JPH04127575U - Acceleration detection device - Google Patents

Acceleration detection device

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JPH04127575U
JPH04127575U JP1991043206U JP4320691U JPH04127575U JP H04127575 U JPH04127575 U JP H04127575U JP 1991043206 U JP1991043206 U JP 1991043206U JP 4320691 U JP4320691 U JP 4320691U JP H04127575 U JPH04127575 U JP H04127575U
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displacement
diaphragm
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weight body
detection device
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高感度の加速度検出が可能であり、かつ、堅
牢性を備えた加速度検出装置を提供すること。 【構成】 支持基板100の中央部には貫通孔101が
形成されており、その下面に接合された下部筐体110
により第1の部屋R1が、上面に接合された上部筐体1
20により第2の部屋R2が、それぞれ形成される。第
2の部屋内には、椀状ダイヤフラム130が取り付けら
れ、その中央部から接合部材141を介して重錘体14
0が宙吊り状態となっている。第1の部屋R1内には、
ダンピング用オイルが充填される。ダイヤフラムに接合
された変位基板150上には、変位電極21,23,2
5が形成され、これに対向するように、上部筐体120
の内側底面には、絶縁層160を介して固定電極11,
13,15が形成される。対向する電極の静電容量の変
化から、重錘体に作用した三次元の加速度が検出でき
る。
(57) [Summary] [Purpose] To provide an acceleration detection device that is capable of highly sensitive acceleration detection and has robustness. [Structure] A through hole 101 is formed in the center of the support substrate 100, and a lower housing 110 is bonded to the lower surface of the through hole 101.
The first room R1 is connected to the upper surface of the upper housing 1.
20 respectively form a second room R2. A bowl-shaped diaphragm 130 is installed in the second chamber, and a weight body 14 is connected to the center of the bowl-shaped diaphragm 130 via a joining member 141.
0 is hanging in the air. Inside the first room R1,
Filled with damping oil. Displacement electrodes 21, 23, 2 are disposed on the displacement substrate 150 joined to the diaphragm.
5 is formed, and the upper housing 120 is opposite to this.
Fixed electrodes 11,
13 and 15 are formed. Three-dimensional acceleration acting on the weight body can be detected from changes in the capacitance of the opposing electrodes.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

【0001】0001

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本考案は加速度検出装置、特に一対の電極間の静電容量の変化に基づいて、作 用した力を検出する加速度検出装置に関する。 The present invention is based on an acceleration detection device, in particular, a change in capacitance between a pair of electrodes. The present invention relates to an acceleration detection device that detects applied force.

【0002】0002

【従来の技術】[Conventional technology]

自動車産業や機械産業などでは、作用した力を正確に検出できる加速度検出装 置の需要が高まっている。特に、三次元の各成分ごとに作用した加速度を検出し うる小型の装置が望まれている。 In the automobile and machinery industries, acceleration detection devices that can accurately detect applied forces are used. Demand for storage facilities is increasing. In particular, it detects the acceleration acting on each three-dimensional component. There is a need for a small and efficient device.

【0003】 このような需要に応えるため、シリコンなどの半導体基板にゲージ抵抗を形成 し、外部から加わる力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗効果 を利用して電気信号に変換する加速度検出装置が提案されている。ただ、このよ うなゲージ抵抗を用いた検出装置は、製造コストが高く、温度補償が必要である という問題がある。そこで、特願平2−274299号明細書において、静電容 量の変化を利用した新規な加速度検出装置が提案されている。この新規な加速度 検出装置では、固定基板上に形成された固定電極と、力の作用により変位を生じ る変位電極と、によって容量素子が構成され、この容量素子の静電容量の変化に 基づいて、作用した力の三次元成分のそれぞれが検出できる。また、特願平2− 416188号明細書には、この新規な加速度検出装置の製造方法が開示され、 特許協力条約に基づく国際出願に係るPCT/JP91/00428号明細書に は、この新規な加速度検出装置の検査方法が開示されている。0003 To meet this demand, gauge resistors are formed on semiconductor substrates such as silicon. The piezoresistive effect reduces the mechanical strain that occurs on the board due to external forces. An acceleration detection device has been proposed that utilizes this to convert into an electrical signal. However, this Detection devices using gauge resistors are expensive to manufacture and require temperature compensation. There is a problem. Therefore, in the specification of Japanese Patent Application No. 2-274299, the capacitance A new acceleration detection device that utilizes changes in quantity has been proposed. This new acceleration The detection device uses a fixed electrode formed on a fixed substrate and a device that generates displacement due to the action of force. A capacitive element is constructed by the displacement electrode and the capacitive element. Based on this, each of the three-dimensional components of the applied force can be detected. In addition, the patent application Hei 2- 416188 discloses a method for manufacturing this novel acceleration detection device, In the specification of PCT/JP91/00428 related to the international application based on the Patent Cooperation Treaty discloses a method for testing this new acceleration detection device.

【0004】0004

【考案が解決しようとする課題】[Problem that the idea aims to solve]

しかしながら、上述した静電容量の変化を利用した新規な加速度検出装置には 、堅牢性と高感度性とを両方ともに満足しうる装置を製造するのが困難であると いう問題がある。加速度検出装置は、近年になって、特に自動車における需要が 高まってきており、高感度の加速度検出が可能であり、かつ、堅牢性を備えた装 置が望まれている。ところが、従来提案されている加速度検出装置では、感度を 向上させるためには、微小な加速度が作用しても撓みを生じるような構造が必要 になり、堅牢性は逆に低下してしまうことになる。 However, the new acceleration detection device that uses the change in capacitance mentioned above has , it is difficult to manufacture a device that satisfies both robustness and high sensitivity. There is a problem. Demand for acceleration detection devices has increased in recent years, especially in automobiles. In recent years, devices that are capable of high-sensitivity acceleration detection and are robust are becoming increasingly popular. placement is desired. However, the sensitivity of conventionally proposed acceleration detection devices is limited. In order to improve this, it is necessary to have a structure that can deflect even when a minute acceleration is applied. Therefore, the robustness will be reduced.

【0005】 そこで本考案は、高感度の加速度検出が可能であり、かつ、堅牢性を備えた加 速度検出装置を提供することを目的とする。[0005] Therefore, the present invention was developed to enable highly sensitive acceleration detection and to provide robust acceleration. An object of the present invention is to provide a speed detection device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

(1) 本願第1の考案は、加速度検出装置において、 中央部に貫通孔をもった支持基板と、 この支持基板の下面に接合され、内部に第1の部屋を形成する下部筐体と、 この支持基板の上面に接合され、内部に第2の部屋を形成する上部筐体と、 第2の部屋内において、支持基板の上面に取り付けられたダイヤフラムと、 第1の部屋内に、部屋の壁面と所定間隔を保って収容された重錘体と、 支持基板の貫通孔に挿通し、一端が重錘体に接合され、他端がダイヤフラムの 下面に接合された接合部材と、 ダイヤフラムの上面に接合された変位基板と、 を設け、重錘体に作用した加速度を、変位基板と上部筐体内の所定の固定面と の間の距離の変化として検出しうるようにしたものである。 (1) The first invention of the present application is an acceleration detection device that includes: A support board with a through hole in the center, a lower casing joined to the lower surface of the support substrate and forming a first chamber therein; an upper casing joined to the upper surface of the support substrate and forming a second chamber therein; In the second chamber, a diaphragm attached to the upper surface of the support substrate; a weight body housed in the first room at a predetermined distance from the wall of the room; It is inserted into the through hole of the support board, one end is connected to the weight body, and the other end is connected to the diaphragm. a joining member joined to the lower surface; a displacement substrate bonded to the top surface of the diaphragm; is installed, and the acceleration acting on the weight body is transferred between the displacement board and a predetermined fixed surface inside the upper housing. It is designed so that it can be detected as a change in the distance between.

【0007】 (2) 本願第2の考案は、上述の加速度検出装置において、 ダイヤフラムと変位基板との間に更に上部筐体に固定された補助基板を設け、 この補助基板に形成した貫通孔を挿通する接合部材によって変位基板をダイヤフ ラムに間接的に接合し、 変位基板と補助基板との間の距離の変化を考慮して、外部からの力を検出する ようにしたものである。[0007] (2) The second invention of the present application is, in the above-mentioned acceleration detection device, An auxiliary board fixed to the upper housing is further provided between the diaphragm and the displacement board, The displacement board is attached to the diaphragm by the joining member inserted through the through hole formed in this auxiliary board. indirectly connected to the ram, Detecting external forces by considering the change in distance between the displacement board and the auxiliary board This is how it was done.

【0008】[0008]

【作 用】[Effect]

本考案の加速度検出装置では、重錘体は第1の部屋内において、接合部材によ ってダイヤフラムから宙吊りの状態となる。重錘体に加速度が作用すると、ダイ ヤフラムの変形によって、重錘体が第1の部屋内で変位する。重錘体と第1の部 屋の壁面との間は所定間隔だけ空けられている。したがって、重錘体の変位は、 この所定間隔を限度として制限される。このため、過度の加速度が作用した場合 であっても、重錘体の変位は限度を越えることがなく、ダイヤフラムを破損から 保護することができる。したがって、自動車に搭載した場合のような過酷な環境 下でも十分な堅牢性を確保できる。 In the acceleration detection device of the present invention, the weight body is placed in the first chamber by the joining member. It becomes suspended from the diaphragm. When acceleration acts on the weight body, the die Due to the deformation of the yaphram, the weight body is displaced within the first chamber. Weight body and first part There is a predetermined distance between it and the wall of the building. Therefore, the displacement of the weight body is It is limited to this predetermined interval. Therefore, if excessive acceleration is applied Even if can be protected. Therefore, it can be used in harsh environments such as when installed in a car. Sufficient robustness can be ensured even under

【0009】 重錘体の変位は、ダイヤフラムに接合された変位基板にまで伝達される。変位 基板150は、作用した加速度の向きおよび大きさに応じただけの変位を生じる ため、上部筐体内の所定の固定面と変位基板との間の距離の変化を、たとえば、 静電容量の変化として検出すれば、作用した加速度の向きおよび大きさの検出が できる。ダイヤフラムは、比較的微小な力の作用によっても変形を生じるので、 非常に感度の良い検出が可能である。[0009] The displacement of the weight body is transmitted to the displacement substrate joined to the diaphragm. displacement The substrate 150 produces a displacement corresponding to the direction and magnitude of the applied acceleration. Therefore, the change in distance between a given fixed surface in the upper housing and the displacement board, e.g. If detected as a change in capacitance, the direction and magnitude of the applied acceleration can be detected. can. Diaphragms are deformed even by the action of relatively small forces, so Very sensitive detection is possible.

【0010】 また、変位基板と補助基板との間の距離の変化を考慮した検出を行うことによ り、精度良い検出が可能になる。0010 In addition, by performing detection that takes into account changes in the distance between the displacement board and the auxiliary board, This enables highly accurate detection.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

以下、本考案を図示する実施例に基づいて説明する。図1は本考案の一実施例 に係る加速度検出装置の側断面図である。支持基板100は、中央部に貫通孔1 01を有する平板であり、端部にはねじ止め孔102が形成されている。このね じ止め孔102内にねじを挿通し、この装置を自動車などの被検査対象の所定位 置に固定する。支持基板100の下面には、下部筐体110が接合されており、 内部に第1の部屋R1が形成されている。また、支持基板100の上面には、上 部筐体120が接合されており、内部に第2の部屋R2が形成されている。この 実施例の装置では、支持基板100、下部筐体110、上部筐体120のいずれ もが金属によって構成されている。 Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments. Figure 1 is an example of the present invention. It is a side sectional view of the acceleration detection device concerning this. The support substrate 100 has a through hole 1 in the center. 01, and a screw hole 102 is formed at the end. This one Insert a screw into the fixing hole 102, and place this device at a predetermined position on the object to be inspected, such as an automobile. Fix it in place. A lower housing 110 is bonded to the lower surface of the support substrate 100, A first room R1 is formed inside. Further, on the upper surface of the support substrate 100, an upper The housing 120 is joined, and a second room R2 is formed inside. this In the device of the embodiment, any of the support substrate 100, the lower housing 110, and the upper housing 120 It is also made of metal.

【0012】 第2の部屋R2内には、支持基板100の上面に伏せるように椀状ダイヤフラ ム130が取り付けられている。この実施例では、りん青銅によってダイヤフラ ム130を構成している。ダイヤフラム130は、全体形状は椀状をしており、 各部は波をうった構造となっている。このように波形をした椀状のダイヤフラム を用いると、検出感度を高めるのに効果的である。感度が低くて良い場合は、平 板型のダイヤフラムを用いてかまわない。第1の部屋R1内には、部屋の壁面と 所定間隔を保つように、重錘体140が収容されている。重錘体140は、この 実施例では円柱形状をしており、その側面および底面は、所定間隔をおいて下部 筐体110の内壁によって囲まれており、上面は、支持基板100の下面に対し て所定間隔をおいて配されている。貫通孔101を挿通した接合部材141によ り、重錘体140はダイヤフラム130の下面中心部に接合されている。したが って、重錘体140は、ダイヤフラム130の下面中心部に宙吊りの状態となっ ている。0012 Inside the second room R2, a bowl-shaped diaphragm is placed face down on the top surface of the support substrate 100. 130 is attached. In this example, the diaphragm is made of phosphor bronze. 130. The diaphragm 130 has a bowl-like overall shape, Each part has a wavy structure. A bowl-shaped diaphragm with a wave shape like this is effective in increasing detection sensitivity. If you prefer lower sensitivity, use flat A plate-shaped diaphragm may be used. Inside the first room R1, there are walls and The weight bodies 140 are housed so as to maintain a predetermined interval. The weight body 140 is In the example, it has a cylindrical shape, and the side and bottom surfaces are connected to the bottom at a predetermined interval. It is surrounded by the inner wall of the casing 110, and the upper surface is opposite to the lower surface of the support substrate 100. They are arranged at predetermined intervals. The joining member 141 inserted through the through hole 101 The weight body 140 is joined to the center of the lower surface of the diaphragm 130. However, Therefore, the weight body 140 is suspended in the center of the lower surface of the diaphragm 130. ing.

【0013】 重錘体140に加速度が作用すると、この加速度による力が接合部材141を 介してダイヤフラム130へと伝達され、その結果、ダイヤフラム130が変形 を生じることになる。結局、重錘体140は、第1の部屋R1内で加速度に基い て運動することになる。重錘体140の運動を円滑にするために、本実施例の装 置では、第1の部屋R1と第2の部屋R2の空間部にダンピング用のオイルを充 填してある。なお、各部屋内にオイルを完全に充填すると、オイルが熱膨張した ときに外部に漏れるおそれがある。したがって、実際には一部に気体を封入する のが好ましい。[0013] When acceleration acts on the weight body 140, the force due to this acceleration acts on the joining member 141. as a result, the diaphragm 130 deforms. will occur. In the end, the weight body 140 is I'm going to exercise. In order to make the movement of the weight body 140 smooth, the equipment of this embodiment is In the installation, the spaces between the first room R1 and the second room R2 are filled with damping oil. It has been filled. Note that when each chamber is completely filled with oil, the oil expands thermally. Sometimes there is a risk of leakage to the outside. Therefore, it is actually partially filled with gas. is preferable.

【0014】 重錘体140に作用した加速度に起因した変位は、ダイヤフラム130から更 に接合部材142を介して変位基板150に伝達される。したがって、変位基板 150は、作用した加速度の向きおよび大きさに応じただけの変位を生じる。そ こで、上部筐体120内の所定の固定面と変位基板150との間の距離の変化を 検出すれば、作用した加速度の向きおよび大きさの検出ができる。[0014] The displacement caused by the acceleration acting on the weight body 140 is displaced from the diaphragm 130. is transmitted to the displacement board 150 via the joining member 142. Therefore, the displacement substrate 150 produces a displacement corresponding to the direction and magnitude of the applied acceleration. So Here, the change in the distance between the predetermined fixed surface in the upper housing 120 and the displacement board 150 is If detected, the direction and magnitude of the applied acceleration can be detected.

【0015】 この装置では、この距離の変化を、静電容量の変化として検出できるようにし ている。すなわち、変位基板150の上面に5枚の変位電極21〜25(図1に はこのうち3枚のみが示されている)を形成し、上部筐体120の内側底面には 、絶縁層160を介して5枚の固定電極11〜15(図1にはこのうち3枚のみ が示されている)を形成している。絶縁層160を形成したのは、前述のように 、上部筐体120が金属からなるためである。この実施例では、変位基板150 を絶縁体で構成しているが、変位基板150を金属で構成した場合には、絶縁層 を介して変位電極21〜25を形成することになる。このように、変位基板およ び固定基板からなる電極対を5組形成しておけば、各電極対における静電容量の 変化に基づいて、電極間距離の変化を検出することができる。すなわち、重錘体 140に作用した加速度を検出することができる。この検出原理については、後 に説明する。[0015] This device makes it possible to detect this change in distance as a change in capacitance. ing. That is, five displacement electrodes 21 to 25 (as shown in FIG. (of which only three are shown), and the inner bottom surface of the upper housing 120 has a , five fixed electrodes 11 to 15 are connected via an insulating layer 160 (only three of these are shown in FIG. is shown). The insulating layer 160 was formed as described above. This is because the upper housing 120 is made of metal. In this embodiment, displacement substrate 150 is made of an insulator, but if the displacement board 150 is made of metal, an insulating layer Displacement electrodes 21 to 25 are formed through these. In this way, the displacement substrate and By forming five pairs of electrodes each consisting of a fixed substrate and a fixed substrate, the capacitance of each pair of electrodes can be reduced. Based on the change, a change in the inter-electrode distance can be detected. In other words, the weight body 140 can be detected. This detection principle will be explained later. Explain.

【0016】 このような構造をもった加速度検出装置は、かなりの堅牢性を有するとともに 、感度の高い加速度検出が可能である。重錘体140に加速度が作用すると、ダ イヤフラム130の変形によって、重錘体140が第1の部屋内で変位する。重 錘体140と第1の部屋R1の壁面との間は所定間隔だけ空けられている。した がって、重錘体140の変位は、この所定間隔を限度として制限される。たとえ ば、重錘体140が図の左右方向に所定限度以上に変位しようとしても、下部筐 体110の側面内壁に衝突するため、このような過度な変位を行うことはできな い。同様に、上方向に変位しようとしても、支持基板100の下面に衝突し、下 方向に変位しようとしても、下部筐体110の底面内壁に衝突する。このため、 過度の加速度が作用した場合であっても、重錘体140の変位は限度を越えるこ とがなく、ダイヤフラム130を破損から保護することができる。したがって、 自動車に搭載した場合のような過酷な環境下でも十分な堅牢性を確保できる。[0016] An acceleration detection device with such a structure has considerable robustness and , highly sensitive acceleration detection is possible. When acceleration acts on the weight body 140, the Due to the deformation of the earphragm 130, the weight body 140 is displaced within the first chamber. heavy A predetermined distance is provided between the weight body 140 and the wall surface of the first room R1. did Therefore, the displacement of the weight body 140 is limited to this predetermined interval. parable For example, even if the weight body 140 attempts to displace beyond a predetermined limit in the left-right direction in the figure, the lower casing Such an excessive displacement is not possible because it will collide with the side inner wall of the body 110. stomach. Similarly, even if it attempts to displace upward, it will collide with the lower surface of the support substrate 100 and move downward. Even if it tries to be displaced in this direction, it collides with the bottom inner wall of the lower casing 110. For this reason, Even if excessive acceleration is applied, the displacement of the weight body 140 will not exceed the limit. There is no sharp edge, and the diaphragm 130 can be protected from damage. therefore, It can ensure sufficient robustness even under harsh environments such as when installed in a car.

【0017】 このように、ダイヤフラム130には、決して過度の変位を生じるような力が 加わることはないので、肉厚が薄く、微小な力に対しても可撓性を示す繊細なダ イヤフラムを用いても、破損の問題は生じない。したがって、このような繊細な ダイヤフラムを用いることにより、高感度な検出が可能になる。本考案に係る加 速度検出装置の特徴は、このように、堅牢性をもち、かつ、高感度な検出を行う ことができる点である。[0017] In this way, the diaphragm 130 is never subjected to any force that would cause excessive displacement. Since no force is applied to it, it is a delicate damascene that has a thin wall and is flexible even in the face of minute forces. Even with the use of earphragms, breakage problems do not arise. Therefore, such a delicate By using a diaphragm, highly sensitive detection becomes possible. Additions related to this invention The speed detection device is characterized by its robustness and highly sensitive detection. The point is that you can.

【0018】 図2は、本考案の別な実施例に係る加速度検出装置に用いるダイヤフラム13 5の上面図である。このダイヤフラム135は、図1に示す椀状ダイヤフラム1 30に、四分円状の貫通孔H1〜H4を形成したものである。すなわち、ダイヤ フラム130の4か所を四分円状にくりぬく加工を行えば、ダイヤフラム135 が得られる。4つの貫通孔H1〜H4を設けることにより、架橋部B1〜B4が 形成される。接合部材142が接合されている中心部は、この4つの架橋部B1 〜B4によって支持されることになるので、可撓性が更に高まり、より感度の高 い検出が可能になる。なお、貫通孔H1〜H4を開口したため、第1の部屋R1 内のダンピング用オイルは、重錘体140の変位にともない、この貫通孔H1〜 H4を通って第2の部屋R2に移動する。[0018] FIG. 2 shows a diaphragm 13 used in an acceleration detection device according to another embodiment of the present invention. 5 is a top view of FIG. This diaphragm 135 is similar to the bowl-shaped diaphragm 1 shown in FIG. 30, with quadrant-shaped through holes H1 to H4 formed therein. In other words, diamond Diaphragm 135 can be created by cutting out four quarter circles of flamm 130. is obtained. By providing four through holes H1 to H4, the bridge parts B1 to B4 are It is formed. The center part where the joining member 142 is joined is the four bridge parts B1 ~ Since it will be supported by B4, the flexibility will be further increased and the sensitivity will be higher. This allows for better detection. In addition, since the through holes H1 to H4 were opened, the first room R1 As the weight body 140 is displaced, the damping oil inside the through holes H1 to Move through H4 to the second room R2.

【0019】 図1に示す加速度検出装置は、三次元のすべての方向についての加速度成分を 検出することができる。この検出原理を、図3に示す単純なモデルで説明しよう 。図3に示すモデルの主たる構成要素は、固定基板10、可撓基板20、作用体 30、そして装置筐体40である。図4に、固定基板10の下面図を示す。図4 の固定基板10をX軸に沿って切断した断面が図3に示されている。固定基板1 0は、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体40に固定されている 。この下面には、扇状の固定電極11〜14および円盤状の固定電極15が図の ように形成されている。一方、図5に可撓基板20の上面図を示す。図5の可撓 基板20をX軸に沿って切断した断面が図3に示されている。可撓基板20も、 図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体40に固定されている。この 上面には、扇状の変位電極21〜24および円盤状の変位電極25が図のように 形成されている。作用体30は、その上面が図5に破線で示されているように、 円柱状をしており、可撓基板20の下面に、同軸接合されている。装置筐体40 は、円筒状をしており、固定基板10および可撓基板20の周囲を固着支持して いる。固定基板10および可撓基板20は、互いに平行な位置に所定間隔をおい て配設されている。いずれも円盤状の基板であるが、固定基板10は剛性が高く 撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板20は可撓性をもち、力が加わ ると撓みを生じる基板となっている。このようなモデルの動作は、図1に示す装 置の動作と等価であることが理解できよう。[0019] The acceleration detection device shown in Figure 1 detects acceleration components in all three-dimensional directions. can be detected. Let us explain this detection principle using a simple model shown in Figure 3. . The main components of the model shown in FIG. 3 are a fixed substrate 10, a flexible substrate 20, and an effecting body. 30, and a device housing 40. FIG. 4 shows a bottom view of the fixed substrate 10. Figure 4 FIG. 3 shows a cross section of the fixed substrate 10 taken along the X axis. Fixed board 1 0 is a disk-shaped board as shown in the figure, and the periphery is fixed to the device casing 40. . On this lower surface, fan-shaped fixed electrodes 11 to 14 and a disc-shaped fixed electrode 15 are arranged as shown in the figure. It is formed like this. On the other hand, FIG. 5 shows a top view of the flexible substrate 20. Figure 5 Flexibility A cross section of the substrate 20 taken along the X axis is shown in FIG. The flexible substrate 20 also As shown in the figure, it is a disk-shaped board, and the periphery is fixed to the device housing 40. this On the top surface, fan-shaped displacement electrodes 21 to 24 and a disc-shaped displacement electrode 25 are arranged as shown in the figure. It is formed. The effecting body 30 has a top surface shown in broken lines in FIG. It has a cylindrical shape and is coaxially joined to the lower surface of the flexible substrate 20. Device housing 40 has a cylindrical shape and firmly supports the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20. There is. The fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are arranged parallel to each other at a predetermined distance. It is arranged as follows. Both are disk-shaped substrates, but the fixed substrate 10 has high rigidity. In contrast to a substrate that does not easily bend, the flexible substrate 20 has flexibility and does not easily bend when force is applied. This results in a board that bends. The operation of such a model is shown in Figure 1. It can be understood that this is equivalent to the operation of

【0020】 いま、図3に示すように、作用体30内に作用点Pを定義し、この作用点Pを 原点とするXYZ三次元座標系を図のように定義する。すなわち、図3の右方向 にX軸、上方向にZ軸、紙面に対して垂直に紙面裏側へ向かう方向にY軸、をそ れぞれ定義する。可撓基板20のうち、作用体30が接合された中心部を作用部 、装置筐体40によって固着された周囲部を固定部、これらの間の部分を可撓部 、と呼ぶことにすれば、作用体30に外力が作用すると、可撓部に撓みが生じ、 作用部が固定部に対して変位を生じることになる。作用点Pに力が作用していな い状態では、図3に示すように、固定電極11〜15と変位電極21〜25とは 所定間隔をおいて平行な状態を保っている。いま、固定電極11〜15と、この それぞれに対向する変位電極21〜25との組み合わせを、それぞれ容量素子C 1〜C5と呼ぶことにする。ここで、たとえば、作用点PにX軸方向の力Fxが 作用すると、この力Fxは可撓基板20に対してモーメント力を生じさせ、図6 に示すように、可撓基板20に撓みが生じることになる。この撓みにより、変位 電極21と固定電極11との間隔は大きくなるが、変位電極23と固定電極13 との間隔は小さくなる。作用点Pに作用した力が逆向きの−Fxであったとする と、これと逆の関係の撓みが生じることになる。このように力Fxまたは−Fx が作用したとき、容量素子C1およびC3の静電容量に変化が表れることになり 、これを検出することにより力Fxまたは−Fxを検出することができる。この とき、変位電極22,24,25のそれぞれと固定電極12,14,15のそれ ぞれの間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったりするが、全体としては変 化しないと考えてよい。一方、Y方向の力Fyまたは−Fyが作用した場合は、 変位電極22と固定電極12との間隔、および変位電極24と固定電極14との 間隔、についてのみ同様の変化が生じる。また、Z軸方向の力Fzが作用した場 合は、図7に示すように、変位電極25と固定電極15との間隔が小さくなり、 逆向きの力−Fzが作用した場合は、この間隔は大きくなる。このとき、変位電 極21〜24と固定電極11〜14との間隔も、小さくあるいは大きくなるが、 変位電極25と固定電極15との間隔の変化が最も顕著である。そこで、この容 量素子C5の静電容量の変化を検出することにより力Fzまたは−Fzを検出す ることができる。[0020] Now, as shown in FIG. 3, a point of action P is defined within the action body 30, and this point of action P is Define the XYZ three-dimensional coordinate system as the origin as shown in the figure. In other words, to the right in Figure 3 The Define each. The central part of the flexible substrate 20 to which the effecting body 30 is joined is referred to as an effecting part. , the peripheral part fixed by the device casing 40 is a fixed part, and the part between these parts is a flexible part. , when an external force acts on the effecting body 30, the flexible portion is bent, The acting part will be displaced relative to the fixed part. There is no force acting on the point of action P. In this state, as shown in FIG. 3, the fixed electrodes 11 to 15 and the displacement electrodes 21 to 25 are They maintain a parallel state with a predetermined interval. Now, fixed electrodes 11 to 15 and this The combinations of displacement electrodes 21 to 25 facing each other are capacitive elements C. We will call them 1 to C5. Here, for example, a force Fx in the X-axis direction is applied to the point of application P. When acted upon, this force Fx creates a moment force on the flexible substrate 20, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the flexible substrate 20 will be bent. This deflection causes displacement Although the distance between the electrode 21 and the fixed electrode 11 becomes larger, the distance between the displacement electrode 23 and the fixed electrode 13 increases. The distance between them becomes smaller. Suppose that the force acting on the point of application P is -Fx in the opposite direction. Then, a deflection with the opposite relationship will occur. In this way the force Fx or −Fx acts, a change will appear in the capacitance of capacitive elements C1 and C3. , by detecting this, the force Fx or -Fx can be detected. this When each of the displacement electrodes 22, 24, 25 and that of the fixed electrodes 12, 14, 15 Each interval may become larger or smaller in parts, but overall it will not change. It is safe to assume that it will not change. On the other hand, if a force Fy or -Fy in the Y direction is applied, The distance between the displacement electrode 22 and the fixed electrode 12 and the distance between the displacement electrode 24 and the fixed electrode 14 A similar change occurs only in the interval. In addition, the field where the force Fz in the Z-axis direction acts In this case, as shown in FIG. 7, the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 15 becomes smaller; If an opposite force -Fz is applied, this distance will be larger. At this time, the displacement voltage Although the distance between the poles 21 to 24 and the fixed electrodes 11 to 14 also becomes smaller or larger, The change in the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 15 is most remarkable. Therefore, this capacity Force Fz or -Fz is detected by detecting the change in capacitance of quantum element C5. can be done.

【0021】 一般に、容量素子の静電容量Cは、電極面積をS、電極間隔をd、誘電率をε とすると、 C=εS/d で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると静電容量Cは大きくなり 、遠ざかると静電容量Cは小さくなる。この加速度検出装置は、この原理を利用 し、各電極間の静電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点Pに作用 した外力を検出するものである。すなわち、X軸方向の加速度は容量素子C1, C3の間の容量変化に基づき、Y軸方向の加速度は容量素子C2,C4の容量変 化に基づき、Z軸方向の加速度は容量素子C5の容量変化に基づき、それぞれ検 出が行われる。[0021] Generally, the electrostatic capacitance C of a capacitive element is defined by the electrode area S, the electrode spacing d, and the dielectric constant ε. Then, C=εS/d It is determined by Therefore, when the distance between the opposing electrodes gets closer, the capacitance C increases. , the capacitance C becomes smaller as the distance increases. This acceleration detection device uses this principle Then, the change in capacitance between each electrode is measured, and the action is applied to the point of action P based on this measurement value. It detects the external force caused by the That is, the acceleration in the X-axis direction is the capacitive element C1, Based on the capacitance change between C3, the acceleration in the Y-axis direction is caused by the capacitance change of capacitive elements C2 and C4. Based on A ceremony will take place.

【0022】 実際には、図8に示すような検出回路により、各軸方向の力成分が検出される 。すなわち、容量素子C1〜C5の静電容量値を、それぞれCV変換回路51〜 55によって電圧値V1〜V5に変換する。そして、X軸方向の力は、減算器6 1によって(V1−V3)なる演算を行った差電圧として端子Txに得られ、Y 軸方向の力は、減算器62によって(V2−V4)なる演算を行った差電圧とし て端子Tyに得られ、Z軸方向の力は、そのまま電圧V5として端子Tzに得ら れる。[0022] In reality, force components in each axial direction are detected by a detection circuit as shown in Figure 8. . That is, the capacitance values of capacitive elements C1 to C5 are converted to CV conversion circuits 51 to 51, respectively. 55 into voltage values V1 to V5. Then, the force in the X-axis direction is calculated by the subtractor 6 1 is obtained at the terminal Tx as a differential voltage calculated as (V1-V3), and Y The axial force is the difference voltage obtained by calculating (V2-V4) using the subtracter 62. The force in the Z-axis direction is obtained as a voltage V5 at the terminal Tz. It will be done.

【0023】 続いて、もう1つ別な実施例をあげておく。図9に示す実施例は、図1の実施 例を更に改良し、Z軸方向(図の上下方向)の検出精度を高めたものである。ダ イヤフラム130と変位基板150とは、接合部材142によって接続されてお り、この間に更に補助基板170が設けられている。この補助基板170の中央 には貫通孔が形成されており、この貫通孔に接合部材142が挿通している。変 位基板150の上面に形成された変位電極21〜25と固定電極11〜15とに よって、容量素子C1〜C5が構成される点は上述の実施例と同様であるが、こ の実施例では更に、変位基板150の下面に形成された変位電極26と補助基板 170の上面に形成された固定電極16とによって、容量素子C6が構成されて いる。このような構成をもった検出装置では、Z軸方向の検出値は図10に示す 回路によって得られる。すなわち、容量素子C5,C6の容量値を、CV変換回 路55,56によって電圧値V5,V6に変換し、減算器63によりその差V5 −V6を求め、これをZ軸方向の検出値とする。このようにZ軸方向の検出に関 しても差を用いるようにすれば、誤差要因が相殺され、より精度良い検出が可能 になる。なお、この理由については、特許協力条約に基づく国際出願PCT/J P91/00428号明細書の§4に詳述されている。[0023] Next, another example will be given. The embodiment shown in FIG. 9 is an implementation of FIG. The example is further improved to increase the detection accuracy in the Z-axis direction (vertical direction in the figure). da Earphragm 130 and displacement board 150 are connected by a joining member 142. An auxiliary substrate 170 is further provided between the two. The center of this auxiliary board 170 A through hole is formed in the through hole, and the joining member 142 is inserted into this through hole. strange Displacement electrodes 21 to 25 and fixed electrodes 11 to 15 formed on the upper surface of the substrate 150 Therefore, the structure of the capacitive elements C1 to C5 is similar to that of the above embodiment, but this In the embodiment, the displacement electrode 26 formed on the lower surface of the displacement substrate 150 and the auxiliary substrate A capacitive element C6 is constituted by the fixed electrode 16 formed on the upper surface of the capacitor 170. There is. In a detection device with such a configuration, the detected value in the Z-axis direction is shown in Fig. 10. obtained by the circuit. In other words, the capacitance values of capacitive elements C5 and C6 are are converted into voltage values V5 and V6 by paths 55 and 56, and the difference V5 is calculated by a subtracter 63. -V6 is determined, and this is set as the detected value in the Z-axis direction. In this way, regarding detection in the Z-axis direction, However, if the difference is used, the error factors will be canceled out and more accurate detection will be possible. become. Regarding this reason, please refer to the international application PCT/J based on the Patent Cooperation Treaty. It is detailed in §4 of specification P91/00428.

【0024】 以上、本考案を図示する実施例に基づいて説明したが、本考案はこれらの実施 例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施できる。図1に示す 加速度検出装置における各部の形状は、設計上、自由に変更しうるものであり、 たとえば、重錘体140を球にしたり、楕円体にしたりすることもできる。また 、電極の枚数および配置も、上述の実施例に限定されるものではない。上述の実 施例では、5枚の固定電極と5枚の変位電極とによって5組の容量素子を構成し たが、一方の電極を1枚の共通電極として用い、5組の容量素子を構成してもか まわない。また、容量素子は必ずしも5組必要なものでもない。4組の容量素子 によって三次元の加速度検出を行うことも可能である。また、二次元あるいは一 次元の加速度検出を行うのであれば、2組あるいは1組の容量素子で足る。また 、変位基板150の変位状態を検出するための方法は、容量素子による静電容量 の変化を検出する方法に限定されるものではない。たとえば、図1に示す装置に おいて、固定電極11〜15と変位電極21〜25との間に、圧電素子を挿入す るようにすれば、この圧電素子の起電力によって電極間距離の検出を行うことも 可能である。[0024] The present invention has been explained above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. The invention is not limited to these examples, and can be implemented in various other ways. Shown in Figure 1 The shape of each part of the acceleration detection device can be changed freely due to the design. For example, the weight body 140 can be made into a sphere or an ellipsoid. Also Also, the number and arrangement of electrodes are not limited to the above-mentioned embodiments. The above fruit In the example, five sets of capacitive elements are configured by five fixed electrodes and five displacement electrodes. However, it is possible to configure five sets of capacitive elements by using one electrode as one common electrode. It doesn't work. Further, five sets of capacitive elements are not necessarily required. 4 sets of capacitive elements It is also possible to perform three-dimensional acceleration detection. Also, two-dimensional or one-dimensional If dimensional acceleration detection is to be performed, two or one set of capacitive elements is sufficient. Also , a method for detecting the displacement state of the displacement substrate 150 is based on capacitance using a capacitive element. The present invention is not limited to methods for detecting changes in . For example, in the device shown in Figure 1 Then, a piezoelectric element is inserted between the fixed electrodes 11 to 15 and the displacement electrodes 21 to 25. If this is done, the distance between the electrodes can be detected using the electromotive force of this piezoelectric element. It is possible.

【0025】[0025]

【考案の効果】[Effect of the idea]

以上のとおり本考案による加速度検出装置では、重錘体の変位を第1の部屋内 に制限し、ダイヤフラムによってこの重錘体を宙吊りの状態とし、重錘体に作用 した加速度を検出するようにしたため、高感度の加速度検出が可能であり、かつ 、十分な堅牢性が確保できる。 As described above, the acceleration detection device according to the present invention detects the displacement of the weight body within the first room. The weight body is suspended in the air by a diaphragm and acts on the weight body. This makes it possible to detect acceleration with high sensitivity. , sufficient robustness can be ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本考案の一実施例に係る加速度検出装置の側断
面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of an acceleration detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本考案の別な実施例に用いるダイヤフラムの上
面図である。
FIG. 2 is a top view of a diaphragm used in another embodiment of the present invention.

【図3】図1に示す加速度検出装置の動作を説明するた
めの単純なモデルの側断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view of a simple model for explaining the operation of the acceleration detection device shown in FIG. 1;

【図4】図3に示すモデルにおける固定基板10の下面
図である。
4 is a bottom view of the fixed substrate 10 in the model shown in FIG. 3. FIG.

【図5】図3に示すモデルにおける可撓基板20の上面
図である。
5 is a top view of the flexible substrate 20 in the model shown in FIG. 3. FIG.

【図6】図3に示すモデルに、X軸方向の力Fxが加わ
った状態を示す側断面図である。
6 is a side sectional view showing a state in which a force Fx in the X-axis direction is applied to the model shown in FIG. 3; FIG.

【図7】図3に示すモデルに、Z軸方向の力Fzが加わ
った状態を示す側断面図である。
7 is a side cross-sectional view showing a state where a force Fz in the Z-axis direction is applied to the model shown in FIG. 3; FIG.

【図8】図1に示す加速度検出装置に用いる信号処理回
路を示す回路図である。
8 is a circuit diagram showing a signal processing circuit used in the acceleration detection device shown in FIG. 1. FIG.

【図9】本考案の更に別な実施例に係る加速度検出装置
の側断面図である。
FIG. 9 is a side sectional view of an acceleration detection device according to yet another embodiment of the present invention.

【図10】図9に示す検出装置に用いる信号処理回路の
回路図である。
10 is a circuit diagram of a signal processing circuit used in the detection device shown in FIG. 9. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…固定基板 11〜16…固定電極 20…可撓基板 21〜26…変位電極 30…作用体 40…装置筐体 51〜56…CV変換回路 61〜63…減算器 100…支持基板 101…貫通孔 102…ねじ止め孔 110…下部筐体 120…上部筐体 130,135…ダイヤフラム 140…重錘体 141,142…接合部材 150…変位基板 160…絶縁層 170…補助基板 B1〜B4…架橋部 H1〜H4…貫通孔 R1…第1の部屋 R2…第2の部屋 10...Fixed board 11-16...Fixed electrode 20...Flexible board 21-26...Displacement electrode 30...Action body 40...Device housing 51-56...CV conversion circuit 61-63...Subtractor 100...Support substrate 101...Through hole 102...Screw hole 110...Lower housing 120...Upper housing 130, 135...Diaphragm 140... Weight body 141, 142...Joining member 150...Displacement board 160...Insulating layer 170...Auxiliary board B1 to B4...Crosslinked portion H1~H4...Through hole R1...first room R2...Second room

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 中央部に貫通孔をもった支持基板と、前
記支持基板の下面に接合され、内部に第1の部屋を形成
する下部筐体と、前記支持基板の上面に接合され、内部
に第2の部屋を形成する上部筐体と、前記第2の部屋内
において、前記支持基板の上面に取り付けられたダイヤ
フラムと、前記第1の部屋内に、部屋の壁面と所定間隔
を保って収容された重錘体と、前記貫通孔に挿通し、一
端が前記重錘体に接合され、他端が前記ダイヤフラムの
下面に接合された接合部材と、前記ダイヤフラムの上面
に直接または間接的に接合された変位基板と、を備え、
前記重錘体に作用した加速度を、前記変位基板と前記上
部筐体内の所定の固定面との間の距離の変化として検出
しうるようにしたことを特徴とする加速度検出装置。
1. A support substrate having a through hole in the center, a lower casing bonded to the bottom surface of the support substrate and forming a first chamber therein, and a lower casing bonded to the top surface of the support substrate and having an interior thereof. an upper housing forming a second chamber; a diaphragm attached to the upper surface of the support substrate in the second chamber; A housed weight body, a joining member inserted into the through hole and having one end joined to the weight body and the other end joined to the lower surface of the diaphragm, and a joining member directly or indirectly connected to the upper surface of the diaphragm. a bonded displacement substrate;
An acceleration detection device characterized in that the acceleration acting on the weight body can be detected as a change in distance between the displacement board and a predetermined fixed surface within the upper housing.
【請求項2】 請求項1に記載の加速度検出装置におい
て、ダイヤフラムと変位基板との間に更に上部筐体に固
定された補助基板を設け、この補助基板に形成した貫通
孔を挿通する接合部材によって前記変位基板を前記ダイ
ヤフラムに間接的に接合し、前記変位基板と前記補助基
板との間の距離の変化を考慮して、外部からの力を検出
するようにしたことを特徴とする加速度検出装置。
2. In the acceleration detection device according to claim 1, an auxiliary board fixed to the upper housing is further provided between the diaphragm and the displacement board, and a joining member is inserted through a through hole formed in the auxiliary board. The displacement substrate is indirectly joined to the diaphragm by a method, and an external force is detected by taking into consideration a change in distance between the displacement substrate and the auxiliary substrate. Device.
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