JP2009222476A - Compound sensor - Google Patents

Compound sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2009222476A
JP2009222476A JP2008065384A JP2008065384A JP2009222476A JP 2009222476 A JP2009222476 A JP 2009222476A JP 2008065384 A JP2008065384 A JP 2008065384A JP 2008065384 A JP2008065384 A JP 2008065384A JP 2009222476 A JP2009222476 A JP 2009222476A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
portion
acceleration
angular velocity
axis direction
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
Application number
JP2008065384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takami Ishida
貴巳 石田
Original Assignee
Panasonic Corp
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, パナソニック株式会社 filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008065384A priority Critical patent/JP2009222476A/en
Publication of JP2009222476A publication Critical patent/JP2009222476A/en
Application status is Pending legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inertia force sensor attaining reduction in its mounting area and its size in detecting angular velocity and acceleration.
SOLUTION: In mutually orthogonal X, Y, Z axes, a firs arm 4 is disposed in the X axis direction and a second arm 6 is disposed in the Y axis direction, and an angular velocity detection part detects an angular velocity, based on the change in the state of a detection device 2 caused by the angular velocity, by vibrating the second arm 6 to the direction of the x axis and the acceleration detection part detects an acceleration based on the change in the state of the detection device 2 caused by the acceleration. An opposite part 21 is can freely move in any of the axis direction caused by an acceleration to any of the X, Y, Z-axis directions. The compound sensor is configured to detect the acceleration based on an electrostatic capacitance between the opposing electrodes 22 changing by the movement of the opposite part 21 caused be the acceleration.
COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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や加速度を検出する複合センサに関する。 The present invention is an aircraft, automobiles, robots, ships, attitude control and navigation of a mobile body such as a vehicle or the like, a composite sensor for detecting angular velocity and acceleration used in various electronic devices.

以下、従来の複合センサについて説明する。 The following describes a conventional composite sensor.

従来、角速度と加速度を検出する場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。 Conventionally, when detecting an angular velocity and acceleration, in order to detect angular velocity uses an angular velocity sensor dedicated to detect the acceleration was using the acceleration sensor only.

したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。 Therefore, in various electronic apparatuses, when detecting by combining the angular velocity and acceleration, we were each mounted a plurality of angular velocity sensors and the acceleration sensor on the mounting board of various electronic devices.

一般に、角速度センサは、音さ形状やH形状やT形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の状態変化を電気的に検知して角速度を検出するものであり、加速度センサは、加速度に伴う検出素子の状態変化を検知して加速度を検出するものである。 In general, the angular velocity sensor, a sound and shape and H-shape and T shape, is vibrated detection elements various shapes, to detect the electrical detection to angular velocity state change of the detection element due to the generation of Coriolis force is intended, the acceleration sensor is for detecting the acceleration by detecting the status change of the detection element due to the acceleration.

このような角速度センサや加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 Such an angular velocity sensor or an acceleration sensor in correspondence with the detection axis to be detected, is used to attitude control device or a navigation device or the like of a mobile body such as a vehicle.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1および特許文献2が知られている。 Prior art documents related to the present invention of this application, for example, is known US Pat.
特開2001−208546号公報 JP 2001-208546 JP 特開2001−74767号公報 JP 2001-74767 JP

上記構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサおよび加速度センサを実装基板に各々実装するので実装面積を確保する必要があり、小型化を図れないという問題点を有していた。 In the above configuration, corresponding to the detection axis of the detected desired angular velocity and acceleration, since each mounted an angular velocity sensor and an acceleration sensor on the mounting substrate must be secured mounting area, a problem that can not be achieved miniaturization which was.

本発明は上記問題点を解決し、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図った複合センサを提供することを目的としている。 The present invention solves the above problems, when detecting the angular velocity and acceleration, and its object is to provide a composite sensor downsized by reducing the mounting area.

上記目的を達成するために本発明は、特に、検出素子は、第1アームと第2アームとを直交方向に連結して形成した直交アームと、前記第1アームの一端を支持する第1支持部と、前記第2アームに対向する対向部と、前記第2アームと前記対向部の各々の対向面に配置した対向電極とを有し、互いに直交するX、Y、Z軸において、前記第1アームをX軸方向に配置し、前記第2アームをY軸方向に配置し、前記角速度検出部は、前記第2アームをX軸方向に振動させ、角速度に起因した前記検出素子の状態変化に基づき角速度を検出しており、前記加速度検出部は、加速度に起因した前記第2アームと前記対向部の対向電極間の静電容量変化に基づき加速度を検出しており、前記対向部はX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向の加速度に To accomplish the above object, in particular, the detection element includes a quadrature arm formed by connecting the first arm and the second arm in the perpendicular direction, a first support for supporting one end of said first arm and parts, and a facing portion that faces the second arm, and a counter electrode disposed on the opposing surface of each of the opposing portion and the second arm, mutually orthogonal X, Y, in the Z-axis, the first the first arm is arranged in the X-axis direction, the second arm is arranged in the Y-axis direction, the angular velocity detection section, the second arm is vibrated in the X-axis direction, the state change of the detecting element due to the angular velocity and detecting the angular velocity based on the acceleration detection unit has detected acceleration based on the change in capacitance between the counter electrodes of the due to the acceleration the second arm and the opposing portion, the opposing portions X , Y, the acceleration of one of the axial direction of the Z-axis direction 因していずれかの軸方向に可動自在であって、加速度に起因した前記対向部の可動によって変化する前記対向電極間の静電容量に基づき加速度を検出する構成である。 A freely movable in either axial direction In to a configuration for detecting acceleration based on electrostatic capacitance between the counter electrode varies by the movable of the facing portion caused by the acceleration.

