JP2011153836A - Acceleration sensor, and accelerometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサー、及び加速度計に関し、特に印加された加速度により生じる
力の方向を90度変換すると共に、前記力の大きさを増大するように改善した加速度セン
サー、及び加速度計に関するものである。
The present invention relates to an acceleration sensor and an accelerometer, and more particularly to an acceleration sensor and an accelerometer improved by converting the direction of a force generated by applied acceleration by 90 degrees and increasing the magnitude of the force. is there.
従来から、圧電振動素子を使用した加速度センサーが知られている。圧電振動素子を用
いた加速度センサーは、圧電振動素子に検出軸方向の力が作用することによって変化する
圧電振動素子の共振周波数に基づいて加速度センサーに印加される加速度を検出するよう
に構成されている。
特許文献1には、中空平行四辺形枠の一方の対角に双音叉型振動素子を連結し、他方の
対角に圧縮力、又は伸長力を加える構成の加速度計及び製造方法が開示されている。
この加速度計は、図9の断面図に示すように、検知軸119に沿って可動するマス11
6が、屈曲部118によって支持体117に結合されるように構成されている。マス11
6と支持体117との間に接続された一対の力検知クリスタル121、122は加えられ
た力に応じて周波数が変動する。これらの力検知クリスタル121、122は、周波数発
振器123、124で励振され、2つの発振器の信号が加算回路126に入力され、2つ
の周波数の差に対応した出力信号を出力する。
Conventionally, an acceleration sensor using a piezoelectric vibration element is known. An acceleration sensor using a piezoelectric vibration element is configured to detect acceleration applied to the acceleration sensor based on a resonance frequency of the piezoelectric vibration element that changes when a force in the detection axis direction acts on the piezoelectric vibration element. Yes.
As shown in the sectional view of FIG. 9, the accelerometer has a mass 11 that moves along the
6 is configured to be coupled to the
The frequency of the pair of
加速度計は、水晶(石英結晶)等で形成された5つのディスク状素子が、検知軸に沿っ
て互いに積層されて構成されている。即ち、加速度計は、図10に示す中央素子127と
、中央素子127の両側に夫々配置される図11に示す一対のトランスジューサ素子12
8と、これらトランスジューサ素子128の両外側に夫々配置される一対の蓋(図示せず
)と、を有している。図10(a)は中央素子127の平面図であり、同図(b)はQ−
Qにおける断面図である。
中央素子127は、図10に示すように固定部134と、質量を有する可動部(震性マ
ス)133とを備えている。可動部33は、検知軸に対して垂直に延びた丁番軸137の
回りに可動できるように、一対の屈曲部136によって固定部134に取り付けられてい
る。可動部133と固定部134は、固定部134が取付けられる載置リング139の内
部に配置される。隔離リング141はこの載置リング139の外側に同心的に配置されて
おり、フレキシブルなアームが、載置リング139と隔離リング141とを接続している
。中央素子127は一体構造として形成されている。
The accelerometer is formed by stacking five disk-shaped elements made of quartz (quartz crystal) or the like along the detection axis. That is, the accelerometer includes a
8 and a pair of lids (not shown) respectively disposed on both outer sides of the
It is sectional drawing in Q.
As shown in FIG. 10, the
トランスジューサ素子128は、図11の平面図に示すように載置リング146を有し
、この内部には、力検知素子(クリスタル)147と結合プレート148が配置される。
力検知素子147は、4つのリンク152から成る四辺形フレーム149の一方の相対す
る対角に双音叉型圧電振動素子151を連接し、他方の相対する対角にパッド154、1
56を備えている。一方のパッド154は結合プレート148と一体的に形成され、他方
のパッド156は載置リング146と一体的に形成されている。
2つのトランスジューサ素子128の各結合プレート148は、中央素子127の可動
部133の両主表面138と接着剤によって結合され、トランスジューサ素子の載置リン
グ146は接着剤によって中央素子127の載置リング139に接合される。
加速度計は、一方の側に窪みを有し円形に形成された2個の蓋により密閉構造としてい
る。窪みは各トランスジューサ素子128に面しており、蓋の周辺は接着剤によってトラ
ンスジューサ素子128の載置リング146に接合されている。加速度計内部にガスを入
れ、2個の蓋が制動プレートとしても機能する。
As shown in the plan view of FIG. 11, the
The
56. One pad 154 is formed integrally with the
Each
The accelerometer has a sealed structure with two lids formed in a circular shape with a depression on one side. The indentation faces each
しかしながら、特許文献1に開示されている加速度計は、1つの中央素子127と、2
つのトランスジューサ素子128と、2つの蓋を用いて構成され、部品点数が多過ぎると
いう問題があった。更に、中央素子127及びトランスジューサ素子128は極めて複雑
な構造をしており、これらの素子の製造歩留まりが低いことが想定され、組み立てられた
加速度の調整に多くの工数を要する虞もあり、加速度計のコストが極めて高価になるとい
う問題があった。
また、加速度計内部に制動用のガスが封入されているので、トランスジューサ素子12
8の振動素子151のQ値が劣化し、励振しづらいという問題があった。
発明は上記問題を解決するためになされたもので、構造が単純で加速度検出感が高く、
製造コストの低減が可能な加速度センサー、及び加速度計を提供することにある。
However, the accelerometer disclosed in
There is a problem that the number of parts is too large because it is configured using two
Further, since the braking gas is sealed inside the accelerometer, the
There was a problem that the Q value of the
The invention has been made to solve the above problems, and has a simple structure and high acceleration detection feeling.
An object of the present invention is to provide an acceleration sensor and an accelerometer that can reduce the manufacturing cost.
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。
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.
