JP6465097B2 - 振動式トランスデューサ - Google Patents
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Description
前記振動梁と前記支持梁とはそれぞれ不純物が拡散され、
前記振動梁を面内方向に沿って振動させる駆動回路を備えることを特徴とする。
図1は、本発明の振動式トランスデューサのシェルを取り除いて上から見たときの平面図である。また、図2は、図1におけるA−A’線における厚み方向に沿った断面図である。また、図3は、図1における振動梁付近を拡大した要部拡大平面図である。
さらに、一方の第一電極E1aと他方の第一電極E1bとは第一電極端子15に接続される。
振動梁12の一側面12e1側に第一支持梁18Aと第三支持梁18Cとが形成される。振動梁12の他側面12e1側に第二支持梁18Bと第四支持梁18Dとが形成される。
本発明の一実施形態である振動式トランスデューサ10は、例えば、シリコン単結晶ウェーハからなる半導体基板11Aを備えている。この半導体基板11Aの一面(主面)11aには、例えば、シリコン単結晶層11Bが形成されている。シリコン単結晶層11Bは、例えば、ボロンをドープさせた低抵抗のP型半導体から構成される。なお、シリコン単結晶層11Bは、エピタキシャルまたは貼り合せによって形成される。
また、シリコン単結晶層11Bに重ねてシェル14が形成されている。
温度が変化した場合に、振動式トランスデューサ10の各要素は、振動梁12の中心Oに向かって変位するように応力が加わる。第一支持梁18Aの他端と第二支持梁18Bの他端とは、振動梁12の他端12bを中心とする仮想円Rの接線上を変位する。第三支持梁18Cの他端と第四支持梁18Dの他端とは、振動梁12の一端12aを中心とする仮想円の接線上を変位する(図示せず)。
なお、図4において、図1〜3と同等の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
振動式トランスデューサ10は、振動梁12を励振させる励振手段(駆動回路)41と、振動梁12の振動を検出する振動検出手段42とを有している。励振手段41は駆動電源43を備える。
振動検出手段42は、駆動電源43、バイアス電源44、抵抗R1,R2,R3、および演算増幅器(オペアンプ)OP1,OP2などから構成されている。
第一電極端子15は、バイアス電源44が接続され、バイアス電源44を介して安定電位に接地される。第二電極端子16は駆動電源43に接続される。第三電極端子16は振動検出手段42に接続される。
駆動電源43からは、所定の駆動電圧Viの交流電圧が印加される。また、バイアス電源44からは、所定のバイアス電圧Vbの直流電圧が印加される。第一電極E1a,E1bには、第一電極端子15を介してバイアス電源44から定電圧のバイアス電圧Vbが加えられる。また、第二電極E2には、第二電極端子16を介して駆動電源43から交流の駆動電圧Viが加えられる。また、第三電極E3から第三電極端子17を介して振動梁12の振動周波数に応じた検出信号が取り出される。
以上のように、本発明の振動式トランスデューサ10によれば、振動梁の安定した振動により高精度に応力を検出することが可能な静電駆動型の振動式トランスデューサを提供することが可能になる。
図5は、本発明の第二実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。図5に示す第二実施形態の特徴は、図1に示す第一実施形態と比較して、振動梁の形状を非対称に形成した点にある。以下、図5に示す第二実施形態の構成について説明する。
第二実施形態の振動式トランスデューサ30は、振動梁32の一端32aだけに支持梁38(第一支持梁38A,第二支持梁38B)が形成され、振動梁32の他端32bは、第一電極E1bに直接接続されている。
これらの構成によって、第二電極E2と第三電極E3との間の静電引力を遮断し、振動梁12の動作を安定化させることができる。よって、振動梁12が本来の振動モードとは異なる振動を生じることがない。よって、高精度に物理的な応力を検出することが可能な振動式トランスデューサを実現できる。
図6は、本発明の第三実施形態の振動式トランスデューサの振動梁まわりを示す平面図である。図6に示す第三実施形態の振動式トランスデューサ50の特徴は、図1に示す第一実施形態の振動式トランスデューサと比較して、図1の第一実施形態の特徴は、導体が接地される点にある。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
第三実施形態の振動式トランスデューサ50によれば、第一実施形態の振動式トランスデューサ10と同様に、第一支持梁18Aと第二電極E2との間に発生する力、第二支持梁18Bと第三電極E3との間に発生する力、第三支持梁18Cと第二電極E2との間に発生する力、および第四支持梁18Dと第三電極E3との間に発生する力がそれぞれ抑制される。これによって、振動梁12の動作を安定させることが可能になる。
11A…半導体基板、
12…振動梁、
14…シェル、
18…支持梁、
18A…第一支持梁、
18B…第二支持梁、
18C…第三支持梁、
18D…第四支持梁、
21…真空室、
E1a,E1b…第一電極、
E1a…一方の第一電極、
E1b…他方の第一電極、
E2…第二電極、
E3…第三電極、
E1e…導体、
E1e1…第一部位導体、
E1e2…第二部位導体、
E1e3…第三部位導体、
E1e4…第四部位導体。
Claims (9)
- 半導体基板に形成された振動梁と、
一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、
前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、
前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、
前記支持梁と前記第二電極との間に配され、前記第一電極に接続される導体と、
を備えたこと特徴とする振動式トランスデューサ。 - 前記導体は、前記支持梁を囲うように形成されることを特徴とする請求項1記載の振動式トランスデューサ。
- 前記導体は、前記支持梁の一側面に平行な部位と、前記支持梁の他側面に平行な部位と、を備えることを特徴とする請求項1または2記載の振動式トランスデューサ。
- 前記導体は、前記振動梁の一側面に平行な部位を備えることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
- 前記支持梁の一端から他端に向かう方向と、前記振動梁の長手方向の中心から、前記支持梁の他端に向かう方向との成す角はほぼ直角であり、温度に基づく前記振動梁の振動を検出することを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。
- 前記支持梁は、前記振動梁の一端の一側面に所定の角度で接続される第一支持梁と、前記振動梁の一端の他側面に所定の角度で接続される第二支持梁と、を備え、
前記振動梁の他側面の中央部分に隣接して第三電極が形成され、
前記導体は、前記支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第一部位導体と、前記支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第二部位導体と、を有することを特徴とする請求項1ないし5いずれか一項記載の振動式トランスデューサ。 - 前記支持梁は、前記振動梁の他端の一側面に所定の角度で接続される第三支持梁と、前記振動梁の他端の他側面に所定の角度で接続される第四支持梁と、を更に備え、
前記導体は、前記第三支持梁と前記第二電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第三部位導体と、前記第四支持梁と前記第三電極との間に配されて、前記第一電極に接続される第四部位導体と、を更に有することを特徴とする請求項6記載の振動式トランスデューサ。 - 前記振動梁、前記支持梁、前記第一電極、および前記第二電極は、互いに同一面上に形成され、
前記振動梁と前記支持梁とはそれぞれ不純物が拡散され、
前記振動梁を面内方向に沿って振動させる駆動回路を備えることを特徴とする請求項1記載の振動式トランスデューサ。 - 半導体基板に形成された振動梁と、
一端が該振動梁の一部に所定の角度で接続される支持梁と、
前記支持梁を介して前記振動梁に接続される第一電極と、
前記振動梁の一側面の中央部分に隣接して配される第二電極と、
前記支持梁と前記第二電極との間に配され、安定電位体に接続される導体と、
前記第二電極に接続され前記振動梁を励振する駆動回路と、
前記振動梁の振動を検出する振動検出手段と、
を備えたこと特徴とする振動式トランスデューサ。
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