JPH087228B2 - 加速度検出装置 - Google Patents
加速度検出装置Info
- Publication number
- JPH087228B2 JPH087228B2 JP2077396A JP7739690A JPH087228B2 JP H087228 B2 JPH087228 B2 JP H087228B2 JP 2077396 A JP2077396 A JP 2077396A JP 7739690 A JP7739690 A JP 7739690A JP H087228 B2 JPH087228 B2 JP H087228B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- resistance elements
- acceleration
- weight body
- axis direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—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
- G01P2015/0805—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
- G01P2015/0822—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
- 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
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加速度検出装置、特にピエゾ抵抗効果を示す
抵抗素子を用いて、二次元あるいは三次元方向の加速度
を検出することのできる加速度検出装置に関する。
抵抗素子を用いて、二次元あるいは三次元方向の加速度
を検出することのできる加速度検出装置に関する。
ロボットをはじめとする運動を伴う種々の産業機器で
は、二次元あるいは三次元座標系における加速度の検出
が必要になる。すなわち、XYZの３軸で表現される三次
元座標系において、加速度の２軸あるいは３軸方向成分
を独立して検出する必要が生じる。従来、一般に用いら
れている加速度検出装置は、加速度に起因する応力歪み
を半導体等を用いたストレーンゲージなどで電気量に変
換することによって検出を行っている。通常は、片持梁
の構造体にストレーンゲージを形成し、この片持梁の応
力歪みによって特定の方向の加速度検出を行うことが多
い。
は、二次元あるいは三次元座標系における加速度の検出
が必要になる。すなわち、XYZの３軸で表現される三次
元座標系において、加速度の２軸あるいは３軸方向成分
を独立して検出する必要が生じる。従来、一般に用いら
れている加速度検出装置は、加速度に起因する応力歪み
を半導体等を用いたストレーンゲージなどで電気量に変
換することによって検出を行っている。通常は、片持梁
の構造体にストレーンゲージを形成し、この片持梁の応
力歪みによって特定の方向の加速度検出を行うことが多
い。
しかしながら、従来の加速度検出装置には、構造が複
雑で量産性に適さないという問題点がある。たとえば、
片持梁の構造体を用いた装置では、３軸方向成分を検出
するために３組の片持梁を立体的に組合わせなければな
らない。したがって、量産に適さずコストも高くなる。
雑で量産性に適さないという問題点がある。たとえば、
片持梁の構造体を用いた装置では、３軸方向成分を検出
するために３組の片持梁を立体的に組合わせなければな
らない。したがって、量産に適さずコストも高くなる。
そこで本発明は、製造コストが低く量産に適し、しか
も測定精度の良い加速度検出装置を提供することを目的
とする。
も測定精度の良い加速度検出装置を提供することを目的
とする。
（１） 本願第１の発明は、加速度検出装置において、 装置本体に固定される固定部と、装置本体に加わる加
速度に起因して力の作用を受ける作用部と、固定部と作
用部との間を可撓性をもって接続する可撓部と、を有す
る単結晶基板を用意し、 機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効
果を示す複数の抵抗素子を、単結晶基板上の、作用部と
固定部との間に生ずる変位によって機械的変形が生ずる
領域に、三次元直交座標系における少なくとも二軸方向
についての機械的変形を検出しうるように配置し、 各抵抗素子の電気抵抗の変化に基づいて、装置本体に
加わった加速度の各軸方向成分を検出できるように構成
したものである。
速度に起因して力の作用を受ける作用部と、固定部と作
用部との間を可撓性をもって接続する可撓部と、を有す
る単結晶基板を用意し、 機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効
果を示す複数の抵抗素子を、単結晶基板上の、作用部と
固定部との間に生ずる変位によって機械的変形が生ずる
領域に、三次元直交座標系における少なくとも二軸方向
についての機械的変形を検出しうるように配置し、 各抵抗素子の電気抵抗の変化に基づいて、装置本体に
加わった加速度の各軸方向成分を検出できるように構成
したものである。
（２） 本願第２の発明は、前述の第１の発明による加
速度検出装置において、 単結晶基板の中心部分を作用部、外周部分を固定部、
これらの間の部分を可撓部とし、固定部を支持する台座
を設け、この台座の中央部空間に重錘体を配置し、この
重錘体を作用部に接続することにより加速度に起因する
力を効果的に作用させるようにしたものである。
速度検出装置において、 単結晶基板の中心部分を作用部、外周部分を固定部、
これらの間の部分を可撓部とし、固定部を支持する台座
を設け、この台座の中央部空間に重錘体を配置し、この
重錘体を作用部に接続することにより加速度に起因する
力を効果的に作用させるようにしたものである。
（３） 本願第３の発明は、前述の第１の発明による加
速度検出装置において、 単結晶基板の中心部分を固定部、外周部分を作用部、
これらの間の部分を可撓部とし、固定部を支持する台座
を設け、この台座の周囲に重錘体を配置し、この重錘体
を作用部に接続することにより加速度に起因する力を効
果的に作用させるようにしたものである。
速度検出装置において、 単結晶基板の中心部分を固定部、外周部分を作用部、
これらの間の部分を可撓部とし、固定部を支持する台座
を設け、この台座の周囲に重錘体を配置し、この重錘体
を作用部に接続することにより加速度に起因する力を効
果的に作用させるようにしたものである。
（４） 本願第４の発明は、前述の第１〜第３の発明に
よる加速度検出装置において、 加速度に起因する力によって生じる作用部あるいは重
錘体の三次元方向の変位を制限するように、作用部ある
いは重錘体に対して所定間隔をおいて変位制限部材を更
に設けたものである。
よる加速度検出装置において、 加速度に起因する力によって生じる作用部あるいは重
錘体の三次元方向の変位を制限するように、作用部ある
いは重錘体に対して所定間隔をおいて変位制限部材を更
に設けたものである。
（１） 本願第１の発明によれば、加速度に基づいて単
結晶基板に力が作用すると、基板に機械的変形が生じ、
基板上に形成された抵抗素子の電気抵抗が変化する。こ
の電気抵抗の変化によって、作用した加速度の向きおよ
び大きさを検出することができる。このように、本発明
の装置では、装置の中枢機能を果たす部分は単結晶基板
１枚に集約される。単結晶基板を構成する固定部、作用
部、可撓部、はいずれも基板のもとになるウエハの加工
により形成することができ、基板上に配列される各抵抗
素子も、一般的な半導体プレーナプロセスによって形成
することができる。このため、半導体デバイスと同様の
工程により大量生産を行うことができ、低コスト化が実
現できる。しかも、ピエゾ抵抗素子を用いた測定を行っ
ているため、高精度の測定結果が得られる。
結晶基板に力が作用すると、基板に機械的変形が生じ、
基板上に形成された抵抗素子の電気抵抗が変化する。こ
の電気抵抗の変化によって、作用した加速度の向きおよ
び大きさを検出することができる。このように、本発明
の装置では、装置の中枢機能を果たす部分は単結晶基板
１枚に集約される。単結晶基板を構成する固定部、作用
部、可撓部、はいずれも基板のもとになるウエハの加工
により形成することができ、基板上に配列される各抵抗
素子も、一般的な半導体プレーナプロセスによって形成
することができる。このため、半導体デバイスと同様の
工程により大量生産を行うことができ、低コスト化が実
現できる。しかも、ピエゾ抵抗素子を用いた測定を行っ
ているため、高精度の測定結果が得られる。
（２） 本願第２の発明によれば、単結晶基板の外周部
分が台座によって装置本体に固定され、単結晶基板の中
央部分には重錘体が接続される。この重錘体は加わった
加速度に起因する力を単結晶基板の中央部分に効果的に
作用させる機能を果たす。この重錘体は台座の中央部空
間に位置するようになるため、装置全体として省スペー
ス化を図ることができる。
分が台座によって装置本体に固定され、単結晶基板の中
央部分には重錘体が接続される。この重錘体は加わった
加速度に起因する力を単結晶基板の中央部分に効果的に
作用させる機能を果たす。この重錘体は台座の中央部空
間に位置するようになるため、装置全体として省スペー
ス化を図ることができる。
（３） 本願第３の発明によれば、単結晶基板の中心部
分が台座によって装置本体に固定され、単結晶基板の外
周部分には重錘体が接続される。この重錘体は加わった
加速度に起因する力を単結晶基板の外周部分に効果的に
作用させる機能を果たす。この重錘体は台座の周囲の空
間に位置するようになるため、装置全体として省スペー
ス化を図ることができる。また、前述の第２の発明の装
置に比べて重錘体の質量が増えるので、効率よく感度を
高めることができる。
分が台座によって装置本体に固定され、単結晶基板の外
周部分には重錘体が接続される。この重錘体は加わった
加速度に起因する力を単結晶基板の外周部分に効果的に
作用させる機能を果たす。この重錘体は台座の周囲の空
間に位置するようになるため、装置全体として省スペー
ス化を図ることができる。また、前述の第２の発明の装
置に比べて重錘体の質量が増えるので、効率よく感度を
高めることができる。
（４） 本願第４の発明によれば、装置本体に大きな加
速度が作用しても、作用部あるいは重錘体はその動きを
変位制限部材に妨げられ、所定の上限値を越えて変位を
生じることがない。このため、単結晶基板に無理な機械
的変形が生じることを避けることができ、大きな加速度
の作用により単結晶基板が損傷するのを防ぐことができ
る。
速度が作用しても、作用部あるいは重錘体はその動きを
変位制限部材に妨げられ、所定の上限値を越えて変位を
生じることがない。このため、単結晶基板に無理な機械
的変形が生じることを避けることができ、大きな加速度
の作用により単結晶基板が損傷するのを防ぐことができ
る。
以下本願発明を図示する実施例に基づいて説明する。
第１図は、本願発明の一実施例に係る加速度検出装置の
側断面図、第２図は、この装置を切断線Ａ−Ａに沿って
切った上断面図である。この検出装置の中枢機能を果た
す部分が、単結晶基板10である。この実施例では、シリ
コンの単結晶基板が用いられている。単結晶基板10は、
第２図に示すように円盤状をしており、この明細書で
は、中央部分を作用部11、その周囲を可撓部12、更にそ
の周囲の外周部分を固定部13、と呼ぶことにする。基板
下面には筒状の溝が形成されており、可撓部12はこの溝
の上部に位置する部分となる。溝が形成されているた
め、可撓部12は肉厚が薄い部分となり可撓性をもつこと
になる。固定部13の下方には、円筒状の台座20が接続さ
れ、作用部11の下方には、円柱状の重錘体30が接続され
る。この実施例では、重錘体30にはガラス材が用いられ
ている。単結晶基板10としてシリコン基板を用いたの
で、重錘体30としてはシリコンと熱膨張係数が近いパイ
レックス等の硼硅酸ガラスを用いるのが好ましい。台座
20の下面は、ケース40の底面に固着され、ケース40の上
部には蓋41が被せられる。
第１図は、本願発明の一実施例に係る加速度検出装置の
側断面図、第２図は、この装置を切断線Ａ−Ａに沿って
切った上断面図である。この検出装置の中枢機能を果た
す部分が、単結晶基板10である。この実施例では、シリ
コンの単結晶基板が用いられている。単結晶基板10は、
第２図に示すように円盤状をしており、この明細書で
は、中央部分を作用部11、その周囲を可撓部12、更にそ
の周囲の外周部分を固定部13、と呼ぶことにする。基板
下面には筒状の溝が形成されており、可撓部12はこの溝
の上部に位置する部分となる。溝が形成されているた
め、可撓部12は肉厚が薄い部分となり可撓性をもつこと
になる。固定部13の下方には、円筒状の台座20が接続さ
れ、作用部11の下方には、円柱状の重錘体30が接続され
る。この実施例では、重錘体30にはガラス材が用いられ
ている。単結晶基板10としてシリコン基板を用いたの
で、重錘体30としてはシリコンと熱膨張係数が近いパイ
レックス等の硼硅酸ガラスを用いるのが好ましい。台座
20の下面は、ケース40の底面に固着され、ケース40の上
部には蓋41が被せられる。
第２図に示されているように、単結晶基板10の上面に
は、複数の抵抗素子Ｒ（Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4）
が形成されている。これらの抵抗素子Ｒは、機械的変形
によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果をもった抵
抗素子であり、可撓部12の上面に所定の向きで配置され
ている。ケース40側面の配線孔を通るようにして、外部
配線用電極50が、ケース内部から外部へと導出されてい
る。この外部配線用電極50の内部端は、ボンディングワ
イヤ51によって、単結晶基板10の固定部13上に設けられ
たボンディングパッド52（第１図では図示省略）に接続
される。このボンディングパッド52は、図示しない配線
パターンによって抵抗素子Ｒに接続されている。したが
って、外部配線用電極50を外部の制御装置（図示省略）
と電気的に接続すれば、抵抗素子Ｒの抵抗値の変化を外
部の制御装置によって測定することができる。
は、複数の抵抗素子Ｒ（Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4）
が形成されている。これらの抵抗素子Ｒは、機械的変形
によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果をもった抵
抗素子であり、可撓部12の上面に所定の向きで配置され
ている。ケース40側面の配線孔を通るようにして、外部
配線用電極50が、ケース内部から外部へと導出されてい
る。この外部配線用電極50の内部端は、ボンディングワ
イヤ51によって、単結晶基板10の固定部13上に設けられ
たボンディングパッド52（第１図では図示省略）に接続
される。このボンディングパッド52は、図示しない配線
パターンによって抵抗素子Ｒに接続されている。したが
って、外部配線用電極50を外部の制御装置（図示省略）
と電気的に接続すれば、抵抗素子Ｒの抵抗値の変化を外
部の制御装置によって測定することができる。
いま、第２図の右方向にＸ軸を、上方向にＹ軸を、紙
面に対し垂直な方向（第１図における図の上方向）にＺ
軸を、それぞれとり、XYZ三次元座標系を定義する。こ
の座標系において、４つの抵抗素子Rx1〜Rx4はＸ軸上に
配され、Ｘ軸方向の加速度成分の検出に用いられ、４つ
の抵抗素子Ry1〜Ry4はＹ軸上に配され、Ｙ軸方向の加速
度成分の検出に用いられ、４つの抵抗素子Rz1〜Rz4はＸ
軸に平行で、その近傍にある軸上に配され、Ｚ軸方向の
加速度成分の検出に用いられる。前述のように、これら