上記構成により、角速度を検出するための角速度検出部と加速度を検出するための加速度検出部とを1つの検出素子に形成しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。 With the above structure, since the acceleration detection unit for detecting an angular velocity detection section and the acceleration for detecting angular velocity is formed in one detection element, downsizing can be reduced mounting area.

また、第2アームと対向部の各々の対向面に配置した対向電極とを有し、対向部はX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向の加速度に起因していずれかの軸方向に可動自在であって、加速度に起因した対向部の可動によって変化する対向電極間の静電容量に基づき加速度を検出するので、加速度の検出感度を向上できる。 Moreover, and a counter electrode disposed on each opposing surface of the second arm and the opposing portion, opposing portions X, Y, Z axis either axially due to either the axial direction of the acceleration in the direction a freely movable, and detects the acceleration based on electrostatic capacitance between the counter electrode varies by the movable facing portion caused by the acceleration, it can improve the detection sensitivity of the acceleration.

すなわち、第2アームと対向する対向部は、角速度の検出に対しては機能せず、加速度の検出に対してのみ機能するので、対向部の可動の際に、角速度の検出を考慮した構成にする必要がなく、特に第1連結部や第2連結部の設計自由度を確保できる。 That is, the counter portion facing the second arm does not work for detection of the angular velocity, since only works for the detection of the acceleration, when the movable facing portions, the configuration in consideration of the detection of the angular velocity it is not necessary to be particularly secure degree of freedom in designing the first connecting portion and second connecting portion. 例えば、対向部が非常に可動しやすい構成にできるので、加速度に起因してX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向に対向部が可動する際、静電容量変化が大きくなって加速度の検出感度を向上できる。 For example, it is possible to opposing portions is very movable easy configuration, X due to acceleration, Y, when facing portion in either the axial direction of the Z-axis direction is movable, capacitance change is increased acceleration it is possible to improve the detection sensitivity of.

さらに、第1アームと直交方向に連結された第2アームをX軸方向に振動させ、角速度に起因した検出素子の状態変化に基づき角速度を検出する際、加速度の検出を考慮した構成にする必要がなく、設計自由度を確保できる。 Further, the second arm connected to the first arm and the orthogonal direction is oscillated in the X-axis direction, when detecting the angular velocity on the basis of the state change of the detection element due to the angular velocity, need to be configured in consideration of the detection of the acceleration no, it is possible to ensure the degree of design freedom. 例えば、第1アームと第2アームの厚みを同等にして、Z軸方向への撓みを抑制する構成にできるので、角速度に起因して第1アームや第2アームの状態が変化する際、Z軸方向への状態の変化が抑制されて角速度検出精度の劣化を抑制することができる。 For example, the thickness of the first arm and the second arm in the same, it is possible to suppress construction deflection of the Z-axis direction, when the state of the first arm and the second arm due to the angular velocity changes, Z change of state in the axial direction is suppressed can suppress the deterioration of the angular speed detection accuracy.

図1は本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図、図2は図1のA−A断面図、図3は図1の2A部の拡大斜視図である。 Figure 1 is an exploded perspective view, FIG. 2 is a sectional view taken along A-A of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged perspective view of the 2A of Figure 1 of the detecting element of the composite sensor according to an embodiment of the present invention.

本発明の一実施の形態における複合センサは、角速度検出部と加速度検出部を有する検出素子2を備えている。 Composite sensor according to an embodiment of the present invention includes a detection element 2 with an angular velocity detection section and the acceleration detection unit.

図1、図3において、検出素子2は、第1アーム4を第2アーム6に直交方向に連結して形成した2つの直交アームを有し、2つの第1アーム4の一端を支持部8にて支持し、2つの第1アーム4の他端を方形状の枠体部12に連結している。 1, 3, the detecting element 2 has two orthogonal arms formed by connecting the first arm 4 in the direction perpendicular to the second arm 6, the supporting portion 8 two one end of the first arm 4 and supported by, connecting the two other ends of the first arm 4 a square-shaped frame body 12. 第1アーム4と第2アーム6と支持部8は共に厚みを同等にした形状にするとともに、第2アーム6は第2アーム6自身と対向するまでU字状に折曲して、折曲した先端部に錘部14を連結した形状としている。 Together with the first arm 4 and the second arm 6 and the supporting portion 8 in the shape in which both equal thickness, the second arm 6 by bending into a U-shape until facing the second arm 6 itself, folding and a shape obtained by connecting the weight portion 14 in the tip. そして、第1アーム4と支持部8とは略同一直線上に配置し、第1アーム4、第2アーム6を検出素子2の中心に対して対称配置している。 Then, the first arm 4 and the support portion 8 substantially disposed on the same straight line, and symmetrically arranged first arm 4, a second arm 6 with respect to the center of the detecting element 2.

互いに直交するX軸とY軸とZ軸において、第1アーム4をX軸方向に配置するとともに第2アーム6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6には、Y軸の正側における2つの錘部14を互いに逆方向に駆動振動させる第1駆動電極16と第2駆動電極18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6には、第2アーム6の歪を感知する感知電極20を配置している。 In the X-axis and Y-axis and Z-axis orthogonal to each other, if the second arm 6 while arranging the first arm 4 in the X-axis direction are arranged in the Y-axis direction, a second arm that are opposed to each other in the positive side of the Y-axis the 6, second arm and the first drive electrode 16 and the second driving electrode 18 is disposed to drive the vibration in opposite directions the two weight portion 14 in the positive side of the Y-axis, facing each other at the negative side of the Y-axis 6 is a sensing electrode 20 for sensing distortion of second arm 6 is arranged. またこれら第1駆動電極16,第2駆動電極18と感知電極20とは対称に配置されていてもよい。 Also these first driving electrode 16 and the second driving electrode 18 and sensing electrode 20 may be arranged symmetrically.

これら第1、第2駆動電極16、18、感知電極20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。 The first and second driving electrodes 16 and 18, the sensing electrode 20 is formed of an upper electrode and the lower electrode by interposing a piezoelectric layer.

また、図1、図2において、第1、第2アーム4、6、錘部14と対向するように、Z軸の正側に配置した2つの対向部21を設けている。 Further, 1 and 2, first, second arm 4 and 6, so as to face the weight portion 14 is provided with two opposing portions 21 disposed on the positive side of the Z-axis. この対向部21は錘部であって、第1連結部23を介してこれら2つの対向部21を第2支持部25にて支持し、第2連結部27を介してこの第2支持部25を固定部29にて固定している。 The opposing portion 21 is a weight portion via the first connecting portion 23 supporting the two opposing portions 21 in the second support portion 25, the second supporting portion through the second connecting portion 27 25 securing the at a fixed portion 29. 固定部29は枠体形状とし、第1連結部23と第2連結部27はアーム形状とし、第1連結部23と第2連結部27とは互いに直交配置するとともに、第2連結部27の厚みを第1連結部23の厚みよりも薄くしている。 Fixing unit 29 is a frame shape, and the first connecting portion 23 and the second connecting portion 27 and an arm shape, with the first coupling portion 23 and the second connecting portion 27 orthogonal to each other, the second connecting portion 27 It is thinner than the thickness of the thickness of the first connecting portion 23. 固定部29は、図2に示すように、バンプ部31を介して枠体部12上に形成しており、このバンプ部31の厚みによって、対向部21と第1、第2アーム4、6、錘部14とが互いに接触しないように第2連結部27にて第2支持部25を中空保持している。 Fixing unit 29, as shown in FIG. 2, is formed on the frame portion 12 via the bumps 31, the thickness of the bump 31, the opposing portion 21 and the first, second arms 4, 6 , and the second support portion 25 and the hollow holding at the second connecting portion 27 so that the weight section 14 is not in contact with each other. また本発明ではバンプ部31により第1、第2アーム4、6、錘部14と対向部21とがお互いに接触しないように中空保持されているが、バンプ部31においては、めっきなどにより、枠体12に形成された凸形状の保持部でも同様の効果を得ることが可能である。 The first by bump 31 in the present invention, the second arm 4, 6, but the weight portion 14 and the opposing portion 21 is held hollow so as not to contact with each other, the bump 31 by plating, etc., it is possible to obtain a similar effect even at the holding portion of the convex shape formed in the frame 12. 対向部21と錘部14の各々の対向面には対向電極22を配置し、第2アーム6の錘部14と対向部21との間隔(H)は、対向電極22により静電容量変化を検出するために、近接させるようにしている。 The respective opposing surfaces of the facing portions 21 and the weight portion 14 disposed opposite electrode 22, the distance between the weight portion 14 and the opposing portion 21 of the second arm 6 (H), the electrostatic capacitance change by the counter electrode 22 to detect, and so as to close.

さらに、対向部21、第2支持部25、第1、第2連結部23、27と対向するように、Z軸の正側に第1対向基板24を配置し、第1、第2アーム4、6、錘部14と対向するように、Z軸の負側に第2対向基板26を配置している。 Furthermore, the opposing portion 21, the second support portion 25, the first, so as to face the second coupling portion 23 and 27, a first counter substrate 24 is disposed on the positive side of the Z-axis, first, second arm 4 , 6, so as to face the weight portion 14, and a second opposed substrate 26 is disposed on the negative side of the Z-axis. 第1対向基板24は対向部21と接触しないように対向部21との対向面に第1凹部33を設け、第2対向基板26は錘部14と接触しないように錘部14との対向面に第2凹部35を設けている。 First counter substrate 24 a first concave portion 33 provided on the surface facing the opposing portion 21 so as not to contact with the opposing portion 21, the surface facing the weight portion 14 such that the second counter substrate 26 does not contact the spindle portion 14 It is provided with a second recess 35. この第1対向基板24を固定部29に積層配置し、第2対向基板26に枠体12を積層配置している。 The first counter substrate 24 is stacked on the fixed portion 29, and a frame body 12 to the second opposed substrate 26 and stacked.

なお第一凹部33および第2凹部35は、測定範囲外の大きな加速度が素子部2に加わったとき、その加速度による慣性力により、第2連結部27が破壊しないように、ストッパーとなる程度の深さを有している。 Note first recess 33 and second recess 35, when a large acceleration outside the measurement range is applied to the device portion 2, the inertial force due to the acceleration, such that the second connecting portion 27 is not broken, to the extent that the stopper It has a depth.

次に、角速度の検出について説明する。 It will now be described the detection of the angular velocity.

図4は図1の2A部の駆動振動状態を示す拡大斜視図である。 Figure 4 is an enlarged perspective view showing the driving vibration state of 2A of FIG.

互いに直交するX軸とY軸とZ軸において、図4に示すように、第1アーム4をX軸方向に配置するとともに第2アーム6をY軸方向に配置した場合、第1、第2駆動電極16、18に共振周波数の交流電圧を印加して、第1、第2駆動電極16、18が配置された第2アーム6を起点に第2アーム6を駆動振動させ、それに伴って錘部14も第2アーム6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。 In the X-axis and Y-axis and Z-axis orthogonal to each other, as shown in FIG. 4, if the second arm 6 is arranged in the Y-axis direction together with placing the first arm 4 in the X-axis direction, first, second by applying an AC voltage of a resonance frequency to the driving electrodes 16 and 18, first, the second arm 6 is driven vibrating the second arm 6 second driving electrodes 16 and 18 are arranged in origin, weight with it part 14 is also driven vibrate in opposite direction of the second arm 6 (solid arrow and driving vibration direction marked by dashed arrows). 第1駆動電極16に印加する交流電圧と、第2駆動電極18に印加する交流電圧とは互いに逆位相に印加しており、Y軸の正側の各々の第2アーム6の幅が広がったり狭まったりするように互いに逆方向に振動させている。 An AC voltage applied to the first driving electrode 16, and then applied to the AC voltage and the opposite phase applied to the second driving electrode 18, or spread the width of the second arm 6 of the positive side of each of the Y-axis and it is vibrated in opposite directions to or narrowed. これに同調して、Y軸の負側に配置された2つの第2アーム6も互いに逆方向に振動し、Y軸を中心に対称に振動することになる。 Tunes to this, the second arm 6 of the two placed on the negative side of the Y-axis also vibrate in opposite directions, so that the oscillating symmetrically about the Y axis. すなわち、4つの第2アーム6および4つの錘部14の全てが同調して第2アーム6の対向方向(駆動振動方向)に駆動振動し、この検出素子2における駆動振動方向はX軸方向となっている。 That is, the driving vibration to the four second arms 6 and all four of the weight 14 is in phase opposite direction of the second arm 6 (driving vibration direction), the driving vibration direction in detection element 2 and the X-axis direction going on.

具体的な角速度の検出について説明する。 It will be described the detection of specific angular velocity.

このような検出素子2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14の駆動振動と同調して、図4に示すように、錘部14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6にはZ軸の右回りの角速度に起因した歪が発生する。 In such a detector element 2, for example, when an angular velocity is generated clockwise in the Z-axis, in phase with the driving vibration of weight section 14, as shown in FIG. 4, the driving vibration direction with respect to the weight portion 14 since Coriolis force is generated in the orthogonal direction (Coriolis direction marked by the solid arrows and dotted arrows), the strain caused by the clockwise angular velocity of the Z-axis is generated in the second arm 6. このとき、検出素子2のコリオリ方向はY軸方向となる。 At this time, the Coriolis direction of detecting element 2 is the Y-axis direction. コリオリ力が発生した場合、第2アーム6に配置した各々の感知電極20により第2アーム6の歪を感知し、この感知電極20の極性によってコリオリ力の発生方向を見極められる。 When the Coriolis force is generated by each of the sensing electrodes 20 disposed on the second arm 6 to sense the distortion of the second arm 6 is assess the occurrence direction of the Coriolis force by the polarity of the sensing electrode 20. 例えば、第2アーム6の内側と外側に感知電極20をそれぞれ2つずつ配置し、第2アーム6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。 For example, the sensing electrode 20 to the inside and outside of the second arm 6 arranged two each, by sensing the strain differences between the distortion and the outer inside of the second arm 6, even identify the generating direction of the Coriolis force good. 第2アーム6の内側における歪の伸び率と外側における歪の伸び率とは異なるので、歪の違いを感知できる。 It is different from the strain elongation in elongation and outer distortion in the inside of the second arm 6 can sense the difference in distortion. 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6の歪を感知すればよい。 It may be sensing distortion of second arm 6 Similarly, when the left angular velocity about the Z axis occurs. このように、角速度に起因した第2アーム6の歪を感知することにより角速度を検出することができる。 Thus, it is possible to detect an angular velocity by sensing the distortion of second arm 6 due to the angular velocity.

次に、加速度の検出について説明する。 It will now be described the detection of acceleration.

互いに直交するX軸とY軸とZ軸において、第1アーム4をX軸方向に配置するとともに第2アーム6をY軸方向に配置し、Z軸方向に加速度が生じた場合は、図5に示すように、2つの対向部21がZ軸方向に変位しようとする。 In the X-axis and Y-axis and Z axis orthogonal to each other, the second arm 6 while arranging the first arm 4 in the X-axis direction is arranged in the Y-axis direction, when an acceleration occurs in the Z-axis direction, FIG. 5 as shown, the two opposing portions 21 tends to be displaced in the Z-axis direction. このとき、対向部21と錘部14との対向距離(H)が大きくなり、すべての対向電極22間の静電容量が小さくなるように変化する。 At this time, large opposing distance (H) of the opposing portion 21 and the weight portion 14, the capacitance between all opposing electrode 22 varies so as to become smaller.

X軸方向に加速度が生じた場合は、図6に示すように、第2連結部27に歪が生じつつ、対向部21とX軸の正側の錘部14との対向距離(H1)と、対向部21とX軸の負側の錘部14との対向距離(H2)において、一方の対向距離(H1)が小さくなれば他方の対向距離(H2)が大きくなる。 If acceleration is generated in the X-axis direction, as shown in FIG. 6, while the strain is generated in the second connecting portion 27, facing the distance between the positive side of the weight portion 14 of the facing portion 21 and the X-axis and (H1) , in the opposing distance between the negative side of the weight portion 14 of the facing portion 21 and the X-axis (H2), the other opposing distance (H2) is increased if one of the opposing distance (H1) is the smaller. すなわち、一方の対向電極22間の静電容量が大きくなり、他方の対向電極22間の静電容量が小さくなるように変化する。 That is, the capacitance between one of the opposite electrode 22 is increased, changes as the capacitance between the other opposing electrode 22 becomes small.

Y軸方向に加速度が生じた場合は、図示していないが、2つの対向部21の内、対向部21とY軸の正側の錘部14との対向距離と対向部21とY軸の負側の錘部14との対向距離において、一方の対向距離が大きくなれば他方の対向距離が小さくなる。 If acceleration is generated in the Y-axis direction, although not shown, the two opposing portions 21, the opposed distance and facing portion 21 and the Y-axis of the positive side of the weight portion 14 of the facing portion 21 and the Y-axis in the opposing distance between the negative side of the weight portion 14, the other opposing distance is reduced the greater the one facing distance. すなわち、対向電極22間の静電容量も一方が大きくなれば他方の静電容量変化が小さくなるように変化する。 That is, changes as the larger one is the electrostatic capacity between the counter electrode 22 is the other capacitance change becomes smaller.

このように、加速度に起因した対向電極22間の静電容量の変化を感知することにより加速度を検出することができる。 Thus, it is possible to detect the acceleration by sensing a change in capacitance between the counter electrode 22 due to the acceleration. 特に、加速度の生じる向きによって、2つの対向部21と4つの錘部14との対向距離(H)が各々変化するので、これを感知することにより加速度の方向も同時に検出することができる。 In particular, depending on the direction of occurrence of the acceleration, since the opposing distance between the two opposing portions 21 and four weight parts 14 (H) is changed each can be detected simultaneously direction of acceleration by sensing it.

上記構成により、角速度を検出するための角速度検出部と加速度を検出するための加速度検出部を1つの検出素子2に形成しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。 With the above structure, since the acceleration detecting portion for detecting an angular velocity detection section and the acceleration for detecting angular velocity is formed in one detection element 2, downsizing can be reduced mounting area.

また、第2アーム6と対向部21の各々の対向面に配置した対向電極22とを有し、対向部21はX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向の加速度に起因していずれかの軸方向に可動自在であって、加速度に起因した対向部21の可動によって変化する対向電極22間の静電容量に基づき加速度を検出するので、加速度の検出感度を向上できる。 Moreover, and a counter electrode 22 disposed on each opposing surface of the second arm 6 and the counter section 21, the opposing portion 21 is X, Y, due to the acceleration of one of the axial direction of the Z-axis direction one a freely movable in Kano axially, and detects the acceleration based on electrostatic capacitance between the counter electrode 22 which changes by the movable facing portion 21 due to acceleration, can improve the detection sensitivity of the acceleration.

