伺服式加速度傳感器的製造方法

2023-09-18 00:48:40

伺服式加速度傳感器的製造方法
【專利摘要】伺服式加速度傳感器具備：根據加速度進行位移的振子部（6），支撐振子部（6）的框部（7），通過靜電電容的變化檢測振子部（6）的位移的位移檢測部（16a、16b），以及根據位移檢測部（16a、16b）檢測到的靜電電容的變化量、向設置于振子部（6）的線圈（13a）供給控制振子部（6）的位移的電流的伺服電路部，將伺服電路部供給的電流作為加速度輸出。振子部（6）和框部（7）通過由一對振子部用印刷基板（12a、12b）和一對框部用印刷基板（17a、17b）夾入金屬薄板部件（11）而形成。
【專利說明】伺服式加速度傳感器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在地震儀等中應用的伺服式加速度傳感器。

【背景技術】
[0002] 靜電電容型的伺服式加速度傳感器，當施加加速度時，振子部相對於框部將發生 位移，然而通過靜電電容的變化檢測該位移，在振子部具備的線圈中流過與靜電電容的變 化相應的電流而產生電磁力，振子部表觀上呈靜止狀態。由於該電流與加速度成比例，因此 只要測定電流，就能夠知道加速度。
[0003] 在專利文獻1 (日本專利第2861694號公報）中，記載了一種伺服式振動傳感器， 由形成有線圈圖案的多個基板構成振蕩器(振子部)，作為該振蕩器(振子部）的支撐體，在 振蕩器(振子部）的一端側設置有可撓性的彈簧，該彈簧也作為線圈圖案的配線材料發揮功 能。
[0004] 另外，在專利文獻2 (日本專利第2913525號公報）中，記載了一種測斜儀，該測斜 儀的結構是：可動板(振子部）與鉸鏈設置為分體，由可撓板(金屬的彈簧材料）形成支撐可 動板(振子部）的鉸鏈，利用英文的"U"字形的（日語的""字形）夾子部件將該可撓板固定 於可動板(振子部）和固定板(框部)。
[0005] 在專利文獻1記載的技術中，通過磁力對振蕩器(振子部)進行控制驅動，但該驅動 力與線圈的匝數、間隙磁場以及流過線圈的電流成比例。這種部件結構難以確保間隙磁場 (例如5000高斯)、難以確保線圈圖案的匝數(例如600圈)，需要流過大量電流，因此難以實 用化。
[0006] 另外，在專利文獻2記載的技術中，是利用"U"字形的夾子部件將可撓板分別固定 於固定板和可動板的結構，因此部件個數增加，組裝操作也不容易，不面向小型化，組裝工 時也增加。


【發明內容】

[0007] 本發明是鑑於現有技術所具有的以上問題而完成的發明，其目的在於提供一種能 夠由廉價的部件構成、並且易於組裝和調節的伺服式加速度傳感器。
[0008] 解決上述課題的方式的伺服式加速度傳感器具備：振子部，根據加速度進行位移； 框部，支撐所述振子部；位移檢測部，通過靜電電容的變化對所述振子部的位移進行檢測； 以及伺服電路部，根據所述位移檢測部檢測到的靜電電容的變化量，向設置於所述振子部 的線圈供給控制所述振子部的位移的電流，伺服式加速度傳感器將所述伺服電路部供給的 電流作為加速度輸出，其特徵在於，所述振子部和所述框部通過由一對振子部用印刷基板 和一對框部用印刷基板夾入金屬薄板部件而形成，所述振子部的表面與所述框部的表面配 置於同一平面，所述振子部通過所述金屬薄板部件被所述框部支撐，所述金屬薄板部件上 形成有可撓部，所述可撓部兼作所述位移檢測部的電極配線部和所述線圈的配線部，並且 能夠彎曲撓曲。
[0009] 所述位移檢測部能夠由在所述一對振子部用印刷基板上分別形成的電極和與這 些電極相對的各個殼體構成。
[0010] 所述各個殼體中的至少一個能夠構成磁路。
[0011] 在所述框部與所述各個殼體之間夾入配置有墊片，通過所述墊片的厚度，能夠設 定所述位移檢測部的電極間間隙。
