JP6506615B2

JP6506615B2 - Sensor element, physical sensor, and external force detection method

Info

Publication number: JP6506615B2
Application number: JP2015101686A
Authority: JP
Inventors: 翔霜鳥; 隆行原松; 武藤　猛; 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: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: JP2016217827A

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 for detecting an external force such as acceleration, pressure, gravity, etc., a container having a fixed electrode formed at its bottom, a crystal piece cantilevered inside the container and provided with an excitation electrode and a movable electrode on its surface (Patent Document 1) is known. When an external force is applied to the external force detection device in a state in which 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 is changed. In the above-described external force detection device, the change in capacitance resulting from 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 the crystal fragments and the like change with time due to the influence of temperature and the like, the frequency detected by the above-described external force detection device includes these time-dependent components. Therefore, in the conventional external force detection device, such a temporal change component of the frequency becomes noise, which is a cause that high-precision measurement is hindered.

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, the present invention aims to provide a sensor element, a physical sensor, and an external force detection method capable of performing highly accurate measurement by removing a time-dependent component as noise at a detected frequency. I assume.

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、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、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る。
また、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、可動部及び固定部の少なくとも一方は、複数形成され、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る。 The present invention is a sensor element, which is formed of a plate-like movable portion disposed on the base in a state in which the distance to the base can be changed, and at least the same material as the movable portion and keeps the distance to the base constant. 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, and a first base electrode formed on the base and facing the movable electrode; And a second base electrode formed on the base and facing the fixed electrode, wherein each of the movable portion and the fixed portion is formed using a part of a single crystal plate held by the base, and the movable portion is , Formed in a cantilevered shape in a part of the quartz plate .
Further, according to the present invention, there is provided a sensor element, which is formed of a plate-like movable portion disposed on the base in a state in which the distance to the base can be changed, and at least the same material as the movable portion. A plate-like fixed portion disposed on the base in a held state, a movable electrode formed on the movable portion, a fixed electrode formed on the fixed portion, and a first base electrode formed on the base and facing the movable electrode And a second base electrode formed on the base and facing the fixed electrode, at least one of the movable portion and the fixed portion is formed in a plurality, and when a plurality of movable portions are formed, the plurality of movable portions are At least one of the length and the weight of the movable part is different from each other.

また、上記した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。 Also, the piezoelectric select a piezoelectric vibrator is electrically connected to the sensor element as described above, an oscillation circuit for vibrating the piezoelectric vibrator at a predetermined frequency, one of the movable electrode and the fixed electrode of the sensor element And a selection unit electrically connected to the vibrator. Further, in the above physical sensor, the piezoelectric vibrator may be formed on a part of the movable portion of the sensor element or may be formed in a different place from the movable portion.

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 the external force detection method using the above physical sensor, wherein the output value from the second base electrode or the fixed electrode is used for the output value from the first base electrode or the movable electrode of the sensor element. This external force detection method detects 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, since the temporal change component of the frequency is removed as noise from the frequency value output from the movable electrode or the first base electrode, 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 which concerns on 1st Embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in alignment with the AA 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 in alignment with 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 the C-C 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. Further, in order to describe the following embodiments, in the drawings, a part is enlarged or described with emphasis, for example. Further, hatched portions in the drawings represent metal films unless otherwise specified. In each of 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 taken as an XZ plane. In the XZ plane, the longitudinal direction of the sensor element 100 is referred to as an X direction, and the direction orthogonal to the X direction is referred to as a Z direction. The direction orthogonal to the XZ plane (the thickness direction of the sensor element 100) is referred to as the 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 direction of the arrow 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 using the drawings. FIG. 1: shows an example of the sensor element 100 which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing along the AA of (a). FIG. 2 is a perspective view showing the main part of the sensor element 100 of FIG. 3 shows the main part of the sensor element 100 of FIG. 1, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line B-B in (a). FIG. 4 is a plan view showing the main part of the sensor element 100 of FIG. In addition to the metal film, the cross section is also hatched in FIG.

