JPH05164778A - 加速度計 - Google Patents

加速度計

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JPH05164778A
JPH05164778A JP4134808A JP13480892A JPH05164778A JP H05164778 A JPH05164778 A JP H05164778A JP 4134808 A JP4134808 A JP 4134808A JP 13480892 A JP13480892 A JP 13480892A JP H05164778 A JPH05164778 A JP H05164778A
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accelerometer
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ベリングハウス スチーブン
Raymond E Mandeville
イー．マンデビル レイモンド
Iii W Donald Rolph
ロルフ ザ サード ダブリュ．ドナルド
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車安全エアバッグ装置などを調整するた
めの改良された落下抵抗性を有するミクロ機械加工され
たシリコン加速度計を提供する。 【構成】 介在するビーム３２によって包囲支持体３０
に取付けられた中心質量２６を有する主部材１６をベー
ス１２とカバー１４の間に位置させる。１対のビーム３
２が質量２６の４側面のおのおのから支持体３０に一体
的に延びる。質量２６の各側面の端の近くから延びるビ
ーム３２は加速度計の落下間のビーム３２の損傷を防ぐ
ため軸線はずれの加速度の力に応答する質量２６の回転
または捩り運動に対抗するように互いから広く離間位置
される。複数のピエゾ抵抗センサが軸線２０に沿う加速
度の力に対応する出力信号を生じさせるように質量２６
の運動間の歪みを感知するべくビームテーパ部分に収容
される。ビーム３２の損傷をさらに防ぐため、ストップ
が軸線２０に沿う質量２６の運動を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の分野は加速度計のそれで
あり、そして本発明は特に自動車安全エアバッグ装置を
調製するためのミクロ機械加工されたシリコン加速度計
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ミクロ
機械加工されたシリコン加速度計であって加速度の力に
応答して質量の運動を許すように質量と支持体との間に
延びるビームによって一体化支持体に取付けられた中心
質量を有するシリコン半導体材料から成る部材を有する
ものは既知である。そのような既知加速度計は特定軸線
に沿う加速度の力に対する応答の希望に満たない敏感度
を示したか、または、軸線はずれの加速度の力の効果に
よる若干の応答精密度の喪失を伴うことによってのみ、
または、製造、輸送、貯蔵、据付け及び使用間における
落下などにさらされるとき耐久性の重大な喪失を伴うこ
とによって所望の敏感度を提供した。
【０００３】既知の一加速度計において、シリコン半導
体材料から成るミクロ機械加工された部材は、加速度の
力に応答して中心質量の運動を許すために一体化支持体
に結合された中心質量の２対立側面の各々から延びる２
ビームを有する。ビームに収容されたピエゾ抵抗ひずみ
センサが、中心質量及び支持体の平面に対し垂直の軸線
に沿う装置の加速度に対応する電気的出力を提供する。
しかし、この装置においては、中心質量は軸線はずれの
加速度の力による実質的な回転運動を生じる傾向を有し
従って異なるビームのセンサは異なる質量運動度を示す
傾向を有する。その結果として、装置回路における補償
は装置からの出力信号における満足される精密度を提供
するために実質的な回転運動の効果を打ち消すのに十分
な程度に信頼されなくてはならない。最も重要なことと
して、シリコン部材のミクロ機械加工において使用され
るエッチングはビームと中央質量及び支持体との接合点
において若干の鋭いコーナーを残す。そのようなビーム
が一軸線に沿う高度に敏感な運動または加速度応答特性
を装置に付与するように釣り合わされるときは、ビーム
