JPH07325104A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ感度が良好で且つ機械的強度の大きな
加速度センサを提供する。 【構成】 枠部１の開口部１ａの隣接する角部１ｂ，１
ｃからビーム２，３が、開口部１ａの中央に向かって延
設されており、その端部は重錘部８によって連結される
一方、長手軸に直交する方向の断面に凹状部を有する各
ビーム２，３にはピエゾ抵抗素子４，５が設けられてお
り、ビーム２，３を形成する部材自体の板厚を厚くする
ことなく、ピエゾ抵抗素子４，５の感度を高くしつつ且
つビーム２，３の機械的強度が増大されるようになって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両等の加速度を検出
する加速度センサに係り、特に、機械的強度及び感度の
向上を図った加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】加速度センサは、車両が衝突する際のい
わゆる衝撃加速度や遠心力により生ずる加速度を検出
し、それによって、例えば、エアバックシステムの動作
を制御する等のために用いられている。従来、この種の
加速度センサの代表的なものの一つとして、例えば、片
持梁にピエゾ抵抗素子を設け、加速度によって生ずる片
持梁の撓みに起因するピエゾ抵抗素子の抵抗変化から加
速度を検出できるようにしたものが公知・周知となって
いる。すなわち、例えば、特開平５−２８１２５１号公
報には、４辺梁式の加速度センサの例として、シリコン
板を矩形の枠状に形成すると共に、各辺から枠の中央に
向かって梁を延設し、中央部分に形成された重錘部と連
結して、各梁の表面には不純物拡散処理によるピエゾ抵
抗素子を形成してなるものが開示されている。上述のよ
うな加速度センサにおいては、梁に生ずる撓みによって
ピエゾ抵抗素子に歪みを生じさせ、歪みの大きさに応じ
たピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化によって加速度の大き
さを検出できるようにしてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、梁の撓みによってピエゾ抵抗素子の歪
みが生ずるようになっているので、加速度センサの感度
の良し悪しは、結局、加速度に対する梁の撓み具合如何
によることとなる。すなわち、加速度センサとしての感
度を向上させるためには、梁の部分の厚みを薄くするこ
とで、小さな加速度に対しても梁が敏感に撓み、その結
果、小さな加速度であっても、的確にピエゾ抵抗素子の
抵抗変化を得ることができることとなるが、その一方
で、梁の部分を薄く形成することによる機械的強度の低
下を招くという問題が生ずる。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、センサ感度が良好でしかも機械的強度の大きな加速
度センサを提供するものである。また、本発明の他の目
的は、一次元加速度の検出に加え、回転加速度の大きさ
及び方向を検出できる簡易な構成を有する加速度センサ
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る加速度センサは、片持梁の振動端側に錘を有し、この
片持梁に振動検出用の検出素子を設けてなる加速度セン
サにおいて、前記片持梁の支持端側の短手軸方向の幅
を、前記片持梁の他の部位における短手軸方向の幅より
大とすると共に、前記片持梁の支持端を支持する支持部
材に前記検出素子と同一部材からなる補償用の素子を設
けてなるものである。

【０００６】特に、振動検出用の検出素子及び補償用の
素子は、シリコンにホウ素を２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃
度で添加してなるピエゾ抵抗素子を用いてなるものが好
適である。また、片持梁は薄膜でありながら、その実効
厚みを増大させるようにその長手軸方向に直交する断面
形状が凹状形成を有するように形成された部位を有して
なるものが好適である。

【０００７】さらに、片持梁の支持端が支持される支持
部材に２つの開口部を隣接して形成し、この２つの開口
部の境界部分を対称軸として前記各開口部に線対称に２
つづつ片持梁を設けると共に、各開口部に２つづつ設け
られた片持梁の振動端は錘によって連結されてなり、各
開口部の片持梁に設けられた振動検出用の検出素子の抵
抗変化を少なくとも各開口部毎に出力可能としてなるが
好適である。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明においては、振動を検出す
る検出素子が設けられる片持梁は、その支持端側でその
短手軸方向の幅が他の部位よりも大きく設定されて支持
部材に連結されているために、支持端における振動に対
する耐力が大きく、そのため、破損し難く信頼性が向上
することとなる。また、検出素子と同一部材からなる補
償用の素子が設けられているので、外部回路に別個に補
償用の素子を設ける必要がなく、しかも、同一部材から
なるものであるので、適切な補償を行えることとなるも
のである。

