JP2007033319A - Electromechanical transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定体に加わる二次元または三次元方向の加速度や傾斜角を検出し、これを電気的信号に変換する電気機械変換器に関し、特に携帯機器等に搭載が可能な小型の電気機械変換器に関する。 The present invention relates to an electromechanical transducer that detects acceleration or tilt angle in a two-dimensional or three-dimensional direction applied to a measured object, and converts this into an electrical signal, and in particular, a small electric device that can be mounted on a portable device or the like. It relates to a mechanical converter.
携帯型電子機器やロボット等の技術革新に伴って、二次元または三次元方向の加速度や傾斜角を検出する小型の電気機械変換器に対する需要が高まっている。このような電気機械変換器は、多くの提案をみるところであるが、三次元方向の加速度成分を1つの電気機械変換器によって検出する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 With technological innovations such as portable electronic devices and robots, there is an increasing demand for small electromechanical transducers that detect acceleration and tilt angles in two-dimensional or three-dimensional directions. Such an electromechanical transducer has many proposals, but a configuration in which a three-dimensional acceleration component is detected by one electromechanical transducer has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に示した構成と機能とについて、図面を用いて説明する。図4は、特許文献1に示した従来技術の電気機械変換器をその主旨を逸脱しないように書き直した図であって、図4(a)は、上方から見た平面図であり、図4(b)は、その断面を模式的に示した断面図である。100は基板、101は作用部、102は可撓部、103は固定部、104は錘、105は台座、110は電気機械変換器である。RX1〜RX4とRY1〜RY4とRZ1〜RZ4とはピエゾ抵抗素子である。
特許文献1に示した従来技術の電気機械変換器110は、シリコン単結晶板等からなる基板100に固定部103と作用部101と可撓部102とを設けている。固定部103の下方には台座105を、作用部101の下方には錘104をそれぞれ設けている。
The configuration and function shown in
In the conventional
図4(a)に示すように、基板100の上面には複数のピエゾ抵抗素子RX1〜RX4、RY1〜RY4、RZ1〜RZ4が形成されている。ピエゾ抵抗素子は、機械的変形により抵抗値が変化する素子であり、可撓部102の上面に所定の向きでそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 4A, a plurality of piezoresistive elements RX1 to RX4, RY1 to RY4, and RZ1 to RZ4 are formed on the upper surface of the
図4(a)においては、図面の左右方向をX軸、上下方向をY軸と定義する。また、図面に対し垂直な方向(図4(b)においては図の上下方向)にZ軸を定義する。これにより、XYZ三次元座標系を定義する。
この座標系において、X軸方向の加速度を検出するための4つのピエゾ抵抗素子RX1〜RX4がX軸上に配置されている。また、Y軸方向の加速度を検出するための4つのピエゾ抵抗素子RY1〜RY4がY軸上に配置されている。さらに、Z軸方向の加速度を検出するための4つのピエゾ抵抗素子RZ1〜RZ4がX軸に平行な軸上で、ピエゾ抵抗素子RX1〜RX4の近傍に配置されている。
In FIG. 4A, the horizontal direction in the drawing is defined as the X axis and the vertical direction is defined as the Y axis. Further, the Z axis is defined in a direction perpendicular to the drawing (in FIG. 4B, the vertical direction of the drawing). Thereby, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined.
In this coordinate system, four piezoresistive elements RX1 to RX4 for detecting acceleration in the X-axis direction are arranged on the X-axis. In addition, four piezoresistive elements RY1 to RY4 for detecting acceleration in the Y-axis direction are arranged on the Y-axis. Further, four piezoresistive elements RZ1 to RZ4 for detecting acceleration in the Z-axis direction are arranged in the vicinity of the piezoresistive elements RX1 to RX4 on an axis parallel to the X axis.
また、このXYZ三次元座標系に係る機械的変形を検出するために、これらピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を構成する。その様子を図5(a)から図5(c)に示す。図5に示したように、前述の12個のピエゾ抵抗素子を用いて3組のブリッジ回路を構成する。106は電源、107は電圧計である。 Further, in order to detect mechanical deformation related to the XYZ three-dimensional coordinate system, a bridge circuit is configured using these piezoresistive elements. This is shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c). As shown in FIG. 5, three sets of bridge circuits are configured using the twelve piezoresistive elements described above. 106 is a power source, and 107 is a voltmeter.
図5(a)は、X軸方向の加速度を検出するためのX軸ブリッジ回路である。RX1とRX4とを直列に接続し、これと並列にRX2とRX3とを直列に接続してX軸ブリッジ回路を構成している。また、RX1とRX2との間と、RX4とRX3との間とに電源106が接続され、さらに、RX1とRX4との間と、RX2とRX3との間とに電圧計107が接続されている。電圧計107は、電圧Vxを測定する。
FIG. 5A shows an X-axis bridge circuit for detecting acceleration in the X-axis direction. RX1 and RX4 are connected in series, and RX2 and RX3 are connected in series in parallel with this to constitute an X-axis bridge circuit. A
図5(b)は、Y軸方向の加速度を検出するためのY軸ブリッジ回路である。RY1と
RY4とを直列に接続し、これと並列にRY2とRY3とを直列に接続してY軸ブリッジ回路を構成している。また、RY1とRY2との間と、RY4とRY3との間とに電源106が接続され、さらに、RX1とRX4との間と、RX2とRX3との間とに電圧計107が接続されている。電圧計107は、電圧Vyを測定する。
FIG. 5B is a Y-axis bridge circuit for detecting acceleration in the Y-axis direction. RY1 and RY4 are connected in series, and RY2 and RY3 are connected in series in parallel with this to constitute a Y-axis bridge circuit. A
図5(c)は、Z軸方向の加速度を検出するためのZ軸ブリッジ回路である。RZ1とRZ3とを直列に接続し、これと並列にRZ2とRZ4とを直列に接続してZ軸ブリッジ回路を構成している。また、RZ1とRZ2との間と、RZ3とRZ4との間とに電源106が接続され、さらに、RZ1とRZ3との間と、RZ2とRZ4との間とに電圧計107が接続されている。電圧計107は、電圧Vzを測定する。
FIG. 5C shows a Z-axis bridge circuit for detecting acceleration in the Z-axis direction. RZ1 and RZ3 are connected in series, and RZ2 and RZ4 are connected in series in parallel with this to constitute a Z-axis bridge circuit. A
特許文献1に示した従来技術におけるブリッジ回路の組み方は、X軸とZ軸とでピエゾ抵抗素子の可撓部102上の配置位置と接続順とが異なっている。すなわち、X軸ブリッジ回路では、RX1とRX4と、RX2とRX3とをそれぞれ直列に接続するが、Z軸ブリッジ回路では、RZ1とRZ3と、RZ2とRZ4とをそれぞれ直列に接続している。
このような構成にすることによって、X軸用の4つのピエゾ抵抗素子RX1〜RX4とZ軸用の4つのピエゾ抵抗素子RZ1〜RZ4とを、X軸に平行に隣接して配置しても、X軸方向の加速度とZ軸方向の加速度とを分離して検出することが可能となる。
In the method of assembling the bridge circuit in the prior art disclosed in
By adopting such a configuration, even if the four piezoresistive elements RX1 to RX4 for the X axis and the four piezoresistive elements RZ1 to RZ4 for the Z axis are arranged adjacent to each other in parallel to the X axis, It is possible to detect the acceleration in the X-axis direction and the acceleration in the Z-axis direction separately.
特許文献1に示した従来技術の電気機械変換器110は、従来の知られている構成、例えば、片持ち梁と歪みゲージとを用いた一軸の電気機械変換器を3個利用して三次元方向の加速度成分を検出する構成などに比べて、製造コストが低く抑えられ量産に適しているという利点があった。
A conventional
近年、携帯型電子機器等では搭載部品のさらなる小型化が求められている。携帯電話等の小型電子機器に搭載可能な小型の電気機械変換器を構成しようとすれば、必然的に錘を小さく形成することとなる。その際、小さく軽量な錘であっても検出感度を上げるには、可撓部をより変形しやすくするなどの工夫が必要である。例えば、可撓部に開口部を設け、X軸方向とY軸方向とに細い梁を形成し、この細い梁で錘を支持する構成などである。このように、小型で軽量な錘でも容易に梁(可撓部)を変形させる構成は多くの提案をみるところである。 In recent years, further miniaturization of mounted components has been demanded in portable electronic devices and the like. If a small electromechanical transducer that can be mounted on a small electronic device such as a cellular phone is to be constructed, the weight is inevitably formed small. At that time, in order to increase the detection sensitivity even with a small and light weight, it is necessary to devise measures such as making the flexible portion easier to deform. For example, an opening is provided in the flexible part, a thin beam is formed in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a weight is supported by the thin beam. As described above, many proposals have been made for a configuration in which a beam (flexible portion) is easily deformed even with a small and light weight.
しかし、特許文献1に示した従来技術では、X軸方向とZ軸方向との加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子は、RX1〜RX4とRZ1〜RZ4との8個が必要であり、これらは可撓部102にほぼ同軸上に配置している。さらに、各ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成するために配線で接続する必要がある。このような構成であるから、可撓部102を細い梁形状にすることができない。したがって、特許文献1に示した従来技術は、小型化が求められている携帯電話等の小型電子機器に搭載することができないという問題があった。
また、特許文献1に示した従来技術は、梁上に多くのピエゾ抵抗素子と配線とを形成する構成であるから、ピエゾ抵抗素子間の配線が梁の変形により応力を受け、断線などの障害が発生しやすいという問題があった。すなわち、長期間に渡って使用することができないのである。
However, in the conventional technique shown in
In addition, since the conventional technique shown in
そこで本発明の目的は、上記の課題を解決して、小型化が求められている電子機器に搭載することができ、信頼性の高い電気機械変換器を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromechanical converter with high reliability that can be mounted on an electronic device that is required to be miniaturized by solving the above-described problems.
上記課題を解決するために、本発明の電気変換器は、下記記載の構成を採用するものである。 In order to solve the above problems, the electrical converter of the present invention adopts the following configuration.
錘部と枠部と、錘部と枠部とを接続するX軸方向の梁部とX軸方向と平面的にほぼ直交するY軸方向の梁部とを有し、機械的変動を電気的変動に変換する変換器を有する電気機械変換器であって、
変換器と離間して抵抗器を備え、変換器は、少なくとも3つの変換器からなり、X軸方向の梁部には、第1の変換器を設け、Y軸方向の梁部には、第2の変換器を設け、X軸方向の梁部またはY軸方向の梁部には、X軸方向またはY軸方向とは異なるZ軸方向の機械的変動を電気的変動に変換する第3の変換器を設けることを特徴とする。
It has a weight part, a frame part, a beam part in the X-axis direction that connects the weight part and the frame part, and a beam part in the Y-axis direction that is substantially perpendicular to the X-axis direction in a plan view, and electrically controls mechanical fluctuations. An electromechanical converter having a converter for converting into fluctuations,
A resistor is provided apart from the transducer, and the transducer is composed of at least three transducers, the first transducer is provided in the beam portion in the X-axis direction, and the first transducer is provided in the beam portion in the Y-axis direction. A third converter that converts a mechanical variation in the Z-axis direction different from the X-axis direction or the Y-axis direction into an electrical variation in the X-axis direction beam portion or the Y-axis direction beam portion. A converter is provided.
第1の変換器と第2の変換器と第3の変換器とは、それぞれ少なくとも2つの変換素子からなり、抵抗器は、少なくとも7つの抵抗素子からなり、
第1の変換器を構成する第1の変換素子と第1の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第1の変換器を構成する第2の変換素子と第2の抵抗素子とを直列に接続してX軸ブリッジ回路を構成し、
第2の変換器を構成する第3の変換素子と第3の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第2の変換器を構成する第4の変換素子と第4の抵抗素子とを直列に接続してY軸ブリッジ回路を構成し、
第5の抵抗素子と第6の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に第3の変換器を構成する第5の変換素子と第6の変換素子と第7の抵抗素子とを直列に接続してZ軸ブリッジ回路を構成し、
X軸ブリッジ回路とY軸ブリッジ回路とZ軸ブリッジ回路とを用いて錘部に加わる物理量を検出することを特徴とする。
The first converter, the second converter, and the third converter each include at least two conversion elements, and the resistor includes at least seven resistance elements.
A first conversion element and a first resistance element constituting the first converter are connected in series, and in parallel therewith, a second conversion element and a second resistance element constituting the first converter, Are connected in series to form an X-axis bridge circuit,
A third conversion element and a third resistance element constituting the second converter are connected in series, and a fourth conversion element and a fourth resistance element constituting the second converter are connected in parallel with the third conversion element and the third resistance element, respectively. Are connected in series to form a Y-axis bridge circuit,
The fifth resistance element and the sixth resistance element are connected in series, and the fifth conversion element, the sixth conversion element, and the seventh resistance element constituting the third converter are connected in series with the fifth resistance element and the sixth resistance element. Connected to the Z-axis bridge circuit,
A physical quantity applied to the weight portion is detected using an X-axis bridge circuit, a Y-axis bridge circuit, and a Z-axis bridge circuit.
第3の変換器を構成する2つの変換素子は、同一の変換特性を有してなることを特徴とする。 The two conversion elements constituting the third converter have the same conversion characteristics.
本発明の電気変換器は、少なくとも3つの変換器と離間して設ける抵抗器とを備えている。
本発明の電気変換器は、変換器と抵抗器とを離間して設置することができる。例えば、梁部に変換器を設け、その他の部分に抵抗器を設けることができる。このような構成とすることによって、梁部に余計な素子や配線を設置する必要がなく、梁部を小型化することができるのである。梁部に設ける変換器や抵抗器の数が少なくて済むことによって、梁部に加わる応力による配線の断線などを減らすことができ、信頼性の高い電気変換器を構成することができる。
また、X軸方向の梁部には、第1の変換器を設け、Y軸方向の梁部には、第2の変換器を設け、X軸方向の梁部またはY軸方向の梁部には、第3の変換器を設けている。これらの変換器は、それぞれ少なくとも2つの変換素子からなり、抵抗器も少なくとも7つの抵抗素子からなる。これら変換素子と抵抗器とを組み合わせてX軸用とY軸用とZ軸用とのブリッジ回路を構成し、錘部に加わる物理量を検出するのである。このような構成とすることによって、ある軸方向の梁部に設ける変換器や抵抗器の数を減らすことができるため、その梁部の形状をより小型化することができる。すなわち、梁部が小型化できることにより、錘部の動きに対してより感度よく物理量を検出することができるという効果がある。
The electrical converter of the present invention includes at least three converters and a resistor provided apart from each other.
In the electrical converter of the present invention, the converter and the resistor can be installed separately. For example, a converter can be provided in the beam portion, and a resistor can be provided in the other portion. By adopting such a configuration, it is not necessary to install an extra element or wiring in the beam portion, and the beam portion can be reduced in size. By reducing the number of converters and resistors provided in the beam portion, it is possible to reduce disconnection of wiring due to stress applied to the beam portion, and it is possible to configure a highly reliable electric converter.
In addition, the first transducer is provided in the beam portion in the X-axis direction, the second transducer is provided in the beam portion in the Y-axis direction, and the beam portion in the X-axis direction or the beam portion in the Y-axis direction is provided. Is provided with a third converter. Each of these converters consists of at least two conversion elements, and the resistor also consists of at least seven resistance elements. These conversion elements and resistors are combined to form a bridge circuit for the X axis, the Y axis, and the Z axis, and a physical quantity applied to the weight portion is detected. By adopting such a configuration, the number of transducers and resistors provided in a certain axial beam portion can be reduced, so that the shape of the beam portion can be further reduced. That is, since the beam portion can be miniaturized, there is an effect that the physical quantity can be detected with higher sensitivity to the movement of the weight portion.
本発明の電気変換器によれば、従来技術の電気変換器では達成できなかった、小型高感
度で信頼性の高い電気変換器を携帯機器に搭載することが可能となる。
According to the electric converter of the present invention, it is possible to mount a small, highly sensitive and highly reliable electric converter in a portable device that could not be achieved by the electric converter of the prior art.
以下図面を参照しながら本発明の電気変換器の最適な構造と物理量の検出に関する構成を説明する。本実施の形態では、物理量として加速度を例にして説明する。 The configuration relating to the detection of the optimum structure and physical quantity of the electrical converter of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, description will be given by taking acceleration as an example of the physical quantity.
[変換器の配置の説明:図1]
まず、本発明の電気機械変換器の構成について説明する。
図1(a)は、本発明の電気機械変換器を上面から見た構造平面図であり、図1(b)は、その断面図である。図1に示す例では、枠のほぼ中心に錘部があり、4つの梁部で錘部を支持する構成を示している。また、梁部に変換器を設け、枠部に抵抗器を設ける構成を示している。
図1において、1は枠部、2は配線、3は平面電極、4は変換素子、5は梁部、6は錘部、7は保護膜、20は電気機械変換器である。PX1とPX2とPY1とPY2とPZ1とPZ2とは変換器であって、PX1とPX2とで第1の変換器を構成し、PY1とPY2とで第2の変換器を構成し、PZ1とPZ2とで第3の変換器を構成する。PX1は第1の変換素子であり、PX2は第2の変換素子である。PY1は第3の変換素子であり、PY2は第4の変換素子である。PZ1は第5の変換素子であり、PZ2は第6の変換素子である。図1(b)に示す変換素子4は、これら第1から第6の変換素子のいずれかを示すものであって、例えば、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第1の変換素子PX1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第2の変換素子PX2と定義することができる。
RF1とRF2とRF3とRF4とRF5とRF6とRF7とは抵抗器であって、RF1は第1の抵抗素子であり、RF2は第2の抵抗素子である。RF3は第3の抵抗素子であり、RF4は第4の抵抗素子である。RF5は第5の抵抗素子であり、RF6は第6の抵抗素子であり、RF7は第7の抵抗素子である。
[Description of converter arrangement: FIG. 1]
First, the configuration of the electromechanical converter of the present invention will be described.
FIG. 1A is a structural plan view of the electromechanical transducer of the present invention viewed from above, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof. In the example shown in FIG. 1, there is shown a configuration in which a weight portion is provided at substantially the center of the frame and the weight portion is supported by four beam portions. Moreover, the structure which provides a converter in a beam part and provides a resistor in a frame part is shown.
In FIG. 1, 1 is a frame portion, 2 is a wiring, 3 is a planar electrode, 4 is a conversion element, 5 is a beam portion, 6 is a weight portion, 7 is a protective film, and 20 is an electromechanical transducer. PX1, PX2, PY1, PY2, PZ1, and PZ2 are converters, and PX1 and PX2 form a first converter, and PY1 and PY2 form a second converter, and PZ1 and PZ2 Constitutes a third converter. PX1 is a first conversion element, and PX2 is a second conversion element. PY1 is a third conversion element, and PY2 is a fourth conversion element. PZ1 is a fifth conversion element, and PZ2 is a sixth conversion element. The
RF1, RF2, RF3, RF4, RF5, RF6, and RF7 are resistors, RF1 is a first resistance element, and RF2 is a second resistance element. RF3 is a third resistance element, and RF4 is a fourth resistance element. RF5 is a fifth resistance element, RF6 is a sixth resistance element, and RF7 is a seventh resistance element.
図1(a)においては、図面の左右方向をX軸、上下方向をY軸と定義する。また、図面に対し垂直な方向(図1(b)においては図の上下方向)にZ軸を定義する。これにより、XYZ三次元座標系を定義する。 In FIG. 1A, the horizontal direction in the drawing is defined as the X axis and the vertical direction is defined as the Y axis. Further, the Z axis is defined in a direction perpendicular to the drawing (in FIG. 1B, the vertical direction of the drawing). Thereby, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined.
