(57)【要約】【課題】  抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値の管理を容易に行うことができる加速度検出装置を提供する。【解決手段】  基板１１の第１領域１２の第１領域１２を囲繞する第２領域１３との間に設けられ、可撓性を有する第３領域１４に、第１および第３抵抗素子Ｒ１，Ｒ３と、第２および第４抵抗素子Ｒ２，Ｒ４と、第１領域１２を挟んで配置する。スイッチ部３によって、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２とを電気的に接続し、かつ第３抵抗素子Ｒ３と第４抵抗素子Ｒ４とを電気的に接続する第１接続状態と、第１抵抗素子Ｒ１と第４抵抗素子Ｒ４とを電気的に接続し、かつ第２抵抗素子Ｒ２と第３抵抗素子Ｒ３とを電気的に接続する第２接続状態とを選択的に切り替える。【選択図】      図１
2009244173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域と、前記第１領域を囲繞する第２領域と、前記第１領域および前記第２領域の間に設けられ、かつ可撓性を有する第３領域と、を有する基板と、
前記基板の前記第１領域に設けられる錘と、
前記基板の前記第３領域に形成され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第１抵抗素子と、
前記第１抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第２抵抗素子と、
前記第２抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、かつ前記第１抵抗素子よりも前記第１領域寄りに配置され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第３抵抗素子と、
前記第３抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、かつ前記第２抵抗素子よりも前記第１領域寄りに配置され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第４抵抗素子と、
前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子とを電気的に接続し、かつ前記第３抵抗素子と前記第４抵抗素子とを電気的に接続する第１接続状態と、前記第１抵抗素子と前記第４抵抗素子とを電気的に接続し、かつ前記第２抵抗素子と前記第３抵抗素子とを電気的に接続する第２接続状態とを選択的に切り替える切替器と、を含む加速度検出装置。
【請求項２】
前記第３領域は、前記第１、第２、第３および第４抵抗素子が配列される配列方向に延びて、梁状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加速度検出装置。
【請求項３】
前記第１、第２、第３および第４抵抗素子が配列される配列方向および基板の厚み方向に相互に直交する方向に沿って、前記基板の前記第３領域に、順に並んで形成される第５抵抗素子、第６抵抗素子、第７抵抗素子および第８抵抗素子をさらに含み、
前記第６抵抗素子と前記第７抵抗素子とは、前記第１領域を挟んで設けられる請求項１に記載の加速度検出装置。
【請求項４】
前記基板の前記第３領域に順に形成され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第５抵抗素子、第６抵抗素子、第７抵抗素子および第８抵抗素子をさらに含み、
前記第６抵抗素子と前記第７抵抗素子とは、前記第１領域を挟んで設けられ、
前記第３領域は、前記第１、第２、第３および第４抵抗素子が配列される第１配列方向に延びて、梁状に形成される第１部分と、第５、第６、第７および第８抵抗素子が配列される第２配列方向に延びて、梁状に形成される第２部分とから成る請求項１に記載の加速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体に加わる２次元または３次元方向の加速度を電気信号に変換する加速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術の加速度検出装置では、機械的な変更によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を有し、単結晶基板上に形成された抵抗素子と、支持部と、作用部とを有し、作用部の支持部に対する変位に基づいて抵抗素子に機械的変化を生じさせて、作用部に加わった力を、抵抗素子の抵抗値の変化として検出している。抵抗素子は、全部で１２個設けられ、４個はＸ軸上に配置されＸ軸方向の力の検出に用いられ、４個はＹ軸上に配置されＹ軸方向の力の検出に用いられ、残りの４個はＸ軸（または、Ｙ軸）に平行でこの近傍にある軸線上に配置されＺ軸方向の力の検出に用いられる（たとえば特許文献１参照）。この加速度検出装置では、Ｘ軸上に配置される４つの抵抗素子と、Ｙ軸上に配置される４つの抵抗素子と、Ｘ軸に平行でこの近傍にある軸線上に配置される４つの抵抗素子とは、それぞれブリッジ回路を形成しており、各ブリッジ回路のブリッジ電圧の変化を検出することによって、各Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各力を独立して検出することができる。単結晶基板には、ブリッジ回路を形成する抵抗素子同士を形成する配線と、この外部の測定器（外部回路）に電気的に接続するための接続電極であるボンディングパッドが設けられている。
