JP2016070739A - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3軸における感度にばらつきの少ないセンサに関する。 The present invention relates to a sensor with little variation in sensitivity in three axes.
自動車の走行状態,ロボットの運動状態等を測定するために振動型のセンサ素子を備えた角速度センサが使用されている。 An angular velocity sensor having a vibration-type sensor element is used to measure the running state of a car, the movement state of a robot, and the like.
図8は従来のセンサ素子を示す図であり、図7(a)は平面図、図7(b)は図7(a)のB−B’線における断面図である。 8A and 8B are diagrams showing a conventional sensor element. FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG.
同図に示すセンサ素子は、重り部101と、重り部101を囲繞する枠状の固定部102と、重り部101と固定部102とに連結される梁部103と、梁部103に形成されるピエゾ抵抗素子104とを有している。
The sensor element shown in the figure is formed in a
重り部101、固定部102、梁部103はシリコン基板を加工することによって一体的に形成されている。
The
またピエゾ抵抗素子104は、シリコン基板の表面にボロンを打ち込むことにより形成される。
The
このようなセンサ素子において、梁部103を振動させた状態で梁部103の長手方向と平行な回転軸回りの角速度が生じると、重り部101が動き、それに伴って梁部103が変形し、ピエゾ抵抗素子104も変形する。
In such a sensor element, when an angular velocity about a rotation axis parallel to the longitudinal direction of the
このピエゾ抵抗素子104の変形による抵抗値の変化に基づいて角速度が検出されることとなる。
The angular velocity is detected based on a change in resistance value due to the deformation of the
したがって角速度の検出感度を向上させるには、梁部103が変形しやすくなるようにすればよく、重り部101の体積を大きくするといった工夫が従来よりなされている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, in order to improve the detection sensitivity of the angular velocity, it is sufficient that the
このようなセンサ素子は、ピエゾ抵抗素子104の配置及びその結線により、XYZの3軸方向における角速度を検出することができるが、この3軸方向における感度にばらつきを生じることがあった。
Such a sensor element can detect the angular velocity in the three-axis directions of XYZ by the arrangement and connection of the
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、3軸の感度にばらつきの少ないセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been conceived under the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a sensor with little variation in sensitivity of three axes.
本発明の一実施形態にかかるセンサは、一平面に配列された、固定部と、前記固定部に対して間隔をあけて配置される重錘部と、前記固定部と前記重錘部とを接続し、前重錘部
を保持するとともに前記重錘部の変位に応じて変形する接続部と、を含み、前記接続部は、平面視で前記固定部と前記重錘部の中心とをつなぐ仮想線に沿った長さが、前記重錘部に比べて短く、前記重錘部は、その重心が、前記厚み方向において、前記厚み方向における長さの半分より前記接続部に接続される側に位置するものである。
A sensor according to an embodiment of the present invention includes a fixed portion, a weight portion arranged at a distance from the fixed portion, and the fixed portion and the weight portion, which are arranged in a plane. A connecting portion that connects and holds the front weight portion and deforms according to the displacement of the weight portion, the connecting portion connecting the fixed portion and the center of the weight portion in plan view The length along the imaginary line is shorter than that of the weight portion, and the weight portion has a center of gravity in the thickness direction that is connected to the connection portion from half of the length in the thickness direction. It is located in.
本発明によれば、3軸の感度にばらつきの少ないセンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor with little variation in the sensitivity of three axes.
