KR20060071840A - 가속도 센서 - Google Patents
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Abstract
과제
XYZ 의 3 축의 출력차를 작게 하여 전력 절감화를 도모한다.
해결 수단
피에조 저항형 3 축 가속도 센서는, 외틀 (frame) 부 (11) 와, 이 외틀부 (11) 내에 배치된 질량부 (13) 와, 이 중량부 (13) 를 가요적으로 지지하는 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 와, 이 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 상에 형성된 X, Y, Z 축용 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 를 구비하고 있다. Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 는, X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 및 Y 축용 피에조 저항체 (15-3a), (15-3b), (15-4a), (15-4b) 의 길이 (L1) 보다도 길게 하여, 감도를 저하시키고 있다.
가속도 센서, 피에조 저항체
Description
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 피에조 저항형 3 축 가속도 센서의 개략적인 구성도.
도 2 는 도 1 의 각 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 의 형성 위치나 형상의 예를 나타내는 개략적인 확대 평면도.
도 3 은 도 1 의 각 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 의 형성 위치나 형상의 제 2 실시예를 나타내는 개략적인 확대 평면도.
도 4 는 종래의 피에조 저항형 3 축 가속도 센서의 개략적인 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 외틀부 13 : 중량부
14 : 빔 (beam) 부 14-1a, 14-1b, 14-2a, 14-2b : 빔부재
15-1a, 15-1b∼15-6a, 15-6b : 피에조 저항체
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2003-279592호
본 발명은, 휴대 단말 기기 등에 사용되고, XYZ 의 3 축 방향의 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항형 3 축 가속도 센서, 특히 XYZ 의 3 축의 출력차를 작게 하여 전력 절감화를 도모하는 기술에 관한 것이다.
종래, XYZ 의 3 축의 출력차를 작게 하는 가속도 센서에 관한 기술로는, 예를 들어, 상기 문헌에 기재된 것이 있었다.
도 4 (a), (b) 는, 특허 문헌 1 에 기재된 종래의 피에조 저항형 3 축 가속도 센서의 개략적인 구성도이고, 동 도 (a) 는 평면도, 및 동 도 (b) 는 동 도 (a) 중의 A1-A2 선 단면도이다.
이 가속도 센서는, 전체가 실리콘 단결정 기판에서 형성되어 있고, 사각형의 외틀부 (1) 를 갖고 있다. 외틀부 (1) 내측의 네 구석에는, 수직 방향인 Z 축 방향으로 관통한 개구부 (2) 가 형성되어 있고, 이 개구부 (2) 내측의 중앙에 후육 (厚肉) 의 추로 이루어지는 질량부 (3) 가 배치되어 있다. 질량부 (3) 는, 박육 (薄肉) 의 빔 (beam) 부 (4) 에 의해 외틀부 (1) 에 가요적으로 연결되어 있다. 빔부 (4) 는, 수평면에 있어서 횡방향인 X 축 방향의 2 개의 빔부재 (4-1a), (4-1b) 와, 종방향인 Y 축 방향의 2 개의 빔부재 (4-2a), (4-2b) 로 구성되고, 이들 4 개의 빔부재 (4-1a), (4-1b), (4-2a), (4-2b) 에 의해 중앙의 질량부 (3) 를 XYZ 축 방향으로 변위 가능하도록 지지하고 있다.
X 축 방향의 각 빔부 (4-1a), (4-1b) 상에는, 2 개가 1 쌍이 된 X 축용 피에조 저항체 (5-1a), (5-1b) 와 (5-2a), (5-2b) 가 형성됨과 함께, Z 축용 피에조 저항체 (5-5a), (5-5b) 와 (5-6a), (5-6b) 가 형성되어 있다. 마찬가지로, Y 축 방향의 각 빔부 (4-2a), (4-2b) 상에도, 2 개가 1 쌍이 된 Y 축용 피에조 저항체 (5-3a), (5-3b) 와 (5-4a), (5-4b) 가 형성되어 있다. 각 피에조 저항체 (5-1a), (5-1b∼5-6a), (5-6b) 는, 동일 형상 (즉, 동일 길이) 으로, 동일 저항치로 설정되어 있다.
