JP6244295B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
本発明は、加速度センサに関し、特に、所定の座標軸方向に作用した加速度を個々の軸方向成分ごとに検出する機能をもった加速度センサに関する。 The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor having a function of detecting an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction for each axial component.
各種車両、船舶、航空機などでは、姿勢制御やナビゲーションの情報を得るために加速度センサが利用されている。また、ロボットや産業機械においても、その動きを的確に制御するため、様々な箇所に加速度センサが取り付けられている。このようなセンサのうち、装置筐体内に可撓性部材を介して重錘体を取付け、この重錘体の慣性を利用して加速度の検出を行うタイプのセンサは、一般に慣性センサと呼ばれている。 In various vehicles, ships, airplanes and the like, acceleration sensors are used to obtain attitude control and navigation information. Also, in robots and industrial machines, acceleration sensors are attached to various places in order to accurately control the movement. Among such sensors, a sensor of a type in which a weight body is attached to a device casing via a flexible member and acceleration is detected using the inertia of the weight body is generally called an inertial sensor. ing.
慣性センサでは、作用した加速度に基づいて装置筐体が移動すると、内部の重錘体は慣性により元の位置に留まろうとするため、重錘体は装置筐体に対して相対的な変位を生じる。この変位を電気的に検出することにより、作用した加速度を検出することができる。 In the inertial sensor, when the device housing moves based on the applied acceleration, the internal weight body tends to stay in its original position due to inertia, so the weight body is displaced relative to the device housing. Arise. By detecting the displacement electrically, the applied acceleration can be detected.
このような慣性センサでは、装置筐体内に重錘体を支持するための様々な支持構造が提案されており、また、作用した加速度を電気信号として検出するために、様々な検出素子が利用されている。たとえば、下記の特許文献１には、ダイアフラムの中央部に重錘体を垂下させ、ダイアフラムの周囲部を台座によって装置筐体に支持固定する構造を採用した加速度センサが開示されている。この加速度センサでは、ダイアフラムの所定位置に形成したピエゾ抵抗素子を利用して、作用した加速度の特定の軸方向成分を電気信号として検出することができる。また、特許文献２には、慣性センサを角速度センサに応用した技術として、重錘体を１本の橋梁部によって支持した状態で振動させ、角速度を検出する技術が開示されている。
In such inertial sensors, various support structures for supporting the weight body in the apparatus housing have been proposed, and various detection elements are used to detect the applied acceleration as an electrical signal. ing. For example,
前掲の特許文献１に開示されているように、重錘体をダイアフラムの中央に垂下させ、ダイアフラムの周囲を台座で固定する支持構造を採用している従来の加速度センサは、構造が非常に単純であるため、製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。しかも、重錘体の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラムの撓みを検出することにより、重錘体の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。しかしながら、ダイアフラムの周囲が台座によって装置筐体に固定されているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わると、当該応力が台座を介してダイアフラムまで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。
As disclosed in the above-mentioned
たとえば、利用時の温度環境により装置筐体が膨張したり収縮したりすると、当該応力がダイアフラムまで伝達され、検出結果に悪影響を及ぼすことになる。また、装置筐体を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体に応力が加わる可能性があり、当該応力により検出結果に悪影響が及ぶことになる。 For example, if the device casing expands or contracts due to the temperature environment during use, the stress is transmitted to the diaphragm, which adversely affects the detection result. In addition, if the device housing is fixed with an adhesive or a screw in order to mount the device housing on some measurement object, stress may be applied to the device housing during the mounting, and the stress adversely affects the detection result. It will be.
これに対して、前掲の特許文献２に開示されているように、重錘体を１本のアームによって支持する片持ち梁構造を採用すると、１本のアームの根端部が装置筐体に固定されるだけなので、装置筐体に生じた応力に基づく検出結果への悪影響はほとんど無視できる。しかしながら、装置筐体内での重錘体の変位を、１本のアームの撓みによって検出せざるを得ないので、効率的な検出を行うことができず、検出感度が低下することは否めない。 On the other hand, when a cantilever structure in which the weight body is supported by one arm as disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, the root end portion of one arm is attached to the apparatus housing. Since it is only fixed, the adverse effect on the detection result based on the stress generated in the apparatus housing can be almost ignored. However, since the displacement of the weight body in the apparatus housing must be detected by the bending of one arm, efficient detection cannot be performed and the detection sensitivity cannot be denied.
そこで本発明は、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能な加速度センサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting acceleration with high detection sensitivity while eliminating adverse effects due to usage environments such as temperature and mounting state.
(1) 本発明の第１の態様は、枠状筐体と、この枠状筐体の内部に収容された重錘体と、重錘体と枠状筐体とを接続する可撓性接続体と、可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子と、検出素子による検出結果に基づいて枠状筐体に作用した加速度を示す信号を出力する検出回路と、を備えた加速度センサにおいて、
可撓性接続体が、第１のアーム部と第２のアーム部とを有するようにし、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、第１のアーム部の根端部は枠状筐体の所定箇所に固定され、第１のアーム部の先端部は重錘体の所定箇所に接続されており、
第２のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、第２のアーム部の根端部は枠状筐体の所定箇所に固定され、第２のアーム部の先端部は重錘体の所定箇所に接続されており、
検出素子は、第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とを有するようにしたものである。
(1) A first aspect of the present invention is a frame-shaped housing, a weight body accommodated in the frame-shaped housing, and a flexible connection for connecting the weight body and the frame-shaped housing. Acceleration comprising: a body; a detection element that electrically detects deflection of the flexible connector; and a detection circuit that outputs a signal indicating acceleration acting on the frame-shaped housing based on a detection result by the detection element In the sensor
The flexible connector has a first arm portion and a second arm portion;
When defining the XYZ three-dimensional coordinate system,
The first arm portion includes a first X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis and a first Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis. The root end portion of one arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and the distal end portion of the first arm portion is connected to a predetermined location of the weight body,
The second arm portion has a second X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a second Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, The root end portion of the arm portion of 2 is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and the distal end portion of the second arm portion is connected to a predetermined location of the weight body,
The detection element includes a first group of detection elements fixed at a predetermined position of the first arm portion and a second group of detection elements fixed at a predetermined position of the second arm portion. .
(2) 本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る加速度センサにおいて、
枠状筐体が、Ｘ軸に平行な一対の対辺とＹ軸に平行な一対の対辺とを有する矩形状の構造体をなし、ＸＹ平面上に配置されており、
第１のアーム部の根端部が、枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定され、第２のアーム部の根端部が、枠状筐体のＹ軸に平行な一辺の所定箇所に固定されているようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first aspect described above,
The frame-shaped housing is a rectangular structure having a pair of opposite sides parallel to the X axis and a pair of opposite sides parallel to the Y axis, and is disposed on the XY plane.
The root end portion of the first arm portion is fixed at a predetermined position on one side parallel to the X axis of the frame-shaped housing, and the root end portion of the second arm portion is parallel to the Y axis of the frame-shaped housing. It is fixed to a predetermined part on one side.
(3) 本発明の第３の態様は、上述した第１の態様に係る加速度センサにおいて、
枠状筐体が、Ｘ軸に平行な一対の対辺とＹ軸に平行な一対の対辺とを有する矩形状の構造体をなし、ＸＹ平面上に配置されており、
第１のアーム部の根端部が、枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定され、第２のアーム部の根端部が、枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定されているようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first aspect described above,
The frame-shaped housing is a rectangular structure having a pair of opposite sides parallel to the X axis and a pair of opposite sides parallel to the Y axis, and is disposed on the XY plane.
The root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined position on one side parallel to the X axis of the frame-shaped housing, and the root end portion of the second arm portion is parallel to the X axis of the frame-shaped housing. It is fixed to a predetermined part on one side.
(4) 本発明の第４の態様は、上述した第２または第３の態様に係る加速度センサにおいて、
枠状筐体の４隅にそれぞれ隅点を定義し、枠状筐体の各部について最近接隅点を求め、同一の最近接隅点を有する部分を同一の属性領域と定義したときに、第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部とが、枠状筐体の同一属性領域に固定されているようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the second or third aspect described above,
When the corner points are respectively defined at the four corners of the frame-shaped housing, the closest corner points are obtained for each part of the frame-shaped housing, and the portions having the same closest corner points are defined as the same attribute area, The root end portion of the first arm portion and the root end portion of the second arm portion are fixed to the same attribute region of the frame-shaped housing.
(5) 本発明の第５の態様は、上述した第１〜第４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部と第２のアーム部の先端部とが相互に接続されており、これら両先端部の接続点の近傍に重錘体が接続されているようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to fourth aspects described above,
The tip of the first arm and the tip of the second arm are connected to each other, and a weight body is connected in the vicinity of the connection point between these tips. .
(6) 本発明の第６の態様は、上述した第１〜第４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部の先端部が重錘体の第１の支持点に接続され、第２のアーム部の先端部が重錘体の上記第１の支持点とは異なる第２の支持点に接続されているようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to fourth aspects described above,
The distal end portion of the first arm portion is connected to the first support point of the weight body, and the distal end portion of the second arm portion is a second support point different from the first support point of the weight body. They are connected.
(7) 本発明の第７の態様は、上述した第１〜第６の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部が、第１のＸ軸平行橋梁部と第１のＹ軸平行橋梁部との間を接続する第１の中間接続部を有し、
第２のアーム部が、第２のＸ軸平行橋梁部と第２のＹ軸平行橋梁部との間を接続する第２の中間接続部を有し、
各アーム部について、重錘体に近い側を内側、枠状筐体に近い側を外側と定義したときに、
第１の中間接続部が、第１のＸ軸平行橋梁部の第１の中間接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、第１のＹ軸平行橋梁部の第１の中間接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、を有し、
第２の中間接続部が、第２のＸ軸平行橋梁部の第２の中間接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、第２のＹ軸平行橋梁部の第２の中間接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、を有するようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to sixth aspects described above,
The first arm portion has a first intermediate connection portion that connects between the first X-axis parallel bridge portion and the first Y-axis parallel bridge portion,
The second arm portion has a second intermediate connection portion connecting between the second X-axis parallel bridge portion and the second Y-axis parallel bridge portion;
For each arm part, when the side near the weight body is defined as the inside, and the side near the frame-shaped housing is defined as the outside,
The first intermediate connection portion protrudes outward from the side surface near the connection end of the first X-axis parallel bridge portion with respect to the first intermediate connection portion, and the first Y-axis parallel bridge portion A flange structure portion protruding outward from the side surface in the vicinity of the connection end with respect to the intermediate connection portion,
The second intermediate connection portion protrudes outward from the side surface near the connection end of the second X-axis parallel bridge portion with respect to the second intermediate connection portion, and the second Y-axis parallel bridge portion And a flange structure portion protruding outward from the side surface in the vicinity of the connection end with respect to the intermediate connection portion.
(8) 本発明の第８の態様は、上述した第５の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部が、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部と重錘体とを接続する第１の重錘体接続部を有し、
第２のアーム部が、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部と重錘体とを接続する第２の重錘体接続部を有し、
第１の重錘体接続部と第２の重錘体接続部とは相互に接続されており、
各アーム部について、重錘体に近い側を内側、枠状筐体に近い側を外側と定義したときに、
第１の重錘体接続部が、第１のＹ軸平行橋梁部の第１の重錘体接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有し、
第２の重錘体接続部が、第２のＸ軸平行橋梁部の第２の重錘体接続部に対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有するようにしたものである。
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the fifth aspect described above,
The first arm portion has a first weight body connecting portion that connects the tip portion of the first Y-axis parallel bridge portion and the weight body,
The second arm portion has a second weight body connecting portion that connects the tip portion of the second X-axis parallel bridge portion and the weight body,
The first weight body connecting portion and the second weight body connecting portion are connected to each other,
For each arm part, when the side near the weight body is defined as the inside, and the side near the frame-shaped housing is defined as the outside,
The first weight body connecting portion has a flange structure portion protruding outward from the side surface in the vicinity of the connection end with respect to the first weight body connecting portion of the first Y-axis parallel bridge portion,
The second weight body connecting portion has a flange structure portion protruding outward from the side surface in the vicinity of the connection end of the second X-axis parallel bridge portion with respect to the second weight body connecting portion. .
(9) 本発明の第９の態様は、上述した第６の態様に係る加速度センサにおいて、
重錘体が、第１のアーム部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、第２のアーム部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と、を有するようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the sixth aspect described above,
The weight body has a ridge structure portion protruding outward from the side surface of the distal end portion of the first arm portion and a ridge structure portion protruding outward from the side surface of the distal end portion of the second arm portion. It is a thing.
(10) 本発明の第１０の態様は、上述した第１〜第９の態様に係る加速度センサにおいて、
重錘体の周囲を第１のアーム部と第２のアーム部とが取り囲み、更に、第１のアーム部と第２のアーム部の周囲を枠状筐体が取り囲む構造を採用したものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to ninth aspects described above,
A structure in which the first arm portion and the second arm portion surround the weight body and the frame-shaped housing surrounds the first arm portion and the second arm portion is adopted. .
(11) 本発明の第１１の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係る加速度センサにおいて、
第１のアーム部および第２のアーム部の所定箇所の外側側面とこれに対向する枠状筐体の所定箇所の内側側面との距離が、各アーム部に弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、上記外側側面と上記内側側面とが当接することにより許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定されているようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to tenth aspects described above,
The distance between the outer side surface of the predetermined portion of the first arm portion and the second arm portion and the inner side surface of the predetermined portion of the frame-shaped housing opposed to the first arm portion and the second arm portion is deformed beyond the allowable elastic deformation range in each arm portion. When excessive acceleration is generated, the outer side surface and the inner side surface come into contact with each other, and the distance is set to be suitable for preventing deformation exceeding an allowable range.
(12) 本発明の第１２の態様は、上述した第１〜第１１の態様に係る加速度センサにおいて、
重錘体の下方に所定距離をおいて配置され、枠状筐体に固定された下方基板と、重錘体の上方に所定距離をおいて配置され、枠状筐体に固定された上方基板と、を更に設け、
下方基板と重錘体との距離および上方基板と重錘体との距離が、各アーム部に弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、下方基板の上面と重錘体の下面とが当接することにより、もしくは、上方基板の下面と重錘体の上面とが当接することにより、許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定されているようにしたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to eleventh aspects described above,
A lower substrate disposed at a predetermined distance below the weight body and fixed to the frame-shaped housing, and an upper substrate disposed at a predetermined distance above the weight body and secured to the frame-shaped housing And further,
When the distance between the lower substrate and the weight body and the distance between the upper substrate and the weight body cause excessive acceleration that causes deformation exceeding the allowable range of elastic deformation on each arm portion, It seems that the distance is set to be suitable for preventing deformation exceeding an allowable range by contacting the lower surface of the weight body or by contacting the lower surface of the upper substrate and the upper surface of the weight body. It is a thing.
(13) 本発明の第１３の態様は、上述した第１〜第１２の態様に係る加速度センサにおいて、
枠状筐体と、重錘体と、第１のアーム部と、第２のアーム部とが、同一の材質から構成されており、第１のアーム部および第２のアーム部のＺ軸方向の厚みを、枠状筐体および重錘体のＺ軸方向の厚みよりも小さく設定することにより、第１のアーム部および第２のアーム部を可撓性接続体として機能させるようにしたものである。
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to twelfth aspects described above,
The frame-shaped housing, the weight body, the first arm portion, and the second arm portion are made of the same material, and the first arm portion and the second arm portion are in the Z-axis direction. The first arm portion and the second arm portion are made to function as flexible connectors by setting the thickness of the frame to be smaller than the thickness in the Z-axis direction of the frame-shaped housing and the weight body. It is.
(14) 本発明の第１４の態様は、上述した第１〜第１３の態様に係る加速度センサにおいて、
可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子として、各アーム部の所定箇所における長手方向に関する伸縮状態を検出するピエゾ抵抗素子を用いるようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the first to thirteenth aspects described above,
A piezoresistive element that detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction at a predetermined position of each arm portion is used as a detection element that electrically detects the bending of the flexible connector.
(15) 本発明の第１５の態様は、上述した第１４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１グループの検出素子が、第１のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１の根端部素子と、第１のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１の先端部素子と、を有し、
第２グループの検出素子が、第２のアーム部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２の根端部素子と、第２のアーム部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２の先端部素子と、を有するようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the fourteenth aspect described above,
A first group of detecting elements disposed in the vicinity of the root end portion of the first arm portion, and detecting a stretching state in the longitudinal direction of the first arm portion at the disposed position; A first tip element that is disposed in the vicinity of the tip portion of the one arm portion and detects a stretched state in the longitudinal direction of the first arm portion at the placement position;
A second group of detecting elements arranged in the vicinity of the root end of the second arm portion and detecting a stretched state in the longitudinal direction of the second arm portion at the arrangement position; And a second tip element that detects the expansion and contraction state in the longitudinal direction of the second arm portion at the placement position.
(16) 本発明の第１６の態様は、上述した第１５の態様に係る加速度センサにおいて、
各アーム部に関して、その長手方向に沿った中心線を境界として、枠状筐体に近い側を外側、枠状筐体から遠い側を内側と定義したときに、
第１の根端部素子が、第１のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第１の根端部中心素子と、第１のアーム部の根端部近傍の内側に配置された第１の根端部内側素子と、第１のアーム部の根端部近傍の外側に配置された第１の根端部外側素子と、を有し、
第１の先端部素子が、第１のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第１の先端部中心素子と、第１のアーム部の先端部近傍の内側に配置された第１の先端部内側素子と、第１のアーム部の先端部近傍の外側に配置された第１の先端部外側素子と、を有し、
第２の根端部素子が、第２のアーム部の根端部近傍の中心線上に配置された第２の根端部中心素子と、第２のアーム部の根端部近傍の内側に配置された第２の根端部内側素子と、第２のアーム部の根端部近傍の外側に配置された第２の根端部外側素子と、を有し、
第２の先端部素子が、第２のアーム部の先端部近傍の中心線上に配置された第２の先端部中心素子と、第２のアーム部の先端部近傍の内側に配置された第２の先端部内側素子と、第２のアーム部の先端部近傍の外側に配置された第２の先端部外側素子と、を有するようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the fifteenth aspect described above,
For each arm part, with the center line along the longitudinal direction as a boundary, the side closer to the frame-shaped housing is defined as the outer side, and the side far from the frame-shaped housing is defined as the inner side,
The first root end element is disposed on the center line in the vicinity of the root end of the first arm part and on the inner side in the vicinity of the root end of the first arm part. A first root end inner element formed, and a first root end outer element disposed outside the root end vicinity of the first arm portion,
The first tip portion element is disposed on the center line in the vicinity of the tip portion of the first arm portion, and the first tip portion is disposed on the inner side in the vicinity of the tip portion of the first arm portion. A tip end inner element, and a first tip end outer element disposed outside the tip arm vicinity of the first arm portion,
The second root end element is disposed on the center line in the vicinity of the root end portion of the second arm portion and on the inner side in the vicinity of the root end portion of the second arm portion. A second root end inner element formed, and a second root end outer element disposed outside the vicinity of the root end portion of the second arm portion,
The second tip element is disposed on the center line in the vicinity of the tip of the second arm portion, and the second tip element disposed on the inner side in the vicinity of the tip of the second arm portion. And a second tip portion outer element disposed on the outer side in the vicinity of the tip portion of the second arm portion.
