JP2008292230A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 １枚のセンサ基板上に構成可能であって、且つ、組み立て作業等が不要で半導体製造プロセスのみで容易に製造可能な流体式の角速度センサを提供する。
【解決手段】 本発明に係る角速度センサ１は、ガス流路２に、互いに逆向きにガスを噴射する一対のノズル１０ａ，１０ｂが設けられるとともに、該一対のノズル１０ａ，１０ｂからガスの流れ方向下流側に略等しい距離ずつ離間し、且つ、一対のノズル１０ａ，１０ｂがそれぞれ噴射するガスの流れの中心線から略同じ方向に略同じ距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサ１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ設けられたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスが流通するガス流路と、このガス流路に配置されて温度変化に応じて抵抗値が変化する温度センサと、この温度センサの抵抗値変化を検知することによって角速度の作用によるガスの流れの変化を検知するブリッジ回路と、を備えた角速度センサに関する。

物体に作用する角速度の大きさを検知する角速度センサとしては、その検出方式の違いにより、予め定められた基準方向に振動する錘体に角速度の作用によって新たな振動成分が生じるのを検知する振動式や、筐体内で周回するレーザ光の筐体回転に伴う受光タイミング変化を利用する光学式や、所定の流路内にガスを流通させて角速度の作用に伴うガスの流れの変化を検知する流体式等が従来提唱されている。

図１３は、従来例に係る流体式の多軸型角速度センサの一例であって、互いに直交する２軸廻りの角速度を検出可能な２軸角速度センサ７０の構成を示す分解斜視図である（特許文献１参照）。２軸角速度センサ７０は、半導体からなる４枚のセンサ基板７１，７２，７３，７４が積層されたものである。ここで、最上層のセンサ基板７１には、ガス流入口７５が貫通形成されるとともに、その裏側面に所定深さの空間部７６が形成されている。また、上から２層目と３層目の各センサ基板７２，７３には、前記ガス流入口７５と前記空間部７６に対応する形状の貫通部７７がそれぞれ形成されている。更に、最下層のセンサ基板７４には、その上面に所定深さの空間部７８が形成されている。これにより、ガス流入口７５から流入したガスが、空間部７６と各貫通部７７と空間部７８によって形成されるガス流路の内部をＹ軸方向に流れるものとなっている。

そして、図１３に示すように、上から３層目のセンサ基板７３には、その貫通部７７を横断するようにしてブリッジ部７９が設けられ、このブリッジ部７９には、水平方向に所定距離だけ離間した位置に、一対のＺ軸用温度センサ８０がそれぞれ設けられている。各Ｚ軸用温度センサ８０は、温度変化に応じて抵抗値が変化する細線状の部材である。このような構成によれば、２軸角速度センサ７０に対してＺ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によってガスの流れに変化が生じ、各Ｚ軸用温度センサ８０に吹き付けられるガスの量に差が生じる。これにより、各Ｚ軸用温度センサ８０間で温度変化に差が生じ、その抵抗値変化にも差異が生じる。この抵抗値変化の差を前記ブリッジ部７９が検出することにより、Ｚ軸廻りの角速度の大きさを検知可能となっている。

一方、上から２層目のセンサ基板７２には、その貫通部７７を横断するようにしてブリッジ部８１が設けられ、このブリッジ部７９のＸ軸方向中央部には、１本のＸ軸用温度センサ８２が設けられている。また、上から４層目のセンサ基板７１にも、その空間部７８を横断するようにしてブリッジ部８３が設けられ、このブリッジ部８３には、Ｘ軸用温度センサ８２の直下方に位置するようにして、１本のＸ軸用温度センサ８４が設けられている。このような構成によれば、２軸角速度センサ７０に対してＸ軸廻りの角速度が作用した場合、ガスの流れに変化が生じることによって上下一対のＸ軸用温度センサ８２，８４に吹き付けられるガスの量に差が生じる。これにより、各Ｘ軸用温度センサ８２，８４間で温度変化に差が生じ、その抵抗値変化にも差異が生じる。この抵抗値変化の差を前記ブリッジ部８１，８３が検出することにより、Ｘ軸廻りの角速度の大きさを検出可能となっている。

また、図に詳細は示さないが、２軸角速度センサ７０の構成に加えて、Ｘ軸方向にガスを流すためのガス流路を設けるとともに、このガス流路中に上下一対のＹ軸用温度センサを設ければ、Ｙ軸廻りの角速度をも検出可能な３軸角速度センサを構成することができる。

