JP2007198779A - 慣性力センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】角速度や加速度等の互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、各種電子機器の小型化を図れる慣性力センサを提供することを目的としている。
【解決手段】慣性力を検出する検出素子1を備え、この検出素子1は、第1アーム2を第2アーム4に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの第1アーム2を支持する支持部8と、支持部8に連結するとともに実装基板(図示せず)に固定する2つの固定用アーム10とを有し、固定用アーム10は第3アーム12を第4アーム14に略直交方向に連結して形成した直交アームとするとともに第4アーム14の両端部にて実装基板に固定した構成である。
【選択図】図1
【解決手段】慣性力を検出する検出素子1を備え、この検出素子1は、第1アーム2を第2アーム4に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの第1アーム2を支持する支持部8と、支持部8に連結するとともに実装基板(図示せず)に固定する2つの固定用アーム10とを有し、固定用アーム10は第3アーム12を第4アーム14に略直交方向に連結して形成した直交アームとするとともに第4アーム14の両端部にて実装基板に固定した構成である。
【選択図】図1
Description
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力を検出する慣性力センサに関するものである。
以下、従来の慣性力センサについて説明する。
従来、角速度や加速度等の慣性力を検出する慣性力センサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。また、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対して、複数の検出軸の角速度や加速度を検出する場合は、検出軸の数に対応するように、複数の角速度センサや加速度センサを用いていた。
したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出したり、複数の検出軸に対して角速度や加速度を検出したりする場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。
一般に、角速度センサは、音さ形状やH形状やT形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものであり、加速度センサは、錘部を有し、加速度に伴う錘部の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。
このような角速度センサや加速度センサ等の複数の慣性力センサを、検出したい慣性力や検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1および特許文献2が知られている。
特開2001−208546号公報
特開2001−74767号公報
上記構成では、各種電子機器の慣性力を検出するにあたって、検出したい慣性力や検出軸に対応させて、角速度センサや加速度センサ等の複数の慣性力センサを各種電子機器の実装基板に実装するので、複数の慣性力センサを実装するための実装面積を確保する必要があり、各種電子機器の小型化を図れないという問題点を有していた。
本発明は上記問題点を解決し、複数の慣性力センサを実装するための実装面積を確保する必要がなく、角速度や加速度等の互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、各種電子機器の小型化を図れる慣性力センサを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明は、特に、検出素子は、第1アームを第2アームに略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの前記第1アームを支持する支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定する2つの固定用アームとを有し、前記固定用アームは第3アームを第4アームに略直交方向に連結して形成した直交アームとするとともに前記第4アームの両端部にて前記実装基板に固定する構成である。
上記構成により、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対して、第1アームと第4アームをY軸方向に配置し、第2アームと第3アームをX軸方向に配置した場合、角速度については、例えば、第2アームの両端部をY軸方向に駆動振動させれば、Z軸回りの角速度に起因した歪は第1アームのX軸方向に発生させることができ、X軸回りの角速度に起因した歪は第2アームのZ軸方向に発生させることができ、この歪を検知すれば検出できる。
加速度については、例えば、X軸方向の加速度に起因した歪は第4アームに発生させることができ、Y軸方向の加速度に起因した歪は第3アームに発生させることができ、これらの歪を検知すれば検出できる。
よって、互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりできるので、実装面積を低減して小型化を図ることができる。
図1は本発明の一実施の形態における慣性力センサの検出素子の平面図、図2は同検出素子の動作状態図である。
図1において、本発明の一実施の形態における慣性力センサは、慣性力を検出する検出素子1と処理回路(図示せず)とを備えている。この検出素子1は、第1アーム2を第2アーム4に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの第1アーム2を支持する支持部8と、支持部8に連結するとともに実装基板(図示せず)に固定する2つの固定用アーム10とを有し、固定用アーム10は第3アーム12を第4アーム14に略直交方向に連結して形成した直交アームとするとともに第4アーム14の両端部にて実装基板に固定している。
また、この検出素子1は、第1アーム2と支持部8とを略同一直線上に配置するとともに第3アーム12と支持部8とを略同一直線上に配置し、第1アーム2と第3アーム12とを互いに略直交方向に配置しており、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、第1アーム2と第4アーム14をY軸方向に配置し、第2アーム4と第3アーム12をX軸方向に配置している。
さらに、検出素子1はシリコン基板から一体成形されており、このシリコン基板上に、駆動振動させるアームには駆動電極を配置し、歪を検知させるアームには検知電極を配置している。この検出素子1では、駆動振動させるアームは第2アーム4の両端部とし、歪を検知させるアームは第2アーム4、第3アーム12、第4アーム14としている。
駆動電極および検知電極は、例えば、シリコン基板上にPtの下部電極を高周波スパッタにて形成し、この下部電極の上部に高周波スパッタにてPZT圧電体を形成し、さらに、上部にAu蒸着で上部電極を形成することによって形成すればよい。
下部電極と上部電極にシリコンが共振する共振周波数の交流電圧を印加すると駆動電極が配置されたアームは駆動振動し、また、角速度や加速度に起因してアームが歪めば、歪んだアームに配置された検知電極から歪に応じた電圧が出力される。この出力電圧に基づき、処理回路で角速度および加速度を検出できる。
上記構成により、角速度については、例えば、図2に示すように、第2アーム4の両端部をX軸方向に駆動振動(実線の矢印と点線の矢印を交互に繰り返す)させれば、Z軸回りの角速度に起因した歪は第1アーム2のX軸方向に発生させることができ(コリオリ力が駆動振動に対応して第2アーム4のX軸方向に発生するため)、Y軸回りの角速度に起因した歪は第2アーム4のZ軸方向に発生させることができ(コリオリ力が駆動振動に対応して第2アーム4のZ軸方向に発生するため)、この歪を検知することにより検出が可能である。
加速度については、例えば、X軸方向の加速度に起因した歪は第4アーム14に発生させることができ(第1アーム2、第2アーム4、第3アーム12の自重が第4アーム14に加わるため)、Y軸方向の加速度に起因した歪は第3アーム12に発生させることができ(第1アーム2、第2アーム4、第4アーム14の自重が第3アーム12に加わるため)、この歪を検知することにより検出が可能である。
よって、互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、実装面積を低減して小型化を図ることができる。
なお、第2アーム4の両端部に錘部16を連結した場合、加速度の検知感度をより向上させることができるとともに、駆動振動における振幅が大きくなり角速度の検知感度が向上し角速度の検出をより向上させることができる。
また、第2アーム4の両端部は折曲して第2アーム4と対向させたり、さらに、第2アーム4の両端部はメアンダー状に折曲して第2アーム4と対向させたりすれば、上記効果をより向上させることができる。
本発明に係る慣性力センサは、複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、各種電子機器に適用できるものである。
1 検出素子
2 第1アーム
4 第2アーム
8 支持部
10 固定用アーム
12 第3アーム
14 第4アーム
2 第1アーム
4 第2アーム
8 支持部
10 固定用アーム
12 第3アーム
14 第4アーム
Claims (7)
- 慣性力を検出する検出素子を備え、
前記検出素子は、第1アームを第2アームに略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの前記第1アームを支持する支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定する2つの固定用アームとを有し、前記固定用アームは第3アームを第4アームに略直交方向に連結して形成した直交アームとするとともに前記第4アームの両端部にて前記実装基板に固定する慣性力センサ。 - 前記第1アームと前記支持部とを略同一直線上に配置するとともに前記第3アームと前記支持部とを略同一直線上に配置し、前記第1アームと前記第3アームとを互いに略直交方向に配置した請求項1記載の慣性力センサ。
- 前記第2アームを駆動振動させ、前記固定用アームの歪を検知して角速度を検出する請求項1記載の慣性力センサ。
- 前記第4アームの歪を検知して加速度を検出する請求項1記載の慣性力センサ。
- 前記第2アームの両端部に錘部を連結した請求項1記載の慣性力センサ。
- 前記第2アームの両端部を折曲して前記第2アームと対向させた請求項1記載の慣性力センサ。
- 前記第2アームの両端部をメアンダー状に折曲して前記第2アームと対向させた請求項1記載の慣性力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014855A JP2007198779A (ja) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | 慣性力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014855A JP2007198779A (ja) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | 慣性力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007198779A true JP2007198779A (ja) | 2007-08-09 |
Family
ID=38453536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006014855A Pending JP2007198779A (ja) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | 慣性力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007198779A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009044522A1 (ja) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Panasonic Corporation | 慣性力センサ |
-
2006
- 2006-01-24 JP JP2006014855A patent/JP2007198779A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009044522A1 (ja) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Panasonic Corporation | 慣性力センサ |
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