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ８８／０８４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｘ，Ｚ軸方向に作用するそれぞれの加速度を検出するために、ピエゾ抵抗素子がそれぞれ４つずつ必要であり、抵抗素子数が多く、また接続配線および接続電極の数が多いので、抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値ばらつきが大きくなり、抵抗値の管理が複雑になってしまうという問題がある。
【０００５】
したがって本発明の目的は、抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値の管理を容易に行うことができる加速度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加速度検出装置は、第１領域と、前記第１領域を囲繞する第２領域と、前記第１領域および前記第２領域の間に設けられ、かつ可撓性を有する第３領域と、を有する基板と、
前記基板の前記第１領域に設けられる錘と、
前記基板の前記第３領域に形成され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第１抵抗素子と、
前記第１抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第２抵抗素子と、
前記第２抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、かつ前記第１抵抗素子よりも前記第１領域寄りに配置され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第３抵抗素子と、
前記第３抵抗素子との間に前記第１領域を挟んで前記基板の第３領域に形成され、かつ前記第２抵抗素子よりも前記第１領域寄りに配置され、第３領域に生じる機械的な変形に応じて電気抵抗値が変化する第４抵抗素子と、
前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子とを電気的に接続し、かつ前記第３抵抗素子と前記第４抵抗素子とを電気的に接続する第１接続状態と、前記第１抵抗素子と前記第４抵抗素子とを電気的に接続し、かつ前記第２抵抗素子と前記第３抵抗素子とを電気的に接続する第２接続状態とを選択的に切り替える切替器と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の加速度検出装置によれば、切替器によって第１接続状態と、第２接続状態とを選択的に切替えることによって、２種類のブリッジ回路を形成することができ、これによって抵抗素子としては４つの抵抗素子のみを用いて、相互に垂直な２方向の加速度を検出することができるようになる。したがって従来の技術と比較して、抵抗素子の数が少なくなるので、外部の装置と接続する接続電極の数を少なくし、抵抗素子と接続電極を接続する配線の数を少なくして、相互に垂直な２方向の加速度を検出するためのブリッジ回路における抵抗値のばらつきを小さくすることができる。すなわち各方向に対応して４つずつ抵抗素子を設ける構成と比較して、抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値の管理を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施の一形態の加速度検出装置１の構成を示すブロック図であり、図２は加速度検出装置１における加速度検出用素子２の平面図であり、図３は加速度検出用素子２の底面図であり、図４は図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【０００９】
加速度検出装置１は、加速度検出用素子２と、スイッチ部（ＳＷ）３と、制御部（制御ＩＣ）４とを含んで構成される。加速度検出用素子２は、基板１１と、第１抵抗素子Ｒ１と、第２抵抗素子Ｒ２と、第３抵抗素子Ｒ３と、第４抵抗素子Ｒ４、第５抵抗素子Ｒｙ１と、第６抵抗素子Ｒｙ２と、第７抵抗素子Ｒｙ３と、第８抵抗素子Ｒｙ４と、錘９とを含んで構成される。以後、基板１１の厚み方向をＺ方向と記載し、Ｚ方向に垂直であり、かつ相互に垂直な２方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向と記載する。Ｘ方向は、第１配列方向であり、Ｙ方向は第２配列方向である。