가속도의 검출 원리는, 중앙의 질량부 (3) 가 가속도에 비례한 힘을 받아 변위하였을 때의 빔부재 (4-1a), (4-1b), (4-2a), (4-2b) 의 휨을, 이들에 형성된 피에조 저항체쌍 (5-1a) 와 (5-1b), (5-2a) 와 (5-2b), (5-3a) 와 (5-3b), (5-4a) 와 (5-4b), (5-5a) 와 (5-5b), (5-6a) 와 (5-6b) 의 저항치 변화로서 검출함으로써, 3 축 방향의 가속도를 검출한다. 여기서, 빔부재 (4-1a), (4-1b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (5-1a) 와 (5-1b), (5-2a) 와 (5-2b) 는 X 축 방향의 가속도를 검출하고, 빔부재 (4-1a), (4-1b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (5-5a) 와 (5-5b), (5-6a) 와 (5-6b) 는 Z 축 방향의 가속도를 검출하고, 빔부재 (4-2a), (4-2b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (5-3a) 와 (5-3b), (5-4a) 와 (5-4b) 는 Y 축 방향의 가속도를 검출하도록, 각각 각 축 4 개의 피에조 저항체는 독립하여 브리지 회로를 구성하도록 결선되어 있다.
피에조 저항체의 배치와 각 XYZ 축의 출력과의 관계를 설명한다. 예를 들어, 빔부재 (4-1a) 에 형성된 X 축용 피에조 저항체 (5-1a), (5-1b) 와 Z 축용 피에조 저항체 (5-5a), (5-5b) 에 주의하여 설명한다.
도 4 와는 상이하지만, X 축용 피에조 저항체 (5-1a) 와 Z 축용 피에조 저항체 (5-5a) 가 외틀부 (1) 와의 경계선 (P1) 에 접하는 위치에 배치되고, X 축용 피 에조 저항체 (5-1b) 와 Z 축용 피에조 저항체 (5-5b) 가 질량부 (3) 와의 경계선 (P2) 에 접하는 위치에 배치되어 있다고 가정한다. 이 경우, 빔부재 (4-1a) 가 가속도를 받아서 휘었을 때, 이 빔부재 (4-1a) 에 있어서의 외틀부 (1) 및 질량부 (3) 근방의 부분에 응력이 집중하기 때문에, 최대의 센서 출력이 얻어진다. 이 경우, X 축과 Y 축의 감도 (각속도 (1G), 구동 전압 (1V) 에 대한 출력) 의 특성이 달라, X 축의 감도는 2 차 함수적으로 변화하고, Z 축의 감도는 1 차 함수적으로 변화한다는 것이 알려져 있다.
즉, X 축 방향에 (1G) 의 가속도가 가해진 경우, 빔부재 (4-1a) 에 가해지는 굽힘 모멘트는, 빔부재 (4-1a), (4-1b), (4-2a), (4-2b) 를 지나는 평면으로부터 질량부 (3) 의 중심 (重心) 까지의 거리 (s1) 와 질량부 (3) 의 질량 (m) 의 곱 (s1×m) 으로 표시된다. 그 때문에, 질량부 (3) 의 두께가 변화된 경우, 굽힘 모멘트는 (s1) 및 (m) 에 비례하기 때문에, X 축의 감도가 2 차 함수적으로 변화한다. 이에 대하여, Z 축 방향에 (1G) 의 가속도가 가해진 경우, 빔부재 (4-1a) 에 가해지는 굽힘 모멘트는, 빔부재 (4-1a) 의 길이 (s2) 와 질량부 (3) 의 질량 (m) 의 곱 (s2×m) 으로 표시된다. 그 때문에, 질량부 (3) 의 두께가 변화된 경우, 굽힘 모멘트는 (m) 에만 비례하기 때문에, Z 축의 감도가 1 차 함수적으로 변화한다.
X 축과 Y 축의 출력차를 없애기 위해서는, X 축의 감도를 나타내는 2 차 함수 곡선과 Y 축의 감도를 나타내는 1 차 함수 곡선의 교점에 있어서의 질량부 (3) 의 두께 (예를 들어, 800㎛ 정도) 로 선정하면 된다. 하지만, 반도체 등으로 사용되는 실리콘 단결정 기판의 두께는 625㎛ 와 525㎛ 가 주류로 되어 있기 때문에, 약 800㎛ 의 실리콘 단결정 기판은 특별 주문되어 고비용이 되는 등의 문제가 있어, 질량부 (3) 의 두께에 의해 출력 조정을 행하는 것은 바람직한 방법이 아니다.
입수가 용이한 625㎛ 또는 525㎛ 두께의 실리콘 단결정 기판을 사용하면, Z 축의 1 차 함수 곡선이 X 축의 2 차 함수 곡선의 상방을 지남으로써, X 축의 출력과 비교하여 Z 축의 출력이 커진다. 이러한 출력차가 생기면, 센서의 검출 정밀도가 저하되기 때문에, 그 출력차를 작게 하기 위하여 출력 증폭률이 상이한 증폭기를 각 축마다 준비할 필요가 있어, 고비용이 되는 결점이 있다.
따라서, 이러한 결점을 제거하기 위하여 특허 문헌 1 에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 빔부재 (4-1a) 의 응력 집중 개소인 외틀부 (1) 와의 경계선 (P1) 및 질량부 (3) 와의 경계선 (P2) 에 있어서, X 축용 피에조 저항체 (5-1a) 를 경계선 (P1) 에 접하는 위치에 배치하고, X 축용 피에조 저항체 (5-1b) 를 경계선 (P2) 에 접하는 위치에 배치하며, 이에 대하여, Z 축용 피에조 저항체 (5-5a) 와 (5-5b) 의 간격을 도 4 와 같이 확대하거나, 또는 도시하지 않지만 그 간격을 좁혀, 이 Z 축용 피에조 저항체 (5-5a) 와 (5-5b) 를 응력 집중 영역의 기여가 적은 위치에 배치함으로써, Z 축용 피에조 저항체 (5-5a), (5-5b) 의 감도를 내리고, X 축과의 출력차를 작게 하는 연구를 하고 있다.
그러나, 종래의 특허 문헌 1 의 가속도 센서에서는 각 XYZ 축의 출력차를 적 게 하기 위하여, 예를 들어, 동일 형상의 Z 축용 피에조 저항체 (5-5a) 와 (5-5b) 의 간격을 확대하거나, 또는 좁혀서 조정하고 있기 때문에, 그 Z 축용 피에조 저항체 (5-5a), (5-5b) 를 배치하기 위한 위치를 정할 때에, 번잡한 변형 계산 등을 행하지 않으면 안되어, 불리하고 불편하였다. 또한, 가속도 센서를 휴대 단말 기기 등에 탑재하여 건전지 구동을 행하는 경우, 각속도 센서의 전력 소비량이 적은 것이 바람직하지만, 특허 문헌 1 을 포함시킨 종래의 기술에서는 그와 같은 전력 절감화의 배려를 하고 있지 않아, 아직까지 기술적으로 충분히 만족스러운 각속도 센서를 얻을 수 없었다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 가속도 센서에서는, 외틀부와, 상기 외틀부 내에 배치된 질량부와, X 축, Y 축 및 Z 축으로 이루어지는 3 차원 좌표에 있어서 상기 X 축 방향의 빔부재와 상기 Y 축 방향의 빔부재를 갖고, 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 Y 축 방향의 빔부재에 의해 상기 질량부를 상기 외틀부에 가요적으로 연결하는 빔부와, 상기 X 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 X 축용 피에조 저항체, 및 상기 X 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 X 축용 피에조 저항체를 갖는 X 축용 피에조 저항체쌍과, 상기 Y 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 Y 축용 피에조 저항체, 및 상기 Y 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 Y 축용 피에조 저항체를 갖는 Y 축용 피에조 저항체쌍과, 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체, 및 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체를 갖는 Z 축용 피에조 저항체쌍을 구비하고 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체의 길이 (L2) 는, 상기 길이 (L1) 보다도 길게 하고 있다.
또한, 본 발명의 그 밖의 가속도 센서에서는, 상기 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연장되어 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 하고, 상기 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연장되어 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 하고 있다.
가속도 센서는, 외틀부와, 상기 외틀부 내에 배치된 질량부와, 빔부와, X, Y, Z 축용 피에조 저항체쌍을 구비하고 있다. 상기 빔부는, X 축, Y 축 및 Z 축으로 이루어지는 3 차원 좌표에 있어서 상기 X 축 방향의 빔부재와 상기 Y 축 방향의 빔부재를 갖고, 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 Y 축 방향의 빔부재에 의해 상기 질량부를 상기 외틀부에 가요적으로 연결한다.
