JPH07306223A

JPH07306223A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH07306223A
Application number: JP6124300A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hosoya; 克己細谷; Keisuke Okamoto; 圭介岡本; Tatsuhisa Kawabata; 達央川畑
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】温度変化に強く直線性に優れ、他軸方向の加
速度の影響の少ない加速度センサを提供する。【構成】弾性を有するビーム２によってマス部３をフ
レーム４に片持ち状に揺動自在に支持させる。このと
き、マス部３の重心Ｇがマス部３の厚さ方向においてビ
ーム軸上に位置させるとともに、ビーム軸方向において
ビーム２の固定部８とマス支持部９との間（特にその中
央が望ましい）に位置させる。【効果】加えられた加速度によって、マス部３が基板
６と平行移動するので、可動電極５と固定電極７との間
の静電容量は加速度に正比例して変化し、直線性が向上
する。また、ビーム軸方向の加速度によってはマス部３
は変位せず、他軸方向の加速度の影響も少ない。さら
に、マス部３はビーム２によって片持ち状に支持されて
いるのでビーム２の熱膨張などによる温度変化の影響も
少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに関する。
具体的には、加速度又は振動によって生じるマス部の変
位を加速度の変化として検知する加速度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】図３１に従来例である加速
度センサ１０１を示す。図３１（ａ）は加速度センサ１
０１の平面図、図３１（ｂ）はその断面図であって、加
速度センサ１０１は、弾性を有するビーム１０２によっ
て、マス部１０３が片持ち状にフレーム１０４に支持さ
れており、フレーム１０４やマス部１０３及びビーム１
０２は例えばシリコン基板より一体として形成すること
ができる。マス部１０３の下面は導電性を有しており、
可動電極１０５となっている。また、フレーム１０４の
下面には例えばガラスなどからなる基板１０６が張り合
わされており、基板１０６上面には可動電極１０５と微
小なギャップを隔てて可動電極１０５と対向して固定電
極１０７が形成されている。

【０００３】しかして、加速度センサ１０１に加速度が
加わると、マス部１０３がビーム１０２の弾性変形によ
り変位し、マス部１０３の変位量に応じて可動電極１０
５と固定電極１０７との間のギャップ量が変わる。ギャ
ップ量が変わると可動電極１０５と固定電極１０７の間
の静電容量が変わり、したがって、この静電容量の変化
を電気信号と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。

【０００４】しかしながら、このような加速度センサ１
０１にあっては、マス部１０３の重心Ｇがビーム１０２
のマス支持部１０８よりマス部１０３側にあるため、加
速度が加わった場合には図３２に示すように、マス部１
０３が平行移動できず傾きωを生じてしまう。したがっ
て、可動電極１０５と固定電極１０７の間の静電容量は
加速度に正比例して変化せず、加速度センサ１０１の直
線性が悪いものとなっていた。

【０００５】また、この加速度センサ１０１にあって
は、マス部１０３はその上端面を支持されているので、
加速度センサ１０１の検出軸方向（マス部１０３の厚さ
方向）以外の加速度、特にビーム軸方向の加速度が加わ
った場合でも、マス部１０３に回転モーメントが働き、
マス部１０３が厚さ方向に変位して加速度を検出してし
まい、測定誤差を生じていた。

【０００６】このような問題点を解決するため、マス部
１０３の変位を平行移動させるようにしたものがある。
図３３にその加速度センサ１１０の断面図を示すが、加
速度センサ１１０にあってはマス部１０３を弾性を有す
るビーム１０２によって両持ち状に支持させてある。し
たがって、加わった加速度によってマス部１０３は傾き
を生じずに平行移動することができる。また、マス部１
０３は両持ち状に支持されているので、検出軸方向以外
の加速度が加わった場合でもマス部１０３は変位しにく
い。

【０００７】しかしながら、この加速度センサ１１０に
あっては両持ち状としているので、加速度センサ１１０
が大きくなってしまうという問題点を生じていた。ま
た、温度特性が悪く、ビーム１０２の熱膨張によってビ
ーム１０２の張力に変化を生じ、加速度センサ１１０の
感度やオフセットに変化を生じていた。さらに、フレー
ム１０４と基板１０６との接合時など温度変化が著しい
ような場合にはあってはビーム１０２の破損を生じ、加
速度センサ１１０の歩留りや信頼性の低下を引き起こし
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
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、温度変化に強くて直線性に優れ、他軸方向の加
速度の影響の少ない加速度センサを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の加速度セ
ンサは、弾性を有するビームによってマス部を支持基板
に片持ち状に支持させた加速度センサにおいて、前記マ
ス部の重心が前記ビームの軸方向に関して当該ビームの
基板固定部から最遠の自由端より前記基板固定部側に位
置するとともに、当該重心が当該マス部の厚さ方向に関
して前記ビーム軸上に位置することを特徴としている。

【００１０】また、本発明の第２の加速度センサは、弾
性を有するビームによってマス部を支持基板に片持ち状
に支持させた加速度センサにおいて、前記マス部の重心
が前記ビームの軸方向に関して当該ビームの基板固定部
と当該ビームのマス支持部との間に位置するとともに、
当該重心が当該マス部の厚さ方向に関して前記ビーム軸
上に位置することを特徴としている。

【００１１】これらの加速度センサにあっては、前記マ
ス部を当該マス部側面で２本の前記ビームにより支持さ
せることとしてもよく、前記ビームに少なくとも一つの
折返し部を設けることとしてもよい。

【００１２】また、本発明の第３の加速度センサは、弾
性を有するビームによってマス部を支持基板に片持ち状
に支持させた加速度センサにおいて、交差する２本の前
記ビームによって、前記マス部の厚さ方向に異なる位置
を支持させたことを特徴としている。

【００１３】本発明の第４の加速度センサは、弾性を有
するビームによってマス部を支持基板に片持ち状に支持
させた加速度センサにおいて、２本の前記ビームによっ
て前記マス部の上端部及び下端部を支持させたことを特
徴としている。

【００１４】これらの加速度センサにおいては、前記マ
ス部を可動電極としてもよく、マス部の上面若しくは下
面の少なくとも一部に可動電極を形成することとしても
よい。

【００１５】また、前記ビームの前記マス部支持部若し
くは前記折返し部にビームの厚さよりも厚い剛性部を設
けることが好ましく、当該ビームの中央部側から当該マ
ス支持部若しくは当該折返し部に向って厚みが増すよう
に前記ビームを形成することが好ましい。

【００１６】また、前記マス部は、２種以上の材質で形
成することができ、前記マス部の厚みが均一でないよう
にしてもよい。さらに、前記マス部はビーム軸方向に非
対称な形状とすることができ、前記マス部に窪み、溝、
穴若しくは空洞状などの重心調整部を設けることとして
もよい。

【００１７】

【作用】本発明の第１の加速度センサにあっては、マス
部の重心をビームの軸方向に関して当該ビームの基板固
定部から最遠の自由端より基板固定部側に位置させてい
るので、加速度センサに加速度が加わった場合には、マ
ス部は傾かずにマス部の厚さ方向に平行移動することが
できる。このため、例えばマス部の下面に形成された可
動電極とそれと対向する固定電極との間の静電容量は加
速度に正比例して変化する。したがって、温度特性のよ
い片持ち状の加速度センサの利点を活かしながら、加速
度センサの直線性を向上させることができる。

【００１８】また、マス部の重心をマス部の厚さ方向に
関してビーム軸上に位置させているので、ビームと平行
な加速度、特にビーム軸方向の加速度やビーム軸と直交
する横方向の加速度が加わった場合にあってもマス部に
は回転モーメントが働かずマス部の厚さ方向には変位し
たり、マス部にねじれが発生したりしない。したがっ
て、加速度センサの厚さ方向以外の加速度の影響が少な
くなり、測定誤差を小さくすることができる。

【００１９】本発明の第２の加速度センサにあっては、
上記第１の加速度センサの特別な場合を示すものであっ
て、ビームの固定端から最も遠い自由端にマス部を支持
させた場合を示しており、この場合にもマス部は傾かず
にマス部の厚さ方向に平行移動することができる。

【００２０】また、マス部をマス部側面で２本のビーム
によって支持させると、加速度センサの横方向の加速度
が加わった場合でもマス部は幅方向には変位しにくくな
る。したがって、加速度センサの検出軸方向以外の他軸
感度の影響をさらに少なくすることができる。

【００２１】また、ビームに少なくとも一つの折返し部
を設けておけば、加速度センサを大きくすることなくビ
ームの実質的な長さを長くすることができるので、マス
部の変位が大きくなって、加速度センサの感度を上げる
ことができる。

【００２２】本発明の第３の加速度センサにあっては、
交差する２本のビームによりマス部の厚さ方向に異なる
位置を支持させているので、加速度センサに加わった加
速度によりマス部は傾くことなくマス部の厚さ方向に平
行移動することができる。したがって、加速度センサの
直線性を向上させることができる。また、この加速度セ
ンサにあっては、交差する２本のビームによりマス部を
支持させているので、横方向の加速度が加わった場合で
もマス部は横方向には変位せず、横方向の加速度には影
響を受けない。

【００２３】また、本発明の第４の加速度センサにあっ
ては、２本のビームによりマス部の上端部及び下端部を
支持させているので、マス部は傾くことなくマス部の厚
さ方向に平行移動することができる。したがって、加速
度センサの直線性を向上させることができる。さらに、
ビームのねじれが少なくなるので他軸方向の加速度には
影響を受けにくくなり、加速度センサの精度を高めるこ
とができる。

