JP2011064652A - Acceleration detector - Google Patents
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Abstract
【課題】製造が容易で高精度かつ高感度の加速度検出器を提供する。
【解決手段】主面に対し垂直に加速度が加わり変位する可動部24と、可動部24をくびれ部26を介して支持する固定部22を備えたベース20と、加速度の方向に垂直な力であって、力の検出方向を検出軸とし当該検出軸に沿って並ぶ一対の基部34、35に接続された感圧素子30とを備え、一対の基部34、35がベース20の可動部24と固定部22に固定され、くびれ部26は、一対の基部34、35の間に挟まれる領域であって、可動部24と固定部22の間に検出軸の方向と交差する方向に形成され、ベース20には、一端の固定端72を固定部22に接続し、他端の自由端74をくびれ部26の方向と交差する方向であって可動部24側に延出された梁部70を形成し、感圧素子30は可動部24側の基部35に平面視で梁部70と重なる位置に梁部70と接触する接触部36が形成されている。
【選択図】図1A highly accurate and highly sensitive acceleration detector that is easy to manufacture is provided.
A movable portion 24 that is displaced by acceleration applied perpendicularly to the main surface, a base 20 that includes a fixed portion 22 that supports the movable portion 24 via a constricted portion 26, and a force perpendicular to the direction of acceleration. And a pressure sensitive element 30 connected to a pair of base portions 34 and 35 arranged along the detection axis with the detection direction of force as a detection axis, and the pair of base portions 34 and 35 are connected to the movable portion 24 of the base 20. The constricted portion 26 fixed to the fixed portion 22 is an area sandwiched between the pair of base portions 34 and 35 and is formed between the movable portion 24 and the fixed portion 22 in a direction crossing the direction of the detection axis. A fixed end 72 at one end is connected to the fixed portion 22 on the base 20, and a beam portion 70 extending to the movable portion 24 side in a direction intersecting the direction of the constricted portion 26 at the free end 74 at the other end. The pressure sensitive element 30 is formed on the base 35 on the movable part 24 side in plan view. Contact portion 36 is formed in contact with the beam portion 70 at a position overlapping the part 70.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、錘部の大きさ・面積の設計自由度を広げた高精度・高感度な圧電振動子を用いた加速度検出器に関する。 The present invention relates to an acceleration detector using a high-precision and high-sensitivity piezoelectric vibrator in which the degree of design freedom of the size and area of a weight portion is expanded.
従来、圧電振動子を用いた感圧素子と錘部を備えた特許文献1から3のような加速度計が開示されている。
特許文献1の加速度センサーは、図11に示すように感圧素子101の一方の基部102にくびれ103を介して錘104が連結されている。錘104は(2)、(3)に示すようにくびれ103を基点として感圧素子101と反対側の位置に配置されている。このくびれ103は基板105の表裏にそれぞれ形成されている。
Conventionally, an accelerometer as disclosed in
In the acceleration sensor of
特許文献2の加速度計は、図12に示すようにX軸線方向に自由に回動するようにヒンジ結合201によりベース202と接続させた錘203と、錘203とベース202に接続して、検出軸をX軸方向と直交するY軸方向に形成した感圧素子204を備え、前記感圧素子204を錘203とベース202の表裏に形成している。
As shown in FIG. 12, the accelerometer disclosed in
特許文献3ははり共振器力変換器を有する加速度計が開示されている。図13に示すようにはり共振器力変換器を有する加速度計301は、ヒンジ302により錘303と連結する基台304と、一端を錘303に連結させるとともに他端を基台304から伸びる片持ちはり305の自由端306に連結させた感圧素子307を備えている。そして錘303の自由端308側には破壊限度で錘303の変位を止める止め309が錘303と所定間隔を開けて形成されている。
しかしながら特許文献1では、確保できる錘104のサイズが感圧素子101の感圧部の寸法によって規制されてしまうので、要求される加速度計の仕様によっては仕様を満たす感度が得られない問題があった。
However, in
また、基板105の表裏に夫々くびれ103が設けられているため、基板105の両主面に対して夫々フォトリソ・エッチング法で、くびれ103を形成しなければならない。従って作業に煩雑性が生じてコストアップとなってしまうという問題があった。
Further, since the
また特許文献2のようなカンチレバータイプの加速度センサーは、感度を高めることにより、破壊限界となる加速度が低下するため、感度には上限が決められていた。これにより特に低い加速度用のセンサーに関しては、十分な水晶の性能を発揮できなかった。これは加速度に対して、直線的に応力がかかってしまう構造が原因である。
In addition, an acceleration sensor of a cantilever type as disclosed in
また特許文献3には錘303のストッパーとなる止め309が設けられているが、基台304と錘303と止め309を一体形成することができない。また加工精度の問題により、ストッパー間の隙間に錘303を所定間隔を開けて位置決めする設定が難しい。
Further,
さらに特許文献3に示すような止め(ストッパー)を特許文献2に示すような加速度計に適用した場合、感圧素子とは別にストッパーを設ける構成となる。このストッパーは、ベースに設けた感圧素子と同様にストッパーの一端をベースに固定し、錘と接触する自由端を錘と所定間隔を設けるように片持ち支持する構成となる。従って、止めの自由端を錘と所定間隔を開けて設ける位置決めが難しいという問題があった。
Furthermore, when a stop (stopper) as shown in
一方、近年例えば100Gまでの加速度を検出可能でありながら、低い加速度も検知することができる加速度検出器が望まれている。しかし、低い加速度を検出するため感度を高めた感圧素子は、高い加速度が作用すると破壊してしまうという問題があった。
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、製造が容易で、高精度かつ高感度の加速度検出器を実現することを目的としている。
On the other hand, in recent years, an acceleration detector capable of detecting a low acceleration while being able to detect an acceleration up to, for example, 100 G is desired. However, the pressure-sensitive element whose sensitivity is increased to detect low acceleration has a problem that it breaks when high acceleration is applied.
