JP2008014727A - Acceleration/angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は加速度角速度センサに係り、特にコリオリ力に基づき変位する第１及び第２の振動子の変位を第１及び第２の検出電極で検出することにより加速度及び角速度を検出する加速度角速度センサに関する。 The present invention relates to an acceleration angular velocity sensor, and more particularly to an acceleration angular velocity sensor that detects acceleration and angular velocity by detecting displacements of first and second vibrators that are displaced based on Coriolis force with first and second detection electrodes. .
従来から車載用のセンサとして、車両の加速度（G）を検出する加速度センサ及び車両の角速度（Yaw）を検出する角速度センサが知られている。また近年では、一つのセンサで車両の加速度及び角速度を共に検出できる加速度角速度センサも提供されている（特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, acceleration sensors that detect vehicle acceleration (G) and angular velocity sensors that detect vehicle angular velocity (Yaw) are known as in-vehicle sensors. In recent years, an acceleration angular velocity sensor that can detect both acceleration and angular velocity of a vehicle with a single sensor has also been provided (see Patent Document 1).
図８は、従来の一例である加速度角速度センサ５０を示している。この加速度角速度センサ５０は、第１及び第２の振動子５１，５２、第１及び第２の駆動電極５３，５４、及び第１及び第２の検出電極５５，５６等により構成されている。 FIG. 8 shows an acceleration angular velocity sensor 50 which is a conventional example. The acceleration angular velocity sensor 50 includes first and second vibrators 51 and 52, first and second drive electrodes 53 and 54, first and second detection electrodes 55 and 56, and the like.
第１の振動子５１は第１の検出ばね５８を介して第１のメインフレーム６３に接続されていれる。また、第２の振動子５２は第２の検出ばね５９を介して第２のメインフレーム６４に接続されていれる。この第１の振動子５１と第２の振動子５２は分離され、それぞれ独立した構成とされている。第１及び第２の検出ばね５８，５９は、この第１及び第２の振動子５１，５２を図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向（検出方向という）に変位可能に支持している。 The first vibrator 51 is connected to the first main frame 63 via the first detection spring 58. Further, the second vibrator 52 is connected to the second main frame 64 via the second detection spring 59. The first vibrator 51 and the second vibrator 52 are separated and are configured independently of each other. The first and second detection springs 58 and 59 support the first and second vibrators 51 and 52 so that they can be displaced in the directions of arrows X1 and X2 (referred to as detection directions) in the drawing.
第１の検出ばね５８は第１のメインフレーム６３に設けられており、この第１のメインフレーム６３は第１の振動子５１を挟んで図中上下に配設されている。また、第１のメインフレーム６３は、第１の駆動ばね６０により矢印Ｙ１，Ｙ２方向（駆動方向という）に変位可能とされている。更に、第１のメインフレーム６３は、第１の駆動電極５３により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に振動付勢される構成となっている。 The first detection spring 58 is provided on the first main frame 63, and the first main frame 63 is disposed up and down in the drawing with the first vibrator 51 interposed therebetween. Further, the first main frame 63 can be displaced in the directions of arrows Y1 and Y2 (referred to as drive directions) by the first drive spring 60. Further, the first main frame 63 is configured to be oscillated and biased in the directions of arrows Y1 and Y2 by the first drive electrode 53.
第２の検出ばね５９は第２のメインフレーム６４に設けられており、この第２のメインフレーム６４は第２の振動子５２を挟んで図中上下に配設されている。また、第２のメインフレーム６４は、第２の駆動ばね６１により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に変位可能とされている。更に、第２のメインフレーム６４は、第２の駆動電極５４により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に振動付勢される構成となっている。 The second detection spring 59 is provided on the second main frame 64, and the second main frame 64 is disposed up and down in the drawing with the second vibrator 52 interposed therebetween. The second main frame 64 can be displaced in the directions of the arrows Y1 and Y2 by the second drive spring 61. Further, the second main frame 64 is configured to be oscillated and biased in the directions of the arrows Y1 and Y2 by the second drive electrode 54.
第１の検出電極５５は第１の振動子５１の内部に配設されており、また第２の検出電極５６は第２の振動子５２の内部に配設されている。この第１及び第２の検出電極５５，５６は、第１及び第２の振動子５１，５２の変位を静電容量変化として検出できる構成とされている。 The first detection electrode 55 is disposed inside the first vibrator 51, and the second detection electrode 56 is disposed inside the second vibrator 52. The first and second detection electrodes 55 and 56 are configured to be able to detect displacement of the first and second vibrators 51 and 52 as capacitance change.