各抵抗素子Ｒは、外部配線用電極50を通して外部の制御
装置に電気的に接続されている。この制御装置内では、
各抵抗素子Ｒについて、第３図に示すようなブリッジ回
路が組まれている。すなわち、抵抗素子Rx1〜Rx4につい
ては同図（ａ）に示すようなブリッジ回路が組まれ、抵
抗素子Ry1〜Ry4については同図（ｂ）に示すようなブリ
ッジ回路が組まれ、抵抗素子Rz1〜Rz4については同図
（ｃ）に示すようなブリッジ回路が組まれる。各ブリッ
ジ回路には、電源60から所定の電圧あるいは電流が供給
され、各ブリッジ電圧が電流計61,62,63によって測定さ
れる。
面に対し垂直な方向（第１図における図の上方向）にＺ
軸を、それぞれとり、XYZ三次元座標系を定義する。こ
の座標系において、４つの抵抗素子Rx1〜Rx4はＸ軸上に
配され、Ｘ軸方向の加速度成分の検出に用いられ、４つ
の抵抗素子Ry1〜Ry4はＹ軸上に配され、Ｙ軸方向の加速
度成分の検出に用いられ、４つの抵抗素子Rz1〜Rz4はＸ
軸に平行で、その近傍にある軸上に配され、Ｚ軸方向の
加速度成分の検出に用いられる。前述のように、これら
各抵抗素子Ｒは、外部配線用電極50を通して外部の制御
装置に電気的に接続されている。この制御装置内では、
各抵抗素子Ｒについて、第３図に示すようなブリッジ回
路が組まれている。すなわち、抵抗素子Rx1〜Rx4につい
ては同図（ａ）に示すようなブリッジ回路が組まれ、抵
抗素子Ry1〜Ry4については同図（ｂ）に示すようなブリ
ッジ回路が組まれ、抵抗素子Rz1〜Rz4については同図
（ｃ）に示すようなブリッジ回路が組まれる。各ブリッ
ジ回路には、電源60から所定の電圧あるいは電流が供給
され、各ブリッジ電圧が電流計61,62,63によって測定さ
れる。
第１図に示されているように、重錘体30は、円筒状の
台座20の中央部空間に宙吊りの状態となっている。ケー
ス40に加速度が加わると、この加速度に起因して重錘体
30に外力が作用し、重錘体30が定位置から変位する。し
たがって、この重錘体30に接続された作用部11も定位置
から変位し、この変位によって生じた機械的歪みは可撓
部12の機械的変形によって吸収される。可撓部12に機械
的変形が生じると、この上に形成された抵抗素子Ｒの電
気抵抗が変化する。その結果、第３図に示すブリッジ回
路の平衡条件がくずれて電圧計61,62,63の針が振れるこ
とになる。これが、この装置による加速度検出の基本原
理である。
台座20の中央部空間に宙吊りの状態となっている。ケー
ス40に加速度が加わると、この加速度に起因して重錘体
30に外力が作用し、重錘体30が定位置から変位する。し
たがって、この重錘体30に接続された作用部11も定位置
から変位し、この変位によって生じた機械的歪みは可撓
部12の機械的変形によって吸収される。可撓部12に機械
的変形が生じると、この上に形成された抵抗素子Ｒの電
気抵抗が変化する。その結果、第３図に示すブリッジ回
路の平衡条件がくずれて電圧計61,62,63の針が振れるこ
とになる。これが、この装置による加速度検出の基本原
理である。
さて、抵抗素子Ｒを第２図に示すように配置すると、
第３図のブリッジ回路において、電圧計61によりＸ軸方
向の加速度成分が、電圧計62によりＹ軸方向の加速度成
分が、電圧計63によりＺ軸方向の加速度成分が、それぞ
れ検出できる。この理由を以下に説明する。第４図は、
第１図に示す装置において、重錘体30にＸ軸方向の力Fx
が作用したときの、各抵抗素子Ｒにかかる応力歪みを示
す模式図である。同図（ａ）は抵抗素子Rx1〜Rx4に沿っ
た断面における応力分布を示し、同図（ｂ）は抵抗素子
Ry1〜Ry4に沿った断面における応力分布を示し、同図
（ｃ）は抵抗素子Rz1〜Rz4に沿った断面における応力分
布を示す。応力分布は、伸びる方向を符号＋、縮む方向
を符号−で示してある。たとえば、第４図（ａ）は、重
錘体30にＸ方向の力Fxが作用したときの抵抗素子Rx1〜R
x4に沿った断面における応力分布を示している。重錘体
30に作用した力Fxは、単結晶基板10の表面においてはモ
ーメント力として作用し、抵抗素子Rx1およびRx3に対し
ては縮む方向の機械的変形が生じ、抵抗素子Rx2およびR
x4に対しては伸びる方向の機械的変形が生じる。これに
対し、抵抗素子Ry1〜Ry4については、第４図（ｂ）に示
すように、応力は変化しない。これは、抵抗素子Ry1〜R
y4の配置方向（Ｙ軸方向）が力Fxの方向に直交している
ためである。抵抗素子Rz1〜Rz4については、第４図
（ｃ）に示すように、抵抗素子Rx1〜Rx4と同じ変化が生
じる。同様に、Ｙ軸方向の力Fyが作用した場合の各抵抗
素子Ｒに生じる応力分布を第５図（ａ）〜（ｃ）に、Ｚ
軸方向の力Fzが作用した場合の各抵抗素子Ｒに生じる応
力分布を第６図（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、伸びる
方向の機械的変形に対して抵抗値が増え、縮む方向の機
械的変形に対して抵抗値が減るような性質をもった抵抗
素子を用いたとすれば、重錘体30に作用した力Fx,Fy,Fz
と各抵抗素子Ｒの抵抗値の変化との関係は、次の表１の
ようになる。ここで、符号＋は抵抗値の増加、符号−は
抵抗値の減少を示し、０は抵抗値に変化のないことを示
す。
第３図のブリッジ回路において、電圧計61によりＸ軸方
向の加速度成分が、電圧計62によりＹ軸方向の加速度成
分が、電圧計63によりＺ軸方向の加速度成分が、それぞ
れ検出できる。この理由を以下に説明する。第４図は、
第１図に示す装置において、重錘体30にＸ軸方向の力Fx
が作用したときの、各抵抗素子Ｒにかかる応力歪みを示
す模式図である。同図（ａ）は抵抗素子Rx1〜Rx4に沿っ
た断面における応力分布を示し、同図（ｂ）は抵抗素子
Ry1〜Ry4に沿った断面における応力分布を示し、同図
（ｃ）は抵抗素子Rz1〜Rz4に沿った断面における応力分
布を示す。応力分布は、伸びる方向を符号＋、縮む方向
を符号−で示してある。たとえば、第４図（ａ）は、重
錘体30にＸ方向の力Fxが作用したときの抵抗素子Rx1〜R
x4に沿った断面における応力分布を示している。重錘体
30に作用した力Fxは、単結晶基板10の表面においてはモ
ーメント力として作用し、抵抗素子Rx1およびRx3に対し
ては縮む方向の機械的変形が生じ、抵抗素子Rx2およびR
x4に対しては伸びる方向の機械的変形が生じる。これに
対し、抵抗素子Ry1〜Ry4については、第４図（ｂ）に示
すように、応力は変化しない。これは、抵抗素子Ry1〜R
y4の配置方向（Ｙ軸方向）が力Fxの方向に直交している
ためである。抵抗素子Rz1〜Rz4については、第４図
（ｃ）に示すように、抵抗素子Rx1〜Rx4と同じ変化が生
じる。同様に、Ｙ軸方向の力Fyが作用した場合の各抵抗
素子Ｒに生じる応力分布を第５図（ａ）〜（ｃ）に、Ｚ
軸方向の力Fzが作用した場合の各抵抗素子Ｒに生じる応
力分布を第６図（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、伸びる
方向の機械的変形に対して抵抗値が増え、縮む方向の機
械的変形に対して抵抗値が減るような性質をもった抵抗
素子を用いたとすれば、重錘体30に作用した力Fx,Fy,Fz
と各抵抗素子Ｒの抵抗値の変化との関係は、次の表１の
ようになる。ここで、符号＋は抵抗値の増加、符号−は
抵抗値の減少を示し、０は抵抗値に変化のないことを示
す。
この表１と、第３図のブリッジ回路とを参照すれば、
電圧計61によって力Fxが検出され、電圧計62によって力
Fyが検出され、電圧計63によって力Fzが検出されること
が理解できよう。たとえば、力Fxが作用した場合、第３
図（ａ）のブリッジ回路では、一方の対辺の抵抗値はと
もに増加、他方の対辺の抵抗値はともに減少するため、
電圧計61の針は振れることになる。ところが、第３図
（ｂ）のブリッジ回路では、いずれの抵抗値にも変化が
ないため電圧計62の針は振れず、第３図（ｃ）のブリッ
ジ回路では、各対辺を構成する抵抗の一方は抵抗値増
加、他方は抵抗値減少となり、結局相互に相殺しあっ
て、電圧計63の針は振れない。こうして、この装置本体
に作用した加速度の各方向成分が、電圧計61〜63の針の
振れとして検出される。
電圧計61によって力Fxが検出され、電圧計62によって力
Fyが検出され、電圧計63によって力Fzが検出されること
が理解できよう。たとえば、力Fxが作用した場合、第３
図（ａ）のブリッジ回路では、一方の対辺の抵抗値はと
もに増加、他方の対辺の抵抗値はともに減少するため、
電圧計61の針は振れることになる。ところが、第３図
（ｂ）のブリッジ回路では、いずれの抵抗値にも変化が
ないため電圧計62の針は振れず、第３図（ｃ）のブリッ
ジ回路では、各対辺を構成する抵抗の一方は抵抗値増
加、他方は抵抗値減少となり、結局相互に相殺しあっ
て、電圧計63の針は振れない。こうして、この装置本体
に作用した加速度の各方向成分が、電圧計61〜63の針の
振れとして検出される。
なお、この実施例では、XYZの３軸すべての加速度方
向成分を検出する三次元加速度検出装置として説明した
が、XY、YZ、あるいはXZの２軸についての加速度方向成
分を検出する二次元加速度検出装置も同様に構成するこ
とができる。この場合、抵抗素子やブリッジ回路は２軸
分についてのみ用意すればよい。
向成分を検出する三次元加速度検出装置として説明した
が、XY、YZ、あるいはXZの２軸についての加速度方向成
分を検出する二次元加速度検出装置も同様に構成するこ
とができる。この場合、抵抗素子やブリッジ回路は２軸
分についてのみ用意すればよい。
以上が第１図に示す加速度検出装置の基本的な動作原
理である。続いて、この装置を実用する場合に、より好
適な実施例を示す。第１図に示す装置では、前述のよう
に、重錘体30は作用部11の下部に宙吊りになった状態で
ある。この状態で、大きな加速度が作用すると、重錘体
30は作用した加速度の大きさに応じた大きな変位を生じ
る。ところが、可撓部12はシリコンの単結晶基板である
ため、可撓性にも限界がある。したがって、あまり大き
な変位が生じるとこれを吸収することができなくなり、
単結晶基板10はクラックを生じるなどして破損する。
理である。続いて、この装置を実用する場合に、より好
適な実施例を示す。第１図に示す装置では、前述のよう
に、重錘体30は作用部11の下部に宙吊りになった状態で
ある。この状態で、大きな加速度が作用すると、重錘体
30は作用した加速度の大きさに応じた大きな変位を生じ
る。ところが、可撓部12はシリコンの単結晶基板である
ため、可撓性にも限界がある。したがって、あまり大き
な変位が生じるとこれを吸収することができなくなり、
単結晶基板10はクラックを生じるなどして破損する。
第７図はこのような単結晶基板10の破損を防ぐための
工夫を凝らした別な実施例を示す側断面図である。この
実施例では、シリコンの単結晶基板10Aの下面に起歪体1
0Aの下面に起歪体10Bを固着している。起歪体10Bは、中
央部分の作用部11B、その周囲の可撓部12B、更にその周
囲の外周部分である固定部13B、によって構成されてい
る。可撓部12Bは他の部分に比べて肉厚が薄くなってお
り、可撓性を有する。この実施例の装置では、単結晶基
板10Aと起歪体10Bとの２つの部材によって、第１図に示
す装置の単結晶基板10と同等の機能を果たすことにな
る。起歪体10Bとしては、シリコンの単結晶基板と熱膨
張係数の近い金属、たとえばコバール（鉄、コバルト、
ニッケルの合金）を用いるようにするのが好ましい。作
用部11Bの下面には重錘体31が接続され、固定部13Bの下
面には筒状の台座21が接続される。この台座21の下面に
は、更に底板42が接続されている。第８図はこの装置の
上面図である。単結晶基板10Aの上面には、抵抗素子Ｒ
が形成されており、ボンディングワイヤ51によってボン
ディングパッド52と外部配線用電極53とが接続されてい
る。この装置の特徴は、単結晶基板10Aが重錘体31に直
接接続されていない点である。両者間に起歪体10Bが介
挿されているため、重錘体31からの力が単結晶基板10A
には直接伝達されない。このため、大きな加速度が作用
した場合でも、単結晶基板10Aが破損するのを防ぐこと
ができる。この装置のもうひとつの特徴は、重錘体31と
台座21の形状にある。重錘体31は断面が逆Ｔ字状をして
おり、台座21はこの重錘体31に対して一定間隔を保ちな
がらこれを包み込むような形状をしている。この装置に
大きな加速度が加わり、重錘体31を図の上方に移動させ
るような力が作用しても、重錘体31の上周面31aが台座2
1の下周面21aに衝突するため、重錘体31の上方への変位
は所定の限度以内に制限される。また、重錘体31を図の
左右方向に移動させるような力が作用しても、重錘体の
外側面31bが台座21の内側面21bに衝突するため、重錘体
31の左右への変位は所定の限度以内に制限される。更
に、重錘体31を図の下方に移動させるような力が作用し
ても、重錘体31の下面31cが底板42の上面42cに衝突する
ため、重錘体31の下方への変位は所定の限度以内に制限
される。結局、重錘体31の三次元方向の変位が所定の限
度以内に制限され、単結晶基板10Aに許容限度以上の機
械的変形が加わるのを妨げることができ、大きな加速度
が加わった場合に単結晶基板10Aを破損から保護するこ
とができる。
工夫を凝らした別な実施例を示す側断面図である。この
実施例では、シリコンの単結晶基板10Aの下面に起歪体1
0Aの下面に起歪体10Bを固着している。起歪体10Bは、中
央部分の作用部11B、その周囲の可撓部12B、更にその周
囲の外周部分である固定部13B、によって構成されてい
る。可撓部12Bは他の部分に比べて肉厚が薄くなってお
り、可撓性を有する。この実施例の装置では、単結晶基
板10Aと起歪体10Bとの２つの部材によって、第１図に示
す装置の単結晶基板10と同等の機能を果たすことにな
る。起歪体10Bとしては、シリコンの単結晶基板と熱膨
張係数の近い金属、たとえばコバール（鉄、コバルト、
ニッケルの合金）を用いるようにするのが好ましい。作
用部11Bの下面には重錘体31が接続され、固定部13Bの下
面には筒状の台座21が接続される。この台座21の下面に
は、更に底板42が接続されている。第８図はこの装置の
上面図である。単結晶基板10Aの上面には、抵抗素子Ｒ
が形成されており、ボンディングワイヤ51によってボン
ディングパッド52と外部配線用電極53とが接続されてい
る。この装置の特徴は、単結晶基板10Aが重錘体31に直
接接続されていない点である。両者間に起歪体10Bが介
挿されているため、重錘体31からの力が単結晶基板10A
には直接伝達されない。このため、大きな加速度が作用
した場合でも、単結晶基板10Aが破損するのを防ぐこと
ができる。この装置のもうひとつの特徴は、重錘体31と
台座21の形状にある。重錘体31は断面が逆Ｔ字状をして
おり、台座21はこの重錘体31に対して一定間隔を保ちな
がらこれを包み込むような形状をしている。この装置に
大きな加速度が加わり、重錘体31を図の上方に移動させ
るような力が作用しても、重錘体31の上周面31aが台座2
1の下周面21aに衝突するため、重錘体31の上方への変位
は所定の限度以内に制限される。また、重錘体31を図の
左右方向に移動させるような力が作用しても、重錘体の
外側面31bが台座21の内側面21bに衝突するため、重錘体
31の左右への変位は所定の限度以内に制限される。更
に、重錘体31を図の下方に移動させるような力が作用し
ても、重錘体31の下面31cが底板42の上面42cに衝突する
ため、重錘体31の下方への変位は所定の限度以内に制限
される。結局、重錘体31の三次元方向の変位が所定の限
度以内に制限され、単結晶基板10Aに許容限度以上の機
械的変形が加わるのを妨げることができ、大きな加速度
が加わった場合に単結晶基板10Aを破損から保護するこ
とができる。
