WO2007141944A1 - 加速度センサ - Google Patents

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WO2007141944A1
WO2007141944A1 PCT/JP2007/054201 JP2007054201W WO2007141944A1 WO 2007141944 A1 WO2007141944 A1 WO 2007141944A1 JP 2007054201 W JP2007054201 W JP 2007054201W WO 2007141944 A1 WO2007141944 A1 WO 2007141944A1
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axis direction
acceleration
piezoresistive
support
extension
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PCT/JP2007/054201
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Inventor
Yoichi Mochida
Original Assignee
Murata Manufacturing Co., Ltd.
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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

Definitions

  • the present invention relates to an acceleration sensor capable of detecting acceleration in three axial directions, ie, an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction, which are orthogonal to each other.
  • FIG. 16 shows an example of an acceleration sensor in a schematic perspective view (see, for example, Patent Document 1).
  • the acceleration sensor 40 includes a frame portion 41 and a cylindrical weight body 42 disposed in the center portion of the frame portion 41.
  • X-axis direction beam portions 43a and 43b are formed to extend toward the frame portion 41 along the X-axis direction, respectively, on both sides of the weight body 42 in the X-axis direction.
  • both sides of the weight body 42 in the Y-axis direction are formed to extend toward the frame portion 41 along the Y-axis direction beam portions 44a and 44b forces in the Y-axis direction.
  • Four auxiliary weight bodies 45 a to 45 d are connected to the weight body 42.
  • Resistive elements Rxl to Rx4, Rzl to Rz4 are formed in the X-axis direction beam portions 43a and 43b.
  • Resistance elements Ryl to Ry4 are formed in the Y-axis direction beam portions 44a and 44b.
  • the central axes of the X-axis direction beam portions 43a and 43b pass through the central axis of the cylindrical weight body 42 and extend along the X-axis direction. It is placed on the line.
  • the central axes of the Y-axis direction beam portions 44a and 44b are arranged on the same straight line extending along the Y-axis direction through the central axis of the weight body 42.
  • These X-axis direction beam portions 43a and 43b and Y-axis direction beam portions 44a and 44b are configured so as to be capable of stagnation deformation.
  • the resistance elements Rxl and Rx2 are arranged and arranged in the X-axis direction beam portion 43a along the X-axis direction.
  • the resistance elements Rx3 and Rx4 are arranged in the X-axis direction beam portion 43b along the X-axis direction.
  • the resistive elements Ryl and Ry2 are arranged in the Y-axis direction beam portion 44a along the Y-axis direction.
  • the resistance elements Ry3 and Ry4 are arranged in the Y-axis direction beam portion 44b along the Y-axis direction.
  • the resistance elements Rzl and Rz2 are arranged and arranged on the X-axis direction beam portion 43a along the X-axis direction.
  • Resistor elements Rz3 and Rz4 are arranged in the X-axis direction beam 43b along the X-axis direction. Is placed. These resistance elements Rxl ⁇ : Rx4, Ryl ⁇ Ry4, Rzl ⁇ Rz4 are respectively applied by the stress change of the beams 43a, 43b, 44a, 44b due to the deformation of the beams 43a, 43b, 44a, 44b. The resistance value changes.
  • FIG. 17a shows a bridge circuit composed of four resistance elements Rxl to Rx4.
  • Fig. 17b shows a bridge circuit composed of four resistance elements Ryl to Ry4.
  • FIG. 17c is a bridge circuit composed of four resistance elements Rzl to Rz4.
  • Reference sign Vcc shown in FIGS. 17a to 17c denotes a voltage power input unit connected to an external voltage power supply.
  • Reference numerals Pxl, Px2, Pyl, Py2, Pzl, and Pz2 denote voltage detection units, respectively.
  • Each of the weight body 42 and the auxiliary weight bodies 45a to 45d is in a floating state, and can be displaced by the bending deformation of the beam portions 43a, 43b, 44a, and 44b. Yes.
  • a force in the X-axis direction due to acceleration in the X-axis direction acts on the weight body 42 and the auxiliary weight bodies 45a to 45d
  • the weight body 42 and the auxiliary weight bodies 45a to 45d are caused by the force. Displaces in the X-axis direction.
  • the resistance elements Rxl ⁇ : Rx4, Ryl ⁇ Ry4 are generated by the stress generation of the beam parts 43a, 43b, 44a, 44b due to the bending deformation of the beam parts 43a, 43b, 44a, 44b as described above.
  • Rzl ⁇ Rz4 resistance value changes. The change in the resistance value of this resistance element causes the balance of the resistance values of the four resistance elements of each bridge circuit in FIGS. 17a to 17c to be lost, and the magnitude of acceleration in the X, Y, and ⁇ axis directions is detected. be able to.
  • the voltage of the bridge circuit in FIG. Differences occur in the voltages output from the detection units Pxl and Px2. Using this voltage difference, the magnitude of acceleration in the X-axis direction can be detected.
  • the voltage output in the voltage detectors Pyl and Py2 of the bridge circuit in Fig. 17b also differ in the output voltage. Using this voltage difference, the magnitude of acceleration in the Y-axis direction can be detected.
  • the magnitude of acceleration in the Z-axis direction can be detected.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-296293
  • the linear beam portions 43a, 43b, 44a, and 44b are arranged on four sides of the weight body 42, respectively. Is connected to the frame part 41. Therefore, when the frame portion 41 is distorted by thermal stress, the beam portions 43a, 43b, 44a, and 44b are distorted along with the distortion of the frame portion 41. Then, compressive stress and tensile stress are generated in the beam portions 43a, 43b, 44a, 44b.
  • the resistance elements Rxl to Rx4, Ryl to Ry4, Rzl to detect acceleration are provided in the beam rods 43a, 43b, 44a, and 44b, respectively. Therefore, the resistance elements Rxl to Rx4, Ryl to Ry4, Rzl are generated by the stress generation of the beam parts 43a, 43b, 44a, 44b caused by the distortion caused by the thermal stress of the frame part 41 even though the acceleration is not generated.
  • the electrical resistance value of ⁇ Rz4 changes. As a result, the voltage at the time of acceleration may be output from the bridge circuit in Figures 17a to 17c, even though no acceleration is generated.
  • the acceleration sensor 40 includes acceleration detection resistance elements Rxl ⁇ : Rx4, Ryl ⁇ Ry4, and beam portions 43a, 43b, 44a, 44b that are formed to extend in four directions of the weight body 42, respectively.
  • Rzl to Rz4 are provided. Therefore, the arrangement positions of the resistance elements are dispersed.
  • the resistance elements Rxl to Rx4, Ryl to Ry4, Rzl to Rz4, which are piezoresistors, are composed of, for example, beam portions 43a, 43b, 44a, 44b, and ⁇ silicon! It is formed by doping phosphorus (P) or boron (B) at the resistive element placement positions on beams 43a, 43b, 44a, 44b . In this case, if the resistive element arrangement positions are dispersed, variations occur in the doping concentration at each resistive element arrangement position where it is difficult to uniformly dope phosphorus or boron into the resistive element arrangement positions.
  • the present invention has the following configuration.
  • a base a frame-shaped beam placed in a floating state on the surface of the base, and the X-axis direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis perpendicular to each other along the X-axis direction
  • the beam part is supported on the base in the form of a double-supported beam via support parts extending outwardly on both sides of the beam part, and floated on the surface of the base.
  • each of the beam portions has a connecting portion extending outwardly along the Y-axis direction from both sides in the Y-axis direction, and a weight portion connected to the extending tip of each connecting portion.
  • the weight portion is configured to be displaceable in three axial directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction by deformation of the frame-shaped beam portion,
  • the beam part includes an X-axis direction acceleration detection part for detecting an X-axis direction acceleration based on a stagnation deformation of the beam part caused by a displacement of the weight part in the X-axis direction, and a Y-axis direction displacement of the weight part.
  • a Z-axis direction acceleration detection unit for detecting acceleration in the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction acceleration detection unit is provided on the frame-shaped beam portion from the support position by the support unit.
  • the Y-axis direction extension part is provided near the extension base end side of the Y-axis direction extension part extended in the axial direction, and the Y-axis direction acceleration detector is provided near the extension tip side of the Y-axis direction extension part.
  • the frame-shaped beam portion is outwardly directed to both sides of the beam portion along the X-axis direction.
  • the base is supported in the form of a double-supported beam through a support part that is elongated at the time. Therefore, for example, when distortion occurs in the base due to thermal stress, distortion in the Y-axis direction (for example, the longitudinal direction) is absorbed by the stagnation deformation of the support portion.
  • the distortion in the X-axis direction (for example, the short-side direction) is small in the absolute displacement due to the distortion, and the beam region that is separated from the support region and the connecting region connected to the connection region is deformed in the X-axis direction. It is deformed and absorbed according to. Therefore, the present invention can prevent distortion from occurring in the connecting portion of the beam portion with the support portion and the adjacent region thereof, and the connecting portion with the connecting portion and the adjacent region thereof.
  • an X-axis direction acceleration detection unit, a Y-axis direction acceleration detection unit, and a Z-axis direction acceleration detection unit for detecting acceleration based on distortion of the beam unit are provided.
  • This beam portion region is a region where, when, for example, the base is distorted due to thermal stress or the like, no distortion occurs or hardly occurs due to the distortion of the base.
  • the present invention can suppress the occurrence of erroneous detection of acceleration due to distortion due to thermal stress of the base.
  • the above-mentioned erroneous detection of acceleration is caused by distortion due to thermal stress of the base, even though no acceleration has occurred, and the X-axis direction acceleration detection unit and Y-axis direction acceleration detection.
  • the acceleration is detected by the Z-axis direction acceleration detection unit.
  • the present invention has a simple structure in which the frame-shaped beam portion is supported by the base in the form of a cantilever beam, and the weight portion is supported by the beam portion in the form of a cantilever beam. Thereby, it is easy to promote downsizing of the acceleration sensor.
  • the weight portion is connected to the frame-like beam portion in a cantilever shape. For this reason, the displacement of the weight due to acceleration increases. As a result, the stagnation deformation of the beam part due to the displacement of the weight part increases, and the sensitivity of acceleration detection can be increased.
  • the Y-axis direction acceleration detection unit is provided in the frame-shaped beam portion near the distal end side of the Y-axis direction extension portion extended in the Y-axis direction from the support position by the support unit.
  • the Y-axis direction acceleration detection unit can be disposed at a lower position because the density of the wiring connected to the acceleration detection unit can be reduced, for example, the beam width can be reduced.
  • the sensitivity of Y-axis direction acceleration detection can be improved by narrowing the width of the Y-axis direction extension part closer to the extension tip side. it can.
  • the Z-axis direction acceleration detector is provided near the extension base end side of the Y-axis direction extension part.
  • the wiring density is high at the position where the z-axis direction acceleration detector is disposed. For this reason, the beam width near the extension base end side of the Y-axis direction extension part cannot be made narrower than the extension tip side of the Y-axis direction extension part.
  • the proximal end side of the extension site in the Y-axis direction is the position where the bending moment is maximized. Therefore, for example, when the shape of the weight is increased in the Y-axis direction, the sensitivity of the Z-axis direction acceleration detection can be adjusted to the same sensitivity as that of the Y-axis direction acceleration detection.
  • FIG. La is a perspective view schematically showing one embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
  • FIG. Lb is a plan view schematically showing one embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
  • FIG. 2a is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 2b is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 2c is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 3a is a longitudinal sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 3b is a longitudinal sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 3c is a longitudinal sectional view of the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 3d is a longitudinal sectional view of an acceleration sensor according to another embodiment.
  • FIG. 4a is a diagram for explaining a configuration example relating to the width of a beam portion constituting the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 4b is a diagram for explaining a configuration example relating to the thickness of the beam portion constituting the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an arrangement position of a piezoresistive portion provided in a beam portion of the acceleration sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6a is a circuit diagram for explaining a bridge circuit constituting each acceleration detection section in the X-axis direction of the acceleration sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6b is a circuit diagram for explaining a bridge circuit constituting each acceleration detection unit in the Y-axis direction of the acceleration sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6c is a circuit diagram for explaining a bridge circuit constituting each acceleration detecting unit in the axial direction of the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic plan view for explaining a wiring example of a wiring pattern for connecting a plurality of piezoresistive portions provided in a beam portion to form the bridge circuit shown in FIG. [7b]
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view for explaining one wiring example of a wiring pattern for connecting a plurality of piezoresistive portions provided in the beam portion to form the bridge circuit shown in FIG.
  • FIG. 8a is a schematic perspective explanatory view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the X-axis direction in the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 8b is a schematic cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the X-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 8c is a schematic plan explanatory view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the X-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 9a is a schematic perspective explanatory view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by acceleration in the Y-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 9b is a schematic cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of displacement of the weight portion caused by acceleration in the Y-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 9c is a schematic plan view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the Y-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 10a is a schematic perspective explanatory view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by acceleration in the Z-axis direction in the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 10b is a schematic cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of displacement of the weight due to the acceleration in the Z-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 10c is a schematic cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the Z-axis direction in the acceleration sensor of the above embodiment.
  • FIG. 10d is a schematic plan explanatory view for explaining an example of displacement of the weight portion caused by the acceleration in the Z-axis direction in the acceleration sensor of the embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 13a is an explanatory diagram for explaining still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 13b is an explanatory diagram for explaining still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 15 is a circuit configuration diagram for explaining still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing a conventional example of an acceleration sensor.
  • FIG. 17a is a circuit diagram for explaining a bridge circuit for detecting acceleration in the X-axis direction in the acceleration sensor shown in FIG.
  • FIG. 17b is a circuit diagram for explaining a bridge circuit for detecting the acceleration in the Y-axis direction in the acceleration sensor shown in FIG.
  • FIG. 17c is a circuit diagram for explaining a bridge circuit for detecting the acceleration in the Z-axis direction in the acceleration sensor shown in FIG.
  • FIG. La shows a schematic perspective view of an embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
  • Fig. Lb shows a schematic plan view of the acceleration sensor of Fig. La.
  • the electrode pad indicated by reference numeral 18 in FIG. La is omitted.
  • Fig. 2a shows a schematic cross-sectional view of the aa part of Fig. Lb.
  • Figure 2b shows a schematic cross-section of the bb part of figure lb.
  • Figure 2c shows a schematic cross-sectional view of part c c of figure lb.
  • Figure 3a shows a schematic cross-sectional view of the A–A part of Figure lb.
  • Figure 3b shows a schematic cross-section of the BB part of figure lb.
  • Figure 3c shows a schematic cross-sectional view of the CC section of Figure lb.
  • the acceleration sensor 1 of this embodiment can detect accelerations in three axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other.
  • the acceleration sensor 1 has a base 2.
  • the base 2 has an XY substrate surface 3 parallel to the XY plane including the X axis and the Y axis.
  • This frame-shaped beam part 4 has a substantially rectangular shape in the XY plane.
  • Support portions 5 (5a, 5b) are formed to extend outwardly along the X-axis direction from both sides of the beam portion 4 in the X-axis direction.
  • These support portions 5a and 5b are in a state of floating with respect to the base 2, respectively.
  • Each extending tip of the support portions 5a and 5b is connected to the central portion in the longitudinal direction of the elastic portion 25.
  • the elastic portion 25 is formed by a beam (stress reducing beam) 26.
