JP2008261636A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor used in various electronic devices such as attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.
以下、従来の加速度センサについて説明する。 Hereinafter, a conventional acceleration sensor will be described.
従来の加速度センサは、図9に示すように、加速度を検出する検出素子50と、この検出素子50で検出された検出信号を処理して加速度を算出する処理回路と、この処理回路が配置され、検出素子50を実装する実装基板52を備えている。検出素子50は、ベース基板53と、このベース基板53と対向させて配置したダイアフラム54と、このダイアフラム54の下方に連結した錘部55とを有する。互いに対向するベース基板53とダイアフラム54の対向面には対向電極56を配置している。また、ベース基板53とダイアフラム54との間には、所望箇所に接着剤57を塗布して、この接着剤57により、ベース基板53とダイアフラム54とを接着固定している。あるいは、他の接合方法により固定してもよい。
As shown in FIG. 9, the conventional acceleration sensor includes a
次に、加速度の検出について説明する。 Next, detection of acceleration will be described.
加速度が生じると、錘部55が加速度の生じた軸方向に移動しようとするために、錘部55を配置したダイアフラム54に撓みが発生する。そうすると、ベース基板53とダイアフラム54とのギャップが変化するので、このギャップの変化に起因した対向電極56間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出するものである。
When acceleration occurs, the
このような加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 Such an acceleration sensor is used in a posture control device, a navigation device, or the like of a moving body such as a vehicle corresponding to a detection axis to be detected.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
上記構成では、対向電極56間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するが、ベース基板53に配置した対向電極56およびダイアフラム54に配置した対向電極56からは信号線59が引き出されている。これらの信号線59の端部は電極パッド60、61に接続されており、この電極パッド60、61を介して、実装基板52に配置された配線パターン62とワイヤボンディング63で電気的に接続される。
In the above configuration, acceleration is detected based on the change in capacitance between the
この際、上記構成では、ベース基板53に配置された対向電極55から引き出された信号線59と接続された電極パッド60と、ダイアフラム52に配置された対向電極56から引き出された信号線59と接続された電極パッド61は、互いに対向しており、対向した状態にて、実装基板52の配線パターン62にワイヤボンディング63で電気的に接続されていた。
At this time, in the above configuration, the
上記構成では、実装基板52に配置された配線パターン62と電気的に接続される電極パッド60は下面方向、電極パッド61は上面方向であるために、ワイヤボンディング63による電気的接続が困難であるという問題点を有していた。
In the above configuration, since the
本発明は上記問題点を解決し、実装基板に配置された配線パターンと、対向電極との電気的接続を容易にした加速度センサを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an acceleration sensor that facilitates electrical connection between a wiring pattern arranged on a mounting substrate and a counter electrode.
上記問題点を解決するために本発明は、特に、検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出しており、全ての前記信号線の端部を前記検出素子の上面側または下面側のいずれか一方側に配置し、前記信号線の端部にて実装基板と電気的に接続した構成である。 In order to solve the above-described problems, the present invention particularly relates to a detection element comprising: a fixed portion in which a weight portion is connected via a flexible portion; a counter substrate facing the weight portion; and the weight portion facing the counter portion. A counter electrode disposed on each counter surface of the substrate; and a signal line drawn from the counter electrode. In the acceleration detection unit, between the counter electrode disposed on each counter surface of the weight portion and the counter substrate The acceleration is detected by detecting the electrostatic capacitance of the signal line, and the end portions of all the signal lines are arranged on either the upper surface side or the lower surface side of the detection element, and at the end portions of the signal lines, The configuration is electrically connected to the mounting board.
上記構成により、錘部と対向基板の各々の対向面に配置した対向電極から引き出された信号線の端部は、検出素子の上面側または下面側のいずれか一方側に配置し、信号線の端部にて実装基板と電気的に接続しているので、接続面が検出素子の上面側または下面側のいずれかに統一されるので、接続が容易となる。したがって、接続不良等の発生も低減し、信頼性の向上が図れる。 With the above configuration, the end portion of the signal line led out from the counter electrode disposed on the facing surface of each of the weight portion and the counter substrate is disposed on either the upper surface side or the lower surface side of the detection element. Since the end portion is electrically connected to the mounting substrate, the connection surface is unified to either the upper surface side or the lower surface side of the detection element, so that connection is facilitated. Therefore, the occurrence of poor connection and the like can be reduced, and the reliability can be improved.
図1は本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図、図2は図1における対向基板配置前のA−A断面図、図3は図1における対向基板配置前のB−B断面図、図4は図1における対向基板配置時のB−B断面図、図5は図1における対向基板配置時のC−C断面図である。 1 is an exploded perspective view of a detection element of a composite sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 before arrangement of the counter substrate, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
図1において、本発明の一実施の形態における複合センサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子1を備え、この検出素子1は、可撓部を介して錘部2を連結した固定部4と、錘部2と対向させた対向基板6と、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1電極と、可撓部に配置した第2電極とを有する。
In FIG. 1, a composite sensor according to an embodiment of the present invention includes a
具体的には、この検出素子1は、第1アーム8を第2アーム10に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの第1アーム8の一端を支持する支持部12と、2つの第1アーム8の他端を接続した枠体形状の固定部4とを有する。第1アーム8の厚みは第2アーム10の厚みよりも非常に薄く形成しており、第2アーム10は第2アーム10自身と対向するまで折曲し、折曲した第2アーム10の先端部に錘部2を連結している。第1アーム8と支持部12とは略同一直線上に配置し、第1アーム8および第2アーム10は検出素子1の中心に対して対称配置している。ここで、可撓部は固定部4と錘部2とを連結する部分を指しており、第1アーム8、第2アーム10が少なくとも可撓部に相当する。
Specifically, the
また、錘部2に対向させて対向基板6を配置している。この対向基板6は、突起部13により、一定のギャップを介して錘部2と対向させている。この際、所望の位置に接着剤を塗布しておけば、固定部4と対向基板6とを容易に固定できる。
A
錘部2と対向基板6の各々の対向面には、第1電極として第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20を配置し、互いに対向する一方の2つの第2アーム10には錘部2を駆動振動させる駆動電極22および検知電極24を配置し、互いに対向する他方の2つの第2アーム10には、第2電極として第2アーム10の歪を感知する第1感知電極26、第2感知電極28を配置している。さらに、錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20を延長して引き出した信号線21を、第2アーム10および第1アーム8を介して固定部4に設けた電極パッド23まで配置している。
First counter electrode to
上記の錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20、駆動電極22、検知電極24、第1感知電極26、第2感知電極28は、図2、図3に示すように、圧電層30を介在させた上部電極32と下部電極34とを有し、信号線21も同様の構成である。
The first to
また、全ての信号線21の端部を電極パッド23として、検出素子1の固定部4の上面側に配置しており、この信号線21の端部である電極パッド23にて、ワイヤボンディング等を用いて、実装基板の配線パターンと電気的に接続している。このとき、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、導電性ペースト15を介して固定部4に引き出している。
Further, the end portions of all the
そして、対向基板6は高抵抗のシリコンあるいは絶縁基板からなる。固定部4と第1アーム8と第2アーム10と錘部2とは、下部電極34よりも高抵抗のシリコン等からなる半導体基板あるいは絶縁基板からなり、固定部4と第1アーム8と第2アーム10と錘部2とを一体成形してなる。
The
次に、角速度検出部および加速度検出部について説明する。 Next, the angular velocity detection unit and the acceleration detection unit will be described.
まず、角速度検出部について説明する。 First, the angular velocity detection unit will be described.
図6に示すように、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、検出素子1の第1アーム8をX軸方向に配置して、第2アーム10をY軸方向に配置した場合、駆動電極22に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極22が配置された第2アーム10を起点に第2アーム10が駆動振動し、それに伴って錘部2も第2アーム10の対向方向(実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向)に駆動振動する。また、4つの第2アーム10および4つの錘部2の全てが同調して第2アーム10の対向方向に駆動振動する。この検出素子1における駆動振動方向はX軸方向となる。
As shown in FIG. 6, when the
このとき、例えば、Z軸の左周りに角速度が生じた場合は、錘部2の駆動振動と同調して、錘部2に対して駆動振動方向と直交した方向(実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向(Y軸方向))にコリオリ力が発生するので、第2アーム10にZ軸の左周りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第2アーム10の状態変化(第2アーム10に発生した歪)によって、第1、第2感知電極28から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。
At this time, for example, when an angular velocity is generated around the left of the Z-axis, in synchronization with the drive vibration of the
次に、加速度検出部について説明する。 Next, the acceleration detection unit will be described.