本発明のセンサの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of a sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサ100の平面図であり、図2は、図1のII−II線における断面図である。センサ100は、一平面(XY平面)に配置された、枠状の固定部10と、固定部10の内側に位置する重錘部20と、固定部10と重錘部20とを接続する接続部30と、接続部30に配置され、接続部30の変形に応じた電気信号を検出する検出部Rとを有する。なお、以下において、一平面(XY平面)を単に平面、一平面を構成する第1方向とこれに直交する第2方向をX方向・Y方向、一平面に垂直な方向をZ方向または厚み方向ということがある。
FIG. 1 is a plan view of a
センサ100は、重錘部20をXY平面内で回旋運動させることで角速度を検出することができる。重錘部20を回旋運動させるためには、例えば、互いに向き合う重錘部20の外壁と固定部10の内壁とに電極を設けて静電引力により実現してもよいし、センサ100の外側に磁力を発生させて実現してもよい。また、複数ある接続部30に駆動用の圧電素子を配置し、この圧電素子に順次電気信号を入力し、接続部30を順次変形させることで回旋運動させてもよい。センサ100に角速度が加わると、コリオリの力が重錘部20に作用し、重錘部20が動くことで接続部30が捻じれるように変形する。そして、接続部30の変形量に応じた電気信号を検出部Rにより検出し、不図示の電気配線によりその電気信号を取出し演算することにより角速度を検出することができる。
The
なお、センサ100は加速度も検出可能である。センサ100に加速度が加わると、加速度に応じた力が重錘部20に作用し、重錘部20が動くことで接続部30が撓むようになっている。そして、接続部30の撓み量に応じた電気信号を検出部Rにより検出し、不図示の電気配線によりその電気信号を取出し演算することにより加速度を検出することができる。以下、各部位について詳述する。
The
重錘部20は、平面形状が略正方形をなしている。この例に示す重錘部20は、後述の接続部30と接続される部位と、接続部30の下方に位置する部位とで平面形状が異なる。重錘部20の接続部30と接続される部位と下方に位置する部位とは、互いに中心が重なるように配置されている。なお、図1において、下方に位置する部位の平面形状を破線
で示している。
The
重錘部20の接続部30と接続される部位の大きさは、略正方形の一辺の長さが例えば0.25mm〜0.5mmに設定される。また、この部位の厚みは、例えば5μm〜20μmに設定される。下方に位置する部位の平面視における大きさは、略正方形の一辺の長さが例えば0.4mm〜0.65mmに設定される。また、その厚みは、例えば0.2mm〜0.625mmに設定される。このような重錘部20のうち接続部30と接続される部位と下方に位置する部位とは、別部材により接合されていてもよい。例えば、重錘部20のうち接続部30と接続される部位と下方に位置する部位と両者を接合する接合部位とは、SOI(Silicon on Insulator)基板を加工することにより一体的に形成されていてもよい。この場合には、接合部位は、Si間の酸化物層で構成されるものとなる。接合部位は、接続部30と接続される部位と平面形状が略同一となっている。そして接続部位はその平面形状が、下方に位置する部位に比べ小さくなっている。これにより、接続部30と重錘部20のうち接続部30の下方に位置する部位とを分離することができ、重錘部20の可動性を確保することができるものとなる。
As for the size of the part connected to the
そして、重錘部20の厚み方向の形状は、厚み方向の長さの半分よりも上側に重心が位置する形状となっている。すなわち、厚み方向の長さの半分とは、図2に点線で示すような重錘部20が厚み方向に一様な平面形状であると仮定したときの仮想重心位置G0のZ座標となり、このZ座標に比べ、実際の重心位置G1が上側(接続部30と接続される側)に位置するような形状となっている。この例では、一平面に平行な面における断面積が、仮想重心位置G0のZ座標より接続部30に接続される側に比べ、接続部30から離れる側において小さくすることで、重心位置G1を調整している。より詳細には、厚み方向の途中から徐々に一平面に平行な面における断面積が減少していく、先細り形状となっている。このような構成とすることで、仮想重心位置G0よりも、実際の重心位置G1を接続部30側にずらすことができる。
And the shape of the
そして、このような重錘部20を囲繞するように枠状の固定部10が設けられている。固定部10は、平面形状が略正方形をなし、中央部に重錘部20より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部10は、その一辺の長さが例えば1.4mm〜3.0mmに設定され、固定部10を構成するアームの幅(アームの長手方向と直交する方向の幅)は例えば0.3mm〜1.8mmに設定される。また枠体10の厚みは、例えば0.2mm〜0.625mmに設定される。
And the frame-shaped fixing | fixed
このような固定部10と重錘部20との間には図1,2に示すように接続部30が設けられている。接続部30は、重錘部20の変位に応じた変位を可能な状態で重錘部20を保持している。
A connecting
接続部30は、その重錘部20に比べ一平面(XY平面)に平行な方向に延びる、固定部10と重錘部20とをつなぐ仮想線Lにおける長さが短くなっている。仮想線は重錘部20のXY平面における中心部を通るものである。
The
具体的には、接続部30は、一方端である第1端31が重錘部20の各辺の上面側中央部に連結され、他方端である第2端32が固定部10の内周における各辺の上面側中央部に連結されている。本実施形態におけるセンサ100では、4本の接続部30が設けられており、4本の接続部30のうち2本はX軸方向に伸びて重錘部20を間に挟んだ状態で同一直線状に配され、他の2本はY軸方向に伸びて重錘部20を間に挟んだ状態で同一直線状に配されている。このような接続部30の延伸方向に沿った長さである第1端31から第2端32までの長さが、この延伸方向における重錘部20の長さに比べ短くなっている。
Specifically, the