(17) 本発明の第１７の態様は、上述した第１６の態様に係る加速度センサにおいて、
検出回路が、
Ｙ軸に平行な方向を長手方向とするアーム部の一部分に配置された内側素子および外側素子を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出する第１のブリッジ回路と、
Ｘ軸に平行な方向を長手方向とするアーム部の一部分に配置された内側素子および外側素子を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分を検出する第２のブリッジ回路と、
中心素子を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する第３のブリッジ回路と、
を有するようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the sixteenth aspect described above,
The detection circuit
A first bridge circuit that detects an X-axis direction component of an applied acceleration using an inner element and an outer element arranged in a part of an arm portion having a direction parallel to the Y axis as a longitudinal direction;
A second bridge circuit for detecting a Y-axis direction component of an applied acceleration using an inner element and an outer element arranged in a part of an arm portion having a direction parallel to the X axis as a longitudinal direction;
A third bridge circuit that detects a Z-axis direction component of the applied acceleration using a central element;
It is made to have.
(18) 本発明の第１８の態様は、上述した第１４の態様に係る加速度センサにおいて、
第１グループの検出素子が、
第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１のＸ軸平行根端部素子と、
第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１のＸ軸平行先端部素子と、
第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１のＹ軸平行根端部素子と、
第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第１のＹ軸平行先端部素子と、を有し、
第２グループの検出素子が、
第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２のＸ軸平行根端部素子と、
第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２のＸ軸平行先端部素子と、
第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２のＹ軸平行根端部素子と、
第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部の長手方向に関する伸縮状態を検出する第２のＹ軸平行先端部素子と、を有するようにしたものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the fourteenth aspect described above,
The first group of sensing elements
A first X-axis parallel root end element that is disposed in the vicinity of the root end portion of the first X-axis parallel bridge portion and detects an expansion and contraction state in the longitudinal direction of the first arm portion at the placement position;
A first X-axis parallel tip element that is disposed in the vicinity of the tip of the first X-axis parallel bridge portion and detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction of the first arm at the placement position;
A first Y-axis parallel root end element that is disposed in the vicinity of the root end of the first Y-axis parallel bridge portion and detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction of the first arm portion at the placement position;
A first Y-axis parallel tip element that is disposed in the vicinity of the tip of the first Y-axis parallel bridge part and detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction of the first arm part at the placement position;
A second group of sensing elements
A second X-axis parallel root end element that is disposed in the vicinity of the root end portion of the second X-axis parallel bridge portion and detects an expansion and contraction state in the longitudinal direction of the second arm portion at the placement position;
A second X-axis parallel tip element that is disposed in the vicinity of the tip of the second X-axis parallel bridge portion and detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction of the second arm at the placement position;
A second Y-axis parallel root end element that is disposed in the vicinity of the root end of the second Y-axis parallel bridge portion and detects the expansion and contraction state in the longitudinal direction of the second arm portion at the placement position;
A second Y-axis parallel tip element that is disposed in the vicinity of the tip of the second Y-axis parallel bridge portion and detects an expansion / contraction state in the longitudinal direction of the second arm portion at the placement position. Is.
(19) 本発明の第１９の態様は、上述した第１８の態様に係る加速度センサにおいて、
各アーム部に関して、その長手方向に沿った中心線を境界として、枠状筐体に近い側を外側、枠状筐体から遠い側を内側と定義したときに、
第１のＸ軸平行根端部素子が、第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第１のＸ軸平行根端部中心素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行根端部内側素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行根端部外側素子と、を有し、
第１のＸ軸平行先端部素子が、第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第１のＸ軸平行先端部中心素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行先端部内側素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行先端部外側素子と、を有し、
第１のＹ軸平行根端部素子が、第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第１のＹ軸平行根端部中心素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行根端部内側素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行根端部外側素子と、を有し、
第１のＹ軸平行先端部素子が、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第１のＹ軸平行先端部中心素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行先端部内側素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行先端部外側素子と、を有し、
第２のＸ軸平行根端部素子が、第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第２のＸ軸平行根端部中心素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行根端部内側素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行根端部外側素子と、を有し、
第２のＸ軸平行先端部素子が、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第２のＸ軸平行先端部中心素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行先端部内側素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行先端部外側素子と、を有し、
第２のＹ軸平行根端部素子が、第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第２のＹ軸平行根端部中心素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行根端部内側素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行根端部外側素子と、を有し、
第２のＹ軸平行先端部素子が、第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第２のＹ軸平行先端部中心素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行先端部内側素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行先端部外側素子と、を有するようにしたものである。
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the eighteenth aspect described above,
For each arm part, with the center line along the longitudinal direction as a boundary, the side closer to the frame-shaped housing is defined as the outer side, and the side far from the frame-shaped housing is defined as the inner side,
A first X-axis parallel root end element disposed on a center line in the vicinity of the root end of the first X-axis parallel bridge section; and a first X-axis parallel root end element; A first X-axis parallel root end inner element arranged inside the vicinity of the root end of the parallel bridge portion, and a first X arranged outside the vicinity of the root end of the first X-axis parallel bridge portion An axial parallel root end outer element, and
A first X-axis parallel tip portion, wherein the first X-axis parallel tip portion element is disposed on a center line in the vicinity of the tip portion of the first X-axis parallel bridge portion, and the first X-axis parallel bridge portion; The first X-axis parallel tip portion inner element disposed inside the tip portion of the first X-axis parallel tip portion and the first X-axis parallel tip portion outer element disposed outside the tip portion of the first X-axis parallel bridge portion And having
A first Y-axis parallel root end element, a first Y-axis parallel root end center element disposed on a center line in the vicinity of the root end of the first Y-axis parallel bridge section; and a first Y-axis A first Y-axis parallel root end inner element disposed inside the vicinity of the root end portion of the parallel bridge portion, and a first Y disposed outside the root end portion of the first Y-axis parallel bridge portion. An axial parallel root end outer element, and
A first Y-axis parallel tip portion, wherein the first Y-axis parallel tip portion element is disposed on the center line in the vicinity of the tip portion of the first Y-axis parallel bridge portion, and the first Y-axis parallel bridge portion; The first Y-axis parallel tip portion inner element disposed inside the tip portion of the first Y-axis parallel tip portion and the first Y-axis parallel tip portion outer element disposed outside the tip portion of the first Y-axis parallel bridge portion And having
A second X-axis parallel root end element, a second X-axis parallel root end center element disposed on a center line in the vicinity of the root end of the second X-axis parallel bridge portion, and a second X-axis A second X-axis parallel root end inner element disposed inside the vicinity of the root end portion of the parallel bridge portion, and a second X disposed outside the vicinity of the root end portion of the second X-axis parallel bridge portion. An axial parallel root end outer element, and
A second X-axis parallel tip portion, wherein the second X-axis parallel tip portion element is disposed on the center line in the vicinity of the tip portion of the second X-axis parallel bridge portion, and the second X-axis parallel bridge portion The second X-axis parallel tip portion inner element disposed inside the tip portion of the second X-axis parallel tip portion, and the second X-axis parallel tip portion outer element disposed outside the tip portion of the second X-axis parallel bridge portion And having
A second Y-axis parallel root end element disposed on a center line in the vicinity of the root end of the second Y-axis parallel bridge section; a second Y-axis parallel root end element; A second Y-axis parallel root end inner element disposed inside the vicinity of the root end portion of the parallel bridge portion, and a second Y disposed outside the vicinity of the root end portion of the second Y-axis parallel bridge portion. An axial parallel root end outer element, and
A second Y-axis parallel tip portion, wherein the second Y-axis parallel tip portion element is disposed on the center line in the vicinity of the tip portion of the second Y-axis parallel bridge portion, and the second Y-axis parallel bridge portion. A second Y-axis parallel tip inner element disposed inside the tip of the second Y-axis parallel tip, and a second Y-axis parallel tip outer element disposed outside the tip of the second Y-axis parallel bridge. And so on.
(20) 本発明の第２０の態様は、上述した第１４の態様に係る加速度センサにおいて、
各アーム部に関して、その長手方向に沿った中心線を境界として、枠状筐体に近い側を外側、枠状筐体から遠い側を内側と定義したときに、
第１グループの検出素子が、
第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第１のＸ軸平行根端部中心素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行根端部内側素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行根端部外側素子と、
第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第１のＸ軸平行先端部中心素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行先端部内側素子と、第１のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行先端部外側素子と、
第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第１のＹ軸平行根端部中心素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行根端部内側素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行根端部外側素子と、
第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第１のＹ軸平行先端部中心素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行先端部内側素子と、第１のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行先端部外側素子と、
によって構成される検出素子群の中から選択された複数の検出素子を有し、
第２グループの検出素子が、
第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第２のＸ軸平行根端部中心素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行根端部内側素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行根端部外側素子と、
第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第２のＸ軸平行先端部中心素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行先端部内側素子と、第２のＸ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行先端部外側素子と、
第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の中心線上に配置された第２のＹ軸平行根端部中心素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行根端部内側素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の根端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行根端部外側素子と、
第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の中心線上に配置された第２のＹ軸平行先端部中心素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行先端部内側素子と、第２のＹ軸平行橋梁部の先端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行先端部外側素子と、
によって構成される検出素子群の中から選択された複数の検出素子を有するようにしたものである。
(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the fourteenth aspect described above,
For each arm part, with the center line along the longitudinal direction as a boundary, the side closer to the frame-shaped housing is defined as the outer side, and the side far from the frame-shaped housing is defined as the inner side,
The first group of sensing elements
A first X-axis parallel root end central element arranged on the center line near the root end of the first X-axis parallel bridge part and an inner side near the root end of the first X-axis parallel bridge part A first X-axis parallel root end inner element, a first X-axis parallel root end outer element disposed outside the root end portion of the first X-axis parallel bridge portion,
A first X-axis parallel tip center element disposed on the center line in the vicinity of the tip of the first X-axis parallel bridge portion, and a first element disposed on the inner side in the vicinity of the tip of the first X-axis parallel bridge portion. One X-axis parallel tip inner element, a first X-axis parallel tip outer element disposed outside the first X-axis parallel bridge portion in the vicinity of the tip,
A first Y-axis parallel root end central element arranged on the center line near the root end of the first Y-axis parallel bridge part, and an inner side near the root end part of the first Y-axis parallel bridge part A first Y-axis parallel root end inner element, a first Y-axis parallel root end outer element disposed outside the root end portion of the first Y-axis parallel bridge portion,
A first Y-axis parallel tip center element disposed on the center line in the vicinity of the tip of the first Y-axis parallel bridge portion, and a first element disposed in the vicinity of the tip of the first Y-axis parallel bridge portion. 1 Y-axis parallel distal end inner element, a first Y-axis parallel distal end outer element disposed outside the vicinity of the distal end of the first Y-axis parallel bridge portion,
A plurality of detection elements selected from the detection element group configured by:
A second group of sensing elements
A second X-axis parallel root end central element arranged on the center line near the root end of the second X-axis parallel bridge part and an inner side near the root end part of the second X-axis parallel bridge part A second X-axis parallel root end inner element formed, and a second X-axis parallel root end outer element disposed outside the root end portion of the second X-axis parallel bridge portion;
A second X-axis parallel tip center element disposed on the center line in the vicinity of the tip of the second X-axis parallel bridge, and a second element disposed on the inner side in the vicinity of the tip of the second X-axis parallel bridge. Two X-axis parallel tip end inner elements, a second X-axis parallel tip outer element disposed outside the vicinity of the tip end of the second X-axis parallel bridge portion,
A second Y-axis parallel root end central element disposed on the center line near the root end of the second Y-axis parallel bridge, and an inner side near the root end of the second Y-axis parallel bridge A second Y-axis parallel root end inner element formed, and a second Y-axis parallel root end outer element disposed outside the root end portion of the second Y-axis parallel bridge portion;
A second Y-axis parallel tip center element arranged on the center line near the tip of the second Y-axis parallel bridge part, and a second element arranged inside the tip of the second Y-axis parallel bridge part near the tip. Two Y-axis parallel distal end inner elements, a second Y-axis parallel distal end outer element disposed on the outside in the vicinity of the distal end of the second Y-axis parallel bridge part,
A plurality of detection elements selected from the detection element group constituted by the above.
(21) 本発明の第２１の態様は、上述した第１９または第２０の態様に係る加速度センサにおいて、
検出回路が、
第１もしくは第２のＸ軸平行根端部内側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行根端部外側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行先端部内側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行先端部外側素子と、を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出する第１のブリッジ回路と、
第１もしくは第２のＹ軸平行根端部内側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行根端部外側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行先端部内側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行先端部外側素子と、を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分を検出する第２のブリッジ回路と、
中心素子を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する第３のブリッジ回路と、
を有するようにしたものである。
(21) According to a twenty-first aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to the nineteenth or twentieth aspect described above,
The detection circuit
A first or second X-axis parallel root end inner element; a first or second X-axis parallel root end outer element; a first or second X-axis parallel tip end inner element; A first bridge circuit that detects an X-axis direction component of applied acceleration using a second X-axis parallel tip outer element;
A first or second Y-axis parallel root end inner element; a first or second Y-axis parallel root end outer element; a first or second Y-axis parallel tip end inner element; A second bridge circuit that detects a Y-axis direction component of the applied acceleration using a second Y-axis parallel tip outer element;
A third bridge circuit that detects a Z-axis direction component of the applied acceleration using a central element;
It is made to have.
本発明に係る加速度センサでは、枠状筐体内に収容された重錘体が２本のアーム部によって支持される。このため、重錘体の周囲をダイアフラムで取り囲む構造をもった従来の加速度センサに比べて、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が検出結果に悪影響を及ぼす問題を低減することができる。特に、２本のアーム部の根端部を枠状筐体の特定の隅点近傍に配置した態様を採用すれば、その効果を更に高めることができる。しかも、２本のアーム部は、いずれもＸ軸平行橋梁部とＹ軸平行橋梁部を有しているため、様々な座標軸方向に作用した加速度成分に基づいて効率的な撓みを生じさせることができ、１本のアーム部によって重錘体を支持する純然たる片持ち梁構造を採用した場合に比べ、より良好な検出感度を確保することができる。かくして、本発明によれば、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能になる。 In the acceleration sensor according to the present invention, the weight body housed in the frame-shaped housing is supported by the two arm portions. For this reason, compared to conventional acceleration sensors that have a structure surrounding the weight body with a diaphragm, the stress of the device casing caused by the temperature environment and mounting environment during use adversely affects the detection result. The problem can be reduced. In particular, if an aspect in which the root ends of the two arm portions are arranged in the vicinity of a specific corner of the frame-shaped housing, the effect can be further enhanced. In addition, since the two arm portions each have an X-axis parallel bridge portion and a Y-axis parallel bridge portion, it is possible to cause an efficient deflection based on acceleration components acting in various coordinate axis directions. In addition, better detection sensitivity can be secured as compared with the case where a pure cantilever structure in which the weight body is supported by one arm portion is employed. Thus, according to the present invention, it is possible to detect acceleration with high detection sensitivity while eliminating adverse effects due to the use environment such as temperature and mounting state.
本発明は、枠状筐体と、この枠状筐体の内部に収容された重錘体と、重錘体と枠状筐体とを接続する可撓性接続体と、可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子と、検出素子による検出結果に基づいて枠状筐体に作用した加速度を示す信号を出力する検出回路と、を備えた加速度センサに係るものである。 The present invention relates to a frame-shaped housing, a weight body accommodated in the frame-shaped housing, a flexible connection body that connects the weight body and the frame-shaped housing, and a flexible connection body. The present invention relates to an acceleration sensor comprising: a detection element that electrically detects the bending of the sensor; and a detection circuit that outputs a signal indicating an acceleration acting on the frame-shaped housing based on a detection result by the detection element.
本発明の基本的な技術思想は、このような加速度センサにおいて、可撓性接続体として第１のアーム部と第２のアーム部とを用い、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、第１のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、第１のアーム部の根端部は枠状筐体の所定箇所に固定され、第１のアーム部の先端部は重錘体の所定箇所に接続されるようにし、第２のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、第２のアーム部の根端部は枠状筐体の所定箇所に固定され、第２のアーム部の先端部は重錘体の所定箇所に接続されているようにし、検出素子を、第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とによって構成した点にある。 The basic technical idea of the present invention is that in such an acceleration sensor, the first and second arm portions are used as the flexible connection body, and the XYZ three-dimensional coordinate system is defined. The first arm portion includes a first X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis and a first Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis. The root end of the arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, the tip end portion of the first arm portion is connected to the predetermined location of the weight body, and the second arm portion is connected to the X axis. A second X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, and a second Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, and the root end portion of the second arm portion is The detection element is fixed to a predetermined position of the frame-like housing, the tip of the second arm portion is connected to the predetermined position of the weight body, and the detection element is connected to the first arm. It lies in the configuration by the detection element fixed first group and the detecting element of the second group which is fixed to a predetermined position of the second arm portion at a predetermined position of the arm portion.
以下、このような基本的な技術思想に基づく本発明を、図面を参照しながら、いくつかの実施形態について具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention based on such a basic technical concept will be specifically described with reference to some embodiments.
＜＜＜ §１． 本発明の第１の実施形態 ＞＞＞
＜１−１． 第１の実施形態に用いられる基本構造体＞
図１(a) は、本発明の第１の実施形態に係る加速度センサに用いられる基本構造体１００を上方から見た平面図である。ここでは、便宜上、図示の位置に原点Ｏをとり、図の右方にＸ軸、図の上方にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸をそれぞれとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義して以下の説明を行うことにする。
<<< §1. First embodiment of the present invention >>>
<1-1. Basic structure used in first embodiment>
Fig.1 (a) is the top view which looked at the
図１(a) に示すとおり、この基本構造体１００の主要な構成要素は、枠状筐体１１０と、その内部に配置された２本のＬ字状のアーム部１２０，１３０と、重錘体１４０である。枠状筐体１１０は、Ｘ軸に平行な一対の対辺（図の上下の辺）とＹ軸に平行な一対の対辺（図の左右の辺）とを有する矩形状の構造体をなし、ＸＹ平面上に配置されている。図示の実施例の場合、枠状筐体１１０は正方形状をしている。
As shown in FIG. 1 (a), the main structural elements of the
図１(b) は、図１(a) に示す基本構造体１００の上下にそれぞれ基板を付加した構造体をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である。具体的には、図１(b) に示す構造体は、基本構造体１００の下方に下方基板２００を付加し、上方に上方基板３００を付加したものである。下方基板２００は、正方形の板状基板であり、その上面周囲部には、枠状筐体１１０の下面が固定されている。一方、上方基板３００は、正方形の板状基板である天板部３１０とその下面周囲部に連接された側壁部３２０とを有し、側壁部３２０の下面は枠状筐体１１０の上面に固定されている。
FIG. 1B is a side cross-sectional view taken along the XZ plane of a structure in which a substrate is added above and below the
このように、枠状筐体１１０、下方基板２００、上方基板３００は、重錘体１４０の周囲を取り囲む構造体をなし、全体として、この加速度センサの装置筐体として機能する。重錘体１４０は、この装置筐体の内部に宙吊り状態になるように、２本のアーム部１２０，１３０によって支持されている。図１(b) に示すとおり、２本のアーム部１２０，１３０は、他の部材に比べて厚みが小さく、しかも細長い橋梁構造を有しているため、弾性変形に基づいて撓みを生じる可撓性接続部材としての役割を果たす。
Thus, the frame-shaped
一方、重錘体１４０は、加速度検出に必要な質量を備えており、装置筐体に対して加速度が作用すると、これに応じた慣性力を受け、２本のアーム部１２０，１３０が撓みを生じることによって装置筐体内で変位する。本発明に係る加速度センサは、この重錘体１４０の装置筐体内での変位に基づいて、作用した加速度の検出を行う。そこで、ここでは、図１(b) に示すとおり、重錘体１４０の重心位置にＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを定義する。基本構造体１００の上面、下方基板２００の上面、上方基板３００の上面は、いずれもＸＹ平面に平行な平面になり、Ｚ軸が中心軸となるように配置されている。
On the other hand, the
図２(a) は、図１に示す基本構造体１００の個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。図示のとおり、枠状筐体１１０は、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部１１１、左辺枠部１１２、上辺枠部１１３、右辺枠部１１４の４辺を有している。
FIG. 2 (a) is a plan view showing areas corresponding to individual components of the
第１のアーム部１２０は、図に斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第１の固定部１２１、第１のＸ軸平行橋梁部１２２、第１のＹ軸平行橋梁部１２３、第１の重錘体接続部１２４を有している。第１の固定部１２１は、接続点Ｐ１において枠状筐体１１０の下辺枠部１１１に接続されており、第１のＸ軸平行橋梁部１２２へと連なる。第１のＸ軸平行橋梁部１２２は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、第１のＹ軸平行橋梁部１２３へと連なる。第１のＹ軸平行橋梁部１２３は、Ｙ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、第１の重錘体接続部１２４へと連なる。
The
一方、第２のアーム部１３０は、第１のアーム部１２０とは逆向きの斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第２の固定部１３１、第２のＹ軸平行橋梁部１３２、第２のＸ軸平行橋梁部１３３、第２の重錘体接続部１３４を有している。第２の固定部１３１は、接続点Ｐ２において枠状筐体１１０の左辺枠部１１２に接続されており、第２のＹ軸平行橋梁部１３２へと連なる。第２のＹ軸平行橋梁部１３２は、Ｙ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、第２のＸ軸平行橋梁部１３３へと連なる。第２のＸ軸平行橋梁部１３３は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、第２の重錘体接続部１３４へと連なる。
On the other hand, the
そして、第１の重錘体接続部１２４と第２の重錘体接続部１３４とは相互に接続されており、両者が接続される接続点Ｐ３に重錘体１４０も接続されている。重錘体１４０は、網目状のハッチングを施して示すとおり、正方形状の領域からなり、接続点Ｐ３において、２本のアーム部１２０，１３０によって支持されている。図２(a) の平面図を見れば明らかなように、この基本構造体１００は、重錘体１４０の周囲を第１のアーム部１２０と第２のアーム部１３０とが取り囲み、更に、第１のアーム部１２０と第２のアーム部１３０の周囲を枠状筐体１１０が取り囲む構造を有しているため、空間的な占有効率を向上させることができ、装置の薄型化を図ることができる。
And the 1st weight
上述したとおり、各アーム部１２０，１３０は、枠状筐体１１０と重錘体１４０とを接続する可撓性接続体としての機能を果たすことになるが、本願では、各アーム部に沿った接続路を考えたときに、枠状筐体１１０に近い側を根端部と呼び、重錘体１４０に近い側を先端部と呼ぶことにする。
As described above, each of the
結局、第１のアーム部１２０は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部１２２と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部１２３と、を有しており、第１のアーム部１２０の根端部は枠状筐体１１０の所定箇所（接続点Ｐ１）に固定され、第１のアーム部１２０の先端部は重錘体１４０の所定箇所（接続点Ｐ３）に接続されている。同様に、第２のアーム部１３０は、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部１３２と、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部１３３と、を有しており、第２のアーム部１３０の根端部は枠状筐体１１０の所定箇所（接続点Ｐ２）に固定され、第２のアーム部１３０の先端部は重錘体１４０の所定箇所（接続点Ｐ３）に接続されている。
Eventually, the
別言すれば、第１のアーム部１２０の根端部（図示の例では、第１の固定部１２１）は、枠状筐体１１０のＸ軸に平行な一辺（図示の例では、下辺枠部１１１）の所定箇所（接続点Ｐ１）に固定され、第２のアーム部１３０の根端部（図示の例では、第２の固定部１３１）が、枠状筐体１１０のＹ軸に平行な一辺（図示の例では、左辺枠部１１２）の所定箇所（接続点Ｐ２）に固定されている。そして、第１のアーム部１２０の先端部（図示の例では、第１の重錘体接続部１２４）と第２のアーム部１３０の先端部（図示の例では、第２の重錘体接続部１３４）とは相互に接続されており、これら両先端部の接続点Ｐ３の近傍に重錘体１４０が接続されている。
In other words, the root end portion (first fixing
図２(b) は、図２(a) に示す基本構造体１００に基板２００，３００を付加した構造体をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である（寸法を示す便宜上、断面を示すハッチングは省略）。図２(b) には、各部の寸法が符号ｔ１〜ｔ７で示されているが、図２(a) の平面図において、同一のハッチングが施された領域は、同一の厚みを有する。
FIG. 2B is a side sectional view of the structure obtained by adding the
具体的には、基本構造体１００については、図２(b) に示すとおり、枠状筐体１１０の厚みｔ１が最も大きく、次に重錘体１４０の厚みｔ２が大きく、２本のアーム部１２０，１３０の厚みｔ３が最も小さく設定されている。また、下方基板２００の厚みｔ４は、その上に積載される各部品（実質的に、下方基板２００以外の全部品）の重量を支えるだけの堅牢性を維持するのに適切な厚みに設定すれば足り、上方基板３００の厚みｔ５は、装置筐体の天板として必要な堅牢性を維持するのに適切な厚みに設定すれば足る。
Specifically, with respect to the
重錘体１４０の厚みｔ２を枠状筐体１１０の厚みｔ１より小さく設定しているのは、重錘体１４０の下面と下方基板２００の上面との間に所定の空隙寸法ｔ６を確保するためである。一方、側壁部３２０は、重錘体１４０の上面と天板部３１０の下面との間に空隙寸法ｔ７を確保する役割を果たす。結局、重錘体１４０は、下方および上方に、空隙寸法ｔ６およびｔ７に応じた自由度で変位可能になる。
The reason why the thickness t2 of the
ここに示す実施例の場合、基本構造部１００は、同一の材質（具体的には、シリコン）によって構成されている。すなわち、図２(a) の平面図に示されている枠状筐体１１０と、重錘体１４０と、第１のアーム部１２０と、第２のアーム部１３０とは、すべて同一の材質（シリコン）から構成されている。ただ、図２(b) に示すように、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０のＺ軸方向の厚みｔ３は、枠状筐体１１０のＺ軸方向の厚みｔ１や重錘体１４０のＺ軸方向の厚みｔ２よりも小さく設定されているため、枠状筐体１１０および重錘体１４０が剛体に近い振る舞いをするのに対して、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０は弾性体としての振る舞いを見せ、可撓性接続体として機能することになる。
In the embodiment shown here, the
要するに、枠状筐体１１０の厚みｔ１、下方基板２００の厚みｔ４、天板部３１０の厚みｔ５は、装置筐体として必要な剛性を確保するのに十分な寸法に設定すればよく、重錘体１４０の厚みｔ２は、加速度の作用により重錘体１４０が検出に十分な変位を生じる質量を確保するのに必要な寸法に設定すればよい。また、２本のアーム部１２０，１３０の厚みｔ３は、検出に必要な可撓性が確保できるように設定すればよく、重錘体１４０の上下に生じる空隙寸法ｔ６，ｔ７は、センサとしての検出レンジ内の加速度が作用したときに、重錘体１４０が下方基板２００の上面や上方基板３００の下面に接触しないのに十分な空隙が確保できるように設定すればよい。
In short, the thickness t1 of the frame-shaped
たとえば、ここに示す実施例の場合、基本構造部１００を、一辺１ｍｍ角、厚み０．４ｍｍのシリコン基板に対して成形工程を施すことにより構成し、ｔ１＝０．４ｍｍ、ｔ２＝０．３９ｍｍ、ｔ３＝５μｍに設定している。また、下方基板２００および上方基板３００もシリコン基板によって構成し、ｔ４＝０．２ｍｍ、ｔ５＝０．２ｍｍとしている。その結果、２本のアーム部１２０，１３０は、幅０．１ｍｍ、厚み５μｍのシリコンからなる板状橋梁構造体となり、加速度センサとして必要な可撓性を有する部材になっている。なお、図面上の各部の寸法比は、図示の便宜上、上述した実寸比を正確に反映したものにはなっていない。もちろん、各部の寸法は任意に設定することができ、適正な設計寸法は各部の材質やセンサの用途に応じて適宜決められるべきものである。たとえば、各アーム部１２０，１３０に必要な可撓性が得られるならば、ｔ２＝ｔ３に設定してもかまわない。
For example, in the case of the embodiment shown here, the
＜１−２． 第１の実施形態における検出素子および検出回路＞
本発明の第１の実施形態に係る加速度センサは、図１(b) に示す構造体（基本構造体１００に、下方基板２００および上方基板３００を付加したもの）に、検出素子および検出回路を付加することにより構成される。そこで、ここでは、検出素子の具体的な配置と、これら検出素子を用いて構成される具体的な検出回路について述べる。
<1-2. Detection Element and Detection Circuit in First Embodiment>
The acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention includes a detection element and a detection circuit in the structure shown in FIG. 1B (the
本発明に用いる検出素子としては、可撓性接続体（第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０）の撓みを電気的に検出する機能をもった素子であれば、どのような素子を用いてもかまわない。ただ、実用上は、検出素子として、各アーム部の所定箇所における長手方向に関する伸縮状態を検出することができるように配置されたピエゾ抵抗素子を用いるのが好ましい。また、作用した加速度を示す信号を出力する検出回路としては、ピエゾ抵抗素子を組み合わせて構成されたブリッジ回路を用いるのが好ましい。したがって、以下、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用い、検出回路としてブリッジ回路を用いた例を説明することにする。
As the detection element used in the present invention, any element can be used as long as it has a function of electrically detecting the bending of the flexible connection body (the
図３(a) は、図１(a) に示す基本構造体１００に、１２組のピエゾ抵抗素子を配置した状態を示す平面図である。ここで、一点鎖線で示す直線Ｌ１〜Ｌ４は、各アーム部の長手方向に沿った中心線である。具体的には、中心線Ｌ１は、第１のＸ軸平行橋梁部１２２の中心線であり、中心線Ｌ２は、第１のＹ軸平行橋梁部１２３の中心線であり、中心線Ｌ３は、第２のＹ軸平行橋梁部１３２の中心線であり、中心線Ｌ４は、第２のＸ軸平行橋梁部１３３の中心線である。
FIG. 3A is a plan view showing a state in which 12 sets of piezoresistive elements are arranged on the
前述したように、本発明では、第１のアーム部１２０の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と第２のアーム部１３０の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とが用いられる。
As described above, in the present invention, the first group of detection elements fixed at a predetermined position of the
図３に示す実施例の場合、第１グループの検出素子は、第１のアーム部１２０の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０の長手方向（中心軸Ｌ１方向）に関する伸縮状態を検出する第１の根端部素子ｘ１１〜ｘ１３と、第１のアーム部１２０の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０の長手方向（中心軸Ｌ２）に関する伸縮状態を検出する第１の先端部素子ｙ１１〜ｙ１３と、を有している。
In the case of the embodiment shown in FIG. 3, the first group of detection elements are arranged in the vicinity of the root end portion of the
一方、第２グループの検出素子は、第２のアーム部１３０の根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０の長手方向（中心軸Ｌ３方向）に関する伸縮状態を検出する第２の根端部素子ｙ２１〜ｙ２３と、第２のアーム部１３０の先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０の長手方向（中心軸Ｌ４方向）に関する伸縮状態を検出する第２の先端部素子ｘ２１〜ｘ２３と、を有している。
On the other hand, the detection element of the second group is disposed in the vicinity of the root end portion of the
図３(b) は、図３(a) に示す基本構造体１００の上下にそれぞれ基板２００，３００を付加した構造体を、図３(a) に示す切断線Ｌａ−Ｌｂに沿って切断した側断面図であり、ちょうど第２の根端部素子ｙ２１〜ｙ２３を切断した断面が示されている。上述したとおり、ここに示す実施例の場合、基本構造体１００はシリコン基板により構成されており、各検出素子はピエゾ抵抗素子によって構成されている。したがって、実際には、ピエゾ抵抗素子は、シリコン基板の表面部分に不純物を導入した領域として形成することができる。このような構造は、量産型の加速度センサを製造する上で好適である。
FIG. 3B shows a structure obtained by adding
図３(b) に黒い領域として示されている検出素子ｙ２１〜ｙ２３は、板状のシリコンからなる第２のアーム部１３０の上面に不純物を導入することによって構成されたピエゾ抵抗素子である。各ピエゾ抵抗素子は、いずれもその配置位置におけるアーム部の長手方向に沿って伸びるように配置されており、その両端部から検出回路４００に対して配線がなされることになる（図３(a) では、各ピエゾ抵抗素子に対する配線は省略されている。）。なお、基本構造体１００をシリコン基板によって構成しておけば、その一部の領域に半導体集積回路として、検出回路４００を形成することが可能である。このように検出回路４００を基本構造体１００上に設けるようにすると、各検出素子に対する配線を基本構造体１００の上面に形成された配線層によって構成することができる。実用上は、基本構造体１００を構成するシリコン基板上にピエゾ抵抗素子と検出回路４００とを半導体集積回路の製造プロセスを利用して形成するのが好ましい。
The detection elements y21 to y23 shown as black regions in FIG. 3 (b) are piezoresistive elements configured by introducing impurities into the upper surface of the
以下、説明の便宜上、各アーム部１２０，１３０に関して、その長手方向に沿った中心線Ｌ１〜Ｌ４を境界として、枠状筐体１１０に近い側を外側、枠状筐体１１０から遠い側（重錘体１４０に近い側）を内側と定義することにする。
Hereinafter, for convenience of explanation, with respect to the
上記定義に従えば、図３(a) に示す１２組のピエゾ抵抗素子のうち、第１の根端部素子は、第１のアーム部１２０の根端部近傍の中心線Ｌ１上に配置された第１の根端部中心素子ｘ１２と、第１のアーム部１２０の根端部近傍の内側に配置された第１の根端部内側素子ｘ１１と、第１のアーム部１２０の根端部近傍の外側に配置された第１の根端部外側素子ｘ１３と、を有している。また、第１の先端部素子は、第１のアーム部１２０の先端部近傍の中心線Ｌ２上に配置された第１の先端部中心素子ｙ１２と、第１のアーム部１２０の先端部近傍の内側に配置された第１の先端部内側素子ｙ１１と、第１のアーム部１２０の先端部近傍の外側に配置された第１の先端部外側素子ｘ１３と、を有している。
According to the above definition, of the 12 sets of piezoresistive elements shown in FIG. 3A, the first root end element is disposed on the center line L1 in the vicinity of the root end of the
同様に、第２の根端部素子は、第２のアーム部１３０の根端部近傍の中心線Ｌ３上に配置された第２の根端部中心素子ｙ２２と、第２のアーム部１３０の根端部近傍の内側に配置された第２の根端部内側素子ｙ２１と、第２のアーム部１３０の根端部近傍の外側に配置された第２の根端部外側素子ｙ２３と、を有している。また、第２の先端部素子は、第２のアーム部１３０の先端部近傍の中心線Ｌ４上に配置された第２の先端部中心素子ｘ２２と、第２のアーム部１３０の先端部近傍の内側に配置された第２の先端部内側素子ｘ２１と、第２のアーム部１３０の先端部近傍の外側に配置された第２の先端部外側素子ｘ２３と、を有している。
Similarly, the second root end element includes the second root end center element y22 disposed on the center line L3 in the vicinity of the root end portion of the
続いて、図３に示す基本構造体１００において、重錘体１４０に対して各座標軸方向の力が作用した場合に、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０にどのような撓みが生じるかを説明する。図４は、図３に示す基本構造体１００の重錘体１４０に対して、各座標軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが作用した状態を示す平面図である。
Subsequently, in the
前述したとおり、ここでは、重錘体１４０の重心位置にＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを定義しているため、加速度センサの装置筐体（枠状筐体１１０）に対して、各座標軸方向への加速度が作用すると、重錘体１４０の原点Ｏの位置に各座標軸方向への力（加速度に基づく慣性力）が作用することになる。そこで、ここでは、図４に示すとおり、重錘体１４０の原点Ｏの位置に、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合と、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合と、Ｚ軸方向の力Ｆｚ（紙面垂直上方への力）が作用した場合と、について、第１のアーム部１２０および第２のアーム部１３０にどのような撓みが生じるかを考えてみる。
As described above, since the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system is defined at the center of gravity position of the
図５は、図３に示す基本構造体１００において、枠状筐体１１０を固定した状態において、重錘体１４０に対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが作用した場合の個々のピエゾ抵抗素子ｘ１１〜ｙ２３の伸縮状態（作用する応力）を示す表である。表の各欄において、「＋」は伸張応力が作用することを示し、ピエゾ抵抗素子には長手方向に引っ張る向きの応力が加わる。一方、「−」は圧縮応力が作用することを示し、ピエゾ抵抗素子には長手方向に縮める向きの応力が加わる。また、「０」は、「＋」や「−」に比べて有意な変化が生じないことを示している。この図５の表は、コンピュータシミュレーションによって得られたものである。
5 shows individual piezoresistive elements x11 when forces Fx, Fy, and Fz are applied to the
たとえば、表の「＋Ｆｘ」の行の各欄には、枠状筐体１１０を固定した状態において、重錘体１４０に対してＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合に、１２組のピエゾ抵抗素子に加わる応力の符号が記載されている。力＋Ｆｘは、図３(a) において、重錘体１４０を図の右方向に変位させる力になるが、図５の表の「＋Ｆｘ」の行の各欄を参照すれば、このような変位が生じた場合、Ｘ軸に沿った方向を長手方向とする抵抗素子ｘ１１〜ｘ１３や、抵抗素子ｘ２１〜ｘ２３には、有意な伸縮応力は加わらないことがわかる。また、Ｙ軸に沿った方向を長手方向とする抵抗素子でも、中心軸上に配置された抵抗素子ｙ１２，ｙ２２についても、有意な伸縮応力は加わらない。その一方で、抵抗素子ｙ１３，ｙ２３の欄には「＋」が記されており、伸張応力が作用することになる。また、抵抗素子ｙ１１，ｙ２１の欄には「−」が記されており、圧縮応力が作用することになる。
For example, in each column of the row of “+ Fx” in the table, when a force + Fx in the X-axis positive direction is applied to the
同様に、表の「＋Ｆｙ」の行の各欄には、枠状筐体１１０を固定した状態において、重錘体１４０に対してＹ軸正方向の力＋Ｆｙが作用した場合に、各抵抗素子に加わる応力の符号が記載されており、表の「＋Ｆｚ」の行の各欄には、枠状筐体１１０を固定した状態において、重錘体１４０に対してＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合に、各抵抗素子に加わる応力の符号が記載されている。また、表の「−Ｆｘ」の行の各欄、「−Ｆｙ」の行の各欄、「−Ｆｚ」の行の各欄には、各座標軸の負方向への力が作用した場合に、各抵抗素子に加わる応力の符号が記載されている。図示のとおり、正方向への力が作用した場合と、負方向への力が作用した場合とでは、符号が逆転する。
Similarly, in each column of the “+ Fy” row in the table, when a force + Fy in the Y-axis positive direction acts on the
一般に、ｐ型のピエゾ抵抗素子では、長手方向に対して伸張応力が加わると抵抗値は増大し、圧縮応力が加わると抵抗値は減少する。したがって、図５の表に示すような結果が得られることを踏まえれば、１２組のｐ型のピエゾ抵抗素子ｘ１１〜ｙ２３を用いて、図６に示す３組のブリッジ回路４１１，４１２，４１３からなる検出回路４００を構成しておけば、重錘体１４０に作用したＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚを電気的に検出することができる。ここで、重錘体１４０に作用した力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは、装置筐体に作用した加速度αに起因して生じる慣性力であるから、加速度αのＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚに対応するものである。したがって、図６に示す３組のブリッジ回路４１１，４１２，４１３は、それぞれ作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを出力する回路ということになる。
In general, in a p-type piezoresistive element, when a tensile stress is applied in the longitudinal direction, the resistance value increases, and when a compressive stress is applied, the resistance value decreases. Therefore, considering that the results shown in the table of FIG. 5 are obtained, the three sets of
具体的には、図６(a) に示す第１のブリッジ回路４１１は、Ｙ軸に平行な方向を長手方向とするアーム部の一部分に配置された内側素子ｙ１１，ｙ２１および外側素子ｙ１３，ｙ２３を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘを検出する回路である。この第１のブリッジ回路４１１は、内側素子ｙ１１，ｙ２１を一方の対辺とし、外側素子ｙ１３，ｙ２３を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間に電圧Ｖｘを出力する機能を有する。この電圧Ｖｘは、作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘを示している。
Specifically, the
一方、図６(b) に示す第２のブリッジ回路４１２は、Ｘ軸に平行な方向を長手方向とするアーム部の一部分に配置された内側素子ｘ１１，ｘ２１および外側素子ｘ１３，ｘ２３を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分αｙを検出する回路である。この第２のブリッジ回路４１２は、内側素子ｘ１１，ｘ２１を一方の対辺とし、外側素子ｘ１３，ｘ２３を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間に電圧Ｖｙを出力する機能を有する。この電圧Ｖｙは、作用した加速度αのＹ軸方向成分αｙを示している。
On the other hand, the
