JP2532265Y2 - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JP2532265Y2
JP2532265Y2 JP563691U JP563691U JP2532265Y2 JP 2532265 Y2 JP2532265 Y2 JP 2532265Y2 JP 563691 U JP563691 U JP 563691U JP 563691 U JP563691 U JP 563691U JP 2532265 Y2 JP2532265 Y2 JP 2532265Y2
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semiconductor sensor
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健一 木下
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は加速度センサに関し、例
えばエアバッグの点火制御装置に用いられ、車の衝突時
の減速度を検出する加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来技術におけるこの種の加速度
センサ(図5に示される従来例に対応する)の全体構成
を例示するもので、シリコンなどにより形成された基体
に片持ち梁(カンチレバー)Lが形成され、該片持ち梁
の支点側(ビーム部)に半導体センサ(歪ゲージ部)S
が設けられる。ここで該半導体センサSを構成するR1
は該片持ち梁Lの長辺に対して垂直に形成されたピエゾ
素子を示し、R11は該長辺に対して水平に形成されたピ
エゾ素子を示す。これによって、車の衝突時にその前方
に所定の減速度Gが発生すると、該片持ち梁Lがその方
向にたわみ、これにより生じた該半導体センサ(歪ゲー
ジ部)のひずみが該減速度に対応する電気信号に置き換
えられる。なお該図中、ICは例えば増巾部などからな
る集積回路部を示す。
【0003】図8は上記半導体センサ(歪ゲージ部)を
構成するピエゾ素子R1 およびR11の電気接続を示して
いる。ここで該ピエゾ素子は圧縮や引張りの応力に対し
て抵抗変化を生ずるが、その効果は異方性を有しある方
向の応力のみ(この場合該片持ち梁の長辺に対して水平
方向の応力のみ)を検知する(すなわち上記ピエゾ素子
11のみが該応力に感じてその抵抗値が変化し、該ピエ
ゾ素子R1 は該応力に感じない)。そしてこれらのピエ
ゾ素子R1 およびR11が該図8に示されるようにブリッ
ジ接続され、これにより単なる温度変化による抵抗変化
を相殺するようにされている。なお該図中、Vs は基準
電源を示し、またIは定電流源であってこれにより温度
変化に拘らず一定電流を流すようにされる。
【0004】図9は該半導体センサ(歪ゲージ部)の動
作原理を説明するもので、該片持ち梁Lに垂直に加速度
gがかかると、該加速度方向と反対方向に該片持ち梁L
がたわみ、該ピエゾ素子(この場合該片持ち梁の長手方
向に対して水平に形成されたピエゾ素子R11)に圧縮の
応力δc (図9(B)の場合)や引張の応力δt (図9
(C)の場合)が生ずる。これに応じて上記異方性を有
することにより、上記ピエゾ素子R11の抵抗値のみが変
化し、そのため上記図8におけるブリッジの平衡がくず
れ、その出力端子b,d間に該加速度(あるいは減速
度)に応じた電圧が出力される。なお該図中、Mは該片
持ち梁Lに形成されたマス部、Bは該片持ち梁Lの支点
側に形成されたビーム部、Fは被測定物(移動体)に固
定される固定部を示し、該ビーム部B上に上記半導体セ
ンサSが上記図7に示されるように配置形成される。
【0005】図5は、従来技術におけるこの種の加速度
センサの1例として上述したような片持ち梁形式のもの
の基本構成を示すもので、Mはマス部、B1 は該マス部
の支点側に形成されたビーム部、F1 は被測定物(移動
体)に固定される固定部であって、該ビーム部B1 上に
上記半導体センサ(ピエゾ素子R1 とR11とからなる)
1 が設けられる。ここで該マス部M、ビーム部B1
よび固定部F1 は例えばシリコンによって一体に形成さ
れ、該ビーム部B1 は該シリコンをエッチングすること
により形成される。
【0006】図6は上記図5に示される加速度センサの
動作状態を説明するもので、(A)は該移動体の減速度
G=0のとき、(B)は上向きの減速度Gがかかったと
き、(C)は下向きの減速度Gがかかったときの状態を
示している。
【0007】かかる形式の加速度センサはその製造が比
較的容易であるという利点はあるが、該図6(A)に示
されるように減速度G=0のときでも、水平方向に生じ
る力によって該センサS1 に不要の(誤った)検出信号
を生ずる(したがって温度上昇によって該ビーム部およ
びマス部が点線に示されるように変形した場合にも上記
不要の信号を生ずる)という問題点があり、また片持ち
梁形式であるために耐衝撃性が低く(例えば落下したよ
うな場合に破損するおそれがある)、そのために該マス
部Mの両側にストッパーSTPを設ける必要がある(図
6(A)参照)という問題点もある。更に図6(B)お
よび図6(C)に示されるように、所定の減速度Gがか
かったときにおける、該センサS1 の部分の変位量が小
さく、したがって該センサの感度も低いという問題点も
あった。
【0008】図3は、従来技術におけるこの種の加速度
センサの他の例として、両持ち梁形式のものの基本構成
を示すもので、Mはマス部、B1 およびB2 は該マス部
の両側に形成されたビーム部であって、該マス部Mは該
ビーム部B1 およびB2 を介してその両側で、被測定物
(移動体)に固定される固定部F1 およびF2 に支持さ
れる。そして該ビーム部B1 およびB2 上に、上記半導
体センサが1対づつに分けて(すなわち1対のピエゾ素
子R1 とR11とからなる半導体センサS1 とS2 とに分
けて)設けられる。
【0009】図4は上記図3に示される加速度センサの
動作状態を説明するもので、(A)は該移動体の減速度
G=0のとき、(B)は上向きの減速度Gがかかったと
き、(C)は下向きの減速度Gがかかったときの状態を
示している。
【0010】かかる形式の半導体センサは上記水平方向
の力によって生ずる影響は該センサS1 およびS2 によ
って相殺されるという利点はあるが、温度上昇時に該図
4(A)の点線に示されるように、該ビーム部B1 およ
びB2 が膨張して該マス部Mが上方に持ち上げられるか
又は該点線で示される状態と対称的に下方に押し下げら
れて2つの安定状態が生じ、その中間の状態が不安定状
態(すなわち不感帯)となる。したがって該マス部Mに
減速度Gがかかったとき、その検出信号が一方の安定状
態に対応する値から他方の安定状態に対応する値に直ち
に転移し、その中間を飛び越すため、該印加された減速
度Gに対しリニアな出力特性がえられなくなるという問
題点がある。また図4(B)および図4(C)に示され
るように、所定の減速度Gがかかったときにおける、該
センサS1 およびS2 の部分の変位量としては、該マス
部Mの重心Cの変位量までしかとることができず、した
がって該センサの感度も十分でないという問題点もあっ
た。
【0011】
【考案が解決しようとする課題】本考案はかかる課題を
解決するためになされたもので、この種の加速度センサ
の耐衝撃性と感度を高め、しかも印加された減速度に対
しリニアな出力特性がえられるようにしたものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1は本考案にかかる加
速度センサの基本構成を示すもので、移動体の減速度方
向に移動するマス部Mの両端が、それぞれ互に強度を異
にする(その厚みを異にする)ビーム部B1 およびB2
を介して固定部F1,F2(すなわち該移動体)に支持さ
れ、該強度を異にする各ビーム部B1 およびB2 上に半
導体センサS1 およびS2 が設けられる。ここで該ビー
ム部B1 とB2 とは、上述したように例えばシリコンを
エッチングすることによって形成されるが、その際該エ
ッチングの深さを変えることによって、該ビーム部B1
の厚さは該ビーム部B2 の厚さより厚く形成されてお
り、これによって該ビーム部B1 の強度が該ビーム部B
2 の強度より大きくされている。そして上記半導体セン
サS1 およびS2 は、それぞれ上記図8に示されるよう
にブリッジ接続されたピエゾ素子により構成される。
【0013】ここで後述するように、該強度の大きいビ
ーム部B1 上に設けられた半導体センサS1 により該ビ
ームのたわみ方向(すなわち該ビームにかかった減速度
の方向)を検出し、また該強度の小さい(弱い)ビーム
部B2 上に設けられた半導体センサS2 により該ビーム
のたわみ量(すなわち該ビームにかかった減速度の絶対