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 has a plate portion 10 and a package 20 for mounting and accommodating the plate portion 10. 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 through.

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 having a long side in the X direction and a short side in the Z direction as viewed from the Y direction and a plate shape having the Y direction as the thickness direction. It is a member of The plate portion 10 is formed in 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 modulus of elasticity, the rigidity of the plate portion 10 is secured. In addition, since the Z-cut quartz plate has less influence of anisotropy compared to other cut quartz plates such as AT-cut, the plate portion 10 can have a desired shape and size using a method 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 portion 10 has a support portion 11, a penetration portion 12, a movable portion 13 and a fixed portion 14. The support portion 11, the movable portion 13 and the fixed portion 14 are all formed of the same material, and are formed of a single plate-like member. Further, the thicknesses (lengths in the Y direction) of the support portion 11, the movable portion 13 and the fixed portion 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 shown in FIG. 3A, the support portion 11 is formed in a frame-like region surrounding the penetrating portion 12, the movable portion 13 and the fixed portion 14 when viewed from the Y direction. The support portion 11 is integrally formed with the movable portion 13 and the fixed portion 14, and is provided to support the movable portion 13 and the fixed portion 14 on the base 21. The support portion 11 is mounted on the base 21 via an adhesive 15 a or the like (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 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. The movable portion 13 is formed in a region surrounded by the through 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 has a substantially rectangular shape having a long side in the X direction and a short side in the Z direction as viewed from the Y direction, and is formed in a plate shape having the Y direction as the thickness direction. The movable portion 13 is disposed to face the base 21. The + X side end of the movable portion 13 and the + Z side and −Z side ends are formed along the penetrating portion 12, and the −X side end of the movable portion 13 is integrated with the support portion 11 . Thus, the movable portion 13 has a shape supported in a cantilever manner by the support portion 11 via the end portion on the −X side. Therefore, the elastic deformation of the movable portion 13 in the bending direction is facilitated, 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 being formed in the shape cantilevered in a part of board part 10. FIG.

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 fixing portion 14 is formed in a substantially rectangular shape having a long side in the X direction and a short side in the Z direction as viewed from the Y direction, and is formed in a plate shape having the Y direction as the thickness direction. The fixing portion 14 is fixed to the support portion 11, and the + X side, the −X side, and the + Z side end portion of the support portion 11 are integrated with the support portion 11. The fixing portion 14 is disposed to face the base 21 and the distance D2 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, as the plate portion 10, a glass plate, plate-like silicon, or the like may be employed instead of the quartz plate. Further, whether or not the support portion 11 is provided on the plate portion 10 is optional. Also, the movable portion 13 and the fixed portion 14 may be formed of a single plate member and may be formed of a plurality of plate members instead of being 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. Also, some or all of the support portion 11, the movable portion 13 and the fixed portion 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。 The movable electrode 16 is formed on the back surface (surface on the −Y side) 13 a of the movable portion 13. The movable electrode 16 is provided 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 tip 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 chromium (NiCr), nickel titanium (NiTi), nickel as an underlayer for enhancing the 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。 The 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 to face a second base electrode 25 which will be described later, which is formed on the bottom surface 21 d of the base 21. The fixed electrode 17 is formed in a rectangular region on the tip side (+ X side) of the fixed portion 14 and is formed 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 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。 The first lead electrode 18 and the second lead electrode 19 are formed on the back surface (the surface on the −Y side) 10 a of the plate portion 10. The first lead electrode 18 and the second lead electrode 19 are each formed in a band-like region extending in the X direction. The first lead-out electrode 18 is drawn from the movable electrode 16 in the −X direction, and is formed to the end on the −X side of the plate portion 10. The first lead electrode 18 is a metal film having the same configuration as the movable electrode 16, and is integrally formed with the movable electrode 16. Further, the second extraction electrode 19 is extracted from the fixed electrode 17 in the −X direction, and is formed to the end on the −X side of the plate portion 10. The second extraction electrode 19 is a metal film having the same configuration as that of the fixed electrode 17, and is integrally formed 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, instead of being formed on the back surface 10a of the plate portion 10, some or all of the electrodes 17 and the like may be formed on the surface (the surface on the + Y side) 10b of the plate portion 10, The size and configuration may be different. 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. The above-mentioned deformation matters are similarly applied to the movable electrode 416 and the like according to another embodiment described 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 (the surface on the + Y side) of the base 21 has a recess 21 b and a bonding surface 21 c surrounding the recess 21 b. The recess 21 b is used as a space for accommodating the plate portion 10 and for moving the movable portion 13. The joint surface 21 c is a portion joined to the cover 22 via the seal ring 23 and is formed to face the joint surface 22 a of the cover 22 described later. For example, inexpensive and easily formed ceramic is used for the base 21, but glass, silicon, resin, metal or the like may be used instead of the 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 pedestals 21e and 21f that project in the + Y direction from the bottom surface 21d of the recess 21b. The pedestals 21 e and 21 f are respectively formed in the + X side and the −X side of the bottom surface of the recess 21 b 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 21 h and 21 i which penetrate the surface 21 g or the bottom surface 21 d of the base 21 e (the surface on the + Y side) and the back surface 21 a of the base 21 in the Y direction. (See Fig. 1 (b)). Each of the four through holes 21h and 21i has a substantially truncated conical 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. It 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。 The first base electrode 24 and the 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 as viewed from the Y direction, and is formed to face the movable electrode 16 (see FIG. 3B). In addition, the second base electrode 25 is formed in a rectangular shape as 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, respectively. The first base electrode 24 and the second base electrode 25 are metal films having the same configuration as the movable electrode 16. Note that one or both of the first base electrode 24 and the second base electrode 25 may be different 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 those described above.