[適用例1]本発明の加速度センサーは、圧電センサーと、該圧電センサーを支持する
第1支持面及び第2支持面を有した支持基板と、を備え、前記圧電センサーは、検知軸方
向へ加わる力に応じた電気信号を生成する圧電センサー要素と、前記圧電センサー要素を
前記支持基板上に支持するために前記第1及び第2支持面に夫々固定される第1被固定部
及び第2被固定部と、前記圧電センサー要素に対して前記第1被固定部及び前記第2被固
定部を夫々連結する環状連結片と、を備え、前記支持基板は、前記第1支持面を有する固
定側の第1基板片と、該第1支持面の面方向に並置される前記第2支持面を備えた可動側
の第2基板片と、前記第1基板片と前記第2基板片の対向する側端縁間を連結して該第2
基板片を厚さ方向へ揺動させる蝶番部と、を備え、前記圧電センサー要素は、前記検知軸
方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、且つ前記蝶番部と対向した状態で前記各
支持面から離間配置されており、前記環状連結片は、前記第1被固定部を経由して前記圧
電センサー要素の長手方向両端部間を連結する第1連結片と、前記第2被固定部を経由し
て前記圧電センサー要素の長手方向両端部間を連結する第2連結片と、を備え、前記第1
及び第2の被固定部は、夫々前記第1連結片及び第2連結片の内側から前記圧電センサー
要素に向けて突出した構成を備えていることを特徴とする加速度センサーである。
Application Example 1 An acceleration sensor according to the present invention includes a piezoelectric sensor and a support substrate having a first support surface and a second support surface that support the piezoelectric sensor, and the piezoelectric sensor is in a detection axis direction. A piezoelectric sensor element that generates an electrical signal corresponding to the applied force, and a first fixed part and a second fixed part that are respectively fixed to the first and second support surfaces to support the piezoelectric sensor element on the support substrate. A fixed portion; and an annular connecting piece for connecting the first fixed portion and the second fixed portion to the piezoelectric sensor element, respectively, and the support substrate is fixed with the first support surface. A first substrate piece on the side, a second substrate piece on the movable side provided with the second support surface juxtaposed in the surface direction of the first support surface, and the opposing of the first substrate piece and the second substrate piece Connecting the side edges to the second
A hinge portion that swings the substrate piece in the thickness direction, and the piezoelectric sensor element has an elongated configuration extending in a direction orthogonal to the detection axis direction, and the respective supports in a state facing the hinge portion. The annular connecting piece is separated from the surface, and the annular connecting piece includes a first connecting piece for connecting between both longitudinal ends of the piezoelectric sensor element via the first fixed portion, and the second fixed portion. A second connecting piece for connecting between both longitudinal ends of the piezoelectric sensor element via the first connecting element,
And the second fixed portion is an acceleration sensor characterized by having a configuration projecting from the inside of the first connection piece and the second connection piece toward the piezoelectric sensor element.
以上のように、支持基板は、固定側の平板状の前記第1基板片と、可動側の平板状の第
2基板片と、両者を連結する蝶番とから成る。圧電センサーは、環状連結片の一方の対向
部に第1被固定部及び第2被固定部を有し、他の対向部に圧電センサー要素の両端が連結
され、しかも第1被固定部及び第2被固定部は夫々環状連結片の内部に形成された構成で
ある。平板状の圧電基板を用い、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を適用して寸
法精度の良い支持基板と圧電センサーとが形成でき、これら用いて小型で低コストの加速
度センサーが量産可能になるという効果がある。その上、加速度センサーは、第1被固定
部及び第2被固定部が、環状連結片の内側に形成されているため、加速度印加により生じ
る力の方向を90度変換すると共に、その力の大きさを、環状連結片の外側に形成された
ものに比べて、より増大させるように作用する。従って小さな加速度も検出でき(高感度
)、検出精度が高く再現性のある加速度センサーが得られるという効果がある。
As described above, the support substrate includes the flat plate-like first substrate piece on the fixed side, the movable plate-like second substrate piece, and the hinge connecting the two. The piezoelectric sensor has a first fixed portion and a second fixed portion at one opposing portion of the annular connecting piece, and both ends of the piezoelectric sensor element are connected to the other opposing portion, and the first fixed portion and the first fixed portion are connected. Each of the two fixed portions is formed inside the annular connecting piece. Using a flat piezoelectric substrate, a photolithographic technique and an etching technique can be applied to form a support substrate and a piezoelectric sensor with good dimensional accuracy, and these can be used for mass production of small, low-cost acceleration sensors. is there. In addition, in the acceleration sensor, since the first fixed portion and the second fixed portion are formed inside the annular connecting piece, the direction of the force generated by applying the acceleration is changed by 90 degrees, and the magnitude of the force is increased. Compared with what was formed in the outer side of the cyclic | annular connection piece, it acts so that it may increase more. Therefore, it is possible to detect a small acceleration (high sensitivity), and to obtain an acceleration sensor with high detection accuracy and reproducibility.
[適用例2]また、加速度センサーは、前記センサー要素の短手方向中心部の位置が、
前記蝶番部の短手方向幅内に位置していることを特徴とする適用例1に記載の加速度セン
サーである。
[Application Example 2] In the acceleration sensor, the position of the center portion in the short direction of the sensor element is
The acceleration sensor according to Application Example 1, wherein the acceleration sensor is located within a width in a short direction of the hinge part.
圧電センサー要素の短手方向中心部を、蝶番部の短手方向幅内に位置させることにより
、環状連結片の各部に生じる歪のバラツキが小さくなると共に、加速度センサーの検出感
度が改善されるという効果がある。
By locating the center part in the short direction of the piezoelectric sensor element within the width in the short direction of the hinge part, variation in distortion generated in each part of the annular connecting piece is reduced and detection sensitivity of the acceleration sensor is improved. effective.
[適用例3]また、加速度センサーは、前記センサー要素の短手方向中心部の位置が、
前記蝶番部の短手方向幅中心部と一致していることを特徴とする適用例1又は2に記載の
加速度センサーである。
[Application Example 3] In the acceleration sensor, the position of the center portion in the short direction of the sensor element is
3. The acceleration sensor according to Application Example 1 or 2, wherein the acceleration sensor coincides with a widthwise central portion of the hinge portion.
圧電センサー要素の短手方向中心部と、蝶番部の短手方向幅中心部とをほぼ一致させる
ことにより、環状連結片の各部に生じる歪が均等になり、加速度センサーの感度(同一の
加速度が印加された場合の圧電センサー要素の周波数変化量)が最も良くなると共に、再
現性がよくなるという効果がある。
By substantially matching the short direction center part of the piezoelectric sensor element and the short width direction center part of the hinge part, the distortion generated in each part of the annular connecting piece becomes uniform, and the sensitivity of the acceleration sensor (the same acceleration is The frequency change amount of the piezoelectric sensor element when applied is the best, and the reproducibility is improved.
[適用例4]また、加速度センサーは、前記第1及び第2支持面と直交する方向から見
た前記環状連結片が、全長に渡って同一幅の細幅帯状をなしていることを特徴とする適用
例1乃至3の何れかに記載の加速度センサーである。
Application Example 4 Further, in the acceleration sensor, the annular connecting piece viewed from a direction orthogonal to the first and second support surfaces is formed in a narrow band shape having the same width over the entire length. The acceleration sensor according to any one of Application Examples 1 to 3.
環状連結片の各梁を同一幅の細幅帯状に形成することにより、加速度印加により生じる
力の伝達効率がよく、小さな加速度を再現性よく検出することが可能になるという効果が
ある。
By forming each beam of the annular connecting piece in a narrow band shape having the same width, there is an effect that the transmission efficiency of the force generated by the application of acceleration is good and small acceleration can be detected with good reproducibility.