【００１０】
基板１１は、第１領域１２と、第１領域１２を囲繞する第２領域１３と、第１領域１２および第２領域１３の間に設けられ、かつ可撓性を有する第３領域１４とを有する。基板１１は、たとえばシリコン（Ｓｉ）から成る。第１領域１２は、錘９と一体的に形成されている。基板１１の第１領域１２および錘９から成る中央部分１５は、Ｘ方向およびＹ方向ならびにＺ方向のそれぞれに、各辺の延びる方向が水平また垂直となる直方体形状の、Ｘ方向およびＹ方向の中央部をそれぞれ切欠いた形状を有し、Ｚ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成される。基板１１および錘９は、Ｓｉ単結晶基板をエッチングして形成される。
【００１１】
第２領域１３は、枠状に形成され、Ｚ方向に垂直な方向において第１領域１２を囲繞する。第２領域１３は、加速度検出用素子２を基板などの被実装体に実装するときに、第１および第２領域１２，１３ならびに錘９が被固定物体に接触しないように実装するための支持部として機能する。
【００１２】
第３領域１４は、第１領域１２のうち切欠きが形成される切欠部分１６と、第２領域１３との間に設けられる。第３領域１４は、Ｘ方向に沿って延び、梁状に形成される第１部分１７と、Ｙ方向に沿って延び、梁状に形成される第２部分１８とを含んで構成される。第３領域１４は、錘９の動きを妨げずに、第１領域１２に設けられる錘９を支持するように、最小限の断面積とする。加速度に応じた錘９の移動によって、第３領域１４に応力が加わり、第３領域１４に機械的な変形が生じることになる。
【００１３】
第１部分１７は、Ｘ方向の一方の切欠部分１６ａに一端が連なり、他端が第２領域１３に連なる梁状部１７ａと、Ｘ方向の他方の切欠部分１６ｂに一端が連なり、他端が第２領域１３に連なる梁状部１７ｂとから成る。梁状部１７ａ，１７ｂは、前記中央部分１５のＺ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成されている。
【００１４】
第２部分１８は、Ｙ方向の一方の切欠部分１６ｃに一端が連なり、他端が第２領域１３に連なる梁状部１８ａと、Ｙ方向の他方の切欠部分１６ｄに一端が連なり、他端が第２領域１３に連なる梁状部１８ｂとから成る。梁状部１８ａ，１８ｂは、前記中央部分１５のＺ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成されている。また梁状部１７ａ，１７ｂと、梁状部１８ａ，１８ｂとは、前記中央部分１５のＺ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成されている。
【００１５】
第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、基板１１の第３領域１４に生じる機械的な変形に応じた応力によって電気抵抗値が変化する、いわゆるピエゾ抵抗素子によって実現される。第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、基板１１のＺ方向の一表面部１１Ａのうち、第３領域１４に埋め込まれて形成されている。第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、Ｓｉ単結晶基板に、イオン打ち込みなどの不純物拡散処理によって不純物を拡散して形成され、それぞれの不純物濃度および形成寸法は等しく形成されている。
【００１６】
第１抵抗素子Ｒ１と、第３抵抗素子Ｒ３とは、梁状部１７ａに形成される。第３抵抗素子Ｒ３は、第１抵抗素子Ｒ１よりも第１領域１２寄りに形成される。第２抵抗素子Ｒ２と、第４抵抗素子Ｒ４とは、梁状部１７ｂに形成される。第４抵抗素子Ｒ４は、第２抵抗素子Ｒ２よりも第１領域１２寄りに形成される。第１，第２，第３および第４抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、Ｘ方向に配列して設けられる。
【００１７】
第５抵抗素子Ｒｙ１と、第６抵抗素子Ｒｙ２とは、梁状部１８ａに形成される。第６抵抗素子Ｒｙ２は、第５抵抗素子Ｒｙ１よりも第１領域１２寄りに形成される。第７抵抗素子Ｒｙ３と、第８抵抗素子Ｒｙ４とは、梁状部１８ｂに形成される。第７抵抗素子Ｒｙ３は、第８抵抗素子Ｒｙ４よりも第１領域１２寄りに形成される。第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、第１、第２、第３および第４抵抗素子が配列される配列方向および基板１１の厚み方向Ｚに相互に直交するＹ方向に配列して設けられる。
【００１８】
基板１１のＺ方向の一表面部１１Ａには、接続電極２１と、接続配線２２とが設けられる。接続配線２２と、接続電極２１とは、金属などの低抵抗材料から成り、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などを含む合金によって形成されるか、または、高濃度のイオン注入した拡散配線を用いて形成することも出来る。
【００１９】
接続電極２１は、第２領域１３に設けられ、かつ第３領域１４の近傍に設けられる。接続電極２１は、ボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドである。接続電極２１は、梁状部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍にそれぞれ設けられる。各梁状部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍には、それぞれ３つずつ接続電極２１が設けられ、梁状部１７ａの近傍に設けられる接続電極２１を接続電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ３と記載し、梁状部１７ｂの近傍に設けられる接続電極２１を接続電極２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ３と記載し、梁状部１８ａの近傍に設けられる接続電極２１を接続電極２１ｃ１，２１ｃ２，２１ｃ３と記載し、梁状部１８ｂの近傍に設けられる接続電極２１を接続電極２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ３と記載する。
【００２０】
接続配線２２は、第１配線部分２２ａ、第２配線部分２２ｂ、第３配線部分２２ｃおよび第４配線部分２２ｄを有する。第１配線部分２２ａは、接続電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ３と、第１抵抗素子Ｒ１および第３抵抗素子Ｒ３とを電気的に接続する。また第１配線部分２２ａは、配線構成部分２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４を含んで構成される。配線構成部分２２ａ１は、第１抵抗素子Ｒ１の第３抵抗素子Ｒ３寄りの端部と、第３抵抗素子Ｒ３の第１抵抗素子Ｒ１寄りの端部を接続する。配線構成部分２２ａ２は、配線構成部分２２ａ１と接続電極２１ａ１とを接続する。配線構成部分２２ａ３は、第１抵抗素子Ｒ１の第２領域１３寄りの端部と接続電極２１ａ２とを接続する。配線構成部分２２ａ４は、第３抵抗素子Ｒ３の第１領域１２寄りの端部と接続電極２１ａ３とを接続する。
【００２１】
第２配線部分２２ｂは、接続電極２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ３と、第２抵抗素子Ｒ２および第４抵抗素子Ｒ４とを電気的に接続する。また第２配線部分２２ｂは、配線構成部分２２ｂ１，２２ｂ２，２２ｂ３，２２ｂ４を含んで構成される。配線構成部分２２ｂ１は、第２抵抗素子Ｒ２の第４抵抗素子Ｒ４寄りの端部と、第４抵抗素子Ｒ４の第２抵抗素子Ｒ２寄りの端部を接続する。配線構成部分２２ｂ２は、配線構成部分２２ｂ１と接続電極２１ｂ１とを接続する。配線構成部分２２ｂ３は、第２抵抗素子Ｒ２の第２領域１３寄りの端部と接続電極２１ｂ２とを接続する。配線構成部分２２ｂ４は、第４抵抗素子Ｒ４の第１領域１２寄りの端部と接続電極２１ｂ３とを接続する。
【００２２】
第３配線部分２２ｃは、接続電極２１ｃ１，２１ｃ２，２１ｃ３と、第５抵抗素子Ｒｙ１および第６抵抗素子Ｒｙ２とを電気的に接続する。また第３配線部分２２ｃは、配線構成部分２２ｃ１，２２ｃ２，２２ｃ３，２２ｃ４を含んで構成される。配線構成部分２２ｃ１は、第５抵抗素子Ｒｙ１の第６抵抗素子Ｒｙ２寄りの端部と、第６抵抗素子Ｒｙ２の第５抵抗素子Ｒｙ１寄りの端部を接続する。配線構成部分２２ｃ２は、配線構成部分２２ｃ１と接続電極２１ｃ１とを接続する。配線構成部分２２ｃ３は、第５抵抗素子Ｒｙ１の第２領域１３寄りの端部と接続電極２１ｃ２とを接続する。配線構成部分２２ｃ４は、第６抵抗素子Ｒｙ２の第１領域１２寄りの端部と接続電極２１ｃ３とを接続する。
【００２３】
第４配線部分２２ｄは、接続電極２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ３と、第７抵抗素子Ｒｙ３および第８抵抗素子Ｒｙ４とを電気的に接続する。また第４配線部分２２ｄは、配線構成部分２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ３，２２ｄ４を含んで構成される。配線構成部分２２ｄ１は、第７抵抗素子Ｒｙ３の第８抵抗素子Ｒｙ４寄りの端部と、第８抵抗素子Ｒｙ４の第７抵抗素子Ｒｙ３寄りの端部を接続する。配線構成部分２２ｄ２は、配線構成部分２２ｄ１と接続電極２１ｄ１とを接続する。配線構成部分２２ｄ３は、第８抵抗素子Ｒｙ４の第２領域１３寄りの端部と接続電極２１ｄ２とを接続する。配線構成部分２２ｄ４は、第７抵抗素子Ｒｙ３の第１領域１２寄りの端部と接続電極２１ｄ３とを接続する。
【００２４】
接続電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ３と、接続電極２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ３と、接続電極２１ｃ１，２１ｃ２，２１ｃ３と、接続電極２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ３とは、前記中央部分１５のＺ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成されている。また第１配線部分２２ａと、第２配線部分２２ｂと、第３配線部分２２ｃと、第４配線部分２２ｄとは、前記中央部分１５のＺ方向に延びる中心軸線に関して回転対称に形成されている。
【００２５】
図５は、第１，第２，第３，第４抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、スイッチ部３とによって形成されるブリッジ回路３１を示す回路図である。図５（１）は、第１接続状態の回路図であり、図５（２）は第２接続状態の回路図である。スイッチ部３は、切替器であって、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２とを電気的に接続し、かつ第３抵抗素子Ｒ３と第４抵抗素子Ｒ４とを電気的に接続する第１接続状態と、第１抵抗素子Ｒ１と第４抵抗素子Ｒ４とを電気的に接続し、かつ第２抵抗素子Ｒ２と第３抵抗素子Ｒ３とを電気的に接続する第２接続状態とを選択的に切り替える。スイッチ部３は、制御部４から与えられるスイッチ切替信号に応じて、前記スイッチング態様を切り替える。スイッチ部３は、たとえば電界効果型トランジスタなどによって構成される半導体スイッチによって実現され、制御部４からの信号に切替信号に応じて高速に第１接続状態と第２接続状態とを切替えることができる。なお、スイッチ部３としてＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field
Effect Transistor）を用いれば、切替時に要する消費電流を数十ｎＡ〜数百μＡ程度に低く抑えることができるため、低消費電流の観点からはスイッチ部３としてＭＥＳＦＥＴを用いることが好ましい。加速度検出用素子２とスイッチ部３とは、ボンディングワイヤおよび実装基板に形成される配線を含む配線部によって接続される。
【００２６】
制御部４は、マイクロコンピュータによって実現される。制御部４は、スイッチ部３に切替信号を与えて、スイッチング態様を周期的に切替える。接続電極２１ａ１と接続電極２１ｄ１とには、それぞれＶｉｎ１と、Ｖｉｎ２との電圧が与えられ、すなわち接続電極２１ａ１と接続電極２１ｄ１とにはＶｉｎ１とＶｉｎ２との電位差の直流電圧が印加される。接続電極２１ａ２から出力される電圧をＶｏｕｔ１とし、接続電極２１ａ３から出力される電圧をＶｏｕｔ２とする。
【００２７】
図５（１）に示す第１接続状態のブリッジ回路３１は、Ｘ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。第１接続状態のブリッジ回路３１は、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２とを直列に接続し、これと並列に第３抵抗素子Ｒ３と第４抵抗素子Ｒ４とを直列に接続して構成される。また、第１抵抗素子Ｒ１と第３抵抗素子Ｒ３との間と、第２抵抗素子Ｒ２と第４抵抗素子Ｒ４との間とに直流電圧源を接続して、電圧Ｖｉｎ１と、電圧Ｖｉｎ２とを印加する。Ｘ方向の加速度に対応する出力電圧Ｖｘであって、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２との間である接続電極２１ａ２から出力される電圧Ｖｏｕｔ１と、第３抵抗素子Ｒ３と第４抵抗素子Ｒ４との間である接続電極２１ａ３から出力される電圧Ｖｏｕｔ２とは、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第３抵抗素子Ｒ３および第４抵抗素子Ｒ４の抵抗値の変化に応じて変動する。
【００２８】
図５（２）に示す第２接続状態のブリッジ回路３１は、Ｚ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。第２接続状態のブリッジ回路３１は、第１抵抗素子Ｒ１と第４抵抗素子Ｒ４とを直列に接続し、これと並列に第２抵抗素子Ｒ２と第３抵抗素子Ｒ３とを直列に接続して構成される。また、第１抵抗素子Ｒ１と第３抵抗素子Ｒ３との間と、第２抵抗素子Ｒ２と第４抵抗素子Ｒ４との間とに直流電圧源を接続して、電圧Ｖｉｎ１と、電圧Ｖｉｎ２とを印加する。Ｚ方向の加速度に対応する出力電圧Ｖｚであって、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２との間である接続電極２１ａ２から出力される電圧と、第３抵抗素子Ｒ３と第４抵抗素子Ｒ４との間である接続電極２１ａ３から出力される電圧とは、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第３抵抗素子Ｒ３および第４抵抗素子Ｒ４の抵抗値の変化に応じて変動する。
【００２９】
第１接続状態のときと、第２接続状態とのときとでは、ブリッジ回路の構成が異なるので、第１接続状態とのきに出力される電圧Ｖｉｎ１および電圧Ｖｉｎ２と、第２接続状態とのきに出力される電圧Ｖｉｎ１および電圧Ｖｉｎ２とでは、異なった応答になる。すなわち第１接続状態ではＸ方向の加速度に応答し、第２接続状態ではＺ方向の加速度に応答したものとなる。また、第１接続状態と第２接続状態の切替時間（速度、周期）は、必要とする加速度の応答時間より速い時間で且つ加速度センサ素子の共振周波数より遅い時間で切替える必要がある。例えば、１sec毎に加速度のデータが必要なシステムであれば、１sec以下の時間で第１接続状態と第２接続状態とを切り替える必要がある。
【００３０】
図６は、第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４によって形成されるブリッジ回路３２を示す回路図である。ブリッジ回路３２は、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのＹ軸ブリッジ回路を構成している。Ｙ軸ブリッジ回路は、第５抵抗素子Ｒｙ１と第８抵抗素子Ｒｙ４とを直列に接続し、これと並列に第６抵抗素子Ｒｙ２と第７抵抗素子Ｒｙ３とを直列に接続して構成される。また、第５抵抗素子Ｒｙ１と第６抵抗素子Ｒｙ２との間と、第７抵抗素子Ｒｙ３と第８抵抗素子Ｒｙ４との間とに直流電圧源を接続して、電圧Ｖｉｎ１と、電圧Ｖｉｎ２とを印加する。Ｙ方向の加速度に対応する出力電圧Ｖｙであって、第５抵抗素子Ｒｙ１と第８抵抗素子Ｒｙ４との間である接続電極２１ｃ２または接続電極２１ｄ２から出力される電圧と、第６抵抗素子Ｒｙ２と第７抵抗素子Ｒｙ３との間である接続電極２１ｃ３または接続電極２１ｄ３から出力される電圧とは、第５抵抗素子Ｒｙ１と、第６抵抗素子Ｒｙ２と、第７抵抗素子Ｒｙ３と、第８抵抗素子Ｒｙ４の抵抗値の変化に応じて変動する。
【００３１】
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれに対応する出力電圧Ｖｘ，Ｖｙ，ＶｚであるＶｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、加速度に応じた信号を出力する。あるいは、Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、アナログデジタル変換器に入力され、デジタル化されてデジタル情報に変換された後、メモリに記憶される。
【００３２】
以上のように、加速度検出装置１では、スイッチ部３によって第１接続状態と、第２接続状態とを選択的に切替えることによって、抵抗素子としては第１，第２，第３および第４抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のみを用いて２種類のブリッジ回路を形成することができる。これによって抵抗素子としては４つの第１，第２，第３および第４抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のみを用いて、相互に垂直な２方向の加速度に対応する出力電圧を得ることができ、すなわちＸ方向およびＺ方向の加速度を検出することができるようになる。つまり加速度検出装置１では、８つの抵抗素子を用いて、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度を検出することができる。したがって従来の技術と比較して、抵抗素子の数が少なくなるので、外部の装置と接続する接続電極の数を少なくし、抵抗素子と接続電極を接続する配線の数を少なくして、相互に垂直な２方向の加速度を検出するためのブリッジ回路における抵抗値のばらつきを小さくすることができる。すなわち各方向に対応して４つずつ抵抗素子を設ける構成と比較して、抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値の管理を容易に行うことができる。
【００３３】
また加速度検出装置１では、Ｘ方向およびＺ方向の加速度を検出するための抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を共通化することによって、梁状部１７ａ，１７ｂに形成される抵抗素子は、４つのみとすることができ、またＸ方向およびＺ方向の加速度を検出するための抵抗素子を個別に設ける場合と比較して、配線の数を減らすことができるので、梁状部１７ａ，１７ｂの幅、すなわちＹ方向の寸法を小さくして、高感度の検出を行うことができるようになる。
