む、
ことを特徴とする３軸加速度計。
【請求項５】
前記接続ビームは、Ｘ軸方向に位置する横ビーム（７）を含み、さらに、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビーム（７）に接続され他端はマスブロック（１）の側壁に接続される縦ビーム（８）を含み、前記縦ビーム（８）と第２弾性梁（１１）は同一直線上にある、
ことを特徴とする請求項４に記載の３軸加速度計。
【請求項６】
さらに、２本の横ビーム（７）を接続する補強ビーム（１３０）が設置され、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁（１１）は補強ビーム（１３０）に対して対称な分布となっている、
ことを特徴とする請求項５に記載の３軸加速度計。
【請求項７】
前記補強ビーム（１３０）は２つ設置され、２つの補強ビーム（１３０）は平行するように設置され、横ビーム（７）と共に矩形フレームを形成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の３軸加速度計。
【請求項８】
さらに、矩形フレーム内に位置する斜めビーム（１３１）を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の３軸加速度計。
【請求項９】
２つの構造が対称となっている請求項１に記載の慣性計測モジュール、を含み、
前記第１弾性梁（１２）はマスブロック（１）のＸ軸方向の中心線から離れ、
さらに、２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロック（１）の両側をそれぞれ接続する接続ビームを含み、
前記接続ビームは、Ｘ軸方向に位置する横ビーム（７）を含み、さらに、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビーム（７）に接続され他端はマスブロック（１）の側壁に接続される縦ビーム（８）を含み、
さらに、２つの横ビーム（７）を接続する補強ビーム（１３０）が設置され、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁は補強ビーム（１３０）に対して対称な分布となっている、
ことを特徴とする３軸加速度計。
【請求項１０】
前記補強ビーム（１３０）は２つ設置され、２つの補強ビーム（１３０）は平行するように設置され、横ビーム（７）と共に矩形フレームを形成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の３軸加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の分野に属し、より具体的には、微小電気機械システムの慣性計測モジュールに関し、本発明はさらに３軸加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システムの加速度計は、ＭＥＭＳ技術に基づく慣性装置であり、移動体の線運動加速度を測定するのに用いられるものである。体積が小さく、信頼性が高く、コストが安く、大量生産に適する等の利点を有し、そのため、幅広い市場の見通しがあり、その適用分野は大衆消費電子製品、航空宇宙、自動車、医療機器及び武器等を含む。
【０００３】
現在の３軸加速度計は通常２つの実現形態があり、１つは組み付ける方法であり、３つの単軸構造又は１つの双軸と１つの単軸との２つの構造を組み合せて３つの軸方向加速度の測定を実現するものである。もう１つは単一構造を採用して３軸加速度の測定を実現するものである。単一構造の実現案において、通常、偏心構造を介してＺ軸加速度を測定するとされ、この案においては、Ｚ軸検出運動に構造の偏心特徴を利用したほか、平面内のいずれかの軸（例えばＸ軸又はＹ軸）の検出運動も構造の偏心特徴の影響を受けるため、その運動は、実際は線運動ではなく搖動であり、このような運動方式では軸間の結合が強化される一方、キャパシタンスの変化量が減少するので、測定の精度が大幅に低減されている。一方、Ｙ軸加速度を測定する時、その構造の特徴により、その実際の運動は線運動ではなく搖動となる可能性があるため、測定精度がさらに低減されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術に存在する問題を解決するために、構造が簡単であり、測定精度が高い慣性計測モジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を実現するために、本発明の技術的解決手段は、
基板と、
基板に位置し、下部電極とする第１電極パッドと、
第１電極パッドと共にＺ軸検出用コンデンサを構成する上部電極が設けられ、基板の上方で懸架されているマスブロックと、
基板とマスブロックとを接続するための弾性梁と、を含み、
前記弾性梁は、Ｘ軸方向に位置する第１弾性梁と、Ｙ軸方向に位置し、第１弾性梁と交差して接続されている第２弾性梁とを含み、第２弾性梁の両端は基板の固定点に接続され、第１弾性梁の両端はマスブロックに接続され、又は第１弾性梁の両端は基板の固定点に接続され、第２弾性梁の両端にはマスブロックが接続され、前記第１弾性梁及び／又は第２弾性梁の中心はマスブロックの重心から離れ、
前記マスブロックは、Ｙ軸、Ｘ軸方向において、さらに第１可動電極と第２可動電極が設置され、前記基板には、第１可動電極と第２可動電極とともにそれぞれＹ軸検出用コンデンサ、Ｘ軸検出用コンデンサを構成するための第１固定電極と第２固定電極が設置されていることを特徴とする慣性計測モジュールである。
