JPH06194381A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JPH06194381A JPH06194381A JP35964092A JP35964092A JPH06194381A JP H06194381 A JPH06194381 A JP H06194381A JP 35964092 A JP35964092 A JP 35964092A JP 35964092 A JP35964092 A JP 35964092A JP H06194381 A JPH06194381 A JP H06194381A
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加工と組立が容易で、かつ、高感度で良好な
ＳＮ比が得られる小型の加速度センサを提供する。 【構成】 シリコン基板１をエッチング加工して形成し
た肉薄部３の上面に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜20をスパッ
タリング法により形成する。このＺｎＯ薄膜20上に電極
６を設け、加速度による質量部５の変位を検出する変位
検出手段を形成し、この電極６の両側に電極７を設け、
前記質量部５を中立位置に復元駆動するサーボ方式の駆
動手段13とした圧電素子15を形成する。
ＳＮ比が得られる小型の加速度センサを提供する。 【構成】 シリコン基板１をエッチング加工して形成し
た肉薄部３の上面に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜20をスパッ
タリング法により形成する。このＺｎＯ薄膜20上に電極
６を設け、加速度による質量部５の変位を検出する変位
検出手段を形成し、この電極６の両側に電極７を設け、
前記質量部５を中立位置に復元駆動するサーボ方式の駆
動手段13とした圧電素子15を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサーボ型の加速度センサ
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４には、従来のカンチレバーを有する
サーボ型の加速度センサが示されている。この加速度セ
ンサは静電容量の変位を利用したものであり、シリコン
基板１の裏面をエッチング加工して裏面中央部に凹部を
形成して肉薄部３を設け、左端側に第１の肉厚部４と右
端側に第２の肉厚部５が設けられ、第２の肉厚部５を質
量部としている。これら第１および第２の肉厚部４と５
は肉薄部３によってのみ接続され、カンチレバー10が形
成される。
サーボ型の加速度センサが示されている。この加速度セ
ンサは静電容量の変位を利用したものであり、シリコン
基板１の裏面をエッチング加工して裏面中央部に凹部を
形成して肉薄部３を設け、左端側に第１の肉厚部４と右
端側に第２の肉厚部５が設けられ、第２の肉厚部５を質
量部としている。これら第１および第２の肉厚部４と５
は肉薄部３によってのみ接続され、カンチレバー10が形
成される。
【０００３】また、ガラス基板２Ａ，２Ｂにはそれぞれ
中央部に凹部が設けられており、このガラス基板２Ａ，
２Ｂが凹部を向い合せて前記カンチレバー10をサンドイ
ッチし、カンチレバー10の左端側の第１の肉厚部４と接
合して一体化されている。
中央部に凹部が設けられており、このガラス基板２Ａ，
２Ｂが凹部を向い合せて前記カンチレバー10をサンドイ
ッチし、カンチレバー10の左端側の第１の肉厚部４と接
合して一体化されている。
【０００４】前記ガラス基板２Ａ，２Ｂにはカンチレバ
ー10の第２の肉厚部５に対向する位置に静電容量の変位
を検出する変位検出用電極６がそれぞれ設けられ、変位
検出回路８に接続されている。また、検出信号をフィー
ドバックしてサーボ制御するための駆動用電極７が変位
検出用電極６に隣合って設けられ、静電駆動回路９に接
続されている。そして、変位検出回路８の出力は静電駆
動回路９に加えられるようになっており、静電駆動回路
９の出力は演算処理回路11で信号処理されて加速度検出
信号が取り出されるようになっている。
ー10の第２の肉厚部５に対向する位置に静電容量の変位
を検出する変位検出用電極６がそれぞれ設けられ、変位
検出回路８に接続されている。また、検出信号をフィー
ドバックしてサーボ制御するための駆動用電極７が変位
検出用電極６に隣合って設けられ、静電駆動回路９に接
続されている。そして、変位検出回路８の出力は静電駆
動回路９に加えられるようになっており、静電駆動回路
９の出力は演算処理回路11で信号処理されて加速度検出
信号が取り出されるようになっている。
【０００５】この加速度センサに加速度が加わると、カ
ンチレバー10の第２の肉厚部５が矢印Ａの方向に移動
し、この移動による容量変化を変位検出用電極６によっ
て検出する。この肉厚部５の変位を元に復元するため
に、静電駆動回路９から静電容量の変位に対応して復元
に要する電圧を駆動用電極７に出力し、また、その出力
信号は演算回路11に加えられ、演算処理されて演算回路
11から加速度検出信号が出力される。
ンチレバー10の第２の肉厚部５が矢印Ａの方向に移動
し、この移動による容量変化を変位検出用電極６によっ
て検出する。この肉厚部５の変位を元に復元するため
に、静電駆動回路９から静電容量の変位に対応して復元
に要する電圧を駆動用電極７に出力し、また、その出力
信号は演算回路11に加えられ、演算処理されて演算回路
11から加速度検出信号が出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記サーボ
型の加速度センサは最近小型化傾向にある。この加速度
センサを小型化すると静電容量検出電極６が小型化され
る。図４において、カンチレバー10に対向する電極６，
７の電極面積をＳ、電極６，７とカンチレバー10の第２
の肉厚質量部５の上面又は下面との距離をｄ、絶対誘電
率をε0 、電極間の空間部の誘電率をεとすると、静電
容量の大きさはＣ＝ε0 εＳ／ｄで表される。すなわ
ち、静電容量は電極面積Ｓに比例し、電極間距離ｄに反
比例する。変位検出用電極６が小型化されると電極面積
Ｓが小さくなり、検出の静電容量が小さくなる。したが
って、検出の静電容量が小さくなると、検出に寄与しな
い寄生容量（浮遊容量や駆動用電極７と変位検出用電極
６の容量等）が無視できなくなり、寄生容量による信号
の干渉によってセンサの感度およびＳＮ比（出力電圧に
対するノイズの割合）の低下を招くことになる。これら
特性低下を避けるために電極６間隔ｄを狭くすれば検出
容量を大きくすることができるが、この場合、高精度の
加工技術を必要とし、製造コストが大幅にアップされる
という問題がある。同様に、サーボ駆動に静電力を用い
るので、静電力で十分な駆動力を得るためには電極７と
カンチレバー10との距離ｄを狭くする必要があり、高精
度の加工技術を必要とする。
型の加速度センサは最近小型化傾向にある。この加速度
センサを小型化すると静電容量検出電極６が小型化され
る。図４において、カンチレバー10に対向する電極６，
７の電極面積をＳ、電極６，７とカンチレバー10の第２
の肉厚質量部５の上面又は下面との距離をｄ、絶対誘電
率をε0 、電極間の空間部の誘電率をεとすると、静電
容量の大きさはＣ＝ε0 εＳ／ｄで表される。すなわ
ち、静電容量は電極面積Ｓに比例し、電極間距離ｄに反
比例する。変位検出用電極６が小型化されると電極面積
Ｓが小さくなり、検出の静電容量が小さくなる。したが
って、検出の静電容量が小さくなると、検出に寄与しな
い寄生容量（浮遊容量や駆動用電極７と変位検出用電極
６の容量等）が無視できなくなり、寄生容量による信号
の干渉によってセンサの感度およびＳＮ比（出力電圧に
対するノイズの割合）の低下を招くことになる。これら
特性低下を避けるために電極６間隔ｄを狭くすれば検出
容量を大きくすることができるが、この場合、高精度の
加工技術を必要とし、製造コストが大幅にアップされる
という問題がある。同様に、サーボ駆動に静電力を用い
るので、静電力で十分な駆動力を得るためには電極７と
カンチレバー10との距離ｄを狭くする必要があり、高精
度の加工技術を必要とする。
【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、加工と組立が容易で、か
つ、高感度で良好なＳＮ比が得られる小型の加速度セン
サを提供することにある。
たものであり、その目的は、加工と組立が容易で、か
つ、高感度で良好なＳＮ比が得られる小型の加速度セン
サを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、加速度による質量部の変位を検出する変位検出
手段と、この質量部の変位を中立位置に復元駆動する駆
動手段とが設けられているサーボ型の加速度センサにお
いて、前記変位検出手段と駆動手段は共に圧電素子によ
って構成されていることを特徴として構成されている。
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、加速度による質量部の変位を検出する変位検出
手段と、この質量部の変位を中立位置に復元駆動する駆
動手段とが設けられているサーボ型の加速度センサにお
いて、前記変位検出手段と駆動手段は共に圧電素子によ
って構成されていることを特徴として構成されている。
【０００９】
【作用】加速度により質量部が変位すると、その歪によ
り検出手段の圧電素子はその歪の大きさに応じて電圧を
出力する。この質量部の変位を中立位置に復元駆動する
電圧をサーボ型の駆動手段としての圧電素子に加える。
その駆動電圧を演算処理して駆動電圧の大きさに対応し
た加速度検出信号を出力する。
り検出手段の圧電素子はその歪の大きさに応じて電圧を
出力する。この質量部の変位を中立位置に復元駆動する
電圧をサーボ型の駆動手段としての圧電素子に加える。
その駆動電圧を演算処理して駆動電圧の大きさに対応し
た加速度検出信号を出力する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。
【００１１】図１および図２には、本実施例の加速度セ
ンサの要部構成が示されている。この加速度センサは、
従来例と同様にカンチレバー10を有するサーボ式の加速
度センサであり、その特徴的なことは、カンチレバー10
の肉厚質量部５の変位を検出する変位検出手段12と、こ
の肉厚質量部５の変位を中立位置に復元駆動する駆動手
段13とは、共に圧電素子15によって構成されていること
である。
ンサの要部構成が示されている。この加速度センサは、
従来例と同様にカンチレバー10を有するサーボ式の加速
度センサであり、その特徴的なことは、カンチレバー10
の肉厚質量部５の変位を検出する変位検出手段12と、こ
の肉厚質量部５の変位を中立位置に復元駆動する駆動手
段13とは、共に圧電素子15によって構成されていること
である。
【００１２】前記圧電素子15は、図１および図２に示さ
れるように、カンチレバー10の肉薄部３から第２の肉厚
部４にかけての上面に、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜
20をスパッタリング法等により形成し、このＺｎＯ薄膜
20上に変位検出用電極６とその両側に駆動用電極７を設
けて形成したものである。前記変位検出用電極６には検
出用ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）16が接続され、こ
の検出用ＦＥＴ16は変位検出回路８に接続されている。
また、前記駆動用電極７は圧電駆動回路18と接続されて
おり、圧電駆動回路18の出力は演算処理回路11で信号処
理されて加速度検出信号が取り出されるようになってい
る。
れるように、カンチレバー10の肉薄部３から第２の肉厚
部４にかけての上面に、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜
20をスパッタリング法等により形成し、このＺｎＯ薄膜
20上に変位検出用電極６とその両側に駆動用電極７を設
けて形成したものである。前記変位検出用電極６には検
出用ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）16が接続され、こ
の検出用ＦＥＴ16は変位検出回路８に接続されている。
また、前記駆動用電極７は圧電駆動回路18と接続されて
おり、圧電駆動回路18の出力は演算処理回路11で信号処
理されて加速度検出信号が取り出されるようになってい
る。
【００１３】この加速度センサに加速度が加えられる
と、カンチレバー10の肉厚質量部５が上又は下に変位す
る。これによって圧電素子15の電荷量が変化する。肉薄
部３の変位検出手段12は肉厚質量部５の変位を圧電素子
15の電荷量の変化として検出し、検出電圧を検出用ＦＥ
Ｔ16に出力する。検出用ＦＥＴ16はその微弱電圧をイン
ピーダンス変換して、高い安定した電圧として変位検出
回路８に出力する。変位検出回路８はその電圧を圧電駆
動回路18に加える。圧電駆動回路18はその電圧信号を受
けて質量部５の変化を中立位置に復元するために、圧電
駆動手段13としての圧電素子15に駆動電圧を印加し、同
時にその電圧を演算処理回路11に加える。演算処理回路
11はその信号を演算処理して加速度検出信号として出力
する。
と、カンチレバー10の肉厚質量部５が上又は下に変位す
る。これによって圧電素子15の電荷量が変化する。肉薄
部３の変位検出手段12は肉厚質量部５の変位を圧電素子
15の電荷量の変化として検出し、検出電圧を検出用ＦＥ
Ｔ16に出力する。検出用ＦＥＴ16はその微弱電圧をイン
ピーダンス変換して、高い安定した電圧として変位検出
回路８に出力する。変位検出回路８はその電圧を圧電駆
動回路18に加える。圧電駆動回路18はその電圧信号を受
けて質量部５の変化を中立位置に復元するために、圧電
駆動手段13としての圧電素子15に駆動電圧を印加し、同
時にその電圧を演算処理回路11に加える。演算処理回路
11はその信号を演算処理して加速度検出信号として出力
する。
【００１４】本実施例によれば、カンチレバー10の肉厚
質量部５の変位を検出する変位検出手段12とその変位を
中立位置に戻す復元駆動手段13とを共に圧電素子15で形
成したので、加速度センサを小型化するときに従来の静
電容量方式では検出容量を確保するために電極間距離を
狭める高度の加工技術を必要とし、製造コストが大幅に
アップする等の問題があったが、本実施例では圧電素子
15にしたため、小型化しても検出能力および駆動能力が
大きく、従来のような加工技術上の問題がなく、容易に
加工、組立ができるため製造コストの低減が図れる。
質量部５の変位を検出する変位検出手段12とその変位を
中立位置に戻す復元駆動手段13とを共に圧電素子15で形
成したので、加速度センサを小型化するときに従来の静
電容量方式では検出容量を確保するために電極間距離を
狭める高度の加工技術を必要とし、製造コストが大幅に
アップする等の問題があったが、本実施例では圧電素子
15にしたため、小型化しても検出能力および駆動能力が
大きく、従来のような加工技術上の問題がなく、容易に
加工、組立ができるため製造コストの低減が図れる。
【００１５】また、加速度による質量部の変位を検出す
る際に、従来のような寄生容量の影響が全くないため、
寄生容量によるノイズの発生がなく、高感度で良好なＳ
Ｎ比が得られる。
る際に、従来のような寄生容量の影響が全くないため、
寄生容量によるノイズの発生がなく、高感度で良好なＳ
Ｎ比が得られる。
【００１６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、圧電体として酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を用
いたが、例えば、チタン酸鉛薄膜やチタン酸ジルコン酸
鉛（以下、ＰＺＴという）薄膜等の圧電体を用いてもよ
く、また、ＺｎＯ、ＰＺＴ、チタン酸鉛等の圧電セラミ
ック薄片でもよく、圧電作用を有するものであれば薄膜
や薄片等、材料の種類を限定しない。
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、圧電体として酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を用
いたが、例えば、チタン酸鉛薄膜やチタン酸ジルコン酸
鉛（以下、ＰＺＴという）薄膜等の圧電体を用いてもよ
く、また、ＺｎＯ、ＰＺＴ、チタン酸鉛等の圧電セラミ
ック薄片でもよく、圧電作用を有するものであれば薄膜
や薄片等、材料の種類を限定しない。
【００１７】また、片持ちばりのカンチレバー10の全部
又は一部を窒化シリコンや酸化シリコンなどのシリコン
化合物材料や他の材料で形成してもよい。この場合に
は、窒化シリコンや酸化シリコンは絶縁体のため、引き
出し電極としてＺｎＯ薄膜と窒化シリコンや酸化シリコ
ンのカンチレバー10間にＺｎＯ薄膜の下部電極を設ける
必要がある。
又は一部を窒化シリコンや酸化シリコンなどのシリコン
化合物材料や他の材料で形成してもよい。この場合に
は、窒化シリコンや酸化シリコンは絶縁体のため、引き
出し電極としてＺｎＯ薄膜と窒化シリコンや酸化シリコ
ンのカンチレバー10間にＺｎＯ薄膜の下部電極を設ける
必要がある。
【００１８】さらに、上記実施例では、カンチレバー10
を有するサーボ型の加速度センサとしたが、本発明は、
例えば図３に示されるように、Ｓｉ基板１の中央部に加
速度によって変位する肉厚質量部５を設け、外周端側に
は固定肉厚部４を設け、この肉厚部４と５の間には肉薄
部３が設けられる構造でもよく、サーボ型であればカン
チレバー方式に限定されない。
を有するサーボ型の加速度センサとしたが、本発明は、
例えば図３に示されるように、Ｓｉ基板１の中央部に加
速度によって変位する肉厚質量部５を設け、外周端側に
は固定肉厚部４を設け、この肉厚部４と５の間には肉薄
部３が設けられる構造でもよく、サーボ型であればカン
チレバー方式に限定されない。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、質量部の変位を検出する変位
検出手段と、その変位を中立位置に復元駆動する駆動手
段を共に圧電素子によって構成したので、加速度センサ
を小型化しても検出能力および駆動能力が大で、従来の
ような加工技術上の問題がなく、加工、組立を容易にす
ることができるので、製造コストの大幅な低減を図るこ
とができる。
検出手段と、その変位を中立位置に復元駆動する駆動手
段を共に圧電素子によって構成したので、加速度センサ
を小型化しても検出能力および駆動能力が大で、従来の
ような加工技術上の問題がなく、加工、組立を容易にす
ることができるので、製造コストの大幅な低減を図るこ
とができる。
【００２０】また、加速度による肉厚質量部の変位を検
出する際に、従来のような寄生容量の影響が全くないた
め、寄生容量によるノイズの発生がなく、高感度で良好
なＳＮ比が得られる。
出する際に、従来のような寄生容量の影響が全くないた
め、寄生容量によるノイズの発生がなく、高感度で良好
なＳＮ比が得られる。
【図１】本実施例の加速度センサの説明図である。
【図２】同加速度センサの要部断面説明図である。
【図３】本発明の他構成の加速度センサの説明図であ
る。
る。
【図４】従来の加速度センサの説明図である。
１ シリコン基板 ３ 肉薄部 ４ 第１の肉厚部 ５ 第２の肉厚部 ６ 変位検出用電極 ７ 駆動用電極 10 カンチレバー 12 変位検出手段 13 駆動手段 15 圧電素子 20 酸化亜鉛薄膜
Claims (1)
- 【請求項１】 加速度による質量部の変位を検出する変
位検出手段と、この質量部の変位を中立位置に復元駆動
する駆動手段とが設けられているサーボ型の加速度セン
サにおいて、前記変位検出手段と駆動手段は共に圧電素
子によって構成されていることを特徴とする加速度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35964092A JPH06194381A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35964092A JPH06194381A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194381A true JPH06194381A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18465539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35964092A Pending JPH06194381A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06194381A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780727A (en) * | 1994-09-12 | 1998-07-14 | International Business Machines Corporation | Electromechanical transducer |
| JP2007187450A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | アクティブ型圧力センサ |
| JP2011203228A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Toshiba Corp | 加速度センサ |
| JP2017009563A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-12 | 国立大学法人 東京大学 | 圧力センサ |
| CN116577523A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 中北大学 | 一种基于振动微球的加速度传感器及制备方法 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP35964092A patent/JPH06194381A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780727A (en) * | 1994-09-12 | 1998-07-14 | International Business Machines Corporation | Electromechanical transducer |
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| US8497672B2 (en) | 2010-03-26 | 2013-07-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Acceleration sensor |
| JP2017009563A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-12 | 国立大学法人 東京大学 | 圧力センサ |
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| CN116577523B (zh) * | 2023-07-13 | 2023-09-22 | 中北大学 | 一种基于振动微球的加速度传感器及制备方法 |
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