JP2013011550A - Physical quantity sensor, and physical quantity detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、この物理量センサーを備えた物理量検出デバイスに関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor and a physical quantity detection device including the physical quantity sensor.
加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出装置として、固定端部と複数のセンサー部が形成された可動部とを有するセンサーチップを、固定端部の幅方向2箇所の点接着部分でベース材に固定した物理量センサーがある(例えば、特許文献1参照)。 As a device for detecting physical quantities such as acceleration, inclination, angular velocity, etc., a sensor chip having a fixed end and a movable part formed with a plurality of sensor parts is used as a base material at two point bonding points in the width direction of the fixed end. There is a fixed physical quantity sensor (see, for example, Patent Document 1).
また、可動体である質量部を梁でアンカー部に接続し、アンカー部をベース材である下面基板に接合し、質量部の位置の変位による可動電極と固定電極間の電荷の変化を慣性量として検出する慣性センサーがある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the mass part, which is a movable body, is connected to the anchor part with a beam, the anchor part is joined to the bottom substrate, which is a base material, and the change in charge between the movable electrode and the fixed electrode due to the displacement of the position of the mass part There is an inertial sensor that detects (see, for example, Patent Document 2).
上述した特許文献1では、センサーチップを固定端部の2箇所でベース部材に接着固定している。しかし、面積が大きく重心が固定端部より離れた位置に可動部があるので、固定端部を接着固定する際、傾きやすく、可動部がベース材に接触してしまうことが考えられる。可動部がベース材に接触した場合、ノイズの発生、可動部の自由変位が妨げられる等によって、物理量の正確な検出ができないという課題がある。 In Patent Document 1 described above, the sensor chip is bonded and fixed to the base member at two locations on the fixed end. However, since the movable portion is located at a position where the area is large and the center of gravity is separated from the fixed end portion, when the fixed end portion is bonded and fixed, it is easy to tilt and the movable portion may come into contact with the base material. When a movable part contacts a base material, there exists a subject that physical quantity cannot be detected correctly by generation | occurrence | production of noise, obstructing the free displacement of a movable part, etc.
また、特許文献2では、基板に固定された可動電極用電極部とアンカー部とが、デバイス層と一体形成されたばね構造により電気的に接続しているので、周辺部の温度変化に起因するアンカー部の歪や、変位の出力零点変動への影響をばね構造で吸収しようとしたものである。しかし、温度変化に伴う可動電極と固定電極間の距離変動等による検出精度の低下が考えられる。 Further, in Patent Document 2, since the movable electrode electrode part fixed to the substrate and the anchor part are electrically connected by a spring structure integrally formed with the device layer, the anchor caused by the temperature change in the peripheral part is provided. The spring structure is intended to absorb the influence of the distortion and displacement on the output zero point fluctuation. However, a decrease in detection accuracy due to a variation in the distance between the movable electrode and the fixed electrode accompanying a change in temperature can be considered.
本発明は、上述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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 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.
[適用例1]本適用例に係る物理量センサーは、固定部と、該固定部に継手部を介して接続された板状の可動部を有するカンチレバーと、第1の支持部と第2の支持部とを有し、前記第1の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第2の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、前記可動部の主面上であって、前記第2の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第1の固定端部と第2の固定端部とを有し、前記質量部と前記第1の固定端部と前記第2の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、を備え、前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、を特徴とする。 Application Example 1 A physical quantity sensor according to this application example includes a fixed part, a cantilever having a plate-like movable part connected to the fixed part via a joint part, a first support part, and a second support part. A physical quantity detection element fixed to the main surface of the movable part, and the first support part fixed to the main surface of the movable part, and the main part of the movable part. A first fixed portion that is on the surface and is disposed closer to the distal end side of the movable portion than the second support portion, and that extends in a bifurcated manner from the mass portion via a strain buffer portion. An end portion and a second fixed end portion, and the mass portion, the first fixed end portion, and the second fixed end portion are fixed to a main surface of the movable portion, and the strain The buffer portion includes a weight body that is not fixed to the movable portion, and the movable portion is displaced in a direction intersecting the main surface with the joint portion as a fulcrum. It is the ability, characterized by.
本適用例による物理量センサーは、カンチレバーの変位によって、物理量検出素子の共振周波数が変化することを利用して物理量を検出するものであって、例えば、加速度センサー、傾斜センサー、角速度センサー等の物理量センサーとして用いることができる。そして、カンチレバーの可動部に錘体を配設することによって、可動部の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体には比重の大きい金属材料等が用いられる。
本適用例によれば、錘体は質量部と第1の固定端部及び第2の固定端部の3点でカンチレバーの可動部に固定することから、カンチレバーの主面に対する錘体の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できる。
The physical quantity sensor according to this application example detects the physical quantity by using the change in the resonance frequency of the physical quantity detection element due to the displacement of the cantilever. For example, the physical quantity sensor such as an acceleration sensor, a tilt sensor, or an angular velocity sensor Can be used as By disposing a weight body on the movable part of the cantilever, the displacement mass of the movable part is increased to increase detection sensitivity. Therefore, a metal material having a large specific gravity is used for the weight body.
According to this application example, since the weight body is fixed to the movable portion of the cantilever at three points of the mass portion, the first fixed end portion, and the second fixed end portion, the inclination of the weight body with respect to the main surface of the cantilever is set. The fixing strength can be ensured while preventing.
また、錘体には、質量部と、第1の固定端部及び第2の固定端部と、の間に歪緩衝部を設けられているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバーの変位への影響を排除できる。 Further, since the weight body is provided with a strain buffering portion between the mass portion and the first fixed end portion and the second fixed end portion, the weight is generated between the mass portion and the fixed end. The strain can be relaxed by the strain buffer, and the influence on the displacement of the cantilever due to the strain can be eliminated.
さらに、カンチレバーと錘体との線膨張率が異なる場合、温度変化によって錘体の歪がカンチレバーに影響する。そこで、歪緩衝部によりこの歪を吸収・緩和することができる。よって、良好な温度特性を得ることができるという効果がある。 Furthermore, when the linear expansion coefficients of the cantilever and the weight body are different, the strain of the weight body affects the cantilever due to the temperature change. Therefore, this strain can be absorbed and alleviated by the strain buffer. Therefore, there is an effect that good temperature characteristics can be obtained.
[適用例2]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部の弾性率が、前記質量部の弾性率より小さいこと、が好ましい。 Application Example 2 In the physical quantity sensor according to the application example described above, it is preferable that an elastic modulus of the strain buffer portion is smaller than an elastic modulus of the mass portion.
このようにすれば、質量部と、第1の固定端部及び第2の固定端部の間の歪を歪緩衝部で緩和することができる。 If it does in this way, distortion between a mass part, the 1st fixed end part, and the 2nd fixed end part can be relieved by a distortion buffer part.
[適用例3]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部において、前記可動部の主面に沿った方向の弾性率が、前記主面と交差する方向の弾性率より小さいこと、が好ましい。 Application Example 3 In the physical quantity sensor according to the application example described above, in the strain buffer portion, an elastic modulus in a direction along the main surface of the movable portion is smaller than an elastic modulus in a direction intersecting the main surface. preferable.
このようにすれば、可動部の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。 If it does in this way, the displacement of the distortion buffer part of the direction along the main surface of a movable part can be made smaller than the direction which cross | intersects the main surface of a movable part.
[適用例4]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記可動部の主面と前記歪緩衝部との間に隙間が設けられていること、が好ましい。 Application Example 4 In the physical quantity sensor according to the application example described above, it is preferable that a gap is provided between the main surface of the movable part and the strain buffering part.
このように構成すれば、歪緩衝部が可動部に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。 If comprised in this way, the distortion buffer part will not interfere with the distortion relaxation function mentioned above by contacting a movable part, and generation | occurrence | production of the noise which generate | occur | produces when both contact may be excluded.
[適用例5]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1の固定端部と前記第2の固定端部は、前記可動部の同一主面上で前記物理量検出素子を挟む位置に配設されていること、が好ましい。 Application Example 5 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first fixed end portion and the second fixed end portion are disposed at a position sandwiching the physical quantity detection element on the same main surface of the movable portion. It is preferable that
このようにすれば、質量部のカンチレバーとの固定部と、固定端部のカンチレバーとの固定部と、の距離を長くすることが可能で、錘体の固定姿勢をさらに安定させることができる。 In this way, it is possible to increase the distance between the fixed portion of the mass portion with the cantilever and the fixed portion of the fixed end portion with the cantilever, and the weight can be further stabilized in the fixed posture.
[適用例6]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記歪緩衝部が、ばね構造を有していること、が好ましい。 Application Example 6 In the physical quantity sensor according to the application example, it is preferable that the strain buffering portion has a spring structure.
歪緩衝部をばね構造にすることで、カンチレバーの変位に追従しやすく、錘体のカンチレバーの歪への影響を緩和することができる。 By making the strain buffering portion a spring structure, it is easy to follow the displacement of the cantilever, and the influence of the weight on the strain of the cantilever can be mitigated.
[適用例7]上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記錘体が、前記可動部の主面と、当該主面の裏面に配設されていること、が好ましい。 Application Example 7 In the physical quantity sensor according to the application example described above, it is preferable that the weight body is disposed on the main surface of the movable portion and the back surface of the main surface.
このように、カンチレバーの表裏の主面に錘体を配設することで、カンチレバーの可動部の質量を大きくし変位感度を高めることで、物理量の検出感度を高めることができる。 As described above, by arranging the weights on the main surfaces of the front and back surfaces of the cantilever, the mass of the movable part of the cantilever is increased and the displacement sensitivity is increased, so that the detection sensitivity of the physical quantity can be increased.
[適用例8]本適用例に係る物理量検出デバイスは、前述した適用例のいずれかに記載の物理量センサーと、前記物理量センサーを格納するパッケージと、を有することを特徴とする。 Application Example 8 A physical quantity detection device according to this application example includes the physical quantity sensor according to any one of the application examples described above and a package that stores the physical quantity sensor.
本適用例によれば、前述の各適用例に記載の物理量センサーを用いることで、良好な温度特性と、ノイズが少なく検出感度が高い物理量検出デバイスを実現できる。
また、物理量センサーは、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、物理量検出素子は、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、物理量検出素子をパッケージ内に格納することで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から保護することができる。
According to this application example, by using the physical quantity sensor described in each of the application examples described above, it is possible to realize a physical quantity detection device with good temperature characteristics and low noise and high detection sensitivity.
The physical quantity sensor is stored in a package formed of ceramic or the like. If the inside of the package is evacuated, the physical quantity detection element can maintain stable vibration over a long period of time. By storing the physical quantity detection element in the package, it is easy to handle and protects from the external environment such as humidity. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材の構成をわかりやすく説明するために、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of each member or part are different from actual ones in order to easily understand the configuration of each member.
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係る物理量センサーを示し、図1(a)は平面図、図1(b)は、(a)のA−A切断面を示す断面図、図1(c)は、(a)のB−B切断面を示す断面図である。なお、本実施形態で説明する物理量センサーは、加速度、傾斜、角速度等の物理量の検出センサーに適合できるが、具体例として加速度センサー10を例示して説明する。
1A and 1B show a physical quantity sensor according to the first embodiment, FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view showing a section AA in FIG. 1A, and FIG. It is sectional drawing which shows the BB cut surface of (a). Note that the physical quantity sensor described in the present embodiment can be adapted to a physical quantity detection sensor such as acceleration, tilt, and angular velocity, but the
図1(a),(b),(c)に示すように、物理量センサーとしての加速度センサー10は、板状のカンチレバー20と、カンチレバー20の一方の第1主面20aに固定される物理量検出素子としての加速度検出素子30と、カンチレバー20の第1主面20aに加速度検出素子30と重ならないように配設、固定される錘体50とから構成されている。
As shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C, the
カンチレバー20は、四角形の平板からなり、固定部21を含む枠形状の支持枠部25と、スリット22によって固定部21から突設された可動部23と、を有している。可動部23と固定部21とは、継手部24によって接続されている。継手部24は、可動部23の固定部21に近い根元付近に、第1主面20a、及び第1主面20aと、第1主面20aに対して裏面の第2主面20bとの両面に溝によって形成された薄肉部である。さらに、継手部24の両側側面は切欠き状に幅が縮小されている。
The
カンチレバー20は、本実施形態ではセラミックまたは水晶で形成されるが、加速度検出素子30の線膨張率とほぼ同等の線膨張率を有することが好ましい。なお、幅方向をX軸、長さ方向をY軸、厚さ方向をZ軸として説明する。カンチレバー20の固定部21は、後述するパッケージベース110(図2、参照)に接着固定される。カンチレバー20は、自由端側にある可動部23が継手部24を支点として第1主面20aに交差する方向(Z軸方向)に変位可能であって、例えば、外部から+Z軸方向に加速度gが負荷されたときに、可動部23は−Z軸方向に変位する。この際、継手部24が薄肉であるため、可動部23、継手部24でZ方向に変位しやすくなっている。
The
カンチレバー20の自由端とは反対側にある固定部21の第1主面20aには、接続端子41,42が設けられ、第2主面20bには、外部接続端子71,72が設けられている。接続端子41は図示しないリード電極を介して外部接続端子71に接続され、接続端子42は図示しないリード電極を介して外部接続端子72に接続されている。
加速度検出素子30は、2本のアーム31,32を有し、アーム31,32の振動方向(X軸方向)に対して交差する長手方向(Y軸方向)の両端で支持部33,34によって接続されている。なお、このように構成される加速度検出素子30は、その形態から双音叉振動子と呼ばれ、本実施形態では水晶から形成されるZ板振動子である。
The
加速度検出素子30は、支持部33がカンチレバー20の可動部23と、支持部34が固定部21に継手部24を跨いで接着剤60を用いて固定されている。加速度検出素子30は、カンチレバー20に接着固定された状態で、支持部以外は、カンチレバー20の第1主面20aとは接触しない。加速度検出素子30は、Z軸方向の変位がない初期状態の場合には、所定の共振周波数でX軸方向に面内振動するよう励振電極(検出電極も兼用、図示は省略)が形成されている。
In the
加速度検出素子30の支持部34の表面には励振電極(図示せず)の一方に接続される引出し電極43と、他方の励振電極に接続される引出し電極44と、が設けられている。引出し電極43は、カンチレバー20の接続端子41に金属ワイヤー70によって接続されている。また、引出し電極44は、カンチレバー20の接続端子42に金属ワイヤー70によって接続されている。
On the surface of the
錘体50は、質量部51と、質量部51から二股に分かれて歪緩衝部54,55が延在され、歪緩衝部54を介して連続した第1の固定端部52と、歪緩衝部55を介して連続した第2の固定端部53と、から構成されている。質量部51は、図1(a)に示すように、カンチレバー20の可動部23の主面20aの延長上の先端方向に配置され、第1の固定端部52、第2の固定端部53それぞれは、質量部51と同一主面上に加速度検出素子30の幅方向を挟んで両側に配置されている。錘体50と加速度検出素子30とは接触しない位置に配置されている。
The
歪緩衝部54,55は、質量部51と第1の固定端部52、第2の固定端部53の間において、平面視で湾曲した形状をしており、Y軸方向及びX軸方向に撓みやすく、また弾性を有する形状に設計される。つまり、ばね構造を有する。そして、歪緩衝部54,55の弾性率は、質量部51の弾性率より小さい。また、歪緩衝部54,55において、可動部23の主面20aに沿った方向の弾性率は、主面20aと交差する方向の弾性率より小さい。
The
錘体50は、質量部51の固定部61と、第1の固定端部52の固定部62と、第2の固定端部53の固定部63において、カンチレバー20の可動部23の第1主面20aに、接着剤60を用いて固定される。接着剤60による固定面積は、質量部51を固定する面積は固定しない面積より小さく、加速度の想定範囲内において十分な強度があれば小さいほどよい。質量部51の固定部61、第1の固定端部52の固定部62、第2の固定端部53の固定部63の位置は、錘体50が厚さ方向に傾かないようにバランスよく配置される。そして、カンチレバー20、加速度検出素子30、及び錘体50は、それぞれ、中心軸Gに対して対称形であって、対称に配置される。
The
カンチレバー20は、錘体50を設けることによって、変位しやすくなることから検出感度を高めることを目的に配置される。よって、錘体50の材質は、比重が高いものが選択される。例えば、銅系金属、鉄系合金、ステンレス系合金等である。
The
上述したように加速度センサー10に配置される加速度検出素子30は、加速度が加えられない状態では、一定の共振周波数で振動している。Z軸方向に加速度が加えられた場合には、カンチレバー20の可動部23が、加速度の方向とは逆方向に変位し、前記可動部23の変位に応じてのアーム31,32が伸縮し、この際に生じる引っ張り応力、圧縮応力によりアーム31,32の振動周波数が変化する。ここで、仮に、引っ張り応力が生じた場合に、共振周波数が高くなるように励振電極を構成すれば、圧縮応力が生じた場合には共振周波数が低くなる。従って、加速度の大きさ及び方向によって共振周波数の変化を取得すれば、加速度を検出できる。
(加速度検出デバイス)
As described above, the
(Acceleration detection device)
加速度センサー10は、パッケージに格納して用いられる。よって、加速度センサー10をパッケージに格納した状態の物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイスについて図面を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係る加速度検出デバイスの1例を示す断面図である。加速度検出デバイス100は、前述した加速度センサー10と、加速度センサー10を格納するパッケージとから構成されている。
The
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the acceleration detection device according to the present embodiment. The
パッケージは、加速度センサー10を格納する空間111を有する容器状のパッケージベース110と、空間111を封止するリッド120とから構成される。パッケージベース110は、セラミックのシートを層状に積み重ねて形成される。加速度センサー10は、図1に示す支持枠部25の−Y方向両隅に配置される固定部64.65と、固定部21の+Y方向両隅に配置される固定部66,67において、パッケージベース110の内底面110aに接着剤60を用いて固定されている。
The package includes a container-shaped
固定部66では、カンチレバー20の第2主面20bの外部接続端子71と、パッケージベース110の内底面110aに設けられる内部端子141とを接着剤60を用いて電気的に接続し、外部接続端子72と内部端子142とを接着剤60を用いて電気的に接続するとともに固定される。従って、ここで用いる接着剤60は、導電性接着剤である。
In the fixing
固定部64,65では、カンチレバー20とパッケージベース110の内底面110aとは、接着剤60を用いて直接接合される。但し、固定部64,65においても、カンチレバー20に外部接続端子71,72に相当する電極と、内底面110aに内部端子141,142に相当する電極を設けてもよい。このようにすれば、接着剤60の層厚をほぼ同じにすることができ、接着剤硬化条件を一定にすることができる。
In the fixing
リッド120は、セラミック、ガラス、または金属等で形成された板状部材であって、パッケージベース110の周縁部に接合部材130を用いて空間111を密閉封止する。空間111内は、真空または真空に近い状態にすることが好ましい。
The
加速度センサー10は、上述したように錘体50をカンチレバー20に3箇所の固定部61,62,63で固定していること、質量部51と、第1の固定端部52及び第2の固定端部53との間に歪緩衝部54,55を設けており、錘体50を配設することによるカンチレバー20の歪を緩和している。
次に、カンチレバー20の歪の有無による検出精度への影響について測定結果を参照して説明する。
In the
Next, the influence on the detection accuracy due to the presence or absence of distortion of the
図3は、加速度センサーの温度‐周波数偏差の関係を示すグラフである。図3は、カンチレバー20の歪が有り、無しによる共振周波数の変動を比較したものであって、横軸に温度T[℃]、縦軸に周波数偏差Δ[ppm]を表している。図3に示すように、歪が無い場合には、頂点温度が20℃付近にあるきれいな二次曲線が得られ、歪がある場合には、頂点温度が不明確で温度特性が劣化していることを示している。従って、温度の変動によるカンチレバー20の歪をなくせば、温度特性の劣化が起こらないことが分かる。なお、温度変化によるカンチレバー20の歪発生は、カンチレバー20と錘体50との材質の違いに伴う線膨張率の違いが支配的である。
FIG. 3 is a graph showing the temperature-frequency deviation relationship of the acceleration sensor. FIG. 3 shows a comparison of resonance frequency fluctuations due to the presence or absence of distortion of the
以上説明した実施形態1に記載の物理量センサーとしての加速度センサー10は、カンチレバー20のZ方向の変位によって、加速度検出素子30の共振周波数が変化することで加速度を検出するものであって、カンチレバー20の可動部23に錘体50を配設することによって、可動部23の変位質量を大きくして検出感度を高めている。よって、錘体50には比重の大きい金属材料が用いられる。本実施形態によれば、錘体50は質量部51と、第1の固定端部52及び第2の固定端部53の3点でカンチレバー20に固定することから、カンチレバー20の第1主面20aに対する錘体50の傾きを防止しつつ、固定強度を確保できるため、検出感度の低下を防止できる。
The
また、錘体50は、質量部51と、第1の固定端部52及び第2の固定端部53それぞれの間に歪緩衝部54,55を設けているため、質量部と固定端との間に発生する歪を歪緩衝部で緩和し、歪に起因するカンチレバー20の変位への影響を排除できる。また、カンチレバー20と錘体50の線膨張率が異なることにより、温度変化に伴う質量部51と固定端部52,53との間に発生する歪を、歪緩衝部54,55で緩和することができる。よって、良好な温度特性が得られるという効果がある。
Moreover, since the
また、歪緩衝部54,55の弾性率が、質量部51の弾性率より小さい。このことによって、質量部51と、第1の固定端部52及び第2の固定端部53の間の歪を、歪緩衝部54,55で緩和することができる。
Further, the elastic modulus of the
さらに、歪緩衝部54,55において、可動部23の主面20aに沿った方向の弾性率が、主面20aと交差する方向(Z方向)の弾性率より小さくすることで、可動部50の主面に沿った方向の歪緩衝部の変位を、可動部50の主面と交差する方向よりも小さくすることができる。
Furthermore, in the
また、可動部50の主面20aと歪緩衝部54,55との間に隙間が設けていることから、歪緩衝部54,55が可動部50に接触することで前述した歪緩和機能を妨げることがなく、また、両者が接触することで発生するノイズの発生を排除することができる。
In addition, since the gap is provided between the
また、第1の固定端部52と第2の固定端部53とを、可動部50の同一主面上で前記物理量検出素子30を挟む位置に配設することによって、質量部51と、第1固定端部52及び第2の固定端部53と、の距離を長くすることが可能となり、錘体50の固定姿勢をさらに安定させることができる。
Further, the first
なお、前述した加速度センサー10をパッケージに格納した物理量検出デバイスとしての加速度検出デバイス100は、前述した加速度センサー10を用いることで、良好な温度特性を有し、ノイズが少なく検出感度が高い加速度センサー10を実現できる。
また、加速度センサー10は、セラミック等で形成されたパッケージ内に格納される。パッケージ内を真空状態にすれば、加速度検出素子30が、安定した振動を長期間にわたって維持することができ、パッケージ内に格納されることで、扱いやすいうえ、湿度、埃など外部環境から保護することができる。
(実施形態2)
The
The
(Embodiment 2)
続いて、実施形態2に係る物理量センサーとしての加速度センサー150について図面を参照して説明する。実施形態2は、錘体50が、カンチレバー20の第1主面20aと、第1主面20aの裏面である第2主面20bと、の両面に配設されていることに特徴を有する。よって、実施形態1との相違箇所を中心に説明する。
図4は、実施形態2に係る加速度センサーを示す断面図である、なお、図4は、図1(a)のA−A切断面に相当する。本実施形態の加速度センサー150は、カンチレバー20と、カンチレバー20の一方の第1主面20aに固定される加速度検出素子30と、カンチレバー20の第1主面20aに加速度検出素子30と重ならないように配設、固定される錘体50と、カンチレバー20の裏面側の第2主面20bに固定される錘体80と、から構成されている。
Subsequently, an
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the acceleration sensor according to the second embodiment. FIG. 4 corresponds to the AA cut plane in FIG. The
錘体80は、錘体50と形状及び材質が共通であって、錘体80は、カンチレバー20の第1主面20a、または第2主面20bに対して錘体50と面対称になるように配置されている。具体的には、錘体80は、固定部61,62,63(図1(a)、参照)に重なる位置で接着剤60を用いて固定されている。
The
次に、本実施形態の加速度検出デバイスを図2を参照して説明する。本実施形態の加速度検出デバイスは、上述した加速度センサー150をパッケージに格納することで構成される。この際、パッケージベース110の内底面110aには、錘体80に内底面110aの一部が接触しないように段差部を設け、この段差部の上面にカンチレバー20の固定部64,65,66,67において接着固定される。
Next, the acceleration detection device of this embodiment will be described with reference to FIG. The acceleration detection device of this embodiment is configured by storing the above-described
具体的には、図1に示すカンチレバー20の支持枠部25の−Y方向両隅に配置される固定部64,65と、固定部21の+Y方向両隅に配置される固定部66,67において、パッケージベース110の内底面110aの段差部上面に接着剤60を用いて固定すればよい。そして、パッケージベース110の空間111をリッド120で密閉封止する。
Specifically, the fixing
上述した実施形態2によれば、カンチレバー20の第1主面20aと第2主面20bに錘体50及び錘体80を配設することで、カンチレバー20の可動部23の質量をさらに大きくし、可動部23の変位感度を高めることで、前述した実施形態1の効果を有すると共に、加速度の検出感度をより高めることができる。
According to the second embodiment described above, the
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、以降に説明する変形例を実施形態1及び実施形態2に適合させることができる。
(変形例)
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, the modifications described below can be adapted to the first and second embodiments.
(Modification)
図5は、変形例に係る錘体を示し、(a)は変形例1、(b)は変形例2を示す部分平面図である。
まず、変形例1について図5(a)を参照して説明する。変形例1は、錘体50の歪緩衝部54,55の梁長さを長くとれるように湾曲させたものである。このようにすれば、前述した実施形態1による効果に加え、歪緩衝部54,55の張り長さを長くすることで歪緩衝部54,55の弾性率が、質量部51の弾性率に対して、より小さく、可動部50の主面に沿った方向の弾性率が、主面と交差する方向の弾性率に対して、より小さくすることができる。
なお、図示した湾曲形状もこれに限定されるものではなく、歪緩衝の技術思想に基づき設計することができる。
FIG. 5 shows a weight body according to a modified example, in which (a) is a partial plan view showing a modified example 1 and (b) is a modified example 2.
First, Modification 1 will be described with reference to FIG. In the first modification, the beam lengths of the
The illustrated curved shape is not limited to this, and can be designed based on the technical idea of strain buffering.
次に、変形例2について図5(b)を参照して説明する。変形例2は、錘体50の歪緩衝部54,55をそれぞれ2本構成とし、固定端部52側では、緩衝腕54a,54bの2本とし、固定端部53側では、緩衝腕55a,55bの2本で構成されている。そして、緩衝腕54a,54b,55a,55bの長さ方向のほぼ中央部において円弧状に湾曲させている。
Next, Modification 2 will be described with reference to FIG. In the second modification, the
このような変形例2によれば、歪緩衝部54,55は、前述した実施形態1と同様な歪緩衝機能を有すると共に、歪緩衝部54が2本の緩衝腕54a,55b、歪緩衝部55が2本の緩衝腕55a,55bで構成されていることから、質量部51に対して歪緩衝部54,55及び固定端部53,54が捩れにくくなり、歪緩衝機能をより高めることができる。
According to the second modified example, the
なお、前述した実施形態1、及び変形例1、変形例2が、質量部51と固定端部52,53の厚さを同じにしているが、質量部51を厚くし、歪緩衝部54,55及び固定端部52,53を薄くしてもよい。そして、歪緩衝部54,55の平面形状を実施形態1及び変形例1〜変形例3と同じにすることで、歪緩衝機能を保持したうえで、質量部51の質量を増加させて、また、質量部51の重心を先端方向に寄せることにより検出感度をより一層高めることができる。
In addition, although the thickness of the
本発明は、物理量センサーとして加速度センサー10,150を例示して説明したが、傾斜計、地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などの加速度センサー、傾斜センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態及び変形例で説明した効果を奏することができる。
The present invention has been described by exemplifying the
なお、上記各実施形態及び変形例において、カンチレバー20の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
In each of the above embodiments and modifications, the material of the
また、加速度検出素子30の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電材料、または酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。
The base material of the
10…加速度センサー、20…カンチレバー、20a…第1主面、20b…第2主面、21…固定部、23…可動部、24…継手部、30…加速度検出素子、31,32…アーム、33,34…支持部、50…錘体、51…質量部、52…第1の固定端部、53…第2の固定端部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第1の支持部と第2の支持部とを有し、前記第1の支持部は前記固定部の主面に固定され、前記第2の支持部は前記可動部の主面に固定される物理量検出素子と、
前記可動部の主面上であって、前記第2の支持部よりも前記可動部の先端側に配設される質量部、及び前記質量部から二股に延在され歪緩衝部を介して連続する第1の固定端部と第2の固定端部とを有し、前記質量部と前記第1の固定端部と前記第2の固定端部とが、前記可動部の主面に固定されていて、前記歪緩衝部は前記可動部に固定されていない錘体と、
を備え、
前記可動部は前記継ぎ手部を支点にして前記主面と交差する方向に変位可能であること、
を特徴とする物理量センサー。 A cantilever having a fixed portion, and a plate-like movable portion connected to the fixed portion via a joint portion;
A first support portion and a second support portion, wherein the first support portion is fixed to a main surface of the fixed portion, and the second support portion is fixed to a main surface of the movable portion. A physical quantity detection element;
On the main surface of the movable part, the mass part disposed on the distal end side of the movable part with respect to the second support part, and extending from the mass part to the fork and continuously through the strain buffering part A first fixed end portion and a second fixed end portion, and the mass portion, the first fixed end portion, and the second fixed end portion are fixed to a main surface of the movable portion. The strain buffering part is a weight body not fixed to the movable part,
With
The movable part is displaceable in a direction intersecting the main surface with the joint part as a fulcrum;
Physical quantity sensor characterized by.
を特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 The elastic modulus of the strain buffer portion is smaller than the elastic modulus of the mass portion;
The physical quantity sensor according to claim 1.
を特徴とする請求項2に記載の物理量センサー。 In the strain buffer portion, the elastic modulus in the direction along the main surface of the movable portion is smaller than the elastic modulus in the direction intersecting the main surface.
The physical quantity sensor according to claim 2.
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の物理量センサー。 A gap is provided between the main surface of the movable part and the strain buffer part,
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の物理量センサー。 The first fixed end portion and the second fixed end portion are disposed at a position sandwiching the physical quantity detection element on the same main surface of the movable portion;
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein
を特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 The strain buffer has a spring structure;
The physical quantity sensor according to claim 1.
を特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 The weights are disposed on the main surface of the movable part and the back surface of the main surface;
The physical quantity sensor according to claim 1.
前記物理量センサーを格納するパッケージと、
を有することを特徴とする物理量検出デバイス。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7,
A package for storing the physical quantity sensor;
A physical quantity detection device comprising:
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JP2011145368A JP2013011550A (en) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | Physical quantity sensor, and physical quantity detecting device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108663539A (en) * | 2017-03-27 | 2018-10-16 | 精工爱普生株式会社 | Physical quantity transducer, electronic equipment, portable electronic device and moving body |
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2011
- 2011-06-30 JP JP2011145368A patent/JP2013011550A/en not_active Withdrawn
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