なお、重錘部20の延伸方向における長さとは、接続部30が接続されている面において規定される。また、本実施例のように、仮想線L上に、重錘部20を挟んで両側に接続部30がある場合には、接続部30の長さとは、重錘部20を挟んだ両側の合計ではなく、固定部10から重錘部20に到達するまでである片側の長さを指すものとする。
Note that the length of the
このような構成とすることで、接続部30は、その延伸方向(一平面に平行なX方向、Y方向)への変位に対する抵抗がZ方向への変位に対する抵抗に比べて小さくなる。その結果、一定形状の重錘部を接続部30に接続したと仮定したときに、X方向,Y方向における共振周波数に比べ、Z方向の共振周波数が高くなっている。
By adopting such a configuration, the
この例では、接続部30は梁状となっている。このため、接続部30の延伸方向への変位のしやすさと、Z方向への変位のしやすさとは、接続部30の断面二次モーメントでも評価可能である。すなわち、接続部30は、X方向およびY方向における断面二次モーメントが、Z方向における断面二次モーメントに比べ小さくすることで、接続部30は、その延伸方向(一平面に平行なX方向、Y方向)への変位に対する抵抗がZ方向への変位に対する抵抗に比べて小さくすることができる。その結果、接続部30を一様な形状の重錘部を接続したと仮定したときに、X方向,Y方向における共振周波数に比べ、Z方向の共振周波数が高くなる。
In this example, the
接続部30の延伸方向に沿った長さである第1端31から第2端32までの長さが、この延伸方向における重錘部20の長さに比べ短くなっている構成に加え、接続部30の断面二次モーメントが上述の通りとなっている場合には、X方向およびY方向と、Z方向とで共振周波数の違いがより顕著になる。
In addition to the configuration in which the length from the
なお、本例によれば、4本の接続部30のうち2本はX軸方向に伸びて重錘部20を間に挟んだ状態で同一直線状に配され、他の2本はY軸方向に伸びて重錘部20を間に挟んだ状態で同一直線状に配されている。このようにX方向,Y方向において対称性を持たせることで、X方向とY方向との断面二次モーメントを揃え、その結果、X方向とY方向との共振周波数を揃えることができる。そして、個々の接続部30の幅と長さとを調整することで、Z方向における断面二次モーメントをX方向およびY方向に比べ大きくすることができる。
According to the present example, two of the four connecting
図3に、接続部30の長さを変えたときのX方向,Y方向,Z方向における共振周波数の変化の様子をシミュレーションした結果を示す。接続部30の長さのみを変更させることは、接続部30の断面二次モーメントを変更させることにつながる。図中の横軸は接続部30の延伸方向における長さを、縦軸は共振周波数を示している。図からも明らかなように、X方向,Y方向,Z方向ともに、接続部30の長さを長くするに従い共振周波数が小さくなっていくが、その変化率がX方向およびY方向とZ方向とで異なる。X方向及びY方向はほぼ同じ変化率であり、かつZ方向に比べ変化率が小さい。このため、接続部30の長さを短くすると、Z方向の共振周波数がX方向およびY方向の共振周波数に比べ大きくなる。また、X方向およびY方向とZ方向との共振周波数差も大きくなる。そして、接続部30の形状を幅広で短い形状とすれば、Z方向における断面二次モーメントをX方向およびY方向に比べ大きくすることができる。
FIG. 3 shows a result of simulating the change of the resonance frequency in the X direction, the Y direction, and the Z direction when the length of the connecting
このような接続部30は可撓性を有し、センサ100に角速度が加わると、コリオリの力により重錘部20が動き、重錘部20の動きに伴って接続部30に捻じれが生じるようになっている。接続部30の主部33は、例えば長手方向の長さが0.2mm〜0.5mmに設定され、幅(長手方向と直交する方向の長さ)が0.04mm〜0.2mmに設定され、厚みが5μm〜20μmに設定されている。このように接続部30を薄く形成する
ことによって変形可能となり、可撓性が発現される。
Such a
また、接続部30が上述の通り可撓性を有することから、センサ100に加速度が加わると重錘部20が動き、重錘部20の動きに伴って接続部30が撓むようになっている。
Moreover, since the
接続部30の上面には図1に示すように抵抗素子である検出部Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が形成されている(以下、これらの抵抗素子をまとめて称するときは適宜、符号Rで表す)。検出部Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4は、3軸方向(図1に示した3次元直交座標系におけるX軸方向、Y軸方向、Z軸方向)の加速度、3軸回りの角速度を検出できるように接続部30の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。
As shown in FIG. 1, detection portions Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, which are resistance elements, are formed on the upper surface of the connection portion 30 (hereinafter, when these resistance elements are collectively referred to, Represented by the symbol R). The detectors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are accelerations in three axes directions (X axis direction, Y axis direction, Z axis direction in the three-dimensional orthogonal coordinate system shown in FIG. 1), and angular velocities around three axes. Is formed at a predetermined position of the
このような検出部Rは、例えば、SOI基板の最上層にボロンを打ち込むことにより抵抗体膜を形成した後、抵抗体膜をエッチングなどにより所定の形状にパターニングすることにより形成することができる。これによりピエゾ抵抗素子からなる検出部Rを形成することができる。 Such a detection unit R can be formed, for example, by forming a resistor film by implanting boron into the uppermost layer of the SOI substrate and then patterning the resistor film into a predetermined shape by etching or the like. Thereby, the detection part R which consists of a piezoresistive element can be formed.
ピエゾ抵抗素子からなる検出部Rを用いた場合には、接続部30の撓みや捻じれに起因する変形に応じて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部のICで演算処理する。このような工程を経ることによって印加された加速度の方向並びに大きさや角速度の方向ならびに大きさを検知することができる。
In the case where the detection unit R made of a piezoresistive element is used, the resistance value changes according to deformation caused by bending or twisting of the
なお、検出部Rから電気的に接続された配線および外部のIC等へ取り出すためのパッド電極等が、固定部10,重錘部20,接続部30の上面に設けられており、これらを介して電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
A wiring electrode electrically connected from the detection unit R, a pad electrode for taking out to an external IC, and the like are provided on the upper surface of the fixed
これらの配線は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などからなり、これらの材料をスパッタリングなどにより成膜した後、所定の形状にパターニングすることにより固定部10,重錘部20,接続部30の上面に形成される。
These wirings are made of, for example, aluminum, an aluminum alloy, etc., and after depositing these materials by sputtering or the like, the wirings are patterned into a predetermined shape to form upper surfaces of the fixed
このような構成のセンサ100によれば、3軸における検出感度にバラつきの少ないセンサを提供することができる。以下に、そのメカニズムについて説明する。
According to the
接続部30は、その形状から、Z方向に比べXY方向に大きく変形する構成となっている。すなわち、接続部30を振動させたときのZ方向における共振周波数は、X方向およびY方向の値とは大きな開きを有し、X方向およびY方向の値よりも極めて大きい値となっている。なおX方向とY方向とでは、共振周波数に大きな開きがないことを確認している(図3参照)。
The connecting
さらに、センサ100において、XY方向においては、構造体の対称性を確保することができるが、Z方向においては非対称となっている。このことから、Z方向における共振周波数は、X方向およびY方向の値とは大きな開きを有するものと推察される。
Furthermore, in the
以上より、角速度を検知するために駆動させる振動(駆動振動)の共振周波数がZ方向のみ他の方向のものから離れた値となっている。ここで、角速度センサでは、検知振動の周波数と駆動振動の周波数とが近い程検出感度が高くなることが知られている。このため、従来のセンサにおいては、Z方向のみX方向、Y方向と感度が異なってしまう。そして、X方向、Y方向に最適な周波数を選択するとZ方向の感度が低下してしまい、逆にZ方向に最適な周波数を選択するとX方向,Y方向の感度が低下してしまう虞があった。 From the above, the resonance frequency of the vibration (driving vibration) that is driven to detect the angular velocity is a value that is far from the other direction only in the Z direction. Here, in the angular velocity sensor, it is known that the detection sensitivity becomes higher as the frequency of the detected vibration and the frequency of the drive vibration are closer. For this reason, in the conventional sensor, only the Z direction differs in sensitivity from the X direction and the Y direction. If the optimum frequency is selected in the X and Y directions, the sensitivity in the Z direction is reduced. Conversely, if the optimum frequency is selected in the Z direction, the sensitivity in the X and Y directions may be reduced. It was.
これに対して、センサ100によれば、接続部30のXY方向とZ方向との断面二次モーメントの違いおよびそれに伴う共振周波数の違いに応じて、重錘部20の重心位置を変化させることにより、Z方向における共振周波数をX方向,Y方向と近づけることができる。これにより、XYZの3軸における検出感度のばらつきの小さいセンサを得ることができる。
On the other hand, according to the
より詳細に説明すると、重錘部20のXY方向への変位は、重錘部20が捻じれるように回転することで実現する。すなわち、重錘部20のXY方向への変位は、回転中心となっている重錘部20の平面視における中心点が支点となり、この支点から重錘部20の重心位置G1までの距離が大きい程変位しやすくなる。ここで、重錘部20の重心位置G1を仮想重心位置G0よりも上側(接続部30が接続される側)に位置させることで、支点から重心位置G1までの距離は小さくなり、XY方向への変位がしにくくなる。その結果、X方向およびY方向の共振周波数が高い方向に大きくシフトする。一方で、重錘部20のZ方向における変位は、接続部30の固定部10への接続部である第2端32が支点となる。このため、第2端32から重錘部20の重心位置G1までの距離がZ方向における変位の容易性を決定する。ここで、第2端32から重錘部20の重心位置G1までの距離と、第2端32から重錘部20の仮想重心位置G0までの距離との差はそれほど大きくないため、重心位置をZ方向に変化させても、共振周波数のシフト量を抑制することができる。このように、重錘部20の重心位置を、仮想重心位置G0よりも接続部30が接続される側に(上方に)変化させると、XY方向への変位に対する推進力とZ方向への変位に対する推進力とに差をつけることができる。すなわち、XY方向への変位の推進力を小さくすることができる。
If it demonstrates in detail, the displacement to the XY direction of the
これにより、XY方向に動きやすくZ方向に動きにくい接続部30に対して、XY方向に動きにくい重錘部20を組み合わせることで、XYZの3軸における共振周波数を近づけることができる。
Accordingly, the resonance frequency in the three axes of XYZ can be made closer by combining the
また、センサ100は、本実施形態のように、固定部10,重錘部20,接続部30が一体形成されるようにしても良い。この場合、強度が高く、信頼性の高いセンサとすることができる。
Moreover, the
以上より、本実施形態のセンサ100によれば、少なくとも角速度を検出可能なセンサを1つの構成体で、大型化することなく実現することができ、かつ、3軸方向において感度のバラつきの少ない高感度のセンサとすることができる。特に、センサ100の小型化が求められ、接続部30の長手方向の長さを確保できない場合や、センサ100の多機能化が求められ、接続部30に様々な電気配線を形成する必要が生じ、接続部30の幅を小さくすることができない場合に有効となる。
As described above, according to the
なお、上述の例では角速度の検出のために重錘部20を回旋運動させた場合を例に説明したが、接続部30のみを周期的に振動させてもよい。
In the above example, the case where the
(変形例:センサ形状)
図1,2に示す例では、重錘部20が、これに等間隔に接続された接続部30により保持されているセンサ100を例に説明したが、この例に限定されない。例えば、図4に示すように、接続部30がダイアフラム状となっていてもよい。
(Modification: Sensor shape)
In the example illustrated in FIGS. 1 and 2, the
(変形例:重錘部20)
上述の例では、重錘部20は、接続部30に接続される部位と、これと平面形状の異なる、下方に位置する部位と、これらを接続する接続部位とで構成されているが、これに限
定されない。例えば、図5(a)に示すような、接続部30に接続される部位から連続的にXY平面に平行な面における断面積が減少していく形状としてもよい。
(Modification: Weight part 20)
In the above-described example, the
また、XY平面に平行な面における断面積は連続的に減少している必要はなく、図5(b)に示すように、段階的に減少させてもよい。また、図5(a),(b)に示すような、先端に向けてXY平面に平行な面における断面積が減少していく必要はなく、図5(c)に示すように、中央部を接続部30側に窪ませた形状としてもよい。さらに、必ずしもXY平面に平行な面における断面積を減少させる必要はなく、図5(d)に示すように、密度の小さい付属部25を設けて、重錘部20の形状を変えることなく、重心位置G1を接続部30に接続される側に移動させてもよい。すなわち、重錘部20の密度が、G0よりも下側において上側よりも小さくしてもよい。
Further, the cross-sectional area in the plane parallel to the XY plane does not need to be continuously reduced, and may be decreased step by step as shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the cross-sectional area in the plane parallel to the XY plane does not have to decrease toward the tip, as shown in FIG. 5C. It is good also as a shape which was dented in the
