JP2016217827A

JP2016217827A - Sensor element, physical sensor, and method for detecting external force

Info

Publication number: JP2016217827A
Application number: JP2015101686A
Authority: JP
Inventors: 翔霜鳥; Sho Shimotori; 隆行原松; Takayuki Haramatsu; 武藤　猛; Takeshi Muto; 猛武藤
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: JP6506615B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove a secular change component in a detected frequency as noise and perform high-accuracy measurement.SOLUTION: Provided is a sensor element 100, the sensor element comprising: a plate-like movable part 13 disposed in a base 21 in such a state as to be able to change a space D1 to the base 21; a plate-like stationary part 14 at least formed with the same material as for the movable part 13 and disposed in the base 21 while maintaining a space D2 to the base 21; a movable electrode 16 formed in the movable part 13; a stationary electrode 17 formed in the stationary part 14; a first base electrode 24 formed in the base 21 and facing the movable electrode 16; and a second base electrode 25 formed in the base 21 and facing the stationary electrode 17.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサ素子、物理センサ、及び外力検出方法に関する。 The present invention relates to a sensor element, a physical sensor, and an external force detection method.

加速度、圧力、重力などの外力を検出する外力検出装置として、底部に固定電極が形成された容器と、容器内部に片持ち支持されかつ表面に励振電極及び可動電極が設けられた水晶片（可動部）とを有するものが知られている（特許文献１参照）。水晶片を振動させた状態で外力検出装置に外力が作用すると、水晶片が撓んで可動電極の位置変化が生じ、固定電極と可動電極との間の静電容量が変化する。上記した外力検出装置では、このような外力に起因する静電容量の変化を周波数の変化として検出している。 As an external force detection device that detects external forces such as acceleration, pressure, gravity, etc., a container with a fixed electrode formed on the bottom, and a quartz piece that is cantilevered inside the container and has an excitation electrode and a movable electrode on the surface (movable Part) is known (see Patent Document 1). When an external force is applied to the external force detection device in a state where the crystal piece is vibrated, the crystal piece is bent to change the position of the movable electrode, and the capacitance between the fixed electrode and the movable electrode changes. In the external force detection device described above, a change in capacitance caused by such an external force is detected as a change in frequency.

特開２０１２−１６８１６１号公報JP 2012-168161 A

しかしながら、水晶片等は温度等の影響により経時変化してしまうため、上記した外力検出装置により検出される周波数には、これらの経時変化成分が含まれている。そのため、従来の外力検出装置では、このような周波数の経時変化成分がノイズとなり、高精度の測定が妨げられる原因となっている。 However, since a crystal piece or the like changes with time due to the influence of temperature or the like, the frequency detected by the external force detection device includes these time-dependent components. For this reason, in the conventional external force detection device, such a time-dependent component of the frequency becomes noise, which is a cause of hindering high-precision measurement.

以上のような事情に鑑み、本発明では、検出される周波数において経時変化成分をノイズとして除去し、高精度な測定を行うことができるセンサ素子及び物理センサ並びに外力検出方法を提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a sensor element, a physical sensor, and an external force detection method capable of removing a time-varying component as noise at a detected frequency and performing highly accurate measurement. And

本発明は、センサ素子であって、ベースに対する間隔を変更可能な状態でベースに配置される板状の可動部と、少なくとも可動部と同一の素材で形成されかつベースに対する間隔を一定に保持した状態でベースに配置される板状の固定部と、可動部に形成される可動電極と、固定部に形成される固定電極と、ベースに形成されかつ可動電極と対向する第１ベース電極と、ベースに形成されかつ固定電極と対向する第２ベース電極と、を備える。 The present invention is a sensor element, which is formed of a plate-like movable portion arranged on the base in a state where the interval with respect to the base can be changed, and is formed of at least the same material as the movable portion, and maintains a constant interval with respect to the base A plate-like fixed portion disposed on the base in a state; a movable electrode formed on the movable portion; a fixed electrode formed on the fixed portion; a first base electrode formed on the base and facing the movable electrode; A second base electrode formed on the base and facing the fixed electrode.

また、可動部及び固定部のそれぞれは、ベースに保持される１枚の水晶板の一部を用いて形成されてもよい。また、可動部は、水晶板の一部において片持ち支持された形状に形成されてもよい。また、可動部及び固定部の少なくとも一方は、複数形成されてもよい。また、可動部が複数形成される場合、複数の可動部は、可動部分の長さ及び重さの少なくとも一方が互いに異なってもよい。また、上記センサ素子と、センサ素子に電気的に接続される圧電振動子と、圧電振動子を所定の周波数で振動させる発振回路と、センサ素子の可動電極及び固定電極のいずれか一方を選択して圧電振動子に電気的に接続する選択部と、を備える物理センサであってもよい。また、上記物理センサにおいて、圧電振動子は、センサ素子の可動部の一部に形成され、または、可動部と異なる場所に形成されてもよい。 Each of the movable part and the fixed part may be formed using a part of one crystal plate held by the base. Further, the movable part may be formed in a shape that is cantilevered in a part of the crystal plate. In addition, a plurality of at least one of the movable part and the fixed part may be formed. When a plurality of movable parts are formed, the plurality of movable parts may be different from each other in at least one of the length and weight of the movable part. Further, the sensor element, a piezoelectric vibrator electrically connected to the sensor element, an oscillation circuit that vibrates the piezoelectric vibrator at a predetermined frequency, and a movable electrode or a fixed electrode of the sensor element are selected. And a selection unit electrically connected to the piezoelectric vibrator. In the physical sensor, the piezoelectric vibrator may be formed on a part of the movable part of the sensor element or may be formed at a location different from the movable part.

また、本発明は、上記物理センサを用いた外力検出方法であって、センサ素子の第１ベース電極または可動電極からの出力値に対して、第２ベース電極または固定電極からの出力値を用いて補正することにより物理センサに作用する外力を検出する、外力検出方法である。 The present invention is also an external force detection method using the physical sensor, wherein an output value from the second base electrode or the fixed electrode is used for an output value from the first base electrode or the movable electrode of the sensor element. This is an external force detection method for detecting an external force acting on a physical sensor by correcting it.

本発明によれば、可動電極又は第１ベース電極から出力された周波数値から周波数の経時変化成分がノイズとして除去されるので、高精度な測定を行うことができる。 According to the present invention, the time-dependent component of the frequency is removed as noise from the frequency value output from the movable electrode or the first base electrode, so that highly accurate measurement can be performed.

第１実施形態に係るセンサ素子の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。An example of the sensor element concerning a 1st embodiment is shown, (a) is a top view and (b) is a sectional view which met an AA line of (a). 図１のセンサ素子の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the sensor element of FIG. 図１のセンサ素子の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。The principal part of the sensor element of FIG. 1 is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along the BB line of (a). 図１のセンサ素子の要部を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part of the sensor element of FIG. 第２実施形態に係る物理センサの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the physical sensor which concerns on 2nd Embodiment. 図５の物理センサの等価回路を説明するためのブロック回路図である。It is a block circuit diagram for demonstrating the equivalent circuit of the physical sensor of FIG. 第３実施形態に係るセンサ素子の一例を示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部底面図、（ｃ）は断面図である。An example of the sensor element which concerns on 3rd Embodiment is shown, (a) is a principal part top view, (b) is a principal part bottom view, (c) is sectional drawing. 第４実施形態に係るセンサ素子の一例の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。The principal part of an example of the sensor element which concerns on 4th Embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along CC line of (a).

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態を説明するため、図面においては一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングした部分は、特に説明する場合を除き、金属膜を表している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、センサ素子１００の表面に平行な平面をＸＺ平面とする。このＸＺ平面においてセンサ素子１００の長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ方向と表記する。ＸＺ平面に直交する方向（センサ素子１００の厚さ方向）はＹ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this. In order to describe the following embodiments, the drawings are expressed by appropriately changing the scale, for example, by partially enlarging or emphasizing them. In addition, hatched portions in the drawings represent metal films unless otherwise described. In the following drawings, directions in the drawings will be described using an XYZ coordinate system. In this XYZ coordinate system, a plane parallel to the surface of the sensor element 100 is defined as an XZ plane. In this XZ plane, the longitudinal direction of the sensor element 100 is denoted as the X direction, and the direction orthogonal to the X direction is denoted as the Z direction. A direction orthogonal to the XZ plane (thickness direction of the sensor element 100) is expressed as a Y direction. In each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, the direction of the arrow in the figure is the + direction, and the direction opposite to the arrow direction is the − direction.

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係るセンサ素子１００について、図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係るセンサ素子１００の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２は、図１のセンサ素子１００の要部を示す斜視図である。図３は、図１のセンサ素子１００の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４は、図１のセンサ素子１００の要部を示す平面図である。なお、図３（ｂ）では、金属膜に加えて断面についてもハッチングで表している。 <First Embodiment>
The sensor element 100 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show an example of a sensor element 100 according to the first embodiment, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the sensor element 100 of FIG. 3A and 3B show a main part of the sensor element 100 of FIG. 1, where FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 is a plan view showing a main part of the sensor element 100 of FIG. In addition, in FIG.3 (b), in addition to a metal film, the cross section is also expressed by hatching.

