JP2007256236A - Acceleration sensor - Google Patents

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Tsutomu Nakanishi
努 中西
Hideo Oogoshi
偉生 大越
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor that can reduce or prevent degradation in the detection accuracy and reduce, or prevent occurrence of interference with surrounding parts or the like. <P>SOLUTION: The x axis is set in the height method of cross sections of the first and second cantilever sections 2 and 3, x=0 is set at the upper ends of the cross sections of the cantilever sections 2 and 3; x=h is set at the lower ends of the cross sections of the cantilever sections 2 and 3, and the widths of the cross sections of the cantilever sections 2 and 3 are set to be W(x). At this time, the sectional shapes of the cantilever sections 2 and 3 are set so that W(x) ≤ W(0) or W (x) ≤ W(h) are established in the range of 0<x<h; and there exist (a) that establishes W(a) < W(0) and W(a) < W(h) which are established in the range of 0<a<h. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、主として自動車等のカーナビゲーションシステムや車両制御システム、あるいはカメラ等の手ブレ検知システム等に用いられる加速度センサに関するものである。   The present invention relates to an acceleration sensor mainly used in a car navigation system such as an automobile, a vehicle control system, or a camera shake detection system such as a camera.

片持ち梁の先端におもり部を設け、かつこの片持ち梁の上面にピエゾ抵抗素子を形成し、このピエゾ抵抗素子の抵抗値変化を検知することにより加速度を検出するようにした加速度センサは公知であり、そして片持ち梁部およびおもり部を2個設けた構成のものを公知である(特許文献1参照)。   An acceleration sensor is known in which a weight is provided at the tip of a cantilever and a piezoresistive element is formed on the upper surface of the cantilever, and the acceleration is detected by detecting a change in the resistance value of the piezoresistive element. And the thing of the structure which provided the two cantilever part and the weight part is well-known (refer patent document 1).

また、2軸方向の加速度を検出する加速度センサにおいて、片持ち梁部の断面形状を、ピエゾ抵抗素子を形成した面を底面とした三角形にしたり、ピエゾ抵抗素子を形成した面を上面としたアルファベットの「T」形状にしたりしたものも公知である(特許文献2参照)。
特開平4−130276号公報 特開平8−160067号公報
In addition, in an acceleration sensor that detects biaxial acceleration, the cross-sectional shape of the cantilever portion is a triangle with the surface on which the piezoresistive element is formed as the bottom surface, or the alphabet with the surface on which the piezoresistive element is formed as the upper surface. The “T” shape is also known (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 4-130276 JP-A-8-160067

加速度センサの性能向上を左右する要素としては、感度と、出力変化の大きさがあるが、感度を向上させるためには、おもり部を保持する片持ち梁部の剛性を低下させればよく、この場合には、加速度を検知する方向の片持ち梁部の幅を狭くすることが有力な方法である。   Factors that influence the performance improvement of the acceleration sensor include sensitivity and the magnitude of output change, but in order to improve the sensitivity, the rigidity of the cantilever part holding the weight part may be reduced, In this case, it is an effective method to reduce the width of the cantilever portion in the direction in which acceleration is detected.

一方、出力変化を大きくするためには、片持ち梁部の撓みが同じであってもピエゾ抵抗素子の歪みが大きくなるようにすればよく、そのためには片持ち梁部の剛性を低下させる方法もあるが、それ以外には片持ち梁部の中で最も歪みの大きい場所にピエゾ抵抗素子を形成することも有力な方法である。片持ち梁部の中で、最も歪みの大きい場所は、片持ち梁部の長さ方向では、片持ち梁部の根元部である。また、片持ち梁部の幅方向では、片持ち梁の中立面から最も離れた部分である。それは、加速度検知方向に位置する片持ち梁部の側面が該当する。しかしながら、この側面にピエゾ抵抗素子を形成することは、特に、薄膜形成法で行う際には困難であるため、ピエゾ抵抗素子は片持ち梁部の上面または下面の端に形成するのが現実的である。この場合、出力変化を大きくするために、片持ち梁部の幅を広くすると、その分ピエゾ抵抗素子の歪みが大きくなるが、反面片持ち梁部の幅を広くすると剛性が向上してしまい、感度を低下させてしまうものである。   On the other hand, in order to increase the output change, it is only necessary to increase the distortion of the piezoresistive element even if the bending of the cantilever is the same. For this purpose, a method of reducing the rigidity of the cantilever However, other than that, it is also effective to form a piezoresistive element in a place where the strain is the largest in the cantilever portion. Among the cantilever portions, the place with the largest strain is the root portion of the cantilever portion in the length direction of the cantilever portion. Further, in the width direction of the cantilever portion, it is the portion farthest from the neutral surface of the cantilever. This corresponds to the side surface of the cantilever portion located in the acceleration detection direction. However, since it is difficult to form a piezoresistive element on this side, particularly when performing a thin film formation method, it is practical to form the piezoresistive element at the upper or lower end of the cantilever portion. It is. In this case, if the width of the cantilever portion is increased in order to increase the output change, the distortion of the piezoresistive element is increased accordingly, but if the width of the cantilever portion is increased, the rigidity is improved. Sensitivity is lowered.

特許文献2には、目的は異なるが、片持ち梁部の断面形状を三角形にしたり、ピエゾ抵抗素子を形成した面を上面としたアルファベットの「T」形状にする構成が開示されている。この構成においては、片持ち梁部の剛性の低下と、ピエゾ抵抗素子の歪みの増大が可能になると思われる。   Patent Document 2 discloses a configuration in which the cross-sectional shape of the cantilever portion is a triangle, or an alphabetic “T” shape having a surface on which a piezoresistive element is formed as an upper surface, although the purpose is different. In this configuration, it is considered possible to reduce the rigidity of the cantilever portion and increase the distortion of the piezoresistive element.