図7に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、対向基板6をXY平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、対向基板6と錘部2の対向面の第1対向電極14のギャップ(H1)と、対向基板6と錘部2との対向面の第2対向電極16のギャップ(H2)は等しい。図示していないが、第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20のギャップも等しくなる。
As shown in FIG. 7, when the
このとき、例えば、X軸方向に加速度が生じた場合、図8に示すように、錘部2は支持部12を中心にしてY軸周りに回転しようとする。この結果、対向基板6と錘部2の対向面の第1対向電極14のギャップ(H1)が小さくなり、対向基板6と錘部2との対向面の第2対向電極16のギャップ(H2)が大きくなる。第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20のギャップも同様である。
At this time, for example, when acceleration occurs in the X-axis direction, the
一方、Y軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部2は支持部12を中心にしてX軸周りに回転しようとするため、例えば、第3、第4対向電極18、20のギャップが大きくなり、第1、第2対向電極14、16のギャップが小さくなる。すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてX軸方向またはY軸方向の加速度を検出するものである。
On the other hand, when acceleration occurs in the Y-axis direction, the
上記構成により、加速度検出部によって、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第1感知電極26、第2感知電極28で検出し、一つの検出素子1で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。
With the above configuration, the acceleration detection unit detects the capacitances of the first to
また、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出された信号線21の端部である電極パッド23は、検出素子1の上面側に配置し、この電極パッド23にてワイヤボンディング等を介して実装基板に配置された配線パターンと電気的に接続しているので、電極パッド23の接続面が検出素子1の上面側に統一されるので、実装基板との接続が容易に行える。したがって、接続不良等の発生も低減し、信頼性の向上が図れる。固定部4または対向基板6のいずれかに全ての信号線21の端部を配置し、これら全ての信号線21の端部を検出素子1の上面側または下面側のいずれか一方側に配置された信号線21の端部にて、実装基板と電気的に接続すればよいものである。
In addition, an
さらに、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、導電性ペースト15を介して固定部4に引き出しているので、電極パッド23の接続面を検出素子1の上面側に配置することが容易に行える。
Further, since the
なお、本発明の実施の形態では、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、導電性ペースト15を介して固定部4に第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、導電性ペースト15を介して固定部4に引き出したが、錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、導電性ペースト15を介して対向基板6に引き出してもよい。このように対向基板6側に信号線21を引き出すことで、信号線の引き回しの自由度が向上する。また、対向基板6には絶縁性基板を用いることができるので、信号線間やその他の配線との間との容量が発生しないという利点がある。
In the embodiment of the present invention, the
また、錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21をフレキシブル基板に引き出して、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21と同一面側に配置してもよい。その逆に、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、プラスチック等の可撓性のあるフレキシブル基板に引き出すとともに、錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21と同一面側に配置してもよい。配置状況に応じて、フレキシブル基板を撓ませたり変形させたりすることができ、信号線21の引き廻しの設計が容易となる。この検出素子1は、あらかじめ、対向基板6に配置された信号線21にフレキシブル基板を電気的に接続しておき、フレキシブル基板が接続された対向基板6を固定部4の突起部13に載置して、形成すればよい。
The signal lines 21 drawn from the first counter electrode to the
本発明に係る加速度センサは、静電容量変化にバラツキが生じにくく、検出精度を向上させることができ、各種電子機器に適用できるものである。 The acceleration sensor according to the present invention is less susceptible to variations in capacitance change, can improve detection accuracy, and can be applied to various electronic devices.
1 検出素子
2 錘部
4 固定部
6 対向基板
8 第1アーム
10 第2アーム
12 支持部
13 突起部
14 第1対向電極
15 導電性ペースト
16 第2対向電極
18 第3対向電極
20 第4対向電極
21 信号線
22 駆動電極
23 電極パッド
24 検知電極
26 第1感知電極
28 第2感知電極
30 圧電層
32 上部電極
34 下部電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量を検出して加速度を検出しており、
全ての前記信号線の端部を前記検出素子の上面側または下面側のいずれか一方側に配置し、前記信号線の端部にて実装基板と電気的に接続した加速度センサ。 A detection element having an acceleration detection unit;
The detection element includes a fixed part that connects a weight part via a flexible part, a counter substrate that is opposed to the weight part, a counter electrode that is disposed on each of the opposing surfaces of the weight part and the counter substrate, A signal line led out from the counter electrode, and the acceleration detection unit detects an acceleration by detecting a capacitance between the counter electrode disposed on the counter surface of each of the weight part and the counter substrate. And
An acceleration sensor in which end portions of all the signal lines are arranged on either the upper surface side or the lower surface side of the detection element and are electrically connected to a mounting substrate at the end portions of the signal lines.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007102423A JP2008261636A (en) | 2007-04-10 | 2007-04-10 | Acceleration sensor |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007102423A JP2008261636A (en) | 2007-04-10 | 2007-04-10 | Acceleration sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2007102423A Pending JP2008261636A (en) | 2007-04-10 | 2007-04-10 | Acceleration sensor |
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2007
- 2007-04-10 JP JP2007102423A patent/JP2008261636A/en active Pending
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