図１に示すように、センサ素子１００は、板部１０と板部１０を搭載しかつ収容するパッケージ２０とを有している。パッケージ２０は、ベース２１とカバー２２とシールリング２３とを有している。なお、図１（ａ）では、カバー２２及びシールリング２３を透過して表している。 As shown in FIG. 1, the sensor element 100 includes a plate portion 10 and a package 20 on which the plate portion 10 is mounted and accommodated. The package 20 has a base 21, a cover 22, and a seal ring 23. In FIG. 1A, the cover 22 and the seal ring 23 are shown in a transparent manner.

図２及び図３に示すように、板部１０は、Ｙ方向から見てＸ方向を長辺かつＺ方向を短辺とする略矩形状に形成されかつＹ方向を厚さ方向とする板状の部材である。板部１０は、パッケージ２０に収容可能な寸法に形成されており、板部１０としては、水晶の単結晶から切り出されたＺカットの水晶板が用いられる。水晶材は弾性係数が比較的高いため、板部１０の剛性が確保される。また、Ｚカットの水晶板は、ＡＴカットなどの他のカットの水晶板と比較して異方性の影響が少ないため、ウエットエッチングなどの手法を用いて、板部１０を所望の形状及び寸法に形成できる利点がある。 As shown in FIGS. 2 and 3, the plate portion 10 is formed in a substantially rectangular shape with the X direction as a long side and the Z direction as a short side when viewed from the Y direction, and the Y direction as a thickness direction. It is a member. The plate portion 10 is formed to have a size that can be accommodated in the package 20. As the plate portion 10, a Z-cut quartz plate cut out from a single crystal of quartz is used. Since the quartz material has a relatively high elastic coefficient, the rigidity of the plate portion 10 is ensured. In addition, since the Z-cut quartz plate is less affected by anisotropy than other cut quartz plates such as the AT cut, the plate portion 10 is formed in a desired shape and size using a technique such as wet etching. There is an advantage that can be formed.

板部１０は、支持部１１と貫通部１２と可動部１３と固定部１４とを有している。支持部１１、可動部１３、及び固定部１４は、すべて同一の素材から形成されており、１枚の板状部材から形成されている。また、支持部１１、可動部１３、及び固定部１４のそれぞれの厚さ（Ｙ方向の長さ）はすべて同一に設定されている。 The plate part 10 includes a support part 11, a penetrating part 12, a movable part 13, and a fixed part 14. The support part 11, the movable part 13, and the fixed part 14 are all formed from the same material, and are formed from a single plate-like member. In addition, the thicknesses (the lengths in the Y direction) of the support part 11, the movable part 13, and the fixed part 14 are all set to be the same.

支持部１１は、例えば図３（ａ）に示すように、Ｙ方向から見て貫通部１２、可動部１３、及び固定部１４を囲む枠状の領域に形成されている。支持部１１は、可動部１３及び固定部１４と一体で形成されており、可動部１３及び固定部１４をベース２１に支持するために設けられている。支持部１１は、接着材１５ａ等を介してベース２１に搭載されている（図１参照）。 For example, as illustrated in FIG. 3A, the support portion 11 is formed in a frame-like region surrounding the through portion 12, the movable portion 13, and the fixed portion 14 when viewed from the Y direction. The support part 11 is formed integrally with the movable part 13 and the fixed part 14, and is provided to support the movable part 13 and the fixed part 14 on the base 21. The support part 11 is mounted on the base 21 via an adhesive 15a (see FIG. 1).

貫通部１２は、板部１０をＹ方向に貫通して形成され、＋Ｘ方向に沿って延び、Ｚ方向に折れ曲がり、さらに−Ｘ方向に延びるように形成されており、Ｙ方向から見て、板部１０の表面の略コの字状の領域に形成されている。板部１０の貫通部１２に囲まれた領域には可動部１３が形成される。 The penetrating portion 12 is formed so as to penetrate the plate portion 10 in the Y direction, extends along the + X direction, bends in the Z direction, and further extends in the −X direction. It is formed in a substantially U-shaped region on the surface of the portion 10. A movable portion 13 is formed in a region surrounded by the penetration portion 12 of the plate portion 10.

可動部１３は、Ｙ方向から見てＸ方向を長辺かつＺ方向を短辺とする略矩形状であってＹ方向を厚さ方向とする板状に形成されている。可動部１３は、ベース２１に対向して配置されている。可動部１３の＋Ｘ側の端部並びに＋Ｚ側及び−Ｚ側の端部は、貫通部１２に沿って形成され、可動部１３の−Ｘ側の端部は支持部１１と一体となっている。このように、可動部１３は、−Ｘ側の端部を介して支持部１１に片持ち支持された形状となっている。そのため、可動部１３は撓む方向の弾性変形が容易となっており、かつ可動部１３とベース２１との間隔Ｄ１の変更が可能となっている。なお、可動部１３は、板部１０の一部において片持ち支持された形状に形成されることに限定されない。 The movable portion 13 is formed in a plate shape having a substantially rectangular shape with the X direction as a long side and the Z direction as a short side as viewed from the Y direction and the Y direction as a thickness direction. The movable portion 13 is disposed to face the base 21. The + X side end and the + Z side and −Z side ends of the movable part 13 are formed along the penetrating part 12, and the −X side end of the movable part 13 is integrated with the support part 11. . Thus, the movable portion 13 has a shape that is cantilevered by the support portion 11 via the end portion on the −X side. Therefore, the movable portion 13 can be easily elastically deformed in the bending direction, and the distance D1 between the movable portion 13 and the base 21 can be changed. In addition, the movable part 13 is not limited to be formed in a shape that is cantilevered in a part of the plate part 10.

固定部１４は、Ｙ方向から見てＸ方向を長辺かつＺ方向を短辺とする略矩形状であってＹ方向を厚さ方向とする板状に形成されている。固定部１４は、支持部１１に固定されており、支持部１１の＋Ｘ側、−Ｘ側、及び＋Ｚ側の端部は支持部１１と一体となっている。固定部１４は、ベース２１に対向して配置され、ベース２１に対する間隔Ｄ２が一定に保持されている。 The fixed portion 14 is formed in a plate shape having a substantially rectangular shape with the X direction as a long side and the Z direction as a short side as viewed from the Y direction and the Y direction as a thickness direction. The fixed portion 14 is fixed to the support portion 11, and the + X side, −X side, and + Z side ends of the support portion 11 are integrated with the support portion 11. The fixing portion 14 is disposed so as to face the base 21, and the distance D <b> 2 with respect to the base 21 is kept constant.

なお、板部１０は、上記した構成に限定されない。例えば、板部１０としては、水晶板に代えて、ガラス板や板状のシリコンなどが採用されてもよい。また、板部１０に支持部１１を設けるか否かは任意である。また、可動部１３及び固定部１４は、１枚の板部材から形成されかつ一体の構成であることに代えて、複数枚の板部材から形成されてもよく、互いに分離して形成されてもよい。この場合、板部１０において貫通部１２は設けられなくてもよい。また、支持部１１、可動部１３、及び固定部１４の一部または全ては、厚さが異なるように形成されてもよい。 In addition, the board part 10 is not limited to an above-described structure. For example, a glass plate or plate-like silicon may be employed as the plate portion 10 instead of the quartz plate. In addition, whether or not the support portion 11 is provided on the plate portion 10 is arbitrary. In addition, the movable portion 13 and the fixed portion 14 may be formed from a plurality of plate members instead of being formed from a single plate member and having an integral structure, or may be formed separately from each other. Good. In this case, the through portion 12 may not be provided in the plate portion 10. Further, some or all of the support part 11, the movable part 13, and the fixed part 14 may be formed to have different thicknesses.

可動部１３の裏面（−Ｙ側の面）１３ａには、可動電極１６が形成されている。可動電極１６は、ベース２１の底面２１ｄに形成された後述する第１ベース電極２４と対向するように設けられている。可動電極１６は、可動部１３の先端側（＋Ｘ側）の矩形状の領域に形成され、Ｙ方向から見て第１ベース電極２４と重なる領域に形成されている。 A movable electrode 16 is formed on the back surface (the surface on the −Y side) 13 a of the movable portion 13. The movable electrode 16 is provided so as to face a first base electrode 24 described later formed on the bottom surface 21 d of the base 21. The movable electrode 16 is formed in a rectangular region on the distal end side (+ X side) of the movable portion 13 and is formed in a region overlapping the first base electrode 24 when viewed from the Y direction.

可動電極１６は、例えば導電性の金属膜である。この金属膜としては、例えば、ベース２１との密着性を高める下地層としてクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金などが成膜され、この下地層の上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などの主電極層が成膜された２層構造が採用される。 The movable electrode 16 is, for example, a conductive metal film. As this metal film, for example, chromium (Cr), titanium (Ti), nickel (Ni), nickel chrome (NiCr), nickel titanium (NiTi), nickel as a base layer for improving adhesion to the base 21 A two-layer structure in which a tungsten (NiW) alloy or the like is formed and a main electrode layer such as gold (Au) or silver (Ag) is formed on the underlayer is employed.

固定部１４の裏面（−Ｙ側の面）１４ａには、固定電極１７が形成されている。固定電極１７は、ベース２１の底面２１ｄに形成された後述する第２ベース電極２５と対向するように設けられている。固定電極１７は、固定部１４の先端側（＋Ｘ側）の矩形状の領域に形成され、Ｙ方向から見て第２ベース電極２５と重なるように形成されている。固定電極１７は、可動電極１６と同一構成の金属膜である。 A fixed electrode 17 is formed on the back surface (the surface on the −Y side) 14 a of the fixed portion 14. The fixed electrode 17 is provided so as to face a second base electrode 25 described later formed on the bottom surface 21 d of the base 21. The fixed electrode 17 is formed in a rectangular region on the distal end side (+ X side) of the fixed portion 14 and is formed so as to overlap the second base electrode 25 when viewed from the Y direction. The fixed electrode 17 is a metal film having the same configuration as that of the movable electrode 16.

板部１０の裏面（−Ｙ側の面）１０ａには、第１引出電極１８及び第２引出電極１９が形成されている。第１引出電極１８及び第２引出電極１９は、それぞれＸ方向に延びる帯状の領域に形成されている。第１引出電極１８は、可動電極１６から−Ｘ方向に引き出され、板部１０の−Ｘ側の端部まで形成されている。第１引出電極１８は、可動電極１６と同一構成の金属膜であり、可動電極１６と一体で形成されている。また、第２引出電極１９は、固定電極１７から−Ｘ方向に引き出され、板部１０の−Ｘ側の端部まで形成されている。第２引出電極１９は、固定電極１７と同一構成の金属膜であり、固定電極１７と一体で形成されている。 A first extraction electrode 18 and a second extraction electrode 19 are formed on the back surface (surface on the −Y side) 10 a of the plate portion 10. The first extraction electrode 18 and the second extraction electrode 19 are each formed in a band-like region extending in the X direction. The first extraction electrode 18 is extracted from the movable electrode 16 in the −X direction and is formed up to the −X side end of the plate portion 10. The first extraction electrode 18 is a metal film having the same configuration as the movable electrode 16 and is formed integrally with the movable electrode 16. Further, the second extraction electrode 19 is extracted from the fixed electrode 17 in the −X direction and formed to the end portion on the −X side of the plate portion 10. The second extraction electrode 19 is a metal film having the same configuration as the fixed electrode 17 and is formed integrally with the fixed electrode 17.

なお、固定電極１７、可動電極１６、第１引出電極１８、及び第２引出電極１９については、上記した構成に限定されない。例えば、これらの電極１７等の一部又は全部は、板部１０の裏面１０ａに形成されることに代えて、板部１０の表面（＋Ｙ側の面）１０ｂに形成されてもよく、形状、大きさ、及び構成がそれぞれ異なってもよい。また、固定電極１７は、第１ベース電極２４と大きさや形状が異なってもよい。また、可動電極１６は、第２ベース電極２５と大きさや形状が異なってもよい。上記した変形事項については、後述する他の実施形態に係る可動電極４１６等についても同様に適用される。 The fixed electrode 17, the movable electrode 16, the first extraction electrode 18, and the second extraction electrode 19 are not limited to the above-described configuration. For example, some or all of these electrodes 17 and the like may be formed on the front surface (+ Y side surface) 10b of the plate portion 10 instead of being formed on the back surface 10a of the plate portion 10, and the shape, The size and configuration may be different. Further, the fixed electrode 17 may be different in size and shape from the first base electrode 24. The movable electrode 16 may be different in size and shape from the second base electrode 25. About the above-mentioned modification matter, it applies similarly also to the movable electrode 416 etc. which concern on other embodiment mentioned later.

図４に示すように、ベース２１は、Ｙ方向から見て、矩形状に形成されている。ベース２１の表面（＋Ｙ側の面）には、凹部２１ｂと凹部２１ｂを囲む接合面２１ｃとを有している。凹部２１ｂは、板部１０を収容しかつ可動部１３を可動させる空間として用いられる。接合面２１ｃは、シールリング２３を介してカバー２２と接合される部分であり、後述するカバー２２の接合面２２ａに対向して形成される。ベース２１には、例えば、安価かつ形成容易なセラミックが用いられるが、セラミックに代えて、ガラス、シリコン、樹脂、金属等が用いられてもよい。 As shown in FIG. 4, the base 21 is formed in a rectangular shape when viewed from the Y direction. The surface of the base 21 (the surface on the + Y side) has a recess 21b and a joint surface 21c surrounding the recess 21b. The recess 21b is used as a space for accommodating the plate portion 10 and moving the movable portion 13. The joint surface 21c is a portion joined to the cover 22 via the seal ring 23, and is formed to face a joint surface 22a of the cover 22 described later. For example, inexpensive and easy-to-form ceramic is used for the base 21, but glass, silicon, resin, metal, or the like may be used instead of ceramic.

ベース２１は、凹部２１ｂの底面２１ｄから＋Ｙ方向に突出する台部２１ｅ，２１ｆを有している。台部２１ｅ，２１ｆは、Ｙ方向から見て凹部２１ｂの底面の＋Ｘ側及び−Ｘ側の領域にそれぞれ形成されている。 The base 21 has base portions 21e and 21f that protrude in the + Y direction from the bottom surface 21d of the concave portion 21b. The base portions 21e and 21f are respectively formed in the + X side and −X side regions of the bottom surface of the recess 21b when viewed from the Y direction.

ベース２１は、台部２１ｅの表面（＋Ｙ側の面）２１ｇ又は底面２１ｄと、ベース２１の裏面（−Ｙ側の面）２１ａとをＹ方向に貫通する、４つの貫通孔２１ｈ，２１ｉを有している（図１（ｂ）参照）。これら４つの貫通孔２１ｈ，２１ｉのそれぞれは、ベース２１の表面側から裏面２１ａにかけて口径が徐々に大きくなる略円錐台形状を有し、貫通孔２１ｈ，２１ｉの内部には後述する貫通電極２９が形成されている。 The base 21 has four through holes 21h and 21i that penetrate the surface 21g or bottom surface 21d or the bottom surface 21d of the base 21e and the back surface (-Y side surface) 21a of the base 21 in the Y direction. (See FIG. 1B). Each of these four through holes 21h and 21i has a substantially truncated cone shape whose diameter gradually increases from the front surface side to the back surface 21a of the base 21, and a through electrode 29 described later is provided inside the through holes 21h and 21i. Is formed.

ベース２１の凹部２１ｂの底面２１ｄには第１ベース電極２４及び第２ベース電極２５が形成されている。第１ベース電極２４は、Ｙ方向から見て矩形状に形成され、可動電極１６に対向して形成されている（図３（ｂ）参照）。また、第２ベース電極２５は、Ｙ方向から見て矩形状に形成され、固定電極１７に対向して形成されている（図３（ｂ）参照）。第１ベース電極２４及び第２ベース電極２５は、Ｚ方向に並んで配置され、それぞれ同一の形状かつ大きさに形成されている。第１ベース電極２４及び第２ベース電極２５は、可動電極１６と同一構成の金属膜である。なお、第１ベース電極２４及び第２ベース電極２５の一方又は双方は、可動電極１６と異なる構成としてもよい。また、第１ベース電極２４及び第２ベース電極２５の形状、大きさ、互いの位置関係ついても、上記した構成に限定されるものではない。 A first base electrode 24 and a second base electrode 25 are formed on the bottom surface 21 d of the recess 21 b of the base 21. The first base electrode 24 is formed in a rectangular shape when viewed from the Y direction, and is formed to face the movable electrode 16 (see FIG. 3B). The second base electrode 25 is formed in a rectangular shape when viewed from the Y direction, and is formed to face the fixed electrode 17 (see FIG. 3B). The first base electrode 24 and the second base electrode 25 are arranged side by side in the Z direction, and are formed in the same shape and size. The first base electrode 24 and the second base electrode 25 are metal films having the same configuration as the movable electrode 16. One or both of the first base electrode 24 and the second base electrode 25 may be configured differently from the movable electrode 16. Further, the shape, size, and positional relationship between the first base electrode 24 and the second base electrode 25 are not limited to the above-described configuration.

凹部２１ｂの−Ｘ側の領域に設けられた台部２１ｅの表面（＋Ｙ側の面）２１ｇには、２つの矩形状の接続電極２６，２７が設けられ、それぞれＺ方向に並んで形成されている。これら２つの接続電極２６，２７は、それぞれ貫通孔２１ｈを含む領域に形成されており、貫通電極２９と電気的に接続されている。接続電極２６，２７は、例えば上記した第１ベース電極２４と同一の構成の金属膜である。また、凹部２１ｂの＋Ｘ側の領域に設けられた台部２１ｆの表面（＋Ｙ側の面）２１ｊには、ベース２１に板部１０を固定するための接着材１５ｃが配置される。 Two rectangular connection electrodes 26 and 27 are provided on the surface (+ Y side surface) 21g of the base portion 21e provided in the −X side region of the recess 21b, and are formed side by side in the Z direction. Yes. These two connection electrodes 26 and 27 are each formed in a region including the through hole 21 h and are electrically connected to the through electrode 29. The connection electrodes 26 and 27 are metal films having the same configuration as the first base electrode 24 described above, for example. Further, an adhesive 15c for fixing the plate portion 10 to the base 21 is disposed on the surface (+ Y side surface) 21j of the base portion 21f provided in the + X side region of the recess 21b.

図１に戻り、ベース２１の裏面２１ａには、４つの角部に対応する領域のそれぞれに、矩形状の外部電極２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが形成されている。これら４つの外部電極２８ａ等のうち−Ｘ側かつ＋Ｚ側の外部電極２８ａ及び−Ｘ側かつ−Ｚ側の外部電極２８ｂは、それぞれ−Ｘ側の貫通孔２１ｈを含む領域に形成されている。また、−Ｘ側かつ＋Ｚ側の外部電極２８ｃ及び−Ｘ側かつ−Ｚ側の外部電極２８ｄは、それぞれ＋Ｘ側の貫通孔２１ｉを含む領域に形成されている。外部電極２８ａ等は、例えば上記した第１ベース電極２４と同一の構成の金属膜である。外部電極２８ａ等は、基板等への実装の際に実装端子として用いられる。 Returning to FIG. 1, on the back surface 21a of the base 21, rectangular external electrodes 28a, 28b, 28c, and 28d are formed in regions corresponding to the four corners. Of these four external electrodes 28a, etc., the -X side and + Z side external electrodes 28a and the -X side and -Z side external electrodes 28b are respectively formed in regions including through-holes 21h on the -X side. Further, the -X side and + Z side external electrode 28c and the -X side and -Z side external electrode 28d are respectively formed in regions including the + X side through hole 21i. The external electrode 28a and the like are, for example, a metal film having the same configuration as that of the first base electrode 24 described above. The external electrodes 28a and the like are used as mounting terminals when mounted on a substrate or the like.

ベース２１の貫通孔２１ｈ，２１ｉのそれぞれには、貫通電極２９が形成されている。貫通電極２９は、例えば貫通孔２１ｈ等を銅（Ｃｕ）メッキ等により充填して形成される。−Ｘ側かつ＋Ｚ側の貫通電極２９は、＋Ｚ側の接続電極２６と−Ｘ側かつ＋Ｚ側の外部電極２８ａとを電気的に接続する。−Ｘ側かつ−Ｚ側の貫通電極２９は、−Ｚ側の接続電極２７と−Ｘ側かつ−Ｚ側の外部電極２８ｂとを電気的に接続する。＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の貫通電極２９は、第１ベース電極２４と＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の外部電極２８ｃとを電気的に接続する。＋Ｘ側かつ−Ｚ側の貫通電極２９は、第２ベース電極２５と＋Ｘ側かつ−Ｚ側の外部電極２８ｄとを電気的に接続する。なお、これらの電気的接続は、貫通電極２９に代えてベース２１の側面を切り欠いて設けたキャスタレーションを介して行う構成としてもよい。 A through electrode 29 is formed in each of the through holes 21 h and 21 i of the base 21. The through electrode 29 is formed, for example, by filling the through hole 21h or the like with copper (Cu) plating or the like. The through electrode 29 on the −X side and the + Z side electrically connects the connection electrode 26 on the + Z side and the external electrode 28a on the −X side and the + Z side. The through-electrode 29 on the −X side and the −Z side electrically connects the connection electrode 27 on the −Z side and the external electrode 28 b on the −X side and the −Z side. The + X side and + Z side through electrode 29 electrically connects the first base electrode 24 and the + X side and + Z side external electrode 28c. The + X side and −Z side through electrode 29 electrically connects the second base electrode 25 and the + X side and −Z side external electrode 28d. Note that these electrical connections may be made via a castellation provided by cutting out the side surface of the base 21 instead of the through electrode 29.

なお、ベース２１は、上記構成に限定されず、例えば凹部２１ｂを有しない板状に形成されてもよい。また、ベース２１に台部２１ｅ等を設けるか否かは任意であり、台部２１ｅ等の構成や、表面に形成される接続電極２６等、外部電極２８ａ等、及び貫通電極２９の形状や大きさについても任意に設定可能である。 In addition, the base 21 is not limited to the said structure, For example, you may form in the plate shape which does not have the recessed part 21b. Whether or not the base portion 21e is provided on the base 21 is arbitrary, and the configuration of the base portion 21e and the like, and the shape and size of the connection electrode 26 and the like, the external electrode 28a and the like, and the through electrode 29 formed on the surface. The length can be arbitrarily set.

カバー２２は、例えばＹ方向から見て矩形状でありかつＹ方向を厚さ方向とする板状に形成されている。カバー３０としては、例えばニッケル（Ｎｉ）、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属材料が用いられるが、金属材料に代えて、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂等が用いられてもよい。カバー２２の裏面（−Ｙ側の表面）の周辺部分の領域には、ベース２１の接合面２１ｃに対向して形成された接合面２２ａを有している。接合面２２ａは、シールリング２３を介してベース２１の接合面２１ｃと接合される。 The cover 22 is formed in a plate shape having a rectangular shape as viewed from the Y direction and having the Y direction as a thickness direction, for example. As the cover 30, for example, a metal material such as nickel (Ni), 42 alloy (Fe—Ni), kovar (Fe—Ni—Co), iron (Fe), copper (Cu) is used, but the metal material is used instead. Ceramic, glass, silicon, resin, or the like may be used. A region of the peripheral portion of the back surface (the surface on the −Y side) of the cover 22 has a bonding surface 22 a formed to face the bonding surface 21 c of the base 21. The joint surface 22 a is joined to the joint surface 21 c of the base 21 through the seal ring 23.

シールリング２３は、環状に形成され、ベース２１及びカバー２２の接合面２１ｃ，２２ａに接合される。これにより、ベース２１とカバー２２とを有するパッケージの内部にはキャビティー３０が形成される。キャビティー３０は、気密封止されており、真空雰囲気あるいはアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気となっている。なお、ベース２１とカバー２２との接合は、シールリング２３を介して行うことに限定されず、例えば、ろう材、はんだ、各種接合材を介して接合されてもよく、接合材などを用いずに直接接合されてもよい。 The seal ring 23 is formed in an annular shape and joined to the joining surfaces 21 c and 22 a of the base 21 and the cover 22. Thereby, a cavity 30 is formed inside the package having the base 21 and the cover 22. The cavity 30 is hermetically sealed and has a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. The joining of the base 21 and the cover 22 is not limited to being performed through the seal ring 23, and may be joined through, for example, a brazing material, solder, or various joining materials, without using a joining material or the like. It may be directly joined to.

板部１０の支持部１１と、ベース２１の台部２１ｅ，２１ｆとの間の３か所には、接着材１５ａ，１５ｂ，１５ｃが配置されている。板部１０は、接着材１５ａを介してベース２１に３点支持された状態で搭載されている。接着材１５ａ等は、それぞれ、接続電極２６，２７の表面及び＋Ｘ側の台部２１ｆの表面（＋Ｙ側の面）２１ｊに配置されている。接続電極２６等のそれぞれの表面に配置される接着材１５ａ，１５ｂとしては、例えば導電性接着材が用いられ、ポリイミド系導電性接着材や、金や銀のペーストなどが用いられる。接着材１５ａは、接続電極２６と第１引出電極１８とを電気的に接続する。これにより、外部電極２８ａと可動電極１６とが電気的に接続される。また、接着材１５ｂは、接続電極２７と第２引出電極１９とを電気的に接続する。これにより、外部電極２８ｂと固定電極１７とが電気的に接続される。＋Ｘ側の台部２１ｆの表面（＋Ｙ側の面）に配置される接着材１５ｃとしては、例えば上記した接着材１５ａ等と同一のものが採用される。 Adhesives 15a, 15b, and 15c are disposed at three locations between the support portion 11 of the plate portion 10 and the base portions 21e and 21f of the base 21. The plate portion 10 is mounted in a state where it is supported at three points on the base 21 via an adhesive 15a. The adhesive 15a and the like are respectively disposed on the surfaces of the connection electrodes 26 and 27 and the surface (+ Y side surface) 21j of the + X side base portion 21f. As the adhesives 15a and 15b disposed on the respective surfaces of the connection electrode 26 and the like, for example, a conductive adhesive is used, and a polyimide-based conductive adhesive, a gold or silver paste, or the like is used. The adhesive material 15 a electrically connects the connection electrode 26 and the first extraction electrode 18. Thereby, the external electrode 28a and the movable electrode 16 are electrically connected. Further, the adhesive material 15 b electrically connects the connection electrode 27 and the second extraction electrode 19. Thereby, the external electrode 28b and the fixed electrode 17 are electrically connected. As the adhesive material 15c disposed on the surface (+ Y side surface) of the + X side base portion 21f, for example, the same material as the above-described adhesive material 15a is employed.

なお、板部１０は、ベース２１において３点から支持されることに限定されない。例えば、板部１０は、２点や４点以上から支持される構成としてもよい。 The plate portion 10 is not limited to being supported from three points on the base 21. For example, the board part 10 is good also as a structure supported from 2 points | pieces or 4 points | pieces or more.

