CN1749759A - 加速度传感器 - Google Patents
加速度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1749759A CN1749759A CNA2005100981925A CN200510098192A CN1749759A CN 1749759 A CN1749759 A CN 1749759A CN A2005100981925 A CNA2005100981925 A CN A2005100981925A CN 200510098192 A CN200510098192 A CN 200510098192A CN 1749759 A CN1749759 A CN 1749759A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diaphragm
- axis
- acceleration sensor
- electrode
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 19
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 14
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N copper titanium Chemical compound [Ti].[Cu] IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P1/00—Details of instruments
- G01P1/02—Housings
- G01P1/023—Housings for acceleration measuring devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明提供一种以简单的构成在不使传感器灵敏度降低的情况下提高耐冲击性的三轴加速度传感器。其是对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测的加速度传感器,备有:具有分别与三个轴对应的固定电极的电极基板(5),将与固定电极对置的一个面作为可动电极的振动板(2),和安装在振动板(2)的另一个面的中心部上的配重体(1)。基于固定电极与振动板(2)之间的静电电容的变化检测加速度。电极基板(5)设置有覆盖固定电极的表面的驻极体层(4)。
Description
技术领域
本发明涉及对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测的的加速度传感器。
背景技术
关于检测三维的、所谓X轴、Y轴、Z轴这3个轴方向的加速度的加速度传感器,提出有各种各样的方案。例如,在作为文献1引用的日本特开平10-10150号公报(图1至3、第7至22段)中,公开了基于相互面对的固定电极与可动电极之间的静电电容变化来检测加速度的加速度传感器的技术。根据该技术,在固定电极中可动电极中的某一个电极的、与另一个电极对置的面上设有驻极体膜。在可动电极的不与固定电极对置的一侧的面上备有配重体,以便在施加加速度时赋予可动电极位移。没有设置驻极体膜的另一个电极,沿着以配重体的重心的投影位置为交点相互正交的正交轴分割地构成。即,通过分割地设置一个电极,来基于被分割的电极的静电电容变化,检测多个轴的加速度。
文献1所公开的那样的驻极体电容器麦克风(ElectretCondenser Microphones)(下面,称之为“ECM”)型的加速度传感器或振动传感器,被用于计步器或振动计等各种各样的用途。希望它们与一般的传感器同样地具有高灵敏度。但是,在例如用于计步器等时大多由电池驱动,当然不能期待充足的电源。因此,使用消耗电流较多的放大用的IC(集成电路)等电气地提高灵敏度,这一点并不理想。
所以,若要机械地提高灵敏度,则必须使惯性力增加。但是,如果为了使惯性力增大而增大可动电极的振幅,传感器下落等时的耐冲击性就会受到损害。因此,仅仅根据文献1那样的基本结构,难以充分应对这些问题。
发明内容
本申请发明是鉴于上述问题而作出的,其目的在于提供一种以简单的构成在不降低传感器灵敏度的情况下提高耐冲击性的三轴加速度传感器。
为了实现该目的,本发明是对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测的加速度传感器,其包括:
在一个面上具有固定电极的电极基板;
将经由间隔件而与前述固定电极对置的一个面作为可动电极的振动板,所述间隔件用于在与该电极基板之间设置规定间隔;
设置在该振动板的另一个面的中央部上的配重体;和
容纳前述电极基板、前述间隔件、前述振动板及前述配重体的导电性的壳体;
基于前述固定电极与前述可动电极之间的静电电容的变化,对前述3个轴方向的加速度进行检测,其特征在于,
前述固定电极包括:环状的第一固定电极,其以通过前述配重体的重心并与前述电极基板正交的第一轴为中心;和第二固定电极及第三固定电极,它们是直径比前述第一固定电极大的环状电极被下述分割轴分别二分割而成的电极,所述分割轴在前述电极基板与前述第一轴的交点处相互正交,并且相对于与前述第一轴正交的第二轴及第三轴成45度角;
前述电极基板形成有覆盖前述固定电极的表面的驻极体层。
根据该特征构成,本发明的加速度传感器,是利用了驻极体的ECM型的结构,所以,能够直接对静电电容进行电压输出。因此,不用通过高价的静电电容-电压转换电路(CV转换电路),即可直接将ECM的输出电压输出给低价的通用运算放大器等。在ECM型的结构中,由于不需要用于在振动板(可动电极)与固定电极之间施加偏压的偏置电路,所以电路变得简单,也能够降低成本。
CV转换电路,大多以专用的IC(集成电路)等构成,虽也提供有能够以一个IC处理三个轴的信号的装置,但是消耗电流大到数毫安。因此,在将该加速度传感器组装入电池驱动的装置时,电池急剧消耗,并不理想。而通用的运算放大器,其消耗电流较少、为数微安,能够降低装置的消耗电力。
这里,还具有以下特征:前述固定电极以不从前述电极基板的表面突出及陷落的方式形成。
驻极体层,例如通过涂敷成为驻极体的氟树脂的水性分散液并进行烧结、或粘贴氟类薄膜等方式,形成在电极基板的表面上。在电极基板上,利用铜箔等来设置固定电极。一般是由蚀刻法等将铜箔的导电图形设在作为绝缘体的玻璃环氧树脂制的基材上。因此,虽然形成得特别薄,但在基板的基材之上铜箔的图形成为突出的形状。因此,存在形成于其上的驻极体层的层厚不均匀的情况。这样,会给所检测的静电电容、及作为其结果而被输出的电压带来影响,并不理想。若电极图形的铜箔不从基板的基材的表面突出及陷落,而是表面平整地设置,则能够使驻极体层的层厚均匀。
另外,具有这样的特征:前述驻极体层是通过以镍或金对前述固定电极的表面进行镀敷处理、之后涂敷氟树脂的水性分散液并进行烧结而形成的,或者是通过粘贴氟类薄膜而形成的。
作为铜,由于其导电性优异,所以一般用作上述那样被设在基板上的电极。但是,广泛用于电极图形的铜箔容易氧化、变色,由此存在使作为驻极体的功能降低的情况。尤其是在涂敷成为驻极体层的氟树脂的水性分散液并进行烧结的情况下,存在氧化、发黑的情况。另外,由于铜箔容易氧化、变色,所以在粘贴氟类薄膜时也存在铜箔变色的情况。
因此,若在粘贴氟类薄膜或涂敷氟树脂的水性分散液并烧结、以进行驻极体的涂覆之前,以镍或金等对铜箔进行镀敷处理的话,则能够抑制上述问题。
另外,具有这样的特征:前述振动板包括:位于周边部并经由前述间隔件而被固定的固定部;位于中央部并备有前述配重体的振动部;和连结前述固定部与前述振动部的弹性支承部;
前述弹性支承部包括:椭圆形状的环;在前述椭圆形状的长轴上连接前述振动部与前述环的第一梁;和在前述椭圆形状的短轴上连接前述固定部与前述环的第二梁。
在振动板被分割形成为固定部、振动部及弹性支承部的情况下,连结固定部与振动部的弹性支承部由作为扭杆支座起作用的梁、和连接梁的基部构成。为了更多地获得由ECM产生的静电电容的变化,必须要使振动部的面积较大,所以,最好不要将弹性支承部、尤其是基部所占的面积设定得较大。但是,当将基部的面积设定的较小、即将基部形成得较细时,由于该基部做起到弹簧的作用,所以在加速度传感器检测的3个轴方向内的第二轴的励振时和第三轴的励振时的、所谓XY方向上,会在振动部的机械振动方面产生差异。该差异也表现在加速度传感器的输出差异方面,所以,根据情况不同而需要采用校正用的电路。
如上述特征构成那样,若将基部形成为椭圆形状的环,并由该环、在该环的椭圆形状的长轴上连接振动部与环的两个第一梁、和在椭圆形状的短轴上连接固定部与环的两个第二梁构成弹性支承部,则能够将振动部形成为圆形。当振动部形成为圆形时,即使基部形成得较窄(较细),也能够减轻XY轴方向上的振动部的机械振动的差异。其结果,无需具备校正电路等,能够使电路构成简单。
另外,可以具有下述特征:前述振动板在外周部上具有突起部,该突起部用于将前述壳体与前述振动板电气地导通。
而且,前述振动板可以在前述突起部的内侧具有窄幅的狭缝,该狭缝与位于前述突起部与前述壳体的切点处的前述突起部的切线平行。
另外,前述狭缝可具有半圆状的缺口,该缺口沿在前述切点处与前述切线正交的线朝与前述突起部相同的方向鼓出。
壳体与振动板必须电气地导通。在振动板上设置突起部,该突起部与壳体接触,从而在组装的同时也实现导通,这样,提高了组装性。
但是,有时由于突起部从壳体接受的反作用而对振动板施加过度的力,使振动板发生变形。这时,振动板与固定电极之间的距离变得不均匀,给准确的静电电容变化检测、即加速度的检测带来影响。因此,当如上述那样设置窄幅的狭缝时,该狭缝成为缓冲部,具有弹性,发挥用于确保向壳体导通的推压力,并缓和来自壳体的反作用。