しかしながら、このような断面形状の場合には、片持ち梁の上面部の剛性は高く、かつ下面部の剛性は低いため、加速度が加わったときに上面側の撓みは小さく、かつ下面側の撓みは大きくなってしまうもので、このように片持ち梁部は加速度の印加方向の撓みだけでなく、加速度の印加方向と直角な方向の撓みやねじれ等の変化も生じてしまい、検出精度の低下を招くことに繋がる。また、おもり部が加速度の印加方向と直角方向に変形することになるため、おもり部と周りの部品等との干渉も懸念されるものである。   However, in the case of such a cross-sectional shape, since the rigidity of the upper surface portion of the cantilever is high and the rigidity of the lower surface portion is low, the deflection on the upper surface side is small when acceleration is applied, and the deflection on the lower surface side is small. In this way, the cantilever part not only bends in the direction in which the acceleration is applied, but also changes in the direction perpendicular to the direction in which the acceleration is applied, such as bending and twisting, resulting in a decrease in detection accuracy. It leads to inviting. In addition, since the weight portion is deformed in a direction perpendicular to the direction in which the acceleration is applied, there is a concern about interference between the weight portion and surrounding components.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、検出精度の劣化を低減または防止し、かつ周りの部品等との干渉の発生も低減または防止することができる加速度センサを提供することを目的とするものである。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an acceleration sensor that can reduce or prevent deterioration of detection accuracy and can also reduce or prevent the occurrence of interference with surrounding components. To do.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、固定部と、この固定部に接続された片持ち梁部と、この片持ち梁部の先端に形成されたおもり部と、前記片持ち梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子とを備え、前記片持ち梁部が左右に撓むことにより加速度を検出する加速度センサにおいて、前記片持ち梁部の断面の高さ方向にx軸を設定し、前記片持ち梁部の断面の上端をx=0、前記片持ち梁部の断面の下端をx=hとし、かつ前記片持ち梁部の断面の幅をW(x)としたとき、前記片持ち梁部の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にしたもので、この構成によれば、前記片持ち梁部の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にしているため、片持ち梁部の上面の幅を広く取ることができ、これにより、ピエゾ抵抗素子の歪みが大きくなって出力変化を大きくすることができ、また片持ち梁部の上面と下面の間に、上面の幅および下面の幅より狭い部分を有しているため、その部分の剛性は低下することになり、これにより、感度を向上させることができ、さらに、下面の幅は片持ち梁部の断面幅の最狭部より広いため、下面部の剛性を向上させることができ、これにより、検出精度の低下の低減を図ることができるという作用効果を有するものである。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a fixed portion, a cantilever portion connected to the fixed portion, a weight portion formed at a tip of the cantilever portion, and the cantilever portion. An acceleration sensor that includes a piezoresistive element formed on an upper surface, and detects acceleration by bending the cantilever portion to the left and right, and sets an x-axis in a height direction of a cross section of the cantilever portion; When the upper end of the cross section of the cantilever portion is x = 0, the lower end of the cross section of the cantilever portion is x = h, and the width of the cross section of the cantilever portion is W (x), the piece When the cross-sectional shape of the cantilever portion is 0 <x <h, W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) is established, and W (a) <W (0) and W ( a) <W (h) is satisfied and 0 <a <h is present, and according to this configuration, the cross-sectional shape of the cantilever portion , 0 <x <h, W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) holds, and W (a) <W (0) and W (a) <W (h) Since the shape of a <0 <a <h exists, the width of the upper surface of the cantilever portion can be increased, thereby increasing the distortion of the piezoresistive element and changing the output. Since there is a portion between the upper surface and the lower surface of the cantilever portion that is narrower than the width of the upper surface and the width of the lower surface, the rigidity of that portion will be reduced. , The sensitivity can be improved, and the lower surface width is wider than the narrowest part of the cross-sectional width of the cantilever part, so that the rigidity of the lower surface part can be improved, thereby reducing the decrease in detection accuracy. It has the effect that it can aim at.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、片持ち梁部の断面形状を上下対称に構成したもので、この構成によれば、片持ち梁部の剛性が上下対称となるため、検知方向に加速度が印加された際に、片持ち梁部に印加方向と垂直方向の撓みやねじりが発生するということは理論上なくなり、これにより、検出精度の低下を防止することができるという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 2 of the present invention, in particular, the cross-sectional shape of the cantilever portion is configured to be vertically symmetrical. According to this configuration, the rigidity of the cantilever portion is vertically symmetrical. When acceleration is applied in the direction, it is theoretically no longer that the cantilever part bends or twists in the direction perpendicular to the applied direction, thereby preventing the detection accuracy from being lowered. It is what has.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、片持ち梁部の断面形状を左右対称に構成したもので、この構成によれば、検知方向と垂直な方向の加速度が印加された場合に、片持ち梁部が検知方向へ撓むことはないため、このような場合の誤検出を防止することができるという作用効果を有するものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is particularly configured such that the cross-sectional shape of the cantilever portion is symmetrical, and according to this configuration, when acceleration in a direction perpendicular to the detection direction is applied. Since the cantilever portion does not bend in the detection direction, there is an effect that it is possible to prevent erroneous detection in such a case.

本発明の請求項4に記載の発明は、特に、おもり部の断面を直方体形状にしたもので、この構成によれば、片持ち梁部の断面の中央部に上端および下端よりも幅を狭くした部分を設けて剛性を低下させつつも、おもり部の断面を直方体形状にしているため、おもり部の質量を減少させることなく、片持ち梁部の剛性を低下させることができ、これにより、感度を向上させることができるという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 4 of the present invention, in particular, the cross section of the weight portion has a rectangular parallelepiped shape. According to this configuration, the width is narrower than the upper end and the lower end at the center of the cross section of the cantilever portion. Since the cross section of the weight part has a rectangular parallelepiped shape, the rigidity of the cantilever part can be reduced without reducing the mass of the weight part. The effect is that the sensitivity can be improved.

本発明の請求項5に記載の発明は、特に、固定部に、片持ち梁部およびおもり部を複数接続したもので、この構成によれば、フルブリッジ回路を構成することができるため、より大きな出力変化を得ることができるという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 5 of the present invention, in particular, a plurality of cantilever portions and weight portions are connected to the fixed portion, and according to this configuration, a full bridge circuit can be configured. This has the effect of being able to obtain a large output change.

以上のように本発明の加速度センサは、固定部と、この固定部に接続された片持ち梁部と、この片持ち梁部の先端に形成されたおもり部と、前記片持ち梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子とを備え、前記片持ち梁部が左右に撓むことにより加速度を検出する加速度センサにおいて、前記片持ち梁部の断面の高さ方向にx軸を設定し、前記片持ち梁部の断面の上端をx=0、前記片持ち梁部の断面の下端をx=hとし、かつ前記片持ち梁部の断面の幅をW(x)としたとき、前記片持ち梁部の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にしているため、出力変化が大きくなって感度を向上させることができ、かつ検出精度の低下の低減を図ることができるという優れた効果を奏するものである。   As described above, the acceleration sensor according to the present invention includes the fixed portion, the cantilever portion connected to the fixed portion, the weight portion formed at the tip of the cantilever portion, and the upper surface of the cantilever portion. An acceleration sensor that detects acceleration by bending the cantilever portion to the left and right, and sets the x-axis in the height direction of the cross section of the cantilever portion, When the upper end of the cross section of the cantilever portion is x = 0, the lower end of the cross section of the cantilever portion is x = h, and the width of the cross section of the cantilever portion is W (x), the cantilever When the cross-sectional shape of the beam portion is 0 <x <h, W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) is established, and W (a) <W (0) and W (a ) <W (h) is satisfied so that 0 <a <h exists so that the output change becomes large and the sensitivity is improved. It is intended to achieve the excellent effect that can be, and it is possible to reduce the lowering of detection accuracy.

(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1、3、4、5に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the invention described in the first, third, fourth, and fifth aspects of the present invention will be described using the first embodiment.

図1は本発明の実施の形態1における加速度センサの平面図、図2は同加速度センサの片持ち梁部の断面図である。   FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a cantilever portion of the acceleration sensor.

図1において、1は固定部で、この固定部1はSiで構成された基板から形成されているものである。2は固定部1に形成された第1の片持ち梁部、3は固定部1に第1の片持ち梁部2と並ぶように形成された第2の片持ち梁部である。4は第1の片持ち梁部2の先端に形成された第1のおもり部、5は第2の片持ち梁部3の先端に形成された第2のおもり部で、この第2のおもり部5は第1のおもり部4と並ぶように形成されているものである。そして前記第1のおもり部4と第2のおもり部5の断面はそれぞれ直方体形状にしているものである。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fixing portion, and the fixing portion 1 is formed from a substrate made of Si. Reference numeral 2 denotes a first cantilever part formed on the fixed part 1, and reference numeral 3 denotes a second cantilever part formed on the fixed part 1 so as to be aligned with the first cantilever part 2. Reference numeral 4 denotes a first weight portion formed at the tip of the first cantilever portion 2, and reference numeral 5 denotes a second weight portion formed at the tip of the second cantilever portion 3. The part 5 is formed so as to be aligned with the first weight part 4. The cross sections of the first weight portion 4 and the second weight portion 5 are each a rectangular parallelepiped shape.