상기 X 축용 피에조 저항체쌍은, 상기 X 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 X 축용 피에조 저항체, 및 상기 X 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 X 축용 피에조 저항체를 갖고 있다. 상기 Y 축용 피에조 저항체쌍은, 상기 Y 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 Y 축용 피에조 저항체, 및 상기 Y 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 Y 축용 피에조 저항체를 갖고 있다. 상기 Z 축용 피에조 저항체쌍은, 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체, 및 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체를 갖고 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체의 길이 (L2) 는, 상기 길이 (L1) 보다도 길게 하고 있다. 또는, 상기 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연장되어 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 하고, 상기 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연장되어 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 하고 있다.
여기서, 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 X 축 방향의 빔부재 내에 배치되어 있다. 또는, 상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 외틀부에 걸쳐 배치되어 있다.
(제 1 실시예)
(도 1 의 구성)
도 1 (a), (b) 는, 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 피에조 저항형 3 축 가속도 센서의 개략적인 구성도이고, 동 도 (a) 는 평면도, 및 동 도 (b) 는 동 도 (a) 중의 (A11-A12) 선 단면도이다.
이 가속도 센서는, 종래와 마찬가지로, 전체가 실리콘 단결정 기판에서 형성 되어 있고, 대략 사각 통형의 외틀부 (11) 를 갖고 있다. 외틀부 (11) 내측의 네 구석에는, 수직 방향인 Z 축 방향으로 관통한 평면 대략 L 자형의 개구부 (12) 가 형성되어 있고, 이 개구부 (12) 내측의 중앙에, 후육의 추로 이루어지는 대략 입방체 형상의 질량부 (13) 가 배치되어 있다. 질량부 (13) 는, 박육의 빔부 (14) 에 의하여 외틀부 (11) 에 가요적으로 연결되어 있다. 빔부 (14) 는, 수평면에 있어서 횡방향인 X 축 방향의 2 개의 대략 장방형의 빔부재 (14-1a), (14-1b) 와, 종방향인 Y 축 방향의 2 개의 대략 장방형의 빔부재 (14-2a), (14-2b) 로 구성되고, 이들 4 개의 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 에 의하여 중앙의 질량부 (13) 를 XYZ 축 방향으로 변위 가능하게 지지하고 있다.
X 축 방향의 각 빔부 (14-1a), (14-1b) 상에는, 2 개가 1 쌍이 된 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b) 와 (15-2a), (15-2b) 가 형성됨과 함께, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b) 와 (15-6a), (15-6b) 가 형성되어 있다. 마찬가지로, Y 축 방향의 각 빔부 (14-2a), (14-2b) 상에도, 2 개가 1 쌍이 된 Y 축용 피에조 저항체 (15-3a), (15-3b) 와 (15-4a), (15-4b) 가 형성되어 있다.
각 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 는, 소정의 두께를 갖고 평면 형상이 대략 동일 폭인 장방형을 하고 있다. 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 와, 각 Y 축용 피에조 저항체 (15-3a), (15-3b), (15-4a), (15-4b) 는, 동일한 길이 (L1 ; 예를 들어, 50㎛ 정도) 이고, 대략 동일한 저항치를 갖고 있다. 이에 대하여, 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 는, 각 X 축용 피에조 저항체 및 각 Y 축 용 피에조 저항체의 길이 (L1) 보다도 길고 (예를 들어, (L2)=60∼70㎛ 정도), 큰 저항치를 가지고 있다.
이러한 구성의 가속도 센서에 있어서의 가속도의 검출 원리는, 종래와 마찬가지로, 중앙의 질량부 (13) 가 가속도에 비례한 힘을 받아 변위하였을 때의 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 의 휨을, 이들에 형성된 피에조 저항체쌍 (15-1a) 와 (15-1b), (15-2a) 와 (15-2b), (15-3a) 와 (15-3b), (15-4a) 와 (15-4b), (15-5a) 와 (15-5b), (15-6a) 와 (15-6b) 의 저항치 변화로서 검출함으로써, 3 축 방향의 가속도를 검출한다. 여기서, 빔부재 (14-1a), (14-1b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (15-1a) 와 (15-1b), (15-2a) 와 (15-2b) 는, X 축 방향의 가속도를 검출하고, 빔부재 (14-1a), (14-1b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (15-5a) 와 (15-5b), (15-6a) 와 (15-6b) 는, Z 축 방향의 가속도를 검출하고, 빔부재 (14-2a), (14-2b) 상의 2 쌍의 피에조 저항체 (15-3a) 와 (15-3b), (15-4a) 와 (15-4b) 는, Y 축 방향의 가속도를 검출하도록, 각각 각 축 4 개의 피에조 저항체는 독립하여 브리지 회로를 구성하도록 결선되어 있다.
또, X, Y 축은 출력 검출 원리, 결선 방법 및 피에조 저항체의 배치가 동일하고, 각각 타방의 축과 교체할 수 있기 때문에, 이하, X 및 Y 축을 특별히 거절이 없는 한, X 축으로 표기한다.
(도 1 의 제조예)
도 1 의 가속도 센서는 예를 들어, 다음과 같이 하여 제조된다.
실리콘 단결정 기판상에, 포토리소그래피 기술에 의해 마스크 패턴을 형성하 고, 이 마스크 패턴을 마스크로 하고, 보론 등의 이온을 넣어, 소정의 위치와 형상의 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 를 형성한다. 전체면에 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 를 보호하는 절연막을 형성하고, 이 절연막에 컨택트홀을 개구한 후, 이들 위에 배선막을 형성하고, 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 가 3 축 각각 브리지 회로를 구성하도록 결선한다. 실리콘 단결정 기판의 이면을 포토리소그래피 기술에 의해 에칭하고, 빔부 (14) 의 이면을 박막화하여 각각 분리한 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 를 형성함과 함께, 개구부 (12) 를 형성한다. 그 후, 실리콘 단결정 기판의 가속도 센서 형성 개소를 절단하면 가속도 센서칩이 얻어지기 때문에, 이 칩을 패키지 등에 탑재하면 제조 공정이 종료된다.
(도 2 의 배치예)
도 2 (a), (b) 는, 도 1 의 각 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 상에 형성되는 각 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 의 형성 위치나 형상 (특히 길이 (L1), (L2)) 의 예를 나타내는 개략적인 확대 평면도이다. 또, 이 도 2 에서는, 도면의 표시를 간단히 하기 위하여 도 1 의 빔부재 (14-1a) 개소만이 도시되어 있다.
본 발명의 특징은, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 를, X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 의 길이 (L1) 보다도 길게 하여, 감도를 저하시키는 것이다. 이를 위한 구체예로서 본 제 1 실시예에서는, 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 형성 장소를 특정하지 않고, 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 의 길이 (L1) 보다도 긴, 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 를 형성함으로써 감도를 저하시키고 있다.
도 2 (a), (b) 모두, 길이 (L1) 의 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 의 내, X 축용 피에조 저항체 (15-1a (15-2a)) 를 외틀부 (11) 와의 경계선 (P11-1 (P11-2)) 에 접하는 위치에 형성하고, X 축용 피에조 저항체 (15-1b (15-2b)) 를 중량부 (13) 와의 경계선 (P12-1 (P12-2)) 에 접하는 위치에 형성하고 있다.
그리고, 도 2 (a) 에서는, 길이 (L1) 보다도 큰 길이 (L2) 를 갖는 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a, 15-5b (15-6a, 15-6b)) 를 상호의 간격을 작게 하여, X 축용 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b (15-2a, 15-2b)) 사이의 내측에 형성하고 있다.
이에 대하여 도 2 (b) 에서는, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a, 15-5b (15-6a, 15-6b)) 를 상호의 간격을 크게 하여, X 축용 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b (15-2a, 15-2b)) 사이의 외측에서, 또한 외틀부 (11) 또는 중량부 (13) 에 걸치도록 형성하고 있다.
이와 같이, 도 2 (a), (b) 모두, 길이 (L1) 를 갖는 X 축용 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b (15-2a, 15-2b)) 는 변형이 가장 큰 부분에 배치되어 있기 때문에, 길이 (L1) 보다도 긴 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a, 15-5b (15-6a, 15-6b)) 를 형성하면, 필연적으로 변형이 작은 부분을 포함하기 때문에 감도가 저하된다.
(작용 효과)
본 제 1 실시예에서는, 다음의 (1), (2) 와 같은 작용 효과가 있다.
(1) 길이 (L1) 보다도 긴, 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 를 형성하면, 필연적으로 변형이 작은 부분을 포함하여 감도가 저하되기 때문에, X 축과 Z 축의 출력차를 간단하고 또한 용이하게 작게 할 수 있다.
(2) 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 는, 길이 (L1) 의 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 보다도 길기 때문에 저항치가 커진다. 그 때문에, 예를 들어, 가속도 센서에 인가하는 전압을 2V 로 고정한 경우, 흐르는 전류가 적어진다. 요컨대, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 에 흐르는 전류가 적어지기 때문에, 이 부분에 있어서 전력 절감화할 수 있어, 가속도 센서 전체의 전력 절감화를 간단하고 또한 용이하게 달성할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 3 (a), (b) 는, 도 2 와 마찬가지로, 도 1 의 각 빔부재 (14-1a), (14-1b), (14-2a), (14-2b) 상에 형성되는 각 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 의 형성 위치나 형상 (특히 길이 (L1), (L2)) 의 제 2 실시예를 나타내는 개략적인 확대 평면도이다. 또, 이 도 3 에서는, 도 2 와 마찬가지로 도면의 표시를 간단히 하기 위하여, 도 1 의 빔부재 (14-1a) 개소만이 도시되어 있다.
본 발명의 특징은, 상기 기술한 바와 같이, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 를, X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 의 길이 (L1) 보다도 길게 하여, 감도를 저하시키는 것이 다. 이를 위한 구체예로서, 본 제 2 실시예에서는, 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 의 길이 (L1) 를 포함하고, 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 에 있어서의 변형량이 작은 부분의 면적을 증가시켜 감도를 저하시키고 있다.
도 2 (a), (b) 와 마찬가지로, 도 3 (a), (b) 모두, 길이 (L1) 의 각 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 중에서, X 축용 피에조 저항체 (15-1a (15-2a)) 를 외틀부 (11) 와의 경계선 (P11-1 (P11-2)) 에 접하는 위치에 형성하고, X 축용 피에조 저항체 (15-1b (15-2b)) 를 중량부 (13) 와의 경계선 (P12-1 (P12-2)) 에 접하는 위치에 형성하고 있다.
그리고, 도 3 (a) 에서는, 길이 (L2) 의 각 Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 중에서, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a (15-6a)) 를 외틀부 (11) 와의 경계선 (P11-1 (P11-2)) 에 접하는 위치에 형성하고, Z 축용 피에조 저항체 (15-5b (15-6b)) 를 중량부 (13) 와의 경계선 (P12-1 (P12-2)) 에 접하는 위치에 형성하고 있다. Z 축용 피에조 저항체 (15-5a, 15-5b (15-6a, 15-6b)) 는, 길이 (L1) 를 기준으로 하여 길이 (L2) 를 확대하는, 요컨대, 최대 변형 부분 ((L1) 부분) 을 포함하여 형성하고, 감도를 저하시키고 있다.
이에 대하여 도 3 (b) 에서는, 길이 (L1) 의 X 축용 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b (15-2a, 15-2b)) 를 기준으로 하고, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a, 15-5b (15-6a, 15-6b)) 의 길이 (L2) 를 외틀부 (11) 또는 중량부 (13) 에 걸쳐 확대하고, 최대 변형 부분 ((L1) 부분) 을 포함하여 형성하고, 감도를 저하시키고 있다.
(작용 효과)
본 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예의 (2) 의 전력 절감화의 작용 효과를 갖는 것 외에, 다음 (3) 과 같은 작용 효과가 있다.
(3) 길이 (L1) 의 X 축용 피에조 저항체 (15-1a), (15-1b), (15-2a), (15-2b) 를 기준으로 하고, Z 축용 피에조 저항체 (15-5a), (15-5b), (15-6a), (15-6b) 의 길이 (L2) 를 확대하고, 최대 변형 부분 ((L1) 부분) 을 포함하여 형성하고 있다. 이 때, 길이 (L1) 에 대한 데이터는 이미 있기 때문에, (L1) 부분을 포함하고 있는 쪽이 길이 (L2) 의 계산을 하기 쉽고, 요컨대, 이미 (L1) 에 대한 데이터를 축적 완료된 (L1) 부분을 포함하고 있기 때문에, (L2) 의 계산이 용이해진다. 종래의 특허 문헌 1 에서는, 동일 형상으로 위치만 변경하고 있기 때문에, 위치를 결정할 때에 변형량의 계산 등이 번잡하지만, 본 제 2 실시예에서는 이러한 문제를 잘 해결하고 있다.
(제 3 실시예)
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 여러 변형이 가능하다. 이 변형예인 제 3 실시예로는, 예를 들어, 다음과 같은 것이 있다.
가속도 센서의 형상은 정방형에 한정되지 않는다. 장방형이나 원형이어도 된다. 또한, 중량부 (13), 이를 지지하는 빔부 (14), 또는 이 위에 형성되는 피에조 저항체 (15-1a, 15-1b)∼(15-6a, 15-6b) 의 형상이나 수 등도, 예시한 것에 한정되지 않는다.
본 발명에 의하면, 길이 (L1) 보다도 긴, 각 Z 축용 피에조 저항체를 형성하면, 필연적으로 변형이 작은 부분을 포함하여 감도가 저하되기 때문에, X 축과 Z 축의 출력차를 간단하고 또한 용이하게 작게 할 수 있다. 또한, 각 Z 축용 피에조 저항체의 길이 (L2) 는, 길이 (L1) 의 각 X 축용 피에조 저항체보다도 길기 때문에 저항치가 커진다. 그 때문에, 구동을 위해 가속도 센서에 일정한 전압을 인가한 경우, Z 축용 피에조 저항체에 흐르는 전류가 적어지고, 이 부분에 있어서 전력을 절감할 수 있어, 가속도 센서 전체의 전력 절감화를 간단하고 또한 용이하게 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 길이 (L1) 의 X 축용 피에조 저항체를 기준으로 하고, Z 축용 피에조 저항체의 길이 (L2) 를 확대하고, 최대 변형 부분 ((L1) 부분) 을 포함하여 형성하고 있다. 이 때, 길이 (L1) 에 대한 데이터는 이미 있기 때문에, (L1) 부분을 포함하고 있는 쪽이 길이 (L2) 의 계산을 하기 쉽고, 요컨대, 이미 (L1) 에 대한 데이터가 축적 완료된 (L1) 부분을 포함하고 있기 때문에, (L2) 의 계산이 용이해진다.
Claims (4)
- 외틀부;상기 외틀부 내에 배치된 질량부;X 축, Y 축 및 Z 축으로 이루어지는 3 차원 좌표에 있어서 상기 X 축 방향의 빔부재와 상기 Y 축 방향의 빔부재를 갖고, 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 Y 축 방향의 빔부재에 의해 상기 질량부를 상기 외틀부에 가요적으로 연결하는 빔부;상기 X 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 X 축용 피에조 저항체, 및 상기 X 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 X 축용 피에조 저항체를 갖는 X 축용 피에조 저항체쌍;상기 Y 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 Y 축용 피에조 저항체, 및 상기 Y 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 Y 축용 피에조 저항체를 갖는 Y 축용 피에조 저항체쌍; 및상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체, 및 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체를 갖는 Z 축용 피에조 저항체쌍을 구비한 가속도 센서로서,상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체의 길이 (L2) 는, 상기 길이 (L1) 보다도 길게 한 것을 특징으로 하는, 가속도 센서.
- 외틀부;상기 외틀부 내에 배치된 질량부;X 축, Y 축 및 Z 축으로 이루어지는 3 차원 좌표에 있어서 상기 X 축 방향의 빔부재와 상기 Y 축 방향의 빔부재를 갖고, 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 Y 축 방향의 빔부재에 의해 상기 질량부를 상기 외틀부에 가요적으로 연결하는 빔부;상기 X 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 X 축용 피에조 저항체, 및 상기 X 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 X 축용 피에조 저항체를 갖는 X 축용 피에조 저항체쌍;상기 Y 축 방향의 빔부재의 1 단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 1 Y 축용 피에조 저항체, 및 상기 Y 축 방향의 빔부재의 타단에 접하여 형성된 길이 (L1) 의 제 2 Y 축용 피에조 저항체를 갖는 Y 축용 피에조 저항체쌍; 및상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체, 및 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 근방에 형성된 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체를 갖는 Z 축용 피에조 저항체쌍을 구비한 가속도 센서로서,상기 길이 (L2) 의 제 1 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연장되어 상기 제 1 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 하고,상기 길이 (L2) 의 제 2 Z 축용 피에조 저항체는, 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체의 길이 (L1) 를 포함하는 위치에 배치되고, 또한 변형량이 작은 영역에 연 장되어 상기 제 2 X 축용 피에조 저항체보다도 길게 한 것을 특징으로 하는, 가속도 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체는 상기 X 축 방향의 빔부재 내에 배치한 것을 특징으로 하는, 가속도 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 Z 축용 피에조 저항체는 상기 X 축 방향의 빔부재 및 상기 외틀부에 걸쳐 배치한 것을 특징으로 하는, 가속도 센서.
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