JP2009192400A - 角速度センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 主振動子210に可撓性の内側架橋部221,241を介して副振動子225,245を接続する。副振動子225,245は、可撓性の外側架橋部222,242を介して台座260に接続し、台座260を装置筐体280に固定する。内側架橋部221,241の上面に圧電素子X11〜X14を固定する。一部の圧電素子に交流電圧を供給して主振動子210を振動させ、主振動子210に作用したコリオリ力を別な圧電素子の発生電荷として検出し、角速度の検出値を求める。主振動子210から装置筐体280へ漏れ出る振動エネルギーは、副振動子225,245の運動により吸収される。外側架橋部222,242の上面にも圧電素子を設け、交流電圧を供給し、副振動子225,245を主振動子とは逆方向に運動させれば、振動漏れを更に低減できる。
【選択図】図6
Description
主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、主振動子と副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、副振動子と台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、
台座を支持固定するとともに、主振動子および副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、
装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、
主振動子が周期的運動を行っている状態において、主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、
を設けるようにしたものである。
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成され、
台座が、環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、中心部重錘体とM個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部および外側架橋部が1組ずつ配置されているようにしたものである。
副振動子を構成する重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、
副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
X軸の正の領域上にX軸正側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側重錘体が配置され、
一端が中心部重錘体に接続され、他端がX軸正側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がY軸正側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がX軸負側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がY軸負側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端がX軸正側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がY軸正側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がX軸負側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がY軸負側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成されているようにしたものである。
X軸正側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部が接続され、X軸正側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部が接続され、X軸正側重錘体の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸正側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部が接続され、Y軸正側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部が接続され、Y軸正側重錘体の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
X軸負側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部が接続され、X軸負側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部が接続され、X軸負側重錘体の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸負側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部が接続され、Y軸負側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部が接続され、Y軸負側重錘体の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
X軸正側重錘体、Y軸正側重錘体、X軸負側重錘体、Y軸負側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっているようにしたものである。
副振動子を構成する複数M個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成したものである。
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
内側接続部材が、中心部重錘体の側面を取り囲む内側板状構造体によって構成され、
副振動子が、内側板状構造体を取り囲む環状重錘体によって構成され、
外側接続部材が、環状重錘体を取り囲む外側板状構造体によって構成され、
台座が、外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成されているようにしたものである。
環状重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側板状構造体の外側部分が接続され、環状重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側板状構造体の内側部分が接続され、
環状重錘体の上面に、当該上面の輪郭線に沿った溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が座標系のXY平面に沿った上面を有し、環状重錘体のXY平面に対する投影像が、原点Oを中心とする円環形状をなすようにしたものである。
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、中心部重錘体の側面を取り囲む内側環状閉領域内に配置された複数M個の内側重錘体と、内側環状閉領域を取り囲む外側環状閉領域内に配置された複数M個の外側重錘体と、によって構成され、
台座が、外側環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、中心部重錘体とM個の内側重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、M個の外側重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成され、
基本構造体が、M個の内側重錘体とM個の外側重錘体とを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された中間接続部材を更に有するようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ内側重錘体と外側重錘体とが1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部、中間架橋部、外側架橋部が1組ずつ配置されているようにしたものである。
内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、内側重錘体の「外側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の一端が接続され、外側重錘体の「内側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の他端が接続され、外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、
内側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成され、外側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
内側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側内側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側内側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側内側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側内側重錘体が配置され、
外側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側外側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側外側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側外側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側外側重錘体が配置され、
一端が中心部重錘体に接続され、他端がX軸正側内側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がY軸正側内側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がX軸負側内側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端がY軸負側内側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端がX軸正側外側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がY軸正側外側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がX軸負側外側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端がY軸負側外側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成され、
一端がX軸正側内側重錘体に接続され、他端がX軸正側外側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側中間架橋部と、一端がY軸正側内側重錘体に接続され、他端がY軸正側外側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側中間架橋部と、一端がX軸負側内側重錘体に接続され、他端がX軸負側外側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側中間架橋部と、一端がY軸負側内側重錘体に接続され、他端がY軸負側外側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側中間架橋部と、によって中間接続部材が構成されているようにしたものである。
X軸正側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部が接続され、X軸正側内側重錘体の「X軸正側外側重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部の一端が接続され、X軸正側外側重錘体の「X軸正側内側重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部の他端が接続され、X軸正側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部が接続され、X軸正側内側重錘体の上面およびX軸正側外側重錘体の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸正側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部が接続され、Y軸正側内側重錘体の「Y軸正側外側重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部の一端が接続され、Y軸正側外側重錘体の「Y軸正側内側重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部の他端が接続され、Y軸正側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部が接続され、Y軸正側内側重錘体の上面およびY軸正側外側重錘体の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
X軸負側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部が接続され、X軸負側内側重錘体の「X軸負側外側重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部の一端が接続され、X軸負側外側重錘体の「X軸負側内側重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部の他端が接続され、X軸負側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部が接続され、X軸負側内側重錘体の上面およびX軸負側外側重錘体の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸負側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部が接続され、Y軸負側内側重錘体の「Y軸負側外側重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部の一端が接続され、Y軸負側外側重錘体の「Y軸負側内側重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部の他端が接続され、Y軸負側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部が接続され、Y軸負側内側重錘体の上面およびY軸負側外側重錘体の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
X軸正側内側重錘体、Y軸正側内側重錘体、X軸負側内側重錘体、Y軸負側内側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の内側重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっており、
X軸正側外側重錘体、Y軸正側外側重錘体、X軸負側外側重錘体、Y軸負側外側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の外側重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっているようにしたものである。
副振動子を構成する複数M個の内側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の内側環状重錘体を構成し、
副振動子を構成する複数M個の外側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の外側環状重錘体を構成したものである。
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、中心部重錘体を離隔した状態で取り囲む内側環状重錘体と、内側環状重錘体を離隔した状態で取り囲む外側環状重錘体と、によって構成され、
内側接続部材が、中心部重錘体の側面を取り囲むように配置され、内側部分が中心部重錘体に接続され、外側部分が内側環状重錘体に接続された内側板状構造体によって構成され、
外側接続部材が、外側環状重錘体を取り囲むように配置され、内側部分が外側環状重錘体に接続され、外側部分が台座に接続された外側板状構造体によって構成され、
台座が、外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成され、
内側環状重錘体と外側環状重錘体との間に、両者を接続する可撓性をもった中間板状構造体よって構成された中間接続部材が配置されているようにしたものである。
内側環状重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側板状構造体の外側部分が接続され、内側環状重錘体の「外側環状重錘体に対する対向面」の上端に中間板状構造体の内側部分が接続され、外側環状重錘体の「内側環状重錘体に対する対向面」の上端に中間板状構造体の外側部分が接続され、外側環状重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側板状構造体の内側部分が接続され、
内側環状重錘体の上面に、当該内側環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されており、外側環状重錘体の上面に、当該外側環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体がこの座標系のXY平面に沿った上面を有し、内側環状重錘体および外側環状重錘体のXY平面に対する投影像が、原点Oを中心とする円環形状をなすようにしたものである。
主振動子が、中心部重錘体から構成され、
中心部重錘体の側面を取り囲む位置に「第1周目の環状閉領域」を定義し、「第1周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第2周目の環状閉領域」を定義し、...、「第(n−1)周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第n周目の環状閉領域」を定義したときに(但し、nは任意の自然数)、
副振動子が、「第1周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第1周目の重錘体」と、「第2周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第2周目の重錘体」と、...、「第n周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第n周目の重錘体」と、によって構成され、
台座が、「第n周目の環状閉領域」を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、中心部重錘体とM個の「第1周目の重錘体」のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、M個の「第n周目の重錘体」のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成され、
基本構造体が、M個の「第i周目の重錘体」のそれぞれとM個の「第(i+1)周目の重錘体」のそれぞれとを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))を更に有するようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ第k周目(但し、k=1〜n)の重錘体がそれぞれ1個ずつ配置され、各放射線に沿って1組の内側架橋部と、1組の外側架橋部と、(n−1)組の中間架橋部が配置されているようにしたものである。
副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための架橋部が接続され、
副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、
「第k周目の環状閉領域」内には、X軸の正の領域上に「第k周目のX軸正側重錘体」が配置され、Y軸の正の領域上に「第k周目のY軸正側重錘体」が配置され、X軸の負の領域上に「第k周目のX軸負側重錘体」が配置され、Y軸の負の領域上に「第k周目のY軸負側重錘体」が配置され(但し、k=1〜n)、
一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成され、
一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のX軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のY軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のX軸負側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のY軸負側中間架橋部」と、によって「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))が構成されているようにしたものである。
副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行う架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行う架橋部が接続され、
副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている座標軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにしたものである。
第k周目のそれぞれについて(但し、k=1〜n)、X軸正側重錘体、Y軸正側重錘体、X軸負側重錘体、Y軸負側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっているようにしたものである。
副振動子を構成する複数M個の「第k周目の重錘体」を順番に環状連結することにより、単一の「第k周目の環状重錘体」(但し、k=1〜n)を構成したものである。
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、中心部重錘体を離隔した状態で取り囲む「第1周目の環状重錘体」と、「第1周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第2周目の環状重錘体」と、...、「第(n−1)周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第n周目の環状重錘体」と、によって構成され、
内側接続部材が、中心部重錘体の側面を取り囲むように配置され、内側部分が中心部重錘体に接続され、外側部分が「第1周目の環状重錘体」に接続された内側板状構造体によって構成され、
外側接続部材が、「第n周目の環状重錘体」を取り囲むように配置され、内側部分が「第n周目の環状重錘体」に接続され、外側部分が台座に接続された外側板状構造体によって構成され、
台座が、外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成され、
「第i周目の環状重錘体」と「第(i+1)周目の環状重錘体」との間に、両者を接続する可撓性をもった中間板状構造体よって構成された「第i周目の中間接続部材」が配置されている(但し、i=1〜(n−1))ようにしたものである。
副振動子を構成する各環状重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための板状構造体が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための板状構造体が接続され、
各環状重錘体の上面に、当該環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されているようにしたものである。
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体がこの座標系のXY平面に沿った上面を有し、各環状重錘体のXY平面に対する投影像が、原点Oを中心とする円環形状をなすようにしたものである。
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された駆動用圧電素子と、この駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
駆動手段が、主振動子の表面に設けられた駆動用変位電極と、駆動用変位電極に対向し、装置筐体に固定された駆動用固定電極と、これら一対の駆動用電極間に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、主振動子の表面に設けられた検出用変位電極と、検出用変位電極に対向し、装置筐体に固定された検出用固定電極と、これら一対の検出用電極間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
駆動手段が、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、装置筐体内で副振動子が主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動するようにしたものである。
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された主駆動用圧電素子と、外側接続部材の表面に固定された副駆動用圧電素子と、主駆動用圧電素子および副駆動用圧電素子にそれぞれ交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
主振動子の質量と副振動子の質量とが等しくなるようにしたものである。
駆動手段が、主振動子および副振動子を所定の共通振動軸に平行な方向にそれぞれ同一振幅および同一振動数で単振動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動するようにしたものである。
駆動手段が、主振動子および副振動子を所定の共通基準面にそれぞれ平行な固有の運動平面上で、互いに同一周期で逆まわりとなるように円運動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動するようにしたものである。
はじめに、前掲の各特許文献などで提案されている従来の角速度センサの基本構造体の一例を示す。図1は、この従来のセンサで用いられている基本構造体100の上面図であり、図2は、図1に示す基本構造体100の側断面図である。図示のとおり、この基本構造体100は、平面が正方形をした板状の構造体であり、その上面は平面を形成している。ここでは、説明の便宜上、図1に示すように、基本構造体100の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体100の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図1において、X軸は右方、Y軸は上方、Z軸は紙面に垂直上方になる。図2は、図1に示す基本構造体100を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサに利用される基本構造体200を示す上面図であり、図4はその側断面図である。この基本構造体200の主たる構造は、§1で述べた基本構造体100の構造と同様である。すなわち、この基本構造体200は、平面が正方形をした板状の構造体であり、中心部重錘体210と、これを取り囲むように配置されたフレーム状の台座260との間を、4本の架橋部によって接続した構成をとる。但し、4本の架橋部の中間部分には、後述するように、それぞれ別な重錘体が設けられている。
§2では、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサに用いる基本構造体200の構造を述べた。実際には、この基本構造体200は、たとえば、シリコンなどの半導体基板に対してエッチング処理や機械的な切削加工などを施すことにより構成することができる。
ここでは、§3で述べた第1の実施形態に係る角速度センサの変形例をいくつか述べておく。なお、ここで述べる変形例は、§5以降で述べる他の実施形態にも同様に適用可能である。
§3で述べた実施形態では、図5に示す8個の圧電素子のうち、内側に配置された4個の圧電素子X12,X13,Y12,Y13を駆動用圧電素子として利用し、外側に配置された4個の圧電素子X11,X14,Y11,Y14を検出用圧電素子として利用しているが、圧電素子の役割は逆にしてもかまわない。ただ、図8(a) に示す交流駆動信号φ1を各駆動用圧電素子X11,X14,Y11,Y14に供給した場合の主振動子210の変位方向は逆点するため、主振動子210の変位は、図8(b) に示すグラフとは異なる点を考慮する必要がある。また、検出用圧電素子X12,X13,Y12,Y13に発生する電荷の極性も、圧電素子X11,X14,Y11,Y14を検出用圧電素子として利用した場合とは異なるため、角速度検出回路40における信号処理を行う上でも留意する必要がある。
§3で述べた実施形態では、主振動子210をZ軸方向に単振動させた例を示したが、主振動子210が行う周期的運動は、このようなZ軸方向への単振動に限定されるものではない。
角速度検出の基本原理は、質量mをもった振動子が第1の座標軸方向に所定速度Vで運動しているときに、この振動子に第2の座標軸方向に作用するコリオリ力Fが作用していれば、装置筐体に対して第3の座標軸まわりに作用している角速度ωは、「F=2m・V・ω」なる式を満たす、というものである。したがって、この式を利用すれば、本発明に係る角速度センサを、2軸まわりの角速度を検出する2軸角速度センサとして利用したり、3軸まわりの角速度を検出する3軸角速度センサとして利用したりすることが可能である。
§3で述べた第1の実施形態に係る角速度センサは、図6の側断面図に示す構造を有している。この図6では、図示の便宜上、圧電素子X11〜X14をそれぞれ単純な黒いバーとして示してあるが、実際には、これら各圧電素子は、図7(a) の側断面図に示されているとおり、板状の圧電素子本体部P、上方電極EU、下方電極ELによって構成されている。したがって、図6の側断面図の一部を拡大して示すと、図12の側断面図のようになる。すなわち、X軸正側内側架橋部221の上面に圧電素子X11,X12が配置され、X軸負側内側架橋部241の上面に圧電素子X13,X14が配置され、各圧電素子はいずれも圧電素子本体部P、上方電極EU、下方電極ELの3層によって構成されている。Y軸上に配置されている圧電素子Y11〜Y14も同様である。
図16は、図4に示す本発明の第1の実施形態に係る基本構造体200の変形例を示す側断面図である。図16に示されている基本構造体200′は、図4に示されている基本構造体200の溝部G1〜G4を省略したものであり、副振動子として機能するX軸上に配置された重錘体225′,245′(および図16には示されていないY軸上に配置された重錘体235′,255′)の上面に、溝部G1〜G4は形成されていない。
§3では、主振動子を運動させる駆動手段および主振動子に作用するコリオリ力を検出する検出手段として圧電素子を利用した例を述べた。たとえば、図5に示す例の場合、内側接続部材の表面に固定された4個の駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13と、これらの駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路30(図9参照)とによって駆動手段が構成され、内側接続部材の表面に固定された4個の検出用圧電素子X11,Y11,X14,Y14と、これらの検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路40(図9参照)とによって検出手段が構成されていた。
続いて、本発明の第2の実施形態に係る角速度センサを述べる。ここで述べる角速度センサに用いられる基本構造体の特徴は、主振動子を二重に取り囲む位置に副振動子を配置した点にある。
ここでは、本発明の3の実施形態に係る角速度センサを述べる。これまで述べた第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体200(図3参照)および第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体300(図17参照)は、主振動子を四方からビーム構造体によって支持し、このビーム構造体の途中に副振動子を設ける構造をとっている。これに対して、ここで述べる第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体の特徴は、主振動子の周囲全体をダイアフラム構造体によって支持する点にある。
続いて、本発明の第4の実施形態に係る角速度センサを述べる。図27は、この第4の実施形態に係る角速度センサの基本構造体500を示す上面図であり、図28は、側断面図である。ここでも、説明の便宜上、基本構造体500の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体500の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図28は、図27に示す基本構造体500を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。
本発明の基本概念は、台座に対して主振動子を支持する可撓性接続部材の途中に副振動子を設け、主振動子の周期的運動による振動エネルギーを副振動子によって吸収させ、台座を介して装置筐体に振動漏れが生じることを抑制する点にある。したがって、本発明を実施する上では、ある程度の質量をもった副振動子が不可欠な要素になる。
既に述べたとおり、本発明に係る角速度センサに用いる基本構造体では、台座に対して主振動子を支持する可撓性接続部材の途中に副振動子を設けたため、主振動子の周期的運動による振動エネルギーを副振動子によって吸収させ、台座を介して装置筐体に振動漏れが生じることを抑制することができる。ただ、これまで述べてきた実施形態では、副振動子は受動的な機能を果たすのみであり、振動漏れを解消するための能動的な作用を果たすことはなかった。ここでは、これまで述べてきた様々な実施形態に係る角速度センサにおいて、副振動子に能動的な作用を果たさせ、振動漏れをより効果的に解消させる工夫を説明する。
これまで、本発明に係る角速度センサをいくつかの実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、これらの実施形態や変形例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。ここでは、本発明に係る技術思想を総括しておく。
30,35:駆動制御回路
31:交流信号源
40,45:角速度検出回路
91:主振動子
92:副振動子
93:接続部材
100:従来の角速度センサの基本構造体
110:重錘体(振動子)
120〜150:架橋部
160:台座
180:装置筐体
200:本発明の第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
200′:本発明の第1の実施形態の変形例に係る角速度センサの基本構造体
200*:参考例に係る角速度センサの基本構造体
210:中心部重錘体(主振動子)
221:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
222:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
225,225′:X軸正側重錘体(副振動子)
225*:U字状架橋部
231:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
232:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
235:Y軸正側重錘体(副振動子)
241:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
242:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
245,245′:X軸負側重錘体(副振動子)
245*:U字状架橋部
251:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
252:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
255:Y軸負側重錘体(副振動子)
260:台座
280:装置筐体
300:本発明の第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
300*:参考例に係る角速度センサの基本構造体
310:中心部重錘体(主振動子)
321:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
322:X軸正側中間架橋部(中間接続部材)
323:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
325:X軸正側内側重錘体(副振動子)
325*:U字状架橋部
326:X軸正側外側重錘体(副振動子)
326*:U字状架橋部
331:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
332:Y軸正側中間架橋部(中間接続部材)
333:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
335:Y軸正側内側重錘体(副振動子)
336:Y軸正側外側重錘体(副振動子)
341:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
342:X軸負側中間架橋部(中間接続部材)
343:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
345:X軸負側内側重錘体(副振動子)
345*:U字状架橋部
346:X軸負側外側重錘体(副振動子)
346*:U字状架橋部
341:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
342:Y軸負側中間架橋部(中間接続部材)
343:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
345:Y軸負側内側重錘体(副振動子)
346:Y軸負側外側重錘体(副振動子)
360:台座
380:装置筐体
400:本発明の第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
410:中心部重錘体(主振動子)
421:内側板状構造体(内側接続部材)
422:中間板状構造体(中間接続部材)
423:外側板状構造体(外側接続部材)
425:内側環状重錘体(副振動子)
426:外側環状重錘体(副振動子)
460:台座
480:装置筐体
500:本発明の第4の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
510:中心部重錘体(主振動子)
521:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
522:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
525:環状重錘体(副振動子)
531:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
532:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
541:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
542:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
541:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
542:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
560:台座
580:装置筐体
A:振動の振幅値
d:位相差/遅延時間
EL:下方電極
EL′:共通導電層
EU:上方電極
Fx:X軸方向の力
Fz:Z軸方向の力
G1〜G4:溝部
G1a〜G4b:溝部
G15,G20,G25,G30,G35:円環状溝部
O:XYZ三次元座標系の原点
P:圧電素子本体部
P′:共通圧電素子本体部
Q1〜Q4:着目点
t:時間
V:電圧値
Vp:ピーク電圧
W1〜W4,W11〜W42:窓部
X,Y,Z:XYZ三次元座標系の各座標軸
Xa,Xb:X軸の脇に配置され、X軸に平行な座標軸
Ya,Yb:Y軸の脇に配置され、Y軸に平行な座標軸
X11〜X14:X軸上に配置された圧電素子
X21〜X24:Xa軸上に配置された圧電素子
X31〜X34:Xb軸上に配置された圧電素子
X41〜X44:X軸上に配置された圧電素子
X51〜X54:X軸上に配置された圧電素子
X61〜X64:Xa軸上に配置された圧電素子
X71〜X74:Xb軸上に配置された圧電素子
x51〜x54:X軸上に配置された圧電素子
x61〜x64:Xa軸上に配置された圧電素子
x71〜x74:Xb軸上に配置された圧電素子
Y11〜Y14:Y軸上に配置された圧電素子
Y21〜Y24:Ya軸上に配置された圧電素子
Y31〜Y34:Yb軸上に配置された圧電素子
Y41〜Y44:Y軸上に配置された圧電素子
Y51〜Y54:Y軸上に配置された圧電素子
Y61〜Y64:Ya軸上に配置された圧電素子
Y71〜Y74:Yb軸上に配置された圧電素子
y51〜y54:Y軸上に配置された圧電素子
y61〜y64:Ya軸上に配置された圧電素子
y71〜y74:Yb軸上に配置された圧電素子
φ1,φ2:交流電圧信号
ωx,ωy:角速度
Claims (38)
- 主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、前記主振動子と前記副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、前記副振動子と前記台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、
前記台座を支持固定するとともに、前記主振動子および前記副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、
前記装置筐体内で前記主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、
前記主振動子が前記周期的運動を行っている状態において、前記主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、
を備えることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、前記中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成され、
台座が、前記環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体と前記M個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、前記M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項2に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、前記座標系のXY平面上に前記原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部および外側架橋部が1組ずつ配置されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項3に記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、
副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項2に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
X軸の正の領域上にX軸正側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側重錘体が配置され、
一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記X軸正側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記Y軸正側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記X軸負側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記Y軸負側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端が前記X軸正側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記Y軸正側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記X軸負側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記Y軸負側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項5に記載の角速度センサにおいて、
X軸正側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部が接続され、X軸正側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部が接続され、X軸正側重錘体の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸正側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部が接続され、Y軸正側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部が接続され、Y軸正側重錘体の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
X軸負側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部が接続され、X軸負側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部が接続され、X軸負側重錘体の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸負側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部が接続され、Y軸負側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部が接続され、Y軸負側重錘体の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項5または6に記載の角速度センサにおいて、
X軸正側重錘体、Y軸正側重錘体、X軸負側重錘体、Y軸負側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項2〜7のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する複数M個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成したことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体の側面を取り囲む内側板状構造体によって構成され、
副振動子が、前記内側板状構造体を取り囲む環状重錘体によって構成され、
外側接続部材が、前記環状重錘体を取り囲む外側板状構造体によって構成され、
台座が、前記外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項9に記載の角速度センサにおいて、
環状重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側板状構造体の外側部分が接続され、環状重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側板状構造体の内側部分が接続され、
環状重錘体の上面に、当該上面の輪郭線に沿った溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項9または10に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、環状重錘体の前記XY平面に対する投影像が、前記原点Oを中心とする円環形状をなすことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、前記中心部重錘体の側面を取り囲む内側環状閉領域内に配置された複数M個の内側重錘体と、前記内側環状閉領域を取り囲む外側環状閉領域内に配置された複数M個の外側重錘体と、によって構成され、
台座が、前記外側環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体と前記M個の内側重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、前記M個の外側重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成され、
基本構造体が、前記M個の内側重錘体と前記M個の外側重錘体とを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された中間接続部材を更に有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項12に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、前記座標系のXY平面上に前記原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ内側重錘体と外側重錘体とが1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部、中間架橋部、外側架橋部が1組ずつ配置されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項13に記載の角速度センサにおいて、
内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、内側重錘体の「外側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の一端が接続され、外側重錘体の「内側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の他端が接続され、外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、
内側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成され、外側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項12に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
内側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側内側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側内側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側内側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側内側重錘体が配置され、
外側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側外側重錘体が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側外側重錘体が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側外側重錘体が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側外側重錘体が配置され、
一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記X軸正側内側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記Y軸正側内側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記X軸負側内側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が前記Y軸負側内側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端が前記X軸正側外側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記Y軸正側外側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記X軸負側外側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が前記Y軸負側外側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成され、
一端が前記X軸正側内側重錘体に接続され、他端が前記X軸正側外側重錘体に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側中間架橋部と、一端が前記Y軸正側内側重錘体に接続され、他端が前記Y軸正側外側重錘体に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側中間架橋部と、一端が前記X軸負側内側重錘体に接続され、他端が前記X軸負側外側重錘体に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側中間架橋部と、一端が前記Y軸負側内側重錘体に接続され、他端が前記Y軸負側外側重錘体に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側中間架橋部と、によって中間接続部材が構成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項15に記載の角速度センサにおいて、
X軸正側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部が接続され、X軸正側内側重錘体の「X軸正側外側重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部の一端が接続され、X軸正側外側重錘体の「X軸正側内側重錘体に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部の他端が接続され、X軸正側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部が接続され、X軸正側内側重錘体の上面およびX軸正側外側重錘体の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸正側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部が接続され、Y軸正側内側重錘体の「Y軸正側外側重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部の一端が接続され、Y軸正側外側重錘体の「Y軸正側内側重錘体に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部の他端が接続され、Y軸正側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部が接続され、Y軸正側内側重錘体の上面およびY軸正側外側重錘体の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
X軸負側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部が接続され、X軸負側内側重錘体の「X軸負側外側重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部の一端が接続され、X軸負側外側重錘体の「X軸負側内側重錘体に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部の他端が接続され、X軸負側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部が接続され、X軸負側内側重錘体の上面およびX軸負側外側重錘体の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部が形成され、
Y軸負側内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部が接続され、Y軸負側内側重錘体の「Y軸負側外側重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部の一端が接続され、Y軸負側外側重錘体の「Y軸負側内側重錘体に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部の他端が接続され、Y軸負側外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部が接続され、Y軸負側内側重錘体の上面およびY軸負側外側重錘体の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項15または16に記載の角速度センサにおいて、
X軸正側内側重錘体、Y軸正側内側重錘体、X軸負側内側重錘体、Y軸負側内側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の内側重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっており、
X軸正側外側重錘体、Y軸正側外側重錘体、X軸負側外側重錘体、Y軸負側外側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の外側重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項12〜17のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する複数M個の内側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の内側環状重錘体を構成し、
副振動子を構成する複数M個の外側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の外側環状重錘体を構成したことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、前記中心部重錘体を離隔した状態で取り囲む内側環状重錘体と、前記内側環状重錘体を離隔した状態で取り囲む外側環状重錘体と、によって構成され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体の側面を取り囲むように配置され、内側部分が前記中心部重錘体に接続され、外側部分が前記内側環状重錘体に接続された内側板状構造体によって構成され、
外側接続部材が、前記外側環状重錘体を取り囲むように配置され、内側部分が前記外側環状重錘体に接続され、外側部分が台座に接続された外側板状構造体によって構成され、
台座が、前記外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成され、
前記内側環状重錘体と前記外側環状重錘体との間に、両者を接続する可撓性をもった中間板状構造体よって構成された中間接続部材が配置されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項19に記載の角速度センサにおいて、
内側環状重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側板状構造体の外側部分が接続され、内側環状重錘体の「外側環状重錘体に対する対向面」の上端に中間板状構造体の内側部分が接続され、外側環状重錘体の「内側環状重錘体に対する対向面」の上端に中間板状構造体の外側部分が接続され、外側環状重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側板状構造体の内側部分が接続され、
内側環状重錘体の上面に、当該内側環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されており、外側環状重錘体の上面に、当該外側環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項19または20に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、内側環状重錘体および外側環状重錘体の前記XY平面に対する投影像が、前記原点Oを中心とする円環形状をなすことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体から構成され、
前記中心部重錘体の側面を取り囲む位置に「第1周目の環状閉領域」を定義し、「第1周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第2周目の環状閉領域」を定義し、...、「第(n−1)周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第n周目の環状閉領域」を定義したときに(但し、nは任意の自然数)、
副振動子が、「第1周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第1周目の重錘体」と、「第2周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第2周目の重錘体」と、...、「第n周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第n周目の重錘体」と、によって構成され、
台座が、前記「第n周目の環状閉領域」を更に取り囲む位置に配置され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体と前記M個の「第1周目の重錘体」のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、
外側接続部材が、前記M個の「第n周目の重錘体」のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成され、
基本構造体が、M個の「第i周目の重錘体」のそれぞれとM個の「第(i+1)周目の重錘体」のそれぞれとを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))を更に有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項22に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、前記座標系のXY平面上に前記原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
各放射線上にそれぞれ第k周目(但し、k=1〜n)の重錘体がそれぞれ1個ずつ配置され、各放射線に沿って1組の内側架橋部と、1組の外側架橋部と、(n−1)組の中間架橋部が配置されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項23に記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための架橋部が接続され、
副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項22に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、
「第k周目の環状閉領域」内には、X軸の正の領域上に「第k周目のX軸正側重錘体」が配置され、Y軸の正の領域上に「第k周目のY軸正側重錘体」が配置され、X軸の負の領域上に「第k周目のX軸負側重錘体」が配置され、Y軸の負の領域上に「第k周目のY軸負側重錘体」が配置され(但し、k=1〜n)、
一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成され、
一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成され、
一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のX軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のY軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のX軸負側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のY軸負側中間架橋部」と、によって「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))が構成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項25に記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行う架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行う架橋部が接続され、
副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている座標軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項25または26に記載の角速度センサにおいて、
第k周目のそれぞれについて(但し、k=1〜n)、X軸正側重錘体、Y軸正側重錘体、X軸負側重錘体、Y軸負側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項22〜27のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する複数M個の「第k周目の重錘体」を順番に環状連結することにより、単一の「第k周目の環状重錘体」(但し、k=1〜n)を構成したことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1に記載の角速度センサにおいて、
主振動子が、中心部重錘体によって構成され、
副振動子が、前記中心部重錘体を離隔した状態で取り囲む「第1周目の環状重錘体」と、「第1周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第2周目の環状重錘体」と、...、「第(n−1)周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第n周目の環状重錘体」と、によって構成され、
内側接続部材が、前記中心部重錘体の側面を取り囲むように配置され、内側部分が前記中心部重錘体に接続され、外側部分が前記「第1周目の環状重錘体」に接続された内側板状構造体によって構成され、
外側接続部材が、前記「第n周目の環状重錘体」を取り囲むように配置され、内側部分が前記「第n周目の環状重錘体」に接続され、外側部分が台座に接続された外側板状構造体によって構成され、
台座が、前記外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成され、
「第i周目の環状重錘体」と「第(i+1)周目の環状重錘体」との間に、両者を接続する可撓性をもった中間板状構造体よって構成された「第i周目の中間接続部材」が配置されている(但し、i=1〜(n−1))ことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項29に記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する各環状重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための板状構造体が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための板状構造体が接続され、
各環状重錘体の上面に、当該環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項29または30に記載の角速度センサにおいて、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、
基本構造体が前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、各環状重錘体の前記XY平面に対する投影像が、前記原点Oを中心とする円環形状をなすことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1〜31のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された駆動用圧電素子と、この駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1〜31のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、主振動子の表面に設けられた駆動用変位電極と、前記駆動用変位電極に対向し、装置筐体に固定された駆動用固定電極と、これら一対の駆動用電極間に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、主振動子の表面に設けられた検出用変位電極と、前記検出用変位電極に対向し、装置筐体に固定された検出用固定電極と、これら一対の検出用電極間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、装置筐体内で副振動子が前記主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項34に記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された主駆動用圧電素子と、外側接続部材の表面に固定された副駆動用圧電素子と、前記主駆動用圧電素子および前記副駆動用圧電素子にそれぞれ交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項34または35に記載の角速度センサにおいて、
主振動子の質量と副振動子の質量とが等しいことを特徴とする角速度センサ。 - 請求項34〜36のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、主振動子および副振動子を所定の共通振動軸に平行な方向にそれぞれ同一振幅および同一振動数で単振動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項34〜36のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、主振動子および副振動子を所定の共通基準面にそれぞれ平行な固有の運動平面上で、互いに同一周期で逆まわりとなるように円運動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動することを特徴とする角速度センサ。
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JP5202019B2 (ja) | 2013-06-05 |
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