另外,当狭缝仅为窄幅的线状时,在施加在狭缝上的力较大的情况下,有导致狭缝本身的破损、或者不能对力进行完全吸收而使振动板变形的可能。从力学角度来说,来自壳体的反作用沿在前述切点处与前述切线正交的方向上最大。如上述那样,若狭缝还具有朝与前述突起部相同的方向鼓出的半圆状的缺口,则能够扩大狭缝沿在前述切点处与前述切线正交的方向的宽度。其结果,能够承受更大的反作用。
另外,可以具有以下特征:前述配重体形成为伞状,其包括圆柱状的柄部、和直径比该柄部的直径大的圆盘状的主体部,前述柄部的前端部安装在前述振动板的中心部,在前述壳体内备有限制部件,所述限制部件至少与前述柄部和前述主体部中的某一个接触,限制前述配重体的过度位移。
另外,可以具有以下特征:上述振动板,由SK材料(碳素工具钢:JIS G4401)、不锈钢、磷青铜、铍-铜、钛-铜中的任一种构成。
在加速度传感器中,由所施加的加速度产生的振动板的机械振幅越大,则在获得输出时越有利。但是,相反地,在施加了下落等的过度冲击时,存在产生破损的问题。因此,通过具备限制安装在振动板上的配重体的过度位移的限制部件,能够防止由冲击产生的配重体的过度位移而引起振动板的破损。另外,并不以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、或PPS(聚苯硫醚)等的薄膜形成振动板,而是由SK材料(碳素工具钢:JIS G4401)、不锈钢、磷青铜、铍-铜、钛-铜等弯曲强度较强的材料形成,由此,能够提高振动板自身的强度。振动板与配重体的安装,可通过粘接、电焊、激光点焊、铆接等方式进行。
附图说明
图1为表示本发明实施方式的加速度传感器的构成例的图2的A-A线剖视图。
图2为表示图1的加速度传感器的振动板的形状及壳体与振动板的接触方式的图。
图3为表示在图1的加速度传感器的振动板上安装了配重体的状态的立体图。
图4表示设置在图1的加速度传感器的电极基板上的固定电极的配线,图4(a)为俯视图,图4(b)为图4(a)的B-B线剖视图。
图5为表示图1的加速度传感器的间隔件的形状的图。
具体实施方式
下面,基于附图对本发明的加速度传感器的优选实施方式进行说明。
如图1所示,本发明的实施方式的加速度传感器构成为,在截面为コ字形、一侧具有底部而另一侧具有开口部的导电性的壳体10之中,具有:电极基板5,其在一个面上具有固定电极;振动板2,其将经由间隔件3而与上述固定电极对置的一个面作为可动电极,所述间隔件用于在振动板2与该电极基板5之间设置规定间隔;和设置在该振动板2的另一个面的中央部上的配重体1。并且,基于固定电极(电极基板5)与可动电极(振动板2)之间的静电电容的变化,对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测。
在本实施方式中,壳体10如图2所示,与底部平行的方向的截面为方形。另外,如图2至5所示,振动板2、电极基板5、间隔件3也都与该方形的壳体10相配合地为方形。
振动板2,并不是用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、或PPS(聚苯硫醚)等的薄膜形成的,而是由SK材料(碳素工具钢:JIS G4401)、不锈钢、磷青铜、铍-铜、钛-铜等弯曲强度较强的导电性金属材料形成。通过采用强度特性良好的材料,能够形成如图2所示那样的优选形状的振动板2。
即,振动板2,分割形成为:位于周边部并经由间隔件3与定位销7而被固定的固定部2e;位于中央部、还在其中央具有配重体1(参照图3)的振动部2a;和连结固定部2e与振动部2a的弹性支承部2b~2d。弹性支承部2b~2d,由作为扭杆支座起作用的第一梁2b及第二梁2c、和连接这些梁2b、2c的弹性支承部的基部2d构成。另外,基部2d形成为椭圆形状的环状,第一梁2b在该椭圆形状的长轴上连接振动部2a与环状的基部2d。第二梁2c在椭圆形状的短轴上连接固定部2e与环状的基部2d。长轴相当于第二轴(X轴),短轴相当于第三轴(Y轴)。第一轴(Z轴)为与振动板2正交的方向、即与第一轴及第二轴正交的方向的轴。
为了更多地获得振动板2(可动电极)与电极基板5(固定电极)之间的静电电容的变化,振动部2a的面积较大比较理想。另外,由于以弯曲强度较强的金属材料形成振动板2,所以,为了获得足够的振幅,梁2b、2c不宜过短,必须具有一定的长度。为了同时保证振动部2a的面积与梁2b、2c的长度,例如,可将振动部2a形成为大致正圆形,将连结梁2b、2c与振动部2a的基部2d形成为大致正圆形的宽度非常小的环状。但是,由于使含有该基部2d的弹性支承部2b~2d起到弹簧的作用,如果如上所述将基部2d形成得非常细,则有损弹性运动的稳定性。其结果,有可能在加速度传感器检测的3个轴方向之中的第二轴(X轴)的励振时和第三轴(Y轴)的励振时的、所谓XY方向上,产生输出方面的差异。
