角加速度传感器以及加速度传感器
阅读：339发布：2020-05-13
专利汇可以提供角加速度传感器以及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 提供一种能同时实现宽检测频带和高S/N比的 角 加速 度 传感器 以及加速度传感器。 角加速度 传感器(10)具有沿着X-Y面的平 板面 ，包括：固定部(12)、锤部(13)、梁部(14)、以及压电 电阻 元件(15A～15D)。锤部(13)相对于固定部(12)被支承。梁部(14)沿着Y轴延伸，连接固定部(12)和锤部(13)。梁部(14)包括贯通Z轴方向的贯通孔(27A～27D)，以及在X轴方向突出的宽度方向凸部(28A、28B)。压电电阻元件(15A～15D)在Y轴方向上的 位置 与贯通孔(27A～27D)重叠，同宽度方向凸部(28A、28B)错开。，下面是角加速度传感器以及加速度传感器专利的具体信息内容。
1.一种角加速度传感器，其特征在于，
具有平板面，包括：
固定部；
锤部，该锤部相对于所述固定部被支承；
梁部，该梁部在所述平板面内延伸，连接所述固定部以及所述锤部；以及检测元件，该检测元件设置在所述梁部，检测由所述梁部的平板面内的弯曲产生的应力，
所述梁部包括宽度方向凸部，该宽度方向凸部在所述宽度方向突出，所述检测元件在所述延伸方向上的位置同所述宽度方向凸部错开。
2.一种角加速度传感器，其特征在于，
具有平板面，包括：
固定部；
锤部，该锤部相对于所述固定部被支承；
梁部，该梁部在所述平板面内延伸，连接所述固定部以及所述锤部；以及检测元件，该检测元件设置在所述梁部，检测由所述梁部的平板面内的弯曲产生的应力，
所述梁部包括贯通孔，该贯通孔在垂直于平板面的板厚方向上贯通，所述检测元件在所述延伸方向上的位置与所述贯通孔重叠。
3.如权利要求2所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述梁部包括宽度方向凸部，该宽度方向凸部在所述宽度方向突出，所述检测元件在所述延伸方向上的位置同所述宽度方向凸部错开。
4.如权利要求1～3中任一项所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述梁部中在平板面内与延伸方向垂直的宽度方向的尺寸，大于所述梁部和所述固定部的连接部中所述宽度方向的尺寸。
5.如权利要求1～4中任一项所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述梁部包括：
固定部侧梁端部，该固定部侧梁端部连接所述固定部；
锤部侧梁端部，该锤部侧梁端部连接所述锤部；以及
平板部，该平板部连接在所述固定部侧梁端部和所述锤部侧梁端部之间，垂直于平板面的板厚方向的尺寸小于所述固定部侧梁端部以及所述锤部侧梁端部的所述板厚方向的尺寸，
所述检测元件设置在所述平板部。
6.如权利要求5所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述平板部中所述宽度方向的尺寸大于所述固定部侧梁端部中所述宽度方向的尺寸。
7.如权利要求1～6中任一项所述的角加速度传感器，其特征在于，
所述锤部具有在所述宽度方向凹陷的凹部，
所述固定部具有在所述宽度方向突出、与所述凹部相对的凸部，
所述梁部在所述锤部的重心位置的附近连接所述凸部和所述凹部。
8.一种加速度传感器，其特征在于，
具有平板面，包括：
固定部；
锤部，该锤部相对于所述固定部被支承；
梁部，该梁部在所述平板面内延伸，连接所述固定部以及所述锤部；以及检测元件，该检测元件设置在所述梁部，检测由所述梁部的平板面内的弯曲产生的应力，
所述梁部包括宽度方向凸部，该宽度方向凸部在所述宽度方向突出，所述检测元件在所述延伸方向上的位置同所述宽度方向凸部错开。
9.一种加速度传感器，其特征在于，
具有平板面，包括：
固定部；
锤部，该锤部相对于所述固定部被支承；
梁部，该梁部在所述平板面内延伸，连接所述固定部以及所述锤部；以及检测元件，该检测元件设置在所述梁部，检测由所述梁部的平板面内的弯曲产生的应力，
所述梁部包括贯通孔，该贯通孔在垂直于平板面的板厚方向上贯通，所述检测元件在所述延伸方向上的位置与所述贯通孔重叠。
10.如权利要求9所述的加速度传感器，其特征在于，
所述梁部包括宽度方向凸部，该宽度方向凸部在所述宽度方向突出，所述检测元件在所述延伸方向上的位置同所述宽度方向凸部错开。
11.如权利要求8～10中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
所述梁部中在平板面内与延伸方向垂直的宽度方向的尺寸，大于所述梁部和所述固定部的连接部中所述宽度方向的尺寸。
12.如权利要求8～11中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
所述梁部包括：
固定部侧梁端部，该固定部侧梁端部连接所述固定部；
锤部侧梁端部，该锤部侧梁端部连接所述锤部；以及
平板部，该平板部连接在所述固定部侧梁端部和所述锤部侧梁端部之间，垂直于平板面的板厚方向的尺寸小于所述固定部侧梁端部以及所述锤部侧梁端部的所述板厚方向的尺寸，
所述检测元件设置在所述平板部。
13.如权利要求12所述的加速度传感器，其特征在于，
所述平板部中所述宽度方向的尺寸大于所述固定部侧梁端部中所述宽度方向的尺寸。
14.如权利要求8～13中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
所述锤部具有在所述宽度方向凹陷的凹部，
所述固定部具有在所述宽度方向突出、与所述凹部相对的凸部，
所述梁部在所述锤部的重心位置的附近连接所述凸部和所述凹部。
角加速度传感器以及加速度传感器
技术领域
背景技术
[0002] 角加速度传感器以及加速度传感器包括固定部、锤部、梁部以及检测部。锤部利用梁部相对于固定部被弹性支承。检测部从梁部产生的应力检测作用在锤部的角加速度或加速度。
[0004] 图8是表示参考专利文献1的角加速度传感器的以往的结构的平面图。
[0005] 角加速度传感器101包括：框状的固定部102；板状的锤部103；与锤部103呈十字状，两端与固定部102连接的梁部104；以及设置在梁部104两端各自的两个侧面的检测电极105A、105B、105C、105D。除去与锤部103连结的位置，在梁部104的几乎整个长度上形成通过宽度方向中心的贯通孔106。
[0006] 像这样在梁部104形成贯通孔106，梁部104的刚性降低，因此锤部103受到的单位角加速度在梁部104产生的弯曲增大。由此，角加速度的检测灵敏度提高，检测信号中的S/N比提高。现有技术文献
专利文献
专利文献
[0007] 专利文献1：日本专利特开2007-322200号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
[0008] 在梁部设置贯通孔的情况下，由于梁部的刚性降低，引起谐振频率的下降。加速度传感器或角加速度传感器中，难以检测高于谐振频率的频带的信号，若谐振频率下降则无法实现宽检测频带。为了提高谐振频率，需要进行加宽梁部宽度的设计变更，或减小贯通孔宽度的设计变更，但在进行了像这样的设计变更的情况下，由于梁部的刚性提高梁部的弯曲减小，检测灵敏度下降。由此，难以同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0009] 若在对固定部进行固定的壳体等处产生弯曲或温度分布，则固定部受到应力，该应力会从固定部传递到梁部。由此，该应力被检测部检测到，检测信号中S/N比有时会降低。为了得到宽检测频带而加宽梁部的宽度的情况下，固定部受到的应力变得容易传递到梁部，因此检测信号中S/N比容易下降，因此，难以同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0010] 于是，本发明的目的在于提供一种能同时实现宽检测频带和高S/N比的角加速度传感器以及加速度传感器。解决技术问题所采用的技术方案
[0011] 本发明涉及的角加速度传感器以及加速度传感器具有平板面，包括固定部、锤部、梁部、以及检测元件。锤部相对于固定部可移位地被支承。梁部在平板面内延伸，连接固定部以及锤部。检测元件设置在梁部，检测由梁部的平板面内弯曲产生的应力。
[0012] 所述的结构中，梁部包括宽度方向凸部，该宽度方向凸部在宽度方向突出，检测元件在延伸方向上的位置同宽度方向凸部错开。
[0013] 另外，所述的结构中，梁部包括贯通孔，该贯通孔在垂直于平板面的板厚方向上贯通，检测元件在梁部的延伸方向上的位置与贯通孔重叠。
[0014] 所述结构中，梁部中在平板面内与延伸方向垂直的宽度方向的尺寸，大于梁部和固定部的连接部中宽度方向的尺寸较为合适。
[0015] 所述的结构中，梁部包括固定部侧梁端部、锤部侧梁端部、以及平板部，检测元件设置在平板部上较为合适。固定部侧梁端部连接固定部。锤部侧梁端部连接锤部。平板部连接在固定部侧梁端部和锤部侧梁端部之间，垂直于平板面的板厚方向的尺寸小于固定部侧梁端部以及锤部侧梁端部的板厚方向的尺寸。
[0016] 所述的结构中，平板部中宽度方向的尺寸大于固定部侧梁端部中宽度方向的尺寸较为合适。
[0017] 所述的结构中，锤部具有在在平板面中宽度方向凹陷的凹部，固定部具有在平板面中宽度方向突出、与锤部的凹部相对的凸部，梁部在锤部的重心位置附近连接凸部和凹部较为合适。发明效果
[0018] 根据本发明，由于在梁部设置宽度方向凸部，将检测元件在梁部的延伸方向上的位置设置成与宽度方向凸部错开，因此由于作用在锤上的角加速度和加速度产生的梁部的应力能高效率地集中在检测元件上。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能使梁部的应力高效率地集中在检测元件，能提高角加速度和加速度的检测灵敏度。由此，能同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0019] 另外，根据本发明，由于在梁部设置贯通孔，将检测元件设置成在梁部的延伸方向上的位置与贯通孔重叠，因此利用作用在锤上的角加速度和加速度产生的梁部的应力能高效率地集中在检测元件上。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能提高角加速度和加速度的检测灵敏度，能同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0020] 若支承锤部的梁部的宽度大于梁部和固定部之间的连接部的宽度，则由于壳体等的弯曲或温度分布使固定部受到的不需要的应力难以传递到梁部。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能将从固定部传递到检测元件的不需要的应力限制在最小限度，提高加速度和角加速度的检测精度。由此，能进一步实现高S/N比。
[0021] 如果在梁部设置平板部，将检测元件设置在平板部，那么由于壳体等的弯曲或温度分布使固定部受到的不必要的应力难以传递至检测元件。另外，由于角加速度或加速度作用在锤上而产生的梁部的应力能高效率地集中在检测元件。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能提高角加速度和加速度的检测灵敏度和检测精度，能进一步实现高S/N比。
[0022] 若使平板部的宽度方向的尺寸大于固定部侧梁端部的宽度方向的尺寸，则由于壳体等的弯曲或温度分布使固定部受到的不必要的应力难以传递到检测元件。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能提高角加速度和加速度的检测精度，进一步实现高S/N比。
[0023] 若使固定部的凸部和梁部陷入锤部的凹部，能将梁部设置在锤部的重心位置附近，能将锤部的重心位置作为中心取得旋转平衡。另外，由于仅在锤部的重心位置设置在梁部，所以能使应力集中在梁部。因此，即便在加宽梁部的宽度提高谐振频率的情况下，也能提高加速度和角加速度的检测灵敏度和检测精度，能进一步实现高S/N比。附图说明
[0024] 图1是表示第一实施方式涉及的角加速度传感器的立体图。图2是说明第一实施方式涉及的角加速度传感器所具备的梁部的周边结构的平面图。
图3是例示了作用在梁部的弯曲应力的轮廓图。
图4是对梁部的尺寸设定进行说明的剖面图。
图5是表示梁部的变形例的平面图。
图6是表示梁部的变形例的平面图。
图7是表示第二实施方式涉及的角加速度传感器的立体图。
图8是表示以往的角加速度传感器的图。
图3是例示了作用在梁部的弯曲应力的轮廓图。
图4是对梁部的尺寸设定进行说明的剖面图。
图5是表示梁部的变形例的平面图。
图6是表示梁部的变形例的平面图。
图7是表示第二实施方式涉及的角加速度传感器的立体图。
图8是表示以往的角加速度传感器的图。
具体实施方式
[0025] 以下的说明中，相对于角加速度传感器以及加速度传感器所具有的平板面，将沿着垂直的板厚方向的轴作为正交坐标系的Z轴，沿着平板面中梁部的延伸方向的轴作为正交坐标系的Y轴，沿着平板面中梁部的宽度方向、垂直于Z轴以及Y轴的轴作为正交坐标系的X轴。
[0026] 《第1实施方式》以下，对本发明的第一实施方式涉及的角加速度传感器10进行说明。
[0027] 图1(A)是角加速度传感器10的立体图。
[0028] 角加速度传感器10包括：基板部11、压电电阻元件15A、15B、15C、15D、端子电极16A、16B、16C、16D以及布线17A、17B、17C、17D。另外，图1中省略压电电阻元件15A、15B、
15C、15D的图示。
15C、15D的图示。
[0029] 基板部11将沿着Y轴的方向设为长边方向，沿着X轴的方向设为短边方向，沿着Z轴的方向设为板厚方向，构成矩形平板状。在基板部11通过在Z轴方向上贯通相互对向的两个面之间形成开口部，由此构成固定部12、锤部13、以及梁部14。
[0030] 另外，基板部11是通过对SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板进行面加工形成的，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基板的面加工由于加工技术以及加工装置的性能已成熟，因此能高效地、高精度地制造出多个矩形板。SOI层11A和基层11B利用绝缘膜绝缘。SOI层11A以及基层11B均由硅类材料构成，绝缘膜由例如二氧化硅(SiO2)这样的绝缘材料构成。
[0031] 固定部12是在X-Y面中，在基板部11的外周部被设置为环状，包围锤部13和梁部14。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。
[0032] 梁部14在X-Y面中，将沿着Y轴的方向作为延伸方向，沿着X轴的方向作为宽度方向，沿着Z轴的方向作为板厚方向，X轴正方向侧的边和X轴负方向侧的边各自的中央分别向宽度方向的外侧膨胀，几乎构成椭圆形。梁部14的详细的形状在下文叙述。梁部14在其Y轴负方向侧的端部连接固定部12，在其Y轴正方向侧的端部连接锤部13，以不接触未图示的壳体等的状态被固定部12支承。
[0033] 锤部13在X-Y面中，将沿着X轴的方向作为短边方向，沿着Y轴的方向作为长边方向。锤部13经由梁部14，以不接触未图示的壳体等的状态被固定部12支承，可在X-Y面中移位。
[0034] 更具体而言，锤部13在X-Y面中，X轴正方向侧的边的中央分多段(三段)向X轴负方向侧凹陷，在凹陷的最深部设置几乎为矩形的凹部13A。固定部12在X-Y面中，分多段(三段)向X轴负方向侧突出，以与锤部13的X轴正方向侧的边的三段的凹陷相对，在突出的区域的最顶部设置几乎为矩形的凸部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的各壁面和凸部12A的各壁面分别隔着开口部相对。梁部14从凸部12A中朝向Y轴正方向侧的壁面向Y轴正方向延伸，与凹部13A中朝向Y轴负方向侧的壁面连接。
[0035] 通过使锤部13以及固定部12为上述形状，能将梁部14设置在锤部13的X-Y面中的重心位置上。由此，以Z轴为转轴的角加速度作用于锤部13的情况下，锤部13即便利用一个梁部14进行支承也能获得旋转平衡，全部的旋转惯性力集中于梁部14使梁部14的弯曲变大。另外，锤部13在远离梁部14的位置处的Y轴方向的两端部、在X轴方向上宽度变宽，质量集中在Y轴方向的两端部。为此，将Z轴作为转轴的角加速度作用于梁部14的惯性力矩增大。由此，以Z轴为转轴的角加速度使梁部14容易产生弯曲，角加速度传感器10的角加速度检测灵敏度提高。
[0036] 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轴正方向侧的边设置，端子电极16C和端子电极16D沿着固定部12的X轴负方向侧的边设置。另外，端子电极16A设置在固定部12的X轴正方向侧的边的Y轴负方向侧，端子电极16B设置在固定部12的X轴正方向侧的边的Y轴正方向侧。端子电极16C设置在固定部12的X轴负方向侧的边的Y轴负方向侧，端子电极16D设置在固定部12的X轴负方向侧的边的Y轴正方向侧。
[0037] 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的一端连接端子电极16A，另一端连接下文所述的压电电阻元件15A。布线17B的一端连接端子电极16B，另一端连接下文所述的压电电阻元件15B。布线17C的一端连接端子电极16C，另一端连接下文所述的压电电阻元件15C。布线17D的一端连接端子电极16D，另一端连接下文所述的压电电阻元件15D。因此，端子电极16A经由布线17A与压电电阻元件15A电连接，端子电极16B经由布线17B与压电电阻元件15B电连接,端子电极16C经由布线17C与压电电阻元件15C电连接,端子电极16D经由布线17D与压电电阻元件15D电连接。
[0038] 图1(B)是表示基板部11中梁部14的周边结构的立体图。
[0039] 梁部14的X-Y面中的中心位置(图中×记号所示)与锤部13的重心位置一致。另外，梁部14以应力中性面P为界呈面对称形状。应力中性面P是通过梁部14的中心位置的Y-Z面，是Z轴周围的角加速度作用于锤部13的情况下，在梁部14产生的拉伸应力和收缩应力呈匹配状态的面。另外，梁部14以通过梁部14的中心位置的X-Z面为界也呈面对称形状。梁部14如上文所述在X-Y面中几乎为椭圆形，梁部14的朝向X轴正方向的侧面，和朝向X轴负方向的侧面共同膨胀为圆弧状。即，梁部14中沿着X轴宽度方向的尺寸在Y轴方向的两端部最窄，在Y轴方向的中央变得最宽。
[0040] 在凹部13A的连接梁部14的面，即，凹部13A的朝向Y轴负方向侧的面，设置向梁部14侧突出的、连接梁部14的连接部13B。即，凹部13A和梁部14经由连接部13B连接。连接部13B中沿着X轴的宽度方向的尺寸和沿着Z轴的板厚方向的尺寸沿着Y轴相同，宽度方向的尺寸以及板厚方向的尺寸与梁部14的Y轴正方向侧的端部一致。
[0041] 在凸部12A的连接梁部14的面，即，凸部12A的朝向Y轴正方向侧的面，设置向梁部14侧突出的、连接梁部14的连接部12B。即，凸部12A和梁部14经由连接部12B连接。连接部12B中沿着X轴的宽度方向的尺寸和沿着Z轴的板厚方向的尺寸沿着Y轴相同，宽度方向的尺寸以及板厚方向的尺寸与梁部14的Y轴负方向侧的端部一致。
[0042] 像这样，由于梁部14的宽度方向的尺寸大于梁部14和固定部12的连接部12B在宽度方向的尺寸，因此与梁部14的宽度方向的尺寸和连接部12B在宽度方向的尺寸一样的情况相比，梁部14的刚性能提高，能实现高谐振频率。
[0043] 另外，梁部14的宽度方向的尺寸大于梁部14和固定部12的连接部12B在宽度方向的尺寸，因此由于未图示的壳体等的弯曲或温度分布使固定部12受到的不需要的应力难以传递至梁部14。为此，能将传递至下文所述的压电电阻元件15A～15D的不需要的应力抑制在最小限度，提高加速度和角加速度等的检测精度，能同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0044] 另外，凹部13A的与梁部14的侧面相对的面、即、凹部13A的朝向X轴正方向侧的面上，与梁部14相对的部分，以圆弧状凹陷，梁部14和锤部13在静止状态下隔开规定间隔。另外，固定部12的与梁部14的侧面相对的面，即，固定部12的朝向X轴负方向侧的面上，与梁部14相对的部分，也以圆弧状凹陷，梁部14和固定部12在静止状态下隔开规定间隔。
[0045] 图2是梁部14的平面图。
[0046] 对梁部14进一步进行详细说明，梁部14包括梁中央部21、固定部侧梁端部22、以及锤部侧梁端部23。
[0047] 固定部侧梁端部22是梁部14的Y轴负方向侧的端部附近的部分，经由连接部12B连接固定部12。固定部侧梁端部22和连接部12B在沿着Z轴的板厚方向上的尺寸一致。锤部侧梁端部23是梁部14的Y轴正方向侧的端部附近的部分，经由连接部13B连接锤部
13。锤部侧梁端部23和连接部13B在沿着Z轴的板厚方向上的尺寸一致。梁中央部21连接在固定部侧梁端部22和锤部侧梁端部23之间，包括平板部24、板厚方向凸部25A、25B、
25C、25D、26。
13。锤部侧梁端部23和连接部13B在沿着Z轴的板厚方向上的尺寸一致。梁中央部21连接在固定部侧梁端部22和锤部侧梁端部23之间，包括平板部24、板厚方向凸部25A、25B、
25C、25D、26。
[0048] 平板部24由所述的SOI层11A构成，是将沿着Y轴的方向设为延伸方向，沿着X轴的方向设为宽度方向，沿着Z轴的方向设为板厚方向的平板状。平板部24在X-Y面中，设置在梁中央部21的几乎整面上。平板部24的Y轴负方向侧的端部与固定部侧梁端部22连接，Y轴正方向侧的端部与锤部侧梁端部23连接。
[0049] 板厚方向凸部25A、25B、25C、25D、26由所述的基层11B构成，在X-Y面中仅设置在梁中央部21的规定的部分上。板厚方向凸部26是将沿着Y轴的方向作为延伸方向，沿着X轴的方向作为宽度方向，沿着Z轴的方向作为板厚方向的长方体，被设置成从平板部24的Z轴负方向的面向Z轴负方向侧突出。板厚方向凸部26通过梁部14在X-Y面中的中心位置，在平板部24的Z轴负方向侧的面的X轴方向的中央，沿着Y轴设置。板厚方向凸部26的Y轴负方向侧的端部与固定部侧梁端部22连接，Y轴正方向侧的端部与锤部侧梁端部23连接。
[0050] 板厚方向凸部25A～25D是将沿着Y轴的方向作为延伸方向，沿着X轴的方向作为宽度方向，沿着Z轴的方向作为板厚方向的长方体，设置成从平板部24的Z轴负方向的面向Z轴负方向侧突出。
[0051] 板厚方向凸部25A在梁部14的X轴正方向侧的一端附近沿着Y轴设置，Y轴负方向侧的端部与固定部侧梁端部22连接。板厚方向凸部25B在梁部14的X轴正方向侧的一端附近沿着Y轴设置，Y轴正方向侧的端部与锤部侧梁端部23连接。板厚方向凸部25A的Y轴正方向侧的端部，与板厚方向凸部25B的Y轴负方向侧的端部，在梁部14的X轴正方向侧的一端附近，以沿着Y轴隔着间隔的状态相对。
[0052] 板厚方向凸部25C在梁部14的X轴负方向侧的一端附近沿着Y轴设置，Y轴负方向侧的端部与固定部侧梁端部22连接。板厚方向凸部25D在梁部14的X轴负方向侧的一端附近沿着Y轴设置，Y轴正方向侧的端部与锤部侧梁端部23连接。板厚方向凸部25C的Y轴正方向侧的端部，与板厚方向凸部25D的Y轴负方向侧的端部，在梁部14的X轴负方向侧的一端附近，以沿着Y轴隔着间隔的状态相对。
[0053] 另外，通过将SOI基板用于基板部11，容易形成这样形状的梁部14。具体而言，将处于SOI基板的SOI层11A和基层11B之间设置的绝缘体层用作为蚀刻阻止层，通过实施对SOI层11A进行蚀刻的工序、反转SOI基板的工序、对基层11B进行蚀刻的工序，能以较少的工序形成梁部14。
[0054] 这样，梁中央部21由于构成为包括平板部24，因此与固定部侧梁端部22和锤部侧梁端部23、连接部12B、13B相比，梁中央部21在平板面内沿着垂直于延伸方向的方向即X轴方向的弯曲刚性变得充分低，与固定部侧梁端部22和锤部侧梁端部23、连接部12B、13B相比，弯曲和应力更集中。即，在固定部侧梁端部22和锤部侧梁端部23，连接部12B、13B，几乎没有产生向Y轴方向弯曲的弯曲，仅在梁中央部21产生向Y轴方向弯曲的弯曲。
[0055] 另外，梁中央部21构成为包括板厚方向凸部25A～25D、26，因此在与板厚方向凸部25A～25D、26在Z轴方向上重叠的平板部24的区域中刚性变高，弯曲和应力几乎不发生作用。并且，在被板厚方向凸部25A和板厚方向凸部25B从Y轴方向包夹的区域，以及在被板厚方向凸部25C和板厚方向凸部25D从Y轴方向包夹的区域中，弯曲或应力容易集中。
[0056] 另外，平板部24包括贯通孔27A、27B、27C、27D、宽度方向凸部28A、28B、以及宽度方向凹部29A、29B、29C、29D。
[0057] 贯通孔27A～27D是利用对所述的SOI层11A进行蚀刻形成的，分别沿着Z轴贯通平板部24，在平板部24的Z轴正方向侧的面和Z轴负方向侧的面上开口。贯通孔27A～27D分别将Y轴方向作为短边方向，将X轴方向作为长边方向。
[0058] 贯通孔27A被设置成从与所述的板厚方向凸部25A的Y轴正方向侧的端部重叠的位置开始，向X轴负方向侧延伸。贯通孔27B被设置成从与所述的板厚方向凸部25B的Y轴负方向侧的端部重叠的位置开始，向X轴负方向侧延伸。贯通孔27A的Y轴正方向侧的一端和贯通孔27B的Y轴负方向侧的一端被设置成在Y轴上的位置远离，在X轴上的位置一致。
[0059] 贯通孔27C被设置成从与所述的板厚方向凸部25C的Y轴正方向侧的端部重叠的位置开始，向X轴正方向侧延伸。贯通孔27D被设置成从与所述的板厚方向凸部25D的Y轴负方向侧的端部重叠的位置开始，向X轴正方向侧延伸。贯通孔27C的Y轴正方向侧的一端和贯通孔27D的Y轴负方向侧的一端被设置成在Y轴上的位置远离，在X轴上的位置一致。
[0060] 另外，贯通孔27A的X轴负方向侧的一端和贯通孔27C的X轴正方向侧的一端被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。另外，贯通孔27B的X轴负方向侧的一端和贯通孔27D的X轴正方向侧的一端也被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。
[0061] 宽度方向凸部28A设置在梁部14的中心位置的X轴正方向侧，从平板部24的X轴正方向侧的侧面向X轴正方向侧突出。宽度方向凹部29A被设置成与宽度方向凸部28A的Y轴负方向侧相邻，从平板部24的X轴正方向侧的侧面向X轴负方向侧凹陷。宽度方向凹部29B被设置成与宽度方向凸部28A的Y轴正方向侧相邻，从平板部24的X轴正方向侧的侧面向X轴负方向侧凹陷。即，宽度方向凸部28A设置在宽度方向凹部29A和宽度方向凹部29B之间。
[0062] 宽度方向凸部28B设置在梁部14的中心位置的X轴负方向侧，从平板部24的X轴负方向侧的侧面向X轴负方向侧突出。宽度方向凹部29C被设置成与宽度方向凸部28B的Y轴负方向侧相邻，从平板部24的X轴负方向侧的侧面向X轴正方向侧凹陷。宽度方向凹部29D被设置成与宽度方向凸部28B的Y轴正方向侧相邻，从平板部24的X轴负方向侧的侧面向X轴正方向侧凹陷。即，宽度方向凸部28B设置在宽度方向凹部29C和宽度方向凹部29D之间。
[0063] 宽度方向凹部29A的X轴负方向侧的一端和贯通孔27A的X轴正方向侧的一端被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。宽度方向凹部29B的X轴负方向侧的一端和贯通孔27B的X轴正方向侧的一端也被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。
[0064] 另外，宽度方向凹部29C的X轴正方向侧的一端和贯通孔27C的X轴负方向侧的一端被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。宽度方向凹部29D的X轴正方向侧的一端和贯通孔27D的X轴负方向侧的一端也被设置成在X轴上的位置远离，在Y轴上的位置一致。
[0065] 由于像这样的平板部24包括贯通孔27A～27D以及宽度方向凹部29A～29D而构成，因此贯通孔27A～27D以及宽度方向凹部29A～29D位于X轴方向上的区域的刚性降低，弯曲和应力容易集中在该区域。特别地，贯通孔27A～27D以及宽度方向凹部29A～29D从X轴方向包夹的区域的刚性显著降低，弯曲和应力容易集中在该区域。
[0066] 另外，平板部24包括宽度方向凸部28A、28B而构成，因此宽度方向凸部28A、28B位于X轴方向上的区域的刚性提高，弯曲和应力变得容易集中在Y轴上的位置偏离宽度方向凸部28A、28B的区域。
[0067] 图3是例示了作用在梁部的弯曲应力的轮廓图。图3(A)表示作为比较例的、单纯的矩形的梁部94中的弯曲应力。图3(B)表示除了本实施方式的梁部和尺寸等之外几乎相同结构的梁部14’中的弯曲应力。
[0068] 比较例涉及的梁部94中，应力集中在X轴正方向侧的侧面附近的区域，以及X轴负方向侧的侧面附近的区域中。并且，在各侧面附近的区域中，应力分散在梁部94的整个长度上，在Y轴方向的中央应力变得最强。
[0069] 另一方面，本申请技术方案涉及的梁部14’中，应力集中在梁中央部21中X轴正方向侧的端部附近的区域，以及X轴负方向侧的端部附近的区域中。特别地，较大的应力集中在下述区域中：该区域的Y轴上的位置偏离宽度方向凸部28A、28B，并且是贯通孔27A～27D、和宽度方向凹部29A～29D从X轴方向包夹的极狭窄的区域。
[0070] 由此，如图2(B)所示设置压电电阻元件15A～15D，通过在Y轴上的位置偏离宽度方向凸部28A、28B、贯通孔27A～27D、宽度方向凹部29A～29D从X轴方向包夹的区域中，设置压电电阻元件15A～15D等检测元件，能检测较大的应力，角加速度的检测灵敏度变得良好，能同时实现宽检测频带和高S/N比。
[0071] 接着，用数学式说明在角加速度传感器10中，通过设置贯通孔27A～27D，能实现高S/N比和高谐振频率的理由。
[0072] 一般地，基板部11的固有振动频率以下式表示。
[0074] 另外，梁部14的应力如下式表示。
[0075] [数学式2]y：从梁部的应力中性面到压电电阻元件的距离
β：输入角加速度
β：输入角加速度
[0076] 角加速度传感器10的检测灵敏度与作用于压电电阻元件的应力成比例，利用假设的比例常数，以下式表示。另外，假设的比例常数实际上对应压电电阻系数、传感器驱动电压、检测电路结构、布线损失等多个常数。
[0077] [数学式3]k1：比例常数
S：检测灵敏度
S：检测灵敏度
[0078] 角加速度传感器10中，为了实现高S/N比和高谐振频率，数学式上的条件考虑进行设计，以使所述检测灵敏度和固有振动频率的积增大。该情况下，为了实现高S/N比和高谐振频率，需要增大下式的值。
[0079] [数学式4]
[0080] 即，增大与角加速度传感器10的结构相关的参数，即增大从梁部14的应力中性面到应力检测位置的距离、梁部14的剖面二次力矩的平方根的倒数、以及梁部14的有效长度的平方根的倒数是有效的。
[0081] 这里，考虑增大积z，该积z是从梁部14的应力中性面到应力检测位置的距离，与梁部14的剖面二次力矩的平方根的倒数的积。积z以下式表示。
[0082] [数学式5]
[0083] 从梁部14的应力中性面到压电电阻元件15A～15D的距离以下式表示。另外，图4是梁部14的梁中央部21处的剖面图，其中标记了各部分的尺寸。另外，式中的α是由工艺标准确定的从梁部14的端部到压电电阻元件15A～15D的距离。
[0084] [数学式6]
[0085] 梁部14的剖面二次力矩若采用未设置贯通孔27A～27D的结构，则如下式所示。
[0086] [数学式7]
[0087] 梁部14的剖面二次力矩若采用设置贯通孔27A～27D的结构，则如下式所示。
[0088] [数学式8]2 2 3
k2＝3wgwb+3wgwb+wg
k2＝3wgwb+3wgwb+wg
[0089] 上述的数学式8中，数学式7中梁部14的全宽度w1的三次方减去常数k2。由此，若设置贯通孔27A～27D，则下式的关系成立。
[0090] [数学式9]IB1＞IB2
[0091] 因此，如之前示出的数学式5所示，在设置贯通孔27A～27D的本申请的结构中，与未设置贯通孔27A～27D的以往的结构相比，包含梁部14的剖面二次力矩的积z可靠地增大了。
[0092] 由此，与未设置贯通孔27A～27D的结构相比，通过设置贯通孔27A～27D使之前示出的数学式4所示的检测灵敏度和谐振频率的积f0可靠地增大，即可以理解为可同时实现高S/N比和高谐振频率。
[0093] 接着，对第一实施方式涉及的角加速度传感器中，梁部的变形例进行说明。
[0094] 图5(A)是表示第一变形例涉及的梁部34A的周边结构的X-Y面平面图。第一变形例涉及的梁部34A是除去了板厚方向凸部25A～25D的结构。第一实施方式涉及的角加速度传感器10也可像这样不设置板厚方向凸部25A～25D。
[0095] 图5(B)是表示第二变形例涉及的梁部34B的周边结构的X-Y面平面图。第二变形例涉及的梁部34B是除去了板厚方向凸部25A～25D以及板厚方向凸部26的结构。第一实施方式涉及的角加速度传感器10也可像这样不设置板厚方向凸部26。
[0096] 图6(A)是表示第三变形例涉及的梁部34C的周边结构的X-Y面平面图。第三变形例涉及的梁部34C在X-Y面中的形状为矩形。另外，梁部34C是除去了板厚方向凸部25A～25D、26、宽度方向凸部28A、28B、宽度方向凹部29A～29D的结构。第一实施方式涉及的角加速度传感器10也可像这样梁部在X-Y面中的形状为矩形。另外，也可像这样不设置宽度方向凸部28A、28B、以及宽度方向凹部29A～29D。
[0097] 图6(B)是表示第四变形例涉及的梁部34D的周边结构的X-Y面平面图。第四变形例涉及的梁部34D在X-Y面中的形状为矩形。另外，梁部34D是除去了板厚方向凸部25A～25D、26、贯通孔27A～27D、宽度方向凹部29A～29D的结构。第一实施方式涉及的角加速度传感器10也可像这样不设置贯通孔27A～27D。
[0098] 图6(C)是表示第五变形例涉及的梁部34E的周边结构的X-Y面平面图。第五变形例涉及的梁部34E在X-Y面中的形状为大致椭圆形。另外，梁部34E是除去了板厚方向凸部25A～25D、26、宽度方向凸部28A、28B、宽度方向凹部29A～29D的结构。
[0099] 图6(D)是表示第六变形例涉及的梁部34F的周边结构的X-Y面平面图。第六变形例涉及的梁部34F在X-Y面中的形状为大致椭圆形。另外，梁部34F是除去了板厚方向凸部25A～25D、26、贯通孔27A～27D、宽度方向凹部29A～29D的结构。
[0100] 如上文所例示，若包括宽度方向凸部28A、28B，或者贯通孔27A～27D，本实施方式中的梁部的形状能进行各种变更。另外，梁部的外形只要宽度尺寸大于连接部12A则能进行各种变更。另外，宽度方向凸部和贯通孔的位置、形状、设置个数等也能进行各种变更。
[0101] 另外，由压电电阻构成的角加速度检测电路的结构，可以采用一般的电路结构，在这里省略说明，例如利用四个压电电阻构成惠斯通电桥电路是适宜的。
[0102] 《第2实施方式》以下，对本发明的第二实施方式涉及的加速度传感器50进行说明。所述的第一实施方式中对检测角加速度的角加速度传感器进行了说明，本实施方式中，对检测加速度而不是角加速度的加速度传感器进行说明。
[0103] 图7(A)是加速度传感器50的立体图。
[0104] 加速度传感器50包括基板部51。另外，这里省略压电电阻、端子电极和布线的图示。
[0105] 基板部51将沿着Y轴的方向设为长边方向，沿着X轴的方向设为短边方向，沿着Z轴的方向设为板厚方向，构成矩形平板状。在基板部51通过在Z轴方向中贯通相互对向的两个面之间形成开口部，构成固定部52、锤部53、以及梁部54。梁部14与第一实施方式相同。
[0106] 固定部52在X-Y面中，在基板部51的外周部被设置成的环状，包围锤部53和梁部14。梁部14在Y轴负方向侧的端部连接固定部52，在Y轴正方向侧的端部连接锤部53。锤部53在X-Y面中，将沿着X轴的方向作为短边方向，沿着Y轴的方向作为长边方向，经由梁部14以可移位的方式被固定部52支承。
[0107] 更具体而言，锤部53在X-Y面中，Y轴负方向侧的边的中央向Y轴正方向侧凹陷，在凹陷的内侧设置梁部14。固定部52在X-Y面中设置形成为大致矩形的内壁。梁部14从固定部52中朝向Y轴正方向侧的壁面中央向Y轴正方向延伸，与锤部53的凹陷的内侧的朝向Y轴负方向侧的壁面连接。
[0108] 利用像这样的结构，本发明也能适宜的实施。另外，加速度传感器中，与角加速度传感器不同，锤部的重心位置远离梁部，能实现高检测灵敏度。
[0109] 另外，由压电电阻构成的加速度检测电路的结构，可以采用一般的电路结构，在这里省略说明，例如利用四个压电电阻构成惠斯通电桥电路是适宜的。
[0110] 利用上述实施方式说明的结构，能实现本发明的角加速度传感器以及加速度传感器。另外，所述的实施方式的其它各种方式也能实施本发明。标号说明
[0111] 10 角加速度传感器50 加速度传感器
11、51 基板部
11A SOI层
11B 基层
12、52 固定部
12A 凸部
13、53 锤部
13A 凹部
12B、13B 连接部
14、34A、34B、34C、34D、34E、34F 梁部
15A、15B、15C、15D 压电电阻元件
16A、16B、16C、16D 端子电极
17A、17B、17C、17D 布线
21 梁中央部
22 固定部侧梁端部
23 锤部侧梁端部
24 平板部
25A、25B、25C、25D、26 板厚方向凸部
27A、27B、27C、27D 贯通孔
28A、28B 宽度方向凸部
29A、29B、29C、29D 宽度方向凹部
11、51 基板部
11A SOI层
11B 基层
12、52 固定部
12A 凸部
13、53 锤部
13A 凹部
12B、13B 连接部
14、34A、34B、34C、34D、34E、34F 梁部
15A、15B、15C、15D 压电电阻元件
16A、16B、16C、16D 端子电极
17A、17B、17C、17D 布线
21 梁中央部
22 固定部侧梁端部
23 锤部侧梁端部
24 平板部
25A、25B、25C、25D、26 板厚方向凸部
27A、27B、27C、27D 贯通孔
28A、28B 宽度方向凸部
29A、29B、29C、29D 宽度方向凹部
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