JP2014157162A - Inertial force sensor - Google Patents
Inertial force sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014157162A JP2014157162A JP2014091403A JP2014091403A JP2014157162A JP 2014157162 A JP2014157162 A JP 2014157162A JP 2014091403 A JP2014091403 A JP 2014091403A JP 2014091403 A JP2014091403 A JP 2014091403A JP 2014157162 A JP2014157162 A JP 2014157162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inertial force
- force sensor
- detection element
- support
- arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
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角速度を検出することのできる慣性力センサに関するものである。 The present invention relates to an inertial force sensor capable of detecting angular velocities used in various electronic devices such as attitude control and navigation of moving bodies such as aircraft, automobiles, robots, ships, and vehicles.
慣性力センサとしては、角速度センサや加速度センサ、あるいは角速度と加速度の両方を検出可能なセンサなどが知られている。 As an inertial force sensor, an angular velocity sensor, an acceleration sensor, a sensor capable of detecting both angular velocity and acceleration, and the like are known.
加速度に関しては、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの軸成分の加速度を検出しようとする際には、Ｘ軸方向の加速度を検出する加速度センサと、Ｙ軸方向の加速度を検出する加速度センサとＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサの合計３つの加速度センサを用いることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を検出することができる。 Regarding acceleration, when trying to detect the acceleration of each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are orthogonal to each other, an acceleration sensor that detects the acceleration in the X-axis direction and the acceleration in the Y-axis direction are detected. By using a total of three acceleration sensors, i.e., an acceleration sensor that detects acceleration in the Z-axis direction and an acceleration sensor that detects acceleration in the Z-axis direction, accelerations in the three-axis directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis can be detected.
また、角速度に関しても、Ｘ軸周りの角速度を検出する角速度センサと、Ｙ軸周りの角速度を検出する角速度センサと、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサの合計３つの角速度センサを用いることでそれぞれの軸まわりの角速度の検出が可能になる。 As for angular velocities, a total of three angular velocity sensors are used: an angular velocity sensor that detects an angular velocity around the X axis, an angular velocity sensor that detects an angular velocity around the Y axis, and an angular velocity sensor that detects an angular velocity around the Z axis. The angular velocity around each axis can be detected.
しかし、複数軸方向の加速度、あるいは、複数軸周りの角速度を検出するために、各センサを複数用いることは、全体が大きくなるなどの課題があった。 However, the use of a plurality of sensors in order to detect acceleration in a plurality of axes or angular velocities around the plurality of axes has a problem such as an increase in overall size.
これに対し、一つの慣性力センサにより、複数軸方向の加速度や、複数軸周りの角速度を検出する技術が知られている。このような技術の中では、慣性力を検出可能とするのに十分な質量を備える質量部と、この質量部を保持、固定するための固定部と、固定部と質量部とを連結する連結部とを備え、この連結部が可撓性を有し、慣性力が作用することによる連結部の変形、あるいは、慣性力検出素子内における質量部の位置の変化を利用して慣性力を検出するものが知られている（例えば、特許文献１。）。 On the other hand, a technique for detecting acceleration in a plurality of axes and angular velocities around the plurality of axes by one inertial force sensor is known. Among such technologies, a mass part having a mass sufficient to detect inertial force, a fixing part for holding and fixing the mass part, and a connection for connecting the fixing part and the mass part The connection part is flexible, and the inertial force is detected using deformation of the connection part due to the action of inertial force or the change of the position of the mass part in the inertial force detection element. Is known (for example, Patent Document 1).
また、角速度を検出することのできる慣性力センサの防振構造としては、コリオリの力が発生する方向に撓み易くした弾性体を用いた構造が知られている（例えば、特許文献２。）。 Moreover, as an anti-vibration structure of an inertial force sensor capable of detecting an angular velocity, a structure using an elastic body that is easily bent in a direction in which Coriolis force is generated is known (for example, Patent Document 2).
しかし、上記従来の慣性力センサにおいて、一つの慣性力センサにより複数軸周りの角速度の検出をしようとしたときに、防振対策の点で課題があった。 However, the conventional inertial force sensor has a problem in terms of anti-vibration measures when attempting to detect angular velocities around a plurality of axes with a single inertial force sensor.