在本实施方式中,如图2所示,基部2d形成为椭圆形状的环状。并且,弹性支承部2b~2d,由该环状的基部2d、在椭圆形状的长轴上连接振动部2a与环状的基部2d的两个第一梁2b、和在椭圆形状的短轴上连接固定部2e与环状的基部2d的两个第二梁2c构成。通过这样地构成,能够将振动部2a设定得较大且形成为圆形,并且,能够确保梁2b、2c的长度及基部2d的宽度。其结果,能够更多地获得静电电容的变化,弹性支承部2b~2d的运动的稳定性也增加。因此,获得了足够的输出,并且,也不易产生XY方向的输出差异。输出较低时需要使用放大电路等,在XY方向产生输出差异时需要校正电路等,但利用振动板2本身的结构就能够抑制上述问题,所以电路构成也变得简单。
如图1及图2所示,壳体10与振动板2在振动板2的外周部的突起(标记2f)处相互接触,从而电气地导通。在图2中,示出了使用了方型的壳体10的例子。振动板2的振动部2a形成为环状,但振动板2整体在本例中形成为方形,在周边部每隔90度间隔具有连接孔2h,所述连接孔2h用于使固定电极基板5、间隔件3及振动板2的定位销7在其中穿过。另外,与连接孔2h相差45度地在外周部上每隔90度间隔具有导通用爪2f(突起部),所述导通用爪2f用于使方型的壳体10的四边与振动板2电气地导通。若这样构成,则在组装加速度传感器时,能够使该导通用爪2f(突起部)与壳体接触,能够同时确保组装与导通。即,能够提高组装性。在本例中,在四边上均设有导通用爪2f。这在以下三方面表现优异:能够使振动板2与壳体10接触的力均等;能够使接触电阻并联从而降低合成电阻;还具有不依赖安装方向的对称性。但是,这并不是对发明的限定,只要具有一个以上的接触点即可。
另外,若导通用爪2f(突起部)和壳体10的切线即壳体10如图2所示那样为方形,则在与壳体10的边正交且朝向振动板2的中心的方向上,具有与切线(若壳体10如本例那样为方形的话则与壳体10的边一致)平行的狭缝2g。通过使导通用爪2f与壳体10接触,组装性提高,但也存在由于导通用爪2f从壳体10受到反作用而对振动板2施加过度的力的情况。当由于该反作用使例如振动板2变形时,振动板2与电极基板5之间的距离变得不均匀,振动不稳。这对准确的静电电容变化的检测、即加速度的检测来说并不理想。因此,为了缓和来自该壳体10的反作用,并且,确保用于确保向壳体10导通的的推压力,设置了狭缝2g。通过这样地构成,狭缝2g部分成为缓冲部,具有弹性,适度地将振动板2推向壳体10,并且,吸收来自壳体10的反作用。因此,确保振动板2与壳体10的导通,并且不会使振动板2发生变形。
在本例中,如图2所示,狭缝2g具有半圆形状的缺口,并构成为与切线平行的窄幅状,所述半圆形状的缺口,在与导通用爪2f(突起部)和壳体10的切线正交的线上向与导通用爪2f相同的方向鼓出。当导通用爪2f与壳体10接触而接受来自壳体10的反作用时,狭缝2g对反作用进行缓冲。若狭缝2g仅为窄幅的线状,则在由于缓冲而使得施加在狭缝2g上的力较大的情况下,有可能导致狭缝2g本身的破损,或是不能完全吸收力而使振动板2变形。从力学角度来说,来自壳体的反作用,沿在壳体10与导通用爪2f的切点处与上述切线正交的方向为最大。但是,狭缝2g若具有向与导通用爪2f相同的方向鼓出的半圆形状的缺口,则能够扩大狭缝2g沿在上述切点处与上述切线正交的方向的宽度。其结果,能够承受更大的反作用。
图3为表示在图1及图2示出的振动板2上安装了配重体1的状态的立体图。如图3所示,配重体1,形成为由圆柱状的柄部1a、和具有比该柄部1a的直径大的直径的固盘状的主体部1b构成的伞状。柄部1a在与主体部1b相反侧的前端部上具有圆盘状的安装部,该圆盘状的安装部具有比柄部1a大、比主体部1b小的直径。配重体1,使该安装部的中心与振动板2的振动部2a的中心一致地安装到振动板2上。即,使配重体1的重心与振动板2的中心一致地安装。通过该配重体1的重心并与振动板2正交的轴为第一轴,是所谓的Z轴。即,利用配重体1使施加到加速度传感器上的冲击在XYZ方向上励振,来检测加速度。配重体1为不锈钢制,但为了进一步增大振幅,只要使用比不锈钢的比重大的、例如钨(比重与金相同)等材料即可。作为金属板的振动板2与配重体1的安装,通过粘接、电焊、激光点焊、铆接等方式进行。
在隔着间隔件3而与振动板2对置的电极基板5上,具有如图4(a)所示的第一、第二、第三固定电极5c、5b、5a。第一固定电极5c为以通过配重体1的重心并与电极基板5正交的第一轴(Z轴)作为中心的环状电极。第二固定电极5a及第三固定电极5b是直径比第一固定电极5c大的环状电极被下述分割轴分别二分割而成的电极,所述分割轴在电极基板5与第一轴的交点0处相互正交,并且相对于与第一轴正交的第二轴及第三轴成45度角。另外,电极基板5,如图1所示那样覆盖固定电极5a~5c地设置有驻极体层4。另外,利用连接孔5d的定位销7进行定位,在此基础上由同样具有连接孔并被定位的间隔件3(参照图5)来确保与振动板2之间的规定距离,这样组装到壳体10中。并且,基于固定电极(电极基板5)与可动电极(振动板2)之间的静电电容的变化,对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测。
驻极体层4,由FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)等形成。作为其形成的方法,通过粘贴上述组成的氟类薄膜,或如例如日本特许第3387012号公报所公开的那样涂敷上述组成的氟树脂的水性分散液之后进行烧结而制得。如此得到的驻极体层4,在现有技术的方法即熔敷FEP薄膜的情况下,厚度为12μm以上。另一方面,在烧结得到的情况下,厚度约为5.0μm左右,能够形成极薄的驻极体层4。
另一方面,在电极基板5上,设有上述那样的固定电极5a~5c作为由铜箔等形成的导电图形。这样的导电图形,若是与一般的印制布线板同样地、通过蚀刻等将铜箔的导电图形设置在作为绝缘体的玻璃环氧树脂制的基材上,则具有约35μm的厚度,即使形成得特别薄也有5μm左右的厚度。因此,在基板的基材之上,铜箔的图形形成为突出的形状,特别是在如本实施方式那样将驻极体层4形成得较薄时,存在驻极体层4的层厚不均匀的情况。其结果,有时给所检测的静电电容、及作为其结果而被输出的电压带来影响。如图4(b)所示,若没有从基板的基材表面突出以及陷落的情况,即将电极图形的铜箔埋入到基材内以使表面平整,则能够使驻极体层4的层厚均匀。
这样,覆盖以铜箔形成的固定电极5a~5c地形成驻极体层4,但铜箔易氧化、变色,由此存在作为驻极体的功能降低的情况。尤其是在通过将氟树脂的水性分散液涂敷到电极基板5的表面上之后进行烧结来形成驻极体层4的情况下,铜箔部分会氧化、发黑,存在使作为驻极体的功能降低的情况。因此,在对固定电极5a~5c的铜箔进一步以镍或金等进行镀敷处理后,进行驻极体的包覆,便能够减少此类问题。
在一个面上形成有驻极体层4的电极基板5的另一个面上,根据需要,安装用于信号处理的电容器或电阻器、运算放大器等,经由通孔从形成有驻极体层4的面的固定电极5a~5c传递信号。另外,在该电极基板5的另一个面上,如图1所示,接触或焊接有端子6。端子6,贯通用于封闭壳体10的开口部的底盖9,传递着来自固定电极5a~5c的信号或是将这些信号进行了一次处理后的信号、电力等。
如上所述,振动板2由强度特性良好的材料形成,所以,成为对强烈冲击也具有一定程度的耐性的构成。但是,在被施加了由下落等造成的过度的加速度时,振动板2与配重体1的连接部分、和弹性支承部2b~2d可能会损坏。因此,如图1所示,在壳体10的内部具有至少与柄部1a或主体部1b中的某一个接触以限制配重体1的过度位移的限制部件8。这样,当具有限制部件8时,在振动板2破损之前,配重体1与限制部件8接触,所以,能够得到耐冲击性优异的加速度传感器。
上面,根据本发明可提供一种以简单的构成在不使传感器灵敏度降低的情况下提高了耐冲击性的三轴加速度传感器。
本发明涉及能够对3个轴方向的加速度进行检测的加速度传感器,但若将该3个轴方向组合起来使用,则还可以作为不管哪个方向存在振动都能够对该振动进行检测的振动传感器使用。另外,能够利用于使用了该振动传感器的振动计或计步器。
Claims (9)
1.一种加速度传感器,对相互正交的3个轴方向的加速度进行检测,其包括:
在一个面上具有固定电极(5c、5b、5a)的电极基板(5);
用于在与该电极基板(5)之间设置规定间隔的间隔件(3);
将经由该间隔件(3)而与前述固定电极(5c、5b、5a)对置的一个面作为可动电极的振动板(2);
设置在该振动板(2)的另一个面的中央部上的配重体(1);和
容纳前述电极基板(5)、前述间隔件(3)、前述振动板(2)及前述配重体(1)的导电性的壳体(10);其中,
基于前述固定电极(5c、5b、5a)与前述可动电极之间的静电电容的变化,对前述3个轴方向的加速度进行检测,其特征在于,
前述固定电极(5c、5b、5a)包括:环状的第一固定电极(5c),其以通过前述配重体(1)的重心并与前述电极基板(5)正交的第一轴为中心;和第二固定电极(5b)及第三固定电极(5a),它们是直径比前述第一固定电极(5c)大的环状电极被下述分割轴分别二分割而成的电极,所述分割轴在前述电极基板(5)与前述第一轴的交点处相互正交,并且相对于与前述第一轴正交的第二轴及第三轴成45度角,
前述电极基板(5)形成有覆盖前述固定电极(5c、5b、5a)的表面的驻极体层(4)。
2.如权利要求1所述的加速度传感器,其特征在于,前述固定电极(5c、5b、5a)以不从前述电极基板(5)的表面突出及陷落的方式形成。
3.如权利要求1所述的加速度传感器,其特征在于,前述固定电极(5c、5b、5a)由铜箔形成,
前述驻极体层(4),是通过以镍或金对前述固定电极(5c、5b、5a)进行镀敷处理、之后涂敷氟树脂的水性分散液并进行烧结而形成的,或者是通过粘贴氟类薄膜而形成的。
4.如权利要求1所述的加速度传感器,其特征在于,前述振动板(2)包括:位于周边部并经由前述间隔件(3)而被固定的固定部(2e);位于中央部并备有前述配重体(1)的振动部(2a);和连结前述固定部(2e)与前述振动部(2a)的弹性支承部(2b、2c、2d);
前述弹性支承部(2b、2c、2d)包括:椭圆形状的环(2d);在前述椭圆形状的长轴上连接前述振动部(2a)与前述环(2d)的第一梁(2b);和在前述椭圆形状的短轴上连接前述固定部(2e)与前述环(2d)的第二梁(2c)。
5.如权利要求1所述的加速度传感器,其特征在于,前述振动板(2)在外周部上具有用于将前述壳体(10)与前述振动板(2)电气地导通的突起部(2f)。
6.如权利要求5所述的加速度传感器,其特征在于,前述振动板(2)在前述突起部(2f)的内侧具有窄幅的狭缝(2g),所述狭缝(2g)与前述突起部(2f)和前述壳体(10)的切点处的前述突起部(2f)的切线平行。
7.如权利要求6所述的加速度传感器,其特征在于,前述狭缝(2g)具有半圆状的缺口,所述半圆状的缺口沿在前述切点处与前述切线正交的线朝与前述突起部(2f)相同的方向鼓出。
8.如权利要求1所述的加速度传感器,其特征在于,前述配重体(1)形成为伞状,其包括圆柱状的柄部(1a)、和直径比该柄部(1a)的直径大的圆盘状的主体部(1b),前述柄部(1a)的前端部安装在前述振动板(2)的中心部,在前述壳体(10)内备有限制部件(8),所述限制部件(8)至少与前述柄部(1a)和前述主体部(1b)中的某一个接触,限制前述配重体(1)的过度位移。
9.如权利要求1至8中任一项所述的加速度传感器,其特征在于,前述振动板(2)由碳素工具钢、不锈钢、磷青铜、铍-铜、钛-铜中的任一种构成。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP265580/04 | 2004-09-13 | ||
JP2004265580A JP2006078444A (ja) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | 加速度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1749759A true CN1749759A (zh) | 2006-03-22 |
Family
ID=35487333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA2005100981925A Pending CN1749759A (zh) | 2004-09-13 | 2005-09-12 | 加速度传感器 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20060053888A1 (zh) |
EP (1) | EP1635179A1 (zh) |
JP (1) | JP2006078444A (zh) |
KR (1) | KR20060050751A (zh) |
CN (1) | CN1749759A (zh) |
TW (1) | TWI264535B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101266918B (zh) * | 2007-03-13 | 2011-11-16 | 冲电气工业株式会社 | 半导体器件的制造方法 |
CN102313820A (zh) * | 2010-05-26 | 2012-01-11 | 精工爱普生株式会社 | 元件结构体、惯性传感器以及电子设备 |
CN102331514A (zh) * | 2010-05-27 | 2012-01-25 | 精工爱普生株式会社 | 元件结构体、惯性传感器以及电子设备 |
CN109425335A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 精工爱普生株式会社 | 物理量传感器和传感器器件、便携式电子设备、电子设备及移动体 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4073382B2 (ja) * | 2003-09-02 | 2008-04-09 | ホシデン株式会社 | 振動センサ |
JP2005098726A (ja) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Hosiden Corp | 振動センサ |
JP4925275B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2012-04-25 | パナソニック株式会社 | 半導体装置 |
JP4925272B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2012-04-25 | パナソニック株式会社 | 半導体装置 |
TWI391663B (zh) * | 2009-02-25 | 2013-04-01 | Nat Univ Tsing Hua | 加速度計 |
US8334159B1 (en) * | 2009-03-30 | 2012-12-18 | Advanced Numicro Systems, Inc. | MEMS pressure sensor using capacitive technique |
CN102003974B (zh) * | 2009-08-28 | 2012-06-13 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 运动感测器 |
TWI420109B (zh) * | 2009-09-01 | 2013-12-21 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 運動感測器 |
CN101770592B (zh) * | 2009-12-31 | 2015-12-09 | 上海量科电子科技有限公司 | 基于触压开关的振动探测电子标签及系统 |
TWI548861B (zh) * | 2012-08-07 | 2016-09-11 | 國立清華大學 | 慣性感測元件 |
DE102013212053A1 (de) * | 2013-06-25 | 2015-01-08 | Robert Bosch Gmbh | Leiterplatte mit einem schwingungsentkoppelten elektronischen Bauelement |
CN208369851U (zh) * | 2018-06-29 | 2019-01-11 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 驻极体麦克风、声振检测装置及竞赛遥控车 |
WO2020145203A1 (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-16 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Sensing device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1010150A (ja) * | 1996-06-25 | 1998-01-16 | Matsushita Electric Works Ltd | 加速度センサ |
GB9904140D0 (en) * | 1999-02-23 | 1999-04-14 | Inertia Switch Ltd | Acceleration sensitive devices |
JP2000249609A (ja) * | 1999-03-01 | 2000-09-14 | Wakoo:Kk | 静電容量式センサ |
JP2000275273A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 加速度センサ |
JP2001083177A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | エレクトレットコンデンサ型加速度センサ |
US6809529B2 (en) * | 2001-08-10 | 2004-10-26 | Wacoh Corporation | Force detector |
JP4271475B2 (ja) * | 2003-03-31 | 2009-06-03 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
-
2004
- 2004-09-13 JP JP2004265580A patent/JP2006078444A/ja active Pending
-
2005
- 2005-08-09 TW TW094126977A patent/TWI264535B/zh not_active IP Right Cessation