[適用例5]また、加速度センサーは、前記第1及び第2連結片が、夫々略く字状(V
字状)であることを特徴とする適用例1乃至4の何れかに記載の加速度センサーである。
Application Example 5 In the acceleration sensor, each of the first and second connecting pieces has a substantially square shape (V
5. The acceleration sensor according to any one of application examples 1 to 4, wherein the acceleration sensor has a character shape.
第1連結片、及び第2連結片を夫々略く字状(V字状)に形成することにより、第2基
板片に加わる力の方向を90度変換し、且つその力の増幅度を最も大きくできるという効
果がある。
By forming the first connecting piece and the second connecting piece in a substantially square shape (V shape), the direction of the force applied to the second substrate piece is changed by 90 degrees, and the amplification degree of the force is maximized. There is an effect that it can be enlarged.
[適用例6]また、加速度センサーは、前記第1及び第2連結片が、夫々コ字状である
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の加速度センサーである。
[Application Example 6] The acceleration sensor according to any one of
第1連結片、及び第2連結片を夫々略コ字状に形成することにより、第2基板片に加わ
る力の方向を90度変換し、且つその力の大きさを増大するという効果がある。
By forming the first connecting piece and the second connecting piece in a substantially U shape, the direction of the force applied to the second substrate piece is changed by 90 degrees and the magnitude of the force is increased. .
[適用例7]また、加速度センサーは、前記第1及び第2連結片が、夫々半円状、半楕
円状、或いは半長円状であることを特徴とする適用例1乃至4の何れかに記載の加速度セ
ンサーである。
Application Example 7 In the acceleration sensor according to any one of Application Examples 1 to 4, the first and second connecting pieces are each in a semicircular shape, a semi-elliptical shape, or a semi-ellipse shape. The acceleration sensor described in 1.
第1連結片、及び第2連結片を夫々半円状、半楕円状、或いは半長円状に形成すると、
第2基板片に加わる力の方向を90度変換し、且つ力の大きさを増大すると共に、第1連
結片、及び第2連結片内の歪が均等になるので振動、衝撃等に強い加速度センサーが構成
できるという効果がある。
When the first connecting piece and the second connecting piece are each formed into a semicircular shape, a semi-elliptical shape, or a semi-oval shape,
The direction of the force applied to the second substrate piece is changed by 90 degrees, the magnitude of the force is increased, and the strain in the first connecting piece and the second connecting piece is equalized, so that the acceleration strong against vibration, impact, etc. There is an effect that the sensor can be configured.
[適用例8]本発明の加速度計は、適用例1乃至7の何れかに記載の加速度センーと、
前記加速度センサーの圧電センサー要素を励振する発振回路と前記発振回路の出力周波数
をカウントするカウンターと前記カウンターの信号を処理する演算回路とを有するICと
、を備えたことを特徴とする加速度計である。
Application Example 8 An accelerometer according to the present invention includes the acceleration sensor according to any one of Application Examples 1 to 7,
An accelerometer comprising: an oscillation circuit that excites a piezoelectric sensor element of the acceleration sensor; a counter that counts an output frequency of the oscillation circuit; and an arithmetic circuit that processes a signal of the counter. is there.
支持基板及び圧電センサーを、水晶基板を用いて形成し、且つ圧電センサー要素を双音
叉型水晶振動素子として加速度センサーを構成する。該加速度センサーと、各機能を備え
たICとで加速度計を構成すると、加速度検出感度が大幅に改善され、検出精度、再現性
、温度特性、エージング等の優れた加速度計が実現できるという効果がある。
The support substrate and the piezoelectric sensor are formed using a quartz substrate, and the acceleration sensor is configured with the piezoelectric sensor element as a double tuning fork type quartz vibrating element. When an accelerometer is constituted by the acceleration sensor and an IC having each function, the acceleration detection sensitivity is greatly improved, and an effect of realizing an excellent accelerometer such as detection accuracy, reproducibility, temperature characteristics, and aging can be realized. is there.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施
形態に係る加速度センサー1の構成を示す概略図であり、同図(a)は平面図、同図(b
)はQ−Qにおける断面図である。加速度センサー1は、圧電センサー10と、該圧電セ
ンサー10を支持する第1支持面5a、及び第2支持面7aを有する支持基板4と、を備
えている。
圧電センサー10は、図1(b)に示す検知軸9方向へ加わる力に応じた電気信号を生
成する圧電センサー要素20と、圧電センサー要素20を支持基板4上に支持するために
第1支持面5a及び第2支持面7aに夫々固定される第1被固定部14a及び第2被固定
部14cと、圧電センサー要素20に対して第1被固定部14a及び第2被固定部14c
を夫々連結する環状連結片(梁)12と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an
) Is a cross-sectional view taken along the line Q-Q. The
The
And annular connecting pieces (beams) 12 for connecting the two.
支持基板4は、図1(b)に示すように、第1被固定部14aを固定する第1支持面5
aを有する固定側の第1基板片5と、第1支持面5aの面方向(横方向)に並置され且つ
第2被固定部14cを支持する第2支持面7aを備えた可動側の第2基板片7と、第1基
板片5と第2基板片7の対向する側端縁間を連結して該第2基板片を厚さ方向へ揺動させ
る蝶番部8と、を備えている。つまり、第1基板片5と第2基板片7とは、蝶番部8を介
して略同一平面方向に沿って連設配置されている。
蝶番部8は、第1基板片5及び第2基板片7の厚さより薄く形成され、加速度センサー
1に加速度が印加された場合に、蝶番部8より第2基板片7が可撓するように構成されて
いる。支持基板4の厚さ方向と直交する方向から見た蝶番部8の断面形状は、矩形状、台
形状、円弧状等であり、厚さ方向の少なくとも一方に形成されている。
第1基板片5、及び第2基板片7と蝶番部8は、一体的に形成され、且つ第1基板片5
の第1支持面5aと、第2基板片7の第2支持面7aとは同一平面上にある。
As shown in FIG. 1B, the support substrate 4 has a
a movable-side
The hinge portion 8 is formed to be thinner than the thickness of the
The
The
圧電センサー要素20は、検知軸9方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、且
つ蝶番部8と対向した状態で各支持面5a、7aから離間配置されている。圧電センサー
要素20の構成を詳しく説明すると、一対の基部24a、24bと、基部24a、24b
間に連接された振動腕(図1の例では22a、22b)と、両基部24a、24bから前
記振動腕の延長上を夫々外向きに延びる第1支持片26a、及び第2支持片26bと、を
備えている。
環状連結片12は、第1被固定部14aと、第1被固定部14aを経由して圧電センサ
ー要素20の長手方向両端部間を連結する第1連結片12aと、第2被固定部14cと、
第2被固定部14cを経由して圧電センサー要素20の長手方向両端部間を連結する第2
連結片12bと、を備えている。更に環状連結片12は、第1連結片12a及び第2連結
片12bの夫々一方と接続した第1結合片14bと、夫々他方と接続した第2結合片14
dとを備えている。圧電センサー要素20は、第1支持片26a、及び第2支持片26b
を介して第1結合片14b、及び第2結合片14dに夫々連結されている。
図1(a)の例では環状連結片12は、第1連結片12a及び第2連結片12bを夫々
辺とする4つの辺の長さが略等しい中空フレーム状の平行四辺形(菱形)である。
The
A resonating arm (22a, 22b in the example of FIG. 1), a first support piece 26a, and a
The annular connecting
Second connecting the longitudinal ends of the
Connecting
d. The
Are connected to the
In the example of FIG. 1 (a), the annular connecting
環状連結片12の第1被固定部14a、及び第2の被固定部14cは、夫々第1連結片
12a、及び第2連結片12bの内側から圧電センサー要素20に向けて突出した構成を
備えている。そして、圧電センサー要素20と環状連結片12とは一体的に形成されてい
る。つまり、図1(a)の例に示すように、第1被固定部14a、及び第2の被固定部1
4cは、この幅が第1連結片12a、及び第2連結片12dの幅が形成する部分の環状連
結片12の幅よりも大きく、中空平行四辺形の内側に位置する例えば半島形状の突出部1
4aa、14ccが構成されている。尚、連結片12a1、12a2、12b1、12b
2と第1被固定部14a、第2被固定部14bとの繋ぎ目に機械的強度を持たせるために
環状連結片12の幅を連結片12a1、12a2、12b1、12b2から中空の平行四
辺形の外側に幅広に構成した場合であっても、この幅広部分の突出長(X軸に沿った長さ
)が突出部14aa、14ccの突出長よりも実質的に加速度センサー1の感度特性を桁
違いに低下させないほど小さいものであれば大きな問題は無い。
また、後述する図7に示す構成でも適用されているように、この外側に突出した幅広部
分がある場合は、この幅広部分と、この幅広部分の領域と対面する箇所の支持基板4の面
とを後述する接着剤30にて固定しないようにしてもよい。
第1連結片12a、及び第2連結片12bは、夫々略く字状(V字状)をしており、第
1支持面5a及び第2支持面7aと直交する方向から見た環状連結片12は、全長に渡っ
て同一幅の細幅帯状をしている。
The first fixed
4c has a width larger than the width of the annular connecting
4aa and 14cc are configured. The connecting pieces 12a1, 12a2, 12b1, 12b
In order to provide mechanical strength at the joint between the first fixed
Further, as also applied in the configuration shown in FIG. 7 described later, when there is a wide portion projecting outward, the wide portion and the surface of the support substrate 4 at a location facing the wide portion region, May not be fixed by the adhesive 30 described later.
The first connecting
圧電センサー10の第1被固定部14a、及び第2被固定部14cは、支持基板4の第
1支持面5a、及び第2支持面7aに固定され、第2基板片7の揺動が、環状連結片12
を介して圧電センサー要素20に伝達されるように構成されている。
第1被固定部14aと第1結合片14bとの間の第1連結片12aを連結片12a1、
第1被固定部14aと第2結合片14dとの間の第1連結片12aを連結片12a2とす
る。同様に、第2被固定部14cと第1結合片14bとの間の第2連結片12bを連結片
12b1、第2被固定部14cと第2結合片14dとの間の第2連結片12bを連結片1
2b2とする。
図1(a)の例では、連結片12a1、12a2、12b1、12b2は、何れも直線
状であり、第1結合片14bにおける連結片12a1と連結片12b1とのなす角度θ1
と、第2結合片14dにおける連結片12a2と連結片12b2とのなす角度θ2と、は
鋭角である。環状連結片12は、第1被固定部14a、及び第2被固定部14cに加わる
力の方向(X軸方向)を90度変換(Y軸方向)し、力の大きさを増大して圧電センサー
要素20に加える働きをする。前記の角度θ1、θ2により力の増大率は変化する。
The first fixed
It is comprised so that it may be transmitted to the
The first connecting
The first connecting
2b2.
In the example of FIG. 1A, the connecting pieces 12a1, 12a2, 12b1, and 12b2 are all linear, and the angle θ1 formed by the connecting piece 12a1 and the connecting piece 12b1 in the first connecting
The angle θ2 formed by the connecting piece 12a2 and the connecting piece 12b2 in the second connecting
圧電センサー要素20は、環状連結片12の第1結合片14b、及び第2結合片14d
に対して夫々第1支持片26a、及び第2支持片26bにより連結され、環状連結片12
と一体となり、圧電センサー10を構成している。圧電センサー要素20は、加速度セン
サー1の検知軸方向9と直交する方向へ延びる細長い構成であり、圧電センサー10の第
1被固定部14a、及び第2被固定部14cを、支持基板4の第1支持面5a、及び第2
持面7aに支持・固定する際に、圧電センサー要素20の短手方向中心部が、支持基板4
の蝶番部8の短手方向幅内に位置するように、蝶番部8の長手方向に沿って第1支持面5
a、及び第2支持面7aから離間して配置されている。望ましくは、圧電センサー要素2
0の短手方向中心部と、蝶番部8の短手方向幅中心部とをほぼ一致させる。
The
Are connected to each other by a first support piece 26a and a
And the
When supporting / fixing to the holding surface 7a, the central portion of the
The
a and the second support surface 7a. Preferably, the
The central portion in the short direction of 0 and the central portion in the short direction width of the hinge portion 8 are substantially matched.
圧電センサー要素20には、例えば図1(a)に示すように一対の振動腕22a、22
bと、一対の基部24a、24bと、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いる。圧電セン
サー要素20が、双音叉型圧電振動素子で構成される場合について、図2を用いて簡単に
説明する。
双音叉型圧電振動素子20は、図2(a)に示すような一対の基部24a、24b及び
該基部24a、24b間を連設する一対の振動腕22a、22bを備えた圧電基板からな
る応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えている。図2(
a)の破線は双音叉型圧電振動素子20の振動姿態を示す平面図である。双音叉型圧電振
動素子20の振動モードが、一対の振動腕22a、22bの長手方向の中心軸に対して、
互いに対称な振動モードで振動するように励振電極を配置する。図2(b)は振動腕22
a、22bに形成した励振電極と、ある瞬間に励起される励振電極上の電荷の符号を示し
た平面図である。また、図2(c)は励振電極の結線を示す模式断面図である。
For example, as shown in FIG. 1A, the
A double tuning fork type piezoelectric vibration element including b and a pair of
The double tuning fork type
The broken line a) is a plan view showing the vibration state of the double tuning fork type
Excitation electrodes are arranged to vibrate in mutually symmetric vibration modes. FIG. 2B shows the vibrating arm 22.
It is the top view which showed the code | symbol of the electric charge on the excitation electrode formed in a and 22b and the excitation electrode excited at a certain moment. FIG. 2C is a schematic cross-sectional view showing the connection of the excitation electrodes.
双音叉型圧電振動素子20、例えば双音叉型水晶振動素子は、伸張・圧縮応力に対する
感度が良好であり、高度計用、或いは深度計用の応力感応素子として使用した場合には、
分解能力が優れているために僅かな気圧差から高度差、深度差を知ることができる。
双音叉型水晶振動素子の周波数温度特性は、上に凸の二次曲線であり、その頂点温度は
水晶結晶のX軸(電気軸)の回りの回転角度に依存する。一般的には頂点温度が常温(2
5℃)になるように各パラメータを設定する。
双音叉型水晶振動素子の一対の振動腕に外力Fを加えたときの共振周波数fFは式(1
)のように表わされる。
fF=f0(1−(KL2F)/(2EI))1/2 (1)
ここで、f0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Kは基本波モー
ドによる定数(=0.0458)、Lは振動ビームの長さ、Eは縦弾性定数、Iは断面2
次モーメントである。断面2次モーメントIはI=dw3/12より、式(1)は式(2
)のように変形することができる。ここで、dは振動ビームの厚さ、wは幅である。
fF=f0(1−SFσ)1/2 (2)
但し、応力感度SFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
SF=12(K/E)(L/w)2 (3)
σ=F/(2A) (4)
ここで、Aは振動ビームの断面積(=w・d)である。
The double tuning fork type
Since the decomposition ability is excellent, it is possible to know the altitude difference and the depth difference from a slight pressure difference.
The frequency-temperature characteristic of the double tuning fork type crystal resonator element is an upwardly convex quadratic curve, and the apex temperature depends on the rotation angle around the X axis (electric axis) of the crystal crystal. Generally, the peak temperature is room temperature (2
Set each parameter to 5 ° C.
The resonance frequency f F when an external force F is applied to a pair of vibrating arms of a double tuning fork type crystal vibrating element is expressed by the equation (1
).
f F = f 0 (1- (KL 2 F) / (2EI)) 1/2 (1)
Here, f 0 is the resonance frequency of the double tuning fork type quartz vibrating element when there is no external force, K is a constant according to the fundamental mode (= 0.0458), L is the length of the vibrating beam, E is the longitudinal elastic constant, I Is
Next moment. Second moment I are from I = dw 3/12, the equation (1) is the formula (2
). Here, d is the thickness of the vibration beam, and w is the width.
f F = f 0 (1-S F σ) 1/2 (2)
However, the stress sensitivity SF and the stress σ are each expressed by the following equations.
S F = 12 (K / E) (L / w) 2 (3)
σ = F / (2A) (4)
Here, A is the sectional area (= w · d) of the vibration beam.
以上の式から双音叉型水晶振動子に作用する力Fを圧縮方向のとき負、伸張方向(引張
り方向)を正としたとき、力Fと共振周波数fFの関係は、力Fが圧縮力で共振周波数f
Fが減少し、伸張(引張り)力では増加する。また応力感度SFは振動ビームのL/wの
2乗に比例する。
図1に示した圧電センサー要素20は、上記の水晶基板を用いた双音叉型水晶振動子に
限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する振動素子であればどのような振動素子
でもよい。例えば振動体に駆動部を接着した振動素子、シングルビーム振動素子、厚み滑
り振動素子、SAW振動素子等を用いることが可能である。
From the above formula, when the force F acting on the double tuning fork type crystal resonator is negative in the compression direction and positive in the extension direction (tensile direction), the relationship between the force F and the resonance frequency f F is that the force F is a compressive force. At resonance frequency f
F decreases and increases with stretching (tensile) force. The stress sensitivity S F is proportional to the square of the vibration beam L / w.
The
環状連結片12の動作について、図3に示す模式図を用いて説明する。第2被固定部1
4cに−X軸方向(図中左方)への力(ベクトル)faが、第1被固定部14aに+X軸
方向(図中右方)への力(ベクトル)fbが、作用するものとする。−X軸方向の力fa
は、ベクトルの平行四辺形の法則により、連結片12b1の方向の力fa2と、連結片1
2b2の方向の力fa1とに分解され、+X軸方向の力fbは、連結片12a1の方向の
力fb2と、連結片12a2の方向の力fb1とに分解される。第2被固定部14c及び
第1被固定部14aに作用する分解された力fa1、fa2、fb1、fb2は、環状連
結片12の第1結合片14bに、連結片12b1の方向の力fa2と連結片12a1の方
向の力fb2とが、第2結合片14dに、連結片12b2の方向の力fa1と連結片12
a2の方向の力fb1とが、作用するのと等価である。
第1結合片14bに働く力fa2とfb2を、平行四辺形の法則により合成すると力F
2となる。同様に第2結合片14dに働く力fa1とfb1とを合成すると力F1となる
。
環状連結片12の第1被固定部14a、及び第2被固定部14cに作用する力fa、f
bは、第1結合片14b及び第2結合片14dに夫々作用する力F2及びF1と等価であ
る。つまり、環状連結片12は、力の方向を90度変換させると共に、力の大きさを増大
させる機能を有している。
The operation of the annular connecting
The force (vector) fa in the −X axis direction (left side in the figure) acts on 4c, and the force (vector) fb in the + X axis direction (right side in the figure) acts on the first fixed
Is the force fa2 in the direction of the connecting piece 12b1 and the connecting
The force fb in the direction of 2b2 is decomposed, and the force fb in the + X-axis direction is decomposed into a force fb2 in the direction of the connecting piece 12a1 and a force fb1 in the direction of the connecting piece 12a2. The decomposed forces fa1, fa2, fb1, fb2 acting on the second fixed
The force fb1 in the direction of a2 is equivalent to acting.
When the forces fa2 and fb2 acting on the
2 Similarly, when the forces fa1 and fb1 acting on the
Forces fa and f acting on the first fixed
b is equivalent to forces F2 and F1 acting on the
本発明の特徴の1つは、第1被固定部14a、及び第2被固定部14cを夫々環状連結
片12の内部に配置したことである。加速度センサー1に加速度が印加された際に、第2
基板片7の重点に力F(=m×α、mは第2支持片7の質量)が加わり、その力が第1被
固定部14a、及び第2被固定部14cに作用する。第1被固定部14a及び第2被固定
部14cが、夫々環状連結片12の外部に配置される場合と、内部に配置される場合とで
、第1被固定部14a、及び第2被固定部14cに作用する力の大きさが異なる。第1被
固定部14a、及び第2被固定部14cが環状連結片12の内部に配置された場合の方が
、第1被固定部14a、及び第2被固定部14cに作用する力は大きくなる。これは図5
に示す第二種梃子の原理から明らかである。つまり、図5のように、作用点を中心に置き
、力点と支点が外側にある場合である。力点に加えた小さい上向きの力fは、作用点で大
きな上向きの力nfとなり、増大させることができる。
One of the features of the present invention is that the first fixed
A force F (= m × α, m is the mass of the second support piece 7) is applied to the emphasis of the
It is clear from the principle of the second kind insulator shown in That is, as shown in FIG. 5, the action point is placed at the center and the power point and the fulcrum are outside. The small upward force f applied to the force point becomes a large upward force nf at the point of action and can be increased.
本発明の加速度センサー1の動作について説明する。加速度センサー1に検出軸9(Z
軸)方向の加速度α(+Z軸方向)が印加されると、支持基板4の第1支持片5は固定さ
れているので、第2支持片7には慣性の力F(=m×α)が働き、この力Fにより第2支
持片7は蝶番部8から−Z軸方向に撓むことになる。第2支持片7が−Z軸方向に撓むと
、該第2支持片7に固定された第2被固定部14cには、−X軸方向の力が作用する。一
方、第1被固定部14aは、動かない第1基板片5に固定されているので、+X軸方向の
力が加わることになる。つまり、第2被固定部14cには−X軸方向の力fが、第1被固
定部14aには+X軸方向の力fが、作用することになる。環状連結片12の第1被固定
部14a、及び第2被固定部14cに互いに逆向きで同じ大きさの力fがX軸方向に働く
と、図3で説明したように、第1結合片14b、及び第2結合片14dにはY軸方向で互
いに環状連結片12の中心部に向かう力Fが働く。この力Fにより、圧電センサー要素2
0は圧縮力が加わる。圧電センサー要素20が、例えば双音叉型圧電振動素子の場合には
その周波数が減少する。
また、加速度センサー1に−Z軸方向の加速度αが印加されると、第2支持片7は蝶番
部8から+Z軸方向に撓み、圧電センサー要素20には伸長力(引張力)が加わる。圧電
センサー要素20が双音叉型圧電振動素子の場合には、その周波数が増加する。
圧電センサー要素20の周波数の増減により加速度αの方向が検出でき、周波数の変化
量から加速度αの大きさが検出できる。
The operation of the
When the acceleration α in the (axis) direction (+ Z-axis direction) is applied, the
0 is a compressive force. When the
When the acceleration α in the −Z-axis direction is applied to the
The direction of the acceleration α can be detected by increasing or decreasing the frequency of the
図4(a)、(b)、(c)は加速度センサー1の要部である支持基板4の蝶番部8と
、第1基板片5及び第2基板片7に支持・固定された圧電センサー10と、の相互の位置
関係を示した要部平面図である。図4(a)は、圧電センサー要素20の長手方向の中心
線が、蝶番部8の長手方向の中心線から図中右方にずれた場合の平面図である。図4(b
)は、圧電センサー要素20の長手方向の中心線が、蝶番部8の長手方向の中心線に一致
する場合の平面図である。図4(c)は圧電センサー要素20の長手方向の中心線が、蝶
番部8の長手方向の中心線から図中左方へずれた場合の平面図である。
図4(a)、(b)、(c)の夫々の場合のセンサー感度(同一の力を加えた場合の周
波数変化度)を、有限要素法を用いてシミュレーションした。その結果、図4(b)の場
合が、環状連結片12の各連結片12a1、12a2、12b1、12b2に均等に応力
が加わり、且つ蝶番部8の中央部に応力が集中し、センサー感度がもっとも大きいことが
判明した。図4(a)、(c)の場合は、フレーム部12の各梁に加わる応力は均等では
なく、且つ蝶番部8にかかる応力も中央より端の方に分散し、センサー感度も小さくなる
ことが判明した。
これに対し、特許第2851566号公報では、該公報の図4に示されているように、
蝶番軸(蝶番の中心線)と、振動枝(双音叉型振動子)の長手方向の中心線とが離れてお
り、本発明の加速度センサーと大きく異なる。
4 (a), 4 (b), and 4 (c) are piezoelectric sensors supported and fixed to the hinge portion 8 of the support substrate 4, which is a main portion of the
) Is a plan view when the longitudinal center line of the
The sensor sensitivity (frequency change when the same force is applied) in each of FIGS. 4A, 4B, and 4C was simulated using the finite element method. As a result, in the case of FIG. 4B, the stress is evenly applied to each of the connecting pieces 12a1, 12a2, 12b1, 12b2 of the annular connecting
On the other hand, in Japanese Patent No. 2851566, as shown in FIG.
The hinge axis (the center line of the hinge) and the center line in the longitudinal direction of the vibrating branch (double tuning fork vibrator) are separated from each other, which is greatly different from the acceleration sensor of the present invention.
以上では、環状連結片12の形状が、第1結合片14bと第2結合片14dと第1被固
定部14aおよび第2被固定部14cの位置に角が存在するような四角形として平行四辺
形の場合について説明したが、環状連結片12の形状はこれに限定するものではない。加
速度センサー1の検出感度が上記実施形態と比較して多少低くなることが懸念されるが第
1連結片12a、及び第2連結片12bは、互いに長さが違い且つ夫々略く字状(V字状
)、または略コ字状であってもよい。
すなわち、第1連結片12aが連結片12a1と連結片12a2との長さが等しい構成
であり、第2連結片12bが連結片12b1と連結片12b2との長さが等しい構成であ
って且つ、第1結合片14bから第2結合片14dの間における第1連結片12aと第2
連結片12bとの長さに差がある構成でも良い。
または環状連結片12が中空の略正方形または長方形であり、正方形または長方形の角
の部分を構成するように連結片12a1、12a2、12b1、12b2が屈曲または屈
折した構成であっても良い。
また、第1連結片12a、及び第2連結片12bは、夫々半円状、半楕円状、或いは半
長円状に形成されていてもよい。
以上何れの形状の第1連結片12a、及び第2連結片12bであっても、第2基板片7
に加わる力の方向を90度変換し、且つ力の大きさを増大すると共に、第1連結片12a
、及び第2連結片内12bの歪が均等になるので振動、衝撃等に強い加速度センサーが構
成できるという効果がある。
In the above, the shape of the annular connecting
That is, the first connecting
The structure with a difference in length with the
Alternatively, the annular connecting
Moreover, the
Even if it is the
The direction of the force applied to the first connecting
In addition, since the distortion in the second connecting
加速度センサー1の組み立ては、圧電センサー10の第1被固定部14a、及び第2被
固定部14cに接着剤30、例えば残留歪の少ない低融点ガラスを塗布し、第1被固定部
14a及び第2被固定部14cを、支持基板4の第1支持面5a及び第2支持面7aに、
接着固定する。或いは、支持基板4の第1支持面5a、及び第2支持面7aの所定の箇所
に接着剤30を塗布し、該接着剤30に圧電センサー10を載置し固定してもよい。支持
基板4に圧電センサー10を固定したものを密閉容器(図示せず)に入れ、内部を真空に
して加速度センサー1を構成する。加速度センサー1の内部を真空にすることにより、圧
電センサー要素20のQ値が改善され、発振器で励振し易くなる。
尚、接着剤30による接合部材による固定の代わりとしては金属バンプなどを使った金
属結合、金鈴などの材質からなる蝋剤を使った結合がある。
また、加速度センサー1の検出感度を上げるには、第2支持片7を厚くしてその質量を
大きくするか、第2支持片7の表面に錘を貼り付ける方法等がある。
支持基板4及び圧電センサー10の製造法の一例は、平板状の圧電基板にフォトリソグ
ラフィ技法とエッチング手段を適用して製造する方法である。更に圧電センサー10の場
合は蒸着法を用いて電極及びリード電極、パッド電極等を形成する。圧電基板としては、
水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等の圧電基板がある。例え
ば水晶基板(水晶ウエハー)を用いる場合には、フォトリソグラフィ技法とエッチング手
法については長年の実績があり、寸法精度のよい圧電センサー10と、支持基板4との量
産化が容易である。
なお、支持基板4と圧電センサー10に同一の材料を用いると、温度変化による膨張、
収縮をほぼ同じにすることが可能となるので、圧電センサーの検出精度、温度特性、エー
ジング等が改善される。
The
Adhere and fix. Alternatively, the adhesive 30 may be applied to predetermined portions of the
In place of fixing by the bonding member with the adhesive 30, there are metal bonding using metal bumps and bonding using a wax made of a material such as a gold bell.
In order to increase the detection sensitivity of the
An example of a method of manufacturing the support substrate 4 and the
There are piezoelectric substrates such as quartz, lithium tantalate, lithium niobate, and langasite. For example, when a quartz substrate (quartz wafer) is used, the photolithography technique and the etching technique have a long track record, and mass production of the
If the same material is used for the support substrate 4 and the
Since the shrinkage can be made substantially the same, the detection accuracy, temperature characteristics, aging, etc. of the piezoelectric sensor are improved.
加速度センサー1は、支持基板4が固定側の平板状の第1基板片5と、可動側の平板状
の第2基板片7と、両者を連結する蝶番部8とからなり、圧電センサー10が環状連結片
12の一方の対向部に第1被固定部14a及び第2被固定部14cを有し、他の対向部に
圧電センサー要素20の両端が連結されている。しかも第1被固定部14a及び第2被固
定部14cは夫々環状連結片12の内部に突出形成された構成である。このような構成で
あるので、平板状の圧電基板を用い、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を適用し
て寸法精度の良い支持基板4と圧電センサー10とが形成でき、これらを用いて小型で低
コストの加速度センサー1が量産可能になるという効果がある。その上、加速度センサー
1は、第1被固定部及び第2被固定部が、環状連結片の内側に形成されているため、加速
度印加により生じる力の方向を90度変換すると共に、その力の大きさを、環状連結片の
外側に形成されたものに比べて、より増大させるように作用する。従って小さな加速度も
検出でき(高感度)、検出精度が高く再現性のある加速度センサーが得られるという効果
がある。
The
また、加速度センサー1は、圧電センサー要素20の短手方向中心部を、蝶番部8の短
手方向幅内に位置させることにより、環状連結片12の各部に生じる歪のバラツキが小さ
くなると共に、加速度センサーの検出感度が改善されるという効果がある。
また、圧電センサー要素20の短手方向中心部と、蝶番部8の短手方向幅中心部とをほ
ぼ一致させることにより、環状連結片12の各部に生じる歪が均等になり、加速度センサ
ーの感度(同一の加速度が印加された場合の前記圧電センサー要素の周波数変化量)が最
も良くなると共に、再現性がよくなるという効果がある。
また、環状連結片12の各梁を同一幅の細幅帯状に形成することにより、加速度印加に
より生じる力の伝達効率がよく、小さな加速度を再現性よく検出することが可能になると
いう効果がある。
In addition, the
In addition, by making the short direction center portion of the
Further, by forming each beam of the annular connecting
図6は、図1(a)に示した圧電センサー10の変形例である。環状連結片12の第1
連結片12aと、第1被固定部14aとの接合部12abとの形状が、図1(a)に示し
た圧電センサー1と少し異なる。つまり、第1連結片12aの中央部が環状連結片12の
中心方向に湾曲し、且つ第1被固定部14aと第1連結片12aの結合子も括れて細くな
っている。第2連結片12bは、圧電センサー要素20の長手方向の中心線に対し、第1
連結片12aと対称に形成さている。
環状連結片12をこのような形状にしたのは、第1被固定部14a、及び第2被固定部
14cに力が作用した際に、環状連結片12に生ずる歪を均等に分散させ、強固にするた
めである。
FIG. 6 is a modification of the
The shapes of the connecting
It is formed symmetrically with the connecting
The annular connecting
図7は、図6に示した圧電センサー10の変形例である。つまり、図6の圧電センサー
10と異なる点は、第1連結片12aと、第1被固定部14aとの接合部12abに、圧
電センサー要素20の長手方向に沿って引出片16a、16bを接続した点である。引出
片16a、16b上には圧電センサー要素20の励振電極からのリード電極(図示せず)
が延在している。引出片16a、16bと第1基板片5との間に柔軟性があり、且つ導電
性のあるシリコンゴム等を塗布して、リード電極との導通を図るようにする。
尚、引出片16a、16bと、これと対面する箇所の支持基板4の面とは、固定されな
い。つまり引出片16a、16bは、片持ち梁状態にある。
FIG. 7 shows a modification of the
Is extended. A flexible and conductive silicon rubber or the like is applied between the
In addition, the drawer | drawing-out
図8は本発明の加速度計3の構成を示すブロック図である。加速度計3は、上記の加速
度センサー1と、該加速度センサー1の圧電センサー要素20を励振する発振回路51と
該発振回路51の出力周波数をカウントするカウンター53と該カウンター53の信号を
処理する演算回路55を有するIC50と、表示部56と、を備えた加速度計である。
支持基板4、及び圧電センサー10を、水晶基板を用いて形成し、且つ圧電センサー要
素20を双音叉型水晶振動素子として加速度センサー1を構成する。加速度センサー1と
、前記各機能を備えたICとで加速度計を構成すると、加速度検出感度が大幅に改善され
、検出精度、再現性、温度特性、エージング等の優れた加速度計が実現できるという効果
がある。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the accelerometer 3 of the present invention. The accelerometer 3 includes the
The
1…加速度センサー、3…加速度計、4…支持基板、5…第1基板片、5a…第1支持面
、7…第2基板片、7a…第2支持面、8…蝶番部、9…検知軸、10…圧電センサー、
12…環状連結片、12a…第1連結片、12b…第2連結片、12a1、12a2、1
2b1、12b2…連結片、12ab、12cd…接合部、14a…第1被固定部、14
b…第1結合片、14c…第2被固定部、14d…第2結合片、16a、16b…引出片
、20…圧電センサー要素、22a、22b…振動腕、24a、24b…基部、26a…
第1支持片、26b…第2支持片、30…接着剤、50…IC、51…発振回路、53…
カウンター、55…演算回路、56…表示部
DESCRIPTION OF
12 ... annular connecting piece, 12a ... first connecting piece, 12b ... second connecting piece, 12a1, 12a2, 1
2b1, 12b2 ... connecting piece, 12ab, 12cd ... joining portion, 14a ... first fixed portion, 14
b ... 1st coupling piece, 14c ... 2nd to-be-fixed part, 14d ... 2nd coupling piece, 16a, 16b ... Extraction piece, 20 ... Piezoelectric sensor element, 22a, 22b ... Vibrating arm, 24a, 24b ... Base part, 26a ...
1st support piece, 26b ... 2nd support piece, 30 ... Adhesive, 50 ... IC, 51 ... Oscillation circuit, 53 ...
Counter, 55 ... arithmetic circuit, 56 ... display unit
Claims (8)
板と、を備え、
前記圧電センサーは、検知軸方向へ加わる力に応じた電気信号を生成する圧電センサー
要素と、前記圧電センサー要素を前記支持基板上に支持するために前記第1及び第2支持
面に夫々固定される第1被固定部及び第2被固定部と、前記圧電センサー要素に対して前
記第1被固定部及び前記第2被固定部を夫々連結する環状連結片と、を備え、
前記支持基板は、前記第1支持面を有する固定側の第1基板片と、該第1支持面の面方
向に並置される前記第2支持面を備えた可動側の第2基板片と、前記第1基板片と前記第
2基板片の対向する側端縁間を連結して該第2基板片を厚さ方向へ揺動させる蝶番部と、
を備え、
前記圧電センサー要素は、前記検知軸方向と直交する方向へ延びる細長い構成であり、
且つ前記蝶番部と対向した状態で前記各支持面から離間配置されており、
前記環状連結片は、前記第1被固定部を経由して前記圧電センサー要素の長手方向両端
部間を連結する第1連結片と、前記第2被固定部を経由して前記圧電センサー要素の長手
方向両端部間を連結する第2連結片と、を備え、
前記第1及び第2の被固定部は、夫々前記第1連結片及び第2連結片の内側から前記圧
電センサー要素に向けて突出した構成を備えていることを特徴とする加速度センサー。 A piezoelectric sensor; and a support substrate having a first support surface and a second support surface that support the piezoelectric sensor,
The piezoelectric sensor is fixed to the first and second support surfaces in order to support the piezoelectric sensor element on the support substrate and a piezoelectric sensor element that generates an electric signal according to a force applied in the detection axis direction. A first fixed part and a second fixed part, and an annular connecting piece for connecting the first fixed part and the second fixed part to the piezoelectric sensor element, respectively.
The support substrate includes a fixed first substrate piece having the first support surface, and a movable second substrate piece including the second support surface juxtaposed in the surface direction of the first support surface; A hinge portion for connecting the opposing side edges of the first substrate piece and the second substrate piece to swing the second substrate piece in the thickness direction;
With
The piezoelectric sensor element has an elongated configuration extending in a direction orthogonal to the detection axis direction,
And spaced apart from each of the support surfaces in a state of facing the hinge portion,
The annular connecting piece includes a first connecting piece for connecting between both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric sensor element via the first fixed portion, and the piezoelectric sensor element via the second fixed portion. A second connecting piece for connecting the longitudinal ends.
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the first and second fixed parts are configured to protrude toward the piezoelectric sensor element from the inside of the first connection piece and the second connection piece, respectively.
ることを特徴とする請求項1に記載の加速度センサー。 The acceleration sensor according to claim 1, wherein a position of a center part in a short direction of the sensor element is located within a width in a short direction of the hinge part.
ていることを特徴とする請求項1又は2に記載の加速度センサー。 The acceleration sensor according to claim 1 or 2, wherein a position of a center portion in a short direction of the sensor element coincides with a center portion in a short width direction of the hinge portion.
幅の細幅帯状をなしていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の加速度セン
サー。 4. The annular connection piece viewed from a direction orthogonal to the first and second support surfaces has a narrow band shape having the same width over the entire length. 5. Acceleration sensor.
乃至4の何れかに記載の加速度センサー。 The first and second connecting pieces are each substantially in a letter shape (V shape).
5. The acceleration sensor according to any one of 4 to 4.
かに記載の加速度センサー。 The acceleration sensor according to claim 1, wherein each of the first and second connecting pieces has a U shape.
とする請求項1乃至4の何れかに記載の加速度センサー。 5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein each of the first and second connecting pieces has a semicircular shape, a semielliptical shape, or a semielliptical shape.
前記加速度センサーの圧電センサー要素を励振する発振回路と前記発振回路の出力周波
数をカウントするカウンターと前記カウンターの信号を処理する演算回路を有するICと
、
を備えたことを特徴とする加速度計。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 7,
An IC having an oscillation circuit for exciting the piezoelectric sensor element of the acceleration sensor, a counter for counting the output frequency of the oscillation circuit, and an arithmetic circuit for processing the signal of the counter;
An accelerometer characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010013908A JP2011153836A (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Acceleration sensor, and accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010013908A JP2011153836A (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Acceleration sensor, and accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011153836A true JP2011153836A (en) | 2011-08-11 |
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ID=44539931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010013908A Withdrawn JP2011153836A (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Acceleration sensor, and accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011153836A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015503759A (en) * | 2012-01-13 | 2015-02-02 | イギリス国 | Improvements in accelerometers |
CN113719704A (en) * | 2021-08-10 | 2021-11-30 | 华中科技大学 | Large-stroke two-dimensional nano positioning platform |
-
2010
- 2010-01-26 JP JP2010013908A patent/JP2011153836A/en not_active Withdrawn
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CN113719704A (en) * | 2021-08-10 | 2021-11-30 | 华中科技大学 | Large-stroke two-dimensional nano positioning platform |
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