すなわち、例えば、Ｚ軸周りの角速度を検出する際には、質量部をＸ軸方向に駆動、振動させておけば、Ｚ軸周りの角速度によるコリオリの力がＹ軸方向に働き、このときに連結部の撓みからＺ軸周りの角速度の検出を行うことができるのであるが、外部からの衝撃や振動などにより質量部が慣性力を受け連結部がＹ軸方向に撓んだ場合、誤検出の可能性が生じてしまう。このため、外部からの衝撃や振動に対する防振構造を備えることが必要となり、この場合には、Ｙ軸方向の振動を低減する防振構造を設けることになり、防振部材となる支持部材がＹ軸方向に撓み易いものを用いればよい。しかし、従来の慣性力センサの防振構造では、複数の軸方向への防振機能を備えたものではなかった。 That is, for example, when detecting the angular velocity around the Z axis, if the mass part is driven and vibrated in the X axis direction, the Coriolis force due to the angular velocity around the Z axis acts in the Y axis direction. The angular velocity around the Z-axis can be detected from the bending of the connecting part. However, if the mass part is subjected to inertial force due to external impact or vibration, the connecting part is bent in the Y-axis direction. The possibility of is generated. For this reason, it is necessary to provide an anti-vibration structure against external impacts and vibrations. In this case, a vibration-proof structure that reduces vibration in the Y-axis direction is provided. What is easy to bend in the Y-axis direction may be used. However, the conventional anti-vibration structure of the inertial force sensor does not have a plurality of anti-vibration functions in the axial direction.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、一つの慣性力センサで複数の軸方向の角速度の検出を外部からの衝撃、振動による誤検出を防止しながら行うことを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to detect a plurality of angular velocities in a plurality of axial directions with a single inertial force sensor while preventing erroneous detection due to external impact and vibration.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明に係る慣性力センサの一例は、質量部と、可撓性を有し前記質量部を支持し所定の厚みを備え同一平面に形成された連結部と、前記連結部を介して前記質量部を保持する固定部と、少なくとも異なる２方向を回転軸とする角速度を検出するための検出部とを備えた慣性力検出素子と、可撓性を有し前記慣性力検出素子を支持する板状の支持体と、前記支持体を介して前記慣性力検出素子を保持する収納体を備え、前記支持体は厚み方向の曲げ部を有するものである。 An example of the inertial force sensor according to the present invention includes a mass portion, a connecting portion that has flexibility and supports the mass portion, has a predetermined thickness, and is formed on the same plane, and the mass via the connecting portion. An inertial force detection element having a fixed part for holding the part and a detection part for detecting an angular velocity having at least two different directions of rotation axes, and a plate that has flexibility and supports the inertial force detection element And a storage body that holds the inertial force detection element via the support, and the support has a bending portion in the thickness direction.
この構成により、本発明に係る慣性力センサの一例は、支持体に曲げ部を設けたので、支持体のバネ定数が低くなり、固有振動数が低くなり、外部からの衝撃や振動の伝達を低減することができ、検出性能が向上するという作用効果を有する。 With this configuration, in the example of the inertial force sensor according to the present invention, since the support is provided with a bent portion, the spring constant of the support is low, the natural frequency is low, and external shock and vibration are transmitted. The detection effect can be reduced and the detection performance is improved.
本発明に係る慣性力センサの一例は、特に、前記曲げ部における前記支持体の幅方向の向きと前記連結部材が形成されている平面が平行である構成を備えている。この構成により、本発明に係る慣性力センサの一例は、曲げ部における支持体の幅方向の向きに直角な方向に対するバネ定数を低下させることができ、この方向の固有振動数をさげることが、この方向の外部からの衝撃や振動の伝達を低減することができ、検出性能が向上するという作用効果を有する。 An example of the inertial force sensor according to the present invention includes a configuration in which the orientation in the width direction of the support at the bent portion is parallel to the plane on which the connecting member is formed. With this configuration, an example of the inertial force sensor according to the present invention can reduce the spring constant with respect to a direction perpendicular to the direction of the width direction of the support in the bent portion, and can reduce the natural frequency in this direction. The transmission of impact and vibration from the outside in this direction can be reduced, and the detection performance is improved.
本発明に係る慣性力センサの一例は、特に、連結部が形成されている平面をＸＹ平面とし、これに直角な方向をＺ軸としたとき、前記支持体における前記慣性力検出素子から前記収納体までのＸＹ平面方向の長さよりも、前記支持体における前記慣性力検出素子から前記収納体までのＺ軸方向の長さの方が長い構成を備えている。本発明に係る慣性力センサの一例は、この構成により、ＸＹ平面方向の固有振動数を低くすることが可能となり、特に、ＸＹ平面に平行な方向にコリオリの力が発生するような角速度の検出を行う際に、外部からの衝撃や振動の伝達を低減することができ、検出性能が向上するという作用効果を有する。 An example of the inertial force sensor according to the present invention is the case where, particularly when the plane on which the connecting portion is formed is an XY plane and the direction perpendicular thereto is the Z axis, the inertial force detection element in the support body is stored in the housing. The length of the support body in the Z-axis direction from the inertial force detection element to the storage body is longer than the length in the XY plane direction to the body. An example of the inertial force sensor according to the present invention can reduce the natural frequency in the XY plane direction by this configuration, and in particular, the angular velocity detection that generates the Coriolis force in the direction parallel to the XY plane. , The transmission of shock and vibration from the outside can be reduced, and the detection performance is improved.
本発明に係る慣性力センサの一例は、特に、連結部が形成されている平面をＸＹ平面としたとき、前記支持体は複数形成されているものであって、前記支持体における前記慣性力検出素子から前記収納体までのＸＹ平面方向の向きが、平行でない２方向存在する構成を備えている。本発明に係る慣性力センサの一例は、この構成により、連結部のＸ軸方向とＹ軸方向のバネ定数を同様にすることができるので、バランスがよくなるという作用効果を有する。 An example of the inertial force sensor according to the present invention is such that when the plane on which the connecting portion is formed is an XY plane, a plurality of the supports are formed, and the inertial force detection in the support is performed. There is a configuration in which there are two non-parallel directions in the XY plane direction from the element to the storage body. An example of the inertial force sensor according to the present invention has the effect of improving the balance because the spring constants in the X-axis direction and the Y-axis direction of the connecting portion can be made the same by this configuration.
本発明に係る慣性力センサの一例は、特に、連結部が形成されている平面をＸＹ平面とし、これに直角な方向をＺ軸としたとき、前記支持体における前記慣性力検出素子から前記収納体までのＺ軸方向の長さよりも、前記支持体における前記慣性力検出素子から前記収納体までのＸＹ平面方向の長さの方が長い構成を備えている。本発明に係る慣性力センサの一例は、この構成により、Ｚ軸方向の固有振動数を低くすることが可能となり、特に、Ｚ軸に平行な方向にコリオリの力が発生するような角速度の検出を行う際に、外部からの衝撃や振動の伝達を低減することができ、検出性能が向上するという作用効果を有する。 An example of the inertial force sensor according to the present invention is the case where, particularly when the plane on which the connecting portion is formed is an XY plane and the direction perpendicular thereto is the Z axis, the inertial force detection element in the support body is stored in the housing. The length of the support body in the XY plane direction from the inertial force detection element to the storage body is longer than the length in the Z-axis direction to the body. An example of the inertial force sensor according to the present invention can reduce the natural frequency in the Z-axis direction by this configuration, and in particular, an angular velocity detection that generates a Coriolis force in a direction parallel to the Z-axis. , The transmission of shock and vibration from the outside can be reduced, and the detection performance is improved.
本発明は、質量部と、可撓性を有し前記質量部を支持し所定の厚みを備え同一平面に形成された連結部と、前記連結部を介して前記質量部を保持する固定部と、少なくとも異なる２方向を回転軸とする角速度を検出するための検出部とを備えた慣性力検出素子と、可撓性を有し前記慣性力検出素子を支持する板状の支持体と、前記支持体を介して前記慣性力検出素子を保持する収納体を備え、前記支持体は厚み方向の曲げ部を有するもので、この構成により、外部からの衝撃、振動による誤検出を防止することができるという効果を有する。 The present invention includes a mass part, a connecting part that has flexibility and supports the mass part, has a predetermined thickness and is formed on the same plane, and a fixing part that holds the mass part via the connecting part. , An inertial force detection element including a detection unit for detecting an angular velocity having at least two different directions of rotation axes, a plate-like support body that has flexibility and supports the inertial force detection element, A storage body for holding the inertial force detection element via a support body is provided, and the support body has a bending portion in the thickness direction, and this configuration can prevent erroneous detection due to external impact and vibration. It has the effect of being able to.
以下、実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜５に記載の発明について説明する。
Hereinafter, the invention according to
まず、慣性力検出素子１について図１〜図４を用いて説明する。
First, the inertial
図１は本発明の一実施の形態における慣性力センサの慣性力検出素子の斜視図、図２は同慣性力検出素子の駆動振動状態図、図３はＺ軸周りの角速度に起因した同慣性力検出素子の歪振動状態図、図４はＹ軸周りの角速度に起因した同慣性力検出素子の歪振動状態図である。 1 is a perspective view of an inertial force detection element of an inertial force sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a driving vibration state diagram of the inertial force detection element, and FIG. 3 is the same inertia caused by an angular velocity around the Z axis. FIG. 4 is a strain vibration state diagram of the inertial force detection element due to the angular velocity around the Y axis.
本発明の一実施の形態における慣性力センサは、角速度を検出する機能を有する慣性力検出素子１を備えている。この慣性力検出素子１は、２つの第１アーム２と、この２つの第１アーム２の１つに対し２個の第２アーム３が接続している。第２アーム３は第１アーム２に対し、略直角方向に連結している。２つの第１アーム２の一端は第３アーム４にて支持し、２つの第１アーム２の他端はスリット５が設けられた形状の枠体６（固定部）に連結している。
An inertial force sensor according to an embodiment of the present invention includes an inertial
第２アーム３は、第１アーム２から直角方向に伸びた後に、さらに直角方向、即ち、第１アーム２に平行な方向に伸び、さらにその後、その直角方向、即ち、第１アーム２と連結している部分の第２アーム３の延伸方向と平行な方向に延伸するようにＵ字状に折曲し、折曲した第２アーム３の先端部に錘部７（質量部）を連結している。第１アーム２と第３アーム４とは略同一直線上に配置し、第１アーム２および第２アーム３を慣性力検出素子１の中心に対して対称配置している。第１アーム２および第２アーム３により連結部を構成する。
The
互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸において、第１アーム２をＸ軸方向に配置するとともに第２アーム３をＹ軸方向に配置した場合、Ｙ軸の正側における互いに対向する第２アーム３の一方には、Ｙ軸の正側における錘部７を駆動振動させる第１駆動電極８を配置し、Ｙ軸の負側における互いに対向する第２アーム３の一方には、Ｙ軸の負側における錘部７を駆動振動させる第２駆動電極９を配置している。また、全ての第２アーム３には、それぞれ、第２アーム３の歪を感知する感知電極１０（検出部）を配置している。これら第１、第２駆動電極８、９、感知電極１０は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とから形成している。なお、第１アーム２および第２アーム３は、ＸＹ平面に平行な平面内に配置されている。
When the
次に、角速度の検出について説明する。 Next, detection of angular velocity will be described.
図２は慣性力検出素子１の駆動振動状態図である。
FIG. 2 is a drive vibration state diagram of the inertial
互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸において、第１アーム２をＸ軸方向に配置するとともに第２アーム３をＹ軸方向に配置した場合、第１、第２駆動電極８、９に共振周波数の交流電圧を印加して、第１、第２駆動電極８、９が配置された第２アーム３を起点に第２アーム３を駆動振動させ、それに伴って錘部７も第２アーム３の対向方向（実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向）に駆動振動させている。４つの第２アーム３および４つの錘部７の全てが同調して第２アーム３の対向方向（駆動信号方向）に駆動振動し、この慣性力検出素子１における駆動振動方向はＸ軸方向となっている。
When the
このとき、本発明では、例えば、第１駆動電極８に印加する交流電圧と、第２駆動電極９に印加する交流電圧とを互いに逆位相にして印加して、Ｙ軸の正側の第２アーム３の駆動振動状態とＹ軸の負側の第２アーム３の駆動振動状態とをちょうど逆の状態になるようにしている。すなわち、Ｙ軸の正側の第２アーム３の距離が狭まる状態のときは、Ｙ軸の負側の第２アーム３の距離は広がる状態になるようにしている。
At this time, in the present invention, for example, the AC voltage applied to the
この結果、上記の慣性力検出素子１では、Ｘ軸の正側に配置された２つの第２アーム３は互いに逆方向に振動し、Ｘ軸の負側に配置された２つの第２アーム３も互いに逆方向に振動し、Ｙ軸の正側に配置された第２アーム３とＹ軸の負側に配置された第２アーム３も互いに逆方向に振動することになる。
As a result, in the inertial
具体的な角速度の検出について説明する。 A specific angular velocity detection will be described.
このような慣性力検出素子１において、例えば、Ｚ軸の右回りに角速度が生じた場合は、錘部７の駆動振動と同調して、図３に示すように、錘部７に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向）にコリオリ力が発生するので、第２アーム３にＺ軸の右回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。この慣性力検出素子１のコリオリ方向はＹ軸方向となる。コリオリ力が発生した場合、第２アーム３に配置した各々の感知電極１０により第２アーム３の歪を感知し、この感知電極１０の極性によってコリオリ力の発生方向を見極める。例えば、第２アーム３の各々に配置した感知電極１０をそれぞれ２つずつ設けて、第２アーム３の内側の歪と外側の歪の違いを感知させて、コリオリ力の発生方向を見極めてもよい。第２アーム３の内側における歪の伸び率と外側における歪の伸び率が異なるので、歪の違いを感知できる。Ｚ軸の左回りの角速度が生じた場合も同様に第２アーム３の歪を感知すればよい。
In such an inertial
また、Ｙ軸の右回りに角速度が生じた場合は、錘部７の駆動振動と同調して、図４に示すように、錘部７に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向）にコリオリ力が発生するので、第２アーム３にＹ軸の右回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。この慣性力検出素子１のコリオリ方向はＺ軸方向となる。コリオリ力が発生した場合、第２アーム３に配置した各々の感知電極１０により第２アーム３の歪を感知し、この感知電極１０の極性によってコリオリ力の発生方向を見極める。例えば、第２アーム３のＺ軸の正側の歪とＺ軸の負側の歪の違いを感知させて、コリオリ力の発生方向を見極めてもよい。第２アーム３のＺ軸の正側の歪の伸び率とＺ軸の負側の歪の伸び率が異なるので、歪の違いを感知できる。Ｙ軸の左回りに角速度が生じた場合も同様に第２アーム３の歪を感知すればよい。
In addition, when an angular velocity is generated clockwise around the Y axis, the direction perpendicular to the driving vibration direction with respect to the weight portion 7 (solid arrow) is synchronized with the driving vibration of the
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２をＸ軸方向に配置し、第２アーム３をＹ軸方向に配置した場合、第２アーム３をＸ軸方向に駆動振動させれば、Ｚ軸周りの角速度に起因した歪を第２アーム３に発生させることができ、この歪を感知すればＺ軸周りの角速度を検出できる。したがって、慣性力検出素子１をＺ軸方向に立設する必要がなく、低背化を図れる。また、Ｙ軸周りの角速度に起因した歪を第２アーム３に発生させることもでき、この歪を感知すればＹ軸周りの角速度も検出できる。
With the above configuration, when the
特に、上記慣性力検出素子１では、第２アーム３をＸ軸方向に振動させて角速度に起因した第２アーム３の歪を感知するが、この第２アーム３の歪は、第２アーム３のＸ軸方向の振動にともなって、角速度に起因したＹ軸方向への振動またはＺ軸方向への振動として形成される。したがって、第２アーム３には、Ｘ軸方向の振動と、角速度に起因したＹ軸方向またはＺ軸方向の振動が発生し、このとき、第２アーム３のＸ軸方向の振動周波数とＹ軸方向の振動周波数とＺ軸方向の振動周波数とは、それぞれ、第２アーム３のＸ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数とＺ軸方向の共振周波数となっている。第２アーム３の歪を感知する際は、第２アーム３のＸ軸方向の振動周波数を基準にして感知するので、第２アーム３のＸ軸方向の共振周波数とＹ軸方向またはＺ軸方向の共振周波数の周波数差は小さい方が感度を向上させることができる。
In particular, in the inertial
なお、本発明の慣性力センサの慣性力検出素子１に加速度検出部を形成してもよい。
In addition, you may form an acceleration detection part in the inertial
加速度検出部は、上記の慣性力検出素子１において、第２アーム３よりも薄く形成した第１アーム２にて、加速度に起因した第１アーム２の歪を感知させ、加速度を検出するようにすればよい。
In the inertial
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の第１アーム２の歪を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の第１アーム２の歪を感知してＺ軸方向の加速度を検出すればよい。
The strain in the
上記構成により、角速度センサとしての機能を保持しつつ、加速度センサとしての機能も保持することができる。 With the above configuration, it is possible to retain the function as an acceleration sensor while retaining the function as an angular velocity sensor.
また、加速度検出部は次のように形成してもよい。 Further, the acceleration detection unit may be formed as follows.
錘部７と対向する対向基板を配置するとともに錘部７と対向基板の各々の対向面に対向電極を配置し、第１アーム２の厚みを第２アーム３よりも薄くして、加速度に起因した対向電極間の静電容量変化を感知して加速度を検出してもよい。
A counter substrate facing the
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＺ軸方向の加速度を検出すればよい。 Detects the acceleration in the Y-axis direction by sensing the capacitance change between the counter electrodes in the Z-axis direction due to the acceleration in the Y-axis direction, or between the counter electrodes in the Z-axis direction due to the acceleration in the Z-axis direction The acceleration in the Z-axis direction may be detected by sensing the change in electrostatic capacity.
上記構成により、角速度センサとしての機能を保持しつつ、加速度センサとしての機能も保持することができる。 With the above configuration, it is possible to retain the function as an acceleration sensor while retaining the function as an angular velocity sensor.
以上のように構成され、動作する慣性力検出素子１の防振機構を含む慣性力センサについて、以下説明する。
The inertial force sensor including the vibration isolating mechanism of the inertial
図５は本発明における慣性力センサの正面断面図、図６は同慣性力センサの平面図である。図５は、図６の上下方向の略中央における断面図である。なお、図５の断面図において、慣性力検出素子１の断面図を記載すると非常に見づらくなるため、慣性力検出素子１を略直方体の物体として表現している。図５以降の図面においても同様である。
FIG. 5 is a front sectional view of the inertial force sensor according to the present invention, and FIG. 6 is a plan view of the inertial force sensor. FIG. 5 is a cross-sectional view at the approximate center in the vertical direction of FIG. In the cross-sectional view of FIG. 5, it is very difficult to see the cross-sectional view of the inertial
収納体１１は、慣性力検出素子１を収納しており、セラミックや金属からなるパッケージである。図５においては、収納体１１は容器上でその上部が開放されているが、必要に応じ、蓋を設けて封止する構成にすることもできる。
The
支持体１２は板状の弾性体であり、慣性力検出素子１を収納体１１に支持している。支持体１２は導電体を用いることができ、この場合、支持体は、慣性力検出素子１と収納体１１間を電気的に接続する機能を有することになる。
The
支持体１２には、曲げ部１３が形成されている。この曲げ部１３の支持体１２における幅方向は、ＸＹ平面に平行な方向である。
A
接着層１４は慣性力検出素子１を支持体１２に固定するための接着剤からなり、接着層１５は支持体１２を収納体１１に固定するための接着剤からなるものである。
The
慣性力センサ１６は以上の構成要素からなるものである。
The
この慣性力センサ１６の製造方法について図７から図１５を用いて、以下説明する。慣性力検出素子１の製造方法は、Ｓｉ基板に薄膜技術により下部電極やＰＺＴ薄膜そして上部電極を形成し、エッチングにより所定の形状に加工する工法が知られているので、ここでは詳細な説明を省略する。
A method for manufacturing the
図７〜図１５は本発明の一実施の形態における慣性力センサの製造方法を示す図であり、特に、図７はリードフレームの図、図８は接着フィルム貼付後の図、図９は中央部打ち抜き加工後の図、図１０は図９の正面断面図、図１１は慣性力検出素子貼付後の図、図１２は図１１の正面断面図、図１３はリードフレームの外周切断後の図、図１４は図１３の正面断面図、図１５はリードフレーム曲げ加工後の正面断面図である。 7 to 15 are views showing a method of manufacturing an inertial force sensor according to one embodiment of the present invention. In particular, FIG. 7 is a view of a lead frame, FIG. 8 is a view after adhering an adhesive film, and FIG. FIG. 10 is a front sectional view of FIG. 9, FIG. 11 is a view after attaching an inertial force detection element, FIG. 12 is a front sectional view of FIG. 11, and FIG. 13 is a view after cutting the outer periphery of the lead frame. FIG. 14 is a front sectional view of FIG. 13, and FIG. 15 is a front sectional view after bending the lead frame.
