JPH07209329A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速度センサにおいて、固定部と可動部から
の引出し電極と接続される金属端子を絶縁基板に設け
る。これにより、この金属端子はセンサの脚部と信号導
出部の機能を有する。 【構成】 実装基板３５上にはプリントパターン３６が
形成され、プリントパターン３６上にはハンダ付けによ
って加速度センサ２１の金属端子３４が接続されてい
る。また、金属端子３４はガラス基板２２上の電極パタ
ーン２３にそれぞれ接続されている。各金属端子３４は
加速度センサ２１の脚部となると共に、検出信号をプリ
ントパターン３６に導出する。この結果、ノイズのない
高精度の加速度検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の加速度
を検出するのに好適に用いられる加速度センサに関し、
特に、外部への信号の導出を容易にできる加速度センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両等の加速度や回転方向を検
出するのに用いられる加速度センサは、電極板間の静電
容量を利用して検出するもので、例えば特開平３−９４
１６９号公報および特開昭６２−２３２１７１号公報等
によって知られている。

【０００３】しかし、これらの加速度センサは、固定部
と可動部との対向する電極のなす面積（以下、「有効面
積」という）が小さくその離間寸法が大きいために、検
出感度が小さくなり高精度の加速度検出を行うことがで
きなかった。

【０００４】このような欠点を改良するために、他の従
来技術として特開平４−１１５１６５号公報に記載の加
速度センサでは、固定電極と可動電極にくし状電極を用
い、電極間の有効面積を大きくして検出感度を向上させ
るようにしている。

【０００５】ここで、図８および図９に従来技術による
加速度センサを示し、説明する。

【０００６】図中、１は加速度センサ、２は加速度セン
サ１の基体をなす絶縁基板としてのガラス基板を示し、
該ガラス基板２上には後述する固定部３，３と可動部５
が形成されている。また、該ガラス基板２上面には長方
形状の凹溝２Ａが形成され、該凹溝２Ａ上に位置する可
動部５の質量部８と可動側くし状電極９は矢示Ａ方向
（加速度が加わる方向）に変位可能となっている。

【０００７】３，３は低抵抗なシリコン材料により形成
された一対の固定部を示し、該各固定部３は前記ガラス
基板２の左，右に離間して位置し、それぞれ対向する内
側面には複数（例えば３枚）の薄板状の電極板４Ａ，４
Ａ，４Ａが突出形成され、該各電極板４Ａは固定電極と
しての固定側くし状電極４，４をそれぞれ構成してい
る。

【０００８】５は低抵抗なシリコン材料により形成され
た可動部を示し、該可動部５は、前記ガラス基板２の
前，後に離間してガラス基板２に固着された支持部６，
６と、該各支持部６に梁７，７を介して両持支持され、
前記各固定部３の間に配設された質量部８と、該質量部
８から左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例え
ば３枚）の薄板状の電極板９Ａ，９Ａ，…を有する可動
側くし状電極９，９とから構成され、前記各梁７は質量
部８を矢示Ａ方向に変位可能となるように薄板状に形成
されている。そして、前記各可動側くし状電極９の各電
極板９Ａは前記各固定側くし状電極４の各電極板４Ａと
微小隙間を介して互いに対向するようになっている。

【０００９】１０，１０，…は前記ガラス基板２上に形
成された引出し電極としての電極パターンを示し、該各
電極パターン１０は金−白金−クロム等により形成さ
れ、基端側はそれぞれ各固定部３と可動部５の支持部６
と接続され、先端側はガラス基板２の外側に向けて伸長
している。

【００１０】さらに、１１はセラミック等の絶縁材料に
よって形成された基板を示し、該基板１１は加速度セン
サ１の土台となる部分で、該基板１１上には前記加速度
センサ１のガラス基板２が接着剤によって接合され、さ
らに該基板１１上には図示しない信号処理回路等も実装
されている。

【００１１】１２，１２，…は基板１１上に形成された
プリントパターンを示し、該各プリントパターン１２は
後述する各リード線１３を介して各固定部３と可動部５
とを前記信号処理回路に接続するようになっている。

【００１２】１３，１３，…はリード線を示し、該各リ
ード線１３はガラス基板２上に形成された電極パターン
１０と基板１１上に形成されたプリントパターン１２と
をワイヤボンディングによってそれぞれ接続するように
なっている。

【００１３】このように構成される加速度センサ１は、
外部から矢示Ａ方向の加速度が加わると、質量部８が各
支持部６に対し各梁７を介して変位し、可動側くし状電
極９の各電極板９Ａが固定側くし状電極４の各電極板４
Ａに対して接近または離間する。このとき、離間寸法の
変位を静電容量の変化を検出信号として基板１１上に設
けられた信号処理回路に出力し、該信号処理回路ではこ
の静電容量の変化に基づき前記加速度に応じた信号を出
力する。

【００１４】ここで、前記加速度センサ１は、質量部８
に作用する加速度を可動側くし状電極９，固定側くし状
電極４の各電極板９Ａ，４Ａ間での静電容量の変化とし
て検出している。また、前記各電極板９Ａ，４Ａはそれ
ぞれ電気的に並列接続されているから、各電極板９Ａ，
４Ａ間の静電容量をそれぞれ加算した値となって全体の
静電容量から加速度を検出でき、検出感度を高め、加速
度の検出精度を向上させることができるようになってい
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した加
速度センサ１においては、素子単体として製品化する場
合には、基板１１，各プリントパターン１２およびリー
ド線１３等が必要となり、部品点数が増加してコスト高
になると共に、基板１１の分だけ、加速度センサ１が大
型化していまうという問題がある。

【００１６】また、各電極パターン１０と各プリントパ
ターン１２との接続にリード線１３を使用しているか
ら、加速度センサ１に加速度が作用すると、この加速度
に対応してリード線１３が振動し、検出信号にこの振動
によるノイズが加わって正確な加速度が検出できないと
いう問題がある。

【００１７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、小型で、かつ高精度に加速度を検出でき
る加速度センサを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に適用される加速
度センサは、絶縁基板と、該絶縁基板に固着して設けら
れたシリコン板をエッチング処理することにより互いに
分離して形成された固定部と可動部を備え、前記固定部
には固定電極を一体に形成し、前記可動部は、絶縁基板
上に固着された支持部と、梁を介して該支持部と連結さ
れ、加速度が作用したときに該加速度に応じて変位する
質量部と、該質量部に前記固定部に形成された固定電極
との間で微小隙間を介して対向するように設けられ、該
質量部の変位によって近接，離間する可動電極とから一
体に形成している。

【００１９】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記絶縁基板には、固定部，可動部にそれぞれ接続され
る引出し電極を形成し、該各引出し電極には外部に信号
を導出する金属端子を接続したことにある。

【００２０】また、前記固定電極，可動電極は、前記固
定部，質量部にそれぞれ突出して設けたくし状電極とす
ることが望ましい。

【００２１】さらに、前記絶縁基板には、固定部と可動
部を覆うカバーを設けることが望ましい。

【００２２】

【作用】上述の如く構成される加速度センサにおいて
は、固定部，可動部にそれぞれ接続された引出し電極
と、該各引出し電極に接続された金属端子によって、固
定電極と可動電極によって検出される検出信号を外部に
導出することができ、リード線による接続を廃止してノ
イズの発生を低減することができる。

【００２３】また、固定電極，可動電極をそれぞれ対向
するくし状電極とすることにより、有効面積を大きくし
て検出感度を高めることができる。

【００２４】さらに、絶縁基板上に固定部と可動部とを
覆うカバーを設けることにより、加速度の検出部分とな
る固定部と可動部内に塵埃等が侵入するのを防止するこ
とができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７に基
づいて説明する。なお、実施例では前述した従来技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００２６】まず、図１および図２に第１の実施例を示
す。

【００２７】図中、２１は本実施例による加速度セン
サ、２２は本実施例に適用される絶縁基板としてのガラ
ス基板をそれぞれ示し、該ガラス基板２２は従来技術に
よるガラス基板２に代えて用いられるものである。ま
た、該ガラス基板２２には長方形状の凹溝２２Ａが形成
されている。

【００２８】２３，２３，…はガラス基板２２上に形成
された引出し電極としての電極パターンを示し、該各電
極パターン２３は金−白金−クロム等により形成され、
基端側は後述する各固定部２４と可動部２６の支持部２
７と接続され、先端側はガラス基板２２の外側に向けて
伸長している。

【００２９】２４，２４はガラス基板２２上に設けられ
た固定部を示し、該固定部２４は、従来技術による固定
部３と同様に形成され、それぞれ対向する方向に突設さ
れた薄板状の電極板２５Ａ，２５Ａ，…（例えば３枚）
を有する固定側くし状電極２５が形成されてる。

【００３０】２６はガラス基板２２上に設けられた可動
部を示し、該可動部２６は支持部２７，２７と、該支持
部２７に梁２８，２８を介して両持支持され、前記各固
定部２４の間に配設された質量部２９と、該質量部２９
から各固定側くし状電極２５に向けて突出形成された薄
板状の電極板３０Ａ，３０Ａ，…を有する可動側くし状
電極３０とから構成されている。

【００３１】３１は有蓋のカバーを示し、該カバー３１
はガラス基板２２に固着され、前記各固定部２４および
可動部２６を覆うように低抵抗なシリコン材料によって
矩形状に形成された周壁部３２と、該周壁部３２を施蓋
するガラス材料により形成された蓋部３３とからなり、
該蓋部３３の下側面には凹部３３Ａが形成され、前記各
固定部２４および可動部２６と該蓋部３３との間には隙
間が形成されている。

【００３２】ここで、前記カバー３１を構成する周壁部
３２は、各固定部２４と可動部２６と共に低抵抗シリコ
ン材料によって一体形成され、蓋部３３は周壁部３２を
施蓋するように陽極接合によって接合されている。な
お、周壁部３２の下面側には、窒化膜または酸化膜から
なる絶縁層３２Ａが形成され、該絶縁層３２Ａは各電極
パターン２３に対応する位置にそれぞれ成膜され、該各
電極パターン２３とカバー３１の周壁部３２とを電気的
に絶縁するものである。

【００３３】３４，３４，…は金属端子を示し、該各金
属端子３４は例えば軟鉄を母材として鉛メッキ，錫メッ
キ等を施した金属材料が用いられ、該各金属端子３４は
図２に示すように、コ字状の基板保持部３４Ａと接地部
３４Ｂとから形成されている。そして、該基板保持部３
４Ａをガラス基板２２の電極パターン２３と共に挟持す
ることによって前記ガラス基板２２に固着され、該各金
属端子３４は加速度センサ２１を後述の実装基板３５上
に固定する脚部として機能すると共に、実装基板３５に
形成されたプリントパターン３６と電極パターン２３と
をそれぞれ電気的に接続することにより、加速度センサ
２１の信号導出部として機能するものである。

【００３４】図２において、３５は実装基板を示し、該
実装基板３５はエポキシ等の絶縁材料によって形成さ
れ、該実装基板３５上にはプリントパターン３６，３
６，…が設けられている。そして、前記各プリントパタ
ーン３６は、各金属端子３４と実装基板３５上に設けら
れた処理回路（図示せず）等とを接続している。

【００３５】本実施例による加速度センサ２１は、以上
の如く構成されるもので、加速度の検出動作においては
従来技術と差異はない。

【００３６】然るに、本実施例による加速度センサ２１
においては、各固定部２４と可動部２６からの信号は、
それぞれガラス基板２２の側面に該ガラス基板２２と電
極パターン２３とを金属端子３４の基板保持部３４Ａで
挟持して固定し、接地部３４Ｂを実装基板３５の各プリ
ントパターン３６にハンダ付けによって接続するように
しているから、従来技術のように、ワイヤボンディング
によるリード線接続が不必要となり、各固定部２４，可
動部２６と実装基板３５の各プリントパターン３６とを
電気的に確実に接続することができる。

【００３７】この結果、従来技術のリード線のように振
動等によるリード線の揺れによって、検出信号にノイズ
が加わるのを確実に防止でき、加速度の高精度検出を行
うことができる。

【００３８】また、ワイヤボンディング等による接続作
業においては、ワイヤボンディング等の特別な装置によ
る作業工程が必要となるが、本実施例においては、その
行程を省略でき容易に加速度センサ２１を組立てること
ができる。

【００３９】さらに、各金属端子３４は加速度センサ２
１の脚部の役目を行っているから、従来必要であった基
板１１を省略することができ、センサとして容易に製品
化することができる。また、実装基板３５への接続もハ
ンダ付け等の手段によって容易に装着することができ
る。

【００４０】一方、カバー３１をガラス基板２２上に、
各固定部２４と可動部２６を覆うように設けているか
ら、外部から塵埃等が各電極板２５Ａ，３０Ａ間に侵入
するのを確実に防止でき、センサ寿命を延ばすことがで
きる。

【００４１】次に、図３は本発明による第２の実施例を
示すもので、本実施例による加速度センサ４１において
は、ガラス基板２２上に固着されたカバー４２を、絶縁
層４３Ａ，４３Ａ，…を有する低抵抗なシリコン材料に
よって矩形状に形成された周壁部４３と、該周壁部４３
を施蓋すべく設けられた高抵抗なガラス材料によって凹
部４４Ａを有する板状に形成された蓋部４４とから構成
され、当該加速度センサ４１の特徴は、蓋部４４の大き
さをガラス基板２２の大きさと同一の大きさにしたこと
にある。

【００４２】これにより、ガラス基板２２と蓋部４４と
を同一の位置で切断することができ、製造工程における
ダイシングの回数を少なくすることができる。

【００４３】即ち、第１の実施例による加速度センサ２
１においては、該加速度センサ２１の製造工程の途中
で、蓋部３３とガラス基板２２とを同時に切断する一度
目のダイシングと、蓋部３３のみを周壁部３２と同じ大
きさに揃える二度目のダイシングとの２度のダイシング
を行っている。しかし、本実施例においては、ガラス基
板２２と蓋部４４とを同一サイズにしたため、２度目の
ダイシングは必要なく、１回だけのダイシングによって
図３のような形状に製造したものである。

【００４４】さらに、図４は本発明の第３の実施例を示
すに、本実施例の特徴は、加速度センサの可動部を片持
支持にしたものである。なお、本実施例においては、前
述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。

【００４５】図中、５１は本実施例による加速度センサ
を示し、該加速度センサ５１は、電極パターン５２，５
２，…および凹溝５３Ａが形成されたガラス基板５３
と、該ガラス基板５３上に形成された一対の固定部５
４，５４と、該各固定部５４の間に位置し、前記ガラス
基板５３上に形成された可動部５５とから構成され、該
可動部５５はガラス基板５３に固着された支持部５６，
該支持部５６から梁５７を介して設けられた質量部５８
とからなり、前記各固定部５４，質量部５８の側面が固
定電極５４Ａ，可動電極５８Ａとなっている。

【００４６】５９はカバーを示し、該カバー５９は各固
定部５４と可動部５５を覆うようにガラス基板５３上に
設けられた周壁部６０と、該周壁部６０を施蓋する蓋部
６１とからなる。

【００４７】このように、本実施例の加速度センサ５１
は、前述した第１，２の実施例と同様に、ガラス基板５
３の側面には各電極パターン５２にそれぞれ接続される
金属端子３４，３４，…が設けられている。

【００４８】上述した本実施例による加速度センサ５１
においても、その検出動作および作用効果においても変
わるところはない。

【００４９】なお、前記各実施例では、ガラス基板２２
（５３）にカバー３１（４２，５９）を設けるものとし
て述べたが、本発明はこれに限らず、該カバー３１（４
２，５９）がなくてもよいことは勿論である。

【００５０】また、前述した第１の実施例による加速度
センサ２１では、カバー３１を低抵抗なシリコン材料か
らなる周壁部３２と、該周壁部３２を施蓋する高抵抗な
ガラス材料からなる蓋部３３とから構成したが、図５の
第１の変形例に示す加速度センサ７１のように、カバー
７２をガラス材料，セラミック材料等の絶縁材料によっ
て凹部７２Ａを有するように一体形成してもよく、この
場合には、該カバー７２の周囲を接着剤７３によってガ
ラス基板２２に固着すればよい。

【００５１】さらに、図６の第２の変形例に示す加速度
センサ８１のように、前述した第１の変形例によるカバ
ー７２に替えて、高抵抗なシリコン材料によって凹部８
２Ａを有するように一体形成されたカバー８２を用いて
もよく、この場合には、陽極接合法によってカバー８２
のシリコンとガラス基板２２のガラスとを直接接合して
固着することができる。

【００５２】一方、図７の第３の変形例に示す加速度セ
ンサ９１のように、第１の実施例によって形成された加
速度センサ２１を、樹脂モールド部９２によって覆うよ
うにしてもよく、この場合には、加速度センサ９１の強
度および信頼性を大幅に向上させることができる。

【００５３】さらに、前述した第１〜第３の変形例は第
１の実施例に適用するだけでなく、図３，４に示す第
２，第３の実施例に適用してもよいことは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明による加速度
センサにおいては、絶縁基板には、固定部，可動部にそ
れぞれ接続される引出し電極を形成し、該各引出し電極
には外部に信号を導出する金属端子を接続したから、該
各金属端子は加速度センサを支持する脚部として機能す
ると共に、外部への検出信号を導出する信号導出部とし
て機能する。これにより、電気的に加速度センサと外部
とを確実に接続し、ノイズの発生を低減することがで
き、加速度の高精度検出を行うことができる。さらに、
加速度センサの実装基板への装着を容易に行うことがで
きる。

【００５５】また、固定電極，可動電極をくし状電極と
したから、各電極による有効面積を大きく確保すること
ができ、検出感度を向上できる。

【００５６】さらに、絶縁基板には、固定部および可動
部を覆うカバーを設けることにより、埃等の侵入を防止
でき、センサの寿命を効果的に延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による加速度センサをカ
バーの位置で破断して示す平面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例による加速度センサを示
す縦断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例による加速度センサをカ
バーの位置で破断して示す平面図である。

【図５】第１の変形例による加速度センサを示す図２と
同様位置からみた縦断面図である。

【図６】第２の変形例による加速度センサを示す図２と
同様位置からみた縦断面図である。

【図７】第３の変形例による加速度センサを示す樹脂モ
ールド部を断面にした図２と同様位置からみた縦断面図
である。

【図８】従来技術による加速度センサを示す平面図であ
る。

【図９】図８中の矢示IX−IX方向からみた縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２１，４１，５１，７１，８１，９１ 加速度センサ ２２，５３ ガラス基板（絶縁基板） ２３，５２ 電極パターン（引出し電極） ２４，５４ 固定部 ２５ 固定側くし状電極（固定電極） ２６，５５ 可動部 ２７，５６ 支持部 ２８，５７ 梁 ２９，５８ 質量部 ３０ 可動側くし状電極（可動電極） ３１，４２，５９，７２，８２ カバー ３４ 金属端子 ５４Ａ 固定電極 ５８Ａ 可動電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、該絶縁基板に固着して設け
   られたシリコン板をエッチング処理することにより互い
   に分離して形成された固定部と可動部を備え、前記固定
   部には固定電極を一体に形成し、前記可動部は、絶縁基
   板上に固着された支持部と、梁を介して該支持部と連結
   され、加速度が作用したときに該加速度に応じて変位す
   る質量部と、該質量部に前記固定部に形成された固定電
   極との間で微小隙間を介して対向するように設けられ、
   該質量部の変位によって近接，離間する可動電極とから
   一体に形成してなる加速度センサにおいて、前記絶縁基
   板には、固定部，可動部にそれぞれ接続される引出し電
   極を形成し、該各引出し電極には外部に信号を導出する
   金属端子を接続したことを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記固定電極，可動電極は、前記固定
   部，質量部にそれぞれ突出して設けたくし状電極として
   なる請求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 前記絶縁基板には、固定部と可動部を覆
   うカバーを設けてなる請求項１記載の加速度センサ。