JPH07113646B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPH07113646B2 JPH07113646B2 JP62227165A JP22716587A JPH07113646B2 JP H07113646 B2 JPH07113646 B2 JP H07113646B2 JP 62227165 A JP62227165 A JP 62227165A JP 22716587 A JP22716587 A JP 22716587A JP H07113646 B2 JPH07113646 B2 JP H07113646B2
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- JP
- Japan
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- strain gauges
- acceleration
- weight
- component
- sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、工業計測、車両、航空機等各種の分野にお
いて用いられ半導体加速度センサに関する。
いて用いられ半導体加速度センサに関する。
［従来技術］ 近年、２次元または３次元方向の加速度を検出可能であ
る半導体加速度センサが開発されている。例えば、３次
元方向の加速度を検出できるものとしては、第５図に示
すように同一の半導体基板１に、Ｘ方向に揺動自在な片
持はりを有するセンサ２、Ｙ方向に揺動自在な片持はり
を有するセンサ３およびＺ方向に揺動自在な片持はりを
有するセンサ４を形成し、それぞれの方向の加速度を測
定するものがある。なお、この図に示す半導体加速度セ
ンサは特許願昭62−118260に記載されている。
る半導体加速度センサが開発されている。例えば、３次
元方向の加速度を検出できるものとしては、第５図に示
すように同一の半導体基板１に、Ｘ方向に揺動自在な片
持はりを有するセンサ２、Ｙ方向に揺動自在な片持はり
を有するセンサ３およびＺ方向に揺動自在な片持はりを
有するセンサ４を形成し、それぞれの方向の加速度を測
定するものがある。なお、この図に示す半導体加速度セ
ンサは特許願昭62−118260に記載されている。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の半導体加速度センサにあって
は、一方向に対して揺動自在とした片持はりを有するセ
ンサが各方向に対して別個に設けられた構造であるた
め、各センサの形状を揃えて形成しなければ検出感度に
ばらつきが生じるという問題がある。この問題を解決す
るためにはセンサの形成精度を高める必要があるが、形
成精度を高めるには技術的に難しいという問題がある。
は、一方向に対して揺動自在とした片持はりを有するセ
ンサが各方向に対して別個に設けられた構造であるた
め、各センサの形状を揃えて形成しなければ検出感度に
ばらつきが生じるという問題がある。この問題を解決す
るためにはセンサの形成精度を高める必要があるが、形
成精度を高めるには技術的に難しいという問題がある。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、形
成精度を高める必要がなく検出精度を向上させることが
できる半導体加速度センサを提供することを目的として
いる。
成精度を高める必要がなく検出精度を向上させることが
できる半導体加速度センサを提供することを目的として
いる。
［問題点を解決するための手段］ この発明は、上述した問題点を解決するために、半導体
基板中央部に形成される重り部と、前記半導体基板の周
縁部に形成される支持部と、前記重り部の一方の側と前
記支持部との間い形成される第１のはり部と、前記重り
部の前記一方の側に対向する側と前記支持部との間に形
成される第２のはり部とを有する半導体加速度センサに
おいて、前記第１のはり部と前記支持部との接続部分に
配置される２個の歪ゲージと前記第２のはり部と前記支
持部との接続部分に配置される２個の歪ゲージとによっ
て構成される第１のホィートストンブリッジと、前記第
２のはり部と前記重り部の接続部分に配置される２個の
歪ゲージと該第２のはり部と前記支持部との接続部分に
配置される２個の歪ゲージによって構成される第２のホ
ィートストンブリッジとを具備したことを特徴とする。
基板中央部に形成される重り部と、前記半導体基板の周
縁部に形成される支持部と、前記重り部の一方の側と前
記支持部との間い形成される第１のはり部と、前記重り
部の前記一方の側に対向する側と前記支持部との間に形
成される第２のはり部とを有する半導体加速度センサに
おいて、前記第１のはり部と前記支持部との接続部分に
配置される２個の歪ゲージと前記第２のはり部と前記支
持部との接続部分に配置される２個の歪ゲージとによっ
て構成される第１のホィートストンブリッジと、前記第
２のはり部と前記重り部の接続部分に配置される２個の
歪ゲージと該第２のはり部と前記支持部との接続部分に
配置される２個の歪ゲージによって構成される第２のホ
ィートストンブリッジとを具備したことを特徴とする。
［作用］ 上記構成によれば、両持はり構造の加速度センサとし、
第１のはり部と支持部との接続部分に配置した２個の歪
ゲージと、第２のはり部と支持部との接続部分に配置し
た２個の歪ゲージとから第１のホィートストンブリッジ
を構成し、このブリッジによって重り部に作用する加速
度における、はり部の軸方向の加速度成分を検出する。
一方、第２のはり部と支持部との接続部分に配置した２
個の歪ゲージと、第２のはり部と重り部との接続部分に
配置した２個の歪ゲージとから第２のホィートストンブ
リッジを構成し、このブリッジによってはり部の軸方向
に対して直角方向の加速度成分を検出する。このよう
に、重り部に作用する加速度は、はり部の軸方向成分
と、はり部の軸方向に直角な成分に分けられ、軸方向成
分が第１のホィートストンブリッジによって検出され、
軸方向成分に直角な成分が第２のホィートストンブリッ
ジによって検出される。
第１のはり部と支持部との接続部分に配置した２個の歪
ゲージと、第２のはり部と支持部との接続部分に配置し
た２個の歪ゲージとから第１のホィートストンブリッジ
を構成し、このブリッジによって重り部に作用する加速
度における、はり部の軸方向の加速度成分を検出する。
一方、第２のはり部と支持部との接続部分に配置した２
個の歪ゲージと、第２のはり部と重り部との接続部分に
配置した２個の歪ゲージとから第２のホィートストンブ
リッジを構成し、このブリッジによってはり部の軸方向
に対して直角方向の加速度成分を検出する。このよう
に、重り部に作用する加速度は、はり部の軸方向成分
と、はり部の軸方向に直角な成分に分けられ、軸方向成
分が第１のホィートストンブリッジによって検出され、
軸方向成分に直角な成分が第２のホィートストンブリッ
ジによって検出される。
［実施例］ 以下図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は、この発明の一実施例の構成を示す平面図であ
る。図において、５は半導体基板（支持部を兼ねる）で
あり、6a,6bは半導体基板５に空けらたコ字状の切欠部
である。切欠部6a,6bは、互いに対向するように構成さ
れており、これら切欠部6a,6bに囲まれた部分により、
はり部5a,5bおよび重り部5cが構成されている。第２図
は第１図のAA線断面図であり、この図に示すように、は
り部5a,5bは細く薄く形成され、重り部5cは肉厚に形成
されている。7,8は各々はり部5a上に取り付けられた歪
ゲージであり、半導体基板５とはり部5aとの接続部分に
配置されている。9,10,11,12,13,14は各々はり部5b上に
取り付けられた歪ゲージであり、これらのうち歪ゲージ
13,14は、はり部5bと重り部5cとの接続部分に配置さ
れ、歪ゲージ9,10,11,12は、はり部5bと半導体基板５と
の接続部分に配置されている。
る。図において、５は半導体基板（支持部を兼ねる）で
あり、6a,6bは半導体基板５に空けらたコ字状の切欠部
である。切欠部6a,6bは、互いに対向するように構成さ
れており、これら切欠部6a,6bに囲まれた部分により、
はり部5a,5bおよび重り部5cが構成されている。第２図
は第１図のAA線断面図であり、この図に示すように、は
り部5a,5bは細く薄く形成され、重り部5cは肉厚に形成
されている。7,8は各々はり部5a上に取り付けられた歪
ゲージであり、半導体基板５とはり部5aとの接続部分に
配置されている。9,10,11,12,13,14は各々はり部5b上に
取り付けられた歪ゲージであり、これらのうち歪ゲージ
13,14は、はり部5bと重り部5cとの接続部分に配置さ
れ、歪ゲージ9,10,11,12は、はり部5bと半導体基板５と
の接続部分に配置されている。
上記構成によれば、はり部5a,5bが、構造上両持はりと
なるため、第３図（イ）に示すように重り部5cに下方向
の加速度が作用すると、はり部5a,5bには同図（ロ）に
示すような応力分布となる。この場合、歪ゲージ７〜11
には引っ張り応力がかかり抵抗値が増加する。また、歪
ゲージ13,14には圧縮応力がかかり抵抗値が減少する。
このように、重り部5cに加速度が作用することにより、
はり部5a,5cには加速度の作用方向に応じた応力がかか
る。また、上述した歪ゲージ７〜14には取り付けられた
部分の応力に応じた抵抗値の変化が生じる。
なるため、第３図（イ）に示すように重り部5cに下方向
の加速度が作用すると、はり部5a,5bには同図（ロ）に
示すような応力分布となる。この場合、歪ゲージ７〜11
には引っ張り応力がかかり抵抗値が増加する。また、歪
ゲージ13,14には圧縮応力がかかり抵抗値が減少する。
このように、重り部5cに加速度が作用することにより、
はり部5a,5cには加速度の作用方向に応じた応力がかか
る。また、上述した歪ゲージ７〜14には取り付けられた
部分の応力に応じた抵抗値の変化が生じる。
第４図（イ），（ロ）は、各々この実施例の電気的構成
を示す回路図である。ここで、重り部5cに加速度が作用
したときの歪ゲージ７〜14の抵抗値の変化を検出するこ
とにより重り部5cに作用する加速度の２次元方向成分を
求めることができる。例えば、第３図（イ）に示すごと
く重り部5cに加速度αが作用した場合における、はりの
軸方向成分（以下、Ｘ方向成分と称する）αｘと、この
はりの軸方向成分に直角な成分（以下、Ｚ方向成分と称
する）αｚを求めることができる。以下、この加速度α
を例としてそのＸ方向成分αｘ、Ｚ方向成分αｚの求め
方について説明する。
を示す回路図である。ここで、重り部5cに加速度が作用
したときの歪ゲージ７〜14の抵抗値の変化を検出するこ
とにより重り部5cに作用する加速度の２次元方向成分を
求めることができる。例えば、第３図（イ）に示すごと
く重り部5cに加速度αが作用した場合における、はりの
軸方向成分（以下、Ｘ方向成分と称する）αｘと、この
はりの軸方向成分に直角な成分（以下、Ｚ方向成分と称
する）αｚを求めることができる。以下、この加速度α
を例としてそのＸ方向成分αｘ、Ｚ方向成分αｚの求め
方について説明する。
まず、第４図（イ）において、歪ゲージ７と歪ゲージ
８、歪ゲージ９と歪ゲージ10が各々対辺となるようにブ
リッジ15が構成されている。このような回路構成によれ
ば、加速度αのＸ方向成分αｘに対して歪ゲージ7,8の
抵抗値の変化の方向が、歪ゲージ9,10の抵抗値の変化の
方向と逆になるため、ブリッジ15の出力電圧VxがＸ方向
成分αｘに対応した値になる。次に、同図（ロ）におい
て、歪ゲージ11と歪ゲージ12、歪ゲージ13と歪ゲージ14
が各々対辺となるようにブリッジ16が構成されている。
このような回路構成によれば、加速度αのＺ方向成分α
ｚに対して歪ゲージ11,12の抵抗値の変化の方向が、歪
ゲージ13,14の抵抗値の変化の方向と逆になるため、ブ
リッジ16の出力電圧VzがＺ方向成分αｚに対応した値に
なる。
８、歪ゲージ９と歪ゲージ10が各々対辺となるようにブ
リッジ15が構成されている。このような回路構成によれ
ば、加速度αのＸ方向成分αｘに対して歪ゲージ7,8の
抵抗値の変化の方向が、歪ゲージ9,10の抵抗値の変化の
方向と逆になるため、ブリッジ15の出力電圧VxがＸ方向
成分αｘに対応した値になる。次に、同図（ロ）におい
て、歪ゲージ11と歪ゲージ12、歪ゲージ13と歪ゲージ14
が各々対辺となるようにブリッジ16が構成されている。
このような回路構成によれば、加速度αのＺ方向成分α
ｚに対して歪ゲージ11,12の抵抗値の変化の方向が、歪
ゲージ13,14の抵抗値の変化の方向と逆になるため、ブ
リッジ16の出力電圧VzがＺ方向成分αｚに対応した値に
なる。
次に、ブリッジ15,16から得られる各出力電圧Vx,Vzは、
以下のように表すことができる。なお、歪ゲージ７〜10
の抵抗値をR1〜R4とし、歪ゲージ11〜14の抵抗値をR5〜
R8とする。
以下のように表すことができる。なお、歪ゲージ７〜10
の抵抗値をR1〜R4とし、歪ゲージ11〜14の抵抗値をR5〜
R8とする。
ブリッジ15,16の出力電圧Vz,Vxは、 となる。
ここで、各歪ゲージの無歪状態における抵抗値が全て等
しいとして、R1,R2,……,R8の各値をＲと置く。そし
て、上述したはり部5a,5bの応力の関係から各歪ゲージ
の抵抗値の変化分には次の関係がある。
しいとして、R1,R2,……,R8の各値をＲと置く。そし