【０００９】請求項２記載の発明においては、振動検出
用の検出素子及び補償用の素子をホウ素が２×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以上の濃度で添加されたシリコンから形成すること
により、例えば、ＫＯＨなどの異方性エッチャントで殆
どエッチングされなくなる。

【００１０】請求項３記載の発明においては、片持梁の
長手軸に直交する断面形状は、凹状の部位を含むように
形成されているため、従来の板状の梁に比して部材自体
の厚みを変えることなく実質的に厚みを増したと同等と
なり、そのため、機械的強度が向上することとなる。

【００１１】請求項４記載の発明においては、隣接する
開口部にそれぞれ振動検出用の検出素子が設けられてお
り、開口部の境界部分を中心にして加速度センサが回転
するような回転力を受けるような場合には、一方の開口
部における検出用素子は延びるような歪みを受けるのに
対し、他方の開口部における検出用素子は縮むような歪
みを受けることとなり、そのため、各検出素子の出力値
に違いが生ずるので、回転方向とその大きさを知ること
ができることとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る加速度センサの第１の実
地例について、図１乃至図７を参照しつつ以下に説明す
る。ここで、図１は本発明に係る加速度センサの第１の
実施例における正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、
図３は図１のＢ−Ｂ線断面の端面図、図４は図１のＣ−
Ｃ線断面の端面図、図５は第１の実施例における全体斜
視図、図６は第１の実施例における加速度センサの電気
的等価回路図、図７は実際の使用時における外部との結
線の一例を示す回路図、図８はビームの他の実施例を示
す縦断面図である。尚、以下に説明する部材、配置等は
本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内
で種々改変することができるものである。

【００１３】本実施例における加速度センサは、いわゆ
る片持梁式のもので、その構成を概略的に言えば、枠部
１に、片持梁としての２つのビーム２，３を設けると共
に、このビーム２，３に振動検出用の第１及び第２のピ
エゾ抵抗素子４，５を形成し、ビーム２，３の振動端部
には重錘部８を形成する一方、枠部１の一辺には補償用
の第３及び第４のピエゾ抵抗素子６，７を形成してなる
ものである（図１参照）。すなわち、枠部１は、Ｓｉ
（１００）を用いてその平面形状が略矩形の枠状に形成
されてなるもので、その上面（図２において紙面上側）
にはＳiＯxＮy膜９が、例えば、ＣＶＤ法により、２μ
ｍ程度の膜厚で形成されている（図２参照）。また、枠
部１の厚み（図２において紙面上下方向）としては、例
えば、５００μｍ程度が好適である。

【００１４】本実施例の枠部１は、開口部１ａを有して
おり、この開口部１ａは枠部１の中心から一辺側（枠部
１の一辺ホと反対側の辺）に偏心して形成されている。
そして、この開口部１ａの隣り合う角部１ｂ，１ｃから
は、ＳiＯxＮy膜により形成されたビーム２，３がそれ
ぞれ延設されている（図１及び図５参照）。このビーム
２，３は、その長手軸（図２において紙面左右方向）に
直交する方向の断面形状が、先のＳiＯxＮy膜９側と反
対方向（図２において紙面下方向）に凹状に形成された
凹状部２ａ（又は３ａ）を有すると共に、その長手軸方
向の両側端から水平方向（図３及び図４において紙面左
右方向）に矩形状（図１参照）のフランジ２ｂ（又は３
ｂ）が延設されてなるものである。

【００１５】このビーム２，３の支持端側（枠部１側に
支持されている側）は、上述したように枠部１の上面に
形成されたＳiＯxＮy膜９と一体となっており、振動端
部側は開口部１ａの略中央付近まで延び、ビーム２，３
の上面が延設された状態で重錘部上面８ｂを形成してお
り、２つのビーム２，３の振動端側はこの重錘部上面８
ｂを介して連結された状態となっている（図２及び図５
参照）。

【００１６】また、本実施例のビーム２，３のフランジ
２ｂ，３ｂは、支持端側（枠部１側）で、ビーム２，３
の長手軸方向（図２において紙面左右方向）に対して略
直角に外側へ曲折されており（図１及び図５参照）、枠
部１もこの曲折された部位に合わせて切欠１ｄが形成さ
れている。そして、枠部１の上面に形成されたＳiＯxＮ
y膜９は、この切欠１ｄ部分において、その側壁を覆う
ようにしてフランジ２ｂ，３ｂへ延設されており、フラ
ンジ２ｂ，３ｂと連結された状態となっている。

【００１７】本実施例においては、支持端部から先端部
を連結した２本のビーム２，３からなるカンチレバー形
になっているが、これを１本のカンチレンバーと捉える
こともできる。すなわち、支持端部側を先端部側に対し
て幅広にした１本のカンチレバーの中央部に概略三角形
の穴（図１においてビーム２、ビーム３及び枠１の一辺
で囲まれる部分）を形成したものと考えることができ
る。

【００１８】したがって、この穴が結果的に２本のビー
ム２，３を形成している。このように、カンチレバーの
支持端部側を先端部側に対して幅広に形成することによ
り、連結した２本のビーム２，３からなるカンチレバー
が振動したときに、ねじれが生じ難くなる。このため、
連結された２本のビーム２，３からなるカンチレバーの
支持端部側に形成されたピエソ抵抗素子４，５が略同一
の変形をうけるようになっている。

【００１９】重錘部８は、上述したようにビーム２，３
の振動端を連結するように設けられており、本実施例に
おいては、シリコンからなる本体部８ａとその上面（図
２において紙面上側）にＳiＯxＮy膜によって形成され
た重錘部上面８ｂとからなるものである。この重錘部８
は、加速度が加わった際に変位してビーム２，３に撓み
を生じさせるためのもので、例えば、加速度が本加速度
センサに対して垂直方向（図２において紙面上下方向）
に加わると、この重錘部８には、加速度と重錘部８の質
量との積で表される力が加わることにより変位し、その
結果ビーム２，３が撓むこととなるものである。

【００２０】一方、ビーム２，３の支持端近傍（枠部１
近傍の部位）の凹状部２ａ（又は３ａ）の底面２ｃ（又
は３ｃ）には、例えば、ホウ素添加シリコンを用いて第
１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５がビーム２，３の長
手軸方向に例えば、１μｍ程度の膜厚（図２乃至図４に
おいて紙面上下方向の厚さ）で形成されている（図２、
図３及び４参照）。本実施例における第１及び第２のピ
エゾ抵抗素子４，５は、ビーム２，３の底面２ｃ，３ｃ
において、枠部１の手前から形成され、一部が枠部１の
上面を覆うＳiＯxＮy膜９の下面側と枠部１との間に入
り込んだように形成されている（図２参照）。尚、この
第１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５に用いられるシリ
コンへのホウ素の添加量としては、例えば、２×１０¹⁹
ｃｍ^-3以上の高濃度とするのが好適である。このような
濃度でホウ素を添加することによりＫＯＨ等の異方性エ
ッチャントで殆どエッチングされないという効果が得ら
れる。

【００２１】この第１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５
の長手軸方向（図２において紙面左右方向）の両端近傍
に位置するビーム２，３の上面にはコンタクトホール１
０が穿設されている。（図２及び図３参照）そして、第
１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５は、重錘部８側に位
置する第１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５の端部近傍
に形成されたコンタクトホール１０を介して第１配線１
１に、枠部１側に位置する第１及び第２のピエゾ抵抗素
子４，５の端部近傍に形成されたコンタクトホール１０
を介して第２配線１２又は第３のコンタクトパッド１４
ｃに、それぞれ接続されている。

【００２２】ビーム２，３の上面には、第１及び第２の
ピエゾ抵抗素子４，５の一端部に接続された第１配線１
１が形成されている。すなわち、第１配線１１は、その
一端が第１のピエゾ抵抗素子４の重錘部８側に位置する
端部とビーム２を介して上下方向（図１において紙面表
裏方向）で重なるような位置に設けられ、しかも、ビー
ム２の上面に穿設されたコンタクトホール１０を介して
第１のピエゾ抵抗素子４の端部と接続されている（図２
及び図３参照）。そして、この第１配線１１は、重錘部
８側へ延設されて、重錘部８の略中央付近で略直角に曲
折されて他方のビーム３へ延設されている。

【００２３】他方のビーム３の上面に形成された第１配
線１１の他方の端部は、先の一方の端部同様に、ビーム
３を介して第２のピエゾ抵抗素子５の重錘部８側の端部
と、上下方向（図１において紙面表裏方向）で重なるよ
うな位置に設けられており、しかも、ビーム３に穿設さ
れたコンタクトホール１０を介して第２のピエゾ抵抗素
子５と接続されている。本実施例の第１配線１１は、ク
ロムと銅との２層薄膜からなるもので、例えば、真空蒸
着法などによりビーム２，３及び重錘部８の上面にクロ
ム０．０５μｍ程度、銅０．２μｍ程度の膜厚に形成さ
れている。

【００２４】ビーム２，３の支持端部となっている枠部
１の部位ハにおいては、ＳiＯxＮy膜９上に第２配線１
２が形成されており、その一端は、ＳiＯxＮy膜９に穿
設されたコンタクトホール１０を介して第１のピエゾ抵
抗素子４に接続される一方、他端はＳiＯxＮy膜９上に
形成された第３のピエゾ抵抗素子６の一端に積層、接合
されている（図１、図２及び図５参照）。この第２配線
１２には、その側端近傍の適宜な位置でＳiＯxＮy膜９
上に形成された第１のコンタクトパッド１４ａが接続さ
れており、外部との電気的接続ができるようになってい
る。尚、第２配線１２及び第１のコンタクトパッド１４
ａは、例えば、アルミニウム等の導電性部材から形成す
るのが好適であり、両者１２，１４ａは製造過程におい
て同時に形成されるものである。

【００２５】また、枠部１の部位ニにおいては、第３の
コンタクトパッド１４ｃがＳiＯxＮy膜９上に形成され
ている。この第３のコンタクトパッド１４ｃの一部は、
ＳiＯxＮy膜９を介して第２のピエゾ抵抗素子５の端部
と上下方向で重なるように設けられており、ＳiＯxＮy
膜９に形成されたコンタクトホール１０を介して第２の
ピエゾ抵抗素子５と接続されている（図１参照）。

【００２６】枠部１の一辺、すなわち、本実施例におい
ては、部位ハと部位ニとの間に位置する一辺ホにおいて
は、その長手軸方向でＳiＯxＮy膜９上に第３及第４の
ピエゾ抵抗素子６，７が適宜な間隔を隔てて形成される
と共に、第３配線１３によって接続されている（図１及
び図５参照）。本実施例における第３及び第４のピエゾ
抵抗素子６，７は、第１及び第２のピエゾ抵抗素子４，
５と同様にホウ素添加シリコンを用いてなるもので、一
辺ホの長手軸方向に沿って、矩形状に形成されているも
のである（図１及び図５参照）。また、その大きさは第
１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５と同一に設定されて
いる。

【００２７】第３配線１３は、その一方の端部が第３の
ピエゾ抵抗素子６の端部に、他方の端部が第４のピエゾ
抵抗素子７の一端部に、それぞれ積層される一方、その
間の部分は、ＳiＯxＮy膜９上に形成されている。本実
施例の第３配線１３は、クロムと金との２層薄膜を用い
て、例えば、クロム０．０５μｍ程度、金０．２μｍ程
度の膜厚に形成されている。また、第３のピエゾ抵抗素
子６の他端部には、先の第２配線１２の一端部が、第４
のピエゾ抵抗素子７の他端部には第２のコンタクトパッ
ド１４ｂの一部が、それぞれ積層形成されている。尚、
第２及び第３のコンタクトパッド１４ｂ，１４ｃを形成
する部材としては、例えば、アルミニウム等の導電性部
材が好適である。

【００２８】図６には、上記構成における加速度センサ
の電気的等価回路が示されており、以下、同図を参照し
つつ等価回路について説明すると共に、図７を参照しつ
つ外部回路との他の結線例について説明する。まず、上
記構成における電気的等価回路について説明すれば、第
１のコンタクトパッド１４ａと第２のコンタクトパッド
１４ｂとの間には、抵抗素子として表示される第３及び
第４のピエゾ抵抗素子６，７が接続されたと状態となる
（図６参照）。また、第１のコンタクトパッド１４ａと
第３のコンタクトパッド１４ｃとの間には、同じく抵抗
素子として表示される第１及び第２のピエゾ抵抗素子
４，５が直列接続された状態として表される（図６参
照）。

【００２９】さらに、図１においては記載を省略した
が、コンタクトパッド１４ｂ，１４ｃには抵抗３２ａ，
３２ｂがそれぞれ接続され、これら抵抗３２ａ，３２ｂ
の他端側は共に接続されて外部回路へ接続される端子３
３となっている。そして、コンタクトパッド１４ａと端
子３３との間にセンサ出力を得るようにして用いられ
る。

【００３０】このような等価回路を有する加速度センサ
を外部回路（図示せず）と接続して用いる場合の他の例
が図７に示されている。すなわち、例えば、第１のコン
タクトパッド１４ａには直流電圧Ｖを印加する一方、第
２のコンタクトパッド１４ｂには可変抵抗器１５ａの一
端を、第３のコンタクトパッド１４ｃには固定抵抗器１
５ｂの一端を、それぞれ接続し、これら両抵抗器１５
ａ，１５ｂの他端を接地するようにする。そして、コン
タクトパッド１４ｂ，１４ｃの間に、センサ出力Ｖoが
得られることとなる。尚、可変抵抗器１５ａは出力レベ
ルのバランスを調節するためのものである。

【００３１】次に、本実施例の加速度センサの動作につ
いて説明する。例えば、図１において紙面表裏方向に加
速度が生ずると、重錘部８にはこの加速度と重錘部８の
質量の積で表される力が作用し、重錘部８は加速度の方
向に変位することとなる。重錘部８の変位によって、ビ
ーム２，３が撓むと、ビーム２，３に形成されている第
１及び第２のピエゾ抵抗素子４，５には、ビーム２，３
の撓みの大きさに対応した歪みが生じることとなる。そ
して、歪みの発生により、第１及び第２のピエゾ抵抗素
子４，５の抵抗がピエゾ効果により変化する結果、例え
ば、図７のように結線した場合には、加速度の大きさに
対応した抵抗値の変化が検知出力（図７においてＶOと
表記）として取り出される。この検知出力は、加速度に
対応する信号として、例えば、自動車のエアバック制御
装置のために用いられる。

【００３２】本実施例の加速度センサにおいては、ビー
ム２，３の長手軸に直交する方向の断面が、既に図４を
参照しつつ説明したように凹状の部位を有するように形
成されているのに対し、従来の加速度センサでは、肉厚
の比較的薄い板状部材に形成され、その板状部材上にピ
エゾ抵抗素子を形成した構成であるので、従来の加速度
センサにおいては、ビームの機械的強度が小さい反面、
センサとしての感度は高いものとなっていた。これに対
して、本実施例の加速度センサでは、ビーム２，３が上
述したような構成であるので、その長手軸に直交する方
向の断面が実効的に従来の板状部材からなるビームに比
して大となり、しかも、第１及び第２のピエゾ抵抗素子
４，５が形成されたビーム２，３の肉厚は従来と略同程
度又はより薄く設定されているためにセンサ感度は、従
来に比して同等又はそれ以上となっている。

【００３３】次に、第１及び第２のピエゾ抵抗素子４，
５の振動に対する感度を大きくするための実施例につい
て、図８を参照しつつ説明する。この実施例は、先ず、
第１配線１１の少なくとも、重錘部８付近から第２の配
線１２の少なくとも略直角に曲折された部位付近にかけ
て、その表面に絶縁性部材からなる薄膜の絶縁膜を形成
し（図８においては図示せず）、その上に導電性部材か
らなるメッキ層１６を形成する。このメッキ層１６を形
成する導電部材としては、例えば、銅が好適である。

【００３４】導電性部材からなる層は、振動を伝達しや
すいため、上述のように第１及び第２のピエゾ抵抗素子
４，５の上層に導電部材からなる層を形成することによ
り、振動がより確実に第１及び第２のピエゾ抵抗素子
４，５に伝達されることとなり、結局、センサ感度が向
上することとなるものである。

【００３５】次に、第２の実施例について図９を参照し
つつ説明する。尚、図１乃至図７で説明した第１の実施
例と同一構成要素には同一の符号を付してその詳細な説
明は省略し、以下、異なる点を中心に説明することとす
る。この第２の実施例の加速度センサは、概略的に言え
ば、先に説明した第１の実施例における加速度センサを
枠部１の一辺ホの部分で２つ接合したような構成を有す
るものである。

【００３６】すなわち、枠部２０は、その長手軸方向
（図９において紙面左右方向）に、２つの開口部２０
ａ，２０ｂが形成されてなるものである。そして、それ
ぞれの開口部２０ａ，２０ｂにおいては、２つの隣り合
う角部から開口部２０ａ，２０ｂの中央に向かって先の
第１の実施例における加速度センサと同様なビーム２，
３が延設されると共に、各ビーム２，３の振動端には、
重錘部８がそれぞれ設けられている。各ビーム２，３の
長手軸方向の断面形状は、図４に示された第１の実施例
と同様であり、しかも、凹状部２ａ（又は３ａ）の底面
には第１の実施例と同様に第１乃至第４のピエゾ抵抗素
子２１〜２４が形成されている。

【００３７】また、２つの開口部２０ａ，２０ｂを仕切
る中央辺２７の裏面側（図９において紙面裏側）には、
第５及び第６のピエゾ抵抗素子２５，２６が、この中央
辺２７の長手軸方向（図９において紙面上下方向）にお
いて適宜な間隔を隔てて矩形状に形成されている。尚、
第１乃至第６のピエゾ抵抗素子２１〜２６は、いずれも
同一の大きさに設定されており、また、図１乃至図７で
示された第１の実施例と同様に、ホウ素を添加したシリ
コンを用いてなり、ホウ素の添加量も第１の実施例と同
一である。

【００３８】第１のピエゾ抵抗素子２１の重錘部８側の
端部と第２のピエゾ抵抗素子２２の重錘部８側の端部と
は、ビーム２，３の上面側（図９において紙面表面側）
に形成された第１配線１１によって接続されている。ま
た、第３のピエゾ抵抗素子２３の重錘部８側の端部と第
４のピエゾ抵抗素子２４の重錘部８側の端部とは、ビー
ム２，３の上面側（図９において紙面表面側）に形成さ
れた第１配線１１によって接続されている。さらに、第
５及び第６のピエゾ抵抗素子２５，２６は、枠部２０の
中央辺２７の上面に形成された第３配線２９によって接
続されている。尚、第１及び第３配線１１，２９を形成
する部材としては、例えば、クロムと金との合金が好適
である。

【００３９】尚、本実施例において、第１乃至第４のピ
エゾ抵抗素子２１〜２４は、図１乃至図７で説明した第
１の実施例と同様に、ビーム２、３の底面（図４の２ｃ
に相当する部位）に形成されると共に、第５及び第６の
ピエゾ抵抗素子２５，２６は、枠部２０の中央辺２７の
上面（図９において紙面表側）に形成されたＳiＯxＮy
膜の下面側（図９において紙面裏面側）と枠部２０との
間に形成されている。

【００４０】また、第１のピエゾ抵抗素子２１、第３の
ピエゾ抵抗素子２３及び第５のピエゾ抵抗素子２５の各
他方の端部は、第１の実施例と同様に枠部２０の上面に
形成されたＳiＯxＮy膜９に穿設された連結穴（図示せ
ず）を介してこのＳiＯxＮy膜９上に形成された第２配
線２８に接続されている。そして、この第２配線２８に
は、その長手軸方向の一方の側端に第１のコンタクトパ
ッド３０ａが接続されており、この第１のコンタクトパ
ッド３０ａを介して外部との接続が可能となっている。

【００４１】一方、第２のピエゾ抵抗素子２２、第４の
ピエゾ抵抗素子２４及び第６のピエゾ抵抗素子２６の各
他方の端部は、枠部２０の上面に形成されたＳiＯxＮy
膜９に穿設された連結穴（図示せず）を介して、このＳ
iＯxＮy膜９上に形成された第２乃至第４のコンタクト
パッド３０ｂ〜３０ｄに接続されており、この第２乃至
第４のコンタクトパッド３０ｂ〜３０ｄを介して外部と
の接続が可能となっている。

【００４２】この第２の実施例においては、第１乃至第
４のピエゾ抵抗素子２１〜２４が振動検出用、第５及び
第６のピエゾ抵抗素子２５，２６が補償用となってい
る。図１０には上記構成における加速度センサの電気的
等価回路が示されており、同図を参照しつつこの等価回
路について説明すれば、先ず、第１のコンタクトパッド
３０ａと第２のコンタクトパッド３０ｂとの間に、抵抗
素子として表示された第１及び第２のピエゾ抵抗素子２
１，２２が直列接続された状態として表される。

【００４３】また、第１のコンタクトパッド３０ａと第
３のコンタクトパッド３０ｃとの間には、抵抗素子とし
て表示された第５及び第６のピエゾ抵抗素子２５，２６
が直列接続された状態として表され、さらに、第１のコ
ンタクトパッド３０ａと第４のコンタクトパッド３０ｄ
との間には、第３及び第４のピエゾ抵抗素子２３，２４
が直列接続された状態として表すことができる。

【００４４】そして、実際の使用時には例えば、図１１
に一例が示されたように、第１のコンタクトパッド３０
ａに直流電圧Ｖを印加する一方、第２乃至第４のコンタ
クトパッド３０ｂ〜３０ｄは、それぞれ第１の可変抵抗
器１５ａ、第２の可変抵抗器１５ｂ、第３の可変抵抗器
１５ｃを介して接地されるように接続する。第１及び第
２のピエゾ抵抗素子２１，２２の接続点と、第５及び第
６のピエゾ抵抗素子２５，２６の接続点との間に第１の
センサ出力Ｖ1が、第３及び第４のピエゾ抵抗素子２
３，２４の接続点と、第５及び第６のピエゾ抵抗素子２
５，２６の接続点との間に第２のセンサ出力Ｖ2が得ら
れることとなる。

【００４５】上記構成における加速度センサの動作を説
明すれば、先ず、前提条件として加速度センサを枠部２
０の中央辺２７が鉛直方向に沿うように設置する。かか
る状態において、例えば、加速度センサに対して垂直方
向（例えば、図９において紙面表裏方向）に加速度が加
わった場合（一次元加速度が加わった場合）には、第１
の実施例と同様にして重錘部８が加速度方向に変位し、
第２のコンタクトパッド３０ｂに第１及び第２のピエゾ
抵抗素子２１，２２の抵抗変化が、第４のコンタクトパ
ッド３０ｄに第３及び第４のピエゾ抵抗素子２３，２４
の抵抗変化が現れることとなる。この場合、重錘部８の
変位量が略同程度であるので、それぞれの抵抗変化量は
略同量となる。

【００４６】次に、加速度センサが枠部２０の中央辺２
７を中心に回転力を受けた場合の回転加速度の検出につ
いて説明する。例えば、加速度センサの中央辺２７を中
心にして右半分の部分が図９において紙面裏面から表面
側へ、また、中央辺２７を中心にして左半分の部分が図
９において紙面表面側から裏面側へ移動するような回転
力を加速度センサが受けたとする。この場合、一方の重
錘部８（図９において中央辺２７の左側の重錘部８）
は、図９の紙面裏面側から表面側へ、他方の重錘部８
（図９において中央辺の右側の重錘部８）は、図９の紙
面表面側から裏面側へ、それぞれ変位することとなる。

【００４７】このため、第１及び第２のピエゾ抵抗素子
２１，２２は、その長手軸方向に縮むような歪みを受け
る一方、第３及び第４のピエゾ抵抗素２３，２４は、そ
の長手軸方向に延びるような歪みを受ける。したがっ
て、第１及び第２のピエゾ抵抗素子２１，２２に生ずる
抵抗変化と、第３及び第４のピエゾ抵抗素子２３，２４
に生ずる抵抗変化とは異なることとなるので、外部回路
によって出力値の比較を行うことによって回転力の方向
と大きさを知ることができることとなるものである。

【００４８】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明によれば、振動検出用の検出素子が設けられる片持
梁の支持端側が支持部材に堅固に支持されるように構成
することにより、支持端側の幅が片持梁の他の部位より
も幅広に形成されたので、全体が均一な幅の片持梁とす
る場合に比して機械的強度がより向上され、簡易な構造
で且つ信頼性の高い加速度センサを提供することができ
る。また、検出素子と同一の部材からなる補償用の素子
を設けたので、外部回路に別個に補償用の素子を設ける
必要がなく、しかも、適切な補償を行えることとなる。

【００４９】請求項２記載の発明によれば、シリコンに
高濃度のホウ素を注入することで、ＫＯＨ等の異方性エ
ッチャントで殆どエッチングされないという効果を奏す
るものである。

【００５０】請求項３記載の発明によれば、片持梁の断
面が実効的に大きくなるように構成することにより、片
持梁を形成する部材自体の厚みを増大することなく長手
軸に直交する断面が実効的に増大するので、そのため、
センサ感度を向上しつつしかも機械的強度も向上するこ
ととなるという効果を奏するものである。

【００５１】請求項４記載の発明によれば、一次元加速
度に加えて回転方向をも検出できるように隣接した開口
部にそれぞれ検出素子を設けた構成とすることにより、
開口部の境界部分を回転軸として回転するような力が加
わった場合、一方の開口部における検出素子に対する片
持梁の撓みの方向と、他方の開口部における検出素子に
対する片持梁の撓みの方向とが、逆となるため、それぞ
れの検出素子の検出信号の変化も異なるので、そのた
め、一次元加速度と回転方向とを知ることができる加速
度センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る加速度センサの第１の実施例に
おける平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線断面の端面図である。

【図４】 図１のＣ−Ｃ線断面の端面図である。

【図５】 第１の実施例における全体斜視図である。

【図６】 第１の実施例における加速度センサの電気的
等価回路図である。

【図７】 実際の使用時における外部との結線の他の一
例を示す回路図である。

【図８】 ビームの他の実施例を示す縦断面図である。

【図９】 第２の実施例における加速度センサの正面図
である。

【図１０】 第２の実施例における加速度センサの電気
的等価回路図である。

【図１１】 第２の実施例における加速度センサの使用
時における外部との結線の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１…枠部、 ２，３…ビーム、 ４…第１のピエゾ抵抗
素子（第１の実施例）、５…第２のピエゾ抵抗素子（第
１の実施例）、 ６…第３のピエゾ抵抗素子（第１の実
施例）、 ７…第４のピエゾ抵抗素子（第１の実施
例）、 ８…重錘部、２０…枠部（第２の実施例）、
２１…第１のピエゾ抵抗素子（第２の実施例）、 ２２
…第２のピエゾ抵抗素子（第２の実施例）、 ２３…第
３のピエゾ抵抗素子（第２の実施例）、 ２４…第４の
ピエゾ抵抗素子、 ２５…第５のピエゾ抵抗素子（第２
の実施例）、 ２６…第６のピエゾ抵抗素子（第２の実
施例）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カイ・ノットマイヤー 埼玉県東松山市箭弓町３−13−26 株式会 社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者 木村 光照 宮城県宮城郡七ヶ浜町汐見台３丁目２番地 の56

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片持梁の振動端側に錘を有し、この片持
   梁に振動検出用の検出素子を設けてなる加速度センサに
   おいて、 前記片持梁の支持端側の短手軸方向の幅を、前記片持梁
   の他の部位における短手軸方向の幅より大とすると共
   に、前記片持梁の支持端を支持する支持部材に前記検出
   素子と同一部材からなる補償用の素子を設けたことを特
   徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 振動検出用の検出素子及び補償用の素子
   は、シリコンにホウ素を２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度で
   添加してなるピエゾ抵抗素子であることを特徴とする請
   求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 片持梁はその長手軸方向に直交する断面
   形状が凹状に形成された部位を有してなることを特徴と
   する請求項１又は２記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 片持梁の支持端が支持される支持部材に
   ２つの開口部を隣接して形成し、この２つの開口部の境
   界部分を対称軸として前記各開口部に線対称に２つづつ
   片持梁を設けると共に、各開口部に２つづつ設けられた
   片持梁の振動端は錘によって連結されてなり、各開口部
   の片持梁に設けられた振動検出用の検出素子の抵抗変化
   を少なくとも各開口部毎に出力可能としてなることを特
   徴とする請求項１、２又は３記載の加速度センサ。