第９図は、本発明のまた別な実施例に係る加速度検出
装置の側断面図である。この装置の構成要素は、第１図
の装置とほぼ同じである。単結晶基板10は、作用部11、
可撓部12、固定部13から構成され、上面に抵抗素子Ｒ
（図示せず）が形成されている。作用部11の下面には円
柱状の重錘体32が接続され、固定部13の下面には円筒状
の台座22が接続されている。台座22はケース43の底面に
固着される。また、単結晶基板10の上面には、下面中央
に円盤状のくりぬき部をもった蓋部材44が取り付けられ
ている。このような構造の加速度検出装置においても、
重錘体32の三次元方向の変位を制御することができる。
すなわち、この装置に大きな加速度が加わり、重錘体32
を図の上方に移動させるような力が作用しても、単結晶
基板10の作用部11の上面が蓋部材44のくりぬき部天面44
aに衝突するため、重錘体32の上方への変位は所定の限
度以内に制限される。また、重錘体32を図の左右方向に
移動させるような力が作用しても、重錘体32の外側面32
aが台座22の内側面22aに衝突するため、重錘体32の左右
への変位は所定の限度以内に制限される。更に、重錘体
32を図の下方に移動させるような力が作用しても、重錘
体32の下面32bがケース43の底面43bに衝突するため、重
錘体32の下方への変位は所定の限度以内に制限される。
結局、重錘体32の三次元方向の変位が所定の限度以内に
制限され、単結晶基板10に許容限度以上の機械的変形が
加わるのを妨げることができ、大きな加速度が加わった
場合に単結晶基板10を破損から保護することができる。
装置の側断面図である。この装置の構成要素は、第１図
の装置とほぼ同じである。単結晶基板10は、作用部11、
可撓部12、固定部13から構成され、上面に抵抗素子Ｒ
（図示せず）が形成されている。作用部11の下面には円
柱状の重錘体32が接続され、固定部13の下面には円筒状
の台座22が接続されている。台座22はケース43の底面に
固着される。また、単結晶基板10の上面には、下面中央
に円盤状のくりぬき部をもった蓋部材44が取り付けられ
ている。このような構造の加速度検出装置においても、
重錘体32の三次元方向の変位を制御することができる。
すなわち、この装置に大きな加速度が加わり、重錘体32
を図の上方に移動させるような力が作用しても、単結晶
基板10の作用部11の上面が蓋部材44のくりぬき部天面44
aに衝突するため、重錘体32の上方への変位は所定の限
度以内に制限される。また、重錘体32を図の左右方向に
移動させるような力が作用しても、重錘体32の外側面32
aが台座22の内側面22aに衝突するため、重錘体32の左右
への変位は所定の限度以内に制限される。更に、重錘体
32を図の下方に移動させるような力が作用しても、重錘
体32の下面32bがケース43の底面43bに衝突するため、重
錘体32の下方への変位は所定の限度以内に制限される。
結局、重錘体32の三次元方向の変位が所定の限度以内に
制限され、単結晶基板10に許容限度以上の機械的変形が
加わるのを妨げることができ、大きな加速度が加わった
場合に単結晶基板10を破損から保護することができる。
第10図は、本発明の更に別な実施例に係る加速度検出
装置の側断面図である。この装置の構成要素も、第１図
の装置とほぼ同じである。単結晶基板10は、作用部11、
可撓部12、固定部13から構成され、上面に抵抗素子Ｒ
（図示せず）が形成されている。作用部11の下面には有
段円柱状の重錘体33が接続され、固定部13の下面には有
段円筒状の台座23が接続されている。台座23はケース45
の底面に固着される。この装置に大きな加速度が加わ
り、重錘体33を図の上方に移動させるような力が作用し
ても、重錘体33の上周面33aが台座23の下周面23aに衝突
するため、重錘体33の上方への変位は所定の限度以内に
制限される。また、重錘体33を図の左右方向に移動させ
るような力が作用しても、重錘体33の外側面33bが台座2
3の内側面23bに衝突するため、重錘体33の左右への変位
は所定の限度以内に制限される。更に、重錘体33を図の
下方に移動させるような力が作用しても、重錘体33の下
面33cがケース45の底面45cに衝突するため、重錘体33の
下方への変位は所定の限度以内に制限される。
装置の側断面図である。この装置の構成要素も、第１図
の装置とほぼ同じである。単結晶基板10は、作用部11、
可撓部12、固定部13から構成され、上面に抵抗素子Ｒ
（図示せず）が形成されている。作用部11の下面には有
段円柱状の重錘体33が接続され、固定部13の下面には有
段円筒状の台座23が接続されている。台座23はケース45
の底面に固着される。この装置に大きな加速度が加わ
り、重錘体33を図の上方に移動させるような力が作用し
ても、重錘体33の上周面33aが台座23の下周面23aに衝突
するため、重錘体33の上方への変位は所定の限度以内に
制限される。また、重錘体33を図の左右方向に移動させ
るような力が作用しても、重錘体33の外側面33bが台座2
3の内側面23bに衝突するため、重錘体33の左右への変位
は所定の限度以内に制限される。更に、重錘体33を図の
下方に移動させるような力が作用しても、重錘体33の下
面33cがケース45の底面45cに衝突するため、重錘体33の
下方への変位は所定の限度以内に制限される。
第11図は、本発明のまた別な実施例に係る加速度検出
装置の側断面図である。この装置は、今まで述べてきた
装置に対し、内側と外側の関係が逆になっている。すな
わち、単結晶基板10の外周部分が作用部11であり、その
内側部分が可撓部12であり、中央部分が固定部13であ
る。固定部13の下面には円柱状の台座70が接続され、こ
の台座70はケース46の底面に固着される。作用部11の下
面には、円筒状の重錘体80が接続される。加速度が加わ
ると、円筒状の重錘体80が変位を生じ、この変位が単結
晶基板10に伝達される。重錘体80の図の左右方向の変位
は、重錘体80と台座70との間に形成される間隙によって
制限できる。すなわち、重錘体80を図の左右方向に移動
させるような力が作用しても、重錘体80の内側面80aが
台座70の外側面70aに衝突するため、重錘体80の左右へ
の変位は所定の限度以内に制限されることになる。
装置の側断面図である。この装置は、今まで述べてきた
装置に対し、内側と外側の関係が逆になっている。すな
わち、単結晶基板10の外周部分が作用部11であり、その
内側部分が可撓部12であり、中央部分が固定部13であ
る。固定部13の下面には円柱状の台座70が接続され、こ
の台座70はケース46の底面に固着される。作用部11の下
面には、円筒状の重錘体80が接続される。加速度が加わ
ると、円筒状の重錘体80が変位を生じ、この変位が単結
晶基板10に伝達される。重錘体80の図の左右方向の変位
は、重錘体80と台座70との間に形成される間隙によって
制限できる。すなわち、重錘体80を図の左右方向に移動
させるような力が作用しても、重錘体80の内側面80aが
台座70の外側面70aに衝突するため、重錘体80の左右へ
の変位は所定の限度以内に制限されることになる。
以上述べた実施例は、いずれも円盤状の単結晶基板に
円柱状の重錘体および円筒状の台座を用いた例である
が、本発明は円状の部材を用いるものに限定されるもの
ではない。たとえば、正方形状の単結晶基板を用い、直
方体状の重錘体およびこれを四方から囲うような台座を
用いてもよい。
円柱状の重錘体および円筒状の台座を用いた例である
が、本発明は円状の部材を用いるものに限定されるもの
ではない。たとえば、正方形状の単結晶基板を用い、直
方体状の重錘体およびこれを四方から囲うような台座を
用いてもよい。
最後に、本発明に用いる抵抗素子Ｒを単結晶基板10上
に形成する方法の一例を述べておく。この実施例では、
単結晶基板10としてシリコン基板を用いており、抵抗素
子Ｒはこのシリコン基板上に半導体プレーナプロセスに
よって形成される。まず、第12図（ａ）に示すように、