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 (the surface on the + Y side) 21g of the pedestal 21e provided in the region on the −X side of the recess 21b, and are formed side by side in the Z direction There is. The two connection electrodes 26 and 27 are respectively 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, for example, metal films having the same configuration as the first base electrode 24 described above. Further, an adhesive 15 c for fixing the plate portion 10 to the base 21 is disposed on the surface (surface on the + Y side) 21 j of the pedestal portion 21 f provided in the region on the + X side of the recess 21 b.

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 the regions corresponding to the four corner portions, respectively. Among the four external electrodes 28a and the like, the external electrode 28a on the -X side and the + Z side and the external electrode 28b on the -X side and the -Z side are formed in a region including the through hole 21h on the -X side. The external electrode 28c on the −X side and the + Z side and the external electrode 28d on the −X side and the −Z side are respectively formed in a region including the through hole 21i on the + X side. The external electrodes 28 a and the like are metal films having the same configuration as the first base electrode 24 described above, for example. The external electrodes 28 a and the like are used as mounting terminals when mounting 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 21 h 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 to the external electrode 28 a 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 with the external electrode 28 b on the −X side and the −Z side. The through electrode 29 on the + X side and the + Z side electrically connects the first base electrode 24 to the + X side and the + Z side external electrode 28c. The through electrode 29 on the + X side and the −Z side electrically connects the second base electrode 25 to the + X side and the external electrode 28 d on the −Z side. The electrical connection may be made via a castellation provided by cutting away 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 plate shape which does not have the recessed part 21b. Further, whether or not the base 21e and the like are provided on the base 21 is optional, and the configuration of the base 21e and the like, the shape and size of the connection electrode 26 and the like formed on the surface, the external electrode 28a and the like, and the through electrode 29 Can also be set arbitrarily.

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, for example, in a rectangular shape as viewed from the Y direction and in a plate shape in which the Y direction is a thickness direction. As the cover 30, for example, metal materials such as nickel (Ni), 42 alloy (Fe-Ni), kovar (Fe-Ni-Co), iron (Fe), copper (Cu) and the like are used, but instead of metal materials Ceramics, glass, silicon, resins, etc. may be used. In the region of the peripheral portion of the back surface (the surface on the −Y side) of the cover 22, a bonding surface 22 a formed facing the bonding surface 21 c of the base 21 is provided. The bonding surface 22 a is bonded to the bonding surface 21 c of the base 21 via 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 annularly formed, and is joined to the joint 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 is a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. In addition, joining with the base 21 and the cover 22 is not limited to performing via the seal ring 23, For example, you may join via a brazing material, solder, and various joining materials, and do not use a joining material etc. May be bonded directly to the

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。 Adhesive materials 15 a, 15 b, 15 c are disposed at three locations between the support portion 11 of the plate portion 10 and the pedestal portions 21 e, 21 f of the base 21. The plate portion 10 is mounted in a state of being supported at three points on the base 21 via the adhesive 15 a. The adhesive 15 a and the like are disposed on the surface of the connection electrodes 26 and 27 and the surface (the surface on the + Y side) 21 j of the pedestal portion 21 f on the + X side. As adhesive 15a, 15b arrange | positioned on each surface of connection electrode 26 grade | etc., A conductive adhesive is used, for example, and a polyimide-type conductive adhesive, the paste of gold | metal | money, silver, etc. are used. The adhesive 15 a electrically connects the connection electrode 26 and the first lead electrode 18. Thereby, the external electrode 28a and the movable electrode 16 are electrically connected. The adhesive 15 b electrically connects the connection electrode 27 and the second lead electrode 19. Thereby, the external electrode 28b and the fixed electrode 17 are electrically connected. As the adhesive 15c disposed on the surface (the surface on the + Y side) of the pedestal portion 21f on the + X side, the same one as the adhesive 15a described above, for example, 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。 In addition, the board part 10 is not limited to supporting from three points in the base 21. FIG. For example, the plate unit 10 may be configured to be supported from two points or four or more points.

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 of manufacturing the sensor element 100 will be described. First, the plate portion 10, the base 21, the cover 22, and the seal ring 23 are prepared. The plate part 10 is formed by multiple chamfering which takes out each plate part 10 from a quartz plate. First, a quartz plate is prepared. The quartz plate is cut out of a single crystal of quartz by Z-cut to a predetermined thickness 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 lead electrode 18, and the second lead electrode 19 are patterned in a predetermined region on the back surface of the crystal plate by sputtering using a metal mask, vacuum evaporation, or the like. Finally, the quartz plate is diced and the individual plate portions 10 are taken out. In addition, it is the same as that of the manufacturing method mentioned above also about the manufacturing method of board part 310 grade | etc., Which concerns on embodiment mentioned later.

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 of a predetermined thickness is prepared for the base 21. Next, the predetermined shape of each sheet is removed by a press or the like. Then, after each sheet is laminated, it is cut and singulated, and further heated and fired. Subsequently, through electrodes 29 are formed in the through holes 21 h and the like by plating or the like. In addition, the first base electrode 24, the second base electrode 25, the connection electrode 26 and the like are formed on predetermined areas of the surface (+ Y side) of the base 21 and the back surface 21a by sputtering deposition or vacuum deposition via a metal mask. , And the 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。 First, a plate-like metal member formed to a predetermined thickness is prepared for the cover 22. Then, 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, the adhesive 15 a and the like are applied to the surfaces of the connection electrodes 26 and 27 and the surface 21 g of the + X-side pedestal 21 e. 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. As a result, the plate portion 10 is housed 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, and, for example, the bonding surface of the cover 22 on the surface (the surface on the + Y side) of the support portion 11 formed in a frame shape when viewed from the Y direction. 22a may be joined, and the joint surface 21c of the base 21 may be joined to the back surface (the surface on the -Y side) of the support portion 11. In this case, the cover 22 may be provided with a recess for forming the cavity 30, and the thickness of the support portion 11 may be larger than the thickness of the movable portion 13 and the fixed portion 14. The sensor element of this configuration may be manufactured using a wafer level packaging method in which wafers in which each of the plate portion 10, the base 21 and the cover 22 is chamfered are overlapped 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, the sensor element 100 is connected to a piezoelectric vibrator or the like that vibrates at a predetermined frequency, and detects a change in capacitance of the movable portion 13 and the first base electrode 24 as a frequency change. 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 temporal change component of the frequency value output from the movable electrode 16 or the first base electrode 24 is offset by the temporal change component of the frequency value output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25. As a result, since the temporal change component is removed as noise from the frequency value output from the movable electrode or the first base electrode, it is possible to measure the capacitance change 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 or to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and their description will be omitted or simplified. FIG. 5 is a schematic configuration view showing an example of the physical sensor 1 according to the second embodiment. The physical sensor 1 is, for example, a sensor that measures and detects 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 sectional drawing including the movable part 13 of the sensor element 100 and sectional drawing containing the fixing | fixed part 14 are written together.

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 vibrating piece 41, excitation electrodes 42 and 43, a base 44, and a container 45. The quartz crystal vibrating piece 41 is a plate-like member formed of quartz crystal, and is supported in a cantilever manner inside the container 45. The excitation electrodes 42 and 43 are formed in predetermined regions on the front and back surfaces of the quartz crystal vibrating piece 41, respectively. The excitation electrode 42 is electrically connected to the oscillation circuit 50. In addition, 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 the end of the crystal vibrating piece 41 is joined to the surface, and supports the crystal vibrating piece 41 in a cantilever manner. The container 45 has, for example, the same configuration as the package 20 described above.

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 causes the piezoelectric vibrator 40 to oscillate at a predetermined frequency. By applying a predetermined voltage to the excitation electrodes 42 and 43 through the oscillation circuit 50, the crystal vibrating reed 41 continuously oscillates at a predetermined frequency. The selection unit 60 has a function of selecting one of the movable electrode 16 and the fixed electrode 17 and electrically connecting it to the piezoelectric vibrator 40. The selection unit 60 has, 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 the external electrode 28c and the oscillation circuit. Connect the 50 electrically. 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, and the external electrode 28d and The oscillator 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 detection unit 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 through the oscillation circuit 50. doing. The data processing unit 80 is formed of, 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 between the frequency value output from the electrode 25 and 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。 Subsequently, 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 oscillator 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 for the oscillation circuit 50, and Cv is a movable electrode. A variable capacitance C 16 is a reference capacitance 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 equation (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 quartz oscillator, and Fr is a resonant frequency of the quartz oscillator 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 and electrically connects the movable electrode 16 and the piezoelectric vibrator 40, the load capacitance of the crystal vibrating reed 41 is such that Cv is added to CL. Y) represented by the following equation (2) is substituted in place of CL in the equation (4).

