专利名称：加速度传感器和加速度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及加速度传感器和加速度检测装置，特别涉及如下改善后的加速度传感器和加速度检测装置，即，变换在施加加速度时产生的力的方向，并增大所述力。
背景技术：
使用压电振动元件的加速度传感器构成为，当对压电振动元件作用有检测轴方向的力时，压电振动元件的谐振频率变化，根据该谐振频率的变化来检测对加速度传感器施加的加速度。在专利文献1中公开了如下结构的加速度计和制造方法在框架状的平行四边形框的一个对角接合双音叉型振动元件，对另一个对角施加压缩力或拉伸力。如图7的剖面图所示，该加速度计构成为，通过屈曲部118在支承体117上接合沿着检测轴119可动的块116。连接在块116与支承体117之间的一对力检测晶体121、122 的频率根据所施加的力而变动。这些力检测晶体121、122被频率振荡器123、1M激励，将 2个振荡器的信号输入到加法电路126，并输出与2个频率之差对应的输出信号。加速度计构成为，由石英(石英晶体)等形成的5个盘状元件沿着检测轴彼此层叠。即，加速度计具有图8所示的中央元件127、配置于中央元件127两侧的图9所示的一对转换器元件128、以及这些转换器元件128的两个外侧的一对盖(未图示)。这里，图 8的(a)是中央元件127的平面图，(b)是Q-Q的剖面图。如图8所示，中央元件127具有固定部134和具有质量的可动部(震性块)133。 可动部133以能够绕着相对于检测轴垂直延伸的铰链轴137可动的方式，通过一对屈曲部 136安装于固定部134。可动部133和固定部134配置于安装有该固定部134的载置环139 的内部。隔离环141同心地配置于该载置环139的外侧，柔性臂将载置环139和隔离环141 连接起来。中央元件形成为一体构造。如图9的平面图所示，转换器元件1 具有载置环146，在其内部配置有力检测元件(晶体)147和接合板148。力检测元件147在由4个连杆152构成的四边形框架149的一个相对的对角连接双音叉型压电振动元件151，在另一个相对的对角具有焊盘154、156。 一个焊盘巧4与接合板148 —体形成，另一个焊盘156与载置环146 —体形成。2个转换器元件128的各接合板148通过粘接剂与中央元件127的可动部133的两个主表面138接合，转换器元件的载置环146通过粘接剂与中央元件127的载置环139 接合。2个盖形成为在其一侧具有凹部的圆形，成为密闭构造，但是，在内部进入气体而作为制动板发挥功能。凹部与各转换器元件1 面对，盖的周边通过粘接剂与转换器元件 128的载置环146接合。专利文献1日本特许第观51566号公报但是，专利文献1所公开的加速度计使用1个中央元件127、2个转换器元件1 和2个盖构成，存在部件数量过多的问题。进而，中央元件127和转换器元件1 具有极其复杂的构造，假定这些元件的成品率很低，组装后的加速度的调整可能需要较多工时，存在加速度计的成本极高的问题。并且，在加速度计内部封入制动用的气体，所以，转换器元件128的振动元件151 的Q值劣化，存在难以激励的问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题而完成的，提供构造简单、加速度检测度高、且能够降低制造成本的加速度传感器和加速度检测装置。本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的形式或应用例来实现。[应用例1]本发明的加速度传感器的特征在于，该加速度传感器具有压电传感器以及具有支承该压电传感器的第1支承面和第2支承面的支承基板，所述压电传感器具有 压电传感器要素，其生成与检测轴方向的力对应的电信号；第1被固定部和第2被固定部， 它们分别固定在所述第1支承面和第2支承面上，以便在所述支承基板上支承所述压电传感器要素；以及第1梁 第4梁，它们将所述第1被固定部和所述第2被固定部分别与所述压电传感器要素连接，所述支承基板具有固定侧的第1基板片，其具有固定所述第1被固定部的所述第1支承面；可动侧的第2基板片，其具有在该第1支承面的面方向上并列设置且支承所述第2被固定部的所述第2支承面；以及铰链部，其连接所述第1基板片与所述第 2基板片的相对的侧端缘之间，使该第2基板片向厚度方向摆动，所述压电传感器要素是向与所述检测轴方向垂直的方向延伸的细长结构，并且，以使该传感器要素的短边方向中心部位于所述铰链部的短边方向宽度内的方式，沿着所述铰链部的长度方向与所述支承面分开配置，所述第1梁连接所述第1被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的一端部，所述第2梁连接所述第1被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的另一端部，所述第3 梁连接所述第2被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的一端部，所述第4梁连接所述第2被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的另一端部。如上所述，支承基板由固定侧的平板状的第1基板片、可动侧的平板状的第2基板片、以及连接两者的铰链构成。所述压电传感器构成为，第1梁 第4梁形成平行四边形的框架部，在其一个对角具有第1被固定部和第2被固定部，在另一个对角连接有压电传感器要素。因此，具有如下效果两者均使用平板状的压电基板，能够应用平版印刷技法和蚀刻手法来形成尺寸精度良好的支承基板和压电传感器，能够使用该支承基板和压电传感器批量生产小型且低成本的加速度传感器。而且，在加速度传感器中，所述第1梁 第4梁形成的框架部发挥如下作用将通过施加加速度而产生的力的方向变换90度，并且增大力，所以，具有如下效果能够检测较小的加速度(高灵敏度)，能够得到检测精度具有较高再现性的加速度传感器。[应用例2]并且，根据应用例1所述的加速度传感器，其特征在于，从与所述第1 支承面和第2支承面垂直的方向观察到的所述第1梁 第4梁分别呈全长为同一宽度的窄带状。使所述第1梁 第4梁形成为同一宽度的窄带状，由此，具有如下效果通过施加加速度而产生的力的传递效率良好，能够再现性良好地检测较小的加速度。
[应用例3]并且，根据应用例1或2所述的加速度传感器，其特征在于，所述第1 基板片和所述第2基板片与所述铰链部一体形成，并且，所述第1基板片的所述第1支承面和所述第2基板片的所述第2支承面位于同一平面上。第1基板片和第2基板片与铰链部使用平版印刷技法和蚀刻手法，由压电基板一体形成，由此，具有如下效果能够高精度地形成各部的尺寸，能够提高加速度传感器的检测灵敏度，改善检测精度。并且，容易使第1基板片的第1支承面和第2基板片的第2支承面位于同一平面上，由于支承基板和压电传感器的粘接而引起的变形最小，具有改善加速度传感器的成品率和检测精度的再现性的效果。[应用例4]并且，根据应用例1 3中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述压电传感器要素的短边方向中心部的位置与所述铰链部的短边方向宽度中心部一致。使压电传感器要素的短边方向中心部与铰链部的短边方向宽度中心部大致一致， 由此，具有如下效果加速度传感器的灵敏度(施加同一加速度时的所述压电传感器要素的频率变化量)最佳。[应用例5]并且，根据应用例1 4中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述第1梁 第4梁均为直线状，在所述第1被固定部中所述第1梁与所述第2梁所成的角度以及在所述第2被固定部中所述第3梁与所述第4梁所成的角度分别为钝角。第1梁与所述第2梁所成的角度以及第3梁与第4梁所成的角度为钝角，由此，具有如下效果第1梁与第3梁所成的角度以及第2梁与第4梁所成的角度为锐角，使对第2 基板片施加的力的方向变换90度，且增大力的大小。[应用例6]根据应用例1 5中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述第1梁 第4梁均为L字状，所述第1梁与所述第2梁以及所述第3梁与所述第4梁分别连接成二字状。第1梁与第1被固定部、第2梁与第1被固定部、第3梁与第2被固定部、第4梁与第2被固定部均形成大致L字状，第1梁与第2梁以及第3梁与第4梁分别连接成二字状，由此，具有如下效果使对第2基板片施加的力的方向变换90度，且增大力的大小。[应用例7]并且，根据应用例1 5中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述第1梁 第4梁均为圆弧状，所述第1梁与所述第2梁以及所述第3梁与所述第4 梁分别连接成半圆状、半椭圆状或半长圆状。第1梁与第2梁以及第3梁与第4梁分别连接成半圆状、半椭圆状或半长圆状，所以，具有如下效果使对第2基板片施加的力的方向变换90度，且增大力的大小。[应用例8]并且，根据应用例1 7中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述加速度传感器具有如下结构与所述第1梁和第2梁的交叉部相比，所述第1被固定部的至少一部分向梁的外侧突出，与所述第3梁和第4梁的交叉部相比，所述第2被固定部的至少一部分向梁的外侧突出。第1被固定部和第2被固定部形成为，与第1梁和第2梁的交叉部以及第3梁和第4梁的交叉部相比，向各梁的外侧突出，所以，具有如下效果对第2基板片施加的力在各梁中均等地传递。[应用例9]本发明的加速度检测装置的特征在于，该加速度检测装置具有应用例1 8中的任意一项所述的加速度传感器；IC，其具有激励所述加速度传感器的压电传感器要素的振荡电路、对所述振荡电路的输出频率进行计数的计数器、以及对所述计数器的信号进行处理的运算电路；以及显示部。使用石英基板来形成支承基板和压电传感器，并且，将压电传感器要素作为双音叉型石英振动元件来构成加速度传感器。在利用该加速度传感器和具有各功能的IC来构成加速度检测装置时，具有如下效果大幅改善了加速度检测灵敏度，能够实现检测精度、 再现性、温度特性、老化等优良的加速度检测装置。
图1是示出本发明的加速度传感器的构造的概略图，(a)是平面图，(b)是剖面图。图2是说明双音叉型压电振动元件的图，(a)是振动模式的平面图，(b)是示出形成于振动臂的激励电极和某个瞬间产生的电荷的符号的图，(c)是激励电极的连线图。图3是说明第1梁 第4梁形成的框架部的作用的概略图。图4是示出压电传感器要素与铰链部的彼此的位置关系的主要部分平面图。图5是示出第2实施例的加速度传感器2的构造的概略图，(a)是平面图，(b)是剖面图。图6是示出本发明的加速度检测装置的结构的框图。图7是示出现有的加速度计的结构的示意剖面图。图8示出现有的加速度计的中央元件的结构，(a)是平面图，(b)是剖面图。图9是示出现有的加速度计的转换器元件的结构的平面图。标号说明1、2 加速度传感器；3 加速度检测装置；4 支承基板；5 第1基板片；5a 第1支承面；7 第2基板片；7a 第2支承面；8 铰链部；9 检测轴；10 压电传感器；12 框架部； 12a 第1梁；12b 第2梁；12c 第3梁；12d 第4梁；1 第1被固定部；14b 第1基台部； 14c 第2被固定部；14d 第2基台部；20 压电传感器要素；2h、22b 振动臂；2^、24b 基部；26a 第1支承片；26b 第2支承片；28a 第1板状基板；28b 第2板状基板；30 粘接剂；50 =IC ；51 振荡电路；53 计数器；55 运算电路；56 显示部。
具体实施例方式下面，根据附图详细说明本发明的实施方式。图1是示出本发明的一个实施方式的加速度传感器1的结构的概略图，(a)是平面图，(b)是Q-Q的剖面图。加速度传感器1 具有压电传感器10以及具有支承该压电传感器10的第1支承面fe和第2支承面7a的支承基板4。压电传感器10具有压电传感器要素20，其生成与图1的(b)所示的检测轴方向 9的力对应的电信号；第1被固定部Ha和第2被固定部14c，它们分别固定在第1支承面 5a和第2支承面7a上，以便在支承基板4上支承压电传感器要素20 ；以及第1梁 第4梁 12a、12b、12c、12d，它们将第1被固定部14a和第2被固定部14c分别与压电传感器要素20 连接。如图1的(b)所示，支承基板4具有固定侧的第1基板片5、可动侧的第2基板片7、以及连接第1基板片5和第2基板片7的铰链部8。S卩，支承基板4具有固定侧的第 1基板片5，其具有固定压电传感器10的第1被固定部14a的第1支承面fe ；可动侧的第 2基板片7，其具有在第1支承面fe的面方向(图中横向)上并列设置且支承第2被固定部Hc的第2支承面7a ；以及铰链部8，其连接第1基板片5与第2基板片7的相对的侧端缘之间，使该第2基板片向厚度方向摆动。铰链部8形成为比第1基板片5和第2基板片 7的厚度薄，通过铰链部8而具有挠性。铰链部8的剖面形状为矩形状、梯形状、圆弧状等， 形成在厚度方向的至少一方。第1基板片5和第2基板片7与铰链部8 一体形成，并且，第1基板片5的第1支承面fe和第2基板片7的第2支承面7a位于同一平面上。压电传感器10的第1梁 第4梁1 12d具有框架状的平行四边形或菱形(称为框架部12)，在一个对角部配置有第1被固定部1 和第2被固定部14c，在另一个对角部配置有第1基台部14b和第2基台部14d。S卩，框架部12的第1梁1 连接第1被固定部1 和第1基台部14b，第2梁12b连接第1被固定部1 和第2基台部14d。进而，第 3梁12c连接第2被固定部Hc和第1基台部14b，第4梁12d连接第2被固定部Hc和第 2基台部14d，第1梁 第4梁12a 12d形成框架状的平行四边形。压电传感器10的第1被固定部1 和第2被固定部14c固定于支承基板4的第 1支承面fe和第2支承面7a，经由第1梁 第4梁1 12d将第2基板片7的摆动传递到压电传感器要素20。第1梁 第4梁12a 12d均为直线状，在第1被固定部14a中第1梁12a与第 2梁12b所成的角度以及在第2被固定部14c中第3梁12c与第4梁12d所成的角度分别为钝角。即，在框架部12中，第1基台部14b中的第1梁12a与第3梁12c所成的角度θ 以及第2基台部14d中的第2梁12b与第4梁12d所成的角度θ为锐角，框架部12进行如下动作使对第1被固定部Ha和第2被固定部Hc施加的力的方向变换90度，增大力的大小，施加给压电传感器要素20。力的增大率根据所述角度θ而变化。并且，从与第1支承面fe和第2支承面7a垂直的方向观察到的第1梁 第4梁 12a 12d分别呈全长为同一宽度的窄带状。压电传感器要素20分别通过第1支承片26a和第2支承片26b与框架部12的第 1基台部14b和第2基台部14d连接，与框架部12成为一体，构成压电传感器10。压电传感器要素20是向与加速度传感器1的检测轴方向9垂直的方向延伸的细长结构，在支承基板4的第1支承面fe和第2支承面7a上支承并固定压电传感器10的第1被固定部1 和第2被固定部Hc时，以使压电传感器要素20的短边方向中心部位于支承基板4的铰链部8的短边方向宽度内的方式，沿着铰链部8的长度方向与第1支承面fe和第2支承面7a 分开配置。优选使压电传感器要素20的短边方向中心部与铰链部8的短边方向宽度中心部大致一致。与第1梁和第2梁12a、12b的交叉部相比，第1被固定部14a的至少一部分向梁的外侧突出，与第3梁和第4梁12c、12d的交叉部相比，第2被固定部Hc的至少一部分向梁的外侧突出。例如如图1的(a)所示，压电传感器要素20使用具有一对振动臂22a、22b和一对基部Ma、Mb的双音叉型压电振动元件。使用图2简单说明压电传感器要素20由双音叉型压电振动元件构成的情况。双音叉型压电振动元件20具有由压电基板构成的应力感应部，其具有图2的
(a)所示的一对基部Ma、24b和连接设置于一对基部Ma、24b之间的一对振动臂22a、22b； 以及形成在该压电基板的振动区域上的激励电极。图2的(a)是虚线示出双音叉型压电振动元件20的振动姿态的平面图。以如下方式配置激励电极双音叉型压电振动元件20以相对于一对振动臂22a、22b的长度方向的中心轴彼此对称的振动模式进行振动。图2的
(b)是示出形成于振动臂22a、22b的激励电极和某个瞬间激励出的激励电极上的电荷的符号的平面图。并且，图2的(c)是示出激励电极的连线的示意剖面图。双音叉型压电振动元件20、例如双音叉型石英振动元件针对拉伸/压缩应力的灵敏度良好，在用作高度计用或深度计用的应力感应元件的情况下，分解能力优良，所以，能够根据微小的气压差来获知高度差、深度差。双音叉型石英振动元件的频率温度特性为向上凸出的二次曲线，其顶点温度取决于石英晶体的绕X轴(电气轴)的旋转角度。一般地，以使顶点温度为常温(25°C )的方式来设定各参数。对双音叉型石英振动元件的一对振动臂施加外力F时的谐振频率fF如式(1)那样表示。fF = f0(l-(KL2F) /(2EI))1/2(1)这里，&是没有外力时的双音叉型石英振动元件的谐振频率，K是基本波模式下的常数(=0. 0458)，L是振动梁的长度，E是纵弹性常数，I是剖面二次力矩。根据剖面二次力矩I = dw3/12，式(1)能够如式( 那样变形。这里，d是振动梁的厚度，w是宽度。fF = f0(l-SFo )1/2(2)其中，应力灵敏度$和应力σ分别如下式那样表示。Sf = 12 (K/E) (L/w)2 (3)O=F/ (2A)(4)这里，A是振动梁的截面积(=w · d)。根据以上式子，设作用于双音叉型石英振子的力F在压缩方向时为负、在拉伸方向(牵引方向)时为正时，力F与谐振频率&的关系为，在力F为压缩力时，谐振频率&减少，在力F为拉伸(牵引)力时，谐振频率fF增加。并且，应力灵敏度$与振动梁的L/w的平方成比例。图1所示的压电传感器要素20不限于上述使用石英基板的双音叉型石英振子，只要是频率根据拉伸/压缩应力而变化的振动元件，则可以是任意的振动元件。例如，能够使用在振动体上粘接有驱动部的振动元件、单梁振动元件、厚度滑动振动元件、SAff振动元件寸。使用图3所示的示意图来说明框架部12的动作。设在第2被固定部14c中作用有朝向-X轴方向(图中左方)的力(矢量)fa，在第1被固定部Ha中作用有朝向+X轴方向(图中右方)的力(矢量)fb。根据矢量的平行四边形法则，-X轴方向的力fa被分解为第3梁12c的方向的力fa2和第4梁12d的方向的力fal，+X轴方向的力fb被分解为第1 梁12a的方向的力fb2和第2梁12b的方向的力fbl。在第2被固定部Hc和第1被固定部14a中作用的这些力fal、fa2、fbl、fb2等效于，在框架部12的第1基台部14b中作用有第3梁12c的方向的力fa2和第1梁12a的方向的力fb2，在第2基台部14d中作用有第 4梁12d的方向的力fal和第2梁12b的方向的力fbl。根据平行四边形法则对在第1基台部14b中作用的力fa2和fb2进行合成时，成为力F2。同样，对在第2基台部14d中作用的力fal和fbl进行合成时，成为力F1。在框架部12的第1被固定部14a和第2被固定部14c中作用的力fa、fb等效于在第1基台部14b和第2基台部14d中作用的力F2和Fl。S卩，框架部12具有如下功能 使力的方向变换90度，并且，增大力的大小。对本发明的加速度传感器1的动作进行说明。对加速度传感器1施加检测轴9 (Z 轴)方向的加速度α (+Z轴方向)时，在支承基板4的第2支承片7中作用有力F( = mX α， m是第2支承片7的质量)，通过该力F，第2支承片7从铰链部8向-Z轴方向挠曲。当第 2支承片7向-Z轴方向挠曲时，第1被固定部Ha被固定在支承并固定于未图示的基板的第1基板片上，所以，施加+X轴方向的力。在固定于第2支承片7的第2被固定部14c中作用有-X轴方向的力。S卩，在第2被固定部14c中作用有-X轴方向的力f，在第1被固定部14a中作用有+X轴方向的力f。在框架部12的第1被固定部1 和第2被固定部Hc 中，在X轴方向上作用有彼此方向相反且大小相同的力f时，如在图3中说明的那样，在第 1基台部14b和第2基台部14d中，在Y轴方向上彼此作用有来自框架部12的中心部的力 F。通过该力F，压电传感器要素20施加压缩力。例如在压电传感器要素20为双音叉型压电振动元件的情况下，其频率减少。并且，对加速度传感器1施加-Z轴方向的加速度α时，第2支承片7从铰链部8 向+Z轴方向挠曲，对压电传感器要素20施加拉伸力(牵引力)。在压电传感器要素20为双音叉型压电振动元件的情况下，其频率增加。能够根据压电传感器要素20的频率的增减，检测加速度α的方向，能够根据频率的变化量检测加速度α的大小。图4是示出加速度传感器1的主要部分即支承基板4的铰链部8与支承并固定于第1基板片5和第2基板片7上的压电传感器10的彼此的位置关系的主要部分平面图。 图4的(a)是铰链部8的长度方向中心线从压电传感器10的压电传感器要素20的长度方向中心线向图中左方偏移的情况下的平面图。图4的(b)是铰链部8的长度方向中心线与压电传感器要素20的长度方向中心线一致的情况下的平面图。图4的(c)是铰链部8的长度方向中心线从压电传感器要素20的长度方向中心线向图中右方偏移的情况下的平面图。使用有限要素法对图4的(a)、(b)、(c)的各个情况下的传感器灵敏度(施加同一力时的频率变化度)进行模拟。结果，判明了在图4的(b)的情况下，均等地对框架部12的各梁施加应力，并且，应力集中于铰链部8的中央部，传感器灵敏度最大。判明了在图4的 (a)、(c)的情况下，对框架部12的各梁施加的应力不均等，并且，对铰链部8施加的应力从中央向端部分散，传感器灵敏度小。与此相对，在日本特许第观51566号公报中，如该公报的图4所示，铰链轴(铰链的中心线)与振动枝(双音叉型振子)的长度方向中心线分开，与本发明的加速度传感器存在较大差异。以上，对第1梁 第4梁12a 12d形成的框架部12的形状为平行四边形的情况进行了说明，但是，框架部12不限于此。也可以是，第1梁1 与第1被固定部14a、第2梁 12b与第1被固定部14a、第3梁12c与第2被固定部14c、第4梁12d与第2被固定部Hc 均形成大致L字状，第1梁12a与第2梁12b以及第3梁12c与第4梁12d分别连接成-字状。并且，也可以是，第1梁 第4梁1 12d均为圆弧状，第1梁1 与第2梁12b 以及第3梁12c与第4梁12d分别连接成半圆状、半椭圆状或半长圆状。在以上的任何情况下都具有如下效果使对第2基板片施加的力的方向变换90 度，且增大力的大小。关于加速度传感器1的组装，在压电传感器10的第1被固定部1 和第2被固定部Hc上涂布粘接剂30、例如残留变形小的低熔点玻璃，将第1被固定部1 和第2被固定部Hc粘接固定在支承基板4的第1支承面fe和第2支承面7a上。将其装入密闭容器内，并使内部为真空，从而构成加速度传感器1。为了提高加速度传感器1的检测灵敏度，存在在第2支承片7的表面粘贴砝码的方法。支承基板4和压电传感器10的制造方法的一例，是针对平板状的压电基板应用平版印刷技法和蚀刻手法来制造的方法。进而，在压电传感器10的情况下，使用蒸镀法来形成电极、引线电极、焊盘电极等。作为压电基板，存在石英、钽酸锂、铌酸锂、硅酸镧镓等的压电基板。例如在使用石英基板(石英晶片)的情况下，平版印刷技法和蚀刻手法存在长年的实际经验，高精度的压电传感器10和支承基板4的批量生产容易。如果在支承基板4和压电传感器10的形成中使用平版印刷技法和蚀刻手法，则能够形成尺寸精度良好的支承基板4和压电传感器10，由此，具有能够批量生产小型且低成本的加速度传感器1的效果。而且，在加速度传感器中，第1梁 第4梁1 12d形成的框架部12发挥如下作用将通过施加加速度而产生的力的方向变换90度，并且增大力的大小，所以，具有如下效果能够得到能够检测较小的加速度的高灵敏度、且精度具有较高再现性的加速度传感器。并且，使第1梁 第4梁12a 12d形成为同一宽度的窄带状，由此，具有如下效果通过施加加速度而产生的力的传递效率良好，能够再现性良好地检测较小的加速度。第1基板片5和第2基板片7与铰链部8使用平版印刷技法和蚀刻手法，由压电基板一体形成，由此，具有如下效果能够高精度地形成各部的尺寸，能够提高加速度传感器的检测灵敏度，改善检测精度。并且，容易使第1基板片5的第1支承面fe和第2基板片7的第2支承面7a位于同一平面上，由于支承基板4和压电传感器10的粘接而引起的变形最小，具有改善加速度传感器的成品率和检测精度的再现性的效果。并且，使压电传感器要素20的短边方向中心部与铰链部8的短边方向宽度中心部大致一致，由此，具有如下效果加速度传感器的灵敏度(施加同一加速度时的所述压电传感器要素的频率变化量)最佳。第1梁1 与第2梁12b所成的角度以及第3梁12c与第4梁12d所成的角度为钝角，由此，具有如下效果第1梁1 与第3梁12c所成的角度以及第2梁12b与第4梁 12d所成的角度为锐角，使对第2基板片7施加的力的方向变换90度，且增大力的大小。并且，第1被固定部和第2被固定部14a、14c形成为，与第1梁和第2梁lh、12b 的交叉部以及第3梁和第4梁12c、12d的交叉部相比，向各梁的外侧突出，所以，具有如下效果对第2基板片施加的力在各梁中均等地传递。图5是示出第2实施例的加速度传感器2的结构的图，(a)是平面图，(b)是Q-Q 的剖面图。与图1所示的加速度传感器1的不同之处在于，在压电传感器10的第1被固定部1 和第2被固定部14c中分别附加矩形状的第1板状基板和第2板状基板^aJ8b。 第1板状基板28a增加从压电传感器要素20的激励电极延伸出的引线电极(引出电极) 的连接位置的自由度，第2板状基板28b利用粘接剂30粘接并固定在第2基板片7上，由此，第2基板片7上的质量增加，具有提高加速度传感器2的灵敏度的效果。图6是示出本发明的加速度检测装置3的结构的框图。加速度检测装置3具有 上述加速度传感器1 ；IC 50，其具有激励该加速度传感器1的压电传感器要素20的振荡电路51、对该振荡电路的输出频率进行计数的计数器53、以及对该计数器53的信号进行处理的运算电路55 ；以及显示部56。使用石英基板来形成支承基板4和所述压电传感器10，并且，将压电传感器要素 20作为双音叉型石英振动元件来构成加速度传感器，在利用该加速度传感器和具有所述各功能的IC来构成加速度检测装置时，具有如下效果大幅改善了加速度检测灵敏度，能够实现检测精度、再现性、温度特性、老化等优良的加速度检测装置。
权利要求
1.一种加速度传感器，其特征在于，该加速度传感器具有压电传感器以及具有支承该压电传感器的第1支承面和第2支承面的支承基板，所述压电传感器具有压电传感器要素，其生成与检测轴方向的力对应的电信号；第1 被固定部和第2被固定部，它们分别固定在所述第1支承面和第2支承面上，以便在所述支承基板上支承所述压电传感器要素；以及第1梁 第4梁，它们将所述第1被固定部和所述第2被固定部分别与所述压电传感器要素连接，所述支承基板具有固定侧的第1基板片，其具有固定所述第1被固定部的所述第1支承面；可动侧的第2基板片，其具有在该第1支承面的面方向上并列设置且支承所述第2被固定部的所述第2支承面；以及铰链部，其连接所述第1基板片与所述第2基板片的相对的侧端缘之间，使该第2基板片向厚度方向摆动，所述压电传感器要素是向与所述检测轴方向垂直的方向延伸的细长结构，并且，以使该传感器要素的短边方向中心部位于所述铰链部的短边方向宽度内的方式，沿着所述铰链部的长度方向与所述支承面分开配置，所述第1梁连接所述第1被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的一端部， 所述第2梁连接所述第1被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的另一端部， 所述第3梁连接所述第2被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的一端部， 所述第4梁连接所述第2被固定部与所述压电传感器要素的长度方向的另一端部。
2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，从与所述第1支承面和第2支承面垂直的方向观察到的所述第1梁 第4梁分别呈全长为同一宽度的窄带状。
3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，所述第1基板片和所述第2基板片与所述铰链部一体形成，并且，所述第1基板片的所述第1支承面和所述第2基板片的所述第2支承面位于同一平面上。
4.根据权利要求1 3中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于， 所述压电传感器要素的短边方向中心部的位置与所述铰链部的短边方向宽度中心部一致。
5.根据权利要求1 4中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于， 所述第1梁 第4梁均为直线状，在所述第1被固定部中所述第1梁与所述第2梁所成的角度以及在所述第2被固定部中所述第3梁与所述第4梁所成的角度分别为钝角。
6.根据权利要求1 5中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于， 所述第1梁 第4梁均为L字状，所述第1梁与所述第2梁以及所述第3梁与所述第4梁分别连接成二字状。
7.根据权利要求1 5中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于， 所述第1梁 第4梁均为圆弧状，所述第1梁与所述第2梁以及所述第3梁与所述第4梁分别连接成半圆状、半椭圆状或半长圆状。
8.根据权利要求1 7中的任意一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述加速度传感器具有如下结构与所述第1梁和第2梁的交叉部相比，所述第1被固定部的至少一部分向梁的外侧突出，与所述第3梁和第4梁的交叉部相比，所述第2被固定部的至少一部分向梁的外侧突出。
9. 一种加速度检测装置，其特征在于，该加速度检测装置具有 权利要求1或2所述的加速度传感器；以及IC，其具有激励所述加速度传感器的压电传感器要素的振荡电路、对所述振荡电路的输出频率进行计数的计数器、以及对所述计数器的信号进行处理的运算电路。
全文摘要
本发明得到构造简单、能够降低制造成本、且高灵敏度地检测较小的加速度的加速度传感器和加速度检测装置。加速度传感器具有压电传感器(10)和支承基板(4)，压电传感器(10)具有压电传感器要素(20)；用于在支承基板上支承压电传感器要素的被固定部(14a)和被固定部(14c)；以及将被固定部(14a)和(14c)分别与压电传感器要素连接的第1梁～第4梁(12a～12d)，支承基板具有支承被固定部(14a)的固定侧的第1基板片(5)；支承被固定部(14c)的可动侧的第2基板片(7)；以及铰链部(8)，压电传感器要素是向与检测轴方向(9)垂直的方向延伸的细长结构，并且，传感器要素的短边方向中心部位于铰链部的短边方向宽度内。
文档编号G01P15/09GK102169128SQ201110007098
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月13日 优先权日2010年1月18日
发明者中仙道和之, 渡边润 申请人:精工爱普生株式会社