て、上述したはり部5a,5bの応力の関係から各歪ゲージ
の抵抗値の変化分には次の関係がある。
ΔR1＝ΔR2、 ΔR3＝ΔR4＝ΔR5＝ΔR6、 ΔR7＝ΔR8 したがって、上記，式は次のようになる。
この場合、ΔＲ＜＜Ｒであるため、，式は次のよう
になる。
になる。
次に、各歪ゲージに発生する応力を求める。なお、この
実施例は、長さが共にl0としたはり部5aとはり部5bの各
先端に重り部5cを設けた構造としているので、近似的
に、中央に集中荷重を受けるとともに、軸方向にも力を
受ける長さが2l0の両端固定はりと見なすことができ
る。
実施例は、長さが共にl0としたはり部5aとはり部5bの各
先端に重り部5cを設けた構造としているので、近似的
に、中央に集中荷重を受けるとともに、軸方向にも力を
受ける長さが2l0の両端固定はりと見なすことができ
る。
さて、各歪ゲージに発生する応力は次式にて表すことが
できる。
できる。
歪ゲージ7,8に発生する応力δ7,δ８のうち、Ｚ方向成
分αｚは、 となる。また、Ｘ方向成分αｘは、両端における支持部
側の反力がｍαx/2となるため、 となる。したがって、 となる。
分αｚは、 となる。また、Ｘ方向成分αｘは、両端における支持部
側の反力がｍαx/2となるため、 となる。したがって、 となる。
同様に、歪ゲージ9,10,11,12に発生する応力δ9,δ10,
δ11,δ12は、 となり、 歪ゲージ13,14に発生する応力δ13,δ14は、 となる。（a:はりの幅、b:はりの厚さ、m:重り部の重
さ） ここで、ΔR1,ΔR3,ΔR7は歪に比例し、また、歪は応力
に比例する。したがって、応力はΔR1,ΔR3,ΔR7に比例
するので、上記した，式は次のように書き変えるこ
とができる。
δ11,δ12は、 となり、 歪ゲージ13,14に発生する応力δ13,δ14は、 となる。（a:はりの幅、b:はりの厚さ、m:重り部の重
さ） ここで、ΔR1,ΔR3,ΔR7は歪に比例し、また、歪は応力
に比例する。したがって、応力はΔR1,ΔR3,ΔR7に比例
するので、上記した，式は次のように書き変えるこ
とができる。
（IIι：歪ゲージの縦方向ピエゾ抵抗係数） したがって、，式に，，式を代入すると、 となる。
以上、，式より出力電圧Vz,Vxはαz,αｘの一次関
数となり、相互に干渉することなくリニアな出力が得ら
れる。そして、，式よりαz,αｘを求めることがで
きる。
数となり、相互に干渉することなくリニアな出力が得ら
れる。そして、，式よりαz,αｘを求めることがで
きる。
このように、両持はり構造にして、各はり部5a,5bに各
々ゲージ抵抗を配置し、これらをブリッジ結線すること
により２次元方向の加速度の各成分を一度に検出するこ
とができる。したがって、従来、片持はりを有するセン
サを各方向毎に別個に設けて２次元方向の加速度の各成
分を検出する場合と比較して、各センサの形状を揃えて
形成するということが全く不要となる。さらに、各セン
サの形成精度の違いによるバラツキというものが全くな
いので検出精度が向上するという利点もある。
々ゲージ抵抗を配置し、これらをブリッジ結線すること
により２次元方向の加速度の各成分を一度に検出するこ
とができる。したがって、従来、片持はりを有するセン
サを各方向毎に別個に設けて２次元方向の加速度の各成
分を検出する場合と比較して、各センサの形状を揃えて
形成するということが全く不要となる。さらに、各セン
サの形成精度の違いによるバラツキというものが全くな
いので検出精度が向上するという利点もある。
［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、半導体基板中央
部に形成される重り部と、前記半導体基板の周縁部に形
成される支持部と、前記重り部の一方の側と前記支持部
との間に形成される第１のはり部と、前記重り部の前記
一方の側に対向する側と前記支持部との間に形成される
第２のはり部とを有する半導体加速度センサにおいて、
前記第１のはり部と前記支持部との接続部分に配置され
る２個の歪ゲージと前記第２のはり部と前記支持部との
接続部分に配置される２個の歪ゲージとによって構成さ
れる第１のホィートストンブリッジと、前記第２のはり
部と前記重り部の接続部分に配置される２個の歪ゲージ
と該第２のはり部と前記支持部との接続部分に配置され
る２個の歪ゲージによって構成される第２のホィートス
トンブリッジとを具備したので、形成精度を高める必要
がなく検出精度を向上させることができる。
部に形成される重り部と、前記半導体基板の周縁部に形
成される支持部と、前記重り部の一方の側と前記支持部
との間に形成される第１のはり部と、前記重り部の前記
一方の側に対向する側と前記支持部との間に形成される
第２のはり部とを有する半導体加速度センサにおいて、
前記第１のはり部と前記支持部との接続部分に配置され
る２個の歪ゲージと前記第２のはり部と前記支持部との
接続部分に配置される２個の歪ゲージとによって構成さ
れる第１のホィートストンブリッジと、前記第２のはり
部と前記重り部の接続部分に配置される２個の歪ゲージ
と該第２のはり部と前記支持部との接続部分に配置され
る２個の歪ゲージによって構成される第２のホィートス
トンブリッジとを具備したので、形成精度を高める必要
がなく検出精度を向上させることができる。
第１図はこの発明の一実施例の外観構成を示す平面図、
第２図は第１図のAA線断面図、第３図は同実施例を説明
するための図、第４図は同実施例の電気的構成を示す回
路図、第５図は従来の半導体加速度センサの外観構成を
示す斜視図である。 ５……半導体基板（支持部を兼ねる）、5a,5b……はり
部、5c……重り部、７〜14……歪ゲージ（歪ゲージ7,8,
9,10は第１のホィートストンブリッジを構成し、歪ゲー
ジ11,12,13,14は第２のホィートストンブリッジを構成
する）。
第２図は第１図のAA線断面図、第３図は同実施例を説明
するための図、第４図は同実施例の電気的構成を示す回
路図、第５図は従来の半導体加速度センサの外観構成を
示す斜視図である。 ５……半導体基板（支持部を兼ねる）、5a,5b……はり
部、5c……重り部、７〜14……歪ゲージ（歪ゲージ7,8,
9,10は第１のホィートストンブリッジを構成し、歪ゲー
ジ11,12,13,14は第２のホィートストンブリッジを構成
する）。
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ）半導体基板中央部に形成される重り
部と、前記半導体基板の周縁部に形成される支持部と、
前記重り部の一方の側と前記支持部との間に形成される
第１のはり部と、前記重り部の前記一方の側に対向する
側と前記支持部との間に形成される第２のはり部とを有
する半導体加速度センサにおいて、 （ｂ）前記第１のはり部と前記支持部との接続部分に配
置される２個の歪ゲージと前記第２のはり部と前記支持
部との接続部分に配置される２個の歪ゲージとによって
構成される第１のホィートストンブリッジと、 （ｃ）前記第２のはり部と前記重り部の接続部分に配置
される２個の歪ゲージと該第２のはり部と前記支持部と
の接続部分に配置される２個の歪ゲージによって構成さ
れる第２のホィートストンブリッジとを具備したことを
特徴とする半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62227165A JPH07113646B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62227165A JPH07113646B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6469957A JPS6469957A (en) | 1989-03-15 |
| JPH07113646B2 true JPH07113646B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=16856507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62227165A Expired - Lifetime JPH07113646B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07113646B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2537805Y2 (ja) * | 1989-07-31 | 1997-06-04 | 株式会社ユニシアジェックス | サスペンションシステムのセンサ構造 |
-
1987
- 1987-09-10 JP JP62227165A patent/JPH07113646B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6469957A (en) | 1989-03-15 |
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