はもしそれらがもし装置が製造、輸送または据付けなど
の間に落下するならば生じるであろうような重大な軸線
はずれの加速度の力にさらされるならば極めて容易に損
傷される。即ち、シリコン材料は相当な強さを有しそし
て所望の感知軸線に沿う中心質量の高応答性の運動を許
すための優れたばね特性を有するが、シリコンビーム材
料はやや脆くそしてもし加速度計が落とされるならば、
ビームの２個の棒の長さに対し横方向に、質量と支持体
とに及ぼされる軸線はずれの加速度の力による曲げ応力
の結果として前述の鋭いコーナーにおける応力集中によ
って損傷されることが認められる。
【０００４】米国特許第４５５３４３６号に開示される
ごとき既知の他の一実施例においては、ミクロ機械加工
されたシリコン部材の折り重ねられた板ばね部分が中心
質量の４側面のおのおのと包囲する支持体との間に延び
るが、やはり中心質量は軸線はずれの力による相当な回
転運動にさらされそして装置は落下時の損傷に対して貧
弱な対抗力を有する。米国特許第２９６３９１１号に示
される既知の他の一加速度計は中心質量の４側面のおの
おのの中心から包囲支持体まで延びる単一の直線ビーム
を有する。この構成において、中心質量は軸線はずれの
加速度の力に応答してすべてのビームまたは対向する対
のビームの長さに沿って延びる軸線を中心とする想到な
回転運動にさらされる。米国特許第４８０９５５２号に
示される既知の他の一加速度計においては、質量の２対
立端のおのおのから遠ざかるように延びる単一のビーム
は２本の脚に分岐しそこにおいてビームは一体化支持体
の対立端と接続する。この構成はもし質量を通じてビー
ムの長さに沿う方向への軸線はずれの加速度の力によっ
て落下するならば脚の破損をこうむりやすい。米国特許
第４８２５３３５号に示されるごとき他の加速度計にお
いては、１０個より多いビームが質量の２対立側面のお
のおのと包囲する支持体との間に延びそして２０個より
多いビームが質量の他の２対立側面のおのおのと支持体
との間に延びる。容量性センサ手段が質量の運動を探知
するように配列される。この既知構成において、ビーム
の多数性はビームが質量の回転運動に対向する限度に相
対して装置の意図された加速度感知軸線に沿う装置応答
敏感度を不当に制限する傾向を有する。即ち、質量の中
心部分に近く位置するビームは質量の回転運動に対向す
ることに殆どまたは全く寄与しない。
【０００５】関連する主題事項が１９９０年１２月２１
日提出された米国特許出願第０７／６３１５６３号に開
示される。
【０００６】本発明の目的は新規且つ改良された加速度
計を提供し；製造、輸送、取扱い及び使用間信頼できそ
して耐久性がありそしてそのような耐久性を特定方向に
おける加速度の力に対する応答の所望敏感度を以て達成
するそのような加速度計を提供し；特に費用、耐久性、
精密度及び信頼性に関連して自動車安全エアバッグにお
いて使用するようにされたそのような加速度計を提供
し；製造、輸送、貯蔵及び組立てなどの間に落下しても
損傷に耐えるのに十分なほどの耐久性を有するそのよう
な自動車安全加速度計を提供し；改良されたパフォーマ
ンス特性を示すそのような加速度計を提供し、そして低
費用で、容易に製造される構造を有するそのような改良
された加速度計を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】簡潔に説明すれば、本発
明の新規且つ改良された加速度計は、シリコン半導体材
料から成る主部材であって、中心質量を有し、中心質量
を包囲する平面に支持体を配置され、中心質量の４個の
直線的に配置された側面のおのおのの２個の離間された
部分を中心質量と支持体との間に延びる一体化ビームに
よって支持体に結合され、そして中心質量の他の部分の
すべてを支持体と結合しないように支持体から離された
ものを有する。ビームは支持体及び中心質量の平面に対
し垂直の第１の軸線に沿って、該軸線に沿って中心質量
に加えられる加速度の力に対する応答の選択され敏感度
を以て運動するように中心質量を支持体に弾力的に取付
けるように釣り合わされる。好ましくは、ビームは中心
質量の直線的に配置された側面のそれぞれの端において
中心質量の部分に結合されそして支持体の接近隣接する
部分まで延び従ってビームは使用間に中心質量に加えら
れる軸線はずれの加速度の力に応答する中心質量の回転