特開平７−２６０８１８号公報

しかし、従来の２軸角速度センサ７０に代表される多軸型角速度センサは、各軸廻りの角速度を検出する１軸角速度センサを組み合わせたものであって、各１軸角速度センサを構成する複数枚のセンサ基板７１，７２，７３，７４が積層されるため、センサ全体として大型化するという問題がある。更に、複数枚のセンサ基板７１，７２，７３，７４の組み立て作業が必要な分、製造工程が煩雑になるという問題もある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、１枚のセンサ基板上に構成可能であって、且つ、組み立て作業等が不要で半導体製造プロセスのみで容易に製造可能な流体式の角速度センサを提供する。

上記目的を達成するための請求項１記載の角速度センサは、ガスが流通するガス流路と、該ガス流路に設けられて温度変化に応じて抵抗値が変化する複数の温度センサと、該各温度センサに生じた抵抗値変化の差を検出することにより、角速度の作用によって生じたガスの流れの変化を検出するブリッジ回路と、を備えてなる角速度センサにおいて、前記ガス流路に、互いに逆向きにガスを噴射する一対のノズルが設けられるとともに、該一対のノズルからガスの流れ方向下流側に略等しい距離ずつ離間し、且つ、前記一対のノズルがそれぞれ噴射するガスの流れの中心線から略同じ方向に略同じ距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

請求項２記載の角速度センサは、前記一対のノズルがそれぞれ噴射するガスの流れの中心線を挟んで前記一対の温度センサの反対側に、他の一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

請求項３記載の角速度センサは、前記ガス流路に、前記一対のノズルとは別の他のノズルが設けられるとともに、該他のノズルのガスの流れ方向下流側に、ガスの流れ方向に向かって所定間隔で、一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

請求項４記載の角速度センサは、前記他のノズルが噴射するガスの流れの中心線を挟んで、ガスの流れに略直交する方向に向かってガスの流れの中心線から略等しい距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

請求項５記載の角速度センサは、ガスが流通するガス流路と、該ガス流路に設けられて温度変化に応じて抵抗値が変化する複数の温度センサと、該各温度センサに生じた抵抗値変化の差を検出することにより、角速度の作用によって生じたガスの流れの変化を検出するブリッジ回路と、を備えてなる角速度センサにおいて、前記ガス流路に、ガスを噴射するノズルが設けられるとともに、該ノズルのガスの流れ方向下流側に、ガスの流れ方向に向かって所定間隔で、一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

請求項６記載の角速度センサは、前記ノズルが噴射するガスの流れの中心線を挟んで、ガスの流れに略直交する方向に向かってガスの流れの中心線から略等しい距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたものである。

本発明の請求項１に係る角速度センサによれば、容易な製造工程で且つ安価なコストで流体式の１軸角速度センサを量産することができる。また、従来の振動式の角速度センサと比較して、錘体を用いないので衝撃に強く、耐久性に優れている。

また、本発明の請求項２に係る角速度センサによれば、ノズルからのガスの流れに生じた変化を２倍の感度で検出することができる。

また、本発明の請求項３に係る角速度センサによれば、一対のノズルからのガスの流れに生じた変化と、他のノズルからのガスの流れに生じた変化をそれぞれ検出することにより、互いに直交する２軸廻りの角速度の大きさを検出することができる。また、１枚のセンサ基板に半導体製造プロセスを施すだけで２軸角速度センサを構成することができるので、複数枚のセンサ基板を組み立てる場合と比較して、センサ全体として小型化を図ることができるとともに、組み立て工程が不要な分、製造工程が簡略化されて安価なコストでの量産が可能になる。

また、本発明の請求項４に係る角速度センサによれば、一対のノズルからのガスの流れに生じた変化と、他のノズルからのガスの流れに生じた変化をそれぞれ検出することにより、互いに直交する３軸廻りの角速度の大きさを検出することができる。また、１枚のセンサ基板に半導体製造プロセスを施すだけで３軸角速度センサを構成することができるので、複数枚のセンサ基板を組み立てる場合と比較して、センサ全体として小型化を図ることができるとともに、組み立て工程が不要な分、製造工程が簡略化されて安価なコストでの量産が可能になる。

また、本発明の請求項５に係る角速度センサによれば、容易な製造工程で且つ安価なコストで流体式の１軸角速度センサを量産することができる。また、従来の振動式の角速度センサと比較して、錘体を用いないので衝撃に強く、耐久性に優れている。

また、本発明の請求項６に係る角速度センサによれば、ノズルからのガスの流れに生じた変化をそれぞれ検出することにより、互いに直交する２軸廻りの角速度の大きさを検出することができる。また、１枚のセンサ基板に半導体製造プロセスを施すだけで２軸角速度センサを構成することができるので、複数枚のセンサ基板を組み立てる場合と比較して、センサ全体として小型化を図ることができるとともに、組み立て工程が不要な分、製造工程が簡略化されて安価なコストでの量産が可能になる。