[0012] 所述振子部的前端側形成有凸部，在所述框部的所述凸部朝向的位置形成有切口 部，構成所述凸部及所述切口部的所述金屬薄板部件，能夠分別從所述振子部用印刷基板 及所述框部用印刷基板突出。
[0013] 所述電極配線部能夠至少一部分彎曲而形成。此外，"彎曲而形成"包括，附加折線 後彎曲而形成和不附加折線使其彎曲而形成。
[0014] 所述金屬薄板部件的被所述振子部用印刷基板和所述框部用印刷基板夾著的面 能夠形成多個孔。
[0015] 根據上述的方式，由於通過由一對振子部用印刷基板和一對框部用印刷基板夾持 金屬薄板部件而構成振子部和框部，因此振子部和框部的組裝操作變得容易，並且能夠由 廉價的部件構成。
[0016] 通過將分別形成於一對振子部用印刷基板的電極與各個殼體相對設置，能夠形成 較小的位移檢測部。
[0017] 由於各個殼體的至少一個構成磁路，因此能夠由殼體形成磁場。
[0018] 另外，如果根據墊片的厚度設定位移檢測部的電極間間隙，則電極間的間隙調整 變得容易。
[0019] 如果在振子部的前端側形成凸部，並且在框部形成該凸部朝向（面對）的切口部， 則能夠容易地確認振子部相對於框部的位置偏移。
[0020] 如果電極配線部的至少一部分彎曲而形成，則通過釋放組裝時和拉伸等產生的壓 力，能夠防止振子部的偏移。
[0021] 另外，如果在所述金屬薄板部件的被所述振子部用印刷基板與所述框部用印刷基 板夾著的面形成多個孔，則當塗布粘結劑使一對振子部用印刷基板和一對框部用印刷基板 互相粘結並緊貼時，由於粘結劑進入孔內並在孔中固化，因此能夠獲得充分的粘結力（錨固 效果)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明涉及的伺服式加速度傳感器的簡要截面圖。
[0023] 圖2是傳感器的簡要截面圖。
[0024] 圖3是金屬薄板部件的俯視圖。
[0025] 圖4是振子部用印刷基板的俯視圖。
[0026] 圖5是框部用印刷基板的俯視圖。
[0027] 圖6是塗布有粘結劑的振子部用印刷基板和框部用印刷基板的俯視圖。
[0028] 圖7是第一組裝夾具的說明圖。（a)是第一組裝夾具的俯視圖，（b)是第一組裝夾 具的側視圖，（c)是將振子部用印刷基板和框部用印刷基板放置於第一組裝夾具的狀態的 俯視圖。
[0029] 圖8是將金屬薄板部件放置于振子部用印刷基板和框部用印刷基板的狀態的俯 視圖。
[0030] 圖9是將振子部用印刷基板和框部用印刷基板放置於金屬薄板部件的狀態的俯 視圖。
[0031] 圖10是第二組裝夾具的說明圖。（a)是第二組裝夾具的俯視圖，（b)是第二組裝 夾具的側視圖，（c)是將第二組裝夾具固定於第一組裝夾具的狀態的俯視圖，（d)是將第二 組裝夾具固定於第一組裝夾具的狀態的側視圖。
[0032] 圖11是振子部和框部的俯視圖。
[0033] 圖12是振子部的前端凸部和框部的切口部的擴大圖。
[0034] 圖13是安裝有線圈的振子部的截面圖。
[0035] 圖14是第一殼體的說明圖。（a)是俯視圖，（b)是截面圖。
[0036] 圖15是第二殼體的說明圖。（a)是俯視圖，（b)是截面圖。
[0037] 圖16是墊片的俯視圖。
[0038] 圖17是基座郃件的說明圖。（a)是俯視圖，（b)是截面圖。

【具體實施方式】
[0039] 下面根據附圖對本發明的實施的方式進行說明。實施方式的伺服式加速度傳感器 1，如圖1所示，包括傳感器部2、伺服電路部3、外殼4以及基座部件5。傳感器部2安裝於 基座部件5,伺服電路部3安裝於傳感器部2。
[0040] 如圖2所不，傳感器部2包括振子部6、框部7、第一殼體8、第二殼體9、兩個墊片 10a、10b等。傳感器部2的形狀形成大致圓筒形，高度為約15mm，外徑為約23mm。
[0041] 振子部6以及框部7通過一對振子部用印刷基板12a、12b及框部用印刷基板17a、 17b分別將金屬薄板部件11夾住並粘結。在形成振子部6的兩表面的振子部用印刷基板 12a、12b安裝有線圈13a、13b。
[0042] 此處，印刷基板是指在絕緣體的表面和裡面、或者絕緣體的內部用銅箔等進行電 路的配線的基板。振子部用印刷基板12a、12b是用于振子部6的印刷基板。框部用印刷基 板17a、17b是用於框部7的印刷基板。
[0043] 設置于振子部用印刷基板12a、12b的電極14a、14b，配置于振子部6的通過金屬 薄板部件11被框部7支撐的一側的相反側的端部附近的兩表面。與這些電極14a、14b相 對的第一殼體8的表面15a以及第二殼體9的表面15b，形成檢測靜電電容的位移檢測部 16a、16b〇
[0044] 另外，框部7間隔著墊片10a、10b被夾入第一殼體8和第二殼體9。
[0045] 如圖3所示，金屬薄板部件11形成有成為振子部6的振子部側部位11a，以及成為 框部7的框部側部位lib。在金屬薄板部件11形成有兼作線圈13a、13b的配線的兩處可撓 部11c、lld，以及成為位移檢測部16a、16b的電極14a、14b的配線的電極配線部lie、Ilf。 可撓部11c、lld，能夠彎曲撓曲。
[0046] 兼作配線的可撓部llc、lld與電極配線部lle、llf被與伺服電路部3配線。金屬 薄板部件11的振子部側部位11a和框部側部位lib各自形成有兩個(總計四個)導孔llg。 此外，在圖3這種形狀的情況下，在組裝操作中切斷金屬薄板部件11的不需要的部分llh 及 lli。
[0047] 可撓部1 lc、1 Id的可撓性的調整，通過對金屬薄板部件11的板厚以及可撓部1 lc、 lid的寬度進行調整而變得容易，質量的偏差減少。另外，位移檢測部16a、16b的電極14a、 14b的電極配線部lle、llf例如通過採用呈大致"U"字形狀彎曲的形狀而釋放組裝時附加 的壓力，從而能夠防止振子部6的扭曲等。
[0048] 如圖4所示，在振子部用印刷基板12a、12b形成有兩個導孔12c以及貫通孔12d。 另外，在振子部用印刷基板12a、12b形成有弓形的電極14a、14b以及三個線圈定位用銅箔 圖案14c。此外，在振子部用印刷基板12a、12b的與金屬薄板部件11的振子部側部位11a 粘結的粘結面(裡面）沒有電極14a、14b和銅箔圖案14c。
[0049] 如圖5所示，在框部用印刷基板17a、17b形成有兩個導孔17c。另外，在與墊片 10a、10b接觸的框部用印刷基板17a、17b的面(表面)，以與振子部用印刷基板12a、12b的電 極14a、14b相同的厚度，幾乎覆蓋整個面地形成有銅箔圖案17d。此外，在框部用印刷基板 17a、17b的與金屬薄板部件11的框部側部位lib粘結的粘結面(裡面）沒有銅箔圖案17d。
[0050] 接下來，對實施方式的伺服式加速度傳感器1的組裝操作順序進行說明。首先，為 了組裝構成傳感器部2的振子部6與框部7,如圖6所示，在振子部用印刷基板12a、12b的 裡面規定的位置塗布粘結劑18。同樣地，在框部用印刷基板17a、17b的裡面規定的位置塗 布粘結劑18。加熱固化型的環氧樹脂類粘結劑適合作為粘結劑18。
[0051] 接著，如圖7 (a)、（b)所示，準備有設置了螺絲孔20a與四根引導銷20b的第一組 裝夾具20。然後，如圖7 (c)所示，在第一組裝夾具20上，將塗布有粘結劑18的面(裡面） 朝上，將振子部用印刷基板12a的導孔12c和框部用印刷基板17a的導孔17c分別穿過引 導銷20b，放置一個振子部用印刷基板12a和一個框部用印刷基板17a。
[0052] 接著，如圖8所示，在將粘結劑塗布面朝上放置在第一組裝夾具20上的振子部用 印刷基板12a和框部用印刷基板17a上放置金屬薄板部件11。此時，切掉金屬薄板部件11 的不需要的部分lli，分別將兩個導孔llg穿過第一組裝夾具20的引導銷20b並放置金屬 薄板部件11。此外，圖8所示的金屬薄板部件11是切掉不需要的部分llh前的狀態。
[0053] 接著，如圖9所示，將另一個振子部用印刷基板12b和另一個框部用印刷基板17b 的粘結劑塗布面(裡面）朝下，分別將印刷基板12b、17b的導孔12c、17c穿過第一組裝夾具 20的引導銷20b並放置在金屬薄板部件11上。
[0054] 接著，如圖10 (a)、（b)所示，準備有設置了貫通孔21a和四個孔21b的第二組裝 夾具21以及緊固螺栓22。此外，孔21b起在放置第二組裝夾具21時使第二組裝夾具21不 碰到第一組裝夾具20的引導銷20b的作用。然後，使第一組裝夾具20的螺絲孔20a和貫 通孔21a以及引導銷20b和孔21b的位置對準，將第二組裝夾具21放置在振子部用印刷基 板12b和框部用印刷基板17b上。此外，孔21b是能夠以具有間隙的狀態嵌入的孔，嵌入物 與被嵌入物能夠互相移動。
[0055] 並且，如圖10 (c)、（d)所示，將緊固螺栓22穿過第二組裝夾具21的貫通孔21a、 振子部用印刷基板12b的貫通孔12d、金屬薄板部件11的中央部、振子部用印刷基板12a的 貫通孔12d，與第一組裝夾具20的螺絲孔20a螺紋結合併以規定的扭矩緊固。在此，雖然使 用了緊固螺栓22,但也可以不用緊固螺栓22緊固，而將第二組裝夾具21作為砝碼施加一定 負荷。
[0056] 這樣，利用第一組裝夾具20和第二組裝夾具21，將金屬薄板部件11以及塗布有粘 結劑18的一對振子部用印刷基板12a、12b和一對框部用印刷基板17a、17b在以規定的壓 力夾住的狀態下通過規定的條件加熱固化。
[0057] 另外，如果在金屬薄板部件11的整個粘結面形成多個未圖示的微小孔(例如一邊 為0. 2mm的方孔)，則當塗布有粘結劑18的振子部用印刷基板12a、12b以及框部用印刷基 板17a、17b通過利用第一組裝夾具20、第二組裝夾具21及緊固螺栓22的緊固粘結於金屬 薄板部件11時，由於粘結劑18進入微小孔並在孔中加熱固化，因此既能夠防止粘結劑18 溢出和起因於粘結的翹曲，又能夠得到充分的粘結力(錨固效果)。
[0058] 另外，如果振子部用印刷基板12a、12b和框部用印刷基板17a、17b是玻璃環氧基 板，則也可以不使用粘結劑18,而使振子部用印刷基板12a、12b及框部用印刷基板17a、17b 與金屬薄板部件11熱熔接。
[0059] 通過如上所述的組裝，即使振子部用印刷基板12a、12b及框部用印刷基板17a、 17b稍微翹曲，通過固化時的加熱，振子部6和框部7的平坦性也變好，能夠得到基本相同的 平面。另外，振子部6通過金屬薄板部件11的可撓部11c、lid被框部7支撐，形成相對於 金屬薄板部件11對稱性良好的一體結構。
[0060] 接著，如圖11所示，粘結劑18固化後，將振子部6和框部7從安裝夾具20、21卸 下，切掉金屬薄板部件11的不需要的部分llh。
[0061] 通過利用上述步驟的組裝操作，振子部6和框部7形成一體結構。然後，如圖12 所示，在振子部6的前端側形成凸部6a，並且在該凸部6a面對的框部7 (在凸部6a的前端 所朝向的位置)形成切口部7a，使構成凸部6a及切口部7a的金屬薄板部件11的振子部側 部位11a及框部側部位lib分別從振子部用印刷基板12a、12b及框部用印刷基板框部用印 刷基板17a、17b突出，因此容易確認振子部6和框部7在位移方向的位置偏移。
[0062] 接著，如圖13所示，將線圈13a、13b對準成為振子部6的兩表面的振子部用印刷 基板12a、12b的線圈定位銅箔圖案14c進行放置，並通過粘結劑粘結。為了保持平衡，在振 子部6的兩表面安裝線圈13a、13b。然後，僅將一側的線圈13a與兼作配線的可撓部11c、 lid電連接。此外，也可以將兩面的線圈13a、13b與可撓部llc、lld連接。
[0063] 通過在振子部用印刷基板12a、12b形成定位用的銅箔圖案14c，由於銅箔圖案14c 與振子部用印刷基板12a、12b相比呈凸狀態(突出約75 μ m)，因此線圈13a、13b能夠容易 地定位。
[0064] 接著，如圖14所示，預先形成構成磁路的第一殼體8。第一殼體8的材料使用飽 和磁通密度高的軟磁性材料(例如，電磁軟鐵)。在中央部設置磁石(例如，稀土類磁石）25。 第一殼體8設置為將線圈13a包圍，向線圈13a所位於的間隙賦予規定的磁場。第一殼體 8具有與第二殼體9的結合用螺絲孔8a和導孔8b。
[0065] 另外，如圖15所示，預先形成第二殼體9。第二殼體9雖然不構成磁路，但如果也 使用線圈13b則也可以與第一殼體8同樣地構成。為了獲得熱平衡，材料使用與第一殼體 8相同的材料。第二殼體9具有與第一殼體8的結合用孔9a和導孔9b。
[0066] 接著，使用引導銷(未圖示)和結合螺栓(未圖示)，間隔著兩個墊片10a、10b通過第 一殼體8和第二殼體9夾入利用一對框部用印刷基板17a、17b夾住並粘結有金屬薄板部件 11的框部7。墊片10a、10b使用薄板且非磁性的金屬材料。如圖16所示，墊片10a、10b是 與框部用印刷基板17a、17b幾乎相同的形狀，但是形成為無切口的形狀。墊片10a、10b具 有結合用孔l〇c和導孔10d。
[0067] 然後，在由設置于振子部6的一個表面的電極14a和與電極14a相對的第一殼體 8的表面15a構成的位移檢測部16a，利用墊片10a的厚度調節靜電電容以便獲得所希望的 靜電電容。同樣，在由設置于振子部6的另一個表面的電極14b和第二殼體9的表面15b 構成的位移檢測部16b，利用墊片10b的厚度調節靜電電容以便獲得所希望的靜電電容。此 夕卜，墊片10a、10b採用相同的厚度，但是也可以根據需要採用不同的厚度。
[0068] 如上所述，通過使用墊片10a、10b，獲得所希望的靜電電容的調節變得容易。此外， 在位移檢測部16a、16b，將殼體8、9的表面15a、15b接地。
[0069] 接著，伺服電路部3安裝於第二殼體9。另外，線圈13a通過兼作金屬薄板部件11 的配線的可撓部llc、lld連接於伺服電路部3。位移檢測部16a、16b的電極14a、14b通過 電極配線部lle、llf連接於伺服電路部3。
[0070] 接著，在圖17所示的基座部件5上，利用結合用孔5a通過螺絲對安裝有伺服電路 部3的傳感器部2進行三點固定。此時，使用設置於基座部件5的三處的角度調節用螺絲 孔5b，對組裝時產生的微小的敏感軸的偏移，通過螺絲的進退調節，能夠容易地改變相對於 基座部件5的傳感器部2的安裝角度，因此振子部6的位置校正成為可能。
[0071] 接著，在固定有傳感器部2的基座部件5上，利用結合用孔5c通過螺絲對外殼4 進行四點固定。外殼4的外形為大致長方體形狀，但也可以是圓筒形狀。材料由於使用鋁， 既能夠利用屏蔽效果減少噪聲的產生及噪聲的影響，又能夠輕量化，並且廉價。如果是磁性 材料，則能夠降低磁噪聲的影響。如果在使用條件下沒有變形且相對於溫度等穩定，則也可 以使用工程塑料。根據所需進行選擇即可。
[0072] 如基於上述步驟的組裝操作所示，將振子部6和框部7利用第一組裝夾具20和第 二組裝夾具21夾住並緊固或者通過一定負荷加壓，並對粘結劑18進行加熱固化，因此振子 部6和框部7大體成為同一平面，通過將規定厚度的墊片10a、10b分別夾在框部7與第一 殼體8及框部7與第二殼體9之間，能夠容易地設定要求的靜電電容。
[0073] 另外，即使是在振子部6及框部7使用印刷基板12a、12b、17a、17b的結構，由於能 夠獲得_50°C?100°C的耐熱性，因此針對地震儀的要求規格也能夠獲得充分的溫度範圍。
[0074] 根據本實施方式，能夠提供一種使用廉價的構成部件、並且組裝操作/調節操作 容易的伺服式加速度傳感器。
[0075] 符號說明
[〇〇76] 1伺服式加速度傳感器；2傳感器部；3伺服電路部；4外殼；5基座部件；6振子部； 6a凸部；7框部；7a切口部；8第一殼體；9第二殼體；10a、10b墊片；11金屬薄板部件；11a 振子部側部位；lib框部側部位；11c、lid可撓部；lie、Ilf電極配線部；llg、12c、17c導孔； 12d、21a貫通孔；12a、12b振子部用印刷基板；13a、13b線圈；14a、14b電極；15a、15b表面； 16a、16b位移檢測部；17a、17b框部用印刷基板；18粘結劑；20第一組裝夾具；20a螺絲孔； 20b引導銷；21第二組裝夾具；21b導孔；22緊固螺栓。
【權利要求】
1. 一種伺服式加速度傳感器，具備：振子部，根據加速度進行位移；框部，支撐所述振 子部；位移檢測部，通過靜電電容的變化檢測所述振子部的位移；以及伺服電路部，根據所 述位移檢測部檢測到的靜電電容的變化量，向設置於所述振子部的線圈供給控制所述振子 部的位移的電流，所述伺服式加速度傳感器將所述伺服電路部供給的電流作為加速度輸 出， 其特徵在於， 所述振子部和所述框部通過由一對振子部用印刷基板和一對框部用印刷基板夾入金 屬薄板部件而形成， 所述振子部的表面和所述框部的表面配置於同一平面， 所述振子部通過所述金屬薄板部件被所述框部支撐， 所述金屬薄板部件上形成有可撓部，所述可撓部兼作所述位移檢測部的電極配線部和 所述線圈的配線部，並且能夠彎曲撓曲。
2. 根據權利要求1所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 所述位移檢測部由在所述一對振子部用印刷基板上分別形成的電極和與這些電極相 對的各個殼體構成。
3. 根據權利要求2所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 所述各個殼體中的至少一個構成磁路。
4. 根據權利要求2或3所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 在所述框部與所述各個殼體之間夾入配置有墊片，通過所述墊片的厚度，設定所述位 移檢測部的電極間間隙。
5. 根據權利要求1至3中任一項所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 在所述振子部的前端側形成有凸部， 在所述框部的、所述凸部朝向的位置形成有切口部， 構成所述凸部及所述切口部的所述金屬薄板部件分別從所述振子部用印刷基板及所 述框部用印刷基板突出。
6. 根據權利要求1至3中任一項所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 所述電極配線部至少一部分彎曲而形成。
7. 根據權利要求1至3中任一項所述的伺服式加速度傳感器，其特徵在於， 所述金屬薄板部件的被所述振子部用印刷基板和所述框部用印刷基板夾著的面上形 成有多個孔。
【文檔編號】G01P15/125GK104111352SQ201410146195
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2013年4月17日
【發明者】關淳 申請人:理音株式會社