JP2011064651A - Acceleration detector - Google Patents

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健太 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration detector which is easy to manufacture and has high accuracy and high sensitivity. <P>SOLUTION: This acceleration detector 10 includes a base 20 which has a movable part 24 to be displaced by acceleration given perpendicularly to the main surface and a fixed part 22 supporting the movable part 24 through the medium of a narrow part 26, and a pressure-sensitive element 30 which has a pressure sensing part 32 having a detection axis in the direction of detection of a force perpendicular to the direction of the acceleration and being connected to a pair of base parts 34 and 35 lined up along the detection axis. The paired base parts 34 and 35 are fixed to the movable part 24 and the fixed part 22 of the base 20, and the narrow part 26 is formed between the movable part 24 and the fixed part 22 in the direction intersecting the direction of the detection axis in a region located between the paired base parts 34 and 35. The pressure-sensitive element 30 is so formed that it is extended from either one of the paired base parts 34 and 35 to the other over the narrow part 26 and has beam parts 36 having free ends. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、錘部の大きさ・面積の設計自由度を広げた高精度・高感度な圧電振動子を用いた加速度検出器に関する。   The present invention relates to an acceleration detector using a high-precision and high-sensitivity piezoelectric vibrator in which the degree of design freedom of the size and area of a weight portion is expanded.

従来、圧電振動子を用いた感圧素子と錘部を備えた特許文献1から3のような加速度計が開示されている。
特許文献1の加速度センサーは、図7に示すように感圧素子101の一方の基部102にくびれ103を介して錘104が連結されている。錘104は(2)、(3)に示すようにくびれ103を基点として感圧素子101と反対側の位置に配置されている。このくびれ103は基板105の表裏にそれぞれ形成されている。
Conventionally, an accelerometer as disclosed in Patent Documents 1 to 3 including a pressure-sensitive element using a piezoelectric vibrator and a weight portion is disclosed.
In the acceleration sensor of Patent Document 1, a weight 104 is connected to one base 102 of a pressure-sensitive element 101 via a constriction 103 as shown in FIG. As shown in (2) and (3), the weight 104 is disposed at a position opposite to the pressure sensitive element 101 with the constriction 103 as a base point. The constriction 103 is formed on each of the front and back surfaces of the substrate 105.

特許文献2の加速度計は、図8に示すようにX軸線方向に自由に回動するようにヒンジ結合201によりベース202と接続させた錘203と、錘203とベース202に接続して、検出軸をX軸方向と直交するY軸方向に形成した感圧素子204を備え、前記感圧素子204を錘203とベース202の表裏に形成している。   As shown in FIG. 8, the accelerometer disclosed in Patent Document 2 is connected to a weight 203 connected to a base 202 by a hinge coupling 201 so as to freely rotate in the X-axis direction, and connected to the weight 203 and the base 202 to detect the accelerometer. A pressure-sensitive element 204 having an axis formed in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction is provided, and the pressure-sensitive element 204 is formed on the front and back of the weight 203 and the base 202.

特許文献3ははり共振器力変換器を有する加速度計が開示されている。図9に示すようにはり共振器力変換機を有する加速度計301は、ヒンジ302により錘303と連結する基台304と、一端を錘303に連結させるとともに他端を基台304から伸びる片持ちはり305の自由端306に連結させた感圧素子307を備えている。そして錘303の自由端308側には破壊限度で錘303の変位を止める止め309が錘303と所定間隔を開けて形成されている。   Patent Document 3 discloses an accelerometer having a beam resonator force transducer. As shown in FIG. 9, an accelerometer 301 having a beam resonator force transducer includes a base 304 connected to a weight 303 by a hinge 302, and a cantilever having one end connected to the weight 303 and the other end extending from the base 304. A pressure sensitive element 307 connected to the free end 306 of the beam 305 is provided. A stop 309 for stopping the displacement of the weight 303 at the breaking limit is formed on the free end 308 side of the weight 303 with a predetermined distance from the weight 303.

米国特許第5,165,279号明細書US Pat. No. 5,165,279 特開平1−302166号公報JP-A-1-302166 特開昭59−126261号公報JP 59-126261 A

しかしながら特許文献1では、確保できる錘104のサイズが感圧素子101の感圧部の寸法によって規制されてしまうので、要求される加速度計の仕様によっては仕様を満たす感度が得られない問題があった。   However, in Patent Document 1, since the size of the weight 104 that can be secured is restricted by the size of the pressure-sensitive portion of the pressure-sensitive element 101, there is a problem that the sensitivity that satisfies the specification cannot be obtained depending on the required specifications of the accelerometer. It was.

また、基板105の表裏に夫々くびれ103が設けられているため、基板105の両主面に対して夫々フォトリソ・エッチング法で、くびれ103を形成しなければならない。従って作業に煩雑性が生じてコストアップとなってしまうという問題があった。   Further, since the constriction 103 is provided on each of the front and back surfaces of the substrate 105, the constriction 103 must be formed on each of the main surfaces of the substrate 105 by a photolithographic etching method. Therefore, there is a problem that the work is complicated and the cost is increased.

また特許文献2のようなカンチレバータイプの加速度センサーは、感度を高めることにより、破壊限界となる加速度が低下するため、感度には上限が決められていた。これにより特に低い加速度用のセンサーに関しては、十分な水晶の性能を発揮できなかった。これは加速度に対して、直線的に応力がかかってしまう構造が原因である。   In addition, an acceleration sensor of a cantilever type as disclosed in Patent Document 2 has an upper limit on sensitivity because the acceleration that is the destructive limit is reduced by increasing the sensitivity. As a result, sufficient crystal performance could not be achieved especially for sensors for low acceleration. This is caused by a structure in which stress is linearly applied to acceleration.

また特許文献3には錘303のストッパーとなる止め309が設けられているが、基台304と錘303と止め309を一体形成することができない。また加工精度の問題により、ストッパー間の隙間に錘303を所定間隔を開けて位置決めする設定が難しい。   Further, Patent Document 3 is provided with a stopper 309 that serves as a stopper for the weight 303, but the base 304, the weight 303, and the stopper 309 cannot be integrally formed. In addition, due to the problem of processing accuracy, it is difficult to set the weight 303 at a predetermined interval in the gap between the stoppers.

さらに特許文献3に示すような止め(ストッパー)を特許文献2に示すような加速度計に適用した場合、感圧素子とは別にストッパーを設ける構成となる。このストッパーは、ベースに設けた感圧素子と同様にストッパーの一端をベースに固定し、錘と接触する自由端を錘と所定間隔を設けるように片持ち支持する構成となる。従って、止めの自由端を錘と所定間隔を開けて設ける位置決めが難しいという問題があった。   Furthermore, when a stop (stopper) as shown in Patent Document 3 is applied to an accelerometer as shown in Patent Document 2, a stopper is provided separately from the pressure sensitive element. This stopper has a configuration in which one end of the stopper is fixed to the base in the same manner as the pressure-sensitive element provided on the base, and a free end contacting the weight is cantilevered so as to provide a predetermined distance from the weight. Therefore, there is a problem that it is difficult to position the free end of the stop at a predetermined distance from the weight.

一方、近年例えば100Gまでの加速度を検出可能でありながら、低い加速度も検知することができる加速度検出器が望まれている。しかし、低い加速度を検出するため感度を高めた感圧素子は、高い加速度が作用すると破壊してしまうという問題があった。
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、製造が容易で、高精度かつ高感度の加速度検出器を実現することを目的としている。
On the other hand, in recent years, an acceleration detector capable of detecting a low acceleration while being able to detect an acceleration up to, for example, 100 G is desired. However, the pressure-sensitive element whose sensitivity is increased to detect low acceleration has a problem that it breaks when high acceleration is applied.
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to realize an acceleration detector that is easy to manufacture and has high accuracy and high sensitivity.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]主面に対し垂直に加速度が加わり変位する可動部と、前記可動部をくびれ部を介して支持する固定部を備えたベースと、前記加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とし、当該検出軸に沿って並ぶ一対の基部に接続された感圧部を有する感圧素子と、を備え、前記一対の基部が前記ベースの前記可動部と前記固定部に固定され、前記くびれ部は、前記一対の基部の間に挟まれる領域であって、前記可動部と前記固定部の間に前記検出軸の方向と交差する方向に形成され、前記感圧素子は、前記一対の基部のいずれか一方から他方へ延出されて前記くびれ部を跨ぐように形成されると共に、端部が自由端である梁部を有することを特徴とする加速度検出器。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1] A force that is perpendicular to the main surface and is displaced by an acceleration, a base that includes a fixed portion that supports the movable portion via a constriction, and a force that is perpendicular to the direction of the acceleration. A pressure sensing element having a pressure sensing direction as a detection axis and connected to a pair of bases arranged along the detection axis, wherein the pair of bases and the movable part of the base Fixed to the fixed portion, the constricted portion is a region sandwiched between the pair of base portions, and is formed in a direction intersecting the direction of the detection axis between the movable portion and the fixed portion, The pressure sensing element is formed so as to extend from one of the pair of base portions to the other and straddle the constricted portion, and has a beam portion whose end portion is a free end. vessel.

これにより梁は感圧素子の一対の基部から他方の基部へ伸ばした構成であるため、感圧素子の形成と梁の形成を同時に行うことができ、かつ一体的に形成することができる。従って、従来感圧素子と梁を別体とし、梁と錘の隙間の調整が困難であった構成に比べて、本発明では梁と錘を容易に位置決めすることができる。   As a result, the beam is configured to extend from a pair of base portions of the pressure-sensitive element to the other base portion, so that the pressure-sensitive element and the beam can be formed simultaneously and integrally. Therefore, in the present invention, the beam and the weight can be easily positioned as compared with the configuration in which the pressure-sensitive element and the beam are separately provided and it is difficult to adjust the gap between the beam and the weight.

また低い加速度を検出する高感度の加速度検出器に、大きな加速度が印加されても破壊限界で梁部が可動部の変位を止めることができ、検出器が破壊されることを防止できる。   In addition, even when a large acceleration is applied to a highly sensitive acceleration detector that detects low acceleration, the beam portion can stop the displacement of the movable portion at the breaking limit, and the detector can be prevented from being broken.

[適用例2]前記梁部は、前記ベースの一方の主面の前記感圧素子の一対の基部のいずれか一方から他方へ延出されて前記くびれ部を跨ぐように形成されると共に、端部が自由端である第1の梁部と、前記ベースの他方の主面に前記第1の梁部と対向し、一端を自由端とし、他端をベースの可動部又は固定部の何れか一方に固定される固定端とする第2の梁部と、からなることを特徴とする適用例1に記載の加速度検出器。
これにより、大きなマイナス加速度Gが印加された場合であっても、破壊限界で第2の梁部が可動部の変位を止めることができ、検出器が破壊されることを防止できる。
Application Example 2 The beam portion is formed so as to extend from one of the pair of base portions of the pressure-sensitive element on one main surface of the base to the other and straddle the constricted portion. A first beam portion whose portion is a free end, and the other main surface of the base opposite the first beam portion, with one end being a free end and the other end being either a movable portion or a fixed portion of the base The acceleration detector according to Application Example 1, further comprising: a second beam portion serving as a fixed end fixed to one side.
Thereby, even when a large negative acceleration G is applied, the second beam portion can stop the displacement of the movable portion at the destruction limit, and the detector can be prevented from being destroyed.

[適用例3]前記感圧素子は、前記ベースの一方の主面に形成された第1の感圧素子と、前記ベースの他方の主面に前記第1の感圧素子と対向するように形成された第2の感圧素子と、からなることを特徴とする適用例1に記載の加速度検出器。
これにより加速度を差動式で検出することができるため、より高感度の加速度検出が行える。
Application Example 3 The pressure-sensitive element is formed such that the first pressure-sensitive element formed on one main surface of the base and the first pressure-sensitive element facing the other main surface of the base. The acceleration detector according to Application Example 1, wherein the acceleration detector includes a formed second pressure-sensitive element.
As a result, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher sensitivity.

[適用例4]前記梁部は、破壊限界に応じて前記固定端と前記自由端の間の長さを可変とすることを特徴とする適用例1ないし適用例3のいずれか1に記載の加速度検出器。
これにより加速度検出器の破壊限界点を任意に設計変更することができる。
[Application Example 4] In any one of Application Examples 1 to 3, the beam portion may have a variable length between the fixed end and the free end according to a fracture limit. Accelerometer.
Thus, the design of the breakage limit point of the acceleration detector can be arbitrarily changed.

実施例1の加速度検出器の概略図である。It is the schematic of the acceleration detector of Example 1. FIG. 実施例1の加速度検出器の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the acceleration detector of Example 1. FIG. 実施例2の加速度検出器の概略図である。It is the schematic of the acceleration detector of Example 2. FIG. 実施例2の加速度検出器の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the acceleration detector of Example 2. FIG. 実施例3の加速度検出器の概略図である。It is the schematic of the acceleration detector of Example 3. FIG. 実施例3の加速度検出器の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the acceleration detector of Example 3. FIG. 従来の加速度センサーの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional acceleration sensor. 従来の振子型加速度計の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional pendulum type accelerometer. 従来のはり共振器力変換器を有する加速度計の説明図である。It is explanatory drawing of the accelerometer which has the conventional beam resonator force converter.

本発明の加速度検出器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1は実施例1の加速度検出器の概略図であり、(1)はベースの一方の主面側から見た分解斜視図であり、(2)は側面図である。
Embodiments of an acceleration detector according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of an acceleration detector according to a first embodiment, (1) is an exploded perspective view seen from one main surface side of the base, and (2) is a side view.

図示のように実施例1の加速度検出器10は、ベース20と感圧素子30を主な基本構成としている。
ベース20は、主に固定部22と、可動部(錘部)24と、くびれ部26とから構成されている。
As shown in the figure, the acceleration detector 10 of the first embodiment has a base 20 and a pressure-sensitive element 30 as the main basic configuration.
The base 20 mainly includes a fixed portion 22, a movable portion (weight portion) 24, and a constricted portion 26.

固定部22は、加速度Gの印加によって変位せず、図示しない基板にベース20を固定する部材である。錘となる可動部24は、固定部22によって支持され、加速度Gが印加されると印加の方向(Z軸方向)へ変位(可動)する。固定部22及び可動部24は、ベース20の一方の主面27側に後述する感圧素子30を接着する際、感圧素子30の一対の基部を支持する載置部29a、29bを備えている。   The fixing portion 22 is a member that is not displaced by application of the acceleration G and fixes the base 20 to a substrate (not shown). The movable portion 24 serving as a weight is supported by the fixed portion 22 and is displaced (movable) in the application direction (Z-axis direction) when the acceleration G is applied. The fixed portion 22 and the movable portion 24 include mounting portions 29 a and 29 b that support a pair of base portions of the pressure-sensitive element 30 when a pressure-sensitive element 30 described later is bonded to the one main surface 27 side of the base 20. Yes.

くびれ部26は固定部22と可動部24の間であって、平面矩形のベース20のX軸方向に端面形状が凹状となるように形成された薄肉部である。くびれ部26は、可動部24に加速度Gが印加され、感圧素子30に伸縮・圧縮応力が加わる場合に可動部24を加速度Gの印加方向と逆の方向(慣性力の方向)へ変位させるように構成されている。図1に示すくびれ部26はベース20の他方の主面28を端面形状が凹状に切削加工して形成した溝である。   The constricted portion 26 is a thin-walled portion formed between the fixed portion 22 and the movable portion 24 and having a concave end surface shape in the X-axis direction of the planar rectangular base 20. The constricted portion 26 displaces the movable portion 24 in the direction opposite to the direction in which the acceleration G is applied (direction of inertial force) when the acceleration G is applied to the movable portion 24 and expansion / contraction / compression stress is applied to the pressure-sensitive element 30. It is configured as follows. The constricted portion 26 shown in FIG. 1 is a groove formed by cutting the other main surface 28 of the base 20 into a concave end surface shape.

なお、くびれ部26は、可撓性を備えるようにベース20の一部を薄肉にした形状であれば、図示のようなベース20の他方の主面28に形成した凹状の溝以外にも、一方の主面27側に凹状の溝を形成する構成とすることもでき、また例えばベース20の表裏面を半円状に切削加工した形状に構成することができる。   As long as the constricted portion 26 has a shape in which a part of the base 20 is thinned so as to have flexibility, in addition to the concave groove formed on the other main surface 28 of the base 20 as illustrated, A concave groove may be formed on one main surface 27 side, and for example, the front and back surfaces of the base 20 may be formed in a semicircular shape.

また、ベース20を構成する固定部22、可動部24、くびれ部26は、平面視矩形の金属材料を用いて、薄肉となるくびれ部26を切削加工して一体的に形成することができる。   Further, the fixed portion 22, the movable portion 24, and the constricted portion 26 constituting the base 20 can be integrally formed by cutting the thinned constricted portion 26 using a rectangular metal material in plan view.

感圧素子30は、主に感圧部32と、一対の基部34、35と、梁部36とから構成されている。
感圧素子30は両端部に一対の基部34、35を配置し、一対の基部34、35間に振動領域を備えた感圧部32を連設して、振動領域上には図示しない励振電極を形成している。
The pressure sensitive element 30 mainly includes a pressure sensitive part 32, a pair of base parts 34 and 35, and a beam part 36.
The pressure-sensitive element 30 has a pair of base portions 34 and 35 arranged at both ends, and a pressure-sensitive portion 32 having a vibration region provided between the pair of base portions 34 and 35, and an excitation electrode (not shown) on the vibration region. Is forming.

本実施例の感圧部32は一対の基部34、35の間に基部34、35と連結するように1本の振動腕を備えた構成である。また感圧部32は、加えられた力に対して周波数の変化が大きく、圧力を感度良く検出できる双音叉振動片を用いることもできる。すなわち双音叉振動片は、屈曲振動モードを有する振動片であって、2つの音叉型振動片の自由端側の端面どうしを対向させて結合させた構造を有しており、互いに並行にY軸方向に長手方向が延びる2本の振動腕と、この振動腕の長手方向の両端に接続され、振動腕と一列に並んだ2つの基部とを有する構成としても良い。   The pressure-sensitive part 32 of the present embodiment has a configuration in which one vibrating arm is provided between the pair of base parts 34 and 35 so as to be connected to the base parts 34 and 35. The pressure sensing unit 32 may be a double tuning fork vibrating piece that has a large frequency change with respect to the applied force and can detect the pressure with high sensitivity. That is, the double tuning fork vibrating piece is a vibrating piece having a flexural vibration mode, and has a structure in which the end faces on the free end sides of two tuning fork type vibrating pieces are opposed to each other, and are parallel to each other in the Y axis. It is good also as a structure which has two bases which are connected to the both ends of the longitudinal direction of this vibration arm, and the vibration arm extends in the direction, and two bases arranged in a line with the vibration arm.

振動腕はY軸方向に細長く、その表面に設けられた図示しない励振電極により駆動電圧を印加されて屈曲振動する部分であり、この部分にY軸方向に伸張及び/又は圧縮するようにストレス或いはテンションがかかると、周波数が変化する部分である。したがってその周波数変化を検知することで加速度を感知することができる。   The resonating arm is elongated in the Y-axis direction and is a portion that is flexed and vibrated by applying a driving voltage by an excitation electrode (not shown) provided on the surface thereof. This is the part where the frequency changes when tension is applied. Therefore, the acceleration can be detected by detecting the frequency change.

感圧素子30は、加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とするように一対の基部34、35をベース20上の載置面29a、29bに固定している。すなわち感圧素子の検出軸はY軸方向となる。   The pressure-sensitive element 30 is a force perpendicular to the direction of acceleration, and the pair of base portions 34 and 35 are fixed to the mounting surfaces 29a and 29b on the base 20 so that the detection direction of the force is a detection axis. Yes. That is, the detection axis of the pressure sensitive element is in the Y-axis direction.

また感圧素子30に対し、ベース20のくびれ部26は、一対の基部34、35の間に挟まれる領域であって、可動部24と固定部22の間に検出軸の方向と交差する方向に配置される関係となる。   Further, the constricted portion 26 of the base 20 with respect to the pressure-sensitive element 30 is an area sandwiched between the pair of base portions 34 and 35 and intersects the direction of the detection axis between the movable portion 24 and the fixed portion 22. It becomes the relationship arranged in.

梁部36は、前記一対の基部34、35のいずれか一方の基部に接続する固定端37と、いずれか他方の基部へ伸びる自由端38から構成されている。図1に示す梁部36は、固定端37を固定部22側の基部35に接続させている。   The beam portion 36 includes a fixed end 37 connected to one of the pair of base portions 34 and 35, and a free end 38 extending to the other base portion. In the beam portion 36 shown in FIG. 1, the fixed end 37 is connected to the base portion 35 on the fixed portion 22 side.

なお梁部36の長さは、予め定めた加速度検出器10の破壊限界に応じて固定端37と自由端38の間の長さを任意に設定変更する構成としている。加速度検出器10の破壊限界は、例えばベース20の可動部24に過度の加速度が印加して変位量が大きくなり、ベース20と接続した感圧素子30に伸縮応力が作用して素子が破壊されることをいう。具体的には、梁部36の長さを長くすると自由端38が変位した可動部24と接触し易くなり、可動部24の変位量を小さく(可動部24の変位範囲を狭く)することができる。一方、梁部36の長さを短くすると自由端38は可動部24が大きく変位しなければ接触しないため、可動部24の変位範囲の幅が広がることになる。   The length of the beam portion 36 is configured to arbitrarily change the length between the fixed end 37 and the free end 38 in accordance with a predetermined breaking limit of the acceleration detector 10. The breakage limit of the acceleration detector 10 is, for example, that excessive acceleration is applied to the movable portion 24 of the base 20 to increase the amount of displacement, and the expansion and contraction stress acts on the pressure-sensitive element 30 connected to the base 20 to break the element. That means. Specifically, when the length of the beam portion 36 is increased, the free end 38 is likely to come into contact with the displaced movable portion 24, and the displacement amount of the movable portion 24 can be reduced (the displacement range of the movable portion 24 is reduced). it can. On the other hand, when the length of the beam portion 36 is shortened, the free end 38 does not come into contact unless the movable portion 24 is largely displaced, so that the width of the displacement range of the movable portion 24 is widened.

なお梁部36は破壊限界の際に可動部24と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、図1に示す梁部36は感圧部32を挟むように2本(複数)形成した構成のほか、1本でもよい。   It is only necessary that the beam portion 36 can be configured to come into contact with the movable portion 24 at the failure limit and stop the displacement of the movable portion 24. Two beam portions 36 shown in FIG. In addition to the formed structure, one may be used.

感圧素子30は、圧電材料として例えば水晶をフォトリソグラフィ技術とエッチング技法によって基部34、35と感圧部32と梁部36を一体的に形成することができ、水晶以外にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いることができる。   The pressure-sensitive element 30 can integrally form the bases 34 and 35, the pressure-sensitive part 32, and the beam part 36 by using a photolithography technique and an etching technique as a piezoelectric material. Lithium acid or the like can be used.

このように形成した感圧素子30は、一対の基部34をベース20の一方の主面27の載置部29a、29bにベース20との間に所定間隔を開けて接着手段40により接着して固定している。   The pressure-sensitive element 30 formed in this way has a pair of base portions 34 bonded to the mounting portions 29a and 29b of one main surface 27 of the base 20 with a predetermined interval between the base 20 and the bonding means 40. It is fixed.

感圧素子30とベース20の間の隙間となる所定間隔は、感圧部32とベース20が干渉しない距離に設定している。
上記構成による実施例1の加速度検出器は次のように作用する。図2は実施例1の加速度検出器の作用の説明図である。
The predetermined interval that is the gap between the pressure sensitive element 30 and the base 20 is set to a distance at which the pressure sensitive portion 32 and the base 20 do not interfere with each other.
The acceleration detector according to the first embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the first embodiment.

(1)に示すように加速度検出器10のベース20にプラスの加速度Gが作用すると、加速度Gの方向に垂直な力であって、力の検出方向を検出軸とする感圧素子30の感圧部32に圧縮応力が加わる。感圧素子30はこの圧縮応力によって周波数が変化して加速度Gを検出することができる。   When a positive acceleration G acts on the base 20 of the acceleration detector 10 as shown in (1), it is a force perpendicular to the direction of the acceleration G, and the sense of the pressure-sensitive element 30 having the detection direction of the force as a detection axis. A compressive stress is applied to the pressure part 32. The pressure sensitive element 30 can detect the acceleration G by changing the frequency due to the compressive stress.

そして実施例1の加速度検出器10に破壊応力を超える過剰な加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は圧縮応力が加わる。一方梁部36は固定端37を基部35を解してベース20の固定部22に固定し、自由端38は固定されていないため、可動部24の圧縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24に梁部36の自由端38が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。   When an excessive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the acceleration detector 10 according to the first embodiment, compressive stress is applied to the pressure-sensitive portion 32 of the pressure-sensitive element 30 according to the displacement of the movable portion 24. On the other hand, the beam portion 36 fixes the fixed end 37 to the fixed portion 22 of the base 20 through the base 35 and the free end 38 is not fixed, so that it is not affected by the compressive stress of the movable portion 24. Therefore, the free end 38 of the beam portion 36 comes into contact with the displaced movable portion 24 and functions to stop the displacement of the movable portion 24.

なお感圧素子30の梁部36の固定端37はいずれか一方の基部34、35と連結していればよく、(2)に示すように固定端37を可動部24側の基部34に連結し、固定部22側の基部35に自由端38が延びるように形成することもできる。この場合、破壊応力を超える過剰な加速度Gが印加すると、梁部36は固定端37を基部34を解してベース20の可動部24に固定し、自由端38は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って固定部22に梁部36の自由端38が接触して、(1)と同様に可動部24の変位を止める働きをする。   The fixed end 37 of the beam portion 36 of the pressure-sensitive element 30 only needs to be connected to one of the base portions 34 and 35, and the fixed end 37 is connected to the base portion 34 on the movable portion 24 side as shown in (2). In addition, the free end 38 can be formed so as to extend to the base portion 35 on the fixed portion 22 side. In this case, when an excessive acceleration G exceeding the fracture stress is applied, the beam portion 36 fixes the fixed end 37 to the movable portion 24 of the base 20 through the base portion 34, and the free end 38 is not fixed. There is no influence of the stretching stress of the portion 24. Accordingly, the free end 38 of the beam portion 36 comes into contact with the fixed portion 22 and functions to stop the displacement of the movable portion 24 as in (1).

このような実施例1の加速度検出器によれば、加速度検出器10に破壊限界を超える加速度Gが作用しても、梁部36が可動部24のストッパーとなり、過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め設定された測定範囲で加速度を検出することができる。   According to the acceleration detector of the first embodiment, even when the acceleration G exceeding the destruction limit acts on the acceleration detector 10, the beam portion 36 becomes a stopper of the movable portion 24 and is destroyed by the excessive acceleration G. The acceleration can be detected within a preset measurement range.

また本発明の特徴は、感圧素子30を構成する感圧部32、基部34、35、梁部36はエッチング、フォトリソ加工により一体形成した構成であり、可動部24と所定の距離を設けるように梁部36を単独で設ける構成に比べて、梁部36の位置決めを容易に行なうことができる。   In addition, the present invention is characterized in that the pressure-sensitive portion 32, the base portions 34 and 35, and the beam portion 36 constituting the pressure-sensitive element 30 are integrally formed by etching and photolithography so as to provide a predetermined distance from the movable portion 24. Compared with the configuration in which the beam portion 36 is provided alone, the beam portion 36 can be positioned easily.

次に実施例2の加速度検出器について以下説明する。
図3は実施例2の加速度検出器の概略図であり、(1)はベースの他方の主面側から見た分解斜視図であり、(2)は側面図である。
Next, an acceleration detector according to the second embodiment will be described below.
FIG. 3 is a schematic view of the acceleration detector according to the second embodiment. (1) is an exploded perspective view seen from the other main surface side of the base, and (2) is a side view.

図示のように実施例2の加速度検出器100は、基本構成となる実施例1の構成に、第2の梁部50を設けた構成である。
第2の梁部50は、一端をベース20の他方の主面28に接続する固定端52とし、他端を固定端52から延出する自由端54としている。図3に示す第2の梁部50は、実施例1の感圧素子30から可動部24側の基部34と感圧部32を除き、梁部36と固定部22側の基部35のみの平面コ字型となる形状に形成し、固定端52を固定部22側の基部35と対向する面に形成している。
As shown in the figure, the acceleration detector 100 of the second embodiment has a configuration in which the second beam portion 50 is provided in the configuration of the first embodiment which is a basic configuration.
The second beam portion 50 has one end as a fixed end 52 connected to the other main surface 28 of the base 20 and the other end as a free end 54 extending from the fixed end 52. The second beam portion 50 shown in FIG. 3 is a plane including only the beam portion 36 and the base portion 35 on the fixed portion 22 side except the base portion 34 and the pressure sensitive portion 32 on the movable portion 24 side from the pressure sensitive element 30 of the first embodiment. The fixed end 52 is formed on a surface facing the base portion 35 on the fixed portion 22 side.

そして第2の梁部50は、ベース20の他方の主面28にベース20を挟んで感圧素子30と対向するように形成している。このとき第2の梁部50の固定端52と自由端54は、一方の主面27側の一対の基部34、35のいずれか一方から他方へ延出されると共に、くびれ部26を跨ぐように形成される。   The second beam portion 50 is formed to face the pressure sensitive element 30 with the base 20 sandwiched between the other main surface 28 of the base 20. At this time, the fixed end 52 and the free end 54 of the second beam portion 50 are extended from one of the pair of base portions 34 and 35 on the one main surface 27 side to the other and straddle the constricted portion 26. It is formed.

なお第2の梁部50の長さは、予め定めた加速度検出器100のマイナス加速度Gの破壊限界に応じて固定端52と自由端54の間の長さを任意に設定変更する構成としている。   Note that the length of the second beam portion 50 is configured such that the length between the fixed end 52 and the free end 54 is arbitrarily set and changed according to a predetermined breaking limit of the negative acceleration G of the acceleration detector 100. .

なお第2の梁部50は破壊限界の際に可動部24と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、図3に示すように自由端を2本(複数)形成した構成のほか、1本でもよい。   The second beam portion 50 only needs to be configured to come into contact with the movable portion 24 at the fracture limit to stop the displacement of the movable portion 24. As shown in FIG. 3, two (plural) free ends are formed. In addition to the configuration, one may be used.

このように形成した第2の梁部50は、固定端52をベース20の他方の主面28の載置部29aとベース20を挟んで対向する載置部29cに所定間隔を開けて接着手段40により接着して固定している。第2の梁部50とベース20の間の隙間となる所定間隔は、測定範囲の加速度が印加されたとき変位するベース20と第2の梁部50が干渉しない距離に設定している。   The second beam portion 50 formed in this manner is bonded to the mounting portion 29a on the other main surface 28 of the base 20 with the fixed end 52 spaced apart from the mounting portion 29c facing the base 20 with a predetermined interval therebetween. 40 is adhered and fixed. The predetermined interval that is a gap between the second beam portion 50 and the base 20 is set to a distance at which the base 20 and the second beam portion 50 that are displaced when the acceleration in the measurement range is applied do not interfere with each other.

上記構成による実施例2の加速度検出器は次のように作用する。図4は実施例2の加速度検出器の作用の説明図である。
実施例2の加速度検出器100に破壊応力を超える過剰なプラスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は圧縮応力が加わる。一方梁部36は固定端37を基部35を解してベース20の固定部22に固定し、自由端38は固定されていないため、可動部24の圧縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24に梁部36の自由端38が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
The acceleration detector according to the second embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the second embodiment.
When an excessive positive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the acceleration detector 100 according to the second embodiment, a compressive stress is applied to the pressure-sensitive portion 32 of the pressure-sensitive element 30 according to the displacement of the movable portion 24. On the other hand, the beam portion 36 fixes the fixed end 37 to the fixed portion 22 of the base 20 through the base 35 and the free end 38 is not fixed, so that it is not affected by the compressive stress of the movable portion 24. Therefore, the free end 38 of the beam portion 36 comes into contact with the displaced movable portion 24 and functions to stop the displacement of the movable portion 24.

一方、実施例2の加速度検出器100に破壊応力を超える過剰なマイナスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は伸長応力が加わる。第2の梁部36は固定端52をベース20の固定部22に固定し、自由端54は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24に第2の梁部50の自由端54が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。   On the other hand, when an excessive negative acceleration G exceeding the destructive stress is applied to the acceleration detector 100 according to the second embodiment, an extensional stress is applied to the pressure-sensitive portion 32 of the pressure-sensitive element 30 according to the displacement of the movable portion 24. Since the second beam portion 36 fixes the fixed end 52 to the fixed portion 22 of the base 20 and the free end 54 is not fixed, the second beam portion 36 is not affected by the stretching stress of the movable portion 24. Accordingly, the free end 54 of the second beam portion 50 comes into contact with the displaced movable portion 24 and functions to stop the displacement of the movable portion 24.

これにより、大きなマイナス加速度Gが印加された場合であっても、破壊限界で第2の梁部が可動部の変位を止めることができ、加速度検出器が破壊されることを防止できる。
なお第2の梁部50の固定端52はベース20の固定部22に形成した構成のほか、可動部24の載置面29bと対向する他方の主面28側に形成する構成であっても同様の効果を奏する。
Thereby, even when a large negative acceleration G is applied, the second beam part can stop the displacement of the movable part at the destruction limit, and the acceleration detector can be prevented from being destroyed.
The fixed end 52 of the second beam part 50 may be formed on the other main surface 28 side facing the mounting surface 29b of the movable part 24 in addition to the structure formed on the fixed part 22 of the base 20. The same effect is produced.

次に実施例3の加速度検出器について以下説明する。
図5は実施例3の加速度検出器の概略図であり、(1)はベースの一方の主面側から見た分解斜視図であり、(2)は側面図である。
Next, the acceleration detector of Example 3 will be described below.
FIG. 5 is a schematic view of an acceleration detector according to the third embodiment. (1) is an exploded perspective view seen from one main surface side of the base, and (2) is a side view.

図示のように実施例3の加速度検出器200は、実施例2の第2の梁部50に替えて第2の感圧素子60を設けた構成である。第2の感圧素子60は、実施例1の感圧素子30と同一の形状及び材料で構成され、同一の作用を奏し、その詳細な説明を省略する。第2の感圧素子60は、ベース20の一方の主面27の第1の感圧素子30とベース20を軸心として対称となるようにベース20の他方の主面28に設けている。   As illustrated, the acceleration detector 200 of the third embodiment has a configuration in which a second pressure-sensitive element 60 is provided instead of the second beam portion 50 of the second embodiment. The second pressure-sensitive element 60 is composed of the same shape and material as the pressure-sensitive element 30 of the first embodiment, exhibits the same action, and a detailed description thereof is omitted. The second pressure-sensitive element 60 is provided on the other main surface 28 of the base 20 so as to be symmetric with respect to the first pressure-sensitive element 30 on the one main surface 27 of the base 20 and the base 20.

上記構成による実施例3の加速度検出器は次のように作用する。図6は実施例3の加速度検出器の作用の説明図である。
実施例3の加速度検出器200は、ベースの一方及び他方の主面27、28にそれぞれ第1及び第2の感圧素子30、60を備えているため、例えばプラスの加速度Gが印加されると、第1の感圧素子30は圧縮応力が加わり、第2の感圧素子60は伸張応力が加わる。従って、正負が逆の検出信号となり、この差分を取ることにより、高感度の加速度検出が行える。
The acceleration detector according to the third embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the third embodiment.
Since the acceleration detector 200 according to the third embodiment includes the first and second pressure-sensitive elements 30 and 60 on one and the other main surfaces 27 and 28 of the base, for example, a positive acceleration G is applied. Then, the first pressure-sensitive element 30 is subjected to compressive stress, and the second pressure-sensitive element 60 is subjected to tensile stress. Therefore, a positive / negative detection signal is reversed, and by taking this difference, highly sensitive acceleration detection can be performed.

(1)に示すように実施例3の加速度検出器200に破壊応力を超える過剰なプラスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて第1の感圧素子30の感圧部32は圧縮応力が加わる。一方第1の感圧素子30の梁部36は固定端37を基部35を解してベース20の固定部22に固定し、自由端38は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24に梁部36の自由端38が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。   As shown in (1), when an excessive positive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the acceleration detector 200 according to the third embodiment, the pressure-sensitive portion 32 of the first pressure-sensitive element 30 according to the displacement of the movable portion 24. Compressive stress is applied. On the other hand, the beam portion 36 of the first pressure-sensitive element 30 is fixed to the fixed portion 22 of the base 20 by disengaging the fixed end 37 from the base portion 35, and the free end 38 is not fixed. Not affected. Accordingly, the free end 38 of the beam portion 36 comes into contact with the displaced movable portion 24 and functions to stop the displacement of the movable portion 24.

一方、(2)に示すように実施例3の加速度検出器200に破壊応力を超える過剰なマイナスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて第2の感圧素子60の感圧部32は圧縮応力が加わる。第2の感圧素子60の梁部36は固定端37を基部35を解してベース20の固定部22に固定し、自由端38は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24に梁部36の自由端38が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。   On the other hand, as shown in (2), when an excessive negative acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the acceleration detector 200 of the third embodiment, the pressure sensitivity of the second pressure sensitive element 60 according to the displacement of the movable portion 24. The portion 32 is subjected to compressive stress. The beam portion 36 of the second pressure-sensitive element 60 is fixed to the fixed portion 22 of the base 20 with the fixed end 37 removed from the base portion 35, and the free end 38 is not fixed. Not receive. Accordingly, the free end 38 of the beam portion 36 comes into contact with the displaced movable portion 24 and functions to stop the displacement of the movable portion 24.

これにより加速度を差動式で検出することができるため、より高精度な加速度検出が行える。またプラスマイナスの過剰な加速度が加速度検出器に印加された場合であっても、破壊限界でベースの両主面に形成された梁部が可動部の変位を止めることができ、加速度検出器が破壊されることを防止できる。   As a result, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher accuracy. In addition, even when excessive plus or minus acceleration is applied to the acceleration detector, the beam parts formed on both main surfaces of the base at the fracture limit can stop the displacement of the movable part, and the acceleration detector It can be prevented from being destroyed.

10、100、200………加速度検出器、20………ベース、22………固定部、24………可動部、26………くびれ部、27………一方の主面、28………他方の主面、29………載置部、30………感圧素子、32………感圧部、34、35………基部、36………梁、37………固定端、38………自由端、40………接着手段、50………第2の梁部、52………固定端、54………自由端、60………第2の感圧素子、101………感圧素子、102………基部、103………くびれ、104………錘、105………基板、201………ヒンジ結合、202………ベース、203………錘、204………感圧素子、301………加速度計、302………ヒンジ、303………錘、304………基台、305………片持ちはり、306………自由端、307………感圧素子、308………自由端、309………止め。 10, 100, 200 ......... Acceleration detector, 20 ......... Base, 22 ......... Fixed part, 24 ......... Moving part, 26 ......... Necked part, 27 ......... One main surface, 28 ... ... the other main surface, 29 ......... mounting part, 30 ......... pressure-sensitive element, 32 ......... pressure-sensitive part, 34, 35 ......... base, 36 ......... beam, 37 ......... fixed End, 38 ......... Free end, 40 ......... Adhesion means, 50 ......... Second beam portion, 52 ......... Fixed end, 54 ......... Free end, 60 ......... Second pressure sensitive element 101 ......... Pressure-sensitive element, 102 ......... Base, 103 ......... Constriction, 104 ......... Weight, 105 ...... Substrate, 201 ......... Hinge coupling, 202 ......... Base, 203 ......... Weight, 204 ......... Pressure sensitive element, 301 ......... Accelerometer, 302 ......... Hinge, 303 ......... Weight, 304 ...... Base, 305 ... Cantilever, 06 ......... free end, 307 ......... pressure-sensitive element, 308 ......... free end, 309 ......... stop.

Claims (4)

主面に対し垂直に加速度が加わり変位する可動部と、前記可動部をくびれ部を介して支持する固定部を備えたベースと、
前記加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とし、当該検出軸に沿って並ぶ一対の基部に接続された感圧部を有する感圧素子と、
を備え、
前記一対の基部が前記ベースの前記可動部と前記固定部に固定され、
前記くびれ部は、前記一対の基部の間に挟まれる領域であって、前記可動部と前記固定部の間に前記検出軸の方向と交差する方向に形成され、
前記感圧素子は、前記一対の基部のいずれか一方から他方へ延出されて前記くびれ部を跨ぐように形成されると共に、端部が自由端である梁部を有することを特徴とする加速度検出器。
A movable part that is displaced by acceleration applied perpendicularly to the main surface, and a base that includes a fixed part that supports the movable part via a constricted part;
A pressure-sensitive element having a pressure-sensitive portion connected to a pair of bases that are forces perpendicular to the direction of acceleration, the detection direction of which is the detection axis, and arranged along the detection axis;
With
The pair of base portions is fixed to the movable portion and the fixed portion of the base;
The constricted portion is a region sandwiched between the pair of base portions, and is formed in a direction intersecting the direction of the detection axis between the movable portion and the fixed portion,
The pressure-sensitive element has a beam portion that extends from one of the pair of base portions to the other and straddles the constricted portion, and has a beam portion whose end portion is a free end. Detector.
前記梁部は、
前記ベースの一方の主面の前記感圧素子の一対の基部のいずれか一方から他方へ延出されて前記くびれ部を跨ぐように形成されると共に、端部が自由端である第1の梁部と、
前記ベースの他方の主面に前記第1の梁部と対向し、一端を自由端とし、他端をベースの可動部又は固定部の何れか一方に固定される固定端とする第2の梁部と、
からなることを特徴とする請求項1に記載の加速度検出器。
The beam portion is
A first beam that is formed so as to extend from one of the pair of bases of the pressure-sensitive element on one main surface of the base to the other and straddle the constricted part, and whose end is a free end And
The second beam having the other main surface of the base opposite to the first beam portion, one end as a free end, and the other end as a fixed end fixed to either the movable portion or the fixed portion of the base. And
The acceleration detector according to claim 1, comprising:
前記感圧素子は、
前記ベースの一方の主面に形成された第1の感圧素子と、
前記ベースの他方の主面に前記第1の感圧素子と対向するように形成された第2の感圧素子と、
からなることを特徴とする請求項1に記載の加速度検出器。
The pressure sensitive element is:
A first pressure sensitive element formed on one main surface of the base;
A second pressure sensitive element formed on the other main surface of the base so as to face the first pressure sensitive element;
The acceleration detector according to claim 1, comprising:
前記梁部は、破壊限界に応じて前記固定端と前記自由端の間の長さを可変とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の加速度検出器。   The acceleration detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the beam portion has a variable length between the fixed end and the free end according to a fracture limit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6010678B1 (en) * 2015-11-24 2016-10-19 株式会社トライフォース・マネジメント Acceleration sensor
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