すなわち、第2アーム6と対向する対向部21は、角速度の検出に対しては機能せず、加速度の検出に対してのみ機能するので、対向部21の可動の際に、角速度の検出を考慮した構成にする必要がなく、特に第1連結部23や第2連結部27の設計自由度を確保できる。 That is, the counter portion 21 facing the second arm 6 is not work for detection of the angular velocity, since only works for the detection of the acceleration, when the movable counter portion 21, taking into account the detection of the angular velocity it is not necessary to the construction, in particular ensure the degree of freedom in designing the first connecting portion 23 and the second connecting portion 27. 例えば、本発明の実施の形態のように、対向部21を錘部とし、第1連結部23を介して2つの対向部21を第2支持部25にて支持し、第2連結部27を介してこの第2支持部25を固定部29にて固定し、固定部29を枠体形状とし、第1連結部23と第2連結部27はアーム形状とし、第1連結部23と第2連結部27とは互いに直交配置するとともに、第2連結部27の厚みを第1連結部23の厚みよりも薄くした場合、対向部21は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に可動しやすくなる。 For example, as in the embodiment of the present invention, the facing portion 21 and the weight section, two opposing portion 21 via the first connecting portion 23 is supported by the second supporting portion 25, the second connecting portion 27 through and securing the second support portion 25 at the fixed portion 29, a fixing unit 29 and a frame shape, and the first connecting portion 23 and the second connecting portion 27 and an arm shape, and the first connecting portion 23 a second with the connecting portion 27 orthogonal to each other, when the thickness of the second connecting portion 27 thinner than the thickness of the first connecting portion 23, opposite portion 21, a movable X-axis direction, Y axis direction, the Z-axis direction It tends to be.

図1において、対向部21がX軸方に可動する際は、一方の第2連結部27が下方に容易に歪むとともに他方の第2連結部27が上方に容易に歪んで、X軸方向において対向部21が傾斜して対向電極22間の静電容量が容易に変化する。 In Figure 1, when the opposing portion 21 is movable in the X-axis direction is in the second connecting portion 27 other with one of the second connecting portion 27 is distorted easily downward distorted easily upwards, in the X-axis direction capacitance between the counter electrode 22 opposing portion 21 is inclined easily changed. 対向部21がY軸方向に可動する際は、第2連結部27が容易にねじれて、Y軸方向において対向部21が傾斜して対向電極22間の静電容量が容易に変化する。 When the opposing portion 21 is movable in the Y-axis direction, a second connecting portion 27 is easily twisted, the electrostatic capacitance between the counter electrode 22 is easily changed to face portion 21 is inclined in the Y-axis direction. 対向部21がZ軸方向に可動する際は、第2連結部27がZ軸方向に引っ張られて、Z軸方向において対向部21の位置が変動して対向電極22間の静電容量が容易に変化する。 When the opposing portion 21 is movable in the Z axis direction, the second connecting portion 27 is pulled in the Z axis direction, facilitates the capacitance between the counter electrode 22 varies the position of the opposing portion 21 in the Z-axis direction changes. 特に、第2連結部27の厚みを第1連結部23の厚みよりも薄くしているので、第2連結部27が容易に歪んだりねじれたり引っ張られたりしやすい。 In particular, since the thinner than the thickness of the second connecting portion 27 the thickness of the first connecting portion 23, easily or pulled or twisted Dari second connecting portion 27 is easily distorted.

このように、対向部21が非常に可動しやすい構成にできるので、加速度に起因してX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向に対向部21が可動する際、静電容量変化が大きくなって加速度の検出感度を向上できる。 Thus, since the opposing portion 21 can be very mobile and easy configuration, X due to acceleration, Y, when any one of the axially opposite portion 21 of the Z-axis direction is movable, capacitance change is It can improve the detection sensitivity of the acceleration increases.

さらに、第1アーム4と直交方向に連結された第2アーム6をX軸方向に振動させ、角速度に起因した検出素子2の状態変化に基づき角速度を検出する際、加速度の検出を考慮した構成にする必要がなく、設計自由度を確保できる。 Further, the second arm 6 which is connected to the orthogonal direction to the first arm 4 is vibrated in the X-axis direction, when detecting the angular velocity on the basis of the state change of the detecting element 2 due to the angular velocity, taking into account the detection of the acceleration structure there is no need to, can ensure a degree of design freedom. 例えば、本発明の実施の形態のように、第1アーム4と第2アーム6の厚みを同等にした場合、第2アーム6の錘部14が駆動振動する際に、第1アーム4および第2アーム6はZ軸方向へ撓みにくくなる。 For example, as in the embodiment of the present invention, when the first arm 4 of the thickness of the second arm 6 equal, when the weight portion 14 of the second arm 6 is driven to vibrate, the first arm 4 and the second arm 6 is difficult to bend in the Z-axis direction.

図4において、第2アーム6の錘部14がX軸方向に駆動振動する際は、角速度に起因して錘部14はY軸方向にコリオリの力を受けてアーム6が歪むが、第2アーム6の厚みが第1アーム4と同等の厚みなので、駆動振動する際やコリオリの力を受ける際に、Z軸方向に撓みにくく、Z軸方向の撓みの分だけ感度の損失を抑制できる。 4, when the weight portion 14 of the second arm 6 is driven to vibrate in the X-axis direction, the weight portions due to the angular velocity 14 is the arm 6 is distorted upon receipt of the Coriolis force in the Y-axis direction, the second the thickness of the arm 6 is the thickness equivalent to the first arm 4, when receiving the Coriolis force and when the driving vibration, difficult to bend in the Z-axis direction, it is possible to suppress the loss of an amount corresponding sensitivity of the deflection of the Z-axis direction.

このように、Z軸方向への撓みを抑制する構成にできるので、角速度に起因して第1アーム4や第2アーム6の状態が変化する際、Z軸方向への状態の変化が抑制されて検出感度を向上できる。 Thus, it is possible to suppress construction deflection of the Z-axis direction, when the state of the first arm 4 and the second arm 6 due to the angular velocity is changed, the change in state in the Z-axis direction is suppressed detection sensitivity Te can be improved.

なお、本発明の実施の形態の他にも、例えば、対向部21と対向する第1対向基板24の各々の対向面にも対向電極22を配置し、加速度検出部は、加速度に起因した対向部21の可動によって変化する対向部21と錘部14との対向面に配置された対向電極22間の静電容量変化と、対向部21と第1対向基板24の各々の対向面に配置された対向電極22間の静電容量変化に基づき加速度を検出するようにしてもよい。 The counter in addition to the embodiment of the present invention, for example, be arranged opposite electrode 22 on each opposed surface of the first opposing substrate 24 facing the opposing portions 21, the acceleration detection unit, due to the acceleration a capacitance change between opposed surfaces disposed a counter electrode 22 of the opposing portion 21 and the weight section 14 which changes by the movable parts 21 are arranged in the opposing portion 21 of each opposed surface of the first opposing substrate 24 it may be detected acceleration based on the change in capacitance between the counter electrode 22.

また、検出素子2の構成も、本発明の実施の形態に限らず、他の構成でもよい。 The configuration also detecting element 2 is not limited to the embodiment of the present invention, it may have other configurations.

本発明に係る慣性力センサは、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図れるので、各種電子機器に適用できるものである。 Inertial force sensor according to the present invention, upon detecting an angular velocity and acceleration, since downsizing by reducing the mounting area, which is applicable to various electronic devices.

本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図 Exploded perspective view of a detecting element of the composite sensor according to an embodiment of the present invention 図1のA−A断面図 A-A sectional view of FIG. 1 図1の2A部の拡大斜視図 Enlarged perspective view of 2A of FIG. 1 図1の2A部の駆動振動状態を示す拡大斜視図 Enlarged perspective view showing the driving vibration state of 2A of FIG. 1 Z軸方向への加速度が発生した際の図1のA−A断面図 A-A sectional view of FIG 1 when acceleration occurs in the Z-axis direction X軸方向への加速度が発生した際の図1のA−A断面図 A-A sectional view of FIG 1 when acceleration occurs in the X-axis direction

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2 検出素子 4 第1アーム 6 第2アーム 8 支持部 12 枠体部 14 錘部 16 第1駆動電極 18 第2駆動電極 20 感知電極 21 対向部 22 対向電極 23 第1連結部 24 第1対向基板 25 第2支持部 26 第2対向基板 27 第2連結部 29 固定部 31 バンプ部 33 第1凹部 35 第2凹部 Second detection element 4 first arm 6 second arm 8 supporting portion 12 frame portion 14 weight portion 16 first driving electrode 18 second driving electrode 20 sensing electrode 21 facing section 22 counter electrode 23 first connecting portion 24 first opposing substrate 25 the second support portion 26 first recess 35 a second recess second opposed substrate 27 second connecting portion 29 fixed portion 31 bumps 33

Claims (6)

  1. 加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子を備え、 A detection element having an acceleration detection section and an angular velocity detection section,
    前記検出素子は、第1アームと第2アームとを直交方向に連結して形成した直交アームと、前記第1アームの一端を支持する第1支持部と、前記第2アームに対向する対向部と、前記第2アームと前記対向部の各々の対向面に配置した対向電極とを有し、 The detection element includes a quadrature arm formed by connecting the first arm and the second arm in the orthogonal direction, a first support portion for supporting one end of said first arm, facing portion that faces the second arm When, and a counter electrode disposed on the opposite surfaces of each of said second arm said opposing portions,
    互いに直交するX、Y、Z軸において、前記第1アームをX軸方向に配置し、前記第2アームをY軸方向に配置し、 X orthogonal to each other, Y, in the Z-axis, the first arm is arranged in the X-axis direction, placing the second arm in the Y-axis direction,
    前記角速度検出部は、前記第2アームをX軸方向に振動させ、角速度に起因した前記検出素子の状態変化に基づき角速度を検出しており、 The angular velocity detection section, the second arm is vibrated in the X-axis direction and detect the angular velocity based on the state change of the detection element due to the angular velocity,
    前記加速度検出部は、加速度に起因した前記第2アームと前記対向部の対向電極間の静電容量変化に基づき加速度を検出しており、 The acceleration detection unit has detected acceleration based on the change in capacitance between the counter electrodes of the due to the acceleration the second arm and the counter unit,
    前記対向部はX、Y、Z軸方向のいずれかの軸方向の加速度に起因していずれかの軸方向に可動自在であって、加速度に起因した前記対向部の可動によって変化する前記対向電極間の静電容量に基づき加速度を検出する複合センサ。 The counter electrode and the opposing portions X, Y, a freely movable in either axial direction due to an acceleration of one of the axial direction of the Z-axis direction, which changes by the movable of the facing portion caused by the acceleration composite sensor for detecting acceleration based on electrostatic capacitance between.
  2. 前記第1、第2アームの厚みを同等にした請求項1記載の複合センサ。 Said first composite sensor according to claim 1, wherein that the thickness of the second arm equivalent.
  3. 複数の直交アームを設け、前記検出素子は対称形状とした請求項1記載の複合センサ。 A plurality of orthogonal arms, a composite sensor according to claim 1, wherein said sensing element with a symmetry shape.
  4. 前記第2アームの先端部および前記対向部は錘部とした請求項1記載の複合センサ。 The tip portion and the facing portion of the second arm is a composite sensor according to claim 1, wherein the the weight portion.
  5. 前記対向部は複数設け、第1連結部を介して複数の前記対向部を支持する前記第2支持部と、第2連結部を介して前記第2支持部を中空保持する固定部とを有し、前記第1連結部と前記第2連結部は互いに直交配置するとともに、前記第2連結部の厚みを前記第1連結部の厚みよりも薄くした請求項1記載の複合センサ。 The opposing portion is provided more, chromatic and the second supporting portion for supporting a plurality of said opposing portions via a first connecting portion, a fixing portion for the second supporting portion through the second connecting portion to the hollow holding and, wherein with the second connection part and the first connecting portion perpendicular to each other, the composite sensor according to claim 1, wherein the thickness of the second connecting portion is thinner than the thickness of the first connection part.
  6. 前記対向部と対向する対向基板を配置し、前記対向部と前記対向基板の各々の対向面に第2対向電極を配置し、前記加速度検出部は、加速度に起因した前記対向部の可動によって変化する前記対向電極間の静電容量および前記第2対向電極間の静電容量変化に基づき加速度を検出する請求項1記載の複合センサ。 A counter substrate that faces the facing portion is disposed, a second counter electrode disposed on the opposing surface of each of the counter substrate and the counter unit, the acceleration detection unit is changed by moving the opposed portion due to the acceleration composite sensor according to claim 1, wherein for detecting acceleration based on a change in the electrostatic capacity between the capacitance and the second counter electrode between the counter electrode.
JP2008065384A 2008-03-14 2008-03-14 Compound sensor Pending JP2009222476A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065384A JP2009222476A (en) 2008-03-14 2008-03-14 Compound sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065384A JP2009222476A (en) 2008-03-14 2008-03-14 Compound sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009222476A true JP2009222476A (en) 2009-10-01

Family

ID=41239430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008065384A Pending JP2009222476A (en) 2008-03-14 2008-03-14 Compound sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009222476A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090266163A1 (en) * 2006-11-14 2009-10-29 Panasonic Corporation Sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090266163A1 (en) * 2006-11-14 2009-10-29 Panasonic Corporation Sensor
US8201449B2 (en) * 2006-11-14 2012-06-19 Panasonic Corporation Sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8739626B2 (en) Micromachined inertial sensor devices
CN102183246B (en) A drive having an improved structure of an integrated microelectromechanical gyroscope
US10209071B2 (en) Microelectromechanical structure with enhanced rejection of acceleration noise
KR101166866B1 (en) Mems gyroscope with horizontally oriented drive electrodes
CN101443629B (en) Having a rotational speed sensor coupled to the beam
US20100236327A1 (en) Tri-axis Angular Rate Sensor
CN103221778B (en) A drive having a single monolithic micromechanical gyroscope triaxial
JP3770677B2 (en) Micro gyroscope
US6918298B2 (en) Horizontal and tuning fork vibratory microgyroscope
CN101868692B (en) Yaw rate sensor
CN101529257B (en) sensor
JP5138772B2 (en) Coriolis gyro
JP4555571B2 (en) Rotational speed sensor
US6561029B2 (en) Rotational rate gyroscope with decoupled orthogonal primary and secondary oscillations
EP2269001B1 (en) Vibrating micro-mechanical sensor of angular velocity
EP2748559B1 (en) Micromachined gyroscope including a guided mass system
US8408060B2 (en) Piezoelectric transducers and inertial sensors using piezoelectric transducers
JP4687577B2 (en) Inertial sensor
CA2690454C (en) Rotation rate sensor
US9605963B2 (en) Inertial force sensor
WO2008122502A1 (en) Micromechanical inertial sensor for measuring rotation rates
JP2007024864A (en) Oscillating gyroscope
JP2006215016A (en) Sensor having both functions of gyroscope and accelerometer
JPH08334334A (en) Tuning fork type gyroscope
CN103221779A (en) Micromachined monolithic 6-xis inertial sensor