運動に対抗しそして実質的に防止するように協働する。
好ましくは、ビームは加速度の力に応答する所望軸線に
沿う中心質量の運動を増進するためテーパ部分を有す
る。好ましくは、例えば、各ビームはその各端に相対的
により広い部分を有しそしてその中心により接近して相
対的により狭い部分を有する２個のテーパビーム部分を
有する。各ビーム部分のテーパは言及された第１の軸線
に沿う中心質量の運動に応答して各テーパビーム部分に
実質的に均等のひずみを生じさせるように選択される。
選択されたビームのシリコン材料は中心質量の運動間に
ビームにおけるひずみに応答するピエゾ抵抗センサをビ
ームに形成するように周知の方式でドーピングを施され
る。好ましくは、ピエゾ抵抗センサは均等のひずみに応
答するように中心質量の２対立側面から延びる２対のビ
ームのそれぞれの均等ひずみテーパビーム部分内のビー
ム材料内に収容される。次いで、ピエゾ抵抗センサは中
心質量のあらゆる可能回転運動に対して補償するように
既知の方式でブリッジ回路において相互接続されそして
加速度計の言及された軸線または試験軸線に沿って加え
られる加速度の力に応答して生じる中心質量の運動に対
応する電気出力信号を提供するように電子信号調節回路
において接続される。
【０００８】本発明の提示実施例においては、加速度計
はさらにガラスまたはシリコンのごとき強剛材料から成
るベースと、同等材料から成るカバーとを有する。ベー
ス及びカバーは主部材の中心質量部分に対して選択され
た離間関係を以て主部材の支持体部分の対立する底側と
頂側とにそれぞれ固定され、それにより、軸線に沿う過
度の加速度の力に応答する中心質量の過度の運動を防止
するストップとして働く。
【０００９】前記方式で、加速度計の主部材の中心質量
部分は支持体及び中心質量の平面に対し垂直の第１の軸
線に沿って加えられる加速度の力に対し選択された高度
に敏感な応答を示すように主部材の支持体部分に支持さ
れ、そしてピエゾ抵抗センサは前記軸線に沿う運動に応
答して該運動従って加速度の力に対応する出力信号を提
供する。ストップは前記第１の軸線に沿う過度の加速度
の力によるビームの損傷を防ぐ。しかし、たとえ加速度
計が製造、輸送または使用間に落とされ従って中心質量
が第１の軸線に対し且つ互いに対し垂直の第２または第
３の軸線に沿う加速度の力にさらされても、ビームの対
の一つは前記軸線はずれの力に応答する中心質量の運動
に抵抗しそれによりビームのすべてに対する損傷を回避
するように張力下においてそして実質的に曲げ応力を免
れるように配置される。さらに、中心質量の各側面の広
く離された二つの部分から延びるビームの対は中心質量
自体の剛性と協働して支持体の平面に相対する中心質量
のねじり運動または回転運動に対抗する。その結果とし
て、ビームはビーム材料のねじれから生じ得るような損
傷から保護されそして、中心質量のねじり運動または回
転運動はビームによって殆どまたは全く許されないか
ら、中心質量の回転運動に対し補償するためのセンサの
相互接続は、そのような運動に対し補償するため、単に
より小さい限度まで当てにされることを要する。既に説
明されたようにセンサが単に４個のビーム内に収容され
る場合は、センサは所望の信号調節補償回路において容
易にそして便利に接続されそして既知付加的試験回路特
徴などの加速度計内への便利な収容を可能にする。
【００１０】本発明の新規且つ改良された加速度計のそ
の他の目的、利点及び細部は、本発明の好的実施例に関
し以下添付図面を参照して為される詳細な説明において
言及される。
【００１１】
【実施例】図面を参照すると、図１及び図２において１
０は本発明の新規且つ改良された加速度計を示し、それ
は硝子またはシリコンなどのごとき強固な材料から成る
ベース１２、好ましくは同様材料から成るカバー１４及
びシリコン半導体材料などから成る主部材１６を有する
ものとして図示される。ベース１２及びカバー１４は、
図２及び図４に示されるごとく、加速度計装置の底面及
び頂面にそれぞれ金属合金密閉手段１７，１７ａなどに
よって任意の在来的方式で固定される。ベース１２の凹
所１３はその底を主部材１６の中心部分から選択間隔ｄ
を以て離されている。カバー１４に設けられた対応する
凹所１５はその底を主部材１６の反対側から選択間隔ｅ
を以て離されている。
【００１２】加速度計１０は在来の方式で自動車安全エ