上記構成とされた加速度角速度センサ５０の加速度（G）及び角速度（Yaw）の検出原理について説明する。加速度角速度センサ５０を用いて加速度（G）及び角速度（Yaw）の検出を行うには、第１及び第２の駆動電極５３，５４により第１及び第２のメインフレーム６３，６４及び第１及び第２の検出ばね５８，５９を介して第１及び第２の振動子５１，５２をＹ１，Ｙ２方向（駆動方向）に振動させておく。 The detection principle of the acceleration (G) and angular velocity (Yaw) of the acceleration angular velocity sensor 50 having the above-described configuration will be described. In order to detect the acceleration (G) and the angular velocity (Yaw) using the acceleration angular velocity sensor 50, the first and second main frames 63 and 64 and the first and second main frames 63 and 64 by the first and second drive electrodes 53 and 54, respectively. The first and second vibrators 51 and 52 are vibrated in the Y1 and Y2 directions (driving directions) via the second detection springs 58 and 59.
この状態で加速度角速度センサ５０に加速度（G）が印加されると、第１及び第２の振動子５１，５２には慣性力が発生し、図９に示すように第１及び第２の振動子５１，５２はＸ１，Ｘ２方向（検出方向）に同相で変位する。よって、第１の検出電極５５で検出される検出信号と、第２の検出電極５６で検出される検出信号の和をとることにより、加速度（G）を求めることができる。 In this state, when acceleration (G) is applied to the acceleration angular velocity sensor 50, inertial force is generated in the first and second vibrators 51 and 52, and the first and second vibrations as shown in FIG. The children 51 and 52 are displaced in the same phase in the X1 and X2 directions (detection direction). Therefore, the acceleration (G) can be obtained by taking the sum of the detection signal detected by the first detection electrode 55 and the detection signal detected by the second detection electrode 56.
一方、上記の加振状態で加速度角速度センサ５０に角速度（Yaw）が印加されると、この場合は第１及び第２の振動子５１，５２にはコリオリ力が発生し、この場合には図１０に示すように第１及び第２の振動子５１，５２はＸ１，Ｘ２方向（検出方向）に逆相で変位する。よって、第１の検出電極５５で検出される検出信号と、第２の検出電極５６で検出される検出信号の差をとることにより、角速度（Yaw）を求めることができる。
車両振動による外乱となる加速度（いわゆる、外乱Ｇ）の耐性を向上させるためには、前記した加速度角速度センサ５０のように、２つの振動子５１，５２を音叉振動させる手法が有効である。 In order to improve the tolerance of acceleration (so-called disturbance G), which is a disturbance caused by vehicle vibration, a technique of vibrating the two vibrators 51 and 52 like the above-described acceleration angular velocity sensor 50 is effective.
しかしながら、加速度角速度センサ５０の製造工程において、第１及び第２の振動子５１，５２を支持している第１及び第２の検出ばね５８，５９の寸法がばらついたときに、左右の振動子５１，５２を支持しているばね定数が異なってしまう。具体的には、製造ばらつきによって検出ばね５８，５９のばね定数kがΔkばらついた場合、重りの変位ばらつき割合Δx／xは、（Δx／x）=−（Δk／k）となるため、製造ばらつきがそのまま振動子５１，５２の変位のばらつきへと反映されてしまう。 However, when the dimensions of the first and second detection springs 58 and 59 supporting the first and second vibrators 51 and 52 vary in the manufacturing process of the acceleration angular velocity sensor 50, the left and right vibrators The spring constants supporting 51 and 52 are different. Specifically, when the spring constant k of the detection springs 58 and 59 varies by Δk due to manufacturing variations, the weight variation variation ratio Δx / x becomes (Δx / x) = − (Δk / k). The variation is directly reflected in the variation in displacement of the vibrators 51 and 52.
また、従来では第１及び第２の振動子５１，５２が分離して独立した構成とされていたため、検出モードの共振周波数fは、振動子５１，５２の重さをm、検出ばね５８，５９のばね定数kとした場合、f=(1/2π)・√(k/m）に従って一意に決まってしまうため、共振周波数で加速度（G）と角速度（Yaw）の信号を分離させることができない。 Further, since the first and second vibrators 51 and 52 are conventionally separated and independent, the resonance frequency f in the detection mode is that the weight of the vibrators 51 and 52 is m, the detection springs 58, When the spring constant k is 59, it is uniquely determined according to f = (1 / 2π) · √ (k / m). Therefore, the acceleration (G) and angular velocity (Yaw) signals can be separated at the resonance frequency. Can not.
これに対して加速度角速度センサ５０は、前記ように加速度（G）は左右の振動子５１，５２の変位の和をとると共に、角速度（Yaw）は左右の振動子５１，５２の変位の和をとることにより信号の分離を行っているため、左右の振動子５１，５２の変位に差異があると、この差分を角速度（Yaw）として誤検出してしまう可能性がある。このため、従来の加速度角速度センサ５０では、耐外乱Ｇの性能が悪化してしまうという問題点があった。 On the other hand, in the acceleration angular velocity sensor 50, as described above, the acceleration (G) takes the sum of the displacements of the left and right vibrators 51 and 52, and the angular velocity (Yaw) takes the sum of the displacements of the left and right vibrators 51 and 52. Therefore, if the left and right vibrators 51 and 52 have a difference in displacement, the difference may be erroneously detected as an angular velocity (Yaw). For this reason, the conventional acceleration angular velocity sensor 50 has a problem that the performance of the disturbance resistance G is deteriorated.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、外乱の混入を防止し精度の高い加速度（G）及び角速度（Yaw）の検出を行いうる加速度角速度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an acceleration angular velocity sensor that can detect the acceleration (G) and the angular velocity (Yaw) with high accuracy while preventing the introduction of disturbance.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.
請求項１記載の発明は、
駆動方向及び検出方向に変位可能な構成とされると共に、互いに対称となるよう対向配置された第１及び第２の振動子と、
該第１及び第２の振動子を駆動方向に振動させる第１及び第２の駆動部と、
前記第１及び第２の振動子内に配設されており、前記第１及び第２の振動子の前記検出方向に対する変位を静電容量変化として検出する第１及び第２の検出電極と、
を有する加速度角速度センサにおいて、
前記第１の振動子と前記第２の振動子とを、前記駆動方向に連結する連結ばね部材を設けたことを特徴とするものである。
The invention described in claim 1
First and second vibrators that are configured to be displaceable in the driving direction and the detection direction, and that are opposed to each other so as to be symmetrical with each other;
First and second driving units for vibrating the first and second vibrators in a driving direction;
First and second detection electrodes that are disposed in the first and second vibrators and detect displacements of the first and second vibrators in the detection direction as capacitance changes;
In an acceleration angular velocity sensor having
A connecting spring member that connects the first vibrator and the second vibrator in the driving direction is provided.
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の加速度角速度センサにおいて、
前記連結ばね部材は、
一端が前記第１の振動子に固定されると共に前記駆動方向に弾性変形可能とされた第１のリンクばね部と、
一端が前記第２の振動子に固定されると共に前記駆動方向に弾性変形可能とされた第２のリンクばね部と、
前記第１のリンクばね部の他端と前記第２のリンクばね部の他端とを連結するよう配設されると共に、前記検出方向に弾性変形可能とされた第３のリンクばね部とを有することを特徴とするものである。
The invention according to claim 2
The acceleration angular velocity sensor according to claim 1,
The connecting spring member is
A first link spring portion having one end fixed to the first vibrator and elastically deformable in the driving direction;
A second link spring portion having one end fixed to the second vibrator and elastically deformable in the driving direction;
A third link spring portion arranged to connect the other end of the first link spring portion and the other end of the second link spring portion and elastically deformable in the detection direction; It is characterized by having.
また、請求項３記載の発明は、
駆動方向及び検出方向に変位可能な構成とされると共に、互いに対称となるよう対向配置された第１及び第２の振動子と、
該第１及び第２の振動子を駆動方向に振動させる第１及び第２の駆動部と、
前記第１及び第２の振動子の前記検出方向に対する変位を静電容量変化として検出する第１及び第２の検出電極と、
を有する加速度角速度センサにおいて、
前記第１及び第２の検出電極を前記第１及び第２の振動子の外部位置に配設すると共に、該第１の検出電極と該第２の検出電極とを、前記駆動方向に連結する連結ばね部材を設けたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 3
First and second vibrators that are configured to be displaceable in the driving direction and the detection direction, and that are opposed to each other so as to be symmetrical with each other;
First and second driving units for vibrating the first and second vibrators in a driving direction;
First and second detection electrodes for detecting displacement of the first and second vibrators in the detection direction as capacitance changes;
In an acceleration angular velocity sensor having
The first and second detection electrodes are disposed at positions outside the first and second vibrators, and the first detection electrode and the second detection electrode are connected in the driving direction. A connecting spring member is provided.
本発明によれば、第１及び第２の検出電極を内設した第１及び第２の振動子の間を駆動方向に連結する連結ばね部材、或いは第１及び第２の振動子から分離された第１及び第２の検出電極の間を駆動方向に連結する連結ばね部材を設けたことにより、第１及び第２の振動子等に製造誤差が含まれていたとしても、第１及び第２の振動子の変位ばらつきを低減でき、加速度及び角速度の検出精度を高めることができる。 According to the present invention, the connection spring member that connects the first and second vibrators having the first and second detection electrodes in the driving direction, or the first and second vibrators are separated. By providing a connecting spring member for connecting the first and second detection electrodes in the driving direction, even if a manufacturing error is included in the first and second vibrators, the first and second detection electrodes The variation in displacement of the two vibrators can be reduced, and the detection accuracy of acceleration and angular velocity can be increased.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施例である加速度角速度センサ１０を示している。この加速度角速度センサ１０は、第１及び第２の振動子１１，１２、第１及び第２の駆動電極１３，１４、及び第１及び第２の検出電極１５，１６等により構成されている。 FIG. 1 shows an acceleration angular velocity sensor 10 according to an embodiment of the present invention. The acceleration angular velocity sensor 10 includes first and second vibrators 11 and 12, first and second drive electrodes 13 and 14, first and second detection electrodes 15 and 16, and the like.
第１の振動子１１は第１の検出ばね１８を介して第１のメインフレーム２３に接続されていれる。また、第２の振動子１２は第２の検出ばね１９を介して第２のメインフレーム２４に接続されていれる。この第１の振動子１１と第２の振動子１２は分離され、それぞれ独立した構成とされている。第１及び第２の検出ばね１８，１９は、この第１及び第２の振動子１１，１２を図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向（検出方向という）に変位可能に支持している。 The first vibrator 11 is connected to the first main frame 23 via the first detection spring 18. The second vibrator 12 is connected to the second main frame 24 via the second detection spring 19. The first vibrator 11 and the second vibrator 12 are separated from each other and are configured independently of each other. The first and second detection springs 18 and 19 support the first and second vibrators 11 and 12 so as to be displaceable in the directions of arrows X1 and X2 (referred to as detection directions) in the drawing.
第１の検出ばね１８は第１のメインフレーム２３に設けられており、この第１のメインフレーム２３は第１の振動子１１を挟んで図中上下に配設されている。また、第１のメインフレーム２３は、第１の駆動ばね２０により矢印Ｙ１，Ｙ２方向（駆動方向という）に変位可能とされている。更に、第１のメインフレーム２３は、第１の駆動電極１３により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に振動付勢される構成となっている。 The first detection spring 18 is provided on the first main frame 23, and the first main frame 23 is arranged up and down in the drawing with the first vibrator 11 interposed therebetween. The first main frame 23 can be displaced by the first drive spring 20 in the directions of arrows Y1 and Y2 (referred to as drive directions). Further, the first main frame 23 is configured to be vibrated by the first drive electrode 13 in the directions of arrows Y1 and Y2.
第２の検出ばね１９は第２のメインフレーム２４に設けられており、この第２のメインフレーム２４は第２の振動子１２を挟んで図中上下に配設されている。また、第２のメインフレーム２４は、第２の駆動ばね２１により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に変位可能とされている。更に、第２のメインフレーム２４は、第２の駆動電極１４により矢印Ｙ１，Ｙ２方向に振動付勢される構成となっている。 The second detection spring 19 is provided on the second main frame 24, and the second main frame 24 is disposed up and down in the drawing with the second vibrator 12 interposed therebetween. The second main frame 24 can be displaced in the directions of arrows Y1 and Y2 by the second drive spring 21. Further, the second main frame 24 is configured to be vibrated by the second drive electrode 14 in the directions of the arrows Y1 and Y2.
第１の検出電極１５は第１の振動子１１の内部に配設されており、また第２の検出電極１６は第２の振動子１２の内部に配設されている。この第１及び第２の検出電極１５，１６は、第１及び第２の振動子１１，１２の変位を静電容量変化として検出できる構成とされている。 The first detection electrode 15 is disposed inside the first vibrator 11, and the second detection electrode 16 is disposed inside the second vibrator 12. The first and second detection electrodes 15 and 16 are configured to detect the displacement of the first and second vibrators 11 and 12 as a change in capacitance.
本実施例では、上記構成において、更に連結リンクばね２５を設けたことを特徴としている。この連結リンクばね２５は第１の振動子１１と第２の振動子１２とを、駆動方向（Ｙ１，Ｙ２方向）に連結するものであり、本実施例では図中上下に対向するよう１対配設されている。 The present embodiment is characterized in that a connecting link spring 25 is further provided in the above configuration. The connecting link spring 25 connects the first vibrator 11 and the second vibrator 12 in the driving direction (Y1, Y2 direction). It is arranged.
これにより、図４に等価的に示されるように、第１の振動子１１と第２の振動子１２は、連結リンクばね２５により連結された構成となる。即ち、従来では、第１の振動子１１は第１の検出ばね１８により第１のメインフレーム２３と連結され、第２の振動子１２は第２の検出ばね１９を介して第２のメインフレーム２４に連結されたのみで構成であったが、本実施例では、更に連結リンクばね２５により第１の振動子１１と第２の振動子１２は連結された構成となる。 As a result, as shown in FIG. 4 equivalently, the first vibrator 11 and the second vibrator 12 are connected by the connecting link spring 25. That is, conventionally, the first vibrator 11 is connected to the first main frame 23 by the first detection spring 18, and the second vibrator 12 is connected to the second main frame through the second detection spring 19. However, in this embodiment, the first vibrator 11 and the second vibrator 12 are further connected by the connecting link spring 25.
この連結リンクばね２５は板バネ材により形成されており、第１のリンクばね部２６、第２のリンクばね部２７、及び第３のリンクばね部２８により構成されている。第１のリンクばね部２６は、第１の振動子１１から矢印Ｙ１，Ｙ２方向に延在するよう設けられた片持ち梁構造とされている。また、第２のリンクばね部２７は、第１の振動子１１に矢印Ｙ１，Ｙ２方向に延在するよう設けられた片持ち梁構造とされている。 The connecting link spring 25 is formed of a leaf spring material, and includes a first link spring portion 26, a second link spring portion 27, and a third link spring portion 28. The first link spring portion 26 has a cantilever structure provided so as to extend from the first vibrator 11 in the directions of arrows Y1 and Y2. The second link spring portion 27 has a cantilever structure provided on the first vibrator 11 so as to extend in the directions of arrows Y1 and Y2.
更に、第３のリンクばね部２８は、片持ち梁構造とされた第１のリンクばね部２６の自由端側と第２のリンクばね部２７の自由端側とを連結するように設けられている。従って、連結リンクばね２５は、全体とてコ字状のリンク形状を有したばねとなる。 Further, the third link spring portion 28 is provided so as to connect the free end side of the first link spring portion 26 having a cantilever structure and the free end side of the second link spring portion 27. Yes. Therefore, the connecting link spring 25 is a spring having a U-shaped link shape as a whole.
次に、上記構成とされた加速度角速度センサ１０の加速度（G）及び角速度（Yaw）の検出原理について、図２，図３，及び図５を参照して説明する。加速度角速度センサ１０を用いて加速度（G）及び角速度（Yaw）の検出を行うには、第１及び第２の駆動電極１３，１４により第１及び第２のメインフレーム２３，２４及び第１及び第２の検出ばね１８，１９を介して第１及び第２の振動子１１，１２をＹ１，Ｙ２方向（駆動方向）に振動させておく。 Next, the detection principle of the acceleration (G) and the angular velocity (Yaw) of the acceleration angular velocity sensor 10 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. In order to detect acceleration (G) and angular velocity (Yaw) using the acceleration angular velocity sensor 10, the first and second main frames 23, 24 and the first and second drive electrodes 13, 14 are used. The first and second vibrators 11 and 12 are vibrated in the Y1 and Y2 directions (drive directions) via the second detection springs 18 and 19.
図２及び図５（Ａ）は、加速度角速度センサ１０に加速度（G）が印加されたときの状態及び処理を示している。加速度角速度センサ１０に加速度（G）が印加されると（図５（Ａ）のステップ１０）、第１及び第２の振動子１１，１２には慣性力が発生し、図２に示すように第１及び第２の振動子１１，１２はＸ１，Ｘ２方向（検出方向）に同相で変位する（図５（Ａ）のステップ１２）。 2 and 5A show the state and processing when acceleration (G) is applied to the acceleration angular velocity sensor 10. FIG. When acceleration (G) is applied to the acceleration angular velocity sensor 10 (step 10 in FIG. 5A), inertial force is generated in the first and second vibrators 11 and 12, and as shown in FIG. The first and second vibrators 11 and 12 are displaced in phase in the X1 and X2 directions (detection direction) (step 12 in FIG. 5A).
この時、第１の検出ばね１８，１９（ばね定数ｋ）は変形するが、連結リンクばね２５（ばね定数Ｋ）は変形することはない（図５（Ａ）のステップ１４）。よって、加速度（G）の検出時における共振周波数は、第１の検出ばね１８，１９のばね定数ｋで決まることとなる（図５（Ａ）のステップ１６）。また、加速度（G）の値は、第１の検出電極１５で検出される検出信号と、第２の検出電極１６で検出される検出信号の和をとることにより求めることができる。 At this time, the first detection springs 18 and 19 (spring constant k) are deformed, but the connecting link spring 25 (spring constant K) is not deformed (step 14 in FIG. 5A). Therefore, the resonance frequency at the time of detecting the acceleration (G) is determined by the spring constant k of the first detection springs 18 and 19 (step 16 in FIG. 5A). The value of acceleration (G) can be obtained by taking the sum of the detection signal detected by the first detection electrode 15 and the detection signal detected by the second detection electrode 16.
一方、図３及び図５（Ｂ）は、加速度角速度センサ１０に角速度（Yaw）が印加されたときの状態及び処理を示している。加速度角速度センサ１０に角速度（Yaw）が印加されると（図５（Ｂ）のステップ２０）、この場合も第１及び第２の振動子１１，１２にはコリオリ力が発生し、図３に示すように第１及び第２の振動子１１，１２はＸ１，Ｘ２方向（検出方向）に逆相で変位する（図５（Ｂ）のステップ２２）。 On the other hand, FIG. 3 and FIG. 5B show a state and processing when an angular velocity (Yaw) is applied to the acceleration angular velocity sensor 10. When an angular velocity (Yaw) is applied to the acceleration angular velocity sensor 10 (step 20 in FIG. 5B), Coriolis force is generated in the first and second vibrators 11 and 12 in this case as well, as shown in FIG. As shown, the first and second vibrators 11 and 12 are displaced in opposite phases in the X1 and X2 directions (detection direction) (step 22 in FIG. 5B).
このように、第１及び第２の振動子１１，１２が逆相で変位することにより、第１の検出ばね１８，１９（ばね定数ｋ）と共に、連結リンクばね２５（ばね定数Ｋ）も変形する（図５（Ｂ）のステップ２４）。よって、角速度（Yaw）の検出時における共振周波数は、各検出ばね１８，１９のばね定数ｋと、連結リンクばね２５のばね定数Ｋの双方により決まることとなる（図５（Ｂ）のステップ２６）。また、角速度（Yaw）の値は、第１の検出電極１５で検出される検出信号と、第２の検出電極１６で検出される検出信号の差をとることにより求められる。 As described above, when the first and second vibrators 11 and 12 are displaced in opposite phases, the connection link spring 25 (spring constant K) is also deformed together with the first detection springs 18 and 19 (spring constant k). (Step 24 in FIG. 5B). Therefore, the resonance frequency at the time of detecting the angular velocity (Yaw) is determined by both the spring constant k of each of the detection springs 18 and 19 and the spring constant K of the connecting link spring 25 (step 26 in FIG. 5B). ). Further, the value of the angular velocity (Yaw) is obtained by taking the difference between the detection signal detected by the first detection electrode 15 and the detection signal detected by the second detection electrode 16.
上記構成とされた加速度角速度センサ１０は、重りとなる第１の振動子１１と第２の振動子１２を連結リンクばね２５で連結した構成としたことにより、駆動時における第１の振動子１１と第２の振動子１２の変位ばらつきを低減することができる。これについて、図４を参照して説明する。 The acceleration angular velocity sensor 10 configured as described above has a configuration in which the first vibrator 11 and the second vibrator 12 serving as weights are connected by the connecting link spring 25, whereby the first vibrator 11 at the time of driving. And variation in displacement of the second vibrator 12 can be reduced. This will be described with reference to FIG.
前記したように、連結リンクばね２５が存在しない従来の構成の加速度角速度センサ５０（図８参照）では、加速度角速度センサ５０の製造工程等において、各振動子５１，５２や各検出ばね５８，５９に製造ばらつきが発生し、検出ばね５８，５９のばね定数kがΔkばらついた場合、重りの変位ばらつき割合（Δx／x）は、
（Δx／x）=−（Δk／k）・・・（１）
となるため、製造ばらつきがそのまま振動子５１，５２の変位のばらつきへと反映されてしまうことは前述した通りである。
As described above, in the acceleration angular velocity sensor 50 (see FIG. 8) having a conventional configuration in which the connecting link spring 25 does not exist, the vibrators 51 and 52 and the detection springs 58 and 59 are used in the manufacturing process of the acceleration angular velocity sensor 50. Manufacturing variation occurs, and the spring constant k of the detection springs 58 and 59 varies by Δk, the weight variation variation ratio (Δx / x) is
(Δx / x) = − (Δk / k) (1)
Therefore, as described above, the manufacturing variation is directly reflected in the variation in the displacement of the vibrators 51 and 52.
これに対して本実施例に係る加速度角速度センサ１０は、第１の振動子１１と第２の振動子１２が連結リンクばね２５（ばね定数Ｋ）で連結されているため、重り（第１の振動子１１,第２の振動子１２）のばね定数kがΔkばらついた場合、重りの変位ばらつき割合（Δx／x）は下記の（２）式のようになる。 On the other hand, in the acceleration angular velocity sensor 10 according to the present embodiment, since the first vibrator 11 and the second vibrator 12 are connected by the connection link spring 25 (spring constant K), the weight (first When the spring constant k of the vibrator 11 and the second vibrator 12) varies by Δk, the displacement variation ratio (Δx / x) of the weight is expressed by the following equation (2).
（Δx／x）=−｛（Δk／（k＋2・K）｝・・・（２）
この（２）式を前記の（１）式と比べることより、本実施例のようにばね定数Ｋの大きな連結リンクばね２５で各振動子１１，１２（重り）を連結することにより、各振動子１１，１２の変位のばらつきを低減することができることがわかる。
(Δx / x) = − {(Δk / (k + 2 · K)} (2)
By comparing this expression (2) with the above expression (1), each oscillator 11 and 12 (weight) is connected by a connecting link spring 25 having a large spring constant K as in this embodiment, thereby each vibration. It can be seen that variation in displacement of the children 11 and 12 can be reduced.
また、前記したように従来の加速度角速度センサ５０では第１及び第２の振動子５１，５２が分離して独立した構成とされていたため、検出モードの共振周波数fは一意に決まってしまい、加速度（G）と角速度（Yaw）で共振周波数を分離させることができなかった。 Further, as described above, in the conventional acceleration angular velocity sensor 50, since the first and second vibrators 51 and 52 are separated and independent, the resonance frequency f in the detection mode is uniquely determined, and the acceleration is accelerated. The resonance frequency could not be separated by (G) and angular velocity (Yaw).
しかしながら、本実施例に係る加速度角速度センサ１０では、加速度（G）については各検出ばね１８，１９のばね定数ｋで決まり、角速度（Yaw）のについては各検出ばね１８，１９のばね定数ｋと連結リンクばね２５のばね定数Ｋの双方により決まることとなる。よって、連結リンクばね２５のばね定数を調整することにより、加速度（G）と角速度（Yaw）で共振周波数を分離させ、それぞれを遠ざけることが可能となり、よって加速度（G）と角速度（Yaw）の検出精度を高めることができる。 However, in the acceleration angular velocity sensor 10 according to the present embodiment, the acceleration (G) is determined by the spring constant k of each of the detection springs 18 and 19, and the angular velocity (Yaw) is determined by the spring constant k of each of the detection springs 18 and 19. This is determined by both the spring constant K of the connecting link spring 25. Therefore, by adjusting the spring constant of the connecting link spring 25, it is possible to separate the resonance frequencies by the acceleration (G) and the angular velocity (Yaw) and to move away from each other. Detection accuracy can be increased.
次に、上記した実施例の変形例について説明する。図６は第１変形例である加速度角速度センサ３０Ａであり、図７は第２変形例である加速度角速度センサ３０Ｂを示している。尚、図６及び図７において、図１に示した構成と対応する構成については同一符号を付してその説明を省略する。 Next, a modification of the above embodiment will be described. FIG. 6 shows an acceleration angular velocity sensor 30A that is a first modification, and FIG. 7 shows an acceleration angular velocity sensor 30B that is a second modification. 6 and 7, the same reference numerals are given to the components corresponding to those shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted.
上記した実施例に係る加速度角速度センサ１０は、各振動子１１，１２の内部に検出電極１５，１６が配設された構成とされていた。これに対して図６及び図７に示す第１及び第２変形例に係る加速度角速度センサ３０Ａ，３０Ｂは、第１及び第２の検出電極３５，３６を振動子１１，１２から分離し、振動子１１，１２の外部位置に配設したことを特徴とするものである。 The acceleration angular velocity sensor 10 according to the above-described embodiment has a configuration in which the detection electrodes 15 and 16 are disposed inside the vibrators 11 and 12. On the other hand, the acceleration angular velocity sensors 30A and 30B according to the first and second modified examples shown in FIGS. 6 and 7 separate the first and second detection electrodes 35 and 36 from the vibrators 11 and 12, and vibrate. This is characterized in that it is arranged at an external position of the children 11 and 12.
加速度角速度センサ１０のように各振動子１１，１２の内部に検出電極１５，１６が配設された構成では、検出電極１５，１６は検出方向（Ｘ１，Ｘ２方向）ばかりでなく駆動方向（Ｙ１，Ｙ２方向）にも変位するため、検出信号に外乱が侵入するおそれがある。しかしながら、検出電極３５，３６を振動子１１，１２の外部位置に配置することにより、検出電極３５，３６が駆動方向（Ｙ１，Ｙ２方向）に変位しない構成とすることができ、検出精度を高めることができる。 In the configuration in which the detection electrodes 15 and 16 are disposed inside the vibrators 11 and 12 as in the acceleration angular velocity sensor 10, the detection electrodes 15 and 16 are not only in the detection direction (X1 and X2 directions) but also in the driving direction (Y1). , Y2 direction), the disturbance may enter the detection signal. However, by arranging the detection electrodes 35 and 36 at positions outside the transducers 11 and 12, the detection electrodes 35 and 36 can be configured not to be displaced in the driving direction (Y1, Y2 direction), and the detection accuracy is improved. be able to.
具体的には、第１の振動子１１と第１の検出電極３５連結する第１の接続ばね４０及び第２の振動子１２と第２の検出電極３６を連結する第２の接続ばね４１は、各振動子１１，１２の検出方向（Ｘ１，Ｘ２方向）の変位のみを検出電極３５，３６に伝え、駆動方向（Ｙ１，Ｙ２方向）の変位は遮断するよう構成されている。これにより、検出電極３５，３６は検出方向のみの変位が可能となる。 Specifically, the first connection spring 40 that connects the first vibrator 11 and the first detection electrode 35 and the second connection spring 41 that connects the second vibrator 12 and the second detection electrode 36 are: Only the displacement in the detection direction (X1, X2 direction) of each vibrator 11, 12 is transmitted to the detection electrodes 35, 36, and the displacement in the drive direction (Y1, Y2 direction) is blocked. Thereby, the detection electrodes 35 and 36 can be displaced only in the detection direction.
上記構成の第１及び第２変形例に係る加速度角速度センサ３０Ａ，３０Ｂも、加速度（G）が印加された場合には慣性力により第１及び第２の検出電極３５，３６はＸ１，Ｘ２方向（検出方向）に同相で変位し、また角速度（Yaw）が印加されたときにはコリオリ力により逆相で変位する。よって、加速度角速度センサ３０Ａ，３０Ｂの製造工程等において、各検出電極３５，３６に製造ばらつきが発生した場合、この製造ばらつきがそのまま各検出電極３５，３６の変位のばらつきへと反映されてしまう。 In the acceleration angular velocity sensors 30A and 30B according to the first and second modified examples having the above-described configuration, when the acceleration (G) is applied, the first and second detection electrodes 35 and 36 are in the X1 and X2 directions due to inertial force. Displacement in the same phase in the (detection direction), and when an angular velocity (Yaw) is applied, it is displaced in the opposite phase by Coriolis force. Therefore, in the manufacturing process of the acceleration angular velocity sensors 30A and 30B and the like, when manufacturing variations occur in the detection electrodes 35 and 36, the manufacturing variations are directly reflected in the variations in the displacement of the detection electrodes 35 and 36.
そこで、図６に示す加速度角速度センサ３０Ａでは第１の検出電極３５と第２の検出電極３６を連結ばね３７で連結し、図７に示す加速度角速度センサ３０Ｂでは第１の検出電極３５と第２の検出電極３６を連結リンクばね３８で連結した構成としている。この構成とすることにより、先に述べた加速度角速度センサ１０と同様に、加速度（G）と角速度（Yaw）の検出精度を高めることができる。 Therefore, in the acceleration angular velocity sensor 30A shown in FIG. 6, the first detection electrode 35 and the second detection electrode 36 are connected by a connection spring 37, and in the acceleration angular velocity sensor 30B shown in FIG. 7, the first detection electrode 35 and the second detection electrode 36 are connected. The detection electrodes 36 are connected by a connecting link spring 38. With this configuration, the acceleration (G) and angular velocity (Yaw) detection accuracy can be increased as in the acceleration angular velocity sensor 10 described above.
１０，３０Ａ，３０Ｂ 加速度角速度センサ
１１ 第１の振動子
１２ 第２の振動子
１３ 第１の駆動電極
１４ 第２の駆動電極
１５，３５ 第１の検出電極
１６，３６ 第２の検出電極
１８ 第１の検出ばね
１９ 第２の検出ばね
２０ 第１の駆動ばね
２１ 第２の駆動ばね
２３ 第１のメインフレーム
２４ 第２のメインフレーム
２５ 連結リンクばね
２６ 第１のリンクばね部
２７ 第２のリンクばね部
２８ 第３のリンクばね部
３０ 基板
３７ 連結ばね
３８ 連結リンクばね
10, 30A, 30B Acceleration angular velocity sensor 11 First vibrator 12 Second vibrator 13 First drive electrode 14 Second drive electrode 15, 35 First detection electrode 16, 36 Second detection electrode 18 Second 1 detection spring 19 2nd detection spring 20 1st drive spring 21 2nd drive spring 23 1st main frame 24 2nd main frame 25 Connection link spring 26 1st link spring part 27 2nd link Spring portion 28 Third link spring portion 30 Substrate 37 Connection spring 38 Connection link spring
Claims (3)
該第１及び第２の振動子を駆動方向に振動させる第１及び第２の駆動部と、
前記第１及び第２の振動子内に配設されており、前記第１及び第２の振動子の前記検出方向に対する変位を静電容量変化として検出する第１及び第２の検出電極と、
を有する加速度角速度センサにおいて、
前記第１の振動子と前記第２の振動子とを、前記駆動方向に連結する連結ばね部材を設けたことを特徴とする加速度角速度センサ。 First and second vibrators that are configured to be displaceable in the driving direction and the detection direction, and that are opposed to each other so as to be symmetrical with each other;
First and second driving units for vibrating the first and second vibrators in a driving direction;
First and second detection electrodes that are disposed in the first and second vibrators and detect displacements of the first and second vibrators in the detection direction as capacitance changes;
In an acceleration angular velocity sensor having
An acceleration angular velocity sensor comprising a connecting spring member that connects the first vibrator and the second vibrator in the driving direction.
一端が前記第１の振動子に固定されると共に前記駆動方向に弾性変形可能とされた第１のリンクばね部と、
一端が前記第２の振動子に固定されると共に前記駆動方向に弾性変形可能とされた第２のリンクばね部と、
前記第１のリンクばね部の他端と前記第２のリンクばね部の他端とを連結するよう配設されると共に、前記検出方向に弾性変形可能とされた第３のリンクばね部とを有することを特徴とする請求項１記載の加速度角速度センサ。 The connecting spring member is
A first link spring portion having one end fixed to the first vibrator and elastically deformable in the driving direction;
A second link spring portion having one end fixed to the second vibrator and elastically deformable in the driving direction;
A third link spring portion arranged to connect the other end of the first link spring portion and the other end of the second link spring portion and elastically deformable in the detection direction; The acceleration angular velocity sensor according to claim 1, wherein the acceleration angular velocity sensor is provided.
該第１及び第２の振動子を駆動方向に振動させる第１及び第２の駆動部と、
前記第１及び第２の振動子の前記検出方向に対する変位を静電容量変化として検出する第１及び第２の検出電極と、
を有する加速度角速度センサにおいて、
前記第１及び第２の検出電極を前記第１及び第２の振動子の外部位置に配設すると共に、該第１の検出電極と該第２の検出電極とを、前記駆動方向に連結する連結ばね部材を設けたことを特徴とする加速度角速度センサ。
First and second vibrators that are configured to be displaceable in the driving direction and the detection direction, and that are opposed to each other so as to be symmetrical with each other;
First and second driving units for vibrating the first and second vibrators in a driving direction;
First and second detection electrodes for detecting displacement of the first and second vibrators in the detection direction as capacitance changes;
In an acceleration angular velocity sensor having
The first and second detection electrodes are disposed at positions outside the first and second vibrators, and the first detection electrode and the second detection electrode are connected in the driving direction. An acceleration angular velocity sensor comprising a connecting spring member.
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