以下、本発明に係る角速度センサの構成について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る角速度センサ１の外観を示す概略斜視図である。角速度センサ１は、所定のガス流路２が形成されたセンサ基板３と、該センサ基板３の上面に配設されて互いに直交する３軸廻りの角速度を検出する角速度検出ユニット４と、センサ基板３を覆うようにして設けられる上下一対のキャップ部材５とを備えた、流体式の３軸角速度センサである。

図２は、センサ基板３の構成を示す概略平面図である。センサ基板３は、シリコン等の半導体からなる所定厚さの板状部材であって、平面視で略矩形に形成されている。このセンサ基板３の上面には、所定深さを有する溝状のガス流路２が形成されるとともに、このガス流路２に隣接した位置には、センサ基板３の上面から段落ちしてポンプ空間６が形成されている。ガス流路２は、その中央部に位置する主空間７と、主空間７の外周を循環する循環路８と、循環路８と主空間７を連通して設けられたメインノズル９と、循環路８の一部が幅狭に形成されてなる左右一対のサブノズル１０ａ，１０ｂとを有している。一方、ポンプ空間６は、図１に示すように、その中央部に薄膜状のダイアフラム１１が配設されるとともに、その左右両端部に設けられたガス送出口１２を介してガス流路２に連通されている。

このような構成により、ダイアフラム１１が所定の周波数と振幅で振動することにより、図２に示すように、ポンプ空間６内のガスが、左右のガス送出口１２からガス流路２へとそれぞれ送り出される。このガスは、循環路８を下流側へ流れ、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂからそれぞれ噴射された後、循環路８を更に下流側へ流れて合流し、メインノズル９から主空間７へと噴射される。そして、このガスは主空間７を下流側へ流れ、再び循環路８に戻るものとなっている。

図１に示すキャップ部材５は、センサ基板３を封止するためのものである。このキャップ部材５は、センサ基板３の上方を覆う上キャップ１３と、下方を覆う下キャップ１４とから構成される。上キャップ１３の裏側面には、センサ基板３のガス流路２に対応する形状の溝部１５が形成されており、この溝部１５がガス流路２の上方を覆うことによってガス流路２の内部にガスが密封される。また、上キャップ１３には、センサ基板３のポンプ空間６に対応する位置に、ガス導入孔１６が貫通形成されており、このガス導入孔１６を介して例えば不活性ネオンガスを外部からポンプ空間６に導入することが可能となっている。他方、下キャップ１４の長手方向一端側には、ハーネス１７を接続するためのハーネス接続部１８が設けられており、センサ基板３を図示しない電源等に対して電気的に接続することが可能となっている。

図３は、図１におけるガス流路２近傍を拡大した部分拡大斜視図である。図１及び図３に示すように、前記角速度検出ユニット４は、Ｘ軸廻りの角速度を検出する一対のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂと、Ｙ軸廻りの角速度を検出する一対のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂと、Ｚ軸廻りの角速度を検出する一対のＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂと、各温度センサをガス流路２上に支持するワイヤ支持体２２と、各温度センサに生じた抵抗値変化をそれぞれ検出するブリッジ回路部２３とを備えている。尚、本発明に係る温度センサとは、サーミスタや、サーモパイルや、ＰＮ接合等を意味している。

一対のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂは、温度変化に応じて抵抗値が変化する白金やタングステン等からなる細線状の部材である。このＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂは、図２に示すように、循環路８におけるメインノズル９より若干上流側の位置に、その長手方向をＸ軸方向に向けてすなわち循環路８を横切るようにしてそれぞれ配置され、その長手方向両端部が前記ワイヤ支持体２２によってそれぞれ支持されている。ここで、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す概略縦断面図である。左右一対のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂは、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂよりＺ軸方向上方に、左右のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂ同士が略同じ高さ位置になるようにそれぞれ配置されている。

一対のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、Ｘ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂと同様の材質及び形状を有する部材である。各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、図３に示すように、主空間７の内部に、その長手方向をＹ軸方向に向けて、且つ、左右のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂ間に所定の間隔が設けるようにしてそれぞれ配置され、その長手方向両端部は前記ワイヤ支持体２２によってそれぞれ支持されている。ここで、図５は、図３のＢ−Ｂ断面を示す概略縦断面図である。左右一対のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、メインノズル９よりＺ軸方向上方に、左右のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂ同士が略同じ高さ位置となるようにそれぞれ配置されている。

一対のＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂも、Ｘ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂと同様の材質及び形状を有する部材である。各Ｚ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂは、図３に示すように、主空間７の内部であってＸ軸方向に向かって一対のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂの中間位置に、その長手方向をＸ軸方向に向けてそれぞれ配置され、その長手方向一端側が前記ワイヤ支持体２２によってそれぞれ支持されている。ここで、図６は、図３において一対のＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂを上方から見た概略平面図である。一対のＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂは、メインノズル９を挟んでこれからＹ軸方向に略等しい距離だけ離間した位置にそれぞれ配置されている。

ブリッジ回路部２３は、図１に詳細は示さないが、Ｘ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂの抵抗値変化を検出するＸ軸用ブリッジ回路と、Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂの抵抗値変化を検出するＹ軸用ブリッジ回路と、Ｚ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂの抵抗値変化を検出するＺ軸用ブリッジ回路とを備えるものである。ここで、図１に示すように、ブリッジ回路部２３は、電気配線Ｄを介して各軸用の温度センサ１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ接続されており、各軸用の温度センサ１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂを含んで各軸用のブリッジ回路が構成されている。また、ブリッジ回路部２３は、下キャップ１４のハーネス接続部１８に対しても電気的に接続されており、ハーネス１７を介して各軸用のブリッジ回路に電源が供給されている。図７は、Ｘ軸用ブリッジ回路２４の構成を示す図である。Ｘ軸用ブリッジ回路２４は、２個の可変抵抗としてのＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂと、２個の参照抵抗Ｒｃ，Ｒ´ｃとを備えたいわゆるハーフブリッジ回路である。このＸ軸用ブリッジ回路２４によれば、２個のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂの抵抗値が変化することによって回路全体としてのバランスが崩れると、不平衡電圧として出力電圧を検出し、この出力電圧の大きさによって、Ｘ軸廻りに作用した角速度の大きさを検出することが可能となっている。尚、Ｙ軸用ブリッジ回路とＺ軸用ブリッジ回路に関しては、Ｘ軸用ブリッジ回路２４と同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。

以下、角速度センサ１による各軸廻りの角速度の検出について、図４乃至図６を用いて説明する。まず、Ｘ軸廻りの角速度の検出について図４を用いて説明する。角速度センサ１に対してＸ軸廻りの角速度が作用しない場合、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂから相対向するように噴射されたガスは、図中に点線で示すように、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが各サブノズル１０ａ，１０ｂからそれぞれ略水平方向に向くような流れになる。この時、サブノズル１０ａからＸ軸用温度センサ１９Ａに吹き付けられるガスの量と、サブノズル１０ｂからＸ軸用温度センサ１９Ｂに吹き付けられるガスの量が等しいため、左右のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂの表面温度は等しく、その抵抗値も等しい大きさである。従って、前記Ｘ軸用ブリッジ回路２４のバランスは崩れず、出力電圧も検出されないことから、Ｘ軸廻りの角速度の大きさは０であると検出される。

他方、角速度センサ１に対してＸ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によって、図４に示すように、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂから噴射されたガスの流れにそれぞれ変化が生じる。具体的には、サブノズル１０ａから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが鉛直下方に向かってカーブするように、すなわちＸ軸用温度センサ１９Ａから遠ざかるように流れが変化する。一方、サブノズル１０ｂから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが鉛直上方に向かってカーブするように、すなわちＸ軸用温度センサ１９Ｂに近付くように流れが変化する。従って、Ｘ軸用温度センサ１９Ａは、サブノズル１０ａから吹き付けられるガスの量が減少することにより、その表面温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。一方、Ｘ軸用温度センサ１９Ｂは、サブノズル１０ｂから吹き付けられるガスの量が増加することにより、その表面温度が低下し、抵抗値が小さくなる。これにより、前記Ｘ軸用ブリッジ回路２４のバランスが崩れて出力電圧が検出され、その大きさによりＸ軸廻りの角速度の大きさが検出される。

尚、Ｘ軸廻りの角速度が本実施例とは逆廻りに作用する場合も、同様にして角速度の大きさが検出される。すなわち、図に詳細は示さないが、サブノズル１０ａから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線ＧｃがＸ軸用温度センサ１９Ａに近付くように流れが変化し、サブノズル１０ｂから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線ＧｃがＸ軸用温度センサ１９Ｂから遠ざかるように流れが変化する。これにより、Ｘ軸用温度センサ１９Ａはサブノズル１０ａから吹き付けられるガスの量が増加する一方、Ｘ軸用温度センサ１９Ｂはサブノズル１０ｂから吹き付けられるガスの量が減少するため、前述と同様にしてＸ軸用ブリッジ回路２４のバランスが崩れ、出力電圧が検出される。また、本実施例では、左右のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂを左右のサブノズル１０ａ，１０ｂよりＺ軸方向上方にそれぞれ配置しているが、これに代えて左右のサブノズル１０ａ，１０ｂよりＺ軸方向下方にそれぞれ配置することも可能である。この場合も、Ｘ軸廻りの角速度が作用して、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂから噴射されるガスの流れに変化が生じると、左右のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂに吹き付けられるガスの量に差が生じるため、上記と同様の作用効果が得られる。更に、図４に詳細は示さないが、本実施例に加えて、左右のサブノズル１０ａ，１０ｂよりＺ軸方向下方にも２個のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂを配置して、計４個のＸ軸用温度センサを配置することも可能である。この場合、２個のＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂを配置する場合と比較して、２倍の感度が得られるという利点がある。

次に、Ｙ軸廻りの角速度の検出について図５を用いて説明する。角速度センサ１に対してＹ軸廻りの角速度が作用しない場合、メインノズル９から噴射されたガスは、図中に点線で示すように、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃがメインノズル９から略水平方向に向くような流れになる。この時、左右のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、メインノズル９から吹き付けられるガスの量が等しいため、その表面温度は等しく、抵抗値も等しい大きさである。従って、前記Ｙ軸用ブリッジ回路のバランスは崩れず、出力電圧も検出されないことから、Ｙ軸廻りの角速度の大きさは０であると検出される。

他方、角速度センサ１に対してＹ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によって、図５に示すように、メインノズル９から噴射されたガスの流れに変化が生じる。具体的には、メインノズル９から噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが鉛直上方に向かってカーブするように、すなわち各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂに近付くように流れが変化する。ここで、各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、前述のように、メインノズル９よりＺ軸方向上方に、左右のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂ同士が略同じ高さ位置となるようにそれぞれ配置されているため、Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂがメインノズル９から吹き付けられるガスの量は共に増加する。しかし、図５に示すように、Ｘ軸方向に向かってメインノズル９から離間したＹ軸用温度センサ２０Ｂの方が、メインノズル９に近接したＹ軸用温度センサ２０Ａよりも、ガスの流れのＺ軸方向中心線Ｇｃにより近付く分、吹き付けられるガスの増量分は多くなる。従って、Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂは、共にその表面温度が低くなり、抵抗値が小さくなるものの、その度合いは、Ｙ軸用温度センサ２０Ｂの方がＹ軸用温度センサ２０Ａよりも大きくなる。これにより、前記Ｙ軸用ブリッジ回路のバランスが崩れて出力電圧が検出され、その大きさによりＹ軸廻りの角速度の大きさが検出される。

尚、Ｙ軸廻りの角速度が本実施例とは逆廻りに作用する場合も、同様にして角速度の大きさが検出される。すなわち、図に詳細は示さないが、メインノズル９から噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂから遠ざかるように流れが変化する。しかし、Ｙ軸用温度センサ２０Ｂの方が、Ｙ軸用温度センサ２０Ａよりもガスの流れのＺ軸方向中心線Ｇｃからより遠ざかる分、吹き付けられるガスの減量分は多くなり、前述と同様にしてＹ軸用ブリッジ回路のバランスが崩れ、出力電圧が検出される。また、本実施例では、各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂをメインノズル９よりＺ軸方向上方にそれぞれ配置しているが、これに代えてメインノズル９よりＺ軸方向下方にそれぞれ配置することも可能である。この場合も、Ｙ軸廻りの角速度が作用して、メインノズル９から噴射されるガスの流れに変化が生じると、各Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂに吹き付けられるガスの量に差が生じるため、上記と同様の作用効果が得られる。更に、図５に詳細は示さないが、本実施例に加えて、左右のメインノズル９よりＺ軸方向下方にも２個のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂを配置して、計４個のＹ軸用温度センサを配置することも可能である。この場合、２個のＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂを配置する場合と比較して、２倍の感度が得られるという利点がある。

次に、Ｚ軸廻りの角速度の検出について図６を用いて説明する。角速度センサ１に対してＺ軸廻りの角速度が作用しない場合、メインノズル９から噴射されたガスは、図中に点線で示すように、流れのＹ軸方向中心線Ｇｃがメインノズル９からＸ軸方向に向くような流れになる。この時、各Ｚ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂは、メインノズル９から吹き付けられるガスの量が等しいため、その表面温度は等しく、抵抗値も等しい大きさである。従って、前記Ｚ軸用ブリッジ回路のバランスは崩れず、出力電圧も検出されないことから、Ｚ軸廻りの角速度の大きさは０であると検出される。

他方、角速度センサ１に対してＺ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によって、図６に示すように、メインノズル９から噴射されたガスの流れに変化が生じる。具体的には、メインノズル９から噴射されたガスは、流れのＹ軸方向中心線Ｇｃが図中で下方に向かってカーブするように、すなわちＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂに近付くように流れが変化する。従って、Ｚ軸用温度センサ２１Ｂは、メインノズル９から吹き付けられるガスの量が増加することにより、その表面温度が低下し、抵抗値が小さくなる。一方、Ｚ軸用温度センサ２１Ａは、メインノズル９から吹き付けられるガスの量が減少することにより、その表面温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。これにより、前記Ｚ軸用ブリッジ回路のバランスが崩れて出力電圧が検出され、その大きさによりＺ軸廻りの角速度の大きさが検出される。

尚、Ｚ軸廻りの角速度が本実施例とは逆廻りに作用する場合も、同様にして角速度の大きさが検出される。すなわち、図に詳細は示さないが、メインノズル９から噴射されたガスは、流れのＹ軸方向中心線Ｇｃが図中で上方に向かってカーブするように、すなわちＺ軸用温度センサ２１Ａに近付くように流れが変化する。従って、Ｚ軸用温度センサ２１Ａに吹き付けられるガスの量が増加し、Ｚ軸用温度センサ２１Ｂに吹き付けられるガスの量が減少することにより、前述と同様にしてＺ軸用ブリッジ回路のバランスが崩れて出力電圧が検出される。

尚、本実施例では説明の便宜上、互いに直交する３軸のうち、ある１つの軸成分だけを持つ角速度が作用した場合を例に説明したが、２つ以上の軸成分を持つ角速度が作用した場合には、各軸用の温度センサや各軸用のブリッジ回路によって各軸成分がそれぞれ同時に検出される。また、本実施例では、図１に示すように、センサ基板３の長手方向をＸ軸方向に、幅方向をＹ軸方向に、厚み方向をＺ軸方向にそれぞれ設定したが、このＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を相互に入れ替えて設定することも可能である。

また、本実施例に角速度センサ１は、Ｘ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂ、Ｙ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂ、及びＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂをセンサ基板３上に設けることで３軸角速度センサとして構成したが、これに限られず、例えばＸ軸用温度センサ１９Ａ，１９Ｂのみを設けて１軸角速度センサとして構成したり、Ｘ軸用温度センサ１９Ａ，１９ＢとＹ軸用温度センサ２０Ａ，２０Ｂを設けて２軸角速度センサとして構成してもよい。

次に、本発明の第２実施例に係る角速度センサの構成について図面に基づいて説明する。第２実施例に係る角速度センサ３０は、図に詳細は示さないが、第１実施例に係る角速度センサ１と同様に、センサ基板と、角速度検出ユニットと、上下一対のキャップ部材とを備えた流体式の３軸角速度センサである。

図８は、角速度センサ３０を構成するセンサ基板３１の構成を示す概略平面図である。センサ基板３１は、平面視で略矩形に形成され、その中央部には、上面から段落ちしてポンプ空間３２が形成されている。そして、センサ基板３１の上面には、ポンプ空間３２から四方に広がるようにして溝状のガス流路３３がそれぞれ形成されるとともに、各ガス流路３３とポンプ空間３２を連通するようにして幅狭のノズル３４がそれぞれ設けられている。一方、ポンプ空間３２には、薄膜上のダイアフラム３５が配設されている。また、図９に示すように、キャップ部材のうちセンサ基板３１の上方を覆う上キャップ３６には、その裏側面に、センサ基板３１のガス流路３３に対応する形状の溝部３７が形成されるとともに、センサ基板３１のポンプ空間３２に対応する位置に、ガス導入孔３８が貫通形成されている。このような構成により、ダイアフラム３５が振動することにより、図８と図９に示すように、ガス導入孔３８から導入されたポンプ空間３２内のガスが、ノズル３４を介して各ガス流路３３へとそれぞれ送り出され、各ガス流路３３の他端部に設けられたガス排出口３９からセンサ基板３１の外部へ排出されるものとなっている。

一方、図８に示すように、角速度センサ３０を構成する各速度検出ユニット４０は、Ｘ軸廻りの角速度を検出する一対のＸ軸用温度センサ４１Ａ，４１Ｂと、Ｙ軸廻りの角速度を検出する一対のＹ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂと、Ｚ軸廻りの角速度を検出する一対のＺ軸用温度センサ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄと、各温度センサをガス流路２上に支持するワイヤ支持体４４と、各温度センサに生じた抵抗値変化をそれぞれ検出するブリッジ回路部（図８には不図示）とを備えている。

一対のＸ軸用温度センサ４１Ａ，４１Ｂは、図８に示すように、Ｙ軸方向に延びるガス流路３３を横切るようにしてそれぞれ配置され、その長手方向両端部が前記ワイヤ支持体４４によってそれぞれ支持されている。ここで、図９は、図８においてダイアフラム３５を通ってＹ軸に垂直な縦断面を示す概略縦断面図である。左右一対のＸ軸用温度センサ４１Ａ，４１Ｂは、ノズル３４よりＺ軸方向上方に、左右のＸ軸用温度センサ４１Ａ，４１Ｂ同士が略同じ高さ位置になるようにそれぞれ配置されている。

一対のＹ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂは、図８に示すように、Ｘ軸方向に延びるガス流路３３を横切るようにしてそれぞれ配置され、その長手方向両端部は前記ワイヤ支持体４４によってそれぞれ支持されている。ここで、図１０は、図８においてダイアフラム３５を通ってＸ軸に垂直な縦断面を示す概略縦断面図である。左右一対のＹ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂは、ノズル３４よりＺ軸方向上方に、左右のＹ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂ同士が略同じ高さ位置になるようにそれぞれ配置されている。

二対のＺ軸用温度センサ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄは、図８に示すように、Ｘ軸方向に延びるガス流路３３に略平行するようにして、且つ、各一対のＺ軸用温度センサ４３Ａ，４３ＢとＺ軸用温度センサ４３Ｃ，４３Ｄとがそれぞれ所定間隔で相対向するようにしてそれぞれ配置され、その長手方向両端部が前記ワイヤ支持体４４によってそれぞれ支持されている。

また、角速度センサ３０を構成するブリッジ回路部は、図８に詳細は示さないが、Ｘ軸用温度センサ４１Ａ，４１Ｂの抵抗値変化を検出するＸ軸用ブリッジ回路と、Ｙ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂの抵抗値変化を検出するＹ軸用ブリッジ回路と、Ｚ軸用温度センサ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄの抵抗値変化を検出するＺ軸用ブリッジ回路とを備えるものである。ここで、本実施例のＸ軸用ブリッジ回路は、図７に示す第１実施例のＸ軸用ブリッジ回路２４と同様の構成であって、２個の可変抵抗としてのＸ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂと、２個の参照抵抗とを備えたいわゆるハーフブリッジ回路であるため、ここでは説明を省略する。同様に、本実施例のＹ軸用ブリッジ回路も、２個の可変抵抗としてのＹ軸用温度センサ４２Ａ，４２Ｂと、２個の参照抵抗とを備えたいわゆるハーフブリッジ回路である。また、図１２は、本実施例のＺ軸用ブリッジ回路４５の構成を示す図である。Ｚ軸用ブリッジ回路４５は、４個の可変抵抗としてのＺ軸用温度センサ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄを備えたいわゆるフルブリッジ回路である。

以下、角速度センサ３０による各軸廻りの角速度の検出について、図９乃至図１１を用いて説明する。まず、Ｘ軸廻りの角速度の検出について図９を用いて説明する。角速度センサ３０に対してＸ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によって、図９に示すように、左右のノズル３４ａ，３４ｂから噴射されたガスの流れにそれぞれ変化が生じる。具体的には、ノズル３４ａから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが鉛直下方に向かってカーブするように、すなわちＸ軸用温度センサ４１Ａから遠ざかるように流れが変化する。一方、ノズル３４ｂから噴射されたガスは、流れのＺ軸方向中心線Ｇｃが鉛直上方に向かってカーブするように、すなわちＸ軸用温度センサ４１Ｂに近付くように流れが変化する。従って、Ｘ軸用温度センサ４１Ａは、ノズル３４ａから吹き付けられるガスの量が減少することにより、その表面温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。一方、Ｘ軸用温度センサ４１Ｂは、ノズル３４ｂから吹き付けられるガスの量が増加することにより、その表面温度が低下し、抵抗値が小さくなる。これにより、前記Ｘ軸用ブリッジ回路のバランスが崩れて出力電圧が検出され、その大きさによりＸ軸廻りの角速度の大きさが検出される。また、Ｙ軸廻りの角速度の検出は、図１０に示すように、Ｘ軸廻りの角速度の検出方法と同様であるため説明を省略する。

次に、Ｚ軸廻りの角速度の検出について図１１を用いて説明する。角速度センサ３０に対してＺ軸廻りの角速度が作用した場合、コリオリ力の作用によって、図１１に示すように、ノズル３４ａ，３４ｂから噴射されたガスの流れに変化が生じる。具体的には、ノズル３４ａから噴射されたガスは、流れのＹ軸方向中心線Ｇｃが図中で上方に向かってカーブするように、すなわちＺ軸用温度センサ４３Ａに近付き、Ｚ軸用温度センサ４３Ｂから遠ざかるように流れが変化する。従って、Ｚ軸用温度センサ４３Ａは、ノズル３４ａから吹き付けられるガスの量が増加して表面温度が低下し、抵抗値が小さくなり、Ｚ軸用温度センサ４３Ｂは、ノズル３４ａから吹き付けられるガスの量が減少して表面温度が上昇する。一方、ノズル３４ｂから噴射されたガスは、流れのＹ軸方向中心線Ｇｃが図中で下方に向かってカーブするように、すなわちＺ軸用温度センサ４３Ｃから遠ざかり、Ｚ軸用温度センサ４３Ｄに近づくように流れが変化する。従って、Ｚ軸用温度センサ４３Ｃは、ノズル３４ｂから吹き付けられるガスの量が減少して表面温度が上昇し、抵抗値が大きくなり、Ｚ軸用温度センサ４３Ｄは、ノズル３４ｂから吹き付けられるガスの量が増加して表面温度が低下し、抵抗値が小さくなる。これにより、前記Ｚ軸用ブリッジ回路４５のバランスが崩れて出力電圧が検出され、その大きさによりＺ軸廻りの角速度の大きさが検出される。

本発明に係る角速度センサは、自動車のブレーキ制御（ＡＢＳ），横滑り防止，ナビゲーションシステムや、船舶のローリング制御（スタビライザ）や、カメラの手ぶれ防止や、ロボットや、ゲーム機等に適用が可能である。

本発明の第１実施例に係る角速度センサ１の外観を示す概略斜視図。 センサ基板３の構成を示す概略平面図。 図１におけるガス流路２近傍を拡大した部分拡大斜視図。 図３のＡ−Ａ断面を示す概略縦断面図。 図３のＢ−Ｂ断面を示す概略縦断面図。 図３において一対のＺ軸用温度センサ２１Ａ，２１Ｂを上方から見た概略平面図。 第１実施例のＸ軸用ブリッジ回路２４の構成を示す図。 本発明の第２実施例に係る角速度センサ３０の外観を示す概略斜視図。 図８においてダイアフラム３５を通ってＹ軸に垂直な縦断面を示す概略縦断面図。 図８においてダイアフラム３５を通ってＸ軸に垂直な縦断面を示す概略縦断面図。 Ｚ軸廻りの角速度の検出を説明するための説明図。 第２実施例のＺ軸用ブリッジ回路４５の構成を示す図。 従来例に係る流体式の多軸型角速度センサの一例であって、互いに直交する２軸廻りの角速度を検出可能な２軸角速度センサ７０の構成を示す分解斜視図。

符号の説明

１ 角速度センサ
２ ガス流路
９ メインノズル
１０ａ，１０ｂ サブノズル
１９Ａ，１９Ｂ Ｘ軸用温度センサ
２０Ａ，２０Ｂ Ｙ軸用温度センサ
２１Ａ，２１Ｂ Ｚ軸用温度センサ
２４ Ｘ軸用ブリッジ回路
Ｇｃ ガスの流れの中心線

Claims (6)

1. ガスが流通するガス流路と、該ガス流路に設けられて温度変化に応じて抵抗値が変化する複数の温度センサと、該各温度センサに生じた抵抗値変化の差を検出することにより、角速度の作用によって生じたガスの流れの変化を検出するブリッジ回路と、を備えてなる角速度センサにおいて、
   前記ガス流路に、互いに逆向きにガスを噴射する一対のノズルが設けられるとともに、該一対のノズルからガスの流れ方向下流側に略等しい距離ずつ離間し、且つ、前記一対のノズルがそれぞれ噴射するガスの流れの中心線から略同じ方向に略同じ距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする角速度センサ。
2. 前記一対のノズルがそれぞれ噴射するガスの流れの中心線を挟んで前記一対の温度センサの反対側に、他の一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記ガス流路に、前記一対のノズルとは別の他のノズルが設けられるとともに、該他のノズルのガスの流れ方向下流側に、ガスの流れ方向に向かって所定間隔で、一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の角速度センサ。
4. 前記他のノズルが噴射するガスの流れの中心線を挟んで、ガスの流れに略直交する方向に向かってガスの流れの中心線から略等しい距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項３に記載の角速度センサ。
5. ガスが流通するガス流路と、該ガス流路に設けられて温度変化に応じて抵抗値が変化する複数の温度センサと、該各温度センサに生じた抵抗値変化の差を検出することにより、角速度の作用によって生じたガスの流れの変化を検出するブリッジ回路と、を備えてなる角速度センサにおいて、
   前記ガス流路に、ガスを噴射するノズルが設けられるとともに、該ノズルのガスの流れ方向下流側に、ガスの流れ方向に向かって所定間隔で、一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする角速度センサ。
6. 前記ノズルが噴射するガスの流れの中心線を挟んで、ガスの流れに略直交する方向に向かってガスの流れの中心線から略等しい距離ずつ離間した位置に、一対の温度センサがそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。

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