(57)【要約】  加速度センサ１は、基台２のＸＹ基板面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部４と、梁部４を支持部５ａ，５ｂを介して基台２に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部を有する。また、加速度センサ１は、基台２のＸＹ基板面上に浮いた状態で配置される錘部７と、錘部７を梁部４に片持ち梁状に支持する連結部８とを有する。錘部７は、枠状の梁部４の撓み変形によってＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成す。梁部４には、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、Ｚ軸方向の加速度を検出するＺ軸方向加速度検出部とを設ける。梁部４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂにおいて、伸長基端側にＺ軸方向加速度検出部を、先端側にＹ軸方向加速度検出部を設ける。
2007141944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、この梁部から互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸のうちのＸ軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部は、枠状の梁部の変形によりＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、錘部のＸ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、錘部のＹ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、錘部のＺ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部とが設けられており、
該Ｚ軸方向加速度検出部は前記枠状の梁部において前記支持部による支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられ、前記Ｙ軸方向加速度検出部は前記Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
枠状の梁部のＹ軸方向伸長部位は伸長基端側の幅よりも伸長先端側の幅が狭いことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
梁部のＸ軸方向の両側からそれぞれＸ軸方向に伸長形成されている各支持部の中心軸は同一直線上に配置され、また、梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に伸長形成されている各連結部の中心軸は同一直線上に配置されており、梁部は、支持部の中心軸を通るＸ方向中心線に対して対称な形状であり、かつ、連結部の中心軸を通るＹ方向中心線に対しても対称な形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
枠状の梁部におけるＺ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の梁部への連接端側の幅をもって梁部の領域へＸ軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位、および、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位が他の部分よりも厚いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項５】
枠状の梁部の枠内空間には、梁部の両側の支持部を繋ぐ方向に伸長形成された補強部が配置され、当該補強部の両端側がそれぞれ枠状の梁部に連接されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項６】
補強部のＺ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の梁部への連接端側の幅をもって梁部の領域へＸ軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の厚みと等しい又はほぼ等しいことを特徴とする請求項５記載の加速度センサ。
【請求項７】
枠状の梁部は、Ｚ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項８】
梁部に設けられているＺ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＸ軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項９】
Ｘ軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｘ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｘ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｙ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｙ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｙ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｚ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側にそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、前記４つのピエゾ抵抗部は、Ｚ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項８記載の加速度センサ。
【請求項１０】
Ｘ軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｘ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｘ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｙ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｙ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｙ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｚ軸方向加速度検出部は、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に形成された２つのピエゾ抵抗部と、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側のいずれかの位置に配置された２つのピエゾ抵抗部との、合計４つのピエゾ抵抗部を有し、隣接配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて２つの電圧検出部が形成されており、Ｚ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｚ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項８記載の加速度センサ。
【請求項１１】
支持部は弾性部を介して梁部支持固定部に連接されており、上記弾性部は、梁部支持固定部の歪みに応じて弾性変形し梁部支持固定部の歪みに起因して梁部支持固定部から支持部に加えられる応力を軽減することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項１２】
弾性部は、支持部の伸張形成方向に交差する方向に伸長形成されている梁を有し、この弾性部の梁の両端部がそれぞれ梁部支持固定部に固定されており、支持部は上記弾性部の梁に連接されて梁部支持固定部に支持されていることを特徴とする請求項１１記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向の加速度を検出することができる加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６には、加速度センサの一例が模式的な斜視図により示されている（例えば、特許文献１参照）。この加速度センサ４０は、枠部４１と、この枠部４１の中央部に配置されている円柱状の重錘体４２とを有している。この重錘体４２のＸ軸方向の両側からそれぞれ、Ｘ軸方向梁部４３ａ，４３ｂが、Ｘ軸方向に沿って、枠部４１に向けて伸長形成されている。また、重錘体４２のＹ軸方向の両側からそれぞれ、Ｙ軸方向梁部４４ａ，４４ｂが、Ｙ軸方向に沿って枠部４１に向けて伸長形成されている。重錘体４２には、４つの補助重錘体４５ａ〜４５ｄが連接されている。Ｘ軸方向梁部４３ａ，４３ｂには抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている。Ｙ軸方向梁部４４ａ，４４ｂには、抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4が形成されている。【０００３】
図１６に示される加速度センサ４０の構成では、Ｘ軸方向梁部４３ａ，４３ｂの中心軸は、円柱状の重錘体４２の中心軸を通ってＸ軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置されている。また、Ｙ軸方向梁部４４ａ，４４ｂの中心軸は重錘体４２の中心軸を通ってＹ軸方向に沿って伸びる同一直線上に配置されている。これらＸ軸方向梁部４３ａ，４３ｂおよびＹ軸方向梁部４４ａ，４４ｂは、それぞれ、撓み変形が可能な構成と成している。【０００４】
抵抗素子Ｒx1，Ｒx2は、Ｘ軸方向梁部４３ａに、Ｘ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒx3，Ｒx4は、Ｘ軸方向梁部４３ｂに、Ｘ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒy1，Ｒy2は、Ｙ軸方向梁部４４ａに、Ｙ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒy3，Ｒy4は、Ｙ軸方向梁部４４ｂに、Ｙ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒz1，Ｒz2は、Ｘ軸方向梁部４３ａに、Ｘ軸方向に沿って配列配置されている。抵抗素子Ｒz3，Ｒz4は、Ｘ軸方向梁部４３ｂに、Ｘ軸方向に沿って配列配置されている。これら抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、それぞれ、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形による梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力変化によって、電気抵抗値が変化するものである。【０００５】
図１７ａ〜図１７ｃに示されるようなブリッジ回路を、抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4、Ｒy1〜Ｒy4、Ｒz1〜Ｒz4によりそれぞれ構成するための配線が、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂや枠部４１に設けられている。図１７ａは、４つの抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4により構成されるブリッジ回路である。図１７ｂは、４つの抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4により構成されるブリッジ回路である。図１７ｃは、４つの抵抗素子Ｒz1〜Ｒz4により構成されるブリッジ回路である。なお、図１７ａ〜図１７ｃに示されている符号Ｖccは、外部の電圧電源に接続される電圧電源入力部を示す。また、符号Ｐx1，Ｐx2，Ｐy1，Ｐy2，Ｐz1，Ｐz2は、それぞれ、電圧検出部を示している。【０００６】