上記した固定部1、第1の片持ち梁部2、第2の片持ち梁部3、第1のおもり部4および第2のおもり部5は同一平面上に一体的に形成されているものである。また、前記第1の片持ち梁部2および第1のおもり部4と、第2の片持ち梁部3および第2のおもり部5は同じ向きに並べて構成されているものであり、さらに第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3、および第1のおもり部4と第2のおもり部5はそれぞれ形状が同一になるように構成されているものである。   The fixed portion 1, the first cantilever portion 2, the second cantilever portion 3, the first weight portion 4 and the second weight portion 5 are integrally formed on the same plane. It is. Further, the first cantilever part 2 and the first weight part 4, and the second cantilever part 3 and the second weight part 5 are arranged in the same direction. The one cantilever part 2 and the second cantilever part 3, and the first weight part 4 and the second weight part 5 are configured to have the same shape.

6および7はそれぞれ第1の片持ち梁部2の上面に形成された第1のピエゾ抵抗素子および第2のピエゾ抵抗素子、8および9は第2の片持ち梁部3の上面に形成された第3のピエゾ抵抗素子および第4のピエゾ抵抗素子である。これらの第1のピエゾ抵抗素子6、第2のピエゾ抵抗素子7、第3のピエゾ抵抗素子8および第4のピエゾ抵抗素子9は、いずれも歪みが生じると抵抗値が変化する特性を有しているものである。   Reference numerals 6 and 7 respectively denote a first piezoresistive element and a second piezoresistive element formed on the upper surface of the first cantilever part 2, and 8 and 9 denote an upper surface of the second cantilever part 3. A third piezoresistive element and a fourth piezoresistive element. The first piezoresistive element 6, the second piezoresistive element 7, the third piezoresistive element 8 and the fourth piezoresistive element 9 all have a characteristic that the resistance value changes when distortion occurs. It is what.

10は固定部1に形成された第1の印加電極、11は固定部1に形成された第1の中間電極、12は固定部1に形成された第1のグランド電極である。そして前記第1のピエゾ抵抗素子6は第1の印加電極10と第1の中間電極11との間に電気的に接続され、また第2のピエゾ抵抗素子7は第1の中間電極11と第1のグランド電極12との間に電気的に接続されるものである。   Reference numeral 10 denotes a first application electrode formed on the fixed part 1, 11 denotes a first intermediate electrode formed on the fixed part 1, and 12 denotes a first ground electrode formed on the fixed part 1. The first piezoresistive element 6 is electrically connected between the first application electrode 10 and the first intermediate electrode 11, and the second piezoresistive element 7 is connected to the first intermediate electrode 11 and the first intermediate electrode 11. It is electrically connected to one ground electrode 12.

13は固定部1に形成された第2の印加電極、14は固定部1に形成された第2の中間電極、15は固定部1に形成された第2のグランド電極である。前記第3のピエゾ抵抗素子8は第2のグランド電極15と第2の中間電極14との間に電気的に接続され、また第4のピエゾ抵抗素子9は第2の中間電極14と第2の印加電極13との間に電気的に接続されるものである。   Reference numeral 13 denotes a second application electrode formed on the fixed part 1, reference numeral 14 denotes a second intermediate electrode formed on the fixed part 1, and reference numeral 15 denotes a second ground electrode formed on the fixed part 1. The third piezoresistive element 8 is electrically connected between the second ground electrode 15 and the second intermediate electrode 14, and the fourth piezoresistive element 9 is connected to the second intermediate electrode 14 and the second intermediate electrode 14. And the application electrode 13 are electrically connected.

16は第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の各ピエゾ抵抗素子と第1の印加電極10〜第2のグランド電極15の各電極間を電気的に接続する導電体からなる配線である。   Reference numeral 16 denotes a conductor that electrically connects the piezoresistive elements of the first piezoresistive element 6 to the fourth piezoresistive element 9 and the electrodes of the first application electrode 10 to the second ground electrode 15. Wiring.

上記した本発明の実施の形態1における加速度センサにおいては、第1の印加電極10と第2の印加電極13を同電位にし、かつ第1のグランド電極12と第2のグランド電極15を同電位にしてフルブリッジ回路を構成し、そして第1の中間電極11と第2の中間電極14との差動出力を検出するように回路構成を行うとともに、加速度を印加しない状態での第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の各抵抗値を等しくしているものである。   In the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention described above, the first application electrode 10 and the second application electrode 13 are set to the same potential, and the first ground electrode 12 and the second ground electrode 15 are set to the same potential. The full-bridge circuit is configured, and the circuit configuration is performed so as to detect the differential output between the first intermediate electrode 11 and the second intermediate electrode 14, and the first piezo in the state where no acceleration is applied. The resistance values of the resistive element 6 to the fourth piezoresistive element 9 are made equal.

図2は第1の片持ち梁部2の断面のみを示しているが、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3は、同一の断面形状を有するものである。   FIG. 2 shows only a cross section of the first cantilever portion 2, but the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 have the same cross-sectional shape.

図2において、X軸は、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上端を0として鉛直下方を正にした座標軸である。従って、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上端は、X=0となる。第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の下端はX=hとしている。   In FIG. 2, the X axis is a coordinate axis in which the upper end of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 is 0 and the vertical downward direction is positive. Therefore, the upper ends of the cross sections of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are X = 0. The lower end of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 is X = h.

また、W(X)は、X座標上の点Xにおける第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の幅である。従って、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上端の幅は、W(0)、下面部の幅はW(h)となる。aは、X軸上で0<a<hなる点であり、W(a)は点aにおける断面の幅を示している。   W (X) is the width of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 at the point X on the X coordinate. Therefore, the width of the upper end of the cross section of the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 is W (0), and the width of the lower surface portion is W (h). a is a point where 0 <a <h on the X-axis, and W (a) indicates the width of the cross section at point a.

図2に示す断面図は、図示したように三角形の底面を第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上端にし、三角形の頂点部に長方形を付けたような形状の構成である。言い換えると、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上面と下面の幅を広くして、上面と下面の間に断面幅を狭くした部分を設けた構成になっている。   In the cross-sectional view shown in FIG. 2, as shown, the bottom surface of the triangle is the upper end of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3, and a rectangle is attached to the apex part of the triangle. The configuration of the shape. In other words, the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 have a configuration in which the width of the upper surface and the lower surface of the cross section is widened and a portion having a narrow cross section width is provided between the upper surface and the lower surface. It has become.

図2に示す断面図を数式化すると、
0<x<hにおいて、
W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、
0<a<hなるaにおいて、
W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)
となるaが存在することである。
When the cross-sectional view shown in FIG.
For 0 <x <h,
W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) holds,
In a <0 <a <h,
W (a) <W (0) and W (a) <W (h)
Is a.

このように、上面の幅が広いことによって、第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9を形成することのできる領域を広くすることができるため、これらの抵抗素子の配置が容易になり、さらに、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3における変位は上面の幅の中央部で小さく、端部での変位がもっとも大きいため、これらの各抵抗素子に生じる歪みも大きくすることができ、これにより、各抵抗素子の抵抗値変化が大きくなるため、大きな出力変化を得ることができるものである。   Thus, since the area | region which can form the 1st piezoresistive element 6-the 4th piezoresistive element 9 can be enlarged by the width | variety of an upper surface, arrangement | positioning of these resistive elements is easy. Furthermore, since the displacement in the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 is small at the center of the width of the upper surface and the displacement at the end is the largest, each of these resistance elements has The generated distortion can also be increased. As a result, the resistance value change of each resistance element becomes large, so that a large output change can be obtained.