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to realize an acceleration detector that is easy to manufacture and has high accuracy and high sensitivity.
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]主面に対し垂直に加速度が加わり変位する可動部と、前記可動部をくびれ部を介して支持する固定部を備えたベースと、前記加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とし、当該検出軸に沿って並ぶ一対の基部に接続された感圧部を有する感圧素子と、を備え、前記一対の基部が前記ベースの前記可動部と前記固定部に固定され、前記くびれ部は、前記一対の基部の間に挟まれる領域であって、前記可動部と前記固定部の間に前記検出軸の方向と交差する方向に形成され、前記ベースには、一端の固定端を前記固定部に接続し、他端の自由端を前記くびれ部の方向と交差する方向であって前記可動部側に延出された梁部を形成し、前記感圧素子は、前記可動部側の基部に、平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する接触部が形成されていることを特徴とする加速度検出器。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1] A force that is perpendicular to the main surface and is displaced by an acceleration, a base that includes a fixed portion that supports the movable portion via a constriction, and a force that is perpendicular to the direction of the acceleration. A pressure sensing element having a pressure sensing direction as a detection axis and connected to a pair of bases arranged along the detection axis, wherein the pair of bases and the movable part of the base Fixed to the fixed portion, the constricted portion is a region sandwiched between the pair of base portions, and is formed in a direction intersecting the direction of the detection axis between the movable portion and the fixed portion, In the base, a fixed end at one end is connected to the fixed portion, and a free end at the other end is formed in a direction intersecting the direction of the constricted portion and extending to the movable portion side, The pressure sensitive element is placed in front of the base on the movable part side so as to overlap the beam part in plan view. Acceleration detector, wherein a contact portion for contacting a beam portion is formed.
これにより、大きなマイナス加速度Gが印加された場合であっても、梁部70が接触部36と接触して可動部24のストッパーとなり、過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め設定された測定範囲で加速度を検出することができる。
Thereby, even when a large negative acceleration G is applied, the
また感圧素子を構成する感圧部、基部、接触部はエッチング、フォトリソ加工により一体形成した構成であり、梁部に対する接触部の位置決めを容易に行なうことができる。
また低い加速度を検出する高感度の加速度検出器に、大きな加速度が印加されても破壊限界で梁部が可動部の変位を止めることができ、検出器が破壊されることを防止できる。
In addition, the pressure-sensitive portion, the base portion, and the contact portion constituting the pressure-sensitive element are integrally formed by etching and photolithography, so that the contact portion can be easily positioned with respect to the beam portion.
In addition, even when a large acceleration is applied to a highly sensitive acceleration detector that detects low acceleration, the beam portion can stop the displacement of the movable portion at the breaking limit, and the detector can be prevented from being broken.
[適用例2]前記接触部は、前記ベースの一方の主面の前記感圧素子の前記可動部側の基部に平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する第1の接触部と、前記ベースの他方の主面に前記第1の接触部と対向し、平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する第2の接触部と、からなることを特徴とする適用例1に記載の加速度検出器。 Application Example 2 The contact portion is a first contact that contacts the beam portion at a position overlapping the beam portion in plan view on a base portion on the movable portion side of the pressure-sensitive element on one main surface of the base. And a second contact portion facing the first contact portion on the other main surface of the base and contacting the beam portion at a position overlapping the beam portion in plan view. The acceleration detector according to Application Example 1.
これにより、大きなプラスの加速度Gが印加された場合であっても、破壊限界で梁部が第2の接触部と接触して可動部のストッパーとなり、変位を止めることができる。よって過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め定めた測定範囲で加速度を検出することができる。 As a result, even when a large positive acceleration G is applied, the beam portion comes into contact with the second contact portion at the fracture limit and becomes a stopper of the movable portion, so that the displacement can be stopped. Therefore, the acceleration can be detected within a predetermined measurement range without being destroyed by excessive acceleration G.
[適用例3]前記感圧素子は、前記固定部側の基部から前記可動部側の基部へ延出されて前記くびれ部を跨ぐように形成されると共に、端部が自由端であるストッパーを有することを特徴とする適用例1に記載の加速度検出器。 Application Example 3 The pressure-sensitive element is formed so as to extend from the base portion on the fixed portion side to the base portion on the movable portion side and straddle the constricted portion, and a stopper whose end portion is a free end. The acceleration detector according to Application Example 1, including the acceleration detector.
これにより、加速度検出器に破壊限界を超えるマイナスの加速度Gが作用した場合、梁部が接触部と接触して可動部のストッパーとなる。一方大きなプラスの加速度Gが印加された場合、破壊限界でストッパーが可動部と接触して可動部の変位を止めることができる。よって過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め定めた測定範囲で加速度を検出することができる。 As a result, when a negative acceleration G exceeding the destruction limit is applied to the acceleration detector, the beam portion comes into contact with the contact portion and becomes a stopper of the movable portion. On the other hand, when a large positive acceleration G is applied, the stopper can come into contact with the movable part at the breaking limit to stop the displacement of the movable part. Therefore, the acceleration can be detected within a predetermined measurement range without being destroyed by excessive acceleration G.
また感圧素子を構成する感圧部、基部、接触部、ストッパーはエッチング、フォトリソ加工により一体形成した構成であり、梁部に対する接触部及び可動部に対するストッパーの位置決めを容易に行なうことができる。 Further, the pressure-sensitive part, base part, contact part, and stopper constituting the pressure-sensitive element are integrally formed by etching and photolithography, and the stopper can be easily positioned with respect to the beam part and the movable part.
[適用例4]前記感圧素子は、前記ベースの一方の主面に形成された第1の感圧素子と、前記ベースの他方の主面に前記第1の感圧素子と対向するように形成された第2の感圧素子と、からなることを特徴とする適用例1又は適用例3に記載の加速度検出器。
これにより加速度を差動式で検出することができるため、より高感度の加速度検出が行える。
Application Example 4 The pressure-sensitive element is formed such that the first pressure-sensitive element formed on one main surface of the base and the first pressure-sensitive element facing the other main surface of the base. The acceleration detector according to Application Example 1 or Application Example 3, wherein the acceleration detector includes a formed second pressure-sensitive element.
As a result, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher sensitivity.
[適用例5]前記ストッパーは、破壊限界に応じて前記固定端と前記自由端の間の長さを可変とすることを特徴とする適用例3に記載の加速度検出器。
これにより加速度検出器の破壊限界点を任意に設計変更することができる。
Application Example 5 The acceleration detector according to Application Example 3, wherein the stopper has a variable length between the fixed end and the free end according to a breakage limit.
Thus, the design of the breakage limit point of the acceleration detector can be arbitrarily changed.
本発明の加速度検出器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1は実施例1の加速度検出器の概略図であり、(1)はベースの一方の主面側から見た分解斜視図であり、(2)は側面図であり、(3)は平面図である。
Embodiments of an acceleration detector according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an acceleration detector according to a first embodiment, (1) is an exploded perspective view seen from one main surface side of the base, (2) is a side view, and (3) is a plan view. FIG.
図示のように実施例1の加速度検出器10は、ベース20と感圧素子30を主な基本構成としている。
ベース20は、主に固定部22と、可動部(錘部)24と、くびれ部26、梁部70とから構成されている。
As shown in the figure, the
The base 20 mainly includes a fixed
固定部22は、加速度Gの印加によって変位せず、図示しない基板にベース20を固定する部材である。錘となる可動部24は、固定部22によって支持され、加速度Gが印加されると印加の方向(Z軸方向)へ変位(可動)する。固定部22及び可動部24は、ベース20の一方の主面27側に後述する感圧素子30を接着する際、感圧素子30の一対の基部を支持する載置部29a、29bを備えている。
The fixing
くびれ部26は固定部22と可動部24の間であって、平面矩形のベース20のX軸方向に端面形状が凹状となるように形成された薄肉部である。くびれ部26は、可動部24に加速度Gが印加され、感圧素子30に伸縮・圧縮応力が加わる場合に可動部24を加速度Gの印加方向と逆の方向(慣性力の方向)へ変位させるように構成されている。図1に示すくびれ部26はベース20の他方の主面28を端面形状が凹状に切削加工して形成した溝である。
The
なお、くびれ部26は、可撓性を備えるようにベース20の一部を薄肉にした形状であれば、図示のようなベース20の他方の主面28に形成した凹状の溝以外にも、一方の主面27側に凹状の溝を形成する構成とすることもできる。また例えばベース20の表裏面を半円状に切削加工した形状に構成することができる。
As long as the
梁部70は、固定部22に接続する固定端72と、くびれ部26の方向と交差する方向であって固定部22側から可動部24側へ延出する自由端74から構成されている。梁部70は、固定部22と可動部24の間に設けたくびれ部26を形成していないため、ベース20に加速度Gが印加しても可動部24のように変位することがない。図1に示す梁部70は自由端74の先端が可動部24側の載置部29bの側面を挟むように所定間隔を開けて形成している。
The
なお梁部70は破壊限界の際に後述する接触部36と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、従って図1に示すように梁部70は載置部29bを挟むように2本(複数)形成した構成のほか、いずれか1本であってもよい。
It should be noted that the
また、ベース20を構成する固定部22、可動部24、くびれ部26、梁部70は、平面視矩形の金属材料を用いて、薄肉となるくびれ部26と、梁部70を切削加工して一体的に形成することができる。
Further, the fixed
感圧素子30は、主に感圧部32と、一対の基部34、35と、接触部36とから構成されている。
感圧素子30は両端部に一対の基部34、35を配置し、一対の基部34、35間に振動領域を備えた感圧部32を連設して、振動領域上には図示しない励振電極を形成している。
The pressure
The pressure-
本実施例の感圧部32は一対の基部34、35の間に基部34、35と連結するように1本の振動腕を備えた構成である。また感圧部32は、加えられた力に対して周波数の変化が大きく、圧力を感度良く検出できる双音叉振動片を用いることもできる。すなわち双音叉振動片は、屈曲振動モードを有する振動片であって、2つの音叉型振動片の自由端側の端面どうしを対向させて結合させた構造を有しており、互いに並行にY軸方向に長手方向が延びる2本の振動腕と、この振動腕の長手方向の両端に接続され、振動腕と一列に並んだ2つの基部とを有する構成としても良い。
The pressure-
振動腕はY軸方向に細長く、その表面に設けられた図示しない励振電極により駆動電圧を印加されて屈曲振動する部分であり、この部分にY軸方向に伸張及び/又は圧縮するようにストレス或いはテンションがかかると、周波数が変化する部分である。したがってその周波数変化を検知することで加速度を感知することができる。 The resonating arm is elongated in the Y-axis direction and is a portion that is flexed and vibrated by applying a driving voltage by an excitation electrode (not shown) provided on the surface thereof. This is the part where the frequency changes when tension is applied. Therefore, the acceleration can be detected by detecting the frequency change.
感圧素子30は、加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とするように一対の基部34、35をベース20上の載置面29a、29bに固定している。すなわち実施例1の感圧素子30の検出軸はY軸方向となる。
The pressure-
また感圧素子30に対し、ベース20のくびれ部26は、一対の基部34、35の間に挟まれる領域であって、可動部24と固定部22の間に検出軸の方向と交差する方向に配置される関係となる。
Further, the
接触部36は、可動部24側の基部35に形成している。図1に示す接触部36は、基部35の側面に一対形成している。接触部36は、(3)に示すようにベース20を平面視して梁70の自由端74と重なる位置に形成している。
The
なお接触部36は破壊限界の際に梁部70と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、従って図1に示すように接触部36は基部35の側面に2本(複数)形成した構成のほか、いずれか1本でもよい。
The
感圧素子30は、圧電材料として例えば水晶をフォトリソグラフィ技術とエッチング技法によって基部34、35と感圧部32と接触部36を一体的に形成することができ、水晶以外にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いることができる。
The pressure-
このように形成した感圧素子30は、一対の基部34、35をベース20の一方の主面27の載置部29a、29bにベース20との間に所定間隔を開けて接着手段40により接着して固定している。このとき接触部36はベース20と接着させることなく、ベース20を平面視して梁部70の自由端74と重なる位置に配置されている。
In the pressure-
感圧素子30とベース20の間の隙間となる所定間隔は、感圧部32とベース20が干渉しない距離に設定している。
上記構成による実施例1の加速度検出器は次のように作用する。図2は実施例1の加速度検出器の作用の説明図である。
The predetermined interval that is the gap between the pressure
The acceleration detector according to the first embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the first embodiment.
図示のように加速度検出器10のベース20にマイナスの加速度Gが作用すると、加速度Gの方向に垂直な力であって、力の検出方向を検出軸とする感圧素子30の感圧部32に伸長応力が加わる。感圧素子30はこの伸長応力によって周波数が変化して加速度Gを検出することができる。
As shown in the figure, when a negative acceleration G acts on the
そして実施例1の加速度検出器10に破壊応力を超える過剰な加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は伸長応力が加わる。一方梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定され、自由端74は固定されていないため、可動部24の伸長応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位する感圧素子30の接触部36が梁部70の自由端74と接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
When an excessive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the
なお加速度検出器10のベース20にプラスの加速度Gが作用すると、加速度Gの方向に垂直な力であって、力の検出方向を検出軸とする感圧素子30の感圧部32に圧縮応力が加わる。感圧素子30はこの圧縮応力によって周波数が変化して加速度Gを検出することができる。
When a positive acceleration G acts on the
このような実施例1の加速度検出器10によれば、加速度検出器10に破壊限界を超えるマイナスの加速度Gが作用しても、梁部70が接触部36と接触して可動部24のストッパーとなり、過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め設定された測定範囲で加速度を検出することができる。
According to the
また本発明の特徴は、感圧素子30を構成する感圧部32、基部34、35、接触部36はエッチング、フォトリソ加工により一体形成した構成であり、梁部70に対する接触部36の位置決めを容易に行なうことができる。
In addition, the present invention is characterized in that the pressure-
次に実施例2の加速度検出器について以下説明する。
図3は実施例2の加速度検出器の概略図であり、(1)はベースの他方の主面側から見た分解斜視図であり、(2)は側面図である。
Next, an acceleration detector according to the second embodiment will be described below.
FIG. 3 is a schematic view of the acceleration detector according to the second embodiment. (1) is an exploded perspective view seen from the other main surface side of the base, and (2) is a side view.
図示のように実施例2の加速度検出器100は、基本構成となる実施例1の構成に、第2の接触部50を設けた構成である。
第2の接触部50は、実施例1の感圧素子30に示す可動部24側の基部35と接触部36のみの構成、すなわち本体51の側面に接触部52を備えた構成であり、ベース20の他方の主面28に感圧素子30の基部35とベース20を挟んで対向するように形成している。
As shown in the figure, the
The
なお第2の接触部50は破壊限界の際に梁部70と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、従って図3に示すように第2の接触部50は本体51の側面に2本(複数)接触部52を形成した構成のほか、いずれか1本でもよい。
The
このように形成した第2の接触部50は、本体51をベース20の他方の主面28の載置部29bとベース20を挟んで対向する載置部29cに所定間隔を開けて接着手段40により接着して固定している。このとき接触部52はベース20と接着させることなく、ベース20を平面視して梁部70の自由端74と重なる位置に配置されている。
The
上記構成による実施例2の加速度検出器は次のように作用する。図4は実施例2の加速度検出器の作用の説明図である。
(1)に示すように実施例2の加速度検出器100に破壊応力を超える過剰なマイナスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は伸長応力が加わる。一方梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定し、自由端74は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位する感圧素子30の接触部36が梁部70の自由端74と接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
The acceleration detector according to the second embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the second embodiment.
As shown in (1), when an excessive negative acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the
一方、(2)に示すように実施例2の加速度検出器100に破壊応力を超える過剰なプラスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は圧縮応力が加わる。梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定し、自由端74は固定されていないため、可動部24の圧縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位する第2の接触部50に梁部70の自由端74が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
On the other hand, as shown in (2), when an excessive positive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the
これにより、大きなプラスの加速度Gが印加された場合であっても、破壊限界で梁部70が第2の接触部と接触して可動部24のストッパーとなり、変位を止めることができる。よって過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め定めた測定範囲で加速度を検出することができる。
As a result, even when a large positive acceleration G is applied, the
次に実施例3の加速度検出器について以下説明する。
実施例3の加速度検出器200は、基本構成となる実施例1の感圧素子30の構成に、ストッパー80を設けた構成である。具体的に実施例3の感圧素子300は、主に感圧部32と、一対の基部34、35と、接触部36と、ストッパー80から構成されている。
Next, the acceleration detector of Example 3 will be described below.
The
感圧素子300は両端部に一対の基部34、35を配置し、一対の基部34、35間に振動領域を備えた感圧部32を連設して、振動領域上には図示しない励振電極を形成している。
In the pressure-
本実施例の感圧部32は一対の基部34、35の間に基部34、35と連結するように1本の振動腕を備えた構成である。また感圧部32は、加えられた力に対して周波数の変化が大きく、圧力を感度良く検出できる双音叉振動片を用いることもできる。すなわち双音叉振動片は、屈曲振動モードを有する振動片であって、2つの音叉型振動片の自由端側の端面どうしを対向させて結合させた構造を有しており、互いに並行にY軸方向に長手方向が延びる2本の振動腕と、この振動腕の長手方向の両端に接続され、振動腕と一列に並んだ2つの基部とを有する構成としても良い。
The pressure-
振動腕はY軸方向に細長く、その表面に設けられた図示しない励振電極により駆動電圧を印加されて屈曲振動する部分であり、この部分にY軸方向に伸張及び/又は圧縮するようにストレス或いはテンションがかかると、周波数が変化する部分である。したがってその周波数変化を検知することで加速度を感知することができる。 The resonating arm is elongated in the Y-axis direction and is a portion that is flexed and vibrated by applying a driving voltage by an excitation electrode (not shown) provided on the surface thereof. This is the part where the frequency changes when tension is applied. Therefore, the acceleration can be detected by detecting the frequency change.
感圧素子300は、加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とするように一対の基部34、35をベース20上の載置面29a、29bに固定している。すなわち感圧素子の検出軸はY軸方向となる。
The pressure-
また感圧素子300に対し、ベース20のくびれ部26は、一対の基部34、35の間に挟まれる領域であって、可動部24と固定部22の間に検出軸の方向と交差する方向に配置される関係となる。
Further, the
接触部36は、可動部24側の基部35に接続している。図5に示す接触部36は、基部35の側面に一対形成している。接触部36は、(3)に示すようにベース20を平面視して梁70の自由端74と重なる位置に形成している。
The
なお接触部36は破壊限界の際に梁部70と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、従って図5に示すように接触部36は基部35の側面に2本(複数)形成した構成のほか、いずれか1本でもよい。
Note that the
ストッパー80は、固定部22側の基部34に接続する固定端82と、くびれ部26を跨いで固定部22側から可動部24側の基部34へ延出する自由端84から構成されている。
The
なおストッパー80の長さは、予め定めた加速度検出器200の破壊限界に応じて固定端82と自由端84の間の長さを任意に設定変更する構成としている。加速度検出器200の破壊限界は、例えばベース20の可動部24に過度の加速度が印加して変位量が大きくなり、ベース20と接続した感圧素子300に伸縮応力が作用して素子が破壊されることをいう。具体的には、ストッパー80の長さを長くすると自由端84が変位した可動部24と接触し易くなり、可動部24の変位量を小さく(可動部24の変位範囲を狭く)することができる。一方、ストッパー80の長さを短くすると自由端84は可動部24が大きく変位しなければ接触しないため、可動部24の変位範囲の幅が広がることになる。
The length of the
なおストッパー80は破壊限界の際に可動部24と接触して、可動部24の変位を止めるように構成できれば良く、従って図5に示すようにストッパー80は感圧部32を挟むように2本(複数)形成した構成のほか、1本でもよい。
It should be noted that the
感圧素子300は、圧電材料として例えば水晶をフォトリソグラフィ技術とエッチング技法によって基部34、35と感圧部32と接触部36とストッパー80を一体的に形成することができ、水晶以外にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いることができる。
The pressure-
このように形成した感圧素子300は、一対の基部34,35をベース20の一方の主面27の載置部29a、29bにベース20との間に所定間隔を開けて接着手段40により接着して固定している。
In the pressure-
感圧素子30とベース20の間の隙間となる所定間隔は、感圧部32とベース20が干渉しない距離に設定している。このとき接触部36はベース20と接着させることなく、ベース20を平面視して梁部70の自由端74と重なる位置に配置されている。
The predetermined interval that is the gap between the pressure
上記構成による実施例3の加速度検出器は次のように作用する。図6は実施例3の加速度検出器の作用の説明図である。
(1)に示すように実施例3の加速度検出器200に破壊応力を超える過剰なマイナスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子300の感圧部32は伸長応力が加わる。一方梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定し、自由端74は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位する感圧素子30の接触部36が梁部70の自由端74と接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
The acceleration detector according to the third embodiment having the above-described configuration operates as follows. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the acceleration detector according to the third embodiment.
As shown in (1), when an excessive negative acceleration G exceeding the destructive stress is applied to the
一方、(2)に示すように実施例3の加速度検出器100に破壊応力を超える過剰なプラスの加速度Gが印加すると、可動部24の変位に応じて感圧素子30の感圧部32は圧縮応力が加わる。ストッパー80は固定端82を感圧素子300の基部34を解してベース20の固定部22に固定し、自由端84は固定されていないため、可動部24の圧縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24とストッパー80の自由端84が接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
On the other hand, as shown in (2), when an excessive positive acceleration G exceeding the breaking stress is applied to the
これにより、加速度検出器200に破壊限界を超えるマイナスの加速度Gが作用した場合、梁部70が接触部36と接触して可動部24のストッパーとなり、過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め設定された測定範囲で加速度を検出することができる。また大きなプラスの加速度Gが印加された場合、破壊限界でストッパー80が可動部24と接触して可動部24の変位を止めることができる。よって過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め定めた測定範囲で加速度を検出することができる。
As a result, when a negative acceleration G exceeding the destruction limit acts on the
次に実施例4の加速度検出器について以下説明する。
図7は実施例4の加速度検出器の概略図である。図示のように実施例4の加速度検出器400は、実施例2の第2の接触部50に替えて第2の感圧素子60を設けた構成である。第2の感圧素子60は、実施例1の感圧素子30と同一の形状及び材料で構成され、同一の作用を奏し、その詳細な説明を省略する。第2の感圧素子60は、ベース20の一方の主面27の第1の感圧素子30とベース20を軸心として対称となるようにベース20の他方の主面28に設けている。具体的には第1の感圧素子30の基部34の載置面29aと対向する載置面29dに第2の感圧素子60の基部34を接着させて、第1の感圧素子30の基部35の載置面29bと対向する載置面29cに第2の感圧素子60の基部35を接着させている。
Next, an acceleration detector of Example 4 will be described below.
FIG. 7 is a schematic diagram of an acceleration detector according to the fourth embodiment. As illustrated, the
上記構成による実施例4の加速度検出器は次のように作用する。
実施例4の加速度検出器400は、ベースの一方及び他方の主面27、28にそれぞれ第1及び第2の感圧素子30、60を備えているため、例えばプラスの加速度Gが印加されると、第1の感圧素子30は圧縮応力が加わり、第2の感圧素子60は伸張応力が加わる。従って、正負が逆の検出信号となり、この差分を取ることにより、高感度の加速度検出が行える。
The acceleration detector according to the fourth embodiment having the above-described configuration operates as follows.
Since the
実施例4の加速度検出器400に破壊応力を超える過剰なマイナスの加速度Gが印加すると、図4(1)と同様に可動部24の変位に応じて第1の感圧素子30の感圧部32は伸長応力が加わる。一方梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定し、自由端74は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位した第1の感圧素子30の接触部36が梁部70の自由端74に接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
When an excessive negative acceleration G exceeding the destructive stress is applied to the
実施例4の加速度検出器400に破壊応力を超える過剰なプラスの加速度Gが印加すると、図4(2)と同様に可動部24の変位に応じて第2の感圧素子60の感圧部32は伸長応力が加わる。一方梁部70は固定端72をベース20の固定部22に固定し、自由端74は固定されていないため、可動部24の伸縮応力の影響を受けることがない。従って変位した可動部24と共に変位した第2の感圧素子60の接触部36が梁部70の自由端74と接触して、可動部24の変位を止める働きをする。
When an excessive positive acceleration G exceeding the destructive stress is applied to the
これにより加速度を差動式で検出することができるため、より高精度な加速度検出が行える。またプラスマイナスの過剰な加速度が加速度検出器に印加された場合であっても、破壊限界でベースの梁部と、ベースの両主面に形成された第1及び第2の感圧素子30、60の突出部36が可動部の変位を止めることができ、加速度検出器が破壊されることを防止できる。
As a result, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher accuracy. Even when a plus or minus excessive acceleration is applied to the acceleration detector, the first and second pressure-
次に実施例5の加速度検出器について以下説明する。図8は実施例5の加速度検出器の概略図である。実施例5の加速度検出器500は、実施例4の第1及び第2の感圧素子30、60のいずれか一方を実施例3の感圧素子300に替えた構成である。図8に示す実施例5の加速度検出器500は、第1の感圧素子30を実施例3の感圧素子300に替えた構成である。
Next, an acceleration detector according to Embodiment 5 will be described below. FIG. 8 is a schematic diagram of an acceleration detector according to the fifth embodiment. The
このような構成であっても、加速度を差動式で検出することができるため、より高精度な加速度検出が行える。またプラスマイナスの過剰な加速度が加速度検出器に印加された場合であっても、破壊限界でベースの両主面に形成された梁部が可動部の変位を止めることができ、加速度検出器が破壊されることを防止できる。 Even with such a configuration, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher accuracy. In addition, even when excessive plus or minus acceleration is applied to the acceleration detector, the beam parts formed on both main surfaces of the base at the fracture limit can stop the displacement of the movable part, and the acceleration detector It can be prevented from being destroyed.
次に実施例6の加速度検出器について以下説明する。図9は実施例6の加速度検出器の概略図である。実施例6の加速度検出器600は、実施例4の第1及び第2の感圧素子30、60を実施例3の感圧素子300に替えた構成である。
Next, an acceleration detector according to Embodiment 6 will be described below. FIG. 9 is a schematic diagram of an acceleration detector according to the sixth embodiment. The
このような構成であっても加速度を差動式で検出することができるため、より高精度な加速度検出が行える。またプラスマイナスの過剰な加速度が加速度検出器に印加された場合であっても、破壊限界でベースの両主面に形成された梁部が可動部の変位を止めることができ、加速度検出器が破壊されることを防止できる。 Even with such a configuration, the acceleration can be detected in a differential manner, so that the acceleration can be detected with higher accuracy. In addition, even when excessive plus or minus acceleration is applied to the acceleration detector, the beam parts formed on both main surfaces of the base at the fracture limit can stop the displacement of the movable part, and the acceleration detector It can be prevented from being destroyed.
図10は感圧素子の変形例の概略図である。(1)に示す感圧素子は、実施例1の感圧素子30の変形例である。図示のように変形例1の感圧素子30Aは、感圧部32の検出軸をくびれ部26の方向(X軸方向)と並行となるように配置している。具体的に変形例1の感圧素子30Aは、一対の基部34、35を加速度の方向(Z軸方向)に垂直な力であって、当該力の検出方向(X軸方向)と交差する方向(Y軸方向)に形成されている。そして力の検出方向を検出軸とする感圧部32Aの端板33(両端)を4つのリンク31で支持する構成としている。ここで検出軸に沿って並ぶ一対の基部に両端が接続された感圧部の構成では、可動部側の基部と固定部側の基部との間で感圧素子に作用する力の偏りが生じていた。しかし変形例1の感圧素子30Aの構成では、力の偏りがリンク31を介して均一に感圧部32Aに作用するため、検出感度を向上させることができる。
FIG. 10 is a schematic view of a modification of the pressure sensitive element. The pressure sensitive element shown in (1) is a modification of the pressure
また(2)に示す感圧素子は、実施例3の感圧素子300の変形例である。図示のように変形例2の感圧素子300Aは、変形例1の感圧素子30Aの構成にストッパー80Aを設けた構成である。このような構成であっても、力の偏りがリンク31を介して均一に感圧部32Aに作用するため、検出感度を向上させることができる。また大きなプラスの加速度Gが印加された場合、破壊限界でストッパーが可動部24と接触して可動部24の変位を止めることができる。よって過剰な加速度Gにより破壊されることがなく、予め定めた測定範囲で加速度を検出することができる。
The pressure sensitive element shown in (2) is a modification of the pressure
10、100、200、400、500、600………加速度検出器、20………ベース、22………固定部、24………可動部、26………くびれ部、27………一方の主面、28………他方の主面、29………載置部、30、300………感圧素子、32………感圧部、34、35………基部、36………接触部、37………自由端、38………固定端、40………接着手段、50………第2の接触部、51………本体、52………接触部、60………第2の感圧素子、70………梁部、72………固定端、74………自由端、80………ストッパー、82………固定端、84………自由端、101………感圧素子、102………基部、103………くびれ、104………錘、105………基板、201………ヒンジ結合、202………ベース、203………錘、204………感圧素子、301………加速度計、302………ヒンジ、303………錘、304………基台、305………片持ちはり、306………自由端、307………感圧素子、308………自由端、309………止め。
10, 100, 200, 400, 500, 600 ... Acceleration detector, 20 ......... Base, 22 ......... Fixed portion, 24 ......... Moving portion, 26 ......... Necked portion, 27 ......... One 28 ......... the other main surface, 29 ......... mounting portion, 30, 300 ......... pressure-sensitive element, 32 ...... pressure-sensitive portion, 34, 35 ......... base, 36 ... ... Contact part 37 ......... Free end 38 .........
Claims (5)
前記加速度の方向に垂直な力であって、当該力の検出方向を検出軸とし、当該検出軸に沿って並ぶ一対の基部に接続された感圧部を有する感圧素子と、
を備え、
前記一対の基部が前記ベースの前記可動部と前記固定部に固定され、
前記くびれ部は、前記一対の基部の間に挟まれる領域であって、前記可動部と前記固定部の間に前記検出軸の方向と交差する方向に形成され、
前記ベースには、一端の固定端を前記固定部に接続し、他端の自由端を前記くびれ部の方向と交差する方向であって前記可動部側に延出された梁部を形成し、
前記感圧素子は、前記可動部側の基部に、平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する接触部が形成されていることを特徴とする加速度検出器。 A movable part that is displaced by acceleration applied perpendicularly to the main surface, and a base that includes a fixed part that supports the movable part via a constricted part;
A pressure-sensitive element having a pressure-sensitive portion connected to a pair of bases that are forces perpendicular to the direction of acceleration, the detection direction of which is the detection axis, and arranged along the detection axis;
With
The pair of base portions is fixed to the movable portion and the fixed portion of the base;
The constricted portion is a region sandwiched between the pair of base portions, and is formed in a direction intersecting the direction of the detection axis between the movable portion and the fixed portion,
In the base, a fixed end at one end is connected to the fixed portion, and a free end at the other end is formed in a direction intersecting the direction of the constricted portion and extending to the movable portion side,
The acceleration detector according to claim 1, wherein a contact portion that contacts the beam portion is formed at a position overlapping the beam portion in a plan view at a base portion on the movable portion side.
前記ベースの一方の主面の前記感圧素子の前記可動部側の基部に平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する第1の接触部と、
前記ベースの他方の主面に前記第1の接触部と対向し、平面視で前記梁部と重なる位置に前記梁部と接触する第2の接触部と、
からなることを特徴とする請求項1に記載の加速度検出器。 The contact portion is
A first contact portion that contacts the beam portion at a position overlapping the beam portion in a plan view on a base portion of the pressure-sensitive element on one main surface of the base;
A second contact portion facing the first contact portion on the other main surface of the base and contacting the beam portion at a position overlapping the beam portion in plan view;
The acceleration detector according to claim 1, comprising:
前記ベースの一方の主面に形成された第1の感圧素子と、
前記ベースの他方の主面に前記第1の感圧素子と対向するように形成された第2の感圧素子と、
からなることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の加速度検出器。 The pressure sensitive element is:
A first pressure sensitive element formed on one main surface of the base;
A second pressure sensitive element formed on the other main surface of the base so as to face the first pressure sensitive element;
The acceleration detector according to claim 1 or 3, characterized by comprising:
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013072836A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Seiko Epson Corp | Physical quantity detector, physical quantity detecting device and electronic apparatus |
| US8714013B2 (en) | 2011-03-11 | 2014-05-06 | Seiko Epson Corporation | Acceleration detector, acceleration detecting device, inclination sensor, inclination sensor device, and electronic device |
-
2009
- 2009-09-18 JP JP2009217881A patent/JP2011064652A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8714013B2 (en) | 2011-03-11 | 2014-05-06 | Seiko Epson Corporation | Acceleration detector, acceleration detecting device, inclination sensor, inclination sensor device, and electronic device |
| JP2013072836A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Seiko Epson Corp | Physical quantity detector, physical quantity detecting device and electronic apparatus |
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