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)
Therefore, assuming that the variable capacitance Cv changes from Cv1 to Cv2 due to the bending of the movable portion 13, the change in frequency 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 separation distance between the movable electrode 16 and the first base electrode 24 when no external force is applied to the movable part 13 is d1, and the separation distance when an external force is applied to the movable part 13 is d2. Then, the following equation (4) holds.
Cv1 = S × ε / d1
Cv2 = S × ε / d2 (4)
Where S is the area of the opposing region of the movable electrode 16 and the first base electrode 24 and ε is the relative dielectric constant.
Since d1 is known, it can be seen that ΔFL and d2 have a corresponding 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 and electrically connects the fixed electrode 17 and the piezoelectric vibrator 40, the load capacitance of the crystal vibrating reed 41 is such that Cv0 is added 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 bends, the tip portion is elastically deformed in the Y direction, and the capacitance Cv and the frequency change. If the frequency detected when the movable portion 13 is not bent is FL1 and the frequency detected when the movable portion 13 is bent due to an external force acting is FL2, then the movable electrode 16 or the first base electrode 24 is used. The variation FL1-FL2 of the frequency value output from the signal is expressed by the above equation (3), but the frequency FL2 contains a time-dependent component. Therefore, the frequency FL1 is replaced with the frequency FL3 output from the fixed electrode 17 or the second base electrode 25 when the movable portion 13 is bent, and the change of the frequency value is calculated. That is, the movable portion 13 and the fixed portion 14 are accommodated in the same material and in the same cavity 30, and both the frequency FL2 and the frequency FL3 contain temporal change components. Therefore, by determining the difference value between the frequency FL2 and the frequency FL3, this temporal change component is offset. Thus, the external force acting on the physical sensor is corrected by correcting the output value FL2 from the first base electrode 24 or the movable electrode 16 using the output value FL3 from the second base electrode 25 or the fixed electrode 17. It is 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。 Subsequently, an example of the operation of the physical sensor 1 will be described.
The crystal unit 40 continuously oscillates at a predetermined frequency using the oscillation circuit 50. This frequency is set to, for example, 30 MHz. 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 switching of the selection by the selector 60 is automatically performed, for example, at predetermined time intervals, but may be switched manually at a desired timing. The frequency detection unit 70 constantly monitors the frequency 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 in a bent state. At this time, the frequency detection unit 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. These pieces of frequency information are transmitted to the data processing unit 80, and the data processing unit 80 calculates the difference between the two frequency values. Further, the external force is calculated from the relationship between the difference value and the external force. Thus, 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, since the temporal change component is removed as noise in the detected frequency value, 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 a third embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as or to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and their description will be omitted or simplified. FIG. 7 shows an example of the sensor element 300 according to the third embodiment, where (a) is a plan view of the main part, (b) is a bottom view of the main part, and (c) is a cross-sectional view. In the sensor element 300 according to the third embodiment, the configuration of electrodes mainly provided to the plate portion 310 is different from that of the sensor element 100 described above.

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 portion 310 has the same configuration as the plate portion 10 described above, but is formed of a piezoelectric material. The plate portion 310 is an AT-cut crystal material, but a cut-off crystal material other than the AT-cut, lithium tantalate, lithium niobate, or the like may be used. As shown in FIG. 7, excitation electrodes 342 a and 342 b and lead electrodes 344 a and 344 b are formed on the surface (surface on the + Y side) of the plate portion 310. The excitation electrodes 342a and 342b are provided on 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 344a and 344b are drawn out from the excitation electrodes 342a and 342b in the -X direction, and are formed to the back surface 11a of the support 11 via the side surface 11c on the -X side of the support 11. The excitation electrodes 342a and 342b are electrically connected to the connection electrodes 26 and 27 via the lead-out electrodes 344a and 344b and the bonding 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 (surface on the −Y side) of the plate portion 310, the above-mentioned lead-out 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 a region overlapping with 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 are 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. The fixed electrode 17 and the excitation electrode 343 b are electrically connected to each other through the lead electrode 319. Each of the above-described electrodes has, for example, the configuration of a conductive metal film similar to the above-described movable electrode 16.