そして、図６(c) に示す第３のブリッジ回路４１３は、各中心素子ｘ１２，ｘ２２，ｙ１２，ｙ２２を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する回路である。この第３のブリッジ回路４１３は、中心素子ｘ１２，ｙ２２を一方の対辺とし、中心素子ｘ２２，ｙ１２を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間に電圧Ｖｚを出力する機能を有する。この電圧Ｖｚは、作用した加速度αのＺ軸方向成分αｚを示している。
A
この図６に示す検出回路によって、加速度αの各座標軸成分の検出が可能になる理由は、図５の表を参照することにより、個々のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を考慮して個々のブリッジ回路の動作を考えれば、容易に理解できよう。たとえば、図６(a) に示す第１のブリッジ回路４１１について、力＋Ｆｘを生じさせる加速度αが作用したときの動作を考えると、表の「＋Ｆｘ」の行の「ｙ１１」，「ｙ２１」の欄は「−」であり抵抗値は減り、「ｙ１３」，「ｙ２３」の欄は「＋」であるから抵抗値は増える。したがって、出力端子Ｔ１２からＴ１１に対して電圧降下が生じるような出力電圧Ｖｘが得られ、その絶対値は作用した加速度αの大きさに応じたものになる。
The reason why the detection circuit shown in FIG. 6 can detect each coordinate axis component of the acceleration α is that the change in the resistance value of the piezoresistive element constituting each bridge circuit can be determined by referring to the table of FIG. Considering the operation of each bridge circuit in consideration, it can be easily understood. For example, regarding the operation of the
逆に、力−Ｆｘを生じさせる加速度αが作用したときの動作を考えると、表の「−Ｆｘ」の行の「ｙ１１」，「ｙ２１」の欄は「＋」であり抵抗値は増え、「ｙ１３」，「ｙ２３」の欄は「−」であるから抵抗値は減る。したがって、出力端子Ｔ１１からＴ１２に対して電圧降下が生じるような出力電圧Ｖｘが得られ、その絶対値は作用した加速度αの大きさに応じたものになる。したがって、出力電圧Ｖｘの符号は、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘの向きを示し、出力電圧Ｖｘの絶対値は、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘの大きさを示すものになる。 On the other hand, considering the operation when the acceleration α that generates the force −Fx is applied, the columns “y11” and “y21” in the row of “−Fx” in the table are “+”, and the resistance value increases. Since the columns “y13” and “y23” are “−”, the resistance value decreases. Therefore, an output voltage Vx that causes a voltage drop from the output terminals T11 to T12 is obtained, and the absolute value thereof corresponds to the magnitude of the applied acceleration α. Therefore, the sign of the output voltage Vx indicates the direction of the X-axis direction component αx of the applied acceleration, and the absolute value of the output voltage Vx indicates the magnitude of the X-axis direction component αx of the applied acceleration.
なお、図５に示す表の「＋Ｆｙ」，「−Ｆｙ」の行における「ｙ１１」，「ｙ２１」，「ｙ１３」，「ｙ２３」の欄は「０」であるから、加速度αのＹ軸方向成分αｙは第１のブリッジ回路４１１の出力電圧Ｖｘには影響を与えない。また、図５に示す表の「＋Ｆｚ」，「−Ｆｚ」の行における「ｙ１１」，「ｙ２１」，「ｙ１３」，「ｙ２３」の欄は「＋」もしくは「−」であるものの、対辺同士の抵抗素子の符号が逆になるため相殺され、加速度αのＺ軸方向成分αｚは第１のブリッジ回路４１１の出力電圧Ｖｘには影響を与えない。このように、図６(a) に示す第１のブリッジ回路４１１の出力電圧Ｖｘは、作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘのみを示すものになり、他軸成分αｙ，αｚの干渉を受けることはない。
Since the columns “y11”, “y21”, “y13”, and “y23” in the “+ Fy” and “−Fy” rows of the table shown in FIG. 5 are “0”, the acceleration α is in the Y-axis direction. The component αy does not affect the output voltage Vx of the
同様の理由により、図６(b) に示す第２のブリッジ回路４１２の出力電圧Ｖｙは、作用した加速度αのＹ軸方向成分αｙのみを示すものになり、他軸成分αｘ，αｚの干渉を受けることはない。また、図６(c) に示す第３のブリッジ回路４１３の出力電圧Ｖｚは、作用した加速度αのＺ軸方向成分αｚのみを示すものになり、他軸成分αｘ，αｙの干渉を受けることはない。特に、図３(a) に示す実施例では、基本構造部１００および１２組のピエゾ抵抗素子の構造および配置が、Ｘ軸に対して４５°をなす軸を含みＸＹ平面に垂直な対称面について対称性を有しているため、他軸成分の干渉要素は効果的に相殺される。
For the same reason, the output voltage Vy of the
もっとも、本発明を実施するにあたり、上述した対称性をもたせた設計は必須要件ではない。たとえば、何らかのバイアス回路を付加して、ブリッジ電圧の零点を調整して出力するようにすれば、必ずしも対称性をもたせた設計を行う必要はない。もちろん、ブリッジ電圧の絶対値が、作用した加速度の値に対して線形性を有していなくても、デジタル処理等により最終的には線形出力を得ることが可能である。 However, in implementing the present invention, the above-described design with symmetry is not an essential requirement. For example, if a bias circuit is added to adjust and output the zero point of the bridge voltage, it is not always necessary to design with symmetry. Of course, even if the absolute value of the bridge voltage does not have linearity with respect to the applied acceleration value, a linear output can be finally obtained by digital processing or the like.
また、これまでの説明は、各ピエゾ抵抗素子が、いずれもｐ型の素子である場合の説明であるが、もちろん、ｐ型のピエゾ抵抗素子の代わりにｎ型のピエゾ抵抗素子を採用してもかまわない。この場合、抵抗値の増減の関係が、これまでの説明と逆転することになるので、各出力電圧の符号と作用した加速度の方向を示す符号との関係が逆転するが、基本的な検出原理に相違はない。 In addition, the description so far is an explanation when each piezoresistive element is a p-type element. Of course, an n-type piezoresistive element is used instead of the p-type piezoresistive element. It doesn't matter. In this case, the relationship between the increase and decrease of the resistance value is reversed from the description so far, so the relationship between the sign of each output voltage and the sign indicating the direction of the applied acceleration is reversed, but the basic detection principle There is no difference.
もちろん、必要があれば、ｐ型のピエゾ抵抗素子とｎ型のピエゾ抵抗素子とを混在させることも可能である。この場合、図５の表の各欄の符号（個々の特定箇所の伸縮状態を示す符号）とピエゾ抵抗素子のタイプを考慮して、正しい検出値が得られるようなブリッジ回路を組むようにすればよい。 Of course, if necessary, a p-type piezoresistive element and an n-type piezoresistive element can be mixed. In this case, if a bridge circuit that can obtain a correct detection value is constructed in consideration of the code in each column of the table in FIG. 5 (code indicating the expansion and contraction state of each specific location) and the type of the piezoresistive element. Good.
＜１−３． 庇構造部を付加した変形例の構造＞
ここでは、§１−１，§１−２で述べた第１の実施形態の変形例を述べる。図７(a) は、図１に示す第１の実施形態に庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体１００Ａを上方から見た平面図であり、図７(b) は、この基本構造体１００Ａの上下に基板２００，３００を付加した構造体をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である。
<1-3. Modified structure with a heel structure added>
Here, a modification of the first embodiment described in §1-1 and §1-2 will be described. FIG. 7 (a) is a plan view of a
この変形例に用いられる下方基板２００および上方基板３００は、上述した第１の実施形態における下方基板２００および上方基板３００と全く同一であり、ここでは説明を省略する。この変形例の特徴は、図１(a) に示す基本構造体１００の代わりに、図７(a) に示す基本構造体１００Ａを用いる点である。図７(a) に示す基本構造体１００Ａの個々の構成要素は、図１(a) に示す基本構造体１００の個々の構成要素に類似している。そこで、図７(a) に示す各構成要素の符号には、図１(a) の対応する構成要素の符号末尾にＡを付したものを用いることにする。
The
基本構造体１００Ａの主要な構成要素は、図７(a) に示すとおり、枠状筐体１１０Ａと、その内部に配置された２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａと、重錘体１４０Ａである。枠状筐体１１０Ａは、図１(a) に示す枠状筐体１００とほぼ同じ形状の構造体であり、外側形状は正方形である。ただ、内側形状は、２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａの外側形状に合わせて入り組んだ形になっている。２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａも、基本的には、図１(a) に示す２本のアーム部１２０，１３０とほぼ同じ構造を有しているが、外側側面の一部分が、更に外側に突き出す構造部（後述するように、本願では庇構造部と呼ぶ）を形成している。重錘体１４０Ａは、図１(a) に示す重錘体１４０と全く同じ形状を有する正方形状の板である。
As shown in FIG. 7A, the main structural elements of the
図７(b) は、図７(a) に示す基本構造体１００Ａの下方に下方基板２００を付加し、上方に上方基板３００を付加したものである。上述したように、下方基板２００および上方基板３００は、図１(b) に示すものと全く同じである。枠状筐体１１０Ａ、下方基板２００、上方基板３００は、重錘体１４０Ａの周囲を取り囲む構造体をなし、全体として、この加速度センサの装置筐体として機能する。重錘体１４０Ａは、この装置筐体の内部に宙吊り状態になるように、２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａによって支持されている。２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａが、弾性変形に基づいて撓みを生じる可撓性接続部材としての役割を果たす点は、これまで述べた実施形態と同じである。
In FIG. 7B, a
図８(a) は、図７に示す基本構造体１００Ａの個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。ここでも、枠状筐体１１０Ａは、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部１１１Ａ、左辺枠部１１２Ａ、上辺枠部１１３Ａ、右辺枠部１１４Ａの４辺を有している。この変形例の場合、この枠状筐体１１０Ａの内側形状は入り組んだ形をしており、図８(a) の平面図では、内側輪郭線が凹凸構造を有している。これは、後述するように、枠状筐体１１０Ａの内側輪郭線を、２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａの外側輪郭線に沿わせる形状にすることにより、ストッパとしての機能をもたせるためである。
FIG. 8A is a plan view showing areas corresponding to individual components of the
この変形例の場合、第１のアーム部１２０Ａは、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第１のアーム部１２０Ａは、第１の固定部１２１Ａ、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａ、第１の中間接続部１２５Ａ、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａ、第１の重錘体接続部１２４Ａを有している。第１の固定部１２１Ａは、接続点Ｐ１において枠状筐体１１０Ａの下辺枠部１１１Ａに接続されており、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａへと連なる。第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａは、Ｘ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、その先端部は第１の中間接続部１２５Ａに接続されている。また、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａは、Ｙ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、その根端部は第１の中間接続部１２５Ａに接続され、その先端部は第１の重錘体接続部１２４Ａに接続されている。
In the case of this modification, the
一方、第２のアーム部１３０Ａも、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第２のアーム部１３０Ａは、第２の固定部１３１Ａ、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａ、第２の中間接続部１３５Ａ、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａ、第２の重錘体接続部１３４Ａを有している。第２の固定部１３１Ａは、接続点Ｐ２において枠状筐体１１０Ａの左辺枠部１１２Ａに接続されており、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａへと連なる。第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａは、Ｙ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、その先端部は第２の中間接続部１３５Ａに接続されている。また、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａは、Ｘ軸に平行な方向に伸びる細長い橋梁構造を有する部材であり、その根端部は第２の中間接続部１３５Ａに接続され、その先端部は第２の重錘体接続部１３４Ａに接続されている。
On the other hand, the
そして、第１の重錘体接続部１２４Ａと第２の重錘体接続部１３４Ａとは相互に接続されており、両者が接続される接続点Ｐ３に重錘体１４０Ａも接続されている。重錘体１４０Ａが、接続点Ｐ３において、２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａによって支持されている点は、これまで述べた実施形態と同様である。この図８に示す変形例の特徴は、図に波線ハッチングを施して示す各中間接続部１２５Ａ，１３５Ａおよび各重錘体接続部１２４Ａ，１３４Ａに、庇構造部ｅ１〜ｅ６が設けられている点である。
The first weight
ここでも、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａについて、重錘体１４０Ａに近い側を内側、枠状筐体１１０Ａに近い側を外側と定義して、庇構造部ｅ１〜ｅ６の詳細構造を説明する。庇構造部ｅ１〜ｅ６は、後述するように、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａの特定箇所に応力を集中させる効果を生じさせ、検出感度を向上させる機能を果たす。
Here again, the detailed structure of the eaves structure portions e1 to e6 will be described with respect to the
まず、第１のアーム部１２０Ａは、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａと第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａとの間を接続する第１の中間接続部１２５Ａを有している。そして、この第１の中間接続部１２５Ａが、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの第１の中間接続部１２５Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ１と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの第１の中間接続部１２５Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ２と、を有している。
First, the
同様に、第２のアーム部１３０Ａは、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａと第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａとの間を接続する第２の中間接続部１３５Ａを有している。そして、この第２の中間接続部１３５Ａが、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの第２の中間接続部１３５Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ３と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの第２の中間接続部１３５Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ４と、を有している。
Similarly, the
更に、第１のアーム部１２０Ａは、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部と重錘体１４０Ａとを接続する第１の重錘体接続部１２４Ａを有し、第２のアーム部１３０Ａは、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部と重錘体１４０Ａとを接続する第２の重錘体接続部１３４Ａを有している。そして、第１の重錘体接続部１２４Ａと第２の重錘体接続部１３４Ａとは相互に接続されており、第１の重錘体接続部１２４Ａは、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの第１の重錘体接続部１２４Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ５を有し、第２の重錘体接続部１３４Ａは、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの第２の重錘体接続部１３４Ａに対する接続端近傍の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ６を有している。
Furthermore, the
図８(b) は、図８(a) に示す基本構造体１００Ａに基板２００，３００を付加した構造体をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である（寸法を示す便宜上、断面を示すハッチングは省略）。図８(b) には、各部の寸法が符号ｔ１〜ｔ９で示されているが、図８(a) の平面図において、同一のハッチングが施された領域は、同一の厚みを有する。また、斜線ハッチングを施した領域と波線ハッチングを施した領域（すなわち、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａを構成する領域）も同一の厚み（厚みｔ３）を有する。各部の厚みｔ１〜ｔ５および空隙寸法ｔ６，ｔ７については、既に図２(b) で説明したとおりである。なお、図８(a) の平面図において、波線ハッチングを施した領域（中間接続部および重錘体接続部を構成する領域）については、必ずしも斜線ハッチングを施した領域（各橋梁部を構成する領域）と同一の厚みｔ３にする必要はなく、たとえば、重錘体１４０Ａと同一の厚みｔ２に設定してもかまわない。このように、本願におけるアーム部は、必ずしも全体が可撓性を有している必要はない。
FIG. 8B is a sectional side view of the structure obtained by adding the
図８(b) には、更に、空隙寸法ｔ８，ｔ９が示されている。空隙寸法ｔ８は、第２のアーム部１３０Ａの外側側面とこれに対向する枠状筐体１１０Ａの内側側面との距離を示し、空隙寸法ｔ９は、第１のアーム部１２０Ａの外側側面とこれに対向する枠状筐体１１０Ａの内側側面との距離を示している。この例では、ｔ８＝ｔ９である。図８(a) の平面図に示されているとおり、この変形例の場合、枠状筐体１１０Ａの内側輪郭線を、２本のアーム部１２０Ａ，１３０Ａの外側輪郭線に沿わせる形状にしてあり、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａの庇構造部を含めた外側側面とこれに対向する枠状筐体１１０Ａの内側側面との距離が、ほぼ一定（空隙寸法ｔ８，ｔ９）となるような構成を採っており、枠状筐体１１０Ａがストッパとしての機能を果たす。
FIG. 8B further shows the gap dimensions t8 and t9. The gap dimension t8 indicates the distance between the outer side surface of the
すなわち、図８(a) の平面図に示す構造を採用すれば、この加速度センサに過度の加速度が作用した場合でも、変形した各アーム部１２０Ａ，１３０Ａの外側側面の所定箇所が枠状筐体１１０Ａの内側側面に接触し、それ以上の変形が抑止される。具体的には、Ｘ軸方向への加速度αｘもしくはＹ軸方向への加速度αｙが作用した場合、重錘体１４０Ａに対して、Ｘ軸方向へ移動させる力ＦｘもしくはＹ軸方向へ移動させる力Ｆｙが加わることになる。このような場合、庇構造部ｅ１〜ｅ６の外側側面のいずれかの箇所が、枠状筐体１１０Ａの内側側面と接触することになり、それ以上の変位が生じることを抑制できる。
That is, if the structure shown in the plan view of FIG. 8 (a) is adopted, even when excessive acceleration is applied to the acceleration sensor, a predetermined portion on the outer side surface of each of the
前述したとおり、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａは、可撓性が得られる程度の寸法に設定される。たとえば、上例の場合、各橋梁部１２２Ａ，１２３Ａ，１３２Ａ，１３３Ａは、幅０．１ｍｍ、厚み５μｍのシリコンからなる板状橋梁構造体によって構成されている。このため、弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合、過度の変形が生じて破損するおそれがある。上記構造を採用すれば、そのような破損が生じる前の段階で、枠状筐体１１０Ａがストッパとしての機能を果たすことができる。
As described above, each of the
要するに、枠状筐体１１０Ａにストッパとしての機能を果たさせるには、第１のアーム部１２０Ａおよび第２のアーム部１３０Ａの所定箇所の外側側面とこれに対向する枠状筐体１１０Ａの所定箇所の内側側面との距離を適切な値に設定すればよい。具体的に言えば、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａに弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、その外側側面とこれに対向する枠状筐体の内側側面とが当接することにより当該許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定すればよい。
In short, in order for frame-shaped
なお、図８(b) に示す空隙寸法ｔ６，ｔ７を同様に適切な値に設定すれば、下方基板２００および上方基板３００にもストッパとしての機能をもたせることが可能である。具体的には、Ｚ軸方向への加速度αｚが作用した場合、重錘体１４０Ａに対して、Ｚ軸方向へ移動させる力Ｆｚが加わることになる。このような場合、重錘体１４０Ａのいずれかの箇所が、下方基板２００の上面もしくは上方基板３００の下面と接触することにより、それ以上の変位が生じることを抑制できる。
If the gap dimensions t6 and t7 shown in FIG. 8B are similarly set to appropriate values, the
要するに、重錘体１４０Ａの下方に所定距離をおいて、枠状筐体１１０Ａに固定された下方基板２００を配置し、重錘体１４０Ａの上方に所定距離をおいて、枠状筐体１１０Ａに固定された上方基板３００を配置するようにし、下方基板２００と重錘体１４０Ａとの距離ｔ６および上方基板３００と重錘体１４０との距離ｔ７を適切な値に設定すればよい。具体的に言えば、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａに弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、下方基板２００の上面と重錘体１４０Ａの下面とが当接することにより、もしくは、上方基板３００の下面と重錘体１４０Ａの上面とが当接することにより、当該許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定すればよい。
In short, the
なお、上述したストッパとしての機能の適用対象は、必ずしも庇構造体を設けた変形例（図７，図８）に限定されるものではなく、§１−１，§１−２で述べた第１の実施形態（図１，図２）にも適用可能である。すなわち、庇構造体の有無にかかわらず、各アーム部の外側側面とこれに対向する枠状筐体の内側側面との距離や、重錘体と上下の基板との距離を適切な値に設定すれば、ストッパとしての機能を付加することが可能である。 The application target of the function as the stopper described above is not necessarily limited to the modified examples (FIGS. 7 and 8) provided with the eaves structure, but the first described in §1-1 and §1-2. The present invention can also be applied to the first embodiment (FIGS. 1 and 2). In other words, regardless of the presence or absence of the saddle structure, the distance between the outer side surface of each arm and the inner side surface of the frame-shaped housing that faces it, and the distance between the weight body and the upper and lower substrates are set to appropriate values. Then, it is possible to add a function as a stopper.
＜１−４． 変形例に用いる検出素子および検出回路＞
続いて、§１−３で述べた庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体１００Ａを用いて加速度センサを構成する場合に適した検出素子および検出回路を説明する。§１−２では、図３を参照しながら、基本構造体１００に１２組の検出素子を配置した例を述べた。もちろん、庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体１００Ａの場合も、図３とほぼ同様の位置に１２組の検出素子を配置した加速度センサを構成することが可能であり、その場合は、図６に示す検出回路を用いて加速度検出を行うことができる。
<1-4. Detection element and detection circuit used in modification>
Subsequently, a detection element and a detection circuit suitable for the case where an acceleration sensor is configured using the
ただ、上述したとおり、庇構造部を設けると、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａの特定箇所に応力が集中するようになり、検出感度を向上させる効果が得られる。具体的には、庇構造部ｅ１〜ｅ６を形成することにより、各橋梁部１２２Ａ，１２３Ａ，１３２Ａ，１３３Ａの接続端近傍に応力集中が見られるようになる。
However, as described above, when the eaves structure portion is provided, stress concentrates on specific portions of the
たとえば、図８(a) に示す例の場合、庇構造部ｅ１を設けたことにより、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの先端部近傍に応力が集中する。また、庇構造部ｅ２を設けたことにより、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの根端部近傍に応力が集中し、庇構造部ｅ５を設けたことにより、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部近傍に応力が集中する。同様に、庇構造部ｅ３を設けたことにより、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの先端部近傍に応力が集中する。また、庇構造部ｅ４を設けたことにより、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの根端部近傍に応力が集中し、庇構造部ｅ６を設けたことにより、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部近傍に応力が集中する。
For example, in the example shown in FIG. 8 (a), the stress concentrates in the vicinity of the distal end portion of the first X-axis
更に、図８(a) に示す例の場合、第１の固定部１２１Ａが庇構造部と同様の機能を果たすため、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの根端部近傍にも応力が集中する。同様に、第２の固定部１３１Ａが庇構造部と同様の機能を果たすため、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの根端部近傍にも応力が集中する。したがって、これらの応力集中箇所に検出素子を配置すると、効率的な撓み検出を行うことができるようになり、検出感度を向上させることができる。そこで、以下、これら８箇所の応力集中箇所にピエゾ抵抗素子を配置し、検出回路としてブリッジ回路を用いた加速度センサの具体例を説明する。
Further, in the case of the example shown in FIG. 8 (a), since the
図９(a) は、図７(a) に示す基本構造体１００Ａに、２４組のピエゾ抵抗素子ｘ３１〜ｘ４６，ｙ３１〜ｙ４６を配置した状態を示す平面図である。これら２４組のピエゾ抵抗素子は、いずれも上述した応力集中箇所に配置されている。ここでも、中心線Ｌ１は、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの中心線であり、中心線Ｌ２は、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの中心線であり、中心線Ｌ３は、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの中心線であり、中心線Ｌ４は、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの中心線である。
FIG. 9A is a plan view showing a state in which 24 sets of piezoresistive elements x31 to x46, y31 to y46 are arranged on the
図９に示す変形例の場合、第１グループの検出素子は、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０Ａの長手方向（中心軸Ｌ１方向）に関する伸縮状態を検出する第１のＸ軸平行根端部素子ｘ３１〜ｘ３３と、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０Ａの長手方向（中心軸Ｌ１方向）に関する伸縮状態を検出する第１のＸ軸平行先端部素子ｘ３４〜ｘ３６と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの根端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０Ａの長手方向（中心軸Ｌ２方向）に関する伸縮状態を検出する第１のＹ軸平行根端部素子ｙ３４〜ｙ３６と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部近傍に配置され、当該配置位置における第１のアーム部１２０Ａの長手方向（中心軸Ｌ２方向）に関する伸縮状態を検出する第１のＹ軸平行先端部素子ｙ３１〜ｙ３３と、を有している。
In the modification shown in FIG. 9, the first group of detection elements are arranged in the vicinity of the root end portion of the first X-axis
また、第２グループの検出素子は、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０Ａの長手方向（中心軸Ｌ３方向）に関する伸縮状態を検出する第２のＹ軸平行根端部素子ｙ４１〜ｙ４３と、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０Ａの長手方向（中心軸Ｌ３方向）に関する伸縮状態を検出する第２のＹ軸平行先端部素子ｙ４４〜ｙ４６と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの根端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０Ａの長手方向（中心軸Ｌ４方向）に関する伸縮状態を検出する第２のＸ軸平行根端部素子ｘ４４〜ｘ４４と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部近傍に配置され、当該配置位置における第２のアーム部１３０Ａの長手方向（中心軸Ｌ４方向）に関する伸縮状態を検出する第２のＸ軸平行先端部素子ｘ４１〜ｘ４３と、を有している。
The detection elements of the second group are arranged in the vicinity of the root end portion of the second Y-axis
図９(b) は、図９(a) に示す基本構造体１００Ａの上下にそれぞれ基板２００，３００を付加した構造体を、図９(a) に示す切断線Ｌａ−Ｌｂに沿って切断した側断面図であり、ちょうどピエゾ抵抗素子ｙ４１〜ｙ４３を切断した断面が示されている。この変形例の場合も、基本構造体１００Ａはシリコン基板により構成されており、各ピエゾ抵抗素子は、シリコン基板の表面部分に不純物を導入した領域として形成されている。各ピエゾ抵抗素子は、いずれもその配置位置におけるアーム部の長手方向に沿って伸びるように配置されており、その両端部から検出回路４００Ａに対して配線がなされる
FIG. 9B shows a structure in which
ここでも、説明の便宜上、各アーム部１２０Ａ，１３０Ａに関して、その長手方向に沿った中心線Ｌ１〜Ｌ４を境界として、枠状筐体１１０Ａに近い側を外側、枠状筐体１１０Ａから遠い側（重錘体１４０Ａに近い側）を内側と定義することにする。
Here too, for convenience of explanation, with respect to the
上記定義に従えば、図９(a) に示す２４組のピエゾ抵抗素子のうち、第１のＸ軸平行根端部素子は、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの根端部近傍の中心線Ｌ１上に配置された第１のＸ軸平行根端部中心素子ｘ３２と、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの根端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行根端部内側素子ｘ３１と、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの根端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行根端部外側素子ｘ３３と、を有しており、第１のＸ軸平行先端部素子は、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの先端部近傍の中心線Ｌ１上に配置された第１のＸ軸平行先端部中心素子ｘ３５と、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの先端部近傍の内側に配置された第１のＸ軸平行先端部内側素子ｘ３４と、第１のＸ軸平行橋梁部１２２Ａの先端部近傍の外側に配置された第１のＸ軸平行先端部外側素子ｘ３６と、を有している。
According to the above definition, of the 24 sets of piezoresistive elements shown in FIG. 9 (a), the first X-axis parallel root end element is the center near the root end of the first X-axis
また、第１のＹ軸平行根端部素子は、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの根端部近傍の中心線上Ｌ２に配置された第１のＹ軸平行根端部中心素子ｙ３５と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの根端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行根端部内側素子ｙ３４と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの根端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行根端部外側素子ｙ３６と、を有しており、第１のＹ軸平行先端部素子は、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部近傍の中心線上Ｌ２に配置された第１のＹ軸平行先端部中心素子ｙ３２と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部近傍の内側に配置された第１のＹ軸平行先端部内側素子ｙ３１と、第１のＹ軸平行橋梁部１２３Ａの先端部近傍の外側に配置された第１のＹ軸平行先端部外側素子ｙ３３と、を有している。
The first Y-axis parallel root end element includes a first Y-axis parallel root end center element y35 disposed on the center line L2 in the vicinity of the root end of the first Y-axis
一方、第２のＹ軸平行根端部素子は、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの根端部近傍の中心線Ｌ３上に配置された第２のＹ軸平行根端部中心素子ｙ４２と、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの根端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行根端部内側素子ｙ４１と、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの根端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行根端部外側素子ｙ４３と、を有しており、第２のＹ軸平行先端部素子は、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの先端部近傍の中心線Ｌ３上に配置された第２のＹ軸平行先端部中心素子ｙ４５と、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの先端部近傍の内側に配置された第２のＹ軸平行先端部内側素子ｙ４４と、第２のＹ軸平行橋梁部１３２Ａの先端部近傍の外側に配置された第２のＹ軸平行先端部外側素子ｙ４６と、を有している。
On the other hand, the second Y-axis parallel root end element is a second Y-axis parallel root end central element y42 disposed on the center line L3 in the vicinity of the root end of the second Y-axis
そして、第２のＸ軸平行根端部素子は、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの根端部近傍の中心線Ｌ４上に配置された第２のＸ軸平行根端部中心素子ｘ４５と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの根端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行根端部内側素子ｘ４４と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの根端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行根端部外側素子ｘ４６と、を有しており、第２のＸ軸平行先端部素子は、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部近傍の中心線Ｌ４上に配置された第２のＸ軸平行先端部中心素子ｘ４２と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部近傍の内側に配置された第２のＸ軸平行先端部内側素子ｘ４１と、第２のＸ軸平行橋梁部１３３Ａの先端部近傍の外側に配置された第２のＸ軸平行先端部外側素子ｘ４３と、を有している。
The second X-axis parallel root end element is a second X-axis parallel root end center element x45 disposed on the center line L4 in the vicinity of the root end of the second X-axis
図１０に示す表は、図５に示す表と同様に、図９に示す基本構造部１００Ａにおいて、枠状筐体１１０Ａを固定した状態において、重錘体１４０Ａに対して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが作用した場合の個々のピエゾ抵抗素子ｘ３１〜ｘ４６，ｙ３１〜ｙ４６の伸縮状態（作用する応力）を示している。この表でも、「＋」は伸張応力が作用することを示し、「−」は圧縮応力が作用することを示し、「０」は、有意な変化が生じないことを示している。また、「（＋）」は「＋」に比べると小さい伸張応力が作用することを示し、「（−）」は「−」に比べると小さい圧縮応力が作用することを示している。このように庇構造部を付加することにより、アーム部の各位置の応力分布は若干変化する。 Similar to the table shown in FIG. 5, the table shown in FIG. 10 has the forces Fx, Fy, The expansion and contraction states (acting stresses) of the individual piezoresistive elements x31 to x46 and y31 to y46 when Fz acts are shown. Also in this table, “+” indicates that tensile stress is applied, “−” indicates that compressive stress is applied, and “0” indicates that no significant change occurs. In addition, “(+)” indicates that a small tensile stress acts as compared with “+”, and “(−)” indicates that a small compressive stress acts as compared with “−”. By adding the heel structure portion in this way, the stress distribution at each position of the arm portion changes slightly.
もっとも、実際に発生する応力の絶対値は、アーム部を構成する個々の橋梁部の長さ、幅、厚み、庇構造部の有無や大きさなどによって変動する。したがって、図１０の表において、「（＋）」もしくは「（−）」と記されている欄は、「０」になるケースもあるし、場合によっては、符号が逆転して「（−）」もしくは「（＋）」になるケースもある。ただ、本願発明者がコンピュータシミュレーションを行った例では、「＋」もしくは「−」欄の応力（伸縮量）の絶対値は、「（−）」もしくは「（＋）」欄の絶対値の５〜１０倍程度になる有意差をもっており、実用上は、「（＋）」もしくは「（−）」と記されている欄を「０」の欄と同等に取り扱っても支障はない。 However, the absolute value of the actually generated stress varies depending on the length, width, thickness, presence / absence and size of the ridge structure portion, etc. of each bridge portion constituting the arm portion. Therefore, in the table of FIG. 10, the column marked “(+)” or “(−)” may be “0”, and in some cases, the sign may be reversed to “(−)”. "Or" (+) ". However, in the example in which the present inventor performed computer simulation, the absolute value of the stress (stretching amount) in the “+” or “−” column is 5 of the absolute value in the “(−)” or “(+)” column. There is a significant difference of about 10 times, and in practice, it is not a problem to treat the column marked “(+)” or “(−)” as equivalent to the column “0”.
ここでも、各ピエゾ抵抗素子がいずれもｐ型のピエゾ抵抗素子であるとすると（もちろん、ｎ型のピエゾ抵抗素子が混在していても検出は可能である）、長手方向に対して伸張応力が加わると抵抗値は増大し、圧縮応力が加わると抵抗値は減少する。したがって、図１０の表に示すような結果が得られることを踏まえれば、図９に示す加速度センサについて、図１１に示す３組のブリッジ回路４２１，４２２，４２３からなる検出回路４００Ａを構成しておけば、重錘体１４０Ａに作用したＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚを電気的に検出することができる。結局、図１１に示す３組のブリッジ回路４２１，４２２，４２３は、それぞれ作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを出力する回路ということになる。
Again, assuming that each piezoresistive element is a p-type piezoresistive element (of course, detection is possible even if n-type piezoresistive elements are mixed), there is an extensional stress in the longitudinal direction. When applied, the resistance value increases, and when compressive stress is applied, the resistance value decreases. Therefore, considering that the results shown in the table of FIG. 10 are obtained, the
具体的には、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路４２１は、第１のＸ軸平行根端部内側素子ｘ３１と、第１のＸ軸平行根端部外側素子ｘ３３と、第１のＸ軸平行先端部内側素子ｘ３４と、第１のＸ軸平行先端部外側素子ｘ３４と、を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘを検出する回路である。この第１のブリッジ回路４２１は、内側素子ｘ３１，ｘ３４を一方の対辺とし、外側素子ｘ３３，ｘ３６を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間に電圧Ｖｘを出力する機能を有する。この電圧Ｖｘは、作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘを示している。
Specifically, the
一方、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路４２２は、第２のＹ軸平行根端部内側素子ｙ４１と、第２のＹ軸平行根端部外側素子ｙ４３と、第２のＹ軸平行先端部内側素子ｙ４４と、第２のＹ軸平行先端部外側素子ｙ４６と、を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分αｙを検出する回路である。この第２のブリッジ回路４２２は、内側素子ｙ４１，ｙ４４を一方の対辺とし、外側素子ｙ４３，ｙ４６を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間に電圧Ｖｙを出力する機能を有する。この電圧Ｖｙは、作用した加速度αのＹ軸方向成分αｙを示している。
On the other hand, the
そして、図１１(c) に示す第３のブリッジ回路４２３は、各中心素子ｘ３２，ｘ４２，ｙ３２，ｙ４２を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する回路である。この第３のブリッジ回路４２３は、中心素子ｘ３２，ｙ４２を一方の対辺とし、中心素子ｘ４２，ｙ３２を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間に電圧Ｖｚを出力する機能を有する。この電圧Ｖｚは、作用した加速度αのＺ軸方向成分αｚを示している。
A
この図１１に示す検出回路によって、加速度αの各座標軸成分の検出が可能になる理由は、図１０の表を参照することにより、個々のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を考慮して個々のブリッジ回路の動作を考えれば、容易に理解できよう。たとえば、図１１(a) に示す第１のブリッジ回路４２１について、力＋Ｆｘを生じさせる加速度αが作用したときの動作を考えると、表の「＋Ｆｘ」の行の「ｘ３１」，「ｘ３４」の欄は「＋」であり抵抗値は増え、「ｘ３３」，「ｘ３６」の欄は「−」であるから抵抗値は減る。したがって、出力端子Ｔ１１からＴ１２に対して電圧降下が生じるような出力電圧Ｖｘが得られ、その絶対値は作用した加速度αの大きさに応じたものになる。
The reason why it is possible to detect each coordinate axis component of the acceleration α by the detection circuit shown in FIG. 11 is that the change in the resistance value of the piezoresistive element constituting each bridge circuit is referred to by referring to the table of FIG. Considering the operation of each bridge circuit in consideration, it can be easily understood. For example, regarding the operation of the
逆に、力−Ｆｘを生じさせる加速度αが作用した場合は、出力電圧Ｖｘの符号が逆転する。したがって、出力電圧Ｖｘの符号は、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘの向きを示し、出力電圧Ｖｘの絶対値は、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘの大きさを示すものになる。同様に、図１１(b) に示す第２のブリッジ回路４２２の出力電圧Ｖｙの符号は、作用した加速度のＹ軸方向成分αｙの向きを示し、出力電圧Ｖｙの絶対値は、作用した加速度のＹ軸方向成分αｙの大きさを示すものになる。また、図１１(c) に示す第３のブリッジ回路４２３の出力電圧Ｖｚの符号は、作用した加速度のＺ軸方向成分αｚの向きを示し、出力電圧Ｖｚの絶対値は、作用した加速度のＺ軸方向成分αｚの大きさを示すものになる。
On the other hand, when the acceleration α that generates the force −Fx is applied, the sign of the output voltage Vx is reversed. Therefore, the sign of the output voltage Vx indicates the direction of the X-axis direction component αx of the applied acceleration, and the absolute value of the output voltage Vx indicates the magnitude of the X-axis direction component αx of the applied acceleration. Similarly, the sign of the output voltage Vy of the
なお、図１０の表に示されている結果を踏まえると、図１１(a) 〜(c) に示す各ブリッジ回路によって出力される出力電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚは、若干、他軸成分の影響を受けることになるが、必要があれば、相互の出力電圧を利用して補正を行うことができるため、実用上の問題は生じない。 Based on the results shown in the table of FIG. 10, the output voltages Vx, Vy, and Vz output by the bridge circuits shown in FIGS. 11 (a) to 11 (c) are slightly affected by other axis components. However, if necessary, the mutual output voltage can be used for correction, so that there is no practical problem.
図１２は、図９に示す加速度センサについて適用可能な別な検出回路の例を示す回路図である。具体的には、図１２(a) に示す第１のブリッジ回路４３１は、第２のＸ軸平行先端部内側素子ｘ４１と、第２のＸ軸平行先端部外側素子ｘ４３と、第２のＸ軸平行根端部内側素子ｘ４４と、第２のＸ軸平行根端部外側素子ｘ４６と、を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分αｘを検出する回路である。この第１のブリッジ回路４３１は、内側素子ｘ４１，ｘ４４を一方の対辺とし、外側素子ｘ４３，ｘ４６を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間に電圧Ｖｘを出力する機能を有する。この電圧Ｖｘは、作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘを示している。
12 is a circuit diagram showing another example of a detection circuit applicable to the acceleration sensor shown in FIG. Specifically, the
一方、図１２(b) に示す第２のブリッジ回路４３２は、第１のＹ軸平行先端部内側素子ｙ３１と、第１のＹ軸平行先端部外側素子ｙ３３と、第１のＹ軸平行根端部内側素子ｙ３４と、第１のＹ軸平行根端部外側素子ｙ３６と、を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分αｙを検出する回路である。この第２のブリッジ回路４２２は、内側素子ｙ３１，ｙ３４を一方の対辺とし、外側素子ｙ３３，ｙ３６を他方の対辺とするブリッジ回路であり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間に電圧Ｖｙを出力する機能を有する。この電圧Ｖｙは、作用した加速度αのＹ軸方向成分αｙを示している。
On the other hand, the
そして、図１２(c) に示す第３のブリッジ回路４３３は、各中心素子ｘ３２，ｘ４２，ｙ３２，ｙ４２を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する回路であり、図１１(c) に示す第３のブリッジ回路４２３と同一の回路である。前述したとおり、電圧源Ｅから電圧を印加することにより、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間に電圧Ｖｚを出力する機能を有する。この電圧Ｖｚは、作用した加速度αのＺ軸方向成分αｚを示している。
The
このように、図９に示す加速度センサについて適用可能な検出回路には、図１１に示す回路や図１２に示す回路など、種々のバリエーションが存在する。図１１や図１２に示す検出回路を総括すると、第１もしくは第２のＸ軸平行根端部内側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行根端部外側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行先端部内側素子と、第１もしくは第２のＸ軸平行先端部外側素子と、を用いて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出する第１のブリッジ回路と、第１もしくは第２のＹ軸平行根端部内側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行根端部外側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行先端部内側素子と、第１もしくは第２のＹ軸平行先端部外側素子と、を用いて、作用した加速度のＹ軸方向成分を検出する第２のブリッジ回路と、中心素子を用いて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出する第３のブリッジ回路と、を有する検出回路と言うことができる。 As described above, the detection circuit applicable to the acceleration sensor shown in FIG. 9 has various variations such as the circuit shown in FIG. 11 and the circuit shown in FIG. To summarize the detection circuit shown in FIG. 11 and FIG. 12, the first or second X-axis parallel root end inner element, the first or second X-axis parallel root end outer element, and the first or second A first bridge circuit for detecting an X-axis direction component of applied acceleration using the X-axis parallel tip inner element and the first or second X-axis parallel tip outer element; A second Y-axis parallel root end inner element, a first or second Y-axis parallel root end outer element, a first or second Y-axis parallel tip inner element, and the first or second A second bridge circuit that detects the Y-axis direction component of the applied acceleration using the Y-axis parallel tip outer element and a third element that detects the Z-axis direction component of the applied acceleration using the center element. It can be said that the detection circuit has a bridge circuit.
なお、図９(a) に示す変形例の場合も、基本構造部１００Ａおよび２４組のピエゾ抵抗素子の構造および配置が、Ｘ軸に対して４５°をなす軸を含みＸＹ平面に垂直な対称面について対称性を有している。このような対称性をもたせた設計は、本発明を実施する上で必須要件ではないが、Ｘ軸方向の検出値αｘおよびＹ軸方向の検出値αｙに対称性をもたせる上では、対称性をもった構造体を採用するのが好ましい。
In the modification shown in FIG. 9 (a), the structure and arrangement of the
ところで、図９に示す例の場合、合計２４組のピエゾ抵抗素子ｘ３１〜ｘ４６，ｙ３１〜ｙ４６が設けられているが、図１１に示す検出回路では、そのうちの１２組のピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路が構成されており、残りの１２組のピエゾ抵抗素子は利用されていない。図１２に示す検出回路も同様である。すなわち、図９に示す例のように、合計２４組のピエゾ抵抗素子ｘ３１〜ｘ４６，ｙ３１〜ｙ４６を設けたとしても、実際の検出回路では、その一部しか利用されていないことになる。別言すれば、図９に示す例のように、合計２４組のピエゾ抵抗素子ｘ３１〜ｘ４６，ｙ３１〜ｙ４６を有するセンサ本体部を用意しておけば、検出回路の設計者は、これら２４組のピエゾ抵抗素子の中から必要なものを選択し、選択されたピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を構成すれば足りる。 In the case of the example shown in FIG. 9, a total of 24 sets of piezoresistive elements x31 to x46, y31 to y46 are provided. In the detection circuit shown in FIG. 11, 12 sets of piezoresistive elements are used. A bridge circuit is configured, and the remaining 12 sets of piezoresistive elements are not used. The same applies to the detection circuit shown in FIG. That is, even if a total of 24 pairs of piezoresistive elements x31 to x46 and y31 to y46 are provided as in the example shown in FIG. 9, only a part of them is used in the actual detection circuit. In other words, as shown in the example shown in FIG. 9, if a sensor body having a total of 24 sets of piezoresistive elements x31 to x46, y31 to y46 is prepared, the designer of the detection circuit can set these 24 sets. It is sufficient to select a necessary one from the piezoresistive elements and to construct a bridge circuit using the selected piezoresistive elements.
換言すれば、基本構造体１００Ａには、必ずしも図９に示すように２４組のピエゾ抵抗素子を設けておく必要はなく、少なくとも検出に必要なピエゾ抵抗素子が設けられていれば足りる。たとえば、図１１に示す検出回路を採用するのであれば、当該検出回路を構成する３組のブリッジ回路の構成に必要なピエゾ抵抗素子のみを形成しておけば足りる。また、これまで述べてきた例は、作用した加速度αの３軸成分αｘ，αｙ，αｚのすべてを検出する機能をもっていたが、特定の１軸成分のみを検出する機能をもった加速度センサの場合は、当該１軸検出に必要なピエゾ抵抗素子を設けておけば足りる。
In other words, it is not always necessary to provide 24 sets of piezoresistive elements as shown in FIG. 9 in the
これは、§１−１，§１−２で述べた基本的実施形態に係る加速度センサの場合も同様であり、図３(a) に示す１２組のピエゾ抵抗素子のうち、検出動作に必要な一部のピエゾ抵抗素子のみを設けるようにしてもかまわない。もちろん、§１−１，§１−２で述べた基本的実施形態に係る加速度センサについて、図９に示す２４組のピエゾ抵抗素子を形成し、図１１または図１２に示す検出回路を利用するようにしてもかまわない。 The same applies to the acceleration sensor according to the basic embodiment described in §1-1 and §1-2. Of the 12 sets of piezoresistive elements shown in FIG. Only a part of the piezoresistive elements may be provided. Of course, for the acceleration sensor according to the basic embodiment described in §1-1 and §1-2, 24 sets of piezoresistive elements shown in FIG. 9 are formed, and the detection circuit shown in FIG. 11 or FIG. 12 is used. It doesn't matter if you do.
＜＜＜ §２． 本発明の第２の実施形態 ＞＞＞
続いて、本発明の第２の実施形態を説明する。§１−１，§１−２で述べた第１の実施形態との相違は、基本構造体１００の代わりに基本構造体５００を用いる点だけである。図１３は、この第２の実施形態に係る基本構造体５００の個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。
<<< §2. Second embodiment of the present invention >>>
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. The only difference from the first embodiment described in §1-1 and §1-2 is that the
図１３に示す第２の実施形態に係る基本構造体５００と、図２に示す第１の実施形態に係る基本構造体１００とを比較するとわかるように、両者の相違は、第２のアーム部の根端部の接続点Ｐ２の位置だけである。すなわち、第１の実施形態の場合、図２(a) に示すとおり、接続点Ｐ２は、左辺枠部１１２上に設けられているが、第２の実施形態の場合、図１３に示すとおり、接続点Ｐ２は、下辺枠部５１１上に設けられている。
As can be seen by comparing the
このように、基本構造体１００と基本構造体５００との構造上の差はわずかであるため、ここでは、基本構造体５００の各部分の符号として、基本構造体１００の対応する部分の符号の１００番台を５００番台に変更したものを用いることにする。
Thus, since the structural difference between the
図１３に示すとおり、枠状筐体５１０は、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部５１１、左辺枠部５１２、上辺枠部５１３、右辺枠部５１４の４辺を有している。
As shown in FIG. 13, the frame-shaped
第１のアーム部５２０は、図に斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第１の固定部５２１、第１のＸ軸平行橋梁部５２２、第１のＹ軸平行橋梁部５２３、第１の重錘体接続部５２４を有しており、図２に示す第１のアーム部１２０と全く同じ構成である。これに対して、第２のアーム部５３０は、第１のアーム部５２０とは逆向きの斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第２のＹ軸平行橋梁部５３２、第２のＸ軸平行橋梁部５３３、第２の重錘体接続部５３４を有している。枠状筐体５１０に対する接続点Ｐ２が、下辺枠部５１１上に位置するため、第２のＹ軸平行橋梁部５３２の根端部が直接下辺枠部５１１に接続されている。
The
第１の重錘体接続部５２４と第２の重錘体接続部５３４とが相互に接続され、両者の接続点Ｐ３に重錘体５４０が接続されている点は、基本構造体１００と同様である。また、網目状のハッチングを施して示すとおり、正方形状の領域からなる重錘体５４０が、接続点Ｐ３において、２本のアーム部５２０，５３０によって支持されている点も、基本構造体１００と同様である。
Similar to the
本発明の第２の実施形態に係る加速度センサは、この図１３に示す基本構造体５００の下面に下方基板２００を接合し、上面に上方基板３００を接合し、更に、各アーム部５２０，５３０の所定箇所に検出素子（ピエゾ抵抗素子）を配置し、検出回路を付加することにより構成される。検出素子の配置および検出回路の構成については、これまで述べてきた第１の実施形態とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
In the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention, the
要するに、図２(a) に示す第１の実施形態に係る基本構造体１００の場合、第１のアーム部１２０の根端部が、枠状筐体１１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ１に固定され、第２のアーム部１３０の根端部が、枠状筐体１１０のＹ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ２に固定されていたのに対し、図１３に示す第２の実施形態に係る基本構造体５００の場合、第１のアーム部５２０の根端部が、枠状筐体５１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ１に固定され、第２のアーム部５３０の根端部も、枠状筐体５１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ２に固定されていることになる。
In short, in the case of the
§１−３，§１−４では、第１の実施形態の変形例として、庇構造部を付加した構造を述べたが、この第２の実施形態についても、同様に庇構造部を付加した構造を採用することができる。図１４は、この庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体５００Ａの個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。なお、この図１４に示す各構成要素の符号には、図１３の対応する構成要素の符号末尾にＡを付したものを用いることにする。
In §1-3 and §1-4, as a modification of the first embodiment, the structure with the heel structure portion added is described. However, the heel structure portion is similarly added to the second embodiment. A structure can be adopted. FIG. 14 is a plan view showing the areas corresponding to the individual components of the
この変形例の場合、枠状筐体５１０Ａは、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部５１１Ａ、左辺枠部５１２Ａ、上辺枠部５１３Ａ、右辺枠部５１４Ａの４辺を有している。ただ、枠状筐体５１０Ａの内側形状は入り組んだ形をしており、２本のアーム部５２０Ａ，５３０Ａの外側側面に接触して、前述したストッパとしての機能を果たすことができる。
In the case of this modified example, the frame-shaped
図１４に示すとおり、第１のアーム部５２０Ａは、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第１のアーム部５２０Ａは、第１の固定部５２１Ａ、第１のＸ軸平行橋梁部５２２Ａ、第１の中間接続部５２５Ａ、第１のＹ軸平行橋梁部５２３Ａ、第１の重錘体接続部５２４Ａを有している。第１の固定部５２１Ａは、接続点Ｐ１において枠状筐体５１０Ａの下辺枠部５１１Ａに接続されている。
As shown in FIG. 14, the
一方、第２のアーム部５３０Ａも、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第２のアーム部５３０Ａは、第２のＹ軸平行橋梁部５３２Ａ、第２の中間接続部５３５Ａ、第２のＸ軸平行橋梁部５３３Ａ、第２の重錘体接続部５３４Ａを有している。枠状筐体５１０Ａに対する接続点Ｐ２が、下辺枠部５１１Ａ上に位置するため、第２のＹ軸平行橋梁部５３２Ａの根端部が直接下辺枠部５１１Ａに接続されている。
On the other hand, the
図示のとおり、第１の中間接続部５２５Ａには、庇構造部ｅ１，ｅ２が設けられており、第２の中間接続部５３５Ａには、庇構造部ｅ３，ｅ４が設けられている。また、第１の重錘体接続部５２４Ａには、庇構造部ｅ５が設けられており、第２の重錘体接続部５３４Ａには、庇構造部ｅ６が設けられている。これら庇構造部ｅ１〜ｅ６が、各アーム部の特定箇所に応力を集中させる機能を果たし、検出感度を向上させる効果が得られるようになる点は、既に述べたとおりである。
As shown in the figure, the first
この図１４に示す基本構造体５００Ａを利用した変形例に用いる検出素子の配置および検出回路の構成は、前述した第１の実施形態の変形例とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
The arrangement of the detection elements and the configuration of the detection circuit used in the modification using the
＜＜＜ §３． 本発明の第３の実施形態 ＞＞＞
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。これまで述べた各実施形態では、２本のアーム部の先端部が接続点Ｐ３で相互に接続され、この接続点Ｐ３に重錘体を接続して支持する方法が採用されていた。ここで述べる第３の実施形態の特徴は、２本のアーム部の先端部を、重錘体のそれぞれ異なる接続点Ｐ３，Ｐ４に接続する構造を採用する点である。図１５は、この第３の実施形態に係る基本構造体６００の個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。
<<< §3. Third embodiment of the present invention >>>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In each of the embodiments described so far, the tip end portions of the two arm portions are connected to each other at the connection point P3, and a method of connecting and supporting the weight body at the connection point P3 has been adopted. The feature of the third embodiment described here is that a structure is employed in which the tip portions of the two arm portions are connected to different connection points P3 and P4 of the weight body. FIG. 15 is a plan view showing areas corresponding to the individual components of the
図１５に示す第３の実施形態に係る基本構造体６００と、図２に示す第１の実施形態に係る基本構造体１００とを比較するわかるように、両者の相違は、重錘体の形状と両アーム部の先端部の接続点の位置だけである。すなわち、第１の実施形態の場合、図２(a) に示すとおり、重錘体１４０は平面が正方形状をしており、両アーム部１２０，１３０の先端部は接続点Ｐ３で接続され、重錘体１４０は、この接続点Ｐ３の位置で両アーム部１２０，１３０に支持されている。これに対して、第３の実施形態の場合、図１５に示すとおり、重錘体６４０は瓢箪型をしており、第１のアーム部６２０の先端部は重錘体６４０の第１の支持点Ｐ３に接続され、第２のアーム部６３０の先端部は重錘体６４０の第２の支持点Ｐ４（第１の支持点Ｐ３とは異なる点）に接続されている。
As can be seen by comparing the
このように、基本構造体１００と基本構造体６００との構造上の差はわずかであるため、ここでは、基本構造体６００の各部分の符号として、基本構造体１００の対応する部分の符号の１００番台を６００番台に変更したものを用いることにする。
As described above, since the structural difference between the
なお、これまでの実施形態では、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを、重錘体の重心位置にとっていたが、この第３の実施形態（後述する第４の実施形態も同様）では、重錘体６４０が瓢箪型になるため、原点Ｏは重錘体の重心位置ではなく、これまでの実施形態と同じ位置にとることにする。具体的には、図１５の平面図において、原点Ｏは、枠状筐体６１０の外側輪郭線からなる正方形の中心点に位置する。
In the previous embodiments, the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system was set to the gravity center position of the weight body. However, in this third embodiment (the same applies to the fourth embodiment described later), Since the
図１５に示すとおり、枠状筐体６１０は、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部６１１、左辺枠部６１２、上辺枠部６１３、右辺枠部６１４の４辺を有している。
As shown in FIG. 15, the frame-shaped
第１のアーム部６２０は、図に斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第１の固定部６２１、第１のＸ軸平行橋梁部６２２、第１のＹ軸平行橋梁部６２３を有しており、第２のアーム部６３０は、第１のアーム部６２０とは逆向きの斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第２の固定部６３１、第２のＹ軸平行橋梁部６３２、第２のＸ軸平行橋梁部６３３を有している。一方、網目状のハッチングを施して示すとおり、重錘体６４０は、２組の正方形を部分的に重ねた瓢箪型の平面形状をしている。そして、第１のＹ軸平行橋梁部６２３の先端部は接続点Ｐ３において重錘体６４０に接続され、第２のＸ軸平行橋梁部６３３の先端部は接続点Ｐ４において重錘体６４０に接続されている。
The
本発明の第３の実施形態に係る加速度センサは、この図１５に示す基本構造体６００の下面に下方基板２００を接合し、上面に上方基板３００を接合し、更に、各アーム部６２０，６３０の所定箇所に検出素子（ピエゾ抵抗素子）を配置し、検出回路を付加することにより構成される。検出素子の配置および検出回路の構成については、第１の実施形態とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
In the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention, the
このように、第１の実施形態では（第２の実施形態も同様）、重錘体１４０が１箇所（接続点Ｐ３）において２本のアーム部１２０，１３０によって支持されているのに対して、第３の実施形態では、重錘体６４０が２箇所（接続点Ｐ３，Ｐ４）においてそれぞれのアーム部６２０，６３０によって支持されていることになるので、重錘体をより安定して支持することができる。
As described above, in the first embodiment (same as in the second embodiment), the
なお、§１−３，§１−４では、第１の実施形態の変形例として、庇構造部を付加した構造を述べたが、この第３の実施形態についても、同様に庇構造部を付加した構造を採用することができる。図１６は、この庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体６００Ａの個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。この図１６に示す各構成要素の符号には、図１５の対応する構成要素の符号末尾にＡを付したものを用いることにする。
In §1-3 and §1-4, as a modification of the first embodiment, the structure with the heel structure portion added is described. However, the heel structure portion is similarly applied to the third embodiment. An added structure can be adopted. FIG. 16 is a plan view showing the areas corresponding to the individual components of the
この変形例の場合、枠状筐体６１０Ａは、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部６１１Ａ、左辺枠部６１２Ａ、上辺枠部６１３Ａ、右辺枠部６１４Ａの４辺を有している。ただ、枠状筐体６１０Ａの内側形状は入り組んだ形をしており、２本のアーム部６２０Ａ，６３０Ａの外側側面に接触して、前述したストッパとしての機能を果たすことができる。
In the case of this modification, the frame-shaped
図１６に示すとおり、第１のアーム部６２０Ａは、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第１のアーム部６２０Ａは、第１の固定部６２１Ａ、第１のＸ軸平行橋梁部６２２Ａ、第１の中間接続部６２５Ａ、第１のＹ軸平行橋梁部６２３Ａを有している。第１の固定部６２１Ａは、接続点Ｐ１において枠状筐体６１０Ａの下辺枠部６１１Ａに接続されている。
As shown in FIG. 16, the
一方、第２のアーム部６３０Ａも、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第２のアーム部６３０Ａは、第２の固定部６３１Ａ、第２のＹ軸平行橋梁部６３２Ａ、第２の中間接続部６３５Ａ、第２のＸ軸平行橋梁部６３３Ａを有している。第２の固定部６３１Ａは、接続点Ｐ２において枠状筐体６１０Ａの左辺枠部６１２Ａに接続されている。
On the other hand, the
図示のとおり、第１の中間接続部６２５Ａには、庇構造部ｅ１，ｅ２が設けられており、第２の中間接続部６３５Ａには、庇構造部ｅ３，ｅ４が設けられている。一方、重錘体６４０には、第１のアーム部６２０Ａの先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ１１と、第２のアーム部６３０Ａの先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ１２が設けられている。これら庇構造部ｅ１〜ｅ４，ｅ１１，ｅ１２が、各アーム部６２０Ａ，６３０Ａの特定箇所に応力を集中させる機能を果たし、検出感度を向上させる効果が得られるようになる点は、既に述べたとおりである。
As shown in the figure, the first
この図１６に示す基本構造体６００Ａを利用した変形例に用いる検出素子の配置および検出回路の構成は、前述した第１の実施形態の変形例とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
The arrangement of the detection elements and the configuration of the detection circuit used in the modified example using the
＜＜＜ §４． 本発明の第４の実施形態 ＞＞＞
最後に、本発明の第４の実施形態を説明する。この第４の実施形態と、§３で述べた第３の実施形態との相違は、基本構造体６００の代わりに基本構造体７００を用いる点だけである。図１７は、この第４の実施形態に係る基本構造体７００の個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。
<<< §4. Fourth embodiment of the present invention >>>
Finally, a fourth embodiment of the present invention will be described. The only difference between the fourth embodiment and the third embodiment described in section 3 is that the
図１７に示す第４の実施形態に係る基本構造体７００と、図１５に示す第３の実施形態に係る基本構造体６００とを比較するとわかるように、両者の相違は、第２のアーム部の根端部の接続点Ｐ２の位置だけである。すなわち、第３の実施形態の場合、図１５に示すとおり、接続点Ｐ２は、左辺枠部６１２上に設けられているが、第４の実施形態の場合、図１７に示すとおり、接続点Ｐ２は、下辺枠部７１１上に設けられている。
As can be seen from a comparison between the
このように、基本構造体６００と基本構造体７００との構造上の差はわずかであるため、ここでは、基本構造体７００の各部分の符号として、基本構造体６００の対応する部分の符号の６００番台を７００番台に変更したものを用いることにする。
As described above, since the structural difference between the
図１７に示すとおり、枠状筐体７１０は、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部７１１、左辺枠部７１２、上辺枠部７１３、右辺枠部７１４の４辺を有している。
As shown in FIG. 17, the frame-shaped
第１のアーム部７２０は、図に斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第１の固定部７２１、第１のＸ軸平行橋梁部７２２、第１のＹ軸平行橋梁部７２３を有しており、図１５に示す第１のアーム部６２０と全く同じ構成である。これに対して、第２のアーム部７３０は、第１のアーム部７２０とは逆向きの斜線によるハッチングを施して示す領域からなり、第２のＹ軸平行橋梁部７３２および第２のＸ軸平行橋梁部７３３を有している。枠状筐体７１０に対する接続点Ｐ２が、下辺枠部７１１上に位置するため、第２のＹ軸平行橋梁部７３２の根端部が直接下辺枠部７１１に接続されている。
The
網目状のハッチングを施して示すとおり、重錘体７４０は、２組の正方形を部分的に重ねた瓢箪型の平面形状をしており、第１のＹ軸平行橋梁部７２３の先端部が、接続点Ｐ３において重錘体７４０に接続され、第２のＸ軸平行橋梁部７３３の先端部が、接続点Ｐ４において重錘体７４０に接続されている点は、基本構造体６００と同様である。
As shown by applying mesh-like hatching, the
本発明の第４の実施形態に係る加速度センサは、この図１７に示す基本構造体７００の下面に下方基板２００を接合し、上面に上方基板３００を接合し、更に、各アーム部７２０，７３０の所定箇所に検出素子（ピエゾ抵抗素子）を配置し、検出回路を付加することにより構成される。検出素子の配置および検出回路の構成については、これまで述べてきた第１の実施形態とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
In the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention, the
要するに、図１５に示す第３の実施形態に係る基本構造体６００の場合、第１のアーム部６２０の根端部が、枠状筐体６１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ１に固定され、第２のアーム部６３０の根端部が、枠状筐体６１０のＹ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ２に固定されていたのに対し、図１７に示す第４の実施形態に係る基本構造体７００の場合、第１のアーム部７２０の根端部が、枠状筐体７１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ１に固定され、第２のアーム部７３０の根端部も、枠状筐体７１０のＸ軸に平行な一辺の所定箇所Ｐ２に固定されていることになる。
In short, in the case of the
§３では、第３の実施形態の変形例として、庇構造部を付加した構造を述べたが、この第４の実施形態についても、同様に庇構造部を付加した構造を採用することができる。図１８は、この庇構造部を付加した変形例に係る基本構造体７００Ａの個々の構成要素に対応する領域を、それぞれ異なるハッチングを施して示した平面図である（ハッチングは各領域を示すものであって、断面を示すものではない。）。この図１８に示す各構成要素の符号には、図１７の対応する構成要素の符号末尾にＡを付したものを用いることにする。
In §3, as a modification of the third embodiment, the structure with the heel structure portion is described. However, the structure with the heel structure portion can be similarly adopted for the fourth embodiment. . FIG. 18 is a plan view showing the areas corresponding to the individual components of the
この変形例の場合、枠状筐体７１０Ａは、図にドットによるハッチングを施して示す領域からなり、下辺枠部７１１Ａ、左辺枠部７１２Ａ、上辺枠部７１３Ａ、右辺枠部７１４Ａの４辺を有している。ただ、枠状筐体７１０Ａの内側形状は入り組んだ形をしており、２本のアーム部７２０Ａ，７３０Ａの外側側面に接触して、前述したストッパとしての機能を果たすことができる。
In the case of this modification, the frame-shaped
図１８に示すとおり、第１のアーム部７２０Ａは、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第１のアーム部７２０Ａは、第１の固定部７２１Ａ、第１のＸ軸平行橋梁部７２２Ａ、第１の中間接続部７２５Ａ、第１のＹ軸平行橋梁部７２３Ａを有している。第１の固定部７２１Ａは、接続点Ｐ１において枠状筐体７１０Ａの下辺枠部７１１Ａに接続されている。
As shown in FIG. 18, the
一方、第２のアーム部７３０Ａも、図に斜線によるハッチングを施して示す領域および波線によるハッチングを施して示す領域からなる。具体的には、第２のアーム部７３０Ａは、第２のＹ軸平行橋梁部７３２Ａ、第２の中間接続部７３５Ａ、第２のＸ軸平行橋梁部７３３Ａを有している。第２のＹ軸平行橋梁部７３２Ａの根端部は、接続点Ｐ２において枠状筐体７１０Ａの下辺枠部７１１Ａに接続されている。
On the other hand, the
図示のとおり、第１の中間接続部７２５Ａには、庇構造部ｅ１，ｅ２が設けられており、第２の中間接続部７３５Ａには、庇構造部ｅ３，ｅ４が設けられている。一方、重錘体７４０Ａには、第１のアーム部７２０Ａの先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ１１と、第２のアーム部７３０Ａの先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部ｅ１２が設けられている。これら庇構造部ｅ１〜ｅ４，ｅ１１，ｅ１２が、各アーム部７２０Ａ，７３０Ａの特定箇所に応力を集中させる機能を果たし、検出感度を向上させる効果が得られるようになる点は、既に述べたとおりである。
As shown in the figure, the first
この図１８に示す基本構造体７００Ａを利用した変形例に用いる検出素子の配置および検出回路の構成は、前述した第１の実施形態の変形例とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
Since the arrangement of the detection elements and the configuration of the detection circuit used in the modification using the
＜＜＜ §５． ２本のアーム部の根端部の接続点に関する特徴 ＞＞＞
ここでは、これまで述べてきた各実施形態における２本のアーム部の接続点に関する特徴とそのメリットを述べておく。図１９は、本発明に係る枠状筐体８１０の属性領域を示す平面図である（ハッチングは枠状筐体８１０の部分を示すものであって、断面を示すものではない。）。
<<< §5. Features regarding the connection point of the root ends of two arms >>>
Here, the characteristics and the merits regarding the connection point of the two arm portions in each of the embodiments described so far will be described. FIG. 19 is a plan view showing the attribute region of the frame-shaped
この枠状筐体８１０は、これまで述べてきた種々の実施形態の枠状筐体を代表するものであり、下辺枠部８１１，左辺枠部８１２，上辺枠部８１３，右辺枠部８１４の４辺を有する矩形状をしている。そして、この枠状筐体８１０の外側輪郭線からなる正方形の中心点に、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏが定義されている。ここでは、枠状筐体８１０を、Ｘ軸およびＹ軸で分割し、下辺枠部を領域８１１ａ，８１１ｂに分け、左辺枠部を領域８１２ａ，８１２ｂに分け、上辺枠部を領域８１３ａ，８１３ｂに分け、右辺枠部を領域８１４ａ，８１４ｂに分けて考えることにする。また、説明の便宜上、図示のように、ＸＹ座標系上に第１象限＜Ｉ＞，第２象限＜II＞，第３象限＜III＞，第４象限＜IV＞を定義する。
This frame-shaped
そうすると、領域８１３ｂ，８１４ａは第１象限＜Ｉ＞に位置する領域、領域８１２ｂ，８１３ａは第２象限＜II＞に位置する領域、領域８１１ｂ，８１２ａは第３象限＜III＞に位置する領域、領域８１１ａ，８１４ｂは第４象限＜IV＞に位置する領域ということになる。ここで、これまで述べてきた第１の実施形態〜第４の実施形態およびそれらの変形例について、２本のアーム部の根端部の接続点Ｐ１，Ｐ２の位置を参照してみると、いずれの場合も、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２は、第３象限＜III＞に位置する領域８１１ｂ，８１２ａに配置されていることがわかる。ここで重要な点は、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２を、同一の象限内に配置するということである（すなわち、必ずしも第３象限である必要はない）。
Then, the
別言すれば、矩形状の枠状筐体８１０の４隅にそれぞれ隅点Ｃ１〜Ｃ４を定義し、枠状筐体８１０の各部について最近接隅点を求め、同一の最近接隅点を有する部分を同一の属性領域と定義すると、第１象限＜Ｉ＞に位置する領域８１３ｂ，８１４ａは、同一の隅点Ｃ１を最近接隅点とする第１の属性領域になり、第２象限＜II＞に位置する領域８１２ｂ，８１３ａは、同一の隅点Ｃ２を最近接隅点とする第２の属性領域になり、第３象限＜III＞に位置する領域８１１ｂ，８１２ａは、同一の隅点Ｃ３を最近接隅点とする第３の属性領域になり、第４象限＜IV＞に位置する領域８１１ａ，８１４ｂは、同一の隅点Ｃ４を最近接隅点とする第４の属性領域になる。
In other words, the corner points C1 to C4 are defined at the four corners of the rectangular frame-shaped
これまで述べてきた各実施形態やその変形例では、第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部とが、枠状筐体８１０の同一属性領域に固定されていることになる。より具体的には、これまで述べてきた例では、第１のアーム部の根端部の接続点Ｐ１および第２のアーム部の根端部の接続点Ｐ２は、いずれも、図１９の左下に示されている隅点Ｃ３を最近接隅点とする第３の属性領域に固定されている。
In each of the embodiments described above and the modifications thereof, the root end portion of the first arm portion and the root end portion of the second arm portion are fixed to the same attribute region of the frame-shaped
このように、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２を、同一の属性領域（同一の隅点を最近接隅点とする領域）に配置すると、２本のアーム部により重錘体を支持する構造が、片持ち梁構造に近いものになるため、利用時の温度環境や取付環境に起因して生じた装置筐体の応力が検出結果に悪影響を及ぼす問題を効果的に低減することができる。 Thus, when two sets of connection points P1 and P2 are arranged in the same attribute region (region having the same corner point as the closest corner point), a structure in which the weight body is supported by the two arm portions is obtained. Since the structure is close to a cantilever structure, it is possible to effectively reduce the problem that the stress of the device casing caused by the temperature environment and the mounting environment during use adversely affects the detection result.
たとえば、装置筐体の一部として機能する下方基板２００を何らかの物体に取り付け、当該物体に作用する加速度検出を行う場合を考えてみる。この場合、当該物体の材質と下方基板２００の材質との間に熱膨張係数の差があると、温度環境の変化により下方基板２００を介して枠状筐体８１０に応力が加わることになる。また、下方基板２００を当該物体に接着剤を用いて接着して取り付けたような場合には、その取付環境に応じて、やはり枠状筐体８１０に応力が加わることになる。
For example, consider a case where the
しかしながら、枠状筐体８１０にこのような外的要因に基づく応力歪みが発生したとしても、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２を同一の属性領域に配置すれば、当該応力歪みが各アーム部にまで伝達されることを抑制することができ、検出結果に及ぶ悪影響を低減することができる。
However, even if stress distortion based on such an external factor occurs in the frame-shaped
たとえば、図２(a) に示す基本構造体１００の場合、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２は、いずれも枠状筐体１１０の左下隅点の近傍に配置されているため、たとえ枠状筐体１１０に応力歪みが発生したとしても、接続点Ｐ１，Ｐ２間に生じる応力歪みは比較的小さくなるため、各アーム部１２０，１３０に生じる応力歪みの影響も小さく抑えることができる。図１３に示す基本構造体５００のように、２組の接続点Ｐ１，Ｐ２を隣接配置した場合も同様である。
For example, in the case of the
結局、これまで述べてきた各実施形態や各変形例に係る加速度センサによれば、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を排除しつつ、高い検出感度をもって加速度を検出することが可能になる。 After all, according to the acceleration sensor according to each embodiment and each modification described so far, it becomes possible to detect acceleration with high detection sensitivity while eliminating adverse effects due to the use environment such as temperature and mounting state. .
もっとも、本発明は、これまで述べてきた各実施形態や各変形例に限定されるものではなく、上記§５で述べた「２本のアーム部の根端部の接続点に関する特徴」は、本発明を実施する上での必須構成要素ではない。別言すれば、本発明を実施するにあたり、第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部とは、必ずしも枠状筐体の同一属性領域に固定する必要はない。たとえば、これまで述べてきた各実施形態や各変形例において、第１のアーム部の根端部を下辺枠部の接続点Ｐ１に固定しつつ、第２のアーム部の根端部を上辺枠部の接続点Ｐ２に固定する、という構造を採用することも可能である。この場合、接続点Ｐ１の最近接隅点と接続点Ｐ２の最近接隅点とは異なるので、これまで述べてきた各実施形態や各変形例に比べると、両接続点Ｐ１，Ｐ２の間隔が広くなることになるが、前掲の特許文献１に開示されているようなダイアフラム式の加速度センサに比べれば、温度や取付状態などの利用環境による悪影響を低減する効果が得られる。
However, the present invention is not limited to the embodiments and modifications described so far, and the “characteristics regarding the connection point of the root ends of the two arm portions” described in §5 above is as follows: It is not an essential component for carrying out the present invention. In other words, in carrying out the present invention, the root end portion of the first arm portion and the root end portion of the second arm portion are not necessarily fixed to the same attribute region of the frame-shaped housing. For example, in each of the embodiments and modifications described so far, the root end portion of the first arm portion is fixed to the connection point P1 of the lower side frame portion, and the root end portion of the second arm portion is fixed to the upper side frame. It is also possible to adopt a structure of fixing to the connection point P2 of the part. In this case, since the closest corner point of the connection point P1 and the closest corner point of the connection point P2 are different from each other, the distance between the connection points P1 and P2 is larger than in the embodiments and modifications described above. Although it will become wide, compared with the diaphragm type acceleration sensor as disclosed in the above-mentioned
１００，１００Ａ：基本構造体
１１０，１１０Ａ：枠状筐体
１１１，１１１Ａ：下辺枠部
１１２，１１２Ａ：左辺枠部
１１３，１１３Ａ：上辺枠部
１１４，１１４Ａ：右辺枠部
１２０，１２０Ａ：第１のアーム部
１２１，１２１Ａ：第１の固定部
１２２，１２２Ａ：第１のＸ軸平行橋梁部
１２３，１２３Ａ：第１のＹ軸平行橋梁部
１２４，１２４Ａ：第１の重錘体接続部
１２５Ａ：第１の中間接続部
１３０，１３０Ａ：第２のアーム部
１３１，１３１Ａ：第２の固定部
１３２，１３２Ａ：第２のＹ軸平行橋梁部
１３３，１３３Ａ：第２のＸ軸平行橋梁部
１３４，１３４Ａ：第２の重錘体接続部
１３５Ａ：第２の中間接続部
１４０，１４０Ａ：重錘体
２００：下方基板
３００：上方基板
３１０：天板部
３２０：側壁部
４００，４００Ａ：検出回路
４１１〜４１３：ブリッジ回路
４２１〜４２３：ブリッジ回路
４３１〜４３３：ブリッジ回路
５００，５００Ａ：基本構造体
５１０，５１０Ａ：枠状筐体
５１１，５１１Ａ：下辺枠部
５１２，５１２Ａ：左辺枠部
５１３，５１３Ａ：上辺枠部
５１４，５１４Ａ：右辺枠部
５２０，５２０Ａ：第１のアーム部
５２１，５２１Ａ：第１の固定部
５２２，５２２Ａ：第１のＸ軸平行橋梁部
５２３，５２３Ａ：第１のＹ軸平行橋梁部
５２４，５２４Ａ：第１の重錘体接続部
５２５Ａ：中間接続部
５３０，５３０Ａ：第２のアーム部
５３２，５３２Ａ：第２のＹ軸平行橋梁部
５３３，５３３Ａ：第２のＸ軸平行橋梁部
５３４，５３４Ａ：第２の重錘体接続部
５３５Ａ：中間接続部
５４０，５４０Ａ：重錘体
６００，６００Ａ：基本構造体
６１０，６１０Ａ：枠状筐体
６１１，６１１Ａ：下辺枠部
６１２，６１２Ａ：左辺枠部
６１３，６１３Ａ：上辺枠部
６１４，６１４Ａ：右辺枠部
６２０，６２０Ａ：第１のアーム部
６２１，６２１Ａ：第１の固定部
６２２，６２２Ａ：第１のＸ軸平行橋梁部
６２３，６２３Ａ：第１のＹ軸平行橋梁部
６２５Ａ：中間接続部
６３０，６３０Ａ：第２のアーム部
６３１，６３１Ａ：第２の固定部
６３２，６３２Ａ：第２のＹ軸平行橋梁部
６３３，６３３Ａ：第２のＸ軸平行橋梁部
６３５Ａ：中間接続部
６４０，６４０Ａ：重錘体
７００，７００Ａ：基本構造体
７１０，７１０Ａ：枠状筐体
７１１，７１１Ａ：下辺枠部
７１２，７１２Ａ：左辺枠部
７１３，７１３Ａ：上辺枠部
７１４，７１４Ａ：右辺枠部
７２０，７２０Ａ：第１のアーム部
７２１，７２１Ａ：第１の固定部
７２２，７２２Ａ：第１のＸ軸平行橋梁部
７２３，７２３Ａ：第１のＹ軸平行橋梁部
７２５Ａ：中間接続部
７３０，７３０Ａ：第２のアーム部
７３２，７３２Ａ：第２のＹ軸平行橋梁部
７３３，７３３Ａ：第２のＸ軸平行橋梁部
７３５Ａ：中間接続部
７４０，７４０Ａ：重錘体
８１０：枠状筐体
８１１ａ〜８１４ｂ：枠状筐体の各領域
Ｃ１〜Ｃ４：枠状筐体の隅点
Ｅ：電圧源
ｅ１〜ｅ６，ｅ１１，ｅ１２：庇構造部
Ｆｘ：Ｘ軸方向に作用する力
Ｆｙ：Ｙ軸方向に作用する力
Ｆｚ：Ｚ軸方向に作用する力
Ｌ１，Ｌ４：Ｘ軸平行橋梁部の中心軸
Ｌ２，Ｌ３：Ｙ軸平行橋梁部の中心軸
Ｌａ−Ｌｂ：切断位置
Ｏ：Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｐ１〜Ｐ４：接続点
Ｔ１１〜Ｔ１６：出力端子
ｔ１〜ｔ９：各部の厚み／空隙寸法
Ｖｘ：作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘを示す電圧
Ｖｙ：作用した加速度αのＹ軸方向成分αｙを示す電圧
Ｖｚ：作用した加速度αのＺ軸方向成分αｚを示す電圧
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
ｘ１１〜ｘ４６：Ｘ軸方向を長手方向とするピエゾ抵抗素子
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
ｙ１１〜ｙ４６：Ｙ軸方向を長手方向とするピエゾ抵抗素子
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
100, 100A: basic structure 110, 110A: frame-shaped casing 111, 111A: lower frame portion 112, 112A: left frame portion 113, 113A: upper frame portion 114, 114A: right frame portion 120, 120A: first Arm parts 121, 121A: first fixing parts 122, 122A: first X-axis parallel bridge parts 123, 123A: first Y-axis parallel bridge parts 124, 124A: first weight body connecting part 125A: first 1 intermediate connection portion 130, 130A: second arm portion 131, 131A: second fixing portion 132, 132A: second Y-axis parallel bridge portion 133, 133A: second X-axis parallel bridge portion 134, 134A : Second weight connecting portion 135A: second intermediate connecting portion 140, 140A: weight 200: lower substrate 300: upper substrate 310: top plate portion 320: side wall portions 400, 400A: detection times 411-413: Bridge circuits 421-423: Bridge circuits 431-433: Bridge circuits 500, 500A: Basic structures 510, 510A: Frame-shaped casings 511, 511A: Lower side frame parts 512, 512A: Left side frame parts 513, 513A : Upper side frame part 514, 514A: Right side frame part 520, 520A: First arm part 521, 521A: First fixed part 522, 522A: First X-axis parallel bridge part 523, 523A: First Y-axis Parallel bridge portion 524, 524A: first weight body connection portion 525A: intermediate connection portion 530, 530A: second arm portion 532, 532A: second Y-axis parallel bridge portion 533, 533A: second X-axis Parallel bridge portions 534, 534A: second weight body connection portion 535A: intermediate connection portions 540, 540A: weight bodies 600, 600A: basic structures 610, 61 A: Frame-shaped casings 611, 611A: Lower side frame parts 612, 612A: Left side frame parts 613, 613A: Upper side frame parts 614, 614A: Right side frame parts 620, 620A: First arm parts 621, 621A: First Fixed portion 622, 622A: first X-axis parallel bridge portion 623, 623A: first Y-axis parallel bridge portion 625A: intermediate connection portion 630, 630A: second arm portion 631, 631A: second fixed portion 632 632A: second Y-axis parallel bridge portion 633, 633A: second X-axis parallel bridge portion 635A: intermediate connection portion 640, 640A: weight body 700, 700A: basic structure 710, 710A: frame-shaped housing 711, 711A: lower side frame part 712, 712A: left side frame part 713, 713A: upper side frame part 714, 714A: right side frame part 720, 720A: first arm part 721, 721A: first 1 fixed portion 722, 722A: first X-axis parallel bridge portion 723, 723A: first Y-axis parallel bridge portion 725A: intermediate connection portion 730, 730A: second arm portion 732, 732A: second Y Axis-parallel bridge portions 733, 733A: second X-axis parallel bridge portion 735A: intermediate connection portions 740, 740A: weight body 810: frame-shaped housings 811a to 814b: respective regions C1 to C4 of the frame-shaped housing: frame Corner point E: voltage sources e1 to e6, e11, e12: saddle structure Fx: force acting in the X-axis direction Fy: force acting in the Y-axis direction Fz: force L1, acting in the Z-axis direction L4: center axis L2, L3 of the X-axis parallel bridge part: center axis La-Lb of the Y-axis parallel bridge part: cutting position O: X: origins P1 to P4 of the XYZ three-dimensional coordinate system: connection points T11 to T16: output Terminals t1 to t9: thickness of each part / gap size Vx: acting Voltage Vy indicating X-axis direction component αx of acceleration α: Voltage Vz indicating Y-axis direction component αy of applied acceleration α: Voltage V indicating Z-axis direction component αz of applied acceleration α X: Coordinate axis of XYZ three-dimensional coordinate system x11 to x46: Piezoresistive element having the X-axis direction as the longitudinal direction Y: Coordinate axis y11 to y46: Piezoresistive element having the Y-axis direction as the longitudinal direction Z: Coordinate axis of the XYZ three-dimensional coordinate system
Claims (10)
前記可撓性接続体は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記第１のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第１のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第１のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記第２のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第２のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第２のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記検出素子は、前記第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と前記第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とを有し、
前記枠状筐体が、Ｘ軸に平行な一対の対辺とＹ軸に平行な一対の対辺とを有する矩形状の構造体をなし、ＸＹ平面上に配置されており、
前記第１のアーム部の根端部が、前記枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定され、前記第２のアーム部の根端部が、前記枠状筐体のＹ軸に平行な一辺の所定箇所に固定されていることを特徴とする加速度センサ。 A frame-shaped housing, a weight body housed in the frame-shaped housing, a flexible connecting body for connecting the weight body and the frame-shaped housing, and the flexible connecting body An acceleration sensor comprising: a detection element that electrically detects bending; and a detection circuit that outputs a signal indicating acceleration acting on the frame-shaped housing based on a detection result by the detection element;
The flexible connection body includes a first arm portion and a second arm portion,
When defining the XYZ three-dimensional coordinate system,
The first arm portion includes a first X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a first Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the first arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The second arm portion has a second X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a second Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the second arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the second arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The detection element includes a first group of detection elements fixed at a predetermined position of the first arm portion and a second group of detection elements fixed at a predetermined position of the second arm portion ,
The frame-shaped housing is a rectangular structure having a pair of opposite sides parallel to the X axis and a pair of opposite sides parallel to the Y axis, and is disposed on the XY plane,
The root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined position on one side parallel to the X axis of the frame-shaped housing, and the root end portion of the second arm portion is fixed to the Y of the frame-shaped housing. An acceleration sensor characterized by being fixed at a predetermined position on one side parallel to the axis.
枠状筐体の４隅にそれぞれ隅点を定義し、枠状筐体の各部について最近接隅点を求め、同一の最近接隅点を有する部分を同一の属性領域と定義したときに、第１のアーム部の根端部と第２のアーム部の根端部とが、枠状筐体の同一属性領域に固定されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1 ,
When the corner points are respectively defined at the four corners of the frame-shaped housing, the closest corner points are obtained for each part of the frame-shaped housing, and the portions having the same closest corner points are defined as the same attribute area, An acceleration sensor, wherein a root end portion of one arm portion and a root end portion of a second arm portion are fixed to the same attribute region of the frame-shaped housing.
前記可撓性接続体は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記第１のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第１のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第１のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記第２のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第２のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第２のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記検出素子は、前記第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と前記第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とを有し、
前記枠状筐体が、Ｘ軸に平行な一対の対辺とＹ軸に平行な一対の対辺とを有する矩形状の構造体をなし、ＸＹ平面上に配置されており、
前記第１のアーム部の根端部が、前記枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定され、前記第２のアーム部の根端部が、前記枠状筐体のＸ軸に平行な一辺の所定箇所に固定されており、
前記枠状筐体の４隅にそれぞれ隅点を定義し、前記枠状筐体の各部について最近接隅点を求め、同一の最近接隅点を有する部分を同一の属性領域と定義したときに、前記第１のアーム部の根端部と前記第２のアーム部の根端部とが、前記枠状筐体の同一属性領域に固定されていることを特徴とする加速度センサ。 A frame-shaped housing, a weight body housed in the frame-shaped housing, a flexible connecting body for connecting the weight body and the frame-shaped housing, and the flexible connecting body An acceleration sensor comprising: a detection element that electrically detects bending; and a detection circuit that outputs a signal indicating acceleration acting on the frame-shaped housing based on a detection result by the detection element;
The flexible connection body includes a first arm portion and a second arm portion,
When defining the XYZ three-dimensional coordinate system,
The first arm portion includes a first X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a first Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the first arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The second arm portion has a second X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a second Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the second arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the second arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The detection element includes a first group of detection elements fixed at a predetermined position of the first arm portion and a second group of detection elements fixed at a predetermined position of the second arm portion ,
The frame-shaped housing is a rectangular structure having a pair of opposite sides parallel to the X axis and a pair of opposite sides parallel to the Y axis, and is disposed on the XY plane,
The root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined position on one side parallel to the X axis of the frame-shaped housing, and the root end portion of the second arm portion is fixed to the X of the frame-shaped housing. It is fixed at a predetermined place on one side parallel to the axis,
When corner points are respectively defined at the four corners of the frame-shaped casing, the closest corner points are obtained for each part of the frame-shaped casing, and portions having the same closest corner points are defined as the same attribute area An acceleration sensor, wherein a root end portion of the first arm portion and a root end portion of the second arm portion are fixed to the same attribute region of the frame-shaped housing.
第１のアーム部の先端部と第２のアーム部の先端部とが相互に接続されており、これら両先端部の接続点の近傍に重錘体が接続されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
An acceleration characterized in that the tip of the first arm and the tip of the second arm are connected to each other, and a weight body is connected in the vicinity of the connection point of these two tips. Sensor.
前記可撓性接続体は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記第１のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第１のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第１のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第１のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記第２のアーム部は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第２のＸ軸平行橋梁部と、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第２のＹ軸平行橋梁部と、を有しており、前記第２のアーム部の根端部は前記枠状筐体の所定箇所に固定され、前記第２のアーム部の先端部は前記重錘体の所定箇所に接続されており、
前記検出素子は、前記第１のアーム部の所定箇所に固定された第１グループの検出素子と前記第２のアーム部の所定箇所に固定された第２グループの検出素子とを有し、
前記第１のアーム部の先端部と前記第２のアーム部の先端部とが相互に接続されており、これら両先端部の接続点の近傍に前記重錘体が接続されていることを特徴とする加速度センサ。 A frame-shaped housing, a weight body housed in the frame-shaped housing, a flexible connecting body for connecting the weight body and the frame-shaped housing, and the flexible connecting body An acceleration sensor comprising: a detection element that electrically detects bending; and a detection circuit that outputs a signal indicating acceleration acting on the frame-shaped housing based on a detection result by the detection element;
The flexible connection body includes a first arm portion and a second arm portion,
When defining the XYZ three-dimensional coordinate system,
The first arm portion includes a first X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a first Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the first arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the first arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The second arm portion has a second X-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the X-axis, and a second Y-axis parallel bridge portion extending in a direction parallel to the Y-axis, A root end portion of the second arm portion is fixed to a predetermined location of the frame-shaped housing, and a distal end portion of the second arm portion is connected to a predetermined location of the weight body;
The detection element includes a first group of detection elements fixed at a predetermined position of the first arm portion and a second group of detection elements fixed at a predetermined position of the second arm portion ,
The distal end portion of the first arm portion and the distal end portion of the second arm portion are connected to each other, and the weight body is connected in the vicinity of the connection point of both the distal end portions. An acceleration sensor.
重錘体の周囲を第１のアーム部と第２のアーム部とが取り囲み、更に、第１のアーム部と第２のアーム部の周囲を枠状筐体が取り囲む構造を有することを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5 ,
The first arm portion and the second arm portion surround the periphery of the weight body, and further, the frame-shaped housing surrounds the first arm portion and the second arm portion. Acceleration sensor.
第１のアーム部および第２のアーム部の所定箇所の外側側面とこれに対向する枠状筐体の所定箇所の内側側面との距離が、各アーム部に弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、前記外側側面と前記内側側面とが当接することにより前記許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6 ,
The distance between the outer side surface of the predetermined portion of the first arm portion and the second arm portion and the inner side surface of the predetermined portion of the frame-shaped housing opposed to the first arm portion and the second arm portion is deformed beyond the allowable elastic deformation range in each arm portion. The acceleration sensor is set to a distance suitable for suppressing deformation exceeding the allowable range by contact between the outer side surface and the inner side surface when excessive acceleration is generated. .
重錘体の下方に所定距離をおいて配置され、枠状筐体に固定された下方基板と、重錘体の上方に所定距離をおいて配置され、枠状筐体に固定された上方基板と、を備え、
前記下方基板と前記重錘体との距離および前記上方基板と前記重錘体との距離が、各アーム部に弾性変形の許容範囲を越える変形を生じさせる過度の加速度が作用した場合に、前記下方基板の上面と前記重錘体の下面とが当接することにより、もしくは、前記上方基板の下面と前記重錘体の上面とが当接することにより、前記許容範囲を越える変形を抑止するのに適した距離に設定されていることを特徴とする加速度センサ。 In the acceleration sensor according to any one of claims 1 to 7 ,
A lower substrate disposed at a predetermined distance below the weight body and fixed to the frame-shaped housing, and an upper substrate disposed at a predetermined distance above the weight body and secured to the frame-shaped housing And comprising
When excessive acceleration that causes deformation exceeding the allowable range of elastic deformation is applied to each arm portion when the distance between the lower substrate and the weight body and the distance between the upper substrate and the weight body are applied, To prevent deformation exceeding the allowable range by contacting the upper surface of the lower substrate and the lower surface of the weight body, or by contacting the lower surface of the upper substrate and the upper surface of the weight body. An acceleration sensor characterized by being set to an appropriate distance.
枠状筐体と、重錘体と、第１のアーム部と、第２のアーム部とが、同一の材質から構成されており、第１のアーム部および第２のアーム部のＺ軸方向の厚みを、枠状筐体および重錘体のＺ軸方向の厚みよりも小さく設定することにより、第１のアーム部および第２のアーム部を可撓性接続体として機能させることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 8 ,
The frame-shaped housing, the weight body, the first arm portion, and the second arm portion are made of the same material, and the first arm portion and the second arm portion are in the Z-axis direction. The first arm portion and the second arm portion function as flexible connectors by setting the thickness of the frame-shaped housing and the weight body to be smaller than the thickness in the Z-axis direction. Acceleration sensor.
可撓性接続体の撓みを電気的に検出する検出素子として、各アーム部の所定箇所における長手方向に関する伸縮状態を検出するピエゾ抵抗素子を用いることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 9 ,
An acceleration sensor characterized by using a piezoresistive element for detecting an expansion / contraction state in a longitudinal direction at a predetermined position of each arm portion as a detection element for electrically detecting the bending of a flexible connector.
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