次に、センサ素子１００の製造方法の一例について説明する。まず、板部１０、ベース２１、カバー２２、及びシールリング２３が、それぞれ用意される。板部１０は、水晶板から個々の板部１０を取り出す多面取りにより形成される。まず、水晶板が用意される。水晶板は、水晶の単結晶からＺカットにより所定の厚さで切り出され、所望の厚さに調整される。次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチングにより貫通部１２が形成される。続いて、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等により、水晶板の裏面の所定の領域に固定電極１７、可動電極１６、第１引出電極１８、及び第２引出電極１９がパターニングされる。最後に、水晶板がダイシングされて個々の板部１０が取り出される。なお、後述する実施形態に係る板部３１０等の製造方法についても上記した製造方法と同様である。 Next, an example of a method for manufacturing the sensor element 100 will be described. First, the plate part 10, the base 21, the cover 22, and the seal ring 23 are prepared. The plate portion 10 is formed by multiple chamfering that takes out the individual plate portions 10 from the crystal plate. First, a quartz plate is prepared. The quartz plate is cut out from a single crystal of quartz to a desired thickness by Z-cut and adjusted to a desired thickness. Next, the through portion 12 is formed by photolithography and etching. Subsequently, the fixed electrode 17, the movable electrode 16, the first extraction electrode 18, and the second extraction electrode 19 are patterned in a predetermined region on the back surface of the crystal plate by sputtering or vacuum deposition using a metal mask. Finally, the quartz plate is diced and individual plate portions 10 are taken out. Note that the manufacturing method of the plate portion 310 and the like according to the embodiments described later is the same as the manufacturing method described above.

ベース２１は、まず、所定の厚さのグリーンシートが用意される。次に、プレス等により各シートの所定形状が抜かれる。続いて、各シートが積層された後、切断されて個別化され、さらに加熱されて焼成される。続いて、貫通孔２１ｈ等には、めっき等により貫通電極２９が形成される。また、ベース２１の表面（＋Ｙ側の面）及び裏面２１ａの所定の領域に、メタルマスクを介してスパッタ蒸着または真空蒸着等により、第１ベース電極２４、第２ベース電極２５、接続電極２６等、及び外部電極２８ａ等が形成される。 First, a green sheet having a predetermined thickness is prepared for the base 21. Next, a predetermined shape of each sheet is pulled out by a press or the like. Then, after each sheet is laminated, it is cut and individualized, and further heated and baked. Subsequently, a through electrode 29 is formed in the through hole 21h or the like by plating or the like. Further, the first base electrode 24, the second base electrode 25, the connection electrode 26, etc. are formed on a predetermined region of the front surface (+ Y side surface) and the back surface 21a of the base 21 by sputtering vapor deposition or vacuum vapor deposition through a metal mask. , And external electrodes 28a and the like are formed.

カバー２２は、先ず、所定の厚さに形成された板状の金属部材が用意される。続いて、この金属部材を所定の略矩形状に切断することにより、カバー２２が形成される。 For the cover 22, first, a plate-like metal member formed to a predetermined thickness is prepared. Subsequently, the cover 22 is formed by cutting the metal member into a predetermined substantially rectangular shape.

続いて、接続電極２６，２７の表面及び＋Ｘ側の台部２１ｅの表面２１ｇに、接着材１５ａ等が塗布される。その後、第１引出電極１８及び第２引出電極１９と、接続電極２６等とを位置合わせした状態で、板部１０がベース２１に搭載される。続いて、真空雰囲気あるいは窒素などの不活性ガス雰囲気に形成されたチャンバー内で、カバー２２がシールリング２３とシーム溶接により接合される。これにより、板部１０がパッケージ２０のキャビティー３０内に気密封止された状態で収容され、センサ素子１００が完成する。 Subsequently, an adhesive 15a or the like is applied to the surfaces of the connection electrodes 26 and 27 and the surface 21g of the + X side base portion 21e. Thereafter, the plate portion 10 is mounted on the base 21 in a state where the first extraction electrode 18 and the second extraction electrode 19 are aligned with the connection electrode 26 and the like. Subsequently, the cover 22 is joined to the seal ring 23 by seam welding in a chamber formed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen. Thereby, the plate part 10 is accommodated in the cavity 30 of the package 20 in a hermetically sealed state, and the sensor element 100 is completed.

なお、センサ素子１００の構成及び製造方法は、上記したものに限定されず、例えば、Ｙ方向から見て枠状に形成された支持部１１の表面（＋Ｙ側の面）にカバー２２の接合面２２ａを接合し、かつ支持部１１の裏面（−Ｙ側の面）にベース２１の接合面２１ｃを接合させた構成としてもよい。この場合、カバー２２にキャビティー３０を形成する凹部が設けられてもよく、支持部１１の厚さを可動部１３及び固定部１４の厚さよりも厚く形成してもよい。この構成のセンサ素子は、板部１０、ベース２１、及びカバー２２のそれぞれを多面取りするウェハを重ねてダイシングにより個別化するウェハレベルパッケージングの手法を用いて製造されてもよい。 The configuration and manufacturing method of the sensor element 100 are not limited to those described above. For example, the bonding surface of the cover 22 on the surface (+ Y side surface) of the support portion 11 formed in a frame shape when viewed from the Y direction. It is good also as a structure which joined 22a and joined the joining surface 21c of the base 21 to the back surface (surface on the -Y side) of the support part 11. FIG. In this case, the cover 22 may be provided with a recess for forming the cavity 30, and the support portion 11 may be formed thicker than the movable portion 13 and the fixed portion 14. The sensor element having this configuration may be manufactured by using a wafer level packaging method in which a plurality of wafers each having the plate part 10, the base 21, and the cover 22 are stacked and individualized by dicing.

以上説明したセンサ素子１００によれば、所定の周波数で振動する圧電振動子等に接続され、可動部１３と第１ベース電極２４との静電容量の変化分を周波数変化として検出する場合において、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数値と、固定電極１７又は第２ベース電極２５から出力された周波数値との差分を出力させることができる。これにより、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数値の経時変化成分は、固定電極１７又は第２ベース電極２５から出力された周波数値の経時変化成分により相殺される。その結果、可動電極又は第１ベース電極から出力された周波数値から経時変化成分がノイズとして除去されるので、高精度な容量変化の測定を行うことができる。 According to the sensor element 100 described above, when a change in capacitance between the movable portion 13 and the first base electrode 24 is detected as a frequency change, connected to a piezoelectric vibrator or the like that vibrates at a predetermined frequency, The difference between the frequency value output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 and the frequency value output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25 can be output. Thereby, the time-varying component of the frequency value output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 is canceled by the time-varying component of the frequency value output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25. As a result, the time-varying component is removed as noise from the frequency value output from the movable electrode or the first base electrode, so that the capacitance change can be measured with high accuracy.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る物理センサ１について、図５を用いて説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図５は、第２実施形態に係る物理センサ１の一例を示す概略構成図である。物理センサ１は、例えば重力、加速度、傾斜、変位等を測定し検出するセンサである。 Second Embodiment
Next, the physical sensor 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified. FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the physical sensor 1 according to the second embodiment. The physical sensor 1 is a sensor that measures and detects, for example, gravity, acceleration, inclination, displacement, and the like.

図５に示すように、物理センサ１は、センサ素子１００と、圧電振動子４０と、発振回路５０と、選択部６０と、周波数検出部７０と、データ処理部８０とを有する。なお、物理センサ１が備えるセンサ素子１００は１つであり、図５では、センサ素子１００の可動部１３を含む断面図及び固定部１４を含む断面図の双方を併記している。 As shown in FIG. 5, the physical sensor 1 includes a sensor element 100, a piezoelectric vibrator 40, an oscillation circuit 50, a selection unit 60, a frequency detection unit 70, and a data processing unit 80. In addition, the sensor element 100 with which the physical sensor 1 is provided is one, and in FIG. 5, both the sectional view including the movable part 13 and the sectional view including the fixed part 14 of the sensor element 100 are shown.

圧電振動子４０は、例えば水晶振動子であり、水晶振動片４１と、励振電極４２，４３と、基台４４と、容器４５とを有している。水晶振動片４１は、水晶から形成された板状部材であり、容器４５の内部において片持ち支持されている。励振電極４２，４３は、水晶振動片４１の表面及び裏面の所定の領域にそれぞれ形成されている。励振電極４２は、発振回路５０と電気的に接続されている。また、励振電極４３は、後述する選択部６０と電気的に接続されている。励振電極４２，４３としては、例えば導電性の金属膜である。容器４５は、水晶振動片４１を収容して気密封止している。基台４４は、容器４５の内部に設けられ、表面に水晶振動片４１の端部が接合されており、水晶振動片４１を片持ち支持している。容器４５は、例えば上記したパッケージ２０と同様の構成である。 The piezoelectric vibrator 40 is, for example, a quartz vibrator, and includes a quartz crystal vibrating piece 41, excitation electrodes 42 and 43, a base 44, and a container 45. The crystal vibrating piece 41 is a plate-like member made of quartz and is cantilevered inside the container 45. The excitation electrodes 42 and 43 are respectively formed in predetermined regions on the front and back surfaces of the crystal vibrating piece 41. The excitation electrode 42 is electrically connected to the oscillation circuit 50. The excitation electrode 43 is electrically connected to a selection unit 60 described later. The excitation electrodes 42 and 43 are, for example, conductive metal films. The container 45 accommodates the quartz crystal vibrating piece 41 and hermetically seals it. The base 44 is provided inside the container 45, and an end portion of the crystal vibrating piece 41 is bonded to the surface of the base 44 to support the crystal vibrating piece 41 in a cantilever manner. The container 45 has the same configuration as the package 20 described above, for example.

発振回路５０は、圧電振動子４０を所定の周波数で発振させる回路である。発振回路５０を介して励振電極４２，４３に所定の電圧が印加されることにより、水晶振動片４１は所定の周波数で継続的に発振する。選択部６０は、可動電極１６及び固定電極１７のいずれか一方を選択して圧電振動子４０に電気的に接続させる機能を備える。選択部６０は、例えば２つのスイッチ部６１，６２を有し、各スイッチ部６１，６２が切り替え可能となっている。選択部６０が可動電極１６を選択して圧電振動子４０に電気的に接続させる場合、選択部６０は、励振電極４３と外部電極２８ａとを電気的に接続するともに、外部電極２８ｃと発振回路５０とを電気的に接続する。一方、選択部６０が固定電極１７を選択して圧電振動子４０に電気的に接続させる場合、選択部６０は、励振電極４３と外部電極２８ｂとを電気的に接続するともに、外部電極２８ｄと発振回路５０とを電気的に接続する。 The oscillation circuit 50 is a circuit that oscillates the piezoelectric vibrator 40 at a predetermined frequency. When a predetermined voltage is applied to the excitation electrodes 42 and 43 via the oscillation circuit 50, the crystal vibrating piece 41 continuously oscillates at a predetermined frequency. The selection unit 60 has a function of selecting any one of the movable electrode 16 and the fixed electrode 17 and electrically connecting it to the piezoelectric vibrator 40. The selection unit 60 includes, for example, two switch units 61 and 62, and the switch units 61 and 62 can be switched. When the selection unit 60 selects the movable electrode 16 and electrically connects it to the piezoelectric vibrator 40, the selection unit 60 electrically connects the excitation electrode 43 and the external electrode 28a, and also connects the external electrode 28c and the oscillation circuit. 50 is electrically connected. On the other hand, when the selection unit 60 selects the fixed electrode 17 and electrically connects it to the piezoelectric vibrator 40, the selection unit 60 electrically connects the excitation electrode 43 and the external electrode 28b, The oscillation circuit 50 is electrically connected.

周波数検出部７０は、発振回路５０を介して、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数と、固定電極１７又は第２ベース電極２５から出力された周波数とを検出する機能を有している。データ処理部８０は、例えばパーソナルコンピュータから形成され、周波数検出部７０から得られた周波数情報を基づいて、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数値と固定電極１７又は第２ベース電極２５からの出力された周波数値との差分を算出し、この差分値と加速度との関係から加速度を求める機能を有している。 The frequency detector 70 has a function of detecting the frequency output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 and the frequency output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25 via the oscillation circuit 50. doing. The data processing unit 80 is formed from, for example, a personal computer, and based on the frequency information obtained from the frequency detection unit 70, the frequency value output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 and the fixed electrode 17 or the second base. It has a function of calculating the difference from the frequency value output from the electrode 25 and obtaining the acceleration from the relationship between the difference value and the acceleration.

続いて、物理センサ１を用いた外力測定の原理について、図６を用いて説明する。図６は、図５の物理センサ１の等価回路を説明するためのブロック回路図である。図６において、Ｌ１は水晶振動子４０の質量に対する直列インダクタンス、Ｃ１は直列容量、Ｒ１は直列抵抗、Ｃ０は電極間容量を含む実行並列容量、ＣＬは発振回路５０に負荷容量、Ｃｖは可動電極１６と第１ベース電極２４とにより形成される可変容量、Ｃ０は固定電極１７と第２ベース電極２５とにより形成される基準容量である。 Next, the principle of external force measurement using the physical sensor 1 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block circuit diagram for explaining an equivalent circuit of the physical sensor 1 of FIG. In FIG. 6, L1 is a series inductance with respect to the mass of the crystal unit 40, C1 is a series capacitance, R1 is a series resistance, C0 is an execution parallel capacitance including interelectrode capacitance, CL is a load capacitance in the oscillation circuit 50, and Cv is a movable electrode. 16 is a variable capacitor formed by the first base electrode 24 and C0 is a reference capacitor formed by the fixed electrode 17 and the second base electrode 25.

国際規格ＩＥＣ６０１２２−１によれば、水晶発振回路の一般式は、次の（１）式のように表される。
ＦＬ＝Ｆｒ×（１＋ｘ）
ｘ＝（Ｃ１／２）×１／（Ｃ０＋ＣＬ）・・・（１）
ここで、ＦＬは水晶振動子に負荷が加わったときの発振周波数であり、Ｆｒは水晶振動子そのものの共振周波数である。 According to the international standard IEC 60122-1, the general formula of the crystal oscillation circuit is expressed as the following formula (1).
FL = Fr × (1 + x)
x = (C1 / 2) × 1 / (C0 + CL) (1)
Here, FL is an oscillation frequency when a load is applied to the crystal resonator, and Fr is a resonance frequency of the crystal resonator itself.

選択部６０が可動電極１６を選択して可動電極１６と圧電振動子４０とを電気的に接続させる場合、水晶振動片４１の負荷容量は、ＣＬにＣｖが加わったものであるから、（１）式のＣＬに代えて下記（２）式で表されるｙが代入される。 When the selection unit 60 selects the movable electrode 16 to electrically connect the movable electrode 16 and the piezoelectric vibrator 40, the load capacity of the crystal vibrating piece 41 is obtained by adding Cv to CL. ) In place of CL in the formula, y represented by the following formula (2) is substituted.

ｙ＝１／（１／Ｃｖ＋１／ＣＬ）・・・（２）
従って、可動部１３の撓みにより、可変容量ＣｖがＣｖ１からＣｖ２に変化したとすると、周波数の変化ΔＦＬは、下記（３）式で表される。
ΔＦＬ＝ＦＬ１−ＦＬ２＝Ａ×ＣＬ^２×（Ｃｖ２−Ｃｖ１）／（Ｂ×Ｃ）・・・（３）
ここで、
Ａ＝Ｃ１×Ｆｒ／２
Ｂ＝Ｃ０×ＣＬ＋（Ｃ０＋ＣＬ）×Ｃｖ１
Ｃ＝Ｃ０×ＣＬ＋（Ｃ０＋ＣＬ）×Ｃｖ２
である。 y = 1 / (1 / Cv + 1 / CL) (2)
Accordingly, if the variable capacitor Cv is changed from Cv1 to Cv2 due to the bending of the movable portion 13, the frequency change ΔFL is expressed by the following equation (3).
ΔFL = FL1-FL2 = A × CL ² × (Cv2-Cv1) / (B × C) (3)
here,
A = C1 × Fr / 2
B = C0 × CL + (C0 + CL) × Cv1
C = C0 × CL + (C0 + CL) × Cv2
It is.

また、可動部１３に対して外力が加わっていない場合の可動電極１６と第１ベース電極２４との離間距離をｄ１とし、可動部１３に対して外力が加わったときの上記離間距離をｄ２とすると、下記（４）式が成り立つ。
Ｃｖ１＝Ｓ×ε／ｄ１
Ｃｖ２＝Ｓ×ε／ｄ２・・・（４）
ただしＳは可動電極１６と第１ベース電極２４との対向領域の面積、εは比誘電率である。
ｄ１は既知であることから、ΔＦＬとｄ２とが対応関係にあることが分かる。 Further, the distance between the movable electrode 16 and the first base electrode 24 when no external force is applied to the movable portion 13 is d1, and the distance when the external force is applied to the movable portion 13 is d2. Then, the following formula (4) is established.
Cv1 = S × ε / d1
Cv2 = S × ε / d2 (4)
However, S is the area of the opposing area | region of the movable electrode 16 and the 1st base electrode 24, and (epsilon) is a dielectric constant.
Since d1 is known, it can be seen that ΔFL and d2 are in a correspondence relationship.

また、選択部６０が固定電極１７を選択して固定電極１７と圧電振動子４０とを電気的に接続させる場合、水晶振動片４１の負荷容量はＣＬにＣｖ０が加わったものとなる。ここで、Ｃｖ０は固定電極１７と第２ベース電極２５とにより形成される容量である。 When the selection unit 60 selects the fixed electrode 17 to electrically connect the fixed electrode 17 and the piezoelectric vibrator 40, the load capacity of the crystal vibrating piece 41 is obtained by adding Cv0 to CL. Here, Cv 0 is a capacitance formed by the fixed electrode 17 and the second base electrode 25.