図７において、リードフレーム２１は導体の金属板からなるもので、最終的に図５における支持体１２になるものである。リードフレーム２１は外周を枠のように囲っている部分と、中央に位置する略正方形の部分と、両者を接続している細長い部分からなるものである。この両者を接続している細長い部分が最終的に支持体１２になる部分である。
In FIG. 7, a
図８は、リードフレーム２１の中央部の略正方形の部分を覆う接着フィルム２２を貼り付けたものを示している。接着フィルム２２はリードフレーム２１の中央部の略正方形の部分と外周を枠のように囲っている部分とを接続している細長い部分の一部も覆っている。
FIG. 8 shows a state in which an
図９、図１０は、リードフレーム２１および接着フィルム２２の中央部をプレスで打ち抜いたものを示している。ここでは、リードフレーム２１の中央部の略正方形の部分の全体を除去し、接着フィルム２２の外周は残すように加工している。
9 and 10 show the
図１１、図１２は、接着フィルム２２を介してリードフレーム２１上に、慣性力検出素子１を配置したものを示している。接着フィルム２２によって、慣性力検出素子１はリードフレーム２１に接着されることになる。
11 and 12 show an arrangement in which the inertial
図１３、図１４は、リードフレーム２１の外周の枠状の部分をプレスにより切断し除去したものを示している。
13 and 14 show a frame-shaped portion on the outer periphery of the
図１５は、リードフレーム２１の細長い部分に曲げ加工を施したものを示している。この曲げ加工は公知のプレスによる工法で行うことができる。そして、この図１５に示されたリードフレーム２１と慣性力検出素子１とを収納体１１に配置させることで、慣性力センサを製造することができる。
FIG. 15 shows an elongated portion of the
以上のような慣性力センサについての防振原理について、以下説明する。 The anti-vibration principle for the inertial force sensor as described above will be described below.
角速度を検出するためには、質量部である錘部７を駆動させているが、この駆動の周期は、２０ｋＨｚとか４０ｋＨｚ等の数十ｋＨｚを設定することが多い。ここで、慣性力センサ１６の固有振動数を上記駆動周波数と同じにすると共振のおそれが生じるので、避ける必要がある。一般に、ある振動の周波数に対して固有振動数が低い方が防振の点からよいことは知られている。そして、固有振動数ｆは、振動する物体の質量をｍ、バネ定数をｋとしたとき、
ｆ＝１／２π・（ｋ／ｍ）１／２
で求めることができるので、バネ定数を小さくすると固有振動数も低くすることができる。
In order to detect the angular velocity, the
f = 1 / 2π · (k / m) 1/2
Therefore, if the spring constant is reduced, the natural frequency can be lowered.
したがって、支持体１２を厚み方向に曲げることによってバネ定数を小さくすることができるので、固有振動数を低くすることができ、これにより防振効果を発揮できるようになる。
Therefore, since the spring constant can be reduced by bending the
また、曲げ部１３における前記支持体１２の幅方向の向きは、第１アーム２および第２アーム３が配置された平面と平行にしている。この点について、図６を用いて説明すると、Ｙ軸方向に延伸している支持体１２に注目すると、その曲げ部１３における支持体１２の幅方向は、Ｙ軸方向である。また、Ｙ軸方向に延伸している支持体１２に注目すると、その曲げ部１３における支持体１２の幅方向は、Ｘ軸方向である。即ち、曲げ部１３における前記支持体１２の幅方向の向きは、ＸＹ平面に平行であり、第１アーム２および第２アーム３が配置された平面もＸＹ平面に平行であるから、これらは平行な関係にあることになる。
Further, the direction of the
このように、曲げ部１３における支持体１２の幅方向の向きは、第１アーム２および第２アーム３が配置された平面と平行にすることで、以下に説明するような作用効果を得る。第１アーム２および第２アーム３はＸＹ平面と平行な平面内に配置されているので、この平面に垂直な方向であるＺ軸方向に撓み易くなる。撓み易いということは、外力を受けた際に変形し易く、変形が大きすぎると錘部７が周囲の部品などと衝突するなどにより慣性力検出素子１が破損するおそれが生じる。一方、曲げ部１３における支持体１２の幅方向の向きはＸＹ平面と平行であるので、支持体１２はＸＹ平面に垂直な方向であるＺ軸方向に撓み易くなる。ここで、支持体１２は、防振機構としての構成要素であるので、撓み易いと言うことは、外部からの衝撃や振動を吸収し易いということである。したがって、慣性力検出素子１としては、Ｚ軸方向の外力に弱い構成になっているが、支持体１２の構造により、Ｚ軸方向の外力をより吸収することができるので、慣性力検出素子１に作用するＺ軸方向の外力を低減することができる。
As described above, the direction in the width direction of the
また、支持体１２の慣性力検出素子１から収納体１１までの長さのＸＹ平面方向の長さよりＺ軸方向の長さを長くしているので、特に、ＸＹ平面方向の外力の吸収に優れ、慣性力検出素子１に作用するＸＹ平面方向の外力を低減することができる。
Further, since the length in the Z-axis direction is longer than the length in the XY plane direction of the length from the inertial
逆に、支持体１２の慣性力検出素子１から収納体１１までのＺ軸方向の長さよりＸＹ平面方向の長さを長くすると、特に、Ｚ軸方向の外力の吸収に優れるものとなり、慣性力検出素子１に作用するＸＹ平面方向の外力を低減することができる。
On the contrary, if the length in the XY plane direction is made longer than the length in the Z-axis direction from the inertial
また、図６のように支持体１２をＸＹ平面にて平面視した際に、Ｘ軸方向に延伸しているものと、Ｙ軸方向に延伸しているものとが存在する構成になっている。この場合において、例えば、Ｘ軸方向に延伸している支持体１２は、曲げ部１３における幅方向の向きがＹ軸方向であるので、Ｚ軸方向のみならず、Ｘ軸方向にも撓み易い構成になる。同様に、Ｙ軸方向に延伸している支持体１２は、曲げ部１３における幅方向の向きがＸ軸方向であるので、Ｚ軸方向のみならず、Ｙ軸方向にも撓み易い構成になる。したがって、慣性力検出素子１のＸ軸方向とＹ軸方向へ移動のし易さは同じになり、防振の点で、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは同様の特性を有するものとなる。
Further, as shown in FIG. 6, when the
なお、本発明の慣性力センサは、図１〜図１５で説明した構造に限られるものではない。様々な構成を取り得るものである。以下、そのバリエーションについて説明する。 Note that the inertial force sensor of the present invention is not limited to the structure described with reference to FIGS. It can take various configurations. The variations will be described below.
図１６は、本発明の一実施の形態における慣性力センサの第１のバリエーションの正面断面図である。図１〜図１５に示した慣性力センサと同一の構成要素には同一の符号を付しているので、それらの詳細な説明は省略する。図１〜図１５に示した慣性力センサは、慣性力検出素子１が支持体１２の上部に配置された構成であるが、図１６の慣性力センサは、慣性力検出素子１が支持体１２に吊り下げられた構成になっている。この構成の場合には、図５、図６に示す慣性力センサよりも高さ方向、即ちＺ軸方向の製品高さを低くできるという効果を得る。
FIG. 16 is a front sectional view of a first variation of the inertial force sensor according to one embodiment of the present invention. The same components as those of the inertial force sensor shown in FIGS. 1 to 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The inertial force sensor shown in FIGS. 1 to 15 has a configuration in which the inertial
図１７は、第２のバリエーションの正面断面図である。収納体１１から支持体１２が吊り下げられ、支持体１２上にＩＣ１７が配置され、そのＩＣ１７の下面に慣性力検出素子１が取り付けられた構造になっている。ＩＣ１７と慣性力検出素子１とを一体化することにより振動する質量がこれらの質量の和になり慣性力検出素子１のみの場合より増えるので、固有振動数が低くなり、共振を防止するとの点から好ましいものとなる。
FIG. 17 is a front sectional view of the second variation. A
図１８は、第３のバリエーションの平面図であり、ＸＹ平面にて平面視した際に、Ｙ軸方向へ延伸する支持体１２は設けず、Ｘ軸方向へ延伸する支持体１２のみを設けた構成にしている。この場合、Ｙ軸方向への防振機能よりＸ軸方向への防振機能が優れることになるが、慣性力検出素子１において、Ｘ軸方向のコリオリの力を検出するがＹ軸方向のコリオリの力を検出しないものである際には、この構成でも構わない。
FIG. 18 is a plan view of the third variation. When viewed in plan on the XY plane, the
図１９は、第４のバリエーションの斜視図であり、図１８に用いる支持体１２の一例として、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｏｉｎｇ）を用いたものである。リードフレーム２１の中央部に絶縁性を有する積載部２４を設け、ここに慣性力検出素子１またはこれと一体となったＩＣ１７を配置するものである。また、リードフレーム２１の両端に形成された取付部２５は収納体１１に取り付けられるものである。
FIG. 19 is a perspective view of the fourth variation, in which TAB (Tape Automated Bonding) is used as an example of the
図２０は、第５のバリエーションの平面図、図２１は第５のバリエーションの正面断面図である。図２０、図２１に示すように第５のバリエーションには、一つの支持体１２について曲げ部１３が２ヶ所設けられている。また、ＸＹ平面方向において、厚み方向ではなく平面内で曲がった形状になっている。この形状にすると、バネ定数が更に低下し、固有振動数を低くすることができ、防振機能化を向上させることができる。
FIG. 20 is a plan view of the fifth variation, and FIG. 21 is a front sectional view of the fifth variation. As shown in FIGS. 20 and 21, in the fifth variation, two
なお、本発明の慣性力センサは、以上説明した構成に限られるものではない。例えば、慣性力検出素子１は、ダイヤフラム構造のものであってもよい。また、角速度の検出軸方向は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向であっても構わない。加速度に関しても、３軸方向を検出するものでもよく、また加速度の検出はしないものへの適用も可能である。
The inertial force sensor of the present invention is not limited to the configuration described above. For example, the inertial
本発明にかかる慣性力センサは、複数の回転軸方向の角速度の検出を、外部からの衝撃や振動による誤検出を防止しながら可能にするという優れた効果を奏するものである。 The inertial force sensor according to the present invention has an excellent effect of enabling detection of angular velocities in a plurality of rotation axis directions while preventing erroneous detection due to external impact or vibration.
１ 慣性力検出素子
２ 第１アーム
３ 第２アーム
４ 第３アーム
５ スリット
６ 枠体（固定部）
７ 錘部（質量部）
８ 第１駆動電極
９ 第２駆動電極
１０ 感知電極（検出部）
１１ 収納体
１２ 支持体
１３ 曲げ部
１４ 接着層
１５ 接着層
１６ 慣性力センサ
１７ ＩＣ
２１ リードフレーム
２２ 接着フィルム
２３ 曲げ部
２４ 積載部
２５ 取付部
DESCRIPTION OF
7 Weight (mass)
8 First drive
DESCRIPTION OF
21
Claims (10)
前記慣性力検出素子を支持する支持体とを備え、
平面視において、前記支持体はＸＹ平面においてＸ軸方向に延びる第１の部位と、前記第１の部位からＹ軸方向に延びる第２の部位を有しており、
前記第１の部位と前記第２の部位とは直角であることを特徴とする慣性力センサ。 A mass part, a connecting part that has flexibility and supports the mass part, has a predetermined thickness and is formed on the same plane, and a fixing part that holds the mass part via the connecting part are at least different 2 An inertial force detection element including a detection unit for detecting an angular velocity having a direction as a rotation axis;
A support for supporting the inertial force detection element,
In plan view, the support has a first part extending in the X-axis direction on the XY plane, and a second part extending in the Y-axis direction from the first part,
The inertial force sensor according to claim 1, wherein the first part and the second part are at right angles.
前記支持体を介して前記慣性力検出素子を保持する収納体を備え、
前記支持体は第２の接着層を介して前記収納体と接触しており、
前記支持体は前記第１の接着層と接触する部位を有する第１の部位と、前記第１の部位から厚み方向に曲がる第１の曲げ部と、前記第２の接着層と接触する部位を有する第２の部位と、前記第２の部位から厚み方向に曲がる第２の曲げ部と、前記第１の曲げ部と前記第２の曲げ部の間の部位である第３の部位を有し、
前記第２の曲げ部は前記第２の接着層における内縁部よりも内側に離れて位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の慣性力センサ。 The inertial force detection element is supported by the support via a first adhesive layer,
A storage body for holding the inertial force detection element via the support;
The support is in contact with the housing via a second adhesive layer;
The support includes a first portion having a portion that contacts the first adhesive layer, a first bent portion that bends in the thickness direction from the first portion, and a portion that contacts the second adhesive layer. A second part having a second part bent in the thickness direction from the second part, and a third part being a part between the first bent part and the second bent part. ,
The inertial force sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the second bent portion is located inward of an inner edge portion of the second adhesive layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014091403A JP2014157162A (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Inertial force sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014091403A JP2014157162A (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Inertial force sensor |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009034958A Division JP2010190706A (en) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Inertial force sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014157162A true JP2014157162A (en) | 2014-08-28 |
Family
ID=51578085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014091403A Pending JP2014157162A (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Inertial force sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014157162A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021067701A (en) * | 2017-08-29 | 2021-04-30 | 京セラ株式会社 | Angular velocity sensor and sensor element |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6058700A (en) * | 1983-09-12 | 1985-04-04 | 株式会社東芝 | Hybrid ic |
| JPH0655950U (en) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | 日産ディーゼル工業株式会社 | Vehicle ladder frame |
| JPH07208997A (en) * | 1994-01-14 | 1995-08-11 | Fujitsu Ten Ltd | Structure for supporting vibrator |
| JP2005010034A (en) * | 2003-06-19 | 2005-01-13 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric device, manufacturing method of piezoelectric device, and electronic equipment with piezoelectric device mounted thereon |
| JP2006284373A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Seiko Epson Corp | Piezo-electric device |
| JP2007064753A (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Denso Corp | Angular velocity sensor mounting structure |
| JP2007256234A (en) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Inertia force sensor |
-
2014
- 2014-04-25 JP JP2014091403A patent/JP2014157162A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6058700A (en) * | 1983-09-12 | 1985-04-04 | 株式会社東芝 | Hybrid ic |
| JPH0655950U (en) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | 日産ディーゼル工業株式会社 | Vehicle ladder frame |
| JPH07208997A (en) * | 1994-01-14 | 1995-08-11 | Fujitsu Ten Ltd | Structure for supporting vibrator |
| JP2005010034A (en) * | 2003-06-19 | 2005-01-13 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric device, manufacturing method of piezoelectric device, and electronic equipment with piezoelectric device mounted thereon |
| JP2006284373A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Seiko Epson Corp | Piezo-electric device |
| JP2007064753A (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Denso Corp | Angular velocity sensor mounting structure |
| JP2007256234A (en) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Inertia force sensor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021067701A (en) * | 2017-08-29 | 2021-04-30 | 京セラ株式会社 | Angular velocity sensor and sensor element |
| JP7166371B2 (en) | 2017-08-29 | 2022-11-07 | 京セラ株式会社 | Angular rate sensor and sensor element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010190706A (en) | Inertial force sensor | |
| JP5205970B2 (en) | Inertial force sensor | |
| JP4929918B2 (en) | Compound sensor | |
| US9091543B2 (en) | Angular speed sensor for detecting angular speed | |
| JP2007256235A (en) | Inertia force sensor | |
| JP2008076265A (en) | Inertial force sensor | |
| JP2005283428A (en) | Dynamic quantity sensor unit | |
| JP2009222475A (en) | Compound sensor | |
| US9753057B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2014157162A (en) | Inertial force sensor | |
| JP2013044524A (en) | Angular velocity sensor device | |
| JP5125138B2 (en) | Compound sensor | |
| CN101617198B (en) | Inertia force sensor and composite sensor for detecting inertia force | |
| JP2007256234A (en) | Inertia force sensor | |
| JP2008232704A (en) | Inertia force sensor | |
| JP2010197061A (en) | Inertia force detecting element | |
| JP2008190887A (en) | Sensor | |
| JP2009156603A (en) | Combined sensor | |
| WO2014030492A1 (en) | Inertial force sensor | |
| WO2020195386A1 (en) | Physical quantity sensor | |
| JP2007198779A (en) | Inertial force sensor | |
| JP2007198778A (en) | Inertial force sensor | |
| JP2009222476A (en) | Compound sensor | |
| JP2016070739A (en) | Sensor | |
| JP2008261771A (en) | Inertia force sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20141007 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150127 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150414 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150818 |