JP5718219B2 - Vibration sensor - Google Patents
Vibration sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP5718219B2 JP5718219B2 JP2011283581A JP2011283581A JP5718219B2 JP 5718219 B2 JP5718219 B2 JP 5718219B2 JP 2011283581 A JP2011283581 A JP 2011283581A JP 2011283581 A JP2011283581 A JP 2011283581A JP 5718219 B2 JP5718219 B2 JP 5718219B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration sensor
- support
- movable electrode
- spring
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、可動構造体に発生する容量変化によって振動を検知する振動センサに関する。 The present invention relates to a vibration sensor that detects vibration by a change in capacitance generated in a movable structure.
図9は、振動検知を行うセンサノードシステムの構成例を示す(特許文献1)。
図9において、センサノードシステムは、振動センサノード50と受信装置60で構成される。振動センサノード50で検知した振動検知データは、無線電波を介して受信装置60に送信される。無線電波は、比較的微弱な無線信号であり、数十cmから数十m離れた距離を通信できる。
FIG. 9 shows a configuration example of a sensor node system that performs vibration detection (Patent Document 1).
In FIG. 9, the sensor node system includes a vibration sensor node 50 and a
振動センサノード50は、振動センサ51、センサ回路部52、A/D変換部53、制御部54、メモリ部55、無線部56、および電源部57により構成され、電源部57から各ブロックへ電力が供給される。電源部57は、例えば振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構や2次電池等で構成されており、長時間の動作が可能になっている。
The vibration sensor node 50 includes a
振動センサ51で得られた差動の電圧信号は、センサ回路部52で差動検出された後、後段のA/D変換部53でA/D変換され、制御部54でデータ処理された振動検知データがメモリ部55に保存される。その後、振動検知データは、所定のタイミングでメモリ部55から読み出され、無線部56から無線電波により受信装置60へ送信される。
The differential voltage signal obtained by the
図10は、従来の振動センサ51の構成例を示す。
図10において、振動センサ51は、MEMS(Micro Electro Mechanical System )プロセスなどの微細加工技術により、支持基板510上に構成された2つの固定電極51P,51Nの間で、バネ511を介して支柱512に支持された可動電極51Mが振動する構成である。このような振動センサ51に対して外部から振動が加わり、可動電極51Mが固定電極51P,51Nの間で揺れた場合、可動電極51Mと固定電極51Pの距離と、可動電極51Mと固定電極51Nの距離が差動的に変化する。ここで、金属からなるバネ511および支柱512を介して可動電極51Mは接地電位GNDに接続されている。このため、可動電極51Mと固定電極51Pとの間に生じる容量CPと、可動電極51Mと固定電極51Nとの間に生じる容量CNは、互いに差動的に変化する。したがって、振動に伴う可変容量CP,CNから得られる逆位相の検知信号をセンサ回路部52に入力し、整流して容量素子に充電することにより、外部振動の大きさに応じて変化するセンサ出力電圧を得ることができる。
FIG. 10 shows a configuration example of a
In FIG. 10, the
従来の振動センサ51の固定電極51P,51Nは、金属薄板をL型に折り曲げ加工して支持基板510上に固定され、半田付けなどにより配線パターンに接続される。可動電極51Mとバネ511は、金属薄板を材料としてエッチング加工や打ち抜き加工して一体に形成した後、可動電極51Mの端部のうち、固定電極51P,51Nと対向する端部を曲げ加工し、下方へ壁状に突出した縁部を形成する。支柱512は、金属柱を支持基板510上に立設して配線パターンに接続し、その上部にバネ511の一端を半田付けなどにより固定する。
The
このように、振動センサ51は金属薄板を加工して形成した各構成部品を支持基板510上で組み立てることができるので、製造工程にメッキプロセスを必要とせず、短時間で安価に製造することができる。しかし、固定電極51P,51Nや支柱512を支持基板510に接着する際に位置合せが困難であった。そのため、可動電極51Mが固定電極51P,51Nに接触せずに可動できる範囲が減少し、可動構造体に生じる容量変化も減少する要因になっていた。
Thus, since the
本発明は、金属薄板から形成される固定電極と可動電極を精度よく位置決めし、振動により可動構造体に生じる容量変化を 100フェムトファラッド以上確保することができる振動センサを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a vibration sensor capable of accurately positioning a fixed electrode and a movable electrode formed of a thin metal plate and ensuring a capacitance change caused in the movable structure by vibration by 100 femtofarads or more. .
