JPH03202777A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、角加速度と加速度とを分離して検出する加速
度センサに関する。

従来の技術 従来における加速度センサの構造の一例を第９図に基づ
いて説明する。すなわち、加速度センサｌは、その一端
が固定端２とされ、他端が自由端３とされ、これら固定
端２と自由端３とは片持梁４により連設されている。こ
の片持梁４は、力が作用することにより変形するように
なっており、その表面には第１０図に示すように歪検出
素子５（ピエゾ抵抗）が形成されている。前記自由端３
には重り６が設けられている。

また、前記固定端２はその下方に位置する下部ストッパ
ー７の一端に固定されており、一方、前記重り６の上方
には上部ストッパー８の一端が突出した形で形成されて
いる。そして、このように形成された加速度センサｌは
、セラミックパッケージ９内にダンピングオイル１０を
充填した形で設けられている。

このような構成において、図中の矢印に示すような方向
に加速度０又は角加速度６が作用すると、その重り６部
分に力が加わり、片持梁４が変形する。この片持梁４に
は歪検出素子５が形成されているため、これにより片持
梁４の変形（歪）を検出することによってその加速度セ
ンサ１に加わる加速度α又は角加速度品の測定を行うこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 第１０図は、重り６部分の形状を拡大して示すものであ
る。その重り６は、その上面側に形成されたＡｕ１ｌと
、その下面側に基板材質をエツチングすることにより形
成されたＳｉ基板１２とにより構成されている。Ａｕ１
ｌは、重り６の重心が歪検出素子５が形成されているＳ
ｉ基板１２表面と同一平面上にあるようにするために設
けられたものである。

この場合、Ｓｉ基板１２０表面に平行な方向の加速度β
に対しては、梁４が曲がるようなことがないために、そ
のようなβ方向のカに対してはセンサ出力は不感である
。しかし、Ｓｉ基板１２の垂直な方向の加速度０及び角
加速度乙に対しては、梁４は−様な変形を示し、このた
め上述したような従来の構成の加速度センサにおいては
、そのような加速度αと角加速度ゐとを分離して検出す
ることができない。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、本発明は
、重りが設けらカド自由端と固定端との間を梁により連
設し、その梁に生じる変形をその表面に形成された歪検
出素子を用いて加速度を検出するようにした加速度セン
サにおいて、前記固定端と前記重と前記重りとにより形
成される１組のセンサを少なくとも２組設け、それら固
定端若しくは重りを互いに対向する位置に配設した。

作用 これにより、少なくとも２つの梁の変形を検出する手段
を有しているため、それら２つの変形検出手段の出力か
らセンサに加わる加速度と角加速度を分離独立して検出
することが可能となる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第４図に基づいて
説明する。中心部は固定端１３とされ。

その下方に位置するＳｉ基板１４に固定されている。そ
の固定端１３の両側の同一軸上には２本の梁１５．１６
が形成されている。それらの梁１５゜１６の表面には、
歪検出素子１７（ピエゾ抵抗）がそれぞれ２個ずつ形成
されており、また、梁１５．１６の先端にはそれぞれ重
り１８．１９が形成され、ここでは自由端とされている
。従って、この場合、固定端１３を共通として、梁１５
，１６と重り１８．１９とが対向する形で２組設けられ
ていることになる。なお、前記歪検出素子１７は、Ｓｉ
基板１４の表面にイオン注入法等によリピエゾ抵抗Ｒ２
〜Ｒ４として形成することができる。

また、前記重り１８．１９の表面には、その重心が梁１
５．１６の中心軸上に位置するようにＡｕ膜２０が形成
されている。さらに、中央の固定端１３の表面にはポン
ディングパッド２１が形成され、ボンディングワイヤ２
２によりリードピン２３と接続されており、これにより
前記歪検出素子１７により検出された力信号を図示しな
いパッケージの外部に取り出すようになっている。なお
、Ａｕ膜２０は必ずしも必要ではない。

このような構成において、加速度αが加わった場合にお
ける梁１５．１６の変形形状及びその応力分布の一例を
第２図に示し、また、角加速度品が加わった場合におけ
る梁１５．１６の変形形状及びその応力分布の様子を第
３図に示す。

加速度αが生じた場合、両方の梁１５．１６の応力σの
極性は一致するが、角加速度ゐが生じた場合、一方の梁
１５には圧縮の応力σが働き、他方の梁１６には引張り
の応力が働く。この場合、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ１は、第
４図に示すように、加速度αに対して不感な加速度不感
抵抗Ｒと直列に接続されている。これらピエゾ抵抗Ｒ８
〜Ｒ４は無歪の場合、加速度不感抵抗Ｒと同一の抵抗値
をもつ。また、Ｒ１−Ｒ４とＲどの分割電圧Ｖ、〜Ｖ４
は、４人力１出力の増幅器２４に接続されている。これ
により、加速度αの出力電圧Ｖαは、■α＝ｖ２＋ｖ４
−ｖ、−ｖ、　　　・・・（１）により求められる。

また、角加速度乙の出力電圧Ｖ品は、 Ｖゐ＝　ｖ、　十ｖ４−　ｖ２−　ｖ、　　　・・・（
２）により求めることができる。

そこで、今、第２図に示すように、加速度αが加わった
場合には、Ｒ１−Ｒ４は全て抵抗値がΔＲだけ増加する
。これにより、Ｒ，＝Ｒ，＝Ｒ，＝Ｒ４−Ｒ十ΔＲと表
わすことができる。

この時、■１〜■、は、 となる。

従って、 となる。

第４図におけるＶαは、 ＝　ｖ、十ｖ４−ｖ、−ｖ。

ΔＲ Ｖ＝Ｖ（−）　　　　　・・・（３） ２Ｒ十Δｋ また、 Ｖ品は、 Ｖゐ＝　ｖ、＋ｖ、−ｖ、−ｖ。

となる。

従って、 第４図における■αは、 −〇　　　　　　　　　　　　　　・・・（８）となる
。

一方、第３図に示すように、角加速度乙が右回転に加わ
ると、右側の梁１６の表面は引張りを受け、左側の梁１
５の表面は圧縮を受ける。これにより、Ｒ１、Ｒ２は抵
抗値が減り、Ｒ３、Ｒ４は増え、各々、Ｒ，＝Ｒ−ΔＲ
，Ｒ２＝Ｒ−ΔＲ，Ｒ，＝Ｒ＋ΔＲ，Ｒ４＝Ｒ十ΔＲと
表わすことができる。

この時、■１〜Ｖ４は、 となる。

また、 ＝　ｖ、十ｖ４−ｖ、−ｖ。

ΔＲ２ 二　〇 ■ゐは、 ・・・（１３） ＶＷ　＝　Ｖ、十Ｖ４−Ｖ、−Ｖ３ ΔＲ Ｖ、＝Ｖ（−） ２Ｒ＋ΔＲ ・・・（１１） となる。

従って。

（７）、 （８）式よりＶαのみが加速度α に対して感度をもつことになり、また、（１３）、（１
４）式よりＶ（１）のみが角加速度ゐに対して感度をも
っことになる。このようなことから、加速度αと角加速
度ゐとを分離独立して検出することができることになる
。

次に、本発明の第二の実施例を第５図に基づいて説明す
る。ここでは、２つの重り２５．２６を対向する形で、
梁２７．゛２８、固定端２９．３０を形成したもめであ
る。また、重り２５．２６の表面には、その重心が簗２
７，２８の中心軸上に位置するようにＡｕ膜２０が形成
されている。なお、その他の構成、及び、その回路の動
作原理は、前述した第一の実施例と同じなので、ここで
の説明は省略する。

次に、本発明の第三の実施例を第６図に基づいて説明す
る。ここでは、中央部に１個の固定端３１が設けられて
おり、これより４個の梁３２〜３５が形成され、それら
の先端部には重り３６〜３９が形成され自由端とされて
いる。また、梁３２〜３５上には、Ｒｘ、　〜Ｒｘ、と
、Ｒｙ１〜Ｒｙ４との４個ずつ計８個のピエゾ抵抗が形
成されており、これらは各々独立して第７図の回路を構
成している。

なお、これらの抵抗を前述した第一の実施例のＲ，〜Ｒ
，に対応させて考えると、Ｒｘ、：Ｒｙ、：Ｒ，、Ｒｘ
、：Ｒｙ、：Ｒ，、ＲＸｓ　’　ＲＶｚ　’　Ｒｓ、Ｒ
ｘ、　：　Ｒｙｎ　：　Ｒ４となる。

この場合、Ｒｘ、〜Ｒｘ、はＸ軸回りの角加速度ａＸを
、Ｒｙ、〜Ｒｙ４はＹ軸回りの角加速度Ｍｙをそれぞれ
第４図、第７図の回路を用いて測定することができる。

また、これらは、Ｚ軸方向の加速度α２と分離して検出
することができる。なお、その他の第一の実施例と同様
な構成についての説明は省略する。

次に、本発明の第四の実施例を第８図に基づいて説明す
る。本実施例におけるピエゾ抵抗Ｒｘ、〜Ｒｘ４、Ｒｙ
、〜ＲＶ、は、前述した第三の実施例と同様な構成のも
のである。また、ここでは、第二の実施例（第５図参照
）で示したように重り４０〜４３が対向した梁４４〜４
７が２組配置されている。なお、その他の第一の実施例
と同様な構成についての説明は省略する。

発明の効果 本発明は、重りが設けられた自由端と固定端との間を梁
により連設し、その梁に生じる変形をその表面に形成さ
れた歪検出素子を用いて加速度を検出するようにした加
速度センサにおいて、固定端と梁と重りとにより形成さ
れる１組のセンサを少なくとも２組設け、それら固定端
若しくは重りを互いに対向する位置に配設したので、こ
れにより、少なくとも２つの梁の変形を検出する手段を
有しているため、それら２つの変形検出手段の出力から
センサに加わる加速度と角加速度を分離独立して検出す
ることが可能であり、これにより測定の応用範囲を一段
と広げることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第一の実施例を示す平面図、第
１図（ｂ）はその側面図、第２図は加速度αが作用した
際の変形状態及びその応力分布を示す説明図、第３図は
角加速度ゐが作用した際の変形状態及びその応力分布を
示す説明図、第４図は歪検出素子により構成される測定
回路の様子を示す回路図、第５図（ａ）は本発明の第二
の実施例を示す平面図、第５図（ｂ）はその側面図、第
６図（ａ）は本発明の第三の実施例を示す平面図、第６
図（ｂ）はその側面図、第７図は第６図の測定回路の一
部を示す回路図、第８図（ａ）は本発明の第四の実施例
を示す平面図、第８図（ｂ）はその側面図、第９図は従
来例を示す縦断側面図、第１０図はその片持梁り付近の
形状を拡大して示す側面図である。 １ ３・・・固定端、 １５゜ ６・・・梁、 １８゜ 重り、 ２５゜ ２６・・・重り、２７゜ ２８・・・梁、 〜３ １・・・固定端、 ３２〜３ ５・・・梁、 ６〜４ ９・・・ ９ ３・・・ 重り、 ４４〜４７・・・梁 出 願 人 株式会社 リ コ 〜二ｊ 」 ９ 操 、、％、ＪＯ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重りが設けられた自由端と固定端との間を梁により連設
   し、その梁に生じる変形をその表面に形成された歪検出
   素子を用いて加速度を検出するようにした加速度センサ
   において、前記固定端と前記梁と前記重りとにより形成
   される１組のセンサを少なくとも２組設け、それら固定
   端若しくは重りを互いに対向する位置に配設したことを
   特徴とする加速度センサ。