【００２４】このとき、マス部全体を可動電極とした加
速度センサは、例えば半導体や金属からマス部を簡単に
作成することができる。また、マス部の上面若しくは下
面の少なくとも一部に可動電極を形成することにすれ
ば、例えばマス部を樹脂などの比重の軽い材料で作成す
ることができ、マス部の軽量化を図ることで加速度セン
サ全体の軽量化を図ることができる。

【００２５】また、ビームのマス支持部若しくは折返し
部にビームの厚さよりも厚い剛性部を設けておくと、マ
ス支持部若しくは折返し部におけるビームのねじれを少
なくすることができるので、さらに直線性の向上を図る
ことができ、他軸方向の加速度の影響を少なくすること
ができる。また、ビームの中央部側からビームのマス支
持部若しくは折返し部に向ってビーム厚さが増すように
形成することによっても同様な効果が得られる。

【００２６】これらの加速度センサにあっては、マス部
を２種以上の材質で形成することにより、マス部の重心
位置を容易に調整することができる。また、マス部の厚
みを均一でなくすことによってもマス部の重心位置を容
易に調整することができる。さらには、ビーム軸方向に
非対称な形状とすることとしてもよい。

【００２７】また、マス部に窪み、溝、穴若しくは空洞
状などの重心調整部を設けることによっても、マス部の
重心をビームの基板固定部より最遠の自由端より基板固
定部側に位置させたり、基板固定部とマス支持部との間
に位置させることができる。

【００２８】

【実施例】図１に本発明の一実施例である加速度センサ
１を示す。図１（ａ）は加速度センサ１を示す平面図、
図１（ｂ）はその断面図であって、加速度センサ１は、
マス部３が弾性を有するビーム２によって揺動自在にフ
レーム４に支持されている。マス部３やビーム２及びフ
レーム４はそれぞれ、例えば金属や半導体により作成さ
れていて、ビーム２端部にマス部３及びフレーム４を接
合することによりビーム２によってマス部３はフレーム
４に揺動自在に支持されている。マス部３全体は導電性
であるのでマス部３下面は可動電極５としての機能を有
しており、フレーム４の下面に張り合わされたガラス製
などの基板６の上面に可動電極５と微小なギャップを隔
てて可動電極５と対向して固定電極７が形成されてい
る。マス部３は平面略コの字状にビーム２の中心軸に対
して左右対称に形成されており、マス部３の重心Ｇがビ
ーム２の軸方向において、ビーム２のフレーム４側の端
部、つまりビーム２の固定部８とマス部３を支持してい
るマス部３側の端部、つまりマス支持部９との間に位置
し、マス部３がビーム２に支持されている。また、マス
部３はマス部３の重心Ｇがマス部３の厚さ方向におい
て、ビーム２の軸上に位置するようにマス支持部９にお
いて支持されている。

【００２９】しかして、加速度が加速度センサ１に加わ
るとマス部３がその加速度に応じてマス部３の厚さ方向
に変位し、可動電極５と固定電極７との間の静電容量が
変わる。この静電容量を電極パッド１０に接続された検
知回路等によって検出することにより、加速度センサ１
に加えられた加速度の大きさを知ることができる。

【００３０】この加速度センサ１にあっては、マス部３
の重心Ｇがビーム２の固定部８とマス支持部９との間に
位置しているので、従来例の加速度センサ１０１に比べ
てマス部３の傾きが少なく平行移動することができる。
したがって、加速度センサ１の直線性を向上させること
ができ、しかもマス部３は片持ち状に支持されているの
で温度変化による影響も少ない。以下、本発明の原理に
ついて図２に示すモデルに従って説明する。

【００３１】図２（ａ）に示すようにビームの長さが
Ｌ、ビームのマス支持部よりマス部の重心Ｇまでの距離
がａである従来の加速度センサにおいて、荷重Ｐが加わ
った場合を考える。ビーム上の固定部からの距離ｘの位
置において次の式が成立する。ｄ²ｙ／ｄｘ² ＝ −Ｍ／（ＥＩ）＝Ｐ（Ｌ−ｘ）／（ＥＩ）＋Ｐ×ａ／（ＥＩ）…… 但し、Ｍは曲げモーメント、ＥＩはビームの剛性であ
る。式をｘについて積分すると、ｄｙ／ｄｘ＝（Ｐ／ＥＩ） ×｛Ｌ×ｘ＋ａ×ｘ−（１／２）ｘ²＋ｃ｝ …… となる（ｃは積分定数）。ここで境界条件は、ｘ＝０に
おいて、ｄｙ／ｄｘ＝０であるので、ｃ＝０となり、ｄｙ／ｄｘ＝（Ｐ／ＥＩ） ×｛Ｌ×ｘ＋ａ×ｘ−（１／２）ｘ²｝ …… と表わせる。マス部の傾きωは、マス支持部におけるビ
ームの撓みｄｙ／ｄｘに等しいので、ｘ＝Ｌを式に代
入して、 ω ＝ｄｙ／ｄｘ＝（Ｐ／ＥＩ） ×｛（１／２）Ｌ²＋ａ×Ｌ｝ …… となる。したがって、式より従来の加速度センサにあ
っては、加速度が増加すると荷重Ｐが増加して、マス部
の傾きが増加していくことになる。

【００３２】これに対して、図２（ｂ）に示すようにマ
ス部の重心Ｇがビームのマス支持部より距離ａだけ固定
部側にある本発明の加速度センサの場合には、図２
（ａ）と同様にして求めると、マス部の傾きω´は ω´ ＝ｄｙ／ｄｘ＝（Ｐ／ＥＩ） ×｛（１／２）Ｌ²−ａ×Ｌ｝ …… となる。

【００３３】したがって、式からもわかるように、マ
ス部の重心Ｇがビームのマス支持部より固定部側に位置
させることによりマス部の傾きω´は小さくなる。ま
た、本発明の加速度センサにおけるマス部の傾きω´と
従来例の加速度センサのマス部の傾きωとの差は、 ω´−ω ＝ −２×Ｐ×ａ×Ｌ／ＥＩ〈０ …… で表わされ、従来の加速度センサに比べてマス部の傾き
を小さくすることができる。

【００３４】さらに、マス部３の重心Ｇはビーム軸上に
位置しているので、ビーム２の軸方向の加速度が加わっ
た場合でも、マス部３には回転モーメントが働かずマス
部の厚さ方向には変位しない。また、ビーム２の軸方向
と垂直な水平方向の加速度が加わった場合でも、マス部
３の軸方向のまわりのねじりモーメントも発生せず、マ
ス部３も傾くこともない。したがって、検出軸方向（マ
ス部３の厚さ方向）以外の加速度の影響を少なくするこ
ともできる。

【００３５】図３（ａ）（ｂ）に示すものは、本発明の
別な実施例である加速度センサ５１を示す平面図及び断
面図であって、加速度センサ５１のマス部３は樹脂など
の比重の軽い材料により形成されており、マス部３の下
面にはアルミニウムなどの金属薄膜によって可動電極５
が形成されている。このようにマス部３を樹脂などによ
って形成することにより、加速度センサ５２全体の軽量
化を図ることができる。また、マス部３をシリコンのよ
うな半導体から作成する場合に比べ、可動電極５の電気
抵抗を少なくすることができる。従って、温度変化によ
る静電容量の変化を少なくして、温度特性を向上させる
ことができる。

【００３６】図４（ａ）（ｂ）に示すものは、本発明の
さらに別な実施例である加速度センサ５２を示す平面図
及び断面図であって、マス部３の重心Ｇがビーム２の固
定部８とマス支持部９との真ん中に位置するように、フ
レーム４をマス支持部９側に突出させ、ビーム２を短く
形成したものである。この加速度センサ５２にあっては
上述の式において、ａ＝（１／２）Ｌの関係となるの
で、マス部３の傾きω´は ω´ ＝（Ｐ／ＥＩ）×｛（１／２）Ｌ²−ａ×Ｌ｝＝０となって、マス部３の傾きを全くなくすことができる。
このため、加速度の大きさに係わりなくマス部３は平行
移動することができ、加速度センサ５３に加わった加速
度に比例して静電容量の大きさが変化し、加速度センサ
５３の直線性をより向上させることができる。なお、フ
レーム４をマス支持部９側に突出させることなく、マス
部３の重心Ｇがビーム２の固定部８とマス支持部９との
中央に位置するようにしてもよいのはもちろんである。

【００３７】図５（ａ）（ｂ）に示すものは、それぞれ
本発明のさらに別な実施例である加速度センサ５３の平
面図及び断面図であって、加速度センサ５３のビーム２
とフレーム４は一体として形成されている。このよう
に、ビーム２とフレーム４を一体形成することにより、
ビーム２の固定部８における破損が少なくなり加速度セ
ンサ５３の耐衝撃性を向上させることができる。このと
き、図５に示すようにビーム２の固定部８にアール１３
を形成しておくと、固定部８に生じる応力が分散され、
繰り返しの使用にあってもビーム２が破損されにくく、
加速度センサ５３の寿命を延ばすことができる。

【００３８】また、図６に示す加速度センサ５４のよう
に、ビーム２とマス部３の一部とを一体成形することに
より、ビーム２のマス支持部９での破損を少なくするこ
ともできる。また、ビーム２のマス支持部９においても
アール１３を形成しておけば、マス支持部９に生じる応
力が分散され、ビーム２の破損が生じにくくなる。さら
に、図７に示す加速度センサ５５のように、フレーム４
やビーム２及びマス部３の少なくとも一部を一体成形す
ることとしてもよい。もちろん、固定部８のビーム２上
下面やマス支持部９のビーム２上下面にもアール１３を
形成しておくこととしても、同様な効果を得ることがで
きる。

【００３９】また、図８に示す加速度センサ５６にあっ
ては、ビーム２にフレーム取り付け部１４が設けられて
おり、マス部３やビーム２及びフレーム取り付け部１４
は金属等より一体成形されている。フレーム取り付け部
１４には穴１５が設けられている。樹脂等により成形さ
れたフレーム４には、凹陥部及び穴１５に納める突起部
１６ａからなるビーム取り付け部１６が設けられ、突起
部１６ａを穴１５に納めるようにして、フレーム取り付
け部１４をビーム取り付け部１６の凹陥部に嵌合させて
接合させてある。このように、マス部３やビーム２及び
フレーム取り付け部１４からなるセンサ検知部分を一体
成形することにより部品点数が少なくなり、またフレー
ム４を安価な樹脂等で作成することにより加速度センサ
５６の製造コストを下げることができる。

【００４０】図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明のさ
らに別な実施例である加速度センサ５７を示す平面図及
び側面図であって、加速度センサ５７にあってはビーム
２先端のマス支持部９を平面Ｌ字状に折り曲げることに
よってマス部３の側面に支持させてある。このように、
マス部３の両側面で２本のビーム２によりマス部３は支
持されているので幅方向には変位することができず、他
軸方向の加速度の影響を少なくすることができる。ま
た、マス部３表面を大きくすることができ、可動電極５
の電極面積を大きくすることができる。したがって、可
動電極５と固定電極７との間の静電容量が大きくなり、
加速度センサ５７の感度を上げることができる。また、
マス部３全体の質量も大きくなるので、センサ感度の向
上にもつながる。

【００４１】図１０に示すものはさらに本発明のさらに
別な実施例である加速度センサ５８であって、ビーム２
のマス支持部９付近でビーム２は固定部８側から徐々に
厚みを増すように形成されており、マス支持部９の剛性
が高くなっている。したがって、検出軸方向以外の加速
度が加速度センサ５８に加わった場合でも、ビーム２が
ねじれることがなく、他軸方向の加速度による影響を受
けにくくなる。もちろん、図１１に示す加速度センサ５
９のように段階的に厚みを持たせるようにしても同様の
効果を得ることができる。

【００４２】図１２には本発明のさらに別な実施例を示
す。図１２（ａ）は加速度センサ６０の平面図、図１２
（ｂ）はその側面図であって、固定部８から引き出した
ビーム２をマス部３の先端付近で再び固定部８の方へ折
り返すようにして、ビーム軸方向へ一往復させてマス部
３を支持させてある。この加速度センサ６０にあって
は、マス部３の重心Ｇは、ビーム２の固定部８から最も
離れた自由端、つまり、ビーム２の折返し部２１と固定
部８との間に位置しており、加速度センサ６０に加速度
が加わった場合には、マス部３は傾くことなく基板６と
平行移動することができる。また、ビーム２の長さは実
質的にほぼ２倍にしたのと同様になっているので、加速
度センサ６０の大きさを大きくすることなくほぼ２倍の
マス部３の変位量を得ることができ、加速度センサ６０
の感度をほぼ２倍にすることができる。また、図１３に
示すようにビーム２を複数回、例えば２回あるいは３回
と折り返すようにすれば、折り返した回数に比例してマ
ス部３の変位量を得ることができるのでさらに加速度セ
ンサ６１の感度の向上を向上させることができる。

【００４３】また、図１４に示す加速度センサ６２のよ
うにビーム２の折返し部２１にビーム２の厚さより厚い
剛性部２２を形成することにより、折返し部２１におけ
るねじれ方向の変形が少なくなり、加速度センサ６２の
直線性を向上させることができる。さらに、ビーム２の
マス支持部９にあってもビーム２の厚さより厚い剛性部
２２を形成することにより、マス支持部９におけるねじ
れ方向の変形が少なくなりより効果的である。もちろ
ん、図１５に示す加速度センサ６３のように複数回折り
返したビーム２の各折返し部２１にビーム２より厚い剛
性部２２を形成してもよい。

【００４４】さらに図１６に示す加速度センサ６４のよ
うに、剛性部２２を設けることなくビーム２の中央部側
から折返し部２１に向って徐々にビーム２の厚みを増す
ように形成することによりビーム２のマス支持部９や折
返し部２１の剛性を高くすることとしてもよく、また図
１７に示す加速度センサ６５のように段階的にビーム２
の厚みを増すように形成してもよい。

【００４５】図１８（ａ）（ｂ）に示すものはそれぞ
れ、本発明のさらに別な実施例である加速度センサ６６
を示す平面図及び側面図である。加速度センサ６６のマ
ス部３は互いに交差する平行な２本のビーム２ａ、２ｂ
によりマス部３の重心Ｇが固定部８とマス支持部９との
間に位置するように、マス部３の上端面付近で支持され
ている。特にこの実施例のようにマス部３の重心Ｇは固
定部８とマス支持部９との間に位置しているので、マス
部３には回転モーメントがほとんど働かず、加速度セン
サ６６の直線性からはより好ましいものである。また、
２本のビーム２ａ、２ｂは交差してマス部３を支持して
いるので、横方向の加速度が加わったとしてもマス部３
は横方向に変位することがない。したがって、この加速
度センサ６６にあっても直線性よく加速度を検出するこ
とができ、横方向の加速度の影響を小さくすることがで
きる。

【００４６】また、図１９（ａ）（ｂ）に示すものはそ
れぞれ、本発明のさらに別な実施例である加速度センサ
６７を示す平面図及び断面図である。加速度センサ６７
にあっては、マス部３は２本の平行なビーム２ａ、２ｂ
によってマス部３の上端部及び下端部を支持されてお
り、マス部３の重心Ｇは固定部８とマス支持部９との間
に位置している。この加速度センサ６７においては、２
本のビーム２ａ、２ｂによってマス部３の上端部および
下端部を支持されているので、マス部３はその厚さ方向
に平行移動することができ、しかも、ビーム２ａ、２ｂ
のねじれ方向には変位しにくくなる。したがって、この
ような構造の加速度センサ６７としても直線性の向上を
図ることができるとともに、他軸感度による影響も少な
くすることができる。また、この実施例のようにマス部
３の重心Ｇは固定部８とマス支持部９との間に位置させ
ることで、加速度センサの直線性を向上させるにはさら
に好都合である。

【００４７】上記各実施例の加速度センサにあっては、
マス部３の重心Ｇをビーム２のマス支持部９より固定部
８側に位置させるかまたはビーム２の固定部８と固定部
８から最遠の自由端すなわちビーム２の折返し部２１と
の間に位置させる必要がある。このためにはさまざまな
方法が考えられる。以下図２０から図３０にしたがって
説明する。

【００４８】まず図２０に示す加速度センサ６８にあっ
ては、マス部３全体を比重の異なる２種類の部材３ａ及
び部材３ｂから構成してある。したがって、部材３ａ及
び部材３ｂを適当に組み合わせることにより、マス部３
の重心Ｇをビーム２の固定部８とマス支持部９との間
（特にその中央が望ましい）に位置させることができ
る。または図２１の加速度センサ６９に示すように、マ
ス部３の一部を比重の異なる部材３ｃに置き換えること
としてもよく、さらにこの部材３ｃにドリルなどで穴状
の重心調整部２３を設けることによって、重心位置の微
調整を行なうこととしてもよい。

【００４９】図２２に示す加速度センサ７０にあって
は、マス部３を研磨することなどによりマス部３の上面
にテーパ２４を設けマス部３の厚みに変化を持たせてあ
り、このようにテーパ２４を設けることによって、マス
部３の重心位置を調整することもできる。

【００５０】また、マス部３を一部切り欠くこくにより
ビーム軸方向において非対称に形成することによっても
簡単に重心位置を調整することができる。例えば図２３
に示す加速度センサ７１は、マス部３の両隅に切り欠き
２５を設けビーム軸方向において非対称に形成してあ
る。あるいは、図２４の加速度センサ７２に示すよう
に、ビーム２の中心軸上に切り欠き２５を設けることと
してもよい。

【００５１】さらに図２５に示す加速度センサ７３にあ
っては、マス部３の上面に複数の溝からなる重心調整部
２３を設けてある。この加速度センサ７３にあっては、
溝の本数を変えたり、溝の位置、あるいは図２６の加速
度センサ７４のように、幅広い溝状の重心調整部２３を
設け、溝の幅や深さなどを変えることにより重心位置を
自由に変えることができる。

【００５２】また、図２７に示す加速度センサ７５のよ
うに、多数の穴状の重心調整部２３をマス部３に設けマ
ス部３の重心Ｇを調整することもできる。この方法によ
っても、穴の大きさや深さ、数などを変えることにより
重心位置を自由に調整することができる。この場合には
マス部３の変位により受ける空気等の抵抗が少なくな
り、センサ感度の点から特に好ましい。また、図示はし
ないが、角枠状のフレーム４の開口中央にマス部３を支
持させてフレーム４の上下面に基板６を張り合わせてマ
ス部３の周囲に空間を形成した加速度センサにおいて、
マス部３周囲の空間に液体等を封入する場合には液体に
よる振動の減衰を低減することができるので、加速度セ
ンサの周波数特性の点から特に好ましい。もちろん、図
２８の加速度センサ７６のように、大きな１つの穴状の
重心調整部２３としても差し支えない。

【００５３】さらに、図２９には別な重心調整部２３を
設けた加速度センサ７７を示す。加速度センサ７７のマ
ス部３には、マス部３の幅方向に空洞状の重心調整部２
３が設けられている。空洞状の重心調整部２３を設ける
場合には、マス部３の電極面積が小さくなることはない
ので、センサ感度の低下させることなく重心位置の調整
を行なうことができる。

【００５４】また、図３０に示す加速度センサ７８にあ
っては、マス部３に設けられた空洞状の重心調整部２３
とつながる開口２６をマス部３上面に設け、空洞内に例
えばロウなどの低融点物質２７を充填している。この場
合には、空洞状の重心調整部２３内にロウなどの低融点
物質２７を予め充填しておき、加熱することによって低
融点物質２７を溶融させて開口２６から取出し空洞内の
低融点物質２７の量を自由に調整することができる。し
たがって、取り出す低融点物質２７の量を変えることに
より自由にマス部３の重心位置を調整することができ
る。また、調整に失敗したとしても再び空洞内の低融点
物質２７を出し入れすことにより再度重心位置を調整し
なおすことができるので、加速度センサの歩留りを向上
させることもできる。なお、空洞内に液体を充填するこ
とも考えられるが、開口２６から液体漏れを防ぐ必要か
ら部品点数が多くなったりマス部３の構造が複雑にな
る。この点低融点物質２７を充填しておけば、通常の使
用時には固体状であるので開口２６から低融点物質２７
が漏れることがなく、マス部３の構造を容易にするとい
う点から好ましい。

【００５５】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の加速度センサに
あっては、前記マス部の重心が、前記ビームの軸方向に
関して、当該ビームの基板固定部より最遠の自由端より
前記基板固定部側に位置させ、若しくは当該ビームの基
板固定部と当該ビームのマス支持部との間に位置させて
いるので、ビームにより片持ち状に支持されたマス部を
マス部の厚さ方向に平行移動させることができるので、
加速度センサの直線性を向上させることができる。

【００５６】また、マス部の重心をマス部の厚さ方向に
関してビーム軸上に位置させているので、ビーム軸方向
の加速度が加わった場合にあってもマス部は厚さ方向に
は変位せず、加速度センサの他軸感度、特にビーム軸方
向の加速度による影響を少なくすることができる。

【００５７】また、マス部をマス部側面で２本のビーム
によって支持させると、加速度センサの横方向の加速度
が加わった場合でもマス部は幅方向には変位しにくくな
り、加速度センサの他軸感度の影響をさらに少なくする
ことができる。

【００５８】また、ビームに少なくとも一つの折返し部
を設けておけば、加速度センサを大きくすることなく、
ビームの実質的な長さを長くすることができるので、マ
ス部の変位が大きくなって、加速度センサの感度を上げ
ることができる。

【００５９】本発明の第３の加速度センサにあっては、
交差する２本のビームによりマス部の厚さ方向に異なる
位置を支持させているので、加速度センサに加わった加
速度によりマス部は傾くことなくマス部の厚さ方向に平
行移動することができる。したがって、加速度センサの
直線性を向上させることができる。また、この加速度セ
ンサにあっては、交差する２本のビームによりマス部を
支持させているので、横方向の加速度が加わった場合で
もマス部は横方向には変位せず、横方向の加速度には影
響を受けない。

【００６０】また、本発明の第４の加速度センサにあっ
ても、２本のビームによりマス部の上端部及び下端部を
支持させているので、マス部は傾くことなくマス部の厚
さ方向に平行移動することができる。したがって、加速
度センサの直線性を向上させることができる。さらに、
ビームのねじれが少なくなるので他軸方向の加速度には
影響を受けにくくなり、加速度センサの精度を高めるこ
とができる。

【００６１】このとき、マス部全体を可動電極とした加
速度センサは、例えば半導体や金属からマス部を簡単に
作成することができる。また、マス部の上面若しくは下
面の少なくとも一部に可動電極を形成することにすれ
ば、例えばマス部を樹脂などの比重の軽い材料で作成す
ることができ、マス部の軽量化を図ることで加速度セン
サ全体の軽量化を図ることができる。

【００６２】また、ビームのマス支持部若しくは折返し
部にビームの厚さよりも厚い剛性部を設けておくと、マ
ス支持部若しくは折返し部におけるビームのねじれを少
なくすることができるので、さらに直線性の向上を図る
ことができ、厚さ方向以外の加速度の影響を少なくする
ことができる。また、ビームの中央部からビームのマス
支持部若しくは折返し部に向ってビーム厚さが増すよう
に形成することによっても同様な効果が得られる。

【００６３】これらの加速度センサにあっては、マス部
を２種以上の材質で形成することにより、マス部の重心
位置を容易に調整することができる。また、マス部の厚
みを均一でなくすことによってもマス部の重心位置を容
易に調整することができる。さらには、ビーム軸方向に
非対称とすることとしてもよい。

【００６４】また、マス部に窪み、溝、穴若しくは空洞
状などの重心調整部を設けることによっても、マス部の
重心をビームの基板固定部より最遠の自由端より基板固
定部側に位置させたり、基板固定部とマス支持部との間
に位置させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例である加速度センサ
を示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図２】（ａ）は従来例の加速度センサにおけるマス部
の変位を表わす説明図、（ｂ）は本発明の加速度センサ
におけるマス部の変位を表わす説明図である。

【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の別な実施例で
ある加速度センサを示す平面図及び断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図６】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実
施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１１】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す側面図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１３】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す平面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１５】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す平面図である。

【図１６】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１７】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す側面図である。

【図１８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び側面図であ
る。

【図１９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図２０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図２１】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す一部省略した斜視図である。

【図２２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図２３】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す平面図である。

【図２４】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す一部省略した斜視図である。

【図２５】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す断面図である。

【図２６】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す一部省略した斜視図である。

【図２７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図２８】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す一部省略した斜視図である。

【図２９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施例である加速度センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図３０】本発明のさらに別な実施例である加速度セン
サを示す一部省略した斜視図である。

【図３１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来例である加速度
センサを示す平面図及び断面図である。

【図３２】同上の加速度センサにおけるマス部の変位を
表わす説明図である。

【図３３】別な従来例である加速度センサを示す断面図
である。

【符号の説明】

１、５１、５２、……、８０加速度センサ２、２ａ、２ｂビーム３マス部８固定部９マス支持部２１折返し部２２剛性部２３重心調整部２７低融点物質

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性を有するビームによってマス部を支
持基板に片持ち状に支持させた加速度センサにおいて、前記マス部の重心が前記ビームの軸方向に関して当該ビ
ームの基板固定部から最遠の自由端より前記基板固定部
側に位置するとともに、当該重心が当該マス部の厚さ方
向に関して前記ビーム軸上に位置することを特徴とする
加速度センサ。
【請求項２】弾性を有するビームによってマス部を支
持基板に片持ち状に支持させた加速度センサにおいて、前記マス部の重心が前記ビームの軸方向に関して当該ビ
ームの基板固定部と当該ビームのマス支持部との間に位
置するとともに、当該重心が当該マス部の厚さ方向に関
して前記ビーム軸上に位置することを特徴とする加速度
センサ。
【請求項３】前記マス部を当該マス部側面で２本の前
記ビームにより支持させたことを特徴とする請求項１又
は２に記載の加速度センサ。
【請求項４】前記ビームに少なくとも一つの折返し部
を設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の
加速度センサ。
【請求項５】弾性を有するビームによってマス部を支
持基板に片持ち状に支持させた加速度センサにおいて、交差する２本の前記ビームによって、前記マス部の厚さ
方向に異なる位置を支持させたことを特徴とする加速度
センサ。
【請求項６】弾性を有するビームによってマス部を支
持基板に片持ち状に支持させた加速度センサにおいて、２本の前記ビームによって、前記マス部の上端部及び下
端部を支持させたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】前記マス部を可動電極としたことを特徴
とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の加速度
センサ。
【請求項８】前記マス部の上面若しくは下面の少なく
とも一部に可動電極を形成したことを特徴とする請求項
１、２、３、４、５又は６に記載の加速度センサ。
【請求項９】前記ビームの前記マス支持部若しく前記
折返し部にビームの厚さよりも厚い剛性部を設けたこと
を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８
に記載の加速度センサ。
【請求項１０】前記ビームは、当該ビームの中央部側
から当該マス支持部若しくは当該折返し部に向って厚み
が増すように形成されていることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の加速度
センサ。
【請求項１１】前記マス部は、２種以上の材質で形成
したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、
７、８、９又は１０に記載の加速度センサ。
【請求項１２】前記マス部の厚みが均一でないことを
特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、
９、１０又は１１に記載の加速度センサ。
【請求項１３】前記マス部はビーム軸方向に非対称な
形状であることを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６、７、８、９、１０、１１又は１２に記載の加速
度センサ。
【請求項１４】前記マス部に窪み、溝、穴若しくは空
洞状などの重心調整部を設けたことを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１
２又は１３に記載の加速度センサ。