また、上下方向の中央部の幅を狭くしているため、剛性が低下して撓み易くなり、これにより、感度が向上することになる。   In addition, since the width of the central portion in the vertical direction is narrowed, the rigidity is lowered and the film is easily bent, thereby improving the sensitivity.

そしてまた、下面の端部の幅を広くしているため、下面の端部が中央部と同様に狭いものに比べ、断面の上下方向のバランスを向上させることができ、これにより、紙面横方向に対する加速度による第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の上下方向への撓みやねじりを低減させることができるため、加速度センサの検出精度の低下の防止に役立つものとなる。   In addition, since the width of the end portion of the lower surface is increased, the balance of the vertical direction of the cross section can be improved compared to the case where the end portion of the lower surface is as narrow as the central portion, and thereby the lateral direction of the paper surface Since it is possible to reduce vertical deflection and torsion of the first cantilever beam portion 2 and the second cantilever beam portion 3 due to acceleration with respect to the acceleration, it is useful for preventing a decrease in detection accuracy of the acceleration sensor. .

以上のように構成された加速度センサについて、以下にその製造方法を簡単に説明する。   A method for manufacturing the acceleration sensor configured as described above will be briefly described below.

Siからなる基板の上面に第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の各ピエゾ抵抗素子を構成する抵抗層をスパッタ等の薄膜工法で形成し、その後、第1の印加電極10〜第2のグランド電極15の各電極および配線16を構成する金属層をスパッタ等の薄膜工法で形成し、そしてこの金属層をエッチングにより所定形状にすることにより第1の印加電極10〜第2のグランド電極15の各電極および配線16を形成することができる。最後に、基板をエッチングにより所定形状に加工することにより所定形状の固定部1、第1の片持ち梁部2、第2の片持ち梁部3、第1のおもり部4および第2のおもり部5を有した加速度センサが得られる。   A resistance layer constituting each of the first to fourth piezoresistive elements 6 to 9 is formed on the upper surface of the substrate made of Si by a thin film method such as sputtering, and then the first applied electrode 10 is formed. A metal layer constituting each electrode of the second ground electrode 15 and the wiring 16 is formed by a thin film method such as sputtering, and the metal layer is formed into a predetermined shape by etching. Each electrode of the ground electrode 15 and the wiring 16 can be formed. Finally, by processing the substrate into a predetermined shape by etching, the fixed portion 1, the first cantilever portion 2, the second cantilever portion 3, the first weight portion 4 and the second weight of the predetermined shape An acceleration sensor having the part 5 is obtained.

なお、図2に示す第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面形状は、エッチングを表面側と裏面側の両面から行うことにより得ることができるものである。また、図2は、第1の片持ち梁部2の断面形状の特徴をわかり易く示したものであり、そしてこの図2における角部や隅部は、実際は曲線形状になっているものであり、また図2における垂直線や水平線も、実際は完全な垂直線や水平線ではなく傾いているものである。   In addition, the cross-sectional shape of the 1st cantilever part 2 and the 2nd cantilever part 3 which are shown in FIG. 2 can be obtained by performing an etching from both surfaces of a surface side and a back surface side. FIG. 2 shows the characteristics of the cross-sectional shape of the first cantilever portion 2 in an easy-to-understand manner, and the corners and corners in FIG. 2 are actually curved. Also, the vertical and horizontal lines in FIG. 2 are actually not vertical or horizontal lines but inclined.

以上のように構成され、かつ製造された加速度センサについて、以下にその動作を説明する。   The operation of the acceleration sensor configured and manufactured as described above will be described below.

図1において、例えば、紙面右向方向に正の加速度が加わった場合には、第1のおもり部4および第2のおもり部5が左方向に傾くように第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3が撓む。このとき、第1のピエゾ抵抗素子6と第3のピエゾ抵抗素子8には圧縮方向の歪みが生じ、第2のピエゾ抵抗素子7と第4のピエゾ抵抗素子9には引張り方向の歪みが生じる。ここで、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3および第1のおもり部4と第2のおもり部5はそれぞれ同一形状に構成しているため、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3の歪みは同じになる。これによりフルブリッジ回路を構成する対角位置の抵抗体が同じ抵抗値になるため、第1の中間電極11と第2の中間電極14の差動出力は、ハーフブリッジ回路の場合に比べ2倍の出力変化になるものである。   In FIG. 1, for example, when a positive acceleration is applied in the right direction on the paper surface, the first cantilever portion 2 and the first weight portion 4 and the second weight portion 5 are inclined so that the first weight portion 4 and the second weight portion 5 are inclined leftward. The second cantilever part 3 bends. At this time, the first piezoresistive element 6 and the third piezoresistive element 8 are distorted in the compression direction, and the second piezoresistive element 7 and the fourth piezoresistive element 9 are distorted in the tensile direction. . Here, since the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 and the first weight part 4 and the second weight part 5 are formed in the same shape, the first cantilever part The distortion of the beam part 2 and the second cantilever part 3 is the same. As a result, the resistors at the diagonal positions constituting the full bridge circuit have the same resistance value, so that the differential output of the first intermediate electrode 11 and the second intermediate electrode 14 is twice that of the half bridge circuit. Output change.

以上のように本発明の実施の形態1における加速度センサは、固定部1と、この固定部1に接続された第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3と、この第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の先端に形成された第1のおもり部4および第2のおもり部5と、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の上面に形成された第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9とを備え、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3が左右に撓むことにより加速度を検出する加速度センサにおいて、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の高さ方向にx軸を設定し、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上端をx=0、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の下端をx=hとし、かつ前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の幅をW(x)としたとき、前記第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にしているため、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の上面の幅を広く取ることができ、これにより、第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の歪みが大きくなって出力変化を大きくすることができ、また第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の上面と下面の間に、上面の幅および下面の幅より狭い部分を有しているため、その部分の剛性は低下することになり、これにより、感度を向上させることができ、さらに、下面の幅は第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面幅の最狭部より広いため、下面部の剛性を向上させることができ、これにより、検出精度の低下の低減を図ることができるものである。   As described above, the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention includes the fixed portion 1, the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 connected to the fixed portion 1, and the first A first weight part 4 and a second weight part 5 formed at the ends of one cantilever part 2 and a second cantilever part 3, and the first and second cantilever parts 2 and 2 A first piezoresistive element 6 to a fourth piezoresistive element 9 formed on the upper surface of the cantilever part 3, and the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are In the acceleration sensor for detecting the acceleration by bending the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3, the x-axis is set in the height direction of the cross section of the first cantilever part 2 and the first cantilever part 3. The upper ends of the cross sections of the beam portion 2 and the second cantilever beam portion 3 are x = 0, and the first cantilever beam portion 2 and the second cantilever beam portion 3 are disconnected. X = h and the width of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 is W (x), the first cantilever part 2 and When the cross-sectional shape of the second cantilever portion 3 is 0 <x <h, W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) is established, and W (a) <W ( 0) and W (a) <W (h) is satisfied, and the shape is such that 0 <a <h exists, so the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 The width of the upper surface of the cross section of the first piezoresistive element 6 to the fourth piezoresistive element 9 can be increased to increase the output change. Since the upper surface and the lower surface of the cantilever part 2 and the second cantilever part 3 have a portion narrower than the width of the upper surface and the lower surface, the rigidity of the portion decreases. Thus, the sensitivity can be improved, and the width of the lower surface is wider than the narrowest portion of the cross-sectional width of the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3, It is possible to improve the rigidity of the lower surface portion, thereby reducing the decrease in detection accuracy.