Ｎ型のシリコン基板101を熱酸化し、表面に酸化シリコ
ン層102を形成する。続いて、同図（ｂ）に示すよう
に、この酸化シリコン層102を写真蝕刻法によってエッ
チングして、開口部103を形成する。続いて、同図
（ｃ）に示すように、この開口部103からほう素を熱拡
散し、Ｐ型拡散領域104を形成する。なお、この熱拡散
の工程で、開口部103には酸化シリコン層105が形成され
ることになる。次に、同図（ｄ）に示すように、CVD法
によって窒化シリコンを堆積させ、窒化シリコン層106
を保護層として形成する。そして、同図（ｅ）に示すよ
うに、この窒化シリコン層106および酸化シリコン層105
に写真蝕刻法によってコンタクトホールを開口した後、
同図（ｆ）に示すように、アルミニウム配線層107を蒸
着形成する。そして最後に、このアルミニウム配線層10
7を写真蝕刻法によってパターニングし、同図（ｇ）に
示すような構造を得る。なお、上述の工程は一例として
示したものであり、本発明はピエゾ抵抗効果を有する抵
抗素子であればどのようなものを用いても実現可能であ
る。
に形成する方法の一例を述べておく。この実施例では、
単結晶基板10としてシリコン基板を用いており、抵抗素
子Ｒはこのシリコン基板上に半導体プレーナプロセスに
よって形成される。まず、第12図（ａ）に示すように、
Ｎ型のシリコン基板101を熱酸化し、表面に酸化シリコ
ン層102を形成する。続いて、同図（ｂ）に示すよう
に、この酸化シリコン層102を写真蝕刻法によってエッ
チングして、開口部103を形成する。続いて、同図
（ｃ）に示すように、この開口部103からほう素を熱拡
散し、Ｐ型拡散領域104を形成する。なお、この熱拡散
の工程で、開口部103には酸化シリコン層105が形成され
ることになる。次に、同図（ｄ）に示すように、CVD法
によって窒化シリコンを堆積させ、窒化シリコン層106
を保護層として形成する。そして、同図（ｅ）に示すよ
うに、この窒化シリコン層106および酸化シリコン層105
に写真蝕刻法によってコンタクトホールを開口した後、
同図（ｆ）に示すように、アルミニウム配線層107を蒸
着形成する。そして最後に、このアルミニウム配線層10
7を写真蝕刻法によってパターニングし、同図（ｇ）に
示すような構造を得る。なお、上述の工程は一例として
示したものであり、本発明はピエゾ抵抗効果を有する抵
抗素子であればどのようなものを用いても実現可能であ
る。
（１） 本願第１の発明によれば、加速度に基づいて単
結晶基板に力を作用させ、この力を基板上に形成された
抵抗素子の電気抵抗の変化として検出するように加速度
検出装置を構成したため、半導体デバイスと同様の工程
により大量生産を行うことができ、低コスト化が実現で
き、しかも、高精度の測定結果が得られるようになる。
結晶基板に力を作用させ、この力を基板上に形成された
抵抗素子の電気抵抗の変化として検出するように加速度
検出装置を構成したため、半導体デバイスと同様の工程
により大量生産を行うことができ、低コスト化が実現で
き、しかも、高精度の測定結果が得られるようになる。
（２） 本願第２の発明によれば、単結晶基板の外周部
分を台座によって装置本体に固定し、この台座の中央部
空間に重錘体を設けるようにしたため、加わった加速度
に起因する力を単結晶基板の中央部分に効果的に作用さ
せることができ、しかも、装置全体として省スペース化
を図ることができるようになる。
分を台座によって装置本体に固定し、この台座の中央部
空間に重錘体を設けるようにしたため、加わった加速度
に起因する力を単結晶基板の中央部分に効果的に作用さ
せることができ、しかも、装置全体として省スペース化
を図ることができるようになる。
（３） 本願第３の発明によれば、単結晶基板の中心部
分を台座によって装置本体に固定し、この台座の周囲に
重錘体を設けるようにしたため、加わった加速度に起因
する力を単結晶基板の外周部分に効果的に作用させるこ
とができ、しかも、装置全体として省スペース化を図る
ことができるようになる。また、前述の第２の発明の装
置に比べて重錘体の質量が増えるので、効率よく感度を
高めることができる。
分を台座によって装置本体に固定し、この台座の周囲に
重錘体を設けるようにしたため、加わった加速度に起因
する力を単結晶基板の外周部分に効果的に作用させるこ
とができ、しかも、装置全体として省スペース化を図る
ことができるようになる。また、前述の第２の発明の装
置に比べて重錘体の質量が増えるので、効率よく感度を
高めることができる。
（４） 本願第４の発明によれば、作用部あるいは重錘
体の動きを制限する変位制限部材を設けるようにしたた
め、装置本体に大きな加速度が作用したときでも、単結
晶基板に無理な機械的変形が生じることを避けることが
でき、大きな加速度の作用による単結晶基板の損傷を防
ぐことができるようになる。
体の動きを制限する変位制限部材を設けるようにしたた
め、装置本体に大きな加速度が作用したときでも、単結
晶基板に無理な機械的変形が生じることを避けることが
でき、大きな加速度の作用による単結晶基板の損傷を防
ぐことができるようになる。
第１図は本発明の一実施例に係る加速度検出装置の側断
面図、第２図は第１図に示す装置を切断線Ａ−Ａに沿っ
て切断した上断面図、第３図は第１図に示す装置内の抵
抗素子によって形成されたブリッジ回路の回路図、第４
図は第１図に示す装置にＸ軸方向の力Fxが作用したとき
の応力分布図、第５図は第１図に示す装置にＹ軸方向の
力Fyが作用したときの応力分布図、第６図は第１図に示
す装置にＺ軸方向の力Fzが作用したときの応力分布図、
第７図は本発明の別な実施例に係る加速度検出装置の側
断面図、第８図は第７図に示す装置の上面図、第９図〜
第11図はそれぞれ本発明の更に別な実施例に係る加速度
検出装置の側断面図、第12図は本発明の加速度検出装置
に用いられる抵抗素子の形成方法の一例を示す工程図で
ある。 10,10A……単結晶基板、10B……起歪体、11,11B……作
用部、12,12B……可撓部、13,13B……固定部、20〜23…
…台座、30〜33……重錘体、40……ケース、41……蓋、
42……底板、43……ケース、44……蓋部材、45,46……
ケース、50……外部配線用電極、51……ボンディングワ
イヤ、52……ボンディングパッド、53……外部配線用電
極、60……電源、61〜63……電圧計、70……台座、80…
…重錘体、101……シリコン基板、102……酸化シリコン
層、103……開口部、104……Ｐ型拡散領域、105……酸
化シリコン層、106……窒化シリコン層、107……アルミ
ニウム配線層。
面図、第２図は第１図に示す装置を切断線Ａ−Ａに沿っ
て切断した上断面図、第３図は第１図に示す装置内の抵
抗素子によって形成されたブリッジ回路の回路図、第４
図は第１図に示す装置にＸ軸方向の力Fxが作用したとき
の応力分布図、第５図は第１図に示す装置にＹ軸方向の
力Fyが作用したときの応力分布図、第６図は第１図に示
す装置にＺ軸方向の力Fzが作用したときの応力分布図、
第７図は本発明の別な実施例に係る加速度検出装置の側
断面図、第８図は第７図に示す装置の上面図、第９図〜
第11図はそれぞれ本発明の更に別な実施例に係る加速度
検出装置の側断面図、第12図は本発明の加速度検出装置
に用いられる抵抗素子の形成方法の一例を示す工程図で
ある。 10,10A……単結晶基板、10B……起歪体、11,11B……作
用部、12,12B……可撓部、13,13B……固定部、20〜23…
…台座、30〜33……重錘体、40……ケース、41……蓋、
42……底板、43……ケース、44……蓋部材、45,46……
ケース、50……外部配線用電極、51……ボンディングワ
イヤ、52……ボンディングパッド、53……外部配線用電
極、60……電源、61〜63……電圧計、70……台座、80…
…重錘体、101……シリコン基板、102……酸化シリコン
層、103……開口部、104……Ｐ型拡散領域、105……酸