アバッグ装置の作動を調整するため図１に１８で概略的
に示される自動車安全エアバッグ装置などに取付けられ
るようにされている。それに関して、加速度計１０は第
１の軸線２０に沿って装置に加えられる加速度の力を感
知しそして前記軸線に沿う加速度の力に対応する電気出
力信号を提供するようにされている。本装置はまた信頼
性及び耐久性を発揮するとともに、特に、エアバッグ装
置の製造、輸送、据付けまたは使用間における本装置の
落下などによって第１の軸線２０及び互いに対し垂直の
第２及び第３の軸線２２，２４に沿って加えられ得る軸
線はずれの加速度の力にさらされるとき衝撃損傷などに
対する抵抗性を発揮するようようにされている。ここで
使用される用語加速度の力は言及された諸軸線に沿う両
方向における加速度及び減速度を含むことは理解される
であろう。
【００１３】シリコン加速度計は例えば米国特許第４５
５３４３６号であってその開示事項が引用によってここ
に包含されるものに示されるように周知されているか
ら、加速度計１０はさらに説明されず、そして半導体で
ある主部材１６は一導電形のシリコン半導体材料から形
成されそしてビーム３２によって支持体３０に取付けら
れた震動性中心質量２６を有し従って前記中心質量は軸
線２０に沿う加速度の力に応答して軸線２０に沿って運
動するようにされていることが理解されるであろう。ピ
エゾ抵抗センサ３４．１〜３４．８（図３〜図５参照）
が主部材１６内の原位置で第２の導電形の半導体材料か
ら形成されそして在来様式で形成された回路パス導線を
ピエゾ抵抗センサと相互接続し、それにより、端子パッ
ド３６から前記センサへの電力の導入と、端子３８を介
する前記センサからの出力信号の導出とを可能にする。
ベース１２及びカバー１４などの一部分のごときストッ
プ手段が主部分１６から離されて位置され、それによ
り、本装置が軸線２０に沿う過度の加速度の力にさらさ
れるとき軸線２０に沿う中心質量２６の運動を制限し得
る。好ましくは、ストップ手段は中心質量２６に近接し
て位置されそして空気が前記ベース１２とカバー１４と
主部材１６との間に捕捉され、それにより、衝撃及び震
動などに応答する中心質量２６の運動の在来的スクイー
ズフィルム制動を提供する。もし希望されるならば、テ
スト目的などのために在来的方式で中心質量２６の選択
された運動を静電的に駆動するため電気的に付勢される
ように、コンデンサ試験板４０，４２が相互選択離間関
係を以て中心質量２６及びカバー１４のそれぞれの対向
面における金属化によって設けられる。典型的にピエゾ
抵抗センサは、軸線２０に沿って中心質量２６に加えら
れる加速度の力に対応する電気的出力信号を提供するよ
うに、選択されたブリッジ回路などで相互接続される。
好ましくは前記センサは個々の装置ビームにおいて平均
以上のひずみ及び平均以下のひずみを生じる傾向を有す
る軸線はずれの力に応答する中心質量２６の回転運動に
対し少なくともある程度まで前記回路内で補償すること
によって軸線はずれの加速度の力に対する本装置の応答
を若干減少させるように相互接続される。
【００１４】本発明によれば、主部材１６は好ましくは
在来のシリコンミクロ機械加工技術などによって、図２
及び図３において示されるように、２個の一体的部材ビ
ーム３２によって主部材の一体的な支持体３０に開口２
８内で取付けられた震動性中心質量２６を有するように
形成され、ビーム３２は中心質量２６の４側面のおのお
のと支持体３０との間に延びるように互いに対し広く離
された関係を以て配置され、中心質量２６の側面は他の
ところでは支持体３０から離間されていてそれと結合し
ない。前記ビーム３２は、中心質量２６が第１の方向に
中心質量２６に加えられる加速度の力に応答するビーム
３２の曲がりによって前記支持体３０及び中心質量２６
の平面に垂直の第１の方向に第１の軸線２０に沿って運
動することを許されるがストップ手段即ちベース１２及
びカバー１４がビーム３２の損傷を防ぐために前記運動
を制限するように、中心質量２６の弾性取付けを達成す
るように釣り合わされている。しかし、ビーム３２自体
は第１の軸線２０からはずれて中心質量２６に加えられ
るかもしれない加速度の力に応答する第２及び第３の軸
線２２，２４の何れかに沿う中心質量２６の運動に対抗
しそしてそれを実質的に制限する。また、ビームの各対
と中心質量の関連側面とはそのような軸線はずれの力に
応答する捩りまたは回転運動を伴って運動する中心質量
２６のいかなる傾向にも対抗するためＩビームのフラン
ジとウェブのように協働する。
【００１５】主部材１６は主として一導電形のシリコン
半導体材料などから形成されそしてビーム材料の少なく
とも若干の部分３４．１〜３４．８は、ビーム３２にピ
エゾ抵抗センサを形成するように第２の導電形のシリコ
ン材料を提供するためにドーピングを施される。これら
センサ手段は加速度の力に応答する中心質量２６の運動
に対応して装置から電気的出力信号を提供するため既述
のごとく中心質量２６の運動間ビーム材料内に導入され
るひずみを感知するようにされる。従って、ビーム３２
の既述配列は、第１の軸線２０に関して軸線はずれであ
る方向への中心質量２６の対抗運動において、ピエゾ抵
抗センサ３４．１〜３４．８が軸線２０に沿って加えら
れる加速度の力に応答する軸線２０に沿う中心質量２６
の運動に対応してより正確に出力信号を提供することを
可能にする。即ち、ビーム３２が軸線はずれ運動に実質
的に対抗するまたはそれを防止する軸線はずれ運動に逆
らう装置回路において必要とされる補償はより小さい。
【００１６】最も必要なこととして、ビーム３２の既述
の配列は、ビーム３２の少なくとも１対が初めに張力下
で配置されそして主たるはずれ軸線２２及び２４の何れ
かに沿って何れかの方向に加えられる加速度の力に応答
する曲げ応力を実質的に有しないように定向されること
を保証する。それに関して、主部材１６を構成するシリ
コンなどの半導体材料は加速度の力に応答して軸線２０
に沿う中心質量２６の所望の運動を許すため優れた弾性
及びばね特性とを発揮するとともに張力下においてすぐ
れた強度を発揮する。従って、既述のビーム配列はビー
ム３２の対の少なくとも一つにおける主部材材料の引張
強さが、軸線はずれのときの力に応答する中心質量２６
の運動に対抗するため、ビーム３２の前記対において曲
げ応力を実質的に生じさせることなしに適正に耐えるよ
うにされることを保証する。例えば、もし軸線はずれ加
速度の力が装置の落下などにより軸線２２に沿う加速度
の力に応答して図３で見たとき右へ中心質量２６を運動
させる傾向を示すならば、図３で見たとき中心質量２６
の左方のビーム３２の対は中心質量２６のそのような運
動に対抗するため張力下に位置されそして曲げ応力を免
れる。そのようにして、ビーム３２の前記対はビーム３
２の他の対（図３の上と下とに見られる対）をそのよう
な落下の力による損傷から保護する。それに関して、落
下によるそのような加速度の力は、もし支持体３０の平
面において前記あとに述べた２対のビーム３２に対しこ
れら２対のビーム３２の長さを横切って加えられてこれ
らビーム３２に曲げ応力を生じるならば、中心質量２６
からまたはこれらビーム３２と中心質量２６または支持
体３０との接合部における応力集中点において支持体３
０から前記あとに述べた２対のビーム３２を他の場合な
ら容易に剪断する傾向を示すであろう。言うまでもな
く、軸線はずれ加速度の力が軸線２２及び２４に対し斜
めに加えられる場合は、複数対のビーム３２が少なくと
も部分的に張力下に配置されて対抗する中心質量２６の
軸線はずれ運動とビーム３２の曲げ応力とを以て協働す
る。好ましくは、中心質量２６は正方形でありそしてビ
ーム３２は横断面において互いに等しくそして中心質量
２６の周囲に対称的に配置される。
【００１７】好ましくは、例えば、ビーム３２は図２〜
図４に示されるごとき選択された形状を以て設けられ
る。即ち、ビーム３２は中心質量２６及び支持体３０の
厚さより実質的に小さい厚さｔを付与される。好ましく
は、各ビーム３２はそれが主部材１６の相対的により厚
くそしてより剛い中心質量及び支持体部分と結合される
ビーム３２の各端にテーパビーム部分３２．１及び３
２．２を設けられる。テーパビーム部分はビーム材料の
ひずみが軸線２０に沿う中心質量２６の運動間各テーパ
ビーム部分の全体に亙って実質的に均等であるように選
ばれる。好ましくは、中心質量２６の４個の直線的に配
置された側面２６．１〜２６．４のそれぞれの一つに結
合された各対のビーム３２は互いに相対して広く離間さ
れる。好ましくは、例えば、対のビーム３２は一端にお
いて中心質量２６の特定側面の端に接近して中心質量２
６に結合されそしてそれらの反対端において支持体３０
の直隣する部分に結合され、それにより中心質量２６に
軸線はずれの力による回転運動に対する最大の抵抗力を
付与するとともにこれと首尾一貫して中心質量２６に軸
線２０に沿う加速度の力に対する応答の望まれたまたは
選択された敏感性を付与する。即ち、ビーム３２は好ま
しくは従来のシリコンエッチング手順を使用して対称性
を以て便利に許されるかぎり中心質量２６の側面の端に
近接して中心質量２６と結合される。ピエゾ抵抗センサ
３４．１〜３４．８は好ましくは各テーパビーム部分内
の前記均一のひずみに応答するように中心質量２６の対
立側面に位置される２対のビーム３２のそれぞれのテー
パ部分内に収容される。そのようなテーパビーム部分の
機能は既に言及された米国特許出願第０７／６３１５６
３号であってその開示事項が引用によって本願に包含さ
れるものに説明されるから、テーパビーム部分はここで
はさらに説明されず、そしてビーム３２のより広い部分
Ｗは、ビーム３２がビーム抵抗センサ３４．１〜３４．
８が所望の大きさの出力信号を以て応答することを許す
ように軸線２０に沿う中心質量２６の運動間十分大きい
ひずみにさらされるように選ばれることと、ビーム部分
の長さｌ及びより狭い部分ｎがビーム部分に所望の均等
のひずみを与え、従ってビーム材料のひずみ限度は軸線
２０に沿って感知される加速度の力に対する中心質量２
６の応答運動間に超過されないように選ばれることは理
解されるであろう。また、ビーム３２はそれらが製造、
輸送、据付及び自動車環境内における使用間に遭遇され
る可能性のある落下の力により既に説明されたごときビ
ーム３２に対する損傷を防止するのに十分強いように釣
り合わされる。
【００１８】好ましくは、図４に示されるように、以下
支持センサと呼ばれる４個のピエゾ抵抗センサ３４．
１，３４．２，３４．６及び３４．５は、支持体３０に
隣接する中心質量２６の対立側面２６．２，２６．４に
おける２対のビーム３２のそれぞれのテーパビーム部分
３２．１内に配置される。前記支持センサのおのおのは
支持体３０に隣接する支持端を有しそして中心ビーム部
分に隣接する内端を有する。以下質量センサと呼ばれる
他の４個のピエゾ抵抗センサ３４．４，３４．３，３
４．７及び３４．８は中心質量２６の前記対立側面２
６．２，２６．４における２対のビーム３２のテーパビ
ーム部分３２．２内に配置され、各質量センサは中心質
量２６に隣接する質量端と中心ビーム部分に隣接する内
端とを有する。１対の導体手段４４がセンサ３４．６，
３４．７及び３４．２，３４．３のそれぞれの対の内端
を互いに接続しそして在来のトンネルコネクタ４５を通
じてそれぞれの出力端子３８，３８ａと接続する。他の
１対の導体手段４６が中心質量の一側面２６．２に隣接
する１対の質量センサ３４．７，３４．３の質量端を、
中心質量２６の反対側面２６．４において対応する１対
の質量センサ３４．８，３４．４の質量端と接続する。
さらなる１対の導体手段４８が中心質量２６のそれぞれ
の側面２６．１，２６．３に沿って延びて中心質量２６
の前記一側面２６．４における１対の支持センサ３４．
６，３４．２の支持端を中心質量２６の反対側面２６．
２における他の１対の支持センサ３４．５，３４．１の
内端とそれぞれ接続する。それぞれの導体手段５０が１
対の質量センサ３４．８，３４．４の内端を１対の支持
センサ３４．５，３４．１の支持端と接続する。導体手
段５０はさらに例えばトンネルコネクタ４５を通じて入
力端子３６，３６ａとそれぞれ接続される。好ましく
は、もう一つの導体手段５４がチェックループ端子５
６．１から延びて最も近いビーム３２を越え、次いで、
中心質量２６の周囲に逆時計回りに順次に配置されたビ
ーム３２を越えて該順序の最終のビーム３２に隣接する
チェックループ端子５６．２に達する。そのようなチェ
ックループは、理解されるであろうように、加速度計１
０に設けられた８個のビーム３２の連続性を使用間保証
するのに用いられるようにされている。もしコンデンサ
試験板４０，４２が使用されるならば、端子パッド５
８，３６ａは任意の在来方式でそれぞれのコンデンサ試
験板と接続される。もし希望されるならば、ピエゾ抵抗
センサ３４．１〜３４．８のおのおのに対応する試験抵
抗器手段６２が端子パッド６４の間において主部材１６
上に設けられそして好ましくは主部材１６が絶縁酸化物
層（図示せず）の下に配置されたシリコンエピタキシャ
ル層を有するときは、端子パッド６６がシリコン層を装