【０００６】
好ましくは、前記第１弾性梁は１本設置され、マスブロックのＸ軸方向の中心線に位置し、前記第２弾性梁はマスブロックのＹ軸方向の中心線から離れている。
【０００７】
好ましくは、前記第１弾性梁は２本設置され、前記２本の第１弾性梁はマスブロックのＸ軸方向の中心線に沿って対称な分布となり、前記第２弾性梁はマスブロックのＹ軸方向の中心線から離れている。
【０００８】
本発明は、また、２つの構造が対称となっている慣性計測モジュールを含み、さらに、２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロックを接続する接続ビームを含む３軸加速度計を提供する。
【０００９】
好ましくは、前記接続ビームはＸ軸方向に位置する横ビームを含み、さらに、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビームに接続し他端はマスブロックの側壁に接続される縦ビームを含み、前記縦ビームと第２弾性梁は同一直線上にある。
【００１０】
好ましくは、さらに２本の横ビームを接続する補強ビームが設置され、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁は補強ビームに対して対称な分布となっている。
【００１１】
好ましくは、前記補強ビームは２つ設置され、２つの補強ビームは平行するように設置され、横ビームと共に矩形フレームを形成する。
【００１２】
好ましくは、矩形フレーム内に位置する斜めビームをさらに含む。
【００１３】
本発明は、また、２つの構造が対称となっている慣性計測モジュールを含み、前記第１弾性梁はマスブロックのＸ軸方向の中心線から離れ、さらに、２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロックの両側をそれぞれ接続する接続ビームを含み、前記接続ビームは、Ｘ軸方向に位置する横ビームを含み、さらに、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビームに接続し他端はマスブロックの側壁に接続される縦ビームを含み、さらに、２つの横ビームを接続する補強ビームが設置され、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁は補強ビームに対して対称な分布となっている３軸加速度計を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記補強ビームは２つ設置され、２つの補強ビームは平行するように設置され、横ビームと共に矩形フレームを形成する。
【００１５】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、平面内のいずれかの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の運動は構造の偏心特性の影響を受けることなく、Ｘ軸、Ｙ軸の運動をいずれも線運動にすることによって、軸間の結合が強化されないようにする一方、マスブロックのＸ軸、Ｙ軸における変位量も低減しないようにすることによって、キャパシタンス測定の精度を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１における慣性計測モジュールの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１における３軸加速度計の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１における慣性計測モジュールの別の実施形態の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例２における慣性計測モジュールの構成を示す模式図である。
【図５】図４における弾性梁の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例２における３軸加速度計の構成を示す模式図である。
【図７】図６における接続ビームの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例３における３軸加速度計の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例３における３軸加速度計の別の実施形態の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明が解決しようとする技術的問題、採用する技術的解決手段、取得した技術的効果を理解しやすくするために、以下、具体的な図面に合わせて、本発明の具体的な実施形態に対してさらに説明する。
【００１８】
実施例１
【００１９】
図１に示すように、本発明は慣性計測モジュールの回路等の部品を配置することができる基板（未図示）を含む３軸加速度計における慣性計測モジュールを提供する。該基板には下部電極とする第１電極パッド４（図において点線で表示される）が設置されている。
【００２０】
本発明の慣性計測モジュールは、基板の上方に位置するマスブロック１及び該マスブロック１を基板の上方に支持する支持システム５をさらに含む。該支持システム５は、第１弾性梁１２及び第２弾性梁１１を含む弾性梁であり、該第１弾性梁１２と第２弾性梁１１は十字形に交差するように固定され、好ましくは、固定接続点は２本の弾性梁の中間部に位置し、さらに好ましくは、前記第１弾性梁１２はＸ軸方向に位置し、前記第２弾性梁１１はＹ軸方向に位置する。ここで、第２弾性梁１１の両端は基板の固定点６に接続され、第１弾性梁１２の両端はマスブロック１に接続される。第１弾性梁１２、第２弾性梁１１、固定点６によってマスブロック１を基板の上方に支持し、マスブロック１を懸架状態にさせる。本発明の一具体的な実施例において、前記マスブロック１には貫通孔が設置され、前記第１弾性梁１２の両端は貫通孔の内壁に接続される。当然ながら、図３に示すように、第１弾性梁１２の両端は基板の固定点６に接続され、第２弾性梁１１の両端はマスブロック１に接続されるようにしてもよい。
【００２１】
ここで注意されたいのは、本発明はあくまでも第１弾性梁１２と第２弾性梁１１との間の関係を説明しやすくするために、第１弾性梁１２をＸ軸方向とし、第２弾性梁１１をＹ軸方向としているが、当然ながら、第１弾性梁１２をＹ軸方向とし、第２弾性梁１１をＸ軸方向としてもよく、両者の間は相対的関係である。
【００２２】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、前記マスブロック１はＹ軸、Ｘ軸方向においてそれぞれ第１可動電極９、第２可動電極１０がさらに設置されており、該２つの可動電極はマスブロック１に固定され、例えば、マスブロック１の周縁に設置することができ、マスブロックの運動と伴って同期運動することができる。それに対応して、前記基板には、第１可動電極９と第２可動電極１０とともにそれぞれＹ軸検出用コンデンサ、Ｘ軸検出用コンデンサを構成するための第１固定電極２と第２固定電極３が設置されている。該２つの固定電極は基板に固着され、２つの可動電極がマスブロック１に従って運動する時、固定電極と可動電極との間の面積又は距離が変更されることによって、対応するコンデンサの容量が変わり、該方向における加速度の測定が実現される。
【００２３】
ここで、前記第１可動電極９は、それぞれマスブロック１の対向する両側に位置するように２つ設置されている。図１の図示方向を参照すると、２つの第１可動電極９はそれぞれマスブロック１の上端と下端に設置され、それに対応して、基板には２つの第１可動電極９と取り合わせる２つの第１固定電極２が設置され、Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロックはＹ軸方向に沿って運動し、そのうちの一方の第１可動電極９と第１固定電極２との間の面積又は距離が大きくなり、他方の第１可動電極９と第１固定電極２との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＹ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｙ軸加速度検出の精度を向上させる。
【００２４】
同じように、前記第２可動電極１０もそれぞれマスブロック１のＸ軸方向の両側に位置するように２つ設置することができる。図１の図示方向を参照すると、２つの第２可動電極１０はそれぞれマスブロック１の左端と右端に設置され、それに対応して、基板には２つの第２可動電極１０と取り合わせる２つの第２固定電極３が設置され、Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１はＸ軸方向に沿って運動し、そのうちの一方の第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が大きくなり、他方の第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＸ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｘ軸加速度検出の精度を向上させる。
【００２５】
第１可動電極９と第１固定電極２との間及び／又は第２可動電極１０と第２固定電極３との間には櫛形コンデンサ構造を採用することができ、櫛形コンデンサ構造は従来技術に属するため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２６】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、前記第１弾性梁１２及び／又は第２弾性梁１１の中心はマスブロック１の重心から離れている。該慣性計測モジュールは、対応する外力が印加された場合、第１弾性梁１２及び／又は第２弾性梁１１に対して偏向することができる。
【００２７】
例えば、本発明の一具体的な実施例において、前記第１弾性梁１２はマスブロック１のＸ軸方向の中心線に位置し、図１の図示方向を参照すると、つまり、該第１弾性梁１２からマスブロック１の上端までの距離はマスブロック１の下端までの距離と等しく、前記第２弾性梁１１はマスブロック１のＹ軸方向の中心線から離れ、図１の図示方向を参照すると、つまり、第２弾性梁１１からマスブロック１の左端までの距離はマスブロック１の右端までの距離と等しくない。例えば、第２弾性梁１１はマスブロックのＹ軸方向の中心線の右に離れ、マスブロック１には、対応する方向の外力が印加された場合、マスブロック１と第２弾性梁１１との間の偏心設置のため、マスブロック１を第２弾性梁１１に対して回転させることができる。
【００２８】
前記マスブロック１には、第１電極パッド４とともにＺ軸検出用コンデンサを構成する上部電極（未図示）がさらに設置され、本発明の一好ましい実施例において、該マスブロック１自身がＺ軸検出用コンデンサの上部電極であり、この時、マスブロック１、第１可動電極９、第２可動電極１０はそれぞれのコンデンサの接地電極パッドとして使用することができる。
【００２９】
第１電極パッド４は、第１弾性梁１２の先端の両側において対称な分布となっているように２つ設置してもよい。Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第２弾性梁１１に対して偏向し、つまり、マスブロック１は第２弾性梁１１を回って回転することによってマスブロック１と第１電極パッド４との間の距離を変え、Ｚ軸検出用コンデンサの変化を実現する。マスブロック１とそのうちの１つの第１電極パッド４との間の距離は大きくなり、もう１つの第１電極パッド４との距離は小さくなることで、２つの第１電極パッド４とマスブロックとの間では差動可変コンデンサ構造が構成され、Ｚ軸加速度測定の精度を向上させることができる。Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第１弾性梁１２の変形によってＹ軸方向に変位することによって、第１可動電極９と第１固定電極２によってＹ軸方向における加速度を測定する。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第２弾性梁１１の変形によってＸ軸方向に変位することによって、第２可動電極１０と第２固定電極３によってＸ軸方向における加速度を測定する。
【００３０】
本発明の別の実施例において、前記第１弾性梁１２がマスブロック１のＸ軸方向の中心線から離れるようにしてもよく、図１の図示方向を参照すると、つまり、該第１弾性梁１２からマスブロック１の上端までの距離はマスブロック１の下端までの距離と等しなく、前記第２弾性梁１１はマスブロック１のＹ軸方向の中心線に位置し、図１の図示方向を参照すると、つまり、第２弾性梁１１からマスブロック１の左端までの距離はマスブロック１の右端までの距離と等しい。例えば、第１弾性梁１２がマスブロックのＸ軸方向の中心線の下方に離れ、マスブロック１には、対応する方向の外力が印加された場合、マスブロック１と第１弾性梁１２との間の偏心設置のため、マスブロック１を第１弾性梁１２に対して回転させることができる。
【００３１】
２つの第１電極パッド４は第２弾性梁１１の先端の両側において対称な分布となっている。Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第１弾性梁１２に対して偏向し、つまり、マスブロック１は第１弾性梁１２を回って回転することによって、マスブロック１と第１電極パッド４との間の距離を変え、Ｚ軸検出用コンデンサの変化を実現する。マスブロック１とそのうちの１つの第１電極パッド４との間の距離は大きくなり、もう１つの第１電極パッド４との距離は小さくなることで、２つの第１電極パッド４とマスブロックとの間では差動可変コンデンサ構造が構成され、Ｚ軸加速度測定の精度を向上させることができる。Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は依然として第１弾性梁１２の変形によってＹ軸方向に変位することによって、第１可動電極９と第１固定電極２によってＹ軸方向における加速度を測定する。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は依然として第２弾性梁１１の変形によってＸ軸方向に変位することによって、第２可動電極１０と第２固定電極３によってＸ軸方向における加速度を測定する。
【００３２】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、平面内のいずれかの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の運動は構造の偏心特性の影響を受けることなく、Ｘ軸、Ｙ軸の運動をいずれも線運動にすることによって、軸間の結合が強化されないようにする一方、マスブロックのＸ軸、Ｙ軸における変位量も低減しないようにすることによって、キャパシタンス測定の精度を向上させる。
【００３３】
本発明の慣性計測モジュールは、組み合わせて使用して、３軸加速度計を構成することができ、例えば、接続ビームによって複数の慣性計測モジュールのマスブロック１を接続することができる。
【００３４】
図２を参照すると、前記第１弾性梁１２がマスブロックのＸ軸方向の中心線に位置し、前記第２弾性梁１１がマスブロックのＹ軸方向の中心線から離れることを例とする場合、本発明の３軸加速度計は、２つの構造が対称となっている慣性計測モジュールを含み、該２つの慣性計測モジュールは接続ビームによって接続されている。ここで、前記接続ビームは、Ｘ軸方向に位置する横ビーム７を含み、さらに、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビーム７に接続され他端はマスブロック１の側壁に接続される縦ビーム８を含む。横ビーム７、縦ビーム８によって２つの慣性計測モジュールを接続し、ここで、２つの慣性計測モジュールは１つの基板を共用することができる。２つの慣性計測モジュールを組み合せることにより、該３軸加速度計の精度を向上させることができる。好ましくは、前記縦ビーム８と第２弾性梁１１は共線的であり、つまり、縦ビーム８と第２弾性梁１１は同一直線上にあることで、縦ビーム８によるマスブロックのＺ軸方向に沿う回転に対する影響が低減されている。さらにまた、前記縦ビーム８は弾性梁を採用することができる。
【００３５】
実施例２
【００３６】
図４を参照すると、本発明は、慣性計測モジュールの回路等の部品を配置することができる基板（未図示）を含む３軸加速度計における慣性計測モジュールを提供する。該基板には下部電極とする第１電極パッド４（図において点線で表示される）が設置されている。
【００３７】
本発明の慣性計測モジュールは、さらに、基板の上方に位置するマスブロック１及び該マスブロック１を基板の上方に支持する支持システム５を含む。該支持システム５は、弾性梁であってもよく、マスブロック１は該弾性梁によって基板の上方に懸架支持される。
【００３８】
図５を参照すると、弾性梁はＸ軸方向に位置する２本の第１弾性梁１２と、Ｙ軸方向に位置する第２弾性梁１１とを含み、該２本の第１弾性梁１２と第２弾性梁１１は十字形に交差するように固定され、つまり、第２弾性梁１１はそれぞれ平行するように配置された２本の第１弾性梁１２と十字形に交差するように固定されている。好ましくは、２本の第１弾性梁１２は第２弾性梁１１の中心に対して対称な分布となっている。
【００３９】
ここで、第２弾性梁１１の両端は基板の固定点６に接続され、２本の第１弾性梁１２はマスブロック１に接続される。第１弾性梁１２、第２弾性梁１１、固定点６によってマスブロック１を基板の上方に支持し、マスブロック１を懸架状態にさせる。本発明の一具体的な実施例において、前記マスブロック１には貫通孔が設置され、前記第１弾性梁１２の両端はそれぞれ貫通孔の両側の側壁に接続される。
【００４０】
ここで注意されたいのは、本発明は、あくまでも第１弾性梁１２と第２弾性梁１１との間の関係を説明しやすくするために、第１弾性梁１２をＸ軸方向とし、第２弾性梁１１をＹ軸方向としているが、当然ながら、第１弾性梁１２をＹ軸方向とし、第２弾性梁１１をＸ軸方向としてもよく、両者の間は相対的関係である。
【００４１】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、前記マスブロック１はＹ軸、Ｘ軸方向においてそれぞれ第１可動電極９、第２可動電極１０がさらに設置されており、該２つの可動電極はマスブロック１に固定され、例えば、マスブロック１の周縁に設置することができ、マスブロックの運動に伴って同期運動することができる。それに対応して、前記基板には、第１可動電極９と第２可動電極１０とともにそれぞれＹ軸検出用コンデンサ、Ｘ軸検出用コンデンサを構成するための第１固定電極２と第２固定電極３が設置されている。該２つの固定電極は基板に固着され、２つの可動電極がマスブロック１に従って運動する時、固定電極と可動電極との間の面積又は距離が変更されることによって、対応するコンデンサの容量が変わり、該方向における加速度の測定が実現される。
【００４２】
ここで、前記第１可動電極９は、それぞれマスブロック１の対向する両側に位置するように２つ設置されている。図４の図示方向を参照すると、２つの第１可動電極９はそれぞれマスブロック１の上端と下端に設置され、それに対応して、基板には２つの第１可動電極９と取り合わせる２つの第１固定電極２が設置され、Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロックはＹ軸方向に沿って運動し、そのうちの一方の第１可動電極９と第１固定電極２のと間の面積又は距離が大きくなり、他方の第１可動電極９と第１固定電極２との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＹ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｙ軸加速度測定の精度を向上させる。
【００４３】
同じように、前記第２可動電極１０もそれぞれマスブロック１のＸ軸方向の両側に位置するように２つ設置することができる。図４の図示方向を参照すると、２つの第２可動電極１０はそれぞれマスブロック１の左端と右端に設置され、それに対応して、基板には２つの第２可動電極１０と取り合わせる２つの第２固定電極３が設置され、Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１はＸ軸方向に沿って運動し、そのうちの一方の第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が大きくなり、他方の第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＸ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｘ軸加速度測定の精度を向上させる。
【００４４】
第１可動電極９と第１固定電極２との間及び／又は第２可動電極１０と第２固定電極３との間には櫛形コンデンサ構造を採用することができ、櫛形コンデンサ構造は従来技術に属するため、ここでその詳細な説明を省略する。
【００４５】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、前記２本の第１弾性梁１２はマスブロックのＸ軸方向の中心線に沿って対称な分布となっており、前記第２弾性梁１１はマスブロックのＹ軸方向の中心線から離れている。該慣性計測モジュールにＺ軸方向の加速度が発生した場合、第２弾性梁１１の偏心設置のため、マスブロック１は第２弾性梁１１を軸として偏向運動するようになる。
【００４６】
具体的には、図４の図示方向を参照すると、２本の第１弾性梁１２はマスブロックのＸ軸方向の中心線に対して対称な分布となっているが、第２弾性梁１１はマスブロックのＹ軸方向の中心線から離れており、つまり、第２弾性梁１１からマスブロック１の左端までの距離はマスブロック１の右端までの距離と等しくない。例えば、第２弾性梁１１がマスブロックのＹ軸方向の中心線の右方に離れ、マスブロック１にＺ軸方向の加速度が発生した場合、マスブロック１と第２弾性梁１１との間の偏心設置のため、マスブロック１を第２弾性梁１１に対して回転させることができる。
【００４７】
前記マスブロック１には、第１電極パッド４とともにＺ軸検出用コンデンサを構成する上部電極（未図示）がさらに設置され、本発明の一好ましい実施例において、該マスブロック１自身がＺ軸検出用コンデンサの上部電極であり、この時、マスブロック１、第１可動電極９、第２可動電極１０はそれぞれのコンデンサの接地電極パッドとして使用することができる。
【００４８】
第１電極パッド４は、第２弾性梁１１の両側において対称な分布となるように２つ設置してもよい。Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第２弾性梁１１に対して偏向し、つまり、マスブロック１は第２弾性梁１１を回って回転することによって、マスブロック１と第１電極パッド４との間の距離を変え、Ｚ軸検出キャパシタンスの変化を実現する。マスブロック１とそのうちの１つの第１電極パッド４との間の距離は大きくなり、もう１つの第１電極パッド４との距離は小さくなることで、２つの第１電極パッド４とマスブロックとの間では差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｚ軸加速度の測定精度を向上させることができる。Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第１弾性梁１２の変形によってＹ軸方向に変位することによって、第１可動電極９と第１固定電極２によってＹ軸方向加速度を測定する。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第２弾性梁１１の変形によってＸ軸方向に変位することによって、第２可動電極１０と第２固定電極３によってＸ軸方向における加速度を測定する。
【００４９】
本発明の慣性計測モジュールにおいて、平面内のいずれかの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の運動は構造の偏心特性の影響を受けることがない。また、マスブロックのＸ軸方向の中心線に沿って対称となる２本の第１弾性梁を採用してマスブロックを接続することで、マスブロックにどの方向の加速度が発生しても、第１弾性梁に沿って偏向せず、マスブロックと第１弾性梁との間には線運動のみ発生することを確保することができ、これによって、測定の精度が向上することとなり、軸間の結合が強化されることもない。
【００５０】
本発明の慣性計測モジュールは、組み合わせて使用して、３軸加速度計を構成することができ、例えば、接続ビームによって複数の慣性計測モジュールのマスブロック１を接続することができる。
【００５１】
図６を参照すると、本発明により開示される３軸加速度計は、構造が対称となる２つの慣性計測モジュールを含み、２つの接続ビームを採用してそれぞれ２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロック１の両側を接続し、前記接続ビームはＸ軸方向に位置する横ビーム７と、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビーム７に接続され他端はマスブロック１の側壁に接続される縦ビーム８と、を含み、前記縦ビーム８は第２弾性梁１１と共線的であり、つまり、縦ビーム８と第２弾性梁１１は同一直線上にあることで、縦ビーム８によるマスブロックのＺ軸方向に沿う回転に対する影響が低減されている。さらにまた、前記縦ビーム８は非剛性の材料により製造されることができる。
【００５２】
図６の図示方向を参照すると、上方に位置する横ビーム７、縦ビーム８は２つのマスブロック１の上端の側壁を接続し、下方に位置する横ビーム７、縦ビーム８は２つのマスブロック１の下端の側壁を接続し、２本の横ビーム７の間にはさらに剛性の補強ビーム１３０が設置され、該補強ビーム１３０によって２本の横ビーム７を接続し、補強ビーム１３０の２本の横ビーム７における位置によって、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁１１が該補強ビーム１３０に対して対称な分布となっている。
【００５３】
本発明の３軸加速度計は、Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１と第２弾性梁１１との間の偏心設置のため、マスブロック１を第２弾性梁１１に対して回転させ、２つの第１電極パッド４によって測定を行う。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、横ビーム７、縦ビーム８、補強ビーム１３０及び２本の第１弾性梁１２の作用により、マスブロック１がＸ軸方向において平行移動することしかできないようにすることによって、Ｘ軸方向の測定精度を向上させる。マスブロックにＹ軸方向の加速度が発生した場合、第２弾性梁１１は補強ビーム１３０に対して対称な分布となっているため、該Ｚ軸構造の重心を幾何的重心と重なるようにして、そして、２本の第１弾性梁１２を採用してマスブロック１を接続することによって、マスブロックがＹ軸方向において平行移動することしかできないことを保証し、ねじれ現象が発生することはない。
【００５４】
接続ビームのねじれ抵抗性能をさらに向上させるために、前記補強ビーム１３０は２つ設置され、２つの補強ビーム１３０は平行するように設置され、横ビーム７と共に矩形フレームを形成する。さらにまた、矩形フレーム内に位置する２本の斜めビーム１３１をさらに含み、図７に示すように、２つの斜めビーム１３１は矩形フレームの対角に沿って分布することなどができる。
【００５５】
実施例３
【００５６】
図８を参照すると、本発明は、構造が対称となっている慣性計測モジュールを２つ含み、各慣性計測モジュールは、慣性計測モジュールの回路等の部品を設けることができる基板（未図示）を含む、加速度計におけるＺ軸構造を提供する。該基板には下部電極とする第１電極パッド４（図において点線で表示される）が設置されている。
【００５７】
さらに、基板の上方に位置するマスブロック１及び該マスブロック１を基板の上方に支持する支持システム５を含む。該支持システム５は、第１弾性梁１２及び第２弾性梁１１を含む弾性梁であり、該第１弾性梁１２と第２弾性梁１１は十字形に交差するように固定され、好ましくは、固定接続点は２本の弾性梁の中間部に位置し、ここで、前記第１弾性梁１２はＸ軸方向に位置し、前記第２弾性梁１１はＹ軸方向に位置する。ここで、第２弾性梁１１の両端は基板の固定点６に接続され、第１弾性梁１２の両端はマスブロック１に接続される。第１弾性梁１２、第２弾性梁１１、固定点６によってマスブロック１を基板の上方に支持し、マスブロック１を懸架状態にさせる。本発明の一具体的な実施例において、前記マスブロック１には貫通孔が設置され、前記第１弾性梁１２の両端は貫通孔の内壁に接続されている。本発明の別の実施例において、図９に示すように、第１弾性梁１２の両端は基板の固定点６に接続され、第２弾性梁１１の両端はマスブロック１に接続されている。
【００５８】
ここで注意されたいのは、本発明はあくまでも第１弾性梁１２と第２弾性梁１１との間の関係を説明しやすくするために、第１弾性梁１２をＸ軸方向とし、第２弾性梁１１をＹ軸方向としているが、当然ながら、第１弾性梁１２をＹ軸方向とし、第２弾性梁１１をＸ軸方向としてもよく、両者の間は相対的関係である。
【００５９】
本発明のＺ軸構造において、前記第１弾性梁１２はマスブロックのＸ軸方向の中心線から離れ、該慣性計測モジュールはＺ軸方向の外力が印加された場合、第１弾性梁１２に対して偏向することができる。図８の図示方向を参照すると、つまり、該第１弾性梁１２からマスブロック１の上端までの距離はマスブロック１の下端までの距離と等しくない。例えば、第１弾性梁１２はマスブロックのＸ軸方向の中心線の上方に離れ、マスブロック１にＺ軸方向の外力が印加された場合、マスブロック１と第１弾性梁１２との間の偏心設置のため、マスブロック１が第１弾性梁１２に対して回転することができるようにしている。
【００６０】
前記マスブロック１には、第１電極パッド４とともにＺ軸検出用コンデンサを構成する上部電極（未図示）がさらに設置され、本発明の一好ましい実施例において、該マスブロック１自身がＺ軸検出用コンデンサの上部電極であり、この時、マスブロック１はコンデンサの接地電極パッドとして使用することができる。
【００６１】
第１電極パッド４は、第２弾性梁１１の先端の両側に分布するように２つ設置することが好ましい。Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第１弾性梁１２に対して偏向し、つまり、マスブロック１は第１弾性梁１２を回って回転することによって、マスブロック１と第１電極パッド４との間の距離が変わり、Ｚ軸検出用コンデンサの変化を実現する。マスブロック１とそのうちの１つの第１電極パッド４との間の距離は大きくなり、もう１つの第１電極パッド４との距離は小さくなることで、２つの第１電極パッド４とマスブロックとの間では差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｚ軸加速度の測定精度を向上させることができる。
【００６２】
本発明のＺ軸構造は、２つの慣性計測モジュールにおけるマスブロック１の両側をそれぞれ接続する接続ビームをさらに含み、前記接続ビームは、Ｘ軸方向に位置する横ビーム７と、Ｙ軸方向に位置し、一端は横ビーム７に接続され他端はマスブロック１の側壁に接続される縦ビーム８と、を含み、縦ビーム８によるマスブロックのＺ軸方向に沿う回転に対する影響を低減するために、前記縦ビーム８は弾性梁を採用することができる。
【００６３】
図８を参照すると、上方に位置する横ビーム７、縦ビーム８は２つのマスブロック１の上端の側壁を接続し、下方に位置する横ビーム７、縦ビーム８は２つのマスブロック１の下端の側壁を接続し、２本の横ビーム７の間にはさらに補強ビーム１３０が設置され、該補強ビーム１３０によって２本の横ビーム７を接続し、補強ビームの２本の横ビーム７における位置によって、２つの慣性計測モジュールにおける第２弾性梁１１が該補強ビーム１３０に対して対称な分布となっている。この時、第２弾性梁１１は選択的にマスブロック１のＹ軸方向の中心線に設置してもよく、その中心線から離れてもよい。
【００６４】
本発明のＺ軸構造は、Ｚ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１と第１弾性梁１２との間の偏心設置のため、マスブロック１を第１弾性梁１２に対して偏向させ、２つの第１電極パッド４によって測定を行う。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、横ビーム７、縦ビーム８及び補強ビーム１３０の作用により、マスブロック１の偏心設置によるねじれを防止することができ、マスブロック１がＸ軸方向において平行移動することしかできないようにすることによって、Ｘ軸方向の測定精度を向上させる。マスブロックにＹ軸方向の加速度が発生した場合、第２弾性梁１１が補強ビーム１３０に対して対称な分布となっているため、該Ｚ軸構造の重心を幾何的重心と重なるようにすることによって、マスブロックがＹ軸方向において平行移動することしかできないことを保証し、ねじれ現象が発生することはない。
【００６５】
実施例２と同じように、接続ビームのねじれ抵抗性能をさらに向上させるために、前記補強ビーム１３０を２つ設置し、２つの補強ビーム１３０を平行するように設置し、横ビーム７と共に矩形フレームを形成する。さらにまた、図７に示すように、矩形フレームの対角をそれぞれ接続する２つの斜めビーム１３１をさらに含む。
【００６６】
本発明の別の実施例において、上記Ｚ軸構造を含む３軸加速度計を提供する。ここで、前記マスブロック１はＹ軸、Ｘ軸方向においてそれぞれ第１可動電極９、第２可動電極１０がさらに設置され、該２つの可動電極はマスブロック１に固定され、例えばマスブロック１の周縁に設置され、マスブロックの運動と伴って同期運動することができる。それに対応して、前記基板には、第１可動電極９と第２可動電極１０とともにＹ軸検出用コンデンサ、Ｘ軸検出用コンデンサをそれぞれ構成するための第１固定電極２と第２固定電極３が設置されている。該２つの固定電極は基板に固着され、２つの可動電極がマスブロック１に従って運動する時、固定電極と可動電極との間の面積又は距離が変わることによって、対応するコンデンサの電気容量が変わり、該方向における加速度の測定が実現される。
【００６７】
ここで、前記第１可動電極９は、それぞれマスブロック１の対向する両側に位置するように２つ設置されている。図８の図示方向を参照すると、２つの第１可動電極９はそれぞれマスブロック１の上端と下端に設置され、それに対応して、基板には２つの第１可動電極９と取り合わせる２つの第１固定電極２が設置され、Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロックはＹ軸方向に沿って運動し、そのうちの１つの第１可動電極９と第１固定電極２との間の面積又は距離が大きくなり、もう１つの第１可動電極９と第１固定電極２との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＹ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｙ軸加速度測定の精度を向上させる。
【００６８】
同じように、前記第２可動電極１０も、それぞれマスブロック１のＸ軸方向の両側に位置するように２つ設置してもよい。図８の図示方向を参照すると、２つの第２可動電極１０はそれぞれマスブロック１の左端と右端に設置され、それに対応して、基板には２つの第２可動電極１０と取り合わせる２つの第２固定電極３が設置され、Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１はＸ軸方向に沿って運動し、そのうちの１つの第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が大きくなり、もう１つの第２可動電極１０と第２固定電極３との間の面積又は距離が小さくなるようにして、該２つのＸ軸検出用コンデンサによって差動可変コンデンサ構造が構成されており、Ｘ軸加速度測定の精度を向上させる。
【００６９】
第１可動電極９と第１固定電極２との間及び／又は第２可動電極１０と第２固定電極３との間には櫛形コンデンサ構造を採用することができ、櫛形コンデンサ構造は従来技術に属するため、ここでその詳細な説明を省略する。
【００７０】
Ｙ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第１弾性梁１２の変形によってＹ軸方向に変位することによって、第１可動電極９と第１固定電極２によってＹ軸方向における加速度を測定する。Ｘ軸方向に加速度が発生した場合、マスブロック１は第２弾性梁１１の変形によってＸ軸方向に変位することによって、第２可動電極１０と第２固定電極３によってＸ軸方向における加速度を測定する。
【００７１】
本発明の３軸加速度計において、平面内のいずれかの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の運動は構造の偏心特性の影響を受けることなく、Ｘ軸、Ｙ軸の運動をいずれも線運動にすることによって、軸間の結合が強化されないようにする一方、マスブロックのＸ軸、Ｙ軸における変位量も低減しないようにすることによって、キャパシタンス測定の精度を向上させる。
【００７２】
本発明は好ましい実施形態によって上記のように詳しく説明したが、上記内容に対する精読により、各実施形態に対する変更や追加は、当業者にとって自明のものである。出願人の意図はこれらの変更や追加を全て本発明の請求の範囲内に含ませることである。
【図１】
0006303074.tif 000002
【図２】
0006303074.tif 000003
【図３】
0006303074.tif 000004
【図４】
0006303074.tif 000005
【図５】
0006303074.tif 000006
【図６】
0006303074.tif 000007
【図７】
0006303074.tif 000008
【図８】
0006303074.tif 000009
【図９】
0006303074.tif 000010