化シリコン層、106……窒化シリコン層、107……アルミ
ニウム配線層。
Claims (8)
- 【請求項１】XYZ三次元座標系におけるＸ軸方向および
Ｙ軸方向に作用する加速度を検出する加速度検出装置で
あって、 半導体単結晶基板と、この基板を収容するケースと、こ
のケース内において前記基板を支持固定する台座と、前
記基板の一部に固着された重錘体と、前記基板上に形成
された８本の抵抗素子と、この８本の抵抗素子に接続さ
れた検出回路と、を備え、 前記基板の中心部および周辺部のうちのいずれか一方を
作用部、他方を固定部と定義するとともに、前記作用部
と前記固定部との間の領域に可撓部を定義したときに、
前記可撓部は、前記作用部および前記固定部の厚みに比
べて薄くすることにより可撓性をもつ構造とし、 前記台座は、前記固定部と前記ケースとを接続すること
により、前記基板を支持する機能を有し、 前記重錘体は、前記作用部に固着され、 前記８本の抵抗素子は、前記可撓部に配置され、前記可
撓部の機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵
抗効果を示す素子であり、 前記基板の中心位置に原点Ｏをとり、XY平面が、前記基
板の主面に平行になるように、XYZ三次元座標系を定義
したときに、Ｘ軸上に４本の抵抗素子Rx1,Rx2,Rx3,Rx4
がこの順に配列され、Ｙ軸上に４本の抵抗素子Ry1,Ry2,
Ry3,Ry4がこの順に配列されており、かつ、各座標軸上
に配列されている４本の抵抗素子のうち、２本は各座標
軸の正の領域に、他の２本は各座標軸の負の領域に、そ
れぞれ配置されており、 前記検出回路は、抵抗素子Rx1,Rx3を第１の対辺、抵抗
素子Rx2,Rx4を第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡
状態によりＸ軸方向に作用した加速度を検出する機能
と、抵抗素子Ry1,Ry3を第１の対辺、抵抗素子Ry2,Ry4を
第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡状態によりＹ軸
方向に作用した加速度を検出する機能と、を有すること
を特徴とする加速度検出装置。 - 【請求項２】XYZ三次元座標系におけるＸ軸方向および
Ｚ軸方向に作用する加速度を検出する加速度検出装置で
あって、 半導体単結晶基板と、この基板を収容するケースと、こ
のケース内において前記基板を支持固定する台座と、前
記基板の一部に固着された重錘体と、前記基板上に形成
された８本の抵抗素子と、この８本の抵抗素子に接続さ
れた検出回路と、を備え、 前記基板の中心部および周辺部のうちのいずれか一方を
作用部、他方を固定部と定義するとともに、前記作用部
と前記固定部との間の領域に可撓部を定義したときに、
前記可撓部は、前記作用部および前記固定部の厚みに比
べて薄くすることにより可撓性をもつ構造とし、 前記台座は、前記固定部と前記ケースとを接続すること
により、前記基板を支持する機能を有し、 前記重錘体は、前記作用部に固着され、 前記８本の抵抗素子は、前記可撓部に配置され、前記可
撓部の機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵
抗効果を示す素子であり、 前記基板の中心位置に原点Ｏをとり、XY平面が、前記基
板の主面に平行になるように、XYZ三次元座標系を定義
したときに、Ｘ軸上に４本の抵抗素子Rx1,Rx2,Rx3,Rx4
がこの順に配列され、XY平面上の一座標軸上に４本の抵
抗素子Rz1,Rz2,Rz3,Rz4がこの順に配列されており、か
つ、各座標軸上に配列されている４本の抵抗素子のう
ち、２本は各座標軸の正の領域に、他の２本は各座標軸
の負の領域に、それぞれ配置されており、 前記検出回路は、抵抗素子Rx1,Rx3を第１の対辺、抵抗
素子Rx2,Rx4を第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡
状態によりＸ軸方向に作用した加速度を検出する機能
と、抵抗素子Rz1,Rz4を第１の対辺、抵抗素子Rz2,Rz3を
第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡状態によりＺ軸
方向に作用した加速度を検出する機能と、を有すること
を特徴とする加速度検出装置。 - 【請求項３】XYZ三次元座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸
方向およびＺ軸方向に作用する加速度を検出する加速度
検出装置であって、 半導体単結晶基板と、この基板を収容するケースと、こ
のケース内において前記基板を支持固定する台座と、前
記基板の一部に固着された重錘体と、前記基板上に形成
された12本の抵抗素子と、この12本の抵抗素子に接続さ
れた検出回路と、を備え、 前記基板の中心部および周辺部のうちのいずれか一方を
作用部、他方を固定部と定義するとともに、前記作用部
と前記固定部との間の領域に可撓部を定義したときに、
前記可撓部は、前記作用部および前記固定部の厚みに比
べて薄くすることにより可撓性をもつ構造とし、 前記台座は、前記固定部と前記ケースとを接続すること
により、前記基板を支持する機能を有し、 前記重錘体は、前記作用部に固着され、 前記12本の抵抗素子は、前記可撓部に配置され、前記可
撓部の機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵
抗効果を示す素子であり、 前記基板の中心位置に原点Ｏをとり、XY平面が、前記基
板の主面に平行になるように、XYZ三次元座標系を定義
したときに、Ｘ軸上に４本の抵抗素子Rx1,Rx2,Rx3,Rx4
がこの順に配列され、Ｙ軸上に４本の抵抗素子Ry1,Ry2,
Ry3,Ry4がこの順に配列され、XY平面上の一座標軸上に
４本の抵抗素子Rz1,Rz2,Rz3,Rz4がこの順に配列されて
おり、かつ、各座標軸上に配列されている４本の抵抗素
子のうち、２本は各座標軸の正の領域に、他の２本は各
座標軸の負の領域に、それぞれ配置されており、 前記検出回路は、抵抗素子Rx1,Rx3を第１の対辺、抵抗
素子Rx2,Rx4を第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡
状態によりＸ軸方向に作用した加速度を検出する機能
と、抵抗素子Ry1,Ry3を第１の対辺、抵抗素子Ry2,Ry4を
第２の対辺、とするブリッジ回路の平衡状態によりＹ軸
方向に作用した加速度を検出する機能と、抵抗素子Rz1,
Rz4を第１の対辺、抵抗素子Rz2,Rz3を第２の対辺、とす
るブリッジ回路の平衡状態によりＺ軸方向に作用した加
速度を検出する機能と、を有することを特徴とする加速
度検出装置。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の検出装置
において、 基板の固定部下面に台座を接続し、基板の作用部下面に
重錘体を接続し、基板の上面には、前記作用部のＺ軸方
向への変位を所定範囲内に制限する蓋部材を接続したこ
とを特徴とする加速度検出装置。 - 【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の検出装置
において、 基板の中心部を作用部、周辺部を固定部とし、固定部下
面に台座を接続するとともに、作用部下面に重錘体を接
続し、台座が重錘体の周囲を取り囲む構造とし、加速度
が作用していない状態において、重錘体の外面と台座の
内面とが所定距離を維持するようにし、台座が、重錘体
のＸ軸方向もしくはＹ軸方向への変位を所定範囲内に制
限する部材として機能するようにしたことを特徴とする
加速度検出装置。 - 【請求項６】請求項５に記載の検出装置において、 加速度が作用していない状態において、重錘体の下面と
ケースの対向面とが所定距離を維持するようにし、ケー
スが、重錘体のＺ軸方向への変位を所定範囲内に制限す