  • the connecting side of the support portions 5a and 5b to the beam portion 4 is formed in a tapered shape whose diameter increases toward the beam portion 4 side.
  • the support portions 5a and 5b are formed so that the width of the side connected to the frame-shaped beam portion 4 is wider than the width of the extended tip side from the beam portion 4 (the side connected to the elastic portion 25).
  • the beam 26 forming the elastic portion 25 (25a, 25b) is formed by the extension forming method of the support portion 5 (5a, 5b). It extends in the direction intersecting the direction (X-axis direction) (in this example, the orthogonal Y-axis direction), and the distal end side of the extension is fixed to the fixing portion 6.
  • the fixing part 6 has a frame-like form surrounding a formation area of the beam part 4 and a weight part 7 (7a, 7b) to be described later with a space therebetween, and the fixing part 6 is fixed to the base 2 .
  • the beam portion 4 is fixed to the fixing portion 6 via the support portion 5 (5a, 5b) and the elastic portion 25.
  • the beam portion 4 is supported and fixed to the base 2 in a doubly supported beam shape via the support portions 5a and 5b and the elastic portion 25.
  • the support portion 5 (5a, 5b), the elastic portion 25, and the fixing portion 6 constitute a beam portion supporting and fixing portion.
  • a reinforcing portion 20 is disposed in the space inside the frame of the frame-shaped beam portion 4.
  • the reinforcing portion 20 is formed to extend in a direction connecting the support portions 5a and 5b on both sides of the beam portion 4. Both ends of the reinforcing part 20 are connected to the frame-shaped beam part 4 respectively.
  • the reinforcing part 20 includes a part M of the beam part 4 to which the support part 5a is connected (see Fig. Lb) and a part N of the beam part 4 to which the support part 5b is connected (see Fig. Lb). It is formed to extend along a straight line. Both ends of the reinforcing portion 20 are connected to the inner edge of the beam portion 4.
  • the width of the reinforcing portion 20 in the Y-axis direction is formed to be equal to the width of the support portions 5a, 5b on the connection side to the beam portion 4.
  • the weight portions 7a, 7b are arranged in the Y-axis direction with the beam portion 4 therebetween. Further, these weight portions 7 a and 7 b are arranged in a state of floating above the XY substrate surface 3 of the base 2. These weight portions 7a and 7b are connected to the beam portion 4 by connecting portions 8 (8a and 8b), respectively.
  • the connecting portions 8 (8a, 8b) are formed so as to extend outward along the Y-axis direction, respectively, on both sides of the beam portion 4 in the Y-axis direction.
  • the connecting portion 8 (8a, 8b) is in a floating state with respect to the base 2.
  • the weight portions 7a and 7b are configured to be displaceable in three axial directions, ie, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, by the deformation of the beam portion 4.
  • the central axes along the X-axis direction of the support portions 5a, 5b and the reinforcing portion 20 are arranged on the same straight line. Further, the central axes along the Y-axis direction of the connecting portions 8a and 8b are arranged on the same straight line.
  • the beam part 4 has a symmetrical shape with respect to the X-direction central axis passing through the central axes of the support parts 5a and 5b.
  • the beam portion 4 has a symmetrical shape with respect to the central axis in the Y direction passing through the central axis of the connecting portions 8a and 8b.
  • Y-axis direction extension portions 4a and 4b extended in the Y-axis direction from the support positions by the support portions 5a and 5b (see the region surrounded by the dotted line Y4 in FIG. 4a) ) Is formed such that the width at the distal end of the stretch is narrower than the width at the proximal end of the stretch.
  • the Y-axis direction extension portions 4a and 4b are formed as follows. That is, the Y-axis direction extension portions 4a and 4b are each formed in a straight shape in which the width of the beam portion 4 is wide from the base end side to the vicinity of the center portion in the extension direction in the Y-axis direction.
  • the vicinity of the center in the direction of extension in the Y-axis direction is formed in a tapered shape in which the beam width becomes narrower toward the extension tip side. Furthermore, from the tapered tip to the extending tip in the Y-axis direction, the beam 4 is formed in a straight shape with a narrow width.
  • the connecting part side band-like beam part 15 (15a, 15b) (see the area surrounded by the dotted line Z15 in Fig. 4b) is connected to the connecting parts 8a, 8b from the connecting parts 8a, 8b, respectively.
  • This is a part extending in the Y-axis direction to the area of the beam part 4 with a width of.
  • the thickness in the Z-axis direction of the connecting portion side band-like beam portion 15 (15a, 15b) is the same as the thickness of the connecting portion 8 in the Z-axis direction.
  • the support part side belt-like part 16 (16a, 16b) (refer to the area surrounded by the dotted line Z16 in FIG.
  • the support parts 5a, 5b is changed from the support parts 5a, 5b to the support parts 5a, 5b, respectively.
  • This is a part extending in the X-axis direction to the region of the beam part 4 with the width on the base end side.
  • the thickness in the Z-axis direction of the support side belt-like beam part 16 (16a, 16b) is the same as the thickness of the support part 5 in the Z-axis direction.
  • the thickness of the other part of the beam part 4 in the Z-axis direction is, for example, about 5 to 10 / ⁇ ⁇ .
  • the other part of the beam part 4 than the thickness in the Z-axis direction of the connecting part side beam part 15 (15a, 15b) and the support part side beam part 16 (16a, 16b) in the beam part 4 The thickness in the Z-axis direction is getting thinner.
  • the connecting part side beam part 15 (15a, 15b) is not increased in thickness, and the part other than the support part side beam part 16 (16a, 16b) is in the Z-axis direction. (For example, about 5-10 / ⁇ ⁇ ).
  • the connecting portions 8a and 8b may be thin.
  • the thickness of the connecting portions 8a, 8b and the connecting portion side belt-like beam portion 1 When the thickness of 5 (15a, 15b) is made thin, for example, about 5 to 10 / ⁇ ⁇ , the cross-sectional view of the CC portion of FIG. Lb is as shown in FIG. 3d.
  • the thickness of the reinforcing portion 20 in the Z-axis direction and the thickness of the beam 26 in the Z-axis direction are also the support portions 5a, 5b and the support portion side belt-like beam portion portion 16 in the beam portion 4. Similar to (equal! Or nearly equal), with a thickness of about 400 ⁇ m! /
  • the thickness of the weight portion 7 in the Z-axis direction is, for example, about 400 ⁇ m. That is, the thickness of the weight portion 7 in the Z-axis direction is substantially the same as the thickness of the support portion 5 and the connecting portion 8 in the Z-axis direction. Also, the center of gravity of the weight 7 (7a, 7b) is the point shown in FIG.
  • the fulcrum of the beam part 4 that supports the weight part 7 (7a, 7b) is shown in FIG. 3b, for example.
  • Point W is located. The center of gravity of the weight 7 and the support of the beam 4 that supports the weight 7 (7a, 7b)
  • the height position (z-axis direction position) is deviated from the point position.
  • the beam part 4, the support part 5 (5a, 5b), the fixing part 6, the weight part 7 (7a, 7b) and the connection part 8 (8a, 8b) described above are SOI (Silicon- On-insulator) substrate 13 is formed by processing using micromachining technology.
  • SOI substrate 13 consists of Si layer 10, SiO layer 11 and Si layer
  • the layer 12 is a multilayer substrate in which the layers 12 are sequentially laminated.
  • the beam portion 4 is made of Si, and a piezoresistive portion for detecting acceleration is provided on the beam portion 4 by processing the following parts. As shown in the schematic enlarged view of Fig. 5, in the beam part 4, each of the piezoresistive parts R and R 1S is connected to the connecting part side.
  • piezoresistors R, R, R, and R are used to detect the X-axis acceleration.
  • the detection unit is configured.
  • the piezoresistive portions R and R forces are respectively extended in the Y-axis direction 4a.
  • R and R constitute a Y-axis direction acceleration detector for detecting Y-axis direction acceleration.
  • the extension proximal end of the axially extending portion 4a in the piezoresistive portion R, R force beam portion 4 It is formed on both ends of the support portion side belt-like beam portion portion 16a, which is closer to the side.
  • the z-axis direction acceleration detector for detecting the acceleration in the z-axis direction is configured.
  • Zl Z3 has a shape that extends along the X-axis direction.
  • the piezoresistive parts R and R are along the Y-axis direction perpendicular to the direction in which the piezoresistive parts R and R are formed.
  • the shape is elongated.
  • FIG. 6a shows a wiring pattern for constructing a bridge circuit with piezoresistive portions R 1, R 2, R 3, and R.
  • b is a wiring pattern for constructing a bridge circuit composed of piezoresistive sections R 1, R 2, R 3, and R
  • Figure 6c shows a bridge circuit composed of piezoresistors R, R, R, R
  • FIG. 7a schematically shows an example of the wiring pattern of the bridge circuit.
  • a wiring circuit Ls and a wiring pattern Lm constitute a bridge circuit including the piezoresistive portion.
  • the wiring pattern Ls is formed, for example, by doping boron, phosphorus or the like into the Si layer 12 of the SOI substrate 13 as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7b.
  • the wiring pattern Lm is formed of, for example, a metal such as aluminum formed on the surface of the SOI substrate 13 using a film formation technique such as vapor deposition or sputtering.
  • the wiring pattern Ls is represented by a solid line
  • the wiring pattern Lm is represented by a broken line.
  • the following unique wiring patterns Ls and Lm are formed using the characteristics of the wiring pattern Ls and the wiring pattern Lm.
  • an oxide film 21 is inevitably formed on the surface of the Si layer 12 of the SOI substrate 13 after the formation of the wiring pattern Ls. From this, the oxide film 21 allows the wiring pattern Ls and Cross wiring between the wiring pattern Ls and the wiring pattern Lm is made while ensuring insulation from the wiring pattern Lm.
  • the oxide film 21 where the wiring pattern Ls is formed is removed to form the hole 22.
  • the conductor material of the constituent material of the wiring pattern Lm enters the hole 22 and is joined to the wiring pattern Ls. By this bonding, the wiring pattern Ls and the wiring pattern Lm are electrically connected.
  • the support portions 5a, 5b as described above, the connecting portion side belt-like beam portions 15a, 15b and the support portion side belt-like beam portions 16a, 16b in the beam portion 4, and the reinforcement The part 20 and the elastic part 25 are about 400 m thick, for example.
  • the portions of the beam portion 4 other than the connecting portion side beam portions 15a and 15b and the support portion side beam portions 16a and 16b have a thickness of about 5 to: LO m, for example. If a metal wiring pattern Lm is formed on the surface of such a thin portion of the beam portion 4, the thin portion of the beam portion 4 may be warped due to the internal stress of the wiring pattern Lm.
  • the wiring pattern Ls constitutes the beam portion 4 and is formed by doping impurities such as boron and phosphorus into the Si layer. For this reason, deformation such as warping of the thin portion of the beam portion 4 due to the formation of the wiring pattern Ls hardly occurs. For this reason, it is avoided to form the metal wiring pattern Lm in the thin part of the beam part 4, and the wiring pattern Ls is formed in the thin part of the beam part 4.
  • the one end sides of the piezoresistive portions R 1 and R 2 disposed on both sides of the band width of the connecting portion side beam portion 15a are electrically connected by the wiring pattern Ls.
  • the voltage detection part P is formed. Also, as shown in Fig. La,
  • a plurality of electrode pads 18 for external connection are formed.
  • Voltage detector P is connected
  • connection side belt-like beam part 15b External connection electrodes individually corresponding to the voltage detector P by the patterns Ls and Lm Electrically connected to pad 18 (V). Similarly, the connection side belt-like beam part 15b
  • One end side of the piezoresistors R and R arranged on both sides of the band width is the wiring pattern Ls
  • This voltage detector P Is electrically connected to form a voltage detection portion P. This voltage detector P
  • X2 X2 is electrically connected to the electrode pad 18 (V) for external connection corresponding to the voltage detection part P individually by the wiring patterns Ls and Lm.
  • the other end sides of the piezoresistive portions R and R are respectively formed by wiring patterns Ls and Lm.
  • XI X3 is electrically connected to an external connection electrode pad 18 (V) for connection to an external ground GND by wiring patterns Ls and Lm, respectively.
  • the piezoresistive portions R 1, R 2 arranged on both sides of the band width of the Y-axis direction extension portion 4a
  • One end sides of Y2 and Y3 are electrically connected by the wiring patterns Ls and Lm to form a voltage detection part P.
  • This voltage detector P detects the voltage detection by the wiring pattern Lm.
  • the piezoresistive portions R 1 and R 2 disposed on both sides of the band width of the Y-axis direction extension portion 4b.
  • Yl Y4 One end side of Yl Y4 is electrically connected by the wiring patterns Ls and Lm, and the voltage detector P
  • This voltage detector P detects the voltage detection by the wiring pattern Lm.
  • the other end sides of the piezoresistive portions R and R are respectively formed by wiring patterns Ls and Lm.
  • the This voltage detector P is individually connected to the voltage detector P by the wiring pattern Lm. It is electrically connected to the corresponding electrode pad 18 (V) for external connection. Similarly,
  • the voltage detection part P is formed by electrical connection by the pattern Ls. This electric
  • the voltage detector P is connected to the voltage detector P by the wiring pattern L.
  • the other end sides of the piezoresistive portions R 1 and R are respectively connected to the wiring patterns Ls and Lm.
  • the acceleration sensor 1 of this embodiment is configured as described above, and can detect acceleration as described below. For example, when acceleration in the X-axis direction occurs, a force in the X-axis direction due to the acceleration acts on the weight portion 7 (7a, 7b). Due to the acting force in the X-axis direction on the weight part 7, the weight part 7 (7a, 7b), for example, from the reference state indicated by the dotted line in the model diagram of FIG.8a, for example, the solid line of FIG.8a and the schematic diagram of FIG.8b. As shown in a typical cross-sectional view, the deflection is displaced in the X-axis direction. The displacement of the weight portion 7 in the X-axis direction causes the beam portion 4 to stagnate and deform via the connecting portion 8, and as a result, the following stress is generated in the beam portion 4.
  • Tensile stress is generated on both sides D and D of the support side belt-like beam part 16b.
  • the electrical resistance value changes due to the force generation.
  • Table 1 shows the stresses generated in the arrangement portions of the piezoresistive portions R 1, R 2, R 4, R 5, R 5, R 5, and R 5 when the acceleration in the X direction occurs. Change in resistance value of each piezo resistor
  • XI X4 indicates a change in resistance value (change in resistance value in one direction) based on, for example, compressive stress (one).
  • the piezoresistive parts R 1 and R 2 have a resistance value change (+
  • Z2 Z3 indicates a change in resistance value based on, for example, compressive stress (one).
  • the piezoresistors R and R 4 shows a change in resistance value based on, for example, tensile stress (+).
  • the piezoresistive portion R and the piezoresistive portion R are opposite to each other because the extending directions of the piezoresistors are orthogonal to each other.
  • the resistance value changes in the direction.
  • the piezoresistive portion R is (+) piezoresistive portion R is (one) direction.
  • Z4 has a similar relationship. That is, the resistance value of the piezoresistive portion R is (+), and the piezoresistive portion R is a change in resistance value in the (one) direction.
  • This beam part is the Y-axis direction extension part 4
  • A, 4b is closer to the extended tip, and the generated stress is small.
  • the resistance change of the piezoresistors R and R is (-) and the resistance of the piezoresistors R and R is
  • one side of the weights 7a and 7b (the weight 7a in the examples of FIGS. 9a and 9b) is displaced in the Y-axis direction while approaching the base 2.
  • the other side (the weight portion 7b in the examples of FIGS. 9a and 9b) is displaced in the Y-axis direction while being lifted with respect to the base 2.
  • the connecting portion 8 and the beam portion 4 stagnate and deform, and the following stress is generated in the beam portion 4.
  • region E compressive stress is generated. Furthermore, the region of the Y-axis extension part 4b on the upper side of the figure
  • Compressive stress is generated.
  • the electrical resistance value changes due to the generation of stress due to the acceleration in the direction.
  • Table 2 shows the piezoresistive section R when the acceleration in the Y direction occurs.
  • the piezoresistive portions R 1 and R 2 have resistances based on, for example, tensile stress (+) as shown in Table 2.
  • Y3 Y4 indicates a change in resistance value (one) based on, for example, compressive stress (). For this reason, the balanced state of the resistance value of the bridge circuit in Fig. 6b breaks down, and the output of the bridge circuit in Fig. 6b changes.
  • the fluctuation range of the output of the bridge circuit in Fig. 6b changes according to the magnitude of acceleration in the Y-axis direction. This force can detect the magnitude of acceleration in the Y-axis direction based on the output of the bridge circuit in Fig. 6b.
  • the piezoresistive portion R is provided on the extension base end side of the Y-axis direction extension portion 4a. , R are arranged. In addition, there is a piezoresistor on the extension base end side of the Y-axis direction extension part 4b.
  • Parts R 1 and R 2 are arranged. Therefore, the stress of the beam 4 due to the acceleration in the Y-axis direction
  • Z2 Z1 is a change in resistance value based on, for example, tensile stress (+).
  • the piezoresistive portions R 1 and R 2 are resistance value changes based on, for example, compressive stress (one). Also
  • the piezoresistors R and R and the piezoresistors R and R are perpendicular to each other.
  • the resistance value of the standard changes in the opposite direction. That is, as shown in Table 2, the piezoresistive portion R force +) and the piezoresistive portion R force S ( ⁇ ) are obtained. Also, the piezoresistor R and the piezoresistor
  • the resistance value of R changes in the direction of the reference resistance value in the absence of acceleration.
  • the weight part 7 (7a, 7b) is, for example, from the reference state shown by the dotted line in the model diagram of FIG. 10a, for example, the solid line shown in FIG.
  • the weight 7 (7a, 7b) is displaced in the Z-axis direction.
  • the connecting portion 8 and the beam portion 4 stagnate and deform, and the following stress is generated in the beam portion 4.
  • a bending moment (maLz) is generated which is the product of the center of gravity and the distance (Lz) in the Y direction between the beam 4 and the inertial force.
  • the maximum bending moment is shown on the extension base end side of the Y-axis direction extension parts 4a and 4b, which are the farthest distances (on both sides of the support side belt-like beam parts 16a and 16b).
  • the two sides C 1, C 2, D 2 and D 2 of the support part side belt-like beam part parts 16a and 16b are the two sides C 1, C 2, D 2 and D 2 of the support part side belt-like beam part parts 16a and 16b.
  • Table 3 shows that the piezoresistive portions R 1, R 2, R 3 when such acceleration in the Y direction occurs.
  • Z2 Z3 Zl Z4 is subject to tensile stress (+) at all locations.
  • Zl ⁇ 3 has an elongated shape along the axial direction, and the piezoresistive parts R, R
  • Zl ⁇ 3 has a shape that is elongated along the axis direction perpendicular to the elongation direction. From this, when a tensile stress (+) is generated in the beam part 4 as described above, the resistance value changes as shown in Table 3. In other words, the piezoresistive parts R and R extending in the ⁇ direction
  • the magnitude of the acceleration in the Z axis direction is based on the fact that the fluctuation range of the output of the bridge circuit in Fig. 6c changes according to the magnitude of the acceleration in the Z axis direction. Can be detected.
  • R and R are provided on the end side of the Y-axis direction extension parts 4a and 4b.
  • the acceleration sensor 1 of this embodiment can separately detect the accelerations in the three axial directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction acceleration detection unit, the Y-axis direction acceleration detection unit, and the X-axis direction acceleration detection unit provided in the beam unit 4 are respectively formed by deformation of the beam unit 4. It has a piezoresistive portion whose electrical resistance value changes due to the stress change of the portion 4. With this configuration, the acceleration sensor 1 can detect each acceleration in the X, ⁇ , and ⁇ axis directions easily and accurately by detecting a change in the electric resistance value of the piezoresistive portion. .
  • the acceleration sensor 1 is based on the difference in voltage output from each of the two voltage detection units formed by the piezoresistive units of the axial acceleration detection units of X, ⁇ , and ⁇ .
  • a bridge circuit for detecting acceleration in each axial direction is configured. These bridge circuits can detect the acceleration in the X, ⁇ , and ⁇ axis directions easily and accurately.
  • this acceleration sensor 1 depends on the bending moment 1S in the radial direction 1S and the distance Ly in the radial direction between the center of gravity and the beam surface.
  • the bending moment in the Z-axis direction depends on the center of gravity and the distance Lz of the beam 4 in the Y-axis direction. For this reason, when the height of the acceleration sensor 1 is reduced, Ly becomes smaller and the sensitivity in the Y-axis direction tends to decrease.
  • the piezoresistive portions R 1, R 2, R 3, and R 4 are attached to the Y-axis direction extending portion 4.
  • the Z direction is not affected except for a decrease in mass m. Yes.
  • the acceleration in the Z-axis direction generates a large bending moment on the extension base end side of the beam 4 in the Y-axis extension part 4a, 4b (on both sides of the support-side belt-like beam part part 16). Therefore, by placing the piezoresistive parts R, R, R, R in this part, sensitivity reduction can be suppressed
  • the weight 7 is lengthened in the Y direction, Lz becomes longer, and the sensitivity in the Z-axis direction can be increased. Therefore, by extending the weight 7 in the Y direction, the sensitivity in the Z-axis direction can be adjusted to a value equivalent to the sensitivity in the Y-axis direction.
  • the acceleration sensor 1 of this embodiment can match the sensitivity in the Y-axis direction and the Z-axis direction even if the element height is reduced, and the three-axis directions of X, Y, and Z However, it is possible to reduce the height while maintaining the necessary sensitivity.
  • the beam portion 4 is supported by the fixing portion 6 in the form of a doubly supported beam by the support portion 5 (5a, 5b). Further, the weight portion 7 (7a, 7b) is supported in a cantilevered manner on the beam portion 4 by the connecting portion 8 (8a, 8b). For this reason, the distance between the part of the fixed part 6 to which the support part 5a is connected and the part of the fixed part 6 to which the support part 5b is connected can be formed short. As a result, even if the base 2 and the fixed part 6 are distorted due to changes in ambient temperature, the absolute displacement due to the distortion between the fixed parts caused by the distortion of the base 2 and the fixed part 6 is small.
  • the beam portion 4 has a frame shape, and the frame-shaped beam portion 4 is supported by the fixing portion 6 in a doubly supported beam shape by the support portions 5 (5a, 5b). Therefore, when a stress in the X-axis direction is generated due to the distortion of the base 2 or the fixed portion 6, the corner region of the beam portion 4 is deformed to release the stress. Further, when stress in the Y-axis direction is generated due to distortion of the base 2 or the fixed portion 6, the support portion 5 (5a, 5b) can be deformed to release the stress. For this reason, this embodiment can mitigate the stagnation deformation of the beam portion 4 caused by the distortion of the base 2 and the fixed portion 6. Therefore, problems caused by ambient temperature fluctuations can be suppressed to a minimum.
  • the problem caused by ambient temperature fluctuation is, for example, the problem of temperature drift that the output voltage value of each bridge circuit in FIGS. 6a to 6c fluctuates due to temperature fluctuation.
  • the piezoresistive portion for detecting acceleration is centrally arranged in the beam portion 4 arranged in the region between the weight portions 7a and 7b. For this reason, all piezoresistive parts can be manufactured almost as designed. Thus, this example is shown in FIGS. 6a-6c. It becomes easy to suppress variations in the output of the bridge circuit to be reduced. That is, in this embodiment, the piezoresistive portion is produced by doping Si constituting the beam portion 4 with boron (B) or phosphorus (P). Further, since the arrangement positions of the piezoresistive portions are gathered, it is possible to easily make the boron and phosphorus dope concentrations uniform in each piezoresistive portion. For this reason, the resistance value of each bridge circuit can be easily balanced, and the accuracy of acceleration detection can be improved.
  • the central axes along the X-axis direction of the support portions 5a and 5b are arranged on the same straight line, and the central axes along the Y-axis direction of the connection portions 8a and 8b are Are arranged on the same straight line.
  • the beam part 4 is symmetrical with respect to the X-axis direction central axis passing through the central axis along the X-axis direction of the support parts 5a, 5b, and the central axis along the Y-axis direction of the connecting parts 8a, 8b. It is symmetrical with respect to the central axis in the Y-axis direction. For this reason, the bending deformation of the beam part 4 due to the occurrence of acceleration can be simplified, and it can contribute to the improvement of the accuracy of acceleration detection using the stress change caused by the bending deformation of the beam part 4.
  • the connecting portion side belt-like beam portion 15 (15a, 15b) and the support portion side belt-like beam portion 16 (16a, 16b) in the beam portion 4 The thickness in the Z-axis direction is thicker than the part. Due to this difference in thickness, the connecting part side belt-like beam part 15 (15a, 15b) and the support part side belt-like beam part 16 (16a, 16b) and the boundary part between the other parts of the beam part 4 The strength of the stress is clear.
  • the velocity of the calorie is detected by using the stress change of the beam part 4, and thus, by clarifying the strength of the stress in this way, the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction can be detected. Each acceleration in the axial direction can be detected more clearly separated.
  • the rigidity of the beam portion 4 can be increased by providing the reinforcing portion 20 in the frame of the beam portion 4. Therefore, for example, beams caused by distortion of the base 2 and the fixed part 6 The stagnation deformation of the part 4 can be suppressed to a small level.
  • this embodiment can prevent erroneous detection of acceleration due to, for example, distortion due to thermal stress of the base 2 and the fixed portion 6.
  • the thickness of the reinforcing portion 20 in the Z-axis direction is set to be equal to or substantially equal to the thickness of the support side belt-like beam portion 16 in the beam portion 4, and the rigidity of the beam portion is further increased by the reinforcing portion 20. It can be further enhanced. Therefore, it is possible to further suppress the stagnation deformation of the beam portion 4 due to the distortion of the base 2 and the fixed portion 6 and further prevent erroneous detection of acceleration.
  • the support portions 5 (5a, 5b) are connected to the fixed portion 6 via the elastic portions 25 (25a, 25b) by the beams 26, respectively. Therefore, the beam 26 is elastically deformed according to the strain of the fixed portion 6 in the X-axis direction. By this elastic deformation, the stress applied from the fixed part 6 to the support part 5 due to the distortion of the fixed part 6 can be reduced. As described above, in this embodiment, for example, the distortion of the beam part due to the distortion of the base 2 and the fixing part 6 due to thermal fluctuation or the like can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature drift of the output of the bridge circuit configured by the piezoresistor for detecting acceleration. Thereby, this embodiment can improve the reliability of acceleration detection.
  • the elastic part 25 has a beam 26 formed to extend in a direction intersecting the extension forming direction of the support part 5, and both end parts of the beam 26 of the elastic part 25 are Each is fixed to the fixing part 6. Since the support portion 5 is connected to the beam 26 of the elastic portion 25 and supported by the fixing portion 6, the elastic portion 25 can be easily formed by the beam 26, and the above-described effects can be achieved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various embodiments.
  • the acceleration sensor 1 may be formed by omitting the elastic portion 25 provided in the above embodiment.
  • the width of the reinforcing portion 20 is equal to the width of the support portion 5 (5a, 5b) connected to the beam portion 4.
  • the width of the reinforcing part 20 may be thicker or thinner than the width of the support part 5 (5a, 5b).
  • the thickness of the reinforcing portion 20 in the Z-axis direction may be the same as the thickness of the support portion 5 (5a, 5b), but may be thinner than the thickness of the support portion 5 (5a, 5b). .
  • the width and thickness of the reinforcing portion 20 may be appropriately designed in consideration of the rigidity of the beam portion 4 itself. It is. Further, as shown in FIG. 12, the reinforcing portion 20 can be omitted.
  • the beam portion 4 has the Z-axis of the connecting portion side beam portion 15 (15a, 15b) and the support portion side beam portion 16 (16a, 16b) as compared to the other portions.
  • the thickness is increased in the direction.
  • the beam portion 4 may have a configuration in which the thickness in the Z-axis direction is the same or substantially equal throughout. If the thickness of the beam portion 4 in the Z-axis direction is the same or substantially the same, the beam portion 5 can be formed more easily.
  • the Y-axis direction extending portions 4a and 4b of the frame-shaped beam portion 4 are configured to have a straight portion and a tapered portion.
  • the extension proximal end force may be formed in a tapered shape whose width becomes narrower toward the extension distal end side.
  • the Y-axis direction extending portions 4a and 4b may be formed in a curved shape substantially along the Y-axis direction as shown in FIG. 13b, for example.
  • the Y-axis direction extension portions 4a and 4b of the beam portion 4 are formed so that the beam width on the distal end side is narrower than the extension proximal end side.
  • the widths of the Y-axis direction extension portions 4a and 4b of the beam portion 4 may be made uniform, and the thickness thereof may be formed so that the tip side is thinner than the extension base end side.
  • the frame-shaped beam portion 4 has a shape that is symmetric with respect to the central axis in the X-axis direction and a shape that is symmetric with respect to the central axis in the Y-axis direction.
  • the frame-shaped beam portion 4 may have an asymmetric shape with respect to the central axis in the X-axis direction.
  • the shape may be asymmetric with respect to the central axis in the Y-axis direction.
  • the support portions 5a and 5b are formed such that the connecting side of the beam portion 4 is thicker than the extending tip side of the support portions 5a and 5b.
  • the support portions 5a and 5b may have a uniform thickness, for example, as shown by the broken line D in FIG. 13a or FIG. 13b.
  • the thickness of the support portions 5a and 5b is thin.
  • two or more connecting portions 8 may be extended from the beam portion 4 with a space therebetween.
  • the piezoresistive portion for detecting acceleration is arranged as shown in FIG.
  • the piezoresistive portion is not limited to the arrangement position shown in FIG. 5, but may be set as appropriate.
  • the piezoresistive unit responds to the acceleration in the X-axis direction, the acceleration in the Y-axis direction, and the acceleration in the Z-axis direction by the deformation of the beam 4 respectively. It arrange
  • the piezoresistive part of the frame-shaped beam part is provided with the Z-axis direction acceleration detection part near the extension base end of the Y-axis direction extension part, and the Y-axis direction acceleration detection part is extended in the Y-axis direction extension part. It is arranged to be provided near the tip side.
  • wiring examples of wiring patterns that connect the piezoresistive portions to form a bridge circuit may be set as appropriate. That is, the wiring pattern is not limited to the example of FIGS. 7a and 7b, and may be a wiring pattern without cross wiring, for example.
  • the Z-axis direction acceleration detection unit may include a total of four piezoresistive units described below.
  • two of the four are two piezoresistive parts that are formed in separate parts where there is no change in stress when acceleration occurs.