本発明は、支持基板に固定される固定電極および支柱と、当該支柱にバネを介して支持される可動電極とを備え、外部振動に伴う可動電極の変位により固定電極との間の静電容量が変位する振動センサにおいて、可動電極、バネ、および棒状の突起部を有する支柱が一体形成された部材と、棒状の突起部を有する固定電極が形成された部材とをそれぞれ所定の厚さの金属薄板で構成し、支柱に対して可動電極およびバネを一体で折り曲げ加工した後に、支柱および固定電極の突起部を支持基板上に形成された穴部に挿入して組み立てた構成であり、バネの付け根となる可動電極および支柱の位置に、バネの延長線上にそれぞれL字型の切り込みを形成し、当該切り込み部を折り曲げてバネが形成された構成である。 The present invention includes a fixed electrode and a support fixed to a support substrate, and a movable electrode supported by the support through a spring, and a capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode due to displacement of the movable electrode due to external vibration. In a vibration sensor that displaces, a member having a movable electrode, a spring, and a column having a rod-shaped protrusion integrally formed therein, and a member having a rod-shaped protrusion having a fixed electrode formed therein are each a metal having a predetermined thickness. constituted by a thin plate, the movable electrode and the spring after bending integrally with respect to the column, Ri configuration der assembled by inserting the hole formed a protrusion on a supporting substrate of the strut and the fixed electrode, spring L-shaped cuts are formed on the extension lines of the springs at the positions of the movable electrodes and the pillars that are the bases of the springs, and the springs are formed by bending the cut portions .
本発明の振動センサにおいて、支柱および固定電極に設けられる突起部の間に、支持基板に対する支柱および固定電極の角度を固定する曲げ支持部を設けた構成である。 In the vibration sensor of the present invention, a bending support portion for fixing the angles of the support column and the fixed electrode with respect to the support substrate is provided between the protrusion portions provided on the support column and the fixed electrode.
本発明の振動センサにおいて、固定電極と対向する可動電極の端部を折り曲げた構成である。 In the vibration sensor of the present invention, the end portion of the movable electrode facing the fixed electrode is bent.
本発明の振動センサは、固定電極と可動電極を精度よく位置合せすることができるので、振動センサのサイズを小さくしながら 100フェムトファラッド以上の容量変化を可動構造体に生じさせることができる。また、振動センサのサイズを小さくできることから、本発明の振動センサを搭載した振動センサノードを小型化することができ、製造コストを低減できるとともに、当該振動センサノードの適用範囲を広げることができる。 Since the vibration sensor of the present invention can accurately align the fixed electrode and the movable electrode, it is possible to cause a change in capacitance of 100 femtofarads or more in the movable structure while reducing the size of the vibration sensor. In addition, since the size of the vibration sensor can be reduced, the vibration sensor node equipped with the vibration sensor of the present invention can be reduced in size, the manufacturing cost can be reduced, and the applicable range of the vibration sensor node can be expanded.
図1は、本発明の振動センサの実施例1の構成を示す。ここでは、平面図、A−A′断面図、B−B′断面図を示す。 FIG. 1 shows a configuration of a vibration sensor according to a first embodiment of the present invention. Here, a plan view, an AA ′ sectional view, and a BB ′ sectional view are shown.
図1において、実施例1の振動センサを構成する固定電極11,12、可動電極13、バネ14、支柱15は、厚さ50μm〜1mmの金属薄板をエッチング加工や打ち抜き加工して形成する。なお、可動電極13とバネ14と支柱15が一体形成され、折り曲げ加工により成形する。振動センサの各構成部品の折り曲げ加工、組み立て前の展開図を図2に示す。
In FIG. 1, the
可動電極13およびバネ14は、支柱15に対して90度の角度を有する金属治具とプレス装置を用いて折り曲げられる。折り曲げ位置は、バネ14と支柱15の境界部または図2に破線で示した支柱15の先端部とする。
The
固定電極11,12と支柱15には、棒状の突起部16(図1ではそれぞれ3本)が形成されており、突起部16が支持基板に形成された穴部に差し込まれる。支持基板の穴部は、ガラスエポキシやセラミックの基板を用いた場合はドリル加工で容易に形成できる。また、支持基板が半導体チップの場合でも、TSV(Through Silicon Via )技術と呼ばれる貫通配線技術を応用すれば、穴部を形成できる。これらの穴部は、正確な位置決めが容易である。
The
実施例1では、固定電極11,12と支柱15に形成された棒状の突起部16を、支持基板に位置決めして形成された穴部に挿入して組み立てるので、固定電極11,12と可動電極13の位置合せが容易であるとともにその精度を向上させることができる。これにより、可動構造体に生じる容量変化を 100フェムトファラッド以上確保することが可能になる。また、金属薄板を用いるので、サイズの制約なしに可動構造体の共振周波数の設定の自由度を向上させることができる。
In the first embodiment, the
図3は、本発明の振動センサの実施例2の構成を示す。ここでは、平面図、A−A′断面図、B−B′断面図を示す。 FIG. 3 shows a configuration of a vibration sensor according to a second embodiment of the present invention. Here, a plan view, an AA ′ sectional view, and a BB ′ sectional view are shown.
図3において、実施例2の振動センサを構成する固定電極11,12、可動電極13、バネ14、支柱15、突起部16は、厚さ50μm〜1mmの金属薄板をエッチング加工や打ち抜き加工した形成する。なお、固定電極11,12と突起部16、可動電極13とバネ14と支柱15と突起部16がそれぞれ一体形成され、折り曲げ加工により成形する。振動センサの各構成部品の折り曲げ加工、組み立て前の展開図を図4に示す。
In FIG. 3, the
実施例1との違いは、固定電極11,12と支柱15に形成した棒状の突起部16を両端の2本とし、その間に90度に折り曲げられる曲げ支持部17を形成するところにある。なお、断面図の位置では突起部16がないが、便宜的に破線で示している。折り曲げ方法は実施例1と同様である。この曲げ支持部17は、支持基板に対する固定電極11,12と支柱15の角度を90度に固定することができ、垂直方向の位置合せの精度を向上させることができる。
The difference from the first embodiment is that the rod-shaped
図5は、本発明の振動センサの実施例3の構成を示す。ここでは、平面図、A−A′断面図、B−B′断面図を示す。 FIG. 5 shows a configuration of a vibration sensor according to a third embodiment of the present invention. Here, a plan view, an AA ′ sectional view, and a BB ′ sectional view are shown.
図5において、実施例3の振動センサを構成する固定電極11,12、可動電極13、バネ14、支柱15、突起部16、曲げ支持部17は、厚さ50μm〜1mmの金属薄板をエッチング加工や打ち抜き加工した形成する。なお、固定電極11,12と突起部16、可動電極13とバネ14と支柱15と突起部16と曲げ支持部17がそれぞれ一体形成され、折り曲げ加工により成形する。振動センサの各構成部品の折り曲げ加工、組み立て前の展開図を図6に示す。
In FIG. 5, the fixed
実施例2との違いは、バネ14の形成方法にある。可動電極13とバネ14の付け根と、支柱15とバネ14の付け根の位置において、可動電極13および支柱15にそれぞれL字型の切り込みを形成し、バネ14を90度折り曲げて形成するところにある。バネ14の立ち上がり部は、金属薄板の厚さより厚くすることができる。折り曲げ方法は実施例1と同様である。これにより、支持基板に対する可動電極13の垂直方向の変位を抑制することができるので、支柱15の高さを低くし、支持基板と可動電極13との間隔を狭くして振動センサ全体の大きさをコンパクトにできる。なお、実施例1の構成に実施例3のバネ14の形成方法を適用してもよい。
The difference from the second embodiment is in the method of forming the
図7は、本発明の振動センサの実施例4の構成を示す。ここでは、平面図、A−A′断面図、B−B′断面図を示す。図8は、実施例4の振動センサの各構成部品の折り曲げ加工、組み立て前の展開図を示す。 FIG. 7 shows a configuration of a vibration sensor according to a fourth embodiment of the present invention. Here, a plan view, an AA ′ sectional view, and a BB ′ sectional view are shown. FIG. 8 is a development view before bending and assembling each component of the vibration sensor of the fourth embodiment.
図7において、実施例4の振動センサは実施例3の構成に加えて、固定電極11,12と対向する可動電極13の端部を折り曲げ加工し、下方へ壁状に突出した縁部18を形成する。なお、縁部18は、図10に示す従来の振動センサ51の可動電極51Mに形成されるものと同じである。これにより、固定電極11,12と可動電極13との間に生じる容量変化を大きくすることができる。なお、実施例1または実施例2の構成に実施例4の可動電極13の縁部18の形成方法を適用してもよい。
In FIG. 7, in addition to the configuration of the third embodiment, the vibration sensor of the fourth embodiment bends the end of the
以上説明した各実施例の振動センサは、発電素子で発生させた微弱な電流を容量素子に蓄電したエネルギーで動作させる振動センサノードの構成部品として用いることができる。また、当該振動センサノードは、振動検知に要する消費電力をサブナノワットレベルに低減できるので、振動センサノードの動作時間を延ばすことができる。 The vibration sensor of each embodiment described above can be used as a component part of a vibration sensor node that operates with the energy stored in the capacitor element by the weak current generated by the power generation element. Further, since the vibration sensor node can reduce the power consumption required for vibration detection to the sub-nanowatt level, the operation time of the vibration sensor node can be extended.
