JP4631864B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向の加速度を検出することができる加速度センサに関するものである。

図１５ａには加速度センサの一例が模式的な斜視図により示されている（例えば特許文献１参照）。この加速度センサ４０は、枠部４１と、この枠部４１の中央部に配置されている円柱状の重錘体４２と、この重錘体４２のＸ軸方向の両側からそれぞれＸ軸方向に沿って枠部４１に向けて伸長形成されているＸ軸方向梁部４３ａ，４３ｂと、重錘体４２のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に沿って枠部４１に向けて伸長形成されているＹ軸方向梁部４４ａ，４４ｂと、重錘体４２に連接されている４つの補助重錘体４５ａ〜４５ｄと、Ｘ軸方向梁部４３ａ，４３ｂに形成されている抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒz1〜Ｒz4と、Ｙ軸方向梁部４４ａ，４４ｂに形成されている抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4とを有して構成されている。

図１５ａに示される加速度センサ４０の構成では、Ｘ軸方向梁部４３ａ，４３ｂの中心軸は、円柱状の重錘体４２の中心軸を通ってＸ軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置され、また、Ｙ軸方向梁部４４ａ，４４ｂの中心軸は重錘体４２の中心軸を通ってＹ軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置されている。これらＸ軸方向梁部４３ａ，４３ｂおよびＹ軸方向梁部４４ａ，４４ｂは、それぞれ、撓み変形が可能な構成と成している。

抵抗素子Ｒx1，Ｒx2はＸ軸方向梁部４３ａにＸ軸方向に沿って配列配置され、抵抗素子Ｒx3，Ｒx4はＸ軸方向梁部４３ｂにＸ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒy1，Ｒy2はＹ軸方向梁部４４ａにＹ軸方向に沿って配列配置され、抵抗素子Ｒy3，Ｒy4はＹ軸方向梁部４４ｂにＹ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒz1，Ｒz2はＸ軸方向梁部４３ａにＸ軸方向に沿って配列配置され、抵抗素子Ｒz3，Ｒz4はＸ軸方向梁部４３ｂにＸ軸方向に沿って配列配置されている。これら抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、それぞれ、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形による梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力変化によって電気抵抗値が変化するものである。

４つの抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4が図１５ｂに示されるようなブリッジ回路を、また、４つの抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4が図１５ｃに示されるようなブリッジ回路を、さらに、４つの抵抗素子Ｒz1〜Ｒz4が図１５ｄに示されるようなブリッジ回路を、それぞれ、構成するための配線が梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂや枠部４１に設けられている。なお、図１５ｂ〜図１５ｄに示されている符号Ｖccは、外部の電圧電源に接続される電圧電源入力部を示し、符号Ｐx1，Ｐx2，Ｐy1，Ｐy2，Ｐz1，Ｐz2は、それぞれ、電圧検出部を示している。

重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄは、それぞれ、浮いた状態となっており、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形によって、変位が可能になっている。例えば、Ｘ軸方向の加速度に起因したＸ軸方向の力が重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＸ軸方向に振れ変位する。また同様に、Ｙ軸方向の加速度に起因したＹ軸方向の力が重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＹ軸方向に振れ変位する。さらに同様に、Ｚ軸方向の加速度に起因したＸ軸方向の力が重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＺ軸方向に振れ変位する。このような重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄの変位によって梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが撓み変形する。

加速度センサ４０では、上記のような梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形による梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力発生によって抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の抵抗値が変化する。この抵抗素子の抵抗値の変化によって、図１５ｂ〜図１５ｄの各ブリッジ回路の４つの抵抗素子の抵抗値のバランスが崩れて、例えば、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときには、図１５ｂのブリッジ回路の電圧検出部Ｐx1，Ｐx2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用してＸ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。また、Ｙ軸方向の加速度が発生しているときには、図１５ｃのブリッジ回路の電圧検出部Ｐy1，Ｐy2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用してＹ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。さらに、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図１５ｄのブリッジ回路の電圧検出部Ｐz1，Ｐz2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用してＺ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

特開２００２−２９６２９３号公報 特開平８−１６００７０号公報 特開平６−８２４７２号公報

図１５ａに示される加速度センサ４０の構成では、直線状の梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが、重錘体４２の四方にそれぞれ配置されて、重錘体４２を枠部４１に連結している。このため、熱応力によって枠部４１に歪みが生じたときに、その枠部４１の歪みに伴って梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに歪みが生じ当該梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂには圧縮応力や引っ張り応力が発生する。加速度を検出するための抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、それぞれ、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに設けられているために、加速度が生じていないのにも拘わらず、枠部４１の熱応力による歪みに起因した梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力発生によって、抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の電気抵抗値が変化する。これにより、加速度が生じていないのにも拘わらず、図１５ｂ〜図１５ｄのブリッジ回路から、加速度発生時の電圧が出力されてしまうことがある。

また、重錘体４２の四方にそれぞれ伸長形成されている梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに、加速度検出用の抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4を設ける構成であり、それら抵抗素子の配置位置は分散している。例えば、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂがシリコンにより構成されている場合には、各梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂにおける抵抗素子配置位置に、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）をドープしてピエゾ抵抗である抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4を形成する。この場合に、抵抗素子配置位置が分散していると、各抵抗素子配置位置にリンやボロンを均等にドープすることが難しく、各抵抗素子配置位置のドープ濃度にばらつきが生じる。このため、図１５ｂ〜図１５ｄに示す各ブリッジ回路の４つの抵抗素子の抵抗値のバランスを取ることが難しく、加速度検出の精度の向上を妨げるという問題が生じる。

本発明は上記課題を解決するために次に示すような構成を有している。すなわち、この発明は、
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片持ち梁状に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ていることを特徴としている。

この発明によれば、枠状の梁部は、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両持ち梁状に基台に支持されている構成とした。このため、例えば、熱応力によって基台に歪みが生じたときに、Ｙ軸方向（例えば長手方向）の歪みは支持部の撓み変形により吸収され、また、Ｘ軸方向（例えば短手方向）の歪みは歪みによる絶対変位が小さい上に、支持部および連結部に連接されている梁部領域から離れた梁部領域がＸ軸方向の歪みに応じて変形して吸収されるため、梁部における支持部との連接部位およびその隣接領域と、連結部との連接部位およびその隣接領域とに歪みが生じることを防止できる。例えば熱応力等によって基台の歪みが生じたときに当該基台の歪みに起因して歪みが発生しない梁部領域に、梁部の歪みに基づいて加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＺ軸方向加速度検出部を形成することにより、基台の熱応力による歪みに起因した加速度の誤検出の事態（つまり、加速度が発生していないのにも拘わらず、基台の熱応力による歪みに起因してＸ軸方向加速度検出部やＹ軸方向加速度検出部やＺ軸方向加速度検出部により加速度が検出されてしまうという誤検出の事態）の発生を抑制することができる。

また、この発明では、枠状の梁部が両持ち梁状に基台に支持され、その梁部に錘部が片持ち梁状に支持された簡単な構造であり、これにより、小型化を促進させることが容易である。

さらに、この発明では、錘部は枠状の梁部に片持ち梁状に連結する構成である。このため、加速度による錘部の変位が大きくなり、これにより、錘部の変位に起因した梁部の撓み変形が大きくなって、加速度検出の感度を高めることができる。

以下に、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

図１ａには本発明に係る加速度センサの第１実施例が模式的な斜視図により示され、図１ｂには図１ａの加速度センサの模式的な平面図が示されている。また、図２ａには図１ｂのａ−ａ部分の模式的な断面図が示され、図２ｂには図１ｂのｂ−ｂ部分の模式的な断面図が示され、図２ｃには図１ｂのｃ−ｃ部分の模式的な断面図が示されている。さらに、図３ａには図１ｂのＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示され、図３ｂには図１ｂのＢ−Ｂ部分の模式的な断面図が示され、図３ｃには図１ｂのＣ−Ｃ部分の模式的な断面図が示されている。

この第１実施例の加速度センサ１は、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸の三軸方向の加速度をそれぞれ検出することができるものである。この加速度センサ１は基台２を有している。この基台２は、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面に平行なＸＹ基板面３を持ち、このＸＹ基板面３の上方側には、枠状の梁部４が浮いた状態で配置されている。この枠状の梁部４は方形状と成し、当該梁部４のＸ軸方向の両側からそれぞれＸ軸方向に沿って外向きに支持部５（５ａ，５ｂ）が伸長形成されている。これら支持部５ａ，５ｂは、それぞれ、基台２に対して浮いた状態と成し、支持部５ａ，５ｂの各伸長先端部は固定部６に連接されている。この固定部６は、梁部４および後述する錘部７（７ａ，７ｂ）の形成領域を間隔を介して囲む枠状の形態を有し、当該固定部６は基台２に固定されている。換言すれば、梁部４は、支持部５ａ，５ｂを介して基台２に両持ち梁状に支持固定されている。すなわち、この第１実施例では、支持部５（５ａ，５ｂ）と固定部６によって梁部支持固定部が構成されている。

錘部７ａ，７ｂは、梁部４を間にしてＹ軸方向に配列配置され、かつ、基台２のＸＹ基板面３の上方側に浮いた状態で配置されている。これら各錘部７ａ，７ｂは、それぞれ、梁部４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た連結部８（８ａ，８ｂ）によって、梁部４に連接されている。連結部８（８ａ，８ｂ）は基台２に対して浮いた状態と成し、錘部７ａ，７ｂは、梁部４の撓み変形によって、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なっている。

第１実施例では、各支持部５ａ，５ｂのＸ軸方向に沿った中心軸は同一直線上に配置され、また、各連結部８ａ，８ｂのＹ軸方向に沿った中心軸は同一直線上に配置されている。梁部４は方形状と成し、当該梁部４は、支持部５ａ，５ｂの中心軸を通るＸ方向中心軸に対して対称な形状であり、かつ、連結部８ａ，８ｂの中心軸を通るＹ方向中心軸に対して対称な形状となっている。

また、第１実施例では、梁部４において、各連結部８ａ，８ｂからそれぞれ連結部８の幅をもって梁部４の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）（図４の点線Ｚ15で囲んだ領域を参照）のＺ軸方向の厚みは、連結部８のＺ軸方向の厚みと同じ厚みとなっている。また、各支持部５ａ，５ｂからそれぞれ支持部５の幅をもって梁部４の領域へＸ軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）（図４の点線Ｚ16で囲んだ領域を参照）のＺ軸方向の厚みは、支持部５のＺ軸方向の厚みと同じ厚みとなっている。第１実施例では、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）のＺ軸方向の厚みが、例えば約４００μｍ程度であるのに対して、梁部４のそれ以外の部分のＺ軸方向の厚みは、例えば約５〜１０μｍ程度というように、梁部４のそれ以外の部分のＺ軸方向の厚みは、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）のＺ軸方向の厚みよりも薄くなっている。

この第１実施例では、錘部７のＺ軸方向の厚みは、例えば約４００μｍ程度というように、支持部５や連結部８のＺ軸方向の厚みとほぼ同様な厚みとなっている。また、錘部７（７ａ，７ｂ）の重心は、例えば図３ｂに示される点Ｗ7の位置であり、錘部７（７ａ，７ｂ）を支える梁部４の支点は、例えば図３ｂに示される点Ｗ4の位置となっており、錘部７の重心位置と、錘部７（７ａ，７ｂ）を支える梁部４の支点位置とは、高さ位置（Ｚ軸方向の位置）がずれている。

この第１実施例では、上述した梁部４と支持部５（５ａ，５ｂ）と固定部６と錘部７（７ａ，７ｂ）と連結部８（８ａ，８ｂ）は、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板（つまり、Ｓｉ層１０とＳｉＯ₂層１１とＳｉ層１２が順に積層形成されている多層基板）１３をマイクロマシニング技術を利用して加工して形作られたものである。

第１実施例では、Ｓｉにより構成される梁部４の次に示すような部位を加工して、加速度を検出するためのピエゾ抵抗部が設けられている。すなわち、図５の模式的な拡大図に示されるように、梁部４において、連結部側帯状梁部部位１５ａの帯幅両側にピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2がそれぞれ配設され、連結部側帯状梁部部位１５ｂの帯幅両側にピエゾ抵抗部Ｒ_X3，Ｒ_X4がそれぞれ配設されている。これら４つのピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2，Ｒ_X3，Ｒ_X4は、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部を構成している。梁部４や支持部５（５ａ，５ｂ）や固定部６には、それらピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2，Ｒ_X3，Ｒ_X4による図６ａに示されるようなブリッジ回路を構成するための配線パターンが形成されている。

例えば、図７には、その配線パターンの一配線例が模式的に表されている。この例では、配線パターンＬによって、連結部側帯状梁部部位１５ａの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2の一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_x1が形成されている。固定部６の表面には、図１に示されるように、複数の外部接続用の電極パッド１８が形成されており、電圧検出部Ｐ_x1は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_x1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。同様に、連結部側帯状梁部部位１５ｂの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部Ｒ_X3，Ｒ_X4の一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_x2が形成されている。この電圧検出部Ｐ_x2は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_x2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。また、ピエゾ抵抗部Ｒ_X2，Ｒ_X4の他端側は、それぞれ、配線パターンＬによって、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。さらに、ピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X3の他端側は、それぞれ、配線パターンＬによって、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。

また、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６ａの帯幅両側にピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3がそれぞれ配設され、支持部側帯状梁部部位１６ｂの帯幅両側にピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y4がそれぞれ配設されている。これら４つのピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y4は、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部を構成している。梁部４や支持部５（５ａ，５ｂ）や固定部６には、それらピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y4による図６ｂに示されるようなブリッジ回路を構成するための配線パターンが形成されている。

例えば、図７に表されている配線パターンの配線例では、配線パターンＬによって、支持部側帯状梁部部位１６ａの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3の一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_Y1が形成されている。この電圧検出部Ｐ_Y1は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_Y1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。同様に、支持部側帯状梁部部位１６ｂの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y4の一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_Y2が形成されている。この電圧検出部Ｐ_Y2は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_Y2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。また、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y4の他端側は、それぞれ、配線パターンＬによって、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。さらに、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y3の他端側は、それぞれ、配線パターンＬによって、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。

さらに、支持部５ａ，５ｂのＸ軸方向に沿う各中心軸上にはそれぞれピエゾ抵抗部Ｒ_zが形成され、梁部４における支持部側帯状梁部部位１６ａの片端側（図５の例では上側）にはピエゾ抵抗部Ｒ_z2が形成され、支持部側帯状梁部部位１６ｂの片端側（図５の例では下側）にはピエゾ抵抗部Ｒ_z4が形成されている。これら４つのピエゾ抵抗部Ｒ_z，Ｒ_z，Ｒ_z2，Ｒ_z4は、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部を構成している。梁部４や支持部５（５ａ，５ｂ）や固定部６には、それらピエゾ抵抗部Ｒ_z，Ｒ_z，Ｒ_z2，Ｒ_z4による図６ｃに示されるようなブリッジ回路を構成するための配線パターンが形成されている。

例えば、図７に表されている配線パターンの配線例では、配線パターンＬによって、支持部５ａのピエゾ抵抗部Ｒ_Zと、支持部側帯状梁部部位１６ａの片端側のピエゾ抵抗部Ｒ_Z2との一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_Z1が形成されている。この電圧検出部Ｐ_Z1は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_Z1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。同様に、支持部５ｂのピエゾ抵抗部Ｒ_Zと、支持部側帯状梁部部位１６ｂの片端側のピエゾ抵抗部Ｒ_Z4との一端側同士が電気的に接続されて電圧検出部Ｐ_Z2が形成されている。この電圧検出部Ｐ_Z2は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部Ｐ_Z2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。また、配線パターンＬによって、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2の他端側と、支持部５ｂのピエゾ抵抗部Ｒ_Zの他端側とは、それぞれ、配線パターンＬによって、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。さらに、配線パターンＬによって、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z4の他端側と、支持部５ａのピエゾ抵抗部Ｒ_Zの他端側とは、それぞれ、配線パターンＬによって、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８に電気的に接続されている。

この第１実施例では、加速度が発生していないときに図６ａ〜図６ｃの各ブリッジ回路を構成している４つのピエゾ抵抗部の抵抗値が均衡状態となるようにピエゾ抵抗部が形成されている。

この第１実施例の加速度センサ１は上記のように構成されており、次に述べるように加速度を検出することができる。例えば、Ｘ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＸ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この錘部７へのＸ軸方向の作用力によって、錘部７（７ａ，７ｂ）は、図８ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図８ａの実線および図８ｂの模式的な断面図に示されるように、Ｘ軸方向に振れ変位する。このような錘部７のＸ軸方向の変位によって連結部８を介して梁部４が撓み変形し、これにより、梁部４には次に示すような応力が発生する。

例えば、錘部７が図８ａ、図８ｂに示されるように変位した場合には、図８ｃのモデル図に示されるように、梁部４において、連結部側帯状梁部部位１５ａの左側Ａ_Lには引っ張り応力が、また、連結部側帯状梁部部位１５ａの右側Ａ_Rには圧縮応力が、さらに、連結部側帯状梁部部位１５ｂの左側Ｂ_Lには引っ張り応力が、さらにまた、連結部側帯状梁部部位１５ｂの右側Ｂ_Rには圧縮応力が、それぞれ、発生する。また、支持部側帯状梁部部位１６ａの両側Ｃ_U，Ｃ_Dには、それぞれ、圧縮応力が発生し、支持部側帯状梁部部位１６ｂの両側Ｄ_U，Ｄ_Dには、それぞれ、引っ張り応力が発生する。このように錘部７のＸ軸方向の加速度に起因して応力が発生する梁部４の各々の部分Ａ_L，Ａ_R，Ｂ_L，Ｂ_R，Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dには、それぞれ、ピエゾ抵抗部Ｒ_X2，Ｒ_X1，Ｒ_X3，Ｒ_X4，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y1，Ｒ_Y4，Ｒ_Z2，Ｒ_Z4が設けられている。これらピエゾ抵抗部Ｒ_X2，Ｒ_X1，Ｒ_X3，Ｒ_X4，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y1，Ｒ_Y4，Ｒ_Z2，Ｒ_Z4は、それぞれ、Ｘ軸方向の加速度に起因した応力発生によって、電気抵抗値が変化する。図６ｂのブリッジ回路において、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときには、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y4は、例えば引っ張り応力に基づいた抵抗値変化を示すのに対して、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3は、例えば圧縮応力に基づいた抵抗値変化を示すというように、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y4と、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3とは、加速度が発生していないときの基準の抵抗値から互いに正負（増減）逆向きに抵抗値が変化することから、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y4と、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3との抵抗値変化は互いにキャンセルされ、これにより、図６ｂのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。

また、図６ｃのブリッジ回路を構成しているピエゾ抵抗部Ｒ_Z，Ｒ_Zの配設部分の応力変化は殆ど無い。また、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2は、例えば圧縮応力に基づいた抵抗値変化を示し、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z4は、例えば引っ張り応力に基づいた抵抗値変化を示すというように、加速度が発生していないときの基準の抵抗値から互いに正負（増減）逆向きに抵抗値が変化することから、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2，Ｒ_Z4の抵抗値変化は互いにキャンセルされ、これにより、図６ｃのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。

これに対して、図６ａのブリッジ回路においては、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときには、ピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X4は、例えば圧縮応力に基づいた抵抗値変化を示し、また、ピエゾ抵抗部Ｒ_X2，Ｒ_X3は、例えば引っ張り応力に基づいた抵抗値変化を示すことから、図６ａのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ａのブリッジ回路の出力が変化する。Ｘ軸方向の加速度の大きさに応じて図６ａのブリッジ回路の出力の変動幅が変化することから、図６ａのブリッジ回路の出力に基づいてＸ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

例えば、Ｙ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＹ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この第１実施例では、錘部７の重心位置と、錘部７を支える梁部４の支点位置との高さ位置がずれているので、この重心と支点の位置ずれによって、錘部７（７ａ，７ｂ）にＹ軸方向の力が作用すると、錘部７ａ，７ｂは、図９ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図９ａに示される実線および図９ｂの模式的な断面図に示されるように、錘部７ａ，７ｂの一方側（図９ａおよび図９ｂの例では錘部７ａ）は基台２に近付きながらＹ軸方向に変位し、他方側（図９ａおよび図９ｂの例では錘部７ｂ）は基台２に対して持ち上がりながらＹ軸方向に変位する。これにより、連結部８および梁部４が撓み変形して、梁部４には次に示すような応力が発生する。

例えば、錘部７が図９ａ、図９ｂに示されるように変位する場合には、図９ｃのモデル図に示されるように、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６ａの上側Ｃ_Uには引っ張り応力が、また、支持部側帯状梁部部位１６ａの下側Ｃ_Dには圧縮応力が、それぞれ、発生する。さらに、支持部側帯状梁部部位１６ｂの上側Ｄ_Uには引っ張り応力が、また、支持部側帯状梁部部位１６ｂの下側Ｄ_Dには圧縮応力が、それぞれ、発生する。このようにＹ軸方向の加速度に起因して応力が発生する梁部４の各々の部分Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dには、それぞれ、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y1，Ｒ_Y4が設けられている。これらピエゾ抵抗部Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y1，Ｒ_Y4は、それぞれ、Ｙ軸方向の加速度に起因した応力発生によって、電気抵抗値が変化する。図６ｂのブリッジ回路において、Ｙ軸方向の加速度が発生しているときには、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y2は、例えば引っ張り応力に基づいた抵抗値変化を示し、また、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y3，Ｒ_Y4は、例えば圧縮応力に基づいた抵抗値変化を示すことから、図６ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ｂのブリッジ回路の出力が変化する。Ｙ軸方向の加速度の大きさに応じて図６ｂのブリッジ回路の出力の変動幅が変化することから、図６ｂのブリッジ回路の出力に基づいてＹ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

なお、この第１実施例では、支持部側帯状梁部部位１６ａの上側Ｃ_Uにはピエゾ抵抗部Ｒ_Z2が、また、支持部側帯状梁部部位１６ｂの下側Ｄ_Dにはピエゾ抵抗部Ｒ_Z4が、それぞれ、配設されている。Ｙ軸方向の加速度に起因した梁部４の応力発生により、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2，Ｒ_Z4の抵抗値も変化するが、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2は例えば引っ張り応力に基づいた抵抗値変化であり、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z4は例えば圧縮応力に基づいた抵抗値変化であるというように、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2，Ｒ_Z4の抵抗値の変化は、加速度が無い状態での基準の抵抗値から正負逆向きに変化することから、ピエゾ抵抗部Ｒ_Z2，Ｒ_Z4の抵抗値変化は互いにキャンセルされ、これにより、図６ｃのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。また、図６ａのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2，Ｒ_X3，Ｒ_X4は、Ｙ軸方向の加速度が発生しているときに応力変化が殆ど無い部分に配設されているので、それらピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2，Ｒ_X3，Ｒ_X4の抵抗値の変化は殆ど無く、図６ａのブリッジ回路の出力にも大きな変化が無い。

例えば、Ｚ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＺ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この錘部７へのＺ軸方向の作用力によって、錘部７（７ａ，７ｂ）は、図１０ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図９ａに示される実線および図１０ｂの模式的な断面図に示されるように、錘部７（７ａ，７ｂ）はＺ軸方向に変位する。これにより、連結部８および梁部４が撓み変形し、梁部４には次に示すような応力が発生する。

例えば、錘部７が図１０ａや図１０ｂに示されるように変位する場合には、図１０ｃのモデル図に示されるように、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dには、それぞれ、引っ張り応力が発生する。このように梁部４には応力が発生することから、支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの片端側に配設されたピエゾ抵抗部Ｒ_z2，Ｒ_Z4は、引っ張り応力によって電気抵抗値が変化する。また、この第１実施例では、ピエゾ抵抗部ＲzはＺ軸方向の加速度によって応力変化が殆ど無い部分に配設されており、ピエゾ抵抗部Ｒzの電気抵抗値の変化は殆ど無い。これらのことから、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図６ｃのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ｃのブリッジ回路の出力が変化する。Ｚ軸方向の加速度の大きさに応じて図６ｃのブリッジ回路の出力の変動幅が変化することから、図６ｃのブリッジ回路の出力に基づいてＺ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

なお、図６ａのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部Ｒ_X1，Ｒ_X2，Ｒ_X3，Ｒ_X4が設けられている梁部部分は、Ｚ軸方向の加速度に起因した応力が殆ど発生しないので、図６ａのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図６ａのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。また、図６ｂのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y4が設けられている梁部部分は、何れも同様の応力が発生し、ピエゾ抵抗部Ｒ_Y1，Ｒ_Y2，Ｒ_Y3，Ｒ_Y4は同様に抵抗値が変化する。このため、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図６ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図６ｂのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。

この第１実施例の加速度センサ１は、上記のように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向の加速度をそれぞれ別々に検出することが可能である。

第１実施例では、梁部４は支持部５（５ａ，５ｂ）によって両持ち梁状に固定部６に支持され、また、錘部７（７ａ，７ｂ）は連結部８（８ａ，８ｂ）によって梁部４に片持ち梁状に支持されている構成である。このため、支持部５ａが接続されている固定部６の部位と、支持部５ｂが接続されている固定部６の部位との間の距離を短く形成できる。これにより、基台２や固定部６が周囲の温度変化などによって歪んだとしても、その基台２や固定部６の歪みに起因した固定部部位間の歪みによる絶対変位が小さい。また、梁部４は枠状であり、当該枠状の梁部４が支持部５（５ａ，５ｂ）によって両持ち梁状に固定部６に支持されているので、基台２や固定部６の歪みによってＸ軸方向の応力が発生した場合に、梁部４の角部領域が変形して応力を逃がすことができる。さらに、基台２や固定部６の歪みによってＹ軸方向の応力が発生した場合には、支持部５（５ａ，５ｂ）が変形して応力を逃がすことができる。このようなことから、基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の撓み変形を緩和できる。このため、周囲温度変動に起因した問題（例えば、温度変動によって図６ａ〜図６ｃの各ブリッジ回路の出力電圧値が変動してしまうという温度ドリフトの問題など）を小さく抑制することができる。

また、この第１実施例では、錘部７ａ，７ｂ間の領域に配置された梁部４に加速度を検出するためのピエゾ抵抗部を集約的に配設した。このため、全てのピエゾ抵抗部をほぼ設計通りに製造することが可能となって、図６ａ〜図６ｃに示されるブリッジ回路の出力のばらつき等を小さく抑えることが容易となる。つまり、梁部４を構成するＳｉにボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）をドープしてピエゾ抵抗部を作製するが、ピエゾ抵抗部の配設位置が集約されていることにより、各ピエゾ抵抗部におけるボロンやリンのドープ濃度を均一にすることが容易にできることとなる。このため、各ブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が取り易くなり、加速度検出の精度を高めることができる。

さらに、第１実施例では、全てのピエゾ抵抗部を集約的に配設したので、図６ａ〜図６ｃの各ブリッジ回路を構成するための配線パターンの引き回し経路を簡素化することができる。

さらに、第１実施例では、梁部４は、連結部８ａ，８ｂのＹ軸方向に沿った中心軸を通るＹ軸方向中心軸に対して対称な形状であり、かつ、支持部５ａ，５ｂのＸ軸方向に沿った中心軸を通るＸ軸方向中心軸に対して対称な形状となっている。このため、加速度発生に起因した梁部４の撓み変形が単純化でき、梁部４の撓み変形による応力変化を利用した加速度検出の精度の向上に寄与することができる。

さらに、第１実施例では、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）は、梁部４の他の部分よりもＺ軸方向の厚みが厚くなっている。この厚みの差のために、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）や支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）と、梁部４の他の部分との境界部分における応力の強弱が明確となる。第１実施例では、梁部４の応力変化を利用して加速度を検出していることから、そのように応力の強弱を明確にすることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向のそれぞれの加速度をより明瞭に分離して検出することが可能となる。

以下に、第２実施例を説明する。なお、この第２実施例の説明において、第１実施例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第２実施例では、第１実施例の形態に加えて、枠状の梁部４に図１１に示すような補強部２０を設けてもよい。この補強部２０は、枠状の梁部４により囲まれている空間部において、支持部５ａが接続されている梁部４の部位Ｍと、支持部５ｂが接続されている梁部４の部位Ｎとを結ぶ直線に沿って伸長形成され、当該補強部２０の両端はそれぞれ梁部４の内側縁部に接続されている。このような補強部２０を設けることによって、梁部４の剛性を高めることができて、例えば基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の撓み変形を小さく抑制することができる。これにより、基台２や固定部６の例えば熱応力による歪みに起因した加速度の誤検出を防止することができる。

なお、図１１の例では、補強部２０の幅は、支持部５（５ａ，５ｂ）の幅と等幅であるが、補強部２０の幅は、支持部５（５ａ，５ｂ）の幅より太くともよいし、細くともよい。また、補強部２０のＺ軸方向の厚みは、支持部５（５ａ，５ｂ）の厚みと同様な厚みであってもよいし、支持部５（５ａ，５ｂ）の厚みよりも薄くてもよい。このように、補強部２０の幅や厚みは、梁部４自体の剛性等を考慮して適宜設計してよいものである。

以下に、第３実施例を説明する。なお、この第３実施例の説明では、第１や第２の各実施例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

第３実施例では、図１２に示したように、支持部５（５ａ，５ｂ）は、それぞれ、弾性部２５（２５ａ，２５ｂ）を介して固定部６に連接されている。この第３実施例の加速度センサにおける上記構成以外の構成は、第１又は第２の実施例と同様である。

この第３実施例において特徴的な弾性部２５（２５ａ，２５ｂ）は、支持部５（５ａ，５ｂ）の伸長形成方向（Ｘ軸方向）に交差する方向（この例では直交するＹ軸方向）に伸長形成されている梁（応力軽減梁）２６を有して構成され、当該梁２６は、その両端部がそれぞれ固定部６に固定されている。この梁２６の中央部に支持部５（５ａ，５ｂ）が連接されている。当該梁２６は、固定部６のＸ軸方向の歪みに応じて弾性変形し、この弾性変形によって、固定部６の歪みに起因して固定部６から支持部５に加えられる応力を軽減することができる。なお、梁２６は固定部６の歪みに応じて弾性変形することができれば、その幅やＺ軸方向の厚みは特に限定されるものではないが、この第３実施例では、梁２６のＺ軸方向の厚みは、固定部６や、梁部４における支持部側帯状梁部部位１６と同様の厚みとなっている。

この第３実施例では、弾性部２５を設けたことによって、上記したように、例えば熱変動による基台２や固定部６の歪みに起因した固定部６から支持部５に加えられる応力を軽減することができる。このことは、本発明者の実験（シミュレーション）によって確認されている。その実験では、第１実施例に示した加速度センサの構成（例えば図１参照）を持つサンプルＡと、このサンプルＡの構成に加えて第２実施例に示した補強部２０が設けられている構成（図１１参照）を持つサンプルＢと、さらに、サンプルＢの構成に加えて第３実施例に示した弾性部２５が設けられている構成（図１２参照）を持つサンプルＣとを用意した。そして、各サンプルＡ〜Ｃのそれぞれについて、梁部４におけるピエゾ抵抗部が設けられている部位の応力をシミュレーションした。その結果が表１に表されている。ここでは、サンプルＡにおける梁部４のピエゾ抵抗部の形成部位の応力を1.00とし、サンプルＢ，Ｃに関しては、サンプルＡに対する相対値で表されている。

表１からも明らかなように、例えば熱変動等によって基台２や固定部６が歪んだときに当該歪みに起因して固定部６から支持部５を介し梁部４に加えられる応力を、第１実施例の構成のものよりも、補強部２０を設けたことにより、軽減できることが分かる。さらに、弾性部２５を設けることにより、基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の無用な応力の発生をより一層軽減できることが分かる。なお、もちろん、第１実施例の構成においても、例えば図１５ａに示されるような加速度センサに比べれば、基台や固定部の歪みに起因した梁部の歪みを小さく抑制することができるものである。参考までに、図１５ａに示される加速度センサについて、枠部４１の歪みに起因した梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂのピエゾ抵抗部の形成部位の応力を上記同様にシミュレーションした。この結果をサンプルＡ（第１実施例の構成のもの）に対する相対値で表すと、7.67となった。この結果からも分かるように、第１〜第３の各実施例に示した構成を備えることによって、従来の構成のものよりも、例えば熱変動等による基台や固定部の歪みに起因した梁部の歪みを小さく抑制することができる。

上記のように、熱変動等に因る基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の歪みを小さく抑えることができるので、加速度検出のためのピエゾ抵抗部により構成されるブリッジ回路の出力の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、加速度検出に対する信頼性を高めることができる。

なお、この発明は第１〜第３の各実施例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第３の各実施例では、加速度を検出するＸ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＺ軸方向加速度検出部は、それぞれ、ピエゾ抵抗部を有して構成されていたが、例えば、静電容量を利用して錘部７の変位を検出して、Ｘ軸方向の加速度と、Ｙ軸方向の加速度と、Ｚ軸方向の加速度とをそれぞれ検出する構成としてもよい。

また、第１〜第３の各実施例では、梁部４は、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）が他の部分よりもＺ軸方向の厚みが厚くなっている構成であったが、梁部４はそのＺ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しい構成としてもよい。

さらに、第１〜第３の各実施例では、枠状の梁部４は方形状であったが、例えば、枠状の梁部４は、図１３ａに示されるような円形状であってもよいし、図１３ｂに示されるような菱形状であってもよいし、図１３ｃに示されるような楕円形状であってもよい。また、枠状の梁部４は、Ｘ軸方向中心軸に対して対称な形状となり、かつ、Ｙ軸方向中心軸に対して対称な形状となっていたが、枠状の梁部４は、Ｘ軸方向中心軸に対して非対称な形状であってもよいし、Ｙ軸方向中心軸に対して非対称な形状であってもよい。

さらに、第１〜第３の各実施例では、加速度を検出するためのピエゾ抵抗部は、図５に示されるように配設されていたが、ピエゾ抵抗部の配置位置は、Ｘ軸方向の加速度と、Ｙ軸方向の加速度と、Ｚ軸方向の加速度とをそれぞれ梁部４の撓み変形による応力変化を利用して検出することができれば、図５の配置位置に限定されるものではなく、適宜設定してよいものである。また、各ピエゾ抵抗部間を接続してブリッジ回路を構成する配線パターンの配線例も、適宜設定してよいものであり、図７の例に限定されるものではない。

例えば、図１４ａにはピエゾ抵抗部および配線パターンのその他の配置例が表されている。この例では、梁部４には第２実施例に示したような補強部２０が設けられている。また、この例では、図５や図７と同様にピエゾ抵抗部が設けられているのに加えて、支持部５ａ，５ｂのそれぞれにピエゾ抵抗部Ｒz'，Ｒz'が設けられ、また、支持部側帯状梁部部位１６ａの図の下側にはピエゾ抵抗部Ｒ_z3が設けられ、さらに、支持部側帯状梁部部位１６ｂの図の上側にはピエゾ抵抗部Ｒ_z1が設けられている。上記ピエゾ抵抗部Ｒz'，Ｒz'，Ｒ_z1，Ｒ_z3は、図５や図７の例にも設けられているピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒ_z2，Ｒ_z4と共に、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのものである。図１４ａの例では、ピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z3，Ｒz，ＲzはＸ軸方向に沿って伸長形成された形状と成し、ピエゾ抵抗部Ｒz'，Ｒz'，Ｒ_z2，Ｒ_z4は、ピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z3，Ｒz，Ｒzの伸長形成方向と直交するＹ軸方向に沿って伸長形成された形状と成している。それらＺ軸方向の加速度検出に関わるピエゾ抵抗部は、次に示すような配線パターンによって、図１４ｂに示されるようなブリッジ回路を構成する。

図１４ａに示される配線パターンの配線例では、図１４ｃの模式的な断面図に示されるような、例えばＳＯＩ基板１３のＳｉ層１２にボロンやリン等をドープして形成された配線パターンＬsと、ＳＯＩ基板１３の表面に蒸着やスパッタ等の成膜形成技術を利用して形成されたアルミニウム等の金属製の配線パターンＬmとによって、ピエゾ抵抗部から成るブリッジ回路を構成している。なお、図１４ａでは、配線パターンＬsは点線により表され、配線パターンＬmは実線により表されている。

図１４ａの例では、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとのそれぞれの特徴を利用した次に示すような特有な配線パターンＬs，Ｌmの配線が成されている。つまり、ＳＯＩ基板１３のＳｉ層１２の表面には、配線パターンＬsの形成後に、必然的に酸化膜２１が形成されることから、この酸化膜２１によって、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとの絶縁を確保しながら、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとのクロス配線が成されている。また、配線パターンＬsが形成されている部分の酸化膜２１の一部が除去されて孔部２２が形成され、この孔部２２内に配線パターンＬmの構成材料の導体材料が入り込んで配線パターンＬsに接合することで、配線パターンＬsと配線パターンＬmが電気的に接続されている。さらに、図１４ａの例では、支持部５ａ，５ｂと、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５ａ，１５ｂおよび支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂと、補強部２０とは、例えば約４００μｍ程度の厚みであるのに対して、連結部側帯状梁部部位１５ａ，１５ｂおよび支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂ以外の梁部４の部位は、例えば５〜１０μｍ程度の厚みとなっている。そのように梁部４の薄い部分の表面に、金属製の配線パターンＬmを形成すると、その配線パターンＬmの内部応力によって、梁部４の薄い部分が反ってしまう虞がある。これに対して、配線パターンＬsは梁部４を構成しているＳｉ層にボロンやリン等の不純物をドープして形成されるものであり、配線パターンＬsの形成による梁部４の薄い部分の反り等の変形は殆ど発生しない。このことから、梁部４の薄い部分に金属製の配線パターンＬmを形成することは避け、当該梁部４の薄い部分には、配線パターンＬsが形成されている。

図１４ａの例では、配線パターンＬsと配線パターンＬmのクロス配線が可能であることと、配線パターンＬsと配線パターンＬmの電気的な接続が容易であることとを利用し、配線パターンの配線構成の簡略化を図ることを思慮しながら、配線パターンＬsおよび配線パターンＬmの配線構成が設計されている。これにより、図１４ａの例では、梁部４の形成領域から外部に引き出されている配線パターンの本数を、図７の例よりも減少させることができている。

図１４ａの例では、Ｘ軸方向の加速度に対しては、第１〜第３の各実施例と同様にＸ軸方向加速度検出用のピエゾ抵抗部から成るブリッジ回路の出力が変動して、Ｘ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。また、Ｙ軸方向の加速度に対しても、第１〜第３の各実施例と同様にＹ軸方向加速度検出用のピエゾ抵抗部から成るブリッジ回路の出力が変動して、Ｙ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

さらに、Ｚ軸方向の加速度に対しては、次に示すようにＺ軸方向の加速度を検出することができる。つまり、Ｚ軸方向の加速度が発生すると、前述したように錘部７（７ａ，７ｂ）がＺ軸方向に変位して、連結部８および梁部４が撓み変形する。これにより、図１０ｃのモデル図に示されるように、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dには、それぞれ、引っ張り応力が発生する。このように、支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dには同様の引っ張り応力が発生する。ところで、ピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z3と、ピエゾ抵抗部Ｒ_z2，Ｒ_z4とは、互いに直交する方向に伸長形成された形状と成している。〔１１０〕方向のＰ型ピエゾ抵抗部の場合には、このように互いに直交する方向に伸長形成されている各ピエゾ抵抗部に、それぞれ、例えば、同じ応力が加えられた場合に、互いに直交する方向に伸長形成されている各ピエゾ抵抗部の電気抵抗値は、それぞれ、互いに正負逆向きに変化する。このピエゾ抵抗部の特性によって、Ｚ軸方向の加速度印加による応力が梁部４における支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側Ｃ_U，Ｃ_D，Ｄ_U，Ｄ_Dに上記の如く発生したときに、ピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z3と、ピエゾ抵抗部Ｒ_z2，Ｒ_z4とは、互いに正負逆向きに電気抵抗値が変化する。また、ピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒz'，Ｒz'はＺ軸方向の加速度によって応力変化が殆ど無い部分に配設されている。これらのことから、Ｚ軸方向の加速度が発生したときに、図１４ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図１４ｂのブリッジ回路の出力が変化する。Ｚ軸方向の加速度の大きさに応じて図１４ｂのブリッジ回路の出力の変動幅が変化することから、図１４ｂのブリッジ回路の出力に基づいてＺ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。

ところで、Ｚ軸方向の加速度発生による梁部４の撓み変形量は、例えばＹ軸方向の加速度発生による梁部４の撓み変形量よりも大きい。また、複数のピエゾ抵抗部の電気抵抗値のばらつきを抑制するために全てのピエゾ抵抗部を同時に形成することにすると、全てのピエゾ抵抗部は電気抵抗値がほぼ等しいものとなる。この場合に、図５に示されるようにピエゾ抵抗部を配設して、図６ａ〜図６ｃに示されるようなブリッジ回路を形成すると、Ｚ軸方向の加速度発生に起因した図６ｃのブリッジ回路の出力は、加速度の大きさが同じでも、Ｙ軸方向の加速度発生に起因した図６ｂのブリッジ回路の出力よりも大きくなる。加速度センサの利便性を高めるためには、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との何れの方向の加速度に対しても、その加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅がほぼ等しいことが好ましい。

そこで、図１４ａの例では、Ｚ軸方向の加速度発生によるブリッジ回路の出力の大きさがＹ軸方向の加速度発生による出力の大きさと同様となるように、ブリッジ回路の電気抵抗値を調整するための感度調整用のピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒz'，Ｒz'がＺ軸方向加速度検出用の各ピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z2，Ｒ_z3，Ｒ_z4のそれぞれに直列に設けられている。感度調整用のピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒz'，Ｒz'は、Ｚ軸方向の加速度が発生しても電気抵抗値は変化しないので、Ｚ軸方向の加速度が発生したときのブリッジ回路の各辺の抵抗値変化は、ブリッジ回路の各辺にそれぞれピエゾ抵抗部Ｒ_z1，Ｒ_z2，Ｒ_z3，Ｒ_z4がただ一つしか設けられていない場合に比べて、小さくなる。これにより、Ｚ軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅を、Ｘ軸方向やＹ軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅に揃えることが可能である。

さらに、第１〜第３の各実施例では、固定部６は、梁部４および錘部７の形成領域を間隔を介して囲む枠状の態様であったが、固定部６は、梁部４を支持部５ａ，５ｂによって両持ち梁状に基台２に固定させることができる形態であればよく、枠状でなくともよい。

さらに、第１〜第３の各実施例では、梁部４と支持部５と固定部６と錘部７と連結部８はＳＯＩ基板により構成されていたが、それらはＳＯＩ基板で構成されていなくともよい。

本発明に係る加速度センサの第１実施例を模式的に表した斜視図である。 図１ａの加速度センサの模式的な平面図である。 図１ｂに示すａ−ａ部分の模式的な断面図である。 図１ｂに示すｂ−ｂ部分の模式的な断面図である。 図１ｂに示すｃ−ｃ部分の模式的な断面図である。 図１ｂに示すＡ−Ａ部分の模式的な断面図である。 図１ｂに示すＢ−Ｂ部分の模式的な断面図である。 図１ｂに示すＣ−Ｃ部分の模式的な断面図である。 第１実施例の加速度センサを構成する梁部の厚みに関する構成例を説明するための図である。 梁部に設けるピエゾ抵抗部の配設位置の一例を説明するための図である。 第１実施例の加速度センサのＸ軸方向加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。 第１実施例の加速度センサのＹ軸方向加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。 第１実施例の加速度センサのＺ軸方向加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。 梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続して図６ａ〜図６ｃに示したブリッジ回路を構成するための配線パターンの一配線例を説明するための模式図である。 実施例の加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための模式的な斜視図である。 実施例の加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための断面図である。 Ｘ軸方向の加速度に起因した梁部の撓み変形によって梁部に発生する応力の発生状態例を説明するためのモデル図である。 実施例の加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための模式的な斜視図である。 実施例の加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための断面図である。 Ｙ軸方向の加速度に起因した梁部の撓み変形によって梁部に発生する応力の発生状態例を説明するためのモデル図である。 実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための模式的な斜視図である。 実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための断面図である。 Ｚ軸方向の加速度に起因した梁部の撓み変形によって梁部に発生する応力の発生状態例を説明するためのモデル図である。 第２実施例の加速度センサを説明するためのモデル図である。 第３実施例の加速度センサを説明するためのモデル図である。 梁部のその他の形態例を説明するためのモデル図である。 梁部の更に別のその他の形態例を説明するためのモデル図である。 さらにまた、梁部のその他の形態例を説明するためのモデル図である。 梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続してブリッジ回路を構成するための配線パターンのその他の配線例を説明するための模式図である。 図１４ａに示したＺ軸方向の加速度検出に関わるピエゾ抵抗部および配線パターンにより構成されるブリッジ回路の一構成例を表した回路図である。 図１４ａに示した配線パターンの形態例を説明するための模式的な断面図である。 加速度センサの一従来例を表した模式的な斜視図である。 図１５ａに示した加速度センサにおいてＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。 図１５ａに示した加速度センサにおいてＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。 図１５ａに示した加速度センサにおいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。

符号の説明

１ 加速度センサ
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)

1. 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片持ち梁状に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ていることを特徴とする加速度センサ。
2. 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記載の加速度センサ。
3. 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又は請求項２記載の加速度センサ。
4. 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又は請求項２記載の加速度センサ。
5. 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４のいずれか１つに記載の加速度センサ。
6. 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５のいずれか１つに記載の加速度センサ。
7. 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６記載の加速度センサ。
8. Ｘ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＺ軸方向加速度検出部を、梁部に設けたピエゾ抵抗部の電気抵抗値の変化によって錘部のＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の変位に起因したＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度を検出する構成に代えて、Ｘ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＺ軸方向加速度検出部は、静電容量を利用して前記錘部の変位を検出してＸ軸方向の加速度と、Ｙ軸方向の加速度と、Ｚ軸方向の加速度とをそれぞれ検出する構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の加速度センサ。

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