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 by applying a predetermined voltage to the excitation electrode 343 a and the like. That is, the plate portion 310 has a function as a piezoelectric vibrating reed. Therefore, the sensor element 300 is configured to have the function of the piezoelectric vibrator 40 as well. 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 is 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 a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as or to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and their description will be omitted or simplified. FIG. 8 shows an essential part of an example of the sensor element 400 according to the fourth embodiment, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line C-C of (a). In addition, in FIG.8 (b), the metal film and the cross section are represented by hatching. The sensor element 400 is different from that of the sensor element 100 according to the first embodiment mainly in the configuration of the electrodes provided on the surface of the plate portion and 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 further includes a movable portion 413 on the −Z side of the movable portion 13 and the fixed portion 14 described above. The plate portion 410 has a penetration portion 412, movable portions 13 and 43, a fixed portion 14 and a support portion 411. The plate portion 410 is formed of, for example, one quartz plate material. The movable portion 413 on the −Z side is shorter in length (length in the X direction) than the movable portion 13 on the + Z side. Therefore, the movable widths of the movable parts of the movable parts 13 and 43 are different from each other. Further, the movable portion 413 is formed thinner than the movable portion 13. Thus, the two movable parts 13 and 413 have different lengths and thicknesses, and different weights. Therefore, it is formed between the electrostatic 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 (the surface on the + Y side) of the base. Of the variable width. The movable portion 413 on the −Z side may be formed longer in length of the movable portion than the movable portion 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 (surface on the -Y side) 413a of the movable portion 413 on the -Z side. The movable electrode 416 is formed to face the base electrode (not shown) described above. Also, on the back surface 413a of the movable portion 413 on the -Z side, it is drawn from the end on the -X side of the movable electrode 416 to the end on the -X side of the plate portion 410, and 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 43. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the plate portion 410 may have three or more movable portions 13 and the like. In this case, each of the plurality of movable parts 13 and the like may be configured to differ in either or both of the length and the weight of the movable part. When a plurality of movable parts are provided in the plate part, the width (length in the X direction) of the movable part, the shape of the movable part, or the amount of metal film formed on the surface of the movable part may be different. Good. Further, the plate portion 410 may be configured to include a plurality of fixing portions 14. Further, the plate portion 410 may be configured to have a plurality of both the movable portion 13 and the like and the fixed portion 14. In addition, the movable portion 13 and the like and the fixed portion 14 may be formed of a single plate member and may be formed of a plurality of plate members instead of being integrally configured, and are formed separately from each other It is 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 the plurality of movable parts 13 and 43 with different configurations are provided, a desired movable part can be selected according to the measurement band of the frequency to be detected. Therefore, frequency interference can be prevented by, for example, selecting a movable portion in which the self-resonant frequency is out of the frequency measurement band.

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, but 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, part of the configuration of the above-described embodiment may be omitted, and part of the configuration of the above-described embodiment and 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: Spacing 1: Physical sensor 13, 413: Movable part 14, 414: Fixed part 16, 416: Movable electrode 17: Fixed electrode 21: Base 24: First base electrode 25: Second base electrode 40: Piezoelectric vibration Element 50: Oscillation circuit 60: Selection unit 100, 300, 400: Sensor element

Claims

A plate-like movable portion disposed on the base in a state where the distance to the base can be changed;
A plate-like fixed portion formed of the same material as at least the movable portion and disposed on the base in a state where the distance to the base is kept constant;
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;
Each of the movable portion and the fixed portion is formed by using a part of one crystal plate held by the base,
The sensor element, wherein the movable portion is formed in a cantilevered shape in a part of the crystal plate.

A plate-like movable portion disposed on the base in a state where the distance to the base can be changed;
A plate-like fixed portion formed of the same material as at least the movable portion and disposed on the base in a state where the distance to the base is kept constant;
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;
A plurality of at least one of the movable portion and the fixed portion is formed,
When a plurality of movable parts are formed, a plurality of the movable parts are sensor elements in which at least one of the length and the weight of the movable parts is different from each other.

A plate-like movable portion disposed on the base in a state in which the distance to the base can be changed, and at least the same material as the movable portion and disposed on the base while maintaining a constant distance to the base Plate-like fixed part, a movable electrode formed on the movable part, a fixed electrode formed on the fixed part, a first base electrode formed on the base and facing the movable electrode, and the base A sensor element comprising: a second base electrode formed on the upper surface and facing the fixed electrode ;
A piezoelectric vibrator electrically connected to the sensor element;
An oscillation circuit that vibrates the piezoelectric vibrator at a predetermined frequency;
A selection unit which selects one of the movable electrode and the fixed electrode of the sensor element and electrically connects the selected one to the piezoelectric vibrator.

The physical sensor according to claim 3 , wherein the piezoelectric vibrator is formed at a part of the movable portion of the sensor element, or formed at a location different from the movable portion.

An external force detection method using the physical sensor according to claim 3 or claim 4 , wherein
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 How to detect external force.