JPH06194380A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重り部が支持部に対して双方側のはり部によ
りつながれている両持ちはり構造の半導体加速度センサ
において、はり部に設けるゲージをセンサの正面方向に
のみ感度を有するよう配置することにより、精度良く所
望の加速度を検出することができるようにする。 【構成】 基板10は、枠状の支持部11と、支持部11の内
側に位置する重り部12と、重り部12の一方側及び他方側
と支持部11とをつなぎ加速度印加時に歪が生じるはり部
13，14とを有する。はり部13，14に設けて加速度に応じ
た出力を生じるゲージはセンサの正面方向に感度を有
し、縦方向及び横方向に感度を有さないように配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサの
ゲージの配置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に片持ちのはり部を形成
し、このはり部に歪検出用のゲージを形成し、このゲー
ジの抵抗値変化から加速度を検出する半導体加速度セン
サが開発され、近年実用化されている（例えば、特開平
１−２４８０６６号公報参照）。

【０００３】かかる半導体加速度センサは、片持ちはり
構造であるため、加速度に対する重り部の変位が大きく
なり、はり部の疲労が大きくセンサとしての寿命が短い
という問題があった。この問題を解決し得るものとし
て、例えば重り部の一方側及び他方側と支持部とをはり
部でつなぎ、双方のはり部にゲージを配置した両持ちは
り構造の半導体加速度センサがある（例えば、特開昭６
３−３０５２５６号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる半導体加速度セ
ンサによれば、はり部が１個の場合に比べて同一加速度
に対する重り部の変位を小さくすることができ、これに
よりセンサの耐久性を増すことができる。しかしなが
ら、この種センサでは加速度を検出するための正面方向
（重り部に対して垂直方向）に感度を有することは勿論
であるが、本来不必要な縦方向（はり部に対して平行方
向）や横方向（はり部に対して直交方向）にも感度を有
し、正確な加速度の検出が行われないことがあった。本
発明は、このような事情に着目してなされたもので、精
度良く所望の加速度を検出することのできる半導体加速
度センサを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、枠状の支持部と、この支持部の内側に位置
する重り部と、前記重り部の一方側及び他方側と前記支
持部とをつなぎ加速度印加時に歪が生じるはり部とを有
し、前記はり部に設けた歪検出用のゲージの出力により
前記はり部の変位を検出し、前記ゲージは正面方向に感
度を有し、縦方向及び横方向に感度を有さないように形
成したものであり、特に前記ゲージは、前記はり部の前
記支持部に近い端部に設けたものである。

【０００６】

【作用】加速度を受けるとはり部が変位し、各はり部に
歪が生じるが、はり部に設けたゲージは、正面方向に感
度を有し、縦方向及び横方向に感度を有さないため、正
面方向の加速度のみを検出することができ、特にゲージ
をはり部の支持部に近い端部に設けることにより、配線
が簡単になり、製作が容易に行われる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき説明する。

【０００８】図１は、実施例の構成を示す斜視図であ
り、10はシリコン（Ｓｉ）にて形成された基板で、枠状
の支持部11と、この支持部11の内側に位置する重り部12
と、重り部12の一方側及び他方側と支持部11とをつなぎ
加速度印加時に歪が生じる肉薄形状のはり部13，14とを
有し、このはり部13及びはり部14は夫々２本の腕13ａ，
13ｂ及び14ａ，14ｂとで構成されている。なお、15は支
持部11と重り部12との間の溝である。

【０００９】また、図１のＧ１〜Ｇ３は、加速度を示し
ており、Ｇ１は正面方向、Ｇ２は縦方向、Ｇ３は横方向
の加速度を表しており、矢印の向きが加速度の進向方向
を表している。

【００１０】図２は、加速度Ｇ１〜Ｇ３の各場合におけ
る、はり部13，14の変位を説明するためのモデル化した
重り部12とはり部13，14の平面図である。

【００１１】正面方向（紙面手前方向）からの加速度Ｇ
１では、各腕13ａ，13ｂ，14ａ，14ｂの支持部11に近い
個所13ａ１，13ｂ１，14ａ１，14ｂ１は伸び（伸びを白
丸印で示す。以下同じ）、重り部12に近い個所13ａ２，
13ｂ２，14ａ２，14ｂ２は縮み（縮みを黒丸印で示す。
以下同じ）、図２（ａ）のようになる。

【００１２】縦方向（紙面左方向）からの加速度Ｇ２で
は、各腕13ａ，13ｂ，14ａ，14ｂの加速度Ｇ２の進向方
向上流側個所13ａ１，13ｂ１，14ａ２，14ｂ２は伸び、
下流側個所13ａ２，13ｂ２，14ａ１，14ｂ１は縮み、図
２（ｂ）のようになる。

【００１３】横方向（紙面上方向）からの加速度Ｇ３で
は、図２（ｃ）のようになる。

【００１４】ところで、かかる半導体加速度センサで
は、はり部13，14の少なくとも一方の表面に４個のゲー
ジ21〜24を設け、このゲージ21〜24によって図３で示す
ようなゲージ21，23が対辺となりゲージ22，24が対辺と
なるホイートストンブリッジを構成し、加速度に応じた
はり部13，14の変位に応じてゲージ21〜24の抵抗値が増
減する（ゲージ21〜24の取付個所の伸びでは抵抗値が増
加し、縮みでは抵抗値が減少する）ことにより、出力電
圧Ｖの変化を検出して加速度を検出するようになってい
る。従って、出力電圧Ｖを大きな値とするには、ゲージ
21，22の抵抗値変化の方向が逆でゲージ23，24の抵抗値
変化の方向が逆になるよう、はり部13，14に設けること
が望ましい。

【００１５】図２で示した腕13ｂの支持部11に近い端部
である個所13ｂ１に図３のゲージ21を腕13ｂの長さ方向
に平行して設けた場合を仮定し、各加速度Ｇ１〜Ｇ３に
おける理想的な図３の他のゲージ22〜24の配置を検討す
る。

【００１６】正面方向の加速度Ｇ１（図２（ａ））で
は、ゲージ21を設けた個所13ｂ１は伸びるためゲージ21
の抵抗値が増す（抵抗値の増加を白四角で示す。以下同
じ）。この加速度Ｇ１に対しては良好な感度を得なけれ
ばならず、ゲージ22，24の抵抗値が減って（抵抗値の減
少を黒四角で示す。以下同じ）ゲージ23の抵抗値が増え
ることが条件となる（図４（ａ）参照）。

【００１７】縦方向の加速度Ｇ２（図２（ｂ））では、
ゲージ21を設けた個所13ｂ１は伸びるためゲージ21の抵
抗値が増す。この加速度Ｇ２に対しては感度を有さない
ようにしなければならず、対辺のゲージ21，23の抵抗値
の積と対辺のゲージ22，24の抵抗値の積が正比例するこ
とが条件となる（図４（ｂ）〜（ｄ）参照）。

【００１８】横方向の加速度Ｇ３（図２（ｃ））では、
ゲージ21を設けた個所13ｂ１は縮むためゲージ21の抵抗
値が減る。この加速度Ｇ３に対しては感度を有さないよ
うにしなければならず、このことは縦方向の加速度Ｇ２
と同様な条件となる（図４（ｅ）〜（ｇ）参照）。

【００１９】以上の加速度Ｇ１〜Ｇ３における各条件を
満足するため、ゲージ21を基準として腕13ｂの支持部11
に近い端部である個所13ｂ１に設けた場合、他のゲージ
22〜24の配置は７通りである（図５（ａ）〜（ｇ）参
照）。これらのものは、加速度Ｇ１にのみ感度を有し、
加速度Ｇ２，Ｇ３については感度を有さないことは勿論
であるが、図２で示す各加速度Ｇ１〜Ｇ３の反対方向す
なわち正面方向の紙面奥行方向からの加速度Ｇ１’，縦
方向の紙面右方向からの加速度Ｇ２’，横方向の紙面下
方向からの加速度Ｇ３’に対しても同様な感度であるこ
とは言うまでもない。

【００２０】ところで、ゲージ21〜24は、外部回路（図
示しない）と電気的に接続しなければならず、できるだ
け配線距離を短くすることが製作を容易にする。これを
実現するには、図５において、腕13ａ，13ｂ，14ａ，14
ｂの重り部12に近い端部である個所13ａ２，13ｂ２，14
ａ２，14ｂ２に設けたゲージ22，24を腕13ａ，13ｂ，14
ａ，14ｂの長さ方向に直交して（90度ねじって）支持部
11に近い端部である個所13ａ１，13ｂ１，14ａ１，14ｂ
１に設ければ良い。すなわち、ゲージ21〜24は、腕13
ａ，13ｂ，14ａ，14ｂと平行に設けた場合には伸びに対
して抵抗値が増加（縮みに対して抵抗値が減少）し、直
交に設けた場合には伸びに対して抵抗値が減少（縮みに
対して抵抗値が増加）することにより、前記変更が可能
である（図６（ａ）〜（ｇ）参照）。

【００２１】また、好適な配置である図５，図６に示し
た７通りのうち、３通り（図５（ｂ）〜（ｄ），図６
（ｂ）〜（ｄ））は、ゲージ21〜24の抵抗値の変化に対
して接続中点ａ，ｂ（図３参照）の電位が変化しない。

【００２２】なお、前記実施例は、ゲージ21を腕13ｂの
支持部11に近い端部である個所13ｂ１に設けた７通りの
配置（図５と図６とは同じと考える）を示したが、個所
13ａ１に設けた場合でも同様に加速度Ｇ１〜Ｇ３におけ
る前記各条件を満足するゲージ21〜24の配置が７通りあ
り（なお、ゲージ21を個所14ａ１に設けた場合の配置は
個所13ｂ１に設けた場合を、また、ゲージ21を個所14ｂ
１に設けた場合の配置は個所13ａ１に設けた場合を、夫
々180 度回転させたことと同じでゲージ21〜24の相対的
な位置関係は変わらない）、合計では14通りの配置が考
えられる。同様に、他のゲージ22（23，24）を基準にし
た場合においても前記各条件を満足する配置が種々考え
られる。

【００２３】なお、本発明は、その要旨の範囲内で種々
の変形が可能であり、例えば、ゲージ21（22〜24）を複
数に分割して構成してその各々を異なる個所に設けても
良いし、また、はり部13，14は夫々１本の腕にて形成し
ても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、枠状の支持部と、この
支持部の内側に位置する重り部と、前記重り部の一方側
及び他方側と前記支持部とをつなぎ加速度印加時に歪が
生じるはり部とを有し、前記はり部に設けた歪検出用の
ゲージの出力により前記はり部の変位を検出し、前記ゲ
ージは正面方向に感度を有し、縦方向及び横方向に感度
を有さないように形成したことにより、ゲージは正面方
向に感度を有し、縦方向及び横方向に感度を有さないた
め、正面方向の加速度のみを検出することができ、精度
良く所望の加速度を検出することができる。

【００２５】また、前記ゲージは、前記はり部の前記支
持部に近い端部に設けたことにより、ゲージへの配線が
簡単になり、製作が容易に行われ、安価にて半導体加速
度センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一部を切り欠いた斜視図。

【図２】同上実施例のはり部の変位を説明する重り部と
はり部との平面図。

【図３】同上実施例の電気的構成を示す回路図。

【図４】同上実施例の各ゲージの抵抗値の変化を示す説
明図。

【図５】同上実施例のゲージの配置を説明する重り部と
はり部との平面図。

【図６】同上実施例のゲージの配置の変更を説明する重
り部とはり部との平面図。

【符号の説明】

10 基板 11 支持部 12 重り部 13 はり部 13ａ，13ｂ 腕 14 はり部 14ａ，14ｂ 腕 15 溝 21〜24 ゲージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 枠状の支持部と、この支持部の内側に位
   置する重り部と、前記重り部の一方側及び他方側と前記
   支持部とをつなぎ加速度印加時に歪が生じるはり部とを
   有し、前記はり部に設けた歪検出用のゲージの出力によ
   り前記はり部の変位を検出し、前記ゲージは正面方向に
   感度を有し、縦方向及び横方向に感度を有さないように
   形成したことを特徴とする半導体加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記ゲージは、前記はり部の前記支持部
   に近い端部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   半導体加速度センサ。