  • the other two are piezoresistive sections (for example, piezoresistors) formed on one side of each support-side strip-shaped beam section 16a, 16b (one on each of the base ends of the Y-axis extending sections 4a, 4b).
  • This pledge circuit can form a Z-axis direction acceleration detector that can detect the acceleration in the Z-axis direction.
  • the separate portions having no stress change when acceleration is generated are, for example, appropriate portions of the reinforcing portion 20, the support-side-side belt-like beam portion 16, and the support portions 5a and 5b.
  • the electrical resistance value of the piezoresistive part placed in this part hardly changes with acceleration.
  • the piezoresistive portions R and R are connected to each other to connect the voltage detecting portion P.
  • the voltage detection part P was formed by connecting the piezoresistive parts R 1 and R 2 together.
  • Resistor parts R and R are connected to each other to connect voltage detector P
  • X2 X4 XI X3 may be connected together to form the voltage detector P.
  • the resistance parts R and R are connected together to form a voltage detection part P, and the piezoresistive parts R and R are connected together.
  • Y3 Y1 are connected together to form a voltage detector P, and piezoresistors R and R are connected together to connect the voltage detector P
  • Yl Y2 Y4 Y2 may be formed. Further, in the above embodiment, the piezoresistive portions R and R
  • the piezoresistive parts R and R are connected together to form a voltage detection part P, and
  • the voltage detector P may be formed by connecting the resistors R 1 and R 2 together.
  • a resistance that does not change with acceleration can be formed in the bridge circuit.
  • the sensitivity adjustment piezoresistors Rz, Rz, Rz ', Rz' for adjusting the electrical resistance of the bridge circuit are connected to the piezoresistors R, R, R, R for Z-axis acceleration detection, respectively. May be provided in series. Note that the sensitivity adjustment piezo resistor zl z2 z3 z4
  • the ridges Rz, Rz, Rz ', Rz' are formed in separate parts that do not change stress when acceleration occurs.
  • the X-axis direction acceleration detection unit, the Y-axis direction acceleration detection unit, and the Z-axis direction acceleration detection unit that detect acceleration are each configured to have a piezoresistive unit.
  • the fixing portion 6 has a frame-like aspect surrounding the formation region of the beam portion 4 and the weight portion 7 with a space therebetween.
  • the fixing portion 6 does not have to have a frame shape as long as the beam portion 4 can be fixed to the base 2 in a doubly supported beam shape by the support portions 5a and 5b.
  • the beam part 4, the support part 5, the fixed part 6, the weight part 7 and the connecting part 8 are constituted by an SOI substrate. However, they do not have to be composed of SOI substrates. Industrial applicability
  • the acceleration sensor of the present invention has one element that is not easily affected by thermal stress and the like in the X-axis direction.
  • the three-axis acceleration in the Y-axis direction and the ⁇ -axis direction can be detected with high accuracy, so it is effective in, for example, a small device that requires high accuracy in acceleration detection.

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Abstract

　加速度センサ１は、基台２のＸＹ基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部４と、梁部４を支持部５ａ，５ｂを介して基台２に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部を有する。また、加速度センサ１は、基台２のＸＹ基板面上に浮いた状態で配置される錘部７と、錘部７を梁部４に片持ち梁状に支持する連結部８とを有する。錘部７は、枠状の梁部４の撓み変形によってＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成す。梁部４には、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、Ｚ軸方向の加速度を検出するＺ軸方向加速度検出部とを設ける。梁部４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂにおいて、伸長基端側にＺ軸方向加速度検出部を、先端側にＹ軸方向加速度検出部を設ける。

Description

明 細 書
加速度センサ
技術分野
[0001] 本発明は、互いに直交する X軸方向と Y軸方向と Z軸方向の三軸方向の加速度を 検出することができる加速度センサに関するものである。
背景技術
[0002] 図 16には、加速度センサの一例が模式的な斜視図により示されている（例えば、特 許文献 1参照)。この加速度センサ 40は、枠部 41と、この枠部 41の中央部に配置さ れて 、る円柱状の重錘体 42とを有して 、る。この重錘体 42の X軸方向の両側力 そ れぞれ、 X軸方向梁部 43a, 43bが、 X軸方向に沿って、枠部 41に向けて伸長形成 されている。また、重錘体 42の Y軸方向の両側カゝらそれぞれ、 Y軸方向梁部 44a, 4 4b力 Y軸方向に沿って枠部 41に向けて伸長形成されている。重錘体 42には、 4つ の補助重錘体 45a〜45dが連接されている。 X軸方向梁部 43a, 43bには抵抗素子 Rxl〜Rx4, Rzl〜Rz4が形成されている。 Y軸方向梁部 44a, 44b〖こは、抵抗素子 R yl〜Ry4が形成されている。
[0003] 図 16に示される加速度センサ 40の構成では、 X軸方向梁部 43a, 43bの中心軸は 、円柱状の重錘体 42の中心軸を通って X軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置 されている。また、 Y軸方向梁部 44a, 44bの中心軸は重錘体 42の中心軸を通って Y軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置されている。これら X軸方向梁部 43a, 4 3bおよび Y軸方向梁部 44a, 44bは、それぞれ、橈み変形が可能な構成と成してい る。
[0004] 抵抗素子 Rxl, Rx2は、 X軸方向梁部 43aに、 X軸方向に沿って配列配置されてい る。抵抗素子 Rx3, Rx4は、 X軸方向梁部 43bに、 X軸方向に沿って配列配置されて いる。抵抗素子 Ryl, Ry2は、 Y軸方向梁部 44aに、 Y軸方向に沿って配列配置され ている。抵抗素子 Ry3, Ry4は、 Y軸方向梁部 44bに、 Y軸方向に沿って配列配置さ れている。抵抗素子 Rzl, Rz2は、 X軸方向梁部 43aに、 X軸方向に沿って配列配置 されている。抵抗素子 Rz3, Rz4は、 X軸方向梁部 43bに、 X軸方向に沿って配列配 置されている。これら抵抗素子 Rxl〜： Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4は、それぞれ、梁 43a, 43b, 44a, 44bの燒み変形による梁咅43a, 43b, 44a, 44bの応力変ィ匕に よって、電気抵抗値が変化するものである。
[0005] 図 17a〜図 17cに示されるようなブリッジ回路を、抵抗素子 Rxl〜： Rx4、 Ryl〜Ry4、 Rzl〜Rz4によりそれぞれ構成するための配線力 梁部 43a, 43b, 44a, 44bや枠 部 41に設けられている。図 17aは、 4つの抵抗素子 Rxl〜Rx4により構成されるブリツ ジ回路である。図 17bは、 4つの抵抗素子 Ryl〜Ry4により構成されるブリッジ回路で ある。図 17cは、 4つの抵抗素子 Rzl〜Rz4により構成されるブリッジ回路である。なお 、図 17a〜図 17cに示されている符号 Vccは、外部の電圧電源に接続される電圧電 源入力部を示す。また、符号 Pxl, Px2, Pyl, Py2, Pzl, Pz2は、それぞれ、電圧検 出部を示している。
[0006] 重錘体 42および補助重錘体 45a〜45dは、それぞれ、浮!ヽた状態となっており、梁 部 43a, 43b, 44a, 44bの橈み変形によって、変位が可能になっている。例えば、 X 軸方向の加速度に起因した X軸方向の力が、重錘体 42および補助重錘体 45a〜45 dに作用すると、その力によって重錘体 42および補助重錘体 45a〜45dは X軸方向 に振れ変位する。また、同様に、 Y軸方向の加速度に起因した Y軸方向の力が、重 錘体 42および補助重錘体 45a〜45dに作用すると、その力によって重錘体 42およ び補助重錘体 45a〜45dは Y軸方向に振れ変位する。さら〖こ、同様に、 Z軸方向の 加速度に起因した X軸方向の力が重錘体 42および補助重錘体 45a〜45dに作用す ると、その力によって重錘体 42および補助重錘体 45a〜45dは Z軸方向に振れ変位 する。このような重錘体 42および補助重錘体 45a〜45dの変位によって、梁部 43a, 43b, 44a, 44b力橈み変形する。
[0007] 加速度センサ 40では、上記のような梁部 43a, 43b, 44a, 44bの橈み変形による 梁部 43a, 43b, 44a, 44bの応力発生によって、抵抗素子 Rxl〜： Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4の抵抗値が変化する。この抵抗素子の抵抗値の変化によって、図 17a〜 図 17cの各ブリッジ回路の 4つの抵抗素子の抵抗値のバランスが崩れて、 X、 Y、 Ζの 各軸方向の加速度の大きさを検出することができる。
[0008] 例えば、 X軸方向の加速度が発生しているときには、図 17aのブリッジ回路の電圧 検出部 Pxl, Px2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用して 、 X軸方向の加速度の大きさを検出することができる。また、 Y軸方向の加速度が発 生しているときには、図 17bのブリッジ回路の電圧検出部 Pyl, Py2力もそれぞれ出力 される電圧に差が生じる。この電圧差を利用して、 Y軸方向の加速度の大きさを検出 することができる。さらに、 Z軸方向の加速度が発生しているときには、図 17cのブリツ ジ回路の電圧検出部 Pzl, Pz2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧 差を利用して Z軸方向の加速度の大きさを検出することができる。
[0009] 特許文献 1：特開 2002— 296293号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、図 16に示される加速度センサ 40の構成では、直線状の梁部 43a, 4 3b, 44a, 44b力 重錘体 42の四方にそれぞれ配置されて、重錘体 42を枠部 41に 連結している。このため、熱応力によって枠部 41に歪みが生じたときに、その枠部 41 の歪みに伴って梁部 43a, 43b, 44a, 44bに歪みが生じる。そうすると、当該梁部 43 a, 43b, 44a, 44bには圧縮応力や引っ張り応力が発生する。
[0011] つまり、加速度センサ 40において、加速度を検出するための抵抗素子 Rxl〜Rx4, Ryl~Ry4, Rzl〜： Rz4は、それぞれ、梁咅43a, 43b, 44a, 44bに設けられている。 そのため、加速度が生じていないのにも拘わらず、枠部 41の熱応力による歪みに起 因した梁部 43a, 43b, 44a, 44bの応力発生によって、抵抗素子 Rxl〜Rx4, Ryl〜 Ry4, Rzl〜Rz4の電気抵抗値が変化する。これにより、加速度が生じていないのにも 拘わらず、図 17a〜図 17cのブリッジ回路から、加速度発生時の電圧が出力されてし まつことがある。
[0012] また、加速度センサ 40は、重錘体 42の四方にそれぞれ伸長形成されている梁部 4 3a, 43b, 44a, 44bに、加速度検出用の抵抗素子 Rxl〜： Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜R z4を設ける構成である。したがって、抵抗素子の配置位置は、分散している。
[0013] ピエゾ抵抗である抵抗素子 Rxl〜Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4は、例えば、梁部 43 a, 43b, 44a, 44b力 ^シリコンにより構成されて!/、る場合には、各梁咅43a, 43b, 44 a, 44bにおける抵抗素子配置位置に、リン (P)やボロン (B)をドープして形成される 。この場合に、抵抗素子配置位置が分散していると、各抵抗素子配置位置にリンや ボロンを均等にドープすることが難しぐ各抵抗素子配置位置のドープ濃度にばらつ さが生じる。
[0014] そうなると、加速度センサ 40において、図 17a〜図 17cに示す各ブリッジ回路の 4 つの抵抗素子の抵抗値のバランスを取ることが難しぐ加速度検出の精度の向上に 妨げが生じると!、う問題が生じる。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明は上記課題を解決するために、次に示すような構成を有している。
すなわち、この発明は、
基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、この梁部から互 いに直交する X軸と Y軸と Z軸のうちの X軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向 きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する 梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部の Y軸方向の両側か らそれぞれ Y軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸 長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部は、枠状の梁部の変形により X軸方向と Y軸方向と Z軸方向の三軸方向 に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、錘部の X軸方向変位に起因した梁部の橈み変形に基づいて X軸 方向の加速度を検出するための X軸方向加速度検出部と、錘部の Y軸方向変位に 起因した梁部の橈み変形に基づ 、て Y軸方向の加速度を検出するための Y軸方向 加速度検出部と、錘部の Z軸方向変位に起因した梁部の橈み変形に基づいて Z軸 方向の加速度を検出するための Z軸方向加速度検出部とが設けられており、 該 Z軸方向加速度検出部は前記枠状の梁部にお 、て前記支持部による支持位置 から Y軸方向に伸長された Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられ、前記 Y 軸方向加速度検出部は前記 Y軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられている ことを特徴とする。
発明の効果
[0016] この発明において、枠状の梁部は、 X軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向 きに伸長形成されている支持部を介して、両持ち梁状に基台に支持されている構成 とした。そのため、例えば、熱応力によって基台に歪みが生じたときに、 Y軸方向（例 えば長手方向）の歪みは、支持部の橈み変形により吸収される。また、 X軸方向（例 えば短手方向）の歪みは、歪みによる絶対変位が小さい上に、支持部および連結部 に連接されている梁部領域力 離れた梁部領域が X軸方向の歪みに応じて変形して 吸収される。そのため、この発明は、梁部における支持部との連接部位およびその隣 接領域と、連結部との連接部位およびその隣接領域とに歪みが生じることを防止でき る。
[0017] また、この発明は、梁部の歪みに基づいて加速度を検出するための、 X軸方向加 速度検出部と、 Y軸方向加速度検出部と、 Z軸方向加速度検出部とを、梁部に形成 する。この梁部領域は、例えば熱応力等によって基台の歪みが生じたときに、当該基 台の歪みに起因して歪みが発生しないまたは殆ど発生しない領域である。このことに より、この発明は、基台の熱応力による歪みに起因した、加速度の誤検出の事態の 発生を抑制することができる。なお、前記加速度の誤検出の事態とは、加速度が発 生していないのにも拘わらず、基台の熱応力による歪みに起因して、 X軸方向加速 度検出部や Y軸方向加速度検出部や Z軸方向加速度検出部により加速度が検出さ れてしまう t ヽぅ事態である。
[0018] また、この発明では、枠状の梁部が両持ち梁状に基台に支持され、その梁部に錘 部が片持ち梁状に支持された簡単な構造である。これにより、加速度センサの小型 化を促進させることが容易である。
[0019] さらに、この発明では、錘部は枠状の梁部に片持ち梁状に連結する構成である。こ のため、加速度による錘部の変位が大きくなる。これにより、錘部の変位に起因した 梁部の橈み変形が大きくなつて、加速度検出の感度を高めることができる。
[0020] さらに、 Y軸方向加速度検出部は、枠状の梁部において、支持部による支持位置 から Y軸方向に伸長された Y軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられている。 この Y軸方向加速度検出部の配設位置は、加速度検出部に接続される配線の密度 を低くできるので、例えば梁幅を狭くすることができる。そして、 Y軸方向伸長部位の 伸長先端側寄りの幅を狭くすることにより Y軸方向加速度検出の感度を高めることが できる。一方、 Z軸方向加速度検出部は、前記 Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄り に設けられている。この z軸方向加速度検出部の配設位置は、前記配線密度が高く なる。そのため、 Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄りは、梁幅を Y軸方向伸長部位 の伸長先端側のように狭くできない。しかし、 Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄りは 、曲げモーメントが最大となる位置である。したがって、例えば錘の形状を Y軸方向に 長くするといつたことにより、 Z軸方向加速度検出の感度を、 Y軸方向加速度検出の 感度と同等の感度に調整できる。
[0021] したがって、この発明によれば、たとえ、基台上に形成される構成要素を低背化 (Z 軸方向の厚みを小さく）したとしても、 χ、 γ、 Ζ軸方向のそれぞれの加速度検出の感 度を良好にそろえた加速度センサを実現できる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 la]本発明に係る加速度センサの一実施例を模式的に示す斜視図である。
[図 lb]本発明に係る加速度センサの一実施例を模式的に示す平面図である。
[図 2a]上記実施例の加速度センサの横断面図である。
[図 2b]上記実施例の加速度センサの横断面図である。
[図 2c]上記実施例の加速度センサの横断面図である。
[図 3a]上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
[図 3b]上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
[図 3c]上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
[図 3d]他の実施例の加速度センサの縦断面図である。
[図 4a]上記実施例の加速度センサを構成する梁部の幅に関する構成例を説明する ための図である。
[図 4b]上記実施例の加速度センサを構成する梁部の厚みに関する構成例を説明す るための図である。
[図 5]上記実施例の加速度センサの梁部に設けるピエゾ抵抗部の配設位置の一例を 説明するための図である。
[図 6a]上記実施例の加速度センサの X軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ 回路を説明するための回路図である。 [図 6b]上記実施例の加速度センサの Y軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ 回路を説明するための回路図である。
[図 6c]上記実施例の加速度センサの Ζ軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ 回路を説明するための回路図である。
圆 7a]梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続して図 6に示したブリッジ回路を構成 するための、配線パターンの一配線例を説明するための模式的な平面図である。 圆 7b]梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続して図 6に示したブリッジ回路を構成 するための、配線パターンの一配線例を説明するための模式的な断面図である。
[図 8a]上記実施例の加速度センサにおける X軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
[図 8b]上記実施例の加速度センサにおける X軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
[図 8c]上記実施例の加速度センサにおける X軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な平面説明図である。
[図 9a]上記実施例の加速度センサにおける Y軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
[図 9b]上記実施例の加速度センサにおける Y軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
[図 9c]上記実施例の加速度センサにおける Y軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な平面説明図である。
[図 10a]上記実施例の加速度センサにおける Z軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
[図 10b]上記実施例の加速度センサにおける Z軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
[図 10c]上記実施例の加速度センサにおける Z軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
[図 10d]上記実施例の加速度センサにおける Z軸方向の加速度に起因した錘部の変 位例を説明するための、模式的な平面説明図である。 [図 11]本発明の加速度センサの、他の実施例を説明するための説明図である。
[図 12]本発明の加速度センサの、さらに他の実施例を説明するための説明図である
[図 13a]本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図 である。
[図 13b]本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図 である。
[図 14]本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図で ある。
[図 15]本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための回路構成 図である。
[図 16]加速度センサの一従来例を表した模式的な斜視図である。
[図 17a]図 16に示した加速度センサにおける X軸方向の加速度を検出するためのブ リッジ回路を説明するための回路図である。
[図 17b]図 16に示した加速度センサにおける Y軸方向の加速度を検出するためのブ リッジ回路を説明するための回路図である。
[図 17c]図 16に示した加速度センサにおける Z軸方向の加速度を検出するためのブ リッジ回路を説明するための回路図である。
符号の説明
1 加速度センサ
2 基台
4 梁部
4a, 4b Y軸方向伸長部位
5, 5a, 5b 支持部
6 固定部
7, 7a, 7b 鍾部
8, 8a, 8b 連結部
15 連結部側帯状梁部部位 16 支持部側帯状梁部部位
20 補強部
25 弾性部
26 梁 (応力軽減梁）
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明する。
[0025] 図 laには、本発明に係る加速度センサの一実施例が、模式的な斜視図により示さ れている。図 lbには、図 laの加速度センサの模式的な平面図が示されている。なお 、図 lbにおいて、図 laの符号 18で示す電極パッドは省略されている。また、図 2aに は、図 lbの a— a部分の模式的な断面図が示されている。図 2bには、図 lbの b— b部 分の模式的な断面図が示されている。図 2cには、図 lbの c c部分の模式的な断面 図が示されている。さらに、図 3aには、図 lbの A— A部分の模式的な断面図が示さ れている。図 3bには、図 lbの B— B部分の模式的な断面図が示されている。図 3cに は、図 lbの C— C部分の模式的な断面図が示されている。
[0026] この実施例の加速度センサ 1は、互いに直交する X軸と Y軸と Z軸の三軸方向の加 速度をそれぞれ検出することができるものである。この加速度センサ 1は、基台 2を有 している。この基台 2は、 X軸および Y軸を含む XY平面に平行な XY基板面 3を持つ 。この XY基板面 3の上方側には、枠状の梁部 4が浮いた状態で配置されている。こ の枠状の梁部 4は XY平面形状が略方形状と成している。支持部 5 (5a, 5b)が、前 記梁部 4の X軸方向の両側から、それぞれ、 X軸方向に沿って外向きに、伸長形成さ れている。
[0027] これら支持部 5a, 5bは、それぞれ、基台 2に対して浮 、た状態と成して 、る。支持 部 5a, 5bの各伸長先端部は、弾性部 25の長手方向中央部に連接されている。弾性 部 25は、梁 (応力軽減梁） 26により形成されている。支持部 5a, 5bの梁部 4への連 接側は、梁部 4側に向かうにつれて拡径するテーパ状に形成されている。支持部 5a , 5bは、枠状の梁部 4に連接されている側の幅が、梁部 4からの伸長先端側（弾性部 25に連接する側）の幅よりも広く形成されている。
[0028] また、弾性部 25 (25a, 25b)を形成する梁 26は、支持部 5 (5a, 5b)の伸長形成方 向（X軸方向）に交差する方向（この例では直交する Y軸方向）に伸長形成されて、伸 長先端側が固定部 6に固定されている。前記固定部 6は、梁部 4および後述する錘 部 7 (7a, 7b)の形成領域を、間隔を介して囲む枠状の形態を有し、固定部 6は基台 2に固定されている。
[0029] この実施例では、梁部 4は、支持部 5 (5a, 5b)と弾性部 25を介して固定部 6に固定 されている。換言すれば、梁部 4は、支持部 5a, 5bと弾性部 25とを介し、基台 2に両 持ち梁状に支持固定されている。つまり、この実施例では、支持部 5 (5a, 5b)と弾性 部 25と固定部 6とによって梁部支持固定部が構成されている。
[0030] また、枠状の梁部 4の枠内空間には、補強部 20が配置されている。補強部 20は、 梁部 4の両側の支持部 5a, 5bを繋ぐ方向に伸長形成されている。当該補強部 20の 両端側は、それぞれ、枠状の梁部 4に連接されている。補強部 20は、支持部 5aが接 続されている梁部 4の部位 M (図 lb、参照）と、支持部 5bが接続されている梁部 4の 部位 N (図 lb、参照）とを結ぶ直線に沿って伸長形成されている。補強部 20の両端 は、それぞれ、梁部 4の内側縁部に接続されている。この実施例において、補強部 2 0の Y軸方向の幅は、支持部 5a, 5bの梁部 4への連接側の幅と等しく形成されている
[0031] 前記錘部 7a, 7bは、梁部 4を間にして Y軸方向に配列配置されている。また、これ ら錘部 7a, 7bは、基台 2の XY基板面 3の上方側に浮いた状態で配置されている。こ れら錘部 7a, 7bは、それぞれ、連結部 8 (8a, 8b)によって、梁部 4に連接されている 。連結部 8 (8a, 8b)は、梁部 4の Y軸方向の両側力 それぞれ、 Y軸方向に沿って外 向きに、伸長形成されている。連結部 8 (8a, 8b)は、基台 2に対して浮いた状態と成 している。錘部 7a, 7bは、梁部 4の橈み変形によって、 X軸方向と Y軸方向と Z軸方 向の三軸方向に変位可能な構成となっている。
[0032] この実施例では、各支持部 5a, 5bと補強部 20の X軸方向に沿った中心軸は、同一 直線上に配置されている。また、各連結部 8a, 8bの Y軸方向に沿った中心軸は、同 一直線上に配置されている。梁部 4は、支持部 5a, 5bの中心軸を通る X方向中心軸 に対して、対称な形状である。また、梁部 4は、連結部 8a, 8bの中心軸を通る Y方向 中心軸に対して、対称な形状である。 [0033] また、枠状の梁部 4において、前記支持部 5a, 5bによる支持位置から Y軸方向に 伸長された Y軸方向伸長部位 4a, 4b (図 4aの点線 Y4で囲んだ領域を参照）は、伸 長先端側の幅が伸長基端側の幅より狭く形成されている。さらに詳しく述べると、 Y軸 方向伸長部位 4a, 4bは、以下のように形成されている。つまり、 Y軸方向伸長部位 4 a, 4bは、それぞれ、その基端側から Y軸方向の伸長方向中央部付近までは、梁部 4 の幅が広いストレート形状に形成されている。そして、この Y軸方向の伸長方向中央 部付近は、伸長先端側に向かうにつれて梁幅が狭くなるテーパ状に形成されている 。さらに、このテーパ状の先端から Y軸方向の伸長先端部までは、梁部 4の幅が狭い ストレート形状に形成されて 、る。
[0034] 梁部 4において、連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b) (図 4bの点線 Z15で囲ん だ領域を、参照）は、各連結部 8a, 8bからそれぞれ連結部 8a, 8bの幅をもって梁部 4の領域へ Y軸方向に延長した部位である。この実施例において、連結部側帯状梁 部部位 15 (15a, 15b)の Z軸方向の厚みは、連結部 8の Z軸方向の厚みと同じ厚み となっている。また、梁部 4において、支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b) (図 4b の点線 Z16で囲んだ領域を、参照）は、各支持部 5a, 5bからそれぞれ支持部 5a, 5b の基端側の幅をもって梁部 4の領域へ X軸方向に延長した部位である。この実施例 において、支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)の Z軸方向の厚みは、支持部 5の Z軸方向の厚みと同じ厚みとなっている。
[0035] この実施例では、前記梁部 4における連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b)およ び支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)の Z軸方向の厚み力 例えば約 400 m 程度である。それに対して、梁部 4のそれ以外の部分の Z軸方向の厚みは、例えば 約 5〜10 /ζ πι程度である。つまり、梁部 4における連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b)および支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)の Z軸方向の厚みよりも、梁部 4 のそれ以外の部分の Z軸方向の厚みは、薄くなつている。
[0036] なお、梁部 4において、連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b)の厚みを厚くせず、 支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)以外の部分の Z軸方向の厚みと同じ厚みに 薄 例えば約 5〜10 /ζ πι程度に）してもよい。また、連結部 8a, 8bの厚みも同様に 薄い厚みとしてもよい。このように、連結部 8a, 8bの厚みと連結部側帯状梁部部位 1 5 (15a, 15b)の厚みを、例えば約 5〜10 /ζ πι程度というように、薄く形成した場合、 図 lbの C C部分の断面図は、図 3dに示すようになる。
[0037] この実施例では、前記補強部 20の Z軸方向の厚みおよび、前記梁 26の Z軸方向 の厚みも、支持部 5a, 5bや、梁部 4における支持部側帯状梁部部位 16と同様の (等 し！、またはほぼ等し 、）、 400 μ m程度の厚みとなって!/、る。
[0038] さらに、この実施例では、錘部 7の Z軸方向の厚みは、例えば約 400 μ m程度であ る。つまり、錘部 7の Z軸方向の厚みは、支持部 5や連結部 8の Z軸方向の厚みとほぼ 同様な厚みとなっている。また、錘部 7 (7a, 7b)の重心は、例えば図 3bに示される点
Wの位置である。錘部 7 (7a, 7b)を支える梁部 4の支点は、例えば図 3bに示される
7
点 Wの位置となっている。錘部 7の重心位置と、錘部 7 (7a, 7b)を支える梁部 4の支
4
点位置とは、高さ位置 (z軸方向の位置）がずれている。
