JP3368744B2 - 振動型加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のような物
体に作用する加速度を検出する加速度センサに関し、よ
り詳細には、マス部、平行ビーム振動体、マス部と平行
ビーム振動体を支持する支持基台、およびこれらを接続
する接続部からなり、加速度を共振振動する平行ビーム
振動体のビームの間隔変化（形状剛性の変化）に起因し
た振動数変化として検出する振動型加速度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、加速度センサとしては、マス部
（質量部）とこれを支える複数のバネ要素（梁部）によ
って構成され、加速度をバネ要素の応力として検出する
ものが一般的である。

【０００３】このような構成の加速度センサにおいて
は、マス部が加速度の作用によって生じる慣性力によっ
て変位する。マス部はバネ要素によって支持されている
ため、その変位によってバネ要素に生じた応力がマス部
の慣性力と釣り合うまで変位する。従って、バネ要素内
に発生する応力は加速度に比例する。そこで、予めバネ
要素内に組み込んだ応力の検出手段を用いて加速度を計
測することによって、加速度を検出している。

【０００４】ここで、バネ要素内に組み込む加速度の検
出手段としては、例えば半導体歪みゲージを利用する形
式のものが主流を占めてきた。この歪みゲージ方式の加
速度センサでは、歪みゲージに弾性力が作用した時の電
気抵抗の変化を電圧出力に変換して、バネ要素内に発生
する応力、すなわち加速度を検出する。この検出方式に
関しては、応力を電圧に変換する変換効率の向上を目的
とし、バネ要素や歪みゲージ形状等に関してこれまでに
多くの改良が試みられてきた。

【０００５】一方、近年では振動式と称される加速度セ
ンサが研究されるようになってきた。この振動式の加速
度センサは、バネ要素に一体として組み込まれ、静電力
等により励振されるビーム形状振動子の共振振動数の変
化量が、バネ要素を介してビーム形状の振動子に伝達さ
れる軸応力に比例することを利用したものである。従っ
て、電気的（あるいは光学的）な手段を用いて、ビーム
型振動子の振動数の変化を計測して、加速度を検出す
る。例えば、The 8th International Conferenceon Sol
id-State-Sensors and Actuators (Transdusers´795),
D.W.Burns,pp.659pp 〜pp.662,(1995) に、その構成が
開示されている。

【０００６】この振動式は、振動数変化を周波数カウン
タを用いて極めて正確に測定できることに加え、加速度
に対応した振動子の振動数変化（感度）が歪みゲージ方
式と比較して大きいため、高精度に加速度を検出できる
という特徴を備えている。

【０００７】図１０（Ａ）には、前記振動式の加速度セ
ンサの平面構造の概略図、図１０（Ｂ）には、その検出
原理を説明する断面構造の概略図、図１０（Ｃ）には、
バネ要素（梁部）の断面構造の拡大図が示されている。

【０００８】図１０（Ａ）〜（Ｃ）において、マス部１
１は、複数のバネ要素１２を介してマス部１１を囲む外
側に配置された支持部（フレーム）１３に接続されてい
る。これらは、厚さ数百μｍ以上あるシリコン基板を両
面からエッチング（アルカリ溶液によるくり抜き）して
製作されている。この結果、マス部１１はバネ要素１２
により支えられつつ、検出加速度の作用するＹ方向に対
して移動可能となっている。

【０００９】また、マス部１１、バネ要素１２は、外部
環境からの保護およびＹ方向の過大な加速度に起因した
マス部１１の変位による破壊を回避する目的で、接合部
分１７を介して上下の保護キャップ１５、１６により覆
われている。この保護キャップ１５、１６は、マス部１
１やバネ要素１２および支持部１３を構成するシリコン
材料との熱膨脹係数の釣り合いを考慮して同じシリコン
基板を基に作製されており、接着剤を使用せずに直接的
に接合されている。

【００１０】なお、シリコン基板を基にしたエッチング
あるいは接合といった製作プロセスは、一般にバルクマ
イクロマシーニングと称されており、この手法を用いて
製作されるセンサデバイスは、数ｍｍ立方を超えるサイ
ズとして構成される。

【００１１】また、図１０（Ｃ）に示すように、バネ要
素１２には、加速度を検出する手段としての振動子１４
が、多結晶薄膜を用いて真空室１９内に作製されてい
る。この振動子１４は、ビーム形状をしており、図示を
省略した励振機構により与えられる静電力によって共振
振動している。なお、封止部材１８により真空室１９が
形成されている。

【００１２】ここで、Ｙ軸に加速度が作用すると、マス
部１１が変位してバネ要素１２にＸ方向の軸応力が生
じ、バネ要素１２に一体として組み込まれた振動子１４
に前記軸応力が伝達される。この結果、振動子１４の共
振振動数が加速度に対応して増減するので、この振動数
を検出することで加速度が計測される。なお、補助用の
バネ要素１２１は、マス部１１の支持を補助するための
ものである。

【００１３】上記文献に開示された技術では、加速度レ
ンジ２０Ｇ仕様において、約１０％（１Ｇ当り約０．５
％）の振動数変化が得られている。なお、バネ要素１２
に振動子１４を組み込む製作プロセスは、シリコン基板
表面を加工対象領域としたもので、一般にサーフェスマ
イクロマシーニングと称されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成の加速度センサは、本質的にバネ要素の応力を検出
対象としている。このため、以下の（１）〜（５）に記
載されるような問題があった。

【００１５】（１）マス部が複数のバネ要素で拘束され
ていることから、実装過程あるいは温度の昇降過程等で
バネ要素に熱応力が発生する。上記従来の加速度センサ
は、本質的にバネ要素に発生する軸応力を検出するよう
構成されており、この結果、振動子で検出される振動数
変化に熱応力の影響が重畳され、これによって大きな誤
差影響がもたらされる。このように、従来の加速度セン
サは熱応力の影響を受け易いといった欠点があった。

【００１６】（２）多結晶シリコン材料からなるビーム
形状の振動子に作用する軸応力は、加速度の作用に伴う
マス部の変位を支持するバネ要素を介して伝達される。
この結果、バネ要素から軸応力が伝達される過程におい
て、振動子との接合部分で軸応力の伝達ロスが発生し、
加速度に対応したマス部の変位に匹敵する軸応力が正確
に振動子に伝達されない欠点があった。

【００１７】（３）振動子とバネ要素とは異種材料で構
成される。そこで、その接続部に伝達される大きな軸応
力によって、接合部が劣化し、自動車などの輸送手段に
おいて要求される長期的な信頼性を確保できない欠点が
あった。

【００１８】（４）加速度センサの製造プロセスとし
て、バルクマイクロマシーニングとサーフェスマイクロ
マシーニングを併用している。この結果、全体の製作プ
ロセスと工程が複雑化し、製造コストが増大する。

【００１９】（５）さらに、バルクマイクロマシーニン
グプロセスを利用した結果として、センサ構造は大型化
し、製造コストが増大する。

【００２０】自動車や航空機等の輸送手段における加速
度センサでは、高精度であることに加えて、低コストで
あることが求められる。しかし、従来の加速度センサで
は、このような２つの要求を同時に満足することはでき
なかった。

【００２１】本発明は上記問題点を解決することを課題
としてなされたものであり、製造工程を簡略化すると共
にコストを低減し、かつ温度特性ならびに信頼性に優れ
た高精度な加速度センサを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基台と、
この支持基台に第１接続部を介し一方のビームが実質的
に点接続された一対の平行ビームと、これら平行ビーム
を両端でそれぞれ接続する端部を含む平行ビーム振動体
と、この平行ビーム振動体の他方のビームに第２接続部
を介し実質的に点接続され、所定の重量を有するマス部
と、上記平行ビーム振動体の両端部に対しこの平行ビー
ムのビーム方向と直角な方向の励振力を付与する励振手
段と、平行ビーム振動体の振動数を検出する検出手段
と、を有し、上記平行ビームのビーム方向と直角な方向
の加速度を上記平行ビーム振動体における一対の平行ビ
ームの間隔変化に起因した振動数の変化に基づいて検出
することを特徴とする。

【００２３】このように、本発明の振動型加速度センサ
では、加速度により生じるマス部の慣性力により平行ビ
ーム振動体のビームがたわむ。これによって、平行ビー
ム振動体の形状剛性が変化し、この結果、平行ビーム振
動体の共振振動数が変化する。この共振振動数の変化
は、バネ要素の応力を検出する図１０の従来の加速度セ
ンサと同等以上である。従って、本発明の振動型加速度
センサは、加速度を高精度に検出できる。

【００２４】また、本発明の振動型加速度センサは、パ
ッケージ部品との接続は支持基台にて行われる。従っ
て、平行ビーム振動体およびこれに接続されたマス部、
支持基台と点接続されているだけで、他の部分は何ら機
械的に拘束されていない。従って、支持基台とパッケー
ジ部品との熱膨脹係数の不均一により熱応力が発生して
も、これは平行ビーム振動体には伝達されない。従っ
て、平行ビームの形状変化に起因した振動数変化を検出
する本発明の振動型加速度センサは、本質的に、熱応力
影響を受けにくく、温度特性に優れている。

【００２５】さらに、本発明の振動型加速度センサは、
加速度の作用に伴うマス部の変位を、直接的に平行ビー
ム振動体の形状剛性の変化、即ち、共振振動数の変化と
して検出する。したがって、バネ要素を介して伝達され
る軸応力をビームの振動数変化に変換し検出する従来の
振動型加速度センサのような伝達ロスがなく、異種材料
の接続部の劣化も発生しない。よって、本発明の振動型
加速度センサは、より高精度、かつ、信頼性が高い。

【００２６】また、他の発明によれば、第１の支持基台
と、この第１支持基台に第１接続部を介し一方のビーム
が実質的に点接続された一対の平行ビームと、これら平
行ビームを両端でそれぞれ接続する端部を含む第１平行
ビーム振動体と、この第１平行ビーム振動体の他方のビ
ームに第２の接続部を介し実質的に点接続され、所定の
重量を有するマス部と、このマス部に第３接続部を介し
一方のビームが実質的に点接続された一対の平行ビーム
と、これら平行ビームを両端でそれぞれ接続する端部か
らなる第２平行ビーム振動体と、この第２平行ビーム振
動体の他方のビームに第４接続部を介し実質的に点接続
される第２の支持基台と、上記第１および第２平行ビー
ム振動体の両端部に対しこれら第１および第２平行ビー
ムのビーム方向と直角な方向の励振力をそれぞれ付与す
る第１および第２励振手段と、上記第１および第２平行
ビーム振動体の振動数を検出する第１および第２検出手
段と、を有し、上記第１および第２平行ビームのビーム
方向と直角な方向の加速度を上記第１および第２平行ビ
ーム振動体のそれぞれにおける一対の平行ビームの間隔
変化に起因した振動数の変化の差に基づいて検出するこ
とを特徴とする。

【００２７】この発明の振動型加速度センサは、振動体
である第１および第２平行ビーム振動体が、マス部を挟
んで一対として対向配置されており、加速度を差動検出
する。このように、一対として対向配置することで、検
出目的とする加速度軸以外の方向に対する剛性を増し、
本来の加速度検出の感度を保ちつつ、他の加速度成分に
対する誤動作影響が大幅に低減される。さらに、差動検
出により、加速度の検出軸方向の熱応力影響が相殺で
き、温度特性に優れている。

【００２８】また、さらに他の発明によれば、上記マス
部、平行ビーム振動体、支持基台、および接続部が、酸
化物層上にシリコン層を有するＳＯＩ基板または基板上
に形成された多結晶シリコン層を加工して一体として形
成されていることを特徴とする。

【００２９】このように、この発明では、ＳＯＩ基板ま
たは多結晶シリコン層を表面からエッチング加工し、マ
ス部、平行ビーム、支持基台、およびこれらの接続部を
一体としてくり抜くこと（サーフェスマイクロマシーニ
ングのみ）で製作する。これにより、センサ構造が小型
・軽量化し、製造プロセスの簡単化が実現でき、大幅な
コスト低減が図れる。

【００３０】また、さらに他の発明によれば、請求項１
又は２に記載の振動型加速度センサにおいて、振動型加
速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動体、支持
基台及び第１及び第２接続部が、基板上に蒸着あるいは
メッキ形成された金属層を加工して一体として形成され
ていることを特徴とする。これによっても上述と同様
に、センサ構造が小型・軽量化し、製造プロセスの簡単
化が実現でき、大幅なコスト低減が図れる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００３２】＜第１実施形態＞本発明の振動型加速度セ
ンサ１０００の第１の実施形態を以下に説明する。

【００３３】図１には、第１の実施形態の振動型加速度
センサ１０００の斜視図、図２には、図１の振動型加速
度センサの平面図、図３には、励振力印加手段と振幅変
化検出手段の構成が示されている。また、図４には、本
第１実施形態に係る振動型加速度センサ１０００の動作
原理を説明するための平面図が示されている。

【００３４】まず、平行ビーム振動体３は、厚さが１μ
ｍ、奥行き厚みが１０μｍ、長さ約１０００μｍの２枚
のビーム３８と３９を端部３１と３２で連結して構成さ
れている。そして、一対のビーム３８、３９間の変形の
ないときの間隔（距離）は、２０μｍとした。

【００３５】この平行ビーム振動体３は、マス部１およ
び支持基台２との間に、接続部３５および接続部３６を
介して実質的に点接続されている。これら接続部３５、
３６は、ビーム３８、３９の中央部分をマス部１、支持
基台２と接続している。

【００３６】マス部１は、その面積サイズが５００μｍ
平方に形成されており、支持基台２は、８００μｍ×３
００μｍに形成されている。奥行き厚みは、両者とも、
１０μｍである。

【００３７】また、平行ビーム振動体３の２枚の平行ビ
ーム３８、３９を連結する端部３１、３２には、図３の
拡大図に詳細に示したように、加速度の作用方向に沿っ
て櫛状の溝部６９が設けられている。そして、この溝部
６９に噛み合うように形成された励振力印加手段６０に
より平行ビーム振動体３が励振される。すなわち、励振
力印加手段６０と平行ビーム振動体３の端部３１、３２
の間には、交流電源６１より周期的な静電力が印加され
る。このため、この周期的な静電力によって、平行ビー
ム振動体３が平行ビーム振動体３のビーム方向と直行す
る方向に励振される。

【００３８】すなわち、静電力の印加により、平行ビー
ム振動体３の端部３１、３２は、接続部３５および接続
部３６を振動の節（非振動点）として加速度の作用方向
に曲げの振動モードで共振（振動数６４００Ｈｚ）振動
する。従って、端部３１、３２が振動時の最大変位部分
となっている。共振状態での駆動は後述する振動検出手
段によって常に振幅が最大となる加振周波数を選択する
か、又は駆動と振幅の位相が９０度ずれる加振周波数を
選択することによって実現される。

【００３９】また、励振力印加手段６０と相対する側に
は、端部３１、３２の振動における振幅の変化を検出す
る振幅変化検出手段６５が設けられている。この振幅変
化検出手段６５には定電圧源６７より一定の電圧が抵抗
６６を介し印加されている。よって、端部３１、３２が
Ｙ方向（平行ビーム振動体３のビーム方向と直行する方
向）に振動することで溝部６９の領域に発生する電荷量
（電流）が変化し、抵抗６６の両端電圧が変化する。こ
のため、抵抗６６の両端電圧を電圧検出器６８にて検出
することで、平行ビーム振動体３の振動を抵抗６６の電
圧変化として計測できる。従って、この計測結果から平
行ビーム振動体３の振動数が計測される。

【００４０】なお、本実施形態では、平行ビーム振動体
３に励振力を与えるため、溝部６９を設けると共に、励
振力の物理量として静電力を利用しているが、端部３
１、３２の形状や励振手段は、特にこれに限定されもの
ではない。例えば、励振手段として磁力や熱エネルギー
等を利用しても何等問題はない。また、端部３１、３２
の振幅変化を検出する手段や電気的な回路構成について
も、特に上述の構成に限定されない。

【００４１】ここで、端部３１、３２が曲げ振動モード
で励振される第１実施形態の振動型加速度センサ１００
０における平行ビーム振動体３の共振振動数Ｆｎは、次
の（１）式で示される。

【００４２】

【数１】 Ｆｎ＝Ｋ1 ・√［Ｅ・Ｉ／ Ａ・ρ ］ ・・・ （１） ここで、Ｆｎ：固有振動数、Ｋ1 ：振動モードの次数等
により決まる定数、Ｅ：ヤング率、Ｉ：平行ビーム振動
体の形状剛性、Ａ：平行ビームの断面積、ρ：密度であ
る。

【００４３】この式より、共振振動数Ｆｎは平行ビーム
振動体３の形状剛性Ｉの大きさによって変化することが
わかる。

【００４４】本実施形態の振動型加速度センサ１０００
においては、図４に示すように、加速度Ｇによって、マ
ス部１が支持基台２に対し変位し、平行ビーム振動体３
におけるビーム３８、３９間の間隔が変化する。

【００４５】そして、平行ビーム振動体３の形状剛性Ｉ
は、この平行ビーム振動体３の形状変化に応じて変化
し、図５に示したように、検出対象となるＹ方向の加速
度Ｇが作用した場合、ビーム３８と３９の間隔Ｈが狭く
なることに起因して減少する。一方、図５と逆の方向の
加速度が作用した場合は、ビーム３８と３９の間隔Ｈが
広くなり、形状剛性Ｉは増加する。

【００４６】即ち、加速度Ｇの作用によって平行ビーム
振動体３のビーム３８と３９の間隔Ｈが変化して、これ
によって形状剛性Ｉが変化し、この結果、共振振動数Ｆ
ｎも加速度に対応して変化する。

【００４７】このように、本振動型加速度センサは、加
速度を、前記加速度の作用による平行ビーム振動体のビ
ームの間隔変化（形状剛性の変化）に起因した共振振動
数の変化として直接検出する。従って、上述した従来の
振動型加速度センサのように、バネ要素を介して伝達さ
れる軸応力を変換・検出する場合の伝達ロスが発生する
ことはない。

【００４８】第１実施形態の振動型加速度センサでは、
図６に示した特性図のように、１Ｇの加速度印加に対し
て１０％を超える大きな振動数変化ならびに良好な直線
性を有している。従って、車両等の輸送手段にて発生す
る加速度を高精度、かつ信頼性良く検出できる。

【００４９】また、支持基台２は、加速度の作用にとも
なうマス部１の慣性力ならびに平行ビーム３を支持する
ため、パッケージ部品と接続されている。しかし、マス
部１と平行ビーム振動体３については、パッケージ部品
との直接的な接続部分はなく、接続部３６にて支持基台
２に点接続されているだけである。

【００５０】一般に、パッケージ部品は、本振動型加速
度センサを構成するシリコン材料と熱膨脹係数等の材料
物性が異なる樹脂材料あるいはセラミック材料より構成
されている。従って、支持基台２には、熱膨脹係数の不
均一に起因した熱応力が発生する。しかし、支持基台２
に発生した熱応力は、パッケージ部品との接続部分が存
在しない（支持基台２とは接続部３６で点接続されてい
るだけである）ことから、平行ビーム３ならびにマス部
１には伝達されない。

【００５１】従って、本振動型加速度センサは、温度の
昇降過程で発生する熱応力影響を受けにくい、温度特性
に優れた特徴も備えている。なお、パッケージ部品は、
周辺環境からセンサを保護する機能も有している。ま
た、パッケージ部品が、車両などの被測定物体に取り付
けれられる。

【００５２】また、本実施形態の振動型加速度センサ１
０００は、図７に示すように、厚み１０μｍのＳＯＩ
（Silicon on Insulator) 基板をエッチング加工して製
作する。すなわち、シリコン基板、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂ ）接合層、厚さ１０μｍのシリコン層の３層構造か
らなるＳＯＩ基板をエッチング加工して、マス部１、支
持基台２、平行ビーム振動体３、接続部３５、３６が一
体として製作される。

【００５３】これより、本振動型加速度センサ１０００
は、ＳＯＩ基板をもとに、面積サイズで約１ｍｍ平方と
して製作でき（厚みは１０μｍ）、数ｍｍ立方以上とし
て製作されてきた従来の加速度センサに対して格段に小
型化されている。そして、この製作は、サーフェスマイ
クロマシーニングのみで達成できる。従って、大幅なコ
スト低減が達成される。

【００５４】なお、本振動型加速度センサ１０００は、
必ずしもＳＯＩ基板をエッチング加工して製作するに限
定されず、シリコンなどの基板上に形成した多結晶シリ
コン層をエッチング加工して製作する、あるいはシリコ
ン等の基板上に蒸着又はメッキ形成した金属を用いて製
作することでもよい。

【００５５】＜第２実施形態＞本発明の振動型加速度セ
ンサの第２の実施形態を以下に説明する。

【００５６】図８には、第２の実施形態の振動型加速度
センサ２０００の平面図が示されている。本振動型加速
度センサでは、平行ビーム振動体（第１および第２平行
ビーム振動体）３ａと３ｂが、マス部１を挟んだ対向位
置に一対として設けられており、これに対応して前記一
対の平行ビーム振動体３ａ、３ｂを間に挟むマス部１の
反対位置に支持基台（第１および第２支持基台）２ａ、
２ｂが設けられている。なお、平行ビーム振動体３ａ
は、接続部（第１および第２接続部）３５ａ、３６ａに
より、支持基台２ａおよびマス部１に接続されており、
平行ビーム振動体３ｂは、接続部（第３および第４接続
部）３５ｂ、３６ｂでマス部１および支持基台２ｂに接
続されている。

【００５７】そして、本振動型加速度センサ２０００
は、同図におけるＹ方向の加速度を一対の平行ビーム振
動体３ａ、３ｂの振動数変化の差動出力として検出す
る。

【００５８】なお、平行ビーム振動体３ａ、３ｂ、マス
部１、支持基台２ａ、２ｂの各サイズや製作方法、平行
ビーム振動体３ａ、３ｂの励振手段、ならびに基本的な
加速度の検出原理については上述の第１実施形態と同様
であり、その説明を省略する。

【００５９】本振動型加速度センサ２０００において
は、平行ビーム振動体３ａ、３ｂがマス部１を挟んだ対
向位置に一対として設けられているため、加速度が作用
した時の各平行ビーム振動体３ａ、３ｂのたわみ量は、
図１の第１実施形態の振動型加速度センサ１０００の約
５０％として与えられる。しかし、そのたわみは、一対
の平行ビーム振動体３ａと３ｂで極性が異なるため、ビ
ームの間隔は一方で増加し、他方で減少する。そして、
一対の平行ビーム振動体３ａ、３ｂとは、その共振振動
数が同じ量だけ増減する。

【００６０】この結果、図９に示した特性図のように共
振振動数が変化する。この共振振動数の増減を差動出力
として検出することで、第１実施形態と同様に加速度を
高精度に、また信頼性良く計測できる。なお、この差動
出力は、各平行ビーム振動体３ａ、３ｂにおいて検出さ
れる振動数変化の差を演算部（図示せず）において求め
ることによって、得られる。この演算部は、アナログ信
号の演算であってもデジタル信号の演算部であってもよ
い。

【００６１】また、本振動型加速度センサ２０００にお
いては、支持基台２ａと２ｂとがマス部１を挟んだ対向
位置に一対として設けられていることから、温度の昇降
にともなう振動型加速度センサ２０００自体の膨脹や収
縮により、平行ビーム振動体３ａ、３ｂのビーム間隔を
同等に変化させるＹ方向の応力が発生する。しかし、本
振動型加速度センサ２０００においては、一対の平行ビ
ーム振動体３ａ、３ｂの共振振動数の変化を差動出力と
して検出することから、前記Ｙ方向の熱的な誤差影響を
相殺でき、高精度な加速度検出機能を維持できる。

【００６２】さらに、本振動型加速度センサ２０００に
おいては、平行ビーム振動体３ａ、３ｂ、支持基台２
ａ、２ｂが、マス部１を挟んだ対向位置に一対として設
けられていることから、検出目的とするＹ方向以外の剛
性が大幅に向上し改善されている。従って、Ｘ方向やＺ
方向の加速度に対しては、平行ビーム振動体３ａ、３ｂ
はより変形しにくい。この結果、一般的に加速度のクロ
ストーク成分と称される前記のＸ方向やＺ方向の加速度
に対する振動数変化の発生を防止できる。すなわち、本
振動型加速度センサ２０００によれば、他の加速度に対
するクロストークに影響されず、検出目的の加速度成分
を高精度に計測できる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の振動型加
速度センサは、加速度を、平行ビーム振動体のビームの
間隔変化にもとづく共振振動数の変化として直接検出す
る。よって、伝達によるロスの発生を防止して、加速度
を高精度、かつ、信頼性よく検出できる。

【００６４】さらに、加速度の検出要素である平行ビー
ム振動体と支持基台とは、実質的に点接続される。この
ため、従来の加速度センサで問題とされた熱応力の影響
を回避でき、良好な温度特性を実現できる。

【００６５】また、平行ビーム振動体がマス部を挟んだ
対向位置に一対として配置され、加速度を一対の平行ビ
ーム振動体の形状変化にもとづく共振振動数の変化とし
て差動検出するよう構成することで、他の加速度成分に
対する検出誤差がなく、良好な出力特性ならびに温度特
性を実現できる。

【００６６】さらに、本発明の振動型加速度は、ＳＯＩ
基板または多結晶シリコン層をエッチング加工する、あ
るいは蒸着又はメッキ形成された金属層を加工すること
で簡単に製作できる。従って、製作プロセスが格段に簡
易化され、かつ、従来の加速度センサで達成されなかっ
た小型・軽量化が実現でき、大幅なコスト低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の振動型加速度センサ
を示す斜視図である。

【図２】 同センサの平面図である。

【図３】 同センサ励振および振幅検出の構成を示す図
である。

【図４】 同センサにおける加速度の検出原理を示す平
面図である。

【図５】 同センサにおける加速度の検出原理を示す説
明図である。

【図６】 同センサの検出特性を示す図である。

【図７】 製作方法を説明する図である。

【図８】 第２実施形態の振動型加速度センサを示す平
面図である。

【図９】 同センサの検出特性を示す図である。

【図１０】 従来の加速度センサの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ マス部、２，２ａ，２ｂ 支持基台、３，３ａ，３
ｂ 平行ビーム振動体、３５，３６，３５ａ，３５ｂ，
３６ａ，３６ｂ 接続部、１０００ 第１実施形態の振
動型加速度センサ、２０００ 第２実施形態の振動型加
速度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−315057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−178667（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−501527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基台と、 この支持基台に第１接続部を介し一方のビームが実質的
   に点接続された一対の平行ビームと、これら平行ビーム
   を両端でそれぞれ接続する端部を含む平行ビーム振動体
   と、 この平行ビーム振動体の他方のビームに第２接続部を介
   し実質的に点接続され、所定の重量を有するマス部と、 上記平行ビーム振動体の両端部に対しこの平行ビームの
   ビーム方向と直角な方向の励振力を付与する励振手段
   と、 平行ビーム振動体の振動数を検出する検出手段と、 を有し、上記平行ビームのビーム方向と直角な方向の 加速度を上
   記平行ビーム振動体における一対の平行ビームの間隔変
   化に起因した振動数の変化に基づいて検出することを特
   徴とする振動型加速度センサ。
2. 【請求項２】 第１の支持基台と、 この第１支持基台に第１接続部を介し一方のビームが実
   質的に点接続された一対の平行ビームと、これら平行ビ
   ームを両端でそれぞれ接続する端部を含む第１平行ビー
   ム振動体と、 この第１平行ビーム振動体の他方のビームに第２の接続
   部を介し実質的に点接続され、所定の重量を有するマス
   部と、 このマス部に第３接続部を介し一方のビームが実質的に
   点接続された一対の平行ビームと、これら平行ビームを
   両端でそれぞれ接続する端部からなる第２平行ビーム振
   動体と、 この第２平行ビーム振動体の他方のビームに第４接続部
   を介し実質的に点接続される第２の支持基台と、 上記第１および第２平行ビーム振動体の両端部に対しこ
   れら第１および第２平行ビームのビーム方向と直角な方
   向の励振力をそれぞれ付与する第１および第２励振手段
   と、 上記第１および第２平行ビーム振動体の振動数を検出す
   る第１および第２検出手段と、 を有し、上記第１および第２平行ビームのビーム方向と直角な方
   向の 加速度を上記第１および第２平行ビーム振動体のそ
   れぞれにおける一対の平行ビームの間隔変化に起因した
   振動数の変化の差に基づいて検出することを特徴とする
   振動型加速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の振動型加速度セ
   ンサにおいて、 上記マス部、平行ビーム振動体、支持基台および第１お
   よび第２接続部が、酸化物層上にシリコン層を有するＳ
   ＯＩ基板を加工して一体として形成されていることを特
   徴とする振動型加速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の振動型加速度セ
   ンサにおいて、 振動型加速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動
   体、支持基台、および第１および第２接続部が、基板上
   に形成した多結晶シリコン層を加工して一体として形成
   されていることを特徴とする振動型加速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の振動型加速度セ
   ンサにおいて、 振動型加速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動
   体、支持基台及び第１及び第２接続部が、基板上に蒸着
   あるいはメッキ形成された金属層を加工して一体として
   形成されていることを特徴とする振動型加速度センサ。