置回路において接続する。そのような構成においては、
言及された導体手段は中心質量２６の周辺に沿ってそし
て支持体３０の内縁のまわりに隣接して容易に収容さ
れ、それにより、中心質量２６におけるコンデンサ板４
０の便利な収容を可能ならしめ、そして主部材１６の外
縁に沿って言及された諸端子を収容するとともに主部材
１６に対し密閉関係を保ってべース１２とカバー１４と
を確保するため中心質量２６を囲んで延びる在来の任意
の金属合金密閉手段１７を配置し得る。理解されるであ
ろうように、複数のトンネル導体が在来の方式で使用さ
れ、それにより、金属合金密閉手段の下にまたはクロス
オーバー導体の下に言及された諸導体の何れをも通し得
る（図５参照）。
【００１９】好ましくは、例えば、ピエゾ抵抗センサ３
４．１〜３４．８は図５に示されるごとき四レッグブリ
ッジ回路で相互接続される。コンデンサ試験板４０，４
２が使用される場合には、それらは図示のごとくブリッ
ジ回路とマイクロプロセッサ試験回路４３とに相互接続
される。チェックループ及び試験抵抗器が既に説明され
たように使用される場合は、回路構成要素は図５に示さ
れるごとく１３個のトンネルコネクタ４５を使用して図
５に示されるように相互接続されるようにされる。理解
されるであろうように、ピエゾ抵抗センサ３４．１〜３
４．８は中心質量２６が休止しているとき同等の抵抗を
生じるように釣り合わされる。従って、入力端子３６，
３６ａにおける入力電圧の印加は出力端子において零に
近い出力電圧を生じ、中心質量２６の休止状態を表す。
中心質量２６が軸線２０に沿って運動するとき、主部材
１６の頂面上の質量センサ３４．４，３４．３，３４．
７及び３４．８は圧縮されてブリッジ回路の第２及び第
４のレッグにおける抵抗に一変化を生じさせ、一方、支
持センサ３４．１，３４．２，３４．６及び３４．５は
緊張されて第１及び第３のレッグにおける抵抗に反対変
化を生じさせ、それにより加速度を表す出力電圧を出力
端子３８，３８ａに生じさせ、より大きい加速度はより
大きい出力電圧を生じる。中心質量２６が軸線はずれの
加速度の力にさらされるときは、８個のビーム３２は軸
線はずれの方向への中心質量２６の運動に実質的に対抗
し且つ中心質量２６の回転運動に実質的に対抗するよう
に協働する。しかし、ピエゾ抵抗センサ３４．１〜３
４．８が図５に示されるように相互接続される場合は、
中心質量２６のいかなる軸線はずれの運動またはビーム
３２における軸線はずれの力による緊張／圧縮も前に言
及された米国特許出願第０７／６３１５６３号に説明さ
れるごとく抵抗における対応する変化によって実質的に
補償されるようにされる。もし中心質量２６がビーム３
２を損傷させるおそれがあるような軸線２０に沿う過度
の加速度の力にさらされるならば、中心質量２６はその
運動を制限しそしてビーム損傷を防止するためベース１
２またはカバー１４と係合するようにされる。従って、
本発明の加速度計は特に自動車環境において使用するよ
うにされた高度に耐久性のある構造におけるパフォーマ
ンスの向上された敏感度及び精密度を提供する。
【００２０】本発明の特定の実施例が本発明を例証する
ことによって説明されたが、本発明は特許請求の範囲内
に入る開示された実施例のすべての修正形式及び同等形
式を包含することは恐らく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の新規且つ改良された加速度計の透視
図。
【図２】図１の線２−２に沿う拡大断面図。
【図３】図１の加速度計の主部材の拡大透視図。
【図４】図１の線４−４に沿う拡大断面図。
【図５】本発明の加速度計におけるセンサ及びその他の
構成要素の相互接続を説明する概略図。
【符号の説明】
１０ 加速度計 １２ ベース １４ カバー １６ 主部材 １８ 自動車安全エアバッグ装置 ２６ 中心質量 ３２ ビーム ３４．１ ピエゾ抵抗センサ ３４．２ ピエゾ抵抗センサ ３４．３ ピエゾ抵抗センサ ３４．４ ピエゾ抵抗センサ ３４．５ ピエゾ抵抗センサ ３４．６ ピエゾ抵抗センサ ３４．７ ピエゾ抵抗センサ ３４．８ ピエゾ抵抗センサ ３６ 入力端子 ３８ 出力端子 ４５ トンネルコネクタ
フロントページの続き (72)発明者 ダブリュ．ドナルド ロルフ ザ サード アメリカ合衆国マサチューセッツ州イース ト ウォルポウル，パティ アン プレー ス ８

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン半導体材料から成る主部材であ
    って、中心質量を有し、中心質量に対し包囲関係にある
    平面に一体化支持体を配置され、中間質量の４個の直線
    的に配置された側面のおのおのの２個の部分を一体化ビ
    ームによって支持体に結合され、そして中心質量の回転
    運動と第２及び第３の軸線に沿う加速度の力に応答する
    第１の軸線に対しそして互いに対し垂直の第２及び第３
    の軸線に沿う中心質量の運動とに対抗すると同時に第１
    の軸線に沿う加速度の力に応答して支持体の平面に対し
    垂直の第１の軸線に沿って運動するように中心質量を支
    持体に弾力的に取付ける支持体から中心質量のすべての
    他の部分が離されて支持体と結合していないものと；第
    １の軸線に沿う加速度の力に対応する電気出力信号を提
    供するため中心質量の運動間ビームにおけるひずみに応
    答するように選択されたビームの材料内に収容されたピ
    エゾ抵抗センサと；第１の軸線に沿う中心質量の運動を
    制限するストップとを有することを特徴とする加速度
    計。
  2. 【請求項２】 請求項１による加速度計において、ビー
    ムに対する損傷を防止しそして第１の軸線に沿う加速度
    の力に対する応答の選択された敏感度を以て第１の軸線
    に沿う加速度の力に対する応答運動を許すように加速度
    計の落下間第２及び第３の軸線に沿う中心質量の対抗運
    動において協働するようにビームが釣り合わされている
    ことと、第１の軸線に沿う加速度の力に対する応答の選
    択された敏感度を提供すると同時に加速度の力に応答す
    る中心質量の回転運動に対する対抗を最適化するために
    中心質量の直線的に配置された側面のそれぞれの端にお
    ける中心質量の部分を支持体の隣接部分に結合するよう
    にビームが離間されていることとを特徴とする加速度
    計。
  3. 【請求項３】 請求項２による加速度計において、加速
    度計の落下間ビームに対する損傷を防止するため第２及
    び第３の軸線のおのおのに沿う２反対方向のおのおのに
    おける中心質量の運動に対抗するように１対のビームが
    支持体と中心質量の側面の各一つとの間に張力下で延び
    そして実質的に曲げ応力を免れるように配列されること
    を特徴とする加速度計。
  4. 【請求項４】 請求項２による加速度計において、選択
    された応答敏感度を提供するように第１の軸線に沿う加
    速度の力に応答する中心質量の運動を増進するためにビ
    ームがおのおの中心質量と支持体との間にテーパ部分を
    有することを特徴とする加速度計。
  5. 【請求項５】 請求項２による加速度計において、ピエ
    ゾ抵抗センサが中心質量の２対立側面に配置されたビー
    ムの材料におけるひずみに応答することを特徴とする加
    速度計。
  6. 【請求項６】 請求項２による加速度計において、各ビ
    ームがそのそれぞれの端に隣接して相対的により広い部
    分を有し且つその中心に隣接して相対的により狭い部分
    を有する２個のテーパビーム部分を有し、各ビーム部分
    のテーパは第１の軸線に沿う中心質量の運動に対する応
    答の選択された敏感度を提供することに関し各テーパビ
    ーム部分に実質的に均等のひずみを生じさせるように選
    択され、ピエゾ抵抗センサは中心質量の２対立側面に配
    置されるビームのおのおのの各テーパ部分に収容される
    ピエゾ抵抗センサから成り、これらセンサは第１の軸線
    に沿う中心質量の運動に対応する出力信号を提供するよ
    うに第２及び第３の軸線に沿う中心質量のいかなる運動
    に対しても補償するためテーパビーム部分におけるひず
    みに対し応答するように相互接続されることを特徴とす
    る加速度計。
JP4134808A 1991-06-21 1992-05-27 加速度計 Pending JPH05164778A (ja)

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