加速传感器

申请号 CN200580009428.1 申请日 2005-04-28 公开(公告)号 CN1938593A 公开(公告)日 2007-03-28
申请人 爱知制钢株式会社; 发明人 本藏义信; 山本道治; 幸谷吉晃; 森正树; 加古英儿; 玄番弘荣; 浅野巧; 石川尚树;
摘要 本 发明 所提出的 加速 度 传感器 (1),具有 悬臂梁 结构,包括了以其固定端(221)为中心作往复弹性 变形 运动的悬臂(22)和、在悬臂(22)的自由端(222)上设置的磁 铁 体(21a(b))、以及在悬臂(22)的往复动作领域的外周面上配置了 磁性 检出头部(23(b))的加速度检测单元(2a(b))。并且,本发明所提出的加速度传感器(1),为了补正磁性检出头部(23a)、(23b)输出的检出 信号 ,配备了分别检测作用于磁性检出头部(23a)、(23b)和 磁铁 体(21a)、(21b)的周边外界 磁场 的周边外界磁场检出部(43a)、(43b)。
权利要求

1.一种加速传感器,其特征在于,具有悬臂梁结构,包含了以固定于设置在基板上 的支持部件上的固定端为中心作往复弹性变形运动的悬臂和、配置在该悬臂自由端上的磁 体、以及配置在上述悬臂的往复动作领域的外周一侧的包括磁性检出头部在内的加速度 检测单元。
并且,所述加速度传感器,为了补正上述磁性检出头部输出的检出信号中的误差成分, 配备了检测作用于上述磁性检出头部和上述磁铁体的周边外界磁场的周边外界磁场检出 部。
2.权利要求1中所述的加速度传感器,其特征在于,上述周边外界磁场检出部的磁性 检出灵敏度最大的方向,与上述磁性检出头部的磁性检出灵敏度最大的方向相平行。
3.权利要求1和2中所述的加速度传感器,其特征在于,上述磁性检出头部及上述周 边外界磁场检出部,包含了与作用磁场的大小相对应,其特性产生变化的感磁体和旋绕在 该感磁体外周面的电磁线圈,当通向上述感磁体的通电电流产生变化时,在上述电磁线圈 两端产生与上述磁场的大小相对应的电位差,即,上述磁性检出头部及周边外界磁场检出 部是磁铁·阻抗·传感器元件。
4.权利要求3中所述的加速度传感器,其特征在于,具有从上述磁性检出头部输出电 压中减算上述周边外界磁场检出部输出电压的减算回路。
5.权利要求3和4中所述的加速度传感器,其特征在于,具有相互平行地配置了上述 感磁体的上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部,上述磁性检出头部中的上述电磁 线圈的一端和上述周边外界磁场检出部中的上述电磁线圈的一端相连接,并且,当同一磁 场作用于上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部的时候,使上述磁性检出头部和上 述周边外界磁场检出部分别产生方向相反的输出电压来决定上述磁性检出头部中的上述 电磁线圈和上述周边外界磁场检出部中的上述电磁线圈的旋绕方向。
6.权利要求1~5中任何一项所述的加速度传感器,其特征在于,具有分别检测出作 用于沿2个相互垂直的轴方向的加速度的2个上述加速度检出单元。
7.权利要求1~5中任何一项所述的加速度传感器,其特征在于,即具有分别检出作 用于沿3个相互直交的轴方向的加速度的3个上述加速度检出单元。
8.权利要求1~7中任何一项所述的加速度传感器中使用的电子回路,其特征在于, 具有读取和处理上述磁性检出头部的检出信号和、与该磁性检出头部相对应配设的上述周 边外界磁场检出部的检出信号的功能。
9.权利要求1~8中任何一项所述的加速度传感器,具有统一组合构成一个标准组件, 实现了模一体化的特征。
10.权利要求1~9中任何一项所述的加速度传感器,其特征在于,为了防止在上述悬 臂的自由端的摆动方向,上述悬臂产生超过必要值以上的位移量(过位移),配设了位移限 制器。
11.一种加速度感知单元,其特征在于,由以固定端为中心进行往复弹性变形的悬臂、 设置在该悬臂自由端上的磁铁体和、支持固定上述悬臂固定端的支持部件所组成,并且, 具有将作用加速度转换为上述磁铁体的位移,通过上述磁铁体的位移使磁场产生变化的功 能。
并且,上述支持部件具有连接上述固定端的基体部和、与上述悬臂之间保持了一定的 间隙,从上述基体部延伸到上述悬臂自由端的延伸部。
12.权利要求11中所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感知单元中的上 述悬臂由导电体所构成,并且,在上述支持部件的上述延伸部中面向于上述悬臂的面上, 设置了导电层,通过该导电层实现了与上述悬臂之间的电性连接。
13.权利要求11和12中所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感知单元 中的上述悬臂是由Ni-P合金所组成。
14.权利要求11~13中任何一项所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感 知单元中的上述支持部件由陶瓷材料所组成,该支持部件和上述悬臂之间,介入了由复数 金属层构成的多层金属层。
15.权利要求11~14中任何一项所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感 知单元中的上述磁铁体,由树脂磁铁、或者在上述悬臂的结合面上形成的树脂层所组成, 并且,上述悬臂与上述磁铁体的结合面上配置了能形成稳定的非动态化薄膜的金属层。
16.权利要求13~15中任何一项所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感 知单元中的上述悬臂的上述固定端和上述自由端之间设有开口部,并且在该开口部的两长 边(呈夹着该开口部的状态),具有连接上述固定端和上述自由端的一对框架部;该框架 部在与悬臂较长方向相垂直的断面形状的设定如下:当最厚部分厚度H1和最薄部分厚度H2 的差为h、宽度为Wf的时候,其选择为,20μm≤Wf≤150μm、h/H2≤0.15。
17.权利要求11和12中所述的加速度感知单元,其特征在于,上述加速度感知单元 中的上述悬臂由Ni-Ti合金组成,并且,具有0.1~6μm的厚度。

说明书全文

技术领域

发明是关于采用了磁性检测元件的加速传感器

背景技术

在本发明之前,具有使用与作用加速度相对应产生位移的磁体和,检出该磁铁体所 产生的磁场变化的磁性检出元件相组合而构成的加速度传感器。在这样的加速度传感器 中,根据上述磁性检出元件检出的磁场强度的变化,来检测磁铁体的位移量,最终达到检 测所作用加速度的大小的目的(请参照专利文献1)。
上述《专利文献1》是[特开2000-258449号公报]。
但是,上述以前的加速度传感器,有以下的问题。即是,对于上述以前的加速度传感 器来说,当有地磁等周边外界磁场作用于上述磁铁体的时候,该磁铁体将产生象方位磁铁 针那样的振荡运动,从而产生了与被测的作用加速度无关的位移。特别是,对于微小磁性 体和低弹性的悬臂梁结构组成的小型加速度传感器来说,上述的倾向非常明显。

发明内容

【本发明解决的课题】
本发明,鉴于上述以前加速度传感器的问题点,提出了采用磁性检出元件来检测磁性 体位移的加速度传感器。并且,本发明的加速度传感器,可以有效地抑制周边外界磁场的 影响,从而提高了检测精度的目的。
【本发明为解决上述课题而采用的方法】
本专利的第1发明是采用了磁性检出元件的加速度传感器。它具有悬臂梁结构,包含 了以固定于设置在基板上的支持部件的固定端为中心作往复回转弹性变形运动的悬臂和 设置在该悬臂的自由端上的磁铁体、以及在上述悬臂的往复动作领域的外周面一侧配置的 包含磁性检出头部在内的加速度检测单元。
并且,上述本发明的加速度传感器为了补正上述磁性检出头部输出的检出信号中的误 差,配备了检测作用于上述磁性检出头部和上述磁铁体的周边外界磁场的周边外界磁场检 出部。
如上所述,本发明的上述加速度传感器中的上述周边外界磁场检出部,检测作用于上 述磁性检出头部和配置在悬臂上的上述磁铁体的周边外界磁场。即,通过该周边外界磁场 检出部,可以检出直接作用于上述磁性检出头部的周边外界磁场。因此,使用上述周边外 界磁场检出部,可以对上述磁性检出头部检出信号中的周边外界磁场作用所产生的误差成 分进行补正。
此外,使用本发明的上述周边外界磁场检出部,可以检出使上述磁铁体产生的转矩和 使悬臂产生弹性变形的周边外界磁场。只要检测出了该周边外界磁场,就可以推定出与被 测加速度无关、仅由周边外界磁场的影响所产生的上述磁铁体的位移量,同时,也可以推 定出上述磁性检出头部检出信号中由于转矩所产生的磁铁体位移的误差成分。因此可以 说,可以利用上述周边外界磁场检出部的检出信号来补正上述磁性检出头部检出信号中由 于周边外界磁场通过上述磁铁体的位移而产生的间接作用所带来的误差成分。
综上所述,使用本发明的加速度传感器,可以补正上述磁性检出头部检出信号中,由 于周边外界磁场直接作用产生误差成分和间接作用产生误差成分,所以可以保证高精度地 检测所作用的加速度。
在此,所谓上述磁铁体上产生的转矩是指由于周边外界磁场的作用,使在所定方向上 具有磁矩的上述磁铁体所产生的回转力。该磁力矩是磁铁体的磁极强度大小和磁极间距 离的积,并且具有方向性。因此,上述转矩与使方位磁铁针回转力一样,具有依存于上述 磁力矩的方向性。
本专利的第2发明是加速度感知单元。它是由以固定端为中心进行往复弹性变形的悬 臂、设置在该悬臂自由端上的磁铁体和、支持固定上述悬臂的固定端的支持部件所组成, 将作用加速度转换为上述磁铁体的位移、再通过上述磁铁体的位移使磁场产生变化的加速 度感知单元。
此外,本发明的加速度感知单元还具有下述的特征。上述支持部件具有连接上述悬臂 的固定端的基体部和,与上述悬臂之间保持了一定的间隙、从上述基体部延伸到上述悬臂 自由端的延伸部。
如上所述,本发明的上述加速度感知单元具有将作用加速度转换为上述磁铁体的位 移、再通过上述磁铁体的位移使磁场产生变化的功能。即,作用于加速度感知单元的加速 度,可以理解为是作用在固定在悬臂的自由端上的上述磁铁体之上。因此,上述悬臂将产 生弹性变形使其自由端的产生位移,伴随着自由端的位移,上述磁铁体也产生位移,其结 果,磁铁体上产生了磁场强度的变化。这样,通过加速度到磁场强度变化的转变而感知出 加速度。
根据上述的原理,通过磁性检出方法检测出上述磁场强度的变化,就可以检出加速度。
对于上述加速度感知单元来说,为了提高感知精度,应当尽可能降低悬臂的刚性,使 之容易产生较大的弹性变形量。因此,在使用上述加速度感知单元的时候,要注意不要触 摸到容易产生变形的悬臂和固定在其自由端上的磁铁体。
正如以上所述的原因,本发明的加速度感知单元中的上述支持部件,由上述基体部和 延伸部所构成。这样的构成,可以在不触摸到悬臂和磁铁体的情况下,可以比较容易地抓 握住支持部件,从而便于上述加速度感知单元的使用。例如,可以很容易地实施将上述加 速度感知单元安装于基板上等的作业。
这样的结果,可以保证得到感知精度很高的加速度感知单元。
此外还要说明的是,由于上述延伸部延伸到了悬臂自由端一侧,不会影响到加速度感 知单元的结构小型紧凑化。
附图说明
【图1】所示为本发明实施例1中,表示加速度传感器的斜视图。
【图2】所示为本发明实施例1中,表示磁性检出头部的正视概念图
【图3】所示为本发明实施例1中,表示磁性检出头部断面构造的剖面概念图。
【图4】所示为本发明实施例1中,表示磁性感测部的斜视图。
【图5】所示为本发明实施例1中,表示电磁线圈的斜视图。
【图6】所示为本发明实施例1中,表示加速度传感器内部IC芯片的电子回路的等效 回路图。
【图7】所示为本发明实施例1中,表示通向非结晶合金磁性线的脉冲电流和电磁线 圈产生的感应电压的关系图。
【图8】所示为本发明实施例1中,表示加速度传感器内部IC芯片的电子回路的回路 图。。
【图9】所示为本发明实施例1中,表示磁性检出头部和周边外界磁场检出部配置的 说明图。
【图10】所示为本发明实施例1中,表示磁性检出头部和周边外界磁场检出部配置的 说明图。
【图11】所示为本发明实施例2,表示加速度传感器的斜视图。
【图12】所示为本发明实施例2中,表示加速度传感器内部IC芯片的电子回路的等 效回路图。
【图13】所示为本发明实施例2中,表示其他加速度传感器的斜视图。
【图14】所示为本发明实施例2中,表示其他加速度传感器的斜视图。
【图15】所示为本发明实施例3中,表示加速度传感器的斜视图。
【图16】所示为本发明实施例3中,表示加速度感知单元的斜视图。
【图17】所示为本发明实施例3中,表示支持部件的斜视图。
【图18】所示为本发明实施例3中,表示加速度感知单元的制造方法的剖面说明图。
【图19】所示为本发明实施例3中,紧接着图18,表示加速度感知单元的制造方法 的剖面说明图。
【图20】所示为本发明实施例3中,紧接着图19,表示加速度感知单元的制造方法 的剖面说明图。
【图21】所示为本发明实施例3中,紧接着图20,表示加速度感知单元的制造方法 的剖面说明图。
【图22】所示为本发明实施例3中,表示加速度感知单元的剖面图。
【图23】所示为本发明实施例4中,表示加速度感知单元的斜视图。
【图24】所示为本发明实施例4中,表示加速度感知单元的断面图。
【图25】所示为本发明实施例5中,表示加速度感知单元的斜视图。
【图26】所示为本发明实施例5中,表示其他加速度感知单元的斜视图。
【图27】所示为本发明实施例6中,表示加速度传感器的平面图。
【图28】图27中A-A的剖面图。
【图29】所示为本发明实施例6中,加速度感知单元和位移限制器的平面图和剖面图。
【图30】所示为本发明实施例6中,说明位移限制器功能的加速度感知单元和位移限 制器的平面图。
【图31】所示为本发明实施例7中,组合了减算回路的电子回路说明图。
【图32】所示为本发明实施例8中,差动型MI元件的平面图。
【图33】所示为本发明实施例8中,差动型MI元件的部分斜视图。
【图34】所示为本发明实施例8中,表示悬臂和差动型MI元件的位置关系的说明图。
【图35】图32中B-B的剖面图。
【图36】所示为本发明实施例8中,表示差动型MI元件的周边外界磁场和输出电压 关系的曲线图。
【图37】所示为本发明实施例8中,组合了减算回路的电子回路说明图。
【图38】所示为本发明实施例9中,差动型MI元件的平面图。
【图39】所示为本发明实施例10中,差动型MI元件的平面图。
【图40】图39中C-C的剖面图。
【图41】所示为本发明实施例11中,表示悬臂的平面图。
【图42】图41中D-D的剖面图。
【图43】所示为本发明实施例11中,表示框架部断面的说明图。
【图44】所示为本发明实施例11中,表示框架部其他断面的说明图。

具体实施方式

上述第1发明所述的加速度传感器,有各种各样的用途。例如,既可以用于检测汽车、 自立移动机器人的运动信息,也可以用于设置型机器人手臂等机械手的控制。此外,还可 装载于PDA和手机等携带机器。特别是,对于PDA和手机等电子回路集成度要求高的机器, 由于电磁波噪音的影响非常明显,在这种情况下本发明的加速度传感器能有效地充分发挥 自己的特点。
本发明的上述磁性检出头部,可以用霍尔元件、磁阻抗元件,磁阻元件、以及磁通量 闸等的磁性检出用元件来构成。作为上述磁性体,可以使用铁体、稀土类磁铁等来形 成。
此外,使用本发明的加速度传感器所检测的加速度,不仅是运动加速度,也可以是重 力加速度。
在此还需要说明的是,上述的「以固定端为中心作往复回转运动」是指悬臂产生弯曲 变形,其悬臂的自由端产生位移而所带来的相对于固定端的度变化。
上述周边外界磁场检出部的磁性检出灵敏度最大的灵敏度方向最为理想的配置是与 上述磁性检出头部中磁性检测灵敏度最大的灵敏度方向相平行。
在这种情况下,可以用上述周边外界磁场检出部来高精度地检出作用于上述磁性磁性 检出头部的周边外界磁场成分。并且,还可以高精度地计算出由于周边外界磁场的作用上 述磁铁体上产生的转矩带来的悬臂的弹性变形量、以及伴随着悬臂的弹性变形所产生的磁 铁体的位移量。
当然,在实际使用过程中,上述的2个灵敏度方向可以不是绝对的平行。只要能充分 发挥上述作用效果,多少可以偏离一些理论上所定义的严密的平行方向。也就是说,根据 同样的考虑方法,在本说明书中所使用的「平行」、「直交」、「垂直」、「均一」、「比例」等 的语言,均表示「实际使用过程中的大约平行」、「实际使用过程中的大约直交」、「实际使 用过程中的大约垂直」、「实际使用过程中的大约均一」、「实际使用过程中的大约成比例」 等的意思,并不一定是意味着理论上非常严密的「平行」等的定义。
以下,说明本发明的加速度传感器中的最佳(理想)构成和特点。
对于上述磁性检出头部及周边外界磁场检出部来说,最为理想的构成是使用,包含了 感磁体和旋绕在该感磁体外周面的电磁线圈、以及与上述感磁体的通电电流的变化相对 应,在上述电磁线圈两端产生电位差的MI元件。
上述电磁线圈也就是检测作用于上述MI元件的磁场的特定方向磁场强度大小的检出 线圈。
在此,与上述感磁体的通电电流的变化相对应,上述电磁线圈上产生感应电压的现象 称为MI(Magnet-impedance)现象。该MI现象是由配置在供给电流方向周围、具有电子 旋转排列的磁性材料所组成的感磁体所产生的现象。如果急剧快速变化通向感磁体的电 流,电流周围的磁场将产生急剧的变化,由于该磁场变化的作用,与周围磁场相对应的电 子旋转排列的方向也将产生变化。因此,此时感磁体内部磁化以及阻抗等产生的变化的现 象就是上述的MI现象。
所谓MI元件,就是利用了配置在供给电流方向的周围、由电子旋转排列的磁性材料 构成为的感磁体而组成的元件。如果急剧快速变化通向感磁体的电流,电流周围的磁场将 产生急剧的变化,由于该磁场变化的作用,与周围磁场相对应的电子旋转排列的方向也将 产生变化。此时,转换由于感磁体内部磁化以及阻抗等所产生的变化在感磁体上产生的电 压或电流,或者配置在感磁体外周的电磁线圈两端产生的电压或电流所构成的元件就是MI 元件。并且,组合MI元件和电子回路所构成的传感器称为MI传感器。
这样,如上所述,与感磁体的通电电流变化相对应在上述电磁线圈的两端上产生电位 差的MI元件构成的上述磁性检出头部,可以实现高灵敏度的磁性检出,从而可以高精度 地检出上述磁铁体的位移。再者,作为上述感磁体,可以使用线状的形状,也可以使用薄 膜状的形状。作为上述感磁体的材质,可以使用FeCoSiB,NiFe等。
上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部最为理想的构成是,当通向上述感磁体 的电流在10毫微秒(纳秒)以内急剧上升或下降时,测量上述电磁线圈的两端所产生的 感应电压的大小来检测所作用的磁场强度。
在这种情况下,上述那样急剧快速地变化(上升或下降)通向上述感磁体的通电电流, 对于感磁体来说,可以在周围方向上产生接近于电子旋转变化的传播速度的磁场变化,这 样更能充分体现出MI现象。
特别是,在10毫微秒(纳秒)以内对上述通电电流实施上升或下降,可以使含有大 约0.1GHz的高频成分的变化电流作用于感磁体。在此时,如果测量上述电磁线圈两端产 生的感应电压,根据上述感应电压的大小就可以检测出与周边外界磁场相对应的在感磁体 内部所产生的内部磁场变化,从而可以高精度地检测出周边外界磁场的强度。在此,所谓 通电电流的上升或下降,是指通向上述磁性阻抗元件的电流的电流值从定常电流值的10% (90%)上升(下降)到90%(10%)时的变化。
理论上,上述的通电电流的上升或下降时间,越接近零越能得到好的效果。然而,实 际上,上述的通电电流的上升或下降时间,要根据通电电流的发生装置等的极限性能来决 定。
再者,对于上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部来说,最为理想的构成是, 当通向上述感磁体的电流上升或下降时,测量上述电磁线圈的两端所产生的感应电压(本 专利的权利要求5)。
与通电电流上升的情况相比,通电电流急剧下降时,检测出的对应于磁场强度的上述 磁性检出头部的输出电压呈现出良好的直线(线性)性。
此外,对于本发明的上述加速度传感器来说,还具有下述理想的构成,即具有从上述 磁性检出头部的输出电压中,减算上述周边外界磁场检出部的输出电压的减算回路。
在这种情况下,使用上述减算回路,可以从上述磁性检出头部的输出信号中,减去由 上述周边外界磁场所产生的误差部分的输出信号,从而可以比较容易高精度地检出加速 度。
另外,对于上述本发明的加速度传感器来说,还具有下述理想的构成,即具有将上述 感磁体相互平行配置的上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部,并且,上述磁性检 出头部中的上述电磁线圈的一端和上述周边外界磁场检出部中的上述电磁线圈的一端相 连接。此外,对上述磁性检出头部中的上述电磁线圈和上述周边外界磁场检出部中的上述 电磁线圈的旋绕方向来说,具有下述理想的构成,即,当同一磁场作用于上述磁性检出头 部和上述周边外界磁场检出部的时候,使上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部分 别产生方向相反的输出电压来决定上述磁性检出头部中的上述电磁线圈和上述周边外界 磁场检出部中的上述电磁线圈的旋绕方向。
这样,在以上所述的简单构成状态下,就可以实现对上述周边外界磁场所产生的误差 部分的补正,从而可以高精度地检出加速度。
使用上述构成,即使在周边外界磁场很大的时候,也可以充分地补正所产生的误差。 这是因为,使用MI元件检测周边外界磁场的时候,限定了可以检测出的周边外界磁场的 大小。特别是,在提高了检测灵敏度和电子回路饱和的时候,检测可能的周边外界磁场的 大小范围变得较窄。其结果,从磁性检出头部的输出信号减算由MI元件构成的周边外界 磁场检出部输出信号的时候,可以补正的周边外界磁场的大小已经被限定了。
针对上述构成,当周边外界磁场同时作用于述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出 部的时候,要使述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部分别产生方向相反的输出电压 来决定配线,这样,两个输出信号之间产生相互抵消作用,就可以在充分抑制相对于周边 外界磁场的输出电压的状态下,输出仅与磁铁体产生的磁场相对应的电压。因此,可以精 确地检测出所测加速度。
以上所述的作用效果,对采用灵敏度很高的MI元件来检测与悬臂上的磁铁体所产生 的微小位移相对应的磁场的微小变化来说,具有极其重要的意义。
此外,上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部中的上述磁铁体还可以配置在同 一直线上。
在这种情况下,可以很容易地构成磁性检出头部和周边外界磁场检出部之间的回路。
并且,上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部中的上述磁铁体还可以并列配 置。
在这种情况下,可以较容易地实现悬臂和磁性检出头部、周边外界磁场检出部的紧凑 配置。
更进一步讲,还可以将上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部一体化。
在这种情况下,不但可以达到实现加速度传感器的小型化和减少组装部件数的目的, 而且可以防止磁性检出头部和周边外界磁场检出部之间的感磁体特性的偏差(不均匀性), 从而得到具有高检测精度的加速度传感器。
再者,对于上述本发明的加速度传感器来说,其最为理想的构成是,具有分别检出作 用于沿2个相互垂直的轴方向的加速度的2个上述加速度检出单元。
在这种情况下,使用上述加速度传感器,在上述2轴所规定的平面内,可以检测作用 于任意方向的加速度。
再者,对于上述本发明的加速度传感器来说,还具有下述理想的构成,即具有分别检 出作用于沿3个相互垂直的轴方向的加速度的3个上述加速度检出单元。
在这种情况下,使用上述加速度传感器,可以检测作用于任意方向的加速度。
并且,对于上述本发明的加速度传感器来说,还有下述最为理想的构成,即,具有控 制处理上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部的电子回路。
在这种情况下,还可以实现包含了具有上述电子回路的上述加速度传感器的构成小型 化,同时,可使上述电子回路的标准模化从而抑制上述加速度传感器所消费的电力。
对于上述电子回路,其最为理想的构成和特征是,具有读取和处理上述磁性检出头部 的检出信号和、与该磁性检出头部相对应配设的上述周边外界磁场检出部的检出信号的功 能。
在这种情况下,在对上述磁性检出头部的检出信号和上述周边外界磁场检出部的检出 信号进行处理过程中,可以对上述磁性检出头部的检出信号中的、由周边外界磁场的直接 或间接作用所产生的误差成分进行补正。
作为上述信号处理的方法是,并列读取上述磁性检出头部的检出信号和上述周边外界 磁场检出部的检出信号,然后,对这2个检出信号进行处理的方法。在这种情况下,可以 根据上述周边外界磁场检出部的检出信号推定出上述磁性检出头部的检出信号中的误差 成分。因此,可以利用上述周边外界磁场检出部的检出信号进行上述补正,从而提高上述 加速度传感器的检测精度。
再者,作为上述信号处理的方法,还有预先构成设定能输出同一周边外界磁场作用时 的正负相反的检出信号的上述磁性检出头部和上述周边外界磁场检出部,并将两者进行电 性串联连接的方法。在这种情况下,只要适当设定上述周边外界磁场检出部的检出信号和 上述磁性检出头部的检出信号的大小比例,就可以得到从上述磁性检出头部的检出信号中 排除了误差成分的效果。此外,也可以对上述周边外界磁场检出部的检出信号进行放大等 处理之后,在与上述磁性检出头部进行串联连接。
上述本发明的加速度传感器,还具有统一组合构成为一个标准组件、实现了模块一体 化的特点。
在此情况下,由于上述加速度传感器统一组合构成为一个标准组件、实现了模块一体 化,可以在提高了上述加速度传感器整体刚性的同时,也提高了上述加速度传感器的检测 精度。特别是,将包含了复数的上述检测元件的加速度传感器统一组合构成为一个标准组 件、实现了模块一体化,检测元件之间的相互位置关系如刚体一样固定不变。因此,可以 用该加速度传感器进行高精度检测。并且,上述加速度传感器是实现了包括了上述电子回 路在内的模块一体化的标准组件,可以更进一步降低模块化芯片全体的消耗电力。
除上述的各项最佳构成之外,本发明的上述加速度传感器,还有具有下述的最佳构成, 即,为了防止上述悬臂在其自由端的摆动方向产生超过必要值的位移量(过位移),配设了 位移限制器。
这样,当加速度传感器受到很大冲击,很大的力量施加了于悬臂的时候,由于配设了 位移限制器,悬臂的自由端与位移限制器相接触,可以防止悬臂产生超过必要值以上的位 移量(过位移)。为此,可以防止悬臂产生异常的变形和破损。
对于上述位移限制器的设置,可以将其配设在上述悬臂自由端摆动方向的一侧,也可 以将其配设在上述悬臂自由端摆动方向的两侧。
并且,对上述位移限制器来说,其最为理想的构成是将其与上述支持部件一体化。
在这种情况下,可以减少加速度传感器的零部件数,这样既提高了上述加速度传感器 安装性,又有利于降低生产成本。
上述本专利第2发明中所述的上述加速度感知单元,可以适用于上述本专利第1发明 中所述的上述加速度传感器。
这样,上述加速度传感器的组装将变得非常容易,可以构成得到高精度的加速度传感 器。
正如上面所阐述的那样,因为,上述第1发明中所述的加速度传感器,是以抑制了周 边外界磁场的影响而提高检测精度为目的的加速度传感器,所以,使用的加速度感知单元 必须是高感知精度的。此外,根据上面所阐述的内容可知,悬臂非常容易产生变形,在使 用的过程中,防止与悬臂和磁铁体的接触是非常必要的。因此,使用了上述第2发明中所 述的加速度感知单元,可以很容易地解决使用高感知精度的加速度感知单元时易于产生的 上述问题。
此外,上述支持部件的长度最好大于悬臂的长度。这样,在把握住支持部件长度方向 两端的时候,不至于接触到悬臂。
以下,说明本发明的上述加速度感知单元中的最佳(理想)构成和特点。
对于本发明的上述加速度感知单元,具有下述的最佳构成。即,上述加速度感知单元 中的上述悬臂由导电体所构成,并且,在上述支持部件的上述延伸部中面向于上述悬臂的 面上,设置了导电层,通过该导电层实现了与上述悬臂之间的电性连接。
这样,可以避免在上述支持部件的上述延伸部中面向于上述悬臂的面上带电,从而可 以防止由于静电感应力所产生的悬臂的变形。因此,防止了由于静电所产生的误差,可以 更进一步保证得到高精度的加速度感知单元。
如果上述支持部件由绝缘材料所构成,并且不设置上述导电层,那样在悬臂和支持部 件的延伸部之间的相互面向的面上,将有可能产生静电,从而产生在相互推拉方向上的静 电感应力。因此,在上述支持部件的上述延伸部中面向于上述悬臂的面上设置导电层,可 以使悬臂和上述延伸部中面向于悬臂的面具有相同的电位,从而得到防止静电感应力产生 的效果。
此外,上述导电层,最好与上述基板上形成的电子回路的接地端子相连接。
对上述延伸部中面向于悬臂的面来说,最为理想的是全部都设置上述导电层。当然, 根据实际需要,也可以只是在其一部分上设置上述导电层。
上述加速度感知单元中所述的上述悬臂,最为理想的是由Ni-P合金所组成。
由于使用Ni-P合金,可以得到弹性率低、弹性变形范围大,并且具有高强度的悬臂。 这样,对同样加速度来说,增大了悬臂位移量,也就提高了加速度感知部件的灵敏度。因 此,上述悬臂既使用Ni-P合金,提高了加速度的检出精度高、又得到了耐久性能出色的 悬臂。
对于本发明的上述加速度感知单元,还具有下述的最佳构成。即,其中的上述支持部 件由陶瓷材料所组成,并且该支持部件和上述悬臂之间,介入了由复数金属层构成的多层 金属层。
根据上述的构成,可以选择作为上述复数的金属层最为适当的金属种类,从而提高上 述支持部件和上述悬臂的紧密接合性,从而确保上述支持部件和上述悬臂的的连接。
上述多层金属层的最佳构成是,具有与上述支持部件邻接的第1金属层和,与上述悬 臂邻接的第2金属层。上述第1金属层,由Ti,Cr,Al中的至少一种以上的金属所组成; 上述第2金属层,由Cu,Au,Ag中的至少一种以上的金属所组成。
根据上述多层金属层的构成,由于确保了上述第1金属层和上述支持部件、上述第2 金属层和上述悬臂的紧密连接,从而提高上述支持部件和上述悬臂的紧密接合性。
此外,对于本发明的上述加速度感知单元,还具有下述的最佳构成。即,上述加速度 感知单元中的上述磁铁体,由树脂磁铁、或者与上述悬臂的结合面上形成的树脂层所组成, 并且,上述悬臂与上述磁铁体的结合面上配置了能形成稳定的非动态化薄膜的金属层。
因为上述非动态化金属薄膜和树脂之间具有非常高的亲和力,可以更进一步提高上述 悬臂和上述磁铁体的紧密接合性。
即,在上述非动态化金属薄膜的表面,呈现出了结合性好的氧基和氢氧化基等,它们 与树脂具有很好的亲和力。并且,在稳定的非动态化金属薄膜中,具有分布非常均匀的氧 基和氢氧化基等,更进一步提高了和树脂的亲和力。这样,从化学的角度讲,由于提高了 Ni-P合金和树脂的结合力,从而也提高了悬臂和磁铁体的紧密接合性。
在此需要说明的是,上述磁铁体为烧结磁铁等的情况下,与上述悬臂的结合面上,最 好形成树脂层。
上述金属层,最为理想的是由Cr,Al,Zn,Ti中的任意一种材料来组成。
这样的材料组成,特别容易形成稳定的非动态化薄膜。
此外,对上述悬臂来说,具有下述的理想结构。即,在上述悬臂上的上述固定端和上 述自由端之间设有开口部,并且在该开口部的两长边(呈夹着该开口部的状态),具有连 接上述固定端和上述自由端的一对框架部。该框架部在与悬臂较长方向相垂直的断面形状 的设定如下:当最厚部分厚度H1和最薄部分厚度H2的差为h、宽度为Wf的时候,其选择 为,20μm≤Wf≤150μm、h/H2≤0.15。
在这样的情况下,可以得到既具有卓越柔软性,又具有高强度的悬臂。即,在增大了 相对于加速度的悬臂位移的同时,又保证得到了具有卓越耐久性的悬臂。
在此需要说明的是,如果h/H2>0.15,当悬臂产生弯曲的时候,在框架部容易产生 较大的应力,悬臂将有容易被折断的危险性。
上述悬臂最为理想的构成是由Ni-Ti合金所构成。
这样的材质构成,可以容易得到具有良好形状记忆特性的悬臂。因此,即使是在反复 使用悬臂的状态下,也可以防止悬臂自由端位置错位,从而可以保持精确的计测精度。
并且,可以使用喷溅(飞溅)Ni-Ti合金来形成上述悬臂。
上述悬臂的最为理想的厚度为0.1~6μm。
在这样的设定条件下,可以使悬臂既具有卓越柔软性,又具有高强度。
当上述厚度不足0.1μm的情况下,很难保证悬臂的强度。另一方面,当上述厚度超 过6μm的时候,将降低悬臂的柔软性,悬臂弯曲困难,从而导致加速度检测精度下降。
对上述磁铁体来说,其最为理想的构成材质是SmFeN、SmCo、FePt、或者NdFeB。
这样的材质构成,可以确保磁铁体的磁性能,从而保证得到高精度的加速度传感器。
特别是,用FePt、或者NdFeB构成的磁铁体,可以提高磁铁体的磁性能,从而可以更 进一步提高检测精度。换句话说,在同等要求下,可以减小磁铁体的体积大小,从而达到 零部件小型化的目的。并且,由FePt、或者NdFeB构成的磁铁体,可以用喷溅(飞溅)法 来形成。
实施例
(实施例1)
本实施例,是关于采用了作为感磁体24的非结晶合金磁性线的加速度传感器1的实 施例。其详细内容用图1~图8来说明。
如图1所示,本实施例的加速度传感器1为悬臂梁结构,具有以固定端221为中心作 如往复弹性变形运动的悬臂22和、设置在该悬臂22自由端222上的磁铁体21a(b)、以 及在悬臂22往复动作领域内的外周面上配置的含有磁性检出头部23a(b)的检测单元2a (b)。
该加速度传感器1,为了补正磁性检出头部23a、23b输出的检测信号中的误差成分, 配备了分别能检测作用于磁性检出头部23a、23b和磁铁体21a、21b的周边外界磁场的 周边外界磁场检出部43a、43b。
以下,详细地说明其内容。
如图1所示,本实施例的加速度传感器1中,悬臂22以及由磁性检出头部23a、23b 组合的2个的检测单元2a、2b和2个周边外界磁场的周边外界磁场检出部43a、43b均 配置在共同的IC基板10上,并且,收容了作为控制电路的电子回路的IC芯片也配置在 共同的IC基板10上。即,本实施例的加速度传感器1
统一组合构成为一个标准组件、实现了模块一体化。
该加速度传感器1,将作用加速度在悬臂22上产生的惯性力的大小,转换为配置在自 由端222上的磁铁体21a(b)的位移量。然后,用磁性检出头部23a(b)检出磁铁体21a (b)的位移量,从而达到检测所作用的加速度大小的目的。本实施例中,根据检测单元2b、 2a中磁铁体21b、21a的位移,可以分别检出沿IC基板10上相互垂直2边所规定的X轴 10a方向、Y轴10b方向作用的加速度。
再如图1所示,在突出于IC基板10表面的法线方向具有支持柱28。上述悬臂22, 其轴方向的一端,即固定端221固定支撑在支持柱28上,成为具有悬臂梁结构的弹性体。 另一方面,在上述悬臂22的自由端222(即固定支撑在支持柱28上的悬臂22的固定端 221的另一端)上,配设磁铁体21a(b)。本实施例的悬臂22,其材质为NiP,形状为宽 0.3mm、长1.5mm、厚5μm的矩形板。再者,本实施例为了适当抑制悬臂22在厚方向刚性 而增大磁铁体21位移量,从支持柱28的根部开始到自由端222之前0.38mm的位置,开 设了宽度为0.22mm的长孔220。当然,根据具体情况,也可以不要长孔220而直接使用矩 形板状的悬臂。
在此,本实施例中,设定的悬臂22的固有频率(共振频率)大约为50~60Hz。将悬 臂22的固有频率设定在50~60Hz的范围内,是为了可以高精度地检出汽车等机器中发生 的0~40Hz的加速度。另一方面,如果设定的固有频率不足50Hz,对于40Hz附近的被测 加速度来说,不能确保其检测精度。
如上所述,磁铁体21a(b)配置在悬臂22自由端222附近的侧面。本实施例中,在上 述侧面,涂抹了磁性体涂料之后,经过干燥及硬化后再进行着磁形成上述磁铁体21。并且 本实施例中所述的上述磁铁体21,起尺寸大小为宽度(悬臂轴方向的尺寸)W0.5mm、高度 0.3mm、厚度T100μm。
下面,在介绍磁性检出头部23a(b)的制作方法的同时,说明其构成。如图2、图3 所示,上述磁性检出头部23a(b)中的感磁体24采用了长度为1mm、直径为20μm的非结 晶合金磁性线(以下,为了简单方便,简称为非结晶合金磁性线24)。再如图2、图3所 示,在上述磁性检出头部23a(b)中的非结晶合金磁性线24的周围,外插了管状的绝缘树 脂26,并且,在绝缘树脂26的外方面,旋绕了内径在200μm以下的电磁线圈25。
即,本实施例的磁性检出头部23a(b),利用了与周边磁场的强度的变化相对应其阻 抗产生很大变化的作为感磁体的非结晶合金磁性线24所呈现出的MI(Magnet-impedance) 现象。因此,本实施例通过检测向非结晶合金磁性线24通以脉冲形状的电流(以后,简 称为脉冲电流)时电磁线圈25上产生的感应电压,来检出周边磁场的强度。
在这里,所谓上述的MI现象,是在供给的电流的周围方向具有电子旋转排列的磁材 料组成的感磁体所产生的。如果急剧变化通向感磁体的通电电流,供给电流周围方向的磁 场将产生急剧的变化。因此,上述的MI现象,也可以说是由于供给电流周围方向的磁场 变化的作用,产生与周边磁场相对应的电子旋转方向变化的现象,同时,也是产生了内部 磁化及阻抗等的变化的现象。
如上所述,本实施例的上述磁性检出头部23a、23b和周边外界磁场检出部43a、43b 中使用了呈现MI现象的MI元件。该MI元件由急剧变化通向作为感磁体的非结晶合金磁 性线24的通电电流时,伴随着电子旋转方向的变化所产生的感磁体内部磁化及阻抗等的 变化转换为电磁线圈25两端所产生的电压(感应电压)的结构原理来构成。并且,本实 施例的各磁性检出头部23a(b)的磁性检出灵敏度方向,与作为感磁体的非结晶合金磁性 线24的较长方向(线长方向)一致。
如图1所示,本实施为了在没有作用加速度、即磁铁体21a(b)不产生位移的时候, 为了尽可能使磁性检出头部23a(b)检出的磁场强度变小(为最小值),在与磁铁体21a (b)所产生的磁化方向相垂直的方向上配置了非结晶合金磁性线24。当然,也可以在相对 于磁化方向的斜交方向配置非结晶合金磁性线24。但是,在这种情况下,因为,磁铁体 21a(b)不产生位移的时候磁性检出头部23a(b)检出的磁场强度不一定是最小值,所以, 需要进行适当的信号处理。
如图4、图5所示,本实施例的磁性检出头部23a(b),形成在设置了深度为5~200 μm、且形状约为矩形的沟状凹部270的元件基板27上。在该沟状凹部270内侧周面中的 相互面对的各侧沟面270a上,复数配设了与沟方向相垂直、具有均一螺距的导电线路25 a。此外,在凹部270沟底面270b上,配设与沟方向相垂直的导电线路25b,并且将25b 与配设在侧沟面270a上的具有同一螺距的导电线路25a进行电性连接。
如图3所示,在各侧沟面270a、以及沟底面270b上配设了导电线路25a、25b的凹 部270的内部,充填由环氧树脂构成的绝缘树脂26,并在其中埋设非结晶合金磁性线24。 并且,在凹部270充填了绝缘树脂26的外表面,配设和相互面对的侧沟面270a上配设的 导电线路25a错开1个螺距,而且与沟方向处于交斜交状态的导电线路25c,将其与导电 线路25a进行电性连接。这样,导电线路25a、25b、25c形成了旋绕的电磁线圈25。
本实施例中,导电线路25a、25b、25c的形成方法是,在凹部270的内周面270a、 270b的所有面上,蒸上具有导电性的金属薄膜(在此省略了图示说明),然后,实施蚀刻 法处理形成导电线路25a、25b;同样,在绝缘树脂26外表面的所有面上,蒸镀上具有导 电性的金属薄膜(在此省略了图示说明),然后,实施蚀刻法处理形成所需的导电线路25c。
本实施例的电磁线圈25的绕线内径为66μm(在此绕线内径定义为与凹部270的断面 积相等的圆面积所推算出的圆的直径)。电磁线圈25的单位长度的绕线间隔为50μm/圈。 本实施例中,上述检知单元2a、2b的磁性检出头部23采用了具有完全同一参数式样的 MI元件,在非结晶合金磁性线24的较长方向,分别设定X轴方向10a和Y轴方向10b。
如图1所示,本实施例中的周边外界磁场检出部43a(b),具有与磁性检出头部23a (b)同样的构成。即,周边外界磁场检出部43a(b),各自具有作为感磁体的非结晶电线 44和旋绕在其外周面的电磁线圈45。并且,本实施中,按所定的比例,设定了在均一的 周边外界磁场中周边外界磁场检出部43a(b)的检出信号大小和磁性检出头部23a(b)的 检出信号大小。在此,周边外界磁场检出部43a具有和磁性检出头部23a相同的磁场检 出方向。同样,周边外界磁场检出部43b具有和磁性检出头部23b相同的磁场检出方向。
在此,就作为本实施中的周边外界磁场检出部43a(b)输出信号的输出电压Vs(电磁 线圈45两端产生的感应电压)和作为磁性检出头部23a(b)输出信号的输出电压Vh(电磁 线圈25两端产生的感应电压)的关系进行说明。
首先,磁性检出头部23a(b)的输出电压Vh包括了,检测出的以作用加速度为起因的 电压成分Va;检测出的地磁等周边外界磁场的电压成分Vm;检测出的周边外界磁场作用 的转矩在磁铁体21上产生的位移为起因的电压成分Vt。上述电压成分Vt,是由于磁铁体 21a(b)的转矩使悬臂22产生弹性变形,使磁铁体21a(b)自身产生位移为起因的电压成 分。总而言之,上述的电压成分Vm及Vt,是磁性检出头部23a(b)的输出电压Vh中的误 差成分。
周边外界磁场的作用在磁铁体21a(b)上产生的转矩的大小,与磁场强度成比例。同 时,保持支撑磁铁体21a(b)的悬臂22的弹性变形量,又与转矩的大小成比例。因此,上 述的电压成分Vt,与周边外界磁场的强度成比例,可以用Vt=k×Vm来表示。在此,公式 中的k是悬臂22和磁铁体21a(b)的磁力等所决定的系数。
通过以上的分析可知,磁性检出头部23a(b)的输出电压Vh可以用
Va+Vm+Vt=Va+(1+k)·Vm来表示。
另一方面,本实施例中的周边外界磁场检出部43a(b)的输出电压Vs,设定为与上述 输出电压Vh正负相反,并且为上述Vm的(1+k)倍。即,放置在与磁性检出头部23a(b) 相同周边外界磁场中的时候,周边外界磁场检出部43a(b)的输出电压正好是 Vs=-(1+k)·Vm。为此,从磁性检出头部23a(b)的输出电压Vh中,除去作为误差成分的 上述电压成分Vm和Vt,可以补正抽出电压成分Va。具体地说,将磁性检出头部23a(b) 的输出电压Vh和周边外界磁场检出部43a(b)的输出电压Vs相加,就可以抽出起因于作 用加速度的电压成分Va。
本实施例中,为了使磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的输出电 压的正负反向,可以电磁线圈25的旋绕方向与电磁线圈45的旋绕方向相反。并且,利用 了非结晶合金磁性线越长,其电磁线圈的感应电压越大的MI元件的特性,与非结晶合金 磁性线24相比,非结晶合金磁性线44做得稍长。这样,周边外界磁场检出部43a(b)的 输出电压Vs的大小可以设定为磁性检出头部23a(b)输出电压Vh中电压成分Vm大小的 (1+k)倍。除上述构成以外,磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的其他 构成具有同一的结构参数。
作为增大电磁线圈45输出电压Vs的方法,除了本实施例上述的加长非结晶合金磁性 线44的方法之外,还有增加电磁线圈45圈数、或者增大非结晶合金磁性线44的通电电 流等多种方法。更进一步说,还可以使用放大上述电磁线圈45输出电压Vs的放大电路、 以及分压电磁线圈25输出电压Vh的分压电路等,也可以将两者的比例设定为希望的比例 值。
其次,对IC芯片12来说,作为其内部电子回路是构成了控制检知单元2a、2b的各 磁性检出头部23a、23b和周边外界磁场检出部43a、43b的电路。如图6所示,IC芯片 12包含了产生向并联连接的非结晶合金磁性线24、44输入脉冲电流(请参考图7)的信号 发生器121和,输出与串联连接的电磁线圈25、45两端的输出电压Va(请参考图7(b))相 对应的信号的信号处理部122。信号发生器121具有能产生通电时间为40nsec(毫微秒)、 脉冲间隔为5μsec(微秒)的脉冲电流的功能。并且,本实施例的信号发生器121还具下 述的构成特点,即,将与脉冲电流下降同步的基准信号向信号处理部122的模拟开关122a 输出。另外,作为本实施例中使用的并联连接的非结晶合金磁性线24、44构成的代替案, 可以使用向串联连接的非结晶合金磁性线24、44通以脉冲电流的构成。
如图6所示,上述信号处理部122,具有电性连接在电磁线圈25和信号处理部122之 间,与上述基准信号同步实施「接通」和「断开」的模拟开关122a。并且,该信号处理 部122中,还包含了通过模拟开关122a和电磁线圈25相连接的电容122c,形成具有作 为峰值保持电路功能的同步检波电路。此外,在上述同步检波电路中,还组合设置了放大 器122b。
以下,就本实施例的磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的磁性检 出方法进行简单的说明。如图7所示,作为本实施例的磁性检出方法,在通向非结晶合金 磁性线24(44)的脉冲电流(请参考图7(a))下降时,检测被串联连接的电磁线圈25和 电磁线圈45两端产生的输出电压Va(请参考图7(b))。本实施例的脉冲电流,从定常值(电 流值150mA)的90%下降到10%的切断时间设定为4nsec(毫微秒)。
本实施例,串联连接了电磁线圈25和电磁线圈45。为此,输入信号处理部122的电 压值(上述输出电压Va)是电磁线圈25的感应电压的输出值Vh和电磁线圈45的感应电压 的输出值Vs相加的值Va(Va=Vh+Vs。在此,Vh=Va+(1+k)·Vm,Vs=(-(1+k)·Vm))。
即,如图7所示,在切断通向被放置在磁场中非结晶合金磁性线24(44)的脉冲电流的 瞬间,其大小与非结晶合金磁性线24(44)的较长方向(线长方向)成分成比例的输出电压 Vh(Vs)在电磁线圈25(45)两端发生。因此,本实施例的IC芯片12,将由输出电压Vh和 输出电压Vs相加得到的电压Va(由于Vh和Vs的正负相反,实际上是相减),通过模拟开 关122a输入到电容122c中。此时,由于积蓄在电容122c中的电荷变化,起电位差也将发 生变化。这样,与电位差相应的信号,通过放大器122b从输出接口125输出。
如图8所示,本实施例的IC芯片12的电子回路中,具有切换从信号发生器121到非 结晶合金磁性线24、44的电性回路,以及从信号发生器121到模拟开关122a的电性回路 中的电子开关128。该电子开关128的功能构成是,切换决定检测单元2a、2b的中哪个 是输入,以及信号发生器121的基准信号应该输入到2个模拟开关122a中的哪一个。在 此,2个模拟开关122a,一个是与检测单元2a的电磁线圈25相连接,另一个是与检测 单元2b的电磁线圈25相连接。
本实施例,根据上述构成的电子回路,在检测单元2a和检测单元2b之间,通过时间 分割,共同使用了IC芯片12的信号处理部122。此外,电子开关128切换,可以根据在 IC芯片12内部生成了的内部信号来实施,也可以根据外部信号来实施。
综上所述,本实施的加速度传感器1,具有磁性检出头部23a(b)和检测作用于磁铁 体21a(b)的周边外界磁场的周边外界磁场检出部43a(b)。通过检测周边外界磁场的周 边外界磁场检出部43a(b)可以检出作用于磁性检出头部23a(b)的周边外界磁场。因此, 根据周边外界磁场检出部43a(b),可以补正磁性检出头部23a(b)的检出信号(Vh)中由 于周边外界磁场的作用影响而产生的误差成分(Vm)。
更进一步说,通过检测周边外界磁场的周边外界磁场检出部43a(b)可以检出使磁铁 体21a(b)产生转矩而最终导致悬臂22产生弹性变形的周边外界磁场。由于检测出了该周 边外界磁场,可以推定与所作用加速度无关、仅由周边外界磁场的影响所产生的磁铁体21 a(b)的位移量。为此,可以补正磁性检出头部23a(b)的检出信号(Vh)中,通过磁铁体 21a(b)的位移所反映出的周边外界磁场的间接作用影响所带来的误差成分(Vt)。
所以,可以说,本实施例的加速度传感器1,由于补正了磁性检出头部23a(b)的检 出信号(Vh)中周边外界磁场的直接作用影响所带来的误差成分(Vm)和周边外界磁场的间 接作用影响所带来的误差成分(Vt),其结果,有效地提高了被测作用加速度的检测精度。
关于磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的配置,可以如图9所示, 将非结晶合金磁性线24和非结晶合金磁性线44配置在同一线上,也可以如图10所示, 将两者并列配置,使它们处于平行的状态。
(实施例2)
本实施例,是以实施例1为基础,改变了周边磁场检出部以及IC芯片的构成的实施 例。就其内容来说,主要是改变了磁铁体21构成。以下通过图11~图14来对此进行详细 说明。
如图11所示,本例子的加速度传感器1的周边外界磁场检出部43a(b)与磁性检出头 部23a(b)一样,具有相同的结构和参数。即,在相同的磁场作用下,周边外界磁场检出 部43a(b)和磁性检出头部23a(b)产生一样的输出电压。
并且,如图12所示,本实施例的加速度传感器1所用的IC芯片12中,信号发生器 121同时向磁性检出头部23a(b)的非结晶合金磁性线24和周边外界磁场检出部43a(b) 的非结晶合金磁性线44供给脉冲电流。为了处理磁性检出头部23a(b)的电磁线圈25的 输出电压(Vh)和周边外界磁场检出部43a(b)的电磁线圈45的输出电压(Vs),在IC芯片 12中,设置了具有2个系统的信号处理部122。再者,IC芯片12中,为了并列输入经分 别处理后的来自于电磁线圈25、45输出电压的2个信号,有实施所定演算的CPU128。
该CPU128,从存储器(在图中未被表示出来)中读取被存的程序,在电磁线圈25输 出电压Vh和电磁线圈45输出电压Vs之间进行所定的演算。即,本实施例的CPU128,实 施了Va=Vh-(1+k)×Vs的演算。然后,本实施例的加速度传感器1,向外部输出上述Va值。
作为替换上述CPU128的演算,可以形成模拟或者数字的信号处理回路,在该信号处 理电路中实施上述同样的演算。
在IC芯片12中,对检测单元2a和检测单元2b来说,可以分别形成各自的上述电子 回路,也可以通过时间分割,使检测单元2a和检测单元2b共同使用图11所示的电子回 路。
除上述之外的其他构成及作用效果,与实施例1一样。
在此还要特别说明的是,如图13所示,最好将检测单元2a、2b中的磁铁体21的磁 化方向M构成在同一方向。在这种情况下,可以使各磁性检出头部23a及23b的非结晶合 金磁性线24的轴方向(线长方向)一致。在此情况下,使各磁铁体21a、b上产生转矩 的磁场方向也一致。为此,可以使用共通的周边外界磁场检出部43,来补正各检测单元2 a、2b的检测信号。
此外,本实施例的加速度传感器1,还如图14所示,可以追加检出沿Z轴10c方向作 用加速度的检测单元2c。在图14所示的场合,磁性检出头部23c的非结晶合金磁性线24 的较长方向(线长方向)可以设定与磁性检出头部23b的非结晶合金磁性线24一致。这 样,可使磁铁体21b和磁铁体21c产生转矩的磁场方向一致。通过上述的方向配置设定, 可以利用补正检测单元2b的检测信号而设置的周边外界磁场检出部43b来补正检测单元 2c。当然,也可以另外设置专用于补正检测单元2c的周边外界磁场检出部。
(实施例3)
如图15~图22所示,本实施是支持支撑悬臂22的固定端221的支持部件280的断面 形状为L字形状的加速度传感器1的实施例。
如图16所示,上述支持部件280,具有与上述固定端221结合的基础部281和与上述 悬臂之间设置了间隙289从基础体部281延伸到悬臂自由端222的延伸部282。并且,在 与上述间隙289相反的悬臂22的自由端222上表面,配设了磁铁体21a(b)。
作为磁铁体21a(b)的形状大小尺寸,可以做在长度(L)为0.2~0.6mm、宽幅(W) 为0.2~0.8mm、高度(H)为0.05~0.2mm的范围内。在此所述的长度L,是从悬臂22的 固定端221朝向自由端222的方向的长度。而上述的宽度W,是与上述长度L的方向相垂 直,同时与悬臂2的表面相平行方向的宽度。上述的高度H,是与悬臂22表面相垂直方向 的厚度。
上述悬臂22,由Ni-P合金组成;上述支持部件280,由陶瓷材料组成。
如图22所示,支持部件280和悬臂22固定端221之间,介入了由复数的金属层所组 成的多层金属层31。
多层金属层31,由与上述支持部件280邻接的第1金属层311和与上述悬臂22邻接 的第2金属层312所构成。第1金属层311,由Ti、Cr、Al中的至少由一种以上材料所组 成;而上述第2金属层312,由Cu、Au、Ag中的至少由一种以上材料所组成。
此外,在上述支持部件280的上述延伸部282上与悬臂22相对的表面上,设置了导 电层32,该导电层32,与上述悬臂22进行电性接通。
并且,上述导电层32,最好与IC基板10S上形成的电子回路的接地端子相连接。另 外,最为理想的是在上述延伸部中面向于悬臂的面上全部都设置上述导电层32。当然,根 据实际需要,也可以只是在其一部分上设置上述导电层32。
本实施例中的上述磁铁体21a(b),可以由树脂磁铁、或者形成在悬臂22的结合面上 形成的树脂层来组成。并且,上述悬臂上与磁铁体21a(b)相结合的面上配置了形成稳定 的非动态化薄膜的金属层33。
该非动态化薄膜的金属层33,由Cr、Al、Zn、Ti中的任何一种材料所组成。
再者,在使用烧结磁铁等作为上述磁铁体21a(b)的时候,与悬臂22的结合面上形成 需要树脂层。另一方面,在使用树脂磁铁作为上述磁铁体21a(b)的时候,在悬臂22上所 配置的非动态化薄膜的金属层33上直接形成磁铁体21a(b)。
以下,用图17~图22来说明本实施例的加速度传感器1中由磁铁体21a(b)、悬臂 22、以及支持部件280相组合制造形成加速度感知单元20的方法。
首先,图17中表示了所制作的由陶瓷材料组成的具有L字形状的支持部件280。支持 部件280大小尺寸是,宽度w为0.6mm、长度a1为2.0mm、基础部281的高度h1为0.4mm; 延伸部282的高度h2为0.3mm、基础体281的长度a2为0.4mm。
接着,如图18所示,在具有L字形状的支持部件280的端部288的表面,即,支持 部件280的延伸部282中与悬臂22相对的表面和与之相连接的基础部281的侧面上,采 用阴极真空喷镀工艺,阴极真空喷镀Cr,形成厚度为0.1μm的导电层32。
并且,如图19所示,在L字形状的端部288中的导电层32之上积载后面将要除去的 牺牲层34,使全体为长方体。
然后,在由牺牲层34和支持部件280的基础部281所形成的表面上,采用阴极真空 喷镀工艺,阴极真空喷镀厚度为0.07μm的Ti,此外还在真空条件下,阴极真空喷镀厚度 为0.3μm的Cu,形成由第1金属层311和第2金属层312组成的多层金属层31。
而且,如图20所示,使用模型电镀法所制造出的具有Ni-P材质的悬臂22。其尺寸大 小为,厚度3μm、宽度0.5mm、长度1.9mm。
如图21所示,在应该配置磁铁体21a(b)的领域,通过阴极真空喷镀Cr,形成非动 态化薄膜的金属层33。
作为代替上述阴极真空喷镀工艺,可以采用PVD,CVD等众所周知的薄膜形成方法。
此后,在非动态化薄膜的金属层33的上面,印制由SmFeN(其重量比为75%)和环氧树 脂(其重量比为25%)组成的墨磁铁原料219。
在悬臂22上所需的方向对上述墨水磁铁原料219进行磁场定向,即是在使环氧树脂 产生一定程度的硬化之后,对此进行按所定磁化方向的着磁。通过上述的方法得到磁铁体 21a(b)。在此,需要说明的是,上述墨水磁铁原料219为各向异性材料的时候,上述磁 场定向是必要的工序,但是,如果使用的是各向同性材料,将不需要磁场定向工序。
此后,为了得到Ni-P单层的悬臂材料,如图22所示,采用蚀刻法除去牺牲层34和 牺牲层34部上面的Ti层及Cu层。
并且,将加速度感知单元20加热到100℃以上,对磁铁体21a(b)进行热处理
这样,如图15所示,得到的加速度感知单元20,被固定在IC基板10上所定的位置。
上述磁铁体21a(b)的制造形态,可以使用众所周知形态,例如,如上面所述的使用 墨水磁铁是非常理想的。
作为制造方法,可以采用印制方式、配合方式、粘贴、浸渍方式、气相蒸镀法(PVD、 CVD)等。
对于上述的磁铁体来说,可以使用烧结磁铁、粘结磁铁等。作为磁铁的原料,可以使 用铁氧体系列和铁镍钴永磁合金系列磁铁等金属磁铁,也可以使用众所周知的SmCo系 列、SmFeN系列、NdFeB系列等磁铁。
上述的粘结磁铁,作为其结合树脂,可以使用热硬化性树脂、热塑性树脂、环氧系树 脂、石炭酸系树脂、聚酰胺系树脂、尼龙系树脂等。
作为磁铁用材料,既可使用各向同性的材料,也可使用各向异性的材料。
但是,与使用各向同性材料的磁铁相比,磁铁体使用各向异性材料的磁铁,将能形成 更大的信号磁场。
作为制造方法,可以对经过印制了的磁铁粉末和树脂的混合体,实施磁场定向之后进 行着磁。
再者,将加速度察感知部件20组装编入IC基板10中的时候,需要的焊接温度是180~ 300℃,所以,作为磁铁体的顽磁力,需要在0.64MA/m以上。
但是,如果使用的是磁铁体,将不限定于上述的内容。
本实施例的上述加速度传感器1中,除上述加速度检测部件20以外的构成,与实施 例1一样。
以下,就本实施例的作用效果进行说明。
因为,上述支持部件280具有上述基础部281和延伸部282,所以,将固定了上述悬 臂的支持部件280(加速度检测部件20)安装在IC基板10上的时候,可以使加速度感知单 元20的使用变得很方便。
为了在使用加速度感知单元20的时候,防止悬臂22产生变形,最好不要接触到悬臂 22。换句话说,在需要接触加速度感知单元20的时候,最好握住支持部件280,以免接触 到悬臂22使之产生变形。所以,将支持部件280做成上述形状,就能比较容易抓握住支 持部件280,从而使加速度感知单元20的使用变得很方便。
再者,由于设定的上述支持部件280的长度a1比悬臂22长度稍长(大约0.1mm左右), 这样,在抓握住支持部件280较长方向的两端部的时候,不致于接触到悬臂22。
因为上述悬臂22由Ni-P合金组成,所以对呈弹性特性的部件来说,具有较低的弹性 率,这样,对上述悬臂22,在增大弹性变形的领域同时,又可以保证具有较高的强度。因 此,可以得到加速度的检出精度高、并且耐久性能出色的悬臂22。
当然,作为上述悬臂22材料,不限定于上述的Ni-P合金。只要具有与上述相同或者 更加优越的特性,也可以采用其他材料。
此外,如图22所示,在支持部件280和悬臂22固定端221之间,介入了多层金属层 31,这样可以提高支持部件280和悬臂22之间的紧密接合性,确保支持部件280与悬臂 22的紧密连接。
多层金属层31是由Ti、Cr、Al中的至少一种以上的材料组成的第1金属层311和由 Cu、Au、Ag中的中的至少一种以上的材料组成的第2金属层312所构成。因此,可以进一 步提高支持部件280和悬臂22的紧密接合性,从而确保第1金属层311与支持部件280 的紧密连接和第2金属层312与悬臂22的紧密连接。
由于在支持部件280上设置了上述导电层32,可以防止支持部件280的延伸部282中 与悬臂22的相对的面上带电,从而可以防止由于静电感应力的作用使悬臂产生的位移。 因此,可以得到具有更高检出精度的加速度传感器1。
并且,上述悬臂22中与磁铁体21a(b)相连接的接合面上,配置了上述由非动态化薄 膜形成的金属层33。这样,由于上述非动态化金属薄膜与树脂具有很强的亲和力,可以提 高上述悬臂22中和磁铁体21a(b)的紧密接合性。
即,在上述非动态化金属薄膜的表面,呈现出了结合性好的氧基和氢氧化基等,它们 和树脂具有很好的亲和力。并且,在稳定的非动态化金属薄膜中,具有分布非常均匀的氧 基和氢氧化基等,更进一步提高了和树脂的亲和力。这样,从化学的角度讲,由于提高了 Ni-P合金和树脂的结合力,从而也提高了悬臂22和磁铁体21a(b)的紧密接合力。
上述由非动态化薄膜形成的金属层33,由于由Cr、Al、Zn、Ti中的任何一种材料所 组成,特别容易形成稳定的非动态化金属薄膜。
本实施例的其他方面,与实施例1具有同样的作用效果。
同样,本实施例,也适用于实施例2中所述的各种形态。
(实施例4)
如图23、图24所示,本实施例,是增加悬臂22中与固定磁铁体21a(b)的磁铁固定 领域(自由端222)刚性,使上述磁铁固定领域的刚性大于悬臂22中固定端部分221的刚 性的实施例。
即,在悬臂22中的上述磁铁固定领域,重叠设置了加强层223。并且,通过非动态化 薄膜形成的金属层33将磁铁体21配设在加强层223之上。
同时,在悬臂22的固定端221上也设置了加强层224。
上述的加强层223、224具有3~100μm的厚度。
作为本实施例子中加速度传感器1所使用的加速度察感知部件20的制造方法,可以 采用与实施例3中所述的方法基本相同的方法。
但是,在本实施例中,模型电镀出悬臂22之后,在悬臂22的磁铁固定领域(自由端 222)以及固定端221上所指定部分上再模型电镀厚度为20μm的厚度里(上)Ni-P层。通过 这样的方法形成上述加强层223、224。
本实施例其他的构成,与实施例3一样,具有同样的作用效果。
(实施例5)
如图25、图26所示,本实施例,是在悬臂22上形成了开口部225的实施例。
上述开口部225形成在固定端221和磁铁体21之间。
图25表示了实施例3中的加速度感知单元20的悬臂22上设置的开口部225,而图 26则表示了实施例4中的加速度感知单元20的悬臂22上设置的开口部225。
图26中所表示的加速度感知单元20,在其悬臂22上没有设置加强部223、224的领 域,设置了开口部225。
其他方面,实施例3或4一样。
本实施例在悬臂22上形成了开口部225,是为了局部减小悬臂22的弹性率,对一定 的加速度来讲,可以增大悬臂22弹性变形量。因此,可以得到灵敏度更高的加速度传感 器1。
本实施例的其他方面,与实施例3或4具有同样的作用效果。
(实施例6)
如图27~图30所示,本实施例,是在悬臂22自由端222摆动方向的两侧,配设了防 止上述悬臂22产生过位移的位移限制器51、52的加速度传感器1的实施例。
上述配设的一对位移限制器51、52中的位移限制器52,与支持部件280做为一体。 即,在支持部件280的延伸部282上形成上述位移限制器52。
在悬臂22自由端222的两侧的一边配设位移限制器52,在另一边(位移限制器52的 对面),将独立于支持部件280的位移限制器51固定在IC基板10上。
本实施例中,使用了实施例3中所示的加速度感知单元20(请参考图16)。
如上所述,上述位移限制器51,配置在与加速度感知单元20的悬臂22自由端222相 对应的一个侧面上。如图29所,该位移限制器51和加速度感知单元20中的延伸部282(制 动器52)之间的间隔d1,可以设定为0.4mm。
另一方面,配设在悬臂22自由端222上的磁铁体21a(b)和位移限制器51之间的间 隔d2可设定为0.18mm,悬臂22自由端222和位移限制器52(延伸部282)之间的间隔d3 可设定为0.08mm。
此外,对于设置了位移限制器51的IC基板10的立设方向的长度w3,最好与支持部 件280的立设方向的长度相同,比如说可以设定为0.55mm。另一方面,与悬臂22相垂直 方向的长度h3可设定为0.5mm;与悬臂22相平行方向的长度a3可设定为0.9mm。
再者,位移限制器51和支持部件280,其材质可以使用Si()。
本实施例的加速度传感器1,在设置了检出周边外界磁场X轴方向成分的周边外界磁 场检出部43a和检出周边外界磁场Y轴方向成分的周边外界磁场检出部43b的基础上,还 追加设置了检出周边外界磁场Z轴方向成分的周边外界磁场检出部43c。
其他方面和实施例3一样。
在此还要说明的是,对于本实施例来说,如图30所示,如果加速度传感器1受到很 大的冲击,当很大的力量作用于悬臂22的时候,悬臂22自由端222与上述位移限制器51(或 者位移限制器52)相接触,可以防止悬臂产生超过必要值以上的位移量(过位移)。这样, 可以防止悬臂22产生过大的变形和破损。
并且,将上述位移限制器52与上述支持部件280做成一体,实现了上述位移限制器 52和上述支持部件280的一体化,这样,可以减少加速度传感器1的零部件数,既提高了 上述加速度传感器安装性,又有利于降低生产成本。
本实施例的其他方面和实施例3一样。
(实施例7)
如图31所示,本实施例是设置了从磁性检出头部23a(b)的输出电压中,减算周边外 界磁场检出部43a(b)的输出电压的减算回路61的加速度传感器1的实施例。
上述减算回路61中,组合了如图31中所示的电子回路6。并且,电子回路6由信号 发生器62、控制处理磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的输出信号的 信号处理部63和上述减算回路61所组成。
上述信号发生器62的功能是产生的脉冲信号,分别输入磁性检出头部23a(b)和周边 外界磁场检出部43a(b)中的感磁体24、44;上述信号处理部63的功能是通过与脉冲信 号的输入联动的同步检波器631读取磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b) 的输出电压,再通过放大器632进行增幅放大。
并且,设置了两个上述信号处理部63中,分别与磁性检出头部23a(b)和周边外界磁 场检出部43a(b)相对应,通过两个上述信号处理部63分别对磁性检出头部23a(b)和周 边外界磁场检出部43a(b)的输出信号进行处理,然后输入到上述减算回路61。此后,在 减算回路61中,实施从磁性检出头部23a(b)的输出信号中减算周边外界磁场检出部43 a(b)的输出信号的减算处理,最终输出检测信号。
本实施例的其他方面的构成和实施例1一样。
因为,本实施例使用上述减算回路61,从磁性检出头部23a(b)的输出信号中减去了 周边外界磁场的影响部分,所以,可以容易保证精确地检测出加速度。
本实施例的其他其他作用效果和实施例1一样。
(实施例8)
如图32~图36所示,本实施例是将磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43 a(b)做为一体,实现了一体化的差动型MI元件29的实施例。
如图32、图33所示,磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)共同使用 一个感磁体24。在该感磁体的外周,分别旋绕了电磁线圈25、45。其中电磁线圈25部分 为磁性检出头部23a(b)所有;电磁线圈45部分为周边外界磁场检出部43a(b)。并且, 上述磁性检出头部23a(b)所有的电磁线圈25的一端和上述周边外界磁场检出部43a(b) 所有的电磁线圈45的一端相连接。
并且,磁性检出头部23a(b)所有的电磁线圈25的旋绕方向与周边外界磁场检出部 43a(b)所有的电磁线圈45旋绕方向相反。换句话说,在电磁线圈25的一端和电磁线圈 45的一端的连接部就是旋绕方向的转换部252,即,以旋绕方向转换部252位转换点,实 现线圈旋绕方向的转换。当相同的磁场作用于磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出 部43a(b)的时候,由于具有以上所述电子线圈旋绕方向的组合,使磁性检出头部23a(b) 和周边外界磁场检出部43a(b)分别输出方向相反的输出电压。
上述电磁线圈的形成方法与实施例1一样。电磁线圈25、45的线宽度和线间距均为 25μm。图33中,为了清楚地表示出线间距,有意夸大了线间距。
此外,如图34所示,差动型MI元件29中,磁性检出头部23a(b)被配置在朝向悬臂 22的磁铁体21a(b)的方向上。
还需要说明的是,上述差动型MI元件29中的磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场 检出部43a(b)之间呈对称状态。这样,当相同的磁场作用于磁性检出头部23a(b)和周 边外界磁场检出部43a(b)的时候,连续形成的电磁线圈25、45两端的电极251、253上 将不会产生电位差。
图36中的虚线B1、B2分别表示了当相同的磁场作用于磁性检出头部23a(b)和周边 外界磁场检出部43a(b)的时候,磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b) 上分别产生的大小相同方向相反的输出电压。图中所示的这些电压(B1、B2)分别是电极 251和旋绕方向转换部252之间、以及旋绕方向转换部252和电极253之间产生的电压。
但是,由于磁性检出头部23a(b)的电磁线圈25的一端和周边外界磁场检出部43a (b)的电磁线圈45的一端相连接,所以上述两个电压相互抵消,最终,如图36中的实线 B0所示,不产生输出电压。
在此,需要追加说明的是,以前所述的图7中所示的实线的曲线和虚线的曲线,分别 表示了同一的磁场作用于磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的时候, 电磁线圈25、45上产生输出电压。
当作用于磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的磁场在感磁体24的 轴向分量产生误差的时候,电磁线圈25、45的两端电极251、253上将产生电位差。换句 话说,周边外界磁场以外的磁场(例如悬臂22的磁铁体21a(b)产生的磁场)作用于磁性 检出头部23a(b)的时候,差动型MI元件29中的电磁线圈25、45的两端将产生电位差。
上述差动型MI元件29被组合在如图37所示的电子回路60之中。即,电子回路60 由差动型MI元件29、信号发生器62和信号处理部63所构成。
从信号发生器62中产生的脉冲信号,被输入到差动型MI元件29的感磁体24。上述 信号处理部63,通过与脉冲信号的输入联动的同步检波器631读取电磁线圈25、45两端 的输出电压,再通过放大器632进行增幅放大。
当然,在有些情况下,不能保证磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b) 的对称性,即,当相同的磁场作用于磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b) 的时候,电极251、253上将会产生电位差。本实施例,也可以具有上述构成。
本实施例的其他方面的构成和实施例1一样。
综上所述,本实施例,采用简易的构成,就可以补正来至于周边外界磁场的影响,从 而可以精确地检测出加速度。
使用本实施例的上述构成,即使在周边外界磁场很大的时候,也可以充分地补正周边 外界磁场所带来的影响。即,使用MI元件检测周边外界磁场的时候,限定了可以直接检 测出的周边外界磁场的大小。特别是,当提高检测灵敏度和电子回路的饱和的时候,使可 以检测的周边外界磁场的大小范围变得较窄。其结果,从由MI元件构成的周边外界磁场 检出部中抽出输出信号后,再从磁性检出头部的输出信号中减算周边外界磁场检出部的输 出信号进行补正处理的时候,可以补正的周边外界磁场的大小已经被限定了。
因此,如上所述,使用本实施例的上述构成,可以在充分抑制了来自于周边外界磁场 影响所带来的输出电压的状态下,仅输出与磁铁体21a(b)所产生的磁场相对应的电压。 这样,排除了周边外界磁场大小的影响,确保了高精度地检测出被测作用加速度。
以上所述的作用效果,对使用MI元件来检测与悬臂22的磁铁体21a(b)的微小位移 相对应的微小磁场变化所构成的传感器来说,具有极其重要的意义。
并且,由于实现了磁性检出头部23a(b)的感磁体24和周边外界磁场检出部43a(b) 的感磁体24的一体化,实现了加速度传感器1的小型化,减少了组装零部件数量。此外 还可以防止磁性检出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)的性能的不均匀性,从 而可以保证得到检测精度高的加速度传感器1。
本实施例的其他其他作用效果和实施例1一样。
(实施例9)
如图38所示,本实施例是将磁性检出头部23a(b)的感磁体24和周边外界磁场检出 部43a(b)的感磁体44分别制作,并配置在同一直线上的实施例。
此外,在本实施例中,将上述感磁体24和感磁体24进行电性串联连接。
本实施例的其他方面的构成和实施例8一样。
并且,使用本实施例,可以得到与实施例8一样的作用效果。
(实施例10)
如图39、图40所示,本实施例是将磁性检出头部23a(b)的感磁体24和周边外界磁 场检出部43a(b)的感磁体44进行并联配置的实施例。
此外,在本实施例中,上述感磁体24和感磁体24之间相互平行配置。并且,将上述 感磁体24和感磁体24进行电性串联连接。
本实施例的其他方面的构成和实施例8一样。
使用本实施例,可以得到与实施例8一样的作用效果。并且,与实施例9相比,本实 施例可以实现悬臂22和磁性检出头部23a(b)、以及周边外界磁场检出部43a(b)配置的 小型紧凑化。
(实施例11)
如图41~图44所示,本实施例是规定了由Ni-P构成的、并具有开口部225的悬臂 22的断面尺寸的实施例。
即,本实施例的悬臂22上,在固定端221和自由端222之间设置了开口部225,在该 开口部225的两长边(呈夹着该开口部225的状态),具有连接固定端221和自由端222 的一对框架部226。如图43、图44所示,该框架部226在与悬臂22较长方向相垂直的断 面形状的设定如下:当最厚部分厚度H1和最薄部分厚度H2的差为h、宽度为Wf的时候, 其尺寸选择范围满足,20μm≤Wf≤150μm、h/H2≤0.15。
上述悬臂22可以使用电镀法来形成,但是,由于电镀法的不均匀性,如图43、图44 所示,在框架部226,其厚度将产生大小不均匀的现象。对厚度不均匀性差的框架部226 来说,当受到弯曲的时候,该框架部226将产生过大的应力。因此,框架部226的厚度不 均匀性应该控制在上述很小的范围内,这样可以抑制框架部226所产生的应力。
框架部23中上述厚度H1、H2分别为2~5μm,悬臂22的宽度W为350~1000μm。 并且,开口部225的长度L0为0.1~0.8mm。
本实施例的其他方面的构成和实施例3一样。
使用本实施例上述的构成,可以得到既具有卓越柔软性,又具有高强度的悬臂22。即, 在增大了相对于加速度的悬臂22位移的同时,又保证得到了具有卓越耐久性的悬臂22。
特别是,框架部226的厚度不均匀性控制在h/H2≤0.15这样小的范围内,抑制了悬 臂22受到弯曲时所产生的应力,可以有效地防止悬臂22破损。
本实施例的其他作用效果与实施例3一样。
(实施例12)
本实施例是使用了含有35~50%(重量百分比)的Ti的Ni-Ti合金构成悬臂22的实 施例。
在本实施例中,悬臂22的厚度为0.1~6μm。并且,本实施例所述的悬臂22可以采 用喷溅(飞溅)法来形成悬臂22。
本实施例的其他方面的构成和实施例3一样。
并且,本实施例可以得到具有良好形状记忆特性的悬臂22。因此,即使是在反复使用 悬臂22的状态下,也可以防止悬臂22自由端222位置错位,从而可以保持精确的计测精 度。
此外,由于上述悬臂22的厚度设定为0.1~6μm,这样的设定条件下,可以得到既具 有卓越柔软性,又具有高强度的悬臂。
本实施例的其他作用效果与实施例3一样。
(实施例13)
本实施例是采用FePt、或者NdFeB来构成磁铁体21a(b)的实施例。
本实施例,可以在悬臂22的自由端222上,使用喷溅(飞溅)法形成上述磁铁体21 a(b)。
上述磁铁体21a(b)的长度L可以设定为0.2~0.6mm;宽度W可以设定为0.05~0.8mm; 高度H可以设定为5~200μm。在此,长度L、宽度W、以及高度H的定义与参照实施例5 (请参照图25)。
并且,作为上述磁铁体21a(b)的具体形状尺寸例是,L=0.4mm、W=0.5mm、H=80μm。
本实施例的其他方面的构成和实施例3一样。
使用本实施例构成,可以确保上述磁铁体21a(b)的磁性能,从而可以保证得到检测 精度高的加速度传感器。
由于本实施例,可以使磁铁体21a(b)的小型化,从而也可以实现零部件的小型化。
本实施例的其他作用效果与实施例3一样。
本发明,可以根据实际需要来适当组合上述各实施例的形态。例如,既可以实施上述 实施例2和实施例3的组合,也可以使用上述实施例12和实施例13的组合。
此外,上述实施例9~11中,作为差动型MI元件29的一部分来形成周边外界磁场检 出部43a(b),实际上也可以如实施例1中所述的那样,分别配设各自为独立体的磁性检 出头部23a(b)和周边外界磁场检出部43a(b)。在这种情况下,既可以理解为作为差动 型MI元件29的一部分的周边外界磁场检出部43a(b)来补正直接作用于磁性检出头部的 周边外界磁场的影响,也理解为单独设置的磁性检出头部23a(b)来补正由于周边外界磁 场的作用使磁铁体21a(b)产生的位移部分。
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