物理センサ１に重力や加速度等の外力が作用すると、可動部１３が撓み、主として先端部分がＹ方向に弾性変形し、容量Ｃｖ及び周波数が変化する。そして、可動部１３が撓んでいない状態で検出された周波数をＦＬ１、可動部１３に外力が作用して撓んだ状態で検出された周波数をＦＬ２とすると、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数値の変化分ＦＬ１−ＦＬ２は上記（３）式で表されるが、周波数ＦＬ２には経時変化成分が含まれている。そこで、周波数ＦＬ１を、可動部１３が撓んだ際の固定電極１７あるいは第２ベース電極２５から出力された周波数ＦＬ３に置き換えて周波数値の変化分を算出する。すなわち、可動部１３と固定部１４とは、同一素材かつ同一のキャビティー３０に収容されており、周波数ＦＬ２，周波数ＦＬ３の双方の周波数には、経時変化成分が含まれている。従って、周波数ＦＬ２と周波数ＦＬ３との差分値を求めることにより、この経時変化成分が相殺される。このように、第１ベース電極２４または可動電極１６からの出力値ＦＬ２に対して、第２ベース電極２５または固定電極１７からの出力値ＦＬ３を用いて補正することにより物理センサに作用する外力が検出される。 When an external force such as gravity or acceleration acts on the physical sensor 1, the movable portion 13 is bent, the tip portion is mainly elastically deformed in the Y direction, and the capacitance Cv and the frequency are changed. When the frequency detected when the movable portion 13 is not bent is FL1, and the frequency detected when the movable portion 13 is bent by an external force is FL2, the movable electrode 16 or the first base electrode 24 is used. The change amount FL1-FL2 of the frequency value output from is expressed by the above equation (3), but the frequency FL2 includes a temporal change component. Therefore, the change in the frequency value is calculated by replacing the frequency FL1 with the frequency FL3 output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25 when the movable portion 13 is bent. That is, the movable part 13 and the fixed part 14 are accommodated in the same material and the same cavity 30, and both frequency FL2 and frequency FL3 contain a temporal change component. Therefore, by obtaining the difference value between the frequency FL2 and the frequency FL3, this time-varying component is canceled out. As described above, by correcting the output value FL2 from the first base electrode 24 or the movable electrode 16 by using the output value FL3 from the second base electrode 25 or the fixed electrode 17, an external force acting on the physical sensor is obtained. Detected.

続いて、物理センサ１の動作の一例について説明する。
水晶振動子４０は発振回路５０を用いて所定の周波数で継続的に発振する。この周波数は、例えば３０ＭＨｚに設定される。選択部６０は、可動電極１６及び固定電極１７のいずれか一方を交互に選択して圧電振動子４０に電気的に接続させる。この選択部６０の上記選択の切り替えは、例えば所定時間間隔で自動的に行われるが、所望のタイミングで手動により切り替えを行うようにしてもよい。周波数検出部７０において、発振回路５０を介して周波数が常時モニタリングされる。 Next, an example of the operation of the physical sensor 1 will be described.
The crystal resonator 40 continuously oscillates at a predetermined frequency using the oscillation circuit 50. This frequency is set to 30 MHz, for example. The selection unit 60 alternately selects one of the movable electrode 16 and the fixed electrode 17 and electrically connects it to the piezoelectric vibrator 40. The selection switching of the selection unit 60 is automatically performed at predetermined time intervals, for example, but may be manually switched at a desired timing. In the frequency detection unit 70, the frequency is constantly monitored via the oscillation circuit 50.

物理センサ１に外力が加わると、可動部１３の先端部分が撓んだ状態となる。その際、可動電極１６又は第１ベース電極２４から出力された周波数値と、固定電極１７又は第２ベース電極２５からの出力された周波数値とが周波数検出部７０において検出される。これらの周波数情報はデータ処理部８０に送信され、データ処理部８０において両周波数値の差分値が算出される。さらに、この差分値と外力との関係から外力が算出される。このようにして、物理センサ１に加わった外力が検出される。 When an external force is applied to the physical sensor 1, the distal end portion of the movable portion 13 is bent. At that time, the frequency detector 70 detects the frequency value output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 and the frequency value output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25. The frequency information is transmitted to the data processing unit 80, and the data processing unit 80 calculates a difference value between the two frequency values. Further, the external force is calculated from the relationship between the difference value and the external force. In this way, the external force applied to the physical sensor 1 is detected.

このように、上記した物理センサ１の構成及び外力検出方法によれば、検出される周波数値において、経時変化成分がノイズとして除去されるので、高精度な外力の検出を行うことができる。 As described above, according to the configuration of the physical sensor 1 and the external force detection method described above, the temporal change component is removed as noise in the detected frequency value, so that the external force can be detected with high accuracy.

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るセンサ素子３００について、図７を用いて説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図７は、第３実施形態に係るセンサ素子３００の一例を示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部底面図、（ｃ）は断面図である。第３実施形態に係るセンサ素子３００は、主として板部３１０に設けられる電極の構成が、上記したセンサ素子１００のものと異なっている。 <Third Embodiment>
Next, a sensor element 300 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified. 7A and 7B show an example of a sensor element 300 according to the third embodiment, in which FIG. 7A is a plan view of relevant parts, FIG. 7B is a bottom view of relevant parts, and FIG. The sensor element 300 according to the third embodiment is different from that of the sensor element 100 described above mainly in the configuration of electrodes provided on the plate portion 310.

板部３１０は、上記した板部１０と同様の構成であるが、圧電材料から形成される。板部３１０としては、ＡＴカットの水晶材であるが、ＡＴカット以外のカットの水晶材や、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどが用いられてもよい。図７に示すように、板部３１０の表面（＋Ｙ側の面）には、励振電極３４２ａ，３４２ｂと引き回し電極３４４ａ，３４４ｂとが形成されている。励振電極３４２ａ，３４２ｂは、可動部１３及び固定部１４のそれぞれに設けられ、Ｙ方向から見て矩形状に形成されている。引き回し電極３４４ａ，３４４ｂは、励振電極３４２ａ，３４２ｂから−Ｘ方向に引き出され、支持部１１の−Ｘ側の側面１１ｃを介して支持部１１の裏面１１ａまで形成されている。励振電極３４２ａ，３４２ｂは、引き回し電極３４４ａ，３４４ｂ及び接着材１５ａ，１５ｂを介して、接続電極２６，２７に電気的に接続されている。 The plate part 310 has the same configuration as the plate part 10 described above, but is made of a piezoelectric material. The plate portion 310 is an AT-cut crystal material, but a crystal material other than the AT-cut material, lithium tantalate, lithium niobate, or the like may be used. As shown in FIG. 7, excitation electrodes 342 a and 342 b and routing electrodes 344 a and 344 b are formed on the surface (+ Y side surface) of the plate portion 310. The excitation electrodes 342a and 342b are provided in each of the movable portion 13 and the fixed portion 14, and are formed in a rectangular shape when viewed from the Y direction. The lead-out electrodes 344 a and 344 b are drawn from the excitation electrodes 342 a and 342 b in the −X direction, and are formed to the back surface 11 a of the support portion 11 via the −X side surface 11 c of the support portion 11. The excitation electrodes 342a and 342b are electrically connected to the connection electrodes 26 and 27 via the routing electrodes 344a and 344b and the adhesive materials 15a and 15b.

板部３１０の裏面（−Ｙ側の面）には、上記した引き回し電極３４４ａ，３４４ｂと励振電極３４３ａ，３４３ｂと引出電極３１８，３１９と可動電極１６と固定電極１７とが形成されている。励振電極３４３ａ，３４３ｂは、矩形状に形成されており、Ｙ方向から見て励振電極３４２ａ，３４２ｂと重なる領域に形成されている。引出電極３１８，３１９は、励振電極３４３ａ，３４３ｂから＋Ｘ方向に引き出され、可動電極１６又は固定電極１７まで形成されている。可動電極１６と励振電極３４３ａとは引出電極３１８を介して電気的に接続されている。また、固定電極１７と励振電極３４３ｂとは引出電極３１９を介して電気的に接続されている。上記した各電極は、例えば上記した可動電極１６と同様の導電性の金属膜の構成である。 On the back surface (the surface on the −Y side) of the plate portion 310, the above-described lead electrodes 344a and 344b, excitation electrodes 343a and 343b, lead electrodes 318 and 319, the movable electrode 16, and the fixed electrode 17 are formed. The excitation electrodes 343a and 343b are formed in a rectangular shape, and are formed in regions overlapping the excitation electrodes 342a and 342b when viewed from the Y direction. The extraction electrodes 318 and 319 are extracted from the excitation electrodes 343 a and 343 b in the + X direction and formed up to the movable electrode 16 or the fixed electrode 17. The movable electrode 16 and the excitation electrode 343a are electrically connected via the extraction electrode 318. Further, the fixed electrode 17 and the excitation electrode 343b are electrically connected via the extraction electrode 319. Each of the electrodes described above has, for example, a conductive metal film configuration similar to that of the movable electrode 16 described above.

本実施形態の板部３１０は、励振電極３４３ａ等に所定の電圧が印加されることにより、所定の周波数で発振する。すなわち、板部３１０は、圧電振動片としての機能を有している。そのため、センサ素子３００は、圧電振動子４０の機能を併せ持った構成となっている。従って、例えば、上記した物理センサ１において、このようなセンサ素子３００を用いれば、圧電振動子４０を搭載する必要がなくなる。そのため、物理センサ１を小型かつ軽量に形成できるという利点がある。 The plate portion 310 of the present embodiment oscillates at a predetermined frequency when a predetermined voltage is applied to the excitation electrode 343a and the like. That is, the plate part 310 has a function as a piezoelectric vibrating piece. Therefore, the sensor element 300 is configured to have the function of the piezoelectric vibrator 40 together. Therefore, for example, if such a sensor element 300 is used in the physical sensor 1 described above, it is not necessary to mount the piezoelectric vibrator 40. Therefore, there exists an advantage that the physical sensor 1 can be formed small and lightweight.