重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄは、それぞれ、浮いた状態となっており、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形によって、変位が可能になっている。例えば、Ｘ軸方向の加速度に起因したＸ軸方向の力が、重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＸ軸方向に振れ変位する。また、同様に、Ｙ軸方向の加速度に起因したＹ軸方向の力が、重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＹ軸方向に振れ変位する。さらに、同様に、Ｚ軸方向の加速度に起因したＸ軸方向の力が重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄに作用すると、その力によって重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄはＺ軸方向に振れ変位する。このような重錘体４２および補助重錘体４５ａ〜４５ｄの変位によって、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが撓み変形する。【０００７】
加速度センサ４０では、上記のような梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの撓み変形による梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力発生によって、抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の抵抗値が変化する。この抵抗素子の抵抗値の変化によって、図１７ａ〜図１７ｃの各ブリッジ回路の４つの抵抗素子の抵抗値のバランスが崩れて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度の大きさを検出することができる。【０００８】
例えば、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときには、図１７ａのブリッジ回路の電圧検出部Ｐx1，Ｐx2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用して、Ｘ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。また、Ｙ軸方向の加速度が発生しているときには、図１７ｂのブリッジ回路の電圧検出部Ｐy1，Ｐy2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用して、Ｙ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。さらに、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図１７ｃのブリッジ回路の電圧検出部Ｐz1，Ｐz2からそれぞれ出力される電圧に差が生じる。この電圧差を利用してＺ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２９６２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１６に示される加速度センサ４０の構成では、直線状の梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが、重錘体４２の四方にそれぞれ配置されて、重錘体４２を枠部４１に連結している。このため、熱応力によって枠部４１に歪みが生じたときに、その枠部４１の歪みに伴って梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに歪みが生じる。そうすると、当該梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂには圧縮応力や引っ張り応力が発生する。【００１１】
つまり、加速度センサ４０において、加速度を検出するための抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、それぞれ、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに設けられている。そのため、加速度が生じていないのにも拘わらず、枠部４１の熱応力による歪みに起因した梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂの応力発生によって、抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の電気抵抗値が変化する。これにより、加速度が生じていないのにも拘わらず、図１７ａ〜図１７ｃのブリッジ回路から、加速度発生時の電圧が出力されてしまうことがある。【００１２】
また、加速度センサ４０は、重錘体４２の四方にそれぞれ伸長形成されている梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂに、加速度検出用の抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4を設ける構成である。したがって、抵抗素子の配置位置は、分散している。【００１３】
ピエゾ抵抗である抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、例えば、梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂがシリコンにより構成されている場合には、各梁部４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂにおける抵抗素子配置位置に、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）をドープして形成される。この場合に、抵抗素子配置位置が分散していると、各抵抗素子配置位置にリンやボロンを均等にドープすることが難しく、各抵抗素子配置位置のドープ濃度にばらつきが生じる。【００１４】
そうなると、加速度センサ４０において、図１７ａ〜図１７ｃに示す各ブリッジ回路の４つの抵抗素子の抵抗値のバランスを取ることが難しく、加速度検出の精度の向上に妨げが生じるという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、次に示すような構成を有している。
すなわち、この発明は、
基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、この梁部から互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸のうちのＸ軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部は、枠状の梁部の変形によりＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、錘部のＸ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、錘部のＹ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、錘部のＺ軸方向変位に起因した梁部の撓み変形に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部とが設けられており、
該Ｚ軸方向加速度検出部は前記枠状の梁部において前記支持部による支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられ、前記Ｙ軸方向加速度検出部は前記Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この発明において、枠状の梁部は、Ｘ軸方向に沿って梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して、両持ち梁状に基台に支持されている構成とした。そのため、例えば、熱応力によって基台に歪みが生じたときに、Ｙ軸方向（例えば長手方向）の歪みは、支持部の撓み変形により吸収される。また、Ｘ軸方向（例えば短手方向）の歪みは、歪みによる絶対変位が小さい上に、支持部および連結部に連接されている梁部領域から離れた梁部領域がＸ軸方向の歪みに応じて変形して吸収される。そのため、この発明は、梁部における支持部との連接部位およびその隣接領域と、連結部との連接部位およびその隣接領域とに歪みが生じることを防止できる。【００１７】
また、この発明は、梁部の歪みに基づいて加速度を検出するための、Ｘ軸方向加速度検出部と、Ｙ軸方向加速度検出部と、Ｚ軸方向加速度検出部とを、梁部に形成する。この梁部領域は、例えば熱応力等によって基台の歪みが生じたときに、当該基台の歪みに起因して歪みが発生しないまたは殆ど発生しない領域である。このことにより、この発明は、基台の熱応力による歪みに起因した、加速度の誤検出の事態の発生を抑制することができる。なお、前記加速度の誤検出の事態とは、加速度が発生していないのにも拘わらず、基台の熱応力による歪みに起因して、Ｘ軸方向加速度検出部やＹ軸方向加速度検出部やＺ軸方向加速度検出部により加速度が検出されてしまうという事態である。【００１８】
また、この発明では、枠状の梁部が両持ち梁状に基台に支持され、その梁部に錘部が片持ち梁状に支持された簡単な構造である。これにより、加速度センサの小型化を促進させることが容易である。【００１９】
さらに、この発明では、錘部は枠状の梁部に片持ち梁状に連結する構成である。このため、加速度による錘部の変位が大きくなる。これにより、錘部の変位に起因した梁部の撓み変形が大きくなって、加速度検出の感度を高めることができる。【００２０】
さらに、Ｙ軸方向加速度検出部は、枠状の梁部において、支持部による支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられている。このＹ軸方向加速度検出部の配設位置は、加速度検出部に接続される配線の密度を低くできるので、例えば梁幅を狭くすることができる。そして、Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りの幅を狭くすることによりＹ軸方向加速度検出の感度を高めることができる。一方、Ｚ軸方向加速度検出部は、前記Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられている。このＺ軸方向加速度検出部の配設位置は、前記配線密度が高くなる。そのため、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りは、梁幅をＹ軸方向伸長部位の伸長先端側のように狭くできない。しかし、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りは、曲げモーメントが最大となる位置である。したがって、例えば錘の形状をＹ軸方向に長くするといったことにより、Ｚ軸方向加速度検出の感度を、Ｙ軸方向加速度検出の感度と同等の感度に調整できる。【００２１】
したがって、この発明によれば、たとえ、基台上に形成される構成要素を低背化（Ｚ軸方向の厚みを小さく）したとしても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの加速度検出の感度を良好にそろえた加速度センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】本発明に係る加速度センサの一実施例を模式的に示す斜視図である。
【図１ｂ】本発明に係る加速度センサの一実施例を模式的に示す平面図である。
【図２ａ】上記実施例の加速度センサの横断面図である。
【図２ｂ】上記実施例の加速度センサの横断面図である。
【図２ｃ】上記実施例の加速度センサの横断面図である。
【図３ａ】上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
【図３ｂ】上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
【図３ｃ】上記実施例の加速度センサの縦断面図である。
【図３ｄ】他の実施例の加速度センサの縦断面図である。
【図４ａ】上記実施例の加速度センサを構成する梁部の幅に関する構成例を説明するための図である。
【図４ｂ】上記実施例の加速度センサを構成する梁部の厚みに関する構成例を説明するための図である。
【図５】上記実施例の加速度センサの梁部に設けるピエゾ抵抗部の配設位置の一例を説明するための図である。
【図６ａ】上記実施例の加速度センサのＸ軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。
【図６ｂ】上記実施例の加速度センサのＹ軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。
【図６ｃ】上記実施例の加速度センサのＺ軸方向の各加速度検出部を構成するブリッジ回路を説明するための回路図である。
【図７ａ】梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続して図６に示したブリッジ回路を構成するための、配線パターンの一配線例を説明するための模式的な平面図である。