また、第1のおもり部4および第2のおもり部5の断面は直方体形状にしているもので、この場合、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面の中央部に上端および下端よりも幅を狭くした部分を設けて剛性を低下させつつも、第1のおもり部4および第2のおもり部5の断面を直方体形状にしているため、第1のおもり部4および第2のおもり部5の質量を減少させることなく、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の剛性を低下させることができ、これにより、感度を向上させることができるものである。   The cross sections of the first weight part 4 and the second weight part 5 have a rectangular parallelepiped shape. In this case, the center of the cross section of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 is used. Since the first weight part 4 and the second weight part 5 have a rectangular parallelepiped shape, the first weight part has a rectangular parallelepiped shape while lowering the rigidity by providing portions with a width narrower than the upper end and the lower end. The rigidity of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 can be reduced without reducing the mass of the 4 and second weight parts 5, thereby improving the sensitivity. It is something that can be done.

そしてまた、片持ち梁部は第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3の複数を有し、かつおもり部は第1のおもり部4と第2のおもり部5の複数を有しているため、フルブリッジ回路を構成することができ、これにより、大きな出力変化を得ることができるものである。   In addition, the cantilever portion has a plurality of first cantilever portions 2 and second cantilever portions 3, and the weight portion has a plurality of first weight portions 4 and second weight portions 5. Therefore, a full bridge circuit can be configured, and thereby a large output change can be obtained.

さらに、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面形状を左右対称に構成しているため、検知方向と垂直な方向、すなわち、図2における上下方向に加速度が印加された場合、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3に印加方向と垂直な方向、すなわち、図2における左右方向の撓みやねじりが発生するということは理論上なくなり、これにより、検出精度の低下の防止を図ることができるものである。   Furthermore, since the cross-sectional shapes of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are configured to be bilaterally symmetric, acceleration is applied in a direction perpendicular to the detection direction, that is, the vertical direction in FIG. In this case, it is theoretically no longer that the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are bent or twisted in the direction perpendicular to the application direction, that is, in the left-right direction in FIG. Thereby, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy.

さらにまた、第1の片持ち梁部2の中立面に対し等距離にかつ対向させて第1のピエゾ抵抗素子6と第2のピエゾ抵抗素子7を形成し、そしてこれと同様に第2の片持ち梁部3の中立面に対し等距離にかつ対向させて第3のピエゾ抵抗素子8と第4のピエゾ抵抗素子9を形成しているため、加速度が印加された場合に中立面に対し一方のピエゾ抵抗素子の伸びと、他方のピエゾ抵抗素子の縮みの絶対値は等しくなり、これにより、それぞれの抵抗値変化の絶対値も等しくなるため、ハーフブリッジ回路により中点電位を取り出す回路構成とすることにより、出力変化を大きくすることができるものである。   Furthermore, the first piezoresistive element 6 and the second piezoresistive element 7 are formed at the same distance and opposite to the neutral surface of the first cantilever portion 2, and the second piezoresistive element 7 is formed in the same manner. Since the third piezoresistive element 8 and the fourth piezoresistive element 9 are formed equidistantly and oppositely to the neutral surface of the cantilever part 3 of the cantilever part 3, the neutrality is obtained when acceleration is applied. The absolute value of the expansion of one piezoresistive element and the shrinkage of the other piezoresistive element with respect to the surface are equal, and the absolute value of each change in resistance value is also equal. By adopting the circuit configuration to be taken out, the output change can be increased.

また、第1の片持ち梁部2、第2の片持ち梁部3、第1のおもり部4および第2のおもり部5は同一平面上に同じ向きに並べて構成しているため、第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の形成位置が近くなり、これにより、これらのピエゾ抵抗素子6〜9の特性ばらつきを低減させることができるものである。   Since the first cantilever part 2, the second cantilever part 3, the first weight part 4 and the second weight part 5 are arranged in the same direction on the same plane, Thus, the formation positions of the piezoresistive elements 6 to 9 are close to each other, whereby the variation in characteristics of the piezoresistive elements 6 to 9 can be reduced.

そしてまた、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3および第1のおもり部4と第2のおもり部5はそれぞれ同一形状に構成しているため、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3は同じ変形を行うことになり、またこれらの構成要素は同一平面上に同じ向きに並べて構成しているため、第1のおもり部4と第2のおもり部5は接触せず、互いに干渉することはない。この場合、現実には、製造上の形状のばらつきや、内部の組成のばらつき等により、第1の片持ち梁部2と第2の片持ち梁部3とが全く同じ変形をするものではないため、加速度が印加されていない状態で第1のおもり部4と第2のおもり部5間の間隔が狭ければ第1のおもり部4と第2のおもり部5が接触することもあり得る。しかしながら、本発明の実施の形態1における加速度センサの場合は、前述したように第1のおもり部4と第2のおもり部5が接触して互いに干渉するおそれは低いため、第1のおもり部4と第2のおもり部5間の間隔を狭くすることができ、これにより、加速度センサ全体の小型化が図れるものである。   Further, the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 and the first weight part 4 and the second weight part 5 are formed in the same shape. Since the beam portion 2 and the second cantilever beam portion 3 are subjected to the same deformation, and these components are arranged in the same direction on the same plane, the first weight portion 4 and the second cantilever portion 3 The weight parts 5 do not contact and do not interfere with each other. In this case, in reality, the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 do not undergo the same deformation due to variation in manufacturing shape, variation in internal composition, and the like. Therefore, if the distance between the first weight part 4 and the second weight part 5 is narrow in a state where no acceleration is applied, the first weight part 4 and the second weight part 5 may come into contact with each other. . However, in the case of the acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention, as described above, the first weight portion 4 and the second weight portion 5 are less likely to come into contact with each other and interfere with each other. The distance between the 4 and the second weight portion 5 can be narrowed, whereby the acceleration sensor as a whole can be reduced in size.

なお、上記本発明の実施の形態1における加速度センサにおいては、第1のピエゾ抵抗素子6〜第4のピエゾ抵抗素子9の各抵抗値を等しくしたものについて説明したが、第1の中間電極11の電位と、第2の中間電極14の電位がそれぞれの基準電位に対して互いに正負逆向きの変化をするように、第1のピエゾ抵抗素子6の抵抗値と第2のピエゾ抵抗素子7の抵抗値との比率と、第4のピエゾ抵抗素子9の抵抗値と第3のピエゾ抵抗素子8の抵抗値との比率とを等しくする構成にしてもよいものである。   In the acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention described above, the first piezoresistive element 6 to the fourth piezoresistive element 9 having the same resistance value have been described. Of the first piezoresistive element 6 and the second piezoresistive element 7 so that the potential of the first piezoresistive element 6 and the potential of the second intermediate electrode 14 change in opposite directions with respect to the respective reference potentials. The ratio between the resistance value and the ratio between the resistance value of the fourth piezoresistive element 9 and the resistance value of the third piezoresistive element 8 may be made equal.

また、W(0)とW(h)の関係は、W(0)=W(h)としたが、W(0)>W(h)にしてもよい。一方、W(0)<W(h)にしてもよいが、ピエゾ抵抗素子を形成する上面の幅を広くすることができるという点では、W(0)≧W(h)とするのが好ましい。   The relationship between W (0) and W (h) is W (0) = W (h), but it may be W (0)> W (h). On the other hand, W (0) <W (h) may be satisfied, but W (0) ≧ W (h) is preferable in that the width of the upper surface for forming the piezoresistive element can be increased. .

そしてまた、前記第1のおもり部4および第2のおもり部5の断面を直方体形状に形成しているが、第1のおもり部4および第2のおもり部5の側面、すなわち、第1のおもり部4および第2のおもり部5の断面における側端部の形状は第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3と同様の形状にすることができる。この場合、第1のおもり部4および第2のおもり部5の質量が減少してしまい、その分感度が低下するが、エッチングにより第1のおもり部4、第2のおもり部5、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3を形成する工程を一つの工程で形成することができるため、製造が簡単になるものである。   In addition, the cross sections of the first weight part 4 and the second weight part 5 are formed in a rectangular parallelepiped shape, but the side surfaces of the first weight part 4 and the second weight part 5, that is, the first weight part 5. The shape of the side end in the cross section of the weight part 4 and the second weight part 5 can be the same as that of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3. In this case, the masses of the first weight part 4 and the second weight part 5 are reduced, and the sensitivity is reduced accordingly. However, the first weight part 4, the second weight part 5, the first weight are reduced by etching. Since the process of forming the cantilever part 2 and the second cantilever part 3 can be formed in one process, the manufacturing is simplified.

(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2〜4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the invention described in the second to fourth aspects of the present invention will be described using the second embodiment.

図3は本発明の実施の形態2における加速度センサの片持ち梁部の断面図である。また、図4〜図7は同加速度センサの片持ち梁部のバリエーションを示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the cantilever portion of the acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 4 to 7 are cross-sectional views showing variations of the cantilever portion of the acceleration sensor.

本発明の実施の形態2における加速度センサが上記した本発明の実施の形態1における加速度センサと異なる点は、片持ち梁部の断面形状を、さらに上下対称に構成した点であり、すなわち、本発明の実施の形態2における加速度センサは、図3〜図7に示すように、第1の片持ち梁部2の断面形状を上下対称に構成したものである。なお、図3〜図7においては、第1の片持ち梁部2のみを示しているが、第2の片持ち梁部3の断面形状も第1の片持ち梁部2の断面形状と同一となっているものである。   The acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention is different from the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention described above in that the cross-sectional shape of the cantilever is further symmetrically configured. As shown in FIGS. 3 to 7, the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention is configured such that the cross-sectional shape of the first cantilever portion 2 is vertically symmetrical. 3 to 7, only the first cantilever part 2 is shown, but the cross-sectional shape of the second cantilever part 3 is the same as the cross-sectional shape of the first cantilever part 2. It is what has become.

上記した本発明の実施の形態2における加速度センサは、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面形状を上下対称に構成しているため、断面の上下方向のバランスがとれることになり、これにより、紙面横方向に対する加速度による第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の上下方向への撓みやねじりを理論上なくすことができるため、加速度センサの検出精度の低下を防止することができるものである。   In the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention described above, the cross-sectional shapes of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are configured to be symmetrical in the vertical direction. As a result, it is possible to theoretically eliminate the vertical bending and twisting of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 due to the acceleration in the lateral direction of the paper. A decrease in detection accuracy of the sensor can be prevented.

なお、本発明の実施の形態2における加速度センサの製造方法は、上記本発明の実施の形態1における加速度センサの製造方法と同様に、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の断面形状は、エッチングを表面側と裏面側の両面から行うことにより得ることができるものであり、また、エッチングの条件を変えることによって、それぞれの形状にすることが可能となるものである。   In addition, the manufacturing method of the acceleration sensor in Embodiment 2 of this invention is the same as the manufacturing method of the acceleration sensor in Embodiment 1 of the said invention, The 1st cantilever part 2 and the 2nd cantilever The cross-sectional shape of the portion 3 can be obtained by performing etching from both the front surface side and the back surface side, and can be changed to each shape by changing the etching conditions. is there.

(実施の形態3)
図8は本発明の実施の形態3における加速度センサの平面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a plan view of the acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

本発明の実施の形態3においては、上記した本発明の実施の形態1と同一の構成部品については、同一番号を付しており、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。   In the third embodiment of the present invention, the same components as those of the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different points will be described.

本発明の実施の形態3における加速度センサが上記した本発明の実施の形態1における加速度センサと異なる点は、第1の片持ち梁部2、第2の片持ち梁部3、第1のおもり部4および第2のおもり部5の周囲を固定部1とともに囲む第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および連結部19を形成した点である。   The acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention is different from the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention described above in that the first cantilever portion 2, the second cantilever portion 3, and the first weight. The first stopper portion 17, the second stopper portion 18, and the connecting portion 19 that surround the periphery of the portion 4 and the second weight portion 5 together with the fixing portion 1 are formed.

図8において、17は固定部1における第1の片持ち梁部2が形成された部分の外側に、第1のおもり部4と空間を挟んで対向するように形成された第1のストッパ部で、この第1のストッパ部17は固定部1と一体的に形成されている。18は固定部1における第2の片持ち梁部3が形成された部分の外側に、第2のおもり部5と空間を挟んで対向するように形成された第2のストッパ部で、この第2のストッパ部18は固定部1と一体的に形成されている。19は第1のストッパ部17と第2のストッパ部18を連結する連結部である。そして前記第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および連結部19は、Siからなる基板をエッチングする際に得られるものである。   In FIG. 8, reference numeral 17 denotes a first stopper portion formed on the outer side of the fixed portion 1 where the first cantilever portion 2 is formed so as to face the first weight portion 4 with a space in between. The first stopper portion 17 is formed integrally with the fixed portion 1. Reference numeral 18 denotes a second stopper portion formed outside the portion of the fixed portion 1 where the second cantilever portion 3 is formed so as to face the second weight portion 5 with a space in between. The two stopper portions 18 are formed integrally with the fixed portion 1. Reference numeral 19 denotes a connecting portion that connects the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18. The first stopper portion 17, the second stopper portion 18 and the connecting portion 19 are obtained when the substrate made of Si is etched.

上記した本発明の実施の形態3においては、第1のおもり部4および第2のおもり部5と空間を挟んで対向するように第1のストッパ部17および第2のストッパ部18を設けているため、過大な加速度が印加された場合、第1のおもり部4が第1のストッパ部17に当接、または第2のおもり部5が第2のストッパ部18に当接して第1の片持ち梁部2または第2の片持ち梁部3が過剰に撓むのを防止することができるため、過大な加速度が印加された場合、加速度センサが破損するのを防止することができるものである。   In the above-described third embodiment of the present invention, the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18 are provided so as to face the first weight portion 4 and the second weight portion 5 with a space in between. Therefore, when an excessive acceleration is applied, the first weight portion 4 comes into contact with the first stopper portion 17 or the second weight portion 5 comes into contact with the second stopper portion 18 and the first weight portion 4 comes into contact with the first stopper portion 17. Since the cantilever portion 2 or the second cantilever portion 3 can be prevented from being excessively bent, the acceleration sensor can be prevented from being damaged when an excessive acceleration is applied. It is.

また、上記本発明の実施の形態3においては、連結部19によって第1のストッパ部17と第2のストッパ部18を連結しているため、第1のストッパ部17と第2のストッパ部18の剛性を高めることができ、これにより、第1のおもり部4または第2のおもり部5が当接することによる第1のストッパ部17と第2のストッパ部18の変形を低減させることができるため、第1のストッパ部17と第2のストッパ部18は効率的にストッパ機能を発揮させることができるものである。   In Embodiment 3 of the present invention, since the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18 are connected by the connecting portion 19, the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18 are connected. Accordingly, the deformation of the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18 due to the contact of the first weight portion 4 or the second weight portion 5 can be reduced. Therefore, the first stopper portion 17 and the second stopper portion 18 can efficiently exhibit the stopper function.

(実施の形態4)
図9は本発明の実施の形態4における加速度センサの平面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a plan view of an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

本発明の実施の形態4においては、上記した本発明の実施の形態3と同一の構成部品については、同一番号を付しており、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。   In the fourth embodiment of the present invention, the same components as those in the third embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different points will be described.

本発明の実施の形態4における加速度センサが上記した本発明の実施の形態3における加速度センサと異なる点は、延設部が付加されている点である。   The difference between the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention and the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention described above is that an extending portion is added.

図9において、20は第1の片持ち梁部2または第2の片持ち梁部3と空間を挟んで対向するように形成された延設部で、この延設部20は第1のおもり部4または第2のおもり部5と一体的に、かつ固定部1側へ延設するように形成されているものである。また、この延設部20は第1のおもり部4に2箇所形成されるとともに、第2のおもり部5にも2箇所形成されており、さらにこれら4個の延設部20の形状は対象形状または同形状に構成されているものである。   In FIG. 9, reference numeral 20 denotes an extending part formed so as to face the first cantilever part 2 or the second cantilever part 3 with a space in between, and this extending part 20 is a first weight. It is formed so as to be integral with the part 4 or the second weight part 5 and to extend to the fixed part 1 side. In addition, the extended portion 20 is formed at two locations on the first weight portion 4 and at two locations on the second weight portion 5, and the shape of these four extended portions 20 is the target. It is configured in the shape or the same shape.

そしてまた、上記延設部20は、第1の片持ち梁部2との間隔、第2の片持ち梁部3との間隔、固定部1との間隔、第1のストッパ部17との間隔、第2のストッパ部18との間隔がすべて等しくなるように構成するとともに、第1のおもり部4と第1のストッパ部17との間隔、第2のおもり部5と第2のストッパ部18との間隔、第1のおもり部4と連結部19との間隔、第1のおもり部4と連結部19との間隔、および第1のおもり部4と第2のおもり部5との間隔もすべて等しくなるように構成しているものである。すなわち、固定部1、第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および延設部20で囲まれた部分の空間部の距離がすべて等しくなるように構成したものである。   In addition, the extended portion 20 is spaced from the first cantilever portion 2, spaced from the second cantilever portion 3, spaced from the fixed portion 1, and spaced from the first stopper portion 17. In addition, the intervals between the second stopper portion 18 and the second stopper portion 18 are all equal, the interval between the first weight portion 4 and the first stopper portion 17, and the second weight portion 5 and the second stopper portion 18. The distance between the first weight part 4 and the connecting part 19, the distance between the first weight part 4 and the connecting part 19, and the distance between the first weight part 4 and the second weight part 5 as well. All are configured to be equal. That is, the distances of the space portions surrounded by the fixed portion 1, the first stopper portion 17, the second stopper portion 18, and the extending portion 20 are all configured to be equal.

上記のように本発明の実施の形態4においては、第1の片持ち梁部2または第2の片持ち梁部3と空間を挟んで対向するように延設部20を形成し、かつこの延設部20は第1のおもり部4または第2のおもり部5より一体的に固定部1側へ延設するように形成しているため、この延設部20の存在により、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3に接続される第1のおもり部4および第2のおもり部5の質量が増加するため、同じ加速度が印加された場合、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の撓みは大きくなり、これにより、加速度センサの感度が向上するものである。   As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the extending portion 20 is formed so as to face the first cantilever portion 2 or the second cantilever portion 3 across the space, and this Since the extending portion 20 is formed so as to extend integrally from the first weight portion 4 or the second weight portion 5 to the fixed portion 1 side, the presence of the extending portion 20 causes the first portion Since the mass of the first weight part 4 and the second weight part 5 connected to the cantilever part 2 and the second cantilever part 3 increases, the first piece is applied when the same acceleration is applied. The bend of the cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3 is increased, thereby improving the sensitivity of the acceleration sensor.

また、外形寸法を小さくしながら、第1のおもり部4および第2のおもり部5の質量を大きくする場合において、延設部20を設けない構成にするためには、第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の長さを短くする必要が生じてくるが、延設部20を設けた場合には、その必要が生じない。そして、このような構成の加速度センサにおいては、第1のおもり部4および第2のおもり部5の質量が同じならば第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の長さが長い方が第1の片持ち梁部2および第2の片持ち梁部3の根元部、すなわち、固定部1との接続部近傍の歪みが大きくなるため、加速度センサとしての感度が向上するものである。したがって、本発明の実施の形態4における加速度センサは、この点からも感度の向上を図ることができるものである。   Further, in order to increase the mass of the first weight part 4 and the second weight part 5 while reducing the external dimensions, the first cantilever is used in order not to provide the extension part 20. Although it becomes necessary to shorten the length of the part 2 and the 2nd cantilever part 3, when the extension part 20 is provided, the necessity does not arise. In the acceleration sensor having such a configuration, if the masses of the first weight part 4 and the second weight part 5 are the same, the lengths of the first cantilever part 2 and the second cantilever part 3 are the same. The longer the length, the greater the distortion in the base portion of the first cantilever portion 2 and the second cantilever portion 3, that is, in the vicinity of the connection portion with the fixed portion 1, thereby improving the sensitivity as an acceleration sensor. To do. Therefore, the acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention can also improve sensitivity from this point.

そしてまた、本発明の実施の形態4においては、固定部1、第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および延設部20で囲まれた部分の空間部の距離をすべて等しくしているため、固定部1、第1の片持ち梁部2、第2の片持ち梁部3、第1のおもり部4、第2のおもり部5、第1のストッパ部17、第2のストッパ部18、連結部19および延設部20を所定形状に形成するためにSiからなる基板をエッチングで加工する際には、高精度で加工することができ、これにより、加速度センサの検出精度の向上を図ることができるものである。   In Embodiment 4 of the present invention, the distances of the space portions surrounded by the fixing portion 1, the first stopper portion 17, the second stopper portion 18 and the extending portion 20 are all made equal. Therefore, the fixing portion 1, the first cantilever portion 2, the second cantilever portion 3, the first weight portion 4, the second weight portion 5, the first stopper portion 17, and the second stopper are provided. When the substrate made of Si is processed by etching in order to form the portion 18, the connecting portion 19 and the extending portion 20 in a predetermined shape, the substrate 18 can be processed with high accuracy, thereby improving the detection accuracy of the acceleration sensor. It is possible to improve.

なお、上記本発明の実施の形態4における加速度センサにおいては、延設部20とともに、第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および連結部19を設けた構成としているが、延設部20のみを設けて、第1のストッパ部17、第2のストッパ部18および連結部19は設けない構成にした場合でも、加速度センサの感度を向上させることができるという効果を奏するものである。   In the acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention, the first stopper portion 17, the second stopper portion 18 and the connecting portion 19 are provided together with the extending portion 20, but the extending portion Even when only 20 is provided and the first stopper part 17, the second stopper part 18 and the connecting part 19 are not provided, the sensitivity of the acceleration sensor can be improved.

上記した本発明の実施の形態1〜4における加速度センサは、いずれも、片持ち梁部とおもり部とをそれぞれ2個備えた構成になっている。このような構成の加速度センサは、おもり部および片持ち梁部を1個のみ有する構成のものに比べて、強度、出力の点で優れた作用効果を有するものである。すなわち、出力を上げるには片持ち梁部での歪みを大きくすることが有力な方法であるが、歪みが大きくなりすぎると片持ち梁部の破損を招くことも考えられる。これに対し、片持ち梁部およびおもり部をそれぞれ2個設けた構成のものは、フルブリッジ回路等によりそれぞれの出力の差動を取ることにより、それぞれの片持ち梁部からの出力を2倍にすることができるため、片持ち梁部での歪みが半分であっても、最終の出力をおもり部および片持ち梁部が1個のものと同等にすることができ、この点で、十分な強度を有したまま出力の向上を図ることができる。この場合、2つの片持ち梁部上に形成されるピエゾ抵抗素子の抵抗値などの特性のばらつきが大きくなると検出精度の低下を招いてしまうが、本発明の加速度センサにおいては、2つの片持ち梁部を同一平面上に同じ向きに並べているため、両者の間隔は短く、これによりピエゾ抵抗素子の特性ばらつきを低減させることが可能となるため、検出精度の向上を図ることができるものである。   Each of the above-described acceleration sensors according to the first to fourth embodiments of the present invention has a configuration including two cantilever portions and two weight portions. The acceleration sensor having such a configuration has superior effects in terms of strength and output as compared with a configuration having only one weight portion and one cantilever portion. That is, increasing the strain at the cantilever portion is an effective method for increasing the output, but if the strain becomes too large, the cantilever portion may be damaged. On the other hand, in the configuration with two cantilever parts and two weight parts, the output from each cantilever part is doubled by taking the differential of each output by a full bridge circuit etc. Therefore, even if the distortion at the cantilever part is half, the final output can be equivalent to one with one weight part and one cantilever part. The output can be improved while maintaining a sufficient strength. In this case, if the variation in characteristics such as resistance values of the piezoresistive elements formed on the two cantilever portions increases, the detection accuracy decreases. However, in the acceleration sensor of the present invention, the two cantilevers are Since the beam portions are arranged in the same direction on the same plane, the distance between the two is short, thereby making it possible to reduce variations in the characteristics of the piezoresistive elements, thereby improving detection accuracy. .

本発明に係る加速度センサは、固定部に接続された片持ち梁部の断面の高さ方向にx軸を設定し、前記片持ち梁部の断面の上端をx=0、前記片持ち梁部の断面の下端をx=hとし、かつ前記片持ち梁部の断面の幅をW(x)としたとき、前記片持ち梁部の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にしたことにより、検出精度の向上が図れる加速度センサを得ることができるという効果を有するものであり、自動車等のカーナビゲーションシステムや車両制御システム、あるいはカメラ等の手ブレ検知システム等に使用される加速度センサに適用して有用なものである。   In the acceleration sensor according to the present invention, the x-axis is set in the height direction of the cross section of the cantilever part connected to the fixed part, the upper end of the cross section of the cantilever part is x = 0, and the cantilever part When the lower end of the cross section is x = h and the width of the cross section of the cantilever part is W (x), the cross-sectional shape of the cantilever part is W (x) when 0 <x <h. ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) is satisfied, and there is a where 0 <a <h where W (a) <W (0) and W (a) <W (h) are satisfied Therefore, it is possible to obtain an acceleration sensor capable of improving detection accuracy, such as a car navigation system such as an automobile, a vehicle control system, or a camera shake detection system such as a camera. It is useful when applied to an acceleration sensor used in the above.

本発明の実施の形態1における加速度センサの平面図The top view of the acceleration sensor in Embodiment 1 of this invention 同加速度センサの片持ち梁部の断面図Cross section of the cantilever part of the acceleration sensor 本発明の実施の形態2における加速度センサの片持ち梁部の断面図Sectional drawing of the cantilever part of the acceleration sensor in Embodiment 2 of this invention 同加速度センサの片持ち梁部のバリエーションの断面図Cross section of variation of cantilever part of the same acceleration sensor 同加速度センサの片持ち梁部のバリエーションの断面図Cross section of variation of cantilever part of the same acceleration sensor 同加速度センサの片持ち梁部のバリエーションの断面図Cross section of variation of cantilever part of the same acceleration sensor 同加速度センサの片持ち梁部のバリエーションの断面図Cross section of variation of cantilever part of the same acceleration sensor 本発明の実施の形態3における加速度センサの平面図Plan view of acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態4における加速度センサの平面図Plan view of acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 固定部
2 第1の片持ち梁部
3 第2の片持ち梁部
4 第1のおもり部
5 第2のおもり部
6 第1のピエゾ抵抗素子
7 第2のピエゾ抵抗素子
8 第3のピエゾ抵抗素子
9 第4のピエゾ抵抗素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed part 2 1st cantilever part 3 2nd cantilever part 4 1st weight part 5 2nd weight part 6 1st piezoresistive element 7 2nd piezoresistive element 8 3rd piezo Resistive element 9 Fourth piezoresistive element

Claims (5)

固定部と、この固定部に接続された片持ち梁部と、この片持ち梁部の先端に形成されたおもり部と、前記片持ち梁部に形成されたピエゾ抵抗素子とを備え、前記片持ち梁部が左右に撓むことにより加速度を検出する加速度センサにおいて、前記片持ち梁部の断面の高さ方向にx軸を設定し、前記片持ち梁部の断面の上端をx=0、前記片持ち梁部の断面の下端をx=hとし、かつ前記片持ち梁部の断面の幅をW(x)としたとき、前記片持ち梁部の断面形状を、0<x<hにおいて、W(x)≦W(0)またはW(x)≦W(h)が成立し、W(a)<W(0)かつW(a)<W(h)が成立する0<a<hなるaが存在するような形状にした加速度センサ。 A fixed portion; a cantilever portion connected to the fixed portion; a weight portion formed at a tip of the cantilever portion; and a piezoresistive element formed on the cantilever portion. In an acceleration sensor that detects acceleration by bending the cantilever part to the left and right, an x axis is set in the height direction of the cross section of the cantilever part, and the upper end of the cross section of the cantilever part is x = 0, When the lower end of the cross section of the cantilever portion is x = h and the width of the cross section of the cantilever portion is W (x), the cross-sectional shape of the cantilever portion is 0 <x <h , W (x) ≦ W (0) or W (x) ≦ W (h) holds, and W (a) <W (0) and W (a) <W (h) hold 0 <a < An acceleration sensor having a shape such that h is a. 片持ち梁部の断面形状を上下対称に構成した請求項1記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the cantilever portion is vertically symmetrical. 片持ち梁部の断面形状を左右対称に構成した請求項1または2記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1 or 2, wherein the cross-sectional shape of the cantilever portion is symmetrical. おもり部の断面を直方体形状に構成した請求項1〜3のいずれかに記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross section of the weight portion is formed in a rectangular parallelepiped shape. 固定部に、片持ち梁部およびおもり部を複数接続した請求項1〜4のいずれかに記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of cantilever portions and weight portions are connected to the fixed portion.
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