11,12 固定電極
13 可動電極
14 バネ
15 支柱
16 突起部
17 曲げ支持部
18 縁部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記可動電極、前記バネ、および棒状の突起部を有する前記支柱が一体形成された部材と、棒状の突起部を有する前記固定電極が形成された部材とをそれぞれ所定の厚さの金属薄板で構成し、
前記支柱に対して前記可動電極および前記バネを一体で折り曲げ加工した後に、前記支柱および前記固定電極の突起部を前記支持基板上に形成された穴部に挿入して組み立てた構成であり、
前記バネの付け根となる前記可動電極および前記支柱の位置に、前記バネの延長線上にそれぞれL字型の切り込みを形成し、当該切り込み部を折り曲げて前記バネが形成された構成である
ことを特徴とする振動センサ。 A vibration that includes a fixed electrode and a support fixed to the support substrate, and a movable electrode supported by the support via a spring, and the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode is displaced by the displacement of the movable electrode due to external vibration. In the sensor
A member in which the movable electrode, the spring, and the support column having a rod-shaped projection are integrally formed, and a member in which the fixed electrode having a rod-shaped projection is formed are each formed of a metal thin plate having a predetermined thickness. And
After bending integrally with the movable electrode and the spring to the strut, Ri configuration der assembled and inserted into the strut and the hole part a protrusion formed on the supporting substrate of the fixed electrode,
The spring is formed by forming L-shaped cuts on the extension lines of the springs at the positions of the movable electrode and the support that are the roots of the springs, and bending the cut parts. Vibration sensor.
前記支柱および前記固定電極に設けられる前記突起部の間に、前記支持基板に対する前記支柱および前記固定電極の角度を固定する曲げ支持部を設けた構成である
ことを特徴とする振動センサ。 The vibration sensor according to claim 1,
A vibration sensor, characterized in that a bending support portion for fixing an angle of the support column and the fixed electrode with respect to the support substrate is provided between the protrusions provided on the support column and the fixed electrode.
前記固定電極と対向する前記可動電極の端部を折り曲げた構成である
ことを特徴とする振動センサ。 The vibration sensor according to claim 1 or 2 ,
A vibration sensor, wherein the end of the movable electrode facing the fixed electrode is bent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011283581A JP5718219B2 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Vibration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011283581A JP5718219B2 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Vibration sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013134108A JP2013134108A (en) | 2013-07-08 |
JP5718219B2 true JP5718219B2 (en) | 2015-05-13 |
Family
ID=48910908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011283581A Expired - Fee Related JP5718219B2 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Vibration sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5718219B2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08221542A (en) * | 1995-02-09 | 1996-08-30 | Omron Corp | Vibration sensor |
JP5284993B2 (en) * | 2010-02-03 | 2013-09-11 | 日本電信電話株式会社 | Power generation sensor element and sensor node |
-
2011
- 2011-12-26 JP JP2011283581A patent/JP5718219B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013134108A (en) | 2013-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6421239B2 (en) | Composite spring MEMS resonator for oscillator and real-time clock applications | |
JP4641217B2 (en) | Microphone and manufacturing method thereof | |
JP5687329B2 (en) | Micromachined piezoelectric X-axis gyroscope | |
US8567246B2 (en) | Integrated MEMS device and method of use | |
JP6481028B2 (en) | Multi-coil spring MEMS resonator for oscillator and real-time clock applications | |
CN206341427U (en) | Mems microphone | |
US9291638B2 (en) | Substrate curvature compensation methods and apparatus | |
CN103823082A (en) | Method of manufacturing capacitive acceleration sensor, and capacitive acceleration sensor | |
US10501310B2 (en) | Microelectromechanical resonator with improved electrical features | |
WO2018040259A1 (en) | Sensitive membrane and mems microphone | |
JP2007163244A (en) | Acceleration sensor element and acceleration sensor | |
JP2015141184A (en) | Angular velocity sensor, sensor element, and manufacturing method for sensor element | |
CN102620812A (en) | Vibration detecting device | |
JP5718219B2 (en) | Vibration sensor | |
JP2010216846A (en) | Sensor device | |
CN113917186B (en) | Acceleration sensor | |
JP4466283B2 (en) | Gyro sensor | |
JP5718218B2 (en) | Vibration sensor | |
JP5162206B2 (en) | Oscillator, oscillator manufacturing method, and oscillator | |
CN112444238A (en) | Acceleration gyro sensor | |
JP2016145762A (en) | Gas sensor | |
US8111109B2 (en) | Temperature compensated piezoelectric oscillator | |
JP2008014744A (en) | Acceleration sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140821 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140902 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150317 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5718219 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |