振动型力检测传感器以及振动型力检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供振动型力检测传感器和振动型力检测装置。构造简单、低功耗、低成本且响应速度快。振动型力检测传感器的特征是具有：压电基板以及在该压电基板的至少一个主面上形成有电极膜的压电振动元件、以单臂支承的方式支承压电振动元的基台、和安装在压电振动元件的自由端部上的质量部。压电基板具备：振动部和分别支承该振动部的两端部的支承部，质量部被安装在一个上述支承部上。压电振动元件经由具有粘性的粘接剂而以与基台的一个主面并排的方式被单臂支承，使得当与基台的一个主面垂直的方向的力作用时，振动部与上述主面之间的间隙发生变化，从而振动部的等效电阻发生变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及力检测传感器，尤其涉及构造简单、响应速度快的振动型力检测传感器以及振动型力检测装置。
技术介绍
一直以来，公知有使用压电振动元件的加速度传感器。采用了压电振动元件的加速度传感器构成为，当检测轴方向的力作用于压电振动元件时，压电振动元件的谐振频率发生变化，根据该谐振频率的变化，检测施加给加速度传感器的加速度。在专利文献1中公开了加速度检测单元。如图11所示，加速度检测单元101具备矩形状的构造体105和应力感应元件107。矩形状的构造体105具备长方体状的固定部件110 ；长方体状的可动部件111 ；两根平行的长梁112、113，其两端部由固定部件110和可动部件111支承；以及短梁114，其两端部由该长梁112、113的中间部固定、且沿着与各长梁112、113垂直的方向延伸。固定部件110以及可动部件111各自的一个上表面构成在同一平面上。在两根长梁112、113的端缘、即与固定部件110靠近的上下表面的相对位置上分别具备缩细部llfe、115b。当从加速度检测轴方向对构造体105施加加速度α时，长梁 112,113以缩细部115aU15b为支点发生挠曲。应力感应元件107具备应力感应部120a、120b和2个固定端121、122，该固定端 121、122以夹着应力感应部120a、120b的方式与应力感应部120a、120b连结。当对加速度检测单元101施加加速度检测轴方向的加速度α时，由于惯性力，可动部件111在-Z轴方向上受力，以矩形状的构造体105的长梁112、113的缩细部life、115b 为支点发生挠曲(弯曲)。由于长梁112、113发生挠曲，从而经由与可动部件111接合的应力感应元件107的固定端122，对应力感应部120a、120b施加拉伸应力，应力感应元件107 的谐振频率变化。可根据应力感应元件107的频率变化来求出所施加的加速度的大小和方向。另外，在专利文献2中公开了电容式加速度传感器以及其制造方法。电容式加速度传感器具备固定电极、作为可动电极的质量体和外框部分。质量体是如下加速度传感器在受到加速度时进行位移，质量体与固定电极之间的空隙发生变化、将该变化检测为静电电容的变化。电容式加速度传感器是采用光刻技术和刻蚀技术等对硅基板等实施精密加工并使用真空蒸镀等方法而形成的。专利文献1日本特开2009-271029公报专利文献2日本特开2010_32538公报专利文献3日本特开2010-2430公报但是，专利文献1所公开的加速度检测单元是频率变化型的传感器，由于使数字输出，因此具有噪声较少的优点，但需要在闸门时间(gate time)的幅度内对频率进行计数，从而具有响应时间慢、消耗电流变大的问题。另外，为了对频率进行计数而需要主时钟， 从而还具有加速度检测装置变大的缺点。另外，因为双音叉型石英振动元件的灵敏度依存于其振动臂的宽度，所以具有在小型化时难以形成电极的问题。另外，专利文献2所公开的电容式加速度传感器是采用光刻技术和刻蚀技术等的精密加工，具有成品率的问题和容易受电场及静电影响的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其提供构造简单、力检测的响应时间(测定时间)短、低功耗且低成本的振动型力检测传感器以及振动型力检测装置。本专利技术是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其可作为以下方式或应用例来实现。本专利技术的振动型力检测传感器的特征在于，该振动型力检测传感器具有压电振动元件和基台，所述压电振动元件具有在压电基板的至少一个主面上形成有电极膜的振动部；以及与该振动部的一端连接的支承部，所述基台与所述支承部连接，并具有配置所述压电振动元件的一个主面，其中，所述压电振动元件处于如下状态所述振动部的另一端侧能够摆动，使得在作用了与所述基台的一个主面垂直的方向上的力时，所述振动部与所述一个主面之间的间隙的大小发生变化，并且，所述压电振动元件被支承为与所述基台的一个主面并排，使得所述振动部的等效电阻随着所述间隙的大小的变化而变化。因为振动型力检测传感器是具备基台、压电振动元件和安装在压电振动元件的自由端部的质量部的力检测传感器，所以具有构造简单、低成本的优点。其动作是通过对压电振动元件施加的力，压电振动元件与基台之间的间隙变窄，气体的阻力增加，因此压电振动元件的电气等效电阻CI值发生变化。由于是根据CI值的变化来求出所施加的力，所以具有与数字方式的加速度传感器相比响应时间(测定时间)快的效果。此外，还不需要对频率进行测定的计数器、且测定可以是间歇测定，所以具有消耗电流小且可实现小型化的效果。另外，因为压电振动元件的固定可以是单侧固定，所以周围温度变化所引起的热膨胀的影响变少，因此具有检测精度高的优点。另外，振动型力检测传感器的特征在于，该振动型力检测传感器具有多个所述压电振动元件，在所述基台的所述一个主面和位于所述一个主面的背侧的另一主面上分别具有所述压电振动元件。由于是将2个压电振动元件与基台的两主面平行地粘接/固定来构成振动型力检测传感器，因此当施加与基台垂直的力时，基台与各个压电振动元件之间的间隙互不相同地发生变化。即，以如下方式发生变化当与一个压电振动元件与基台指间的间隙变窄时， 另一压电振动元件与基台之间的间隙变宽。从而可构成差动动作的振动型力检测传感器。 因此，力的检测灵敏度为2倍，具有可抵消因温度特性或老化引起的劣化的效果。另外，应用例1或2所述的振动型力检测传感器的特征在于，所述压电振动元件是双音叉型压电振动元件，并以如下方式而得到作为所述振动部的一对并排的振动臂的一端被固定在所述支承部上，所述一对振动臂的另一端被固定在另一支承部上， 在所述另一支承部上配置有质量部。通过采用双音叉型压电振动元件作为压电振动元件，可应用采用了光刻技术和刻蚀方法的现有生产线。因此，可应用当前生产的压电振动元件，从而具有可实现低成本化的优点。另外，弯曲振动容易受到气体粘性的影响，所以CI值的变化较大，具有力的检测灵敏度良好的效果。另外，应用例1或2所述的振动型力检测传感器的特征在于，所述压电振动元件是厚度振动元件。通过采用厚度振动元件作为压电振动元件，具有可构成小型且温度特性、老化特性良好的振动型力检测传感器的效果。另外，应用例1或2所述的振动型力检测传感器的特征在于，所述压电振动元件是弹性表面波谐振元件。通过采用弹性表面波谐振元件作为压电振动元件，具有容易支承压电振动元件且能够将质量部安装在CI变化大的任意位置的效果。另外，应用例1或2所述的振动型力检测传感器的特征在于，所述压电振动元件是具有驱动用振动臂和科里奥利力检测用的检测用振动臂的陀螺元件，所述振动部是所述驱动用振动臂。通过采用振动陀螺仪元件作为压电振动元件，具有可构成复合传感器的效果，该复合传感器利用驱动用振动臂来检测力，并利用检测用振动臂来检测与基台平行的面的旋转角速度。振动型力检测装置的特征在于，该振动型力检测装置具有权利要求 1或2所述的振动型力检测传感器；振荡电路，其用于使所述振动型力检测传感器的压电振动元件进行振动；滤波电路，其从所述振荡电路的振荡信号中去除直流成分的信号；整流电路，其对来自所述滤波电路的输出信号进行整流；以及积分电路，其对来自所述整流电路的输出信号进行积分。通过构成具有振动型力本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种振动型力检测传感器，其特征在于，该振动型力检测传感器具有压电振动元件和基台，所述压电振动元件具有：在压电基板的至少一个主面上形成有电极膜的振动部；以及与该振动部的一端连接的支承部，所述基台与所述支承部连接，并具有配置所述压电振动元件的一个主面，其中，所述压电振动元件处于如下状态：所述振动部的另一端侧能够摆动，使得在作用了与所述基台的一个主面垂直的方向上的力时，所述振动部与所述一个主面之间的间隙的大小发生变化，并且，所述压电振动元件被支承为与所述基台的一个主面并排，使得所述振动部的等效电阻随着所述间隙的大小的变化而变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤健太，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP