KR20070067073A - 가속도 센서 - Google Patents

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KR20070067073A
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요이치 모치다
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

가속도 센서(1)는 XY평면에 평행한 XY기판면을 갖는 베이스(2)와, 베이스(2)의 XY기판면상에 뜬 상태로 배치되는 프레임형상의 빔부(beam portion; 4)와, 빔부(4)를 지지부(5a, 5b)를 통해서 베이스(2)에 양쪽 지지빔형상으로 지지하는 빔부 지지 고정부와, 베이스(2)의 XY기판면상에 뜬 상태로 배치되는 추부(錘部; weight portion)(7(7a, 7b))와, 추부(7(7a, 7b))를 빔부(4)에 캔틸레버형상(cantilever shape)으로 지지하는 연결부(8)를 가지고 구성한다. 추부(7)는 프레임형상의 빔부(4)의 휨 변형에 의해 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향으로 변위 가능한 구성으로 형성된다. 빔부(4)에는, X축 방향의 가속도에 기인한 추부(7)의 변위에 기인한 빔부(4)의 휨 변형에 기초해서 가속도를 검출하기 위한 X축 방향 가속도 검출부와, Y축 방향의 가속도에 기인한 추부(7)의 변위에 의한 빔부(4)의 휨 변형에 기초한 Y축 방향 가속도 검출부와, Z축 방향의 가속도에 기인한 추부(7)의 변위에 의한 빔부(4)의 휨 변형에 기초한 Z축 방향 가속도 검출부를 형성한다.
가속도 센서, 베이스, 빔부, 지지부, 고정부, 추부, 보강부, 연결부

Description

가속도 센서{ACCELERATION SENSOR}
본 발명은 서로 직교하는 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향의 가속도를 검출할 수 있는 가속도 센서에 관한 것이다.
도 15a에는 가속도 센서의 일례가 모식적인 사시도에 의해 나타나 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 가속도 센서(40)는 프레임부(41)와, 이 프레임부(41)의 중앙부에 배치되어 있는 원주(圓柱)형상의 중추체(重錘體; 42)와, 이 중추체(42)의 X축 방향의 양측으로부터 각각 X축 방향을 따라 프레임부(41)를 향해서 신장 형성되어 있는 X축 방향 빔부(beam portion; 43a, 43b)와, 중추체(42)의 Y축 방향의 양측으로부터 각각 Y축 방향을 따라 프레임부(41)를 향해서 신장 형성되어 있는 Y축 방향 빔부(44a, 44b)와, 중추체(42)에 연접(連接)되어 있는 4개의 보조 중추체(45a∼45d)와, X축 방향 빔부(43a, 43b)에 형성되어 있는 저항 소자(Rx1∼Rx4, Rz1∼Rz4)와, Y축 방향 빔부(44a, 44b)에 형성되어 있는 저항 소자(Ry1∼Ry4)를 가지고 구성되어 있다.
도 15a에 나타나는 가속도 센서(40)의 구성에서는, X축 방향 빔부(43a, 43b)의 중심축은, 원주형상의 중추체(42)의 중심축을 지나서 X축 방향을 따라 연장되는 동일 직선상에 배치되며, 또한, Y축 방향 빔부(44a, 44b)의 중심축은 중추체(42)의 중심축을 지나서 Y축 방향을 따라 연장되는 동일 직선상에 배치되어 있다. 이들 X축 방향 빔부(43a, 43b) 및 Y축 방향 빔부(44a, 44b)는, 각각, 휨 변형이 가능한 구성으로 형성되어 있다.
저항 소자(Rx1, Rx2)는 X축 방향 빔부(43a)에 X축 방향을 따라 배열 배치되고, 저항 소자(Rx3, Rx4)는 X축 방향 빔부(43b)에 X축 방향을 따라 배열 배치되어 있다. 저항 소자(Ry1, Ry2)는 Y축 방향 빔부(44a)에 Y축 방향을 따라 배열 배치되고, 저항 소자(Ry3, Ry4)는 Y축 방향 빔부(44b)에 Y축 방향을 따라 배열 배치되어 있다. 저항 소자(Rz1, Rz2)는 X축 방향 빔부(43a)에 X축 방향을 따라 배열 배치되고, 저항 소자(Rz3, Rz4)는 X축 방향 빔부(43b)에 X축 방향을 따라 배열 배치되어 있다. 이들 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)는 각각 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 휨 변형에 의한 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 응력변화에 의해 전기 저항값이 변화하는 것이다.
4개의 저항 소자(Rx1∼Rx4)가 도 15b에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를, 또한, 4개의 저항 소자(Ry1∼Ry4)가 도 15c에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를, 또한, 4개의 저항 소자(Rz1∼Rz4)가 도 15d에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 각각 구성하기 위한 배선이 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)나 프레임부(41)에 형성되어 있다. 한편, 도 15b∼도 15d에 나타나 있는 부호 Vcc는 외부의 전압 전원에 접속되는 전압 전원 입력부를 나타내고, 부호 Px1, Px2, Py1, Py2, Pz1, Pz2는, 각각, 전압 검출부를 나타내고 있다.
중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)는, 각각, 뜬 상태로 되어 있으며, 빔 부(43a, 43b, 44a, 44b)의 휨 변형에 의해, 변위가 가능하게 되어 있다. 예를 들면, X축 방향의 가속도에 기인한 X축 방향의 힘이 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)에 작용하면, 그 힘에 의해 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)는 X축 방향으로 진동 변위한다. 또한 마찬가지로, Y축 방향의 가속도에 기인한 Y축 방향의 힘이 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)에 작용하면, 그 힘에 의해 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)는 Y축 방향으로 진동 변위한다. 또한 마찬가지로, Z축 방향의 가속도에 기인한 Z축 방향의 힘이 충주체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)에 작용하면, 그 힘에 의해 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)는 Z축 방향으로 진동 변위한다. 이러한 중추체(42) 및 보조 중추체(45a∼45d)의 변위에 의해 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)가 휨 변형한다.
가속도 센서(40)에서는, 상기와 같은 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 휨 변형에 의한 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 응력발생에 의해 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)의 저항값이 변화한다. 이 저항 소자의 저항값의 변화에 의해, 도 15b∼도 15d의 각 브리지 회로의 4개의 저항 소자의 저항값의 밸런스가 무너져서, 예를 들면, X축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 도 15b의 브리지 회로의 전압 검출부(Px1, Px2)로부터 각각 출력되는 전압에 차이가 발생한다. 이 전압차를 이용해서 X축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다. 또한, Y축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 도 15c의 브리지 회로의 전압 검출부(Py1, Py2)로부터 각각 출력되는 전압에 차이가 발생한다. 이 전압차를 이용해서 Y축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다. 또한, Z축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 도 15d의 브리지 회로의 전압 검출부(Pz1, Pz2)로부터 각각 출력되는 전압에 차이가 발생한다. 이 전압차를 이용해서 Z축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2002-296293호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 평8-160070호 공보
특허문헌 3: 일본국 특허공개 평6-82472호 공보
도 15a에 나타나는 가속도 센서(40)의 구성에서는, 직선형상의 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)가 중추체(42)의 사방에 각각 배치되어, 중추체(42)를 프레임부(41)에 연결하고 있다. 이 때문에, 열응력에 의해 프레임부(41)에 일그러짐이 발생했을 때에, 그 프레임부(41)의 일그러짐에 따라 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)에 일그러짐이 발생하여 당해 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)에는 압축응력이나 인장응력이 발생한다. 가속도를 검출하기 위한 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)는, 각각, 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)에 형성되어 있기 때문에, 가속도가 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 프레임부(41)의 열응력에 의한 일그러짐에 기인한 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 응력발생에 의해, 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)의 전기 저항값이 변화한다. 이것에 의해, 가속도가 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 도 15b∼도 15d의 브리지 회로로부터, 가속도 발생시의 전압이 출력되어 버리는 일이 있다.
또한, 중추체(42)의 사방에 각각 신장 형성되어 있는 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)에, 가속도 검출용의 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)를 형성하는 구성이며, 그들 저항 소자의 배치 위치는 분산하고 있다. 예를 들면, 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)가 실리콘에 의해 구성되어 있는 경우에는, 각 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)에 있어서의 저항 소자 배치 위치에, 인(P)이나 붕소(B)를 도프(dope)해서 피에조 저항인 저항 소자(Rx1∼Rx4, Ry1∼Ry4, Rz1∼Rz4)를 형성한다. 이 경우에, 저항 소자 배치 위치가 분산하고 있으면, 각 저항 소자 배치 위치에 인이나 붕소를 균등하게 도프하는 것이 어려워, 각 저항 소자 배치 위치의 도프 농도에 편차가 발생한다. 이 때문에, 도 15b∼도 15d에 나타내는 각 브리지 회로의 4개의 저항 소자의 저항값의 밸런스를 취하는 것이 어렵고, 가속도 검출의 정밀도의 향상을 방해한다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 다음에 나타내는 바와 같은 구성을 갖고 있다. 즉, 본 발명은, 서로 직교하는 X축과 Y축과 Z축 중의 X축 및 Y축을 포함하는 XY평면에 평행한 XY기판면을 갖는 베이스(base)와, 이 베이스의 XY기판면상에 뜬 상태로 배치되는 프레임형상의 빔부(beam portion)와, 이 빔부로부터 X축 방향을 따라 빔부의 양측에 각각 외측을 향해서 신장 형성되어 있는 지지부를 통하여 빔부를 베이스에 양쪽 지지빔형상으로 지지하는 빔부 지지 고정부와, 상기 베이스의 XY기판면상에 뜬 상태로 상기 빔부의 Y축 방향의 양측으로부터 각각 Y축 방향을 따라 외측을 향해서 신장 형성되어 있는 연결부와, 각 연결부의 신장 선단부에 각각 연접된 추부(錘部; weight portion)를 가지며, 상기 추부는 프레임형상의 빔부의 변형에 의해 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향으로 변위 가능한 구성으로 형성되고, 상기 빔부에는, 추부의 X축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 X축 방향 가속도 검출부와, 추부의 Y축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Y축 방향 가속도 검출부와, 추부의 Z축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Z축 방향 가속도 검출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 프레임형상의 빔부는, X축 방향을 따라 빔부의 양측에 각각 외측을 향해서 신장 형성되어 있는 지지부를 통하여 양쪽 지지빔형상으로 베이스에 지지되어 있는 구성으로 하였다. 이 때문에, 예를 들면, 열응력에 의해 베이스에 일그러짐이 발생했을 때에, Y축 방향(예를 들면 길이방향)의 일그러짐은 지지부의 휨 변형에 의해 흡수되고, 또한, X축 방향(예를 들면 폭방향)의 일그러짐은 일그러짐에 의한 절대 변위가 작으며, 게다가 지지부 및 연결부에 연접되어 있는 빔부 영역으로부터 떨어진 빔부 영역이 X축 방향의 일그러짐에 따라 변형해서 흡수되기 때문에, 빔부에 있어서의 지지부와의 연접 부위 및 그 인접 영역과, 연결부와의 연접 부위 및 그 인접 영역에 일그러짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면 열응력 등에 의해 베이스의 일그러짐이 발생했을 때에 당해 베이스의 일그러짐에 기인해서 일그러짐이 발생하지 않는 빔부 영역에, 빔부의 일그러짐에 기초해서 가속도를 검출하기 위한 X축 방향 가속도 검출부와 Y축 방향 가속도 검출부와 Z축 방향 가속도 검출부를 형성함으로써, 베이스의 열응력에 의한 일그러짐에 기인한 가속도의 오검출의 사태(다시 말하면, 가속도가 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 베이스의 열응력에 의한 일그러짐에 기인해서 X축 방향 가속도 검출부나 Y축 방향 가속도 검출부나 Z축 방향 가속도 검출부에 의해 가속도가 검출되어 버린다고 하는 오검출의 사태)의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 프레임형상의 빔부가 양쪽 지지빔형상으로 베이스에 지지되고, 그 빔부에 추부가 캔틸레버형상(cantilever shape)으로 지지된 간단한 구조이며, 이것에 의해, 소형화를 촉진시키는 것이 용이하다.
또한, 본 발명에서는, 추부는 프레임형상의 빔부에 캔틸레버형상으로 연결하는 구성이다. 이 때문에, 가속도에 의한 추부의 변위가 커지며, 이것에 의해, 추부의 변위에 기인한 빔부의 휨 변형이 커져서, 가속도 검출의 감도를 높일 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 가속도 센서의 제1실시예를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 가속도 센서의 모식적인 평면도이다.
도 2a는 도 1b에 나타내는 a-a부분의 모식적인 단면도이다.
도 2b는 도 1b에 나타내는 b-b부분의 모식적인 단면도이다.
도 2c는 도 1b에 나타내는 c-c부분의 모식적인 단면도이다.
도 3a는 도 1b에 나타내는 A-A부분의 모식적인 단면도이다.
도 3b는 도 1b에 나타내는 B-B부분의 모식적인 단면도이다.
도 3c는 도 1b에 나타내는 C-C부분의 모식적인 단면도이다.
도 4는 제1실시예의 가속도 센서를 구성하는 빔부의 두께에 관한 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 빔부에 형성하는 피에조 저항부의 배치 위치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 제1실시예의 가속도 센서의 X축 방향 가속도 검출부를 구성하는 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6b는 제1실시예의 가속도 센서의 Y축 방향 가속도 검출부를 구성하는 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6c는 제1실시예의 가속도 센서의 Z축 방향 가속도 검출부를 구성하는 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 빔부에 형성한 복수의 피에조 저항부를 접속해서 도 6a∼도 6c에 나타낸 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴의 한 배선예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8a는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 X축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.
도 8b는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 X축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8c는 X축 방향의 가속도에 기인한 빔부의 휨 변형에 의해 빔부에 발생하는 응력의 발생상태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 9a는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 Y축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.
도 9b는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 Y축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9c는 Y축 방향의 가속도에 기인한 빔부의 휨 변형에 의해 빔부에 발생하는 응력의 발생상태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 10a는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 Z축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.
도 10b는 실시예의 가속도 센서에 있어서의 Z축 방향의 가속도에 기인한 추부의 변위예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10c는 Z축 방향의 가속도에 기인한 빔부의 휨 변형에 의해 빔부에 발생하는 응력의 발생상태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 11은 제2실시예의 가속도 센서를 설명하기 위한 모델도이다.
도 12는 제3실시예의 가속도 센서를 설명하기 위한 모델도이다.
도 13a는 빔부의 그 외의 형태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 13b는 빔부의 또 다른 그 외의 형태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 13c는 또한, 빔부의 그 외의 형태예를 설명하기 위한 모델도이다.
도 14a는 빔부에 형성한 복수의 피에조 저항부를 접속해서 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴의 그 외의 배선예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 14b는 도 14a에 나타낸 Z축 방향의 가속도 검출에 관한 피에조 저항부 및 배선 패턴에 의해 구성되는 브리지 회로의 한 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 14c는 도 14a에 나타낸 배선 패턴의 형태예를 설명하기 위한 모식적인 단 면도이다.
도 15a는 가속도 센서의 한 종래예를 나타낸 모식적인 사시도이다.
도 15b는 도 15a에 나타낸 가속도 센서에 있어서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 15c는 도 15a에 나타낸 가속도 센서에 있어서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 15d는 도 15a에 나타낸 가속도 센서에 있어서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
<부호의 설명>
1: 가속도 센서 2: 베이스
3: XY기판면 4: 빔부
5: 지지부 6: 고정부
7: 추부 8: 연결부
15: 연결부측 띠형상 빔부 부위 16: 지지부측 띠형상 빔부 부위
20: 보강부 25: 탄성부
이하에, 본 발명에 따른 실시예를 도면에 기초해서 설명한다.
도 1a에는 본 발명에 따른 가속도 센서의 제1실시예가 모식적인 사시도에 의해 나타나고, 도 1b에는 도 1a의 가속도 센서의 모식적인 평면도가 나타나 있다. 또한, 도 2a에는 도 1b의 a-a부분의 모식적인 단면도가 나타나고, 도 2b에는 도 1b 의 b-b부분의 모식적인 단면도가 나타나며, 도 2c에는 도 1b의 c-c부분의 모식적인 단면도가 나타나 있다. 또한, 도 3a에는 도 1b의 A-A부분의 모식적인 단면도가 나타나고, 도 3b에는 도 1b의 B-B부분의 모식적인 단면도가 나타나며, 도 3c에는 도 1b의 C-C부분의 모식적인 단면도가 나타나 있다.
이 제1실시예의 가속도 센서(1)는, 서로 직교하는 X축과 Y축과 Z축의 3축 방향의 가속도를 각각 검출할 수 있는 것이다. 이 가속도 센서(1)는 베이스(base; 2)를 갖고 있다. 이 베이스(2)는 X축 및 Y축을 포함하는 XY평면에 평행한 XY기판면(3)을 가지며, 이 XY기판면(3)의 상방측에는, 프레임형상의 빔부(4)가 뜬 상태로 배치되어 있다. 이 프레임형상의 빔부(4)는 사각형형상으로 형성되며, 당해 빔부(4)의 X축 방향의 양측으로부터 각각 X축 방향을 따라 외측을 향해서 지지부(5(5a, 5b))가 신장 형성되어 있다. 이들 지지부(5a, 5b)는 각각 베이스(2)에 대하여 뜬 상태로 형성되며, 지지부(5a, 5b)의 각 신장 선단부는 고정부(6)에 연접(連接)되어 있다. 이 고정부(6)는 빔부(4) 및 후술하는 추부(錘部; weight portion)(7(7a, 7b))의 형성 영역을 간격을 사이에 두고 둘러싸는 프레임형상의 형태를 가지며, 당해 고정부(6)는 베이스(2)에 고정되어 있다. 환언하면, 빔부(4)는 지지부(5a, 5b)를 통해서 베이스(2)에 양쪽 지지빔형상으로 지지 고정되어 있다. 즉, 이 제1실시예에서는, 지지부(5(5a, 5b))와 고정부(6)에 의해 빔부 지지 고정부가 구성되어 있다.
추부(7a, 7b)는 빔부(4)를 사이에 두고 Y축 방향으로 배열 배치되며, 또한, 베이스(2)의 XY기판면(3)의 상방측에 뜬 상태로 배치되어 있다. 이들 각 추부(7a, 7b)는, 각각, 빔부(4)의 Y축 방향의 양측으로부터 각각 Y축 방향을 따라 외측을 향해서 신장 형성된 연결부(8(8a, 8b))에 의해, 빔부(4)에 연접되어 있다. 연결부(8(8a, 8b))는 베이스(2)에 대하여 뜬 상태로 형성되며, 추부(7a, 7b)는 빔부(4)의 휨 변형에 의해, X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향으로 변위 가능한 구성으로 되어 있다.
제1실시예에서는, 각 지지부(5a, 5b)의 X축 방향을 따른 중심축은 동일 직선상에 배치되며, 또한, 각 연결부(8a, 8b)의 Y축 방향을 따른 중심축은 동일 직선상에 배치되어 있다. 빔부(4)는 사각형형상으로 형성되며, 당해 빔부(4)는 지지부(5a, 5b)의 중심축을 지나는 X방향 중심축에 대하여 대칭인 형상이고, 또한, 연결부(8a, 8b)의 중심축을 지나는 Y방향 중심축에 대하여 대칭인 형상으로 되어 있다.
또한, 제1실시예에서는, 빔부(4)에 있어서, 각 연결부(8a, 8b)로부터 각각 연결부(8)의 폭을 가지고 빔부(4)의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b))(도 4의 점선 Z15로 둘러싼 영역을 참조)의 Z축 방향의 두께는, 연결부(8)의 Z축 방향의 두께와 동일한 두께로 되어 있다. 또한, 각 지지부(5a, 5b)로부터 각각 지지부(5)의 폭을 가지고 빔부(4)의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))(도 4의 점선 Z16으로 둘러싼 영역을 참조)의 Z축 방향의 두께는, 지지부(5)의 Z축 방향의 두께와 동일한 두께로 되어 있다. 제1실시예에서는, 빔부(4)에 있어서의 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b)) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))의 Z축 방향의 두께 가, 예를 들면 약 400㎛ 정도인 것에 비해서, 빔부(4)의 그 이외의 부분의 Z축 방향의 두께는, 예를 들면 약 5∼10㎛ 정도라고 하는 것처럼, 빔부(4)의 그 이외의 부분의 Z축 방향의 두께는, 빔부(4)에 있어서의 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b)) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))의 Z축 방향의 두께보다도 얇게 되어 있다.
이 제1실시예에서는, 추부(7)의 Z축 방향의 두께는, 예를 들면 약 400㎛ 정도라고 하는 것처럼, 지지부(5)나 연결부(8)의 Z축 방향의 두께와 거의 동일한 두께로 되어 있다. 또한, 추부(7(7a, 7b))의 중심(重心)은 예를 들면 도 3b에 나타나는 점 W7의 위치이고, 추부(7(7a, 7b))를 지지하는 빔부(4)의 지점(支點)은 예를 들면 도 3b에 나타나는 점 W4의 위치로 되어 있으며, 추부(7)의 중심 위치와, 추부(7(7a, 7b))를 지지하는 빔부(4)의 지점 위치는 높이 위치(Z축 방향의 위치)가 어긋나 있다.
이 제1실시예에서는, 상술한 빔부(4)와 지지부(5(5a, 5b))와 고정부(6)와 추부(7(7a, 7b))와 연결부(8(8a, 8b))는 SOI(Silicon-On-Insulator)기판(다시 말하면, Si층(10)과 SiO2층(11)과 Si층(12)이 차례로 적층 형성되어 있는 다층기판)(13)을 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 이용해서 가공하여 형성된 것이다.
제1실시예에서는, Si에 의해 구성되는 빔부(4)의 다음에 나타내는 바와 같은 부위를 가공해서, 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항부가 형성되어 있다. 즉, 도 5의 모식적인 확대도에 나타나는 바와 같이, 빔부(4)에 있어서, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a)의 띠 폭 양측에 피에조 저항부(Rx1, Rx2)가 각각 배치되고, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15b)의 띠 폭 양측에 피에조 저항부(Rx3, Rx4)가 각각 배치되어 있다. 이들 4개의 피에조 저항부(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)는 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 X축 방향 가속도 검출부를 구성하고 있다. 빔부(4)나 지지부(5(5a, 5b))나 고정부(6)에는, 그들 피에조 저항부(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 의한 도 6a에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴이 형성되어 있다.
예를 들면, 도 7에는, 그 배선 패턴의 한 배선예가 모식적으로 나타나 있다. 이 예에서는, 배선 패턴(L)에 의해, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a)의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 피에조 저항부(Rx1, Rx2)의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(Px1)가 형성되어 있다. 고정부(6)의 표면에는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 복수의 외부 접속용의 전극 패드(18)가 형성되어 있으며, 전압 검출부(Px1)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(Px1)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15b)의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 피에조 저항부(Rx3, Rx4)의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(Px2)가 형성되어 있다. 이 전압 검출부(Px2)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(Px2)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패 드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 피에조 저항부(Rx2, Rx4)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 전압 전원(Vs)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 피에조 저항부(Rx1, Rx3)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 그라운드(GND)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 빔부(4)에 있어서, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 띠 폭 양측에 피에조 저항부(RY2, RY3)가 각각 배치되고, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 띠 폭 양측에 피에조 저항부(RY1, RY4)가 각각 배치되어 있다. 이들 4개의 피에조 저항부(RY1, RY2, RY3, RY4)는 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Y축 방향 가속도 검출부를 구성하고 있다. 빔부(4)나 지지부(5(5a, 5b))나 고정부(6)에는, 그들 피에조 저항부(RY1, RY2, RY3, RY4)에 의한 도 6b에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴이 형성되어 있다.
예를 들면, 도 7에 나타나 있는 배선 패턴의 배선예에서는, 배선 패턴(L)에 의해, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 피에조 저항부(RY2, RY3)의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(PY1)가 형성되어 있다. 이 전압 검출부(PY1)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(PY1)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 피에조 저항부(RY1, RY4)의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(PY2)가 형성되어 있다. 이 전압 검출부(PY2)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(PY2)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 피에조 저항부(RY2, RY4)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 전압 전원(Vs)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 피에조 저항부(RY1, RY3)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 그라운드(GND)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 지지부(5a, 5b)의 X축 방향을 따르는 각 중심축상에는 각각 피에조 저항부(Rz)가 형성되고, 빔부(4)에 있어서의 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 한쪽 단측(도 5의 예에서는 상측)에는 피에조 저항부(Rz2)가 형성되며, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 한쪽 단측(도 5의 예에서는 하측)에는 피에조 저항부(Rz4)가 형성되어 있다. 이들 4개의 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz2, Rz4)는 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Z축 방향 가속도 검출부를 구성하고 있다. 빔부(4)나 지지부(5(5a, 5b))나 고정부(6)에는, 그들 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz2, Rz4)에 의한 도 6c에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴이 형성되어 있다.
예를 들면, 도 7에 나타나 있는 배선 패턴의 배선예에서는, 배선 패턴(L)에 의해, 지지부(5a)의 피에조 저항부(RZ)와, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 한쪽 단측의 피에조 저항부(RZ2)와의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(PZ1)가 형성되어 있다. 이 전압 검출부(PZ1)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(PZ1)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 지지부(5b)의 피에조 저항부(RZ)와, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 한쪽 단측의 피에조 저항부(RZ4)와의 일단측끼리가 전기적으로 접속되어 전압 검출부(PZ2)가 형성되어 있다. 이 전압 검출부(PZ2)는 배선 패턴(L)에 의해, 당해 전압 검출부(PZ2)에 개별로 대응하는 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 배선 패턴(L)에 의해, 피에조 저항부(RZ2)의 타단측과, 지지부(5b)의 피에조 저항부(RZ)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 전압 전원(Vs)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 배선 패턴(L)에 의해, 피에조 저항부(RZ4)의 타단측과, 지지부(5a)의 피에조 저항부(RZ)의 타단측은, 각각, 배선 패턴(L)에 의해, 외부의 그라운드(GND)에 접속하기 위한 외부 접속용의 전극 패드(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
이 제1실시예에서는, 가속도가 발생하고 있지 않을 때에 도 6a∼도 6c의 각 브리지 회로를 구성하고 있는 4개의 피에조 저항부의 저항값이 균형상태가 되도록 피에조 저항부가 형성되어 있다.
이 제1실시예의 가속도 센서(1)는 상기와 같이 구성되어 있으며, 다음에 서술하는 바와 같이 가속도를 검출할 수 있다. 예를 들면, X축 방향의 가속도가 발생하면, 그 가속도에 기인한 X축 방향의 힘이 추부(7(7a, 7b))에 작용한다. 이 추부(7)에의 X축 방향의 작용력에 의해, 추부(7(7a, 7b))는 도 8a의 모델도의 점선으로 나타나는 기준상태로부터, 예를 들면 도 8a의 실선 및 도 8b의 모식적인 단면도에 나타나는 바와 같이, X축 방향으로 진동 변위한다. 이러한 추부(7)의 X축 방향의 변위에 의해 연결부(8)를 통해서 빔부(4)가 휨 변형하고, 이것에 의해, 빔부(4)에는 다음에 나타내는 바와 같은 응력이 발생한다.
예를 들면, 추부(7)가 도 8a, 도 8b에 나타나는 바와 같이 변위한 경우에는, 도 8c의 모델도에 나타나는 바와 같이, 빔부(4)에 있어서, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a)의 좌측(AL)에는 인장응력이, 또한, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a)의 우측(AR)에는 압축응력이, 또한, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15b)의 좌측(BL)에는 인장응력이, 또한, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15b)의 우측(BR)에는 압축응력이 각각 발생한다. 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 양측(CU, CD)에는 각각 압축응력이 발생하고, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 양측(DU, DD)에는 각각 인장응력이 발생한다. 이와 같이 추부(7)의 X축 방향의 가속도에 기인해서 응력이 발생하는 빔부(4)의 각각의 부분(AL, AR, BL, BR, CU, CD, DU, DD)에는 각각 피에조 저항부(RX2, RX1, RX3, RX4, RY2, RY3, RY1, RY4, RZ2, RZ4)가 형성되어 있다. 이들 피에조 저항부(RX2, RX1, RX3, RX4, RY2, RY3, RY1, RY4, RZ2, RZ4)는 각각 X축 방향의 가속도에 기인한 응력발생에 의해, 전기 저항값이 변화한다. 도 6b의 브리지 회로에 있어서, X축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 피에조 저항부(RY1, RY4)는 예를 들면 인장응력에 기초한 저항값 변화를 나타내는 데 비해서, 피에조 저항부(RY2, RY3)는 예를 들면 압축응력에 기초한 저항값 변화를 나타낸다고 하는 것처럼, 피에조 저항부(RY1, RY4)와, 피에조 저항부(RY2, RY3)는 가속도가 발생하고 있지 않을 때의 기준의 저항값으로부터 서로 정부(正負)(증감) 반대 방향으로 저항값이 변화하기 때문에, 피에조 저항부(RY1, RY4)와, 피에조 저항부(RY2, RY3)와의 저항값 변화는 서로 캔슬(cancel)되며, 이것에 의해, 도 6b의 브리지 회로의 출력에는 큰 변화가 없다.
또한, 도 6c의 브리지 회로를 구성하고 있는 피에조 저항부(RZ, RZ)의 배치 부분의 응력변화는 거의 없다. 또한, 피에조 저항부(RZ2)는 예를 들면 압축응력에 기초한 저항값 변화를 나타내고, 피에조 저항부(RZ4)는 예를 들면 인장응력에 기초한 저항값 변화를 나타낸다고 하는 것처럼, 가속도가 발생하고 있지 않을 때의 기준의 저항값으로부터 서로 정부(증감) 반대 방향으로 저항값이 변화하기 때문에, 피에조 저항부(RZ2, RZ4)의 저항값 변화는 서로 캔슬되며, 이것에 의해, 도 6c의 브리지 회로의 출력에는 큰 변화가 없다.
이에 비해서, 도 6a의 브리지 회로에 있어서는, X축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 피에조 저항부(RX1, RX4)는 예를 들면 압축응력에 기초한 저항값 변화를 나타내고, 또한, 피에조 저항부(RX2, RX3)는 예를 들면 인장응력에 기초한 저항값 변화를 나타내기 때문에, 도 6a의 브리지 회로의 저항값의 균형상태가 무너져서, 도 6a의 브리지 회로의 출력이 변화한다. X축 방향의 가속도의 크기에 따라 도 6a의 브리지 회로의 출력의 변동폭이 변화하기 때문에, 도 6a의 브리지 회로의 출력에 기초하여 X축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
예를 들면, Y축 방향의 가속도가 발생하면, 그 가속도에 기인한 Y축 방향의 힘이 추부(7(7a, 7b))에 작용한다. 이 제1실시예에서는, 추부(7)의 중심 위치와, 추부(7)를 지지하는 빔부(4)의 지점 위치와의 높이 위치가 어긋나 있으므로, 이 중심과 지점의 위치 어긋남에 의해, 추부(7(7a, 7b))에 Y축 방향의 힘이 작용하면, 추부(7a, 7b)는 도 9a의 모델도의 점선으로 나타나는 기준상태로부터, 예를 들면 도 9a에 나타나는 실선 및 도 9b의 모식적인 단면도에 나타나는 바와 같이, 추부(7a, 7b)의 한쪽측(도 9a 및 도 9b의 예에서는 추부(7a))은 베이스(2)에 접근하면서 Y축 방향으로 변위하고, 다른쪽측(도 9a 및 도 9b의 예에서는 추부(7b))은 베이스(2)에 대하여 위로 올라가면서 Y축 방향으로 변위한다. 이것에 의해, 연결부(8) 및 빔부(4)가 휨 변형하여, 빔부(4)에는 다음에 나타내는 바와 같은 응력이 발생한다.
예를 들면, 추부(7)가 도 9a, 도 9b에 나타나는 바와 같이 변위하는 경우에 는, 도 9c의 모델도에 나타나는 바와 같이, 빔부(4)에 있어서, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 상측(CU)에는 인장응력이, 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 하측(CD)에는 압축응력이 각각 발생한다. 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 상측(DU)에는 인장응력이, 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 하측(DD)에는 압축응력이 각각 발생한다. 이와 같이 Y축 방향의 가속도에 기인해서 응력이 발생하는 빔부(4)의 각각의 부분(CU, CD, DU, DD)에는 각각 피에조 저항부(RY2, RY3, RY1, RY4)가 형성되어 있다. 이들 피에조 저항부(RY2, RY3, RY1, RY4)는 각각 Y축 방향의 가속도에 기인한 응력발생에 의해, 전기 저항값이 변화한다. 도 6b의 브리지 회로에 있어서, Y축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 피에조 저항부(RY1, RY2)는 예를 들면 인장응력에 기초한 저항값 변화를 나타내고, 또한, 피에조 저항부(RY3, RY4)는 예를 들면 압축응력에 기초한 저항값 변화를 나타내기 때문에, 도 6b의 브리지 회로의 저항값의 균형상태가 무너져서, 도 6b의 브리지 회로의 출력이 변화한다. Y축 방향의 가속도의 크기에 따라 도 6b의 브리지 회로의 출력의 변동폭이 변화하기 때문에, 도 6b의 브리지 회로의 출력에 기초해서 Y축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
한편, 이 제1실시예에서는, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 상측(CU)에는 피에조 저항부(RZ2)가, 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 하측(DD)에는 피에 조 저항부(RZ4)가 각각 배치되어 있다. Y축 방향의 가속도에 기인한 빔부(4)의 응력발생에 의해, 피에조 저항부(RZ2, RZ4)의 저항값도 변화하지만, 피에조 저항부(RZ2)는 예를 들면 인장응력에 기초한 저항값 변화이고, 피에조 저항부(Rz4)는 예를 들면 압축응력에 기초한 저항값 변화라고 하는 것처럼, 피에조 저항부(RZ2, RZ4)의 저항값의 변화는 가속도가 없는 상태에서의 기준의 저항값으로부터 정부 반대 방향으로 변화하기 때문에, 피에조 저항부(RZ2, RZ4)의 저항값 변화는 서로 캔슬되며, 이것에 의해, 도 6c의 브리지 회로의 출력에는 큰 변화가 없다. 또한, 도 6a의 브리지 회로를 구성하는 피에조 저항부(RX1, RX2, RX3, RX4)는 Y축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에 응력변화가 거의 없는 부분에 배치되어 있으므로, 그들 피에조 저항부(RX1, RX2, RX3, RX4)의 저항값의 변화는 거의 없으며, 도 6a의 브리지 회로의 출력에도 큰 변화가 없다.
예를 들면, Z축 방향의 가속도가 발생하면, 그 가속도에 기인한 Z축 방향의 힘이 추부(7(7a, 7b))에 작용한다. 이 추부(7)에의 Z축 방향의 작용력에 의해, 추부(7(7a, 7b))는, 도 10a의 모델도의 점선으로 나타나는 기준상태로부터, 예를 들면 도 9a에 나타나는 실선 및 도 10b의 모식적인 단면도에 나타나는 바와 같이, 추부(7(7a, 7b))는 Z축 방향으로 변위한다. 이것에 의해, 연결부(8) 및 빔부(4)가 휨 변형하며, 빔부(4)에는 다음에 나타내는 바와 같은 응력이 발생한다.
예를 들면, 추부(7)가 도 10a나 도 10b에 나타나는 바와 같이 변위하는 경우 에는, 도 10c의 모델도에 나타나는 바와 같이, 빔부(4)에 있어서, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)의 각각의 양측(CU, CD, DU, DD)에는 각각 인장응력이 발생한다. 이와 같이 빔부(4)에는 응력이 발생하기 때문에, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)의 각각의 한쪽 단측에 배치된 피에조 저항부(RZ2, RZ4)는 인장응력에 의해 전기 저항값이 변화한다. 또한, 이 제1실시예에서는, 피에조 저항부(Rz)는 Z축 방향의 가속도에 의해 응력변화가 거의 없는 부분에 배치되어 있으며, 피에조 저항부(Rz)의 전기 저항값은 거의 없다. 이러한 점들로부터, Z축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 도 6c의 브리지 회로의 저항값의 균형상태가 무너져서, 도 6c의 브리지 회로의 출력이 변화한다. Z축 방향의 가속도의 크기에 따라 도 6c의 브리지 회로의 출력의 변동폭이 변화하기 때문에, 도 6c의 브리지 회로의 출력에 기초해서 Z축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
한편, 도 6a의 브리지 회로를 구성하는 피에조 저항부(RX1, RX2, RX3, RX4)가 형성되어 있는 빔부 부분은, Z축 방향의 가속도에 기인한 응력이 거의 발생하지 않으므로, 도 6a의 브리지 회로의 저항값의 균형상태는 유지된 채이며, 도 6a의 브리지 회로의 출력 변화는 거의 없다. 또한, 도 6b의 브리지 회로를 구성하는 피에조 저항부(RY1, RY2, RY3, RY4)가 형성되어 있는 빔부 부분은, 모두 동일한 응력이 발생하며, 피에조 저항부(RY1, RY2, RY3, RY4)는 동일하게 저항값이 변화한다. 이 때문에, Z축 방향의 가속도가 발생하고 있을 때에는, 도 6b의 브리지 회로의 저항값의 균형 상태는 유지된 채이며, 도 6b의 브리지 회로의 출력 변화는 거의 없다.
이 제1실시예의 가속도 센서(1)는, 상기와 같이, X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향의 가속도를 각각 따로따로 검출하는 것이 가능하다.
제1실시예에서는, 빔부(4)는 지지부(5(5a, 5b))에 의해 양쪽 지지빔형상으로 고정부(6)에 지지되고, 또한, 추부(7(7a, 7b))는 연결부(8(8a, 8b))에 의해 빔부(4)에 캔틸레버형상으로 지지되어 있는 구성이다. 이 때문에, 지지부(5a)가 접속되어 있는 고정부(6)의 부위와, 지지부(5b)가 접속되어 있는 고정부(6)의 부위 사이의 거리를 짧게 형성할 수 있다. 이것에 의해, 베이스(2)나 고정부(6)가 주위의 온도 변화 등에 의해 일그러졌다고 하더라도, 그 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 고정부 부위간의 일그러짐에 의한 절대변위가 작다. 또한, 빔부(4)는 프레임형상이며, 당해 프레임형상의 빔부(4)가 지지부(5(5a, 5b))에 의해 양쪽 지지빔형상으로 고정부(6)에 지지되어 있으므로, 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 의해 X축 방향의 응력이 발생한 경우에, 빔부(4)의 모서리부 영역이 변형해서 응력을 빠져나가게 할 수 있다. 또한, 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 의해 Y축 방향의 응력이 발생한 경우에는, 지지부(5(5a, 5b))가 변형해서 응력을 빠져나가게 할 수 있다. 이러한 것으로부터, 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 빔부(4)의 휨 변형을 완화할 수 있다. 이 때문에, 주위 온도 변동에 기인한 문제(예를 들면, 온도 변동에 의해 도 6a∼도 6c의 각 브리지 회로의 출력 전압값이 변동해 버린다고 하는 온도 드리프트(drift)의 문제 등)를 작게 억제할 수 있다.
또한, 이 제1실시예에서는, 추부(7a, 7b) 사이의 영역에 배치된 빔부(4)에 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항부를 집약적으로 배치하였다. 이 때문에, 모든 피에조 저항부를 거의 설계대로 제조하는 것이 가능하게 되어, 도 6a∼도 6c에 나타나는 브리지 회로의 출력의 편차 등을 작게 억제하는 것이 용이해진다. 다시 말하면, 빔부(4)를 구성하는 Si에 붕소(B)나 인(P)을 도프해서 피에조 저항부를 제작하지만, 피에조 저항부의 배치 위치가 집약되어 있음으로써, 각 피에조 저항부에 있어서의 붕소나 인의 도프 농도를 균일하게 하는 것을 용이하게 할 수 있게 된다. 이 때문에, 각 브리지 회로의 저항값의 균형상태가 취하기 쉬워져서, 가속도 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 제1실시예에서는, 모든 피에조 저항부를 집약적으로 배치하였으므로, 도 6a∼도 6c의 각 브리지 회로를 구성하기 위한 배선 패턴의 드로잉 경로(drawing path)를 간소화할 수 있다.
또한, 제1실시예에서는, 빔부(4)는 연결부(8a, 8b)의 Y축 방향을 따른 중심축을 지나는 Y축 방향 중심축에 대하여 대칭인 형상이고, 또한, 지지부(5a, 5b)의 X축 방향을 따른 중심축을 지나는 X축 방향 중심축에 대하여 대칭인 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 가속도 발생에 기인한 빔부(4)의 휨 변형을 단순화할 수 있으며, 빔부(4)의 휨 변형에 의한 응력변화를 이용한 가속도 검출의 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
또한, 제1실시예에서는, 빔부(4)에 있어서의 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b)) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))는, 빔부(4)의 다른 부분보다도 Z축 방향의 두께가 두꺼워지고 있다. 이 두께의 차이로 인해, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b))나 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))와, 빔부(4)의 다른 부분과의 경계 부분에 있어서의 응력의 강약이 명확해진다. 제1실시예에서는, 빔부(4)의 응력변화를 이용해서 가속도를 검출하고 있기 때문에, 그러한 응력의 강약을 명확하게 함으로써, X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향의 각각의 가속도를 보다 명료하게 분리해서 검출하는 것이 가능해진다.
이하에, 제2실시예를 설명한다. 한편, 이 제2실시예의 설명에 있어서, 제1실시예와 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 공통 부분의 중복 설명은 생략한다.
이 제2실시예에서는, 제1실시예의 형태에 더해서, 프레임형상의 빔부(4)에 도 11에 나타내는 바와 같은 보강부(20)를 형성해도 좋다. 이 보강부(20)는 프레임형상의 빔부(4)에 의해 둘러싸여 있는 공간부에 있어서, 지지부(5a)가 접속되어 있는 빔부(4)의 부위(M)와, 지지부(5b)가 접속되어 있는 빔부(4)의 부위(N)를 잇는 직선을 따라 신장 형성되며, 당해 보강부(20)의 양단은 각각 빔부(4)의 내측 가장자리부에 접속되어 있다. 이러한 보강부(20)를 형성함으로써, 빔부(4)의 강성을 높일 수 있으며, 예를 들면 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 빔부(4)의 휨 변형을 작게 억제할 수 있다. 이것에 의해, 베이스(2)나 고정부(6)의 예를 들면 열응력에 의한 일그러짐에 기인한 가속도의 오검출을 방지할 수 있다.
한편, 도 11의 예에서는, 보강부(20)의 폭은 지지부(5(5a, 5b))의 폭과 등폭이지만, 보강부(20)의 폭은 지지부(5(5a, 5b))의 폭보다 굵어도 좋고, 가늘어도 좋다. 또한, 보강부(20)의 Z축 방향의 두께는 지지부(5(5a, 5b))의 두께와 동일한 두 께여도 좋고, 지지부(5(5a, 5b))의 두께보다도 얇아도 좋다. 이와 같이, 보강부(20)의 폭이나 두께는 빔부(4) 자체의 강성 등을 고려해서 적절히 설계해도 좋은 것이다.
이하에, 제3실시예를 설명한다. 한편, 이 제3실시예의 설명에서는, 제1이나 제2의 각 실시예와 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 공통 부분의 중복 설명은 생략한다.
제3실시예에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 지지부(5(5a, 5b))는 각각 탄성부(25(25a, 25b))를 통해서 고정부(6)에 연접되어 있다. 이 제3실시예의 가속도 센서에 있어서의 상기 구성 이외의 구성은 제1 또는 제2의 실시예와 동일하다.
이 제3실시예에 있어서 특징적인 탄성부(25(25a, 25b))는 지지부(5(5a, 5b))의 신장 형성 방향(X축 방향)에 교차하는 방향(이 예에서는 직교하는 Y축 방향)으로 신장 형성되어 있는 빔(응력 경감 빔)(26)을 가지고 구성되며, 당해 빔(26)은 그 양단부가 각각 고정부(6)에 고정되어 있다. 이 빔(26)의 중앙부에 지지부(5(5a, 5b))가 연접되어 있다. 당해 빔(26)은 고정부(6)의 X축 방향의 일그러짐에 따라 탄성 변형하며, 이 탄성 변형에 의해, 고정부(6)의 일그러짐에 기인해서 고정부(6)로부터 지지부(5)에 가해지는 응력을 경감할 수 있다. 한편, 빔(26)은 고정부(6)의 일그러짐에 따라 탄성 변형할 수 있으면, 그 폭이나 Z축 방향의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 이 제3실시예에서는, 빔(26)의 Z축 방향의 두께는, 고정부(6)나, 빔부(4)에 있어서의 지지부측 띠형상 빔부 부위(16)와 동일한 두께로 되어 있다.
이 제3실시예에서는, 탄성부(25)를 형성한 것에 의해, 상기한 바와 같이, 예를 들면 열변동에 의한 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 고정부(6)로부터 지지부(5)에 가해지는 응력을 경감할 수 있다. 이것은 본 발명자의 실험(시뮬레이션)에 의해 확인되고 있다. 그 실험에서는, 제1실시예에 나타낸 가속도 센서의 구성(예를 들면 도 1 참조)을 갖는 샘플 A와, 이 샘플 A의 구성에 더해서 제2실시예에 나타낸 보강부(20)가 형성되어 있는 구성(도 11 참조)을 갖는 샘플 B와, 또한, 샘플 B의 구성에 더해서 제3실시예에 나타낸 탄성부(25)가 형성되어 있는 구성(도 12 참조)을 갖는 샘플 C를 준비하였다. 그리고, 각 샘플 A∼C의 각각에 대해서, 빔부(4)에 있어서의 피에조 저항부가 형성되어 있는 부위의 응력을 시뮬레이션하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다. 여기에서는, 샘플 A에 있어서의 빔부(4)의 피에조 저항부의 형성 부위의 응력을 1.00으로 하고, 샘플 B, C에 관해서는, 샘플 A에 대한 상대값으로 나타나 있다.
상대값
샘플 A 1.00
샘플 B 0.25
샘플 C 0.03
표 1로부터도 명백하듯이, 예를 들면 열변동 등에 의해 베이스(2)나 고정부(6)가 일그러졌을 때에 당해 일그러짐에 기인해서 고정부(6)로부터 지지부(5)를 통해서 빔부(4)에 가해지는 응력을, 제1실시예의 구성의 것보다도, 보강부(20)를 형성한 것에 의해, 경감할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 탄성부(25)를 형성함으로써, 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 빔부(4)의 불필요한 응력의 발생을 보다 한 층 경감할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 물론, 제1실시예의 구성에 있어서도, 예를 들면 도 15a에 나타나는 바와 같은 가속도 센서에 비하면, 베이스나 고정부의 일그러짐에 기인한 빔부의 일그러짐을 작게 억제할 수 있는 것이다. 참고로, 도 15a에 나타나는 가속도 센서에 대해서, 프레임부(41)의 일그러짐에 기인한 빔부(43a, 43b, 44a, 44b)의 피에조 저항부의 형성 부위의 응력을 상기와 마찬가지로 시뮬레이션하였다. 이 결과를 샘플 A(제1실시예의 구성의 것)에 대한 상대값으로 나타내면, 7.67이 되었다. 이 결과로부터도 알 수 있듯이, 제1∼제3의 각 실시예에 나타낸 구성을 구비함으로써, 종래의 구성의 것보다도, 예를 들면 열변동 등에 의한 베이스나 고정부의 일그러짐에 기인한 빔부의 일그러짐을 작게 억제할 수 있다.
상기와 같이, 열변동 등에 의한 베이스(2)나 고정부(6)의 일그러짐에 기인한 빔부(4)의 일그러짐을 작게 억제할 수 있으므로, 가속도 검출을 위한 피에조 저항부에 의해 구성되는 브리지 회로의 출력의 온도 드리프트를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 가속도 검출에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명은 제1∼제3의 각 실시예의 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 실시형태를 채택할 수 있다. 예를 들면, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 가속도를 검출하는 X축 방향 가속도 검출부와 Y축 방향 가속도 검출부와 Z축 방향 가속도 검출부는 각각 피에조 저항부를 가지고 구성되어 있었으나, 예를 들면, 정전용량을 이용해서 추부(7)의 변위를 검출하여, X축 방향의 가속도와, Y축 방향의 가속도와, Z축 방향의 가속도를 각각 검출하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 빔부(4)는 연결부측 띠형상 빔부 부위(15(15a, 15b)) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16(16a, 16b))가 다른 부분보다도 Z축 방향의 두께가 두꺼워지고 있는 구성이었으나, 빔부(4)는 그 Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 구성으로 해도 좋다.
또한, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 프레임형상의 빔부(4)는 사각형형상이었으나, 예를 들면, 프레임형상의 빔부(4)는 도 13a에 나타나는 바와 같은 원형상이어도 좋고, 도 13b에 나타나는 바와 같은 마름모형상이어도 좋으며, 도 13c에 나타나는 바와 같은 타원형형상이어도 좋다. 또한, 프레임형상의 빔부(4)는 X축 방향 중심축에 대하여 대칭인 형상이 되고, 또한, Y축 방향 중심축에 대하여 대칭인 형상으로 되어 있었으나, 프레임형상의 빔부(4)는 X축 방향 중심축에 대하여 비대칭인 형상이어도 좋고, Y축 방향 중심축에 대하여 비대칭인 형상이어도 좋다.
또한, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 가속도를 검출하기 위한 피에조 저항부는, 도 5에 나타나는 바와 같이 배치되어 있었으나, 피에조 저항부의 배치 위치는 X축 방향의 가속도와, Y축 방향의 가속도와, Z축 방향의 가속도를 각각 빔부(4)의 휨 변형에 의한 응력변화를 이용해서 검출할 수 있으면, 도 5의 배치 위치에 한정되는 것은 아니며, 적절히 설정해도 좋은 것이다. 또한, 각 피에조 저항부 사이를 접속해서 브리지 회로를 구성하는 배선 패턴의 배선예도, 적절히 설정해도 좋은 것이며, 도 7의 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 14a에는 피에조 저항부 및 배선 패턴의 그 외의 배선예가 나타나 있다. 이 예에서는, 빔부(4)에는 제2실시예에 나타낸 바와 같은 보강부(20)가 형성되어 있다. 또한, 이 예에서는, 도 5나 도 7과 마찬가지로 피에조 저항부가 형성되어 있는 것에 더해서, 지지부(5a, 5b)의 각각에 피에조 저항부(Rz', Rz')가 형성되고, 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a)의 도면의 하측에는 피에조 저항부(Rz3)가 형성되며, 또한, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16b)의 도면의 상측에는 피에조 저항부(Rz1)가 형성되어 있다. 상기 피에조 저항부(Rz', Rz', Rz1, Rz3)는 도 5나 도 7의 예에도 형성되어 있는 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz2, Rz4)와 함께, Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 것이다. 도 14a의 예에서는, 피에조 저항부(Rz1, Rz3, Rz, Rz)는 X축 방향을 따라 신장 형성된 형상으로 형성되고, 피에조 저항부(Rz', Rz', Rz2, Rz4)는 피에조 저항부(Rz1, Rz3, Rz, Rz)의 신장 형성 방향과 직교하는 Y축 방향을 따라 신장 형성된 형상으로 형성되어 있다. 그들 Z축 방향의 가속도 검출에 관한 피에조 저항부는, 다음에 나타내는 바와 같은 배선 패턴에 의해, 도 14b에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 구성한다.
도 14a에 나타나는 배선 패턴의 배선예에서는, 도 14c의 모식적인 단면도에 나타나는 바와 같은, 예를 들면 SOI기판(13)의 Si층(12)에 붕소나 인 등을 도프해서 형성된 배선 패턴(Ls)과, SOI기판(13)의 표면에 증착이나 스퍼터 등의 성막(成膜) 형성기술을 이용해서 형성된 알루미늄 등의 금속제의 배선 패턴(Lm)에 의해, 피에조 저항부로 이루어지는 브리지 회로를 구성하고 있다. 한편, 도 14a에서는, 배선 패턴(Ls)은 점선에 의해 나타나며, 배선 패턴(Lm)은 실선에 의해 나타나 있다.
도 14a의 예에서는, 배선 패턴(Ls)과, 배선 패턴(Lm)의 각각의 특징을 이용한 다음에 나타내는 바와 같은 특유의 배선 패턴(Ls, Lm)의 배선이 이루어져 있다. 다시 말하면, SOI기판(13)의 Si층(12)의 표면에는, 배선 패턴(Ls)의 형성 후에, 필연적으로 산화막(21)이 형성되기 때문에, 이 산화막(21)에 의해, 배선 패턴(Ls)과, 배선 패턴(Lm)과의 절연을 확보하면서, 배선 패턴(Ls)과, 배선 패턴(Lm)과의 크로스 배선(cross-wiring)이 이루어져 있다. 또한, 배선 패턴(Ls)이 형성되어 있는 부분의 산화막(21)의 일부가 제거되어 구멍부(22)가 형성되며, 이 구멍부(22) 내에 배선 패턴(Lm)의 구성재료의 도체재료가 들어가서 배선 패턴(Ls)에 접합함으로써, 배선 패턴(Ls)과 배선 패턴(Lm)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 14a의 예에서는, 지지부(5a, 5b)와, 빔부(4)에 있어서의 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a, 15b) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)와, 보강부(20)는 예를 들면 약 400㎛ 정도의 두께인 데 비해서, 연결부측 띠형상 빔부 부위(15a, 15b) 및 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b) 이외의 빔부(4)의 부위는, 예를 들면 5∼10㎛ 정도의 두께로 되어 있다. 그와 같이 빔부(4)의 얇은 부분의 표면에, 금속제의 배선 패턴(Lm)을 형성하면, 그 배선 패턴(Lm)의 내부응력에 의해, 빔부(4)의 얇은 부분이 휘어 버릴 우려가 있다. 이에 비해서, 배선 패턴(Ls)은 빔부(4)를 구성하고 있는 Si층에 붕소나 인 등의 불순물을 도프해서 형성되는 것이며, 배선 패턴(Ls)의 형성에 의한 빔부(4)의 얇은 부분의 휨 등의 변형은 거의 발생하지 않는다. 이것으로부터, 빔부(4)의 얇은 부분에 금속제의 배선 패턴(Lm)을 형성하는 것은 피하고, 당해 빔부(4)의 얇은 부분에는 배선 패턴(Ls)이 형성되어 있다.
도 14a의 예에서는, 배선 패턴(Ls)과 배선 패턴(Lm)의 크로스 배선이 가능한 것과, 배선 패턴(Ls)과 배선 패턴(Lm)의 전기적인 접속이 용이한 것을 이용해서, 배선 패턴의 배선 구성의 간략화를 도모하는 것을 생각하면서, 배선 패턴(Ls) 및 배선 패턴(Lm)의 배선 구성이 설계되어 있다. 이것에 의해, 도 14a의 예에서는, 빔부(4)의 형성 영역으로부터 외부로 인출되어 있는 배선 패턴의 개수를, 도 7의 예보다도 감소시킬 수 있다.
도 14a의 예에서는, X축 방향의 가속도에 대해서는, 제1∼제3의 각 실시예와 마찬가지로 X축 방향 가속도 검출용의 피에조 저항부로 이루어지는 브리지 회로의 출력이 변동하여, X축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다. 또한, Y축 방향의 가속도에 대해서도, 제1∼제3의 각 실시예와 마찬가지로 Y축 방향 가속도 검출용의 피에조 저항부로 이루어지는 브리지 회로의 출력이 변동하여, Y축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
또한, Z축 방향의 가속도에 대해서는, 다음에 나타내는 바와 같이 Z축 방향의 가속도를 검출할 수 있다. 다시 말하면, Z축 방향의 가속도가 발생하면, 전술한 바와 같이 추부(7(7a, 7b))가 Z축 방향으로 변위하여, 연결부(8) 및 빔부(4)가 휨 변형한다. 이것에 의해, 도 9c의 모델도에 나타나는 바와 같이, 빔부(4)에 있어서, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)의 각각의 양측(CU, CD, DU, DD)에는 각각 인장응력이 발생한다. 이와 같이, 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)의 각각의 양측(CU, CD, DU, DD)에는 동일한 인장응력이 발생한다. 그런데, 피에조 저항부(Rz1, Rz3)와, 피에조 저항부(Rz2, Rz4)는 서로 직교하는 방향으로 신장 형성된 형상으로 형성되어 있다.〔110〕방향의 P형 피에조 저항부의 경우에는, 이와 같이 서로 직교하는 방향으로 신장 형성되어 있는 각 피에조 저항부에, 각각, 예를 들면, 동일한 응력이 가해진 경우에, 서로 직교하는 방향으로 신장 형성되어 있는 각 피에조 저항부의 전기 저항값은, 각각, 서로 정부 반대방향으로 변화한다. 이 피에조 저항부의 특성에 의해, Z축 방향의 가속도 인가에 의한 응력이 빔부(4)에 있어서의 지지부측 띠형상 빔부 부위(16a, 16b)의 각각의 양측(CU, CD, DU, DD)에 상기와 같이 발생했을 때에, 피에조 저항부(Rz1, Rz3)와, 피에조 저항부(Rz2, Rz4)는 서로 정부 반대방향으로 전기 저항값이 변화한다. 또한, 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz', Rz')는 Z축 방향의 가속도에 의해 응력변화가 거의 없는 부분에 배치되어 있다. 이러한 점들로부터, Z축 방향의 가속도가 발생했을 때에, 도 14b의 브리지 회로의 저항값의 균형상태가 무너져서, 도 14b의 브리지 회로의 출력이 변화한다. Z축 방향의 가속도의 크기에 따라 도 14b의 브리지 회로의 출력의 변동폭이 변화하기 때문에, 도 14b의 브리지 회로의 출력에 기초해서 Z축 방향의 가속도의 크기를 검출할 수 있다.
그런데, Z축 방향의 가속도 발생에 의한 빔부(4)의 휨 변형량은, 예를 들면 Y축 방향의 가속도 발생에 의한 빔부(4)의 휨 변형량보다도 크다. 또한, 복수의 피에조 저항부의 전기 저항값의 편차를 억제하기 위해서 모든 피에조 저항부를 동시에 형성하는 것으로 하면, 모든 피에조 저항부는 전기 저항값이 거의 동일한 것이 된다. 이 경우에, 도 5에 나타나는 바와 같이 피에조 저항부를 배치해서, 도 6a∼도 6c에 나타나는 바와 같은 브리지 회로를 형성하면, Z축 방향의 가속도 발생에 기인한 도 6c의 브리지 회로의 출력은 가속도의 크기가 동일하더라도, Y축 방향의 가속도 발생에 기인한 도 6b의 브리지 회로의 출력보다도 커진다. 가속도 센서의 편의성을 높이기 위해서는, X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 어떠한 방향의 가속도에 대해서도, 그 가속도의 크기에 대한 브리지 회로의 출력 변동폭이 거의 동일한 것이 바람직하다.
그래서, 도 14a의 예에서는, Z축 방향의 가속도 발생에 의한 브리지 회로의 출력의 크기가 Y축 방향의 가속도 발생에 의한 출력의 크기와 동일해지도록, 브리지 회로의 전기 저항값을 조정하기 위한 감도 조정용의 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz', Rz')가 Z축 방향 가속도 검출용의 각 피에조 저항부(Rz1, Rz2, Rz3, Rz4)의 각각에 직렬로 형성되어 있다. 감도 조정용의 피에조 저항부(Rz, Rz, Rz', Rz')는 Z축 방향의 가속도가 발생하더라도 전기 저항값은 변화하지 않으므로, Z축 방향의 가속도가 발생했을 때의 브리지 회로의 각 변의 저항값 변화는 브리지 회로의 각 변에 각각 피에조 저항부(Rz1, Rz2, Rz3, Rz4)가 단지 1개밖에 형성되어 있지 않은 경우에 비해서 작아진다. 이것에 의해, Z축 방향의 가속도의 크기에 대한 브리지 회로의 출력 변동폭을, X축 방향이나 Y축 방향의 가속도의 크기에 대한 브리지 회로의 출력 변동폭에 맞추는 것이 가능하다.
또한, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 고정부(6)는 빔부(4) 및 추부(7)의 형성 영역을 간격을 사이에 두고 둘러싸는 프레임형상의 태양(態樣)이었으나, 고정부(6)는 빔부(4)를 지지부(5a, 5b)에 의해 양쪽 지지빔형상으로 베이스(2)에 고정시킬 수 있는 형태이면 되고, 프레임형상이 아니어도 좋다.
또한, 제1∼제3의 각 실시예에서는, 빔부(4)와 지지부(5)와 고정부(6)와 추부(7)와 연결부(8)는 SOI기판에 의해 구성되어 있었으나, 그들은 SOI기판으로 구성되어 있지 않아도 좋다.
본 발명의 가속도 센서는 1개의 소자로 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향의 가속도를 각각 고정밀도로 검출할 수 있으므로, 예를 들면, 가속도 검출의 높은 정밀도를 요구하는 소형의 장치에 형성하는 데 유효하다.

Claims (25)

  1. 서로 직교하는 X축과 Y축과 Z축 중의 X축 및 Y축을 포함하는 XY평면에 평행한 XY기판면을 갖는 베이스(base)와,
    이 베이스의 XY기판면상에 뜬 상태로 배치되는 프레임형상의 빔부(beam portion)와,
    이 빔부로부터 X축 방향을 따라 빔부의 양측에 각각 외측을 향해서 신장 형성되어 있는 지지부를 통하여 빔부를 베이스에 양쪽 지지빔형상으로 지지하는 빔부 지지 고정부와,
    상기 베이스의 XY기판면상에 뜬 상태로 상기 빔부의 Y축 방향의 양측으로부터 각각 Y축 방향을 따라 외측을 향해서 신장 형성되어 있는 연결부와,
    각 연결부의 신장 선단부에 각각 연접(連接)된 추부(錘部; weight portion)를 가지며,
    상기 추부는 프레임형상의 빔부의 변형에 의해 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향의 3축 방향으로 변위 가능한 구성으로 형성되고,
    상기 빔부에는, 추부의 X축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 X축 방향 가속도 검출부와, 추부의 Y축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Y축 방향 가속도 검출부와, 추부의 Z축 방향 변위에 기인한 빔부의 휨 변형에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 Z축 방향 가속도 검출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  2. 제1항에 있어서, 빔부의 X축 방향의 양측으로부터 각각 X축 방향으로 신장 형성되어 있는 각 지지부의 중심축은 동일 직선상에 배치되고, 또한, 빔부의 Y축 방향의 양측으로부터 각각 Y축 방향으로 신장 형성되어 있는 각 연결부의 중심축은 동일 직선상에 배치되어 있으며,
    빔부는 지지부의 중심축을 지나는 X방향 중심선에 대하여 대칭인 형상이고, 또한, 연결부의 중심축을 지나는 Y방향 중심선에 대해서도 대칭인 형상인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  3. 제1항에 있어서, 빔부에 형성되어 있는 Z축 방향 가속도 검출부와 Y축 방향 가속도 검출부와 X축 방향 가속도 검출부는, 각각, 빔부의 변형에 의한 빔부의 응력변화에 의해 전기 저항값이 변화하는 피에조 저항부를 가지고 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  4. 제2항에 있어서, 빔부에 형성되어 있는 Z축 방향 가속도 검출부와 Y축 방향 가속도 검출부와 X축 방향 가속도 검출부는, 각각, 빔부의 변형에 의한 빔부의 응력변화에 의해 전기 저항값이 변화하는 피에조 저항부를 가지고 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  5. 제3항에 있어서, X축 방향 가속도 검출부는, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, X축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 X축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있으며,
    Y축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 갖고, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있으며, Y축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Y축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있고,
    Z축 방향 가속도 검출부는, 가속도가 발생했을 때에 응력변화가 없는 각각의 부분에 형성된 2개의 피에조 저항부와, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 한쪽측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 인접 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, Z축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Z축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  6. 제4항에 있어서, X축 방향 가속도 검출부는, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, X축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 X축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있으며,
    Y축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 갖고, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있으며, Y축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Y축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있고,
    Z축 방향 가속도 검출부는, 가속도가 발생했을 때에 응력변화가 없는 각각의 부분에 형성된 2개의 피에조 저항부와, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 한쪽측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 인접 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, Z축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Z축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  7. 제1항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  8. 제2항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  9. 제3항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  10. 제4항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동 일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  11. 제5항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  12. 제6항에 있어서, 프레임형상의 빔부는, Z축 방향의 두께가 전체에 걸쳐서 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  13. 제1항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  14. 제2항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  15. 제3항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  16. 제4항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  17. 제5항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  18. 제6항에 있어서, 프레임형상의 빔부에 있어서의 Z축 방향의 두께는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위, 및, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위가 다른 부분보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  19. 제1항에 있어서, 프레임형상의 빔부의 프레임 내 공간에는, 빔부의 양측의 지지부를 연결하는 방향으로 신장 형성된 보강부가 배치되며, 당해 보강부의 양단측이 각각 프레임형상의 빔부에 연접되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  20. 제1항에 있어서, 지지부는 탄성부를 통해서 빔부 지지 고정부에 연접되어 있으며, 상기 탄성부는 빔부 지지 고정부의 일그러짐에 따라 탄성 변형하여 빔부 지지 고정부의 일그러짐에 기인해서 빔부 지지 고정부로부터 지지부에 가해지는 응력을 경감하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  21. 제19항에 있어서, 지지부는 탄성부를 통해서 빔부 지지 고정부에 연접되어 있으며, 상기 탄성부는 빔부 지지 고정부의 일그러짐에 따라 탄성 변형하여 빔부 지지 고정부의 일그러짐에 기인해서 빔부 지지 고정부로부터 지지부에 가해지는 응력을 경감하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  22. 제20항에 있어서, 탄성부는, 지지부의 신장 형성 방향에 교차하는 방향으로 신장 형성되어 있는 빔을 가지며, 이 탄성부의 빔의 양단부가 각각 빔부 지지 고정 부에 고정되어 있고, 지지부는 상기 탄성부의 빔에 연접되어 빔부 지지 고정부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  23. 제21항에 있어서, 탄성부는, 지지부의 신장 형성 방향에 교차하는 방향으로 신장 형성되어 있는 빔을 가지며, 이 탄성부의 빔의 양단부가 각각 빔부 지지 고정부에 고정되어 있고, 지지부는 상기 탄성부의 빔에 연접되어 빔부 지지 고정부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  24. 제3항에 있어서, X축 방향 가속도 검출부는, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, X축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 X축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있으며,
    Y축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 갖고, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되 어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있으며, Y축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Y축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있고,
    Z축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 양측에 각각 배치된 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 양측에 각각 배치되어 있는 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, 상기 4개의 피에조 저항부는, Z축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  25. 제4항에 있어서, X축 방향 가속도 검출부는, 각 연결부로부터 각각 당해 연결부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 Y축 방향으로 연장한 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 연결부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, X축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 X축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있으며,
    Y축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부로부터 각각 당해 지지부의 폭을 가지고 빔부의 영역으로 X축 방향으로 연장한 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치된 합계 4개의 피에조 저항부를 갖고, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 띠 폭 양측에 각각 배치되어 있는 상기 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있으며, Y축 방향 가속도 검출부의 4개의 피에조 저항부는 Y축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있고,
    Z축 방향 가속도 검출부는, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 양측에 각각 배치된 4개의 피에조 저항부를 가지며, 각 지지부측 띠형상 빔부 부위의 양측에 각각 배치되어 있는 피에조 저항부끼리가 전기적으로 접속되어 2개의 전압 검출부가 형성되어 있고, 상기 4개의 피에조 저항부는, Z축 방향의 가속도에 의해 빔부가 변형했을 때에 상기 2개의 전압 검출부로부터 각각 출력되는 전압의 차이에 기초해서 Z축 방향의 가속도를 검출하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
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