【図７ｂ】梁部に設けた複数のピエゾ抵抗部を接続して図６に示したブリッジ回路を構成するための、配線パターンの一配線例を説明するための模式的な断面図である。
【図８ａ】上記実施例の加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
【図８ｂ】上記実施例の加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
【図８ｃ】上記実施例の加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な平面説明図である。
【図９ａ】上記実施例の加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
【図９ｂ】上記実施例の加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
【図９ｃ】上記実施例の加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な平面説明図である。
【図１０ａ】上記実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な斜視説明図である。
【図１０ｂ】上記実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
【図１０ｃ】上記実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な断面説明図である。
【図１０ｄ】上記実施例の加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度に起因した錘部の変位例を説明するための、模式的な平面説明図である。
【図１１】本発明の加速度センサの、他の実施例を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の加速度センサの、さらに他の実施例を説明するための説明図である。
【図１３ａ】本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図である。
【図１３ｂ】本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の加速度センサの、さらにまた他の実施例を説明するための回路構成図である。
【図１６】加速度センサの一従来例を表した模式的な斜視図である。
【図１７ａ】図１６に示した加速度センサにおけるＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。
【図１７ｂ】図１６に示した加速度センサにおけるＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。
【図１７ｃ】図１６に示した加速度センサにおけるＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を説明するための回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  加速度センサ
２  基台
４  梁部
４ａ，４ｂ  Ｙ軸方向伸長部位
５，５ａ，５ｂ  支持部
６  固定部
７，７ａ，７ｂ  錘部
８，８ａ，８ｂ  連結部
１５  連結部側帯状梁部部位
１６  支持部側帯状梁部部位
２０  補強部
２５  弾性部
２６  梁（応力軽減梁）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明する。【００２５】
図１ａには、本発明に係る加速度センサの一実施例が、模式的な斜視図により示されている。図１ｂには、図１ａの加速度センサの模式的な平面図が示されている。なお、図１ｂにおいて、図１ａの符号１８で示す電極パッドは省略されている。また、図２ａには、図１ｂのａ−ａ部分の模式的な断面図が示されている。図２ｂには、図１ｂのｂ−ｂ部分の模式的な断面図が示されている。図２ｃには、図１ｂのｃ−ｃ部分の模式的な断面図が示されている。さらに、図３ａには、図１ｂのＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示されている。図３ｂには、図１ｂのＢ−Ｂ部分の模式的な断面図が示されている。図３ｃには、図１ｂのＣ−Ｃ部分の模式的な断面図が示されている。【００２６】
この実施例の加速度センサ１は、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸の三軸方向の加速度をそれぞれ検出することができるものである。この加速度センサ１は、基台２を有している。この基台２は、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面に平行なＸＹ基板面３を持つ。このＸＹ基板面３の上方側には、枠状の梁部４が浮いた状態で配置されている。この枠状の梁部４はＸＹ平面形状が略方形状と成している。支持部５（５ａ，５ｂ）が、前記梁部４のＸ軸方向の両側から、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って外向きに、伸長形成されている。【００２７】
これら支持部５ａ，５ｂは、それぞれ、基台２に対して浮いた状態と成している。支持部５ａ，５ｂの各伸長先端部は、弾性部２５の長手方向中央部に連接されている。弾性部２５は、梁（応力軽減梁）２６により形成されている。支持部５ａ，５ｂの梁部４への連接側は、梁部４側に向かうにつれて拡径するテーパ状に形成されている。支持部５ａ，５ｂは、枠状の梁部４に連接されている側の幅が、梁部４からの伸長先端側（弾性部２５に連接する側）の幅よりも広く形成されている。【００２８】
また、弾性部２５（２５ａ，２５ｂ）を形成する梁２６は、支持部５（５ａ，５ｂ）の伸長形成方向（Ｘ軸方向）に交差する方向（この例では直交するＹ軸方向）に伸長形成されて、伸長先端側が固定部６に固定されている。前記固定部６は、梁部４および後述する錘部７（７ａ，７ｂ）の形成領域を、間隔を介して囲む枠状の形態を有し、固定部６は基台２に固定されている。【００２９】
この実施例では、梁部４は、支持部５（５ａ，５ｂ）と弾性部２５を介して固定部６に固定されている。換言すれば、梁部４は、支持部５ａ，５ｂと弾性部２５とを介し、基台２に両持ち梁状に支持固定されている。つまり、この実施例では、支持部５（５ａ，５ｂ）と弾性部２５と固定部６とによって梁部支持固定部が構成されている。【００３０】
また、枠状の梁部４の枠内空間には、補強部２０が配置されている。補強部２０は、梁部４の両側の支持部５ａ，５ｂを繋ぐ方向に伸長形成されている。当該補強部２０の両端側は、それぞれ、枠状の梁部４に連接されている。補強部２０は、支持部５ａが接続されている梁部４の部位Ｍ（図１ｂ、参照）と、支持部５ｂが接続されている梁部４の部位Ｎ（図１ｂ、参照）とを結ぶ直線に沿って伸長形成されている。補強部２０の両端は、それぞれ、梁部４の内側縁部に接続されている。この実施例において、補強部２０のＹ軸方向の幅は、支持部５ａ，５ｂの梁部４への連接側の幅と等しく形成されている。【００３１】
前記錘部７ａ，７ｂは、梁部４を間にしてＹ軸方向に配列配置されている。また、これら錘部７ａ，７ｂは、基台２のＸＹ基板面３の上方側に浮いた状態で配置されている。これら錘部７ａ，７ｂは、それぞれ、連結部８（８ａ，８ｂ）によって、梁部４に連接されている。連結部８（８ａ，８ｂ）は、梁部４のＹ軸方向の両側からそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って外向きに、伸長形成されている。連結部８（８ａ，８ｂ）は、基台２に対して浮いた状態と成している。錘部７ａ，７ｂは、梁部４の撓み変形によって、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成となっている。【００３２】
この実施例では、各支持部５ａ，５ｂと補強部２０のＸ軸方向に沿った中心軸は、同一直線上に配置されている。また、各連結部８ａ，８ｂのＹ軸方向に沿った中心軸は、同一直線上に配置されている。梁部４は、支持部５ａ，５ｂの中心軸を通るＸ方向中心軸に対して、対称な形状である。また、梁部４は、連結部８ａ，８ｂの中心軸を通るＹ方向中心軸に対して、対称な形状である。【００３３】
また、枠状の梁部４において、前記支持部５ａ，５ｂによる支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂ（図４ａの点線Ｙ４で囲んだ領域を参照）は、伸長先端側の幅が伸長基端側の幅より狭く形成されている。さらに詳しく述べると、Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂは、以下のように形成されている。つまり、Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂは、それぞれ、その基端側からＹ軸方向の伸長方向中央部付近までは、梁部４の幅が広いストレート形状に形成されている。そして、このＹ軸方向の伸長方向中央部付近は、伸長先端側に向かうにつれて梁幅が狭くなるテーパ状に形成されている。さらに、このテーパ状の先端からＹ軸方向の伸長先端部までは、梁部４の幅が狭いストレート形状に形成されている。【００３４】
梁部４において、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）（図４ｂの点線Ｚ15で囲んだ領域を、参照）は、各連結部８ａ，８ｂからそれぞれ連結部８ａ，８ｂの幅をもって梁部４の領域へＹ軸方向に延長した部位である。この実施例において、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）のＺ軸方向の厚みは、連結部８のＺ軸方向の厚みと同じ厚みとなっている。また、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）（図４ｂの点線Ｚ16で囲んだ領域を、参照）は、各支持部５ａ，５ｂからそれぞれ支持部５ａ，５ｂの基端側の幅をもって梁部４の領域へＸ軸方向に延長した部位である。この実施例において、支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）のＺ軸方向の厚みは、支持部５のＺ軸方向の厚みと同じ厚みとなっている。【００３５】
この実施例では、前記梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）のＺ軸方向の厚みが、例えば約４００μｍ程度である。それに対して、梁部４のそれ以外の部分のＺ軸方向の厚みは、例えば約５〜１０μｍ程度である。つまり、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）のＺ軸方向の厚みよりも、梁部４のそれ以外の部分のＺ軸方向の厚みは、薄くなっている。【００３６】
なお、梁部４において、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）の厚みを厚くせず、支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）以外の部分のＺ軸方向の厚みと同じ厚みに薄く（例えば約５〜１０μｍ程度に）してもよい。また、連結部８ａ，８ｂの厚みも同様に薄い厚みとしてもよい。このように、連結部８ａ，８ｂの厚みと連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）の厚みを、例えば約５〜１０μｍ程度というように、薄く形成した場合、図１ｂのＣ−Ｃ部分の断面図は、図３ｄに示すようになる。【００３７】
この実施例では、前記補強部２０のＺ軸方向の厚みおよび、前記梁２６のＺ軸方向の厚みも、支持部５ａ，５ｂや、梁部４における支持部側帯状梁部部位１６と同様の（等しいまたはほぼ等しい）、４００μｍ程度の厚みとなっている。【００３８】
さらに、この実施例では、錘部７のＺ軸方向の厚みは、例えば約４００μｍ程度である。つまり、錘部７のＺ軸方向の厚みは、支持部５や連結部８のＺ軸方向の厚みとほぼ同様な厚みとなっている。また、錘部７（７ａ，７ｂ）の重心は、例えば図３ｂに示される点Ｗ7の位置である。錘部７（７ａ，７ｂ）を支える梁部４の支点は、例えば図３ｂに示される点Ｗ4の位置となっている。錘部７の重心位置と、錘部７（７ａ，７ｂ）を支える梁部４の支点位置とは、高さ位置（Ｚ軸方向の位置）がずれている。【００３９】
この実施例では、上述した梁部４と支持部５（５ａ，５ｂ）と固定部６と錘部７（７ａ，７ｂ）と連結部８（８ａ，８ｂ）は、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板１３をマイクロマシニング技術を利用して加工して形作られたものである。ＳＯＩ基板１３は、Ｓｉ層１０とＳｉＯ2層１１とＳｉ層１２が順に積層形成されている多層基板である。【００４０】