値)を高感度に検出することができるので、該減速度の
絶対値のみを検出すれば足りる場合には、該半導体セン
サS1 を省略して、該強度の弱いビーム部B2上に該半
導体センサS2 を設けるのみでよい。
【0014】
【作用】上記構成によれば、該加速度センサの耐衝撃性
は強度の大きいビーム部B1 で決まるためその耐衝撃性
を十分に高めることができる。また該加速度センサに減
速度Gがかかったときには、該ビーム部B1 を支点にし
て該マス部Mが搖動するため、該強度の弱い方のビーム
部B2 の変位量は、該マス部Mの重心部の変位量の2倍
に伸長拡大され、これにより該ビーム部B2 上に設けら
れた半導体センサS2 により、該減速度Gの絶対値を高
感度に検出することができる。
【0015】なお該強度の大きいビーム部B1 上に設け
られた半導体センサS1 には、該減速度Gの方向に応じ
て圧縮又は引張りの応力が生ずるので、該半導体センサ
1により該減速度Gの方向を検出することができる。
【0016】
【実施例】図2は上記図1に示される加速度センサの動
作状態を説明するもので、(A)は該移動体の減速度G
=0のとき、(B)は上向きの減速度Gがかかったと
き、(C)は下向きの減速度Gがかかったときの状態を
示している。
【0017】ここで該加速度センサに水平方向の力がか
かったときの影響は該半導体センサS1 およびS2 によ
って相殺され、また温度上昇時には該図2(A)の点線
に示されるように、強度の弱いビーム部B2 が圧縮さ
れ、これにより該温度上昇による影響も該半導体センサ
1 およびS2 によって相殺される。
【0018】また該加速度センサに上向き又は下向きの
減速度Gがかかったときには、例えば該図2(B)に示
されるように、該ビーム部B1 を支点にして該マス部M
が搖動するため、該ビーム部B2 の変位量は該マス部M
の重心Cの変位量の2倍に伸長拡大される。換言すれ
ば、該ビーム部B2 上に設けられた半導体センサS2
変位量は、該マス部Mの重心Cの変位量を同じとした場
合、上記図3乃至図4に示される従来形の加速度センサ
における該半導体センサの変位量の2倍にまで拡大する
ことができる。
【0019】ただし、上記ビーム部B2 上に設けられた
半導体センサS2 は、該図2(B)および図2(C)に
示されるように、該減速度Gの方向が上向きの場合も下
向きの場合も、該半導体センサS2 が引張られる(伸び
る)ため、該半導体センサS2 により該減速度Gの絶対
値を高感度に検出することができる。
【0020】これに対し上記ビーム部B1 上に設けられ
た半導体センサS1 は、該減速度Gの方向に応じて圧縮
され又は引張られるため、該半導体センサS1 により該
減速度Gの方向を検出することができる。
【0021】
【考案の効果】本考案の加速度センサによれば、その感
度と耐衝撃性を向上させ、更に印加された減速度のみを
リニアに検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の加速度センサの基本構成を示す図であ
る。
【図2】図1の加速度センサの動作状態を示す図であ
る。
【図3】従来技術における加速度センサの1例を示す図
である。
【図4】図3の加速度センサの動作状態を示す図であ
る。
【図5】従来技術における加速度センサの他の例を示す
図である。
【図6】図5の加速度センサの動作状態を示す図であ
る。
【図7】図5の加速度センサの全体構成を示す斜視図で
ある。
【図8】この種の加速度センサの歪ゲージ部(半導体セ
ンサ部)の電気的接続図である。
【図9】歪ゲージ部(半導体センサ部)の動作原理を説
明する図である。
【符号の説明】
M…マス部 B1,B2 …ビーム部 S1,S2 …半導体センサ(歪ゲージ部) F1,F2 …固定部 C…マス部Mの重心 G…センサにかかる減速度 R1,R11…ピエゾ素子

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体の減速度方向に移動するマス部の
    両端が、それぞれ互に強度を異にするビーム部を介して
    該移動体に固定され、該強度を異にする各ビーム部上、
    又は強度の弱い方のビーム部上に半導体センサが設けら
    れていることを特徴とする加速度センサ。
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