JP2008164471A - Electromechanical converter - 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、特に携帯型電子機器など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 to an electrical signal, and in particular, can be mounted on a portable electronic device or the like. Relates to an electromechanical converter.
電気機械変換器とは、機械的な物理量を電気的な信号に変換する変換器の総称である。電気機械変換器は、物理量を検出するセンサーとして用いることができる。そのような場合の物理量とは、角度や加速度などが知られている。つまり、傾斜する角度に応じた電気信号を出力する傾斜センサーや、受けた加速度に応じた電気信号を出力する加速度センサーとして用いることが知られており、広く用いられている。
また、傾斜センサーでは、傾斜角に応じて異なる情報を入力するための入力手段にも使われており、加速度センサーは自動車のエアバッグ作動手段の検出手段などにも使われている。
An electromechanical converter is a general term for converters that convert mechanical physical quantities into electrical signals. The electromechanical transducer can be used as a sensor for detecting a physical quantity. As the physical quantity in such a case, an angle, an acceleration, or the like is known. That is, it is known and widely used as a tilt sensor that outputs an electrical signal corresponding to the tilt angle or an acceleration sensor that outputs an electrical signal corresponding to the received acceleration.
In addition, the tilt sensor is also used as an input means for inputting different information depending on the tilt angle, and the acceleration sensor is also used as a detection means for an airbag operating means of an automobile.
電気機械変換器は、電子機器やロボットなどの技術革新に伴って、二次元または三次元方向の傾斜や加速度を検出するタイプに対する需要が高まっている。従来は、一次元方向ごとの傾斜や加速度を検出する電気機械変換器を複数用いていたが、昨今の技術革新に伴って、三次元方向の傾斜や加速度成分を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。このため、電気機械変換器は小型化され、より多くの電子機器に搭載され始めた。 With the technological innovation of electronic devices and robots, electromechanical transducers are increasing in demand for types that detect tilt and acceleration in two-dimensional or three-dimensional directions. Conventionally, multiple electromechanical transducers that detect tilt and acceleration in each one-dimensional direction have been used, but with recent technological innovation, tilt and acceleration components in three-dimensional directions are detected by a single electromechanical transducer. A configuration has been proposed. For this reason, electromechanical transducers have been miniaturized and have begun to be installed in more electronic devices.
近年では、携帯電話端末や携帯型オーディオプレーヤー、デジタルビデオカメラ等の携帯機器に用いる記憶媒体として、すでに知られている不揮発性半導体記憶装置と並んでハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）が採用されつつある。これは、より多くの情報を記憶したいという需要に答えるためである。
三次元方向の加速度成分を検出することができる電気機械変換器をこれらの携帯機器に搭載すると、その落下を検出できるため、落下衝撃によるＨＤＤの破損を予防することが可能となる。すなわち、落下を検出してＨＤＤの磁気ヘッドを磁気ディスク表面より安全な場所に退避させるのである。このため、さらにその形状を小型化した電気機械変換器が望まれており、また多くの提案を見るものである（例えば、特許文献１参照。）。
In recent years, hard disk drives (HDDs) have been adopted along with already known non-volatile semiconductor storage devices as storage media for portable devices such as mobile phone terminals, portable audio players, and digital video cameras. It's getting on. This is to answer the demand for memorizing more information.
If an electromechanical transducer capable of detecting an acceleration component in a three-dimensional direction is mounted on these portable devices, the fall can be detected, so that it is possible to prevent the HDD from being damaged due to a drop impact. That is, the fall is detected and the magnetic head of the HDD is retracted to a safe place from the magnetic disk surface. For this reason, an electromechanical transducer having a further reduced shape is desired, and many proposals are seen (for example, see Patent Document 1).
特許文献１に示した従来技術の構成と機能について図面を用いて説明する。図５は特許文献１に示した従来技術を説明しやすいようにその趣旨を逸脱しない範囲で書き直した平面図である。
図５において、１０１は枠部、１０２は開口部、１０３は錘部、１０４は梁部、１０５はパッド電極、１０６は切り欠き部、１０７は接続部、１１０は電気機械変換器である。
The configuration and function of the prior art disclosed in
In FIG. 5, 101 is a frame part, 102 is an opening part, 103 is a weight part, 104 is a beam part, 105 is a pad electrode, 106 is a notch part, 107 is a connection part, 110 is an electromechanical transducer.
電気機械変換器１１０は、枠部１０１，梁部１０４，錘部１０３を有し、錘部１０３は、肉薄で可撓性の梁部１０４を介して枠部１０１と接続されている。そして、錘部１０３と枠部１０１および梁部１０４とは離間しており、その部分が開口部１０２となっている。したがって、錘部１０３は、開口部１０２中に懸架されているようになっている。
The
パッド電極１０５は、図示しない検出素子（例えば、ピエゾ抵抗素子）などと配線で接続されているが、結線状態は省略して図示している。接続部１０７は、錘部１０３と梁部１０４とが接続している部分であって、図５に示した例では、錘部１０３が４つあるため４箇所ある。切り欠き部１０６は、この接続部１０７から枠部１０１方向に伸びる梁部１
０４と錘部１０３との間の領域であって、図５に示した例では８箇所ある。
The
In the example shown in FIG. 5, there are 8 areas between 04 and the
ピエゾ抵抗素子は、物理的な力や影響に伴って形状が変形すると、その変形に応じた電気信号を得ることができる。梁部１０４にピエゾ抵抗素子を設けておくと、電気機械変換器１１０が加速度などを受けると、錘部１０３がその影響を受ける。梁部１０４は、錘部１０３が受ける影響に応じて変形するので、図示しないピエゾ抵抗素子は、加速度などの物理量に伴って生じる梁部１０４の変形に応じた抵抗値の変化を生じる。ピエゾ抵抗素子に電流を流すなどすれば、この抵抗値の変化を電気信号の変化として知ることができる。つまり、加速度などの物理量を電気量に変換して検出することができる。
When the shape of the piezoresistive element is deformed due to physical force or influence, an electric signal corresponding to the deformation can be obtained. If a piezoresistive element is provided in the
特許文献１に示した従来技術の電気機械変換器１１０は、錘部１０３に梁部１０４の幅よりも広い略長方形の切り欠き部１０６を設けている。このため、開口部１０２にはさほど無駄なスペースがなく、錘部１０３をより大きくすることができる。錘部１０３が大きくなるとその重量が増すため、梁部１０４は加速度などの物理量の影響を受けやすくなり、小型であっても良好な検出感度が得られる構成となっている。
In the conventional
特許文献１に示した従来技術は、小型でありながら、検出感度の良好な電気機械変換器の構造を提供するものである。しかし、特許文献１に示した従来技術は、その耐衝撃性に問題があることがわかった。
図６を用いて説明する。図６は、特許文献１に示した従来技術を図５に示した方向と同一の方向から見た図であって、反時計方向に回転する力を受けた場合を模式的に示した平面図である。図６において、１０８は接触部である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
The prior art disclosed in
This will be described with reference to FIG. 6 is a view of the prior art shown in
図６に示したとおり、特許文献１に示した従来技術に回転方向の力を受けたとき、錘部１０３と梁部１０４とは接触部１０８で接触してしまい、この部分が破損してしまう。
つまり、開口部１０２に無駄をなくすため、錘部１０３は、梁部１０４と切り欠き部１０６だけ離間して設けているが、そのため、強い加速度や衝撃を受けたとき、その方向が回転方向の力であったとすると、錘部１０３が梁部１０４に当たり、梁部１０４が破損されてしまうのである。
As shown in FIG. 6, when the rotational force is applied to the conventional technique shown in
In other words, in order to eliminate waste in the opening portion 102, the
したがって、特許文献１に示した従来技術をＨＤＤ保護などのための落下検出に使用すると、梁部１０４が破損してしまい、センサーとしては実際には使用できないのである。
Therefore, when 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、小型で高検出感度でありながら耐衝撃性が良好な電気機械変換器を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and provide an electromechanical transducer that is compact and has high detection sensitivity but good impact resistance.
上記課題を解決するために、本発明の電気機械変換器は、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 electromechanical transducer of the present invention employs the following configuration.
枠部と、錘部と、枠部と錘部との間を接続するとともに変換素子を備える梁部と、を有する電気機械変換器であって、錘部は、梁部に少なくとも１つの接合箇所により接合しており、接合箇所を除き、梁部または枠部と離間しており、電気機械変換器を平面でみたとき、梁部と錘部とが平面的に対向する部分の間隔は、接合箇所から枠部の方向に向かって徐々に広くなることを特徴とする。 An electromechanical transducer having a frame portion, a weight portion, and a beam portion that connects the frame portion and the weight portion and includes a conversion element, wherein the weight portion is at least one joint location on the beam portion. Are separated from the beam part or the frame part except for the joint part, and when the electromechanical converter is viewed in a plane, the distance between the part where the beam part and the weight part are planarly opposed is It is characterized by gradually widening from the location toward the frame.
錘部と枠部や梁部とが離間している部分は、第１の離間部と第２の離間部とを有してなり、電気機械変換器を平面でみたとき、錘部は、接合箇所から伸びる第１の辺と、接合箇所とは接していない第２の辺とを備え、梁部は梁辺を備え、枠部１は枠辺を備え、第１の離間部は、第１の辺と梁辺とが対向する部分であり、第２の離間部は、第２の辺と枠辺とが対向する部分であることを特徴とする。
The part where the weight part is separated from the frame part and the beam part has a first separation part and a second separation part. When the electromechanical transducer is viewed in a plane, the weight part is joined. A first side extending from the part and a second side not in contact with the joining part, the beam part includes the beam side, the
本発明の電気機械変換器は、錘部と梁部とを接続する接合箇所を除いて、錘部は、梁部または枠部と離間している。しかしながら、その離間する距離は一定ではなく、本発明の電気機械変換器を平面から見たとき、梁部と錘部とが平面的に対向する部分の間隔は、その接合箇所から枠部の方向に向かって徐々に広くなっている。つまり、錘部は梁部に対して、所謂「逃げの形状」となっているのである。
このように構成すると、錘部が回転する方向の加速度や衝撃を受けても梁部と錘部とが接触することがなく、梁部が破損されることはない。このため、耐衝撃性の優れた電気機械変換器を提供することができる。
In the electromechanical transducer of the present invention, the weight portion is separated from the beam portion or the frame portion except for a joint portion connecting the weight portion and the beam portion. However, the separation distance is not constant, and when the electromechanical transducer of the present invention is viewed from the plane, the distance between the beam portion and the weight portion in plan view is the direction from the joint to the frame portion. It gradually becomes wider toward. That is, the weight portion has a so-called “escape shape” with respect to the beam portion.
If comprised in this way, even if it receives the acceleration and impact of the direction which a weight part rotates, a beam part and a weight part will not contact, and a beam part will not be damaged. For this reason, the electromechanical converter excellent in impact resistance can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の最適な実施の形態における電気機械変換器について詳細に説明する。 Hereinafter, an electromechanical transducer according to an optimal embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［構造の説明：図１，図２］
図１は、本発明の電気機械変換機の構造を説明するために模式的に示す平面図であって、図２は図１に示す電気機械変換器の一部を拡大した平面図である。本発明の電気機械変換器を平面的にみたときとは、この図１，図２に示す面を平面と定義する。
[Description of structure: FIGS. 1 and 2]
FIG. 1 is a plan view schematically showing the structure of the electromechanical converter of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged plan view of a part of the electromechanical converter shown in FIG. When the electromechanical transducer of the present invention is viewed in plan, the plane shown in FIGS. 1 and 2 is defined as a plane.
図１，図２において、１は枠部、２は第１の離間部、３は錘部、４は梁部、５はパッド電極、６は第２の離間部、７は接合箇所、１０は電気機械変換器である。
錘部３は、電気機械変換器１０を平面でみたとき、接合箇所７から伸びる第１の辺３１と、接合箇所７とは接していない第２の辺３２とを有している。
梁部４は、電気機械変換器１０を平面でみたとき、梁辺４１を有している。また、同様に、枠部１は、枠辺１１を有している。
1 and 2, 1 is a frame portion, 2 is a first separation portion, 3 is a weight portion, 4 is a beam portion, 5 is a pad electrode, 6 is a second separation portion, 7 is a joint location, It is an electromechanical converter.
The
The
第１の辺３１と第２の辺３２とは、電気機械変換器１０を平面でみたときの錘部３のエッジ部分である。
梁辺４１とは、電気機械変換器１０を平面でみたときの梁部４のエッジ部分であって、同様に、枠辺１１とは、枠部１の錘部３側のエッジ部分である。
電気機械変換器１０は立体構造物であるので、図１に示す平面とは異なる方向の面を有している。例えば、垂直面である。エッジ部分とは、このように平面とは異なる面との角部分になる。
The first side 31 and the second side 32 are edge portions of the
The beam side 41 is an edge portion of the
Since the
パッド電極５は、図示しない検出素子（例えば、ピエゾ抵抗素子）などと配線で接続されているが、結線状態は省略して図示している。接合箇所７は、錘部３と梁部４とが接続している部分である。
The
図１に示すように、電気機械変換器１０は、枠部１，梁部４，錘部３を有し、錘部は、肉薄で可撓性の梁部４を介して枠部１と接続している。そして、錘部３と枠部１や梁部４とは離間している。したがって、錘部１０３は、開口部１０２中に懸架されているようになっている。
As shown in FIG. 1, the
錘部３と枠部１や梁部４とが離間している部分は、第１の離間部２と第２の離間部６とを有している。
第１の離間部２は、この電気機械変換器１０を平面的にみて、第１の辺３１と梁辺４１とが対向している部分である。図１，図２に示す例では８箇所ある。同様に、第２の離間部６は、この電気機械変換器１０を平面的にみて、第２の辺３２と枠辺１１とが対向している部分である。図１，図２に示す例では４箇所ある。
つまり、この電気機械変換器１０を平面的にみて、錘部３と枠部１や梁部４とが離間している部分は一定ではない。
A portion where the
The
That is, when the
本発明の電気機械変換器の特徴的な部分は、この第１の離間部２である。すなわち、電気機械変換器１０を平面的にみたとき、梁部４と錘部３とが平面的に対向する第１の離間部２の間隔は、接合箇所７から枠部１の方向に向かって徐々に広くなっている。つまり、第１の離間部２は、図１，図２に示す例では平行四辺形となっている。言い換えると、錘部３を平面的にみた形状は、接合箇所７から枠部１の方向に向かって扇状に広がっているとともに梁部４からは徐々にその間隔を開けているのである。
A characteristic part of the electromechanical transducer of the present invention is the
すでに知られている構成と同様に、梁部４は、肉薄で可撓性を有しており、錘部３が加速度などの物理量を受けると変形するので、図示しないピエゾ抵抗素子などを梁部４上に設ければ、加速度などの物理量を電気量に変換して検出することができる。
Similar to the already known configuration, the
枠部１や錘部３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１０を形成することができる。また、梁部４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
［作用の説明：図３］
次に、本発明の電気機械変換器１０が本発明の目的を達成する際の作用について図面を用いて説明する。
図３は、本発明の電気機械変換器１０が反時計方向に回転する力を受けた場合を模式的に示した平面図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
本発明の電気機械変換器１０は、錘部３と梁部４とが接合箇所７で接合しており、錘部３と枠部１や梁部４とは第１の離間部２と第２の離間部６とを有している。このような構成は、錘部３は梁部４に対して所謂「逃げの形状」になっていると表現することができる。
[Description of Action: FIG. 3]
Next, the operation when the
FIG. 3 is a plan view schematically showing a case where the
In the
図３に示すように、本発明の電気機械変換器１０が反時計方向に回転する力を受けたとき、その方向と同一の方向に梁部４は歪む。梁部４と錘部３とは、第１の離間部２でその距離が短くなる部分があるものの、上述のごとく錘部３は梁部４に対して「逃げの形状」になっているため、双方が接触することはない。
つまり、本発明の電気機械変換器１０は、従来技術に比して耐衝撃性に優れているのである。
As shown in FIG. 3, when the
That is, the
もちろん、本発明の電気機械変換器１０が時計方向に回転する力を受けたときも同様であって、大切なことは回転方向に加わる過大な力に対しても、破壊が発生しないということである。
Of course, the same applies when the
［別の構造の説明：図４］
本発明の電気機械変換器は、すでに説明したような構成に限定するものではなく、変更が可能である。図４は、本発明の電気機械変換器の別の形状を説明するためにその一部を記載した平面図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
図４に示す例は、錘部３と梁部４との接合部分である接合箇所７の形状がすでに説明した例と異なっている。第１の離間部２は、平面から見て三角形になっている。
このように、電気機械変換器としての大きさや感度の要求に応じて錘部や梁部の形状を変更することができる。
また、例えば、梁部４の長さをできるだけ長くしたり、錘部３の大きさをできるだけ大きくすることで、小型でありながら検出感度の良好な電気機械変換器が得られるのである。
[Description of another structure: FIG. 4]
The electromechanical transducer of the present invention is not limited to the configuration already described, and can be modified. FIG. 4 is a plan view illustrating a part of the electromechanical transducer according to the present invention in order to explain another shape. In addition, the same number is provided to the same structure already demonstrated.
The example shown in FIG. 4 is different from the example already described in the shape of the
In this way, the shape of the weight portion and the beam portion can be changed according to the demand for size and sensitivity as an electromechanical transducer.
Further, for example, by making the length of the
本発明の電気機械変換器は、小型高感度であり耐衝撃性が高い。このため、小型電子機器または携帯型電子機器用の電気機械変換器として好適である。 The electromechanical transducer of the present invention is small and highly sensitive and has high impact resistance. For this reason, it is suitable as an electromechanical converter for a small electronic device or a portable electronic device.
１ 枠部
２ 第１の開口部
３ 錘部
４ 梁部
５ パッド電極
６ 第２の開口部
７ 接合箇所
１０ 電気機械変換器
１１ 枠辺
３１ 第１の辺
３２ 第２の辺
４１ 梁辺
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記錘部は、前記梁部に少なくとも１つの接合箇所により接合しており、該接合箇所を除き、前記梁部または前記枠部と離間しており、
前記電気機械変換器を平面でみたとき、前記梁部と前記錘部とが平面的に対向する部分の間隔は、前記接合箇所から前記枠部の方向に向かって徐々に広くなることを特徴とする電気機械変換器。 An electromechanical transducer having a frame part, a weight part, and a beam part that connects the frame part and the weight part and includes a conversion element,
The weight portion is joined to the beam portion by at least one joint location, except for the joint location, and separated from the beam portion or the frame portion,
When the electromechanical transducer is viewed in a plane, the interval between the planarly opposed portions of the beam portion and the weight portion is gradually increased from the joint portion toward the frame portion. Electromechanical transducer to do.
前記電気機械変換器を平面でみたとき、前記錘部は、前記接合箇所から伸びる第１の辺と、前記接合箇所とは接していない第２の辺とを備え、前記梁部は梁辺を備え、枠部１は枠辺を備え、
前記第１の離間部は、前記第１の辺と前記梁辺とが対向する部分であり、前記第２の離間部は、前記第２の辺と前記枠辺とが対向する部分であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換器。 The part where the weight part and the frame part or the beam part are separated has a first separation part and a second separation part,
When the electromechanical transducer is viewed in a plane, the weight portion includes a first side extending from the joint portion and a second side not in contact with the joint portion, and the beam portion includes a beam side. Provided, the frame 1 has a frame side,
The first separation portion is a portion where the first side and the beam side face each other, and the second separation portion is a portion where the second side and the frame side face each other. The electromechanical converter according to claim 1.
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- 2006-12-28 JP JP2006354963A patent/JP2008164471A/en active Pending
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