JP3230109B2 - Acceleration sensor unit - Google Patents

Acceleration sensor unit

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JP3230109B2
JP3230109B2 JP07874893A JP7874893A JP3230109B2 JP 3230109 B2 JP3230109 B2 JP 3230109B2 JP 07874893 A JP07874893 A JP 07874893A JP 7874893 A JP7874893 A JP 7874893A JP 3230109 B2 JP3230109 B2 JP 3230109B2
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acceleration
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサユニット
に関する。例えば、自動車の加速度や振動を検出するセ
ンサであって、加速度や振動によって生じるマス部の変
位を検知する加速度センサユニットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor unit. For example, the present invention relates to a sensor for detecting acceleration or vibration of an automobile, and an acceleration sensor unit for detecting displacement of a mass portion caused by acceleration or vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術とその問題点】図7は、従来例の加速度セ
ンサ50を示す概略断面図である。この加速度センサ5
0は、シリコン基板よりなる角枠状をしたフレーム51
の開口部分の中央にマス部52が配設されており、マス
部52は2本のビーム53によって片持ち状にフレーム
51に支持されている。マス部52は、ビーム53の弾
性変形によってマス部52の厚さ方向(図のY軸方向)
に自由に微小変位できるようになっており、その底面に
は可動電極55が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a schematic sectional view showing a conventional acceleration sensor 50. As shown in FIG. This acceleration sensor 5
0 is a square frame-shaped frame 51 made of a silicon substrate.
A mass portion 52 is provided at the center of the opening portion, and the mass portion 52 is supported by the frame 51 in a cantilever manner by two beams 53. The mass portion 52 is moved in the thickness direction (Y-axis direction in the drawing) of the mass portion 52 by elastic deformation of the beam 53.
The movable electrode 55 is formed on the bottom surface thereof.

【0003】フレーム51の上下面にはガラス基板54
が重ねられ、ガラス基板54の周辺部はフレーム51に
接合されている。フレーム51下面のガラス基板54の
内面には、マス部52の可動電極55と微小なギャップ
をへだてて静止電極56が設けられており、マス部52
の可動電極55と静止電極56とによりコンデンサが形
成されている。
A glass substrate 54 is provided on the upper and lower surfaces of a frame 51.
Are overlapped, and the periphery of the glass substrate 54 is joined to the frame 51. A stationary electrode 56 is provided on the inner surface of the glass substrate 54 on the lower surface of the frame 51 so as to leave a small gap from the movable electrode 55 of the mass portion 52.
The movable electrode 55 and the stationary electrode 56 form a capacitor.

【0004】しかして、ビーム53に支持されたマス部
52がY軸方向に加速度を受けて変位した場合、マス部
52の変位量に応じてマス部52の可動電極55と静止
電極56の間のギャップ量が変化して静電容量が変わ
る。したがって、この静電容量の値の変化を電気信号と
して出力することによって加速度を検知することができ
る。
When the mass 52 supported by the beam 53 is displaced by receiving an acceleration in the Y-axis direction, the distance between the movable electrode 55 and the stationary electrode 56 of the mass 52 depends on the displacement of the mass 52. And the capacitance changes. Therefore, acceleration can be detected by outputting the change in the value of the capacitance as an electric signal.

【0005】また、フレーム51やマス部52やビーム
53は単結晶のシリコン基板等より作製されているた
め、電気化学エッチング手法を用いてビーム53等を効
率よく形成することができ、生産性よく加速度センサ5
0を製造することができる。
Since the frame 51, the mass 52, and the beam 53 are made of a single-crystal silicon substrate or the like, the beam 53 and the like can be efficiently formed by using an electrochemical etching technique, and the productivity is improved. Acceleration sensor 5
0 can be produced.

【0006】しかし、電気化学エッチング手法による
と、シリコン基板の両面から等しくエッチングすること
はできず、片面のみからのエッチングとなるのでシリコ
ン基板の厚さ方向に対してその中央にビーム53を形成
できない。このため、加速度センサ50を水平に置いた
場合には、ビーム53の中心軸Qとマス部52の重心R
は同一水平面上に位置せず、Y軸方向の検出目的以外の
軸方向(例えばX軸方向)の加速度の影響を受けやす
く、図8に示すように、加速度センサ50の下部にY軸
以外の軸方向の感度を最小にする角度を持った台座57
を加速度センサ50と回路基板58との間に具備するこ
とで、目的以外の加速度の影響を抑えることとしてい
る。
However, according to the electrochemical etching method, it is impossible to uniformly etch from both sides of the silicon substrate, and only one side is etched, so that the beam 53 cannot be formed at the center in the thickness direction of the silicon substrate. . Therefore, when the acceleration sensor 50 is placed horizontally, the center axis Q of the beam 53 and the center of gravity R
Are not located on the same horizontal plane and are susceptible to acceleration in an axis direction other than the detection purpose in the Y-axis direction (for example, the X-axis direction). As shown in FIG. A pedestal 57 with an angle that minimizes axial sensitivity
Is provided between the acceleration sensor 50 and the circuit board 58 to suppress the influence of acceleration other than the intended purpose.

【0007】また、図9に示すものは、さらに別な従来
例の加速度センサ60であって、この加速度センサ60
は、エッチング溶液により単結晶のシリコン基板を上下
方向から化学エッチングし、時間制御でもってエッチン
グ深さを制御することで、ビーム53をフレーム51内
部に形成し、ビーム53の中心軸Qとマス部52の重心
Rを同一水平面上に位置させた構造とすることで、Y軸
方向の加速度の影響を少なくしている。
FIG. 9 shows another conventional acceleration sensor 60.
Is to form a beam 53 inside the frame 51 by chemically etching a single-crystal silicon substrate from above and below with an etching solution and controlling the etching depth by time control. By employing a structure in which the center of gravity R of 52 is located on the same horizontal plane, the influence of acceleration in the Y-axis direction is reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8に
示すような構造では、個々の加速度センサ50に対し
て、加速度センサ50の下面のガラス基板54と回路基
板58との間に台座57を取り付ける必要があるため、
加速度センサ50が小型化すればするほど、台座57に
取り付ける作業性が著しく低下するという問題点があっ
た。例えば、加速度センサ50を小さくすると、台座5
7自身もそれに合わせて小さくする必要がある。このた
め、加速度センサ50を傾斜させるための角度を台座5
7に加工することが難しくなり、その角度にも高い精度
が要求される。また、角度の精度を上げるため、台座5
7を大きく作製すれば、回路基板58上における実装面
積が大きくなる。さらに、加速度センサ50を台座57
に正確に取り付けなければ、検出軸以外の軸方向の加速
度を検出し、誤差を含みやすく、信頼性に欠けるものと
なる。
However, in the structure as shown in FIG. 8, a pedestal 57 is attached to each of the acceleration sensors 50 between the glass substrate 54 and the circuit board 58 on the lower surface of the acceleration sensor 50. Need to
As the size of the acceleration sensor 50 is reduced, the workability of attaching the acceleration sensor 50 to the pedestal 57 is significantly reduced. For example, when the acceleration sensor 50 is reduced,
7 itself must be reduced accordingly. For this reason, the angle for tilting the acceleration sensor 50 is
7 becomes difficult, and the angle is also required to have high accuracy. In order to improve the accuracy of the angle, the pedestal 5
7 is large, the mounting area on the circuit board 58 is large. Further, the acceleration sensor 50 is
If it is not accurately mounted, acceleration in the axial direction other than the detection axis will be detected, errors will be easily included, and reliability will be lacking.

【0009】また、図9に示す加速度センサ60にあっ
ては、時間制御でエッチングするために、エッチング溶
液の温度、エッチング溶液の濃度の影響を受けやすく、
その温度、濃度管理が困難で、又、エッチング時間にバ
ラツキがあるため、加速度センサ60の生産性が著しく
低下するという問題点があった。
Further, the acceleration sensor 60 shown in FIG. 9 is easily affected by the temperature of the etching solution and the concentration of the etching solution because the etching is performed by time control.
It is difficult to control the temperature and concentration, and the etching time varies, so that the productivity of the acceleration sensor 60 is significantly reduced.

【0010】本発明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、生産性のよ
い加速度センサを用いて、検出目的軸成分のみを検出す
ることのできる実装容易な加速度センサユニットを提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above-described drawbacks of the conventional example, and has as its object to detect only a detection target axis component using an acceleration sensor having high productivity. It is to provide an acceleration sensor unit that is easy to mount.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサユ
ニットにあっては、重心がビームの中心軸に位置しない
マス部を、弾性を有するビームにより支持体に揺動自在
に支持された加速度センサを実装基板に実装し、当該実
装基板をケーシングに装填した加速度センサユニットに
おいて、前記実装基板上に実装された前記加速度センサ
前記マス部が揺動して加速度を検出する軸に対して、
他の軸の加速度検出感度が最小になるように前記マス部
の重心と前記ビームが同一水平面上に位置する角度で、
当該実装基板をケーシングに装填したことを特徴として
いる。
According to the acceleration sensor unit of the present invention, the mass sensor whose center of gravity is not located at the center axis of the beam is swingably supported by the support by an elastic beam. In an acceleration sensor unit in which the mounting board is mounted on a casing, the mass section of the acceleration sensor mounted on the mounting board swings and detects an acceleration with respect to an axis .
The mass section is set so that the acceleration detection sensitivity of the other axes is minimized.
At the angle where the center of gravity of the beam and the beam are located on the same horizontal plane,
The present invention is characterized in that the mounting substrate is loaded in a casing.

【0012】また、実装基板に実装する加速度センサ
は、金属パッケージ等のパッケージに収納したり、実装
基板に実装するための固定基板に実装したのち、実装基
板に実装することとしてもよい。
Further, the acceleration sensor mounted on the mounting board may be housed in a package such as a metal package or mounted on a fixed board for mounting on the mounting board, and then mounted on the mounting board.

【0013】[0013]

【作用】本発明の加速度センサユニットにあっては、実
装基板に実装された加速度センサのマス部が揺動して加
速度を検出する軸に対して、他の軸の加速度検出感度
最小になるように前記マス部の重心と前記ビームが同一
水平面上に位置する角度で、実装基板をケーシングに装
填しているので、他の軸の加速度の影響を受けることな
く、目的とする検出軸方向のみの加速度を検出すること
ができる。すなわち、取り付けが困難である台座を個々
の加速度センサに設ける必要がなく、加速度センサが実
装された実装基板を傾斜させることにより、簡単に加速
度センサに傾斜角度を持たせることができる。例えば、
マス部の重心がビームの中心軸上にないため、加速度セ
ンサの検出軸方向(マス部の変位方向)以外の影響を受
けやすい加速度センサを用いた場合であっても、加速度
センサが実装された実装基板に傾斜角度を持たせて、マ
ス部の重心とビームとが概ね同一水平面上にあるように
加速度センサユニット内に保持することができる。
According to the acceleration sensor unit of the present invention, the mass of the acceleration sensor mounted on the mounting board is swung and added.
With respect to the axis for detecting the speed, the acceleration detection sensitivity of the other axis
The center of gravity of the mass section and the beam should be the same so as to minimize
Since the mounting board is loaded in the casing at an angle positioned on the horizontal plane, it is possible to detect acceleration only in the target detection axis direction without being affected by acceleration of other axes. That is, it is not necessary to provide a pedestal, which is difficult to attach, to each acceleration sensor, and the acceleration sensor can easily have a tilt angle by tilting the mounting board on which the acceleration sensor is mounted. For example,
Since the center of gravity of the mass part is not on the center axis of the beam, the acceleration sensor is mounted even when using an acceleration sensor that is easily affected by directions other than the detection axis direction (displacement direction of the mass part) of the acceleration sensor. By providing the mounting substrate with an inclination angle, the center of gravity of the mass portion and the beam can be held in the acceleration sensor unit such that they are substantially on the same horizontal plane.

【0014】また、実装基板を加速度センサユニット内
に保持する傾斜角度は、加速度センサのマス部の形状等
により一定の角度に定まる。そこで、所望の傾斜角度が
得られるユニット本体を量産しておくことで、他軸方向
の加速度の影響を受けることのない加速度センサユニッ
トを容易に多量提供することができる。また、マス部を
大きくして検出感度を高くするために、傾斜角度が異な
ることとなった場合でも、傾斜角度の異なるユニット本
体を作製することで、検出感度のよい加速度センサユニ
ットを簡単に提供することができる。
Further, the inclination angle at which the mounting board is held in the acceleration sensor unit is fixed at a constant angle depending on the shape of the mass of the acceleration sensor. Therefore, by mass-producing the unit main body that can obtain a desired inclination angle, it is possible to easily provide a large number of acceleration sensor units that are not affected by the acceleration in the other axis direction. In addition, even if the tilt angle is different to increase the detection sensitivity by enlarging the mass part, an acceleration sensor unit with good detection sensitivity can be easily provided by manufacturing a unit body with a different tilt angle. can do.

【0015】さらに、加速度センサは実装基板に水平に
実装するだけでよい。また、加速度センサを実装する実
装基板の実装角度によって他軸感度を小さくしているの
で、所定の傾斜角度との誤差を小さくすることができる
と共に加速度センサの実装基板上における実装面積を大
きくすることもない。
Further, the acceleration sensor need only be mounted horizontally on the mounting board. In addition, since the sensitivity to other axes is reduced by the mounting angle of the mounting board on which the acceleration sensor is mounted, an error with a predetermined inclination angle can be reduced, and the mounting area of the acceleration sensor on the mounting board can be increased. Nor.

【0016】また、予め加速度センサを金属パッケージ
のようなパッケージに収納したり、実装基板に実装する
ための固定基板に実装したのち、固定基板とともに実装
基板に実装することにすれば、実装作業を容易にするこ
とができる。
Further, if the acceleration sensor is previously housed in a package such as a metal package, or mounted on a fixed board for mounting on a mounting board, and then mounted on the mounting board together with the fixed board, the mounting operation can be simplified. Can be easier.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、本発明の一実施例である加速度セン
サユニットAの概略断面図である。1は加速度を検知す
る加速度センサ、2は加速度センサ1を保持してある回
路基板であって、回路基板2上には加速度センサ1と共
に加速度センサ1の出力を電気信号として検出し増幅し
たりする検知回路3を構成する電子部品4a,4bを実
装している。また、ユニット本体6は、回路基板2を加
速度センサユニットA内に固定保持するための固定補助
部材5と金属板からなるシールド板7及び7´と絶縁性
のあるプラスチック等からなるベース8及び蓋9により
構成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an acceleration sensor unit A according to an embodiment of the present invention. 1 is an acceleration sensor for detecting acceleration, and 2 is a circuit board holding the acceleration sensor 1. On the circuit board 2, together with the acceleration sensor 1, the output of the acceleration sensor 1 is detected and amplified as an electric signal. Electronic components 4a and 4b constituting the detection circuit 3 are mounted. The unit body 6 includes a fixing auxiliary member 5 for fixing and holding the circuit board 2 in the acceleration sensor unit A, shield plates 7 and 7 ′ made of a metal plate, a base 8 made of an insulating plastic or the like, and a lid. 9.

【0018】加速度センサ1は回路基板2に水平に取り
付けられたのち、回路基板2とともに固定角度θで、固
定補助部材5に設けられた差し込み溝状などの固定部5
aに固定されている。
After the acceleration sensor 1 is mounted horizontally on the circuit board 2, the acceleration sensor 1 and the circuit board 2 are fixed at a fixed angle .theta.
a.

【0019】図2は、ユニット本体6に備え付けられた
加速度センサ1を示す断面図であって、加速度センサ1
は静電容量型のものである。この加速度センサ1にあっ
ては、角枠状をしたフレーム11の開口部分の中央にマ
ス部12が配設されており、マス部12は2本のビーム
13によって片持ち状にフレーム11に支持されてい
る。マス部12は、ビーム13の弾性変形によって図2
のY軸方向に自由に微小変位できるようになっている。
また、フレーム11とビーム13及びマス部12は、結
晶シリコンウエハを半導体製造プロセスを用いて一体と
して形成されており、全体が導電性を有していて、マス
部12は可動電極14としての機能を有する。また、ビ
ーム13を所定の厚さでエッチングを停止させるため、
ビーム13の厚さ分だけ結晶シリコンウエハに拡散層を
形成し、水酸化カリウム水溶液等のエッチング液により
電気化学エッチングしてフレーム11等を形成してい
る。
FIG. 2 is a sectional view showing the acceleration sensor 1 provided in the unit main body 6.
Is a capacitance type. In the acceleration sensor 1, a mass portion 12 is disposed at the center of an opening of a frame 11 having a rectangular frame shape, and the mass portion 12 is supported by the frame 11 in a cantilever manner by two beams 13. Have been. The mass portion 12 is caused by the elastic deformation of the beam 13 as shown in FIG.
Can be freely displaced minutely in the Y-axis direction.
The frame 11, the beam 13, and the mass portion 12 are formed integrally by using a semiconductor manufacturing process on a crystalline silicon wafer, and the entirety has conductivity, and the mass portion 12 functions as a movable electrode 14. Having. Further, in order to stop the etching of the beam 13 at a predetermined thickness,
A diffusion layer is formed on the crystalline silicon wafer by the thickness of the beam 13 and electrochemically etched with an etching solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide to form the frame 11 and the like.

【0020】フレーム11の上面及び下面にはガラス製
のカバー16a,16bが重ねられ、カバー16a,1
6bの周辺部は接着剤等や高温で高電圧を印加して接着
する陽極接合法等によりフレーム11に接着されてい
る。カバー16a,16bの内面にはマス部12が変位
できるように窪み17a,17bが形成されており、カ
バー16a,16bの窪み17a,17bの底にはマス
部12の変位を検知するための変位検出用電極15a,
15bが配設されている。
The upper and lower surfaces of the frame 11 are covered with glass covers 16a and 16b, respectively.
The periphery of 6b is adhered to the frame 11 by an adhesive or the like or an anodic bonding method of applying a high voltage at a high temperature to adhere. Depressions 17a and 17b are formed on the inner surfaces of the covers 16a and 16b so that the mass portion 12 can be displaced. Displacements for detecting the displacement of the mass portion 12 are formed on the bottoms of the depressions 17a and 17b of the covers 16a and 16b. The detection electrodes 15a,
15b is provided.

【0021】また、マス部12の可動電極14の上面側
と変位検出用電極15a、及びマス部12の可動電極1
4の下面側と変位検出用電極15bによって構成される
コンデンサは、ビーム13及びフレーム11を通して検
知回路3に接続されている。検知回路3は、当該コンデ
ンサの静電容量の変化を検出し、当該静電容量の変化を
電圧の変化に変換して、ユニット本体6に設けられた端
子18へと出力する。
Further, the upper surface side of the movable electrode 14 of the mass portion 12 and the displacement detection electrode 15a, and the movable electrode 1 of the mass portion 12
The capacitor constituted by the lower surface side of 4 and the displacement detection electrode 15 b is connected to the detection circuit 3 through the beam 13 and the frame 11. The detection circuit 3 detects a change in the capacitance of the capacitor, converts the change in the capacitance into a change in voltage, and outputs the change to a terminal 18 provided in the unit body 6.

【0022】しかして、加速度センサ1に加速度が加わ
ると、慣性力によってマス部12がビーム13を弾性的
に撓ませながら変位し、慣性力とビーム13の弾性復帰
力の釣り合った位置で静止する。あるいは、加速度セン
サ1に振動が加わると、振動に応じてマス部12も振動
する。このとき、マス部12の変位量に応じてマス部1
2と変位検出用電極15a,15bとの間のギャップ量
が変化し、マス部12の可動電極14と変位検出用電極
15a,15bとの間の静電容量が変化する。この静電
容量の変化は検知回路3により検出され、加速度の大き
さに対応した電圧信号に変換して出力されるので、加速
度を知ることができる。
When acceleration is applied to the acceleration sensor 1, the mass portion 12 is displaced while elastically bending the beam 13 due to inertia force, and stops at a position where the inertia force and the elastic return force of the beam 13 are balanced. . Alternatively, when vibration is applied to the acceleration sensor 1, the mass portion 12 also vibrates according to the vibration. At this time, the mass 1
The gap between the second electrode 2 and the displacement detection electrodes 15a and 15b changes, and the capacitance between the movable electrode 14 of the mass portion 12 and the displacement detection electrodes 15a and 15b changes. This change in capacitance is detected by the detection circuit 3 and converted into a voltage signal corresponding to the magnitude of the acceleration and output, so that the acceleration can be known.

【0023】また、この加速度センサ1は回路基板2に
固定したのち、加速度センサ1のマス部12の重心Mと
ビーム13とが概ね同一水平面上にあるように、加速度
センサ1とともに回路基板2を固定角度θでユニット本
体6に備え付けてある。しかして、加速度センサユニッ
トAに加速度が加わると、慣性力がマス部12に働く
が、ビーム13を中心とした曲げモーメントによってY
軸方向(鉛直方向)のみにしかマス部12は変位を受け
ず、したがって、Y軸方向以外の加速度は検出されず、
Y軸方向のみの加速度が検出されることになる。特に、
X軸方向(水平方向)の加速度によってはビーム13に
曲げモーメントが発生せず、X軸方向の加速度は検出さ
れない。
After the acceleration sensor 1 is fixed to the circuit board 2, the circuit board 2 is moved together with the acceleration sensor 1 so that the center of gravity M of the mass portion 12 of the acceleration sensor 1 and the beam 13 are substantially on the same horizontal plane. The unit body 6 is provided with a fixed angle θ. Thus, when acceleration is applied to the acceleration sensor unit A, an inertial force acts on the mass portion 12, but the bending moment about the beam 13 causes Y
The mass portion 12 receives displacement only in the axial direction (vertical direction), and therefore, acceleration other than in the Y-axis direction is not detected,
The acceleration in only the Y-axis direction is detected. In particular,
No bending moment is generated in the beam 13 depending on the acceleration in the X-axis direction (horizontal direction), and the acceleration in the X-axis direction is not detected.

【0024】このように加速度センサユニットAにあっ
ては、Y軸(検出軸)方向以外の加速度の影響を受ける
ことなく(とくにX軸方向に感度を持たず)、Y軸方向
の加速度を正確に測定することができる。
As described above, in the acceleration sensor unit A, the acceleration in the Y-axis direction can be accurately measured without being affected by acceleration other than in the Y-axis (detection axis) direction (in particular, having no sensitivity in the X-axis direction). Can be measured.

【0025】図3に、固定角度θを決定するための測定
方法を示す。縦軸に図2におけるX軸方向の加速度感度
(%FSO)、横軸には、ビーム13の等価的な支点L
を中心として加速度センサ1を図2において反時計方向
(左回り)に回転させた時負となるように、加速度セン
サ1の傾斜角ω(ビーム13の中心軸と水平面とのなす
角度)を表わしている。図3に示すように、傾斜角0゜
の時、つまり加速度センサ1が水平に保持されていると
きには、−X軸方向の加速度感度(図2における左方向
への加速度感度)は−50%FSO以下であるが、徐々
に加速度センサ1をビーム13の等価支点Lを中心とし
て左回りに回転させていくと、X軸方向の加速度感度
は、−X軸方向、+X軸方向ともに加速度感度の大きさ
が減少し、傾斜角−13゜において、−X軸方向の加速
度感度は0%FSOとなる。つまり、固定角度θを例え
ば13゜の角度で回路基板2をユニット本体6に装着す
れば、マス部12の重心Mとビーム13の基端部にある
等価的な支点Lは概ね同一水平面上に存在するようにな
り、X軸方向の加速度感度を最小限にすることができ、
Y軸方向の加速度のみを検出できるようになる。
FIG. 3 shows a measuring method for determining the fixed angle θ. The vertical axis represents the acceleration sensitivity (% FSO) in the X-axis direction in FIG. 2, and the horizontal axis represents the equivalent fulcrum L of the beam 13.
When the acceleration sensor 1 is rotated counterclockwise (counterclockwise) in FIG. 2 around the center, the inclination angle ω (the angle between the central axis of the beam 13 and the horizontal plane) of the acceleration sensor 1 is expressed so as to be negative. ing. As shown in FIG. 3, when the inclination angle is 0 °, that is, when the acceleration sensor 1 is held horizontally, the acceleration sensitivity in the −X-axis direction (the acceleration sensitivity in the left direction in FIG. 2) is −50% FSO. As described below, when the acceleration sensor 1 is gradually rotated counterclockwise about the equivalent fulcrum L of the beam 13, the acceleration sensitivity in the X-axis direction becomes larger in both the −X-axis direction and the + X-axis direction. At a tilt angle of −13 °, the acceleration sensitivity in the −X-axis direction becomes 0% FSO. That is, if the circuit board 2 is mounted on the unit main body 6 at a fixed angle θ of, for example, 13 °, the center of gravity M of the mass portion 12 and the equivalent fulcrum L at the base end of the beam 13 are substantially on the same horizontal plane. Will be present, minimizing the acceleration sensitivity in the X-axis direction,
Only the acceleration in the Y-axis direction can be detected.

【0026】また、加速度センサユニットAに回路基板
2を備え付ける固定角度θは、マス部12の重心M及び
ビーム13の位置関係や、加速度センサ1のマス部12
やビーム13などの各部の形状や重量によって決まるた
め、同じ構成の加速度センサ1では同じ固定角度θとな
り、この固定角度θは上述のように初期測定によって求
められる。そこで、固定角度θとなるように固定部5a
を設けてユニット本体6を作製しておけば、生産性のよ
い加速度センサ1を作製してユニット本体6に収め、指
向性のよい加速度センサユニットAを簡単に作製するこ
とができる。
The fixed angle θ at which the circuit board 2 is mounted on the acceleration sensor unit A depends on the positional relationship between the center of gravity M and the beam 13 of the mass section 12 and the mass section 12 of the acceleration sensor 1.
Since the acceleration sensor 1 having the same configuration has the same fixed angle θ, the fixed angle θ is determined by the initial measurement as described above, since it is determined by the shape and the weight of each part such as the beam and the beam 13. Therefore, the fixing portion 5a is fixed so as to have a fixed angle θ.
Is provided, and the unit main body 6 is manufactured, the acceleration sensor 1 with good productivity can be manufactured and housed in the unit main body 6, and the acceleration sensor unit A with good directivity can be easily manufactured.

【0027】また、さまざまな固定角度θとなるような
固定部5aを設けたユニット本体6を作製しておけば、
様々なマス部等の形状を持つ加速度センサ1に容易に対
応することが可能になり、マス部12を大きく作製して
加速度センサ1の検出感度を容易に向上することができ
る。加速度センサ1を小型化した場合であっても、容易
に検出したい軸方向のみの加速度を検出することのでき
る加速度センサユニットAを提供することができる。
If the unit main body 6 provided with the fixing portions 5a having various fixed angles θ is prepared,
It is possible to easily cope with the acceleration sensor 1 having various shapes such as a mass portion, and the mass portion 12 can be made large to easily improve the detection sensitivity of the acceleration sensor 1. Even if the acceleration sensor 1 is downsized, it is possible to provide the acceleration sensor unit A that can easily detect only the acceleration in the axial direction that is desired to be detected.

【0028】図4に、本発明のさらに別な実施例である
加速度センサユニットBのユニット本体6に収められた
加速度センサ20の断面図を示す。この加速度センサ2
0は、ピエゾ抵抗型のものであって、回路基板2に水平
に保持されたのち、加速度センサユニットBのユニット
本体6に対して固定角度θで回路基板2が取り付けられ
ている。また、ビーム23の上面には、ピエゾ抵抗素子
28に生じた歪み量に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵
抗素子28が貼り付けられている。一方、フレーム21
の下面にはガラス製のカバー26が重ねられ、カバー2
6の周辺部は陽極接合法等によりフレーム21に接着さ
れ、カバー26の内面にはマス部22が変位できるよう
に窪み27が形成されている。
FIG. 4 is a sectional view of an acceleration sensor 20 housed in a unit body 6 of an acceleration sensor unit B according to still another embodiment of the present invention. This acceleration sensor 2
Numeral 0 denotes a piezoresistive type, which is held horizontally on the circuit board 2 and then attached to the unit body 6 of the acceleration sensor unit B at a fixed angle θ. A piezoresistive element 28 whose resistance value changes according to the amount of strain generated in the piezoresistive element 28 is attached to the upper surface of the beam 23. On the other hand, the frame 21
A glass cover 26 is overlaid on the lower surface of the
6 is adhered to the frame 21 by an anodic bonding method or the like, and a depression 27 is formed on the inner surface of the cover 26 so that the mass 22 can be displaced.

【0029】しかして、加速度センサ20に加速度や振
動が加わると、加速度あるいは振動に応じて、マス部2
2も振動して、ビーム23に歪みを生じることになる。
このとき、ビーム23に生じた歪み量に応じて、ピエゾ
抵抗素子28の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化は、
回路基板2上に設けられた検知回路3により検出され、
加速度の大きさに対応した電圧信号もしくは電流信号に
変換して出力されるので、加速度を知ることができる。
When acceleration or vibration is applied to the acceleration sensor 20, the mass section 2 is moved in accordance with the acceleration or vibration.
2 also oscillates, causing beam 23 to be distorted.
At this time, the resistance value of the piezoresistive element 28 changes in accordance with the amount of distortion generated in the beam 23.
Detected by a detection circuit 3 provided on the circuit board 2,
Since the output is converted into a voltage signal or a current signal corresponding to the magnitude of the acceleration, the acceleration can be known.

【0030】この加速度センサ20にあっても、実施例
1の加速度センサ1と同様に、ビーム23の等価支点P
を中心とした傾斜角ω(ビーム23の中心軸Pと水平面
とのなす角度)を初期測定しておくことにより、固定角
度θを求めることができる。そこで、マス部22の重心
Oとビーム23の支点Pとが概ね同一水平面上にあるよ
うに、回路基板2を固定角度θでユニット本体6に取り
付けることにより、Y軸方向の加速度のみを検出するこ
とができる。
In this acceleration sensor 20, as in the case of the acceleration sensor 1 of the first embodiment, the equivalent fulcrum P
The fixed angle θ can be obtained by initially measuring the inclination angle ω (the angle between the central axis P of the beam 23 and the horizontal plane) with respect to. Therefore, only the acceleration in the Y-axis direction is detected by attaching the circuit board 2 to the unit body 6 at a fixed angle θ such that the center of gravity O of the mass portion 22 and the fulcrum P of the beam 23 are substantially on the same horizontal plane. be able to.

【0031】したがって、ピエゾ抵抗型の加速度センサ
20を用いた場合でも、容易に検出軸方向のみの加速度
を検出することのできる加速度センサユニットを提供す
ることができる。
Therefore, even when the piezoresistive acceleration sensor 20 is used, it is possible to provide an acceleration sensor unit that can easily detect acceleration only in the detection axis direction.

【0032】図5は、本発明のさらに別な実施例である
加速度センサユニットCの一部破断した断面図であっ
て、加速度センサ30は、金属パッケージ31にパッケ
ージしたのち、回路基板2に実装後、固定角度θでもっ
てユニット本体6に保持固定されている。また、加速度
センサ30に構成されたコンデンサは、金属パッケージ
31の接続端子32に接続され、接続端子32を介して
固定基板上の電子部品4a,4c,4dに接続されてい
る。
FIG. 5 is a partially cutaway sectional view of an acceleration sensor unit C according to still another embodiment of the present invention. The acceleration sensor 30 is mounted on a circuit board 2 after being packaged in a metal package 31. Thereafter, it is held and fixed to the unit body 6 at a fixed angle θ. The capacitor included in the acceleration sensor 30 is connected to the connection terminal 32 of the metal package 31, and is connected to the electronic components 4a, 4c, 4d on the fixed board via the connection terminal 32.

【0033】図6は、本発明のさらに別な実施例である
加速度センサユニットDの一部破断した断面図である。
この加速度センサ40は、固定基板41上に固定したの
ち、絶縁性のプラスチックケース42でパッケージし、
回路基板2に表面実装してあり、加速度センサ40に構
成されたコンデンサは、固定基板41上の接続端子(図
示せず)を通じて検知回路3を構成する電子部品4a,
4c,4dに接続されている。次いで、検出目的以外の
軸感度を最小限にすべく、この回路基板2は固定角度θ
でユニット本体6に保持固定されている。
FIG. 6 is a partially broken sectional view of an acceleration sensor unit D according to still another embodiment of the present invention.
The acceleration sensor 40 is fixed on a fixed substrate 41 and then packaged in an insulating plastic case 42.
The capacitors mounted on the surface of the circuit board 2 and configured in the acceleration sensor 40 are connected to the electronic components 4 a and 4 a constituting the detection circuit 3 through connection terminals (not shown) on the fixed substrate 41.
4c, 4d. Next, in order to minimize the axis sensitivity other than the purpose of detection, the circuit board 2 is fixed at a fixed angle θ.
And is held and fixed to the unit body 6.

【0034】加速度センサユニットCやDのように、加
速度センサ30,40を金属パッケージ31や固定基板
41上に実装したのち、回路基板2に装着することとす
れば、加速度センサ30,40が小型化しても回路基板
2に装着することが容易になり、加速度センサ1に構成
されたコンデンサと検知回路3との接続や、加速度セン
サ20のビーム21上に形成されたピエゾ抵抗素子28
と検知回路3との接続が容易になる。
If the acceleration sensors 30 and 40 are mounted on the metal package 31 and the fixed substrate 41 and then mounted on the circuit board 2 as in the acceleration sensor units C and D, the acceleration sensors 30 and 40 can be reduced in size. The acceleration sensor 1 can be easily mounted on the circuit board 2, the connection between the capacitor formed in the acceleration sensor 1 and the detection circuit 3, and the piezoresistive element 28 formed on the beam 21
And the detection circuit 3 can be easily connected.

【0035】また、以上の実施例においては、加速度セ
ンサ1上に構成されるコンデンサや加速度センサ20の
ビーム23上に形成されるピエゾ抵抗素子28は、ビー
ム13,23及びフレーム11,21を通じて、回路基
板2上の検知回路3に接続することにしているが、これ
らの検知回路3は加速度センサ1,20のフレーム1
1,21上に設けることとしてもよい。検知回路3をフ
レーム11,21上に設ける場合には、回路基板2に検
知回路3を設ける必要がないため、加速度センサユニッ
トAやBをさらに小型化することもできる。
In the above embodiment, the capacitor formed on the acceleration sensor 1 and the piezoresistive element 28 formed on the beam 23 of the acceleration sensor 20 are transmitted through the beams 13 and 23 and the frames 11 and 21. The detection circuits 3 are connected to the detection circuits 3 on the circuit board 2.
It is good also as providing on 1 and 21. When the detection circuit 3 is provided on the frames 11 and 21, it is not necessary to provide the detection circuit 3 on the circuit board 2, so that the acceleration sensor units A and B can be further reduced in size.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の加速度センサユニットにあって
は、実装基板に実装された加速度センサを、加速度検出
軸に対して、他の軸の加速度検出感度を最小にする角度
で、実装基板を傾斜させて加速度センサユニットに保持
し、加速度センサに傾斜角度を持たせているので、他の
軸の加速度の影響を受けることなく、目的とする検出軸
方向のみの加速度を容易に検出することができる。
According to the acceleration sensor unit of the present invention, the acceleration sensor mounted on the mounting board is positioned at an angle with respect to the acceleration detection axis at which the acceleration detection sensitivity of the other axis is minimized. Since the sensor is tilted and held by the acceleration sensor unit and the acceleration sensor is given a tilt angle, it is easy to detect acceleration only in the target detection axis direction without being affected by acceleration of other axes. it can.

【0037】また、実装基板を所望する傾斜角度で保持
することができるユニット本体を量産しておくことで、
他軸方向の加速度の影響を受けることのない加速度セン
サユニットを容易に提供することができ、傾斜角度の異
なるユニット本体を用意することで簡単に、検出感度の
高い加速度センサユニットを提供することができる。
Further, by mass-producing the unit body capable of holding the mounting board at a desired inclination angle,
It is possible to easily provide an acceleration sensor unit that is not affected by acceleration in other axis directions, and to easily provide an acceleration sensor unit with high detection sensitivity by preparing unit bodies having different inclination angles. it can.

【0038】さらに、加速度センサは実装基板に水平に
実装するだけでよい。また、加速度センサを実装する実
装基板の実装角度によって他軸感度を小さくしているの
で、所定の傾斜角度との誤差を小さくすることができる
とともに加速度センサの実装基板上における実装面積を
大きくすることもない。
Further, the acceleration sensor need only be mounted horizontally on the mounting board. Further, since the sensitivity of the other axis is reduced by the mounting angle of the mounting board on which the acceleration sensor is mounted, an error with a predetermined inclination angle can be reduced, and the mounting area of the acceleration sensor on the mounting board can be increased. Nor.

【0039】また、予め加速度センサを金属パッケージ
等のパッケージに収納したり、実装基板に実装するため
の固定基板に実装したのち、固定基板とともに実装基板
に実装することにすれば、実装作業を容易にすることが
できる。
Further, if the acceleration sensor is previously housed in a package such as a metal package or mounted on a fixed board for mounting on a mounting board, and then mounted on the mounting board together with the fixed board, the mounting operation is facilitated. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例である加速度センサユニット
の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an acceleration sensor unit according to an embodiment of the present invention.

【図2】同上のユニット本体に備え付けられた加速度セ
ンサを示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an acceleration sensor provided in the unit main body of the above.

【図3】同上における傾斜角ωと図2におけるX軸方向
の加速度感度との関係を表わした図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the inclination angle ω and the acceleration sensitivity in the X-axis direction in FIG. 2;

【図4】本発明の別な実施例である加速度センサユニッ
トのユニット本体に装着された加速度センサの断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an acceleration sensor mounted on a unit main body of an acceleration sensor unit according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに別な実施例である加速度センサ
ユニットの一部破断した断面図である。
FIG. 5 is a partially broken sectional view of an acceleration sensor unit according to still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のさらに別な実施例である加速度センサ
ユニットの一部破断した断面図である。
FIG. 6 is a partially broken sectional view of an acceleration sensor unit according to still another embodiment of the present invention.

【図7】従来例である加速度センサの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a conventional acceleration sensor.

【図8】同上の加速度センサに台座を設けたところを示
す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where a pedestal is provided in the acceleration sensor according to the first embodiment.

【図9】さらに別な従来例である加速度センサの断面図
である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of another conventional acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 回路基板 3 検知回路 5 固定補助部材 12 マス部 13 ビーム 17a,17b 窪み 31 金属パッケージ Reference Signs List 2 circuit board 3 detection circuit 5 fixing auxiliary member 12 mass 13 beam 17a, 17b depression 31 metal package

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 志朗 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−78748(JP,A) 特開 平4−297875(JP,A) 特開 昭61−97572(JP,A) 特開 昭61−72677(JP,A) 国際公開90/10237(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/00 - 15/135 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shiro Fujioka 10th Hanazono Todocho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Omron Corporation (56) References JP-A-5-78748 (JP, A) JP-A-4- 297875 (JP, A) JP-A-61-97572 (JP, A) JP-A-61-72677 (JP, A) WO 90/10237 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) G01P 15/00-15/135

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 重心がビームの中心軸に位置しないマス
部を、弾性を有するビームにより支持体に揺動自在に支
持された加速度センサを実装基板に実装し、当該実装基
板をケーシングに装填した加速度センサユニットにおい
て、 前記実装基板上に実装された前記加速度センサの前記マ
ス部が揺動して加速度を検出する軸に対して、他の軸の
加速度検出感度が最小になるように前記マス部の重心と
前記ビームが同一水平面上に位置する角度で、当該実装
基板をケーシングに装填したことを特徴とする加速度セ
ンサユニット。
An acceleration sensor, which has a center of gravity not located at the center axis of the beam and is swingably supported by a support by a beam having elasticity, is mounted on a mounting board, and the mounting board is mounted on a casing. in the acceleration sensor unit, said Ma of the acceleration sensor mounted to the mounting substrate
The center of gravity of the mass section is positioned such that the acceleration detection sensitivity of the other axis is minimized with respect to the axis for detecting acceleration by swinging of the mass section.
An acceleration sensor unit , wherein the mounting board is loaded in a casing at an angle at which the beams are located on the same horizontal plane .
【請求項2】 金属パッケージのようなパッケージに収
めた前記加速度センサを前記実装基板に実装してあるこ
とを特徴とする請求項1に記載の加速度センサユニッ
ト。
2. The acceleration sensor unit according to claim 1, wherein the acceleration sensor housed in a package such as a metal package is mounted on the mounting substrate.
【請求項3】 前記実装基板に実装するための固定基板
に前記加速度ユニットを実装し、当該加速度センサを当
該固定基板を介して前記実装基板に実装してあることを
特徴とする請求項1に記載の加速度センサユニット。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the acceleration unit is mounted on a fixed board for mounting on the mounting board, and the acceleration sensor is mounted on the mounting board via the fixed board. The acceleration sensor unit according to the above.
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