- 2005-08-29 KR KR1020050079295A patent/KR20060050751A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-09-08 EP EP05019509A patent/EP1635179A1/en not_active Withdrawn
- 2005-09-12 CN CNA2005100981925A patent/CN1749759A/zh active Pending
- 2005-09-12 US US11/224,168 patent/US20060053888A1/en not_active Abandoned
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101266918B (zh) * | 2007-03-13 | 2011-11-16 | 冲电气工业株式会社 | 半导体器件的制造方法 |
CN102313820A (zh) * | 2010-05-26 | 2012-01-11 | 精工爱普生株式会社 | 元件结构体、惯性传感器以及电子设备 |
CN102331514A (zh) * | 2010-05-27 | 2012-01-25 | 精工爱普生株式会社 | 元件结构体、惯性传感器以及电子设备 |
CN109425335A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 精工爱普生株式会社 | 物理量传感器和传感器器件、便携式电子设备、电子设备及移动体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006078444A (ja) | 2006-03-23 |
TW200619628A (en) | 2006-06-16 |
TWI264535B (en) | 2006-10-21 |
KR20060050751A (ko) | 2006-05-19 |
EP1635179A1 (en) | 2006-03-15 |
US20060053888A1 (en) | 2006-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1749759A (zh) | 加速度传感器 | |
CN1749760A (zh) | 加速度传感器 | |
US9377880B2 (en) | Position indicator | |
US8418544B2 (en) | Bending transducer for generating electrical energy from mechanical deformations | |
CN1791788A (zh) | 电容式力传感器 | |
JP2000078790A (ja) | 電磁振動体及びそれを用いた電池駆動機器 | |
JP4073382B2 (ja) | 振動センサ | |
EP1586907A1 (en) | Free fall sensor | |
KR200434043Y1 (ko) | 전류-전압 발생용 적층형 압전소자 장착용 케이스 | |
JP4767174B2 (ja) | 電気機械モータ及びその組立方法 | |
JP3996542B2 (ja) | 電極間の接続構造及び前記接続構造を用いたセンサ | |
CN114450976B (zh) | 压电发声部件 | |
JP4698320B2 (ja) | コンデンサーマイクロホンユニットおよびコンデンサーマイクロホン | |
JP2001025204A (ja) | 電磁振動体およびそれを用いた電池駆動機器 | |
JP2018022659A (ja) | 静電容量式入力装置 | |
WO2021229932A1 (ja) | 加速度検出装置 | |
JP4163992B2 (ja) | センサ | |
JP2001025203A (ja) | 電磁振動体およびそれを用いた電池駆動機器 | |
JP2002365307A (ja) | 加速度センサー | |
JP4094535B2 (ja) | 部品実装用コネクタ | |
JP3187030B2 (ja) | 電磁振動体およびそれを用いた電池駆動機器 | |
JP3282934B2 (ja) | 加速度センサー | |
JP2007232512A (ja) | 静電容量型加速度センサ | |
WO2004019049A1 (ja) | 静電容量型加速度センサおよびその製造方法 | |
CN114305395A (zh) | 一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |