JPH09257830A - Vibration type acceleration sensor - Google Patents

Vibration type acceleration sensor

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JPH09257830A
JPH09257830A JP7193096A JP7193096A JPH09257830A JP H09257830 A JPH09257830 A JP H09257830A JP 7193096 A JP7193096 A JP 7193096A JP 7193096 A JP7193096 A JP 7193096A JP H09257830 A JPH09257830 A JP H09257830A
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parallel beam
vibrating body
acceleration sensor
parallel
beam vibrating
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Osamu Tabata
修 田畑
Yoshiteru Omura
義輝 大村
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor being highly accurate and inexpensive. SOLUTION: A parallel beam vibrating body 3 is point-connected between a mass part 1 and a support base 2 through the intermediary of connecting parts 35 and 36. The parallel beam vibrating body 3 is constructed by connecting two beams 38 and 39 by end parts 31 and 32. The parallel beam vibrating body 3 is excited from the end parts 31 and 32 by an exciting means, while the frequency of the parallel beam vibrating body 3 is detected by a detecting means. This frequency changes according to a space between the beams 38 and 39 and the space changes due to displacement of the mass part 1. Accordingly, acceleration can be detected by detection of the change of the frequency by a detecting part. The displacement due to the acceleration can be detected directly and highly accurately as the change of the frequency and, besides, a sensor can be prepared easily by etching an SOI(silicon on insulation) substrate or the like.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のような物
体に作用する加速度を検出する加速度センサに関し、よ
り詳細には、マス部、平行ビーム振動体、マス部と平行
ビーム振動体を支持する支持基台、およびこれらを接続
する接続部からなり、加速度を共振振動する平行ビーム
振動体のビームの間隔変化(形状剛性の変化)に起因し
た振動数変化として検出する振動型加速度センサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting an acceleration acting on an object such as an automobile, and more specifically, it supports a mass portion, a parallel beam vibrating body, and a mass portion and a parallel beam vibrating body. The present invention relates to a vibration type acceleration sensor including a support base and a connecting portion connecting them, and detecting acceleration as a change in frequency due to a change in beam spacing (change in shape rigidity) of a parallel beam vibrating body that resonates and vibrates.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、加速度センサとしては、マス部
(質量部)とこれを支える複数のバネ要素(梁部)によ
って構成され、加速度をバネ要素の応力として検出する
ものが一般的である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an acceleration sensor is generally composed of a mass portion (mass portion) and a plurality of spring elements (beam portions) supporting the mass portion, and detects acceleration as a stress of the spring element.

【0003】このような構成の加速度センサにおいて
は、マス部が加速度の作用によって生じる慣性力によっ
て変位する。マス部はバネ要素によって支持されている
ため、その変位によってバネ要素に生じた応力がマス部
の慣性力と釣り合うまで変位する。従って、バネ要素内
に発生する応力は加速度に比例する。そこで、予めバネ
要素内に組み込んだ応力の検出手段を用いて加速度を計
測することによって、加速度を検出している。
In the acceleration sensor having such a structure, the mass portion is displaced by the inertial force generated by the action of acceleration. Since the mass portion is supported by the spring element, the stress generated in the spring element by the displacement is displaced until it balances with the inertial force of the mass portion. Therefore, the stress generated in the spring element is proportional to the acceleration. Therefore, the acceleration is detected by measuring the acceleration using a stress detecting means incorporated in the spring element in advance.

【0004】ここで、バネ要素内に組み込む加速度の検
出手段としては、例えば半導体歪みゲージを利用する形
式のものが主流を占めてきた。この歪みゲージ方式の加
速度センサでは、歪みゲージに弾性力が作用した時の電
気抵抗の変化を電圧出力に変換して、バネ要素内に発生
する応力、すなわち加速度を検出する。この検出方式に
関しては、応力を電圧に変換する変換効率の向上を目的
とし、バネ要素や歪みゲージ形状等に関してこれまでに
多くの改良が試みられてきた。
Here, as the acceleration detecting means incorporated in the spring element, for example, a type utilizing a semiconductor strain gauge has predominantly been used. In this strain gauge type acceleration sensor, a change in electric resistance when an elastic force acts on the strain gauge is converted into a voltage output, and stress generated in the spring element, that is, acceleration is detected. With respect to this detection method, many improvements have been attempted so far regarding the shape of spring elements, strain gauges, etc., with the aim of improving the conversion efficiency of converting stress into voltage.

【0005】一方、近年では振動式と称される加速度セ
ンサが研究されるようになってきた。この振動式の加速
度センサは、バネ要素に一体として組み込まれ、静電力
等により励振されるビーム形状振動子の共振振動数の変
化量が、バネ要素を介してビーム形状の振動子に伝達さ
れる軸応力に比例することを利用したものである。従っ
て、電気的(あるいは光学的)な手段を用いて、ビーム
型振動子の振動数の変化を計測して、加速度を検出す
る。例えば、The 8th International Conferenceon Sol
id-State-Sensors and Actuators (Transdusers´795),
D.W.Burns,pp.659pp 〜pp.662,(1995) に、その構成が
開示されている。
On the other hand, in recent years, an acceleration sensor called a vibration type has been studied. This vibration-type acceleration sensor is integrally incorporated in a spring element, and the amount of change in the resonance frequency of the beam-shaped oscillator excited by electrostatic force or the like is transmitted to the beam-shaped oscillator via the spring element. It is based on the fact that it is proportional to the axial stress. Therefore, an electrical (or optical) means is used to measure the change in the frequency of the beam-type vibrator to detect the acceleration. For example, The 8th International Conferenceon Sol
id-State-Sensors and Actuators (Transdusers´795),
The structure is disclosed in DW Burns, pp. 659pp to 662, (1995).

【0006】この振動式は、振動数変化を周波数カウン
タを用いて極めて正確に測定できることに加え、加速度
に対応した振動子の振動数変化(感度)が歪みゲージ方
式と比較して大きいため、高精度に加速度を検出できる
という特徴を備えている。
In addition to being able to measure the frequency change very accurately using a frequency counter, this vibration type has a high frequency change (sensitivity) of the oscillator corresponding to the acceleration as compared with the strain gauge method. It has the feature that it can detect acceleration accurately.

【0007】図10(A)には、前記振動式の加速度セ
ンサの平面構造の概略図、図10(B)には、その検出
原理を説明する断面構造の概略図、図10(C)には、
バネ要素(梁部)の断面構造の拡大図が示されている。
FIG. 10 (A) is a schematic diagram of a plane structure of the vibration type acceleration sensor, FIG. 10 (B) is a schematic diagram of a sectional structure for explaining the detection principle, and FIG. 10 (C). Is
An enlarged view of the cross-sectional structure of the spring element (beam portion) is shown.

【0008】図10(A)〜(C)において、マス部1
1は、複数のバネ要素12を介してマス部11を囲む外
側に配置された支持部(フレーム)13に接続されてい
る。これらは、厚さ数百μm以上あるシリコン基板を両
面からエッチング(アルカリ溶液によるくり抜き)して
製作されている。この結果、マス部11はバネ要素12
により支えられつつ、検出加速度の作用するY方向に対
して移動可能となっている。
In FIGS. 10A to 10C, the mass portion 1
1 is connected via a plurality of spring elements 12 to a support portion (frame) 13 that is arranged outside and surrounds the mass portion 11. These are manufactured by etching (boring with an alkaline solution) from both sides of a silicon substrate having a thickness of several hundreds of μm or more. As a result, the mass portion 11 has the spring element 12
While being supported by, it is movable in the Y direction in which the detected acceleration acts.

【0009】また、マス部11、バネ要素12は、外部
環境からの保護およびY方向の過大な加速度に起因した
マス部11の変位による破壊を回避する目的で、接合部
分17を介して上下の保護キャップ15、16により覆
われている。この保護キャップ15、16は、マス部1
1やバネ要素12および支持部13を構成するシリコン
材料との熱膨脹係数の釣り合いを考慮して同じシリコン
基板を基に作製されており、接着剤を使用せずに直接的
に接合されている。
Further, the mass portion 11 and the spring element 12 are vertically connected via a joint portion 17 for the purpose of protection from the external environment and avoiding damage due to displacement of the mass portion 11 due to excessive acceleration in the Y direction. It is covered with protective caps 15 and 16. The protective caps 15 and 16 are used for the mass portion 1.
1 and the spring elements 12 and the supporting portion 13 are manufactured on the basis of the same silicon substrate in consideration of the balance of thermal expansion coefficient with the silicon material, and are directly bonded without using an adhesive.

【0010】なお、シリコン基板を基にしたエッチング
あるいは接合といった製作プロセスは、一般にバルクマ
イクロマシーニングと称されており、この手法を用いて
製作されるセンサデバイスは、数mm立方を超えるサイ
ズとして構成される。
A manufacturing process such as etching or bonding based on a silicon substrate is generally called bulk micromachining, and a sensor device manufactured by this method has a size exceeding several mm cubic. To be done.

【0011】また、図10(C)に示すように、バネ要
素12には、加速度を検出する手段としての振動子14
が、多結晶薄膜を用いて真空室19内に作製されてい
る。この振動子14は、ビーム形状をしており、図示を
省略した励振機構により与えられる静電力によって共振
振動している。なお、封止部材18により真空室19が
形成されている。
Further, as shown in FIG. 10C, the spring element 12 has a vibrator 14 as means for detecting acceleration.
Is manufactured in the vacuum chamber 19 using a polycrystalline thin film. The vibrator 14 has a beam shape and resonates and vibrates by an electrostatic force applied by an excitation mechanism (not shown). A vacuum chamber 19 is formed by the sealing member 18.

【0012】ここで、Y軸に加速度が作用すると、マス
部11が変位してバネ要素12にX方向の軸応力が生
じ、バネ要素12に一体として組み込まれた振動子14
に前記軸応力が伝達される。この結果、振動子14の共
振振動数が加速度に対応して増減するので、この振動数
を検出することで加速度が計測される。なお、補助用の
バネ要素121は、マス部11の支持を補助するための
ものである。
Here, when acceleration acts on the Y axis, the mass portion 11 is displaced and an axial stress in the X direction is generated in the spring element 12, and the vibrator 14 integrally incorporated in the spring element 12.
The axial stress is transmitted to. As a result, the resonance frequency of the vibrator 14 increases or decreases according to the acceleration, and the acceleration is measured by detecting this frequency. The auxiliary spring element 121 is for assisting the support of the mass portion 11.

【0013】上記文献に開示された技術では、加速度レ
ンジ20G仕様において、約10%(1G当り約0.5
%)の振動数変化が得られている。なお、バネ要素12
に振動子14を組み込む製作プロセスは、シリコン基板
表面を加工対象領域としたもので、一般にサーフェスマ
イクロマシーニングと称されている。
According to the technique disclosed in the above-mentioned document, about 10% (about 0.5 per 1G) in the acceleration range 20G specification.
%) Frequency change is obtained. The spring element 12
The manufacturing process in which the vibrator 14 is incorporated into the substrate is a processing target area on the surface of the silicon substrate, and is generally called surface micromachining.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成の加速度センサは、本質的にバネ要素の応力を検出
対象としている。このため、以下の(1)〜(5)に記
載されるような問題があった。
However, the acceleration sensor having the above-mentioned structure essentially detects the stress of the spring element. Therefore, there are problems as described in (1) to (5) below.

【0015】(1)マス部が複数のバネ要素で拘束され
ていることから、実装過程あるいは温度の昇降過程等で
バネ要素に熱応力が発生する。上記従来の加速度センサ
は、本質的にバネ要素に発生する軸応力を検出するよう
構成されており、この結果、振動子で検出される振動数
変化に熱応力の影響が重畳され、これによって大きな誤
差影響がもたらされる。このように、従来の加速度セン
サは熱応力の影響を受け易いといった欠点があった。
(1) Since the mass portion is constrained by a plurality of spring elements, thermal stress is generated in the spring elements during the mounting process or the temperature rising / falling process. The above-described conventional acceleration sensor is essentially configured to detect the axial stress generated in the spring element, and as a result, the influence of thermal stress is superimposed on the change in frequency detected by the vibrator, which causes a large difference. There is an error effect. As described above, the conventional acceleration sensor has a drawback that it is easily affected by thermal stress.

【0016】(2)多結晶シリコン材料からなるビーム
形状の振動子に作用する軸応力は、加速度の作用に伴う
マス部の変位を支持するバネ要素を介して伝達される。
この結果、バネ要素から軸応力が伝達される過程におい
て、振動子との接合部分で軸応力の伝達ロスが発生し、
加速度に対応したマス部の変位に匹敵する軸応力が正確
に振動子に伝達されない欠点があった。
(2) The axial stress acting on the beam-shaped oscillator made of a polycrystalline silicon material is transmitted through the spring element that supports the displacement of the mass portion due to the action of acceleration.
As a result, in the process of transmitting the axial stress from the spring element, a transmission loss of the axial stress occurs at the joint with the vibrator,
The axial stress, which is equivalent to the displacement of the mass corresponding to the acceleration, is not accurately transmitted to the vibrator.

【0017】(3)振動子とバネ要素とは異種材料で構
成される。そこで、その接続部に伝達される大きな軸応
力によって、接合部が劣化し、自動車などの輸送手段に
おいて要求される長期的な信頼性を確保できない欠点が
あった。
(3) The oscillator and the spring element are made of different materials. Therefore, the large axial stress transmitted to the connection portion deteriorates the joint portion, and there is a drawback that the long-term reliability required in transportation means such as an automobile cannot be ensured.

【0018】(4)加速度センサの製造プロセスとし
て、バルクマイクロマシーニングとサーフェスマイクロ
マシーニングを併用している。この結果、全体の製作プ
ロセスと工程が複雑化し、製造コストが増大する。
(4) As a manufacturing process of the acceleration sensor, bulk micromachining and surface micromachining are used together. As a result, the whole manufacturing process and steps are complicated and the manufacturing cost is increased.

【0019】(5)さらに、バルクマイクロマシーニン
グプロセスを利用した結果として、センサ構造は大型化
し、製造コストが増大する。
(5) Further, as a result of utilizing the bulk micromachining process, the sensor structure becomes large and the manufacturing cost increases.

【0020】自動車や航空機等の輸送手段における加速
度センサでは、高精度であることに加えて、低コストで
あることが求められる。しかし、従来の加速度センサで
は、このような2つの要求を同時に満足することはでき
なかった。
Accelerometers for transportation means such as automobiles and airplanes are required to have high accuracy and low cost. However, the conventional acceleration sensor cannot satisfy these two requirements at the same time.

【0021】本発明は上記問題点を解決することを課題
としてなされたものであり、製造工程を簡略化すると共
にコストを低減し、かつ温度特性ならびに信頼性に優れ
た高精度な加速度センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a highly accurate acceleration sensor that simplifies the manufacturing process and reduces the cost, and that has excellent temperature characteristics and reliability. The purpose is to do.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基台と、
この支持基台に第1接続部を介し実質的に点接続された
一対の平行ビームと、これら平行ビームを両端でそれぞ
れ接続する端部を含む平行ビーム振動体と、この平行ビ
ーム振動体に第2接続部を介し実質的に点接続され、所
定の重量を有するマス部と、上記平行ビーム振動体の端
部に対し、励振力を付与する励振手段と、平行ビーム振
動体の振動数を検出する検出手段と、を有し、加速度を
上記平行ビーム振動体における一対の平行ビームの間隔
変化に起因した振動数の変化に基づいて検出することを
特徴とする。
The present invention comprises a support base and
A pair of parallel beams substantially point-connected to the support base via a first connecting portion, a parallel beam vibrating body including end portions respectively connecting the parallel beams at both ends, and the parallel beam vibrating body The mass portion, which is substantially point-connected through the two connecting portions, has a predetermined weight, the exciting means for applying an exciting force to the end portion of the parallel beam vibrating body, and the frequency of the parallel beam vibrating body are detected. And detecting the acceleration based on a change in frequency caused by a change in the distance between the pair of parallel beams in the parallel beam vibrating body.

【0023】このように、本発明の振動型加速度センサ
では、加速度により生じるマス部の慣性力により平行ビ
ーム振動体のビームがたわむ。これによって、平行ビー
ム振動体の形状剛性が変化し、この結果、平行ビーム振
動体の共振振動数が変化する。この共振振動数の変化
は、バネ要素の応力を検出する図10の従来の加速度セ
ンサと同等以上である。従って、本発明の振動型加速度
センサは、加速度を高精度に検出できる。
As described above, in the vibration type acceleration sensor of the present invention, the beam of the parallel beam vibrating body is deflected by the inertial force of the mass portion generated by the acceleration. As a result, the shape rigidity of the parallel beam oscillator changes, and as a result, the resonance frequency of the parallel beam oscillator changes. This change in resonance frequency is equal to or higher than that of the conventional acceleration sensor of FIG. 10 that detects the stress of the spring element. Therefore, the vibration type acceleration sensor of the present invention can detect acceleration with high accuracy.

【0024】また、本発明の振動型加速度センサは、パ
ッケージ部品との接続は支持基台にて行われる。従っ
て、平行ビーム振動体およびこれに接続されたマス部、
支持基台と点接続されているだけで、他の部分は何ら機
械的に拘束されていない。従って、支持基台とパッケー
ジ部品との熱膨脹係数の不均一により熱応力が発生して
も、これは平行ビーム振動体には伝達されない。従っ
て、平行ビームの形状変化に起因した振動数変化を検出
する本発明の振動型加速度センサは、本質的に、熱応力
影響を受けにくく、温度特性に優れている。
Further, in the vibration type acceleration sensor of the present invention, the connection with the package component is performed by the support base. Therefore, the parallel beam oscillator and the mass portion connected to the parallel beam oscillator,
Only the points are connected to the support base, and the other parts are not mechanically restrained. Therefore, even if thermal stress is generated due to the non-uniform thermal expansion coefficient between the support base and the package component, this is not transmitted to the parallel beam vibrating body. Therefore, the vibration type acceleration sensor of the present invention, which detects a change in frequency due to a change in shape of a parallel beam, is essentially not susceptible to thermal stress and has excellent temperature characteristics.

【0025】さらに、本発明の振動型加速度センサは、
加速度の作用に伴うマス部の変位を、直接的に平行ビー
ム振動体の形状剛性の変化、即ち、共振振動数の変化と
して検出する。したがって、バネ要素を介して伝達され
る軸応力をビームの振動数変化に変換し検出する従来の
振動型加速度センサのような伝達ロスがなく、異種材料
の接続部の劣化も発生しない。よって、本発明の振動型
加速度センサは、より高精度、かつ、信頼性が高い。
Further, the vibration type acceleration sensor of the present invention is
The displacement of the mass portion due to the action of acceleration is directly detected as a change in shape rigidity of the parallel beam vibrating body, that is, a change in resonance frequency. Therefore, there is no transmission loss as in the conventional vibration type acceleration sensor that converts the axial stress transmitted through the spring element into a change in the frequency of the beam and detects the change, and the connection portion of different materials does not deteriorate. Therefore, the vibration type acceleration sensor of the present invention has higher accuracy and higher reliability.

【0026】また、他の発明によれば、第1の支持基台
と、この第1支持基台に第1接続部を介し実質的に点接
続された一対の平行ビームと、これら平行ビームを両端
でそれぞれ接続する端部を含む第1平行ビーム振動体
と、この第1平行ビーム振動体に第2の接続部を介し実
質的に点接続され、所定の重量を有するマス部と、この
マス部に第3接続部を介し実質的に点接続された一対の
平行ビームと、これら平行ビームを両端でそれぞれ接続
する端部からなる第2平行ビーム振動体と、この第2平
行ビーム振動体に第4接続部を介し実質的に点接続され
る第2の支持基台と、上記第1および第2平行ビーム振
動体の端部に対し、励振力をそれぞれ付与する第1およ
び第2励振手段と、上記第1および第2平行ビーム振動
体の振動数を検出する第1および第2検出手段と、を有
し、加速度を上記第1および第2平行ビーム振動体のそ
れぞれにおける一対の平行ビームの間隔変化に起因した
振動数の変化の差に基づいて検出することを特徴とす
る。
According to another aspect of the invention, the first supporting base, a pair of parallel beams substantially point-connected to the first supporting base via the first connecting portion, and the parallel beams A first parallel beam vibrating body including end portions respectively connected at both ends, a mass portion substantially point-connected to the first parallel beam vibrating body through a second connecting portion, and a mass portion having a predetermined weight; A pair of parallel beams, which are substantially point-connected to each other through a third connecting portion, and a second parallel beam vibrating body including end portions connecting the parallel beams at both ends, and the second parallel beam vibrating body. A second support base, which is substantially point-connected via a fourth connecting portion, and first and second excitation means for applying an excitation force to the ends of the first and second parallel beam oscillators, respectively. And the frequencies of the first and second parallel beam vibrating bodies are detected. First and second detecting means, and detecting the acceleration based on a difference in change in frequency due to a change in interval between the pair of parallel beams in each of the first and second parallel beam vibrating bodies. Is characterized by.

【0027】この発明の振動型加速度センサは、振動体
である第1および第2平行ビーム振動体が、マス部を挟
んで一対として対向配置されており、加速度を差動検出
する。このように、一対として対向配置することで、検
出目的とする加速度軸以外の方向に対する剛性を増し、
本来の加速度検出の感度を保ちつつ、他の加速度成分に
対する誤動作影響が大幅に低減される。さらに、差動検
出により、加速度の検出軸方向の熱応力影響が相殺で
き、温度特性に優れている。
In the vibration type acceleration sensor of the present invention, the first and second parallel beam vibrating bodies, which are vibrating bodies, are arranged opposite to each other with the mass portion sandwiched therebetween, and differentially detect acceleration. In this way, by arranging the pair as opposed to each other, the rigidity in the direction other than the acceleration axis to be detected is increased,
While maintaining the original sensitivity of acceleration detection, the influence of malfunction on other acceleration components is greatly reduced. Further, the differential detection can cancel out the influence of thermal stress in the direction of the detection axis of acceleration, and is excellent in temperature characteristics.

【0028】また、さらに他の発明によれば、上記マス
部、平行ビーム振動体、支持基台、および接続部が、酸
化物層上にシリコン層を有するSOI基板または基板上
に形成された多結晶シリコン層を加工して一体として形
成されていることを特徴とする。
According to still another aspect of the invention, the mass portion, the parallel beam vibrating body, the supporting base, and the connecting portion are formed on an SOI substrate having a silicon layer on an oxide layer or on a substrate. It is characterized in that the crystalline silicon layer is processed to be integrally formed.

【0029】このように、この発明では、SOI基板ま
たは多結晶シリコン層を表面からエッチング加工し、マ
ス部、平行ビーム、支持基台、およびこれらの接続部を
一体としてくり抜くこと(サーフェスマイクロマシーニ
ングのみ)で製作する。これにより、センサ構造が小型
・軽量化し、製造プロセスの簡単化が実現でき、大幅な
コスト低減が図れる。
As described above, according to the present invention, the SOI substrate or the polycrystalline silicon layer is etched from the surface, and the mass portion, the parallel beam, the support base, and the connecting portion thereof are hollowed out integrally (surface micromachining). Only). As a result, the sensor structure can be made smaller and lighter, the manufacturing process can be simplified, and the cost can be significantly reduced.

【0030】また、さらに他の発明によれば、請求項1
又は2に記載の振動型加速度センサにおいて、振動型加
速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動体、支持
基台及び第1及び第2接続部が、基板上に蒸着あるいは
メッキ形成された金属層を加工して一体として形成され
ていることを特徴とする。これによっても上述と同様
に、センサ構造が小型・軽量化し、製造プロセスの簡単
化が実現でき、大幅なコスト低減が図れる。
According to still another invention, claim 1
Or the metal layer in which the mass part, the parallel beam vibrating body, the support base, and the first and second connecting parts which constitute the vibration type acceleration sensor are vapor-deposited or plated on the substrate. It is characterized in that it is formed by processing. As a result, similarly to the above, the sensor structure can be made smaller and lighter, the manufacturing process can be simplified, and the cost can be significantly reduced.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
(以下、実施形態という)について、図面に基づいて説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0032】<第1実施形態>本発明の振動型加速度セ
ンサ1000の第1の実施形態を以下に説明する。
<First Embodiment> A first embodiment of the vibration type acceleration sensor 1000 of the present invention will be described below.

【0033】図1には、第1の実施形態の振動型加速度
センサ1000の斜視図、図2には、図1の振動型加速
度センサの平面図、図3には、励振力印加手段と振幅変
化検出手段の構成が示されている。また、図4には、本
第1実施形態に係る振動型加速度センサ1000の動作
原理を説明するための平面図が示されている。
FIG. 1 is a perspective view of the vibration type acceleration sensor 1000 of the first embodiment, FIG. 2 is a plan view of the vibration type acceleration sensor of FIG. 1, and FIG. The configuration of the change detection means is shown. Further, FIG. 4 shows a plan view for explaining the operation principle of the vibration type acceleration sensor 1000 according to the first embodiment.

【0034】まず、平行ビーム振動体3は、厚さが1μ
m、奥行き厚みが10μm、長さ約1000μmの2枚
のビーム38と39を端部31と32で連結して構成さ
れている。そして、一対のビーム38、39間の変形の
ないときの間隔(距離)は、20μmとした。
First, the parallel beam oscillator 3 has a thickness of 1 μm.
m, the depth thickness is 10 μm, and the two beams 38 and 39 each having a length of about 1000 μm are connected by end portions 31 and 32. The distance (distance) between the pair of beams 38 and 39 when there is no deformation was set to 20 μm.

【0035】この平行ビーム振動体3は、マス部1およ
び支持基台2との間に、接続部35および接続部36を
介して実質的に点接続されている。これら接続部35、
36は、ビーム38、39の中央部分をマス部1、支持
基台2と接続している。
The parallel beam vibrating body 3 is substantially point-connected between the mass portion 1 and the support base 2 via a connecting portion 35 and a connecting portion 36. These connection parts 35,
Reference numeral 36 connects the central portions of the beams 38 and 39 to the mass portion 1 and the support base 2.

【0036】マス部1は、その面積サイズが500μm
平方に形成されており、支持基台2は、800μm×3
00μmに形成されている。奥行き厚みは、両者とも、
10μmである。
The area size of the mass portion 1 is 500 μm.
It is formed in a square, and the support base 2 is 800 μm × 3
It is formed to have a thickness of 00 μm. The depth and thickness are both
10 μm.

【0037】また、平行ビーム振動体3の2枚の平行ビ
ーム38、39を連結する端部31、32には、図3の
拡大図に詳細に示したように、加速度の作用方向に沿っ
て櫛状の溝部69が設けられている。そして、この溝部
69に噛み合うように形成された励振力印加手段60に
より平行ビーム振動体3が励振される。すなわち、励振
力印加手段60と平行ビーム振動体3の端部31、32
の間には、交流電源61より周期的な静電力が印加され
る。このため、この周期的な静電力によって、平行ビー
ム振動体3が励振される。
Further, as shown in detail in the enlarged view of FIG. 3, the end portions 31 and 32 connecting the two parallel beams 38 and 39 of the parallel beam vibrating body 3 are arranged along the acting direction of acceleration. A comb-shaped groove portion 69 is provided. Then, the parallel beam vibrating body 3 is excited by the exciting force applying means 60 formed so as to mesh with the groove portion 69. That is, the excitation force applying means 60 and the end portions 31 and 32 of the parallel beam vibrating body 3.
During this period, a periodic electrostatic force is applied from the AC power supply 61. Therefore, the parallel beam vibrating body 3 is excited by the periodic electrostatic force.

【0038】すなわち、静電力の印加により、平行ビー
ム振動体3の端部31、32は、接続部35および接続
部36を振動の節(非振動点)として加速度の作用方向
に曲げの振動モードで共振(振動数6400Hz)振動
する。従って、端部31、32が振動時の最大変位部分
となっている。共振状態での駆動は後述する振動検出手
段によって常に振幅が最大となる加振周波数を選択する
か、又は駆動と振幅の位相が90度ずれる加振周波数を
選択することによって実現される。
That is, by applying an electrostatic force, the end portions 31 and 32 of the parallel beam vibrating body 3 are bent in a vibration mode in which the connecting portion 35 and the connecting portion 36 are used as vibration nodes (non-vibration points) in the direction of acceleration. Resonates (frequency 6400 Hz). Therefore, the end portions 31 and 32 are the maximum displacement portions during vibration. The drive in the resonance state is realized by the vibration detection means described later to select the excitation frequency where the amplitude is always the maximum or the excitation frequency where the phase of the drive and the amplitude is shifted by 90 degrees.

【0039】また、励振力印加手段60と相対する側に
は、端部31、32の振動における振幅の変化を検出す
る振幅変化検出手段65が設けられている。この振幅変
化検出手段65には定電圧源67より一定の電圧が抵抗
66を介し印加されている。よって、端部31、32が
Y方向に振動することで溝部69の領域に発生する電荷
量(電流)が変化し、抵抗66の両端電圧が変化する。
このため、抵抗66の両端電圧を電圧検出器68にて検
出することで、平行ビーム振動体3の振動を抵抗66の
電圧変化として計測できる。従って、この計測結果から
平行ビーム振動体3の振動数が計測される。
Amplitude change detecting means 65 for detecting a change in amplitude due to vibration of the end portions 31 and 32 is provided on the side facing the excitation force applying means 60. A constant voltage is applied to the amplitude change detecting means 65 from a constant voltage source 67 via a resistor 66. Therefore, as the ends 31 and 32 vibrate in the Y direction, the amount of electric charge (current) generated in the region of the groove 69 changes, and the voltage across the resistor 66 changes.
Therefore, by detecting the voltage across the resistor 66 with the voltage detector 68, the vibration of the parallel beam oscillator 3 can be measured as the voltage change of the resistor 66. Therefore, the frequency of the parallel beam oscillator 3 is measured from this measurement result.

【0040】なお、本実施形態では、平行ビーム振動体
3に励振力を与えるため、溝部69を設けると共に、励
振力の物理量として静電力を利用しているが、端部3
1、32の形状や励振手段は、特にこれに限定されもの
ではない。例えば、励振手段として磁力や熱エネルギー
等を利用しても何等問題はない。また、端部31、32
の振幅変化を検出する手段や電気的な回路構成について
も、特に上述の構成に限定されない。
In this embodiment, in order to apply the exciting force to the parallel beam vibrating body 3, the groove portion 69 is provided and the electrostatic force is used as the physical quantity of the exciting force.
The shapes of 1 and 32 and the excitation means are not particularly limited to this. For example, there is no problem even if magnetic force or thermal energy is used as the excitation means. In addition, the ends 31, 32
The means for detecting the change in the amplitude and the electrical circuit configuration are not particularly limited to those described above.

【0041】ここで、端部31、32が曲げ振動モード
で励振される第1実施形態の振動型加速度センサ100
0における平行ビーム振動体3の共振振動数Fnは、次
の(1)式で示される。
Here, the vibration type acceleration sensor 100 of the first embodiment in which the end portions 31 and 32 are excited in the bending vibration mode.
The resonance frequency Fn of the parallel beam oscillator 3 at 0 is expressed by the following equation (1).

【0042】[0042]

【数1】 Fn=K1 ・√[E・I/ A・ρ ] ・・・ (1) ここで、Fn:固有振動数、K1 :振動モードの次数等
により決まる定数、E:ヤング率、I:平行ビーム振動
体の形状剛性、A:平行ビームの断面積、ρ:密度であ
る。
[Formula 1] Fn = K1√ [EI / Aρ] (1) where Fn is a natural frequency, K1 is a constant determined by the order of the vibration mode, E: Young's modulus, I Is the shape rigidity of the parallel beam oscillator, A is the cross-sectional area of the parallel beam, and ρ is the density.

【0043】この式より、共振振動数Fnは平行ビーム
振動体3の形状剛性Iの大きさによって変化することが
わかる。
From this equation, it is understood that the resonance frequency Fn changes depending on the size of the shape rigidity I of the parallel beam vibrating body 3.

【0044】本実施形態の振動型加速度センサ1000
においては、図4に示すように、加速度Gによって、マ
ス部1が支持基台2に対し変位し、平行ビーム振動体3
におけるビーム38、39間の間隔が変化する。
Vibration type acceleration sensor 1000 of this embodiment
4, the mass portion 1 is displaced with respect to the support base 2 by the acceleration G, and the parallel beam vibrating body 3 is moved.
The spacing between the beams 38, 39 at is changed.

【0045】そして、平行ビーム振動体3の形状剛性I
は、この平行ビーム振動体3の形状変化に応じて変化
し、図5に示したように、検出対象となるY方向の加速
度Gが作用した場合、ビーム38と39の間隔Hが狭く
なることに起因して減少する。一方、図5と逆の方向の
加速度が作用した場合は、ビーム38と39の間隔Hが
広くなり、形状剛性Iは増加する。
The shape rigidity I of the parallel beam vibrating body 3
Changes in accordance with the shape change of the parallel beam vibrating body 3, and as shown in FIG. 5, when the acceleration G in the Y direction to be detected acts, the interval H between the beams 38 and 39 becomes narrow. Due to. On the other hand, when the acceleration in the direction opposite to that of FIG. 5 is applied, the interval H between the beams 38 and 39 becomes wider, and the shape rigidity I increases.

【0046】即ち、加速度Gの作用によって平行ビーム
振動体3のビーム38と39の間隔Hが変化して、これ
によって形状剛性Iが変化し、この結果、共振振動数F
nも加速度に対応して変化する。
That is, the distance H between the beams 38 and 39 of the parallel beam vibrating body 3 is changed by the action of the acceleration G, and the shape rigidity I is changed accordingly. As a result, the resonance frequency F is changed.
n also changes according to the acceleration.

【0047】このように、本振動型加速度センサは、加
速度を、前記加速度の作用による平行ビーム振動体のビ
ームの間隔変化(形状剛性の変化)に起因した共振振動
数の変化として直接検出する。従って、上述した従来の
振動型加速度センサのように、バネ要素を介して伝達さ
れる軸応力を変換・検出する場合の伝達ロスが発生する
ことはない。
As described above, the present vibration type acceleration sensor directly detects the acceleration as the change in the resonance frequency due to the change in the beam interval (change in the shape rigidity) of the parallel beam vibrating body due to the action of the acceleration. Therefore, unlike the conventional vibration type acceleration sensor described above, no transmission loss occurs when converting and detecting the axial stress transmitted via the spring element.

【0048】第1実施形態の振動型加速度センサでは、
図6に示した特性図のように、1Gの加速度印加に対し
て10%を超える大きな振動数変化ならびに良好な直線
性を有している。従って、車両等の輸送手段にて発生す
る加速度を高精度、かつ信頼性良く検出できる。
In the vibration type acceleration sensor of the first embodiment,
As shown in the characteristic diagram of FIG. 6, it has a large frequency change of more than 10% and a good linearity when an acceleration of 1 G is applied. Therefore, the acceleration generated in the transportation means such as a vehicle can be detected with high accuracy and reliability.

【0049】また、支持基台2は、加速度の作用にとも
なうマス部1の慣性力ならびに平行ビーム3を支持する
ため、パッケージ部品と接続されている。しかし、マス
部1と平行ビーム振動体3については、パッケージ部品
との直接的な接続部分はなく、接続部36にて支持基台
2に点接続されているだけである。
Further, the support base 2 is connected to a package component in order to support the inertial force of the mass portion 1 and the parallel beam 3 due to the action of acceleration. However, the mass portion 1 and the parallel beam vibrating body 3 do not have a direct connection portion with a package component, but are simply point-connected to the support base 2 at the connection portion 36.

【0050】一般に、パッケージ部品は、本振動型加速
度センサを構成するシリコン材料と熱膨脹係数等の材料
物性が異なる樹脂材料あるいはセラミック材料より構成
されている。従って、支持基台2には、熱膨脹係数の不
均一に起因した熱応力が発生する。しかし、支持基台2
に発生した熱応力は、パッケージ部品との接続部分が存
在しない(支持基台2とは接続部36で点接続されてい
るだけである)ことから、平行ビーム3ならびにマス部
1には伝達されない。
Generally, the package component is made of a resin material or a ceramic material having different physical properties such as a coefficient of thermal expansion from the silicon material constituting the vibration type acceleration sensor. Therefore, thermal stress is generated in the support base 2 due to the nonuniform thermal expansion coefficient. However, the support base 2
The thermal stress generated in the above is not transmitted to the parallel beam 3 and the mass portion 1 because there is no connecting portion with the package component (it is only point-connected to the supporting base 2 at the connecting portion 36). .

【0051】従って、本振動型加速度センサは、温度の
昇降過程で発生する熱応力影響を受けにくい、温度特性
に優れた特徴も備えている。なお、パッケージ部品は、
周辺環境からセンサを保護する機能も有している。ま
た、パッケージ部品が、車両などの被測定物体に取り付
けれられる。
Therefore, the present vibration type acceleration sensor also has a characteristic that it is not easily affected by the thermal stress generated during the temperature rising / falling process and that it has excellent temperature characteristics. The package parts are
It also has the function of protecting the sensor from the surrounding environment. Also, the package component is attached to an object to be measured such as a vehicle.

【0052】また、本実施形態の振動型加速度センサ1
000は、図7に示すように、厚み10μmのSOI
(Silicon on Insulator) 基板をエッチング加工して製
作する。すなわち、シリコン基板、酸化シリコン(Si
2 )接合層、厚さ10μmのシリコン層の3層構造か
らなるSOI基板をエッチング加工して、マス部1、支
持基台2、平行ビーム振動体3、接続部35、36が一
体として製作される。
Further, the vibration type acceleration sensor 1 of this embodiment
000 is an SOI having a thickness of 10 μm as shown in FIG.
(Silicon on Insulator) It is manufactured by etching the substrate. That is, a silicon substrate, silicon oxide (Si
O 2 ) A bonding layer and an SOI substrate having a three-layer structure of a silicon layer having a thickness of 10 μm are subjected to etching processing to integrally manufacture the mass part 1, the support base 2, the parallel beam vibrating body 3, and the connecting parts 35 and 36. To be done.

【0053】これより、本振動型加速度センサ1000
は、SOI基板をもとに、面積サイズで約1mm平方と
して製作でき(厚みは10μm)、数mm立方以上とし
て製作されてきた従来の加速度センサに対して格段に小
型化されている。そして、この製作は、サーフェスマイ
クロマシーニングのみで達成できる。従って、大幅なコ
スト低減が達成される。
From this, the present vibration type acceleration sensor 1000
Can be manufactured in an area size of about 1 mm square (thickness is 10 μm) based on the SOI substrate, and is remarkably downsized in comparison with the conventional acceleration sensor which has been manufactured as several mm cubic or more. And this production can be achieved only by surface micromachining. Therefore, a significant cost reduction is achieved.

【0054】なお、本振動型加速度センサ1000は、
必ずしもSOI基板をエッチング加工して製作するに限
定されず、シリコンなどの基板上に形成した多結晶シリ
コン層をエッチング加工して製作する、あるいはシリコ
ン等の基板上に蒸着又はメッキ形成した金属を用いて製
作することでもよい。
The vibration type acceleration sensor 1000 is
The SOI substrate is not necessarily manufactured by etching, but a polycrystalline silicon layer formed on a substrate made of silicon or the like is manufactured by etching or a metal vapor-deposited or plated on a substrate made of silicon or the like is used. You can also make it.

【0055】<第2実施形態>本発明の振動型加速度セ
ンサの第2の実施形態を以下に説明する。
<Second Embodiment> A second embodiment of the vibration type acceleration sensor of the present invention will be described below.

【0056】図8には、第2の実施形態の振動型加速度
センサ2000の平面図が示されている。本振動型加速
度センサでは、平行ビーム振動体(第1および第2平行
ビーム振動体)3aと3bが、マス部1を挟んだ対向位
置に一対として設けられており、これに対応して前記一
対の平行ビーム振動体3a、3bを間に挟むマス部1の
反対位置に支持基台(第1および第2支持基台)2a、
2bが設けられている。なお、平行ビーム振動体3a
は、接続部(第1および第2接続部)35a、36aに
より、支持基台2aおよびマス部1に接続されており、
平行ビーム振動体3bは、接続部(第3および第4接続
部)35b、36bでマス部1および支持基台2bに接
続されている。
FIG. 8 is a plan view of the vibration type acceleration sensor 2000 of the second embodiment. In the present vibration type acceleration sensor, parallel beam vibrating bodies (first and second parallel beam vibrating bodies) 3a and 3b are provided as a pair at opposing positions sandwiching the mass portion 1. Supporting bases (first and second supporting bases) 2a at positions opposite to the mass portion 1 with the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b sandwiched therebetween.
2b is provided. The parallel beam vibrating body 3a
Is connected to the support base 2a and the mass portion 1 by connecting portions (first and second connecting portions) 35a and 36a,
The parallel beam vibrating body 3b is connected to the mass portion 1 and the support base 2b at connecting portions (third and fourth connecting portions) 35b and 36b.

【0057】そして、本振動型加速度センサ2000
は、同図におけるY方向の加速度を一対の平行ビーム振
動体3a、3bの振動数変化の差動出力として検出す
る。
Then, the present vibration type acceleration sensor 2000
Detects the acceleration in the Y direction in the figure as a differential output of the frequency change of the pair of parallel beam vibrating bodies 3a and 3b.

【0058】なお、平行ビーム振動体3a、3b、マス
部1、支持基台2a、2bの各サイズや製作方法、平行
ビーム振動体3a、3bの励振手段、ならびに基本的な
加速度の検出原理については上述の第1実施形態と同様
であり、その説明を省略する。
The sizes and manufacturing methods of the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b, the mass portion 1, the support bases 2a and 2b, the excitation means of the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b, and the basic principle of detecting acceleration. Is the same as that of the above-described first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0059】本振動型加速度センサ2000において
は、平行ビーム振動体3a、3bがマス部1を挟んだ対
向位置に一対として設けられているため、加速度が作用
した時の各平行ビーム振動体3a、3bのたわみ量は、
図1の第1実施形態の振動型加速度センサ1000の約
50%として与えられる。しかし、そのたわみは、一対
の平行ビーム振動体3aと3bで極性が異なるため、ビ
ームの間隔は一方で増加し、他方で減少する。そして、
一対の平行ビーム振動体3a、3bとは、その共振振動
数が同じ量だけ増減する。
In the present vibration type acceleration sensor 2000, since the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b are provided as a pair at opposing positions with the mass portion 1 sandwiched therebetween, the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b when the acceleration acts. The amount of deflection of 3b is
It is given as about 50% of the vibration type acceleration sensor 1000 of the first embodiment in FIG. However, since the deflection has different polarities between the pair of parallel beam vibrating bodies 3a and 3b, the beam interval increases on the one hand and decreases on the other hand. And
The resonance frequencies of the pair of parallel beam vibrating bodies 3a and 3b increase or decrease by the same amount.

【0060】この結果、図9に示した特性図のように共
振振動数が変化する。この共振振動数の増減を差動出力
として検出することで、第1実施形態と同様に加速度を
高精度に、また信頼性良く計測できる。なお、この差動
出力は、各平行ビーム振動体3a、3bにおいて検出さ
れる振動数変化の差を演算部(図示せず)において求め
ることによって、得られる。この演算部は、アナログ信
号の演算であってもデジタル信号の演算部であってもよ
い。
As a result, the resonance frequency changes as shown in the characteristic diagram of FIG. By detecting the increase / decrease in the resonance frequency as a differential output, the acceleration can be measured with high accuracy and reliability as in the first embodiment. The differential output can be obtained by calculating the difference in frequency change detected in each of the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b in a calculation unit (not shown). The calculation unit may be a calculation unit for analog signals or a calculation unit for digital signals.

【0061】また、本振動型加速度センサ2000にお
いては、支持基台2aと2bとがマス部1を挟んだ対向
位置に一対として設けられていることから、温度の昇降
にともなう振動型加速度センサ2000自体の膨脹や収
縮により、平行ビーム振動体3a、3bのビーム間隔を
同等に変化させるY方向の応力が発生する。しかし、本
振動型加速度センサ2000においては、一対の平行ビ
ーム振動体3a、3bの共振振動数の変化を差動出力と
して検出することから、前記Y方向の熱的な誤差影響を
相殺でき、高精度な加速度検出機能を維持できる。
Further, in the present vibration type acceleration sensor 2000, since the support bases 2a and 2b are provided as a pair at opposite positions with the mass portion 1 sandwiched therebetween, the vibration type acceleration sensor 2000 accompanying temperature rise and fall. Due to the expansion and contraction of itself, a stress in the Y direction that changes the beam intervals of the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b equally is generated. However, in the present vibration type acceleration sensor 2000, since the change in the resonance frequency of the pair of parallel beam vibrating bodies 3a and 3b is detected as a differential output, the influence of the thermal error in the Y direction can be canceled out, and the high frequency is achieved. The accurate acceleration detection function can be maintained.

【0062】さらに、本振動型加速度センサ2000に
おいては、平行ビーム振動体3a、3b、支持基台2
a、2bが、マス部1を挟んだ対向位置に一対として設
けられていることから、検出目的とするY方向以外の剛
性が大幅に向上し改善されている。従って、X方向やZ
方向の加速度に対しては、平行ビーム振動体3a、3b
はより変形しにくい。この結果、一般的に加速度のクロ
ストーク成分と称される前記のX方向やZ方向の加速度
に対する振動数変化の発生を防止できる。すなわち、本
振動型加速度センサ2000によれば、他の加速度に対
するクロストークに影響されず、検出目的の加速度成分
を高精度に計測できる。
Further, in the present vibration type acceleration sensor 2000, the parallel beam vibrating bodies 3a and 3b, the support base 2 are provided.
Since a and 2b are provided as a pair at opposing positions sandwiching the mass portion 1, the rigidity other than the Y direction, which is the detection target, is significantly improved and improved. Therefore, X direction and Z
For the directional acceleration, the parallel beam vibrating bodies 3a, 3b
Is more difficult to deform. As a result, it is possible to prevent the frequency change with respect to the acceleration in the X and Z directions, which is generally called a crosstalk component of acceleration. That is, according to the vibration type acceleration sensor 2000, the acceleration component for detection can be measured with high accuracy without being affected by crosstalk with respect to other accelerations.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の振動型加
速度センサは、加速度を、平行ビーム振動体のビームの
間隔変化にもとづく共振振動数の変化として直接検出す
る。よって、伝達によるロスの発生を防止して、加速度
を高精度、かつ、信頼性よく検出できる。
As described above, the vibration-type acceleration sensor of the present invention directly detects acceleration as a change in resonance frequency due to a change in beam interval of the parallel beam vibrating body. Therefore, it is possible to prevent the loss due to transmission and detect the acceleration with high accuracy and reliability.

【0064】さらに、加速度の検出要素である平行ビー
ム振動体と支持基台とは、実質的に点接続される。この
ため、従来の加速度センサで問題とされた熱応力の影響
を回避でき、良好な温度特性を実現できる。
Further, the parallel beam vibrating body which is an acceleration detecting element and the support base are substantially point-connected. Therefore, it is possible to avoid the influence of thermal stress, which has been a problem in the conventional acceleration sensor, and it is possible to realize good temperature characteristics.

【0065】また、平行ビーム振動体がマス部を挟んだ
対向位置に一対として配置され、加速度を一対の平行ビ
ーム振動体の形状変化にもとづく共振振動数の変化とし
て差動検出するよう構成することで、他の加速度成分に
対する検出誤差がなく、良好な出力特性ならびに温度特
性を実現できる。
Further, the parallel beam vibrating bodies are arranged as a pair at opposite positions sandwiching the mass portion, and the acceleration is differentially detected as a change in resonance frequency based on a change in shape of the pair of parallel beam vibrating bodies. Therefore, there is no detection error for other acceleration components, and good output characteristics and temperature characteristics can be realized.

【0066】さらに、本発明の振動型加速度は、SOI
基板または多結晶シリコン層をエッチング加工する、あ
るいは蒸着又はメッキ形成された金属層を加工すること
で簡単に製作できる。従って、製作プロセスが格段に簡
易化され、かつ、従来の加速度センサで達成されなかっ
た小型・軽量化が実現でき、大幅なコスト低減が図れ
る。
Furthermore, the vibration-type acceleration of the present invention has an SOI
It can be easily manufactured by etching the substrate or the polycrystalline silicon layer, or by processing the metal layer deposited or plated. Therefore, the manufacturing process is remarkably simplified, the size and weight can be reduced, which has not been achieved by the conventional acceleration sensor, and the cost can be significantly reduced.

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

【図1】 本発明の第1実施形態の振動型加速度センサ
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a vibration type acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 同センサの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the sensor.

【図3】 同センサ励振および振幅検出の構成を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the same sensor excitation and amplitude detection.

【図4】 同センサにおける加速度の検出原理を示す平
面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an acceleration detection principle of the sensor.

【図5】 同センサにおける加速度の検出原理を示す説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the principle of acceleration detection in the sensor.

【図6】 同センサの検出特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a detection characteristic of the sensor.

【図7】 製作方法を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing method.

【図8】 第2実施形態の振動型加速度センサを示す平
面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a vibration type acceleration sensor according to a second embodiment.

【図9】 同センサの検出特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a detection characteristic of the sensor.

【図10】 従来の加速度センサの構成を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マス部、2,2a,2b 支持基台、3,3a,3
b 平行ビーム振動体、35,36,35a,35b,
36a,36b 接続部、1000 第1実施形態の振
動型加速度センサ、2000 第2実施形態の振動型加
速度センサ。
1 mass part, 2, 2a, 2b support base, 3, 3a, 3
b parallel beam oscillator, 35, 36, 35a, 35b,
36a, 36b connection part, 1000 Vibration type acceleration sensor of 1st Embodiment, 2000 Vibration type acceleration sensor of 2nd Embodiment.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基台と、 この支持基台に第1接続部を介し実質的に点接続された
一対の平行ビームと、これら平行ビームを両端でそれぞ
れ接続する端部を含む平行ビーム振動体と、 この平行ビーム振動体に第2接続部を介し実質的に点接
続され、所定の重量を有するマス部と、 上記平行ビーム振動体の端部に対し、励振力を付与する
励振手段と、 平行ビーム振動体の振動数を検出する検出手段と、 を有し、 加速度を上記平行ビーム振動体における一対の平行ビー
ムの間隔変化に起因した振動数の変化に基づいて検出す
ることを特徴とする振動型加速度センサ。
1. A parallel beam vibration including a support base, a pair of parallel beams substantially point-connected to the support base via a first connecting portion, and end portions respectively connecting the parallel beams at both ends. A body, a mass portion that is substantially point-connected to the parallel beam vibrating body through a second connecting portion, and has a predetermined weight; and an exciting means that applies an exciting force to the end portion of the parallel beam vibrating body. A detecting means for detecting the frequency of the parallel beam vibrating body, and detecting acceleration based on a change in the frequency resulting from a change in the distance between the pair of parallel beams in the parallel beam vibrating body. Vibration type acceleration sensor.
【請求項2】 第1の支持基台と、 この第1支持基台に第1接続部を介し実質的に点接続さ
れた一対の平行ビームと、これら平行ビームを両端でそ
れぞれ接続する端部を含む第1平行ビーム振動体と、 この第1平行ビーム振動体に第2の接続部を介し実質的
に点接続され、所定の重量を有するマス部と、 このマス部に第3接続部を介し実質的に点接続された一
対の平行ビームと、これら平行ビームを両端でそれぞれ
接続する端部からなる第2平行ビーム振動体と、 この第2平行ビーム振動体に第4接続部を介し実質的に
点接続される第2の支持基台と、 上記第1および第2平行ビーム振動体の端部に対し、励
振力をそれぞれ付与する第1および第2励振手段と、 上記第1および第2平行ビーム振動体の振動数を検出す
る第1および第2検出手段と、 を有し、 加速度を上記第1および第2平行ビーム振動体のそれぞ
れにおける一対の平行ビームの間隔変化に起因した振動
数の変化の差に基づいて検出することを特徴とする振動
型加速度センサ。
2. A first support base, a pair of parallel beams substantially point-connected to the first support base via a first connecting portion, and end portions connecting the parallel beams at both ends, respectively. A first parallel beam vibrating body, a mass portion that is substantially point-connected to the first parallel beam vibrating body via a second connecting portion, and has a predetermined weight; and a third connecting portion in the mass portion. A pair of parallel beams substantially point-connected through the second parallel beam vibrating body, and a second parallel beam vibrating body including end portions respectively connecting the parallel beams at both ends, and a second connecting portion substantially connected to the second parallel beam vibrating body. Second support bases that are point-connected to each other, first and second excitation means that apply excitation force to the ends of the first and second parallel beam oscillators, respectively, and the first and second First and second detection for detecting the frequency of two parallel beam oscillators And a means for detecting acceleration based on a difference in frequency change caused by a change in interval between a pair of parallel beams in each of the first and second parallel beam oscillators. Acceleration sensor.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の振動型加速度セ
ンサにおいて、 上記マス部、平行ビーム振動体、支持基台および第1お
よび第2接続部が、酸化物層上にシリコン層を有するS
OI基板を加工して一体として形成されていることを特
徴とする振動型加速度センサ。
3. The vibration type acceleration sensor according to claim 1, wherein the mass part, the parallel beam vibrating body, the support base and the first and second connecting parts have a silicon layer on the oxide layer. S
A vibration-type acceleration sensor, characterized by being formed by processing an OI substrate.
【請求項4】 請求項1又は2に記載の振動型加速度セ
ンサにおいて、 振動型加速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動
体、支持基台、および第1および第2接続部が、基板上
に形成した多結晶シリコン層を加工して一体として形成
されていることを特徴とする振動型加速度センサ。
4. The vibrating acceleration sensor according to claim 1, wherein the mass portion, the parallel beam vibrating body, the support base, and the first and second connecting portions forming the vibrating acceleration sensor are on a substrate. A vibration type acceleration sensor, characterized in that it is formed integrally by processing the polycrystalline silicon layer formed on.
【請求項5】 請求項1又は2に記載の振動型加速度セ
ンサにおいて、 振動型加速度センサを構成するマス部、平行ビーム振動
体、支持基台及び第1及び第2接続部が、基板上に蒸着
あるいはメッキ形成された金属層を加工して一体として
形成されていることを特徴とする振動型加速度センサ。
5. The vibration type acceleration sensor according to claim 1, wherein the mass section, the parallel beam vibrating body, the support base, and the first and second connection sections that constitute the vibration type acceleration sensor are provided on a substrate. A vibration-type acceleration sensor, characterized by being formed integrally by processing a metal layer formed by vapor deposition or plating.
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