この実施例では、梁部４はＳｉにより構成され、加速度を検出するためのピエゾ抵抗部が、次に示すような部位を加工して梁部４に設けられている。図５の模式的な拡大図に示されるように、梁部４において、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2が、それぞれ、連結部側帯状梁部部位１５ａの帯幅両側に配設されている。ピエゾ抵抗部ＲX3，ＲX4が、それぞれ、連結部側帯状梁部部位１５ｂの帯幅両側に配設されている。これら４つのピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4は、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部を構成している。【００４１】
また、梁部４において、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3が、それぞれ、Ｙ軸方向伸長部位４ａの伸長先端側寄りに配設されている。ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY4が、それぞれ、Ｙ軸方向伸長部位４ｂの伸長先端側寄りに配設されている。これら４つのピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4は、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部を構成している。【００４２】
さらに、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3が、梁部４におけるＹ軸方向伸長部位４ａの伸長基端側寄りである、支持部側帯状梁部部位１６ａの両端側に、形成されている。ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ4が、Ｙ軸方向伸長部位４ｂの伸長基端側寄りである、支持部側帯状梁部部位１６ｂの両端側に、形成されている。これら４つのピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ4は、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部を構成している。ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3，はＸ軸方向に沿って伸長形成された形状と成している。ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4は、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3，の伸長形成方向と直交するＹ軸方向に沿って伸長形成された形状と成している。【００４３】
梁部４や支持部５（５ａ，５ｂ）、補強部２０、弾性部２５、固定部６には、図６ａ、図６ｂ、図６ｃにそれぞれ示されるような配線パターンが形成されている。図６ａは、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4によるブリッジ回路を構成するための配線パターンを示す。図６ｂは、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4によるブリッジ回路を構成するための配線パターンを示す。図６ｃは、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ4によるブリッジ回路を構成するための配線パターンを示す。【００４４】
そして、この実施例では、加速度が発生していないときに、図６ａ、図６ｂ、図６ｃの各ブリッジ回路を構成している４つのピエゾ抵抗部の抵抗値が、均衡状態となるように、ピエゾ抵抗部が形成されている。【００４５】
例えば、図７ａには、前記ブリッジ回路の配線パターンの一配線例が模式的に表されている。この例では、配線パターンＬsと配線パターンＬmとによって、前記ピエゾ抵抗部から成るブリッジ回路を構成している。配線パターンＬsは、図７ｂの模式的な断面図に示されるような、例えばＳＯＩ基板１３のＳｉ層１２に、ボロンやリン等をドープして形成されている。配線パターンＬmは、例えばＳＯＩ基板１３の表面に、蒸着やスパッタ等の成膜形成技術を利用して形成されたアルミニウム等の金属により形成されている。なお、図７ａでは、配線パターンＬsは実線により表され、配線パターンＬmは破線により表されている。【００４６】
図７ａの例では、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとのそれぞれの特徴を利用した、次に示すような特有な配線パターンＬs，Ｌmの配線が成されている。図７ｂに示すように、ＳＯＩ基板１３のＳｉ層１２の表面には、配線パターンＬsの形成後に、必然的に酸化膜２１が形成される。このことから、この酸化膜２１によって、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとの絶縁を確保しながら、配線パターンＬsと、配線パターンＬmとのクロス配線が成されている。【００４７】
また、配線パターンＬsが形成されている部分の酸化膜２１の一部が除去されて孔部２２が形成されている。この孔部２２内に配線パターンＬmの構成材料の導体材料が入り込んで、配線パターンＬsに接合する。この接合により、配線パターンＬsと配線パターンＬmが電気的に接続されている。【００４８】
なお、この実施例においては、前記の如く、支持部５ａ，５ｂと、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５ａ，１５ｂおよび支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂと、補強部２０と、弾性部２５とは、例えば約４００μｍ程度の厚みである。それに対して、連結部側帯状梁部部位１５ａ，１５ｂおよび支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂ以外の梁部４の部位は、例えば５〜１０μｍ程度の厚みとなっている。このような梁部４の薄い部分の表面に、金属製の配線パターンＬmを形成すると、その配線パターンＬmの内部応力によって、梁部４の薄い部分が反ってしまう虞がある。【００４９】
それに対して、配線パターンＬsは、梁部４を構成しているＳｉ層にボロンやリン等の不純物をドープして形成されるものである。そのため、配線パターンＬsの形成による梁部４の薄い部分の反り等の変形は殆ど発生しない。このことから、梁部４の薄い部分に金属製の配線パターンＬmを形成することは避け、当該梁部４の薄い部分には、配線パターンＬsが形成されている。【００５０】
以上のように、図７ａの例では、配線パターンＬsと配線パターンＬmのクロス配線が可能であることと、配線パターンＬsと配線パターンＬmの電気的な接続が容易であることとを利用している。また、図７ａの例は、梁部４の厚みが部分的に異なることも考慮している。その上で、配線パターンの配線構成の簡略化を図ることを思慮しながら、配線パターンＬsおよび配線パターンＬmの配線構成が設計されている。【００５１】
図７ａの配線例において、連結部側帯状梁部部位１５ａの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2の一端側同士が、配線パターンＬsによって電気的に接続されて電圧検出部ＰX1が形成されている。また、図１ａに示したように、固定部６の表面には、複数の外部接続用の電極パッド１８が形成されている。電圧検出部ＰX1は、配線パターンＬs，Ｌmによって、当該電圧検出部ＰX1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶX1）に電気的に接続されている。同様に、連結部側帯状梁部部位１５ｂの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部ＲX3，ＲX4の一端側同士が、配線パターンＬsによって電気的に接続されて電圧検出部ＰX2が形成されている。この電圧検出部ＰX2は、配線パターンＬs，Ｌmによって、当該電圧検出部Ｐx2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶX2）に電気的に接続されている。【００５２】
また、ピエゾ抵抗部ＲX2，ＲX4の他端側は、それぞれ、配線パターンＬs，Ｌmによって、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶVS）に電気的に接続されている。さらに、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX3の他端側は、それぞれ、配線パターンＬs，Ｌmによって、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶGND）に電気的に接続されている。【００５３】
さらに、Ｙ軸方向伸長部位４ａの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3の一端側同士が、配線パターンＬs，Ｌmによって電気的に接続されて、電圧検出部ＰY1が形成されている。この電圧検出部ＰY1は、配線パターンＬmによって、当該電圧検出部ＰY1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶY1）に電気的に接続されている。【００５４】
同様に、Ｙ軸方向伸長部位４ｂの帯幅両側に配設されているピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY4の一端側同士が、配線パターンＬs，Ｌmによって電気的に接続されて電圧検出部ＰY2が形成されている。この電圧検出部ＰY2は、配線パターンＬmによって、当該電圧検出部ＰY2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶY2）に電気的に接続されている。【００５５】
また、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY4の他端側は、それぞれ、配線パターンＬs，Ｌmによって、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶVS）に電気的に接続されている。さらに、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY3の他端側は、それぞれ、配線パターンＬs，Ｌmによって、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶGND）に電気的に接続されている。【００５６】
さらに、支持部側帯状梁部部位１６ａの両端側のピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3の一端側同士が、配線パターンＬsによって電気的に接続されて、電圧検出部ＰZ1が形成されている。この電圧検出部ＰZ1は、配線パターンＬmによって、当該電圧検出部ＰZ1に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶZ1）に電気的に接続されている。同様に、支持部側帯状梁部部位１６ｂの両端側のピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ4の一端側同士が、配線パターンＬsによって、電気的に接続されて電圧検出部ＰZ2が形成されている。この電圧検出部ＰZ2は、配線パターンＬによって、当該電圧検出部ＰZ2に個別に対応する外部接続用の電極パッド１８（ＶZ2）に電気的に接続されている。【００５７】
また、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ1の他端側は、配線パターンＬs，Ｌmによって、それぞれ、外部の電圧電源Ｖsに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶVS）に電気的に接続されている。さらに、ピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ4の他端側は、配線パターンＬs，Ｌmによって、それぞれ、外部のグランドＧＮＤに接続するための外部接続用の電極パッド１８（ＶGND）に電気的に接続されている。【００５８】
この実施例の加速度センサ１は上記のように構成されており、次に述べるように、加速度を検出することができる。例えば、Ｘ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＸ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この錘部７へのＸ軸方向の作用力によって、錘部７（７ａ，７ｂ）は、図８ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図８ａの実線および、図８ｂの模式的な断面図に示されるように、Ｘ軸方向に振れ変位する。このような錘部７のＸ軸方向の変位によって、連結部８を介して梁部４が撓み変形し、これにより、梁部４には次に示すような応力が発生する。【００５９】
錘部７が、図８ａ、図８ｂに示されるように変位した場合には、図８ｃのモデル図に示されるように、梁部４において、連結部側帯状梁部部位１５ａの左側ＡLには、引っ張り応力が発生する。また、連結部側帯状梁部部位１５ａの右側ＡRには、圧縮応力が発生する。さらに、連結部側帯状梁部部位１５ｂの左側ＢLには、引っ張り応力が発生する。さらにまた、連結部側帯状梁部部位１５ｂの右側ＢRには、圧縮応力が発生する。また、支持部側帯状梁部部位１６ａの両側ＣU，ＣDには、それぞれ、圧縮応力が発生する。支持部側帯状梁部部位１６ｂの両側ＤU，ＤDには、それぞれ、引っ張り応力が発生する。【００６０】
このように、梁部４において、錘部７のＸ軸方向の加速度に起因して応力が発生する各々の部分ＡL，ＡR，ＢL，ＢR，ＣU，ＣD，ＤU，ＤDには、それぞれ、ピエゾ抵抗部ＲX2，ＲX1，ＲX3，ＲX4，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4が設けられている。そのため、これらピエゾ抵抗部ＲX2，ＲX1，ＲX3，ＲX4，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4は、それぞれ、Ｘ軸方向の加速度に起因した応力発生によって、電気抵抗値が変化する。【００６１】
表１には、このような、Ｘ方向の加速度が発生したときの、各ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の配設部に生じる応力と、各ピエゾ抵抗部の抵抗値変化が、それぞれ示されている。また、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3，ＲY1，ＲY4の配設部に生じる応力と、各ピエゾ抵抗部の抵抗値変化も、それぞれ示されている。なお、表１および、後述する表２、表３において、応力をマイナス（−）で示してあるところは圧縮応力が発生していることを示す。また、応力をプラス（＋）で示してあるところは引っ張り応力が発生していることを示す。また、抵抗値変化の＋と−の記号は、それぞれ抵抗値変化の方向を示している。以下の説明において、各ピエゾ抵抗部の配設部に発生する応力と抵抗値変化について、表１〜表３に対応させて詳述する。【００６２】
【表１】
2007141944.tif 000003
【００６３】
まず、図６ａのブリッジ回路（Ｘ軸ブリッジ）において、図８ａ、図８ｂに示すように、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときについて述べる。このとき、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX4は、例えば圧縮応力（−）に基づいた抵抗値変化（−方向の抵抗値変化）を示す。また、ピエゾ抵抗部ＲX2，ＲX3は、例えば引っ張り応力（＋）に基づいた抵抗値変化（＋方向の抵抗値変化）を示す。このことから、図６ａのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ａのブリッジ回路の出力が変化する。また、Ｘ軸方向の加速度の大きさに応じて図６ａのブリッジ回路の出力の変動幅が変化する。このことから、図６ａのブリッジ回路の出力に基づいてＸ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。【００６４】
なお、ここで、図８ａ、図８ｂに示すようにＸ軸方向の加速度が発生しているときの、図６ｃのブリッジ回路（Ｚ軸ブリッジ）を構成しているピエゾ抵抗部について述べる。表１に示すように、図６ｃのブリッジ回路（Ｚ軸ブリッジ）を構成しているピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3は、例えば圧縮応力（−）に基づいた抵抗値変化を示す。また、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ4は、例えば引っ張り応力（＋）に基づいた抵抗値変化を示す。このとき、ピエゾ抵抗部ＲZ2とピエゾ抵抗部ＲZ3とは、ピエゾ抵抗の伸長方向が直交しているため、互いに逆向きに抵抗値が変化する。【００６５】
つまり、表１に示すように、ピエゾ抵抗部ＲZ2は（＋）ピエゾ抵抗部ＲZ3は（−）方向の抵抗値変化となる。また、ピエゾ抵抗部ＲZ1ピエゾ抵抗部ＲZ4も同様の関係にある。つまり、ピエゾ抵抗部ＲZ1は（＋）、ピエゾ抵抗部ＲZ4は（−）方向の抵抗値変化となる。このように、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ2が（＋）、ピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ4が（−）で、互いに逆向きの抵抗値変化を示し、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の抵抗値変化は互いにキャンセルされる。これにより、図６ｃのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。【００６６】
また、図６ｂのブリッジ回路（Ｙ軸ブリッジ）を構成するピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4が設けられている梁部部分について述べる。この梁部部分は、Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの伸長先端部寄りであり、発生応力が小さい。そのうえ、対称性から、表１に示すように、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3の抵抗値変化が（−）でピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY4の抵抗値変化が（＋）となる。つまり、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3の抵抗値変化と、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY4の抵抗値変化とが、互いに正負逆向きに、抵抗値が同程度に変化する。したがって、電気抵抗部ＰX1，ＰX2の電位が変化しない。このため、Ｘ軸方向の加速度が発生しているときには、図６ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図６ｂのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。【００６７】
また、例えば、Ｙ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＹ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この実施例では、錘部７の重心位置と、錘部７を支える梁部４の支点位置との高さ位置がずれている。そのため、この重心と支点の位置ずれによって、錘部７（７ａ，７ｂ）にＹ軸方向の力が作用すると、錘部７ａ，７ｂは、図９ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図９ａに示される実線および、図９ｂの模式的な断面図に示されるようになる。つまり、錘部７ａ，７ｂの一方側（図９ａおよび図９ｂの例では錘部７ａ）は基台２に近付きながらＹ軸方向に変位する。そして、他方側（図９ａおよび図９ｂの例では錘部７ｂ）は基台２に対して持ち上がりながらＹ軸方向に変位する。これにより、連結部８および梁部４が撓み変形して、梁部４には次に示すような応力が発生する。【００６８】
例えば、錘部７が図９ａ、図９ｂに示されるように変位する場合について述べる。この場合は、梁４の面と錘７の重心位置のＺ方向の距離（Ｌｙ）と慣性力（ｍａ）の積からなるモーメント（ｍａＬｙ）により、梁部４において、Ｙ軸方向伸長部位４ａには、一様なモーメントが作用する。そして、図９ｃのモデル図に示されるように、図の上側のＹ軸方向伸長部位４ａの領域ＥUには、引っ張り応力が発生する。下側のＹ軸方向伸長部位４ａの領域ＥDには、圧縮応力が発生する。さらに、図の上側のＹ軸方向伸長部位４ｂの領域ＦUには、引っ張り応力が発生する。下側のＹ軸方向伸長部位４ｂの領域ＦDには、圧縮応力が発生する。【００６９】
このように、梁部４において、Ｙ軸方向の加速度に起因して応力が発生する各々の部分ＥU，ＥD，ＦU，ＦDの端部には、それぞれ、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3，ＲY1，ＲY4が設けられている。そのため、これらピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3，ＲY1，ＲY4は、それぞれ、Ｙ軸方向の加速度に起因した応力発生によって、電気抵抗値が変化する。【００７０】
表２には、このような、Ｙ方向の加速度が発生したときの、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3，ＲY1，ＲY4の配設部に生じる、応力と抵抗値変化が示されている。また、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の配設部に生じる、応力と抵抗値変化が示されている。【００７１】
【表２】
2007141944.tif 000004
【００７２】
図６ｂのブリッジ回路において、上記Ｙ軸方向の加速度が発生しているときには、表２に示すように、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2は、例えば引っ張り応力（＋）に基づいた抵抗値変化（＋）を示す。また、ピエゾ抵抗部ＲY3，ＲY4は、例えば圧縮応力（−）に基づいた抵抗値変化（−）を示す。このことから、図６ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ｂのブリッジ回路の出力が変化する。そして、Ｙ軸方向の加速度の大きさに応じて、図６ｂのブリッジ回路の出力の変動幅が変化する。このことから、図６ｂのブリッジ回路の出力に基づいてＹ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。【００７３】
なお、この実施例では、Ｙ軸方向伸長部位４ａの伸長基端側には、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3が配設されている。また、Ｙ軸方向伸長部位４ｂの伸長基端側には、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ4が配設されている。そのため、Ｙ軸方向の加速度に起因した梁部４の応力発生により、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の抵抗値も変化する。しかしながら、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ1は、例えば引っ張り応力（＋）に基づいた抵抗値変化である。一方、ピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ4は例えば圧縮応力（−）に基づいた抵抗値変化である。また、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3とピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4のピエゾ抵抗が互いに直交する方向に伸長している。そのため、応力に対する抵抗値変化の増減がほぼ反対になる。【００７４】
その結果、ピエゾ抵抗部ＲZ2とピエゾ抵抗部ＲZ4の抵抗値は、加速度が無い状態での基準の抵抗値から正負逆向きに変化する。つまり、表２に示すように、ピエゾ抵抗部ＲZ2が（＋）、ピエゾ抵抗部ＲZ4が（−）となる。また、ピエゾ抵抗部ＲZ1とピエゾ抵抗部ＲZ3の抵抗値は、加速度が無い状態での基準の抵抗値から正負逆向きに変化する。つまり、表２に示すように、ピエゾ抵抗部ＲZ3が（−）、ピエゾ抵抗部ＲZ1が（＋）となる。このことから、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4，ＲZ1，ＲZ3の抵抗値変化は互いにキャンセルされる。これにより、図６ｃのブリッジ回路の出力には大きな変化が無い。【００７５】
また、図６ａのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4は、Ｙ軸方向の加速度が発生しているときに応力変化が殆ど無い部分に配設されている。そのため、それらピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4の抵抗値の変化は殆ど無く、図６ａのブリッジ回路の出力にも大きな変化が無い。したがって、図６ｂのブリッジ回路の出力に基づくＹ軸方向の加速度検出を的確に行うことができる。【００７６】
さらに、例えば、Ｚ軸方向の加速度が発生すると、その加速度に起因したＺ軸方向の力が錘部７（７ａ，７ｂ）に作用する。この錘部７へのＺ軸方向の作用力によって、錘部７（７ａ，７ｂ）は、図１０ａのモデル図の点線に示される基準状態から、例えば図１０ａに示される実線および、図１０ｂの模式的な断面図に示されるように、錘部７（７ａ，７ｂ）はＺ軸方向に変位する。これにより、連結部８および梁部４が撓み変形し、梁部４には次に示すような応力が発生する。【００７７】
例えば、錘部７が図１０ａや図１０ｂに示されるように変位する場合について述べる。この場合は、図１０ｃのモデル図に示されるように、重心と梁部４のＹ方向の距離（Ｌｚ）と慣性力の積からなる曲げモーメント（ｍａＬｚ）が発生する。このため、重心位置から距離が最も離れたＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの伸長基端側（支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側）で最大の曲げモーメントを示す。そして、梁部４において、支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂのそれぞれの両側ＣU，ＣD，ＤU，ＤDには、それぞれ、引っ張り応力が発生する。【００７８】
表３には、このような、Ｙ方向の加速度が発生したときの、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3，ＲY1，ＲY4および、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の配設部に生じる応力と抵抗値変化が、それぞれ示されている。表３に示すように、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3，ＲZ1，ＲZ4の配設部には、いずれも、引っ張り応力（＋）が発生する。【００７９】
【表３】
2007141944.tif 000005
【００８０】
ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3，はＸ軸方向に沿って伸長形成された形状と成し、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4は、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3，の伸長形成方向と直交するＹ軸方向に沿って伸長形成された形状と成している。このことから、上記のように梁部４に引っ張り応力（＋）が発生すると、表３に示すように、抵抗値が変化する。つまり、Ｙ方向に伸長したピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4のピエゾ抵抗と、Ｘ方向に伸長したピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ1のピエゾ抵抗とは、ほぼ正負逆向きに抵抗値が変化する。すなわち、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ4は（−）となり、ピエゾ抵抗とＸ方向に伸長したピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ1は（＋）となる。【００８１】
これらのことから、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図６ｃのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が崩れて、図６ｃのブリッジ回路の出力が変化する。そして、Ｚ軸方向の加速度の大きさに応じて、図６ｃのブリッジ回路の出力の変動幅が変化することから、図６ｃのブリッジ回路の出力に基づいて、Ｚ軸方向の加速度の大きさを検出することができる。【００８２】
なお、図６ａのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2，ＲX3，ＲX4が設けられている梁部部分は、Ｚ軸方向の加速度に起因した応力が殆ど発生しない。そのため、図６ａのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図６ａのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。また、図６ｂのブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4が設けられている梁部部分は、Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの端部側である。この部分は、何れも同様の引っ張り応力（表３の＋、参照）が発生する。そのため、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4は同様に抵抗値が全て＋方向に変化する。したがって、Ｚ軸方向の加速度が発生しているときには、図６ｂのブリッジ回路の抵抗値の均衡状態は維持されたままで、図６ｂのブリッジ回路の出力変化は殆ど無い。【００８３】
上記のように、この実施例の加速度センサ１は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向の加速度を、それぞれ別々に検出することが可能である。【００８４】
また、この加速度センサ１は、梁部４に設けられているＺ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＸ軸方向加速度検出部が、それぞれ、梁部４の変形による梁部４の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されている。この構成により、この加速度センサ１は、ピエゾ抵抗部の電気抵抗値変化を検出することによって、容易に、かつ、的確に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの加速度を検出することができる。【００８５】
さらに、この加速度センサ１は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの軸方向加速度検出部のピエゾ抵抗部により形成される２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいて、各軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成するものである。そして、これらのブリッジ回路によって、容易に、かつ、的確に、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度を検出することができる。【００８６】
さらに、この加速度センサ１は、上記のように、Ｙ軸方向についての曲げモーメントが、重心と梁面とのＺ軸方向の距離Ｌｙに依存する。また、Ｚ軸方向についての曲げモーメントは、重心と梁４のＹ軸方向の距離Ｌｚに依存する。そのため、加速度センサ１の素子低背化を行うと、Ｌｙが小さくなり、Ｙ軸方向の感度が低下する傾向にある。しかしながら、この実施例では、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY2，ＲY3，ＲY4をＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの両端側に形成し、この形成部位の梁幅を狭くする構成としたので、Ｙ軸方向の加速度検出感度の低下を抑制できる。【００８７】
一方、加速度センサ１の低背化を行っても、Ｚ方向は質量ｍの低下以外は影響しない。また、Ｚ軸方向の加速度は、梁４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの伸長基端側（支持部側帯状梁部部位１６の両側）に大きな曲げモーメントを発生する。そのため、この部位にピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ2，ＲZ3，ＲZ4を配置することにより、感度低下を抑制できる。なお、錘部７をＹ方向に長くするとＬｚが長くなり、Ｚ軸方向の感度を高めることができる。したがって、錘部７をＹ方向に長くすることにより、Ｚ軸方向の感度をＹ軸方向の感度と同等の値に調整することができる。【００８８】
その結果、この実施例の加速度センサ１は、たとえ素子低背化を行っても、Ｙ軸方向とＺ軸方向の感度を合わせることができ、ＸとＹとＺの３軸方向において、必要な感度を維持しつつ、低背化ができる。【００８９】
また、この実施例では、梁部４は支持部５（５ａ，５ｂ）によって両持ち梁状に固定部６に支持されている。また、錘部７（７ａ，７ｂ）は、連結部８（８ａ，８ｂ）によって梁部４に片持ち梁状に支持されている構成である。このため、支持部５ａが接続されている固定部６の部位と、支持部５ｂが接続されている固定部６の部位との間の距離を短く形成できる。これにより、基台２や固定部６が周囲の温度変化などによって歪んだとしても、その基台２や固定部６の歪みに起因した固定部部位間の歪みによる絶対変位が小さい。【００９０】
また、梁部４は枠状であり、当該枠状の梁部４が支持部５（５ａ，５ｂ）によって両持ち梁状に固定部６に支持されている。そのため、基台２や固定部６の歪みによってＸ軸方向の応力が発生した場合に、梁部４の角部領域が変形して応力を逃がすことができる。さらに、基台２や固定部６の歪みによってＹ軸方向の応力が発生した場合には、支持部５（５ａ，５ｂ）が変形して応力を逃がすことができる。このようなことから、この実施例は、基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の撓み変形を緩和できる。したがって、周囲温度変動に起因する問題を小さく抑制することができる。なお、周囲温度変動に起因する問題とは、例えば温度変動によって、図６ａ〜図６ｃの各ブリッジ回路の出力電圧値が変動してしまうという温度ドリフト発生等の問題である。【００９１】
また、この実施例では、錘部７ａ，７ｂ間の領域に配置された梁部４に加速度を検出するためのピエゾ抵抗部を集約的に配設した。このため、全てのピエゾ抵抗部をほぼ設計通りに製造することが可能となる。したがって、この実施例は、図６ａ〜図６ｃに示されるブリッジ回路の出力のばらつき等を小さく抑えることが容易となる。つまり、この実施例は、梁部４を構成するＳｉにボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）をドープしてピエゾ抵抗部を作製する。そして、このピエゾ抵抗部の配設位置が集約されていることにより、各ピエゾ抵抗部におけるボロンやリンのドープ濃度を均一にすることが容易にできることとなる。このため、各ブリッジ回路の抵抗値の均衡状態が取り易くなり、加速度検出の精度を高めることができる。【００９２】
さらに、この実施例では、全てのピエゾ抵抗部を集約的に配設したため、図６ａ〜図６ｃの各ブリッジ回路を構成するための配線パターンの引き回し経路を簡素化することができる。また、配線パターンＬsと配線パターンＬmとを有するクロス配線を設けて回路を形成することにより、より一層配線パターンの引き回し経路を簡素化することができる。【００９３】
さらに、この実施例では、各支持部５ａ，５ｂのＸ軸方向に沿った中心軸は、同一直線上に配置され、各連結部８ａ，８ｂのＹ軸方向に沿った中心軸は、同一直線上に配置されている。そして、梁部４は、支持部５ａ，５ｂのＸ軸方向に沿った中心軸を通るＸ軸方向中心軸に対して対称で、かつ、連結部８ａ，８ｂのＹ軸方向に沿った中心軸を通るＹ軸方向中心軸に対して対称な形状である。このため、加速度発生に起因した梁部４の撓み変形が単純化でき、梁部４の撓み変形による応力変化を利用した加速度検出の精度の向上に寄与することができる。【００９４】
さらに、この実施例では、梁部４における連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）は、梁部４の他の部分よりもＺ軸方向の厚みが厚くなっている。この厚みの差のために、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）や支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）と、梁部４の他の部分との境界部分における応力の強弱が明確となる。この実施例では、梁部４の応力変化を利用して加速度を検出しているので、このように応力の強弱を明確にすることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向のそれぞれの加速度をより明瞭に分離して検出することが可能となる。【００９５】
さらに、この実施例では、梁部４の枠内に補強部２０を設けることによって、梁部４の剛性を高めることができる。そのため、例えば基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の撓み変形を小さく抑制することができる。これにより、この実施例は、基台２や固定部６の例えば熱応力による歪みに起因した加速度の誤検出を防止することができる。特に、この実施例では、補強部２０のＺ軸方向の厚みを、梁部４における支持部側帯状梁部部位１６と等しい、またはほぼ等しい厚みとしており、補強部２０によって梁部の剛性をより一層高めることができる。そのため、基台２や固定部６の歪みに起因した梁部４の撓み変形をより一層抑制でき、加速度の誤検出をより一層防止することができる。【００９６】
さらに、この実施例では、支持部５（５ａ，５ｂ）は、それぞれ、梁２６による弾性部２５（２５ａ，２５ｂ）を介して固定部６に連接されている。そのため、梁２６が、固定部６のＸ軸方向の歪みに応じて弾性変形する。この弾性変形によって、固定部６の歪みに起因して固定部６から支持部５に加えられる応力を軽減することができる。このように、この実施例では、例えば熱変動等による基台２や固定部６の歪みに起因した梁部の歪みを小さく抑制することができる。したがって、加速度検出のためのピエゾ抵抗部により構成されるブリッジ回路の出力の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、この実施例は、加速度検出に対する信頼性を高めることができる。【００９７】
さらに、この実施例では、前記弾性部２５は、支持部５の伸張形成方向に交差する方向に伸長形成されている梁２６を有し、この弾性部２５の梁２６の両端部がそれぞれ固定部６に固定されている。そして、支持部５が上記弾性部２５の梁２６に連接されて固定部６に支持されているので、弾性部２５を梁２６により容易に形成でき、上記効果を奏することができる。【００９８】
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、図１１の平面図に示されるように、上記実施例に設けた弾性部２５を省略して形成して加速度センサ１を形成してもよい。【００９９】
また、上記実施例では、補強部２０の幅は、支持部５（５ａ，５ｂ）の梁部４への連接側の幅と等幅とした。しかし、補強部２０の幅は、支持部５（５ａ，５ｂ）の幅より太くてもよいし、細くてもよい。また、補強部２０のＺ軸方向の厚みは、支持部５（５ａ，５ｂ）の厚みと同様な厚みであってもよいが、支持部５（５ａ，５ｂ）の厚みよりも薄くてもよい。このように、補強部２０の幅や厚みは、梁部４自体の剛性等を考慮して適宜設計してよいものである。また、図１２に示すように、補強部２０を省略することもできる。【０１００】
さらに、上記実施例では、梁部４は、連結部側帯状梁部部位１５（１５ａ，１５ｂ）および支持部側帯状梁部部位１６（１６ａ，１６ｂ）が他の部分よりもＺ軸方向の厚みが厚くなっている構成とした。しかし、梁部４はそのＺ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しい構成としてもよい。梁部４のＺ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しいものにあっては、梁部５をより一層容易に形成できる。【０１０１】
さらに、上記実施例では、枠状の梁部４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂは、ストレート形状の部位とテーパ状の部位とを有する構成とした。しかし、例えば図１３ａに示すように、伸長基端側から伸長先端側に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成してもよい。また、Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂは、例えば図１３ｂに示すように、Ｙ軸方向にほぼ沿った態様の、曲線状に形成してもよい。【０１０２】
さらに、上記実施例では、梁部４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂは、その伸長基端側よりも先端側の梁幅を狭く形成した。しかし、梁部４のＹ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの幅を均一にし、その厚みを、伸長基端側よりも先端側が薄くなるように形成してもよい。【０１０３】
さらに、上記実施例では、枠状の梁部４は、Ｘ軸方向中心軸に対して対称な形状となり、かつ、Ｙ軸方向中心軸に対して対称な形状となっていた。しかし、枠状の梁部４は、Ｘ軸方向中心軸に対して非対称な形状であってもよい。また、Ｙ軸方向中心軸に対して非対称な形状であってもよい。【０１０４】
さらに、上記実施例では、支持部５ａ，５ｂは、梁部４の連接側を支持部５ａ，５ｂの伸長先端側よりも太く形成した。しかし、支持部５ａ，５ｂは、例えば図１３ａの破線Ｄや、図１３ｂに示すように、太さを均一にしてもよい。また、その剛性が保てる範囲であれば、支持部５ａ，５ｂの太さは細い方が好ましい。【０１０５】
さらに、図１４に示すように、連結部８は、互いに間隔を介して梁部４から２本以上伸長形成してもよい。【０１０６】
さらに、上記実施例では、加速度を検出するためのピエゾ抵抗部は、図５に示されるように配設されていた。しかし、ピエゾ抵抗部は、図５の配置位置に限定されるものではなく、適宜設定してよいものである。つまり、ピエゾ抵抗部は、Ｘ軸方向の加速度と、Ｙ軸方向の加速度と、Ｚ軸方向の加速度とをそれぞれ梁部４の撓み変形による応力変化を利用して検出することができるように配置される。また、ピエゾ抵抗部は、枠状の梁部において、Ｚ軸方向加速度検出部がＹ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りに設けられ、Ｙ軸方向加速度検出部がＹ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りに設けられるように配置される。【０１０７】
さらに、各ピエゾ抵抗部間を接続してブリッジ回路を構成する配線パターンの配線例も、適宜設定してよいものである。つまり、配線パターンは、図７ａ、図７ｂの例に限定されるものではなく、例えばクロス配線のない配線パターンとしてもよい。【０１０８】
また、例えば、Ｚ軸方向加速度検出部は、以下に述べる合計４つのピエゾ抵抗部を有する構成としてもよい。つまり、４つのうち２つは、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に形成される２つのピエゾ抵抗部とする。あと２つは、各支持部側帯状梁部部位１６ａ，１６ｂの片側（Ｙ軸方向伸長部位４ａ，４ｂの伸長基端側に１つずつ）にそれぞれ形成されるピエゾ抵抗部（例えばピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ3）とする。そして、隣接配置されたピエゾ抵抗部同士を電気的に接続して２つの電圧検出部を形成する。【０１０９】
このようにすれば、この２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成できる。そして、このブリッジ回路により、Ｚ軸方向の加速度を検出できるＺ軸方向加速度検出部を形成することができる。なお、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分とは、例えば補強部２０や支持部側帯状梁部部位１６、支持部５ａ，５ｂの適宜の部位である。この部位に配置されるピエゾ抵抗部の電気抵抗値は、加速度に対して殆ど変化しない。【０１１０】
さらに、上記実施例では、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX2同士を接続して電圧検出部ＰX1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲX3，ＲX4同士を接続して電圧検出部ＰX2を形成した。しかし、ピエゾ抵抗部ＲX2，ＲX4同士を接続して電圧検出部ＰX1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲX1，ＲX3同士を接続して、電圧検出部ＰX2を形成してもよい。また、上記実施例では、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY3同士を接続して電圧検出部ＰY1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲY1，ＲY4同士を接続して電圧検出部ＰY2を形成した。しかし、ピエゾ抵抗部ＲY3，ＲY1同士を接続して電圧検出部ＰY1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲY2，ＲY4同士を接続して、電圧検出部ＰY2を形成してもよい。さらに、上記実施例では、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ3同士を接続して電圧検出部ＰZ1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲZ1，ＲZ4同士を接続して電圧検出部ＰZ2を形成した。しかし、ピエゾ抵抗部ＲZ2，ＲZ1同士を接続して電圧検出部ＰZ1を形成し、ピエゾ抵抗部ＲZ3，ＲZ4同士を接続して、電圧検出部ＰZ2を形成してもよい。【０１１１】
さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の感度をそろえるため、ブリッジ回路内に加速度で変化しない抵抗を形成することもできる。例えばＺ軸の感度がＸ軸、Ｙ軸よりも大きい場合、図１５に示すようにしてもよい。つまり、ブリッジ回路の電気抵抗値を調整するための感度調整用のピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒz'，Ｒz'をＺ軸方向加速度検出用の各ピエゾ抵抗部Ｒz1，Ｒz2，Ｒz3，Ｒz4のそれぞれに直列に設けてもよい。なお、感度調整用のピエゾ抵抗部Ｒz，Ｒz，Ｒz'，Ｒz'は、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に形成される。【０１１２】
このようにすると、ブリッジ回路の各辺の抵抗値変化は、ブリッジ回路の各辺にそれぞれピエゾ抵抗部Ｒz1，Ｒz2，Ｒz3，Ｒz4がただ一つしか設けられていない場合に比べて、小さくなる。これにより、Ｚ軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅を、Ｘ軸方向やＹ軸方向の加速度の大きさに対するブリッジ回路の出力変動幅に揃えることが可能である。【０１１３】
さらに、上記実施例では、加速度を検出するＸ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＺ軸方向加速度検出部は、それぞれ、ピエゾ抵抗部を有して構成されていた。しかし、例えば、静電容量を利用して錘部７の変位を検出して、Ｘ軸方向の加速度と、Ｙ軸方向の加速度と、Ｚ軸方向の加速度とをそれぞれ検出する構成としてもよい。【０１１４】
さらに、上記実施例では、固定部６は、梁部４および錘部７の形成領域を間隔を介して囲む枠状の態様であった。しかし、固定部６は、梁部４を支持部５ａ，５ｂによって両持ち梁状に基台２に固定させることができる形態であればよく、枠状でなくともよい。【０１１５】
さらに、上記実施例では、梁部４と支持部５と固定部６と錘部７と連結部８はＳＯＩ基板により構成されていた。しかし、それらはＳＯＩ基板で構成されていなくともよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の加速度センサは、熱応力の影響等を受けにくく、１つの素子でＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向の加速度をそれぞれ高精度に検出できるので、例えば加速度検出の高い精度を要求する小型な装置に設けるのに有効である。
【図１ａ】
2007141944.tif 000006
【図１ｂ】
2007141944.tif 000007
【図２ａ】
2007141944.tif 000008
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2007141944.tif 000010
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2007141944.tif 000012
【図３ｃ】
2007141944.tif 000013
【図３ｄ】
2007141944.tif 000014
【図４ａ】
2007141944.tif 000015
【図４ｂ】
2007141944.tif 000016
【図５】
2007141944.tif 000017
【図６ａ】
2007141944.tif 000018
【図６ｂ】
2007141944.tif 000019
【図６ｃ】
2007141944.tif 000020
【図７ａ】
2007141944.tif 000021
【図７ｂ】
2007141944.tif 000022
【図８ａ】
2007141944.tif 000023
【図８ｂ】
2007141944.tif 000024
【図８ｃ】
2007141944.tif 000025
【図９ａ】
2007141944.tif 000026
【図９ｂ】
2007141944.tif 000027
【図９ｃ】
2007141944.tif 000028
【図１０ａ】
2007141944.tif 000029
【図１０ｂ】
2007141944.tif 000030
【図１０ｃ】
2007141944.tif 000031
【図１０ｄ】
2007141944.tif 000032
【図１１】
2007141944.tif 000033
【図１２】
2007141944.tif 000034
【図１３ａ】
2007141944.tif 000035
【図１３ｂ】
2007141944.tif 000036
【図１４】
2007141944.tif 000037
【図１５】
2007141944.tif 000038
【図１６】
2007141944.tif 000039
【図１７ａ】
2007141944.tif 000040
【図１７ｂ】
2007141944.tif 000041
【図１７ｃ】
2007141944.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月5日(2007.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、前記基台の面に垂直なＺ軸と前記基台の面に平行で互いに直交するＸ軸とＹ軸との三軸方向のうちのＸ軸方向に沿って前記梁部から当該梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部の重心位置と、当該錘部を支える前記梁部の支点位置とはＺ軸方向の位置がずれていて、前記錘部は、枠状の梁部の変形によりＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、Ｘ軸方向の加速度を受けての錘部のＸ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、Ｙ軸方向の加速度を受けての錘部のＹ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、Ｚ軸方向の加速度を受けての錘部のＺ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部とが設けられ、それらＺ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＸ軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されており、
前記Ｘ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｘ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は、前記各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側であり、前記Ｚ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｚ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は前記支持部による支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りであり、前記Ｙ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｙ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は前記Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りであることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
枠状の梁部のＹ軸方向伸長部位は伸長基端側の幅よりも伸長先端側の幅が狭いことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
梁部のＸ軸方向の両側からそれぞれＸ軸方向に伸長形成されている各支持部の中心軸は同一直線上に配置され、また、梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に伸長形成されている各連結部の中心軸は同一直線上に配置されており、梁部は、支持部の中心軸を通るＸ方向中心線に対して対称な形状であり、かつ、連結部の中心軸を通るＹ方向中心線に対しても対称な形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
枠状の梁部におけるＺ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の梁部への連接端側の幅をもって梁部の領域へＸ軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位、および、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位が他の部分よりも厚いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項５】
枠状の梁部の枠内空間には、梁部の両側の支持部を繋ぐ方向に伸長形成された補強部が配置され、当該補強部の両端側がそれぞれ枠状の梁部に連接されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項６】
補強部のＺ軸方向の厚みは、各支持部からそれぞれ当該支持部の梁部への連接端側の幅をもって梁部の領域へＸ軸方向に延長した支持部側帯状梁部部位の厚みと等しい又はほぼ等しいことを特徴とする請求項５記載の加速度センサ。
【請求項７】
枠状の梁部は、Ｚ軸方向の厚みが全体に渡って等しい又はほぼ等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項８】
Ｘ軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｘ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｘ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｙ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｙ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｙ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｚ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側にそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、前記４つのピエゾ抵抗部は、Ｚ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の加速度センサ。
【請求項９】
Ｘ軸方向加速度検出部は、各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側にそれぞれ配設された合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｘ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｘ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｙ軸方向加速度検出部は、Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りにそれぞれ設けられた合計４つのピエゾ抵抗部を有し、そのうちの２つを対としたピエゾ抵抗部対の間にそれぞれ電圧検出部が設けられることにより２つの電圧検出部が形成されており、Ｙ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｙ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成しており、
Ｚ軸方向加速度検出部は、加速度が発生したときに応力変化の無い別々の部分に形成された２つのピエゾ抵抗部と、Ｙ軸方向伸長部位の伸長基端側のいずれかの位置に配置された２つのピエゾ抵抗部との、合計４つのピエゾ抵抗部を有し、隣接配置されている上記ピエゾ抵抗部同士が電気的に接続されて２つの電圧検出部が形成されており、Ｚ軸方向加速度検出部の４つのピエゾ抵抗部は、Ｚ軸方向の加速度によって梁部が変形したときに前記２つの電圧検出部からそれぞれ出力される電圧の差に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の加速度センサ。
【請求項１０】
支持部は弾性部を介して梁部支持固定部に連接されており、上記弾性部は、梁部支持固定部の歪みに応じて弾性変形し梁部支持固定部の歪みに起因して梁部支持固定部から支持部に加えられる応力を軽減することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項１１】
弾性部は、支持部の伸張形成方向に交差する方向に伸長形成されている梁を有し、この弾性部の梁の両端部がそれぞれ梁部支持固定部に固定されており、支持部は上記弾性部の梁に連接されて梁部支持固定部に支持されていることを特徴とする請求項１０記載の加速度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、次に示すような構成を有している。
すなわち、この発明は、
基台と、この基台の面上に浮いた状態で配置される枠状の梁部と、前記基台の面に垂直なＺ軸と前記基台の面に平行で互いに直交するＸ軸とＹ軸との三軸方向のうちのＸ軸方向に沿って前記梁部から当該梁部の両側にそれぞれ外向きに伸長形成されている支持部を介して梁部を前記基台に両持ち梁状に支持する梁部支持固定部と、前記基台の面上に浮いた状態で前記梁部のＹ軸方向の両側からそれぞれＹ軸方向に沿って外向きに伸長形成されている連結部と、各連結部の伸長先端部にそれぞれ連接された錘部とを有し、
前記錘部の重心位置と、当該錘部を支える前記梁部の支点位置とはＺ軸方向の位置がずれていて、前記錘部は、枠状の梁部の変形によりＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の三軸方向に変位可能な構成と成し、
前記梁部には、Ｘ軸方向の加速度を受けての錘部のＸ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＸ軸方向の加速度を検出するためのＸ軸方向加速度検出部と、Ｙ軸方向の加速度を受けての錘部のＹ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＹ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸方向加速度検出部と、Ｚ軸方向の加速度を受けての錘部のＺ軸方向変位に起因して撓み変形する梁部部位に設けられ当該梁部部位の撓み変形に基づいてＺ軸方向の加速度を検出するためのＺ軸方向加速度検出部とが設けられ、それらＺ軸方向加速度検出部とＹ軸方向加速度検出部とＸ軸方向加速度検出部は、それぞれ、梁部の変形による梁部の応力変化によって電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗部を有して構成されており、
前記Ｘ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｘ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は、前記各連結部からそれぞれ当該連結部の幅をもって梁部の領域へＹ軸方向に延長した連結部側帯状梁部部位の帯幅両側であり、前記Ｚ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｚ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は前記支持部による支持位置からＹ軸方向に伸長されたＹ軸方向伸長部位の伸長基端側寄りであり、前記Ｙ軸方向加速度検出部が設けられる、Ｙ軸方向の加速度に起因して撓み変形する梁部部位は前記Ｙ軸方向伸長部位の伸長先端側寄りであることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2007141944.tif 000043
2007141944.tif 000044
2007141944.tif 000045
2007141944.tif 000046