JP3956999B2 - 加速度センサ - Google Patents
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Description
互いに直交するX軸とY軸とZ軸のうちのX軸およびY軸を含むXY平面に平行なXY基板面を持つ基台と、
この基台のXY基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、
この梁部からX軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、
前記基台のXY基板面上に浮いた状態で前記梁部のY軸方向の両側からそれぞれY軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、
各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接されて前記基台のXY基板面上に浮いた状態で配置された錘部とを有し、
前記錘部はその重心位置が当該錘部を支持する梁部の支点位置に対して高さ位置がずれていることで、加速度を受けて枠状の梁部の変形によりX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、X軸方向の加速度による錘部のX軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をX軸方向の加速度として検出するためのX軸方向加速度検出部と、Y軸方向の加速度による錘部のY軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をY軸方向の加速度として検出するためのY軸方向加速度検出部と、Z軸方向の加速度による錘部のZ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をZ軸方向の加速度として検出するためのZ軸方向加速度検出部とが設けられており、
前記梁部に設けられているZ軸方向加速度検出部とY軸方向加速度検出部とX軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成され、
前記X軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へY軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各連結部側帯状梁部部位の帯幅両側に配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、X軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、X軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてX軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Y軸方向加速度検出部は、各支持部からそれぞれ当該支持部の幅をもって梁部の領域へX軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、Y軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、Y軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてY軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Z軸方向加速度検出部は、各支持部側帯状梁部部位の片側にそれぞれ配設されてZ軸方向の加速度が発生したときに応力変化する梁部部分に設けられた2つのピエゾ抵抗部に加えて、Z軸方向の加速度が発生したときに応力変化の無い支持部部分に形成された別々の2つのピエゾ抵抗部を有し、これら合計4つのピエゾ抵抗部のうちの前記応力変化の無い部分に形成されたピエゾ抵抗部とそれに近い側の支持部側帯状梁部部位の片側に配置されたピエゾ抵抗部同士がそれぞれ電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、これら4つのピエゾ抵抗部は、Z軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてZ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴としている。
また、第2の発明は、
互いに直交するX軸とY軸とZ軸のうちのX軸およびY軸を含むXY平面に平行なXY基板面を持つ基台と、
この基台のXY基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、
この梁部からX軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、
前記基台のXY基板面上に浮いた状態で前記梁部のY軸方向の両側からそれぞれY軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、
各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接されて前記基台のXY基板面上に浮いた状態で配置された錘部とを有し、
前記錘部はその重心位置が当該錘部を支持する梁部の支点位置に対して高さ位置がずれていることで、加速度を受けて枠状の梁部の変形によりX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、X軸方向の加速度による錘部のX軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をX軸方向の加速度として検出するためのX軸方向加速度検出部と、Y軸方向の加速度による錘部のY軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をY軸方向の加速度として検出するためのY軸方向加速度検出部と、Z軸方向の加速度による錘部のZ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をZ軸方向の加速度として検出するためのZ軸方向加速度検出部とが設けられており、
前記梁部に設けられているZ軸方向加速度検出部とY軸方向加速度検出部とX軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成され、
前記X軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へY軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配
設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各連結部側帯状梁部部位の帯幅両側に配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、X軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、X軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてX軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Y軸方向加速度検出部は、各支持部からそれぞれ当該支持部の幅をもって梁部の領域へX軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、Y軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、Y軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてY軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Z軸方向加速度検出部は、各支持部側帯状梁部部位の両側にそれぞれ配設された4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の両側にそれぞれ配設されているピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、前記4つのピエゾ抵抗部は、Z軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてZ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴としている。
2 基台
3 XY基板面
4 梁部
5 支持部
6 固定部
7 錘部
8 連結部
15 連結部側帯状梁部部位
16 支持部側帯状梁部部位
20 補強部
25 弾性部
Claims (8)
- 互いに直交するX軸とY軸とZ軸のうちのX軸およびY軸を含むXY平面に平行なXY基板面を持つ基台と、
この基台のXY基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、
この梁部からX軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、
前記基台のXY基板面上に浮いた状態で前記梁部のY軸方向の両側からそれぞれY軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、
各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接されて前記基台のXY基板面上に浮いた状態で配置された錘部とを有し、
前記錘部はその重心位置が当該錘部を支持する梁部の支点位置に対して高さ位置がずれていることで、加速度を受けて枠状の梁部の変形によりX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、X軸方向の加速度による錘部のX軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をX軸方向の加速度として検出するためのX軸方向加速度検出部と、Y軸方向の加速度による錘部のY軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をY軸方向の加速度として検出するためのY軸方向加速度検出部と、Z軸方向の加速度による錘部のZ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をZ軸方向の加速度として検出するためのZ軸方向加速度検出部とが設けられており、
前記梁部に設けられているZ軸方向加速度検出部とY軸方向加速度検出部とX軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成され、
前記X軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へY軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各連結部側帯状梁部部位の帯幅両側に配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、X軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、X軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてX軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Y軸方向加速度検出部は、各支持部からそれぞれ当該支持部の幅をもって梁部の領域へX軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、Y軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、Y軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてY軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Z軸方向加速度検出部は、各支持部側帯状梁部部位の片側にそれぞれ配設されてZ軸方向の加速度が発生したときに応力変化する梁部部分に設けられた2つのピエゾ抵抗部に加えて、Z軸方向の加速度が発生したときに応力変化の無い支持部部分に形成された別々の2つのピエゾ抵抗部を有し、これら合計4つのピエゾ抵抗部のうちの前記応力変化の無い部分に形成されたピエゾ抵抗部とそれに近い側の支持部側帯状梁部部位の片側に配置されたピエゾ抵抗部同士がそれぞれ電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、これら4つのピエゾ抵抗部は、Z軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてZ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする加速度センサ。 - 互いに直交するX軸とY軸とZ軸のうちのX軸およびY軸を含むXY平面に平行なXY基板面を持つ基台と、
この基台のXY基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、
この梁部からX軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、
前記基台のXY基板面上に浮いた状態で前記梁部のY軸方向の両側からそれぞれY軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、
各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接されて前記基台のXY基板面上に浮いた状態で配置された錘部とを有し、
前記錘部はその重心位置が当該錘部を支持する梁部の支点位置に対して高さ位置がずれていることで、加速度を受けて枠状の梁部の変形によりX軸方向とY軸方向とZ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、X軸方向の加速度による錘部のX軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をX軸方向の加速度として検出するためのX軸方向加速度検出部と、Y軸方向の加速度による錘部のY軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をY軸方向の加速度として検出するためのY軸方向加速度検出部と、Z軸方向の加速度による錘部のZ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形部位に設けられて該撓み変形をZ軸方向の加速度として検出するためのZ軸方向加速度検出部とが設けられており、
前記梁部に設けられているZ軸方向加速度検出部とY軸方向加速度検出部とX軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成され、
前記X軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へY軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各連結部側帯状梁部部位の帯幅両側に配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、X軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、X軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてX軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Y軸方向加速度検出部は、各支持部からそれぞれ当該支持部の幅をもって梁部の領域へX軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、Y軸方向加速度検出部の4つのピエゾ抵抗部は、Y軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてY軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Z軸方向加速度検出部は、各支持部側帯状梁部部位の両側にそれぞれ配設された4つのピエゾ抵抗部を有し、各支持部側帯状梁部部位の両側にそれぞれ配設されているピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて2つの電圧検出部が形成されており、前記4つのピエゾ抵抗部は、Z軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてZ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする加速度センサ。 - 梁部のX軸方向の両側からそれぞれX軸方向に伸長形成されている各支持部の中心軸は同一直線上に配置され、また、梁部のY軸方向の両側からそれぞれY軸方向に伸長形成されている各連結部の中心軸は同一直線上に配置されており、
梁部は、支持部の中心軸を通るX方向中心線に対して対称な形状であり、かつ、連結部の中心軸を通るY方向中心線に対しても対称な形状であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の加速度センサ。 - 枠状の梁部は、Z軸方向の厚みが全体に渡って等しいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の加速度センサ。
- 枠状の梁部におけるZ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の幅をもって梁部の領域へX軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位、および、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へY軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位が他の部分よりも厚いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の加速度センサ。
- 枠状の梁部の枠内空間には、梁部の両側の支持部を繋ぐ方向に伸長形成された補強部が配置され、当該補強部の両端側がそれぞれ枠状の梁部に連接されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の加速度センサ。
- 支持部は弾性部を介して梁部支持固定部に連接されており、上記弾性部は、梁部支持固定部の歪みに応じて弾性変形し梁部支持固定部の歪みに起因して梁部支持固定部から支持部に加えられる応力を軽減することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載の加速度センサ。
- 弾性部は、支持部の伸張形成方向に交差する方向に伸長形成されている梁を有し、この弾性部の梁の両端部がそれぞれ梁部支持固定部に固定されており、支持部は上記弾性部の梁に連接されて梁部支持固定部に支持されていることを特徴とする請求項7記載の加速度センサ。
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