図1に示すように、本発明の電気機械変換器20は、枠部1のほぼ中央に加速度によって受動する錘部6を設けている。枠部1と錘部6とを連結するように可撓性の梁部5設けている。錘部6は、X軸方向とY軸方向とでそれぞれ2つの梁部5で支持されている。この梁部5は、錘部6の動きを妨げず錘部6を支持するように最小限の断面積とすることが望ましい。そのように構成することによって、錘部6が小さくても、あるいは軽量であってもその動作による応力が梁部5に加わり、それぞれの変換器がより効果的にその応力を受けることができるのである。
As shown in FIG. 1, the
枠部1や錘部6の材料としては、例えば、シリコン単結晶板やガラス板を用いることができる。このような材料を用いると、フォトリソグラフィ技術や異方性ドライエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)等の知られている加工手段により小型の電気機械変換器20を形成することができる。また、梁部5の部材としてはシリコン単結晶やガラスの他、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
As a material of the
本発明の電気機械変換器20は、梁部5の上面に複数の変換器を設けている。梁部5における変換器の設置場所は、錘部6の動きに対して強く応力がかかる部分であることが好ましく、例えば、枠部1と梁部5との接続部分である。
変換器であるPX1とPX2とPY1とPY2とPZ1とPZ2とは、機械的変形によ
り電気的特性が変化する変換素子であり、例えば、機械的な応力を受けて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子によって構成することができる。これら変換器は、梁部5の上面に所定の向きで配置されている。
The
The converters PX1, PX2, PY1, PY2, PZ1, and PZ2 are conversion elements whose electrical characteristics change due to mechanical deformation, for example, piezoresistive elements whose resistance value changes under mechanical stress. Can be configured. These converters are arranged in a predetermined direction on the upper surface of the
これら変換器は、梁部5の撓み変形量に応じた抵抗変化を呈することとなるが、同一の軸方向に設ける変換素子同士は同一の変換特性を有する。例えば、第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2とは同一の変換特性を有する。同様に、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2と、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2とは、それぞれ同一の変換特性を有する。
変換素子の変換特性とは、例えば、同一の機械的応力が加わったときに、同一の抵抗値変化を有することである。具体的に変換特性を同一にする手段は、広く知られており、例えば、ピエゾ抵抗素子を構成する抵抗体部分の不純物濃度やその形成寸法やサイズを同一にすることで容易に変換特性を同じにすることができる。このような技術は広く提案されているものであるから、説明は省略する。
Although these converters will exhibit resistance change according to the bending deformation amount of the
The conversion characteristic of the conversion element is, for example, having the same change in resistance value when the same mechanical stress is applied. Specifically, means for making the conversion characteristics the same are widely known. For example, the same conversion characteristics can be easily obtained by making the impurity concentration of the resistor portion constituting the piezoresistive element, the formation size, and the size the same. Can be. Since such a technique is widely proposed, description thereof is omitted.
さらに、各変換素子は配線2を介して平面電極3に電気的に接続されている。平面電極3は、本発明の電気機械変換器20と外部の機器などとを接続するためのターミナルの役目を持っており、半導体装置でいえば、パッドに相当する。図1(b)に示すように、電気機械変換器20の上面には平面電極3の部分を除き保護膜7を設けている。
Further, each conversion element is electrically connected to the
配線2と平面電極3とは、アルミ、銅、金等の知られている金属類やそれらの合金で構成することができる。保護膜7は、シリコン窒化膜、ポリイミド樹脂膜等で形成することができる。
The
図1に示す本発明の電気機械変換器20は、枠部1の上面に第1の抵抗素子RF1から第7の抵抗素子RF7の抵抗器を設けている。枠部1にシリコン単結晶を用いるとすると、所定の場所に選択的にポリシリコン抵抗や拡散抵抗を形成することができ、これらを抵抗器として用いることができる。その際は、知られている半導体製造技術を用いることができる。
これらの抵抗器は必ずしも枠部1上に設ける必要はなく、例えば、別途外部基板を用いてその上に設けてもかまわない。
The
These resistors do not necessarily have to be provided on the
次に、変換器の配置についてさらに詳しく説明する。
第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2とをX軸方向に架けた梁部5と枠部1とが接合する部分に設けて、X軸方向の梁部5の撓みを電気信号に変換するための第1の変換器を構成している。
同様に、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2とをY方向に架けた梁部5と枠部1とが接合する部分に設けて、Y軸方向の梁部5の撓みを電気信号に変換するため第2の変換器を構成している。
さらに、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2とをX軸方向に架けた梁部5と枠部1が接合する部分に、前述の第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2と隣接して設けて、Z軸方向の梁部5の撓みを電気信号に変換するための第3の変換器を構成している。第5の変換素子PZ1および第6の変換素子PZ2と第1の変換素子PX1および第2の変換素子PX2とはそれぞれ離間して設ける。
Next, the arrangement of the converter will be described in more detail.
The first conversion element PX1 and the second conversion element PX2 are provided at the portion where the
Similarly, the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2 are provided at a portion where the
Furthermore, the first conversion element PX1 and the second conversion element described above are connected to a portion where the
もちろん、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2とは、Y軸方向に架けた梁部5と枠部1が接合する部分に、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2と隣接して設けてもよい。つまり、X軸方向でもY軸方向でも、どちらに設けてもよいのである。
Of course, the fifth conversion element PZ1 and the sixth conversion element PZ2 are the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2 at the portion where the
[ブリッジ回路の説明:図2]
また、このXYZ三次元座標系に係る機械的変形を検出するために、これら変換素子と抵抗器とを用いてブリッジ回路を構成する。その様子を図2(a)から図2(c)に示す。ブリッジ回路を構成することで、加速度や傾斜や振動等の物理量を電圧変化に変換して検出することができる。
抵抗器は、図1(a)に示すように枠部1上に設けることができるが、外部基板を用いて、その上に設けてもよい。また、ブリッジ回路の結線は枠部1上に配線を設けて行ってもよいし、平面電極3を介して外部基板上で結線してもよい。
[Description of Bridge Circuit: Fig. 2]
Moreover, in order to detect the mechanical deformation | transformation which concerns on this XYZ three-dimensional coordinate system, a bridge circuit is comprised using these conversion elements and resistors. This is shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c). By configuring the bridge circuit, physical quantities such as acceleration, inclination, and vibration can be converted into voltage changes and detected.
The resistor can be provided on the
図2に示すように、第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2との6個の変換素子と、第1の抵抗素子RF1から第7の抵抗素子RF7の7つの抵抗器とを用いて3組のブリッジ回路を構成する。9aと9bと9cとは電源、8aと8bと8cとは電圧計である。P1からP6は接続点である。 As shown in FIG. 2, the first conversion element PX1 and the second conversion element PX2, the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2, the fifth conversion element PZ1 and the sixth conversion element PZ2 Three sets of bridge circuits are configured by using six conversion elements and seven resistors of the first resistance element RF1 to the seventh resistance element RF7. Reference numerals 9a, 9b and 9c denote power sources, and 8a, 8b and 8c denote voltmeters. P1 to P6 are connection points.
なお、図2に示すブリッジ回路は、3つの結線状態を説明するために3組のブリッジ回路を示しているが、もちろん、必ずブリッジ回路を3組用意しなければならないわけではない。図示しないが知られている配線切り替え手段を用いて、変換器や抵抗器を切り替えることで3組のブリッジ回路を構成することができる。その際は、電圧計8aから8cと電源9aから9cとは、それぞれ1つづつ用意すれば済むのである。 The bridge circuit shown in FIG. 2 shows three sets of bridge circuits in order to explain the three connection states. Of course, it is not always necessary to prepare three sets of bridge circuits. Although not shown, three sets of bridge circuits can be configured by switching converters and resistors using known wiring switching means. In that case, it is only necessary to prepare one each of the voltmeters 8a to 8c and the power supplies 9a to 9c.
図2(a)は、X軸方向の加速度を検出するためのX軸ブリッジ回路である。第1の変換素子PX1と第1の抵抗素子RF1とを直列に接続し、これと並列に第2の変換素子PX2と第2の抵抗素子RF2とを直列に接続してX軸ブリッジ回路を構成している。また、第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2との間と、第1の抵抗素子RF1と第2の抵抗素子RF2との間とに電源9aを接続し、さらに、第1の変換素子PX1と第1の抵抗素子RF1との間(接続点P1)と、第2の変換素子PX2と第2の抵抗素子RF2との間(接続点P2)とに電圧計8aを接続している。電圧計8aは、接続点P1と接続点P2との間の電圧Vxを測定する。 FIG. 2A shows an X-axis bridge circuit for detecting acceleration in the X-axis direction. The first conversion element PX1 and the first resistance element RF1 are connected in series, and the second conversion element PX2 and the second resistance element RF2 are connected in series with the first conversion element PX1 to form an X-axis bridge circuit. is doing. Further, a power source 9a is connected between the first conversion element PX1 and the second conversion element PX2 and between the first resistance element RF1 and the second resistance element RF2, and further, the first conversion element A voltmeter 8a is connected between the element PX1 and the first resistance element RF1 (connection point P1) and between the second conversion element PX2 and the second resistance element RF2 (connection point P2). . The voltmeter 8a measures a voltage Vx between the connection point P1 and the connection point P2.
図2(b)は、Y軸方向の加速度を検出するためのY軸ブリッジ回路である。第3の変換素子PY1と第3の抵抗素子RF3とを直列に接続し、これと並列に第4の変換素子PY2と第4の抵抗素子RF4とを直列に接続してY軸ブリッジ回路を構成している。また、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2との間と、第3の抵抗素子RF3と第4の抵抗素子RF4との間とに電源9bを接続し、さらに、第3の変換素子PY1と第3の抵抗素子RF3との間(接続点P3)と、第4の変換素子PY2と第4の抵抗素子RF4との間(接続点P4)とに電圧計8bを接続している。電圧計8bは、接続点P3と接続点P4との間の電圧Vyを測定する。 FIG. 2B is a Y-axis bridge circuit for detecting acceleration in the Y-axis direction. A third conversion element PY1 and a third resistance element RF3 are connected in series, and a fourth conversion element PY2 and a fourth resistance element RF4 are connected in series in parallel with this to constitute a Y-axis bridge circuit. is doing. Further, a power source 9b is connected between the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2, and between the third resistance element RF3 and the fourth resistance element RF4, and further the third conversion element. A voltmeter 8b is connected between the element PY1 and the third resistance element RF3 (connection point P3) and between the fourth conversion element PY2 and the fourth resistance element RF4 (connection point P4). . The voltmeter 8b measures the voltage Vy between the connection point P3 and the connection point P4.
図2(c)は、Z軸方向の加速度を検出するためのZ軸ブリッジ回路である。第5の抵抗素子RF5と第6の抵抗素子RF6とを直列に接続し、これと並列に第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2とを直列に接続するとともに第7の抵抗素子RF7とも直列に接続してZ軸ブリッジ回路を構成している。また、第5の抵抗素子RF5と第5の変換素子PZ1との間と、第6の抵抗素子RF6と第7の抵抗素子RF7との間とに電源9cを接続し、さらに、第5の抵抗素子RF5と第6の抵抗素子RF6との間(接続点P5)と、第6の変換素子PZ2と第7の抵抗素子RF7との間(接続点P6)とに電圧計8cを接続している。電圧計8cは、接続点P5と接続点P6との間の電圧Vzを測定する。 FIG. 2C shows a Z-axis bridge circuit for detecting acceleration in the Z-axis direction. The fifth resistance element RF5 and the sixth resistance element RF6 are connected in series, and the fifth conversion element PZ1 and the sixth conversion element PZ2 are connected in series with the fifth resistance element RF5 and the sixth resistance element RF7. Both are connected in series to form a Z-axis bridge circuit. Further, a power source 9c is connected between the fifth resistor element RF5 and the fifth converter element PZ1, and between the sixth resistor element RF6 and the seventh resistor element RF7, and further, a fifth resistor A voltmeter 8c is connected between the element RF5 and the sixth resistance element RF6 (connection point P5) and between the sixth conversion element PZ2 and the seventh resistance element RF7 (connection point P6). . The voltmeter 8c measures the voltage Vz between the connection point P5 and the connection point P6.
図2(a)に示すX軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点P1と接続点P2との間に数1に示す平行関係を形成し、接続点P1と接続点P2との間の電位差である電圧Vxを0にすることが
できる。
When configuring the X-axis bridge circuit shown in FIG. 2A, for example, by selecting a conversion element and a resistance element having an appropriate resistance value, the
この際に、例えば、第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2とを、それぞれに加わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第1の変換素子PX1と第2の変換素子PX2との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点P1と接続点P2との間の電位差として検出することができる。 At this time, for example, if the first conversion element PX1 and the second conversion element PX2 are configured using piezoresistive elements whose resistance values change due to the stress applied thereto, the first conversion element PX1 and the first conversion element PX1 A difference in resistance value caused by stress between the two conversion elements PX2 can be detected as a potential difference between the connection point P1 and the connection point P2.
図2(b)に示すY軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点P3と接続点P4との間に数2に示す平行関係を形成し、接続点P3と接続点P4との間の電位差である電圧Vyを0にすることができる。
When the Y-axis bridge circuit shown in FIG. 2B is configured, for example, by selecting a conversion element and a resistance element having an appropriate resistance value, the
この際に、例えば、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2とを、それぞれに加わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第3の変換素子PY1と第4の変換素子PY2との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点P3と接続点P4との間の電位差として検出することができる。 At this time, for example, if the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2 are configured using piezoresistive elements whose resistance values change depending on the stress applied to each of the third conversion element PY1 and the fourth conversion element PY2, The difference in resistance value caused by the stress between the four conversion elements PY2 can be detected as a potential difference between the connection point P3 and the connection point P4.
図2(c)に示すZ軸ブリッジ回路を構成する際に、例えば、適当な抵抗値を有する変換素子と抵抗素子とを選定することで、接続点P5と接続点P6との間に数3に示す平行関係を形成し、接続点P5と接続点P6との間の電位差である電圧Vzを0にすることができる。
When configuring the Z-axis bridge circuit shown in FIG. 2C, for example, by selecting a conversion element and a resistance element having an appropriate resistance value, a
この際に、例えば、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2とを、それぞれに加
わる応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いて構成すれば、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2との間の応力に起因する抵抗値の差を接続点P5と接続点P6との間の電位差として検出することができる。
At this time, for example, if the fifth conversion element PZ1 and the sixth conversion element PZ2 are configured using piezoresistive elements whose resistance values change due to the stress applied to each, the fifth conversion element PZ1 and the fifth conversion element PZ1 The difference in resistance value caused by the stress with the six conversion elements PZ2 can be detected as a potential difference between the connection point P5 and the connection point P6.
[電気機械変換作用の説明:図3]
次に、本発明の実施の形態の構成における電気機械変換作用について詳細に説明する。3軸方向の加速度を各軸ごとに分離して電気信号に変換する際の作用を例にして説明する。
[Description of electromechanical conversion action: Fig. 3]
Next, the electromechanical conversion action in the configuration of the embodiment of the present invention will be described in detail. A description will be given by taking as an example the action when the acceleration in the three-axis direction is separated for each axis and converted into an electrical signal.
[X軸、Y軸方向の加速度を検出する方法:図2、図3]
まず、X軸方向の加速度を他軸から分離して電気的に検出する際の作用について説明する。
図3は、本発明の電気機械変換器の構造を模式的に示す断面図であって、図3(a)は、梁部5に対して平行なX軸方向またはY軸方向(図面の左から右)の加速度が加わった場合を示し、図3(b)は、梁部5に対して垂直なZ軸方向(図面の上から下)の加速度が加わった場合を示す。図において、矢印は加速度を示している。
[Method of detecting acceleration in X-axis and Y-axis directions: FIGS. 2 and 3]
First, the operation when the acceleration in the X-axis direction is separated from the other axes and is electrically detected will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the electromechanical transducer of the present invention. FIG. 3A is an X-axis direction or a Y-axis direction parallel to the beam portion 5 (left of the drawing). 3B shows a case where acceleration in the Z-axis direction (from the top to the bottom of the drawing) perpendicular to the
図3(a)に示すように、X軸方向の加速度により錘部6が受動する場合は、X軸方向に配置した梁部5の撓みにより、その端部に形成してある変換素子4に応力が作用する。図3(a)において、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第1の変換素子PX1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第2の変換素子PX2と定義する。
図3(a)に示すように、X軸方向に加速度が加わると、第1の変換素子PX1は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第2の変換素子PX2は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。図面では、圧縮応力を+応力、伸び応力を−応力と記載している。
このため、図2(a)に示すX軸ブリッジ回路における変換器(PX1、PX2)と抵抗器(RF1、RF2)との平衡関係が崩れて、接続点P1と接続点P2との間の電位差である電圧Vxを観測するこができるのである。
As shown in FIG. 3A, when the
As shown in FIG. 3A, when acceleration is applied in the X-axis direction, the first conversion element PX1 decreases in resistance value due to compressive stress, while the second conversion element PX2 increases in resistance value due to elongation stress. Will be presented. In the drawing, compressive stress is described as + stress, and elongation stress is described as-stress.
For this reason, the equilibrium relationship between the converters (PX1, PX2) and the resistors (RF1, RF2) in the X-axis bridge circuit shown in FIG. 2A is broken, and the potential difference between the connection point P1 and the connection point P2. The voltage Vx can be observed.
X軸に対して平面的に90度直交するY軸方向の加速度により錘部6が受動する場合も同様である。図3(a)をY軸方向に加速度が加わった図とみなすと、図3(a)においては、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第3の変換素子PY1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第4の変換素子PY2と定義できる。
図3(a)に示すように、Y軸方向に加速度が加わると、第3の変換素子PY1は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第4の変換素子PY2は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図2(b)に示すY軸ブリッジ回路における変換器(PY1、PY2)と抵抗器(RF3、RF4)との平衡関係が崩れて、接続点P3と接続点P4との間の電位差である電圧Vyを観測するこができるのである。
もちろん、X軸方向に配置した梁部5に撓みは生じず、その端部に形成してある変換器(PX1、PX2)に応力は作用しないため、これらの平衡関係は保持され、接続点P1と接続点P2との間に電位差を生じることはない。
The same applies to the case where the
As shown in FIG. 3A, when acceleration is applied in the Y-axis direction, the third conversion element PY1 decreases in resistance value due to compressive stress, while the fourth conversion element PY2 increases in resistance value due to elongation stress. Will be presented.
For this reason, the equilibrium relationship between the converters (PY1, PY2) and the resistors (RF3, RF4) in the Y-axis bridge circuit shown in FIG. 2B is broken, and the potential difference between the connection point P3 and the connection point P4. The voltage Vy can be observed.
Of course, the
さらに、図3(b)に示すように、図面の上から下方向のZ軸方向の加速度により錘部6が受動する場合は、X軸方向に配置した梁部5の撓みにより、その端部に形成してある変換素子4に応力が作用する。図3(b)において、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第1の変換素子PX1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第2の変換素子PX2と定義する。
この際は、図3(b)において、第1の変換素子PX1は、伸び応力による抵抗値増加、同様に、第2の変換素子PX2も伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
したがって、前述の変換器(PX1、PX2)と抵抗器(RF1、F2)との平衡関係
は保持され、接続点P1と接続点P2との間に電位差を生ずることはない。
Further, as shown in FIG. 3 (b), when the
In this case, in FIG. 3B, the first conversion element PX1 exhibits an increase in resistance value due to elongation stress, and similarly, the second conversion element PX2 also exhibits an increase in resistance value due to elongation stress.
Accordingly, the balanced relationship between the converters (PX1, PX2) and the resistors (RF1, F2) is maintained, and no potential difference is generated between the connection point P1 and the connection point P2.
以上説明したように、本発明の電気機械変換器によれば、X軸方向の加速度を他軸と分離して電気的に検出する電気機械変換器を構成することが可能となる。
また、X軸に対して平面的に90度直交するY軸方向の加速度についてもX軸方向と同様の作用によって、Y軸方向の加速度を他軸と分離して電気的に検出することが可能となる。
As described above, according to the electromechanical transducer of the present invention, it is possible to configure an electromechanical transducer that detects the acceleration in the X-axis direction separately from the other axes and electrically detects the acceleration.
Also, the acceleration in the Y-axis direction that is 90 degrees perpendicular to the X-axis can be detected electrically by separating the acceleration in the Y-axis direction from the other axes by the same action as the X-axis direction. It becomes.
[Z軸方向の加速度を検出する方法:図2、図3]
次に、Z軸方向の加速度を他軸から分離して電気的に検出する際の作用について説明する。
前述のようにZ軸方向の加速度を検出するための2つの変換器(PZ1、PZ2)は、X軸方向に架けた梁部5と枠部1が接合する部分に、X軸方向の加速度を検出する変換器(PX1、PX2)と隣接して設けて、Z軸方向の梁部5の撓みを電気信号に変換するための変換器を構成することができる。
[Method of detecting acceleration in the Z-axis direction: FIGS. 2 and 3]
Next, an operation when the acceleration in the Z-axis direction is separated from the other axis and electrically detected will be described.
As described above, the two converters (PZ1, PZ2) for detecting the acceleration in the Z-axis direction apply the acceleration in the X-axis direction to the portion where the
図3(a)に示すように、X軸方向の加速度により錘部6が受動する場合は、X軸方向に配置した梁部5の撓みにより、その端部に形成してある変換素子4に応力が作用する。図3(a)において、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第5の変換素子PZ1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第6の変換素子PZ2と定義する。
図3(a)に示すように、X軸方向に加速度が加わると、第5の変換素子PZ1は、圧縮応力による抵抗値減少、一方、第6の変換素子PZ2は、伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図2(c)に示すZ軸ブリッジ回路における変換器(PZ1、PZ2)と抵抗器(RF5、RF6、RF7)との平衡関係は、第5の変換素子RZ1と第6の変換素子RZ2との抵抗値変化が直列接続(電気的加算)により相殺されるため、保持されている。したがって、接続点P5と接続点P6との間に電位差である電圧Vzを生じることはない。
As shown in FIG. 3A, when the
As shown in FIG. 3A, when acceleration is applied in the X-axis direction, the fifth conversion element PZ1 decreases in resistance value due to compressive stress, while the sixth conversion element PZ2 increases in resistance value due to elongation stress. Will be presented.
For this reason, the balanced relationship between the converters (PZ1, PZ2) and the resistors (RF5, RF6, RF7) in the Z-axis bridge circuit shown in FIG. 2C is the same as that of the fifth conversion element RZ1 and the sixth conversion element. Since the change in resistance value with RZ2 is canceled by series connection (electrical addition), it is retained. Therefore, the voltage Vz that is a potential difference is not generated between the connection point P5 and the connection point P6.
X軸に対して平面的に90度直交するY軸方向の加速度により錘部6が受動する場合は、X軸方向に配置した梁部5に撓みは生ぜず、その端部に形成してある変換器(PY1、PY2)に応力は作用しない。
このため、図2(c)に示したZ軸ブリッジ回路における変換器(PZ1、PZ2)と抵抗器(RF5、RF6、RF7)との平衡関係は保持され、接続点P5と接続点P6との間に電位差を生じることはない。
When the
Therefore, the balanced relationship between the transducers (PZ1, PZ2) and the resistors (RF5, RF6, RF7) in the Z-axis bridge circuit shown in FIG. 2C is maintained, and the connection point P5 and the connection point P6 are There is no potential difference between them.
さらに、図3(b)に示すように、図面の上から下方向のZ軸方向の加速度により錘部6が受動する場合は、X軸方向に配置した梁部5の撓みにより、その端部に形成してある変換素子4に応力が作用する。図3(b)において、図面左の梁部5に設ける変換素子4を第5の変換素子PZ1、図面右の梁部5に設ける変換素子4を第6の変換素子PZ2と定義する。
この際は、図3(b)において、第5の変換素子PZ1は、伸び応力による抵抗値増加、同様に、第6の変換素子PZ2も伸び応力による抵抗値増加を呈することとなる。
このため、図2(c)に示したZ軸ブリッジ回路における変換器(PZ1、PZ2)と抵抗器(RF5、RF6、RF7)との平衡関係は、第5の変換素子PZ1と第6の変換素子PZ2との抵抗値変化が直列接続(電気的加算)により増加するため、崩れる。したがって、接続点P5と接続点P6との間の電位差である電圧Vzを観測することができるのである。
Further, as shown in FIG. 3 (b), when the
In this case, in FIG. 3B, the fifth conversion element PZ1 exhibits an increase in resistance value due to elongation stress, and similarly, the sixth conversion element PZ2 also exhibits an increase in resistance value due to elongation stress.
For this reason, the balanced relationship between the converters (PZ1, PZ2) and the resistors (RF5, RF6, RF7) in the Z-axis bridge circuit shown in FIG. 2C is the same as that of the fifth conversion element PZ1 and the sixth conversion element. Since the resistance value change with the element PZ2 increases due to series connection (electrical addition), it collapses. Therefore, the voltage Vz which is a potential difference between the connection point P5 and the connection point P6 can be observed.
以上説明したように、本発明の構成によれば、X軸やY軸のみならず、Z軸方向の加速
度をも他軸と分離して電気的に検出することが可能となる。
また、梁部と枠部とが接する部分に変換器を設けており、抵抗器は梁部に設ける必要がない。このため、梁部に余分な配線は必要なく、梁部の形状を自由に設定することができるばかりか、梁部の配線には断線などの障害が生じることはない。したがって、細い形状の可撓部(梁)を形成することもできる。
As described above, according to the configuration of the present invention, not only the X-axis and Y-axis, but also the acceleration in the Z-axis direction can be electrically detected separately from the other axes.
Moreover, the converter is provided in the part which a beam part and a frame part contact | connect, and it is not necessary to provide a resistor in a beam part. For this reason, there is no need for extra wiring in the beam portion, the shape of the beam portion can be set freely, and there is no failure such as disconnection in the wiring of the beam portion. Therefore, a thin flexible part (beam) can also be formed.
本発明の電気機械変換器によれば、小型で軽量な錘でも容易に梁部を変形させることができるので、従来技術の電気機械変換器では達成できなかった、小型高感度で信頼性の高い電気変換器を携帯機器に搭載することが可能となるのである。 According to the electromechanical transducer of the present invention, the beam portion can be easily deformed even with a small and light weight. Therefore, the small size, high sensitivity, and high reliability that cannot be achieved by the conventional electromechanical transducer. It becomes possible to mount the electric converter on the portable device.
本発明の実施の形態では、X軸方向の梁部にZ軸方向の加速度を検出する変換素子も設ける例を用いて説明したが、これに限定するものではない。Y軸方向の梁部にZ軸方向の加速度を検出する変換素子を設けてもよい。
もちろん、ある軸方向に設ける変換器は、変換素子を2つ用いる場合を例にして説明したが、これも限定するものではない。梁部の形状を鑑みて、より多くの変換素子を設けても構わないのである。
In the embodiment of the present invention, the example in which the conversion element for detecting the acceleration in the Z-axis direction is provided in the beam portion in the X-axis direction has been described. However, the present invention is not limited to this. A conversion element that detects acceleration in the Z-axis direction may be provided in the beam portion in the Y-axis direction.
Of course, the converter provided in a certain axial direction has been described by taking the case of using two conversion elements as an example, but this is not a limitation. In view of the shape of the beam portion, more conversion elements may be provided.
本発明の電気機械変換器は、三次元方向の加速度成分を1つの電気機械変換器で検出することができる。従来に比して小型が可能であるため、小型化の要求が強い携帯型電子機器やロボット等に好適である。 The electromechanical transducer of the present invention can detect a three-dimensional acceleration component with one electromechanical transducer. Since it can be made smaller than before, it is suitable for portable electronic devices, robots, and the like that have a strong demand for miniaturization.
1 枠部
2 配線
3 平面電極
4 変換素子
5 梁部
6 錘部
7 保護膜
8a、8b、8c 電圧計
9a、9b、9c 電源
20 電気機械変換器
PX1 第1の変換素子
PX2 第2の変換素子
PY1 第3の変換素子
PY2 第4の変換素子
PZ1 第5の変換素子
PZ2 第6の変換素子
RF1 第1の抵抗素子
RF2 第2の抵抗素子
RF3 第3の抵抗素子
RF4 第4の抵抗素子
RF5 第5の抵抗素子
RF6 第6の抵抗素子
RF7 第7の抵抗素子
P1〜P6 接続点
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記変換器と離間して抵抗器を備え、
前記変換器は、少なくとも3つの変換器からなり、
前記X軸方向の梁部には、第1の変換器を設け、
前記Y軸方向の梁部には、第2の変換器を設け、
前記X軸方向の梁部または前記Y軸方向の梁部には、前記X軸方向または前記Y軸方向とは異なるZ軸方向の機械的変動を電気的変動に変換する第3の変換器を設けることを特徴とする電気機械変換器。 Mechanical variation including a weight part, a frame part, a beam part in the X-axis direction connecting the weight part and the frame part, and a beam part in the Y-axis direction substantially orthogonal to the X-axis direction in a plane. An electromechanical transducer having a transducer for converting the electrical variation into electrical fluctuations,
A resistor spaced apart from the converter;
The transducer comprises at least three transducers;
The X-axis direction beam portion is provided with a first converter,
A second converter is provided in the beam portion in the Y-axis direction,
A third converter that converts mechanical fluctuations in the Z-axis direction different from the X-axis direction or the Y-axis direction into electrical fluctuations in the X-axis direction beam part or the Y-axis direction beam part. An electromechanical transducer characterized by being provided.
前記抵抗器は、少なくとも7つの抵抗素子からなり、
前記第1の変換器を構成する第1の変換素子と第1の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第1の変換器を構成する第2の変換素子と第2の抵抗素子とを直列に接続してX軸ブリッジ回路を構成し、
前記第2の変換器を構成する第3の変換素子と第3の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第2の変換器を構成する第4の変換素子と第4の抵抗素子とを直列に接続してY軸ブリッジ回路を構成し、
第5の抵抗素子と第6の抵抗素子とを直列に接続し、これと並列に前記第3の変換器を構成する第5の変換素子と第6の変換素子と第7の抵抗素子とを直列に接続してZ軸ブリッジ回路を構成し、
前記X軸ブリッジ回路と前記Y軸ブリッジ回路と前記Z軸ブリッジ回路とを用いて前記錘部に加わる物理量を検出することを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換器。 Each of the first converter, the second converter, and the third converter includes at least two conversion elements,
The resistor comprises at least seven resistance elements,
A first conversion element and a first resistance element constituting the first converter are connected in series, and a second conversion element and a second resistance constituting the first converter are connected in parallel with the first conversion element and the first resistance element. Configure the X-axis bridge circuit by connecting the elements in series,
A third conversion element and a third resistance element constituting the second converter are connected in series, and a fourth conversion element and a fourth resistance constituting the second converter are connected in parallel with the third conversion element and the third resistance element. Connect the elements in series to form a Y-axis bridge circuit,
A fifth resistance element and a sixth resistance element are connected in series, and in parallel therewith, a fifth conversion element, a sixth conversion element, and a seventh resistance element constituting the third converter are provided. Connected in series to form a Z-axis bridge circuit,
The electromechanical transducer according to claim 1, wherein a physical quantity applied to the weight portion is detected using the X-axis bridge circuit, the Y-axis bridge circuit, and the Z-axis bridge circuit.
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---|---|---|---|
JP2005218991A Pending JP2007033319A (en) | 2005-07-28 | 2005-07-28 | Electromechanical transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007033319A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100437117C (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-26 | 中北大学 | Composite beam piezoresistive accelerometer |
CN107246910A (en) * | 2017-06-15 | 2017-10-13 | 中北大学 | MEMS three-dimensional co-vibrating type vector hydrophones based on piezoresistive effect |
-
2005
- 2005-07-28 JP JP2005218991A patent/JP2007033319A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100437117C (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-26 | 中北大学 | Composite beam piezoresistive accelerometer |
CN107246910A (en) * | 2017-06-15 | 2017-10-13 | 中北大学 | MEMS three-dimensional co-vibrating type vector hydrophones based on piezoresistive effect |
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