角加速度传感器专利检索-角加速度加速物理专利检索查询-专利查询网

角 加速度 传感器

阅读：107发布：2020-05-11

专利汇可以提供角加速度传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的角加速度传感器 (10)具有平板面，并包括固定部(12)、锤部(13)、以及梁部(14)。锤部(13)具有在平板面上向X轴负方向凹陷的凹部(13A)。固定部(12)具有：在平板面上向X轴负方向突出并与凹部(13A)相对的凸部(12A)；以及从与凸部(12A)相邻的位置向X轴正方向凹陷的槽凹部(13A)与凸部(12A)之间，并将锤部(13)可移动地支承于固定部(12)。(18)。梁部(14)在平板面上沿着Y轴延伸，连接在，下面是角加速度传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种角加速度传感器，其特征在于，具有平板面，并包括：
锤部，该锤部具有在所述平板面上向第一方向凹陷的凹部；
固定部，该固定部具有在所述平板面上向所述第一方向突出并与所述凹部相对的凸部；
梁部，该梁部在所述平板面上从所述凸部向与所述第一方向正交的第二方向延伸，并在所述第二方向侧的端部上与所述凹部相连；以及
检测部，该检测部对所述梁部上产生的应力进行检测，
所述固定部上凹陷有槽，该槽在所述平板面上从与所述凸部相邻的位置沿着与所述第二方向相交的方向延伸。
2.如权利要求1所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述槽在所述平板面上沿着所述第一方向的相反方向延伸。
3.如权利要求1所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述槽在所述平板面上沿着所述第二方向的相反方向延伸并弯曲，然后沿着所述第一方向的相反方向延伸。
4.如权利要求1所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述槽在所述平板面上沿着与所述第一方向和第二方向相交的方向延伸。
5.如权利要求1至4的任一项所述的角加速度传感器，其特征在于，所述固定部是在所述平板面上将所述锤部的周围包围的形状。

说明书全文

角 加速度 传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及根据梁部上产生的应力来检测角加速度的角加速度传感器。

背景技术

[0002] 角加速度传感器包括固定部、锤部、梁部、以及检测部。锤部通过梁部弹性支承在固定部上。检测部构成为根据梁部上产生的应力来检测施加在锤部上的角加速度。

[0003] 有一种角加速度传感器构成为旋转对称形，从而以锤部的重心位置为中心来取得转动平衡，并以锤部的重心位置为中心配置了多个梁部(例如参照专利文献1和2)。通过以锤部的重心位置为中心取得转动平衡，从而能排除因加速度的作用而在梁部上产生的应力的影响，来检测因角加速度的作用而在梁部上产生的应力，提高了检测精度。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本专利特许第2602300号公报

[0007] 专利文献2：日本专利特开2010－139263号公报

发明内容

[0008] 发明所要解决的技术问题

[0009] 然而，若为了使角加速度传感器成为旋转对称形而设置多个梁部，则锤部因角加速度而受到的惯性力会分散传递到各梁部。由此，在以规定的固有振动数构成角加速度传感器的情况下，梁部上产生的单位角加速度的应力变小，存在角加速度的检测灵敏度降低的问题。

[0010] 此外，在角加速度传感器中，固定部上产生弯曲或扭转会导致固定部的变形传递给梁部，因此存在尽管未施加角加速度、但却会输出不需要的检测信号导致角加速度的检测精度降低的问题。

[0011] 本发明的目的在于提供一种角加速度传感器，能确保以锤部的重心位置为中心的转动平衡，且能使梁部上产生的应力集中，还能抑制固定部的变形传递到梁部，能实现高检测灵敏度和检测精度。

[0012] 解决技术问题所采用的技术手段

[0013] 本发明涉及具有平板面、且包括固定部、锤部、梁部、以及检测部的角加速度传感器。锤部具有在平板面上向第一方向凹陷的凹部。固定部具有在平板面上向第一方向突出并与凹部相对的凸部。梁部在平板面上从凸部向与第一方向正交的第二方向延伸，并在第二方向侧的端部上与凹部相连。检测部对梁部上产生的应力进行检测。并且固定部上凹陷有槽，该槽在平板面上向与第二方向相交的方向延伸。

[0014] 该结构中，由于在固定部的凸部与锤部的凹部之间配置有梁部，因此能将梁部配置在锤部的重心位置附近，能获得以锤部的重心位置为中心的转动平衡。而且，无需以锤部的重心位置为中心来配置多个梁部，从而使应力集中在梁部上。此外，由于固定部上凹陷有从凸部向与第二方向相交的方向延伸的槽，因此即使在固定部上产生弯曲或扭转的情况下，也不容易在凸部上产生变形，能减少传递到梁部的变形。

[0015] 在上述结构中，槽可以在平板面上向第一方向的相反方向延伸，也可以向第二方向的相反方向延伸并弯曲，并向第一方向的相反方向延伸，还可以向与第一方向和第二方向相交的方向延伸。

[0016] 上述结构中，优选固定部是在平板面上将锤部的周围包围的形状。

[0017] 该结构下，由于锤部被固定部包围，因此可以将固定部作为封装结构的一部分来利用。此外，该结构中，固定部相对较大，容易因受到来自外部的力而产生弯曲或扭转。因此，在固定部上设置槽来抑制变形传递到梁部的效果较为显著。

[0018] 发明效果

[0019] 根据本发明，由于在锤部上设置凹部，并在凹部的内侧配置固定部的凸部和梁部，因此能在锤部的重心位置附近配置梁部，能取得以锤部的重心位置为中心的转动平衡。因此，能排除因加速度的作用而在梁部上产生的应力的影响，从而能检测因角加速度的作用而在梁部上产生的应力。

[0020] 此外，由于无需以锤部的重心位置为中心配置多个梁部，因此锤部因角加速度而受到的惯性力会集中传递给设置在凹部与凸部之间的梁部，梁部上产生的应力增大。

[0021] 此外，由于固定部上凹陷有从凸部向与第二方向相交的方向延伸的槽，因此即使在固定部上产生弯曲或扭转的情况下，也不容易在凸部上产生变形，能减少传递到梁部的变形。因此，能抑制在固定部上产生弯曲或扭转的情况下尽管未施加角加速度但却输出不需要的检测信号的情况。

[0022] 由此，能提高角加速度的检测灵敏度、检测精度。附图说明

[0023] 图1是对实施方式1的角加速度传感器的结构进行说明的图。

[0024] 图2是对实施方式1的角加速度传感器的电路结构进行说明的图。

[0025] 图3是对实施方式2的角加速度传感器的结构进行说明的图。

[0026] 图4是对实施方式3的角加速度传感器的结构进行说明的图。

[0027] 图5是对实施方式4的角加速度传感器的结构进行说明的图。

[0028] 图6是对在固定部上施加有扭转的情况下的应力分布进行说明的图。

具体实施方式

[0029] 在下面的说明中，将与角加速度传感器所具有的平板面垂直的轴设为直角坐标系的Z轴，将平板面上沿梁部的延伸方向的轴设为直角坐标系的Y轴，将与Z轴以及Y轴垂直的轴设为直角坐标系的X轴。

[0030] 《实施方式1》

[0031] 下面，对本发明实施方式1的角加速度传感器10进行说明。

[0032] 图1(A)是角加速度传感器10的立体图。

[0033] 角加速度传感器10包括基板部11、压电电阻15A、15B、15C、15D、端子电极16A、16B、16C、16D、以及布线17A、17B、17C、17D。另外，图1中省略了压电电阻15A、15B、15C、15D的图示。

[0034] 基板部11构成为以沿Y轴的方向为长边方向、以沿X轴的方向为短边方向、以沿Z轴的方向为厚度方向的矩形平板状。基板部11上，通过形成在Z轴方向上彼此相对的两个面之间贯通的开口部，从而构成固定部12、锤部13、以及梁部14。

[0035] 此外，基板部11通过对SOI(Silicon On Insulat or：绝缘体上硅)基板进行面加工而形成，包括位于Z轴正方向侧的SOI层11A、以及位于Z轴负方向侧的基层11B。SOI基板的面加工的加工技术、加工装置的性能较为成熟，能高效且高精度地制造多个矩形板。SOI层11A和基层11B通过绝缘膜来绝缘。SOI层11A及基层11B均由硅类材料构成，绝缘膜例如由二氧化硅(SiO2)那样的绝缘材料构成。

[0036] 固定部12在X-Y平面上呈环状地设置在基板部11的外周部，将锤部13和梁部14包围。即，锤部13和梁部14设置在固定部12的开口内。固定部12固定在未图示的壳体等上。

[0037] 梁部14是在X-Y平面上以沿Y轴的方向为延伸方向、以沿X轴的方向为宽度方向的矩形。梁部14在Y轴负方向侧的端部上与固定部12相连，在Y轴正方向侧的端部上与锤部13相连，并以从未图示的壳体等悬浮的状态支持在固定部12上。

[0038] 锤部13在X-Y平面上以沿X轴的方向为短边方向、以沿Y轴的方向为长边方向。锤部13在X-Y平面上，以从未图示的壳体等悬浮的状态经由梁部14可移动地支承在固定部12上。

[0039] 更具体而言，在X-Y平面上，锤部13的X轴正方向侧的边的中央呈多级(三级)地向X轴负方向侧凹陷，且在凹陷的最深部设有大致矩形的凹部13A。X轴负方向相当于第一方向。在X-Y平面上，固定部12以与锤部13的X轴正方向侧边的三级凹陷相对的方式呈多级(三级)地向X轴负方向侧突出，且在突出的区域的最顶部设有大致矩形的凸部12A。凹部13A具有朝向Y轴负方向侧的壁面、朝向X轴正方向侧的壁面、以及朝向Y轴正方向侧的壁面。凸部12A具有朝向Y轴正方向侧的壁面、朝向X轴负方向侧的壁面、以及朝向Y轴负方向侧的壁面。并且，凹部13A的各壁面与凸部12A的各壁面分别隔着开口部相对。梁部14从凸部12A的朝向Y轴正方向侧的壁面向Y轴正方向延伸，并与凹部13A的朝向Y轴负方向侧的壁面相连。Y轴正方向相当于第二方向。

[0040] 通过使锤部13和固定部12采用上述形状，从而能将梁部14配置在锤部13的X-Y平面上的重心位置。于是，在以Z轴为转轴的角加速度作用于锤部13的情况下，即使锤部13由一个梁部14支承也能取得转动平衡，所有旋转惯性力会集中于梁部14，使得梁部14产生较大弯曲。此外，由于锤部13的位于离开梁部14的位置的Y轴方向的两端部在X轴方向上的宽度较宽，质量集中在Y轴方向的两端部，因此因以Z轴为转轴的角加速度而作用于梁部14的转动惯量较大。由此，角加速度传感器10容易因以Z轴为转轴的角加速度而产生梁部14的弯曲，提高了角加速度的检测灵敏度。

[0041] 端子电极16A、16B、16C、16D设置在固定部12的Z轴正方向侧的面上。端子电极16A和端子电极16B沿着固定部12的X轴正方向侧的边配置，端子电极16C和端子电极16D沿着固定部12的X轴负方向侧的边配置。端子电极16A在固定部12的X轴正方向侧的边上配置在Y轴负方向侧，端子电极16B在固定部12的X轴正方向侧的边上配置在Y轴正方向侧。端子电极16C在固定部12的X轴负方向侧的边上配置在Y轴负方向侧，端子电极16D在固定部12的X轴负方向侧的边上配置在Y轴正方向侧。

[0042] 布线17A、17B、17C、17D设置在固定部12和梁部14的Z轴正方向侧的面上。布线17A的一端与端子电极16A相连，另一端与后述的压电电阻15A相连。布线17B的一端与端子电极16B相连，另一端与后述的压电电阻15B相连。布线17C的一端与端子电极16C相连，另一端与后述的压电电阻15C相连。布线17D的一端与端子电极16D相连，另一端与后述的压电电阻
15D相连。因此，端子电极16A经由布线17A与压电电阻15A电连接，端子电极16B经由布线17B与压电电阻15B电连接，端子电极16C经由布线17C与压电电阻15C电连接，端子电极16D经由布线17D与压电电阻15D电连接。

[0043] 图1(B)是表示基板部11上的梁部14的周边结构的立体图。

[0044] 梁部14在X-Y平面上的中心位置(图中用×标记表示)与锤部13的重心位置一致。此外，梁部14以应力中立面P为界线呈面对称形状。应力中立面P是通过梁部14的中心位置的Y-Z平面。另外，梁部14也以通过中心位置的X-Z平面为界线呈面对称形状。

[0045] 由于锤部13、固定部12并非完全的刚体，因此会在惯性力、重力的作用下产生稍许弹性形变。若该弹性形变传递到梁部14导致梁部14上的应力分布被破坏，则尽管未施加角加速度，但却会从压片电阻产生不需要的输出。

[0046] 为此，这里在固定部12上设置由固定部12的壁面构成了内壁面的槽18。槽18在X-Y平面上从凸部12A的朝向Y轴正方向侧的壁面的X轴正方向侧一端向Y轴负方向侧延伸，在Y轴负方向侧的前端弯曲后向X轴正方向侧延伸。

[0047] 通过如上述那样将槽18设置成向Y轴负方向侧延伸，使得凸部12A在梁部14附近以应力中立面P为界线呈面对称形状。于是，即使在固定部12上产生弹性形变导致梁部14上产生应力，梁部14上的应力分布也以应力中立面P为界线呈面对称。因此，能防止从压电电阻产生不需要的输出。

[0048] 并且，通过使该槽18向X轴正方向侧弯曲来延伸，从而即使在整个固定部12上产生弯曲那样的变形、扭转那样的变形的情况下，也能抑制变形传递到凸部12A。由此，能抑制变形传递到梁部14，进而能抑制压电电阻15A～15D输出因绕检测轴的角加速度以外的因素引起的不需要的电信号。

[0049] 此外，通过在锤部13上设置由锤部13的壁面构成了内壁面的槽19，从而能使凹部13A在梁部14附近以应力中立面P为界线呈面对称的形状。槽19在X-Y平面上从凹部13A的朝向Y轴负方向侧的壁面的X轴负方向侧一端向Y轴正方向侧延伸。即，该槽19是从凹部13A向Y轴正方向(第二方向)凹陷的槽。通过使凹部13A采用以通过梁部14中心的应力中立面P为界线的面对称形状，从而即使在锤部13上产生弹性形变从而在梁部14上产生应力，梁部14上的应力分布也以应力中立面P为界线呈面对称。因此，这样也能防止从压电电阻产生不需要的输出。

[0050] 图2(A)是对设置在梁部14上的压电电阻15A、15B、15C、15D进行说明的图。

[0051] 压电电阻15A、15B、15C、15D构成本实施方式中的检测部，设置在梁部14的Z轴正方向侧的面上。如上所述，压电电阻15A与布线17A相连，压电电阻15B与布线17B相连，压电电阻15C与布线17C相连，压电电阻15D与布线17D相连，但图2中省略了布线17A、17B、17C、17D的图示。另外，压电电阻15A、15B、15C、15D通过在梁部14上对SOI层11A扩散(掺杂)p型杂质来形成。

[0052] 在X-Y平面上，压电电阻15A设置在梁部14的X轴正方向侧的端部且较Y轴方向的中央更靠Y轴负方向侧的位置。在X-Y平面上，压电电阻15B设置在梁部14的X轴正方向侧的端部且较Y轴方向的中央更靠Y轴正方向侧的位置。在X-Y平面上，压电电阻15C设置在梁部14的X轴负方向侧的端部且较Y轴方向的中央更靠Y轴负方向侧的位置。在X-Y平面上，压电电阻15D设置在梁部14的X轴负方向侧的端部且较Y轴方向的中央更靠Y轴正方向侧的位置。

[0053] 并且，压电电阻15A、15B、15C、15D配置成以通过梁部14的中央位置的Y-Z平面(应力中立面)为界线呈面对称，并以通过梁部14的中央位置的X-Z平面为界线呈面对称。

[0054] 图2(B)是对使用压电电阻15A、15B、15C、15D构成的检测电路的简要结构进行说明的电路图。

[0055] 压电电阻15A与压电电阻15D串联连接。压电电阻15B与压电电阻15C串联连接。由压电电阻15A、15D构成的串联电路与由压电电阻15B、15C构成的串联电路彼此并联连接。而且，压电电阻15B与压电电阻15D的连接点与恒压源的输出端子Vdd相连，压电电阻15A与压电电阻15C的连接点与接地GND相连。压电电阻15A与压电电阻15D的连接点与输出端子OUT-(输出－)相连，压电电阻15B与压电电阻15C的连接点与输出端子OUT+(输出+)相连。

[0056] 由此，压电电阻15A、15B、15C、15D构成惠斯通电桥电路。惠斯通电桥电路中构成串联电路的压电电阻15A与压电电阻15D、以及构成串联电路的压电电阻15B与压电电阻15C分别以梁部14的中央为界线设置在相反侧。因此，来自输出端子OUT+、OUT-的输出信号的电位会因梁部14的沿X轴的弯曲以彼此相反的极性变化，因此能利用该电位差测量以Z轴为转轴的角加速度。由于构成惠斯通电桥电路，因此角加速度传感器10的检测灵敏度比利用由两个压电电阻构成的电阻分压电路构成检测电路的角加速度传感器的检测灵敏度要高。

[0057] 《实施方式2》

[0058] 接着，对构成本发明实施方式2的角加速度传感器的基板部21进行说明。

[0059] 图3是表示基板部21上的梁部的周边结构的立体图。

[0060] 实施方式2与实施方式1同样，基板部21具有固定部22、锤部23、以及梁部24，固定部22具有凸部22A，锤部23具有凹部23A以及槽29。

[0061] 此外，固定部22具有由固定部22的壁面构成了内壁面的槽28。槽28在X-Y平面上从凸部22A的朝向Y轴正方向侧的壁面的X轴正方向侧一端向Y轴负方向侧延伸后弯曲，并向X轴正方向与Y轴负方向之间平分的方向延伸。即，槽28向Y轴负方向侧延伸后弯曲，在X-Y平面上向与X轴和Y轴相交的方向延伸。

[0062] 通过如上述那样在固定部22上设置向与X轴及Y轴相交的方向延伸的槽28，从而即使在整个固定部22上产生弯曲那样的变形、或扭转那样的变形的情况下，也能抑制变形传递到凸部22A。

[0063] 《实施方式3》

[0064] 接着，对构成本发明实施方式3的角加速度传感器的基板部31进行说明。

[0065] 图4是表示基板部31上的梁部的周边结构的立体图。

[0066] 实施方式3与实施方式1同样，基板部31具有固定部32、锤部33、以及梁部34，固定部32具有凸部32A，锤部33具有凹部33A以及槽39。

[0067] 此外，固定部32具有由固定部32的壁面构成了内壁面的槽38A、38B。槽38A在X-Y平面上从凸部32A的朝向Y轴负方向侧的壁面的X轴正方向侧一端向X轴正方向侧延伸。即，槽38A从凸部32A向X轴正方向(第一方向的相反方向)凹陷。槽38B在X-Y平面上从凸部32A的朝向Y轴正方向侧的壁面的X轴正方向侧一端向Y轴负方向侧延伸。即，槽38B从凸部32A向Y轴负方向(第二方向的相反方向)凹陷。

[0068] 通过如上述那样在固定部32上设置槽38B使其向Y轴负方向(第二方向的相反方向)凹陷，使得凸部32A在梁部34附近以通过梁部34的中心的应力中立面P为界线呈面对称的形状。因此，即使在凸部32A上产生弹性形变导致梁部34上产生应力，也能够使得梁部34上的应力分布以应力中立面P为界线呈面对称。并且，通过进一步在固定部32上设置向X轴正方向(第一方向的相反方向)凹陷的槽38A，从而即使在整个固定部32上产生弯曲那样的变形、或扭转那样的变形的情况下，也能抑制变形传递到凸部32A。

[0069] 《实施方式4》

[0070] 接着，对构成本发明实施方式4的角加速度传感器的基板部41进行说明。

[0071] 图5是表示基板部41上的梁部的周边结构的立体图。

[0072] 实施方式4与实施方式3同样，基板部41具有固定部42、锤部43、以及梁部44，固定部42具有凸部42A以及槽48A，锤部43具有凹部43A以及槽49。

[0073] 此外，与实施方式1同样，固定部42具有槽48B。

[0074] 由此，也可以具备多个从凸部42A向X轴正方向(第一方向的相反方向)凹陷的槽。

[0075] 《比较试验》

[0076] 接着，对在对固定部的四个外角部分施加扭转的情况下作用于基板部的应力分布进行说明。

[0077] 图6是表示梁部的周边结构上的应力分布的轮廓图。图6(A)示出未在凸部上设置向X轴正方向(第一方向的相反方向)一侧凹陷的槽的比较结构所涉及的基板部51A上的应力分布。图6(B)示出在凸部的Y轴正方向侧设置了向X轴正方向(第一方向的相反方向)一侧凹陷的槽的本申请结构所涉及的基板部51B上的应力分布。图6(C)示出在凸部的Y轴负方向侧设置了向X轴正方向(第一方向的相反方向)一侧凹陷的槽的本申请结构所涉及的基板部51C上的应力分布。

[0078] 另外，图中的浓淡显示示意性表示应力的绝对值的分布。例如，在固定部上用淡色显示的区域所划分的两个浓色显示的区域中，应力的极性相反，应力的绝对值大致相等。

[0079] 比较结构所涉及的基板部51A的应力分布到凸部52A的内部，而且在梁部54的端部附近也局部地分布有应力。另一方面，本申请结构所涉及的基板部51B和基板部51C仅在凸部52A的内部局部地分布有应力，而在梁部54的端部附近几乎未分布应力。

[0080] 由此，由应力分布的比较试验也可知，通过如本申请结构那样在凸部附近设置向X轴正方向(第一方向的相反方向)一侧凹陷的槽，使得应力不会传递到梁部，从而能防止从压电电阻产生不需要的输出。

[0081] 上述实施方式中，示出了各槽采用直线状或弯曲形状的结构例，但槽也可以是曲线状、或将曲线组合后的形状。

[0082] 标号说明

[0083] 10 角加速度传感器

[0084] 11，21，31，41，51A，51B，51C 基板部

[0085] 11A SOI层

[0086] 11B 基层

[0087] 12，22，32，42 固定部

[0088] 12A，22A，32A，42A，52A 凸部

[0089] 13，23，33，43 锤部

[0090] 13A，23A，33A，43A 凹部

[0091] 14，24，34，44，54 梁部

[0092] 15A，15B，15C，15D 压电电阻

[0093] 16A，16B，16C，16D 端子电极

[0094] 17A，17B，17C，17D 布线

[0095] 18，19，28，29，38，39，48A，48B，49 槽

标题	发布/更新时间	阅读量
角加速度检测元件	2020-05-11	843
角加速度传感器以及加速度传感器	2020-05-14	787
微机械角加速度传感器	2020-05-12	355
角加速度开关和开关组件	2020-05-12	171
一种用于角加速度测量的装置	2020-05-12	901
旋转角加速度传感器	2020-05-11	708
用于减少角加速度的头部保护	2020-05-13	795
一种轴套型永磁旋转角加速度传感器	2020-05-13	248
用于通风设备的受控角加速度	2020-05-13	20
微机械角加速度传感器	2020-05-14	345

角加速度传感器

角加速度传感器

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：