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JP2001349902A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

Info

Publication number
JP2001349902A
JP2001349902A JP2000168550A JP2000168550A JP2001349902A JP 2001349902 A JP2001349902 A JP 2001349902A JP 2000168550 A JP2000168550 A JP 2000168550A JP 2000168550 A JP2000168550 A JP 2000168550A JP 2001349902 A JP2001349902 A JP 2001349902A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
beams
strain
sensor according
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000168550A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Saito
潔 齋藤
Takeshi Tanaka
剛 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2000168550A priority Critical patent/JP2001349902A/en
Publication of JP2001349902A publication Critical patent/JP2001349902A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の加速度センサを提供することを目的
とする。 【解決手段】 運動体に固定された固定部3aと、前記
固定部3a上の端子部2gと、前記端子部2gから直角
に延出された第1の梁2aと、前記第1の梁と同一平面
内で前記第1の梁の延出方向軸に直交する方向に延出し
た第2、第3の梁2b、2cと、前記第2、第3の梁2
b、2cから前記第1の梁2aとほぼ平行にかつ前記固
定部3aの方向に延出した第4、第5の梁2d、2e
と、前記第4、第5の梁2d、2eの各々の終端部を連
接する第6の梁2fと、前記第6の梁2fの中間に設け
られた磁石1a、1bと、磁性のリターンヨーク1c
と、非磁性のベースヨーク3bと、第1、第2、第3、
第4の歪抵抗素子11a、11b、11c、11dと、
これら4個所の歪抵抗素子と電気的に接続され加速度に
より前記第1、第4、第5の梁に発生する歪量を電気的
に検出する手段とを備えた加速度センサ。
(57) [Problem] To provide a high-accuracy acceleration sensor. SOLUTION: A fixed part 3a fixed to a moving body, a terminal part 2g on the fixed part 3a, a first beam 2a extending at a right angle from the terminal part 2g, and the first beam Second and third beams 2b and 2c extending in a direction orthogonal to an extending direction axis of the first beam in the same plane; and second and third beams 2
b and 2c, fourth and fifth beams 2d and 2e extending substantially in parallel with the first beam 2a and in the direction of the fixing portion 3a.
A sixth beam 2f connecting end portions of the fourth and fifth beams 2d and 2e, magnets 1a and 1b provided in the middle of the sixth beam 2f, and a magnetic return yoke. 1c
, A non-magnetic base yoke 3b, first, second, third,
Fourth strain resistance elements 11a, 11b, 11c, 11d;
An acceleration sensor electrically connected to the four strain resistance elements and electrically detecting a strain amount generated in the first, fourth, and fifth beams by acceleration.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は片持ち梁型の歪ゲー
ジ式の加速度センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever type strain gauge type acceleration sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】片持ち梁(カンチレバー)型の歪ゲージ
式の加速度センサは、加速度が加わった時に生じる機械
的歪を歪ゲージの抵抗値変化として検知し、この抵抗値
変化に基づいて加速度を検出するものである。ここで、
一般に加速度に比例した電気信号を得るため、歪により
抵抗値が変化する歪ゲージとそれと比較のための比較用
ゲージを設けて、これらを接続してホイートストンブリ
ッジを構成する。
2. Description of the Related Art A cantilever type strain gauge type acceleration sensor detects a mechanical strain generated when an acceleration is applied as a change in the resistance value of a strain gauge, and detects the acceleration based on the change in the resistance value. It is to detect. here,
Generally, in order to obtain an electric signal proportional to acceleration, a strain gauge whose resistance value changes due to strain and a comparison gauge for comparison are provided, and these are connected to form a Wheatstone bridge.

【0003】前記比較用ゲージは加速度印加時には全く
抵抗変化しないことが望まれる。これに関しては片持ち
梁以外の場所に比較用歪ゲージを配置した構造がある
が、歪ゲージとの温度係数の相違、雰囲気条件の相違な
どから補償回路が必要になる場合がある。そこで半導体
歪ゲージのように同一プロセスにて同時にかつ近接させ
て片持ち梁上に形成する場合もある。その配置としては
片持ち梁の支持部に形成した歪ゲージの近傍に歪ゲージ
と直交する方向に比較用歪ゲージを細長く形成してい
る。このようにすれば温度係数はほぼ等しくなるが支持
部近傍にあるため、比較用歪ゲージは歪の影響を強く受
けるので、歪ゲージによる検出時にノイズの原因とな
り、検出精度を低下させる。
It is desirable that the resistance of the comparative gauge does not change at all when an acceleration is applied. In this regard, there is a structure in which a comparative strain gauge is disposed at a place other than the cantilever, but a compensation circuit may be required due to a difference in temperature coefficient from the strain gauge, a difference in atmospheric conditions, and the like. Therefore, there is a case where a semiconductor strain gauge is formed on a cantilever at the same time and close to the same process in the same process. As the arrangement, a comparative strain gauge is formed to be elongated in the direction orthogonal to the strain gauge near the strain gauge formed on the support portion of the cantilever. In this case, the temperature coefficient becomes substantially equal, but since the temperature coefficient is near the supporting portion, the comparative strain gauge is strongly affected by the strain, which causes noise at the time of detection by the strain gauge and lowers the detection accuracy.

【0004】そこで特開平4−62477号公報に開示
されているように歪抵抗の配置の工夫により比較用歪ゲ
ージのノイズを抑制している従来例がある。
Therefore, there is a conventional example in which the noise of the comparative strain gauge is suppressed by contriving the arrangement of the strain resistor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-62477.

【0005】その従来例の構成を説明する。図11、図
12において、先端部分に重り1を付設したカンチレバ
ー2を支持部材3に一端を固着し、前記カンチレバー2
の同一面に歪ゲージ21及び比較用歪ゲージ22を設け
る。これらは電極リード部23により互いに電気的に接
続されブリッジを構成するようになっている。また前記
歪ゲージ21は前記支持部材3に近い位置で前記カンチ
レバー2の長手方向に細長く形成し、前記比較用歪ゲー
ジ22は前記歪ゲージ21より前記重り1側で前記カン
チレバー2の短手方向に細長く形成する。
The configuration of the conventional example will be described. 11 and 12, one end of a cantilever 2 having a weight 1 attached to the tip is fixed to a support member 3, and the cantilever 2
Are provided with a strain gauge 21 and a comparative strain gauge 22 on the same surface. These are electrically connected to each other by the electrode lead portions 23 to form a bridge. Further, the strain gauge 21 is formed to be elongated in the longitudinal direction of the cantilever 2 at a position close to the support member 3, and the comparative strain gauge 22 is arranged closer to the weight 1 than the strain gauge 21 in the transverse direction of the cantilever 2. Form elongated.

【0006】上記のように構成された加速度センサにつ
いて、以下その動作を説明する。加速度が加わることに
よって、前記カンチレバー2が図11では紙面垂直方
向、図12では図中矢印方向に撓むと支持端に近い側の
歪が大きくかつ歪は長手方向に生じるので前記歪ゲージ
21は抵抗値が変化する。一方、前記支持部材3より遠
くてかつ歪を生じる長手方向が短い前記比較用歪ゲージ
22は抵抗値がほとんど変化しない。そこで、前記歪ゲ
ージ21と前記比較用歪ゲージ22により構成されるブ
リッジの両端に電圧Vsを印加することでノイズの影響
の少ない出力電圧Voを得る。
The operation of the acceleration sensor configured as described above will be described below. When the cantilever 2 bends in the direction perpendicular to the paper of FIG. 11 and the direction of the arrow in FIG. 12 by applying acceleration, the strain near the support end is large and the strain is generated in the longitudinal direction. The value changes. On the other hand, the resistance value of the comparative strain gauge 22 that is farther from the support member 3 and has a shorter longitudinal direction that causes strain is hardly changed. Then, by applying the voltage Vs to both ends of the bridge constituted by the strain gauge 21 and the comparative strain gauge 22, an output voltage Vo with little influence of noise is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサでは以下の課題があった。
However, the above conventional acceleration sensor has the following problems.

【0008】第一に、従来例では比較用ゲージがカンチ
レバー(片持ち梁)上にある以上、歪の影響はゼロには
ならず前記比較用歪ゲージが全く変化しない場合に比較
すれば検出精度は低下する。
First, in the conventional example, since the comparative gauge is on the cantilever (cantilever), the effect of the strain does not become zero and the detection accuracy is compared with the case where the comparative strain gauge does not change at all. Drops.

【0009】第二に、従来例ではダンパ等を持たないた
めにオイルダンパ等を使用しているものと比較すると使
用周波数帯域が狭いという問題がある。すなわちカンチ
レバー(片持ち梁)はその共振周波数の加速度や外部振
動を受けると共振してしまうので加速度センサとしては
カンチレバー(片持ち梁)の共振周波数をよりかなり低
い周波数範囲でしか使用できない。
Second, the conventional example has a problem that the frequency band used is narrower than that using an oil damper or the like because it does not have a damper or the like. In other words, the cantilever (cantilever) resonates when it receives acceleration at its resonance frequency or external vibration, so that the resonance frequency of the cantilever (cantilever) can be used only in a much lower frequency range as an acceleration sensor.

【0010】本発明は、カンチレバー(片持ち梁)構造
でありながら梁の同一面に圧縮と引張の両方の歪が生じ
るように形状に工夫を加え、歪ゲージと比較用ゲージを
それぞれ圧縮と引張りの反対の歪が発生する箇所に設け
比較用ゲージをノイズ発生源ではなく歪検出素子として
積極的に活用することで、ノイズの削減のみでなく歪検
出の効率すなわちセンサ感度が2倍に増加する構成と
し、かつ渦電流ダンパ構造を組み込んで使用周波数帯域
を広げた高精度の歪ゲージ式の加速度センサを提供する
ことを目的とするものである。
According to the present invention, the shape of the cantilever (cantilever) structure is modified so that both compressive and tensile strains are generated on the same surface of the beam, and the strain gauge and the comparative gauge are compressed and tensioned, respectively. By using the comparison gauge not only as a noise source but also as a strain detecting element provided at a place where the opposite distortion occurs, not only the noise reduction but also the efficiency of the distortion detection, that is, the sensor sensitivity is doubled. It is an object of the present invention to provide a high-precision strain gauge type acceleration sensor which has a configuration and incorporates an eddy current damper structure to widen a use frequency band.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサは
上記課題を解決するために、運動体に固定される固定部
と、前記固定部に固定された端子部と、前記端子部から
直角に延出された第1の梁と、前記第1の梁と同一平面
内で前記第1の梁の延出方向軸に直交する方向に延出し
た第2、第3の梁と、前記第2、第3の梁から前記第1
の梁とほぼ平行にかつ前記固定部の方向に延出しかつ第
1の梁の延出方向軸に対して線対称となる第4、第5の
梁と、前記第4、第5の梁の各々の終端部を連接する第
6の梁と、前記第6の梁の中間に設けられた磁束発生手
段と、前記磁束発生手段から発せられた磁束が鎖交する
非磁性かつ導電性材料からなるベースヨークと、前記第
1の梁上に前記第1の梁の延出方向軸に対し線対称とな
る位置に設けられた第1、第2の歪感応素子と、前記第
4、第5の梁上に前記第1の梁と直交する線上でかつ前
記第1の梁の延出方向軸に線対称となる位置に設けられ
た第3、第4の歪感応素子と、前記第1、第2、第3、
第4の歪感応素子と電気的に接続され加速度により前記
第1、第4、第5の梁に発生する歪量の変化を電気的に
検出するように構成したものである。この構成により高
精度の歪ゲージ式の加速度センサを得ることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, an acceleration sensor according to the present invention includes a fixed portion fixed to a moving body, a terminal fixed to the fixed portion, and a right angle from the terminal. An extended first beam, second and third beams extending in a direction orthogonal to an extending direction axis of the first beam in the same plane as the first beam, and , From the third beam to the first
A fourth beam, a fifth beam extending substantially parallel to the first beam and in the direction of the fixed portion, and being line-symmetric with respect to an axis of the first beam in an extending direction; A sixth beam connecting each end portion, a magnetic flux generating means provided in the middle of the sixth beam, and a non-magnetic and conductive material with which the magnetic flux emitted from the magnetic flux generating means is linked. A base yoke, first and second strain-sensitive elements provided on the first beam at positions symmetrical with respect to an axis of the first beam in an extending direction, and the fourth and fifth strain-sensitive elements; A third and a fourth strain-sensitive element provided on the beam at a position orthogonal to the first beam and at a position symmetrical with respect to an axis of the first beam in an extending direction; 2, third,
It is electrically connected to a fourth strain-sensitive element and configured to electrically detect a change in the amount of strain generated in the first, fourth, and fifth beams by acceleration. With this configuration, a highly accurate strain gauge type acceleration sensor can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、運動体に固定される固定部と、前記固定部に固定さ
れた端子部と、前記端子部から直角に延出された第1の
梁と、前記第1の梁と同一平面内で前記第1の梁の延出
方向軸に直交する方向に延出した第2、第3の梁と、前
記第2、第3の梁から前記第1の梁とほぼ平行にかつ前
記固定部の方向に延出しかつ第1の梁の延出方向軸に対
し線対称となる第4、第5の梁と、前記第4、第5の梁
の各々の終端部を連接する第6の梁と、前記第6の梁の
中間に設けられた磁束発生手段と、前記磁束発生手段か
ら発せられた磁束が鎖交する非磁性かつ導電性材料から
なるベースヨークと、前記第1の梁上に前記第1の梁の
延出方向軸に対し線対称となる位置に設けられた第1、
第2の歪感応素子と、前記第4、第5の梁上に前記第1
の梁と直交する線上でかつ前記第1の梁の延出方向軸に
線対称となる位置に設けられた第3、第4の歪感応素子
とを備え、加速度により前記第1、第4、第5の梁の撓
みにより発生する歪量を前記第1、第2、第3、第4の
歪感応素子にて電気的に検出する手段を備えているため
前記第1、第4、第5の梁の同一面に圧縮と引張りの歪
が生じてフルブリッジ構成が可能になり歪検出感度を大
きくできるとともに、第6の梁の中間に設けた磁束発生
手段とその下方の非磁性で導電性材料からなるベースヨ
ーク間に渦電流ダンパを構成しこの渦電流ダンパが梁部
の共振周波数近傍の振動振幅を抑制するという作用を有
する。
According to the first aspect of the present invention, a fixed portion fixed to a moving body, a terminal fixed to the fixed portion, and a right angle extending from the terminal portion. A first beam, second and third beams extending in a direction orthogonal to an extending direction axis of the first beam in the same plane as the first beam, and a second and third beam; Fourth and fifth beams extending from the beam substantially parallel to the first beam and in the direction of the fixed portion, and being line-symmetric with respect to the extending direction axis of the first beam; A sixth beam connecting each end of the fifth beam, a magnetic flux generating means provided in the middle of the sixth beam, and a non-magnetic and conductive magnetic flux generated by the magnetic flux generating means interlinking. A base yoke made of a conductive material, and a first yoke provided on the first beam at a position that is line-symmetric with respect to an axis of the first beam in an extending direction.
A second strain-sensitive element, and the first and second beams on the fourth and fifth beams.
Third and fourth strain-sensitive elements provided on a line orthogonal to the first beam and at a position that is line-symmetric with respect to the axis in the direction of extension of the first beam, and the first, fourth, and Since the first, second, third, and fourth strain-sensitive elements are provided with means for electrically detecting the amount of strain caused by the bending of the fifth beam, the first, fourth, and fifth elements are provided. Compression and tensile strains occur on the same surface of the beam, enabling a full-bridge configuration to increase the strain detection sensitivity. The magnetic flux generating means provided in the middle of the sixth beam and the non-magnetic and conductive An eddy current damper is formed between the base yokes made of a material, and this eddy current damper has an effect of suppressing the vibration amplitude near the resonance frequency of the beam.

【0013】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1に記載の発明において、第1の梁における第2、第3
の梁との連結部に孔部を設け、第4、第5の梁における
前記第2、第3の梁との連結部に切り欠き部を設けたこ
とにより応力集中効果によって更なる歪感度の向上を図
るという作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the second and third beams in the first beam are provided.
A hole is provided in a connection portion with the second beam, and a notch is provided in a connection portion between the fourth and fifth beams with the second and third beams. It has the effect of improving.

【0014】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
1に記載の発明において梁を耐力の高い析出硬化型ステ
ンレス薄板により構成しているので落下等の衝撃により
梁に過大な力が加わっても梁が永久変形しにくくなると
いう作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, since the beam is made of a precipitation-hardened stainless steel sheet having a high proof strength, an excessive force is applied to the beam due to an impact such as a drop. This has the effect that the beam is unlikely to be permanently deformed even if added.

【0015】本発明の請求項4に記載の発明は、請求項
3に記載の発明において梁の上に形成された絶縁層上に
合金薄膜抵抗体を直接形成して歪ゲージとして用いるた
め、絶縁層と合金薄膜抵抗体間には従来のような接着剤
等が介在せず、特に密着性において高い信頼性を確保で
きるという作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, an alloy thin film resistor is directly formed on an insulating layer formed on a beam and used as a strain gauge. A conventional adhesive or the like does not intervene between the layer and the alloy thin film resistor, and has an effect that high reliability can be ensured particularly in adhesion.

【0016】本発明の請求項5に記載の発明は、請求項
4に記載の発明において絶縁層としてアルミナセラミッ
クスを用いるため、梁と絶縁層の線膨張係数がほぼ近似
し、梁と絶縁層との高い密着性を実現できるという作用
を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, since alumina ceramic is used as the insulating layer in the fourth aspect of the present invention, the linear expansion coefficient of the beam and the insulating layer is substantially similar, Has the effect of realizing high adhesion.

【0017】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
4に記載の発明において薄膜抵抗体がニッケル:45重
量%、クローム:45重量%、アルミニウム:10重量
%からなるため抵抗の温度による変化率が小さくできる
という作用を有する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the thin film resistor is composed of 45% by weight of nickel, 45% by weight of chrome, and 10% by weight of aluminum. Has the effect of reducing the rate of change.

【0018】本発明の請求項7に記載の発明は、請求項
4に記載の発明において歪ゲージからの信号を取り出す
端子電極部は可動部でなく固定部に設けられているた
め、この接続部分には梁の変位による応力は加わること
はなく、接続信頼性を確保できるという作用を有する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the terminal electrode portion for extracting a signal from the strain gauge is provided not on the movable portion but on the fixed portion. Does not receive any stress due to the displacement of the beam, and has the effect of ensuring connection reliability.

【0019】本発明の請求項8に記載の発明は、請求項
4記載の発明において、端子電極部と、回路基板と、前
記端子電極部と前記回路基板を電気的に接続するフレキ
シブル基板とを備え、前記端子電極部と接続される前記
フレキシブル基板端部を二股に分け各々の股をそれぞれ
第1の梁と第4、第5の梁との2箇所の隙間へ前記端子
電極部の設けられた面の裏側から差し込んで前記端子電
極部と接続されるように配設し、かつ前記フレキシブル
基板の二股に別れる箇所よりも手前の部分で固定体に固
定されるような構成にしているため前記フレキシブル基
板の撓み運動が制約され振動や落下等による前記フレキ
シブル基板の撓みによる応力は端子電極部にはほとんど
伝達されず、端子電極部分の接続信頼性を高めるという
作用を有する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the terminal electrode portion, the circuit board, and the flexible substrate for electrically connecting the terminal electrode portion and the circuit board are provided. An end portion of the flexible substrate connected to the terminal electrode portion is divided into two forks, and each of the crotch portions is provided in two gaps between the first beam and the fourth and fifth beams, respectively. Is disposed so as to be connected to the terminal electrode portion by being inserted from the back side of the flexible substrate, and is configured to be fixed to the fixed body at a portion in front of a portion where the flexible substrate is divided into two branches. The bending motion of the flexible substrate is restricted, and the stress due to the bending of the flexible substrate due to vibration, drop, or the like is hardly transmitted to the terminal electrode portion, and has an effect of improving the connection reliability of the terminal electrode portion.

【0020】本発明の請求項9に記載の発明は、請求項
1に記載の発明において磁束を発生する手段として、二
つの磁石を各々の着磁方向がベースヨークの面に対して
垂直で極性が互いに逆向きになるような形で第6の梁を
挟むように設け、前記二つの磁石の磁極を磁気的に短絡
する磁性材料のリターンヨークを前記二つの磁石の上に
備えたことにより簡易な構造の渦電流ダンパを構成する
という作用を有する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, as a means for generating a magnetic flux, two magnets are polarized in such a manner that the respective magnetizing directions are perpendicular to the surface of the base yoke. Are provided so as to sandwich the sixth beam in a direction opposite to each other, and a return yoke made of a magnetic material that magnetically short-circuits the magnetic poles of the two magnets is provided on the two magnets. This has the function of forming an eddy current damper having a simple structure.

【0021】本発明の請求項10に記載の発明は、請求
項9に記載の発明においてリターンヨークが設けられた
磁石の端面と隣り合う端面も磁気的に短絡するように前
記リターンヨークをコの字形状にしたことにより、周囲
への磁束の干渉を抑制できセンサ外部の磁性体に前記磁
石が磁気吸引されず、外部磁性体による影響をほとんど
受けなくするという作用を有する。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the return yoke is connected to the magnet so that the end face adjacent to the end face of the magnet provided with the return yoke is magnetically short-circuited. Due to the letter shape, the interference of the magnetic flux to the surroundings can be suppressed, and the magnet is not magnetically attracted to the magnetic material outside the sensor, and has the effect of being hardly affected by the external magnetic material.

【0022】本発明の請求項11に記載の発明は、請求
項1に記載の発明において検知手段からの信号を増幅す
るための増幅回路とローパスフィルタ回路を備えている
ため、所望の信号に増幅した後、梁の共振による不要な
周波数成分を除去するという作用を有する。
According to an eleventh aspect of the present invention, since an amplifying circuit for amplifying a signal from the detecting means and a low-pass filter circuit are provided in the first aspect, the signal is amplified to a desired signal. Then, there is an effect that unnecessary frequency components due to beam resonance are removed.

【0023】本発明の請求項12に記載の発明は、請求
項4に記載の発明において前記第4、第5の梁はそれぞ
れ梁上部と梁下部からなり、前記梁上部と前記梁下部が
接合される構造であるため、絶縁膜と合金薄膜の成膜に
関わる構成部分面積を減少させることができ1度により
多くの梁の成膜が可能となる作用を有する。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the fourth aspect, each of the fourth and fifth beams comprises an upper beam portion and a lower beam portion, and the upper beam portion and the lower beam portion are joined. With this structure, the area of the components involved in the formation of the insulating film and the alloy thin film can be reduced, and this has the effect that more beams can be formed at one time.

【0024】本発明の請求項13に記載の発明は、請求
項1に記載の発明において固定部とベースヨークが端部
で連接し一つの部品にすることにより、治具等を用いた
組み立て工法よりも精度良くかつ少ない工数で磁束発生
手段とベースヨークの位置関係を所望の精度に保持する
ことができ渦電流ダンパの減衰力を精度よく実現できる
という作用を有する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an assembling method using a jig or the like in which the fixing portion and the base yoke are connected at one end to form one part. This has the effect that the positional relationship between the magnetic flux generating means and the base yoke can be maintained with a desired accuracy with higher accuracy and with less man-hours, and the damping force of the eddy current damper can be realized with high accuracy.

【0025】本発明の請求項14に記載の発明は、運動
体に固定されたケースと、複数のセンサを少なくとも2
軸の検出軸を持つように実装された回路基板と、前記ケ
ースと前記回路基板との間に設けられたゴムダンパとを
備えた構成のため衝撃が印加された時、特に加速度検出
方向に衝撃が加わり渦電流ダンパ単独では衝撃減衰力が
不足する場合でもゴムダンパにより衝撃を吸収できると
ともに、複数軸の加速度を同時に検出する必要がある場
合に一つの多軸検出ユニットとして取り付けるのみでそ
の役割を果たすという作用がある。
According to a fourteenth aspect of the present invention, a case fixed to a moving body and at least two sensors are provided.
When a shock is applied due to a configuration including a circuit board mounted so as to have a detection axis, and a rubber damper provided between the case and the circuit board, a shock is applied particularly in the acceleration detection direction. In addition, even if the eddy current damper alone does not have sufficient shock damping force, the rubber damper can absorb the shock, and if it is necessary to detect acceleration in multiple axes simultaneously, it can be played by simply attaching it as a single multi-axis detection unit There is action.

【0026】(実施の形態1)以下、本発明の実施の形
態1における加速度センサについて、図面を参照しなが
ら説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の加速度センサの実施の形態
1における正面図、図2は側面図、図3は歪感応素子を
除いた梁を含む主要構成部分の斜視図である。まず全体
構成の概略を説明する。
FIG. 1 is a front view of an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a perspective view of main components including a beam excluding a strain sensitive element. First, an outline of the entire configuration will be described.

【0028】図1において梁2a〜2f、端子部2gは
固定部3aにネジ4a、4bにより取り付けられてい
る。このネジ4a、4bは非磁性材料のものが望ましく
ここでは黄銅製のネジを用いている。図2に示すように
前記固定部3aはベースヨーク3bと略コの字になるよ
うに一体になっている。その材質は非磁性で導電率の高
いものが望ましくここでは純銅を用いている。前記ベー
スヨーク3bの裏面には黄銅の取付け用端子8が溶接固
定されている。そしてこの取付け用端子8により前記固
定部3aに取り付けられた梁2a〜2f、端子部2gを
含む構成部品が回路基板12に固定されて前記回路基板
12が運動体に固定されるようになっている。
In FIG. 1, the beams 2a to 2f and the terminal portion 2g are attached to the fixed portion 3a by screws 4a and 4b. The screws 4a and 4b are preferably made of a non-magnetic material, and here, brass screws are used. As shown in FIG. 2, the fixing portion 3a is integrated with the base yoke 3b so as to be substantially U-shaped. The material is preferably non-magnetic and high in conductivity, and pure copper is used here. A mounting terminal 8 made of brass is fixed to the back surface of the base yoke 3b by welding. The components including the beams 2a to 2f and the terminal portions 2g attached to the fixing portion 3a are fixed to the circuit board 12 by the mounting terminals 8, and the circuit board 12 is fixed to the moving body. I have.

【0029】次に梁2a〜2fの詳細形状を説明する。Next, the detailed shapes of the beams 2a to 2f will be described.

【0030】図1、図3において前記固定部3aにネジ
4a、4bにより固定された端子部2gの固定点からほ
ぼ直角に延出された第1の梁2aに対して、同一平面内
で第1の梁2aの延出方向に対してほぼ直角の方向に第
2、第3の梁2b、2cが延出している。これら第2、
第3の梁2b、2cより前記第1の梁2aとほぼ平行に
かつ前記固定部3aの方向に第4、第5の梁2d、2e
が延出している。これら第4、第5の梁2d、2eの各
々の終端部には第6の梁2fが連接している。
In FIGS. 1 and 3, a first beam 2a extending substantially at right angles from a fixing point of a terminal portion 2g fixed to the fixing portion 3a by screws 4a, 4b in the same plane. The second and third beams 2b, 2c extend in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the first beam 2a. These second,
The fourth and fifth beams 2d, 2e are substantially parallel to the first beams 2a from the third beams 2b, 2c and in the direction of the fixing portion 3a.
Is extending. A sixth beam 2f is connected to the end of each of the fourth and fifth beams 2d and 2e.

【0031】図1、図2、図3において前記第6の梁2
fには磁束発生手段としてサマリウムコバルト(Sm2
Co17)系の希土類磁石よりなる磁石1a、1bを各々
の極性が互いに逆向きになるように前記第6の梁2fを
挟むように設けられている。磁石1a、1bの着磁方向
はベースヨーク3bに対し垂直である。前記磁石1a、
1bの上側にはフェライト系の磁性材料からなるリター
ンヨーク1cが設けられており前記磁石1a、1bを磁
気的に短絡している。
In FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
f is samarium cobalt (Sm 2
Magnets 1a and 1b made of Co 17 ) -based rare earth magnets are provided so as to sandwich the sixth beam 2f so that their polarities are opposite to each other. The magnetization directions of the magnets 1a and 1b are perpendicular to the base yoke 3b. The magnet 1a,
Above 1b, a return yoke 1c made of a ferrite-based magnetic material is provided, and the magnets 1a and 1b are magnetically short-circuited.

【0032】図2において前記磁石1a、1bからの磁
束が銅製のベースヨーク3bに鎖交し渦電流ダンパを構
成し、この渦電流ダンパは前記磁石1a、1bを含む第
6の梁2fの加速度による撓みすなわち左右方向の動き
を減衰させる。
In FIG. 2, the magnetic flux from the magnets 1a and 1b is linked to the copper base yoke 3b to form an eddy current damper. The eddy current damper accelerates the sixth beam 2f including the magnets 1a and 1b. , Ie, the movement in the left-right direction is attenuated.

【0033】図2、図3において前記固定部3aとベー
スヨーク3bは前述のように一体で構成されており磁石
1a、1bと前記ベースヨーク3b間の隙間が0.5m
m±0.2mmになるように前記梁2a〜2fが取り付
けられている。
2 and 3, the fixed portion 3a and the base yoke 3b are integrally formed as described above, and the gap between the magnets 1a and 1b and the base yoke 3b is 0.5 m.
The beams 2a to 2f are attached so that the distance becomes m ± 0.2 mm.

【0034】図1、図3において前記第1の梁2aには
前記第2、第3の梁2b、2cとの連結部に孔部9が設
けられており、また前記第4、第5の梁2d、2eにお
いては前記第2、第3の梁2b、2cとの連結部に切り
欠き部10a、10bが設けられている。
In FIGS. 1 and 3, the first beam 2a is provided with a hole 9 at a connection portion with the second and third beams 2b and 2c, and the fourth and fifth beams are provided. In the beams 2d and 2e, notches 10a and 10b are provided at the connection portions with the second and third beams 2b and 2c.

【0035】図1において歪感応素子としては、前記第
1の梁2a上に第1の梁2aの延出方向軸に直交する線
上に第1の梁2aの延出方向軸に線対称な位置に第1、
第2の歪抵抗素子11a、11bを設け、前記第4、第
5の梁2d、2e上に前記第1の梁の延出方向軸と直交
する線上に前記第1の梁2aの延出方向軸に線対称な位
置に第3、第4の歪抵抗素子11c、11dを設けてい
る。
In FIG. 1, the strain-sensitive element has a position on the first beam 2a which is symmetrical with respect to a line orthogonal to the axis of the first beam 2a in the direction of extension of the first beam 2a. First,
The second strain resistance elements 11a and 11b are provided, and the extending direction of the first beam 2a on a line orthogonal to the extending direction axis of the first beam on the fourth and fifth beams 2d and 2e. Third and fourth strain resistance elements 11c and 11d are provided at positions symmetrical with respect to the axis.

【0036】前記歪抵抗素子11a〜11dと前記回路
基板12との電気的接続は以下のようになっている。前
記歪抵抗素子11a〜11dは4個でブリッジ構成する
ように配線パターンにより互いに接続されその終端が端
子電極部13でネジ4a、4b間に設けられており、端
子電極部13と前記回路基板12をフレキシブル基板5
により電気的に接続する。
The electrical connection between the strain resistance elements 11a to 11d and the circuit board 12 is as follows. The strain resistance elements 11a to 11d are connected to each other by a wiring pattern so as to form a bridge with four elements, and the terminal ends thereof are provided between the screws 4a and 4b by the terminal electrode section 13, and the terminal electrode section 13 and the circuit board 12 are connected. The flexible substrate 5
For electrical connection.

【0037】ここで前記フレキシブル基板5は、以下の
ように接続される。
Here, the flexible substrate 5 is connected as follows.

【0038】前記端子電極部13に接続される側の前記
フレキシブル基板5の端を二股の基板端子部14a、1
4bに分け、それぞれを第1の梁2aと第4、第5の梁
2d、2eとの2箇所の隙間へ前記端子電極部13の設
けられた面の裏側から差し込んで前記端子電極部13と
接続されるようにし、前記フレキシブル基板5の二股に
別れる箇所よりも手前の部分で樹脂製のスペーサ6を介
して固定部3aに樹脂ネジ7により固定する。そして前
記フレキシブル基板5のもう一方の端子は前記回路基板
12に接続される。
The end of the flexible substrate 5 on the side connected to the terminal electrode section 13 is divided into two forked substrate terminal sections 14a, 1
4b, each of which is inserted into two gaps between the first beam 2a and the fourth and fifth beams 2d and 2e from the back side of the surface on which the terminal electrode portion 13 is provided, and The flexible substrate 5 is fixed to the fixing portion 3a with a resin screw 7 via a resin spacer 6 at a portion before the portion where the flexible substrate 5 is divided into two. The other terminal of the flexible board 5 is connected to the circuit board 12.

【0039】ここで梁2a〜2fは厚み0.1mmのS
US631系の析出硬化型ステンレス薄板である。前記
歪抵抗素子11a〜11dは、アルミナ(Al23)を
ターゲットとした高周波スパッタリングにより直接形成
された絶縁層の上にニッケル:45、クローム:45、
アルミニウム:10の重量組成比の合金ターゲットを用
いて高周波スパッタリングにより形成される。
Here, the beams 2a to 2f are made of S having a thickness of 0.1 mm.
It is a US631-based precipitation hardening stainless steel sheet. The strain resistance elements 11a to 11d are each formed on an insulating layer directly formed by high-frequency sputtering using alumina (Al 2 O 3 ) as a target.
It is formed by high frequency sputtering using an alloy target having a weight composition ratio of aluminum: 10.

【0040】以上のように構成された歪ゲージ式の加速
度センサについて以下にその製造方法を説明する。
A method of manufacturing the strain gauge type acceleration sensor having the above-described structure will be described below.

【0041】図1においてまず前記端子電極部13と接
続される側の二股の前記基板端子部14a、14bを第
1の梁2aと第4、第5の梁2d、2eとの2箇所の隙
間へ、前記端子電極部13の設けられた面の裏側から差
し込んで前記端子電極部13と半田付けにより接続固定
する。
In FIG. 1, first, the forked substrate terminal portions 14a and 14b on the side connected to the terminal electrode portion 13 are separated by two gaps between the first beam 2a and the fourth and fifth beams 2d and 2e. Then, it is inserted from the back side of the surface on which the terminal electrode portion 13 is provided, and is connected and fixed to the terminal electrode portion 13 by soldering.

【0042】次に磁石1a、1bを各々の着磁方向が互
いに逆向きになるように第6の梁2fを挟むように配し
前記磁石1a、1bの上にリターンヨーク1cを配しこ
れらを接着剤により固定する。本実施の形態1ではエポ
キシ系の接着剤を用いた。
Next, the magnets 1a and 1b are arranged so as to sandwich the sixth beam 2f so that the respective magnetizing directions are opposite to each other, and a return yoke 1c is arranged on the magnets 1a and 1b. Fix with an adhesive. In the first embodiment, an epoxy adhesive is used.

【0043】図2において以上のように組み上げられた
梁2a〜2fを前記固定部3aにネジ4a、4bにより
固定する。さらに前記フレキシブル基板5を二股に別れ
る箇所よりも手前の部分で樹脂製のスペーサ6を介して
固定部3aに樹脂ネジ7により固定する。
In FIG. 2, the beams 2a to 2f assembled as described above are fixed to the fixing portion 3a by screws 4a and 4b. Further, the flexible substrate 5 is fixed to the fixing portion 3a with a resin screw 7 via a resin spacer 6 at a portion in front of a portion where the flexible substrate 5 is divided into two parts.

【0044】この加速度センサは前記ベースヨーク3b
の裏面にあらかじめ溶接固定された取付け用端子8によ
り前記回路基板12に半田付け固定され、その後前記フ
レキシブル基板5の一方の端子が前記回路基板12に半
田付け固定されて電気的接続が完了する。なお前記回路
基板12は前記第1、第4、第5の梁に発生する歪量変
化の検出手段としての増幅回路、フィルタ回路を有して
いる。
This acceleration sensor is based on the base yoke 3b.
Is soldered and fixed to the circuit board 12 by mounting terminals 8 which have been welded and fixed to the back surface of the flexible board 5, and then one terminal of the flexible board 5 is soldered and fixed to the circuit board 12 to complete the electrical connection. The circuit board 12 has an amplifier circuit and a filter circuit as means for detecting a change in the amount of distortion generated in the first, fourth, and fifth beams.

【0045】以上のように構成・製造された歪ゲージ式
の加速度センサについて以下にその動作を図1、図2、
図3を用いて説明する。
The operation of the strain gauge type acceleration sensor constructed and manufactured as described above will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0046】図1にて加速度センサに紙面に垂直方向の
加速度が加わると前記梁2a、2d、2eが撓む。この
とき梁2aと梁2d、梁2eはそれぞれ互いに逆方向に
屈曲変形するため、歪抵抗素子11a、11bに引張り
歪が生ずる場合は歪抵抗素子11c、11dには圧縮歪
が生じ、逆に歪抵抗素子11a、11bに圧縮歪が生じ
る場合は歪抵抗素子11c、11dには引張り歪が生じ
る。ここで前記歪抵抗素子11a、11bと歪抵抗素子
11c、11dに生じる歪は加速度に対して比例すると
ともに絶対値としては等しくなるように歪抵抗素子11
a、11bと歪抵抗素子11c、11dの位置を決定す
る。
In FIG. 1, the beams 2a, 2d and 2e bend when acceleration in the direction perpendicular to the plane of the drawing is applied to the acceleration sensor. At this time, since the beam 2a, the beam 2d, and the beam 2e bend and deform in directions opposite to each other, when tensile strain occurs in the strain resistance elements 11a, 11b, compressive strain occurs in the strain resistance elements 11c, 11d, and conversely, strain occurs. When compressive strain occurs in the resistance elements 11a and 11b, tensile strain occurs in the strain resistance elements 11c and 11d. Here, the strain generated in the strain resistance elements 11a and 11b and the strain resistance elements 11c and 11d is proportional to the acceleration and equal in absolute value.
The positions of a and 11b and the strain resistance elements 11c and 11d are determined.

【0047】図1に示すように歪抵抗素子11a、11
bは孔部9近傍なので応力集中により歪は最大値に近い
値をとる。また歪抵抗素子11c、11dは単純梁の根
元に近い所に設けられているのでこれも歪は最大値に近
い値をとる。歪抵抗素子11a〜11dにてブリッジを
構成することにより歪検出においてフルブリッジとして
検出可能となる。これに電圧を印加し抵抗変化を電圧変
化として取り出すことができる。
As shown in FIG. 1, the strain resistance elements 11a, 11
Since b is near the hole 9, the strain takes a value close to the maximum value due to stress concentration. Also, since the strain resistance elements 11c and 11d are provided near the base of the simple beam, the strain also takes a value close to the maximum value. By forming a bridge with the distortion resistance elements 11a to 11d, it becomes possible to detect a full bridge in distortion detection. A voltage is applied to this, and the resistance change can be extracted as a voltage change.

【0048】図2、図3において磁石1a、1bからの
磁束が銅製のベースヨーク3bに鎖交し前記磁石1a、
1bが図2の左右方向、図3の矢印方向に移動すること
により前記ベースヨーク3bに逆起電力が発生し渦電流
が流れる。この渦電流は前記磁石1a、1bからの磁束
を打消すように機能するため前記磁石1a、1bの前記
ベースヨーク3bに対する動きを阻止しようとする。従
ってこの渦電流は前記磁石1a、1bを含む第6の梁2
fの加速度による撓みすなわち左右方向の動きを減衰さ
せる。発生する渦電流は前記磁石1a、1bの前記ベー
スヨーク3b間の相対速度に比例するので相対速度が大
きくなるほど渦電流は多く流れ結果的に減衰力は大きく
なる。本センサは片持ち梁に加わる加速度を梁の変位量
すなわち梁の歪として検出しているため加わった加速度
の周波数が高い場合は梁の移動する速度が速く減衰量が
大きくダンパとして機能する。梁2a〜2fの共振周波
数やその近傍の加速度や外部振動が前記梁2a〜2fに
加わってもこの渦電流ダンパにより梁2a〜2fの振動
は減衰し低い周波数から梁2a〜2fの共振周波数近傍
までセンサとして使用可能となる。
In FIGS. 2 and 3, the magnetic flux from the magnets 1a and 1b interlinks with the base yoke 3b made of copper, and
When 1b moves in the left-right direction in FIG. 2 and the arrow direction in FIG. 3, a back electromotive force is generated in the base yoke 3b, and an eddy current flows. Since the eddy current functions to cancel the magnetic flux from the magnets 1a and 1b, the eddy current attempts to prevent the magnets 1a and 1b from moving with respect to the base yoke 3b. Therefore, this eddy current is generated by the sixth beam 2 including the magnets 1a and 1b.
The deflection due to the acceleration of f, that is, the movement in the left-right direction is damped. The generated eddy current is proportional to the relative speed between the magnets 1a and 1b between the base yokes 3b. Therefore, as the relative speed increases, the eddy current increases and the damping force increases. Since the sensor detects the acceleration applied to the cantilever as the displacement of the beam, that is, the strain of the beam, when the frequency of the applied acceleration is high, the speed at which the beam moves is high, the attenuation is large, and the sensor functions as a damper. Even if the resonance frequency of the beams 2a to 2f and the acceleration or external vibration in the vicinity thereof are applied to the beams 2a to 2f, the vibration of the beams 2a to 2f is attenuated by the eddy current damper, and the resonance frequency of the beams 2a to 2f is reduced from a low frequency. Up to a sensor.

【0049】前記ブリッジの後段には多様な信号出力特
性を得るために増幅回路を備え、更にフィルタ回路によ
り不要な信号成分を除去するようになっている。渦電流
ダンパを有する梁の周波数特性を図4の破線に示す。こ
の梁のみでは梁が周波数frにて共振するため遮断周波
数fcまでしか検出できない。しかしながらこの梁に図
4の破線にて示す周波数特性を有するローパスフィルタ
回路を組み合わせるとセンサとしての最終出力は図4の
太実線に示すようになり、同じ梁を用いつつ検出できる
周波数上限が遮断周波数fcから目標遮断周波数foま
で上がり検出周波数範囲を広げることが可能になる。
An amplifier circuit is provided at the subsequent stage of the bridge to obtain various signal output characteristics, and an unnecessary signal component is removed by a filter circuit. The broken line in FIG. 4 shows the frequency characteristics of the beam having the eddy current damper. With this beam alone, the beam resonates at the frequency fr, so that it can be detected only up to the cutoff frequency fc. However, when this beam is combined with a low-pass filter circuit having the frequency characteristic shown by the broken line in FIG. 4, the final output as a sensor becomes as shown by the thick solid line in FIG. 4, and the upper limit of the frequency that can be detected using the same beam is the cutoff frequency. From fc to the target cutoff frequency fo, the detection frequency range can be expanded.

【0050】検出周波数の上限を上げるため梁の剛性を
増して梁の共振周波数を高くする方法が考えられるが、
その場合梁は剛性が増すため撓みにくくなり、撓みによ
る信号の絶対値が小さくなる。加速度信号成分とノイズ
成分の比(S/N比)が小さくなる結果、センサ検出精
度を低下させてしまう。
In order to raise the upper limit of the detection frequency, there is a method of increasing the rigidity of the beam to increase the resonance frequency of the beam.
In this case, the rigidity of the beam is increased, so that the beam is less likely to bend, and the absolute value of the signal due to the bending is reduced. As a result, the ratio (S / N ratio) between the acceleration signal component and the noise component is reduced, and the sensor detection accuracy is reduced.

【0051】本実施の形態1では検出感度を確保するた
めに剛性が低く撓みやすい梁、すなわち共振周波数の低
い梁を用いてフィルタ回路との組み合わせにより梁の共
振周波数に近い周波数域まで高い精度で加速度を検出す
ることが可能となる。
In the first embodiment, in order to secure the detection sensitivity, a beam having low rigidity and easy bending, that is, a beam having a low resonance frequency, is used in combination with a filter circuit with high accuracy up to a frequency range close to the resonance frequency of the beam. Acceleration can be detected.

【0052】(実施の形態2)以下、本発明の実施の形
態2における加速度センサについて図面を参照しながら
説明する。
Embodiment 2 Hereinafter, an acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0053】図5は本発明の加速度センサの実施の形態
2における正面図、図6は側面図である。構成は基本的
には実施の形態1と同じ構成であるので、同一構成部品
には同一番号を付して詳細な説明は省略する。実施の形
態1と異なる点のみ説明する。
FIG. 5 is a front view of an acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a side view. Since the configuration is basically the same as that of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted. Only different points from the first embodiment will be described.

【0054】本実施の形態2が実施の形態1と異なるの
は、図2中のリターンヨーク1cの形状である。図6に
示すようにリターンヨーク1dは前記磁石1a、1bの
端面と隣り合う端面も磁気的に短絡するようにコの字形
状としている。
The second embodiment differs from the first embodiment in the shape of the return yoke 1c in FIG. As shown in FIG. 6, the return yoke 1d has a U-shape so that the end faces adjacent to the end faces of the magnets 1a and 1b are also magnetically short-circuited.

【0055】本実施の形態2における製造方法は基本的
に実施の形態1と同じであるため省略する。また本実施
の形態2における動作は、加速度検出に関わる動作は基
本的に同じであるため、本構成にて実施の形態1と異な
る前記リターンヨーク1dの形状効果に起因する動作の
み説明する。
The manufacturing method according to the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and will not be described. Further, the operation according to the second embodiment is basically the same as the operation relating to the acceleration detection. Therefore, only the operation due to the shape effect of the return yoke 1d different from the first embodiment in the present configuration will be described.

【0056】実施の形態1においては、前記磁石1a、
1bは優先的に前記ベースヨーク3bの面に対して磁束
を発生するがそれ以外の方向にも漏れ磁束が発生する。
そのためこの加速度センサに外部から磁性体が近接した
ときは前記磁石1a、1bが外部の磁性体の方向へ磁気
吸引されて梁が撓み、加速度が印加されていなくてもあ
たかも加速度が加わったようにセンサから出力される場
合がある。リターンヨーク1dを図6に示すような構成
にすることで磁石1a、1b側面も磁気的に短絡するこ
とにより漏れ磁束の発生を抑え、磁性体の近傍によって
も磁石1a、1bが磁性体の方向へ磁気吸引されること
がなくなるのでセンサの誤出力を防止することができ
る。
In the first embodiment, the magnets 1a,
1b preferentially generates a magnetic flux on the surface of the base yoke 3b, but also generates a leakage magnetic flux in other directions.
Therefore, when a magnetic body approaches the acceleration sensor from outside, the magnets 1a and 1b are magnetically attracted in the direction of the external magnetic body and the beam is bent, as if acceleration was applied even when no acceleration was applied. It may be output from a sensor. By forming the return yoke 1d as shown in FIG. 6, the side surfaces of the magnets 1a and 1b are also magnetically short-circuited to suppress the generation of leakage magnetic flux. Since the magnetic attraction does not occur, erroneous output of the sensor can be prevented.

【0057】(実施の形態3)以下、本発明の実施の形
態3における加速度センサについて図面を参照しながら
説明する。図7は本発明の加速度センサの実施の形態3
における正面図である。
Embodiment 3 Hereinafter, an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a third embodiment of the acceleration sensor according to the present invention.
FIG.

【0058】構成は基本的には実施の形態1、実施の形
態2と同じ構成であるので、同一構成部品には同一番号
を付して詳細な説明は省略する。そこで、実施の形態
1、実施の形態2と異なる点のみ説明する。
Since the configuration is basically the same as in the first and second embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted. Therefore, only different points from the first and second embodiments will be described.

【0059】実施の形態1、実施の形態2と異なるのは
前記第4、第5の梁が図7においてそれぞれ第4の梁上
部2d1と第4の梁下部2d2、第5の梁上部2e1と
第5の梁下部2e2に分離されている点である。このた
め前記梁2a〜2d1、2e1に前記歪抵抗素子11a
〜11dが形成されるので本実施の形態3では絶縁膜と
合金薄膜の成膜工程は実施の形態1、2と比較して一回
の成膜工程で作成可能な梁の数が増加する。実施の形態
1、2の歪抵抗素子形成後の梁の形状図を図8に示し、
本実施の形態3での歪抵抗素子形成後の梁形状図を図9
に示す。実施の形態1、2を示す図8では9個の梁、本
実施の形態3を示す図9では15個の梁が同じ枠面積内
に形成されることになる。
The difference between the first and second embodiments is that the fourth and fifth beams are different from each other in FIG. 7 in that the fourth beam upper portion 2d1, the fourth beam lower portion 2d2, and the fifth beam upper portion 2e1 are different from each other. This is a point separated into the fifth beam lower part 2e2. For this reason, the beams 2a to 2d1, 2e1 are connected to the strain resistance element 11a.
In the third embodiment, the number of beams that can be formed in a single film forming process is increased in the third embodiment compared with the first and second embodiments. FIG. 8 shows a shape diagram of the beam after the formation of the strain resistance element according to the first and second embodiments.
FIG. 9 is a beam shape diagram after forming the strain resistance element in the third embodiment.
Shown in In FIG. 8 showing the first and second embodiments, nine beams are formed in the same frame area, and in FIG. 9 showing the third embodiment, 15 beams are formed in the same frame area.

【0060】本発明の加速度センサについて、実施の形
態3のように別々に作られた梁を接合して検出用の梁に
するコストのほうが一体型の梁部を作成するコストより
安価であり、従ってセンサトータルとしてより低価格で
供給できるという効果を有する。
With regard to the acceleration sensor of the present invention, the cost of joining separately formed beams as in Embodiment 3 to form a detection beam is lower than the cost of forming an integrated beam portion. Therefore, there is an effect that the sensor can be supplied at a lower price as a whole.

【0061】(実施の形態4)以下、本発明の実施の形
態4における加速度センサについて図面を参照しながら
説明する。図10は本発明の加速度センサの実施の形態
4における平面図である。
Embodiment 4 Hereinafter, an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a plan view of an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【0062】図10に示すように、運動体に固定された
ケース(図示せず)と、2個の加速度センサを互いに直
交する2軸の検出軸を持つように実装された回路基板1
2と、前記ケースと前記回路基板12との間に設けられ
たゴムダンパ15a、15b、15cとを備えた構造に
なっている。
As shown in FIG. 10, a case (not shown) fixed to a moving body and a circuit board 1 in which two acceleration sensors are mounted so as to have two detection axes orthogonal to each other.
2, and rubber dampers 15a, 15b, 15c provided between the case and the circuit board 12.

【0063】図10にて紙面に平行な面内で上下、左右
方向に衝撃が印加された際、渦電流ダンパ単独では減衰
力が不足する場合でも前記ゴムダンパ15a、15b、
15cにより渦電流ダンパの減衰力の不足分を補うこと
ができるので、衝撃による梁2a〜2fやその他のセン
サ構成部品への損傷を防ぐことができる。
In FIG. 10, when impact is applied in the vertical and horizontal directions in a plane parallel to the plane of the paper, the rubber dampers 15a, 15b,
Since the shortage of the damping force of the eddy current damper can be compensated for by 15c, damage to the beams 2a to 2f and other sensor components due to impact can be prevented.

【0064】また、車両制御等の2軸の加速度を同時に
検出する必要がある場合、2軸検出ユニット1個を取り
付けるのみでその役割を果たすため、使用者側において
取付け工数を削減できるのみでなく、取付けスペースも
1軸検出のセンサを2個別々に取り付ける場合に比較し
て小さくできるという効果がある。さらに出力取出し用
のコネクタ、ハーネスもセンサを2個別個に取り付ける
場合よりも削減できる。
Further, when it is necessary to simultaneously detect two-axis accelerations for vehicle control or the like, only one of the two-axis detection units is required to perform the function. In addition, there is an effect that the mounting space can be reduced as compared with a case where two single-axis detection sensors are separately mounted. Further, the output take-out connector and the harness can be reduced as compared with the case where two sensors are attached individually.

【0065】ここで、加速度センサとしては近接配置が
できて小さくまとめられるという観点から実施の形態1
よりも実施の形態2の方が望ましい。
Here, the first embodiment is considered from the viewpoint that the acceleration sensors can be arranged close to each other and can be compactly assembled.
Embodiment 2 is more preferable than Embodiment 2.

【0066】なお、本実施の形態4ではセンサ2個で2
軸検出を行う場合を述べたが、複数のセンサとしては例
えばセンサ4個を用いてその中で2個ずつをペアとし各
ペアで2軸検出する場合もある。その場合は各ペア内で
はセンサ信号が冗長となるが、これはフェールセーフと
して用いることが可能である。
In the fourth embodiment, two sensors are used.
Although the case where axis detection is performed has been described, for example, there are cases where four sensors are used as a plurality of sensors, and two of them are paired, and two axes are detected in each pair. In that case, the sensor signal becomes redundant within each pair, but this can be used as a fail-safe.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のように本発明は、片持ち梁構造で
ありながら梁の同一面に圧縮と引張の両方の歪が生じる
ように形状に工夫を加え、歪ゲージと比較用ゲージに生
じる歪が大きさが等しく、方向が逆になるように比較用
ゲージを配置しかつ比較用ゲージを歪検出素子として積
極的に活用することで、ノイズの削減のみでなく歪検出
の効率を2倍に増加させかつ渦電流ダンパ構造を組み込
んで使用周波数帯域を広げた高精度・広使用周波数帯域
の歪ゲージ式加速度センサを実現できるという効果を奏
するものである。
As described above, according to the present invention, the shape is devised so that both compressive and tensile strains are generated on the same surface of the beam in spite of the cantilever structure, and the strain gauge and the comparative gauge are generated. By arranging the comparison gauge so that the distortions are equal in magnitude and the directions are opposite, and actively utilizing the comparison gauge as a strain detection element, it not only reduces noise but also doubles the efficiency of distortion detection. And a high-precision strain gauge type acceleration sensor having a wide operating frequency band with a wide operating frequency band by incorporating an eddy current damper structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1における加速度センサの
正面図
FIG. 1 is a front view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1における加速度センサの
側面図
FIG. 2 is a side view of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1における加速度センサの
主要構成部分の斜視図
FIG. 3 is a perspective view of main components of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1における梁、回路、セン
サ出力の周波数特性図
FIG. 4 is a diagram showing frequency characteristics of beams, circuits, and sensor outputs according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態2における加速度センサの
正面図
FIG. 5 is a front view of an acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態2における加速度センサの
側面図
FIG. 6 is a side view of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3における加速度センサの
正面図
FIG. 7 is a front view of an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態1、2での歪抵抗素子形成
後の梁形状図
FIG. 8 is a beam shape diagram after forming a strain resistance element according to the first and second embodiments of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態3での歪抵抗素子形成後の
梁形状図
FIG. 9 is a beam shape diagram after forming a strain resistance element according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態4における加速度センサ
の平面図
FIG. 10 is a plan view of an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図11】従来の加速度センサの平面図FIG. 11 is a plan view of a conventional acceleration sensor.

【図12】従来の加速度センサの側面図FIG. 12 is a side view of a conventional acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a、1b 磁石 1c リターンヨーク 2a 第1の梁 2b 第2の梁 2c 第3の梁 2d 第4の梁 2e 第5の梁 2f 第6の梁 2g 端子部 3a 固定部 3b ベースヨーク 4a、4b ネジ 5 フレキシブル基板 9 孔部 10a、10b 切り欠き部 11a 第1の歪抵抗素子 11b 第2の歪抵抗素子 11c 第3の歪抵抗素子 11d 第4の歪抵抗素子 12 回路基板 13 端子電極部 14a、14b 基板端子部 15a、15b、15c ゴムダンパ 1a, 1b Magnet 1c Return Yoke 2a First Beam 2b Second Beam 2c Third Beam 2d Fourth Beam 2e Fifth Beam 2f Sixth Beam 2g Terminal 3a Fixed Part 3b Base Yoke 4a, 4b Screw Reference Signs List 5 flexible substrate 9 hole 10a, 10b notch 11a first distortion resistance element 11b second distortion resistance element 11c third distortion resistance element 11d fourth distortion resistance element 12 circuit board 13 terminal electrode section 14a, 14b Board terminal 15a, 15b, 15c Rubber damper

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 運動体に固定される固定部と、前記固定
部に固定された端子部と、前記端子部から直角に延出さ
れた第1の梁と、前記第1の梁と同一平面内で前記第1
の梁の延出方向軸に直交する方向に延出した第2、第3
の梁と、前記第2、第3の梁から前記第1の梁とほぼ平
行にかつ前記固定部の方向に延出しかつ第1の梁の延出
方向軸に対して線対称となる第4、第5の梁と、前記第
4、第5の梁の各々の終端部を連接する第6の梁と、前
記第6の梁の中間に設けられた磁束発生手段と、前記磁
束発生手段から発せられた磁束が鎖交する非磁性かつ導
電性材料からなるベースヨークと、前記第1の梁上に前
記第1の梁の延出方向軸に対し線対称となる位置に設け
られた第1、第2の歪感応素子と、前記第4、第5の梁
上に前記第1の梁と直交する線上でかつ前記第1の梁の
延出方向軸に線対称となる位置に設けられた第3、第4
の歪感応素子と、前記第1、第2、第3、第4の歪感応
素子と電気的に接続され加速度により前記第1、第4、
第5の梁に発生する歪量の変化を電気的に検出する手段
とを備えた加速度センサ。
1. A fixed part fixed to a moving body, a terminal part fixed to the fixed part, a first beam extending at a right angle from the terminal part, and the same plane as the first beam. Within the first
Second and third extending in the direction perpendicular to the extending direction axis of the beam
A fourth beam extending from the second and third beams substantially parallel to the first beam and in the direction of the fixed portion, and being line-symmetric with respect to the axis of the first beam in the extending direction. A fifth beam, a sixth beam connecting end portions of the fourth and fifth beams, a magnetic flux generating means provided in the middle of the sixth beam, and the magnetic flux generating means. A base yoke made of a non-magnetic and conductive material with which the generated magnetic flux interlinks, and a first yoke provided on the first beam at a position symmetrical with respect to an axis of the first beam in a direction in which the first beam extends. And the second strain-sensitive element, and are provided on the fourth and fifth beams on a line orthogonal to the first beam and at a position which is line-symmetric with the axis of the first beam in the extending direction. 3rd, 4th
And the first, second, third, and fourth strain-sensitive elements are electrically connected to the first, fourth, and fourth strain-sensitive elements by acceleration.
Means for electrically detecting a change in the amount of strain generated in the fifth beam.
【請求項2】 第1の梁において第2、第3の梁との連
結部に孔部を設け、第4、第5の梁において前記第2、
第3の梁との連結部に切り欠き部を設けた請求項1に記
載の加速度センサ。
2. A hole is provided in a connection portion between the first beam and the second and third beams, and the second and third beams are provided in the fourth and fifth beams.
The acceleration sensor according to claim 1, wherein a cutout portion is provided in a connection portion with the third beam.
【請求項3】 梁は析出硬化型ステンレス薄板よりなる
請求項1に記載の加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the beam is made of a precipitation-hardened stainless steel sheet.
【請求項4】 歪感応素子は梁の上に形成された絶縁層
上に直接形成された薄膜抵抗体よりなる請求項3に記載
の加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 3, wherein the strain-sensitive element comprises a thin-film resistor formed directly on an insulating layer formed on the beam.
【請求項5】 絶縁層はアルミナセラミックスからなる
請求項4に記載の加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the insulating layer is made of alumina ceramic.
【請求項6】 薄膜抵抗体はニッケル:45重量%、ク
ローム:45重量%、アルミニウム:10重量%からな
る請求項4に記載の加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the thin-film resistor is composed of 45% by weight of nickel, 45% by weight of chromium, and 10% by weight of aluminum.
【請求項7】 歪抵抗素子からの信号を取り出す端子電
極部を2箇所の固定点の間に備えた請求項4に記載の加
速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 4, wherein a terminal electrode portion for extracting a signal from the strain resistance element is provided between two fixed points.
【請求項8】 端子電極部と、回路基板と、前記端子電
極部と前記回路基板を電気的に接続するフレキシブル基
板とを備え、前記端子電極部と接続される前記フレキシ
ブル基板端部を二股に分け各々の股をそれぞれ第1の梁
と第4、第5の梁との2箇所の隙間へ前記端子電極部の
設けられた面の裏側から差し込んで前記端子電極部と接
続されるように配設し、かつ前記フレキシブル基板の二
股に別れる箇所よりも手前の部分で固定体に固定される
ようにした請求項4に記載の加速度センサ。
8. A terminal electrode part, a circuit board, and a flexible board for electrically connecting the terminal electrode part and the circuit board, wherein the end of the flexible board connected to the terminal electrode part is forked. Separately, each crotch is inserted into two gaps between the first beam and the fourth and fifth beams from the back side of the surface on which the terminal electrode portion is provided so as to be connected to the terminal electrode portion. 5. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the acceleration sensor is provided and fixed to a fixed body at a portion before a portion of the flexible substrate that is split into two.
【請求項9】 磁束を発生する手段として、二つの磁石
を各々の着磁方向がベースヨークの面に対して垂直で極
性が互いに逆向きでかつ第6の梁を挟むように配設し、
前記ベースヨークに対向しない側の磁極を磁気的に短絡
する磁性材料からなるリターンヨークを備えた請求項1
に記載の加速度センサ。
9. As means for generating a magnetic flux, two magnets are arranged so that the respective magnetizing directions are perpendicular to the surface of the base yoke, the polarities thereof are opposite to each other, and the sixth beam is sandwiched therebetween.
2. A return yoke made of a magnetic material for magnetically short-circuiting a magnetic pole on a side not facing the base yoke.
2. The acceleration sensor according to 1.
【請求項10】 リターンヨークが設けられた磁石の端
面と隣り合う端面を磁気的に短絡するように前記リター
ンヨークをほぼコの字形状にした請求項9に記載の加速
度センサ。
10. The acceleration sensor according to claim 9, wherein the return yoke is substantially U-shaped so that an end face adjacent to an end face of the magnet provided with the return yoke is magnetically short-circuited.
【請求項11】 検知手段からの信号を増幅するための
増幅回路とフィルタ回路を備えた請求項1に記載の加速
度センサ。
11. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising an amplification circuit for amplifying a signal from the detection means and a filter circuit.
【請求項12】 第4、第5の梁はそれぞれ梁上部と梁
下部からなり、前記梁上部と前記梁下部が接合された請
求項4に記載の加速度センサ。
12. The acceleration sensor according to claim 4, wherein each of the fourth and fifth beams comprises an upper beam portion and a lower beam portion, and the upper beam portion and the lower beam portion are joined.
【請求項13】 固定部とベースヨークを端部で連接し
一つの部品とした請求項1に記載の加速度センサ。
13. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the fixed portion and the base yoke are connected at an end to form one part.
【請求項14】 運動体に固定されたケースと、複数の
センサを少なくとも2軸の検出軸を持つように実装され
た回路基板と、前記ケースと前記回路基板との間に設け
られたゴムダンパとを備えた請求項1に記載の加速度セ
ンサ。
14. A case fixed to a moving body, a circuit board on which a plurality of sensors are mounted so as to have at least two detection axes, and a rubber damper provided between the case and the circuit board. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009002948A (en) * 2007-06-20 2009-01-08 Headway Technologies Inc Sensing unit and method of making the same
CN112014588A (en) * 2019-05-31 2020-12-01 精工爱普生株式会社 Installation method of inertial sensor unit and inertial sensor unit

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