【００３４】
また従来の技術の加速度検出装置１では、Ｘ方向およびＺ方向の加速度をそれぞれ検出するときに、Ｘ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路と、Ｙ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路にそれぞれ電流が流れてしまう場合に、干渉によって出力される電圧信号にノイズが重畳しやすいが、本実施の形態の加速度検出装置１では、スイッチ部３を制御してＸ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を形成すると、Ｚ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路は形成されず、Ｚ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路を形成すると、Ｘ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路は形成されないので、出力される電圧信号にノイズが重畳されてしまうことを抑制することができる。
【００３５】
また本実施形態の加速度検出装置１では、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路とＺ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路とを切り替えるようにしたことで１軸分の消費電流を低減できるという利点もある。
【００３６】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の加速度検出装置４１における加速度検出用素子４２の平面図である。本実施の形態の加速度検出装置４１は、前述した加速度検出装置１と類似し、本実施の形態では、スイッチ部３が加速度検出用素子２に設けられて構成される点が異なっているだけであるので、同様の構成には、同様の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３７】
加速度検出装置４１は、加速度検出用素子２と、スイッチ部３と、制御部４とを含んで構成される。スイッチ部３は、加速度検出用素子２に形成される。加速度検出用素子２の基板１１の一表面部１１Ａに形成される。スイッチ部３は、たとえばダイオード、またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチなどによって実現される。
【００３８】
スイッチ部３は、基板１１の第２領域１３に設けられる。スイッチ部３をダイオードによって実現する場合には、基板１１を形成するＳｉ単結晶基板の表面部に、イオン打ち込みなどの不純物拡散処理によってＰ型およびＮ型の不純物をそれぞれ拡散したＰ型領域と、Ｎ型領域を隣接して形成する。またスイッチ部３をＭＥＭＳスイッチによって実現する場合には、基板１１の表面部に静電引力で接点を開閉可能なスイッチ片を有する２端子スイッチ素子を形成する。
【００３９】
スイッチ部３がダイオードによって実現される場合には、制御部４は、ダイオードのＰＮ接合部に逆バイアスを印加することによって、切断状態とし、前記逆バイアスを解除することによって、導通状態とすることができる。またスイッチ部３がＭＥＭＳスイッチによって実現される場合には、制御部４は、スイッチ部３に電流を与えて静電引力を発生させてスイッチ片を閉じ、またスイッチ部３に与える電流を停止して静電引力の発生を停止させることによってスイッチ片を開放する。
【００４０】
スイッチ部３は、接続電極２１ｂ１，２１ｂ１の近傍にそれぞれ設けられる。スイッチ部３がダイオードによって実現される場合には、接続電極２１ｂ２に２つのダイオードのカソードがそれぞれ接続され、接続電極２１ｂ３に２つのダイオードのカソードがそれぞれ接続される。接続電極２１ｂ２に接続される２つのダイオードのうち一方のダイオードのアノードは、接続電極２１ａ２に電気的に接続され、他方のダイオードのアノードは、接続電極２１ａ３に電気的に接続される。また接続電極２１ｂ３に接続される２つのダイオードのうちの一方のダイオードのアノードは、接続電極２１ａ２に電気的に接続され、他方のダイオードのアノードは、接続電極２１ａ３に電気的に接続される。
【００４１】
スイッチ部３がＭＥＭＳスイッチによって実現される場合には、接続電極２１ｂ２に２つのＭＥＭＳスイッチの一方の端子がそれぞれ接続され、接続電極２１ｂ３に２つのＭＥＭＳスイッチの一方の端子がそれぞれ接続される。接続電極２１ｂ２に２つのＭＥＭＳスイッチのうち一方のＭＥＭＳスイッチの他方の端子は、接続電極２１ａ２に電気的に接続され、他方のＭＥＭＳスイッチの他方の端子は、接続電極２１ａ３に電気的に接続される。また接続電極２１ｂ３に２つのＭＥＭＳスイッチのうちの一方のＭＥＭＳスイッチの他方の端子は、接続電極２１ａ２に電気的に接続され、他方のＭＥＭＳスイッチの他方の端子は、接続電極２１ａ３に電気的に接続される。
【００４２】
本実施の形態においても制御部４によって、スイッチ部３を第１接続状態と、第２接続状態とに切替えることができ、前述の実施の形態と同様の効果を達成することができる。さらに本実施の形態では、スイッチ部３が加速度検出用素子２に設けられることによって、スイッチ部３と加速度検出用素子２とを別体で設ける構成と比較して、装置を小形化することができ、さらに配線距離を短くして配線が有する抵抗値の影響を低減することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４３】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態の加速度検出装置５１の構成を示すブロック図である。本実施の形態の加速度検出装置５１は、前述した加速度検出装置１と類似し、本実施の形態では、加速度検出用素子の構成が異なっているだけであるので、同様の構成には、同様の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００４４】
加速度検出装置５１は、加速度検出用素子５２と、スイッチ部３と、制御部４とを含んで構成される。本実施の形態の加速度検出用素子５２は、前述した加速度検出用素子２から５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４と、接続電極２１ｃ１，２１ｃ２，２１ｃ３と、接続電極２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ３と、第３配線部分２２ｃおよび第４配線部分２２ｄを除いた構成であり、その他は同様の構成である。
【００４５】
本実施の形態では、Ｘ方向およびＺ方向の加速度の検出について、前述した実施の形態と同様の効果を達成することができる。また本実施の形態では、前述した図７に示す実施の形態のようにスイッチ部３を加速度検出用素子５２の基板１１に設ける構成としてもよい。
【００４６】
さらに本実施の形態の加速度検出用素子５２では、前述した基板１１について、梁状部１８ａ，１８ｂを設けずに、第１領域１２、錘９おおび第２領域１３のＹ方向の幅をそれぞれ小さく形成してもよい。このように形成することによって、２方向の加速度を検出するための加速度検出用素子をより小型に形成することができる。
【００４７】
また前述した各実施の形態において基板１１の第３領域１４は、梁状部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂによって形成されているが、第３領域１４は第１領域１２を囲繞して形成されてもよく、この場合であっても、前述の各実施の形態と同様に、抵抗素子、配線および接続電極における抵抗値の管理を容易に行うことができる、という効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の一形態の加速度検出装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】加速度検出装置１における加速度検出用素子２の平面図である。
【図３】加速度検出用素子２の底面図である。
【図４】図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】第１，第２，第３，第４抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、スイッチ部３とによって形成されるブリッジ回路３１を示す回路図である。
【図６】第５，第６，第７および第８抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４によって形成されるブリッジ回路３２を示す回路図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の加速度検出装置４１における加速度検出用素子４２の平面図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態の加速度検出装置５１の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，４１，５１  加速度検出装置
２，４２  加速度検出用素子
３  スイッチ部
４  制御部
９  錘
１１  基板
１２  第１領域
１３  第２領域
１４  第３領域
Ｒ１  第１抵抗素子
Ｒ２  第２抵抗素子
Ｒ３  第３抵抗素子
Ｒ４  第４抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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