(57)【要約】低コストで垂下型の容量検知微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計が提供される。加速度計は、垂下プルーフマスと、１以上の固定パッドと、垂下プルーフマスと１以上の固定パッドとに結合された１以上のフレキシャとを含む。フレキシャは、垂下プルーフマスの動きに対して直線的に曲がる。第１及び第２のキャパシタ・プレートが、検知された静電容量の差に従ってプルーフマスの運動を検出するため垂下プルーフマスに対して配置される。１以上の歪み隔離ビームが、１以上のフレキシャと垂下プルーフマス又は固定パッドとの間に接続される。歪み隔離ビームが、フレキシャを機械的歪みから防護する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂下プルーフマスと、
１以上の固定パッドと、
前記垂下プルーフマスと前記１以上の固定パッドとに結合された１以上のフレキシャ・ビームと、を備え、
前記のフレキシャは、前記垂下プルーフマスとほぼ同じ厚さを有する、
微小電子機械システム加速度計。
【請求項２】
前記１以上のフレキシャと前記垂下プルーフマス及び前記固定パッドのうちの少なくとも１つとの間に接続された１以上の歪み隔離ビームを更に備える、請求項１に記載の微小電子機械システム加速度計。
【請求項３】
前記歪み隔離ビームは、前記垂直プルーフマスの走行を前記加速度計の破壊歪みより小さい大きさに制限するスロットを含む、請求項２に記載の微小電子機械システム加速度計。
【請求項４】
前記固定パッドは、前記垂直プルーフマスの走行を前記加速度計の破壊歪みより小さい大きさに制限するため前記垂下プルーフマスから分離されている、請求項１に記載の微小電子機械システム加速度計。
【請求項５】
第１及び第２のキャパシタ・プレートを更に備え、
前記第１のキャパシタ・プレートは、前記垂下プルーフマスの第１のセクションに対して配置され、
前記第２のキャパシタ・プレートは、前記垂下プルーフマスの第２のセクションに対して配置される、
請求項１に記載の微小電子機械システム加速度計。
【請求項６】
垂下プルーフマスと、
１以上の固定パッドと、
前記垂下プルーフマスと前記１以上の固定パッドとに結合された１以上のフレキシャ・ビームであって、前記のフレキシャが前記垂下プルーフマスとほぼ同じ厚さを有する、前記フレキシャ・ビームと、
前記１以上のフレキシャと前記垂下プルーフマス及び前記固定パッドのうちの少なくとも１つとの間に接続された１以上の歪み隔離ビームと、を備え、
前記歪み隔離ビームは、前記のフレキシャを機械的衝撃から防護し、
前記固定パッドは、前記のフレキシャを機械的衝撃から防護するため前記垂下プルーフマスから分離されている、
微小電子機械システム加速度計。
【請求項７】
前記歪み隔離ビームは、前記垂直プルーフマスの走行を前記加速度計の破壊歪みより小さい大きさに制限するスロットを含み、
前記垂下プルーフマスからの前記固定パッドの分離は、前記垂直プルーフマスの走行を前記加速度計の破壊歪みより小さい大きさに制限する、
請求項６に記載の微小電子機械システム加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計は、典型的には、垂下プルーフマス、懸架システム（フレキシャ）、及び加速度の影響下（Ｆ＝ＭＡ）で垂下プルーフマスの相対運動を決定する方法から成る。ナビゲーションの目的に必要な性能を維持しながら高い衝撃環境に耐えることは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計に重大な障害を課する。非常に小さいＭＥＭＳ加速度計が、高い衝撃環境に耐えるため要求される。ＭＥＭＳ加速度計のためのフレキシャ・システムは、運動を一意の検出軸に制限するよう設計されねばならない。たわみ懸架は、高い衝撃環境における動作を可能にする程十分な強度を有しながら、環境の応力及び歪みからの影響を最小にしなければならない。歴史的に、歪み隔離は、センサを取り付け歪みから隔離するためこれらの種類のデバイスに要求される。経験によって知った歪みは、典型的には、デバイス材料と取り付け材料との間の熱膨張係数（ＴＣＥ）差に起因する。
【０００３】
単一軸で垂下型の容量検知ＭＥＭＳ加速度計は、高い衝撃環境に対して低コストで極めて普及している。それらの小さい全体的幾何学的形状は、最小サイズを要求する高い衝撃環境に理想的である。図１は、これらの加速度計のうちの１つの加速度計のための垂下型プルーフマスを支持するため用いられるねじりフレキシャを示す。従って、望ましくないねじれが生じる。また、ねじりフレキシャは、垂下型プルーフマスの重みからたわむことにより誤差の源を導入する。
【０００４】
従って、改良された垂下型支持体及び機械的歪みからのより優れた隔離を有する垂下型ＭＥＭＳ加速度計に対する満たされていない必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、高い衝撃環境用で低コストの垂下型容量検知式微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計を提供する。本発明は、非線形たわみ効果を低減することにより、より正確な加速度検知をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加速度計は、垂下プルーフマスと、１以上の固定パッドと、上記垂下プルーフマスと上記１以上の固定パッドとに結合された１以上のフレキシャとを含む。当該フレキシャは、垂下プルーフマスの運動に対して線形に曲がる。第１及び第２のキャパシタ・プレートは、検知された静電容量差に従って垂下プルーフマスの運動を検出するためその垂下プルーフマスに対して相対的に配置される。
【０００７】
本発明の一局面においては、１以上の歪み隔離ビームが、１以上のフレキシャと垂下プルーフマス又は固定パッドとの間に接続される。当該歪み隔離ビームは、フレキシャを機械的歪みから防護する。
【０００８】
本発明の好適な及び代替の実施形態が、図面を参照して以下に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２は、本発明に従って形成された単一軸の垂下型容量検知微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計２０を示す。当該加速度計２０は、垂下プルーフマス２２、１対の片持ち梁式フレキシャ・ビーム２４、歪み隔離ビーム２６ａ及び２６ｂ、及び固定パッド２８を含む。フレキシャ・ビーム２４は、歪み隔離ビーム２６ａ及び２６ｂの各端部にほぼ直交して接続されている。フレキシャ・ビーム２４と結合されている、１対の歪み隔離ビームのうちの１つの歪み隔離ビーム２６ａは、その端部でそれぞれの固定パッド２８に取り付けられ、それにより歪み隔離ビーム２６ａと固定パッド２８との間にスロットを生成する。固定パッド２８は、加速度計２０を収容するハウジング（図示せず）に接続されている。フレキシャ・ビーム２４の他方の端部に接続されている歪み隔離ビーム２６ｂは、当該歪み隔離ビーム２６ｂの各端部で垂下プルーフマス２２に接続されており、それにより第２の歪み隔離ビーム２６ｂと垂下プルーフマス２２との間にスロットを生成する。歪み隔離ビーム２６ａ及び２６ｂのフレキシャを通して、フレキシャ・ビーム２４は、当該フレキシャ・ビーム２４への損傷を生じること無しに、垂下プルーフマス２２の長手方向軸と実質的に平行である衝撃及び加速力のような機械的力に耐えることができる。換言すると、上記スロットは、垂下プルーフマス２２の走行を加速度計２０の構成要素の破壊歪みより小さい大きさに制限する。
【００１０】
一実施形態において、ビーム２４、２６ａ及び２６ｂは、垂下プルーフマス２２と同じ材料から作られ、そして垂下プルーフマス２２と同じ厚さを有する。従って、加速度計２０の構成が、非常に単純化される。
【００１１】
図３は、加速度計２０のＸ線投影図を示す。フレキシャ・ビーム２４は、第１及び第２のセクションを有する垂下プルーフマス２２を生成するため垂下プルーフマス２２に適切に接続される。換言すると、垂下プルーフマス２２は、フレキシャ・ビーム２４の周りをシーソー運動し、それらは、プルーフマスのたわみの方向との線形関係を有する。第１のセクションは、第２のセクションより多い質量を有する。キャパシタ・プレート４０及び４２は、第１及び第２のセクションの後ろで支持構造体上に配置される。垂下プルーフマス２２の重心は、片持ち梁式曲げビーム・フレキシャ・ビーム２４の位置により引き起こされる垂下プルーフマス２２の回転軸から中心が外れた状態に適切に配置される。フレキシャ・ビーム２４は、垂下プルーフマス２２をそれぞれのキャパシタ・プレート４０及び４２の上方に懸架するため十分な強度を有する。加速が生じたとき、垂下プルーフマス２２は、外部から加えられたｇ荷重の下でたわむ。第１のキャパシタ・プレート４０は、垂下プルーフマス２２の第１のセクションの静電容量を検知する。第２のキャパシタ・プレート４２は、垂下プルーフマス２２の第２のセクションの静電容量を検知する。２つのキャパシタ・プレート４０と４２との間の静電容量の差を測定することにより、加えられた加速度が、高い精度内で分かる。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、事前定義された動作上のｇ範囲より上に、垂下プルーフマス２２は片寄り、そして支持構造体上に配置されている衝撃停止部（図示せず）に接触する。
【００１３】
また、固定パッド２８は、垂下プルーフマス２２の走行を加速度計２０の構成要素の破壊歪みより小さい大きさに制限するためケージング・スロットにより垂下プルーフマス２２から分離される。従って、固定パッド２８と支持構造体と垂下プルーフマス２２との間のケージング・スロットと、歪み隔離ビーム２６ａ及び２６ｂと垂下プルーフマス２２との間のスロットとは、加速度計２０をいずれの方向の高い衝撃運動から守る。
【００１４】
本発明の事例はフレキシャ・ビームが受感軸に対してほぼ直交していることを示しているが、フレキシャ・ビームが、プルーフマスの平面に対して平行と直交との間のどこででも配置されることができるであろうことを認めることができる。
【００１５】
本発明の好適な実施形態が前述のように示されそして説明されたが、多くの変更が本発明の趣旨及び範囲を逸脱すること無しに行うことができる。従って、本発明の範囲は、好適な実施形態の開示により制限されるものではない。代わりに、本発明は、特許請求の範囲を参照することにより完全に決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、垂下型微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計のための従来技術のねじりフレキシャを示す。
【図２】図２は、本発明に従って形成された垂下型ＭＥＭＳ加速度計の上面図である。
【図３】図３は、図２における加速度計のＸ線投影図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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