JPH0550364U - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電容量型加速度センサにおいて、マス部の
受ける空気抵抗のバラツキを小さくすることによりセン
サの検出精度のバラツキを小さくする。 【構成】 枠型をしたフレーム１の中央にマス部２を配
設し、ビーム３によってマス部２をフレーム１に支持さ
せる。マス部２の底面には、マス部２の変位をダンピン
グさせるための方形の窪み１１を設ける。フレーム１の
上面及び下面に接合されたカバー４，５の内面には静止
電極６，９を設けてあり、マス部２の静止電極６，９と
対向する面が電極面７，８となっており、静止電極６，
９とマス部２の電極面７，８とによって加速度検出用の
コンデンサが形成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は加速度センサに関する。具体的には、加速度や振動によって生じるマ ス部の変位を静電容量変化として検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図３、図４は従来の加速度センサ３０の一部破断した斜視図及び断面図である 。この加速度センサ３０にあっては、枠型をしたフレーム１の中央にマス部２が 配設されており、マス部２は４本のビーム３によって両持ち状にフレーム１に支 持されている。そして、マス部２は、ビーム３の変形によってマス部２の厚さ方 向（図３中のＸ方向）に自由に微小変位できるようになっている。

【０００３】 また、フレーム１の上面及び下面にはカバー４，５が重ねられ、カバー４，５ の周辺部を接着剤等によってフレーム１に接着されている。カバー４，５の内面 にはマス部２が変位できるように凹所４ａ，５ａが設けられており、凹所４ａ， ５ａの底にはそれぞれ静止電極６，９が設けられている。また、マス部２の前記 静止電極６，９と対向する面には可動電極７ａ，８ａが設けられており、カバー ４，５の静止電極６，９とマス部２の可動電極７ａ，８ａの間でそれぞれコンデ ンサが形成されている。

【０００４】 しかして、ビーム３に両持ち状に支持されたマス部２がＸ方向に加速度を受け て変位した場合、マス部２の変位量に応じてマス部２の可動電極７ａ，８ａとカ バー４，５の静止電極６，９の間のギャップ量が変化して静電容量が変わる。従 って、この静電容量の変化を電圧に変換して出力することにより加速度を検知す ることができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

このような構造の加速度センサにおいては、マス部は変位時にマス部の底面で 空気抵抗を受け、空気抵抗のために速度あるいは振動をダンピングされる。しか も、マス部の底面の粗さによって空気のマス部の周囲における空気の流れが異な るため、マス部の受ける空気抵抗あるいはダンピング率も表面粗さによって影響 を受け、マス部の底面の表面粗さが異なるとマス部の変位する様子が異なる。

【０００６】 ところが、従来の加速度センサにあっては、マス部の底面の表面粗さを一定に 作製することが困難であるため、マス部のダンピング率が異なり、同一の加速度 を感じた場合でもマス部の変位量が異なり、測定値にバラツキが生じるという問 題があった。

【０００７】 本考案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、静電容量型の加速度センサにおいて、マス部のダンピング率を均一にし て変位量のバラツキを小さくすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案の加速度センサは、弾性を有するビームにより支持体にマス部を揺動自 在に支持させ、当該マス部の電極面と対向させて静止電極を配置し、当該マス部 の底面に窪みを設けたことを特徴としている。

【０００９】 また、当該マス部の窪みの縁に当該窪みの内外を連通させるように溝を設けて も良い。

【００１０】 また、半導体基板を半導体製造プロセスで加工することにより、支持体とマス 部とビームを一体に形成しても良い。

【００１１】

【作用】

本考案にあっては、マス部の底面に窪みを設けているので、マス部の変位時に おけるマス部の周囲の空気の流れがマス部の窪みによって制御され、マス部の表 面粗さによって影響されなくなる。このマス部の窪みの形状や寸法は、マス部の 表面粗さに比べて均一性が高いので、マス部の窪みによって周囲の空気の流れを 制御させることによってマス部の受ける空気抵抗を均一にすることができる。

【００１２】 したがって、マス部が変位するときに生じる空気抵抗のバラツキをマス部の表 面粗さによらず均一にすることができ、個々の加速度センサ間のマス部の変位量 のバラツキを小さくでき、加速度の検出精度を向上させることができる。

【００１３】 また、マス部の窪みの縁に溝を設ければ、マス部が変位するときの空気抵抗を 減少させることができるので、マス部のダンピングを小さくでき、窪みを形成し たことによる加速度センサの感度低下を防止することができる。

【００１４】 また、半導体基板を半導体製造プロセスにより加工してマス部等を製作する場 合には、マス部の窪みをエッチング等によって容易に作製できる。

【００１５】

【実施例】

図１（ａ）は本考案の一実施例による加速度センサ２０を示す断面図、（ｂ） はその加速度センサ２０に用いられている半導体基板１０を下面側から示す斜視 図である。この加速度センサ２０は、シリコンウエハに半導体製造プロセスを用 いて一体加工した図１（ｂ）に示すような半導体基板１０の上下両面にパイレッ クスガラス製のカバー４，５を積層して構成されている。

【００１６】 半導体基板１０にあっては、角枠型をしたフレーム１の中央にマス部２を配設 し、４本のビーム３によってフレーム１にマス部２を両持ち状に支持している。 マス部２はビーム３の弾性変形によってマス部２の厚さ方向（図１（ａ）中のＸ 方向）に自由に微小変位できるようになっており、マス部２の底面（ビーム位置 から突出している側）には、図１（ａ）（ｂ）に示すようにエッチングによって 方形の窪み１１が設けられている。

【００１７】 半導体基板１０の上下に重ねられたカバー４，５は、周辺部を接着剤等によっ てフレーム１に接着されている。カバー４，５の内面には、マス部２の変位を妨 げないように凹所４ａ，５ａを形成してあり、凹所４ａ，５ａの底にはマス部２ の上面及び底面と対向させて各々アルミニウムの静止電極６，９が設けられてい る。一方、半導体基板１０は導電性を有しており、マス部２の上面及び底面は静 止電極６，９の電位によって電荷を誘導される電極面７，８となっている。しか して、マス部２の表面の電極面７，８と静止電極６，９とによってそれぞれコン デンサが形成されている。

【００１８】 上記のようにマス部２の底面には窪み１１が設けられているので、マス部２が 変位するとき空気が窪み１１内で捕えられ、大きな空気抵抗が生じる。この空気 抵抗は、マス部２の表面粗さによって生じる空気抵抗に比較して大きなものであ るから、マス部２の表面粗さによって影響される空気抵抗は問題にならなくなる 。しかも、この窪み１１の深さや面積は、マス部２の表面粗さよりも精度よく形 成することができるので、マス部２が変位する時に生じる周囲の空気の流れを容 易に制御でき、マス部２の受ける空気抵抗を均一にできる。この結果、同一の加 速度に対するマス部２の変位量のバラツキを小さくでき、加速度センサ２０の検 知精度を向上させることができる。

【００１９】 また、マス部２の窪み１１によってマス部２が変位するときのダンピング量が 大きくなるので、大きな加速度が生じた場合にマス部２が静止電極９に大きなス ピードで衝突してビーム３等が破損するのを防止できる。

【００２０】 図２は本考案の別な実施例におけるマス部２の構造を示す斜視図である。この 実施例においては、マス部２の下面に方形の窪み１１を設け、さらに窪み１１の 縁に溝１２を設け、溝１２を通して窪み１１の内外を連通させてある。

【００２１】 従って、マス部２が底面側へ変位するとき、窪み１１内に捕えられた空気を溝 １２を通して窪み１１外へ逃がすことができ、マス部２の空気抵抗によるダンピ ングを小さくすることができる。従って、マス部２の変位量が大きくなって加速 度センサ２０の感度低下を小さくすることができる。

【００２２】 なお、上記実施例においては、マス部の上下両面が電極面となり、マス部の上 下両面に対向させて静止電極を設けていたが、マス部の上面側にだけ静止電極を 設け、マス部の上面だけを電極面としても良い。また、半導体基板が導電性を有 しない場合には、マス部の表面に金属膜を蒸着させて電極面を形成しても良い。

【００２３】 また、上記実施例においては、マス部の底面にのみ窪みを設けているが、マス 部の上面にも窪みを設けても良い。

【００２４】

【考案の効果】

本考案の加速度センサによれば、マス部の窪みによって周囲の空気の流れを制 御することができるので、マス部の空気抵抗をマス部の表面粗さによらず均一に でき、同一の加速度を受けたときのマス部の変位量のバラツキを小さくでき、加 速度の検出精度を向上させることができる。

【００２５】 また、マス部の窪みの縁に溝を設ければ、マス部の空気抵抗が減少するので、 マス部の動きが大きくなり、窪みを設けたことによる検出感度の低下を防止でき る。

【００２６】 また、半導体基板を半導体製造プロセスにより加工してマス部等を製作する場 合には、マス部の窪みをエッチング等によって容易に作製できる。

【提出日】平成４年１１月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】

図４、図５は従来の加速度センサ３０の一部破断した斜視図及び断面図であ る。この加速度センサ３０にあっては、枠型をしたフレーム１の中央にマス部２ が配設されており、マス部２は４本のビーム３によって両持ち状にフレーム１に 支持されている。そして、マス部２は、ビーム３の変形によってマス部２の厚さ 方向（図４中のＸ方向）に自由に微小変位できるようになっている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【実施例】図１ は本考案の一実施例による加速度センサ２０を示す断面図、図２はその 加速度センサ２０に用いられている半導体基板１０を下面側から示す斜視図であ る。この加速度センサ２０は、シリコンウエハに半導体製造プロセスを用いて一 体加工した図２に示すような半導体基板１０の上下両面にパイレックスガラス製 のカバー４，５を積層して構成されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】 半導体基板１０にあっては、角枠型をしたフレーム１の中央にマス部２を配 設し、４本のビーム３によってフレーム１にマス部２を両持ち状に支持している 。マス部２はビーム３の弾性変形によってマス部２の厚さ方向（図１中のＸ方向 ）に自由に微小変位できるようになっており、マス部２の底面（ビーム位置から 突出している側）には、図１，図２に示すようにエッチングによって方形の窪み １１が設けられている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】 図３は本考案の別な実施例におけるマス部２の構造を示す斜視図である。こ の実施例においては、マス部２の下面に方形の窪み１１を設け、さらに窪み１１ の縁に溝１２を設け、溝１２を通して窪み１１の内外を連通させてある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本考案の一実施例による加速度センサ
を示す断面図、（ｂ）は当該加速度センサに用いられて
いる半導体基板を下面側から示す斜視図である。

【図２】本考案の別な実施例による加速度センサのマス
部を示す一部破断した斜視図である。

【図３】従来例による加速度センサの一部破断した斜視
図である。

【図４】同上の断面図である。

【符号の説明】

２ マス部 ３ ビーム ６，９ 静止電極 ７，８ 電極面 １１ 窪み １２ 溝

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月２７日

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による加速度センサを示す断
面図である。

【図２】同上の加速度センサに用いられている半導体基
板を下面側から示す斜視図である。

【図３】本考案の別な実施例による加速度センサのマス
部を示す一部破断した斜視図である。

【図４】従来例による加速度センサの一部破断した斜視
図である。

【図５】同上の断面図である。

【符号の説明】 ２ マス部 ３ ビーム ６，９ 静止電極 ７，８ 電極面 １１ 窪み １２ 溝

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図５】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性を有するビームにより支持体にマス
   部を揺動自在に支持させ、当該マス部の電極面に対向さ
   せて静止電極を配置し、当該マス部の底面に窪みを設け
   たことを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記マス部の窪みの縁に窪みの内外を連
   通させるように溝を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 半導体基板を半導体製造プロセスにより
   加工して前記支持体とマス部とビームを一体に形成され
   た請求項１又は２に記載の加速度センサ。