[0039] この実施例では、上述した梁部 4と支持部 5 (5a, 5b)と固定部 6と錘部 7 (7a, 7b)と 連結部 8 (8a, 8b)は、 SOI (Silicon- On- Insulator)基板 13をマイクロマシユング技術 を利用して加工して形作られたものである。 SOI基板 13は、 Si層 10と SiO層 11と Si
2
層 12が順に積層形成されて 、る多層基板である。
[0040] この実施例では、梁部 4は Siにより構成され、加速度を検出するためのピエゾ抵抗 部が、次に示すような部位を加工して梁部 4に設けられている。図 5の模式的な拡大 図に示されるように、梁部 4において、ピエゾ抵抗部 R , R 1S それぞれ、連結部側
XI X2
帯状梁部部位 15aの帯幅両側に配設されている。ピエゾ抵抗部 R , R 力 それぞ
X3 X4
れ、連結部側帯状梁部部位 15bの帯幅両側に配設されている。これら 4つのピエゾ 抵抗部 R , R , R , R は、 X軸方向の加速度を検出するための X軸方向加速度
XI X2 X3 X4
検出部を構成している。
[0041] また、梁部 4において、ピエゾ抵抗部 R , R 力 それぞれ、 Y軸方向伸長部位 4a
Y2 Y3
の伸長先端側寄りに配設されている。ピエゾ抵抗部 R , R Y
Yl Y4力 それぞれ、 軸方向 伸長部位 4bの伸長先端側寄りに配設されている。これら 4つのピエゾ抵抗部 R , R
Yl Y2
, R , R は、 Y軸方向の加速度を検出するための Y軸方向加速度検出部を構成し
Υ3 Υ4
ている。
[0042] さらに、ピエゾ抵抗部 R , R 力 梁部 4における Υ軸方向伸長部位 4aの伸長基端 側寄りである、支持部側帯状梁部部位 16aの両端側に、形成されている。ピエゾ抵抗 部 R , R 1S Y軸方向伸長部位 4bの伸長基端側寄りである、支持部側帯状梁部部
Zl Z4
位 16bの両端側に、形成されている。これら 4つのピエゾ抵抗部 R ，R ，R ，R は
Zl Z2 Z3 Z4
、 z軸方向の加速度を検出するための z軸方向加速度検出部を構成している。ピエ ゾ抵抗部 R , R
Zl Z3，は X軸方向に沿って伸長形成された形状と成している。ピエゾ抵 抗部 R , R は、ピエゾ抵抗部 R , R ， の伸長形成方向と直交する Y軸方向に沿つ
Z2 Z4 Zl Z3
て伸長形成された形状と成して ヽる。
[0043] 梁部 4や支持部 5 (5a, 5b)、補強部 20、弾性部 25、固定部 6には、図 6a、図 6b、 図 6cにそれぞれ示されるような配線パターンが形成されている。図 6aは、ピエゾ抵抗 部 R , R , R , R によるブリッジ回路を構成するための配線パターンを示す。図 6
XI X2 X3 X4
bは、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R によるブリッジ回路を構成するための配線パタ
Yl Y2 Y3 Y4
ーンを示す。図 6cは、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R によるブリッジ回路を構成する
Zl Z2 Z3 Z4
ための配線パターンを示す。
[0044] そして、この実施例では、加速度が発生していないときに、図 6a、図 6b、図 6cの各 ブリッジ回路を構成して ヽる 4つのピエゾ抵抗部の抵抗値が、均衡状態となるように、 ピエゾ抵抗部が形成されて 、る。
[0045] 例えば、図 7aには、前記ブリッジ回路の配線パターンの一配線例が模式的に表さ れている。この例では、配線パターン Lsと配線パターン Lmとによって、前記ピエゾ抵 抗部から成るブリッジ回路を構成している。配線パターン Lsは、図 7bの模式的な断 面図に示されるような、例えば SOI基板 13の Si層 12に、ボロンやリン等をドープして 形成されている。配線パターン Lmは、例えば SOI基板 13の表面に、蒸着ゃスパッタ 等の成膜形成技術を利用して形成されたアルミニウム等の金属により形成されている 。なお、図 7aでは、配線パターン Lsは実線により表され、配線パターン Lmは破線に より表されている。
[0046] 図 7aの例では、配線パターン Lsと、配線パターン Lmとのそれぞれの特徴を利用し た、次に示すような特有な配線パターン Ls, Lmの配線が成されている。図 7bに示す ように、 SOI基板 13の Si層 12の表面には、配線パターン Lsの形成後に、必然的に 酸ィ匕膜 21が形成される。このことから、この酸ィ匕膜 21によって、配線パターン Lsと、 配線パターン Lmとの絶縁を確保しながら、配線パターン Lsと、配線パターン Lmとの クロス配線が成されている。
[0047] また、配線パターン Lsが形成されている部分の酸ィ匕膜 21の一部が除去されて孔部 22が形成されている。この孔部 22内に配線パターン Lmの構成材料の導体材料が 入り込んで、配線パターン Lsに接合する。この接合により、配線パターン Lsと配線パ ターン Lmが電気的に接続されて!ヽる。
[0048] なお、この実施例においては、前記の如ぐ支持部 5a, 5bと、梁部 4における連結 部側帯状梁部部位 15a, 15bおよび支持部側帯状梁部部位 16a, 16bと、補強部 20 と、弾性部 25とは、例えば約 400 m程度の厚みである。それに対して、連結部側 帯状梁部部位 15a, 15bおよび支持部側帯状梁部部位 16a, 16b以外の梁部 4の部 位は、例えば 5〜： LO m程度の厚みとなっている。このような梁部 4の薄い部分の表 面に、金属製の配線パターン Lmを形成すると、その配線パターン Lmの内部応力に よって、梁部 4の薄い部分が反ってしまう虞がある。
[0049] それに対して、配線パターン Lsは、梁部 4を構成して 、る Si層にボロンやリン等の 不純物をドープして形成されるものである。そのため、配線パターン Lsの形成による 梁部 4の薄い部分の反り等の変形は殆ど発生しない。このことから、梁部 4の薄い部 分に金属製の配線パターン Lmを形成することは避け、当該梁部 4の薄い部分には、 配線パターン Lsが形成されて ヽる。
[0050] 以上のように、図 7aの例では、配線パターン Lsと配線パターン Lmのクロス配線が 可能であることと、配線パターン Lsと配線パターン Lmの電気的な接続が容易である こととを利用している。また、図 7aの例は、梁部 4の厚みが部分的に異なることも考慮 している。その上で、配線パターンの配線構成の簡略ィ匕を図ることを思慮しながら、 配線パターン Lsおよび配線パターン Lmの配線構成が設計されている。
[0051] 図 7aの配線例にぉ 、て、連結部側帯状梁部部位 15aの帯幅両側に配設されて 、 るピエゾ抵抗部 R , R の一端側同士が、配線パターン Lsによって電気的に接続さ
XI X2
れて電圧検出部 P が形成されている。また、図 laに示したように、固定部 6の表面に
XI
は、複数の外部接続用の電極パッド 18が形成されている。電圧検出部 P は、配線
XI
パターン Ls, Lmによって、当該電圧検出部 P に個別に対応する外部接続用の電極 パッド 18 (V )に電気的に接続されている。同様に、連結部側帯状梁部部位 15bの
XI
帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部 R , R の一端側同士が、配線パターン Ls
X3 X4
によって電気的に接続されて電圧検出部 P が形成されている。この電圧検出部 P
X2 X2 は、配線パターン Ls, Lmによって、当該電圧検出部 P に個別に対応する外部接続 用の電極パッド 18 (V )に電気的に接続されている。
X2
[0052] また、ピエゾ抵抗部 R , R の他端側は、それぞれ、配線パターン Ls, Lmによって
X2 X4
、外部の電圧電源 Vs〖こ接続するための外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的
VS
に接続されている。さら〖こ、ピエゾ抵抗部 R , R の
XI X3 他端側は、それぞれ、配線バタ ーン Ls, Lmによって、外部のグランド GNDに接続するための外部接続用の電極パ ッド 18 (V )に電気的に接続されている。
GND
[0053] さらに、 Y軸方向伸長部位 4aの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部 R , R
Y2 Y3 の一端側同士が、配線パターン Ls, Lmによって電気的に接続されて、電圧検出部 P が形成されている。この電圧検出部 P は、配線パターン Lmによって、当該電圧検
Yl Y1
出部 P に個別に対応する外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的に接続されて
Yl Y1
いる。
[0054] 同様に、 Y軸方向伸長部位 4bの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部 R , R
Yl Y4 の一端側同士が、配線パターン Ls, Lmによって電気的に接続されて電圧検出部 P
Y2 が形成されている。この電圧検出部 P は、配線パターン Lmによって、当該電圧検出
Y2
部 P に個別に対応する外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的に接続されてい
Y2 Y2
る。
[0055] また、ピエゾ抵抗部 R , R の他端側は、それぞれ、配線パターン Ls, Lmによって
Y2 Y4
、外部の電圧電源 Vs〖こ接続するための外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的
VS
に接続されている。さら〖こ、ピエゾ抵抗部 R , R の
Yl Y3 他端側は、それぞれ、配線バタ ーン Ls, Lmによって、外部のグランド GNDに接続するための外部接続用の電極パ ッド 18 (V )に電気的に接続されている。
GND
[0056] さらに、支持部側帯状梁部部位 16aの両端側のピエゾ抵抗部 R , R の一端側同
Z2 Z3
士が、配線パターン Lsによって電気的に接続されて、電圧検出部 P が形成されてい
Z1
る。この電圧検出部 P は、配線パターン Lmによって、当該電圧検出部 P に個別に 対応する外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的に接続されている。同様に、支
Z1
持部側帯状梁部部位 16bの両端側のピエゾ抵抗部 R , R の一端側同士が、配線
Zl Z4
パターン Lsによって、電気的に接続されて電圧検出部 P が形成されている。この電
Z2
圧検出部 P は、配線パターン Lによって、当該電圧検出部 P に個別に対応する外
Z2 Z2 部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的に接続されている。
Z2
[0057] また、ピエゾ抵抗部 R , R の他端側は、配線パターン Ls, Lmによって、それぞれ
Z2 Z1
、外部の電圧電源 Vs〖こ接続するための外部接続用の電極パッド 18 (V )に電気的
VS
に接続されている。さら〖こ、ピエゾ抵抗部 R , R の他端側は、配線パターン Ls, Lm
Z3 Z4
によって、それぞれ、外部のグランド GNDに接続するための外部接続用の電極パッ 18(V )に電気的に接続されている。
GND
[0058] この実施例の加速度センサ 1は上記のように構成されており、次に述べるように、加 速度を検出することができる。例えば、 X軸方向の加速度が発生すると、その加速度 に起因した X軸方向の力が錘部 7 (7a, 7b)に作用する。この錘部 7への X軸方向の 作用力によって、錘部 7(7a, 7b)は、図 8aのモデル図の点線に示される基準状態か ら、例えば図 8aの実線および、図 8bの模式的な断面図に示されるように、 X軸方向 に振れ変位する。このような錘部 7の X軸方向の変位によって、連結部 8を介して梁部 4が橈み変形し、これにより、梁部 4には次に示すような応力が発生する。
[0059] 錘部 7が、図 8a、図 8bに示されるように変位した場合には、図 8cのモデル図に示さ れるように、梁部 4において、連結部側帯状梁部部位 15aの左側 Aには、引っ張り応 し
力が発生する。また、連結部側帯状梁部部位 15aの右側 Aには、圧縮応力が発生
R
する。さらに、連結部側帯状梁部部位 15bの左側 Bには、引っ張り応力が発生する。
し
さらにまた、連結部側帯状梁部部位 15bの右側 Bには、圧縮応力が発生する。また
R
、支持部側帯状梁部部位 16aの両側 C , Cには、それぞれ、圧縮応力が発生する。
U D
支持部側帯状梁部部位 16bの両側 D , Dには、それぞれ、引っ張り応力が発生す
U D
る。
[0060] このように、梁部 4において、錘部 7の X軸方向の加速度に起因して応力が発生す る各々の部分 A , A , B , B , C , C , D , Dには、それぞれ、ピエゾ抵抗部 R ,
L R L R U D U D X2
R , R , R , R , R , R , R が設けられている。そのため、これらピエゾ抵抗部 R , R , R , R , R ， R , R , R は、それぞれ、 X軸方向の加速度に起因した応
X2 XI X3 X4 Z2 Z3 Zl Z4
力発生によって、電気抵抗値が変化する。
[0061] 表 1には、このような、 X方向の加速度が発生したときの、各ピエゾ抵抗部 R , R , R , R , R , R , R , R の配設部に生じる応力と、各ピエゾ抵抗部の抵抗値変化
X3 X4 Z2 Z3 Zl Z4
力 それぞれ示されている。また、ピエゾ抵抗部 R , R R
Y2 Y3， R ,
Yl Y4の配設部に生じる 応力と、各ピエゾ抵抗部の抵抗値変化も、それぞれ示されている。なお、表 1および、 後述する表 2、表 3において、応力をマイナス（一）で示してあるところは圧縮応力が 発生していることを示す。また、応力をプラス（+ )で示してあるところは引っ張り応力 が発生していることを示す。また、抵抗値変化の +と一の記号は、それぞれ抵抗値変 化の方向を示している。以下の説明において、各ピエゾ抵抗部の配設部に発生する 応力と抵抗値変化について、表 1〜表 3に対応させて詳述する。
[0062] [表 1]
Figure imgf000019_0001
[0063] まず、図 6aのブリッジ回路 (X軸ブリッジ）において、図 8a、図 8bに示すように、 X軸 方向の加速度が発生しているときについて述べる。このとき、ピエゾ抵抗部 R , R
XI X4 は、例えば圧縮応力（一）に基づいた抵抗値変化（一方向の抵抗値変化)を示す。ま た、ピエゾ抵抗部 R , R は、例えば引っ張り応力（+ )に基づいた抵抗値変化（+
X2 X3
方向の抵抗値変化）を示す。このこと力ら、図 6aのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態 が崩れて、図 6aのブリッジ回路の出力が変化する。また、 X軸方向の加速度の大きさ に応じて図 6aのブリッジ回路の出力の変動幅が変化する。このこと力 、図 6aのブリ ッジ回路の出力に基づいて X軸方向の加速度の大きさを検出することができる。
[0064] なお、ここで、図 8a、図 8bに示すように X軸方向の加速度が発生しているときの、図 6cのブリッジ回路（Z軸ブリッジ）を構成して!/、るピエゾ抵抗部につ 、て述べる。表 1に 示すように、図 6cのブリッジ回路 (Z軸ブリッジ）を構成しているピエゾ抵抗部 R , R
Z2 Z3 は、例えば圧縮応力（一）に基づいた抵抗値変化を示す。また、ピエゾ抵抗部 R , R 4は、例えば引っ張り応力（+ )に基づいた抵抗値変化を示す。このとき、ピエゾ抵抗 部 R とピエゾ抵抗部 R とは、ピエゾ抵抗の伸長方向が直交しているため、互いに逆
Z2 Z3
向きに抵抗値が変化する。
[0065] つまり、表 1に示すように、ピエゾ抵抗部 R は（+ )ピエゾ抵抗部 R は（一）方向の
Z2 Z3
抵抗値変化となる。また、ピエゾ抵抗部 R
Zlピエゾ抵抗部 R
Z4も同様の関係にある。つ まり、ピエゾ抵抗部 R は（ + )、ピエゾ抵抗部 R は（一）方向の抵抗値変化となる。こ
Zl Z4
のように、ピエゾ抵抗部 R , R 力 + )、ピエゾ抵抗部 R , R 力 S (—）で、互いに逆
Zl Z2 Z3 Z4
向きの抵抗値変化を示し、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R の抵抗値変化は互いにキ
Z2 Z3 Zl Z4
ヤンセルされる。これにより、図 6cのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。
[0066] また、図 6bのブリッジ回路 (Y軸ブリッジ）を構成するピエゾ抵抗部 R , R , R , R
Yl Y2 Y3 Y が設けられている梁部部分について述べる。この梁部部分は、 Y軸方向伸長部位 4
4
a, 4bの伸長先端部寄りであり、発生応力が小さい。そのうえ、対称性から、表 1に示 すように、ピエゾ抵抗部 R , R の抵抗値変化が（-)でピエゾ抵抗部 R , R の抵抗
Y2 Y3 Yl Y4 値変化が（+)となる。つまり、ピエゾ抵抗部 R , R の
Y2 Y3 抵抗値変化と、ピエゾ抵抗部 R
, R の
Yl Y4 抵抗値変化とが、互いに正負逆向きに、抵抗値が同程度に変化する。した 力 sつて、電気抵抗部 P , P 、 X
XI X2の電位が変化しない。このため 軸方向の加速度が発 生しているときには、図 6bのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、 図 6bのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。
[0067] また、例えば、 Y軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因した Y軸方向の 力が錘部 7 (7a, 7b)に作用する。この実施例では、錘部 7の重心位置と、錘部 7を支 える梁部 4の支点位置との高さ位置がずれている。そのため、この重心と支点の位置 ずれによって、錘部 7 (7a, 7b)に Y軸方向の力が作用すると、錘部 7a, 7bは、図 9a のモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図 9aに示される実線および、図 9bの模式的な断面図に示されるようになる。つまり、錘部 7a, 7bの一方側（図 9aおよ び図 9bの例では錘部 7a)は基台 2に近付きながら Y軸方向に変位する。そして、他 方側（図 9aおよび図 9bの例では錘部 7b)は基台 2に対して持ち上がりながら Y軸方 向に変位する。これにより、連結部 8および梁部 4が橈み変形して、梁部 4には次に 示すような応力が発生する。 [0068] 例えば、錘部 7が図 9a、図 9bに示されるように変位する場合について述べる。この 場合は、梁 4の面と錘 7の重心位置の Z方向の距離 (Ly)と慣性力（ma)の積からなる モーメント（maLy)により、梁部 4において、 Y軸方向伸長部位 4aには、一様なモーメ ントが作用する。そして、図 9cのモデノレ図に示されるように、図の上側の Y軸方向伸 長部位 4aの領域 Eには、引っ張り応力が発生する。下側の Y軸方向伸長部位 4aの
U
領域 Eには、圧縮応力が発生する。さらに、図の上側の Y軸方向伸長部位 4bの領
D
域 Fには、引っ張り応力が発生する。下側の Y軸方向伸長部位 4bの領域 Fには、
U D
圧縮応力が発生する。
[0069] このように、梁部 4において、 Y軸方向の加速度に起因して応力が発生する各々の 部分 E , E , F , Fの端部には、それぞれ、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R が設け
U D U D Y2 Y3 Yl Y4 られている。そのため、これらピエゾ抵抗部 R , R ， R , R は、それぞれ、 Y軸方
Y2 Y3 Yl Y4
向の加速度に起因した応力発生によって、電気抵抗値が変化する。
[0070] 表 2には、このような、 Y方向の加速度が発生したときの、ピエゾ抵抗部 R
Y2，R , R Υ3 Υ
1 ， R
Υ4の配設部に生じる、応力と抵抗値変化が示されている。また、ピエゾ抵抗部 R
Ζ2
, R , R , R の配設部に生じる、応力と抵抗値変化が示されている。
Ζ3 Zl Ζ4
[0071] [表 2]
Figure imgf000021_0001
[0072] 図 6bのブリッジ回路において、上記 Y軸方向の加速度が発生しているときには、表 2に示すように、ピエゾ抵抗部 R , R は、例えば引っ張り応力（+ )に基づいた抵抗
Yl Y2
値変化（ + )を示す。また、ピエゾ抵抗部 R , R
Y3 Y4は、例えば圧縮応力（ ）に基づ 、 た抵抗値変化（一）を示す。このこと力ゝら、図 6bのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態 が崩れて、図 6bのブリッジ回路の出力が変化する。そして、 Y軸方向の加速度の大き さに応じて、図 6bのブリッジ回路の出力の変動幅が変化する。このこと力 、図 6bの ブリッジ回路の出力に基づいて Y軸方向の加速度の大きさを検出することができる。
[0073] なお、この実施例では、 Y軸方向伸長部位 4aの伸長基端側には、ピエゾ抵抗部 R , R が配設されている。また、 Y軸方向伸長部位 4bの伸長基端側には、ピエゾ抵抗
Z3
部 R , R が配設されている。そのため、 Y軸方向の加速度に起因した梁部 4の応力
Zl Z4
発生により、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R の抵抗値も変化する。し力しながら、ピエ
Z2 Z3 Zl Z4
ゾ抵抗部 R , R
Z2 Z1は、例えば引っ張り応力（+ )に基づいた抵抗値変化である。一方
、ピエゾ抵抗部 R , R は例えば圧縮応力（一）に基づいた抵抗値変化である。また
Z3 Z4
、ピエゾ抵抗部 R , R とピエゾ抵抗部 R , R のピエゾ抵抗が互いに直交する方向
Zl Z3 Z2 Z4
に伸長している。そのため、応力に対する抵抗値変化の増減がほぼ反対になる。
[0074] その結果、ピエゾ抵抗部 R とピエゾ抵抗部 R の抵抗値は、加速度が無い状態で
Z2 Z4
の基準の抵抗値力 正負逆向きに変化する。つまり、表 2に示すように、ピエゾ抵抗 部 R 力 + )、ピエゾ抵抗部 R 力 S (―)となる。また、ピエゾ抵抗部 R とピエゾ抵抗部
Z2 Z4 Z1
R の抵抗値は、加速度が無い状態での基準の抵抗値力 正負逆向きに変化する。
Z3
つまり、表 2に示すように、ピエゾ抵抗部 R 力 S (—）、ピエゾ抵抗部 R 力 S ( + )となる。
Z3 Z1
このことから、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R の抵抗値変化は互いにキャンセルされ
Z2 Z4 Zl Z3
る。これにより、図 6cのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。
[0075] また、図 6aのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部 R , R , R , R は、 Y軸方向
XI X2 X3 X4
の加速度が発生して 、るときに応力変化が殆ど無 、部分に配設されて 、る。そのた め、それらピエゾ抵抗部 R , R , R , R の抵抗値の変化は殆ど無ぐ図 6aのブリツ
XI X2 X3 X4
ジ回路の出力にも大きな変化が無い。したがって、図 6bのブリッジ回路の出力に基 づく Y軸方向の加速度検出を的確に行うことができる。
[0076] さらに、例えば、 Z軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因した Z軸方向 の力が錘部 7 (7a, 7b)に作用する。この錘部 7への Z軸方向の作用力によって、錘 部 7 (7a, 7b)は、図 10aのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図 10a に示される実線および、図 10bの模式的な断面図に示されるように、錘部 7 (7a, 7b) は Z軸方向に変位する。これにより、連結部 8および梁部 4が橈み変形し、梁部 4には 次に示すような応力が発生する。
[0077] 例えば、錘部 7が図 10aや図 10bに示されるように変位する場合について述べる。
この場合は、図 10cのモデル図に示されるように、重心と梁部 4の Y方向の距離 (Lz) と慣性力の積力もなる曲げモーメント (maLz)が発生する。このため、重心位置から 距離が最も離れた Y軸方向伸長部位 4a, 4bの伸長基端側 (支持部側帯状梁部部位 16a, 16bのそれぞれの両側）で最大の曲げモーメントを示す。そして、梁部 4におい て、支持部側帯状梁部部位 16a， 16bのそれぞれの両側 C , C , D , Dには、それ
U D U D
ぞれ、引っ張り応力が発生する。
[0078] 表 3には、このような、 Y方向の加速度が発生したときの、ピエゾ抵抗部 R , R , R
Y2 Y3 Y
, R および、ピエゾ抵抗部 R , R ， R , R の配設部に生じる応力と抵抗値変化が
1 Y4 Z2 Z3 Zl Z4
、それぞれ示されている。表 3に示すように、ピエゾ抵抗部 R ， R ， R , R
Z2 Z3 Zl Z4の配設 部には、いずれも、引っ張り応力（+)が発生する。
[表 3]
Figure imgf000023_0001
[0080] ピエゾ抵抗部 R , R X
Zl Ζ3 ,は 軸方向に沿って伸長形成された形状と成し、ピエゾ抵 抗部 R , R
Ζ2 Ζ4は、ピエゾ抵抗部 R , R
Zl Ζ3，の伸長形成方向と直交する Υ軸方向に沿つ て伸長形成された形状と成している。このことから、上記のように梁部 4に引っ張り応 力（+ )が発生すると、表 3に示すように、抵抗値が変化する。つまり、 Υ方向に伸長し たピエゾ抵抗部 R , R の
Ζ2 Ζ4 ピエゾ抵抗と、 X方向に伸長したピエゾ抵抗部 R , R の
Ζ3 Z1 ピエゾ抵抗とは、ほぼ正負逆向きに抵抗値が変化する。すなわち、ピエゾ抵抗部 R
Ζ2
, R は（一）となり、ピエゾ抵抗と X方向に伸長したピエゾ抵抗部 R , R は（+)となる
[0081] これらのことから、 Ζ軸方向の加速度が発生しているときには、図 6cのブリッジ回路 の抵抗値の均衡状態が崩れて、図 6cのブリッジ回路の出力が変化する。そして、 Z 軸方向の加速度の大きさに応じて、図 6cのブリッジ回路の出力の変動幅が変化する こと力ら、図 6cのブリッジ回路の出力に基づいて、 Z軸方向の加速度の大きさを検出 することができる。
[0082] なお、図 6aのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部 R , R , R , R
XI X2 X3 X4が設けられて いる梁部部分は、 z軸方向の加速度に起因した応力が殆ど発生しない。そのため、 図 6aのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図 6aのブリッジ回路 の出力変化は殆ど無い。また、図 6bのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部 R , R
Yl Y2
, R , R が設けられている梁部部分は、 Y軸方向伸長部位 4a, 4bの端部側である
Y3 Y4
。この部分は、何れも同様の引っ張り応力（表 3の +、参照）が発生する。そのため、 ピエゾ抵抗部 R , R , R , R は同様に抵抗値が全て +方向に変化する。したがつ
Yl Y2 Y3 Y4
て、 Z軸方向の加速度が発生しているときには、図 6bのブリッジ回路の抵抗値の均衡 状態は維持されたままで、図 6bのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。
[0083] 上記のように、この実施例の加速度センサ 1は、 X軸方向と Y軸方向と Z軸方向の三 軸方向の加速度を、それぞれ別々に検出することが可能である。
[0084] また、この加速度センサ 1は、梁部 4に設けられている Z軸方向加速度検出部と Y軸 方向加速度検出部と X軸方向加速度検出部が、それぞれ、梁部 4の変形による梁部 4の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されている 。この構成により、この加速度センサ 1は、ピエゾ抵抗部の電気抵抗値変化を検出す ることによって、容易に、かつ、的確に、 X、 Υ、 Ζ軸方向のそれぞれの加速度を検出 することができる。
[0085] さらに、この加速度センサ 1は、 X、 Υ、 Ζのそれぞれの軸方向加速度検出部のピエ ゾ抵抗部により形成される 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基 づいて、各軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成するものである。そ して、これらのブリッジ回路によって、容易に、かつ、的確に、 X、 Υ、 Ζの各軸方向の 加速度を検出することができる。
[0086] さらに、この加速度センサ 1は、上記のように、 Υ軸方向についての曲げモーメント 1S 重心と梁面との Ζ軸方向の距離 Lyに依存する。また、 Z軸方向についての曲げモ 一メントは、重心と梁 4の Y軸方向の距離 Lzに依存する。そのため、加速度センサ 1 の素子低背化を行うと、 Lyが小さくなり、 Y軸方向の感度が低下する傾向にある。し 力しながら、この実施例では、ピエゾ抵抗部 R , R , R , R を Y軸方向伸長部位 4
Yl Y2 Y3 Y4
a, 4bの両端側に形成し、この形成部位の梁幅を狭くする構成としたので、 Y軸方向 の加速度検出感度の低下を抑制できる。
[0087] 一方、加速度センサ 1の低背化を行っても、 Z方向は質量 mの低下以外は影響しな い。また、 Z軸方向の加速度は、梁 4の Y軸方向伸長部位 4a, 4bの伸長基端側（支 持部側帯状梁部部位 16の両側）に大きな曲げモーメントを発生する。そのため、この 部位にピエゾ抵抗部 R , R , R , R を配置することにより、感度低下を抑制できる
Zl Z2 Z3 Z4
。なお、錘部 7を Y方向に長くすると Lzが長くなり、 Z軸方向の感度を高めることができ る。したがって、錘部 7を Y方向に長くすることにより、 Z軸方向の感度を Y軸方向の感 度と同等の値に調整することができる。
[0088] その結果、この実施例の加速度センサ 1は、たとえ素子低背化を行っても、 Y軸方 向と Z軸方向の感度を合わせることができ、 Xと Yと Zの 3軸方向において、必要な感 度を維持しつつ、低背化ができる。
[0089] また、この実施例では、梁部 4は支持部 5 (5a, 5b)によって両持ち梁状に固定部 6 に支持されている。また、錘部 7 (7a, 7b)は、連結部 8 (8a, 8b)によって梁部 4に片 持ち梁状に支持されている構成である。このため、支持部 5aが接続されている固定 部 6の部位と、支持部 5bが接続されている固定部 6の部位との間の距離を短く形成 できる。これにより、基台 2や固定部 6が周囲の温度変化などによって歪んだとしても 、その基台 2や固定部 6の歪みに起因した固定部部位間の歪みによる絶対変位が小 さい。
[0090] また、梁部 4は枠状であり、当該枠状の梁部 4が支持部 5 (5a, 5b)によって両持ち 梁状に固定部 6に支持されている。そのため、基台 2や固定部 6の歪みによって X軸 方向の応力が発生した場合に、梁部 4の角部領域が変形して応力を逃がすことがで きる。さらに、基台 2や固定部 6の歪みによって Y軸方向の応力が発生した場合には 、支持部 5 (5a, 5b)が変形して応力を逃がすことができる。このようなことから、この実 施例は、基台 2や固定部 6の歪みに起因した梁部 4の橈み変形を緩和できる。したが つて、周囲温度変動に起因する問題を小さく抑制することができる。なお、周囲温度 変動に起因する問題とは、例えば温度変動によって、図 6a〜図 6cの各ブリッジ回路 の出力電圧値が変動してしまうという温度ドリフト発生等の問題である。
[0091] また、この実施例では、錘部 7a, 7b間の領域に配置された梁部 4に加速度を検出 するためのピエゾ抵抗部を集約的に配設した。このため、全てのピエゾ抵抗部をほぼ 設計通りに製造することが可能となる。したがって、この実施例は、図 6a〜図 6cに示 されるブリッジ回路の出力のばらつき等を小さく抑えることが容易となる。つまり、この 実施例は、梁部 4を構成する Siにボロン (B)やリン (P)をドープしてピエゾ抵抗部を作 製する。そして、このピエゾ抵抗部の配設位置が集約されていることにより、各ピエゾ 抵抗部におけるボロンやリンのドープ濃度を均一にすることが容易にできることとなる 。このため、各ブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が取り易くなり、加速度検出の精度 を高めることができる。
[0092] さらに、この実施例では、全てのピエゾ抵抗部を集約的に配設したため、図 6a〜図 6cの各ブリッジ回路を構成するための配線パターンの弓 Iき回し経路を簡素化するこ とができる。また、配線パターン Lsと配線パターン Lmとを有するクロス配線を設けて 回路を形成することにより、より一層配線パターンの引き回し経路を簡素化することが できる。
[0093] さらに、この実施例では、各支持部 5a, 5bの X軸方向に沿った中心軸は、同一直 線上に配置され、各連結部 8a, 8bの Y軸方向に沿った中心軸は、同一直線上に配 置されている。そして、梁部 4は、支持部 5a, 5bの X軸方向に沿った中心軸を通る X 軸方向中心軸に対して対称で、かつ、連結部 8a, 8bの Y軸方向に沿った中心軸を 通る Y軸方向中心軸に対して対称な形状である。このため、加速度発生に起因した 梁部 4の橈み変形が単純ィ匕でき、梁部 4の橈み変形による応力変化を利用した加速 度検出の精度の向上に寄与することができる。
[0094] さらに、この実施例では、梁部 4における連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b)お よび支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)は、梁部 4の他の部分よりも Z軸方向の 厚みが厚くなつている。この厚みの差のために、連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 1 5b)や支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)と、梁部 4の他の部分との境界部分に おける応力の強弱が明確となる。この実施例では、梁部 4の応力変化を利用してカロ 速度を検出しているので、このように応力の強弱を明確にすることにより、 X軸方向と Y軸方向と Z軸方向の三軸方向のそれぞれの加速度をより明瞭に分離して検出する ことが可能となる。
[0095] さらに、この実施例では、梁部 4の枠内に補強部 20を設けることによって、梁部 4の 剛性を高めることができる。そのため、例えば基台 2や固定部 6の歪みに起因した梁 部 4の橈み変形を小さく抑制することができる。これにより、この実施例は、基台 2や固 定部 6の例えば熱応力による歪みに起因した加速度の誤検出を防止することができ る。特に、この実施例では、補強部 20の Z軸方向の厚みを、梁部 4における支持部側 帯状梁部部位 16と等しい、またはほぼ等しい厚みとしており、補強部 20によって梁 部の剛性をより一層高めることができる。そのため、基台 2や固定部 6の歪みに起因し た梁部 4の橈み変形をより一層抑制でき、加速度の誤検出をより一層防止することが できる。
[0096] さらに、この実施例では、支持部 5 (5a, 5b)は、それぞれ、梁 26による弾性部 25 ( 25a, 25b)を介して固定部 6に連接されている。そのため、梁 26が、固定部 6の X軸 方向の歪みに応じて弾性変形する。この弾性変形によって、固定部 6の歪みに起因 して固定部 6から支持部 5に加えられる応力を軽減することができる。このように、この 実施例では、例えば熱変動等による基台 2や固定部 6の歪みに起因した梁部の歪み を小さく抑制することができる。したがって、加速度検出のためのピエゾ抵抗部により 構成されるブリッジ回路の出力の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、こ の実施例は、加速度検出に対する信頼性を高めることができる。
[0097] さらに、この実施例では、前記弾性部 25は、支持部 5の伸張形成方向に交差する 方向に伸長形成されている梁 26を有し、この弾性部 25の梁 26の両端部がそれぞれ 固定部 6に固定されている。そして、支持部 5が上記弾性部 25の梁 26に連接されて 固定部 6に支持されているので、弾性部 25を梁 26により容易に形成でき、上記効果 を奏することができる。
[0098] なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなぐ様々な実施の形態を採り 得る。例えば、図 11の平面図に示されるように、上記実施例に設けた弾性部 25を省 略して形成して加速度センサ 1を形成してもよい。
[0099] また、上記実施例では、補強部 20の幅は、支持部 5 (5a, 5b)の梁部 4への連接側 の幅と等幅とした。しかし、補強部 20の幅は、支持部 5 (5a, 5b)の幅より太くてもよい し、細くてもよい。また、補強部 20の Z軸方向の厚みは、支持部 5 (5a, 5b)の厚みと 同様な厚みであってもよいが、支持部 5 (5a, 5b)の厚みよりも薄くてもよい。このよう に、補強部 20の幅や厚みは、梁部 4自体の剛性等を考慮して適宜設計してよいもの である。また、図 12に示すように、補強部 20を省略することもできる。
[0100] さらに、上記実施例では、梁部 4は、連結部側帯状梁部部位 15 (15a, 15b)および 支持部側帯状梁部部位 16 (16a, 16b)が他の部分よりも Z軸方向の厚みが厚くなつ ている構成とした。しかし、梁部 4はその Z軸方向の厚みが全体に渡って等しい又は ほぼ等 、構成としてもよ 、。梁部 4の Z軸方向の厚みが全体に渡って等 、又はほ ぼ等しいものにあっては、梁部 5をより一層容易に形成できる。
[0101] さらに、上記実施例では、枠状の梁部 4の Y軸方向伸長部位 4a, 4bは、ストレート 形状の部位とテーパ状の部位とを有する構成とした。しかし、例えば図 13aに示すよ うに、伸長基端側力も伸長先端側に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成し てもよい。また、 Y軸方向伸長部位 4a, 4bは、例えば図 13bに示すように、 Y軸方向 にほぼ沿った態様の、曲線状に形成してもよ 、。
[0102] さらに、上記実施例では、梁部 4の Y軸方向伸長部位 4a, 4bは、その伸長基端側 よりも先端側の梁幅を狭く形成した。しかし、梁部 4の Y軸方向伸長部位 4a, 4bの幅 を均一にし、その厚みを、伸長基端側よりも先端側が薄くなるように形成してもよい。
[0103] さらに、上記実施例では、枠状の梁部 4は、 X軸方向中心軸に対して対称な形状と なり、かつ、 Y軸方向中心軸に対して対称な形状となっていた。しかし、枠状の梁部 4 は、 X軸方向中心軸に対して非対称な形状であってもよい。また、 Y軸方向中心軸に 対して非対称な形状であってもよ ヽ。
[0104] さらに、上記実施例では、支持部 5a, 5bは、梁部 4の連接側を支持部 5a, 5bの伸 長先端側よりも太く形成した。しかし、支持部 5a, 5bは、例えば図 13aの破線 Dや、 図 13bに示すように、太さを均一にしてもよい。また、その剛性が保てる範囲であれば 、支持部 5a, 5bの太さは細い方が好ましい。
[0105] さらに、図 14に示すように、連結部 8は、互いに間隔を介して梁部 4から 2本以上伸 長形成してもよい。
[0106] さらに、上記実施例では、加速度を検出するためのピエゾ抵抗部は、図 5に示され るように配設されていた。しかし、ピエゾ抵抗部は、図 5の配置位置に限定されるもの ではなぐ適宜設定してよいものである。つまり、ピエゾ抵抗部は、 X軸方向の加速度 と、 Y軸方向の加速度と、 Z軸方向の加速度とをそれぞれ梁部 4の橈み変形による応 力変化を利用して検出することができるように配置される。また、ピエゾ抵抗部は、枠 状の梁部において、 Z軸方向加速度検出部が Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄り に設けられ、 Y軸方向加速度検出部が Y軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設け られるように配置される。
[0107] さらに、各ピエゾ抵抗部間を接続してブリッジ回路を構成する配線パターンの配線 例も、適宜設定してよいものである。つまり、配線パターンは、図 7a、図 7bの例に限 定されるものではなぐ例えばクロス配線のない配線パターンとしてもよい。
[0108] また、例えば、 Z軸方向加速度検出部は、以下に述べる合計 4つのピエゾ抵抗部を 有する構成としてもよい。つまり、 4つのうち 2つは、加速度が発生したときに応力変化 の無い別々の部分に形成される 2つのピエゾ抵抗部とする。あと 2つは、各支持部側 帯状梁部部位 16a, 16bの片側 (Y軸方向伸長部位 4a, 4bの伸長基端側に 1つず つ）にそれぞれ形成されるピエゾ抵抗部（例えばピエゾ抵抗部 R , R )
Zl Z3とする。そし て、隣接配置されたピエゾ抵抗部同士を電気的に接続して 2つの電圧検出部を形成 する。
[0109] このようにすれば、この 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づ いて Z軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成できる。そして、このプリ ッジ回路により、 Z軸方向の加速度を検出できる Z軸方向加速度検出部を形成するこ とができる。なお、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分とは、例えば 補強部 20や支持部側帯状梁部部位 16、支持部 5a, 5bの適宜の部位である。この 部位に配置されるピエゾ抵抗部の電気抵抗値は、加速度に対して殆ど変化しな 、。
[0110] さらに、上記実施例では、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P を
XI X2 XI 形成し、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P を形成した。しかし、ピ
X3 X4 X2
ェゾ抵抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P
XIを形成し、ピエゾ抵抗部 R , R
X2 X4 XI X3 同士を接続して、電圧検出部 P を形成してもよい。また、上記実施例では、ピエゾ抵
X2
抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P を形成し、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を
Y2 Y3 Yl Yl Y4 接続して電圧検出部 P
Y2を形成した。しかし、ピエゾ抵抗部 R , R
Y3 Y1同士を接続して 電圧検出部 P を形成し、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を接続して、電圧検出部 P を
Yl Y2 Y4 Y2 形成してもよい。さらに、上記実施例では、ピエゾ抵抗部 R , R
Z2 Z3同士を接続して電 圧検出部 P を形成し、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P を形成
Zl Zl Z4 Z2 した。しかし、ピエゾ抵抗部 R , R 同士を接続して電圧検出部 P を形成し、ピエゾ
Z2 Zl Z1
抵抗部 R , R 同士を接続して、電圧検出部 P を形成してもよい。
Z3 Z4 Z2
[0111] さらに、 X, Υ, Zの 3軸の感度をそろえるため、ブリッジ回路内に加速度で変化しな い抵抗を形成することもできる。例えば Z軸の感度が X軸、 Y軸よりも大きい場合、図 1 5に示すようにしてもよい。つまり、ブリッジ回路の電気抵抗値を調整するための感度 調整用のピエゾ抵抗部 Rz, Rz, Rz', Rz'を Z軸方向加速度検出用の各ピエゾ抵抗 部 R , R , R , R のそれぞれに直列に設けてもよい。なお、感度調整用のピエゾ抵 zl z2 z3 z4
抗部 Rz, Rz, Rz', Rz'は、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に形 成される。
[0112] このようにすると、ブリッジ回路の各辺の抵抗値変化は、ブリッジ回路の各辺にそれ ぞれピエゾ抵抗部 R , R , R , R がただ一つし力設けられていない場合に比べて zl z2 z3 z4
、小さくなる。これにより、 z軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変 動幅を、 X軸方向や Y軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅 に揃えることが可能である。
[0113] さらに、上記実施例では、加速度を検出する X軸方向加速度検出部と Y軸方向加 速度検出部と Z軸方向加速度検出部は、それぞれ、ピエゾ抵抗部を有して構成され ていた。しかし、例えば、静電容量を利用して錘部 7の変位を検出して、 X軸方向の 加速度と、 Y軸方向の加速度と、 Z軸方向の加速度とをそれぞれ検出する構成として ちょい。
[0114] さらに、上記実施例では、固定部 6は、梁部 4および錘部 7の形成領域を間隔を介 して囲む枠状の態様であった。しかし、固定部 6は、梁部 4を支持部 5a, 5bによって 両持ち梁状に基台 2に固定させることができる形態であればよぐ枠状でなくともよい
[0115] さらに、上記実施例では、梁部 4と支持部 5と固定部 6と錘部 7と連結部 8は SOI基 板により構成されていた。しかし、それらは SOI基板で構成されていなくともよい。 産業上の利用可能性
[0116] 本発明の加速度センサは、熱応力の影響等を受けにくぐ 1つの素子で X軸方向と Y軸方向と ζ軸方向の三軸方向の加速度をそれぞれ高精度に検出できるので、例え ば加速度検出の高い精度を要求する小型な装置に設けるのに有効である。

Claims

請求の範囲
[1] 基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、この梁部から互 いに直交する X軸と Y軸と Z軸のうちの X軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向 きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する 梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部の Y軸方向の両側か らそれぞれ Y軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸 長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部は、枠状の梁部の変形により X軸方向と Y軸方向と z軸方向の三軸方向 に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、錘部の X軸方向変位に起因した梁部の橈み変形に基づいて X軸 方向の加速度を検出するための X軸方向加速度検出部と、錘部の Y軸方向変位に 起因した梁部の橈み変形に基づ 、て Y軸方向の加速度を検出するための Y軸方向 加速度検出部と、錘部の Z軸方向変位に起因した梁部の橈み変形に基づいて Z軸 方向の加速度を検出するための Z軸方向加速度検出部とが設けられており、 該 Z軸方向加速度検出部は前記枠状の梁部にお 、て前記支持部による支持位置 から Y軸方向に伸長された Y軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられ、前記 Y 軸方向加速度検出部は前記 Y軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられている ことを特徴とする加速度センサ。
[2] 枠状の梁部の Y軸方向伸長部位は伸長基端側の幅よりも伸長先端側の幅が狭い ことを特徴とする請求項 1に記載の加速度センサ。
[3] 梁部の X軸方向の両側カゝらそれぞれ X軸方向に伸長形成されている各支持部の中 心軸は同一直線上に配置され、また、梁部の Y軸方向の両側からそれぞれ Y軸方向 に伸長形成されている各連結部の中心軸は同一直線上に配置されており、梁部は、 支持部の中心軸を通る X方向中心線に対して対称な形状であり、かつ、連結部の中 心軸を通る Y方向中心線に対しても対称な形状であることを特徴とする請求項 1また は請求項 2に記載の加速度センサ。
[4] 枠状の梁部における Z軸方向の厚みは、各支持部力 それぞれ当該支持部の梁 部への連接端側の幅をもって梁部の領域へ X軸方向に延長した支持部側帯状梁部 部位、および、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へ Y軸方 向に延長した連結部側帯状梁部部位が他の部分よりも厚 、ことを特徴とする請求項
1又は請求項 2に記載の加速度センサ。
[5] 枠状の梁部の枠内空間には、梁部の両側の支持部を繋ぐ方向に伸長形成された 補強部が配置され、当該補強部の両端側がそれぞれ枠状の梁部に連接されている ことを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の加速度センサ。
[6] 補強部の Ζ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の梁部への連接 端側の幅をもって梁部の領域へ X軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の厚み と等し 、又はほぼ等し 、ことを特徴とする請求項 5記載の加速度センサ。
[7] 枠状の梁部は、 Ζ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しいことを特徴と する請求項 1または請求項 2に記載の加速度センサ。
[8] 梁部に設けられている Ζ軸方向加速度検出部と Υ軸方向加速度検出部と X軸方向 加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗 値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されていることを特徴とする請求項 1または 請求項 2に記載の加速度センサ。
[9] X軸方向加速度検出部は、各連結部力 それぞれ当該連結部の幅をもって梁部の 領域へ Υ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設され た合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの 2つを対としたピエゾ抵抗部対の間に それぞれ電圧検出部が設けられることにより 2つの電圧検出部が形成されており、 X 軸方向加速度検出部の 4つのピエゾ抵抗部は、 X軸方向の加速度によって梁部が変 形したときに前記 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいて X 軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Υ軸方向加速度検出部は、 Υ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けら れた合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの 2つを対としたピエゾ抵抗部対の間 にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより 2つの電圧検出部が形成されており、 Υ軸方向加速度検出部の 4つのピエゾ抵抗部は、 Υ軸方向の加速度によって梁部が 変形したときに前記 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいて Υ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、 z軸方向加速度検出部は、 Y軸方向伸長部位の伸長基端側にそれぞれ設けられ た合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの 2つを対としたピエゾ抵抗部対の間に それぞれ電圧検出部が設けられることにより 2つの電圧検出部が形成されており、前 記 4つのピエゾ抵抗部は、 Ζ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記 2つ の電圧検出部力 それぞれ出力される電圧の差に基づいて Ζ軸方向の加速度を検 出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項 8記載の加速度セ ンサ。
X軸方向加速度検出部は、各連結部力 それぞれ当該連結部の幅をもって梁部の 領域へ Υ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設され た合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの 2つを対としたピエゾ抵抗部対の間に それぞれ電圧検出部が設けられることにより 2つの電圧検出部が形成されており、 X 軸方向加速度検出部の 4つのピエゾ抵抗部は、 X軸方向の加速度によって梁部が変 形したときに前記 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいて X 軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Υ軸方向加速度検出部は、 Υ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けら れた合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの 2つを対としたピエゾ抵抗部対の間 にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより 2つの電圧検出部が形成されており、 Υ軸方向加速度検出部の 4つのピエゾ抵抗部は、 Υ軸方向の加速度によって梁部が 変形したときに前記 2つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいて Υ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ζ軸方向加速度検出部は、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に 形成された 2つのピエゾ抵抗部と、 Υ軸方向伸長部位の伸長基端側の 、ずれかの位 置に配置された 2つのピエゾ抵抗部との、合計 4つのピエゾ抵抗部を有し、隣接配置 されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて 2つの電圧検出部が形成さ れており、 Ζ軸方向加速度検出部の 4つのピエゾ抵抗部は、 Ζ軸方向の加速度によつ て梁部が変形したときに前記 2つの電圧検出部力 それぞれ出力される電圧の差に 基づいて Ζ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴 とする請求項 8記載の加速度センサ。 [11] 支持部は弾性部を介して梁部支持固定部に連接されており、上記弾性部は、梁部 支持固定部の歪みに応じて弾性変形し梁部支持固定部の歪みに起因して梁部支持 固定部から支持部に加えられる応力を軽減することを特徴とする請求項 1または請求 項 2に記載の加速度センサ。
[12] 弾性部は、支持部の伸張形成方向に交差する方向に伸長形成されている梁を有し 、この弾性部の梁の両端部がそれぞれ梁部支持固定部に固定されており、支持部は 上記弾性部の梁に連接されて梁部支持固定部に支持されていることを特徴とする請 求項 11記載の加速度センサ。
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