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係るセンサ素子４００について、図８を用いて説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図８は、第４実施形態に係るセンサ素子４００の一例の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図８（ｂ）では、金属膜及び断面をハッチングで表している。センサ素子４００は、主として板部及びベースの表面に設けられる電極の構成が、第１実施形態に係るセンサ素子１００のものと異なっている。 <Fourth embodiment>
Next, a sensor element 400 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified. FIGS. 8A and 8B show a main part of an example of the sensor element 400 according to the fourth embodiment. FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. In FIG. 8B, the metal film and the cross section are hatched. The sensor element 400 is different from that of the sensor element 100 according to the first embodiment in the configuration of electrodes provided mainly on the plate portion and the surface of the base.

図８に示すように、センサ素子４００の板部４１０は、上記した可動部１３及び固定部１４の−Ｚ側においてさらに可動部４１３を有する構成となっている。板部４１０は、貫通部４１２と可動部１３，４１３と固定部１４と支持部４１１とを有する。板部４１０は、例えば１枚の水晶板材から形成されている。−Ｚ側の可動部４１３は、＋Ｚ側の可動部１３と比較すると、可動部分の長さ（Ｘ方向の長さ）が短く形成されている。そのため、可動部１３，４１３の可動部分の可動幅が互いに異なっている。また、可動部４１３は、可動部１３よりも薄く形成されている。このように、２つの可動部１３，４１３は、それぞれ長さ及び厚さが異なっており、互いの重さが異なっている。従って、可動電極１６と第１ベース電極２４との間に形成される静電容量と、可動電極４１６とベースの表面（＋Ｙ側の面）に設けられる不図示のベース電極との間に形成される静電容量とは、可変幅が異なっている。なお、−Ｚ側の可動部４１３は、＋Ｚ側の可動部１３よりも可動部分の長さが長く形成されてもよく、重く形成されてもよい。 As shown in FIG. 8, the plate portion 410 of the sensor element 400 is configured to further include a movable portion 413 on the −Z side of the movable portion 13 and the fixed portion 14 described above. The plate portion 410 includes a through portion 412, movable portions 13 and 413, a fixed portion 14, and a support portion 411. The plate portion 410 is formed from, for example, a single quartz plate material. The −Z side movable portion 413 is formed so that the length of the movable portion (the length in the X direction) is shorter than the + Z side movable portion 13. Therefore, the movable widths of the movable parts of the movable parts 13 and 413 are different from each other. The movable part 413 is formed thinner than the movable part 13. As described above, the two movable portions 13 and 413 have different lengths and thicknesses, and have different weights. Therefore, it is formed between the capacitance formed between the movable electrode 16 and the first base electrode 24 and the base electrode (not shown) provided on the movable electrode 416 and the surface of the base (the surface on the + Y side). The variable width is different from the electrostatic capacity. In addition, the movable part 413 on the −Z side may have a movable part longer than the movable part 13 on the + Z side, or may be formed heavier.

−Ｚ側の可動部４１３の裏面（−Ｙ側の面）４１３ａには、矩形状の可動電極４１６が形成されている。可動電極４１６は、上記した不図示のベース電極に対向して形成される。また、−Ｚ側の可動部４１３の裏面４１３ａには、可動電極４１６の−Ｘ側の端部から板部４１０の−Ｘ側の端部まで引き出され、かつＹ方向から見て帯状の領域に形成された引出電極４１８が形成されている。引出電極４１８は、不図示の接着材、接続電極、貫通電極を介して、不図示の外部電極と電気的に接続される。 A rectangular movable electrode 416 is formed on the back surface (-Y side surface) 413 a of the −Z side movable portion 413. The movable electrode 416 is formed to face the base electrode (not shown). In addition, the back surface 413a of the movable portion 413 on the −Z side is drawn from the −X side end portion of the movable electrode 416 to the −X side end portion of the plate portion 410 and has a band-like region as viewed from the Y direction. The formed extraction electrode 418 is formed. The extraction electrode 418 is electrically connected to an external electrode (not shown) through an adhesive (not shown), a connection electrode, and a through electrode.

板部４１０は、１つの固定部１４と２つの可動部１３，４１３とを備えるが、この構成に限定されず、例えば、３つ以上の可動部１３等を備える構成としてもよい。この場合、複数の可動部１３等のそれぞれは、可動部分の長さ及び重さのいずれか一方又は双方が異なる構成としてもよい。また、板部に複数の可動部が設けられる場合、可動部の幅（Ｘ方向の長さ）、可動部の形状、あるいは可動部の表面に形成される金属膜量を、それぞれ異ならせてもよい。また、板部４１０は、複数の固定部１４を備える構成としてもよい。また、板部４１０は、可動部１３等及び固定部１４の双方をそれぞれ複数有する構成としてもよい。また、可動部１３等及び固定部１４は、１枚の板部材から形成されかつ一体の構成であることに代えて、複数枚の板部材から形成されてもよく、互いに分離して形成されてもよい。 The plate portion 410 includes one fixed portion 14 and two movable portions 13 and 413. However, the plate portion 410 is not limited to this configuration. For example, the plate portion 410 may include three or more movable portions 13 and the like. In this case, each of the plurality of movable portions 13 and the like may be configured such that one or both of the length and weight of the movable portion are different. Further, when a plurality of movable parts are provided on the plate part, the width of the movable part (length in the X direction), the shape of the movable part, or the amount of metal film formed on the surface of the movable part may be varied. Good. Further, the plate portion 410 may be configured to include a plurality of fixing portions 14. The plate portion 410 may have a plurality of both the movable portion 13 and the fixed portion 14. In addition, the movable portion 13 and the like and the fixed portion 14 may be formed from a plurality of plate members instead of being formed from a single plate member and having an integral structure, and may be formed separately from each other. Also good.

このようなセンサ素子４００によれば、構成の異なる複数の可動部１３，４１３を備えるので、検出する周波数の測定帯域に応じて、所望の可動部を選択することができる。そのため、例えば自己共振周波数が周波数の測定帯域から外れる可動部を選択することにより、周波数の干渉を防止することができる。 According to such a sensor element 400, since a plurality of movable parts 13 and 413 having different configurations are provided, a desired movable part can be selected according to a measurement band of a frequency to be detected. Therefore, for example, by selecting a movable part whose self-resonant frequency is out of the frequency measurement band, it is possible to prevent frequency interference.

以上、本発明のセンサ素子及び物理センサ並びに外力検出方法について説明したが、本発明は、上記した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態の構成の一部は省略されてもよく、上記した実施形態の構成の一部と他の実施形態の構成の一部とを、置き換えてもよく組み合わせてもよい。 The sensor element, physical sensor, and external force detection method of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above description, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. . For example, a part of the configuration of the above-described embodiment may be omitted, and a part of the configuration of the above-described embodiment and a part of the configuration of the other embodiment may be replaced or combined.

Ｄ１，Ｄ２…間隔
１…物理センサ
１３，４１３…可動部
１４，４１４…固定部
１６，４１６…可動電極
１７…固定電極
２１…ベース
２４…第１ベース電極
２５…第２ベース電極
４０…圧電振動子
５０…発振回路
６０…選択部
１００，３００，４００…センサ素子 D1, D2 ... interval 1 ... physical sensors 13, 413 ... movable parts 14, 414 ... fixed parts 16, 416 ... movable electrode 17 ... fixed electrode 21 ... base 24 ... first base electrode 25 ... second base electrode 40 ... piezoelectric vibration Child 50 ... Oscillator 60 ... Selection unit 100, 300, 400 ... Sensor element

Claims

A plate-like movable part arranged on the base in a state in which the interval with respect to the base can be changed;
A plate-like fixed portion that is formed of at least the same material as the movable portion and is disposed on the base in a state where a distance from the base is kept constant;
A movable electrode formed on the movable part;
A fixed electrode formed on the fixed portion;
A first base electrode formed on the base and facing the movable electrode;
A sensor element comprising: a second base electrode formed on the base and facing the fixed electrode.

The sensor element according to claim 1, wherein each of the movable part and the fixed part is formed using a part of one quartz plate held by the base.

The sensor element according to claim 2, wherein the movable part is formed in a shape that is cantilevered in a part of the crystal plate.

The sensor element according to claim 1, wherein a plurality of at least one of the movable part and the fixed part is formed.

The sensor element according to claim 4, wherein when a plurality of the movable parts are formed, the plurality of movable parts are different from each other in at least one of a length and a weight of the movable part.

The sensor element according to any one of claims 1 to 5,
A piezoelectric vibrator electrically connected to the sensor element;
An oscillation circuit for vibrating the piezoelectric vibrator at a predetermined frequency;
A physical sensor comprising: a selection unit that selects any one of the movable electrode and the fixed electrode of the sensor element and electrically connects to the piezoelectric vibrator.

The physical sensor according to claim 6, wherein the piezoelectric vibrator is formed in a part of the movable part of the sensor element or is formed at a location different from the movable part.

An external force detection method using the physical sensor according to claim 6 or 7,
The external force acting on the physical sensor is detected by correcting the output value from the first base electrode or the movable electrode of the sensor element using the output value from the second base electrode or the fixed electrode. The external force detection method.