る部材として機能するようにしたことを特徴とする加速
度検出装置。 - 【請求項７】請求項１〜３のいずれかに記載の検出装置
において、 基板の中心部を固定部、周辺部を作用部とし、固定部下
面に台座を接続するとともに、作用部下面に重錘体を接
続し、重錘体が台座の周囲を取り囲む構造としたことを
特徴とする加速度検出装置。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の検出装置
において、 基板としてシリコンの単結晶基板を用い、重錘体をガラ
スによって構成したことを特徴とする加速度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077396A JPH087228B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077396A JPH087228B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 加速度検出装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63092433A Division JPH0677052B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 磁気検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202778A JPH03202778A (ja) | 1991-09-04 |
| JPH087228B2 true JPH087228B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=13632735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2077396A Expired - Lifetime JPH087228B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 加速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087228B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062147A (ja) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 株式会社ワコー | 力覚センサ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4754817B2 (ja) | 2004-12-20 | 2011-08-24 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 半導体加速度センサ |
| JP2006284441A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Sharp Corp | 物理量センサおよび物理量センサの検出方法 |
| JP4949673B2 (ja) * | 2005-12-01 | 2012-06-13 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体加速度センサおよびその製造方法 |
| JP4486103B2 (ja) | 2007-03-19 | 2010-06-23 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 加速度センサ、及び加速度センサの製造方法 |
| JP4994098B2 (ja) | 2007-04-25 | 2012-08-08 | 株式会社リコー | 半導体センサ及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP2077396A patent/JPH087228B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062147A (ja) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 株式会社ワコー | 力覚センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03202778A (ja) | 1991-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5182515A (en) | Detector for magnetism using a resistance element | |
| EP0333872B1 (en) | Gripper for a robot | |
| US4967605A (en) | Detector for force and acceleration using resistance element | |
| US5263375A (en) | Contact detector using resistance elements and its application | |
| US6512364B1 (en) | Testing sensor | |
| JP3391841B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| US5083466A (en) | Multidimensional force sensor | |
| US6894482B2 (en) | Apparatus for detecting a physical quantity acting as an external force and method for testing and manufacturing this apparatus | |
| EP2026077A1 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2004264053A (ja) | 加速度センサ及び傾斜検出方法 | |
| JPH087228B2 (ja) | 加速度検出装置 | |
| JP2607096B2 (ja) | 力・モーメント検出装置 | |
| JPH0617834B2 (ja) | 力検出装置 | |
| JPH0584870B2 (ja) | ||
| JPH0677052B2 (ja) | 磁気検出装置 | |
| JPH0821721B2 (ja) | 力検出装置 | |
| JP3265641B2 (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JP2802954B2 (ja) | 力の作用体を有するセンサの試験方法およびこの方法を実施しうるセンサ | |
| JPH08160070A (ja) | 加速度センサ | |
| JPS63266358A (ja) | 加速度検出装置 | |
| JP3171970B2 (ja) | 力／加速度の検出装置 | |
| JP2596759B2 (ja) | 力検出装置 | |
| JP2923286B2 (ja) | 試験機能を備えた力・加速度・磁気のセンサ | |
| JP2012225813A (ja) | ３軸加速度センサ | |
| JP3051508B2 (ja) | 加速度検出方法および加速度センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080129 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090129 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090129 Year of fee payment: 13 |