JP2563071Y2 - 加速度センサ - Google Patents

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する。
具体的には、加速度や振動によって生じるマス部の変位
を静電容量変化として検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４、図５は従来の加速度センサ３０の
一部破断した斜視図及び断面図である。この加速度セン
サ３０にあっては、枠型をしたフレーム１の中央にマス
部２が配設されており、マス部２は４本のビーム３によ
って両持ち状にフレーム１に支持されている。そして、
マス部２は、ビーム３の変形によってマス部２の厚さ方
向（図４中のＸ方向）に自由に微小変位できるようにな
っている。

【０００３】また、フレーム１の上面及び下面にはカバ
ー４，５が重ねられ、カバー４，５の周辺部を接着剤等
によってフレーム１に接着されている。カバー４，５の
内面にはマス部２が変位できるように凹所４ａ，５ａが
設けられており、凹所４ａ，５ａの底にはそれぞれ静止
電極６，９が設けられている。また、マス部２の前記静
止電極６，９と対向する面には可動電極７ａ，８ａが設
けられており、カバー４，５の静止電極６，９とマス部
２の可動電極７ａ，８ａの間でそれぞれコンデンサが形
成されている。

【０００４】しかして、ビーム３に両持ち状に支持され
たマス部２がＸ方向に加速度を受けて変位した場合、マ
ス部２の変位量に応じてマス部２の可動電極７ａ，８ａ
とカバー４，５の静止電極６，９の間のギャップ量が変
化して静電容量が変わる。従って、この静電容量の変化
を電圧に変換して出力することにより加速度を検知する
ことができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】このような構造の加速
度センサにおいては、マス部は変位時にマス部の底面で
空気抵抗を受け、空気抵抗のために速度あるいは振動を
ダンピングされる。しかも、マス部の底面の粗さによっ
て空気のマス部の周囲における空気の流れが異なるた
め、マス部の受ける空気抵抗あるいはダンピング率も表
面粗さによって影響を受け、マス部の底面の表面粗さが
異なるとマス部の変位する様子が異なる。

【０００６】ところが、従来の加速度センサにあって
は、マス部の底面の表面粗さを一定に作製することが困
難であるため、マス部のダンピング率が異なり、同一の
加速度を感じた場合でもマス部の変位量が異なり、測定
値にバラツキが生じるという問題があった。

【０００７】本考案は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、静電容量型
の加速度センサにおいて、マス部のダンピング率を均一
にして変位量のバラツキを小さくすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案の加速度センサ
は、弾性を有するビームにより支持体にマス部を揺動自
在に支持させ、当該マス部の電極面に対向させて静止電
極を配置した加速度センサにおいて、前記マス部の、揺
動方向に位置する面に、周囲を突縁によって囲まれた窪
みを設け、前記マス部が変位するときに空気を捕えるこ
とができるように、前記突縁で囲まれた部分の全体が前
記突縁よりも窪んだ単一の凹部となるように前記窪みを
形成したことを特徴としている。

【０００９】また、当該マス部の、窪みの周囲に位置す
る突縁に、窪みの内外を連通させるように溝を設けても
良い。

【００１０】また、半導体基板を半導体製造プロセスで
加工することにより、支持体とマス部とビームを一体に
形成しても良い。

【００１１】

【作用】本考案にあっては、マス部の、揺動方向に位置
する面に、周囲を突縁によって囲まれた窪みを設けてあ
り、その窪みは、マス部が変位するときに空気を捕える
ことができるように、突縁で囲まれた部分の全体が突縁
よりも窪んだ単一の凹部となっているので、マス部の変
位時におけるマス部の周囲の空気の流れがマス部の窪み
によって制御され、マス部の表面粗さによって影響され
なくなる。このマス部の窪みの形状や寸法は、マス部の
表面粗さに比べて均一性が高いので、マス部の窪みによ
って周囲の空気の流れを制御させることによってマス部
の受ける空気抵抗を均一にすることができる。

【００１２】したがって、マス部が変位するときに生じ
る空気抵抗のバラツキをマス部の表面粗さによらず均一
にすることができ、個々の加速度センサ間のマス部の変
位量のバラツキを小さくでき、加速度の検出精度を向上
させることができる。

【００１３】また、窪みの周囲に位置する突縁に溝を設
ければ、マス部が変位するときの空気抵抗を減少させる
ことができるので、マス部のダンピングを小さくでき、
窪みを形成したことによる加速度センサの感度低下を防
止することができる。

【００１４】また、半導体基板を半導体製造プロセスに
より加工してマス部等を製作する場合には、マス部の窪
みをエッチング等によって容易に作製できる。

【００１５】

【実施例】図１は本考案の一実施例による加速度センサ
２０を示す断面図、図２はその加速度センサ２０に用い
られている半導体基板１０を下面側から示す斜視図であ
る。この加速度センサ２０は、シリコンウエハに半導体
製造プロセスを用いて一体加工した図２に示すような半
導体基板１０の上下両面にパイレックスガラス製のカバ
ー４，５を積層して構成されている。

【００１６】半導体基板１０にあっては、角枠型をした
フレーム１の中央にマス部２を配設し、４本のビーム３
によってフレーム１にマス部２を両持ち状に支持してい
る。マス、部２はビーム３の弾性変形によってマス部２
の厚さ方向（図１中のＸ方向）に自由に微小変位できる
ようになっており、マス部２の底面（ビーム位置から突
出している側）には、図１，図２に示すように、マス部
２の周縁に設けられた突縁に囲まれた方形の窪み１１が
エッチングによって設けられている。

【００１７】半導体基板１０の上下に重ねられたカバー
４，５は、周辺部を接着剤等によってフレーム１に接着
されている。カバー４，５の内面には、マス部２の変位
を妨げないように凹所４ａ，５ａを形成してあり、凹所
４ａ，５ａの底にはマス部２の上面及び底面と対向させ
て各々アルミニウムの静止電極６，９が設けられてい
る。一方、半導体基板１０は導電性を有しており、マス
部２の上面及び底面は静止電極６，９の電位によって電
荷を誘導される電極面７，８となっている。しかして、
マス部２の表面の電極面７，８と静止電極６，９とによ
ってそれぞれコンデンサが形成されている。

【００１８】上記のようにマス部２の底面には窪み１１
が設けられているので、マス部２が変位するとき突縁に
囲まれた窪み１１内に空気が捕えられ、マス部２の底面
に沿って移動しにくくなる。このため、空気がマス部２
と固定電極の間の隙間を流れることにより生じる空気抵
抗が低減され、さらに、マス部２の表面粗さにかかわら
ず空気抵抗が均一になる。しかも、この窪み１１の深さ
や面積は、マス部２の表面粗さよりも精度よく形成する
ことができるので、マス部２が変位する時に生じる周囲
の空気の流れを容易に制御でき、マス部２の受ける空気
抵抗を均一にできる。この結果、同一の加速度に対する
マス部２の変位量のバラツキを小さくでき、加速度セン
サ２０の検知精度を向上させることができる。

【００１９】

【００２０】図３は本考案の別な実施例におけるマス部
２の構造を示す斜視図である。この実施例においては、
マス部２の下面に方形の窪み１１を設け、さらに窪み１
１の縁に溝１２を設け、溝１２を通して窪み１１の内外
を連通させてある。

【００２１】従って、マス部２が底面側へ変位すると
き、窪み１１内に捕えられた空気を溝１２を通して窪み
１１外へ逃がすことができ、マス部２の空気抵抗による
ダンピングを小さくすることができる。従って、マス部
２の変位量が大きくなって加速度センサ２０の感度低下
を小さくすることができる。

【００２２】なお、上記実施例においては、マス部の上
下両面が電極面となり、マス部の上下両面に対向させて
静止電極を設けていたが、マス部の上面側にだけ静止電
極を設け、マス部の上面だけを電極面としても良い。ま
た、半導体基板が導電性を有しない場合には、マス部の
表面に金属膜を蒸着させて電極面を形成しても良い。

【００２３】また、上記実施例においては、マス部の底
面にのみ窪みを設けているが、マス部の上面にも窪みを
設けても良い。

【００２４】

【考案の効果】本考案の加速度センサによれば、突縁に
囲まれたマス部の窪みによって周囲の空気の流れを制御
することができるので、マス部の空気抵抗をマス部の表
面粗さによらず均一にでき、同一の加速度を受けたとき
のマス部の変位量のバラツキを小さくでき、加速度の検
出精度を向上させることができる。

【００２５】また、マス部の窪みの縁に溝を設ければ、
マス部の空気抵抗が減少するので、マス部の動きが大き
くなり、窪みを設けたことによる検出感度の低下を防止
できる。

【００２６】また、半導体基板を半導体製造プロセスに
より加工してマス部等を製作する場合には、マス部の窪
みをエッチング等によって容易に作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による加速度センサを示す断
面図である。

【図２】同上の加速度センサに用いられている半導体基
板を下面側から示す斜視図である。

【図３】本考案の別な実施例による加速度センサのマス
部を示す一部破断した斜視図である。

【図４】従来例による加速度センサの一部破断した斜視
図である。

【図５】同上の断面図である。

【符号の説明】

２ マス部 ３ ビーム ６，９ 静止電極 ７，８ 電極面 １１ 窪み １２ 溝

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性を有するビームにより支持体にマス
   部を揺動自在に支持させ、当該マス部の電極面に対向さ
   せて静止電極を配置した加速度センサにおいて、 前記マス部の、揺動方向に位置する面に、周囲を突縁に
   よって囲まれた窪みを設け、 前記マス部が変位するときに空気を捕えることができる
   ように、前記突縁で囲まれた部分の全体が前記突縁より
   も窪んだ単一の凹部となるように前記窪みを形成した こ
   とを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記マス部の、窪みの周囲に位置する突
   縁に、窪みの内外を連通させるように溝を設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 半導体基板を半導体製造プロセスにより
   加工して前記支持体とマス部とビームを一体に形成され
   た請求項１又は２に記載の加速度センサ。