JPH0580069A - 半導体加速度センサ及びエアバツグシステム - Google Patents
半導体加速度センサ及びエアバツグシステムInfo
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- JPH0580069A JPH0580069A JP3241460A JP24146091A JPH0580069A JP H0580069 A JPH0580069 A JP H0580069A JP 3241460 A JP3241460 A JP 3241460A JP 24146091 A JP24146091 A JP 24146091A JP H0580069 A JPH0580069 A JP H0580069A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
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- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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- G01P2015/0842—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass the mass being of clover leaf shape
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 車両衝突のような大きな加速度に対する検出
に充分対応でき、耐衝撃性，量産性のいずれの条件も満
足させる半導体加速度センサを提供する。 【構成】 単結晶シリコン１を加工して、枠部（固定
部）２と質量部３とを形成し、枠部２と質量部３とを、
梁部４とダイヤフラム部６との一体組合せ体（弾性支持
体）によりつなぐ。梁部４はダイヤフラム部６の一部を
厚肉形成して構成される。梁部４に拡散により形成した
ピエゾ抵抗素子６により質量部３の変位に伴う歪を検出
する。或いは、質量部３を可動電極とし、これに固定電
極を対向配置して、電極間の静電容量の変化より加速度
に応答する質量部３の変位をとらえる。
に充分対応でき、耐衝撃性，量産性のいずれの条件も満
足させる半導体加速度センサを提供する。 【構成】 単結晶シリコン１を加工して、枠部（固定
部）２と質量部３とを形成し、枠部２と質量部３とを、
梁部４とダイヤフラム部６との一体組合せ体（弾性支持
体）によりつなぐ。梁部４はダイヤフラム部６の一部を
厚肉形成して構成される。梁部４に拡散により形成した
ピエゾ抵抗素子６により質量部３の変位に伴う歪を検出
する。或いは、質量部３を可動電極とし、これに固定電
極を対向配置して、電極間の静電容量の変化より加速度
に応答する質量部３の変位をとらえる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体単結晶により形成
された半導体加速度センサ及びこれを用いたエアバッグ
システムに関する。
された半導体加速度センサ及びこれを用いたエアバッグ
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体加速度センサには、例えば
特開昭５６−１３３８７７号，特開昭６３−１６９０７
８号公報に開示されるように、中央に加速度に応答する
厚肉部（剛体，質量部）を設け、この中央厚肉部を薄肉
部（ダイヤフラム部）を介して周囲の厚肉固定部により
支持し、前記ダイヤフラム部にピエゾ抵抗素子を拡散に
より形成したり、そのほか、ダイヤフラムに代えて弾性
の梁により質量部を支持し、この梁にピエゾ抵抗素子を
設けたりしている。これらは、加速度に応答する質量部
の変位をダイヤフラム或いは梁の捩じれにより歪ゲージ
（ピエゾ抵抗素子）を介して検出することで、加速度を
とらえている。
特開昭５６−１３３８７７号，特開昭６３−１６９０７
８号公報に開示されるように、中央に加速度に応答する
厚肉部（剛体，質量部）を設け、この中央厚肉部を薄肉
部（ダイヤフラム部）を介して周囲の厚肉固定部により
支持し、前記ダイヤフラム部にピエゾ抵抗素子を拡散に
より形成したり、そのほか、ダイヤフラムに代えて弾性
の梁により質量部を支持し、この梁にピエゾ抵抗素子を
設けたりしている。これらは、加速度に応答する質量部
の変位をダイヤフラム或いは梁の捩じれにより歪ゲージ
（ピエゾ抵抗素子）を介して検出することで、加速度を
とらえている。
【０００３】また、歪ゲージに代えて前記質量部を可動
電極とし、これに微小隙間を介して固定電極を対向配置
させ、電極間の隙間の変化を静電容量に置換して取りだ
して加速度をとらえるものも種々提案されている。
電極とし、これに微小隙間を介して固定電極を対向配置
させ、電極間の隙間の変化を静電容量に置換して取りだ
して加速度をとらえるものも種々提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な加速度センサは、現状では車体制御用の加速度センサ
の開発が進んで１〜２Ｇ程度の加速度センサの文献が多
く出ているが、例えば車両衝突を検出する場合に必要な
加速度±（プラス、マイナス）５０Ｇに至る検出，耐衝
撃性，量産性のいずれの条件も充分に満足させる加速度
センサの開発が遅れているのが現状である。
な加速度センサは、現状では車体制御用の加速度センサ
の開発が進んで１〜２Ｇ程度の加速度センサの文献が多
く出ているが、例えば車両衝突を検出する場合に必要な
加速度±（プラス、マイナス）５０Ｇに至る検出，耐衝
撃性，量産性のいずれの条件も充分に満足させる加速度
センサの開発が遅れているのが現状である。
【０００５】例えば、ダイヤフラムだけで質量部を支持
する場合には衝突加速度よりもはるかに小さな加速度で
応答してしまい、また、梁により質量部を支持する場合
には、単結晶半導体が壁開性のために耐衝撃性に不安を
残し、さらに梁間の空隙を加工するプロセスがあるの
で、精密な加工工程が増え量産性に劣る傾向があった。
する場合には衝突加速度よりもはるかに小さな加速度で
応答してしまい、また、梁により質量部を支持する場合
には、単結晶半導体が壁開性のために耐衝撃性に不安を
残し、さらに梁間の空隙を加工するプロセスがあるの
で、精密な加工工程が増え量産性に劣る傾向があった。
【０００６】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、車両衝突のような大きな加速度に対する検出に充
分対応でき、しかも耐衝撃性，量産性のいずれの条件も
満足させる加速度センサ及びこれを利用して信頼性のあ
るエアバッグシステムを提供することにある。
的は、車両衝突のような大きな加速度に対する検出に充
分対応でき、しかも耐衝撃性，量産性のいずれの条件も
満足させる加速度センサ及びこれを利用して信頼性のあ
るエアバッグシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基本的には、次のような課題解決手段を提
案する。
するために、基本的には、次のような課題解決手段を提
案する。
【０００８】一つは、加速度を慣性力に変換する質量部
がその周囲に配置した枠部（固定部）にダイヤフラム部
を介して支持され、前記質量部，枠部，ダイヤフラム部
が単結晶半導体により一体成形して成る加速度センサに
おいて、前記枠部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフ
ラム部の一部を厚肉成形することで構成して該梁部と前
記ダイヤフラム部とを一体の組合せ構造とし、歪みゲー
ジタイプの場合にはこの梁部或いはダイヤフラムにピエ
ゾ抵抗素子を形成し、静電容量タイプの場合には、前記
質量部を可動電極とし、この可動電極と微小隙間を介し
て固定電極を対向配置して成る（これを第１の課題解決
手段とする）。
がその周囲に配置した枠部（固定部）にダイヤフラム部
を介して支持され、前記質量部，枠部，ダイヤフラム部
が単結晶半導体により一体成形して成る加速度センサに
おいて、前記枠部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフ
ラム部の一部を厚肉成形することで構成して該梁部と前
記ダイヤフラム部とを一体の組合せ構造とし、歪みゲー
ジタイプの場合にはこの梁部或いはダイヤフラムにピエ
ゾ抵抗素子を形成し、静電容量タイプの場合には、前記
質量部を可動電極とし、この可動電極と微小隙間を介し
て固定電極を対向配置して成る（これを第１の課題解決
手段とする）。
【０００９】もう一つは、質量部と固定部との位置関係
を上記と逆にしたものを提案する。すなわち、加速度検
出対象に固定される固定部を中央に配置し、この固定部
の周囲に加速度を慣性力に変換する質量部をダイヤフラ
ム部を介して支持しつつ配置し、前記固定部，ダイヤフ
ラム部，質量部を単結晶半導体により一体成形すると共
に、前記固定部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフラ
ム部の一部を厚肉成形することで構成して該梁部と前記
ダイヤフラム部とを一体の組合せ構造とする（これを第
２の課題解決手段とする）。
を上記と逆にしたものを提案する。すなわち、加速度検
出対象に固定される固定部を中央に配置し、この固定部
の周囲に加速度を慣性力に変換する質量部をダイヤフラ
ム部を介して支持しつつ配置し、前記固定部，ダイヤフ
ラム部，質量部を単結晶半導体により一体成形すると共
に、前記固定部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフラ
ム部の一部を厚肉成形することで構成して該梁部と前記
ダイヤフラム部とを一体の組合せ構造とする（これを第
２の課題解決手段とする）。
【００１０】
【作用】質量部を支持する弾性支持体をダイヤフラム部
と梁部とを一体に組合せたもので構成すると、質量部が
比較的大きな加速度（例えば±５０Ｇに至る程度）に対
して的を絞った応答性を有する。また、耐衝撃性も大幅
に向上して±５０Ｇ程度の衝撃にも耐えられる。
と梁部とを一体に組合せたもので構成すると、質量部が
比較的大きな加速度（例えば±５０Ｇに至る程度）に対
して的を絞った応答性を有する。また、耐衝撃性も大幅
に向上して±５０Ｇ程度の衝撃にも耐えられる。
【００１１】さらに、半導体部分（ゲージ部）の製造
は、量産されているダイヤフラム型の半導体圧力センサ
のプロセスをそのまま用いて加工できる。すなわち、加
速度センサ用のマスク設計がなされれば、ダイヤフラム
加工やピエゾ抵抗素子の拡散技術のプロセスは既存のプ
ロセスとまったく同一に加工でき、さらに梁間に空隙を
設けるような手間のかかる精密加工作業を不要とするの
で、量産性を向上させることができる。
は、量産されているダイヤフラム型の半導体圧力センサ
のプロセスをそのまま用いて加工できる。すなわち、加
速度センサ用のマスク設計がなされれば、ダイヤフラム
加工やピエゾ抵抗素子の拡散技術のプロセスは既存のプ
ロセスとまったく同一に加工でき、さらに梁間に空隙を
設けるような手間のかかる精密加工作業を不要とするの
で、量産性を向上させることができる。
【００１２】上記構成において、第１，第２の課題解決
手段ともに衝突時の加速度に応じて質量部が変化する
が、第１の課題解決手段の場合には、枠部内にて質量部
が応答動作するのに対して、第２の課題解決手段の場合
には、中央が固定部となって、その外側で質量部が応答
動作（いわゆる、中央を支点としての、やじろうべえ動
作）を行う。後者の場合には、質量部の設計の自由度が
大きく、また、三次元の加速度検出を可能にする利点が
ある。加速度に応答する質量部の変化は梁やダイヤフラ
ム部に配設したピエゾ抵抗素子の値の変化、或いは質量
部を可動電極とした場合には、それに対向する固定電極
との協働により静電容量の値の変化として検出される。
手段ともに衝突時の加速度に応じて質量部が変化する
が、第１の課題解決手段の場合には、枠部内にて質量部
が応答動作するのに対して、第２の課題解決手段の場合
には、中央が固定部となって、その外側で質量部が応答
動作（いわゆる、中央を支点としての、やじろうべえ動
作）を行う。後者の場合には、質量部の設計の自由度が
大きく、また、三次元の加速度検出を可能にする利点が
ある。加速度に応答する質量部の変化は梁やダイヤフラ
ム部に配設したピエゾ抵抗素子の値の変化、或いは質量
部を可動電極とした場合には、それに対向する固定電極
との協働により静電容量の値の変化として検出される。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。
【００１４】図１は本発明の第１実施例に係る加速度セ
ンサ１００のゲージ部を示す。
ンサ１００のゲージ部を示す。
【００１５】本実施例は、単結晶シリコン１を加工し
て、枠部２と質量部３とそれらをつなぐ梁部４とダイヤ
フラム部６とを一体成形する。梁部４はダイヤフラム部
６の一部を厚肉成形してなる。質量部３は正方形を呈
し、その４辺に梁部４がそれぞれ配設される。本実施例
では、４個の梁部４が質量部３の重心を中心にして配設
される。梁部４の少なくとも一つには、ブリッジ抵抗回
路要素となるピエゾ抵抗素子５が配設される。梁部４は
ダイヤフラム部６との組合せにより質量部３が加速度に
応じて動くときのバランスをとり、且つ±５０Ｇ程度の
比較的大きな加速度に反応させるためのものであるの
で、全部の梁部にピエゾ抵抗素子５を配設する必要はな
い。加速度に応答する梁部４の歪量はブリッジ構成され
たピエゾ抵抗素子５によって検出され、端子７から検出
信号が取り出される。
て、枠部２と質量部３とそれらをつなぐ梁部４とダイヤ
フラム部６とを一体成形する。梁部４はダイヤフラム部
６の一部を厚肉成形してなる。質量部３は正方形を呈
し、その４辺に梁部４がそれぞれ配設される。本実施例
では、４個の梁部４が質量部３の重心を中心にして配設
される。梁部４の少なくとも一つには、ブリッジ抵抗回
路要素となるピエゾ抵抗素子５が配設される。梁部４は
ダイヤフラム部６との組合せにより質量部３が加速度に
応じて動くときのバランスをとり、且つ±５０Ｇ程度の
比較的大きな加速度に反応させるためのものであるの
で、全部の梁部にピエゾ抵抗素子５を配設する必要はな
い。加速度に応答する梁部４の歪量はブリッジ構成され
たピエゾ抵抗素子５によって検出され、端子７から検出
信号が取り出される。
【００１６】図２は上記のようにダイヤフラム部６と梁
部４とを一体に組合せた構造の種々の態様を示す。
部４とを一体に組合せた構造の種々の態様を示す。
【００１７】図２の（イ）はいわゆるＨ形と称して、質
量部３の一組の相対する辺に各々２本ずつの梁部４を配
設した構造のもので、一定方向のバランスがとれるもの
として試作を行った。加速度が加わった動きに対してバ
ランス良く動作する構造である。
量部３の一組の相対する辺に各々２本ずつの梁部４を配
設した構造のもので、一定方向のバランスがとれるもの
として試作を行った。加速度が加わった動きに対してバ
ランス良く動作する構造である。
【００１８】図２の（ロ）はバランスと共に感度を確保
することを意図したもので、いわゆるπ形と称している
配置構造で、一辺に２本の梁部４をその両隣に一本づつ
の梁部４を配設したものである。端子７側の反対側の辺
に梁部４を２本配設してシングルビームの動作を確保し
てダイヤフラム部６と共に質量部３を支えるものである
が、その辺の両隣の辺の梁部４を端子７寄りに配置する
ことにより全体として加速度が加わってからの動作を補
正してバランスのとれた構造としたものである。
することを意図したもので、いわゆるπ形と称している
配置構造で、一辺に２本の梁部４をその両隣に一本づつ
の梁部４を配設したものである。端子７側の反対側の辺
に梁部４を２本配設してシングルビームの動作を確保し
てダイヤフラム部６と共に質量部３を支えるものである
が、その辺の両隣の辺の梁部４を端子７寄りに配置する
ことにより全体として加速度が加わってからの動作を補
正してバランスのとれた構造としたものである。
【００１９】図２の（ハ）は先の図１の実施例に係るも
ので、いわゆる十字形配置の梁部４とダイヤフラム部６
との組合せで質量部３を支えるには最適なバランスとな
っている。
ので、いわゆる十字形配置の梁部４とダイヤフラム部６
との組合せで質量部３を支えるには最適なバランスとな
っている。
【００２０】図２の（ニ）は質量部３の各辺に２本づつ
の梁部４を配置したいわゆるクロスＨ形と称せられるも
ので、（ハ）の各辺に１本づつ配置したものに対して、
より良好なバランス特性を得ようとしたものである。
の梁部４を配置したいわゆるクロスＨ形と称せられるも
ので、（ハ）の各辺に１本づつ配置したものに対して、
より良好なバランス特性を得ようとしたものである。
【００２１】（イ）〜（ニ）の各構造において、梁部４
の数とピエゾ抵抗素子５の配設は一致しない。これは各
梁部の配設と検出しようとする位置が異なるので、ピエ
ゾ抵抗素子５の配設は各々の構造で検討しなければなら
ないからである。
の数とピエゾ抵抗素子５の配設は一致しない。これは各
梁部の配設と検出しようとする位置が異なるので、ピエ
ゾ抵抗素子５の配設は各々の構造で検討しなければなら
ないからである。
【００２２】図３は図２の各々の梁部配置に対するピエ
ゾ抵抗素子の出力特性を示すもので、図２の（ロ）のπ
形は出力は出るが非直線誤差（Non-lineality）が大き
く、（ハ）の十字形は最も非直線誤差が小さく量産に適
した構造である。
ゾ抵抗素子の出力特性を示すもので、図２の（ロ）のπ
形は出力は出るが非直線誤差（Non-lineality）が大き
く、（ハ）の十字形は最も非直線誤差が小さく量産に適
した構造である。
【００２３】図４〜図７は図２の（イ）〜（ニ）に対応
の梁部配置の加速度検出軸成分−非直線誤差の特性図を
示すもので、図４〔図２（イ）に対応〕、図５〔図２
（ロ）に対応〕、図７〔図２（ニ）に対応〕は加速度Ｇ
の加え方、すなわち、時計回りと反時計回りでは大きく
差が出ていることが判る。これに対して、図６〔図２
（ハ）に対応〕に示した十字形の梁部４をダイアフラム
６と組合せて質量部３を支えている構造のものは時計回
りでも反時計回りでもデータがほゞ一致している。
の梁部配置の加速度検出軸成分−非直線誤差の特性図を
示すもので、図４〔図２（イ）に対応〕、図５〔図２
（ロ）に対応〕、図７〔図２（ニ）に対応〕は加速度Ｇ
の加え方、すなわち、時計回りと反時計回りでは大きく
差が出ていることが判る。これに対して、図６〔図２
（ハ）に対応〕に示した十字形の梁部４をダイアフラム
６と組合せて質量部３を支えている構造のものは時計回
りでも反時計回りでもデータがほゞ一致している。
【００２４】以上からすれば、加速度センサとしては非
直線誤差が少なく、そのばらつきが時計回り、反時計回
りのいずれの加速度に対してもほゞ一致した値を示した
図２の（ハ）の構造が最も適していると判断した。しか
し、非直線誤差を無視して、感度を重視する場合は、当
然図２の（ロ）に示したπ形が良いのは云うまでもな
く、更に、感度は低くても強度のある質量部支持構造が
要求される場合には、図２（ニ）のクロスＨ形構造がよ
く、一方向からの加速度を検出する場合には図２（イ）
のＨ形がよく、各種用途に応じて最適なものを選べばよ
い。
直線誤差が少なく、そのばらつきが時計回り、反時計回
りのいずれの加速度に対してもほゞ一致した値を示した
図２の（ハ）の構造が最も適していると判断した。しか
し、非直線誤差を無視して、感度を重視する場合は、当
然図２の（ロ）に示したπ形が良いのは云うまでもな
く、更に、感度は低くても強度のある質量部支持構造が
要求される場合には、図２（ニ）のクロスＨ形構造がよ
く、一方向からの加速度を検出する場合には図２（イ）
のＨ形がよく、各種用途に応じて最適なものを選べばよ
い。
【００２５】梁部４とダイヤフラム部６とを組合せて質
量部３を支える構造にて加速度を検出するセンサにおい
ては、トータル的な特性が最も優れた図２（ハ）の十字
形の構造が良く、図８のエアバッグシステムではこのセ
ンサを加速度センサ（Ｇセンサ）として適用した。
量部３を支える構造にて加速度を検出するセンサにおい
ては、トータル的な特性が最も優れた図２（ハ）の十字
形の構造が良く、図８のエアバッグシステムではこのセ
ンサを加速度センサ（Ｇセンサ）として適用した。
【００２６】図８において、１００はＧセンサ、１０１
は直流電源、１０２は診断回路、１０３は増幅・温度補
正回路、１０４は加速度検出回路、１０５は加速度検出
値より衝突か否かを判定する判定回路であり、Ｇセンサ
１００を自動車の２〜３カ所に設置して、衝突によって
５０〜１００Ｇ等の大きな加速度が加わった際に、前記
回路要素１０３，１０４，１０５を介してエアバッグ用
モジュール１０７を動作させて衝突の際に乗員を保護す
る。診断装置１０２はこのシステムが健常であるか否か
定期的に診断を行う。本実施例では、エアバッグ用モジ
ュール１０７を動作させるだけでなく、Ｇセンサ１００
からの信号を用いて警報ランプ１０６を事前に点灯させ
る構成としており、これに代えてブザーを発するように
してもよい。
は直流電源、１０２は診断回路、１０３は増幅・温度補
正回路、１０４は加速度検出回路、１０５は加速度検出
値より衝突か否かを判定する判定回路であり、Ｇセンサ
１００を自動車の２〜３カ所に設置して、衝突によって
５０〜１００Ｇ等の大きな加速度が加わった際に、前記
回路要素１０３，１０４，１０５を介してエアバッグ用
モジュール１０７を動作させて衝突の際に乗員を保護す
る。診断装置１０２はこのシステムが健常であるか否か
定期的に診断を行う。本実施例では、エアバッグ用モジ
ュール１０７を動作させるだけでなく、Ｇセンサ１００
からの信号を用いて警報ランプ１０６を事前に点灯させ
る構成としており、これに代えてブザーを発するように
してもよい。
【００２７】図９は本発明に係る加速度センサの他の実
施例で、同図の（イ）が一部切欠斜視図、（ロ）がその
ａ−ａ線断面図である。既述の実施例と同一符号は同一
或いは共通する要素を示す。図１の実施例と異なる点
は、中央を固定部２´として基板８上に固定載置し、そ
の外側（周囲）にダイヤフラム部６・梁部４の一体組合
せ体（弾性支持体）を介して枠形の質量部３を配置した
点にある。梁部４はダイヤフラム部６の一部を厚肉成形
して構成したことは、既述の他の実施例と同様である。
図９（ロ）に示すように、外側の質量部３が基板８より
微小間隙Ｇを介して浮いた状態、いわゆる質量部３が固
定部２´を中心に四方に配置されてやじろうべえ的な被
支持状態にあり、三次元の各方向の加速度成分に対して
質量部３の各箇所の変位が異なる。このことは、各梁部
３の歪量も異なることを意味する。
施例で、同図の（イ）が一部切欠斜視図、（ロ）がその
ａ−ａ線断面図である。既述の実施例と同一符号は同一
或いは共通する要素を示す。図１の実施例と異なる点
は、中央を固定部２´として基板８上に固定載置し、そ
の外側（周囲）にダイヤフラム部６・梁部４の一体組合
せ体（弾性支持体）を介して枠形の質量部３を配置した
点にある。梁部４はダイヤフラム部６の一部を厚肉成形
して構成したことは、既述の他の実施例と同様である。
図９（ロ）に示すように、外側の質量部３が基板８より
微小間隙Ｇを介して浮いた状態、いわゆる質量部３が固
定部２´を中心に四方に配置されてやじろうべえ的な被
支持状態にあり、三次元の各方向の加速度成分に対して
質量部３の各箇所の変位が異なる。このことは、各梁部
３の歪量も異なることを意味する。
【００２８】梁部４上にはピエゾ抵抗素子５が拡散によ
り形成してあり、上記の各梁部４の歪量を知ることで三
次元の加速度を検出する。
り形成してあり、上記の各梁部４の歪量を知ることで三
次元の加速度を検出する。
【００２９】本実施例においても、質量部３を支持する
弾性支持体を梁部４とダイヤフラム部６とを一体に組合
せたもので構成することで、第１実施例と同様の効果を
奏する。しかも、本実施例においては、質量部３を外側
に配置するが、このようにすると、第１実施例のように
枠内に質量部を設けた場合に較べて幅Ｗのわずかな増減
で質量部３を大きく増減調整できるので、スペース的な
制約をさほど受けずに質量部３の設計に任意性をもたせ
ることができる。また、一つのセンサで三次元の加速度
を検出できる利点がある。
弾性支持体を梁部４とダイヤフラム部６とを一体に組合
せたもので構成することで、第１実施例と同様の効果を
奏する。しかも、本実施例においては、質量部３を外側
に配置するが、このようにすると、第１実施例のように
枠内に質量部を設けた場合に較べて幅Ｗのわずかな増減
で質量部３を大きく増減調整できるので、スペース的な
制約をさほど受けずに質量部３の設計に任意性をもたせ
ることができる。また、一つのセンサで三次元の加速度
を検出できる利点がある。
【００３０】図１０は本発明の他の実施例を示す静電容
量式加速度センサのゲージ部を示す一部切欠斜視図、図
１１はその固定電極側基板を可動電極（質量部）側から
みた平面図である。
量式加速度センサのゲージ部を示す一部切欠斜視図、図
１１はその固定電極側基板を可動電極（質量部）側から
みた平面図である。
【００３１】本実施例も図９の実施例と同様に中央を固
定部２´とし、その周囲（外側）に質量部３を配置し
て、これらの要素２´，３を梁部４，ダイヤフラム部６
の一体組合せ構造体（弾性支持体）でつないだものであ
る。そして、この質量部３を可動電極として、これと対
向する固定電極１０を微小隙間Ｇを介して４カ所に配設
して成る。固定電極１０は絶縁基板９上に形成される。
固定電極１０は質量部３片面に配置するか、或いは両面
に対向するように配置してもよい。
定部２´とし、その周囲（外側）に質量部３を配置し
て、これらの要素２´，３を梁部４，ダイヤフラム部６
の一体組合せ構造体（弾性支持体）でつないだものであ
る。そして、この質量部３を可動電極として、これと対
向する固定電極１０を微小隙間Ｇを介して４カ所に配設
して成る。固定電極１０は絶縁基板９上に形成される。
固定電極１０は質量部３片面に配置するか、或いは両面
に対向するように配置してもよい。
【００３２】本実施例も図９の実施例と同様の効果を奏
するが、三次元方向の判別を各固定電極１０・可動電極
３間の静電容量の変化をとらえて判別している。すなわ
ち、既述したように三次元の各方向の加速度成分に対し
て質量部３の各箇所の変位が異なることから、各箇所の
変位を夫々の固定電極１０・可動電極（質量部）３間の
静電容量の値からとらえることで三次元の加速度を検出
している。
するが、三次元方向の判別を各固定電極１０・可動電極
３間の静電容量の変化をとらえて判別している。すなわ
ち、既述したように三次元の各方向の加速度成分に対し
て質量部３の各箇所の変位が異なることから、各箇所の
変位を夫々の固定電極１０・可動電極（質量部）３間の
静電容量の値からとらえることで三次元の加速度を検出
している。
【００３３】なお、図９〜図１１の実施例における質量
部３は一連の枠形の態様のほかに、図１２に示すように
枠形のコーナを切り取って複数の質量部３が固定部２´
を中心としてその周りに配置する態様でもよい。
部３は一連の枠形の態様のほかに、図１２に示すように
枠形のコーナを切り取って複数の質量部３が固定部２´
を中心としてその周りに配置する態様でもよい。
【００３４】また、図１のような質量部，ダイヤフラム
部・梁部，枠部を有する加速度センサにおいて、歪ゲー
ジ方式に代えて質量部を可動電極とし、これに対向して
固定電極を配置して静電容量式とすることも可能であ
る。
部・梁部，枠部を有する加速度センサにおいて、歪ゲー
ジ方式に代えて質量部を可動電極とし、これに対向して
固定電極を配置して静電容量式とすることも可能であ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加速度に
対して応答動作する質量部の支持体をダイヤフラム部と
梁部との一体組合せにより構成することで、車両衝突の
ような大きな加速度に対する検出に充分対応でき、しか
も耐衝撃性，量産性のいずれの条件も満足させる加速度
センサ及びこれを利用して信頼性のあるエアバッグシス
テムを提供することができる。
対して応答動作する質量部の支持体をダイヤフラム部と
梁部との一体組合せにより構成することで、車両衝突の
ような大きな加速度に対する検出に充分対応でき、しか
も耐衝撃性，量産性のいずれの条件も満足させる加速度
センサ及びこれを利用して信頼性のあるエアバッグシス
テムを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る加速度センサの一部切
欠斜視図。
欠斜視図。
【図２】上記実施例に用いる質量部の各種支持態様を示
す説明図。
す説明図。
【図３】図２の（イ）〜（ニ）における各種態様の加速
度センサの出力特性（非直線誤差）を示す説明図。
度センサの出力特性（非直線誤差）を示す説明図。
【図４】図２の（イ）の加速度センサに対応の出力特性
図。
図。
【図５】図２の（ロ）の加速度センサに対応の出力特性
図。
図。
【図６】図２の（ハ）の加速度センサに対応の出力特性
図。
図。
【図７】図２の（ニ）の加速度センサに対応の出力特性
図。
図。
【図８】本発明のエアバッグシステムの一例を示す説明
図。
図。
【図９】本発明の他の実施例に係る加速度センサの一部
切欠斜視図及びそのａ−ａ線断面図。
切欠斜視図及びそのａ−ａ線断面図。
【図１０】本発明の他の実施例に係る加速度センサの一
部切欠斜視図。
部切欠斜視図。
【図１１】図１０の加速度センサにおける固定電極側の
基板を可動電極側からみた平面図。
基板を可動電極側からみた平面図。
【図１２】本発明の他の実施例に係る加速度センサの一
部切欠斜視図。
部切欠斜視図。
１…単結晶シリコン、２…枠部（固定部）、２´…固定
部、３…質量部、４…梁部、５…ピエゾ抵抗素子、６…
ダイヤフラム部、７…端子、００１…直流電源、１００
…Ｇセンサ（半導体加速度センサ）、１０１…直流電
源、１０２…診断回路、１０３……増幅・温度補正回
路、１０４……加速度検出回路、１０５…判定回路、１
０６…警報ランプ、１０７…エアバッグ用モジュール。
部、３…質量部、４…梁部、５…ピエゾ抵抗素子、６…
ダイヤフラム部、７…端子、００１…直流電源、１００
…Ｇセンサ（半導体加速度センサ）、１０１…直流電
源、１０２…診断回路、１０３……増幅・温度補正回
路、１０４……加速度検出回路、１０５…判定回路、１
０６…警報ランプ、１０７…エアバッグ用モジュール。
Claims (10)
- 【請求項１】 加速度を慣性力に変換する質量部がその
周囲に配置した枠部にダイヤフラム部を介して支持さ
れ、前記質量部，枠部，ダイヤフラム部が単結晶半導体
により一体成形して成る加速度センサにおいて、前記枠
部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフラム部の一部を
厚肉成形することで構成して該梁部と前記ダイヤフラム
部とを一体の組合せ構造とし、前記梁部或いはダイヤフ
ラム部にピエゾ抵抗素子を形成して成ることを特徴とす
る半導体加速度センサ。 - 【請求項２】 加速度を慣性力に変換する質量部がその
周囲に配置した枠部にダイヤフラム部を介して支持さ
れ、前記質量部，枠部，ダイヤフラム部が単結晶半導体
により一体成形して成る加速度センサにおいて、前記枠
部・質量部をつなぐ梁部を前記ダイヤフラム部の一部を
厚肉成形することで構成して該梁部と前記ダイヤフラム
部とを一体の組合せ構造とし、前記質量部を可動電極と
し、この可動電極と微小隙間を介して固定電極を対向配
置して成ることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項３】 加速度検出対象に固定される固定部を中
央に配置し、この固定部の周囲に加速度を慣性力に変換
する質量部をダイヤフラム部を介して支持しつつ配置
し、前記固定部，ダイヤフラム部，質量部を単結晶半導
体により一体成形すると共に、前記固定部・質量部をつ
なぐ梁部を前記ダイヤフラム部の一部を厚肉成形するこ
とで構成して該梁部と前記ダイヤフラム部とを一体の組
合せ構造とし、前記梁部或いはダイヤフラムにピエゾ抵
抗素子を形成して成ることを特徴とする半導体加速度セ
ンサ。 - 【請求項４】 加速度検出対象に固定される固定部を中
央に配置し、この固定部の周囲に加速度を慣性力に変換
する質量部をダイヤフラム部を介して支持しつつ配置
し、前記固定部，ダイヤフラム部，質量部を単結晶半導
体により一体成形すると共に、前記固定部・質量部をつ
なぐ梁部を前記ダイヤフラム部の一部を厚肉成形するこ
とで構成して該梁部と前記ダイヤフラム部とを一体の組
合せ構造とし、且つ前記質量部を可動電極とし、この可
動電極と微小隙間を介して固定電極を対向配置して成る
ことを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
において、前記梁部は前記質量部の四辺を支持しつつそ
の質量部の重心を中心にして配設されることを特徴とす
る半導体加速度センサ。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
において、前記梁部は前記質量部の各辺に複数個づつ配
設されることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
において、前記梁部は前記質量部の一組の対辺にそれぞ
れ複数個配設されることを特徴とする半導体加速度セン
サ。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
において、前記梁部は前記質量部の一辺に２本配置さ
れ、その両隣の辺に一つづつ配設されてπ形配置を呈し
てなることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項９】 車両の一部に、半導体単結晶により加速
度を慣性力に変換する質量部と、ダイヤフラム部と梁部
とを一体に組合せた弾性支持体と、この弾性支持体を介
して前記質量部を支持する固定部とを一体成形して成る
車両衝突検出用の加速度センサを設け、且つ前記質量部
の変位を前記弾性支持体に設けたピエゾ抵抗素子の抵抗
値よりとらえて車両の衝突を検出しエアバッグを動作さ
せる手段を設けて成ることを特徴とするエアバッグシス
テム。 - 【請求項１０】 車両の一部に、半導体単結晶により加
速度を慣性力に変換する質量部と、ダイヤフラム部と梁
部とを一体に組合せた弾性支持体と、この弾性支持体を
介して前記質量部を支持する固定部とを一体成形して成
る車両衝突検出用の加速度センサを設け、且つ前記質量
部の変位を静電容量の変化に置換して車両の衝突を検出
しエアバッグを動作させる手段を設けて成ることを特徴
とするエアバッグシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3241460A JP2539560B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 半導体加速度センサ及びエアバッグシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3241460A JP2539560B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 半導体加速度センサ及びエアバッグシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580069A true JPH0580069A (ja) | 1993-03-30 |
| JP2539560B2 JP2539560B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=17074650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3241460A Expired - Lifetime JP2539560B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 半導体加速度センサ及びエアバッグシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2539560B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054745A1 (ja) * | 2004-11-19 | 2006-05-26 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | タイヤ変形量算出方法及びタイヤ変形量算出装置 |
| CN107907710A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-13 | 西安交通大学 | 一种mems压阻式两轴加速度传感器芯片及其制备方法 |
-
1991
- 1991-09-20 JP JP3241460A patent/JP2539560B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054745A1 (ja) * | 2004-11-19 | 2006-05-26 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | タイヤ変形量算出方法及びタイヤ変形量算出装置 |
| US7370523B2 (en) | 2004-11-19 | 2008-05-13 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | Tire deformation calculating method and tire deformation calculating apparatus |
| CN107907710A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-13 | 西安交通大学 | 一种mems压阻式两轴加速度传感器芯片及其制备方法 |
| CN107907710B (zh) * | 2017-09-30 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种mems压阻式两轴加速度传感器芯片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2539560B2 (ja) | 1996-10-02 |
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