(変形例:重錘部20)
上述の例では、重錘部20の重心位置G1はXY平面において重錘部20の中心と一致していたが、この例に限定されない。例えば、XY平面における重錘部20の中心からずらしてもよい。この場合には、重錘部20の形状により、X方向,Y方向についても共振周波数を調整することができる。特に、接続部30が重錘部20をX方向とY方向とで非対称に保持している場合に特に有効である。また、X方向とY方向とで感度を異ならせたい場合にも有効である。
(Modification: Weight part 20)
In the above-described example, the gravity center position G1 of the
(変形例:その他)
上述の例では重錘部20をSOI基板を加工して形成したが、別体を接続して形成してもよい。その場合には、より密度の高い材料を用いることにより、同じ加速度でも生じる力を大きくし、それに伴い接続部30の撓み量を大きくすることができる。これにより、さらに感度の高いセンサを提供することができる。
(Modification: Other)
In the above example, the
また、上述の例では、重錘部20の上面視における形状を略正方形としているが、この形に限定されない。たとえば、円形状であってもよいし、長方形状であってもよいし、四角形の角部に付属部を付加した形状としてもよい。
Moreover, in the above-mentioned example, although the shape in the top view of the
また、上述の例では、検出部Rをピエゾ抵抗で形成した例を用いて説明したが、接続部30の変形を検出できればこれに限定されない。 In the above-described example, the detection unit R has been described using an example in which the detection unit R is formed of a piezoresistor.
例えば、検出部Rを電極とし、静電容量の変化により接続部30の撓み・変形の大きさ、撓み・変形の方向を電気信号として検出してもよい。この場合には、新たに、接続部30と間隔を開けて配置された固定部を設け、この固定部に検出部Rと対向する電極を設ける。そして固定部側の電極と、検出部Rとを一対の電極として機能させ、静電容量を測定すればよい。
For example, the detection unit R may be an electrode, and the magnitude of deflection / deformation of the
さらに、上述の例では、重錘部20はいずれも接続部30よりも下側に位置する場合を例に説明したが、上側に位置させてもよい。
Furthermore, in the above-described example, the case where the
上述の例では、検出部Rを接続部30に作り込んだ例を用いて説明したが、接続部30上に形成してもよい。前者の場合には、検出部Rが接続部30の上面と同一面となり、段差がなくなるので、検出部Rに接続する配線の電気的接続が容易となる。後者の場合には、検出部Rが突出しているため、変形による応力が集中し、感度を高めることができる。
In the example described above, the detection unit R is described as being built in the
図6(a)に示すセンサ100Bを形成しXY方向、Z方向の共振周波数をシミュレーションにより求めた。センサ100Bはダイアフラム型で、円形のダイアフラム部中央に
重錘部20Bを配置している。重錘部20Bは、2つの径の異なる円筒をZ方向に接続した形状となっており、径の大きい幅広部をダイアフラム側に接続させた。そして、ダイアフラム部の一部である、重錘部20Bが接続されていない部分が接続部30Bとして機能する。シミュレーションに用いた重錘部20B,接続部30Bの形状は下記の通りとする。
A
重錘部20の幅広部の直径R1:200μm
重錘部20の幅広部の高さH1:175μm
重錘部20の幅狭部の直径R2:47μm
重錘部20の幅狭部の高さH2:175μm
接続部30と重錘部20とで構成されるダイアフラム部の直径R3:536μm
接続部30の厚み:3μm
Wide portion of the
Height H1 of wide part of weight part 20: 175 μm
Diameter R2 of the narrow portion of the weight portion 20: 47 μm
Height H2 of the narrow part of the weight part 20: 175 μm
Diaphragm diameter R3 formed by the connecting
Thickness of connection part 30: 3 μm
また、比較例として、図6(b)に示すセンサのXY方向、Z方向の共振周波数をシミュレーションにより計算した。 As a comparative example, resonance frequencies in the XY and Z directions of the sensor shown in FIG. 6B were calculated by simulation.
比較例のセンサは、重錘部20が幅広部と同じ径で幅狭部を有さず、その高さを幅広部と幅狭部とを合わせた寸法とした。
In the sensor of the comparative example, the
このような構成とすることにより、実施例のセンサ100Bは比較例のセンサに比べ重錘部20Bの重心を61μm上方に変化させている。
By adopting such a configuration, the
その結果、以下の通りとなった。
実施例
XY方向の共振周波数 :124.49kHz
Z方向の共振周波数 :137.54kHz
比較例
XY方向の共振周波数 :72.461kHz
Z方向の共振周波数 :110.44kHz
以上より、比較例においては、XYZ方向の共振周波数のずれが52%であるのに対して、実施例においては、7.6%となっており、3軸の共振周波数を近づけることができていることを確認した。
As a result, it became as follows.
Example Resonant frequency in XY direction: 124.49 kHz
Resonant frequency in the Z direction: 137.54 kHz
Comparative example Resonant frequency in XY direction: 72.461 kHz
Resonant frequency in the Z direction: 110.44 kHz
As described above, in the comparative example, the deviation of the resonance frequency in the XYZ directions is 52%, whereas in the embodiment, it is 7.6%. I confirmed.
10 固定部
20 重錘部
30 接続部
31 第1端
32 第2端
R 検出部
100 センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記接続部は、平面視で前記固定部と前記重錘部の中心とをつなぐ仮想線に沿った長さが、前記重錘部に比べて短く、
前記重錘部は、その重心が、前記厚み方向において、前記厚み方向における長さの半分より前記接続部に接続される側に位置する、センサ。 The fixed portion, the weight portion arranged at a distance from the fixed portion, the fixed portion and the weight portion are connected to each other, and the weight portion is held. A connecting portion that deforms according to the displacement of the weight portion,
The connecting portion has a shorter length along a virtual line connecting the fixed portion and the center of the weight portion in plan view than the weight portion,
The weight part is a sensor whose center of gravity is located on the side connected to the connection part from half the length in the thickness direction in the thickness direction.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019174462A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 旭化成株式会社 | Surface stress sensor, surface stress sensor inspection method, and surface stress sensor manufacturing method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0676867U (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Capacitive acceleration sensor |
JPH0716165U (en) * | 1993-08-31 | 1995-03-17 | 株式会社ユニシアジェックス | Acceleration sensor |
JPH07306224A (en) * | 1994-05-13 | 1995-11-21 | Omron Corp | Acceleration sensor |
JP2004258006A (en) * | 2003-02-28 | 2004-09-16 | Star Micronics Co Ltd | Acceleration sensor |
JP2013246179A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Sensor |
-
2014
- 2014-09-29 JP JP2014198389A patent/JP2016070739A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0676867U (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Capacitive acceleration sensor |
JPH0716165U (en) * | 1993-08-31 | 1995-03-17 | 株式会社ユニシアジェックス | Acceleration sensor |
JPH07306224A (en) * | 1994-05-13 | 1995-11-21 | Omron Corp | Acceleration sensor |
JP2004258006A (en) * | 2003-02-28 | 2004-09-16 | Star Micronics Co Ltd | Acceleration sensor |
JP2013246179A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Sensor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019174462A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 旭化成株式会社 | Surface stress sensor, surface stress sensor inspection method, and surface stress sensor manufacturing method |
JP7176986B2 (en) | 2018-03-29 | 2022-11-22 | 旭化成株式会社 | SURFACE STRESS SENSOR, SURFACE STRESS SENSOR INSPECTION METHOD, SURFACE STRESS SENSOR MANUFACTURER |
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